JPH0369615B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、溶解金属の連続鋳造において、鋳片
表面欠陥、非金属介在物に基づく欠陥などを防止
せしめる連続鋳造用鋳型及び連続鋳造方法に関す
るものである。

従来の技術 溶融金属の連続鋳造は、歩留り向上を指向して
鉄鋼、アルミニウム、銅および金など金属材料製
造において広く普及している。本発明を詳細に説
明するためにあつて最も普及し大量に生産されて
いる鋼の連続鋳造を例に取り上げ説明する。

鋼の連続鋳造（以後、CCと称する）は、大き
く分類すると次ぎの２通りがある。１つは鋳片と
鋳型が相対運動を行なうもので非同期式CCと呼
ばれ、溶鋼取鍋からいつたんタンデイツシユと称
する中間容器に受け、次いでタンデイツシユから
鋳型に連続的に注入、冷却しつつ凝固を完了せし
める方法で、鋳型と溶鋼中間容器とが分離してい
る垂直型CC、弯曲型CC等が該当する。この形式
が最も生産性が高く普及しているので以後通常
CCと呼ぶ。また、中間容器と鋳型を直結した形
式の水平CCもある。

もう１つは、同期式CCと呼ばれるもので鋳型
がロール型、ベルト型あるいは車輪状等を呈する
もので、鋳型と鋳片が一体運動を行ないつつ冷却
凝固せしめるものである。

通常CCの鋳型は、凝固殻の生成に主機能があ
るため、鋳型材質として水冷されたCuが使用さ
れている。しかし、溶鋼と鋳型の付着を防止する
ために潤滑剤（パウダー）を用いるのが一般的で
ある。良好な鋳片と安定した操業のためには、溶
鋼の付着防止とパウダーの潤滑膜形成が不可欠と
されており鋳造方向に機械的振動等の鋳型振動装
置が必要である。

しかし、パウダー鋳造と鋳型振動によつてオシ
レーシヨンマークと称する引抜マーク、気泡およ
び介在物欠陥等の鋳片表面疵が不可避的に発生す
ることや鋳造速度の上昇によつて鋳片欠陥が多発
し更にブレークアウトを称する鋳造障害に陥るな
ど問題点が多い。

これらは、湯面と凝固開始点が原理的に一致す
ることに起因している。即ち、鋳片表面あるいは
表層に観察される介在物は、取鍋あるいはタンデ
イツシユから持ち込まれた介在物が溶鋼吐出流に
よつて鋳型内深まで侵入し、吐出流の減少に伴つ
て介在物が浮上し鋳片に捕獲されるためである。
また、鋳片表面欠陥は鋳造に用いる鋳型潤滑剤に
よつて湯面近傍における湯面形状変化あるいは初
期凝固殻の変形に起因しており、通常CC法では
不可避的に発生することが明らかになつている。

これに対し水平CCは、湯面と凝固位置が分離
していることから鋳片介在物など品質が優れてい
る利点を有することが知られているが、ブレーク
リング等を用いて鋳型内凝固殻を十分発達させる
ことによつてはじめて鋳造可能であるため、間欠
引抜や鋳型振動が不可欠であり、コールドシヤツ
トクラツクやコールドシヤツトマークと称する鋳
片表面欠陥が不可避的に発生し、その防止方法の
確立が未完成である。

こうした背景のもとに種々の改善が試みられて
いる。例えば、特開昭54−15424号や特開昭60−
145249号は、水平CCに於ける凝固殻の生成を鋳
型内でのみ生成させるための加熱装置が考えられ
ている。すなわち、 特開昭54−15424号は、鋳型入り側に生じる異
常凝固（ホツトマスと称している）を防止し操業
の安定を計るために、鋳型入り側の導管に誘導加
熱装置を配したものである。しかし、該技術は、
鋳型とその直前に位置する導管との連結部間隙に
溶鋼が差し込む点に関して何ら配慮がなされてい
ないこと及び、導管部分の高温溶鋼をその直後に
配置された冷却鋳型で冷却するため温度差により
急激に冷却され品質上好ましくない。

特開昭60−145249号については、加熱装置と鋳
型本体を順に配置し、その中間に温度検出器を設
けることで、凝固殻の形成開始を所望の位置に制
御するものである。そして、温度検出器の設置位
置は、加熱装置の鋳型本体側の端部をスリーブ状
としてこの部分に設けるものである。

しかしこの方法においても前記同様の難点があ
る。即ち、凝固開始点が何らかの原因でスリーブ
先端より鋳型本体側に移動したとき、スリーブと
鋳型本体との連続部から溶鋼の侵入が懸念される
ことと、高温の加熱装置から冷却を目的とする鋳
型本体に移動する際、急激な温度変化により鋳片
表面に品質上の悪影響を与える。

又、加熱部と冷却部である鋳型本体との間に温
度検出器を設けているが、この温度検出位置では
既に凝固殻が生成しているので凝固殻を介して温
度測定されることになり、凝固殻の伝熱抵抗のた
め極めて感度が低下するので凝固位置制御は困難
である。更に、電熱コイルはその性格上コイル長
手方向中心部が最高温度を示するが一般的である
ので、電熱コイルの下流での測温は実際の溶湯温
度より低値を示すことは明らかであり、さらに前
述のごとく凝固殻を介して測定されることも加え
て考慮すれば、指示温度は著しく異なつた値を示
すことになり実用性に乏しい。

例えば、鋳型偏析を良好とするためには、溶鋼
過熱度を最小にとどめることが必要であるが、検
出感度が悪いことと引抜きによつて温度場が動的
に変化することによつて凝固位置の特定が難し
く、必要以上の加熱が行なわれ高過熱度鋳造に陥
り品質劣化を招き目的を達成でないことがある。

更に、特開昭61−63348号公報には、通常CCに
おいて、鋳型の上部にヒーターを備えて、溶鋼メ
ニスカス部分での凝固を防ぐ手段が開示されてい
る。しかし本技術についても前２者と全く同様の
難点を有するものである。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、こうした事情に鑑みなされたもので
あり、溶融金属の鋳造過程において鋳片表面欠陥
や介在物問題を抜本的に解決するために、鋳型内
における初期凝固殻の生成を制御し、湯面と凝固
開始点を安定的に分離し、鋳片表面性状及び操業
性に優れる連続鋳造用鋳型及び鋳造方法を提供す
るものである。

問題点を解決するための手段 本発明は従来法では困難であつた鋳片表面欠陥
の完全防止、介在物の侵入防止を達成することを
目的としてなされたものであり、その特徴とする
ところは、連続鋳造用鋳型において溶融金属入り
側から難導電性の加熱帯とこれに続けて冷却帯を
構成し、該鋳型の内側全体に望ましくは、難導電
性材料で製作した溶融金属導入管を配置して一体
構造とし、加熱帯のメニスカスより下流に温度検
出器を具備したことを特徴とする連続鋳造用鋳型
と、この連続鋳造鋳型の加熱帯のメニスカスより
下流に設けた溶融金属温度検出器の検出温度を溶
融金属液相線温度以上に保持し、凝固開始点を溶
鋼温度検出器の設置位置より下流に位置させるこ
とを特徴とする連続鋳造方法とを基本的な発明と
するものである。

そして、前記本発明鋳型の加熱帯の加熱源であ
る電磁誘導コイルを複数個設けて、各誘導コイル
毎に周波数を任意に変更できる構造とすること、
及び加熱源である電磁誘導コイルの電源周波数に
応じて変化する加熱力、溶鋼撹拌力の特性を適宜
選択利用することを含むものである。

以下に図を用いて本発明を更に説明する。図面
は本発明の実施例を示すもので、第１図は装置全
体構成図、第２図、第３図は鋳造方法の説明図、
第４図は、他の実施例の説明図、第５図は本発明
における電源周波数と溶鋼に与える加熱力、及び
撹拌力の関係を示す説明図である。

第１図において、１は取鍋（又は中間容器）、
２は浸漬ノズル、４は鋳型で、加熱帯５、冷却帯
６、溶鋼の導入管７で構成される。加熱帯５は、
内部に電磁誘導コイル８などの発熱体を内蔵さ
せ、加熱帯５自体の材質は難導電性として電磁誘
導コイル８の電磁力の吸収を防ぐようにすること
が好ましい。

冷却帯６は、通常多く用いられている内部水冷
で銅製のものが好適である。導入管７は加熱帯
５、冷却帯６の内側全長にわたつて設けるものと
し、その材質を望ましくは加熱帯５と同様の理由
で、難導電性のものとする。具体的には、ジルコ
ニア、アルミナ、シリカ、マグネシア等の酸化
物、グラフアイト、炭化物、窒化物、ホウ化物な
どを１種又は２種以上混合したものを用いること
により、耐食性も兼ね備えることができる。

又、導入管７の加熱帯５に接する部分を難導電
性とし、冷却帯６に接する部分を導電性のものと
するのが最も好ましい。導入管７を加熱帯５、冷
却帯６の全長にわたつて設けることにより、加熱
帯５と冷却帯６との間隙へ溶鋼が侵入することを
防ぐこと及び加熱帯５から冷却帯６へ鋳片、又は
溶鋼が移行する際の急激な温度変化（急冷）を防
止でき、鋳片表面欠陥防止に有効である。

９は温度検出器で、加熱帯と導入管を貫通さ
せ、溶鋼メニスカスより下流（図において下位）
に設ける。

１０はガイドローラー、１１は冷却水スプレ
ー、１２は凝固鋳片を表わす。

第２図、第３図は本発明の連続鋳造方法の説明
図で、第２図に示す温度検出器９により検出した
温度を比較器１３で目標設定温度と比較し、その
差に応じて周波数制御器又は、電力制御器１４に
より適正周波数又は投入電力を求め、電源１５の
周波数又は電力を変更し、電磁誘導コイル８に入
力する。即ち、温度検出器９の検出点の温度を溶
鋼の融点以上とする。

これにより、鋳片の凝固開始点を温度検出器９
の設置位置より図において下位に位置するよう制
御できる。即ち、メニスカスより下位に凝固開始
点を位置させるこができ、鋳片表面疵の発生を防
ぐものである。

第３図は、前記方法の一実施例を、時間経過に
併せて図に表わしたもので、加熱帯予熱後、溶鋼
鋳造中検出温度に応じて投入電力を変え、溶鋼温
度を常に液相線温度（融点）以上に制御するもの
である。

第４図は、加熱帯５に内蔵した電磁誘導コイル
を複数組設け、夫々別の電源に接続することで、
コイル毎の発熱量を制御するものである。

即ち、上部コイル８−１の近傍に上部温度検出
器９−１を設け、これに接続して上部比較器１３
−１と、上部周波数制御器１４−１、上部電源１
５−１を設ける。そしてこれらとは別途に下部コ
イル８−２の近傍に下部温度検出器９−２を設
け、これに接続して下部比較器１３−２と、下部
周波数制御器１４−２、下部電源１５−２を設け
る。

このように構成するこにより、加熱帯長さ方向
温度分布を所望の値とすることができる。特に前
述第２図の如く１組の電磁誘導コイル８の場合、
コイルの特性として中央部がより高温となり両端
（図において上端、下端）部は、比較的低温とな
る。

これに対して第４図に示す構造とすることによ
り、加熱帯長さ方向の温度を均一とすることがで
き、更に上部、下部で任意の温度を得ることもで
きる。

第５図は、本発明鋳型を用いた時の溶鋼に与え
る加熱の度合を、電磁誘導コイルを用いることで
副次的に生ずる溶鋼の撹拌力を表わしたものであ
る。

本発明の難導電性加熱帯、導入管とした場合、
加熱力や撹拌力は、従来用いられている鋼製鋳型
に比べ大きな値を示すと共に、電源周波数の変化
に伴ない、加熱力、撹拌力とも特有のカーブを描
くものである。また、電源周波数を第５図に示す
ように概ね商用周波数以上とすることで加熱、撹
拌効果を組合せることが可能である。商用周波数
から約500Hzまでは撹拌が、500Hzを越えると加熱
が支配的となる。従つて、溶鋼温度をより高く上
昇させたいときは、電源周波数を高い値として操
業し、溶鋼温度が目標値を上回り加熱をあまり必
要としなくなつたときは、電源周波数を低い値と
して、撹拌力を増加させることで、非金属介在物
の浮上を促進するよう使い分ける。

発明の効果 以上説明したように本発明によれば、 (1) 加熱帯と冷却帯との間隙に溶鋼が侵入するの
を導入管を設けることで防止し、又高温の加熱
帯から低温の冷却帯への溶鋼、鋳片の移行時急
激な温度変化を導入管により緩和し鋳片表面の
品質改善を計ることができる。

(2) 温度検出器をメニスカスより下流で加熱帯に
設けたことで、凝固前の溶鋼温度を検出でき、
凝固開始点をメニスカスより確実に下流に位置
させうる。

(3) 加熱帯、導入管を難導電性としたとき、溶鋼
の加熱力、撹拌力を大きなものとすることでき
ることと、電源周波数に応じて変化する加熱
力、撹拌力の変化特性を利用でき、必要な加
熱、撹拌を所望時に得られる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
１図は本発明の装置全体構成図、第２図、第３図
は本発明鋳造方法の説明図、第４図は電磁コイル
を複数組用いた例の説明図、第５図は本発明鋳型
使用時の電源周波数と溶鋼に与える加熱力及び撹
拌力の関係を示す説明図である。 １……取鍋（又は中間容器）、２……浸漬ノズ
ル、４……鋳型、５……加熱帯、６……冷却帯、
７……導入管、８……電磁誘導コイル、８−１…
…上部コイル、８−２……下部コイル、９……温
度検出器、９−１……上部温度検出器、９−２…
…下部温度検出器、１０……ガイドローラー、１
１……冷却水スプレー、１２……鋳片、１３……
比較器、１３−１……上部比較器、１３−２……
下部比較器、１４……周波数制御器、１４−１…
…上部周波数制御器、１４−２……下部周波数制
御器、１５……電源、１５−１……上部電源、１
５−２……下部電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続鋳造用鋳型において、溶融金属入り側か
   ら難導電性の加熱帯とこれに続けて導電性の冷却
   帯を構成し、加熱帯、冷却帯の内側全長にわたつ
   て溶融金属の導入管を配し、さらに加熱帯のメニ
   スカスより下流に温度検出器を設けて構成したこ
   とを特徴とする加熱機能を有する連鋳鋳型。 ２ 加熱帯の加熱源として電磁誘導コイルを用
   い、該電磁誘導コイルを複数個設けて、夫々別個
   の電源に接続し、電磁誘導コイル毎に電源周波数
   を変更可能に構成したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の加熱機能を有する連鋳鋳型。 ３ 溶融金属入り側から難導電性の加熱帯とこれ
   に続けて導電性の冷却帯を構成し、加熱帯、冷却
   帯の内側全長にわたつて溶融金属の導入管を配
   し、さらに加熱帯のメニスカスより下流に温度検
   出器を設けて構成した鋳型を用いて溶融金属を連
   続鋳造する方法において、温度検出器の検出温度
   が常に溶融金属の液相線温度以上となるように加
   熱帯内の溶融金属を加熱しつつ鋳造することを特
   徴とする連鋳法。 ４ 溶融金属入り側から難導電性の加熱帯とこれ
   に続けて導電性の冷却帯を構成し、加熱帯、冷却
   帯の内側全長にわたつて溶融金属の導入管を配
   し、さらに加熱帯のメニスカスより下流に温度検
   出器を設けるとともに加熱帯の加熱源に電磁誘導
   コイルを用いて構成した鋳型により溶融金属の連
   続鋳造を行なう方法において、電磁誘導コイルに
   印加する電源周波数を、溶融金属温度をより高く
   上昇させたいときは、電源周波数を高い値として
   操業し、溶融金属温度が目標値を上回り加熱をあ
   まり必要としなくなつたときは、電源周波数を低
   い値として、撹拌力を増加させるように使い分け
   ることを特徴とする連鋳法。