JP3158936B2 - 連続鋳造用高周波コイル及び連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋼等の溶融金属の連続鋳
造にあたり、凝固シェル先端に磁界を集中させるための
連続鋳造用高周波コイル及び連続鋳造用高周波コイルを
使用した連続鋳造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼の連続鋳造法で製造される鋳片の表
面には、オシレーションマークと呼ばれる鋳型の振動に
起因する表面欠陥が発生する。このオシレーションマー
クは、鋳片の横割れの原因となったり、オシレーション
マークの谷部に偏析層ができ、これが鋼板製品の表面に
残って表面欠陥となる場合がある。このためオシレーシ
ョンマークの深さはできるだけ低減することが要求され
ている。

【０００３】従来、オシレーションマークの深さの低減
方法としては、鋳型の振動数を増加したり、振動波形の
変更（非サイン波形の使用）等の方法がある。

【０００４】しかしながらこれらはいずれも、鋳型振動
の下向き速度が鋳片の移動速度（鋳造速度）より大きく
なる時間、いわゆるネガティブストリップ期の時間を短
縮する方法である。この方法においても、オシレーショ
ンマークの深さの低減には限界があった。

【０００５】又、連続鋳造ではオシレーションマークの
深さを減少し且つ鋳型と鋳片の潤滑性を向上させるため
にモールドパウダーが使用されているが、連続鋳造の鋳
型内の溶鋼挙動の特性上、鋳型短辺と鋳型長辺とのコー
ナー部は二方向から鋳型により冷却されるためモールド
パウダーの溶融層厚みが薄くなること、又タンディッシ
ュの浸漬ノズルからの溶湯吐出流が鋳型短辺に衝突して
上昇流となり、鋳型短辺部は常に裸湯面となりやすくモ
ールドパウダーの厚みが薄くなる。そのため、鋳片の表
面性状は鋳片短辺部、特にコーナー部が鋳片長辺部に比
較して悪い。

【０００６】これらの問題点を解決する方法として、特
開平５−１１５９５２号公報では、図８に示すように、
鋳型の内側に高周波コイルを設置して電磁力を溶融金属
に印加する方法が提案されている。図８において、１は
鋳型、２は浸漬ノズル、３は高周波コイル、４は高周波
コイル支持治具、５は溶鋼、６はモールドパウダー、７
はタンデッシュ、８は冷却水、９は凝固シェル、１０は
短辺鋳型である。

【０００７】溶鋼は取鍋よりタンディッシュ７に注入さ
れ、更に浸漬ノズル２を経由して冷却水８で水冷された
鋳型１内に注入される。又鋳型１内の溶鋼５表面には、
モールドパウダー６が散布され、その上方に高周波コイ
ル３が配置されている。高周波コイル３は短辺鋳型１０
の上に設置された高周波コイル支持治具４によって支持
されている。この方法では鋳片幅と高周波コイル長さと
は略同一の長さを有し、高周波コイル３で鋳片幅全域に
電磁力を印加し、且つ高周波コイルを湯面近くに設置し
て湯面に強い電磁力を印加し、表面欠陥の少ない鋳片を
製造している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
５−１１５９５２号公報に公開されている技術を適用す
ると、溶融金属上の高周波コイル３の断面形状は、図８
（ｃ）に示すように長方形であり、且つ鋳型内の溶融金
属の湯面が変動して高周波コイル３を溶融金属の湯面に
近接することができないため、凝固シェルにかかる磁界
が弱まるという問題があった。

【０００９】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たものであって、溶融金属の凝固シェルに電磁力をより
強力に集中させることにより、モールドパウダーの潤滑
性を向上させ、オシレーションマークを浅くし、表面欠
陥の少ない鋳片を製造することのできる連続鋳造用高周
波コイル及びこのコイルを用いた溶融金属の連続鋳造方
法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の連続鋳造用高周
波コイルは、鋳型内側の溶湯湯面に高周波磁界を印加す
る連続鋳造用高周波コイルであって、その断面形状が上
部側の幅より下部側の幅の方が狭い断面形状を有し、前
記溶湯湯面の鉛直方向上方に配置され、溶湯湯面上方か
ら溶湯湯面に高周波磁界を印加することを特徴とするも
のである。

【００１１】又、本発明の連続鋳造方法は、鋳型内側の
溶湯湯面に高周波磁界を印加する連続鋳造方法であっ
て、上部側の幅より下部側の幅の方が狭い断面形状を有
する高周波コイルを使用して、高周波電流を鋳型振動の
ネガテイブストリップ期に強く印加しポジテイブストリ
ップ期には弱く印加するか、ネガテイブストリップ期の
みに強く印加することを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】発明者等は、溶融金属の凝固シェル部に高周波
磁場を集中させるために、高周波コイルの形状に関して
検討を行った。

【００１３】図５に示すように鋳型１と高周波コイル３
との間に磁場測定用プローブ１１を配置した。磁場測定
用プローブ１１の先端は鋳型１から５ｍｍ離れており、
溶湯湯面１２と凝固シェル９とから共に近い位置で図中
のＡ示す場所である。高周波コイル３の溶融金属上の配
置場所は溶湯湯面１２から高周波コイル３の下端までの
距離を５０ｍｍとした。この距離はモールドパウダーの
厚みと鋳型の振幅長さから決めた。高周波コイルは一般
に長方形であるが、高周波コイルの形状をいろいろ変え
て試験を行った。図６は、Ｘを高周波コイルの上端面の
幅、Ｙを高周波コイルの下端面の幅とした場合の、場所
Ａでの磁場強さと高周波コイルの断面形状指数（Ｘ／
Ｙ）との関係を示すグラフ図である。この図から明らか
なように高周波コイルの断面形状指数が１より大きいほ
ど場所Ａでの磁場強さが強くなり、断面形状指数が１よ
り小さいほど磁場強さが弱くなる。

【００１４】図７は高周波コイルの磁力線を示すもの
で、（ａ）は本発明の高周波コイルで、（ｂ）は従来の
高周波コイルである。図中の矢印は磁力線１３で、●は
磁場の最強点Ｂを示している。この図から明らかなよう
に本発明のコイルでは磁場の最強点Ｂは凝固シェル側に
近くなっている。

【００１５】すなわち、溶融金属の湯面変動を考慮した
距離分だけ離しても、本発明のコイルでは磁場が強いの
で凝固シェルに電磁力を集中させることができる。

【００１６】溶融金属に高周波磁界を印加すると凝固シ
ェル部に誘導電流によるジュール熱が発生する。このジ
ュール熱で、オシレーションマークが形成される溶湯湯
面部が加熱され、この加熱により凝固遅れが発生して、
オシレーションマークの深さが浅くなり、鋳片の表面品
質を向上させることができる。更に、磁力と誘導電流の
相互作用により凝固シェル先端が内側に曲げられ、鋳型
と凝固シェルとの間のモールドパウダーの流入する間隔
が広まり、モールドパウダーの消費量が増大して、モー
ルドパウダーの潤滑が向上し、凝固シェルに加わる引張
応力が軽減される。

【００１７】オシレーションマークはネガティブストリ
ップ期に生成されるために、鋳型の振動周期に合わせ
て、高周波コイルの印加タイミングをネガティブストリ
ップ期は強く、ポジティブストリップ期に弱くする、又
はネガティブストリップ期のみ印加するようにすること
によって効果は更に期待できる。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１９】図１は本発明の実施例に用いられた連続鋳
造鋳型の概要図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の
Ｘ−Ｘの側面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙの断面図であ
る。図において、第８図と同じ部位には同じ符号を付し
て説明を省略する。

【００２０】鋳型１の寸法は、短辺幅が２２０ｍｍ、長
辺幅が９５０ｍｍである。本発明の高周波コイルの断面
形状は上辺は１０ｍｍ，下辺は５ｍｍ，高さは１０ｍｍ
で、従来の高周波コイルは断面形状は上辺は１０ｍｍ，
下辺は１０ｍｍ，高さは１０ｍｍである。尚、高周波コ
イル３と鋳型１との間隔は本発明及び従来例とも１０ｍ
ｍである。

【００２１】本発明では高周波コイル３は１ターンと
し、電源（図示せず）と連結されており、印加のタイミ
ングを鋳型の振動周期に合わせて変えることができる。

【００２２】高周波コイルのターン数は理論的にはター
ン数が多い方が同一高周波コイル電流で磁束密度が高く
なるが、ターン数が多い程高周波コイルのインピーダン
スが増えるので、電源の二次電圧（高周波コイル電流）
を高くする必要が生ずるという不利な点がある。実機に
おいては、ターン数を増やすことで得られる効果と電圧
上昇という不利な点との総合的に判断してターン数を決
めれば良い。

【００２３】電源の高周波発振器は周波数１０ＫHZ、出
力３００KWであり、最大高周波コイル電流値は８０００
Ａである。

【００２４】使用した鋼種は炭素濃度が０．０４％の低
炭素鋼を用い、タンディッシュ内の溶鋼過熱度は、各実
施例とも２０℃〜３０℃となるように調整した。使用し
たモールドパウダーは表１に示すような潤滑に有利な低
粘性・低融点モールドパウダーを使用した。

【００２５】尚、モールドパウダー消費量は鋳造中に使
用したモールドパウダー消費量を鋳片の表面積で割った
ものである。オシレーションマーク深さは鋳造した鋳片
を切り出して、その鋳造方向の断面からオシレーション
マーク深さを測定した。

【００２６】

【表１】

【００２７】図２は、本発明の実施例に用いられた鋳型
の振動速度波形と高周波磁場の印加のパターンを示すグ
ラフ図で、（ａ）はサイン波形の鋳型振動速度であり、
（ｂ）は非サイン波形の鋳型振動速度である。１サイク
ル中で鋳造速度より鋳型下降速度の速い時期をネガティ
ブストリップ期（以下ＮＳ期という）といい、鋳造速度
より鋳型下降速度の遅い時期をポジティブストリップ期
（以下ＰＳ期という）という。

【００２８】尚、鋳型振動とタイミングを合わせて高周
波コイルの電流印加パターンは、 ：高周波コイルの電流をＰＳ期は弱く印加し、ＮＳ
期は強くして印加したもの、 ：高周波コイル電流をＰＳ期は印加せず、ＮＳ期の
み印加したもの、 この他にＰＳ期に強くＮＳ期に弱くする、ＰＳ期のみ印
加する、又は全期間を連続的に印加する方法がある。

【００２９】図２の（ｃ）は上記の、の電流印加の
パターンを示したものである。図３は鋳造速度２．０ｍ
／分、鋳型振動数１４２ｃｐｍ，鋳型振幅巾±４ｍｍ，
鋳型振動波形はサイン波の一定の条件のもとで、高周波
コイルの電流印加パターンを、（ａ）図２（ｃ）で示
すＮＳ期のみ印加、（ｂ）全期間を連続的に印加する、
及び（ｃ）ＰＳ期のみ印加した時の、高周波コイルの電
流値と鋳片のオシレーションマーク深さとの関係を示し
たものである。各印加条件とも高周波コイルの電流値を
増加するとオシレーションマーク深さは減少するが、Ｎ
Ｓ期のみ印加したものは高周波コイルの電流値が５００
０Ａを過ぎるとオシレーションマーク深さの低減が著し
くなるが、連続印加のもの及びＰＳ期のみ印加したもの
はオシレーションマーク深さの低減が少ない。

【００３０】この理由は、鋳型内側の高周波コイルの電
磁力は凝固シェルに鉛直下向きに作用するために、連続
印加したものは、ＰＳ期も凝固シェルに電磁力が鉛直下
向きに作用するので、凝固シェルが曲がったままである
ため、ジュール熱効果はあるもののオシレーションマー
ク深さはあまり浅くならなく、又、オシレーションマー
クはＮＳ期に生成するために、ＰＳ期のみ印加したもの
はオシレーションマーク生成時での電磁力の効果が少な
いものと考えられる。

【００３１】図２のに示した印加パターンでも、に
示す印可パターンと同一の効果が得られた。

【００３２】表２は図２のに示す印加パターンで、高
周波コイル電流を６０００Ａの一定値の条件で実施した
結果を纏めて示したものであり、又、非サイン波形の歪
み率は全て４０％を採用した。

【００３３】表２には、同一鋳造条件における従来例の
長方形の断面形状の高周波コイルと、実施例の高周波コ
イルの断面形状を上部側の幅より下部側の幅の方が狭く
したもの（Ｘ／Ｙ＝２）とのモールドパウダー消費量、
オシレーションマーク深さの関係を比較して示してい
る。この表から明らかなように本発明は、従来例に比較
してモールドパウダー消費量が多くなり、オシレーショ
ンマーク深さが減少し表面性状が良好な鋳片が得られ
る。

【００３４】

【表２】

【００３５】又、図４は本発明の他の実施例の連続鋳造
鋳型の概要図である。図１と異なる所は鋳型１の上部を
切り欠き部１４を設けた所が特徴である。この例では、
高周波コイルを鋳型により近づけたもので、前述の実施
例よりも凝固シェル先端部に更に強力な電磁力を集中さ
せることができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の高周波コイルの断面形状を上部
側の幅より下部側の幅の方が狭くしたこと及び高周波コ
イルの印加パターンを制御することにより、高速鋳造時
にも安定したモールドパウダーの潤滑を確保でき、操業
上のトラブルもなく表面欠陥の極めて少ない鋳片を得る
ことができる。

【００３７】すなわち、無手入れ圧延が可能な鋳片を安
定して製造でき、歩留の向上、製造コストの低減など、
その効果は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に用いられた連続鋳造鋳型の概
要図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘの側
面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙの断面図である。

【図２】本発明の実施例の鋳型の振動速度波形と高周波
磁場の印加のパターンを示すグラフ図である。

【図３】本発明の実施例の高周波コイルの電流値と鋳片
のオシレーションマークの深さとの関係を示すグラフ図
である。

【図４】本発明の他の実施例の連続鋳造鋳型の概要図
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘの側面
図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙの断面図である。

【図５】高周波コイルの磁場測定方法を示す概要図であ
る。

【図６】高周波コイルの断面形状指数と磁場強さとの関
係を示すグラフ図である。

【図７】高周波コイル磁力線の挙動を示す模式図で、
（ａ）は本発明によるコイル、（ｂ）は従来のコイルで
ある。

【図８】従来例で用いられた連続鋳造鋳型の概要図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘの側面図、
（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙの断面図である。

【符号の説明】

１ 鋳型 ２ 浸漬ノズル ３ 高周波コイル ４ 高周波コイル支持治具 ５ 溶鋼 ６ モールドパウダー ７ タンデッシュ ８ 冷却水 ９ 凝固シェル １０ 短辺鋳型 １１ 磁場測定用プローブ １２ 溶湯湯面 １３ 磁力線

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−90255（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−115952（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−290197（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−146852（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−67960（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/115 B22D 11/07 B22D 11/16 105 B22D 11/04 311

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型内側の溶湯湯面に高周波磁界を印加
   する連続鋳造用高周波コイルにおいて、その断面形状が
   上部側の幅より下部側の幅の方が狭い断面形状を有し、
   前記溶湯湯面の鉛直方向上方に配置され、溶湯湯面上方
   から溶湯湯面に高周波磁界を印加することを特徴とする
   連続鋳造用高周波コイル。
2. 【請求項２】 鋳型内側の溶湯湯面に高周波磁界を印加
   する連続鋳造方法において、上部側の幅より下部側の幅
   の方が狭い断面形状を有する高周波コイルを使用して、
   高周波電流を鋳型振動のネガテイブストリップ期に強く
   印加しポジテイブストリップ期は弱く印加するか、ネガ
   テイブストリップ期のみに強く印加することを特徴とす
   る連続鋳造方法。