(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湾曲型連続鋳造機の鋳型に設けた電磁攪拌装置により該鋳型内の溶鋼を攪拌して連続鋳造する鋳型内電磁攪拌方法において、
前記鋳型のＬ面側に設けた前記電磁攪拌装置による電磁攪拌推力により上向きに前記溶鋼を攪拌すると共に、浸漬ノズルの吐出孔からの溶鋼を前記Ｌ面側に向けて斜め下方に吐出することを特徴とする鋳型内電磁攪拌方法。
【請求項２】
前記吐出孔は、水平方向捻じり角度が３〜２０°、下向き角度が５〜５０°である請求項１記載の鋳型内電磁攪拌方法。
【請求項３】
前記電磁攪拌装置の電磁攪拌コアの上端を前記鋳型内溶鋼表面の下方５０〜２００ｍｍとした請求項１又は２記載の鋳型内電磁攪拌方法。
【請求項４】
前記電磁攪拌装置の前記鋳型上部には上部電磁攪拌コアを、前記鋳型下部には下部電磁攪拌コアを分割して設け、前記上部電磁攪拌コアの電磁攪拌推力を、前記下部電磁攪拌コアの電磁攪拌推力の２０〜６０％に制御する請求項１又は２記載の鋳型内電磁攪拌方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湾曲型連続鋳造機に使用する電磁攪拌装置による鋳型内電磁攪拌方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、連続鋳造における非金属介在物や気泡による欠陥を低減させるために、主に鋳型に電磁攪拌装置を設置することによって、凝固シェル前面を洗浄する方法が一般的に行なわれている。
例えば、特開昭５９−１０１２６２号公報に記載の鋳型内電磁攪拌方法は、スラブ鋳片の広幅片面側のみに電磁コイルを設けると共に、浸漬ノズルはその下方片側側壁にのみ溶鋼注出口を有し、さらにこの注出口が電磁コイルに背を向けるように配置され、かつ電磁コイルによる移動磁界を鋳片引抜き方向と平行上向きに作用させる方法である。これにより、浸漬ノズルからの溶鋼の注出流は鋳型表面近傍の下向き流に付加的推力の役をなし、単一方向に循環する電磁攪拌流の流速を助長し、介在物集積帯まで到達する循環流が得られることによって、集積帯における介在物が容易に浮上できると考えられている。
また、特開昭６０−３７２５１号公報に記載の鋳型内電磁攪拌方法は、鋳型長辺に添えて設置したリニアモータ型スターラを、その鋳型高さ方向寸法の正方形又は近似の方形として複数個に分割し、それらによる電磁攪拌推力の向きを可変としたこの鋳型長辺に沿う並列配列の下に、対象鋼種、鋳造条件に対応して前記推力の向きにつき、水平、垂直、及びそれらの正逆を選択的に変更する方法である。分割スターラの設置の向きの調節により水平、垂直の両攪拌の切替えが可能となるので、多品種を扱う連続鋳造機で鋼種、鋳造条件に有利な攪拌流が選択できるので、鋳片の品質改善効果が大きくなると考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の鋳型内電磁攪拌方法においては、未だ解決すべき以下のような問題があった。
即ち、下記に説明するように、従来の鋳型内電磁攪拌方法においては、電磁攪拌装置を設置した近傍における介在物や気泡の除去効果については着目されていたが、電磁攪拌装置の設置部位以外の流動に与える影響については殆ど着目されていなかった。
特開昭５９−１０１２６２号公報に記載の鋳型内電磁攪拌方法においては、本発明者等の鋭意検討によって、下降流側に浸漬ノズルからの注出流を付加した場合、浸漬ノズルの吐出流速が減衰しないまま、むしろ加速されてストランド内に深く侵入し、介在物の集積を助長することが判明した。即ち、この加速された下降流はストランド内で上向きに流れの向きを変える際に、凝固シェルとの相対速度が遅くなり、この時溶鋼中に懸濁している介在物が凝固シェルに付着することになる。特に、ストランド内部まで下降流が深く入るほど凝固シェルの湾曲部の傾斜が大きくなるため、介在物自身の浮力によって凝固シェルへ介在物が押し付けられる力が大きくなり、大きなシェル洗浄流速がなければ介在物が除去できなくなる。従って、電磁攪拌によるストランド内循環流の必要以上の強化は、鋳片内部への介在物の捕捉を助長するという問題となることが明らかとなった。
また、特開昭６０−３７２５１号公報に記載の鋳型内電磁攪拌方法においては、鋳型長辺に設けたスターラを必要に応じて水平、垂直等に任意に選択できるものであるが、垂直方向に攪拌を行なった場合の浸漬ノズルから吐出流が電磁攪拌流に与える影響については言及されておらず、従って前記特開昭５９−１０１２６２号公報に記載の方法と同様に、電磁攪拌流の循環流の生成状態によってはストランド内部まで循環流が深く入る懸念があることから、安定した品質が確保できない。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、下降流のストランド内への浸透深さを抑制し、それによって湾曲部における介在物の集積の低減を図ることができ、また鋳型と凝固シェルとの間のパウダー不足を防止できる鋳型内電磁攪拌方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載の鋳型内電磁攪拌方法は、湾曲型連続鋳造機の鋳型に設けた電磁攪拌装置により該鋳型内の溶鋼を攪拌して連続鋳造する鋳型内電磁攪拌方法において、前記鋳型のＬ面側に設けた前記電磁攪拌装置による電磁攪拌推力により上向きに前記溶鋼を攪拌すると共に、浸漬ノズルの吐出孔からの溶鋼を前記Ｌ面側に向けて斜め下方に吐出する。
請求項２記載の鋳型内電磁攪拌方法は、請求項１記載の鋳型内電磁攪拌方法において、前記吐出孔は、水平方向捻じり角度が３〜２０°、下向き角度が５〜５０°である。
水平方向捻じり角度が３°未満であれば、吐出孔からの下降流が、電磁攪拌装置による電磁攪拌推力によって発生されたＬ面側の上昇流に引き込まれないので循環流を形成することができず、一方２０°を超えると、吐出孔からの下降流の下降方向のエネルギーが大きく、介在物が集積しているストランド内部まで深く侵入し、介在物の除去を妨げることになる。
また、下向き角度が５°未満になると、凝固シェルに衝突する溶鋼流速が大き過ぎ、凝固シェルの溶解によるブレークアウトの危険性が大きくなり、一方５０°を超えると、吐出孔からの下降流の下降方向のエネルギーが大きく、そのため、介在物が集積しているストランド内部まで深く侵入し、介在物の除去を妨げることになる。
【０００６】
請求項３記載の鋳型内電磁攪拌方法は、請求項１又は２記載の鋳型内電磁攪拌方法において、前記電磁攪拌装置の電磁攪拌コアの上端を前記鋳型内溶鋼表面の下方５０〜２００ｍｍとした。
電磁攪拌コアの上端を鋳型内溶鋼表面の下方５０ｍｍ未満とすると、メニスカス部の溶鋼の流速が大き過ぎて湯面が盛り上がって溶融パウダーの厚みが薄くなり、その結果鋳型と凝固シェルとの間の潤滑不足を引起し、一方２００ｍｍを超えると、溶鋼の流速が小さ過ぎて介在物が集積しているストランド内部まで深く侵入することができないので、介在物が除去できない。
請求項４記載の鋳型内電磁攪拌方法は、請求項１又は２記載の鋳型内電磁攪拌方法において、前記電磁攪拌装置の前記鋳型上部には上部電磁攪拌コアを、前記鋳型下部には下部電磁攪拌コアを分割して設け、前記上部電磁攪拌コアの電磁攪拌推力を、前記下部電磁攪拌コアの電磁攪拌推力の２０〜６０％に制御する。
上部電磁攪拌コアの電磁攪拌推力が下部電磁攪拌コアの電磁攪拌推力の２０％未満であれば、適正な速度の循環流を形成することができず、一方６０％を超えると、メニスカスにおける溶鋼上昇流速が大きくなってメニスカスの湯面が盛り上がって溶融パウダーの厚みが薄くなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係る鋳型内電磁攪拌方法を適用する湾曲型連続鋳造機に使用する電磁攪拌装置と鋳型内の溶鋼の循環流の説明図、図２は同側断面図、図３は同平面図である。
【０００８】
図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る鋳型内電磁攪拌方法を適用する電磁攪拌装置は内部に電磁攪拌コア１０を備え、電磁攪拌コア１０は鋳型１１のＬ面（Ｌｏｏｓｅｄ  Ｓｉｄｅ）側の鋳型長辺１２に沿って配置され、電気的操作によって白抜き矢印で示す上方の向きに電磁攪拌推力を発生するように設定している。なお、Ｌ面に対向する面をＦ面（Ｆｉｘｅｄ  Ｓｉｄｅ）と呼ぶ。また、説明の都合上、凝固シェルについては図に示していない。
また、図示しないタンディッシュからの溶鋼１３を鋳型１１内に注入する浸漬ノズル１４の下部には吐出孔１５、１６が、図１〜図３に示すように、平面視してＬ面側に、かつ側面視して下方に向けて形成されている。即ち、浸漬ノズル１４の吐出孔１５、１６の水平方向捻じり角度θは１５°、下向き角度ηは３０°としている。
【０００９】
かかる構成を有する電磁攪拌コア１０を備えた電磁攪拌装置と浸漬ノズル１４を用いて行なう本発明の一実施の形態に係る鋳型内電磁攪拌方法においては、電磁攪拌推力の向きを上向きに印加することによって、図１及び図２に示すように、Ｌ面側には実線の矢印で示す上昇流１７が形成され、浸漬ノズル１４からの吐出流１８はＬ面側の上昇流１７に引き込まれて、電磁攪拌推力による上昇流１７と共に溶鋼表面１９（又はメニスカス）へ流動する。
次いで、溶鋼表面１９へ到達した上昇流１７はＦ面側への下降流２０に転じる。Ｆ面側の下降流２０は電磁攪拌コア１０の下端２１付近でＬ面側に向かう上昇流１７にその大部分が引き込まれる流れとなり、この結果循環流２２が形成され溶鋼が攪拌されることになる。このような循環流２２が形成されることによって、浸漬ノズル１４からＬ面側へ向けて斜め下方に流動する下降流である吐出流１８は、循環流２２を構成するＬ面側の上昇流１７によって速やかに減衰されるため、従来のように介在物が集積していたストランド内部まで深く浸透することが抑制される。
【００１０】
このように吐出流１８がストランド内部まで深く浸透することが抑制される結果、ストランドの湾曲部に介在物が集積するのを低減できる。
なお、電磁攪拌コア１０の上端２３は、鋳型１１内の溶鋼表面１９から５０〜２００ｍｍの範囲内で下方になるように設置されている。なぜなら、必要な攪拌流速が大きい場合において、メニスカス近傍まで電磁攪拌コア１０を設置すると、メニスカスの湯面が盛り上がって溶融パウダーの厚みが薄くなり、その結果鋳型１１と凝固シェルとの間の潤滑不足を引起す懸念があることから、メニスカス部における流速の減衰を図るためである。
【００１１】
図４は電磁攪拌装置の電磁攪拌コアを鋳型１１の上部と下部とに２分割した場合を示している。上部電磁攪拌コア２４の電磁攪拌推力を下部電磁攪拌コア２５の電磁攪拌推力の２０〜６０％に設定している。上部電磁攪拌コア２４の電磁攪拌推力を小さくすることによって、メニスカスにおける溶鋼上昇流速を抑え、それによって、メニスカスの湯面が盛り上がって溶融パウダーの厚みが薄くなることを防止している。なお、上部電磁攪拌コア２４の上端はメニスカスの上端と略同じレベルとしている。
【００１２】
【実施例】
本発明の一実施の形態に係る鋳型内電磁攪拌方法を用いた実施例について説明する。
操業条件として、鋳造速度は１．４ｍ／分とし、浸漬ノズル１４の吐出孔１５、１６の水平方向捻じり角度θは１５°、下向き角度ηは３０°とし、また、鋳型１１の内寸法の幅は１０００ｍｍ、長さは９００ｍｍとした。電磁攪拌コア１０は、電磁攪拌推力は０．１５Ｎ／ｍ3 、コイル幅は１０００ｍｍ、コイルの鋳造方向高さは５００ｍｍ、上端２３の位置は溶鋼表面１９から下方２００ｍｍとした。
【００１３】
図５はメニスカス部での溶鋼攪拌流速（循環流の速度）と製品欠陥発生率との関係を説明するグラフである。図から明らかなように、パウダー性欠陥（□）は流速の増加と共に増加し、一方Ａｌ2 Ｏ3 介在物性欠陥（△）は流速の増加と共に減少することが判る。即ち、流速が大きい場合には、パウダーが鋳型１１の内壁と凝固シェルとの間に巻き込まれ難くなり、一方流速が小さい場合には、Ａｌ2 Ｏ3 等の介在物がストランドの湾曲部にへばりついて洗い流されず、集積するためである。そして、両方の欠陥を考慮した合計（○）では、２０〜５０ｃｍ／ｓｅｃ、好ましくは３０〜４５ｃｍ／ｓｅｃの流速で、製品欠陥発生率が減少することとなる。
【００１４】
図６はメニスカスから電磁攪拌コア１０の上端２３までの距離とメニスカス部での流速との関係を説明するグラフである。
前記パウダー性欠陥及びＡｌ2 Ｏ3 介在物性欠陥を考慮した適正なメニスカス部での流速（３０〜４５ｃｍ／ｓｅｃ）を維持するためには、図から明らかなように、メニスカスから電磁攪拌コアの上端までの距離を５０〜２００ｍｍとする必要がある。
【００１５】
また、図７はメニスカスから電磁攪拌コア１０の下端２１までの距離と下降流の浸透深さとの関係を説明するグラフである。下降流の浸透深さが１５００ｍｍを超えると、介在物が集積しやすいので、メニスカスから電磁攪拌コアの下端までの距離は１０００ｍｍ以内に抑える。
【００１６】
図８はメニスカス部での溶鋼攪拌（又は上昇）流速とメニスカス盛り上がり高さ（Ｌ面側の溶鋼表面とＦ面側の溶鋼表面との高低差を表す）及びＦ面側のパウダー厚みとの関係を説明するグラフである。
流速が５０ｃｍ／ｓｅｃを超えると、Ｌ面側のパウダー厚みが５ｍｍ以下となり、その結果鋳型１１と凝固シェルとの間の潤滑不足を引起す恐れがあることが判る。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１〜４記載の鋳型内電磁攪拌方法においては、鋳型のＬ面側に設けた電磁攪拌装置による電磁攪拌推力により上向きに溶鋼を攪拌すると共に、浸漬ノズルの吐出孔からの溶鋼をＬ面側に向けて斜め下方に吐出するようにしているので、浸漬ノズルの吐出流を、電磁攪拌推力によるＬ面側の上向きの循環流に引き込み、速やかに減衰させて浸漬ノズルからの吐出流に起因した下降流の流速を抑制でき、これによって介在物を除去できる。
特に、請求項２記載の鋳型内電磁攪拌方法においては、吐出孔は、水平方向捻じり角度が３〜２０°、下向き角度が５〜５０°としているので、さらに効果的に介在物を除去できる。
【００１８】
請求項３記載の鋳型内電磁攪拌方法においては、電磁攪拌装置の電磁攪拌コアの上端を鋳型内溶鋼表面の下方５０〜２００ｍｍとしているので、メニスカス部での溶鋼攪拌流速を適正範囲とすることにより、鋳型と凝固シェルとの間の潤滑不足を防止すると共に、介在物を効果的に除去できる。
請求項４記載の鋳型内電磁攪拌方法においては、電磁攪拌装置の鋳型上部には上部電磁攪拌コアを、鋳型下部には下部電磁攪拌コアを分割して設け、上部電磁攪拌コアの電磁攪拌推力を、下部電磁攪拌コアの電磁攪拌推力の２０〜６０％に制御するので、メニスカス部での溶鋼攪拌流速を適正範囲とすることにより、鋳型と凝固シェルとの間の潤滑不足を防止すると共に、介在物を効果的に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る鋳型内電磁攪拌方法を適用する湾曲型連続鋳造機に使用する電磁攪拌装置と鋳型内の溶鋼の循環流の説明図である。
【図２】同側断面図である。
【図３】同平面図である。
【図４】同変形例の側面図である。
【図５】メニスカス部での溶鋼攪拌流速と製品欠陥発生率との関係を説明するグラフである。
【図６】メニスカスから電磁攪拌コアの上端までの距離とメニスカス部での流速との関係を説明するグラフである。
【図７】メニスカスから電磁攪拌コアの下端までの距離と下降流の浸透深さとの関係を説明するグラフである。
【図８】メニスカス部での溶鋼攪拌流速とメニスカス盛り上がり高さ及びＦ面側のパウダー厚みとの関係を説明するグラフである。
【符号の説明】
１０  電磁攪拌コア                  １１  鋳型
１２  鋳型長辺                      １３  溶鋼
１４  浸漬ノズル                    １５  吐出孔
１６  吐出孔                        １７  上昇流
１８  吐出流                        １９  溶鋼表面（メニスカス）
２０  下降流                        ２１  下端
２２  循環流                        ２３  上端
２４  上部電磁攪拌コア              ２５  下部電磁攪拌コア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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