JP6330542B2 - 連鋳鋳片の製造方法 - Google Patents
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また、特許文献2に記載の方法では浸漬ノズル吐出孔を下段電磁ブレーキ上方に設置しているが、上方に流れる溶鋼量は下段電磁ブレーキの強度で調整する必要があるため、表層と内層と境界部が不明瞭となる。
(1)鋳型の上部に鋳型内溶鋼の上段電磁ブレーキ装置を設置し、該上段電磁ブレーキ装置の下方に下段電磁ブレーキ装置を設置した連続鋳造装置を用いて複層鋳片を鋳造する方法において、前記上段電磁ブレーキ装置によって形成された縦方向の旋回流の領域に、タンディッシュから浸漬ノズルを通して鋳型内に供給される溶鋼よりも密度の高い溶鋼の領域を形成し、前記下段電磁ブレーキ装置のコア下端から上端の間に前記浸漬ノズルの吐出孔を配置して、前記下段電磁ブレーキ装置の印加する電磁力を0.4テスラ以上とし、該吐出孔から浸漬ノズルの側方に下向き45°から上向き10°以下の吐出角度で溶鋼を吐出しつつ鋳造することにより、鋳片表層の密度が内層に比べて高い鋳片とすることを特徴とする複層鋳片の製造方法。
(2)前記上段電磁ブレーキ装置のコア範囲における縦方向の旋回流の凝固シェル前面流速を10〜50cm/秒とすることを特徴とする前記(1)に記載の複層鋳片の製造方法。
(3)前記縦方向の旋回流に合金ワイヤを供給して、前記密度の高い溶鋼の領域を形成することを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の複層鋳片の製造方法。
(4)前記タンディッシュに、前記浸漬ノズルとは別に溶鋼の供給ノズルを設け、該供給ノズルの先端位置を前記上段電磁ブレーキ装置のコア範囲内とするとともに、供給ノズル内に表層の溶鋼密度を高めるための成分を有するワイヤを供給し、供給ノズル内でワイヤを溶融してその溶鋼を前記旋回流に吐出することにより前記密度の高い溶鋼を形成することを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の複層鋳片の製造方法。
まず本発明の基本原理を、図1を用いて説明する。
(a)浸漬ノズル5の吐出孔30から供給された溶鋼流21を下段電磁ブレーキ装置3の電磁気力により、流速分布のばらつきが小さく一定の速度範囲内に制御した状態で鋳型上方に向かう溶鋼流24として供給し、その溶鋼流を上段電磁ブレーキ装置2を用いて制御することにより、鋳型内のメニスカス近傍の溶鋼に縦方向の均一な強い旋回流25を形成させる。ここで「縦方向の旋回流」とは、旋回流によって形成される面がほぼ垂直面であるような旋回流を意味する。
(b)溶鋼の縦方向の旋回流25が形成されている、上段電磁ブレーキ装置2のコイルのコア7に対応する領域に、例えば、溶鋼密度を高めるための成分(以下「高密度化成分」ともいう。)を有するワイヤ6を供給して内層用溶鋼10よりも密度の高い表層用溶鋼9を形成する。
(c)上段電磁ブレーキ装置2の下方に設置した下段電磁ブレーキ装置3により、幅方向に均一な磁束密度分布を有する直流磁界を鋳片の厚み方向に印加することにより鋳型内溶鋼プール中に制動域を形成する。
(d)タンディッシュ4の溶鋼11を浸漬ノズル5を通して鋳型1内に供給する際、浸漬ノズル5の吐出孔を下段電磁ブレーキ装置3の直流磁界域内に配置して、該吐出孔から横方向に下向き45°から上向き10°の角度で溶鋼を吐出して内層用溶鋼10を形成する。
メニスカス近傍の溶鋼に、鋳型の上部に設置した上段電磁ブレーキ装置2によって鋳型内溶鋼メニスカスに直角方向の縦方向の旋回流25を形成し、その旋回流の領域(表層用溶鋼9の領域)に高密度化成分を供給し、タンディッシュから浸漬ノズルを通して鋳型内に供給される溶鋼よりも密度の高い溶鋼の領域を形成する。
メニスカス近傍の溶鋼密度を高める方法として、ワイヤにより必要な高密度化成分を溶鋼に添加する方法を用いる。それを実施する方法には次の2つの方法がある。
下段電磁ブレーキ装置内3に供給された溶鋼の溶鋼流21は下段電磁ブレーキ装置3により減速されつつ溶鋼流22となって鋳型短辺に衝突し、一部は下方に向かう溶鋼流23となり、他の一部は下段電磁ブレーキ装置3上方へ向い上段電磁ブレーキ装置2に達する溶鋼流24を形成する。
浸漬ノズルから供給される溶鋼は水平方向に設けられた吐出流れとして下段電磁ブレーキ装置3により直接ブレーキ力が作用する。
lnV=(θ+9.73×lnf+33.7)/(1.45×lnf+12.5) ・・・(1)
ここで、V:溶鋼流速(cm/秒)、θ:デンドライト傾角(度)、f:凝固速度(cm/秒)を示す。
浸漬ノズルから供給された溶鋼が下段電磁ブレーキ装置3による溶鋼流動を制御され、上方に反転してきた溶鋼流およびメニスカスを短辺方向から浸漬ノズル方向に向かい下方に向かう溶鋼流に必要に応じて電磁力を作用させ電磁ブレーキ力を働かせることにより
(1)下方から上方、メニスカスに向かう溶鋼流を減速かつ均一化させる
(2)鋳型メニスカス部を短辺方向から浸漬ノズル方向に向かう流れおよび鉛直方向下方に向かう溶鋼流速を必要に応じ減速させるので、表層用溶鋼と、内層用溶鋼との混合を防止する。
鋳片の内層を形成するために、上段電磁ブレーキ装置2の下方に下段電磁ブレーキ装置3を設け、下段電磁ブレーキ装置3のコア8の範囲内に、タンディッシュ4からの溶鋼を吐出して、表層用溶鋼と内層用溶鋼がそれぞれ混合しないように凝固させる。以下それぞれの条件について説明する。
内層用溶鋼の鋳型内への供給を均一化し、かつ上向き流れの生成を抑制し、表層用溶鋼と内層用溶鋼との混合を抑制し、表層と内層との成分境界を明確にするためには、浸漬ノズル5の吐出孔30から注入される溶鋼流21が下段電磁ブレーキ装置3の磁界を通過することが必要である。浸漬ノズルの吐出孔上端と下端の中間点が、電磁場が最大となる下段電磁ブレーキの中心線上(コア上端と下端の中間点)と一致するように配置することが最も望ましいが、電磁場は、コアの上部および下部にも拡がっているので、浸漬ノズルの吐出孔位置を電磁ブレーキのコア下端から上端の間に位置するように配置すれば実用上問題はない。
浸漬ノズル5として、2孔ノズルのような、側面に吐出孔30が形成されているノズルを用い、ノズル側方に溶鋼を吐出する。吐出孔30は、浸漬ノズルに対して、下向き45°から上向き10°までの範囲の吐出角度で溶鋼を吐出すようにする。吐出角度が下向き45°を超えると、下段電磁ブレーキ装置により減速されずに下方向に流れ込む流れが多くなり、浸漬ノズルの吐出孔下端が下段電磁ブレーキ装置のコア下端より下方に位置した場合と同様の問題が生じるようになる。また、吐出角度が上向き10°を超えると、下段電磁ブレーキ装置3コア範囲より上方に流れ込む流れが多くなり、表層用の溶鋼との混合が問題になる。
内層用の溶鋼の供給を下段電磁ブレーキ装置3コア領域の範囲内で実施することにより、内層用の溶鋼が鋳型上方に向かうことを制御する。下段電磁ブレーキ装置3コア範囲より上方で内層用溶鋼を供給した場合には、電磁ブレーキ領域に跳ね返された溶鋼が鋳型上方に向かっていく量が多くなり表層用溶鋼と内層用溶鋼との混合の抑制が困難となる。
図8に示す鋳片19の表層13は、図1に示す縦方向の旋回流25の範囲(表層用溶鋼9の範囲)で凝固した部分として形成されるので、その厚みは、メニスカスから上段電磁ブレーキ装置2のコア下端位置までの間に形成される凝固シェル厚によって決められる。このため、鋳造速度を調整することにより、表層厚みを調整することができる。その際、目標とする表層厚みから、次のようにして必要な鋳造速度を求めることができる。
D=k×t1/2 ・・・(2)
ここで、k:鋳造機に特有の凝固定数、t:時間(分)である。
鋳型の上部に上段電磁ブレーキ装置2(コア厚:400mm)を設置し、鋳型上端から700mmの位置にコアの上端が来るように下段電磁ブレーキ装置3(コア厚:200mm)を設置した連続鋳造装置を用い、上段電磁ブレーキ装置2のコアの範囲内の溶鋼にNiワイヤを挿入して、溶鋼のメニスカス近傍にタンディッシュから浸漬ノズルを通して鋳型内に供給される溶鋼よりも密度の高い溶鋼を形成して、幅2000mm、厚さ246mmの複層鋳片を鋳造する実験を行った。2孔ノズルを有する浸漬ノズル5の吐出孔30の上端と下端の中間点が、下段電磁ブレーキ装置3の中心線上と一致するように配置し、下向き45度で鋳片幅方向に2個の幅70mm高さ100mmの吐出孔を有する浸漬ノズルを用いて鋳造を行った。
浸漬ノズルの吐出孔の位置の効果を比較するために、浸漬ノズルの位置を変化させる実験を行った。
浸漬ノズルの吐出孔の位置の効果をさらに比較するために、浸漬ノズルの位置を変化させる実験を行った。
浸漬ノズルの耐用に対する効果を比較するために、(実施例3)に示す本発明例とコア厚400mmを有する鋳型内電磁撹拌装置と下段電磁ブレーキ装置3を用いた場合の(参考例)との浸漬ノズルの耐用を評価する実験を行った(本発明例4)。
2 上段電磁ブレーキ装置
3 下段電磁ブレーキ装置
4 タンディッシュ
5 浸漬ノズル
6 ワイヤ
7 上段電磁ブレーキ装置のコア
8 下段電磁ブレーキ装置のコア
9 表層用溶鋼
10 内層用溶鋼
11 タンディッシュの溶鋼
12 第2の供給ノズル
13 表層
14 内層
15 表層成分領域
16 内層成分領域
17 表層成分領域と内層成分領域との境界
18 介在物を伴った粗大な気泡
19 鋳片
21 溶鋼流(吐出流)
22 溶鋼流
23 溶鋼流(下降流)
24 溶鋼流(上昇流)
25 旋回流
25a 溶鋼流(上昇流)
25b 溶鋼流(水平流)
25c 溶鋼流(下降流)
26 MHD対向流
30 吐出孔
31 供給装置
Claims (4)
- 鋳型の上部に鋳型内溶鋼の電磁ブレーキ装置(以下、「上段電磁ブレーキ装置」と称す。)を設置し、該上段電磁ブレーキ装置の下方に電磁ブレーキ装置(以下、「下段電磁ブレーキ装置」と称す。)を設置した連続鋳造装置を用いて複層鋳片を鋳造する方法において、
前記上段電磁ブレーキ装置によって形成された縦方向の旋回流の領域に、タンディッシュから浸漬ノズルを通して鋳型内に供給される溶鋼よりも密度の高い溶鋼の領域を形成し、
前記下段電磁ブレーキ装置のコア下端から上端の間に前記浸漬ノズルの吐出孔を配置して、
前記下段電磁ブレーキ装置の印加する電磁力を0.4テスラ以上とし、
該吐出孔から浸漬ノズルの側方に下向き45°から上向き10°以下の吐出角度で溶鋼を吐出しつつ鋳造することにより、鋳片表層の密度が内層に比べて高い鋳片とすることを特徴とする複層鋳片の製造方法。 - 前記上段電磁ブレーキ装置のコア範囲における縦方向の旋回流の凝固シェル前面流速を10〜50cm/秒とすることを特徴とする請求項1に記載の複層鋳片の製造方法。
- 前記縦方向の旋回流に表層の溶鋼密度を高めるための成分を有するワイヤを供給して、前記密度の高い溶鋼の領域を形成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の複層鋳片の製造方法。
- 前記タンディッシュに、前記浸漬ノズルとは別に溶鋼の供給ノズルを設け、該供給ノズルの先端位置を前記上段電磁ブレーキ装置のコア範囲内とするとともに、供給ノズル内に表層の溶鋼密度を高めるための成分を有するワイヤを供給し、供給ノズル内でワイヤを溶融してその溶鋼を前記縦方向の旋回流に吐出することにより前記密度の高い溶鋼を形成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の複層鋳片の製造方法。
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