專利名稱：金屬的連鑄方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼的連鑄過程中利用磁場對(duì)鋼液的流動(dòng)進(jìn)行控制的連鑄方法及裝置。
背景技術(shù)：
在連鑄過程中，將液態(tài)金屬(金屬液)向鑄模內(nèi)澆注時(shí)，多用浸漬噴嘴。這種情況下，若金屬液表面的流速太大，則會(huì)將金屬液上部的助熔劑卷入，若金屬液表面的流速太小，則金屬液往往會(huì)在其位置上滯流而產(chǎn)生偏析，最終形成表面偏析。減少這種表面缺陷的辦法，眾所周知的方法是將靜磁場及(或)移動(dòng)磁場(交流移動(dòng)磁場)外加在鑄模內(nèi)的金屬液內(nèi)，對(duì)金屬液的流速進(jìn)行控制。
但是，該方法存在著下述問題用靜磁場對(duì)金屬液流進(jìn)行制動(dòng)(電磁制動(dòng))時(shí)，金屬液容易在滯流位置上產(chǎn)生偏析；用移動(dòng)磁場攪拌(電磁攪拌)金屬液時(shí)，在流速大的位置上容易將助熔劑卷入(卷入熔劑)。
關(guān)于解決這個(gè)問題的辦法，人們提了若干個(gè)對(duì)磁場的施加方法進(jìn)行過研究的方案。例如，特開平9 182941號(hào)公報(bào)中所揭示的利用移動(dòng)磁場周期性地使金屬液的攪拌方向相反，防止夾雜物從攪拌部向下方擴(kuò)散的方法；在特開平8 187563號(hào)公報(bào)中揭示的根據(jù)鑄模振動(dòng)。相應(yīng)地改變高頻電磁力的大小，以防止拉漏的方法；特開平8 267197號(hào)公報(bào)中揭示的、轉(zhuǎn)換電磁制動(dòng)力時(shí)磁通密度變化率具有斜度，使鋼液流動(dòng)的變化減小，可防止產(chǎn)生夾雜物缺陷的方法；特開平8 155605號(hào)公報(bào)中揭示的、通過連續(xù)的低導(dǎo)電層將10～1000Hz的水平方向移動(dòng)磁場外加在鑄模厚度方向上，對(duì)金屬液施加收縮力，減小鑄模與金屬液之間的接觸壓力的方法。
但是，無論哪一種方法，移動(dòng)磁場都會(huì)引起很大的金屬液流動(dòng)，或在靜磁場小的部位使金屬液流速增大，不能充分地防止助熔劑卷入。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種金屬連鑄方法，這種連鑄方法打破了現(xiàn)有技術(shù)的界限，可獲得助熔劑卷入極少、在金屬表面附近捕捉的氣泡或非金屬夾雜物、及表面偏析級(jí)少的連鑄坯。
本發(fā)明者為了達(dá)到上述目的，反復(fù)進(jìn)行了銳意調(diào)查，結(jié)果獲得了下述知識(shí)。
發(fā)明A外加非移動(dòng)振動(dòng)交流磁場1)靜磁場對(duì)金屬液流動(dòng)的控制對(duì)防止助熔劑的卷入及夾雜物的侵入極為有效，但在磁場強(qiáng)時(shí)流速減小，因在金屬液表面產(chǎn)生半凝固現(xiàn)象而引起表面偏析⑤(參照?qǐng)D1)。
2)利用移動(dòng)磁場控制金屬液流動(dòng)，雖可防止表面偏析⑤、或防止捕捉凝固界面上的異物(氣泡或非金屬夾雜物)，但由于金屬液流速②加快，故容易產(chǎn)生助熔劑卷入現(xiàn)象，卷入的助熔劑③的量容易增加(參照?qǐng)D1)。
3)為了既可抑制助熔劑的卷入、又可防止金屬液表面的半凝固、及凝固界面捕捉異物，使不引起大的流動(dòng)、只產(chǎn)生振動(dòng)的電磁力作用于金屬液的方法非常有效，這種電磁力可利用不移動(dòng)、而進(jìn)行振動(dòng)的交流磁場(下稱非移動(dòng)振動(dòng)磁場)產(chǎn)生。
本發(fā)明是基于這種知識(shí)而開發(fā)的。
即，本發(fā)明為一種金屬連鑄方法，其特征在于將非移動(dòng)振動(dòng)磁場外加于鑄模內(nèi)的金屬液中，只引起該金屬液振動(dòng)。
上述非移動(dòng)振動(dòng)磁場最好是將線圈安裝在鐵心上構(gòu)成的電磁鐵在鑄模厚度方向的兩側(cè)相向地配列在鑄模寬度方向上，并且各線圈中通入單相交流電流而形成的。
上述鐵心可以是各自分開的單個(gè)鐵心，也可以是作為線圈安裝部的具有梳齒部的梳狀鐵心。
上述單相交流電流的頻率最好為0.10～60Hz。
另外，也可將直流磁場和產(chǎn)生非移動(dòng)振動(dòng)磁場的交流磁場重疊地外加在連鑄坯厚度方向上。
發(fā)明B間歇地外加靜磁場1)利用靜磁場控制金屬液流動(dòng)雖可極有效地防止助熔劑卷入及防止夾雜物侵入，但磁場強(qiáng)時(shí)如圖6的左半部分所示，流速減小，因金屬液表面凝固而產(chǎn)生偏析。
2)利用移動(dòng)磁場控制金屬液流動(dòng)如圖6的右半部分所示，金屬液流速加快，故容易產(chǎn)生助熔劑卷入現(xiàn)象。
即，在金屬液表面產(chǎn)生流速小的區(qū)域，在這里一旦形成半凝固狀態(tài)就會(huì)產(chǎn)生偏析，最終會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)品缺陷，但是，為了避免引起產(chǎn)品缺陷而使金屬液產(chǎn)生快速流動(dòng)時(shí)，會(huì)加速助熔劑卷入而產(chǎn)生新的缺陷。
3)為了既能抑制助熔劑卷入、又可防止在金屬液表面形成半凝固現(xiàn)象，間歇地外加靜磁場的方法極為有效。
本發(fā)明金屬連鑄方法的特征在于，在連鑄厚度方向上邊外加靜磁場，邊進(jìn)行澆注的金屬連鑄方法中是間歇地外加靜磁場。在此，所謂間歇地外加，意味著交替地反復(fù)外加(ON)和不外加(OFF)。
上述間歇地外加最好是ON時(shí)間t1＝0.10-30秒，OFF時(shí)間t0＝0.10～30秒。上述靜磁場最好外加在金屬液表面上。另外，最好ON時(shí)間t1＝0.3～30秒，OFF時(shí)間t0＝0.3-30秒。
另外，在鑄模內(nèi)鋼液的浸漬噴嘴排出口上方及下方的部位上，邊將交流磁場與直流磁場重疊地外加在連鑄厚度方向上、邊進(jìn)行連鑄的情況下，也可將上述交流磁場從連鑄寬度的兩端左右對(duì)稱地向中心移動(dòng)。
這種情況下，也可使用具有下述特征的鋼的連鑄裝置，即把產(chǎn)生交流磁場的線圈和產(chǎn)生直流磁場的線圈纏繞在共同的鐵心上，使磁場方向與連鑄厚度方向一致地配設(shè)在鑄模的連鑄厚度方向兩側(cè)，其中交流磁場從連鑄寬度的兩端、左右對(duì)稱地向中心移動(dòng)。


圖1是表示助熔劑卷入、表面偏析、異物捕捉的產(chǎn)生機(jī)理的模式圖。
圖2是表示非移動(dòng)振動(dòng)磁場的形成方法之第1例的模式圖。
圖3是表示非移動(dòng)振動(dòng)磁場的形成方法之第2例的模式圖。
圖4是表示移動(dòng)磁場形成方法的例子之模式圖。
圖5是表示梳狀鐵心的例子之模式圖。
圖6是表示助熔劑卷入和表面偏析之發(fā)生機(jī)理的模式圖。
圖7是表示本發(fā)明要點(diǎn)的模式圖。
圖8是表示外加靜磁場的澆注實(shí)驗(yàn)要領(lǐng)的模式圖。
圖9是表示本發(fā)明裝置之一例的水平剖面模式圖(A)和側(cè)剖面模式圖(B)。
圖10是表示單獨(dú)外加交流磁場情況下的磁通密度之一例的波形圖。
圖11是表示單獨(dú)外加交流磁場情況下的鋼液流的發(fā)生狀況之說明圖。
圖12是表示重疊外加交流、直流磁場情況下的磁通密度之一例的波形圖。
圖13是表示重疊外加交流、直流磁場情況下的鋼液流發(fā)生狀況的說明圖。
圖14是表示在彎液面部的電磁攪拌所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)流與排出逆轉(zhuǎn)上浮流的干擾情況的水平剖面模式圖。
圖15是表示左右對(duì)稱移動(dòng)的交流磁場與直流磁場重疊二段外加情況下排出流引起的鋼液流動(dòng)圖形之側(cè)面模式圖。
圖16是表示直流磁場單獨(dú)二段外加情況下排出流引起的鋼液流動(dòng)圖形的側(cè)面模式圖。
圖17是表示本發(fā)明裝置之一例的水平剖面模式圖(A)及(B)側(cè)剖面模式圖。
具體實(shí)施例方式
發(fā)明A就“外加非移動(dòng)振動(dòng)交流磁場的發(fā)明”進(jìn)行下述說明。
本發(fā)明是將非移動(dòng)振動(dòng)磁場外加給連鑄中的鑄模內(nèi)的金屬液，只在該金屬液內(nèi)引起振動(dòng)。由于是非移動(dòng)磁場，故不會(huì)引起像移動(dòng)磁場內(nèi)的那種金屬液大流股(巨大的流動(dòng))，因此，不易產(chǎn)生助熔劑卷入現(xiàn)象。又因?yàn)槭钦駝?dòng)磁場，故凝固界面附近的金屬液會(huì)產(chǎn)生微小振動(dòng)，這種微小振動(dòng)可防止異物(氣泡和非金屬夾雜物)聚集在凝固界面上，而且，還可抑制彎液面(金屬液表面)附近的不均勻凝固，這種不均勻凝固是產(chǎn)生表面偏析的原因。
非移動(dòng)振動(dòng)磁場可以這樣構(gòu)成，例如如圖2、圖3所示，在鑄模6的厚度方向兩側(cè)，使電磁鐵7相向地配列在鑄模6的寬度方向上，該電磁鐵是將線圈9裝在鐵心8上構(gòu)成的，各線圈9中通入單相交流電流。在圖2、圖3中，20是磁力線。
圖2的例子(第1例)是將相向的2個(gè)線圖9、9相互朝著同一方向(X、X或Y、Y)纏繞，并且，在同一配列內(nèi)相鄰的2個(gè)線圈9、9相互朝著相反的方向(X、Y)纏繞，并通入單相交流電的例子，在同一配列內(nèi)相鄰的2個(gè)電磁鐵7、7之間，磁力的方向按照時(shí)間而變成相反方向，故在金屬液內(nèi)只引起鑄模寬度方向的振動(dòng)流10、而不產(chǎn)生很大的流股。
圖3的例子(第2例)是將相向的2個(gè)線圈9、9相互朝著相反(X、Y)方向纏繞，并且，在同一配列內(nèi)相鄰的2個(gè)線圈9、9相互朝著同一方向(X、X或Y、Y)纏繞，并通入單相交流電流的例子，在相向的2個(gè)電磁鐵7、7之間，磁力的方向根據(jù)時(shí)間而變成相反方向，故在金屬液內(nèi)只引起鑄模厚度方向的振動(dòng)流11，而不產(chǎn)生大的流股。
而移動(dòng)磁場則是這樣構(gòu)成的，例如如圖4所示，是在鑄模6的厚度方向兩側(cè)，將電磁鐵7相向地配列在鑄模6的寬度方向上，該電磁鐵是將線圈9裝在鐵心8上構(gòu)成的，各線圈9中通入三相交流電流。U、V、W是三相交流電的相位不同的3個(gè)相位。所謂左側(cè)6線圈和右側(cè)6線圈，系指相互反方向(X、Y)進(jìn)行纏繞。這樣構(gòu)成的移動(dòng)磁場中，由于磁力的方向一定(從鑄模寬度的一端朝向另一端)，故在金屬液內(nèi)產(chǎn)生沿著鑄模6的壁水平旋轉(zhuǎn)的大流股12，難以抑制助熔劑卷入。
因此，在本發(fā)明中，電磁鐵鐵心可用圖2、圖3所示的各自分開的單個(gè)鐵心，但是，例如如圖5所示，也可使用具有作為線圈9的安裝部的梳齒部14的梳狀鐵心13。這種情況下，在鑄模6的厚度方向兩側(cè)各設(shè)1個(gè)梳狀鐵心13，將線圈9裝在各梳齒部14上即可，故具有容易制作電磁鐵的優(yōu)點(diǎn)。
在本發(fā)明中，線圈上流的單相交流電流的頻率最好為0.10～60Hz。這是因?yàn)轭l率大于0.10Hz，則集膚效應(yīng)增大，可使振動(dòng)集中在凝固界面附近，可取得更大的防止捕捉異物的效果，若頻率超過60Hz，則振動(dòng)施力接近金屬液的粘性阻力，金屬液的振動(dòng)減弱，防止捕捉異物的效果減弱的緣故。
如上所述，采用本發(fā)明，可連鑄出沒有表面偏析、連鑄坯捕捉的異物(氣泡、非金屬夾雜物)少、助熔劑卷入量也很少的高質(zhì)量金屬連鑄坯。
電磁鐵的設(shè)置位置最好是靠近金屬液表面的位置，但即使是在噴嘴排出孔下方的位置，也可取得類似效果。
實(shí)施例通過連鑄機(jī)、用浸漬噴嘴、以4～5t/min的澆注速度，將300t左右的由轉(zhuǎn)爐-RH處理工藝冶煉的超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼(代表性化學(xué)成分示于表1)向鑄模內(nèi)澆注，鑄造寬1500～1700mm、厚220mm的連鑄板坯時(shí)，以圖2、圖3、圖4中的任一種形態(tài)將電磁鐵配設(shè)在包括相當(dāng)于鑄模內(nèi)金屬液表面位置在內(nèi)的部位上，電磁鐵的各線圈上通有各種頻率的三相交流電流或單相交流電流，外加最大磁通密度為0.1T的移動(dòng)磁場、或三相、或非移動(dòng)振動(dòng)磁場，或不外加磁場，進(jìn)行了連鑄實(shí)驗(yàn)。
在該實(shí)驗(yàn)中，按照下述要領(lǐng)對(duì)每個(gè)外加靜磁場的條件，就表面偏析、助熔劑性表面缺陷、氣泡和夾雜物量等3個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了調(diào)查。
板坯經(jīng)磨削后進(jìn)行浸蝕，用肉眼觀察，統(tǒng)計(jì)每平方米的偏析個(gè)數(shù)。
用肉眼檢查冷軋后的帶卷表面缺陷，取缺陷試樣后，通過對(duì)缺陷部分進(jìn)行分析來統(tǒng)計(jì)因助熔劑卷入而造成的缺陷數(shù)量。
用殘?jiān)槌龇◤倪B鑄坯的1/4厚度部位抽出非金屬夾雜物，側(cè)定其重量(關(guān)于氣泡，是切割連鑄坯的表層部，通過X射線透視來調(diào)查氣泡個(gè)數(shù)的)。
將結(jié)果和外加磁場條件一起示于表2。上述3項(xiàng)的評(píng)價(jià)值用任一指數(shù)(與所有條件中的最差數(shù)據(jù)之比為10倍的數(shù)值)表示。
從表2可知，外加了非移動(dòng)振動(dòng)磁場的本發(fā)明實(shí)施例中，可顯著減少因表面偏析、鑄模熔劑卷入而造成的缺陷、氣泡、非金屬夾雜物。
在實(shí)施例1中，因頻率減小到0.05Hz，故在部分區(qū)域產(chǎn)生大的流動(dòng)，助溶劑性表面缺陷增加非常少。在實(shí)施例8中，由于頻率高達(dá)65Hz，故振動(dòng)很小，氣泡·夾雜物量增加一些。
關(guān)于將直流磁場與產(chǎn)生非移動(dòng)振動(dòng)磁場的交流磁場重疊外加在鑄造厚度方向上的情況，說明如下。
圖9是表示本發(fā)明裝置之一例的水平剖面模式圖(A)和側(cè)剖面模式圖(B)。該裝置是將流動(dòng)著產(chǎn)生直流磁場(與靜磁場同義)的直流電流的線圖(通直流電的線圈)18、和流動(dòng)著產(chǎn)生固定型交流磁場的交流電流的線圈(通交流電的線圈)19纏繞在共同的鐵心8上，將該鐵心8配設(shè)在鑄模6的長邊壁的外面上，以使磁場方向(直流磁場方向20、交流磁場方向21)與連鑄厚度方向一致，并使磁極22在浸漬噴嘴排出口的上方和下方有一對(duì)以上(本例中為上下6對(duì))相向，在配列于連鑄寬度方向上的多個(gè)通交流電的線圈19上流動(dòng)著單相或多相交流電流。
單相交流電流產(chǎn)生的磁場在連鑄寬度方向上的強(qiáng)度分布波形的相位(分布的波峰和波谷的位置)不隨時(shí)間而變化(波不在連鑄寬度方向上移動(dòng))。另外，現(xiàn)在使用的所謂移動(dòng)磁場是這樣產(chǎn)生的，即在按照比例分成3組的通交流電的線圈上，每組相位不同、流動(dòng)著三相交流電流，從而產(chǎn)生移動(dòng)磁場，這樣產(chǎn)生的磁場在連鑄寬度方向上的強(qiáng)度分布波形的相位根據(jù)時(shí)間而變化(波在連鑄寬度方向上移動(dòng))。也就是說，在本發(fā)明中，固定型交流磁場與現(xiàn)有的移動(dòng)磁場(移動(dòng)型交流磁場)不同，意味著波在一定方向上不移動(dòng)的交流磁場。即使使用多相交流電，線圈的配置方法不同也可產(chǎn)生波在一定的方向上不移動(dòng)的交流磁場。
如圖11所示，由交流電線圈19，把例如產(chǎn)生圖10所示波形的磁通密度的單獨(dú)交流磁場外加在連鑄厚度方向(交流磁場方向21)上時(shí)，其大小呈周期性地變化的電磁力(收縮力)24便作用于鋼液23，于是便產(chǎn)生鋼液流25。但是，這種情況下，由于鑄模銅板等產(chǎn)生的感應(yīng)電流磁場使外加磁場衰減，故鑄模內(nèi)部只能產(chǎn)生幾百高斯的磁通密度，電磁力24難以加大。
然而，如圖13所示，通過交流電線圈19和直流電線圈18，把例如產(chǎn)生圖12所示之波形的磁通密度的交流、直流重疊磁場外加在連鑄厚度方向(交流磁場方向21、直流磁場方向20)上，則鑄模內(nèi)部的磁通密度可提高到數(shù)千高斯，電磁力24也可增大。
該電磁力的交流成分(電磁抽取力)使鋼液流25產(chǎn)生湍流，結(jié)果熱移動(dòng)、物質(zhì)移動(dòng)活躍，也促進(jìn)了清洗(Washing)效果。交流磁場隨著因集膚效應(yīng)向物體內(nèi)部滲透而衰減，因此，電磁抽取力在凝固轂前面附近較大、在連鑄厚度中心附近較小。直流磁場在整個(gè)連鑄厚度區(qū)域基本不衰減，故在連鑄厚度中心附近周期變動(dòng)量衰減，使得有利于鋼液制動(dòng)的電磁力的直流成分(電磁制動(dòng)力)占優(yōu)勢(shì)。結(jié)果，使來自排出流的向上流股及向下流股衰減，同時(shí)，還可使凝固轂前面的鋼液流動(dòng)活躍。又因?yàn)槭鞘褂秒姶挪ㄔ谶B鑄寬度方向上不移動(dòng)的固定型交流磁場，故如圖9所示，彎液面部的鑄模6長邊壁附近的鋼液變成方向無規(guī)則的無方向性鋼液流26，不會(huì)形成圖14所示的鑄模6周向上的旋轉(zhuǎn)流27，故不會(huì)形成因浸漬噴嘴1的排出逆轉(zhuǎn)上浮流28與旋轉(zhuǎn)流27對(duì)沖而形成的渦流29或滯流30，而且還可大大減少因渦流造成的保護(hù)渣卷入、滯流引起的夾雜物聚集到凝固轂上的弊端。
為了充分取得上述效果，如圖9所示，交流、直流重疊磁場最好由相向配置在浸漬噴嘴1的排出口上方或下方的一對(duì)以上的磁極22來施加。外加在浸漬噴嘴1的排出口上方，可抑制彎液面部的渦流、滯流的發(fā)生，外加在排出口下方，可擴(kuò)大向下流股的制動(dòng)及凈化效果的波及范圍。另外，將磁極相向配置，可從連鑄厚度方向兩側(cè)對(duì)稱地外加磁場，配設(shè)一對(duì)以上的磁極可使凝固轂前面的鋼液流的紊流在連鑄寬度方向上更均勻，可容易地使凈化效果波及整個(gè)連鑄寬度方向。
如圖9所示，在裝置方面采用將通交流電的線圈19和通直流電的線圈18纏繞在同一鐵心8上的形態(tài)，容易進(jìn)行外加位置的定位，容易將交流、直流磁場相匹配地重疊外加在該外加位置上，而且容易對(duì)重疊磁場的直流成分和交流成分進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整。通交流電的線圈19，從在連鑄寬度方向上取得均勻凈化效果的觀點(diǎn)出發(fā)，最好對(duì)多個(gè)磁極22一個(gè)一個(gè)地進(jìn)行纏繞，這些磁極是將鐵心8的前端部分支成梳齒狀而構(gòu)成的，但通直流電的線圈18也可纏繞在數(shù)個(gè)并列于鐵心8前端的梳齒狀部上的磁極22的共同根部(稱作“極”)上。
在本發(fā)明中，交流磁場的頻率最好為0.01～50Hz。若小于0.01Hz，則有電磁力強(qiáng)度不足的傾向，若超過50Hz，則鋼液流難以追隨電磁力的變化，無論哪一種情況，均難以充分地使凝固轂前面的鋼液流紊亂。
用立彎型連鑄機(jī)，以浸漬噴嘴排出角度從水平向下傾斜15°、澆鑄速度1.8m/min及2.5m/min的條件澆注寬1500mm、厚220mm的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，用圖9所示的裝置、用表3所示的各種外加磁場的條件，邊將磁場外加在鑄流的鑄模部位上、邊進(jìn)行澆注，所得到的連鑄坯軋制成鋼板后，通過對(duì)鋼板表面缺陷的檢查而調(diào)查了表面缺陷指數(shù)，通過對(duì)鋼板壓力加工時(shí)夾雜物造成的加工裂紋的檢查而調(diào)查了加工裂紋指數(shù)。關(guān)于表面缺陷指數(shù)、加工裂紋指數(shù)，假設(shè)不進(jìn)行電磁流動(dòng)控制時(shí)的指數(shù)分別為1.0。
在圖9的裝置上，鐵心是具有可在排出口的上下進(jìn)行振動(dòng)的2個(gè)極的構(gòu)造，該鐵心的一對(duì)上極之間、一對(duì)下極之間將鑄模夾住，在連鑄厚度方向上相向地配置。上下各極的寬度可覆蓋鑄模的整個(gè)寬度，前端部在極寬方向上進(jìn)一步分支成6個(gè)，各分支構(gòu)成磁極。各磁極上纏繞著通交流電的線圈，各極(數(shù)個(gè)并列磁極的共同根部)上纏繞著通直流電的線圈。
表3中，在將交流磁場設(shè)成移動(dòng)型的極上，將通交流電的線圈按移動(dòng)磁場極距為500mm分成3組，在分成3組的通交流電的線圈上按每組異相通入三相交流電流，在將交流磁場設(shè)成固定型的極上，在纏繞于各磁極上的通交流電的線圈上通入單相交流電流，在每個(gè)磁極上將磁通密度的相位設(shè)成同樣的。另外，表3中交流磁場的強(qiáng)度用單獨(dú)外加時(shí)的鑄模銅板內(nèi)側(cè)位置的磁通密度有效值表示，直流磁場的強(qiáng)度用單獨(dú)外加時(shí)的連鑄厚度中心位置的磁通密度值表示。交流磁場、直流磁場兩者的強(qiáng)度都不為OT的極是外加了交流、直流重疊磁場的極。如表3所示，條件1～5是本發(fā)明范圍之外的比較例，條件6是本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)施例。
表面缺陷指數(shù)及加工裂紋指數(shù)的調(diào)查結(jié)果示于表3。該調(diào)查結(jié)果是兩個(gè)連鑄速度條件之調(diào)查值的平均值。
比較例中，外加磁場的條件是將直流磁場和移動(dòng)磁場(移動(dòng)型交流磁場)單獨(dú)地或重疊地外加。在只有直流磁場的情況下，鋼液熱量供給不良，在初期凝固部生長爪狀組織。該爪狀組織咬入保護(hù)渣，使表面缺陷指數(shù)升高。在只有移動(dòng)磁場的情況下，雖可抑制爪狀組織生長，但由于電磁制動(dòng)力弱，故除了夾雜物會(huì)進(jìn)入連鑄坯內(nèi)的未凝固鋼熔池深部外，還會(huì)在彎液面部形成渦流或滯流，該渦流和滯流是鑄模周向的旋轉(zhuǎn)流與排出逆轉(zhuǎn)上浮流對(duì)沖而形成的。夾雜物進(jìn)入連鑄坯內(nèi)未凝固鋼液熔池深部，會(huì)使加工裂紋指數(shù)升高。渦流會(huì)產(chǎn)生卷入保護(hù)渣的現(xiàn)象，滯流會(huì)使夾雜物聚集到凝固轂上，無論哪種情況都會(huì)使表面缺陷指數(shù)升高。若將直流磁場重疊在移動(dòng)磁場上，雖可抑制夾雜物進(jìn)入深部，但消除不了渦流和滯流。因此，在比較例中，即使是在上下兩極上重疊外加了移動(dòng)磁場和直流磁場的基礎(chǔ)條件5的情況下，加工裂紋指數(shù)降低到0.1的連鑄坯的表面缺陷指數(shù)仍高達(dá)0.2。
然而，在本實(shí)施例中，在條件5的情況下，采用固定型交流磁場的條件6取代條件5的移動(dòng)磁場，這樣，使電磁抽取力作用于凝固轂前面，提高凈化效果，使電磁制動(dòng)力作用于連鑄厚度中心部，促進(jìn)鋼液流(來自排出流的向上流股和向下流股)的流速降低、使其層流化，而且還可抑制彎液面部的旋轉(zhuǎn)流的生成，故不會(huì)形成渦流和滯流，在比較例中未達(dá)到的表面缺陷指數(shù)、加工裂紋指數(shù)可達(dá)到0.05。
發(fā)明B以下對(duì)“間歇地外加靜磁場的發(fā)明”加以說明在本發(fā)明中，為了防止助熔劑卷入，邊將靜磁場外加在鑄模厚度方向上、邊進(jìn)行連鑄，不像現(xiàn)在那樣始終連續(xù)(保持ON狀態(tài))施加一定磁場，而是如圖7所示，使磁場的ON/OFF交替反復(fù)進(jìn)行，間歇地外加磁場。這里，設(shè)ON時(shí)間為t1、OFF時(shí)間為t0。
通過策劃，ON/OFF時(shí)，在磁場的作用區(qū)域渦(電)流的矢量變化大，在該區(qū)域鋼液產(chǎn)生微觀流動(dòng)。該微觀流動(dòng)可防止鋼液表面附近形成半凝固狀態(tài)，幾乎可完全消除表面偏析現(xiàn)象。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)助熔劑卷入和表面偏析兩者都可防止。其效果大小根據(jù)ON時(shí)間t1和OFF時(shí)間t0的設(shè)定而變化。即，若t1和t0太短，則接近外加交流磁場的狀態(tài)，故不能使鋼液表面流速充分降低，會(huì)產(chǎn)生助熔劑卷入現(xiàn)象，若t0過長，則鋼液流速增大，防止助熔劑卷入的效果不太好，若t1太長，則鋼液流速降得太低，表面偏析顯著。
因此，通過實(shí)驗(yàn)求出能充分抑制熔劑卷入和表面偏析兩者的t0和t1的范圍，得到t0＝0.10～30秒、t1＝0.10～30秒的結(jié)果。也就是說，在本發(fā)明中最好是設(shè)t0＝0.10～30秒、t1＝0.10～30秒，間歇地外加磁場。也可設(shè)t0＝0.3～30秒、t1＝0.3～30秒。
本發(fā)明的效果在將靜磁場外加在鋼液表面上的情況下最明顯，因此，最好是外加在鋼液表面上，但在外加于鋼液內(nèi)部的情況下，其影響力通過內(nèi)部鋼液流傳遞到表面的鋼液流時(shí)，也可取得同樣的效果。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可連鑄出沒有表面偏析、助熔劑卷入量也很少的優(yōu)質(zhì)金屬連鑄坯。
用連鑄機(jī)，如圖8所示用浸漬噴嘴1、以4～5t/min的澆注速度，將轉(zhuǎn)爐-RH處理工藝冶煉的超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼液(代表性化學(xué)成分示于表4)約300t澆注到鑄模6內(nèi)，連鑄寬1500～1700mm、厚220mm的板坯時(shí)，通過在包括相當(dāng)于鑄模6的鋼液表面15在內(nèi)的位置的部位上、夾持著鑄模6而相對(duì)設(shè)置的電磁線圈16，以各種條件將最大磁通密度為0.3T的靜磁場外加在連鑄厚度方向(垂直于圖紙的方向)上，進(jìn)行連續(xù)實(shí)驗(yàn)。
在該實(shí)驗(yàn)中，對(duì)每個(gè)外加靜磁場的條件按下述要領(lǐng)進(jìn)行表面偏析、熔劑性表面缺陷及夾雜物3項(xiàng)調(diào)查。
板坯經(jīng)磨削后進(jìn)行浸蝕，用肉眼觀察，統(tǒng)計(jì)每平方米的偏析個(gè)數(shù)。
用肉眼檢查冷軋后的帶卷表面缺陷，取缺陷試樣后，通過對(duì)缺陷部分進(jìn)行分析來統(tǒng)計(jì)因鑄模熔劑卷入而造成的缺陷數(shù)量。
用殘?jiān)槌龇◤倪B鑄坯1/4厚度部位抽出夾雜物，測定其重量。
將結(jié)果和外加靜磁場條件一同列于表5中。上述3項(xiàng)的評(píng)價(jià)值用任一指數(shù)(與所有條件中的最差數(shù)據(jù)之比為10倍的數(shù)值)表示。
從表5可知，在間歇外加靜磁場的本發(fā)明實(shí)施例中，無表面偏析，溶劑性表面缺陷和夾雜物量減少了。特別是在OFF時(shí)間t0及ON時(shí)間t1為0.10～30秒的實(shí)施例1及實(shí)施例4～7中，熔劑性表面缺陷及夾雜物量進(jìn)一步減少。在以一定強(qiáng)度外加靜磁場的比較例中，加大靜磁場的強(qiáng)度時(shí)，熔劑性表面缺陷及夾雜物量雖減少了，但表面偏析卻增加了，對(duì)于這種進(jìn)退兩難的情況，間歇外加靜磁場的本發(fā)明就沒有出現(xiàn)，可以使表面偏析、熔劑性表面缺陷及夾雜物量都減少。
使交流磁場從連鑄寬度兩端向中心左右對(duì)稱地移動(dòng)在本發(fā)明中，將交流直流重疊磁場外加在連鑄方向(鑄模高度方向)的二處位置(二段)上，將該外加方向取為連鑄厚度方向(鑄模短邊方向，外加點(diǎn)同現(xiàn)在一樣，但是，在本發(fā)明中交流磁場移動(dòng)方向與現(xiàn)在不同。即，現(xiàn)在，交流磁場是從連鑄寬度(鑄模長邊壁寬度)的一端向另一端移動(dòng)，而在本發(fā)明中交流磁場是從連鑄寬度的兩端朝著中心左右對(duì)稱地移動(dòng)?，F(xiàn)在的這種使交流磁場移動(dòng)的方法，即使在交流磁場上重疊外加直流磁場(和靜磁場同義)，如圖14所示，會(huì)產(chǎn)生沿著鑄模周向的水平旋轉(zhuǎn)流，不能防止該旋轉(zhuǎn)流與排出逆轉(zhuǎn)上浮流對(duì)沖而引起的渦流和滯流的產(chǎn)生，難以避免鋼液面卷入保護(hù)渣、或在凝固轂前面聚集氣泡、夾雜物。
在本發(fā)明中，由于使交流磁場朝著連鑄寬度中心、在寬度方向上左右對(duì)稱地移動(dòng)，故不會(huì)產(chǎn)生像上述那樣的旋轉(zhuǎn)流，因此，排出逆轉(zhuǎn)上浮流失去了對(duì)沖的對(duì)象，渦流、滯流也不會(huì)發(fā)生。由該交流磁場(左右對(duì)稱地移動(dòng)交流磁場)引起的來自左右的流股，在連鑄寬度中心合股，該合股流保持著無湍流的層流狀態(tài)，鋼液面(彎液面)附近的流股下降，排出口下方的流股上升，這已通過實(shí)驗(yàn)及計(jì)算得到了確認(rèn)(見圖15、圖16)。
交流磁場通過集膚效應(yīng)在連鑄厚度表面?zhèn)?凝固轂前面附近)產(chǎn)生攪拌力，該攪拌力克服直流磁場所產(chǎn)生的制動(dòng)力，使該部位的流股活躍，防止氣泡、夾雜物聚集到連鑄坯上。在連鑄厚度中心側(cè)，交流磁場產(chǎn)生的攪拌力衰減，直流磁場的制動(dòng)力起主要作用，結(jié)果該部位的流股(來自排出流的向上流股及向下流股)減弱，抑制了鋼液面流速的湍流，可防止保護(hù)渣卷入，同時(shí)還可減慢下降速度，防止大型夾雜物進(jìn)入深部。
本發(fā)明交流磁場的頻率最好設(shè)為0.1～10Hz。該頻率若小于0.1Hz，則在凝固轂前面難以產(chǎn)生為取得凈化效果所需的充分的鋼液流動(dòng)。
圖17是表示適合于實(shí)施本發(fā)明的上述方法的裝置之一例的水平剖面模式圖(A)及(B)側(cè)剖面圖。一對(duì)交直流兩用電磁鐵32以在鑄模6的連鑄厚度方向兩側(cè)相向的形態(tài)配設(shè)，該鑄模內(nèi)浸漬有浸漬噴嘴1。
交直流兩用電磁鐵32的鐵心部(軛)8上下設(shè)有磁極，上下磁極(上極、下極)分別位于浸漬噴嘴1的排出口33的上方、下方，其延長方向與連鑄寬度方向一致。直流線圈18的纏繞方法是這樣的，即在鑄模6兩側(cè)相向的磁極的極性要相補(bǔ)(一方為N極，另一方為S極)。
各磁極的前端部分支成數(shù)對(duì)(該例中為3對(duì))，在各支上纏繞交流用線圈19，在各枝共同的根部上纏繞直流線圈18。在該例中，交流線圈19上通三相交流電，將三相交流電互不相同的各相設(shè)為U相、V相、W相，從連鑄寬度中心向左右數(shù)第1個(gè)交流線圈19上通W相電流、第2個(gè)線圈上通V相電流、第3個(gè)線圈上通U相電流。這樣，將多相交流電流的相互不同的各相相對(duì)于連鑄寬度中心、在寬度方向上左右對(duì)稱地配列，便可使該多相交流電產(chǎn)生的交流磁場沿著箭頭21所示方向、即連鑄寬度的兩端左右對(duì)稱地朝著中心的方向移動(dòng)。
將交流線圈和直流線圈纏繞在同一磁極的分部和根部上，便可精確地設(shè)定交流直流重疊磁場的外加部位，而且還容易單獨(dú)地調(diào)整交流磁場、直流磁場的強(qiáng)度和頻率。
從在連鑄寬度方向上使凝固轂17前面的鋼液流動(dòng)均勻的觀點(diǎn)出發(fā)，磁極前端部的分支個(gè)數(shù)最好根據(jù)連鑄寬度設(shè)定。
從使凝固轂前面的鋼液流動(dòng)在整個(gè)連鑄寬度上一樣活躍的觀點(diǎn)出發(fā)，交直流兩用電磁鐵最好像本實(shí)施例那樣設(shè)置成恰好覆蓋整個(gè)連鑄寬度的形式。
用立彎型連鑄機(jī)，以浸漬噴嘴排出角度從水平向下傾斜15°、連鑄速度1.2m/min及2.5m/min的條件連鑄寬1500mm、厚220mm的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼坯時(shí)，用和圖17所示的裝置同樣的裝置，用表6所示的各種外加磁場的條件邊將磁場外加在鑄流的鑄模部位上、邊進(jìn)行連鑄，所得到的連鑄坯經(jīng)軋制后，通過鋼板表面缺陷檢查而調(diào)查了表面缺陷指數(shù)、通過鋼板壓力加工時(shí)夾雜物造成的加工裂紋檢查而調(diào)查了加工裂紋指數(shù)。假設(shè)不進(jìn)行電磁流動(dòng)控制時(shí)表面缺陷指數(shù)、加工裂紋指數(shù)為1.0。
表6中，將移動(dòng)型作為A型的磁極中，像現(xiàn)在那樣使鋼液產(chǎn)生水平旋轉(zhuǎn)流，在圖17中，以三相交流在寬度方向上的相配列取代圖17中的配列，從左依次排列U相、V相、W相、U相、V相、W相。這樣，產(chǎn)生的交流磁場(稱A型交流磁場，相當(dāng)于現(xiàn)在的移動(dòng)磁場)從連鑄寬度的一端向另一端移動(dòng)。然而，將移動(dòng)型作為B型的磁極中，根據(jù)本發(fā)明使鋼液產(chǎn)生從連鑄寬度兩端向中心流動(dòng)的流股，三相交流在寬度方向上的相配列按照?qǐng)D17中的配列方式左右對(duì)稱。這樣，產(chǎn)生的交流磁場(稱B型交流磁場)從連鑄寬度兩端向中心左右對(duì)稱地移動(dòng)。
表6中，交流磁場的強(qiáng)度用單獨(dú)外加時(shí)的鑄模銅板內(nèi)側(cè)位置上的磁通密度有效值表示，直流磁場的強(qiáng)度用單獨(dú)外加時(shí)的連鑄厚度中心位置的磁通密度值表示。交流磁場、直流磁場兩者的強(qiáng)度均不為OT的極是外加了交直流重疊磁場的極。表6的條件1～5是本發(fā)明范圍之外的比較例，條件6是本發(fā)明范圍的實(shí)施例。
表面缺陷指數(shù)及加工裂紋指數(shù)調(diào)查結(jié)果示于表6。該調(diào)查結(jié)果是2個(gè)連鑄速度條件調(diào)查值的平均值。
比較例中，外加的條件是將A型交流磁場和直流磁場單獨(dú)地、或重疊地外加。只有直流磁場時(shí)，鋼液熱量供給不良，在初期凝固轂上有爪狀組織生長。該爪狀組織咬入保護(hù)渣后，使表面缺陷指數(shù)升高。只有A型交流磁場時(shí)，可抑制爪狀組織生長，但由于電磁制動(dòng)力弱，除了會(huì)產(chǎn)生夾雜物侵入連鑄坯內(nèi)未凝固鋼液熔池深部外，在彎液面部鑄模周向的旋轉(zhuǎn)流與排出逆轉(zhuǎn)的上浮流對(duì)沖而形成渦流或滯流。夾雜物侵入連鑄坯內(nèi)的未凝固鋼液熔池深部，會(huì)使加工裂紋指數(shù)升高。渦流會(huì)產(chǎn)生保護(hù)渣卷入現(xiàn)象，滯流會(huì)促進(jìn)夾雜物向凝固轂聚集，哪一種情況都會(huì)使表面缺陷指數(shù)上升。將直流磁場重疊在A型交流磁場上，雖可抑制夾雜物侵入深部，但不能消除渦流和滯流。因此，在比較例中即使是將A型交流磁場、直流磁場重疊外加在上下兩極上的基礎(chǔ)條件5的情況下，加工裂紋指數(shù)雖降低到0.1，而表面缺陷指數(shù)仍高達(dá)0.2。
而在實(shí)施例中，在條件5的情況下，通過采用B型交流磁場的條件6(頻率從2Hz至5Hz為最佳)取代A型交流磁場，使凝固轂前面的凈化效果提高，使電磁制動(dòng)力作用于連鑄厚度中心部，促進(jìn)了鋼液流(來自排出流的向上流股、向下流股)的流速降低、和層流化，而且還可抑制彎液面的旋轉(zhuǎn)流的產(chǎn)生，這里不形成渦流和滯流，可達(dá)到比較例不能達(dá)到的表面缺陷指數(shù)、加工裂紋指數(shù)0.05。
特別是依據(jù)本發(fā)明，在鋼的連鑄過程中可使來自排出流的向上流股和向下流股減弱，同時(shí)還可使凝固轂前面的鋼液流動(dòng)活躍，而且還可防止彎液面部的電磁攪拌旋轉(zhuǎn)流與排出逆轉(zhuǎn)上浮流的干擾而造成的渦流和滯流的形成，故用一段便可取得生產(chǎn)高質(zhì)量連鑄坯的良好效果。
本發(fā)明可取得下述良好效果，即可澆注出連鑄坯聚集的氣泡、非金屬夾雜物少、連鑄坯表面偏析少、以及鑄模熔劑所引起的表面缺陷和內(nèi)部夾雜物少的金屬連鑄坯，可生產(chǎn)高質(zhì)量的金屬制品。
〔表1〕

〔表2〕


表3

移動(dòng)型移動(dòng)磁場極距為500mm，通三相交流電固定型通單相交流電表4(％)

表5

表6

權(quán)利要求
1.一種金屬連鑄方法，其特征在于間歇地將靜磁場外加在連鑄厚度方向上。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬連鑄方法，其特征在于上述間歇外加的ON時(shí)間t1＝0.10～30秒，OFF時(shí)間t0＝0.10～30秒。
3.如權(quán)利要求1或2所述的金屬連鑄方法，其特征在于上述靜磁場外加在金屬液表面上。
4.一種金屬連鑄方法，其特征在于●在浸漬噴嘴排出口上方或下方的位置上，●將直流磁場和交流磁場重疊地外加在連鑄厚度方向上，●使上述交流磁場從連鑄寬度的兩端向中心左右對(duì)稱地移動(dòng)。
5.一種金屬液連鑄裝置，其特征在于在將金屬液向鑄模內(nèi)澆注的裝置上，具有將磁場外加在浸漬噴嘴排出口上方及下方部位上的機(jī)構(gòu)；●產(chǎn)生交流磁場的線圈和產(chǎn)生直流磁場的線圈纏繞在共同的鐵心上，該交流磁場從連鑄寬度的兩端向中心左右對(duì)稱地移動(dòng)，●使磁場方向與連鑄厚度方向一致地將外加磁場的機(jī)構(gòu)配設(shè)在鑄模的連鑄厚度方向兩側(cè)。
全文摘要
提供一種金屬連鑄方法，在這種邊將靜磁場外加在連鑄厚度方向上、邊進(jìn)行連鑄的金屬連鑄方法中，通過間歇地外加上述靜磁場的方法，可以得到基本上沒有助熔劑卷入和表面偏析的連鑄坯。
文檔編號(hào)B22D11/04GK1768983SQ200510125020
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2000年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月10日
發(fā)明者山根浩志, 別所永康, 三木祐司, 竹內(nèi)秀次, 桐原理 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社