CN101720262A - 钢的连续铸造方法及铸模内钢水的流动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供钢的连续铸造方法及铸模内钢水的流动控制装置。在电磁制动、电磁搅拌兼用线圈中使弯月面下的电磁搅拌性能优先。该方法通过向配置在铸模长边的外周的电磁线圈通入直流电流或3相交流电流，选择性地对铸模内的钢水实施电磁制动或电磁搅拌而连续铸造钢。电磁线圈(5)在各长边具有2n个齿部(5a)，分别对各齿部(5a)的外侧实施绕线(5c)，并且在每2个的外侧实施绕线(5d)而将该每2个齿部缠绕成一体。将具有各齿部(5a)的电磁线圈(5)的芯部(5b)配置在从弯月面到浸渍喷嘴(1)的喷出孔(1a)位置的铅直方向的范围内。在电磁搅拌铸模(3)内的钢水(2)时，使在弯月面下的钢水(2)中感应的电磁力为在浸渍喷嘴(1)的喷出孔(1a)位置感应的电磁力的2倍以上。在弯月面下也能够形成良好的搅拌流。

Description

钢的连续铸造方法及铸模内钢水的流动控制装置

技术领域

本发明涉及使用能够选择性地实施电磁制动或电磁搅拌的电磁线圈进行的钢的连续铸造方法、以及用于实施该连续铸造方法的铸模内钢水的流动控制装置。

背景技术

在通常的钢的连续铸造过程中，使用具有2个喷出孔的浸渍喷嘴向铸模内供给钢水。图13是示意地表示该通常的连续铸造法中的铸模内钢水的流动状态的纵剖视图。从浸渍喷嘴1的喷出孔1a喷出的钢水2在碰撞到铸模3的短边3a上的凝固壳(shell)2c之后分支为上升流2a和下降流2b。其中的上升流2a进而在弯月面(meniscus)下成为朝向浸渍喷嘴1去的水平流。另外，图13中的附图标记4表示保护渣。

该铸模内的钢水的流动控制在操作方面及铸坯的质量管理方面极为重要。作为实现该钢水的流动控制的方法，存在设计浸渍喷嘴的形状的方法、对铸模内的钢水施加电磁力的方法等。近年来，在这些方法中，广泛利用对钢水施加电磁力的方法。在对该钢水施加电磁力的方法中，存在对从浸渍喷嘴喷出的钢水流(之后称作喷出流)施加制动力的电磁制动、利用电磁力搅拌钢水的电磁搅拌这2种方法。

电磁制动作为这样的目的来使用，即，防止随着因上述喷出流碰撞铸模短边上的凝固壳导致凝固壳再熔解而产生拉漏(break-out)，抑制质量降低，或者抑制弯月面下的钢水流速而增加铸造速度。另一方面，电磁搅拌众所周知有助于质量改善，主要用于铸造高质量材料。

这些电磁制动装置及电磁搅拌装置分别构成为对磁芯实施绕线而成的电磁线圈装置。对于磁芯大多采用作为强磁性体的铁材料，也大多被称作铁芯。在本说明书中，之后简称作芯。在电磁制动中该芯大多采用软铁。另一方面，在采用交流电流的电磁搅拌中，为了减轻由电磁感应导致的铁损失而采用电磁钢板。

通常，这些电磁线圈装置仅具有电磁制动或电磁搅拌中的任一个单独功能。因此，以前开发出能够实现兼用电磁制动和电磁搅拌这两种功能的电磁线圈装置(之后称作兼用线圈)。

在专利文献1中公开有使例如奇数个(3个以上)齿部中的中央的齿部位于浸渍喷嘴的喷出部、对兼用线圈选择性地施加直流电流、多相交流电流或交直重叠电流的方法。利用该方法，能够选择性地实施电磁制动或者电磁搅拌。

专利文献1：日本特开昭63-188461号公报

但是，在专利文献1公开的技术中，由于在实施电磁制动的情况下磁通直接透过浸渍喷嘴，因此，大多产生被称作纵裂纹的铸造缺陷。另外，在实施电磁制动的情况下，基本上需要提高沿厚度方向贯穿铸模的磁通密度，因此，需要增大齿部的宽度。

另一方面，在实施电磁搅拌的情况下，相对的铸模壁面附近的钢水流动为互相反向的流动、即形成涡流有助于质量改善。在这种情况下，由于沿铸模的厚度方向贯穿的磁通是不起作用的，因此无法增大齿部的宽度。

这样，由于利用兼用线圈实现电磁搅拌比实现电磁制动难，因此，被设计为电磁搅拌性能优先。由于上述专利文献1中公开的兼用线圈形状是齿部宽度较细的线性线圈，因此适合电磁搅拌。但是，由于齿部的宽度较细，因此，无法充分确保电磁制动性能。

因此，申请人为了解决该问题而在专利文献2中提出了利用对齿部分别实施绕线、并且对2个齿部的外侧实施绕线而将2个齿部缠绕成一体的电磁搅拌线圈。

专利文献2：日本特开昭60-44157号公报

由于该电磁搅拌线圈的2个齿部和磁轭部与希腊文字的π(PAI)相似，因此被称作PAI型电磁搅拌线圈(以下称作PAI型线圈)。

另外，发明人在专利文献3中提出了利用PAI型线圈的兼用线圈的技术。如上所述，该PAI型线圈对2个齿部的外侧实施绕线而将2个齿部缠绕成一体。因而，在实施电磁制动的情况下，通过将2个齿部一起磁化，能够解决齿部宽度较细这样的问题。

专利文献3：日本特开2007-7719号公报

本发明的兼用线圈形状也基本上与该专利文献3相同，图14表示该兼用线圈形状。

图14是2个PAI型线圈5在铸模3的长边3b侧连续的构造。

在这样的构造的情况下，根据作为目标的铸模3的尺寸而存在最适合的齿部5a个数和宽度。以往，这些个数和宽度根据经验来设定，并且进行通过数值解析来确认性能这样的作业。即，为了适当地选择这些齿部5a的个数和宽度，需要长期的经验和大量的时间。另外，图14中的附图标记5b是芯，附图标记5c是内侧的绕线，附图标记5d是外侧的绕线。

另外，为了改善铸坯的表面质量，需要电磁搅拌弯月面下的钢水。但是，良好地搅拌弯月面下的钢水是较为困难的技术。为了实现该技术，首先需要预先了解未控制电磁力的原本的铸模内流动分布。

铸模内钢水的流动分布的垂直截面如图13所示。图15表示弯月面下(a图)和浸渍喷嘴的喷出孔位置(b图)的水平剖视图。像之前图13中说明的那样，从浸渍喷嘴1的喷出孔1a喷出的钢水2在碰撞到铸模3的短边3a上的凝固壳2c之后，分成朝向弯月面去的上升流2a和朝向拉拔方向去的下降流2b。

因此，如图15的(b)所示，在喷出孔1a的位置形成从浸渍喷嘴1朝向上述短边3a去的钢水流。另一方面，如图15的(a)所示，在弯月面下形成从上述短边3a朝向浸渍喷嘴1去的钢水流。

在此，如图1所示，在施加电磁力而绕顺时针方向形成涡流时，出现与原本的钢水流顺向的区域(之后称作顺向区域)和与其逆向的区域(之后称作逆向区域)。

其中，在逆向区域中，为了使流动反转而需要大的电磁力。但是，在沿铸模长边方向同样地施加逆向区域所需的电磁力时，产生顺向区域中的钢水流进一步加速这样的问题。

在喷出孔位置的钢水流过度加速时，凝固壳变薄而几乎破损，发生拉漏。即使未导致发生拉漏，上升流也会增加，因此，在弯月面下从铸模短边朝向浸渍喷嘴去的流动增强。因此，在弯月面下难以获得涡流。而且，为了在弯月面下使流动逆转而应付与的电磁力的方向在喷出孔位置与使钢水流加速的方向一致。这样，适当地付与电磁力是大的问题。

为了解决该问题，在专利文献4中公开了将铸模3的长边3b方向的电磁搅拌线圈6分别分割为EMS-A和EMS-B、EMS-C和EMS-D各两个、并且调整分割成的每个线圈的施加电流的技术(参照图16)。

专利文献4：日本专利第2965438号公报

另外，在专利文献5中，公开了使从浸渍喷嘴1朝向铸模3的短边3a方向的电磁力(图16中的EMS-B和EMS-C)大于从上述短边3a朝向浸渍喷嘴1的电磁力(EMS-A和EMS-D)的技术。但是，由于该技术使形成弯月面下的涡流的电磁力优先，因此，存在加快喷出孔位置的钢水流速这样的问题。

专利文献5：日本专利第2948443号公报

并且，在专利文献6中，公开了在将喷出孔位置的铸模长边方向的1/4长边宽度点处的起点侧的长边方向上的流速设为Vs、终点侧的长边方向上的流速设为Ve时、对熔融金属施加Vs≥Ve的电磁力(参照图16)。

专利文献6：日本专利第3577389号公报

该专利文献6的技术能够通过使对图16所示的EMS-B和EMS-C施加的电流相对于EMS-A和EMS-D为0.5倍以下来实现(专利文献6的技术方案5)。与上述专利文献4相反，该方法优先抑制钢水流在喷出孔位置加速。结果，存在弯月面下的逆向区域的电磁力不足，无法充分搅拌至铸模的角部这样的问题。

另外，在专利文献7中公开了将电磁搅拌线圈的芯仅设置在弯月面附近的技术。在该技术中，由于仅对弯月面下施加电磁力，因此，能够避免使喷出流加速的问题。但是，由于电磁制动需要在喷出孔位置产生磁通，因此，无法将该技术应用于兼用线圈。

专利文献7：日本特开平07-314104号公报

发明内容

本发明欲解决的问题在于，在使用能够兼用以往的电磁制动和电磁搅拌这两种功能的电磁线圈装置进行的连续铸造过程中，由于使电磁制动性能优先，因此，需要改善弯月面下的电磁搅拌性能。

本发明的钢的连续铸造方法是为了使弯月面下的电磁搅拌性能也优先，通过向配置在铸模长边的外周的电磁线圈通入直流电流或3相交流电流，选择性地对铸模内的钢水实施电磁制动或电磁搅拌而连续铸造钢的方法，其最主要的特征在于，上述电磁线圈在各长边具有2n个齿部，其中n是2以上的自然数，分别对各上述齿部的外侧实施绕线，而且对实施了这些绕线的齿部进一步在每2个齿部的外侧实施绕线而将该每2个齿部缠绕成一体，并且，将具有这些各齿部的作为磁性体的电磁线圈的芯部配置在从弯月面到浸渍喷嘴的喷出孔位置的铅直方向的范围内，在电磁搅拌铸模内的钢水时，使在弯月面下的钢水中感应的电磁力为在浸渍喷嘴的喷出孔位置感应的电磁力的2倍以上。

该本发明的钢的连续铸造方法能够通过使用本发明的铸模内钢水的流动控制装置来实施，该铸模内钢水的流动控制装置通过向配置在铸模长边的外周的电磁线圈通入直流电流或3相交流电流，选择性地对铸模内的钢水实施电磁制动或电磁搅拌而连续铸造钢，其最主要的特征在于，该流动控制装置具有电磁线圈、直流电源和3相交流电源，电磁线圈在各长边具有2n个齿部，其中n是2以上的自然数，分别对各上述齿部的外侧实施绕线，而且对实施了这些绕线的齿部进一步在每2个的外侧实施绕线而将该每2个齿部缠绕成一体，在各长边配置有n个该缠绕成一体的齿部，并且，将具有这些各齿部的作为磁性体的电磁线圈的芯部配置在从弯月面到浸渍喷嘴的喷出孔位置的铅直方向的范围内，在将各齿部的宽度设为W、铸模宽度设为L时，为了将2个齿部形成一体而实施了绕线的电磁线圈的各长边的齿部数量n满足下记(3)式，其中上述宽度W、L的单位是mm，

(L-80)/(3W+400)≤n≤(L+200)/(3W+200)...(3)。

在本发明中，在能够兼用电磁制动和电磁搅拌的兼用线圈中，使电磁搅拌时的弯月面下的电磁力大于浸渍喷嘴的喷出孔位置的电磁力。因而，在弯月面下，能够形成良好的钢水的搅拌流。另外，能够简单地决定兼用线圈的基本形状，从而能够大幅度缩短设计兼用线圈所需的时间。

附图说明

图1是表示本发明的电磁场解析的计算模型的图，图1的(a)是表示整体图像的图，图1的(b)是水平剖视图，图1的(c)是垂直剖视图。

图2是表示本发明的、弯月面下的电磁力与喷出孔位置的电磁力之比(电磁力)与从芯上端到铜铸模上端的距离的关系的图。

图3是表示本发明的、电磁力比为2.0倍以上的从芯上端到铜铸模上端的距离与频率的关系的图。

图4是表示本发明的兼用线圈的形状参数的图。

图5是表示齿部宽度与铸模厚度方向中央处的、本发明的磁通密度的关系的图。

图6是表示弯月面的铸模长边附近的、本发明的流速分布的图。

图7是表示本发明的电流相位图案X或Y的情况下的弯月面下或浸渍喷嘴的喷出孔位置处的流速分布的图。

图8是表示距弯月面下和浸渍喷嘴的喷出孔位置处的铸模长边壁面10mm的位置的、本发明的水平方向流速的图。

图9是表示应用线性线圈的情况下的流动解析结果的图。

图10是表示在本发明的电流相位图案Y的条件下的长边附近的流速分布的图。

图11是表示将本发明的兼用线圈应用于铸模宽度为1100mm、浇铸速度为2.0m/min的电磁搅拌的情况下的流动解析结果的图。

图12是表示本发明的电磁制动时的磁化方式的图，图12的(a)表示NNSS方式，图12的(b)表示NSNS方式。

图13是示意地表示通常的连续铸造法中的铸模内钢水的流动状态的纵剖视图。

图14是说明本发明的兼用线圈的形状的图，图14的(a)是水平剖视图，图14的(b)是垂直剖视图。

图15的(a)是说明弯月面下的流动分布的图，图15的(b)是说明浸渍喷嘴的喷出孔位置的流动分布的图。

图16是将电磁搅拌线圈沿长边方向分割为2个的情况下的说明图。

附图标记说明

1、浸渍喷嘴；1a、喷出孔；2、钢水；2a、上升流；2b、下降流；3、铸模；3a、短边；3b、长边；5、PAI型线圈；5a、齿部；5b、芯；5c、内侧绕线；5d、外侧绕线。

具体实施方式

在使用能够兼用电磁制动和电磁搅拌这两种功能的兼用线圈进行的连续铸造过程中，存在不加速浸渍喷嘴的喷出孔位置的钢水流而欲在弯月面下获得良好的钢水搅拌流这样的问题。本发明通过付与弯月面下的电磁力大于喷出孔位置的电磁力的电磁力分布来实现。

实施例

下面，使用图1～图12说明从构思本发明到解决问题的过程和用于实施本发明的最佳方式。

像之前说明的那样，在以往的兼用线圈中，无法解决不想加速浸渍喷嘴的喷出孔位置的钢水流但对弯月面下的钢水流施加大的电磁力而欲获得良好的钢水搅拌流这样的问题。

无法解决问题的理由在于，利用以往的兼用线圈产生的电磁力在垂直方向上大小相等。即，只要是能够实现弯月面下的电磁力大于喷出孔位置的电磁力的电磁力分布的兼用线圈，就能够解决该问题。

因此，发明人考虑能够使弯月面下的电磁力大于喷出孔位置的电磁力的兼用线圈。另外，考虑利用考虑到作为目标的铸模宽度的数学计算式来求得以往根据经验决定的兼用线圈的齿部的个数和宽度。

发明人由电磁场解析的数值解析而摸索出使弯月面下的电磁力大于喷出孔位置的电磁力的条件。结果，发明人发现，通过调整从芯上端部到上方的铜铸模上端的长度和电流频率，能够实现弯月面下的电磁力为喷出孔位置的电磁力的2倍以上的电磁力分布。

图1表示电磁场解析的计算模型。图1的(a)表示整体图，图1的(b)表示水平剖视图，图1的(c)表示垂直剖视图。在铜铸模3的外侧，将非磁性不锈钢做成支承板7来设置，将芯5b的上端做成与弯月面相同的高度。绕线5c、5d的宽度为50mm。

如上所述，本案发明的电磁线圈在铜铸模3的各长边3b具有2n个(n是2以上的自然数)齿部5a。而且，分别对这些各齿部5a在外侧实施绕线5c，而且对实施了这些绕线5c的齿部5a进一步在每2个的外侧实施绕线5d而将该每2个齿部缠绕成一体。

分别对各齿部5a的外侧实施绕线5c，但将作为该绕线5c的线圈称为励磁线圈。另外，对实施了这些绕线5c的齿部5a进一步在每2个的外侧实施绕线5d，但也将其称作励磁线圈。因而，将这些3个励磁线圈形成一体而成的构件是指1个电磁线圈、即pai型线圈5。

对绕线5c、5d的各励磁线圈施加45000安培匝数(ampereturn，以下称作AT)的电流，芯5b作为层叠电磁钢板而成的构件而进行数值解析。之后的电磁搅拌的数值解析条件以该条件为基本，仅记述变更部位。

将图1的(c)所示的芯5b的上端到铜铸模3的上端的距离设为h(mm)。另外，将电流频率设为f(Hz)。图2表示改变这些h和f后的情况下的、弯月面下的电磁力与喷出孔位置的电磁力之比(之后的电磁力比是指该比)。在此，对电磁力在弯月面下或喷出孔位置的各个面内的铸模长边壁面的长边方向上的电磁力成分进行了评价。另外，浸渍喷嘴的喷出孔位置是距弯月面270mm的下游侧位置。

由图2可知，h越小f越大，弯月面下的电磁力与喷出孔位置的电磁力之比越大。于是，对该电磁力比为2倍的h与f的关系进行调查，结果可获得图3所示的关系。只要是图3中的斜线部区域，就能够使弯月面下的电磁力为浸渍喷嘴的喷出孔位置的电磁力的2倍以上。由下记(1)式、(2)式这2条直线定义该区域。

1.8＜f＜3.0时，h≤102f-185...(1)

3.0≤f≤5.0时，h≤18f+68  ...(2)

接着，对兼用线圈的齿部宽度和PAI型线圈的个数的决定方法进行说明。

通常，连续铸造用铸模成为铸模短边能沿铸坯宽度方向运动、在铸造过程中也能够调整铸模长度(之后称作铸模宽度)的构造。因而，在铸造过程中也能够浇铸不同扁钢坯(slab)宽度的铸坯。该铸模宽度的变化为500mm左右，兼用线圈最好能够适应铸模宽度的变化。

在设计兼用线圈的情况下，以往，根据经验由对象铸模的宽度、厚度、高度等来选择齿部的个数和宽度，通过数值解析来验证是否妥当。但是，在该数值解析中需要长时间的计算，并且，铸模宽度有时也发生变化，因此，在兼用线圈的最佳设计中需要进行长时间的研究。

发明人通过反复开发兼用线圈，发现能够由下记(3)式来整理最适合作为目标的铸模尺寸的齿部的个数和宽度。

(L-80)/(3W+400)≤n≤(L+200)/(3W+200)...(3)

在此，L是铸模宽度(mm)，W是齿部的宽度(mm)，n是PAI型线圈的数量。齿部宽度W为80～200mm左右，最好为120～170mm。

图4表示应由兼用线圈的设计决定的因素、即形状参数。下面，说明导出上述(3)式的过程。

首先，为了确保电磁制动性能，需要一定程度的齿部宽度。图5表示齿部宽度与铸模厚度方向中央处的磁通密度的关系。

图5表示使铜铸模3的厚度为40mm、支承板7的厚度为70mm、铸模的厚度方向长度t(参照图4)为270mm或300mm的情况下的数值解析结果。

为了确保电磁制动性能，需要至少2000高斯(Gauss)以上、最好为2500Gauss以上的磁通密度。因此，由图5可知，兼用线圈的齿部宽度W为至少80mm以上、最好为120mm以上较佳。

接着，由电磁搅拌性能来整理兼用线圈的形状。

在兼用线圈中，将n个PAI型线圈以磁轭部在长边侧连续的方式并列设置。在PAI型线圈的齿部的间隔D与齿部的宽度W相等的情况下，电磁制动性能和电磁搅拌性能的平衡较佳。

因此，在铸模长边中，n个PAI型线圈所占的宽度为3Wn。在该3Wn中加上PAI型线圈之间的距离M和从最外侧的齿部端到铸模短边的距离S而成的值与铸模宽度L相等，可获得下记(4)式。

3Wn+M(n-1)+2S＝L...(4)

在对于n整理该(4)式时，成为下记(5)式。

n＝(L+M-2S)/(3W+M)...(5)

为了了解电磁搅拌充分发挥作用的W、M、S的范围，发明人进行了下记表1所示的8个例子的流动解析。流动解析将浇铸速度做成1.6m/min来计算。对电磁搅拌时的励磁线圈电流相位进行若干研究，结果，下记表2、3所示的组合良好。将表2称作电流相位图案X，表3称作电流相位图案Y。

下记表2、3中的A、B、C表示互相的相位差为120度的3相交流电流的各相位。在该表2、3中，表示对与图4中所示的励磁线圈编号相当的各励磁线圈施加的电流相位的组合。对于形状参数的研究计算采用表2所示的电流相位图案X。电流频率f为4.0Hz，从电磁线圈的芯上端到铜铸模上端的距离h为100mm。

表1

例子No.	齿部的宽度W(mm)	PAI型线圈间距离M(mm)	从最外侧的齿部端到铸模短边的距离S(mm)
				1	120	200	350
2	140	200	290
				3	140	300	240
4	140	400	190
				5	140	500	140
6	140	600	90
				7	170	400	100
8	170	500	90

表2

线圈编号	(7)	(8)	(9)	(10)	(11)	(12)
							电流相位	-C	+A	+B	+C	-A	-B
线圈编号	(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)
							电流相位	-C	+B	+A	+C	-B	-A

表3

线圈编号	(7)	(8)	(9)	(10)	(11)	(12)
							电流相位	+B	-C	-A	+C	-A	-B
线圈编号	(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)
							电流相位	-C	+B	+A	-B	+A	+C

作为流动解析的结果，图6表示弯月面的铸模长边附近的流速分布。由图6可确认，在例子1～例子8中，铸模长边附近的钢水均流动。因此可以说，齿部的宽度W为120mm～170mm的情况下，能够电磁搅拌铸模内的钢水。

但是，为了提高铸坯的质量，在铸模的角部流速反转(例子1、2)、浸渍喷嘴附近的流速为10cm/s以下(例子6、8)是不好的。

因此，除表1中的不佳的线圈形状(例子1、2、6、8)之外，S为240mm以下，M为400mm以下较佳。在此，在例子5中M为500mm较佳，但在例子8中M为500mm不佳，因此，M为400mm以下。另外，在PAI型线圈之间需要用于绕线的空间，由于该空间需要最低为200mm，因此，M的范围为200mm～400mm。将这些值代入上述(5)式，获得上述(3)式。

下面，对根据本发明来设计兼用线圈的例子进行说明。

作为对象的铸模厚度t为270mm，铸模宽度L为1100mm、1620mm。将适当的W、M、S的值代入上述(3)式和(4)式时，S≤200、200≤M≤400这样的条件能够像下记表4那样地简单地进行限定。在表4的判定栏中，记号○是指较佳的判定结果，记号×是指不佳的判定结果。

表4

L(mm)	W(mm)	n(个)	M(mm)	S(mm)	判定
						1620	100	3	320	200	○
1620	120	3	140	200	×
						1620	130	2	440	200	×
1620	140	2	280	200	○
						1620	150	2	320	200	○
1620	160	2	260	200	○
						1620	170	2	200	200	×
1620	180	2	140	200	×
						1620	190	2	80	200	×

L(mm)	W(mm)	n(个)	M(mm)	S(mm)	判定
						1100	100	2	500	0	×
1100	120	2	380	0	○
						1100	130	2	320	0	○
1100	140	2	260	0	○
						1100	150	1	650	0	×
1100	160	1	620	0	×
						1100	170	1	590	0	×
1100	180	1	560	0	×
						1100	190	1	530	0	×

由表4可知，在L＝1620mm、1100mm的任一情况下，都能获得良好的判定结果的兼用线圈的形状参数为n＝2个、W＝140mm、这种情况下的M为260mm～380mm较佳。

之后，由通过数值解析进行的详细研究，将兼用线圈的最佳的形状参数决定为n＝2、W＝140mm、M＝320mm、h＝100mm。图7、图8表示使用该兼用线圈以浇铸速度1.6m/min电磁搅拌铸模内钢水的情况下的流动解析结果。

图7表示使从PAI型线圈的芯上端到铜铸模上端的距离h及频率f为满足权利要求2的条件h＝100mm、f＝4.0Hz、以表2、3所示的电流相位图案X、Y进行流动解析的结果。

图7的(a)表示电流相位图案X的条件下的弯月面下的流速分布，图7的(b)表示电流相位图案X的条件下的浸渍喷嘴的喷出孔位置的流速分布。另外，图7的(c)表示电流相位图案Y的条件下的弯月面下的流速分布，图7的(d)表示电流相位图案Y的条件下的浸渍喷嘴的喷出孔位置的流速分布。

另外，图8的(a)、(b)表示距作为图7的(a)中的A-A’线及图7的(b)中的B-B’线表示的铸模长边壁面10mm的位置的水平方向的流速分布。图8的(a)表示电流相位图案X的条件下的水平方向的流速分布，图8的(b)表示电流相位图案Y的条件下的水平方向的流速分布。

由图7的(a)～(d)可知，电流相位图案X与电流相位图案Y均在弯月面下形成涡流。但是，电流相位图案Y(图7的(d))的逆向区域的流动良好。其原因在于，因相邻的PAI型线圈相互间干涉而产生的电磁力在电流相位图案Y的情况下适合电磁搅拌。

由图8的(a)、(b)能够确认在本发明中，在大部分区域弯月面下的流速大于浸渍喷嘴的喷出孔位置处的流速，能够搅拌至铸模的角部。

图9表示与本发明相比而应用上述专利文献6等所公开的线性线圈的情况下的流动解析结果。但是，未应用专利文献6所公开的对左右电磁线圈的电磁力付与差值这样的技术，左右电磁线圈的电流值作为相同的值来计算。

为了与图7、图8所示的本发明的计算结果相比较，弯月面下的铸模长边附近的流速是与图7、图8相同程度的55cm/s左右，作为线性线圈的电流条件，电流为40000AT，频率为3.0Hz。

由图9的(c)能够确认，在线性线圈的情况下，浸渍喷嘴的喷出孔位置处的顺向区域的流速大幅度加速，并且，在弯月面下的铸模角部流速反转。

这样，在线性线圈的情况下，不进行对左右电磁线圈的电流进行调整等的处理时，喷出流过度加速，从而发生拉漏，而且，在弯月面下无法搅拌至铸模的角部，因此，存在质量变差这样的问题。

另外，图10表示在本发明的电流相位图案Y的条件下使电流频率f为1.0Hz、2.0Hz、3.0Hz的情况下的铸模长边附近的流速分布。

在满足本发明的权利要求2的频率为3.0Hz的情况下，弯月面下的电磁力为浸渍喷嘴的喷出孔位置的电磁力的2倍以上(参照图3)。因而，如图10的(c)所示，能够连铸模的角部流速都未反转地在弯月面下搅拌。

相对于此，图10的(a)所示的频率f为1.0Hz的情况、及图10的(b)所示的频率为2.0Hz的情况是不满足本发明的权利要求2的条件的情况。因而，由于弯月面下的电磁力未达到浸渍喷嘴的喷出孔位置的电磁力的2倍以上(参照图3)，因此，在弯月面下的铸模角部流速反转，搅拌不充分而质量变差。

即，在本发明中，通过使弯月面下的电磁力为浸渍喷嘴的喷出孔位置的电磁力的2倍以上，即使不调整左右电磁线圈的电流，也不会过度加快喷出孔位置的流速。另外，即使在弯月面下，也能够直到铸模的角部都不使流速反转地进行搅拌。

图11表示将图1所示的本发明的兼用线圈应用于铸模宽度L为1100mm、浇铸速度为2.0m/min的电磁搅拌的情况下的流动解析结果。

图11的(a)是表示弯月面下的流速分布的图，图11的(b)是表示浸渍喷嘴的喷出孔位置的流速分布的图，图11的(c)是表示弯月面下和浸渍喷嘴的喷出孔位置处的距铸模长边面10mm的位置的水平方向流速的图。

由图11的(a)能够确认，在铸模宽度为1100mm的情况下，在弯月面下能获得涡流。另外，由图11的(b)能够确认，与铸模宽度为1620mm的情况同样，不过度加快浸渍喷嘴的喷出孔位置的流速就能够在弯月面下搅拌至铸模的角部。

下记表5表示将本发明的兼用线圈作为电磁制动而应用于铸模宽度为1620mm和1100mm的情况的实施例。电磁制动性能能够以与不实施电磁制动的情况相比、弯月面下的最大流速和流速变动小出多少程度来评价。由于该最大流速小出5cm/s以上，流速变动小出10cm/s以上，因此，可以说充分起到了电磁制动的作用。

表5

图1的兼用线圈的电磁制动时的磁通密度产生方法基本上是图12的(a)所示的NNSS方式，但也可以是图12的(b)所示的使磁通密度产生方向交替的NSNS方式。

发明人在上述专利文献3中公开有，只要能获得相同程度的磁通密度，作为电磁制动性能，能够更有效地抑制最大流速的NSNS方式就好于在流速变动抑制的方面优良的NNSS方式。

在PAI型线圈的数量n为4个以上的情况下，通过将2个齿部形成一体地磁化，能够交替产生大的磁通密度。但是，在图1所示的n＝2的情况下，为了实施交替产生磁通密度的NSNS方式，仅磁化1个齿部，因此，与将2个齿部形成一体地磁化的情况相比，磁通密度显著地降低。

另外，在NNSS方式中，在n＝2的情况下施加54000AT的电流，能够获得3000Gauss以上的磁通密度。但是，在NSNS方式中，即使施加54000AT的电流，也仅能获得1060Gauss的磁通密度。

由表5，在NNSS方式的情况下，与未实施电磁制动的情况相比，最大流速降低5cm/s左右，流速变动降低16cm/s左右。另一方面，在NSNS方式的情况下，无论磁通密度有多小，最大流速都会降低8cm/s左右，流速变动会降低12cm/s左右。因此能够确认，无论磁化方式是NNSS方式，还是NSNS方式，本发明的兼用线圈的电磁制动都具有充分的性能。

本发明当然并不限定于上述例子，不言而喻，只要是各权利要求所述的技术思想的范畴，就也可以适当地变更实施方式。

例如，a)在上述本发明中，对浸渍喷嘴位于铸模中心的情况进行了说明，但浸渍喷嘴也可以不必位于铸模中心，b)即使交流电流不是3相，只要电流相位差为90度～120度，就也可以是更多的多相交流。

工业实用性

以上的本发明只要是使用浸渍喷嘴进行的连续铸造，就也能够在使用弯曲型、垂直型等任何的样式连续铸造时应用。另外，不仅能够应用于扁钢坯的连续铸造，也能够应用于钢锭(bloom)的连续铸造。

Claims (4)

1.一种钢的连续铸造方法，该钢的连续铸造方法通过向配置在铸模长边的外周的电磁线圈通入直流电流或3相交流电流，选择性地对铸模内的钢水实施电磁制动或电磁搅拌而连续铸造钢，其特征在于，

上述电磁线圈在各长边具有2n个齿部，其中n是2以上的自然数；

分别对各上述齿部的外侧实施绕线，而且对实施了这些绕线的齿部进一步在每2个齿部的外侧实施绕线而将该每2个齿部缠绕成一体；

并且，将具有这些各齿部的作为磁性体的电磁线圈的芯部配置在从弯月面到浸渍喷嘴的喷出孔位置的铅直方向的范围内；

在电磁搅拌铸模内的钢水时，使在弯月面下的钢水中感应的电磁力为在浸渍喷嘴的喷出孔位置感应的电磁力的2倍以上。

2.根据权利要求1所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，

在电磁搅拌铸模内的钢水时，从上述芯部的上端到铸模上端的距离h与对上述电磁线圈施加的3相交流电流的频率f的关系满足下记(1)式及(2)式，其中上述距离h的单位是mm，上述频率f的单位是Hz，

1.8＜f＜3.0时，h≤102f-185...(1)

3.0≤f≤5.0时，h≤18f+68  ...(2)。

3.根据权利要求1或2所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，

上述自然数n是2；

励磁线圈1～3、励磁线圈4～6、励磁线圈7～9、励磁线圈10～12分别构成1个电磁线圈，励磁线圈1、4、7、10分别是为了将2个齿部形成一体而实施了绕线的励磁线圈；

在具有励磁线圈1～3的电磁线圈和具有励磁线圈4～6的电磁线圈按顺序配置在一方长边侧、另一方长边侧的具有励磁线圈7～9、10～12的电磁线圈面向具有励磁线圈1～3、4～6的电磁线圈地配置的情况下，在A、B及C为3相交流电流中具有120度的相位差的各相位时，按照上述励磁线圈的顺序对在上述各电磁线圈的各齿部实施了绕线的励磁线圈1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11及12施加-C、+B、+A、+C、-B、-A、-C、+A、+B、+C、-A及-B，或者施加-C、+B、+A、-B、+A、+C、+B、-C、-A、+C、-A及-B。

4.一种铸模内钢水的流动控制装置，该铸模内钢水的流动控制装置通过向配置在铸模长边的外周的电磁线圈通入直流电流或3相交流电流，选择性地对铸模内的钢水实施电磁制动或电磁搅拌而连续铸造钢，其特征在于，

该流动控制装置具有电磁线圈、直流电源和3相交流电源；

电磁线圈在各长边具有2n个齿部，其中n是2以上的自然数；

分别对各上述齿部的外侧实施绕线，而且对实施了这些绕线的齿部进一步在每2个齿部的外侧实施绕线而将该每2个齿部缠绕成一体，在各长边配置有n个该缠绕成一体的齿部；

并且，将具有这些各齿部的作为磁性体的电磁线圈的芯部配置在从弯月面到浸渍喷嘴的喷出孔位置的铅直方向的范围内；

在将各齿部的宽度设为W、铸模宽度设为L时，为了将2个齿部形成一体而实施了绕线的电磁线圈的各长边的齿部数量n满足下记(3)式，其中上述宽度W、L的单位是mm，

(L-80)/(3W+400)≤n≤(L+200)/(3W+200)...(3)。

Images