JP5076465B2 - 鋼の連続鋳造方法及び設備 - Google Patents

Description

本発明は、鋼の連続鋳造方法及び設備に係り、特に、磁界印加による鋳型内溶鋼流動の改善に関する。

近年、自動車用鋼板を中心として、鋼製品の品質向上要求が厳しくなり、スラブ段階から清浄度の優れた高品質のスラブの要求が高まっている。スラブの欠陥には、介在物や気泡に起因するものや、溶鋼中の成分の偏析に起因するものがあり、鋳型内の流動は、これらと深い関係があるため、多くの研究、発明がなされてきた。その１つとして、磁界を用いた鋳型内流動制御方法がある。

例えば出願人は、特許文献１で、連続鋳造用鋳型の鋳型長辺方向に３個以上の電磁石を配置し、隣り同士のコイルで発生する磁場を実質反転させることで、溶鋼に位相が実質反転する振動電磁界を作用させ、電磁力によって凝固核前面のデンドライトの破断を引き起こすことなく、局所的な流動を予期させることを特徴とする鋼の連続鋳造方法を提案している。

又、特許文献２で、連続鋳造用鋳型の鋳型長辺方向に３個以上の電磁石を配置し、隣り同士のコイルで発生する磁場を実質反転させることで、隣接する磁極同士が互いに異なる極性を有するようにし、溶鋼に位相が実質反転する振動電磁界を作用させて、隣接する磁極間で溶鋼に作用する電磁力とその隣りの磁極間で溶鋼に作用する電磁力の向きがほぼ反対となるようにすると共に、鋳型の厚み方向に静磁界を重畳することで、電磁力によって凝固全面のデンドライトが破談しない局所的な流動を誘起させることとを特徴とする鋼の連続鋳造方法を提案している。

出願人は、更に、特許文献３で、連続鋳造用鋳型の鋳型長辺を挟み対向する上下に複数段の電磁石コイルを配置すると共に、少なくとも１段には、鋳型長辺方向に３個以上の電磁石を配置し、隣り同士のコイルで発生する磁場を実質反転させることで、溶鋼に位相が実質反転する振動磁界を作用させ、且つ、鋳型の厚み方向に静磁界を重畳することで、局所的な流動を誘起させることを特徴とする鋼の連続鋳造方法を提案している。

特許第３６９７５８４号公報 特許第３６９７５８５号公報 特開２００３−１６４９４８号公報

発明者は、上記のように、鋳型の長辺方向の磁束密度を高めて溶鋼を振動させることが、鋼材の品質向上に有効であることを見出した。そのためには、鋳型の長辺方向の磁束密度を高くするのが好ましい。そして更に鋳型の長辺方向の磁束密度に付随して発生する鋳型の鋳込み方向の磁束密度を抑えることが好ましい。

しかしながら、特許文献１乃至３に記載の従来技術では、図１に例示する如く、鋳型の長辺方向ｘの磁束密度Ｂｘと鋳込み方向ｚの磁束密度Ｂｚがほぼ同程度となり、鋳込み方向の磁束密度Ｂｚを抑えることができず、湯面を振動させ、鋳型の潤滑剤であるモールドフラックス（パウダー）や気泡の巻き込みを発生して、品質低下をもたらしていた。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、鋳型の長辺方向の磁束密度に付随して発生する鋳込み方向の磁束密度を抑えて、湯面変動を小さくすることを課題とする。

本発明は、連続鋳造用鋳型の長辺方向に４個以上の電磁石を配置し、隣り同士の２個以上のコイルを１つのグループとし、各グループ内は同位相、隣り合うグループ同士は逆位相とし、鋳型長辺方向の磁束密度に対する鋳込方向の磁束密度の比を０．７以下とし、発生する磁場を変化させることで、溶鋼に位相が変化する振動磁界又は移動磁界を作用させ、流動を誘起させるようにして、前記課題を解決したものである。

又、鋳型長辺を挟み対向する上下２段の電磁石コイルを配置し、上段に前記の磁界を印加し、下段の鋳型厚み方向に静磁界を印加するようにしたものである。

本発明は、又、連続鋳造用鋳型の長辺方向に４個以上の電磁石が配置され、隣り同士の２個以上のコイルが１つのグループとされ、各グループ内は同位相、隣り合うグループ同士は逆位相とされ、鋳型長辺方向の磁束密度に対する鋳込方向の磁束密度の比が０．７以下とされ、発生する磁場を変化させることで、溶鋼に位相が変化する振動磁界又は移動磁界が作用され、流動が誘起されることを特徴とする鋼の連続鋳造設備を提供するものである。

又、鋳型長辺を挟み対向する上下２段の電磁石コイルが配置され、上段が前記の構成とされ、下段に、鋳型厚み方向に静磁界を印加するための手段が配置されたことを特徴とする鋼の連続鋳造設備を提供するものである。

更に、前記鋳型の厚み方向に静磁界を重畳することで流動を誘起させることができる。

本発明によれば、図２に例示する如く、各グループ内の隣り合うコイルを同一位相とすることで、ボールピッチを大きくし、振動磁場（図２の例）や移動磁場のトルクを大きくして、溶湯撹拌力を増加させ、凝固界面の洗浄効果を向上させる一方、鋳型長辺方向ｘの磁束密度Ｂｘに付随して発生する鋳込み方向ｚの磁束密度Ｂｚを抑えることができる。従って、湯面変動を抑えて、凝固界面のモールドフラックスや気泡や介在物の捕捉を抑制し、鋼片の表面品質を向上させることが可能となる。

なお、複数の電磁石の同位相のグループを、１個の大きな電磁石で構成することも考えられるが、この場合には、図３に例示する如く、鋳型長辺方向ｘの磁束密度Ｂｘが鋳込み方向ｚの磁束密度Ｂｚと同程度となってしまい、湯面変動を抑えることができない。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の実施に好適な、鋼の連続鋳造設備の特徴をなす振動磁界を重畳して印加する電磁石の一例を、鋳型の水平断面の模式図で図４に示す。図において、１０が鋳型、１２が浸漬ノズル、２０が振動磁界発生装置、２２が櫛歯状鉄芯、２４が電磁石のコイル、２６ａ、２６ｂが交流電源、２８が電磁石の磁極である。

前記電磁石は、鋳型１０の長辺方向（図の左右方向）ｘに４個以上（図では１２個）配置され、隣り同士の２個以上（図では２個）のコイル２４を１つのグループとし、各グループ内は同位相、隣り合うグループ同士は逆位相とし、発生する磁場を実質的に反転させることで、溶鋼８に位相が実質的に反転する振動磁界を作用させ、流動を誘起させるようにしている。

前記磁極２８は、同一グループ内の磁極同士が同じ極性（Ｎ、Ｓ極）を有し、隣接するグループ同士は互いに異なる極性を有するように、コイル２４の巻き方又はコイル２４に流す交流電流を調整する。隣接するグループ同士が互いに異なる極性（Ｎ、Ｓ極）とするためには、（１）隣接するグループ同士のコイル２４の巻き方を反対方向とし、コイル２４に流す電流を同位相で所定の周波数を有する交流電流とするか、あるいは（２）隣接するグループ同士のコイル２４の巻き方を同方向とし、コイル２４に流す電流を隣接するグループ同士で位相がずれた、所定の周波数を有する交流電流とするのが好ましい。隣接するグループに流す交流の位相のずれは、実質的に位相が反転する、１３０°以上２３０°以下とするのが好ましい。

なお、交流電流の所定の周波数としては、１〜８Ｈｚとするのが好ましく、より好ましくは３〜６Ｈｚである。図４に示す例は、隣接するグループで、コイル２４の巻き方を同方向として、コイル２４に流す交流電流を位相が異なる（実質的に位相が反転する）ものとする場合であるが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明では、隣接するグループ同士が互いに異なる極性を有するため、同一グループ内の磁極２８が溶鋼８に作用する電磁力と、その隣りのグループ内の磁極２８が溶鋼８に作用する電磁力とは、その向きがほぼ反対となり、溶鋼８の一方向への全体的なマクロな流動が誘起されることはない。又、本発明では、コイル２４に流す電流を交流電流とするため、各グループの極性が所定の周期で反転し、鋳型１０の長辺方向ｘで凝固界面近傍の溶鋼に振動を誘起させることができる。これにより、凝固界面への介在物、気泡の捕捉を抑制することができ、鋳片の表面品質を顕著に向上させることができる。

コイル２４に流す交流電流の周波数が１Ｈｚ未満では、低すぎて十分な流動が誘起されない。一方、８Ｈｚを超えると、溶鋼８が振動磁界に追従しなくなり、振動磁界印加の効果が少なくなる。このため、コイル２４に流す交流電流の周波数を１〜８Ｈｚとし、振動磁界の振動周期を１／８〜１ｓとするのが好ましい。

なお、本発明では、印加する振動磁界の磁束密度は１０００ガウス未満とするのが好ましい。磁束密度が１０００ガウス以上になると、デンドライトを破断するだけでなく、湯面変動が大きくなり、モールドフラックスの巻き込みを助長するという問題がある。

前記電磁石により発生される鋳型１０の長辺方向ｘの磁束密度Ｂｘに対する鋳込み方向ｚの磁束密度Ｂｚの比は、０．８以下とすることが望ましい。これは、図５に例示する如く、比が０．９以上であると十分な効果が得られず、一方０．７以下であれば十分な効果が得られるからである。図５において、横軸の０．９は図１に例示した位相０−１８０°−０−１８０°の場合、０．７は図２に例示した位相０−０−１８０°−１８０°の場合であり、縦軸は単位長当たりの欠陥個数である。

次に、本発明の第２実施形態を詳細に説明する。

本実施形態は、図６に示す如く、前記第１実施形態に、更に、静磁界発生装置３０を設置して、鋳型の厚さ方向（短辺方向）ｙの向きに静磁界を印加するようしたものである。

前記静磁界発生装置３０は、鋳型１０の長辺方向ｘに鋳型１０を挟んで一対の磁極を配置し、直流電源３２から直流電流をコイル３４に流して、鋳型１０の厚さ方向ｙに静磁界を印加する。

他の点については第１実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。

次に、実施例に基づき、本発明について、更に詳細に説明する。

約３００トンの溶鋼を転炉で溶製し、ＲＨ処理によって極低炭素鋼のＡｌキルド鋼とし、連続鋳造機でスラブを鋳造した。代表的な溶鋼成分を表１に示す。

なお、スラブの幅は１５００〜１７００ｍｍ、厚みは２２０ｍｍ、溶鋼のスループット量は４〜５トン／分の範囲とした。

又、コイル構造として、図４に示した如く、幅方向に１２等分した櫛歯状の鉄芯２２を用い、位相が異なる磁場を発生できるように配置した。交流磁界による磁束は最大２０００ガウスとした。

隣接するコイルの位相を様々に変化させた比較例と本発明の実施例の実験結果を表２に示す。

表２において、欠陥はＣＣＤカメラによる表面欠陥計の欠陥カウント数（単位長当たり）である。

ここで、比較例１は、コイルの位相を０−６０°−１２０°−１８０°−として移動磁界を加えたもの、比較例２、３は、同じく０−１８０°−０−１８０°として、コイル１個毎に位相が変化する振動磁界を加えたもの、実施例１〜４は、コイルの位相を０−０−１８０°−１８０°として、コイル２個毎に位相が変化する振動磁界を加えたもの、実施例５〜７は、同じく０−０−６０°−６０°−１２０°−１２０°として、コイル２個毎に位相が変化する移動磁界を加えたものである。

図１に示した従来例、第１実施形態及び第２実施形態のリコイリング検査結果の例を図７に示す。従来例は４ｍｍで手入れしていたのに対し、本発明では２ｍｍ手入れと条件が厳しくなっているのにも拘わらず、欠陥個数が低減している。

なお、前記実施形態においては、磁界の位相が０−０−１８０°−１８０°と２コイルずつ反転する振動磁界であったが、印加する磁界は、これに限定されず、例えば０−０−０−１８０°−１８０°−１８０°と３コイルずつ反転する振動磁界としたり、又は、０−０−６０°−６０°−１２０°−１２０°と変化する移動磁界であっても良い。

又、前記実施形態においては、いずれも振動磁界（２０）及び／又は静磁界（３０）を浸漬ノズル１２のノズル孔１２Ａの上方に１段配置した例で示したが、図８に示す第３実施形態のように、鋳型長辺を挟み対向する上下２段の電磁石を配置し、上段を前記第１又は第２実施形態の振動磁界発生装置２０のみ又は振動磁界発生装置２０と静磁界発生装置３０の組合せとし、下段に第２実施形態と同様の静磁界発生装置４０を配置して静磁界を印加するように構成しても良い。

更に、電磁石コイルの段数は２段に限定されず、３段以上であっても良い。

又、前記説明においては、極数が１２極の櫛歯状の鉄芯２２が用いられていたが、磁極数や鉄芯の形状はこれに限定されず、例えば鉄芯が分割されていても構わない。

特許文献１乃至３で提案した従来技術の構成及び磁束分布の例を示す図 本発明による構成の一例及びその磁束分布を示す図 比較例の構成及びその磁束分布の例を示す図 本発明に係る連続鋳造設備の第１実施形態の構成を示す鋳型の水平断面図 第１実施形態における鋳型の長辺方向ｘの磁束密度Ｂｘと鋳込み方向ｚの磁束密度Ｂｚの比と欠陥個数の関係の例を示す図 本発明に係る連続鋳造設備の第２実施形態の構成を示す鋳型の水平断面図 従来例及び前記第１、第２実施形態の欠陥個数を比較して示す図 本発明に係る連続鋳造設備の第３実施形態の構成を示す鋳型の正面図

符号の説明

８…溶鋼
１０…鋳型
２０…振動磁界発生装置
２２…櫛歯状鉄芯
２４、３４…コイル
２６ａ、２６ｂ…交流電源
２８…磁極
３０、４０…静磁界発生装置
３２…直流電源

Claims (6)

1. 連続鋳造用鋳型の長辺方向に４個以上の電磁石を配置し、
   隣り同士の２個以上のコイルを１つのグループとし、
   各グループ内は同位相、隣り合うグループ同士は逆位相とし、
   鋳型長辺方向の磁束密度に対する鋳込方向の磁束密度の比を０．７以下とし、
   発生する磁場を変化させることで、溶鋼に位相が変化する振動磁界又は移動磁界を作用させ、流動を誘起させることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
2. 前記鋳型の厚み方向に静磁界を重畳することで流動を誘起させることを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
3. 鋳型長辺を挟み対向する上下２段の電磁石コイルを配置し、
   上段に請求項１又は２に記載の磁界を印加し、
   下段の鋳型厚み方向に静磁界を印加することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
4. 連続鋳造用鋳型の長辺方向に４個以上の電磁石が配置され、
   隣り同士の２個以上のコイルが１つのグループとされ、
   各グループ内は同位相、隣り合うグループ同士は逆位相とされ、
   鋳型長辺方向の磁束密度に対する鋳込方向の磁束密度の比が０．７以下とされ、
   発生する磁場を変化させることで、溶鋼に位相が変化する振動磁界又は移動磁界が作用され、流動が誘起されることを特徴とする鋼の連続鋳造設備。
5. 前記鋳型の厚み方向に静磁界が重畳され、流動が誘起されることを特徴とする請求項４に記載の鋼の連続鋳造設備。
6. 鋳型長辺を挟み対向する上下２段の電磁石コイルが配置され、
   上段が請求項４又は５に記載された構成とされ、
   下段に、鋳型厚み方向に静磁界を印加するための手段が配置されたことを特徴とする鋼の連続鋳造設備。

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