(57)【要約】【課題】  鋳片の表層と内部の介在物に起因した欠陥及び内部割れの防止と、同時に連続鋳造装置の大幅な改造を回避して、低コストでもって容易に実現できる高品質鋳片の連続鋳造方法を提供する。【解決手段】  溶鋼１１を浸漬ノズル１５を介して鋳型１３に注湯して、鋳型１３により溶鋼１１を凝固させながら連続して下方に引き抜く高品質鋳片の連続鋳造方法において、溶鋼１１のメニスカス２０から下方に垂直部１９を設けると共に、鋳型１３の長片側に設けた電磁攪拌装置２１を介して溶鋼１１のメニスカス２０近傍に鋳型周壁に沿って旋回する流れ２２を付与する。【選択図】        図１
2004202584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼を浸漬ノズルを介して鋳型に注湯して、該鋳型により前記溶鋼を凝固させながら連続して下方に引き抜く高品質鋳片の連続鋳造方法において、前記溶鋼のメニスカスから下方に垂直部を設けると共に、前記鋳型の長片側に設けた電磁攪拌装置を介して前記溶鋼のメニスカス近傍に鋳型周壁に沿って旋回する流れを付与することを特徴とする高品質鋳片の連続鋳造方法。
【請求項２】
前記垂直部が前記溶鋼のメニスカスから１．５ｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の高品質鋳片の連続鋳造方法。
【請求項３】
前記鋳型周壁に沿って旋回する流れを０．２〜０．６ｍ／ｓｅｃとすることを特徴とする請求項１又は２記載の高品質鋳片の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼を鋳型に鋳造してスラブ、ブルーム等の高品質の鋳片を製造する連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の溶鋼の連続鋳造方法においては、所定の成分に調整された溶鋼をタンディッシュから浸漬ノズルを介して水冷構造を有する鋳型に注湯して、鋳型により溶鋼を周囲から徐々に冷却して凝固殻を形成させる。この凝固殻を形成した後は、鋳型の下方に配置された複数のサポートロールと鋳片支持ロール群に付設された二次冷却水ノズルにより冷却水を噴射して、凝固の促進と凝固した鋳片の引き抜きが行われる。
この二次冷却された鋳片は、湾曲の鋳片支持ロール群の末端部で湾曲状態を矯正して所定のサイズに切断されて後工程に供給される。
この連続鋳造方法においては、欠陥の無い優れた品質の鋳片を鋳造することが重要であり、鋳造する溶鋼への介在物の混入の防止や介在物の浮上除去の促進による清浄度の向上と、鋳造過程における鋳片の内部割れ等を防止することが行われている。
鋳片の品質を低下させる介在物については、特許文献１に示されているように、鋳型長片の外側に電磁攪拌装置を設置して、鋳型の内側に鋳型内周壁に沿って旋回する流れを形成して凝固殻に捕捉される介在物を減少して表層の清浄度の良好な鋳片を鋳造することが行われている。
また、介在物の浮上除去と鋳片の内部割れ等については、特許文献２のように、鋳型を含めたその直下に垂直部を形成して、垂直部により溶鋼中の介在物を浮上させて除去すると共に、垂直部から曲げ部への接続を多点の湾曲矯正により順次緩やかに曲げて鋳片への歪みを緩和して鋳片内部に割れ等の発生を防止することが行われている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−１００９５５号公報
【特許文献２】特開平６−１３４５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の鋳型長片に電磁攪拌装置を設置して鋳型の内側に旋回する流れを形成して鋳片を鋳造する方法では、初期に凝固する凝固殻中の介在物を減少し表層の清浄度の高い鋳片を鋳造できるが、逆に溶鋼の内側に介在物が濃化して鋳片の内部欠陥となることが懸念される。溶鋼の内側に濃化した介在物は、下方から浮上する際に、内部の凝固殻の凝固界面に捕捉されて湾曲の鋳片支持ロール群の曲げ部の上側内面に集積する傾向にある。この介在物の集積した鋳片は、品質不合格材として屑化され、歩留りの低下を招く等の問題がある。
また、垂直部により溶鋼中の介在物を浮上させて除去し、垂直部から曲げ部への接続を多点の湾曲矯正により鋳片内部の矯正応力を緩和して鋳片内部割れ等を同時に防止する方法では、鋳片を多点に湾曲矯正するために鋳片支持ロール群の曲げ部の曲率が大きくなる。その結果、既存の湾曲型の連続鋳造装置に垂直部と多点の矯正を適用する場合は、鋳型及び鋳型支持装置、鋳片支持ロール群、建屋等を更新する必要があり建設費用の大幅な増大となる。
更に、溶鋼中の介在物を浮上させて除去する垂直部は、２．５ｍ以上が必要であり、垂直部が大きくなる程に前記の問題がより顕著になる。しかも、多点の湾曲矯正であっても凝固殻の成長により鋳片の限界歪みが小さくなった位置で矯正を行うために、内部の脆弱な部位に内部割れが発生する。これは２．５ｍの垂直部から所定の曲率に湾曲矯正する一般的な垂直曲げ型の連続鋳造装置の場合においても同様の問題を持つことになる。
特に、湾曲型の連続鋳造装置においては、装置の大幅な改造を回避して低コストを維持し、鋳片の表層と内部の介在物に起因する欠陥を解消すると共に、同時に内部割れの発生を防止して鋳造することは困難である。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、鋳片の表層と内部の介在物に起因した欠陥及び内部割れの防止と、同時に連続鋳造装置の大幅な改造を回避して、低コストでもって容易に実現できる高品質鋳片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】
【０００６】
前記目的に沿う請求項１記載の高品質鋳片の連続鋳造方法は、溶鋼を浸漬ノズルを介して鋳型に注湯して、該鋳型により前記溶鋼を凝固させながら連続して下方に引き抜く高品質鋳片の連続鋳造方法において、前記溶鋼のメニスカスから下方に垂直部を設けると共に、前記鋳型の長片側に設けた電磁攪拌装置を介して、前記溶鋼のメニスカス近傍に鋳型周壁に沿って旋回する流れを付与する。
鋳型内に形成される溶鋼のメニスカス（溶鋼の湯面）から下方に設けた垂直部により、溶鋼中に混入した介在物を浮上させて除去する。一方、鋳型内の溶鋼のメニスカス近傍に鋳型周壁に沿って旋回する流れを形成することにより、表層の凝固殻の清浄度を向上させると共に、溶鋼中に混入した介在物を凝集合体し、前述の垂直部で浮上除去することにより鋳片の表層及び内層の清浄度を共に向上する。
ここで、溶鋼のメニスカス近傍とは鋳型内の溶鋼により形成されるメニスカス（溶鋼の湯面）から鋳型下方５００ｍｍの範囲であり、好ましくは鋳型下方４００ｍｍの範囲である。
【０００７】
請求項２記載の高品質鋳片の連続鋳造方法は、請求項１記載の高品質鋳片の連続鋳造方法において、前記垂直部を前記溶鋼のメニスカスから１．５ｍ未満としてあるので、垂直部により溶鋼中に混入した介在物を浮上して除去すると共に、垂直部から曲げ部への湾曲矯正を限界歪みの大きな領域で行なうことができることから、鋳片に発生する内部割れを抑制できる。
また、溶鋼のメニスカスから下方の垂直部が１．５ｍ以上であると垂直部から曲げ部への湾曲矯正が限界歪み値の小さい領域となり内部割れの発生を招くことになり、鋳型及び鋳型支持装置、鋳片支持ロール群の改造等のコストも上昇する。一方、溶鋼のメニスカスからの垂直部が０．７ｍより小さいと溶鋼中に混入した介在物の浮上除去に限界がある。これ等の理由から溶鋼のメニスカスから下方の垂直部は０．７ｍ〜１．４ｍが好ましい。
【０００８】
請求項３記載の高品質鋳片の連続鋳造方法は、請求項１又は２記載の高品質鋳片の連続鋳造方法において、前記鋳型周壁に沿って旋回する流れを０．２〜０．６ｍ／ｓｅｃとしてあるので、鋳型内の溶鋼の旋回する流れにより鋳片の表層の介在物を洗浄除去して清浄度を高めると共に、溶鋼中に混入した介在物を凝集合体させて、介在物自体の浮力を高めて浮上除去し、鋳片の表層と内層の両方の清浄度を同時に向上させる。
鋳型周壁に沿って旋回する流れが０．２ｍ／ｓｅｃより小さいと表層を形成する凝固殻の清浄度の低下と、溶鋼中に混入した介在物を凝集合体する働きが減少して鋳片の表層及び内層の品質が低下する。また、鋳型周壁に沿って旋回する流れが０．６ｍ／ｓｅｃより大きいと溶鋼のメニスカスの上部に添加されたパウダーの巻き込みあるいは旋回する流れに淀みが発生して介在物や気泡に起因した欠陥が発生し易くなる。この理由から鋳型周壁に沿って旋回する流れは０．３〜０．５ｍ／ｓｅｃがより好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１〜３に記載の高品質鋳片の連続鋳造方法は、溶鋼のメニスカスから下方に垂直部を設け、電磁攪拌装置を介して、溶鋼のメニスカス近傍に鋳型周壁に沿って旋回する流れを付与して鋳造することから、溶鋼中に混入した介在物を浮上させて除去し、鋳型周壁に沿って旋回する流れにより凝固殻の清浄度を向上させると共に、溶鋼中に混入した介在物を凝集合体して垂直部により浮上除去して鋳片の表層及び内層の清浄度を共に向上する。
【００１０】
特に、請求項２記載の高品質鋳片の連続鋳造方法は、前記垂直部を溶鋼のメニスカスから１．５ｍ未満としてあるので、垂直部により溶鋼中に混入した介在物を浮上して除去すると共に、垂直部から曲げ部への湾曲矯正を限界歪みの大きな領域で行なうことができ、鋳片に発生する内部割れを抑制できる。
【００１１】
請求項３記載の高品質鋳片の連続鋳造方法は、前記鋳型周壁に沿って旋回する流れを０．２〜０．６ｍ／ｓｅｃとしてあるので、鋳型内の溶鋼を旋回流れにより凝固殻の介在物を洗浄除去して清浄度を高めると共に、旋回流れにより溶鋼中に混入した介在物を凝集合体して浮上除去し、鋳片の表層及び内層共に清浄度を向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明の一実施の形態に係る高品質鋳片の連続鋳造方法に適用する連続鋳造装置の概念図、図２は図１におけるメニスカスの面から見た鋳型周辺の概念図、図３はメニスカスからの距離と介在物の直径との関係を示す図、図４は鋳片の限界歪みと垂直部から曲げ部への湾曲矯正を行った場合の実歪みとの関係を示す図、図５は１．５ｍ未満の垂直距離を設け鋳型内電磁攪拌を行う場合（本発明）と、１．５ｍ未満の垂直距離を設けた場合（比較例）及び一般に用いられている湾曲型連続鋳造の場合（従来例）の内部欠陥指数の比較を示す図である。
【００１３】
図１に示すように、連続鋳造装置１０は、取鍋（図示せず）からの溶鋼１１を受湯して保持するタンディッシュ１２を備えており、タンディッシュ１２の底部には、溶鋼１１を鋳型１３に注湯するための吐出口１４を有する浸漬ノズル１５が設けてある。また、鋳型１３の直下に設置されたサポートロール１６及び湾曲支持ロール群１７により鋳片１８を冷却し、鋳片１８を図中の矢印の方向に引き抜くと共に、湾曲支持ロール群１７を通過した鋳片１８を矯正装置（図示せず）により曲がりを無くして平らに矯正を行なうようにしてある。
この鋳型１３とその直下に設けたサポートロール１６とにより、垂直部１９を形成してあり、垂直部１９の鋳造中における有効垂直距離は、溶鋼１１のメニスカス２０からサポートロール１６の下端（図中の点線で表示）までであり、０．７ｍ以上、１．５ｍ未満にしてある。
【００１４】
また、前述の垂直部１９において、溶鋼１１は、鋳型１３により冷却されて凝固殻１１ａを形成し、複数のサポートロール１６によって凝固殻１１ａは支持され、付設された冷却水の噴射ノズル（図示せず）から冷却水を噴射して冷却することにより凝固殻１１ａの剛性の確保と凝固の促進が図られる。このサポートロール１６の下端に接続された湾曲支持ロール群１７は、半径８〜１５ｍの曲率を持って湾曲しており、複数の湾曲支持ロール１７ａにより鋳片１８を支持すると共に、付設された冷却水の噴射ノズル（図示せず）から冷却水を噴射して鋳片１８の凝固殻１１ａを厚くする。
更に、鋳型１３の外側には、溶鋼１１のメニスカス２０の近傍に磁界を付与する電磁攪拌装置２１が設けてある。
この電磁攪拌装置２１においては、図２に示すように、鋳型１３の鋳型長片１３ａの外側に複数の電磁攪拌装置２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを設置してあり、制御装置２３により、溶鋼１１に所定の移動磁界を付与するようにしてある。この移動磁界の付与は、それぞれの電磁攪拌装置２１ａ〜２１ｄに流す電流値と位相移動速度とを制御装置２３により所定の値に制御することにより行われる。即ち、吐出口１４を備えた浸漬ノズル１５から注湯された溶鋼１１のメニスカス２０（図１参照）を含めて鋳型下方４００ｍｍの範囲に移動磁界を付与して鋳型周壁に沿って旋回する流れ２２（図２中矢印で表示）を形成してある。また、溶鋼１１のメニスカス２０の上面には、鋳型１３と凝固殻１１ａの潤滑と介在物の捕捉や酸化防止等のために溶融層と未溶融層からなるパウダー（図示せず）の層を形成してある。
【００１５】
次に、本発明の一実施の形態に係る高品質鋳片の連続鋳造方法について説明する。
容量４０トンのタンディッシュ１２に溶鋼１１を受湯して浸漬ノズル１５の吐出口１４から１．８トン／分の溶鋼１１を鋳型１３に注湯し、垂直部１９が１．４ｍとなる鋳型１３及びその直下のサポートロール１６により冷却して凝固殻１１ａを形成した。同時に電磁攪拌装置２１ａ、２１ｃの電流値を６７５アンペア、電磁攪拌装置２１ｂ、２１ｄに２０２〜６７５アンペアの電流を付加して溶鋼１１のメニスカス２０から鋳型下方４００ｍｍの範囲に移動磁界を付加して鋳型周壁に沿って０．２〜０．６ｍ／ｓｅｃで旋回する流れ２２を付与した。
図３は、前述の垂直部１９の有効垂直距離（以降垂直距離）を１．４ｍ、旋回する流れ２２を０．２〜０．６ｍ／ｓｅｃとした本発明（○）印と、単に垂直部を設けた従来の場合（●）印との介在物の凝集と浮上効果を溶鋼１１中の介在物の大きさにより調査した結果である。明らかに、単に垂直部を設けた場合の（●）印では、溶鋼１１中に混入した介在物は、殆ど最初の粒径の状態で垂直部を浮上するために、除去効率が悪く垂直距離が２．５ｍでも介在物個数が本発明（○）の２倍以上溶鋼１１中に残存する。これに対し、垂直部１９の垂直距離を１．４ｍとし、旋回する流れ２２を付与する本発明（○）印では、介在物を溶鋼１１中に巻き込まれたアルゴン等の不活性ガス若しくは他の介在物と接触させて凝集及び気泡捕捉を促進して、浮力を高めて垂直部１９で積極的に浮上して除去するので、介在物を大幅に減少できる。更に、溶鋼１１の下向き流の進入深さの減少により介在物の進入深さも減少し、鋳片１８の表層及び内層の介在物の減少による品質向上が達成できる。
このように、旋回する流れ２２を付与することにより直径が小から中程度の浮力の小さい介在物が積極的に凝集し溶鋼１１中の不活性ガスの気泡に捕捉されて容易に浮上することから溶鋼１１の表、内層の清浄度が向上できると共に、垂直距離が１．５ｍ未満の垂直部１９において直径が１５０μｍ以上の介在物の除去率は約６５％以上となる。
【００１６】
また、垂直部１９から引き抜かれた垂直状態の鋳片１８は、湾曲支持ロール群１７の複数の湾曲支持ロール１７ａにより半径１０ｍの曲率に湾曲矯正されて湾曲支持ロール群１７内を下降する。
図４は、垂直距離が１．４ｍの垂直部１９から半径１０ｍの曲率に湾曲矯正した場合の鋳片１８の限界歪みと実歪みとの関係を示すが、図中（○）印で示すように実歪みのピーク値は約０．６７となり、限界歪みの範囲内で半径１０ｍの曲率に矯正されることから鋳片１８の内部割れを防止できる。しかし、垂直部１９の垂直距離が１．５ｍを超えると限界歪みが０．５３以下となり、湾曲支持ロール群１７により鋳片１８を支持した状態のみで垂直部から湾曲矯正を行わない場合の実歪み（図４中に点線で示す）との差が小さくなる。この領域（例えばメニスカスからの距離が２．５ｍ）での矯正による実歪みは図中（●）印で示すように大きくなり限界歪みを超えることが発生する。
更に、限界歪みは一般的に用いられているもので良く、例えば鋼種、鋳片温度、鋳造速度、凝固厚、各ロール位置に供給される冷却水量等によってそれぞれの湾曲支持ロール１７ａの位置における限界歪みを実験により求めた値を用いるか、又は、実験により予め求められた値から計算により予測しても良い。湾曲矯正によって発生する実歪みも鋼種、鋳片温度、鋳造速度、凝固厚み、各ロール位置に供給される冷却水量等により同様に求めることができる。この限界歪み及び実歪みを求める際に用いる凝固殻１１ａの条件は、凝固殻１１ａの厚みＳ（ｍｍ）と溶鋼１１のメニスカス２０からの到達時間Ｔ（分）との凝固関係式Ｓ＝Ｋ×Ｔ1/2 の関係があり、凝固係数Ｋは一般的な値として２５〜３０ｍｍ／Ｍ1/2 を用いる。なお、Ｍは時間単位の分を表す。
【００１７】
この限界歪みと湾曲矯正によって発生する実歪みとの関係からメニスカス２０から１．５ｍ未満の位置で湾曲矯正を行えば限界歪み以内の領域で湾曲矯正することが可能であり、１．５ｍ以上になると限界歪みに近接あるいは限界歪みを超えることから、鋳片１８の脆弱な凝固殻１１ａに割れが発生して内部割れとなることが判る。
なお、図４中において点線で示す実歪みは、湾曲型連続鋳造装置（図示せず）において鋼種、鋳片温度、鋳造速度、凝固厚み等を同一の条件とし、曲率半径１０ｍの状態において、鋳片１８を湾曲支持ロール群１７で湾曲支持した際の鋳片バルジング等による歪み値である。従って、湾曲矯正を行った以降の実歪みは、同じ条件となるので点線で示す実歪みに近似する。
【実施例】
【００１８】
次に、本発明の一実施の形態に係る高品質鋳片の連続鋳造方法の実施例について説明する。
長さ１２００ｍｍ、厚み２５０ｍｍの鋳型１３に溶鋼１１を１．８トン／分の供給速度で注湯し、鋳型１３の上端から下方向へ１００ｍｍの位置にメニスカス２０を形成してメニスカス２０からサポートロール１６の下端までの１．４ｍを垂直部１９とした。
更に、鋳型長片１３ａの外側に、電磁攪拌装置２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを設置し、電磁攪拌装置２１ａ、２１ｃに６７５アンペアの電流を流して強攪拌とし、電磁攪拌装置２１ｂ、２１ｄには２０２〜６７５アンペアの電流を流して旋回する流れ２２を０．３ｍ／ｓｅｃとして１．２ｍ／分の速度で鋳造した。また、曲率半径が１０ｍの湾曲支持ロール群１７により垂直部１９から出た鋳片１８を曲率に合わせて順次湾曲矯正した。また、従来例として、同一の鋳型１３及び鋳造速度で、単に垂直距離が２．５ｍを有し、曲率半径が１０ｍの湾曲支持ロール群１７により曲率に合わせて順次湾曲矯正した場合の表面品質及び内部品質と総合品質の評価を比較して表１に示す。
従来例では、垂直距離が大きいために曲率に合わせて湾曲矯正する際に内部割れが発生して内部品質が悪化（△）するのに対して、本実施例（１）では、内部割れの無い良好な結果（○）が得られた。更に、表面品質は実施例（１）の場合電磁攪拌を行なうことで表層の介在物が除去されて良好（○）であるのに対して、従来例では、表層に介在物が残留して表面欠陥が発生して（△）となり表面品質がかなり低下している。総合品質についても本実施例（１）が（○）と優れた結果となっている。
【００１９】
【表１】
2004202584.tif 000003
【００２０】
また、図５は１．５ｍ未満の垂直距離と鋳型内電磁攪拌を行う場合（本発明）と、１．５ｍ未満の垂直距離を設けた場合（比較例）及び一般に用いられている湾曲型連続鋳造の場合（従来例）のそれぞれについて、一般に用いられている湾曲型連続鋳造の場合の内部欠陥を指数１００として比較した場合を示してあり、１．５ｍ未満の垂直距離を設けると共に、鋳型内電磁攪拌を行うことで小型の介在物の凝集合体（大型化）、もしくは不活性ガス気泡による介在物の捕捉促進と垂直距離による浮上効果が顕著であることがわかる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲を含むものである。
例えば、実施の形態においては、鋳型１３の直下にサポートロール１６を設けたが、この他にクーリンググリットや分割サポートロール等を用いることが可能であり、電磁攪拌装置も強弱攪拌の他に一つあるいは複数の電磁攪拌装置を用いて単純攪拌により旋回の流れを形成しても良い。また、溶鋼１１のメニスカスの鋳型内位置は、上端から下方向に１００ｍｍの位置としたが適宜位置を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る高品質鋳片の連続鋳造方法に適用する連続鋳造装置の概念図である。
【図２】図１におけるメニスカスの面から見た鋳型周辺の概念図である。
【図３】メニスカスからの距離と介在物の直径との関係を示す図である。
【図４】鋳片の限界歪みと垂直部から曲げ部への矯正を行った場合の実歪みとの関係を示す図である。
【図５】１．５ｍ未満の垂直距離と鋳型内電磁攪拌を行う場合（本発明）と、１．５ｍ未満の垂直距離を設けた場合（比較例）及び一般に用いられている湾曲型連続鋳造の場合（従来例）の内部欠陥指数の比較を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０：連続鋳造装置、１１：溶鋼、１１ａ：凝固殻、１２：タンディッシュ、１３：鋳型、１３ａ：鋳型長片、１４：吐出口、１５：浸漬ノズル、１６：サポートロール、１７：湾曲支持ロール群、１７ａ：湾曲支持ロール、１８：鋳片、１９：垂直部、２０：メニスカス、２１：電磁攪拌装置、２１ａ〜ｄ：電磁攪拌装置、２２：旋回する流れ、２３：制御装置
【図１】
2004202584.tif 000004
【図２】
2004202584.tif 000005
【図３】
2004202584.tif 000006
【図４】
2004202584.tif 000007
【図５】
2004202584.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月9日(2004.4.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼を底部両側に吐出口を持つ浸漬ノズルを介して鋳型に注湯して、該鋳型により前記溶鋼を凝固させながら連続して下方に引き抜く高品質鋳片の連続鋳造方法において、
前記溶鋼のメニスカスから下方に０．７ｍ以上１．５ｍ未満の垂直距離を持つように前記鋳型の下に垂直部を設けると共に、前記鋳型の長片側に設けた電磁攪拌装置を介して前記溶鋼のメニスカス近傍に鋳型周壁に沿って旋回する流れを付与することを特徴とする高品質鋳片の連続鋳造方法。
【請求項２】
請求項１記載の高品質鋳片の連続鋳造方法において、前記鋳型周壁に沿って旋回する流れを０．２〜０．６ｍ／ｓｅｃとすることを特徴とする高品質鋳片の連続鋳造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼を鋳型に鋳造してスラブ、ブルーム等の高品質の鋳片を製造する連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の溶鋼の連続鋳造方法においては、所定の成分に調整された溶鋼をタンディッシュから浸漬ノズルを介して水冷構造を有する鋳型に注湯して、鋳型により溶鋼を周囲から徐々に冷却して凝固殻を形成させる。この凝固殻を形成した後は、鋳型の下方に配置された複数のサポートロールと鋳片支持ロール群に付設された二次冷却水ノズルにより冷却水を噴射して、凝固の促進と凝固した鋳片の引き抜きが行われる。
この二次冷却された鋳片は、湾曲の鋳片支持ロール群の末端部で湾曲状態を矯正して所定のサイズに切断されて後工程に供給される。
この連続鋳造方法においては、欠陥の無い優れた品質の鋳片を鋳造することが重要であり、鋳造する溶鋼への介在物の混入の防止や介在物の浮上除去の促進による清浄度の向上と、鋳造過程における鋳片の内部割れ等を防止することが行われている。
鋳片の品質を低下させる介在物については、特許文献１に示されているように、鋳型長片の外側に電磁攪拌装置を設置して、鋳型の内側に鋳型内周壁に沿って旋回する流れを形成して凝固殻に捕捉される介在物を減少して表層の清浄度の良好な鋳片を鋳造することが行われている。
また、介在物の浮上除去と鋳片の内部割れ等については、特許文献２のように、鋳型を含めたその直下に垂直部を形成して、垂直部により溶鋼中の介在物を浮上させて除去すると共に、垂直部から曲げ部への接続を多点の湾曲矯正により順次緩やかに曲げて鋳片への歪みを緩和して鋳片内部に割れ等の発生を防止することが行われている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−１００９５５号公報
【特許文献２】特開平６−１３４５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の鋳型長片に電磁攪拌装置を設置して鋳型の内側に旋回する流れを形成して鋳片を鋳造する方法では、初期に凝固する凝固殻中の介在物を減少し表層の清浄度の高い鋳片を鋳造できるが、逆に溶鋼の内側に介在物が濃化して鋳片の内部欠陥となることが懸念される。溶鋼の内側に濃化した介在物は、下方から浮上する際に、内部の凝固殻の凝固界面に捕捉されて湾曲の鋳片支持ロール群の曲げ部の上側内面に集積する傾向にある。この介在物の集積した鋳片は、品質不合格材として屑化され、歩留りの低下を招く等の問題がある。
また、垂直部により溶鋼中の介在物を浮上させて除去し、垂直部から曲げ部への接続を多点の湾曲矯正により鋳片内部の矯正応力を緩和して鋳片内部割れ等を同時に防止する方法では、鋳片を多点に湾曲矯正するために鋳片支持ロール群の曲げ部の曲率が大きくなる。その結果、既存の湾曲型の連続鋳造装置に垂直部と多点の矯正を適用する場合は、鋳型及び鋳型支持装置、鋳片支持ロール群、建屋等を更新する必要があり建設費用の大幅な増大となる。
更に、溶鋼中の介在物を浮上させて除去する垂直部は、２．５ｍ以上が必要であり、垂直部が大きくなる程に前記の問題がより顕著になる。しかも、多点の湾曲矯正であっても凝固殻の成長により鋳片の限界歪みが小さくなった位置で矯正を行うために、内部の脆弱な部位に内部割れが発生する。これは２．５ｍの垂直部から所定の曲率に湾曲矯正する一般的な垂直曲げ型の連続鋳造装置の場合においても同様の問題を持つことになる。
特に、湾曲型の連続鋳造装置においては、装置の大幅な改造を回避して低コストを維持し、鋳片の表層と内部の介在物に起因する欠陥を解消すると共に、同時に内部割れの発生を防止して鋳造することは困難である。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、鋳片の表層と内部の介在物に起因した欠陥及び内部割れの防止と、同時に連続鋳造装置の大幅な改造を回避して、低コストでもって容易に実現できる高品質鋳片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】
【０００６】
前記目的に沿う請求項１記載の高品質鋳片の連続鋳造方法は、溶鋼を底部両側に吐出口を持つ浸漬ノズルを介して鋳型に注湯して、該鋳型により前記溶鋼を凝固させながら連続して下方に引き抜く高品質鋳片の連続鋳造方法において、
前記溶鋼のメニスカスから下方に０．７ｍ以上１．５ｍ未満の垂直距離を持つように前記鋳型の下に垂直部を設けると共に、前記鋳型の長片側に設けた電磁攪拌装置を介して前記溶鋼のメニスカス近傍に鋳型周壁に沿って旋回する流れを付与する。
鋳型内に形成される溶鋼のメニスカス（溶鋼の湯面）から下方に設けた垂直部により、溶鋼中に混入した介在物を浮上させて除去する。一方、鋳型内の溶鋼のメニスカス近傍に鋳型周壁に沿って旋回する流れを形成することにより、表層の凝固殻の清浄度を向上させると共に、溶鋼中に混入した介在物を凝集合体し、前述の垂直部で浮上除去することにより鋳片の表層及び内層の清浄度を共に向上する。
ここで、溶鋼のメニスカス近傍とは鋳型内の溶鋼により形成されるメニスカス（溶鋼の湯面）から鋳型下方５００ｍｍの範囲であり、好ましくは鋳型下方４００ｍｍの範囲である。
【０００７】
そして、前記垂直部を前記溶鋼のメニスカスから１．５ｍ未満としてあるので、垂直部により溶鋼中に混入した介在物を浮上して除去すると共に、垂直部から曲げ部への湾曲矯正を限界歪みの大きな領域で行なうことができることから、鋳片に発生する内部割れを抑制できる。
また、溶鋼のメニスカスから下方の垂直部が１．５ｍ以上であると垂直部から曲げ部への湾曲矯正が限界歪み値の小さい領域となり内部割れの発生を招くことになり、鋳型及び鋳型支持装置、鋳片支持ロール群の改造等のコストも上昇する。一方、溶鋼のメニスカスからの垂直部が０．７ｍより小さいと溶鋼中に混入した介在物の浮上除去に限界がある。これ等の理由から溶鋼のメニスカスから下方の垂直部は０．７ｍ〜１．４ｍが好ましい。
【０００８】
請求項２記載の高品質鋳片の連続鋳造方法は、請求項１記載の高品質鋳片の連続鋳造方法において、前記鋳型周壁に沿って旋回する流れを０．２〜０．６ｍ／ｓｅｃとしてあるので、鋳型内の溶鋼の旋回する流れにより鋳片の表層の介在物を洗浄除去して清浄度を高めると共に、溶鋼中に混入した介在物を凝集合体させて、介在物自体の浮力を高めて浮上除去し、鋳片の表層と内層の両方の清浄度を同時に向上させる。
鋳型周壁に沿って旋回する流れが０．２ｍ／ｓｅｃより小さいと表層を形成する凝固殻の清浄度の低下と、溶鋼中に混入した介在物を凝集合体する働きが減少して鋳片の表層及び内層の品質が低下する。また、鋳型周壁に沿って旋回する流れが０．６ｍ／ｓｅｃより大きいと溶鋼のメニスカスの上部に添加されたパウダーの巻き込みあるいは旋回する流れに淀みが発生して介在物や気泡に起因した欠陥が発生し易くなる。この理由から鋳型周壁に沿って旋回する流れは０．３〜０．５ｍ／ｓｅｃがより好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１、２に記載の高品質鋳片の連続鋳造方法は、溶鋼のメニスカスから下方に垂直部を設け、電磁攪拌装置を介して、溶鋼のメニスカス近傍に鋳型周壁に沿って旋回する流れを付与して鋳造することから、溶鋼中に混入した介在物を浮上させて除去し、鋳型周壁に沿って旋回する流れにより凝固殻の清浄度を向上させると共に、溶鋼中に混入した介在物を凝集合体して垂直部により浮上除去して鋳片の表層及び内層の清浄度を共に向上する。
【００１０】
そして、前記垂直部を溶鋼のメニスカスから１．５ｍ未満としてあるので、垂直部により溶鋼中に混入した介在物を浮上して除去すると共に、垂直部から曲げ部への湾曲矯正を限界歪みの大きな領域で行なうことができ、鋳片に発生する内部割れを抑制できる。
【００１１】
請求項２記載の高品質鋳片の連続鋳造方法は、前記鋳型周壁に沿って旋回する流れを０．２〜０．６ｍ／ｓｅｃとしてあるので、鋳型内の溶鋼を旋回流れにより凝固殻の介在物を洗浄除去して清浄度を高めると共に、旋回流れにより溶鋼中に混入した介在物を凝集合体して浮上除去し、鋳片の表層及び内層共に清浄度を向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明の一実施の形態に係る高品質鋳片の連続鋳造方法に適用する連続鋳造装置の概念図、図２は図１におけるメニスカスの面から見た鋳型周辺の概念図、図３はメニスカスからの距離と介在物の直径との関係を示す図、図４は鋳片の限界歪みと垂直部から曲げ部への湾曲矯正を行った場合の実歪みとの関係を示す図、図５は１．５ｍ未満の垂直距離を設け鋳型内電磁攪拌を行う場合（本発明）と、１．５ｍ未満の垂直距離を設けた場合（比較例）及び一般に用いられている湾曲型連続鋳造の場合（従来例）の内部欠陥指数の比較を示す図である。
【００１３】
図１に示すように、連続鋳造装置１０は、取鍋（図示せず）からの溶鋼１１を受湯して保持するタンディッシュ１２を備えており、タンディッシュ１２の底部には、溶鋼１１を鋳型１３に注湯するための吐出口１４を有する浸漬ノズル１５が設けてある。また、鋳型１３の直下に設置されたサポートロール１６及び湾曲支持ロール群１７により鋳片１８を冷却し、鋳片１８を図中の矢印の方向に引き抜くと共に、湾曲支持ロール群１７を通過した鋳片１８を矯正装置（図示せず）により曲がりを無くして平らに矯正を行なうようにしてある。
この鋳型１３とその直下に設けたサポートロール１６とにより、垂直部１９を形成してあり、垂直部１９の鋳造中における有効垂直距離は、溶鋼１１のメニスカス２０からサポートロール１６の下端（図中の点線で表示）までであり、０．７ｍ以上、１．５ｍ未満にしてある。
【００１４】
また、前述の垂直部１９において、溶鋼１１は、鋳型１３により冷却されて凝固殻１１ａを形成し、複数のサポートロール１６によって凝固殻１１ａは支持され、付設された冷却水の噴射ノズル（図示せず）から冷却水を噴射して冷却することにより凝固殻１１ａの剛性の確保と凝固の促進が図られる。このサポートロール１６の下端に接続された湾曲支持ロール群１７は、半径８〜１５ｍの曲率を持って湾曲しており、複数の湾曲支持ロール１７ａにより鋳片１８を支持すると共に、付設された冷却水の噴射ノズル（図示せず）から冷却水を噴射して鋳片１８の凝固殻１１ａを厚くする。
更に、鋳型１３の外側には、溶鋼１１のメニスカス２０の近傍に磁界を付与する電磁攪拌装置２１が設けてある。
この電磁攪拌装置２１においては、図２に示すように、鋳型１３の鋳型長片１３ａの外側に複数の電磁攪拌装置２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを設置してあり、制御装置２３により、溶鋼１１に所定の移動磁界を付与するようにしてある。この移動磁界の付与は、それぞれの電磁攪拌装置２１ａ〜２１ｄに流す電流値と位相移動速度とを制御装置２３により所定の値に制御することにより行われる。即ち、吐出口１４を備えた浸漬ノズル１５から注湯された溶鋼１１のメニスカス２０（図１参照）を含めて鋳型下方４００ｍｍの範囲に移動磁界を付与して鋳型周壁に沿って旋回する流れ２２（図２中矢印で表示）を形成してある。また、溶鋼１１のメニスカス２０の上面には、鋳型１３と凝固殻１１ａの潤滑と介在物の捕捉や酸化防止等のために溶融層と未溶融層からなるパウダー（図示せず）の層を形成してある。
【００１５】
次に、本発明の一実施の形態に係る高品質鋳片の連続鋳造方法について説明する。
容量４０トンのタンディッシュ１２に溶鋼１１を受湯して浸漬ノズル１５の吐出口１４から１．８トン／分の溶鋼１１を鋳型１３に注湯し、垂直部１９が１．４ｍとなる鋳型１３及びその直下のサポートロール１６により冷却して凝固殻１１ａを形成した。同時に電磁攪拌装置２１ａ、２１ｃの電流値を６７５アンペア、電磁攪拌装置２１ｂ、２１ｄに２０２〜６７５アンペアの電流を付加して溶鋼１１のメニスカス２０から鋳型下方４００ｍｍの範囲に移動磁界を付加して鋳型周壁に沿って０．２〜０．６ｍ／ｓｅｃで旋回する流れ２２を付与した。
図３は、前述の垂直部１９の有効垂直距離（以降垂直距離）を１．４ｍ、旋回する流れ２２を０．２〜０．６ｍ／ｓｅｃとした本発明（○）印と、単に垂直部を設けた従来の場合（●）印との介在物の凝集と浮上効果を溶鋼１１中の介在物の大きさにより調査した結果である。明らかに、単に垂直部を設けた場合の（●）印では、溶鋼１１中に混入した介在物は、殆ど最初の粒径の状態で垂直部を浮上するために、除去効率が悪く垂直距離が２．５ｍでも介在物個数が本発明（○）の２倍以上溶鋼１１中に残存する。これに対し、垂直部１９の垂直距離を１．４ｍとし、旋回する流れ２２を付与する本発明（○）印では、介在物を溶鋼１１中に巻き込まれたアルゴン等の不活性ガス若しくは他の介在物と接触させて凝集及び気泡捕捉を促進して、浮力を高めて垂直部１９で積極的に浮上して除去するので、介在物を大幅に減少できる。更に、溶鋼１１の下向き流の進入深さの減少により介在物の進入深さも減少し、鋳片１８の表層及び内層の介在物の減少による品質向上が達成できる。
このように、旋回する流れ２２を付与することにより直径が小から中程度の浮力の小さい介在物が積極的に凝集し溶鋼１１中の不活性ガスの気泡に捕捉されて容易に浮上することから溶鋼１１の表、内層の清浄度が向上できると共に、垂直距離が１．５ｍ未満の垂直部１９において直径が１５０μｍ以上の介在物の除去率は約６５％以上となる。
【００１６】
また、垂直部１９から引き抜かれた垂直状態の鋳片１８は、湾曲支持ロール群１７の複数の湾曲支持ロール１７ａにより半径１０ｍの曲率に湾曲矯正されて湾曲支持ロール群１７内を下降する。
図４は、垂直距離が１．４ｍの垂直部１９から半径１０ｍの曲率に湾曲矯正した場合の鋳片１８の限界歪みと実歪みとの関係を示すが、図中（○）印で示すように実歪みのピーク値は約０．６７となり、限界歪みの範囲内で半径１０ｍの曲率に矯正されることから鋳片１８の内部割れを防止できる。しかし、垂直部１９の垂直距離が１．５ｍを超えると限界歪みが０．５３以下となり、湾曲支持ロール群１７により鋳片１８を支持した状態のみで垂直部から湾曲矯正を行わない場合の実歪み（図４中に点線で示す）との差が小さくなる。この領域（例えばメニスカスからの距離が２．５ｍ）での矯正による実歪みは図中（●）印で示すように大きくなり限界歪みを超えることが発生する。
更に、限界歪みは一般的に用いられているもので良く、例えば鋼種、鋳片温度、鋳造速度、凝固厚、各ロール位置に供給される冷却水量等によってそれぞれの湾曲支持ロール１７ａの位置における限界歪みを実験により求めた値を用いるか、又は、実験により予め求められた値から計算により予測しても良い。湾曲矯正によって発生する実歪みも鋼種、鋳片温度、鋳造速度、凝固厚み、各ロール位置に供給される冷却水量等により同様に求めることができる。この限界歪み及び実歪みを求める際に用いる凝固殻１１ａの条件は、凝固殻１１ａの厚みＳ（ｍｍ）と溶鋼１１のメニスカス２０からの到達時間Ｔ（分）との凝固関係式Ｓ＝Ｋ×Ｔ1/2 の関係があり、凝固係数Ｋは一般的な値として２５〜３０ｍｍ／Ｍ1/2 を用いる。なお、Ｍは時間単位の分を表す。
【００１７】
この限界歪みと湾曲矯正によって発生する実歪みとの関係からメニスカス２０から１．５ｍ未満の位置で湾曲矯正を行えば限界歪み以内の領域で湾曲矯正することが可能であり、１．５ｍ以上になると限界歪みに近接あるいは限界歪みを超えることから、鋳片１８の脆弱な凝固殻１１ａに割れが発生して内部割れとなることが判る。
なお、図４中において点線で示す実歪みは、湾曲型連続鋳造装置（図示せず）において鋼種、鋳片温度、鋳造速度、凝固厚み等を同一の条件とし、曲率半径１０ｍの状態において、鋳片１８を湾曲支持ロール群１７で湾曲支持した際の鋳片バルジング等による歪み値である。従って、湾曲矯正を行った以降の実歪みは、同じ条件となるので点線で示す実歪みに近似する。
【実施例】
【００１８】
次に、本発明の一実施の形態に係る高品質鋳片の連続鋳造方法の実施例について説明する。
長さ１２００ｍｍ、厚み２５０ｍｍの鋳型１３に溶鋼１１を１．８トン／分の供給速度で注湯し、鋳型１３の上端から下方向へ１００ｍｍの位置にメニスカス２０を形成してメニスカス２０からサポートロール１６の下端までの１．４ｍを垂直部１９とした。
更に、鋳型長片１３ａの外側に、電磁攪拌装置２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを設置し、電磁攪拌装置２１ａ、２１ｃに６７５アンペアの電流を流して強攪拌とし、電磁攪拌装置２１ｂ、２１ｄには２０２〜６７５アンペアの電流を流して旋回する流れ２２を０．３ｍ／ｓｅｃとして１．２ｍ／分の速度で鋳造した。また、曲率半径が１０ｍの湾曲支持ロール群１７により垂直部１９から出た鋳片１８を曲率に合わせて順次湾曲矯正した。また、従来例として、同一の鋳型１３及び鋳造速度で、単に垂直距離が２．５ｍを有し、曲率半径が１０ｍの湾曲支持ロール群１７により曲率に合わせて順次湾曲矯正した場合の表面品質及び内部品質と総合品質の評価を比較して表１に示す。
従来例では、垂直距離が大きいために曲率に合わせて湾曲矯正する際に内部割れが発生して内部品質が悪化（△）するのに対して、本実施例（１）では、内部割れの無い良好な結果（○）が得られた。更に、表面品質は実施例（１）の場合電磁攪拌を行なうことで表層の介在物が除去されて良好（○）であるのに対して、従来例では、表層に介在物が残留して表面欠陥が発生して（△）となり表面品質がかなり低下している。総合品質についても本実施例（１）が（○）と優れた結果となっている。
【００１９】
【表１】
2004202584.tif 000009
【００２０】
また、図５は１．５ｍ未満の垂直距離と鋳型内電磁攪拌を行う場合（本発明）と、１．５ｍ未満の垂直距離を設けた場合（比較例）及び一般に用いられている湾曲型連続鋳造の場合（従来例）のそれぞれについて、一般に用いられている湾曲型連続鋳造の場合の内部欠陥を指数１００として比較した場合を示してあり、１．５ｍ未満の垂直距離を設けると共に、鋳型内電磁攪拌を行うことで小型の介在物の凝集合体（大型化）、もしくは不活性ガス気泡による介在物の捕捉促進と垂直距離による浮上効果が顕著であることがわかる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲を含むものである。
例えば、実施の形態においては、鋳型１３の直下にサポートロール１６を設けたが、この他にクーリンググリットや分割サポートロール等を用いることが可能であり、電磁攪拌装置も強弱攪拌の他に一つあるいは複数の電磁攪拌装置を用いて単純攪拌により旋回の流れを形成しても良い。また、溶鋼１１のメニスカスの鋳型内位置は、上端から下方向に１００ｍｍの位置としたが適宜位置を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る高品質鋳片の連続鋳造方法に適用する連続鋳造装置の概念図である。
【図２】図１におけるメニスカスの面から見た鋳型周辺の概念図である。
【図３】メニスカスからの距離と介在物の直径との関係を示す図である。
【図４】鋳片の限界歪みと垂直部から曲げ部への矯正を行った場合の実歪みとの関係を示す図である。
【図５】１．５ｍ未満の垂直距離と鋳型内電磁攪拌を行う場合（本発明）と、１．５ｍ未満の垂直距離を設けた場合（比較例）及び一般に用いられている湾曲型連続鋳造の場合（従来例）の内部欠陥指数の比較を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０：連続鋳造装置、１１：溶鋼、１１ａ：凝固殻、１２：タンディッシュ、１３：鋳型、１３ａ：鋳型長片、１４：吐出口、１５：浸漬ノズル、１６：サポートロール、１７：湾曲支持ロール群、１７ａ：湾曲支持ロール、１８：鋳片、１９：垂直部、２０：メニスカス、２１：電磁攪拌装置、２１ａ〜ｄ：電磁攪拌装置、２２：旋回する流れ、２３：制御装置