JPS5946701B2 - 金属を連続鋳造する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融金属を鋳型に注入し、溶融芯を有するスト
ランドを引き抜き、案内し、更に冷却し、そしてストラ
ンド内に電磁界を誘導する少なくとも一つの攪拌手段に
よって乱流を溶融芯に起こす金属を連続鋳造する方法に
関するものである。

連続鋳造方法によって生産されるストランドの組織は種
々の要因の中で材料の成分及び鋳造温度に依存している
。

溶解温度上方２，３℃のみの鋳造温度で球状で方向性の
ない組織が多く、液相線上方１５℃以上の鋳造温度で少
しの成分の著しい中央正偏析を有する柱状で方向性組織
が多い。

鋳造技術の理由として、実際２０℃以上の温度で実施す
ることが必要である。

主に球状で方向性のない組織を有し、中央偏析の少ない
鋳造スラブを得るために、高温度で連続鋳造する場合で
さえ多大の努力が払われた。

溶融金属を磁気攪拌させて引き起こす相対的に著しい乱
流によって鋳造材料の品質改善を達成することは鋼の連
続鋳造では公知の方法である。

これらの改善は推力を溶融金属に適用する種々の方法に
よって達成される。

鋼は合金成分及び材料が凝固する際に偏析、特に中央偏
析を起こす可能性のあるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ。

Ｐ、Ｓ等のわずかな成分からなる。

結晶組織同様に偏析は他の要因の中で高温レベルに起因
していることが知られている。

電磁攪拌とそれによって引き起こされる乱流は上記のよ
うな偏析を防ぐように意図されている。

その目的は、最も緻密な方向性のない組織を有する最も
広い範囲を得るように、凝固組織に影響を与えることで
ある。

しかしながら溶融金属の活発な運動はいわゆる白帯をつ
くるように凝固部に影響を与える。

これらの白帯は品質を悪化させる負の偏析である。

ビレット又はブルームを鋳造する際表面及び内部の品質
を改善するために、電磁手段によって溶解物の溶融芯を
ストランドの長軸の周りに回転させることは公知である
。

この系では不完全な回転磁界（三つの磁極）によって回
転が起こされる。

微細粒組織はこのようにして得られるだろうが、大きな
白帯の発達を防ぐことは出来ない。

三対の磁極からなる電磁手段が管状鋳型の周りに配置さ
れている装置は公知であり、その電磁手段は溶融芯に対
してストランドの長軸の周りに回転運動を与える。

完全な回転磁界によって発生する回転は不十分な乱流で
ある。

従って溶融鋼を混合することは不完全である。

というのはストランドに対し横切るように働く力は均一
な磁気作用では生じないからである。

鋳造製品の表面、合金成分及び少量の成分の分布、特に
内部組織に関するかぎり、鋳造品の品質に関してみると
比較的わずかな乱れでは不充分である。

公知の方法では、電磁走行磁界によってストランドの長
軸方向に推力を発生させ、ストランド周囲に延在する磁
石をローラ一対の間に溶融プール末端迄配置させる。

溶融プールに沿って誘導された力によって望ましい非柱
状組織をつくり、臨界偏析特に中央偏析及び白帯の発達
を防ぐ。

そのような装置は多数の磁石のため多くのスペースを要
し、ストランドの充分な冷却を妨げ、そして非常に高価
でもある。

鋳造スラブを生産する別の公知の方法では、長軸方向側
面の互いに対抗的に配置された、二つの磁石によって作
られる電磁走行磁界によって力を溶融鋼にかけてこれら
の白帯を除去する努力が払われている。

ゆがめられた流れが、ある限られた範囲にとじこめられ
るような静かな方法で凝固壁を流れ材がたたくように推
力がストランドの長軸を横切って働くよう意図されてい
る。

この作用の制限域は緻密な方向性のない結晶組織のよう
な不充分な領域になる。

更に又、この方法では白帯は完全に除去されず、その欠
点のため非常に良い製品を得ることは不可能で、例えば
圧延製品の品質に負の影響を与えるということがわかっ
た。

相を対称にして且つストランドの長軸方向を縦横に延ば
して推力効果を用いて種々の試験が実施されている。

これらの力は鋳造スラブの長い側面に配置した攪拌手段
によって生産される。

顕微鏡写真は白帯と広いデンドライト域を示したがそれ
は不十分な鋳造鋼の品質であった。

本発明の目的は最適なストランドの品質を得ることがで
きる方法を提供することである。

特にその目的は緻密な方向性のない結晶組織を持った充
分な領域を生むことである。

鋳造材はいかなる白帯をも呈さす、そして特に中央に偏
析を含まないように考慮された。

本発明によれば、溶融金属に対し種々に異なって用し、
且つ磁界の相内の非対称によって影響される推力によっ
て乱流が誘導されることによって本目的が達成される。

溶融金属に対して可変方式で作用する推力を用いて、高
い温度にもかかわらず実際上白帯が顕微鏡写真に現われ
ず、また緻密な方向性のない結晶組織が臨界中央偏析も
なく達成されるような乱流が誘導されるということが驚
くべきことに確認された。

本方法の有利な応用に従い且つ与えられた鋳造パラメー
ターによって可変に作用する推力は磁界内でストランド
の長軸に対して横切るように又は長さ方向に溶融金属の
直線方向の推力を生せしめる。

ストランド運動方向に対して横切るような推力作用を断
面の広いストランドがする場合、充分に長い攪拌効果を
生むのに必要なスペースはストランドの走行方向で減少
せしめられる。

可変に作用する推力の有利な応用と及びビレット、ブル
ーム生産に用いる更に有利な応用分野では、弧状方向の
推力を磁界範囲内で、ストランド長軸周囲の溶融金属内
に発生させる。

この方法が鋳型内で用いられる場合、内部組織同様スト
ランドの表面組織をも改善する。

本発明を他に応用し、且つ可変な推力を作り出すために
、相の一つの捲き線に、少なくとも他相のうちの一つの
捲き線から異なった電流強さが適用される。

これらの異なった電流強さはほぼ１０％ないし２５％の
範囲にうまく入る。

しかしながら可変作用の推力は相を幾何学的に変形させ
て発生してもよい。

本発明の他の特徴によれば推力の方向に次相の強い推力
に先行して相の一つの弱い推力を作用させるならば乱流
がより効果的であることがわかった。

鋳造開始では、溶融芯が回転運動を起こす前、ある時間
が経過する。

他の特徴によればそしてまた出来るだけ早く、求める乱
流を生せしめるために、相の非対称をほぼ０から予定の
最大値に至る初期に調節する。

このようにしてストランドの先端部は望ましい金属学的
性質が得られる保証が可能となった。

本発明の方法において、且つ物理学上の法則に基づいて
、０と最大値の間で、パルス変化をさせる横方向の力が
攪拌の方向に働く力に加えて起こされる。

本発明の他の特徴によれば、磁界の推力方向を調節して
、相の非対称から生じ、且つ攪拌手段の表面に垂直に向
けられた力がストランドに生じた攪拌手段の力から離れ
る方向に効果的になる場合これらの力が流れの強さをさ
らに増加させることになる。

このように、付加的な品質改善は特に片側に配置した攪
拌手段を用いて得ることが出来る。

本発明の実施例を、添付図面を参考にして、次に詳しく
説明する。

第１図では１はスラブ鋳造用冷間湾曲オツシレーテイン
グ鋳型を示す。

鋳型に伸びる注入管によって注入容器−図示されていな
い−から溶融鋼が供給される。

鋳型１に出来そして溶融芯３を有するストランド２は鋳
型１の下に配置された１０メートルの半径を有する湾曲
ストランド軌道４に案内され支持される。

ストランド２の付加冷却用噴射ノズルはロール５の間に
配置されている。

ストランドは引抜き機、矯正機によって引き出され導ひ
かれる。

鋳型の末端からほぼ５メートルの距離に分会の設計の走
行磁場１０の型式の攪拌手段がストランド軌道５の内側
に配置されている。

非磁性材料例えばステンレス鋼のローラー５′は磁石１
０とストランド内側面の間に配置されている。

磁石１０は２相ユニツトである。

三相磁石が使われてもよい。

攪拌手段によってストランドの長軸方向に対し横切る方
向に推力が発生する。

上記設備のスラブ鋳造物は１５５０ｍｍＸ’２７０ｍｍ
の断面を有する。

引抜き速度はほぼ０．５５ｍ／分であった。

２相は周波数２ヘルツ、約１０００アンペアで２００Ｖ
対称的にかけられた。

第２図は２９℃超過温度で鋳造された０、１５％Ｃ２０
，０２５％Ｓ及び通常の少量成分含有鋼の顕微鏡写真で
あり、従来の攪拌方法が用いられた。

顕微鏡写真はすぐれた球状組織を持つ比較的薄い縁２０
を示す。

この域２０に接して中央に伸びたデンドライトの柱状組
織を有する域２１がある。

域２１の次の域は非方向性結晶組織を有し、明かるい白
い帯状を呈する域２２である。

この帯は参照符号２２で示されるように一つ部分からな
っているか又は、複数の帯２３，２４．２５に分けられ
ている。

域２２の次の域は中央偏析２７で併合する緻密な非方向
性結晶組織２６である。

第３図は第２図のＩ−１ラインに沿って硫黄量を測定し
た結果を示す。

硫黄量はＹ軸にパーセントで示されておりスラブの厚み
がＹ軸で示されている。

グラフから硫黄量が白い帯（域２３，２４゜２５）の所
で著しく減少しているのがわかる。

第４図は本発明の方法を用いて攪拌されたスラブの半断
面顕微鏡写真を示す。

スラブの断面、鋼の性質、引抜き速度、推力の方向、及
び周波数は第２図の場合に述べたものと同じであった。

超過温度は４３℃であった。

良好に作用する電流の強さは一相の場合８３０Ａで他の
相の場合１０００Ａであった。

このように幾相かのうちの一相が他相に適用された電流
より約２０％大きい電流で負荷がかけられる、すなわち
電磁界の相が非対称である顕微鏡写真は球状組織の多い
域３１を示す。

これに接するように、スラブ中央方向を向いたデンドラ
イトを有する域３２がある。

方向性を呈さない結晶組織を有する不明確な域３３は域
３２に接している。

スラブの中央は方向性のない結晶組織のような域３４を
有しているが、その組織は第２図のそれより細かくて緻
密である。

第５図は第４図の■−■ラインに沿った硫黄含有量の測
定結果を示す。

本発明に従う方法によって溶融芯が攪拌され、強い流れ
を起こされる場合、それぞれ硫黄の均一な分布が達成さ
れることをその分析値は示している。

かなりの範囲で正偏析も負偏析も生ぜず、白帯はわから
ない。

溶液芯の流れの乱れが上記の推力の非対称によっつでか
なり増加する。

その推力は溶融金属に対して可変な推力効果を含みなが
ら創造される。

８３０Ａの負荷の相は１００ＯＡの負荷にかかる前効果
的になる。

定期的に押す推力は走行磁界の働きの方向の激しさを増
す結果になる。

鋳造開始では、攪拌手段がほぼ対称的に行なわれずに初
めのうち非対称に行なわれるならば高品質の鋳造組織を
得るにはかなりの長い時間がかかることを顕微鏡写真は
示している。

溶融金属内に必要な流動を得るには、操作が非対称に行
なわれると、二相の推力の違いによって次の流動が合成
される渦流のような閉鎖循環流路を作ることが必要であ
る。

鋳造開始、及びストランド溶湯だまりに適当な流れが起
きるまで、二相の電流負荷のわずかな差−例えば相１は
１００ＯＡを受は相２は約１００ＯＡを受ける−のみを
用いて、攪拌が始められることを意味する。

必要な流れが作られた後、つまり激しい回転運動が溶融
芯に引き起された後、前記非対称の負荷に変更する。

このように品質が悪いスラブの先端部の長さをかなり減
少させることが出来た。

走行磁界の運動方向が鋳造材料の品質に決定的な影響を
持つ。

例えばストランドの横方向に攪拌したり推力の直線方向
を使用する場合、スラブの広い側面で左から右へ又は右
から左へこの推力を導くことが出来る。

攪拌手段は一つの又は二つの広い側面に配置できる。

非対称に自然な横方向の力が働き、運動主成分に対し右
向に作用しそしてストランドの引き抜き方向にも右向に
作用する。

好ましい場合、磁界の推力の方向を調節することによっ
て、相の非対称から生じ且つ攪拌手段の表面に向けられ
た力はストランドに向けられる攪拌手段の面から離れる
方向に影響を与える。

ある鋳造パラメータでは作用の方向が１８０°変えられ
る。

つまりストランド中央からストランド殻の方へ力がかけ
られる。

対抗的に配置された協働する二つの攪拌手段では例えば
厚いスラブの場合ではこれらの攪拌手段が好ましく作用
するので走行磁界は互いに対抗的方向に移動するがそれ
によって各走行磁界の横方向の力がストランド中央部へ
向けられる。

上記方法が用いられる場合製造される緻密な方向性のな
い結晶組織と重要でない白帯はスラブが圧延されればか
なり改善された製品を得る結果になる。

更に又、最適な乱流を発生させる装置をつけるためにわ
ずかなスペースが必要となる。

記述例では、種々の電流強さを捲き線に適用させること
によって変わりやすい推力が発生する。

しかしながら異なった推力は相を幾何学的に変えること
によって、例えば回転数を変えることによって発生され
る。

走行磁界がそのように配置されているので、ストランド
長軸方向に又はそれに対しである角度で種々の推力が作
用する。

ストランドの一方の側から作用する走行磁界の変わりに
別の走行磁界が他の一方のストランド側に設けられる。

長い溶融芯を有するストランドの場合、多くの走行磁界
がストランドの長さ方向に作用するよう発生せしめられ
る。

ストランドの表面品質に悪い影響を与えないように浴レ
ベルに影響を与えずに乱流が鋳型内で影響を持ってもよ
い。

上記非対称は同じ攪拌装置内の複数のセグメントの協働
によって生ぜしめられ、負荷又は相の幾何学的形態が異
なる。

ビレット鋳型の場合、本発明の方法の用い方を第６図を
参照して記載する。

弧状方向の推力はストランドの長軸の周りで溶融金属を
回転運動させる。

５１は鋳型断面を示す。それは銅製の鋳型管５２と鋳型
被筒５３からなっている。

冷却被筒５４は管５２の周りに配置されている。

冷却水は鋳型５２と冷却被筒５４の間を流れる。

溶融芯６１を有する部分的に凝固したストランド６０は
公知の手段の助けを借りて鋳型から引抜かれ、更に冷却
される。

冷却ジャケット５４の各側面に、磁極７０ 、７１ 。

７２、及び７３があり、それぞれに捲き線７４゜７５．
７６及び７７が設けられている。

これらの磁極は冷却被筒５４と鋳型被筒５３の間の水に
よって冷却される。

捲き線７４，７５，７６及び７７が接続されて、走行磁
界が作られる。

これらの磁極はストランド内に電磁界を生ずる攪拌手段
を形成する。

鋳型バラメニター腎依存して一相がそれに続く他の相よ
り１０ないし２０％多くの電流が流される。

１００１００Ｘ１００：’レットの場合、捲き線７４と
７６には周波数５０Ｈｚで４０ＯＡ。

５０ｖが供給サレルｆ？Ｓ捲き線７５と７７は３２０Ａ
が供給される。

前記の磁極数置セ示したように溶融金属に回転運動を与
える種々の効果をもつ推力を走行磁界は溶融鋼内に生ず
る。

もし攪拌作用をもつと深く迄起こす必要があるなら、ま
たはもし低速攪拌が必要ならば、特に一管が大きな壁厚
を有すならそれに応じて周波数が減じられる。

しかしながら、極対７０，７２と７１．７３の間に磁束
が流れ、そして磁界内に回転運動が起きるように、装置
が選択せしめられる。

この装置では、極対７０，７２が例えば４００Ａで励起
され、極対１１．γ３では３２０Ａで励起される。

大きいサイズのビレットやブルームでは極数を増加する
ことが出来る。

捲き線に電流を非対称に供給する代わりに、種々の幾何
学的相形態によって、例えば異なった回転数によって、
又は極片の種々の形態例えば、極片の断面形状、大きさ
によって及び／又は極軸の方向を変えることによって種
々作用する力が作られる。

電流負荷の非対称又は種々の幾何学的形態は互いにまた
結合されてもよい。

最後の実施例に述べたように、鋳型内の弧状方向を利用
する攪拌が記載された。

しかしながら、この攪拌第二冷却域に用いられてもよい
。

鋳型内の推力の弧状方向の代わりに、ストランドの走行
方向に伸びるスラストの直線方向を用いることも可能で
ある。

本発明による方法は、鋳型ビームブランク用及び非鉄金
属用設備同様、開放端鋳型を含む連続鋳造設備のすべて
の型式に用いることが出来る。

長い溶融芯を有するストランドの場合、複数の協働攪拌
手段が用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は直線的方向の推力を有し、アーク型式設備でそ
の方法を実施する攪拌装置を示し、第２図は鋳造スラブ
の半断面の顕微鏡写真を示し、鋳造スラブの溶融芯はス
トランドを横切るように働く走行磁界によって攪拌され
、第３図は第２図の１−１に沿った硫黄の分布を示し、
第４図は鋳造スラブの半断面の顕微鏡写真であり、鋳造
スラブの溶融芯は本発明の方法を用いて攪拌され、第５
図は第４図のｖ−■線に沿った硫黄の分布を示し、第６
図は弓状推力方向を与える攪拌手段を有するビレット又
はブルーム鋳型を示す。 １・・・・・・スラブ鋳造鋳型、２・・・・・・ストラ
ンド、３・・・・・・溶融芯、５・・・・・・ローラー
、６・・・・・・噴射ノズル、７・・・・・・引抜き矯
正機、１０・・・・・・磁石、２３，２４゜２５・・・
・・・白帯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融金属を鋳型に注入し、溶融芯を有するストラン
   ドを引き抜き、案内しそして更に冷却し、また前記溶融
   芯内に電磁界を誘導する少なくとも一つの攪拌手段によ
   って乱流を前記溶融芯に起こす金属を連続鋳造する方法
   において、前記溶融金属に種々に異なって作用し、且つ
   磁界の相内の非対称によって影響される推力によって前
   記乱流を発生させることを特徴とする金属を連続鋳造す
   る方法。 ２ 前記推力を磁界範囲内で、溶融金属内で直線方向に
   移行させ、この方向をストランドの長軸に対し横切るよ
   うに又はその長さ方向に発生させることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の金属を連続鋳造する方法。 ３ 前記推力によって、磁界範囲内でストランドの長軸
   の周りに溶融金属内で弧状推力方向を発生させることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属を連続鋳造
   する方法。 ４ 磁界相の一つの捲き線に適用される電流強さが、他
   相の少なくとも一つの捲き線に適用される電流強さと異
   なっていることを特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第３項までのいずれかに記載の金属を連続鋳造する方法
   。 ５ 相の一つの捲き線が他相の捲き線に適用される電流
   より１０％から２５％大きい電流が適用されることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の金属を連続鋳造す
   る方法。 ６ 前記変推力を、相を種々幾何学的に変形させること
   によって発生させることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項から第３項までのいずれかに記載の金属を連続鋳造
   する方法。 ７ 相の一つの弱い推力が、推力方向において次の相の
   強い推力に先行して作用させることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項から第６項までのいずれかに記載の金属
   を連続鋳造する方法。 ８ 相の非対称をほぼ０から予定の最大値に至る初期に
   調節することを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ７項までのいずれかに記載の金属を連続鋳造する方法。 ９ 磁界の推力方向を調節することによって、相の非対
   称から生じ且つ攪拌手段の表面に垂直に向けられた推力
   が、ストランドに面する前記攪拌手段の表面から離れる
   方向に作用させることを特徴とする特許請求範囲第２項
   または第６項記載の金属を連続鋳造する方法。