JPH0780608A - 金属の連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 鋳型内にパウダーを効率よく供給し、鋳片の
表面性状の改善するための連続鋳造装置を提供する。 【構成】 浸漬ノズル４を介して溶融金属５が供給され
る鋳型２とこれを周回する交流電流を通電するコイル３
からなる金属の連続鋳造装置において、鋳型の上方の壁
部に多数の垂直方向のスリット１を設け、該スリットの
水平な上縁は鋳型の上縁より下方にあり、該スリットの
傾斜した下縁は鋳型の内壁側から外壁側に向かって徐々
に降下し、上記の通電コイルの最下部のターンはスリッ
トの内壁側下縁より上方に位置し、さらにスリットの内
壁側下縁を鋳型内の溶融金属の自由表面より高くなるよ
うに設定したことを特徴とする。

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、鋳型内にパウダーを効率よく供給し、鋳片の表面性
状の改善を実現するための金属の連続鋳造装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造においては、パウダーと呼ばれ
る粉末或いは顆粒状の潤滑剤をメニスカス上に投入し操
業を行っている。パウダーの一部は融解して鋳型と鋳片
との間に流入し、両者間の潤滑作用、熱緩和の役割を果
している。しかし、鋳造条件に見合った流入量を得るに
は、各々の条件に適した物性の潤滑剤を用いることが必
要となり、鋳込み初期と定常期で潤滑剤を変える等の使
い分けを行ったり、高速鋳造時には特殊な潤滑剤を用い
る等の工夫がいる。

【０００３】そこで、この流入量の制御方法に関して電
磁力を利用したいくつかの方法が提示されている。これ
らは鋳片表面と鋳型内面との間に潤滑剤を供給するた
め、メニスカス部を湾曲させる電磁力を鋳型内の溶融金
属に付与するものである。

【０００４】図２に示すように、通電コイル３に交流電
流Ｉが流れると鋳型の周囲には交流磁界Ｈが発生する。
また、この交流磁界Ｈにより鋳型内の溶解金属には誘導
電流ｉが生じる。この磁界Ｈと誘導電流ｉとの相互作用
により溶融金属には鋳型の中心方向に向かうピンチ力Ｆ
が働く。このピンチ力Ｆにより溶融金属は鋳型の中心方
向に絞られ、メニスカス部は凸状に湾曲するのである。

【０００５】特開昭５２−３２８２４号公報では、通電
コイルが鋳型の内部に鋳型内壁を包囲するように耐火物
で絶縁されて埋め込まれており、この通電コイルに交流
電流を供給することにより、メニスカス部を湾曲させ潤
滑剤の流入を促進するものである。しかしこの方法では
低周波の交流電流が鋳型内を通過するため、潤滑剤が溶
湯に巻き込まれるという問題が発生すると共に薄スラブ
の長辺側では磁場が減衰するために電磁効果が期待出来
ないという問題も生じる。

【０００６】そこで鋳型内の溶融金属に効率よく電磁力
を作用させるために、鋳型にスリットを設け、スリット
で区切られた各セグメントに誘導電流を発生させた上
で、その誘導電流によって溶融金属に二次的に電流を誘
起させる方法がとられる。すなわち、通常の鋳型では交
流磁界は鋳型外壁で減衰して中の溶融金属まで作用せ
ず、発生する誘導電流も鋳型の外壁側のみを流れること
になる。しかし、スリットを設けることにより、スリッ
トで区切られた各セグメントの外周を誘導電流が流れ
る。つまり鋳型内壁側にも交流電流が流れることにな
る。この誘導電流によって、さらに、二次的な誘導電流
が溶融金属に誘起され、電磁気力の効果を得ることがで
きる。この方法は一般にコールドクルーシブル溶解法な
どで用いられる原理である。この一例として、特開平２
−１４７１５０号公報ではスリットを有する上部テーパ
ー付き鋳型を用いる方法が提示されている。

【０００７】しかしこの方法では鋳型上部までスリット
が設けられているために強度が不足し、操業の際に熱応
力により鋳型が変形を引き起こすおそれがある。またこ
れらスリットを有する鋳型の使用においては、スリット
部への溶融金属の差し込み（以下、湯差しと言う）、こ
れによる鋳型の鋳片拘束に起因するブレークアウトの発
生等の問題が生じる。またスリット部は構造上冷却効果
が低いことから、鋳片の不均一凝固に起因する縦割れの
発生等の問題も残る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は鋳型内の溶融
金属溶湯に効果的に電磁力を印加し、鋳造条件に応じた
潤滑剤の流入量を得るとともに、割れおよびオッシレー
ションマークを低減し良好な表面性状を有する鋳片を得
ようとする際に、鋳型に設けたスリットへの湯差しを防
止するとともに、メニスカス部の磁場強度の低下を抑
え、高周波磁場を効率的に印加して前記効果を得ること
を課題とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明者らは研究と試作を重ねた結果、下記の連
続鋳造装置を開発した。すなわち、浸漬ノズルを介して
溶融金属が供給される鋳型とこれを周回する交流電流を
通電するコイルからなる金属の連続鋳造装置において、
鋳型の上方の壁部に多数の垂直方向のスリットを設け、
該スリットの水平な上縁は鋳型の上縁より下方にあり、
該スリットの傾斜した下縁は鋳型の内壁側から外壁側に
向かって徐々に降下し、上記の通電コイルの最下部のタ
ーンはスリットの内壁側下縁より上方に位置し、さらに
スリットの内壁側下縁を鋳型内の溶融金属の自由表面よ
り高くなるように設定したことを特徴とする金属の連続
鋳造装置。

【００１０】

【作 用】以下に本発明の鋳造装置を図面を用いて詳細
に説明する。図１に本発明の鋳造装置の一部断面とした
斜視図を示す。本発明の装置は鋳造方向に複数本のスリ
ット１を有する内部水冷構造の鋳型２の周囲に複数ター
ンの通電コイル３が巻かれており、鋳型２内には浸漬ノ
ズル４より溶融金属５が供給される。溶融金属５上には
粉末状または顆粒状の潤滑剤（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
ウダー浴９を形成する。溶融した潤滑剤の一部は鋳型２
と凝固シェル７との間に流れ込む。さらに鋳型にオッシ
レーションと呼ばれる微小振動を与えることにより潤滑
剤の流入を促進している。

【００１１】本発明の提供するような鋳型の周囲に通電
コイル３を配した装置では、コイルに交流電流（例えば
１ＫＨｚ以上の高周波電流）を通電することによって、
鋳型内に磁界が形成されるとともに溶融金属に誘導電流
が発生するため、両者の相互作用によってピンチ力が生
じてメニスカスを湾曲させることができる。その際、溶
湯表面と鋳型との隙間が大きく、かつ深くなるので潤滑
剤の流入を促進することが出来るのである。さらに鋳型
内壁および凝固シェルに生じたジュール熱によって緩冷
却鋳造が実現され、オッシレーションマークの軽減など
の表面性状改善効果を有している。

【００１２】一般に交流磁場は導体によって減衰してし
まうが、その減衰のしかたは周波数が高いほど大きい。
また流れる電流も導体の表面に集中する傾向にある（表
皮効果）。つまり、周波数が低いほど溶融金属内まで電
磁場が作用し、ローレンツ力による攪拌が大きくなる上
に、溶融金属表面の振動も激しい。したがって、溶融金
属の乱れによって潤滑剤を巻き込み易くなる。逆に溶融
金属に作用する電磁力は、周波数が高いほど溶融金属の
表面近傍に集中する。したがって、溶融金属の攪拌が起
こりにくくなり、潤滑剤の巻き込みなどのトラブルを起
こしにくい。このため、本発明の連続鋳造装置では、交
流電流の周波数を少なくとも１ＫＨ_Zとすることが望ま
しい。

【００１３】図４のような従来のスリット付鋳型では、
前述のように凝固開始点がスリット部に位置するため前
述のように湯差しがしばしば発生し、凝固シェルを拘束
してブレークアウトを引き起こすほか、スリット部の冷
却が局所的に遅れることから不均一冷却による割れの発
生等、操業上、品質上の問題が起こる。

【００１４】この問題を解決するため、本発明はメニス
カスをスリット下端よりも下方に維持して操業すること
で湯差しを防止しようとするものである。しかしスリッ
トの無い箇所では鋳型による磁場の損失が大きく、鋳型
内の溶融金属に対し有効な磁場強度を得ることが難しい
か、非常に高出力の電源を要し、効率の悪化は避けられ
ない。

【００１５】そこで、鋳型内壁側のスリット長を鋳型外
壁側のそれよりも短くして、スリットの縦断面形状を図
１中に斜線で示すような形状とすることで、スリット下
縁以下の箇所においても品質改善効果を発揮するに充分
な磁場強度を得るとともに、さらに本発明者らの得た知
見によると、コイル３を前記内壁側スリット下縁よりも
上方に設置することで、メニスカス近傍でより大きな磁
場強度が得られ、消費電力に対する効率をあげることが
可能となる。

【００１６】図３に本発明者らが測定したオフラインで
のメニスカス近傍の磁束密度の大きさとコイル下端から
スリット下縁の距離ｈとの相関を示す。この磁場計測の
結果からも分かるように、具体的にはコイル３の下端と
前記鋳型内壁側スリット下縁との距離が１０〜４０ｍｍ
に設置されるのが望ましい。またｈをコイルの高さ以上
にとると、磁場強度は低下する一方で効果的でない。

【００１７】また、メニスカスレベルは鋳型内壁側スリ
ット下縁に極力近いのが望ましいが、湯面変動などの不
安定要素を考慮すると下端以下１０ｍｍ以内に維持する
のが妥当であり、この程度ならば磁場強度の損失もさほ
ど大きくなく問題はない。

【００１８】以上のような本発明の提供する連続鋳造方
法によって、湯差しや不均一冷却を生ずること無く、鋳
型内の溶融金属に高周波電磁場を作用させることがで
き、潤滑剤消費量を任意に制御するとともに緩冷却効果
によって良好な表面性状を有する鋳片の製造が可能とな
る。

【００１９】なお前述のこれらの効果は鋼種を問わず得
られることは言うまでもない。また図には鋳型断面が円
形のものを示したが、これは長方形、正方形であっても
何等問題はない。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明を添付図面およびデータに基
づいてさらに詳細に説明する。 ［実施例１］図１に示した本発明の装置を用いて丸断面
鋳片の製造を行った。装置諸元、条件は下表のとおりで
ある。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】鋳造は溶鋼を浸漬ノズルで鋳型内に供給し
つつ、上部には連続鋳造用パウダーを投入し、１.５ｍ
／ｍｉｎの速度で１２０秒間引き抜きを行った。このと
きスト ローク６ｍｍで１７０ｒｐｍの鋳型振動を与え
ながら鋳造した。

【００２５】鋳造された鋳片は表面欠陥は認められず良
好なものであった。実験中に鋳型下部で回収した凝固パ
ウダーの厚みは平均１.３１ｍｍであった。また鋳造中
にＦｅ−Ｓを添加し、サルファープリントから凝固シェ
ル厚を測定して算出した凝固係数ｋは約１９（ｍｍ／ｍ
ｉｎ^0.5）であった。なお、凝固係数ｋは凝固シェルの
成長速度の大きさを表す指標で、次の式で定義され、サ
ルファープリントを行うことによって凝固シェルの形状
を知ることができるので、これから凝固係数を算出する
ことができる。

【００２６】

【数１】 ｋ＝ｄ／√ｔ （ｄ：凝固シェル厚（ｍｍ）、ｔ：時間（ｍｉｎ））

【００２７】［比較例１］実施例１の装置を用い、メニ
スカスレベルを内壁側スリット下縁より２５ｍｍ上方と
し、コイル下端が内壁側スリット下縁より１５ｍｍとな
るように設置して鋳造を行った。その他条件は実施例１
と同様とした。

【００２８】実施した鋳造のうち２割は湯差しによる拘
束性ブレークアウトのために失敗した。成功した鋳造か
ら得られた鋳片について、実施例１と同様な調査をした
ところ、凝固パウダーの厚みは１.３６ｍｍ、凝固係数
は１７（ｍｍ／ｍｉｎ^0.5）と低下し、オッシレーショ
ンマークも低減しているところから緩冷却鋳造となって
いたと考えられるが、表面にはスリットへの湯差しの条
痕およびこれによって拘束されて起こったと考えられる
シェル破断の痕跡が数カ所認められた。

【００２９】なお、Ｃ濃度が０.１〜０.１８％程度の鋼
種は凝固の際の収縮量が大きく、鋳造時にシェル変形を
起こし易い。そのため、周方向でシェルが均一に成長せ
ず部分的に非常にシェル厚の薄い個所が発生する。さら
に、いったん薄い部分ができるとその部分の成長はどん
どん遅れていってしまう。この部分は当然シェル強度が
弱く、溶鋼静圧がかかる上に凝固収縮による引っ張りも
加わってシェルが縦方向に裂けてしまう。これが、縦割
れ性のブレークアウトである。

【００３０】［比較例２］高周波電磁場を印加せず、通
常のスリットの無い鋳型を用いて鋳造を行った。その他
鋳型条件及び鋳造条件は実施例１と同様とした。また、
実施例と同様な調査をしたところ、凝固パウダーの厚み
は０.８７ｍｍ、凝固係数は２２であった。５回実施し
た鋳造実験のうち、３回は縦割れ性のブレークアウトに
より中断した。また得られた鋳片の表面には縦割れとデ
ィプレッション（不均一凝固によるへこみ）が認められ
た。その結果を表４に示す。

【００３１】

【表４】

【００３２】

【発明の効果】本発明の装置により、電磁力の印加によ
って、鋳型と凝固シェル間の流路を制御し、鋳造条件に
応じた潤滑剤の流入量を確保するとともに、鋳型の変形
を防ぎ、湯差しや、縦割れの無い良好な表面性状を持つ
鋳片の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の連続鋳造装置の一部断面斜視図であ
る。

【図２】電磁力の作用により溶融金属の自由表面が凸レ
ンズ状に湾曲する原理を示す説明図である。

【図３】通電コイル３の位置と磁束密度の大きさの相関
関係を示す図である。

【図４】従来の電磁力を利用した連続鋳造装置の一例の
断面図である。

【符号の説明】

１ スリット ２ 鋳型 ３ 通電コイル ４ 浸漬ノズル ５ 溶融金属 ６ 潤滑剤（パウダー） ７ 凝固シェル ９ 溶融パウダー浴

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 浸漬ノズルを介して溶融金属が供給され
   る鋳型とこれを周回する交流電流を通電するコイルから
   なる金属の連続鋳造装置において、鋳型の上方の壁部に
   多数の垂直方向のスリットを設け、該スリットの水平な
   上縁は鋳型の上縁より下方にあり、該スリットの傾斜し
   た下縁は鋳型の内壁側から外壁側に向かって徐々に降下
   し、上記の通電コイルの最下部のターンはスリットの内
   壁側下縁より上方に位置し、さらにスリットの内壁側下
   縁を鋳型内の溶融金属の自由表面より高くなるように設
   定したことを特徴とする金属の連続鋳造装置。