CN100372634C - 金属的连铸方法及其装置 - Google Patents

Abstract

提供一种金属连铸方法，在浸渍喷嘴排出口上方或下方的位置上，将直流磁场和交流磁场重叠地外加在连铸厚度方向上，使上述交流磁场从连铸宽度的两端向中心左右对称地移动。还提供一种金属液连铸装置，在将金属液向铸模内浇注的装置上，具有将磁场外加在浸渍喷嘴排出口上方及下方部位上的机构；产生交流磁场的线圈和产生直流磁场的线圈缠绕在共同的铁心上，该交流磁场从连铸宽度的两端向中心左右对称地移动，使磁场方向与连铸厚度方向一致地将外加磁场的机构配设在铸模的连铸厚度方向两侧。通过本发明，可使来自排出流的向上流股和向下流股减弱，还可使凝固毂前面的钢液流动活跃，能够防止形成涡流和滞流，故能够生产高质量连铸坯。

Description

金属的连铸方法及其装置

本申请是分案申请，其母案申请号为00128484.3，母案申请日为2000年11月17日，母案的发明名称为金属的连铸方法及其装置。

技术领域

本发明涉及钢的连铸过程中利用磁场对钢液的流动进行控制的连铸方法及装置。

背景技术

在连铸过程中，将液态金属(金属液)向铸模内浇注时，多用浸渍喷嘴。这种情况下，若金属液表面的流速太大，则会将金属液上部的助熔剂卷入，若金属液表面的流速太小，则金属液往往会在其位置上滞流而产生偏析，最终形成表面偏析。减少这种表面缺陷的办法，众所周知的方法是将静磁场及(或)移动磁场(交流移动磁场)外加在铸模内的金属液内，对金属液的流速进行控制。

但是，该方法存在着下述问题：用静磁场对金属液流进行制动(电磁制动)时，金属液容易在滞流位置上产生偏析；用移动磁场搅拌(电磁搅拌)金属液时，在流速大的位置上容易将助熔剂卷入(卷入熔剂)。

关于解决这个问题的办法，人们提了若干个对磁场的施加方法进行过研究的方案。例如，特开平9182941号公报中所揭示的利用移动磁场周期性地使金属液的搅拌方向相反，防止夹杂物从搅拌部向下方扩散的方法；在特开平8187563号公报中揭示的根据铸模振动。相应地改变高频电磁力的大小，以防止拉漏的方法；特开平8267197号公报中揭示的、转换电磁制动力时磁通密度变化率具有斜度，使钢液流动的变化减小，可防止产生夹杂物缺陷的方法；特开平8155605号公报中揭示的、通过连续的低导电层将10～1000Hz的水平方向移动磁场外加在铸模厚度方向上，对金属液施加收缩力，减小铸模与金属液之间的接触压力的方法。

但是，无论哪一种方法，移动磁场都会引起很大的金属液流动，或在静磁场小的部位使金属液流速增大，不能充分地防止助熔剂卷入。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属连铸方法，这种连铸方法打破了现有技术的界限，可获得助熔剂卷入极少、在金属表面附近捕捉的气泡或非金属夹杂物、及表面偏析级少的连铸坯.

本发明者为了达到上述目的，反复进行了锐意调查，结果获得了下述知识。

发明A：外加非移动振动交流磁场

1)静磁场对金属液流动的控制对防止助熔剂的卷入及夹杂物的侵入极为有效，但在磁场强时流速减小，因在金属液表面产生半凝固现象而引起表面偏析⑤(参照图1)。

2)利用移动磁场控制金属液流动，虽可防止表面偏析⑤、或防止捕捉凝固界面上的异物(气泡或非金属夹杂物)，但由于金属液流速②加快，故容易产生助熔剂卷入现象，卷入的助熔剂③的量容易增加(参照图1)。

3)为了既可抑制助熔剂的卷入、又可防止金属液表面的半凝固、及凝固界面捕捉异物，使不引起大的流动、只产生振动的电磁力作用于金属液的方法非常有效，这种电磁力可利用不移动、而进行振动的交流磁场(下称非移动振动磁场)产生。

本发明是基于这种知识而开发的。

即，本发明为一种金属连铸方法，其特征在于：将非移动振动磁场外加于铸模内的金属液中，只引起该金属液振动。

上述非移动振动磁场最好是将线圈安装在铁心上构成的电磁铁在铸模厚度方向的两侧相向地配列在铸模宽度方向上，并且各线圈中通入单相交流电流而形成的。

上述铁心可以是各自分开的单个铁心，也可以是作为线圈安装部的具有梳齿部的梳状铁心。

上述单相交流电流的频率最好为0.10～60Hz。

另外，也可将直流磁场和产生非移动振动磁场的交流磁场重叠地外加在连铸坯厚度方向上。

发明B：间歇地外加静磁场

1)利用静磁场控制金属液流动虽可极有效地防止助熔剂卷入及防止夹杂物侵入，但磁场强时如图6的左半部分所示，流速减小，因金属液表面凝固而产生偏析.

2)利用移动磁场控制金属液流动如图6的右半部分所示，金属液流速加快，故容易产生助熔剂卷入现象。

即，在金属液表面产生流速小的区域，在这里一旦形成半凝固状态就会产生偏析，最终会产生产品缺陷，但是，为了避免引起产品缺陷而使金属液产生快速流动时，会加速助熔剂卷入而产生新的缺陷。

3)为了既能抑制助熔剂卷入、又可防止在金属液表面形成半凝固现象，间歇地外加静磁场的方法极为有效。

本发明金属连铸方法的特征在于，在连铸厚度方向上边外加静磁场，边进行浇注的金属连铸方法中是间歇地外加静磁场。在此，所谓间歇地外加，意味着交替地反复外加(ON)和不外加(OFF)。

上述间歇地外加最好是ON时间t1＝0.10-30秒，OFF时间t0＝0.10-30秒。上述静磁场最好外加在金属液表面上。另外，最好ON时间t1＝0.3-30秒，OFF时间t0＝0.3-30秒。

另外，在铸模内钢液的浸渍喷嘴排出口上方及下方的部位上，边将交流磁场与直流磁场重叠地外加在连铸厚度方向上、边进行连铸的情况下，也可将上述交流磁场从连铸宽度的两端左右对称地向中心移动。

这种情况下，也可使用具有下述特征的钢的连铸装置，即把产生交流磁场的线圈和产生直流磁场的线圈缠绕在共同的铁心上，使磁场方向与连铸厚度方向一致地配设在铸模的连铸厚度方向两侧，其中交流磁场从连铸宽度的两端、左右对称地向中心移动.

附图说明

图1是表示助熔剂卷入、表面偏析、异物捕捉的产生机理的模式图。

图2是表示非移动振动磁场的形成方法之第1例的模式图。

图3是表示非移动振动磁场的形成方法之第2例的模式图。

图4是表示移动磁场形成方法的例子之模式图。

图5是表示梳状铁心的例子之模式图。

图6是表示助熔剂卷入和表面偏析之发生机理的模式图。

图7是表示本发明要点的模式图。

图8是表示外加静磁场的浇注实验要领的模式图.

图9A是表示本发明装置之一例的水平剖面模式图，图9B是本发明装置之一例的侧剖面模式图。

图10是表示单独外加交流磁场情况下的磁通密度之一例的波形图。

图11是表示单独外加交流磁场情况下的钢液流的发生状况之说明图。

图12是表示重叠外加交流、直流磁场情况下的磁通密度之一例的波形图。

图13是表示重叠外加交流、直流磁场情况下的钢液流发生状况的说明图。

图14是表示在弯液面部的电磁搅拌所产生的旋转流与排出逆转上浮流的干扰情况的水平剖面模式图.

图15是表示左右对称移动的交流磁场与直流磁场重叠二段外加情况下排出流引起的钢液流动图形之侧面模式图。

图16是表示直流磁场单独二段外加情况下排出流引起的钢液流动图形的侧面模式图。

图17A是表示本发明装置之一例的水平剖面模式图，图17B是本发明装置之一例的侧剖面模式图。

具体实施方式

发明A：就“外加非移动振动交流磁场的发明”进行下述说明。

本发明是将非移动振动磁场外加给连铸中的铸模内的金属液，只在该金属液内引起振动。由于是非移动磁场，故不会引起像移动磁场内的那种金属液大流股(巨大的流动)，因此，不易产生助熔剂卷入现象。又因为是振动磁场，故凝固界面附近的金属液会产生微小振动，这种微小振动可防止异物(气泡和非金属夹杂物)聚集在凝固界面上，而且，还可抑制弯液面(金属液表面)附近的不均匀凝固，这种不均匀凝固是产生表面偏析的原因。

非移动振动磁场可以这样构成，例如如图2、图3所示，在铸模6的厚度方向两侧，使电磁铁7相向地配列在铸模6的宽度方向上，该电磁铁是将线圈9装在铁心8上构成的，各线圈9中通入单相交流电流。在图2、图3中，20是磁力线。

图2的例子(第1例)是将相向的2个线图9、9相互朝着同一方向(X、X或Y、Y)缠绕，并且，在同一配列内相邻的2个线圈9、9相互朝着相反的方向(X、Y)缠绕，并通入单相交流电的例子，在同一配列内相邻的2个电磁铁7、7之间，磁力的方向按照时间而变成相反方向，故在金属液内只引起铸模宽度方向的振动流10、而不产生很大的流股。

图3的例子(第2例)是将相向的2个线圈9、9相互朝着相反(X、Y)方向缠绕，并且，在同一配列内相邻的2个线圈9、9相互朝着同一方向(X、X或Y、Y)缠绕，并通入单相交流电流的例子，在相向的2个电磁铁7、7之间，磁力的方向根据时间而变成相反方向，故在金属液内只引起铸模厚度方向的振动流11，而不产生大的流股。

而移动磁场则是这样构成的，例如如图4所示，是在铸模6的厚度方向两侧，将电磁铁7相向地配列在铸模6的宽度方向上，该电磁铁是将线圈9装在铁心8上构成的，各线圈9中通入三相交流电流。U、V、W是三相交流电的相位不同的3个相位。所谓左侧6线圈和右侧6线圈，系指相互反方向(X、Y)进行缠绕。这样构成的移动磁场中，由于磁力的方向一定(从铸模宽度的一端朝向另一端)，故在金属液内产生沿着铸模6的壁水平旋转的大流股12，难以抑制助熔剂卷入。

因此，在本发明中，电磁铁铁心可用图2、图3所示的各自分开的单个铁心，但是，例如如图5所示，也可使用具有作为线圈9的安装部的梳齿部14的梳状铁心13。这种情况下，在铸模6的厚度方向两侧各设1个梳状铁心13，将线圈9装在各梳齿部14上即可，故具有容易制作电磁铁的优点。

在本发明中，线圈上流的单相交流电流的频率最好为0.10～60Hz。这是因为频率大于0.10Hz，则集肤效应增大，可使振动集中在凝固界面附近，可取得更大的防止捕捉异物的效果，若频率超过60Hz，则振动施力接近金属液的粘性阻力，金属液的振动减弱，防止捕捉异物的效果减弱的缘故。

如上所述，采用本发明，可连铸出没有表面偏析、连铸坯捕捉的异物(气泡、非金属夹杂物)少、助熔剂卷入量也很少的高质量金属连铸坯。

电磁铁的设置位置最好是靠近金属液表面的位置，但即使是在喷嘴排出孔下方的位置，也可取得类似效果。

实施例

通过连铸机、用浸渍喷嘴、以4～5t/min的浇注速度，将300t左右的由转炉-RH处理工艺冶炼的超低碳铝镇静钢(代表性化学成分示于表1)向铸模内浇注，铸造宽1500～1700mm、厚220mm的连铸板坯时，以图2、图3、图4中的任一种形态将电磁铁配设在包括相当于铸模内金属液表面位置在内的部位上，电磁铁的各线圈上通有各种频率的三相交流电流或单相交流电流，外加最大磁通密度为0.1T的移动磁场、或三相、或非移动振动磁场，或不外加磁场，进行了连铸实验。

在该实验中，按照下述要领对每个外加静磁场的条件，就表面偏析、助熔剂性表面缺陷、气泡和夹杂物量等3个项目进行了调查。

〔表面偏析〕板坯经磨削后进行浸蚀，用肉眼观察，统计每平方米的偏析个数。

〔熔剂性表面缺陷〕用肉眼检查冷轧后的带卷表面缺陷，取缺陷试样后，通过对缺陷部分进行分析来统计因助熔剂卷入而造成的缺陷数量。

〔气泡、夹杂物量〕用残渣抽出法从连铸坯的1/4厚度部位抽出非金属夹杂物，侧定其重量(关于气泡，是切割连铸坯的表层部，通过X射线透视来调查气泡个数的)。

将结果和外加磁场条件一起示于表2。上述3项的评价值用任一指数(与所有条件中的最差数据之比为10倍的数值)表示。

从表2可知，外加了非移动振动磁场的本发明实施例中，可显著减少因表面偏析、铸模熔剂卷入而造成的缺陷、气泡、非金属夹杂物。

在实施例1中，因频率减小到0.05Hz，故在部分区域产生大的流动，助溶剂性表面缺陷增加非常少。在实施例8中，由于频率高达65Hz，故振动很小，气泡·夹杂物量增加一些。

关于将直流磁场与产生非移动振动磁场的交流磁场重叠外加在铸造厚度方向上的情况，说明如下。

图9是表示本发明装置之一例的水平剖面模式图(A)和侧剖面模式图(B)。该装置是将流动着产生直流磁场(与静磁场同义)的直流电流的线图(通直流电的线圈)18、和流动着产生固定型交流磁场的交流电流的线圈(通交流电的线圈)19缠绕在共同的铁心8上，将该铁心8配设在铸模6的长边壁的外面上，以使磁场方向(直流磁场方向20、交流磁场方向21)与连铸厚度方向一致，并使磁极22在浸渍喷嘴排出口的上方和下方有一对以上(本例中为上下6对)相向，在配列于连铸宽度方向上的多个通交流电的线圈19上流动着单相或多相交流电流。

单相交流电流产生的磁场在连铸宽度方向上的强度分布波形的相位(分布的波峰和波谷的位置)不随时间而变化(波不在连铸宽度方向上移动)。另外，现在使用的所谓移动磁场是这样产生的，即在按照比例分成3组的通交流电的线圈上，每组相位不同、流动着三相交流电流，从而产生移动磁场，这样产生的磁场在连铸宽度方向上的强度分布波形的相位根据时间而变化(波在连铸宽度方向上移动)。也就是说，在本发明中，固定型交流磁场与现有的移动磁场(移动型交流磁场)不同，意味着波在一定方向上不移动的交流磁场。即使使用多相交流电，线圈的配置方法不同也可产生波在一定的方向上不移动的交流磁场。

如图11所示，由交流电线圈19，把例如产生图10所示波形的磁通密度的单独交流磁场外加在连铸厚度方向(交流磁场方向21)上时，其大小呈周期性地变化的电磁力(收缩力)24便作用于钢液23，于是便产生钢液流25。但是，这种情况下，由于铸模铜板等产生的感应电流磁场使外加磁场衰减，故铸模内部只能产生几百高斯的磁通密度，电磁力24难以加大。

然而，如图13所示，通过交流电线圈19和直流电线圈18，把例如产生图12所示之波形的磁通密度的交流、直流重叠磁场外加在连铸厚度方向(交流磁场方向21、直流磁场方向20)上，则铸模内部的磁通密度可提高到数千高斯，电磁力24也可增大。

该电磁力的交流成分(电磁抽取力)使钢液流25产生湍流，结果热移动、物质移动活跃，也促进了清洗(Washing)效果。交流磁场随着因集肤效应向物体内部渗透而衰减，因此，电磁抽取力在凝固毂前面附近较大、在连铸厚度中心附近较小.直流磁场在整个连铸厚度区域基本不衰减，故在连铸厚度中心附近周期变动量衰减，使得有利于钢液制动的电磁力的直流成分(电磁制动力)占优势。结果，使来自排出流的向上流股及向下流股衰减，同时，还可使凝固毂前面的钢液流动活跃。又因为是使用电磁波在连铸宽度方向上不移动的固定型交流磁场，故如图9所示，弯液面部的铸模6长边壁附近的钢液变成方向无规则的无方向性钢液流26，不会形成图14所示的铸模6周向上的旋转流27，故不会形成因浸渍喷嘴1的排出逆转上浮流28与旋转流27对冲而形成的涡流29或滞流30，而且还可大大减少因涡流造成的保护渣卷入、滞流引起的夹杂物聚集到凝固毂上的弊端。

为了充分取得上述效果，如图9所示，交流、直流重叠磁场最好由相向配置在浸渍喷嘴1的排出口上方或下方的一对以上的磁极22来施加。外加在浸渍喷嘴1的排出口上方，可抑制弯液面部的涡流、滞流的发生，外加在排出口下方，可扩大向下流股的制动及净化效果的波及范围。另外，将磁极相向配置，可从连铸厚度方向两侧对称地外加磁场，配设一对以上的磁极可使凝固毂前面的钢液流的紊流在连铸宽度方向上更均匀，可容易地使净化效果波及整个连铸宽度方向。

如图9所示，在装置方面采用将通交流电的线圈19和通直流电的线圈18缠绕在同一铁心8上的形态，容易进行外加位置的定位，容易将交流、直流磁场相匹配地重叠外加在该外加位置上，而且容易对重叠磁场的直流成分和交流成分进行单独调整。通交流电的线圈19，从在连铸宽度方向上取得均匀净化效果的观点出发，最好对多个磁极22一个一个地进行缠绕，这些磁极是将铁心8的前端部分支成梳齿状而构成的，但通直流电的线圈18也可缠绕在数个并列于铁心8前端的梳齿状部上的磁极22的共同根部(称作“极”)上。

在本发明中，交流磁场的频率最好为0.01-50Hz。若小于0.01Hz，则有电磁力强度不足的倾向，若超过50Hz，则钢液流难以追随电磁力的变化，无论哪一种情况，均难以充分地使凝固毂前面的钢液流紊乱。

用立弯型连铸机，以浸渍喷嘴排出角度：从水平向下倾斜15°、浇铸速度：1.8m/min及2.5m/min的条件浇注宽1500mm、厚220mm的低碳铝镇静钢时，用图9所示的装置、用表3所示的各种外加磁场的条件，边将磁场外加在铸流的铸模部位上、边进行浇注，所得到的连铸坯轧制成钢板后，通过对钢板表面缺陷的检查而调查了表面缺陷指数，通过对钢板压力加工时夹杂物造成的加工裂纹的检查而调查了加工裂纹指数。关于表面缺陷指数、加工裂纹指数，假设不进行电磁流动控制时的指数分别为1.0。

在图9的装置上，铁心是具有可在排出口的上下进行振动的2个极的构造，该铁心的一对上极之间、一对下极之间将铸模夹住，在连铸厚度方向上相向地配置。上下各极的宽度可覆盖铸模的整个宽度，前端部在极宽方向上进一步分支成6个，各分支构成磁极。各磁极上缠绕着通交流电的线圈，各极(数个并列磁极的共同根部)上缠绕着通直流电的线圈。

表3中，在将交流磁场设成移动型的极上，将通交流电的线圈按移动磁场极距为500mm分成3组，在分成3组的通交流电的线圈上按每组异相通入三相交流电流，在将交流磁场设成固定型的极上，在缠绕于各磁极上的通交流电的线圈上通入单相交流电流，在每个磁极上将磁通密度的相位设成同样的。另外，表3中交流磁场的强度用单独外加时的铸模铜板内侧位置的磁通密度有效值表示，直流磁场的强度用单独外加时的连铸厚度中心位置的磁通密度值表示.交流磁场、直流磁场两者的强度都不为OT的极是外加了交流、直流重叠磁场的极。如表3所示，条件1-5是本发明范围之外的比较例，条件6是本发明范围内的实施例。

表面缺陷指数及加工裂纹指数的调查结果示于表3。该调查结果是两个连铸速度条件之调查值的平均值。

比较例中，外加磁场的条件是将直流磁场和移动磁场(移动型交流磁场)单独地或重叠地外加。在只有直流磁场的情况下，钢液热量供给不良，在初期凝固部生长爪状组织。该爪状组织咬入保护渣，使表面缺陷指数升高。在只有移动磁场的情况下，虽可抑制爪状组织生长，但由于电磁制动力弱，故除了夹杂物会进入连铸坯内的未凝固钢熔池深部外，还会在弯液面部形成涡流或滞流，该涡流和滞流是铸模周向的旋转流与排出逆转上浮流对冲而形成的。夹杂物进入连铸坯内未凝固钢液熔池深部，会使加工裂纹指数升高。涡流会产生卷入保护渣的现象，滞流会使夹杂物聚集到凝固毂上，无论哪种情况都会使表面缺陷指数升高.若将直流磁场重叠在移动磁场上，虽可抑制夹杂物进入深部，但消除不了涡流和滞流。因此，在比较例中，即使是在上下两极上重叠外加了移动磁场和直流磁场的基础条件5的情况下，加工裂纹指数降低到0.1的连铸坯的表面缺陷指数仍高达0.2.

然而，在本实施例中，在条件5的情况下，采用固定型交流磁场的条件6取代条件5的移动磁场，这样，使电磁抽取力作用于凝固毂前面，提高净化效果，使电磁制动力作用于连铸厚度中心部，促进钢液流(来自排出流的向上流股和向下流股)的流速降低、使其层流化，而且还可抑制弯液面部的旋转流的生成，故不会形成涡流和滞流，在比较例中未达到的表面缺陷指数、加工裂纹指数可达到0.05。

发明B：以下对“间歇地外加静磁场的发明”加以说明

在本发明中，为了防止助熔剂卷入，边将静磁场外加在铸模厚度方向上、边进行连铸，不像现在那样始终连续(保持0N状态)施加一定磁场，而是如图7所示，使磁场的ON/OFF交替反复进行，间歇地外加磁场。这里，设ON时间为t1、OFF时间为t0.

通过策划，ON/OFF时，在磁场的作用区域涡(电)流的矢量变化大，在该区域钢液产生微观流动。该微观流动可防止钢液表面附近形成半凝固状态，几乎可完全消除表面偏析现象。

根据本发明，对助熔剂卷入和表面偏析两者都可防止.其效果大小根据ON时间t1和OFF时间t0的设定而变化。即，若t1和t0太短，则接近外加交流磁场的状态，故不能使钢液表面流速充分降低，会产生助熔剂卷入现象，若t0过长，则钢液流速增大，防止助熔剂卷入的效果不太好，若t1太长，则钢液流速降得太低，表面偏析显著。

因此，通过实验求出能充分抑制熔剂卷入和表面偏析两者的t0和t1的范围，得到t0＝0.10～30秒、t1＝0.10～30秒的结果。也就是说，在本发明中最好是设t0＝0.10～30秒、t1＝0.10～30秒，间歇地外加磁场。也可设t0＝0.3～30秒、t1＝0.3～30秒。

本发明的效果在将静磁场外加在钢液表面上的情况下最明显，因此，最好是外加在钢液表面上，但在外加于钢液内部的情况下，其影响力通过内部钢液流传递到表面的钢液流时，也可取得同样的效果。

如上所述，根据本发明，可连铸出没有表面偏析、助熔剂卷入量也很少的优质金属连铸坯。

用连铸机，如图8所示用浸渍喷嘴1、以4～5t/min的浇注速度，将转炉-RH处理工艺冶炼的超低碳铝镇静钢液(代表性化学成分示于表4)约300t浇注到铸模6内，连铸宽1500～1700mm、厚220mm的板坯时，通过在包括相当于铸模6的钢液表面15在内的位置的部位上、夹持着铸模6而相对设置的电磁线圈16，以各种条件将最大磁通密度为0.3T的静磁场外加在连铸厚度方向(垂直于图纸的方向)上，进行连续实验。

在该实验中，对每个外加静磁场的条件按下述要领进行表面偏析、熔剂性表面缺陷及夹杂物3项调查。

〔表面偏析〕板坯经磨削后进行浸蚀，用肉眼观察，统计每平方米的偏析个数。

〔熔剂性表面缺陷〕用肉眼检查冷轧后的带卷表面缺陷，取缺陷试样后，通过对缺陷部分进行分析来统计因铸模熔剂卷入而造成的缺陷数量。

〔夹杂物量〕用残渣抽出法从连铸坯1/4厚度部位抽出夹杂物，测定其重量。

将结果和外加静磁场条件一同列于表5中。上述3项的评价值用任一指数(与所有条件中的最差数据之比为10倍的数值)表示。

从表5可知，在间歇外加静磁场的本发明实施例中，无表面偏析，溶剂性表面缺陷和夹杂物量减少了。特别是在OFF时间t0及ON时间t1为0.10～30秒的实施例1及实施例4～7中，熔剂性表面缺陷及夹杂物量进一步减少。在以一定强度外加静磁场的比较例中，加大静磁场的强度时，熔剂性表面缺陷及夹杂物量虽减少了，但表面偏析却增加了，对于这种进退两难的情况，间歇外加静磁场的本发明就没有出现，可以使表面偏析、熔剂性表面缺陷及夹杂物量都减少。

使交流磁场从连铸宽度两端向中心左右对称地移动

在本发明中，将交流直流重叠磁场外加在连铸方向(铸模高度方向)的二处位置(二段)上，将该外加方向取为连铸厚度方向(铸模短边方向，外加点同现在一样，但是，在本发明中交流磁场移动方向与现在不同。即，现在，交流磁场是从连铸宽度(铸模长边壁宽度)的一端向另一端移动，而在本发明中交流磁场是从连铸宽度的两端朝着中心左右对称地移动。现在的这种使交流磁场移动的方法，即使在交流磁场上重叠外加直流磁场(和静磁场同义)，如图14所示，会产生沿着铸模周向的水平旋转流，不能防止该旋转流与排出逆转上浮流对冲而引起的涡流和滞流的产生，难以避免钢液面卷入保护渣、或在凝固毂前面聚集气泡、夹杂物。

在本发明中，由于使交流磁场朝着连铸宽度中心、在宽度方向上左右对称地移动，故不会产生像上述那样的旋转流，因此，排出逆转上浮流失去了对冲的对象，涡流、滞流也不会发生。由该交流磁场(左右对称地移动交流磁场)引起的来自左右的流股，在连铸宽度中心合股，该合股流保持着无湍流的层流状态，钢液面(弯液面)附近的流股下降，排出口下方的流股上升，这已通过实验及计算得到了确认(见图15、图16)。

交流磁场通过集肤效应在连铸厚度表面侧(凝固毂前面附近)产生搅拌力，该搅拌力克服直流磁场所产生的制动力，使该部位的流股活跃，防止气泡、夹杂物聚集到连铸坯上。在连铸厚度中心侧，交流磁场产生的搅拌力衰减，直流磁场的制动力起主要作用，结果该部位的流股(来自排出流的向上流股及向下流股)减弱，抑制了钢液面流速的湍流，可防止保护渣卷入，同时还可减慢下降速度，防止大型夹杂物进入深部。

本发明交流磁场的频率最好设为0.1～10Hz。该频率若小于0.1Hz，则在凝固毂前面难以产生为取得净化效果所需的充分的钢液流动。

图17是表示适合于实施本发明的上述方法的装置之一例的水平剖面模式图(A)及(B)侧剖面图。一对交直流两用电磁铁32以在铸模6的连铸厚度方向两侧相向的形态配设，该铸模内浸渍有浸渍喷嘴1。

交直流两用电磁铁32的铁心部(轭)8上下设有磁极，上下磁极(上极、下极)分别位于浸渍喷嘴1的排出口33的上方、下方，其延长方向与连铸宽度方向一致。直流线圈18的缠绕方法是这样的，即在铸模6两侧相向的磁极的极性要相补(一方为N极，另一方为S极).

各磁极的前端部分支成数对(该例中为3对)，在各支上缠绕交流用线圈19，在各枝共同的根部上缠绕直流线圈18.在该例中，交流线圈19上通三相交流电，将三相交流电互不相同的各相设为U相、V相、W相，从连铸宽度中心向左右数第1个交流线圈19上通W相电流、第2个线圈上通V相电流、第3个线圈上通U相电流。这样，将多相交流电流的相互不同的各相相对于连铸宽度中心、在宽度方向上左右对称地配列，便可使该多相交流电产生的交流磁场沿着箭头21所示方向、即连铸宽度的两端左右对称地朝着中心的方向移动。

将交流线圈和直流线圈缠绕在同一磁极的分部和根部上，便可精确地设定交流直流重叠磁场的外加部位，而且还容易单独地调整交流磁场、直流磁场的强度和频率。

从在连铸宽度方向上使凝固毂17前面的钢液流动均匀的观点出发，磁极前端部的分支个数最好根据连铸宽度设定。

从使凝固毂前面的钢液流动在整个连铸宽度上一样活跃的观点出发，交直流两用电磁铁最好像本实施例那样设置成恰好覆盖整个连铸宽度的形式。

用立弯型连铸机，以浸渍喷嘴排出角度：从水平向下倾斜15°、连铸速度：1.2m/min及2.5m/min的条件连铸宽1500mm、厚220mm的低碳铝镇静钢坯时，用和图17所示的装置同样的装置，用表6所示的各种外加磁场的条件边将磁场外加在铸流的铸模部位上、边进行连铸，所得到的连铸坯经轧制后，通过钢板表面缺陷检查而调查了表面缺陷指数、通过钢板压力加工时夹杂物造成的加工裂纹检查而调查了加工裂纹指数.假设不进行电磁流动控制时表面缺陷指数、加工裂纹指数为1.0。

表6中，将移动型作为A型的磁极中，像现在那样使钢液产生水平旋转流，在图17中，以三相交流在宽度方向上的相配列取代图17中的配列，从左依次排列U相、V相、W相、U相、V相、W相。这样，产生的交流磁场(称A型交流磁场，相当于现在的移动磁场)从连铸宽度的一端向另一端移动。然而，将移动型作为B型的磁极中，根据本发明使钢液产生从连铸宽度两端向中心流动的流股，三相交流在宽度方向上的相配列按照图17中的配列方式左右对称。这样，产生的交流磁场(称B型交流磁场)从连铸宽度两端向中心左右对称地移动。

表6中，交流磁场的强度用单独外加时的铸模铜板内侧位置上的磁通密度有效值表示，直流磁场的强度用单独外加时的连铸厚度中心位置的磁通密度值表示。交流磁场、直流磁场两者的强度均不为OT的极是外加了交直流重叠磁场的极.表6的条件1～5是本发明范围之外的比较例，条件6是本发明范围的实施例.

表面缺陷指数及加工裂纹指数调查结果示于表6.该调查结果是2个连铸速度条件调查值的平均值。

比较例中，外加的条件是将A型交流磁场和直流磁场单独地、或重叠地外加。只有直流磁场时，钢液热量供给不良，在初期凝固毂上有爪状组织生长。该爪状组织咬入保护渣后，使表面缺陷指数升高。只有A型交流磁场时，可抑制爪状组织生长，但由于电磁制动力弱，除了会产生夹杂物侵入连铸坯内未凝固钢液熔池深部外，在弯液面部铸模周向的旋转流与排出逆转的上浮流对冲而形成涡流或滞流。夹杂物侵入连铸坯内的未凝固钢液熔池深部，会使加工裂纹指数升高。涡流会产生保护渣卷入现象，滞流会促进夹杂物向凝固毂聚集，哪一种情况都会使表面缺陷指数上升。将直流磁场重叠在A型交流磁场上，虽可抑制夹杂物侵入深部，但不能消除涡流和滞流。因此，在比较例中即使是将A型交流磁场、直流磁场重叠外加在上下两极上的基础条件5的情况下，加工裂纹指数虽降低到0.1，而表面缺陷指数仍高达0.2。

而在实施例中，在条件5的情况下，通过采用B型交流磁场的条件6(频率从2Hz至5Hz为最佳)取代A型交流磁场，使凝固毂前面的净化效果提高，使电磁制动力作用于连铸厚度中心部，促进了钢液流(来自排出流的向上流股、向下流股)的流速降低、和层流化，而且还可抑制弯液面的旋转流的产生，这里不形成涡流和滞流，可达到比较例不能达到的表面缺陷指数、加工裂纹指数0.05。

特别是依据本发明，在钢的连铸过程中可使来自排出流的向上流股和向下流股减弱，同时还可使凝固毂前面的钢液流动活跃，而且还可防止弯液面部的电磁搅拌旋转流与排出逆转上浮流的干扰而造成的涡流和滞流的形成，故用一段便可取得生产高质量连铸坯的良好效果。

本发明可取得下述良好效果，即可浇注出连铸坯聚集的气泡、非金属夹杂物少、连铸坯表面偏析少、以及铸模熔剂所引起的表面缺陷和内部夹杂物少的金属连铸坯，可生产高质量的金属制品。

〔表1〕

C	Si	Mn	P	S	Al	Ti
							0.0015	0.02	0.08	0.015	0.004	0.04	0.04

〔表2〕

	宽度中央的磁通密度(T)	电磁铁的配置形态	交流电流的种类	频率(Hz)	表面偏析指数(-)	熔剂性缺陷指数(-)	气泡、夹杂物量指数(-)	综合评价
									比较例1	0				10	10	10	×
比较例2	0				7.0	9.5	9.5	×
									比较例3	0.1	图4	三相	5	0	5.1	2.5	×
比较例4	0.1	图4	三相	10	0	8.0	3.2	×
									比较例5	0.1	图4	三相	20	0	9.5	2.8	×
实施例1	0.1	图2	单相	0.05	0	3.9	1.4	△
									实施例2	0.1	图2	单相	0.10	0	3.1	1.0	○
实施例3	0.1	图2	单相	5	0	3.2	1.2	○
									实施例4	0.1	图2	单相	60	0	0.2	0.9	○
实施例5	0.1	图3	单相	5	0	0.2	0.6	○

实施例6	0.1	图3	单相	20	0	0.1	0.5	○
									实施例7	0.1	图3	单相	60	0	0.2	0.8	○
实施例8	0.1	图3	单相	65	0	3.2	3.0	△

表3

外加磁场条件									钢板调查结果		备考
												N0	上极				下极				表面缺陷指数	加工裂纹指数
交流磁场			直流磁场	交流磁场			直流磁场
								型	强度	频率			强度	型	强度	频率	强度
1		0T		0.3T		0T												0.3T	0.3	0.2			比较例
								2	移动型	0.08T	2Hz	0T		0T		0.3T	0.3				0.2	比较例
3	移动型	0.08T	2Hz	0.3T		0T												0T	0.2	0.3			比较例
								4	移动型	0.08T	2Hz	0.3T		0T		0.3T	0.2				0.2	比较例
5	移动型	0.08T	2Hz	0.3T	移动型	0.08T	2Hz											0.3T	0.2	0.1			比较例
								6	固定型	0.08T	5Hz	0.3T	固定型	0.08T	5Hz	0.3T	0.05				0.05	实施例

移动型：移动磁场极距为500mm，通三相交流电固定型：通单相交流电

表4(％)

C	Si	Mn	P	S	Al	Ti
							0.0015	0.02	0.08	0.015	0.004	0.04	0.04

表5

	宽度中央的磁通密度(T)	t0(秒)	t1(秒)	表面偏析指数(-)	熔剂性缺陷指数(-)	夹杂物量指数(-)
							比较例1	0	0		3.2	10	10
比较例2	0	0		3.0	9.5	9.5
							比较例3	0.1	0		6	5.1	7.5
比较例4	0.2	0		7.5	2.5	4.5
							比较例5	0.3	0		10	1.1	2.8
实施例1	0.3	0.05	0.05	0	4.2	2.2
							实施例2	0.1	0.10	0.15	0	3.1	1.0
实施例3	0.1	2	2	0	3.2	1.5
							实施例4	0.3	10	7	0	0.2	0.5
实施例5	0.3	10	5	0	0.2	0.6
							实施例6	0.3	30	20	0	0.1	0.5
实施例7	0.3	20	30	0	0.2	0.8
							实施例8	0.3	30	32	0	3.2	3.0

表6

外加磁场条件									钢板调查结果		备考
													上极				下极				表面缺陷指数	加工裂纹指数
交流磁场			直流磁场	交流磁场			直流磁场
								移动型	强度	频率			强度	移动型	强度	频率	强度
1		0T		0.3T		0T												0.3T	0.3	0.2			比较例
								2	A型	0.08T	3Hz	0T	A型	0T		0.3T	0.3				0.2	比较例
3	A型	0.08T	3Hz	0.3T	A型	0T												OT	0.2	0.3			比较例
								4	A型	0.08T	3Hz	0.3T	A型	0T		0.3T	0.2				0.2	比较例
5	A型	0.08T	3Hz	0.3T	A型	0.08T	3Hz											0.3T	0.2	0.1			比较
								6	B型	0.08T	3Hz	0.3T	B型	0.08T	3Hz	0.3T	0.05				0.05	实施例

Claims (2)

1.一种金属连铸方法，其特征在于：

●在浸渍喷嘴排出口上方或下方的位置上，

●将直流磁场和交流磁场重叠地外加在连铸厚度方向上，

●使上述交流磁场从连铸宽度的两端向中心左右对称地移动。

2.一种金属液连铸装置，其特征在于：在将金属液向铸模内浇注的装置上，具有将磁场外加在浸渍喷嘴排出口上方及下方部位上的机构；

●产生交流磁场的线圈和产生直流磁场的线圈缠绕在共同的铁心上，该交流磁场从连铸宽度的两端向中心左右对称地移动，

●使磁场方向与连铸厚度方向一致地将外加磁场的机构配设在铸模的连铸厚度方向两侧。

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