WO1996005926A1

WO1996005926A1 - Procede de coulee en continu de metal en fusion et installation a cet effet

Info

Publication number: WO1996005926A1
Application number: PCT/JP1995/001672
Authority: WO
Inventors: Shigeo Asai; Takehiko Toh; Kiyoshi Wajima; Kenzo Sawada; Eiichi Takeuchi; Kensuke Sassa; Tingju Li
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 1994-08-23
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 1996-02-29
Also published as: DE69530567T2; KR960705643A; CN1134125A; AU680154B2; EP0729798A1; CN1046448C; DE69530567D1; US6336496B1; EP0729798A4; US5722480A; EP0729798B1; KR100202040B1; BR9506331A; AU3264895A

Description

明細書溶融金属の連続铸造方法およびその装置技術分野

本発明は溶融金厲を連続铸造する方法に関し、通電する交流電流の振幅、周波数あるいは位相等波形を繰り返し変化させることによつて、電磁力を溶融金属が、铸型から離れるように作用させ、初期凝固の不安定性を抑制し、铸型と溶融金属間に潤滑作用および表面性状改善作用を付与しながら連続銃造する方法およびその装置に関する。背景技術

連続铸造にあたっては、一般にパウダーが铸型内溶融金属プール上面に添加され、溶融金属からの熱で溶融したパウダーは、上下に振動する踌型壁と、一定速度で引き抜かれる凝固シェルの相対運動によって、これらの間隙に流入する。この溶融パウダーの流入の際に発生する動圧によってメニスカスや凝固シェル先端が変形する。この変形は铸型オシレーシヨンの周期で繰り返されるため、铸片表面にはオシレーンヨンマークとよばれる周期的な皺が形成される。

ここで、通常程度の深さの規則的なオシレーンヨンマークの形成は、铸造操業ゃ铸片表面品質の安定化に寄与することが知られている。これに対し、オシレーシヨンマークの深さが深すぎる場合は銃片表面欠陥につながる恐れがある。また、深すぎるマーク自身が問题となる以外に、例えばオーステナイトステンレス鋼の連続铸造の場合にはこのマーク谷部に N iの正偏折が発生し、铸片の表面研削が必要となったり、あるいは普通鋼等でも、マーク形成に伴って、マーク部の気泡や介在物の捕捉が増加する等の現象も観察され歩留まりを低下させるケースもある。

一方、従来、ビレツ卜をはじめとする小断面積の铸片の連続铸造においては、パウダーに替わってレブシードオイルが使用されている。浸漬ノズルを用いないで、注入を行うこの小断面積铸片の連続铸造では、注入流による巻き込みを引き起こすパウダーは使用できないからである。このレプシ一ドオイルはメニスカスにおいて燃焼し、グラフアイトとなって凝固シェルが钫型壁へ焼き付くのを防止することが知られている。しかし、結果として钫造された铸片表面に規則的に生成した明瞭なオシレーションマークを得ることは困難で、その^造操業ゃ铸片品質の安定性は、パウダーを用いた铸造に比べ劣っている。

以上述べた初期凝固を制御する方法として、従来、特開昭 52- 328 24号公報に記載されるように、溶融金属 2 を潤滑剤 4 と共に一定の周期で振動する水冷铸型 1 に注入し、連続的に下方に引き抜くことによる連続铸造方法において、第 2図に示すような铸型周りに設けた電磁コイル 5 に交流電流を連続的に通電し、交流電磁場によって発生する電磁力を利用して溶融金属 2を凸状に盛り上げることによつて、铸片表面性状を改善する方法が提案されている。また、特開昭 64 - 83348号公報に記載された、電磁コイルによって铸型内の溶融金属に電磁力を与える際に、第 3図に示すように交流磁場をパルス状に付与することによって、電磁力を問欠的に印加し、パウダーキヤスティングにおいて、さらなる表面性状の改善を行う方法も提案されている。

上記の特開昭 52- 32824号公報に示されているように、電磁コィルによって铸型内の溶融金属に連続的に電磁力を印加することによつて、铸片の表而性状が改善された。しかしながら、この印加した電磁場はメニスカス形状を変化させるのみならず、铸型内で凝固しようとする溶融金属を加熱し、初期凝固が必ずしも安定して進行しない場合があった。また、特開昭 64 - 83348号公報に示されているように、電磁コイルによって铸型内の溶融金厲に間欠的に電磁力を与えることによって、凝固シェルと铸型壁間へのパウダーの流れ込みが一層促進され、铸片の表面性状が改善された。しかしながら、第 3 図に示したような急激なオン · オフのパターンでは、溶融金厲プール表面に波動が発生する場合が見られる。この波動は、非通電時期にも残存し、結果として溶融金属プールメニスカスの擾乱を引き起こして電磁力印加の効果の妨げとなり、甚だしい場合には凝固シェルへのパウダー捕捉を引き起こすという問題を抱えていた。一方、メニスカスにおいて液体として凝固シェルと銹型の間に流入するようなパウダーを始めとする潤滑剤を使用しない連铸プロセスにおいては、その操業ゃ铸造される铸片の表面性状を、パウダーを使用して铸造した場合と同等なものに向上させる必要があった。

また、従来のパウダー、レブシードオイル等の潤滑剤を使用することなく、メニスカスより下方で凝固を開始させることによって、メニスカスの乱れを排除して表面性状を改善する方法が、特開平 2 一 3 7 9 4 3号公報に開示されている。この方法では、グラフアイトゃアルミナグラフアイトのように、所定の電気伝導度の耐火物を铸型とすることによって、その周囲に設けた電磁コイルによって、発熱させ鋼が凝固するレベルを制御する。このことによって、湯面下凝固による連続铸造を可能としたものである。前記公報では、加熱された铸型壁面上で金属が凝固する場合、铸片の引き抜き方向において、完全に固相となる部位の直前には、固液共存相が必然的に存在する。この部位は充分な強度を持たないため、铸片の引き抜きの際、取り残される場合も発生し、安定した操業ができなかった。前記したように、印加した電磁力は溶融金厲にも作用し、金厲と铸型との接触圧を減少させる方向、すなわち、両者の接触抵抗を減少させる方向に働くことになるが、この力を増大して初期の凝固を安定させようとした場合、铸型および金属の発熱量も増大して、結果として安定化が得られなかった。

本発明は、このような従来の電磁力印加による铸造方法の問題点を解消し、初期凝固の不安定性を抑制し、潤滑改善効果と铸片表面性状改善効果を安定して得ることができる溶融金属の連続铸造方法を提供するとともにパウダーを使用しない連続铸造方法における铸片表面性状を決定する初期凝固および铸造の安定化を付与できる溶融金厲の連続铸造方法を提供することを目的とする。発明の開示

本発明は、溶融金属の連続铸造プロセスにおいて、第 1 7図の電磁力発生原理の概要図に示されるとおり、連铸铸型を取り囲むように配置されたソレノイド状電磁コイル 5、または铸型の側壁に埋設したソレノイド状電磁コイルに交流電流を通電し、铸型内に注入され凝固を開始せんとする溶融金属 2に電磁力 1 8を印加しながら連続铸造するもので、誘導電流 20と誘導磁場 1 9の方向から前記電磁力 1 8の方向が決まり、本発明においては常に溶融金属 2 を铸型 1 に対して、铸型壁から引き離そうとする方向に作用する。その際に、通電する交流電流を第 1 図に示すようにステップ状とし、第 1 ( a ) 図に、大電流通電期を t , とし、小電流通電期を t ₂ として示すようにメニスカス形状を変化させるに必要な電磁力印加のための大電流通電の前後に、メニスカス形状を変化させるのとは異なる機能を有する小電流通電を組み合わせたり、第 1 ( b ) 図に示すように、メニスカス形状を変化させるに必要な電磁力印加のための大電流通電の後に、メニスカス形状を変化させるのとは異なる機能を得るための小電流通電を設け、これらを一対もしくは複数対印加した後に非通電期（ t 。_{f i} ) とする構成をとることによって、連続通電もしくは第 3図に示したパルス状通電（通電期を t 。_nとする）の際に発生する溶融金属の初期凝固不安定性を抑制し、潤滑改善効果と铸片表面性状改善効果を安定して得ることを特徴とするものである。さらに、上記において、メニスカス変形に寄与する大電流通電時間の周期内通電時間に対する割合を 0. 2以上、 0. 8以下とすることが好ましい。これにより、铸型壁と凝固シニル間の潤滑改善効果ゃ铸片表面性状改善効果を最大化することができる。

また、パウダーを使用しない、あるいはレブシードオイルのような溶融金属のメニスカスで液体として存在しない物質を使用して溶融金厲を連続铸造する方法において、連铸铸型を取り囲むように配置された電磁コィルに前記交流電流を通電し、これによつて铸型内の溶融金属のメニスカス部に間欠的に電磁力を印加して、メニスカスで凝固しつつある金属の周期的な変形とオーバーフローを促し、規則的なオシレーンヨンマークを得ることにより、連铸初期凝固を安定させることも可能とする。すなわち、具体的には以下のような特徴を有する。

その第一は、一定周期で振動する連铸铸型壁の外周に設置されたソレノィド状電磁コイルに周期的に振幅、周波数あるいは位相等波形が変化する交流電流を供給し、結果として铸型内に注入された溶融金属にその交流電流に対応して変化する電磁力を印加することである。

その際、電磁力の印加周期を铸型振動周期に同期させるとともに、その印加時期をネガティブストリップ期として、铸片表面に周方向に一様なオシレ一シヨンマークを形成させることにより、良好な表面性状の铸片を得ることができる。また、電磁力の印加時期をポジティブストリップ期とすると、铸片表面のオシレーションマーク形成は抑制され、表面が平滑な铸片を得ることができる。

第二は、振動のない連铸铸型壁の外周に設置されたソレノイド状電磁コイルに周期的に変化する交流電流を供給し、铸型内に注入された溶融金属にその交流電流に対応して変化する電磁力を印加して、铸片表面にオシレーシヨンマーク相当のマークを形成させることである。

これら第一及び第二の方法において、電磁コイルに周期的に変化する交流電流を供給し、铸型内に注入された溶融金属にその交流電流に対応して変化する電磁力を印加する具体的手段としては、以下の 3通りがある。

①電磁場波形の一周期が交流磁場印加期と非印加期とによって形成された間欠的な磁場となるように、電磁コィルにパルス状の交流電流を供給して、铸型内に注入された溶融金属に間欠的に電磁力を印加する。

②電磁場波形の一周期中に交流磁場の非印加期が存在しないように、振幅が強弱をもって変化するような交流電流を電磁コイルに供給して、铸型内に注入された溶融金属に、その交流電流の振幅に対応して変化する電磁力を印加する。

③電磁場波形の一周期中に交流磁場の非印加期が存在しないように、周波数が高低をもって変化するような交流電流を電磁コイルに供給して、铸型内に注入された溶融金属に、その交流電流の周波数に対応して変化する電磁力を印加する。この内、 ②および③が後述するステップ状の通電方法であり、ステップ状の電磁場波形が得られる

以上において、パウダーの使用の有無に拘らず、電磁コイルに付与する交流電流を以下のような特徴をもって変化させることにより、所期の安定な制御が可能となる。

すなわち、铸型振動がある場合には、铸型振動の周波数 fmと交流電流の周波数 fpを 0.69≤ 1 n (fp/fm) 9.90の範囲に設定する。また、電磁コィルに印加する交流電流の振幅に周期的に強弱をつけることに代えて、電磁コイルに変調した電流を印加し、変調電流の信号波の周波数を铸型振動の周波数と同じに設定し、かつ変調電流の搬送波の周波数 fcと钫型振動の周波数 fmを 0. 1 n (fc/fm) ≤ 9.90の範囲に設定するものである。変調電流には、振幅変調、周波数変調、位相変調が選択される。また、铸型振動がない場合には、铸型振動で通常用いる 1 から 5 Hzの周波数が fcとして選択される

図面の簡単な説明

第 1 ( a ) 図はステップ状通電で非通電期がないモード、第 1 ( b ) 図はステップ状通電で非通電期を含むモードを示す。

第 2図は連铸铸型内に組み込まれた電磁コイルと溶融金厲メニスカス、パウダーの位置関係を示す。

第 3図は従来提案されていたパルス状に電磁場を付与するモードを示す。

第 4 ( a ) 図は電磁力印加時の変形したメニスカス形状、第 4 ( b ) 図は電磁力非印加時の静止メニスカス形状、および第 4 ( c ) 図は電磁力印加、非印加を繰り返した場合の凝固シェルの形状を示す。

第 5 ( a ) 図は大電流通電期と小電流通電期を複数繰り返した後に非通電期を設けるモード、第 5 ( b ) 図は小電流通電期の間に異る電流値の大電流通電期群を設けるモード、および第 5 ( c ) 図は異なる電流値の大電流通電期群の後に小電流通電期を設けた後に非通電期を設けるモードを示す。

第 6図は錫の铸造実験に用いた装置の概要を示す。

第 7図は第 6図の装置を用い、ステップ状通電にて铸造した铸片の表面粗度と铸型内磁束密度の関係を示す。

第 8 図は第 6図の装置を用いて铸造した铸片の表面粗度と大電流印加時間の全周期に対する比率の関係を示す。

第 9図は本発明にかかわる連铸铸型とメニスカス、電磁コイルの位置関係を示す。

第 10図はレプシ一ドオイルにより溶融金)！の連続 I造を行う従来プロセスを示す。

第 1 1図は第 2図の従来プロセスで铸造したビレツト铸片表面状況を示す。

第 12図は本発明による第 1 図のプロセスで铸造したビレツト铸片表面伏况を示す。

第 13図は第 1 図のプロセスの電磁コィルに印加するパルス状の電流波形を示す。

第 14図は第 1 図のプロセスの電磁コィルに印加するステップ状の電流波形を示す。

第 15図は安定なメニスカスを保持するための铸型の機械振動数とコィルに印加するパルス状交流電流の周波数の関係を示す。

第 1 6図は本発明の連続铸造装置の概要を示す。

第 17図は本発明の電磁力の原理を示す。

第 18 ( a ) 図は実施例 8 の装置の概要を示し、第 18 ( b ) 図は第 18 ( a ) 図の A部の拡大図である。

第 19図は本発明の振幅変調した交流波形の一例を示す図である。第 20図は本発明の周波数変調した交流波形の一例を示す図である発明を実施するための最良の形態

溶融金属の連続铸造にあたり、初期凝固部位への電磁力印加によるパウダーの流入促進効果、および铸片の表面性状改善効果は特開昭 64- 83348号公報に詳細に説明されている。すなわち、第 4 ( a ) 図に示すように電磁力オンによって凝固シェル 6先端との間隔が拡大される。続いて電磁力がオフとなると、第 4 ( b ) 図に示すように溶融金属 2 の静圧 Pによって凝固シェル 6 先端は铸型壁側に押し戻されるが、このオン · オフが周期的に行われることによって、凝固シェル 6 には第 4 ( c ) 図に示すようにくびれが生じ、このくびれが繰り返され、铸型壁と凝固シェル間に潤滑剤としてのパウダー供給が促進される。本発明者らは、低融点合金を用いた铸造実験によって、連続通電、およびパルス通電による電磁力の間欠印加効果を上記のように検証する一方で、単純な連続通電、あるいはパルス通電によって得られる磁場での铸造においては、铸片表面に初期凝固不安定性に関わる欠陥が発生することを見いだした。すなわち、単純な連続通電の場合にはメニスカス形状変化に寄与する溶融金厲中に誘導された電流によって、凝固せんとする溶融金属が加熱され十分に凝固が進行せず、結果としてパウダー流入が不十分になったり、铸片表面性状が劣化する場合があった。

一方、第 3図に示すような磁束を付与する第 13図のような、非通電期 t 。_{f f} と通電期 t 。_nから成る単純なパルス状通電の場合は、通電を停止する際に最大値から瞬時に 0 となるため、この急激なメニスカス形状変化によって、溶融金属プールメニスカス表面に波動が生じ、これによつて発生する擾乱によってパウダーが溶融金属中に巻き込まれ、凝固シェルに if 捉されて表面欠陥となる場合があった本発明者らは電磁コイルへの交流電流の通電を以下に示すステツプ状に代表されるような周期的に変化する交流とすることによって、以上の問題を解決した。

ステップ状通電の電流波形を第 1 図に示す。第 1 ( a ) 図に示すように、ステップ状通電においては一周期の通電サイクルが、大電流通電期 t , 、および小電流通電期 t ₂ からなつている。このように電磁力を完全にオフとせず、メニスカス変形には寄与しないがメニスカス安定化に効果のある小電流通電期を設けることによって、溶融金属プールメニスカスの擾乱は大幅に低減して、パウダー巻き込み欠陥は解消する。また、この大電流通電時間 t , 、および小電流通電時間 t ₂ を、溶融金属の運動の応答時間内に選ぶことによつて、メニスカスを一定形状に変化させた状態を保ちつつ、発熱を抑制して、初期凝固を安定して進行させることも可能になった。なお、このステップ状通電は第 1 ( b ) 図に示すように、大電流通電の直後に小電流を通電して非通電期を設け、これを周期的に繰り返すモードも同様に有効である。

さらにこのステップ状通電は、第 5図に示すように種々のモードを選ぶことができ、パルス通電時の擾乱を抑えて、目的とする効果の安定化に有効である。例えば、第 5 ( a ) 図は大電流通電の後に小電流通電したものを複数操り返した後に非通電期を設け、これを周期的に繰り返すもの、また第 5 ( c ) 図は第 5 ( b ) 図のモードの小電流通電期の後に非通電期を加え、これを繰り返すものである。この図 5 に示した大電流と小電流を組み合わせ、グループとして印加することも、溶融金厲メニスカス形状を一定に保ちつつ誘導発熱を抑制して、初期凝固シェルの成長を遅らせることなく、安定的に進行させることに有効である。また、これらのステップ伏通電による電時力の問欠印加は、铸型をオシレーションする場合はもちろんのこと、铸型をオシレーションしない場合にも潤滑ゃ铸片表面品質向上の安定化に大きな効果を発揮する。

さらに本発明者らは、大電流通電時間 t , の通電時間 t , + t 2 に対する比率： t , / ( t , + t 2 ) を 0. 2から 0. 8の問に設定することによって、铸型壁と凝固シェル間の潤滑改善効果ゃ铸片表面品質改善効果を最大化することができることを見いだした。ここでの比率の下限は、メニスカス形状を変化させパウダー流入を促進させるための必要通電時間からくるものであり、比率の上限は、メニスカスの擾乱を抑えたり、あるいは発熱を防止するに必要な小電流通電時間から設定されるものである。なお、ここで言うパウダーとは連铳で一般に用いられている铸型内潤滑剤が溶融金厲プールのメニスカス上において溶融したものを指し、フラックスとも称されているものである。

また、パウダーを使用しない、あるレ、はレブシードオイルのような溶融金属のメニスカスで液体として存在しない物質を使用して溶融金属を連続铸造する方法においては、以下のごとくとなる。

铸片表面のオシレーションマークの形成は、初期凝固シェルの安定形成に重要な役割を果たしている。すなわち、連铸铸型内部での凝固が铸型周方向で均一に開始し、これを铸造長さ方向で均一に開始し、これを铸造長さ方向に規則的に繰り返すことは、優れた铸片表面性状を安定して得るために不可欠である。例えば、不均一な凝固開始となった場合、表面割れが発生したり、铸造速度をある一定値以上に増加することも困難となる。

本発明者らは、初期凝固の調査、研究において以下のことを確認した。すなわち、パウダーは铸型内メニスカス部において溶融状態にあり、ある値以上の粘性を有しているため、铸型振動を動圧としてメニスカスに伝え、結果として規則正しいメニスカスの変形や溶鋼のオーバ一フローを促している。この規則正しいメニスカスの変形や溶鋼のオーバーフローは規則正しい明瞭なオシレーシヨンマークの形成につながる。

一方、第 10図に示すように、パウダーを用いず、溶融金厲を連続铸造する場合には、銃型振動が溶融金厲メニスカス部に確実に伝播されない。例えば、ビレツトなどの小断面の铸片の铸造に用いられるレプシ一ドオイル 12は、液体のまま潤滑に寄与するのではない。連铸铸型 1 1の銅板に沿って微量添加されたオイルは、メニスカス 3 に達するまでの間穏やかに燃焼して、グラフアイトとなり、凝固シエルの铸型壁への焼き付き防止に寄与している。しかしながら铸型振動を凝固しつつあるメニスカス部に伝える媒体がない。従って铸片表面には規則的なオシレーシヨンマークが形成されにくく、良好な铸片表面性状が得られないケースが多々あった。

ところが、レブシードオイルを用いて铸造したビレット表面にも、不明晾ではあるがオシレーンヨンマークが形成されている。この場合のマーク形成機構としては、メニスカスにおいて僅かに熱変形した铸型壁のオシレーンヨンに伴って、特に铸型下降期にシヱル先端が変形を受けることが考えられ、铸型壁の熱変形は溶融金厲の铸型への接触状況によって異なり、また铸型壁の変形も周方向で必ずしも均一でないため、この場合に第 1 1図に示すような铸片 14表面に形成されるオシレーションマーク 13は、第 12図に示すものと同じ夕イブのパウダーを使用した場合のマーク 15とは周方向均一性の点で明らかに劣っている。従って、铸造操業や得られた铸片表面品位は安定かつ良好なものではなかった。

一方、本発明者らは、先に、凝固シェルと铸型壁問へのパウダーの供給を促進する目的で、連铸铸型を取り巻くように設置した電磁コイルに、第 3図に示すような磁束を付与する第 13図に示すようなパルス状の交流電流を通電することによって铸型内の溶融金厲メニスカスの凝固開始部位に間欠的に交流磁界を印加して、同部位に铸型から反発する方向の電磁力を操り返し作用させる方法を発案し、これを特開昭 64- 83348号公報に開示した。その後の研究によって著者らは、第 13図に示すようなパルス状通電による磁場の間欠印加が、潤滑剤を使用しない場合や、レブシードオイルのようなメニスカスにおいて液体として存在しない物質を使用する場合に、従来、制御不十分な铸型変形に頼って満足できなかった初期凝固を大きく改善、向上させることができることを新たに見いだした。

すなわち、メニスカスへの間欠磁場印加によつて凝固開始部位には間欠的な反発電磁力が発生する。そこで、パウダーのように铸型振動を凝固シェルに伝えるような物質を使用できない場合にも、間欠的に反発磁界を印加することによって、周期的なシェル変形や溶融金属のオーバーフローを確実に発生させ、規則的なオシレーションマークを形成させて、凝固開始の铸片周方向の安定性を確保することが可能になるのである。

特に、铸型下降速度が铸造速度を上回るネガティブストリップ期に反発磁界を印加した場合には、オシレーションマークを確実に生成させることができ、このモードが铸造操業ゃ铸片表面性状の安定化にとって最も効率的である。一方、铸型振動の中で、ネガティブストリップ期に反発磁界を印加した場合には、オシレーシヨンマ一クの生成を抑制することとなり、表面が平滑な铸片を得ることができる。ただし、この場合には必ずしも初期凝固の安定化にはつながらないため、铸造速度を落として铸造するなどの注意が必要となる。なお、ここで言うパルス状通電による間欠的電磁力印加とは、一周期が印加期と非印加期とから構成されるモードである。また、ステップ状通電による問欠的電磁力印加とは、磁界強度が高い時期と低い時期とから構成される印加方式であり、両モードとも、十分な効果を発揮することを確認している。このステップ状通電において磁場強度を制御するには、電磁コイルに通電する交流電流の振幅を調整したり、あるいは周波数を調整したりする手段をとる。

パウダーキャスティングまたは非パウダーキャスティングに拘らず、铸型に機械的な振動を印加して連続踌造を行う場合、電磁コィルに交流電流をパルス状に印加し、铸型内の溶融金属に間欠的に電磁力を作用させることによって、初期凝固部において、铸型と铸片の接触圧を間欠的に低減させることができるが、印加電流の振幅の強弱の繰り返し周波数 f tを铸型振動の周波数 f mと同じに設定することによって、铸型の振動と同じ周期で電磁力が作用し、オシレーンヨンマークの原因となる凝固シェルの折れ込みと溶融金属のオーバ —フローの制御が可能となる。

さらに铸型に機械的な振動を印加して連続铸造を行う場合、铸型の振動周波数 f mに対して、パルス状交流電流の周波数 f pの設定が不適切な場合には、溶融金属のメニスカスに定在波が発生してメニスカスが不安定化したり、凝固が不安定化する問題があつたが、種々検討の結果、第 1 5図に示すように f mと f pを 0. 69≤ 1 n ( f p/ f m) ≤ 9. 90の範囲に設定することによって、メニスカスにおける湯面振動の干渉発生を抑制するとともに、凝固を安定化させることかできる。このように f pZ f mの値に下限が存在する理由は、メニスカスを安定にするためであり、上限が存在する理由は、凝固シェルの発達を安定して行わせるための熱的制約からくるものである。

また、間欠的な電磁力を発生させるコイル電流は、パルス状ゃステップ状交流電流に限定されるものではなく、振幅変調や周波数変調、位相変調等の変調された電流によっても実現することができる。この場合、変調電流の信号波の周波数 i sがパルス状交流における電流振幅の強弱の繰り返し周波数 f tに相当し、搬送波の周波数が f pに相当するため、信号波の周波数を铸型振動の周波数と同じに設定し、かつ搬送波の周波数 f cと铸型振動の周波数 f rnを 0. 69≤ 1 n ( f c/ f m) ≤ 9. 90の範囲に設定することで、上述のパルス状交流電流を印加した場合と同じ作用を得ることができる。

この制御は、铸型振動を行わない場合にも、電磁場により機械振動相当の潤滑補助作用をもたらすべく用いることが可能である。この場合、 f mが存在しないこと力、ら fじとしては通常 f mとして用いられる 1 から 5 H z程度が選択される。

本発明では、前記のような印加したステップ状電磁場によって、冷却用铸型を铸造方向とは垂直な方向に振動させることによって、潤滑剤を使用しない場合でも、凝固シェルと铸型との摩擦抵抗を低減することができる。また、潤滑剤を使用した場合には、より一層凝固シェルと铸型壁間の摩擦抵抗を低減して、表面性状の優れた铸片を連続铸造できる。さらに、前記特開昭 2— 3 7 9 4 3号公報に示されるような、加熱用铸型を用いた湯面下凝固による金属の連続铸造プロセスに適用することも可能である。すなわち、印加する電磁場をステップ状とすることによって、所定の加熱を行ないつつ、パルス状の強い電磁力によって、铸型壁と凝固しつつある金属間を軟接触状態となし、安定した湯面下凝固による連続铸造を実現することが可能となる。実施例

実施例 1

以下、実施例により本発明の特徴を具体的に説明する。第 6図に示す装置を用い、錫を铸造した。铸型を取り巻くように電磁コイルを設置し、第 1 ( b ) 図のパターンで電流をステップ状に通電した。铸造速度は ^cmZ分、铸型形状は丸型で直径 3 cm、铸型振動周波数は 60サイクル Z分、振動ストロークは 0. 3cinである。また、比較のため第 1 3図のパルス状通電の実験も行った。通電の周期はステップ状、パルス状通電共に 60サイクル分、ステップ状通電の際の大電流として 600 A、小電流として 1 80 A、大電流印加時間の全周期に対する比率を 0. 3に設定した。一方、パルス状通電期の電流は 600 Aとした。铸造後の铸片を調査したところ、電磁力を印加せずに铸造した場合の铳片表面に形成されたマークの平均深さ Dの比は両例共に 0. 1以下と大幅に改善されていた。第 7図はステップ状通電の際の結果を示したものであるが、磁束密度 73 x l (T ⁴ T が本実施条件に相当する。この図において、 Βは磁束密度（Τ ) 、 Dは磁場を印加した铸片表面粗度および D。は磁場を印加しない铸片表面粗度で単位を有しない。

一方、単純なパルス状通電を行った铸片表面にはパウダーとして用いたシリコンオイルを嚙み込んだ形跡が多く見られたが、ステツプ状通電を行ったものについては、電磁力を印加せずに铸造した铸片と同様、シリコンオイルの嚙み込みは全く見られなかった。

実施例 2

実施例 1 の条件において、第 1 ( a ) 図のパターンで電流をステップ状に通電した。また、この場合の通電周期は 300サイクル分とし、連続的に通電した場合の铸片表面性状と比較した。その結果、連続的に通電しつつ铸造した铸片表面には、初期凝固の進行不良に起因する溶融金属ブリードの痕跡が多数見いだされたのに対し、ステップ状通電で铸造した铸片表面は極めて平滑で、無欠陥であつた。実施例 3

実施例 1 のステップ状通電の铸造条件の中で、大電流印加時間（ t , ) の全周期（ t , + t 2 ) に対する比率を 0 から 1 . 0まで大きく変化させて铸造実験を行った。第 8 図はこの比率を変化させた場合の表面粗度、すなわち D Z D。の値の変化を示している。この図において、 Dは磁場を印加した铸片表面粗度および D。は磁場を印加しない铸片表面粗度で単位を有しない。

これより大電流印加時間の全周期に対する比率が 0. 2から 0. 8までの間で表面粗度の指標 D Z D。は最小となっていることがわかる。

これらの実施例からも明らかなように、ステップ状通電によってパウダー潤滑を促進すると共に铸片表面性状を安定して向上させることが可能になつた。

実施例 4

第 9図は本発明の実施例で使用した装置の概要を示している。铸型 1 の周囲には電磁コイル 5 を配し、これに所定の交流磁場を間欠的に印加することができる。この装置を用い、一般的な中炭素鋼のビレツトを連続铸造した。铸造速度は 2. 5m Z分、铸型断面サイズは 130mm x 130mm, 铸型オシレーシヨンストロークは ± 4 mm、オシレーンヨン周波数は 190c pmであった。铸造は、铸型銅板上部から銅板を伝わらせてレプシ一ドオイルを微量供給しながら行った。

まず、電磁力の印加を行わない場合に得られた铸片 14表面の状況を第 1 1図に示す。表面には皺が観察され、その間隔はばらついていた。しかし、その平均値をとると铸造速度を铸型振動数で割った値とほぼ等しく、したがって铸型オシレ一シヨンによって形成されたものと推定された。铸片表面にはオシレーンヨンマーク 13の乱れとあいまって凹凸があり、一部に縦割れもあって、铸片表面の手入れが必要であった。一方、パルス状の電磁力を铸型振動のネガティブストリップ期に間欠的に印加しつつ铸造したビレツト表面性状を第

12図に示す。極めて明瞭なオシレーンヨンマーク 15が铸片 1 6表面に形成されており、表面欠陥は皆無であった。

実施例 5

実施例 4 の条件で铸造実験を行う際に、铸型振動のポジティブストリップ期に電磁力を印加するように同期させ、パルス状電流の印加を行った。铸片に形成されるオシレーンヨンマークは軽微となり、極めて平滑な表面の铸片が得られた。

実施例 6

実施例 4 の条件で铸造実験を行う際に、第 14図に示すようなステップ状の電流を電磁コイルに通電した。その結果、実施例 1 の比較例である単純なパルス伏通電で得られた铸片表面に形成されている、オシレーションマークの間の軽微な皺が全く見られなくなった。

これは、単純なパルス状電流の印加の際に発生するメニスカスの波立ちがステップ状の印加によって抑制された結果である。

実施例 7

実施例 4 の条件で铸造実験を行う際に、铸型を振動させずに铸造を行った。電磁力を印加せずに铸造した場合、頻繁に凝固シェルが铸型壁に焼き付く現象が発生し、铸造された铸片表面にはプリ一ドの痕跡が数多く見られた。これに対し、パルス状に電磁力を印加しつつ铸造を行った場合には、铸造を安定して行うことができ、得られた铸片には、明瞭なオシレーシヨンマークが形成されていた。

これらの実施例からも明らかなように、潤滑剤を用いない溶融金属の連続铸造において、铸型振動と同期するように、あるいは铸型振動を行わない場合であっても、パルス状に電磁力を印加しつつ連続铸造を行うことによって、铸片表面には、明瞭なオシレ一シヨンマ一クが形成されていた。実施例 8

第 18 ( a ) 図は本発明請求の範囲 Hの実施例で使用した装置の概要を示している。第 18 ( b ) 図は第 18 ( a ) 図の A部の拡大図で、符号 31はブレークリング部である。図 18は铸型 1 の周囲上部に高周波電磁コィル 29を配し高周波磁場を印加し、かつ周囲下部に低周波電磁コイル 30を配し、低周波磁場を印加することができる。この装置を用い、一般的な中炭素鋼のビレツ卜を連続铸造した。

铸造は 2 m Z分、铸型断面サイズは 1 60mm x 160mm とした。この時、電磁コイル 29に付与する高周波磁場としては、 10kHz の正弦波高周波磁場を与え、コイル負荷電力として 200kW の電力を付与した。また、電磁コイル 30に付与する低周波磁場としては、第 1 ( b ) 図に示すパターンで、電流をステップ状に通電した。また、与えた磁場の大きさは、最大磁束密度で 0 . 3 Tes l a とした。このようにして铸造した铸片について、低周波磁場を付与しない場合と、付与した場合を比較すると、前者に対し、後者では铸型振動抵抗が 6 割減少した。

実施例 9

第 1 6図は、本発明の装置の一例を示す概要図である。本装置においては、電磁コイル 5 を駆動するための電源装置 24に、波形発生装置 23が設置されており、これによつて励磁電流 21をコイルに印加する。まず、最初に第 16図の装置の電磁コイルに電流を印加せずに、速度 1 5 0 cm/ 分で铸造を行った。铸造の結果得られた铸片には、表面に铸型振動に起因する周期的な凹凸が発生し、表面粗度は平均 320 m であった。また、铸片の表面の一部にはオシレ一シヨンマークに沿った横割れが発生した。次に、第 1 6図の装置を用いて、周波数 6 0 H z、波高値 3000 Aの交流電流を連続的に印加して铸造を行った。得られた铸片には、湯じわやパウダー巻き込みに起因する欠陥が発生し、铸片の表面および皮下性状は、むしろ電磁力を印加しない場合よりも劣化するという結果であった。これは、溶融金属に攪拌流が発生し、メニスカスの不安定化が生じたためである。そこで、本発明の実施例として、励磁コイルに、周波数 6 0 H z 、波高値 3000 Aの交流電流を、 0 . 5秒周期のパルス波形と乗積したものである。このような励磁を行った場合、铸型内溶鋼に作用する電磁力は 6 0 H zの高周波成分は平均化され、 0. 25秒毎に電磁力力、 o n - o f fすることとなる。電磁力印加の夕ィミングは、铸型の上昇期になるように制御し、速度 1 50 cm/分で铸造を行った。得られた銹片の表面は、周期的な凹凸が軽減し、表面粗度も平均 1 20 m と電磁力を印加しない場合に比べて約 3 分の 1 に低減した。

また、表面下の欠陥発生が抑制される効果があった。さらに、铸造速度を 200 cm/分に設定して铸造を行ったところ、安定に铸造が行われ、かつ铸片の表面および皮下性状は、铸造速度が 1 50 cm/分の場合と変わらなかった。

次に、電磁力印加のタイミングを铸型下降期に設定し、その他の条件は全く同様にて铸造を行ったところ、表面粗度が 1 50 fi m の铸片が得られ、かつ铸片表面の横割れの発生を抑制することができた。さらに、励磁コイルに印加する電流として、振幅変調された電流や、周波数変調された電流、あるいは位相変調された電流を選んで铸造を行ったところ、励磁電流を印加した場合と同様な表面性状を有する铸片を得ることができた。第 1 9図は本実施例の振幅変調された交流波形を示し、第 20図は周波数変調された交流波形を示す。

これらの実施例からも明らかなように、潤滑剤を用いない溶融金厲の連続铸造において、铸型振動と同期するように、あるいは铸型振動を行わない場合であっても、パルス状に電磁力を印加しつつ連続铸造を行うことによって、铸片表面に明瞭なオシレーンヨンマ一クを形成させることができるようになり、铸片品質、铸造操業の安定性が向上した。

以上、説明したように本発明は、凝固を開始せんとする溶融金厲メニスカス部に電磁力を作用させパウダー流入量増加による潤滑改善、および铸片表面品質改善を達成するプロセスにおいて、铸型內メニスカスを取り巻くように設置された電磁コイルにメニスカス変形に寄与する大電流印加期とこれとは異なる機能を得るための小電流印加期とから構成されるステップ状通電を行うことを特徴とするものである。これによつて、初期凝固を安定して進行させ、メニスカス擾乱によって引き起こされるパウダー巻き込みを防止しつつ、潤滑ゃ铸片表面品質を大幅に改善することが可能になった。

また、凝固を開始せんとする溶融金厲メニスカス部にパルス伏あるいはステップ状に電磁力を作用させながら铸造を行うことによつて、潤滑剤を使用しない場合でも連铸初期凝固の反復を規則的に進行させることができる。その結果、铸片表面に明瞭なオシレーションマークが形成され、铸片表面性状ゃ铸造安定性を大きく改善することが可能となった。

Claims

求の範囲

1. 連 I 铸型壁を取り囲むように設置されたソレノイド伏電磁コィル、または铸型の側壁に埋設したソレノィド状電磁コィルに交流電流を通電し、铸型内に注入され、凝固せんとする溶融金属に、銃型壁から溶融金属側に引き離す方向に作用する電磁力を印加しながら連続铸造する方法において、通電する交流電流の振幅または波形を周期的に変化させ、潤滑および铸片表面性状を改善することを特徴とする溶融金属の連続铸造方法。

2. 連铸铸型壁を取り囲むように設置されたソレノィド状電磁コィル、または铸型の側壁に埋設したソレノイド状^磁コィルに交流電流を通電し、铸型内に注入され、凝固せんとする溶融金属に電磁力を印加しながら連続铸造する方法において、交流電流の振幅または波形を周期的に変化させ、メニスカス形状を変化させるための大電流と、小電流から構成されるステップ状とすることによって、潤滑および铸片表面性状を改善することを特徴とする溶融金属の連続铸造方法。

3. 連铸銹型壁を取り囲むように設置されたソレノイド状電磁コィ儿、または铸型の側壁に埋設したソレノィド状電磁コイルに交流電流を通電し、一定のモードで振動する铸型内に注入され、凝固せんとする溶融金属に電磁力を印加しながら連続铸造する方法において、铸型振動周期と同調させて交流電流の振幅または波形を周期的に変化させ、メニスカス形状を変化させるための大電流と、小電流から構成されるステップ状とすることによって、潤滑および II片表面性状を改善することを特徴とする溶融金属の連続铸造方法。

4. 連铸铸型壁を取り囲むように設置されたソレノイド状電磁コィ儿、または铸型の側壁に埋設したソレノィド状電磁コイルに交流電流を通電し、一定のモードで振動する铸型内に注入され、凝固せんとする溶融金属に電磁力を印加しながら連続铸造する方法において、铸型振動周期と同調させて交流電流の振幅または波形を周期的に変化させ、メニスカス形状を変化させるための通電期と、非通電期から構成されるパルス状とすることによって、 ^滑および铸片表面性状を改善することを特徴とする溶融金属の連続铸造方法。

5. メニスカス変形に寄与する大電流通電時間の周期内通電時間に対する割合を 0. 2以上、 0. 8以下とすることにより、潤滑および铸片表面性状を改善することを特徴とする請求の囲 1 から 4 のいずれかに記載の溶融金属の連続铸造方法。

6. 潤滑剤を使用せずに、または溶融金厲のメニスカスでレブシードオイル等の液体として存在しない物質を使用し、かつステップ状もしくはパルス状の通電を含む交流電流を電磁コイルに通電する請求の範囲 1 から 5のいずれかに記載の溶融金属の連続铸造方法。

7. 電磁力の印加周期を铸型振動に同期させるとともに、その印加時期を铸型下降速度が铸造速度より速いネガティブストリップ期として、铸片表面に周方向に一様なオシレーシヨンマークを形成させることを特徴とする請求の範面 6 に記載の溶融金属の連続铸造方法

8. 電磁力の印加周期を铸型振動周期に同期させるとともに、その印加時期を铸型下降速度が铸造速度より遅いポジティブストリップ期として、铸片表面のオシレーンヨンマーク形成を消滅または浅くすることを特徵とする請求の範囲 6 に記載された溶融金属の連続铸造方法。

9. 潤滑剤を使用せずに、または溶融金属のメニスカスでレプシ一ドオイル等の液体として存在しない物質を使用して溶融金属を連続铳造する方法であって、振動のない連踌钫型壁の外周に設置された電磁コィルにパルス状またはステツプ状に周期的に変化する交流電流を供給し、铸型内に注入された溶融金属にその交流電流に対応して変化する電磁力を印加して、铸片表面にオシレーシヨンマーク相当のマークを形成することを特徴とする溶融金属の連続铸造方法

10. 電磁場波形の 1 周期中に、周波数が高低をもって変化するような交流電流を電磁コイルに供給して、铸型内に注入された溶融金厲に、その交流電流の周波数に対応して変化する電磁力を印加することを特徴とする請求の範囲 1 から 9 いずれかに記載された溶融金厲の連続銃造方法。

1 1. 铸型振動の周波数 f mと交流電流の周波数 f pを 0. 69≤ 1 n ( f p ノ f m) ≤ 9. 90の範囲に設定することを特徴とする請求の範囲 3から 9 いずれかに記載の溶融金属の連続铸造方法。

12. 電磁コィルに通電する交流電流の振幅に周期的に強弱をつけることに代えて、

( 1 ) 電磁コイルに変調した電流を印加すること、

( 2 ) 変調電流の信号波の周波数 isを踌型振動の周波数 imと同じに設定すること

( 3 ) 変調電流の搬送波の周波数 f cと铸型振動の周波数 imを 0. 69 ≤ 1 n ( f c/ f m) ≤ 9. 90の範囲に設定すること

を特徴とする請求の範囲 3から 9 いずれかに記戟の溶融金属の連続铸造方法。

13. 電磁コイルに印加する交流電流が、振幅変調あるいは周波数変調あるいは位相変調した電流であることを特徴とする請求の^囲 1 から 9 いずれかに記載された溶融金属の連続铸造方法。

14. 連铸铸型壁を取り囲むように設置されたソレノイド状電磁コィル、または铸型の側壁に埋設したソレノィド状電磁コィルに交流電流を通電し、一定のモードで铸造方向に振動する铸型内に注入され、電磁力を印加しながら連続铸造する方法において、繰り返し通電する交流電流の周期を、大電流と、小電流から構成されるステツプ状とすることによって、銹型壁を铸造方向に対して垂直方向に振動させて潤滑および铸片表面性状を改善することを特徴とする溶融金属の連続铸造方法。

15. 連铸铸型壁を取り囲むように設置されたソレノイド状電磁コィル、または铸型の側壁に埋設したソレノィド状電磁コイルに交流電流を通電し、一定のモードで铸造方向に振動する铸型内に注入され、加熱用铸型および凝固せんとする溶融金属に電磁力を印加しながら連続铸造する方法において、繰り返し通電する交流電流の周期を、大電流通電期と、小電流通電期のステップ状とすることによつて、加熱される铸型の温度を調整できるようにするとともに、铸型上の溶融金属、または凝固せんとする半凝固状態の金属を铸型より剝離させる電磁ピンチ力を付与して、凝固しつつある鋼と铸型の接触抵抗を軽減して、表面性状の優れた铸片を得ることを特徴とする溶融金属の連続铸造方法。

1 6. 铸型を铸造方向に振動させずに、電磁コイルに通電する交流電流をステップ状とすることによって、冷却用铸型壁を踌造方向に垂直に振動させたり、加熱用铸型の温度を調整しつつ、凝固を開始した金属と铸型壁との接触抵抗を軽減して潤滑および铸片表面性状を改善することを特徴とする溶融金属の連続铸造方法。

17. 連铸铸型と、該連铸铸型を取り囲むように設置されたソレノィド状電磁コイルまたは該連铸铸型の側壁に埋設したソレノィド状電磁コイルと、該電磁コィルに振幅または波形を周期的に変化させた交流電流を通電する電源装置または波形発生装置からなることを特徴とする溶融金属の連続铸造装置。

1 8. 断熱構造または誘導加熱等の加熱機能を有する溶融金属を溶融状態で保持する容器と、該溶融金厲を凝固させるために該容器に連通された水冷铸型と、該容器と該水冷铸型の接続部に該溶融金属を囲繞するソレノイド状電磁コイルと、該電磁コイルに振幅または波形を周期的に変化させた交流電流を通電する電源装置または波形発生装置からなることを特徴とする溶融金属の連続铸造装置。