JPH048134B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は連続鋳造された金属スラブ、特に鋼の
スラブの電磁撹拌方法に関するものであり、特
に、スラブを鋳造するための連続鋳造機の二次冷
却帯での溶融金属の電磁撹拌方法に関するもので
ある。

従来の技術 本発明の対象である電磁撹拌操作は、周知のよ
うに、所定の方向に移動（glissant）する１つま
たは複数の可動磁界を鋳造物に加えて、磁界の作
用によつて溶融金属を磁界の加わる方向と同一の
方向に移動させる操作である。

スラブのような細長い製品を連続鋳造する場合
には、製品の大きい方の面と平行な水平方向に溶
融金属を移動させる。

一般に、上記可動磁界は多相静電誘導子、好ま
しくは鋳造物の直ぐ近くに配置した多相静電誘導
子によつて作られる。この多相静電誘導子として
は種々の形式のものが知られている。例えば、誘
導式リニヤモータの固定子に類似したモノブロツ
クの誘導子を、鋳造中にスラブを保持・案内する
ローラ群の後方に配置する方法、ローラ群の一部
と置換する方法（仏国特許第2068308号、独国特
許第2401145号）、互いに隣接した２つのローラの
間に配置する方法（仏国特許第2187468号）等が
知られている。また、上記ローラを中空にし、そ
の内部に円筒形状の誘導子を挿入する方法も提案
されている（英国特許第1405312号）。

鋳造中に溶融金属を制御下に撹拌することによ
つて得られた製品は、撹拌しない場合に比べて、
内部品質が全体的に向上するということは古くか
ら知られている。すなわち、撹拌作用が凝固組織
に好ましい影響を与える結果、中心部分が多孔質
化（porosite）するのが防止されると同時に、軸
線方向のマクロ偏析が大幅に減少する。実際に
は、撹拌した製品の場合には、マクロ偏析の減少
に伴つて、いわゆる“等軸（equiaxe）”型の非
配向凝固組織が中心部の相対的に広い部分に形
成・発展するので、その外側で“玄武岩
（basalitique）”型結晶成長（デンドライト成長）
が早期から起こるのが阻止される。

等軸型の非配向凝固領域が広範囲に成長するこ
とと軸線方向の偏析が減少することとの間には関
係があるということは明らかであるが、本発明者
達が行つた多数の金属組織学的観察結果は、等軸
型の非配向凝固領域が良く発達した場合でも、軸
線方向の偏析が依然として大きく残るということ
を示している。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、中心部の等軸型の非配向凝固
領域を極めて広い範囲に成長させると同時に、公
知の電磁撹拌技術を用いて得られる場合よりも軸
線方向のマクロ偏析をはるかに減少させることが
できるような最適撹拌法を提供することにある。

本発明の他の目的は、最小限の撹拌誘導子を用
いて上記の結果を達成することにある。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するための本発明方法は、スラ
ブの抜き出し方向においてインゴツト鋳型の下流
に位置するプール部分において、スラブの大きな
方の面の幅を横切る方向に溶融金属を移動させる
複数の移動磁界をスラブに加え、この際、各移動
磁界は凝固長さに沿つて１〜２ｍの間隔で配置し
た電磁誘導子によつて発生させ、一つの電磁誘導
子が発生する磁界はそれと隣り合つた他の電磁誘
導子が発生する磁界の方向に対して逆方向となる
ように各誘導子が調節されている、連続鋳造され
た金属スラブの電磁撹拌方法において、インゴツ
ト鋳型に最も近い電磁誘導子を凝固長さに沿つて
鋳型内の溶融金属の自由表面の下側５〜７ｍの位
置に配置し、プールの底に最も近い電磁誘導子を
プールの底から上側４〜６ｍの位置に配置して、
インゴツト鋳型内の金属の自由表面から下側３〜
４ｍとプールの底から上側２〜３ｍとの間の部分
の溶融金属が移動磁界で撹拌されるようにしたこ
とを特徴としている。

本発明は、当該分野で通常行われている幅が
600〜2500mm、厚さが150〜300mmの寸法のスラブ
に適用される。

上記プールの深さは“凝固長さ”で決められ、
この“凝固長さ”はインゴツト鋳型内の金属の自
由表面の位置と、抜き出し方向の下流側で鋳造金
属が全ての横断面で凝固する位置（プールが閉じ
る部分）との間の距離として定義される。

最小数の電磁誘導子を用いた特殊な実施例では
各誘導子がスラブの大きい方の両面上に互い違い
（quinconce、五の目状）に配置される。

また、インゴツト鋳型に最も近い電磁誘導子は
外迫り部分、すなわち、連続鋳造機の曲率中心と
は反対側に湾曲したスラブの大きい方の面上に配
置するのが好ましい。

作 用 本発明の基本は、鋳造金属に伝達される電磁撹
拌エネルギーを凝固長さの主要部分に分配するこ
とによつて、プールのほぼ全体にわたつて対流移
動を起こさせるものであるということは理解でき
よう。

この場合、下記の理由から液体プールの長さ全
体を撹拌する必要はない。

(1) プールが閉じる部分に近い所では金属は既に
十分に凝固しており、非常に大きな電磁力でも
対流移動をさせるのは不可能であるため、この
位置の近傍に磁界を作用させても効果がない。

(2) インゴツト鋳型内へ溶融金属を供給すると、
対流運動が起こり、この対流運動はインゴツト
鋳型の高さの約２〜３倍の距離に相当する液体
プールの内部まで伝達される。この対流運動を
乱すことは好ましくないので、凝固長さの過度
に高い位置、すなわちインゴツト鋳型の直ぐ近
傍で撹拌を行うのは望ましくない。

撹拌を行う誘導子の位置を決定する場合には以
下の点をさらに考慮する必要がある。すなわち、
磁界の駆動作用をプールの或る高さ（直接駆動領
域）の所に加えると、溶融金属はこの直接駆動領
域の上下でループ状流線となつて間接的に再循環
駆動される。この間接再循環駆動領域のループの
先端は、直接駆動領域から約２〜３ｍ離れた位置
に達する。

以上の事実から、本発明ではインゴツト鋳型に
最も近いプール部分に磁界を加える誘導子を溶融
金属の自由表面の下側約５〜７ｍの位置に配置
し、プールの底に近いプール部分に磁界を加える
誘導子を最終の誘導子をプールの底の上側約４〜
５ｍの位置に配置する。それによつて、電磁撹拌
をする部分の上限はインゴツト鋳型内の金属の自
由表面の下側約３〜４ｍとなり、また、その下限
はプールの底から上側２〜３ｍとなる。

誘導子と溶融金属との間の活性界面での磁界の
減衰を防止するためには、磁界の移動速度（誘導
子に流す電流の周波数）を約１〜５Hz程度に小さ
くする必要がある。従つて、上記の間接再循環領
域を挟んで配置される２つの直接駆動領域の間の
平均距離は主として溶融金属に加える電磁力、換
言すれば金属に作用する磁界強度に依存する。現
在のスラブ連続鋳造設備では、通常の運転条件
で、溶融金属の直接駆動領域と間接再循環領域と
の間隔を約２ｍ、さらにはそれ以上にすることが
できるだけの十分に強い磁界を発する電磁誘導子
が使用可能である。

間接再循環領域の位置が凝固長さのどこに有る
かを調べるのは容易である。実際には、この領域
の位置は、凝固したインゴツトの横断面を通常の
金属組織学的観察（バウマンプリンテイング）す
ることによつて知ることができる。すなわち、間
接再循環領域の位置は、鋳造金属の他のマトリツ
クス部分より明るいリング形状をしている（負偏
析領域または“ホワイトバンド”ともいわれてい
る）。このリング形状部分の明るさは、移動磁界
によつて直接駆動される位置に形成される主たる
負偏析リングの明るさより暗い。製品内部のこれ
らの異なつた負偏析領域の製品の表面からの深さ
は、連続鋳造機の局部的運転条件、特にインゴツ
ト鋳型に供給される金属の最初の過熱状態、鋳造
金属の抜き出し速度および鋳造金属の凝固速度す
なわち冷却系の調整状態に依存する。これらの各
パラメータを知ることにより、負偏析領域が存在
する位置の深さと、磁界の作用で溶融金属を直接
駆動することによつて生じる間接再循環運動の凝
固長さ上での位置との間の関係は容易に見出すこ
とができる。

本発明では、上記パラメータを変えることによ
つて、電磁撹拌を行う凝固長さの部分を規定する
上限位置と下限位置を大幅に接近させることもで
きるという点に注目されたい。例えばスラブの抜
き出し速度は約0.7ｍ／分から３ｍ／分以上まで
の範囲で変えることができる。換言すれば、異な
る設備または異なる種類の鉄鋼の間でスラブの抜
き出し速度を１〜５倍の範囲で変えることができ
る。

実施例 以下、最小数の撹拌誘導子を用い、液体プール
の凝固長さを約12ｍに減少させ、抜き出し速度を
遅く（0.7ｍ／分）してスラブの連続鋳造を行つ
た場合の本発明方法の特徴的な形態を添付図面を
参照して説明する。

第１，２図にはインゴツト鋳型１と、インゴツ
ト鋳型１に溶融金属を流し込む供給ノズル２と、
鋳造中のスラブ３とが概念的に示されている。こ
のスラブ３は凝固したスキン層（外側層）４と溶
融状態のコア５とを有している。線６は凝固層が
成長して鋳造品の大きい方の面の先端が合流して
できるプールの先端部を表している。

凝固長さ“Ｈ”すなわちプールの先端部６から
インゴツト鋳型内の溶融金属の表面７まで距離は
第１図のスラブの左側の小さい方の面に付けたマ
ーク（単位：メートル）から直接読み取ることが
できる。

第１，２図では、磁界を直接加えた２つの直接
駆動領域にハツチング９，１０が付けられてい
る。既に述べたように、溶融金属はこれらの直接
駆動領域で直接駆動される。溶融金属の流線は第
１図では太線で示したループ１３で表されてい
る。磁界の移動方向はスラブの幅方向に加えられ
る。磁界を加えた方向は第１図では直接駆動領域
９，１０の右側の矢印によつて、また、第２図で
は慣用的な記号によつて示されている。

本発明では、第２図に概念的に示すように、鋳
造スラブを支持・案内する円筒ローラの内部に円
筒形状の移動磁界発生用電磁誘導子を特別な問題
無しに配置することができる。このようなローラ
とその内部の誘導子との組合体は本発明の技術分
野では一般に“撹拌ローラ”と呼び、容易に入手
可能なものである。この撹拌ローラは本発明の一
部ではないので、その詳細は省略するが、詳しい
構造等は本出願人による英国特許第1405312号を
参照されたい。

図面を不必要に繁雑にしないために、第１図に
は撹拌ローラは示していない。第２図には撹拌ロ
ーラ１１，１１′と１２，１２′のみが示されてい
て、一般にスラブの大きい方の面に沿つて互いに
接近して配置されている通常のローラは図示して
いない。

凝固長さに磁場を分配する本発明方法の最小限
の形態は、図示したように、撹拌ローラの最初の
対１１，１１′をインゴツト鋳型の下流側で、鋳
造金属の自由表面７から平均距離６ｍの所で且つ
スラブの外側表面上に配置し、撹拌ローラの２番
目の対１２，１２′を最初の撹拌ローラ対１１，
１１′から底部に向かつて平均距離1.5ｍ離してス
ラブの内側表面上に配置する。この場合、２番目
の対１２，１２′はプールの底６の上側約４ｍの
位置にある。なお、最初の撹拌ローラ対１１，１
１′が発生する磁界の方向は２番目の撹拌ローラ
対１２，１２′が発生する磁界の方向と反対であ
る。

この場合、上下方向に離れた２箇所の直接駆動
領域９，１０に加わる移動磁界によつて生じる電
磁撹拌によつて溶融金属内部には“Ｏ”を３個並
べた形状または“蝶の羽”形の対流が生じる。こ
の対流は凝固長さの主要部分すなわち上限が目盛
り約3.5ｍの位置で、下限が約10ｍの目盛りに近
い位置にある凝固長さの主要部分に生じる。より
正確には、図示したように、“蝶の羽”形の対流
運動は２つの直接駆動領域９，１０によつて同時
に駆動される循環が相対的に激しい両誘導子１
１，１２の間の中央部分１３と、この中央体１３
の両側の再循環領域１４，１５とによつて構成さ
れる。再循環領域１４，１５は上方および下方に
向かつて延び、凝固長さの約3.5ｍの所（上方）
および約10ｍ（下方）の所まで延びている。

上記方法で撹拌しながら連続鋳造した製品の金
属組織を解析した結果、この鋳造製品は極めて広
い領域で等軸・非配向に凝固しており、この等軸
非配向凝固領域は凝固長さで約3.5ｍの位置に相
当するスキン層の部分の所から始まつていること
が分かつた。さらに、この解析の結果、この鋳造
製品のコアは実質的にマクロ偏析現象が起きてい
ないことも分かつた。

これらの結果は第３図から直接示されている。
第３図において、軸線１６はスラブの軸線（これ
は鋳造軸線に一致している）を示している。広い
領域にわたつて広がつた等軸型の非配向凝固領域
１７の回りは配向した玄武岩状に凝固した縁部１
８で囲まれているが、この写真ではほとんど見え
ない。一方、この写真には、等軸型の非配向凝固
領域１７内に互いに接近して位置した２つの明瞭
な輪郭線１９，２０が明瞭に見られ、これら輪郭
線１９，２０は直接駆動領域９，１０における撹
拌作用によつて形成された負偏析であることを特
徴付けている。さらに、これらの輪郭線の回りで
且つそれからやや離れた位置に別の負偏析輪郭線
２１が見える。このコントラストが極めて低い負
偏析輪郭線２１は第１図で上方への再循環領域１
４が存在することを示している。下方への再循環
領域１５に相当する負偏析輪郭線はこの金属組織
の断面図には見られない。その理由は、この領域
では液相中での固相の割合が非常に高いため、固
い骨格が形成され、その結果、負偏析領域を形成
するだけの強度で凝固先端部を移動させることは
溶融金属の強制対流運動ではできないためであ
る。

本発明は上記の例に限定されるものではなく、
本発明を逸脱しない限り、種々の変更が可能であ
り、また、均等物で置換することができる。

また、互いに隣接した直接駆動領域の間では移
動磁界の方向を互いに逆方向にするという条件さ
え満たせば、加える移動磁界の数、換言すれば凝
固長さに配置する直接駆動領域の数も種々変更す
ることができる。

また、利用可能な誘導子数が限られる場合には
直接駆動領域を規定する撹拌誘導子を五点形配列
にすることもできる。それ以外の場合は、スラブ
の直接駆動領域の位置で撹拌誘導子の対を互いに
対向させて配置することができる。この場合、同
一の直接駆動領域に配置する各撹拌誘導子の作る
磁界が同一の方向へ移動するようにすることが重
要であるということは理解できよう。

また、上記実施例では各直接駆動領域９，１０
を２組の対になつた電磁誘導子１１，１１′およ
び１２，１２′によつて駆動しているが、本発明
がこれに限定されるものではない。上記実施例の
配置は、実験では利用可能な各誘導子の公称出力
が約125KVAであつたという事実と、各直接駆動
領域の駆動を250KVAの電磁力で行つたという事
実とを示しているだけである。

本発明方法では溶融金属を同一位置に同一の方
向の直接駆動領域を作ればよいので、電磁誘導子
１１，１１′および１２，１２′のように、スラブ
の同一表面上に対を成して配置した誘導子のユニ
ツトおよび／またはスラブの同一位置で互いに反
対側の表面上に配置した誘導子のユニツトを、単
一且つ同一の誘導子にすることもできる。特に、
同一の誘導子を用いた場合には、磁界の移動方向
が均一になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続鋳造されたスラブの大きい方の面
に平行な中間面での縦方向断面図。第２図は上記
スラブの小さい方の面に平行な縦方向断面図。第
３図は凝固したスラブの直角断面の中央部分のバ
ウマンプリンテイング（Baumann Printing）。 （主な参照番号）、１……インゴツト鋳型、２…
…供給ノズル、３……スラブ、４……スキン層、
５……コア、９，１０……直接駆動領域、１１，
１１′……第１の撹拌ローラ対、１２，１２′……
第２の撹拌ローラ対、Ｈ……凝固長さ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スラブの抜き出し方向においてインゴツト鋳
   型の下流に位置するプール部分において、スラブ
   の大きな方の面の幅を横切る方向に溶融金属を移
   動させる複数の移動磁界をスラブに加え、この
   際、各移動磁界は凝固長さに沿つて１〜２ｍの間
   隔で配置した電磁誘導子によつて発生させ、一つ
   の電磁誘導子が発生する磁界はそれと隣り合つた
   他の電磁誘導子が発生する磁界の方向に対して逆
   方向となるように各誘導子が調節されている、連
   続鋳造された金属スラブの電磁撹拌方法におい
   て、 インゴツト鋳型に最も近い電磁誘導子１１を凝
   固長さＨに沿つて鋳型１内の溶融金属の自由表面
   ７の下側５〜７ｍの位置に配置し、プールの底６
   に最も近い電磁誘導子１２をプールの底６から上
   側４〜６ｍの位置に配置して、インゴツト鋳型内
   の金属の自由表面７から下側３〜４ｍとプールの
   底６から上側２〜３ｍとの間の部分の溶融金属が
   移動磁界で撹拌されるようにしたことを特徴とす
   る方法。 ２ 各電磁誘導子が凝固長さＨに沿つてスラブ３
   の大きい方の面の両側に互い違いに配列されてい
   る特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ インゴツト鋳型に最も近い電磁誘導子１１が
   湾曲したスラブ３の外側面上に配置されている特
   許請求の範囲第２項に記載の方法。 ４ スラブ３を支持・案内する環状ローラの内部
   にその長手方向に沿つて円筒状の多相電磁誘導子
   を配置した特許請求の範囲第１〜３項のいずれか
   一項に記載の方法。