JPH06182497A - 金属の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】メニスカス形状制御および電磁攪拌を効率的に
行い、鋳片の表面性状と内部品質とを改善する。 【構成】複数のスリット(1) を有する鋳型(2) の外周
に、２つの通電コイルを二重螺旋状に周回させる。そし
て一方のコイル（３ａ）に高周波電流を流し、スリット
で分割された鋳型セグメントに誘導電流を誘起させ、そ
れにより鋳型(2) に接するメニスカス(8) に二次的に生
じるピンチ力を利用する。一方、他方のコイル３ｂに低
周波電流を流して、溶融金属(5) の内部を電磁攪拌して
等軸晶生成領域を拡大させ、鋳片内部品質を改善する。 【効果】スリットによる鋳型のセグメント化とコイルの
二重螺旋状配置により電磁力の作用効率が高まり、鋳片
の表面性状と内部品質の改善効果が大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属の連続鋳造に際
し、操業の簡素化、鋳造の安定化、高速化、および鋳片
の表面性状と内部品質の改善を実現するための連続鋳造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属の連続鋳造においてはパウダーと呼
ばれる粉末あるいは顆粒状の潤滑剤をメニスカスを含む
溶融金属上に投入して操業を行っている。このとき溶融
したパウダーの一部は鋳型のオシレーションにともなっ
て鋳型と凝固シェルとの間に流入して両者間の潤滑作用
および熱緩和の役割を果たすので、鋳片の焼き付きに起
因するブレークアウトや表面欠陥の発生を防止すること
ができる。

【０００３】鋳造条件に見合った溶融パウダーの流入量
を得るには各々の条件に適した物性の潤滑剤を用いる必
要があり、鋳込み初期と定常鋳造期とで物性の異なる潤
滑剤を使い分けたり、高速鋳造時には特殊な潤滑剤を用
いるなどの複雑な操業が行われている。

【０００４】そこで操業の簡素化を図るため、電磁力を
利用して溶融パウダー流入量の制御を行う技術が提案さ
れている。これらは凝固シェル表面と鋳型内面との間に
潤滑剤を供給するため、鋳型に接する溶融金属のメニス
カス部を湾曲させる電磁力を溶融金属に付与するもので
ある。

【０００５】図４は、電磁力によってメニスカス部を湾
曲させる原理を示すものである。図示のとおり、通電コ
イル３に交流電流Ｉが流れると鋳型２の周囲には交流磁
界Ｈが発生する。また、この交流磁界Ｈにより鋳型２内
の溶融金属５には誘導電流ｉが生じる。この交流磁界Ｈ
と誘導電流ｉとの相互作用により、溶融金属５には鋳型
２の中心方向に向かうピンチ力Ｆが働く。このピンチ力
Ｆにより溶融金属５は鋳型２の中心方向に絞られ、鋳型
に接する溶融金属メニスカス８が凸状に湾曲するのであ
る。

【０００６】図５は、特開昭52−32824 号公報に開示さ
れている鋳型である。図示のとおり、鋳型２の内部に鋳
型内壁を包囲するように通電コイル３が耐火物基体11で
絶縁されて埋め込まれており、この通電コイル３に交流
電流を供給することにより鋳型に接する溶融金属メニス
カス８を湾曲させ、潤滑剤である溶融パウダー９の流入
を促進するというものである。

【０００７】また、特開昭64−83348 号公報および特開
平２−274351号公報には、上記特開昭52−32824 号公報
の装置と同様の装置を囲いて、前者はパルス状の電流
を、後者は１〜30Hzの低周波電流を通電コイルに供給
し、鋳型に接するメニスカスを振動させて鋳型内面との
間隙を周期的に変動させることによつて溶融パウダーを
凝固シェルと鋳型の間へ強制的に流入させるという発明
が示されている。

【０００８】上記の方法はいずれも鋳型に接するメニス
カス近傍に電磁力を印加してメニスカス形状を制御し、
溶融パウダーの流入量を制御することができるので、潤
滑作用と同時に初期凝固付近での緩冷却作用が助長さ
れ、表面品質の優れた鋳片を製造することができるとし
ている。

【０００９】しかし、図５に示したような鋳型では、通
電コイルに交流電流を流したとき、誘導電流が溶融金属
より鋳型の方に多く発生し、鋳型内で磁場が減衰するの
で、十分な電磁効果が期待しにくいという問題がある。

【００１０】上記のような、従来の電磁力印加によるメ
ニスカス形状制御法の問題点を解消するため、本発明者
らは新しい連続鋳造装置と鋳造方法を開発した（例え
ば、特開平４−138843号公報、参照）。

【００１１】図３は、上記特開平４−138843号公報に開
示した連続鋳造装置の鋳型部分を示すもので、 (a)図は
鋳型の右半分の垂直断面図、(b) 図は水平断面図であ
る。図示のとおり、鋳型上部は、複数のスリット１で分
割された内部水冷式の多数のセグメント2aからなる。こ
の鋳型の外周に通電コイル３が多重に巻かれている。

【００１２】図３の鋳造装置において、(b) に示すよう
に通電コイル３に高周波電流iaを供給すると各セグメン
ト2aの水平断面には外面から内面を通過して再び外面に
到る閉鎖回路が形成され、その誘導電流ibによって、鋳
型に接する溶融金属メニスカス８に誘導電流icが二次的
に誘起される。したがって、従来法の問題点である鋳型
内での磁場の減衰を回避することができ、図３ (a)に示
すように、鋳型に接する溶融金属メニスカス近傍に効果
的にピンチ力Ｆp を作用させることができる。

【００１３】これにより溶融パウダー９と溶融金属５と
の界面が大きく湾曲し、溶融パウダーと溶融金属の界面
との隙間が大きく、かつ深くなって溶融パウダー９の流
入量を増やすことができる。

【００１４】さらに通電コイル３に供給する高周波電流
iaの実効値を変えることにより、鋳造速度、鋼種、パウ
ダーの物性値に応じて溶融パウダー９が凝固シェル７と
鋳型２との間に適正量流入できるようにメニスカスの湾
曲度を調節することができる。

【００１５】上述のように、本出願人が先に提案した装
置および方法によれば、鋳型に接する溶融金属のメニス
カス近傍に効果的にピンチ力を作用させることができ、
表面欠陥の少ない鋳片を安定して製造することができ
る。また、特殊なパウダーを使用しなくても高速鋳造が
可能になる。

【００１６】さて、連続鋳造した鋳片の内質の改善に
は、電磁攪拌法が用いられる。ところが、上記のように
メニスカス形状制御のためのコイルを鋳型の外周に設置
した装置での鋳造の際に電磁攪拌を併用する場合は、電
磁攪拌装置をコイルのさらに外周に設ける必要がある。
このため電磁力印加の効率が低下して、十分な攪拌効果
を得ることが難しく、鋳片の内部品質の改善に支障を生
じることがある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、鋳型
内壁に接する溶融金属メニスカスおよびその近傍の溶融
金属内部に効率よく電磁力を印加し、メニスカス形状を
制御して鋳造条件に応じた溶融パウダー流入量を確保す
ることによって鋳込み初期の安定鋳造あるいは高速鋳造
を可能にし、併せて、溶融金属内部を電磁攪拌して等軸
晶生成領域を拡大することにより、鋳片の内部品質を改
善することができる連続鋳造方法を提供することにあ
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は下記、およ
びを特徴とする金属の連続鋳造方法を要旨とする。

【００１９】鋳造方向に延びる複数のスリットを有す
る内部水冷構造の鋳型を使用すること。

【００２０】上記鋳型の外周の、少なくとも上記鋳型
内の溶融金属のメニスカスレベルに相当する部分に、そ
れぞれ複数ターンの二重螺旋状に周回させた２種類の通
電コイルを配置すること。

【００２１】上記通電コイルの一方に高周波交流電流
を、他方に低周波交流電流を通電し、鋳型内壁に接する
溶融金属のメニスカスおよびその近傍の溶融金属内部に
電磁力を印加しながら鋳造を行うこと。

【００２２】

【作用】以下、本発明の連続鋳造方法を図面を用いて説
明する。

【００２３】図１は、本発明方法に用いる連続鋳造装置
の一例である鋳型部分の構造を示す一部破断斜視図であ
る。

【００２４】図示のように、鋳造方向に延びた複数本の
スリット１ (このスリット１には湯差しを回避するため
耐火物を充填しておくのが望ましい) を有する内部水冷
構造の鋳型２の外周の鋳型外壁から等距離の位置に、高
周波電流用コイル３ａと低周波電流用コイル３ｂとが交
互になるように、それぞれ螺旋状に配置されている。

【００２５】このような配置をここでは二重螺旋状とい
う。少なくとも鋳型２内の溶融金属のメニスカスレベル
に相当する部分は、上記二重螺旋状コイルでカバーされ
ていなければならず、この部分では各コイル３ａ、３ｂ
は少なくともそれぞれ２ターン周回させる必要がある。
そうしないと、後述する作用効果が十分に得られない。

【００２６】なお、メニスカスから遠い鋳型の下部で
は、二重螺旋状のコイルは必ずしも必要でない。電磁攪
拌用の低周波電流用コイルだけにしてもよい。

【００２７】鋳型２内には浸漬ノズル４から溶融金属５
が供給される。溶融金属５上には粉末状又は顆粒状のパ
ウダー６が投入され、この一部が溶融金属５の熱によっ
て溶融し、溶融パウダー９を形成する。

【００２８】図２は、鋳型と凝固シェルとの間に溶融パ
ウダーの一部が流入した状態を示す装置右半分の垂直断
面図であり、 (a)図は電磁力を印加した場合、(b) 図は
電磁力を印加しない場合である。両方法ともに、溶融パ
ウダー９の一部は鋳型２と凝固シェル７との間に流れ込
み、凝固パウダー10となる。

【００２９】従来の電磁力を印加しない操業では鋳型に
オシレーションと呼ばれる微少振動を与えることによ
り、溶融パウダーの流入を促進している。しかし図２
(b) に示すようにメニスカスの湾曲が小さく、鋳型２と
凝固シェル７との間の隙間が小さいので、溶融パウダー
の流入を促進して表面欠陥のない鋳片を製造するには、
鋳込み初期あるいは高速鋳造時に物性の異なるパウダー
を使い分けることが必要となり、操業の複雑化が避けら
れない。

【００３０】一方、図２(a) に示すように、本発明の方
法の場合は、通電コイル３ａに３〜50 kHz程度の高周波
電流を供給することによって磁場を発生させ、前記図４
によって説明した原理でメニスカスを大きく湾曲させる
ことができる。

【００３１】鋳型には複数のスリット１が設けられてい
るので、前述したようにスリツトで分割された鋳型セグ
メント部に誘導電流が誘起され、それにより鋳型２に接
する溶融金属メニスカス８に二次的に生ずるピンチ力Ｆ
p を利用することができる。

【００３２】従って、メニスカス形状を効率よく制御す
ることができ、メニスカス湾曲部と鋳型２との隙間が大
きく、かつ深くなるので溶融パウダー９の流入を促進す
ることができ、潤滑作用と緩冷却作用が助長される。ま
た発振周波数を高くすることで、湯面の振動を抑え、メ
ニスカス形状を安定して保持することが可能となる。

【００３３】更に、発生するジュール熱によって緩冷却
作用がさらに助長される。これにより表面割れ防止など
鋳片の表面性状を改善できるとともに、パウダー物性の
使い分けのような複雑な操業を行わずに鋳込み初期の安
定鋳造あるいは高速鋳造が可能となる。

【００３４】通電コイル３ｂは、電磁攪拌を行うための
ものである。このコイルに50〜500Hzの低周波電流を通
電することによって、鋳型２内の溶融金属５の内部に図
２(b) 中にＦ_A の矢印で示したような流動を誘起するこ
とができる。このとき通電コイル３ｂと３ａとは２重螺
旋状に鋳型２を周回させてあるので、通電コイル３ｂも
鋳型２に最も近接した状態にあり、効率よく電磁攪拌を
行うことができる。この攪拌効果によって等軸晶生成領
域を拡大することができ、組織微細化、偏析抑制などに
より鋳片の内部品質が改善される。

【００３５】本発明の方法における上記の効果は、溶融
金属が各種の溶鋼である場合だけでなく、他の溶融金属
においても得られることは言うまでもない。また図１に
は鋳型の水平断面が円形のものを示したが、これは図３
(b) に示したような矩形のものであっても同様の効果が
得られる。以下、本発明の効果を実施例によって具体的
に説明する。

【００３６】

【実施例】前記図１に示す装置を用いて溶鋼を連続鋳造
し、丸断面鋳片の製造を行った。

【００３７】装置諸元、操業条件は下記の通りである。

【００３８】鋳 型 ：内直径 150mm、肉厚30mm、長さ
1000mm、内部水冷式 スリット：幅 0.2mm、長さ 150mm、32本 高周波用通電コイル：外径30mm、肉厚２mm、巻き数３ 電流実効値 9000 Ａ、周波数 35 kHz 低周波用通電コイル：外径30mm、肉厚２mm、巻き数３ 電流実効値 21000Ａ、周波数 0.1 kHz 鋳造鋼種：Ｓ45Ｃ（Ｃ＝0.45％、Si＝0.3 ％、Mn＝0.65
％、Ｐ＝0.02％、Ｓ＝0.02％の炭素鋼） 鋳造温度： 1610 ℃ 鋳造速度：3.5m/min 鋳型オシレーション： ストローク９mm、周波数 4.5 H
z パウダー組成：表１のとおり。

【００３９】

【表１】

【００４０】連続鋳造の操作は、溶鋼を浸漬ノズルで鋳
型内に供給しつつ、上記のパウダーを投入し、4.5 Hzの
鋳型オシレーションを行いながら3.5m/minの鋳片引抜き
速度で20分間引き抜きを行った。

【００４１】比較例１として高周波用コイルだけに通電
し、比較例２として低周波用コイルだけに通電してそれ
以外の条件は実施例と同じにした鋳造も実施した。更
に、比較例３として、電磁力を全く印加せず、それ以外
の条件は実施例と同じにした鋳造も行った。

【００４２】表２に試験結果を示す。表中、凝固係数ｋ
(mm/min)は、鋳片の縦断面のサルファープリントの結果
から凝固シェル厚ｄを測定し、ｄ＝ｋ・ｔ^1/2 の式で算
出した。但しｔは時間（min)である。

【００４３】凝固パウダー平均厚さは、鋳造後に鋳片表
面から回収した凝固パウダー重量を測定し、鋳片表面上
の厚さに換算して求めた。鋳片表面の縦割れ指数は、単
位面積当たりの縦割れの長さによって求めた。等軸晶率
は、鋳片縦断面のマクロ組織から鋳片断面における等軸
晶の占める面積割合で求めた。

【００４４】

【表２】

【００４５】表２に示すように、実施例の凝固パウダー
平均厚さは平均1.37mmであり、高周波コイルに通電せ
ず、メニスカス形状制御を行わなかった比較例２の0.95
mm、比較例３の0.81mmに比べて 1.4〜1.7 倍の厚さが得
られた。この結果から、本発明方法では効率よくメニス
カス形状制御が行われ、溶融パウダーの流入量が増加し
ていることが確認された。

【００４６】凝固係数を見ると、実施例では14 mm/min
であり、比較例２の 20 mm/min、比較例３の 23mm/min
に比較して低くなっている。即ち、実施例では緩冷却作
用が助長されていることがわかる。これは、溶融パウダ
ー流入量が増加して、凝固シェルと鋳型間の伝熱抵抗が
増加するとともに、溶鋼に誘起された誘導電流によって
ジュール熱が発生したことによると考えられる。

【００４７】実施例では鋳片の表面欠陥はほとんど認め
られず、縦割れ指数が 0.2のきわめて良好な鋳片が得ら
れた。これに対し、比較例２では鋳片調査の結果、焼き
付きによると思われる鋳型内での拘束性の初期凝固シェ
ル破断が数ヵ所認められ、縦割れ指数も実施例より高い
1.3 であった。また、比較例３ではおよそ３割の割合で
拘束性のブレークアウトが発生し、鋳片表面には割れの
欠陥が多く、縦割れ指数も実施例より高い 2.7であっ
た。この結果から、実施例では溶融パウダーが凝固シェ
ルと鋳型との隙間に十分供給され、その潤滑作用、緩冷
却作用が助長されて鋳片の焼付き、拘束性のブレークア
ウトおよび鋳片表面欠陥の発生が防止されていることが
わかる。

【００４８】実施例で得た鋳片内部には中心偏析は認め
られず、等軸晶率は62％であった。

【００４９】これに対し、低周波コイルに通電せず、電
磁攪拌を行わなかった比較例１では鋳片内部に若干の中
心偏析が認められ、等軸晶率は24％であり、比較例３で
は中心偏析が認められ、等軸晶率はわずかに19％であっ
た。

【００５０】この結果から、本発明方法では溶鋼メニス
カス近傍の溶鋼内部に効率よく電磁力が印加されて電磁
攪拌が行われ、溶鋼成分、溶鋼温度の均一化が促進され
て、等軸晶生成領域が拡大し、中心偏析などの内部欠陥
のない鋳片を製造できていることがわかる。

【００５１】なお、高周波コイルにだけ通電して、メニ
スカス形状抑制だけを行った比較例１の凝固パウダー平
均厚さは1.25mm、凝固係数は18mm/min、縦割れ指数は
0.9であり、実施例より若干劣る結果となっている。

【００５２】低周波電流用コイルにだけ通電して、電磁
攪拌だけを行った比較例２の等軸晶率は54％であり、実
施例の62％に比べ若干低くなっている。この結果から、
高周波コイルと低周波コイルとに同時に通電してメニス
カス形状制御と電磁攪拌とを同時に実施することによ
り、表面性状および内部品質が共に良好な鋳片を製造で
きることがわかる。

【００５３】

【発明の効果】本発明方法によれば、鋳型内壁に接する
溶融金属メニスカスおよびその近傍の溶融金属内部に効
率よく電磁力を印加することができる。したがって、鋳
型と凝固シェル間の溶融パウダー流路を制御して、鋳造
条件に応じた溶融パウダーの流入量を確保することがで
き、溶融パウダーの潤滑作用、緩冷却作用を助長するこ
とができる。また同時に電磁攪拌を効率的に行うことが
でき、等軸晶生成領域を拡大することができる。これに
よりパウダー物性の使い分け操作を行わずとも鋳込み初
期の安定鋳造あるいは高速鋳造が可能になり、表面性
状、内部品質ともに良好な鋳片を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に用いる連続鋳造装置の一例の鋳型
部分の構造を示す一部破断斜視図である。

【図２】鋳型と凝固シェルとの間に溶融パウダーの一部
が流入する状態を示す鋳型の半分の垂直断面図であり、
(a) 図は電磁力を印加する本発明方法の場合、(b) 図は
電磁力を印加しない従来法の場合である。

【図３】本発明方法の実施に用いる連続鋳造装置の一例
における、スリットの作用を説明する図で、(a) 図は鋳
型の右半分の垂直断面図、(b) 図は水平断面図である。

【図４】電磁力印加によるメニスカス湾曲の原理を説明
する図である。

【図５】電磁力印加によりメニスカス形状制御を行う連
続鋳造装置の従来例を示す図である。

【符号の説明】

1：スリット、 2：鋳型、 3, 3a, 3b ：コイル、 4
：浸漬ノズル、5：溶融金属、 6：パウダー、 7：凝固
シェル、 8：メニスカス、9：溶融パウダー、 10：凝
固パウダー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳造方向に延びる複数のスリットを有する
   内部水冷構造の鋳型の外周の、少なくとも上記鋳型内の
   溶融金属のメニスカスレベルに相当する部分に、それぞ
   れ複数ターンの二重螺旋状に周回させた２種類の通電コ
   イルを配置した装置を用い、上記通電コイルの一方に高
   周波交流電流を、他方に低周波交流電流を通電し、鋳型
   内壁に接する溶融金属のメニスカスおよびその近傍の溶
   融金属内部に電磁力を印加しながら鋳造を行うことを特
   徴とする金属の連続鋳造方法。