(57)【要約】【課題】ブルーム連続鋳造において、鋳型内電磁攪拌によって鋳型内に旋回流を形成するに際し、鋳片のデプレッション発生を低減することのできる連続鋳造方法及び連続鋳造装置を提供する。【解決手段】連続鋳造鋳型１の溶湯を収容する開口部２について、鋳型下端部１２の鋳型断面形状３は半径ＲLが１０ｍｍ以上のコーナーＲ５を有するとともに上下面１４となる部分に鋳片幅の０．５倍以上の平行部７を有し、鋳型上部メニスカス部１１の鋳型断面形状３は、半径ＲUが３０ｍｍ以上のコーナーＲ５を有するとともに、鋳型壁が鋳型外方に向けて湾曲した湾曲部６を有し、相対する鋳型壁間の距離はメニスカス部の最大値ＴUmaxが鋳型下端部ＴLと比較して１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲で増大し、鋳型内の溶湯に水平面内旋回流を発生させることのできる電磁攪拌装置を有しているブルームの連続鋳造方法及び連続鋳造装置。【選択図】図１
2015213946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブルームの連続鋳造方法であって、
連続鋳造鋳型の溶湯を収容する開口部の水平断面形状（以下「鋳型断面形状」という。）について、当該開口部の内部から外部に向かう方向を「鋳型外方」、開口部を構成する壁を「鋳型壁」と呼び、鋳片のうち鋳造後に上下面になる面を「上下面」と呼び、
鋳型下端部の鋳型断面形状は半径１０ｍｍ以上のコーナーＲを有するとともに上下面となる部分に鋳片幅の０．５倍以上の平行部を有し、
鋳型上部メニスカス部の鋳型断面形状は、半径３０ｍｍ以上のコーナーＲを有するとともに、少なくとも相対する２面において鋳型壁が水平面内で鋳型外方に向けて湾曲し、鋳型壁が水平面内で最も鋳型外方に突出する部分において相対する鋳型壁間の距離は鋳型下端部における鋳型壁間の距離と比較して１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲で増大し、
鋳型内の溶湯に水平面内旋回流を発生させることのできる電磁攪拌装置を有し、当該鋳型内電磁攪拌装置により、鋳型内メニスカス位置から深さ３００ｍｍまでの範囲において、固液界面における平均流速が２０ｃｍ／秒以上の水平面内旋回流を形成することを特徴とするブルームの連続鋳造方法。
【請求項２】
ブルームを鋳造するための連続鋳造装置であって、
連続鋳造鋳型の溶湯を収容する開口部の水平断面形状（以下「鋳型断面形状」という。）について、当該開口部の内部から外部に向かう方向を「鋳型外方」、開口部を構成する壁を「鋳型壁」と呼び、鋳片のうち鋳造後に上下面になる面を「上下面」と呼び、
鋳型下端部の鋳型断面形状は半径１０ｍｍ以上のコーナーＲを有するとともに上下面となる部分に鋳片幅の０．５倍以上の平行部を有し、
鋳型上部メニスカス部の鋳型断面形状は、半径３０ｍｍ以上のコーナーＲを有するとともに、少なくとも相対する２面において鋳型壁が水平面内で鋳型外方に向けて湾曲し、鋳型壁が水平面内で最も鋳型外方に突出する部分において相対する鋳型壁間の距離は鋳型下端部における鋳型壁間の距離と比較して１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲で増大し、
鋳型内の溶湯に水平面内旋回流を発生させることのできる電磁攪拌装置を有していることを特徴とするブルームの連続鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブルームの連続鋳造方法及びブルームの連続鋳造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属、例えば鋼の連続鋳造において、連続鋳造鋳型の開口部に溶融金属が注入され、鋳型壁に接する溶融金属が凝固して凝固シェルを形成し、そのまま凝固シェルは下方に引き抜かれ、鋳型下方の二次冷却帯においてサポートロールに支持されつつ凝固を完了して鋳片として引き出される。
【０００３】
連続鋳造鋳片のうち、鋳片幅を鋳片厚みで割った値（縦横比）が１〜１．７程度であり、鋳片断面積が４００〜２０００ｃｍ2程度の形状を有する鋳片はブルームと呼ばれる。鋼ブルームは、条用の鋼材を製造する素材として用いられる。
【０００４】
二次冷却帯で凝固が完了する手前で、固液界面のデンドライト樹間に溶質が濃化した溶湯が、凝固収縮やロール間バルジングを原因とする固液共存相内での流動により、鋳片中心部に移動して中心偏析となる。また凝固収縮によって鋳片中心部にはポロシティが発生することがある。高炭素鋼線材では、中心偏析部にＣやＭｎが濃化するために、初析セメンタイトがオーステナイト粒界に生成したりミクロマルテンサイトが生成し、伸線加工時に断線を引き起こす原因となる。また伸線加工後の靱性も悪くなる。
【０００５】
鋳造後の鋳片断面において、等軸晶比率、特に上面等軸晶率を増大することにより、中心偏析が改善されることが知られている。ここで上面等軸晶率とは、湾曲部と曲げ戻し部を有する連続鋳造装置において、曲げ戻し部を経て鋳造が完了した鋳片の高さ方向中心から上面側における等軸晶率を意味する。
【０００６】
ブルーム連続鋳造において、鋳造したブルームの上面等軸晶率を増大する手段として、鋳型内における電磁攪拌が有効であることが知られている。非特許文献１によると、中炭素鋼及び高炭素鋼をブルーム連続鋳造するに際し、鋳型内電磁攪拌によって鋳型内に攪拌流を形成することにより、鋳型内溶鋼過熱度によらず良好な上面等軸晶率を実現できることが開示されている。電磁攪拌のコイル電流を増大するほど上面等軸晶率が増大する。さらに、上面等軸晶率を増大するとともに凝固末期の鋳片軽圧下を併用し、中心部へのＣの濃化軽減を実現している。
【０００７】
鋳型内電磁攪拌を行うと、連続鋳造用パウダーを巻き込み、これが欠陥となることが知られている（特許文献１）。また特許文献２には、鋳型内電磁攪拌において水平な旋回流の流速を速くすると、パウダー巻き込みや鋳片表面のへこみ、割れといった表面欠陥を誘発するとしている。強さが過大な旋回流を形成すると溶鋼のメニスカスが大きく波打ち、鋳片の表面にへこみ、割れ、二重肌欠陥が発生する。
【０００８】
鋳型断面形状において、鋳片のコーナー部に相当する部分にコーナーＲを設けることが知られている。特許文献３においては、筒型断面の角形ビレットの連続鋳造鋳型として、Ｒ加工を施されたコーナー部を有するものが開示されている。また特許文献４においては、鋳型のコーナーＲが鋳型下部に比べて鋳型上部の方が大きくなっている鋳型が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３００５０２号公報
【特許文献２】特開平１１−３２００５１号公報
【特許文献３】特開平１０−２８６６５２号公報
【特許文献４】特開平８−２４３６８８号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ Vol.3(1990)-265
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ブルーム連続鋳造において、鋳型内電磁攪拌によって鋳型内に旋回流を形成することにより、良好な上面等軸晶率を実現し、センターポロシティを低減できる。旋回流の流速を高めるほど、上面等軸晶率が増大し、センターポロシティが改善される。さらに、上面等軸晶率を増大するとともに凝固末期の鋳片軽圧下を併用することにより、中心部へのＣの濃化を軽減し、鋳片の中心偏析を改善するとともに、センターポロシティを低減することができる。一方、ブルーム連続鋳造において鋳型内電磁攪拌によって鋳型内に旋回流を形成すると、鋳造後の鋳片表面に、図１０（ｃ）に示すような溝が形成される。以下「デプレッション２３」と呼ぶ。電磁攪拌による旋回流速を速めるほど、デプレッション２３の深さが増大する。デプレッションが深くなりすぎると、割れが発生したりこのまま後工程で圧延するとへげ疵、かぶれ疵と称する疵が発生するという問題が発生するため、後工程の圧延前に鋳片手入れを行ってデプレッションを除去する、周囲との段差を小さくする必要が生じる。
【００１２】
本発明は、ブルーム連続鋳造において、鋳型内電磁攪拌によって鋳型内に旋回流を形成するに際し、鋳片のデプレッション発生を低減することのできる連続鋳造方法及び連続鋳造装置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】
【００１３】
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）ブルームの連続鋳造方法であって、
連続鋳造鋳型の溶湯を収容する開口部の水平断面形状（以下「鋳型断面形状」という。）について、当該開口部の内部から外部に向かう方向を「鋳型外方」、開口部を構成する壁を「鋳型壁」と呼び、鋳片のうち鋳造後に上下面になる面を「上下面」と呼び、
鋳型下端部の鋳型断面形状は半径１０ｍｍ以上のコーナーＲを有するとともに上下面となる部分に鋳片幅の０．５倍以上の平行部を有し、
鋳型上部メニスカス部の鋳型断面形状は、半径３０ｍｍ以上のコーナーＲを有するとともに、少なくとも相対する２面において鋳型壁が水平面内で鋳型外方に向けて湾曲し、鋳型壁が水平面内で最も鋳型外方に突出する部分において相対する鋳型壁間の距離は鋳型下端部における鋳型壁間の距離と比較して１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲で増大し、
鋳型内の溶湯に水平面内旋回流を発生させることのできる電磁攪拌装置を有し、当該鋳型内電磁攪拌装置により、鋳型内メニスカス位置から深さ３００ｍｍまでの範囲において、固液界面における平均流速が２０ｃｍ／秒以上の水平面内旋回流を形成することを特徴とするブルームの連続鋳造方法。
（２）ブルームを鋳造するための連続鋳造装置であって、
連続鋳造鋳型の溶湯を収容する開口部の水平断面形状（以下「鋳型断面形状」という。）について、当該開口部の内部から外部に向かう方向を「鋳型外方」、開口部を構成する壁を「鋳型壁」と呼び、鋳片のうち鋳造後に上下面になる面を「上下面」と呼び、
鋳型下端部の鋳型断面形状は半径１０ｍｍ以上のコーナーＲを有するとともに上下面となる部分に鋳片幅の０．５倍以上の平行部を有し、
鋳型上部メニスカス部の鋳型断面形状は、半径３０ｍｍ以上のコーナーＲを有するとともに、少なくとも相対する２面において鋳型壁が水平面内で鋳型外方に向けて湾曲し、鋳型壁が水平面内で最も鋳型外方に突出する部分において相対する鋳型壁間の距離は鋳型下端部と比較して１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲で増大し、
鋳型内の溶湯に水平面内旋回流を発生させることのできる電磁攪拌装置を有していることを特徴とするブルームの連続鋳造装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、鋳型上部メニスカス部の鋳型断面形状において、半径３０ｍｍ以上のコーナーＲを有するとともに、少なくとも相対する２面において鋳型壁が水平面内で鋳型外方に向けて湾曲し、鋳型壁が水平面内で最も鋳型外方に突出する部分において相対する鋳型壁間の距離は鋳型下端部と比較して１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲で増大しているので、鋳型内電磁攪拌装置により、鋳型内メニスカス位置から深さ３００ｍｍまでの範囲において、固液界面における平均流速が２０ｃｍ／秒以上の水平面内旋回流を形成しても鋳片にデプレッションが発生せず、上面等軸晶率を増大させることができる。また、鋳型下端部の鋳型断面形状は半径１０ｍｍ以上のコーナーＲを有するとともに上下面となる部分に鋳片幅の０．５倍以上の平行部を有しているので、圧延工程での疵発生を防止し、従来から用いている円筒形状のロールをそのまま用いることが可能となるとともに、鋳片を積み上げて保管する際の安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の鋳型断面形状の一例を示す図であり、（ａ）はメニスカス部、（ｂ）は鋳型下端部である。
【図２】本発明のメニスカス部における鋳型断面形状の一例を示す図である。
【図３】本発明のメニスカス部における鋳型断面形状の一例を示す図である。
【図４】本発明の鋳型の一例を示す側面断面図である。
【図５】本発明のメニスカス部における鋳型断面形状の一例を示す図である。
【図６】鋳型内旋回流の流速と鋳片上面等軸晶率の関係を示す図である。
【図７】従来例における鋳型内旋回流速とデプレッション指数の関係を示す図である。
【図８−１】メニスカス部の鋳型断面形状におけるコーナーＲと鋳片のデプレッション指数の関係を示す図であり、（ａ）は鋳型壁の湾曲部が存在しない場合、（ｂ）は湾曲部が存在しＴUmax−ＴL＝１０ｍｍの場合である。
【図８−２】メニスカス部の鋳型断面形状におけるコーナーＲと鋳片のデプレッション指数の関係を示す図であり、（ｃ）は湾曲部が存在しＴUmax−ＴL＝３０ｍｍの場合、（ｄ）は湾曲部が存在しＴUmax−ＴL＝６０ｍｍの場合である。
【図９】鋳型下端部の鋳型断面形状におけるコーナーＲの曲率半径と疵発生指数との関係を示す図である。
【図１０】鋳片断面形状であり、（ａ）は鋳型内の旋回流を示す図、（ｂ）はその結果生じた凝固シェル発達状況、（ｃ）はその結果生じた鋳片デプレッションをそれぞれ示す図である。
【図１１】メニスカス部における鋳型断面形状にコーナーＲのみを形成した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜５に基づいて本発明を説明する。
【００１７】
本発明は、溶融金属、特に鋼のブルーム連続鋳造を対象とする。ブルームとは、前述のように、鋳片幅を鋳片厚みで割った値（縦横比）が１〜１．７程度であり、鋳片断面積が
４００〜２０００ｃｍ2程度の形状を有する鋳片を意味する。
【００１８】
連続鋳造鋳型１は、溶湯を収容する開口部２を有し、開口部２の四周は水冷銅鋳型によって囲まれている。鋳型の開口部内に溶湯が注入され、周囲の銅鋳型に冷却されて凝固シェルが形成され、凝固シェルは下方に引き抜かれていく。ここでは鋳型開口部の水平断面形状を「鋳型断面形状３」と呼ぶ。また、当該開口部の内部から外部に向かう方向を「鋳型外方１３」、開口部を構成する壁を「鋳型壁４」と呼ぶ。
【００１９】
鋳型から下方に引き抜かれた後、鋳片は温度低下とともに収縮するので、鋳型下端部１２における開口部２の大きさは鋳片サイズよりも若干大きな値を取る。ここでは鋳型下端部１２の開口幅を、長辺側についてＷL、短辺側についてＴLとおく（図１（ｂ））。また、鋳型内でも凝固シェルはメニスカス部１１から鋳型下端部１２に至るまでに温度低下とともに収縮するので、メニスカス部１１の開口幅は鋳型下端部１２の開口幅よりも大きくすることが多い。ここではメニスカス部１１の開口幅を、長辺側についてＷU、短辺側についてＴUとおく（図１（ａ））。メニスカス部１１と鋳型下端部１２で幅（厚み）を異ならせる場合、通常は０．３％程度の変化量とする。
【００２０】
連続鋳造鋳型１の外側に電磁攪拌装置の電磁コイル８を配置し（図４参照）、電磁コイル８に交流電流を流すことにより、鋳型内の溶湯に水平面内での旋回流２４を形成することができる（図１０（ａ）参照）。印加電流を高めるほど、旋回流速を速くすることができる。旋回流速を種々変更し、旋回流速と鋳造した鋳片の上面等軸晶率の関係を調査した結果を図６に示す。尚、旋回流速とは、鋳型内メニスカス位置から深さ３００ｍｍまでの範囲の凝固界面前面の流速をいう。鋳造した品種は０．８０〜０．８３％の炭素濃度範囲のＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ脱酸を行った高炭素線材用鋼、鋳造するブルームサイズは３００〜５００ｍｍであり、鋳型内の溶鋼過熱度を２３〜２６℃の範囲としている。旋回流速としては、凝固界面平均流速を採用した。
【００２１】
凝固シェル前面の溶鋼流速は、デンドライト傾角の測定を行い、下記式（１）に示す岡野の式（例えば、「鉄と鋼、vol.93(2007)No.9、５６６頁」参照）を用いて算出した。デンドライト傾角の測定は、鋳造された鋳片から鋳造方向断面および鋳造方向直角断面より試片を切り出し、酸により腐食した後、倍率５倍で凝固組織を撮像し、鋳片表層の一次デンドライトアームの鋳片表面での法線に対する角度を測定することによって行った。また、メニスカスからの深さ方向のデータを得るために、この測定を鋳片表層から電磁撹拌装置８のコアの下端位置まで行った。
lnＶ＝（θ＋9.73×lnｆ＋33.7）／（1.45×lnｆ＋12.5）    ・・・（１）
ここで、Ｖ：溶鋼流速（ｃｍ／秒）、θ：デンドライト傾角（度）、ｆ：凝固速度（ｃｍ／秒）を示す。
【００２２】
図６から明らかなように、旋回流速が速くなるほど鋳片の上面等軸晶率が増大し、流速を２０ｃｍ／秒以上とすることにより、上面等軸晶率を３０％以上、望ましくは３５％以上とすることができる。なお、この条件において下面等軸晶率は４０％以上を確保することができている。
【００２３】
一方、鋳型内電磁攪拌によって鋳型内に旋回流を形成すると、鋳造後の鋳片２１表面に図１０（ｃ）に示すようなデプレッション２３が発生する。ここで、デプレッション指数を通常の平行銅板を組み合わせた矩形鋳型にて電磁撹拌を付与する事により鋳型内メニスカス位置から深さ３００ｍｍまでの範囲において凝固界面前面流速が２０ｃｍ／秒となった場合のデプレッションの発生量を１として、電磁撹拌装置の電流値を変化させる事により鋳型内メニスカス位置から深さ３００ｍｍまでの範囲の凝固界面前面の平均流速を変化させた場合のデプレッション発生量を除した値として定義する。ここでデプレッション発生量は、ブルームの単位鋳造長さ当たりの、ブルーム鋳片の４面すべてのデプレッション発生量を測定し、個／ｍとして評価した。図７に示すように、旋回流速を速くするほどデプレッション指数が増大する。
【００２４】
図１０（ａ）に示すように鋳型上部において溶湯に旋回流２４を形成すると、鋳型下端付近における凝固シェル２２の水平断面形状は図１０（ｂ）に示すような形状となる。旋回流が衝突する部分２５の凝固シェル形成速度が遅く、凝固シェル厚が薄くなるためと考えられる。そして、鋳型下端付近で凝固シェル厚が薄くなった部分において、鋳造後の鋳片形状に図１０（ｃ）に示すようなデプレッション２３が形成されていることがわかる。
【００２５】
本発明は第１に、図１１に示すように、鋳型上部のメニスカス部１１の鋳型断面形状３において四隅にコーナーＲ５を形成することにより、デプレッションを低減することができる。図１１に示すようなメニスカス部１１の鋳型断面形状３のコーナーＲ５の曲率半径を種々変化させたときのデプレッション指数を図８−１（ａ）に示す。なお、図８−１及び後述の図８−２において、各図の右上に記載の２０〜５０ｃｍ／秒の記載は、鋳型内の旋回流速を意味している。図８−１（ａ）から明らかなように、コーナーＲ５の曲率半径ＲUを大きくするほど、デプレッション指数を低減することができる。コーナーＲ５を設けることにより、旋回流による凝固シェルへの衝突流が軽減されるためであろうと推定される。ただし、コーナーＲの曲率半径ＲUを大きくするのみでは、デプレッション指数を完全に抑え込むことはできない。
【００２６】
鋳型断面形状は、鋳造する鋳片形状とほぼ等しい形状を有するものであり、ブルームは形状が矩形であることから、鋳型断面形状も通常は矩形とする。本発明においても、後述するように、鋳型下端部の鋳型断面形状は原則としてコーナーＲを有する矩形である（図１（ｂ）参照）。
【００２７】
それに対して本発明は第２に、図１（ａ）に示すように、メニスカス部１１の鋳型断面形状３として、上記のようにコーナーＲ５を形成すると同時に、少なくとも相対する２面において鋳型壁が水平面内で鋳型外方に向けて湾曲させた湾曲部６を有することにより、デプレッションをさらに低減することを可能にする。図１（ａ）では長辺面１５に湾曲部６を形成している。
【００２８】
鋳型壁を鋳型外方に向けて湾曲させた一事例を図１に基づいて説明する。ブルームサイズが３００ｍｍ×５００ｍｍの場合であり、ＴＬ＝３００ｍｍ、ＷＬ＝５００ｍｍとしている。従来の通常鋳型であれば、メニスカス部の鋳型サイズはＴU＝３０１ｍｍ、ＷU＝５０９ｍｍとしている。図１（ａ）はメニスカス部１１の鋳型断面形状３、図１（ｂ）は鋳型下端部１２の鋳型断面形状３を示している。鋳型下端部１２において、鋳型断面形状３は半径ＲＬが１０ｍｍのコーナーＲ５を有し、ＴＬ×ＷＬの矩形である。それに対してメニスカス部１１においては、四隅に半径ＲUが３０ｍｍのコーナーＲ５を形成しており、鋳型の長辺面１５については、曲率半径ＲＧが約８２０ｍｍの湾曲形状であり、鋳型外方に向けて湾曲した湾曲部６を形成している。このような形状とすることにより、鋳型壁が水平面内で最も鋳型外方に突出する部分は長辺中央であり、長辺中央において相対する鋳型壁間の距離ＴUmaxは３１０ｍｍとなり、鋳型下端部の鋳型壁間の距離ＴＬ（ＴＬ＝３００ｍｍ）と比較して１０ｍｍ突出している（図１（ａ））。
【００２９】
上記図１に記載した鋳型断面形状を有する鋳型を用い、湾曲部の突出量（ＴUmax−ＴL）を１０〜６０ｍｍで変化させ、さらにコーナーＲ５の曲率半径ＲUと鋳型内の旋回流速を種々変化させたときのデプレッション指数を図８−１（ｂ）〜図８−２（ｄ）に示す。メニスカス部１１の鋳型断面形状３において、長辺面１５を鋳型外方に湾曲させた結果、コーナーＲ５を設けることとあいまって、デプレッション指数を完全に抑え込むことが可能になった。図８−１（ｂ）〜図８−２（ｄ）から明らかなように、メニスカス部１１において鋳型壁の湾曲により鋳型壁間距離ＴUmaxが鋳型下端の鋳型間距離ＴUに比較して１０ｍｍ以上増大しており、かつメニスカス部１１の鋳型断面形状３におけるコーナーＲ５の半径ＲUが３０ｍｍ以上であれば、鋳型内の旋回流速が４０ｃｍ／秒以下の条件においてデプレッション指数を０とすることができる。旋回流速を４０ｃｍ／秒とすれば上面等軸晶率は４０％となり、これ以上流速を増加させても等軸晶率はそれほど増加しないし、パウダー巻込みの可能性が大きくなる傾向なので、旋回流速４０ｃｍ／秒以下の範囲においてデプレッション指数を０と出来れば十分である。尚、湾曲部の突出量が大きくなるほどデプレッション指数の改善効果が増大する（図８−１（ｂ）〜図８−２（ｄ））。
【００３０】
メニスカス部１１における鋳型間距離ＴUmaxを鋳型下端に比較して増大した場合、図４に示すように、メニスカス部１１から鋳型下端部１２にかけて鋳型間距離を徐々に狭める形状を設ける必要がある。メニスカス部１１と鋳型下端部１２との間の距離は通常９００ｍｍ程度であり、この程度の距離の間で凝固シェル品質を維持しつつ鋳型間距離を狭めるにあたっては、鋳型下端に比較したメニスカス部の鋳型間距離増大量（ＴUmax−ＴL）を６０ｍｍ以下（片側３０ｍｍ以下）とすることが好ましい。また、既設の連続鋳造装置を改造することによって本発明を実現する場合、鋳型間距離増大量が大きすぎると改造可能範囲を超えてしまうが、鋳型間距離増大量が６０ｍｍ以下程度であれば、改造可能範囲に収めることができる。
【００３１】
そこで本発明においては、鋳型上部メニスカス部１１の鋳型断面形状３は、半径ＲUが３０ｍｍ以上のコーナーＲ５を有するとともに、少なくとも相対する２面において鋳型壁が水平面内で鋳型外方に向けて湾曲し、鋳型壁が水平面内で最も鋳型外方に突出する部分において相対する鋳型壁間の距離は鋳型下端部と比較して１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲で増大することとした。
【００３２】
メニスカス部の鋳型断面形状３において、断面積が小さくなると、鋳型内溶湯の湯面位置制御のための渦流式センサーと鋳型壁との距離が小さくなり、湯面レベルセンサーの感度が低下し、湯面レベル制御精度が低下する。本発明においては湾曲部６を有しているので、メニスカス部のコーナーＲ半径が大きくなっても断面積が小さくなることがなく、この問題を回避できる。
【００３３】
鋳型壁が水平面内で鋳型外方に向けて湾曲した部分を、前述のとおり「湾曲部６」と呼ぶ。湾曲部６を形成するための形状としては、図１（ａ）に示すように、湾曲部６全体を大きな単一の曲率半径ＲGを有する形状とし、コーナーＲ５部とスムーズに接続するように設けると好ましい。あるいは、図２（ａ）に示すように、湾曲部６の幅中央付近を大きな曲率半径ＲG1、コーナーＲ５部と接続する部分をそれよりも小さな曲率半径ＲG2とすることもできる。図２（ｂ）に示すように、湾曲部６の幅中央付近を直線とし、当該直線部とコーナーＲ５部との間を大きな曲率半径ＲGの曲線でスムーズに接続することもできる。
【００３４】
図１〜２に示す例はいずれも、鋳型壁が曲面を形成する部分については、曲率の中心が鋳型壁の溶湯側に存する。このような場合を「内に凹」と称する。逆に曲率の中心が鋳型壁の反溶湯側に存する場合を「内に凸」と称することとする。本発明において、鋳型壁のいずれの場所においても内に凹、又は平面であるとすると好ましい。図５に示すように、一部に内に凸の部分１８が存在してもかまわないが、その場合には、水平断面内で内に凸の部分１８の始まり部１９の鋳型壁角度と終わり部１９の鋳型壁角度の角度差θが５°以下となる程度とすると好ましい。
【００３５】
湾曲部６を形成する鋳型壁は、図１、２に示すように、少なくとも相対する２面であればよい。縦横比が１ではない長方形の鋳型断面の場合、湾曲部を形成する２面としては、長辺面１５と短辺面１６のいずれをも選択可能であるが、長辺面１６を選択すると好ましい。また、図３に示すように、鋳型壁の４面のすべてに湾曲部６を形成することとしても良い。
【００３６】
次に、鋳型下端部１２における鋳型断面形状３について説明する。
【００３７】
従来の通常のブルーム連続鋳造装置において、鋳型下端部の鋳型断面形状は矩形である。そのため、鋳造後の鋳片断面形状も矩形となる。このような形状の鋳片を用いて熱間圧延を行うと、コーナーの稜線部が折れ込んで疵となり、後工程で手入れを要するといった問題が発生していた。そこで、当該疵の発生を防止すべく、鋳型下端部１２の鋳型断面形状３において、四隅にコーナーＲを形成し、それによって鋳片断面形状の四隅にコーナーＲを付与する試験を行った（図９）。その結果、図１（ｂ）に示すように、鋳型下端部１２の鋳型断面形状３として四隅にコーナーＲ５を形成し、コーナーＲ部の曲率半径ＲLを１０ｍｍ以上とすることにより、疵発生を防止できることが明らかとなった。そこで本発明においては、鋳型下端部１２の鋳型断面形状３は半径ＲLが１０ｍｍ以上のコーナーＲ５を有するものとする。
【００３８】
前述のように、本発明においては、メニスカス部１１の鋳型断面形状３について鋳型壁が水平面内で鋳型外方に向けて湾曲した湾曲部６を形成している。そのため、鋳型下端部１２においてもこの湾曲形状をそのまま、あるいは一部残存した形状とすることもできる。一方、鋳型下端部から引き抜かれた鋳片のうち鋳造後に上下面になる面（以下「上下面１４」という。）がすべて曲線から形成される、あるいは平行な直線部が少ないと、鋳型の下方に配置するサポートロールの形状も、通常の円筒形状ではなく、鋳片の曲線に一致した表面形状を持たせる必要が生じる。また、鋳造が完了した鋳片の上下面に平行な直線部が少ないと、鋳片を積み上げて保管する際の安定性を損なうこととなる。そこで本発明においては、鋳型下端部１２の鋳型断面形状３として、上述のとおり半径ＲLが１０ｍｍ以上のコーナーＲ５を有するとともに、上下面１４となる部分に鋳片幅の０．５倍以上の平行部７を有することとした（図１（ｂ）参照）。これにより、鋳型下方のサポートロール帯におけるサポートロール形状として、従来から用いている円筒形状のロールをそのまま用いることが可能となるとともに、鋳片を積み上げて保管する際の安定性を確保することができる。
【００３９】
ただし、コーナーＲの半径ＲLが大きすぎたり、あるいは上下面の平面部が少なく鋳片の長辺面が湾曲しているような形状では、鋳片の断面積が小さくなるので、単位長さあたりの鋳片質量が小さくなり、生産性が悪くなる。あるいは生産性を維持しようとすれば鋳造速度を速くする必要があり、湯面レベルの制御性が低下し、パウダー巻き込み等の品質不良が増加する。疵発生防止の点から、鋳型下端部１２の鋳型断面形状３は半径ＲLが１０ｍｍ以上のコーナーＲ５を有する矩形とするが、上記のような生産性確保、湯面制御性の確保の点からコーナーＲ５は５０ｍｍ以下とするのが望ましい。
【００４０】
本発明のブルームの連続鋳造装置は、以上述べたような連続鋳造鋳型を有するとともに、鋳型内の溶湯に水平面内旋回流を発生させることのできる電磁攪拌装置を有している。図４に示すように、鋳型１の周囲に電磁攪拌コイル８を設けて旋回流を発生させる。電磁攪拌装置としては、鋳型内メニスカス位置から深さ３００ｍｍまでの範囲において、固液界面における平均流速が２０ｃｍ／秒以上の水平面内旋回流を形成することができる装置であればよい。電磁撹拌装置は矩形鋳型の二面に移動磁場を発生可能な電磁コイルを有する構造、４面に移動磁場を発生可能な電磁コイルを有する構造、４面の周囲に円弧状の電磁コイルを有する構造のいずれであってもよく、鋳型内溶鋼に電磁力を付与し所望の凝固界面前面流速が確保されれば良い。上記電磁撹拌コイルの型式は連続鋳造設備の構造に応じて適宜選択すれば良い。
【００４１】
次に、上記本発明のブルームの連続鋳造装置を用いた連続鋳造方法について説明する。
【００４２】
本発明の連続鋳造装置が有する電磁攪拌装置を用い、鋳型内メニスカス位置から深さ３００ｍｍまでの範囲において、固液界面における平均流速が２０ｃｍ／秒以上の水平面内旋回流を形成する。これにより、例えばＣ含有量が０．４〜１．２質量％の高炭素鋼を製造するに際し、図６に示すように、鋳造後鋳片の上面等軸晶率を３０％以上とすることができる。これにより、鋳片の中心偏析とセンターポロシティを低減することができる。また、下面等軸晶率は通常でも４０％以上確保できており、上記のように上面等軸晶率を増大することにより、上面と下面の等軸晶率が均質化する。さらに、サポートロール帯において鋳片を軽圧下することにより、鋳片の中心偏析とセンターポロシティはさらに改善される。軽圧下パターンとしては、鋳片の中心固相率が０．１に相当する温度となる時点から流動限界固相率である中心部固相率０．７となる時点までの領域を単位時間当たり０．５ｍｍ／分以上２．５ｍｍ／分未満の割合で連続的に引き抜くパターンで各ロールの圧下量が０．５ｍｍ／分〜２．５ｍｍ／分の範囲とすればよい。
【００４３】
本発明の鋳型上部メニスカス部１１の鋳型断面形状３は、半径ＲUが３０ｍｍ以上のコーナーＲ５を有するとともに、少なくとも相対する２面において鋳型壁が水平面内で鋳型外方に向けて湾曲した湾曲部６を形成し、鋳型壁が水平面内で最も鋳型外方に突出する部分において相対する鋳型壁間の距離ＴUmaxは鋳型下端部１２の鋳型間距離ＴLと比較して１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲で増大しているので、上記のように電磁攪拌で鋳型内に流速２０ｃｍ／秒以上の旋回流を発生させても、鋳造後の鋳片にデプレッションが発生することを防止できる。
【００４４】
本発明はまた、鋳型下端部１２の鋳型断面形状３は半径ＲLで１０ｍｍ以上のコーナーＲ５を有するとともに上下面となる部分に鋳片幅の０．５倍以上の平行部７を有している。そのため、鋳造後の鋳片には半径１０ｍｍ以上のコーナーＲが形成され、圧延工程での疵発生を防止することができる。また、鋳片は上下面に上述の平行部を有しているため、従来から用いている円筒形状のロールをそのまま用いることが可能となるとともに、鋳片を積み上げて保管する際の安定性を確保することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  鋳型
２  開口部
３  鋳型断面形状
４  鋳型壁
５  コーナーＲ
６  湾曲部
７  平行部
８  電磁コイル
１１  メニスカス部
１２  鋳型下端部
１３  鋳型外方
１４  上下面
１５  長辺面
１６  短辺面
１７  従来鋳型の鋳型壁
１８  内に凹の部分
１９  始まり部
２０  終わり部
２１  鋳片
２２  凝固シェル
２３  デプレッション
２４  旋回流
２５  旋回流が衝突する部分
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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