JP2006122961A - ストランドプール内流動制御方法ならびに装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 連鋳ストランドプール内における凝固シェル前面に、湯面からの距離L (m)、鋳造速度Vc(m/s)に応じて以下の式によって規定される流速U(m/s)以上の流動を付与することを特徴とするストランドプール内流動の制御方法。
D=K√(L/Vc)
U≧0.63aK2/3 (Vc/L)1/3
ここで、a=12.4(m1/3 ・s-1/3)
K:凝固シェル成長速度係数(1.8×10-3〜3.210-3m・s-1/2)、
【選択図】 図12
Description
特許文献4は、浸漬ノズルからの吐出流が短辺部凝固シェルと衝突する位置よりも下方であり、かつ噴流最大浸透深さの下方1mの位置よりも上方の位置において、左右の短辺部凝固シェル近傍の溶鋼に電磁攪拌装置により左右交互に上昇流を形成する方法である。 しかしながら、ストランドプール内の温度はプール深さとともに減少していくことになるが、プール深部の過熱度が低い溶鋼を上部まで供給することになるため、低速鋳造の条件では、デッケル性欠陥(地鉄と介在物や気泡等が混じったもの)が凝固シェルに捕捉され、鋼板の欠陥になることがあった。そのため、湯面近傍に付与する電磁攪拌の条件を適正な条件とする必要がある。
さらに、介在物系欠陥に対する要求は年々厳しくなっており、従来に比べて品質欠陥の少ない高品質鋳片への期待は益々高まってきている。
(1) 連鋳ストランドプール内における凝固シェル前面に、湯面からの距離L(m)、鋳造速度Vc(m/s)に応じて以下の式によって規定される流速U(m/s)以上の流動を付与することを特徴とするストランドプール内流動の制御方法。
U≧0.63aK2/3 (Vc/L)1/3
ここで、a=12.4(m1/3 ・s-1/3)
K:凝固シェル成長速度係数(1.8×10-3〜 3.2×10-3m・s -1/2)
(2) 前記(1)において、湯面から湯面下1mまでの領域では最大流速が1m/s以下の水平断面内で旋回流を連続的に形成し、一方、湯面下1mから7mまでのいずれかの領域において一方の短辺から他方の短辺に向い、かつその最大流速が0.5m/s以下かつ推進方向が10〜60s周期で変化する推進流を付与することで、湯面下1mから7mまでの領域において凝固シェル前面に平行でかつその流速が周期的に時間変動する流動を付与することを特徴とするストランドプール内流動の制御方法。
(3) 湯面近傍においては、相対する長辺前面に逆向きの推力を付与することで攪拌流速が0.6m/s以上1m/s以下の水平断面内で旋回流を付与可能な電磁攪拌装置と、湯面下1mから7m下方までのいずれかの領域においては、相対する長辺前面に同一方向の推力を付与することで一方の短辺から他方の短辺に向かう最大流速が0.5m/s以下の推進流を付与し、かつその推進方向を10〜60sの周期で周期的に変化させることが可能な電磁攪拌装置を1組以上備えたことを特徴とするストランドプール内での流動制御装置。
凝固シェルへの介在物捕捉を流れによって防止する機構は、以下のように理解される。 一般的に速度勾配をもった流動下の粒子には、速度勾配の平方根に比例した力(Saffmann力)が作用することが知られている(例えば、T.Toh et al:ISIJ.Int.,41(2001),1245.)。鋼の連続鋳造の場合においては、凝固シェル近傍で境界層が形成され、境界層内では凝固シェルからの距離とともに流速は大きくなるため、粒子には凝固シェルから遠ざかる方向に力が作用し、粒子は凝固シェルから離れる方向にある速度(以下、離反速度Up)で移動することになる(図2参照)。その際、凝固シェルは鋳造条件に応じた凝固速度Vで前方に移動するため、離反速度Upの方が凝固速度Vよりも大きければ、凝固シェルに捕捉されないことになる。
すなわち、介在物捕捉を防止する条件は以下のように表される。
Up≧V (ここで、Up:離反速度、U:流速、V:凝固速度)
U≧aV2/3
図3に、介在物粒径が100μmの場合の捕捉防止に必要な流速を凝固速度との関係で調べた結果を示す。aは12.4(m1/3 ・s-1/3)を用いて計算した結果を示している。
なお、本発明における係数aの範囲は、欠陥防止のために対象とする介在物径によって変化し、介在物粒径が50μmの場合、a=19.7(m1/3 ・s-1/3)である。介在物粒径が200μmの場合、a=7.8(m1/3 ・s-1/3)である。ここでは、一般的に100μm以上の介在物の存在が問題とされることが多いため、a=12.4(m1/3 ・s-1/3)とする。ここでの係数a(m1/3 ・s-1/3)は、溶鋼および介在物の物性値(密度、粘度および介在物径)に基づき規定される係数であり、前述したように介在物径が小さいほど大となる。
D=K√(L/Vc)
V=K/2√(Vc/L)
U≧0.63aK2/3 (Vc/L)1/3
ここでD:凝固シェル厚(m)、t:時間(s)、K:凝固シェル成長速度係数(m・s-1/2)、L:湯面からの距離(m)、Vc:鋳造速度(m/s)である。
湯面近傍のような凝固速度が速い場合には、必要流速は0.3m/s程度と極めて速い流速が必要であるが、凝固速度が遅くなるに従い、必要流速は小さくなり、0.05m/s程度の流速を付与すれば十分捕捉は防止され得ることがわかる。
プール上部については、凝固速度が相対的に速いため、およそ0.3m/s以上の流速を鋳片周方向全体の凝固シェル前面に流動を付与する必要がある。そのため、スラブのような矩形断面の場合、水平断面内で旋回流を形成させる方法が好ましい。また、その攪拌流速としては、湯面でおよそ0.3m/s以上の攪拌流速を連続的に付与する必要がある。しかしながら、図1(b) に示したように、ノズル吐出反転流と攪拌流の干渉が起こると、その部位での流動の停滞が起こり、介在物や気泡が捕捉される。
図5の縦軸に示した流速停滞頻度とは、単位時間あたり何秒間必要流速以下の領域が形成されるかを表したものである。ここで流速0.6m/s以上で効果が顕著となるのは、一般的に湯面での流速は0.2m/s以上0.4m/s以下となるようにノズル条件(浸漬深さやノズル吐出孔の角度、面積)を設定するが、ノズル吐出流が長辺の凝固シェル前面部位に形成する流速は湯面よりも下方で大きくなり、攪拌流速とノズル吐出流によって形成される凝固シェル前面流速とを比較した場合、攪拌流が確実に大きくなるようにするためである。
このように、湯面近傍に0.6m/s以上1m/s以下の攪拌流速を付与することで、清浄性が要求される鋳片表層部での介在物捕捉を確実に防止できる。
一方の短辺に上昇流を他方の短辺で下降流を加えた場合、循環流の中心は幅中央部となり、幅中央部ではいつも流れはよどんでいることになる。しかしながら、ノズル吐出流が短辺に衝突した後、短辺に沿って侵入する下降流が存在し、その状態で一方の短辺では下降流、他方の短辺では上昇流を付与した場合、循環流の中心は幅中央部にはなく、どちらかの短辺側に移動する。その状態で推進方向を切り替えることで、凝固シェル前面のどの部位においても流動を付与することができる。
以上の結果から、鋳片表面から内部まで清浄性の高い鋳片を提供するために必要な流動条件は以下のようにまとめることができる(図12参照)。
U≧0.63aK2/3 (Vc/L)1/3 …………(1)
そのための方法として、
(I)鋳型内から湯面下1mまで:
1) 湯面近傍において0.6〜1m/sの流速の旋回流を連続的に形成すること。
これによって、湯面下1mまで(1)式を満足する流動を付与することができる。
(II)湯面下1mから7mまで:
1) 最大流速が0.5m/s以下の循環流を上下複数形成し、かつその循環方向を周期的に変化させること。
2) 循環流の方向を切り替える周期は、10〜60sが好ましい。
先ず、湯面近傍には対向する長辺前面に逆向きの推力を付与する電磁攪拌装置(コイル(1) )を設置する。そして、湯面近傍では流速が0.6m/s以上1m/s以下の流動 (図13中の細い矢印で図示)を付与する。これによって水平断面内で連続的に旋回する流動を形成することができ、図7に示したように湯面から1mまでの深さにおいて凝固シェル厚に応じて必要な流速を凝固シェル前面に付与することができる。
一方、ストランドの電磁攪拌装置に関しては、一段設置の場合は湯面から3.5mの位置に電磁攪拌装置を各長辺前面に一組設置、二段設置の場合は、湯面から3.5m位置、7m位置と異なる位置に二組設置した。それぞれ、攪拌流速としては最大0.5m/sの流速が付与できるものを用い、二段設置する場合、攪拌方向は上下で逆方向とした。
結果を表1に示した。表1で、攪拌(1) は鋳型内の電磁攪拌コイルの攪拌条件、攪拌(2) はストランドの電磁攪拌装置による攪拌条件を示す。なお、垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて操業した際にも、同様な結果を得ることができた。
ln u=(θ+9.73 ln f +33.7)/(1.45 ln f +12.5) (u≦50cm/s)
ln u=(θ+4.83 ln f + 7.2)/(0.1 ln f + 5.4) (u≧50cm/s)
…………… A−1
f =k2 /120δ …………… A−2
上式において、u:流速(cm/s)、f:凝固速度(cm/s)、θ:鋳片表面の法線に対する偏向角(°)、k:凝固シェル成長速度係数(cm/min1/2 )、δ:凝固シェル厚(mm)である。
各鋳造速度において、電磁攪拌コイルのコア中心高さに相当するシェル厚δでの傾角を測定した。併せて、その凝固シェル厚での凝固速度fをA−2式で推算し、A−1式を用いて攪拌流速を推定した。なお、上記推算を行うにあたってkは2.2cm/min1/2 とした。
Claims (3)
- 連鋳ストランドプール内における凝固シェル前面に、湯面からの距離L (m)、鋳造速度Vc(m/s)に応じて以下の式によって規定される流速U(m/s)以上の流動を付与することを特徴とするストランドプール内流動の制御方法。
U≧0.63aK2/3 (Vc/L)1/3
ここで、a=12.4(m1/3 ・s-1/3)
K:凝固シェル成長速度係数(1.8×10-3〜 3.2×10-3m・s -1/2) - 請求項1において、湯面から湯面下1mまでの領域では最大流速が1m/s以下の水平断面内で旋回流を連続的に形成し、一方、湯面下1mから7mまでのいずれかの領域において一方の短辺から他方の短辺に向い、かつその最大流速が0.5m/s以下かつ推進方向が10〜60s周期で変化する推進流を付与することで、湯面下1mから7mまでの領域において凝固シェル前面に平行でかつその流速が周期的に時間変動する流動を付与することを特徴とするストランドプール内流動の制御方法。
- 湯面近傍においては、相対する長辺前面に逆向きの推力を付与することで攪拌流速が0.6m/s以上1m/s以下の水平断面内で旋回流を付与可能な電磁攪拌装置と、湯面下1mから7m下方までのいずれかの領域においては、相対する長辺前面に同一方向の推力を付与することで一方の短辺から他方の短辺に向かう最大流速が0.5m/s以下の推進流を付与し、かつその推進方向を10〜60sの周期で周期的に変化させることが可能な電磁攪拌装置を1組以上備えたことを特徴とするストランドプール内での流動制御装置。
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