JPH0342156A - 金属の連続鋳造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、タンディシュ又は給湯ノズルと鋳型を直接結
合する方式の連続鋳造方法において、前記結合部で発生
する表面欠陥を防止できる連続鋳造方法及びそれに使用
する装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、連続鋳造技術の進歩により、造塊−分塊圧延法と
比較して製造コストの低い連続鋳造による鋳込みが多数
行われており、最近は、低コストを図るため多連続鋳造
技術の向上、鋳造速度の向上および製品に近い形状の鋳
造技術の開発に重点がおかれている。

特に、製品に近い薄スラブ状の鋳片、あるいは直径の小
さいビレット状の鋳片を得るためには必然的に鋳造金属
を鋳型内に注入するノズルの直径は小さくなる。その結
果おもに２つの大きな問題、すなわちノズル内にＡｌ２
Ｏ３などが付着するために生ずるノズル閉塞と、ノズル
と鋳型が接近するために生ずるノズル外壁への凝固シェ
ル付着の問題が発生する。

従来、上記の問題を解決するために種々の研究が行われ
ており、例えば前者のノズル閉塞を防止するためには、
■難Ａｌｚ（ｈ付着材質のノズルの開発、■ノズル内壁
皮膜生成法の開発、■ノズルの途中に設けたスライドノ
ズルから空気混入を防止する方法の開発、■単孔ノズル
の開発、などに関する報告が多い。その−例として特開
昭６２−１３０７５２号公報では単孔ノズルを用いた際
の鋳型的鋳造金属の流動変化を静磁場方式の電磁ブレー
キで制御している。

特に、特開昭６２−１３０７５２号公報では従来の４礼
式浸漬ノズルに比べ内径の大きい単孔式ノズルが使用可
能なため、アルミキルド鋼あるいはＴｉ、希土類金属を
含有する鋼種を多連続鋳造した場合、ＡＩ、　Ｔｉ、希
土類金属の酸化物がノズル内面に付着するため、ノズル
閉塞の生ずる可能性が小さく有利である。

しかしながら、内径の大きい単孔式浸漬ノズルを使用す
るため、必然的に鋳型と浸漬ノズルが接近する幾何学的
配置が構成される。その結果、耐火物製の浸漬ノズル外
壁は鋳型による冷却の影響が顕著となりノズル外壁と鋳
型間に凝固シェルが形成される可能性が大きくなる。従
って、特開昭６２−１３０７５２号公報では静磁場を用
いて溶鋼吐出流がクレータ内に侵入することを制御する
だけでなく溶銅表面のノズル−鋳型間へ対流による熱供
給を行うことにより凝固シェルの生成を抑制しようとし
ている。しかし、ノズル、鋳型および溶鋼が互いに隣接
して配置される方式では凝固シェル形成の問題を完全に
解決することはできない。

（発明が解決しようとする課題） すなわち、従来の連続鋳造方法において、製品に近い形
状の薄スラブあるいは小径のビレットを連続して鋳造す
る場合に給湯ノズルと鋳型を近接して配置すると、鋳型
による抜熱の影響によりノズル−鋳型間に凝固シェルが
形成されやすい状態となる。そして、ノズル周囲に凝固
シェルが形成された場合には、鋳込みとともにノズルが
破断する可能性が高くなり安定した鋳造を行うことがで
きないという問題が生ずる。

また逆に、浸漬ノズルと鋳型を離して配置すると必然的
にノズル内径は小さいものとなり、Ａｌ２Ｏ３等のノズ
ル内壁付着によるノズル閉塞が起こりやすいという問題
が生ずる。

本発明は、特にＡｌ２Ｏ，等の付着によるノズル閉塞、
ノズル外壁と鋳型間における凝固シェルの発生を抑制す
ることにより高品質のスラブ又はビレット製品を安定し
て製造できる連続鋳造方法及びその装置を提供すること
を目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、 ■　ノズル閉塞を抑制するためにはノズル断面が可能な
限り鋳型の入口断面に近い方がよい。

■　その際、ノズル耐火物と鋳型間に凝固シェルが生成
しない構造にすることが必要であり、そのためにはノズ
ル、鋳型および鋳造金属の三者が同一場所で接触しない
ことが必要である。

■　近年、電磁的ピンチ力を利用した鋳造金属の形状制
御に関する研究が進んでおり、ＡＩやＣｕでは工業規模
で鋳型を用いずに電磁的ピンチ力を利用して場面形状を
維持するとともに、直接水冷により鋳片を得ることに成
功している。

という事実に着目し、 ■　鋳型入口に配置した通電コイル、または鋳型を鋳片
引抜き方向に分割して鋳造金属の供給；こ近い側、すな
わち上流側の鋳型部分に商用／ＥＪ　Ｑ流を供給して発
生する電磁的ピンチ力を用いて、ノズル、鋳型および鋳
造金属を互いに非接触にすることができる。

■　その際、熱伝導および電気伝導度に優れている鋳型
に通電コイルと逆位相で流れる誘導電流密度が低いこと
がピンチ力を高める上で重要となる。

■　このためには、可能な限り通電コイルを鋳型から距
離を離して配置する方法、または、鋳型近傍に第二のコ
イルを配置して、第二のコイルに通電コイルと同位相の
強制電流を供給する方法が考えられる。

という思想に基づいて鋭意研究の結果、次の様な本発明
を設立させたのである。

すなわち発明の第一は、タンディシュと鋳型が結合され
、凝固シェルの起点が鋳造金属の自由表面より下方に位
置する連続鋳造方法°において、タンディシュの出湯孔
と鋳型入口間に介設される通電コイルの出口側端面及び
／又は鋳型の入口側端面を、溶湯に隣接する内面側にお
ける通電コイルと鋳型間距離が小さく、溶湯より、離れ
た外面側における通電コイルと鋳型間距離が大きくなる
ような形状としたものを使用し、前記通電コイルに高周
波電流を供給して鋳造金属をタンディシュと鋳型の接続
部において非接触状態と成しながら鋳造することを要旨
とする金属の連続鋳造方法である。

また本発明の第二は、前記本発明方法に使用する装置で
あって、タンディシュの出湯孔と鋳型入口間に介設され
る通電コイルの出口側端面及び／又は鋳型の入口側端面
を、溶湯に隣接する内面側における通電コイルと鋳型間
距離が小さく、溶湯より離れた外面側における通電コイ
ルと鋳型間距離が大きくなるような形状としたことを要
旨とする金属の連続鋳造装置である。

また本発明の第三は、前記本発明装置において、通電コ
イルと鋳型の間隙に前記通電コイルと同位相の高周波電
流を供給する第二の通電コイルを配置したことを要旨と
する金属の連続鋳造装置である。

（作°　用） タンディシュと鋳型が隣接して配置される金属の連続鋳
造装置であって、鋳型の入口部に沿って周回して配置し
た通電コイルに高周波電流を供給することによりピンチ
力を利用して鋳型とタンディシュの接合部から、鋳造金
属を排除して金属を連続的に鋳造する方法においてピン
チ力を高める為には、鋳型と通電コイルの形状、配置な
どの幾何学的条件が極めて重要であることが高速計算機
を用いた電（ｌ流動解析の結果判明しつつある。

この解析結果からピンチ力を高める方法に関して以下の
一般的特徴を挙げることができる。

１）通電コイルと鋳造金属の距離は小さい方が、また通
電コイル°と鋳型の距離は大きい方がピンチ力を高める
為に有利である。

２）鋳造金属の電気伝導度が高く、鋳型の電気伝導度の
低い方がピンチ力を高める為に有利である。

３）電流密度は導体の尖った部分で大きく、ピンチ力を
高める為に有利である。

４）通電コイルを流れる電流の位相に対して鋳造金属を
流れる電流の位相が逆（πシフト）で、鋳型を流れる電
流の位相が同じ（０シフト）場合がピンチ力を高めるた
めに有利である。

以上の知見に基づいて連続鋳造装置の実用化を考えた場
合に、連続鋳造装置は以下の特徴を具備する必要がある
。

Ａ）通電コイルと鋳型の配置 三重点（タンディシュ耐火物、溶湯、コイルあるいは鋳
型、溶湯、コイルの３者が同時に接触する点）において
通電コイルと鋳型の間隙は少なくとも鋳造金属が通電コ
イルから排除される距離以下となる様に接近して配置す
る必要がある。この条件が満足されない場合は、間隙か
ら鋳造金属の洩れが起こるからである。また、電磁流動
解析の結果１）から、ピンチ力を高めるためには通電コ
イルと鋳型の距離を大きくした方が好ましいことが判っ
ている。両者の条件を満足するためには本発明のように
鋳造金属に隣接する内面側において接近し、鋳造金属よ
り離れた外面側において距離が拡大する通電コイルと鋳
型の配置構造が不可欠となる。

Ｂ）鋳型を流れる電流の位相 電磁流動解析の結果４）より鋳型と通電コイルの間隙に
おいて通電コイルによって発生する誘導磁場を遮蔽して
鋳型に逆位相の誘導電流を発生させないことがピンチ力
を高めるために必要であることが判明している。アルミ
ニウムの鋳造などで用いる通常の磁気遮蔽板を用いた場
合は、鋳型表面における逆位相の誘導電流が減少する可
能性は考えられるものの遮蔽板に流れる誘導電流が増加
するため、ピンチ力を高める上で効果がない。

鋳型の表面に発生する誘導電流を抑制するひとつの着想
は通電コイルと鋳型の間に第二の通電コイルを配置し、
第二の通電コイルに（第一の）通電コイルと同位相の強
制電流を供給する点にある。

第二の通電コイルとして断面積の小さい水冷管を周囲と
互いに絶縁して多重に巻くことが第二の通電コイル断面
における強制電流密度の分布を均一にする上で一層望ま
しい。第二の通電コイルは第一の通電コイルと鋳型の間
であればどこでもよく、その配置場所を限定するもので
はない。

（実　施　例） 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図（イ）は第一の本発明装置の概略断面図、（ロ）
は通電コイルの水平断面図である。第２図および第３図
（イ）は第二の本発明装置の概略断面図、（ロ）は通電
コイルの水平断面図である。

第１図〜第３図において、２は取鍋であり取ｔＭ２内の
溶融した液体金属（以下「鋳造金属」という）１はスラ
イディングゲート３、給湯ノズル４を介して鋳造金属面
の高さと流動の緩衝機能を持つタンディシュ５に給湯さ
れる。そして、このタンディシュ５内の鋳造金属１はさ
らに通電コイル７を介して鋳型８に供給される。

鋳型８の内部には冷却水１０が循環しているので鋳型内
面と接触する鋳造金属１は凝固して凝固シェル９が形成
される。なお、添付図面中６はヘッダー、また第２図及
び第３図中、１１は内部が水冷構造の第二の通電コイル
である。

しかして第一の本発明装置にあっては、通電コイル７の
リード１２を含まない領域の垂直断面における外形は例
えば五角形であり、通電コイル７近傍の鋳型８の外形は
上方に向かって尖っている。

また第二の本発明装置においては、通電コイル７と鋳型
８の間にあって鋳型８に近接した領域およびｉ１１電コ
イル７に近接した領域に第二の通電コイル１１が周回し
て配置されている。

本発明の可能性を確認するため以下の条件で溶鋼の連続
鋳造実験を行った。

実施例　その１） 〔実　験　条　件〕 実験装置　：第１図に示す竪型連続鋳造装置畑　　　種
：０．２重量％Ｃ１０，４重量％旧を主成分とする炭素
鋼 鋳片の外径：φ１００　ｍｍ 鋳造速度　：　１．２　ｍ／ｍｉｎ 溶鋼温度　：　１５２０″Ｃ 溶鋼ヘッド（溶鋼自由表面と通電コイル上端の距針）：
４０〜７０ｍｍ １ｄｌ竜コイル：内径φ１００術、外径φ１６０　ｍｍ
、高さ３０印であって、一部隅切りした 断面が五角形のリング状コイル 鋳　　　型：内径φ１００帥、外径φ１８０　ｔｍ、長
さ１０００Ｍ、上端における外径縮小 部分の長さ５０祁の円筒状 通電コイルに流れる実効電流：２００００Ａ高周波電流
の周波数：　３００００　Ｈｚ銅製通電コイルおよび銅
製鋳型内に２０゛Ｃの水道水を昇圧して７ｍ／Ｓ以上の
流速で供給した後、通電コイルに周波数３００００Ｈｚ
、電流２Ｘ１０’への高周波電流を通電した。ジュール
熱損失による通電コイルおよび鋳型の発熱はそれ程大き
くなく、冷却水の昇温は２°Ｃ以下であった。

続いて鋳型の下方より直径φ１００　ｍｍ、長さ７０卿
の母材鋳片を鋳型内部を通して鋳型の上端を越えない条
件で鋳型の上端近傍まで挿入した。

その後直ちにタンディシュを介して溶鋼を鋳型内に供給
するとともに、母材鋳片を１．２　ｍ／ｍｉｎの速度で
連続的に引き抜いた。引抜き時間はおよそ４０秒であっ
た。

鋳型内における溶鋼と凝固シェル、鋳型およびタンディ
シュの耐火物との接触状態を観察するために、磁気共鳴
における緩和時間の差を検出して画像処理を行った。鋳
型内における溶鋼は第１図（イ）に示す様にタンディシ
ュと通電コイルの接合部、および通電コイルと鋳型の間
隙に接触しておらずピンチ力により通電コイルの周囲か
ら溶鋼が排除されていることが判明した。

実験終了後、鋳片の表面および内部の観察を行ったとこ
ろ、コールドシャットに起因する表面疵は皆無であり内
部組織にも鋳片偏析や内部割れも存在せず極めて良質の
鋳片であることが判明した。

実施例　その２） 第２図に示す竪型連続鋳造装置を用いる点を除いて実施
例そのｌ）と類似の条件で溶鋼の連続鋳造を行った。

その際、外径φ５帥、内径φ４　ｍｍの内部水冷可能な
銅製の第二の通電コイルを５回鋳型の上端近傍に巻いた
。第二の通電コイルには第一の通電コイルと同位相、同
周波数の高周波電流を１００００　Ａ供給した。

実施例その１）と類似の方法で鋳型内における溶鋼と凝
固シェル、鋳型およびタンディシュの耐火物との接触状
態を観察したところ、第２図に示すように通電コイルの
周囲から溶鋼が排除されていることが判明した。溶鋼の
排除された空間は実施例そのｌ）の場合より５割程大き
く、特に鋳型の上端近くで顕著であった。

実験終了後、鋳片の表面および内部の観察を行ったとこ
ろ、コールドシャットに起因する表面疵は皆無であり内
部組織にも中心偏析や内部割れも存在せず極めて良質の
鋳片であることが判明した。

実施例　その３） 第３図に示す竪型連続鋳造装置を用いる点を除いて実施
例その２）と類似の条件で溶鋼の連続鋳造を行った。実
施例その２）との違いは第二の通電コイルを第一の通電
コイルの近傍に配置する点にある。

実験終了後の鋳片の品質は実施例その１）、その２）と
同等の表面および内部欠陥のない優れたものであった。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、 ■　パリ差し、コールドシャット等表面欠陥のない鋳片
が得られる。

■　中心偏析や内部割れなどの内部欠陥のない鋳片が得
られる。

■　垂直型鋳片装置だけでなく水平型鋳造装置などの他
の方式に対しても広範囲に適用できる。

等、極めて有用な効果を有することが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は第１の本発明装置の概略断面図、（ロ）
は通電コイルの水平断面図、第２図および第３図の（イ
）はそれぞれ第２の本発明装置の概略断面図、（ロ）は
通電コイルの水平断面図である。 １は鋳造金属、５はタンディシュ、７は通電コイル、８
は鋳型、１１は第二の通電コイル。 第１図 第２図 （イ） （ロ） （ロ） 第３図 （イ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）タンディシュと鋳型が結合され、凝固シェルの起
   点が鋳造金属の自由表面より下方に位置する連続鋳造方
   法において、タンディシュの出湯孔と鋳型入口間に介設
   される通電コイルの出口側端面及び／又は鋳型の入口側
   端面を、溶湯に隣接する内面側における通電コイルと鋳
   型間距離が小さく、溶湯より離れた外面側における通電
   コイルと鋳型間距離が大きくなるような形状としたもの
   を使用し、前記通電コイルに高周波電流を供給して鋳造
   金属をタンディシュと鋳型の接続部において非接触状態
   と成しながら鋳造することを特徴とする金属の連続鋳造
   方法。
2. （２）請求項１記載の方法に使用する装置であって、タ
   ンディシュの出湯孔と鋳型入口間に介設される通電コイ
   ルの出口側端面及び／又は鋳型の入口側端面を、溶湯に
   隣接する内面側における通電コイルと鋳型間距離が小さ
   く、溶湯より離れた外面側における通電コイルと鋳型間
   距離が大きくなるような形状としたことを特徴とする金
   属の連続鋳造装置。
3. （３）請求項２記載の金属の連続鋳造装置において、通
   電コイルと鋳型の間隙に前記通電コイルと同位相の高周
   波電流を供給する第二の通電コイルを配置したことを特
   徴とする金属の連続鋳造装置。