(57)【要約】【課題】薄スラブ連続プロセスを前提とし、連続鋳造を継続しつつ、高効率・高低歩留りで小ロット材を造り分けることのできる薄スラブの連続鋳造方法を提供する。【解決手段】取鍋１からの溶鋼移注部２１と浸漬ノズル３との間には溶鋼通過部６を有するタンディッシュ堰５を設置し、タンディッシュ堰５の下流領域２３側に溶鋼を加熱する加熱手段７を有し、鋳型幅方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置９を配置し、直流磁場帯２６の上部（上側溶鋼プール２４）に浸漬ノズル３から溶鋼を供給し、タンディッシュの下流領域２３側に所定の元素や合金の連続的添加を行うことによって、異なる成分組成の鋳片を鋳造し、（１）式で計算される溶鋼密度ρ（３０ｋｇ／ｍ3）において、後から鋳造した鋳片に対応する溶鋼密度は、先に鋳造した鋳片に対応する溶鋼密度よりも低く、溶鋼密度差を３０ｋｇ／ｍ3以上とする。【選択図】図２
2020015047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋に収容した溶鋼をタンディッシュに移注し、タンディッシュの底部に設けた浸漬ノズルから溶鋼を連続鋳造鋳型に注入する薄スラブの連続鋳造方法であって、
取鍋からの溶鋼移注部と浸漬ノズルとの間にタンディッシュ堰を設置し、前記タンディッシュ堰は溶鋼通過部を有し、前記タンディッシュ内のタンディッシュ堰にて区分された取鍋溶鋼移注側を上流領域、その反対側を下流領域とし、前記下流領域側のタンディッシュ内溶鋼を加熱する加熱手段を有し、
鋳型幅方向全幅にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を配置し、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、前記浸漬ノズルから上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、
連続鋳造中において、下流領域側のタンディッシュ内溶鋼に対して所定の元素あるいはその合金の連続的添加を開始しあるいは添加量を変更することによって、先に鋳造した鋳片と後に鋳造した鋳片の間で異なる成分組成の鋳片を鋳造し、成分組成とタンディッシュ内溶鋼温度Ｔ（℃）から下記（１）式で計算される溶鋼密度ρ（ｋｇ／ｍ3）において、後から鋳造した鋳片に対応する溶鋼密度は、先に鋳造した鋳片に対応する溶鋼密度よりも低く、溶鋼密度差が３０ｋｇ／ｍ3以上であることを特徴とする、薄スラブの連続鋳造方法。
ρ＝7000−8.0(Ｔ−1823)−80.0[Ｃ]−83.0[Ｓｉ]−21.2[Ｍｎ]−67.1[Ｐ]−84.0[Ｓ]−113.0[Ａｌ]−29.0[Ｔｉ]＋5.4[Ｎｂ]−14.6[Ｃｒ]＋4.8[Ｎｉ]＋3.6[Ｃｕ]＋23.0[Ｍｏ]−46.3[Ｖ]      （１）
上記（１）式において、元素記号は各元素の含有量（質量％）を意味する。
【請求項２】
前記下流領域側のタンディッシュ内溶鋼を加熱する手段としてプラズマ加熱を用い、かつ下流領域のタンディッシュ底部からガス吹き込みを行いつつ、前記所定の元素あるいはその合金の連続的添加を行うことを特徴とする請求項１に記載の薄スラブの連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄スラブの連続鋳造方法に関し、特に薄スラブ連続鋳造プロセスと熱延を直結したプロセスを前提とし、小ロット材を効率よく製造するための薄スラブの連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スラブ厚が１５０ｍｍ以下、さらには４０〜１００ｍｍの薄スラブ（薄鋳片）を鋳造する薄スラブ連続鋳造方法が知られている。鋳造された薄スラブは、トンネル炉に挿入され加熱された後、４段から７段程度の小規模な圧延機で圧延されるＣＳＰ（Compact strip production）方式や、連鋳機と熱延プロセスが直結された、完全連続熱間圧延方式であるＥＳＰ（Endless strip production）方式など様々なプロセスが提案され、稼働している。薄スラブ鋳造に用いる連続鋳造鋳型としては、漏斗状鋳型を用いる方法と矩形の平行鋳型を用いる方法が採用されている。薄スラブの連続鋳造では、高速鋳造によって生産性を確保することが必要であり、工業的には５〜６ｍ／分、最高では１０ｍ／分の高速鋳造が可能となっている（非特許文献１参照）。本発明は、ＥＳＰ方式のような連鋳機と熱延プロセスが完全に連続化された薄スラブ連続鋳造を対象とする。
【０００３】
鋼の連続鋳造法は通常、取鍋からタンディッシュ、タンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型に注入される。この際、溶鋼は同一成分のものを続けることが一般的である。一方で近年、鋼の用途が多様化する中で、製鋼工程に要求されるロットサイズ、溶鋼の種類も多様化が進んでいる。従来は種類の異なる溶鋼を製造する場合、取鍋までの間で溶製する方法が採られ、連続鋳造においても、鋳造中の成分変更は取鍋単位で行われる。従って、小容量の溶鋼、すなわち小ロット材を溶製する場合は、極力余材が生じないよう工程を調整されるものの、調整がつかず取鍋１杯分の注文がまとまらない場合は、取鍋１杯分を先行出鋼して鋳造し、注文対応分以外は余材として在庫することとなり、倉庫能力を逼迫させる要因となってきた。
【０００４】
加えて、同一鋼種の連々鋳のみでは連続鋳造設備の生産性が向上しないことから、成分が異なる鋼種同士であっても連続鋳造する「異鋼種連々鋳」が行われている。取鍋単位で溶鋼成分を変更し、先行チャージの溶鋼がタンディッシュに残存した状態で、成分が異なる次チャージの溶鋼の注湯を開始する。そのため、タンディッシュ内で前チャージ成分と後チャージ成分とが混合する。さらに、タンディッシュから鋳型内に注入された溶鋼は、吐出流として未凝固溶鋼の深い範囲まで入れ替わるため、鋳造した鋳片中に長い範囲で前チャージと後チャージの成分混合部が存在する。この継目部分は鋼材材質が一定ではなく、品質の保証ができないためスクラップ処理される。取鍋単位の成分変更とタンディッシュ交換を同時に行う場合には、タンディッシュ交換時に、鋳造中の鋳型内未凝固溶鋼中に鉄板を挿入し、鋳型内未凝固溶鋼中での成分の混合を防止する方法が採用されている（非特許文献２）。この方法では、鉄板挿入時に鋳造速度を大幅に低減することが必要となる。
【０００５】
従来の連続鋳造プロセスでは、異鋼種連々鋳の継ぎ目部におけるスクラップの発生を低減させるため、異鋼種連々鋳を行う場合では混合域を極力小さくするべく、鋳造速度を大幅に低下させることや、先行チャージと後行チャージで濃度が近いものを製造するよう、工程を調整する努力がなされてきた。
【０００６】
従来技術の中でも、小ロット材を製造する方法として、タンディッシュ内での成分調整（タンディッシュアロイング）を行う方法が多く報告されている。
特許文献１においては、タンディッシュ内を上流側の精錬室と下流側の鋳造室に分割し、仕切り部には閉鎖装置を設け、鋳造中において成分変更時期に仕切り部を閉鎖して精錬室内に合金を添加して成分調整を行い、予めダミーバーが挿入されて鋳造準備が完了した鋳型に、成分調整した溶鋼を鋳造する方法が開示されている。成分変更時にダミーバーを挿入するため、その時点で連続鋳造が途切れる方法である。
特許文献２には、タンディッシュ内溶鋼または専用タンディッシュに排出した溶鋼に成分調整を施した後、造塊用鋳型に注湯して小ロット鋼片を製造する方法が開示されている。連続鋳造を継続しつつ成分を変更する方法には該当しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２３９５０１号公報
【特許文献２】特開２００１−１６２３５２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】第５版鉄鋼便覧  第１巻製銑・製鋼  第４５４〜４５６頁
【非特許文献２】第３版鉄鋼便覧  II  製銑・製鋼  第６４４頁
【非特許文献３】E.Takeuchi, M.Zeze, H.Tanaka, H.Harada and S.Mizoguchi: Ironmaking and Steelmaking, 24(1997),257.
【非特許文献４】M.Zeze, H.Harada and E.Takeuchi: ISIJ-International, 39(1999), pp.563.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一方で本発明で対象とする薄スラブ連続プロセスでは、鋳造から熱延、巻き取りまで連続したプロセスであることから、鋳造速度の低下は生産性低下に直結するとともに、鋼板の材質ばらつきを招く。また薄スラブ連続プロセスは、従来プロセスで製造できないような、薄鋼板の製造に適したプロセスであるため、薄手化を求められる鋼種のすべてがターゲットであり、一つのミルで広い鋼種（建材〜高張力鋼）を製造することが求められる。
【００１０】
よって従来プロセスに比べて先行チャージと後行チャージで大きな濃度差を有する鋼種の製造もおこなう可能性があり、従来のような取鍋までの間での成分調整では、小ロット材の製造の観点からは現実的ではなく、タンディッシュ内での成分調整（タンディッシュアロイング）が望ましいと考えられる。しかし、特許文献１や特許文献２に記載のタンディッシュアロイング法は、今回のような連続プロセスを指向していないバッチ鋳造を前提とした技術であり、連続プロセスには適用できない。
【００１１】
本発明では薄スラブ連続プロセスを前提とし、連続鋳造を継続しつつ、高効率・高歩留りで小ロット材を造り分けることのできる薄スラブの連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
［１］取鍋に収容した溶鋼をタンディッシュに移注し、タンディッシュの底部に設けた浸漬ノズルから溶鋼を連続鋳造鋳型に注入する薄スラブの連続鋳造方法であって、
取鍋からの溶鋼移注部と浸漬ノズルとの間にタンディッシュ堰を設置し、前記タンディッシュ堰は溶鋼通過部を有し、前記タンディッシュ内のタンディッシュ堰にて区分された取鍋溶鋼移注側を上流領域、その反対側を下流領域とし、前記下流領域側のタンディッシュ内溶鋼を加熱する加熱手段を有し、
鋳型幅方向全幅にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を配置し、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、前記浸漬ノズルから上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、
連続鋳造中において、下流領域側のタンディッシュ内溶鋼に対して所定の元素あるいはその合金の連続的添加を開始しあるいは添加量を変更することによって、先に鋳造した鋳片と後に鋳造した鋳片の間で異なる成分組成の鋳片を鋳造し、成分組成とタンディッシュ内溶鋼温度Ｔ（℃）から下記（１）式で計算される溶鋼密度ρ（ｋｇ／ｍ3）において、後から鋳造した鋳片に対応する溶鋼密度は、先に鋳造した鋳片に対応する溶鋼密度よりも低く、溶鋼密度差が３０ｋｇ／ｍ3以上であることを特徴とする、薄スラブの連続鋳造方法。
ρ＝7000−8.0(Ｔ−1823)−80.0[Ｃ]−83.0[Ｓｉ]−21.2[Ｍｎ]−67.1[Ｐ]−84.0[Ｓ]−113.0[Ａｌ]−29.0[Ｔｉ]＋5.4[Ｎｂ]−14.6[Ｃｒ]＋4.8[Ｎｉ]＋3.6[Ｃｕ]＋23.0[Ｍｏ]−46.3[Ｖ]      （１）
上記（１）式において、元素記号は各元素の含有量（質量％）を意味する。
［２］前記下流領域側のタンディッシュ内溶鋼を加熱する手段としてプラズマ加熱を用い、かつ下流領域のタンディッシュ底部からガス吹き込みを行いつつ、前記所定の元素あるいはその合金の連続的添加を行うことを特徴とする［１］に記載の薄スラブの連続鋳造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、薄スラブの連続鋳造において、連続鋳造を継続しつつ、高効率・高歩留りで小ロット材を造り分け、成分変更部の成分混合領域を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の薄スラブの連続鋳造状況を示す部分図であり、タンディッシュ内成分添加前の状況を示す。
【図２】本発明の薄スラブの連続鋳造状況を示す部分図であり、タンディッシュ内成分添加開始直後の状況を示す。
【図３】本発明の薄スラブの連続鋳造状況を示す部分図であり、タンディッシュ内成分添加開始後の状況を示す。
【図４】タンディシュ堰の形状を示す図である。
【図５】前成分と後成分の溶鋼密度差と、成分混合部の長さとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図５に基づいて本発明の説明を行う。
本発明は、取鍋１に収容した溶鋼をタンディッシュ２に移注し、タンディッシュ２の底部に設けた浸漬ノズル３から溶鋼を連続鋳造鋳型４に注入する薄スラブの連続鋳造方法を対象とする。薄スラブの連続鋳造とは、鋳造スラブ厚みが１５０ｍｍ以下となる連続鋳造を意味する。
【００１６】
連続鋳造中において、鋳造する鋳片の成分組成を変更しようとするとき、最も一般的に行われているのは、取鍋単位に溶鋼の成分を変更する方法である。この方法では、１杯の取鍋溶鋼量については同じ成分組成が継続されることとなる。これに対して本発明では、同一取鍋の溶鋼の鋳造を継続中において、タンディッシュ内溶鋼に対して所定の元素あるいはその合金の連続的添加を行って溶鋼成分を変更する。これにより、取鍋溶鋼量よりも少ない溶鋼量単位で成分変更を行い、異鋼種連々鋳において、小ロット材を連続プロセスで効率よく製造する。
【００１７】
異鋼種連々鋳の継ぎ目部鋳片において、成分変更前（前成分）と成分変更後（後成分）の成分混合部の長さを極力短縮することが必要である。前成分と後成分とが混合する場所は、タンディッシュ内と鋳型内の未凝固溶鋼中の２箇所となる。以下、それぞれの場所における成分混合低減方法について説明する。
【００１８】
タンディッシュ２内での成分混合領域低減対策として、本発明では、取鍋１からの溶鋼移注部２１と浸漬ノズル３との間にタンディッシュ堰５を設置する（図１参照）。タンディッシュ堰５は溶鋼通過部６を有する。タンディッシュ２内のタンディッシュ堰５にて区分された取鍋溶鋼移注部２１側を上流領域２２、その反対側を下流領域２３とする。上流領域２２で取鍋１から移注された溶鋼は、タンディッシュ堰５の溶鋼通過部６を通過して下流領域２３に移動し、さらに浸漬ノズル３を経由して鋳型４内に注入される。タンディッシュ堰５を設けているため、タンディッシュ内溶鋼は、上流領域２２から溶鋼通過部６を通って下流領域２３に向かう一方通行の流れとなり、下流領域２３から上流領域２２への溶鋼の移動を防止することができる。
【００１９】
本発明では、タンディッシュ内の下流領域２３にあるタンディッシュ内溶鋼に対して所定の元素あるいはその合金の連続的添加を行う。添加した成分は、下流領域２３の溶鋼中で混合するのみであり、上流領域２２の溶鋼には広がらない。その結果として、前成分と後成分の混合部の長さを低減することができる。下流領域２３の溶鋼容量を少なくするほど、タンディッシュ内における前成分と後成分の混合部を低減することができる。下流領域２３への元素あるいは合金の添加は、成分添加装置８によって所定の元素あるいは合金をワイヤー等によって連続的に添加することによって行うことができる。
【００２０】
次に、鋳型内の未凝固溶鋼中において、前成分と後成分との混合領域を低減するため、直流磁場発生装置９の設置と、前成分と後成分との溶鋼密度差の形成という２つの方法を適用した。以下、順に説明する。
【００２１】
浸漬ノズル３には溶鋼の吐出孔が設けられ、タンディッシュ内溶鋼は浸漬ノズルの吐出孔を経由して鋳型内の未凝固溶鋼中に吐出される。吐出孔を浸漬ノズルの対向する２箇所に設け、図１にあるように、鋳片の幅方向両側に流れる吐出流２７を形成することが一般的に行われている。浸漬ノズル３から吐出した吐出流２７は、短辺凝固シェルに衝突し、上昇流２８と下降流２９に分かれる。通常の連続鋳造であれば、下降流２９は未凝固溶鋼プールの深い位置まで到達する。そのため、後成分の注入を開始した直後、後成分の溶鋼が下降流２９によって未凝固溶鋼プールの下流側まで運ばれ、結果として前成分と後成分が混合した鋳片長さを増大することとなる。
【００２２】
本発明では、鋳型幅方向全幅にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置９を配置し、直流磁場発生装置９によって形成される直流磁場帯２６をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール２４、下部を下側溶鋼プール２５とし、浸漬ノズル３から上側溶鋼プール２４に溶鋼を供給する。直流磁場帯２６においては、磁力線が鋳片の厚み方向に向かう直流磁場を印加し、磁束密度は鋳型幅方向にほぼ均一とする。このような直流磁場帯２６を形成することにより、直流磁場帯２６を通過しようとする溶鋼には電磁ブレーキがかかる。浸漬ノズル３からの吐出流が下降流２９を形成したとしても、直流磁場帯２６において流動が阻止され、図１に示すように、上側溶鋼プール内の流れに限定される。その結果、浸漬ノズル３の吐出流に起因する下降流によって後成分溶鋼が深い位置まで運ばれることを防止することができる。上側溶鋼プール２４には溶鋼が継続して供給されるので、上側溶鋼プール２４の溶鋼は、定常下降流３３として直流磁場帯２６を通過して下側溶鋼プール２５へと移動する。直流磁場帯２６を通過する際の定常下降流３３の流速は、通常であれば鋳造速度に近似した流速となる。ここで直流磁場帯２６とは直流磁場発生装置９のコア高さと同じ範囲とする。理由はこの範囲内であれば均一な磁束密度の直流磁場が印加される。直流磁場帯２６の磁束密度が０．３Ｔ（テスラ）以上であれば、十分に下降流２９を抑止することができる。この点は、非特許文献３にも記載のとおりである。
磁束密度の上限は高いほど好ましいが、超電導磁石によらず直流磁場を形成するうえではおよそ１．０Ｔが上限となる。鋳造条件に応じて０．３Ｔ〜１Ｔの範囲内で適正な磁束密度の磁場を印加すればよい。
【００２３】
図１は、成分添加装置８による成分添加を開始する前（成分添加量の変更を行う前を含む）の状況を示している。タンディッシュ内の上流領域２２、下流領域２３、未凝固溶鋼の上側溶鋼プール２４、下側溶鋼プール２５のいずれも、溶鋼成分は前成分である（前成分領域３１）。図２は、成分添加装置８による成分添加を開始した直後（成分添加量の変更を行った直後を含む）の状況を示している。溶鋼成分が後成分となった領域（後成分領域３２）をドットハッチングしている。タンディッシュ内の下流領域２３の溶鋼は後成分に変化し、鋳型内の上側溶鋼プール２４内溶鋼も後成分に変化している。直流磁場帯２６を形成しているので、直流磁場帯２６よりも下方の下側溶鋼プール２５には後成分の溶鋼は混合していない。
【００２４】
図３は、成分添加装置８による成分添加の開始（成分添加量の変更）を行ってから所定時間経過後の状況を示す。タンディッシュ２から鋳型４内への溶鋼供給の継続により、前成分領域３１と後成分領域３２との境界（成分境界部３０）は、直流磁場帯２６よりも下方の下側溶鋼プール２５内まで移動（下降）している。凝固シェルで囲まれた未凝固溶鋼部には、自然対流を含めて溶鋼が流動する状況にある。図３の状態において、成分境界部３０には直流磁場帯２６が配置されていないので、溶鋼の流動があれば、成分境界部３０の下側（前成分領域３１）と上側（後成分領域３２）との入れ替わりが発生し得る。その結果として、前成分と後成分との混合領域が増大することになる。
【００２５】
本発明においては、後から鋳造した鋳片（後成分）に対応する溶鋼密度は、先に鋳造した鋳片（前成分）に対応する溶鋼密度よりも低く、溶鋼密度差が３０ｋｇ／ｍ3以上であることを特徴とする。成分境界部３０の上方に位置する後成分の溶鋼が、成分境界部３０の下方に位置する前成分の溶鋼よりも密度が低いので、密度差により、成分境界部３０をはさんだ上方と下方との間の溶鋼の混合を阻止することができる。溶鋼密度については、成分組成とタンディッシュ内溶鋼温度Ｔ（℃）から下記（１）式で計算される溶鋼密度ρ（ｋｇ／ｍ3）を用いて算出することができる（非特許文献４参照）。
ρ＝7000−8.0(Ｔ−1823)−80.0[Ｃ]−83.0[Ｓｉ]−21.2[Ｍｎ]−67.1[Ｐ]−84.0[Ｓ]−113.0[Ａｌ]−29.0[Ｔｉ]＋5.4[Ｎｂ]−14.6[Ｃｒ]＋4.8[Ｎｉ]＋3.6[Ｃｕ]＋23.0[Ｍｏ]−46.3[Ｖ]      （１）
上記（１）式において、元素記号は各元素の含有量（質量％）を意味する。上記（１）式を適用できる成分範囲は、表１に示すとおりである。
【００２６】
【表１】
2020015047.tif 000003
【００２７】
ラボ試験により、溶鋼密度差の影響、および電磁ブレーキとの関係を調査し、先行チャージおよび後続チャージの溶鋼密度差が−３０ｋｇ／ｍ3以上である場合、より顕著に混合域低減の効果があることを試験連鋳機による試験により明らかにした。上記溶鋼密度の推定式としては上記（１）式を用いた。
【００２８】
試験では取鍋溶鋼量が８トン規模の試験連続鋳造機を用いた。タンディッシュ容量は５トン、図１、図４（Ａ）に示すタンディッシュ堰を用い、下流領域２３の容量は０．８９トンである。鋳型断面サイズ１００（厚）ｍｍ×８００（幅）ｍｍ、鋳造速度５．０ｍ／ｍｉｎでの実験を実施した。直流磁場発生装置９をメニスカス３４から６００ｍｍ下方に設け、電磁ブレーキを作動させた。電磁ブレーキは０．５Ｔの直流磁場を幅方向均一に印加した条件とした。
【００２９】
成分系としては０．０５％Ｃ−０．１％Ｓｉ−０．１％Ｍｎの低炭素鋼をベース組成（前成分）とし、取鍋１からタンディッシュ２内の上流領域２２に供給した。取鍋内の残溶鋼が５トンとなった時点で、タンディッシュ内の下流領域２３に炭素の添加を開始した。炭素添加は、炭素を鉄で被覆したワイヤを連続的に供給することによって行った。ワイヤ添加速度の調整により、炭素濃度増加量を変化させて後成分とし、後成分の密度が前成分の密度に対して−１０、−３０、−５０ｋｇ／ｍ3と密度を変化させた条件の試験を実施した。加えて、モリブデンを添加し、溶鋼密度を＋１０ｋｇ／ｍ3変化させた条件で試験を行った。
【００３０】
ワイヤ添加開始直後、溶鋼成分が前成分から後成分まで上昇するための時間が必要となる。タンディッシュ内の下流領域２３の容量が小さいほど、また鋳型内の上側溶鋼プール２４の容量が小さいほど、溶鋼成分の変化に要する時間が短くなる。今回のラボ試験では、試験条件に関わらず、各成分系におけるタンディッシュアロイング時間（ワイヤ添加開始から溶鋼成分が目標成分に到達する時間）は、ほぼ２０秒で一定であった。
【００３１】
ラボ試験において、前成分と後成分との密度差が、異鋼種継ぎ目部の成分混合長に及ぼす影響を比較した結果を図５に示す。縦軸のＣNは、変化させた成分（炭素、モリブデン）の濃度を分析した結果を用い、（２）式で規格化した濃度である。Ｃは分析結果であり、Ｃ1およびＣ2はそれぞれ、先行チャージの溶鋼濃度（前成分）、後続チャージの溶鋼濃度（後成分）である。なお、測定位置は鋳片幅中央部の厚み中心５０ｍｍ位置である。
ＣN＝（Ｃ−Ｃ1）／（Ｃ2−Ｃ1）    （２）
【００３２】
図５に各密度差条件における混合長の変化を示す。規格化したＣNの値が０．１〜０．９の領域を混合領域と定義し、図５中にハッチングして示す。溶鋼密度差（Δρ）を−３０ｋｇ／ｍ3以上と後成分を軽くすることで、混合領域の顕著な低減が確認でき、成分混合長さが前後溶鋼の密度差によって大きく変化することを明らかにした。
【００３３】
本発明では、タンディッシュ堰５によって区画した下流領域２３内に、成分添加装置８とともに、タンディッシュ内溶鋼を加熱する加熱手段７を設ける。加熱手段７としては、プラズマ加熱、誘導加熱などから選択することができる。溶鋼の上部にプラズマ加熱装置１１を設置すると好ましい。プラズマ加熱により溶鋼上部を加熱し、加熱された領域内に所望の添加元素（合金）をワイヤとして添加することで、タンディッシュ堰５で仕切られた下流領域２３内の溶鋼濃度を変化させることが可能である。薄スラブ鋳造では通常の連続鋳造装置に比べてタンディッシュ容量が小さい。これにより溶鋼中にワイヤを添加するだけではタンディッシュ内溶鋼温度が低下してしまい、追加した合金元素の溶け残りが生じる可能性があるだけでなく、ノズル閉塞など生産性に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、加熱手段７を設けることとした。加熱手段７としてプラズマ加熱装置１１を設置すると好ましい。また、プラズマ加熱を行うことにより、必要に応じて、ワイヤ添加装置を複数個設置して、所望の鋼材を小ロットで製造することが可能である。
【００３４】
本発明の効果を検討するに当たり、鋳型内の自然対流について考える必要がある。鋳型内の自然対流は密度差を駆動力として発生する。密度差を生む要因としては、上記のような含有成分濃度差に加えて、温度差も影響する。タンディッシュの下流領域で成分を添加することによって溶鋼温度が低下するので、このままでは、成分境界部の上方の溶鋼の温度が低下し、溶鋼密度が増大する原因となるので、自然対流を誘発し、成分境界部上下での成分混合の原因となり得る。それに対して、プラズマ加熱を加味することにより、プラズマ加熱による昇温とワイヤ添加による温度低下が相殺され、大きな温度変化は生じない。よって、温度差による密度変化は小さくなるので好ましい。
【００３５】
加熱手段７としてのプラズマ加熱装置１１については、図１に示すように下流領域２３の溶鋼表面、のぞましくは添加するワイヤーをプラズマ加熱することで添加物の溶融促進をはかる。図１はトーチ１２をカソードとし、アノード電極１３として鉄板をタンディッシュ耐火物内に埋め込み、その表面が溶鋼と接触するように配置している。トーチ１２は把持装置を介して、アノード電極１３と直流電源（図１には図示していない）と接続する。直流電源の出力はプラズマ加熱を行う通常の装置の電源として使用されるものでよく、２ＭＷ程度でよい。なお、ここで加熱手段７としてプラズマ加熱を用いるのは、元素添加を行う湯面近傍に加熱ができること、さらにプラズマ加熱の輻射熱を利用することで溶鋼温度よりも融点の高い金属の溶融促進を図ることができるためである。また、図１にはシングルトーチの例を示したが、トーチを２本併設するツイントーチ方式でもよい。
【００３６】
プラズマにて加熱された溶鋼（ワイヤ添加位置）では局所的に溶鋼温度が高く、高温の溶鋼は上部に滞留する傾向がある。よって、添加した合金元素の効率的な混合を図るため、図１に示すように、タンディッシュ底部のガス吹き込み手段１０からガス吹き込みを行うと好ましい。ガス吹き込みによって溶鋼の撹拌を促すことで成分および温度が効率よく均一となる。ガス種としてはＡｒガスが好ましい。ガス吹込み量は添加濃度に応じて調整すればよく、１ＮＬ／分から１０ＮＬ／分の範囲で適宜選択すればよい。
【００３７】
上記のような装置・方法を用いて１つのタンディッシュで一部成分を変更した溶鋼を製造することで小ロット材の製造を可能とする。特に本発明による製造方法では所望の成分に到達する前の繋部（混合領域）が小さく、合金ワイヤを変更することで溶鋼成分を変更可能なことから、スクラップとなる領域を最小限にすることができるとともに、大きな設備変更もいらず高効率に小ロット材をつくり分けることが可能である。
【００３８】
タンディッシュ堰５の形状について説明する。図４において、ドットハッチング部分がタンディッシュ堰５の溶鋼浸漬部分のうちの堰存在部分であり、ドットハッチング部以外の空白部分が溶鋼通過部６を示している。溶鋼通過部６の設け方としては、図４（Ａ）に示すように上堰５ａと下堰５ｂとの組み合わせとすると好ましい。また、タンディッシュ堰５の上堰５ａと下堰５ｂは、図１に示すように同一の垂直断面内に配置することが好ましいが、図４（Ｅ）に示すように異なった垂直断面内に配置することとしても良い。さらには、タンディッシュ堰５を１枚の板で形成し、図４（Ｂ）に示すようにタンディッシュ堰５の一部を開口して溶鋼通過部６とし、図４（Ｃ）に示すようにタンディッシュ堰５を下堰５ｂのみとしてタンディッシュ堰５の上端と湯面３５の間を溶鋼通過部６とし、図４（Ｄ）に示すようにタンディッシュ堰５を上堰５ａのみとしてタンディッシュ堰５の下方を溶鋼通過部６としてもよい。いずれの形状においても、溶鋼通過部６の大きさを大きくするほど溶鋼は通りやすいが成分混合が発生しやすくなり、溶鋼通過部６の大きさを小さくするほど溶鋼は通りにくくなるが成分混合は発生しやすくなるので、溶鋼通過部６の好適な大きさを適宜決定することができる。連続鋳造完了時に上流領域２２側に溶鋼が残存するのを防止するため、図４（Ｃ）に示すように、タンディッシュ堰の下端付近に逃げ孔１４を設けても良い。
【実施例】
【００３９】
本発明の効果を検証するため、鋳造試験を行った。本試験では予備試験と同様のラボ鋳造設備を用いた。取鍋１の溶鋼容量は８トンである。タンディッシュ２容量は５トン、図１、図４（Ａ）に示すタンディッシュ堰５を用い、下流領域２３の容量は０．８９トンである。タンディッシュ堰５は浸漬ノズル３から２３０ｍｍ位置に設置した。タンディッシュ内の下流領域２３の溶鋼をプラズマ加熱によって加熱し、Ａｒガス吹き込みを行っている。後続チャージの成分調整は、ワイヤ添加により実施している。鋳込み温度は初期溶鋼組成の液相線温度＋５０℃とし、６００ｋＷの電力を印加して、プラズマ加熱によりタンディッシュ内の下流領域２３の温度を一定となるように制御した。加熱された領域に１３ｍｍの合金をワイヤとして添加しており、比較条件として、プラズマ加熱を用いない試験も実施した。ワイヤの送り速度は添加量に応じて３５０ｍ／ｍｉｎを上限速度とし、必要に応じてワイヤ送り装置を複数個用い、複数のワイヤを添加した。
【００４０】
鋳片サイズは厚み１００ｍｍ×幅８００ｍｍ、鋳造速度は５．０ｍ／ｍｉｎとして鋳込み試験を行った。メニスカス３４から６００ｍｍ下方に直流磁場発生装置９を配置して電磁ブレーキを作動させた。電磁ブレーキはいずれの条件においても０．５Ｔとした。
【００４１】
表２において、先行チャージの溶鋼成分（前成分）分析結果を上段に記載し、後続チャージ（後成分）の結果を下段に示す。表１において、“−”や記載されていないＦｅ以外の元素は積極的に添加していないことを示す。
【００４２】
本発明例、および比較例とも評価方法としては、歩留り改善率として整理した。鋳片の成分測定方法としては、前述の評価方法と同様に、ワイヤを添加開始した位置を原点とし、鋳造方向に０．２ｍ毎に厚み中心部（表層より５０ｍｍ位置）より成分分析用のサンプルを採取し、それぞれ所望の添加元素濃度に至るまでの混合域長さ（Ａ）を測定した。一方、従来手法として、２つの取鍋を用意し、先行取鍋内溶鋼を先行チャージの溶鋼成分、後行取鍋内溶鋼を後行チャージの溶鋼成分に調整された溶鋼を用いて、先行チャージのタンディッシュ内残溶鋼が２トンにとなった時点で後続チャージの溶鋼をタンディッシュ内に注入する、異鋼種連々鋳を実施した。そして、この場合の混合域長さ（Ｂ）を評価した。その上で、上記混合域長さ（Ａ）と混合域長さ（Ｂ）を用い、（Ｂ―Ａ）／Ｂ×１００（％）とすることで改善率を算出した。
【００４３】
総合評価として、３０％以上の歩留り改善効果があり、かつ安定的に操業できた条件において、総合評価を○とした。ノズル閉塞などにより操業が安定化しなかった条件については、歩留り改善効果があったものでも評価を×とした。
【００４４】
【表２】
2020015047.tif 000004
【００４５】
本発明例１〜４では異鋼種連々鋳でも、鋳造速度を落とすことなく製造できており、スクラップとなる領域が小さく、歩留り改善効果を確認した。またノズル閉塞等もなく、安定した操業が可能であった。
【００４６】
表２の比較例において、本発明範囲かは外れる項目に下線を付している。比較例１では溶鋼密度差による改善効果はやや見られたものの、電磁ブレーキを利用しなかったため、混合域の低減効果が十分ではなかった。また比較例２および３では、溶鋼密度差が十分ではなく、ストランド内での溶鋼の混合抑制が十分ではなく、所望の混合域低減につながらなかった。比較例４では加熱手段を用いず、合金ワイヤを添加したことにより、溶鋼温度が低下し、最終的に試験中にノズル閉塞を生じたため評価、安定操業の観点から評価として×とした。
【符号の説明】
【００４７】
１  取鍋
２  タンディッシュ
３  浸漬ノズル
４  鋳型
５  タンディッシュ堰
５ａ  上堰
５ｂ  下堰
６  溶鋼通過部
７  加熱手段
８  成分添加装置
９  直流磁場発生装置
１０  ガス吹き込み手段
１１  プラズマ加熱装置
１２  トーチ
１３  アノード電極
１４  逃げ孔
２１  溶鋼移注部
２２  上流領域
２３  下流領域
２４  上側溶鋼プール
２５  下側溶鋼プール
２６  直流磁場帯
２７  吐出流
２８  上昇流
２９  下降流
３０  成分境界部
３１  前成分領域
３２  後成分領域
３３  定常下降流
３４  メニスカス
３５  湯面
【図１】
2020015047.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
2020015047.tif 000008
【図５】
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