JPH06142865A - 直流磁場による鋳型内流動の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、溶融金属の連続鋳造において溶
湯の下降流分布を均一化させる直流磁場により鋳型内流
動を制御する方法を提供する。 【構成】 鋳型幅方向に均一な磁束密度を有する直流磁
場を厚み方向に加えて溶融金属の流動を制御する溶湯の
鋳型内流動の制御方法において、ノズルからの溶融金属
吐出流が磁極上端レベルを横切る位置から溶融金属プー
ルの幅方向中心位置までの距離（Ｄ）を、プール１／２
幅（Ｗ）を用いて規格化した値Ｄ／Ｗが１以下となる位
置に直流磁場を加える鋳型内流動の制御方法である。 【効果】 下降流の分布が均一化されて介在物欠陥発生
率を低減でき、鋳造したスラブの清浄度が高く、良質の
鋳片を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属の連続鋳造に
おいて直流磁場により鋳型内流動を制御する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】連鋳鋳型内の溶融金属（溶湯）の流動
は、鋳片品質や操業性に大きく影響することはすでに知
られている。すなわち、ノズルから吐出した溶湯の流れ
は、内在するスラグ系介在物をストランドプール下方奥
深くまで持ち込む。その結果、持ち込まれた介在物は、
その深さが深いほど凝固シェルに捕捉されやすくなり、
それが鋳片欠陥の原因となる。そのため、下降吐出流の
侵入深さは出来るだけ浅いほうが望ましい。

【０００３】一方溶湯表面においては、表面流速が大き
い場合、溶湯表面にあるパウダーが溶湯内に巻き込まれ
たり、あるいは湯面レベルの変動が大きくなる。また表
面流速が小さい場合には、溶湯表面でデッケルが形成さ
れ、操業に支障をきたす。従って表面流速は、一定レベ
ルの範囲内に流速を制御する必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような流動パター
ンを、ノズルの形状，溶融金属吐出角度，あるいは浸漬
深さの調整のみでコントロールすることは困難なため、
直流磁場により鋳型内流動を制御する方法が幾つか開示
されている。

【０００５】特公平２−２０３４９号公報には、直流磁
場を用いて鋳型内流動を制御する方法が記載されてい
る。この方法は、浸漬ノズルから吐出した溶湯の主たる
流路の一部に直流磁場を作用させることで溶湯の主流を
減速させ、ストランドプール奥深くに侵入する下降流を
抑制するとともに、プール表面での流速の低減を狙った
技術である。

【０００６】しかしながらこの方法では、鋳型の幅方向
長さの一部に直流磁場を作用させるため、ノズル吐出流
は容易に磁場帯を迂回することができ、その結果鋳型内
での流動はより複雑となり、鋳片品質の向上にはつなが
らない。

【０００７】また特開平２−２８４７５０号公報には、
鋳型の幅方向全域に直流磁場を設ける方法が示されてい
るが、この方法は、後に詳述するが、鋳型内のように複
雑な流動を伴う場合、磁場コイルの位置により流動パタ
ーンが大きく変化するため、最適な磁場コイルの位置を
選定する必要がある。それにも関わらず、この点につい
ては何ら述べられていない。

【０００８】本発明は、鋳型の幅方向に均一な磁束密度
を有する直流磁界を、厚み方向に加えてノズルからの溶
湯吐出流の侵入深さを減少させ、磁場帯下方における溶
湯の下降流分布を均一化させる方法を磁場の位置という
観点からとらえた鋳型内流動の制御方法を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】まず第１の本発明は、鋳
型の幅方向に均一な磁束密度を有する直流磁場を厚み方
向に加えて、鋳型内溶融金属の流動を制御する直流磁場
による鋳型内流動の制御方法において、ノズルからの溶
融金属吐出流が磁極上端レベルを横切る位置から溶融金
属プールの幅方向中心位置までの距離（Ｄ）を、プール
１／２幅（Ｗ）を用いて規格化した値Ｄ／Ｗが１以下と
なる位置に直流磁場を加えることを特徴とする直流磁場
による鋳型内流動の制御方法である。

【００１０】第２の本発明は、鋳型の幅方向に均一な磁
束密度を有する直流磁場を厚み方向に加えて、鋳型内溶
融金属の流動を制御する直流磁場による鋳型内流動の制
御方法において、ノズルからの溶融金属吐出流が磁極上
端レベルを横切る位置から溶融金属プールの幅方向中心
位置までの距離（Ｄ）を、プール１／２幅（Ｗ）を用い
て規格化した値Ｄ／Ｗが１以下となるように、ノズルか
らの溶融金属吐出方向を設定することを特徴とする直流
磁場による鋳型内流動の制御方法である。

【００１１】また第３の本発明は、鋳型の幅方向に均一
な磁束密度を有する直流磁場を厚み方向に加えて、鋳型
内溶融金属の流動を制御する直流磁場による鋳型内流動
の制御方法において、ノズルからの溶融金属吐出流が磁
極上端レベルを横切る位置から溶融金属プールの幅方向
中心位置までの距離（Ｄ）を、プール１／２幅（Ｗ）を
用いて規格化した値Ｄ／Ｗが１以下となるように、直流
磁場を加える位置並びにノズルからの溶融金属吐出方向
を設定することを特徴とする直流磁場による鋳型内流動
の制御方法である。

【００１２】

【作用】本発明では、鋳型の幅方向に均一な磁束密度を
有する直流磁界を厚み方向に加えて、鋳型内溶融金属の
流動を制御する直流磁場による鋳型内流動の制御方法に
おいて、最適な磁場コイルの位置を明らかにするため、
水銀を用いたモデル実験を行った。

【００１３】その結果、ノズルからの溶融金属吐出流が
磁極上端レベルを横切る位置から溶融金属プールの幅方
向中心位置までの距離（Ｄ）をプール１／２（Ｗ）を用
いて規格化した値，すなわちＤ／Ｗが１以下となるよう
に、換言すればＷ≧Ｄとなるように、直流磁場を加える
位置，あるいは／並びにノズルからの溶融金属吐出方向
を設定することが有効であると判った。

【００１４】以下本発明を、作用とともに詳細に説明す
る。

【００１５】実験に用いた装置の概要を図１に示す。こ
の実験装置は、実機の連続鋳造装置の約１／２のスケー
ルに相当し、連鋳ストランドプール上部に相当するステ
ンレス製の本体容器１，本体容器１と連通管２でつなが
れた液面保持容器３，タンディッシュ４，水銀を循環す
るためのポンプ５，直流磁場コイル６から構成されてい
る。

【００１６】直流磁場は、例えば図２に示すように、コ
の字型の鉄芯７の本体容器１を挟んで相対する１対のコ
イル６ａ，６ｂに直流電流を通じることによって得られ
る。また磁極８の幅を、本体容器１の幅以上にすること
で、幅方向に均一な磁束密度を有する直流磁場を得るこ
とができる。

【００１７】磁束密度の鋳型高さ方向の分布は、図３に
示すように磁極の高さ方向中心位置で最大値をとる放物
線状の分布となる。また磁極８内の領域では、磁束密度
最大値の８０％以上の磁束密度が得られる。

【００１８】実験では、水銀プール内の流速測定を磁場
コイル６の位置を変えて行い、直流磁場の鋳型内流動に
及ぼす影響を調査した。実験条件を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】磁場コイル６の位置としては、ノズル吐出
孔から磁極上端までの距離が（ａ）０ｍｍ，（ｂ）５０
ｍｍ，（ｃ）１５５ｍｍの３条件を選んだ。ノズルから
の水銀吐出流量は３０ ｌ／ｍｉｎとした。この条件
は、フルード数相似で鋳造速度０．７ｍ／ｍｉｎに相当
する。

【００２１】なお本実験で得られた電磁制動効果を鋼の
連続鋳造において得るためには、スチュワート数相似で
０．７倍の磁束密度を加えればよい。図４に測定された
水銀プール内の流速分布の代表例を示す。（Ａ）図は磁
束密度が０Ｔ（テスラ）の場合、（Ｂ）図は０．３５Ｔ
の場合である。

【００２２】０Ｔの場合、ノズル９からの吐出流が鋳型
短辺１０に衝突した後に下方奥深く侵入し、中心部で上
昇する循環流が形成されている。ここで０．３５Ｔの直
流磁場を加えることにより磁場帯下方で循環流の形成が
抑制されると共に、下降流のプール幅方向の分布が均一
化されていることが判る。

【００２３】次に水銀プールの液面から６３０ｍｍ，鋳
型短辺から２０ｍｍの位置での下降流の制動効果に及ぼ
す磁場位置並びに磁束密度の影響について調査した。ノ
ズルからの溶湯吐出角度（図７に示すθ）が１５°，４
５°の場合についての結果をそれぞれ図５，図６に示
す。

【００２４】ここで、縦軸には測定された下降流速Ｗ′
を、ノズル吐出流量を水銀プールの断面積で割った値Ｖ
ｃ（鋳造速度に相当）を用いて規格化した値Ｗ′／Ｖｃ
を用いている。すなわちこの値が１となれば、プールの
幅方向に均一な下降流が形成されていることを意味す
る。

【００２５】吐出角度θが１５°の場合（ａ）の条件で
最大の制動効果が得られ、ほぼ０．５Ｔの磁場で下降流
の分布が均一化される。一方４５°の場合、（ａ），
（ｂ）の条件でほぼ同等の下降流制動効果が得られ、ほ
ぼ０．５〜０．６Ｔの磁場で下降流の分布が均一化され
る。なお（ｃ）の条件では、１５°，４５°いずれの場
合も下降流の制動効果は小さい。

【００２６】このようにノズル吐出角度や磁場コイル位
置により下降流の制動効果が大きく異なるが、この現象
について説明する。

【００２７】ノズル吐出角度や磁場コイル位置を変化さ
せることは、図７に示すように、ノズル吐出流が磁場帯
を横切る位置を変化させることを意味する。ここで、ノ
ズルからの溶融金属吐出流が、磁極上端レベルを横切る
点から溶融金属プールの幅方向中心位置までの距離をＤ
とし、１／２のプール幅Ｗを用いて規格化した値Ｄ／Ｗ
と、０．５Ｔの磁場を加えた場合の下降流速Ｗ′を鋳造
速度Ｖｃを用いて規格化した値Ｗ′／Ｖｃとの関係を図
８に示す。

【００２８】Ｄ／Ｗが１より大きくなればノズル吐出流
は磁場帯を直接横切らない。これからＤ／Ｗを用いるこ
とによって、下降流の制動効果をノズル吐出角度の影響
を含めて整理することができ、Ｄ／Ｗの値は小さい方が
望ましいことが判る。また磁場コイル位置については、
吐出角度が大きいほうが鋳型短辺近傍の下降流に対して
制動効果が得られる範囲が広いことが判る。

【００２９】このような磁場コイル位置による短辺近傍
下降流の制動効果の相違について、以下説明する。

【００３０】図９（Ａ）および（Ｂ）図に鉛直断面での
電流密度ベクトルを前記の条件（ａ），（ｃ）について
示す。鋳型内のように溶湯の複雑な流動を伴う場合、場
所によって流動の主方向が異なる。すなわちノズル吐出
孔近傍では水平成分が主となるが、ノズル吐出流が鋳型
短辺に衝突する位置よりも下方では下降流が主となる。
そのため（ｃ）の条件では磁場帯を下降流が横切るた
め、水平方向に流れる電流が誘導され、この電流によっ
て下降流の制動がもたらされる。

【００３１】しかしながらプール両サイドでは、電流ル
ープが歪められ鉛直方向に電流が流れるため、短辺近傍
における下降流の制動効果は小さくなる。一方（ａ）の
条件では、ノズル吐出流が磁場帯を直接横切るため主と
して鉛直断面内で電流ループを形成する。

【００３２】この条件では、容器による電流ループに対
する制約は無く効率良く電流ループを形成することがで
きる。また誘導電流は流速と磁束密度の外積によって形
成されるため、電流の絶対値は（ａ）の条件の方が大き
くなり、（ｃ）の条件よりも大きな制動力を得ることが
できる。

【００３３】以上のことより、短辺近傍下降流の制動効
果を十分に得るには、電流ループの観点からノズル吐出
流が直接磁場帯を横切る必要があり、少なくともＤ／Ｗ
が１以下となるようにノズル吐出角度及び／または磁場
コイル位置を選択する必要がある。

【００３４】

【実施例】本発明者らは、連続鋳造装置を用いて鋳片サ
イズが２５０ｍｍ×１３００ｍｍのスラブを製造した。
実験条件とその結果を表２に示す。

【００３５】直流磁場は図２と同様な磁場コイルを用い
て加えた。表２でＮｏ．４，５，６，１０が本発明の実
施例であるが、鋳片の清浄度評点はいずれも直流磁場を
付与していない比較例Ｎｏ．１，２，３に比べて良好で
ある。

【００３６】一方比較例Ｎｏ．７，８，９は、ノズル吐
出流が短辺に衝突する位置よりも下方に磁場を加えた場
合であり、いずれも製造された鋳片の清浄度評点は不十
分である。なおここでいう清浄度評点とは、超音波探傷
による介在物欠陥発生率をａとしたとき、（１−ａ）×
１００で与えられる数値である。

【００３７】

【表２】

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明による鋳型内
流動の制御方法によれば、溶融金属吐出流に対して十分
な制動磁場帯下方で下降流の分布が均一化され、ノズル
吐出流中に内在する介在物がプール奥深くまで持ち込ま
れないために介在物欠陥発生率を低減することができ、
従って鋳造したスラブの清浄度はいずれも高く、良質の
スラブ鋳片を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモデル実験に用いた装置の概要を示す
図面である。

【図２】本発明の制御方法における直流磁場を形成する
磁場コイル配置の一例を示す図面である。

【図３】磁場コイルによる鋳型高さ方向の磁束密度分布
を示す図面である。

【図４】モデル実験における水銀プール内の流速分布を
示し、（Ａ）図は磁束密度が０Ｔ（テスラ）、（Ｂ）図
は０．３５Ｔの場合の図面である。

【図５】ノズルからの溶湯吐出角度が１５°の場合につ
いて、下降流の制動効果に及ぼす磁場位置並びに磁束密
度の影響を示す図面である。

【図６】ノズルからの溶湯吐出角度が４５°の場合につ
いて、下降流の制動効果に及ぼす磁場位置並びに磁束密
度の影響を示す図面である。

【図７】ノズルからの溶融金属吐出流と直流磁場帯との
位置関係を模式的に示す図面である。

【図８】ノズルからの溶融金属吐出流が磁極上端レベル
を横切る位置から溶融金属プールの幅方向中心位置まで
の距離を規格化した値Ｄ／Ｗと下降流速を規格化した値
Ｗ′／Ｖｃとの関係を示す図面である。

【図９】磁場コイル位置による短辺近傍下降流の制動効
果の（Ａ）図，（Ｂ）図に示す磁場コイル位置による違
いを示す図面である

【符号の説明】

１ 本体容器 ２ 連通管 ３ 液面保持容器 ４ タンディッシュ ５ ポンプ ６ 直流磁場コイル ６（Ａ），６（Ｂ） コイル ７ 鉄芯 ８ 磁極 ９ ノズル １０ 鋳型短辺

フロントページの続き (72)発明者 石井 孝宜 愛知県東海市東海町５−３ 新日本製鐵株 式会社名古屋製鐵所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型の幅方向に均一な磁束密度を有する
   直流磁場を厚み方向に加えて、鋳型内溶融金属の流動を
   制御する直流磁場による鋳型内流動の制御方法におい
   て、ノズルからの溶融金属吐出流が磁極上端レベルを横
   切る位置から溶融金属プールの幅方向中心位置までの距
   離（Ｄ）を、プール１／２幅（Ｗ）を用いて規格化した
   値Ｄ／Ｗが１以下となる位置に直流磁場を加えることを
   特徴とする直流磁場による鋳型内流動の制御方法。
2. 【請求項２】 鋳型の幅方向に均一な磁束密度を有する
   直流磁場を厚み方向に加えて、鋳型内溶融金属の流動を
   制御する直流磁場による鋳型内流動の制御方法におい
   て、ノズルからの溶融金属吐出流が磁極上端レベルを横
   切る位置から溶融金属プールの幅方向中心位置までの距
   離（Ｄ）を、プール１／２幅（Ｗ）を用いて規格化した
   値Ｄ／Ｗが１以下となるように、ノズルからの溶融金属
   吐出方向を設定することを特徴とする直流磁場による鋳
   型内流動の制御方法。
3. 【請求項３】 鋳型の幅方向に均一な磁束密度を有する
   直流磁場を厚み方向に加えて、鋳型内溶融金属の流動を
   制御する直流磁場による鋳型内流動の制御方法におい
   て、ノズルからの溶融金属吐出流が磁極上端レベルを横
   切る位置から溶融金属プールの幅方向中心位置までの距
   離（Ｄ）を、プール１／２幅（Ｗ）を用いて規格化した
   値Ｄ／Ｗが１以下となるように、直流磁場を加える位置
   並びにノズルからの溶融金属吐出方向を設定することを
   特徴とする直流磁場による鋳型内流動の制御方法。