JP5310205B2 - 連続鋳造設備における鋳型内の溶鋼流動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁撹拌装置を用いた連続鋳造設備における鋳型内の溶鋼流動制御方法に関するものである。

溶鋼の連続鋳造設備においては、浸漬ノズルから鋳型内に注湯された溶鋼を均一に撹拌し、凝固シェルへの介在物等の捕捉を防止する目的で、電磁撹拌装置が用いられている。電磁撹拌装置は鋳型の長辺に沿って電磁コイルを配置して移動する電磁場を形成し、鋳型内の溶鋼を電磁力によって一定方向に旋回させる装置である。

この電磁力の形成方法については従来から多くの検討がなされており、例えば特許文献１には溶鋼に１０〜６０ｃｍ/ｓｅｃのメニスカス流速を与えるように電磁撹拌装置を制御することが記載されている。また特許文献２には、凝固シェル界面に鋳造方向と垂直方向に溶鋼流を形成することが記載されている。

鋳型内の溶鋼流は、浸漬ノズルから吹き込んでいる不活性ガス、スラグや酸化物といった介在物の浮上分離、湯面変動、モールドパウダーの巻き込みなどの様々な現象と深く関連している。しかし従来の検討の多くは電磁撹拌装置の制御を特定の側面から検討したものであり、溶鋼に加えるべき電磁力を総合的な観点から定量的に把握したものは少ない。従って表面性状の良好な鋳片を安定して製造することができる鋳型内の溶鋼流動制御方法は、未だ完成された技術とは言えないものである。

特開平６−６０５号公報 特開平７−９０９８号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、電磁撹拌装置の電磁力の形成のされ方を定量的にコントロールすることにより、より効果的に不活性ガスおよび介在物の浮上を促進し、溶鋼中へのモールドパウダーの巻き込みを回避して表面性状の良好な鋳片を安定して製造することができる鋳型内の溶鋼流動制御方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、鋳型内の溶鋼を電磁撹拌装置によって撹拌する連続鋳造設備における鋳型内の溶鋼流動制御方法において、前記電磁撹拌装置のポールピッチを４２０〜４６０ｍｍに設定することにより、鋳型長辺に平行な溶鋼の旋回方向をＸ軸、鋳型短辺に平行なセンター向き方向をＹ軸、鉛直下向き方向をＺ軸としたときの溶鋼体積当たりの３軸方向の電磁力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを、Ｆｘの平均値が３０００〜１２０００Ｎ／ｍ^３、Ｆｙの局所値が−２０００〜２０００Ｎ／ｍ^３、Ｆｚの局所値が−１０００〜１０００Ｎ／ｍ^３の範囲となるように電磁力を加えることを特徴とするものである。ここで、Ｘ軸は旋回流方向を正に、Ｙ軸は鋳型長辺から厚みセンター方向を正に取るものとする。

また請求項２のように、Ｆｘの局所値が２０００Ｎ／ｍ^３以上となる電磁力を加えることが好ましい。

本発明によれば、前記電磁撹拌装置のポールピッチを４２０〜４６０ｍｍに設定して、３軸方向の電磁力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを上記のように溶鋼の単位体積当たりに作用する力（体積力）として定量的に制御することにより、アルゴン気泡の浮上を促進し、また溶鋼中へのモールドパウダーの巻き込みを回避し、表面性状の良好な鋳片を安定して製造することができる。なお各数値の意味については後述する。

連続鋳造用の鋳型部分の断面図である。 連続鋳造用の鋳型部分の平面図である。 座標軸の説明図である。 ポールピッチの説明図である。 ポールピッチが溶鋼撹拌に及ぼす影響を示すグラフである。

以下に本発明の実施形態を示す。
図１および図２において、１は連続鋳造用の鋳型であり、２はその中心部分に配置された浸漬ノズルである。溶鋼はこの浸漬ノズル２を通じてタンディッシュから鋳型１内に注入される。鋳型１内の溶鋼の表面には鋳型と鋳片の潤滑のために使用しているモールドパウダー３が浮いている。溶鋼は鋳型１からの抜熱によって冷却されて凝固シェル４を形成し、凝固シェル４を徐々に下方に引き抜くことによって連続鋳造が行われる。

図２に示すように、鋳型１の長辺の外側には電磁撹拌装置５が配置されている。電磁撹拌装置５は多数の電磁コイル６を一定のコイルピッチで列状に並べたものであり、リニアモータと同様の移動する電磁場移動磁界を形成し、鋳型１内の溶鋼を電磁力によって一定方向に旋回させるためのものである。

電磁撹拌装置５が溶鋼に及ぼす電磁力は電磁コイル６に印加する電圧と電流によって制御することができ、本発明では溶鋼の単位体積当たりに作用する力（体積力）として定量的に制御することとした。すなわち、図３に示すように鋳型１の長辺に平行な溶鋼の旋回方向をＸ軸、鋳型１の短辺に平行なセンター向き方向をＹ軸、鉛直下向き方向をＺ軸としたときの溶鋼体積当たりの３軸方向の電磁力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを、特定の数値範囲に設定した。なお溶鋼に作用する電磁力は、モリブデン製の測定子を溶鋼中に挿入し、その基部に設けた歪センサによって実測することができる。

まずＦｘはその平均値が３０００〜１２０００Ｎ／ｍ^３の範囲となるように制御する。Ｆｘは旋回力を直接示す値であるが、１２０００Ｎ／ｍ^３を超えると旋回流が強くなりすぎて溶鋼表面のモールドパウダー３を溶鋼中に巻き込み、鋳造品質を低下させるおそれがあるためである。逆にＦｘの平均値が３０００Ｎ／ｍ^３を下回ると撹拌力が弱くなり部分的に淀みが発生する可能性がある。なおＦｘの平均値が３０００Ｎ／ｍ^３を超えても、局所値が２０００Ｎ／ｍ^３を下回ると好ましくないので、局所的にも２０００Ｎ／ｍ^３以上が保たれるように電磁力を加えることが望ましい。

Ｆｙはその局所値が−２０００〜２０００Ｎ／ｍ^３の範囲内にあるように制御する。Ｆｙは電磁力が鋳型１の厚みの中心方向に溶湯を押し付ける力であり、２０００Ｎ／ｍ^３を超えると浸漬ノズル２からの吐出流との干渉が生じて吐出流中に含まれるアルゴン気泡の浮上分離が阻害され、凝固表面での介在物や気泡のトラップが不十分となる。またＦｙの局所値が−２０００Ｎ／ｍ^３よりも小さいと、溶湯が凝固シェル４の内面に向かって押し付けられる力が強くなりすぎ、溶湯中の介在物が凝固シェル４にトラップされることが助長されるので好ましくない。

Ｆｚはその局所値が−１０００〜１０００Ｎ／ｍ^３の範囲となるように制御する。Ｆｚは垂直方向の電磁力であり、１０００Ｎ／ｍ^３を超えると浮上分離を強く阻害するとともに、湯面変動を助長する。逆に−１０００Ｎ／ｍ^３より小さいと上昇流が強くなりすぎてやはり湯面変動を助長する。

本発明条件を満たすには、電磁撹拌装置５のポールピッチを変更する方法がある。電磁コイル６の極性は例えば図４に示されるようであり、そのＮ極とＳ極との間隔をポールピッチと呼ぶ。図４の例ではポールピッチはコイルピッチの３倍となっている。

ポールピッチは撹拌力に影響を与えるもので、従来の電磁撹拌装置では強い撹拌力を得るために、ポールピッチは概ね４８５ｍｍに設定されていた。しかし本発明者の研究によれば、ポールピッチを大きくすると撹拌力は増加する反面、旋回方向における撹拌力の均一性が低下し、図５に示すような関係となる。そこで本発明ではこれらの両方の性能を両立させるために、電磁撹拌装置５のポールピッチを従来よりも狭い４２０〜４６０ｍｍと設定した。４２０ｍｍよりも狭くすると撹拌力が低下し、４６０ｍｍを超えると旋回方向における撹拌力の均一性が低下するからである。

なお、前述した電磁撹拌装置５のポールピッチはこれらの３軸方向の電磁力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと関連するもので、４２０〜４６０ｍｍの範囲にあればＦｙ、Ｆｚが上記の数値範囲を越えないように抑制することができるが、４６０ｍｍを超えるとＦｙ、Ｆｚが上記の数値範囲を越え易くなる。またポールピッチが４２０ｍｍよりも小さくなると電磁場の溶鋼への浸透深さが浅くなって撹拌力が低下し、Ｆｘが低下する。このように、ポールピッチとＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚとは相互に関連するものであるから、両方の条件を満たすことが好ましい。

本発明は、電磁撹拌装置５が溶鋼に与える体積力を適切な範囲に制御したものであり、必要な撹拌力とその均一性を両立させるとともに、アルゴン気泡の浮上を促進し、また溶鋼中へのモールドパウダーの巻き込みを回避し、表面性状の良好な鋳片を安定して製造できるようにしたものである。

以下に本発明の実施例を示す。
この実施例では、電磁撹拌装置のポールピッチと、３軸方向の電磁力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚとが鋳片品質に及ぼす影響を測定し、表１にまとめた。なお表中の表面欠陥指標とは、コイル１個当たりに発生する表面欠陥の個数を意味する。

１ 鋳型
２ 浸漬ノズル
３ モールドパウダー
４ 凝固シェル
５ 電磁撹拌装置
６ 電磁コイル

Claims (2)

1. 鋳型内の溶鋼を電磁撹拌装置によって撹拌する連続鋳造設備における鋳型内の溶鋼流動制御方法において、前記電磁撹拌装置のポールピッチを４２０〜４６０ｍｍに設定することにより、鋳型長辺に平行な溶鋼の旋回方向をＸ軸、鋳型短辺に平行なセンター向き方向をＹ軸、鉛直下向き方向をＺ軸としたときの溶鋼体積当たりの３軸方向の電磁力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを、Ｆｘの平均値が３０００〜１２０００Ｎ／ｍ^３、Ｆｙの局所値が−２０００〜２０００Ｎ／ｍ^３、Ｆｚの局所値が−１０００〜１０００Ｎ／ｍ^３の範囲となるように電磁力を加えることを特徴とする連続鋳造設備における鋳型内の溶鋼流動制御方法。
2. Ｆｘの局所値が２０００Ｎ／ｍ^３以上となる電磁力を加えることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造設備における鋳型内の溶鋼流動制御方法。

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