(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の周期で振動される1対の長辺と1対の短辺からなる水冷鋳型内に浸漬ノズルより溶融金属を注入し、水冷鋳型の周囲に設けた通電コイルによって発生した交流磁場により溶融金属を鋳型壁から引き離す方向に電磁力を作用させつつ凝固させ、下方に連続的に引き抜いて溶融金属を連続鋳造する方法において、前記浸漬ノズルは、溶融金属を相対する鋳型壁面方向から鉛直下方方向にかけて吐出させる２孔部と、ノズル直下の鉛直下方方向から相対する鋳型壁面方向にかけて吐出させるスリット部とを連続して備えると共に、この２孔部とスリット部との吐出断面積の比を、式（１）の関係として鋳造することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
（２√２・Ｔ・ＶｃCOSθ／Ｖ0√Ｓ1）−１   ＜  β          …（１）
但し、β：スリット部と２孔部との吐出断面積の比
Ｔ：鋳造空間の厚さ（ｍ）
Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／ｓ）
θ：２孔部の中心線が水平面となす角度（度）
Ｓ1：２孔部の吐出断面積（ｍ2）
Ｖ0：通電コイルの電磁力によって誘起される溶鋼の流れ速度(ｍ／ｓ)
なお、左辺が０以下の場合はβ＝０、すなわち、スリット部は設けないものとする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属の連続鋳造方法に関し、特に、鋳型内の溶融金属に交流電磁場を付与し、溶融金属を凸状に盛り上げつつ連続鋳造する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造において、オシレーションマーク、初期凝固を制御して鋳片の表面性状を改善する方法がこれまで多く提案されているが、磁場を利用するものとして、特開昭５８−３２８２４号公報には、溶融金属２を潤滑剤４と共に一定の周期で振動する水冷鋳型1に注入し、連続的に下方に引き抜く連続鋳造方法において、図４に示すように鋳型の周りに設けた電磁コイル５に交流電流を連続通電し、交流磁場によって発生する電磁力を利用して、溶融金属２を凸状に盛り上げることによって、鋳片の表面性状を改善する方法が開示されている。
【０００３】
また、特開昭６４−８３３４８号公報には、電磁コイルによって鋳型内の溶融金属に電磁力を与える際に、交流磁場をパルス状に印加することによって電磁力を間歇的に付与し、パウダーキャステイングにおいて、更に表面性状の改善を図る方法が開示されている。さらに、再公表公報(WO９６／０５９２６)には、図５に示すような連続鋳造鋳型壁１を取り囲むように設置されたソレノイド状電磁コイル５に交流電流を通電し、鋳型内の凝固しつつある溶融金属２に、誘導電流２０と誘導磁場２１の方向から決まる鋳型壁から溶融金属側に引き離す方向に作用する電磁力２２を印加しながら、溶融金属を凸状に盛り上げて、連続鋳造する方法において、通電する交流電流の振幅または波形を波形発生装置２４により周期的に変化させることによって、初期の凝固を安定させ、鋳片表面性状を改善する方法が開示されている。
【０００４】
このように、溶融金属に交流磁場を付与しつつ連続鋳造することによって、鋳片の表面性状を改善する技術が多く開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、鋳型内の溶融金属に交流磁場を付与することにより、溶融金属を凸状に盛り上げる方向の電磁力を作用させることができる一方、この交流磁場により、鋳型内の溶融金属には、図6に示すように、コイルの垂直中心位置より上方では、鋳型壁に添って下降し、コイルの垂直中心位置より下方では、鋳型壁に沿って上昇する方向の流れ１１が誘起される（以下、誘起流とする）。
【０００６】
一方、２孔の吐出口を有する通常の浸漬ノズル6から吐出された溶融金属の流れ、吐出流７は、相対する鋳型壁に向かい、引き抜き方向に流れる下降流９と上方に反転して流れる上昇流１０に分岐する。この上昇流１０と、交流磁場により生じた誘起流１１とが干渉し、メニスカス近傍において溶鋼の流れに乱れが生じる。この流れの乱れは、メニスカス近傍の熱流を変動させ凝固界面を不安定にして、鋳片の表面性状を劣化させたり、あるいはパウダーなどの巻き込みを助長して内質欠陥を招くなど、鋳片品質欠陥を引き起こす原因のひとつとなる。
【０００７】
連続鋳造用鋳型内の溶融金属の流れが、鋳片品質に大きな影響を与えることは良く知られており、例えば、注入ノズルから吐出した溶融金属の流れが内在する介在物を溶融金属プールの奥深くまで持ち込み、これが凝固シェルに捕捉されて鋳片内部欠陥の原因となっている。このため、溶融金属の流れを制御してこれらの欠陥を防止する技術が多く提案されている。例えば、特開平２−２８４７５０号公報には、注入ノズルより下方に設けたコイルにより直流磁界を溶融金属に作用させ、その位置で溶鋼流にブレーキを作用させて溶鋼の下降流を減速させる方法が開示されている。また、特開平９−２８５８５４号公報には、図７に示すように、浸漬ノズル６をスリット状吐出口３０を備えたものとし、浸漬ノズルからの吐出流が下向き吐出口を中心に鉛直方向から相対する鋳型短辺へ向けて広がる連続した扇状の流れ２９が得られるようにするとともに、電磁コイル２７と組み合わせることによって溶鋼の流れを制御することが開示されている。
【０００８】
しかしながら、特開平９−２８５８５４号公報の技術は、溶融金属の下降流に対する直流磁場による制御であり、交流磁場を付与した場合の誘起流と反転上昇流とに関するものではない。
【０００９】
本発明は、交流磁場を付与して溶融金属を連続鋳造する際、浸漬ノズルからの吐出流による上昇流と交流磁場による誘起流との干渉による流れの乱れを制御し、鋳片表面性状の変動を解消しうる、連続鋳造方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するためのものであって、その内容は、以下のとおりである。
【００１１】
一定の周期で振動される1対の長辺と1対の短辺からなる水冷鋳型内に浸漬ノズルより溶融金属を注入し、水冷鋳型の周囲に設けた通電コイルによって発生した交流磁場により溶融金属を鋳型壁から引き離す方向に電磁力を作用させつつ凝固させ、下方に連続的に引き抜いて溶融金属を連続鋳造する方法において、前記浸漬ノズルは、溶融金属を相対する鋳型壁面方向から鉛直下方方向にかけて吐出させる２孔部と、ノズル直下の鉛直下方方向から相対する鋳型壁面方向にかけて吐出させるスリット部とを連続して備えると共に、このスリット部と２孔部との吐出断面積の比を、式（１）の関係として鋳造することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
【００１２】
（２√２・Ｔ・ＶｃCOSθ／Ｖ0√Ｓ1）−１   ＜  β          …（１）
但し、β：スリット部と２孔部との吐出断面積の比
Ｔ：鋳造空間の厚さ（ｍ）
Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／ｓ）
θ：２孔部の中心線が水平面となす角度（度）
Ｓ1：２孔部の吐出断面積（ｍ2）
Ｖ0：通電コイルの電磁力によって誘起される溶鋼の流れ速度(ｍ／ｓ)
なお、左辺が０以下の場合はβ＝０、すなわち、スリット部は設けないものとする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例の図面を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の方法を実施するための連続鋳造装置の概略を示す断面図である。水冷鋳型１の周りには、交流電流を通電するための通電コイル５が、その上端がほぼメニスカス３の位置となるように、水冷鋳型に埋設するようにして設けられている。鋳造においては、水冷鋳型の上方のタンデイッシュ(図示せず)から浸漬ノズル６を介して溶融金属が水冷鋳型内に供給される。なお、浸漬ノズルからの溶融金属の吐出方向、あるいは浸漬ノズルの吐出口の方向は、通常、水冷鋳型の水平断面の形状が長方形である場合は、その短辺側であり、ほぼ正方形である場合は、何れかの辺側とする。なお、以下においては、水冷鋳型の水平断面形状は長方形である鋳型として説明する。水冷鋳型１内の溶融金属２の表面には潤滑材としてパウダー４が供給され、溶融金属は、水冷鋳型１によりオッシレーションを受けつつ冷却され凝固しつつ、鋳片として下方に引き抜かれる。このとき、通電コイル５には、数１０〜数１００Ｈｚの交流電流が通電されることにより、鋳型内に誘導磁場Bが生成され、これによって誘導電流Jが誘起される。この誘導電流Jと誘導磁場Bの作用により溶融金属２に電磁力Fが水冷鋳型の中心に向かう方向に作用し、メニスカス３近傍において溶融金属を凸状に盛り上げ、水冷鋳型との潤滑を円滑に維持しつつ凝固が進行する。
【００１４】
その結果、鋳片のオッシレーションマーク等を軽減し、表面性状を向上させることができるのであるが、図１に示すように、このコイルへの交流電流の通電によって、鋳型内の溶融金属には、コイルの垂直中心位置より上方では、下降し、一方、コイルの垂直中心位置より下方では、上昇する方向の流れ１１（誘起流）が誘起される。
【００１５】
一方、浸漬ノズル６からの溶融金属の吐出流７は、鋳型の短辺側の壁面付近でその流れ方向を下方に転じ、大部分が下降流９となるが、吐出流の一部は、上方に反転して上昇流１０となり、コイルへの交流電流の通電により生じた上記の誘起流１１と干渉し、上述のように、メニスカス近傍において流れに乱れが生じている。
【００１６】
発明者らは、この誘起流１１とこの上昇流１０との干渉によるメニスカス近傍の流れの乱れによる鋳片の表面性状の変動を抑制し、表面性状の優れた鋳片を得るための方法を検討した。
【００１７】
すなわち、鋳造条件から決まる短辺側の上昇流を、電磁力による誘起流に対して一定以下とする必要があるとの知見に基づき、ノズルの形状、鋳造条件などと、鋳片の表面性状との関係を詳細に検討した結果、本発明をなしたものである。
【００１８】
本発明では、まず、浸漬ノズル６の溶融金属の吐出部を、図２（ａ）に示すように、溶融金属を相対する鋳型壁面方向から壁面下方方向にかけて吐出させる２孔部１２と、ノズル直下の鉛直方向から相対する壁面方向にかけて吐出させるスリット部１３とを備える共に、スリット部１３を２孔部１２に連続して設けた構成とするものである。すなわち、浸漬ノズルの2孔部に連続してスリットを設けた構造とすることによって、図１に示すように、浸漬ノズルの直下から鉛直下方に向かう溶鋼の流れ、下降流８を生成させ、これによって、2孔部からの吐出流７の割合を制限し、この2孔部から短辺側(壁面)に向かう吐出流により生成する上昇流１０を緩和することができ、この上昇流と、上述の誘起流１１との干渉を抑制することができる。
【００１９】
さらに、このように構成した浸漬ノズルにおいて、上述のように誘起流と干渉する上昇流の強さを一定以下にするために、鋳造速度Ｖｃ、鋳造空間の厚さＴ、などの鋳造条件に応じて、上記の浸漬ノズルの２孔部とスリット部の吐出流の配分を決定すればよい。すなわち、スリット部と２孔部との吐出断面積の比β（＝スリット部の吐出断面積／２孔部の吐出断面積）が、ノズル2孔部の吐出角度および吐出断面積、電磁力による誘起流の速さＶ0などとの関係において、式(1)を満たすようにするものである。
【００２０】
（２√２・Ｔ・ＶｃCOSθ／Ｖ0√Ｓ1）−１   ＜  β          …（１）
なお、（１）式において、左辺が０以下の場合は、β＝０すなわちスリット部は設けないものとする。
【００２１】
式（１）において、βは、図２（Ｃ）示すように浸漬ノズル６の吐出部、すなわち、スリット部の吐出断面積Ｓ２と２孔部の吐出断面積Ｓ１との比（S２／S1）である。２孔部の形状は、円形、楕円形、矩形、多角形など特に制限されるものではないが、吐出流による溶融金属プール内の流れの乱れを少なくする観点からは、円形、楕円形などが好ましい。その断面積Ｓ１は、吐出口部（孔）の形状に応じて求めることができ、また、スリット部の吐出断面積Ｓ２は、各矩形断面積の和として求めることができる。
【００２２】
なお、スリットは、図２（ａ）に示すように、２孔部に連続して設けられ、かつスリットの厚さ方向の中心線と浸漬ノズルの2孔部の中心線とは、ほぼ同一方向となるように設けられるものとし、鋳造時においては、鋳型の長辺に平行になるように設置されるものとする。
【００２３】
また、図２（ｂ）に示すように、θは、２孔部の中心線が水平面となす角度（度）、すなわち吐出角であり、通常、−１５〜５５度、好ましくは０〜４５度である。
【００２４】
また、Ｔは、鋳造空間の厚さ（ｍ）であり、この場合は鋳型厚さ（鋳型短辺の長さ）である。水平断面形状が正方形の鋳型の場合は、何れかの辺の長さである。Ｖｃは、鋳造速度（ｍ／ｓ）であり、鋳造する溶融金属の種類、溶融金属の温度、鋳片のサイズなどの操業条件等を勘案して決められる。
【００２５】
Ｖ0は、通電コイルの電磁力によって誘起される溶鋼の流れ（誘起流）１１の速度(ｍ／ｓ)である。一般に合金は連続鋳造のような比較的凝固速度が速いとき、樹枝状に凝固（デンドライト）し、そのデンドライトは凝固成長中に流れの上流側に傾き、その角度は合金成分、流速で決まることが知られている。したがってこの誘起流の速度Ｖ0は、この方法により求めることができる。なお、数値計算によっても求めることができる。
【００２６】
図１に示すように、コイルの垂直方向中心位置の上方と下方とで互いに相反する方向の流れとなるが、（１）式におけるＶ0は、上方、下方のいずれかの誘起流の速度でも良いし、両者の平均速度としても良い。本発明においては、この流れの速度は、コイルの高さ位置近傍で測定した速度とすることが好ましい。すなわち、コイルの下端から上端にかけての範囲で速度を測定することにより、誘起流の速度測定において、浸漬ノズルからの吐出流や、溶融金属プール表面の変動の影響を受けることなく評価できるようにするためである。
【００２７】
例えば、Voを、通電コイルの３／４高さ相当、鋳型（長辺）幅の１／２、かつ鋳型壁から１ｃｍ内側の位置において、上述の方法により測定ないしは計算により求めることも好ましい。
【００２８】
【実施例】
幅が１５００ｍｍ、高さが８８０ｍｍ、厚み２５０ｍｍの鋳型のメニスカス部に、高さ１５０ｍｍのソレノイドコイルを、その上端がメニスカス位置になるようにセットし、また、メニスカスから３００ｍｍ深さとなる外径150ｍｍ、内径９０ｍｍの浸漬ノズルで、ノズル吐出口の性状を変えたものを用いて鋳造を行った。ノズルは、図２に示す形状とし、ノズルの吐出口部は、鋳型空間の短辺側に向かう直径６０ｍｍ、吐出角度θが15度、30度、45度を有する2孔部を有するもの3本、および、さらにそれぞれの下端に、鋳型長辺方向に平行となるように、２孔部に連続して設けた厚さａの異なるスリットを有するもの9本を用いた。
【００２９】
表１に、ノズルの２孔部の吐出角θと、これに設けたスリット厚さａを示す。
【００３０】
【表１】
0003718481.tif 000002
【００３１】
電磁コイルには、溶融金属の盛り上がりが、２０ｍｍとなるように周波数１５０Ｈｚの正弦波交流を通電し、鋳造速度は１．５ｍ／ｍｉｍとして、低炭素アルミキルド鋼を鋳造した。なお、このとき、通電コイルの３／４高さ近傍に相当する鋳片デンドライト傾角から測定した流速Voは０．２ｍ／ｓであった。
【００３２】
これらのノズルを用いて鋳造した鋳片の表面性状を測定し、その測定結果を、許容レベルの粗さで規格化した表面粗度として図３に示す。
【００３３】
図３から判るように、黒丸で示したスリット１を設けたものは、何れも式（１）の関係を満たしておらず、許容レベルで規格化した表面粗度を大きく超えるものが多く、ばらつきも大きい。
【００３４】
一方、本発明の関係を満たす、黒四角で示したスリット２を設けたもの、黒菱で示したスリット３を設けたものは、いずれも許容レベルを下回っており、そのばらつきも小さいことがわかる。
【００３５】
また、本発明の関係を満たしている中でも、特に、式（１）の関係を大きく満たしている黒菱で示したスリット３を設けたものは、同じく式（１）の関係を満たしている黒四角で示したスリット２を設けたものに比べてさらに安定した表面性状を有していることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、溶融金属に交流電磁場を付与しつつ連続鋳造するに際し、交流磁場によって溶融金属に誘起される流れと、浸漬ノズルからの吐出流との干渉が解消され、表面性状ならびに鋳片内質にも優れた鋳片を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続鋳造方法の実施例を示す概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の実施例のノズル形状を示す概略図であり、（ａ）、（ｂ）は断面図、（Ｃ）はノズルの吐出断面積の形状を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例におけるノズルのスリット厚みａ、吐出角θと、許容レベルで規格化した鋳片表面粗度との関係を示す図である。
【図４】電磁力を付与して連続鋳造する従来の方法の一例を示す断面概略図。
【図５】電磁力を付与して連続鋳造する従来の他の例を示す断面概略図。
【図６】電磁力を付与して連続鋳造する従来の他の例の概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図７】電磁ブレーキを使用した連続鋳造技術を示す概略図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。
【符号の説明】
１…水冷鋳型
２…溶融金属
３…メニスカス
４…パウダー
５…通電コイル
６…浸漬ノズル
７…２孔部からの吐出流
８…スリット部からの吐出流
９…下降流
１０…上昇流
１１…誘起流
１２…ノズルの２孔部
１３…ノズルのスリット部
２０…誘導電流
２１…誘導磁場
２２…電磁力
２３…電磁力誘起流れ
２４…波形発生装置
２５…電源装置
２６…励磁電流
２７…電磁コイル
２８…電磁コイル上端
２９…分散化した溶鋼下降流のフローパターン
３０…スリット状吐出口
S1…２孔部の吐出断面積
S2…スリット部の吐出断面積
θ…吐出角
ａ…スリット幅
Ｔ…鋳型の短辺長さ
B…誘導磁場
F…電磁力
J…誘導電流
【図１】
0003718481.tif 000003
【図２】
0003718481.tif 000004
【図３】
0003718481.tif 000005
【図４】
0003718481.tif 000006
【図５】
0003718481.tif 000007
【図６】
0003718481.tif 000008
【図７】
0003718481.tif 000009