JPH10193045A

JPH10193045A - 溶融金属の連続鋳造方法および連続鋳造装置

Info

Publication number: JPH10193045A
Application number: JP9011895A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Kajitani; 敏之梶谷; Keisuke Fujisaki; 敬介藤崎; Shigeaki Ogibayashi; 成章荻林; Hisao Esaka; 久雄江阪; Kenichi Miyazawa; 憲一宮沢
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-01-08
Filing date: 1997-01-08
Publication date: 1998-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、溶融金属の連続鋳造において、ブ
レークアウトや中編表面縦割れを発生させることなく、
安定的に高速鋳造を可能とする連続鋳造装置および連続
鋳造方法を提供する。【解決手段】鋳型メニスカスの上方に高周波コイルを
設け、スラグリムを加熱しその厚みを薄くすることで、
連続鋳造用パウダーの鋳型・シェル間への流入を促進
し、パウダー消費量を高位に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属の連続鋳
造において、表面性状に優れた鋳片を製造するために鋳
型内部に設置する高周波コイルおよびそのコイルを用い
た連続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼などの溶融金属の連続鋳造において
は、鋳型と凝固シェル間の潤滑、鋳型と凝固シェル間の
伝熱制御、メニスカスの保温、介在物の吸収を目的とし
て、連続鋳造用パウダーを用いることが一般的である。

【０００３】連続鋳造用パウダーを用いて連続鋳造を行
う際の鋳型内の断面を模式的に図１に示す。連続鋳造用
パウダーは溶鋼５の湯面の上にパウダー溶融層４と未溶
融層３を形成する。そして溶融層の鋳型壁面近傍には、
一旦溶融したパウダーが鋳型からの抜熱によって固まっ
て、もしくはパウダーが溶融することなく粉末もしくは
顆粒状態のまま鋳型壁面に付着している。この付着した
パウダーはスラグリム２と呼ばれている。

【０００４】スラグリムは鋳造の際にパウダーが鋳型と
凝固シェルの間に流入する経路を狭めるので、パウダー
の流入を阻害すると言われている。さらにこのスラグリ
ムが鋳型幅方向に不均一に付着し、その厚みのばらつき
が鋳型幅方向に激しければ、パウダーの流入が不均一と
なり鋳型と凝固シェル間の潤滑も不良となるので、ブレ
ークアウトの原因となる。またパウダーの不均一な流入
は初期凝固シェルの不均一な成長を招き、凝固が遅れた
部分で表面縦割れが発生することもある。例えば、鉄と
鋼６７（１９８１）Ｓ８５３には、顆粒状の連続鋳造用
パウダーをカーボンで被覆することにより、スラグリム
の形成を抑制したところ、表面縦割れの発生が大幅に減
少したことが述べられている。しかし、パウダーの改質
のみでスラグリムの生成をなくすことには限界がある。

【０００５】ところで、高周波コイルを鋳型内に配して
行う連続鋳造方法として、特開平５−１１５９５２号公
報が提案されている。これは、鋳型の振動周期に同期さ
せて外部から印加する交番磁界の強度を変化させて鋳片
の表面性状を改善することを目的としており、交番磁界
によって、溶鋼表面がジュール加熱され、モールドパウ
ダーの溶融が促進され「ノロかみ」と称されるモールド
パウダーが鋳片にトラップされる欠陥もほとんど発生し
なかったことが記載されている。

【０００６】また、特開平８−２５２６５８号公報は上
記特開平５−１１５９５２号公報のコイルの形状を上部
側の幅より下部側の幅の方が狭い断面形状にしたもので
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにスラグリ
ムの生成を防止するためのパウダーの改質は、水冷され
た銅鋳型を用いる限りパウダーが鋳型表面で冷却されて
スラグリムを形成するのは本質的な問題として残る。し
たがって、パウダーの改質だけでスラグリムの生成を抑
制することは不可能である。

【０００８】また、上述の特開平５−１１５９５２号公
報および特開平８−２５２６５８号公報で提案されてい
る交番磁界の強度を鋳型振動周期で変化させる方法は、
オシレーションマークの深さを小さくすることは可能で
あるが、スラグリムの生成状況に応じて確実に溶融させ
てその厚みを薄くすることは不可能であり、パウダーの
流入量を増大させる目的は達成し得ない。特開平５−１
１５９５２号公報の明細書中の実施例には「高周波コイ
ルのありなしでパウダー流入量は変化しない」と述べら
れている。

【０００９】そこで、本発明は連続鋳造鋳型の湯面の上
方に、高周波誘導コイルを設けて連続鋳造を行うに当た
り、パウダー溶融層のうち鋳型内壁面近傍に限って局部
的にパウダーリムを加熱し溶融するには、従来とは全く
異なる高周波数域の適用が必須であることを知見した。
これによりスラグリムの厚みを薄くかつ均一にすること
により、特に２ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度に向く連続鋳
造方法を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋳型メニス
カスの上方に高周波コイルを設置し、高周波の電流を流
し、その誘導電流をパウダープールに流すことで、パウ
ダーを加熱しスラグリムの厚みを薄くかつ均一にできる
ことを知見した。加熱方法としては赤外線ランプよりも
高周波誘導コイルを用いて加熱した方が、パウダー未溶
融層の表面ではなく溶融層の内部を加熱できる点で優れ
ていることも判明した。

【００１１】上記課題を解決するための本発明の手段
は、以下の通りである。

【００１２】（１）連続鋳造用パウダーを用いてノズル
を介して溶融金属を注入しながら連続的に鋳片を得る溶
融金属の連続鋳造装置を用いて、鋳型内周壁面の少なく
とも一部に沿う形状を有する高周波コイルを、鋳型内周
面と浸漬ノズル外周面とに囲まれる空間で、かつ連続鋳
造用パウダーの溶融層の上方に高周波コイルを設置しな
がら行う溶融金属の連続鋳造方法に関して、前記高周波
コイルに周波数５０ｋ〜５００ｋＨｚ、かつ電流密度１
×１０⁶〜２×１０⁶ＡＴ／ｍ²の電流を流しながら行う
溶融金属の連続鋳造方法にある。

【００１３】（２）高周波コイルの側面と鋳型内壁面と
の間の距離を５〜５０ｍｍとし、かつパウダー溶融層の
上面と高周波コイルとの距離を０超２００ｍｍまでとな
るように高周波コイルに設置する上記（１）記載の溶融
金属の連続鋳造方法にある。

【００１４】（３）連続鋳造用パウダーを用いてノズル
を介して溶融金属を注入しながら連続的に鋳片を得る溶
融金属の連続鋳造装置であって、鋳型内周壁面の少なく
とも一部に沿う形状を有する高周波コイルを鋳型内周面
と浸漬ノズル外周面とに囲まれる空間でかつ連続鋳造用
パウダーの溶融層の上方の空間に高周波コイルを設置し
た連続鋳造装置に関して、前記高周波コイルとこれに周
波数５０ｋ〜５００ｋＨｚかつ電流密度１×１０⁶〜２
×１０⁶ＡＴ／ｍ²の電流を供給するための電源とを連接
したことを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置にある。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明者らは、図１および図２に
示すように鋳型メニスカスの上部に高周波誘導コイル８
を設置し鋳造を行ったところ、スラグリムの厚みを大幅
に低減できることがわかった。スラグリムの厚みは、鋳
造終了後に鋳型内壁に付着していたスラグリムを採取し
て測定したものである。

【００１６】この原理は以下のとおりである。連続鋳造
用パウダーは室温では電気抵抗が非常に高いが、高温、
特に８００℃以上になると電気抵抗は１Ω−ｃｍ程度に
まで低下することが知られている。鋳型メニスカスの上
部にコイルを設置し高周波電流を流せば、パウダーの内
部に誘導電流が流れ、そのジュール熱によりパウダーは
発熱する。これにより、スラグリムがパウダーの溶融温
度以上に加熱されると、スラグリムは溶けるので、スラ
グリムの厚みが薄くなる。

【００１７】さらに、上述のように高周波加熱によりス
ラグリムを低減することで、パウダーの消費量を増加さ
せることができる。これはスラグリムを薄くすることに
より、パウダーの流入経路が広がるためである。通常パ
ウダーの消費量は０．４ｋｇ／ｍ²程度が最適と言われ
ているが、鋳造速度の増加とともに低下する（図３）。
したがって鋳造速度が大きくなるとパウダーの流入が不
十分となり、鋳型・凝固シェル間の潤滑が不良となるの
で、ブレークアウトや表面縦割れの発生を招く。そのた
め、材料とプロセス４（１９９１）１２８４に述べられ
ているように、連続鋳造パウダーを用いた固定鋳型式の
スラブ連続鋳造では、鋳造速度の上限は５〜６ｍ／ｍｉ
ｎであり、特に表面縦割れが問題となる中炭素鋼では約
２ｍ／ｍｉｎが限界である。しかし、高周波コイルに電
流を流しスラグリムを加熱した場合には、スラグリムが
パウダーの流入経路をふさぐことがなくなるために、高
速鋳造下においてもパウダーの消費量を十分に大きく保
つことができる（図３）ので、２ｍ／ｍｉｎ以上の高速
鋳造下においても縦割れやブレークアウトの発生を招く
ことなく、安定に連続鋳造をすることができる。

【００１８】高周波コイルに流す電流は５０ｋＨｚ以上
の高周波である必要がある。パウダーの電気伝導率は１
００（Ｓ／ｍ前後）であり、溶鋼（＝例えば電気伝導率
は７．６９×１０⁵（Ｓ／ｍ）前後）や銅鋳型（＝例え
ば電気伝導率は６．４５×１０⁷（Ｓ／ｍ）前後）に比
べると遥かに小さいため、表皮深さが格段に大きい。表
皮深さの大きい対象物全体に電力が消費されるので効率
が悪い。そのため周波数を５０ｋＨｚ以上にすること
で、表皮深さを小さくし、パウダーを発熱させることが
必要となる。

【００１９】一方、５０ｋＨｚに満たない周波数では、
加熱される対象が変わる。パウダーではなく、電気伝導
率の高い銅鋳型および溶鋼が加熱されることになる。す
なわち、従来の特開平５−１１５９５２号公報や特開平
８−２５２６５８号公報では凝固シェルおよび溶鋼を加
熱することを目的としているため、１０ｋＨｚ程度の周
波数を用いているが、本発明では連続鋳造用パウダーの
加熱を目的としているため、本発明の周波数は５０ｋＨ
ｚ〜５００ｋＨｚである。

【００２０】また電流密度の増大によりスラグリムの厚
みは低下する。電流密度が１×１０⁶ＡＴ／ｍ²より小さ
いとスラグリムの厚みはほとんど変化しないので、電流
密度は１×１０⁶ＡＴ／ｍ²以上とする必要がある。。一
方電流密度の上限は２×１０⁶ＡＴ／ｍ²であり、これ以
上大きな電流を流す場合にはコイルを水冷しなくてはな
らない。鋳型メニスカスの上部に設置したコイルを水冷
することは設備の構造を複雑にすることや安全の観点か
らも好ましくない。

【００２１】高周波コイルはパウダー溶融層よりも上に
配置する。これはパウダー溶融層に接触するとコイルの
温度が上昇し、コイルが熱的に耐えられないからであ
る。鋳型上端より上に配置してもよいが、パウダー溶融
層から遠ざけると、スラグリムを低減させる効果は小さ
くなる。そのため溶鋼湯面より２００ｍｍ以下の位置に
配置する必要がある。通常はパウダー層の上面から２０
ｍｍ程度上方に配置することが好ましい。また、溶鋼湯
面レベルが大きく変動することもあるので、湯面レベル
センサーに連動させてコイルを上下方向に移動させ、パ
ウダー溶融層とコイルとの距離をほぼ一定に保つように
してもよい。

【００２２】鋳型内壁とコイルとの距離について述べ
る。コイルを鋳型内壁に近づけると鋳型が加熱され鋳型
が熱的に耐えられない。また鋳型内壁から遠ざけると、
スラグリム近傍での発熱が小さい。これより鋳型内壁と
コイルとの距離は５〜５０ｍｍの位置であることが好ま
しい。

【００２３】本発明で用いる高周波コイルは銅製で、水
冷構造は必要ない。コイルのターン数は１ターンで、鋳
型長辺の幅中心からなるべく離れたコーナー部近傍もし
くは短辺部から電源へ接続するように配線する。

【００２４】高周波コイルの断面形状は、１０〜５０ｍ
ｍ×１０〜５０ｍｍの正方形もしくは長方形でよい。

【００２５】

【実施例】図１，２に示した鋼の連続鋳造装置におい
て、メニスカスの上部に高周波コイルを設置し、連続鋳
造を行った。鋼種は中炭素鋼であり、鋳型サイズは１８
００ｍｍ×２４０ｍｍのスラブである。

【００２６】高周波コイルは、２０×２０ｍｍの正方形
の断面形状を有し、図２に示すように鋳型長辺の幅中心
部６００ｍｍ沿って配置した。

【００２７】本発明の実施例と比較例をまとめて表１に
示す。比較例１はコイルを設置することなく、鋳造速度
２．５ｍ／ｍｉｎで中炭素鋼を鋳造した場合である。鋳
片の表面には縦割れが頻繁に発生した。このときスラグ
リムの厚みは６ｍｍで、パウダーの消費量は０．２ｋｇ
／ｍ²であった。

【００２８】実施例１では、図１，２に示すように断面
形状２０ｍｍ×２０ｍｍのコイルを鋳型内壁面とコイル
側面の距離が５ｍｍ、パウダー溶融層の上面とコイル下
面との間の距離が５０ｍｍとなるように配置した。高周
波コイルに流した電流の周波数は５００ｋＨｚ、電流密
度は２×１０⁶ＡＴ／ｍ²であった。鋳造速度２．５ｍ／
ｍｉｎにおいても鋳片縦割れは全く発生していない。ま
た、スラグリムの厚みは３ｍｍにまで減少し、その結果
パウダーの消費量は０．４ｋｇ／ｍ²にまで増加した。
実施例２では２０ｍｍ×２０ｍｍのコイルを鋳型内壁面
とコイル側面の距離が５ｍｍ、パウダー溶融層の上面と
コイル下面との間の距離が１００ｍｍとなるように配置
した。消費量は０．３５ｋｇ／ｍ²と低下するものの、
縦割れは発生しなかった。実施例３では、パウダー溶融
層の上面とコイル下面との間の距離が２００ｍｍとなる
ように配置した。消費量は０．３ｋｇ／ｍ²であり、縦
割れは比較例１に比べて低減した。比較例２では、パウ
ダー溶融層の上面とコイル下面との間の距離が３００ｍ
ｍとなるように配置した。縦割れの発生も多く、またス
ラグリム厚とパウダー消費量も、高周波コイルを設置し
ていない比較例１と変化がなかった。

【００２９】実施例４では鋳型内壁面とコイル側面の距
離が５０ｍｍ、パウダー溶融層の上面とコイル下面との
間の距離が５０ｍｍとなるように配置した。鋳型内壁面
とコイル側面の距離が５ｍｍであった実施例１に比べる
と、縦割れ発生が増えパウダーの消費量が減少している
が、高周波コイルを設けない比較例１に比べると、縦割
れが低減しパウダー消費量が増加している。比較例３で
は鋳型内壁面とコイル側面の距離が６０ｍｍまで離した
が、この場合には縦割れ、パウダー消費量とも高周波コ
イルを設けていない比較例１と差がない。比較例４で
は、鋳型内壁面とコイル側面の距離を３ｍｍと近づけ
た。この場合パウダー消費量は非常に増加したものの、
銅鋳型が高い温度にまで加熱され、銅板の耐久性が劣化
した。

【００３０】実施例５では高周波電源を３０ｋＨｚに切
り替えた。鋳型内壁面とコイル側面の距離は５ｍｍ、パ
ウダー溶融層の上面とコイル下面との間の距離は５０ｍ
ｍとした。この場合コイルを設けない比較例１に比べ、
縦割れは低減、パウダー消費量は増加したが、周波数５
００ｋＨｚに比べてその効果は小さくなる。さらに周波
数を１０ｋＨｚにまで下げた比較例５では、縦割れ発生
率、パウダー消費量は変化無く、また銅鋳型表面が高い
温度に加熱された。

【００３１】実施例６ではコイル形状、配置は実施例１
と同じで、電流密度を０．５×１０⁶ＡＴ／ｍ²に下げ
た。コイルのない比較例１に比べてパウダー消費量が増
加し縦割れは低減しているが、実施例１に比較してその
効果は小さくなっている。さらに電流密度を０．２×１
０⁶ＡＴ／ｍ²に下げた比較例６では、高周波コイルのな
い場合とパウダー消費量、縦割れ発生率ともに同じであ
る。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】溶融金属の連続鋳造においてメニスカス
の上部に高周波コイルを設置し、スラグリムを加熱しそ
の厚みを低減させることで、高速鋳造下でも縦割れやブ
レークアウトの発生を招くことなく安定な鋳造が可能と
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳型メニスカス近傍の側面図と高周波コイルを
示す図である。

【図２】高周波コイルを設置した鋳型の平面図である。

【図３】鋳造速度とパウダー消費量との関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

１，１′ 銅鋳型（長辺側）２スラグリム３パウダー未溶融層４パウダー溶融層５溶鋼６凝固シェル７浸漬ノズル８高周波コイル９，９′ 銅鋳型（短辺側）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者江阪久雄富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者宮沢憲一富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続鋳造用パウダーを用いてノズルを介
して溶融金属を注入しながら連続的に鋳片を得る溶融金
属の連続鋳造装置を用いて、鋳型内周壁面の少なくとも
一部に沿う形状を有する高周波コイルを鋳型内周面と浸
漬ノズル外周面とに囲まれる空間で、かつ連続鋳造用パ
ウダーの溶融層の上方に高周波コイルを設置しながら行
う溶融金属の連続鋳造方法に関して、前記高周波コイル
に周波数５０ｋ〜５００ｋＨｚかつ電流密度１×１０⁶
〜２×１０⁶ＡＴ／ｍ²の電流を流しながら行うことを特
徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
【請求項２】高周波コイルの側面と鋳型内壁面との間
の距離を５〜５０ｍｍとし、かつパウダー溶融層の上面
と高周波コイルとの距離を０超２００ｍｍまでとなるよ
うに高周波コイルを設置することを特徴とする請求項１
記載の溶融金属の連続鋳造方法。
【請求項３】連続鋳造用パウダーを用いてノズルを介
して溶融金属を注入しながら連続的に鋳片を得る溶融金
属の連続鋳造装置であって、鋳型内周壁面の少なくとも
一部に沿う形状を有する高周波コイルを鋳型内周面と浸
漬ノズル外周面とに囲まれる空間でかつ連続鋳造用パウ
ダーの溶融層の上方の空間に高周波コイルを設置した連
続鋳造装置に関して、前記高周波コイルとこれに周波数
５０ｋ〜５００ｋＨｚかつ電流密度１×１０⁶〜２×１
０⁶ＡＴ／ｍ²の電流を供給するための電源とを連接した
ことを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。