CN112236249A - 钢的薄板坯铸造中使用的连续铸造用设备及连续铸造方法 - Google Patents

Abstract

用于该薄板坯铸造的连续铸造用设备具有钢水铸造用的铸模、向铸模内供给钢水的浸渍喷嘴、和能够在铸模内的钢水表面处赋予回转流的电磁搅拌装置；调整长边壁的铜板的厚度D_Cu(mm)、铸坯的厚度T(mm)、电磁搅拌装置的频率f(Hz)、钢水的电导率σ(S/m)及长边壁的铜板的电导率σ_Cu(S/m)，以满足下述(1)－a式、(1)－b式。D_Cu<√(2/σ_Cuωμ)(1)－a；√(1/2σωμ)<T(1)－b。这里，ω＝2πf：角速度(rad/sec)，μ＝4π×10^－7：真空的透磁率(N/A²)。

Description

钢的薄板坯铸造中使用的连续铸造用设备及连续铸造方法

技术领域

本发明涉及钢的薄板坯铸造中使用的连续铸造用设备及连续铸造方法。

本申请基于2018年6月7日在提出的日本专利申请第2018－109469号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

已知有铸造板坯厚为40～150mm、进而为40～100mm的薄板坯(薄铸坯)的薄板坯铸造方法。被铸造出的薄板坯在被加热后，被用4级至7级左右的小规模的轧机轧制。采用作为用于薄板坯铸造的连续铸造铸模而使用漏斗状铸模(漏斗型铸模)的方法和使用矩形的平行铸模的方法。在薄板坯的连续铸造中，需要通过高速铸造来确保生产性，在工业上能够进行5～6m/分钟、最高10m/分钟的高速铸造(参照非专利文献1)。

在薄板坯铸造中，如上述那样铸造厚度通常较薄为150mm以下、进而100mm以下，另一方面铸造宽度是1.5m左右，纵横比高。并且，由于铸造速度为5m/分钟是高速铸造，所以生产量(throughput、生产能力)也较高。除此以外，为了使向铸模的钢水注液变得容易，使用漏斗状铸模的情况较多，铸模内流动更复杂化。因此，为了将喷嘴喷出流制动，还提出了将电磁铁配置在铸模长边上而将流动制动的方法(电磁制动器)(参照专利文献1)。

另一方面，在不是薄板坯铸造的通常的板坯连续铸造中，以液面附近的钢水温度均匀化、凝固均匀化、以及防止夹杂物向凝固壳的捕捉为目的，使用铸模内电磁搅拌装置。在使用电磁搅拌装置的情况下，需要在铸模内的水平截面内稳定形成钢水的回转流。所以，以往关于电磁搅拌装置与液面的位置关系、电磁搅拌装置与从中间包(tundish)向铸模内供给钢水的浸渍喷嘴喷出孔的位置关系、从喷嘴喷出的钢水的流速与搅拌流速的关系，公开了各种的技术。例如，在专利文献2中，公开了在浸渍喷嘴喷出孔中的磁通密度是电磁搅拌装置的最大磁通密度的50％以下的位置处设置浸渍喷嘴喷出孔的方法。

在薄板坯铸造中，即使在相同的目的下，可以说优选的是只要能够在液面附近在C截面内赋予回转流，则能实现液面附近的钢水温度均匀化、凝固均匀化、以及防止夹杂物向凝固壳的捕捉。但是，在薄板坯铸造中，没有使用在通常的板坯连续铸造中使用的铸模内电磁搅拌。考虑这是因为：由于铸模厚度较薄，设想回转流的形成较困难；为了高速铸造而已经在凝固壳前表面被赋予了充分的流动，如果再在液面附近赋予回转流，则铸模内流动复杂化，并不优选。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001－47196号公报

专利文献2：日本特开2001－47201号公报

非专利文献

非专利文献1：第5版钢铁概览第1卷制铁/制钢第454～456页

非专利文献2：冈野忍等著“铁和钢”61(1975)，2982页

发明内容

发明要解决的课题

在薄板坯铸造中，由于在铸坯厚较薄的过程中进行高速铸造，所以首先将喷嘴喷出流制动，使液面水平稳定化，所以如上述那样，通常使用电磁制动器。但是，在薄板坯铸造中，由于浸渍喷嘴与铸模长边之间的间隙变得窄，所以在该窄的间隙中，钢水的流动容易停滞。在薄板坯铸造中，优选的是确保浸渍喷嘴与铸模长边之间的流动、在液面水平整体中形成均匀的回转流。在不是薄板坯铸造的通常的板坯铸造中，广泛地使用如下的方法：如上述那样在铸模的长边壁的背面侧设置电磁搅拌装置(以下，也有称作EMS的情况)、在相对的长边壁分别赋予相反朝向的推力、由此以在铸模内的弯液面附近的水平截面内形成回转流的方式赋予搅拌流。

通过应用上述方法，能够实现铸模内液面附近的钢水温度分布的均匀化、凝固壳厚度的均匀化，除此以外，还能够防止夹杂物向凝固壳的捕捉。因此，优选的是首先在薄板坯铸造中也在铸模内的弯液面附近的水平截面内形成回转流。接着，由于搅拌流的流速增大而凝固壳厚的均匀化效果变大，优选的是赋予充分的搅拌流。特别是，在如亚包晶钢那样容易发生伴随着δ/γ相变的不均匀凝固的钢种的薄板坯铸造中，因为浸渍喷嘴与铸模长边间的狭窄的间隙中的钢水的流动停滞而容易在长边中央发生纵破裂，赋予充分的搅拌流是重要的。

在铸模内形成了回转流的情况下，如图2所示，在铸模内的4个拐角部，在搅拌流碰撞的部位，压力变高，液面隆起，在铸模的短边壁侧的厚度方向中央部(以下也称作厚度中央部)，反而发生液面凹陷的现象。具体而言，如图2的(A)所示，通过由EMS赋予搅拌流，以在水平截面内回转(回旋)，钢水表面7在拐角部处隆起，在短边壁侧的厚度中央部处下陷。另外，在钢水表面7的上部存在粉末层18。

特别是，若着眼于拐角间的距离较短且伴随着液面水平的凹凸的坡度较大的短边壁，则如图2的(B)所示，在拐角部最初形成凝固壳19，在厚度中央部，由于液面水平的凹凸而比拐角部晚地开始凝固。因此，在铸模内的更下方，如图2的(C)所示，在厚度中央部处凝固最晚，形成凝固延迟部20。

在浸渍喷嘴2设有朝向铸模12的长边方向的喷出孔3，从该喷出孔3形成了钢水的喷出流(以下也称作喷嘴喷出流4)的情况下，在铸坯的厚度方向上，厚度中央部流速成为最快。喷嘴喷出流4冲击在短边凝固壳上。因喷嘴喷出流冲击在短边凝固壳上造成的凝固延迟在铸坯的厚度方向上厚度中央部最为显著。特别是，在如亚包晶钢那样容易发生伴随着δ/γ相变的不均匀凝固的钢种的铸造中，短边厚度中央部通过弯曲力矩而进一步浮起，除了凝固延迟加速以外，还在界面作用拉伸应力，容易发生表皮下破裂。

根据以上，由EMS带来的搅拌流形成的液面水平形状的凹凸的结果是，除了凝固延迟以外，还有喷嘴喷出流冲击，所以局部地形成过大的凝固延迟部，如果其程度变得显著，则发生铸漏(break out)。此外，由于铸造宽度越窄则浸渍喷嘴与短边壁的距离越短，所以这样的现象更容易发生。

因为以上这样的状况，在薄板坯铸造中难以进行在铸模内赋予回转流(回旋流)的电磁搅拌，即使进行，也难以赋予足够使凝固壳均匀化、特别是足够防止亚包晶钢的长边中央的纵破裂的搅拌流速。

本发明是鉴于这样的情况而做出的，目的是提供一种钢的连续铸造用设备及连续铸造方法，在薄板坯铸造中能够防止铸坯的长边中央的纵破裂。

用来解决课题的手段

作为本发明的主旨之处，如以下所述。

(1)本发明的第一方式是一种用于铸模内的铸坯厚度为150mm以下、铸造宽度为2m以下的钢的薄板坯铸造的连续铸造用设备，具有：钢水铸造用的铸模，具备分别由铜板构成并被对置配置的一对长边壁和一对短边壁；浸渍喷嘴，向上述铸模内供给钢水；以及电磁搅拌装置，在上述一对长边壁的背面侧沿着上述长边壁被配置，能够在上述铸模内的钢水表面赋予回转流；调整上述长边壁的上述铜板的厚度D_Cu(mm)、上述铸坯的厚度T(mm)、上述电磁搅拌装置的频率f(Hz)、上述钢水的电导率σ(S/m)及上述长边壁的上述铜板的电导率σ_Cu(S/m)，以满足下述(1)－a式、(1)－b式。

这里，ω＝2πf：角速度(rad/sec)，μ＝4π×10^－7：真空的透磁率(N/A²)。

(2)在上述(1)所记载的钢的连续铸造用设备中，也可以是，上述短边壁的内表面的平截面形状是在距上述铸模的上端100mm下方的位置即弯液面位置处向上述铸模的外侧伸出的弯曲形状，上述弯曲形状的伸出量朝向铸造方向的下方依次减少，在上述铸模内的下部是平坦形状；上述弯曲形状的形成范围是从上述弯液面位置到与上述电磁搅拌装置的下端同等或比上述电磁搅拌装置的下端靠下方且比上述浸渍喷嘴的浸渍深度靠上方的位置为止的范围；上述弯曲形状的上述弯液面位置处的伸出量δ(mm)和由上述铸模铸造的上述铸坯的厚度T(mm)满足下述(2)式的关系。

0.01≤δ/T≤0.1 (2)

(3)本发明的第二方式，是使用上述(1)或(2)所记载的钢的连续铸造用设备的钢的连续铸造方法，调整上述铜板的厚度D_Cu(mm)、上述铸坯的厚度T(mm)、上述电磁搅拌装置的频率f(Hz)、上述钢水的电导率σ(S/m)及上述铜板的电导率σ_Cu(S/m)，以满足下述(1)－a式、(1)－b式。

这里，ω＝2πf：角速度(rad/sec)，μ：真空的透磁率(N/A²)。

发明效果

有关本发明的钢的用于薄板坯铸造的连续铸造用设备及连续铸造方法通过在薄板坯铸造中在铸模内设置电磁搅拌装置、进而使向电磁搅拌装置施加的交流电流的频率适当化，从而在铸坯厚度为150mm以下的薄板坯铸造中也在液面水平附近形成回转流。由此，能够进行长边面处的凝固均匀化，能够防止铸坯的长边中央的纵破裂。

进而，在使短边壁的内表面的平截面形状为弯曲形状、规定其形成范围的情况下，实现短边壁侧的凝固的均匀化，能够使短边壁侧的凝固部分的形状为矩形化(平坦形状)。由此，不再有长边宽度中央部或短边厚度中央处的表皮下破裂，进而，不再有因短边厚度中央附近处的凝固延迟造成的铸漏。

结果，在铸模内的液面附近赋予回转流并且实现凝固的均匀化，还能够实现铸造速度的高速化，因而是良好的。

附图说明

图1是说明由电磁搅拌带来的铸模内的钢水流动的立体概念图。

图2是表示由电磁搅拌带来的铸模内的钢水表面形状和初期凝固状况的概念图，(A)是A－A向视部分侧面剖视图，(B)是B－B向视部分平面剖视图，(C)是C－C向视部分平面剖视图。

图3是表示在短边壁处形成的弯曲形状的图，(A)是A－A向视侧面剖视图，(B)是B－B向视平面剖视图，(C)是C－C向视平面剖视图，(D)是D－D向视平面剖视图。

图4是表示电磁搅拌频率给铸模表皮深度和钢水电磁力表皮深度带来的影响的图。

图5是说明对铸坯截面观察的白色带的图。

图6是表示短边壁的弯曲形状的伸出量δ与凝固均匀度的关系的图。

图7是表示作为圆弧的弯曲形状的曲率半径R与伸出量δ的图。

图8是表示作为圆弧的弯曲形状的曲率半径R与伸出量δ的关系的图。

图9是表示高度方向的弯曲形状形成范围(伸出范围)与凝固均匀度的关系的图。

图10是对短边锥进行说明的图。

具体实施方式

以下，对有关本发明的一实施方式的铸模内的铸坯厚度是150mm以下的薄板坯铸坯的连续铸造用设备(以下，称作有关本实施方式的连续铸造用设备)进行说明。铸坯厚度也可以是超过100mm。

有关本实施方式的连续铸造用设备是具有以下部分的设备：钢水铸造用的铸模12，具备分别由铜板构成并对置配置的一对长边壁和一对短边壁；浸渍喷嘴2，向该铸模内供给钢水6；以及电磁搅拌装置1，在一对长边壁的背面侧沿着该长边壁配置，在铸模内的钢水表面7(以下也称作液面)的附近对钢水赋予回转流9。在图1中表示EMS施加时的铸模内的钢水流动的示意图。在图1中，为了使理解变得容易，没有图示铸模12的长边壁、短边壁，图示了由长边壁和短边壁包围的铸造空间5。另外，关于铸模内的钢水表面7，由于通常在距铸模上端100mm附近进行铸造，所以在以下的说明中，将距铸模上端为100mm下方位置称作弯液面位置P1。

有关本实施方式的连续铸造用设备具有以下的结构(a)。结构(a)：图2的(A)所示的铸模长边壁15的铜板厚度D_Cu、铸模内的铸坯厚度T、向电磁搅拌装置施加的交流电流的频率f满足规定的关系式。

通过具有结构(a)，在铸模内的铸坯厚度为150mm以下的薄板坯铸造中也能够在弯液面部处形成搅拌流。

连续铸造用设备优选的是还具有以下的结构(b)、结构(c)。

结构(b)：如图3所示，使短边壁10的内表面的平截面形状(以下也称作内表面形状)为在弯液面位置P1的附近向铸模的外侧伸出的弯曲形状，朝向铸造方向的下方而使弯曲形状的伸出量依次减少(缩减)，在下部(弯曲形状以外)为平坦形状。另外，以弯曲形状伸出的部分由于从铸模12观察为凹陷的部分，所以也称作凹部14。

结构(c)：将弯曲形状的形成范围设为从弯液面位置P1到与电磁搅拌装置的下端16(芯(铁芯)的下端位置)同等或比其靠下方且比浸渍喷嘴的浸渍深度17靠上方的位置P2为止的范围。另外，所述的浸渍喷嘴的浸渍深度17，是喷出孔3的下端位置的深度(例如200～350mm左右)，浸渍喷嘴的喷出孔3的下端位置位于比电磁搅拌装置的下端16靠下方。

在具有结构(b)、结构(c)的情况下，实现短边壁侧的凝固的均匀化，能够使短边壁侧的凝固部分的形状矩形化(平坦形状)。由此，不再有长边宽度中央部及短边厚度中央处的表皮下破裂，进而，不再有因短边厚度中央附近处的凝固延迟造成的铸漏。

以下，对结构(a)进行说明。

本发明者们对于在150mm以下的铸坯厚度的薄板坯铸造中用来在铸模内钢水表面部形成搅拌流的条件进行了研究。

为此，首先由电磁搅拌装置1形成的交流磁场的表皮深度比铸模长边壁15的铜板厚度D_Cu大是重要的。该条件由下述(1)－a式规定。即，需要导体中的电磁场的表皮深度比铜板厚度D_Cu大。

以往，在铸坯厚度T为150mm以下的薄板坯铸造中，即使赋予电磁搅拌推力以在铸模内形成回转流，也不能在铸模内钢水中形成回转流。对此，本发明者们首次发现，以使设置在对置的两片长边壁15各自的背面上的电磁搅拌装置在铸模内形成的电磁场不相互干涉的方式，设为电磁搅拌装置在钢水中形成的电磁力的表皮深度比铸坯厚度T小那样的频率，从而在液面水平下形成回转流。该条件由(1)－b式规定。该式表示电磁力的表皮深度与铸坯厚度的关系，电磁力的表皮深度由导体中的电磁场的表皮深度的1/2规定。这是因为，电磁力为电流密度×磁通密度，但由于电流密度、磁场向导体内部的侵入以√(2/σωμ)记述，所以其积的电磁力的表皮深度为1/2×√(2/σωμ)，以√(1/2σωμ)记述。

在上述(1)－a式、(1)－b式中，ω＝2πf：角速度(rad/sec)，μ：真空的透磁率(N/A²)，D_Cu：铸模铜板厚度(mm)，T：铸坯厚度(mm)，f：频率(Hz)，σ：钢水的电导率(S/m)，σ_Cu：铜板电导率(S/m)。

以由(1)－b式规定那样的较高的频率进行电磁搅拌，从而才开始能够在铸坯厚度为150mm以下的薄板坯铸造中、在铸模内形成充分的流速的回转流。在以往的铸模内电磁搅拌中，由于能够减少铸模铜板中的能量损失，所以通常使用较低的频率。

另外，钢水的电导率和铜板的电导率只要使用市面销售的电导率仪(电导率计)测量就可以。

在图4中表示电磁搅拌频率给铸模表皮深度和钢水电磁力表皮深度带来的影响的一例。当长边壁铜板厚度为25mm时，如果将电磁搅拌频率f设为比20Hz小，则能够满足(1)－a式。当铸模内铸坯厚度T为100mm时，如果使电磁搅拌频率f比10Hz大，则能够满足(1)－b式。

这样，在薄板坯铸造中在铸模内设置电磁搅拌装置，再将向电磁搅拌装置施加的交流电流的频率优化，从而在铸坯厚度为150mm以下的薄板坯铸造中在液面水平附近也形成回转流。由此，能够进行长边面处的凝固均匀化，能够防止铸坯的长边中央的纵破裂。

接着，对结构(b)进行说明。

本发明者们对在通过施加EMS而得到的钢水的流动下使短边壁附近的凝固均匀化的方法进行了研究。

首先，采用上述的结构(b)作为铸模的短边壁的结构，由此想到可能有以下的3点：

1)能够补偿向长边壁和短边壁的向各方向的凝固收缩；

2)能够以铸模自身的结构来追随拐角部附近的形状变化；

3)能够缓和由搅拌流的冲击带来的拐角部处的压力上升。

所以，制作短边壁10的内表面形状不同的铸模，使用该铸模进行铸造，调查短边壁10的内部形状给铸坯的形状带来的影响。

在调查时，通过转炉中的精炼和回流式真空脱气装置中的处理及合金添加，熔制出0.1％C钢(亚包晶钢)。并且，以铸造速度5m/分铸造出宽度1200mm、厚度150mm的铸坯。将铸模内钢水表面位置设为距铸模上端100mm。

这里，以在弯液面附近在水平截面内形成回转流为目的，使用在长边壁15的背面侧搭载有电磁搅拌装置1(EMS)的连续铸造用设备进行铸造。另外，进行EMS的设置，以使EMS芯的上端与铸模内的弯液面的位置P1(距铸模上端为100mm)一致。EMS的芯厚是200mm，电磁搅拌装置的下端16是距弯液面位置200mm。浸渍喷嘴的浸渍深度17是距弯液面位置P1为250mm。此外，也进行了尽管是相同条件但不使用电磁搅拌装置的铸造。

从铸造出的铸坯切割出试样，调查短边部的凝固组织。如图5所示，在铸坯截面中，观察到被称作白色带21的表示某瞬间的凝固壳前线的线状的负偏析线。这是因为钢水流冲在凝固壳上、将凝固壳前表面的浓化的钢水冲走而产生的。因而，从铸坯22的表面25到白色带21的厚度表示钢水流冲击的位置处的凝固壳的厚度。因此，在铸坯22的长边23侧从拐角部26朝向宽度中央的区域中，计测从表面25到白色带21的厚度大致为一定的部位的厚度A、和短边24的厚度中央27的最薄的部位的厚度B，将厚度A与厚度B的比即B/A设为凝固均匀度。另外，如果凝固均匀度是0.7以上，则也看不到表皮下破裂，所以将0.7设为判定条件。

此外，铸模电阻通过将测量出的振荡电流值与发生了粘附(sticking)性铸漏时的振荡电流值进行比较，从而对大小进行评价。

以下，对实验结果进行说明。

首先，制作铸模铜板的材质、厚度不同的几个铸模，并且在向电磁搅拌装置1施加的交流电流的频率f不同的条件下进行铸造。关于铸造出的铸坯的宽度中央部，调查凝固组织，测量从铸坯表面朝向内部成长的枝晶(dendrite)的倾斜角、即相对于长边表面的垂线的角度，并且对其倾斜方向进行了调查。根据枝晶的倾斜角和倾斜方向，基于非专利文献2，进行该部位处的钢水的流速和流动方向的评价。结果发现，只要是在向电磁搅拌装置1通电的交流电流的频率f与铸模铜板的电导率σ_Cu(S/m)、铜板厚度D_Cu(S/m)及铸坯的厚度T(mm)之间满足以下的关系的条件，就在弯液面部形成优选的回转流。

这里，ω＝2πf：角速度(rad/sec)，μ：真空的透磁率(N/A²)，σ：钢水的电导率(S/m)。

此外可知，如果是满足上述(1)－a式、(1)－b式的条件，则通过调整电磁搅拌的推力8，则能够确保20cm/秒作为液面上的搅拌流的流速。

接着，研究了在对短边壁10设置图3所示那样的弯曲形状后、弯曲形状的伸出给凝固均匀度和铸模电阻带来的影响。弯曲形状的形成范围是从弯液面位置P1(距铸模上端100mm位置)到图3所示的位置P2为止的范围。当然，关于从弯液面位置P1到铸模上端，也如图3所示那样弯曲形状被连续地形成。在铸造时，进行铸模内的液面水平调整，以使弯液面位置P1成为液面水平(钢水表面7)。电磁搅拌的条件为满足上述(1)－a式、(1)－b式的条件，调整电磁搅拌的推力，以使液面处的搅拌流的流速成为30cm/秒。

首先，将弯曲形状的形成范围的下端位置P2设为距液面水平(弯液面的位置P1)在铸造方向上200mm。下端位置P2与电磁搅拌装置的下端16相等，且位于比浸渍喷嘴的浸渍深度17靠上方。而且，使弯液面位置P1处的伸出量δ在0～15mm变化，将上述的图5中的B/A作为凝固均匀度，评价对铸坯的凝固均匀度带来的影响。

将结果表示在图6中。在不使用EMS的情况下，也有凝固均匀度是0～0.3、由铸漏造成的将铸造中断的情况，但在满足上述(1)－a式、(1)－b式的条件下，弯液面位置P1处的伸出量δ即使是0，短边厚度中央处的凝固延迟也被消除，凝固均匀度大幅地改善为0.6。

进而，在其伸出量δ＝1mm的情况下，凝固均匀度是0.66，在δ＝1.5mm的情况下，凝固均匀度是0.70，在δ＝2mm的情况下，凝固均匀度是0.72。因而，如果将伸出量δ设为1.5mm以上，则在0.1％C钢(亚包晶钢)中也看不到表皮下破裂，可以说确认了凝固均匀度达到0.7以上之程度的效果。另外，如果伸出量δ超过15mm(δ/T＝0.1)，则能得到铸模电阻增大的趋势。即，在δ/T为0.01～0.1的范围中，凝固均匀度被进一步改善，也看不到铸模电阻的增大。

该结果是将铸坯的厚度T设为150mm的情况下的结果，但将厚度进行各种变更后的实验的结果也可知，弯液面的位置P1处的需要的伸出量δ(mm)与用铸模铸造的铸坯的厚度T(mm)成比例。将该关系式表示在(2)式中。

0.01≤δ/T≤0.1 (2)

可以从圆弧形状、椭圆形状、正弦曲线、其他任意的弯曲形状中选择其平截面形状作为在短边壁10上形成的弯曲形状。例如在采用了圆弧形状的情况下，基于图7所示的示意图，将短边壁的内表面形状以使在弯液面附近向铸模的外侧伸出的方式设为平缓的弯曲形状，如果将上述的(2)式的结果即弯液面的位置P1处的δ/T用弯曲形状的曲率半径R(mm)与铸坯的厚度T(mm)表示，则能得到以下的(3)式的关系。

图8是使用上述(3)式将铸坯的厚度T求出为150mm的结果(曲率半径R与伸出量δ的关系)，可知，如果是图8中的由

(中空两箭头)表示的范围，则满足上述(2)式，能得到较高的凝固均匀度。

这里，通过上述的(b)的结构，如果对得到了较高的凝固均匀度的理由进行整理，则为以下这样。

1)使短边壁的内表面为弯曲形状，由此平截面观察时的短边壁的内表面长度实质上变化(增大)，所以能得到与在弯液面附近对长边壁赋予锥度相同的效果。

2)关于拐角部的形状，由于在弯液面处与90度相比为钝角，所以拐角部的压力上升被缓和，隆起量本身变小。

3)铸模对于铸坯在铸造方向上以使短边整体缩入的方式使短边形状从R状变化为平坦。因此，通过发生由EMS带来的钢水的隆起而在短边厚度中央部凹下，对于容易发生凝固延迟的短边厚度中央部的凝固均匀化是有效的。

进而，在短边壁上形成弯曲形状的伸出时，将其形成范围(下端位置P2)在铸造方向上摆动而进行试验。在图9中表示结果。横轴的伸出范围是从弯液面位置P1到弯曲形状的下端位置P2的距离。

在该铸造试验中，由于EMS的芯上端是弯液面位置P1，芯的高度方向的厚度(以下也称作芯厚)是200mm，所以电磁搅拌装置的下端16是距弯液面位置P1为200mm。只要设有伸出的区域(形成范围)的下端位置P2是与电磁搅拌装置的下端16同等或比其靠下方，则能得到由设置伸出带来的改善效果。但是，在伸出的形成范围是与EMS的芯厚相比较短的100mm的情况下，凝固均匀度的改善不充分。另一方面，在伸出的形成范围比EMS的芯厚更长、并且比作为浸渍喷嘴的浸渍深度17的250mm长的情况下，效果变小。

因而，在铸模的短边壁的优选的结构中也包括上述的结构(c)。

接着，对研究弯液面处的搅拌流的流速的影响的结果进行说明。

这里，使EMS的电流值变化，将弯液面处的钢水流速在1m/秒以内变动而进行试验。钢水流速如上述那样根据铸坯截面的枝晶倾角计算。结果，包括不施加EMS的条件在内，在弯液面处的钢水流速为60cm/秒以下为止，在上述的条件下能得到凝固均匀化的改善效果，但如果超过60cm/秒，则仅通过铸模的内表面形状的变更不能实现凝固的均匀化。

关于钢水流速的最低值，通过赋予20cm/秒以上的钢水流速、更优选的是赋予30cm/秒左右的钢水流速，实现了凝固均匀化。

另外，当弯液面的流速为60cm/秒时，弯液面处的拐角部的隆起高度与短边壁侧的厚度中央部相比有30mm的差。因此，本发明的钢的连续铸造用设备的应用范围，可以说是弯液面的流速为60cm/秒以下(特别是下限为10cm/秒)、短边壁侧的隆起高度为30mm以下的情况。

此外，以下对形成弯曲形状的伸出的短边壁的锥度值的设定方法进行说明。

短边壁以一段的锥形为前提。因此，只要将未形成伸出的情况下的拐角部作为基准，按照在各个铸造条件下选择的锥度比(taper ratio)，改变短边壁的设定角度，设定铸模的上端宽度和下端宽度就可以。此时，只要将伸出的形成范围设定为从弯液面的位置P1到EMS的芯厚以上且比浸渍喷嘴的浸渍深度靠上方的位置P2为止的范围就可以，进而，优选的是将弯液面的位置P1处的伸出量δ(mm)与铸坯的厚度T(mm)的比δ/T用0.01以上且0.1以下(即，优选的是通过上述的(2)式进行调整。

假如δ/T是0.1，则如果取弯液面中的短边壁的内表面形成的圆弧的长度与下部的平坦部的长度的比，则与凝固收缩量相比明显变小。因此，铸坯能够不受伸出的区域约束而实现凝固均匀化。

另外，由于浸渍喷嘴的浸渍深度通常是距EMS的芯下端50～150mm，所以短边伸出的下端位置优选的是设为从EMS的芯下端位置或芯下端到最大150mm为止的位置。

此外，铸模的大小可以根据铸造的铸坯(板坯)的大小而进行各种变更，例如是能够铸造厚度(对置的长边壁的间隔)为100～150mm左右、宽度(对置的短边壁的间隔)为1000～2000mm左右的板坯的大小。

此外，由于通过有关本实施方式的连续铸造用设备能实现凝固的均匀化，所以能够实现铸造速度的高速化，因此优选的是将有关本实施方式的连续铸造用设备应用于铸造速度为3m/分钟以上的铸造。另外，虽然关于上限值没有规定，但作为现状可行的上限值，例如是6m/分钟左右。

如以上叙述那样，即使为以在液面附近形成回转流的方式赋予了搅拌流的条件、即液面在拐角处隆起而在厚度中央处凹陷的条件，通过使用有关本实施方式的连续铸造用设备的铸模，也能够防止短边厚度中央部的凝固延迟，凝固均匀地进行。

进而，在不再有搅拌流的影响的下方，通过通常的锥度而厚度方向均匀地缩入，从而能够实现凝固的均匀化。结果，能够使短边壁的形状成为直线状，能够消除短边厚度中央部的凝固延迟。

除此以外，在将短边壁的内表面形状做成曲线状的情况下，还能够得到回转流冲击于拐角时的压力缓和的效果。因此，还具有减少短边壁侧的液面形状的凹凸的效果。

实施例

接着，对为了确认本发明的作用效果而进行的实施例进行说明。

通过转炉中的精炼和回流式真空脱气装置中的处理、以及合金添加，熔制出0.1％C钢(亚包晶钢)。并且，将该钢水铸造为宽度1800mm、厚度150mm的板坯。

首先，对用来在弯液面部处形成搅拌流的条件进行研究。为此，使用在长边壁的背面侧搭载有EMS的连续铸造用设备，在用EMS将搅拌流形成为在弯液面附近且在水平截面内回转的条件下进行。在设铸模铜板材质为ES40A，铸模铜板厚度D_Cu为25mm，使向电磁搅拌装置通电的交流磁场的频率f变化的条件下进行通电而铸造。钢水的电导率σ＝6.5×10⁵S/m，铜板电导率σ_Cu＝1.9×10⁷S/m，真空的透磁率μ＝4π×10^－7N/A²。采取铸坯的C截面凝固组织，测量宽度中央部的枝晶倾角，根据该倾角，使用在非专利文献2中记载的冈野等的式子估算搅拌流速。将(1)－a式的右边设为铸模表皮深度，将(1)－b式的左边设为电磁力的表皮深度。将其结果表示在表1中。

关于铸坯的长边宽度方向中央的纵破裂的评价，将铸坯表面以目视观察，调查是否没有伴随着与铸造方向大致平行的凹陷的破裂或凹陷。进而，关于被观察到凹陷的部位，切割出试样，在研磨后，用苦味酸使凝固组织显现，调查在表皮下是否没有伴随着P等的偏析的破裂。当在表皮下发现了伴随着P等的偏析的破裂时评价为“有”纵破裂，在不是这样时评价为“无”。结果，关于表1的发明例A2～发明例A5，没有观察到长边宽度方向中央的纵破裂。另一方面，关于比较例A1、比较例A6，虽然比没有施加EMS的条件时有了改善，但是，如果详细地观察则发现了长边宽度方向中央的纵破裂。

如表1的发明例A2～发明例A5那样可知，通过设为铸模表皮深度比铸模铜板厚度大(满足(1)－a式)、并且电磁力的表皮深度比铸坯厚度小那样的频率(满足(1)－b式)，钢水流速成为20cm/秒以上，在液面水平中效率良好地形成了回转流。因此，关于钢水流速的最低值，由于对于表1的比较例A1、比较例A6观察到铸坯的长边宽度方向中央的纵破裂，在能够赋予20cm/秒以上的钢水流速的发明例A2～发明例A5的条件下没有观察到破裂，所以通过赋予20cm/秒以上的流速、更优选的是赋予30cm/秒左右的钢水流速，从而在长边面中实现了凝固均匀化。

【表1】

接着，在上述的条件下，准备短边壁的形状(弯曲形状)不同的几个铸模，同样使用在长边壁的背面侧搭载有EMS的连续铸造用设备，在通过EMS将搅拌流形成为在弯液面附近且在水平截面内以搅拌流速为30cm/秒左右回转的条件下进行。另外，进行EMS的设置，以使芯的上端与弯液面位置P1一致。此外，EMS的芯厚是200mm，电磁搅拌装置的下端16是距弯液面位置P1为200mm。以使铸模内的液面的位置与弯液面位置P1一致的方式进行铸造。并且，浸渍喷嘴的浸渍深度17(距弯液面位置P1的距离)是250mm，铸造速度是4m/分钟。

此外，短边壁的锥度设为1.4％/m。这里，如图10所示，短边壁的锥度是在以平面观察短边壁时，关于两侧的短边壁的内表面(铸坯接触面)(当有凹部时是凹部最深的部分)之间的距离、将铸模上端处的距离A与铸模下端处的距离B之差除以短边壁的铅直方向(铸造方向)的长度L而以％表示的值。即，锥度(％)＝(A－B)/L×100。

对于在上述条件下铸造的板坯，调查铸坯的C截面的凝固组织。

与上述的图6同样，关于通过蚀刻使凝固组织显现而进行观察的白色带21(参照图5)，在铸坯的长边23侧从拐角部26朝向宽度中央的区域中，将从表面到白色带为止的厚度为大致一定的部位的厚度A、与短边厚度中央的最薄的部位的厚度B的比，即B/A设为凝固均匀度。另外，关于凝固均匀度，将0.7以上设为良好而进行评价。

进而，调查在凝固延迟部是否能看到表皮下破裂。表皮下破裂的评价方法如前所述。

对铸模电阻也一并进行了调查。另外，关于铸模电阻，测量振荡电流，将比发生了粘附性铸漏时的振荡电流值小的情况评价为“小”，将发生了粘附性铸漏时的振荡电流值以上的情况评价为“大”。

在表2中表示试验条件和结果。

【表2】

在表2所示的发明例2～4中，分别表示了将短边壁的弯曲形状的形成范围的下端统一为距弯液面的位置P1为200mm(＝与电磁搅拌装置的下端相同的位置)，将δ/T设为优选范围(0.01～0.1)内的0.012、0.05、0.093的情况下的结果，铸模电阻不增大，凝固均匀度都得到0.7以上的值，大幅地改善。此外，由于凝固均匀度改善了，所以既看不到凝固延迟部，也看不到表皮下破裂。另一方面，发明例1是没有设置伸出的条件，但与发明例2～4对比，凝固均匀度显示了低值。但是，与后述的没有进行电磁搅拌的比较例1中的凝固均匀度相比被大幅地改善，虽然表皮下破裂在各处可见，但并未到对制品化产生妨碍的程度。此外，发明例1～4都未在铸坯的长边面中央发现纵破裂发生。

此外，发明例5是虽然设置有伸出、但是将δ/T设为作为超过优选范围的上限值的0.12的条件。在此情况下，虽然凝固均匀度比较良好，但电阻值局部性地变大，有一部分为被约束那样的表面性状。此外，发明例6是虽然设置了伸出、但将δ/T设为作为不到优选范围的下限的0.007之条件。在此情况下，凝固均匀度为0.66，与无弯曲的发明例1相比较好，但各处分布有较小的表皮下破裂。

并且，关于发明例7，虽然设置有伸出，并将δ/T设为优选范围内的0.03，但由于伸出的形成范围与EMS的芯厚相比短，所以与发明例2～4对比，凝固均匀度是低值。发明例8是设置有伸出、将δ/T设为优选范围内的0.03、将伸出的形成范围设为EMS的芯厚以上且浸渍喷嘴的浸渍深度以上的0.4m的结果。在此情况下，与发明例2～4对比，凝固均匀度的改善效果较小。此外，还观察到了由凝固延迟部带来的表皮下破裂。发明例9虽然设置有伸出、将δ/T设为优选范围内的0.04，但由于将伸出的形成范围设为浸渍喷嘴的浸渍深度以上的0.5m，所以与发明例2～4对比，凝固均匀度的改善效果较小。此外，还观察到了由凝固延迟部带来的表皮下破裂。发明例10虽然设置有伸出、将δ/T设为优选范围内的0.013，但由于将伸出的形成范围设为浸渍喷嘴的浸渍深度以上的0.4m，所以与发明例2～4对比，凝固均匀度的改善效果较小。此外，还观察到了由凝固延迟部带来的表皮下破裂。发明例7～10均未在铸坯的长边面中央发现纵破裂发生。

相对于此，比较例1在铸模内不实施电磁搅拌，也不具有短边壁的弯曲形状。凝固均匀度仅为0.2，是有铸造中断(铸漏)的危险的水平。此外，由于没有形成回转流，所以在铸坯的长边的宽度中央发生了较大的纵破裂。

根据以上确认了：通过使用本发明的钢的连续铸造用设备，能够对铸模内的钢水的弯液面附近在水平截面内赋予回转流；进而，当在优选条件下赋予回转流时，能够使铸模的短边壁侧的凝固均匀化。

以上，将本发明参照实施方式进行了说明，但本发明完全不受上述实施方式所记载的结构限定，也包含在权利要求书所记载的事项的范围内想到的其他的实施方式或变形例。例如，将上述各个实施方式及变形例的一部分或全部组合而构成本发明的钢的连续铸造用设备的情况也包含在本发明的权利范围中。

在上述实施方式中，设定为，伸出量δ的最大值为短边壁的厚度中央部，但例如也可以根据铸模的大小及结构而从厚度中央部向拐角侧错开。

此外，将弯曲形状的伸出形成在从短边壁的上端到EMS的下端以下且比浸渍喷嘴的浸渍深度靠上方的位置P2为止的范围中，但只要至少从弯液面的位置P1在铸造方向上形成，并没有被特别限定。

产业上的可利用性

根据本发明，能够在铸模内的液面附近赋予回转流并且实现凝固的均匀化。

标号说明

1电磁搅拌装置；2浸渍喷嘴；3喷出孔；4喷嘴喷出流；5铸造空间；6钢水；7钢水表面；8推力；9回转流；10、11短边壁；12铸模；14凹部；15长边壁；16电磁搅拌装置的下端；17浸渍喷嘴的浸渍深度；18粉末层；19凝固壳；20凝固延迟部；21白色带；22铸坯；23长边；24短边；25表面；26拐角部；27厚度中央；P1弯液面位置；P2弯曲形状下端位置；δ伸出量；T铸模内的铸坯厚度。

Claims (3)

1.一种钢的连续铸造用设备，用于铸模内的铸坯厚度为150mm以下、铸造宽度为2m以下的钢的薄板坯铸造，上述钢的连续铸造用设备的特征在于，

具有：

钢水铸造用的铸模，具备分别由铜板构成并且被对置配置的一对长边壁和一对短边壁；

浸渍喷嘴，向上述铸模内供给钢水；以及

电磁搅拌装置，在上述一对长边壁的背面侧沿着上述长边壁被配置，能够在上述铸模内的钢水表面赋予回转流，

调整上述长边壁的上述铜板的厚度D_Cu，单位是mm、上述铸坯的厚度T，单位是mm、上述电磁搅拌装置的频率f，单位是Hz、上述钢水的电导率σ，单位是S/m、及上述长边壁的上述铜板的电导率σ_Cu，单位是S/m，以满足下述(1)－a式、(1)－b式，

这里，角速度ω＝2πf，单位是rad/sec，真空的透磁率μ＝4π×10^－7，单位是N/A²。

2.如权利要求1所述的钢的连续铸造用设备，其特征在于，

上述短边壁的内表面的平截面形状是在距上述铸模的上端100mm下方的位置即弯液面位置处向上述铸模的外侧伸出的弯曲形状，上述弯曲形状的伸出量朝向铸造方向的下方依次减少，在上述铸模内的下部为平坦形状；

上述弯曲形状的形成范围是从上述弯液面位置到与上述电磁搅拌装置的下端同等或比上述电磁搅拌装置的下端靠下方且比上述浸渍喷嘴的浸渍深度靠上方的位置为止的范围；

上述弯曲形状的上述弯液面位置处的伸出量δ，单位是mm、和上述铸模将进行铸造的上述铸坯的厚度T，单位是mm，满足下述(2)式的关系，

0.01≤δ/T≤0.1 (2)。

3.一种钢的连续铸造方法，是使用权利要求1或2所述的钢的连续铸造用设备的钢的连续铸造方法，其特征在于，

调整上述铜板的厚度D_Cu，单位是mm、上述铸坯的厚度T，单位是mm、上述电磁搅拌装置的频率f，单位是Hz、上述钢水的电导率σ，单位是S/m、及上述铜板的电导率σ_Cu，单位是S/m，以满足下述(1)－a式、(1)－b式，

这里，角速度ω＝2πf，单位是rad/sec，真空的透磁率为μ，单位是N/A²。

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