(57)【要約】【課題】溶融金属を連続鋳造する方法において、鋳型に電磁力による鋳型振動を付与しつつ鋳造することで初期凝固を安定させ、鋳型と溶融金属間に潤滑作用および表面性状改善作用を付与しながら連続鋳造方法を提供する。【解決手段】鋳型外周にコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造方法において、鋳型オッシレーションの条件を以下の関係式が満足するように調整したことを特徴とする鋼の連続鋳造方法ｔＰ≧０．２・ｅｘｐ（−αＰ）−−−−−（１）ｔＮ≧０．１・ｅｘｐ（−βＰ）−−−−−（２）Ｓ≧４・ｅｘｐ（−γＰ）−−−−−−−　（３）ここで、ｔＰ　：ポジティブストリップ時間、ｔＮ　：ネガティブストリップ時間、Ｓ：オッシレーションストローク、Ｐ：盛り上がり高さ、α，β，γ：係数である。【選択図】　　　図１
2004042057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型外周にコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造方法において、鋳型オッシレーションの条件を以下の関係式が満足するように調整したことを特徴とする鋼の連続鋳造方法
ｔＰ≧０．２・ｅｘｐ（−αＰ）−−−−−（１）
ｔＮ≧０．１・ｅｘｐ（−βＰ）−−−−−（２）
Ｓ≧４・ｅｘｐ（−γＰ）−−−−−−−　（３）
ここで、ｔＰ　：ポジティブストリップ時間、ｔＮ　：ネガティブストリップ時間、Ｓ：オッシレーションストローク、Ｐ：盛り上がり高さ、α、β、γ：係数である。
【請求項２】
請求項１において鋳型外周に配置されたコイルに印加する交流電流を間歇的に印加したことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項３】
請求項１，２において鋳型外周に配置されたコイルに交流電流を印加しつつメニスカス近傍に直流磁界を印加したことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項４】
鋳型外周にコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造方法において、印加する電磁力に応じて鋳型オッシレーションの条件を調整できるようにしたことを特徴とする鋼の連続鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属を連続鋳造する方法に関し、特に、鋳型に電磁力による鋳型振動を付与しつつ鋳造することで初期凝固を安定させ、鋳型と溶融金属間に潤滑作用および表面性状改善作用を付与しながら連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鋼の連続鋳造においてはパウダーが鋳型内溶融金属プール上面に添加され、溶融金属からの熱で溶融したパウダーは、上下に振動する鋳型と、一定速度で引き抜かれる凝固シェルとの相対運動によって、これらの隙間に流入する。この溶融パウダーの流入の際に発生する動圧によってメニスカスや凝固シェル先端が変形する。この変形は鋳型オシレーションの周期で繰り返されるため、鋳片表面にはオシレーションマークと呼ばれる周期的な皺が形成される。この規則的な軽微なオシレーションマークの形成は、鋳造操業や鋳片表面品質の安定化にさほど影響は与えないにしても、深さのある重度のオシレーションマークの形成は、特定元素の偏析、気泡、介在物捕捉増加等の鋳片表面欠陥という問題に繋がることになる。
【０００３】
このような問題を解決する方法として、例えば、特開昭５８−３２８２４号公報には、図４に示すように、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い注入し、連続的に下方に引き抜く連続鋳造方法において鋳型１の周りに設けた電磁コイル５に交流電流を連続的に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。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、鋳型周りに設けた誘導コイルに発生した交流に印加することによって電磁力を間歇的に付与し、メニスカス部を凸状に湾曲させて鋳型内面の沿ったパウダーの送り込みを促進させるパウダーキャスティングにおいて、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する鋳型と鋳片間の潤滑を改善する連続鋳造方法が開示されている。更に、再公表ＷＯ９６／０５９２６号公報には、図５に示すように、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、前記鋳型内の凝固中の溶融金属２に、誘導電流２０と誘導磁場２１の方向から決まる鋳型壁１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２を凸状に盛り上げて連続鋳造する方法で、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て初期凝固を安定させ、鋳片表面性状を改善する方法が開示されている。
【０００４】
しかし、この方法においては、鋳型オシレーションの許容条件は従来の鋳造条件に比較して緩和されることになるが、ブレークアウト発生という別の問題が発生し、しかも、表面性状の改善効果がさほど得られないという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、溶融金属を連続鋳造する方法に際し、鋳型に電磁力による鋳型振動を付与しつつ鋳造することで初期凝固を安定させ、鋳型と溶融金属間の潤滑と表面性状改善する鋼の連続鋳造方法する方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【０００７】
（１）鋳型外周にコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造方法において、鋳型オッシレーションの条件を以下の関係式が満足するように調整したことを特徴とする鋼の連続鋳造方法
ｔＰ≧０．２・ｅｘｐ（−αＰ）−−−−−（１）
ｔＮ≧０．１・ｅｘｐ（−βＰ）−−−−−（２）
Ｓ≧４・ｅｘｐ（−γＰ）−−−−−−−　（３）
ここで、ｔＰ　：ポジティブストリップ時間、ｔＮ　：ネガティブストリップ時間、Ｓ：オッシレーションストローク、Ｐ：盛り上がり高さ、α、β、γ：係数である。
【０００８】
（２）上記（１）において鋳型外周に配置されたコイルに印加する交流電流を間歇的に印加したことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【０００９】
（３）上記（１），（２）において鋳型外周に配置されたコイルに交流電流を印加しつつメニスカス近傍に直流磁界を印加したことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【００１０】
（４）鋳型外周にコイルを配置し交流電流を印加しつつ溶融金属のメニスカス部にピンチ力を付与しつつ凝固させる連続鋳造方法において、印加する電磁力に応じて鋳型オッシレーションの条件を調整できるようにしたことを特徴とする鋼の連続鋳造装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明による方法を実施するための連続鋳造装置の概略を示す横断面である。水冷鋳型１の周囲には交流電流を通電するための通電コイル５が、その上端がメニスカス３の位置となるように前記水冷鋳型１に埋設して配設されている。鋳造時には、水冷鋳型１の上方のタンディシュ（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１内に供給される。
【００１３】
浸漬ノズルからの溶融金属の吐出方向は、短辺方向に向けて吐出、長辺、短辺それぞれの面に向けて吐出、プール下方に向けて吐出、これらの重ね合わせ等、鋳造条件によって様々な方向があるが、以下の説明においては、スラブ鋳造において浸漬ノズルの吐出方向が短辺方向である場合を例にとって説明する。
【００１４】
なお、以下の説明においては、水冷鋳型の水平断面形状は長方形である鋳型とする。前記水冷鋳型１内の溶融金属２の表面には潤滑剤としてパウダー４が供給され、溶融金属２は水冷鋳型１の上下動によるオッシレーションをうけつつ冷却され、凝固しつつ鋳片として下方に引き抜かれる。この時、通電コイル５には、数十〜数百Ｈｚ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が生成し、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１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１との潤滑を円滑に維持しつつ凝固が進行する。
【００１５】
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改善することが可能となるが、オッシレーションの条件によってその効果は異なることが考えられるため、オッシレーション条件について検討した。図２に鋳型オッシレーション条件と鋳造速度との関係を示す。ポジティブストリップ時間とは、鋳型速度が鋳片の引き抜き速度よりも遅い時間帯を示し、ネガティブストリップ時間とは、鋳型速度が鋳片引き抜き速度よりも早い時間を示す。一般的にポジティブストリップ時間とパウダー消費量との相関が認められることから、パウダー消費量を確保する上である一定時間以上確保する必要があると言われている。一方、ネガティブストリップ時間については、操業中の湯面レベル変動は０にはできないため、湯面レベル変動時に一旦鋳型に拘束された凝固シェルを確実に引き抜かれている凝固シェルに押し込み接合させるため、一定時間確保することが必要とされている。また、一般的にオッシレーションマーク深さを低減するために、オッシレーションのストロークを短く、かつ振動数を高めることが行われるが、振動数が過大となりすぎるとメニスカスの変形が追随せず、逆にオッシレーションマーク深さが深くなることもあり、適正なオッシレーション条件があることが知られている。
【００１６】
そこで、メニスカス部近傍に加える電磁力と鋳型オッシレーション条件を種々変化させて鋳造し、ブレークアウトの発生の有無、パウダー消費量、オシレーションマーク深さとの関係を調査した。その結果、付与する電磁力の強さすなわち、溶融金属の盛り上がり高さが高くなるほど、ポジティブストリップ時間、ネガティブストリップ時間共に最小値は低くなり、安定的に鋳造できる範囲は下記式で表現できることを知見した。
【００１７】
なお、盛り上がり高さについては図４のように定義する。電磁力を印加した場合の厚み中央近傍での湯面レベル（図４（ｂ））と電磁力を印加してない場合の湯面レベル（図４（ａ））との差を盛り上がり高さとする。測定方法については、例えば、鋳型内に銅被覆した鉄ワイヤーを厚み方向に数本浸漬し引き上げることで湯面レベルの形状を測定することができ、電磁力の各印加条件で比較することで盛り上がり高さを定義することができる。
【００１８】
ｔＰ≧０．２・ｅｘｐ（−αＰ）−−−−−（１）
ｔＮ≧０．１・ｅｘｐ（−βＰ）−−−−−（２）
ポジティブストリップ時間並びにネガティブストリップ時間の最小値が電磁力の印加により小さくなる理由は、電磁力を付与することで溶融金属のメニスカス部と鋳型間のギャップが拡大するために必然的にパウダー流入量が増えることになる。これは、印加する電磁力、すなわち、溶融金属の盛り上がり高さと関係しており、溶融金属の盛り上がり高さが大きくなれば前記ギャップの拡大量が増大することになる。そのため、パウダー流入量を確保する意味で設けているポジティブストリップ時間は短くできることになる。また、ネガティブストリップ時間については、凝固シェルが鋳型に拘束される可能性が低下し、結果として凝固シェルへの押し込み力を確保し、拘束性ブレークアウトを回避するために設けてあるネガティブストリップ時間の最低値を短くすることが可能となる。尚、鋳造中の湯面レベル変動は操業上０にすることはできないため、電磁力を印加した条件においてもポジティブストリップ時間、ネガティブストリップ時間いずれもいくらかの時間が必要であり、鋳造速度と電磁力の関係から規定されることになる。
【００１９】
オシレーションマーク深さとの関係に関して、局部的にオッシレーションマーク深さが深くなるストロークと電磁力との関係については以下の式で表現されることを知見した。これは、電磁力を印加しない場合にストロークを短くすることでメニスカスの変形が追随しきれずオシレーションマークの乱れが確認されたが、電磁力を印加することでメニスカス部と鋳型間の距離が拡大することでオシレーションに伴うメニスカスの変形の影響が伝播されにくくなるため、許容されるオッシレーションのストロークを電磁力によってより短いストロークまで可能にすることができることによる。また、同じストロークの中では（２）式で示される条件の中でネガティブストリップ時間が短いほどオシレーションマーク深さは浅くすることができた。
【００２０】
Ｓ≧４・ｅｘｐ（γＰ）−−−−−（３）
なお、電磁力を間歇的に印加する場合とピンチ力に加え湯面でのミクロ的な変動を防止する意味でメニスカス近傍に直流磁場を併せて重畳させた場合についても同様の調査を行ったが、ほぼ同じ関係式を満足することで安定鋳造が可能でかつオシレーションマーク深さを浅くすることができた。また、オッシレーションの波形については、鋳型と鋳片との相対速度が問題であるため、一般的に用いられる正弦波に限定されることはなく、三角波であっても非正弦波であっても構わない。
【００２１】
【実施例】
幅：１５００ｍｍ、高さ：８８０ｍｍ、厚み：２５０ｍｍを有する鋳型のメニスカス部に、高さ：１５００ｍｍ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設置し、また、メニスカス位置から３００ｍｍの深さとなる外径：１５０ｍｍ、内径：９０ｍｍの浸漬ノズルを用いた。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：１．５ｍ／分として幅：１５００ｍｍ、厚み：２５０ｍｍの低炭素アルミキルド鋼鋳片を鋳造した。鋳型オッシレーション条件としては、ストローク：８ｍｍで振動数を様々に変化させて鋳造を行った。この結果を図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。
【００２２】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）からわかるように、電磁力を印加しない条件ではネガティブストリップ時間が０．１秒未満、ポジティブストリップ時間が０．２秒未満の場合にはブレークアウトが発生したが、電磁力を付与しその電磁力に応じてオシレーション条件を設定した場合にはブレークアウトの発生は認められなかった。また、電磁力を印加せずオッシレーションのストロークが３．５ｍｍの条件で鋳造した場合にはオッシレーションマークの乱れが確認されたが、印加する電磁力に応じてストロークを短くしネガティブストリップ時間の低減を図った条件ではオッシレーションマークの乱れは観察されずかつオシレーションマーク深さも低減しており、表面性状が極めて良好な鋳片を得ることができた。
【００２３】
なお、鋳造速度が高速になるにつれ振動数はハイサクルにする、あるいはそれでも不十分な場合はオッシレーションのストロークを長くすることが一般的であるが、本方法を用いることでオッシレーション条件の許容範囲は大幅に拡大する。あわせてオッシレーションマーク深さを浅くできるため、鋳片表皮下の品質の向上がはかりつつ鋳造速度の高速化が図れる。さらに、鋳片厚が１００ｍｍ弱の薄スラブを高速で鋳造する方法に本発明を適用することで、鋳型振動の負荷は大幅に低減し、安定して高速鋳造を行うことができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は鋳型外周に設置したコイルに交流電流を印加することによって溶融金属のメニスカス部にピンチ力を作用させ、溶融金属を上に凸状に盛り上げた状態でその盛り上がり高さとオッシレーション条件を特定することで、メニスカス部のオッシレーションに伴う変形の抑制と潤滑確保が同時に図れ、ブレークアウトを防止しつつ表面性状良好な鋳片を安定的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による連続鋳造の実施例を示す概略図。
【図２】本発明による連続鋳造における電磁力のネガティブストリップタイムとポジティブストリップタイムとの関係を示す図。
【図３】（ａ）は溶鋼盛り上がり高さとネガティブストリップ時間との関係を示す図で、（ｂ）は溶鋼盛り上がり高さとポジティブストリップ時間との関係を示す図で、（ｃ）は溶鋼盛り上がり高さとストロークとの関係を示す図である。
【図４】溶鋼盛り上がり高さの定義を示す図で、（ａ）は電磁力を印加しない場合の溶鋼盛り上がり高さを示す図で、（ｂ）は電磁力を印加した場合の溶鋼盛り上がり高さを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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