JPH10305358A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニア型交流移動磁界と静磁界とを併用して
鋳型内溶鋼の流動を最適に制御して、鋳片の表層部及び
内層部共に非金属介在物の少ない鋳片を得る。 【解決手段】 磁極の鋳造方向の中心位置が浸漬ノズル
５の吐出孔６より上側で、且つ磁極範囲内にメニスカス
７位置を含む位置に、鋳型長辺２の背面に鋳型長辺を挟
んで対向して第１の磁極８を配置し、更に、磁極の鋳造
方向の中心位置が浸漬ノズルの吐出孔より下側となる位
置に、鋳型長辺の背面に鋳型長辺を挟んで対向して第２
の磁極９を配置し、第１の磁極間及び第２の磁極間に鋳
型長辺を貫通する静磁界を印加して溶鋼４を制動すると
共に、第１の磁極と第２の磁極との間にリニア型交流移
動磁界発生装置１０を配置し、リニア型交流移動磁界発
生装置にて移動磁界を印加して、溶鋼を水平方向に回転
させて攪拌する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳型内溶鋼に磁界
を印加して磁界と溶鋼とによる電磁気力にて鋳型内溶鋼
の流動を制御し、鋳片の表層部及び内層部共に非金属介
在物の少ない鋳片を得ることができる鋼の連続鋳造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造においては、タンディッシ
ュから浸漬ノズルを介し、鋳型短辺に向けて鋳型内に注
入された溶鋼の吐出流は、鋳型短辺側の凝固シェルに衝
突して下降流と上昇流とに分岐し、そして、下降流は鋳
片の未凝固層深部に侵入し、又、上昇流は鋳型内溶鋼表
面（以下、「メニスカス」と記す）で鋳型短辺から浸漬
ノズルに向かう流れとなり、メニスカスに渦や盛り上が
り等の流れの乱れを生成する。脱酸生成物であるアルミ
ナを主体とする酸化物は、前記下降流により鋳片の未凝
固層深くまで侵入して鋳片の内層部に捕捉され、又、メ
ニスカス上に添加されたモールドパウダーは、前記上昇
流によるメニスカスの渦や盛り上がりにより溶鋼中に巻
き込まれ、鋳片の表層部に補捉される。そして、これら
に起因する非金属介在物が鋳片の品質欠陥の主要な原因
であり、この現象は鋳片引抜き速度の増速に伴う吐出流
速の高速度化に伴い顕著となっている。

【０００３】従って、連続鋳造に際しては、鋳片の内層
部及び表層部に捕捉される非金属介在物をいかにして同
時に低減するかが課題であり、この課題解決策として溶
鋼に磁界を印加し、磁界による電磁気力を利用して鋳型
内溶鋼の流動を制御しようとする試みが数多く提案され
ている。

【０００４】例えば、特開平３−１４２０４９号公報に
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直流の静磁界を
印加する方法が開示されている。同号公報によれば、下
部の静磁界で前記下降流を減速し、又、上部の静磁界で
前記上昇流を減速することができるので、脱酸生成物も
モールドパウダーも捕捉されない清浄な鋳片を製造でき
るとしている。しかしこの方法では、下降流及び上昇流
が共に減速されるので、鋳型内の溶鋼流動が全体に緩慢
となり、鋳片表層部に相当する位置の凝固シェル界面に
おいて、溶鋼流動による非金属介在物を洗浄する効果が
減少し、鋳片表層部に脱酸生成物やガス気泡が捕捉され
る。

【０００５】特開平１−１５０４５０号公報には、メニ
スカスの下約１．５ｍから４．０ｍの範囲に、鋳片を挟
んで対向して配置した磁極の間で、直流又は永久磁石に
よる静磁界もしくは低周波交流磁界を印加し、磁界を通
過する溶鋼流即ち前記下降流を減速・分散させ、鋳片内
層部の非金属介在物を低減する技術が開示されている。
しかしこの方法では、磁界設置位置が鋳型下方であるた
めに前記上昇流の制御は不可能で、鋳片表層部のモール
ドパウダーの巻き込みは防止できない。

【０００６】特開昭６４−２７７１号公報には、鋳型長
辺背面に低周波交流電源によるリニア型交流移動磁界発
生装置を複数対、鋳型を挟んで対向して配置し、溶鋼を
磁界の移動方向に移動させて、吐出流を減速又は加速し
て鋳型内溶鋼の流動を制御する装置が開示されている。
しかしこの装置では、磁界の移動方向にしか制動力が作
用しないため、流動制御手段としては不十分である。更
に、磁界が強過ぎるときには溶鋼流の回り込みが発生し
たり、又、移動磁界による溶鋼の付随流れが発生するた
め、吐出流速と磁界強度とのバランスがくずれた場合に
は、メニスカスに渦や盛り上がりを発生させて、モール
ドパウダーの巻き込みを助長することがある。

【０００７】特開平６−２２６４０９号公報には、鋳型
長辺背面の浸漬ノズル吐出孔位置より上にリニア型交流
移動磁界発生装置を配置し、水平方向に回転する磁界を
印加してメニスカスの溶鋼を回転攪拌させ、この溶鋼流
により、凝固シェル界面の非金属介在物を洗浄する効果
を高めることで鋳片表層部の非金属介在物を低減すると
共に、鋳型長辺背面の浸漬ノズル吐出孔位置より下に静
磁界を印加して、前記下降流を減速して鋳片内層部の非
金属介在物を低減する方法が開示されている。しかしこ
の方法では、メニスカスの溶鋼流速は必ずしも最適には
制御されず、逆に、移動磁界による回転流でメニスカス
の溶鋼流速が加速され、モールドパウダーの巻き込みを
助長することもあり、品質の安定性に欠ける。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の磁界
を利用した鋳型内溶鋼の流動制御の方法に関して、いず
れの方法も、非金属介在物の低減にその効果を十分に発
揮しているとは言いがたく、改善の余地が大きいのが現
状である。

【０００９】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リニア型交流移動磁界と静
磁界とを併用して鋳型内溶鋼の流動を最適に制御し、鋳
片の表層部及び内層部共に非金属介在物の少ない鋳片を
得ることができる鋼の連続鋳造方法を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明による鋼の連
続鋳造方法は、磁極の鋳造方向の中心位置が浸漬ノズル
の吐出孔より上側で、且つ磁極範囲内にメニスカス位置
を含む位置に、鋳型長辺の背面に鋳型長辺を挟んで対向
して第１の磁極を配置し、更に、磁極の鋳造方向の中心
位置が浸漬ノズルの吐出孔より下側となる位置に、鋳型
長辺の背面に鋳型長辺を挟んで対向して第２の磁極を配
置し、第１の磁極間及び第２の磁極間に鋳型長辺を貫通
する静磁界を印加して溶鋼を制動すると共に、第１の磁
極と第２の磁極との間にリニア型交流移動磁界発生装置
を配置し、リニア型交流移動磁界発生装置にて移動磁界
を印加して、溶鋼を水平方向に回転させて攪拌すること
を特徴とするものである。

【００１１】静磁界中を溶鋼が移動すると溶鋼中に渦電
流が発生し、この渦電流と静磁界とにより溶鋼の移動方
向と逆方向に電磁気力が作用して、溶鋼流が制動され
る。従って、静磁界による制動力は溶鋼流速に比例して
作用する。本発明では、メニスカス位置を含む位置に、
対向して配置した第１の磁極から、鋳型長辺を貫通する
静磁界を溶鋼に印加して、吐出流から分岐した上昇流や
後述するリニア型交流移動磁界に起因するメニスカスに
おける溶鋼流を減速することができるので、メニスカス
での溶鋼流が安定して渦や盛り上がり等の溶鋼流れの乱
れが防止され、モールドパウダーの鋳片への巻き込みが
防止される。

【００１２】又、鋳造方向の中心を浸漬ノズルの吐出孔
より下側とし、対向して配置した第２の磁極から鋳型長
辺を貫通する静磁界を溶鋼に印加して、吐出流又は吐出
流から分岐した下降流を制動することができるので、下
降流速が減速されて、下降流が鋳片の未凝固層深くまで
侵入することがない。そのため、脱酸生成物であるアル
ミナを主体とする酸化物は鋳片内層部まで侵入せず、鋳
片内層部の清浄性が向上する。

【００１３】更に、第１の磁極と第２の磁極との間にリ
ニア型交流移動磁界を配置し、リニア型交流移動磁界発
生装置にて移動磁界を印加して、第２の静磁界により減
速された溶鋼を強制的に水平方向に回転攪拌する。その
ため、浸漬ノズルの吐出流位置から上の鋳型内溶鋼、即
ち鋳片表層部に相当する位置の溶鋼が回転移動し、この
溶鋼の移動により凝固シェル界面における非金属介在物
の洗浄効果が確保され、鋳片表層部へのアルミナ等脱酸
生成物及びガス気泡の捕捉が防止でき、鋳片表層部の清
浄性が向上する。尚、リニア型交流移動磁界により鋳型
内の溶鋼流速が速くなったとしても、メニスカスでは第
１の静磁界により減速される。

【００１４】第２の発明による鋼の連続鋳造方法は、第
１の発明による鋼の連続鋳造方法において、第１の磁
極、及び第２の磁極にて印加する静磁界の鋳型内におけ
る磁束密度を０．１テスラ以上とし、且つ、リニア型交
流移動磁界発生装置による移動磁界の周波数を０．１Ｈ
ｚから１００Ｈｚ、及び前記移動磁界の鋳型内壁近傍に
おける磁束密度を０．００５テスラから０．２テスラと
することを特徴とするものである。

【００１５】静磁界の鋳型内の磁束密度が０．１テスラ
未満では溶鋼流動の制動効果が少ないためである。尚、
静磁界の磁束密度は高い程制動効果が高くなり好ましい
が、近くに配置されるリニア型交流移動磁界への外乱
や、電源の巨大化などの実用上の制約から、上限は０．
５テスラ程度とすればよい。

【００１６】リニア型交流移動磁界の攪拌力は、周波
数、磁束密度、及び磁極ピッチに依存する。発明者等の
幾つかの磁極ピッチを変化させた試験結果から、周波数
として０．１Ｈｚから１００Ｈｚ、及び、鋳型内壁近傍
における磁束密度を０．００５テスラから０．２テスラ
の範囲とすれば、最適な水平流れが確保できることを確
認した。これは、周波数が０．１Ｈｚ未満では攪拌力が
弱く、又、１００Ｈｚを超えると銅製鋳型での磁束の減
衰が大きくなって鋳型内の磁束密度が確保しにくくなる
ためである。そして移動磁界の鋳型内壁近傍における磁
束密度が０．００５テスラ未満では、攪拌力が弱過ぎ、
又、０．２テスラを超えると攪拌流速が速くなるので、
第１の磁極による静磁界ではメニスカスの溶鋼流速を減
速しきれなくなるためである。

【００１７】又、第３の発明による鋼の連続鋳造方法
は、第１の発明又は第２の発明による鋼の連続鋳造方法
において、第１の磁極にて印加する静磁界の磁束密度
と、第２の磁極にて印加する静磁界の磁束密度とに差を
持たせることを特徴とするものである。

【００１８】鋳片引抜き速度を高速化して効率化を図っ
た最近の鋳造形態では、吐出流速が著しく高速となって
いる。この吐出流を減速して下降流を減速するために
は、第２の磁極にて印加する静磁界の強度を高めること
が必要となる。この場合、吐出流が減速されることで必
然的に上昇流も減速されており、更に、第１の磁極にて
第２の磁極と同一強度の静磁界をメニスカス位置に印加
すると、メニスカス近傍の溶鋼流動が制動され過ぎるた
めに、メニスカスへの熱の供給が少なくなってモールド
パウダーの溶解が阻害され、鋳片の表面性状が劣化す
る。そのため、第１の磁極と第２の磁極とで磁界の強さ
に差を持たせて印加することが好ましい。通常、第１の
磁極の磁界は第２の磁極の磁界より弱くする。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明を図面に基づき説明する。
図１は、本発明を適用した鋳片断面が矩形型の連続鋳造
機鋳型部の正面断面の概要図であり、図２は側面断面の
概要図、図３は図２のＸ−Ｘ断面の概要図である。

【００２０】図において、相対する鋳型長辺２と、鋳型
長辺２内に内装された相対する鋳型短辺３とから鋳型１
が構成されている。鋳型１の上方に、溶鋼４を収納した
図示せぬタンディッシュが配置されており、タンディッ
シュ内の溶鋼４は、タンディッシュの底部に配置された
浸漬ノズル５を介し、浸漬ノズル５の下部に設けられ、
且つ鋳型１内の溶鋼４に浸漬した吐出孔６から、吐出流
１１を鋳型短辺３に向けて鋳型１内に注入される。そし
て、溶鋼４は鋳型１内で冷却されて凝固シェル１２を形
成し、鋳型１の下方に連続的に引き抜かれ鋳片となる。
鋳型１内のメニスカス７上には、溶鋼４の保温剤及び凝
固シェル１２と鋳型１との潤滑剤として、モールドパウ
ダー１３が添加されている。

【００２１】鋳型長辺２の背面上部には、吐出孔６より
上側に鋳造方向の中心を位置させて、第１の磁極８が、
鋳型長辺２を挟みメニスカス７を含む位置に、対向して
配置されている。そして、第１の磁極８にはコイル１４
が巻かれており、コイル１４に直流電源を印加すること
で、対向する第１の磁極８、８間に、鋳型長辺２を貫通
する静磁界を形成する。磁束密度の最大値をメニスカス
７の直下位置付近とする。

【００２２】又、鋳型長辺２の背面下部には、吐出孔６
より下側に鋳造方向の中心を位置させて、第２の磁極９
が、鋳型長辺２を挟んで対向して配置されている。第２
の磁極９にもコイル１４が巻かれており、コイル１４に
直流電源を印加することで、対向する第２の磁極９、９
間に、鋳型長辺２を貫通する静磁界を形成する。

【００２３】そして第１の磁極８と第２の磁極９とは、
リターンヨーク１５にて鋳型長辺２の背面で連結されて
おり、静磁界調整手段１６により第１の磁極８、８間と
第２の磁極９、９間の鋳型１内の磁束密度を変更する構
造となっている。この静磁界調整手段１６は、例えば、
鋳型長辺２に固定された支持材１７と第２の磁極に固定
されたブラケット１８とを、ピン１９にて回転可能に支
持し、更に、リターンヨーク１５に固定されたブラケッ
ト２０と支持材１７に固定された油圧シリンダー２２と
をピン２１で連結した構成として、油圧シリンダー２２
の作動により対向する各磁極間の距離を変更することに
よって、第１の磁極と第２の磁極との磁束密度の差を任
意に変更することが可能となる。但し、第１の磁極８、
８、及び第２の磁極９、９で形成する静磁界の鋳型１内
における磁束密度は、共に０．１テスラ以上あることが
好ましい。

【００２４】更に、第１の磁極８と第２の磁極９との間
で第１の磁極８に近接した位置に、リニア型交流移動磁
界発生装置１０を配置して、鋳型長辺２を挟み対向する
リニア型交流移動磁界発生装置１０にて印加する移動磁
界の移動方向を水平方向の逆方向として、溶鋼４の攪拌
流方向２３が水平方向に回転する方向で攪拌する。リニ
ア型交流移動磁界発生装置１０に印加する電源は、３相
交流電源か、又は９０度程度位相をずらした２相交流電
源とする。リニア型交流移動磁界の周波数は０．１〜１
００Ｈｚ、リニア型交流移動磁界の鋳型内壁近傍におけ
る磁束密度は０．００５〜０．２テスラの範囲とするこ
とが好ましい。そして更に、リニア型交流移動磁界発生
装置１０は、浸漬ノズル５を中心として鋳型幅方向左右
で２分割され、更に鋳型長辺２を挟み鋳型前後で２分割
され、合計４つの独立したリニア型交流移動磁界発生装
置１０とすることが好ましい。４つの独立した装置とす
ることで、移動磁界の強度、及び磁界の移動方向を独立
して制御できるので、鋳型１内の溶鋼４の流動制御が一
層容易となるためである。

【００２５】この際、第１の磁極８の形状は、リニア型
交流移動磁界発生装置１０への磁界の影響を最小限に抑
えるために、鋳造方向に対して中心が凹んだ凹面形状と
することが好ましい。凹面形状とすると、対向する磁極
との距離が短くなる凹面の周辺部に磁束が集中して、凹
面周辺部の磁束が直線状になり、周囲に分散する磁束が
少なくなるので、リニア型交流移動磁界発生装置１０へ
の影響を最小限に抑えることができるためである。又、
静磁界とリニア型交流移動磁界との干渉を軽減するため
に、それらの間に強磁性体の磁気遮蔽材を設置しても良
い。

【００２６】このようにして、第１の磁極８及び第２の
磁極９にて溶鋼に静磁界を印加しつつ、リニア型交流移
動磁界発生装置１０で水平方向に攪拌して、連続鋳造を
実施する。

【００２７】尚、第１の磁極８と第２の磁極９とが鋳型
長辺２の背面で連結される必要性はなく、第１の磁極
８、８同士、及び第２の磁極９、９同士で、鋳型短辺３
の背面にリターンヨーク１５を通して連結しても、本発
明は支障なく実施できる。この場合の第１及び第２の磁
極による磁束密度の差の調整は、第１の磁極８のコイル
１４に印加する直流電源と、第２の磁極９のコイル１４
に印加する直流電源とで、電圧又は電流を個別に変更す
ることで実施できる。

【００２８】

【実施例】図１に示す構成の連続鋳造機を用いた本発明
の実施例を以下に説明する。

【００２９】鋳片断面寸法が、厚み２２０ｍｍ、幅１２
００ｍｍであるスラブ連続鋳造機にて、炭素濃度が０．
００５ｗｔ％の極低炭素Ａｌキルド鋼を鋳片引抜き速度
２．５ｍ／ｍｉｎで鋳造した。使用した浸漬ノズルは、
吐出孔径が８５ｍｍ、吐出孔角度が下向き２５度で、浸
漬ノズルの浸漬深さ（メニスカスから吐出孔上端までの
距離）は２３０ｍｍである。又、メニスカス位置は鋳型
上端から１２０ｍｍの位置で、鋳型長さは９５０ｍｍで
ある。

【００３０】第１の磁極は、磁極形状を最大深さが４５
ｍｍの凹面形状とし、鋳造方向の長さは２００ｍｍ、鋳
型幅方向の長さは１９５０ｍｍであり、メニスカス位置
が第１の磁極の鋳造方向の上端から９０ｍｍの位置とな
るように配置した。この形状の第１の磁極を用いた場合
には、メニスカス位置がこの位置を基準として上下に±
４０ｍｍ変化しても、メニスカス直下の磁束密度は略一
定であることを確認している。そして、鋳型内の最大磁
束密度を状況に応じて０．２３〜０．３２テスラまで変
更した。

【００３１】第２の磁極は、鋳造方向の長さは２００ｍ
ｍ、鋳型幅方向の長さは１９５０ｍｍであり、鋳造方向
の中心位置を吐出孔下端から２５０ｍｍの位置として配
置した。この位置は吐出流が鋳型短辺側の凝固シェルに
衝突する点より鋳造方向の上側である。そして、鋳型内
の最大磁束密度を常に０．２８テスラとした。

【００３２】そして更に、鋳造方向の長さが１２０ｍ
ｍ、鋳型幅方向の長さが８７０ｍｍのリニア型交流移動
磁界発生装置の４台を、鋳造方向の中心位置がメニスカ
スから２００ｍｍの位置とし、且つ、隣あうリニア型交
流移動磁界発生装置との間隔が２１０ｍｍとして、浸漬
ノズルを対称に配置した。リニア型交流移動磁界発生装
置に印加した電源は、周波数が６０Ｈｚの３相交流電源
であり、対向するリニア型交流移動磁界発生装置で発生
する磁界の移動方向が逆向きとなり、且つ、鋳型内壁近
傍の磁束密度が０．００８〜０．０３５テスラになるよ
うに３相交流電源を印加した。又、比較のために磁界を
印加しない鋳造も実施した。

【００３３】得られた鋳片を薄鋼板に圧延して、薄鋼板
を超音波探傷試験して非金属介在物による欠陥を調査し
た。比較例では欠陥発生指数が１．５であったが、本発
明の実施例では欠陥の発生が低く抑えられ、欠陥発生指
数は０．２であった。

【００３４】

【発明の効果】本発明では、第１の磁極による静磁界に
よりメニスカス直下の溶鋼流動が制御されるため、モー
ルドパウダーの巻き込みが大幅に低減し、又、第２の磁
極による静磁界により下降流の鋳片未凝固層深部への侵
入が抑制されるため、鋳片内層部の清浄性が向上し、更
に、第１の磁極と第２の磁極との間でリニア型交流移動
磁界にて溶鋼を水平方向に回転攪拌するため、凝固シェ
ル界面における非金属介在物の洗浄効果が確保され、鋳
片表層部の清浄性が向上する。その結果、内層部及び表
層部が共に清浄な鋳片を安定して製造することが可能と
なった。

【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
機の鋳型部の正面断面の概要図である。

【図２】本発明を適用した鋳片断面が矩形型の連続鋳造
機の鋳型部の側面断面の概要図である。

【図３】図２のＸ−Ｘ断面の概要図である。

【符号の説明】

１ 鋳型 ２ 鋳型長辺 ３ 鋳型短辺 ４ 溶鋼 ５ 浸漬ノズル ６ 吐出孔 ７ メニスカス ８ 第１の磁極 ９ 第２の磁極 １０ リニア型交流移動磁界発生装置 １１ 吐出流 １２ 凝固シェル １３ モールドパウダー １４ コイル １５ リターンヨーク １６ 静磁界調整手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁極の鋳造方向の中心位置が浸漬ノズル
   の吐出孔より上側で、且つ磁極範囲内にメニスカス位置
   を含む位置に、鋳型長辺の背面に鋳型長辺を挟んで対向
   して第１の磁極を配置し、更に、磁極の鋳造方向の中心
   位置が浸漬ノズルの吐出孔より下側となる位置に、鋳型
   長辺の背面に鋳型長辺を挟んで対向して第２の磁極を配
   置し、第１の磁極間及び第２の磁極間に鋳型長辺を貫通
   する静磁界を印加して溶鋼を制動すると共に、第１の磁
   極と第２の磁極との間にリニア型交流移動磁界発生装置
   を配置し、リニア型交流移動磁界発生装置にて移動磁界
   を印加して、溶鋼を水平方向に回転させて攪拌すること
   を特徴とする鋼の連続鋳造方法。
2. 【請求項２】 第１の磁極、及び第２の磁極にて印加す
   る静磁界の鋳型内における磁束密度を０．１テスラ以上
   とし、且つ、前記移動磁界の周波数を０．１Ｈｚから１
   ００Ｈｚ、及び前記移動磁界の鋳型内壁近傍における磁
   束密度を０．００５テスラから０．２テスラとすること
   を特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
3. 【請求項３】 第１の磁極にて印加する静磁界の磁束密
   度と、第２の磁極にて印加する静磁界の磁束密度とに差
   を持たせることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
   載の鋼の連続鋳造方法。