JPH06190509A

JPH06190509A - 金属の連続鋳造装置

Info

Publication number: JPH06190509A
Application number: JP34570792A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Tanaka; 努田中; Masaru Yoshida; 勝吉田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1994-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】鋳片の表面品質向上と鋳造の高速化が可能な連
続鋳造装置の提供。【構成】１．鋳型(2) の上部に長さが異なる複数の縦方
向スリット(4) で絶縁された内部水冷構造のセグメント
(5) を設け、その外周に通電コイル３を周回した連続鋳
造装置。２．上記の縦方向スリット(4) の長さが一定で、コイル
の周回ピッチが鋳型下方に向かって漸次大きくなってい
る連続鋳造装置。【効果】コイルに高周波電流を流すと、メニスカス(7a)
が効率よく湾曲され、溶融パウダー(8b)の流入が促進さ
れて、高速鋳造時のパウダー流入不足を解消できる。ま
た、誘導電流のジュール熱による加熱が、鋳型下方にな
るにつれて緩やかに減衰し、凝固シェル(7b)が緩冷却さ
れて急激な凝固収縮にともなう表面割れの発生を回避で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、溶融金属を連続鋳造
した際に発生する鋳片の凝固初期における表面割れを防
止するとともに、鋳造の高速化を可能にする連続鋳造装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造における鋳片の品質向上と鋳造
の高速化を図るために、特に鋳型内溶融金属の凝固初期
において電磁力を利用する方法が種々提案されている
（特開昭52− 32824号公報、特開昭62−230459号公報、
特開平２−147150号公報など）。

【０００３】図７は、特開昭52− 32824号公報に開示さ
れている鋳造鋳型の縦断面図である。図示のとおり、鋳
型２を周回し、耐火物基体６で電気絶縁された通電コイ
ル３に交流電流を供給する。このとき溶融金属７に磁気
圧力が作用して溶融金属のメニスカス7aを湾曲させ、鋳
型−凝固シェルの間隙に潤滑剤である溶融パウダー8bの
流入が促進されるとともに、鋳型−凝固シェル間の接触
圧力が軽減される。また溶融金属７および凝固シェルに
誘導電流によるジュール熱が発生して凝固が緩やかに進
行する。したがって、高速鋳造にともなうパウダー流入
不足、あるいは急激な凝固収縮による表面割れなどの問
題を解決できる。しかし、この方法で低周波電流を通電
すると電磁攪拌の作用が顕著となり、溶融パウダーの溶
融金属中への巻き込みが生じやすくなる。また、例えば
薄スラブの長辺側では磁場が透過するために、電磁気効
果が低下するという問題が生じる。さらに、1000 Hz 程
度の交番電流を用いると、鋳型内で磁場が減衰し溶融金
属に対して電磁気的作用を及ぼすことができない。

【０００４】図８は、特開昭62−230459号公報に開示さ
れている鋳造鋳型の斜視図である。

【０００５】図９は、図８に示す鋳型を用い、パウダー
を使用しないで行う連続鋳造を説明する縦断面図であ
り、左半分は磁場を印加しない場合、右半分は磁場を印
加した場合である。図示のとおり、鋳型２は周方向に複
数の弓形部材に分割され、マイカシート９で電気絶縁さ
れている。弓形部材は、鋳型２のリムと絶縁材のペグ10
とを貫通するステンレス鋼ピン11で互いに固定されてい
る。この鋳型を用いる鋳造方法は、浸漬ノズル１から鋳
型２に注入した溶融金属７に低周波交流電流を印加した
場合に発生する磁気圧力を利用してメニスカス7aを湾曲
させ、鋳型による１次冷却領域（図中h₁で示す）をでき
るだけ狭く、すなわちh₂＜h₁として冷却水による２次冷
却だけで鋳造を行うことにより、鋳造にともなう凝固シ
ェル7bの抜熱速度の変動を回避して鋳片肌の品質改善を
図るものである。このとき、鋳型が分割されているので
鋳型の内部に誘導電流が発生する。したがって、低い通
電コイル供給電圧でメニスカス形状を制御でき、電力消
費量が低減される。

【０００６】上記の装置は、比較的密度が小さく、かつ
熱伝導度と電気伝導度に優れた融点の低いアルミニウム
などの鋳造に対しては優れた品質改善効果を発揮すると
考えられる。しかし、熱伝導度と電気伝導度が低く、し
かも高融点で密度が大きい鋼などの鋳造の場合は、鋳型
が内部冷却されていないので、鋳型の焼き付きが問題に
なるとともに、仮に鋳造が可能だとしても初期凝固シェ
ルの破断を避けるために鋳造速度を小さくしなければな
らない。この問題を回避するため、鋳型による一次冷却
を強化しようとしても、分割された弓形部材の固定手段
が鋳型の周方向に設けられているので、周方向で均一な
冷却が行える内部冷却構造を備えることができないとい
う問題もある。

【０００７】図10は、特開平２−147150号公報に開示さ
れている鋳造鋳型の縦断面図である。図示のとおり、こ
の鋳型２は上部に縦方向のスリット４を有する上広がり
のテーパー部が設けられている。このテーパー部外周の
通電コイル３により高周波磁場を溶融金属７に作用させ
て溶融金属７の頂部をテーパー状の鋳型壁から離れて自
立させ、溶融パウダー8bの流入促進を図っている。しか
し電磁鋳造操作の初期においては、溶融金属頂部を安定
して自立させることは通常難しく、凝固シェル7bがテー
パー状鋳型壁上に形成されるようなことが起こると凝固
シェルの破断を招く恐れがある。また、鋳型がその最上
部端面までスリット４でセグメント５に分割されている
ので、鋳型における磁力線の減衰を低減できる利点はあ
るが、熱変形に対して強度的に弱い鋳型構造になってい
る。さらにスリット４の下端より下方では磁束密度が顕
著に減衰するので、凝固初期の凝固シェルの冷却速度が
大きくなるという問題が生じる。これは、特に凝固にと
もなう収縮変形の大きな鋼種、例えばＣの含有量が0.08
％程度の包晶鋼などの鋳造の際に凝固シェルの破断の原
因となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、溶融
金属の連続鋳造において、鋳型と初期凝固シェルに高周
波磁場を効率よく、かつ鋳造方向に段階的に変化させて
印加し、溶融パウダーの流入量と鋳片表皮の冷却速度の
制御性を向上させることにより、鋳造の高速化と鋳片表
皮の品質改善、特に表面割れの発生防止を可能にする金
属の連続鋳造装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願の第一発明の要旨
は、『溶融金属を鋳型に供給する耐火物製浸漬ノズル
と、溶融金属を凝固させる内部水冷構造の金属製鋳型
と、この鋳型を周回して高周波電流を通す通電コイルと
を備えた金属の連続鋳造装置であって、前記鋳型はその
上部に鋳型方向に延び、かつ長さが異なる複数のスリッ
トにより、互いに絶縁された内部冷却可能な構造のセグ
メントを有することを特徴とする金属の連続鋳造装置』
にある。

【００１０】本願の第二発明の要旨は、『溶融金属を鋳
型に供給する耐火物製浸漬ノズルと、溶融金属を凝固さ
せる内部水冷構造の金属製鋳型と、この鋳型を周回して
高周波電流を通す通電コイルとを備えた金属の連続鋳造
装置であって、前記鋳型はその上部に鋳型方向に延び、
かつ長さが等しい複数のスリットにより、互いに絶縁さ
れた内部冷却可能な構造のセグメントを有し、前記通電
コイルはこのセグメント部分を上部から下部に向かって
ピッチが大きくなるように螺旋状に周回して配置されて
いることを特徴とする金属の連続鋳造装置』にある。

【００１１】以下、本発明による連続鋳造装置の構成を
図面を用いて説明する。

【００１２】図１は第一発明の連続鋳造装置の一部縦断
斜視図であり、図２はその装置の鋳型に設けたスリット
の配置を説明する斜視図である。

【００１３】図１に示すように、この鋳造装置では鋳型
２の上部に鋳造方向に延び、かつ長さが異なる複数のス
リット４により絶縁された内部冷却構造のセグメント５
が形成されている。この図の鋳型では、セグメント部分
を螺旋状に周回する通電コイル３のピッチは等間隔
（C₀）となっているが、このピッチを後述する第二発明
の装置のように、下方に向かって拡大する構造にしても
よい。

【００１４】鋳型には、図２に示すように、長さ(L_n)
が異なる複数のスリット４が周方向に等間隔に配置され
ている。この図には短スリット (長さL₁) 、長スリット
(長さL₂) が交互に配列された例を示したが、３種類以
上の長さの異なるスリットを交互に配置してもよい。各
スリット４の上端位置を等レベルに揃えておけば、鋳型
の下方ほど水平断面におけるスリットの数が減り、従っ
て、スリットで分割されるセグメント数が段階的に減少
することになる。

【００１５】図２に示すように、スリット４の上端が鋳
型２の上端面まで延びていない場合は、鋳型２の上端は
一体として連結されたものとなり熱変形に対する鋳型２
の機械的強度が高くなる。従って、この構造は溶鋼など
の高融点金属の鋳造には望ましい。低融点金属の鋳造で
はスリット上端が鋳型２の上端面まで延びていても支障
はない。

【００１６】図３は、第二発明の連続鋳造装置の一部縦
断斜視図、図４は、その装置の鋳型に設けたスリットの
配置を説明する斜視図である。

【００１７】図示のように、この鋳造装置では鋳型２の
上部に鋳造方向に延び、長さが一定(L₀)のスリット４に
より絶縁された内部水冷構造のセグメント５が形成され
ており、その周囲に通電コイル３が螺旋状に巻かれてい
る。このコイルの間隔 (周回ピッチ、C₁、C₂、C₃・・
・) は下方ほど広く取る。即ち、C₁＜C₂＜C₃＜・・・と
し、鋳造方向に単位長さ当たりのコイル巻き数が緩やか
に減少するように配置されている。図４に示すスリット
上端の構成は、前述の図２の場合と同じである。

【００１８】

【作用】まず、上記第一発明の装置を用いて連続鋳造を
行う場合の操作と作用効果を説明する。

【００１９】図５は、第一発明の連続鋳造装置の一例を
示す図で、（ａ）の右半分は長スリット部、左半分は短
スリット部の縦断面図、（ｂ）の上半分および下半分は
それぞれ（ａ）のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ水平断面図であ
る。

【００２０】図示のように、鋳型２内には浸漬ノズル１
を介して溶融金属７が連続して供給される。溶融金属７
の表面には潤滑、保温および酸化防止などを目的とした
パウダー８が供給される。パウダー８は、表層では溶融
していないが、溶融金属７に近いところではパウダー焼
結層8aとなり、一部は高温の溶融金属７と接触して溶融
パウダー8bが形成される。そして鋳型壁面に冷却固着さ
れたスラグリム8dと溶融金属メニスカス7aとの間隙を介
して鋳型２と凝固シェル7bとの間隙に溶融パウダー8bを
流入させる。このとき鋳型２を上下に微小振動（オシレ
ーション）させて溶融パウダー8bの流入を促進しながら
凝固鋳片を連続的に引き抜いて鋳片を製造する。

【００２１】この連続鋳造時に、鋳型２のセグメント５
は内部冷却可能な構造であるから、鋳型による一次冷却
領域を確保することができる。したがって、高速鋳造時
における凝固初期に形成される凝固シェルを厚くするこ
とができる。なお、前記のように高融点金属の鋳造の場
合、セグメント５の上部は連結させて鋳型の熱変形を防
止するのが望ましい。これによって初期凝固シェルの破
断を防止することができる。

【００２２】上記の連続鋳造時に通電コイル３に高周波
電流を供給し、例えば、図５（ｂ）中の矢印で示すよう
に、コイル表面を右回りの電流が流れている場合を想定
する。そうすると、鋳型２のセグメント５にはそれと逆
向きの左回りの誘導電流が発生し、この誘導電流はスリ
ット４で絶縁された部分において鋳型２の内面に導かれ
る。その結果、鋳型２の壁面近傍の溶融金属７にコイル
表面と逆向きの左回り誘導電流が発生する。したがっ
て、時間的にその強度が変化する磁場を鋳型近傍の溶融
金属あるいは凝固シェルに効率よく印加することがで
き、メニスカス形状を効果的に制御することができる。

【００２３】前記のように、鋳型の水平断面のスリット
数、したがって、セグメント数は、鋳片引き抜き方向
（鋳型下方）に沿って段階的に減少していくから、鋳型
下端部近傍の薄い初期凝固シェルには緩やかに減衰する
磁場を印加することになり、初期凝固シェルの冷却速度
もゆるやかに変えていくことができる。

【００２４】前述の図３および図４に示す第二発明の連
続鋳造装置を用いた場合には、鋳型下方において単位長
さ当たりのコイルの巻き数が緩やかに減少するように構
成されているので、上記のセグメントが減少する場合と
同じように、鋳型下端部近傍では漸次減衰する磁場を印
加することになり、第一発明の装置における場合と同じ
く、薄い凝固シェルの冷却速度を緩やかに変化させるこ
とができる。

【００２５】上述のような磁場印加で生ずる誘導電流
は、第１に鋳型近傍の溶融金属あるいは初期凝固シェル
にジュール熱を発生させて初期の凝固シェルの急冷を防
止し、いわゆる緩冷却を可能にする。第２に、誘導電流
自身が形成する磁場の存在下において誘導電流が発生す
るので、溶融金属７と鋳型２との間には両者を互いに離
反する向きに作用するローレンツ力が生じ、鋳型近傍の
溶融金属メニスカス7aに、図中Ｆ_Pで示す力が作用して
メニスカスを湾曲させ、溶融パウダー8bの流入が促進さ
れる。したがって、高速鋳造でもパウダーの流入不足が
生ずるような事態を回避することができる。

【００２６】図６は、鋳造時の鋳型内面における磁束密
度の鋳造方向での変化を調べた結果を示すものである。

【００２７】図中の曲線は、一定長さ ( L_n＝120 m
m) のスリット 21 本を鋳型円周に沿って配置した場合
の磁束密度の変化を表しており、スリットが無くなる鋳
型下端部では急激に磁束密度が減衰している。このとき
スリットが存在する部分はジュール熱により加熱されて
いるのに対し、スリット下部以下の部分はジュール熱が
ほとんど発生しないので、溶融金属あるいは初期の凝固
シェルはスリット下端部近傍で急激に冷却されることに
なる。従って、初期の凝固シェルの収縮に起因する破断
が生じやすくなる。

【００２８】の曲線は、長さが異なる (L₁＝80mm、L₂
＝120mm 、L₃＝150mm)３種類のスリット各７本を鋳型円
周方向に交互に配置した場合の磁束密度の変化を表して
いる。このの曲線が示すように、同じコイル電流に対
する磁束密度の最大値は、の曲線より低くなるが、鋳
型下端近傍における磁束密度の変化は緩やかになってい
る。これは、鋳型のスリット数が、鋳型下方になるにつ
れで段階的に減少するように構成されているので、鋳型
を含む導体のインダクタンスが段階的に増加し、誘導電
流の減少が緩やかに生じるためである。

【００２９】図６のの曲線は、の場合と同じ最大磁
束密度の値を得るために、上記の鋳型を用い、コイル
電流の値をの場合の 1.5倍にしたときの磁束密度変化
を表す。との磁束密度変化を比較すると、スリット
長さが変化する鋳型を用いた場合は、鋳型下方での磁束
密度の減衰が緩やかである。従って、凝固シェルの冷却
速度（単位時間あたりの温度降下）が遅くなり、凝固収
縮にともなう割れの発生を回避することができる。

【００３０】第二発明の連続鋳造装置を用いても上記と
同様の効果が得られる。この場合、第一発明の装置に較
べて、同じ磁束密度を得るのに要するコイル電流が少な
くなるので電力の損失が少ないという利点はあるが、コ
イル電圧が上昇するのでコイルと鋳型間でのスパーク発
生に注意する必要がある。

【００３１】上述のとおり、本発明の連続鋳造位置によ
れば、鋳型への鋳片焼き付きや鋳片のブレークアウトを
発生させることなく、安定して高速鋳造を行うことがで
き、表面品質が良好な鋳片を製造できる。

【００３２】以下、本発明の装置を用いた連続鋳造の例
を説明する。

【００３３】

【実施例１】図１および図２に示した装置を用いて、円
形断面の鋳片を製造した。鋳造装置の諸元及び鋳造条件
は以下の通りである。

【００３４】1) 鋳型：内径 100mm、肉厚30mm、長さ 5
00mmの円筒形状で材質は銅 2) スリット：幅 0.1mm、長さ80mm×11本＋ 120mm×11
本＋ 150mm×11本 3) 給湯ノズル：内径30mm 4) 通電コイル：外径20mm、肉厚１mm、巻き数４ 5) 通電コイルに流れる電流の実効値：2000Ａ 6) 高周波電流の周波数：27kHz 7) 鋳造鋼種：Ｃ＝0.45％、Mn＝ 0.4％、Si＝ 0.3％、
Ｐ＝0.02％、Ｓ＝0.02％の普通炭素鋼 8) 鋳片の大きさ：直径 100mm、鋳込み長 3000mm 9) 鋳造速度：2.2 ｍ/minの高速鋳造 10) 鋳型振動：ストローク５mm、振動数 120サイクル
／分 11) 溶鋼の給湯温度：1520℃ 12) 溶融パウダーのプール厚さ：10mm 13) 溶融パウダーの組成：下記の表１のとおり

【００３５】

【表１】

【００３６】鋳造に際しては鋳型とコイルに冷却水を供
給しつつ、鋳型の下方から98mmφ×70mmのダミーバーを
供給ノズルの下端まで挿入した。その後、溶鋼を給湯ノ
ズルを介して鋳型内に供給して凝固シェルを形成させつ
つ、2.2 ｍ/minの引き抜き速度で82秒間連続して引き抜
いた。鋳造後、鋳片の表皮から５mmまでの間における縦
割れの発生頻度を調査した。その結果、１ｍあたりの縦
割れの全長は0.01ｍと非常に小さいことが判明した。ま
た鋳片の焼き付きや鋳片のブレークアウトなどのトラブ
ルは発生せず、安定して高速鋳造を行うことができた。

【００３７】なお、従来のスリットの長さが一定 ( L_n
＝120 mm) の鋳型を用いて実施例と同様の鋳造条件で鋳
造した鋳片では、１ｍあたりの縦割れの全長は 0.2ｍで
あった。また、このとき凝固シェル破断が発生しない条
件における鋳造速度の最大値は 1.5ｍ/minであった。

【００３８】

【実施例２】実施例１における項目2)、4)、5)をのぞい
て実施例１と同じ条件で鋳造を行った。実施例１と異な
る条件は以下の通りである。

【００３９】2) スリット：幅 0.1mm、長さ 120mm（一
定）×33本 4) 通電コイル：外径５mm、肉厚１mm、巻き数16、スリット上部におけるコイル間隙…１mm スリット下部におけるコイル間隙…５mm 5) 通電コイルに流れる電流の実効値： 500Ａ鋳造に際しては鋳型とコイルに常温の冷却水を供給しつ
つ、鋳型の下方から98mmφ×70mmのダミーバーを供給ノ
ズルの下端まで挿入した。その後溶鋼を給湯ノズルを介
して鋳型内に供給して凝固シェルを形成させつつ、2.2
ｍ/minの引き抜き速度で82秒間連続して引き抜いた。鋳
造後、鋳片の表皮から５mmまでの間における縦割れの発
生頻度を調査した。その結果、１ｍあたりの縦割れの全
長は0.01ｍと小さく、実施例１と同じ効果が得られた。
また、鋳片の焼き付きや鋳片のブレークアウトなどのト
ラブルは発生せず、安定して高速鋳造を行うことができ
た。

【００４０】

【発明の効果】本発明の装置を使用すれば、連続鋳造時
の鋳型内溶融金属のメニスカス形状および初期凝固シェ
ルの冷却速度を効果的に制御することができる。従っ
て、高速鋳造時でもパウダー流入不足を生じさせること
なく、鋳型への鋳片焼き付きや鋳片のブレークアウトを
発生させずに鋳造を行うことができる。例えば、鋳造速
度を従来の 1.5倍程度まで高速化でき、また鋳片の表皮
割れの発生頻度を1/20まで減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の第一発明の連続鋳造装置の一部縦断斜視
図である。

【図２】図１の装置の鋳型に設けたスリットの配置を説
明する斜視図である。

【図３】本願の第二発明の連続鋳造装置の一部縦断斜視
図である。

【図４】図３の装置の鋳型に設けたスリットの配置を説
明する斜視図である。

【図５】本願の第一発明の連続鋳造装置の一例を示す図
で、（ａ）の右半分は長スリット部、左半分は短スリッ
ト部の縦断面図、（ｂ）の上半分および下半分はそれぞ
れ（ａ）のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ水平断面図である。

【図６】スリット付き鋳型内面における磁束密度の鋳造
方向での変化を示す図である。

【図７】電磁力を利用する鋳造に用いる従来の鋳型の一
例を示す縦断面図である。

【図８】電磁力を利用する鋳造に用いる従来の鋳型の他
の例を示す斜視図である。

【図９】図８に示す鋳型を用い、パウダーを使用しない
で連続鋳造を行う例を説明する縦断面図で、左半分は磁
場を印加しない場合、右半分は磁場を印加した場合であ
る。

【図10】電磁力を利用する鋳造に用いる従来の鋳型のも
う一つの例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１：浸漬ノズル、２：鋳型、３：通電コイル、
４：スリット５：セグメント、７：溶融金属、８：パウダー、
９：冷却水通路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属を鋳型に供給する耐火物製浸漬ノ
ズルと、溶融金属を凝固させる内部水冷構造の金属製鋳
型と、この鋳型を周回して高周波電流を通す通電コイル
とを備えた金属の連続鋳造装置であって、前記鋳型はそ
の上部に鋳造方向に延び、かつ長さが異なる複数のスリ
ットにより互いに絶縁された内部冷却可能な構造のセグ
メントを有することを特徴とする金属の連続鋳造装置。
【請求項２】溶融金属を鋳型に供給する耐火物製浸漬ノ
ズルと、溶融金属を凝固させる内部水冷構造の金属製鋳
型と、この鋳型を周回して高周波電流を通す通電コイル
とを備えた金属の連続鋳造装置であって、前記鋳型はそ
の上部に鋳造方向に延び、かつ長さが等しい複数のスリ
ットにより互いに絶縁された内部冷却可能な構造のセグ
メントを有し、前記通電コイルはこのセグメント部分を
上部から下部に向かってピッチが大きくなるように螺旋
状に周回して配置されていることを特徴とする金属の連
続鋳造装置。