JPH0810917A - 溶融金属の連続鋳造方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】連続鋳造の高速化と、鋳片の表面性状および内
質の改善。 【構成】(1) 鋳型内の溶融金属に静磁場を印加して鋳型
内の溶融金属の流れを制御する連続鋳造方法において、
静磁場を印加する鋳型内領域を垂直方向に下記の上段
（Ｕ）、中段（Ｍ）および下段（Ｌ）に区分し、各段ご
とに静磁場強度を調整することを特徴とする連続鋳造方
法。 上段Ｕ：メニスカスを含み、浸漬ノズルからの吐出流路
を含まない上方部分 中段Ｍ：浸漬ノズルからの吐出流路を含む中間部分 下段Ｌ：浸漬ノズルからの吐出流路を含まない下方部分 ただし、吐出流路とは、静磁場を印加しないときの浸漬
ノズルから吐出された溶融金属が鋳型短辺の側壁に衝突
するまでの流路である。 (2) 上記の鋳型内領域の上段、中段および下段に対応す
る鋳型長辺の両側壁外面位置に、異極が対向して対をな
す３対の磁石を配置した連続鋳造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、導電性溶融金属の連
続鋳造に際し、鋳造の高速化および鋳片表面の性状と鋳
片内質の改善を可能にする鋳型内溶融金属の流れの制御
方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属の連続鋳造においては、浸漬ノ
ズルから溶融金属を鋳型内に吐出させる注入方法が一般
に行われている。特に、スラブ鋳片の連続鋳造では、鋳
型長手方向に均一に溶融金属を注入するため、図４に示
すように、浸漬ノズル２から鋳型短辺側壁１Ｂに向けて
溶融金属を吐出させる。この吐出流17が鋳型短辺側壁１
Ｂに突き当たると、反転して二次上昇流18と二次下降流
20を生ずる。

【０００３】鋳造速度を大きくすると、単位時間当たり
の溶融金属注入量が増えるので、吐出流17の鋳型短辺側
壁１Ｂへの衝突流速が大きくなり、凝固シェル10の厚さ
が薄くなって、鋳片11の表面割れやブレークアウトの危
険性が増大する。また、二次下降流20の流速も大きくな
り、その流れに随伴して非金属介在物やノズル詰まり洗
浄用に吹き込む不活性ガスが下降し、鋳片内部に気泡と
して捕捉される。

【０００４】さらに、鋳造速度が大きい場合は、二次上
昇流18も強まるので、固体パウダー12の溶解には有利で
あるが、メニスカス流19の変動、それに伴う湯面変動が
増加するため、溶融パウダー13がメニスカス９の直下で
巻き込まれ、鋳片表皮近傍に捕捉される。鋳片11に捕捉
された介在物や気泡は、冷延コイルのスリバー疵、ヘゲ
疵、ピンホール等の表面欠陥の発生原因となる。

【０００５】上記のような問題への対策として、静磁場
を利用して溶融金属に制動力を与える技術の開発が進め
られてきた。

【０００６】例えば、特公平２−20349 号公報には、静
磁場を浸漬ノズルからの溶融金属吐出流を含む局部位置
に印加することを特徴とする方法と装置が開示されてい
る。

【０００７】この方法では、浸漬ノズルからの吐出流の
流速を遅くすることができるので、高速鋳造下でも鋳片
のブレークアウトの発生を防止できる。しかし、吐出流
のみに静磁場を印加すると、印加領域を迂回する強い上
昇流と下降流が生じ、非金属介在物や気泡を分離するの
に十分な効果は得られない。

【０００８】特公平５−55220 号公報には、静磁場を浸
漬ノズルからの溶鋼吐出流路を含まない上・下２段の鋳
型長辺全幅領域に印加することを特徴とする方法と装置
が開示されている。この方法では、浸漬ノズルからの溶
鋼吐出流が鋳型短辺に衝突して生ずる二次上昇流および
二次下降流を抑制できるので、非金属介在物や気泡が効
果的に分離できる。しかし、浸漬ノズルからの溶鋼吐出
流が鋳型短辺に衝突する流速が大きく、鋳片短辺側の凝
固シェルを再溶解する可能性が大きくなるので、凝固シ
ェルの厚さの不均一を招きがちである。吐出流の衝突流
速が大きくなり過ぎると鋳片がブレークアウトするの
で、鋳造速度の高速化には限界があると考えられる。

【０００９】特開平２−284750号公報には、静磁場を浸
漬ノズル吐出孔を含む鋳型長辺全幅領域、または吐出孔
の上下の鋳型長辺全幅に印加することを特徴とする方法
が開示されている。吐出孔を含む領域に印加する方法で
は精密な流動制御は行えず、前記特公平２−20349 号公
報の方法と同様の問題が生じる。また、吐出孔の上下領
域に印加する方法では、前記特公平５−55220 号公報記
載の方法と同様の問題が生じる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、溶融
金属の連続鋳造に際し、鋳型内溶融金属に効果的に静磁
場を印加して溶融金属の流れを制御し、高速鋳造条件下
でも鋳片のブレークアウトを発生させることなく、表面
性状および内質が良好な鋳片を製造できる溶融金属の連
続鋳造方法と装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
(1) の連続鋳造方法および(2) の連続鋳造装置にある。

【００１２】(1) 鋳型内の溶融金属に静磁場を印加して
鋳型内の溶融金属の流れを制御する連続鋳造方法におい
て、静磁場を印加する鋳型内領域を垂直方向に下記の上
段、中段および下段に区分し、各段ごとに静磁場強度を
調整することを特徴とする連続鋳造方法。

【００１３】上段：メニスカスを含み、浸漬ノズルから
の吐出流路を含まない上方部分 中段：浸漬ノズルからの吐出流路を含む中間部分 下段：浸漬ノズルからの吐出流路を含まない下方部分 ただし、吐出流路とは、静磁場を印加しないときの浸漬
ノズルから吐出された溶融金属が鋳型短辺の側壁に衝突
するまでの流路である。

【００１４】(2) 上記の鋳型内領域の上段、中段および
下段に対応する鋳型長辺の両側壁外面位置に、異極が対
向して対をなす３対の磁石を配置した連続鋳造装置。

【００１５】上記(2) の装置で使用する磁石は、電磁石
でも永久磁石でもよい。電磁石の場合は、Ｅ型鉄芯を持
つ電磁石を使用することができる。

【００１６】

【作用】図１は、本発明の溶融金属の連続鋳造方法を説
明する鋳型短辺中心縦断面図である。装置は後述する本
発明の装置であり、鋳型１の鋳型長辺の両側壁外面の上
・中・下各段の３段に、各段で異極が対向する磁石（電
磁石または永久磁石）が設けられている。

【００１７】上記の３段の領域は、静磁場を印加しない
通常の鋳造状態に基づいて定められる。即ち、前述の図
４中に破線で示すように、吐出流17が斜め下方に進行
し、鋳型短辺側側壁に衝突するまでの流路を「吐出流
路」と定義し、中段Ｍは、この吐出流路の少なくとも一
部を含む位置に設定する。

【００１８】上段Ｕは、吐出流路を含まず、それよりも
上方にあり、かつ鋳型内溶融金属８のメニスカス９を含
む領域、すなわちメニスカス流19を含む領域である。下
段Ｌは、吐出流路を含まず、上記中段Ｍより下方の領域
である。

【００１９】図１中に破線で示したのが、上記のように
設定した上・中・下各段の３段の領域である。ここで
は、浸漬ノズル２からの吐出流17は、中段の静磁場の作
用により、水平方向に向きを転じている。

【００２０】各段の領域を含むように鋳型外部に設置さ
れた３対の磁石によって、各段に発生する静磁場強度を
各段ごとに調整するのが本発明方法の特徴であり、それ
によって、各段ごとに溶融金属の流れを適正に制御する
ことができる。例えば、３段の磁場強度を等しくもよい
し、中段の静磁場を上、下段のそれよりも弱く、あるい
は強くしてもよい。これらの条件を変えることによっ
て、後に実施例で詳しく説明するように、それぞれ異な
った優れた効果が得られる。

【００２１】図１に模式的に示すとおり、上・中・下に
静磁場を印加したときの鋳型内溶融金属の流れは次のよ
うになる。吐出流17は、中段磁極中心線15Ａの位置で吐
出流17の垂直方向成分の流速が抑制され、静磁場強度が
低い領域に沿って吐出抑制流17Ａがほぼ水平方向に生ず
る。このとき、鋳造速度に応じて中段静磁場強度を調整
すると、鋳造速度が高速化しても鋳型短辺側壁１Ｂに衝
突する吐出抑制流17Ａの流速を、凝固シェル10の再溶解
が防止され、かつメニスカス近傍の凝固シェル10や溶融
パウダー13に熱を供給する二次上昇流18が確保できる流
速まで、適度に抑制することができる。

【００２２】これにより、凝固シェル厚さの不均一化に
基因する鋳片11の割れやブレークアウトを防止すること
ができる。また、メニスカス温度の低下によるメニスカ
スシェルの過度の成長、溶融パウダー13の非金属介在物
吸収能の低下が抑制され、二次上昇流18に随伴して浮上
する非金属介在物や気泡が鋳片11の表皮近傍に捕捉され
るのを防止することができる。

【００２３】二次上昇流18は、ほぼ垂直上方に上昇し、
静磁場強度が調整された上段磁極中心線14Ａの位置で、
流速が適度に抑制される。そして、二次上昇抑制流18Ａ
はメニスカス近傍で水平方向に転じて流速変動のない弱
いメニスカス流19を生ずる。

【００２４】これにより湯面変動が抑制され、溶融パウ
ダー13の巻き込みを防止することができる。

【００２５】吐出抑制流17Ａが鋳型短辺側壁１Ｂに衝突
し反転して生ずる二次下降流20は、垂直方向に下降し、
中段磁極中心線15Ａの位置で弱い二次下降抑制流20Ａを
生じる。この抑制流は、静磁場強度が調整された下段磁
極中心線16Ａの位置で失速する。これにより、二次下降
流20に随伴して下降する非金属介在物や気泡が鋳片11の
内部に侵入し、浮上しないまま捕捉されるのを防止する
ことができる。

【００２６】上述したように、本発明方法によれば、鋳
造速度の高速化に柔軟に対応して、鋳型内溶融金属に所
定の流れを形成することができる。そして、鋳造速度を
高速化しても鋳片のブレークアウトを発生させることな
く、表面性状、内質が良好な鋳片を製造することができ
る。

【００２７】次に、本発明の連続鋳造装置について説明
する。

【００２８】図２は、本発明装置を説明する鋳型長辺中
心縦断面図である。図中、左右に示す鋳型１の長辺側壁
１Ａの外面に近接させ、鉄芯３Ｂの磁極面が水平方向に
延びる電磁石３を対向させて配置する。この磁極面は鋳
型長辺側壁１Ａの全幅に設けるが、浸漬ノズル３の左右
半幅に二分割してもよい。そして、電磁石３のコイル３
Ａが、例えば巻き方向が同一方向の場合は、コイル電流
を同一方向に流し、鋳型を挟んで対向する磁極の極性を
異極にする。

【００２９】各電磁石３は、電磁石の磁束密度を調整す
るための可変抵抗器５のようなコイル電流制御装置を備
えており、コイルに流す電流を調整して対向する異極の
磁極間に一定強度の静磁場が生ずるようにする。

【００３０】図２に示したのは電磁石を用いた装置であ
るが、電磁石に代えて永久磁石を用いてもよい。永久磁
石を用いる場合は、各段ごとに予め定められた静磁場強
度に応ずる磁束密度を有する永久磁石の異極を、各段ご
とに対向させればよい。

【００３１】図３は、本発明の装置の他の態様を説明す
る鋳型短辺側の側面図である。図示のように、Ｅ型鉄芯
の上・中・下段水平部４Ｂが、前述の上・中・下段の位
置に来るように設計し、各水平部４Ｂにコイル４Ａを巻
き付ける。

【００３２】このＥ型鉄芯の電磁石を使用する場合は、
例えば、上・中・下段の各コイル４Ａの巻き方向が同一
方向の場合は、上・下段コイルには同一方向に、中段コ
イルには逆方向に直流を流し、Ｅ型鉄芯の磁極面が上・
下段は同極、中段は異極となるようにする。すなわち、
中段磁極を共有する上部電磁石４-1と下部電磁石４-2を
形成するのである。上・中・下段磁極の各コイル４Ａに
は、可変抵抗器５のようなコイル電流制御装置を設置す
る。

【００３３】上述のＥ型電磁石４を、鋳型１の一方側の
鋳型長辺側壁１Ａの外面に近接させ、Ｅ型鉄芯４Ｂの磁
極面が水平方向に延びるように配置する。そして、Ｅ型
鉄芯の上・中・下各段の磁極が上記一方側と異極をなす
Ｅ型電磁石４を、鋳型１の他方側の鋳型長辺側壁１Ａの
外面に、上記一方側のＥ型電磁石４と対向させて配置す
る。この対向するＥ型電磁石４の中段磁極コイル４Ａに
電源開閉器６を設けておき、直流電源を OFFにした場合
は、対向する中段磁極で発生する静磁場強度を上・下段
磁極で発生する静磁場強度より低く調整できる。また、
直流電源をONにして、中段磁極のコイル電流を強める
と、中段磁極で発生する静磁場強度が増加し、上・下段
磁極で発生する静磁場と等しくあるいはそれより高く調
整することができる。

【００３４】

【実施例】内壁寸法が長辺幅1600mm、短辺幅 270mm、高
さ 900 mm の水冷銅鋳型を備えたスラブ連続鋳造機を用
いて、低炭素アルミキルド鋼のスラブ鋳片を鋳造した。
鋳片引抜き速度は２ｍ／分（鋳造速度 5.4ｔ／分に相当
する）である。浸漬ノズルの吐出孔は鋳型短辺に対向す
る側に２孔を設けた。鋳型内溶鋼の流れ制御装置として
は、前記図３に示すＥ型鉄芯の電磁石を用いた。

【００３５】Ｅ型電磁石の３対の水平部４Ｂは、前述の
上段、中段および下段の各領域内に設置した。最大磁場
強度は、上・下段を2200ガウス一定に制御し、中段を12
00、2200、3000ガウス (case No.１、２、３) に制御し
た。

【００３６】比較例１は、吐出流路を含まない上段と下
段に静磁場を印加する方法で溶鋼流れを制御した例、比
較例２は中段だけに静磁場を印加した例である。

【００３７】吐出流が鋳型短辺側壁に衝突する衝突流速
は、中段の静磁場強度を変化させたときの流動解析シミ
ュレーションで得られる。短辺衝突流速比は、実施例の
case１の条件で得られる衝突流速を１とする相対値で表
した。

【００３８】ブレークアウト指数は、実施例のcase１の
条件で発生するブレークアウト発生回数を１とする相対
値で表した。

【００３９】メニスカス温度偏差は、モールドの 1/2厚
み位置におけるメニスカス直下10mmの温度を幅方向に測
定し、その最大温度Tmax、最低温度Tmin、平均温度Tmを
用い、〔 (Tmax−Tmin) ／Tm〕×100 により算出した値
である。

【００４０】鋳片内介在物個数指数は、顕微鏡により鋳
片内の20μｍ以上の介在物個数を計量し、実施例のcase
１の介在物個数を１とする相対値で表した。

【００４１】鋳片内気泡個数指数は、顕微鏡により鋳片
内の50μｍ以上の気泡個数を計量し、実施例のcase１の
気泡個数を１とする相対値で表した。

【００４２】表面清浄性指数は、鋳片の表面より10mm以
内の領域について、顕微鏡により20μｍ以上の介在物個
数を計量し、実施例のcase１の介在物個数を１とする相
対値で表した。

【００４３】上述の結果を表１に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】表に示すように、比較例１では鋳片のブレ
ークアウト発生回数が多くなった。

【００４６】比較例１では中段の静磁場印加を行ってい
ないので、吐出流が抑制されないまま鋳型短辺側壁に衝
突する。従って、衝突流、二次上昇流および二次下降流
の流速が大きく、この衝突流速の増大のためブレークア
ウト発生回数が増大したのである。また、二次上昇流が
大きいため、メニスカス近傍への熱供給、それによるパ
ウダー溶解の促進の面では有利となっているが、同等の
抑制効果を与える静磁場を上段に印加しても、二次上昇
流が高くなった分だけ、メニスカス流速は高くなる。

【００４７】上段静磁場強度をCase４より低くしたCase
５では、メニスカス流速はさらに高くなり、メニスカス
温度偏差が増大する。二次下降流も同様の理由で、流速
抑制が不十分となり、鋳片内部の溶融金属に非金属介在
物や気泡が侵入し、その分離効果が悪くなっている。下
段静磁場強度をCase４より低くしたCase５では、流速抑
制の効果が劣り、鋳片内介在物気泡個数が増加し、表面
性状も悪くなった。

【００４８】比較例２では、吐出流が抑制された分だけ
の溶鋼流れの制御効果しか得られないので、メニスカス
流速変動が増大し、非金属介在物や気泡の分離効果が悪
化している。

【００４９】これに対し、実施例では、吐出流、二次上
昇流、二次下降流は、それぞれの流速抑制目標に応じて
抑制されている。中段の静磁場強度をcase１→case２→
case３の順に高くするに従って、短辺衝突流速が低下
し、鋳片のブレークアウト発生回数も減少する。

【００５０】case３は、メニスカス流速変動、表面性状
がcase１、２に比べ若干劣るが、比較例１および２より
は総合的に改善されている。

【００５１】これらの結果から、上・中・下段の静磁場
強度を各段ごとに調整、制御することにより、鋳造速度
の高速化連続鋳造であっても表面性状と内質が良好な鋳
片を製造できることが確認された。

【００５２】

【発明の効果】本発明の方法と装置によれば、連続鋳造
用の鋳型内溶融金属の流れを、鋳造速度に応じて適正に
制御できるので、鋳片のブレークアウト防止と非金属介
在物や気泡の効果的な分離を両立させることができる。
従って、鋳造速度の高速化への対応が可能となり、しか
も表面性状および内質が良好な鋳片を製造することがで
きる。本発明は普通鋼の鋳造のみならず、ステンレス鋼
や銅のような非鉄金属のの連続鋳造にも適用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を説明する溶融金属の流れを模式的
に示した鋳型短辺中心縦断面図である。

【図２】本発明装置の一例を示す鋳型長辺中心縦断面図
である。

【図３】本発明装置の他の一例を示す鋳型短辺側の側面
図である。

【図４】従来の磁場を印加しない連続鋳造鋳型内の溶融
金属の流れを模式的に示した鋳型短辺中心縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１：鋳型 １Ａ：鋳型長辺側壁 １Ｂ：
鋳型短辺側壁 ２：浸漬ノズル ２Ａ：吐出孔 ３：電
磁石 ３Ａ：コイル ３Ｂ：鉄芯 ４：Ｅ
型電磁石 ４-1：上部電磁石 ４-2：下部電磁石 ４Ａ：
コイル ４Ｂ：Ｅ型鉄芯 ５：可変抵抗器 ６：電
源開閉器 ７：直流電源 ８：溶融金属 ９：メ
ニスカス 10：凝固シェル 11：鋳辺 12：固
体パウダー 13：溶融パウダー 14：上段磁極面 14Ａ：
上段磁極中心線 15：中段磁極面 15Ａ：中段磁極中心線 16：下
段磁極面 16Ａ：下段磁極中心線 17：吐出流 17Ａ：
吐出抑制流 18：二次上昇流 18Ａ：二次上昇抑制流 19：メ
ニスカス流 20：二次下降流 20Ａ：二次下降抑制流

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳型内の溶融金属に静磁場を印加して鋳型
   内の溶融金属の流れを制御する連続鋳造方法において、
   静磁場を印加する鋳型内領域を垂直方向に下記の上段、
   中段および下段に区分し、各段ごとに静磁場強度を調整
   することを特徴とする連続鋳造方法。 上段：メニスカスを含み、浸漬ノズルからの吐出流路を
   含まない上方部分 中段：浸漬ノズルからの吐出流路を含む中間部分 下段：浸漬ノズルからの吐出流路を含まない下方部分 ただし、吐出流路とは、静磁場を印加しないときの浸漬
   ノズルから吐出された溶融金属が鋳型短辺の側壁に衝突
   するまでの流路である。
2. 【請求項２】上記鋳型内領域の上段、中段および下段に
   対応する鋳型長辺の両側壁外面位置に、異極が対向して
   対をなす３対の磁石を配置した連続鋳造装置。
3. 【請求項３】鋳型長辺の両側壁外面に配置された磁石が
   Ｅ型鉄芯の電磁石である請求項２の連続鋳造装置。