实施发明的最佳形式
以下，根据附图对本发明加以说明。
图1是以模式表示本发明的钢液浇注要领的一例。该例子是浸入
式水口使用下部流出孔为单孔、上部流出孔为2孔的水口的情况，由
下部流出孔供给的钢液基本上沿着垂直方向流出。
图中，符号1为铸型，符号2为浸入式水口，符号3为磁极，利
用该磁极3可在铸坯的全宽上向铸坯的厚度方向施加直流磁场带。
符号4表示磁极的高度中心。另外，符号5表示浸入式水口2的
下部流出孔，符号6a、6b分别表示浸入式水口2的上部流出孔，符
号7表示从下部流出孔5出来的喷流，符号8a、8b表示从上部流出
孔6a、6b出来的喷流，符号9表示从直流磁场带的下部熔池向上部
熔池的倒流。符号10为溶质元素(金属丝)，符号11为溶质元素10
的添加位置，符号12为凝固壳。
另外，图中，符号w为铸型的宽度，Q、Q’分别为浸入式水口2
的下部、上部的流出孔5、6的角度(假设水平方向为0的向下的
角度)，h为从下部流出孔中心到磁极高度中心的距离，h’为从上
部流出孔中心到磁极高度中心的距离，d为从上部流出孔到下部流
出孔中心的距离，A为从铸型内钢液面水平面到磁极的高度中心的
距离。
如图1所示，从浸入式水口2的下部流出孔5供给的钢液喷流7
一旦流入磁场带的下部熔池，由于由上部流出孔6向上部熔池供给的
钢液的供给速度Q’比在上部熔池内进行凝固而消费的钢液的消费速
度Q小，故一旦流入下部熔池的钢液之中，按上部熔池中的不足部分
自然地倒流到上部熔池中。
因此，本发明不存在与特开平7-51801号公报所述的方法同样
的、关于钢液供给速度的控制问题。
另外，本发明中，由浸入式水口2的下部流出孔5供给的钢液喷
流7穿过直流磁场带，故在喷流7的周围产生图2所示的感应电流
13。结果，由于该感应电流13与直流磁场14的相互作用，产生图3
所示的电磁力15。因此，在喷流部16产生与喷流7反向的所谓电磁
制动力，即使在喷流部16的两侧也不可避免地产生这种感应电流
13，故在两侧也产生同样的力，在喷流部16的两侧容易产生反向的
流股。
如图4所示，结果，钢液从上述磁场带下部熔池向上部熔池的流
入只在该喷流部16的两侧部位发生。
因此，钢液从下部熔池向上部熔池的流入限定在从下部流出孔
5出来的喷流部16的两侧部位这一特定区域发生，集中在水口的两
侧，但由于这里存在着上部流出孔6，故从下部熔池出来的流入钢
液被指入上部流出孔6流出的喷流8内，与上部流出孔6供给的钢
液一起向铸型的两端方向推压、流动，并与添加合金均匀地进行混
合。
因此，本发明的铸型内的溶质元素浓度分布如图5所示，其结果，
所得到的铸坯如图6所示。
图5中，符号17是铸型内溶质元素浓化的区域，符号18是溶质
元素浓化程度低的区域，符号19是没有溶质元素浓化的区域，另外，
图6中，符号20是铸坯表层溶质元素浓化的部分，符号21是铸坯的
溶质元素浓度过渡层、是溶质元素的浓化程度低的部分，符号22是
铸坯的内层、是没有溶质元素浓化的部分。
因此，按照本发明，钢液从下部熔池流入上部熔池的流入部位限
定在喷流部的两侧部位这一特定的区域，流入钢液在水口附近与上部
流出孔流出的喷流合流，故即使在上部流出孔上附着钢液中的非金属
夹杂物，上部流出孔流出的流量比降低的情况下，只要增加从下部熔
池流出的钢液流入量，溶质浓度低的区域不产生变化，故上部熔池内
的溶质元素浓度分布不产生变化。
反之，即使下部流出孔的流量比降低的情况下，由于本来就存在
从下部流入的钢液，故只要减少其流量，上部熔池内的溶质元素浓度
分布依然不会产生变化。
并且，按照本发明，供给下部熔池的钢液从磁场带上部供给，故
通过磁场带时减速，成为内部缺陷的原因的非金属夹杂物卷入到下方
的卷入量也减少，内部质量也提高。
为了进行比较，如特开平8-257692号公报所述的方法那样，将
浸入式水口的流出孔配置在磁场带的上下部熔池中供给钢液，在这种
情况下，对供给下部熔池的钢液供给比例增加时的钢液流动进行了调
查研究，其结果示于图7。
如该图所示，按照这种方法，由于下部流出孔5’流出的强喷流
7’的影响，从下部流入的流入位置集中在铸型的两端部(参照图
8)，故铸型内的溶质元素浓度分布如图9所示，在铸型两端出现
溶质元素浓化程度低的区域，结果，如图10所示，在铸坯短边侧
表层部形成合金浓度低的表层部。反之，供给上部熔池的钢液供给
比例增加时，上部熔池内的溶质流到下部熔池内，表层的溶质浓度
便降低。
为了避免产生上述问题，如果高精度地控制上部和下部的流出孔
的流出量，则不会产生上述问题，但，对水口的流出量进行高精度控
制，这在现实中是极为困难的。
这是由于因水口堵塞或铸型内偏流等而引起水口的流出量产生
某种程度变化的缘故。
因此，按照比较例的方法对表层浓度进行控制，实际上可以说是
极为困难的。
如上所述，在本发明中，必须适当地设置下部流出孔，使在供给
下部熔池的钢液喷流的周围容易产生倒流。于是，关于这一点进行了
种种研究，结果判明，必须使上下各流出孔的位置和流出角度及施加
磁场的位置满足以下关系。
首先，下部流出孔必须满足下面(1)式的关系，并且最好满足
下面(3)式的关系。
0＜h＜(1/2)·w·tanθ ……(1)
0＜h≤1.5 V·sinθ ……(3)
式中，θ：下部流出孔向下的角度(°)
w：铸型宽度方向的长度(m)
h：从下部流出孔中心到磁极高度中心的距离(m)
V：下部流出孔的流出流股的平均流速(m/S)
在此，必须满足(1)式的理由是因为在不满足该条件的情况下，
喷流在充分穿通磁场带之前碰撞到两端的壁面，不能充分引起从下部
熔池产生倒流的缘故。
另外，最好为(3)式的理由是因为喷流大致与离流出孔的距离
成反比地衰减，故若下部流出孔离磁极远，则穿通磁场带之前喷流扩
散，若流出孔设在磁极中心的下方，则所产生的倒流因磁场中心上方
的磁场作用而减速，仍然不能充分产生倒流的缘故。
在此，V是从下部流出孔流出的钢液量(m3/S)除以流出流股断
面积的值。
另外，流出孔的形状必须设计成使喷流与上部熔池内的长边凝固
面不接触的形状。
为了必须使上部流出孔流出的钢液流股不流入下部熔池内，最好
要满足下面(2)式，另外，为了使来自下部熔池的流入钢液充分地
吸入到上部流出孔流出的钢液流中，而不到达上部熔池内的凝固面，
最好要满足下面(4)式。
h’＞(1/2)·w·tanθ’ ……(2)
d≤0.5 ……(4)
式中，θ’：上部流出孔向下的角度(°)
w：铸型宽度方向的长度(m)
h’：从上部流出孔的中心到磁极高度中心的距离(m)
d：从上部流出孔中心到下部流出孔中心的距离(m)
另外，来自上部流出孔的钢液的供给速度，考虑到来自上下流出
孔的钢液的供给比例的变化，必须设定得比上部熔池中因凝固而消费
的速度要小。但是，该钢液的供给速度小于上部熔池中钢液的消费速
度的0.3倍的情况下，即使在满足上面(4)式的条件下，往往不能
获得使由下部熔池供给的钢液和吸入添加的溶质元素两者进行混合
所需要的充分的喷流速度。
因此，上部流出孔供给的钢液的供给速度Q’(ton/min)和在上
方的钢液熔池中凝固的钢液的消费速度Q(ton/min)，最好要满足下
面(5)式的关系。
0.3·Q≤Q’≤0.9·Q ……(5)
图11表示Q’/Q和表层Ni与内部Ni之比。这是按表层Ni与内
部Ni之比为10而进行控制的例子，但实际上，Q’/Q超过0.9时，
表层Ni与内部Ni之比降低。这是因为如上所述，来自上下流出孔的
钢液的供给比例有变动，故Q’/Q超过0.9时，产生从上部熔池层流
到下部熔池层内的缘故。
图12是Q’/Q和从表层部的数个部位取样所求出的最大Ni与最
小Ni量之比。该比值越接近1，表示表层的溶质浓度的波动越小，但
Q’/Q超过0.9或Q’/Q低于0.3时，表层的溶质浓度波动极大。
Q’/Q超过0.9时产生浓度差，这是因为从上部熔池层流到下部熔
池层，引起局部流动的缘故。
Q’/Q低于0.3时，因为上部熔池内的循环混合而不能获得充分的
喷流速度的缘故。
另外，搞清了特别是在满足上述(1)～(5)式的条件而进行操
作的情况下，不使铸坯表层部的溶质元素浓度降低而且能够以高的成
品率制造均匀的铸坯。
上述例子只对下部流出孔为朝下90°单孔情况的图进行了说明，
但本发明局部地产生从下部熔池流入上部熔池的钢液流入部位是很
重要的，因此，如图11所示，即使在通常的连铸中所用那样的下部
流出孔为2孔的情况下，若满足上面(1)式的条件，也可形成所希
望的局部流入部位。
为了进一步增大局部流入部位的形成效果和来自下部流出孔的
喷流的衰减效果，最好下部流出孔的配置位置设在磁极中心的上
方。
在此，关于施加磁场的强度，若过小，磁场的制动效果小，上部
熔池和下部熔池的钢液会进行混合，另一方面若过强，则向上部熔池
内的流入过强，向上部熔池供给超过需要量的钢液，故结果，在离开
该流入位置的部位，上部熔池的钢液会流出来，因此，施加磁场设成
不产生上部熔池和下部熔池的钢液混合及不产生合金元素的不均匀
熔化的适当的强度是重要的，通常设为0.1～0.5T左右。
同样，若注入水口的Ar气流量过多，则流入上部熔池的Ar气过
多，易产生气泡性缺陷，故最好Ar气流量设为20升/min以下。
施加的直流磁场带的宽度(高度方向)，若过小，则制动效果不
足，若过大，则为产生磁场所需要的电源容量或线圈大小较大，设备
成本增大，故磁极高度方向的宽度最好设为0.1～0.5m左右。
实施例
使用图1所示的连铸铸型，按下述条件(采用本发明的例子)制
造连铸坯。
·铸型的内径尺寸
长边W＝0.4m，短边：0.11m
实施例1
·直流磁场施加位置(从铸型内钢液面水平面到磁极的高度中心
的距离)
A：0.347m
·施加磁场的强度：0.3T
·磁场高度：0.15m
·浸入式水口
上部流出孔：2孔，孔的大小为10×10mm，流出角θ＝0°(水平)
下部流出孔：单孔，孔的大小为直径是28mm(圆形)流出角θ＝
90°(垂直向下)
·下部孔浸入深度(从铸型内钢液面水平面到下部流出孔下端)
为0.34m
·上部孔浸入深度(从铸型内钢液面水平面到上部流出孔中心)
为0.177m
·浸入式水口内径为0.040m
·从下部流出孔到磁极的高度中心的距离h：0.007m
·从上部流出孔到磁极的高度中心的距离h’：0.170m
·铸造速度：1.6m/min铸造量：0.49t/min
·上部孔的钢液供给速度Q’：Q’＝0.76Q
(在磁极的高度中心的上部进行凝固的钢液的消费速度的
0.76倍)
·溶质元素(纯Ni丝)
纯Ni丝的供给位置(从上部流出孔向两端方向的水平距离)：
0.1m
纯Ni丝的熔融位置(至上部流出孔的高度方向的距离)：0.12m
金属丝供给速度：3.5kg/分
另外，上述连铸机的凝固壳的成长厚度d(m)用下面(6)式求
出便可知道。
d＝0.022×(A/Vc)0.5 …(6)
式中，A是从钢液面水平面到磁极的高度中心的距离(m)，Vc
是铸造速度(m/min)。
因此，根据上述(6)式，知道上下熔池交界部的凝固壳厚度为
10.2mm左右。
其结果，Q＝0.112 t/min。关于Q’，根据水模型等为全部生产量
的17.5％，故Q’＝0.0853 t/min.因此，Q’＝0.76 Q。
实施例2
·直流磁场施加位置(从铸型内钢液面水平面到磁极的高度中心
的距离)
A：0.347m
·施加磁场的强度：0.3T
·浸入式水口
上部流出孔：2孔，孔的大小为10×10mm
流出角θ＝0°(水平)
下部流出孔：单孔，孔的大小为直径是28mm(圆形)
流出角θ＝90°(垂直向下)
·下部孔浸入深度(从铸型内钢液面水平面到下部流出孔下端)
为0.290m
·上部孔浸入深度(从铸型内钢液面水平面到上部流出孔中心)
为0.127m
·浸入式水口内径为0.040m(40mm)
·从下部流出孔到磁极的高度中心的距离h：0.057m
·从上部流出孔到磁极的高度中心的距离h’：0.220m
·铸造速度：1.2m/min铸造量：0.37t/min
·上部孔的钢液供给速度Q’：Q’＝0.63 Q
(在磁极的高度中心的上部进行凝固的钢液的消费速度的
0.63倍)
·溶质元素(纯Ni丝)
纯Ni丝的供给位置(从上部流出孔向两端方向的水平距离)：
0.1m
纯Ni丝的熔融位置(至上部流出孔的高度方向的距离)：0.05m
金属丝供给速度：3.6kg/min
另外，上述连铸机的凝固壳的成长厚度d(m)，根据(6)式知
道，在上下熔池交界部处的凝固壳厚度为11.8mm左右。
其结果，Q＝0.0965t/min。关于Q’，根据水模型，为全部生产
量的16.5％，故Q’＝0.0611t/min。因此，Q’＝0.63Q。
另外，为了作比较，在将下部流出孔设置在磁场带的下方的条件
下(特开平8-257692号公报揭示的方法中采用的例子)也制造了连
铸坯。
这时的铸造条件为：
·直流磁场施加位置(从铸型内钢液面水平面到磁极的高度中心
的距离)
A：0.347m
·施加磁场的强度：0.3T
·浸入式水口
上部流出孔：2孔，孔的大小为12.2×12.2mm
流出角θ＝0°(水平)
下部孔：单孔，孔的大小为直径是28mm(圆形)
流出角θ＝90°(垂直朝下)
·下部流出孔浸入深度(从钢液面水平面到下部流出孔下端)为
0.547m
·上部流出孔浸入深度(从钢液面水平面到上部流出孔中心)为
0.3m
·铸造速度为1.6m/min(铸造量为0.49t/min)
·上部流出孔的钢液供给量Q’：Q
(与在磁极的高度中心的上部进行凝固的钢液的消费速度相
等)
·从下部流出孔到磁极中心的距离h：-0.2m
·从上部流出孔到磁极的高度中心的距离h’：0.047m
除此以外，添加Ni的条件等与实施例1相同。
对采用本发明的例子和比较例的铸坯进行比较，调查其缺陷发生
率的结果示于图14、图15。与过去例子作比较可知，在本发明例子
中，表面浓度的波动小，不良品的发生率大幅度减少。
另外，作为混入夹杂物的原因的铸坯内部缺陷发生率也减少一
半。
实施例3
铸型尺寸：长边＝1.2m，短边＝0.26m，高度＝0.9m
直流磁场施加位置(从铸型内钢液面水平面到磁极的高度中心的
距离)
A：0.60m
磁极高度：0.2m
施加磁场的强度：0.3T
·浸入式水口 水口内径为90mm
上部孔：2孔、孔的大小为21×30mm
下部孔：2孔、孔的大小为直径是49mm(圆形)
·从下部流出孔到磁极的高度中心的距离h：0.10m
·从上部流出孔到磁极的高度中心的距离h’：0.30m(d＝0.2m)
铸造速度：1.6m/min
铸造量：3.5t/min
上部孔的钢液供给速度Q’：Q’＝0.7Q
Ni丝供给位置(离上部流出孔的水平距离)：0.3m
Ni丝熔化位置(至上部流出孔中心的高度方向的距离)：0.1～
0.2m
金属丝供给速度：15kg/min
改变水口流出孔的角度进行连铸，对其影响进行了调查。
下部流出孔：2孔
流出孔θ＝0°(水平)，5°，10°，20°，60°(向下)
上部流出孔：2孔
流出角θ’＝-10°(向上10°)
0°(水平)
25°，30°，60°(向下)
将所得到的结果示于图16。在此，图中的符号◎表示表层的Ni
浓度的波动指数(最大Ni浓度/最小Ni浓度)为小于1.05，符号○
为大于或等于1.05、小于1.10，符号Δ为大于或等于1.10、小于
1.20，符号×为大于或等于1.20。
根据该图可清楚地知道，在满足上述(1)式的情况下，表层的
溶质浓度的波动极小，若满足上述(2)式，则其波动进一步减小。