JPH04162939A - 金属の連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、金属の連続鋳造時に発生する表面欠陥、特
にタンディシュと鋳型を直結した鋳造装置を用いて鋳造
する際、給湯ノズル、鋳型および液体金属が同時に接す
る部分（以下、三重点と記す）から発生する表面欠陥を
防止する金属の連続鋳造装置に関する。

（従来の技術） 連続鋳造鋳片の品質向上と鋳造速度の高速化のために、
例えば、特開昭５１−６５０２３号公報、特開昭５２−
３２８２４号公報、特開昭５８−３５６号公報などに鋳
造時に電磁力を利用する方法が種々提案されている。

上記特開昭５１−６５０２３号公報の方法は、鋳型上部
に通電コイルを設け、これに交流電流を供給して電磁的
ピンチ力を発生させ、それによって溶湯を特定の空間に
閉じ込めたり開孔部や継ぎ目への流入を抑制し、安定し
た連続鋳造を行おうとするものである。しかしこの方法
を実操業で行うためには、コイルと鋳型の形状および配
置の改良、溶湯表面における誘導電流の局部的高密度化
、コイルと溶湯の効果的な冷却法など解決すべき点が多
い。

特開昭５２−３２８２４号公報の方法は、鋳型を包囲す
るように配置された通電コイルに交流を涜を供給してメ
ニスカス部を湾曲させ、パウダーの鋳型面への侵入を円
滑にするとともに初期凝固における鋳型と鋳片の接触圧
を軽減することにより、表面性状の向上を図るものであ
る。しかしこの方法では低周波の交流磁場が鋳型内を通
過するために、パウダーが溶湯中に巻き込まれるという
新たな問題が発生するとともに、薄スラブの長辺側では
磁場が透過するために効果が期待できない。

特開昭５８−３５６号公報の方法は水平連続鋳造法を対
象にしたもので、タンディシュに臨む鋳型端面付近に磁
場発生用通電コイルを配置し、鋳型とタンディシュの接
合面から溶湯を排除して鋳造の高速化を図ろうとするも
のである。しかしこの方法も前記特開昭５１−６５０２
３号公報の方法と同様の問題点を有している。特に特開
昭５１−６５０２３号公報の鋳造装置のように、耐火物
製給湯ノズル、金属製鋳型および液体金属による三重点
（後述の第１図（ａ）に示すＰ点）ができる装置では、
鋳型による冷却のために耐火物の鋳型に隣接する部分に
凝固シェルが成長して固着する。この凝固シェルは鋳造
とともに引き抜かれるので耐火物が破断し、それが原因
になって鋳片表面に欠陥が発生することが多い。

三重点における表面欠陥を防止するには液体金属をそこ
から離反させるのがよいが、それを行うためには鋳型に
おける誘導電流の発生を抑制するとともに、コイルを三
重点にできるだけ近づける必要がある。しかし通電コイ
ルを鋳型に極端に近づけると短絡を起こしたり、鋳型の
コーナ一部にジュール熱が集中して発生するなどの問題
が起こる。したがってコイルで発生するピンチ力を直接
液体金属に作用させる上記方法では液体金属を確実に排
除することは困難である。

（発明が解決しようとするｉ［＞ 鋳型とタンディシュが直接結合した鋳造装！（タンディ
シュ・鋳型の直結鋳造装置と呼ばれる）では、浸漬ノズ
ル方式に比べて介在物の浮上分離が容易であり、ノズル
閉塞の問題がない等の利点があるが、前記のとおり三重
点に起因する鋳片の表面欠陥が発生しやすい。

この発明の第１の目的は、三重点における液体金属の形
状を電磁力を利用して制御することにより表面欠陥の発
生を防止することにあり、第２の目的は、後述する鋳型
に設けたスリットへの湯差しと、それに伴う鋳片の鋳型
による拘束を無くしてブレークアウトの発生を防止する
ことにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、連続鋳造時に三重点から液体金属を効果的
に排除して表面欠陥の発生を防止する方法の開発の過程
で下記のような知見を得ている。

即ち、 （ａ）　　通電コイルと液体金属間に発生するピンチ力
を用いて直接三重点の液体金属を排除する方法では、誘
導電流が液体金属より鋳型の方に多く発生するので効果
的ではない。

ｂ）鋳型上端部にスリットを設け、セグメントに分割し
ておくと、通電コイルにより鋳型に誘起される誘導電流
が高くなり、鋳型と液体金属間に強いピンチ力が二次的
に生ずるので、三重点の液体金属を効果的に排除できる
。

（Ｃ１鋳型のスリット部分は磁束密度が高いので、スリ
ットに液体金属が侵入するいわゆる湯差しは起こりにく
い。しかし、タンディシュ内の溶湯面は必ずしも安定で
はなく、スリット部の溶湯ヘッドが高くなると、湯差し
が起こることもある。このときは鋳片が鋳型に拘束され
るので、鋳片のブレークアウトが発生する危険がある。

上記のように、スリットによって多数のセグメントに分
割した鋳型を使用すれば、三重点からの溶融金属の排斥
が効果的に行われるのであるが、なお、僅かながら（Ｃ
１に述べたような難点がある。

これを解決する手段として、下記の対策が有効であるこ
とが新たに解明された。

（ｄｌ　　前記スリットの幅が鋳造方向に沿って拡大す
る鋳型構造とすれば、鋳型による鋳片の拘束力が緩和さ
れるので、湯差しに起因する鋳片のプレ−クアウトの危
険をさけることができる。

（ｅ）　　更に、スリットの無い鋳型下部の内壁面のス
リットの延長線上に断面が凹状の溝を設けると、特にス
リットの最下端において鋳型と鋳片間の拘束力を緩和で
きるので鋳造の安定性を一層高めることができる。

本発明は、上記のような数多くの知見を総合してなされ
たものであり、下記の点を特徴とする連続鋳造装置を要
旨とする。

■タンディシュと一体のノズルが金属製冷却鋳型と嵌合
して直結した装置である。

■三重点を含む鋳型部分に、鋳造方間に延びる複数のス
リットが設けられ、そのスリットの幅は鋳造方向に沿っ
て（下方に行くに従って）拡大している。

■上記のスリットのある鋳型部分の外側を周回して高周
波電流を流す通電コイルが配置されている。

本発明装置は、さらに下記の特徴を備えることが望まし
い。

■上記のスリットのある鋳型部分より下方の鋳型内壁面
のスリットの延長線上に、断面が凹状の溝が設けられて
いる。

本発明装置の金属製鋳型は内部から水冷できる構造であ
り、その水平断面形状は、円、多角形、二重円、二重多
角形など任意の形状でよい。すなわち鋳造の対象となる
のは、断面が円あるいは多角形状のビレットあるいはブ
ルーム、中空円筒または中空多角筒なと様々の鋳造品で
ある。ここではこれらを−括して鋳片と呼ぶ。

本発明の装置においては、三重点を含む平面が、タンデ
ィシュ内の液体金属の自由表面にほぼ平行となるように
、上記鋳型と連結ノズルが接続されているのが望ましい
。

また、前記■の凹状溝は、少なくともスリットの間隙よ
り広い幅を有するのが望ましい。

（作用） 以下、本発明の連続鋳造装置の構造と作用を図面を用い
て説明する。

第１図の（ａ）は、本発明の鋳造袋！の一例を示す縦断
面図、（＋））は（ａ）のＡ−Ａ矢視横断面の１７４分
割拡大図、第２図は、鋳型スリットおよび鋳型内壁面の
凹状溝を示す一部断面斜視図である。

図示のように、この鋳造装置の耐火物製タンディシュ１
には、これと一体のノズル２があり、このノズルに金属
製水冷鋳型３が嵌合して直結している。この構造では、
必然的に三重点Ｐができるが、この三重点Ｐを含む平面
が、液体金属６の自由表面Ｈと平行になるように、ノズ
ルの形状および鋳型との接続が調整されていることが一
層望ましい。

液体金属６と接する鋳型３の上部、具体的にはノズル２
の下端部の少なくとも三重点Ｐを含む部分には、鋳造方
向に沿うスリット３１が形成され、このスリット３１の
ある鋳型部分の外側を通電コイル４が周回するように配
置されている。

第２図に示すように、上記のスリット３１の幅は、鋳造
方向に沿って（図では下方に向かって）拡大する構造と
なっている。また、スリット３１より下方の鋳型内壁面
には、スリットの延長線上に断面凹状の溝３２が形成さ
れている。この溝３２は、スリット３１の間隔より広い
幅を有するのが望ましく、更に、後述する第３図に示す
ように、この凹状溝３２も下方に向かった拡大している
ことが一層望ましい。なお、図において、５は冷却水路
、７は鋳片の凝固シェルである。

本発明の鋳造装置は、上述のように、鋳型３にスリット
３１が形成された構造を有するので、コイル表面を流れ
る誘導電流ｉａによって、鋳型には第１図（′ｂ）に示
すように、鋳型の外面から内面を通過して再び外面に導
く閉鎖回路が形成され鋳型表面を流れる誘導電流ｉｂに
よって、液体金属の表面を流れる誘導電流ｉｃが誘起さ
れる。このｉｃによって生ずる電磁的ピンチ力によって
、三重点Ｐにおける液体金属が排除され、そのＩｉＪ囲
に空洞が生ずるのである。

スリットの数は、特に限定されるものではないが、４〜
４０個程度が好ましい、その個数が少ない場合には、ス
リット間の電位差が増加して短絡の危険があり、逆に多
すぎると回路距離の積電値が大となり、ジュール熱損失
が増加する。また、スリフトの幅と長さは、それぞれ０
．１〜ｌｌｌ１１．１０〜５００論−であることが望ま
しい。

更に、本発明の鋳造装置では、前述のように、通電コイ
ル４がスリット３１のある鋳型部分、特にノズル２の先
端（三重点Ｐの位置）を肩囲するように配置される。こ
れは基礎実験および電磁場モデルによる解析結果から、
鋳型内の特に三重点Ｐにおける磁束密度を高めるために
は、通電コイルを三重点Ｐの外側に配置するのが最もよ
いことが確認されたからである。また、１本のコイルを
螺旋状に上下方間に分布させて配置する場合には、コイ
ルの高さ方向の中央が三重点Ｐの高さにほぼ一致するよ
うに設定すれば、二重点Ｐにおける磁束密度が最大とな
り、そこから液体金属を効果的に排斥できる。

本発明装置では、前記のように三重点Ｐを含む平面は液
体金属６の自由表面Ｈに平行な水平面となるようにする
のが望ましい。その理由は、コイルに流れる電流は保存
されるので、特定の円周方位における三重点Ｐの電磁的
ピンチ力を高めることが困難であり、三重点Ｐにおける
液体金属６の静圧が円周方向で不均一であれば、三重点
Ｐから液体金属６を効率的に排斥することができないか
らである。

鋳型直筒部にスリットを設けた場合、そこは、他の領域
よりも磁束密度が高いので湯差しが起きる可能性は小さ
い。しかし実操業においては、特に鋳造の初期などのよ
うに非定常の鋳造過程において、湯差しを生ずる可能性
も存在する０本発明装置では、スリットの構造を前述の
第２図に示すように、鋳造方向に沿ってスリットの幅が
拡大する構造としているので、湯差しによって鋳片が鋳
型に拘束される三七が回避され、鋳片のブレークアウト
の防止、鋳造の安定化を図ることができる。

さらに、スリット下端より下部の鋳型内壁面のスリット
の延長上に凹状の溝３２を設けた構造とし、特にその溝
の幅をスリットの間隙より広くすると、スリットの下端
において湯差しによって鋳片が拘束される可能性はさら
に低くなり、鋳片引抜きの一層の安定化が実現できる。

以下、実施例により本発明の鋳造装置を使用した連続鋳
造の実際を説明する。

（実施例１〕 第１図および第２図に示した装置を用いて丸鋳片を連続
鋳造した。鋳造装置の諸元および鋳造条件は下記の通り
である。

■鋳型：内径１００ｍ１１．外径１３０錫−１長さ１０
００＋ｕ＋■スリット：上端幅０．１＋ｍ、下端幅０．
１５　ｒｓｅａ長さ１５０＋ｕ＋　、数３２本 ■タンディシュのノズル内径：　８０ｍｍ■通電コイル
：　３０ｍｍ＋　Ｘ　３０ｍｍの角断面■通電コイルに
流れる実効電流：　２００００　Ａ■高周波電流の周波
数：　２０Ｋｔｌｚ■鋳造鋼種：炭素鋼（重置％で、Ｃ
：０．２％、ｉｎ二〇、４％、Ｓｉ：０．３％、Ｐ　：
０．０２％、Ｓ　：ｏ、ｏ２％■鋳片直径：　１００ｍ
ｍ ■鋳造速度：　２．２＋ｇ／ｇ＋ｉｎ ＠溶鋼温度（鋳込み温度）Ｆ　１６２０℃■溶鋼ヘッド
（溶鋼自由表面から鋳型三重点までの距離）：４０〜７
０ｍｍ ＠溝の深さと幅：　０．２ｖａｍ×０．２ｍｍ鋳造開始
に際しては、鋳型と通電コイルに常温の冷却水を供給し
つつ、鋳型の下方から直径１１００Ｉ１、長さ７０ｍ５
のダミーバーをタンディシュの下端部まで挿入した。高
周波電流の供給と同時に溶鋼を鋳型内に給湯して凝固シ
ェルを形成させ、２．２ｍ／ｗｉｎの速度で４０秒間連
続して引き抜いた。その際、三重点における溶鋼の排除
状況を観察するために、磁気共鳴の緩和時間差を検出し
て画像処理を行った結果、三重点に溶鋼の存在しない空
洞Ｐが形成されていることが確認された。鋳造終了後、
鋳片の表面および内部を検査したところ、ブレークアウ
トやコールドシャフトに起因する表面欠陥は全くなく、
偏析や割れなどの内部欠陥も存在しないきわめて良好な
品質の鋳片であった。

〔実施例２〕 第３図は、この実施例で使用した本発明の連続鋳造装置
のスリットおよび鋳型内壁面の凹状溝を示す一部断面斜
視図である。この装置では、スリットの下方に配置され
た溝の深さと幅が、スリッ上下端では０．２ｍｍＸ０．
２＋ｕ＋の大きさであるのに対し、鋳型の出口において
は０．４ｍ５Ｘ０．４ｍｍとなっている。即ち、凹状溝
が下方に行くに従って拡大している。その点を除いた他
の仕様は実施例１で用いた装置と同じである。

実施例１とｌ１ｌｉＪじ条件で直径１００ｍ５の鋳片を
製造したところ、実施例１と同様に、ブレークアウト、
コールドシャット等に起因する鋳片の欠陥は認められな
かった。

（発明の効果） 本発明の連続鋳造装置を使用すれば、タンディシュ・鋳
型直結型連続鋳造装置においては避けられない鋳型内部
の三重点から液体金属を排除したり、または三重点での
液体金属の接触圧力を低減させることができるので、コ
ールドシャフトによる表面欠陥や偏析などのない高品質
の連続鋳造鋳片を製造することができる。特に、操業中
の鋳込み条件の非定常な変動により、スＩノットに湯差
しが生じても、それによって鋳片が鋳型に拘束されるこ
とがないので、高速鋳造においても鋳片のブレークアウ
トは発生せず、安定した鋳造が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌは、本発明の鋳造装置の一例を示す縦断面
図で、第１図（ｂ）は、第１図（ａ）のＡ−Ａ矢視横断
面の１７４分割拡大図である。 第２図は、鋳型のスリットおよび鋳型内壁面の凹状溝を
示す一部断面斜視図である。 第３図は、本発明の鋳造装置の他の例における鋳型のス
リットおよび鋳型内壁面の凹状溝を示す一部断面斜視図
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体金属を貯留するタンディシュと、このタンデ
   ィシュと一体のノズルと、このノズルに嵌合して直結す
   る金属製冷却鋳型と、この鋳型を周回して高周波電流を
   通電するコイルとを備えた連続鋳造装置であって、前記
   鋳型は、前記ノズル、鋳型および液体金属が同時に接す
   る三重点を含む領域に鋳造方向に延びる複数のスリット
   を有し、そのスリットの幅は鋳造方向に沿って拡大して
   おり、前記コイルはスリットが存在する鋳型部分を周回
   するように配置されていることを特徴とする金属の連続
   鋳造装置。
2. （２）スリットを設けた鋳型部分より下方の鋳型内壁面
   に、スリットの延長線上に設けられた凹状の溝があるこ
   とを特徴とする請求項（１）の金属の連続鋳造装置。