JPH1099948A

JPH1099948A - 鋼の連続鋳造方法

Info

Publication number: JPH1099948A
Application number: JP25932296A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Nara; 正功奈良; Nagayasu Bessho; 永康別所
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】オシレーションマークの最大深さを殆どゼ
ロにまで低減できる新規な手段により、従来連鋳スラブ
に発生していたオシレーションマーク起因の表層部欠陥
が大幅に低減してスラブ手入れ等に伴うコストの削減と
高い生産性を達成する。【解決手段】連続鋳造用の鋳型１に交番磁界発生コイ
ル５を用いて交番磁界を印加しつつノズル２を通して該
鋳型内に溶鋼３を供給して連続鋳造を行うにあたり、交
番磁界と同時に超電導コイル６を用いて静磁場を印加す
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、鋼の連続鋳造方法
に関し、特に高速鋳造操業下で鋳片を高品質に保つこと
ができる鋼の連続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、連続鋳造においては、鋳型内の溶
鋼の上に溶融フラックスを入れることによりメニスカス
（鋳型内溶鋼自由表面）を酸化から防止するとともにメ
ニスカス形状を保持していた。また、メニスカス部で冷
却が大きい場合、初期凝固シェルが発達し表面欠陥の原
因の一つとなる。その対策として、緩冷却パウダの使用
によるメニスカス部での温度の確保と浸漬ノズルからの
溶鋼流動の確保などがなされてきた。

【０００３】しかし近年、さらなる高品質無欠陥スラブ
の要求に応えるために、連続鋳造に際し鋳型内に電磁場
を印加して溶鋼流動の制御を行うことにより、メニスカ
ス温度の確保とメニスカス部の流動を確保する方法が提
示され、一部実用化されている。例えば静磁場を鋳型に
印加することによりモールド内の溶鋼流速を制御し、同
時にメニスカス温度（湯面温度）を上昇させる方法（例
えば、石井ら:CAMP-ISIJ Vol.9(1996)-206等参照）が実
用化されている。また、鋳型内に移動磁場を印加しメニ
スカス部に流動を与え、温度を均一にし、初期凝固を均
一にする方法（例えば、藤崎ら:CAPM-ISIJ Vol.8(1995)
-217, 岡沢ら: CAPM-ISIJ Vol.8(1995)-218 等参照）も
既に実用化されている。このため、近年は高生産性と高
品質とが両立しつつある。

【０００４】しかし、それでも多少の表層部の欠陥（特
にオシレーションマーク起因の欠陥）は存在し、また鋳
型内溶鋼流動についても完全に制御できているわけでは
ない。そのため、メニスカス温度およびメニスカス部の
流動を同時によりよく制御できる方法が求められおり、
これに応じて、メニスカスに交番磁界を印加し、表皮効
果でメニスカス部にのみ流れる電流と磁場により、メニ
スカス部に溶鋼撹拌力を付与しかつジュール熱を発生さ
せる方法（例えば、藤ら:CAPM-ISIJ Vol.8(1995)-215等
参照）が開発されつつある。しかしこの方法にも、常に
一定の交番磁界を印加し続けた場合、メニスカス部で溶
鋼に揺らぎが発生し、メニスカス部が不安定になり突然
オシレーションマークが深くなるという問題があり、こ
の不安定性を解消する必要があった。

【０００５】この不安定性を解消するため、例えば特許
国際公開WO9605926 号公報には、メニスカスに交番磁界
を印加する場合、振幅あるいは周波数を一定周期で変更
し、さらに該交番磁界を方形波（矩形波）あるいは正弦
波等の規則的波形で付与することにより、オシレーショ
ンマークが突然不安定になる前にある程度メニスカスの
形状を崩して従来連鋳スラブのオシレーションマークよ
り軽度のオシレーションマークを一定間隔で与え続ける
という方法が提案されている。しかし、従来連鋳スラブ
より軽度ではあるがやはりオシレーションマークが残存
することは否めず、さらに新しい方法が求められてい
た。

【０００６】これに応じて、例えば特開平8-155608号公
報にはメニスカスに磁場を二重に印加する方法が提案さ
れている。これは、交直双方の磁場を印加できるように
しておき、さらに直流においてはパルス的に印加できる
ようにしておくもので、これによりオシレーションマー
ク深さが相当程度まで低減する。しかし、これでもまだ
かなりの深さのオシレーションマークが残存するため完
全ではない。

【０００７】また、メニスカス制御と鋳型内部流動制御
とを組み合わせた方法も検討されており、例えば特開平
7-148555号公報には、浸漬ノズル吐出口下端に静磁場
を、メニスカスに交番磁界をそれぞれ印加する方法が開
示されている。これにより鋳型内部流動とメニスカス温
度・流動との両面制御が可能となっている。しかしこの
方法では前述したオシレーションマークの低減が完全で
はない。

【０００８】このように、従来の鋳造方法では鋳片表層
部にオシレーションマークに伴う欠陥が含まれてしまう
ために、かかる製鋼起因の表層欠陥が熱延製品品質を大
きく左右していた。この欠陥をなくすためにはスラブ段
階でスラブの表面をホットスカーフィング等により数ミ
リ削り取るよりほかには対策がなく、製品の歩留まりお
よび手入れ費用の点から非常に大きな問題となってい
た。この問題に対し、前記のように種々の対策が提案さ
れているが抜本的解決には至らず、そのため鋳片表層部
を高品質に保持しながら高速鋳造するという目標には未
達である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、オシ
レーションマークの最大深さを殆どゼロにまで低減でき
る新規な手段を講じることにより上記従来技術の問題を
解決し、従来連鋳スラブに発生していたオシレーション
マーク起因の表層部欠陥が大幅に低減してスラブ手入れ
等に伴うコストの削減と高い生産性が達成される鋼の連
続鋳造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、連続鋳造用の
鋳型に交番磁界発生コイルを用いて交番磁界を印加しつ
つノズルを通して該鋳型内に溶鋼を供給して連続鋳造を
行うにあたり、交番磁界と同時に超電導コイルを用いて
静磁場を印加することを特徴とする鋼の連続鋳造方法で
ある。

【００１１】前記静磁場は前記交番磁界発生コイルの外
側から印加することが好ましく、また、メニスカスを含
んで印加することが一段と好ましい。また、本発明にお
いては、前記交番磁界が前記超電導コイルに入り込むの
を防止する遮蔽体を用いることが好ましい。この遮蔽体
は、交番磁界の周波数が高い場合には導電率の高い材料
であることが望ましく、また、交番磁界の周波数が低い
場合には透磁率の高い材料であることが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明者らは、メニスカス部にお
ける溶鋼温度・流動の状態を計算・実験により鋭意解析
した結果、メニスカス部では温度と流動とが複雑に絡み
合っており、そこに交番磁界が印加されると状態がさら
に複雑化するという基礎的知見を得た。

【００１３】特に、交番磁界の印加は、誘導電流による
ジュール熱が鋳型内部に向かう初期凝固シェル長さを短
くする意味では好ましい方向であるが、反面、ピンチ力
により鋳型内溶鋼に加わる力が鋳型内部に向かい、メニ
スカスが絞り込まれると同時にメニスカス部の溶鋼にも
流動が生じ、これらが複雑に作用しあってある時点であ
る部分に不安定状態が発生すると、磁場と電流の関係か
らこの不安定状態がさらに増幅され、より大きな不安定
部分を生じるという弊害を生むのである。

【００１４】この不安定増幅現象は、従来実験的に試み
られていた交番磁界の断続的印加（所謂パルス印加）に
よる方法では十分抑制できない。この不安定増幅機構を
さらに詳細に検討した結果、メニスカス表層部を流れる
電流とメニスカス部の撹拌による溶鋼流動に問題がある
ことがわかった。しかし、これらをすべてなくせば従来
の鋳造状態に戻ってしまうため、よいところだけ残して
不安定増幅機構のみを解消すべくさらに考察を重ねた結
果、メニスカス流動を従来よりも格段に低減させること
が有効であること、さらに、そのためには、従来の交番
磁界印加だけでは十分でなく、これに静磁場を重畳印加
することが極めて有効であるという重要な知見を得た。

【００１５】具体例を挙げると、モールド内寸法が0.4m
（幅）×0.11m （厚み）の試験連鋳機鋳型に２孔ノズル
を通して溶鋼を供給し、鋳込み速度2.5m/minで連続鋳造
するとき、実験的に鋳型に2kHz(2000A),磁束密度0.4T
（T:テスラ）の交番磁界（この場合高周波磁場）と0.8T
の静磁場とを同時に印加したところ、磁場を印加しない
場合に比較して、オシレーションマーク深さの最大値が
800μm から 200μm に、また、爪深さ（スラブ表層面
より初期凝固シェル先端までの深さ）の最大値が2600μ
m から 400μm に低減した。

【００１６】ただし、通常レベル（0.3T程度）の静磁場
印加ではメニスカス流動を消すことはできず、通常レベ
ルを超える強力な磁場を外部から付与する必要がある
が、現今では技術の発達によりかかる強力な磁場を発生
できしかも工業的使用に十分耐えうる超電導磁場発生器
が商用化されつつある。本発明は、前記の新知見と現今
の超電導技術とを有機的に結合して完成されたものであ
る。

【００１７】図１は、本発明の実施に好適な連続鋳造設
備の要部半断面図であり、同図において、１はモールド
（鋳型）、２はノズル（浸漬ノズル）、３は溶鋼、3aは
凝固シェル、４はモールドパウダ、５は交番磁界発生コ
イル、６は静磁場発生器（超電導コイル）である。図示
のように、本発明に係る鋼の連続鋳造方法は、連続鋳造
用の鋳型１に交番磁界発生コイル５を用いて交番磁界を
印加しつつノズル２を通して該鋳型１内に溶鋼３を供給
して連続鋳造を行うにあたり、交番磁界と同時に超電導
コイル６を用いて静磁場を印加すること要旨とする。

【００１８】このように交番磁界に静磁場を重畳させて
印加すると、オシレーションマークは静磁場と交番磁界
の強度に比例して低減し、オシレーションマーク深さを
従来達しえなかった究極のレベルにまで低減することが
可能となる。また、本発明においては、静磁場発生器に
交番磁界を浸透させないため、およびモールド周囲の空
間を効率よく使用するために、図１に示したように静磁
場を交番磁界発生コイル５の外側から印加することが好
ましい。

【００１９】さらに、図２に示すように、この静磁場は
メニスカスを含んで印加するのがより効果的である。ま
た、同図に示すように、本発明においては、交番磁界が
超電導コイル６に入り込むのを防止する遮蔽体７を用い
ることが好ましい。この遮蔽体７は、磁気浸透深さの観
点から、交番磁界が高周波の場合には導電率（電気伝導
度）の高い材料で、また交番磁界が低周波の場合には透
磁率が高い材料で構成することがより好ましい。具体的
には、高周波の場合、例えばCu,Al,Ｃ等あるいはそれら
の複合物が好適である。また、低周波の場合、浸透深さ
が大きいため、フェライト，珪素鋼，純鉄等が良い。ま
た同時に遮蔽体７としては鋳型１からの熱遮蔽も兼ねる
ものがよく、これを用いることにより、高品質の鋳片を
より安定的に高速鋳造することができ、また、経済的に
も有利である。

【００２０】

【実施例】

＜ケースＡ＞Ｃ：10〜16wtppm ，Mn：0.15〜0.20wt% ，
Ｐ：0.025wt%以下，Ｓ：0.015wt%以下，Al：0.025 〜0.
038wt%，全Ｏ：25〜35wtppm なる組成を有しＴt （タン
ディッシュ溶鋼温度）が1556〜1565℃の溶鋼を、垂直部
３m の垂直曲げ連鋳機を用い、内寸法 260mmｔ×1600mm
Ｗの鋳型に、ノズル径70mmφ，吐出孔径70mm×80mm□，
吐出孔下向き角度20°の２孔浸漬ノズルを通して１チャ
ージ当たり260ton/chで鋳込む際に、鋳型に対し外部か
ら、磁場印加なし（従来例Ａ１）、メニスカス近傍で1.
5 〜2.0kHz(800A),0.1T の交番磁界（本実施例において
は高周波磁場。以下同じ）を印加（従来例Ａ２）、メニ
スカス近傍で1.5 〜2.0kHz(800A),0.1Tの高周波磁場を
印加すると共にその外側から1.0Tの静磁場を印加（実施
例Ａ）、の三条件で磁場を印加し、得られた鋳片につい
て熱延後の製鋼起因の表面欠陥発生率を調査した結果を
表１に示す。

【００２１】なお、静磁場印加用の超電導コイルとして
は、Nb₃Sn 線を用いた超電導コイルを用いた（以下同
じ）。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１より実施例Ａは従来例Ａ１，Ａ２に比
較して表面欠陥発生率が低いことが明らかであり、本発
明によれば品質を上げつつコストを削減できることがわ
かる。＜ケースＢ＞Ｃ：20〜25wtppm ，Mn：0.15〜0.20wt% ，
Ｐ：0.025wt%以下，Ｓ：0.015wt%以下，Al：0.025 〜0.
038wt%，全Ｏ：35wtppm 以下、なる組成を有しＴt が15
56〜1565℃の溶鋼を、垂直部３m の垂直曲げ連鋳機を用
い、内寸法 260mmｔ×1600mmＷの鋳型に、ノズル径70mm
φ，吐出孔径70mm×80mm□，吐出孔下向き角度20°の２
孔浸漬ノズルを通して１チャージ当たり260ton/ch で鋳
込む際に、鋳型に対し外部から、メニスカス近傍で2.0
〜5.0kHz(1200A),0.2Tの高周波磁場を印加（従来例
Ｂ）、メニスカス近傍で2.0 〜5.0kHz(1200A),0.2Tの高
周波磁場を印加すると共にその外側から1.0Tの静磁場を
印加（実施例Ｂ１）、メニスカス近傍で2.0〜5.0kHz(0.
2T)の高周波磁場を印加すると共にその外側からメニス
カスを含んで1.0Tの静磁場を印加（実施例Ｂ２）、の三
条件で磁場を印加し、得られた鋳片について熱延後の製
鋼起因の表面欠陥発生率を調査した結果を表２に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】表２より実施例Ｂ１は従来例Ｂに比較して
表面欠陥発生率が低いこと、また、実施例Ｂ２は実施例
Ｂ１に比較して表面欠陥発生率がさらに低いことが明ら
かであり、本発明のより好適な形態であるメニスカスを
含んでの静磁場印加によれば、さらに品質を上げつつコ
ストを削減できることがわかる。＜ケースＣ＞低炭素鋼および極低炭素鋼相当の組成を有
しＴt が1553〜1565℃の溶鋼を、垂直部３m の垂直曲げ
連鋳機を用い、内寸法 260mmｔ×1600mmＷの鋳型に、ノ
ズル径70mmφ，吐出孔径70mm×80mm□，吐出孔下向き角
度20°の２孔浸漬ノズルを通して１チャージ当たり260t
on/ch で鋳込む際に、鋳型に対し外部から、メニスカス
近傍で1.5 〜5.0kHz(1200A),0.2Tの高周波磁場を印加す
ると共にその外側からメニスカスを含んで0.8 〜1.2Tの
静磁場を、図２に示した遮蔽体７（Cu製（内部水冷））
の「設置なし」（実施例Ｃ１）と「設置あり」（実施例
Ｃ２）の二条件で印加し、双方のクエンチ発生率を調査
した結果を表３に示す。なお、クエンチ発生率とは、鋳
込みチャージ数当たりのクエンチ回数（クエンチとは、
超電導コイル内で何らかの理由により超電導状態が破れ
る現象をいう）であり、ここでは連続鋳造の操業安定性
の指標とした。

【００２６】

【表３】

【００２７】表３より、クエンチ発生率は、実施例Ｃ１
では0.3%であるのに対し、実施例Ｃ２ではクエンチ発生
が皆無であり、本発明のさらなる好適形態である遮蔽体
設置によって、連続鋳造における高品質化・低コスト化
がより安定して実現できることが明らかである。なお、
本実施例では、交番磁界が高周波の場合の具体例を開示
したが、低周波の場合でも遮蔽体に透磁率の高い材料を
用いれば上記と同様の効果が得られることを確認済であ
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、従来連鋳スラブに発生
していたオシレーションマーク起因の表層部欠陥が大幅
に低減してスラブ手入れ等に伴うコストの削減と高い生
産性が達成されるという格段の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に好適な連続鋳造設備の要部半断
面図である。

【図２】本発明の実施にさらに好適な連続鋳造設備の要
部半断面図である。

【符号の説明】

１モールド（鋳型）２ノズル（浸漬ノズル）３溶鋼 3a 凝固シェル４モールドパウダ５交番磁界発生コイル６静磁場発生器（超電導コイル）７遮蔽体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続鋳造用の鋳型に交番磁界発生コイル
を用いて交番磁界を印加しつつノズルを通して該鋳型内
に溶鋼を供給して連続鋳造を行うにあたり、交番磁界と
同時に超電導コイルを用いて静磁場を印加することを特
徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項２】静磁場を交番磁界発生コイルの外側から
印加する請求項１記載の連続鋳造方法。
【請求項３】静磁場をメニスカスを含んで印加する請
求項２記載の連続鋳造方法。
【請求項４】交番磁界が超電導コイルに入り込むのを
防止する遮蔽体を用いる請求項１〜３のいずれかに記載
の連続鋳造方法。
【請求項５】遮蔽体が導電率の高い材料である請求項
４記載の連続鋳造方法。
【請求項６】遮蔽体が透磁率の高い材料である請求項
４記載の連続鋳造方法。