专利名称：钢的连续铸造方法
技术领域：
在钢的连铸过程中，通过设置于中间包底部的浸入式水口将盛放于中间包中的钢水提供给连铸用结晶器，由于从浸入式水口的出口流出的钢水的流速比铸造速度大得多，因此钢水中的夹杂物及气泡容易侵入液相穴深处，在这种情况下难以避免产生内部欠陷。另外，除存在凝固坯壳重熔的问题外，钢水流股，特别是向上的液流(反转流等)会使结晶器弯月面向上涌动从而加剧了液面波动，造成结晶器保护渣卷入，对铸坯质量及连铸操作造成严重的不良影响。
本发明提供一种连铸方法，这种连铸方法特别是在钢水供给量超过目前的2倍的这种大钢水流量、高拉坯速度的场合，可以减轻连铸结晶器里的液面波动及保护渣或者夹杂物的卷入；改善内部质量，同时获得良好的表面质量，稳定地生产出内、外部质量都得到改善的铸坯。
背景技术：
对浸入式水口的钢水流股进行控制，以前一般是在浸入式水口的出口形状下功夫，减少钢水的注入速度。
然而，仅仅改变浸入式水口的出口形状，降低钢水注入速度，要完全防止由于钢水中夹杂物产生的质量欠陷是有困难的。
涉及这一点的先有技术中，有如日本公开特许公报昭57-17356号中公开的一种对从浸入式水口流出的钢水流股进行制动的方法，该方法是通过在连铸结晶器中设置静磁场发生装置来实现的；另外，还有日本公开特许公报平2-284750号中公开的对从浸入式水口流出的钢水流股进行制动的方法，该方法通过对连铸结晶器全面施加静磁场，由感应电流和磁场间的相互作用产生的洛伦兹力来产生制动。
然而，上述的日本公开特许公报昭57-17356号中公开的技术，在对钢水流股进行制动时，流体如同碰到壁而改变其方向，但不能将流股具有的能量分散而使其成为均匀的流动，另外，流股向没有静磁场的方向逃逸，不能获得满意的结果，这是其缺点所在。
在日本公开特许公报平2-284750号中公开的技术中，可以使浸入式水口出口处的钢水流股均匀化，同时可以减少弯月面处的液面波动，铸坯表面及内部质量都可获得某种程度的改善，但在钢水流量超过过去2倍的高速连铸的场合，还存在以下问题，还多少留有改进的余地。
1)在使用多孔式浸入式水口的场合，随着钢水从浸入式水口流出，在结晶器中不可避免地会发生偏流。
2)在使用多孔式浸入式水口的场合，钢水流股的高速化造成水口堵塞时，结晶器内的偏流加剧，不能实现稳定的浇铸。
3)在使用多孔式浸入式水口的场合，随着钢水流股的高速化结晶器窄边处的反转流也高速化，液面波动加剧不可避免会导致保护渣卷入。并且，虽然在这一点上可以考虑使用单孔式浸入式水口，但一旦在钢水流股的下部区域外加静磁场，由于结晶器中的返回电流(使钢水流股加速的感应电流)的影响产生钢水反转上升流，引起液面波动而卷入保护渣。
4)由于液面扰动加大，振动产生的振痕加深，另外，由于同时振痕紊乱，使得轧制的钢板表面欠陷(带卷欠陷)增多。
5)由于结晶器液面波动，振痕紊乱，使得难以均匀供给保护渣，易产生由于粘连等引起的约束性漏钢。
6)存在由浸入式水口的钢水流股造成凝固坯壳重熔的危险。
另外，除了在连铸结晶器下端部外加静磁场的连铸方法(公开特许公报平7-51801号、公开特许公报平7-51802号、公开特许公报昭59-76647号、公开特许公报昭62-254955号以及、「lron Steel Eng.May(1984)p41～47」、公开特许公报平6-126399号)之外，最近还出现了在连铸结晶器下端外加静磁场的同时使用两个水口的连铸方法(公开特许公报平-277641号)。
这些技术不仅以普通钢的连铸为对象，而且也包括了复合钢，这样，例如对浸入式水口的钢水流股在适当的区域(连铸结晶器窄边壁侧的凝固坯壳近傍区域等)外加静磁场，从而能够降低流速，即使在普通钢的连铸中也是充分适用的，可是，由于在任一场合静磁场的值都在0.5T以下，所以不能适应钢水流量达到6～10t/min这样的高速连铸，在不产生产品缺陷的情况下所能铸造的数量受到很大限制，这是其所存在的不利之处。
为了提高磁通密度并降低电力费用，日本特许公报昭63-54470号公开了一种用超导磁铁代替从前的常温磁铁的技术。
然而，无论是普通电磁铁还是超导电磁铁，外加静磁场的条件不正常时欠陷反而增多，特别是钢水流量从原先的5t/min左右增加到超过6t/min的高速连铸的场合，由于液面波动及夹杂物的卷入等问题使得操作上的制约越来越严格，而在该技术中，对于获得无缺陷铸坯所必需的磁场外加条件和铸造条件完全没有公开。
另外，作为相关技术，日本公开特许公报平-94959号中公开了一种采用超导电磁铁和卡普斯(カプス)磁场的铸造方法，但该方法获得的磁场强度至多为0.15T左右，即使与采用普通电磁铁相比也小得多，磁场外加的方式为卡普斯(カプス)，因此，高速连铸时成为问题的连铸用结晶器中的液面波动不能得到控制。
日本公开特许公报平4-52057号还公开了一种在结晶器下端外加磁场强度最大为0.5T的静磁场从而生产少缺陷铸坯的生产方法，采用这一方法虽然可以相对过去减轻气泡及夹杂物的卷入，但由于其铸造条件与过去一样，不能适应高速连铸。
为实现大钢水流量、高拉速的连铸，解决上述1)～6)中的问题的有效方法至今还没有。
本发明的目的就在于提出一种新的连铸方法及适合于实施该方法的装置，该方法适合于解决大钢水流量、高拉速连铸时存在的如上所述的问题，生产出适合于DHCR法(Direct Hot Charged Rolling)或CC-DR法(Continuous Casting Rolling)的无缺陷铸坯。发明的公开本发明提供了一种连续铸造方法(权利要求1)，其特征在于，在连铸结晶器的相对侧壁之间外加静磁场，对通过浸入式水口向该连铸结晶器提供的钢水的流股进行控制，以6t/min以上的钢水流量向连铸结晶器提供钢水，同时采用空心超导电磁铁，在连铸结晶器的弯月面处外加磁通密度至少为0.5T的静磁场，在从浸入式水口出口处喷射出的钢水流股的下部区域外加磁通密度为0.5T以上的静磁场。
本发明在包括弯月面处及钢水流股的下部区域的结晶器宽度方向的全部区域外加磁场(权利要求2)。
另外，通过浸入式水口提供钢水时，在满足S.F≥450(S连铸结晶器的上下行程(mm)，F振频(cpm))的条件下使连铸结晶器振动以进行连铸(权利要求3)。
向浸入式水口中吹气(单独采用Ar、N2、NH2、H2、He、Ne等气体或采用它们的混合气体)时，应符合0.5Q≤f≤20＋3Q(f气体吹入量(Nl/min)，Q钢水流量(t/min))的条件(权利要求4)。
浸入式水口采用单孔式直型水口(权利要求5)。
另外，本发明中，外加静磁场的电磁铁采用空心超导电磁铁，连铸结晶器和超导电磁铁的支撑系统相互独立，根据铸造的状况使该超导电磁铁磁极相互接近、远离以改变磁极间的距离，从而调整静磁场的磁通密度(权利要求6)。
连铸结晶器内外加电流(权利要求7)，将外加静磁场产生的感应电流从连铸用结晶器窄边壁一侧引出，送入另一侧以形成回路(权利要求8)，则尤为有利。附图的简单说明
图1示出了连铸结晶器中钢水液面温度与磁通密度(在钢水流股的下部区域外加静磁场时的磁通密度)的关系；
图2示出了水口堵塞与磁通密度(在钢水流股的下部区域外加静磁场时的磁通密度)的关系；图3示出了带卷缺陷发生率与磁通密度(在钢水流股下部区域外加静磁场时的磁通密度)的关系；图4示出了漏钢发生率与磁通密度(在钢水流股下部区域外加静磁场时的磁通密度)的关系；图5示出了振痕深度与钢水过热度的关系；图6a，b示出了用于实施本发明的合适的设备结构；图7a，b示出了用于实施本发明的合适的设备结构；图8a，b示出了用于实施本发明的合适的设备结构；图9a，b示出了用于实施本发明的合适的设备结构；图10示出了用于产生静磁场的超导电磁铁的结构；图11示出了用于实施本发明的合适的连铸结晶器结构；图12为图11的立体图；图13示出了磁极间距离与静磁场的相对磁通密度的关系；图14示出了磁通密度(用指数表示)与结晶器冷却板变形量(用指数表示)的关系；图15a，b为本发明连铸装置重要部分的部分截面图；图16示出了电极的重要部位；图17示出了用于实施本发明的适合的连铸结晶器的结构；图18示出了用于实施本发明的适合的连铸结晶器的结构；图19a，b示出了用于实施本发明的适合的连铸结晶器的结构；图20示出了磁通密度和电流的关系；
图21示出了磁通密度与冷轧带卷缺陷率的关系；图22示出了先前方式的连续铸造的状况；图23a，b，c说明了返回电流对钢水流股加速的情况；图24示出了用于实施本发明的适合的连铸结晶器的结构；图25示出了用于实施本发明的适合的连铸结晶器的其它结构；图26示出了感应电流的流动；图27示出了带有空心超导电磁铁的连铸结晶器结构；图28a，b示出了超导线圈的重要部位；图29示出了具有空心超导电磁铁的连铸结晶器的其它结构；图30示出了超导线圈的重要部位；图31示出了磁通密度与表面缺陷发生率的关系的调查结果；图32示出了铸坯中夹杂物的调查结果；图33示出了漏钢发生率的调查结果；和图34示出了铸坯表面质量的调查结果。发明的最佳实施例图1、图2分别示出了连铸过程中外加静磁场的磁通密度与结晶器液面温度(指数)及浸入式水口的水口堵塞(指数)的关系的调查结果，其中，通过浸入式水口提供的钢水(C20～30ppm，Mn0.1～0.2wt％，P0.01～0.012wt％，S0.006～0.010wt％，Al0.032～0.045wt％，T.O22～32ppm)量Q，亦即钢水流量为4t/min、7t/min、10t/min，分别与各自的场合对应；中包钢水温度Tt1555～1560℃；1炉230t；结晶器尺寸260mm×1300mm，直弧型连铸机(直线段3m)；浸入式水口两孔水口；水口直径内径70mm；出口尺寸70mm×80mm方形；水口角度下倾150℃；用于防止水口堵塞的气体(Ar气)分为吹气和不吹气两种情况；连铸过程中磁场的外加方式可参照图8，为上下两段全宽度方式，L1＝250mm，L2＝250mm；磁通密度可为0～10T。而且，在图1、图2中，磁通密度在弯月面处为0.5T，在钢水流股下部区域则可在0～5T范围内调整，气体吹入量、行程及振频的条件，在图1中为气体吹入量20±2Nl/min，结晶器行程8～10mm，振频187～257cpm，在图2中气体吹入量22±4Nl/min，结晶器行程7～9mm，振频170～220cpm。
在弯月面处外加0.5T的静磁场，同时在钢水流股下部区域同样外加磁通密度为0.5T以上的静磁场，以对钢水流股进行控制的场合，结晶器中的液面温降减小(图1)，水口出口处的钢水流股的整流化作用使水口堵塞减轻(图2)。
特别是在吹气的场合，该倾向很显著，即使在不吹气的场合，其效果在0.5T的附近也开始表现出来，在0.7T附近效果变得显著。在1.0T近傍其效果接近吹气的场合，液面温降减小，水口堵塞基本上消除。气体以气泡形式吹入钢水中，当以大于0.5Q Nl/min(Q钢水流量)的流量吹入气体时浮力的效果开始表现出来。虽然吹入的气体量大时浮力的效果也大，越容易控制钢水流股，但是一旦单位体积中的气泡过多时，由于在磁场中产生的电流难以通过，磁场的制动效果降低。因此，在向浸入式水口吹气的场合，如果Q(t/min)代表钢水流量，则吹气的上限值为20＋3Q左右。
通常外加磁通量大约为0.5～1.0T的静磁场时，吹入气体量f(Nl/min)最好大体按0.5Q≤f≤20＋3Q确定。
吹入气体的下限值根据夹杂物上浮、液面温升的要求程度确定，上限值按在外加磁场的情况下防止凝固坯壳捕捉流股带入的夹杂物或者防止液面波动造成夹杂物增加的出发点来确定。
吹入的气体一般为Ar气，但也可是Ar和N2的混合气体，此外，还可以是上述那样的多种气体，只要能获得该气泡的浮力效果、能对钢水流股施加制动力、而且不会污染钢水即可，没有特别的限定。
为控制钢水流股而外加静磁场时，并不是仅仅增大磁通密度就行，将钢水流股外加磁场的长度设定在一特定范围也是很重要的因素。
能够控制钢水流股的外加磁场的长度可认为是施加使钢水流动停止或者减速的制动力的范围，一般情况下，在磁场中流动的导电性流体从磁场接受的能量E可表达为E∝(V1/ρ)·B2·L，其中V1为流体的平均流速，B为磁通密度，ρ为导电性流体的电阻率，L为外加磁场的长度(参看图6～图8)。特别是在钢水流量为6t/min以上的高速连铸中，降低钢水流速所必需的外加磁场长度L可由模型实验求出比例系数，表达为k·Q/B≤L(k0.55，L(cm)、B(T)，Q(t/min))。
本发明中弯月面处外加磁场长度的最小值约为50mm，钢水流股下部区域外加磁长度的最小值也可取为大约50mm。
这里，使用空心超导电磁铁外加静磁场的场合，外加磁场长度L为电磁铁线圈的上下两端之间的间隔，磁通密度B取外加磁场长度L中结晶器1/2厚度处的最大磁通密度。采用多个用于外加磁场的电磁铁时，L1＋L2…L3＝L。
通过在连铸结晶器的弯月面处外加磁通密度为0.5T以上的静磁场，同时在钢水流股下部区域外加磁通密度为0.5T以上的静磁场，可以抑制使用多孔式浸入式水口时钢水反转流导致的液面波动，同时对由浸入式水口流出的向下的钢水流整流化，使水口内部及水口出口处的钢水流均匀化，减少水口堵塞的危险性。
另外，使用单孔浸入式水口时，通过在弯月面处及钢水流股的下部区域同时外加0.5T以上的静磁场，可抑制钢水反转上升流造成的液面波动，同时，在大钢水流量、高速连铸中所担心的钢水流股对凝固坯壳的冲击可以得到避免，重熔的危险也可以大大减小。
图3、图4示出了磁通密度与带卷缺陷率、漏钢发生率的关系的调查结果(图3中，气体吹入量18±2Nl/min，行程6～8mm，振频180～190cpm，图4中，气体吹入量28±2Nl/min，行程6～8mm，振频240～260cpm，其它条件同图1、图2)，在弯月面处及钢水流股的下部区域同时外加磁通密度为0.5T以上的静磁场时，保护渣卷入及漏钢发生率大大降低。
而且，这种场合，在弯月面处外加静磁场的磁通密度低于0.35T时，钢水流量即使在6t/min以上，采用单孔、多孔水口的带卷缺陷发生率在0.25％以上。
另外，图5示出了磁通密度为0～1.25T时连铸结晶器中钢水液面过热度与铸坯表面振痕深度的关系。由图1、图5可知，在弯月面处及钢水流股下部区域同时外加高磁通密度的静磁场，维持高的结晶器钢水液面过热度，使振痕深度也得到减轻。减轻振痕深度，由于减少了在该处捕捉的夹杂物、保护渣、气泡，因此可以认为冷轧带卷的缺陷率也降低。
在以钢水流量为6t/min以上的高速连铸为对象的本发明中，通过浸入式水口提供钢水时，连铸满足条件S·F≥450(S连铸结晶器上下行程(振幅的最大值到最小值之间的值)(mm)，F振频(cpm))，其理由在于实施本发明所期望的高速连铸时，为防止漏钢及铸坯内部缺陷的发生，钢水流动稳定是一很重要的因素，而保护渣稳定地流入也很重要，因此，在上述条件下进行连铸是必要的，这样，可以减小振痕紊乱，减轻振痕深度。该条件更好的情况是S·F≥1000。
另外，由于振频F越高保护渣消耗量越多，振痕深度越浅，所以其值取150cpm以上时较好，取200cpm以上时更好。为减轻振动波形的紊乱程度、确保保护渣的消耗量，振频F的最大值可取600cpm。
在生产供直接轧制的表面无缺陷铸坯时，特别是钢水流量为6t/min以上，较好时为7t/min，更好时为10t/min的高速连铸过程中，上述效果不仅更显著，而且还可以阻止高温钢水侵入到连铸结晶器的出口下侧深处，避免凝固坯壳重熔。而且，在钢水流量为6t/min、厚度为0.22m，宽度为1.2m的板坯连铸中，拉坯速度Vc为2.9m/min左右。
图6a，b示出了用于实施本发明的合适的设备(连铸结晶器)的结构。
图中标号1为由一对窄边壁1a与一对宽边壁1b组成的连铸结晶器，标号2为向连铸结晶器1提供钢水的浸入式水口，标号3为在连铸结晶器1的长边1b的之间外加静磁场的电磁铁(超导电磁铁)，该电磁铁3设置于连铸结晶器的背面。
在上述图6a，b示出的设备中，在通过浸入式水口2提供钢水期间一旦由电磁铁3外加磁通密度为0.5T以上的静磁场(弯月面处0.5T，钢水流股的下部区域0.5T)，即可通过该静磁场与钢水流之间的相互作用产生的感应电流导致的电磁力(洛伦兹力)对钢水流进行制动并使其成为降低了流速的均匀流体，不出现保护渣卷入、夹杂物向深处侵入而被凝固坯壳捕捉的现象。
图7a，b为在连铸结晶器宽边壁1b的宽度方向的整个区域外加静磁场(在弯月面处及钢水流股下部区域都外加0.5T以上的静磁场)的例子，这种情况下由浸入式水口2流出的钢水流股在均匀磁场中流过而被整流，与其出流角度及出流速度等作业条件的变化无关。
如图8a，b所示，在浸入式水口2的出口2a的上下部设置电磁铁时，由于可将钢水流股封在电磁铁之间，所以不仅可以减小含有夹杂物的流股的侵入深度并使弯月面镇静化，还能够抑制结晶器中钢水的温降。
在上述图6～图8中示出了各种多孔浸入式水口的情况，不用说本发明也可使用单孔浸入式水口，而且可获得基本一样的效果。
图9a，b示出了使用单孔式直型水口作为浸入式水口时的情况。
采用这种浸入式水口时存在特别是由于钢水流股向深处侵入造成凝固坯壳重熔以及夹杂物、气泡侵入的危险，但当浸入式水口下方的静磁场降低钢水流速时，可阻止夹杂物和气泡的侵入，并使向下的流动均匀化。另一方面，在弯月面处的静磁场使由返回电流(感应电流)和磁场形成的上升流弱化，减小液面波动。
再者，如图9a，b所示那样，在上下部位设置电磁铁的场合，可根据浸入式水口的配置关系在能更有效地起作用的区域外加磁场，但最好在上下及对面位置分别设置异极的磁极。
图10示出了用于实施本发明的适合的用来产生静磁场的电磁铁3的结构。这样的磁铁3具有氦槽、辐射绝热护罩以及将它们包围起来防止对流导致热量进入的真空容器，氦槽接到液氦容器上，辐射绝热护罩接到液氮容器上。磁铁3平时由液氦冷却并保持在-268.9℃以下。辐射绝热护罩平时由液氮容器供给液氮，防止外部热量直接到达氦槽。虽然图中没有示出，但各容器都具有冷冻机，将转变成气态的各种气体再次冷却、液化，回收到各自的容器中。
采用上述图10所示那样的超导电磁铁作为用于产生静磁场的电磁铁，由于不仅可获得高磁通密度而且不用铁心，因此，与过去的普通导电方式的电磁铁相比可以减轻重量，另外，由于平时不必通电，所以节省了能量，这是十分有利的。
外加静磁场时，采用上述那样的超导电磁铁是有利的，而普通导电方式的电磁铁由铁心、围绕铁心的线圈以及向该线圈中通电流的电源组成。对于该普通电磁铁，要产生更大的制动力，就得增加线圈匝数、增大铁心尺寸以及增大线圈中流过的电流值，这在使用普通电磁铁的连铸中会产生如下问题。
1)由于普通电磁铁直接安装在连铸结晶器的背面，所以随着结晶器上下振动产生使结晶器内钢水上下运动的洛伦兹力，加剧了液面波动，使保护渣卷入变得明显。
2)普通电磁铁的铁心重量可达数10吨，结晶器振动时产生的惯性力增大，从而限制了结晶器振频的提高。
3)钢水流量超过6t/min的高速连铸中，由于必须外加磁通密度为0.5T以上的磁场，所以相应地必须增加线圈匝数，增大铁心的尺寸，这样，除上述1)、2)中的问题更明显外，构成结晶器的冷却板受到大的力的作用而产生变形(作用在冷却板上的应力与磁场强度的平方成正比)，这时钢水从产生的结晶器间隙漏出，凝固坯壳破坏发生漏钢。
本发明为解决上述那样的问题采用超导电磁铁，该超导电磁铁与结晶器支承系统独立开来，可根据连铸状况使超导电磁铁相互接近或远离以改变其相互间的距离，从而调整静磁场的磁通密度。
采用超导电磁铁作为在连铸结晶器上外加磁场的装置，可以使设备紧凑化(可以将总重量控制在几吨以下)，而且可以大幅度提高钢水制动力，从而减轻由于夹杂物等卷入造成的铸坯质量恶化，而且容易进行大钢水流量、高拉速连铸。
采用超导电磁铁时将其设置于连铸结晶器相对侧壁各自的背面上，然而随着结晶器振动超导电磁铁也一起振动时，超导状态破坏，即所谓的抑制(ケエソチ)现象，因此，将结晶器支承系统(结晶器支承系统未示出)如图11所示那样与超导电磁铁的支承系统独立开来，使相对的超导电磁铁可以相互远离、接近。
如图11所示，在设置于连铸结晶器1背面的台车4上设置超导电磁铁3，根据需要沿轨道5进退移动台车4，改变磁极间的距离，由此即使在连铸期间也能够简单地调整磁通密度。图12为图11的立体图。
另外，采用这种结构，由于超导电磁铁3不受结晶器1振动的影响，从而不会产生使结晶器中的钢水上下运动的洛伦兹力以及产生使结晶器冷却板变形的力，能够进行稳定的连铸。
采用超导电磁铁并可以移动该超导电磁铁时，其最大的优点如下一旦在超导电磁铁中通电流，即使后来使该磁铁的电路短路、处于绝缘状态，不再继续通电流，也能半永久地外加磁场，然而由于超导电磁铁的设置位置是一定(固定)的，当根据连铸状况需要调整磁通密度时(连浇时更换中间包或浸入式水口，或者操作人员必须接近结晶器时)，必须解除绝缘状态，改变电流值，这时，由于消耗了多余的能量，失去了使用超导电磁铁的优点。本发明由于可以使超导电磁铁相互接近或远离，所以不用白白消耗能量即可简便地调整磁通密度。
图13示出了上述图11所示连铸结晶器中改变超导电磁铁磁极间距离时磁通密度(相对磁通密度)的变化情况，另外，图14示出了超导电磁铁固定在连铸结晶器上时(超导电磁铁支承系统与结晶器支承系统为同一系统时)结晶器冷却板的变形情况。
下面，将说明外加静磁场的大钢水流量、高拉速的连铸中，在连铸结晶器内外加电流以控制从浸入式水口的出口流出的钢水流股的情况。
图15a，b示出了在连铸结晶器1内外加电流的电极6的配置情况。电极6由导电部6a及绝缘部6b组成，其主要部分如图16所示，采用多孔浸入式水口时电极6的导电部6a设置在出口2a的上部及下部。
使用图15a，b所示结构的连铸结晶器，在弯月面处及钢水流股的下部区域外加磁通密度为0.5T以上的静磁场并外加电流(从出口2a上部的导电部6a向下部的导电部6a通电流，亦即沿着拉坯方向通电流)时，即使在钢水流量超过6t/min的高速连铸的场合，由浸入式水口出口流出的钢水流股的流速也变得很小，不会发生钢水中的夹杂物向深处侵入而被凝固坯壳捕捉的现象。
图17a，b为使用单孔浸入式水口2的例子，在使用这种结构的结晶器的连续铸造中，通过在与结晶器1的宽边壁1b垂直的方向上通过电流i，可以同上述图15a，b所示一样减小钢水流股的流速。
图18a，b示出了另一个例子，在该例中，使用单孔浸入式水口2的连续铸造中，在结晶器1的弯月面处及其下端的整个宽度上外加静磁场，同时通过在结晶器1出口下面的凝固坯壳S的相对壁之间由电极辊7a、b外加电流。
使用这种结构的结晶器的连铸的优点在于，通过外加静磁场和通电，可以抑制浸入式水口2流出的钢水流股所形成的上升流，同时还具有搅拌结晶器内钢水的效果，而且不会发生上升流引起的液面波动，能够获得均匀的向下流动。
图19a、b所示的例子中，连铸采用单孔浸入式水口2，在结晶器1的上部(弯月面处)的整个宽度上以及包括浸入式水口2的出口的区域外加静磁场，同时在与结晶器1的宽边壁1b垂直的方向上通电流i。进行这样的连续铸造当然能降低钢水流股的流速，而且还能够抑制结晶器液面波动，使其镇静化。
而且，外加磁场的区域及外加电流的区域随浸入式水口的结构和铸造条件不同而改变，并不仅限于上述图15～图19所述的情况。
图20示出了静磁场的磁通密度与电流值的关系，其中采用单孔浸入式水口对具有与钢水大体相同的特性的低熔点合金进行连续铸造(根据预先从实际生产中获得的数据进行流动和传热计算，确定出结晶器下端处可以进行连铸的流速，将低于该值的流速作为可以进行连铸的条件)，该连铸为连铸模型实验。
在连铸结晶器内外加电流时，电极和电缆自身发热使得难以操作的电流值，即使考虑来自钢水的热传导，其限度也是在2000A左右，即使本发明将电流值设置在上述限度2000A的范围内，由于可以外加磁通密度为0.5T以上的静磁场从而控制钢水流股，所以也能容易地应付钢水流量高达6～10t/min的高速连铸。
在本发明中，从上述的电缆和电极等自身发热，以及静磁场与电流所产生的上升流的效率等观点出发，结晶器中外加的电流可取400A～2000A左右。
图21示出了采用不同的外加在连铸结晶器中的静磁场的磁通密度(弯月面处0.5T，钢水流股下部区域0～10T，图6)进行超低碳钢连铸，并将铸坯进行轧制直至冷轧完成后对带卷缺陷的发生状况进行调查的结果。
带卷的缺陷发生率以磁通密度0.5T附近区域(弯月面处和钢水流股下方)为界线大大降低，特别是由于在结晶器内外加电流时抑制钢水偏流，带卷缺陷进一步降低。
下面，将说明在连铸结晶器特别是结晶器窄边一侧设置电路端子，外加静磁场时形成感应电流流动的闭合回路，以有效地控制钢水流动的情况。
首先，使用图22那样的两孔浸入式水口作为浸入式水口2时，由于出口2a朝向结晶器窄边壁1a，由浸入式水口2流到结晶器内的钢水流股也朝向窄边壁1a流动，然后分为箭头所示的上升流与下降流。
对于下降流，存在使钢水中的夹杂物及气泡侵入液相穴深处产生铸坯内部缺陷的问题，虽然可以由电磁铁3在结晶器内钢水中外加静磁场，通过静磁场与钢水流股的相互作用产生的洛伦兹力来抑制下降流，但对于钢水流量为6t/min而且外加磁通密度为0.5T以上的静磁场的高速连铸，特别是可能出现以下问题。
如图23a透视图所示，外加静磁场B以降低下降流的流速V时，下降流速V与静磁场B相互作用产生感应电流I，该感应电流I与静磁场B相互作用产生相反于钢水流向的力F，以降低下降流的流速，然而，由于感应电流I在钢水中形成电流回路，所以如图23b中的纵截面图和图23C中的横截面图所示那样，感应电流I产生反方向的电流I1、I2、I3、I4。
其结果是，对于这种感应电流I，由于反向电流，即所谓的返回电流流过的区域中也有电磁铁的磁通通过，该返回电流与静磁场相互作用产生与钢水流制动力反向的力。这意味着返回电流的存在会减弱钢水流的制动力。由于返回电流的强度随着下降流速度的增加或者随着外加磁场强度的增加而增大，所以即使想提高钢水流动控制的效果，但由于返回电流产生障碍，使得有时得不到良好的效果。
因此，本发明在结晶器窄边侧设置引导感应电流的电路端子，用连通装置将结晶器窄边侧连接起来，使钢水中的感应电流从一侧的端子流向另一侧的端子。
图24示出了适当的例子的部分截面图。
该装置下侧的电磁铁3对图22所示那样的钢水下降流进行制动，在该电磁铁3处的结晶器窄边壁1a的正下面设置作为电路端子的辊8，使该辊压在铸坯上并用导线9连接这两个端子。
图24中的辊8被压紧并随着拉坯而转动，所以感应电流的导通不会中断。
图25示出该电路端子的其它例子。图25的端子由多块板10构成，该板随着拉坯的进行依次压在铸坯上，各板与接线柱11连接，感应电流的导通不会中断，具体地说可以是履带那样的结构。
使多块板动作的装置是任意的。如图25所示那样如果以板作为端子，则由于接触面积大，是较为有利的。
采用这种结构，如图26所示那样，感应电流不是在结晶器内的钢水中，而是通过端子及导通装置形成回路，由于在结晶器内的钢水中不再产生返回电流，所以不会产生与钢水流同向的电磁力，钢水流的制动力也不会被削弱，这样，就可以有效地控制钢水流动。
在本发明中，电路端子的设置只要在结晶器窄边侧、处于感应电流产生区域的附近即可，其设置区域没有特别的限定。
这里所说明的装置不限于图示的例子，可以有不同的变化形式。例如，浸入式水口不限于出口为两个口的情况，也可以是一个口的所谓的直型水口。
下面，将说明对连铸结晶器施加可为150cpm以上的振动，进行大钢水流量、高拉速连铸时具体的装置。
在高速连铸中，为确保操作稳定性并获得表面质量良好、无需精整的铸坯，如前所述那样，提高连铸结晶器的振频也是有效的手段。
为使初期凝固时坯壳稳定生长，防止约束性漏钢发生，用下述式子表示的负滑脱率(NS)至少应为正值，最好采用更高的值。该负滑脱率必须为正值意味着必须确保结晶器下降速度比拉坯速度大。
NS＝{2·S·f/v)－1}×100式中S连铸结晶器的上下行程(mm)F振频(cpm)V拉坯速度(cm/s)由上式也可看出，如果仅使拉坯速度高速化，负滑脱率将减小，因此必须提高结晶器振动行程S、振频F中的一个或两个。
但是，增大结晶器行程S会导致在结晶器内钢水弯月面处固体保护渣进入或者渣圈将保护渣流入路径堵塞，所以结晶器行程S应尽可能小，一般设定在10mm以下。因此，本发明在进行所针对的连续铸造时，有必要提高连铸结晶器的振频F。另外，提高结晶器振频F对于减小振痕深度也是有利的。
总之，为提高单流产量、实现高速连铸，应确保连铸的稳定性并同时提高铸坯表面质量，为此，提高结晶器的振动频率是很重要的。
出于这一目的，在本发明中采用了无铁心即所谓空心超导电磁铁。
图27示出了按照本发明的连铸装置的一个例子的主要截面。
这里所述的装置中电磁铁没有铁心，仅由超导导线绕成的线圈3a组成。该电磁铁3如图28a，b所示的那样，比过去的电磁铁中所绕的线圈匝数多(多层缠绕)，可以获得对应于大钢水流量、高拉速连铸所需的磁通密度。
使用这样的空心电磁铁，电磁铁的重量可减少到原来的1/5～1/7，因此，由于结晶器振动时结晶器及电磁铁的总重量减少了相应于电磁铁重量减少部分的重量，从而可以提高结晶器振频。
具体地说，对于过去的连铸装置，板坯尺寸为200～300mm厚×700～1800mm宽时振频的上限充其量为130～150cpm左右，而对于空心电磁铁的情形，可以确保振频在200cpm以上，甚至220～230cpm以上。
在图29示出的例子中，电磁铁3由如图30所述那样平面地盘绕的超导线圈3a组成。
该超导线圈3a可以用Nb、Ti等超导材料作为其芯线，在其背面设置冷却箱用液氦等进行冷却将其保持于超导状态。图29中的冷却机构等的具体结构与上述图10大体相同。
具有超导电磁铁的装置与具有带铁心的电磁铁的装置相比，其重量可以降低90％左右，因此，不仅可以大幅度减轻重量，而且还可以得到以前(约0.3T以下)3～5倍以上的磁通密度。
空心超导电磁铁在结晶器中的设置不限于图示的例子，还可以有种种变化形式。
实施例1钢水成份为C10～15ppm，Mn0.15～0.2wt％，P0.02～0.025wt％，S0.008～0.012wt％，Al0.025～0.035wt％，T.O25～31ppm，连铸机具有结构如图6～图9所示的结晶器，结晶器宽边壁之间的间隔(与铸坯厚度相对应)为220mm，窄边壁之间的间隔(与铸坯宽度相对应)为1600mm，在宽边壁背面设置有用于产生长200mm、宽2000mm的静磁场的超导电磁铁(线圈种类为Nb-Ti线)，连铸的条件为磁通密度弯月面处0.5T，钢水流股下部区域1.0T钢水流量8t/min两孔浸入式水口(图6～图8)单孔浸入式水口(图9)水口直径内径80mm浸入式水口出口尺寸80mm×80mm□(两孔浸入式水口)浸入式水口出口角度下倾20°(两孔浸入式水口)浸入式水口出口位置从弯月面到水口出口上端为230mm弯月面位置从线圈上端加上20mm的位置结晶器振频220cpm结晶器行程7mm
拉坯速度2.89m/min在该条件下连铸600炉厚220mm、宽1600mm的板坯，每炉260吨，对连铸中水口堵塞、漏钢发生情况以及获得板坯的内部质量、表面质量(带卷缺陷率)进行了调查。表1示出了其结果以及除不外加静磁场外其它条件相同的作为比较的连铸所获得的板坯质量。
表1 *六炉连浇时**气体流量24Nl/min由图1可以明确地确认，按照本发明，不仅可以减小振痕深度、减少保护渣卷入和抑制液面波动，从而改善表面质量，而且可以获得良好的内部质量，在大钢水流量、高拉速连铸中稳定地生产出无缺陷铸坯。
实施例2使用带有如图11所示连铸结晶器的设备，静磁场磁通密度为0.2～1.0T(超导电磁铁相互间的间隔上下都可以调整)，钢水流量为3.0t/min～8.0t/min，振频为150～240cpm，结晶器行程为7～9mm，钢种为超低碳Al镇静钢(C0.001wt％)，生产出厚220mm、宽800～1800mm的板坯之后，进行轧制，经退火工序(连续退火线)后轧成钢板，调查该钢板的表面质量(钢板表面的缺陷发生率)。
将该结果与采用普通电磁铁并将其固定在连铸结晶器上、外加磁通密度最高可达0.4T左右(过去的限度)的静磁场进行连续铸造时的结果一起示于图31中。
由图31可清楚看出，按照本发明进行连铸时在0.2～0.4T的范围内可比采用普通电磁铁外加静磁场进行连铸时的缺陷发生率低，将磁通密度提高到1.0T时，从浸入式水口流出的钢水流股的流速可以得到有效的降低，夹杂物的卷入得到减轻，缺陷发生率进一步降低。
实施例3采用图24所示结构的装置在下述条件下按照方法A～E进行连铸。
条件·铸造钢种超低碳Al镇静钢(C15～25ppm、P0.015～0.020wt％、S0.01～0.015wt％、Al0.03～0.04wt％、T.O25～28ppm)
·连铸机直线段为2.5m的直弧形连铸机·结晶器尺寸铸坯尺寸为宽1600mm、厚220mm·浸入式水口下倾25度、两孔水口·拉坯速度 3.5m/min·结晶器振频220cpm·结晶器行程8mm·外加静磁场弯月面处、钢水流股下部区域都外加同样磁通密度的静磁场·钢水流量8.62t/min方法A无电磁铁方法B普通电磁铁，磁通密度为0.3T方法C普通电磁铁，磁通密度为0.3T，板形端子压在铸坯上使电路导通方法D超导电磁铁，磁通密度为1.1T方法E超导电磁铁，磁通密度为1.1T，板形端子压在铸坯上使电路导通将由上述各种方法获得的铸坯沿厚度方向以10mm间隔切成试片，采用X射线透射法测定铸坯内部夹杂物个数，取其最大值并以装置A的值为1相对指数化，将结果示于图32。由该图可知，采用方法D、E与采用方法A～C相比铸坯内部质量明显要好得多。
另外，对采用各种方法获得的铸坯进行热轧和冷轧后，进行磁力探伤试验(MT检查)，可以确认具有与图32相同的倾向。
实施例4
连铸用钢水成分为C10～15ppm，Si0.008～0.005wt％，Mn0.15～0.2wt％，P0.02～0.025wt％，S0.008～0.012wt％，Al0.025～0.035wt％，T.O25～31ppm，采用的连铸机分别带有图15、图17、图18、图19所示结构的结晶器，这些结晶器的宽边壁之间的间隔(铸坯厚度)为220mm，窄边壁之间的间隔(铸坯宽度)为1600mm，在宽边壁的背面设置用于外加长为200mm、宽为2000mm的静磁场的超导电磁铁(Nb-Ti线)，在下述的条件下连铸7200炉(每炉260吨)，对连铸时浸入式水口堵塞、漏钢发生情况及板坯内部质量、表面质量(带卷缺陷率)进行调查。将其结果与作为比较的例子的结果一道示于表2中，作为比较的例子除没有外加静磁场外其它条件都一样。
条件磁通密度1.0T(弯月面处以及钢水流股的下部区域都外加相同的静磁场)钢水流量8t/min电极中外加的电流值800Aa.两孔浸入式水口水口直径内径80mm浸入式水口出口尺寸80mm×80mm□浸入式水口出口倾角下倾20°浸入式水口出口位置从弯月面到水口出口上端为200mm弯月面位置从外加静磁场线圈上端加上20mmb.单孔式水口水口直径内径80mm
浸入式水口出口位置从弯月面到水口前端为200mm弯月面位置从外加静磁场线圈上端加上20mm
表2 ※六炉连浇时水口堵塞指数(Sb-Sa)/SbSb铸造前的水口出口面积Sa铸造后的水口出口面积※1结晶器内钢水温度指数Tt-Tm(℃)Tt中包温度Tm结晶器内温度※2带卷缺陷发生率Dp/N×100(轧制成薄板的冷轧带卷简称为带卷)N带卷总数Dp缺陷发生率※3漏钢发生率Nb/N×100(％)N全部的铸造炉数Nb发生漏钢的铸造炉数由表2可清楚得知，按照本发明连续铸造时，即使在钢水流量达到8t/min的连铸中，由于能够减少结晶器保护渣卷入及钢液面波动，可确保铸坯良好的内部和表面质量，高速连铸时能够稳定地提供无缺陷铸坯。
实施例5在下述条件下采用A～C三种方法连续铸造。
条件·铸造钢种超低碳Al镇静钢(C20～25ppm，P0.02～0.03％，S0.008～0.010％，Al0.025～0.035％，T.O30～40ppm)·结晶器尺寸铸坯尺寸宽1500mm、厚200mm·结晶器重量(除电磁铁之外的重量)每个11吨·拉坯速度3.6m/min·钢水流量7.56t/min/流·结晶器行程9mm·结晶器振频230cpm·电磁铁的设置结晶器宽边壁整个宽度、上下两段(图27、图29)·磁通密度对于普通电磁铁，在弯月面处和钢水流股的下部区域都为0.4T(极限值)，对于超导电磁铁，在弯月面处和钢水流股下部区域都为0.7T方法A普通电磁铁，带铁心。电磁铁重量在结晶器宽边两侧(总重量)为19吨方法B普通电磁铁，无铁心。电磁铁重量在结晶器宽边两侧(总重量)为3吨方法C超导电磁铁、空心。电磁铁重量在结晶器宽边两侧(总重量)为2吨针对所述方法A～C，调查结晶器＋电磁铁总重量、振频上限、负滑脱率上限及结晶器内的最大磁通密度。将该结果示于表3中。
表3
将各方法的漏钢发生率示于图33中，将铸坯表面质量的调查结果示于图34中。以方法A的漏钢发生率(连铸炉数的比例)0.9％作为基准相对地评价漏钢发生率并表示，对于铸坯表面质量，在对铸坯进行火焰清理以后测定附着在铸坯表面上的夹杂物及气泡的数量，用单位面积上附着的个数进行评价，以方法A的值为基准进行相对评价并表示出来。
由表2及图33、图34可知，按照本发明的方法B、C，可通过使电磁铁重量轻量化、结晶器振动高频化，从而提高负滑脱率，与方法A相比大幅度降低漏钢发生率。
另外，还可看出，关于铸坯表面质量，采用方法B时，虽然结晶器振频的高频化使振痕深度减轻的效果会由于磁通密度降低而减弱，但比起方法A表面质量还是得到改善。另外，采用方法C时，其磁通密度为1.1T，比方法A的0.3T大得多，因此，随着结晶器振频的高频化，铸坯的表面质量得到明显改善。
对获得的铸坯进行热轧—冷轧后检查表面缺陷，可得到与图34同样的结果。
工业应用的可能性根据本发明可以期望获得以下效果。
1.由于结晶器内钢水液面温降小，所以水口堵塞很少发生，另外，由于结晶器保护渣的卷入、夹杂物的卷入、振动等造成的表面缺陷减轻，而且坯壳的重熔也得以避免，所以能够稳定地生产质量良好的铸坯。
2.由于采用空心超导电磁铁作为外加静磁场的手段，用与连铸结晶器独立的支承系统对其进行支承，而且可以改变该超导线圈的磁极间距离，因此结晶器内的钢水液面波动可以非常小。另外，因为没有附加应力作用在结晶器冷却板上，所以可避免由于该冷却板变形、钢水泄漏导致的漏钢。另外，可简单地调整磁通密度。再者，由于不增大设备自身的体积即可提高制动能力，所以可以生产高质量的铸坯，即使对于钢水流量超过6t/min那样的高速连铸也容易适应。
3.由于在结晶器窄边设置引导感应电流的电路端子，而且用导通装置将结晶器窄边侧的端子与另一侧的端子连接起来形成感应电流的闭合回路，所以不会产生妨碍钢流制动的力，可以有效地控制钢水流动。
4.由于通过在外加静磁场的状态下在连铸结晶器中外加电流，可以进一步降低钢水流股的流速，即使在进行大钢水流量、高拉速的连铸时，由于不发生结晶器保护渣卷入和夹杂物卷入到深处，振动造成的缺陷也能得到减轻，另外也可避免凝固坯壳重熔，所以可以稳定地生产出内部外部质量良好的铸坯。
5.由于采用无铁心的空心超导电磁铁作为在连铸结晶器中外加静磁场的装置可提高结晶器振频，所以不仅可减少振痕深度，而且即使对于大钢水流量、高速连铸，也可将负滑脱率维持在良好的范围内，确保连铸的稳定性并提高铸坯表面质量。
权利要求
1.一种钢的连铸方法，其特征在于在连铸结晶器相对侧壁之间外加静磁场对通过浸入式水口向连铸结晶器提供的钢水流股进行控制时，向连铸结晶器提供流量为6t/min以上的钢水，采用空心超导电磁铁在连铸结晶器弯月面处外加磁通密度至少为0.5T的静磁场，在从浸入式水口出口喷出的钢水流股的下部区域外加磁通密度为0.5T以上的静磁场。
2.如权利要求1所述的连铸方法，其特征在于在包括弯月面处及钢水流股下部区域的结晶器宽度方向的整个范围外加静磁场。
3.如权利要求1所述的连铸方法，其特征在于供给钢水期间连铸结晶器的振动满足下式S·F≥450S连铸结晶器上下行程(mm)F振频(cpm)
4.如权利要求1所述的连铸方法，其特征在于向浸入式水口中吹气并满足下列条件，0.5Q≤f≤2O＋3Qf气体吹入量(Nl/min)Q钢水流量(t/min)
5.如权利要求1所述的连铸方法，其特征在于浸入式水口为单孔直水口。
6.如权利要求1所述的连铸方法，其特征在于在连铸结晶器的相对侧壁背面分别设置与该结晶器支承系统相独立的、外加静磁场的超导电磁铁，根据连铸状况使其相互接近或远离，以改变该超导电磁铁的磁极间距离，从而调整静磁场的磁通密度。
7.如权利要求1所述的连铸方法，其特征在于在连铸结晶器中外加电流。
8.如权利要求1所述的连铸方法，其特征在于将外加静磁场产生的感应电流从连铸结晶器一侧的窄边壁引出再送入另一侧窄边壁，使该感应电流形成回路。
全文摘要
本发明在连铸结晶器的相对侧壁之间外加静磁场以控制通过浸入式水口向该连铸结晶器提供的钢水流股时，向连铸结晶器内提供钢水流量在6t/min以上的钢水，并在连铸结晶器弯月面处外加磁通量至少为0.5T的静磁场，在从浸入式水口出口喷出的钢水流股的下部区域外加磁通密度为0.5T以上的静磁场，从而获得内外部质量都良好的铸坯。
文档编号B22D11/04GK1130364SQ9519063
公开日1996年9月4日 申请日期1995年7月14日 优先权日1994年7月14日
发明者奈良正功, 井户川聪, 别所永康, 藤井彻也 申请人:川崎制铁株式会社