JPH09262650A - 連続鋳造における鋳型内流動制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続鋳造において、等軸晶増加による中心偏
析低減や、吐出流の浸透深さ低減による鋳片内の非金属
介在物の低減などを安定にかつ安価に行う。 【解決手段】 鋳型１を挟んで、一定の間隔を保って対
向配置された鉄芯８、該鉄芯に巻かれた複数のコイル
９、鉄芯から枝分かれした複数の磁極１０、および該磁
極近くの鉄部分に巻かれた複数のコイル１１から構成さ
れる１対の電磁石７を、浸漬ノズルの吐出孔の下部に設
置し、コイルに直流や交流の電流を流すことにより、１
対の電磁石によって、鋳型内に移動磁場を印加して鋳型
内の溶鋼を撹拌したり、または静磁場を印加して溶鋼を
制動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶鋼の連続鋳造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造では、一つの連鋳機で種々
の鋼種を鋳造する。鋼種の中には、連続鋳造において溶
鋼が凝固する際、中心偏析を極力低減する必要があるも
のや、鋳片内部の非金属介在物を極力低減する必要があ
るものがある。中心偏析の低減には、鋳型内の溶鋼を電
磁撹拌し、等軸晶を増加させることにより、中心偏析を
分散・低減できる。一方、鋳片内部の非金属介在物の低
減については、鋳型内の溶鋼に静磁場を印加し、浸漬ノ
ズルの吐出孔よりも下方へ流れる下向き流の浸透深さを
低減することにより、溶鋼内の介在物が鋳片内部へ捕捉
されることを抑制することができる。鋳型部に電磁石装
置を設置して溶鋼を撹拌する方法は従来より知られてお
り、特願平４−１３４８９８号公報や特願平４−１５９
８０２号公報では鋳型内の溶鋼に移動磁界を印加して撹
拌する方法を開示している。また、溶鋼に静磁場を印加
し、溶鋼流動を制動する方法は特願昭６２−２４１４３
９号公報や特願平４−１２７９３８号公報で開示されて
いる。

【０００３】しかし、溶鋼を撹拌するための電磁石装置
と、静磁場の印加により溶鋼を制動するための電磁石装
置の二つを鋳型部の同じ場所に設置することは困難であ
り、また、これら二種類の電磁石装置を近接させて鋳型
部に設置することも空間的に困難な場合が多く、仮に可
能だとしても設備費用が高くなり、鋳型部に設置した一
つの電磁石装置により、連続鋳造する鋼種に応じて溶鋼
の撹拌と制動の機能を使い分ける方法が無いのが実状で
あった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一つの連続鋳造機の鋳
型部へ設置した一つの電磁石装置によって、鋳型内の溶
鋼を撹拌する機能と、鋳型内の溶鋼に静磁場を印加して
吐出流の浸透深さを低減する機能を鋼種に応じて使い分
けて、等軸晶増加による中心偏析低減や、吐出流の浸透
深さ低減による鋳片内の非金属介在物低減を安定にかつ
安価に行うことが課題である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために種々検討した結果、電磁石の鉄芯、コ
イル、磁極の配置や形状に関する工夫と、鉄芯に巻かれ
た複数のコイルに流す電流の種類を変えることにより、
一つの電磁石装置によって、鋳型内の溶鋼に移動磁場を
印加して溶鋼を撹拌させたり、静磁場を印加して溶鋼を
制動できることを見い出した。また、この一つの電磁石
装置を浸漬ノズルの吐出孔の下部に設置することが、撹
拌と制動の二つの機能を発揮するのに効果的であること
を見いだした。

【０００６】本発明の要旨は、鋼の連続鋳造において、
溶鋼を浸漬ノズルを経て鋳型内へ注湯して鋳片を製造す
る際、鋳型を挟んで、一定の間隔を保って対向配置され
た鉄芯、該鉄芯に巻かれた複数のコイル、鉄芯から枝分
かれした複数の磁極、および該磁極近くの鉄部分に巻か
れた複数のコイルから構成される１対の電磁石を、浸漬
ノズルの吐出孔の下部に設置し、コイルに直流または交
流の電流を流すことにより、１対の電磁石によって、鋳
型内に移動磁場を印加して鋳型内の溶鋼を撹拌したり、
または、静磁場を誘起して溶鋼を制動することを特徴と
する連続鋳造方法である。また、連続鋳造用の鋳型を挟
んで、一定の間隔を保って対向配置された鉄芯、該鉄芯
に巻かれた複数のコイル、鉄芯から枝分かれした複数の
磁極、および該磁極の鉄部分に巻かれた複数のコイルか
ら構成される電磁石装置において、電流の種類を直流や
３相交流などに切り替えてコイルに電流を流すことによ
り、１対の電磁石によって、鋳型内に移動磁場を印加し
たり、または、静磁場を印加することを特徴とする連続
鋳造用の電磁石装置である。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、連続鋳造において、浸漬
ノズル２の吐出孔３を経て溶鋼４を鋳型１の中へ注湯す
る際、鋳型部に電磁石装置７を設置した時の縦断面図を
示す。浸漬ノズルの吐出孔は、通常、水平方向よりも下
向きになっており、電磁石装置を作動させない場合、鋳
型内へ注湯された溶鋼のノズル吐出流は、鋳片の短片側
の凝固シェルに衝突して、ノズルの吐出孔よりも下方へ
流れる下向き流と、吐出孔よりも上へ流れる上向き流に
分かれる。溶鋼は鋳型への抜熱により凝固し、凝固シェ
ル６は連続的に下方へ引き抜かれる。下向き流の速度が
余りにも大きいと、吐出流の浸透深さが深くなるため、
非金属介在物の浮上除去にとって不利となり、鋳片の内
部に介在物が多く残り、鋼製品の品質に悪影響を及ぼ
す。

【０００８】鋳型内で溶鋼を電磁撹拌すると、鋳型内の
溶鋼温度が低減して浮遊している等軸晶が安定に成長す
るとともに、凝固シェルやメニスカス近傍において等軸
晶の生成が促進され、凝固後の鋳片の中心部における等
軸晶領域が多くなる。溶鋼撹拌の強さが強いほど、等軸
晶の生成が促進されるが、電磁石による強い撹拌をメニ
スカス近傍で行うと、鋳造用フラックスを溶鋼中へ巻き
込むことになり、品質に悪影響を及ぼす。このため、中
心偏析を低減したい鋼種を鋳造する場合、図１に示すよ
うに、浸漬ノズルの吐出孔より下方に電磁石を設置し、
電磁石装置７を使って溶鋼を撹拌すると、フラックスの
巻き込みなどの弊害を招かずに、溶鋼を強く電磁撹拌す
ることができ、等軸晶の増加が容易にでき、中心偏析を
分散・低減することが可能である。

【０００９】一方、ブリキ製品に使われる低炭アルミキ
ルド鋼などのように鋳片内部の非金属介在物の低減を厳
格に行わねばならない鋼種を鋳造する場合、電磁石装置
７を使って、溶鋼に静磁場を印加すると、静磁場中を流
動する溶鋼に、溶鋼の流動の方向と逆方向へ電磁気力が
作用し、溶鋼の流速が低下する。このため、吐出流の浸
透深さが大幅に低減し、非金属介在物が溶鋼プールの深
い位置まで侵入せず、メニスカスへの浮上除去が促進さ
れる。

【００１０】図２は、図１のＡ−Ａの位置の水平断面の
模式図であり、鋳型１を挟んで一定の間隔を保って対向
配置された一対の電磁石７および７’を示す。この電磁
石７と７’の構成や機能は同じである。電磁石７は、鉄
芯８、鉄芯から枝別れした磁極１０、鉄芯に巻かれた複
数のコイル９、枝別れした磁極の鉄部分に巻かれたコイ
ル１１から構成される。次に説明するように、コイル９
や１１に流す電流を変えることにより、鋳型内の溶鋼に
移動磁界や静磁場を印加することができる。

【００１１】移動磁場の印加方法について、図２のコイ
ル１１を便宜上省略して示した図３を使って説明する。
図３において、隣接した３個のコイルｕ、ｖ、ｗに、交
流電流の位相を１２０度づつずらした３相の交流電流を
流すと、コイルｕ、ｖ、ｗに流す電流の経時変化に応じ
て、各磁極１０の先端から鋳型内の溶鋼に印加される磁
界は時間的に変化し、磁極に近い溶鋼に移動磁界が作用
することになり、この移動磁界の作用により溶鋼の流れ
１２が生じる。同様な方法で鋳型の対面側でも溶鋼の流
れ１２’を生起させることができ、鋳型内の溶鋼が撹拌
されることになる。

【００１２】溶鋼に静磁場を印加する方法については、
２図に示した電磁石装置の場合には、３通りの方法があ
る。１番目の方法は、コイル１１へ直流電流を流す方法
であり、コイル１１に流す直流電流の向きを任意に変え
ることにより、図４に示すように、磁極の極性がＮ極と
Ｓ極の交互の配置にすることができる。磁界は、Ｎ極か
らＳ極へ向かうため、鋳型の対面側の磁極の極性をＮ極
とＳ極の交互の配置とすると、鋳型内の溶鋼にＮ極から
Ｓ極へ向かう静磁場が印加でき、この静磁場の中を溶鋼
が流動すると、流動の方向と反対側に電磁気力が作用
し、溶鋼の流動が抑制される。２番目の方法は、コイル
９に２相交流電流を流す際、交流電流の向きを隣接した
コイルで交互に変える方法であり、これによって、図４
に示すような磁極の極性の配置が得られる。第３の方法
は、第２図のコイル１１に２相交流電流を流す際、交流
電流の向きを隣接したコイルで交互に変える方法であ
り、これによって、図４に示すような磁極の極性の配置
が可能である。

【００１３】

【実施例】スラブの連続鋳造において、図２に示すよう
な電磁石装置で鋳型の幅方向に４個の磁極１０を有する
電磁石装置を鋳型の両側に設置し、移動磁界印加の効
果、および静磁場印加の効果を調べる実験を行った。通
常の銅鋳型を使った連続鋳造機で、モールドフラックス
を用いた鋳造実験において、スラブ鋳片のサイズは厚さ
１７０ｍｍ、幅８００ｍｍで、鋳型の長さは８００ｍ
ｍ、ノズル吐出孔の位置はメニスカスから２５０ｍｍ
下、鋳造方向における電磁石の中心位置はメニスカスか
ら４００ｍｍ下になるように設置した。

【００１４】まず、炭素濃度が約０．１％の溶鋼の鋳造
実験で、鋳型内の溶鋼に移動磁界を印加して、鋳片内部
の等軸晶の増加を調査した。移動磁界を印加する図２の
コイルへは、３相の交流電流を約５００Ａを流した。鋳
造速度は１ｍ／ｍｉｎ、タンディシュにおける溶鋼の注
湯過熱度は約３０℃であった。鋳造実験後、鋳片内部の
凝固組織を調査した結果、鋳片の等軸晶率（すなわち、
鋳片の厚さに対する等軸晶帯の厚さの割合）は、移動磁
界を印加しない場合に１２％、移動磁界を印加した場合
には３０％となり、移動磁界を印加することにより等軸
晶が大幅に増加することが判明した。また、鋳片内の非
金属介在物を調査したが、撹拌によるフラックスの巻き
込みによる介在物の増加は認められなかった。溶鋼流動
の影響下で成長する凝固組織は溶鋼流動の上流側へ傾い
て成長するが、鋳片内の凝固組織の傾きを調査し、その
傾きの値から溶鋼流速を経験式に基づき推定した結果、
最大０．６〜０．８ｍ／ｓの流速があったことが推定さ
れた。この様に早い流速でメニスカス付近を撹拌すると
フラックスの溶鋼中への巻き込みを助長して、鋳片品質
を低下させるが、本発明のようにノズル吐出孔の下部に
おいて、早い流速で撹拌すると、鋳造用フラックスの巻
き込みを回避して、等軸晶の増加をより効率的に実行で
きる。

【００１５】次に、炭素濃度が０．０１％のアルミキル
ド鋼を使って、静磁場印加の実験を行い、鋳造途中に鋳
型部の溶鋼中へ硫黄を添加し、鋳造後鋳片内部の硫黄の
分布状況に基づいて吐出流の浸透深さを調べるための実
験を行った。鋳造速度は１ｍ／ｍｉｎで、溶鋼過熱度は
約３０℃であった。静磁場印加の条件については、図２
のコイル１１に直流電流を流すことにより、鋳型内に約
０．３テスラの静磁場を発生させた。鋳造実験後の鋳片
内部の硫黄分布の調査の結果、静磁場を印加しないと、
吐出流の浸透深さは約５．５ｍであるが、静磁場印加の
場合には約３．０ｍとかなり短くなることが判明した。
また、鋳片内部の非金属介在物の調査をスライム抽出法
で行った結果、鋼１ｋｇ当りに存在する約５０μｍ以上
の介在物の個数は、静磁場印加なしの場合、約４５０個
であるが、静磁場を印加すると約２５０個に減少し、静
磁場印加により鋳片品質が向上することが分かった。

【００１６】このように、浸漬ノズル吐出孔の下部に設
置した一つの電磁石装置を使って、鋼種に応じて溶鋼に
移動磁界や静磁場を印加することにより、等軸晶を増加
させたり、吐出流の浸透深さを低減して非金属介在物を
低減させたりすることが可能であることが分かった。

【００１７】

【発明の効果】本発明を実施すれば、中心偏析を低減し
たい鋼種や非金属介在物を低減したい鋼種の連続鋳造を
安定かつ低コストで行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】浸漬ノズル、鋳型、電磁石装置の関係を示す縦
断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａの位置の平面図であり、鋳型を挟
んで設置した電磁石装置の模式図である。

【図３】鋳型を挟んで設置した電磁石装置の模式図であ
る。

【図４】電磁石の磁極の極性が鋳型の両側で交互に対称
な場合の模式図である。

【符号の説明】

１ 鋳型 ２ 浸漬ノズル ３ 吐出孔 ４ 溶鋼 ５ 溶鋼の流れる方向 ６ 凝固シェル ７、７’ 電磁石 ８ 鉄芯 ９ コイル １０ 磁極 １１ コイル １２、１２’ 溶鋼の撹拌方向

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼の連続鋳造において、溶鋼を浸漬ノズ
   ルを経て鋳型内へ注湯して鋳片を製造する際、鋳型を挟
   んで、一定の間隔を保って対向配置された鉄芯、該鉄芯
   に巻かれた複数のコイル、鉄芯から枝分かれした複数の
   磁極、および該磁極近くの鉄部分に巻かれた複数のコイ
   ルから構成される１対の電磁石を、浸漬ノズルの吐出孔
   の下部に設置し、コイルに直流または交流の電流を流す
   ことにより、１対の電磁石によって、鋳型内に移動磁場
   を印加して鋳型内の溶鋼を撹拌したり、または、静磁場
   を印加して溶鋼を制動することを特徴とする連続鋳造方
   法。
2. 【請求項２】 連続鋳造用の鋳型を挟んで、一定の間隔
   を保って対向配置された鉄芯、該鉄芯に巻かれた複数の
   コイル、鉄芯から枝分かれした複数の磁極、および該磁
   極の鉄部分に巻かれた複数のコイルから構成される電磁
   石装置において、電流の種類を直流や３相交流などに切
   り替えてコイルに電流を流すことにより、１対の電磁石
   によって、鋳型内に移動磁場を印加したり、または、静
   磁場を印加することを特徴とする連続鋳造用の電磁石装
   置。