CN104136145A - 电磁搅拌装置及连续铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的主要目的是提供一种能够均匀地向各铸型赋予电磁力的电磁搅拌装置。本发明在设置于将铸型(4)包夹的一对电磁线圈(C1、C2)的芯部(11)处的2个齿部(12)的外侧缠绕内侧绕线(13)，在缠绕有内侧绕线(13)的外侧缠绕有外侧绕线(14)，利用3相交流电源，使相位差相差120度的电流A、B、C在这些绕线中流动，在线圈(C1、C2)之间的距离L为500mm以上的情况下，电流的方向按照从铸造方向的一端侧向另一端侧流动的顺序，在线圈(C1)中是－B、+C、－C、+A、－A、+B，在线圈(C2)中是－B、+A、－A、+C、－C、+B，在距离L不足500mm的情况下，在线圈(C1)中是－B、+C、－C、+A、－A、+B，在线圈(C2)中是+B、－A、+A、－C、+C、－B，将满足铸型数量n、各铸型的外形尺寸φ以及电磁线圈宽度W为n×φ＜W的数量的铸型配置在线圈(C1、C2)之间而形成电磁搅拌装置(5)。

Description

电磁搅拌装置及连续铸造方法

技术领域

本发明涉及一种在具有圆形截面或者矩形截面的小钢坯用连续铸造装置中，能够针对单个或者多个铸型，控制铸型内钢液的均匀流动的电磁搅拌装置以及使用该电磁搅拌装置的连续铸造方法。

背景技术

具有圆形截面或者矩形截面的小钢坯铸片经过制管、轧制工序而成为各种截面尺寸的无缝钢管、型钢的原材料。无缝钢管、型钢由于产品尺寸多种多样，且轧制工序也不同，因此作为母材的小钢坯铸片的截面尺寸也同样多样化。因此，利用与生产能力相应的铸型数量进行浇注。

在这里，在被连续铸造过的铸片、或者铸锭后的轧制钢锭中，将横截面为正方形或者圆形的铸片定义为小钢坯铸片。同样在上述的铸片或者钢锭中，将横截面为长方形的铸片定义为大钢坯铸片。此外，在上述小钢坯铸片中，将横截面为正方形的铸片定义为矩形钢坯，将横截面为圆形的铸片定义为圆形钢坯。

一边参照作为纵剖视图的图1，一边对连续铸造进行说明，该纵剖视图是从侧面方向观察能够适用于本发明的小钢坯铸片的连续铸造设备100的结构例而得到的。图1中的附图标记1表示中间包、附图标记2表示钢液、附图标记3表示浸渍管嘴、附图标记4表示铸型、附图标记5表示电磁搅拌装置、附图标记6表示铸型正下方的铸造用辊、附图标记7表示包含相同的二次冷却喷淋带的轧辊挡板带、附图标记8表示凝壳、附图标记9表示间距辊、附图标记10表示铸片。

在连续铸造中，通过浇包注入到中间包1的钢液2借助浸渍管嘴3浇注到铸型4中。被浇注至铸型4的钢液2一边被间距辊9的旋转驱动沿着铸造用辊6的导辊组拉拔，一边利用二次冷却喷淋带将凝壳8的表面冷却，随着逐渐凝固而形成铸片10。

在连续铸造时，控制铸型内钢液的流动，对于通过向弯液面(メニスカス)的供热而实现保护渣的熔融稳定化、去除铸片表面的夹杂物等，以及在作业上、铸片品质上都极其重要。作为控制铸型内钢液的流动的方法，广泛公知有向铸型内的钢液赋予电磁力并来搅拌钢液的电磁搅拌，此时，在利用多个铸型进行作业的情况下，有必要对各个铸型赋予能使钢液均匀流动的电磁力。

作为赋予用于电磁搅拌的电磁力的方法，列举有旋转移动磁场式和直线移动磁场式这两种方法。

其中，旋转移动磁场式的方法，是用于小钢坯铸片、大钢坯铸片等的连续铸造中的方法，是利用沿铸型的整周配置的多个磁极在铸型内形成旋转磁场而获得均匀流动的方法(例如，专利文献1)。

但是，在旋转移动磁场式应用于多个铸型时，由于各个铸型都需要电磁搅拌装置，因此无论是电磁搅拌装置的设置数量的增加、还是由于铸型的大型化而无法将多个铸型中的铸流(strand)通用化等，都将导致设备费用的增加。

另一方面，作为直线移动磁场式，申请人在专利文献2中提出有如下电磁线圈：从线圈铁芯的芯部11向铸型4侧突出状地设置2个齿12，向这些齿12分别缠绕内侧绕线，并进一步在2个齿12部的外侧缠绕外侧绕线，进而将两个绕线合成为一个电磁线圈。参照图2A说明在专利文献2中提出的电磁线圈。该电磁线圈是通过使相位差相差120度的三相交流电流A、B、C如图2A所示在内侧绕线13、外侧绕线14中流动，而使磁场呈直线状移动。以下，将该电磁线圈称为圆盘(π)型电磁线圈。

在具有该圆盘型电磁线圈的电磁搅拌装置中，由于缠绕有外侧绕线的相位的磁场是相同方向，所以磁通量变大，在向大截面的铸型施加电磁力的情况下，能够沿着铸型的整周获得良好的电磁力(参照图6A)。

但是，在圆盘型电磁线圈之间设置了多个小截面的铸型的情况下，由于圆盘型电磁线圈之间的间隔L变窄，因此导致贯穿铸型4的磁通量成分变得过强，从而难以形成移动磁场，并且产生电磁力不连续的贯穿区域(参照图6B的不均匀流动部处的电磁力的变形)。

专利文献1：日本特开平10－230349号公报

专利文献2：日本特开昭60－44157号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明要解决的课题是：在将旋转移动磁场式的电磁搅拌装置应用于多个铸型的情况下，由于各个铸型都需要电磁搅拌装置，因而，会使电磁搅拌装置的设置数量的增加、因铸型的大型化而使多个铸型中的铸流(strand)无法通用化。此外，本发明要解决的另一课题是能在具有圆盘型电磁线圈的电磁搅拌装置中产生的下述情况：在设置了多个小截面的铸型的情况下，线圈之间的间隔变窄，导致贯穿铸型的磁通量成分变得过强，难以形成移动磁场，产生电磁力不连续的区域。

用于解决问题的方案

本发明中，为了通过使用具有一对圆盘型电磁线圈的电磁搅拌装置，向单个或者多个铸型这两种情况分别赋予均匀的电磁力，使铸型内的钢液流动适宜化，进而使铸片的品质稳定化，采用的是如下技术方案。

即，本发明的第一技术方案是一种电磁搅拌装置5，其利用电磁线圈C1、C2以规定的间隔包夹由多个铸流构成的铸型4，并分别通入相位差相差120度的三相交流电流。

此时，电磁线圈C1、C2采用的是如下构成的圆盘型电磁线圈C1、C2：针对各个芯部11分别设有2个呈向铸型4侧突出状的齿部12(在各个芯部11分别设有2个向铸型4侧突出的凸部12)，在这些各齿部12上，外侧分别缠绕内侧绕线13，并向缠绕有这些内侧绕线13的2个齿部12的更外侧缠绕有外侧绕线14，进而将这两个绕线汇总成一个电磁线圈。

而且，向上述结构的圆盘型电磁线圈C1、C2中，例如图2A和图2B所示，通入相位差相差120度的三相交流电流A、B、C。图2A和图2B的纸面左右方向是铸造方向。图2A所示的方式是以如下方式通入电流A、B、C(在以下内容中，该形式称为“贯穿式接线方式”)：为了在外侧绕线14中流动相同方向的电流而使外侧绕线的磁通量朝向相同方向，向一对电磁线圈中的一个电磁线圈C1(纸面下侧)中以从铸造方向的一端侧向另一端侧依次为－B、+C、－C、+A、－A、+B的顺序通入电流A、B、C，并向另一个电磁线圈C2(纸面上侧)中以从铸造方向的一端侧向另一端侧依次为－B、+A、－A、+C、－C、+B的顺序通入电流A、B、C。此外，如图2B所示的方式是以如下方式通入电流A、B、C(在以下内容中，该形式称为“对称式接线方式”)：为了以铸型4的横截面中心作为中心而形成点对称，向一个电磁线圈C1(纸面下侧)中以从铸造方向的一端侧向另一端侧依次为－B、+C、－C、+A、－A、+B的顺序通入电流A、B、C；并向另一个电磁线圈C2(纸面上侧)中以从铸造方向的一端侧向另一端侧依次为+B、－A、+A、－C、+C、－B的顺序通入电流A、B、C。

此时，由于铸型4内的任意半径方向位置处的向周向作用的电磁力是均匀的，因此相对配置的电磁线圈C1、C2之间的距离L在对称式接线方式的情况下设为不足500mm，在贯穿式接线方式的情况下设为500mm以上。

在本发明中，以500mm这个值作为区分基准的理由是：在单体铸造和成对铸造中，确保对应于所使用的铸型的直径而共用铸型框架时的电磁线圈C1、C2之间的距离L。

此外，将与一对电磁线圈对应的铸型数量(在一对电磁线圈C1、C2的、由铸造方向的一端侧的端面和另一端侧的端面所包夹的区域中配置的铸型4的数量)设为n(个)、将各铸型的外形尺寸(在圆形钢坯的情况下是铸型铜板的外形直径，在矩形钢坯的情况下是铸型铜板的长边侧的外形宽度)设为将电磁线圈宽度设为W(mm)时，以满足下记公式(1)的方式确定铸型数量。

本发明的第2技术方案是一种使用电磁搅拌装置的连续铸造方法，其特征在于，该电磁搅拌装置是上述本发明的第1技术方案的电磁搅拌装置5，并且将弯液面之后的铸型附近的沿着铸型周向流动的钢液流速的最小値Vmin设为10cm/s(每秒10cm)以上。能够通过这样的技术方案，均匀地向各个铸型4赋予电磁力。在这里，“铸型附近”指的是能够使用电磁搅拌装置5让钢液流动的范围，举个例子，将从钢液所接触的铸型壁面起算100mm以内的区域称为“铸型附近”。

发明的效果

在本发明中，在使用单个或者多个铸型同时进行铸造的连续铸造装置中，能够使用具有一对电磁线圈C1、C2的电磁搅拌装置5，均匀地向各个铸型4赋予电磁力。其结果，由于无需单独针对铸型设置电磁搅拌装置，因此能够抑制设备费用。此外，能够对应于电磁线圈C1、C2之间的距离L，采用对称式接线方式或者贯穿式接线方式，因此不会产生电磁力不连续的区域。

附图说明

图1是从侧面方向观察钢坯铸片的连续铸造设备100的结构例而得到的纵剖视图。

图2A是表示圆盘型电磁线圈的概要和贯通式接线方式的图。

图2B是表示圆盘型电磁线圈的概要和对称式接线方式的图。

图3是表示铸型内钢液流速的最小值与铸片表面缺陷的产生率之间的关系的图。

图4A是表示设置了2台铸型的情况(n＝2的情况)的概要的图。

图4B是表示设置了3台铸型的情况(n＝3的情况)的概要的图。

图5A是表示采用贯穿式接线方式的情况的电磁力的图，是表示设置1台外径为360mm的铸型的情况的解析结果的图。

图5B是表示采用贯穿式接线方式的情况的电磁力的图，是表示设置2台外径为180mm的铸型的情况的解析结果的图。

图6A是表示采用对称式接线方式的情况的电磁力的图，是表示设置1台外径为360mm的铸型的情况的解析结果的图。

图6B是表示采用对称式接线方式的情况的电磁力的图，是表示设置2台外径为180mm的铸型的情况的解析结果的图。

图7是用于说明铸型4附近的向铸型周向的钢液流速V的图。

具体实施方式

本发明的目的在于，针对多种尺寸的铸型使用通用的电磁搅拌装置，在单个或者多个铸型内均匀地赋予电磁力，其满足以下条件。

发明人针对向电磁搅拌装置的各电磁线圈通入具有相位差的电流时的接线方法，利用各种计算模型进行了电磁场解析(参照图5A至图6B)。图5A和图6A中的“3.500×10³”、以及图5B和图6B中的“4.700×10³”都是洛伦兹力密度(N/m³)。此外，图5A、图5B、图6A以及图6B中的箭头表示由于电磁力而钢液受到的力的方向。

其结果，发现在电磁线圈C1、C2之间的距离L不足500mm的小截面铸型的情况下，在图2A所示的贯穿式接线方式中产生电磁力的滞流部，与此相对，采用图2B所示的对称式接线方式，能够通过使相位各自相差120度的电流A、B、C流入内侧绕线13和外侧绕线14，从而向铸型4的整周赋予均匀的电磁力。

但是，在电磁线圈C1、C2之间的距离L为500mm以上的大截面铸型的情况下，如果采用对称式接线方式，则虽然不产生电磁力的滞流部，但与贯穿式接线方式相比，由于电磁力弱，因此导致钢液的流速降低。因此，在电磁线圈C1、C2之间的距离L为500mm以上的大截面铸型的情况下，优选采用图2A所示的贯穿式接线方式。

此外，将与一对电磁线圈对应的铸型数量(在由一对电磁线圈C1、C2的铸造方向的一端侧的端面和另一端侧的端面所包夹的区域中配置的铸型的数量)设为n(个)、将各铸型的外形尺寸设为将电磁线圈宽度设为W(mm)时，如上述公式(1)那样确定铸型数量的原因在于，通过向一对电磁线圈C1、C2之间配置多个尺寸过大的铸型，使铸型4脱离作为电磁力的产生中心的齿部12，其结果，能够防止未赋予电磁力的区域的产生。此外，由于利用电磁搅拌装置5使电磁力沿着与齿部12正交的方向起作用，因此，在设置了多个铸型4的情况下，也能够对所有的铸型4赋予均匀的电磁力。

这就是本发明的电磁搅拌装置5。

接着，发明人使用如图1所示的具有本发明的电磁搅拌装置5的连续铸造设备100，研究出铸片表面缺陷产生率(％)与通过使用本发明的电磁搅拌得到的铸型壁附近的钢液流速的最小値(cm/s)之间的关系。

在这里，针对铸片表面缺陷产生率，以粉末状缺陷为对象进行研究，将产生了粉末状缺陷的铸片片数相对于总片数为10片～50片的1批铸造铸片(根据铸型径改变)所占的比例定义为铸片表面缺陷产生率(％)并进行评价。

对于钢液流速，从后述的实施例中的圆形钢坯铸片中取得横截面样品，在铸型整周上以15度间隔(合计24个)测定与表皮相距10mm的枝晶(dendrite)的偏折角，并将其进行换算，在所求得的值中将最小值作为Vmin。

其结果，发明人发现，如图3所示，伴随钢液流速的最小值的减少，铸片表面缺陷产生率上升。而且，优选的是，以为了使铸片表面缺陷产生率达到能够利用修正应对的小于1.5％，而确保弯液面之后的铸型壁附近的由电磁搅拌形成的钢液流速的最小值是10cm/s的方式，确定接线方式和铸型数量，从而完成本发明的连续铸造方法。此外，“能够利用修正应对”指的是通过使用打磨机等将铸片表面削掉1mm～5mm左右，就能将铸片表面的缺陷部除去。在以下内容中也是一样。图7表示在铸型4附近的沿着铸型周向流动的钢液流速V。

在本发明的连续铸造方法中，从进一步降低铸片表面缺陷产生率的角度出发，优选的是，弯液面之后的铸型壁附近的钢液流速的最小值是20cm/s以上。

因为由本发明的电磁搅拌装置进行的搅拌是具有圆盘型铁芯(芯部)的电磁搅拌，不是向铸型分别施加旋转磁场，而是通过与相位差相差120度的三相交流电流A、B、C和芯部平行的磁场移动能产生电磁力。其结果，由于随着磁场的移动，电磁搅拌装置5附近的钢液(铸型壁附近的钢液)流动，因此，不仅在如图2A和图2B所示的铸型4的数量是1个情况下，即使在如图4A和图4B所示的铸型4的数量是多个的情况下，电磁搅拌装置5附近的钢液(铸型壁附近的钢液)也均匀地流动。在这里，图4A和图4B的纸面左右方向是铸造方向。

实施例

以下，针对用于确认本发明的效果所执行的实施例进行说明。

本发明通过使用如下的电磁搅拌装置5向铸型4内赋予电磁力，从而使钢液均匀流动，其结果，改善了铸片的内部质量，其中，电磁搅拌装置5配置在铸造方向的宽度为W的电磁线圈C1、C2的在由铸造方向一端侧的端面和另一端侧的端面包夹的区域中存在弯液面所存在的位置处。

作为图1所示的连续铸造设备100的电磁搅拌装置5，使用图2B所示的对称式接线方式的电磁搅拌装置，在表1中示出，使用单个或者多个外表面侧的直径为180mm、225mm、265mm、400mm的铸型，且在铸造速度为0.5m/min～2.0m/min、向电磁线圈施加的电流值为300A～600A、磁场强度为50mT～150mT(毫特斯拉)的条件下进行连续铸造时的铸型内钢液流动的测定结果。

此外，所使用的电磁搅拌装置要准备宽度W为550mm和400mm的两种电磁搅拌装置，宽度W为550mm的电磁搅拌装置是在电磁线圈C1、C2之间的距离L为450mm和600mm这2种水平下进行试验的，宽度W为400mm的电磁搅拌装置仅在电磁线圈C1、C2之间的距离L为600mm下进行试验。

此外，在表1中示出满足本发明所规定的条件的发明例1～5和不满足本发明所规定的条件的对比例6～8的相关各条件、和弯液面之后的铸型附近的沿着铸型周向流动的钢液流速的最小値Vmin。

在下记的表1中，表面缺陷产生率λ为λ＜0.5％的情况记为◎、0.5％≤λ＜1.5％的情况记为○、1.5％≤λ的情况记为×。在该评价基准中能够利用修正应对的情况相当于◎或者○，由于不良情况出现率较高导致不能利用修正应对的情况相当于×。

[表1]

区分接线方式铸型数量n(个)铸型的外形尺寸3相线圈宽度W(mm)电磁线圈间距离L(mm)电磁搅拌电流(A)磁场(mT)钢液流速的最小值Vmin(cm/s)缺陷产生率(％)评价发明例对比例贯穿型对称型

如表1所示，弯液面之后的铸型附近的沿着铸型周向流动的钢液流速的最小値Vmin为10cm/s以上的发明例1～5中，都是表面缺陷产生率λ不足1.5％，能够利用修正应对。另一方面，由于钢液流速的最小値Vmin不足10cm/s，而不满足本发明的连续铸造方法的条件的对比例6～8中，都是表面缺陷产生率λ是1.5％以上，不能利用修正应对。

本发明并不限于上述例子是无需赘述的，在权利要求书所记载的技术思想的范围内可以变更为适宜的实施方式也是自不必说的。

产业上的可利用性

以上的本发明，只要是连续铸造即可适用，在弯曲型、垂直型等任何方式的连续铸造中都能适用。此外，不仅适用于扁钢坯的连续铸造，也适用于大钢坯的连续铸造。

附图标记说明

C1、C2…电磁线圈

4…铸型

5…电磁搅拌装置

11…芯部

12…齿部

13…内侧绕线

14…外侧绕线

100…小钢坯铸片的连续铸造设备(小钢坯用连续铸造

Claims (2)

1.一种电磁搅拌装置，其具有一对电磁线圈，该电磁线圈用于控制小钢坯用连续铸造装置的铸型内的钢液流动，并以隔开规定间隔的方式相面对地包夹单个或者多个铸型，在该一对电磁线圈的各个铁芯的芯部分别以向上述铸型侧突出的方式设置有2个齿部，在这些齿部中各个齿部的外侧分别缠绕内侧绕线，并向这些缠绕有内侧绕线的2个齿部12的上述内侧绕线的更外侧缠绕外侧绕线而由这两种绕线汇总为一个电磁线圈，利用3相交流电源，使相位差相差120度的电流A、B、C在这些内侧绕线和外侧绕线中流动，其特征在于，

在包夹上述铸型且相面对配置的一对上述电磁线圈间的距离L为500mm以上的情况下，在所述外侧绕线和内侧绕线流动的电流的方向为，按照从铸造方向的一端侧向另一端侧的顺序，在一对所述电磁线圈的一个电磁线圈中是－B、+C、－C、+A、－A、+B，并且在一对所述电磁线圈的另一个电磁线圈中是－B、+A、－A、+C、－C、+B；

在上述距离L不足500mm的情况下，在所述外侧绕线和内侧绕线中流动的电流的方向为，按照从铸造方向的一端侧向另一端侧的顺序，在一对上述电磁线圈的一个电磁线圈中是－B、+C、－C、+A、－A、+B，在一对上述电磁线圈的另一个电磁线圈中是+B、－A、+A、－C、+C、－B，

在由所述一对电磁线圈的铸造方向一端侧的端面和另一端侧的端面包夹的区域中配置的铸型的数量为n(个)、各铸型的外形尺寸为电磁线圈宽度为W(mm)时，将数量小于等于满足下记公式的数量的铸型配置在所述上述电磁线圈之间，

2.一种使用电磁搅拌装置的连续铸造方法，其特征在于，

所述电磁搅拌装置是权利要求1所记载的电磁搅拌装置，并且，

弯液面之后的铸型附近的沿着铸型周向流动的钢液流速的最小值Vmin是10cm/s以上。