JP3887200B2

JP3887200B2 - 鋼の連続鋳造方法および装置

Info

Publication number: JP3887200B2
Application number: JP2001310360A
Authority: JP
Inventors: 寛原田; 健彦藤; 雅弘谷
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: JP2003112238A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造方法およびその装置に関し、特に、鋳型内メニスカス近傍に交流磁場を付与することでメニスカス形状を凸状に盛り上げつつ鋳型内に所定の直流磁場を付与することで初期凝固を安定化させ、鋳型と凝固シェル間の潤滑改善と鋳片表面性状の改善を可能とする鋼の連続鋳造方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鋼の連続鋳造においてはパウダーが鋳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、上下に振動する鋳型と、一定速度で引き抜かれる凝固シェルとの相対運動によって、これらの隙間に流入する。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。この変形は鋳型オシレーションの周期で繰り返されるため、鋳片表面にはオシレーションマークと呼ばれる周期的な皺が形成される。この規則的な軽微なオシレーションマークの形成は、鋳造操業や鋳片表面品質の安定化にさほど影響は与えないにしても、深さのある重度のオシレーションマークの形成は、特定元素の偏析、気泡、介在物捕捉増加等の鋳片表面欠陥という問題に繋がることになる。
【０００３】
このような問題を解決する方法として、例えば、特開昭５８−３２８２４号公報には、溶融金属を潤滑剤と共に一定の周期で振動する水冷鋳型に注入し、連続的に下方に引き抜く連続鋳造方法において鋳型の周りに設けた電磁コイルに交流電流を連続的に通電し交流磁場によって発生する電磁力を利用して溶融金属を凸状に盛り上げることによって鋳片の表面性状を改善する方法が開示されている。また、特開昭６４−８３３４８号公報には、電磁コイルによって鋳型内の溶融金属に電磁力を与え、鋳型周りに設けた誘導コイルに発生した交流に印加することによって電磁力を間歇的に付与し、メニスカス部を凸状に湾曲させて鋳型内面の沿ったパウダーの送り込みを促進させるパウダーキャスティングにおいて、交流磁場をパルス状に印加することによって電磁力を間歇的に付与する鋳型と鋳片間の潤滑を改善する連続鋳造方法が開示されている。更に、特開平２−２８４７５０号公報には、連続鋳造用鋳型の対向側壁の背面に配置した磁極で静磁界を発生させ、これにより浸漬ノズルから鋳型内に供給される溶鋼噴流に対して制動を加える鋼の連続鋳造において、静磁界の発生位置を浸漬ノズルの吐出口を含む領域で、かつ鋳型の幅方向の全域に発生させる方法が開示されている。
【０００４】
しかしながら、メニスカス近傍に交流磁場を付与し凸上にメニスカス部を盛り上げる方法においては、特にスラブ鋳造の様に鋳片断面積が大きくなると凸状に盛り上げられたメニスカス部が安定化しないという問題が生じた。一方、直流磁場のみを印加した場合、メニスカス部を凸状に盛り上げる力は作用しないため、鋳片表面性状は改善されず鋳片表皮下には欠陥が生じやすいという問題が生じた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、鋼の連続鋳造方法およびその装置において、鋳型内メニスカス近傍に交流磁場を付与することでメニスカス形状を凸状に盛り上げつつ鋳型内に所定の直流磁場を付与することで初期凝固を安定化させ、鋳型と凝固シェル間の潤滑改善と鋳片表面性状の改善を可能とする鋼の連続鋳造方法とその装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は次の通りである。
（１）鋳型外周にソレノイドコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造方法において、前記ソレノイドコイルによるメニスカス部への交流磁場の印加に加え、鋳型内に溶融金属を供給する浸漬ノズル吐出孔よりも下方で厚み方向に直流磁場を全幅にわたって付与すると共に前記ソレノイドコイルの上方のメニスカス近傍で厚み方向に直流磁場を全幅に亘って付与することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
（２）鋳型外周にソレノイドコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造方法において、その交流電流を連続的に印加することを特徴とする請求項１記載の鋼の連続鋳造方法。
（３）鋳型外周にソレノイドコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造方法において、その交流電流を間歇的に印加することを特徴とする請求項１記載の鋼の連続鋳造方法。
【０００７】
（４）鋳型外周にソレノイドコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造装置において、鋳型外周にメニスカスの位置と一致する位置で、かつ浸漬ノズル吐出孔よりも上方位置に連続的に交流電流を印加し交流磁場を連続的に発生する交流磁場発生ソレノイドコイルを配置し、かつ、メニスカス部と鋳型内に溶融金属を供給する浸漬ノズル吐出孔よりも下方に厚み方向の直流磁場を全幅にわたって付与する直流磁場発生用コイルをそれぞれ配置したことを特徴とする鋼の連続鋳造装置。
（５）鋳型外周にソレノイドコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造装置において、鋳型外周にメニスカスの位置と一致する位置で、かつ浸漬ノズル吐出孔よりも上方位置に間歇的に交流電流を印加し交流磁場を間欠的に発生する交流磁場発生ソレノイドコイルを配置し、かつ、メニスカス部と鋳型内に溶融金属を供給する浸漬ノズル吐出孔よりも下方に厚み方向の直流磁場を全幅にわたって付与する直流磁場発生用コイルをそれぞれ配置したことを特徴とする鋼の連続鋳造装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面を用いて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明による方法を実施するための連続鋳造装置の概略を示す横断面である。水冷鋳型１の周囲には交流電流を通電するための通電コイル５が、その上端がメニスカス３の位置となるように前記水冷鋳型１に埋設して配設されている。鋳型時には、水冷鋳型１の上方のダンディシュ（図示せず）から浸漬ノズル６を介して溶融金属が水冷鋳型１内に供給される。浸漬ノズルからの溶融金属の吐出方向は、短辺方向に向けて吐出、長辺、短辺それぞれの面に向けて吐出、プール下方に向けて吐出、これらの重ね合わせ等、鋳造条件によって様々な方向があるが、以下の説明においては、スラブ鋳造において浸漬ノズルの吐出方向が短辺方向である場合を例にとって説明する。なお、以下の説明においては、水冷鋳型の水平断面形状は長方形である鋳型とする。前記水冷鋳型１内の溶融金属２の表面には潤滑剤としてパウダー４が供給され、溶融金属２は水冷鋳型１の上下動によるオッシレーションをうけつつ冷却され、凝固しつつ鋳片として下方に引き抜かれる。この時、通電コイル５には、数十〜数百Hzの交流電流が通電されることにより鋳型内に誘導磁場Ｂが生成し、これによって誘導電流Ｊが誘起される。この誘導電流Ｊと誘導磁場Ｂの作用により溶融金属２に電磁力Ｆが水冷鋳型１の中心に向かう方向に作用し、メニスカス３近傍において溶融金属を凸状に盛り上げ、水冷鋳型１との潤滑を円滑に維持しつつ凝固が進行する。
【００１０】
その結果、鋳片の表面に観察されるオッシレーションマーク等を軽減し、表面性状を向上させることが可能となるが、通電コイル５への交流電流の通電によって図１に示すように、水冷鋳型１内の溶融金属には通電コイル５の垂直中心線位置より上方では下降する方向９に誘起され、一方、通電コイル５の垂直中心線位置より下方では上昇する方向１０に誘起され、これらは通常誘起流（１１）と呼ばれている。
【００１１】
一方、浸漬ノズル６からの溶融金属の吐出流７は、水冷鋳型１の短辺側の壁面近傍でその流れ方向を下方に転じ、大部分が下降流９となるが、吐出流７の一部は上方に反転して上昇流１０となり、通電コイル５への交流電流の通電により生じた前記誘起流１１と干渉し、上述のようにメニスカス近傍において流れに乱れが生じている。
【００１２】
本発明者らは、この誘起流とこの上昇流との干渉によるメニスカス変動とメニスカス近傍の溶融金属の流動の乱れによる鋳片の表面性状の変動によるブレークアウト或いは鋳型振動によるオッシレーションマークを抑制し、かつ表面性状の優れた鋳片を得るための検討を行った。一般に、メニスカス変動を抑制するためにメニスカスに直流磁場を作用させることは知られているが、その具体的手段は具現化されていない。本発明者らは、上記の点に着目し、メニスカスに直流磁場を作用させる際、その直流磁場の磁束密度を上げていけばメニスカス変動抑制効果が増大するとの知見に基づき、図２に示すように、水冷鋳型１の外周に交流電流を印加して交流磁場を発生させ溶融金属のメニスカス４にピンチ力を付与するソレノイドコイル５を前記メニスカス４の位置と一致する位置で、かつ浸漬ノズル６の吐出孔６ａよりも上方位置に配置する。また、前記メニスカス４と鋳型内に溶融金属を供給する浸漬ノズル６の吐出孔６ａよりも下方に厚み方向の直流磁界を全幅にわたって付与する直流磁場発生用コイル２０を前記水冷鋳型１の外周に配置して溶融金属プール下部へのノズル吐出流の侵入を防止しメニスカス４の溶鋼温度をより高温に維持することを可能にする。更に、前記メニスカス４の近傍にあり水冷鋳型１の厚み方向に直流磁界を全幅にわたって付与する直流磁場発生用コイル２１を設けることでメニスカス４の状態を安定させることができる。
【００１３】
なお、上記直流磁場発生用コイル２０および２１の磁場印加方向は図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、同一でもよいし、相互に反対方向何ら問題なく、また、上記直流磁場発生用コイル２０或いは２１は図２（ａ），（ｂ）に示すように別々のコイルで直流磁界を発生させてもよく、或いは、図２（ｃ）に示すように、上記直流磁場発生用コイル２０，２１を一体化して磁場印加方向を一方向としても差支えない。
【００１４】
本発明において、浸漬ノズルの吐出孔をソレノイドコイルよりも下方に設置するのは、ソレノイドコイルに交流電流を印加することでプール内に生じる誘起流とノズル吐出流との干渉を抑制するためである。また、この状態でメニスカス近傍に直流磁場を作用させることでメニスカスの変動は抑制できることは良く知られているが、それと同時にノズル吐出孔から流出する流れも同時に抑制されるため、メニスカスへの熱供給が抑制されるため、メニスカス部の温度にバラツキが生じ好ましくない。そのため、メニスカス近傍に印加する直流磁場には磁束密度に制限が課せられ、メニスカス変動の抑制効果も小さくなる。そのために、浸漬ノズルの吐出口よりも下側に直流磁場を印加する直流磁場発生用コイルを一段加えることで、鋳型内の溶融金属プール下部への浸漬ノズルからの吐出流の侵入を抑制できることになり、結果としてメニスカスの溶融金属の温度をより高温に維持できるのである。これに加えて、メニスカスの上部で、水冷鋳型の外周に更に直流磁場発生用コイルを設けることでメニスカスの状態を一層安定させることができる。
【００１５】
【実施例】
幅：１５００mm、高さ：８８０mm、厚み：２５０mmを有する水冷鋳型内に浸漬ノズルを用いて注湯された溶融金属（溶鋼）を鋳造速度：１．５ｍ／分で低炭素アルミキルド鋼を連続鋳造した。この水冷鋳型の外周にあって、かつ注湯された溶融金属のメニスカス部に、高さ：１５０mmのソレノイドコイルをその上端がメニスカス位置になるように配置して、溶綱ヘッドで２０mmFe相当の電磁力を付与した。更に、メニスカス近傍および浸漬ノズル吐出孔直下にそれぞれ直流磁場発生用コイルとして電磁石を設置して直流磁場を印加しながら幅：１５００mm、厚み：２５０mmの低炭素アルミキルド鋼鋳片を鋳造した。
【００１６】
本条件では、メニスカス近傍に加える直流磁場の磁束密度は０．１Ｔ以上の磁場を印加する必要があり、ノズル吐出孔直下に印加する直流磁場の磁束密度としては、ノズル内流速が１．５ｍ／ｓであるので、０．１５Ｔ以上の磁場を加える必要があることになる。そこで、それぞれの磁束密度と鋳片表面性状並びに鋳片内部の介在物個数との関係を調査した。また、メニスカス近傍に印加する交流磁場を形成する方式として、連続的に交流電流を印加する方式と、５０ms通電、５０ms停止で間歇的に印加する方式の２つについて実験を行い併せて結果を比較した。まず、メニスカス近傍に０．１Ｔの直流磁場を加えた条件で、ノズル吐出孔直下に印加する磁束密度を変化させた結果を図３に示すが、連続印加、間歇印加共に、０．１５Ｔ以上の磁場を印加することで表面粗度が大幅に改善することがわかる。また、図４には、ノズル吐出孔直下に０．４Ｔの直流磁場を印加した条件で、メニスカス近傍に印加する磁束密度を変化させた場合の磁束密度と表面粗度との関係を示すが、０．１Ｔ程度の磁場印加で表面粗度が改善されることがわかる。さらに図５にはメニスカス近傍に０．１Ｔの直流磁場を印加した条件で、ノズル吐出孔直下に印加する直流磁場の磁束密度と介在物個数との関係を調査した結果を示すが、０．１５Ｔ以上の磁場印加で鋳片内部の介在物個数も併せて低減していることがわかる。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明はメニスカス近傍および浸漬ノズル吐出孔直下にそれぞれ直流磁場発生用コイルを配置して直流磁場を印加しつつ、メニスカス部に交流磁場を連続的あるいは間欠的に印加することで、メニスカス近傍の擾乱を抑制しかつメニスカスへの熱供給を阻害することなく凝固を進行させることが可能となり、より平滑な鋳片表面性状をえることができる。かつ、ノズル吐出流のプール下部への侵入深さが低減されるため、鋳片内部品質も同時に改善される。また、本発明で述べた方法は鋳片断面形状に依らず適用でき、例えば、厚みが数１０mm程度の薄スラブ鋳造、２００mm角より小断面のビレット鋳造、５００×３００mm角程度のブルーム鋳造、より大断面のスラブ鋳造においても先に述べたものと同等の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による連続鋳造の実施例を示す概略図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明による連続鋳造における直流磁場発生用コイルの配置と磁場印加方向を示す図。
【図３】ノズル吐出孔直下に印加された磁束密度の変化を示す図。
【図４】ノズル吐出孔直下に印加された磁束密度と表面粗度との関係を示す図。
【図５】ノズル吐出孔直下に印加された磁束密度と介在物個数との関係を示す図。

Claims

鋳型外周にソレノイドコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造方法において、前記ソレノイドコイルによるメニスカス部への交流磁場の印加に加え、鋳型内に溶融金属を供給する浸漬ノズル吐出孔よりも下方で厚み方向に直流磁場を全幅にわたって付与すると共に前記ソレノイドコイルの上方のメニスカス近傍で厚み方向に直流磁場を全幅に亘って付与することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
鋳型外周にソレノイドコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造方法において、その交流電流を連続的に印加することを特徴とする請求項１記載の鋼の連続鋳造方法。
鋳型外周にソレノイドコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造方法において、その交流電流を間歇的に印加することを特徴とする請求項１記載の鋼の連続鋳造方法。
鋳型外周にソレノイドコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造装置において、鋳型外周にメニスカスの位置と一致する位置で、かつ浸漬ノズル吐出孔よりも上方位置に連続的に交流電流を印加し交流磁場を連続的に発生する交流磁場発生ソレノイドコイルを配置し、かつ、メニスカス部と鋳型内に溶融金属を供給する浸漬ノズル吐出孔よりも下方に厚み方向の直流磁場を全幅にわたって付与する直流磁場発生用コイルをそれぞれ配置したことを特徴とする鋼の連続鋳造装置。
鋳型外周にソレノイドコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造装置において、鋳型外周にメニスカスの位置と一致する位置で、かつ浸漬ノズル吐出孔よりも上方位置に間歇的に交流電流を印加し交流磁場を間欠的に発生する交流磁場発生ソレノイドコイルを配置し、かつ、メニスカス部と鋳型内に溶融金属を供給する浸漬ノズル吐出孔よりも下方に厚み方向の直流磁場を全幅にわたって付与する直流磁場発生用コイルをそれぞれ配置したことを特徴とする鋼の連続鋳造装置。