JPH07204789A

JPH07204789A - 金属の連続鋳造用湾曲鋳型

Info

Publication number: JPH07204789A
Application number: JP6001663A
Authority: JP
Inventors: Masaru Yoshida; 勝吉田; Seiji Furuhashi; 誠治古橋
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-01-12
Filing date: 1994-01-12
Publication date: 1995-08-08
Anticipated expiration: 2017-02-18
Also published as: JP3257222B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電磁力を利用する連続鋳造に用いるスリット付
き湾曲鋳型の提供。【構成】スリット付き電磁鋳造湾曲鋳型(1) の鋳型セグ
メント(3) の内部に、冷却水復路孔(5) を設け、その内
側に小径の冷却水往路管(4) を挿入した湾曲鋳型。鋳型
を複数の短尺鋳型を組み合わせた構造とし、その少なく
とも最上部の鋳型を上記の構造としてもよい。【効果】上記の冷却構造は、簡便な施工で精度よく形成
できるので、正常な鋳型冷却ができ、鋳型寿命が延び
る。また、この鋳型を用いる湾曲連続では鋳造の安定化
と高速化、鋳片表面性状の改善が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電磁力を利用して金
属を連続鋳造する際に使用する内部水冷式のスリット付
き鋳型であって、湾曲型連続鋳造機に適用できる鋳型に
関する。

【０００２】

【従来の技術】金属、例えば鋼の連続鋳造においては、
パウダーと呼ばれる粉末または顆粒状の潤滑剤を鋳型内
のメニスカスを含む溶融金属上に投入して操業するのが
通常である。パウダーの一部は溶融して鋳型と鋳片との
間に流入し、両者間の焼き付きの防止と潤滑、および鋳
片の急冷を緩和する等の役割を果している。

【０００３】鋳造条件に見合う適正なパウダー流入量を
確保するには、操業時の鋳造条件に適した物性の潤滑剤
を用いる必要があり、例えば、鋳込み初期と定常期とで
潤滑剤を使い分けたり、高速鋳造時には特殊な潤滑剤を
用いる等の工夫がなされている。さらに、オシレーショ
ンといわれる上下方向の微小振動を鋳型に与えて潤滑剤
の流入を促進している。しかし、この微小振動によって
鋳片表面にはオシレーションマークという周期的な横ひ
だが発生して表面欠陥となる場合がある。

【０００４】そこで、電磁力を利用して、パウダー流入
量を制御する方法がいくつか提示されている。これらの
方法では、鋳型に接する溶融金属のメニスカス部に電磁
力を作用させてメニスカスを湾曲させ鋳片表面と鋳型内
面との間隙へのパウダー流入を促進している。また、こ
れら初期凝固部近傍に電磁力を付与する連続鋳造法で
は、メニスカスの形状制御によるパウダー流入量制御効
果に加えて、高周波誘導加熱による初期凝固部近傍の緩
冷却の効果、およびオシレーションマークの軽減効果が
得られる。

【０００５】特開昭52−32824 号公報には、通電コイル
が鋳型の内部に鋳型内壁を包囲するように耐火物で絶縁
されて埋め込まれた鋳型が提案されており、この通電コ
イルに交流電流を供給することによりメニスカスを湾曲
させてパウダーの流入を促進する方法が開示されてい
る。しかし、この方法では低周波の交流電流が鋳型内を
通過するため、パウダーが溶湯に巻き込まれるという問
題が発生する。また、薄スラブの長辺側では磁場が減衰
するため、電磁効果が期待できないという問題も生じ
る。

【０００６】特開昭64−83348 号公報に示される鋳造方
法では、上記特開昭52−32824 号公報のものと同様な装
置を用い、パルス状の電流を通電コイルに供給すること
によりメニスカスが振動して鋳型内面との間隙が周期的
に変化することによって、オシレーションを用いずにパ
ウダーを凝固シェル−鋳型間に流入させることができ
る。しかし、この方法では、上記特開昭52−32824 号公
報の方法についても言えることであるが、鋳型による磁
場の減衰が大きく、充分な電磁力を得ることは難しい。

【０００７】更に、特開平２−274351号公報には、上記
と同様な装置にパルス電流に代えて低周波電流を流す方
法が提示されているが、これにも上記のような問題が残
る。

【０００８】そこで、本出願人は、通電コイルが周回し
ている鋳型上部にスリットを設け、鋳型内の溶融金属に
二次的な誘導電流を発生させて有効に電磁力を作用させ
る方法を特開平４−138843号公報に提案した。この公報
に示すように、鋳型にスリットを設ける場合は、隣り合
うスリットで区切られた各セグメント（以下、「鋳型セ
グメント」という）に冷却水孔を穿孔した鋳型構造が必
要となる。さらに鋳型上部がスリットによって多数のセ
グメントに分割されている場合、各鋳型セグメントに１
本の冷却水孔を設けて下方から冷却水を供給し、上方か
ら排出する構造では、鋳型上部に取付けられる冷却水出
口の構造物によって、通電コイルの設置が困難になるだ
けでなく、磁場の減衰が大きくなるので、冷却水の往路
と復路の２本の孔を設けて排水も下方で行うことが必要
となる。

【０００９】冷却水孔の加工は、加工の難易度および精
度、ひいては加工費用から考えてもドリルを用いて穿孔
するのが妥当である。そして、ドリル穿孔では冷却水孔
は真っ直ぐな丸孔とならざるを得ない。一方、鋳型内に
誘起される一次誘導電流の損失を抑えて溶融金属内に有
効な電磁力を作用させるには、鋳型の肉厚を薄くする必
要がある。

【００１０】上記のようなスリット付き鋳型を湾曲型連
続鋳造機に適用するには、湾曲した薄肉の鋳型セグメン
ト内に上述のような真っ直ぐな冷却水孔を穿孔しなくて
はならない。ところが、薄い肉厚の鋳型に２本の冷却水
孔を穿孔すると、互いの孔が干渉して正常な冷却構造が
得られなくなる。また、鋳型内壁と孔との肉厚が薄くな
って孔が破損しやすくなり、鋳型寿命が短くなる。この
ような冷却構造の施工上の問題からスリット付き湾曲型
鋳型は未だ実用化に至っていない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、湾曲
型連続鋳造機に使用するスリット付き湾曲鋳型であっ
て、正常な鋳型冷却能を持ち、鋳型寿命が長く、しかも
鋳型内の溶融金属に有効に電磁力が印加され、良好な表
面性状の鋳片を安定して高速に製造できる鋳型を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
およびの鋳型にある。

【００１３】図２に示すように、鋳型内の溶融金属
９の自由表面近傍に鋳造方向に平行に延びる複数のスリ
ット２を有する内部水冷構造の湾曲鋳型であって、上記
湾曲鋳型の隣り合うスリットで区切られた鋳型セグメン
ト３の内部には、冷却水復路孔５と、その冷却水復路孔
内に挿入された小径の冷却水往路管４とが設けられてい
ることを特徴とする金属の連続鋳造用湾曲鋳型。

【００１４】図３に示すように、鋳型が複数の短尺
湾曲鋳型（例えば1Aと1B) を組み合わせて一つの湾曲鋳
型として構成されているものであって、その少なくとも
最上部の短尺湾曲鋳型(1A)が上記に記載の構造を持つ
ものである金属の連続鋳造用湾曲鋳型。

【００１５】

【作用】本発明の連続鋳造用湾曲鋳型（以下、「湾曲鋳
型」または単に「鋳型」と記す）の最も大きな特徴は、
湾曲した鋳型セグメント内の冷却構造を簡便な施工で精
度よく加工できる２重式としたことにある。以下、本発
明の鋳型の構造とその作用効果を図面を用いて説明す
る。

【００１６】図１に本発明の鋳型の一部破断斜視図を示
す。なお、この鋳型は、図２に示すようにわずかに湾曲
しているのであるが、図１では冷却構造を明示するた
め、鋳型の湾曲を省略して示した。

【００１７】図示のように、本発明の湾曲鋳型１には、
鋳型セグメント３内に冷却水復路孔５があり、その内側
に冷却水往路管４が挿入されている。即ち、冷却構造は
往路と復路の２重構造となっていて、冷却水は矢印で示
すように往路管４の下方から供給されて上向きに流れ、
反転して復路孔４を下降してその下方から排出される
（図２参照）。

【００１８】各鋳型セグメント３には、まず、１本の冷
却水復路孔５を穿孔すればよい。この孔は、図２に示す
ように鋳型の長手方向に真っ直ぐに延びるものでよいか
ら、簡便なドリル穿孔で精度よく加工することができ
る。そして、この復路孔５の内部に、その内壁と十分な
間隔を保ち得るような小径の往路管（例えば、銅管）４
を挿入するのである。なお、冷却の供給口および排出口
の構造は、従来周知のものでよい。

【００１９】上記のような構造を持つ本発明の鋳型で
は、冷却水の往路孔と復路孔の２本の孔を設ける場合の
ように、２本の孔が近接し過ぎて水路の途中で短絡した
り、鋳型内壁と孔との間の肉厚が極端に薄くなるような
事態を回避することができる。

【００２０】従って、この鋳型は正常な冷却能を有し、
長い鋳型寿命を持つことになる。

【００２１】なお、冷却水往路管４が孔の内部で振動し
て給水の高い水圧下で変形することがないように、復路
孔５との間に、高さ方向の数か所にスペーサー６を挿入
して固定するのが望ましい。また、湾曲鋳型に真っ直ぐ
な冷却水復路孔５を穿孔するため、鋳型内壁と冷却水復
路孔との間の肉厚は高さ方向にみて若干の偏りが生じる
が、これは抜熱抵抗に余り影響しないので実用上問題に
ならない。

【００２２】つぎに、湾曲型連続鋳造機に本発明の湾曲
鋳型を適用する態様のいくつかを説明する。

【００２３】図２に本発明の鋳型を適用した湾曲型連続
鋳造機の一例を示す。（ａ）は（ｂ）図のＡ−Ａ′横断
面図であり、（ｂ）の左半分は（ａ）図のＢ−Ｏ縦断面
図、右半分は同じくＢ′−Ｏ′縦断面図である。

【００２４】図示のように、鋳造方向に複数のスリット
２を有する内部２重式水冷構造の鋳型１の溶融金属メニ
スカス10近傍に対応する部位を周回させて高周波通電コ
イル７が数ターン巻かれている。鋳型１内には浸漬ノズ
ル８から溶融金属９が供給され、この溶融金属９上には
粉末状または顆粒状のパウダー13が投入され、この一部
が溶融金属９によって加熱されて溶融し、溶融パウダー
14の一部は鋳型１と凝固シェル11との間隙に流入する。

【００２５】従来操業におけるパウダーの流入は、鋳型
オシレーションによる微小振動だけに依存している。し
かし、本発明の鋳型を使用する連続鋳造機では、通電コ
イル７に高周波電流を通電すると、鋳型内の溶融金属９
の初期凝固部（凝固シェル11の上端部）近傍に電磁場が
有効に印加され、電磁力の作用により溶融金属メニスカ
ス10が湾曲する。その際、溶融金属表面と鋳型との隙間
が大きく、かつ深くなるので、溶融パウダー14の流入を
促進することができる。さらに、溶融金属に生じる誘導
電流によって発生するジュール熱が冷却の緩和、即ち、
緩冷却効果をもたらし、鋳片表面の割れ防止、オシレー
ションマークの軽減などの表面性状改善の効果が得られ
る。

【００２６】浸漬ノズル給湯方式の場合は、初期凝固部
における溶融金属静圧が低いことに加えて電磁力の作用
により、スリット２の前面に存在する溶融金属９が排除
されるので、溶融金属がスリット内に湯差しして凝固
し、拘束性ブレークアウトを生ずるような事態を回避す
ることができる。ただし、湯差しが問題となる場合は、
スリットに窒化珪素などの絶縁耐火物を充填してもよ
い。さらに、溶融金属メニスカス形状の制御により、溶
融パウダーの流入量が制御できるので、鋳込み初期と定
常期でのパウダーの使い分けあるいは高速鋳造時の特殊
パウダーの使用などが不要になる。また、高速鋳造時に
は、パウダーの切れが生じやすく、その結果鋳型への鋳
片の焼付、さらにはこの焼付に起因するブレークアウト
が発生することがあるが、本発明の鋳型を使用すれば溶
融パウダー流入量の制御さらには促進が可能になるの
で、高速鋳造時のブレークアウトをも防止することがで
きる。

【００２７】図３に本発明の鋳型の一つである短尺鋳型
を組み合わせた鋳型を適用した湾曲型連続鋳造機の一例
を示す。（ａ）は（ｂ）図のＡ−Ａ′横断面図であり、
（ｂ）の左半分は（ａ）図のＢ−Ｏ縦断面図、右半分は
同じくＢ′−Ｏ′縦断面図である。

【００２８】図示のように、鋳造機の湾曲の曲率半径が
小さい場合は、鋳型全長にわたって冷却水孔を穿孔する
ことが困難になるので、短尺の鋳型の複数個、例えば上
鋳型1Aと下鋳型1Bとを組み合わせて、ボルト締めなどで
接合して一つの湾曲鋳型を構成する。そして、上鋳型1A
にだけ、前述の２重式冷却構造を採用すればよい。この
場合、下鋳型1Bは製作が容易な従来のチューブラ構造な
どとしてもよい。なお、図３の鋳型は短尺鋳型２個の組
合せであるが、３個以上の組合せとしてもよい。その場
合、少なくとも一番上の鋳型を二重式冷却構造とする。

【００２９】図３に示す構造の組合せ湾曲鋳型を用いれ
ば、上鋳型1Aの冷却水復路孔５の穿孔距離が短くてす
み、加工が容易で精度上の信頼性が向上する。さらに、
鋳型が損耗して使用不能になった場合でも、上鋳型1Aだ
けを交換すればよいので、操業のメンテナンス上からも
有利である。この鋳型の作用効果は、前記図２で説明し
たのと同様であるので、説明を省略する。

【００３０】以上、鋳型の横断面形状が円形のものにつ
いて示したが、これは長方形、正方形などであってもよ
い。

【００３１】

【実施例１】図２に示した湾曲型連続鋳造機を用いて丸
断面鋳片の製造を行った。装置諸元および操業条件は下
記のとおりである。

【００３２】鋳型：内直径 150mm、肉厚30mm、長
さ 750mm、曲率半径10ｍの銅製スリット：長さ 150mm×32本、幅 0.2mm、窒化珪素を
充填冷却構造：冷却水復路孔 12 mmφ、冷却水往路管 (銅
製) 8 mmφ×1 mm t 鋳型内面と冷却水復路孔との距離は約10mm 冷却条件：水量 800リットル/min 通電コイル：外径 30mm 、肉厚 2mm、巻き数 2、周波数
35 KHz 電流実効値 9000 AT 鋼種：JIS Ｓ45Ｃ（化学組成は表１のとおり) 鋳造速度：3.5 m/min パウダー：化学組成は表２のとおり

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】表１に示す組成の溶鋼を浸漬ノズルから鋳
型内に給湯しながら、溶鋼表面に表２に示す組成の連続
鋳造用パウダーを投入し、4.0 Hz程度の鋳型振動を与え
ながら 3.5m/min の速度で10分間引き抜きを行い鋳造し
た。高速鋳造であるにもかかわらず鋳片引き抜きは順調
に行われ、ブレークアウト等のトラブル発生はなかっ
た。鋳片表面には数か所の微小な湯差しが認められるも
のの、鋳造上の問題はなかった。また割れ、疵等の表面
欠陥や、中心偏析等は認められず、きわめて良好な鋳片
が得られた。

【００３６】さらに、緩冷却効果を確認するため鋳造中
に溶鋼内にFeＳを添加して、鋳片のサルファープリント
を行い、凝固シェルの成長度合いから凝固係数ｋを算出
したところ、およそ19mm/min^0.5 であった。なお、スリ
ット鋳型を使用せず、電磁力の印加も行わない従来操業
ではｋは22 mm/min^0.5程度である。

【００３７】また、パウダー流入促進効果を確認するた
め、鋳造後に鋳片表面から回収した潤滑剤の厚さを測定
したところ平均1.37mm (上記の従来操業では 0.96 mm程
度)となっていた。オシレーションマークは非常に軽減
されて、マーク深さを測定したところ平均で0.07mm (上
記の従来操業では 0.12 mm) であった。

【００３８】

【実施例２】図３に示した湾曲型連続鋳造機を用いて丸
断面鋳片の製造を行った。装置諸元は下記のとおりであ
る。その他の条件は実施例１と同じとした。

【００３９】鋳型：内直径 150mm、曲率半径 8.2ｍ上鋳型…長さ 450mm、スリット部肉厚30mm 下鋳型…長さ 300mm、いずれも銅製冷却構造：上鋳型…実施例１と同じ。

【００４０】下鋳型…従来のチューブラ構造（銅板の厚
さ 10 mm、鋳型内面と冷却水路との間隔 5mm ) 冷却条件：上鋳型の水量… 800リットル/min 下鋳型の水量…1000リットル/min この例では湾曲の曲率半径が実施例１に比べて小さいた
め、短尺鋳型２個の組合せ式鋳型を用いた。鋳造後に得
られた鋳片は実施例１で得られたものとほとんど変わり
なく、非常に良好な鋳片の製造が安定かつ高速で行われ
た。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、スリット付きの湾曲鋳
型セグメントの冷却構造が簡便な施工で精度よく形成で
きる。従って、正常な鋳型冷却ができ鋳型寿命が延び
る。この鋳型を用いれば、従来は困難であったスリット
付き湾曲鋳型による電磁鋳造の実用化ができる。そし
て、鋳型内溶融金属に有効に電磁場を作用させることが
できるので、パウダー流入量の制御および加熱による緩
冷却鋳造が湾曲型連続鋳造機においても可能となり、鋳
造の安定化と高速化および鋳片表面性状の改善を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスリット付き湾曲鋳型の一部破断斜視
図である。

【図２】本発明のスリット付き湾曲鋳型を適用した湾曲
型連続鋳造機の一例を示し、（ａ）は（ｂ）図のＡ−
Ａ′横断面図、（ｂ）の左半分は（ａ）図のＢ−Ｏ縦断
面図、右半分はＢ′−Ｏ′縦断面図である。

【図３】本発明の組合せ式湾曲鋳型を適用した湾曲型連
続鋳造機の一例を示し、（ａ）は（ｂ）図のＡ−Ａ′横
断面図、（ｂ）の左半分は（ａ）図のＢ−Ｏ縦断面図、
右半分はＢ′−Ｏ′縦断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳型内の溶融金属の自由表面近傍に鋳造方
向に平行に延びる複数のスリットを有する内部水冷構造
の湾曲鋳型であって、上記湾曲鋳型の隣り合うスリット
で区切られた鋳型セグメント内には、冷却水復路孔と、
その冷却水復路孔内に挿入された小径の冷却水往路管と
が設けられていることを特徴とする金属の連続鋳造用湾
曲鋳型。
【請求項２】鋳型が複数の短尺湾曲鋳型を組み合わせて
一つの湾曲鋳型として構成されているものであって、そ
の少なくとも最上部の短尺湾曲鋳型が請求項１に記載の
構造を持つものである金属の連続鋳造用湾曲鋳型。