JPH10109149A - 連続鋳造鋳型内溶鋼の流動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳片全幅にわたり磁界静止型交流磁界を印加
しても鋳片短辺側は、溶鋼中の誘導電流がサーキットを
形成して流れる方向が水平から垂直に変化し且つ磁束密
度も低下するので、磁界による溶鋼流動の制動力が低下
する。 【解決手段】 交流電源を印加して、対向する鋳型長辺
２の各背面に鋳片幅方向全体にわたって配置された磁極
８間に異極が対向する磁界静止型交流磁界を発生させ、
この磁界静止型交流磁界により浸漬ノズル４から鋳型１
内に注入される溶鋼６の吐出流を制動する鋳型内溶鋼の
流動制御方法において、軟質磁性材料からなるマスキン
グ材１０を、鋳型短辺２側の鋳型長辺と磁極との間に、
鋳片短辺を挟むように対向して設置し、磁束密度を鋳片
短辺部分に集中させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の連続鋳造法に
おいて電磁力を用いた鋳型内溶鋼の流動制御方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造法において、浸漬ノズルか
ら鋳型内に注入された溶鋼の吐出流により、鋳型内溶鋼
は常に流動している。この流動速度が速くなると、脱酸
生成物であるアルミナを主体とする酸化物の鋳型内での
浮上分離が妨げられ、又、鋳型内溶鋼湯面に添加したモ
ールドパウダーが溶鋼中に巻き込まれ、そしてこれらは
非金属介在物として鋳片中に残留し、製品において致命
的な品質欠陥となる。

【０００３】この現象は鋳造速度の増速に伴う吐出流速
度の高速度化や、浸漬ノズル内又は浸漬ノズル吐出孔に
アルミナが付着し、左右の吐出流速が不均一となる、所
謂、偏流が発生した場合に顕著となっている。

【０００４】この対策として、電磁力（Electro-magnet
ic force）を用いて溶鋼流動を制御しようとする試みが
数多く提案されている。

【０００５】特開平３−１４２０４９号公報（以下、
「先行技術１」と記す）には、対向する鋳型長辺各背面
の上下に設置した上下各一対の磁極の間で鋳片の幅全体
にわたり静磁界を印加させ、吐出流を磁界で減速させる
方法が開示されている。

【０００６】特開平１−１５０４５０号公報（以下、
「先行技術２」と記す）には、メニスカスの下１．５ｍ
から４．０ｍの鋳造方向下方の位置に、直流磁界もしく
は低周波交流磁界を印加させ、磁界を通過する溶鋼流動
を減速・分散させる技術が開示されている。

【０００７】又、先行技術１、２は磁界は移動しない静
止型磁界であるのに対し、特開平５−２３８０４号公報
（以下、「先行技術３」と記す）には、低周波の交流電
源による移動磁界を用いる技術が開示されている。先行
技術３では鋳型長辺背面にリニア移動磁界発生装置を配
置し、浸漬ノズルからの溶鋼の吐出流方向と反対方向に
磁界を移動させることで溶鋼を磁界の移動方向に移動さ
せ、溶鋼の吐出流速度を減速させている。しかし、先行
技術３は、溶鋼の撹拌技術を流動制御に応用したもので
あり、主として磁界の移動方向しか制動力が作用しない
ため、流動制御手法としては不十分である。更に、磁界
が強すぎる場合には、流れの回り込みが発生したり、移
動磁界による付随流れを発生させるため、浸漬ノズルか
らの吐出流速と磁界強度とのバランスがくずれた場合に
は、制動効果よりも攪拌効果が優勢になるため、モール
ドパウダー巻き込みを助長する場合も起こり得る。この
ように、移動磁界を用いる方法は、鋳型内溶鋼の流動制
御方法としては最適な方法ではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】先行技術１は、鋳片の
全幅にわたって磁界を配置することで、吐出流の局所に
磁界を配置した場合に発生する溶鋼流の局部的な回り込
みを防止している。しかし、先行技術１においても磁力
が強過ぎる場合には、上下の磁界の谷間に沿って水平方
向に溶鋼流が走り、この溶鋼流は短辺凝固シェルに衝突
した時点で流れ方向を変え、下降流となる。鋳片と鋳型
壁とはモールドパウダーにより電気的に絶縁状態にある
ため、鋳片の端部である短辺近傍では、誘導電流が逆向
きに流れて下降流を加速する方向に電磁力が作用し、下
降流は未凝固層深くまで侵入する。その結果、鋳片の幅
方向中央部の品質は向上するものの、短辺近傍部は品質
が劣化する。

【０００９】先行技術２では、溶鋼への制動力の発生手
段として、直流磁界に代わって、低周波の交流磁界を用
いる方法も開示している。交流磁界の場合は、準静的な
誘導電流が存在しないため、先行技術１で発生する鋳片
短辺近傍での下降流を助長する現象は発生しない。

【００１０】しかし交流磁界の場合、印加する電流の周
波数に応じて磁界の方向と誘導電流の方向とは１８０度
変化するものの、磁気による制動力の方向は変わらない
ため流動制御が可能であるが、この制動力は印加する電
流値に比例し最大から零まで周期的に変化することにな
る（以下、この磁界が移動しない交流磁界を「磁界静止
型交流磁界」と定義する）。

【００１１】先行技術２では、印加する電流の周波数が
一定で且つ１Ｈｚ未満の低周波であるので、磁気制動さ
れた溶鋼流は、溶鋼流の慣性力のために印加される電流
の周波数で変動する。その結果、その変動がメニスカス
部まで及ぶ高速鋳造の場合、電磁力制御によって逆にメ
ニスカスが乱れ、パウダーの巻き込みを助長する。

【００１２】又、磁界静止型交流磁界においては、鋳片
の短辺側では溶鋼中の誘導電流がサーキットを形成し
て、誘導電流の流れる方向が水平から垂直に変化するの
で、磁界による溶鋼流動の制動力が低下する。

【００１３】更に、対向する磁極で発生する磁束密度の
分布は磁極の中央部が高く、磁束の方向が分散する周辺
部は低く、従って、連続鋳造機において磁場印加装置が
鋳片の全幅にわたり配置されたとしても、磁極周辺部の
磁束密度の低い範囲を回避するには鋳型幅の約１．５倍
以上の磁場印加装置の幅が必要となり、そのため一般的
に通常の連続鋳造機においては、鋳片短辺部の磁束密度
が低くなっている。

【００１４】このように鋳片短辺部は磁束密度も低下す
るので、前述の誘導電流の流れる方向の変化と相乗し、
磁界による溶鋼流動の制動力が一層低下する。その結
果、溶鋼吐出流の制動が十分でなく、鋳片、特に短辺側
で非金属介在物量が十分に低減されていない。

【００１５】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
その目的とするところは磁界静止型交流磁界における鋳
片短辺部の磁気制動力を確保し、鋳片全幅にわたり清浄
な鋳片を得るための溶鋼流動制御方法を提供するもので
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の連続鋳造鋳型内
溶鋼の流動制御方法は、交流電源を印加して、対向する
鋳型長辺の各背面に鋳片幅方向全体にわたって配置され
た磁極間に異極が対向する磁界静止型交流磁界を発生さ
せ、この磁界静止型交流磁界により浸漬ノズルから鋳型
内に注入される溶鋼吐出流を制動する鋳型内溶鋼の流動
制御方法において、軟質磁性材料からなるマスキング材
を、鋳型短辺側の鋳型長辺と磁極との間に、鋳片短辺を
挟むように対向して設置し、磁束密度を鋳片短辺部分に
集中させることを特徴とするものである。

【００１７】鋳型長辺背面に配置された磁界静止型交流
磁界を発生する磁極にて鋳型長辺を貫く磁束を印加する
と、銅製の鋳型中に誘導電流が生起される。図２は銅製
鋳型中に生起した誘導電流の流れる様子の例を模式的に
示したもので、軟質磁性材料からなるマスキング材の無
い場合は、図２（ａ）に示すように水平方向に流れた誘
導電流は、鋳型長辺の幅方向端部でサーキットを形成し
て反転し、水平方向反対側への流れとなり、鋳型長辺中
で閉回路を形成する。

【００１８】これに対し、軟質磁性材料からなるマスキ
ング材を鋳型短辺側の鋳型長辺と磁極との間に鋳片短辺
を挟むように対向して設置すると、銅製鋳型中の誘導電
流は鋳型長辺の幅方向端部まで流れることなく、図２
（ｂ）のように、マスキング材を設置した位置でサーキ
ットを形成して反転し、鋳片短辺部分に対応する位置が
銅製鋳型中の誘導電流の端部となるので、この部分の鋳
型中を流れる誘導電流による誘導磁場は鋳型幅方向の他
の部分に比較して小さくなる。磁界静止型交流磁界の磁
極から発生し鋳型長辺を貫通する磁束密度は、鋳型中の
誘導電流による誘導磁場と干渉し減衰するが、この部分
の誘導磁場は小さくて磁束の減衰量が小さくなるのでマ
スキング材に磁束が集中し、マスキング材と重なりあう
鋳片短辺部分の磁束密度が上昇する。

【００１９】図３は、磁束の移動方向の例を模式的に示
したもので、Ｎ極からでた磁束はマスキング材に集中し
て鋳型を貫通し、最終的にはＳ極に入る。

【００２０】磁界による溶鋼流動の制動力は、溶鋼中の
磁界強度と溶鋼中の誘導電流値の積に比例する。マスキ
ング材の設置により鋳片短辺部分の磁界強度を上昇させ
ることができるので、鋳片短辺部分の磁気制動力を確保
することができ、鋳片幅方向の磁気制動力を均一化する
ことができる。

【００２１】そして更に、鋳片短辺部分に磁束を確実に
集中させるために、対向して設置した２つのマスキング
材の投影面と鋳片との鋳型幅方向の重なり幅（図３でＤ
として示した距離）を、対向した２つのマスキング材の
間隔距離（図３でＬとして示した距離）以上とすること
が望ましい。

【００２２】マスキング材は、純鉄、磁性鋼、珪素
鋼、Ｎｉを３０〜８０ｗｔ％含有したパーマロイと呼
ばれるＦｅ−Ｎｉ合金、フェライトと呼ばれＦｅ₂ Ｏ
₃ を主成分とする酸化物、非晶質金属等の所謂、軟質
磁性材料で構成する。これらの材料は、飽和磁束密度が
高く、保持力が低く、最大透磁率が高いので、磁気シー
ル効果が確保されるためである。

【００２３】磁界静止型交流磁界は浸漬ノズルからの溶
鋼吐出流を制動するため、磁界の鋳造方向の中心位置が
浸漬ノズル吐出孔より鋳造方向下方となるように設置す
るが、一段の磁界配置では不十分の場合は、必要に応じ
て複数段の磁界静止型交流磁界を浸漬ノズル吐出孔の下
方に並べて配置してもよい。

【００２４】又、鋳片短辺部分の溶鋼の下降流を制動す
ることで、鋳片短辺部分の上昇流が強くなる場合には、
浸漬ノズル吐出孔より鋳造方向上方に、磁界静止型交流
磁界又は直流静磁界を設置し、上昇流も同時に制動して
も良い。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面により
説明する。図１は本発明を適用した鋳片断面が矩形型の
連続鋳造機鋳型部分の概要を示したもので、（ａ）は側
面からみた概要図、（ｂ）は平面からみた概要図であ
る。

【００２６】連続鋳造用鋳型１は、対向する１対の鋳型
長辺２と鋳型長辺２内を摺動する１対の鋳型短辺３とか
らなり、溶鋼６は、図示せぬタンディッシュからタンデ
ィッシュ底部に取り付けた浸漬ノズル４を介して鋳型１
内に注入される。浸漬ノズル４の下端部は鋳型１内の溶
鋼６に浸漬され、溶鋼６は浸漬ノズル４の左右一対の吐
出孔５から鋳型短辺３に向けて吐出される。そして、溶
鋼６は鋳型１内で冷却され凝固して、鋳片７として連続
的に下方に引き抜かれる。

【００２７】鋳型長辺２の各背面には磁極８、８が鋳片
幅方向全体にわたって配置され、磁極８、８の鋳造方向
の中心位置は、浸漬ノズル４の吐出孔５より鋳造方向下
方の位置である。磁極８、８は鋳型１の側部を通るリタ
ーンヨーク１１で繋がり、磁極８、８にはコイル９が巻
かれ、鋳型長辺２を対向して設置した磁極８、８が異極
となるように、コイル９には図示せぬ交流電源装置から
交流電源が印加される。そして、磁極８、８は印加する
交流電源の周波数に従い極性を変化させる。

【００２８】左右の鋳型短辺３側の鋳型長辺２と磁極８
との間の鋳片短辺部分に相当する位置にマスキング材１
０、１０ｂを配置する。そして鋳型長辺２を挟んで対向
する位置に、鋳片短辺を挟むようにしてマスキング材１
０ａ、１０ｃを配置する。図１では、マスキング材１０
とマスキング材１０ａとが、又、マスキング材１０ｂと
マスキング材１０ｃとが鋳型長辺２を挟んで対向して配
置されている。図１では、このようにして配置されたマ
スキング材１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃの対向するマ
スキング材の間隔距離をＬとし、対向するマスキング材
の投影面と、鋳片７との鋳型幅方向の重なり幅をＤとし
て表示している。

【００２９】そして、マスキング材１０、１０ａ、１０
ｂ、１０ｃは、重なり幅Ｄが間隔距離Ｌ以上となるよう
に配置することが望ましい。但し、配置範囲を広げ過
ぎ、浸漬ノズル４を設置した鋳型１の中央部にまでマス
キング材１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃを配置してはな
らない。鋳型１の中央部では浸漬ノズル４を中心とし
て、幅方向で間隔距離Ｌ以上はマスキング材１０、１０
ａ、１０ｂ、１０ｃを配置しないことが、鋳片中央部の
磁束密度を低下させないためにも望ましい。

【００３０】マスキング材１０の鋳造方向長さは磁極８
の鋳造方向長さと同等以上とし、磁極８の鋳造方向全長
を覆うことが望ましい。又、鋳型長辺２の両側端部の鋳
片７の無い範囲も、磁極８の磁束をシールするためにマ
スキング材１０を配置する。そして鋳造幅の変更時には
マスキング材１０は、鋳型短辺３と同期して移動する
か、若しくはマスキング材１０の配置位置を鋳片幅の変
更毎に変更して、常に設置位置が上記の範囲を満足する
ようにする。

【００３１】マスキング材１０の材質は、純鉄、磁性
鋼、珪素鋼、Ｎｉを３０〜８０ｗｔ％含有したパー
マロイと呼ばれるＦｅ−Ｎｉ合金、フェライトと呼ば
れＦｅ₂ Ｏ₃ を主成分とする酸化物、非晶質金属等の
軟質磁性材料から適宜選択する。

【００３２】印加する交流電源の周波数は、１Ｈｚから
６０Ｈｚの範囲が望ましい。１Ｈｚ未満の場合は、磁気
制動力が作用しない磁束密度の零になる時間が長くなる
ので、溶鋼流の慣性力のため磁束密度が零になる時間に
通過した溶鋼が間欠流となり鋳型内溶鋼の表面流を乱し
て表面流が不均一になるため、添加したモールドパウダ
ーの巻き込みの虞があるためである。又、交流磁界では
周波数の増大と共にインピーダンスが上昇するので、６
０Ｈｚ以上の周波数で磁束密度を確保するには、大電圧
を発生する巨大な電源装置が必要となり効率的でないた
めである。

【００３３】このようにしてマスキング材１０を配置し
た磁界静止型交流磁界から磁界を印加して、本発明によ
る鋳型内溶鋼の流動制御を実施する。

【００３４】尚、図１は磁極８、８が鋳型１の側部を通
るリターンヨーク１１で繋がり、鋳型長辺２の背面には
同一極性の磁極が配置された構成であるが、本発明の適
用はこの構成に限るものではなく、例えば、鋳型長辺２
の背面に浸漬ノズル４を中心として左右２つに分割され
リターンヨークで繋がった磁極を配置し、更に対向する
鋳型長辺２の背面に同一な磁極を配置し、対向する磁極
が異極となるように交流電源を印加して磁界静止型交流
磁界を形成する構成でも本発明の適用は可能である。

【００３５】

【実施例】自動車外装用鋼板として表面の清浄性が要求
される炭素濃度が０．００３ｗｔ％のＡｌキルド鋼を対
象に、図１に示した磁界静止型交流磁界及びマスキング
材の配置にて、鋳片断面が矩形型の連続鋳造機におい
て、鋳片幅１２００ｍｍ、鋳片厚み２５０ｍｍ、鋳片引
抜き速度２．０ｍ／ｍｉｎ、交流電源の周波数１Ｈｚの
条件で本発明を実施した。鋳型長さは９５０ｍｍで、溶
鋼量は２５０ｔｏｎ／ヒートである。

【００３６】磁極の鋳造方向長さは４５０ｍｍで、磁極
の鋳造方向中心位置を浸漬ノズル吐出孔下端から１５０
ｍｍとした。マスキング材は、厚み１．０ｍｍ、鋳造方
向長さ５００ｍｍ、珪素濃度１．０ｗｔ％の珪素鋼板を
用い、対向するマスキング材との間隔距離（Ｌ）を３５
０ｍｍ、マスキング材の投影面と鋳片との重なり幅
（Ｄ）を３８０ｍｍとして配置した。

【００３７】そして、鋳片幅中央部の鋳片厚み中心位置
における最大磁束密度が１５００ガウスとなるように交
流電源を印加して鋳造を実施した。

【００３８】尚、比較のために、マスキング材を配置せ
ず、その他の条件は実施例と同一の条件で鋳造を実施し
た。

【００３９】そして、このようにして鋳造された各５ヒ
ートの鋳片を熱間圧延及び冷間圧延して薄鋼板にまで圧
延し、薄鋼板において非金属介在物による表面欠陥の品
質調査を行った。

【００４０】図４は鋳型内の鋳片厚みの中央位置におけ
る鋳片幅方向の磁束密度の分布をマスキング材の有無に
より調査した結果である。鋳片短辺部分での磁束密度
は、マスキング材を配置しない場合には鋳片中央部の約
１／２程度まで減少するのに対し、マスキング材を配置
することで減少分を抑え、逆に鋳片中央部より磁束密度
を高めることができた。

【００４１】図５は本発明による実施例と比較例とで薄
鋼板における表面品質の調査結果を示したもので、縦軸
の品質欠陥インデックスは数値が大きい程品質が良いこ
とを示している。本発明の実施例では、鋳片中央側及び
鋳片短辺側とも良好な成績であるのに対して、比較例で
は鋳片中央側及び鋳片短辺側とも品質欠陥があり、特に
鋳片短辺側の欠陥が多い。

【００４２】以上のように、本発明を適用することで鋳
片幅方向全体にわたって清浄な鋳片を得ることができ
た。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、鋳片短辺近傍の磁束密
度を高め、磁気による溶鋼の制動力を鋳片幅方向で均一
化でき、浸漬ノズルからの吐出流を制動可能となるの
で、脱酸生成物及びモールドパウダーによる非金属介在
物の極めて少ない清浄な鋳片を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した鋳片断面が矩形型の連続鋳造
機鋳型部分の概要を示したもので、（ａ）は側面からみ
た概要図、（ｂ）は平面からみた概要図である。

【図２】磁界により銅製鋳型中に生起した誘導電流の流
れる様子の例を模式的に示した図で、（ａ）はマスキン
グ材の無い場合を、（ｂ）はマスキング材を設置した場
合である。

【図３】本発明を適用したときの鋳型断面における磁束
分布の例を模式的に示した図である。

【図４】鋳型内の鋳片厚みの中央位置における鋳片幅方
向の磁束密度の分布を本発明の実施例と比較例とで比較
して示した図である。

【図５】本発明による実施例と比較例とで薄鋼板におけ
る非金属介在物による表面欠陥の調査結果を比較して示
した図である。

【符号の説明】

１；鋳型 ２；鋳型長辺 ３；鋳型短辺 ４；浸漬ノズル ５；吐出孔 ６；溶鋼 ７；鋳片 ８；磁極 ９；コイル １０；マスキング材 １１；リターンヨーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 正之 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 村上 勝彦 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を印加して、対向する鋳型長辺
   の各背面に鋳片幅方向全体にわたって配置された磁極間
   に異極が対向する磁界静止型交流磁界を発生させ、この
   磁界静止型交流磁界により浸漬ノズルから鋳型内に注入
   される溶鋼吐出流を制動する鋳型内溶鋼の流動制御方法
   において、 軟質磁性材料からなるマスキング材を、鋳型短辺側の鋳
   型長辺と磁極との間に、鋳片短辺を挟むように対向して
   設置し、磁束密度を鋳片短辺部分に集中させることを特
   徴とする連続鋳造鋳型内溶鋼の流動制御方法。
2. 【請求項２】 対向して設置した２つのマスキング材の
   投影面と鋳片との鋳型幅方向の重なり幅を、対向した２
   つのマスキング材の間隔距離以上とすることを特徴とす
   る請求項１に記載の連続鋳造鋳型内溶鋼の流動制御方
   法。