JPH0857588A - 金属の連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 拘束性ブレークアウト等の懸念なく鋳型内の
凝固シェル，鋳型内面間への潤滑剤の流入を鋳造条件に
応じて円滑に制御でき、表面及び内質の性状が良好な鋳
片の安定製造を可能とする金属の連続鋳造手段を確立す
る。 【構成】 金属の連続鋳造装置を、 メニスカスを含む位
置の鋳型壁外周面に“鋳造方向と平行で溝底が鋳型壁内
面にまで貫通していない複数の縦溝２”が設けられた連
続鋳造用上下開放鋳型１と、 前記縦溝１の付設位置で鋳
型を囲んで周回する交流電流を導くための通電コイル３
とを備えて成る如くに構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鋳型と凝固シェルと
の間へ潤滑剤を円滑に流入させ、性状の良好な鋳片を安
定して製造することができるようにした金属の連続鋳造
装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】金属の連続鋳造においては、一
般に、「パウダ−」と呼ばれる粉末状あるいは顆粒状の
“潤滑剤”を鋳型内のメニスカスを含む溶融金属上に投
入しながらの操業が行なわれている。このパウダ−は、
操業を通じて一部が溶融して鋳型と鋳片との間に流入
し、焼付きの防止，両者間の潤滑，抜熱の緩和等といっ
た役割を果たす。

【０００３】しかし、鋳型と鋳片間への潤滑剤流入量を
鋳造条件に見合った量とするためには、その時々の鋳造
条件に適した物性の潤滑剤を用いることが必要であり、
鋳込み初期と定常期と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
夫がなされている。また、“オシレ−ション”と呼ばれ
る上下方向の微小振動を鋳型に与えて潤滑剤の流入を促
進する手立ても講じられているが、この場合には、鋳造
された鋳片表面に微小振動による“オシレ−ションマ−
ク”という鋳造方向に直行する周期的なひだが発生して
表面欠陥となる場合がある。

【０００４】そこで、この潤滑剤の流入量を制御する方
法に関し、電磁気力を利用した幾つかの方法が提案され
ている。これらは、鋳型内の溶融金属に電磁気力を付与
してそのメニスカス部を湾曲させ、溶融金属上に投入さ
れた潤滑剤が凝固シェル表面と鋳型内面との間へ流入す
るのを円滑化するためのものである。

【０００５】例えば、特開昭５２−３２８２４号公報に
は、鋳型壁内部に鋳型内壁を包囲する如く耐火物で絶縁
された通電コイルを埋め込み、この通電コイルに交流電
流を供給することによって鋳型内溶融金属のメニスカス
部を湾曲させ、潤滑剤の流入を促進させる手段が示され
ている。また、特開平２−２７４３５１号公報には、上
記特開昭５２−３２８２４号公報所載のものと同様な装
置の通電コイルに１〜３０Hzの低周波電流を供給するこ
とでメニスカスを振動させ、この振動により鋳型内面と
の間隙が周期的に変化することを利用してオシレ−ショ
ンを付与することなく、あるいはオシレ−ションを補助
しつつ凝固シェル・鋳型間への潤滑剤の流入を促進する
手段が示されている。

【０００６】しかし、上記特開昭５２−３２８２４号公
報所載の方法や特開平２−２７４３５１号公報所載の方
法では、通電コイルと溶融金属との間に導電性の鋳型壁
が介在するため、実際には数十Hzオ−ダ−の低周波電流
を用いなくては磁場の減衰が大きすぎて実効を得ること
ができないという問題があった。しかも、潤滑剤流入促
進の実効が得られるところの“鋳型壁を十分に通過する
ほどの低周波電磁場”を与えたのでは、今度は溶融金属
に発生する誘導攪拌が大きくなり、そのために潤滑剤が
溶融金属に巻き込まれてしまうという新たな問題も懸念
された。

【０００７】このため、特開平２−１４７１５０号公報
に示されるように、鋳型壁による磁場の減衰を極力回避
し、鋳型内溶融金属に高い磁場を効率良く作用させて凝
固シェル，鋳型間への潤滑剤の流入を促進させるべく、
通電コイルを配設する鋳型の上部位置に“縦方向のスリ
ットを有する上広がりのテ−パ−部”を設けることが提
案された。一方、本発明者等も、先に、鋳型上部の通電
コイル配設位置にスリットを切り込んで鋳型内溶融金属
に二次的な誘導電流を発生しやすくすることにより、電
磁気力を有効に作用させて潤滑剤の円滑な流入性を確保
する提案を行っている（特開平４−１３８８４３号）。

【０００８】しかしながら、前記特開平２−１４７１５
０号公報所載の方法では、鋳型上部に大きなテ−パ−部
を設けるためにこのテ−パ−部に凝固シェルが捕捉さ
れ、結果として鋳型により鋳片そのものが拘束されて円
滑な連続鋳造作業が阻害される危険性が高かった。その
上、該特開平２−１４７１５０号公報所載の方法にして
も本発明者等が先に提案した特開平４−１３８８４３号
に係る方法にしても、鋳型にスリットを設けるという手
立てを採るが、初期凝固部のシェルが非常に薄いために
未凝固溶湯を十分に支え切れなかったり、鋳造には多少
の湯面変動が伴うので未凝固溶湯が初期凝固シェル部か
ら溢れ出たりすること等によって溶融金属がスリット部
へ差し込んでしまい（以後“湯差し”と称する）、これ
がスリット内で凝固してシェルが鋳型に拘束されブレー
クアウト（拘束性ブレークアウト）を引き起こすといっ
た問題も懸念された。

【０００９】この“湯差し”を防ぐには鋳型内面のスリ
ット幅を極力小さくするのが望ましいが、それでも“湯
差し”を完全に防止するのは困難である。勿論、“湯差
し”を防止するために耐火物等の導電性の低い絶縁材を
スリットへ充填することも考えられるが、凝固シェルと
の摩擦に長時間耐え得る高硬度の耐火物は一般に弾塑性
が小さく、そのためこれを狭いスリットに充填して長時
間の連続鋳造操業を続けることは殆ど不可能なことであ
った。

【００１０】このようなことから、本発明が目的とした
のは、拘束性ブレークアウト等の懸念なく鋳型内の凝固
シェル，鋳型内面間への潤滑剤の流入を鋳造条件に応じ
て円滑に制御でき、表面及び内質の性状が良好な鋳片の
安定製造を可能とする金属の連続鋳造手段を確立するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成すべく鋭意行われた本発明者等の研究結果等に基づい
て完成されたもので、「金属（鋼等の鉄系金属や非鉄金
属）の連続鋳造装置を、 メニスカスを含む位置の鋳型壁
外周面に“鋳造方向と平行で溝底が鋳型壁内面にまで貫
通していない複数の縦溝”が設けられた連続鋳造用上下
開放鋳型と、 前記縦溝の付設位置で鋳型を囲んで周回す
る交流電流を導くための通電コイルとを備えて成る如く
に構成した点」に大きな特徴を有している。

【００１２】上述のように、本発明は、鋳型内の溶融金
属メニスカス部に鋳型外部から電磁力を印加して凝固シ
ェル，鋳型間へ鋳造条件に応じた潤滑剤の流入量制御を
行うために、公知の“鋳型壁を貫通した複数のスリッ
ト”に代えて“溝底が鋳型壁内面にまで貫通していない
複数の縦溝”を連続鋳造鋳型の上部に設け、これにより
電磁気力の効果を損なうことなく“湯差し”の発生しな
い連続鋳造装置を実現して、操業の簡素化，鋳造の高速
化，鋳片の表面及び内質の性状改善を実現できるように
したものであるが、以下、本発明を図面に基づいてその
作用等と共に詳述する。

【００１３】図１及び図２は、本発明に係る連続鋳造装
置例の要部を説明した概念図であって、図１は縦断面図
を、そして図２は“図１におけるＡ−Ａ断面図”をそれ
ぞれ示している。図１及び図２に示すように、本発明装
置に係る連続鋳造鋳型（例えば内部水冷構造の銅製鋳
型）１は、鋳型上部（メニスカスの上下にわたる位置）
の鋳型壁外面側に複数本の鋳造方向と平行な溝（縦溝）
２を有しており、また鋳型１の周囲の溶融金属のメニス
カス近傍に対応した部位に通電コイル３が数タ−ン巻か
れている。なお、図面において符号４で示すのは浸漬ノ
ズルであって、この浸漬ノズル４より鋳型１内に溶融金
属５が供給される。なお、鋳型上部の外面側に設けられ
た前記溝２は、図１及び図２で示したようにその溝底が
鋳型内壁側まで貫通してはおらず、溝底部において鋳型
１は寸法ｄの肉厚を保持している。

【００１４】

【作用】さて、上記本発明に係る連続鋳造装置を使用し
て連続鋳造を行うに当り、浸漬ノズル４より鋳型１内に
溶融金属５が供給されると、該溶融金属５上には粉末状
又は顆粒状の鋳造パウダ−（潤滑剤）６が投入される。
投入された鋳造パウダ−は、溶融金属５の熱により一部
が溶融して溶融パウダ−浴７を形成し、更にその溶融パ
ウダ−の一部は鋳型１と凝固シェル８の間に流れ込む。
この時、鋳型にオシレ−ションを与えることによって鋳
型１と凝固シェル８間への溶融パウダ−流入の促進を図
るのが好ましい。

【００１５】しかし、本発明に係る連続鋳造装置では鋳
型を囲んで通電コイル３が配設されているので、この通
電コイル３に交流電流を供給してやれば鋳型内の溶融金
属の初期凝固部近傍に電磁場が形成され、そこに発生す
る電磁気力のために溶融金属のメニスカス部が図１で示
す如くに湾曲されて溶融金属表面と鋳型との隙間が大き
くかつ深くなるので、鋳型１と凝固シェル７間への溶融
パウダ−の流入はより一層円滑化され促進される。な
お、図１中の符号９は、鋳型によって冷却され付着した
凝固パウダ−を示している。

【００１６】ところで、交流磁界中の導体には、磁界は
前記導体の外側から下記（1)式で示される表皮厚さδ程
度までしか侵入せず、発生する誘導電流も前記表皮厚さ
δ程度の外表面近傍を流れることになる。そして、この
（1)式から分かるように、周波数が高いほど導体中に磁
束が侵入しにくく、誘導電流も表面近傍に集中して流れ
ることになる。

【００１７】

【数１】

【００１８】そのため、鋳型の外周に配置した通電コイ
ルを使って連続鋳造鋳型内の溶融金属にメニスカス部の
形状制御ができる程の電磁気力を作用させるには、コイ
ルを配置した部位の鋳型壁に“鋳型壁内面にまで貫通す
るスリット”を穿設することが必須であると考えられた
が、本発明者等は種々の検討を経て次のことを見出し
た。即ち、導体に図１及び図２に示すような底付きの溝
１を設け、その溝底部の肉厚ｄ（図２を参照）を前記
“表皮厚さδ”よりもやや小さくすると、言い換えれば
前記溝底部の肉厚ｄとほぼ同様の“表皮深さδ”が得ら
れる周波数の交流電流を通電コイルに供給してやると、
図３で模式的に示したように、鋳型内壁側近傍にも誘導
電流ｉが流れるため、溝１を“鋳型壁内面にまで貫通し
たスリット”としなくても鋳型内の溶融金属に十分な電
磁気力を作用させることができ、メニスカス部の形状制
御が可能となることを見出したのである。

【００１９】勿論、本発明に係る連続鋳造装置では鋳型
に付設した溝１の底が鋳型壁内面にまで貫通していない
ので、スリットを貫通させた場合に比べて鋳型内の磁場
強度の低下は免れないが、上述の如く、この点は溝底部
の肉厚ｄを適正に小さく設定すると共にコイルに通電す
る電流値を上げてやることで補うことができ、そのため
メニスカス部の形状制御も十分となって、鋳型，凝固シ
ェル間へ溶融パウダ−を円滑に流入させながら表面性状
の良好な鋳片を安定製造できるようになる。しかも、鋳
型にはスリット貫通部が存在しないため、スリット貫通
部を有した鋳型を用いる従来提案で問題だった“湯差
し”が発生する恐れも全くない。

【００２０】更に、本発明に係る連続鋳造装置を用いる
と、電磁気力を印加するために溶融金属に誘導電流ｉが
生じてジュール熱を発生し、これが初期凝固付近での緩
冷却効果をもたらすので、鋳片割れが一層効果的に防止
される上にオシレーションマークも軽減されて表面性状
がより向上し、また内質の改善の効果も得られる。

【００２１】本発明に係る連続鋳造装置によって連続鋳
造作業を行う場合には、通電コイルに通電する交流電流
として数十〜数百Hzの比較的低周波のものを用いるのが
良いが、本発明者等がこれまでに得た知見によれば、一
般規模の鋼の連続鋳造では本発明の効果を得るのに必要
な磁場強度は0.05〜0.15（Ｔ）と考えられ、内部水冷型
銅製鋳型の溝底部の肉厚ｄを３mm程度，通電する交流電
流の周波数を２００〜５００Hzとし、コイル電流を増大
させることで、必要な磁場強度と長時間の実操業に耐え
うる十分な鋳型強度を得られることが分かっている。因
に、このときの前記 (1)式で算出される銅製鋳型の“表
皮厚さδ”は３〜５mm程度である。

【００２２】なお、この場合、通電する交流電流の周波
数が上記の値よりも低いと鋳型内の溶融金属の誘導攪拌
効果が大きくなり、鋳造パウダ−（潤滑剤）の巻き込み
や湯面の不安定等を招くなど、品質上，操業上の不安定
要素が多くなった。逆に、上記の値よりも高い周波数の
電流を用いると、鋳型での減衰が大きいために溝底部の
肉厚ｄを小さくしないと電磁気力による所望の効果が得
られなかった。しかしながら、溝底部の肉厚ｄをこれ以
上小さくすると熱応力による鋳型破損の危険性が高くな
り、操業上の観点から好ましくない。また、鋳型壁外周
面に設ける溝の幅は、磁束の侵入を高めるために全体の
鋳型強度を損ねない程度に大きくするのが望ましいこと
も確認された。

【００２３】次に、本発明の効果を実施例及び比較例に
基づいてより具体的に説明する。

【実施例】

〔実施例１〕図１及び図２に示した本発明に係る連続鋳
造装置を用い、Ｓ４５Ｃ鋼（表１に化学組成を示す）の
丸断面鋳片を鋳造した。なお、上記連続鋳造装置の諸元
及び鋳造条件は下記の通りであった。

【００２４】

【表１】

【００２５】鋳型寸法 ：内径２６０mm，肉厚４０
mm，長さ７９０mm。 溝の寸法 ：長さ１５０mm，幅15.0mm，溝底部の鋳
型肉厚３mm。 溝の本数 ：３２本。 通電コイル ：２０mm角パイプ，肉厚２mm，巻き数
３，電流実効値１３０００ＡＴ，周波数 0.3ｋHz，前記
(1)式で表される表皮厚さδ約 3.8mm。 オシレ−ション：ストロ−ク６mm，振動数３００cpm 。 鋳造速度 ：2.5 ｍ/min。 鋳造パウダ− ：表２に示す成分組成のもの。

【００２６】

【表２】

【００２７】この鋳造試験では、溶鋼を浸漬ノズルで鋳
型内に供給しつつ、その上部には連続鋳造用パウダ−を
投入し、また通電コイルに交流電流を供給して鋳型内に
磁場を発生させ、かつ３００cpm 程度の鋳型振動（オシ
レ−ション）を付与しながら2.5ｍ/minの速度で１０分
間の鋳造を計５チャ−ジ行った。なお、このときの鋳型
内における磁束密度は最大0.1(Ｔ）であった。

【００２８】この結果、ブレ−クアウト等の鋳造作業上
の問題は全く発生せず、また鋳片には割れや疵等の表面
欠陥や中心偏折等は認められず、品質の良好な鋳片を得
られることが確認された。

【００２９】更に、緩冷却効果を確認するため、鋳造中
に溶鋼内へ添加したFeＳからサルファ−プリントを行
い、これより確認した凝固シェルの成長度合いから凝固
係数ｋを算出したところ、およそ19(mm/min^0.5) であっ
た。また、鋳造後に鋳片表面から回収した潤滑剤の厚さ
は平均1.37mmとなっていたことや、オシレ−ションマ−
クが非常に軽減されて平均のマ−ク深さは0.07mmである
ことも確認された。

【００３０】〔比較例１〕比較のため、図１及び図２で
示す連続鋳造装置において、その鋳型上部に付設した
“溝”に代えて“鋳型内壁面にまで貫通させたスリッ
ト”を有する鋳型を備えたものを準備し、これを用いて
Ｓ４５Ｃ鋼の丸断面鋳片を鋳造した。この時、鋳型を上
記の如くに代えたことと、空芯時の磁束密度が前記実施
例１と同程度となるようにコイル電流を９０００（Ａ
Ｔ) とした他は、実施例１と同じ鋳造条件が適用され
た。

【００３１】その結果、実施例１と同様に確認された凝
固係数ｋは約19（mm/min^0.5)で、鋳造後に鋳片表面から
回収した潤滑剤の厚さは平均1.49mmであった。また、鋳
片表面にはオシレ−ションマ−クはそれほど顕著には認
められず、平均のマ−ク深さは0.05mmとなっていて、十
分な緩冷却効果，表面性状改善効果が認められた。しか
し、ブレ−クアウトには至らなかったものの、鋳片には
スリットへの“湯差し”による条痕と拘束による凝固シ
ェル破断の跡が数カ所認められた。

【００３２】〔比較例２〕比較のため、溝及びスリット
を設けない鋳型を用いると共に、電磁気力を印加するこ
となく鋳造を行った以外は実施例１と同じ条件でＳ４５
Ｃ鋼の丸断面鋳片を鋳造した。その結果、鋳片には鋳型
との焼き付きによる拘束性の凝固シェル破断の跡が数カ
所認められた。また、実施例１と同様に確認された凝固
係数ｋは約21（mm/min^0.5)で、鋳造後に鋳片表面から回
収した潤滑剤の厚さは平均0.81mmであった。更に、鋳片
表面には全長にわたって明瞭なオシレ−ションマ−クが
認められ、平均のマ−ク深さは0.36mmであった。以上、
実施例１，比較例１並びに比較例２で得られた結果を表
３に比較して示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】表３に示される結果からも、本発明に係る
連続鋳造装置を用い、その通電コイルに交流電流を流し
て鋳造を行った場合には、溶融金属に磁場が有効に作用
して鋳型と凝固シェル間の流路の適正な制御がなされ、
湯差し”が発生することなく鋳造条件に応じた潤滑剤の
流入量が確保される上に、電磁気力による誘導加熱によ
る緩冷却鋳造を実現できるので、品質の良好な鋳片の安
定製造に極めて有用な手段であることが確認できる。

【００３５】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、拘束性ブレークアウト等を懸念することなく表面及
び内質の性状が非常に良好な鋳片を安定して連続鋳造す
ることが可能になるなど、産業上有用な効果がもたらさ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る連続鋳造装置例の要部縦断面であ
る。

【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図３】本発明の原理を説明するための模式図である。

【符号の説明】

１ 鋳型 ２ 溝 ３ 通電コイル ４ 浸漬ノズル ５ 溶融金属 ６ 鋳造パウダ−（潤滑剤） ７ 溶融パウダー浴 ８ 凝固シェル ９ 凝固パウダー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メニスカスを含む位置の鋳型壁外周面に
   “鋳造方向と平行で溝底が鋳型壁内面にまで貫通してい
   ない複数の縦溝”が設けられた連続鋳造用上下開放鋳型
   と、前記縦溝の付設位置で鋳型を囲んで周回する交流電
   流を導くための通電コイルとを備えて成ることを特徴と
   する、金属の連続鋳造装置。