(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内の溶鋼湯面近傍の溶鋼を電磁攪拌しつつ鋼を連続鋳造する方法であって、
連続鋳造時、鋳型内の溶鋼湯面下方の鋳型の短辺壁面と相対する側壁部に設けた２つの吐出孔とつながったスリット状の吐出孔を底壁に形成した浸漬ノズルを用いて、
鋳型上部の各長辺の中央部分は鋳型の外側に凸に湾曲した湾曲部を有し、鋳型下部に向かうにつれて前記湾曲部の湾曲が小さくなって鋳型下部では前記湾曲部がない鋳型に給湯する際、
前記浸漬ノズルの底壁に形成したスリット状の吐出孔の厚み方向の幅ａと、鋳型の前記湾曲部と前記浸漬ノズルの下端との最短水平距離ｂとの関係が、前記最短水平距離ｂが５０mm以上で、ａ／ｂ≦０．５となるようにして連続鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型内に溶鋼を供給して鋳片を製造する鋼の連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造時、鋳型内の溶鋼湯面（以下、メニスカスという）付近には溶鋼中の気泡が浮上してくるので、特にメニスカス位置の凝固シェルに前記浮上してきた気泡が捕捉されやすい。
【０００３】
捕捉された気泡は、圧延時に表面疵となる場合があることから、鋼の連続鋳造においては、鋳片の表面性状を改善するため、鋳型のメニスカス位置近傍の外周部に設置した電磁攪拌装置を用いて鋳型内の溶鋼を攪拌して流動させることが一般的に行われている。
【０００４】
鋳型内溶鋼の前記電磁攪拌によって発生する凝固シェルの前面の溶鋼流れにより、溶鋼中の気泡が凝固シェルに捕捉されることを抑制することができる。
【０００５】
しかしながら、鋳型の長辺中央部では浸漬ノズルと長辺壁面との距離が狭くなるので、電磁攪拌によって発生する鋳型内溶鋼のメニスカス位置における水平面の溶鋼流れが停滞する。
【０００６】
また、メニスカス位置における鋳型の短辺部分では短辺に向かう吐出流が短辺壁面と衝突して短辺壁面に沿って上昇し、メニスカス位置において鋳型の長辺中央部に向かう流れとなるので、前記電磁攪拌によって発生する溶鋼流れと干渉して溶鋼流れが停滞する。この溶鋼流れの停滞部分では気泡が凝固シェルに捕捉されやすくなる。
【０００７】
そのため、メニスカス位置における鋳型の長辺中央部の凝固シェル前面に一様な流速を持つ攪拌流が求められてきた。
【０００８】
例えば特許文献１には、鋳型の短辺壁面と相対する左右の吐出孔を側壁に対称となるように配置し、底壁には一端が右吐出孔に、他端が左吐出孔に達する一本のスリットを配した浸漬ノズルを用いた鋼の連続鋳造法が開示されている。
【０００９】
しかしながら、発明者が特許文献１で開示された連続鋳造方法について調査したところ、スリットの幅が大きくなると鋳型の長辺壁面に衝突した吐出流が鋳型の長辺壁面に沿って形成された凝固シェルを溶解させ、再溶解に伴う鋳片表面疵や最悪の場合ブレイクアウトなどにより操業に悪影響を及ぼすことが判明した。また、溶鋼流れが停滞する鋳型の長辺中央部に気泡等の浮上量が増加し、鋳型の長辺中央部で欠陥が増加することも判明した。
【００１０】
また、特許文献２には、電磁攪拌装置側に向かって凸に湾曲した鋳型を使用して鋼を連続鋳造することが開示されている。
【００１１】
しかしながら、電磁攪拌装置側に向かって凸に湾曲した鋳型を使用した連続鋳造の場合、鋳型の長辺端部で溶鋼と電磁攪拌装置との距離が大きくなって溶鋼流れが小さくなる。加えて、発明者が調査したところ、前記小さくなった鋳型の長辺端部での溶鋼流れと鋳型の短辺壁面からの吐出反転流が干渉して溶鋼流れが停滞、または電磁攪拌による流動と逆方向の流れとなることが判明した。そのため、鋳型と浸漬ノズルとの距離または鋳型の凸部の大きさに制約が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−３４３１８８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２４６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする問題点は、従来技術では、メニスカス位置における鋳型の長辺中央部の凝固シェル前面に一様な流速を持つ攪拌流を得ることが難しいという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、
メニスカス位置における鋳型の長辺中央部の凝固シェル前面に一様な流速を持つ攪拌流を得るようにするために、
鋳型内のメニスカス近傍の溶鋼を電磁攪拌しつつ鋼を連続鋳造する方法であって、
連続鋳造時、鋳型内のメニスカス下方の鋳型の短辺壁面と相対する側壁部に設けた２つの吐出孔とつながったスリット状の吐出孔を底壁に形成した浸漬ノズルを用いて、
鋳型上部の各長辺の中央部分は鋳型の外側に凸に湾曲した湾曲部を有し、鋳型下部に向かうにつれて前記湾曲部の湾曲が小さくなって鋳型下部では前記湾曲部がない鋳型に給湯する際、
前記浸漬ノズルの底壁に形成したスリット状の吐出孔の厚み方向の幅ａと、鋳型の前記湾曲部と前記浸漬ノズルの下端との最短水平距離ｂとの関係が、前記最短水平距離ｂが５０mm以上で、ａ／ｂ≦０．５となるようにして連続鋳造することを最も主要な特徴としている。
【００１５】
本発明では、浸漬ノズルの底壁に形成したスリット状の吐出孔の厚み方向の幅ａと、鋳型の各長辺の中央部分に形成した湾曲部と浸漬ノズルの下端との最短水平距離ｂの関係を最適範囲に規定することで、メニスカス位置における鋳型の長辺中央部の凝固シェル前面に一様な流速を持つ溶鋼流れを得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、メニスカス位置における水平面の凝固シェル前面に幅方向に一様な流速を持つ溶鋼流れを得ることができるので、鋳型の長辺中央部と長辺端部での溶鋼流れの停滞がおこらず、鋳型の長辺中央部の凝固シェルが再溶解することがない。従って、メニスカス位置における鋳型の長辺中央部及び長辺端部で凝固シェルへの気泡の捕捉を防止でき、良好な表面品質を有する鋳片をトラブルなく鋳造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の鋼の連続鋳造方法に使用する鋳型形状と浸漬ノズルの形状及び両者の相対位置関係を説明する図で、（ａ）は平面方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ方向から見た図である。
【図２】鋳片の長辺中央部における気泡捕捉密度を算出した際の長辺中央部のサンプル位置を説明する図である。
【図３】鋳片の長辺端部における気泡捕捉密度を算出した際の長辺端部のサンプル位置を説明する図である。
【図４】表１，２を基に作成した、電磁ブレーキを併用しない場合と併用した場合における、浸漬ノズルの底壁に形成したスリット状の吐出孔の厚み方向の幅ａと、鋳型の長辺中央部に形成した湾曲部と浸漬ノズルの下端との最短水平距離ｂとの比ａ／ｂと、鋳造状況の関係を示した図である。
【図５】表１，２を基に作成した、電磁ブレーキを併用しない場合と併用した場合における、浸漬ノズルの底壁に形成したスリット状の吐出孔の厚み方向の幅ａと、鋳型の長辺端部の気泡捕捉指数の関係を示した図である。
【図６】表１，２を基に作成した、電磁ブレーキを併用しない場合と併用した場合における、鋳型の長辺中央部と浸漬ノズルの下端との最短水平距離ｂ´又はｂと、鋳型の長辺中央部の気泡捕捉指数の関係を示した図である。
【図７】表１を基に作成した、電磁ブレーキを併用しない場合における、ａ／ｂ´又はａ／ｂと鋳型の長辺端部の気泡捕捉指数の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明では、メニスカス位置における鋳型の長辺中央部の凝固シェル前面に一様な流速を持つ攪拌流を得るという目的を、浸漬ノズルの底壁に形成したスリット状の吐出孔の厚み方向の幅ａと、鋳型の各長辺の中央部分に形成した湾曲部と浸漬ノズルの下端との最短水平距離ｂの関係を最適範囲に規定することで実現した。
【実施例】
【００１９】
先ず、本発明の鋼の連続鋳造方法についての新しい着想について説明する。
電磁攪拌装置により鋳型の長辺方向に移動磁場を印加した際、鋳型の長辺壁面の凝固シェル前面における鋳型の長辺方向の溶鋼流れは、鋳型の長辺中央部及び長辺端部において停滞しやすい。
【００２０】
そこで、発明者は、鋳型の長辺中央部を、電磁攪拌装置を設けた鋳型の外側に凸に湾曲させることにより、鋳型の長辺中央部での溶鋼流れの停滞を防止するのと共に、通常の浸漬ノズルの底壁にスリット状の吐出孔（以下、スリットという）を設けて鋳型の短辺に向かう吐出流を弱めることにより、鋳型の長辺端部での溶鋼流れの停滞を防止できると考えた。
【００２１】
しかしながら、発明者が調査したところ、底壁にスリットを設けた浸漬ノズルの場合、特に高スループット鋳造で下方向の吐出流が鋳型の長辺壁面に沿って形成された凝固シェルに衝突して当該凝固シェルが再溶解し、溶鋼が漏れ出すトラブルが発生する場合があることが分かった。
【００２２】
また、単純に鋳型の長辺中央部を鋳型の外側に凸に湾曲させた鋳型と、浸漬ノズルの底壁にスリットを設けた浸漬ノズルを組み合わせるだけで、鋳型の長辺中央部に形成した湾曲部と浸漬ノズル下端との最短水平距離と、浸漬ノズルの底壁のスリットの幅を調節しない場合、前記の流動停滞や鋳型の長辺中央部の凝固シェルの再溶解が防止できないことが分かった。
【００２３】
本発明は上記新しい着想に基づき、次に説明する実験を経てなされたものである。
【００２４】
〔実験Ａ〕
両長辺壁面が直線の横断面矩形状の鋳型内に、底壁にスリットを設けた浸漬ノズルを、当該浸漬ノズルの下端と鋳型の各長辺壁面との最短水平距離ｂ´を３７．５mmとして鋳型の両短辺方向に向けて設置し、１分当たり４．０トンの溶鋼を注入しながら、鋳型内の溶鋼に電磁攪拌装置により移動磁場を印加しつつ鋼を連続鋳造した。
【００２５】
次に、鋳型上部の各長辺の中央部分は電磁攪拌装置側に凸に湾曲した湾曲部を有し、鋳型下部に向かうにつれて前記湾曲部の湾曲が小さくなって鋳型下部では前記湾曲部がない鋳型を使用し、前記湾曲部の凸湾曲量を変化させることで、鋳型の前記湾曲部と浸漬ノズルの下端との最短水平距離ｂを変化させて上記と同様の条件で鋳造を行った。
【００２６】
鋳造結果を下記表１に示す。
下記表１には、連続鋳造に使用した浸漬ノズルの底壁に設けたスリットの幅ａと、前記最短水平距離ｂ´又はｂと、これらの関係ａ／ｂ´又はａ／ｂと、ブレイクアウトの発生の有無と、鋳型の長辺中央部と長辺端部での気泡の捕捉密度指数、および請求項１を満たすか否かを示す。
【００２７】
また、図１に鋳型１の長辺中央部１ａ及び長辺端部１ｂの位置、および浸漬ノズル２の２つの吐出孔２ａとつながって、浸漬ノズル２の底壁に設けたスリット２ｂの幅ａと、鋳造時における鋳型１の長辺中央部１ａに設けた湾曲部１ｃと浸漬ノズル２の下端との最短水平距離ｂを示す。
【００２８】
下記表１におけるブレイクアウトの欄は、ブレイクアウトが発生しなかった場合を〇、ブレイクアウトが発生した場合を×とした。また、ブレイクアウトは発生しなかったが、鋳型の長辺中央部の浸漬ノズルの下端から鋳片引抜方向に１００mm隔てた位置の鋳型内に設置した熱電対の温度が、同じ高さ位置の鋳型長辺の短辺寄りの位置に設置した他の熱電対の温度の平均値よりも１．２倍以上上昇した場合を△とした。
【００２９】
また、気泡の捕捉密度指数は、鋳片中に捕捉された気泡捕捉密度を指数化したもので、底壁にスリットがなく、縦７０mm、横５５mmの２つの吐出孔を有する浸漬ノズルを、２つの吐出孔が鋳型の両短辺方向に向くように設置し、前記最短水平距離ｂ´が３７．５mmで、鋳型の両長辺壁面が直線の横断面矩形状の鋳型を使用した場合の気泡捕捉密度を１とした。
【００３０】
すなわち、気泡捕捉密度が１より大きい場合は、前記鋳造条件で鋳造した鋳片よりも気泡の捕捉量が増加し、気泡捕捉密度が１より小さい場合は、前記鋳造条件で鋳造した鋳片よりも気泡の捕捉量が減少したことを意味する。
【００３１】
鋳型の長辺中央部での気泡捕捉密度は、図２に示すように、鋳造した鋳片３の長辺の中央から長辺の両端方向に各１００mm（合計２００mm）、短辺の両端から短辺の中央方向に１０mm、鋳造方向に１０mmのサンプル４を作製した後、当該サンプル４にＸ線を透過させて気泡数を測定し、サンプル４の体積で測定した気泡数を除して算出した。
【００３２】
一方、鋳型の長辺端部での気泡捕捉密度は、図３に示すように、鋳造した鋳片３の長辺の両端から５０mmの位置より長辺の中央方向に１００mm、短辺の両端から短辺の中央方向に１０mm、鋳造方向に１０mmのサンプル４を作製した後、当該サンプルにＸ線を透過させて気泡数を測定し、サンプルの体積で測定した気泡数を除して算出した。
【００３３】
なお、ブレイクアウトが発生したものについては、ブレイクアウトが発生する以前に鋳造した部分より気泡捕捉密度の調査を行った。
【００３４】
また、請求項１の欄は、それぞれの請求項を満たす場合は〇、満たさない場合は−とした。
【００３５】
【表１】
0006451380.tif 000002
【００３６】
表１及び表１を基に作成した図４より、実験Ａでブレイクアウトが発生した実施番号１１，１４，１６，１７はａ／ｂ´又はａ／ｂが０．６を超えていた。また、ａ／ｂ´又はａ／ｂが０．５を超え、０．６以下の実施番号８，１２では、ブレイクアウトは発生しなかったが、鋳型の長辺中央部における浸漬ノズルの下端から鋳片引抜方向に１００mm隔てた位置の鋳型内に設置した熱電対の温度が、同じ高さ位置の鋳型長辺の短辺寄りの位置に設置した他の熱電対の温度の平均値よりも１．２倍以上上昇した。
【００３７】
これは、実施番号８のａ／ｂ´（＝０．５３）を超える条件では、ブレイクアウトが発生する可能性があることを示唆している。実際に、例えば実施番号１２ではブレイクアウトが発生せずに鋳型の長辺中央部における温度が上昇しただけであったが、実施番号１２よりも前記スリットの幅ａ、すなわちａ／ｂを大きくした実施番号１７ではブレイクアウトが発生した。そのため、確実にブレイクアウトを防ぐためには、ａ／ｂを０．５より小さい値にすることが望ましいことが判明した。
【００３８】
また、表１及び表１を基に作成した図５より、浸漬ノズルの底壁に設けたスリットの幅ａが１０mmの実施番号５〜７では、鋳型の長辺端部の気泡捕捉指数が１．２又は０．８と十分に減少しなかったが、前記スリットの幅ａが２０mm以上の実施番号８〜１８では、鋳型の長辺端部の気泡捕捉指数が０．２又は０．１となり、顕著に減少した。
【００３９】
また、表１及び表１を基に作成した図６より、鋳型上部の各長辺中央部分に湾曲部を設けた、前記最短水平距離ｂが５０mm以上の実施番号２〜４，６，７，９，１０，１２〜１５，１７，１８では、鋳型の長辺中央部の気泡捕捉指数は０．５以下となり、顕著に減少した。
【００４０】
上記実験Ａでは、底壁にスリットがなく、両短辺方向に向けて設置する、縦７０mm、横５５mmの２つの吐出孔を有する浸漬ノズルを使用した場合を基準としたが（気泡捕捉密度が１）、前記吐出孔のサイズが変わった場合は、その変わったサイズでの気泡捕捉密度を１として、上記と同様な方法で好適なスリットの幅ａを求めることができることは言うまでもない。
【００４１】
上記実験Ａにより、浸漬ノズルの底壁に形成した２つの吐出孔とつながったスリットからの吐出流が鋳型の長辺中央部の凝固シェルに衝突して発生する凝固シェルの再溶解を防止するためには、前記スリットの幅ａと、前記最短水平距離ｂとの関係ａ／ｂを０．６以下とすればよいことが分かった。
【００４２】
一方で、前記ａ／ｂを０．６以下とした場合であっても、鋳型の長辺中央部における浸漬ノズルの下端から鋳片引抜方向に１００mm隔てた位置の鋳型内に設置した熱電対の温度が上昇しているので、鋳型の長辺中央部の凝固シェルの局所的な再溶解を避けてブレイクアウトの発生を完全に防止するためには、ａ／ｂを０．５以下とすることが望ましい。
【００４３】
また、表１及び表１を基に作成した図７より、ａ／ｂが０．３より小さい場合、前記スリットの幅ａが１０mmでは、鋳型の長辺端部の気泡捕捉指数が増加している。従って、鋳型の長辺端部の気泡捕捉指数を効果的に減少するためには、ａ／ｂが０．３以上であることが望ましい。
【００４４】
〔実験Ｂ〕
実験Ａと同じ条件で、両長辺壁面が直線の横断面矩形状の鋳型、及び、鋳型上部の各長辺の中央部分を鋳型の外側に凸に湾曲させた湾曲部を有し、鋳型下部に向かうにつれて前記湾曲部の湾曲が小さくなって鋳型下部では前記湾曲部がない鋳型を使用し、電磁攪拌装置と共に電磁ブレーキを作動させて浸漬ノズルの吐出孔部に鋳型の短辺方向に一様な０．３Ｔの磁束密度の直流磁場を印加した際の鋳造結果を下記表２に示す。下記表２における指標等は上記表１の場合と同様である。
【００４５】
【表２】
0006451380.tif 000003
【００４６】
表２及び表２を基に作成した図４〜６に示すように、電磁攪拌に電磁ブレーキを併用した場合は、電磁攪拌だけで電磁ブレーキを作動させない場合と比較して長辺中央部の凝固シェルの局所的な再溶解や鋳片への気泡の捕捉の防止について、同等或いは同等以上の効果が見られた。
【００４７】
また、電磁攪拌に電磁ブレーキを併用した場合には、電磁攪拌だけで電磁ブレーキを作動させない場合と同じ条件で、かつ浸漬ノズルの底壁に形成したスリットの幅ａを２０mm以上とした場合には、鋳型の長辺端部の気泡捕捉を顕著に減少することができた。
【００４８】
本発明は、発明者による上記実験Ａ，Ｂの結果に基づいて成されたものである。
すなわち、本発明は、鋳型内のメニスカス近傍の溶鋼を電磁攪拌しつつ鋼を連続鋳造する方法であって、
連続鋳造時、鋳型内のメニスカス下方の鋳型の短辺壁面と相対する側壁部に設けた２つの吐出孔とつながったスリットを底壁に形成した浸漬ノズルを用いて、
鋳型上部の各長辺の中央部分は鋳型の外側に凸に湾曲した湾曲部を有し、鋳型下部に向かうにつれて前記湾曲部の湾曲が小さくなって鋳型下部では前記湾曲部がない鋳型に給湯する際、
前記浸漬ノズルの底壁に形成したスリットの厚み方向の幅ａと、鋳型の前記湾曲部と前記浸漬ノズルの下端との最短水平距離ｂとの関係が、ａ／ｂ≦０．５となるようにして連続鋳造する鋼の連続鋳造方法である。
【００４９】
上記本発明おいて、鋳型の湾曲部と浸漬ノズルの下端との最短水平距離ｂを５０mm以上とした場合には、鋳型の長辺中央部と長辺端部の気泡捕捉をより効果的に行うことができる。
【００５０】
また、その際、電磁ブレーキを併用しても、鋳型長辺面の再溶解や鋳片への気泡の捕捉防止について同等、或いは同等以上の効果を得ることができる。
【００５１】
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。
【００５２】
例えば上記説明では本発明で実施する電磁攪拌の条件について記載していないが、連続鋳造時に通常実施する範囲の条件であれば、本発明の効果を奏することができることを発明者は実験により確認している。
【００５３】
また、電磁ブレーキの条件も実験Ｂで実施した条件に限らず、連続鋳造時に通常実施する範囲の条件であれば、本発明の効果を奏することができることを発明者は実験により確認している。
【符号の説明】
【００５４】
１    鋳型
１ａ    長辺中央部
１ｃ    湾曲部
２    浸漬ノズル
２ａ    吐出孔
２ｂ    スリット
【図１】
0006451380.tif 000004
【図２】
0006451380.tif 000005
【図３】
0006451380.tif 000006
【図４】
0006451380.tif 000007
【図５】
0006451380.tif 000008
【図６】
0006451380.tif 000009
【図７】
0006451380.tif 000010