JPH089085B2

JPH089085B2 - 金属の連続鋳造装置及び鋳造方法

Info

Publication number: JPH089085B2
Application number: JP27246189A
Authority: JP
Inventors: 努田中; 邦夫安元
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-10-19
Filing date: 1989-10-19
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPH03133542A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は金属の連続鋳造時に発生する表面欠陥、特に
タンディシュと鋳型を直結した鋳造装置を用いて鋳造す
る際、給湯ノズル、鋳型および液体金属が同時に接する
部分（以降、三重点と記す）から発生する表面欠陥を防
止する金属の連続鋳造装置及び鋳造方法に関する。

（従来の技術）連続鋳造鋳片の品質向上と鋳造速度の高速化のため
に、鋳造時に電磁力を利用する鋳造方法が種々提案され
ている（特開昭51−65023号、特開昭52−32824号、特開
昭58−356号など）。上記特開昭51−65023号公報の方法
は、鋳型上部に通電コイルを設け、これに交流電流を供
給して電磁的ピンチ力を発生させ、それによって溶湯を
特定の空間に閉じ込めたり開孔部や継ぎ目への流入を抑
制し、安定した連続鋳造を行おうとするものである。し
かしこの方法を実操業で行うためには、コイルと鋳型の
形状と配置の改良、溶湯表面における誘導電流の局部的
高密度化、コイルと溶湯の効果的な冷却法などまだ解決
すべき点が多い。特開昭52−32824号公報の方法は、鋳
型を包囲するように配置された通電コイルに交流電流を
供給してメニスカス部を湾曲させ、パウダーの鋳型面へ
の侵入を円滑にすると共に初期凝固の鋳型への接触圧を
低下させ表面性状を向上させようとするものである。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
ためにパウダーが溶湯中に巻き込まれるという新たな問
題が発生する。特開昭58−356号公報の方法は水平連続
鋳造法を対象にしたもので、タンディシュに臨む鋳型端
面付近に磁場発生用通電コイルを配置し、鋳型とタンデ
ィシュの接合面から溶湯を排除して鋳造の高速化を図ろ
うとするものである。しかしこの方法も前記特開昭51−
65023号公報の方法と同様な問題点を有している。特に
特開昭51−65023号公報の鋳造装置のように、耐火物製
給湯ノズル、金属製鋳型および液体金属による三重点が
できる装置では、鋳型による冷却のために耐火物の鋳型
に隣接する部分に凝固シェルが成長して固着する。この
凝固シェルは鋳造とともに引き抜かれるので耐火物が破
断し、それが原因になって鋳片表面に欠陥が発生するこ
とが多い。三重点における表面欠陥を防止するには液体
金属をそこから離反させるのがよいが、それを行うため
には鋳型における誘導電流の発生を抑制すると共にコイ
ルを三重点にできるだけ近づける必要がある。しかし通
電コイルを鋳型に極端に近づけると短絡を起こしたり、
鋳型のコーナ部にジュール熱が集中して発生するなどの
問題が起こる。したがってコイルで発生するピンチ力を
直接液体金属に作用させる上記方法では液体金属を確実
に排除することは困難である。そのうえ上記方法では潤
滑剤の供給が円滑に行えないためにブレークアウトを起
こすおそれもある。

（発明が解決しようとする課題）鋳型と給湯ノズルが直接接合した鋳造装置（タンディ
シュ・鋳型の直結鋳造装置ともいわれる）では、耐火物
製給湯ノズル、液体金属及び鋳型が同時に接触する三重
点から表面欠陥が発生しやすい。この発明の目的は三重
点における液体金属の形状を電磁力を利用して制御する
ことにより表面欠陥の発生を防止し、高品質の鋳片を高
速度で鋳造できる鋳造装置及びその方法を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段）本発明者らは連続鋳造時に三重点から液体金属を効果
的に排除して（第１図の空洞ａ参照）、表面欠陥の発生
を防止する手段について種々検討を重ねた結果、下記の
知見を得た。すなわち、 a.通電コイルと液体金属間に発生するピンチ力を用いて
直接三重点の液体金属を排除する方法は、誘導電流が液
体金属より鋳型の方に多く発生するので効果的ではな
い。

b.通電コイルを用いて積極的に鋳型に誘導電流を積極的
に生起させ、それにより二次的に生じる鋳型と液体金属
間に発生するピンチ力を利用すれば、三重点の液体金属
を確実に排除できる。

c.三重点におけるピンチ力を特別に高めるためには、耐
火物製給湯ノズルと接する鋳型の部分にスリット部を形
成し、そこを周回するように通電コイルを配置すればよ
い。

d.上記ｃの構造とすれば、鋳型と通電コイルを近接して
配置する必要がないので鋳型とコイルが短絡するような
危険性は小さい。

e.鋳型のスリット部を介して液体金属を排除してできた
空洞に潤滑剤を供給すれば、より安定した鋳造ができ
る。

本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、そ
の要旨は次のとおりである。すなわち、第１発明は、液体金属を鋳型に供給する耐火物製給湯
ノズルと、この給湯ノズルに嵌合して液体金属を凝固さ
せる金属製鋳型と、この鋳型を周回して高周波電流を通
す通電コイルを備えた連続鋳造装置であって、前記鋳型
はその上部或いは中間部に鋳造方向に長いスリットが形
成され、前記通電コイルはスリットが存在する鋳型部分
を周回するように配置されていることを特徴とする金属
の連続鋳造装置。

第２発明は、第１発明の連続鋳造装置における耐火物
給湯ノズルが円筒状又は角管状に形成されていることを
特徴とする金属の連続鋳造装置。

第３発明は、第１発明又は第２発明の連続鋳造装置の
鋳型スリット部に耐火物を充填するか、又は充填した耐
火物に潤滑剤供給用細孔を形成したことを特徴とする金
属の連続鋳造装置。

第４発明は、第１発明乃至第３発明のいずれかの鋳造
装置を用いる鋳造方法であり、通電コイルに高周波電流
を供給してピンチ力を発生させ、耐火物製給湯ノズルと
鋳型の接合部から液体金属を排除するか、又は鋳型と液
体金属の接触圧力を低下させることを特徴とする金属の
連続鋳造方法。

第５発明は、第１発明又は第２発明の鋳造装置を用い
る鋳造方法であり、耐火物製給湯ノズルの形状が円又は
円管状の場合には給湯ノズルに嵌合した鋳型を周期的に
回動させることを特徴とする金属の連続鋳造方法。

第６発明は、第３発明の連続鋳造装置を用いる鋳造装
置であり、鋳型のスリット部或いはスリット部に設けた
細孔から潤滑剤を供給することを特徴とする金属の連続
鋳造方法。

（作用）以下、本発明の連続鋳造装置および鋳造方法を図面を
用いて説明する。第１図（ａ）および第１図（ｂ）（第
１図（ａ）のＡ−Ａ矢視の拡大図）は、本発明の鋳造装
置の１例を示す図である。図示のようにこの鋳造装置で
は、耐火物製給湯ノズル１に金属製鋳型２が嵌合され、
その外側に通電コイル３が配置されている。前記鋳型２
の上端部または中間部、具体的には耐火物製給湯ノズル
１の下端部にあたる部分には、鋳造方向に長いスリット
４（この図では耐火物が充填されている）が形成され、
そこを通電コイル３が周回するように配置されている。
なお図において2aは鋳型の冷却水路、3aは通電コイルの
冷却水路、５は液体金属、６は凝固シェルである。

上記鋳造装置は上述のように鋳型２の中間部にスリッ
ト４が形成されているので、コイル表面を流れる電流と
液体金属の表面を流れる誘導電流が直接作用せず、鋳型
表面を流れる誘導電流を介して相互作用する。鋳型では
第１図（ｂ）に示すように鋳型の外面から内面を通過し
て再び外面に導く閉鎖回路が形成される。スリットの数
は限定されるものではないが４〜40個程度が好ましい。
その個数が少ない場合にはスリット間の電位差が増加し
て短絡の危険があり、多すぎると回路距離の積算値が大
となりジュール熱損失が増加する。またスリットの幅と
長さはそれぞれ0.1〜1mm、10〜50mmであることが望まし
いが、必ずしもこの値に限定されるものではない。そし
てスリットを形成するには一体物の鋳型に孔開け加工を
してもよいし、スリットを有する鋳型部と上部及び下部
の鋳型を接合してもよい。接合部には絶縁材を設ける必
要はなく、閉鎖回路が形成された場合に誘導電流は最短
距離を通過して流れるので、電気回路上短絡の問題がな
いばかりか、むしろ設けない方が鋳片肌の品質が向上す
る。そしてこの鋳造装置では前述のように通電コイルが
スリット部の特に耐火物給湯ノズルの先端部の位置を回
するように配置される。これは基礎実験及び電磁場モデ
ルによる解析結果から、鋳型内の特に三重点における磁
束密度を高めるためには、通電コイルを三重点部分の外
側に配置することが最もよいことが明らかになったこと
にもとづく。また複数のコイルを上下方向に配置した場
合には、中央のコイルの高さ方向の中間位置がスリット
の中間位置に一致するように配置し、１個のコイルの場
合にもそれらの中間位置が互いに一致するように配置す
れば、三重点における磁束密度が最大となり、そこから
液体金属を効果的に排除できることも判明した。

上記装置を用いて鋳造する際、磁束密度が適正であれ
ばスリットから液体金属が漏れるようなことはない。し
かし磁束密度が低いときにはスリット下端部から液体金
属が流出することがある。そのような場合にはスリット
部に耐火物を充填しておく。耐火物はスリットの全体に
充填する必要はなく、一部に細孔を設けておき、そこか
ら固体又は液体状の潤滑剤を供給すれば円滑な鋳造が行
える。一方、磁束密度が高い場合には鋳片表面にスリッ
トに対応した凹凸が発生することがある。丸鋳片や円管
状の鋳片を鋳造する場合には、鋳型を円周方向に周期的
に回動させると凹凸を効果的に解消させることができ
る。本発明の装置の内、耐火物製給湯ノズルと鋳型の接
続部に段差がある装置（第１図参照）では、給湯ノズル
に鋳造方向に沿う応力が発生して割れることがあるの
で、後述の実施例で示すように鋳型上部に凹部を設け、
そこに給湯ノズルを嵌め込んで給湯ノズルと鋳型の内面
の凹凸をなくすと割れを防止することができる。また本
発明の鋳造装置を用いれば丸鋳片や角鋳片を製造できる
ばかりでなく、耐火物製給湯ノズルの形状に工夫を加え
ることにより円管状や角管状の鋳片を製造することも可
能となる。

このように本発明の装置および方法によれば、三重点
から液体金属を排除することが可能になるから、そこか
ら発生する表面欠陥を確実に防止することができる。し
かし液体金属のヘッドが高い場合には三重点の部分の液
体金属を完全に排除できないこともある。そのようなと
きは三重点における接触圧を電磁力を用いて軽減するだ
けでも鋳肌の凹凸が軽減される。

（実施例）以下、実施例により本発明の鋳造装置及び鋳造方法を
更に詳しく説明する。

（実施例１）本実施例は、第１図に示すように三重点が段状に形成
された装置により丸鋳片を製造した場合である。鋳造装
置の諸元及び鋳造条件は下記のとおりである。

鋳型：内径100mm、外径130mm、長さ1,000mm、スリット：幅1mm、長さ30mm、個数32個、給湯ノズル内径:80mm、通電コイル：内径150mm、外径210mm、高さ30mm、通電コイルに流れる実効電流:20,000A、高周波電流の周波数:20kHz、鋼種：低炭素鋼（重量％、C:0.2％、Mn:0.4％、Si:0.
3％、P:0.02％、S:0.02％）、鋳片直径:100mm、鋳造速度:1.2m/min、溶鋼温度:1,520℃、溶鋼ヘッド（溶鋼自由表面から鋳型三重点までの距
離）:40〜70mm、鋳造に際しては鋳型と通電コイルに常温の冷却水を供
給しつつ、鋳型の下方から直径100mm、長さ70mmのダミ
ーバーを供給ノズルの下端部まで挿入した。そのあと溶
鋼をタンディシュから供給ノズルを介して鋳型内に給湯
して凝固シェルを形成させ、それを1.2m/minの速度で40
秒間連続して引き抜いた。その際、三重点における溶鋼
の排除状況を観察するために磁気共鳴の緩和時間差を検
出して画像処理を行った結果、三重点に溶鋼の存在しな
い空洞ａが形成されていることが確認された。鋳造終了
後、鋳片の表面及び内部を検査したところ、コールドシ
ャットに起因する表面欠陥は全くなく、偏析や割れなど
の内部欠陥もない品質のきわめて良好な鋳片であった（実施例２）本実施例は、第２図に示すように鋳型２の上部からス
リット４の中間部にかけて形成した凹部に給湯ノズル１
（内径100mm）を嵌め込み、鋳型内面の段差をなくした
装置を用い、実施例１と同じ鋳造条件で直径100mmの丸
鋳片を製造した場合である。そして三重点の状態を調べ
たところ、そこの溶鋼は完全に排除され空洞ａが形成さ
れていることが確かめられた。鋳造後の検査でも鋳片に
は表面疵や内部割れなどの欠陥はなかった。

（実施例３）本実施例は、第３図（ａ）及び第３図（ｂ）（第３図
（ａ）のＢ−Ｂ矢視の拡大図）に示すようにスリット４
に細孔4aを設け、これから三重点に形成された空洞ａに
直径1mmの棒状の固体潤滑剤７（主成分、SiO₂:32重量
％、CaO:31.8重量％）を1mm/minの速度で供給しつつ実
施例１と同じ条件で鋳造した場合である。この場合には
潤滑剤が滓化し円滑な引き抜きが行われたので、鋳片の
表面肌は実施例２の場合より更に良好であった。

（実施例４）本実施例は第４図に示すように給湯ノズル１の先端部
をテーパ状に形成させた装置を用いて実施例１と同じ条
件で鋳造した場合である。なおこの装置の通電コイルは
鋳型にできるだけ近づくように円形断面に形成されてい
る。この場合も実施例２と同様に三重点に空洞ａが形成
され、鋳片の品質も実施例２の場合と殆ど変わらなかっ
た。

（実施例５）本実施例は、第５図に示すように円管状の給湯ノズル
と円管状の鋳型を備えた装置を用い、内径100mm、外径2
00mmの中空の鋳片を製造した場合である。鋳造の際、鋳
型を周波数3.3Hz、振幅0.5cmで回動させたところ、スリ
ットにより生じていた鋳片表面の凹凸は完全に解消され
た。

（発明の効果）以上説明したように本発明の連続鋳造装置及び鋳造方
法によれば、給湯ノズル、鋳型および液体金属が同時に
接触する鋳型三重点から液体金属を排除したり、又は三
重点での接触圧力を低減させることができるので、コー
ルドシャットによる表面欠陥や偏析などのないすぐれた
連続鋳造鋳片を製造することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、鋳型と給湯ノズルの接合部が段状に形
成された本発明の鋳造装置の縦断面図、第１図（ｂ）は、第１図（ａ）のＡ−Ａ矢視の拡大図、第２図は、鋳型内面に凹部が形成され給湯ノズルが嵌合
され、鋳型と給湯ノズルの接合部の段差のない本発明の
鋳造装置の縦断面図、第３図（ａ）は、鋳型スリット部を貫通して潤滑剤供給
管を設けた本発明の鋳造装置の縦断面図、第３図（ｂ）は、第３図（ａ）のＢ−Ｂ矢視の拡大図、第４図は、鋳型と給湯ノズルの接合部が円錐状に形成さ
れた本発明の鋳造装置の縦断面図、第５図は、鋳造と給湯ノズルが円管状に形成された本発
明の鋳造装置の縦断面図、１は耐火物製給湯ノズル、２は鋳型、2aは鋳型の冷却水
路、３は通電コイル、3aは通電コイルの冷却水路、４は
スリット、4aは細孔、５は液体金属、６は凝固シェル、
７は固体潤滑剤。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体金属を鋳型に供給する耐火物製給湯ノ
ズルと、この給湯ノズルに嵌合して液体金属を凝固させ
る金属製鋳型と、この鋳型を周回して高周波電流を通す
通電コイルを備えた連続鋳造装置であって、前記鋳型は
その上端部或いは中間部に鋳造方向に延びるスリットが
形成され、前記通電コイルはスリットの存在する鋳型部
分を周回するように配置されていることを特徴とする金
属の連続鋳造装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の金属の連続鋳
造装置において、耐火物給湯ノズルが円管状又は角管状
に形成されていることを特徴とする金属の連続鋳造装
置。
【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項記載の金
属の連続鋳造装置において、鋳型のスリット部に耐火物
を充填するか、又は充填した耐火物に潤滑剤供給用細孔
を形成したことを特徴とする金属の連続鋳造装置。
【請求項４】特許請求の範囲第１項から第３項までに記
載のいずれかの鋳造装置を用いる鋳造方法であって、通
電コイルに高周波電流を供給してピンチ力を発生させ、
耐火物製給湯ノズルと鋳型の接合部から液体金属を排除
するか、又は鋳型と液体金属の接触圧力を低下させるこ
とを特徴とする金属の連続鋳造方法。
【請求項５】特許請求の範囲第１項又は第２項記載の鋳
造装置を用いる鋳造方法であって、耐火物製給湯ノズル
の形状が円又は円管状の場合には、給湯ノズルに嵌合し
た鋳型を周期的に回動させることを特徴とする金属の連
続鋳造方法。
【請求項６】特許請求の範囲第３項記載の金属の鋳造装
置を用いる鋳造方法であり、鋳型のスリット部或いはス
リット部に設けた細孔から鋳型内に潤滑剤を供給するこ
とを特徴とする金属の連続鋳造方法。