JPH06142846A - 薄スラブの電磁鋳造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 鋳込まれる溶湯柱の側面の凝固部近傍を電磁
圧で支持し、冷却媒体で直接冷却することにより鋳塊を
形成する電磁鋳造において、溶湯柱の上部に耐火物製ヘ
ッダーを配設して溶湯柱上部の溶湯柱上部の溶湯圧を周
側から支え、耐火物製ヘッダーの直下で冷却媒体を供給
することにより、溶湯柱の側面における耐火物製ヘッダ
ーの下端部と溶湯柱の凝固界面との間の領域を狭く維持
し、該領域に電磁力を集中させて溶湯柱下部の溶湯圧を
電磁圧で支える。 【効果】 薄スラブの電磁鋳造が非接触状態で安定して
行われ、表面性状良好で鋳造組織が緻密な薄スラブが造
塊される。アルミニウムの薄スラブの電磁鋳造に好適で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄スラブの電磁鋳造方
法および装置、特に厚さが７０ｍｍ以下で、幅／厚さが
５以上の金属スラブ、とくにアルミニウムスラブを鋳造
するに好適な電磁鋳造方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に電磁鋳造で製作された金属鋳塊
は、表面部に偏析層がなく、表面から３５ｍｍ程度内部
までは微細化された凝固組織を有している。従って、鋳
塊の厚さを７０ｍｍ（３５ｍｍ×２）以下とし全断面に
わたって微細化組織を有するスラブを造塊することがで
きれば、偏析のない優れた特性を持つ材料の製造が期待
できる。

【０００３】電磁鋳造は、図４に示すように、タンディ
ッシュＴより流下する溶融金属を環状電磁コイル３によ
り誘導される電磁力によって外周より加圧して溶湯柱２
を形成し、冷却水ジャケット５から冷却水Ｗを供給して
鋳塊１とすることを原理とするものである。Ｓは磁界を
安定させるとともに鋳塊側面に冷却水を向けるために設
けられる電磁遮蔽用スクリーンである。従来、電磁鋳造
においては、溶湯柱の湯面レベル制御のために湯面レベ
ルセンサーを溶湯柱の湯面に近接させて設置し、制御装
置を介してタンディッシュ内に配設されたストッパーを
作動して溶湯の供給量を制御しているが、厚さが７０ｍ
ｍ以下の薄スラブを鋳造する場合には、これらの湯面制
御装置を設置することが場所的に困難となり、従来の湯
面制御が適用できないという問題点がある。

【０００４】また、特にアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金の電磁鋳造においては、アルミニウムの熱伝導性
が良好なため、湯面が変動した場合、凝固界面Ｉの位置
が変動し易い。特に薄スラブの電磁場鋳造においては鋳
塊の周囲を均一に冷却するのが容易でないから凝固界面
位置の制御が一層困難となる。溶湯柱の湯面、凝固界面
位置が変動すると、電磁力で支えられる溶湯圧の変化、
冷却水による冷却効果の変化などに起因して鋳塊に種々
の表面欠陥、内部欠陥が生じる。

【０００５】これまで電磁鋳造における金属溶湯柱上部
の湯面レベルを一定に保持して健全な鋳塊を得ようとす
る試みがいくつか提案されている。これらの提案のう
ち、薄スラブの電磁鋳造に適用可能なものとして、例え
ば、電磁コイルの上部を漏斗状に広げ、溶湯柱の湯面広
さを薄スラブの厚さの５倍以上の大きさとすることによ
り、湯面の変動を少なくする方法がある（特開昭56-160
856 号公報) 。また、耐火物製ヘッダーを有する無底鋳
型の下方に電磁誘導コイルを配設して、凝固界面位置近
傍に電磁反発力による側圧を加え、耐火物製ヘッダー内
の湯面レベルを湯面レベル測定器で測定し測定信号に基
づいて湯面レベルを自動制御しながら鋳造し、表面欠陥
のない鋳塊を得る方法もある( 特公昭61-53143号公報)
。しかしながら、前者の方法は、電磁コイルを漏斗状
に形成することに起因して装置が煩雑になるとともに、
溶湯柱の全域で溶湯保持が必要なため、これを保持する
ために大きな電磁力が必要になるという問題点がある。
後者の方法においては、無底鋳型として溶湯と接触する
水冷金型を使用するため、電磁鋳造の特徴である非接触
の凝固に比べ鋳塊の表面性状が劣るという難点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電磁鋳造に
よる薄スラブの造塊に関連する上記の問題点を解消する
ために鋭意研究を続けた結果、溶湯柱の上部の溶湯圧を
耐火物製ヘッダーで支え、耐火物製ヘッダーの直下で冷
却して耐火物製ヘッダーと溶湯柱の凝固界面との間の領
域を狭くし、当該領域に電磁力を集中して付加し溶湯柱
下部の溶湯圧を支えることにより、溶湯柱上部の湯面レ
ベル制御および溶湯柱の凝固界面位置制御の問題を解決
し、非接触凝固による健全な薄スラブの造塊が可能とな
ることを見出したことに基づいてなされたものであり、
その目的は、薄スラブ、特に厚さ７０ｍｍ以下で、幅／
厚さが５以上の薄スラブの電磁鋳造方法および装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による薄スラブの電磁鋳造方法および装置
は、鋳込まれる溶湯柱の側面の凝固部近傍を電磁圧で支
持し、冷却媒体で直接冷却することにより鋳塊を形成す
る電磁鋳造方法において、溶湯柱の上部に耐火物製ヘッ
ダーを配設して溶湯柱上部の溶湯圧を周側から支え、耐
火物製ヘッダーの直下で冷却媒体を供給することによ
り、溶湯柱の側面における耐火物製ヘッダーの下端部と
溶湯柱の凝固界面との間の領域を狭く維持し、該領域に
電磁力を集中させて溶湯柱下部の溶湯圧を電磁圧で支え
ることを構成上の第１の特徴とし、鋳込まれる溶湯柱の
側面の凝固部近傍を電磁圧で支持するための環状電磁コ
イルと溶湯柱の凝固表面に冷却媒体を供給するための冷
却装置からなる電磁鋳造装置において、溶湯柱の上部に
配設された耐火物製ヘッダー、該耐火物製ヘッダーの直
下で冷却媒体を供給する冷却装置、および溶湯柱の側面
における耐火物製ヘッダーの下端部と溶湯柱の凝固界面
とに間の領域に対向するよう配置された電磁コイルを具
え、耐火物製ヘッダーにより溶湯柱上部の溶湯圧を周側
から支え、電磁コイルによる電磁力を前記領域に集中的
に印加して溶湯柱下部の溶湯圧を支えることを構成上の
第２の特徴とする。

【０００８】さらに、電磁コイルにより印加される電磁
力の最大電磁力印加位置が溶湯柱側面の凝固界面位置と
なるよう、冷却装置から供給される冷却媒体が溶湯柱側
面に当たる位置および冷却媒体の供給量を調節すること
を方法構成上の第３の特徴とし、溶湯柱と電磁コイルと
の離隔距離を５〜１０ｍｍとすること、および溶湯柱の
上部に底部に複数の出湯孔を有する耐火物製フロートを
配設し、該耐火物製フロートを通じて溶湯を供給するこ
とをそれぞれ装置構成上の第４、第５の特徴とする。

【０００９】図１は本発明において造塊される薄スラブ
の厚さ方向から見た鋳造装置の断面図であり、図２は同
じく薄スラブの幅方向から見た鋳造装置の断面図であ
り、図３は本発明の鋳造装置の平面図である。特に図
１、図２に見られるように、タンディッシュ１０からノ
ズル８、フロート７を通して鋳込まれる溶湯柱２の上部
に、溶湯柱２を取り囲む耐火物製ヘッダー４が配設さ
れ、溶湯柱２の上部の溶湯圧を周側から支えている。耐
火物製ヘッダー４の下部には、環状電磁コイル３が耐火
物製ヘッダー４とのラップ量Ｒ、オーバーハング量Ｈで
配置されている。電磁コイル３は、溶湯柱２の凝固表面
に供給される冷却媒体Ｗを流通させるためのジャケット
５の一部を構成し、電磁コイル３の中央部には多数の注
水孔６が穿設されている。

【００１０】溶湯柱２は耐火物製ヘッダー４の下方に引
き出されると、耐火物製ヘッダー４の直下に位置する注
水孔６から冷却媒体Ｗが供給され、表面から凝固を開始
し鋳塊１が形成される。冷却媒体Ｗの供給が耐火物製ヘ
ッダー４の直下で行われるため、溶湯柱２の側面におけ
る耐火物製ヘッダー４の下端部と溶湯柱２の凝固界面Ｉ
との間の領域Ｌは狭く維持され、電磁コイル３により誘
導される電磁力は領域Ｌに集中して印加されて溶湯柱２
の下部の溶湯圧を電磁圧で支える。従って、電磁コイル
３は、領域Ｌに対向して配置されることとなる。

【００１１】この場合、領域Ｌを狭く且つ安定して維持
するために、電磁コイル３により印加される電磁力の最
大電磁力印加位置が溶湯柱２の凝固界面Ｉの位置となる
よう、冷却用ジャケット５から注水孔６を通して供給さ
れる冷却媒体Ｗが溶湯柱２の側面に当たる位置および供
給量を調節するのが好ましい。耐火物製ヘッダー４に電
磁コイル３を設置する場合のオーバーハング量Ｈは５〜
８ｍｍが好ましく、８ｍｍを越えるとメニスカス表面に
形成される酸化皮膜が凝固界面に侵入し鋳塊表面に縦筋
が発生するおそれがある。溶湯柱２と電磁コイル３との
離隔距離は５〜１０ｍｍとするのが望ましい。離隔距離
が５ｍｍ未満では、鋳造中の溶湯の「ゆらぎ」で溶湯が
コイルと接触し易くなり、コイルが短絡して鋳造が不可
能となる恐れがある。また、１０ｍｍを越えると冷却媒
体Ｗが溶湯柱２に当たる位置が次第に不安定になり、凝
固界面Ｉの位置を一定に保つことが困難になる。なお、
電磁コイル３はジャケット５の一部を構成しているた
め、ジャケット５中に冷却媒体が流通することにより冷
却される。

【００１２】本発明により造塊されるスラブは、厚さに
比べて幅が大きいため、耐火物製ヘッダー４の中央部に
溶湯注入用ノズル８のみで溶湯を供給すると、溶湯柱の
幅方向に温度むらが生じ、スラブの鋳肌にしわ等の表面
欠陥が発生し易くなる。この問題を解消するため、ノズ
ル８に底部に複数の出湯孔９を設けたフロート７を取り
付け、溶湯を分散して供給するのが好ましい。複数の出
湯孔に代えて長孔のスリットを形成しても同様の効果が
得られる。

【００１３】

【作用】本発明の構成においては、電磁鋳造において必
須の電磁場遮蔽用スクリーンがなく、そのため本発明
は、従来電磁圧で支持していた溶湯柱の上部を耐火物製
ヘッダーにより支え、電磁コイルを溶湯に近接させて電
磁力を溶湯柱の凝固界面直上の狭い領域Ｌに集中して印
加することを特徴とする。溶湯柱上部の湯面レベルは前
記フロート方式、その他公知の湯面制御方式により制御
される。本発明では、耐火物製ヘッダーに鋳込まれた溶
湯柱を耐火物製ヘッダーの直下で冷却し、溶湯柱の側面
における耐火物製ヘッダーの下端部と溶湯柱の凝固界面
との間に狭い領域Ｌを形成して、領域Ｌに電磁力を集中
して印加するよう構成し、湯面高さは例えば５０〜７０
ｍｍの範囲で保持できるが、鋳造中の湯面レベルは、所
定の位置で一定に保たれ、凝固界面位置の変動を生じる
ことなく領域Ｌは一定に保持され、領域Ｌには常に同じ
電磁圧が付加される。従って、凝固界面近傍の状況が変
動しないため、溶湯柱下部の形状が安定して維持される
結果、表面性状の良好な薄スラブが造塊される。電磁力
はすべて狭い領域Ｌに集中して付加され、従来のように
スクリーンでの電力消費もないから、電磁力は小さくて
すみ電力が節約できる。電磁力の最大電磁力印加位置を
溶湯柱側面の凝固界面位置となるよう調節すれば、最大
電磁力印加位置を溶湯部とした場合に比べ、溶湯柱の形
状を歪ませることなく溶湯柱の周囲から均一な電磁圧が
与えられ、薄スラブ断面形状がより安定して保持され
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 実施例１ 図１〜図３に示す装置構成により、ＪＩＳ５１８２アル
ミニウム合金の薄スラブ（厚さ７０ｍｍ，幅５００ｍ
ｍ）を電磁場鋳造方式で造塊した。ＪＩＳ５１８２合金
はＭｇ４〜５％を含み、通常の連続鋳造方式による造塊
では鋳肌性状が悪くなり易いことが知られている。装置
中のオーバーハング量Ｈを５ｍｍ，ラップ量Ｒを１０ｍ
ｍとし、鋳造条件は、鋳造温度６９０〜７２０℃、鋳造
速度１５０／分、冷却水量１５０ｌ／分、湯面レベル５
０ｍｍ，電磁コイル電流６０００Ａとした。耐火物製ヘ
ッダーへの注湯にはフロートを使用せず、ノズル先端に
分配器を取り付け、湯面位置はセンサーで検知して給湯
量を制御し、湯面レベルを一定に保った。また、溶湯柱
と電磁コイルとの離隔距離は７ｍｍに維持されるよう電
磁コイルを取り付けた。鋳造は円滑に行われ、造塊され
た薄スラブの形状および表面状況は良好であった。

【００１５】実施例２ 図１〜図３に示す装置構成により、実施例１と同じアル
ミニウム合金薄スラブを、鋳造速度および湯面レベル以
外は実施例１と同様の条件で鋳造した。鋳造速度は３５
０ｍｍ／分、湯面レベルは７０ｍｍとした。湯面レベル
を高め、鋳造速度を上げても鋳造は円滑に行われ、造塊
された薄スラブの形状および表面状況は良好であった

【００１６】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の薄スラブの電磁
鋳造方法および装置によれば、非接触状態で安定した鋳
造が行われ、表面性状良好で鋳造組織の緻密な薄スラブ
が造塊され、特にアルミニウムの薄スラブの電磁鋳造に
好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において造塊される薄スラブの厚さ方向
から見た鋳造装置の縦断面図である。

【図２】同じく薄スラブの幅方向から見た鋳造装置の縦
断面図である。

【図３】本発明の鋳造装置の平面図である。

【図４】従来の電磁鋳造装置を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 鋳塊 ２ 溶湯柱 ３ 電磁コイル ４ 耐火物製ヘッダー ５ ジャケット ６ 注水孔 ７ フロート ８ ノズル ９ 出湯孔 10 タンディッシュ Ｒ ラップ量 Ｈ オーバーハング量 Ｌ 領域 Ｉ 凝固界面 Ｗ 冷却媒体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳込まれる溶湯柱の側面の凝固部近傍を
   電磁圧で支持し、冷却媒体で直接冷却することにより鋳
   塊を形成する電磁鋳造方法において、溶湯柱の上部に耐
   火物製ヘッダーを配設して溶湯柱上部の溶湯圧を周側か
   ら支え、耐火物製ヘッダーの直下で冷却媒体を供給する
   ことにより、溶湯柱の側面における耐火物製ヘッダーの
   下端部と溶湯柱の凝固界面との間の領域を狭く維持し、
   該領域に電磁力を集中させて溶湯柱下部の溶湯圧を電磁
   圧で支えることを特徴とする薄スラブの電磁鋳造方法。
2. 【請求項２】 鋳込まれる溶湯柱の側面の凝固部近傍を
   電磁圧で支持するための環状電磁コイルと溶湯柱の凝固
   表面に冷却媒体を供給するための冷却装置からなる電磁
   鋳造装置において、溶湯柱の上部に配設された耐火物製
   ヘッダー、該耐火物製ヘッダーの直下で冷却媒体を供給
   する冷却装置、および溶湯柱の側面における耐火物製ヘ
   ッダーの下端部と溶湯柱の凝固界面との間の領域に対向
   するよう配置された電磁コイルを具え、耐火物製ヘッダ
   ーにより溶湯柱上部の溶湯圧を周側から支え、電磁コイ
   ルによる電磁力を前記領域に集中的に印加して溶湯柱下
   部の溶湯圧を支えることを特徴とする薄スラブの電磁鋳
   造装置。
3. 【請求項３】 電磁コイルにより印加される電磁力の最
   大電磁力印加位置が溶湯柱側面の凝固界面位置となるよ
   う、冷却装置から供給される冷却媒体が溶湯柱側面に当
   たる位置および冷却媒体の供給量を調節することを特徴
   とする請求項１記載の薄スラブの電磁鋳造方法。
4. 【請求項４】 溶湯柱と電磁コイルとの離隔距離を５〜
   １０ｍｍとすることを特徴とする請求項２記載の薄スラ
   ブの電磁鋳造装置。
5. 【請求項５】 溶湯柱の上部に底部に複数の出湯孔を有
   する耐火物製フロートを配設し、該耐火物製フロートを
   通じて溶湯を供給することを特徴とする請求項２記載の
   薄スラブの電磁鋳造装置。