JPH1099945A - 電磁界鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スリット形成の最適な配置状況を確立し、鋳
片の面中央部における表面性状は勿論のこと、鋳片の角
部における表面性状についても良好にすることのできる
電磁界鋳造用鋳型を提供する。 【解決手段】 横断面形状が矩形の鋳片を鋳造する為の
鋳型の鋳型壁に、鋳造方向に延びる複数のスリットを所
定間隔を置いて形成し、且つその外周に電磁コイルを設
置して初期凝固殻およびその近傍の溶融金属に高周波磁
場による電磁力を作用させる電磁界鋳造用鋳型におい
て、コーナー部にはスリットを形成せず、且つ各コーナ
ーの鋳型内面位置から最初のスリット形成位置までの距
離を８〜２５ｍｍとしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、初期凝固殻および
その近傍の溶融金属に、外部から高周波磁界の電磁力を
作用させつつ鋳片を連続鋳造する際に用いる電磁界鋳造
用鋳型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、鋼の連続鋳造においては、鋳片表
面の凹凸を改善するために、電磁界鋳造法が開発されて
いる。この技術は、連続鋳造による鋳片の初期凝固殻お
よびその近傍の溶融金属に高周波磁場による電磁力を作
用させ、電磁力によるピンチ力および加熱効果によって
鋳片の表面性状を改善するものである。こうした技術と
して、これまで様々提案されている（例えば、特公平１
−６０３３７号、ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ VOl.5,200(199
2) 等）。

【０００３】本発明者らも、電磁界鋳造方法に関してか
ねてより研究を進めており、これまでにも様々な技術を
提案している。例えば、特開平２−１４７１５０号に
は、潤滑剤として添加されるスラグ状パウダーが、鋳型
と凝固殻の間に入り易くして高速鋳造が可能な連続鋳造
方法について提案している。また特開平４−１７８２４
７号では、後述するスリットを鋳型に形成すると共に、
電磁コイルに５〜２０ｋＨｚの周波数を付与することに
よって、潤滑剤の巻き込みによる介在物欠陥の発生を防
止した連続鋳造技術を提案している。更に、電磁コイル
位置とメニスカス位置についても最適条件を見出してお
り、特開平６−２４６４０５号に既に提案している。そ
の他、特開平７−１０９３号では、鋳造速度や鋳型断面
寸法から決定される最適周波数について提案している。

【０００４】一方、こうした電磁界鋳造法で使用される
電磁界鋳造用鋳型として、高周波磁界の電磁力を鋳型内
に十分に浸透させるという観点から、鋳型壁に複数のス
リットを形成したものも開発されている。

【０００５】スリットを形成した電磁界鋳造用鋳型を図
面を用いて説明する。図１は、電磁界鋳造用鋳型の構成
の一例を示す平面図である。この鋳型は、本発明者らが
先に開発した電磁界鋳型装置（実開平５−７６６５３
号）の鋳型部分を示したものであり、横断面形状が矩形
の鋳片を鋳造する為のものである。この鋳型１において
は、水冷の電磁界鋳型部２に鋳造方向に延びる複数のス
リット８が所定間隔を置いて形成されており、鋳型外周
に配置された電磁コイル（図示せず）からの高周波磁界
の鋳型内への浸透を容易にしている。またこの鋳型１に
おいては、前記スリット８はコーナー部５には形成され
ていない。尚図１中９は、電磁界鋳型部２を冷却する為
の冷却水通路である。

【０００６】図１に示した鋳型１では、コーナー部５に
はスリット８が形成されていないが、図２に示す様にコ
ーナー部５にスリット８が形成された鋳型も知られてい
る［例えば、「鉄と鋼」、vol.80(994),p711］。尚上記
「鋳型のコーナー部５」とは、図３（鋳型の部分拡大
図）にハッチングで示した領域を意味する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これまでに提案されて
いる技術は、鋳片の面中央部の表面性状の改善を目指し
たものが主流を占めており、こうした観点からすると、
その効果が発揮されていると言えるが、鋳片角部におけ
る表面性状については良好な結果が得られていないのが
実情である。また鋳片の角部における表面性状と、前記
スリットの形成位置との関係についても確立されていな
いのが実情である。即ち、鋳片の角部における表面性状
を良好にするには、鋳型１のコーナー部５にスリットを
設けた方が良いのか設けない方が良いのか、またコーナ
ー部５の近傍にスリットを設けるにしても、どの位置に
設けるのが良いのか等については、全く検討されていな
いのが実情である。

【０００８】本発明はこうした従来の技術における技術
的課題を解決する為になされたものであって、その目的
は、前記スリット形成の最適な配置状況を確立し、鋳片
の面中央部における表面性状は勿論のこと、鋳片の角部
における表面性状についても良好にすることのできる電
磁界鋳造用鋳型を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た発
明とは、横断面形状が矩形の鋳片を鋳造する為の鋳型の
鋳型壁に、鋳造方向に延びる複数のスリットを所定間隔
を置いて形成し、且つその外周に電磁コイルを設置して
初期凝固殻およびその近傍の溶融金属に高周波磁場によ
る電磁力を作用させる電磁界鋳造用鋳型において、コー
ナー部にはスリットを形成せず、且つ各コーナーの鋳型
内面位置から最初のスリット形成位置までの距離を８〜
２５ｍｍとしたものである点に要旨を有するものであ
る。尚「各コーナーの鋳型内面位置」とは、前記図３に
おける符号２０で示した位置を意味し、「最初のスリッ
ト形成位置までの距離」とは、図３に示した距離Ｌを意
味する。

【００１０】

【発明の実施の形態】電磁界鋳造を行った場合における
利点としては、下記〜の事項が挙げられる。 電磁界にて発生するピンチ力が鋳片凝固殻に作用し、
溶湯（溶融金属）静圧を緩和する方向に働くために、鋳
型振動に起因する悪影響を排除でき、オッツレーション
マークと呼ばれる鋳片表面凹凸が生成しにくくなり、表
面性状が良好となる。 電磁界により発生するピンチ力が鋳片凝固殻に作用
し、鋳型と鋳片凝固殻間における潤滑剤パウダーの流入
経路を拡大して、摩擦力を減少するので、鋳片表面品質
が良好になる。 電磁力によって湯面が盛り上がり、また電磁力の加熱
効果によって初期凝固は湯面下から開始するので、外部
原因による湯面変動の影響が初期凝固に及びにくくな
り、鋳片表面品質が良好になる。 加熱効果とピンチ力によって、初期凝固殻が湯面まで
張り出すことがないので、張り出した凝固殻の下にピン
ホールや介在物が捕捉されることがない。上記した利点
を、鋳型全周に亘って発揮させるためには、鋳型構造、
特に前記スリットの配置状況を適切にする必要があると
考えられた。

【００１１】前述した様に、電磁力は鋳型のスリットか
ら鋳型内に浸透するのであるが、鋳型のコーナー付近で
は、鋳型のコーナー（前記鋳型内面位置２０）および該
コーナーを挟む２辺に設けられたスリットより電磁力が
浸透するので、鋳型の辺中央部（前記図２で参照符号２
５で示した部分）に比べて浸透した電磁力が増大するこ
とになる。そして、前記特開平７−１０９３号にも開示
されている様に、電磁力が過剰になると溶湯の内部流動
が激しくなって、コーナー付近でのメニスカスの安定性
が達成できなくなり、該コーナーに対応した鋳片角部に
おける表面性状の低下につながるものと考えられる。

【００１２】一方、鋳型のコーナーを含めてスリットを
設けない距離（前記鋳型内面位置２０から最初のスリッ
ト形成位置までの距離）が増大すると、コーナー部５付
近に浸透する電磁力が弱くなり過ぎて、鋳片の角部表面
に凹凸が発生することになり、鋳片の表面性状が改善さ
れないことになる。

【００１３】そこで本発明者らは、鋳型のコーナー付近
に形成するスリットの配置状況を適切に規定すれば、メ
ニスカスの安定性を鋳型全周に亘って確保でき、これに
よって鋳片の角部の表面性状をも良好にできると考え、
その具体的手段について様々な角度から検討した。その
結果、上記した構成を採用すれば、鋳片の角部の表面性
状をも良好にできることを見出し、本発明を完成した。

【００１４】以下実施例によって本発明の作用・効果を
より具体的に説明するが、下記実施例は本発明を限定す
る性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変
更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるも
のである。

【００１５】

【実施例】本発明者らは、まず横断面形状が１５０ｍｍ
角の矩形である鋳片を鋳造できる試験連鋳機を用い、ス
リット間隔（隣合うスリットとの距離）を２２ｍｍと
し、鋳型コーナー付近のスリット形成位置を鋳型のコー
ナー（前記鋳型内面位置２０）から５０ｍｍまでの範囲
で種々変化させた鋳型内に溶融した錫を満たし、鋳型コ
ーナーの錫溶湯の盛り上がり形状を測定した。電磁力が
大きいと溶湯は鋳型内部に押されるため、鋳型コーナー
における溶湯の盛り上がり形状は、鋳型辺中央部とは異
なり傾斜が緩やかになる。従って、鋳片の角部の表面性
状を良好にするには、鋳型辺中央部と同様な盛り上がり
形状を鋳型のコーナーでも保つ鋳型を実現することが必
要になる。

【００１６】図４に、コーナー部５にスリットを設けた
鋳型とコーナーを含みコーナーから１５ｍｍの位置まで
スリットを設けない鋳型を用いた場合の、鋳型コーナー
における錫溶湯の盛り上がり形状（溶湯の鋳型壁面から
の距離と湯面からの距離との関係）を示す。この図４に
は、鋳型辺中央部における錫溶湯の盛り上がり形状につ
いても示した。一方、図５に、鋳型コーナーから５０ｍ
ｍの範囲で最初のスリットを形成するまでの距離（前記
距離Ｌ）を種々変化させた場合の、鋳型コーナーにおけ
る錫溶湯の盛り上がり角度の変化を示す。この図５に
は、鋳片の面中央部の表面性状が良好になる場合の鋳型
辺中央部の錫溶湯の盛り上がり角度の範囲についても示
した。尚「溶湯の盛り上がり角度」とは、鋳型内面に臨
む溶湯表面と水平面とのなす角度であり、溶湯に作用す
る電磁力が大きくなればなる程この角度は小さくなる。

【００１７】これらの結果から明らかな様に、鋳型のコ
ーナー部５にスリットを設けず、鋳型コーナーから８〜
２５ｍｍの距離に最初のスリットを設けた場合に、溶湯
の盛り上がり角度が鋳型辺中央部とほぼ同一になってい
ることがわかる。またこの距離が２５ｍｍを超えると、
鋳型コーナー付近に侵入する電磁力が弱くなるので、該
コーナーにおける溶湯の盛り上がり角度が鋳型辺中央部
に比べて大きくなって、電磁力が弱まっていることがわ
かる。

【００１８】次に本発明者らは、同試験連鋳機を用い
て、スリット間隔を２２ｍｍとし、鋳型コーナーから最
初のスリットを形成するまでの距離を種々変化させた鋳
型によって鋳造テストを行い、鋳片角部の表面凹凸の大
きさを測定し、最初に形成するスリットの最適な位置に
ついて検討した。鋳造した炭素鋼の化学成分組成を下記
表１に示す。このとき鋳造速度は０．７〜３．０ｍ／ｍ
ｉｎとした。また鋳型内で最も磁束密度が高くなるコイ
ル中央部の空芯での磁束密度は、鋳造速度：０．７ｍ／
ｍｉで３００ガウス（Gauss)、鋳造速度：３．０ｍ／ｍ
ｉで３８０ガウス（Gauss)とし、高周波数の周波数は３
０ｋＨｚの一定とした。

【００１９】

【表１】

【００２０】鋳片角部の表面の凹凸の大きさを測定した
結果を図６に示す。この結果から明らかな様に、前記錫
溶湯の盛り上がり形状の測定結果と同様に、コーナー部
にスリットを設けず、コーナーから最初のスリットを形
成するまでの距離を８〜２５ｍｍとした場合には、鋳片
角部における表面凹凸の大きさが小さくなって、表面性
状が改善されていることがわかる。またこの距離が２５
ｍｍを超えると、コーナーに侵入する電磁力が弱まるの
で、鋳片角部の表面性状が再び悪化していることがわか
る。

【００２１】尚本発明の鋳型の用いて鋳造するに当たっ
ては、鋳片面中央部における表面性状が良好となる様
に、鋳造速度や鋳型断面寸法等に応じて、電磁コイルの
周波数を適切な範囲に設定する必要があることは言うま
でもない。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、ス
リット形成の最適な配置状況を確立でき、鋳片の面中央
部における表面性状は勿論のこと、角部における表面性
状についても良好にすることのできる電磁界鋳造用鋳型
を提供が実現できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】電磁界鋳造用鋳型の構成の一例を示す平面図で
ある。

【図２】電磁界鋳造用鋳型の構成の他の例を示す平面図
である。

【図３】鋳型のコーナー部を説明する為の部分拡大図で
ある。

【図４】コーナー部にスリットを設けた鋳型と設けない
鋳型を用いた場合における、溶湯の鋳型壁面からの距離
と湯面からの距離の関係を示すグラフである。

【図５】鋳型コーナーから最初のスリットを形成するま
での距離と鋳型コーナー部付近における錫溶湯の盛り上
がり角度の変化を示すグラフである。

【図６】鋳型コーナーから最初のスリットを形成するま
での距離と鋳片コーナー部の表面の凹凸の大きさとの関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

２ 電磁界鋳型部 ８ スリット ９ 冷却水通路 ５ コーナー部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 横断面形状が矩形の鋳片を鋳造する為の
   鋳型の鋳型壁に、鋳造方向に延びる複数のスリットを所
   定間隔を置いて形成し、且つその外周に電磁コイルを設
   置して初期凝固殻およびその近傍の溶融金属に高周波磁
   場による電磁力を作用させる電磁界鋳造用鋳型におい
   て、コーナー部にはスリットを形成せず、且つ各コーナ
   ーの鋳型内面位置から最初のスリット形成位置までの距
   離を８〜２５ｍｍとしたものであることを特徴とする電
   磁界鋳造用鋳型。