JP7256386B2 - Continuous casting method - Google Patents
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Description
本発明は、連続鋳造方法に関する。 The present invention relates to a continuous casting method.
連続鋳造では、タンディッシュに一旦貯留された溶鋼を、浸漬ノズルを介して鋳型内に上方から注入し、そこで外周面が冷却され凝固した鋳片を鋳型の下端から引き抜くことにより、連続的に鋳造が行われる。鋳片のうち外周面の凝固した部位は、凝固シェルと呼ばれる。 In continuous casting, molten steel temporarily stored in a tundish is poured into the mold from above through an immersion nozzle, where the outer peripheral surface is cooled and solidified, and the cast slab is pulled out from the bottom of the mold for continuous casting. is done. The solidified portion of the outer peripheral surface of the slab is called a solidified shell.
ここで、溶鋼中には、浸漬ノズルの吐出孔の詰まり防止のために溶鋼とともに供給される不活性ガス(例えばArガス)のガス気泡や、非金属介在物等が含まれており、鋳造後の鋳片にこれらの不純物が残存していると、製品の品質を劣化させる原因となる。一般的に、これらの不純物の比重は溶鋼の比重よりも小さいため、連続鋳造中に溶鋼内で浮上して除去されることが多い。従って、鋳造速度を増加させる(すなわち、スループットを高める)と、この不純物の浮上分離が十分に行われなくなり、鋳片の品質は低下する傾向がある。このように、連続鋳造においては、生産性と鋳片の品質との間には、トレードオフの関係、すなわち、生産性を追求すると鋳片の品質が悪化し、鋳片の品質を優先すると生産性が低下する関係がある。 Here, the molten steel contains gas bubbles of inert gas (for example, Ar gas) supplied together with the molten steel to prevent clogging of the discharge hole of the immersion nozzle, and non-metallic inclusions. If these impurities remain in the cast slab, it will cause the quality of the product to deteriorate. Since the specific gravity of these impurities is generally smaller than that of molten steel, they often float and are removed in molten steel during continuous casting. Therefore, if the casting speed is increased (that is, the throughput is increased), this impurity will not be sufficiently floated off, and the quality of the slab will tend to deteriorate. Thus, in continuous casting, there is a trade-off relationship between productivity and slab quality. There is a relationship that reduces sexuality.
ところで、溶鋼の鋳片から作製される高合金鋼材は、垂直曲げ型連続鋳造機における鋳片の曲げ、または矯正の段階において鋳片の表面割れが発生しやすくなる。例えば高合金鋼の一種である電磁鋼は、例えばトランス及びモータ等、様々な用途に使用される。このような電磁鋼には、電磁鋼の鉄損を小さくするため、Si及びAlが通常の鋼よりも多く添加される。鋼材にこれらの元素を多く添加すると、鋼材(鋳片)の高温脆化が著しくなる。 By the way, high-alloy steel products produced from cast slabs of molten steel tend to develop surface cracks in the slabs during bending or straightening of the slabs in a vertical bending type continuous casting machine. For example, electrical steel, which is a type of high-alloy steel, is used in a variety of applications, such as transformers and motors. Si and Al are added to such an electrical steel in a larger amount than normal steel in order to reduce iron loss of the electrical steel. If a large amount of these elements are added to the steel material, the high temperature embrittlement of the steel material (slab) becomes significant.
鋳片の高温脆化は、鋳片の表面温度が低下すると顕著となる。このため、一般的な表面割れの対策として、鋳造時の二次冷却スプレー水量を低下させる方法が知られている。この方法によれば、鋳造時に鋳片の表面温度を上昇させることができるので、表面割れを低減させることができる。 The high-temperature embrittlement of the slab becomes remarkable when the surface temperature of the slab is lowered. Therefore, as a general countermeasure against surface cracks, a method of reducing the amount of secondary cooling spray water during casting is known. According to this method, the surface temperature of the slab can be increased during casting, so surface cracks can be reduced.
ところが高合金鋼用の鋳片には上述したようにSiが多量に添加されている場合がある。Siはフェライトフォーマーでもあるため、鋳片中には、オーステナイトにくらべて強度が低いフェライトが多く含まれる。このため、凝固シェルの強度が低くなる。したがって、二次冷却スプレー水量を低下させた場合、溶鋼静圧によるバルジングが通常の鋼材よりも顕著に生じる。ここで、バルジングとは、概略的には、連続鋳造機中を搬送される鋳片がロール間で膨張する現象である。このような鋳片の膨張により湯面変動が大きくなり、ひいては鋳片の品質の悪化を招く。 However, as described above, a large amount of Si may be added to cast slabs for high-alloy steel. Since Si is also a ferrite former, the slab contains a large amount of ferrite, which has a lower strength than austenite. This reduces the strength of the solidified shell. Therefore, when the amount of secondary cooling spray water is reduced, bulging due to the static pressure of molten steel occurs more remarkably than in normal steel. Here, bulging is roughly a phenomenon in which a slab transported in a continuous casting machine expands between rolls. Due to such expansion of the slab, the molten steel surface fluctuates greatly, which leads to deterioration of the quality of the slab.
湯面変動による鋳片の品質の悪化についてより詳細に説明すると、湯面変動の増大により鋳型内の鋳片にディプレッションが発生しやすくなる。ここで、ディプレッションとは、概略的には、鋳片の表面に生じる微細な凹みである。さらに、湯面変動によってオシレーションマークの乱れが生じやすくなる。ここで、オシレーションマークとは、概略的には、鋳型の振動(連続鋳造機においては鋳型が振動(オシレーション)することが多い)によって鋳片の表面に形成される模様である。オシレーションマークが乱れることによって、上述したディプレッションが発生しやすくなる。 Deterioration of slab quality due to fluctuations in the molten steel level will be described in more detail. Depression tends to occur in the slab in the mold due to increased fluctuations in the molten steel level. Here, a depression is roughly a fine dent which arises in the surface of a slab. Furthermore, fluctuations in the molten metal surface tend to disturb the oscillation marks. Here, the oscillation mark is roughly a pattern formed on the surface of the slab due to the vibration of the mold (the mold often oscillates in a continuous casting machine). Distortion of the oscillation marks makes it easier for the above-described depression to occur.
鋳型内の鋳片にディプレッションが発生すると、ディプレッションが発生した部分は鋳型に接触しにくくなるので、鋳片温度が高くなる。この結果、鋳型内において鋳片表面の結晶粒が粗大化しやすくなり割れ感受性が高まる。すなわち、鋳型内で鋳片の表面割れが発生しやすくなる。また、オシレーションマークが過剰に深く形成される場合もあり、この場合にも、鋳片の表面割れが発生しやすくなる。さらに、鋳片の表面にリジングと呼ばれる凹凸模様が発生しやすくなる。したがって、鋳片の品質が悪化する。 When depression occurs in the slab in the mold, the depressed portion is less likely to come into contact with the mold, resulting in a higher slab temperature. As a result, the crystal grains on the surface of the cast slab tend to coarsen in the mold, increasing the susceptibility to cracking. That is, surface cracks are likely to occur in the slab within the mold. In addition, the oscillation marks may be formed excessively deep, and in this case also surface cracks are likely to occur in the cast slab. Furthermore, uneven patterns called ridging tend to occur on the surface of the slab. Therefore, the quality of the slab deteriorates.
そこで、従来では、上述した二次冷却スプレー水量の低下に加えて、鋳造速度を抑制することによって湯面変動を小さく抑えることが行われている。さらに、表面割れが発生した部分の切削を行うことで鋳片の割れに対処している。 Therefore, conventionally, in addition to reducing the amount of secondary cooling spray water described above, the casting speed is suppressed to suppress fluctuations in the molten metal surface. Furthermore, cracks in the cast slab are dealt with by cutting the portion where surface cracks have occurred.
しかし、これらの対策では鋳造速度が低下するので、鋳片の生産性が低下してしまう。さらに、切削だけでは表面割れを十分に除去することができなかった。このため、鋳片の品質を十分に高めることができなかった。かかる事情に鑑みれば、高合金鋼用の鋳片の連続鋳造においては、鋳片の品質を確保しつつ生産性をより向上させる技術が求められていた。 However, since these countermeasures reduce the casting speed, the productivity of the slab is reduced. Furthermore, cutting alone could not sufficiently remove surface cracks. For this reason, the quality of the slab could not be sufficiently improved. In view of these circumstances, there has been a demand for a technique for further improving productivity while ensuring the quality of slabs in continuous casting of slabs for high alloy steel.
上述したように、鋳型内における鋳片の表面割れ及び結晶粒の粗大化は、オシレーションマークの乱れ及びディプレッションに起因する鋳型内の抜熱挙動の不均一性が影響していると考えられる。つまり、ディプレッションが生じた部分は鋳型に接触しにくくなるので抜熱されにくくなり、鋳片温度が増大するが、ディプレッションが生じていない部分は鋳型に接触しており、安定して抜熱される。鋳片の表面割れ及び結晶粒の粗大化を抑制する方法として、上述した鋳造速度の低下の他、オシレーション条件の変更、パウダーの変更等も考えられる。しかし、オシレーション条件の変更はブレイクアウトにつながることがあり、より慎重に行う必要がある。さらに、鋼材の組成等に応じて好ましい条件は様々に変動する。これらのことから、オシレーション条件の変動によって鋳片の表面割れ及び結晶粒の粗大化を抑制することは非常に困難である。パウダーの変更は、オシレーション条件の変更と同様の事象に加え、組成の選び方によっては鋳片へのパウダー巻き込みによる品質の悪化等が起こりうる。したがって、いずれの方法も多大な手間がかかる。 As described above, surface cracking and grain coarsening of the slab in the mold are considered to be affected by non-uniform heat removal behavior in the mold due to disturbance of oscillation marks and depression. In other words, the depressed portion is less likely to come into contact with the mold, so heat is less likely to be removed, and the slab temperature increases. As a method for suppressing surface cracks and coarsening of crystal grains of the slab, in addition to the above-described reduction in casting speed, changing the oscillation conditions, changing the powder, and the like are conceivable. However, changing the oscillation conditions can lead to breakouts and should be done more carefully. Furthermore, the preferable conditions vary depending on the composition of the steel material and the like. For these reasons, it is very difficult to suppress the surface cracking of the slab and the coarsening of the crystal grains due to fluctuations in the oscillation conditions. In addition to the same phenomenon as changing the oscillation conditions, changing the powder may cause deterioration in quality due to entrainment of the powder in the cast slab depending on how the composition is selected. Therefore, both methods require a lot of time and effort.
一方、鋳片の表面割れ及び結晶粒の粗大化は、そもそも湯面変動の増大によって生じる。したがって、湯面変動を抑制することができれば、鋳片の表面割れ及び結晶粒の粗大化の問題も解決すると考えられる。そこで、本発明者は、電磁撹拌装置と電磁ブレーキ装置を併用することで、鋳型内における湯面変動を抑制することを考えた。なお、本明細書では、鋳型及び電磁力発生装置を含む鋳型周辺の部材群のことを、便宜的に鋳型設備ともいう。 On the other hand, surface cracks and grain coarsening of slabs are primarily caused by an increase in melt surface fluctuation. Therefore, if it is possible to suppress fluctuations in the molten steel level, it is thought that the problems of surface cracks in cast slabs and coarsening of crystal grains can be solved. Therefore, the present inventors have conceived of using both an electromagnetic stirrer and an electromagnetic brake to suppress fluctuations in the molten metal surface in the mold. In this specification, a group of members around the mold including the mold and the electromagnetic force generator is also referred to as mold equipment for convenience.
ここで、電磁ブレーキ装置は、溶鋼に静磁場を印可することにより、当該溶鋼中に制動力を発生させて、当該溶鋼の流動を抑制する装置である。一方、電磁撹拌装置は、溶鋼に動磁場を印可することにより、当該溶鋼中にローレンツ力と呼ばれる電磁力を発生させ、当該溶鋼に対して、鋳型の水平面内において旋回するような流動パターンを付与する装置である。 Here, the electromagnetic brake device is a device that suppresses the flow of the molten steel by applying a static magnetic field to the molten steel to generate a braking force in the molten steel. On the other hand, the electromagnetic stirrer applies a dynamic magnetic field to the molten steel to generate an electromagnetic force called Lorentz force in the molten steel, giving the molten steel a swirling flow pattern in the horizontal plane of the mold. It is a device that
電磁ブレーキ装置は、浸漬ノズルから噴出する吐出流の勢いを弱めるような制動力を溶鋼中に発生させるように設けられることが一般的である。ここで、浸漬ノズルからの吐出流は、鋳型の内壁に衝突することにより、上方向(すなわち、溶鋼の湯面が存在する方向)へ向かう上昇流及び下方向(すなわち、鋳片が引き抜かれる方向)へ向かう下降流を形成する。従って、電磁ブレーキ装置によって吐出流の勢いが弱められることにより、上昇流の勢いが弱められ、溶鋼の湯面変動が抑制され得る。さらに、上昇流は、メニスカス付近で幅方向(例えば、長辺または短辺方向)の流れとなり、この幅方向の流れ(すなわち反転流)が電磁撹拌装置による撹拌流(旋回流)を乱す可能性がある。つまり、電磁撹拌流を阻害し、電磁撹拌の効果を打ち消す可能性がある。電磁ブレーキ装置は、このような上昇流の勢いを弱めることができるので、電磁撹拌による効果をより効果的に発揮させることができる。また、吐出流が凝固シェルに衝突する勢いも弱められるため、当該凝固シェルの再溶解によるブレイクアウトを抑制する効果も発揮され得る。このように、電磁ブレーキ装置は、高速安定鋳造を目的とした場合によく用いられている。つまり、電磁ブレーキ装置を用いることで、吐出流の勢いを高めても溶鋼の湯面変動を抑制することが期待できる。更に、電磁ブレーキ装置によれば、吐出流によって形成される下降流の流速が抑制されるため、溶鋼中の不純物の浮上分離が促進され、鋳片の内部品質(以下、内質ともいう)を向上させる効果を得ることが可能になる。 An electromagnetic brake device is generally provided so as to generate a braking force in molten steel that weakens the force of a discharge flow ejected from an immersion nozzle. Here, the discharge flow from the submerged nozzle collides with the inner wall of the mold, so that there is an upward flow directed upward (that is, the direction in which the molten steel surface exists) and a downward flow (that is, the direction in which the slab is pulled out). ) to form a downward flow. Therefore, by weakening the momentum of the discharge flow by the electromagnetic brake device, the momentum of the upward flow is weakened, and fluctuations in the molten steel surface can be suppressed. Furthermore, the ascending flow becomes a flow in the width direction (for example, in the direction of the long side or the short side) near the meniscus, and this flow in the width direction (that is, reverse flow) may disturb the stirring flow (swirling flow) by the electromagnetic stirrer. There is In other words, there is a possibility that the electromagnetically stirred flow will be blocked and the effect of the electromagnetically stirred will be counteracted. Since the electromagnetic brake device can weaken the force of such upward flow, the effect of electromagnetic stirring can be exhibited more effectively. In addition, since the impetus with which the discharge flow collides with the solidified shell is also weakened, an effect of suppressing breakout due to remelting of the solidified shell can be exhibited. Thus, the electromagnetic brake device is often used for the purpose of high-speed stable casting. In other words, by using the electromagnetic brake device, it can be expected that fluctuations in the surface of the molten steel can be suppressed even if the momentum of the discharge flow is increased. Furthermore, according to the electromagnetic brake device, since the flow velocity of the downward flow formed by the discharge flow is suppressed, the floatation separation of impurities in the molten steel is promoted, and the internal quality of the slab (hereinafter also referred to as internal quality) is improved. It is possible to obtain an improvement effect.
一方で、電磁ブレーキ装置の短所としては、凝固シェル界面での溶鋼の流速が低速になるため、凝固シェル内に不純物が補足され、表面品質が悪化する場合があることが挙げられる。また、吐出流によって形成される上昇流が湯面まで到達し難くなるため、湯面温度が低下することにより皮張りが発生し、内質欠陥を発生させることも懸念される。 On the other hand, a disadvantage of the electromagnetic brake system is that the flow velocity of the molten steel at the interface of the solidified shell becomes low, so that impurities may be captured in the solidified shell, degrading the surface quality. In addition, since it becomes difficult for the ascending flow formed by the discharge flow to reach the surface of the molten steel, it is feared that skinning may occur due to a decrease in the temperature of the surface of the molten steel, which may cause internal defects.
電磁撹拌装置は、上記のように溶鋼に対して所定の流動パターンを付与する、すなわち、溶鋼内に撹拌流を発生させる。これにより、凝固シェル界面での溶鋼の流動が促進されるため、上述したArガス気泡や非金属介在物等の不純物が、凝固シェル内に捕捉されることが抑制され、鋳片の表面品質を向上させることができる。一方、電磁撹拌装置の短所としては、撹拌流が鋳型内壁に衝突することにより、上述した浸漬ノズルからの吐出流と同様に、上昇流及び下降流が発生するため、当該上昇流が湯面でパウダーを巻き込み、当該下降流が不純物を鋳型下方へ押し流すことにより、鋳片の内質を悪化させる場合があることが挙げられる。 The electromagnetic stirrer imparts a predetermined flow pattern to the molten steel as described above, that is, generates a stirring flow in the molten steel. This promotes the flow of molten steel at the interface of the solidified shell, thereby suppressing the above-mentioned impurities such as Ar gas bubbles and non-metallic inclusions from being captured in the solidified shell, thereby improving the surface quality of the slab. can be improved. On the other hand, a disadvantage of the electromagnetic stirrer is that when the stirring flow collides with the inner wall of the mold, an upward flow and a downward flow are generated in the same manner as the discharge flow from the submerged nozzle described above. There is a case where the internal quality of the cast slab is deteriorated by entraining powder and the downward flow sweeping away impurities to the lower side of the mold.
ところで、単に電磁撹拌装置及び電磁ブレーキ装置を連続鋳造機に設置して稼働させれば、稼働分だけ効果を有するものではない。さらに両者の設備を有して同時適用する場合には、両者の効果が加算されることなく、逆に打ち消しあう場合もある。特に従来の電磁ブレーキ装置は、磁極が単極となるため、設置するコアの幅方向中央部で磁束密度が最大となる。このため、磁束強度を大きくしたときに浸漬ノズル吐出孔近傍に極端な制動力が働き、鋳型内の湯面変動をかえって助長する場合もある。 By the way, if the electromagnetic stirring device and the electromagnetic braking device are simply installed in the continuous casting machine and operated, the effect is not obtained by the amount of operation. Furthermore, in the case of having equipment for both and applying them simultaneously, the effects of both may not be added, but rather may cancel each other out. In particular, since the conventional electromagnetic brake device has a single magnetic pole, the magnetic flux density is maximized at the central portion in the width direction of the installed core. For this reason, when the magnetic flux strength is increased, an extreme braking force acts in the vicinity of the discharge hole of the submerged nozzle, which may even increase the fluctuation of the molten metal surface in the mold.
なお、特許文献1、2には、電磁攪拌装置だけ、または電磁ブレーキ装置だけを連続鋳造機に設置する技術が開示されている。しかし、これらの技術では、上述した問題を十分に解決することができない。具体的には、特許文献1には、一方向性電磁鋼スラブの連続鋳造に際し、鋳型内の長辺部に電磁撹拌装置が内蔵された鋳型を用いて鋳型内の溶鋼を電磁撹拌してオシレーションマーク深さを1.5-2mm以下にする技術が開示されている。この技術によって熱間圧延時の耳割れ疵の発生が低減される。しかしながら、この条件では、鋳片によっては依然として割れ疵が発生しており不十分といえる。また、電磁撹拌装置のみであるため、鋳造速度が大きくなると吐出反転流による湯面変動でオシレーションマークが深くなり、表面割れが増加すると考えられる。
特許文献2には、バルジングの抑制を目的として、連続鋳造機に電磁ブレーキ装置を設置する技術が記載されている。しかし、この技術では、電磁攪拌装置が設置されていないので、凝固シェル内に不純物が補足される、皮張りにより内質欠陥を発生させるといった問題が生じうる。また、この技術では磁極が単極となるため、磁束強度を大きくしたときにコアの幅方向中央部で磁束密度が過大となり、浸漬ノズル吐出孔近傍に極端な制動力が働く。すなわち、過剰な上昇流が発生する。このような上昇流によって鋳型内の湯面変動をかえって助長する場合もある。また、このような上昇流が電磁撹拌流を阻害することもある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、高合金鋼用の鋳片の生産性を向上させた場合であっても、安定的に鋳片の品質を確保することが可能な、新規かつ改良された連続鋳造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to stably produce slabs even when the productivity of slabs for high alloy steel is improved. To provide a new and improved continuous casting method capable of ensuring quality.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、C:0.005質量%以上0.1質量%以下、Mn:0.05質量%以上3.0質量%以下、Si:0.4質量%以上4.0質量%以下、Al:0.01質量%以上3.0質量%以下からなる元素群を含む溶鋼を連続鋳造する連続鋳造方法であって、鋳型上部の長辺面外側に設置された電磁撹拌コアを用いて鋳型内の溶鋼に交流磁場を印加する一方で、鋳型下部の長辺面外側に設置され、複数の磁極が長辺面に対向する電磁ブレーキコアを用いて溶鋼に静磁場を印加し、電磁撹拌コアによる交流磁場の磁束密度を0.05T以上0.25T以下、電磁ブレーキコアによる静磁場の磁束密度を0.1T以上0.4T以下とし、タンディッシュの下端から鋳型に向けて下方に延び、鋳型内の溶鋼に浸漬される浸漬ノズルを、複数の磁極間の空間に対向する位置に配置した状態で、電磁ブレーキコアを用いて、浸漬ノズルに設けられる吐出孔からの溶鋼の流れを抑制する方向の電磁力を溶鋼に対して付与し、電磁撹拌コアの高さH1、及び電磁ブレーキコアの高さH2が、下記数式(101)に示す関係を満たすことを特徴とする、連続鋳造方法が提供される。
また、電磁撹拌コアの高さH1、及び電磁ブレーキコアの高さH2が、下記数式(103)に示す関係を満たしていてもよい。 Further, the height H1 of the electromagnetic stirring core and the height H2 of the electromagnetic brake core may satisfy the relationship shown in the following formula (103).
以上説明したように本発明によれば、連続鋳造において、高合金鋼用の鋳片の生産性を向上させた場合であっても鋳片の品質を確保することが可能になる。具体的には、連続鋳造中に溶鋼の湯面変動を抑えることができる。この結果、湯面変動に起因するオシレーションマークの乱れ及びディプレッションを抑制することができ、鋳型内における鋳片の表面割れ及び結晶粒の粗大化を抑制することができる。したがって、鋳片の品質を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, in continuous casting, it is possible to ensure the quality of slabs even when the productivity of slabs for high alloy steel is improved. Specifically, it is possible to suppress fluctuations in the molten steel surface during continuous casting. As a result, it is possible to suppress disturbance and depression of the oscillation marks caused by fluctuations in the molten steel surface, and it is possible to suppress surface cracking and coarsening of crystal grains of the slab in the mold. Therefore, the quality of the slab can be improved.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, constituent elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.
なお、本明細書に示す各図面では、説明のため、一部の構成部材の大きさを誇張して表現している場合がある。各図面において図示される各部材の相対的な大きさは、必ずしも実際の部材間における大小関係を正確に表現するものではない。 In addition, in each drawing shown in this specification, the sizes of some of the constituent members may be exaggerated for the sake of explanation. The relative size of each member illustrated in each drawing does not necessarily represent the actual size relationship between the members accurately.
本発明者らは、連続鋳造において、電磁ブレーキ装置と電磁撹拌装置とを組み合わせた鋳型設備を用いて鋳型内の溶鋼の流動を安定させることにより、鋳片の品質を確保しつつ生産性を向上させることを試みた。しかしながら、これらの装置は、単純に両方の装置を設置すれば簡単に両方の装置の長所が得られるというものではなかった。例えば上述したように、電磁ブレーキ装置によって発生した過剰な上昇流が電磁撹拌流を阻害することがあり、これらの装置は互いの効果を打ち消すように影響を及ぼす面も持ち合わせている。従って、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置を両方用いた連続鋳造では、これらの装置をそれぞれ単体で使用した場合よりも鋳片の品質(表面品質及び内質)が悪化してしまう場合も少なくない。 In continuous casting, the inventors of the present invention stabilize the flow of molten steel in the mold by using mold equipment that combines an electromagnetic brake device and an electromagnetic stirring device, thereby improving productivity while ensuring the quality of slabs. I tried to let However, these devices are not simply installed to obtain the advantages of both devices. For example, as described above, an excessive upward flow generated by an electromagnetic braking device may impede the electromagnetic stirring flow, and these devices also have the effect of canceling out each other's effects. Therefore, in continuous casting using both an electromagnetic brake device and an electromagnetic stirrer, there are many cases in which the slab quality (surface quality and internal quality) is worse than when these devices are used alone.
そこで、発明者らは、数値解析シミュレーションや実機試験を繰り返し行い、鋭意検討した結果、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置を用いた連続鋳造において、鋳片の品質を向上させる効果をより効果的に発揮させ、生産性を向上させた場合であっても鋳片の品質を確保することを可能とするためには、これらの装置の構成及び設置位置を適切に規定することが重要であることを見出すに至った。さらに、高合金鋼用の鋳片の連続鋳造を行う場合、電磁撹拌流装置及び電磁ブレーキ装置の磁束密度に関する好適な範囲が存在する。以下、本実施形態について説明する。 Therefore, the inventors repeatedly conducted numerical analysis simulations and actual machine tests, and as a result of earnest examination, the effect of improving the quality of slabs was more effectively exhibited in continuous casting using an electromagnetic brake device and an electromagnetic stirring device. In order to make it possible to ensure the quality of slabs even when productivity is improved, it is important to appropriately define the configuration and installation position of these devices. reached. Furthermore, when performing continuous casting of slabs for high-alloy steel, there is a preferred range for the magnetic flux density of the electromagnetic agitator and the electromagnetic brake. The present embodiment will be described below.
(1.連続鋳造機の構成)
図1を参照して、本発明の好適な一実施形態に係る連続鋳造機の構成、及び連続鋳造方法について説明する。図1は、本実施形態に係る連続鋳造機の一構成例を概略的に示す側断面図である。
(1. Configuration of continuous casting machine)
A configuration of a continuous casting machine and a continuous casting method according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a side sectional view schematically showing one configuration example of a continuous casting machine according to this embodiment.
図1に示すように、本実施形態に係る連続鋳造機1は、連続鋳造用の鋳型110を用いて溶鋼2を連続鋳造し、スラブ等の鋳片3を製造するための装置である。連続鋳造機1は、鋳型110と、取鍋4と、タンディッシュ5と、浸漬ノズル6と、二次冷却装置7と、鋳片切断機8と、を備える。
As shown in FIG. 1, a
取鍋4は、溶鋼2を外部からタンディッシュ5まで搬送するための可動式の容器である。取鍋4は、タンディッシュ5の上方に配置され、取鍋4内の溶鋼2がタンディッシュ5に供給される。タンディッシュ5は、鋳型110の上方に配置され、溶鋼2を貯留して、当該溶鋼2中の介在物を除去する。浸漬ノズル6は、タンディッシュ5の下端から鋳型110に向けて下方に延び、その先端は鋳型110内の溶鋼2に浸漬されている。当該浸漬ノズル6は、タンディッシュ5にて介在物が除去された溶鋼2を鋳型110内に連続供給する。
The
鋳型110は、鋳片3の幅及び厚さに応じた四角筒状であり、例えば、一対の長辺鋳型板(後述する図2に示す長辺鋳型板111に対応する)で一対の短辺鋳型板(後述する図4~図6に示す短辺鋳型板112に対応する)を両側から挟むように組み立てられる。長辺鋳型板及び短辺鋳型板(以下、鋳型板と総称することがある)は、例えば冷却水が流動する水路が設けられた水冷銅板である。鋳型110は、かかる鋳型板と接触する溶鋼2を冷却して、鋳片3を製造する。鋳片3が鋳型110下方に向かって移動するにつれて、内部の未凝固部3bの凝固が進行し、外殻の凝固シェル3aの厚さは、徐々に厚くなる。かかる凝固シェル3aと未凝固部3bを含む鋳片3は、鋳型110の下端から引き抜かれる。
The
なお、以下の説明では、上下方向(すなわち、鋳型110から鋳片3が引き抜かれる方向)を、Z軸方向とも呼称する。また、Z軸方向と垂直な平面(水平面)内における互いに直交する2方向を、それぞれ、X軸方向及びY軸方向とも呼称する。また、X軸方向を、水平面内において鋳型110の長辺と平行な方向として定義し、Y軸方向を、水平面内において鋳型110の短辺と平行な方向として定義する。また、以下の説明では、各部材の大きさを表現する際に、当該部材のZ軸方向の長さのことを高さともいい、当該部材のX軸方向又はY軸方向の長さのことを幅ともいうことがある。
In the following description, the vertical direction (that is, the direction in which the
ここで、図1では図面が煩雑になることを避けるために図示を省略しているが、本実施形態では、鋳型110の長辺鋳型板の外側面(すなわち、長辺面外側)に電磁力発生装置が設置される。当該電磁力発生装置は、電磁撹拌装置及び電磁ブレーキ装置を備えるものである。本実施形態では、当該電磁力発生装置を駆動させながら連続鋳造を行うことにより、鋳片の品質を確保しつつ、より高速での鋳造が可能になる。当該電磁力発生装置の構成及び鋳型110に対する設置位置等については、図2~図5を参照して後述する。
Here, although illustration is omitted in FIG. 1 to avoid complicating the drawing, in the present embodiment, an electromagnetic force is applied to the outer surface (that is, the outer side of the long side surface) of the long side mold plate of the mold 110 A generator is installed. The electromagnetic force generator includes an electromagnetic stirrer and an electromagnetic brake. In this embodiment, by performing continuous casting while driving the electromagnetic force generator, it is possible to cast at a higher speed while ensuring the quality of the slab. The configuration of the electromagnetic force generator and the installation position with respect to the
二次冷却装置7は、鋳型110の下方の二次冷却帯9に設けられ、鋳型110下端から引き抜かれた鋳片3を支持及び搬送しながら冷却する。この二次冷却装置7は、鋳片3の厚さ方向両側に配置される複数対の支持ロール(例えば、サポートロール11、ピンチロール12及びセグメントロール13)と、鋳片3に対して冷却水を噴射する複数のスプレーノズル(図示せず)とを有する。
The
二次冷却装置7に設けられる支持ロールは、鋳片3の厚さ方向両側に対となって配置され、鋳片3を支持しながら搬送する支持搬送手段として機能する。当該支持ロールにより鋳片3を厚さ方向両側から支持することで、二次冷却帯9において凝固途中の鋳片3のブレイクアウトやバルジングを防止できる。ただし、本実施形態では、高合金鋼用の鋳片を連続鋳造する。このため、鋳片の高温脆化が著しくなる。このような高温脆化に起因する表面割れを抑制するために、二次冷却スプレー水量を低下させてもよい。この場合、上述したように、バルジングが生じる懸念がある。そして、このようなバルジングによって湯面変動が生じる可能性がある。しかし、本実施形態では、電磁攪拌装置及び電磁ブレーキ装置を併用し、かつ各々の装置の磁束密度を適切に調整する。さらに、電磁ブレーキ装置では、鋳型110の幅方向(すなわち、X軸方向)の略中心近傍の領域の磁束密度を他の領域の磁束密度よりも低下させることができる。この結果、湯面変動を抑制することができ、ひいては、鋳片の品質を高めることができる。電磁攪拌装置及び電磁ブレーキ装置の詳細については後述する。
The support rolls provided in the
支持ロールであるサポートロール11、ピンチロール12及びセグメントロール13は、二次冷却帯9における鋳片3の搬送経路(パスライン)を形成する。このパスラインは、図1に示すように、鋳型110の直下では垂直であり、次いで曲線状に湾曲して、最終的には水平になる。二次冷却帯9において、当該パスラインが垂直である部分を垂直部9A、湾曲している部分を湾曲部9B、水平である部分を水平部9Cと称する。このようなパスラインを有する連続鋳造機1は、垂直曲げ型の連続鋳造機1と呼称される。なお、本発明は、図1に示すような垂直曲げ型の連続鋳造機1に限定されず、湾曲型又は垂直型など他の各種の連続鋳造機にも適用可能である。
Support rolls 11 , pinch rolls 12 , and segment rolls 13 that are support rolls form a conveying path (pass line) for the
サポートロール11は、鋳型110の直下の垂直部9Aに設けられる無駆動式ロールであり、鋳型110から引き抜かれた直後の鋳片3を支持する。鋳型110から引き抜かれた直後の鋳片3は、凝固シェル3aが薄い状態であるため、ブレイクアウトやバルジングを防止するために比較的短い間隔(ロールピッチ)で支持する必要がある。そのため、サポートロール11としては、ロールピッチを短縮することが可能な小径のロールが用いられることが望ましい。図1に示す例では、垂直部9Aにおける鋳片3の両側に、小径のロールからなる3対のサポートロール11が、比較的狭いロールピッチで設けられている。
The
ピンチロール12は、モータ等の駆動手段により回転する駆動式ロールであり、鋳片3を鋳型110から引き抜く機能を有する。ピンチロール12は、垂直部9A、湾曲部9B及び水平部9Cにおいて適切な位置にそれぞれ配置される。鋳片3は、ピンチロール12から伝達される力によって鋳型110から引き抜かれ、上記パスラインに沿って搬送される。なお、ピンチロール12の配置は図1に示す例に限定されず、その配置位置は任意に設定されてよい。
The pinch rolls 12 are drive rolls that are rotated by drive means such as a motor, and have a function of pulling out the
セグメントロール13(ガイドロールともいう)は、湾曲部9B及び水平部9Cに設けられる無駆動式ロールであり、上記パスラインに沿って鋳片3を支持及び案内する。セグメントロール13は、パスライン上の位置によって、及び、鋳片3のF面(Fixed面、図1では左下側の面)とL面(Loose面、図1では右上側の面)のいずれに設けられるかによって、それぞれ異なるロール径やロールピッチで配置されてよい。
The segment rolls 13 (also referred to as guide rolls) are non-driven rolls provided on the
鋳片切断機8は、上記パスラインの水平部9Cの終端に配置され、当該パスラインに沿って搬送された鋳片3を所定の長さに切断する。切断された厚板状の鋳片14は、テーブルロール15により次工程の設備に搬送される。
The
以上、図1を参照して、本実施形態に係る連続鋳造機1の全体構成について説明した。なお、本実施形態では、鋳型110に対して上述した電磁力発生装置が設置され、当該電磁力発生装置を用いて連続鋳造が行われればよく、連続鋳造機1における当該電磁力発生装置以外の構成は、一般的な従来の連続鋳造機と同様であってよい。従って、連続鋳造機1の構成は図示したものに限定されず、連続鋳造機1としては、あらゆる構成のものが用いられてよい。
The overall configuration of the
(2.電磁力発生装置)
(2-1.電磁力発生装置の構成)
図2~図5を参照して、上述した鋳型110に対して設置される電磁力発生装置の構成について詳細に説明する。図2~図5は、本実施形態に係る鋳型設備の一構成例を示す図である。
(2. Electromagnetic force generator)
(2-1. Configuration of electromagnetic force generator)
2 to 5, the configuration of the electromagnetic force generator installed with respect to the
図2は、本実施形態に係る鋳型設備10のY-Z平面での断面図である。図3は、鋳型設備10の、図2に示すA-A断面での断面図である。図4は、鋳型設備10の、図3に示すB-B断面での断面図である。図5は、鋳型設備10の、図3に示すC-C断面での断面図である。なお、鋳型設備10は、Y軸方向において、鋳型110の中心に対して対称な構成を有するため、図2、図4及び図5では、一方の長辺鋳型板111に対応する部位のみを図示している。また、図2、図4及び図5では、理解を容易にするため、鋳型110内の溶鋼2も併せて図示している。
FIG. 2 is a cross-sectional view along the YZ plane of the
図2~図5を参照すると、本実施形態に係る鋳型設備10は、鋳型110の長辺鋳型板111の外側面(すなわち、長辺面の外側)に、バックアッププレート121を介して、2つの水箱130、140と、電磁力発生装置170と、が設置されて構成される。
Referring to FIGS. 2 to 5, the
鋳型110は、上述したように、一対の長辺鋳型板111で一対の短辺鋳型板112を両側から挟むように組み立てられる。鋳型板111、112は銅板からなる。ただし、本実施形態はかかる例に限定されず、鋳型板111、112は、一般的に連続鋳造機の鋳型として用いられる各種の材料によって形成されてよい。
As described above, the
ここで、本実施形態では、鉄鋼スラブの連続鋳造を対象としており、その鋳片サイズは、例えば幅(すなわち、X軸方向の長さ)800~2300mm程度、あるいは1000~1800mm程度、厚み(すなわち、Y軸方向の長さ)150~300mm程度、あるいは200~270mm程度である。つまり、鋳型板111、112も、当該鋳片サイズに対応した大きさを有する。すなわち、長辺鋳型板111は、少なくとも鋳片3の幅(例えば800~2300mm)よりも長いX軸方向の幅を有し、短辺鋳型板112は、鋳片3の厚み(例えば200~300mm)と略同一のY軸方向の幅を有する。
Here, in this embodiment, continuous casting of steel slabs is targeted, and the slab size is, for example, width (that is, length in the X-axis direction) of about 800 to 2300 mm, or about 1000 to 1800 mm, thickness (that is, , length in the Y-axis direction) is about 150 to 300 mm, or about 200 to 270 mm. That is, the
また、詳しくは後述するが、本実施形態では、電磁力発生装置170による鋳片3の品質向上の効果をより効果的に得るために、Z軸方向の長さが可能な限り長くなるように鋳型110を構成する。一般的に、鋳型110内で溶鋼2の凝固が進行すると、凝固収縮のために鋳片3が鋳型110の内壁から離れてしまい、当該鋳片3の冷却が不十分になる場合があることが知られている。そのため、鋳型110の長さは、溶鋼湯面から、長くても1000mm程度が限界とされている。本実施形態では、かかる事情を考慮して、溶鋼湯面から鋳型板111、112の下端までの長さが1000mm程度となるように、当該1000mmよりも十分に大きいZ軸方向の長さを有するように、当該鋳型板111、112を形成する。
Further, although details will be described later, in the present embodiment, in order to more effectively obtain the effect of improving the quality of the
バックアッププレート121、122は、例えばステンレスからなり、鋳型110の鋳型板111、112を補強するために、当該鋳型板111、112の外側面を覆うように設けられる。以下、区別のため、長辺鋳型板111の外側面に設けられるバックアッププレート121のことを長辺側バックアッププレート121ともいい、短辺鋳型板112の外側面に設けられるバックアッププレート122のことを短辺側バックアッププレート122ともいう。
The
電磁力発生装置170は、長辺側バックアッププレート121を介して鋳型110内の溶鋼2に対して電磁力を付与するため、少なくとも長辺側バックアッププレート121は非磁性体(例えば、非磁性のステンレス等)によって形成され得る。ただし、長辺側バックアッププレート121の、後述する電磁ブレーキ装置160の鉄芯(コア)162(以下、電磁ブレーキコア162ともいう)の端部164と対向する部位には、電磁ブレーキ装置160の磁束密度を確保するために、磁性体の軟鉄124が埋め込まれる。
Since the
長辺側バックアッププレート121には、更に、当該長辺側バックアッププレート121と垂直な方向(すなわち、Y軸方向)に向かって延伸する一対のバックアッププレート123が設けられる。図3~図5に示すように、この一対のバックアッププレート123の間に電磁力発生装置170が設置される。このように、バックアッププレート123は、電磁力発生装置170の幅(すなわち、X軸方向の長さ)、及びX軸方向の設置位置を規定し得るものである。換言すれば、電磁力発生装置170が鋳型110内の溶鋼2の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、バックアッププレート123の取り付け位置が決定される。以下、区別のため、当該バックアッププレート123のことを、幅方向バックアッププレート123ともいう。幅方向バックアッププレート123も、バックアッププレート121、122と同様に、例えばステンレスによって形成される。
The long-
水箱130、140は、鋳型110を冷却するための冷却水を貯水する。本実施形態では、図示するように、一方の水箱130を長辺鋳型板111の上端から所定の距離の領域に設置し、他方の水箱140を長辺鋳型板111の下端から所定の距離の領域に設置する。このように、水箱130、140を鋳型110の上部及び下部にそれぞれ設けることにより、当該水箱130、140の間に電磁力発生装置170を設置する空間を確保することが可能になる。以下、区別のため、長辺鋳型板111の上部に設けられる水箱130のことを上部水箱130ともいい、長辺鋳型板111の下部に設けられる水箱140のことを下部水箱140ともいう。
長辺鋳型板111の内部、又は長辺鋳型板111と長辺側バックアッププレート121との間には、冷却水が通過する水路(図示せず)が形成される。当該水路は、水箱130、140まで延設されている。図示しないポンプによって、一方の水箱130、140から他方の水箱130、140に向かって(例えば、下部水箱140から上部水箱130に向かって)、当該水路を通過して冷却水が流される。これにより、長辺鋳型板111が冷却され、当該長辺鋳型板111を介して鋳型110内部の溶鋼2が冷却される。なお、図示は省略しているが、短辺鋳型板112に対しても、同様に、水箱及び水路が設けられ、冷却水が流動されることにより当該短辺鋳型板112が冷却される。
Inside the long-
電磁力発生装置170は、電磁撹拌装置150と、電磁ブレーキ装置160と、を備える。図示するように、電磁撹拌装置150及び電磁ブレーキ装置160は、水箱130、140の間の空間に設置される。当該空間内で、電磁撹拌装置150が上方に、電磁ブレーキ装置160が下方に設置される。つまり、電磁撹拌装置150は、鋳型上部の長辺面外側に設置され、電磁ブレーキ装置160は、鋳型下部の長辺面外側に設置される。なお、電磁撹拌装置150及び電磁ブレーキ装置160の高さ、並びに電磁撹拌装置150及び電磁ブレーキ装置160のZ軸方向における設置位置については、下記(2-2.電磁力発生装置の設置位置の詳細)で詳細に説明する。
The
電磁撹拌装置150は、鋳型110内の溶鋼2に対して、動磁場を印加することにより、当該溶鋼2に対して電磁力を付与する。電磁撹拌装置150は、自身が設置される長辺鋳型板111の幅方向(すなわち、X軸方向)の電磁力を溶鋼2に付与するように駆動される。図4には、電磁撹拌装置150によって溶鋼2に対して付与される電磁力の方向を、模擬的に太線矢印で示している。ここで、図示を省略している長辺鋳型板111(すなわち、図示する長辺鋳型板111に対向する長辺鋳型板111)に設けられる電磁撹拌装置150は、その自身が設置される長辺鋳型板111の幅方向に沿って、図示する方向とは逆向きの電磁力を付与するように駆動される。このように、一対の電磁撹拌装置150が、水平面内において撹拌流(旋回流)を発生させるように駆動される。電磁撹拌装置150によれば、このような撹拌流を生じさせることにより、凝固シェル界面における溶鋼2が流動され、凝固シェル3aへの気泡や介在物の捕捉を抑制する洗浄効果が得られ、鋳片3の表面品質を良化させることができる。
The
電磁撹拌装置150の詳細な構成について説明する。電磁撹拌装置150は、ケース151と、当該ケース151内に格納される鉄芯(コア)152(以下、電磁撹拌コア152ともいう)と、当該電磁撹拌コア152に導線が巻回されて構成される複数のコイル153と、から構成される。
A detailed configuration of the
ケース151は、略直方体形状を有する中空の部材である。ケース151の大きさは、電磁撹拌装置150によって溶鋼2の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、すなわち、内部に設けられるコイル153が溶鋼2に対して適切な位置に配置され得るように、適宜決定され得る。例えば、ケース151のX軸方向の幅W4、すなわち電磁撹拌装置150のX軸方向の幅W4は、鋳型110内の溶鋼2に対して、X軸方向のいずれの位置においても電磁力を付与し得るように、鋳片3の幅よりも大きくなるように決定される。例えば、W4は1800mm~2500mm程度である。また、電磁撹拌装置150では、コイル153からケース151の側壁を通過して溶鋼2に対して電磁力が付与されるため、ケース151の材料としては、例えば非磁性体ステンレス又はFRP(Fiber Reinforced Plastics)等の、非磁性で、かつ強度が確保可能な部材が用いられる。
The
電磁撹拌コア152は、略直方体形状を有する中実の部材であり、ケース151内において、その長手方向が長辺鋳型板111の幅方向(すなわち、X軸方向)と略平行になるように設置される。電磁撹拌コア152は、例えば電磁鋼板を積層することにより形成される。
The
電磁撹拌コア152に対して、X軸方向を中心軸として導線が巻回されることにより、コイル153が形成される。当該導線としては、例えば断面が10mm×10mmで、内部に直径5mm程度の冷却水路を有する銅製のものが用いられる。電流印加時には、当該冷却水路を用いて当該導線が冷却される。当該導線は、絶縁紙等によりその表層が絶縁処理されており、層状に巻回することが可能である。例えば、一のコイル153は、当該導線を2~4層程度巻回することにより形成される。同様の構成を有するコイル153が、X軸方向に所定の間隔を有して並列されて設けられる。
A
コイル153のそれぞれには、図示しない交流電源が接続される。当該交流電源によって、電磁撹拌コア152から鋳型内の溶鋼2に交流磁場を印加する。具体的には、隣り合うコイル153における電流の位相が適宜ずれるように当該コイル153に対して電流を印加することにより、溶鋼2に対して撹拌流を生じさせるような電磁力が付与され得る。なお、当該交流電源の駆動は、プロセッサ等からなる制御装置(図示せず)が所定のプログラムに従って動作することにより、適宜制御され得る。当該制御装置により、コイル153のそれぞれに印加する電流量や、コイル153のそれぞれに電流を印加するタイミング等が適宜制御され、溶鋼2に対して与えられる電磁力の強さが制御され得る。この交流電源の駆動方法としては、一般的な電磁撹拌装置において用いられている各種の公知の方法が適用されてよいため、ここではその詳細な説明を省略する。
An AC power supply (not shown) is connected to each of the
電磁撹拌コア152のX軸方向の幅W1は、電磁撹拌装置150によって溶鋼2の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、すなわち、コイル153が溶鋼2に対して適切な位置に配置され得るように、適宜決定され得る。例えば、W1は1800mm程度である。
The width W1 of the
電磁ブレーキ装置160は、鋳型110内の溶鋼2に対して静磁場を印加することにより、当該溶鋼2に対して電磁力を付与する。ここで、図6は、電磁ブレーキ装置160によって溶鋼2に対して付与される電磁力の方向について説明するための図である。図6では、鋳型110近傍の構成の、X-Z平面での断面を概略的に図示している。また、図6では、電磁撹拌コア152、及び後述する電磁ブレーキコア162の端部164の位置を模擬的に破線で示している。
The
図6に示すように、浸漬ノズル6には、短辺鋳型板112に対向する位置に一対の吐出孔が設けられ得る。これらの吐出孔から溶鋼2が鋳型110内に吐出される。溶鋼2の吐出流は、短辺側に向かって進み、短辺側に形成されたシェルに衝突する。その後、吐出流は、上方向(すなわち、溶鋼の湯面が存在する方向)へ向かう上昇流及び下方向(すなわち、鋳片が引き抜かれる方向)へ向かう下降流を形成する。電磁ブレーキ装置160は、浸漬ノズル6の当該吐出孔からの溶鋼2の流れ(吐出流)を抑制する方向の電磁力を、当該溶鋼2に対して付与するように駆動される。図6には、吐出流の方向を模擬的に細線矢印で示すとともに、電磁ブレーキ装置160によって溶鋼2に対して付与される電磁力の方向を模擬的に太線矢印で示している。電磁ブレーキ装置160によれば、このような吐出流を抑制する方向の電磁力を生じさせることにより、下降流が抑制され、気泡や介在物の浮上分離を促進する効果が得られ、鋳片3の内質を良化させることができる。さらに、吐出流に起因する上昇流の勢いが弱められるので、溶鋼の湯面変動が抑制される。したがって、湯面変動に起因するオシレーションマークの乱れ及びディプレッションを抑制することができ、鋳型内における鋳片の表面割れ及び結晶粒の粗大化を抑制することができる。したがって、鋳片の品質を向上させることができる。
As shown in FIG. 6 , the submerged
電磁ブレーキ装置160の詳細な構成について説明する。電磁ブレーキ装置160は、ケース161と、当該ケース161内にその一部が格納される電磁ブレーキコア162と、当該電磁ブレーキコア162のケース161内の部位に導線が巻回されて構成される複数のコイル163と、から構成される。
A detailed configuration of the
ケース161は、略直方体形状を有する中空の部材である。ケース161の大きさは、電磁ブレーキ装置160によって溶鋼2の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、すなわち、内部に設けられるコイル163が溶鋼2に対して適切な位置に配置され得るように、適宜決定され得る。例えば、ケース161のX軸方向の幅W4、すなわち電磁ブレーキ装置160のX軸方向の幅W4は、鋳型110内の溶鋼2に対して、X軸方向の所望の位置において電磁力を付与し得るように、鋳片3の幅よりも大きくなるように決定される。図示する例では、ケース161の幅W4は、ケース151の幅W4と略同様である。ただし、本実施形態はかかる例に限定されず、電磁撹拌装置150の幅と電磁ブレーキ装置160の幅は異なっていてもよい。
The
また、電磁ブレーキ装置160では、コイル163からケース161の側壁を通過して溶鋼2に対して電磁力が付与されるため、ケース161は、ケース151と同様に、例えば非磁性体ステンレス又はFRP等の、非磁性で、かつ強度が確保可能な材料によって形成される。
In addition, in the
電磁ブレーキコア162は、略直方体形状を有する中実の部材であってコイル163が設けられる一対の端部164と、同じく略直方体形状を有する中実の部材であって当該一対の端部164を連結する連結部165と、から構成される。電磁ブレーキコア162は、連結部165から、Y軸方向であって長辺鋳型板111に向かう方向に突出するように一対の端部164が設けられて構成される。一対の端部164が設けられる位置は、溶鋼2に対して電磁力を付与したい位置、すなわち浸漬ノズル6の一対の吐出孔からの吐出流がそれぞれコイル163によって磁場が印加される領域を通過するような位置に設けられ得る(図6も参照)。電磁ブレーキコア162は、例えば電磁鋼板を積層することにより形成される。
The
電磁ブレーキコア162の端部164に対して、Y軸方向を中心軸として導線が巻回されることにより、コイル163が形成される。当該コイル163の構造は、上述した電磁撹拌装置150のコイル153と同様である。各端部164について、それぞれ、複数のコイル163が、Y軸方向に所定の間隔を有して並列されて設けられる。
A
コイル163のそれぞれには、図示しない直流電源が接続される。当該直流電源によって、各コイル163に直流電流を印加することにより、溶鋼2に対して吐出流の勢いを弱めるような電磁力が付与され得る。つまり、各端部164が磁極となり、一方の端部164がN極、他方の端部164がS極となる。したがって、2つの磁極が長辺面に対向することとなる。さらに、2つの磁極間の空間164aに対向する位置に浸漬ノズル6が配置される(図6参照)。なお、他方の長辺にも同様の電極ブレーキコア162が配置されるので、磁極は合計2対配置されることになる。また、当該直流電源の駆動は、プロセッサ等からなる制御装置(図示せず)が所定のプログラムに従って動作することにより、適宜制御され得る。当該制御装置により、各コイル163に印加する電流量等が適宜制御され、溶鋼2に対して与えられる電磁力の強さが制御され得る。この直流電源の駆動方法としては、一般的な電磁ブレーキ装置において用いられている各種の公知の方法が適用されてよいため、ここではその詳細な説明を省略する。
A DC power supply (not shown) is connected to each of the
電磁ブレーキコア162のX軸方向の幅W0、端部164のX軸方向の幅W2、及びX軸方向における端部164間の距離W3は、電磁撹拌装置150によって溶鋼2の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、すなわち、コイル163が溶鋼2に対して適切な位置に配置され得るように、適宜決定され得る。例えば、W0は1600mm程度、W2は500mm程度、W3は350mm程度である。
The width W0 of the
ここで、例えば上記特許文献2に開示された電磁ブレーキ装置は、単独の磁極を有する。単独の磁極が鋳型の長辺面外側に設けられており、当該磁極は、幅方向(つまり、長辺面の長さ方向)の両端に亘って伸びている。このような磁極から発生する磁場は、磁束密度が磁極の幅方向中央部分で最大となる特徴を有する。したがって、電磁ブレーキ装置から発生する磁場の磁束密度を高めた場合、浸漬ノズル周囲の磁束密度が極端に高くなる。このため、浸漬ノズルの吐出孔近傍で、静磁場による制動力が過大となり、吐出流は幅方向に広がることなくノズル近傍で上昇流となりやすい。この上昇流は、上述したように、メニスカス付近で幅方向の流れとなり、この幅方向の流れ(すなわち反転流)が電磁撹拌装置による撹拌流を乱す可能性がある。この結果、電磁撹拌の効果と電磁ブレーキの効果とが打ち消しあい、鋳片の品質が低下する可能性があった。具体的には、溶鋼の湯面変動が促進され、ひいては、湯面変動に起因するオシレーションマークの乱れ及びディプレッションが頻繁に発生する可能性がある。
Here, for example, the electromagnetic brake device disclosed in
これに対して、本実施形態では、上記のように、2つの端部164を有するように、すなわち2つの磁極を有するように、電磁ブレーキ装置160が構成される。さらに、2つの磁極間の空間164aに対向する位置に浸漬ノズル6が配置される。かかる構成によれば、例えば、電磁ブレーキ装置160を駆動する際に、これら2つの磁極がそれぞれN極及びS極として機能し、鋳型110の幅方向(すなわち、X軸方向)の略中心近傍の領域の磁束密度が他の領域の磁束密度よりも低下するように、上記制御装置によってコイル163への電流の印加を制御することができる。したがって、浸漬ノズルの吐出孔近傍で、静磁場による制動力を低減することができるので、過剰な上昇流の発生を抑制することができる。この結果、電磁ブレーキによって電磁撹拌の効果が損なわれにくくなり、ひいては、電磁ブレーキの効果及び電磁撹拌の効果をより高めることができる。したがって、より幅広い鋳造条件に対応することが可能となる。さらに、電磁撹拌の効果をより効果的に得られることから温度変動がさらに抑制される。さらに、上昇流に起因する湯面変動及び温度変動が抑制される。したがって、凝固シェルの不均一凝固が抑制され、ひいては、鋳片の表面品質が改善される。
On the other hand, in this embodiment, as described above, the
なお、図示する構成例では、電磁ブレーキ装置160は磁極を2つ有するように構成されているが、本実施形態はかかる例に限定されない。電磁ブレーキ装置160は、3つ以上の端部164を有し、3つ以上の磁極を有するように構成されてもよい。この場合、各端部164のコイル163に印加する電流量がそれぞれ適宜調整されることにより、電磁ブレーキに係る溶鋼2への電磁力の印加を更に詳細に制御することが可能となる。すなわち、磁極の数は浸漬ノズル6の近傍で生じる上昇流の程度等に応じて適宜調整されればよく、特に上限値の制限はない。磁極が3つ以上存在する場合であっても、複数の磁極間の空間に対向する位置に浸漬ノズル6を配置することが好ましい。
In the illustrated configuration example, the
(2-2.電磁力発生装置の設置位置の詳細)
電磁撹拌装置150及び電磁ブレーキ装置160の高さ、並びに電磁撹拌装置150及び電磁ブレーキ装置160のZ軸方向における設置位置について説明する。
(2-2. Details of the installation position of the electromagnetic force generator)
The height of the
電磁撹拌装置150及び電磁ブレーキ装置160においては、それぞれ、電磁撹拌コア152及び電磁ブレーキコア162の高さが大きいほど、電磁力を付与する性能が高いと言える。例えば、電磁ブレーキ装置160の性能は、電磁ブレーキコア162の端部164のX-Z平面での断面積(Z軸方向の高さH2×X軸方向の幅W2)と、印可する直流電流の値と、コイル163の巻き数と、に依存する。従って、電磁撹拌装置150及び電磁ブレーキ装置160をともに鋳型110に対して設置する場合には、限られた設置空間において、電磁撹拌コア152及び電磁ブレーキコア162の設置位置、より詳細には電磁撹拌コア152及び電磁ブレーキコア162の高さの割合をどのように設定するかが、鋳片3の品質を向上させるために各装置の性能をより効果的に発揮させる観点から、非常に重要である。
In the
なお、連続鋳造において電磁撹拌装置及び電磁ブレーキ装置を両方用いる方法は提案されている。しかしながら、実際には、電磁撹拌装置と電磁ブレーキ装置を両方組み合わせても、電磁撹拌装置又は電磁ブレーキ装置とをそれぞれ単体で使用した場合よりも、鋳片の品質が悪化してしまう場合も少なくない。これは、単純に両方の装置を設置すれば、簡単に両方の装置の長所が得られるというものではなく、各装置の構成や設置位置等によっては、それぞれの長所を打ち消し合ってしまうことが生じ得るからである。それぞれの長所が打ち消し合ってしまうと、溶鋼の湯面変動が促進され、ひいては、湯面変動に起因するオシレーションマークの乱れ及びディプレッションが頻繁に発生する可能性がある。したがって、電磁撹拌装置及び電磁ブレーキ装置を単に組み合わせるだけでは、鋳片の品質向上の効果を十分に得られるとは言えなかった。 A method of using both an electromagnetic stirrer and an electromagnetic brake in continuous casting has been proposed. However, in practice, even if both the electromagnetic stirring device and the electromagnetic braking device are combined, there are many cases in which the quality of the slab is worse than when the electromagnetic stirring device or the electromagnetic braking device is used alone. . Simply installing both devices does not mean that the advantages of both devices can be easily obtained, and depending on the configuration and installation position of each device, the advantages of each device may cancel each other out. Because you get If the respective advantages cancel each other out, fluctuations in the surface of the molten steel will be accelerated, and in turn, there is a possibility that disturbance and depression of the oscillation marks due to the fluctuations in the surface of the molten steel will frequently occur. Therefore, it cannot be said that the effect of improving the quality of slabs can be sufficiently obtained simply by combining the electromagnetic stirring device and the electromagnetic braking device.
これに対して、本実施形態では、以下に説明するように、高速の鋳造であっても鋳片3の品質が確保され得るような、電磁撹拌コア152及び電磁ブレーキコア162の適切な高さの割合を規定する。これにより、鋳片3の品質を確保しつつ生産性を向上させることが可能になる。
On the other hand, in the present embodiment, as described below, the
ここで、連続鋳造における鋳造速度は、鋳片サイズや品種により大きく異なるが、一般的に0.6~2.3m/min程度であり、1.6m/minを超える連続鋳造は高速鋳造と言われる。従来、高い品質が要求される自動車用外装材等については、鋳造速度が1.6m/minを超えるような高速鋳造では、品質を確保することが困難であるため、1.3~1.4m/min程度が一般的な鋳造速度である。 Here, the casting speed in continuous casting varies greatly depending on the slab size and type, but is generally about 0.6 to 2.3 m/min, and continuous casting exceeding 1.6 m/min is called high-speed casting. will be Conventionally, for automotive exterior materials, etc., which require high quality, it is difficult to ensure quality in high-speed casting where the casting speed exceeds 1.6 m / min, so 1.3 to 1.4 m /min is a general casting speed.
そこで、本実施形態では、上記の事情に鑑みて、例えば、鋳造速度が1.6m/minを超えるような高速鋳造においても、従来のより遅い鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等以上の鋳片3の品質を確保することを具体的な目標として設定する。以下、当該目標を満たし得るような、本実施形態における電磁撹拌コア152及び電磁ブレーキコア162の高さの割合について、詳細に説明する。
Therefore, in the present embodiment, in view of the above circumstances, for example, even in high-speed casting where the casting speed exceeds 1.6 m / min, it is equal to or higher than the case where continuous casting is performed at a conventional slower casting speed. A specific goal is set to ensure the quality of the
上述したように、本実施形態では、鋳型110のZ軸方向の中央部に電磁撹拌装置150及び電磁ブレーキ装置160を設置する空間を確保するために、鋳型110の上部及び下部に、それぞれ水箱130、140を配置する。ここで、溶鋼湯面よりも上方に電磁撹拌コア152が位置してもその効果を得ることができない。従って、電磁撹拌コア152は溶鋼湯面よりも下方に設置されるべきである。また、吐出流に対して効果的に磁場を印加するためには電磁ブレーキコア162は浸漬ノズル6の吐出孔付近に位置することが好ましい。上記のように水箱130、140を配置した場合には、浸漬ノズル6の吐出孔は下部水箱140よりもの上方に位置することになるため、電磁ブレーキコア162も下部水箱140よりも上方に設置されるべきである。従って、電磁撹拌コア152及び電磁ブレーキコア162を設置することにより効果が得られる空間(以下、有効空間ともいう)の高さH0は、溶鋼湯面から下部水箱140の上端までの高さとなる(図2参照)。
As described above, in this embodiment, in order to secure a space for installing the
本実施形態では、当該有効空間を最も有効に活用するために、電磁撹拌コア152の上端が溶鋼湯面と略同じ高さになるように、当該電磁撹拌コア152を設置する。このとき、電磁撹拌装置150の電磁撹拌コア152の高さをH1、ケース151の高さをH3とし、電磁ブレーキ装置160の電磁ブレーキコア162の高さをH2、ケース161の高さをH4とすると、下記数式(1)が成立する。ここで、電磁撹拌コア152の高さH1は、電磁撹拌コア152の上端から下端までの長さ(すなわちZ軸方向の長さ(鋳造方向距離))であり、ケース151の高さH3は、ケース151の上端から下端までの長さ(すなわちZ軸方向の長さ)である。電磁ブレーキコア162の高さは、電磁ブレーキコア162の上端から下端までの長さ(すなわちZ軸方向の長さ)であり、ケース161の高さH4は、ケース161の上端から下端までの長さ(すなわちZ軸方向の長さ)である。
In this embodiment, in order to make the most effective use of the effective space, the
換言すれば、上記数式(1)を満たしつつ、電磁撹拌コア152の高さH1と電磁ブレーキコア162の高さH2との割合H1/H2(以下、コア高さ割合H1/H2ともいう)を規定する必要がある。以下、高さH0~H4についてそれぞれ説明する。
In other words, the ratio H1/H2 between the height H1 of the
(有効空間の高さH0について)
上述したように、電磁撹拌装置150及び電磁ブレーキ装置160においては、それぞれ、電磁撹拌コア152及び電磁ブレーキコア162の高さが大きいほど、電磁力を付与する性能が高いと言える。従って、本実施形態では、両装置がその性能をより発揮できるように、有効空間の高さH0ができるだけ大きくなるように鋳型設備10を構成する。具体的には、有効空間の高さH0を大きくするためには、鋳型110のZ軸方向の長さを大きくすればよい。一方、上述したように、鋳片3の冷却性を考慮して、溶鋼湯面から鋳型110の下端までの長さは1000mm程度以下であることが望ましい。そこで、本実施形態では、鋳片3の冷却性を確保しつつ、有効空間の高さH0をできるだけ大きくするために、溶鋼湯面から鋳型110の下端までが1000mm程度になるように鋳型110を形成する。
(Regarding height H0 of effective space)
As described above, in the
ここで、十分な冷却能力が得られるだけの水量を貯水し得るように下部水箱140を構成しようとすると、過去の操業実績等に基づいて、当該下部水箱140の高さは少なくとも200mm程度は必要となる。従って、有効空間の高さH0は、800mm程度以下である。
Here, when trying to configure the
(電磁撹拌装置及び電磁ブレーキ装置のケースの高さH3、H4について)
上述したように、電磁撹拌装置150のコイル153は、電磁撹拌コア152に、断面のサイズが10mm×10mm程度の導線を2~4層巻回することにより形成される。従って、コイル153まで含めた電磁撹拌コア152の高さは、H1+80mm程度以上となる。ケース151の内壁と電磁撹拌コア152及びコイル153との間の空間を考慮すると、ケース151の高さH3は、H1+200mm程度以上となる。
(Regarding the heights H3 and H4 of the cases of the electromagnetic stirring device and the electromagnetic braking device)
As described above, the
電磁ブレーキ装置160についても同様に、コイル163まで含めた電磁ブレーキコア162の高さは、H2+80mm程度以上となる。ケース161の内壁と電磁ブレーキコア162及びコイル163との間の空間を考慮すると、ケース161の高さH4は、H2+200mm程度以上となる。
Similarly, for the
(H1+H2が取り得る範囲)
上述したH0、H3、H4の値を上記数式(1)に代入すると、下記数式(2)が得られる。
(Range that H1 + H2 can take)
Substituting the above values of H0, H3, and H4 into the above formula (1) yields the following formula (2).
つまり、電磁撹拌コア152及び電磁ブレーキコア162は、その高さの和H1+H2が500mm程度以下になるように構成される必要がある。以下、上記数式(2)を満たしつつ、鋳片3の品質向上の効果が十分に得られるような、適切なコア高さ割合H1/H2を検討する。
That is, the
(コア高さ割合H1/H2について)
本実施形態では、電磁撹拌の効果がより確実に得られるような電磁撹拌コア152の高さH1の範囲を規定することにより、コア高さ割合H1/H2の適切な範囲を設定する。
(Regarding core height ratio H1/H2)
In this embodiment, an appropriate range of the core height ratio H1/H2 is set by defining the range of the height H1 of the
上述したように、電磁撹拌では、凝固シェル界面における溶鋼2を流動させることにより、凝固シェル3aへの不純物の捕捉を抑制する洗浄効果が得られ、鋳片3の表面品質を良化させることができる。一方、鋳型110の下方に向かうにつれて、鋳型110内での凝固シェル3aの厚みは大きくなっていく。電磁撹拌の効果は、凝固シェル3aの内側の未凝固部3bに対して及ぼされるものであるから、電磁撹拌コア152の高さH1は、鋳片3の表面品質をどの程度の厚みまで確保する必要があるかによって決定され得る。
As described above, in the electromagnetic stirring, by causing the
ここで、表面品質が厳格な品種では、鋳造後の鋳片3の表層を数ミリ研削するという工程が実施されることが多い。この研削深さは、2mm~5mm程度である。従って、このような厳格な表面品質が求められる品種では、鋳型110内において凝固シェル3aの厚みが2mm~5mmよりも小さい範囲において電磁撹拌を行っても、その電磁撹拌により不純物が低減されている鋳片3の表層は、その後の研削工程によって除去されてしまうこととなる。換言すれば、鋳型110内において凝固シェル3aの厚みが2mm~5mm以上となっている範囲において電磁撹拌を行わないと、鋳片3における表面品質向上の効果を得ることができない。
Here, for a product with strict surface quality, a step of grinding the surface layer of the
凝固シェル3aは、溶鋼湯面から徐々に成長し、その厚みは下記数式(3)で示されることが知られている。ここで、δは凝固シェル3aの厚み(m)、kは冷却能力に依存する定数、xは溶鋼湯面からの距離(m)、Vcは鋳造速度(m/min)である。
It is known that the solidified
上記数式(3)から、凝固シェル3aの厚みが4mm又は5mmとなる場合の、鋳造速度(m/min)と溶鋼湯面からの距離(mm)との関係を求めた。図7にその結果を示す。図7は、凝固シェル3aの厚みが4mm又は5mmとなる場合の、鋳造速度(m/min)と溶鋼湯面からの距離(mm)との関係を示す図である。図7では、横軸に鋳造速度を取り、縦軸に溶鋼湯面からの距離を取り、凝固シェル3aの厚みが4mmとなる場合、及び凝固シェル3aの厚みが5mmとなる場合における、両者の関係をプロットしている。なお、図7に示す結果を得る際の計算では、一般的な鋳型に対応する値として、k=17とした。
The relationship between the casting speed (m/min) and the distance (mm) from the surface of the molten steel was obtained from the above formula (3) when the thickness of the solidified
例えば、図7に示す結果から、研削される厚みが4mmよりも小さく、凝固シェル3aの厚みが4mmまでの範囲で溶鋼2を電磁撹拌すればよい場合であれば、電磁撹拌コア152の高さH1を200mmとすれば、鋳造速度3.5m/min以下での連続鋳造において電磁撹拌の効果が得られることが分かる。研削される厚みが5mmよりも小さく、凝固シェル3aの厚みが5mmまでの範囲で溶鋼2を電磁撹拌すればよい場合であれば、電磁撹拌コア152の高さH1を300mmとすれば、鋳造速度3.5m/min以下での連続鋳造において電磁撹拌の効果が得られることが分かる。なお、この鋳造速度の「3.5m/min」という値は、一般的な連続鋳造機において、操業上及び設備上可能な最大の鋳造速度に対応している。
For example, from the results shown in FIG. 7, if the thickness to be ground is less than 4 mm and the thickness of the solidified
ここで、上述したように、本実施形態では、例えば、鋳造速度が1.6m/minを超えるような高速鋳造においても、従来のより遅い鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等の鋳片3の品質を確保することを目標としている。鋳造速度が1.6m/minを超える場合に、凝固シェル3aの厚みが5mmになっても電磁撹拌の効果を得るためには、図7から、電磁撹拌コア152の高さH1を少なくとも約150mm以上にしなければならないことが分かる。
Here, as described above, in the present embodiment, for example, even in high-speed casting in which the casting speed exceeds 1.6 m / min, the cast slab equivalent to the case of continuous casting at a conventional slower casting speed The goal is to ensure the quality of 3. When the casting speed exceeds 1.6 m/min, in order to obtain the effect of electromagnetic stirring even if the thickness of the solidified
以上検討した結果から、本実施形態では、例えば、比較的高速である鋳造速度1.6m/minを超える連続鋳造において、凝固シェル3aの厚みが5mmになっても電磁撹拌の効果が得られるように、電磁撹拌コア152の高さH1が約150mm以上になるように、当該電磁撹拌コア152を構成する。
From the results of the above examination, in the present embodiment, for example, in continuous casting at a relatively high casting speed exceeding 1.6 m/min, the effect of electromagnetic stirring can be obtained even if the thickness of the solidified
電磁ブレーキコア162の高さH2については、上述したように、当該高さH2が大きいほど電磁ブレーキ装置160の性能は高い。従って、上記数式(2)から、H1+H2=500mmである場合において、上記の電磁撹拌コア152の高さH1の範囲に対応するH2の範囲を求めればよい。すなわち、電磁ブレーキコア162の高さH2は、約350mmとなる。
Regarding the height H2 of the
これらの電磁撹拌コア152の高さH1及び電磁ブレーキコア162の高さH2の値から、本実施形態におけるコア高さ割合H1/H2は、例えば、下記数式(4)となる。
From the values of the height H1 of the
まとめると、本実施形態では、鋳造速度1.6m/minを超える場合であっても従来のより低速の鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等以上の鋳片3の品質を確保することを目標とする場合には、例えば、電磁撹拌コア152の高さH1と電磁ブレーキコア162の高さH2が、上記数式(4)を満たすように、当該電磁撹拌コア152及び当該電磁ブレーキコア162が構成される。
In summary, in the present embodiment, even when the casting speed exceeds 1.6 m/min, it is intended to ensure the quality of the
なお、コア高さ割合H1/H2の好ましい上限値は、電磁ブレーキコア162の高さH2が取り得る最小値によって規定され得る。電磁ブレーキコア162の高さH2が小さくなるほどコア高さ割合H1/H2は大きくなるが、電磁ブレーキコア162の高さH2が小さ過ぎれば、電磁ブレーキが有効に機能せず、電磁ブレーキによる鋳片3の品質、特に内質向上の効果が得られなくなるからである。電磁ブレーキの効果が十分に発揮され得る電磁ブレーキコア162の高さH2の最小値は、鋳片サイズや品種、鋳造速度等の鋳造条件に応じて異なる。従って、電磁ブレーキコア162の高さH2の最小値、すなわちコア高さ割合H1/H2の上限値は、例えば下記実施例1~3に示すような、実際の操業での鋳造条件を模擬した数値解析シミュレーション及び実機試験等に基づいて規定され得る。
A preferable upper limit value of the core height ratio H1/H2 can be defined by the minimum value that the height H2 of the
以上、本実施形態に係る鋳型設備10の構成について説明した。なお、以上の説明では、上記数式(4)に示す関係性を得る際に、上記数式(2)からH1+H2=500mmとして、これらの関係性を得ていた。ただし、本実施形態はかかる例に限定されない。上述したように、装置の性能をより発揮するためにはH1+H2はできるだけ大きい方が好ましいため、上記の例ではH1+H2=500mmとしていた。一方、例えば水箱130、140、電磁撹拌装置150及び電磁ブレーキ装置160を設置する際の作業性等を考慮して、Z軸方向においてこれら部材の間に隙間が存在した方が好ましい場合も考えられる。このように作業性等の他の要素をより重視する場合には、必ずしもH1+H2=500mmでなくてもよく、例えばH1+H2=450mm等、H1+H2を500mmよりも小さい値として、コア高さ割合H1/H2を設定してもよい。
The configuration of the
また、以上の説明では、鋳造速度が1.6m/minを超える場合に、凝固シェル3aの厚みが5mmになっても電磁撹拌の効果を得るための条件として、図7から、電磁撹拌コア152の高さH1の最小値約150mmを求め、このときのコア高さ割合H1/H2の値である0.43を、当該コア高さ割合H1/H2の下限値としていた。ただし、本実施形態はかかる例に限定されない。目標とする鋳造速度がより速く設定される場合には、コア高さ割合H1/H2の下限値も変化し得る。つまり、実際の操業において目標とする鋳造速度において、凝固シェル3aの厚みが5mmになっても電磁撹拌の効果が得られるような電磁撹拌コア152の高さH1の最小値を図7から求め、そのH1の値に対応するコア高さ割合H1/H2を、コア高さ割合H1/H2の下限値とすればよい。
Further, in the above description, when the casting speed exceeds 1.6 m/min, even if the thickness of the solidified
一例として、作業性等を考慮してH1+H2=450mmとし、より速い鋳造速度2.0m/minにおいても従来のより低速の鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等以上の鋳片3の品質を確保することを目標とした場合における、コア高さ割合H1/H2の条件を求めてみる。まず、図7から、鋳造速度が2.0m/min以上である場合に、凝固シェル3aの厚みが5mmになっても電磁撹拌の効果を得るための条件を求める。図7を参照すると、鋳造速度が2.0m/minのときには、溶鋼湯面からの距離が約175mmの位置で、凝固シェルの厚みが5mmになる。従って、マージンを考慮すれば、凝固シェル3aの厚みが5mmになっても電磁撹拌の効果が得られるような電磁撹拌コア152の高さH1の最小値は、200mm程度と求められる。このとき、H1+H2=450mmから、H2=250mmとなるため、コア高さ割合H1/H2に求められる条件は、下記数式(5)で表される。
As an example, considering workability, etc., H1 + H2 = 450 mm, and even at a higher casting speed of 2.0 m / min, the quality of the
つまり、本実施形態において、鋳造速度2.0m/minにおいても従来のより低速の鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等以上の鋳片3の品質を確保することを目標とする場合には、少なくとも上記数式(5)を満たすように、電磁撹拌コア152及び電磁ブレーキコア162を構成すればよい。なお、コア高さ割合H1/H2の上限値については、上述したように、実際の操業での鋳造条件を模擬した数値解析シミュレーション及び実機試験等に基づいて規定すればよい。
That is, in the present embodiment, even at a casting speed of 2.0 m / min, if the goal is to ensure the quality of the
このように、本実施形態では、鋳造速度を増加させた場合であっても従来のより低速での連続鋳造と同等以上の鋳片の品質(表面品質及び内質)を確保することが可能なコア高さ割合H1/H2の範囲は、その目標とする鋳造速度の具体的な値、及びH1+H2の具体的な値に応じて、変化し得る。従って、コア高さ割合H1/H2の適切な範囲を設定する際には、実際の操業時の鋳造条件や、連続鋳造機1の構成等を考慮して、目標とする鋳造速度、及びH1+H2の値を適宜設定し、そのときのコア高さ割合H1/H2の適切な範囲を、以上説明した方法によって適宜求めればよい。
Thus, in the present embodiment, even when the casting speed is increased, it is possible to ensure the quality (surface quality and internal quality) of the slab that is equal to or higher than that of the conventional continuous casting at a lower speed. The range of the core height ratio H1/H2 can vary depending on the specific value of the target casting speed and the specific value of H1+H2. Therefore, when setting an appropriate range for the core height ratio H1/H2, the target casting speed and the ratio of H1+H2 should be considered in consideration of the casting conditions during actual operation, the configuration of the
後述の実施例を踏まえると、H1/H2は以下の数式(101)に示す関係を満たすことが好ましく、以下の数式(103)を満たすことがより好ましい。 Considering the examples described later, H1/H2 preferably satisfies the relationship shown in the following formula (101), and more preferably satisfies the following formula (103).
(3.連続鋳造方法)
次に、上述した連続鋳造機1を用いた連続鋳造方法について説明する。本実施形態では、連続鋳造機1を用いて高合金鋼用の鋳片の連続鋳造を行う。すなわち、溶鋼2は、C:0.1質量%以下、Mn:0.05質量%以上3.0質量%以下、Si:0.4質量%以上4.0質量%以下、Al:0.01質量%以上3.0質量%以下からなる元素群を含む。高合金鋼の用途等に応じてさらに他の元素を含んでいてもよい。ここで、各成分の質量%は、溶鋼2の総質量に対する質量%を意味するものとする。
(3. Continuous casting method)
Next, a continuous casting method using the above-described
(C:0.1質量%以下)
C含有量が多いと鋼材の成形性が悪化するのでC含有量は0.1質量%以下とする。C含有量の下限値は特に制限されないが、含有量があまりに低すぎると鋼材の強度が低下することから、C含有量は0.005質量%以上であってもよい。
(C: 0.1% by mass or less)
If the C content is too high, the formability of the steel deteriorates, so the C content is made 0.1% by mass or less. Although the lower limit of the C content is not particularly limited, the C content may be 0.005% by mass or more because if the content is too low, the strength of the steel material is lowered.
(Mn:0.05質量%以上3.0質量%以下)
Mnは鋼材の電気抵抗を高めて鉄損を低減する作用があるため、溶鋼2に0.05質量%以上添加する。一方、Mn含有量が多すぎるとγ相が出やすくなり、磁気特性が悪化するため、Mn含有量は3.0質量%以下とする。
(Mn: 0.05% by mass or more and 3.0% by mass or less)
Mn is added to the
(Si:0.4質量%以上4.0質量%以下)
Siは鋼材の電気抵抗を高めて鉄損を低減する作用があるため、溶鋼2に0.4質量%以上添加する。一方、Si含有量が多すぎると磁束密度が小さくなるため、Si含有量は4.0質量%以下とする。
(Si: 0.4% by mass or more and 4.0% by mass or less)
Si is added to the
(Al:0.01質量%以上3.0質量%以下)
AlはSiと同じく電気抵抗を高めて鉄損を低減する作用があるため、溶鋼2に0.01質量%以上添加する。一方、Al含有量が多すぎると磁束密度が小さくなるため、Al含有量は3.0質量%以下とする。
(Al: 0.01% by mass or more and 3.0% by mass or less)
Al is added to the
連続鋳造を行う際、電磁撹拌装置150(すなわち、電磁撹拌コア152)による交流磁場の磁束密度(以下、単に「電磁撹拌強度」とも称する)を0.05T以上0.25T以下とする。電磁撹拌強度が0.05T未満となる場合、撹拌による湯面変動の抑制が不十分で、オシレーションマークが深くなり表面割れが発生する。加えて、撹拌流が不十分であるために気泡や介在物のシェルへの捕捉が抑制されず圧延キズが増加する。電磁撹拌密度が0.25Tより大きいときは撹拌流が過大となり、これによる湯面変動の影響が大きくなり表面割れが発生する。さらに溶鋼湯面上に存在する溶融パウダーの巻き込みが顕著で鋳片の品質が悪化する。このことから電磁撹拌強度は0.05T以上0.25T以下が適正である。なお、特に断りが無い限り、電磁撹拌強度及び後述の電磁ブレーキ強度の単位「T」はテスラを意味するものとする。 When performing continuous casting, the magnetic flux density of the alternating magnetic field (hereinafter simply referred to as "electromagnetic stirring strength") by the electromagnetic stirring device 150 (that is, the electromagnetic stirring core 152) is set to 0.05T or more and 0.25T or less. If the electromagnetic stirring intensity is less than 0.05 T, the fluctuation of the molten steel surface due to stirring is not sufficiently suppressed, deepening the oscillation marks and causing surface cracks. In addition, since the stirring flow is insufficient, the entrapment of air bubbles and inclusions in the shell is not suppressed, resulting in increased rolling scratches. When the electromagnetic stirring density is greater than 0.25 T, the stirring flow becomes excessive, which increases the influence of the melt surface fluctuation and causes surface cracks. Furthermore, the molten powder present on the surface of the molten steel is remarkably entrained, degrading the quality of the cast slab. Therefore, the appropriate electromagnetic stirring strength is 0.05 T or more and 0.25 T or less. Unless otherwise specified, the unit "T" of the electromagnetic stirring strength and the electromagnetic braking strength described below means Tesla.
一方、電磁ブレーキ装置160(すなわち、電磁ブレーキコア162)による静磁場の磁束密度(以下、単に「電磁ブレーキ強度」とも称する)を0.1T以上0.4T以下とする。電磁ブレーキ強度が0.1T未満となる場合、吐出流の制動が十分でなく、短辺側で発生する上昇流により湯面変動が発生し、鋳片の品質が悪化する。電磁ブレーキ強度が0.4Tより大きい場合、制動力が過大となり、浸漬ノズル6の近傍へ溶鋼が集中し、湯面変動が大きくなるため表面割れが発生する。このことから、電磁ブレーキ強度は0.1T以上0.4T以下が適正である。
On the other hand, the magnetic flux density of the static magnetic field (hereinafter also simply referred to as "electromagnetic brake strength") by the electromagnetic brake device 160 (that is, the electromagnetic brake core 162) is set to 0.1T or more and 0.4T or less. If the electromagnetic brake strength is less than 0.1 T, the discharge flow is not sufficiently braked, and the rising flow generated on the short side causes the melt surface to fluctuate, degrading the quality of the slab. If the electromagnetic braking strength is greater than 0.4 T, the braking force becomes excessive, the molten steel concentrates in the vicinity of the submerged
なお、従来型の1極(単極)の電磁ブレーキコアを設置した条件では、電磁ブレーキ強度が0.2Tより大きいと浸漬ノズル6の近傍へ溶鋼が集中し、湯面変動が大きくなる現象が発生する。したがって、本実施形態のように電磁ブレーキ装置160が複数の磁極を有する場合、従来の単極型の電磁ブレーキ装置よりも幅広い磁束密度の範囲で鋳片の品質を向上させることができる。
Under the condition that a conventional one-pole (single-pole) electromagnetic brake core is installed, if the strength of the electromagnetic brake is greater than 0.2 T, the molten steel concentrates near the submerged
ここで、電磁撹拌強度及び電磁ブレーキ強度は、鋳型110を溶鋼の存在しない冷間状態として測定されたコア中心部(すなわち、電磁撹拌コア152及び電磁ブレーキコア162の中心部)の磁束密度である。なお、電磁撹拌コア152による磁場は交流磁界であるので、磁束密度の時間変化の最大値を電磁撹拌強度の値とする。なお、電磁撹拌強度及び電磁ブレーキ強度と、電磁撹拌装置150及び電磁ブレーキ装置160への印加条件(電流、周波数)との相関は予め特定できるので、実際の操業では、各装置への印加条件を調整することで、電磁撹拌強度及び電磁ブレーキ強度を調整すれば良い。
Here, the electromagnetic stirring strength and the electromagnetic braking strength are the magnetic flux densities of the core center (that is, the center of the
上記の操業条件以外は従来の連続鋳造方法と同様に連続鋳造を行えば良い。後述する実施例で示される通り、本実施形態による連続鋳造方法によれば、高合金鋼用の鋳片の生産性を高めた場合であっても、湯面変動を抑制することができ、安定的に鋳片の品質を確保することが可能となる。 Continuous casting may be performed in the same manner as the conventional continuous casting method except for the operating conditions described above. As will be shown in the examples described later, according to the continuous casting method according to the present embodiment, even when the productivity of slabs for high-alloy steel is increased, it is possible to suppress fluctuations in the molten steel surface, and to achieve stable casting. It is possible to ensure the quality of the slab effectively.
本実施形態による鋳型設備10を連続鋳造に適用することにより鋳造速度を増加させても鋳片の表面品質が確保され得ることを確認するために、数値解析シミュレーションを行った。当該数値解析シミュレーションでは、図2~図5を参照して説明した本実施形態に係る電磁力発生装置170が設置された鋳型設備10を模した計算モデルを作成し、連続鋳造中における溶鋼内の当該溶鋼及びArガス気泡の挙動を計算した。数値解析シミュレーションの条件は以下の通りである。なお、実施例2も同様の条件で数値解析シミュレーションを行った。
Numerical analysis simulation was performed in order to confirm that the surface quality of the slab can be ensured even if the casting speed is increased by applying the
(数値解析シミュレーションの条件)
電磁撹拌装置の電磁撹拌コアの幅W1:1900mm
電磁撹拌装置の電流印加条件:680A、3.0Hz
電磁撹拌装置のコイルの巻き数:20ターン
電磁ブレーキ装置の電磁ブレーキコアの幅W2:500mm
電磁ブレーキ装置の電磁ブレーキコア間の距離W3:350mm
電磁ブレーキ装置の電流印加条件:900A
電磁ブレーキ装置のコイルの巻き数:120ターン
鋳造速度:1.4m/min又は2.0m/min
鋳型幅:1600mm
鋳型厚み:250mm
Arガスの吹き込み量:5NL/min
(Conditions for numerical analysis simulation)
Width W1 of the electromagnetic stirring core of the electromagnetic stirring device: 1900 mm
Current application conditions for electromagnetic stirrer: 680 A, 3.0 Hz
Number of turns of coil of electromagnetic stirrer: 20 turns Width W2 of electromagnetic brake core of electromagnetic brake device: 500 mm
Distance W3 between the electromagnetic brake cores of the electromagnetic brake device: 350 mm
Current application condition of electromagnetic brake device: 900A
Number of coil turns of electromagnetic brake device: 120 turns Casting speed: 1.4 m/min or 2.0 m/min
Mold width: 1600mm
Mold thickness: 250 mm
Amount of Ar gas blown: 5 NL/min
表面品質の評価では、上記の条件の下で流体シミュレーションを行い、連続鋳造機1の溶鋼中における溶鋼の流速、溶鋼の凝固速度、及びArガス気泡の分布を計算し、凝固シェルに捕捉されるArガス気泡を評価した。具体的には、Arガス気泡が凝固シェルに捕捉される確率Pgを、下記数式(6)に示す関数によって算出した。ここで、C0は定数、Uは凝固界面における溶鋼流速である。
In the evaluation of the surface quality, a fluid simulation was performed under the above conditions to calculate the flow velocity of the molten steel in the molten steel of the
また、このときのArガス気泡が凝固シェルに捕捉される速度ηgを、下記数式(7)を用いて算出した。ここで、ngは凝固シェル界面におけるArガス気泡の個数密度、Rsは凝固シェルの凝固速度である。 Also, the speed ηg at which Ar gas bubbles are captured by the solidified shell at this time was calculated using the following formula (7). Here, ng is the number density of Ar gas bubbles at the solidified shell interface, and Rs is the solidification rate of the solidified shell.
そして、凝固シェル中のArガス気泡の個数密度Sgを、下記数式(8)を用いて算出した。ここで、Usは凝固シェルの鋳片の引き抜き方向への移動速度である。 Then, the number density Sg of Ar gas bubbles in the solidified shell was calculated using the following formula (8). Here, U s is the moving speed of the solidified shell in the drawing direction of the slab.
上記数式(8)から算出された、凝固シェル内のArガス気泡の個数密度Sgを時間平均して、鋳片表層から4mmの範囲内に捕捉される直径1mmのArガス気泡の個数をピンホール指数として算出した。ピンホール指数が小さいほど、鋳片の表面品質が高いと言える。なお、以上説明した数値解析シミュレーションによる鋳片の表面品質の評価方法の詳細については、本願出願人による先行出願である特開2015-157309号公報を参照することができる。 The number density Sg of Ar gas bubbles in the solidified shell calculated from the above formula (8) is averaged over time, and the number of Ar gas bubbles with a diameter of 1 mm captured within a range of 4 mm from the cast slab surface layer is pinpointed. Calculated as Hall index. It can be said that the smaller the pinhole index, the higher the surface quality of the slab. For details of the method for evaluating the surface quality of cast slabs using the numerical analysis simulation described above, reference can be made to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-157309, which is a prior application filed by the applicant of the present application.
なお、表面品質の評価においては、電磁撹拌コア152の高さH1及び電磁ブレーキコア162の高さH2については、上記数式(2)に示す関係性を踏まえて、H1+H2=500mmとなるような、下記表1に示す8通りの組み合わせでシミュレーションを行った。
In the evaluation of the surface quality, the height H1 of the
また、比較のために、従来の連続鋳造方法の一例として、電磁撹拌装置150のみが設置された場合における鋳片の表面品質についても評価した。評価対象とした従来の連続鋳造方法は、図2~図5に示す鋳型設備10において電磁ブレーキ装置160が取り除かれたものを用いた連続鋳造方法に対応する。また、当該従来の連続鋳造方法についての計算では、電磁撹拌コア152の高さH1は250mmで固定した。従来の連続鋳造方法については、電磁ブレーキ装置160が設置されないこと及び電磁撹拌コア162の高さH1を250mmで固定したこと以外は、以上説明した計算方法と同様の方法によって、ピンホール指数を計算した。
For comparison, as an example of a conventional continuous casting method, the surface quality of a slab was also evaluated when only the
表面品質についての数値解析シミュレーション結果を、図8及び図9に示す。図8は、数値解析シミュレーションによって得られた、鋳造速度が1.4m/minである場合における、コア高さ割合H1/H2とピンホール指数との関係を示すグラフ図である。図9は、数値解析シミュレーションによって得られた、鋳造速度が2.0m/minである場合における、コア高さ割合H1/H2とピンホール指数との関係を示すグラフ図である。図8及び図9では、横軸にコア高さ割合H1/H2を取り、縦軸にピンホール指数を取り、両者の関係をプロットしている。また、図8及び図9では、上記の従来の連続鋳造方法におけるピンホール指数の値を、横軸に平行な破線の直線で示している。 Numerical analysis simulation results for surface quality are shown in FIGS. 8 and 9. FIG. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the core height ratio H1/H2 and the pinhole index when the casting speed is 1.4 m/min, obtained by numerical analysis simulation. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the core height ratio H1/H2 and the pinhole index when the casting speed is 2.0 m/min, obtained by numerical analysis simulation. 8 and 9 plot the relationship between the core height ratio H1/H2 on the horizontal axis and the pinhole index on the vertical axis. In FIGS. 8 and 9, the values of the pinhole index in the conventional continuous casting method are indicated by dashed straight lines parallel to the horizontal axis.
図8を参照すると、鋳造速度が1.4m/minである場合には、従来の連続鋳造方法におけるピンホール指数は40程度である。一方、本実施形態に係る連続鋳造方法においては、コア高さ割合H1/H2が0.82以上である場合には、従来の連続鋳造方法と同等以下のピンホール指数が得られている。特に、コア高さ割合H1/H2が1.0以上になると、ピンホール指数が従来の連続鋳造方法よりも低下する。そして、ピンホール指数は、コア高さ割合H1/H2の値が大きくなるほど低下する。すなわち、電磁撹拌コア152の高さH1が、電磁ブレーキコア162の高さH2に対して大きくなるほど、ピンホール指数が低下し、鋳片3の表面品質は良化すると考えられる。
Referring to FIG. 8, the pinhole index in the conventional continuous casting method is about 40 when the casting speed is 1.4 m/min. On the other hand, in the continuous casting method according to the present embodiment, when the core height ratio H1/H2 is 0.82 or more, a pinhole index equal to or lower than that of the conventional continuous casting method is obtained. In particular, when the core height ratio H1/H2 is 1.0 or more, the pinhole index becomes lower than that of the conventional continuous casting method. The pinhole index decreases as the value of the core height ratio H1/H2 increases. That is, it is considered that as the height H1 of the
図9を参照すると、鋳造速度を2.0m/minまで増加させた場合には、従来の連続鋳造方法におけるピンホール指数は80程度まで悪化する。一方、本実施形態に係る連続鋳造方法において、コア高さ割合H1/H2が約0.70~約2.70である場合には、ピンホール指数が従来の連続鋳造方法と同等以下にまで低下する。特に、コア高さ割合H1/H2が約1.0~約1.5である場合には、ピンホール指数が40程度まで低減しており、鋳造速度を2.0m/minまで増加させた場合であっても、従来の連続鋳造方法によって鋳造速度1.4m/minで連続鋳造を行った場合と同等の表面品質を得ることができることが分かる。 Referring to FIG. 9, when the casting speed is increased to 2.0 m/min, the pinhole index in the conventional continuous casting method deteriorates to about 80. On the other hand, in the continuous casting method according to the present embodiment, when the core height ratio H1/H2 is about 0.70 to about 2.70, the pinhole index is reduced to the same level as that of the conventional continuous casting method. do. In particular, when the core height ratio H1/H2 is about 1.0 to about 1.5, the pinhole index is reduced to about 40, and the casting speed is increased to 2.0 m/min. However, it can be seen that a surface quality equivalent to that obtained by continuous casting at a casting speed of 1.4 m/min by a conventional continuous casting method can be obtained.
以上の結果から、上記数値解析シミュレーション条件に対応する鋳造条件において、コア高さ割合H1/H2を約0.70~約2.70の間のいずれかの値にすれば、少なくとも鋳造速度1.4m/min~2.0m/minでの連続鋳造において、従来の連続鋳造方法と同等以上の鋳片の表面品質を確保することが可能になることが分かった。特に、コア高さ割合H1/H2を約1.0~約1.5にすれば、鋳造速度を2.0m/minまで増加させた場合であっても、従来のより低速(具体的には、鋳造速度1.4m/min)での連続鋳造方法と同等以上の鋳片の表面品質を確保することが可能になることが分かった。 From the above results, under the casting conditions corresponding to the numerical analysis simulation conditions, if the core height ratio H1/H2 is set to any value between about 0.70 and about 2.70, the casting speed is at least 1.00. It was found that in continuous casting at 4 m/min to 2.0 m/min, it is possible to ensure a slab surface quality equal to or higher than that of the conventional continuous casting method. In particular, if the core height ratio H1/H2 is set to about 1.0 to about 1.5, even if the casting speed is increased to 2.0 m/min, it is lower than the conventional speed (specifically, , and a casting speed of 1.4 m/min).
本実施形態による鋳型設備10を連続鋳造に適用することにより鋳造速度を増加させても鋳片の内質が確保され得ることを確認するために、数値解析シミュレーションを行った。内質については、上述した表面品質の評価時と同様のシミュレーション方法において、Ar気泡ではなく、鋳片の代表的な不純物介在物であるアルミナが、当該鋳片に残存する値を評価した。具体的には、垂直曲げ式の連続鋳造機1を仮定し、連続鋳造中におけるアルミナ粒子の挙動をシミュレーションによって解析し、その垂直部より下方まで沈降するアルミナ粒子はそのまま鋳片に残留するとみなして、鋳片の所定の体積中のアルミナ粒子の個数を内質指数として算出した。この際、連続鋳造機1の垂直部長さを3mとした。また、アルミナ粒子の直径は0.4mmとし、アルミナ粒子の比重は3990kg/m3とした。内質指数が小さいほど、鋳片の内質が高いと言える。
Numerical analysis simulation was performed in order to confirm that the internal quality of the slab can be ensured even if the casting speed is increased by applying the
なお、内質の評価においては、電磁撹拌コアの高さH1及び電磁ブレーキコアの高さH2については、上記数式(2)に示す関係性を踏まえて、H1+H2=450mmとなるような、下記表2に示す4通りの組み合わせでシミュレーションを行った。 In the evaluation of the internal quality, the height H1 of the electromagnetic stirring core and the height H2 of the electromagnetic brake core were determined according to the following table so that H1 + H2 = 450 mm based on the relationship shown in the above formula (2) A simulation was performed with the four combinations shown in 2.
また、内質についても、比較のために、従来の連続鋳造方法の一例として、電磁撹拌装置150のみが設置された場合における内質についても評価した。評価対象とした従来の連続鋳造方法は、上述した表面品質の評価時と同様に、図2~図5に示す本実施形態に係る鋳型設備10において電磁ブレーキ装置160が取り除かれたものを用いた連続鋳造方法である。また、電磁撹拌装置150の電磁撹拌コア152の高さH1は250mmに固定している。
For comparison, the internal quality was also evaluated in the case where only the
内質についての数値解析シミュレーション結果を、図10に示す。図10は、数値解析シミュレーションによって得られた、鋳造速度と内質指数との関係を示すグラフ図である。図10では、横軸に鋳造速度を取り、縦軸に内質指数を取り、上記表2に示す各コア高さ割合H1/H2の値に対応する、鋳造速度及び内質指数の関係をプロットしている。また、図10では、上記の従来の連続鋳造方法による結果を併せてプロットしている。 FIG. 10 shows the numerical analysis simulation results for the endoplasm. FIG. 10 is a graph showing the relationship between casting speed and internal quality index obtained by numerical analysis simulation. In FIG. 10, the casting speed is plotted on the horizontal axis and the internal quality index is plotted on the vertical axis, and the relationship between the casting speed and the internal quality index corresponding to the values of each core height ratio H1/H2 shown in Table 2 above is plotted. are doing. In addition, FIG. 10 also plots the results of the conventional continuous casting method described above.
図10を参照すると、従来の連続鋳造方法では、一般的な鋳造速度1.4m/minの場合における内質指数は約40であり、当該内質指数は、鋳造速度が増加するにつれて著しく増加している(すなわち、鋳造速度が増加するにつれて鋳片の内質が著しく悪化している)。 Referring to FIG. 10, in the conventional continuous casting method, the internal quality index at a general casting speed of 1.4 m/min is about 40, and the internal quality index increases significantly as the casting speed increases. (that is, the internal quality of the slab deteriorates significantly as the casting speed increases).
一方、本実施形態に係る連続鋳造方法では、コア高さ割合H1/H2が1.5以下である場合には、鋳造速度を2.0m/min程度まで増加させても、内質指数が40よりも小さく抑えられており、従来の連続鋳造方法において鋳造速度が1.4m/minである場合よりも良好な内質を得ることができる。コア高さ割合H1/H2が2.0の場合でも、鋳造速度が2.4m/minの場合には,内質指数が約60であり、従来の連続鋳造方法において鋳造速度が1.6m/minである場合と同等の内質が確保できる。以上の結果から、鋳造速度を高速にしても従来と同等以下の鋳片の内質を確保するためには、コア高さ割合H1/H2を2.0以下、より好ましくは1.5以下とすればよい。 On the other hand, in the continuous casting method according to the present embodiment, when the core height ratio H1/H2 is 1.5 or less, the internal quality index is 40 even if the casting speed is increased to about 2.0 m/min. The casting speed is 1.4 m/min in the conventional continuous casting method, and a better internal quality can be obtained. Even when the core height ratio H1/H2 is 2.0, when the casting speed is 2.4 m/min, the internal quality index is about 60, and the casting speed in the conventional continuous casting method is 1.6 m/min. The internal quality equivalent to the case of min can be secured. From the above results, in order to ensure the quality of the cast slab equivalent to or lower than the conventional one even if the casting speed is increased, the core height ratio H1/H2 should be 2.0 or less, more preferably 1.5 or less. do it.
以上の結果から、上記数値解析シミュレーション条件に対応する鋳造条件において、コア高さ割合H1/H2を約1.5以下のいずれかの値にすれば、鋳造速度2.0m/minでの連続鋳造において、鋳造速度1.4m/minでの従来の連続鋳造方法と同等以下の鋳片の内質を確保することが可能になることが分かった。また、コア高さ割合H1/H2を約2.0以下のいずれかの値にすれば、鋳造速度2.4m/minでの連続鋳造において、鋳造速度1.6m/minでの従来の連続鋳造方法と同等以下の鋳片の内質を確保することが可能になることが分かった。 From the above results, under the casting conditions corresponding to the numerical analysis simulation conditions, if the core height ratio H1/H2 is set to any value of about 1.5 or less, continuous casting at a casting speed of 2.0 m / min , it is possible to ensure the internal quality of the slab equal to or lower than that of the conventional continuous casting method at a casting speed of 1.4 m/min. Further, if the core height ratio H1/H2 is set to any value of about 2.0 or less, the continuous casting at the casting speed of 2.4 m/min can be compared with the conventional continuous casting at the casting speed of 1.6 m/min. It was found that it is possible to secure the slab internal quality equal to or lower than that of the method.
本実施形態の効果を更に確認するために、実機試験を行った。当該実機試験では、実際に操業に用いている連続鋳造機に、図2~図5を参照して説明した本実施形態に係る電磁力発生装置170を設置し、当該連続鋳造機1を用いて、コア高さ割合H1/H2、及び鋳造速度を様々に変化させながら、実際に連続鋳造を行った。鋳型110は銅製水冷式(水冷銅鋳型)で高さ(鋳型の上端から下端までの長さ)が900mmであり、矩形断面を有する。連続鋳造機1は垂直曲げ式とした。二次冷却の比水量は1.5~2.5L/kg-steelとした。浸漬ノズル6のアルゴンガスの吹き込み量は7NL/minとした。電磁撹拌コア152の上端を鋳型の上端から100mmの位置に配置し、電磁ブレーキコア162の上端を電磁撹拌コアの下端から150mmの位置に配置した。そして、鋳造された鋳片の表面品質及び内質を目視及び超音波探傷検査によってそれぞれ調査した。具体的には、鋳片表面を探傷可能なように平滑に研削し(1-2mm程度)、表面に存在する気泡欠陥や介在物欠陥を目視で調査した。また、超音波探傷検査では、鋳片の表面から厚み中心に向かった超音波のエコーから気泡欠陥や介在物欠陥を検出した。また、比較のため、電磁撹拌装置のみを設置した従来の連続鋳造方法についても、連続鋳造を行い、その鋳片の品質を同様の方法によって調査した。従来の連続鋳造方法は、上述した数値解析シミュレーション時と同様に、図2~図5に示す本実施形態に係る鋳型設備10において電磁ブレーキ装置160が取り除かれたものを用いた連続鋳造方法である。また、従来の連続鋳造方法における鋳造速度は1.4m/min、電磁撹拌装置150の電磁撹拌コア152の高さH1は200mmとした。
In order to further confirm the effect of this embodiment, an actual machine test was conducted. In the actual machine test, the
また、浸漬ノズルについては、本実施形態及び従来の連続鋳造方法とも、その吐出孔が下向き45°のものを用い、吐出孔上端の溶鋼湯面からの深さは270mmとした。 In both the present embodiment and the conventional continuous casting method, the submerged nozzle has a discharge hole facing downward at 45°, and the depth of the upper end of the discharge hole from the surface of the molten steel is set to 270 mm.
結果を、下記表3に示す。表3では、鋳片の品質については、従来の連続鋳造方法における品質を基準として、当該従来の連続鋳造方法よりも良い品質(つまり、欠陥が少ない)が得られた場合には「○」、当該従来の連続鋳造方法と同程度の品質(つまり、欠陥の数が同程度)が得られた場合には「△」、当該従来の連続鋳造方法よりも悪い品質(つまり、欠陥の数が多い)が得られた場合には「×」を付すことにより表現している。 The results are shown in Table 3 below. In Table 3, regarding the quality of the slab, the quality in the conventional continuous casting method is used as a standard, and if the quality is better than that in the conventional continuous casting method (that is, fewer defects), "○", If the same quality as the conventional continuous casting method (that is, the number of defects is the same) is obtained, "△" is worse than the conventional continuous casting method (that is, the number of defects is large). ) is obtained, it is expressed by attaching “x”.
本実施例では、鋳造速度を2.0m/minまで増加させた場合であっても、従来のより低速(具体的には、鋳造速度1.6m/min)での連続鋳造方法よりも優れた鋳片の品質(表面品質及び内質)を確保することが可能なコア高さ割合H1/H2の範囲を調査した。表3に示す結果から、上記実機試験に対応する鋳造条件においては、コア高さ割合H1/H2の値を約0.80~約2.33にすることにより、鋳造速度を2.0m/minまで増加させた場合であっても、より低速での従来の連続鋳造方法よりも優れた鋳片の品質を確保することが可能になることが分かった。換言すれば、本実施例の結果から、本発明を適用し、コア高さ割合H1/H2の値を約0.80~約2.33にすることにより、鋳片の品質を確保しつつ、鋳造速度を2.0m/minまで増加させ、生産性を向上させることが可能になることが示された。また、同様に、表3に示す結果から、上記実機試験に対応する鋳造条件においては、コア高さ割合H1/H2の値を約1.00~約2.00にすることにより、鋳造速度を2.2m/minまで増加させた場合であっても、より低速での従来の連続鋳造方法よりも優れた鋳片の品質を確保することが可能になることが分かった。 In this example, even when the casting speed was increased to 2.0 m / min, it was superior to the conventional continuous casting method at a lower speed (specifically, a casting speed of 1.6 m / min). The range of the core height ratio H1/H2 that can ensure the quality of the slab (surface quality and internal quality) was investigated. From the results shown in Table 3, under the casting conditions corresponding to the actual machine test, by setting the value of the core height ratio H1/H2 to about 0.80 to about 2.33, the casting speed was set to 2.0 m/min. It has been found that it is possible to ensure a better slab quality than conventional continuous casting methods at lower speeds, even when increasing to . In other words, from the results of this example, by applying the present invention and setting the value of the core height ratio H1/H2 to about 0.80 to about 2.33, while ensuring the quality of the slab, It was shown that it is possible to increase the casting speed to 2.0 m/min and improve the productivity. Similarly, from the results shown in Table 3, under the casting conditions corresponding to the actual machine test, by setting the value of the core height ratio H1/H2 to about 1.00 to about 2.00, the casting speed can be increased. It has been found that even an increase to 2.2 m/min makes it possible to ensure a better slab quality than conventional continuous casting processes at lower speeds.
実施例4では、高合金鋼の連続鋳造方法に関する実機試験を行った。当該実機試験では、実際に操業に用いている連続鋳造機に、図2~図5を参照して説明した本実施形態に係る電磁力発生装置170を設置し、当該連続鋳造機1を用いて、電磁撹拌強度及び電磁ブレーキ強度等を様々に変更して高合金鋼の連続鋳造を行った。ここで、鋳型は銅製水冷式(水冷銅鋳型)で高さ(鋳型の上端から下端までの長さ)が900mmの矩形断面を有する。連続鋳造機1の形式は垂直曲げ式とした。また、Cが0.01質量%、Mnが0.5質量%、Siが2.0質量%、Pが0.012質量%、Sが0.0025質量%、Alが0.8質量%、残部が鉄及び不可避的不純物の溶鋼を用い、二次冷却の比水量は1.5-2.5L/kg-steelとした。浸漬ノズルのアルゴンガスの吹き込み量は7NL/minとした。電磁撹拌コア152の上端の位置は鋳型110の上端から100mmとし、電磁撹拌コア152の上端から下端までの高さ(鋳造方向距離)H1は250mmとした。電磁ブレーキコア162の上端の位置は鋳型110の上端から500mmとし、電磁ブレーキコア162の上端から下端までの高さH2は200mmとした。したがって、コア高さ割合H1/H2は、250/200=1.25となり、数式(101)の条件を満たす。
In Example 4, an actual machine test was conducted on a continuous casting method for high alloy steel. In the actual machine test, the
連続鋳造後、トーチでカットした鋳片(スラブ)の表面を目視にて観察し、表面がへこんでいるディプレッションの個数をカウントした。そして、鋳片の表面積当たりのディプレッション指数を算出した。ディプレッション指数が0.1個/m2以下であれば圧延での疵が発生しないことをあらかじめ確認している。ここで、深さが概ね1mm以上となる凹みをディプレッションとしてカウントした。 After continuous casting, the surface of the torch-cut slab was visually observed to count the number of depressions on the surface. Then, the depression index per surface area of the slab was calculated. It has been confirmed in advance that if the depression index is 0.1 pieces/m 2 or less, flaws do not occur during rolling. Here, depressions having a depth of approximately 1 mm or more were counted as depressions.
(発明例1)
発明例1は、以下の各発明例、比較例のベースとなるものである。発明例1では、鋳片厚み(スラブ厚み)、鋳片幅(スラブ幅)を薄板向け連鋳機で一般的なサイズである250mm厚、1250mm幅とした。鋳造速度は、浸漬ノズルからの吐出流が撹拌に悪影響を及ぼし始めるとされる1.3m/minとした。電磁撹拌強度、電磁ブレーキ強度はあらかじめ実施した流動解析(実施例1に示した数値解析シミュレーション。条件も実施例1と同様とした)を基に設定し、鋳型内における溶鋼の流動が均一になる条件である0.15T、0.3Tとした。電磁ブレーキコア数(すなわち、長辺面に対向する磁極の数)は、吐出孔付近の静磁場強度を小さくできる2個(長辺面の片面あたり2個。すなわち、両面で2対)とした。この条件は本実施形態の範囲内であり、ディプレッション指数は0であり良好であった。
(Invention Example 1)
Inventive Example 1 serves as a base for the following Inventive Examples and Comparative Examples. In Invention Example 1, the slab thickness (slab thickness) and slab width (slab width) were set to 250 mm thick and 1250 mm wide, which are common sizes for continuous casting machines for thin plates. The casting speed was set to 1.3 m/min, at which point the discharge flow from the submerged nozzle begins to adversely affect stirring. The strength of electromagnetic stirring and the strength of electromagnetic braking were set based on the flow analysis performed in advance (the numerical analysis simulation shown in Example 1. The conditions were also the same as in Example 1), and the flow of molten steel in the mold was uniform. The conditions were 0.15T and 0.3T. The number of electromagnetic brake cores (that is, the number of magnetic poles facing the long side surfaces) is set to two (two per long side surface, that is, two pairs on both sides) to reduce the static magnetic field strength near the discharge hole. . This condition is within the range of this embodiment, and the depression index is 0, which is good.
(発明例2)
発明例2では、発明例1に対し鋳片幅を大きくし、電磁撹拌および電磁ブレーキ強度条件を実施例1と同様とした。発明例2ではスループットの増大により湯面変動が大きくなりやすいが、ディプレッション指数は0であり良好であった。
(Invention Example 2)
In invention example 2, the slab width was made larger than that of invention example 1, and the electromagnetic stirring and electromagnetic brake strength conditions were the same as in example 1. In Inventive Example 2, the melt surface fluctuated easily due to the increase in throughput, but the depression index was 0, which was good.
(発明例3)
発明例3では、発明例1に対し電磁撹拌および電磁ブレーキ強度を本実施形態の範囲内で共に大きくした。発明例3でも発明例1と同様にディプレッションは発生せず、電磁撹拌および電磁ブレーキの効果が打ち消しあう状況は見られなかった。
(Invention example 3)
In Invention Example 3, both the strength of the electromagnetic stirring and the electromagnetic brake were increased within the range of the present embodiment as compared with Invention Example 1. In Invention Example 3, similarly to Invention Example 1, depression did not occur, and no situation in which the effects of electromagnetic stirring and electromagnetic braking were canceled out was observed.
(発明例4)
発明例4では、発明例1に対し電磁撹拌および電磁ブレーキ強度を本実施形態の範囲内で共に小さくした。発明例4では、ディプレッション指数は発明例1に比べやや悪化したものの、製品への影響のないレベルであった。
(Invention Example 4)
In Invention Example 4, both the strengths of the electromagnetic stirring and the electromagnetic brake were made smaller than those of Invention Example 1 within the range of the present embodiment. In Invention Example 4, although the depression index was slightly worse than that in Invention Example 1, it was at a level that did not affect the product.
(発明例5)
発明例5では、発明例1に対し鋳造速度を大きくした。発明例5ではスループットの増大により湯面変動が大きくなりやすいが、ディプレッション指数は発明例1に比べやや悪化したものの、製品への影響のないレベルであった。
(Invention example 5)
In invention example 5, the casting speed was increased compared to invention example 1. In Invention Example 5, the molten steel surface fluctuates easily due to the increase in throughput, but although the depression index is slightly worse than that of Invention Example 1, it is at a level that does not affect the product.
(発明例6)
発明例6では、発明例1に比べ鋳造速度及び鋳片幅を大きくした。さらに、発明例1に対し電磁ブレーキ強度を本実施形態の範囲内で大きくした。発明例6ではスループットの増大により湯面変動が大きくなりやすいが、ディプレッション指数は発明例1に比べやや悪化したものの、製品への影響のないレベルであった。
(Invention example 6)
In invention example 6, the casting speed and slab width were increased compared to invention example 1. Furthermore, the strength of the electromagnetic brake was increased within the range of the present embodiment as compared with Example 1 of the invention. In Invention Example 6, the increase in throughput tends to increase the melt surface fluctuation, but although the depression index was slightly worse than that of Invention Example 1, it was at a level that did not affect the product.
(発明例7)
発明例7では、発明例1に比べ鋳造速度をさらに大きくした。発明例7ではスループットの増大により湯面変動が大きくなりやすいが、ディプレッション指数は発明例1に比べやや悪化したものの、製品への影響のないレベルであった。
(Invention Example 7)
In Invention Example 7, the casting speed was further increased compared to Invention Example 1. In Invention Example 7, the increase in throughput tends to increase the melt surface fluctuation, but although the depression index was slightly worse than that of Invention Example 1, it was at a level that did not affect the product.
(発明例8)
発明例8では、発明例1に比べ鋳片幅を大きく、鋳造速度をさらに大きくした。さらに、発明例1に対し電磁ブレーキ強度を本実施形態の範囲内で大きくした。発明例8ではスループットの増大により湯面変動が大きくなりやすいが、ディプレッション指数は発明例1に比べやや悪化したものの、製品への影響のないレベルであった。
(Invention Example 8)
In invention example 8, compared with invention example 1, the slab width was increased and the casting speed was further increased. Furthermore, the strength of the electromagnetic brake was increased within the range of the present embodiment as compared with Example 1 of the invention. In Invention Example 8, the increase in throughput tends to increase the melt surface fluctuation, but although the depression index was slightly worse than that in Invention Example 1, it was at a level that did not affect the product.
(比較例1)
比較例1では、電磁撹拌装置150のみを鋳型に設置した。つまり、電磁ブレーキ装置160を鋳型に設置しなかった。比較例1では、短辺側での吐出流の反転流が湯面変動を引き起こし、ディプレッション指数が悪化して、不合格となるレベルであった。
(Comparative example 1)
In Comparative Example 1, only the
(比較例2)
比較例2では、電磁撹拌装置150と電磁ブレーキ装置160を鋳型110に設置した。ただし、電磁ブレーキコア162を両面で1対とした。つまり、各長辺面に単極の電磁ブレーキコア162を設置した。比較例2の電磁ブレーキ強度は0.2Tであり、発明例1等の電磁ブレーキ強度よりも小さくなっている。しかしながら、比較例2では、電磁ブレーキコア162が単極となっている。したがって、比較例2では、本発明例1等のように電磁ブレーキコア162を2対とした場合と比べ、幅方向中央部分での磁場が大きくなり、吐出流が過度に制動され幅方向中央での上昇流が形成されたと考えられる。この結果、湯面変動が大きくなり、ディプレッション指数が不合格レベルとなった。
(Comparative example 2)
In Comparative Example 2, an
(比較例3)
比較例3では、電磁撹拌装置150と電磁ブレーキ装置160を鋳型に設置した。ただし、電磁撹拌強度を本実施形態の範囲未満の0.04Tとした。このため、撹拌力が不十分で、湯面変動を抑制するのに十分な撹拌流が溶鋼に与えられず、ディプレッション指数が悪化し、不合格となるレベルとなった。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, an
(比較例4)
比較例4では、電磁撹拌装置150と電磁ブレーキ装置160を鋳型に設置し、電磁撹拌強度を本実施形態の範囲内の0.15Tとした。ただし、電磁ブレーキ強度を本実施形態の範囲よりも小さい0.08Tとした。このため、比較例4では、吐出流により形成される反転流の抑制が不十分で、湯面変動を引き起こし、ディプレッション指数が悪化して、不合格となるレベルとなった。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, the
(比較例5)
比較例5では、電磁撹拌装置150と電磁ブレーキ装置160を鋳型に設置し、電磁撹拌強度を本実施形態の範囲よりも大きい0.3Tとした。このため、比較例5では、撹拌が強すぎ、これが湯面変動を引き起こしため、ディプレッション指数が悪化して、不合格となるレベルとなった。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, the
(比較例6)
比較例6では、電磁撹拌装置150と電磁ブレーキ装置160を鋳型に設置し、電磁撹拌強度を本実施形態の範囲内の0.15Tとした。ただし、電磁ブレーキ強度を本実施形態の範囲よりも大きい0.5Tとした。このため、浸漬ノズル6の近傍に溶鋼が集積することで鋳片の幅方向中央部分での湯面変動が大きくなり、ディプレッション指数が悪化して、不合格となるレベルとなった。
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 6, the
結果を表4にまとめて示す。発明例1~8では鋳造の品質が良好となったが、比較例1~6では鋳造の品質に問題が見受けられた。 Table 4 summarizes the results. Inventive Examples 1 to 8 had good casting quality, but Comparative Examples 1 to 6 had problems in casting quality.
(4.補足)
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
(4. Supplement)
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can conceive of various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that these also naturally belong to the technical scope of the present invention.
1 連続鋳造機
2 溶鋼
3 鋳片
3a 凝固シェル
3b 未凝固部
4 取鍋
5 タンディッシュ
6 浸漬ノズル
10 鋳型設備
110 鋳型
111 長辺鋳型板
112 短辺鋳型板
121、122、123 バックアッププレート
130 上部水箱
140 下部水箱
150 電磁撹拌装置
151 ケース
152 電磁撹拌コア
153 コイル
160 電磁ブレーキ装置
161 ケース
162 電磁ブレーキコア
163 コイル
164 端部
165 連結部
170 電磁力発生装置
1
Claims (2)
鋳型上部の長辺面外側に設置された電磁撹拌コアを用いて鋳型内の溶鋼に交流磁場を印加する一方で、鋳型下部の長辺面外側に設置され、複数の磁極が前記長辺面に対向する電磁ブレーキコアを用いて前記溶鋼に静磁場を印加し、
前記電磁撹拌コアによる交流磁場の磁束密度を0.05T以上0.25T以下、前記電磁ブレーキコアによる静磁場の磁束密度を0.1T以上0.4T以下とし、
タンディッシュの下端から鋳型に向けて下方に延び、前記鋳型内の溶鋼に浸漬される浸漬ノズルを、前記複数の磁極間の空間に対向する位置に配置した状態で、前記電磁ブレーキコアを用いて、前記浸漬ノズルに設けられる吐出孔からの前記溶鋼の流れを抑制する方向の電磁力を前記溶鋼に対して付与し、
前記電磁撹拌コアの高さH1、及び前記電磁ブレーキコアの高さH2が、下記数式(101)に示す関係を満たすことを特徴とする、連続鋳造方法。
While applying an alternating magnetic field to the molten steel in the mold using an electromagnetic stirring core installed on the outside of the long side surface of the upper part of the mold, a plurality of magnetic poles are installed on the outside of the long side surface of the lower part of the mold, and a plurality of magnetic poles are arranged on the long side surface applying a static magnetic field to the molten steel using opposing electromagnetic brake cores;
The magnetic flux density of the alternating magnetic field by the electromagnetic stirring core is 0.05 T or more and 0.25 T or less, and the magnetic flux density of the static magnetic field by the electromagnetic brake core is 0.1 T or more and 0.4 T or less,
An immersion nozzle extending downward from the lower end of the tundish toward the mold and immersed in the molten steel in the mold is arranged at a position facing the space between the plurality of magnetic poles, and the electromagnetic brake core is used to applying an electromagnetic force to the molten steel in a direction to suppress the flow of the molten steel from the discharge hole provided in the immersion nozzle;
A continuous casting method , wherein the height H1 of the electromagnetic stirring core and the height H2 of the electromagnetic brake core satisfy the relationship shown in the following formula (101).
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