JPH09103856A - Continuous casting system - Google Patents

Continuous casting system

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JPH09103856A
JPH09103856A JP15594296A JP15594296A JPH09103856A JP H09103856 A JPH09103856 A JP H09103856A JP 15594296 A JP15594296 A JP 15594296A JP 15594296 A JP15594296 A JP 15594296A JP H09103856 A JPH09103856 A JP H09103856A
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continuous casting
solid
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solidification
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嘉男 戎
Kazuyoshi Sekine
和喜 関根
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a continuous casting system for steel by which good-quality steel free from central segregation and central porosity is easily obtained at all times even if steel kinds, sectional shapes and sizes, continuous casting machine profiles and operating conditions (casting speeds, temps., cooling methods, etc.) change. SOLUTION: The conditions to arise internal defects and the positions where such defects arise are calculated by taking notice of the solidification condition over the entire area from a meniscus (the surface position in the upper part of the molten metal layer) to a crater end and the liquid phase pressure drop occurring in the intra-dendrite liquid phase flow (Darcy flow) induced by the shrinkage by solidification in the casting direction in the solid-liquid co-existence phase in accordance with the kinds (profiles) of the continuous casting machines and the steel kinds, sectional shapes and sizes and the operation conditions (casting speeds, temps., cooling methods, etc.). This system includes an electromagnet booster for impressing electromagnet body force (Lorentz force: remote force) in the casting direction near the position where the internal defects arise.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造システムに係
り、とくに偏析およびポロシティのない良質な鋼を得る
のに好適な連続鋳造システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a continuous casting system, and more particularly to a continuous casting system suitable for obtaining a high quality steel free from segregation and porosity.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭素鋼、低合金鋼、特殊鋼などいわゆる
鋼の連続鋳造において現在の湾曲型連鋳機が稼動し始め
て20年以上経過しており技術的に定着したと言われて
いる。その一方、品質に関する要求は年毎に厳しさを増
しており同時にコストダウンへの圧力がますます増大し
ている。操業初期にしばしば問題となったブレイクアウ
ト等の問題は別にして、品質上の重要な問題として、
(1)中心偏析と(2)中心ミクロポロシティが残され
ている。
2. Description of the Related Art In continuous casting of so-called steel such as carbon steel, low alloy steel and special steel, it has been said that it has been technically established for more than 20 years since the current bending type continuous casting machine started to operate. On the other hand, quality requirements are becoming stricter year by year, and at the same time, the pressure for cost reduction is increasing. Apart from problems such as breakouts that often became a problem in the early stage of operation, as an important quality problem,
(1) Center segregation and (2) Center microporosity remain.

【0003】中心偏析は肉厚中心の最終凝固部において
周期性を有して生成するV字状の偏析であり、V偏析と
呼ばれることが多い。
The center segregation is a V-shaped segregation which is generated with periodicity in the final solidified portion with the thickness center, and is often called V segregation.

【0004】中心ミクロポロシティも肉厚中心最終凝固
部においてデンドライト間に生ずる微小な空隙である。
The central microporosity is also a minute void generated between dendrites in the final solidified portion at the center of thickness.

【0005】本明細書では以降これらの欠陥をまとめて
中心欠陥と呼ぶこととする。
In the present specification, these defects will be collectively referred to as central defects hereinafter.

【0006】次に製品の品質に及ぼす中心欠陥の影響に
ついて簡単に述べる。
Next, the influence of the central defect on the quality of the product will be briefly described.

【0007】(1)厚板の場合:(1) In case of thick plate:

【0008】中心欠陥に水素が凝集析出し、使用中に水
素誘起割れと呼ばれる亀裂が生じる。また、溶接を行っ
た場合には、中心欠陥を起点として溶接割れが生じる。
Hydrogen coagulates and precipitates in the central defects, and cracks called hydrogen-induced cracking occur during use. In addition, when welding is performed, weld cracking occurs from the center defect.

【0009】(2)棒線材の場合:(2) In the case of bar wire:

【0010】伸線加工時、ミクロポロシティが起点とな
り断線する。
At the time of wire drawing, microporosity becomes a starting point and breaks.

【0011】(3)薄板の場合:(3) In case of thin plate:

【0012】プレス成形時、あるいは冷間圧延時にバン
ド状の欠陥を生ずる。これは偏析により硬い部分と軟ら
かい部分が混在し、この硬度ムラによって生ずる。
Band-like defects are generated during press forming or cold rolling. This is caused by unevenness of hardness due to the mixture of hard and soft parts due to segregation.

【0013】これらは連鋳における凝固過程で生ずる欠
陥であり不良品となる。
These are defects that occur during the solidification process in continuous casting and are defective products.

【0014】凝固過程で生じた偏析は最終製品まで残
り、途中の工程で解消することはできない。一応、熱処
理によってマクロ偏析を拡散および解消する方法もある
が、これには高温での長時間処理を必要とするので熱経
済及び技術的に好ましくない。
The segregation generated in the solidification process remains in the final product and cannot be eliminated in the intermediate process. For the time being, there is a method of diffusing and eliminating macrosegregation by heat treatment, but this requires long-time treatment at a high temperature, which is not preferable in terms of heat economy and technology.

【0015】また、ミクロポロシティは熱間圧延でつぶ
すことはできるが、完全に無くせるかどうかはポロシテ
ィの量に依存する。さらに、ミクロポロシティは多くの
場合偏析を伴っていることにも注意する必要がある。
Although microporosity can be crushed by hot rolling, whether it can be completely eliminated depends on the amount of porosity. Furthermore, it should be noted that microporosity is often accompanied by segregation.

【0016】このように中心欠陥は凝固現象の本質に関
わる問題であるが、ノウハウの蓄積あるいは試行錯誤的
改善手段では解決は難しいというのが現状である。
As described above, the central defect is a problem related to the essence of the solidification phenomenon, but at present it is difficult to solve it by accumulating know-how or by means of trial and error improving.

【0017】これら中心欠陥は程度の差こそあれ、スラ
ブ、ブルーム、ビレットのすべての鋼種に共通する連鋳
開始当初から存在する古くて新しい問題である。
These central defects are, to varying degrees, old and new problems existing from the beginning of continuous casting common to all steel grades of slab, bloom and billet.

【0018】次に内部欠陥を改善するために現在まで行
われてきた対策について、重要な技術について述べる。
Next, important techniques will be described with respect to the countermeasures that have been taken so far to improve the internal defects.

【0019】(1)バルジングの防止(1) Prevention of bulging

【0020】板幅の広いスラブにおいて支持ロールピッ
チ間の凝固シェル、すなわち鋳片の固体部分が溶鋼圧に
よって膨らむと中心偏析を生ずると言われている。これ
は凝固シェルの変形によって固液共存相内の高濃度液相
が流動することによって生ずるが、その詳しいメカニズ
ムは充分解明されていない。そこで、バルジングを極力
小さくするため支持ロール間隔を短くするかあるいは1
本の支持ロールの長さを長手方向に分割する分割ロール
方式が採用されている。その他、ロールの不揃いなども
デンドライト間液相の流動の原因となり偏析の原因とな
ると言われている。しかしながら、実際にはバルジング
がほとんど問題にならないブルーム、ビレットにおいて
も中心偏析は生ずるので、これらの機械的外乱を無くし
ても内部欠陥は無くならない。
It is said that in a slab having a wide plate width, when the solidified shell between the support roll pitches, that is, the solid portion of the slab swells by the molten steel pressure, center segregation occurs. This is caused by the flow of the high-concentration liquid phase in the solid-liquid coexisting phase due to the deformation of the solidification shell, but the detailed mechanism has not been sufficiently clarified. Therefore, in order to reduce the bulging as much as possible, the support roll interval should be shortened or 1
A split roll system is adopted in which the length of a book support roll is split in the longitudinal direction. In addition, it is said that uneven rolls cause the liquid phase between dendrites to flow and cause segregation. However, in reality, center segregation occurs in blooms and billets where bulging hardly poses a problem, and therefore internal defects cannot be eliminated even if these mechanical disturbances are eliminated.

【0021】(2)2次冷却の強化(文献(1)、
(2))
(2) Enhancement of secondary cooling (Reference (1),
(2))

【0022】最終凝固部近傍(クレーターエンド近傍)
を強冷して熱応力による収縮作用によって固液共存相に
おける凝固収縮に見合うよう圧縮し、中心部のポロシテ
ィの量を軽減する方法である。
Near the final solidification part (near the crater end)
It is a method of reducing the amount of porosity in the central part by strongly cooling and compressing it by heat stress so as to correspond to the solidification shrinkage in the solid-liquid coexisting phase.

【0023】一方、最終凝固部近傍において凝固シェル
を圧下し、中心部固液共存相を圧縮変形させてデンドラ
イト間の液相流動を抑えることにより、内部欠陥を低減
しようとする方法が現在の主流であり、圧下量の違いに
より軽圧下法と強圧下法とに分けられる。
On the other hand, the current mainstream method is to reduce internal defects by pressing down the solidified shell in the vicinity of the final solidified portion and compressively deforming the solid-liquid coexisting phase in the central portion to suppress liquid phase flow between dendrites. According to the difference in the amount of reduction, it is divided into a light reduction method and a strong reduction method.

【0024】(3)凝固末期軽圧下法(文献(3)、
(4))
(3) End-coagulation light reduction method (Reference (3),
(4))

【0025】凝固の進行とともに連続的に凝固収縮が生
じるが、これに見合った収縮量を補償するよう固液共存
相を圧縮変形させ中心偏析を改善しようとするのが本法
である。
Although solidification shrinkage occurs continuously with the progress of solidification, this method is intended to improve the center segregation by compressively deforming the solid-liquid coexisting phase so as to compensate the shrinkage amount commensurate with this.

【0026】圧下は連続的に生ずる凝固収縮量にできる
だけ厳密に対応させる必要があるため圧下量に勾配をつ
ける必要がある。例えば文献(3)では、圧下ロールに
丸みをつけたクラウンロールを用いた炭素鋼ブルームの
実機試験により中心偏析が改善されることが示されてい
る。また、文献(4)では高炭素鋼(C量0.7〜1m
ass%)、断面300×500mmのブルームの場合
の必要圧下勾配の理論的計算例を示しているが、それに
よると0.2〜0.5mm/mの圧下勾配が必要になる
との見積りを行っている。
Since the rolling reduction needs to correspond to the amount of solidification shrinkage that occurs continuously as closely as possible, it is necessary to make a gradient in the rolling reduction amount. For example, Document (3) shows that center segregation is improved by an actual machine test of a carbon steel bloom using a crown roll having a rounding down roll. Further, in Reference (4), high carbon steel (C content 0.7 to 1 m
%), a theoretical calculation example of the necessary reduction gradient in the case of a bloom having a cross section of 300 × 500 mm is shown, and it is estimated that a reduction gradient of 0.2 to 0.5 mm / m is required. ing.

【0027】しかしながら本法を実機上に実現するため
には以下に述べる諸問題を克服しなければならない。
However, in order to implement this method on an actual machine, the following problems must be overcome.

【0028】.通常、圧下は最終凝固部近傍の数mの
範囲で行われるが、上記文献(4)のブルームの場合、
この範囲では0.3mm/m程度となる。つまり1m当
り0.3mmの傾きをつけて凝固シェルを圧下する必要
があるが、これには多段式ロール圧下装置等によって圧
下量を非常に高精度にコントロールする必要がある。そ
のため、圧下装置は高価なものにならざるを得ない。
[0028] Usually, the reduction is performed within a range of several meters near the final solidification portion, but in the case of the bloom of the above-mentioned document (4),
In this range, it is about 0.3 mm / m. That is, it is necessary to roll down the solidified shell with an inclination of 0.3 mm per 1 m, but this requires controlling the rolling down amount with a very high precision by a multi-stage roll rolling down device or the like. Therefore, the reduction device is inevitably expensive.

【0029】.圧下量が足りないと効果は期待でき
ず、大きすぎると液相が上流側へ逆流してchanne
l偏析(逆V偏析)を生じさせるという難しさがある。
[0029] If the amount of reduction is insufficient, the effect cannot be expected, and if it is too large, the liquid phase will flow back to the upstream side and the channel will change.
There is a difficulty in causing l-segregation (reverse V segregation).

【0030】.鋼種、断面寸法及び連鋳速度、冷却条
件などの操業条件によって必要圧下量及び勾配が異な
る。従って、適用製品種が少ない場合でも適切な条件を
見出すためには試行錯誤に多大な労力と費用を必要とす
る。
[0030] The required reduction amount and gradient differ depending on the operating conditions such as steel type, sectional size and continuous casting speed, and cooling conditions. Therefore, a great deal of labor and cost are required for trial and error to find an appropriate condition even when the number of applicable product types is small.

【0031】.軽圧下法は内部割れという新たな問題
をしばしば引き起こす(文献(5))ので、これを防止
する条件も考慮に入れなければならない。
[0031] Since the light reduction method often causes a new problem of internal cracking (Reference (5)), the conditions for preventing this must also be taken into consideration.

【0032】以上のように、本法で効果を発揮させるこ
とは非常に困難である。
As described above, it is very difficult to exert the effect by this method.

【0033】(4)連続鍛圧法(文献(7)、(8)を
参照)
(4) Continuous forging method (see references (7) and (8))

【0034】次に強圧下法について述べる。この方法
は、凝固末期近傍において、機械的に大圧下変形を与
え、固液共存相の溶質濃度の高い液相を上流側に絞り出
すことによって中心偏析(V偏析)を防止する方法であ
り、大口径ロールにより圧下する方法(文献(6))と
Anvil(金型)で連続的に圧下する連続鍛圧法(文
献(7)、(8))がある。両者は思想的に同じ範疇に
属するので、後者についてのみ述べる。
Next, the strong reduction method will be described. This method is a method of mechanically applying large downward deformation in the vicinity of the final stage of solidification and squeezing out the liquid phase having a high solute concentration in the solid-liquid coexisting phase to the upstream side to prevent center segregation (V segregation). There are a method of reducing with a caliber roll (reference (6)) and a continuous forging method of reducing with an Anvil (die) (references (7) and (8)). Since both belong to the same category ideologically, only the latter will be described.

【0035】図42に示されるように、Anvilは鋳
造方向に移動しながら圧下して最終凝固部近傍を押しつ
ぶす。これを周期的に繰り返すことによって固液共存相
内の溶質濃度の高い液相を上流側の低固相率領域へ絞り
出し、中心偏析及び中心ポロシティを解消することがで
きると報告されている。また適切な鍛圧条件を設定する
ことによって内部割れを無くすこともできるとしてい
る。本法では鍛圧時の固 度)をKe<1にコントロールすることができる。
As shown in FIG. 42, Anvil is pressed down while moving in the casting direction to crush the vicinity of the final solidified portion. It is reported that by repeating this periodically, the liquid phase having a high solute concentration in the solid-liquid coexisting phase can be squeezed out to the low solid fraction region on the upstream side to eliminate the center segregation and the center porosity. It also says that internal cracks can be eliminated by setting appropriate forging pressure conditions. In this method, Degree) can be controlled to Ke <1.

【0036】本法による偏析制御において最も重要な点
は鍛圧時における固液共存相の流動現象の解明である
が、著者らは溶質元素に関する保存則のみを考慮して圧
下によ 献(7))。
The most important point in the segregation control by this method is the elucidation of the flow phenomenon of the solid-liquid coexisting phase at the time of forging. Offer (7)).

【0037】彼らのモデルでは固液共存相における液相
の流れを陽に扱っておらず、従ってデンドライトスケー
ルでの濃化液相の流れが偏析にどんな影響を及ぼすかは
解明されていない。
In their model, the flow of the liquid phase in the solid-liquid coexisting phase is not treated explicitly, and therefore it is not clarified how the flow of the concentrated liquid phase on the dendrite scale affects the segregation.

【0038】従って固液共存相におけるマクロ的な検査
領域での平均的なマクロ偏析は制御可能であるが、セミ
マクロ偏析と呼ばれるより小さい検査領域(デンドライ
トスケール)での偏析についての情報は得られない。セ
ミマクロ偏析はある程度残存する。
Therefore, the average macrosegregation in the macroscopic inspection region in the solid-liquid coexisting phase can be controlled, but no information can be obtained about the segregation in the smaller inspection region (dendritic scale) called semi-macrosegregation. . Semi-macro segregation remains to some extent.

【0039】従って、セミマクロ偏析が残存する現象の
解明は今後の課題であり、そのためには排出される液相
の流動現象を明らかにする必要がある。
Therefore, elucidation of the phenomenon that the semi-macro segregation remains is a future subject, and for that purpose, it is necessary to clarify the flow phenomenon of the discharged liquid phase.

【0040】これと関連して、鍛圧する時点ですでにV
偏析が形成されている可能性は充分あり、この場合排出
液相の流れがどんな影響を生ずるのか。セミマクロ偏析
として残存するのか、等の問題が提起される。
In connection with this, at the time of forging, V
It is quite possible that segregation has formed, and in this case what effect does the effluent phase flow have? Problems such as whether it remains as semi-macro segregation are raised.

【0041】これらの文献では正方形に近い断面形状を
持つブルームを扱っており固液共存相の形が円筒形に近
似でき、大略同心円状に圧縮される場合は排出流れパタ
ーンは比較的単純なものとなろうが、幅の広いスラブで
も単純な上流方向への流れパターンとなるかどうかは問
題となる点である。
In these documents, a bloom having a cross-sectional shape close to a square is dealt with, and the shape of the solid-liquid coexisting phase can be approximated to a cylindrical shape. When the solid-liquid coexisting phase is compressed roughly concentrically, the discharge flow pattern is relatively simple. However, whether or not a wide slab has a simple upstream flow pattern is an issue.

【0042】いずれにしても固液共存相を機械的に大変
形させる場合、濃化液相の流動を予測しその影響を評価
することは容易ではない。
In any case, when the solid-liquid coexisting phase is mechanically largely deformed, it is not easy to predict the flow of the concentrated liquid phase and evaluate its influence.

【0043】(5)電磁撹拌(文献(9)、(10))(5) Electromagnetic stirring (references (9), (10))

【0044】最終凝固位置近傍において固液共存相を電
磁力によって撹拌し、中心偏析を分散させる方法であ
り、具体的には凝固シェル横断面内を旋回流動させる方
法等がある(文献(9))。
A method of agitating the solid-liquid coexisting phase near the final solidification position by electromagnetic force to disperse the central segregation, and specifically, a method of swirling and flowing in the cross section of the solidification shell (Reference (9)) ).

【0045】もう一つの方法は2次冷却帯(鋳型部以外
の冷却帯)内、あるいは鋳型内において電磁撹拌を行
い、柱状晶を等軸晶へ変化させる方法である(文献(1
0))。
Another method is a method of changing columnar crystals into equiaxed crystals by performing electromagnetic stirring in a secondary cooling zone (cooling zone other than the casting mold part) or in the casting mold (Reference (1
0)).

【0046】後者の方法は柱状晶よりも等軸晶の方が中
心偏析が少ないことが前提となっているが、その理論的
根拠は明白でない。
The latter method is based on the premise that equiaxed crystals have less center segregation than columnar crystals, but the theoretical basis for this is not clear.

【0047】これらは本質的な解決策ではなく現在の主
流とはなっていない。
These are not essential solutions and have not become current mainstream.

【0048】(6)上記(1)〜(5)の組み合わせに
よる方法
(6) Method by a combination of the above (1) to (5)

【0049】バルジング防止対策は基本的な技術として
現在まで一貫して重視されており、これをベースに次の
ような組み合わせが行われている。
The bulging prevention measure has been consistently emphasized as a basic technique until now, and the following combinations are carried out based on this.

【0050】例えば文献(10)では0.08〜0.1
8wt%炭素鋼スラブについて短ロールピッチ及び分割
ロールを用い(バルジング防止)、テーパーアライメン
ト法を用い(鋳片の収縮(凝固収縮+温度降下による収
縮)に対応して対向するロール間ギャップを下流方向に
順次狭めて行く技術が記述されている。
For example, in Document (10), 0.08 to 0.1
8wt% carbon steel slab with short roll pitch and split rolls (preventing bulging) and taper alignment method (corresponding to shrinkage of slab (solidification shrinkage + shrinkage due to temperature drop) corresponding to the gap between the rolls in the downstream direction. The technology to gradually narrow down is described.

【0051】しかしながら、精度よく実現するのは困難
である。
However, it is difficult to realize with high accuracy.

【0052】また、文献(11)では等軸晶の発達しに
くい炭素鋼ブルーム及び丸ビレットにおいて低温鋳造と
電磁撹拌を併用し、等軸晶を発達させると中心ポロシテ
ィが低減すると述べられている。さらに鋳型内を電磁撹
拌させて等軸晶化し、凝固末期圧下量を適正化すること
により中心偏析及び中心ポロシティを低減することが可
能であると報告している。
Further, Document (11) states that central porosity is reduced when carbon steel bloom and round billet in which equiaxed crystals are hard to develop are combined with low temperature casting and electromagnetic stirring to develop equiaxed crystals. Furthermore, it is reported that the center segregation and the center porosity can be reduced by electromagnetic stirring in the mold to form equiaxed crystals and to optimize the final solidification reduction amount.

【0053】(7)薄スラブ連続鋳造におけるCast
Rolling法
(7) Cast in thin slab continuous casting
Rolling method

【0054】製鋼一貫工程をコンパクトにまとめたいわ
ゆるミニミルは、在来の高炉による重厚長大な工程と比
べて、原材料の有効利用(リサイクリング)、省エネ、
低建設費、地球環境に優しい等の利点を有し、着実に勢
いを増している。ミニミルにおいては在来の200m
m、300mmといった大断面ではなく最終製品形状に
できるだけ近いnear−net−shape−cas
tingと呼ばれている50mm、60mmといった肉
薄スラブの連続鋳造が行われている。
The so-called mini mill, which is a compact integrated steel making process, is more effective in utilizing raw materials (recycling), energy saving, than the heavy and long process using a conventional blast furnace.
It has advantages such as low construction cost and environmental friendliness, and is steadily gaining momentum. 200m which is conventional in the mini mill
Near-net-shape-cas as close as possible to the final product shape rather than a large cross section of m, 300 mm
Continuous casting of thin slabs with a thickness of 50 mm and 60 mm, which is called tinging, is performed.

【0055】ここでは一例としてCasting Ro
lling法(文献(12))について述べる。本法
は、固液共存相及び液相を含む領域をロールによって徐
々に圧縮しながら(圧下率:10〜30%)薄くして行
く技術である。本来の目的は、鋳込み口部分で肉厚を薄
くするには限界があり、凝固中に薄くすればよいという
発想から生まれたと思われるが、これによって次のよう
な効果があると報告されている。 .デンドライトを機械的に破壊するので粒状の微細結
晶を生じる。 .その結果マクロ偏析もかなり低減する。
Here, as an example, Casting Ro
The lling method (reference (12)) will be described. This method is a technique in which a region containing a solid-liquid coexisting phase and a liquid phase is gradually compressed by a roll (reduction rate: 10 to 30%) to be thinned. The original purpose is considered to be born from the idea that there is a limit to reducing the wall thickness at the casting port, and it should be thinned during solidification, but it is reported that this has the following effects. . . Mechanical destruction of dendrites gives rise to granular fine crystals. . As a result, macro segregation is also considerably reduced.

【0056】しかしながら固液共存相を強加工させると
き、誘起される溶質濃度の高い液相の挙動は予想し難い
ものがあり逆V偏析など有害な結果を生じないようコン
トロールすることは非常に難しい。
However, when the solid-liquid coexisting phase is strongly worked, the behavior of the liquid phase having a high solute concentration induced is difficult to predict, and it is very difficult to control it so as not to cause harmful results such as inverse V segregation. .

【0057】以上、鋼の連続鋳造に関する大量の文献か
ら内部品質改善のための重要な技術について要点を説明
した。
In the above, the important points for the important technique for improving the internal quality have been explained from a large amount of literature on continuous casting of steel.

【0058】歴史的に見ると、偏析の原因となるバルジ
ングの抑制を目的としたテーパーアライメント法にさか
のぼり、ロールピッチの短縮・分割ロール方式の採用、
2次冷却帯の強冷化、電磁撹拌へと進展し、現在は軽/
強圧下あるいは電磁撹拌と軽圧下の組み合わせなどが主
流となっている。
Historically, it was traced back to the taper alignment method aimed at suppressing the bulging that causes segregation, and the roll pitch was shortened and the split roll system was adopted.
Progressed to strong cooling of secondary cooling zone and electromagnetic stirring, and now is light /
The mainstream is high pressure or a combination of electromagnetic stirring and light pressure.

【0059】しかしながら、製品品質に対する要求が厳
しくなるに従っていつもこの古くて新しい問題が蒸し返
され、順次これらの対策がある意味で繰り返し実施され
てきた。
However, as the demand for product quality becomes stricter, this old and new problem is always re-evaporated, and these measures have been repeatedly implemented in a certain sense.

【0060】その間、技術レベルは向上しているもの
の、本質的な問題の解決には到達していない。
In the meantime, although the technical level has improved, the solution to the essential problem has not been reached.

【0061】[0061]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
改善技術はいずれも凝固現象に対する経験的、定性的な
洞察をベースにした試行錯誤的改善対策であり、鋼種、
断面形状及び寸法、連鋳機プロフィール、操業条件(鋳
造速度、温度、冷却方法等)が異なると、新たに適正条
件を求めるために膨大な時間と労力を必要としていた。
しかも、必ずしも最適条件を見い出すことができるとは
限らないケースも数多く見られた。
However, all of the conventional improvement techniques are trial and error improvement measures based on empirical and qualitative insights on the solidification phenomenon.
When the cross-sectional shape and dimensions, continuous casting machine profile, and operating conditions (casting speed, temperature, cooling method, etc.) differed, enormous amount of time and labor was required to find new appropriate conditions.
Moreover, there were many cases in which it was not always possible to find optimal conditions.

【0062】つまり個々の対策はそれぞれ一時的に偏析
の若干の低減に成功しているが、凝固の振舞いを凝固理
論に基づいて的確に把握していないため、その効果を正
しく評価できず、最適条件を見つけることができないと
いう不都合があった。
In other words, each of the measures has succeeded in temporarily reducing the segregation to some extent, but since the behavior of the solidification is not accurately grasped based on the solidification theory, its effect cannot be evaluated correctly, and it is optimum. There was an inconvenience that the condition could not be found.

【0063】[0063]

【発明の目的】本発明の目的は、かかる従来例の有する
不都合を改善し、とくに鋼の連続鋳造システムおいて、
鋼種、断面形状及び寸法、連鋳機プロフィール、操業条
件(鋳造速度、温度、冷却方法等)が変化しても、常に
中心偏析および中心ポロシティのない良質な鋼を容易に
得ることが可能な連続鋳造システムを提供することにあ
る。
OBJECTS OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve the disadvantages of the prior art, particularly in a continuous steel casting system,
Even if the steel type, cross-sectional shape and dimensions, continuous casting machine profile, and operating conditions (casting speed, temperature, cooling method, etc.) change, it is always possible to easily obtain high-quality steel without center segregation and center porosity. To provide a casting system.

【0064】[0064]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、連
鋳機の種類(プロフィール)、鋼種、断面形状及び寸法
及び操業条件(鋳造速度、温度、冷却条件)に基づい
て、メニスカス(溶融金属上部表面位置)からクレータ
エンドまでの全域における凝固状況ならびに固液共存相
における鋳造方向の凝固収縮によって誘起されるデンド
ライト間液相流れ(Darcy流れ)に基因する液相圧
力降下に着目し、内部欠陥を発生する条件及び発生位置
を算出し、その内部欠陥発生位置近傍において鋳造方向
に電磁体積力(Lorentzの力:遠隔力)を印加す
る電磁ブースタを連続鋳造システムに装備するという構
成を採っている。これによって前述した目的を達成しよ
うとするものである。
Therefore, according to the present invention, the meniscus (molten metal) is determined based on the type (profile) of the continuous casting machine, the steel type, the sectional shape and dimensions, and the operating conditions (casting speed, temperature, cooling conditions). Focusing on the liquid state pressure drop caused by the liquid phase flow (Darcy flow) between dendrites induced by solidification contraction in the casting direction in the solid-liquid coexisting phase, and the internal defects The continuous casting system is equipped with an electromagnetic booster that calculates the conditions and the position where the internal defect is generated, and applies an electromagnetic volume force (Lorentz force: remote force) in the casting direction in the vicinity of the internal defect generation position. . This aims to achieve the above-mentioned object.

【0065】[0065]

【作用】内部欠陥の発生位置および発生形態・形状を正
確に知るためには、凝固理論に基づいて凝固現象の数値
解析を行い、内部欠陥の生成メカニズムを明らかにする
ことが必要である。本発明における演算手段での数値解
析の理論について詳細に説明する。
In order to accurately know the generation position, generation form and shape of internal defects, it is necessary to clarify the generation mechanism of internal defects by conducting a numerical analysis of the solidification phenomenon based on the solidification theory. The theory of numerical analysis by the calculating means in the present invention will be described in detail.

【0066】A.凝固現象の数値解析A. Numerical analysis of solidification phenomenon

【0067】A−1.凝固現象の数値解析に必要な計算
A-1. Calculation formula required for numerical analysis of solidification phenomenon

【0068】凝固理論に基づいて発明者が案出した凝固
現象の数値解析に必要な計算式について説明する。
The calculation formula required for the numerical analysis of the solidification phenomenon devised by the inventor based on the solidification theory will be described.

【0069】(1).エネルギー保存式(1). Energy conservation formula

【0070】固液共存相における、ある体積要素の熱収
支に関するエネルギー保存式は(1)式で与えられる。
The energy conservation equation for the heat balance of a certain volume element in the solid-liquid coexisting phase is given by equation (1).

【0071】体積要素は図7に示されるように、デンド
ライト結晶の枝の間隔(デンドライトアームスペーシン
グ)に比べて充分大きく、また物体の温度T、固相率g
等の物理量の変化を調べられる程度に充分小さいもの
とする。
As shown in FIG. 7, the volume element is sufficiently larger than the spacing between the branches of the dendrite crystal (dendritic arm spacing), the temperature T of the object, and the solid fraction g.
It should be sufficiently small so that changes in physical quantities such as S can be investigated.

【0072】 [0072]

【0073】各記号の詳細は表1に示す。Details of each symbol are shown in Table 1.

【0074】[0074]

【表1】 [Table 1]

【0075】ここで、(1)式の左辺第1項は単位体積
・単位時間当りの熱量変化、第2項は固液共存の液相の
流れ及び固相の変形による発散(単位時間・単位体積当
りの流出熱量)、右辺第1項は熱伝導による発散、Sは
発熱項である。
Here, the first term on the left side of the equation (1) is the change in the amount of heat per unit volume / unit time, and the second term is the divergence due to the flow of the liquid phase in the coexistence of solid and liquid and the deformation of the solid phase (unit time / unit. (Outflowing heat amount per volume), the first term on the right side is the divergence due to heat conduction, and S is the heat generating term.

【0076】Sは次の(2)式に示されるように、凝固
潜熱による発熱項及び固相変形による影響項ならびに電
流によるジュール熱の和から成る。
As shown in the following equation (2), S is composed of the sum of the heat generation term due to the latent heat of solidification, the influence term due to the solid phase deformation, and the Joule heat due to the current.

【0077】 [0077]

【0078】 及び液相体積率(以下単に液相率という)gを用
いて次式(3)で与えられる。
[0078] It is given by the following equation (3) using g S and liquid phase volume ratio (hereinafter, simply referred to as liquid phase ratio) g L.

【0079】 [0079]

【0080】ここで、gをポロシティの体積率とする
と、(4)式の関係がある。
Here, when g V is the volume ratio of porosity, there is a relation of equation (4).

【0081】 [0081]

【0082】また、比熱C、密度ρ、熱伝導率λは液
相、固相ごとにすべて温度依存性が考慮されている。
The specific heat C, the density ρ, and the thermal conductivity λ take into consideration the temperature dependence for each of the liquid phase and the solid phase.

【0083】なお、(1)、(2)式は固液共存相だけ
でなく、液相及び固相ならびにポロシティを含む相に対
しても適用できる。
The expressions (1) and (2) can be applied not only to the solid-liquid coexisting phase but also to the liquid phase, the solid phase and the phase containing porosity.

【0084】(2).溶質再分布式(2). Solute redistribution formula

【0085】溶質原子は固相及び液相中に固溶している
が、その分布状態は平衡状態図及びそれぞれの相におけ
る原子の拡散速度によって決まる。例えば炭素原子は液
相はもちろん固相中においても速やかに拡散する。一
方、シリコン原子の固相中の拡散は非常に遅い。
Solute atoms are dissolved in the solid phase and the liquid phase, but their distribution state is determined by the equilibrium diagram and the diffusion rate of atoms in each phase. For example, carbon atoms diffuse rapidly not only in the liquid phase but also in the solid phase. On the other hand, the diffusion of silicon atoms in the solid phase is very slow.

【0086】そこで、本発明ではデンドライト間の液相
中では、すべての合金元素は完全拡散するが、固相中で
は炭素のみ完全拡散し、その他の元素は拡散しないとし
た。すなわち、炭素は図3(b)に示されるように平衡
凝固型合金元素であり、その他の元素は図3(c)に示
されるように非平衡凝固型合金元素である。
Therefore, in the present invention, all alloy elements are completely diffused in the liquid phase between dendrites, but only carbon is completely diffused in the solid phase, and other elements are not diffused. That is, carbon is an equilibrium solidification type alloy element as shown in FIG. 3B, and other elements are non-equilibrium solidification type alloy elements as shown in FIG. 3C.

【0087】図4に示されるように、平衡状態図におけ
る液相線及び固相線が曲がっている 式で示される(文献(15))。
As shown in FIG. 4, the liquidus and solidus lines in the equilibrium diagram are bent. Equation (15).

【0088】 [0088]

【0089】 [0089]

【0090】 [0090]

【0091】m及びmはそれぞれ液相線及び固相線
の傾きであり、他の記号は図4中に示す。
M L and m S are the slopes of the liquidus and solidus lines, respectively, and other symbols are shown in FIG.

【0092】液相及び固相中の溶質に関する保存則を誘
導するには、濃化液相の流動及び固相の変形を考慮する
必要がある。これらを考慮した溶質保存則は次式で表さ
れる。
To derive the conservation law for solutes in the liquid and solid phases, it is necessary to consider the flow of the concentrated liquid phase and the deformation of the solid phase. The solute conservation law considering these is expressed by the following equation.

【0093】 [0093]

【0094】ここで、(8)式の左辺第1項は合金元素
nの固液共存相における平均溶質量の変化、第2項はデ
ンドライト間液相流れ及び固相変形による発散、右辺は
液相における拡散項である。記号の詳細な説明は表1に
示す。
Here, the first term on the left side of the equation (8) is the change in the average dissolved mass of the alloying element n in the solid-liquid coexisting phase, the second term is the divergence due to the liquid phase flow between dendrites and the solid phase deformation, and the right side is the liquid. This is the diffusion term in the phase. A detailed explanation of the symbols is given in Table 1.

【0095】また、質量保存則、すなわち連続条件は次
式で与えられる。
The law of conservation of mass, that is, the continuity condition is given by the following equation.

【0096】 [0096]

【0097】 〜(9)を結合すると、平衡凝固型合金元素及び非平衡
凝固型合金元素に対して次の一連の式が誘導される。
[0097] By combining (9) to (9), the following series of equations are derived for equilibrium solidification type alloy elements and non-equilibrium solidification type alloy elements.

【0098】 [0098]

【0099】 [0099]

【0100】ここで、平衡凝固型(j型)合金元素に対
する係数は、(12)式〜(15)式で求められる。
Here, the coefficient for the equilibrium solidification type (j type) alloy element is obtained by the equations (12) to (15).

【0101】 [0101]

【0102】 [0102]

【0103】 [0103]

【0104】 [0104]

【0105】また、非平衡凝固型(i型)合金元素に対
する係数は、(16)式〜(19)式で求められる。
The coefficient for the non-equilibrium solidification type (i type) alloy element is determined by the equations (16) to (19).

【0106】 [0106]

【0107】 [0107]

【0108】 [0108]

【0109】 [0109]

【0110】なお、βは(20)式で求められる。It should be noted that β is obtained by the equation (20).

【0111】 [0111]

【0112】(3).温度と固相率の関係式(3). Relation between temperature and solid fraction

【0113】 [0113]

【0114】 [0114]

【0115】ここで、多元系合金の凝固中の液相温度
は、母金属と各合金元素との2元平衡状態図における温
度降下の重ね合わせで決まる(文献(15))。つま
り、(21)式の関係は(22)式および(23)式の
ように表すことができる。
Here, the liquidus temperature during solidification of the multi-component alloy is determined by the superposition of temperature drops in the binary equilibrium diagram of the mother metal and each alloy element (Reference (15)). That is, the relationship of the expression (21) can be expressed as the expressions (22) and (23).

【0116】 [0116]

【0117】 [0117]

【0118】各記号の詳細は表1に示す。また、Nは合
金元素数を表す。
Details of each symbol are shown in Table 1. N represents the number of alloying elements.

【0119】次に、(22)式を時間について微分し、
前記(10)式を代入すると(24)式のような温度−
固相率関係式が得られる。
Next, the equation (22) is differentiated with respect to time,
Substituting the equation (10), the temperature as in the equation (24)
The solid phase relation is obtained.

【0120】 [0120]

【0121】ここで、Sは(25)で与えられる。Here, S is given by (25).

【0122】 [0122]

【0123】また、(25)式におけるA、B、C
及びDは、前記(12)〜(20)式で与えられ
る。
Further, A n , B n , C in the equation (25)
n and D n are given by the equations (12) to (20).

【0124】(4).Darcyの式(4). Darcy's formula

【0125】デンドライト間の液相の流れは、(26)
式で示されるようなDarcyの式によって記述される
ことが知られている(文献(14)のp.234)。記
号の詳細な意味は表1に示す。
The flow of liquid phase between dendrites is (26)
It is known that it is described by Darcy's formula as shown by the formula (p.234 of document (14)). The detailed meanings of the symbols are shown in Table 1.

【0126】 [0126]

【0127】 体積力(Lorentz力)が含まれる。[0127] The volume force (Lorentz force) is included.

【0128】なお、Kはデンドライトの幾何学的構造に
よって決まる定数でありKozney−Carmanの
式(文献(17))を適用すると次式で与えられる。
K is a constant determined by the geometric structure of dendrite, and is given by the following equation when the Kozney-Carman equation (Reference (17)) is applied.

【0129】 [0129]

【0130】ここで、Sbはデンドライト結晶の単位体
積当りの表面積(比表面積)であり、無次元定数fは多
孔質媒体中の流動実験により5の値を持つことが分かっ
ている。Kは本来異方性を有するテンソル量であるが、
次に述べる2つの方法によって求めた。
Here, Sb is the surface area (specific surface area) per unit volume of the dendrite crystal, and it is known that the dimensionless constant f has a value of 5 by the flow experiment in the porous medium. K is a tensor amount that originally has anisotropy,
It was determined by the following two methods.

【0131】.方法1:デンドライト凝固モデル.. Method 1: Dendrite solidification model

【0132】K式中のSbを求めるためには具体的なデ
ンドライトの形状と固相及び液相中での溶質の拡散を考
慮する必要がある。久保と福迫はデンドライトを図5に
示すように円柱形の枝及び幹と半円球の先端部からなる
モデル化を行い、固液界面において溶質収支を表す保存
式を導き、円柱界面及び半円球界面では曲率効果による
過冷が生ずる現象(文献(14)のp.152,26
6)を用いて、Sbの計算式を誘導し、これを用いて計
算したKが実測値とよく一致することを示した(文献
(18)))。図5の斜線部は界面から排出される溶質
濃度の高い部分を表す。またdはデンドライトセルの
径、rは半球状デンドライト先端の半径である。
In order to obtain Sb in the K equation, it is necessary to consider the specific dendrite shape and solute diffusion in the solid and liquid phases. Kubo and Fukusako modeled dendrites as shown in Fig. 5, consisting of cylindrical branches and trunks and hemispherical tips, and derived a conservation equation for the solute balance at the solid-liquid interface. Phenomenon in which supercooling occurs at the spherical interface due to the curvature effect (p.152, 26 of Ref. (14))
6) was used to derive the formula for Sb, and it was shown that K calculated using this was in good agreement with the measured value (Reference (18)). The shaded area in FIG. 5 represents the portion where the solute concentration discharged from the interface is high. Further, d is the diameter of the dendrite cell, and r is the radius of the tip of the hemispherical dendrite.

【0133】そこで、彼らの方法を非線形多元合金に適
用して次式を得た。
Therefore, their method was applied to a nonlinear multi-component alloy to obtain the following equation.

【0134】 [0134]

【0135】ここで、αは種々の物性値の誤差を補正す
るために導入した補正係数である。
Here, α is a correction coefficient introduced for correcting errors in various physical property values.

【0136】 ら時刻t+△tにおけるSbそしてKが計算できる。[0136] Then, Sb and K at time t + Δt can be calculated.

【0137】またSbとデンドライトセルの径dとの関
係はStereologyより次式で与えられることが
知られている。
It is known that the relationship between Sb and the diameter d of the dendrite cell is given by the following equation from Stereology.

【0138】 [0138]

【0139】ここで、φは形状係数であり球ではφ=
1、円柱ではφ=2/3である(粉体理論の応用、丸善
(1961),p.87,p.132)。gが約0.
7になると隣同士のデンドライトセルがぶつかり合うの
で、g=0.7の時のdの値を(29)式から算出
し、凝固終了時のデンドライトセルの大きさとした。
Here, φ is the shape factor, and φ =
1 and φ = 2/3 in a cylinder (application of powder theory, Maruzen (1961), p.87, p.132). g S is about 0.
When the value becomes 7, adjacent dendrite cells collide with each other. Therefore, the value of d when g S = 0.7 was calculated from the equation (29) and used as the size of the dendrite cell at the end of solidification.

【0140】.方法2:実験的方法.. Method 2: Experimental method

【0141】(29)式を(27)式に代入し、f=5
とすると、(30)式が得られる。
Substituting equation (29) into equation (27), f = 5
Then, the equation (30) is obtained.

【0142】 [0142]

【0142】デンドライトがずんぐりした形をしている
場合にはφ=1とすればよい(文献 決まり、次の実験式によって与えられる(文献(14)
のp.146)。
If the dendrite has a stubby shape, φ = 1 may be set (reference: Determined and given by the following empirical formula (Reference (14)
P. 146).

【0143】 [0143]

【0144】 デンドライトセルの直径dを計算することができる。[0144] The diameter d of the dendrite cell can be calculated.

【0145】(30)式は簡便な式であるが、中心部に
おける加速凝固現象を表現できない欠点があるため、方
法1と方法2は使い分ける必要がある。
The formula (30) is a simple formula, but since it has a drawback that the accelerated solidification phenomenon in the central portion cannot be expressed, it is necessary to properly use the method 1 and the method 2.

【0146】(5).運動方程式(5). Equation of motion

【0147】完全液相領域における液相の流れはNew
tonの第2法則、すなわち、(質量)×(加速度)=
(物体に作用する力)によって記述される。これは(3
2)式に示されるように、「運動量(=質量×速度)の
時間的変化が物体に作用する力に等しい」という運動量
保存則に言い換えることができる。
The flow of the liquid phase in the completely liquid phase region is New
The second law of ton, that is, (mass) × (acceleration) =
It is described by (force acting on the object). This is (3
As shown in the equation (2), it can be rephrased to the law of conservation of momentum that "the temporal change of momentum (= mass x velocity) is equal to the force acting on the object".

【0148】 [0148]

【0149】(32)式の右辺は圧力、粘性力、体積力
等の総和である。
The right side of the equation (32) is the total sum of pressure, viscous force, volume force and the like.

【0150】そこで、凝固過程における液相流れに関す
る運動方程式は、(33)式で表すことができる。記号
の意味の詳細は表1に示す。
Therefore, the equation of motion regarding the liquid phase flow in the solidification process can be expressed by equation (33). Details of the meanings of the symbols are shown in Table 1.

【0151】 [0151]

【0152】(33)式は、(9)式の連続条件式を満
足するように解かれる。
The expression (33) is solved so as to satisfy the continuous condition expression of the expression (9).

【0153】(33)式の添字iは与えられた座標系に
おける各成分を表す(例えば、(x,y,z)直交座標
系ではv=v,v=v,v=v)。
The subscript i of the equation (33) represents each component in the given coordinate system (for example, in the (x, y, z) Cartesian coordinate system, v 1 = v X , v 2 = v y , v 3 = v Z ).

【0154】 きの便宜のために導入した。[0154] Introduced for your convenience.

【0155】右辺第1項は粘性力項、第2項は圧力項、
第3項は種々の体積力の総和、第4項はDarcy流れ
抵抗力項である。
The first term on the right side is the viscous force term, the second term is the pressure term,
The third term is the sum of various volume forces, and the fourth term is the Darcy flow resistance term.

【0156】これにより、(33)式は液相領域や固液
共存領域及び固相領域を区別することな すれば通常の運動方程式となり、固液共存相ではDar
cy抵抗力支配となり(慣性力、粘性力は小さくなり無
視してよい)、固相においてはμ=大数にセットする
Therefore, the equation (33) does not distinguish the liquid phase region, the solid-liquid coexistence region, and the solid phase region. Then, the equation of motion becomes normal, and Dar in the solid-liquid coexisting phase
Cy resistance is dominant (inertial force and viscous force are small and can be ignored), and in the solid phase, μ is set to a large number

【0157】(6).パーライト変態の扱い(6). Treatment of perlite metamorphosis

【0158】凝固シェル表面を強冷する場合、表面層の
温度降下によってパーライト変態を生じる場合がある。
When the surface of the solidified shell is strongly cooled, pearlite transformation may occur due to the temperature drop of the surface layer.

【0159】 4)で与えられる。[0159] 4).

【0160】 [0160]

【0161】ここで、Vexはパーライト粒子の拡張体
積、tは時間、Tは温度であり関数f(T)は等温変態
線図(TTT線図)から求められる(文献(21))。
Here, Vex is the expanded volume of pearlite particles, t is time, T is temperature, and the function f (T) is obtained from the isothermal transformation diagram (TTT diagram) (Reference (21)).

【0162】 エネルギー式(2)の発熱項に追加される。[0162] It is added to the heat generation term of energy equation (2).

【0163】A−2.方程式の離散化A-2. Discretization of equations

【0164】凝固現象を記述する上記各方程式は、式の
変形・操作を楽にし、簡潔で、すべての座標系で通用す
るようスカラー及びベクトルの勾配(▽()あるいはg
rad())及び発散(▽・ ()あるいはdi
v())等の記号を用いて定式化している。
The above equations that describe the solidification phenomenon facilitate the transformation and manipulation of the equations, are simple, and are scalar and vector gradients (▽ () or g) so that they can be used in all coordinate systems.
rad () and divergence (▽ ・ () or di
It is formulated using symbols such as v ().

【0165】従って、コンピュータで高速計算を行わせ
るためには、これらの式を直交座標や円筒座標などの各
座標系について具体的に表現し、図7に示されるよう
に、体積要素に関して体積積分を実行して具体的な形に
する必要がある。これを方程式の離散化と呼ぶ。
Therefore, in order to perform high-speed calculation by a computer, these expressions are concretely expressed for each coordinate system such as Cartesian coordinates and cylindrical coordinates, and as shown in FIG. It is necessary to carry out and make it concrete. This is called the discretization of the equation.

【0166】本発明ではPatankarによる方法を
基本にして離散化した(文献(20))。
In the present invention, the discretization is performed based on the method by Patankar (reference (20)).

【0167】一般的に、スカラーあるいはベクトル物理
量をφで表すと、φに関する保存則は(35)式で表す
ことができる。
Generally, when a scalar or vector physical quantity is represented by φ, the conservation law regarding φ can be represented by the equation (35).

【0168】 [0168]

【0169】 出し項(source term)である。[0169] It is the source term.

【0170】さらに、速度は次式(36)で与えられる
連続条件を満足しなければならない。
Further, the velocity must satisfy the continuous condition given by the following equation (36).

【0171】 [0171]

【0172】(35)式と(36)式は微分形式で表示
されているので、3次元直交座標系(x,y tは時間)を実行するとともに、φについて整理すると
次の一連の式(37)〜(46)が得られる(文献(2
0)のp.101)。図8において、斜線部はcont
rol volumeを表し、○印で示した点はgri
d pointと呼ばれる。Fe,Fw,Fn,Fs、
Ft、Fbはcontrol volumeの各面e,
w,n,s、t、b(t、bは紙面に平行な面である)
における物理量φの出入りを示す。
Since the expressions (35) and (36) are displayed in the differential form, the three-dimensional Cartesian coordinate system (x, y) When t is executed and t is rearranged, the following series of equations (37) to (46) are obtained (reference (2)
0) p. 101). In FIG. 8, the shaded area is cont
Representing a roll volume, points marked with a circle are gri
Called d point. Fe, Fw, Fn, Fs,
Ft and Fb are each surface e of the control volume,
w, n, s, t, b (t and b are planes parallel to the paper surface)
Shows the entry and exit of the physical quantity φ in.

【0173】 [0173]

【0174】ここで、添字Pは体積要素での物理量φの
定義位置(重心でなくてもよい)を示す。nbは隣接す
る6つの定義点( E、W、N、S、T、B)を指す。
これら (38)で表される。
Here, the subscript P indicates the defining position (not necessarily the center of gravity) of the physical quantity φ in the volume element. nb refers to six adjacent defining points (E, W, N, S, T, B).
these It is represented by (38).

【0175】 [0175]

【0176】 [0176]

【0177】 [0177]

【0178】 [0178]

【0179】(37)式右辺のわき出し項(sourc
e term)bは、次式(41)で与えられる。
The side term (source) on the right side of the equation (37)
e term) b is given by the following equation (41).

【0180】 [0180]

【0181】上付きの添字oldは時刻tから時刻t+
△tへの時間変化における計算ステッ 要素の各面(e,w,n,s,t,b)における物理量
φの拡散に関する項(diffusion term)
であり、次式(42)で与えられる。
The superscript “old” indicates the time t to the time t +.
Calculation step in time change to Δt A term relating to diffusion of the physical quantity φ on each surface (e, w, n, s, t, b) of the element (diffusion term)
And is given by the following equation (42).

【0182】 [0182]

【0183】 に関する項(flow term)であり、次式(4
3)で与えられる。
[0183] Is a term (flow term) related to
Given in 3).

【0184】 [0184]

【0185】(58)式における符号は体積要素に流入
する場合を+、流出する場合を−と定義する。
The sign in the equation (58) is defined as + when it flows into the volume element and-when it flows out.

【0186】 い方を採用することを意味する。これにより、例えば、
φが温度Tを意味するとき、面wにおいては流入である
からFwは有効となりTpは上流側の温度Twの影響を
受ける一方、面eにおいては流出であるから−Feは無
効となりTpは下流側の温度Tの影響を受けないとい
う物理的合理性が考慮される(ただし、流
[0186] It means adopting one. This allows, for example,
When φ means the temperature T, Fw is effective because it is an inflow on the surface w, and Tp is affected by the temperature Tw on the upstream side, while −Fe is ineffective and Tp is a downstream because it is an outflow on the surface e. The physical rationality of not being affected by the temperature T E of the side is taken into consideration (however,

【0187】Pnbは流れと拡散による相対的影響度を
表すPeclet数であり、次式(44)で定義され
る。
P nb is a Peclet number representing the relative degree of influence of flow and diffusion, and is defined by the following equation (44).

【0188】 [0188]

【0189】 [0189]

【0190】 [0190]

【0191】わき出し項(source term)S
は一般にφの関数となることを考慮すると次式(46)
に示されるように線形化できる。
Source term S
Considering that is generally a function of φ, the following equation (46)
Can be linearized as shown in.

【0192】 [0192]

【0193】ここにS,Sは具体的な方程式に付随
して決まる定数である。
Here, S c and S p are constants determined in association with concrete equations.

【0194】以上のようにして、上記A−1で説明した
各方程式を離散化した結果を本明細書の最後に記載す
る。
The result of discretizing each equation described in A-1 above is described at the end of this specification.

【0195】また、座標系に関しては、連鋳鋳片が細長
く、途中で曲がっていることなどを考慮し図9に示され
るように、鋳片プロフィールにフィットするよう直交性
を有する曲がった座標系を採用した。各離散化式は当該
座標系で書き下したものである。
Regarding the coordinate system, in consideration of the fact that the continuous cast slab is elongated and curved in the middle, as shown in FIG. 9, a curved coordinate system having orthogonality so as to fit the slab profile. It was adopted. Each discretization formula is written in the coordinate system.

【0196】さらに、直円筒及び直交3次元座標は当該
直交曲線座標系の簡単な場合として含まれるので、離散
化式から不要な部分を削除するなど最小限の修正で適用
できる。すなわち、各離散化式は、種々の鋳片プロフィ
ール及び断面形状に対して適用可能である。
Further, since the right cylinder and the orthogonal three-dimensional coordinates are included as a simple case of the orthogonal curve coordinate system, they can be applied with a minimum modification such as deleting an unnecessary part from the discretization formula. That is, each discretization formula is applicable to various slab profiles and cross-sectional shapes.

【0197】A−3.内部欠陥の解析A-3. Internal defect analysis

【0198】(1).マクロ偏析(1). Macro segregation

【0199】固液共存相の平均溶質濃度は図3(b)に
示されるように、平衡凝固型(j型)
The average solute concentration of the solid-liquid coexisting phase is, as shown in FIG. 3 (b), the equilibrium solidification type (j type).

【0200】 [0200]

【0201】また図3(c)に示されるように、非平衡
凝固型(i型)合金元素では、(48)式で示される。
As shown in FIG. 3C, the nonequilibrium solidified (i-type) alloy element is represented by the formula (48).

【0202】 [0202]

【0203】 [0203]

【0204】(2).溶鋼中の固溶ガスの影響(2). Effect of solid solution gas in molten steel

【0204】溶鋼中に固溶したガスは凝固の進行につれ
てデンドライト結晶間の液相中に濃化し、ガス基因型ミ
クロポロシティを形成することは広く知られている。
It is widely known that the gas solid-solved in the molten steel is concentrated in the liquid phase between the dendrite crystals as the solidification proceeds to form gas-based microporosity.

【0205】ここではKuboらの扱いに準じてその解
析方法について述べる(文献(19))。
Here, the analysis method will be described according to the treatment of Kubo et al. (Reference (19)).

【0206】鋳鋼におけるガスポロシティの主因はCO
ガスであることから、COガスを唯一のガス源と仮定す
る。このCOガスは次式の反応により生成する。
CO is the main cause of gas porosity in cast steel.
Since it is a gas, CO gas is assumed to be the only gas source. This CO gas is produced by the reaction of the following equation.

【0207】 [0207]

【0208】つまりCOガスの平衡圧力は、(50)式
で与えられる。
That is, the equilibrium pressure of CO gas is given by equation (50).

【0209】 [0209]

【0210】ここで、CLは液相中の炭素濃度、OLは
液相中の酸素濃度、PcoはCOガスの平衡気圧(at
m)、Kcoは平衡定数である。
Here, CL is the carbon concentration in the liquid phase, OL is the oxygen concentration in the liquid phase, and Pco is the equilibrium atmospheric pressure (at
m) and Kco are equilibrium constants.

【0211】またOは脱酸元素として通常添加されるS
iと結合してSiO(固体)を生成するものとする
(Mnの影響は無視した)。
Further, O is S which is usually added as a deoxidizing element.
It is assumed to combine with i to generate SiO 2 (solid) (ignoring the effect of Mn).

【0212】これによりC及びOに関する質量保存則は
次式(51)、(52)で与えられる。
Accordingly, the mass conservation law concerning C and O is given by the following equations (51) and (52).

【0213】 [0213]

【0214】 [0214]

【0215】 [0215]

【0216】固相中の炭素及び酸素の固溶量は平衡分配
係数を用いて次式(53)で表される。
The solid solution amount of carbon and oxygen in the solid phase is expressed by the following equation (53) using the equilibrium partition coefficient.

【0217】 [0219]

【0218】 [0218]

【0219】SiとOの反応に関しても同様にSimilarly for the reaction between Si and O

【0220】 [0220]

【0221】 [0221]

【0222】 [0222]

【0223】 [0223]

【0224】以上(50)、(52)〜(58)式から
成る連立方程式を解いて凝固進行中のPco及び
By solving the simultaneous equations composed of the above equations (50) and (52) to (58), Pco and

【0225】(3).ポロシティの有効空隙半径及び成
長則
(3). Effective void radius and growth law of porosity

【0226】図6に示されるように、ミクロポロシティ
を生ずる場所は局部的な自由エネルギーを最少にするよ
うな場所、すなわち、デンドライトの根元の部分である
と考えられ(文献(19))、このときの空隙の有効半
径rを次のようにモデル化した。
As shown in FIG. 6, the place where the microporosity is generated is considered to be the place where the local free energy is minimized, that is, the root part of the dendrite (Reference (19)). The effective radius r of the void is modeled as follows.

【0227】いま、一対のデンドライトアームの間に1
ケの液相空間が存在すると仮定し、図6(b)に示され
るように、これらの微小空間が3次元的に分布している
状況を考える。
Now, between the pair of dendrite arms, 1
Assuming that there exists a liquid phase space of x, consider a situation in which these minute spaces are three-dimensionally distributed, as shown in FIG. 6 (b).

【0228】デンドライト間隔の3次元的平均値をD、
液相空間の数をnとすると、液相率
The three-dimensional average value of the dendrite interval is D,
Liquid phase ratio, where n is the number of liquid space

【0229】 [0229]

【0230】また図6(c)に示されるように、r,D
及びデンドライトセルサイズdの関係は(60)式で示
される。
Further, as shown in FIG. 6C, r, D
And the relationship between the dendrite cell size d and Eq. (60).

【0231】 [0231]

【0232】そこで(59)、(60)式よりrに関す
る次式(61)が得られる。
Then, the following equation (61) regarding r is obtained from the equations (59) and (60).

【0233】 [0233]

【0234】しかしながら、複雑な形態を有する実際の
デンドライト組織においてrを正し
However, in an actual dendrite structure having a complicated morphology, r is corrected. .

【0235】 とdが小さくなり、そしてrが小さくなることがわか
る。
[0235] It can be seen that and d become smaller, and r becomes smaller.

【0236】また、固溶ガスを考慮しない場合には、ガ
ス平衡圧は0となる。このような場合でも液圧が臨界圧
以下になると収縮に基因するポロシティは生成する。こ
のような場合、一度生成した内部ポロシティの成長に関
する式は連続条件式(9)より次のように与えられる
(ただし固相変形の影響は無視した)。
If the solid solution gas is not taken into consideration, the gas equilibrium pressure becomes zero. Even in such a case, when the hydraulic pressure becomes lower than the critical pressure, porosity due to contraction is generated. In such a case, the equation relating to the growth of the internal porosity once generated is given by the continuous condition equation (9) as follows (however, the influence of solid phase deformation is ignored).

【0237】 [0237]

【0238】右辺第1項は、凝固収縮による寄与、第2
項は液相の発散による寄与を表す。
The first term on the right side is the contribution from the solidification contraction, and the second term is
The term represents the contribution from the divergence of the liquid phase.

【0239】A−4.数値解析の方法A-4. Numerical analysis method

【0240】上記エネルギー式では、固相率とポロシテ
ィの体積率と液相の密度と液相の流れ速度ベクトルとか
ら温度を算出できる。
In the above energy formula, the temperature can be calculated from the solid fraction, the volume fraction of porosity, the density of the liquid phase, and the flow velocity vector of the liquid phase.

【0241】上記溶質再分布式では、固相率とポロシテ
ィの体積率と液相の密度と液相の流れ速度ベクトルとか
ら液相の溶質濃度を算出できる。
In the solute redistribution formula, the solute concentration in the liquid phase can be calculated from the solid fraction, the volume ratio of porosity, the density of the liquid phase, and the flow velocity vector of the liquid phase.

【0242】上記温度−固相率式では、固相率とポロシ
ティの体積率と液相の溶質濃度と液相の流れ速度ベクト
ルとから固液共存相での液相温度を算出できる。
In the above temperature-solid fraction equation, the liquid phase temperature in the solid-liquid coexisting phase can be calculated from the solid fraction, the volume fraction of porosity, the solute concentration of the liquid phase, and the flow velocity vector of the liquid phase.

【0243】上記運動方程式では、液相の密度と固相の
密度と液相の圧力と透過率とから液相の流れ速度ベクト
ルを算出できる。
In the above equation of motion, the flow velocity vector of the liquid phase can be calculated from the density of the liquid phase, the density of the solid phase, the pressure of the liquid phase, and the transmittance.

【0244】上記圧力式では、液相の密度と固相率と液
相の流れ速度ベクトルとから液相の圧力を算出できる。
In the above pressure equation, the pressure of the liquid phase can be calculated from the density and solid fraction of the liquid phase and the flow velocity vector of the liquid phase.

【0245】しかしながら、上記各式における変数は互
いに連成(リンク)しているため、連成解がえられるま
で繰り返し計算が必要となる。
However, since the variables in the above equations are linked (linked) to each other, iterative calculation is required until a coupled solution is obtained.

【0246】ここで、固相速度は、応力解析等による理
論値あるいは実測値を用いる。
Here, as the solid phase velocity, a theoretical value or an actually measured value by stress analysis or the like is used.

【0247】次に、解析方法について図10のフローチ
ャートを用いて具体的に説明する。
Next, the analysis method will be specifically described with reference to the flowchart of FIG.

【0248】.境界条件や初期条件を変数にセットす
る(図10(a)のステップS1)。
.. Boundary conditions and initial conditions are set as variables (step S1 in FIG. 10A).

【0249】.固相、液相、固液共存相の領域形状と
透過率と液相の密度分布に対して、液相の流れ速度分布
と液相の圧力分布を求める(図10(a)のステップS
2)。
.. The flow velocity distribution of the liquid phase and the pressure distribution of the liquid phase are obtained based on the region shapes and the transmittances of the solid phase, the liquid phase, and the solid-liquid coexisting phase, and the density distribution of the liquid phase (step S in FIG.
2).

【0250】ここでは、運動方程式かDarcy式かを
用いて液相の流れ速度分布を演算し、その結果を用いて
圧力式から液相の圧力分布を算出する。
Here, the flow velocity distribution of the liquid phase is calculated using the equation of motion or the Darcy formula, and the result is used to calculate the pressure distribution of the liquid phase from the pressure formula.

【0251】.算出された液相の圧力分布からミクロ
ポロシティ生成条件を満足するか否かを判定し(図10
(a)のステップS3)、満足する場合には、ポロシテ
ィの体積率と大きさを算出する(図10(a)のステッ
プS4)。
.. From the calculated pressure distribution of the liquid phase, it is determined whether or not the microporosity generation condition is satisfied (Fig. 10).
If it is satisfied in step S3 of (a), the volume ratio and size of porosity are calculated (step S4 of FIG. 10A).

【0252】.算出された液相の流れ速度分布とポロ
シティの体積率と鋳片表面からの抜熱速度に基づいて、
温度と固相率と液相の溶質濃度を求める(図10(a)
のステップS5)。
.. Based on the calculated flow velocity distribution of the liquid phase and the volume fraction of porosity and the heat removal rate from the surface of the slab,
Obtain the temperature, solid fraction, and solute concentration in the liquid phase (Fig. 10 (a))
Step S5).

【0253】ここでは、エネルギー式と溶質再分布式と
温度−固相率式との連成解を算出する。
Here, a coupled solution of the energy equation, the solute redistribution equation, and the temperature-solid fraction equation is calculated.

【0254】.算出された温度と固相率と液相の溶質
濃度に基づいて、デンドライト凝固モデルを適用して比
表面積Sbとデンドライトセルの径dを算出する(図1
0(a)のステップS6)。
.. The specific surface area Sb and the diameter d of the dendrite cell are calculated by applying the dendrite solidification model based on the calculated temperature, solid phase ratio, and solute concentration in the liquid phase (FIG. 1).
0 (a) step S6).

【0255】.比表面積Sbとデンドライトセルの径
dの計算結果に基づいて透過率Kを算出する(図10
(a)のステップS7)。
.. The transmittance K is calculated based on the calculation result of the specific surface area Sb and the diameter d of the dendrite cell (FIG. 10).
(A) Step S7).

【0256】.温度と液相の密度を算出する(図10
(a)のステップS8)。
.. Calculate temperature and density of liquid phase (Fig. 10)
(A) Step S8).

【0257】.液相の圧力が収束したかどうかの判定
を行い(図10(a)のステップS9)、収束していれ
ば(34)式と(35)式からマクロ偏析の計算を行う
が(図10(a)のステップS10)、収束していなけ
れば再度からの演算処理を繰り返す。ここで演算処理
を繰り返す理由は、方程式の数と未知変数の数が同じで
あるために、連立方程式の解が一義的に定まらないため
である。
.. It is determined whether the pressure of the liquid phase has converged (step S9 in FIG. 10A), and if it has converged, macrosegregation is calculated from the equations (34) and (35) (see FIG. 10 ( In step S10) of a), if not converged, the subsequent arithmetic processing is repeated. The reason for repeating the arithmetic processing here is that the solution of the simultaneous equations cannot be uniquely determined because the number of equations and the number of unknown variables are the same.

【0258】すなわち、で算出された透過率やで算
出された液相の密度は、液相の流れ速度分布に影響を与
えるために、それらの値を用いて、再度から計算を行
う必要がある。
That is, since the transmittance calculated in step 1 and the density of the liquid phase calculated in step 1 influence the flow velocity distribution of the liquid phase, it is necessary to perform the calculation again using these values. .

【0259】ここで、上記において、運動方程式を用
いて液相の流れ速度分布と液相の圧力分布を求める方法
の詳細を説明する。
Here, the details of the method for obtaining the flow velocity distribution of the liquid phase and the pressure distribution of the liquid phase using the equation of motion will be described.

【0260】.初期設定として、時刻tにおける速度
を初期値にセットする(図10(b)のステップS
1)。
.. As an initial setting, the speed at time t is set to an initial value (step S in FIG. 10B).
1).

【0261】.速度離散化式の係数ap、aN、a
S、aT、aB、aW、aE、bを算出し、v1、v
2、v3を算出する(図10(b)のステップS2)。
.. Coefficients ap, aN, a of the velocity discretization formula
S, aT, aB, aW, aE, b are calculated, and v1, v
2 and v3 are calculated (step S2 in FIG. 10B).

【0262】.圧力離散化式(E.86)の係数を算
出する(図10(b)のステップS3)
.. The coefficient of the pressure discretization formula (E.86) is calculated (step S3 in FIG. 10B).

【0263】.圧力に対する境界条件を導入する(図
10(b)のステップS4)。
.. A boundary condition for pressure is introduced (step S4 in FIG. 10B).

【0264】.圧力離散化式から液相の圧力分布を算
出する(図10(b)のステップS5)。
.. The pressure distribution of the liquid phase is calculated from the pressure discretization formula (step S5 in FIG. 10B).

【0265】.算出した液相の圧力分布に基づいて、
速度離散化式から速度場を算出する(図10(b)のス
テップS6)。
.. Based on the calculated liquid phase pressure distribution,
The velocity field is calculated from the velocity discretization formula (step S6 in FIG. 10B).

【0266】.算出した速度場が連続条件を満足する
かどうかを判定し(図10(b)のステップS7)、満
足していなければ、圧力修正式(E.118)から圧力
分布を修正し、この修正圧力分布を用いて速度場を修正
する(図10(b)のステップS8)。そして、の処
理に戻る。
.. It is determined whether or not the calculated velocity field satisfies the continuous condition (step S7 in FIG. 10B), and if not, the pressure distribution is corrected from the pressure correction equation (E.118), and the corrected pressure is corrected. The velocity field is corrected using the distribution (step S8 in FIG. 10B). Then, the process returns to.

【0267】このように、液相の流れ速度分布と液相の
圧力分布を求める際に運動方程式を用いる場合の解法
は、本発明者が独自に、熱・流体解析の解法の1つであ
るSIMPLER法を基本に種々の修正・拡張を行った
ものである。すなわち、固液共存相にまで拡張したとい
う意味で、本解析法を拡張SIMPLER法(Exte
nded SIMPLERmethod)と名付ける。
As described above, the solution method using the equation of motion when obtaining the flow velocity distribution of the liquid phase and the pressure distribution of the liquid phase is one of the solution methods of the thermal / fluid analysis unique to the present inventor. Various modifications and extensions are made based on the SIMPLER method. That is, in the sense that the solid-liquid coexisting phase is extended, the present analysis method is extended by the SIMPLER method (Exte
named SIMPLER method).

【0268】なお、最後に記載した各種離散化式の数値
解法にはコンピュータでの繰り返し収束計算に適したT
DMA法(Tridiagonal−matrix a
lgorithm,文献(20)のp.52)を用いて
いる。
In the last-mentioned numerical solution of various discretization formulas, T suitable for iterative convergence calculation by a computer is used.
DMA method (Tridiagonal-matrix a
lgolithm, p. 52) is used.

【0269】上記数値解析は、種々の鋳片断面形状及び
鋳片プロフィール(垂直型、垂直曲げ型、曲げ型等)に
対して適用可能であるとともに、解析機能の選択ができ
る。すなわち、温度と固相率のみの最も単純なレベルか
ら、鋳片の変形や電磁体積力(Lorentz力)の印
加の影響等を考慮し、上記のすべての方程式を含む最高
レベルまでの計算を行うことができる。従って、目的に
よって計算レベルを指定すればよく、必ずしも最高レベ
ルの計算が必要とは限らない。
The numerical analysis can be applied to various slab cross-sectional shapes and slab profiles (vertical type, vertical bending type, bending type, etc.), and the analysis function can be selected. That is, from the simplest level of only temperature and solid fraction to the highest level including all the above equations, considering the deformation of the slab and the influence of the electromagnetic volume force (Lorentz force) application. be able to. Therefore, the calculation level may be specified according to the purpose, and the calculation at the highest level is not always necessary.

【0270】本明細書で定義した数値解析機能のレベル
は次の通りである。
The levels of the numerical analysis function defined in this specification are as follows.

【0271】レベル1:支配方程式はエネルギー式とD
arcy式。機能はポロシティ解析を行う。実験または
理論的に求めた固相率と温度の関係式を用いる。
Level 1: The governing equation is the energy equation and D
arcy expression. The function performs porosity analysis. The relational expression between the solid fraction and the temperature obtained experimentally or theoretically is used.

【0272】レベル2:支配方程式はエネルギー式、固
相率−温度関係式、溶質再分布式とDa rc
y式。機能はマクロ偏析を計算。ただしポロシティの計
算は行わない。多元合金モデルを使用。
Level 2: The governing equations are energy equation, solid fraction-temperature relational equation, solute redistribution equation and Darc.
y expression. The function calculates macro segregation. However, the porosity is not calculated. Uses multi-source alloy model.

【0273】レベル3:レベル2にポロシティ解析を追
加。
Level 3: Added porosity analysis to Level 2.

【0274】レベル4:支配方程式はエネルギー式、固
相率−温度関係式、溶質再分布式と運動方程式。機能は
マクロ偏析を計算。ただしポロシティの計算は行わな
い。多元合金モデルを使用。Darcy流れ抵抗は運動
方程式に含まれる。
Level 4: The governing equations are an energy equation, a solid fraction-temperature relational equation, a solute redistribution equation and a kinetic equation. The function calculates macro segregation. However, the porosity is not calculated. Uses multi-source alloy model. Darcy flow resistance is included in the equation of motion.

【0275】レベル5:レベル4にポロシティ解析を追
加。
Level 5: Added porosity analysis to Level 4.

【0276】さらに連鋳プロセスに対して電磁力ならび
に鋳片の変形を扱う機能を備えている。また、温度計算
(エネルギー式)にはパーライト変態及び通電によるジ
ュール熱の影響が考慮されている。出力情報は温度、固
相率、液相の圧力及び流速、等のマクロ的な現象の他に
マクロ偏析、ミクロポロシティ等のミクロスケールでの
冶金的情報が含まれる。
Further, the continuous casting process has a function of dealing with electromagnetic force and deformation of the slab. In addition, the effect of Joule heat due to pearlite transformation and energization is taken into consideration in the temperature calculation (energy formula). The output information includes metallurgical information on a microscale such as macrosegregation and microporosity, in addition to macroscopic phenomena such as temperature, solid fraction, pressure and flow velocity of liquid phase.

【0277】上記数値解析での計算はdummy ba
r boxへ溶鋼を注入する最初の段階から、注湯を打
切り、凝固終了させるまでの全過程を通して行う非定常
解法を採用している。これによって注湯開始から定常状
態に達するまでの間及び注湯を停止し凝固終了までの間
の非定常過程を解析できる。また、この間の鋳造速度や
冷却条件等の経時変化による影響も解析可能である。定
常状態に到達したかどうかの判定は温度変化などの定点
観測により行っている。
The calculation in the above-mentioned numerical analysis is dummy ba
An unsteady solution method is adopted, which is carried out throughout the entire process from the initial stage of injecting molten steel into the r box to the end of pouring and the completion of solidification. This makes it possible to analyze unsteady processes from the start of pouring until the steady state is reached, and from the stop of pouring to the end of solidification. In addition, it is possible to analyze the influence of changes over time such as casting speed and cooling conditions during this period. Judgment as to whether or not the steady state is reached is made by fixed point observation such as temperature change.

【0278】従来、この種の問題に対しては空間座標系
による定常解法(すなわち空間に固定した座標系を用い
て方程式を記述し、くり返し計算によって定常解を求め
る方法であり、計算領域は空間に固定される)がよく用
いられるが、これらの方法では連鋳の重要な部分である
非定常部の解析はできないという欠点を有する。これに
対して当該非定常解法は種々の物理現象の状況変化に的
確に応答できる優位性を有している。
Conventionally, for this kind of problem, a stationary solution method using a spatial coordinate system (that is, a method in which an equation is described using a coordinate system fixed in space and a stationary solution is obtained by repeated calculation, and the computational domain is a space) However, these methods have the drawback that the unsteady part, which is an important part of continuous casting, cannot be analyzed. On the other hand, the non-stationary solution method has an advantage that it can accurately respond to changes in various physical phenomena.

【0279】垂直−曲げ型連鋳等においては鋳片は曲げ
変形を受けるので、図9(b)に示されるように解析対
象物のトポロジー(距離、面積、体積等)及び図9
(a)に示されるように鋳片に固定したうめ込み座標か
ら見た重力の方向が変化する。従って、タイムステップ
の都度これら値の再計算が必要となる。
In the vertical-bending type continuous casting or the like, the slab is subjected to bending deformation. Therefore, as shown in FIG. 9B, the topology (distance, area, volume, etc.) of the analysis object and FIG.
As shown in (a), the direction of gravity viewed from the inset coordinates fixed to the slab changes. Therefore, it is necessary to recalculate these values at each time step.

【0280】また、鋳片表面の境界条件は表面における
熱伝達率hで与える方法(以後h法と呼ぶ)または表面
温度Tbそのものを与える方法(以後Tb法と呼ぶ)の
いずれかで与えるようにした。h法ではTbの応答が求
まり、Tb法ではhの応答が求まる。例えば、表面温度
を目的によってある特定の分布に設定したいときは、T
b法を用いてhを求め、hと冷却条件(噴霧量等)の関
係から具体的な冷却条件を決定すればよい。
The boundary condition of the surface of the slab should be given by either the method of giving the heat transfer coefficient h on the surface (hereinafter referred to as h method) or the method of giving the surface temperature Tb itself (hereinafter referred to as Tb method). did. In the h method, the response of Tb is obtained, and in the Tb method, the response of h is obtained. For example, if you want to set the surface temperature to a certain distribution depending on the purpose,
It suffices to find h using the b method and determine the specific cooling condition from the relationship between h and the cooling condition (spray amount, etc.).

【0281】固液共存相の液圧降下を生ずる領域では液
相流れは大略鋳造方向への一次元的な流れと見なすこと
ができる。そこでDarcy式(26)より、Z方向
(鋳造方向)のみの一次元と近似してZ方向の体積力X
について求めると、(63)式が得られる。
In the region where the liquid pressure drop of the solid-liquid coexisting phase occurs, the liquid phase flow can be regarded as a one-dimensional flow in the casting direction. Therefore, from the Darcy equation (26), the volume force X in the Z direction can be approximated as being one-dimensional only in the Z direction (casting direction).
By solving for z , equation (63) is obtained.

【0282】 [0282]

【0283】従って、圧力及び速度場が求まった後(ポ
ロシティは発生しないとして計算する)、ポロシティを
生じさせないために必要なP分布を任意に与え(例えば
Pが )式よりX(=重力のZ方向成分+Lorentz
力)を求め、続いて所要電磁体積力(Lorentz
力)分布を求めることができる。
Therefore, after the pressure and velocity fields are obtained (calculated assuming that porosity does not occur), the P distribution necessary to prevent porosity is arbitrarily given (for example, P is ) From the equation, X z (= Z direction component of gravity + Lorentz
Force), and then the required electromagnetic volume force (Lorentz
Force) distribution can be obtained.

【0284】また、大量の入力データは外部関数として
付加される。例えば、通常の操業条件(鋳造温度、速
度、表面冷却能等)は、時間、位置などの関数として与
えられる。
A large amount of input data is added as an external function. For example, normal operating conditions (casting temperature, speed, surface cooling capacity, etc.) are given as a function of time, position, etc.

【0285】本発明で採用している非線形多元合金モデ
ルのメリットは、実際の合金状態図における非線形性に
フィットさせることによって鉄、非鉄、ステンレス等を
問わず実用金属材料に対する当該数値解析の適用範囲を
大巾に拡大できることであり、多くの重要な工業金属材
料への適用が可能である。例えば、包晶反応を含む炭素
鋼(C=0.1〜0.51%)に対しては、包晶反応を
無視しδ固相線及びγ固相線をなめらかに線形連続近似
することによって温度と固相率の関係を求めることがで
きる。C<0.1%の低炭素鋼への適用はもちろん可能
である。
The merit of the nonlinear multi-component alloy model adopted in the present invention is that the numerical analysis can be applied to practical metallic materials regardless of ferrous, non-ferrous, stainless steel by fitting the non-linearity in the actual alloy phase diagram. Can be greatly expanded, and it can be applied to many important industrial metal materials. For example, for carbon steel containing peritectic reaction (C = 0.1 to 0.51%), the peritectic reaction is ignored and the δ solid line and the γ solid line are smoothly linearly approximated. The relationship between temperature and solid fraction can be determined. Application to low carbon steel with C <0.1% is of course possible.

【0286】A−5.数値解析の計算例A-5. Numerical analysis calculation example

【0287】図11(a)に示されるように、直径1
m、高さ3mの鋳型に注入された溶鋼の凝固過程につい
て、数値解析を行った。
As shown in FIG. 11A, the diameter is 1
Numerical analysis was carried out on the solidification process of molten steel injected into a m-shaped and 3 m-high mold.

【0288】特に、凝固中にデンドライト間液相溶質の
濃化とともに液相密度が小さくなる傾向が顕著に現れる
鋼種(0.72%C−0.57%Si−0.70%Mn
−0.02%P−0.01%S−残Fe(wt%))を
選択した。
[0288] In particular, steel types (0.72% C-0.57% Si-0.70% Mn) in which the tendency of the liquid phase density to decrease with solidification of the liquid solute between dendrites during solidification appears remarkably.
-0.02% P-0.01% S-remaining Fe (wt%)) was selected.

【0289】初期温度は1475℃、凝固開始温度から
の過熱度13℃とした。また、計算に用いた諸物性値は
表2及び表3に示す0.55wt%炭素鋼の値を採用し
た。
The initial temperature was 1475 ° C. and the degree of superheat from the solidification start temperature was 13 ° C. Moreover, as the various physical property values used in the calculation, the values of 0.55 wt% carbon steel shown in Tables 2 and 3 were adopted.

【0290】[0290]

【表2】 [Table 2]

【表3】 [Table 3]

【0291】溶鋼が鋳型を満たした状態を初期状態とし
て計算を開始した。計算開始後、鋳型壁からの本格的な
凝固が始まる約10分までの間、液相流れは基本的に側
面で下降流、中心部で上昇流のパターンとなるが、乱流
的である。すなわち、流速は早い部分で約10cm/
sである、中心部の温度が側面より低くなる温度逆転
層が生じる、等の乱流的な流れによって液相領域内の温
度は速やかに均一化され(温度差は2℃以下)、大部分
の過熱度を失う。
Calculation was started with the state where the molten steel filled the mold as the initial state. After the start of the calculation, the liquid phase flow basically has a downward flow pattern on the side surface and an upward flow pattern at the central part until about 10 minutes before the solidification from the mold wall begins, but it is turbulent. That is, the flow velocity is about 10 cm /
The temperature in the liquid phase region is rapidly equalized (temperature difference is 2 ° C or less) due to turbulent flow such as s, where a temperature inversion layer in which the temperature of the central part is lower than the side surface is generated, etc. Loses superheat.

【0292】その後、このような状況は液相領域がなく
なり、全域が固液共存相となる約2時間後まで続く。こ
の間流速は徐々に小さくなる。
Thereafter, such a situation continues until about 2 hours after the liquid phase region disappears and the entire region becomes the solid-liquid coexisting phase. During this time, the flow velocity gradually decreases.

【0293】凝固は底部から始まり続いて側面、そして
最終的にはインゴット中心部の中央部より若干上の部分
で終了する(凝固時間は20.9hr)。
The solidification starts from the bottom, continues to the sides, and finally ends slightly above the center of the center of the ingot (solidification time is 20.9 hr).

【0294】図11(b)に示されるように、11.5
時間後の温度分布図では、等温度線が大きく曲がってお
り、実際の場合とよく一致している。なお、Cは収縮
部、Mは固液共存部、Sは固相部を示す。
As shown in FIG. 11B, 11.5
In the temperature distribution chart after the elapse of time, the isothermal lines are greatly curved, which is in good agreement with the actual case. In addition, C is a contraction part, M is a solid-liquid coexistence part, and S is a solid phase part.

【0295】また、図11(c)に示されるように、1
1.5時間後の固相率分布図では、等固相率線が大きく
曲がっており、これも実際の場合とよく一致している。
Further, as shown in FIG. 11 (c), 1
In the solid fraction distribution map after 1.5 hours, the isosolid percentage curve is largely curved, which is also in good agreement with the actual case.

【0296】図11(d),(e)に示されるように、
デンドライト間の液相流れは、中心部温度が外側に比べ
て高いにもかかわらず、デンドライト間の液相溶質濃度
は外側より低いため、両者のバランスで中心部の液相は
相対的に重くなり、中心部で下降、外側で上昇の流れを
生ずる。この液相流れのパターンは凝固の後半まで続
き、Flemingsらの凝固理論によって明らかにさ
れているように(文献(14)のp.244〜25
2)、低温部すなわち高液相濃度部から高温部すなわち
低液相濃度部への液相流れによって正偏析部が生じると
ともに、高温部すなわち低液相濃度部から低温部すなわ
ち高液相濃度部への流れによって負偏析部が生じる。
As shown in FIGS. 11D and 11E,
In the liquid phase flow between the dendrites, the liquid solute concentration between the dendrites is lower than the outside even though the temperature of the center is higher than that of the outside, so the balance between the two causes the liquid phase in the center to be relatively heavy. , Descending at the center and rising at the outside. This liquid-phase flow pattern continues until the latter half of solidification, and as revealed by the solidification theory of Flemings et al. (Reference (14), p. 244-25.
2), a positive segregation part is generated by the liquid phase flow from the low temperature part, that is, the high liquid phase concentration part to the high temperature part, that is, the low liquid phase concentration part, A negative segregation portion is generated by the flow to the.

【0297】図11(f)にCの偏析状態を、図11
(g)にPの偏析状態を示すが、実際の場合とよく一致
している。なお、他の合金元素(Si、Mn、S)も同
様の偏析パターンを生し、実際の場合とよく一致してい
る。
FIG. 11 (f) shows the segregation state of C.
The segregation state of P is shown in (g), which is in good agreement with the actual case. The other alloying elements (Si, Mn, S) also produce the same segregation pattern, which is in good agreement with the actual case.

【0298】計算誤差に関しては、インゴットからの抜
熱量Qoutとインゴットの失った熱量Qlostの
差、| (Qout−Qlost)/Qoutx100
|%によって評価したが、温度計算のみの場合には、凝
固完了までの誤差総計は0.1%以下であった。
Regarding the calculation error, the difference between the amount of heat Qout removed from the ingot and the amount of heat lost Qlot of the ingot, | (Qout-Qlost) / Qoutx100
It was evaluated by |%, but in the case of only temperature calculation, the total error until completion of solidification was 0.1% or less.

【0299】B.内部欠陥の生成メカニズムB. Internal defect generation mechanism

【0300】鋼鋳物の内部欠陥については多くの文献が
発表されている。
Much literature has been published on internal defects in steel castings.

【0301】図43は棒状の長尺鋼鋳物に生ずる中心欠
陥を模式的に示したものである。図中の領域AおよびC
はデンドライト間液相補給により欠陥のない健全領域で
あり、領域Bは液相補給ができず、肉厚中心近傍にデン
ドライト間ミクロポロシティを発生する。これらミクロ
ポロシティは、通常、図43に示されるように液相補給
方向を向いたVパターンを呈し、多くの場合、V状のマ
クロ偏析(いわゆるV偏析)を伴うことが知られている
(例えば文献(34))。
FIG. 43 schematically shows the central defects occurring in the rod-shaped long steel casting. Areas A and C in the figure
Is a sound area where there is no defect due to liquid phase replenishment between dendrites, area B cannot be replenished with liquid phase, and microporosity between dendrites is generated near the center of the wall thickness. It is known that these microporosities usually have a V pattern facing the liquid phase replenishing direction as shown in FIG. 43, and are often accompanied by V-shaped macrosegregation (so-called V segregation) (for example, V segregation). Reference (34)).

【0302】過去の多くの文献ではV状のミクロポロシ
ティと偏析を明確に区別して記述したものは少ない。例
えば、Pellini(文献(35))はこれらを区別
せずcenterline shrinkageと呼ん
でいる。鋼の連鋳品に生ずる中心欠陥も上述の鋼鋳物の
それと本質的に同じであり、すでに述べた如く本明細書
においては、V状ポロシティおよび偏析をまとめて(偏
析の有無あるいは程度にかかわらず)中心欠陥と呼ぶこ
ととする。
In many past documents, there are few that clearly describe V-shaped microporosity and segregation. For example, Pellini (Reference (35)) does not distinguish them and calls them centerline shrinkage. The central defects occurring in the continuous cast product of steel are essentially the same as those of the above-mentioned steel casting, and as described above, in the present specification, V-shaped porosity and segregation are summarized (regardless of the presence or absence of segregation or the degree thereof). ) Called central defects.

【0303】中心欠陥はデンドライト間液相補給が不十
分な場合に発生するものであり、従って、固液共存相に
おける液相の流動が内部欠陥の生成に決定的な役割を演
ずるものと言える。この液相流れを生じさせる駆動力と
して次の要因が考えられる。
The central defect is generated when the liquid phase supply between dendrites is insufficient, and therefore it can be said that the flow of the liquid phase in the solid-liquid coexisting phase plays a decisive role in the generation of internal defects. The following factors can be considered as the driving force that causes the liquid phase flow.

【0304】(1)凝固時の固体と液体の密度差によっ
て誘起される凝固収縮流れ。
(1) Solidification contraction flow induced by the difference in density between solid and liquid during solidification.

【0305】(2)液相の密度差によって生ずる流れ
(自然対流)。液相密度ρは次式(64)で示される
ように温度のみならず、液相中の溶質濃度にも依存す
る。
(2) Flow (natural convection) caused by difference in density of liquid phase. The liquid phase density ρ L depends not only on the temperature but also on the solute concentration in the liquid phase as shown in the following equation (64).

【0306】 [0306]

【0307】(3)外部からの力学的変形によって生ず
る強制流れ。バルジング、曲げ戻し、圧下などの変形が
ある。これは水を含んだスポンジを絞ったり、曲げたり
したときに内部の水が流動することを連想するとわかり
やすい。なお、鋳片を強冷して熱収縮を生じさせること
も、この分類に入る。
(3) Forced flow caused by external mechanical deformation. There are deformations such as bulging, bending back, and rolling. This is easy to understand by recalling that the water inside flows when the water-containing sponge is squeezed or bent. It is also within this category to subject the slab to strong cooling to cause heat shrinkage.

【0308】発明者は、中心欠陥に及ぼす上記(1)と
(2)の要因の影響を調べるため、一連の予備的数値解
析を行った。その結果を要約すると次の通りである。
The inventor conducted a series of preliminary numerical analyzes in order to investigate the influence of the factors (1) and (2) on the central defect. The results are summarized below.

【0309】.大型鋼塊の場合、マクロ偏析が顕著に
現れるが、これはデンドライト間液相流れが長期間広範
囲に生ずるためである。同じ合金に対してインゴットの
サイズを小さくすると固液共存相の幅は狭くなるが、流
動パターンは図11(d)、(e)と同様の傾向を示
す。しかしながら、凝固時間が短いため流れは極く小さ
い範囲に限定され、偏析は実質的に生じない。これは経
験的な事実と一致する。
.. In the case of a large steel ingot, macrosegregation appears remarkably because the liquid phase flow between dendrites is generated over a wide area for a long period of time. When the size of the ingot is reduced with respect to the same alloy, the width of the solid-liquid coexisting phase is narrowed, but the flow patterns show the same tendency as in FIGS. 11 (d) and 11 (e). However, since the solidification time is short, the flow is limited to a very small range, and segregation does not substantially occur. This is in agreement with empirical facts.

【0310】すなわち、凝固速度が大きくなると液相密
度差に基因する自然対流型の偏析は生じにくい。
That is, as the solidification rate increases, natural convection type segregation due to the difference in liquid phase density is less likely to occur.

【0311】.連鋳においては、流動パターンは後述
の解析例で見られるように液相密度差に起因する自然対
流型の流れはなく、鋳造方向への単純な凝固収縮流であ
った。
.. In continuous casting, the flow pattern was a simple solidification contraction flow in the casting direction, without a natural convection type flow due to the difference in liquid phase densities, as seen in the analysis example described later.

【0312】スラブでは幅方向にしばしば冷却能の不均
一を生ずるが、このような場合でも「正常な凝固」すな
わち中心欠陥を生じない限り板面内流れによって生ずる
マクロ偏析(V偏析ではない)の程度は小さく、実用上
問題とはならない程度である。これも凝固速度が大きい
ことによる。正常凝固におけるDarcy流れパターン
は図12(a)に示されるように、ごくわずか外に広が
る形となる(図では広がりを強調するため幾分過大表示
している)。また中心欠陥を生じる中心部付近では鋳造
方向の流速は肉厚方向に比べて圧倒的に大きく、肉厚方
向の流速は無視できるほど小さい。
In the slab, the cooling ability is often nonuniform in the width direction, but even in such a case, macrosegregation (not V segregation) caused by the flow in the plate surface is generated unless "normal solidification", that is, a central defect is generated. The degree is small and is not a problem in practical use. This is also due to the high solidification rate. The Darcy flow pattern in normal coagulation is in the form of spreading slightly outward as shown in FIG. 12 (a) (somewhat oversized to emphasize spreading in the figure). Further, the flow velocity in the casting direction is overwhelmingly higher than that in the thickness direction near the center where the central defect occurs, and the flow velocity in the thickness direction is so small that it can be ignored.

【0313】以上の数値解析は、メニスカスから最終凝
固位置までを含む鋳片全体についてレベル3の機能を用
いた。全体のDarcy流れの観点から見るとノズルか
らの溶鋼吐出流の影響は小さい。
In the above numerical analysis, the level 3 function was used for the entire cast piece including the meniscus to the final solidification position. From the viewpoint of the overall Darcy flow, the influence of the molten steel discharge flow from the nozzle is small.

【0314】以上より、連鋳品に生じる主たる内部欠陥
は、横断面最終凝固部に発生するV状欠陥であり、その
要因として凝固収縮流が最も深く係わっていると言え
る。
From the above, it can be said that the main internal defect occurring in the continuous cast product is the V-shaped defect generated in the final solidification portion of the cross section, and the solidification contraction flow is deeply involved as a factor thereof.

【0315】次に、V状欠陥が発生するメカニズムにつ
いて説明する。
Next, the mechanism by which V-shaped defects occur will be described.

【0316】鋳造方向に長くのびた固液共存相の液相の
主流れは鋳造方向に生じるため、Darcy流れによっ
て生じる液相の圧力降下はほとんど鋳造方向に生じ、特
に肉厚中心及びその近傍での圧力降下が最も大きい。
Since the main flow of the liquid phase of the solid-liquid coexisting phase extending in the casting direction occurs in the casting direction, the pressure drop of the liquid phase caused by the Darcy flow occurs almost in the casting direction, especially in the wall thickness center and its vicinity. Largest pressure drop.

【0317】そして液相の圧力Pが次式(65)で与え
られる臨界条件に達するとポロシティを生ずる(文献
(14)のp.239)。
Then, when the pressure P of the liquid phase reaches the critical condition given by the following equation (65), porosity occurs (p.239 of document (14)).

【0318】 [0318]

【0319】ここで、Pgasは液相中に固溶している
ガスと平衡するポロシティ内の平衡ガス分圧、σLG
液相とポロシティの界面における表面張力、rはポロシ
ティの曲率半径であり、(61)式で与えられる。
Here, Pgas is the equilibrium gas partial pressure in the porosity in equilibrium with the gas dissolved in the liquid phase, σ LG is the surface tension at the interface between the liquid phase and the porosity, and r is the radius of curvature of the porosity. , (61) is given.

【0320】ポロシティは図12(b)に示されるよう
に、V字型に並ぶ。
The porosities are arranged in a V shape as shown in FIG.

【0321】V偏析が発達する場合は、このポロシティ
の生成がきっかけとなって、鋳造方向へ向かうDarc
y流れは図12(a)に示されるような正常なパターン
から図12(b)に示されるような流れに変化するもの
と考えられる。すなわち、液相が低温側(高溶質濃度
側)から肉厚中心の高温側(低溶質濃度側)へV字状の
空隙に沿って流れ込み、平均濃度より高い局所的な正偏
析バンド、すなわちV偏析を形成する。
When V segregation develops, the formation of porosity triggers Darc toward the casting direction.
It is considered that the y-flow changes from the normal pattern as shown in FIG. 12 (a) to the flow as shown in FIG. 12 (b). That is, the liquid phase flows from the low temperature side (high solute concentration side) to the high temperature side (low solute concentration side) of the wall thickness center along the V-shaped void, and a local positive segregation band higher than the average concentration, that is, V Form segregation.

【0322】このような液相の流れはポロシティの形成
がきっかけとなり、ポロシティの形成と同時進行的に生
じるものと考えられる。
It is considered that such a flow of the liquid phase is triggered by the formation of porosity and occurs simultaneously with the formation of porosity.

【0323】ここでもし、この低温側から高温側へ向か
う流速が増大し次式(66)で与えられる条件に合致す
るようになると、その部分の固相が局所的に再溶解する
という現象を生じる(文献(14)のp.249)。
Here, if the flow velocity from the low temperature side to the high temperature side increases and the condition given by the following equation (66) is met, the solid phase in that portion is locally redissolved. Occurs (p. 249 of document (14)).

【0324】 [0324]

【0325】局部的にこのような再溶解を生じるとその
部分は周囲に比べてDarcy流れに対する抵抗が小さ
くなり、ますます流れは大きくなり再溶解が増大する。
その結果、V偏析はもっと厳しく現れる。偏析の程度は
このチャンネル現象の規模の程度によって決まる((6
6)式左辺第2項の値が関与する)。
When such remelting occurs locally, the resistance to the Darcy flow in that part becomes smaller than that in the surroundings, the flow becomes larger and the remelting increases.
As a result, V segregation appears more severely. The degree of segregation depends on the degree of this channel phenomenon ((6
6) The value of the second term on the left side of the equation is involved).

【0326】中心欠陥生成に関する上記の議論を検証す
るため、炭素鋼を高周波大気溶解し、図44に示される
ように直径32mm〜30mm×長さ350mmのテー
パ付き鋳型に鋳造した。また、デンドライト間への液相
の補給能を増すための手段として図44に示されるよう
に乾燥型を圧力容器内に設置し、乾燥型への注湯後、ア
ルゴンガスにて加圧した。
To verify the above discussion of central defect formation, carbon steel was high frequency atmospherically melted and cast into a tapered mold of diameter 32 mm to 30 mm x length 350 mm as shown in FIG. Further, as a means for increasing the liquid phase replenishing ability between the dendrites, a dry mold was installed in the pressure vessel as shown in FIG. 44, and after pouring the molten metal into the dry mold, it was pressurized with argon gas.

【0327】鋳造試料の化学成分を表4に示す。鋳造温
度は1560℃〜1580℃、注湯時間はいずれも約1
0秒であった。また、酸素及び窒素の分析値は50〜1
20ppmの範囲であった。試料No.1の大気鋳造材
(アルゴンガスによる加圧なし)について、図44に示
されるように試料中心部に3カ所熱電対を挿入し、凝固
中の温度変化を測定した。その測定データを図45に示
す。
The chemical composition of the cast sample is shown in Table 4. Casting temperature is 1560 to 1580 ° C, pouring time is about 1 for all
It was 0 seconds. The analytical values of oxygen and nitrogen are 50 to 1
It was in the range of 20 ppm. Sample No. For the air cast material of No. 1 (without pressurization with argon gas), thermocouples were inserted at three locations in the center of the sample as shown in FIG. 44, and the temperature change during solidification was measured. The measurement data is shown in FIG.

【0328】また、これらの実験に加え、注湯開始から
凝固終了までを通しての本発明による数値解析を行い、
内部欠陥の形成過程を追跡し、実験との比較検討を行っ
た。数値解析に用いた鋼の物性値は表2及び表3に示す
値を用いた。化学成分値は表4の値を用いた。乾燥型の
熱伝導率は0.0036cal/cmS℃、比熱は0.
257cal/g℃、密度は1.5g/cmとした。
押湯部断熱材についてはそれぞれ熱伝導率は0.000
3cal/cmS℃、比熱は0.26cal/g℃、密
度は0.35g/cmとした。
In addition to these experiments, numerical analysis according to the present invention from the start of pouring to the end of solidification was conducted.
The formation process of internal defects was traced and compared with the experiment. The values of physical properties of steel used in the numerical analysis are shown in Tables 2 and 3. As the chemical component values, the values shown in Table 4 were used. The thermal conductivity of the dry type is 0.0036 cal / cmS ° C., and the specific heat is 0.
The density was 257 cal / g ° C. and the density was 1.5 g / cm 3 .
The thermal conductivity of the riser insulation is 0.000.
3 cal / cmS ° C., specific heat 0.26 cal / g ° C., and density 0.35 g / cm 3 .

【0329】[0329]

【表4】 [Table 4]

【0330】試料No.1の各温度測定位置における温
度履歴の計算値は、図45中の破線で示されるように実
測値とよく一致している。
Sample No. The calculated value of the temperature history at each temperature measurement position 1 is in good agreement with the actual measured value as indicated by the broken line in FIG.

【0331】試料No.1の中心断面を研磨し、4%ナ
イタル液にてエッチングしたマクロ組織を図46に示
す。 図46(a)は目視観察により得られたVパター
ンの状態を模式的に図示したものであり、図46(b)
はその一部を示す。エッチングにより暗く腐食されてお
り、V状の中心欠陥が顕著に現れている。マクロ組織は
極く表面層の柱状晶および微細な粒状晶からなってい
る。図46(c)に顕微鏡組織の採取位置およびビッカ
ース硬度測定位置を示す。
Sample No. FIG. 46 shows a macrostructure in which the central cross section of No. 1 was polished and etched with a 4% nital solution. FIG. 46 (a) schematically shows the state of the V pattern obtained by visual observation, and FIG.
Shows a part of it. It is darkly corroded by etching, and V-shaped central defects are conspicuous. The macrostructure consists of columnar crystals and fine granular crystals in the surface layer. FIG. 46 (c) shows the sampling position of the microscopic structure and the Vickers hardness measurement position.

【0332】また、図47に顕微鏡組織を、図48にビ
ッカース硬度測定結果を示す。図47において、針状の
白い部分はフェライト、暗くエッチングされた素地はパ
ーライトである。図47の左上から右下に流れる暗色部
(Vバンドの一部)はフェライトが少なく、従って炭素
量が周辺部よりも高いことを示すものである。図46
(c)に示されるように、この流れを横切るようにビッ
カース硬度を測定したところ、図48に示されるように
パーライトが大部分を占めるVバンド部で硬度が周辺部
より高くなっていた。また、図48に示されるようにV
バンド近傍で硬度が一旦減少し、その後、右上がりに増
加しているのはVバンドの形成時に周辺(この場合左側
から)の高溶質濃度の液相がVバンドに沿って流れ込ん
だためと考えられる。
Further, FIG. 47 shows the microstructure, and FIG. 48 shows the Vickers hardness measurement results. In FIG. 47, the needle-shaped white portion is ferrite, and the darkly etched base material is pearlite. The dark color part (a part of V band) flowing from the upper left to the lower right of FIG. 47 has less ferrite, and therefore has a higher carbon content than the peripheral part. FIG.
As shown in (c), when the Vickers hardness was measured so as to cross this flow, as shown in FIG. 48, the hardness was higher in the V band portion in which pearlite occupies the majority than in the peripheral portion. Further, as shown in FIG.
It is considered that the hardness once decreases near the band and then increases to the right because the liquid phase with high solute concentration around (in this case, from the left side) flows along the V band when the V band is formed. To be

【0333】また、中心断面の探傷カラーチェック検査
を行い、ミクロポロシティ分布を調べたところ、Vパタ
ーンに沿ってミクロポロシティが分布していることを確
認した。押湯部収縮孔(図46(a))の鋳物全体に占
める体積は約1%であり、鋳物の凝固収縮4%に比べて
小さく、欠陥の大部分はVパターン中にミクロポロシテ
ィとして存在している。
Further, a flaw detection color check inspection of the central cross section was conducted to examine the microporosity distribution, and it was confirmed that the microporosity was distributed along the V pattern. The volume of the riser shrinkage holes (Fig. 46 (a)) occupying the entire casting is about 1%, which is smaller than the solidification shrinkage 4% of the casting, and most of the defects exist as microporosity in the V pattern. ing.

【0334】以上より、V状中心欠陥はV状に配列した
ミクロポロシティとV偏析(正偏析)バンドからなるこ
とを確認した。
From the above, it was confirmed that the V-shaped central defects consist of V-shaped microporosity and V segregation (positive segregation) bands.

【0335】図49に当該No.1の試料についてレベ
ル の数値解析を行い、ミクロポロシティの形成過程を
検討した結果を示す。図49(b)に示されるように凝
固完了後のポロシティ分布状態は、実際のVパターン
(図46(a))と良く一致している。
[0335] FIG. Numerical analysis of the level of Sample 1 was conducted and the results of examining the formation process of microporosity are shown. As shown in FIG. 49 (b), the porosity distribution state after completion of solidification is in good agreement with the actual V pattern (FIG. 46 (a)).

【0336】数値解析の結果より、内部ポロシティを生
じ始める時刻は注湯開始55秒後であり、このときの固
相率分布を図49(a)に示す。またポロシティを生じ
た位置を図中の斜線で示す。ポロシティを発生しないも
のとして計算したところ(レベル )、注湯開始63秒
後に底面より75mmの位置においてDarcy流れに
よる圧力降下が最大となり、そのときの負圧は−20.
5atmであった。これを参考に雰囲気圧を10atm
から25atmの範囲で変化させて計算した結果、ポロ
シティ発生の臨界圧力は20atmであることが判明し
た。すなわち、加圧力を増すにつれてポロシティの体積
率は減少し、20atm以上ではポロシティは完全に消
失すると考えられる。
From the results of the numerical analysis, the time at which internal porosity begins to occur is 55 seconds after the start of pouring, and the solid fraction distribution at this time is shown in FIG. 49 (a). In addition, the position where porosity occurs is indicated by the diagonal line in the figure. When calculated assuming that porosity does not occur (level), 63 seconds after the start of pouring, the pressure drop due to the Darcy flow becomes maximum at a position 75 mm from the bottom surface, and the negative pressure at that time is -20.
It was 5 atm. Refer to this and set the atmospheric pressure to 10 atm.
As a result of calculation by changing in the range from 25 to 25 atm, the critical pressure for generating porosity was found to be 20 atm. That is, it is considered that the volume fraction of porosity decreases as the pressing force increases, and the porosity completely disappears at 20 atm or more.

【0337】そこで、以上の検討結果を参考に、鋳込2
0秒後(中心部の固相率約0.3の時)から加圧を開始
し、鋳込30秒後から凝固終了まで10atmに加圧保
持して鋳造した試料No.2のマクロ組織を図50に示
す。大気鋳造した試料No.1と比べると、ポロシティ
体積率は減少していたが、V欠陥は顕著に認められる。
Then, referring to the above examination results, casting 2
Pressing was started after 0 seconds (when the solid fraction of the central portion was about 0.3), and the pressure was maintained at 10 atm from 30 seconds after casting until the end of solidification. The macrostructure of No. 2 is shown in FIG. Sample No. Compared with No. 1, the porosity volume ratio was reduced, but V defects were noticeable.

【0338】22atm加圧したNo.3のマクロ組織
は図51に示すごとくV偏析及ぴポロシティのない健全
部が30mmから130mmへ拡大しており、加圧が有
効に働いたことを示している。これら試料No.2及び
No.3についてレベル3の数値解析(化学成分は表4
による)を行ったところ図52に示すごとく10atm
でポロシティは若干減少し20atmで消滅する。試料
No.3の押湯から下の部分で欠陥を生じているが(図
51)、これは押湯量が少なく引けが深くなったためで
ある。一方、数値解析では押湯における収縮孔の形成を
厳密に扱っていない(これを厳密に扱うには押湯部の要
素分割をかなり細かくする必要があるが、結果の表示上
の問題があるため行っていない)。
22 atm Pressed No. As shown in FIG. 51, in the macrostructure of No. 3, the sound part without V segregation and porosity is expanded from 30 mm to 130 mm, which shows that the pressurization worked effectively. These sample No. 2 and No. 3 numerical analysis of Level 3 (chemical composition is shown in Table 4
According to the above), 10 atm as shown in FIG.
Then the porosity decreases slightly and disappears at 20 atm. Sample No. A defect was generated in the portion below the feeder in Fig. 3 (Fig. 51) because the amount of feeder was small and the sink was deep. On the other hand, the numerical analysis does not strictly deal with the formation of shrinkage holes in the feeder (in order to handle this precisely, it is necessary to make the element division of the feeder part fairly fine, but there is a problem in displaying the results. not going).

【0339】以上より加圧によって中心欠陥を無くせる
ことは明らかであり、過去に発表された実験結果を再確
認するものである。ただし、これら従来の実験では加圧
効果について理論的、定量的に扱われておらず不充分で
あった。例えば文献(34)では押湯部を加圧した場合
中心偏析が逆により顕著に現れるなど加圧の実用的効果
について否定的な見解が述べられている。当該文献では
具体的な鋳物のサイズ(3インチ角断面、長さ24イン
チ)、化学成分値、鋳込温度、加圧条件、凝固中の測温
データならびに内部欠陥観察結果が与えられており、数
値解析との比較検討が可能である。
From the above, it is clear that the central defect can be eliminated by the pressurization, which reconfirms the experimental results published in the past. However, in these conventional experiments, the pressurizing effect was not treated theoretically and quantitatively and was insufficient. For example, in Reference (34), a negative view is put on the practical effect of pressurization, such that center segregation appears conspicuously when the feeder part is pressurized. In this document, the specific casting size (3 inch square cross section, length 24 inches), chemical composition value, casting temperature, pressurizing condition, temperature measurement data during solidification and internal defect observation result are given, Comparison with numerical analysis is possible.

【0340】そこで、本発明者が当該鋼鋳物について数
値解析を行ったところ、図53に示すように当該文献の
加圧力4.2atmでは効果は小さく、中心欠陥を無く
すには少なくとも20atmの加圧力が必要であること
がわかった。これと関連して、ポロシティ発生臨界条件
式(69)について液相圧力降下とポロシティ発生の関
係を模式的に説明したのが図54である。図中、固相率
が臨界固相率gs以上の領域でポロシティを発生す
る。以上のことから、中心偏析が逆に顕著に現れるのは
加圧による押湯効果が不充分な場合、Vポロシティの発
生がきっかけとなりポロシティのまわりの高溶質濃度の
液相が流れ込んだ結果であると考えられる。いずれにし
てもデンドライトスケールでの詳細な考察は別にして押
湯効果が充分あれば中心欠陥は生じないと言える。
Therefore, when the present inventor conducted a numerical analysis on the steel casting, as shown in FIG. 53, the effect was small at the pressure of 4.2 atm of the document, and the pressure of at least 20 atm was required to eliminate the central defect. I found it necessary. In connection with this, FIG. 54 schematically illustrates the relationship between the liquid phase pressure drop and the porosity generation in the porosity generation critical condition expression (69). In the figure, porosity is generated in a region where the solid phase ratio is equal to or more than the critical solid phase ratio gs * . From the above, the fact that the center segregation appears conspicuously is the result of the inflow of a liquid phase having a high solute concentration around the porosity triggered by the occurrence of V porosity when the effect of pressurization by pressurization is insufficient. it is conceivable that. In any case, apart from the detailed consideration on the dendrite scale, it can be said that the central defect does not occur if the feeder effect is sufficient.

【0341】以上のことから、凝固過程において固液共
存領域での液圧が臨界圧力以下となる領域が内部欠陥の
発生領域であり、凝固理論に基づく本発明による数値解
析によって欠陥発生臨界液圧を算出することができる。
From the above, the region where the liquid pressure in the solid-liquid coexistence region is below the critical pressure in the solidification process is the region where internal defects occur, and the critical pressure of defect generation is determined by numerical analysis according to the present invention based on the solidification theory. Can be calculated.

【0342】さらに「ミクロポロシティを無くせば偏析
も同時に無くなる」ということがいえる。すなわち、ミ
クロポシティを完全に無くすというよりも、正確に言え
ば発生の機会を与えないことが重要であり、このために
は肉厚中心近傍(最終凝固部)の鋳造方向におけるDa
rcy流れに伴う液圧降下を最小限に抑え、(65)式
で与えられる臨界圧力以上に保持すればよい。
Furthermore, it can be said that "if the microporosity is eliminated, the segregation is eliminated at the same time". That is, rather than completely eliminating microporosity, it is more important not to give an opportunity of occurrence to be precise. For this purpose, Da in the casting direction near the center of the wall thickness (final solidified portion) is important.
The hydraulic pressure drop associated with the rcy flow may be minimized and maintained at or above the critical pressure given by equation (65).

【0343】C.印加電磁力の算出C. Calculation of applied electromagnetic force

【0344】電磁体積力(Lorentz力)を印加す
る方法には、種々の方法が考えられる。例えば、直流磁
場と直流電流を印加する方法、リニアモーター型の遠隔
推力を利用する方法などがあり、鋳片の断面形状、印加
する位置、所要力の大きさ、設備費用等を考慮して適切
な方法を選ぶことができる。
Various methods are conceivable for applying the electromagnetic volume force (Lorentz force). For example, there are a method of applying a DC magnetic field and a DC current, a method of using a linear motor type remote thrust, etc., which is appropriate considering the cross-sectional shape of the slab, the position to be applied, the magnitude of the required force, the equipment cost, etc. You can choose any method.

【0345】ここでは前者についてその算出方法を述べ
る。図2に示されるように、鋳造方
Here, the calculation method for the former will be described. As shown in Figure 2, casting method

【0346】 [0346]

【0347】 [0347]

【0348】 [0348]

【0349】 分布φは次式(69)によって与えられる(文献(2
2)のp.8,(2.13)式において物体内の電荷は
存在しないとすればよい)。
[0349] The distribution φ is given by the following equation (69) (reference (2
2) p. 8, it is assumed that there is no electric charge in the object in the equation (2.13)).

【0350】 [0350]

【0351】φは電極に印加される電位を境界条件とし
て(69)式を解いて求められる。鉄はキュリー点(約
770℃)以上では非磁性であり、近似的に空気と同じ
と見なすことができる。
Φ can be obtained by solving the equation (69) using the potential applied to the electrode as a boundary condition. Iron is non-magnetic above the Curie point (about 770 ° C.) and can be approximately regarded as the same as air.

【0352】従って、固液共存相に一様な静磁場を印加
することは比較的容易である。
Therefore, it is relatively easy to apply a uniform static magnetic field to the solid-liquid coexisting phase.

【0353】 らかじめ行うことができる。。[0353] You can do it easily. .

【0354】 れている。[0354] Have been.

【0355】 [0355]

【0356】[0356]

【発明の実施例】以下、本発明の実施例について説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0357】A.丸ビレット材の垂直型連続鋳造の場
合:
A. For vertical continuous casting of round billet material:

【0358】第1の実施例は、図13に示されるよう
に、溶鋼表面を所定の形状で凝固させて凝固シェルを得
るための水冷銅鋳型5と、溶鋼を流入するためのレード
ル出口2と、レードル出口2からの溶鋼をノズル4を介
して水冷銅鋳型5に一定速度で供給するためのタンディ
ッシュ3と、水冷銅鋳型5を通過した鋳片6内部の固液
共存部に電磁体積力を印加するための電磁ブースター1
とから構成されている。ここで、電磁ブースター1は、
図23に示されるように、直流磁場を発生させるための
超電導コイルあるいは電磁石と直流電流を通電する電極
から成り、鋳造方向に電磁体積力を発生させる装置であ
る。
In the first embodiment, as shown in FIG. 13, a water-cooled copper mold 5 for solidifying the molten steel surface in a predetermined shape to obtain a solidified shell, and a ladle outlet 2 for inflowing the molten steel are provided. , The tundish 3 for supplying molten steel from the ladle outlet 2 to the water-cooled copper mold 5 at a constant rate through the nozzle 4, and the electromagnetic volume force on the solid-liquid coexisting portion inside the cast piece 6 that has passed through the water-cooled copper mold 5. Electromagnetic booster 1 for applying
It is composed of Here, the electromagnetic booster 1
As shown in FIG. 23, the device is a device that includes a superconducting coil or an electromagnet for generating a DC magnetic field and an electrode for passing a DC current, and generates an electromagnetic volume force in the casting direction.

【0359】軸受は高速度下での繰り返し荷重を受ける
ので、軸受材料はすぐれた耐疲労強度及び耐磨耗性が要
求される。すなわち軸受鋼は素材の清浄度、組織の均一
性など、特殊鋼の中でも特に厳しい品質が要求される鋼
の一つである。
Since the bearing is subjected to repeated load under high speed, the bearing material is required to have excellent fatigue strength and abrasion resistance. That is, bearing steel is one of the steels that require particularly strict quality among special steels such as cleanliness of material and uniformity of structure.

【0360】1%C−1%Cr軸受鋼は、凝固温度範囲
が広く、中心偏析を生じやすい。これが巨大炭化物生成
の原因となり使用寿命の低下等の品質劣化を起こす。
1% C-1% Cr bearing steel has a wide solidification temperature range and is likely to cause center segregation. This causes generation of huge carbides, which causes deterioration of quality such as reduction of service life.

【0361】そこで、本実施例では、1%C−1%Cr
軸受鋼の丸ビレット材を垂直型の連続鋳造機で鋳造する
場合について説明する。なお、ここでの1%C−1%C
r軸受鋼には、0.2%Si、0.5%Mn、0.1%
Ni、0.01%P、0.01%Sを含んでいるものと
する。また、物性値を表2に示す。
Therefore, in this embodiment, 1% C-1% Cr
A case where a round billet material of bearing steel is cast by a vertical continuous casting machine will be described. In addition, 1% C-1% C here
For r bearing steel, 0.2% Si, 0.5% Mn, 0.1%
It contains Ni, 0.01% P, and 0.01% S. The physical property values are shown in Table 2.

【0362】A−1.凝固過程の数値解析A-1. Numerical analysis of solidification process

【0363】Fe−C二元状態図において、図14に示
されるように、1100℃から1500℃における固相
線と液相線を線形化する。
In the Fe-C binary phase diagram, as shown in FIG. 14, the solidus line and the liquidus line at 1100 ° C. to 1500 ° C. are linearized.

【0364】図15(a)に示されるように、各合金元
素の影響を考慮するために非線形多元合金モデルによっ
て温度Tと固相率gSの関係を求めた。但し、非線形多
元合金 づく。この計算上の不都合を避けるためg=0.95
で凝固完了と見なした(文献(16))。
As shown in FIG. 15 (a), the relationship between the temperature T and the solid fraction gS was determined by a non-linear multi-component alloy model in order to consider the influence of each alloy element. However, non-linear multi-component alloy Follow. In order to avoid this calculation inconvenience, g S = 0.95
It was considered that the coagulation was completed (Reference (16)).

【0365】また、固液共存相が鋳造方向に長く伸びて
いることに鑑み、潜熱を均一に発生させるようにした。
すなわち、潜熱値65(cal/g)をg(0.9
5)で割った値68.4(cal/g)を見かけの潜熱
値として用いた。
In view of the fact that the solid-liquid coexisting phase extends long in the casting direction, the latent heat is generated uniformly.
That is, the latent heat value of 65 (cal / g) is changed to g S (0.9
A value of 68.4 (cal / g) divided by 5) was used as an apparent latent heat value.

【0366】次に、液相中の固溶酸素が凝固の進行に従
ってデンドライト間の液相中に濃縮し、平衡COガス圧
(COガス気泡が存在しないときの平衡圧)が変化する
様子について(36)式〜(45)式を用いて数値解析
を行った。計算に用いた物性値を表3に示す。図16
(a)に示されるように、酸素含有量が減少するにつれ
て平衡COガス圧Pcoは低下する。またSi量を増す
と、SiOが生成することによって液相中のO濃度が
減少し、平衡COガス圧Pcoが緩和される。
Next, the manner in which the solid solution oxygen in the liquid phase is concentrated in the liquid phase between the dendrites as the solidification progresses and the equilibrium CO gas pressure (equilibrium pressure when CO gas bubbles do not exist) changes ( Numerical analysis was performed using equations 36) to (45). Table 3 shows the physical property values used for the calculation. FIG.
As shown in (a), the equilibrium CO gas pressure Pco decreases as the oxygen content decreases. Further, when the amount of Si is increased, the concentration of O in the liquid phase is reduced due to the generation of SiO 2 , and the equilibrium CO gas pressure Pco is relaxed.

【0367】数値解析を行う領域の要素分割は図13に
示されるように、半径方向に10等分(半径方向分割長
さは△r=1.75cm)、鋳造方向分割長さは△z=
5cmとした。ここでは、数値解折に先立って、温度変
化の大きい半径方向の分割数について検討した結果、分
割数が8以上では計算結果に実質的な差異は認められな
いことから要素分割は10とした。鋳造方向についても
同様の検討を行い上記の如く決めた。レベル3の円筒座
標系2次元解析を行った。
As shown in FIG. 13, the elemental division of the area to be subjected to the numerical analysis is divided into 10 equal parts in the radial direction (the radial direction division length is Δr = 1.75 cm), and the casting direction division length is Δz =.
It was 5 cm. Here, prior to the numerical solution, the number of divisions in the radial direction where the temperature change is large was examined. As a result, when the number of divisions was 8 or more, no substantial difference was found in the calculation results, so the element division was set to 10. The casting direction was also determined in the same way as above. A level 3 cylindrical coordinate system two-dimensional analysis was performed.

【0368】デンドライト間の液相流れを支配する透過
率を求めるための(28)式におけるデンドライト比表
面積Sbに関する補正係数αについては、計算から求め
た凝固温度区間(1453−1327=126℃)の平
均冷却速度(℃/min)を用いて、(71)式で示さ
れるように、合金成分が近似している1C−1.5Cr
鋼のデンドライトアームスペーシング(das)の測定
値(文献(23))と一致するようα=1.2とした。
Regarding the correction coefficient α for the dendrite specific surface area Sb in the equation (28) for obtaining the transmittance controlling the liquid phase flow between dendrites, the solidification temperature range (1453-1327 = 126 ° C.) obtained from the calculation is used. Using the average cooling rate (° C / min), 1C-1.5Cr in which the alloy components are close to each other as shown in the equation (71).
Α was set to 1.2 so as to agree with the measured value of the dendrite arm spacing (das) of steel (Reference (23)).

【0369】 [0369]

【0370】タンディッシュからは一定温度の溶鋼が連
続して注湯されているため、メニスカス表面からの放熱
は無視した。
Since the molten steel at a constant temperature was continuously poured from the tundish, heat dissipation from the surface of the meniscus was ignored.

【0371】通常、上部の溶鋼プールにおける液相の流
れはノズルからの吐出流、溶鋼プール内の温度差による
対流などの影響を受け、複雑な流動パターンを生ずる。
しかし流れは乱流的であり、溶鋼プール内の温度差も小
さくなる。また、鋳造方向に長く伸びた固液共存相にお
ける液圧降下の挙動に対して液相プール内の流れの影響
は無視してさしつかえない程度に小さいものである。そ
こで、本発明の目的である内部欠陥の問題に焦点を絞れ
ば、必ずしも溶鋼プール内の流れを詳しく解析する必要
はない。以上の諸点から、溶鋼プール内については、計
算時間が長くなる運動方程式を用いずに、Darcy式
による解法を用いた。
Usually, the flow of the liquid phase in the upper molten steel pool is affected by the discharge flow from the nozzle, the convection due to the temperature difference in the molten steel pool, etc., and a complicated flow pattern is generated.
However, the flow is turbulent, and the temperature difference in the molten steel pool is also small. Further, the influence of the flow in the liquid phase pool on the behavior of the liquid pressure drop in the solid-liquid coexisting phase elongated in the casting direction is negligibly small. Therefore, focusing on the problem of internal defects, which is the object of the present invention, it is not always necessary to analyze the flow in the molten steel pool in detail. From the above points, in the molten steel pool, the solution method by the Darcy equation was used without using the equation of motion that requires a long calculation time.

【0372】しかし、Darcy式による解では溶鋼プ
ール内の流動は極めて小さく、対流による温度拡散は小
さくなる。そこで、これを修正するため液相領域及び固
相率が0.05より小さい固液共存範囲について熱伝導
率を見かけ上、液体の熱伝導率の5倍とした。この方法
は連続鋳造の温度計算の際によく用いられている方法で
ある(文献(24))。
However, with the solution by the Darcy equation, the flow in the molten steel pool is extremely small, and the temperature diffusion due to convection is small. Therefore, in order to correct this, the thermal conductivity was apparently set to 5 times the thermal conductivity of the liquid in the liquid-phase region and the solid-liquid coexistence range in which the solid-phase percentage is less than 0.05. This method is often used when calculating the temperature of continuous casting (Reference (24)).

【0373】図17に示されるように、Darcy流れ
を考慮することによりした中心部における凝固開始点が
早まり、上流からのより高温のDarcy流れの影響を
受けて固液共存相が長くなっているのが判る。これは、
実際の凝固現象と一致するものであり、巨視的スケール
においてもDarcy流れ解析が必要であることが明白
である。
As shown in FIG. 17, the solidification coexisting phase becomes longer due to the effect of the higher temperature Darcy flow from the upstream side, because the solidification start point in the central part is accelerated by considering the Darcy flow. I understand. this is,
This is in agreement with the actual solidification phenomenon, and it is clear that Darcy flow analysis is necessary even on a macroscopic scale.

【0374】数値解析の境界条件としては、図18
(b)に示されるように、鋳型部の熱伝達係数hを0.
02から0.01へ階段状に変化させブレークアウトを
防ぐよう設定した。
The boundary conditions for the numerical analysis are shown in FIG.
As shown in (b), the heat transfer coefficient h of the mold part was set to 0.
It was set so as to prevent a breakout by changing stepwise from 02 to 0.01.

【0375】また、水噴霧(ミスト)を行う2次冷却帯
においては、凝固シェルの表面温度をなるべく均一にす
るよう1125℃に設定した。このときhは応答として
求めることができる。
Further, in the secondary cooling zone where water spray (mist) is performed, the surface temperature of the solidified shell was set to 1125 ° C. so as to be as uniform as possible. At this time, h can be obtained as a response.

【0376】さらに、図18(b)、(d)に示される
ように、輻射による冷却能がミスト冷却能を上回る位置
で、境界条件をミスト冷却から自然輻射冷却へ切り変え
る。
Further, as shown in FIGS. 18B and 18D, the boundary condition is switched from the mist cooling to the natural radiation cooling at a position where the cooling capacity by radiation exceeds the mist cooling capacity.

【0377】図18(a)に示されるように、Gsが
0.2以下の低固相率では液圧Pはほぼ直線的(すなわ
ち静圧分布)に増加している。これは、固相率が低い場
合には液相の圧力降下は極めて小さく、上流側にある固
液共存相の始点がある程度変化しても高固相率側での液
相の圧力降下に影響を及ぼさないことを意味している。
As shown in FIG. 18 (a), the hydraulic pressure P increases almost linearly (that is, static pressure distribution) at a low solid fraction of Gs of 0.2 or less. This is because when the solid fraction is low, the pressure drop of the liquid phase is extremely small, and even if the starting point of the solid-liquid coexisting phase on the upstream side changes to some extent, it affects the pressure drop of the liquid phase on the high solid fraction side. It means that it does not reach.

【0378】このことから、溶鋼プールでの運動方程式
による厳密な流動解析は行わなくてもよいことが判る。
From this, it is understood that it is not necessary to perform a strict flow analysis by the equation of motion in the molten steel pool.

【0379】Darcy流れは最大−2.8mm/sの
下降流であり、上流に行くにつれて流れの巾が広がるの
で速度は減少する(川の流れと同様)。
The Darcy flow is a downflow of -2.8 mm / s at the maximum, and the velocity decreases as the width of the flow widens toward the upstream (similar to the flow of the river).

【0380】上部溶鋼プールで上昇流が見られるのは側
面より中心部の温度が高いために生じた自然対流である
[0380] The upward flow is observed in the upper molten steel pool due to the natural convection caused by the temperature of the central portion being higher than that of the side surface.
.

【0381】体積力(重力による自重)Xの変化を図1
8(c)に示す。クレーターエンド側で自重が小さくな
っているのは、液相中のFeより軽い溶質元素(Ni以
外の全元素)の濃化の影響が温度降下の影響よりも大き
くなり液相密度ρが小さくなるためである。
FIG. 1 shows changes in the volume force (self-weight due to gravity) X.
8 (c). The self-weight is small on the crater end side because the effect of concentration of solute elements (all elements other than Ni) lighter than Fe in the liquid phase is larger than the effect of temperature drop, and the liquid phase density ρ L is small. This is because

【0382】連続鋳造において、Darcy流れを生ぜ
しめる駆動力は凝固に伴う収縮であり、図12(a)に
示した如くほぼ一様に下流方向に向く。
In the continuous casting, the driving force that causes the Darcy flow is contraction accompanying solidification, and as shown in FIG. 12 (a), the driving force is directed substantially uniformly in the downstream direction.

【0383】図21に示されるように、クレータエンド
に近いほど流路は狭くなり半径方向の流速は鋳造方向の
速度に比べて次第に小さくなる。
As shown in FIG. 21, the flow path becomes narrower as it approaches the crater end, and the flow velocity in the radial direction becomes gradually smaller than the velocity in the casting direction.

【0384】各合金元素の偏析は計算誤差以内(数パー
セント)であり、実質的に偏析は無いとみなすことがで
きる。
The segregation of each alloy element is within the calculation error (several percent), and it can be considered that there is substantially no segregation.

【0385】Darcy流れに関する透過率Kは液圧降
下を評価するに際して重要な要因の一つである((2
7)あるいは(30)式)。K式中のデンドライトセル
径dについて本発明では(29)及び(31)式によっ
て与えられる2つの式を示した。図22にこれらの式よ
り求めたデンドライトアームスペーシングを示す。(2
8)及び(29)式を用いた図22中の(a)では表面
で最も小さく内側に行くに従って大きくなるが中心部で
は逆転して小さくなっている。これはクレータエンドに
近づくとシェル厚が急速に厚くなることから判るように
(図18(b)参照)、凝固末期に凝固が加速されるた
めである。このことは、(28)及び(29)式より偏
析がない場合、dはg よって最終的に中心要素のdが小さくなることが判る。
一方、(31)式を用いた図22中の(b)では局所凝
固時間tは中心部で最大となるのでデンドライトアー
ムスペーシングも中心で最大となる。
The permeability K for the Darcy flow is one of the important factors in evaluating the hydraulic pressure drop ((2
7) or (30)). Regarding the dendrite cell diameter d in the K formula, the present invention has shown two formulas given by the formulas (29) and (31). FIG. 22 shows the dendrite arm spacing obtained from these equations. (2
In (a) of FIG. 22 using the equations 8) and (29), the value is smallest on the surface and increases toward the inner side, but reversely decreases at the central portion. This is because solidification is accelerated at the final stage of solidification, as can be seen from the fact that the shell thickness rapidly increases when approaching the crater end (see FIG. 18 (b)). This means that when there is no segregation from the equations (28) and (29), d is g S Therefore, it can be seen that d of the central element is finally reduced.
On the other hand, in (b) of FIG. 22 using the equation (31), the local coagulation time t f becomes maximum at the center portion, and therefore dendrite arm spacing also becomes maximum at the center.

【0386】凝固後半から末期にかけての加速凝固は大
型鋼塊ではより明瞭に現れるが鋼の連続鋳造(文献(2
5))においても認められる一般的な現象である。肉厚
方向のデンドライトアームスペーシングの分布に関し
て、直径203mm、鋳造速度0.11m/minの6
063アルミニウム合金の連続鋳造においても、中心部
のデンドライトアームスペーシングが小さくなっている
ことが報告されている(文献(26))
Accelerated solidification from the latter half to the final stage of solidification appears more clearly in a large steel ingot, but continuous casting of steel (Refer to (2
This is a general phenomenon also observed in 5)). Regarding the distribution of dendrite arm spacing in the wall thickness direction, a diameter of 203 mm and a casting speed of 0.11 m / min were 6
It has been reported that the dendrite arm spacing at the center is also small in the continuous casting of 063 aluminum alloy (Reference (26)).

【0387】A−2.内部欠陥の発生領域A-2. Area where internal defects occur

【0388】ガス圧Pcoは、図16(a)に示される
ように、固相率の増加と共に最大0.9atmまで増大
する。一方、(69)式における「−2σLG/r」は
本実施例の場合、約−1.2atmまで(負の値が)増
大している。従って、圧力降下の大きい高固相率側での
液圧がP(絶対圧)=0.9−1.2=−0.3atm
以下にならなければポロシティは発生しない。
As shown in FIG. 16 (a), the gas pressure Pco increases up to 0.9 atm with an increase in the solid fraction. On the other hand, in the case of the present embodiment, “−2σ LG / r” in the expression (69) increases to about −1.2 atm (negative value). Therefore, the hydraulic pressure on the high solid fraction side where the pressure drop is large is P (absolute pressure) = 0.9-1.2 = -0.3 atm
Porosity does not occur unless:

【0389】ポロシティ生成後の液圧P,ガス圧Pco
及びポロシティ体積率gの関係は、(69)式ならび
に(36)〜(45)式の一連の関係を満足するように
調節される。また、ポロシティが存在する状況でもDa
rcy流れを考慮している。
Liquid pressure P and gas pressure Pco after porosity generation
And the volume ratio of porosity g V are adjusted so as to satisfy the equation (69) and the series of equations (36) to (45). Also, even in the presence of porosity, Da
Considering the rcy flow.

【0390】このようにして中心部約6cmの範囲(直
径の20%)にわたって5〜10体積%のポロシティを
生じることが予測できる。
In this way, it can be predicted that a porosity of 5 to 10% by volume is produced over the range of about 6 cm in the center (20% of the diameter).

【0391】以上より、内部欠陥発生の有無を判定する
臨界圧力としては、安全側へ見積もって1atmという
値が得られる。そして、メニスカス表面を0とした相対
値で考えると、固液共存領域での液相の圧力が0atm
以上ならば内部欠陥を生じないと予測できる。すなわ
ち、図19に示されるように、メニスカスからの距離が
20m付近でポロシティが発生すると予想できる。
From the above, a value of 1 atm estimated on the safe side can be obtained as the critical pressure for judging the occurrence of internal defects. Considering the relative value with the meniscus surface as 0, the liquid phase pressure in the solid-liquid coexistence region is 0 atm.
If it is above, it can be predicted that no internal defect will occur. That is, as shown in FIG. 19, it can be expected that porosity will occur when the distance from the meniscus is around 20 m.

【0392】A−3.印加電磁体積力の算出A-3. Calculation of applied electromagnetic volume force

【0393】垂直型の丸ビレット連鋳における電磁ブー
スターの概略図を図23に示す。
A schematic view of an electromagnetic booster in vertical round billet continuous casting is shown in FIG.

【0394】電磁体積力(Lorentz力)は(5
1)式よりX方向の一様な直流磁束密度Bと中心部の
固液共存相を通るy方向の直流電流密度Jyの積とし
て、(72)式で与えられる。
The electromagnetic volume force (Lorentz force) is (5
From the equation (1), the product of the uniform DC magnetic flux density B x in the X direction and the DC current density Jy in the y direction passing through the solid-liquid coexisting phase at the center is given by the equation (72).

【0395】 [0395]

【0396】図18(a)のP分布及び所要電磁体積力
(Lorentz力)の計算値((67)式)を参考に
してPが0となる位置より上流側の近傍からクレータエ
ンド、すなわち、 力の8倍)の電磁体積力(Lorentz力)を印加し
た。
Referring to the P distribution in FIG. 18A and the calculated value of the required electromagnetic volume force (Lorentz force) (equation (67)), from the vicinity of the upstream side of the position where P becomes 0, the crater end, that is, Electromagnetic volume force (Lorentz force) of 8 times the force) was applied.

【0397】数値解析の結果、固液共存領域の長さ1
6.05m、Zmaxが21.0m、Pmaxが−0.
03atmであった。
As a result of numerical analysis, the length of the solid-liquid coexistence region is 1
6.05 m, Zmax is 21.0 m, Pmax is -0.
It was 03 atm.

【0398】すなわち、図24に示されるように、クレ
ータエンド近くの液圧降下が緩和されて正圧(絶対圧約
1atm)に保持されており、ポロシティは発生しな
い。
That is, as shown in FIG. 24, the hydraulic pressure drop near the crater end is relaxed and maintained at a positive pressure (absolute pressure of about 1 atm), and porosity does not occur.

【0399】このことから、上記の値以上の電磁体積力
(Lorentz力)を印加することによって内部欠陥
のない連鋳品を製造できる。
From this, a continuous cast product without internal defects can be manufactured by applying an electromagnetic volume force (Lorentz force) of the above value or more.

【0400】電気抵抗ρが断面内で一定のときは、電極
間の最短距離、すなわち、両極を結ぶ中心線近傍におい
て電流密度は最大となる。しかしながら、電気抵抗ρは
温度の関数であることから、電極は図2(c)に示され
るような機構を用いるのが最適である。
When the electric resistance ρ is constant in the cross section, the current density becomes maximum in the shortest distance between the electrodes, that is, in the vicinity of the center line connecting both electrodes. However, since the electric resistance ρ is a function of temperature, it is optimal to use the mechanism as shown in FIG. 2C for the electrode.

【0401】垂直型ビレットあるいはブルームの連鋳に
おいては、幅の広いスラブ連鋳で必要とされる多数の支
持ロールは一般に用いられない。しかしながら、鋳片に
軽微な圧下勾配を付与することによって液圧降下を緩和
し、これによって所要電磁体積力(Lorentz力)
を軽減することができるので、図2(d)に示されるよ
うに、丸ビレットと剛性フレーム1との間にロールを配
置して軽圧下勾配を付けるのも効果的である。
In continuous casting of vertical billets or blooms, a large number of supporting rolls required for wide slab continuous casting are not generally used. However, by giving a slight reduction gradient to the slab, the hydraulic pressure drop is mitigated, and the required electromagnetic volume force (Lorentz force)
2D, it is also effective to dispose a roll between the round billet and the rigid frame 1 to give a slight pressure gradient, as shown in FIG. 2 (d).

【0402】B.厚板スラブの垂直曲げ型連続鋳造の場
合:
B. For vertical bending continuous casting of thick plate slab:

【0403】第2の実施例は、図1に示されるように、
溶鋼表面を所定の形状で凝固させて凝固シェルを得るた
めの水冷銅鋳型5と、溶鋼を流入するためのレードル出
口2と、レードル出口2からの溶鋼をノズル4を介して
水冷銅鋳型5に一定速度で供給するためのタンディッシ
ュ3と、水冷銅鋳型5を通過した鋳片6を曲げるための
複数の曲げロール7と、曲げロール7を通過した中編6
を水平にするための複数の矯正ロール8と、矯正ロール
8を通過した鋳片6内部の固液共存部に電磁体積力を印
加するための電磁ブースター1とから構成されている。
また、電磁ブースター1は、操業データ等に基づいて、
印加する電磁体積力の大きさと位置を算出する演算手段
を具備している。さらに、この演算手段は、リアルタイ
ムで変化する操業データに基づいて演算手段での数値解
析データを補正するとともに、オぺレータルームに設置
されている表示手段12に連鋳品の凝固過程をリアルタ
イムで表示する補正手段を具備している。すなわち、検
出部9は操業パラメータの入力信号を取り込む装置、コ
ンピュータシステム10は検出部からの操業データに基
づいて凝固過程の数値演算処理を行い操作部11を介し
て制御対象である連鋳機本体に操作量をフィードバック
する機能を有している。また、表示装置12により凝固
状況を随時監視することができる。
The second embodiment, as shown in FIG.
A water-cooled copper mold 5 for solidifying the molten steel surface in a predetermined shape to obtain a solidified shell, a ladle outlet 2 for inflowing the molten steel, and molten steel from the ladle outlet 2 into a water-cooled copper mold 5 via a nozzle 4. A tundish 3 for supplying at a constant speed, a plurality of bending rolls 7 for bending the slab 6 that has passed through the water-cooled copper mold 5, and a middle stitch 6 that has passed through the bending roll 7.
It is composed of a plurality of straightening rolls 8 for horizontally leveling, and an electromagnetic booster 1 for applying an electromagnetic volume force to the solid-liquid coexisting portion inside the slab 6 that has passed through the straightening rolls 8.
In addition, the electromagnetic booster 1 is based on operation data etc.
The calculation means is provided for calculating the magnitude and position of the applied electromagnetic volume force. Further, this computing means corrects the numerical analysis data in the computing means based on the operation data which changes in real time, and at the same time the solidification process of the continuous cast product is displayed in real time on the display means 12 installed in the operator room. Compensation means for displaying is provided. That is, the detection unit 9 is a device for capturing an input signal of an operation parameter, and the computer system 10 performs a numerical calculation process of a solidification process based on the operation data from the detection unit, and a continuous casting machine main body to be controlled via the operation unit 11. It has a function to feed back the operation amount. Further, the display device 12 can monitor the coagulation situation at any time.

【0404】図2(a)において、ベクトルBは直流磁
場の磁束密度(Tesla)を示し、ベクトルJは直流
電流密度(A/m)を示し、ベクトルfは電磁体積力
(Lorentz力)(N/m)を示す。
In FIG. 2A, the vector B indicates the magnetic flux density (Tesla) of the DC magnetic field, the vector J indicates the DC current density (A / m 2 ), and the vector f indicates the electromagnetic volume force (Lorentz force) ( N / m 3 ) is shown.

【0405】図2(b)及び(c)は、直流磁場と直流
電流を用いる場合の電極及び電極機構の1例を示してお
り、直流回転電極1cは鋳片1b側面に対してバネによ
って軽く押付けられ引抜き速度に合わせて回転する。あ
るいは電極をバネで固定し鋳片に対して摺動させる方法
を用いてもよい。
FIGS. 2B and 2C show an example of an electrode and an electrode mechanism when a DC magnetic field and a DC current are used. The DC rotating electrode 1c is lightly attached to the side surface of the slab 1b by a spring. It is pressed and rotates according to the drawing speed. Alternatively, a method of fixing the electrode with a spring and sliding it with respect to the cast piece may be used.

【0406】また図2(d)は、直流磁場と直流電流に
よる電磁体積力(Lorentz力)を印加すると同時
に、固定軸1eのまわりに軽く圧下することにより軽圧
下勾配を与える機構を示している。
Further, FIG. 2 (d) shows a mechanism for applying an electromagnetic volume force (Lorentz force) by a DC magnetic field and a DC current, and at the same time giving a light reduction gradient by lightly reducing it around the fixed shaft 1e. .

【0407】さらに図2(e)に示されるように、図2
(d)に示した装置を1ユニットとし、当該ユニットを
複数個配置することも可能である。
Further, as shown in FIG.
It is also possible to set the device shown in (d) as one unit and arrange a plurality of the units.

【0408】海洋構造物用鋼などの厚板高級鋼の中心欠
陥は割れの起点となり、しかも品質劣化の原因となるの
で、品質を左右する重要な問題として従来から精力的に
研究されている。
Since the central defect of high-grade heavy steel such as steel for offshore structures becomes a starting point of cracking and causes quality deterioration, it has been energetically studied as an important problem affecting quality.

【0409】中心偏析は凝固温度範囲の大きい炭素量の
高い鋼ほど顕著に現れる。そこで本実施例では炭素濃度
0.55(wt%)のJIS S55c (AISI
1055)を選んだ。この鋼には、他に0.2%Si、
0.75%Mn、0.02%P、0.01%Sを含んで
いる。
The center segregation appears more markedly in a steel having a large solidification temperature range and a high carbon content. Therefore, in this embodiment, JIS S55c (AISI) having a carbon concentration of 0.55 (wt%) is used.
1055) was selected. This steel also contains 0.2% Si,
It contains 0.75% Mn, 0.02% P, and 0.01% S.

【0410】B−1.凝固過程の数値解析B-1. Numerical analysis of solidification process

【0411】2元平衡状態図に基づいて、非線形多元合
金モデルによって求めた温度と固相率の関係を図15
(b)に示す。
FIG. 15 shows the relationship between the temperature and the solid fraction determined by the nonlinear multi-component alloy model based on the binary equilibrium diagram.
(B).

【0412】物性値を表2及び表3に示す。0.55%
炭素鋼の比熱C(ca1/g℃)と熱伝導率λ(cal
/cms℃)の温度変化を図25に示す。
Physical properties are shown in Tables 2 and 3. 0.55%
Specific heat of carbon steel C (ca1 / g ° C) and thermal conductivity λ (cal
/ Cms ° C) is shown in FIG.

【0413】脱酸剤はSiとした。また、表3に示され
るように酸素含有量は0.003wt%とした。
The deoxidizing agent was Si. Further, as shown in Table 3, the oxygen content was 0.003 wt%.

【0414】垂直曲げ型連鋳機の仕様と操業条件は図2
6(b)に示されるように、鋳型長さ1.2m、鋳型を
含む垂直部の長さ3m、曲げ半径8m、スラブ寸法とし
て厚さ220mm幅1500mm、鋳造速度1m/mi
n)鋳造時の溶鋼過熱度15℃とした。
[0414] Fig. 2 shows the specifications and operating conditions of the vertical bending type continuous casting machine.
As shown in 6 (b), the length of the mold is 1.2 m, the length of the vertical part including the mold is 3 m, the bending radius is 8 m, the slab dimension is 220 mm in width, 1500 mm in width, and casting speed is 1 m / mi.
n) The degree of superheat of molten steel during casting was set to 15 ° C.

【0415】連鋳機の各寸法及び操業条件は世界的に見
て大きな差はなく、本明細書における設定値及び繰業条
件は典型的な値である。
The dimensions and operating conditions of the continuous casting machine are not significantly different from each other in the world, and the set values and operating conditions in this specification are typical values.

【0416】スラブは曲げロール部及び矯正ロール部を
通過する際に曲げ変形を受けるが、スラブ厚さに比べて
曲率半径は充分大きいので単純曲げ変形と見なすことが
できる。すなわち、中立軸の位置は不変と見なすことが
でき、鋳造方向の歪みεの最大値は表面においてε
=110/8000=1.375%となる。
The slab undergoes bending deformation when passing through the bending roll portion and the straightening roll portion, but since the radius of curvature is sufficiently larger than the slab thickness, it can be regarded as simple bending deformation. That is, the position of the neutral axis can be regarded as invariable, epsilon z in maximum surface of the casting direction of strain epsilon z
= 110/8000 = 1.375%.

【0417】そこで、曲げロール部においては、図26
(b)に示されるように、5段にわたって徐々に曲げて
いき、合計で1.375%(すなわち約0.275%/
1段)の歪みとなるよう曲率半径を設定した。矯正ロー
ル部における曲げ戻しについても同様である。
Therefore, in the bending roll section, as shown in FIG.
As shown in (b), it is gradually bent over 5 steps, and the total is 1.375% (that is, about 0.275% /
The radius of curvature was set so that the strain would be 1 step). The same applies to bending back in the straightening roll portion.

【0418】数値解析の領域は図26(c)に示される
ように、曲げによる非対称性を考慮して全肉厚を19等
分した(分割幅△x=22cm/19)。また鋳造方向
の要素分割長さは△z=10cmとした。レベル2及び
3の直交曲線座標2次元解析を行った。
In the numerical analysis area, as shown in FIG. 26C, the total wall thickness was divided into 19 equal parts (division width Δx = 22 cm / 19) in consideration of the asymmetry due to bending. The element division length in the casting direction was Δz = 10 cm. Two-dimensional orthogonal curve coordinate analysis of Levels 2 and 3 was performed.

【0419】(28)式におけるデンドライト比表面積
Sbに関する補正係数αは1、すなわち補正なしとし
た。
The correction coefficient α for the dendrite specific surface area Sb in the equation (28) is 1, that is, no correction is made.

【0420】表面熱伝達率H(cal/cms℃)
は、図27(b)に示されるように、メニスカ で0.015、Z≧3mで0.010と設定した。
Surface heat transfer coefficient H (cal / cm 2 s ° C.)
27b, as shown in FIG. Was set to 0.015 and Z ≧ 3 m was set to 0.010.

【0421】図27(b)にシェル厚の変化を、図27
(d)にスラブ表面温度を示す。
The change in shell thickness is shown in FIG.
The slab surface temperature is shown in (d).

【0422】固相率gが0.2で早くも液圧降下を生
じており、0.6以上になると液圧降下は急激に大きく
なり、クレータエンドで−4.7atmの負圧になって
いる。これは図27(c)に示されるように透過率Kが
急速に小さくなるためである。重力の鋳造方向成分Xも
Zが16m以上では0であり自重による押湯効果はない
(図27(c))。
When the solid phase ratio g S is 0.2, a hydraulic pressure drop has already occurred, and when it becomes 0.6 or more, the hydraulic pressure drop sharply increases to a negative pressure of -4.7 atm at the crater end. ing. This is because the transmittance K rapidly decreases as shown in FIG. The casting direction component X of gravity also becomes 0 when Z is 16 m or more, and there is no feeder effect due to its own weight (Fig. 27 (c)).

【0423】B−2.内部欠陥の発生領域B-2. Area where internal defects occur

【0424】図28に示されるように、Zmaxが1
8.4mの時は、固液共存領域の長さは8.5mであ
り、Pmaxは−0.3atmとなる。ここでは、中心
部約11mmの範囲(肉厚の5.2%)にわたって8v
o1%のポロシティを生じている。ポロシティの大きさ
は50μmである。この中心部においてポロシティを伴
った偏析が生じる。
As shown in FIG. 28, Zmax is 1
When it is 8.4 m, the length of the solid-liquid coexistence region is 8.5 m, and Pmax is -0.3 atm. Here, 8v over the range of about 11 mm in the center (5.2% of the wall thickness)
It produces a porosity of 1%. The size of porosity is 50 μm. Segregation with porosity occurs at this center.

【0425】B−3.印加電磁体積力の算出B-3. Calculation of applied electromagnetic volume force

【0426】ポロシティが発生しないものとして算出し
た圧力と速度場に基づいて、ポロシティを生じさせない
ための圧力分布を任意に与え、(67)式からXz(重
力のZ方向成分+Lorentz力)を算出し、電磁体
積力(Lorentz力)分布を求めた。
Based on the pressure and velocity field calculated assuming that porosity does not occur, a pressure distribution for preventing porosity is arbitrarily given, and Xz (Z direction component of gravity + Lorentz force) is calculated from equation (67). , And the electromagnetic volume force (Lorentz force) distribution was determined.

【0427】電磁体積力(Lorentz力)分布に基
づいて、圧力降下が急激に大きくなるメニスカスからの
距離Zが18m以上の範囲で次のように設定した。
Based on the electromagnetic volume force (Lorentz force) distribution, the following setting was made within a range of a distance Z from the meniscus at which the pressure drop suddenly increases to 18 m or more.

【0428】Z=18.0〜18.6m間において、ス
ラブ厚さ方向の直流磁束密度をB=0.7(T)、及び
スラブ幅方向の直流電流密度をJ=1.47x10
(A/m)とし、鋳造方向にf=JxB=1.02
9x10(N/m)(15G,重力の15倍)の電
磁体積力(Lorentz力)を印加する。
Between Z = 18.0 and 18.6 m, the DC magnetic flux density in the slab thickness direction was B = 0.7 (T), and the DC current density in the slab width direction was J = 1.47 × 10.
6 (A / m 2 ) and f = JxB = 1.02 in the casting direction.
An electromagnetic volume force (Lorentz force) of 9 × 10 6 (N / m 3 ) (15 G, 15 times gravity) is applied.

【0429】このために必要なスラブの解析幅方向
(0.01m)の両端電位差を次式から求める。
The slab analysis necessary for this purpose, the potential difference between both ends in the width direction (0.01 m) is obtained from the following equation.

【0430】E=Jx0.01/σ=1.47x10
x0.01/7.0x10=0.021(V)
E = Jx0.01 / σ = 1.47 × 10 6
x0.01 / 7.0x10 5 = 0.021 (V)

【0431】ここで、電導率σは固液共存相における平
均値である。通常、図32に示されるようにσは温度に
よって変化するが、温度差の小さい中心部固液共存相内
では変化は小さい。
The electric conductivity σ is an average value in the solid-liquid coexisting phase. Normally, as shown in FIG. 32, σ changes with temperature, but the change is small in the central solid-liquid coexisting phase where the temperature difference is small.

【0432】電磁ブースターは、図26(a)に示され
るように、矯正ロール後方の水平部に設置する。
As shown in FIG. 26 (a), the electromagnetic booster is installed in the horizontal portion behind the straightening roll.

【0433】また、電磁体積力(Lorentz力)の
印加範囲を大きくして電磁体積力(Lorentz力)
を小さくしてもよい。
[0433] Further, the electromagnetic volume force (Lorentz force) is increased by increasing the application range of the electromagnetic volume force (Lorentz force).
May be reduced.

【0434】上記電磁体積力(Lorentz力)を印
加した場合について数値解析を行った。
Numerical analysis was performed for the case where the electromagnetic volume force (Lorentz force) was applied.

【0435】図29(a)に示されるように、クレータ
エンドでの液圧は−0.11atm(絶対値で0.89
atm)に緩和され、ポロシティは生じない。中心偏析
も数%と計算誤差のレベルであり実質的にないとみなす
ことができる。
As shown in FIG. 29 (a), the hydraulic pressure at the crater end is -0.11 atm (0.89 in absolute value).
atm), and porosity does not occur. The center segregation is also a level of calculation error of several% and can be regarded as substantially nonexistent.

【0436】全体の凝固プロフィール及びクレータエン
ド近傍のDarcy流れ分布を図30に示す。図30に
示されるように、電磁力を印加した領域及び矯正曲げ領
域においても流れパターンは正常である。
The overall coagulation profile and Darcy flow distribution near the crater end are shown in FIG. As shown in FIG. 30, the flow pattern is normal even in the region to which the electromagnetic force is applied and the straightening / bending region.

【0437】通常、矯正帯では肉厚中心を境にして自由
側(曲率の内側)で引張り、固定側(曲率の外側)で圧
縮変形となり、自由側では肉厚減少によって液相が絞り
出される結果(固定側ではこの逆)、液相は自由側から
固定側へ流れる。
Usually, in the straightening zone, the free side (inside of the curvature) pulls on the boundary of the wall thickness center, and the fixed side (outside of the curvature) causes compressive deformation. On the free side, the liquid phase is squeezed out due to the decrease in wall thickness. As a result (vice versa on the fixed side), the liquid phase flows from the free side to the fixed side.

【0438】しかしながら、本実施例では、曲げ戻しに
よるこのような外乱は見られなかった。これは曲げ歪み
量が1.4%(表面におけるεmax)と小さいこと
に加えて、中心部ではさらに小さくなるためである。
However, in this example, such a disturbance due to bending back was not observed. This is because the amount of bending strain is as small as 1.4% (ε z max on the surface), and it is further smaller at the central portion.

【0439】以上から矯正ロール部での変形が単純曲げ
に近いとすると偏析に対する影響はないと言ってよい。
From the above, it can be said that if the deformation in the straightening roll portion is close to that of simple bending, there is no effect on segregation.

【0440】図29(c)に示されるように、電磁体積
力(Lorentz力)印加ゾーンでジュール熱の発生
が若干認められる。クレータエンド長さZmaxが1
8.6mから19.0mへ40cm長くなっているのは
このためである。
As shown in FIG. 29C, generation of Joule heat is slightly observed in the electromagnetic volume force (Lorentz force) application zone. Crater end length Zmax is 1
This is why it is 40 cm longer from 8.6 m to 19.0 m.

【0441】電流密度Jと磁束密度Bの積(正確には両
ベクトルの外積)が一定のとき電磁体積力(Loren
tz力)fも一定になる。しかしながら電流密度Jが大
きすぎるとジュール熱によってスラブ中心近傍が再溶解
するので、操業上、磁束密度Bを大きくし電流密度Jを
できるだけ小さくすることが望ましい。一方、磁束密度
Bを大きくするためにはコイルの巻数Nとコイル電流I
の積NI(起磁力)を大きくしなければならない。この
両者の影響を勘案して電流密度Jと磁束密度Bを決めれ
ばよい。通常の電磁石ではB=1テスラ程度が限界であ
るので、これより大きくなる場合は超電導磁石を用いる
のがよい。
When the product of the current density J and the magnetic flux density B (exactly the outer product of both vectors) is constant, the electromagnetic volume force (Loren)
The tz force) f also becomes constant. However, if the current density J is too large, the vicinity of the slab center is redissolved by Joule heat, so it is desirable to increase the magnetic flux density B and minimize the current density J in operation. On the other hand, in order to increase the magnetic flux density B, the number of turns N of the coil and the coil current I
The product NI (magnetomotive force) must be increased. The current density J and the magnetic flux density B may be determined in consideration of these influences. In the case of a normal electromagnet, B = 1 Tesla is the limit, so if it is larger than this, it is preferable to use a superconducting magnet.

【0442】そこで磁束密度Bを0.5(T)まで下
げ、電流密度Jを1.029x10(A/m)へ増
加して電磁体積力を等しくし、ジュール熱の影響を検討
した。
Then, the magnetic flux density B was reduced to 0.5 (T), the current density J was increased to 1.029 × 10 6 (A / m 2 ) to make the electromagnetic volume forces equal, and the effect of Joule heat was examined.

【0443】数値計算の結果、固液共存領域の長さ9.
4m、Zmaxが19.3m、Pmaxが0.78at
mであった。
As a result of the numerical calculation, the length of the solid-liquid coexistence region is 9.
4m, Zmax 19.3m, Pmax 0.78at
m.

【0444】図31に示されるように、磁束密度Bが
0.7(T)の場合に比べてジュール熱の影響がさらに
大きくなりZmaxが18.6mから19.3mへ70
cm長くなっている。また、クレータエンドでは0.7
8atmの正圧に保持されており欠陥は生じておらず、
この程度のジュール熱の発生では問題ないことがわか
る。しかしながら、さらに電流密度Jを増加させ、中心
部が再溶解してしまうような極端な場合は、再び凝固す
るまでに時間がかかり、固液共存相も長くなるので圧力
降下が再度生じ電磁力を印加する意味がなくなってしま
う。
As shown in FIG. 31, the influence of Joule heat is further increased as compared with the case where the magnetic flux density B is 0.7 (T), and Zmax is changed from 18.6 m to 19.3 m.
cm longer. At the crater end, 0.7
It is held at a positive pressure of 8 atm and no defects have occurred,
It can be seen that there is no problem in generating Joule heat to this extent. However, in an extreme case where the current density J is further increased and the central part is redissolved, it takes time to solidify again, and the solid-liquid coexisting phase also becomes long, so a pressure drop occurs again and electromagnetic force is generated. There is no point in applying.

【0445】以上より、磁束密度を大きくし、電流密度
は低めにするのがよい。そして、高磁束密度を発生でき
る超電導磁石を用いるほうが、スペースの節約、経済性
等の観点からも有利といえるだろう。
From the above, it is preferable to increase the magnetic flux density and lower the current density. Then, it can be said that using a superconducting magnet capable of generating a high magnetic flux density is advantageous from the viewpoints of space saving and economical efficiency.

【0446】また、本実施例ではスラブ側面の肉厚方向
全断面に直流電流を印加したが、実際には電磁体積力
(Lorentz力)を必要とする肉厚中心部近傍にの
み通電してやればよい。これによって全電流を小さくし
ジュール熱の発生を小さくすることができる。
In this embodiment, the direct current is applied to the entire cross section in the wall thickness direction on the side surface of the slab. However, in actuality, the electromagnetic volume force (Lorentz force) may be applied only in the vicinity of the center portion of the wall thickness. . This makes it possible to reduce the total current and the generation of Joule heat.

【0447】以上より厚板スラブに対しても内部欠陥を
解消することができる。また、演算手段と補正手段は、
連鋳機に設置されている各種センサーや計測装置からの
操業データに基づいて連鋳品の凝固状態を算出し、表示
手段にリアルタイムでグラフイック表示を行う。これに
よりオペレータは、視覚的に操業状態を正確に把握する
ことが可能となる。
As described above, the internal defect can be eliminated even for the thick plate slab. Further, the calculation means and the correction means are
The solidification state of the continuous cast product is calculated based on operation data from various sensors and measuring devices installed in the continuous caster, and a graphic display is performed on the display means in real time. This allows the operator to visually and accurately grasp the operating state.

【0448】C.厚板スラブの垂直曲げ型連続高速鋳造
の場合:
C. For vertical bending type continuous high speed casting of thick plate slab:

【0449】一般に、連鋳機当りの月間生産量(トン)
で表される連鋳機の生産性は非稼働時間、鋳造準備時
間、断面寸法、鋳造速度等によって決まる。これらのう
ち、生産性の向上においては、連鋳品の品質と密接に係
っている断面寸法及び鋳造速度が重要項目である。
Generally, monthly production (ton) per continuous casting machine
The productivity of the continuous casting machine represented by is determined by the non-operation time, the casting preparation time, the cross-sectional dimension, the casting speed, and the like. Of these, in order to improve productivity, the cross-sectional dimension and the casting speed, which are closely related to the quality of the continuous cast product, are important items.

【0450】断面寸法を大きくするのは冶金的観点から
問題が多く、あまり得策とは言えないため、鋳造速度を
上げることに大きな努力が払われている。
Since increasing the cross-sectional dimension is problematic from a metallurgical point of view and cannot be said to be a good idea, great efforts have been made to increase the casting speed.

【0451】そこで最近ますます高速化が志向されるス
ラブ連鋳に対して本発明を適用した場合について述べ
る。
Therefore, a case where the present invention is applied to continuous casting of slabs, which has recently been aimed at higher speed, will be described.

【0452】C−1.凝固過程の数値解析C-1. Numerical analysis of solidification process

【0453】連鋳機の仕様及び繰業条件は、鋳造速度を
2m/minとしたことに対応して冷却条件を変更する
以外はすべて第2の実施例と同じとする。
The specifications and operating conditions of the continuous casting machine are the same as those of the second embodiment except that the cooling conditions are changed corresponding to the casting speed of 2 m / min.

【0454】数値解析を行った結果、固液共存領域の長
さ12.6m、Zmaxが31.2m、Pmaxが−
1.15atmであった。
As a result of numerical analysis, the length of the solid-liquid coexistence region was 12.6 m, Zmax was 31.2 m, and Pmax was −.
It was 1.15 atm.

【0455】C−2.内部欠陥の発生領域C-2. Area where internal defects occur

【0456】図34に示されるように、中心部35mm
の範囲(肉厚の16%)で約5から15vol%のポロ
シティを生じている。そして、ポロシティの大きさは約
60から65μmである。
As shown in FIG. 34, the central portion 35 mm
In the range (16% of wall thickness), porosity of about 5 to 15 vol% is generated. The porosity is about 60 to 65 μm.

【0457】C−3.印加電磁体積力の算出C-3. Calculation of applied electromagnetic volume force

【0458】数値解析の結果から、ポロシティを無くす
ためにはZ=30.2〜33.1m範囲で平均22G相
当の電磁体積力(Lorentz力)を必要とすること
が判明した。
From the results of the numerical analysis, it was found that an electromagnetic volume force (Lorentz force) equivalent to an average of 22 G is required in the range of Z = 30.2 to 33.1 m to eliminate porosity.

【0459】そこで負圧になる領域で以下のように2つ
のゾーンに分けて電磁体積力(Lorentz力)を印
加した。
Then, in the negative pressure region, the electromagnetic volume force (Lorentz force) was applied in two zones as follows.

【0460】(1)第1ゾーン:(1) First zone:

【0461】メニスカスからの距離Z=30.2〜3
1.7mの間に15G相当の電磁体積力(Lorent
z力)を印加する。このため、直流磁束密度Bは1.3
3(T)、直流電流密度Jは7.775x10(A/
)、スラブ解析幅方向電位差EはJx0.01/σ
=0.0111(V)と設定した。
Distance from meniscus Z = 30.2 to 3
Electromagnetic volume force (Lorent) equivalent to 15 G within 1.7 m
z force) is applied. Therefore, the DC magnetic flux density B is 1.3
3 (T), DC current density J is 7.775 × 10 5 (A /
m 2 ), slab analysis width direction potential difference E is Jx0.01 / σ
= 0.0111 (V).

【0462】(2)第2ゾーン:(2) Second zone:

【0463】Z=31.7〜33.1m間に34G相当
の電磁体積力(Lorentz力)を印加する。このた
め、直流磁束密度Bは3.0(T)、直流電流密度Jは
7.775x10(A/m)、スラブ解析幅方向電
位差Eは0.0111(V)に設定した。
An electromagnetic volume force (Lorentz force) equivalent to 34 G is applied between Z = 31.7 to 33.1 m. Therefore, the DC magnetic flux density B was set to 3.0 (T), the DC current density J was set to 7.775 × 10 5 (A / m 2 ), and the slab analysis width direction potential difference E was set to 0.0111 (V).

【0464】数値解析の結果、図35に示されるよう
に、固液共存領域の長さ14.8m、Zmaxが33.
4m、Pmaxが−0.16atmであった。
As a result of the numerical analysis, as shown in FIG. 35, the solid-liquid coexistence region has a length of 14.8 m and Zmax of 33.
4 m, Pmax was -0.16 atm.

【0465】クレータエンドにて液圧P=−0.16
(atm) (絶対圧0.84atm)の正圧に保持さ
れておりポロシティの発生はない。
Liquid pressure P = -0.16 at crater end
(Atm) (Absolute pressure 0.84 atm) The positive pressure is maintained and porosity does not occur.

【0466】クレータエンド長が33.1mから33.
4mへ30cm長くなっているのはジュール熱の影響に
よって凝固が少し遅れたためである。
The crater end length is 33.1 m to 33.
The reason why the length is increased from 4 m to 30 cm is that the solidification is slightly delayed due to the effect of Joule heat.

【0467】本実施例では鋳造方向2.8mの範囲に亘
り、平均22Gの電磁体積力(Lorentz力)を必
要としたが、設備上あるいは経済上の観点から適用範囲
及び所要電磁体積力(Lorentz力)を小さくする
ことが望ましい。
In the present embodiment, the electromagnetic volume force (Lorentz force) of 22 G on average was required over the range of 2.8 m in the casting direction, but from the viewpoint of equipment or economics, the applicable range and the required electromagnetic volume force (Lorentz force). It is desirable to reduce the force).

【0468】そこで次に考えられる論理的な手段とし
て、図7(d)に示されるように、磁気引力を利用した
軽圧下を補助的に用いて液圧降下を緩和し、所要電磁体
積力(Lorentz力)を軽減することを試みた。
Then, as a logical means that can be considered next, as shown in FIG. 7 (d), the hydraulic pressure drop is mitigated by supplementarily using a light pressure reduction utilizing a magnetic attractive force, and the required electromagnetic volume force ( Lorentz force) was attempted.

【0469】準備として、軽圧下の効果を調べるための
数値解析を行った。
As a preparation, a numerical analysis was conducted to examine the effect of light pressure reduction.

【0470】(1)圧下量分布δの算出(1) Calculation of rolling reduction distribution δ

【0471】凝固収縮を完全補償するに必要な圧下量分
布δを求めるに当たって、肉厚中心要素の固相率gsが
0.1(任意でよい)となる位置(この場合Z=25
m)を基準として(δ=0とする)、固液共存相におけ
る凝固収縮体積量を求め、これがスラブ肉厚方向の圧下
量δに等しいとして求めた。すなわち、△t間における
圧下量増分△δは(73)式で求めることができる。
At the time of obtaining the reduction amount distribution δ required for completely compensating the solidification shrinkage, the solid phase ratio gs of the thickness center element is 0.1 (in this case, Z = 25).
Based on m) (δ = 0), the solidification shrinkage volume in the solid-liquid coexisting phase was determined, and was determined as being equal to the rolling reduction δ in the slab thickness direction. That is, the reduction amount increase Δδ between Δt can be obtained by the equation (73).

【0472】 [0472]

【0473】 要素の体積であり、添字iはある横断面の肉厚方向にお
ける固液共存要素を示す
[0473] This is the volume of the element, and the subscript i indicates the solid-liquid coexisting element in the thickness direction of a certain cross section.

【0474】図36(a)に示されるように、Z=25
mの位置を基準とすると、メニスカスから33.1mの
位置では、δ=1.06mmとなる。
As shown in FIG. 36 (a), Z = 25
Based on the position of m, δ = 1.06 mm at the position of 33.1 m from the meniscus.

【0475】(2)圧力降下の算出(2) Calculation of pressure drop

【0476】次に、当該圧下量分布を参考にして実際の
圧下勾配を決定した。
Next, the actual reduction gradient was determined with reference to the reduction amount distribution.

【0477】すなわち、図36(b)に示されるよう
に、メニスカスから31mの位置での圧下量を0、クレ
ーターエンドでの圧下量を0. 1mmとする軽圧下を
印加した場合と、メニスカスから32mの位置での圧下
量を0、クレーターエンドでの圧下量を0.06mmと
する軽圧下を印加した場合とについて数値解析を行っ
た。
That is, as shown in FIG. 36 (b), the reduction amount at the position 31 m from the meniscus is 0, and the reduction amount at the crater end is 0. Numerical analyzes were performed for a case where a light reduction of 1 mm was applied and a case where a reduction of 32 mm from the meniscus was 0 and a reduction of 0.06 mm at the crater end was applied.

【0478】図36(c)に示されるように、軽圧下を
印加することによりクレータエンド近傍の圧力降下が緩
和されている。
As shown in FIG. 36 (c), the pressure drop in the vicinity of the crater end is alleviated by applying the light pressure reduction.

【0479】(3)電磁体積力に及ぼす軽圧下の効果(3) Effect of light reduction on electromagnetic volume force

【0480】メニスカスから30.8mの位置での圧下
量を0、クレーターエンドでの圧下量を0. 1mmと
する軽圧下を印加するとともに、当該範囲に8G相当の
電磁体積力(Lorentz力)を印加した場合につい
て数値解析を行った。
The reduction amount at the position of 30.8 m from the meniscus is 0, and the reduction amount at the crater end is 0. Numerical analysis was performed for a case where an electromagnetic volume force (Lorentz force) equivalent to 8 G was applied to the range while applying a light reduction of 1 mm.

【0481】図37に示されるように、固液共存領域の
長さ14.6m、Zmaxが33.2m、Pmaxが
5.1atmであった。欠陥が発生しない条件を満足し
ている。
As shown in FIG. 37, the length of the solid-liquid coexistence region was 14.6 m, Zmax was 33.2 m, and Pmax was 5.1 atm. The condition that no defects occur is satisfied.

【0482】電磁体積力(Lorentz力)のみを印
加した場合に比べて適用範囲(鋳造方向)は50cm短
くなり、必要とする電磁体積力(Lorentz力)も
約1/3へ減少しており、極く軽くスラブに圧下勾配を
付与するだけで効果の大きいことがわかる。
As compared with the case where only the electromagnetic volume force (Lorentz force) is applied, the applicable range (casting direction) is shortened by 50 cm, and the required electromagnetic volume force (Lorentz force) is also reduced to about 1/3. It can be seen that the effect is great simply by applying a reduction gradient to the slab very lightly.

【0483】従来の軽圧下法による圧下勾配は凝固収縮
を完全に補償することをねらっているため、固液共存相
における歪みがある限界以上になるとデンドライト結晶
が機械的に破壊され高溶質濃度の液相が吸引され内部割
れを生ずる可能性が指摘されている(文献(27))。
[0483] Since the reduction gradient by the conventional light reduction method is aimed at completely compensating the solidification shrinkage, when the strain in the solid-liquid coexisting phase exceeds a certain limit, the dendrite crystals are mechanically destroyed and the high solute concentration is increased. It has been pointed out that the liquid phase may be sucked and cause internal cracking (Reference (27)).

【0484】一方、本発明では、圧下量が小さく(従っ
て上記限界歪み以下であり)、あくまで圧力降下を緩和
するための補助的な手段として用いるものであり、電磁
体積力(Lorentz力)の印加によるデンドライト
間液相補給が主役を演ずるものであるため、内部割れの
心配はない。
On the other hand, in the present invention, the amount of reduction is small (thus, it is less than the above-mentioned limit strain), and it is used only as an auxiliary means for alleviating the pressure drop, and the electromagnetic volume force (Lorentz force) is applied. Since liquid phase replenishment between dendrites plays a major role, there is no concern about internal cracking.

【0485】また、石油及び天然ガスの輸送に用いられ
る大口径輸送管(ラインパイプ)は地中、海底、寒冷地
など苛酷な環境で使用されるので強度はもちろん靭性及
び種々の破壊特性に優れた性能が要求される。
The large-diameter transport pipe (line pipe) used for transporting petroleum and natural gas is used in harsh environments such as underground, seabed, and cold regions, and is therefore excellent not only in strength but also in toughness and various fracture characteristics. High performance is required.

【0486】 侵入し、連続鋳造時に形成された中心欠陥(最終製品に
残留する)にトラップされるといわゆるHIC(水素誘
起割れ)を発生する。
[0486] When it penetrates and is trapped by the central defects (remaining in the final product) formed during continuous casting, so-called HIC (hydrogen-induced cracking) occurs.

【0487】 海底輸送管のHICによる事故をきっかけにして特に重
要視されるようになった(文献(28))。
[0487] The accident caused by HIC of the submarine transportation pipe has been given special attention (Reference (28)).

【0488】HICに対して現在行われている対策例
は、連鋳品に生ずる中心偏析及びポロシティを不可避的
な現実として容認し、合金成分を調整することによって
HICをなくそうとするものである。例えば文献(2
9)では、HIC発生に顕著な影響を及ぼすC,Mn,
Pに着目し、次式(74)で与えられるHIC感受性パ
ラメータPHICが0.6以下になるように成分調整を
行っている。
An example of countermeasures currently taken against HIC is to accept center segregation and porosity that occur in continuous cast products as an unavoidable reality and try to eliminate HIC by adjusting alloy components. . For example, reference (2
In 9), C, Mn,
Focusing on P, the components are adjusted so that the HIC sensitivity parameter P HIC given by the following equation (74) becomes 0.6 or less.

【0489】 [0489]

【0490】 であり、SMは合金元素Mの偏析度(>1)を表す。[0490] And SM represents the segregation degree (> 1) of the alloy element M.

【0491】 [0491]

【0492】この判定基準によって、例えば、API
(アメリカ石油協会)規格X65級(65は耐力650
00psi(448MPa)以上の意味)の強度要求を
満足するための一手段として、C=0.03、P=0.
004(wt%)とごく低めに抑えるとともにCu、N
i等他の元素についても厳しく成分管理を行い、さらに
加工熱処理技術に特別の工夫を凝らしている。この時の
HIC受性パラメータはPHIC
According to this criterion, for example, API
(American Petroleum Institute) Standard X65 class (65 is a proof strength 650
As a means for satisfying the strength requirement of 0.00 psi (448 MPa or more), C = 0.03, P = 0.
004 (wt%) and keep it very low and Cu, N
Strictly controlling the composition of other elements such as i, we have also made special efforts in thermo-mechanical processing technology. The HIC acceptability parameter at this time is P HIC

【0493】ちなみに実施例2及び実施例3で用いた
0.55%炭素鋼の場合、本発明によって偏析はないも
のとすると、PHIC=0.715となる。C量のみ
0.20%とすると、PHIC=0.365へ減少す
る。(ただしこれらの評価にはCu、Ni、Cr、M
o、Vの微量添加元素は含まれていない)。このこと
は、偏析がなくなれば、上述のような厳しい成分管理等
は不要となり合金成分バランスについて取り得る自由度
が大巾に拡大することを意味する。
Incidentally, in the case of the 0.55% carbon steel used in Examples 2 and 3, P HIC = 0.715, assuming that there is no segregation according to the present invention. When only the amount of C is 0.20%, P HIC decreases to 0.365. (However, for these evaluations, Cu, Ni, Cr, M
o Trace elements of V and V are not included). This means that if segregation is eliminated, the strict control of components as described above becomes unnecessary, and the degree of freedom that can be taken regarding the balance of alloy components is greatly expanded.

【0494】当該輸送用鋼管に対してはX70級(耐力
70000PSIまたは482MPa以上)やX80級
(耐力80000PSIまたは551MPa以上)を越
える強度の要求が高まり、同時に耐HIC性だけでなく
耐SSC性(硫化物応力割れ)や溶接性に対する要求も
年々厳しくなっている状況を考えると、成分バランスに
対する自由度が拡大することの意味は大きい。次々に高
強度材料が開発されている現在の技術レベルから判断し
て、上記の品質要求に応えることは容易に達成できると
言ってよい。
With respect to the steel pipe for transportation, the demand for strength exceeding the X70 class (proof strength 70000 PSI or 482 MPa or higher) and the X80 class (proof strength 80000 PSI or 551 MPa or higher) is increased, and at the same time not only HIC resistance but also SSC resistance (sulfide resistance). Considering the situation in which the requirements for material stress cracking) and weldability are becoming stricter year by year, it is significant that the degree of freedom for the component balance is expanded. Judging from the current technological level in which high-strength materials are being developed one after another, it can be said that it is easy to meet the above-mentioned quality requirements.

【0495】つまり、本発明を適用し中心欠陥を完全に
無くすことによってこのような厳しい要求に充分応える
ことができる。
That is, by applying the present invention and completely eliminating the central defect, it is possible to sufficiently meet such a severe requirement.

【0496】 温変態線図(TTT図)より次のように定めた。[0496] It was determined as follows from the temperature transformation diagram (TTT diagram).

【0497】 [0497]

【0498】図38に示されるように、(50)式及び
(76)式を用いて得られたTTT図は測定値と概略一
致している。本実施例の場合、表面温度は540℃まで
低下しており、メニスカスからの距離Z=18.7〜2
2.5m間の表面要素(厚さ11.6mm)では、10
0%パーライト変態を生じた。図33(d)に示される
ように、表面温度Tの再上昇はパーライト変態潜熱に
よるものである。
As shown in FIG. 38, the TTT diagram obtained by using the equations (50) and (76) substantially agrees with the measured values. In the case of the present embodiment, the surface temperature has dropped to 540 ° C., and the distance from the meniscus Z = 18.7 to 2
10 for surface elements (thickness 11.6 mm) between 2.5 m
0% pearlite transformation occurred. As shown in FIG. 33D, the re-rise of the surface temperature T s is due to the latent heat of pearlite transformation.

【0499】パーライト変態を生ずると鋳片表面層は磁
性を有するようになるので静磁場によって磁気を帯び
る。従って超電導磁石等の設計の際、これによる種々の
相互作用、例えばスラブ中心における磁束密度への影響
等を考慮に入れる必要がある。
When the pearlite transformation occurs, the surface layer of the cast slab becomes magnetized, and is therefore magnetized by the static magnetic field. Therefore, when designing a superconducting magnet or the like, it is necessary to take into consideration various interactions due to this, for example, the influence on the magnetic flux density at the center of the slab.

【0500】ここで、空心型の超電導磁石を用いる場合
にコイル間に働く引力について検討した結果について述
べる。
Now, the result of studying the attractive force acting between the coils when an air-core type superconducting magnet is used will be described.

【0501】図39(a)に示されるように、コイルは
円形とし、それぞれのコイルを流れる全電流I(=コイ
ル電流×巻数)は1本の点電流と仮定した(実際は有限
の断面積を持つ)。鋳片は両コイル間に存在するが、簡
単のため空気と同じと見なした。このとき、中心軸のZ
=b/2の位置におけるZ方向の磁束密度Bは次式
(77)で与えられる。
As shown in FIG. 39 (a), it is assumed that the coils are circular and the total current I (= coil current × number of turns) flowing through each coil is one point current (actually, the finite cross-sectional area is Have). Although the slab exists between both coils, it was regarded as the same as air for simplicity. At this time, Z of the central axis
The magnetic flux density B Z in the Z direction at the position of = b / 2 is given by the following equation (77).

【0502】 [0502]

【0503】ここにμは真空の透磁率であり、4πx
10−7(H/m)という値を持つ。一方、コイル1の
作る磁界によってコイル2の電流が受けるZ方向の力は
次式(78)で与えられる。
Where μ o is the magnetic permeability of vacuum and is 4πx
It has a value of 10 −7 (H / m). On the other hand, the force in the Z direction that the current of the coil 2 receives by the magnetic field generated by the coil 1 is given by the following equation (78).

【0504】 [0504]

【0505】ここにBrはコイル2上の磁束密度のr方
向成分であり、ベクトルポテンシャルAθ(θ方向成
分)を用いて次式で与えられる。
Here, Br is the r-direction component of the magnetic flux density on the coil 2, and is given by the following equation using the vector potential A θ (θ-direction component).

【0506】 [0506]

【0507】(Aθに関しては例えば、山田直平他2
名:電磁気学例題演習(1970)、P.159〔コロ
ナ社〕を参照されたい。)
(For A θ , see, for example, Naohei Yamada et al. 2
Name: Exercise on electromagnetics (1970), P. 159 [Corona]. )

【0508】図39(b)に示されるように、コイル間
距離が大きくなるにつれてコイル間圧力P(Fをコイ
ル断面積で割った値)は低下するが、Bzが大きいほど
顕著に低下する。但し、ここでは、a=0.8mに固定
して計算している。
As shown in FIG. 39 (b), the inter-coil pressure P (the value obtained by dividing F Z by the coil cross-sectional area) decreases as the inter-coil distance increases, but decreases markedly as Bz increases. . However, here, a = 0.8 m is fixed for calculation.

【0509】以上の計算では、実際の操業を想定したパ
ラメータを用いており磁束密度すなわちコイル電流とコ
イル間距離を制御することによって鋳片にかかる圧力を
広範囲にコントロールすることが可能であることを示す
ものである。
In the above calculation, the parameters assuming actual operation are used, and it is possible to control the pressure applied to the slab in a wide range by controlling the magnetic flux density, that is, the coil current and the distance between the coils. It is shown.

【0510】固液共存相におけるデンドライトスケルト
ンの強度が概略数Kg/cmから50Kg/cm
度(文献(27)のp.72)であることを考慮すれ
ば、コイル間引力を利用して極く小さい圧下勾配を付与
することが可能であることがわかる。例えば本実施例の
場合、軽圧下範囲Z=30.8〜33.1mにおいて中
心部の固相率gは0.65以上でありデンドライトス
ケルトン強度から判断して、コイル間距離を0.6mと
しB=1〜2(テスラ)程度で所定の軽圧下勾配を付与
することは可能である。
Considering that the strength of the dendrite skeleton in the solid-liquid coexisting phase is about several Kg / cm 2 to about 50 Kg / cm 2 (p.72 of Reference (27)), the attractive force between the coils is used. It is understood that it is possible to give a very small rolling down gradient. For example, in the case of the present embodiment, the solid fraction g S of the central portion is 0.65 or more in the light reduction range Z = 30.8 to 33.1 m, and the inter-coil distance is 0.6 m as judged from the dendrite skeleton strength. It is possible to apply a predetermined light pressure reduction gradient at B = 1 to 2 (tesla).

【0511】また、実際の適用に際しては、図40に示
されるように、電磁ブースターを実装した実機におい
て、あらかじめ磁気引力と圧下勾配の関係を実験的に求
めておき、必要圧下勾配に対する磁気引力を付与すれば
よい。当該軽圧下は液圧降下を緩和する補助的手段とし
て用いるものであるため、厳密に制御する必要はなく、
ある程度の範囲内に入るように磁気力を制御すればよ
い。
Further, in actual application, as shown in FIG. 40, in an actual machine equipped with an electromagnetic booster, the relationship between the magnetic attractive force and the reduction gradient was previously obtained experimentally, and the magnetic attraction force with respect to the required reduction gradient was obtained. Just give it. Since the light pressure reduction is used as an auxiliary means for reducing the hydraulic pressure drop, it is not necessary to strictly control it.
The magnetic force may be controlled so that it falls within a certain range.

【0512】以上の説明から、本発明では、実施例にて
取り挙げた垂直丸ブルーム及び垂直曲げスラブ連鋳以外
のすべての連鋳法、すなわち、垂直曲げブルーム及びビ
レットならびに曲げ型スラブ、ブルーム及びビレットな
どの従来の連鋳の他に、最近注目されている50mmあ
るいは60mm程度の肉厚を有する薄スラブ連鋳、さら
にH型等異形断面形状を有するいわゆるnear−ne
t−shape連鋳法、さらに異鋼種複合連鋳法などに
も適用できる。
From the above description, in the present invention, all the continuous casting methods other than the vertical round bloom and the vertical bending slab continuous casting mentioned in the examples, that is, the vertical bending bloom and the billet, and the bending slab, the bloom and the In addition to conventional continuous casting such as billets, thin slab continuous casting having a wall thickness of about 50 mm or 60 mm, which has recently been attracting attention, and so-called near-ne having an H-shaped profile cross-section.
It can also be applied to the t-shape continuous casting method, a different steel type composite continuous casting method and the like.

【0513】その理由は、鋳片横断面における最終凝固
部固液共存相における鋳造方向のデンドライト間の液相
圧力降下に着眼し、ポロシティ発生の臨界圧力以上に当
該液圧を保持することによって中心欠陥(偏析及びミク
ロポロシティ)を完全に無くすことが可能であるという
本発明の原理がこれらすべての連鋳プロセスに対して普
遍性を有するからである。
The reason is that the liquid phase pressure drop between the dendrites in the casting direction in the solid-liquid coexisting phase in the final solidified portion in the cross section of the slab is focused and the liquid pressure is maintained above the critical pressure for porosity generation. This is because the principle of the present invention that defects (segregation and microporosity) can be completely eliminated is universal to all these continuous casting processes.

【0514】また、凝固収縮によって誘起される中心部
の鋳造方向へのデンドライト間液相流れは合金一般に共
通する物理現象であるため、本発明は鋼の種類を問わず
すべての鋼種、すなわち、炭素鋼、低合金鋼、ステンレ
ス鋼等々に適用できる。アルミニウム、銅等の非鉄合金
の連鋳についても同様である。
Since the liquid phase flow between the dendrites in the casting direction of the center portion induced by solidification shrinkage is a physical phenomenon common to all alloys, the present invention is applicable to all steel types regardless of the type of steel, that is, carbon. It can be applied to steel, low alloy steel, stainless steel, etc. The same applies to continuous casting of non-ferrous alloys such as aluminum and copper.

【0515】本発明は、電磁体積力(Lorentz
力)のみ単独で印加する方法、及び電磁体積力(Lor
entz力)と磁気引力を利用した軽圧下を組み合わせ
る方法によって構成されるが、いずれを適用する場合で
も、凝固のタイミング、すなわち、適用すべき位置(メ
ニスカスからの距離)を誤ると効果は期待できない。
The present invention is based on the electromagnetic volume force (Lorentz).
Force alone, and electromagnetic volume force (Lor
entz force) and light reduction using magnetic attraction are combined, but in any case, the effect cannot be expected if the timing of coagulation, that is, the position to be applied (distance from meniscus) is incorrect. .

【0516】例えば、ポロシティ発生臨界圧に達する位
置よりも下流側(メニスカスから遠ざかる位置)で電磁
体積力(Lorentz力)を印加しても、V状ポロシ
ティはすでに発生しており、図12(b)に示されるよ
うに、V偏析を形成する流れ(周囲の低温部から中心高
温部への流れ)をさらに助長することになるので、電磁
体積力(Lorentz力)の程度によっては逆にもっ
とV偏析を生成するか又は全く効果が得られない場合が
ある。
For example, even if the electromagnetic volume force (Lorentz force) is applied on the downstream side (the position away from the meniscus) from the position where the porosity generation critical pressure is reached, the V-shaped porosity has already occurred, and FIG. ), It further promotes the flow that forms V segregation (flow from the surrounding low temperature part to the central high temperature part), and therefore, depending on the degree of the electromagnetic volume force (Lorentz force), more V It may produce segregation or no effect at all.

【0517】逆に臨界圧位置より上流側すぎると圧力上
昇を必要としない部分での液圧を無駄に上昇させ、最も
液相補給を必要とするクレータエンド近傍への効果が小
さくなるので好ましくない。
On the contrary, if it is too upstream of the critical pressure position, the liquid pressure in the portion that does not need to be increased is unnecessarily increased, and the effect to the vicinity of the crater end, which requires the most liquid phase replenishment, becomes small, which is not preferable. .

【0518】また、位置が適切であっても電磁体積力
(Lorentz力)が小さすぎて、臨界圧力以下にな
ると、欠陥の生成を助長させる恐れがある。
Even if the position is appropriate, if the electromagnetic volume force (Lorentz force) is too small and the pressure becomes lower than the critical pressure, the generation of defects may be promoted.

【0519】従って、臨界圧位置及び必要な電磁体積力
(Lorentz力)を定量的に正確に知ることが極め
て重要である。しかしながら、当該臨界位置を物理的計
測によって直接知ることは不可能であり、まして所要電
磁体積力(Lorentz力)分布を実験的手段によっ
て知ることは不可能である。これが発明を構成する要素
として本発明者が開発した数値解析を必要とする理由で
ある。
Therefore, it is extremely important to know the critical pressure position and the necessary electromagnetic volume force (Lorentz force) quantitatively and accurately. However, it is not possible to directly know the critical position by physical measurement, and it is impossible to know the required electromagnetic volume force (Lorentz force) distribution by experimental means. This is the reason why the numerical analysis developed by the present inventor is required as an element constituting the invention.

【0520】電磁体積力(Lorentz力)を印加す
る方法として本明細書の実施例で述べたように、直流磁
場と直流電流を用いる方法とリニアモーター型電磁推進
力を用いる方法がある。どちらの方法を採用するかは、
図7および図23に示されるように、鋳片の横断面形状
(スラブ、ブルーム、ビレットあるいは異形断面)、連
鋳機プロフィール、必要とする電磁体積力(Loren
tz力)の大きさ等を考慮して最もふさわしい方法を採
用すればよい。
As a method of applying an electromagnetic volume force (Lorentz force), there are a method using a DC magnetic field and a DC current and a method using a linear motor type electromagnetic propulsive force, as described in the embodiments of the present specification. Which method to use is
As shown in FIGS. 7 and 23, the cross-sectional shape of the slab (slab, bloom, billet or irregular cross section), continuous casting machine profile, required electromagnetic volume force (Loren)
The most suitable method may be adopted in consideration of the magnitude of (tz force).

【0521】また、電磁ブースターによって発生する電
磁体積力(Lorentz力)は鋳片の引抜き力として
利用することができる。通常、曲げ型あるいは垂直曲げ
型連鋳においては鋳片の矯正曲げによる引抜き抵抗、鋳
片と鋳型壁間の摩擦抵抗等によって引抜き抵抗を受け
る。例えば文献(31)では190mm×1490m
m、鋳造速度1.5m/minのスラブ連鋳において約
60tonの引抜き抵抗力を実機計測している。このよ
うな大きい引抜き抵抗力に対して充分な引抜き力を得る
ためには、ロールによる駆動トルクを鋳片に有効に作用
させる必要があり、一般にマルチドライブ方式が採用さ
れている。
Also, the electromagnetic volume force (Lorentz force) generated by the electromagnetic booster can be used as the pulling force of the slab. Usually, in continuous casting of a bending die or a vertical bending die, the pulling resistance is received by the pulling resistance due to the straight bending of the cast piece, the frictional resistance between the cast piece and the mold wall, and the like. For example, in reference (31), 190 mm x 1490 m
In the continuous casting of slab with m and casting speed of 1.5 m / min, the pulling resistance of about 60 ton is actually measured. In order to obtain a sufficient pulling force against such a large pulling resistance force, it is necessary to effectively apply a driving torque by the roll to the slab, and a multi-drive system is generally adopted.

【0522】しかしながら、押付けによる摩擦力を鋳片
に作用させる方式では、品質に対して何等かの影響を与
えることが考えられる。例えばロールの押付力が大きい
と凝固シェルを変形させ、内部クラックや偏析の原因と
なるのはその1つである(文献(31))。
However, in the method in which the frictional force due to pressing is applied to the slab, it is considered that the quality is affected in some way. For example, if the pressing force of the roll is large, the solidified shell is deformed, which is one of the causes of internal cracks and segregation (Reference (31)).

【0523】一方、本実施例で用いた電磁ブースターの
能力を引抜き力の最大値Fmaxとして計算(Lore
ntz力の印加体積×密度×G倍率)すると、第2の実
施例ではFmax=20.88ton、第3の実施例の
電磁体積力のみの場合でF ax=154ton(2z
oneの合計)、第3の実施例の軽圧下を組み合わせた
場合でFmax=5tonであり、所要引抜き力に概略
匹敵する。
On the other hand, the capacity of the electromagnetic booster used in this embodiment was calculated as the maximum value F max of the pulling force (Lore).
application volume × density × G ratio) result in ntz force, in the second embodiment F max = 20.88ton, a third embodiment when the electromagnetic body force only in F m ax = 154ton of (2z
One), and F max = 5 ton in the case of combining the light pressure reduction of the third embodiment, which is substantially comparable to the required pulling force.

【0524】従って、電流断面積を調節したり、磁束密
度を大きくする等によって電磁体積力(Lorentz
力)を調節し、引抜き抵抗力に匹敵する引抜き力を得る
ことができる。
Therefore, the electromagnetic volume force (Lorentz) is adjusted by adjusting the current cross-sectional area or increasing the magnetic flux density.
Force) can be adjusted to obtain a pulling force comparable to the pulling resistance force.

【0525】電磁体積力(Lorentz力)は静かに
鋳片に作用し、これによってメニスカスからクレータエ
ンドまでの品質上の重要な範囲では駆動ロールは不要と
なる。この間のロールは純粋に鋳片を支持するためだけ
に用いられるので、多くの駆動ロール装置を必要最低限
の数まで大巾に減らすことができ、設備コストの削減に
貢献すると共に品質に悪影響を及ぼす要因を減少できる
という効果を生む。
The electromagnetic volume force (Lorentz force) quietly acts on the slab, which eliminates the need for a driving roll in the quality-critical range from the meniscus to the crater end. Since the rolls used during this period are purely used to support the slab, many drive roll devices can be greatly reduced to the minimum number required, which contributes to the reduction of equipment cost and adversely affects the quality. It produces the effect of reducing the factors.

【0526】実際の連続鋳造に本発明を導入する場合の
運用方法は次の通りである。
The operation method when the present invention is applied to actual continuous casting is as follows.

【0527】(1) 当該数値解析による凝固シミュレ
ーションと実連鋳機試験のすり合わせ(matchin
g)を行う。本実施例で示した数値解析結果は当然のこ
とながら誤差を伴うものである。
(1) Matching between solidification simulation by the numerical analysis and actual continuous casting machine test (matchin)
g). As a matter of course, the numerical analysis result shown in the present embodiment involves an error.

【0528】誤差の原因の第一は計算に用いた鋳片表面
の熱伝達率ならびに各種物性値データに関する精度であ
る。本実施例で用いた物性値データは種々の文献を参照
し妥当な値であるが多くのデータについて正確さを期す
ることは難しい。
The first cause of the error is the accuracy relating to the heat transfer coefficient on the surface of the slab used in the calculation and various physical property value data. The physical property value data used in this example are appropriate values with reference to various documents, but it is difficult to ensure accuracy for many data.

【0529】第二はデンドライト結晶の形態に関するモ
デリングとこれによって決まる透過率Kに関する精度で
ある。複雑なデンドライト形態のモデリングの妥当性に
ついては文献(18)において検証されているが、デン
ドライト結晶の成長方向と平行(Kとする)及び垂直
方向(Kとする)の透過率は異なることが知られてい
る(文献(32))。KとKは冷却速度に依存する
ようである。しかしながら実用鋼のKとKの大小関
係について信頼できるデータがないのが実情である。
The second is the modeling of the morphology of dendrite crystals and the accuracy of the transmittance K determined by the modeling. Although the validity of modeling of complicated dendrite morphology has been verified in Ref. (18), the transmissivity of the dendrite crystal in the direction parallel to the growth direction (K p ) and in the vertical direction (K V ) is different. Is known (reference (32)). K p and K V appear to be cooling rate dependent. However there no reliable data about the magnitude of K p and K V practical steel is reality.

【0530】従って数値解析と実機試験とのマッチング
に際しては上記二点のみを考慮すればよい。
Therefore, when matching the numerical analysis and the actual machine test, only the above two points need to be considered.

【0531】凝固シェル表面(あるいは内部)温度変化
を実測することによって(例えば文献(33))、上記
第一原因による誤差の補正ができる。現在、水噴霧など
の冷却条件と表面熱伝達率の関係についてかなりのデー
タが蓄積されている。また、凝固シェル厚さ、クレータ
エンドの測定が可能となっているので正確な補正ができ
る。1例として、温度拡散度λ/cρによって補正す
る。
By measuring the temperature change of the surface (or inside) of the solidified shell (for example, Document (33)), the error due to the first cause can be corrected. At present, considerable data have been accumulated regarding the relationship between cooling conditions such as water spray and surface heat transfer coefficient. Further, since the solidified shell thickness and the crater end can be measured, accurate correction can be performed. As an example, the correction is made by the temperature diffusivity λ / cp.

【0532】第二の原因による誤差については、透過率
K式(27)中のデンドライト比表面積Sb((28)
式)に導入した補正係数αの他、当該K式に柱状デンド
ライトの異方性による影響を補正するパラメータα
導入し、ポロシティ発生臨界位置について計算値と一致
するよう、これらの補正係数を決めればよい。すなわ
ち、凝固完了後の内部欠陥の状態(生成範囲、ポロシテ
ィの大きさなど)を観察し数値解析の結果と比較検討し
ながら臨界位置を絞り込んでいけばよい。
Regarding the error due to the second cause, the dendrite specific surface area Sb ((28) in the transmittance K equation (27) is
In addition to the correction coefficient α introduced in (equation), a parameter α K that corrects the influence of the anisotropy of the columnar dendrites is introduced in the K expression, and these correction coefficients are set so that the porosity generation critical position matches the calculated value. Just decide. That is, the critical position may be narrowed down while observing the state of internal defects (generation range, porosity size, etc.) after completion of solidification and making a comparative study with the results of numerical analysis.

【0533】各種の補正係数が決定されると、数値解析
により内部欠陥を無くすための最適条件(即ち、電磁体
積力(Lorentz力)を印加する位置、範囲、大き
さならびに必要に応じて磁気引力による軽圧下条件等)
を見出だすことができる。
When various correction factors are determined, the optimum conditions for eliminating internal defects by numerical analysis (that is, the position, range, size of the electromagnetic volume force (Lorentz force) to be applied, and magnetic attraction force as necessary) are selected. Conditions such as light reduction)
You can find out.

【0534】このようにして決定された最適条件は補正
を行っているので、充分信頼できるものであり、また実
際の操業の際には、安全側に設定値を取ることは言うま
でもない。
Since the optimum condition determined in this way is corrected, it is sufficiently reliable, and it goes without saying that the set value is set on the safe side in the actual operation.

【0535】以上、連鋳品の内部欠陥問題に関して、本
発明による解決方法を述べてきたが、内部欠陥はここで
取り挙げた実施例に限らず、程度の差こそあれ、ほとん
どすべての鋼種に生ずる問題であることを考えると、本
発明はすべての連鋳プロセスに対して極めて広範囲の鋼
種に適用される。
The solution to the internal defect problem of the continuous cast product has been described above. However, the internal defect is not limited to the examples given here, but to almost all steel grades to some extent. Given the problems that arise, the present invention applies to a very wide range of steel grades for all continuous casting processes.

【0536】最後に、本発明の効果を簡単にまとめると
次の通りである。
Finally, the effects of the present invention will be briefly summarized as follows.

【0537】(1)内部欠陥(中心偏析及びポロシテ
ィ)を完全に無くすことができる。
(1) Internal defects (center segregation and porosity) can be completely eliminated.

【0538】(2)高速鋳造を可能にする。(2) High speed casting is possible.

【0539】(3)化学成分バランスの自由度が拡大す
る。
(3) The degree of freedom in chemical component balance is expanded.

【0540】(4)連鋳鋼種が拡大できる。(4) The type of continuous cast steel can be expanded.

【0541】(5)引抜き装置が省力化できる。(5) Labor of the drawing device can be saved.

【0542】特に、上記(2)項に関しては鋳造速度を
2倍あるいは3倍に高速化することによって連鋳プラン
ト数を半分に削減でき、その経済的効果は極めて大き
い。磁場発生装置として建設費及び省スペースの観点か
ら、通常の電磁石よりも超電導磁石が望ましい。また、
ブルームに対してはレーストラック型のコイルを用いる
など鋳片の形状に適合した形を採用すればばよい。さら
に操業条件の変化に対応してブースターの位置を移動で
きるようにしておくと便利である。
In particular, with regard to the above item (2), the number of continuous casting plants can be reduced by half by increasing the casting speed by 2 times or 3 times, and the economical effect thereof is extremely large. From the viewpoint of construction cost and space saving, a superconducting magnet is more preferable than a normal electromagnet as a magnetic field generator. Also,
For the bloom, a shape suitable for the shape of the slab, such as a racetrack type coil, may be used. Furthermore, it is convenient to be able to move the position of the booster in response to changes in operating conditions.

【0543】以上より本発明による連続鋳造プロセス
は、品質はもちろん、生産性、経済性に優れた新規なプ
ロセスであると言える。
From the above, it can be said that the continuous casting process according to the present invention is a novel process excellent not only in quality but also in productivity and economy.

【0544】本発明者は熱、流れなどの巨視的な物理現
象にとどまらず、これらの巨視的現象と多元合金系にお
けるデンドライト成長、溶質再配分などの微視的凝固現
象を連成させ、さらに電磁気力、力学的変形及びパーラ
イト変態の影響を導入したコンピュータプログラムを開
発し、これによって初めて(本発明者の知る限り)、連
続鋳造における凝固現象の全体像を把握することができ
た。 〔支配方程式の離散化〕 A:エネルギー式の離散化 温度に関する離散化式は次の通り。 の下付き添字1、2及び3はgrid point P
から見てそれぞれN,T及びW方向の速度成分を表し、
要素(control volume)の面n,s,・
・・において定義される 両どなりの要素の調和平均(harmonic mea
n)を採る。即ち、 B:溶質再分布式の離散化 返し収束計算における最新値を表し、△t前のold値
との平均を用いる(Crank−Nicholson
scheme)。 素の数だけ離散化式がある。 C:温度−固相率式の離散化 固相率gに対する温度Tの離散化式は次の通り。 D:Darcy−圧力方程式の離散化 Darcy則(本文(26)式)による速度計算式は次
の通り: 及びX方向成分である。即ち、 となる。Kの添字1,・・・は柱状デンドライトの異方
性を考慮する:例えば、スラブ連鋳の場合、K=K
(柱状デンドライト成長方向に平行)且つK=K
(成長方向に垂直)とする。等軸晶の場合はK
=K。また、要素面における調和平均を用いる。
次に圧力方程式は連続条件(本文(9)式と上記(D.
1),etc.を結合して導く。まず(9)式を離散化
すると、 力に加え、Lorentz力の影響の影響を含めた連続
条件を満足するようにP場が決定されることを再度強調
しておきたい。 E:運動方程式の離散化 運動方程式に関してはstaggered gridを
用いる(文献(20)参照)。X(r)方向stag
gered grid(図41(a)参照)を用いて、
離散化式は次の通り (簡単のため添字1を省略し
てvとする): 曲線座標系(図9)のr方向staggered gr
idに対して:Sc,n及びS が次式で与えられる以
外はすべて共通。 μは調和平均を用いる。Z方向staggered g
rid(図41(b)参照)を用いて、v離散化式は
次の通り(簡単のため添字2を省略してvとする) 直交及び円筒座標系のZ方向staggered gr
idに対して: 曲線座標系(図9)のZ方向staggered gr
idに対して:Sc,t及びSが次式で与えられる以
外はすべて共通。 (Y)方向staggered grid(図41
(c)参照)を用いて、v離散化式は次の通り(簡単
のため添字3を省略してvとする) 曲線座標系(図9)及び直交座標系のY方向stagg
ered gridに対して; 圧力離散化式:運動方程式(E.1)、(E.30)及
び(E.58)中の圧力に関する離散化式はDarcy
解析の場合と同様、これら運動方程式と連続条件式(本
文(9)式)を結合して導出する。まず、運動方程式を
次のように変形する。 てPについて整理するとPに関する離散化式を得る。
(E.92)式から明らかな如く、Pはstagger
ed gridではなく元のgridで定義される(図
8,9参照)。 号に注意されたい)。 圧力修正式及び速度修正式:くり返し計算において速度
場が収束すると、圧力方程式を解いて一度で正しい圧力
場が求まる。そこでv場を修正するわけであるが、それ
にはまずP場を修正する。これが、SIMPLERアル
ゴリズムによるくり返し収束解法である。方法は次の通
り:いま、 P(正解)=P(最新値)+P’ (修正量) (E.107) v(正解)=v(最新値)+v’ (修正量) (E.108) とおく。P及びPに対する運動方程式はそれぞれ、
The present inventor is not limited to macroscopic physical phenomena such as heat and flow, and couples these macroscopic phenomena with microscopic solidification phenomena such as dendrite growth and solute redistribution in a multi-component alloy system. By developing a computer program that introduced the effects of electromagnetic force, mechanical deformation, and pearlite transformation, it was possible (for the present inventor's knowledge) to understand the whole picture of the solidification phenomenon in continuous casting for the first time. [Discretization of governing equation] A: Discretization of energy equation The discretization equation for temperature is as follows. Subscripts 1, 2 and 3 are grid point P
From the perspective, the velocity components in the N, T, and W directions are expressed,
Faces n, s, ... of the element (control volume)
..Defined in Harmonic mean of both elements
n) is taken. That is, B: Discretization of solute redistribution formula It represents the latest value in the return convergence calculation, and uses the average with the old value before Δt (Crank-Nicholson
(scheme). There are as many discretization expressions as there are prime numbers. C: Discretization of temperature-solid fraction equation The discretization equation of the temperature T with respect to the solid fraction g S is as follows. D: Darcy-Discretization of pressure equation The velocity calculation formula based on the Darcy law (formula (26) of the text) is as follows: And X 3 direction components. That is, Becomes The subscripts 1, ... Of K consider the anisotropy of columnar dendrites: For example, in the case of continuous slab casting, K 1 = K p
(Parallel to the columnar dendrite growth direction) and K 2 = K 3 =
K V (perpendicular to the growth direction). K 1 = for equiaxed crystals
K 2 = K 3 . Also, the harmonic mean in the element plane is used.
Next, the pressure equation is a continuous condition (equation (9) in the text and the above (D.
1), etc. Join and guide. First, when the equation (9) is discretized, It should be emphasized again that the P field is determined so as to satisfy the continuous condition including the influence of the Lorentz force in addition to the force. E: Discretization of equation of motion For the equation of motion, staggered grid is used (see Reference (20)). X 1 (r) direction stag
Using the gered grid (see FIG. 41 (a)),
The v 1 discretization formula is as follows (subscript 1 is omitted for simplicity). R-direction staggered gr in curvilinear coordinate system (Fig. 9)
For id: All common except S c, n and S n are given by: For μ, the harmonic mean is used. Z direction staggered g
Using rid (see FIG. 41 (b)), the v 2 discretization formula is as follows (subscript 2 is omitted for simplicity). Z direction staggered gr in Cartesian and cylindrical coordinate system
For id: Z-direction staggered gr in curvilinear coordinate system (Fig. 9)
For id: All common except S c, t and S t are given by: X 3 (Y) direction staggered grid (FIG. 41)
(See (c)), the v 3 discretization equation is as follows (subscript 3 is omitted for simplicity). Y-direction stag in curvilinear coordinate system (Fig. 9) and Cartesian coordinate system
for ered grid; Pressure discretization formula: The discretization formula regarding the pressure in the equations of motion (E.1), (E.30) and (E.58) is Darcy.
Similar to the case of analysis, these equations of motion and continuous condition expressions (formula (9) in the text) are combined and derived. First, the equation of motion is transformed as follows. When P is rearranged, the discretization formula for P is obtained.
As is clear from the equation (E.92), P is stagger
It is defined in the original grid, not in the ed grid (see FIGS. 8 and 9). Note the issue). Pressure correction formula and velocity correction formula: When the velocity field converges in the repeated calculation, the pressure equation is solved to obtain the correct pressure field at once. Therefore, the v field is modified, but first, the P field is modified. This is the iterative convergent solution method using the SIMPLER algorithm. The method is as follows: Now, P (correct answer) = P * (latest value) + P '(correction amount) (E.107) v (correct answer) = v * (latest value) + v' (correction amount) (E. 108). The equations of motion for P and P * are

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兼、早川静則:”末凝固軽圧下による連鋳丸ブルームの
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和、藤田利夫:”連続鍛圧法によるブルーム鋳片の偏析
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479 8)鍋島誠司、中戸 参、溝田久和、朝比奈 健、馬田
一、川縁正信:”連続鍛圧法による連鋳ブルームの中
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ンターポロシティの改善”、CAMP−ISIJ、Vo
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ruger,H.G.Thurm,L.Parscha
t,D.Stalleicken,P.Meyer,
E.Windhaus, I.Von Hagen:M
PT−Metallurgical Plant an
d Technology Internationa
l,No.2(1992) 13)G.Gosio,M.Morando,L.Ma
nini,A.Guindani,F.P.Plesc
hiutschnigg,B.Kruger,H.D.
Hoppmann,I.V.Hagen:″The T
echnology of Thin Slab Ca
sting, Production andProd
uct Quality at the Arvedi
I.S.P. Works,Cremona″,2n
dEuropean Continuous Cast
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nd M.F.Flemings: ″Macrose
gregationin a Multicompon
ent Low Alloy Steel″, Met
allurgicalTransaction B,v
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hematical Modeling of Por
osityFormation in Solidif
ication″,Metallurgical Tr
ansactionB,Vol.16B(1985),
p.359 20)S.V.Patankar: Numerica
l Heat Transfer and Fluid
Flow,McGraw−Hill,Inc.(19
80),p.149 21)戎 嘉男、関根和喜、葉山益次郎:”相変態を考
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cal Heat Transfer Model f
orSolidification of Conti
nuously Cast Steel Slab
s″,Trans.Met.Soc.,AIME,Vo
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w inInterdendritic Space
in Cunbic Alloys″, Acta M
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eederheads,″Υhe British F
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ors which determineriser
adequacy andfeeding rang
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89), p. 1146 11) Akihiro Yamanaka, Kazunari Kimura, Masamichi Suzumoto, Yasuo Hitomi, Katsuyoshi Iwata: "Center segregation and improvement of center porosity of bloom / round billet continuous cast slabs", CAMP-ISIJ, Vo
l. 7 (1994), p. 186 12) F. P. Pleschiutschnigg,
G. FIG. Gosio, M .; Morando, L .; Manin
i, C.I. Maffini, U .; Siegers, B .; K
ruger, H .; G. FIG. Thurm, L .; Parscha
t, D. Stallicken, P.M. Meyer,
E. FIG. Windhaus, I.D. Von Hagen: M
PT-Metallurgical Plant an
d Technology Internationala
1, No. 2 (1992) 13) G.I. Gosio, M .; Morando, L .; Ma
Nini, A .; Guindani, F .; P. Plesc
hiutschnigg, B.A. Kruger, H .; D.
Hoppmann, I .; V. Hagen: "The T
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I. S. P. Works, Cremona ", 2n
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ol. 10B (1979), p. 331 17) P.I. C. Carman: Trans. Ins
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osityFormation in Solidif
ication ″, Metallurgical Tr
action B, Vol. 16B (1985),
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80), p. 149 21) Ebi Yoshio, Sekine Kazuki, Hayama Masujiro: "Analysis of thermal stress and residual stress of low alloy steel ingot by viscoplastic constitutive equation considering phase transformation", Iron and Steel, Vol. 78 (1992),
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w inInterdendritic Space
in Cunbic Alloys ", Acta M
et al. , Vol. 32 (1984), p. 142
3 33) Takeshi Takanawa, Tsutomu Takamoto, Hiroshi Tomono, Keigo Okuno, Yuki Miki, Yoshitoshi Enomoto: “Secondary Cooling Control Technology for Continuous Round Billet Casting by Mathematical Model”, Iron and Steel, Vol. 74 (198
8), p. 2294 34) J. M. Midlaton and W.M. J.
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p. 44335) W. S. Pellini: "Fact
ors which destroyer
adequacy and feeding range
e ″, Trans.AFS, vol. 61 (195
3), p. 61

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の電磁ブースターの詳細を説明するための
詳細説明図である。
FIG. 2 is a detailed explanatory diagram for explaining the details of the electromagnetic booster in FIG.

【図3】溶質元素の再分布を説明するための説明図であ
る。図3(a)はFeとある合金元素との平衡状態図を
示し、図3(b)は平衡凝固型合金元素の場合の溶質濃
度分布を示し、図3(c)は非平衡凝固型合金元素の場
合の溶質濃度分布を示す。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining redistribution of solute elements. FIG. 3A shows an equilibrium diagram of Fe and an alloy element, FIG. 3B shows a solute concentration distribution in the case of an equilibrium solidification type alloy element, and FIG. 3C shows a non-equilibrium solidification type alloy. The solute concentration distribution in the case of an element is shown.

【図4】非線形2元状態図の区分線形モデル化を説明す
るための説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining piecewise linear modeling of a nonlinear binary state diagram.

【図5】デンドライト凝固モデルを説明するための説明
図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a dendrite solidification model.

【図6】ミクロポロシティの発生場所及びデンドライト
間液相空間の大きさをを説明するための説明図である。
図6(a)はポロシティの発生場所を示す。図6(b)
及び(c)は液相空間の大きさを計算するためのモデル
である。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a generation site of microporosity and a size of a liquid phase space between dendrites.
FIG. 6A shows the place where the porosity occurs. FIG. 6 (b)
And (c) are models for calculating the size of the liquid phase space.

【図7】数値解析で用いられる体積要素を説明するため
の説明図である。デンドライトは大きく拡大されてい
る。Vはデンドライト間液相流速ベクトル、Vはデ
ンドライト結晶の変形速度ベクトルを表す。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a volume element used in numerical analysis. Dendrites have been greatly expanded. V L represents a liquid phase flow velocity vector between dendrites, and V S represents a deformation velocity vector of the dendrite crystal.

【図8】離散化の説明のために文献(20)のp.97
より引用した説明図である。斜線部はcontrol
volumeを表し、〇印で示した点はgrid po
intと呼ばれる。controlvolumeの面
e,w,n,sにおけるFe,Fw,Fn,Fsは物理
量φの出入りを示す。
FIG. 8 is a p. 97
It is the explanatory view quoted more. The shaded area is control
Representing a volume, the points marked with a circle are grid po
called int. Fe, Fw, Fn, and Fs on the surfaces e, w, n, and s of the control volume represent the physical quantity φ.

【図9】数値解析で用いた座標系を図9(a)に、離散
化に関するトポロジーを図9(b)に示す。図9(b)
における記号の意味は図8と同様である。
FIG. 9 shows the coordinate system used in the numerical analysis, and FIG. 9 (b) shows the topology related to discretization. FIG. 9B
The meanings of the symbols in are the same as in FIG.

【図10(a)】数値解析における計算の流れを示すメ
インプログラムの概要フローチャートである。
FIG. 10A is a schematic flowchart of a main program showing a flow of calculation in numerical analysis.

【図10(b)】数値解析における運動方程式による解
法の概要フローチャートである。
FIG. 10 (b) is a schematic flowchart of a solution method using a motion equation in numerical analysis.

【図11】数値解析結果の妥当性を検証するための例と
して選んだ大型鋼塊(直径1m×高さ3m)の解析結果
を説明するための説明図である。図11(a)は鋳造方
案である。図11(b)は凝固の途中における等温度線
の1例を示す(11.5時間後)。符号Sは固体、Mは
固液共存相(Mushy zone)、Cは収縮孔(c
avity)を意味し、破線はこれらの相の境界を表
す。図11(c)は(b)と同時刻における等固相率線
である。図中の数字は固相率(0〜1)を示す。図11
(d)は全域が固液共存状態(M)になった4.28時
間後の液相流れパターンを示す。流線密度の高い部分
(中心部)は流速が大きいことを示す。流速の早い中心
中央部で約3.5mm/sである。図11(e)は同じ
く、11.5時間後のデンドライト間液相流れパターン
である。中心中央部流速は約0.1mm/sである。図
11(f)及び(g)は凝固完了 以上、上部外周寄り(A偏析が現れる部分)で約5%の
正偏析を生ずる。負偏析は下部中心近傍でもっとも大き
く、外側及び上部に行くほど小さくなる(約−10
%)。図11(g)は燐の場合であり、炭素と同じ傾向
を示すが正負の偏析はもっと強く現れる。
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the analysis result of a large steel ingot (diameter 1 m × height 3 m) selected as an example for verifying the validity of the numerical analysis result. FIG. 11A shows a casting method. FIG. 11B shows an example of isothermal lines during solidification (after 11.5 hours). Reference symbol S is a solid, M is a solid-liquid coexisting phase (Mushy zone), and C is a contraction hole (c).
avity), and the dashed line represents the boundary of these phases. FIG. 11C is an isosolid rate line at the same time as FIG. The numbers in the figure indicate the solid phase ratio (0 to 1). FIG.
(D) shows a liquid phase flow pattern after 4.28 hours when the whole area became a solid-liquid coexisting state (M). The part where the streamline density is high (central part) shows that the flow velocity is high. It is about 3.5 mm / s at the center of the center where the flow velocity is fast. Similarly, FIG. 11 (e) is a liquid phase flow pattern between dendrites after 11.5 hours. The flow velocity at the central central portion is about 0.1 mm / s. 11 (f) and 11 (g) show the completion of solidification As described above, about 5% of positive segregation occurs near the outer periphery (portion where A segregation appears). The negative segregation is greatest near the center of the lower part, and becomes smaller toward the outside and the upper part (about -10).
%). FIG. 11 (g) shows the case of phosphorus, which shows the same tendency as that of carbon, but positive and negative segregation appears more strongly.

【図12】数値解析により確認されたデンドライト間凝
固収縮流れパターンを図12(a)に、V欠陥の模式図
を図12(b)を示す。図12(a)において、流線密
度の高い中心部は流速の大きいことを表す。鋳造方向へ
の流れに比べて横方向への流れは極めて小さい。図12
(b)はV字に沿って局所的(デンドライトスケール)
に強い正の偏析(+)を有すると同時にミクロポロシテ
ィを伴うV状欠陥を示す。矢印は当該V欠陥に沿って流
入するデンドライト間液相流れを表す。
FIG. 12 shows a solidification shrinkage flow pattern between dendrites confirmed by numerical analysis in FIG. 12 (a), and a schematic view of V defects in FIG. 12 (b). In FIG. 12A, the central portion having a high streamline density indicates that the flow velocity is high. The flow in the lateral direction is extremely small compared to the flow in the casting direction. FIG.
(B) is local along the V-shape (dendritic scale)
Shows a V-shaped defect with a strong positive segregation (+) at the same time with microporosity. The arrow indicates the liquid phase flow between dendrites flowing along the V defect.

【図13】現行の典型的な垂直型ビレット連鋳機の概略
図である。Lは液相領域、Mは固液共存相、Sは固体部
分を表す。
FIG. 13 is a schematic view of a typical current vertical billet continuous casting machine. L represents a liquid phase region, M represents a solid-liquid coexisting phase, and S represents a solid part.

【図14】Fe−C状態図の線形化データを説明するた
めの説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the linearized data of the Fe—C state diagram.

【図15】非線形多元合金モデルを用いて計算した温度
と固相率との関係を示す説明図である。図15(a)は
IC−1Cr軸受鋼(成分は表2参照)の場合であり、
図15(b)は0.55%炭素鋼(成分は表6参照)の
場合である。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a relationship between temperature and solid fraction calculated using a nonlinear multi-component alloy model. FIG. 15 (a) shows the case of IC-1Cr bearing steel (see Table 2 for composition),
FIG. 15B shows the case of 0.55% carbon steel (see Table 6 for composition).

【図16】デンドライト間液相中の平衡COガス圧に及
ぼす酸素含有量の影響を説明するための説明図である。
ただし、COガス気泡が存在しない場合である((4
9)〜(58)式参照)。図16(a)はIC−1Cr
軸受鋼(成分は表2参照)の場合であり、図16(b)
は0.55%炭素鋼(AISI1055、成分は表6参
照)の場合である。
FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining the influence of the oxygen content on the equilibrium CO gas pressure in the liquid phase between dendrites.
However, there is no CO gas bubble ((4
9)-(58) type formula). Figure 16 (a) shows IC-1Cr
The case of bearing steel (see Table 2 for composition) is shown in Fig. 16 (b).
Is for 0.55% carbon steel (AISI 1055, composition see Table 6).

【図17】第1の実施例において、図17(a)は中心
要素の温度T及び固相率gの分布を示し、図17
(b)は凝固シェル肉厚分布を示す(いずれも定常状
態)。図中の(a)は単なる温度計算の場合であり、
(b)はDarcy流れを考慮して、液相熱伝導率を見
かけ上5倍にした場合を示す。
17 (a) shows the distribution of the temperature T and the solid fraction g S of the central element in the first embodiment, and FIG.
(B) shows a solidified shell wall thickness distribution (all are in a steady state). (A) in the figure is a case of simple temperature calculation,
(B) shows a case where the liquid phase thermal conductivity is apparently increased to 5 times in consideration of the Darcy flow.

【図18】第1の実施例において、図18(a)は中心
部の温度T,固相率g、液圧P及びDarcy流速V
を示し、図18(b)は表面熱伝達率H及び凝固シェル
厚を示し、図18(c)は中心部の透過率K及び体積力
(自重あるいはLorentz力)Xを示し、図18
(d)は表面温度Tを示す。
FIG. 18 (a) shows the temperature T of the central portion, the solid fraction g S , the liquid pressure P, and the Darcy flow velocity V in the first embodiment.
18 (b) shows the surface heat transfer coefficient H and the solidified shell thickness, and FIG. 18 (c) shows the transmittance K and the volume force (self-weight or Lorentz force) X of the central portion.
(D) shows the surface temperature T S.

【図19】第1の実施例における数値解析の結果を説明
するための説明図である。
FIG. 19 is an explanatory diagram for explaining a result of numerical analysis in the first example.

【図20】第1の実施例における相分布を説明するため
の説明図である。Lは溶鋼プール、Mは固液共存相及び
Sは固相を示す。固相率1%以上をMとした。
FIG. 20 is an explanatory diagram for explaining a phase distribution in the first embodiment. L indicates a molten steel pool, M indicates a solid-liquid coexisting phase, and S indicates a solid phase. The solid phase rate of 1% or more was defined as M.

【図21】第1の実施例における垂直型連鋳のクレータ
エンド近傍でのデンドライト間液相流れを説明するため
の説明図である。
FIG. 21 is an explanatory diagram for explaining a liquid phase flow between dendrites near a crater end of vertical type continuous casting in the first example.

【図22】第1の実施例における垂直型連鋳のデンドラ
イトアームスペーシングを説明するための説明図であ
る。図22(a)は(28)及び(29)式による理論
式を、図22(b)は(71)式による実験式を用いた
場合である。表面要素で両者が一致するように(28)
式中の補正係数α=1.2とした。
FIG. 22 is an explanatory diagram for explaining the dendrite arm spacing of vertical continuous casting in the first example. FIG. 22 (a) shows the case where the theoretical formulas based on the formulas (28) and (29) are used, and FIG. 22 (b) shows the case where the empirical formula based on the formula (71) is used. Make sure that the surface elements are the same (28)
The correction coefficient α in the equation is 1.2.

【図23】第1の実施例における電磁ブースターを説明
するための説明図である。図23(a)は概念構成図で
あり、図23(b)は水平断面構成図を示す。電磁体積
力(Lorentz力)は垂直方向下向きに印加する。
FIG. 23 is an explanatory diagram illustrating an electromagnetic booster according to the first embodiment. FIG. 23A is a conceptual configuration diagram, and FIG. 23B is a horizontal sectional configuration diagram. Electromagnetic volume force (Lorentz force) is applied vertically downward.

【図24】第1の実施例において電磁体積力(Lore
ntz力)の効果を説明するための説明図である。
FIG. 24 is a graph showing electromagnetic volume force (Lore) in the first embodiment.
It is an explanatory view for explaining the effect of (ntz force).

【図25】0.55%炭素鋼の比熱C(cal/g℃)
及び熱伝導率λ(cal/cms℃)に関するデータを
説明するための説明図である。
FIG. 25: Specific heat C of 0.55% carbon steel C (cal / g ° C.)
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining data regarding thermal conductivity λ (cal / cms ° C.).

【図26】本発明の第2の実施例に用いた典型的な垂直
曲げ連鋳機の概要を示す図である。曲げロール及び矯正
ロール以外の支持ロールは図示しない。
FIG. 26 is a diagram showing an outline of a typical vertical bending continuous casting machine used in a second embodiment of the present invention. The supporting rolls other than the bending roll and the straightening roll are not shown.

【図27】第2の実施例において図27(a)は肉厚中
心要素の温度T、固相率g、液圧P及びDarcy流
速Vを示し、図27(b)は表面熱伝達率H及び凝固シ
ェル厚を示し、図27(c)は肉厚中心要素の透過率K
及び自重あるいは電磁体積力の鋳造方向成分Xを示し、
図27(d)は表面温度Tを示す。
FIG. 27 (a) shows the temperature T, the solid phase fraction g S , the liquid pressure P, and the Darcy flow velocity V of the thickness center element in the second embodiment, and FIG. 27 (b) shows the surface heat transfer coefficient. H and the solidified shell thickness are shown, and FIG. 27C shows the transmittance K of the thickness center element.
And the casting direction component X of its own weight or electromagnetic volume force,
FIG. 27D shows the surface temperature T S.

【図28】第2の実施例における数値解析の結果を説明
するための説明図である。
FIG. 28 is an explanatory diagram for explaining the result of numerical analysis in the second example.

【図29】第2の実施例において電磁体積力(Lore
ntz力)の効果を説明するための説明図である。
FIG. 29 is a graph showing the electromagnetic volume force (Lore) in the second embodiment.
It is an explanatory view for explaining the effect of (ntz force).

【図30】第2の実施例において図30(a)に凝固の
プロフィールを示し、図30(b)にクレータエンド付
近のDarcy流れ分布を示す。符号Lは液相、Mは固
液共存相、Sは固相を示す。メニスカスからの距離はス
ラブ肉厚中心軸に沿った値である。スラブは実際には曲
がっているが表示の簡単のため長く伸びた長方形で示し
た。矯正ゾーンにおけるロールの位置を○印で示す。
30A and 30B show a coagulation profile and a Darcy flow distribution near the crater end in the second example. The symbol L indicates a liquid phase, M indicates a solid-liquid coexisting phase, and S indicates a solid phase. The distance from the meniscus is a value along the slab thickness central axis. The slab is actually curved but shown as a long rectangle for ease of display. The position of the roll in the straightening zone is indicated by a circle.

【図31】第2の実施例において電磁体積力(Lore
ntz力)の効果を説明するための説明図である。
FIG. 31 is a diagram showing an electromagnetic volume force (Lore) in the second embodiment.
It is an explanatory view for explaining the effect of (ntz force).

【図32】炭素鋼の導電率σ(1/Ωm)を示すための
説明図である(日本鉄鋼協会編:鉄鋼便覧第3版、p.
311より)。
FIG. 32 is an explanatory diagram for showing the electrical conductivity σ (1 / Ωm) of carbon steel (edited by Japan Iron and Steel Institute: Iron and Steel Handbook 3rd edition, p.
311).

【図33】第3の実施例における数値解析結果を説明す
るための説明図である。
FIG. 33 is an explanatory diagram for explaining a numerical analysis result in the third example.

【図34】第3の実施例における数値解析結果を説明す
るための説明図である。
FIG. 34 is an explanatory diagram for explaining a numerical analysis result in the third example.

【図35】第3の実施例において電磁体積力(Lore
ntz力)の効果を説明するための説明図である。
FIG. 35 is a graph showing the electromagnetic volume force (Lore) in the third embodiment.
It is an explanatory view for explaining the effect of (ntz force).

【図36】第3の実施例3において軽圧下効果を検討す
るために行った予備的計算結果を説明するための説明図
である。図36(a)は正味の凝固収縮を補償するに必
要な圧下量分布(中心部の固相率が0.1となる位置
(25m)から下流側へ向かって計算した)を示し、図
36(b)はクレータエンド近傍における直線圧下勾配
を示し、図36(c)はこれらの圧下勾配に対して液圧
降下の緩和を示す計算結果を示す。
FIG. 36 is an explanatory diagram for explaining a preliminary calculation result performed for studying the light rolling-down effect in the third embodiment. FIG. 36 (a) shows a reduction amount distribution (calculated from the position (25 m) where the solid fraction of the central portion is 0.1 to the downstream side) necessary for compensating the net coagulation contraction, and FIG. FIG. 36B shows linear reduction gradients near the crater end, and FIG. 36C shows calculation results showing relaxation of the hydraulic pressure drop with respect to these reduction gradients.

【図37】第3の実施例において電磁体積力(Lore
ntz力)と軽圧下の効果を説明するための説明図であ
る。
FIG. 37 is a graph showing the electromagnetic volume force (Lore) in the third embodiment.
It is an explanatory view for explaining the effect of (ntz force) and light reduction.

【図38】0.55%炭素鋼の等温変態線図を示す。図
中の符号Aはオーステナイト、Pはパーライトを示す。
実線は実験データ(文献(30))、破線は本明細書中
の式(34)及び(76)による計算値である(文献
(21)参照)。フェライト、パーライト及びベーナイ
トはCの拡散によって生ずるのでこれらをすべてC拡散
型のパーライト変態と見なした。変態開始はPの体積率
=0.01,終了はg=0.99とした。
FIG. 38 shows an isothermal transformation diagram of 0.55% carbon steel. Reference numeral A in the drawing indicates austenite, and P indicates pearlite.
The solid line is the experimental data (reference (30)), and the broken line is the calculated value by the equations (34) and (76) in the present specification (see reference (21)). Since ferrite, pearlite, and bainite are produced by diffusion of C, they are all regarded as C diffusion type pearlite transformation. The volume ratio of P was g P = 0.01 at the start of transformation and g P = 0.99 at the end.

【図39】直流静磁場発生装置として超電導空心コイル
を用いる場合、両コイル間に作用する引力を説明するた
めの説明図である。図39(a)は円筒座標系(r,
θ,z)の場合を示し、図39(b)は両コイル間の中
心z=b/2における磁束密度Bzを1,2及び3(T
esla)に設定した場合の計算結果を示す(ただしa
=0.8mに固定した)。Iはコイル電流、圧力P(K
gf/cm)はコイル間引力をコイル断面積で割った
値である。
FIG. 39 is an explanatory diagram for explaining an attractive force acting between both coils when a superconducting air-core coil is used as the DC static magnetic field generation device. FIG. 39A shows a cylindrical coordinate system (r,
θ, z), and FIG. 39 (b) shows the magnetic flux density Bz at the center z = b / 2 between the coils, 1, 2 and 3 (T
Shows the calculation result when set to (esla) (however, a
= Fixed at 0.8 m). I is the coil current, pressure P (K
gf / cm 2 ) is a value obtained by dividing the attractive force between the coils by the coil cross-sectional area.

【図40】第3の実施例において磁気力(引力)と圧下
勾配(mm/m)との関係を説明するための説明図。変
形は固体に比べ極端に強度の小さい中心部固液共存相の
デンドライトスケルトンに集中的に生じ、力と勾配(即
ち変位)の関係はわずかに非線形となる。
FIG. 40 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the magnetic force (attractive force) and the reduction gradient (mm / m) in the third embodiment. Deformation is concentrated on the dendrite skeleton in the central solid-liquid coexisting phase, which is extremely weaker than the solid, and the relationship between force and gradient (ie displacement) is slightly non-linear.

【図41】運動方程式の離散化(付録E参照)に用いら
れるstaggered gridを説明するための説
明図である。図41(a)はX(r)方向の、図41
(b)はX(Z)方向の、図41(c)はX(Y)
方向のstaggeredgridを示す。
FIG. 41 is an explanatory diagram for explaining staggered grid used for discretization of a motion equation (see Appendix E). 41 (a) is in the X 1 (r) direction.
41B is in the X 2 (Z) direction, and FIG. 41C is X 3 (Y).
The staggered grid of directions is shown.

【図42】従来技術による連続鍛圧法の概略図である。
Anvilの圧下により固液共存相における液相が上流
側へ排出される様子を示す。δは圧下量である。
FIG. 42 is a schematic view of a continuous forging method according to the related art.
It shows how the liquid phase in the solid-liquid coexisting phase is discharged to the upstream side under the pressure of Anvil. δ is the amount of reduction.

【図43】鋳鋼の中心引け巣の形成を説明するための説
明図である(文献14のp242)。
FIG. 43 is an explanatory diagram for explaining formation of a central shrinkage cavity of cast steel (p242 of Document 14).

【図44】加圧鋳造実験装置を説明するための説明図で
ある。
FIG. 44 is an explanatory diagram for explaining a pressure casting experimental device.

【図45】大気鋳造における温度履歴の実測値と計算値
を示した説明図である。
FIG. 45 is an explanatory diagram showing measured and calculated temperature histories in atmospheric casting.

【図46】大気鋳造品のマクロ組織を説明するための説
明図である。
FIG. 46 is an explanatory diagram for explaining a macrostructure of an atmospherically cast product.

【図47】大気鋳造品におけるVパターンの顕微鏡観察
組織である。
FIG. 47 is a microscopic observation structure of a V pattern in an atmospherically cast product.

【図48】大気鋳造品におけるVパターン近傍のビッカ
ース硬度変化を説明するための説明図である。
FIG. 48 is an explanatory diagram for explaining a change in Vickers hardness in the vicinity of a V pattern in an atmospherically cast product.

【図49】大気鋳造における数値解析によるポロシティ
の発生過程を説明するための説明図である。図49
(a)は内部ポロシティを生じ始める注湯開始55秒後
の固相率分布であり、図49(b)は凝固完了後のポロ
シティ分布を示す。
FIG. 49 is an explanatory diagram for explaining a generation process of porosity by numerical analysis in atmospheric casting. FIG.
(A) is a solid fraction distribution 55 seconds after the start of pouring, which starts to generate internal porosity, and FIG. 49 (b) shows a porosity distribution after completion of solidification.

【図50】10atmの加圧鋳造品のマクロ組織を説明
するための説明図である。
FIG. 50 is an explanatory diagram for explaining a macrostructure of a pressure cast product of 10 atm.

【図51】22atmの加圧鋳造品のマクロ組織を説明
するための説明図である。
FIG. 51 is an explanatory diagram for explaining a macrostructure of a pressure cast product of 22 atm.

【図52】加圧鋳造の効果を数値解析により予測した結
果を示す説明図である。図52(a)は大気鋳造(加圧
なし)、図52(b)は10atm加圧及び図52
(c)は20atm加圧鋳造した時の内部欠陥の体積率
を示す。
FIG. 52 is an explanatory diagram showing a result of predicting the effect of pressure casting by numerical analysis. 52 (a) is atmospheric casting (no pressurization), FIG. 52 (b) is 10 atm pressurization and FIG.
(C) shows the volume ratio of the internal defect at the time of 20 atm pressure casting.

【図53】文献(34)の鋼鋳物について加圧鋳造の効
果を数値計算により予測した結果を示す説明図である。
図53(a)は加圧しない場合、図53(b)は4.2
atm加圧した場合のポロシティ体積率を示す。
FIG. 53 is an explanatory diagram showing the results of numerically predicting the effect of pressure casting on the steel casting of Document (34).
53 (a) is not pressurized, and FIG. 53 (b) is 4.2.
The porosity volume ratio at the time of pressurizing atm is shown.

【図54】内部欠陥が生ずるメカニズムを説明するため
の説明図である。
FIG. 54 is an explanatory diagram for explaining a mechanism of causing an internal defect.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電磁ブースター 1a 高剛性フレーム 1b 鋳片 1c 直流回転電極 1d スプリング 1e 固定軸 1f 非磁性ロール 2 レードル 3 タンディッシュ 4 ノズル 5 水冷鋳型 6 鋳片 7 曲げロール 8 矯正ロール 9 表示手段 1 Electromagnetic Booster 1a High Rigidity Frame 1b Cast Piece 1c DC Rotating Electrode 1d Spring 1e Fixed Axis 1f Non-Magnetic Roll 2 Ladle 3 Tundish 4 Nozzle 5 Water Cooled Mold 6 Cast Piece 7 Bending Roll 8 Straightening Roll 9 Display Means

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 連続鋳造において、連鋳品の鋳造方向に
電磁体積力(Lorentz力)を印加するための電磁
ブースターを備えていることを特徴とする連続鋳造シス
テム。
1. A continuous casting system comprising an electromagnetic booster for applying an electromagnetic volume force (Lorentz force) in the casting direction of a continuous cast product in continuous casting.
【請求項2】 前記電磁ブースターは、前記連鋳品の固
液共存相に対して鋳造方向に電磁体積力(Lorent
z力)を印加することを特徴とする請求項1記載の連続
鋳造システム。
2. The electromagnetic booster applies an electromagnetic force in the casting direction to the solid-liquid coexisting phase of the continuous cast product.
Z continuous force is applied, The continuous casting system of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 前記電磁ブースターは、前記連鋳品の最
終凝固部近傍の固液共存相に対して鋳造方向に電磁体積
力(Lorentz力)を印加することを特徴とする請
求項1記載の連続鋳造システム。
3. The electromagnetic booster applies an electromagnetic volume force (Lorentz force) in the casting direction to the solid-liquid coexisting phase near the final solidification portion of the continuous cast product. Continuous casting system.
【請求項4】 前記電磁ブースターは、前記連鋳品の最
終凝固部近傍の固液共存相におけるデンドライト間の液
相圧力をポロシティ発生臨界圧力以上の圧力に保持させ
るに必要な大きさの電磁体積力(Lorentz力)を
印加することを特徴とする請求項1記載の連続鋳造シス
テム。
4. The electromagnetic booster has an electromagnetic volume of a size required to maintain a liquid phase pressure between dendrites in a solid-liquid coexisting phase near a final solidification portion of the continuous cast product at a pressure equal to or higher than a porosity generation critical pressure. The continuous casting system according to claim 1, wherein a force (Lorentz force) is applied.
【請求項5】 前記電磁ブースターは、前記連鋳品の合
金成分、液相中の固溶ガス量、連鋳品の断面形状・寸
法、鋳造温度、鋳造速度、連鋳鋳片(凝固シェル)表面
における冷却条件ならびに鋳片の曲げ、矯正、圧下など
による変形速度等の操業パラメータに基づいて、前記電
磁体積力(Lorentz力)の大きさと印加領域を算
出する演算手段を具備していることを特徴とする請求項
1記載の連続鋳造システム。
5. The electromagnetic booster comprises an alloy component of the continuous cast product, a solid solution gas amount in a liquid phase, a cross-sectional shape / dimension of the continuous cast product, a casting temperature, a casting speed, a continuous cast slab (solidified shell). And a calculation means for calculating the magnitude of the electromagnetic volume force (Lorentz force) and the application area based on the cooling conditions on the surface and the operating parameters such as the deformation rate of the slab by bending, straightening, and rolling. The continuous casting system according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項6】 前記演算手段が、前記連鋳品の固液共存
相でのデンドライト間に生じる液相の流れに基因する液
相の圧力降下に着目し、内部欠陥発生位置を算出するこ
とを特徴とする請求項5記載の連続鋳造システム。リア
ルタイムで表示するための表示手段を具備していること
を特徴とする請求項5記載の連続鋳造システム。
6. The calculation means calculates the internal defect occurrence position by paying attention to the pressure drop of the liquid phase caused by the flow of the liquid phase generated between the dendrites in the solid-liquid coexisting phase of the continuous cast product. The continuous casting system according to claim 5, characterized in that The continuous casting system according to claim 5, further comprising display means for displaying in real time.
【請求項7】 前記演算手段が、実測値に基づいて前記
電磁体積力(Lorentz力)の大きさと印加領域の
補正を行うための補正手段を具備していることを特徴と
する請求項5記載の連続鋳造システム。
7. The calculation means comprises a correction means for correcting the magnitude of the electromagnetic volume force (Lorentz force) and the applied area based on an actual measurement value. Continuous casting system.
【請求項8】 前記補正手段は実験による実測データに
基づいて演算処理を行うことを特徴とする請求項7記載
の連続鋳造システム。
8. The continuous casting system according to claim 7, wherein the correction means performs arithmetic processing based on experimentally measured data.
【請求項9】 前記補正手段は操業パラメータの実測デ
ータに基づいて前記電磁力の大きさ及び印加領域ならび
に操業パラメータに対してリアルタイムでフィードバッ
ク制御を行う機能を具備することを特徴とする請求項7
記載の連続鋳造システム。
9. The correction means has a function of performing feedback control in real time with respect to the magnitude and application region of the electromagnetic force and the operation parameter based on the actual measurement data of the operation parameter.
The continuous casting system described.
【請求項10】 前記演算手段が、実測値に基づいて前
記連鋳品の凝固過程をリアルタイムで表示するための表
示手段を具備していることを特徴とする請求項5記載の
連続鋳造システム。
10. The continuous casting system according to claim 5, wherein the arithmetic means includes a display means for displaying the solidification process of the continuous cast product in real time based on an actually measured value.
【請求項11】 前記連鋳品に圧下勾配を付与するため
の圧下手段を、前記電磁ブースターに併設することを特
徴とする請求項1記載の連続鋳造システム。
11. The continuous casting system according to claim 1, wherein a reduction means for imparting a reduction gradient to the continuous cast product is provided together with the electromagnetic booster.
【請求項12】 前記圧下手段が、前記連鋳品の最終凝
固部近傍における凝固収縮量勾配以下の圧下勾配を鋳片
表面を介して付与することを特徴とする請求項11記載
の連続鋳造システム。
12. The continuous casting system according to claim 11, wherein the reduction means applies a reduction gradient not more than a solidification shrinkage gradient near the final solidification portion of the continuous cast product through the slab surface. .
【請求項13】 前記圧下手段が、対向ロールを具備す
ることを特徴とする請求項11記載の連続鋳造システ
ム。
13. The continuous casting system according to claim 11, wherein the rolling-down means includes a facing roll.
【請求項14】 前記圧下手段が、磁場発生装置を具備
することを特徴とする請求項11記載の連続鋳造システ
ム。
14. The continuous casting system according to claim 11, wherein the reduction means comprises a magnetic field generator.
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