JP2003290877A - 溶融金属の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融金属に交流電磁場を付与しつつ連続鋳造
するに際し、交流磁場によって溶融金属に誘起される流
れと、浸漬ノズルからの吐出流との干渉による鋳片の表
面性状ならびに鋳片内質の変動を解消する。 【解決手段】 浸漬ノズルから鋳型内に溶融金属を供給
し、鋳型内の溶融金属に交流磁場を付与しつつ連続鋳造
する方法において、前記浸漬ノズルは、溶融金属を相対
する鋳型壁面方向から鉛直下方方向にかけて吐出させる
２孔部と、ノズル直下の鉛直下方方向から相対する鋳型
壁面方向にかけて吐出させるスリット部とを連続して備
えると共に、このスリット部とこの２孔部との面積比
と、鋳造条件とを特定の関係を満たすようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属の連続鋳
造方法に関し、特に、鋳型内の溶融金属に交流電磁場を
付与し、溶融金属を凸状に盛り上げつつ連続鋳造する技
術に関する。 【０００２】 【従来の技術】連続鋳造において、オシレーションマー
ク、初期凝固を制御して鋳片の表面性状を改善する方法
がこれまで多く提案されているが、磁場を利用するもの
として、特開昭５８−３２８２４号公報には、溶融金属
２を潤滑剤４と共に一定の周期で振動する水冷鋳型1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、図４に示すように鋳型の周りに設けた電磁コイル５
に交流電流を連続通電し、交流磁場によって発生する電
磁力を利用して、溶融金属２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。 【０００３】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
える際に、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し、パウダーキャステイングにお
いて、更に表面性状の改善を図る方法が開示されてい
る。さらに、再公表公報(WO９６／０５９２６)には、図
５に示すような連続鋳造鋳型壁１を取り囲むように設置
されたソレノイド状電磁コイル５に交流電流を通電し、
鋳型内の凝固しつつある溶融金属２に、誘導電流２０と
誘導磁場２１の方向から決まる鋳型壁から溶融金属側に
引き離す方向に作用する電磁力２２を印加しながら、溶
融金属を凸状に盛り上げて、連続鋳造する方法におい
て、通電する交流電流の振幅または波形を波形発生装置
２４により周期的に変化させることによって、初期の凝
固を安定させ、鋳片表面性状を改善する方法が開示され
ている。 【０００４】このように、溶融金属に交流磁場を付与し
つつ連続鋳造することによって、鋳片の表面性状を改善
する技術が多く開発されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上述のように、鋳型内
の溶融金属に交流磁場を付与することにより、溶融金属
を凸状に盛り上げる方向の電磁力を作用させることがで
きる一方、この交流磁場により、鋳型内の溶融金属に
は、図6に示すように、コイルの垂直中心位置より上方
では、鋳型壁に添って下降し、コイルの垂直中心位置よ
り下方では、鋳型壁に沿って上昇する方向の流れ１１が
誘起される（以下、誘起流とする）。 【０００６】一方、２孔の吐出口を有する通常の浸漬ノ
ズル6から吐出された溶融金属の流れ、吐出流７は、相
対する鋳型壁に向かい、引き抜き方向に流れる下降流９
と上方に反転して流れる上昇流１０に分岐する。この上
昇流１０と、交流磁場により生じた誘起流１１とが干渉
し、メニスカス近傍において溶鋼の流れに乱れが生じ
る。この流れの乱れは、メニスカス近傍の熱流を変動さ
せ凝固界面を不安定にして、鋳片の表面性状を劣化させ
たり、あるいはパウダーなどの巻き込みを助長して内質
欠陥を招くなど、鋳片品質欠陥を引き起こす原因のひと
つとなる。 【０００７】連続鋳造用鋳型内の溶融金属の流れが、鋳
片品質に大きな影響を与えることは良く知られており、
例えば、注入ノズルから吐出した溶融金属の流れが内在
する介在物を溶融金属プールの奥深くまで持ち込み、こ
れが凝固シェルに捕捉されて鋳片内部欠陥の原因となっ
ている。このため、溶融金属の流れを制御してこれらの
欠陥を防止する技術が多く提案されている。例えば、特
開平２−２８４７５０号公報には、注入ノズルより下方
に設けたコイルにより直流磁界を溶融金属に作用させ、
その位置で溶鋼流にブレーキを作用させて溶鋼の下降流
を減速させる方法が開示されている。また、特開平９−
２８５８５４号公報には、図７に示すように、浸漬ノズ
ル６をスリット状吐出口３０を備えたものとし、浸漬ノ
ズルからの吐出流が下向き吐出口を中心に鉛直方向から
相対する鋳型短辺へ向けて広がる連続した扇状の流れ２
９が得られるようにするとともに、電磁コイル２７と組
み合わせることによって溶鋼の流れを制御することが開
示されている。 【０００８】しかしながら、特開平９−２８５８５４号
公報の技術は、溶融金属の下降流に対する直流磁場によ
る制御であり、交流磁場を付与した場合の誘起流と反転
上昇流とに関するものではない。 【０００９】本発明は、交流磁場を付与して溶融金属を
連続鋳造する際、浸漬ノズルからの吐出流による上昇流
と交流磁場による誘起流との干渉による流れの乱れを制
御し、鋳片表面性状の変動を解消しうる、連続鋳造方法
を提供しようとするものである。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するためのものであって、その内容は、以下のとお
りである。 【００１１】一定の周期で振動される1対の長辺と1対の
短辺からなる水冷鋳型内に浸漬ノズルより溶融金属を注
入し、水冷鋳型の周囲に設けた通電コイルによって発生
した交流磁場により溶融金属を鋳型壁から引き離す方向
に電磁力を作用させつつ凝固させ、下方に連続的に引き
抜いて溶融金属を連続鋳造する方法において、前記浸漬
ノズルは、溶融金属を相対する鋳型壁面方向から鉛直下
方方向にかけて吐出させる２孔部と、ノズル直下の鉛直
下方方向から相対する鋳型壁面方向にかけて吐出させる
スリット部とを連続して備えると共に、このスリット部
と２孔部との吐出断面積の比を、式（１）の関係として
鋳造することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。 【００１２】 （２√２・Ｔ・ＶｃCOSθ／Ｖ₀√Ｓ₁）−１ ＜ β …（１） 但し、β：スリット部と２孔部との吐出断面積の比 Ｔ：鋳造空間の厚さ（ｍ） Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／ｓ） θ：２孔部の中心線が水平面となす角度（度） Ｓ₁：２孔部の吐出断面積（ｍ²） Ｖ₀：通電コイルの電磁力によって誘起される溶鋼の流
れ速度(ｍ／ｓ) なお、左辺が０以下の場合はβ＝０、すなわち、スリッ
ト部は設けないものとする。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例の図面を用
いて詳細に説明する。図1は、本発明の方法を実施する
ための連続鋳造装置の概略を示す断面図である。水冷鋳
型１の周りには、交流電流を通電するための通電コイル
５が、その上端がほぼメニスカス３の位置となるよう
に、水冷鋳型に埋設するようにして設けられている。鋳
造においては、水冷鋳型の上方のタンデイッシュ(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内
に供給される。なお、浸漬ノズルからの溶融金属の吐出
方向、あるいは浸漬ノズルの吐出口の方向は、通常、水
冷鋳型の水平断面の形状が長方形である場合は、その短
辺側であり、ほぼ正方形である場合は、何れかの辺側と
する。なお、以下においては、水冷鋳型の水平断面形状
は長方形である鋳型として説明する。水冷鋳型１内の溶
融金属２の表面には潤滑材としてパウダー４が供給さ
れ、溶融金属は、水冷鋳型１によりオッシレーションを
受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。このとき、通電コイル５には、数１０〜数１０
０Ｈｚ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が生成され、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
冷鋳型との潤滑を円滑に維持しつつ凝固が進行する。 【００１４】その結果、鋳片の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できるのであ
るが、図１に示すように、このコイルへの交流電流の通
電によって、鋳型内の溶融金属には、コイルの垂直中心
位置より上方では、下降し、一方、コイルの垂直中心位
置より下方では、上昇する方向の流れ１１（誘起流）が
誘起される。 【００１５】一方、浸漬ノズル６からの溶融金属の吐出
流７は、鋳型の短辺側の壁面付近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、吐出流の一部は、
上方に反転して上昇流１０となり、コイルへの交流電流
の通電により生じた上記の誘起流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。 【００１６】発明者らは、この誘起流１１とこの上昇流
１０との干渉によるメニスカス近傍の流れの乱れによる
鋳片の表面性状の変動を抑制し、表面性状の優れた鋳片
を得るための方法を検討した。 【００１７】すなわち、鋳造条件から決まる短辺側の上
昇流を、電磁力による誘起流に対して一定以下とする必
要があるとの知見に基づき、ノズルの形状、鋳造条件な
どと、鋳片の表面性状との関係を詳細に検討した結果、
本発明をなしたものである。 【００１８】本発明では、まず、浸漬ノズル６の溶融金
属の吐出部を、図２（ａ）に示すように、溶融金属を相
対する鋳型壁面方向から壁面下方方向にかけて吐出させ
る２孔部１２と、ノズル直下の鉛直方向から相対する壁
面方向にかけて吐出させるスリット部１３とを備える共
に、スリット部１３を２孔部１２に連続して設けた構成
とするものである。すなわち、浸漬ノズルの2孔部に連
続してスリットを設けた構造とすることによって、図１
に示すように、浸漬ノズルの直下から鉛直下方に向かう
溶鋼の流れ、下降流８を生成させ、これによって、2孔
部からの吐出流７の割合を制限し、この2孔部から短辺
側(壁面)に向かう吐出流により生成する上昇流１０を緩
和することができ、この上昇流と、上述の誘起流１１と
の干渉を抑制することができる。 【００１９】さらに、このように構成した浸漬ノズルに
おいて、上述のように誘起流と干渉する上昇流の強さを
一定以下にするために、鋳造速度Ｖｃ、鋳造空間の厚さ
Ｔ、などの鋳造条件に応じて、上記の浸漬ノズルの２孔
部とスリット部の吐出流の配分を決定すればよい。すな
わち、スリット部と２孔部との吐出断面積の比β（＝ス
リット部の吐出断面積／２孔部の吐出断面積）が、ノズ
ル2孔部の吐出角度および吐出断面積、電磁力による誘
起流の速さＶ₀などとの関係において、式(1)を満たすよ
うにするものである。 【００２０】 （２√２・Ｔ・ＶｃCOSθ／Ｖ₀√Ｓ₁）−１ ＜ β …（１） なお、（１）式において、左辺が０以下の場合は、β＝
０すなわちスリット部は設けないものとする。 【００２１】式（１）において、βは、図２（Ｃ）示す
ように浸漬ノズル６の吐出部、すなわち、スリット部の
吐出断面積Ｓ２と２孔部の吐出断面積Ｓ１との比（S２
／S1）である。２孔部の形状は、円形、楕円形、矩形、
多角形など特に制限されるものではないが、吐出流によ
る溶融金属プール内の流れの乱れを少なくする観点から
は、円形、楕円形などが好ましい。その断面積Ｓ１は、
吐出口部（孔）の形状に応じて求めることができ、ま
た、スリット部の吐出断面積Ｓ２は、各矩形断面積の和
として求めることができる。 【００２２】なお、スリットは、図２（ａ）に示すよう
に、２孔部に連続して設けられ、かつスリットの厚さ方
向の中心線と浸漬ノズルの2孔部の中心線とは、ほぼ同
一方向となるように設けられるものとし、鋳造時におい
ては、鋳型の長辺に平行になるように設置されるものと
する。 【００２３】また、図２（ｂ）に示すように、θは、２
孔部の中心線が水平面となす角度（度）、すなわち吐出
角であり、通常、−１５〜５５度、好ましくは０〜４５
度である。 【００２４】また、Ｔは、鋳造空間の厚さ（ｍ）であ
り、この場合は鋳型厚さ（鋳型短辺の長さ）である。水
平断面形状が正方形の鋳型の場合は、何れかの辺の長さ
である。Ｖｃは、鋳造速度（ｍ／ｓ）であり、鋳造する
溶融金属の種類、溶融金属の温度、鋳片のサイズなどの
操業条件等を勘案して決められる。 【００２５】Ｖ₀は、通電コイルの電磁力によって誘起
される溶鋼の流れ（誘起流）１１の速度(ｍ／ｓ)であ
る。一般に合金は連続鋳造のような比較的凝固速度が速
いとき、樹枝状に凝固（デンドライト）し、そのデンド
ライトは凝固成長中に流れの上流側に傾き、その角度は
合金成分、流速で決まることが知られている。したがっ
てこの誘起流の速度Ｖ₀は、この方法により求めること
ができる。なお、数値計算によっても求めることができ
る。 【００２６】図１に示すように、コイルの垂直方向中心
位置の上方と下方とで互いに相反する方向の流れとなる
が、（１）式におけるＶ₀は、上方、下方のいずれかの
誘起流の速度でも良いし、両者の平均速度としても良
い。本発明においては、この流れの速度は、コイルの高
さ位置近傍で測定した速度とすることが好ましい。すな
わち、コイルの下端から上端にかけての範囲で速度を測
定することにより、誘起流の速度測定において、浸漬ノ
ズルからの吐出流や、溶融金属プール表面の変動の影響
を受けることなく評価できるようにするためである。 【００２７】例えば、Voを、通電コイルの３／４高さ相
当、鋳型（長辺）幅の１／２、かつ鋳型壁から１ｃｍ内
側の位置において、上述の方法により測定ないしは計算
により求めることも好ましい。 【００２８】 【実施例】幅が１５００ｍｍ、高さが８８０ｍｍ、厚み
２５０ｍｍの鋳型のメニスカス部に、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
ようにセットし、また、メニスカスから３００ｍｍ深さ
となる外径150ｍｍ、内径９０ｍｍの浸漬ノズルで、ノ
ズル吐出口の性状を変えたものを用いて鋳造を行った。
ノズルは、図２に示す形状とし、ノズルの吐出口部は、
鋳型空間の短辺側に向かう直径６０ｍｍ、吐出角度θが
15度、30度、45度を有する2孔部を有するもの3本、およ
び、さらにそれぞれの下端に、鋳型長辺方向に平行とな
るように、２孔部に連続して設けた厚さａの異なるスリ
ットを有するもの9本を用いた。 【００２９】表１に、ノズルの２孔部の吐出角θと、こ
れに設けたスリット厚さａを示す。 【００３０】 【表１】 【００３１】電磁コイルには、溶融金属の盛り上がり
が、２０ｍｍとなるように周波数１５０Ｈｚの正弦波交
流を通電し、鋳造速度は１．５ｍ／ｍｉｍとして、低炭
素アルミキルド鋼を鋳造した。なお、このとき、通電コ
イルの３／４高さ近傍に相当する鋳片デンドライト傾角
から測定した流速Voは０．２ｍ／ｓであった。 【００３２】これらのノズルを用いて鋳造した鋳片の表
面性状を測定し、その測定結果を、許容レベルの粗さで
規格化した表面粗度として図３に示す。 【００３３】図３から判るように、黒丸で示したスリッ
ト１を設けたものは、何れも式（１）の関係を満たして
おらず、許容レベルで規格化した表面粗度を大きく超え
るものが多く、ばらつきも大きい。 【００３４】一方、本発明の関係を満たす、黒四角で示
したスリット２を設けたもの、黒菱で示したスリット３
を設けたものは、いずれも許容レベルを下回っており、
そのばらつきも小さいことがわかる。 【００３５】また、本発明の関係を満たしている中で
も、特に、式（１）の関係を大きく満たしている黒菱で
示したスリット３を設けたものは、同じく式（１）の関
係を満たしている黒四角で示したスリット２を設けたも
のに比べてさらに安定した表面性状を有していることが
わかる。 【００３６】 【発明の効果】本発明によれば、溶融金属に交流電磁場
を付与しつつ連続鋳造するに際し、交流磁場によって溶
融金属に誘起される流れと、浸漬ノズルからの吐出流と
の干渉が解消され、表面性状ならびに鋳片内質にも優れ
た鋳片を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の連続鋳造方法の実施例を示す概略図で
あり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 【図２】本発明の実施例のノズル形状を示す概略図であ
り、（ａ）、（ｂ）は断面図、（Ｃ）はノズルの吐出断
面積の形状を示す模式図である。 【図３】本発明の実施例におけるノズルのスリット厚み
ａ、吐出角θと、許容レベルで規格化した鋳片表面粗度
との関係を示す図である。 【図４】電磁力を付与して連続鋳造する従来の方法の一
例を示す断面概略図。 【図５】電磁力を付与して連続鋳造する従来の他の例を
示す断面概略図。 【図６】電磁力を付与して連続鋳造する従来の他の例の
概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図であ
る。 【図７】電磁ブレーキを使用した連続鋳造技術を示す概
略図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。 【符号の説明】 １…水冷鋳型 ２…溶融金属 ３…メニスカス ４…パウダー ５…通電コイル ６…浸漬ノズル ７…２孔部からの吐出流 ８…スリット部からの吐出流 ９…下降流 １０…上昇流 １１…誘起流 １２…ノズルの２孔部 １３…ノズルのスリット部 ２０…誘導電流 ２１…誘導磁場 ２２…電磁力 ２３…電磁力誘起流れ ２４…波形発生装置 ２５…電源装置 ２６…励磁電流 ２７…電磁コイル ２８…電磁コイル上端 ２９…分散化した溶鋼下降流のフローパターン ３０…スリット状吐出口 S1…２孔部の吐出断面積 S2…スリット部の吐出断面積 θ…吐出角 ａ…スリット幅 Ｔ…鋳型の短辺長さ B…誘導磁場 F…電磁力 J…誘導電流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 寛 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 4E004 AA09 AD01 FB04 FB06 MB12 MC05 NA02 NB01 NC01

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 一定の周期で振動される1対の長辺と1対
   の短辺からなる水冷鋳型内に浸漬ノズルより溶融金属を
   注入し、水冷鋳型の周囲に設けた通電コイルによって発
   生した交流磁場により溶融金属を鋳型壁から引き離す方
   向に電磁力を作用させつつ凝固させ、下方に連続的に引
   き抜いて溶融金属を連続鋳造する方法において、前記浸
   漬ノズルは、溶融金属を相対する鋳型壁面方向から鉛直
   下方方向にかけて吐出させる２孔部と、ノズル直下の鉛
   直下方方向から相対する鋳型壁面方向にかけて吐出させ
   るスリット部とを連続して備えると共に、この２孔部と
   スリット部との吐出断面積の比を、式（１）の関係とし
   て鋳造することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。 （２√２・Ｔ・ＶｃCOSθ／Ｖ₀√Ｓ₁）−１ ＜ β …（１） 但し、β：スリット部と２孔部との吐出断面積の比 Ｔ：鋳造空間の厚さ（ｍ） Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／ｓ） θ：２孔部の中心線が水平面となす角度（度） Ｓ₁：２孔部の吐出断面積（ｍ²） Ｖ₀：通電コイルの電磁力によって誘起される溶鋼の流
   れ速度(ｍ／ｓ) なお、左辺が０以下の場合はβ＝０、すなわち、スリッ
   ト部は設けないものとする。