JPH08187563A

JPH08187563A - 電磁力を応用した連続鋳造法

Info

Publication number: JPH08187563A
Application number: JP7015590A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tsutsumi; 康一堤; Shinichi Nishioka; 信一西岡; Masayuki Nakada; 正之中田
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-01-06
Filing date: 1995-01-06
Publication date: 1996-07-23
Anticipated expiration: 2016-07-23
Also published as: JP3191594B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高周波電磁力を応用した連続鋳造方法を目的
とする。【構成】鋳型振動を用いて鋳片にネガティブストリッ
プとポジティブストリップとを与えながら溶融金属を連
続鋳造する方法において、鋳型の外部から高周波電磁力
（以下外部電磁力という）を印加し、および／または、
鋳型の内側の溶融金属のメニスカス部に高周波電磁力
（以下内側電磁力）を印加することを特徴とする電磁力
を用いた連続鋳造法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼などの溶融金属の連
続鋳造に関し、鋳型と鋳片の潤滑を向上させ、表面欠陥
の少ない鋳片を製造する連続鋳造技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】鋼などの金属の連続鋳造方法においては、
鋳片と鋳型の摩擦を軽減させて鋳片の焼き付き防止、あ
るいは、ブレークアウト事故を防止するのが大きな課題
である。鋳片と鋳型の摩擦を軽減させるために通常鋳型
を上下に振動させながら鋳造することが行われている。

【０００３】通常、鋳型振動の波形は正弦波形であり、
この波形を含むオシレーション条件を鋳造条件に応じて
適切に変化させる。特殊な方法として、特公平４−７９
７４４号公報で開示された非正弦波形を採用することに
よって、ネガティブストリップ（以下ＮＳと記す）期を
一定以上確保しつつ、他方ポジティブストリップ（以下
ＰＳと記す）期に鋳型の上昇速度を減少させることで、
鋳型と鋳片の間の潤滑を向上させ鋳型と鋳片の摩擦を軽
減させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記オシレーション条
件を鋳造条件に応じて適切に変化させる方法としては、
連続鋳造に生成した凝固シェルに圧縮力をかける観点か
ら、例えば鉄と鋼 vol.60(1974)No.7 ,P763 に示される
通り、一定値以上のネガティブストリップ時間比率（以
下ＮＳＲと記す）を確保する必要がある。過去の経験か
らＮＳＲが３０％以上ないと鋳片にかかる圧縮力不足が
起因とするブレークアウトが発生して操業上問題が多か
った。

【０００５】さらに、シェルに一定の圧縮力をかける必
要性からＮＳＲを３０％を確保し、鋳造速度を３ｍ／分
とするには、鋳造速度の増加に伴い、振動数又は振幅を
増加させる必要があった。例えば、（１）鋳造速度３ｍ／分、振幅±４ｍｍの場合には２
００ｃｐｍの振動数が必要である。（２）鋳造速度４ｍ／分、振幅±４ｍｍの場合には２
７０ｃｐｍの振動数が必要である。（３）鋳造速度５ｍ／分、振幅±４ｍｍの場合には３
３８ｃｐｍの振動数が必要である。（４）鋳造速度６ｍ／分、振幅±４ｍｍの場合には４
０８ｃｐｍの振動数が必要である。

【０００６】しかし、連鋳機の機械的剛性の点から振動
数はあまり大きくすることができない。そこで、上記を
満たす振動数が確保でず、従って例えば１００ｍｍ角以
下のような小型の鋳片を除けば３ｍ／分以上の鋳造速度
においては安定な操業を確保が困難であった。また、高
速化に伴い鋳型と鋳片間の潤滑が不足する。潤滑が不足
すると摩擦力が増大し操業上のトラブルであるブレーク
アウト発生する。

【０００７】尚、ＮＳ期及びＰＳ期は図６（ａ）に示す
ように、鋳型振動の１サイクルで鋳造速度よりも鋳型下
降速度の速い時期をＮＳ期といい、それ以外の時期をＰ
Ｓ期と呼んでおり、ＮＳ時間比率（以下ＮＳＲと記す）
は以下の式で表される。

【０００８】ＮＳＲ＝｛ｔ_N／（ｔ_P＋ｔ_N）｝×１００で、鋳型振動が正弦波形の場合は以下の様に表すことが
できる。ＮＳＲ＝｛１−〔ｃｏｓ^-1（−Ｖｃ／２πＡｆ）／π〕｝×１００ここで、ｔ_N；１サイクルにおけるネガティブストリッ
プの時間ｔ_P；１サイクルにおけるポジティブストリップの時間Ｖｃ；鋳造速度Ａ；鋳型振動の振幅ｆ；鋳型振動の振動数

【０００９】また、連続鋳造法においては、溶融金属の
上に鋳型パウダーを添加して鋳造する。パウダーには鋳
型と鋳片の潤滑の他に、溶融金属の保温機能、溶融金属
中の介在物の浮上後の捕捉などの様々な役割がある。鋳
型と鋳片の潤滑を良くさせるためにはパウダーの粘性の
低いものを選択したり、結晶化温度を低くするなどして
いた。

【００１０】しかし、パウダーの物性、オシレーション
条件の変更だけでは潤滑向上には、限界があり、以下に
記すような電磁力を利用した鋳造方法が提案されてい
る。即ち、特開昭５２−３２８２４号公報に示されるよ
うに、鋳型の外側から磁場を印加してシェル先端を押し
て、鋳型から鋳片が離れるように電磁力を付加して、鋳
型と鋳片の隙間を広げ、パウダーが流れ込み易くする方
法である。しかしながら、このような磁場の連続印加で
は十分に安定した鋳片性状が得られなかった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らはこのような
実情に鑑み、電磁力を用いた連続鋳造において、コイル
を鋳型の外側だけでなく、内側、即ち溶融金属の湯面近
傍にもコイルを配置して、高周波磁場を印加する方法を
見いだした。

【００１２】また同時に鋳型の振動周期に同期若しくは
関連させて、外側のコイル（以下外コイルという）と内
側のコイル（以下内コイルという）のそれぞれの電磁力
（以下外電磁力、内電磁力という）の印加タイミング
を、ネガティブストリップ期には、内電磁力＞外電磁力
とし、ポジティブストリップ期には、外電磁力＞内電磁
力とするように磁場を印加する方法である。

【００１３】かかる手法により溶融金属表面部分に集中
して高周波電磁力を印加することができ、そのためオシ
レーションマークまたは爪の先端部にローレンツ力及び
ジュール熱を効果的に発生することができ、鋳片の表面
品質を向上させることができる。さらに、上記の手段は
ＮＳＲが２０％以下の場合には特に有効である。

【００１４】

【作用】本発明の電磁コイルを鋳型の外側と内側の両方
に配置し、鋳型内メニスカスに近傍に高周波電磁力を印
加する。図１に示す通り、高周波磁界を溶融金属の回り
に印加すると溶融金属に誘導電流が発生し、この誘導電
流と印加された磁界との相互作用によりコイルと反発す
る方向にローレンツ力、即ち電磁力が発生する。

【００１５】同時に前記誘導電流によるジュール熱も発
生する。本発明はこのローレンツ力、及びジュール熱を
利用するものである。高周波磁界（１０００サイクル／
秒以上）は低周波磁界（１０００サイクル／秒未満）に
比較して攪拌力は十分小さく、磁気圧力の効果のみ期待
できるためである。

【００１６】本発明で低周波磁界を用いない理由は、低
周波磁界の場合には電磁力による圧力のみならず、大き
な攪拌力を生ずるための湯面の不安定性を助長するため
である。これに対し高周波磁界の場合は攪拌力は充分小
さく電磁力による圧力、誘導ジュール熱の効果が期待で
きる。

【００１７】図２（ａ）に鋳型と電磁コイルの配置状況
の縦断面図、同（ｂ）には平面図を示す。鋳型の外側の
電磁コイル（外コイルという）は、主にローレンツ力に
より凝固シェルの内側への湾曲作用を、鋳型の内側の電
磁コイル（内コイルという）は凝固シェルへローレンツ
力の作用しにくい設置位置であり、主に誘導電流による
ジュール熱を付与する作用がある。

【００１８】即ち、鋳型外部から印加された高周波磁界
により、コイルから遠ざかる方向に方向にローレンツ力
が作用すると、ネガティブストリップの際に、シェル先
端から溶鋼がオーバーフローして新たなシェルが形成さ
れるが、この際に内向きの電磁力のため、鋳型から離れ
た位置でシェルが形成されるため、鋳型と凝固シェル間
のパウダー流入の間隔が広まり、ネガティブストリップ
の際の鋳型の移動によるシェルに加わる引張応力が軽減
される。

【００１９】また、鋳型内部から印加された高周波電磁
力によりメニスカス部に、誘導電流によるジュール熱が
付与され、オシレーションマークが形成されるメニスカ
ス部が加熱され、凝固遅れが発生して、オシレーション
マークの所謂爪の深さを浅くする。以上の通り、外電磁
力と内電磁力はそれぞれ異なる効果があり、それぞれを
単独で適用してもよく、また両者を併用しても鋳片の品
質を向上できる。

【００２０】更に、鋳型の振動周期に同期もしくは関連
させて、外コイルと内コイルに対する電流の印加タイミ
ングと強度を下記の様に制御することはより望ましい。
ネガティブストリップ期には、（内電磁力）＞（外電磁力）となるように制御する。ポジティブストリップ期には、（内電磁力）＜（外電磁力）となるように制御する。この様な高周波磁場を印加する
ことによって、より有効に電磁力を応用し、前述の効果
が更に増長される。

【００２１】従来ブレイクアウトを防止する為にはネガ
ティブストリップ比を少なくとも２０％以上、望ましく
は３０％以上としなければならなかったが、上記の手段
を採用した場合には、ネガティブストリップ比を２０％
以下とすることができる。即ち、連続鋳造の鋳造速度を
従来よりも高めることができる。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例の縦断面図を図２（ａ）に、
図２（ｂ）に平面図を示す。溶鋼は取鍋からタンディッ
シュ８、浸漬ノズル２を経由して鋳型１に注入される。
外側から磁場を鋳型内に印加するためのコイルと鋳型の
態様には以下のような場合がある。

【００２３】例えば、図３のように鋳型の外側にコイル
を巻き、鋳型にコイルの巻き方向とは直角な方向のスリ
ットを鋳型途中まで切る場合、図４のように鋳型の外側
にコイルを巻き、鋳型にコイルの巻き方向とは直角な方
向のスリットを鋳型上部まで切る場合、図５に示す通り
鋳型の内側にコイルを組み込む場合等がある。

【００２４】尚、図３、図４に示すスリット部は通常空
間となっていて、溶鋼がこのスリット内に差し込まない
ように極めて狭いものであるが、このスリット部に例え
ば耐火物を挿入することは望ましい。本実施例では図４
に示すスリットを鋳型上部まで切った構造の鋳型（内側
寸法：短辺１８０ｍｍ長辺４００ｍｍ）を用い、外側コ
イルは４ターン、内側コイルは１ターンとし、外側コイ
ル、内側コイルはそれぞれ別の電源と連結されており、
それぞれの電流の印加タイミングを鋳型の振動時期に合
わせて変えることができるものである。

【００２５】コイルは、例えば内部を水冷した銅または
銅合金製のものが好ましい。コイルのターン数は理論的
にはターン数が多い方が同一コイル電流で磁束密度が高
くなる傾向にあるが、ターン数が多い程コイルのインピ
ーダンスが増えるので、電源の二次電圧（コイル電流）
を高くする必要が生ずるという不利な点が有る。これよ
り実機においてはターン数を増やすことで得られる効果
と、電圧上昇という不利な点との総合的な観点からター
ン数を決めれば良い。

【００２６】電源の高周波発振器は周波数１０ＫHZ、３
００KWであり、外コイル、内コイル共最大コイル電流値
は８０００Ａであった。図６に高周波電流の印加方法の
様態を示した。この方法では鋳型振動と外コイルと内コ
イルへの電流印加のタイミングを種々変化させることが
できる。図６で（ａ）は鋳型振動波型であり、（ｂ）〜
（ｅ）は電流印加の態様を示した。

【００２７】（ｂ）は外コイルのみを鋳型振動に関わら
ず、連続的に電流を印加したもの、（ｃ）は外コイルの
みにＰＳ期のみ印加したもの、（ｄ）は外コイルのみに
ＮＳ期のみ印加したもの、（ｅ）は内コイルのみを鋳型
振動に関わらず、連続的に電流を印加したもの、（ｆ）
は内コイルのみにＮＳ期のみ印加したもの，（ｇ）は内
コイルのみにＰＳ期のみ印加したものを示す。

【００２８】表１にはこれらの種々の組合せの内、実施
した例を示したものである。尚、図６において切電して
いる時期に極微量の電流を流すことも可能で、通電しな
い場合と同一の効果があった。

【００２９】実施例で鋳造した鋼種は炭素濃度が０．１
％の炭素鋼で、タンディッシュ内の溶鋼過熱温度は、各
実施例とも２５℃となるように調整した。使用したパウ
ダーは表２に示す通り潤滑に有利な低粘性・低融点パウ
ダーを使用し、パウダー消費量は鋳造終了時、鋳片を鋳
型内に中止めし、冷却後取り出して鋳片の表面に付着し
ているパウダー厚みより計算で求めた。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】図７は表１のｃａｓｅ及びｃａｓｅに
示す印加条件で、表３に示す鋳型振動での試験結果であ
り、外コイルのみに電流を印加し、コイル電流とパウダ
ー消費量との関係を示すものである。外コイルに鋳型振
動の全域に電流を印加した場合、電流を大きくすること
で、パウダー消費量が増大する現象が確認された。

【００３３】

【表３】

【００３４】一方、外コイルにＰＳ期のみ電流を印加し
ても、ほぼ同様の効果が確認されており、連続的に通電
したものと大差ない結果となった。これは鋳型振動の
際、ＰＳ期に優先的にパウダーが鋳型と凝固シェル間に
流入していることを示すものである。即ち外コイルに通
電することでコイルから離れる方向に凝固シェルにロー
レンツ力が作用し、流入するパウダーの厚みが増すこと
によると考えられる。

【００３５】連続的に高周波磁界を印加したものがＰＳ
期のみのものと大差ない理由は、ＮＳ期に外コイルに通
電しても、すでに凝固シェルがある程度強度を持ってお
り、これにローレンツ力を作用させても、凝固シェルが
移動せず、パウダー流入量にはほとんど貢献しないため
と考えられる。従ってＮＳ期に外コイルに通電する必要
性は少ない。

【００３６】図８は表１のｃａｓｅ及びｃａｓｅに
示す印加条件で、表３に示す鋳型振動条件での試験結果
で、鋳型内コイルのみに電流を印加し、オシレーション
マークの深さ（鋳片表面からの凹み深さ）への影響を示
すものである。コイル電流を増加するとオシレーション
マーク深さは減少するが、ＮＳ期のみ印加したものは電
流値が５０００Ａを過ぎてオシレーションマーク深さの
低減効果が著しくなるが、連続印加のものは除々に低下
するのみで、効果が少ない。

【００３７】この理由は、内側コイルの電磁力は凝固シ
ェルには鉛直下向きに作用するため、内側コイルに全域
印加したものは、ＰＳ期も凝固シェルに電磁力が鉛直下
向きに作用することで、メニスカスが曲がったままであ
るため、ジュール熱効果はあるものの、オシレーション
マーク深さがあまり浅くならないものと考えられる。

【００３８】表４は表１のｃａｓｅに示す印加パター
ン、即ち外コイルにはＰＳ期に印可し、内コイルにはＮ
Ｓ期に印加する方法で、コイル電流値は外・内コイル共
５０００Ａの一定値の条件で実施した結果をまとめて示
したものであり、表４には実際に鋳造したときの鋳造条
件と共に、パウダー消費量、オシレーションマーク深さ
の調査結果を示している。

【００３９】また、使用した鋳型は図４に示す鋳型を用
い、非正弦波形の歪み率は全て４０％を採用し、ＮＳＲ
は一般的に必要とされている２０％以上を採用した。こ
こで、非サイン波形の歪み率α＝( ｔ₁−t₀ )×100/ t
₀である。ここで、ｔ₁:正弦波振動における変位が零か
ら最大値になるまでの時間、t₀: 非正弦波振動における
変位が零から最大値になるまでの時間であり、ｔ₁＞t₀
である。

【００４０】

【表４】

【００４１】尚、表４には同一鋳造条件における高周波
磁界のない状態でのパウダー消費量、及びオシレーショ
ンマーク深さの調査結果を比較として記載している。電
磁力使用により種々の鋳造速度において、パウダー消費
量が増加すると共に、オシレーションマーク深さが減少
し、安定鋳造と表面性状の良好な鋳片が得られた。

【００４２】次に、正弦波のみを用い、ＮＳＲが２０％
以下における本発明の実施例を示す。使用したパウダー
には前述の表２に示した潤滑に有利な低粘性・低融点パ
ウダーである。高周波電磁力の印加のパターンは外コイ
ルについては図６の（ｃ）のパターン、内コイルについ
ては同図の（ｆ）のパターンを適用した。即ち、外コイ
ルにはＰＳ期に電流を印加し、内コイルにはＮＳ期に電
流を印加するパターンである。

【００４３】表５に実際に鋳造したときの鋳造条件とパ
ウダー消費量、オシレーションマーク深さの結果を示
す。この場合用いた鋳型は図４に示したモールド上部ま
でスリットを切ったモールドを用いた時のものである。
表５から明らかなように、本発明の方法を用いた鋳造方
法においては従来スラブの鋳造では達することができな
いような５ｍ／分においても安定した鋳造が達成でき
た。

【００４４】

【表５】

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように高周波電磁力を用い
た連続鋳造において、適切なコイルを配置し、磁場の印
加による電磁力をかけることにより、高速鋳造時にも安
定したパウダー潤滑を確保でき、操業上のトラブルもな
く表面欠陥の極めて少ない鋳片を得ることができる。そ
の結果、無手入れ圧延が可能な鋳片を安定して製造する
ことができ、鋳片歩留まりの向上、製造コストの低減な
ど、その効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】高周波電流が溶融金属に与えるローレンツ力を
示す図である。

【図２】本発明における高周波電磁力コイルを備えた鋳
型を示す図である。

【図３】本発明における鋳型の一態様を示す図である。

【図４】本発明における鋳型の一態様を示す図である。

【図５】本発明における鋳型の一態様を示す図である。

【図６】本発明における外コイルと内コイルに電流を印
加する態様を示す図である。

【図７】外コイルの電流値とパウダー消費量との関係を
示す図である。

【図８】内コイルの電流値とオシレーションマーク深さ
との関係を示す図である。

【符号の説明】

１鋳型２浸漬ノズル３凝固シェル４モールドパウダー５外コイル６内コイル７溶融金属８タンデッシュ１０溶融金属１１電磁コイル１２高周波電流１３誘導電流１４ローレンツ力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳型振動を用いて鋳片にネガティブスト
リップとポジティブストリップとを与えながら溶融金属
を連続鋳造する方法において、溶融金属のメニスカス部
近傍に対して、鋳型の外部から高周波電磁力（以下外電
磁力という）を印加し、および／または、鋳型の内側に
おいて高周波電磁力（以下内電磁力という）を印加する
ことを特徴とする電磁力を応用した連続鋳造法。
【請求項２】前記鋳型のネガティブストリップの時期
（以下ＮＳ期という）には、前記内電磁力を前記内電磁
力よりも大きく印可し、他方、前記鋳型振動のポジティ
ブストリップの時期（以下ＰＳ期という）には、前記外
電磁力を内電磁力よりも大きくすることを特徴とする請
求項１記載の電磁力を応用した連続鋳造法。
【請求項３】前記鋳型のネガティブストリップの時間
比率が２０％未満である請求項１または２に記載された
電磁力を応用した連続鋳造法。