(57)【要約】【課題】移動磁界による電磁攪拌を適用する場合に、メニスカス位置における鋳型コーナ部の溶鋼の凝固開始位置をできるだけ均一にする。【解決手段】鋼の連続鋳造方法である。鋳型３内の溶鋼２に電磁力を作用させて鋳型３内の溶鋼湯面に水平な旋回流を形成させる場合に、鋳型３内における最も溶鋼湯面が低い位置と、鋳型３のコーナ部３ｃにおける溶鋼湯面の高さとの差が２０mm以下となるように電磁力を作用させる。【効果】連続鋳造するスラブ鋳片のコーナ部の品質を良好なものとすることができる。【選択図】図１
2014233751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼の連続鋳造において、鋳型内の溶鋼に電磁力を作用させて鋳型内の溶鋼湯面に水平な旋回流を形成させる場合に、鋳型内における最も溶鋼湯面が低い位置と、鋳型コーナ部における溶鋼湯面の高さとの差が２０mm以下となるように電磁力を作用させることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項２】
前記電磁力は、鋳型内の溶鋼湯面位置における電磁力を鋳型長辺方向に平均化した電磁力で、当該平均化した電磁力Ｆが下記式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
３．０８１×１０−3Ｆ≦２０
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の連続鋳造方法に関するものであり、特に鋳型内の溶鋼を電磁攪拌しつつ連続鋳造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼を連続鋳造して製造する例えばスラブ鋳片の表面品質を改善するには、メニスカス位置で電磁攪拌を行うことが効果的である。しかしながら、スラブ鋳片の連続鋳造において、鋳型内の溶鋼湯面（以下、メニスカスともいう。）を良好に攪拌することは困難な技術である。ここで、良好な攪拌とは、メニスカス位置において鋳型内面に沿った旋回流を形成する攪拌を意味する。以下に、この良好な攪拌が困難な技術である理由を説明する。
【０００３】
図３は、電磁力制御を実施していない場合の鋳型内溶鋼の流動分布を説明するために、鋳型を鋳片引抜き方向に断面して示した図である。また、図４は、メニスカス位置（図３のＡ−Ａ’位置）と浸漬ノズルの吐出孔位置（図３のＢ−Ｂ’位置）における鋳型内溶鋼の流動分布を説明するために、鋳型を鋳片引抜き方向と直角の水平方向に断面して示した図である。
【０００４】
図３に示すように、浸漬ノズル１の吐出孔１ａから吐出された溶鋼２は、鋳型３の短辺３ａに衝突した後、メニスカス４に向かう上昇流５ａと鋳片の引抜き方向へ向かう下降流５ｂに分かれる。このため、前記吐出された溶鋼２は、吐出孔１ａの位置では浸漬ノズル１から鋳型３の短辺３ａに向かう流れとなるが、メニスカス位置では鋳型３の短辺３ａから浸漬ノズル１に向かう流れとなる。
【０００５】
ここで、溶鋼に時計回りの旋回流を形成するよう、メニスカス位置に電磁力６を作用させると、図４（ａ）に示すメニスカス位置、図４（ｂ）に示す吐出孔位置とも、電磁力による旋回流の方向が、元来の溶鋼流５ｃの方向と同じ方向の領域と、逆方向の領域が現れる。以下、前記同じ方向を順方向（白抜き矢印）といい、その領域を順方向領域という。また、前記逆方向（黒塗り矢印）の領域を逆方向領域という。
【０００６】
メニスカス位置における鋳型四隅のコーナ部３ｃにおける溶鋼湯面を観察した場合、順方向領域では、前記上昇流５ａが原因で、溶鋼湯面が高く盛り上がる。一方、逆方向領域でも、電磁力によってメニスカスを鋳型３の長辺３ｂに沿って流れた溶鋼流が短辺３ａに衝突するため、溶鋼湯面が盛り上がる。
【０００７】
すなわち、メニスカス位置で電磁攪拌を行う場合には、鋳型３の全てのコーナ部３ｃにおいて、溶鋼湯面が高く盛り上がる傾向にあり、付与する電磁力が大きいほどコーナ部３ｃの溶鋼湯面の高さが高くなる。
【０００８】
メニスカス位置における鋳型コーナ部の溶鋼湯面の高さが高くなると、溶鋼の凝固開始位置が変化するため不均一な凝固が発生し、品質が劣化するという問題がある。
【０００９】
そこで、特許文献１では、電磁攪拌時における鋳型内溶鋼湯面の渦や盛り上がり等を抑制するために、溶鋼流速を測定し、測定値の絶対値が０．３m／sec以下となるように制御する技術が提案されている。
【００１０】
しかしながら、鋳型の長辺や短辺の長さが異なる場合は、０．３ m／secという溶鋼流速の閾値では判定が出来なくなるという問題がある。また、溶鋼流速を精度良く測定することは非常に困難である。
【００１１】
また、特許文献２では、鋳型短辺の中心位置において、渦流レベル計を鋳型長辺方向に２又は４箇所設置し、溶鋼の湯面レベル差が許容範囲を超えた時に、溶鋼湯面レベルの盛り上がりを制御する電磁力を作用させる技術が提案されている。
【００１２】
しかしながら、この特許文献２で提案された技術は、鋳型短辺の中心位置における溶鋼湯面の盛り上がりを、電磁ブレーキを作用させて抑制するものであり、電磁攪拌による溶鋼湯面の盛り上がりを抑制する場合と、以下に説明するように根本的に異なる。
【００１３】
図５は、連続鋳造における溶鋼の湯面高さ分布の数値シミュレーション結果の一例を示したもので、（ａ）図は電磁攪拌を適用した場合、（ｂ）図は電磁ブレーキを適用した場合、（ｃ）電磁力制御を適用しない場合である。
【００１４】
電磁力制御を適用しない場合は、図５（ｃ）に示すように、鋳型短辺近傍の溶鋼湯面高さが高く、鋳型短辺から鋳型長辺の１／４と３／４の位置が鋳型短辺方向にほぼ均一に低くなる、二次元的な溶鋼湯面高さ分布となる。
【００１５】
また、電磁ブレーキを適用した場合は、電磁ブレーキの磁束密度強度や位置により多少変化するものの、図５（ｂ）に示すように、電磁力制御を適用しない場合と同様に鋳型短辺近傍の湯面高さが高くなる、二次元的な溶鋼湯面高さ分布となる。
【００１６】
これに対して、電磁攪拌を適用した場合は、図５（ａ）に示すように、鋳型四隅のコーナ部において溶鋼湯面の高さが高くなり、鋳型短辺から鋳型長辺の１／４と３／４の位置付近における鋳型短辺の中心位置の溶鋼湯面高さが最も低い、鋳型短辺方向に不均一な複雑な高さ分布となる。
【００１７】
従って、電磁攪拌装置を適用した場合の鋳型内溶鋼の湯面高さを抑制する方法や制御方法は、特許文献２に開示された電磁ブレーキを適用した場合や、電磁力制御を適用しない場合と比べて、大きく異なる技術となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平９−１６８８４７号公報
【特許文献２】特開平４−９２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明が解決しようとする問題点は、特許文献１で提案された電磁攪拌における溶鋼湯面の盛り上がり抑制技術は、鋳型の長辺や短辺の長さが異なる場合は判定が出来なくなるという点である。また、特許文献２で開示された技術は、電磁ブレーキを用いて鋳型短辺の中心位置における溶鋼湯面の盛り上がりを抑制するものであり、電磁攪拌による溶鋼湯面の盛り上がりを抑制する場合と根本的に異なるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、
鋼の連続鋳造において、移動磁界による電磁攪拌を適用する場合に、メニスカス位置における鋳型コーナ部の溶鋼の凝固開始位置をできるだけ均一にするために、
鋼の連続鋳造において、鋳型内の溶鋼に電磁力を作用させて鋳型内の溶鋼湯面に水平な旋回流を形成させる場合に、鋳型内における最も溶鋼湯面が低い位置と、鋳型コーナ部における溶鋼湯面の高さとの差が２０mm以下となるように電磁力を作用させることを最も主要な特徴としている。
【００２１】
本発明では、移動磁界による電磁攪拌を適用する場合に、鋳型内における最も溶鋼湯面が低い位置と、鋳型コーナ部における溶鋼湯面の高さとの差が２０mm以下となるように電磁力を作用させることで、メニスカス位置における鋳型コーナ部の溶鋼の凝固開始位置をできるだけ均一にすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、移動磁界による電磁攪拌を適用する場合に、メニスカス位置における鋳型コーナ部の溶鋼の凝固開始位置をできるだけ均一にすることができるので、連続鋳造するスラブ鋳片のコーナ部の品質を良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】表１における条件４と条件１０の数値解析シミュレーションから得られた、図５（ａ）におけるＡ−Ａ’線上の溶鋼の湯面高さ分布を示した図である。
【図２】溶鋼湯面の電磁力を鋳型長辺方向に平均化した値と、鋳型内における最も溶鋼湯面が低い位置と、鋳型コーナ部における溶鋼湯面の高さとの差（以下、鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さという。）との関係を示した図である。
【図３】電磁力制御を実施していない場合の鋳型内溶鋼の流動分布を説明するために、鋳型を鋳片引抜き方向に断面して示した図である。
【図４】メニスカス位置と浸漬ノズルの吐出孔位置における鋳型内溶鋼の流動分布を説明するために、鋳型を鋳片引抜き方向と直角の水平方向に断面して示した図で、（ａ）はメニスカス位置、（ｂ）は吐出孔位置を示す。
【図５】連続鋳造における溶鋼の湯面高さ分布の数値シミュレーション結果の一例を示したもので、（ａ）図は電磁攪拌を適用した場合、（ｂ）図は電磁ブレーキを適用した場合、（ｃ）電磁力制御を適用しない場合である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明では、移動磁界による電磁攪拌を適用する場合に、メニスカス位置における鋳型コーナ部の溶鋼の凝固開始位置をできるだけ均一にするという目的を、鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さを２０mm以下とすることで実現した。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を成すに至った数値解析シミュレーション及び数値解析シミュレーションと同じ条件で行った鋳造試験について説明する。
【００２６】
発明者らは、以下の条件における数値解析シミュレーションにより、鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さの評価を行い、その数値解析シミュレーションと同じ条件の鋳造試験から、鋳型コーナ部の鋳片品質と鋳型長辺部の鋳片品質を評価した。その結果の一例を下記表１〜表３に示す。
【００２７】
（鋳造条件）
鋳型寸法：長辺は９００mm〜２３００mm、短辺は２５０mm〜２８０mm
鋳造速度：０．８m／min〜１．８m／min
浸漬ノズル：最下端の深さは３００mm〜４３５mm、吐出角度は下向き２５°〜下向き４５° 
【００２８】
表１〜表３中の、「平均電磁力」は、溶鋼湯面において鋳型長辺方向に平均化した、電磁場シミュレーションから算出した電磁力（N／m3）をいう。また、「鋳型コーナ部の品質」において、「×」は厳格材として適用不可能なもの、「△」は手入れ実施により厳格材として適用可能なもの、「○」は無手入れで厳格材として適用可能なものを意味する。「鋳型長辺部の品質」において、「×」は電磁力制御装置を適用しない場合と同等、「△」は電磁ブレーキを適用した場合と同等、「○」は良好な電磁攪拌適用材と同程度であることを意味する。なお、厳格材とは、最終製品の薄板コイルまで加工したときの表面疵を皆無とすることを目標としたスラブのことをいう。
【００２９】
【表１】
2014233751.tif 000003
【００３０】
【表２】
2014233751.tif 000004
【００３１】
【表３】
2014233751.tif 000005
【００３２】
図１は、表１における条件４と条件１０の数値解析シミュレーションから得られた溶鋼の湯面高さ分布を示した図である。図１は、図５（ａ）におけるＡ−Ａ’線上の溶鋼の湯面高さ分布を示しており、溶鋼湯面の最も低い位置を０として鋳型長辺方向における溶鋼湯面高さ分布を示している。図１から、電磁攪拌を適用した場合は、条件が変化しても、鋳型コーナ部における溶鋼の湯面高さが最大となることが分かる。
【００３３】
表１に示した条件１〜１４において、鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さが２１mmになると、鋳型コーナ部に不均一な凝固形状が確認されるようになって、厳格材として適用するためには、鋳片の手入れを行うことが必要となる（条件４参照）。
【００３４】
また、鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さが２４mm以上になると、最終製品の表面疵の原因となる不均一な凝固形状が鋳型コーナ部に明確に現れるようになって、厳格材に使用することは不可能であった（条件１〜３参照）。特に鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さが２６mm以上の場合には、鋳型長辺部の品質も悪化する（条件１，２参照）。これは攪拌流速が速くなりすぎたために、溶鋼湯面のモールドパウダーを巻き込んだことが原因である。
【００３５】
これに対して、鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さが５mmから２０mmの場合は、鋳型コーナ部及び鋳型長辺部の両方とも鋳片の品質は良好であった（条件５〜１３参照）。但し、鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さが３mm以下の場合には、鋳型コーナ部の鋳片品質は良好であったが、鋳型長辺部に電磁力制御を適用しない場合と同程度のピンホール性の欠陥が発生した（条件１４参照）。
【００３６】
以上の結果より、電磁攪拌を適用した場合における、スラブ鋳片のコーナ部の品質を良好なものとするためには、鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さが２０mm以下となるように電磁力を作用させる必要があることが明らかとなった。これが第１の本発明の鋼の連続鋳造方法である。この第１の本発明方法において、鋳型長辺部におけるピンホール性欠陥の発生もない、より適切な鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さは、５mm以上、２０mm以下の範囲である。
【００３７】
この電磁攪拌を適用した場合の適切な鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さは、上記表１に示した、鋳型寸法が、長辺は１６２５mm、短辺は２７０mm、鋳造速度は１．４m／min、浸漬ノズルの最下端の深さは３２０mm、吐出角度は下向き３０°の条件に限らないことは、上記表２及び表３の結果から明らかである。
【００３８】
また、発明者らが、上記数値解析シミュレーションと鋳造試験により得たデータを検討した結果、鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さと最も相関があったのは、溶鋼湯面の電磁力を鋳型長辺方向に平均化した値であることが判明した。
【００３９】
図２は、溶鋼湯面の電磁力を鋳型長辺方向に平均化した値（以降、平均電磁力という。）Ｆと、鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さＨとの関係を示した図である。図２から、鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さＨと平均電磁力Ｆの関係は、
Ｈ＝３．０８１×１０−3Ｆ  …(1)
として評価することができる。
【００４０】
上記(1)式から、鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さＨを２０mm以下とする平均電磁力Ｆは、
３．０８１×１０−3Ｆ≦２０  …(2)
となる。これが第２の本発明の連続鋳造方法である。なお、この場合の平均電磁力は６４９１N／m3以下である。
【００４１】
この第２の本発明方法において、鋳型長辺部におけるピンホール性欠陥の発生もない、より適切な鋳型コーナ部の溶鋼湯面高さ（５mm以上、２０mm以下）とする場合は、平均電磁力Ｆの範囲を、
５≦３．０８１×１０−3Ｆ≦２０  …(3)
となるようにすれば良い。この場合の平均電磁力は１６２２N／m3以上、６４９１N／m3以下である。
【００４２】
本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４３】
２    溶鋼
３    鋳型
３ｃ    コーナ部
５ｃ    溶鋼流
６    電磁力
【図１】
2014233751.tif 000006
【図２】
2014233751.tif 000007
【図３】
2014233751.tif 000008
【図４】
2014233751.tif 000009
【図５】
2014233751.tif 000010