JP3236422B2 - 磁界を用いる鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

磁界を用いる鋼の連続鋳造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁界を用いる鋼の連続
鋳造方法に関し、特に低C−Alキルド鋼などの連続鋳造
において、モールドパウダーや気泡等の巻き込みによ
る、UT欠陥、ブリスター、ふくれ、スリバー疵などの製
品欠陥を低減し、優れた品質の鋳片を製造しようとする
ものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、上記の製品欠陥を防止するに
は、 溶鋼の清浄化を強化すること、 漬浸ノズルの形状を改善して介在物やパウダーの巻き
込みを防止すること、 湾曲型スラブ連鋳機において、垂直部を採用すること
により、鋳型内での介在物および気泡の浮上を促進する
こと、 などの手法がある。
【0003】また、Iron and Steel Eng.May(1984)の第
41〜47頁や特開昭57−17356 号公報では、スラブ連鋳機
の鋳型に電磁石を配置し、漬浸ノズルから鋳型内への溶
鋼吐出流に対して、それに垂直な方向の静磁界を印加す
ることにより、溶鋼中に誘導される電流と静磁界との相
互作用によって生ずるローレンツ力で溶鋼吐出流を制動
し、このことによってモールドパウダーや気泡の巻き込
みを防止して、溶鋼中に巻き込まれた介在物の浮上促進
を図ることが提案され、さらにこの技術を発展させた方
法として、特開平2−284750号公報に開示されているよ
うな方法も知られている。これらの静磁界を用いる方法
は、鋳造速度が大きくなるほどローレンツ力が強く働く
ために高速鋳造による鋳片の品質向上に有効であり、優
れた連続鋳造方法である。
【0004】一方、鋳片の表面性状は、鋳型内での初期
凝固殻に強く影響されることが知られており、その対策
としては、例えば特開昭56−68565 号公報では、鋳型内
の溶湯面の直上に平型コイルを設置し、交流電流を通す
ことによって、溶鋼表面を誘導加熱する方法を提案して
いる。この方法によれば、鋳造条件の制御とは別個にメ
ニスカス部への入熱を制御することができ、溶鋼表面を
均一に加熱し得る点で有利な方法である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】さて、上記した静磁界
を用いる方法は、特に高速鋳造において効果が顕著であ
るが、操業上の制約から一時的に鋳造速度を低減させな
ければならない場合、溶鋼過熱度(鋳型に注入される溶
鋼温度と鋼の凝固温度との差)が十分でないと、低速の
故にメニスカス部への熱供給が低下し、そして、このメ
ニスカスの温度が低下すると表面品質の劣化を招くとい
う問題があった。すなわち、従来の静磁界を印加する方
法では、鋳造速度が遅くなると、ローレンツ力による溶
鋼吐出流の制御効果は相対的に小さくなるとともに、磁
界印加によってもたらされる溶鋼の昇温効果も小さくな
るため、表面品質の大幅な向上は期待できなかった。
【0006】もちろんこのような問題に対しては、誘導
加熱コイルによってメニスカス部の温度を制御すること
で解決が可能である。しかし、この方法では、コイルか
ら発生する高周波磁界により、溶鋼表面に電磁力が働く
ため、溶湯面に流動を生じさせることになる。しかも、
この現象は熱供給を増加させるべく電力を増加させるよ
うな場合に却って顕著となり、溶湯面の一層の攪乱を引
き起こして、パウダーの巻き込みを誘発するという問題
に発展する。
【0007】そこで、本発明は、溶鋼表面に誘導加熱を
施したときに生じる、湯面攪乱の問題を有利に解消し得
る、連続鋳造方法について提案することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、連続鋳造用鋳
型の対向側壁の背面に配設した磁極で磁界を発生させ、
該磁界により浸漬ノズルから鋳型内に供給される溶鋼の
流動を制御して鋼の連続鋳造を行うに当たり、上記磁界
を、浸漬ノズルの吐出口の上方のメニスカス部において
連続鋳造用鋳型の幅方向全域に発生させる上部磁界と、
浸漬ノズルの吐出口の下方において連続鋳造用鋳型の幅
方向全域に発生させる下部磁界との2段で構成し、かつ
その上部磁界には静磁界と高周波磁界を重畳して用いる
一方、下部磁界には静磁界を用い、さらに上部静磁界と
下部静磁界との向きを互いに逆向きとしたことを特徴と
する磁界を用いる鋼の連続鋳造方法である。なお、上記
連続鋳造用鋳型には、Ni−Cr−Fe系合金あるいはNi−Cr
−Co系合金が有利に適合する。
【0009】さて、図1に本発明方法に用いる設備の一
例を示す。図1において、符号1は1対の短辺壁1aおよ
び長辺壁1bからなる連続鋳造用鋳型、2は鋳型1内に溶
鋼を供給する浸漬ノズル、3は浸漬ノズル2の吐出口、
4はコイルCおよび鉄芯Fからなる磁界発生用の上部磁
極、同様に5は下部磁極である。これら上部磁極4およ
び下部磁極5は、連続鋳造用鋳型1の幅方向の全域を覆
う長さを有し、上部磁極4は浸漬ノズル2の吐出口3の
上方の溶鋼の表層域において、また下部磁極5は吐出口
3の下方の領域において、鋳型の全幅にわたって静磁界
を発生させる。さらに、上部磁極4のコイルCには、溶
鋼の表層域、特にメニスカス部に誘導加熱を施すため
に、直流電流に重畳して高周波電流を供給する。さらに
別の実施態様の例を図2に示す。図2において、上部磁
極4と下部磁極5はコの字型の鉄芯で連結され、解放磁
極がなく、上部磁極周りと下部磁極周りにそれぞれソレ
ノイドコイルが独立に配設されており、これらのソレノ
イドコイルには直流電流を独立に流すことができる。上
記静磁界形成手段に加えて、上部磁極4の磁極先端部に
は、凹型の断面形状を有する樋状の溝が設けられてお
り、その溝に沿って高周波電流用の被覆導線が配設され
て高周波磁場コイルC´が形成される。
【0010】なお、図1および図2におけるコイルCは
鋳型1の背面に配置するが、通常の連続鋳造用鋳型に用
いる銅製鋳型では、上部磁極の高周波成分が吸収され、
メニスカス近傍の溶鋼の誘導加熱効率が低下し溶鋼表面
が加熱されなくなるのを防止するため、鋳型には、電気
電導度が低くかつ熱間強度の高い材質、例えばNi−Cr−
Fe合金であるInconel718やNi−Cr−Co系合金であるRENE
41、UDIMET700 、Waspaloyなどを用いることが好まし
い。それは、このような鋳型構成とすることによって、
上部磁界の高周波成分の吸収が抑制でき、メニスカス近
傍の溶鋼を一層効果的に誘導加熱することができるよう
になるからである。
【0011】上述したように、本発明法によれば、溶鋼
の表層域、特にメニスカス部を従来のような大きな湯面
変動を生じることなく誘導加熱することができ、また浸
漬ノズルの吐出口より下流側の溶鋼流を抑制することも
できるので、モールドパウダーや気泡等の巻き込みによ
る、UT欠陥、ブリスター、ふくれ、スリバー疵などの欠
陥を低減することが可能となる。
【0012】
【作用】本発明においては、まず上部磁極で発生させた
上部磁界によって、鋳型の背面から溶鋼を誘導加熱する
とともに、それによって生じる湯面の攪乱を、直流磁界
成分で同時に抑制する。
【0013】また、下部磁極の発生する静磁界によっ
て、浸漬ノズル吐出口から鋳型内に侵入する気泡や介在
物の浮上分離を促進する。
【0014】さらに、各磁極によって発生させる上部磁
界と下部磁界との静磁界成分の向きを互いに逆向きに
し、両磁界の境界では静磁界成分がゼロとなるようにす
る。そして、この境界付近に浸漬ノズルの吐出口を配置
することによって、図1(b) に示すように、吐出噴流6
を、水平方向(鋳型幅方向)に延びた、静磁界成分がゼ
ロの領域を中心に流しながら、徐々に減速、分散させ
る。ここで、吐出噴流6は、短辺壁1aに衝突し、メニス
カス部側と鋳型深部側の両方向の分岐流7となる。これ
らの分岐流7は、鋳型全幅にわたる静磁界成分の印加域
に入り、ここで制動されて、メニスカス部の溶鋼流速お
よび鋳型深部への下降流速はともに減速されることにな
る。その結果、鋳型上部ではモールドパウダーの巻き込
みが、一方、鋳型下部では介在物および気泡の侵入が、
それぞれ回避され、鋳片の表面品質ならびに内部品質が
改善されるのである。
【0015】ここで、一般に、ソレノイドで発生する静
磁場の磁極間で生起する磁束φ(Wb)は起磁力をF
m (AT)、磁芯の磁気抵抗をRmc(AT/Wb)、空気中の磁
気抵抗をRma(AT/Wb)として、 φ=Fm /(Rmc+Rma) Rmc=l /μS Fm =NI ただし、l :磁芯の長さ(m)、S:磁芯の断面積(m
2 )、μ:磁芯の透磁率(H/m)、N:コイルの巻数
(−)およびI:コイル電流(A)と表される。それゆ
え、静磁界発生器として、両端に空気中に解放された磁
極を持たない、コの字型の磁芯を上部磁界および下部磁
界の磁芯として共通に用いることは、エネルギー効率向
上の観点から、また鋳型に垂直に印加される磁力線を乱
さないという観点から好ましい。
【0016】また、上部静磁界と下部静磁界との向きを
互いに逆向きにする理由は、鋳型の長辺壁近傍におい
て、上部から下部に連結される磁束成分により、長辺壁
に鉛直に衝突する方向の溶鋼流を制動し、初期凝固シェ
ルへの気泡、介在物の混入の低減する作用をもつからで
ある。
【0017】
【実施例】転炉にて吹錬した極低炭素Alキルド鋼(C:
0.002 wt%)をタンディッシュ(溶鋼温度:1565℃)か
ら、表1に示すような各種のNi−Cr−Fe系合金あるいは
Ni−Cr−Co系合金からなる鋳型に供給して、鋳造速度:
1.0m/minにて幅:1200mmおよび厚さ:230 mmのスラブを
連続鋳造するに際し、図2に示した設備を用いて、鋳型
内に上部および下部磁界を、それぞれ図3に示すところ
に従って印加した。また、比較として、Ni−Cr−Fe合金
製鋳型を用いて、磁界を印加しない場合(比較例1)、
鋳型内上下部に静磁界を印加する場合(比較例2)およ
び鋳型内上部に誘導加熱を施す場合(比較例3)につい
ても、同様の連続鋳造を行った。各実施条件は、表2に
示す通りである。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】 表1に示されるように、本発明法の連続鋳造用鋳型材と
してとくに好適である、Ni−Cr−Fe系合金あるいはNi−
Cr−Co系合金は、電気伝導度が8〜9×105Ω-1m -1
であり、従来の鋳型材に比べて2桁近くも低いことがわ
かる。
【0020】各連続鋳造における、メニスカス部溶鋼の
温度上昇について測定した結果を、本発明例における上
昇温度を1としたときの指数として、図4に示す。同図
から、本発明例は誘導加熱を施した比較例3と大差のな
いことがわかる。
【0021】次に、このときの湯面変動量を比較例1の
測定結果を1として、図5に示すように、比較例3では
湯面変動量が増加しているのに対し、本発明例では湯面
変動量が極めて低く抑えられている。
【0022】また、各連続鋳造によって得られた鋳片10
本づつに、熱間圧延、次いで冷間圧延を施し、圧延後の
鋼板表面に現れた、筋状の疵、いわゆるスリバー疵の個
数を計測した結果について、比較例1の測定結果を1と
して、図6に示す。同図から、比較例3は比較例1に比
べて減少しているものの、本発明例ほどの減少は達成さ
れないことがわかる。
【0023】さらに、上記の鋳片内部の介在物個数につ
いて調査した結果を、比較例1の測定結果を1として、
図7に示す。同図から、本発明例では介在物個数も著し
く減少していることがわかる。
【0024】加えて、上記各図から、電気伝導度が低く
かつ熱間強度が高い材質を有する、Inconel718(Ni−Cr
−Fe合金)およびRENE41、UDIMET700 、Waspaloy(Ni−
Cr−Co系合金)は、いずれも同等の優れた鋳型材である
ことが示された。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、鋳
型全幅にわたり、上部磁界では静磁界と高周波磁界とを
重畳することによって、溶鋼表面を誘導加熱するととも
に、これによって生じる湯面の攪乱を抑えて、鋳片表面
品質を改善することができ、また下部磁界の静磁界成分
によって、溶鋼流を制動、分散して介在物や気泡の浮上
分離を促進するため、鋳片内部品質を改善することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法に用いる設備の模式図である。
【図2】本発明方法に用いる設備の別の態様を示す模式
図である。
【図3】磁界強さの時間変化を示すグラフである。
【図4】溶鋼表面の温度上昇の測定結果を示すグラフで
ある。
【図5】湯面変動量の測定結果を示すグラフである。
【図6】スリバー疵の発生数の測定結果を示すグラフで
ある。
【図7】鋳片内部介在物個数の測定結果を示すグラフで
ある。
【符号の説明】
1 連続鋳造用鋳型 4 上部磁極 1a 短辺壁 5 下部磁極 1b 長辺壁 6 吐出噴流 2 浸漬ノズル 7 分岐流 3 吐出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−293620(JP,A) 特開 平5−154621(JP,A) 特開 平5−154620(JP,A) 特開 平5−96351(JP,A) 特開 平5−77007(JP,A) 特開 平3−142049(JP,A) 特開 平2−284750(JP,A) 特開 平2−117756(JP,A) 特開 昭57−17356(JP,A) 特開 昭56−68565(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/115 B22D 11/04 311 B22D 11/11

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続鋳造用鋳型の対向側壁の背面に配設
    した磁極で磁界を発生させ、該磁界により浸漬ノズルか
    ら鋳型内に供給される溶鋼の流動を制御して鋼の連続鋳
    造を行うに当たり、 上記磁界を、浸漬ノズルの吐出口の上方において連続鋳
    造用鋳型の幅方向全域に発生させる上部磁界と、浸漬ノ
    ズルの吐出口の下方において連続鋳造用鋳型の幅方向全
    域に発生させる下部磁界との2段で構成し、かつその上
    部磁界には静磁界と高周波磁界を重畳して用いる一方、
    下部磁界には静磁界を用い、さらに上部静磁界と下部静
    磁界との向きを互いに逆向きとしたこと、を特徴とする
    磁界を用いる鋼の連続鋳造方法。
  2. 【請求項2】 連続鋳造用鋳型がNi−Cr−Fe系合金ある
    いはNi−Cr−Co系合金からなる、請求項1に記載の方
    法。
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