(57)【要約】【課題】  鋳型内溶鋼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、貫通するスリットを有しない連続鋳造用鋳型３を用い、鋳型内溶鋼湯面９の上方に設置した電磁コイル４から高周波電磁場を印加しながら溶鋼５を連続鋳造するに際し、前記電磁コイルの下端と鋳型内溶鋼湯面との距離が１００ｍｍ以下となるように、鋳型内溶鋼の湯面位置を制御しながら鋳造する。この場合に、前記電磁場の周波数は２〜３５kHz であることが好ましい。【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、貫通するスリットを有しない連続鋳造用鋳型を用い、鋳型内溶鋼湯面の上方に設置した電磁コイルから高周波電磁場を印加しながら溶鋼を連続鋳造するに際し、前記電磁コイルの下端と鋳型内溶鋼湯面との距離が１００ｍｍ以下となるように、鋳型内溶鋼の湯面位置を制御しながら鋳造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、高周波電磁場の鋳型での減衰を防止するために、鋳型に貫通するスリットを設ける、若しくは電磁場の浸透が可能な特殊な電磁鋳型を使用することが前提となっている。しかしながら、スラブの鋳造に際してこのような鋳型を用いると、鋳型の強度が著しく低下し、長期間の連続鋳造操業は困難である。
【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、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、貫通するスリットを有しない連続鋳造用鋳型を用い、鋳型内溶鋼湯面の上方に設置した電磁コイルから高周波電磁場を印加しながら溶鋼を連続鋳造するに際し、前記電磁コイルの下端と鋳型内溶鋼湯面との距離が１００ｍｍ以下となるように、鋳型内溶鋼の湯面位置を制御しながら鋳造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、通常鋳型を用いた連続鋳造において、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り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、電磁コイルを鋳型の内面側に設置した例を示している。尚、図１及び図２は、スラブ鋳片の厚み方向から見た図である。
【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、鋳型内溶鋼のメニスカス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。尚、鋳型３には、電磁力による誘導電流を遮断するための貫通するスリットは設置されておらず、通常の鋳型である。当然ながら、鋳型冷却のための冷却水の流路であるスリットは、鋳型３の背面側に設置されている。また、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。
【００１３】
メニスカス９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。図１では、鋳型３の上方に、鋳型３のほぼ全周に亘って電磁コイル４が設置されている。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。
【００１４】
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以下とする必要があり、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。
【００１５】
一方、図２では、メニスカス９の上方であり、且つ、鋳型３の内面側の鋳型内周に沿った位置に電磁コイル４が設置されている。但し、図２のように、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の内側を流れるため、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、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のように、鋳型３の上方に設置する方が好ましい。図２に示す位置に電磁コイル４を設置する場合も、電磁コイル４の下端とメニスカス９との距離は１００ｍｍ以下とする必要があり、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。また、上記と同様に、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ない。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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（試験２〜６）。また、比較のために電磁場なしの試験（試験１）も行った。
【００２３】
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に各試験の周波数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、電磁場なし時（試験１）の頻度を１００として、指数化して示した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示すように、電磁場なしの鋳片では、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３〜６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。
【実施例２】
【００２６】
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と電磁コイル下端との距離が２０〜２００ｍｍの範囲の所定の値になるようにタンディッシュからの溶湯供給を制御した。
【００２７】
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場合と、前述した図２に示すように鋳型の内面側に設置した場合の２水準で設置した。電磁コイルのサイズは、鋳型の上方に設置したものは、内径８０ｍｍ角、外径１５０ｍｍ角、高さ２０ｍｍであり、鋳型の内面側に設置したものは、内径７０ｍｍ角、外径９０ｍｍ角、高さ４０ｍｍであり、巻き数は両者とも１ターンである。
【００２８】
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１０kHz とし、鋳型内のメニスカス位置と電磁コイル下端との距離を２０〜２００ｍｍの範囲で５水準に変化させた（試験７〜１２）。鋳型内のメニスカス位置と電磁コイル下端との距離が５０ｍｍの水準では、電磁コイルを鋳型の上方に設置した場合（試験８）と、鋳型の内面側に設置した場合（試験１２）とで比較した。
【００２９】
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２に、各試験での鋳型内のメニスカス位置と電磁コイル下端との距離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、コイル下端とメニスカスとの距離が２００ｍｍ（試験１１）の頻度を１００として、指数化して示した。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
表２に示すように、鋳型内のメニスカス位置と電磁コイル下端との距離を１００ｍｍ以下とした試験７〜９及び試験１２では、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。但し、鋳型内のメニスカス位置と電磁コイル下端との距離を２０ｍｍとした試験７では、鋳型内メニスカスのレベル制御が困難であり、モールドパウダーのオーバーフローが発生した。一方、鋳型内のメニスカス位置と電磁コイル下端との距離が１００ｍｍを越えた試験１０〜１１では、明確なオシレーションマークが存在していた。また、鋳型内のメニスカス位置と電磁コイル下端との距離を１００ｍｍ以下とした試験７〜９及び試験１２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。
【００３２】
尚、電磁コイルを鋳型の内面側に設置した試験１２では、試験８に比較して、表面性状、及び介在物・気泡の改善効果が小さいことが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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】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内面側に設置した例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
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
【図１】
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【図２】
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