JP2000351051A

JP2000351051A - 金属の連続鋳造方法および装置

Info

Publication number: JP2000351051A
Application number: JP16193399A
Authority: JP
Inventors: Nagayasu Bessho; 永康別所; Hiroshi Yamane; 浩志山根
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】鋳片表面および内部の欠陥を格段に低減で
きる金属の連続鋳造方法および装置を提供する。【解決手段】金属の連続鋳造方法において、直流電磁
石13にて連続鋳造用鋳型１内の溶融金属10に直流磁場を
印加し、かつ超音波発振器14にて鋳型あるいはさらにそ
の出側の鋳片９に超音波を印加しながら鋳造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属、主として鋼
の連続鋳造方法および装置に関し、とくに、鋳片への気
泡、介在物の捕捉を防止し、表面欠陥や内部欠陥の少な
い鋳片を製造できる金属の連続鋳造方法および装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】金属とくに鋼の連続鋳造工程では、鉄鋼
製品の欠陥を防止するために、大容量タンディッシュを
採用して介在物の浮上分離を促進する方法や、浸漬ノズ
ル形状を改善して介在物、パウダの巻き込みを防止する
方法などが採用されてきた。しかし、これらの方法は、
鋳片表面および内部の品質とくに清浄度を十分に高める
には不完全なものであった。

【０００３】この不完全さを克服し、鋳片品質をさらに
改善するために、超音波鋳型振動法（文献：日本鉄鋼
協会編，第153,154 回西山記念技術講座(1994)p17 参
照、以下、方法Ａと称する）、あるいは直流磁場印加に
よる鋳型内溶鋼流動制御法（文献p108-109参照、以
下、方法Ｂと称する）が開発された。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、方法Ａ、方法
Ｂはそれぞれある程度の鋳片の品質改善効果を示すもの
の、その効果は十分とはいえず、今後ますます厳しくな
るであろう要求品質レベルに対応することは非常に困難
である。そこで、本発明は、鋳片表面および内部の欠陥
を格段に低減でき、方法Ａ、方法Ｂでの到達限界を超え
る鋳片品質が得られる金属の連続鋳造方法および装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するため、方法Ａ、方法Ｂに対し、以下の考察を
加えた。すなわち、方法Ａは、鋳型に超音波を印加し、
凝固界面の凝固シェルあるいは溶鋼を振動させるもので
あり、凝固シェルへの気泡、介在物の付着を防止するの
に有効である。しかし、浸漬ノズルからの吐出流に基づ
く速い表面流速が存在する場合には、鋳型の超音波振動
によりモールドパウダの巻き込みが生じ、さらに、この
モールドパウダ巻き込みは溶鋼湯面全体の振動により助
長されるという欠点がある。また、介在物が深く侵入す
るのを防ぐことができないという欠点もある。

【０００６】一方、方法Ｂは、浸漬ノズルからの溶鋼流
動を直流磁界により制動するというものであり、溶鋼湯
面の流速を低減し、モールドパウダの巻き込みを防止す
るのに有効であるとともに、下降流速を低減し、介在
物、気泡の侵入深さを浅くするのにも有効である。しか
し、溶鋼バルク以外に凝固界面での流速をも低減してし
まうため、凝固界面での気泡、介在物が凝固シェルに捕
捉されやすくなるという欠点がある。

【０００７】よって、方法Ａと方法Ｂとを組み合わせる
ことにより、互いの欠点が補完され、従来にない高レベ
ルの鋳片品質が得られることが予想される。本発明は、
上記考察に基づいてさらに実験・検討を重ねて完成され
たもので、その要旨とするところは以下に記載の金属の
連続鋳造方法および装置にある。（１）金属の連続鋳造方法において、連続鋳造用鋳型内
の溶融金属に直流磁場を印加し、かつ鋳型あるいはさら
にその出側の鋳片に超音波を印加しながら鋳造すること
を特徴とする金属の連続鋳造方法。

【０００８】（２）金属の連続鋳造装置において、連続
鋳造用鋳型内の溶融金属に直流磁場を印加する直流電磁
石と、かつ鋳型あるいはさらにその出側の鋳片に超音波
を印加する超音波発振器とが配設されてなることを特徴
とする金属の連続鋳造装置。溶鋼のスループットにより
異なるが、鋳型１ストランド当たりのスループットが２
〜７トン／min 程度の場合には、前記直流磁場の強さは
鋳型厚み中央において、0.05〜0.8 Ｔが好ましく、前記
超音波の振動数、振幅は、それぞれ10〜100kHz 、１〜1
5μｍが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明実施形態の第１例
を示す鋳造厚み方向断面模式図である。図１において、
１は鋳型（連続鋳造用鋳型、鋳型銅板）、２はバックア
ッププレート、３は浸漬ノズル、４は吐出口、５は固体
パウダ、６は溶融パウダ、７は湯面（溶鋼湯面）、８は
メニスカス、９は凝固シェル（鋳片）、10は溶鋼（溶融
金属）、11は介在物、12は気泡、13は直流電磁石、14は
超音波ホーン（超音波発振器）、15は水平方向である。
図では右半分のみ図示しているが左半分は右半分と左右
対称形である。

【００１０】本発明に係る方法では、直流電磁石13によ
り鋳型１内の溶鋼10に直流磁場が印加され、かつ、超音
波ホーン14により、鋳型銅板１に超音波が印加される。
直流磁場印加により、超音波振動による溶鋼湯面７の流
動あるいは浸漬ノズル３からの吐出流に基づく湯面７の
流動を低減し、湯面７からの固体パウダ５、溶融パウダ
６の巻き込みを抑制するとともに、下降流速も低減させ
ることができ、介在物11、気泡12の侵入深さを浅くし、
鋳片の表面および内部品質を向上させることができる。

【００１１】さらに、凝固シェル９と溶鋼10の界面（凝
固界面）での流動は、鋳型１自身が超音波振動している
いわゆる振動鋳型であること、および凝固界面が振動鋳
型に一番近い位置にあることから、直流磁場印加により
溶鋼バルクの流動が弱められても凝固界面のところでは
速い流速が保持され、凝固シェル９への気泡12、介在物
11の捕捉防止効果が維持される。

【００１２】本発明に係る装置は、鋳型銅板１を水平方
向15に超音波振動させる超音波ホーン14と、鋳型１内の
湯面７および吐出口４下方の溶鋼部位に直流磁場を印加
する直流電磁石13とを、例えば図１のように鋳型銅板１
に外接させて構成される。超音波ホーン14の高さ方向配
設位置はメニスカス８の部位が好適であるが、図１のよ
うにさらに鋳型下部にもう１つ追設してもよい。なお、
鋳造幅方向（紙面に直角方向）では等間隔に５〜15本配
置している。

【００１３】また、直流電磁石13は、第１例では上下２
段でかつ鋳造幅全体に配置しているが、印加段数は適宜
１段あるいは３段以上としてもよく、また、適宜鋳造幅
の一部分あるいは複数部分に配置してもよい。図２は、
本発明実施例形態の第２例を示す鋳造厚み方向断面模式
図である。図２において、図１と同一または相当部材に
は同じ符号を付し説明を省略する。この第２例では、超
音波ホーン14の配設部位を第１例と違えている。すなわ
ち第１例では超音波ホーン14を鋳型銅板１に外接させて
いるが、第２例では、上方（メニスカス８近傍）のもの
を鋳型銅板１上端部に内接させ、下方のものを鋳型１出
側の鋳片（凝固シェル）９に外接させている。この第２
例のような装置構成でも第１例と同様の効果が得られ
る。

【００１４】なお、直流磁場の強さは、0.05〜0.8 Ｔが
好ましい。0.05Ｔ未満では溶鋼流動を十分制動すること
が困難であり、0.8 Ｔ超では凝固界面の流動をも抑制し
てしまい、Washing 効果が不足することとなる。また、
超音波の周波数は、10〜100 kHzが好ましい。10 kHz未
満では凝固界面の流動が不十分であり、100 kHz超では
発振器の製造コストが高くなる他、鋳型寿命の低下を招
く。

【００１５】また、超音波の振幅は、１〜15μｍが好ま
しい。１μｍ未満では、凝固界面の流動が不十分であ
り、15μｍ超ではバルクを含む溶鋼流動が激しくなり、
鋳片品質上好ましくない。

【００１６】

【実施例】表１に示した条件で、１チャージ300 トンの
溶鋼の連続鋳造実験を行った。この実験では、２ストラ
ンドのうち１ストランドを図１に示した構造に改造し、
これに以下の方法１〜４を順次適用した。溶鋼の鋼種は
極低炭アルミキルド鋼（Ｃ：15〜20ppm 、Al:0.03 〜0.
035 ％）であった。方法１：超音波も直流磁場も印加しない方法２：超音波と直流磁場をともに印加する（本発明）方法３：超音波は印加し、直流磁場は印加しない方法４：超音波は印加せず、直流磁場は印加する各方法で鋳造して得られた鋳片を、通常の熱延−冷延工
程で1.0mm 厚の冷延板となし、表面欠陥発生率と内部欠
陥発生率を調べた。表面欠陥は主としてスリバーおよび
へげとして観察されるものであり、内部欠陥はＭＴ欠陥
（磁気探傷で検知される欠陥）として検出される直径15
0 μｍ以上の介在物性または気泡性のものである。これ
らの欠陥発生率は冷延板製品コイルの所定長さ当たりの
欠陥検出数で評価される。

【００１７】調査結果を表２に示す。なお、各方法の欠
陥発生率は、欠陥種ごとに方法１の値を1.0 としてこれ
との比（指数）で示した。表２に示すように、超音波の
み印加した方法３では、超音波も直流磁場も印加しない
方法１に比し、表面欠陥発生率が方法１の24％にまで低
減するが、内部欠陥発生率は方法１の91％とあまり低減
しない。また、直流磁場のみ印加した方法４では、表
面、内部とも欠陥発生率が方法１の20％強にまで低減す
る。しかしながら従来の到達品質レベルはここまでが限
度である。

【００１８】しかるに、本発明に係る方法２では、表
面、内部の欠陥発生率がそれぞれ方法４の約半分にまで
低減するという予想外に良好な結果となった。すなわ
ち、超音波と直流磁場を重畳して印加する本発明によ
り、超音波、直流磁場をそれぞれ単独で印加する従来の
方法では到達できなかった極めて高レベルの鋳片品質が
得られた。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】なお、上記実施の形態および実施例におい
ては、鋼の鋳造への適用例を用いて本発明を説明した
が、本発明は、鋼以外の金属の鋳造に適用されても上記
と同様の鋳片品質改善効果を得ることができる。

【００２２】

【発明の効果】かくして本発明によれば、鋳片の表面お
よび内部の品質が大幅に改善され、品質良好な冷延板を
得ることができ、製品歩留りが向上するとともに、鋳片
の無手入れ化および下工程である圧延工程への直送が可
能となるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施形態の第１例を示す鋳造厚み方向断
面模式図である。

【図２】本発明実施形態の第２例を示す鋳造厚み方向断
面模式図である。

【符号の説明】

１鋳型（連続鋳造用鋳型、鋳型銅板）２バックアッププレート３浸漬ノズル４吐出口５固体パウダ６溶融パウダ７湯面（溶鋼湯面）８メニスカス９凝固シェル（鋳片） 10 溶鋼（溶融金属） 11 介在物 12 気泡 13 直流電磁石 14 超音波ホーン（超音波発振器） 15 水平方向（超音波振動方向）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２２Ｄ 27/08 Ｂ２２Ｄ 27/08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属の連続鋳造方法において、連続鋳造
用鋳型内の溶融金属に直流磁場を印加し、かつ鋳型ある
いはさらにその出側の鋳片に超音波を印加しながら鋳造
することを特徴とする金属の連続鋳造方法。
【請求項２】金属の連続鋳造装置において、連続鋳造
用鋳型内の溶融金属に直流磁場を印加する直流電磁石
と、かつ鋳型あるいはさらにその出側の鋳片に超音波を
印加する超音波発振器とが配設されてなることを特徴と
する金属の連続鋳造装置。