(57)【要約】【課題】  鋼の連続鋳造において、貫通するスリットを有する鋳型を用いるにも拘わらず鋳型の変形を防止して長期間の操業が可能であり、且つ、鋳型内溶鋼のメニスカス近傍の凝固シェルに効率的に高周波の電磁場を印加してオシレーションマークを軽減させるとともに、気泡及び介在物の浮上を促進させ、品質の良好な鋳片を製造する。【解決手段】  水冷機構を有し、鋳型内の溶鋼湯面９よりも上方にのみ貫通するスリット１０を有する連続鋳造用鋳型３を用い、高周波電磁場を鋳型内溶鋼湯面に印加しながら溶鋼を連続鋳造するに際し、前記高周波電磁場を印加する電磁コイル４を鋳型の上方または鋳型の周囲に配置し、鋳型内溶鋼湯面の位置よりも上方から高周波電磁場を印加する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷機構を有し、鋳型内の溶鋼湯面よりも上方にのみ貫通するスリットを有する連続鋳造用鋳型を用い、高周波電磁場を鋳型内溶鋼湯面に印加しながら溶鋼を連続鋳造するに際し、前記高周波電磁場を印加するための電磁コイルを鋳型の上方または鋳型の周囲に配置し、鋳型内溶鋼湯面の位置よりも上方から高周波電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】
前記電磁場の周波数は２〜３５kHz であ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型内の溶鋼の湯面近傍に湯面上方から高周波の電磁力を作用させ、鋳片の品質を向上させることを可能とする電磁力を利用した鋼の連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水冷された鋳型内に溶鋼を注入し、凝固した鋳片を連続的に鋳型内から引抜いて連続鋳造を実施する際に、鋳片の凝固は、鋳型の壁面から開始して薄い凝固シェルを形成し、凝固シェル厚みを増大しつつ進行する。また、連続的な引抜きに伴う鋳型と凝固シェルとの潤滑を促進させるために、鋳型を振動させて、鋳型と凝固シェルとの間にフラックス（モールドパウダー）を強制的に流し込みながら鋳造している。この時、凝固シェルには大きな力が加わり、凝固シェルの変形によるオシレーションマークなどの鋳片表面の欠陥や、凝固シェルの破断（ブレークアウト）のような種々の問題が発生する。このような問題は鋳造速度の増大に伴って、より顕著となる。
【０００３】
これらを解決するには、凝固シェルの強度を維持しつつ、鋳型と凝固シェルとの摩擦力を低減させ、凝固シェルの健全性を高めることが必要であり、そのために、高周波の電磁力による鋳型内湯面形状の制御機能を利用した連続鋳造方法が検討されている。
【０００４】
単体の電磁コイルによって高周波電磁場を連続鋳造鋳型内の溶鋼湯面（以下「メニスカス」とも記す）に印加する方法は従来から研究されており、例えば特許文献１に示されるように、連続鋳造用鋳型の外周に電磁コイルを配置して、溶鋼のメニスカス部に高周波の電磁場を印加する方法が一般的である。特許文献１には、電磁場の強度を制御する手段として遮蔽スクリーンを用いた例も示されている。また、種々の電磁場効果を利用するために、複数の電磁コイルを配置することもある。例えば特許文献２では、鋳型の外周に上下２段の電磁コイルを、鋳型上部に貫通するスリットが設けられた鋳型（「櫛型鋳型」とも呼ぶ）の背面に配置して、溶鋼を連続鋳造する方法が提案されている。この技術は、２つの電磁コイルを用いて、異なる改善効果を同時に得ようとするものであり、各電磁コイルの持つ役割は異なっている。同様に、特許文献３に示すように、上段の電磁コイルをメニスカス上方の鋳型の内面側に配置する方法も提案されている。
【０００５】
これらの方法では、鋳型の背面に、高周波の電磁場を発生する電磁コイルを設置することから、鋳型に貫通するスリットを設けることが前提となっている。しかも、このスリットは鋳型内のメニスカスよりも下方まで設置されており、スリットの隙間は溶鋼がスリットに差し込まないようにするために極めて狭いものであるが、例えば耐火物を充填するなどして溶鋼の差し込みを防止している。従って、スラブの鋳造に際して、このような鋳型を用いると、スリットの存在によって鋳型の強度が低下し、且つ、スリットの存在により鋳型の冷却能が低下して鋳型の温度が上昇し、これらによって鋳型の変形が激しくなり、長期間の連続鋳造操業は著しく困難である。
【０００６】
一方、通常鋳型を使用して、メニスカス上方の鋳型の内面側に電磁コイルを設置し、この電磁コイルから電磁場を印加する方法に関しては、特許文献４に示す交流電磁場印加方法が提案されているが、印加する電磁場は交流電磁場としているだけで、どの程度の周波数かは明確でない。また、電磁場印加の目的は、主として溶鋼の加熱及び溶鋼の流動制御を目的としており、電磁場の有する形状制御機能を狙ったものではない。
【特許文献１】特開平８−３３９５９号公報
【特許文献２】特開平８−１４１７１０号公報
【特許文献３】特開平８−１８７５６３号公報
【特許文献４】特開平７−２５６４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、鋳型内のメニスカス部に高周波電磁場を印加して溶鋼を連続鋳造するに当たり、貫通するスリットを有する鋳型を用いるにも拘わらず鋳型の変形を防止して長期間の連続鋳造操業が可能であり、且つ、メニスカス近傍の凝固シェルに効率的に高周波の電磁場を印加してオシレーションマークを軽減させるとともに、気泡及び介在物の浮上を促進させ、品質の良好な鋳片を製造することのできる、鋼の連続鋳造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための第１の発明に係る鋼の連続鋳造方法は、水冷機構を有し、鋳型内の溶鋼湯面よりも上方にのみ貫通するスリットを有する連続鋳造用鋳型を用い、高周波電磁場を鋳型内溶鋼湯面に印加しながら溶鋼を連続鋳造するに際し、前記高周波電磁場を印加するための電磁コイルを鋳型の上方または鋳型の周囲に配置し、鋳型内溶鋼湯面の位置よりも上方から高周波電磁場を印加することを特徴とするものである。
【０００９】
第２の発明に係る鋼の連続鋳造方法は、第１の発明において、前記電磁場の周波数は２〜３５kHz であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スリットを鋳型内のメニスカスよりも上方にのみ設置するので、スリットの部位の鋳型温度は左程上昇せず、スリットを設けることに起因する鋳型の変形を防止することができ、該鋳型の長期間の使用が可能となる。また、鋳型にスリットを設けることによって電磁場の減衰が抑制されるので、鋳型内のメニスカス近傍の凝固シェルに効率的に電磁場を印加することができ、電磁場から誘起される電磁力によってオシレーションマークを軽減させ、また、印加電磁場の周波数を適正に制御することにより、介在物及び気泡の浮上分離が促進され、鋳片の品質を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１及び図２は、本発明を鋼のスラブ連続鋳造機に適用した例を示す連続鋳造機鋳型部の概略図であり、図１は、電磁コイルを鋳型の上方に設置した例を示し、図２は、図１の斜視図である。但し、図１は、スラブ鋳片の厚み方向から見た図であり、図２では、鋳型の上方に設置される電磁コイルを省略している。
【００１２】
図１及び図２において、タンディッシュ１の底部に配置された浸漬ノズル２の吐出孔８を介して、タンディッシュ１から鋳型３に溶鋼５が注入されている。鋳型３は冷却水によって冷却されており、鋳型３に注入された溶鋼５は鋳型３によって冷却され、鋳型３との接触面に凝固シェル６を形成する。そして、凝固シェル６を外殻とし、内部を未凝固の溶鋼５とする鋳片は連続的に下方に引抜かれ、鋳型内のメニスカス９の位置がほぼ一定位置に保持される。凝固シェル６は下方に引抜かれるに応じて、鋳型３による冷却によって、凝固シェル厚みを増加させる。メニスカス９の上には、凝固シェル６と鋳型３との潤滑剤、メニスカス９を空気から遮断するための酸化防止剤、保温剤などの機能を有するモールドパウダー７が添加されている。
【００１３】
鋳型３の上部には、貫通するスリット１０が設置されている。このスリット１０により、高周波電磁力による鋳型３での誘導電流が遮断され、鋳型３による高周波電磁場のロスが抑制される。この場合、鋳型３の熱変形を避けるためにはスリット１０の下端をメニスカス９から離すことが望ましいが、余りに離すと鋳型内への磁場浸透ロスが大きくなることから、スリット１０の下端をメニスカス９から３０ｍｍ程度とすることが好ましく、より好ましくは１０ｍｍ程度とする。但し、鋳型３の熱変形を抑制するために、スリット１０がメニスカス９よりも必ず上方にのみ存在するように、メニスカス９の位置を制御する必要がある。スリット１０の隙間は、溶鋼５や溶融したモールドパウダー７がスリット１０の内部に差し込まないようにするために狭くする。具体的には、２．０ｍｍ以下程度とする。尚、凝固シェル６の凝固収縮や変形による欠陥発生を防止する目的で、鋳型３にテーパーを付与すると、より安定した鋳造が可能となる。
【００１４】
メニスカス９の上方で且つ鋳型３の上方には、鋳型内の溶鋼５に対して高周波電磁場を印加するための電磁コイル４が設置されている。この電磁コイル４は、鋳型３のほぼ全周に亘って設置されている。この場合、電磁コイル４をメニスカス９に接近させるという観点から、鋳型３と電磁コイル４とはできるだけ近接させることが望ましく、絶縁帯などを介して一体型としてもよい。また、電磁コイル電流は電磁コイル４の内側を流れることから、図１のように、電磁コイル４の内側が鋳型３の内面側に張り出す形状とすることが望ましい。
【００１５】
電磁コイル４とメニスカス９との距離は、あまり大きくすると電磁場が溶鋼浴に有効に作用しないので、電磁コイル４の下端とメニスカス９との距離は１００ｍｍ以下とすることが好ましく、望ましくは５０ｍｍ以下となるように、メニスカス９の位置を制御する。一方で、電磁コイル４の下端とメニスカス９との距離を３０ｍｍ以下のように余りに小さくし過ぎると、メニスカス９と鋳型上端との距離も短くなるので、メニスカス９の位置の制御が困難となり、メニスカス９に供給されるモールドパウダー７などが鋳型３からオーバーフローしたりすることが発生するので、操業に不具合がない程度の距離を確保することが好ましい。
【００１６】
図１では、電磁コイル４を鋳型３の上方に配置したが、電磁コイル４を鋳型３の外周に鋳型３を取り巻くように設置しても構わない。但し、その際に、スリット１０が存在しないと電磁場が鋳型内に浸透しないので、スリット１０の下端よりも上部側に電磁コイル４を設置する必要がある。
【００１７】
このようにして電磁場を鋳型内の溶鋼５に印加すると、電磁力によりメニスカス９の形状が安定化するために、鋳型振動による初期凝固部の湯面乱れが抑制され、オシレーションマークに代表される湯面変動起因の表面欠陥が著しく減少する。この時、電磁場の周波数はおよそ２kHz 以上とすることが好ましい。２kHz 未満であると、電磁場の溶鋼内部への浸透深さが増大し、溶鋼流動の増大による湯面乱れが大きくなることから、表面性状の改善効果が得られがたい。尚、メニスカス９の上方であっても、鋳型３の内面側に電磁コイル４を配置すると、前述のようにコイル電流は電磁コイル４の内側を流れるので、メニスカス９の中央部への電磁場印加効果が大きくなり、逆に、初期凝固部つまり凝固シェル６に効果的に電磁場を印加することができない。従って、図１に示すように鋳型３の上方に設置する、或いは鋳型３の外周に設置する必要がある。
【００１８】
電磁場（電磁力）の印加により、溶鋼５の表層は表面圧力を受ける。この圧力がメニスカス９の形状制御作用として働くが、加えて、電磁斥力による気泡・介在物の浮上促進効果が得られる。ここで、これらの効果は電磁場の周波数に依存する。即ち、周波数が低いと電磁場の浸透深さが大きくなり、電磁場の影響を受ける範囲が増大するが、電磁力自体は減少してしまい、気泡・介在物を浮上させ得るだけの力が生じない。また、電磁力は溶鋼流動の誘起のために働き、その分、形状制御効果は小さくなる。一方、周波数が高いと、電磁力は大きくなり、電磁場が溶鋼５の表層に集中して形状制御効果は増大するが、電磁場の影響を受ける範囲は狭くなる。
【００１９】
ここで、本発明者等は、表層２〜３ｍｍに有効に働く電磁場の周波数を検討した結果、２〜３５kHz の場合に、気泡・介在物の浮上促進効果が得られる可能性があることが分かった。このように気泡・介在物が溶鋼５の表面に集積できれば、溶融したモールドパウダー７による除去や、鋳片の表面手入れによって高品質の鋳片が得られる。
【００２０】
尚、本発明は上記の説明の範囲に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。上記説明はスラブ連続鋳造機に適用した例であるが、ブルーム連続鋳造機やビレット連続鋳造機であっても、またその断面が矩形以外であっても、上記に沿って本発明を適用することができる。また、通常、電磁コイル４の中心軸は鋳型３の中心軸と並行または一致していることが一般的であるが、偏心させても問題はなく、また更に、鋳型形状に合わせて複数の電磁コイルを配置してもよい。
【実施例１】
【００２１】
厚み１００ｍｍ、幅１００ｍｍの鋳片を鋳造可能な連続鋳造試験機を用いて鋼の鋳造実験を行った。鋳造鋼種は、炭素濃度が０．０５質量％の炭素鋼で、タンディッシュ内の溶鋼過熱度を３０℃とした。高周波誘導加熱炉で鋼を１００ｋｇ溶解し、成分・温度調整の後に、タンディッシュを介して浸漬ノズルより水冷鋳型の内部に溶鋼を注入した。鋳型振動条件は、振動数６０ｃｐｍ、振幅±４．５ｍｍとし、鋳型内溶鋼の上面にモールドパウダーを投入しつつ、０．８ｍ／分の引抜き速度で鋳造した。鋳型内のメニスカス位置が電磁コイルの下端から５０ｍｍの位置になるようにタンディッシュからの溶鋼の供給を制御した。また、スリット下端とメニスカスとの距離は、５ｍｍ、１０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍの４水準とした。
【００２２】
電磁コイルは、前述した図１に示すように、鋳型の上方に設置した。電磁コイルのサイズは、内径８０ｍｍ角、外径１５０ｍｍ角、高さ２０ｍｍであり、巻き数は１ターンである。
【００２３】
鋳造が安定した後に、電磁コイルによる電磁場の印加を実施した。印加電磁コイル電流は９０００Ａとし、電磁場周波数は１〜４０kHz の範囲で５水準に変化させた。一部の試験では電磁コイル（内径１４０ｍｍ角、外径２１０ｍｍ角、高さ２０ｍｍ）を鋳型外周に設置した。また、比較のために電磁場を印加しない試験も行った。
【００２４】
鋳造された鋳片を目視で観察してオシレーションマークの有無を調査した。また、鋳片表面から１ｍｍごとに段削を行い、表層５ｍｍまでの介在物・気泡の存在頻度を計測して比較した。表１に各試験の試験条件及び鋳片の調査結果を示す。尚、鋳片の介在物・気泡の存在頻度は、電磁場を印加しないとき（試験１）の頻度を１００として指数化して示した。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１に示すように、電磁場を印加しない鋳片では、明瞭な横縞状の凹み、即ちオシレーションマークが存在したが、電磁場の印加によってオシレーションマークが軽減されることが確認できた。また、周波数を２kHz 以上とした試験では、鋳片の介在物・気泡の存在頻度が少なく、電磁場の印加によってこれらが減少することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を鋼のスラブ連続鋳造機に適用した例を示す連続鋳造機鋳型部の概略図であり、電磁コイルを鋳型の上方に設置した例を示す図である。
【図２】図１の斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  タンディッシュ
２  浸漬ノズル
３  鋳型
４  電磁コイル
５  溶鋼
６  凝固シェル
７  モールドパウダー
８  吐出孔
９  メニスカス
１０  スリット
【図１】
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【図２】
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