CN1771100A - 钢的连续铸造方法 - Google Patents

Abstract

沿铸型的长边方向并排三个以上的电磁铁，一边生成振动磁场，一边使振动磁场的峰值位置沿铸型的长边方向移动。

Description

钢的连续铸造方法

技术领域

本发明涉及钢的连续铸造方法，特别是涉及不从向连续铸造用铸型(下面称为铸型)提供钢水的水口吹入不活泼气体，通过施加磁场改善铸型内的钢水流动的钢的连续铸造方法。

背景技术

近年来以汽车用钢板为主，强烈要求提高钢制品的质量，发展到从板坯阶段就要求纯净度优良的高质量的板坯。作为制造这样高质量板坯的方法，在特开平11-100611号公报中发表了通过使含在钢水中的夹杂物熔点降低，防止用于向铸型提供钢水的浸入式水口的堵塞，不从水口吹入氩(Ar)等不活泼气体，对钢水进行连续铸造的无气铸造技术。

这样，当不吹入不活泼气体进行连续铸造时，由于在得到的铸坯表面上没有捕集气泡，所以与吹入气体的情况相比，可以提高表面的特性。可是存在有因铸型内的钢水温度降低，在局部引起结晶器保护渣(mold flux)的凝固，其被卷入到钢水中，成为内部缺陷的原因的问题。此外还要求表面的特性进一步提高。

而在板坯的缺陷中有因夹杂物和气泡引起的和因钢水中成分偏析引起的缺陷，铸型内钢水的流动由于与它们有密切关系，一直以来进行了很多的研究和发明。其中之一是用磁场控制铸型内的钢水流动的方法。

例如(A)作为在移动磁场上叠加直流磁场的方法，在特开平10-305353号公报中发表了将夹着铸型长边而相对的上下两段的磁极配置在铸型长边的背面，(a)在配置在下侧的磁极上形成直流静磁场和交流移动磁场叠加的磁场，或(b)在配置在上侧的磁极上形成直流静磁场和交流移动磁场叠加的磁场，在配置在下侧的磁极上施加直流静磁场的控制铸型内钢水流动的方法。

此外在特许第3067916号公报中发表了通过使适当的线性驱动用交流电流和制动用直流电流流过设置多个的电绕组，控制铸型内的钢水流动的装置。

此外在特开平5-154623号公报中发表了将相位分别偏离120度的交流移动磁场和直流静磁场叠加的控制铸型内流动的方法。

在特开平6-190520号公报中发表了利用设置在浸入式水口流出孔上方的磁铁，使静磁场和高频磁场叠加后作用在整个宽度方向上，同时利用设置在流出孔下方的磁铁，使静磁场作用的钢的铸造方法。

(B)作为使上部直流磁场和下部移动磁场组合的方法，在特开昭61-193755号公报中发表了在包围从浸入式水口流出的钢水流股的位置施加静磁场，使流速降低，同时在比静磁场更靠下游的位置设置电磁搅拌装置，在水平方向进行搅拌的电磁搅拌方法。

(C)作为使上部移动磁场和下部直流磁场组合的方法，在特开平6-226409号公报中发表了通过将磁极铁心中心设置在从液面到流出口(向下50度以上)之间的磁铁，使移动磁场作用，同时通过将磁极铁心设置在比浸入式水口靠下部的磁铁而使静磁场作用的铸造方法。

此外在特开平9-262651号公报中发表了在比浸入式水口下端靠上部设置电磁搅拌用磁铁，在比浸入式水口下端靠下部设置可以施加移动磁场和静磁场的磁铁，根据钢种和铸造速度的不同，灵活使用静磁场和移动磁场的铸造方法。

在特开2000-271710号公报中发表了在浸入式水口内吹入Ar气而铸造钢时，使磁通密度为0.1特斯拉以上的静磁场作用于从浸入式水口出来后的钢水流股，在其上部用电磁搅拌装置连续搅拌，或使搅拌方向周期性变化的方法。

在特开昭61-140355号公报中发表了具有以控制在铸型长边一侧向铸型内提供的钢水流股而配置的静磁场，在上方配置移动磁场生成装置，使钢水的上表面从水平截面中央向短边一侧流动的铸型和铸型上方的结构。

在特开昭63-119959号公报中发表了在铸模上部设置了在钢水中产生水平流动的电磁搅拌装置，在铸模下部设置了用于使从浸入式水口的流出的流股减速的电磁制动器，控制从浸入式水口流出的流股的技术。

在特许第2856960号公报中发表了在铸型内的钢水液面使用静磁场，使用直线型水口作为连铸用水口，在流出口部使用行进磁场，在其下部使用静磁场的铸型内的钢水流动的控制技术。

(D)作为单独施加直流磁场的方法，在特开平3-258442号公报中发表了在铸型长边一侧相对设置的、用长度几乎与长边相同的电磁铁作用静磁场的电磁制动器。

在特开平8-19841号公报中发表了从铸型宽度中央至比铸型短边靠内侧的规定位置直到两端部附近，将向铸型上方一侧弯曲或倾斜的磁极设置在宽度中央部位比浸入式水口流出孔靠下的部位，通过使直流磁场或低频交流磁场作用，控制铸型内的钢水流动的方法。

在国际公开专利WO95/26243号公报中发表了沿铸型整个宽度将具有大体均匀的磁通密度分布的直流磁场施加在铸型厚度方向上，来控制从浸入式水口流出的流股，从而将弯月面流速控制在0.20～0.40m/s的技术。

在特开平2-284750号公报中发表了使铸型厚度方向均匀的静磁场作用于铸坯整个宽度，作用于浸入式水口流出孔的上部和下部，有效地对钢水流股施加制动力，使流动均匀的技术。

(E)作为施加直流磁场或移动磁场的方法，在特开平9-262650号公报中发表了通过使直流电流流过设在浸入式水口流出孔的下部的多个绕组，施加静磁场，或通过流过交流电流，施加移动磁场，来控制钢水流动的铸造方法。

此外在“材料与工艺”vol.3(1990)p256中发表了通过使交流移动磁场作用于从浸入式水口流出的流股，使流出的钢水流股制动(所谓的EMLS)或加速(所谓的EMLA)的技术。

(F)作为仅施加移动磁场的方法，在特开平8-19840号公报中发表了利用电磁感应控制铸型内的钢水流动时，对钢水施加频率1～15Hz的静止交流磁场的技术。

在“铁和钢”66(1980)p797中发表了在板坯连铸机中，利用电磁搅拌得到沿铸型壁的水平方向的钢水旋转流股的技术(所谓的M-EMS)。

可是用这些(A)～(F)的技术存在有如下问题：会卷入结晶器保护渣(mold power)，或不能防止捕集移向凝固界面的夹杂物，不能充分提高铸坯的表面质量。因此研究了洛伦兹力的方向周期性反转的磁场(下面称为振动磁场)的技术。

(G)作为仅施加振动磁场的方法，在特许第2917223号公报中发表了提供不随时间移动的低频交流静止磁场，通过在马上要凝固时激发低频电磁振动，使凝固前面的柱状的树枝状结晶碎断，漂浮在熔融的金属中，着眼于使凝固组织微细化和减少中心偏析的方法，但是降低铸坯表面缺陷的效果很小。

发明内容

近年来强烈要求提高表面质量和降低成本，希望进一步改善铸坯的表面和内部的质量，有效地控制铸型内的钢水流动变得非常必要。

本发明是为了解决现有问题而进行的发明，其目的是提供一种钢的连续铸造方法，不从浸入式水口吹入不活泼气体进行连续铸造时，可以抑制卷入结晶器保护渣，使铸坯的内部质量提高，同时可以抑制夹杂物和气泡向凝固核心的捕集，提高铸坯表面质量。

为了达到此目的，在本发明中限制铸型内的未凝固的钢水的流速分布。也就是通过在铸坯的厚度(也就是铸型的短边方向)中央附近使钢水流速减小，抑制结晶器保护渣的卷入，在靠近铸型的壁面的凝固界面附近，使钢水流速增加，得到夹杂物和气泡的洗净效果，抑制向凝固核心的捕集。

在本发明中从向铸型提供钢水的浸入式水口不吹入不活泼气体而进行铸造时，使用电磁搅拌使铸型内的钢水温度均匀化。因此规定在铸型的短边(也就是铸坯的厚度)方向的钢水流速的分布。也就是在钢坯的厚度中央附近使钢水流速减小，抑制结晶器保护渣的卷入，使靠近铸型的壁面的凝固界面的钢水进行局部的流动，防止捕集气泡和夹杂物，减少铸坯的表面缺陷。

作为其方法，有必要在施加交流磁场的方法上想办法，进行模型实验和模拟计算的结果，得到以下结论。

如特开平6-190520号公报所示，利用在铸坯的厚度方向的磁场中电流的积肤效应，使洛伦兹力集中在凝固界面或钢水的表面，仅以此还不能有效地将洛伦兹力仅集中在凝固界面，要使洛伦兹力集中在凝固界面，必须要控制磁力线分布。

作为其方法，在铸坯的宽度(也就是铸型的长边)方向配置相位交替反转的电磁铁，使其交替是有效的。在铸坯的厚度方向使磁场振动的情况下，由于不能将电磁力集中在铸型壁面上，也就是不能将电磁力集中在凝固界面上，所以有必要在铸型的宽度方向使磁场振动。其中由于向交替的电磁铁通电的电流相位实际必须反转，因此相位必须相差130°以上。

另一方面，绕组的结构如图1所示，使流过交流电流的绕组(以下称为交流绕组)卷绕于在铸坯的宽度方向有三个以上磁极的梳齿型铁芯上，而且通过使相邻的电流相位实际上反转，可以使宽度方向的磁场振动。在图1中，10是铸型，12是浸入式水口，14是钢水(斜线部分是低速区域)。此时如果交流电流的频率过低，不能激发充分地流动，如过高，则钢水不随动于电磁场，所以适合范围为1Hz到8Hz。

利用这样的电磁铁可以产生从凝固前面拉开钢水的方向的流动，而且由于被激发的钢水的流速低，不使树枝状结晶碎断，可以得到洗净凝固界面的效果。在图2(主视图)、图3(沿图2的III-III线的水平截面图)、图4(沿图2的IV-IV线的垂直截面图)中，示意地表示对于磁极28的数量为四个的情况下，根据电磁场解析和流动解析计算用本发明的振动磁场引起的钢水流动的例子。此外图2中的III-III线通过磁极28的中心。图2中的箭头a表示铸造方向，b表示铸型的长边方向，c表示钢水14的局部流动。图3中的箭头d表示铸型的短边方向。

如图5所示，在本发明中对应于下式所示的洛伦兹力产生的流动的方向相同，仅流速V以施加电流I的一半的周期变化。

F∝J×B    ……(1)

其中J是感应电流，B是磁场。

如果使交流绕组的绕向相反，电流的相位即使相同，也可以使磁场的相位反转。

在特许第2917223号公报中发表了提供不随时间移动的低频交流静止磁场，通过在凝固前面激发低频电磁振动，使凝固前面的柱状树枝状结晶碎断，使其漂浮在钢水中，着眼于使凝固组织微细化和减少中心偏析的方法，但是如果提供使树枝状结晶碎断这样大的电磁力，则因卷入钢水上面的结晶器保护渣而使表面质量恶化。因此希望交流振动磁场的磁通密度不到1000高斯。有的情况下利用绕组的配置，即使在1000高斯以上也可以使树枝状结晶不碎断。

此外用特许第2917223号公报发表的方法，产生树枝状结晶碎断，从柱状晶组织变成等轴晶组织。在超低碳钢等中，由于在轧制时仅仅是柱状晶组织作为集合组织容易控制，存在因等轴晶化难以使晶粒取向一致的问题，所以利用电磁力使凝固前面的树枝状结晶不碎断是重要的。

从以上的认识可以得到如下结论，通过在铸型的长边方向使磁场振动，引起在铸坯的厚度方向和铸造方向的流动，通过形成将气泡和夹杂物从凝固界面拉开的钢水的流动，可以有效地防止气泡和夹杂物的捕集。

用本发明仅使凝固界面有效地振动，可以抑制气泡和夹杂物的捕集，所以可以大幅度提高铸坯的表面质量。

要实现提高铸坯质量，从进行的模型实验和模拟计算的结果可以看出，使上述振动磁场作用于铸型内的钢水，同时在铸型的短边(也就是铸坯的厚度)方向叠加静磁场也是有效的。

如图6所示，作为这样的绕组的结构可以例举在如图1所示的结构上，再增加流过直流电流的绕组34(下面称为直流绕组)。

这样通过设置直流绕组34，叠加静磁场，由于F＝J×B(其中F是洛伦兹力，J是感应电流，B是磁场)的磁场B项变大，可以使洛伦兹力F增加，而且洛伦兹力的方向与不叠加的情况有很大不同，钢水的流动也改变，由于铸坯的宽度方向和铸造方向的流动变大，所以可以期望得到在凝固界面捕集的气泡和夹杂物的洗净效果。

此外利用叠加，可以降低在铸坯的厚度中央的钢水流速，也可以有效地防止卷入结晶器保护渣。

图7(主视图)、图8(沿图7的III-III线的水平截面图)、图9(沿图7的IV-IV线的垂直截面图)示意地表示对于磁极28的数目是四个的情况下，通过电磁场解析和流动解析计算用本发明的振动磁场引起的某个时刻钢水流动的例子。图7中的箭头a表示铸造方向，b表示铸型的长边方向，c表示钢水14的局部流动。图8中的箭头d表示铸型的短边方向。此外图10(主视图)、图11(沿图10的VI-VI线的水平截面图)、图12(沿图10的VII-VII线的垂直截面图)示意表示下个时刻的钢水流动。

如图13所示，在本发明中，根据下式所示的洛伦兹力F而产生的流动的方向以与施加电流I相同的周期反转。

F∝J×Bt          ……(2)

Bt＝Bdc+Bac＞0    ……(3)

其中J是感应电流，Bt是总磁场，Bdc是直流磁场，Bac是交流磁场。

这种情况下用于使磁场振动的交流电流的频率也与上述相同，适合从1Hz到8Hz的范围。

从以上的认识可以看出，在铸型的长边方向使磁场振动，同时在铸坯的厚度方向施加直流磁场，在铸型的长边方向和铸造方向引起与现有技术很大不同的钢水流动，仅使凝固界面有效地振动，可以抑制气泡和夹杂物的捕集，可以使铸坯的表面质量大幅度提高。

此外要在交流磁场的施加方式上下工夫，从进行的模型实验和模拟计算的结果可以得到如下结论。

移动磁场造成的宏观的流动抑制气泡和夹杂物在凝固界面上的捕集，但有时会存在因使卷入结晶器保护渣增加，反而使质量恶化的情况。

在施加振动磁场时，如果较强接受振动磁场的位置被固定，有时在电磁力弱的位置会产生不能充分抑制夹杂物的捕集的部分。因此使振动磁场产生的洛伦兹力的峰值位置移动是有效的。

要使洛伦兹力的峰值位置移动，也可以将装在相邻的三个电磁铁上的交流绕组、或一组交流绕组的相位设定成使正中的交流绕组的相位为最后。这里所谓的振动磁场是指随着时间使洛伦兹力的方向反转的磁场。

下面对洛伦兹力峰值位置的移动进行说明。向结构与图6实际相同的图14所示的梳齿状绕组24的各绕组(后面叙述的图20所示)赋予振动磁场，对各个绕组使相位改变。图15～图18是对这样的各个绕组赋予的相位的说明图。图中的交流绕组24a、24b的各绕组横向标记的数字是在某一时刻其交流绕组的电流相位角(度)。图15～图17是表示双相交流电的情况，图18是表示三相交流电的情况，图15表示移动磁场的例子，图16表示振动磁场的例子，图17和图18表示使振动磁场的峰值位置局部移动的情况的例子。

如图17、图18所示，在铸型的长边(也就是铸坯的宽度)方向上并排三个以上的电磁铁，在相邻电磁铁中通电的电流相位不是向单方向增加或减少，而是通过设定成至少正中的相位比两侧的相位滞后，使磁场不是只向一个方向移动，而是边振动边局部移动。

利用使上述那样装在三个以上的电磁铁中相邻的电磁铁上的交流绕组的相位具有n、2n、n或n、3n、2n(其中n在双相交流电的情况下为90°，在三相交流电的情况下为60°或120°)的排列部分，可以使振动磁场的峰值位置局部移动。

其中，在单纯感生振动磁场的情况下，振动磁场的振幅可大可小。通过使此峰值位置局部移动，在整个位置上可以洗净凝固界面。

在此例举了交流绕组的梳齿数为12根的例子，梳齿数可以从4、6、8、10、12、16等根中选择，此外交流电是双相、三相都可以。

所以在本发明中，通过沿铸型的长边方向并排三个以上的电磁铁，产生振动磁场，同时使此振动磁场的峰值位置沿铸型的长边方向移动，可以解决上述的课题。

在本发明中，装在三个电磁铁中相邻的电磁铁上的绕组的相位优选的是具有n、2n、n或n、3n、2n的排列部分，其中三相交流电的情况下n＝60°或120°，双相交流电的情况下n＝90°。此外优选的是除了振动磁场，还在铸坯的厚度方向上叠加直流磁场。

此外优选的是通过使铸型内的未凝固的钢水的夹杂物熔点降低，防止向铸型提供钢水的水口堵塞，不从水口吹入不活泼气体而进行连续铸造。这种情况下，降低夹杂物熔点的钢水优选为含C≤0.020质量％、Si≤0.2质量％、Mn≤1.0质量％、S≤0.050质量％、Ti≥0.010质量％，满足Al≤[质量％Ti]/5的条件的组成所构成的超低碳Ti脱氧钢。其中[质量％Ti]是指Ti的含量(质量％)。

此外适用本发明的钢水，首先对钢水用真空脱气装置进行脱碳处理后，用含Ti合金脱氧，此后利用向脱氧钢水中添加含有Ca≥10质量％和REM≥5质量％的一种或两种、选自Fe、Al、Si和Ti中的一种或两种以上的夹杂物组成调整用合金，使钢水中的氧化物组成中的CaO和REM氧化物中至少一种的含量为10质量％以上、50质量％以下，而且优选的是Ti的氧化物在90质量％以下、Al₂O₃在70质量％以下。

此钢水在脱碳处理后，优选在用含Ti合金进行脱氧处理前，通过用Al、Si、Mn中的任意一种进行预脱氧，预先将溶于钢水中的氧浓度降到200ppm以下。

在本发明中优选使由振动磁场驱动的洛伦兹力的最大值在5000(N/m³)以上、13000(N/m³)以下。此外设连续铸造用铸型内的未凝固的钢水的流速为V(m/s)、由振动磁场驱动的洛伦兹力的最大值为Fmax(N/m³)时，优选的是调整成使V×Fmax在3000(N/(s·m²))以上。

附图说明

图1为示意表示本发明使用的电磁铁和铸型的组合的一个例子的水平截面图。

图2是为了说明本发明的原理，示意表示用电磁场解析和流动解析计算在磁场中引起的钢水流动的速度矢量的结果的主视图。

图3为沿图2的III-III线的水平截面图。

图4为沿图2的IV-IV线的垂直截面图。

图5为表示本发明中的施加电流和钢水流速随时间变化的状态例子的曲线图。

图6为示意表示本发明使用的电磁铁和铸型的组合的另一个例子的水平截面图。

图7是为了说明本发明的原理，示意表示用电磁场解析和流动解析计算在磁场中引起的在某一时刻钢水流动的速度矢量的结果的主视图。

图8为沿图7的III-III线的水平截面图。

图9为沿图7的IV-IV线的垂直截面图。

图10是为了说明本发明的原理，示意表示用电磁场解析和流动解析计算在磁场中引起的磁极反转的下一个时刻钢水流动的速度矢量的结果的主视图。

图11为沿图10的VI-VI线的水平截面图。

图12为沿图10的VII-VII线的垂直截面图。

图13为表示本发明中的施加电流和钢水流速随时间变化的状态的曲线图。

图14为表示本发明使用的交流绕组、直流绕组和铸型的关系的平面示意图。

图15为表示在移动磁场情况下的交流绕组的相位的示意图。

图16为表示在振动磁场情况下的交流绕组的相位的示意图。

图17为表示使振动磁场的峰值位置局部移动情况下的交流绕组的相位的示意图。

图18为表示使振动磁场的峰值位置局部移动情况下的交流绕组的相位的另外的示意图。

图19为示意表示第1实施方式的连续铸造设备的水平截面图。

图20为示意表示第2实施方式的连续铸造设备的水平截面图。

图21为表示本发明的效果的曲线图。

图22为表示叠加本发明的静磁场的情况下的效果的曲线图。

图23为表示产生移动磁场的电流相位随时间变化的说明图。

图24为表示使移动磁场的峰值位置局部移动的电流相位随时间变化的说明图。

图25为表示使移动磁场的峰值位置局部移动的电流相位随时间变化的另外的说明图。

图26为表示洛伦兹力的最大值Fmax和缺陷混入率的关系的曲线图。

图27为表示洛伦兹力的最大值Fmax和气孔个数密度的关系的曲线图。

图28为表示洛伦兹力的最大值Fmax和夹渣个数密度的关系的曲线图。

图29为示意表示作用于凝固界面上的洛伦兹力的透视图。

图30为表示洛伦兹密度分布的曲线图。

图31为表示洛伦兹力的平均值Fave和缺陷混入率的关系的曲线。

图32为表示洛伦兹力的平均值Fave和气孔个数密度的关系的曲线图。

图33为表示洛伦兹力的平均值Fave和夹渣个数密度的关系的曲线图。

图34为表示钢水流速V和缺陷混入率的关系的曲线图。

图35为表示V×Fmax和缺陷混入率的关系的曲线。

标号说明

10铸型

12浸入式水口

14钢水

20振动磁场生成装置

22梳齿型铁芯

24交流绕组

26a、26b交流电源

28磁极

30静磁场生成装置

32直流电源

34直流绕组

具体实施方式

参照图对本发明进行说明。如图1所示，在本发明中浸入式水口12从上方的中间包(未图示)的底部吊挂，浸入到铸型10内的未凝固的钢水14中，提供钢水14。并排有三个以上的电磁铁(交流绕组)的振动磁场生成装置配置在此铸型10的长边外侧。在这些电磁铁(交流绕组)中分别施加产生振动磁场的振动电流，以此振动电流的峰值沿铸型10的长边方向移动的方式施加振动电流。此移动，使相邻的交流绕组的相位具有n、2n、n或n、3n、2n的排列部分被施加。

首先对用这样的装置仅使振动磁场作用的本发明的第1实施方式进行详细说明。

在第1实施方式中，通过降低钢水中的夹杂物的熔点，防止堵塞向铸型提供钢水的水口，不从水口吹入Ar等不活泼气体而进行连续铸造，同时使振动磁场作用于铸型内的未凝固的钢水。

在上述特开平11-100611号公报发表了在这样的无气体连续铸造中使用的降低夹杂物的熔点的钢水。可以例举含C≤0.020质量％、Si≤0.2质量％、Mn≤1.0质量％、S≤0.050质量％、Ti≥0.010质量％，满足Al≤[质量％Ti]/5的条件的组成所构成的超低碳Ti脱氧钢。此钢水在铸造时，首先将钢水用真空脱气装置进行脱碳处理后，用含Ti合金脱氧，此后通过向脱氧钢水中添加含有Ca≥10质量％和REM≥5质量％的一种或两种、和选自Fe、Al、Si和Ti中的一种或两种以上的夹杂物组成调整用合金，而使钢水中的氧化物组成中的CaO和REM(稀土类元素)氧化物中至少一种的含量为10质量％以上、50质量％以下，而且优选的是Ti的氧化物在90质量％以下、Al₂O₃在70质量％以下。此时在用含Ti合金进行脱氧处理前，通过将脱碳处理的钢水用Al、Si、Mn中的任意一种进行预脱氧，预先将溶于钢水中的氧浓度降到200ppm以下。

将这样铸造的钢水进行无气体连续铸造时，通过如以下所述对铸型内的钢水进行电磁搅拌，来减少铸坯的表面缺陷。

图19中用水平截面的示意图表示适合本发明实施方式的连续铸造设备的一个例子。在图19中10为铸型，12为浸入式水口，14为钢水，20为振动磁场生成装置，22为梳齿型铁芯，24为交流绕组，26a、26b为交流电源，28为磁极。

在本发明中对由相对的长边和短边组成的铸型10内的钢水14，边施加磁场边进行连续铸造。施加的磁场采用在铸型10的长边方向振动的磁场(也就是振动磁场)。施加的振动磁场是将铸型10的长边方向作为施加的方向的交流磁场，是使此方向周期性地反转，不引起钢水14宏观流动的磁场。

例如使用图19所示的振动磁场生成装置20可以生成振动磁场。在图19所示的振动磁场生成装置20中，用在铸型10的长边方向有三个以上(图19中为12个)的梳齿的梳齿型铁芯22，在这些梳齿上配置交流绕组24而构成磁极28。磁极28，调整交流绕组的卷绕方式和流过交流绕组的交流电流，使相邻磁极28彼此具有不同极性(N、S极)。为了使相邻磁极28彼此形成不同的极性(N、S极)，优选的是使相邻磁极28彼此的交流绕组的卷绕方法为相反方向，使相位相同的具有规定频率的交流电流为流过交流绕组的电流，或者使相邻磁极28彼此的绕组的卷绕方法为相同方向，使流过绕组的电流为在彼此相邻的磁极28相位偏离且具有规定频率的交流电流。流过相邻磁极28的交流绕组的交流电相位的偏离优选的是实际上相位反转的130°以上、230°以下。

作为交流电流的规定的频率，优选的是1～8Hz，进一步优选的是3～6Hz。图19所示的例子是在相邻的磁极28中，交流绕组的卷绕方法为相同方向，使流过交流绕组的交流电流相位不同(实际上相位反转)的情况，但本发明并不限定于此。

在本发明中由于相邻的磁极28彼此具有相互不同的极性，在相邻的磁极28之间作用于钢水的电磁力和在其相邻的磁极28之间作用于钢水14的电磁力其方向大致相反，不引起钢水14的宏观流动。此外在本发明中，由于使流过交流绕组的电流为交流电流，因而各磁极28的极性以规定的周期反转，可以在铸型10的长边方向的凝固界面附近的钢水14中引起振动。这样可以抑制夹杂物和气泡向凝固界面的捕集，可以显著提高铸坯表面质量。

在流过交流绕组的交流电流的频率小于1Hz的情况下，由于频率过低，不能充分引起钢水流动。另一方面如超过8Hz，钢水14不能与振动磁场随动，施加磁场的效果减小。因此使流过交流绕组的交流电流的频率为1～8Hz，优选的是使振动磁场的振动周期为1/8～1s。

本发明中，优选的是施加的振动磁场的磁通密度小于1000高斯。如磁通密度在1000高斯以上，不仅会使树枝状结晶碎断，而且液面变动大，存在有促进结晶器保护渣的卷入的问题。

在本发明中施加上述的振动磁场，还施加静磁场。如图20所示，在铸型10的长边一侧设置静磁场生成装置30，在铸型10的短边方向(铸坯的厚度方向)施加静磁场。

通过在铸型10的厚度方向施加静磁场，可以使铸型10中央部位附近的钢水流速减缓，可以防止结晶器保护渣的卷入。此外通过在施加的振动磁场上叠加静磁场，可以使F＝J×B中的B项变大，还具有可以使洛伦兹力增加的效果。

在本发明中，施加静磁场的磁通密度优选的是在200高斯以上、3000高斯以下。在磁通密度小于200高斯的情况下降低钢水流速的效果小，此外如超过3000高斯，制动过大，产生引起不均匀凝固的问题。

图20表示在铸型10的长边一侧配置振动磁场生成装置20、静磁场生成装置30的例子。静磁场生成装置30在铸型10的长边一侧配置一对磁极28，将铸型10夹在中间，使流过的电流为直流电流，从直流电源32流向直流绕组34，在铸型10的短边(也就是铸坯的厚度)方向施加静磁场。静磁场生成装置30和振动磁场生成装置20的设置位置在垂直方向相同或不同都可以。

下面对移动磁场的情况和使振动磁场的峰值位置沿铸型10的长边方向局部移动的情况进行详细说明。

图14表示铸型10的俯视图和交流电磁铁(交流绕组24)、直流电磁铁(直流绕组34)排列的例子。

连接在上方的中间包(未图示)底部上的浸入式水口12浸入到铸型10中，提供钢水14。与图20相同，沿铸型10的长边配置12个梳齿状的交流电磁铁(交流绕组24)，在它的外侧配置直流绕组34。向12个交流绕组24分别提供产生振动磁场的振动电流，以此振动电流的峰值沿铸型10的长边方向移动的方式施加振动电流。此峰值的移动通过使相邻的交流绕组的相位具有n、2n、n或n、3n、2n的排列部分而施加来实现。

图15～图18分别用数字(相位角的值)记入表示在某一个瞬间分别构成交流绕组24a、24b的12个各绕组中振动磁场的相位分布。振动磁场的峰值位置沿铸型10的长边方向顺序移动。

图15表示施加相邻交流绕组的相位差为90°、在相对的交流绕组24a、24b上相差180°的双相交流移动磁场。图16表示施加相邻交流绕组的相位差为180°、在相对的交流绕组24a、24b上相位相同的双相交流移动磁场。图17表示施加相邻交流绕组的相位差为90°、在相对的交流绕组24a、24b上相差180°的半波整流的双相交流。图18表示施加相邻交流绕组的相位差为120°、在相对的交流绕组上相差60°的半波整流的三相交流。

其中，在图23中，对于图15的移动磁场，使电流的相位角随时间的变化对应于交流绕组24a的各绕组而进行表示。最上段T1的相位角与图15相同，向下是时间经过。此外图24、图25中分别对于图17、图18的振动磁场的峰值位置的局部移动表示相同的随时间的变化。

如上述那样通过使振动磁场的峰值位置局部移动，而仅使凝固界面有效地振动，可以抑制气泡和夹杂物的捕集，所以可以使铸坯的表面质量大幅度提高。

下面参照图对在振动磁场上叠加静磁场的本发明的第2实施方式进行详细说明。

图20中用水平截面的示意图表示适合本发明实施方式的连续铸造设备的一个例子。此图相当于在图19中同时设置静磁场生成装置30的图。

在本发明中，对相对的长边和短边所构成的铸型10内的钢水边施加磁场，边进行连续铸造。施加的磁场为在铸型10的长边方向振动的磁场(也就是振动磁场)和厚度方向的静磁场。施加的振动磁场是以铸型10的长边方向为施加方向的交流磁场，是使其方向周期性地反转，不引起钢水14的宏观流动的磁场。

例如使用图20所示的振动磁场生成装置20，可以生成振动磁场。图20所示的振动磁场生成装置20由于实际与第1实施方式的图19所示的振动磁场生成装置相同，省略了详细的说明。

在本发明中施加与上述第1实施方式相同的振动磁场，还施加静磁场。如图20所示，在铸型10的长边一侧设置静磁场生成装置30，在铸型10的短边方向(铸坯的厚度方向)施加静磁场。

通过在铸型10的短边方向施加静磁场，可以使铸型10的中央部位附近的钢水流速降低，可以防止结晶器保护渣的卷入。此外通过在施加振动磁场上叠加静磁场，由于可以使F+J×B中的B项变大，还具有可以使洛伦兹力增加的效果。

在本发明中，施加的静磁场的磁通密度优选的是在200高斯以上、3000高斯以下。在磁通密度小于200高斯的情况下降低钢水流速的效果小，此外如超过3000高斯，制动过大，产生引起不均匀凝固的问题。

图20表示在铸型10的长边一侧配置振动磁场生成装置20、静磁场生成装置30的例子。静磁场生成装置30在铸型10的长边一侧配置一对磁极28，将铸型10夹在中间，使流过的电流为直流电流，从直流电源32流向直流绕组34，在铸型10的厚度方向施加静磁场。静磁场生成装置30和振动磁场生成装置20的设置位置在垂直方向相同或不同都可以。

下面参照图对使振动磁场的峰值位置沿铸型10的长边方向局部移动的本发明的第3实施方式进行详细说明。

图14为表示铸型10的俯视图和交流电磁铁(交流绕组24)、直流电磁铁(直流绕组34)的排列的例子。

连接在上方的中间包(未图示)底部上的浸入式水口12浸入到铸型10中，提供钢水14。与图20相同，沿铸型10的长边配置12个梳齿状的交流电磁铁(交流绕组24)，在它的外侧配置直流绕组34。向12个交流绕组24分别提供产生振动磁场的振动电流，以此振动电流的峰值沿铸型10的长边方向移动的方式施加振动电流。此峰值的移动，通过使相邻的交流绕组的相位具有n、2n、n或n、3n、2n的排列部分而施加来实现。

图15～图18分别用数字(相位角的值)记入表示在某一个瞬间分别构成交流绕组24a、24b的12个各绕组中振动磁场的相位分布。振动磁场的峰值位置沿铸型10的长边方向顺序移动。

图15表示施加相邻交流绕组的相位差为90°、在相对的交流绕组24a、24b上相差180°的双相交流移动磁场。图16表示施加相邻交流绕组的相位差为180°、在相对的交流绕组24a、24b上相位相同的双相交流移动磁场。图17表示施加相邻交流绕组的相位差为90°、在相对的交流绕组24a、24b上相差180°的半波整流的双相交流。图18表示施加相邻交流绕组的相位差为120°、在相对的交流绕组上相差60°的半波整流的三相交流。

根据使振动磁场的峰值位置局部移动的本发明的方法，通过对与第1实施方式的情况相同的钢水进行无气体连续铸造，仅使凝固界面有效地振动，可以抑制夹杂物的捕集，所以可以使铸坯的表面质量大幅度提高。

下面对将洛伦兹力和钢水流速的相互作用保持在适当范围内的本发明的第4实施方式进行详细说明。

在第4实施方式中，设铸型10内的钢水流速为V(m/s)、用磁场驱动的洛伦兹力的最大值为Fmax(N/m³)，使V×Fmax在3000(N/(s·m²))以上、6000(N/(s·m²))以下。

钢水流速V是实测值，而在检测困难的情况下，发明人可以用实验得到的回归式代替。即，

V(m/s)＝(43.0-0.047L_SEN+0.093θ+10.0Q

+0.791_qAr-0.0398W)/100

其中L_SEN：水口浸入深度(mm)、Q：钢水注入速度(t/min)、θ：浸入式水口钢水流出角度(°)、q_Ar：水口吹入气体流量(l/min)、W：铸型宽度(mm)。

图34表示根据与第1实施方式相同地进行连续铸造的结果，缺陷混入率和因磁场造成的钢水流速的关系。图26是表示缺陷混入率和洛伦兹力的最大值Fmax的关系。此外如图35所示，更详细地研究这些结果可以看出，关于钢水流速V和Fmax的关系，使V×Fmax在3000以上，对降低缺陷混入率是有效的。此外还看出即使超过6000，其效果也不变。

在此对极数为12极的梳齿状的铁芯进行了说明，磁极数和铁芯的形状并不限定于此，例如将铁芯分割开也没有关系。此外并不限定于叠加静磁场的情况，例如也可以使用从图20中除去直流绕组34的设备。

(实施例)

(第1实施例)

首先说明钢水14的有代表性的例子。从转炉出钢后，将300吨的钢水14用RH真空脱气装置进行脱碳处理，将钢水14的成分调整为C＝0.035质量％、Si＝0.02质量％、Mn＝0.20质量％、P＝0.015质量％、S＝0.010质量％，将温度调整为1600℃。在此钢水14中添加0.5kg/吨的Al，使溶于钢水14中的氧浓度降到150ppm。此时钢水14中的Al浓度为0.003质量％。然后在此钢水14中添加1.2kg/吨的70质量％Ti-Fe合金进行脱氧。此后在钢水14中添加0.5kg/吨的20质量％Ca-10质量％REM-50质量％Ti-Fe合金，进行成分调整。此处理后的Ti浓度为0.050质量％、Al浓度为0.003质量％。

然后用图19所示的连续铸造设备进行铸造实验。研究此时的中间包(未图示)内的夹杂物，结果为65质量％Ti₂O₃-15质量％CaO-10质量％Ce₂O₃-10质量％Al₂O₃的球状夹杂物。铸造后在浸入式水口内几乎没有附着物。

板坯的宽度为1500～1700mm，厚度为220mm，钢水14的生产能力为4～5吨/分钟的范围。

绕组的构造如图1所示，使用在宽度方向分成12等份的梳齿状的铁芯，配置成在铸坯宽度方向上生成相位交替反转的磁场(也就是振动磁场)。

在图21中集中表示超低碳钢的实验条件和实验结果(缺陷混入率)。在此图中缺陷混入率是指夹杂物、卷入结晶器保护渣、气孔和引起表面缺陷的缺陷。

铸坯的表面偏析，将板坯研磨后浸蚀，通过肉眼观察来调查每1m²上的偏析个数。用肉眼检查了冷轧后的冷轧板卷的表面缺陷，通过取缺陷试样后分析缺陷部位，调查了因结晶器保护渣造成的缺陷数。夹杂物量是利用残渣提取法从铸坯的1/4厚度位置提取夹杂物后，测量重量。表面偏析是将结晶器保护渣缺陷和夹杂物量都变成指数，将全部条件中最恶化的条件定为10，以对其线性的比进行表示。

从图12可以看出，利用交流磁通密度可以降低表面偏析、卷入结晶器保护渣造成的缺陷、气孔、非金属夹杂物。

其中如果振动磁场的强度过强，钢水表面的保护渣(flux)卷入的情况严重，使表面质量恶化，如果频率过高，则因钢水不随动于磁场，降低了凝固界面的洗净效果，气孔和夹杂物缺陷增加。

在此对极数为12极的梳齿状的铁芯进行了说明，磁极数和铁芯的形状并不限于此，例如也可以将铁芯分割也没有关系。

(第2实施例)

使用用转炉冶炼的与第1实施例相同的钢水14，用图20的连续铸造设备铸造板坯。此时同样是板坯宽度为1500～1700mm，厚度为220mm，钢水14的生产能力为4～5吨/分钟的范围。

绕组的构造如图6所示，使用在宽度方向分成12等份的梳齿状的铁芯，配置成在铸坯宽度方向上生成相位交替反转的磁场(也就是振动磁场)。

在图22中集中表示超低碳钢在固定的1200高斯的直流磁场下进行实验的实验条件和实验结果。在图22中所记载的实验结果的解析方法与第1实施例相同。

从图22可以看出，通过将静磁场叠加在施加的振动磁场上，可以降低表面偏析、卷入结晶器保护渣造成的缺陷、气孔、非金属夹杂物。

在这种情况下同样地，如果振动磁场的强度过强，则卷入钢水表面的保护渣的情况严重，使表面质量恶化，如频率过高，则因钢水不随动于磁场，降低了凝固界面的洗净效果，气孔和夹杂物缺陷增加。

(第3实施例)

绕组的构造如图14所示，使用在铸坯宽度方向分成12等份的梳齿状的铁芯，配置成在铸坯宽度方向上生成相位交替反转的磁场(也就是振动磁场)。交流磁场的磁通设定为最大1000高斯。

将实验条件和实验结果集中示于表1。实验结果的解析方法与第1实施例相同。此外表1中的绕组相位模式的符号如下。

A：n、2n、n(实施例)

B：n、3n、2n(实施例)

C：0、n、2n、3n(比较例)

D：0、2n、0、2n(比较例)

其中n为相位角，在双相交流电的情况下n＝90°，在三相交流电的情况下n＝60°或120°。

从表1可以看出，通过施加振动磁场可以降低表面偏析、卷入结晶器保护渣造成的缺陷、气孔、非金属夹杂物。

与第1实施例相同，如果振动磁场的强度过强，卷入钢水表面的保护渣的情况严重，使表面质量恶化，如频率过高，则钢水不随动于磁场，降低了凝固界面的洗净效果，气孔和夹杂物缺陷增加。

表1

	绕组相位模式	电源相数	交流磁场(Gauss)	直流磁场(Gauss)	结晶器保护渣产生的缺陷指数(-)	铸坯的气泡、夹杂物指数(-)	综合评价
								比较例1	无	-	0	0	5.2	10	×
比较例2	C	3	1000	0	2.0	1.2	△
								比较例3	D	2	1000	0	2.5	1.8	△
比较例4	C	3	2000	0	10	1.2	×
								比较例5	D	2	1000	1000	0.8	1.0	○
实施例1	A	2	1000	0	0.1	0.3	◎
								实施例2	A	3	1000	500	0.1	0.2	◎
实施例3	A	3	2000	1000	0.05	0.05	◎
								实施例4	B	2	500	0	0.1	0.3	◎
实施例5	B	2	800	1000	0.1	0.1	◎
								实施例6	B	3	1000	0	0.2	0.3	◎
实施例7	A	2	1000	1000	0.1	0.1	◎
								实施例8	B	3	1000	1000	0.05	0.05	◎

(第4实施例)

用转炉冶炼约300吨的钢水14，用RH处理成为超低碳钢的Al镇静钢，用连续铸造设备对板坯进行铸造。有代表性的钢水成分示于表2。板坯的宽度为1500～1700mm，厚度为220mm，钢水14的生产能力为4～5吨/分钟的范围。

绕组的构造如图6、图14所示，使用在铸坯宽度方向分成12等份的梳齿状的铁芯，配置成在铸坯宽度方向上生成相位周期性变化的磁场(也就是振动磁场)。

表2

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

将这样进行连续铸造得到的板坯的缺陷混入率、气孔、夹渣的检查结果示于图26、图27、图28。

其中，图中的缺陷混入率是将冷轧后的冷轧板卷全长作为分母，将一个因气泡、夹杂物引起的表面缺陷认为是1m，作为分子，用百分数表示其比例的值。此外气孔和夹渣是将铸造和切断后的铸坯的表面切除2mm后在铸坯表面显示出的孔，在内部是空洞的情况下作为气孔，在有填充结晶器保护渣的痕迹的情况下作为夹渣，分别进行统计，用调查的铸坯表面积去除该数值得到的值。

图26～图28中横轴都是作用于凝固界面的洛伦兹力的最大值Fmax。

如图29示意表示的交流绕组24和用铸模钢板表示的铸型10的内壁上附着的钢水的凝固界面的关系那样，流过交流绕组24的电流改变时，洛伦兹力F就作用在凝固界面的钢水14上。

在图6、图19所示的振动磁场上叠加直流磁场时，此洛伦兹力F用上述(2)、(3)式给出，Bdc不影响按时间平均的力，但随时间变化的力只增大与B的增大对应的量。如用相位表示电流的变化，横轴相当于铸型10的长边的图30所示，对应各绕组使此洛伦兹力F的变化周期性改变。

在施加振动磁场的情况下，对数值计算的结果进行回归，用得到的下式给出洛伦兹力的最大值(峰值)Fmax(N/m³)和其按时间的平均值Fave(N/m³)。

(振动)

Fmax＝1.57×10⁶Bac·Bdc+1.20×10⁶Bac²

Fave＝0

在图15的移动磁场、图17或图18的振动移动(振动磁场的峰值位置的局部移动)的情况下，也同样用下式给出。

(移动)

Fmax＝2.28×10⁶Bac·Bdc+4.17×10⁶Bac²

Fave＝1.76×10⁶Bac²

(振动移动)

Fmax＝1.86×10⁶Bac·Bdc+2.31×10⁶Bac²

Fave＝6.36×10⁵Bac²

图26～图28的各数据是使在实际连续铸造时用上述各式计算的洛伦兹力的最大值Fmax和各检查结果对应而进行表示的数据。

从图26可以看出，缺陷混入率在Fmax为5000(N/m³)以上、13000(N/m³)以下是有效的。在图27、图28中也可以看出，Fmax为5000(N/m³)以上是有效的。

作为参考，如图31～图33中所示的与Fave的关系那样，此Fave不适合连续铸造时的指标，Fmax作为指标是有效的。

(第5实施方式)

与第4实施例相同，用连续铸造设备进行铸造。图34表示得到的板坯的缺陷混入率和钢水流速的关系。缺陷混入率和洛伦兹力最大值Fmax的关系如图26所示。

从这些结果可以看出，对于钢水流速V和洛伦兹力最大值Fmax详细研究，其结果如图35所示，如果V×Fmax的值在3000以上，可以降低缺陷混入率。但是即使V×Fmax的值超过6000，降低缺陷混入率的效果饱和，缺陷混入率保持在一定的水平。

工业实用性

如采用本发明，不从浸入式水口吹入不活泼气体而进行连续铸造，可以抑制结晶器保护渣的卷入，提高铸坯的内部质量，而且抑制夹杂物和气泡的捕集，提高铸坯的表面质量。

Claims (9)

1.一种钢的连续铸造方法，其特征在于，沿连续铸造用铸型的长边方向并排三个以上的电磁铁，一边生成振动磁场，一边使所述振动磁场的峰值位置沿所述长边方向移动。

2.如权利要求1所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，在所述三个以上的电磁铁中，装在相邻的电磁铁上的绕组的相位具有n、2n、n或n、3n、2n的排列部分。

3.如权利要求1或2所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，除所述振动磁场，还在铸坯的厚度方向上叠加直流磁场。

4.如权利要求1、2或3所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，通过使所述铸型内的未凝固的钢水的夹杂物熔点降低，而防止向所述铸型提供所述钢水的水口堵塞，不从所述水口吹入不活泼气体而进行连续铸造。

5.如权利要求4所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，所述钢水是含C≤0.020质量％、Si≤0.2质量％、Mn≤1.0质量％、S≤0.050质量％、Ti≥0.010质量％，满足Al≤[质量％Ti]/5的条件的组成所构成的超低碳Ti脱氧钢。

6.如权利要求5所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，在制造所述钢水时，首先对所述钢水用真空脱气装置进行脱碳处理，然后用含Ti合金进行脱氧，此后通过向脱氧钢水中添加含有Ca≥10质量％和REM≥5质量％的一种或两种、和选自Fe、Al、Si和Ti中的一种或两种以上的夹杂物组成调整用合金，而使所述钢水中的氧化物组成中的CaO和REM氧化物中任意的至少一种的含量为10质量％以上、50质量％以下，而且使Ti氧化物在90质量％以下，Al₂O₃在70质量％以下。

7.如权利要求6所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，对所述脱碳处理后的钢水，在用所述含Ti合金进行脱氧处理前，通过用Al、Si、Mn中的任意一种进行预脱氧，而预先将溶于钢水中的氧浓度降到200ppm以下。

8.如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，使由所述振动磁场驱动的洛伦兹力的最大值在5000(N/m³)以上、13000(N/m³)以下。

9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，设所述铸型内未凝固的钢水流速为V(m/s)、由所述振动磁场驱动的洛伦兹力的最大值为Fmax(N/m³)时，进行调整以使V×Fmax在3000(N/(s·m²))以上。

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