JPH08229651A - 鋼の連続鋳造装置及び連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 連続鋳造用鋳型の長片部材の背後に、この鋳
型を隔てて異なる磁極を相対させた少なくとも一対の電
磁石を設けて、この電磁石間に生じる静磁場により鋳型
内溶鋼の流動制御を行う鋼の連続鋳造装置において、上
記電磁石として空心のコイルを用いる。好ましくは、超
電導コイルを用いる。 【効果】 鋳型振動の振動数ｆを高めることができ、そ
のためオッシレーションマーク深さを低減させることが
できるばかりか、高スループット鋳造、高速鋳造であっ
てもネガティブストリップ率を良好な範囲に維持するこ
とができるので、鋳造の安定性を確保しかつ鋳片表面性
状を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鋼の連続鋳造、なか
でも高スループット鋳造、高速鋳造に適用して有利な鋳
造装置及び鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造においては、タンディシュ
に収容した溶鋼をその底部に設けた浸漬ノズルを通して
連続鋳造用鋳型に供給する。鋳型内において溶鋼は浸漬
ノズルの吐出口から噴出することになるが、一般にこの
溶鋼の流速は鋳造速度に比較して著しく大きいことから
溶鋼中の介在物や気泡がクレーター深くまで侵入し易
く、このような場合には鋼片の内部欠陥になるのが避け
られない。また、溶鋼の噴流のうち、特に鋳型短辺によ
り上向きになる流れ（反転流）は、モールドメニスカス
部を盛り上がらせ湯面変動を助長してモールドパウダー
を巻き込むことから、鋳造鋳片の品質や鋳造操業に著し
い悪影響を及ぼす。この湯面変動は、偏流が生じた場合
に特に著しい。したがって、かかる溶鋼噴流を制御する
方法について、研究開発が進められてきた。

【０００３】従来、浸漬ノズルからの溶鋼噴流を制御す
るには、浸漬ノズルの吐出口の形状に工夫を加えたり、
溶鋼の注入速度を低減するのが一般的であった。しかし
ながら、浸漬ノズルの吐出口の形状を単に変更したり溶
鋼の注入速度を低減するのみでは、溶鋼中に含まれる介
在物等に起因した品質欠陥を完全に防止するのは困難で
あった。

【０００４】そこで、溶鋼噴流に対して電磁気力をかけ
て、溶鋼流動を積極的に制御しようとする技術が開発さ
れ、例えば特開昭５７−１７３５６号公報には、連続鋳
造鋳型に静磁場発生装置を設置し、これによって浸漬ノ
ズルからの溶鋼の噴出流に制動を加える方法が、また、
特開平２−２８４７５０号公報には連続鋳造用鋳型の全
面に静磁場を作用させ、これによって浸漬ノズルから溶
鋼の噴出流に制動を加える技術が、それぞれ開示されて
いる。

【０００５】このような従来公知の鋳型内溶鋼の流動制
御装置は、連続鋳造用鋳型の長辺部材の背後に、この鋳
型を隔てて異なる磁極を相対させた少なくとも一対の電
磁石を設けてなるものであり、この電磁石としては、Cu
製コイルのコアに、鉄心を有する電磁石が常用されてき
た。

【発明が解決しようとする課題】鋳型内溶鋼の流動制御
装置の電磁石として、鉄心を具備する電磁石を用いるこ
とは、所望の強度の静磁場を印加するために必要とされ
てきたことである。また、従来の操業条件では、性能上
で特に問題となる点も見られなかった。

【０００６】しかしながら、近年、省エネルギーの観点
から、連続鋳造と熱間圧延との直結化を図ることが思案
されるようになり、そのため、直送圧延や熱片装入を可
能にすべく、無手入れ鋳造鋳片を高速で連続鋳造できる
ことが望まれるようになってきた。かかる要請に対応す
るためには、鋳型振動の振動数を高めて、鋳造の安定性
を確保しかつ鋳片表面性状を向上させることが好まし
い。

【０００７】詳述すれば、初期凝固時の鋳片シェルの成
長を安定化させ、拘束性ブレークアウトを防止するため
には、次の(1) 式で示すネガティブストリップ率（ＮＳ
値）が少なくとも正の値であり、好ましくはより高い値
にする必要がある。このネガティブストリップ率が正の
値になることが必要であるということは、鋳型下降速度
が鋳造速度よりも速くなる時間を確保する必要があるこ
とを意味している。 ＮＳ＝｛（２・Ｓ・ｆ／ｖ）−１｝×100 ---(1) ここにＳ：鋳型振動のストローク（cm） ｆ：鋳型振動の振動数（cps) ｖ：鋳造速度（cm/s）

【０００８】上式からも分かるように、鋳造速度ｖを単
に高速化すると、ネガティブストリップ率が低下するの
で、鋳型振動のストロークＳ、鋳型振動の振動数ｆの一
方又は双方を高くする必要がある。しかし、鋳型振動の
ストロークＳを大きくすることは、鋳型内の溶鋼メニス
カス部で固体パウダのかみ込みもしくはスラグリムによ
るパウダ流路の閉塞を招くおそれが著しいので、鋳型振
動のストロークＳは可能な限り小さくすべきであり、通
常は10mm以下にしている。したがって、鋳造速度の高速
化には、鋳型振動の振動数ｆを高めることで対応する必
要がある。また、鋼片表面性状の観点からも、鋳型振動
の振動数ｆを高めることは、オッシレーションマーク深
さを低減できることから有利である。

【０００９】要するに、１ストランド当たりのスループ
ット量を増加し、高速鋳造を図るためには、鋳造時の安
定性を確保すること及び鋳片表面性状を向上させること
の両者を達成することが必要であり、そのためには、鋳
型振動の高振動数化が要請されていたのである。

【００１０】しかしながら、従来の連続鋳造装置では、
この振動数を高めることは振動させる鋳型及び電磁石の
総重量から上限があり、その結果、無手入れ鋳造鋳片を
高速に連続鋳造することが十分には達成できなかった。

【００１１】この発明は、上記の問題を有利に解決する
もので、従来より高い鋳型振動数でオッシレーションを
行うことができ、もって無手入れ鋳造鋳片を高速に連続
鋳造することが可能であり、特に、従来技術を凌駕する
６t/min 以上のスループットを可能にする、鋼の連続鋳
造装置及び連続鋳造方法を提案することを目的とする。

【００１２】

【発明を解決するための手段】この発明の要旨構成は、
次のとおりである。 連続鋳造用鋳型の長辺部材の背後に、この鋳型を隔
てて異なる磁極を相対させた少なくとも一対の電磁石を
設けて、この電磁石間に生じる静磁場により鋳型内溶鋼
の流動制御を行う鋼の連続鋳造装置において、上記電磁
石として空心のコイルを用いることを特徴とする鋼の連
続鋳造装置（第１発明）。

【００１３】 第１発明において、空心コイルが常電
導コイルである鋼の連続鋳造装置（第２発明）。

【００１４】 第１発明において、空心コイルが超電
導コイルである鋼の連続鋳造装置（第３発明）。

【００１５】 連続鋳造用鋳型の長辺部材の背後に、
この鋳型を隔てて異なる磁極を相対させた少なくとも一
対の電磁石を設けた連続鋳造装置を用いて、この電磁石
間に生じる静磁場により鋳型内溶鋼の流動制御を行う鋼
の連続鋳造方法において、上記電磁石として空心のコイ
ルを用い、鋳型の振動数150 cpm 以上で連続鋳造を行う
ことを特徴とする鋼の連続鋳造方法（第４発明）。

【００１６】 第４発明において、スループットが６
t/min 以上である鋼の連続鋳造方法（第５発明）。

【００１７】 第４発明又は第５発明において、静磁
場が0.5 T 以上である鋼の連続鋳造方法（第６発明）。

【００１８】

【作用】以下、この発明をより具体的に説明する。図３
に、従来の連続鋳造装置を要部の断面図で示す。図中１
は、溶鋼に対面して溶鋼の冷却を司る水冷銅板、２は、
この水冷銅板１を支持するバックアッププレートであ
り、水冷銅板１及びバックアッププレート２により鋳型
の長辺部材を形成している。この鋳型は、オッシレーシ
ョンテーブル３に載置されている。また、この鋳型内に
は、浸漬ノズル４から溶鋼５が供給され、この溶鋼５
を、パウダ６により酸化防止、潤滑状態で水冷銅板１に
より抜熱させるとともに、オッシレーションテーブルを
介して鋳型を振動させることにより凝固シェル７を不断
に形成するとともに、この凝固シェル７を肥厚化して連
続鋳造鋳片を得ている。一般的なオッシレーション機構
については、「第３版 鉄鋼便覧II 製銑・製鋼（日本
鉄鋼協会編、丸善発行）」の第630 頁に図示されてい
る。

【００１９】そして、鋳型内溶鋼の流動を制御するた
め、水冷銅板１及びバックアッププレート２の背後に、
鋳型を隔てて異なる磁極を相対させた少なくとも一対の
電磁石８b を設けている。図示した例では、電磁石８b
は、鋳型の上下方向に２つの磁極を並べ配置されて、鋳
型内に静磁場を印加するようになっている。かくして、
鋳型内の溶鋼噴流には静磁場との相互作用によりローレ
ンツ力が働いて、流動が制御されることになる。

【００２０】このような流動制御を十分に発揮されるた
めに、電磁石８b としては、鉄心10にCu製ワイヤ（内部
水冷あり）よりなるコイル９b を巻回した電磁石が常用
されてきたのは既に述べたとおりである。この電磁石の
詳細を図４(a) 、(b) にそれぞれ断面図及び磁極面を含
む要部の斜視図で示す。

【００２１】しかし、このような従来の電磁石を用いた
連続鋳造方法では、電磁石８b が鋳型に係合し一体とな
って振動動作することもあって、連続鋳造設備の機械的
強度の観点からオッシレーションを高めることには限界
があり、高速鋳造の要請に十分に応えることができず、
仮に振動数を高めたとしても振動波形が乱れたりして鋼
片表面性状の向上や鋳造安定性の確保が達成できなかっ
たのである。

【００２２】そこでこの発明では、連続鋳造装置の新た
な構成として、電磁石として鉄心を使用しない空心コイ
ルを用いることによって、振動動作を行う鋳型及び電磁
石の総重量の軽量化を図り、もって、振動数の向上、ひ
いては鋳造安定性の確保及び鋳片表面性状の向上を通じ
て高スループット鋳造、高速鋳造が達成できるのであ
る。

【００２３】この発明に従う連続鋳造装置の一例を図１
に要部の断面図で示す。同図では、鉄心を使用せず、銅
製ワイヤ（内部水冷あり）によって形成したコイル９a
のみによって電磁石８a を構成している。この電磁石８
a は、図１に示した従来のコイル８b よりも巻数が多く
なっていて、また図２(a) 、(b) にそれぞれ断面図及び
磁極面を含む要部の斜視図で示すように、一重巻ではな
く、多重巻になっていて、かくして鉄心を使用しないこ
とによる磁束の低下を補っている。

【００２４】このような空心タイプの電磁石を用いる
と、電磁石の重量は従来の１／５〜１／７まで低減する
ことができる。したがって、鋳型振動時における鋳型及
び電磁石の総重量が、電磁石の重量低減分だけ軽減した
ために、鋳型振動の周波数を高くすることが可能にな
り、具体的には、従来の連続鋳造装置が、200 〜300mmt
×700 〜1800mmw のスラブサイズの場合に、130 〜150
cpm 程度が上限であったものが、この発明に従い空心コ
イルを用いることによって200 cpm 以上、さらには220
〜230cpm以上の振動数が得られるようになった。

【００２５】このようにこの発明によって、鋳型振動を
高めることができることから、鋳造安定性の確保、表面
性状の向上には顕著な効果が得られる。その一方で、空
心のコイルでは、前述したような巻数を増大させたり多
重巻にするといった磁束低下を補う手段を講じたとして
も鋳型内に印加される磁束密度の低下は否めず、従来の
１／２〜１／３である0.1 〜0.2 T に低下する。したが
って、従来の鋳造方法と同一レベルの低スループット鋳
造では、溶鋼流動制御に関してさほどの悪影響がないと
はいえ、４t/min 以上、また６t/min 以上といった高ス
ループット鋳造の場合では、溶鋼流動制御の効果が小に
なる。

【００２６】そこでこの発明では、高スループット・高
速鋳造時において、 １） 十分な溶鋼流動制御効果を得るために、十分な磁
束密度を確保する（例えば、0.5 T 以上、さらには0.6
T 以上）、 ２） 鋳型振動数を高くする（例えばｆ≧200 cpm ）た
めにコイルの一層の軽量化を図ることの両立を成就する
ために、溶鋼流動を制御するための電磁石として、超電
導コイルを用いることとする。

【００２７】図５に電磁石に超電導コイルを用いた連続
鋳造装置の要部断面図を示す。図５においては、図６に
示すような平面的に巻回した超電導コイル９c によって
電磁石８c を構成している。この超電導コイル９c は、
素線としてNbTi等の超電導材を用い、またこのコイル９
c の背後に冷却箱を設けてこの超電導コイルを液体ヘリ
ウム等で冷却することによって超電導状態にしている。

【００２８】このように超電導コイルを用いることによ
って、電磁石の重量は従来の鉄心を有する常電導電磁石
に比べて10％程度になるので、大幅な軽量化が達成でき
るばかりでなく、鋳型内の磁束密度は従来（0.3 T 程度
以下）に比べて３〜５倍以上の値を得ることができる。
また、常時に通電する必要がないので省エネルギーの観
点からも有利である。

【００２９】以上、説明したようなこの発明に従う空心
コイルの、鋳型への配置については図示した例に限らず
種々の変形が可能である。例えば、鋳型の幅方向でみれ
ば、浸漬ノズルの開口近傍のみに配置して吐出流の制御
をすることもできる一方、鋳型の長辺部材の全幅にわた
って配置することもできる。また、鋳型の上下方向でみ
れば、浸漬ノズルの吐出口と溶鋼メニスカスとの間に配
置してモールドパウダ巻き込みを防止することもできる
し、浸漬ノズルの吐出口より下方に配置して溶鋼噴流の
侵入を防止することもできる。さらに、鋳型長辺部材の
全面にわたってコイルを配置することもできる。

【００３０】

【実施例】次に述べる条件にて、方法Ａ、Ｂ及びＣの３
方法によって連続鋳造を実施した。 条件 ・鋳造鋼種：極低炭素アルミキルド鋼（Ｃ：20〜25ppm
、Ｐ：0.02〜0.03％、Ｓ：0.008 〜0.010 ％、Al：0.0
25 〜0.035 ％、T.O ：30〜40ppm ） ・鋳型サイズ：鋳造鋳片のサイズで幅1500mm、厚み200
mm ・鋳型重量（電磁石を除外した重量）：１基あたり11t ・鋳造速度：3.6 m/min ・スループット：7.56t/min / ストランド ・鋳型のオッシレーションストロークＳ：９mm ・電磁石の配置：鋳型長辺全幅、上下２段（図１、３，
５に示したとおり）

【００３１】方法Ａ（従来例）：常電導コイル、鉄心あ
り。電磁石の重量は鋳型長辺の両側（総重量）で19t 。 方法Ｂ（発明例１）：常電導コイル、空心。電磁石の重
量は鋳型長辺の両側（総重量）で３t 。 方法Ｃ（発明例２）：超電導コイル、空心。電磁石の重
量は鋳型長辺の両側（総重量）で２t 。

【００３２】かかる方法Ａ〜Ｃについて、鋳型＋電磁石
の総重量、振動数の上限、ネガティブストリップ率の上
限及び鋳型内最大磁束密度について調べた結果を表１に
示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】図７に、ブレークアウト発生率を従来法
（方法Ａ）及び本発明法（方法Ｂ、Ｃ）で比較して示
し、図８には連続鋳造鋳片の表面性状について調べた結
果を従来法（方法Ａ）及び本発明法（方法Ｂ、Ｃ）で比
較して示す。なお、ブレークアウト発生率については、
方法Ａにおけるブレークアウト発生率（鋳造ヒート割
合）0.9 ％を基準とする相対評価で表し、鋳片の表面性
状については、鋳片をホットスカーフ後に鋳片表面に付
着している介在物や気泡の数を測定し、単位面積当たり
の付着個数で評価し、方法Ａにおける値を基準に相対評
価で表した。

【００３５】表１や図７、８から、この発明に従う方法
Ｂ、Ｃでは、電磁石重量を軽量化し、鋳型振動をハイサ
イクル化できることにより、ネガティブストリップ率を
高く設定することができ、ブレークアウト発生率が方法
Ａに比べて激減していることが分かる。

【００３６】また、鋳片表面性状に関しては、方法Ｂの
場合、鋳型振動数のハイサイクル化によるオッシレーシ
ョンマーク深さの低減効果が、磁束密度の低下により減
殺されているが、方法Ａよりも表面性状が改善されてい
ることが分かる。また、方法Ｃの場合には、磁束密度が
1.1 T であって、方法Ａの場合の0.3 T に較べて非常に
高いことから、鋳型振動数のハイサイクル化と相俟って
鋳片の表面性状が格段に改善されていることが分かる。
次に、これらのスラブを熱間圧延−冷間圧延後、表面欠
陥の検査を行ってみたが、図８と同様の結果が得られ
た。

【００３７】

【発明の効果】この発明によれば、電磁石として空心の
コイルを用いることから、鋳型振動の振動数ｆを高める
ことができ、そのためオッシレーションマーク深さを低
減させることができるばかりか、高スループット鋳造、
高速鋳造であってもネガティブストリップ率を良好な範
囲に維持することができるので、鋳造の安定性を確保し
かつ鋳片表面性状を向上させることができる。

【００３８】また、この電磁石として超電導コイルを用
いることにより、空心コイルであっても高スループット
鋳造、高速鋳造時に溶鋼流動制御に十分な磁束密度を鋳
型内に印加することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の連続鋳造装置の一例の要部断面図で
ある。

【図２】この発明に従う電磁石の一例を示す図である。

【図３】従来の連続鋳造装置要部断面図である。

【図４】従来の電磁石を示す図である。

【図５】電磁石に超電導コイルを用いたこの発明の連続
鋳造装置の要部断面図である。

【図６】この発明に従う電磁石の一例を示す図である。

【図７】ブレークアウト発生率を従来法及び本発明法で
比較して示すグラフである。

【図８】連続鋳造鋳片の表面性状について調べた結果を
従来法及び本発明法で比較して示すグラフである。

【符号の説明】

１ 水冷銅板 ２ バックアッププレート ３ オッシレーションテーブル ４ 浸漬ノズル ５ 溶鋼 ６ パウダ ７ 凝固シェル ８a,８b,８c 電磁石 ９a,９b,９c コイル 10 鉄心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井戸川 聡 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 藤井 徹也 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造用鋳型の長辺部材の背後に、こ
   の鋳型を隔てて異なる磁極を相対させた少なくとも一対
   の電磁石を設けて、この電磁石間に生じる静磁場により
   鋳型内溶鋼の流動制御を行う鋼の連続鋳造装置におい
   て、 上記電磁石として空心のコイルを用いることを特徴とす
   る鋼の連続鋳造装置。
2. 【請求項２】 空心コイルが常電導コイルである請求項
   １記載の鋼の連続鋳造装置。
3. 【請求項３】 空心コイルが超電導コイルである請求項
   １記載の鋼の連続鋳造装置。
4. 【請求項４】 連続鋳造用鋳型の長辺部材の背後に、こ
   の鋳型を隔てて異なる磁極を相対させた少なくとも一対
   の電磁石を設けた連続鋳造装置を用いて、この電磁石間
   に生じる静磁場により鋳型内溶鋼の流動制御を行う鋼の
   連続鋳造方法において、 上記電磁石として空心のコイルを用い、鋳型の振動数15
   0 cpm 以上で連続鋳造を行うことを特徴とする鋼の連続
   鋳造方法。
5. 【請求項５】 スループットが６t/min 以上である請求
   項４記載の鋼の連続鋳造方法。
6. 【請求項６】 静磁場が0.5 T 以上である請求項４又は
   ５記載の鋼の連続鋳造方法。