JPH1110296A - 連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】連続鋳造の初期と終期のように鋳造速度を低下
させたときでも鋳片の内部欠陥および表面欠陥を減少さ
せる。 【解決手段】鋳型1の長辺1A外側において下記に示す上
段U、中段Mおよび下段Lに静磁場を印加し、溶融金属を
注入しながら凝固させる連続鋳造方法であって、鋳込み
初期または終期において、中段および下段には上段と磁
場印加方向が反対で、磁場強度が上段の1.0倍から2.0倍
までの範囲の磁場を印加する連続鋳造方法。 上段：メニスカスを含み、浸漬ノズルからの吐出流路を
含まない上方部分、中段：浸漬ノズルからの吐出流路を
含む中間部分、下段：浸漬ノズルからの吐出流路を含ま
ない下方部分。ここで、吐出流路とは、静磁場を印加し
ないときの浸漬ノズルから吐出された溶融金属が鋳型短
辺の側壁に衝突するまでの流路である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鋳込み初期また
は終期などの鋳造速度が遅く、溶融金属の温度が低下し
たとき、鋳型内の溶融金属の温度低下を抑制し、品質の
良好な鋳片を得る連続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属の連続鋳造方法は、浸漬ノズルを用
いて溶融金属（以下、これを「溶鋼」ということもあ
る）を鋳型内に注入し、連続的に凝固させて鋳片を得る
方法である。浸漬ノズルは鋳型の中心位置に設けられ、
金属板を得る水平断面が長方形の鋳片（スラブ）では、
鋳型長手方向に均一に溶融金属を注入するため、浸漬ノ
ズルの吐出孔は鋳型断面の長辺に平行な方向に向けて左
右に設けられている。

【０００３】連続鋳造の鋳造初期または終期などのよう
に鋳造速度を低下させなければならない場合には、単位
時間当たりの溶融金属の注入量（これは、「スループッ
ト」と呼ばれ、（鋳型の水平断面積）×（鋳片の引き抜
き速度）×（比重）によって計算される）が減少するの
で、鋳型内への熱供給量が減少し、温度が低下する。そ
のため、非金属介在物、またはノズル詰まり防止用に吹
き込まれる不活性ガスの気泡が浮上しにくくなり、溶融
金属内部に閉じこめられ、鋳片の内部欠陥の原因とな
る。また、鋳型内の温度が低下すると、メニスカスでの
凝固シェルの倒れ込みが多くなったり、パウダーの介在
物捕捉能力が低下するとともに、パウダーが凝固シェル
に捕捉され易くなり、鋳片の表皮下欠陥の発生原因とな
る。

【０００４】鋳片に内部欠陥が存在すると、たとえば建
築用のＨ形鋼の場合では二枚割れを発生させ、また、表
皮下欠陥が存在すると、冷延鋼板となったときスリバー
疵、ヘゲ疵、ピンホールなどの表皮欠陥の発生原因とな
る。これらの欠点は、いずれも製品から除外しなければ
ならないので製品歩留りが低下する。

【０００５】これを解消するために、『日本鉄鋼協会講
演論文集「材料とプロセス」第132回秋季講演大会、高
温プロセス、社会鉄鋼工学、「極低炭ボトム品質改善」
1996年、第９巻、第４号、841ページ』には、パウダー
中に発熱材を添加する方法、または鋳造スタート時に鋳
型内電磁撹拌装置を使用し、鋳型内の溶鋼を活性化させ
る方法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、金属
の連続鋳造に際し、鋳造の初期や終期に、スループット
を減少させても、内部欠陥や表面欠陥を発生させない良
好な鋳片を得ることができる連続鋳造方法を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、磁場による
鋳型内の溶鋼流動制御について研究を行い、鋳型長辺の
両側壁外面の上段、中段および下段に、各段で異極が対
向する磁石（電磁石または永久磁石）を設けた鋳造装置
を用い、各段の静磁場を適正に設定することにより、ス
ループットが少なくとも鋳型内の溶融金属の温度低下を
きたさないことを見いだし、本発明を完成した。本発明
の要旨は、下記の連続鋳造方法にある。

【０００８】鋳型1の長辺1A外側において下記に示す上
段U、中段Mおよび下段Lに静磁場を印加し、溶融金属を
注入しながら凝固させる連続鋳造方法であって、鋳込み
初期または終期において、中段および下段には上段と磁
場印加方向が反対で、磁場強度が上段の1.0倍から2.0倍
までの範囲の磁場を印加する連続鋳造方法（図１参
照）。

【０００９】上段：メニスカス7を含み、浸漬ノズル2か
らの吐出流路15Bを含まない上方部分、 中段：浸漬ノズルからの吐出流路を含む中間部分、 下段：浸漬ノズルからの吐出流路を含まない下方部分。

【００１０】ここで、「吐出流路」とは、静磁場を印加
しないときの浸漬ノズルから吐出された溶融金属が鋳型
短辺の側壁に衝突するまでの流路である（図５参照）。

【００１１】また、「鋳込み初期または終期」とは、鋳
造速度を低く（スループットが3.0トン／分以下）しな
ければならない状態を意味する。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の連続鋳造方法に
用いた装置の斜視図である。また、図２は、図１のX-X
で示す断面を鋳型の短辺側から見た縦断面図である。

【００１３】両図において、鋳型1の長辺1Aの両側壁外
面の上段U、中段Mおよび下段Lの３段に鋳込み方向から
見てコの字形の鉄心3Bを配置し、鉄心の平行部3Cにコイ
ル3Aを巻回し、図２に示すように可変抵抗器4を介して
直流電源5を接続する。鋳片1の短辺を挟んで相対する磁
極3Dの極性を反対にして、鋳型の短辺1B方向に磁場を形
成させる。それぞれのコイル3Aに供給する電流の大き
さ、または方向を変えることによって、磁場強度または
磁場分布を変えることができる。

【００１４】上記の３段の領域は、静磁場を印加しない
通常の鋳造状態に基づいて定められる。

【００１５】図５は、通常の連続鋳造鋳型内の溶融金属
の流動を模式的に示した鋳型短辺中心での縦断面図であ
る。同図に破線で示すように、吐出流15が斜め下方に進
行し、鋳型短辺側の側壁に衝突するまでの流路を「吐出
流路15B」と定義し、中段Mは、この吐出流路の少なくと
も一部を含む位置に設定する。上段Uは、吐出流路を含
まず、それよりも上方にあり、かつ鋳型内溶融金属6の
メニスカス7を含む領域、すなわちメニスカス流17を含
む領域である。下段Lは、吐出流路を含まず、上記中段M
より下方の領域である。

【００１６】図３は、各段に静磁場を印加して、鋳造速
度を低下させたときの鋳型内の溶融金属の流れの一例を
示す鋳型短辺中心縦断面図である。図において、左側
は、鋳造速度を低下させたとき通常の方法で鋳造を行っ
ている状況、右側は、本発明の方法で鋳造を行っている
状況を示している。

【００１７】本発明の連続鋳造方法は、鋳造の初期また
は終期において、鋳造速度を低下させたとき図３に示す
ように、二次下降抑制流を二次上昇抑制流と同等または
大きくすることによって鋳型内の溶融金属の温度低下を
防ぎ、鋳片の内部欠陥と表面欠陥を低減するものであ
る。

【００１８】(1)中段および下段に印加する磁場：中段
および下段への磁場印加を上段と反対方向とすることに
よって、上段と中段との間で磁束密度がゼロとなる領域
が存在するので抑制効果が低下し、二次上昇流が増加す
る。これによって、全ての段の磁場強度が等しい場合で
あっても、二次下降流よりも二次上昇流の方が強くな
り、高温の溶融金属が鋳片下部に進入しにくくなるの
で、鋳型内溶融金属の温度低下が防止できる。また、中
段と下段の磁場印加方向を同方向とすることによって、
二次下降流の抑制効果を高め、スループットが低下した
ときでも鋳型内溶融金属の温度低下を低減することがで
きる。しかし、中段と下段の磁場印加方向が反対である
と、中段と下段との間で磁束密度がゼロとなる領域が存
在し、二次下降流を抑制することができない。

【００１９】中段および下段に印加する磁場強度を上段
と同等、またはそれ以上（ただし、２倍まで）とするの
は、二次下降流の抑制を二次上昇流のそれよりも大きく
し、鋳型内で溶融金属を撹拌して、鋳型内の溶融金属の
温度低下を防止するためである。なお、中段と下段の磁
場強度は、同じでもよいし、異なっていてもよい。中段
および下段に印加する磁場強度が、上段の１倍未満では
上段に対する中段、下段の磁場強度が小さいため、二次
下降流が抑制されず、二次上昇流が小さくなり、メニス
カスへの溶融金属の供給が停滞し、メニスカス部の温度
が低下して鋳片内介在物量が増加する。また、中段およ
び下段に印加する磁場強度が、上段の２倍を超えると、
二次下降流が抑制され、二次上昇流が大きくなり、湯面
変動による鋳片表皮下介在物が増加する。なお、中段と
下段との磁場強度は、等しくなくともよい。

【００２０】(2)上段に印加する磁場：上段への磁場印
加強度を中段および下段への磁場強度と同等またはそれ
よりも小さくするのは、二次上昇流の抑制力よりも二次
下降流の抑制力を大きくし、高温の溶融金属を鋳片下部
に進入させないようにし、鋳型内の溶融金属の温度低下
を防止するためである。二次下降流の抑制力が大きくな
るため二次上昇流が大きくなり、メニスカス湯面を変動
させる。このため、磁場強度の大きさは、鋳片の大きさ
を考慮して設定する必要がある。たとえば、内壁寸法が
長辺1600mm、短辺270mm、高さ900mmである鋳型を用い、
1.3ｍ／分の鋳造速度で低炭素鋼を鋳造した場合、磁場
強度が1000ガウス未満ではメニスカス湯面の変動を低減
することができず、2000ガウスを超えると二次上昇流が
過剰に抑制されるため、メニスカスへの熱の供給が不足
し、温度低下によるパウダーの介在物捕捉能力が低下し
た。

【００２１】これにより、従来鋳造速度の低いとき、鋳
型内の溶融金属の温度およびメニスカス部の温度低下が
抑制され、介在物や気泡の浮上を促進させ、溶融パウダ
ーの安定した非金属介在物吸収能の確保ができる。

【００２２】

【実施例】内壁寸法が長辺幅1600mm、短辺幅 270mm、高
さ 900 mm の水冷銅鋳型を備えた図１に示すスラブ連続
鋳造機を用い、鋳込み初期と終期のスループットを3.4
トン／分、安定時を6.7トン／分として低炭素アルミキ
ルド鋼を対象に鋳造試験を行った。そして、鋳込み初期
と終期には表１に示すとおり静磁場を上段、中段および
下段に印加し、安定時には全て上段と下段に2200ガウ
ス、中段に3000ガウスの磁場を印加した。

【００２３】

【表１】

【００２４】図４は、上段、中段および下段に静磁場を
印加したときの磁力線分布と磁場強度分布を示す図であ
り、(a)は本発明の方法で定める範囲の磁場を印加した
場合、(b)は鋳造速度安定時に印加する磁場の場合を示
す図である。

【００２５】発明例のチャージNo.1〜8では、中段およ
び下段には上段と磁場印加方向を反対とし、上段への磁
場強度を1000〜2000ガウスの範囲内に変えて印加した。
中段および下段への磁場印加強度は、上段の1.0倍から
2.0倍までの範囲の磁場を印加した。

【００２６】比較例１のチャージNo.9では、中段および
下段への印加磁場強度を上段の0.67倍、チャージNo.10
では2.3倍とした。比較例２のチャージNo.11およびNo.1
2は、上段に500ガウスまたは2500ガウス（本発明で定め
る範囲外の磁場強度）を印加した。比較例３のチャージ
No.13は、全ての段の磁場印加方向を等しくした。チャ
ージNo.14は、鋳造の初期および終期に各段の磁場印加
を調整せずに鋳造を行った。

【００２７】メニスカスの温度上昇指数は、鋳型に埋め
込んだ熱電対で溶融金属の温度を測定し、チャージNo.1
4を基準値１とし、その相対値で示した。

【００２８】湯面安定指数は、渦流式湯面レベル計によ
って測定し、チャージNo.14を基準値１とし、その相対
値で示した。

【００２９】鋳片内介在物指数は、顕微鏡により大きさ
20μｍ以上の介在物個数を計量し、チャージNo.14を基
準値１とし、その相対値で示した。

【００３０】表皮下介在物指数は、鋳片の表面から３mm
までの介在物数を計量し、チャージNo.14を基準値１と
し、その相対値で示した。

【００３１】コイル製品品質指数は、鋼板表面のスリバ
ー疵、ヘゲ疵、ピンホールなどの欠陥を目視観察し、不
良品の重量を全重量で除し、チャージNo.14を基準値１
とし、その相対値で示した。この値が大きいほど、不良
品の発生率が高いことになる。

【００３２】これらの結果を表１に併せて示した。

【００３３】発明例のチャージNo.1〜8では、メニスカ
ス温度上昇指数が1.05〜1.11と1.00よりも高く、温度の
低下が小さく、鋳片内介在物指数が0.77〜0.90と介在物
が減少した。また、湯面安定指数が0.63〜0.94と1.00よ
りも低く、湯面変動が抑制されて表皮下介在物指数が0.
63〜0.92に低下しており、表皮下介在物が減少してい
る。その結果、製品の不良率が減少した。

【００３４】これに対し、比較例１のチャージNo.9は、
上段の磁場印加強度が中段および下段よりも大きいた
め、二次上昇流を過剰に抑制する結果、メニスカス温度
上昇指数が0.90と1.00よりも小さくなり、鋳片内介在物
指数が1.43と悪化した。その結果、製品の不良率が1.20
と増加した。チャージNo.10は、上段の磁場印加強度が
中段および下段よりも小さいため、二次上昇流が過大と
なり、メニスカス温度上昇指数が1.13と1.00よりも大き
くなり、鋳片内介在物指数が0.86となるが、湯面安定指
数が1.60と1.00よりも大きくなり、表皮下介在物指数が
1.40と悪化した。その結果、製品の不良率が1.17と増加
した。

【００３５】チャージNo.11は、上段の磁場印加強度が5
00ガウスと本発明で定める範囲を小さく外れるため、二
次上昇流が大きくなり、湯面安定指数が1.40と1.00より
も大きくなり、表皮下介在物指数が1.30と悪化した。そ
の結果、製品の不良量率1.06と増加した。

【００３６】チャージNo.12は、上段の磁場印加強度が2
500ガウスと本発明で定める範囲を大きく外れるため、
二次上昇流を過剰に抑制する結果、メニスカス温度上昇
指数が0.98と1.00よりも小さくなり、鋳片内介在物指数
が1.08と悪化した。その結果、製品の不良率が1.05と増
加した。

【００３７】チャージNo.13は、全ての段の磁場印加方
向を等しくしたので、メニスカス温度上昇指数が0.90と
1.00よりも小さくなり、鋳片内介在物指数が1.36と悪化
した。その結果、製品の不良量が1.20と増加した。これ
は、上段と中段との間で磁束密度がゼロとなる領域が存
在しなくなるため、二次上昇流が抑制され、メニスカス
部の温度が低下するためである。

【００３８】

【発明の効果】本発明の方法によれば、連続鋳造の鋳込
み初期または終期などの鋳造速度を低くしたとき、上
段、中段および下段に配置した磁場印加装置によって、
それぞれの磁場印加強度を調整することにより、鋳型内
溶融金属の温度低下を防止し、かつメニスカス湯面を沈
静化させ、鋳片の表面欠陥や内部欠陥の発生を低減する
ことができる。本発明は、普通鋼の鋳造のみならず、ス
テンレス鋼や銅のような非鉄金属の連続鋳造にも適用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の連続鋳造方法に用いた装置の斜視図で
ある。

【図２】図１のX-Xで示す断面を鋳型の短辺側から見た
縦断面図である。

【図３】各段に静磁場を印加して、鋳造速度を低下させ
たときの鋳型内の溶融金属の流れの一例を示す鋳型短辺
中心縦断面図である。

【図４】上段、中段および下段に静磁場を印加したとき
の磁力線分布と磁場強度分布を示す図であり、(a)は本
発明の方法で定める範囲の磁場を印加した場合、(b)は
鋳造速度安定時に印加する磁場の場合を示す図である。

【図５】通常の連続鋳造鋳型内の溶融金属の流動を模式
的に示した鋳型短辺中心での縦断面図である。

【符号の説明】

１：鋳型 1A：鋳型長辺側壁 1B：鋳型短辺側壁 ２：浸漬ノズル ３：電磁石 3A：コイル 3B：鉄心 ４：可変抵抗器 5：直流電源 ６：溶融金属 ７：メニスカス ８：凝固シェル ９：鋳片 10：固体パウダー 11：溶融パウダー 12：上段磁極中心線 13：中段磁極中心線 14：下段磁極中心線 15：吐出流 15A：吐出抑制流 16：二次上昇流 16A：二次上昇抑制流 17：メニスカス流 18：二次下降流 18A：二次下降抑制流

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳型長辺外側において下記に示す上段、中
   段および下段に静磁場を印加し、溶融金属を注入しなが
   ら凝固させる連続鋳造方法であって、鋳込み初期または
   終期において、中段および下段には上段と磁場印加方向
   が反対で、磁場強度が上段の1.0倍から2.0倍までの範囲
   の磁場を印加することを特徴とする連続鋳造方法。 上段：メニスカスを含み、浸漬ノズルからの吐出流路を
   含まない上方部分、 中段：浸漬ノズルからの吐出流路を含む中間部分、 下段：浸漬ノズルからの吐出流路を含まない下方部分、 ここで、吐出流路とは、静磁場を印加しないときの浸漬
   ノズルから吐出された溶融金属が鋳型短辺の側壁に衝突
   するまでの流路である。