JP3692253B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳片の皮下に、気泡状欠陥や介在物欠陥が少ない、鋼鋳片を製造するための連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造において、従来から鋳片の高品質化並びに鋳造速度の高速化を目的として様々な電磁力を用いた鋳型内流動制御方法が提案されている。それらは、移動磁界をもちいるか直流磁界を用いるかまた、その両者を併用するかに分類される。移動磁界を用いる目的は浸漬ノズルからのノズル吐出流によって形成される流動とは別のパターンの流動を形成することである。
【０００３】
一方、直流磁界を用いる目的は、流速を低減することによる鋳型内流動を安定化させることである。また、この両者を組み合わせた例では、鋳型下部あるいは鋳型直下に設置された直流磁界によりノズル吐出流を上部に反転させかつ鋳型上部で移動磁界により撹拌させ上部プールを強撹拌することを狙いとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
浸漬ノズル内には一般的にノズル閉塞を防止するため不活性ガスであるＡｒを吹き込むことが多い。その上、溶鋼は非金属介在物を含有するため、ノズルから吐出する溶鋼は介在物ならびにＡｒ気泡を含有した混相状態となる。このような混相流体を適正に制御することが鋳片品質を向上する上で必要である。
【０００５】
鋳型下部あるいは鋳型よりも下方に直流磁界を設置した場合には、ノズル吐出流の侵入深さを抑制することができるものの、気泡径、介在物径が小さくなると浮上速度が小さくなるため微細な気泡、介在物は下部溶鋼プールにどうしても輸送される。そのため、鋳片内部の欠陥に繋がる。
【０００６】
そこで、本発明の課題はノズル吐出流中に内在する微細な介在物、気泡の侵入深さを抑制しつつ鋳片表皮下での気泡、介在物欠陥を防止することが可能な方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）鋳型内の上部の溶鋼を攪拌する電磁攪拌装置とその下方に鋳型幅方向にほぼ一様な磁束密度分布を有する直流磁界を厚み方向に付与できる電磁石を備えた連続鋳造用鋳型を用いて、下端近傍には鋳片の短辺に向けて斜め下向きの吐出溶鋼流を形成するための２個の吐出孔が設けられた浸漬ノズル内にＡｒガスを吹き込みながら鋼を連続鋳造する方法において、その浸漬ノズルの吐出孔からでた直後の溶鋼に０．１テスラ以上の直流磁界を作用させかつその上部では電磁攪拌装置により水平断面内で旋回流を形成しつつ鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。
【０００８】
また、（２）鋳型内の上部の溶鋼を攪拌する電磁攪拌装置とその下方に鋳型幅方向にほぼ一様な磁束密度分布を有する直流磁界を厚み方向に付与できる電磁石を備えた連続鋳造用鋳型を用いて、下端近傍には鋳片の短辺に向けて斜め下向きの吐出溶鋼流を形成するための２個の吐出孔が設けられた浸漬ノズル内にＡｒガスを吹き込みながら鋼を連続鋳造する方法において、その浸漬ノズルの吐出孔からでた直後の溶鋼に０．１テスラ以上の直流磁界を作用させかつその上部では電磁攪拌装置により水平断面内で周期的な攪拌流を形成しつつ鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、直流磁場中での液体金属の噴流挙動について調査した。特に噴流周囲には主流とは逆向きの流れが発生することを見いだした。噴流を制動しようとするローレンツ力が作用するが、プール中に誘導される電流の連続性からジェットコア周囲までローレンツ力が及びコア周囲の流体を逆向きに加速することによる。また、この逆向きの流れの流速と印加する磁束密度との関係を調査したところ図１に示すように０．１テスラ以上の磁場を印加した場合にその傾向が顕著となることがわかった。
【００１０】
そこで、実機１／２サイズの水銀モデル実験装置を作製し、電磁力を印加した場合の気泡挙動について調査解析した。この実験装置では連鋳ストランドプール上部に相当する水銀プールの液面近傍に電磁撹拌装置をまたその下方にほぼ幅方向に一様な磁束密度分布を有する直流磁界を厚み方向に印加できるような電磁石が組み込まれている。また、プール広幅面の１つのみをアクリル製とし、プール中での気泡の挙動を観察できるようにしている。
【００１１】
実験では、電磁力の印加条件を種々変化させ、水銀プール表面のＡｒ気泡の分布と広面のＡｒ気泡分布を調査した。その結果、ノズル吐出流に直流磁界を作用させた場合には、ノズル周囲のＡｒ気泡個数が電磁力を印加しない場合に比較して多くなることがわかった。
【００１２】
一方、プール下方の広幅面については電磁力を印加しなかった場合に比べ気泡の個数が少なくなることが確認された。さらに、液面近傍に設置された電磁撹拌コイルを用いてプール水平断面内で旋回流を形成させた場合、ノズル周囲の気泡個数は少なくなりかつ広幅面でのＡｒ気泡個数も少なくなることがわかった。
【００１３】
次にノズル吐出流への直流磁界を作用させつつ、表面近傍に設置された電磁撹拌コイルに印加する電流を３秒周期で変化させ、撹拌流を連続的に撹拌させるのではなく周期的に撹拌方向を変化させた場合、さらにプール下方のアクリル壁に付着する気泡個数を減少させることができた。
【００１４】
【実施例】
本発明者らは、図２のスラブ連続鋳造装置を用いて低炭素鋼を連続鋳造した。図２（Ａ）はその水平断面の模式図、図２（Ｂ）はその縦断面の模式図である。図中１は浸漬ノズルで、下端近傍には鋳片の短辺に向けて斜め下向きの吐出溶鋼流を形成するための２個の吐出孔１３が設けられている。
【００１５】
５は幅１２５０ｍｍ、厚さ２５０ｍｍのスラブを製造するための鋳型で、上部には鋳型内の上部の溶鋼に矢印１０方向の旋回流を形成するための電磁撹拌装置７が配され、またその下部には吐出孔１３からでた直後の溶鋼流２に磁束密度分布が幅方向にほぼ一様な直流磁界を厚み方向に付与できる電磁石６が配されている。尚、図中８は凝固シェルである。その他の鋳造条件として、鋳造速度は２ｍ／分とし、ノズル内にはＡｒガスを１０リットル／分とした。
【００１６】
電磁力の印加条件として、▲１▼電磁力を印加しなかった場合、▲２▼ノズル吐出流に０．１テスラの直流磁界を印加した場合、▲３▼ノズル吐出流に０．１テスラの直流磁界を印加しさらに電磁撹拌コイルを用いて旋回撹拌を行なった場合、▲４▼ノズル吐出流に０．１テスラの直流磁界を印加しさらに電磁撹拌コイルを用いかつコイル電流を周期的に変化させて撹拌方向を周期的に変化させた場合である。
【００１７】
ノズル吐出流に０．１テスラ以上の直流磁界を作用させつつ鋳造をしたところ、鋳片内部品質は著しく向上した。しかしながら、幅中央部の鋳片表皮下には多数の気泡や内部に介在物を含有した気泡が捕捉されていた。これは、ノズル吐出流中に内在する気泡、介在物がノズル吐出流周囲に形成される逆向きの流れにより、極めて効率よく上部プールに輸送されることによるものと思われる。しかしながら、ノズル／長辺面間では淀みやすいため、気泡・介在物が容易に捕捉されたものと思われる。
【００１８】
鋳型上部に水平断面内で旋回流を形成できる移動磁界を設置した鋳型を用いて連続鋳造を行なった場合には直流磁界のみを加えた場合と同様の内部品質に加え幅中央の表皮下直下での捕捉も見られず、鋳片表皮下、内部ともに良好な鋳片品質の鋳片を得ることができた。
【００１９】
さらに、▲３▼の場合には湯面近傍で電磁撹拌コイルによる撹拌流とノズル吐出流との干渉が生じやすく幅１／４から短辺近傍で淀み領域を形成しやすいが、▲４▼の場合にはその淀みが形成されないため、▲３▼の場合に比べさらに表面品質を向上させることができた。
【００２０】
図２は左右に吐出孔１３を有する有底の浸漬ノズルの例であるが、本発明者らは両吐出孔１３を連結するスリットがさらに底に形成された鈴形状浸漬ノズルについて図２で述べたと同様の試験を行なった。この鈴形状浸漬ノズルにおいては、溶鋼は左右の吐出孔１３からそれぞれ斜め下向きに流出すると共にスリットからも下方に流出する。
【００２１】
この鈴形状浸漬ノズルにおいても、吐出溶鋼に直流磁界を作用させると気泡の侵入深さを浅くすることができ、さらに、湯面近傍で電磁撹拌あるいは振動撹拌を作用させることで表皮下の気泡介在物系欠陥を大幅に低減させることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によると、浸漬ノズル内にＡｒガスを供給しつつ連続鋳造を行なう際に、直流磁界によりプール下方への気泡・介在物の侵入を極力抑制することで、プール上部へ効率良く輸送させることができる。さらに、湯面近傍では水平断面内で撹拌流を形成するあるいは振動撹拌を作用させることで凝固シェルへの気泡・介在物の捕捉を防止させることができる。そのため、鋳造された鋳片の品質は表面、内部共に良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁束密度と、逆向き流の流速の関係を示す図。
【図２】実施例で用いた連続鋳造装置の説明図。
【符号の説明】
１：浸漬ノズル、 ２：吐出溶鋼流、 ５：鋳型、 ６；直流磁界、 ７：電磁撹拌装置、 ８：凝固シェル、 ９：メニスカス、 １０：電磁撹拌装置による溶鋼の旋回流、 １１：溶鋼の逆向き流、 １２：Ａｒガス気泡、 １３：浸漬ノズルの溶鋼吐出孔。
Claims (2)
- 鋳型内の上部の溶鋼を攪拌する電磁攪拌装置とその下方に鋳型幅方向にほぼ一様な磁束密度分布を有する直流磁界を厚み方向に付与できる電磁石を備えた連続鋳造用鋳型を用いて、下端近傍には鋳片の短辺に向けて斜め下向きの吐出溶鋼流を形成するための２個の吐出孔が設けられた浸漬ノズル内にＡｒガスを吹き込みながら鋼を連続鋳造する方法において、その浸漬ノズルの吐出孔からでた直後の溶鋼に０．１テスラ以上の直流磁界を作用させかつその上部では電磁攪拌装置により水平断面内で旋回流を形成しつつ鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
- 鋳型内の上部の溶鋼を攪拌する電磁攪拌装置とその下方に鋳型幅方向にほぼ一様な磁束密度分布を有する直流磁界を厚み方向に付与できる電磁石を備えた連続鋳造用鋳型を用いて、下端近傍には鋳片の短辺に向けて斜め下向きの吐出溶鋼流を形成するための２個の吐出孔が設けられた浸漬ノズル内にＡｒガスを吹き込みながら鋼を連続鋳造する方法において、その浸漬ノズルの吐出孔からでた直後の溶鋼に０．１テスラ以上の直流磁界を作用させかつその上部では電磁攪拌装置により水平断面内で周期的な攪拌流を形成しつつ鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
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