(57)【要約】【課題】流路の閉塞を生じることなく浸漬ノズル内の溶融金属流を旋回させ、旋回流付与による鋳型内流動安定化効果を安定して享受することが可能な金属の連続鋳造装置を提供する。【解決手段】タンディッシュ２０には、浸漬ノズル３０の直上に形成された円柱状空間２１と、円柱状空間２１内の溶融金属２を旋回させる電磁撹拌装置２８と、が設けられており、円柱状空間２１の底面中心部には、浸漬ノズル３０への溶融金属供給孔が形成され、円柱状空間２１と浸漬ノズル３０との間には、溶融金属２の流量を調整する絞り機構２７が設けられており、円柱状空間２１の上部には、円柱状空間２１とタンディッシュ内空間とを隔てる天蓋２５が設けられており、円柱状空間２１の側面には、前記タンディッシュ内空間と連通し、前記タンディッシュ内空間から円柱状空間２１へ溶融金属２が流入される流入口２２が形成されている。【選択図】図２
2018030152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を貯留するタンディッシュと、このタンディッシュに取り付けられ、前記タンディッシュ内の前記溶融金属を鋳型内に注入する浸漬ノズルと、を備えた金属の連続鋳造装置であって、
前記タンディッシュには、前記浸漬ノズルの直上に形成された円柱状空間と、前記円柱状空間内の前記溶融金属を旋回させる電磁撹拌装置と、が設けられており、
前記円柱状空間の底面中心部には、前記浸漬ノズルへの溶融金属供給孔が形成され、前記円柱状空間と前記浸漬ノズルとの間には、前記溶融金属の流量を調整する絞り機構が設けられており、
前記円柱状空間の上部には前記円柱状空間とタンディッシュ内空間とを隔てる天蓋が設けられており、 前記円柱状空間の側面には、前記タンディッシュ内空間から前記円柱状空間へ前記溶融金属が流入される流入口が形成されていることを特徴とする金属の連続鋳造装置。
【請求項２】
前記天蓋の周囲に、前記タンディッシュ内空間から前記円柱状空間へ前記溶融金属が流入される第二流入口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属の連続鋳造装置。
【請求項３】
前記絞り機構は、前記浸漬ノズルの上方開口部に近接離間するストッパーであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属の連続鋳造装置。
【請求項４】
前記円柱状空間の直径が０．２ｍ以上１．０ｍ以下の範囲内、前記円柱状空間の高さが０．２ｍ以上の範囲内とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の金属の連続鋳造装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の金属の連続鋳造装置を用いた金属の連続鋳造方法であって、
前記円柱状空間の側面に設けられた前記流入口から前記円柱状空間内に前記溶融金属を流入させ、
前記円柱状空間内の前記溶融金属に旋回流を付与し、前記浸漬ノズル内へ前記溶融金属を供給することを特徴とする金属の連続鋳造方法。
【請求項６】
前記円柱状空間内に前記溶融金属が滞留する平均時間を３秒以上３０秒以下とし、
前記円柱状空間内の前記溶融金属に対して、前記円柱状空間の直径と周方向流速最大値との積が０．０５ｍ２／ｓ以上０．５ｍ２／ｓ以下の範囲内となるように角運動量を与えることを特徴とする請求項５に記載の金属の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，溶融金属を貯留するタンディッシュと、このタンディッシュに取り付けられた浸漬ノズルと、を備えた金属の連続鋳造装置、及び、この金属の連続鋳造装置を用いた金属の連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、断面矩形状をなすスラブを連続鋳造する場合、鋳型内に溶融金属を十分に行き渡らせるために、それぞれの短辺壁側に向けて吐出孔が配設された２孔浸漬ノズルが用いられる。
ここで、２孔浸漬ノズル内における溶融金属の流動は、下降流が底部に当たって水平方向の流速ベクトルが付与されることから、吐出孔下部から噴流となって流出する傾向にあり、吐出孔上部においては、逆に吸い込みが発生することがある。加えて、下降流の不安定さによって、左右吐出孔への流量分配や吐出流の角度が変動することから、鋳型内流動が不安定になりやすい。
【０００３】
かかる問題を解消する手段として、例えば特許文献１及び特許文献２に示すように、浸漬ノズル内の下降流を旋回させ、旋回に伴って生じる遠心力を利用して、吐出流の分布や吐出角度を安定化するとともに、有効吐出孔面積を増やし鋳型内流動を静穏に保つ技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３９６９０号公報
【特許文献２】再公表ＷＯ２０１１／０５５４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された発明においては、耐火物で形成した流路に沿って溶融金属流を誘導することによって旋回流を得るものであり、溶融金属流を誘導するために流路断面積を絞る必要があり、非金属介在物による流路の閉塞が生じやすいといった問題があった。
【０００６】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、流路の閉塞を生じることなく浸漬ノズル内の溶融金属流を旋回させ、旋回流付与による鋳型内流動安定化効果を安定して享受することが可能な金属の連続鋳造装置、及び、この金属の連続鋳造装置を用いた金属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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の金属の連続鋳造装置は、溶融金属を貯留するタンディッシュと、このタンディッシュに取り付けられ、前記タンディッシュ内の前記溶融金属を鋳型内に注入する浸漬ノズルと、を備えた金属の連続鋳造装置であって、前記タンディッシュには、前記浸漬ノズルの直上に形成された円柱状空間と、前記円柱状空間内の前記溶融金属を旋回させる電磁撹拌装置と、が設けられており、前記円柱状空間の底面中心部には、前記浸漬ノズルへの溶融金属供給孔が形成され、前記円柱状空間と前記浸漬ノズルとの間には、前記溶融金属の流量を調整する絞り機構が設けられており、前記円柱状空間の上部には、前記円柱状空間とタンディッシュ内空間とを隔てる天蓋が設けられており、前記円柱状空間の側面には、前記タンディッシュ内空間と連通し、前記タンディッシュ内空間から前記円柱状空間へ前記溶融金属が流入される流入口が形成されていることを特徴としている。
【０００８】
この構成の金属の連続鋳造装置によれば、鋳型内に溶融金属を注入する浸漬ノズルの真上に円柱状空間が形成され、この円柱状空間の底面中心部に前記浸漬ノズルへの溶融金属供給孔が形成されているので、円柱状空間内の溶融金属を旋回させて円柱状空間の底面中心部から旋回流を浸漬ノズルへ流出させることによって、円柱状空間内の旋回流が有する角運動エネルギーをロスなく浸漬ノズル内へ伝えることができ、浸漬ノズル内の溶融金属を容易に旋回させることが可能となる。
【０００９】
また、前記円柱状空間の上部には天蓋が設けられているので、円柱状空間内で形成された旋回流がタンディッシュ内の溶融金属流に影響を及ぼすことを抑制でき、タンディッシュ内湯面のスラグや非金属介在物の巻き込みを抑制することができる。
さらに、円柱状空間の側面に、前記タンディッシュ内空間と連通し、前記タンディッシュ内空間から前記円柱状空間へ前記溶融金属が流入される流入口が形成され、さらに円柱状空間の上部に天蓋が設けられているので、溶融金属に効率良く角運動エネルギーを付与することが可能となる。すなわち、前記円柱状空間内では旋回流の影響で中心部の圧力が低く外周部の圧力が高くなっているので、前記円柱状空間の上部に天蓋を配設することで、タンディッシュ内の溶融金属が円柱状空間の中心部から優先的に流入することを抑制でき、十分な角運動エネルギーを付与した状態で浸漬ノズルへと流出することが可能となる。
【００１０】
さらに、前記円柱状空間内の前記溶融金属を旋回させる電磁撹拌装置を備えているので、狭い耐火物流路を形成して角運動エネルギーを付与する必要がなく、耐火物流路が閉塞することなく、安定した操業が可能となる。
また、前記円柱状空間と前記浸漬ノズルとの間に、前記溶融金属の流量を調整する絞り機構が設けられているので、通常のタンディッシュと同じ外形状の浸漬ノズルを取り付けることができ、耐火物コストの上昇を抑制できる。
【００１１】
ここで、本発明の金属の連続鋳造装置においては、前記天蓋の周囲に、前記タンディッシュ内空間から前記円柱状空間へ前記溶融金属が流入される第二流入口が形成されていてもよい。
この場合、前記天蓋の周囲に第二流入口が形成されているので、タンディシュ内の溶融金属の流れに淀みが生じることを抑制できる。また、第二流入口を設けた場合であっても、溶融金属を、十分な角運動エネルギーを付与した状態で浸漬ノズルへと流出することができる。
【００１２】
また、本発明の金属の連続鋳造装置においては、前記絞り機構は、前記浸漬ノズルの上方開口部に近接離間するストッパーであることが好ましい。
この場合、絞り機構によって円柱状空間で形成された旋回流に歪みを生じさせることが抑制され、浸漬ノズル内の溶融金属を確実に旋回させることが可能となる。
【００１３】
さらに、本発明の金属の連続鋳造装置においては、前記円柱状空間の直径が０．２ｍ以上１．０ｍ以下の範囲内、前記円柱状空間の高さが０．２ｍ以上の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記円柱状空間の直径が０．２ｍ以上とされているので、内径が通常７０〜１００ｍｍである浸漬ノズルに対して十分な大きさの直径を確保でき、円柱状空間から浸漬ノズル内へ旋回流が流出する際に、角運動量保存則によって周方向流速を効率よく加速することができる。一方、前記円柱状空間の直径が１．０ｍ以下とされているので、タンディッシュの大型化を抑制でき、操業性の悪化やコスト上昇を抑制することができる。
また、前記円柱状空間の高さが０．２ｍ以上とされているので、電磁撹拌コイルの厚みが確保され、十分な推力を得ることが可能となる。なお、前記円柱状空間の高さの上限値は特に規定しないが、通常０．６ｍを超えるような高さは不要であるばかりか連続鋳造機の高さ方向寸法を無用に消費して設備費の高騰を招くので好ましくない。
【００１４】
本発明の金属の連続鋳造方法は、上述の金属の連続鋳造装置を用いた金属の連続鋳造方法であって、前記円柱状空間の側面に設けられた前記流入口から前記円柱状空間内に前記溶融金属を流入させ、前記円柱状空間内の前記溶融金属に旋回流を付与し、前記浸漬ノズル内へ前記溶融金属を供給することを特徴としている。
【００１５】
この構成の金属の連続鋳造方法によれば、上述の金属の連続鋳造装置を用いており、前記円柱状空間の側面に設けられた前記流入口から前記円柱状空間内に前記溶融金属を流入させ、前記円柱状空間内の前記溶融金属に旋回流を付与し、前記浸漬ノズル内へ前記溶融金属を供給する構成とされているので、十分な角運動エネルギーを付与した状態で浸漬ノズルへと流出することができ、浸漬ノズルからの溶融金属の吐出流を均一安定化することができ、安定した連続鋳造を行うことが可能となる。
【００１６】
ここで、本発明の金属の連続鋳造方法においては、前記円柱状空間内に前記溶融金属が滞留する平均時間を３秒以上３０秒以下とし、前記円柱状空間内の前記溶融金属に対して、前記円柱状空間の直径と周方向流速最大値との積が０．０５ｍ２／ｓ以上０．５ｍ２／ｓ以下の範囲内となるように角運動量を与えることが好ましい。
【００１７】
この場合、円柱状空間内に溶融金属が滞留する平均時間が３秒以上とされているので、溶融金属に十分な推力を与えることが可能となる。加えて、円柱状空間内で非金属介在物を凝集させることができ、鋳型内において前記非金属介在物の浮上分離を促進させることができる。一方、円柱状空間内に溶融金属が滞留する平均時間が３０秒以下とされているので、円柱状空間を必要以上に大型化することがなく、設備コストを削減することができる。
【００１８】
また、円柱状空間の直径と周方向流速最大値との積が０．０５ｍ２／ｓ以上とされているので、円柱状空間内の溶融金属に確実に旋回流を与え、十分な角運動エネルギーを付与した状態で浸漬ノズルへと流出することができる。一方、円柱状空間の直径と周方向流速最大値との積が０．５ｍ２／ｓ以下とされているので、過大な角運動量によって旋回流に乱れが生じることを抑制できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、流路の閉塞を生じることなく浸漬ノズル内の溶融金属流を旋回させ、旋回流付与による鋳型内流動安定化効果を安定して享受することが可能な金属の連続鋳造装置、及び、この金属の連続鋳造装置を用いた金属の連続鋳造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態である金属の連続鋳造装置を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態である金属の連続鋳造装置のタンディッシュ及び浸漬ノズル部分の拡大説明図である。（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）が側面説明図である。
【図３】本発明の他の実施形態である金属の連続鋳造装置のタンディッシュ及び浸漬ノズル部分の拡大説明図である。（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）が側面説明図である。
【図４】実施例で用いた金属の連続鋳造装置のタンディッシュ及び浸漬ノズル部分の拡大説明図である。（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）が側面説明図である。
【図５】実施例で用いた金属の連続鋳造装置のタンディッシュ及び浸漬ノズル部分の拡大説明図である。（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）が側面説明図である。
【図６】実施例で用いた金属の連続鋳造装置のタンディッシュ及び浸漬ノズル部分の拡大説明図である。（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）が側面説明図である。
【図７】実施例で用いた金属の連続鋳造装置のタンディッシュ及び浸漬ノズル部分の拡大説明図である。（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）が側面説明図である。
【図８】比較例の金属の連続鋳造装置のタンディッシュ及び浸漬ノズル部分の拡大説明図である。
【図９】実施例において水モデル実験を行った実験装置の説明図である。
【図１０】水モデル実験で用いた撹拌羽根の説明図である。
【図１１】水モデル実験の結果を示すグラフである。
【図１２】水モデル実験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施形態である金属の連続鋳造装置及び金属の連続鋳造方法について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
ここで、本実施形態においては、溶融金属として溶鋼を用いており、炭素鋼からなる鋳片を製造するものとされている。
【００２２】
本実施形態である金属の連続鋳造装置１０は、図１に示すように、鋳型１１と、溶鋼２が貯留されるタンディッシュ２０と、このタンディッシュ２０に取り付けられ、タンディッシュ２０内の溶鋼２を鋳型１１内に注入する浸漬ノズル３０と、鋳型１１の下方に位置する複数のサポートロール１６からなるサポートロール群１５と、備えている。
【００２３】
この金属の連続鋳造装置１０においては、取鍋５によって転炉から溶鋼２を移送し、ロングノズル７を介してタンディッシュ２０に溶鋼２を移し、このタンディッシュ２０において大きな介在物を浮上分離した後、浸漬ノズル３０を介して鋳型１１に溶鋼２を供給し、鋳型１１内で凝固シェル３を形成させ、得られた鋳片１を連続的に鋳造するものである。そして、鋳型１１から製出された鋳片１は、複数のサポートロール１６からなるサポートロール群１５によって、鋳型１１の下方へと引き抜かれる。
【００２４】
そして、本実施形態である金属の連続鋳造装置１０においては、図２に示すように、タンディッシュ２０に取り付けられた浸漬ノズル３０の直上部分に、円柱状空間２１が形成されている。この円柱状空間２１の底部中心部に、浸漬ノズル３０への溶鋼供給孔が形成されている。
ここで、本実施形態では、この円柱状空間２１の直径が０．２ｍ以上１．０ｍ以下の範囲内、円柱状空間２１の高さが０．２ｍ以上の範囲内とされている。
【００２５】
なお、この円柱状空間２１は、厳密には、その側壁が鉛直（水平面に対する角度が９０°）である形態を指すが、その作用効果が同等に得られる範囲であれば、側壁の水平面に対する角度が７０°以上の逆円錐状の形態も、本発明に係る技術的範囲内に含まれる。円柱状空間内の溶鋼２（溶融金属）を旋回させることで鋳型内流動の安定化を図る上では、７０°程度までの逆円錐状（上広形状）であれば厳密な円柱状とほぼ同じ効果が得られるからである。また、円柱状空間２１の一部が逆円錐状とされていても構わない。なお、側壁の水平面に対する角度が７０°未満となると、耐火物の厚みの不均等が大きくなるなど空間的な無駄が増えて、溶鋼２（溶融金属）の旋回に悪影響を及ぼすおそれが生じる。
【００２６】
この円柱状空間２１の側面には、タンディッシュ内空間と連通した流入口２２が形成されている。この流入口２２は、図２（ａ）に示すように、円柱状空間２１の軸線方向から見て、軸線中心に対して偏倚した位置に設けられており、流入した溶鋼２が円柱状空間２１の側壁に沿って流れ込むように構成されている。
【００２７】
また、本実施形態では、円柱状空間２１の上部には天蓋２５が配設されている。この天蓋２５の中心部には、後述するストッパー２７が挿通される挿通孔が形成されている。
そして、この天蓋２５の周囲には、タンディッシュ内空間と連通した第２流入口２６が形成されている。第２流入口２６から流入される溶鋼２は、天蓋２５の周囲から円柱状空間２１に流れ込むことになる。
【００２８】
ここで、この天蓋２５の直径は、開口部を除いては円柱状空間２１と同じであることが通常であるが、第２流入口２６を天蓋２５の周囲全体に設ける場合には、その直径は円柱状空間２１の直径の７０％以上とすることが好ましい。
なお、円柱状空間２１に溶鋼２が流入される流入口２２及び第２流入口２６の面積は、ひとつあたり５０ｃｍ２以上であることが、非金属介在物による閉塞を防止する観点から好ましい。その面積の上限は特に規定しないが、本実施形態において実現し得る最大値は５０００ｃｍ２程度である。
【００２９】
浸漬ノズル３０は、タンディッシュ２０に固定された上ノズル３１と、この上ノズル３１の下方に連結された下ノズル３２とを備えている。本実施形態では、上ノズル３１は、円柱状空間２１の底部中心部に形成された溶鋼供給孔に連通するように固定されている。
また、円柱状空間２１と浸漬ノズル３０との間には、溶鋼２の流量を調整する絞り機構として、ストッパー２７が配設されている。このストッパー２７は、溶鋼供給孔及び上ノズル３１の上方開口部に近接離間可能に配設されている。すなわち、ストッパー２７は、溶鋼供給孔の中心部分に配置され、上下方向に移動するように構成されている。
【００３０】
そして、本実施形態である金属の連続鋳造装置１０においては、円柱状空間２１内の溶鋼２を旋回させる電磁撹拌装置２８が設けられている。本実施形態では、図２に示すように、電磁撹拌装置２８が円柱状空間２１の一部の側壁を囲むように配置されている。
【００３１】
上述の構成とされた金属の連続鋳造装置１０においては、タンディッシュ２０内に貯留された溶鋼２は、円柱状空間２１の側壁に設けられた流入口２２及び天蓋２５の周囲に設けられた第２流入口２６から円柱状空間２１内へと流れ込む。そして、円柱状空間２１に流れ込んだ溶鋼２に旋回流を付与した状態で、浸漬ノズル３０内へ溶鋼２を供給している。
【００３２】
本実施形態では、円柱状空間２１内に溶鋼２が滞留する平均時間を２秒以上３０秒以下としている。
また、電磁撹拌装置２８を用いて、円柱状空間２１内の溶鋼２に対して、円柱状空間２１の直径と周方向流速最大値との積が０．０５ｍ２／ｓ以上０．５ｍ２／ｓ以下の範囲内となるように角運動量を与えている。
【００３３】
ここで、角運動量を円柱状空間２１の直径と周方向流速最大値との積を指標に用いて表すのは、円柱状空間２１の外周部にから電磁気力を付与して溶鋼２を旋回させる場合には、周方向流速が半径に比例する強制渦に近い周方向流速分布となるので、円柱状空間２１の直径と周方向流速最大値との積が、ほぼ角運動量に比例するからである。上述の条件を満たす角運動量を与える場合、旋回流の周方向流速が半径に比例する強制渦を仮定すると、その回転数は概ね５ｒｐｍ〜５０ｒｐｍの範囲内である。角運動量保存則によって内径の小さい浸漬ノズル３０内で周方向流速が加速されることを考慮すると、その程度の低回転数であっても十分な効果を得ることができる。なお、上述の平均滞留時間の場合に、この程度の角運動量を付与することは、通常の移動磁界型の電磁撹拌装置２８にとって容易である。
【００３４】
以上のような構成とされた本実施形態である金属の連続鋳造装置１０及び金属の連続鋳造方法によれば、円柱状空間２１の側壁に設けられた流入口２２及び天蓋２５の周囲に設けられた第２流入口２６から円柱状空間２１内に溶鋼２を流入させるとともに、電磁撹拌装置２８で角運動量を与えることで、円柱状空間２１内の溶鋼２に対して旋回流を付与し、この旋回流を付与した状態で浸漬ノズル３０内へ溶鋼２を供給しているので、浸漬ノズル３０内の下降流も旋回流を有し、この旋回流の遠心力によって浸漬ノズル３０の２つの吐出孔の全面から均等に溶鋼２が吐出されることになる。よって、鋳型１１内への溶鋼２の供給が安定し、安定した連続鋳造を行うことが可能となる。
【００３５】
また、円柱状空間２１の上部に天蓋２５が設けられているので、円柱状空間２１内で形成された旋回流がタンディッシュ２０内の溶鋼２の流動に影響を及ぼすことを抑制でき、タンディッシュ２０内湯面のスラグや非金属介在物の巻き込みを抑制することができる。
【００３６】
さらに、円柱状空間２１の側面には、タンディッシュ内空間と連通した流入口２２が形成されており、この流入口２２から流入した溶鋼２が円柱状空間２１の側壁に沿って流れ込むように構成されており、さらに、円柱状空間２１の上部に天蓋２５を設け、その天蓋２５の周囲に設けられた第２流入口２６を通って溶鋼２が円柱状空間２１へ流入する形態としているので、溶鋼２に効率よく角運動エネルギーを付与することが可能となる。また、円柱状空間２１内の溶鋼２を旋回させる電磁撹拌装置２８を備えているので、狭い耐火物流路を形成して角運動エネルギーを付与する必要がなく、耐火物流路の閉塞を抑制でき、安定した操業が可能となる。
【００３７】
また、円柱状空間２１と浸漬ノズル３０との間に、溶鋼２の流量を調整する絞り機構として、溶鋼供給孔及び上ノズル３１の上方開口部に近接離間可能なストッパー２７が配設されており、このストッパー２７が溶鋼供給孔の中心部分に配置されているので、円柱状空間２１で形成された旋回流に歪みを生じされることが抑制され、浸漬ノズル３０へと旋回流を付与したまま溶鋼２を供給することが可能となる。
【００３８】
さらに、円柱状空間２１の直径が０．２ｍ以上とされているので、内径が通常７０〜１００ｍｍである浸漬ノズル３０に対して十分な大きさの直径を確保でき、円柱状空間２１から浸漬ノズル３０内へ旋回流が流出する際に角運動量保存則によって周方向流速を効率よく加速することができる。
さらに、円柱状空間２１の高さが０．２ｍ以上とされているので、電磁撹拌装置２８（コイル）の厚みが確保され、十分な推力を得ることが可能となる。
【００３９】
また、本実施形態においては、円柱状空間２１内に溶鋼２が滞留する平均時間を３秒以上３０秒以下としているので、溶鋼２に十分な推力を与えることができるとともに、円柱状空間２１を必要以上に大型化することがなく、設備コストを削減することができる。
さらに、本実施形態においては、円柱状空間２１の直径と周方向流速最大値との積が０．０５ｍ２／ｓ以上とされているので、円柱状空間２１内の溶鋼２に確実に旋回流を与え、十分な角運動エネルギーを付与した状態で浸漬ノズル３０へと流出することができる。一方、円柱状空間２１の直径と周方向流速最大値との積が０．５ｍ２／ｓ以下とされているので、過大な角運動量によって旋回流に乱れが生じることを抑制できる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態である金属の連続鋳造装置及び金属の連続鋳造方法について具体的に説明したが、これに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、図３に示す金属の連続鋳造装置のように、天蓋１２５に第２流入口を設けていないものであってもよい。
【００４１】
また、絞り機構としてストッパーを用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、絞り機構としてスライディングゲートを用いてもよい。ただし、この場合、円柱状空間内で形成された旋回流がスライディングゲート通過時に大きく歪むおそれがあることから、絞り機構としてストッパーを用いることが好ましい。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明の金属の連続鋳造装置及び金属の連続鋳造方法の作用効果を評価した結果について説明する。
【００４３】
（本発明例１）
図２に示すタンディッシュ２０において、円柱状空間２１の直径を６００ｍｍ、高さを５００ｍｍとした。この円柱状空間２１の外周に電磁撹拌装置２８を配設した。
円柱状空間２１の側面にはタンディッシュ内空間と連通した幅２４２ｍｍ、高さ５００ｍｍの流入口２２を設けた。
天蓋２５は、円柱状空間２１の上部に配置されており、その周囲の一部にはタンディッシュ内空間と連通した第２流入口２６を設けた。天蓋２５の直径は６００ｍｍとした。
また、絞り機構としてストッパー２７を用いている。
【００４４】
（本発明例２）
図３に示すタンディッシュ１２０において、円柱状空間１２１の直径を６００ｍｍ、高さを５００ｍｍとした。この円柱状空間１２１の外周に電磁撹拌装置１２８を配設した。
円柱状空間１２１の側面にはタンディッシュ内空間と連通した幅２４２ｍｍ、高さ５００ｍｍの流入口１２２を設けた。
天蓋１２５は、円柱状空間１２１の上部に配置されている。
また、絞り機構としてストッパー１２７を用いている。
【００４５】
（本発明例３）
図４に示すタンディッシュ２２０において、円柱状空間２２１の直径を４００ｍｍ、高さを３２０ｍｍとした。この円柱状空間２２１の外周に電磁撹拌装置２２８を配設した。
円柱状空間２２１の側面にはタンディッシュ内空間と連通した幅２００ｍｍ、高さ２５０ｍｍの流入口２２２を設けた。
天蓋２２５は、円柱状空間２２１の上部に配置されており、直径４１０ｍｍの大きさとした。なお、この天蓋２２５は、円柱状空間の上部に１２０ｍｍの隙間をあけて４本の脚で固定されており、その周囲全体が第２流入口２２６となっている。
また、絞り機構としてスライディングゲート２２７を用いている。
【００４６】
（本発明例４）
図５に示すタンディッシュ３２０において、円柱状空間３２１の直径を１４０ｍｍ、高さを６００ｍｍとした。この円柱状空間３２１の外周に電磁撹拌装置３２８を配設した。
円柱状空間３２１の側面にはタンディッシュ内空間と連通した幅７０ｍｍ、高さ５００ｍｍの流入口３２２を設けた。
天蓋３２５は、直径が２４０ｍｍであり、円柱状空間３２１の上端から１００ｍｍの間隔をあけて配置され、その周囲はタンディッシュ内空間と連通した第２流入口３２６となっている。
また、絞り機構としてスライディングゲート３２７を用いている。
【００４７】
（本発明例５）
図６に示すタンディッシュ４２０において、円柱状空間４２１の直径を６００ｍｍ、高さを１２０ｍｍとした。この円柱状空間４２１の外周に電磁撹拌装置４２８を配設した。
円柱状空間の側面にはタンディッシュ内空間と連通した幅２００ｍｍ、高さ１２０ｍｍの流入口４２２を設けた。
天蓋４２５は、円柱状空間４２１の上部に配置されている。
また、絞り機構としてはスライディングゲート４２７を用いるが開閉用にストッパー４２９を併用している。
【００４８】
（本発明例６）
図７に示すタンディッシュ５２０において、円柱状空間５２１の直径を１１００ｍｍ、高さを５００ｍｍとした。この円柱状空間５２１の外周に電磁撹拌装置５２８を配設した。
円柱状空間５２１の側面にはタンディッシュ内空間と連通した幅３００mm、高さ４００mmの流入口５２２を設けた。
天蓋５２５は、耐火物で構成され、円柱状空間５２１の上部に配置されており、その周囲の一部にはタンディッシュ内空間と連通した第２流入口５２６が設けられている。
また、絞り機構としてストッパー５２７を用いている。
【００４９】
（比較例）
図８に示すタンディッシュ６２０においては、円柱状空間、蓋部及び電磁撹拌装置を設けず、タンディッシュ６２０の底部に浸漬ノズル３０を直接取り付けた構造とした。
また、絞り機構としてストッパー６２７を用いている。
【００５０】
（実施例１）
本発明例１〜６において、４ｔｏｎ／ｍｉｎのスループットの溶鋼をロングノズル又は注入管から供給した。
【００５１】
本発明例１においては、円柱状空間の体積は、外径φ１５０ｍｍストッパーの体積を除くと約１３２５００ｃｍ３であり、円柱状空間内に溶鋼が滞留する平均時間は約１３．９秒となる。さらに、その溶鋼を、外周部の最大周方向流速が０．２ｍ／ｓとなるよう旋回させた。そのとき、円柱状空間の直径と周方向流速最大値との積が０．１２ｍ２／ｓとなる。この旋回流を強制渦と仮定した場合、回転数は約６ｒｐｍである。
【００５２】
本発明例２においては、円柱状空間の体積は、外径φ１５０ｍｍストッパーの体積を除くと約１３２５００ｃｍ３であり、円柱状空間内に溶鋼が滞留する平均時間は約１３．９秒となる。さらに、その溶鋼を、外周部の最大周方向流速が０．２ｍ／ｓとなるよう旋回させた。そのとき、円柱状空間の直径と周方向流速最大値との積が０．１２ｍ２／ｓとなる。この旋回流を強制渦と仮定した場合、回転数は約６ｒｐｍである。
【００５３】
本発明例３においては、円柱状空間の体積は約４０２００ｃｍ３であり、円柱状空間内に溶鋼が滞留する平均時間は約４．２秒となる。さらに、その溶鋼を、外周部の最大周方向流速が０．８ｍ／ｓとなるよう旋回させた。そのとき、円柱状空間の直径と周方向流速最大値との積が０．３２ｍ２／ｓとなる。この旋回流を強制渦と仮定した場合、回転数は約３８ｒｐｍである。
【００５４】
本発明例４においては、円柱状空間の体積は約９２００ｃｍ３であり、円柱状空間内に溶鋼が滞留する平均時間は約１．０秒となる。さらに、その溶鋼を、外周部の最大周方向流速が１．２ｍ／ｓとなるよう旋回させた。そのとき、円柱状空間の直径と周方向流速最大値との積が０．１６８ｍ２／ｓとなる。この旋回流を強制渦と仮定した場合、回転数は約１６４ｒｐｍである。
【００５５】
本発明例５においては、円柱状空間の体積は、外径φ１５０ｍｍのストッパーの先端部の体積を除くと約３３６００ｃｍ３であり、円柱状空間内に溶鋼が滞留する平均時間は約３．５秒となる。さらに、その溶鋼を、外周部の最大周方向流速が０．３ｍ／ｓとなるよう旋回させた。そのとき、円柱状空間の直径と周方向流速最大値との積が０．１８ｍ２／ｓとなる。この旋回流を強制渦と仮定した場合、回転数は約１０ｒｐｍである。
【００５６】
本発明例６においては、円柱状空間の体積は、外径φ１５０ｍｍストッパーの体積を除くと約４６６３００ｃｍ３であり、円柱状空間内に溶鋼が滞留する平均時間は約４９秒となる。さらに、その溶鋼を、外周部の最大周方向流速が０．２ｍ／ｓとなるよう旋回させた。そのとき、円柱状空間の直径と周方向流速最大値との積が０．２２ｍ２／ｓとなる。この旋回流を強制渦と仮定した場合、回転数は約３ｒｐｍである。
【００５７】
（実施例２）
本発明例１、３において、８ｔｏｎ／ｍｉｎのスループットの溶鋼をロングノズル又は注入管から供給した。
【００５８】
本発明例１においては、円柱状空間内に溶鋼が滞留する平均時間は約７．０秒となる。さらに、その溶鋼を、外周部の最大周方向流速が０．３ｍ／ｓとなるよう旋回させた。そのとき、円柱状空間の直径と周方向流速最大値との積が０．１８ｍ２／ｓとなる。この旋回流を強制渦と仮定した場合、回転数は約１０ｒｐｍである。
【００５９】
本発明例３においては、円柱状空間内に溶鋼が滞留する平均時間は約２．１秒となる。さらに、その溶鋼を、外周部の最大周方向流速が０．３ｍ／ｓとなるよう旋回させた。そのとき、円柱状空間の直径と周方向流速最大値との積が０．１２ｍ２／ｓとなる。この旋回流を強制渦と仮定した場合、回転数は約１４ｒｐｍである。
【００６０】
（実施例３）
本発明例３において、２ｔｏｎ／ｍｉｎのスループットの溶鋼をロングノズル又は注入管から供給した。
【００６１】
本発明例３においては、円柱状空間内に溶鋼が滞留する平均時間は約８．４秒となる。さらに、その溶鋼を、外周部の最大周方向流速が０．４ｍ／ｓとなるよう旋回させた。そのとき、円柱状空間の直径と周方向流速最大値との積が０．１６ｍ２／ｓとなる。この旋回流を強制渦と仮定した場合、回転数は約１９ｒｐｍである。
【００６２】
（水モデル実験）
本発明例１及び従来例のタンディッシュを模したフルスケール水モデル実験の結果について述べる。溶鋼と水とは動粘度が近いので、フルスケールの水モデル実験は、溶鋼系に近い流動が得られることが知られており、評価実験によく用いられる。実施例の水モデル実験においては、本発明例１の電磁撹拌を模擬するために、図９及び図１０に示すようにストッパー先端に４枚の撹拌羽根Ｉを設置し、ストッパーを６ｒｐｍ回転数で回転させて電磁撹拌時と同等の旋回流を発生させた。
【００６３】
浸漬ノズルは、内径がφ８０ｍｍ、吐出孔の大きさが幅６０ｍｍ、高さ９５ｍｍの２孔タイプであり、吐出流が下向き３０°の角度で吐出する仕様とした。鋳型内水面から浸漬ノズルの下端までの浸漬深さは３００ｍｍとした。
鋳型は、厚み２５０ｍｍ、幅１７００ｍｍ、浴深が３０００ｍｍの模型とした。
【００６４】
鋳型の１／４幅および３／４幅、１／２厚、水面下５０ｍｍにおける鋳型幅方向の水平流速を０．５秒ピッチで１５分間測定し、１／４幅および３／４幅それぞれの測定データの標準偏差を平均値で割った値を鋳型内流動の安定度の指標として評価に用いた。また１／４幅および３／４幅の測定データの平均値の差（左右の流速差）の絶対値をそれらの平均値で割った値を鋳型内流動の偏り指標として評価に用いた。
【００６５】
相当鋳造速度が１．２ｍ／ｍｉｎ、１．５ｍ／ｍｉｎ、１．８ｍ／ｍｉｎの場合のこれらの指標を、図１１および図１２に比較して示す。これらの図より、本発明の効果として、鋳型内流動の左右の偏りや不安定さが抑制されることがわかる。それらの効果は、実鋳造においては、鋳造速度や鋳片品質の向上に資するものである。なお、相当鋳造速度が１．２ｍ／ｍｉｎ、１．５ｍ／ｍｉｎ、１．８ｍ／ｍｉｎは、水の流量それぞれ８５００ｃｍ３／ｓ、１０６２５ｃｍ３／ｓ、１２７５０ｃｍ３／ｓに相当し、撹拌羽根の厚みを無視すると円柱状空間に水が留まる時間はそれぞれ約１５．６秒、約１２．５秒、約１０．４秒である。
【００６６】
以上の実施例から、本発明例によれば、浸漬ノズル内の溶融金属流を旋回させ、旋回流付与による鋳型内流動安定化効果を安定して享受することが可能なことが確認された。
【符号の説明】
【００６７】
２  溶鋼（溶融金属）
２０  タンディッシュ
２１  円柱状空間
２２  流入口
２５  天蓋
２６  第２流入口
２７  ストッパー（絞り機構）
２８  電磁撹拌装置
３０  浸漬ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018030152.tif 000007
【図６】
2018030152.tif 000008
【図７】
2018030152.tif 000009
【図８】
2018030152.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2018030152.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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