(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型連鋳機の鋳型に、浸漬されたノズルを介し、タンディッシュから金属の溶湯を注入し、該金属の溶湯を凝固させ凝固シェルを形成しながら、該凝固シェルを連続的に引抜き、連続鋳片とするに当り、前記溶湯の湯面の位置と前記鋳片の下降量を連続的に同期して測定し、該湯面の下降速度Ｖmと前記鋳片の下降速度Ｖcとが、下記（１）式を満足するように調整しながら、鋳造することを特徴とする連続鋳片の製造方法。
記
Ｖm−Ｖc  ＜  ０      ……（１）
【請求項２】
前記湯面の位置の測定を、前記鋳型の内壁近傍で行うことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳片の製造方法。
【請求項３】
前記鋳片の下降速度Ｖcを、鋳込み長さ計測ロールを用いて測定した値から算出することを特徴とする請求項１または２に記載の連続鋳片の製造方法。
【請求項４】
湯面制御装置を備えた縦型連鋳機で鋳型内の湯面位置を制御するに当り、該湯面の位置を連続的に測定し該湯面の下降速度Ｖmを算出するとともに、前記湯面の位置の測定に同期して鋳片の下降量を測定し該鋳片の下降速度Ｖcを算出し、該湯面の下降速度Ｖmと該鋳片の下降速度Ｖcとが、下記（１）式を満足するように、前記湯面制御装置を介して湯面の位置を制御することを特徴とする連続鋳造における鋳型内湯面の制御方法。
記
Ｖm−Ｖc  ＜  ０      ……（１）
【請求項５】
前記湯面の位置の測定を、前記鋳型の内壁近傍で行うことを特徴とする請求項４に記載の鋳型内湯面の制御方法。
【請求項６】
前記鋳片の下降速度Ｖcを、鋳込み長さ計測ロールを用いて測定した値から算出することを特徴とする請求項４または５に記載の鋳型内湯面の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属溶湯の連続鋳造に係り、とくに縦型連鋳機を用いた連続鋳片の表面品質、内部品質の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造では、湯面被覆剤、いわゆるモールドフラックスが、鋳型と鋳片との潤滑、溶湯湯面の保温、溶湯から浮上分離した非金属介在物の吸収等の目的で使用されている。しかし、この湯面被覆剤が、湯面変動が大きくなると、凝固シェルに捕捉され、そのまま鋳片内に留まり、圧延後の製品の表面欠陥や内部欠陥の原因となる場合がある。
また、鋼の連続鋳造では、浸漬ノズルの詰まり防止のために、アルゴンガスを溶湯内に吹き込んでいる。吹き込まれた微細なアルゴンガス気泡は、浮上途中に湯面直下に、非金属介在物とともに集積・浮遊する場合がある。このような場合に、湯面変動が大きくなると、気泡、非金属介在物が凝固シェルに捕捉され、そのまま鋳片内に留まり、圧延後の製品の表面欠陥や内部欠陥の原因となる場合がある。そのため、湯面変動が基準値以上となった場合には、その相当部位では鋳片の手入れを余儀なくされてきた。
【０００３】
従来から、このような製品の欠陥発生を防止し鋳片の品質を向上させるという観点や、連続鋳造の操業安定化や生産性向上という観点から、連鋳機の鋳型内湯面の安定化が強く要望されてきた。
このような要望に対し、例えば、特許文献１には、湯面レベル一定制御装置を備え、目標湯面レベルを設定するとともに、鋳型内の湯面レベルを実測し、実測湯面レベルと目標湯面レベルとの差を演算し、それに基づきノズル開度を調節して、鋼の連続鋳造を行うに際し、目標湯面レベルを周期的に上下させ、そのときの変化率を１mm/秒以下とするモールド湯面レベル制御方法が提案されている。これにより、高品質の鋳片が得られるとしている。
【０００４】
また、非特許文献１には、鋼の連続鋳造に際し、鋳型内の湯面変動幅を、溶融フラックス層厚みと鋳型振動ストローク、および湯面メニスカス部曲率半径の和より小さくするという考えが提案されている。
また、非特許文献１には、鋳型内の湯面変化速度と湯面変動幅の積が或る値以下になると表面品質が改善されることが記載されている。
【特許文献１】特公昭63−16218号公報
【非特許文献１】小舞ら：鉄と鋼、70（1984）No.１、p.81〜88
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来技術による方法で鋼の連続鋳造に際し、鋳型内の湯面制御を行っても、鋳型内の湯面変動に異常が認められないときにも、製品において表面欠陥が発生する場合があった。したがって、上記した従来技術の考え方では、依然として製品における表面欠陥等の欠陥発生を完全に防止することは困難であった。
そこで、本発明は、上記した従来技術の問題を解決し、製品における表面欠陥、内部欠陥等の欠陥発生を防止できる、連鋳機の鋳型内湯面の制御方法および連続鋳造鋳片（以下、連続鋳片、あるいは単に鋳片ともいう）の製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、モールドフラックスや気泡が凝固シェルに捕捉される機構について鋭意研究した。その結果、湯面の下降速度、とくにメニスカス部の湯面の下降速度が、メニスカス部の凝固シェルの下降速度より大きい場合に、モールドフラックスや気泡が凝固シェルに捕捉されることを新たに見出した。また、従来、溶湯の湯面変動により、凝固シェルに捕捉されるモールドフラックスは、未溶融状態のものが主であり、溶融状態のフラックスは溶湯流動により一旦溶湯中に巻き込まれたのち、浮上する途中で凝固シェルに捕捉されるものと考えられていた。しかし、本発明者らの研究によれば、溶融フラックスも、直接、湯面変動により凝固シェルに捕捉されることがあることを知見した。
【０００７】
まず、本発明者らが見出し本発明の基礎になった、連続鋳造における鋳型内での、モールドフラックスや気泡が凝固シェルに捕捉される概念的な機構について、図１に基づいて説明する。図１（ａ）は、鋳型内の湯面変動がない場合を、図１（ｂ）は、湯面の下降速度が鋳片の下降速度より大きい場合を、図１（ｃ）は湯面が上昇する場合を、それぞれ示す。
【０００８】
図１（ａ）では、ノズル詰まり防止のために溶鋼内に吹き込まれたアルゴンガス気泡や非金属介在物が、浮上途中で溶融フラックス層内に取り込まれないで湯面直下に集積・浮遊している状況を示している。これら湯面直下のアルゴンガス気泡や非金属介在物は、湯面の変動とほぼ同期して上や下に変動する。
しかし、湯面の下降速度Ｖmが大きくなり、鋳片下降速度Ｖcより大きくなる（Ｖm＞Ｖc）と、図１（ｂ）に示すように、湯面およびその直下の気泡や非金属介在物が、凝固シェル先端より下降することになり、相対的に凝固シェル先端がモールドフラックス層内に浸入した状態となる。湯面の下降量が溶融フラックス厚みより小さい場合には、凝固シェル先端は、溶融フラックスと接触し、一方、湯面の下降量が溶融フラックス厚みより大きい場合には、凝固シェル先端は、溶融フラックスに加えて未溶融フラックスとも接触することになる。
【０００９】
湯面が下降後、再び上昇する場合には、湯面直下の気泡や介在物の大部分は、湯面の上下動とともに移動するが、凝固シェルに近い気泡や介在物、さらには凝固シェルと接触した一部の溶融フラックスや未溶融フラックスは、図１（ｃ）に示すように、凝固シェルに捕捉される。これら捕捉された気泡、介在物および溶融フラックス・未溶融フラックスは、湯面の位置が、凝固シェル先端より上方に移動したのちも、周辺の溶湯の凝固の進行により、離脱、浮上することなく捕捉されたまま凝固シェル内に留まり、最終的に鋳片表層下に存在することになる。
【００１０】
上記したような気泡等の捕捉機構に鑑み、本発明者らは、製品における表面欠陥等の欠陥発生を防止できる高品質な連続鋳片を得るためには、連続鋳造時の鋳型内湯面の下降速度が、凝固シェル（鋳片）の下降速度より小さくなるようにする調整することが肝要であることに思い至った。
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
【００１１】
（１）縦型連鋳機の鋳型に、浸漬されたノズルを介し、タンディッシュから金属の溶湯を注入し、該金属の溶湯を凝固させ凝固シェルを形成しながら、該凝固シェルを連続的に引抜き、連続鋳片とするに当り、前記溶湯の湯面の位置と前記鋳片の下降量を連続的に同期して測定し、該湯面の下降速度Ｖmと前記鋳片の下降速度Ｖcとを、次（１）式
Ｖm−Ｖc  ＜  ０      ……（１）
を満足するように調整しながら、鋳造することを特徴とする連続鋳片の製造方法。
【００１２】
（２）（１）において、前記湯面の位置の測定を、前記鋳型の内壁近傍で行うことを特徴とする連続鋳造鋳片の製造方法。
（３）（１）または（２）において、前記鋳片の下降速度Ｖcを、鋳込み長さ計測ロールを用いて測定した値から算出することを特徴とする連続鋳片の製造方法。
（４）湯面制御装置を備えた縦型連鋳機で鋳型内の湯面位置を制御するに当り、該湯面の位置を連続的に測定し該湯面の下降速度Ｖmを算出するとともに、前記湯面の位置の測定に同期して鋳片の下降量を測定し該鋳片の下降速度Ｖcを算出し、該湯面の下降速度Ｖmと該鋳片の下降速度Ｖcとが、次（１）式
Ｖm−Ｖc  ＜  ０      ……（１）
を満足するように、前記湯面制御装置を介して湯面の位置を制御することを特徴とする連続鋳造における鋳型内湯面の制御方法。
【００１３】
（５）（４）において、前記湯面の位置の測定を、前記鋳型の内壁近傍で行うことを特徴とする連続鋳造鋳片の製造方法。
（６）（４）または（５）において、前記鋳片の下降速度Ｖcを、鋳込み長さ計測ロールを用いて測定した値から算出することを特徴とする連続鋳造における鋳型内湯面の制御方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、製品の内部欠陥、表面欠陥の発生を有効に防止できる、高品質の連続鋳片を生産性高く製造でき、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、鋳片の無手入れ率が向上し、省エネルギーや歩留向上にも寄与できるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
まず、本発明で利用する、湯面の位置制御の系統図を模式的に図２に示す。
本発明で利用する縦型連鋳機10は、水冷された鋳型１と、鋳型１の下方に配設され、鋳型から引抜かれた凝固シェルを支える鋳片サポートロール４とを有する。鋳片サポートロール４群の中には、鋳型直下に、鋳込み長さを測定する計測ロール41が配設されることが好ましい。
【００１６】
また、本発明で利用する縦型連鋳機10は、湯面制御装置６を備える。湯面制御装置６には、湯面位置検出器61と、湯面位置検出器アンプ611と、さらに演算器７が接続される。また、湯面制御装置６には、スライディング２１の開閉を行うステッピングシリンダー駆動装置211が接続される。
金属の溶湯は、タンディッシュ２と、浸漬ノズル３を介し、鋳型１内に注入される。鋳型１内に注入された溶湯は、凝固し凝固シェルを形成しながら、連続的に引抜かれ、連続鋳片５となる。なお、タンディッシュ２には、スライディングノズル21が配設され、ステッピングシリンダー駆動装置211によりスライディングノズルの開度を調整し、目標の湯面位置となるように、鋳型１への溶湯の注入量を調整する。  
【００１７】
本発明では、さらに、湯面位置検出器61により、連続して湯面レベル(湯面の位置)を測定する。得られた湯面の位置情報をもとに、湯面の下降速度Ｖmを所定の時間間隔ごとに、演算器７により算出する。
また、これに同期して、好ましくは計測ロール41により鋳片の下降量を計測する。得られた鋳片の下降量情報をもとに、算出した湯面下降速度Ｖmに相当する時刻の鋳片の下降速度Ｖcを、演算器７により算出する。
【００１８】
各時間間隔ごとに得られた湯面の下降速度Ｖmと鋳片の下降速度Ｖcとを比較し、次（１）式
Ｖm−Ｖc  ＜  ０      ……（１）
を満足するか否かを、判定する。なお比較・判定は、演算器７で行うのはいうまでもない。
【００１９】
判定結果に基づき、湯面の下降速度Ｖm、および／または、鋳片の下降速度（鋳片引抜き速度）Ｖcを調整する。なお、湯面の下降速度Ｖmの調整は、湯面制御装置６を介し、ステッピングシリンダー駆動装置211によるスライディングノズルの開度調整により、溶湯の注入量を調整し、湯面の位置を調整して行うことが好ましい。また、鋳片断片が小さい場合には、鋳片の下降速度（鋳片引抜き速度）Ｖcの調整を、ピンチロールにより制御して行ってもよい。
【００２０】
湯面の位置の測定は、鋳型１の内壁近傍、好ましくは鋳型内壁から50mm以内で行うことが好ましい。そのため、湯面位置検出器61は、鋳型内壁近傍、好ましくは鋳型内壁から50mm以内に設置することが好ましい。なお、鋳型内の鋳片厚み方向中央部と内壁近傍とで、湯面変動が同じ場合や同期している場合には、湯面の位置の測定場所は、内壁近傍に限定する必要はない。また、湯面変動が、鋳型内の鋳片厚み方向中央部と内壁近傍とで異なっていても、両者で相関関係があれば、換算することができるため、湯面の位置の測定場所を中央部としてもよい。
【００２１】
湯面位置検出器61は、その種類をとくに限定する必要はないが、渦流式電磁センサー、γ線センサー等が例示できる。なお、設置する湯面位置検出器の個数は多いほどよく、また、湯面制御は湯面変動幅が大きい位置に設置したセンサーを利用することが好ましい。
また、欠陥発生の機構から考えて、（１）式の判定に使用する鋳片の下降速度Ｖcは、真のメニスカス部の凝固シェルの下降量を測定して求めた値を使用するのが理想的であるが、メニスカス部の凝固シェルの下降量を測定することが困難であるため、本発明では鋳型直下少なくとも湯面から３ｍ以内において、計測ロール41により測定した鋳片の下降量を用いて鋳片の下降速度Ｖcを算出するものとする。これは、鋳型１直下において鋳片の下降量を測定することにより、鋳片の熱収縮やバルジング変形による外乱を極力排除できることができるためである。
【００２２】
なお、鋳型１直下において測定した鋳片の下降速度Ｖcに代えて、一般的に採用されている複数のピンチロールの回転数を用いて算出した鋳造速度Ｖccを用いてもよい。しかし、この場合、湯面から鋳片の下降量を測定する位置までの、鋳片の冷却による熱収縮（鋳造方向）や、鋳片のバルジング変形による鋳片表面の移動時間の変化を考慮する必要が生じる。鋳片の下降速度Ｖcは、鋳造速度Ｖccに、熱収縮等に起因した鋳片の下降速度の変化量ΔＶを補正した、Ｖc＝Ｖcc＋ΔＶで表現される。したがって、鋳造速度Ｖccを用いる場合には、判定は（１）式に代えて、次（２）式
Ｖm−Ｖcc  ＜  ΔＶ      ……（２）
を用いることになる。ΔＶは、鋳片の下降量を測定する位置の相違により生じる誤差量に相当する。このΔＶは、連続鋳造の操業条件等により経験的に決定することができる。
【００２３】
なお、鋳型１直下において測定した鋳片の下降速度Ｖcに代えて、湯面からの距離が所定の位置に配置した計測ロールで測定した鋳片の下降量から算出した鋳片の下降速度Ｖcaを用いてもよい。この場合、鋳片の下降速度Ｖcは、Ｖc＝Ｖca＋ΔＶとなる。ΔＶは、湯面からの距離に応じて、上記した熱収縮等に起因した誤差量を意味する。
なお、ΔＶは、次式
ΔＶ＝｛Ｌ０／（Ｌ０−ΔＬ）−１｝Ｖcc
（ここで、Ｌ０：湯面から鋳片下降量を測定している位置までの幾何学的な鋳片移動長さ、ΔＬ：鋳片表面における鋳造方向線分長さ減少量（＝ΔＬｓ−ΔＬｂ）、ΔＬｓ：熱収縮量、ΔＬｂ：鋳片バルジング量）
を用いても推定できる。
【実施例】
【００２４】
垂直曲げ型の２ストランドの連鋳機を用いて、極低炭素鋼のスラブを連続鋳造した。なお、使用した鋳型のサイズは、厚さ260mm×幅1850mmとした。また、鋳造速度Ｖccは1.8〜2.0ｍ／minとした。なお、連続鋳造に際し、鋳型１に湯面位置検出器61を配置し、鋳型内の湯面の位置を測定し、湯面位置制御を行った。
使用した湯面位置検出器は、渦流式電磁センサーとし、Ａ〜Ｃの３基を配置した。湯面位置検出器（センサー）Ａは、鋳型銅板の上端に設置され、湯面検出範囲が、鋳型銅板表面から溶鋼側に50mm、鋳型幅方向に100mmとなるように設定された。また、湯面位置検出器Ｂは、検出部直径が35mmのセンサーを用い、センサー中心位置が鋳型銅板表面から溶鋼側に55mm、鋳型幅方向の１／４相当位置となるように設置した。また、湯面位置検出器Ｃは、検出部直径が50mmのセンサーを用い、センサー中心位置が鋳型銅板表面から溶鋼側に鋳型厚みの１／２相当位置、鋳型幅方向の１／４相当位置となるように設置した。湯面位置検出器Ｂ、Ｃはいずれも、センサー先端が目標湯面位置から100mm上方に位置するように配置した。
【００２５】
また、湯面制御は、湯面が目標湯面位置になるように、湯面制御装置６を介してステッピングシリンダー駆動装置211により、スライディングノズル21の開度を調節する方式で行った。なお、不感帯は目標湯面位置の±３mmとした。
なお、さらに、湯面位置検出器61で測定した湯面の位置情報に基づいて、0.1秒毎に演算器７を用いて湯面の下降速度Ｖmを算出した。また、湯面の位置測定と対応して同時刻に、湯面位置から３ｍの位置に設置した計測ロール41を用いて、0.1秒毎の鋳片の下降量を測定し、演算器７により速度に換算し、鋳片下降速度Ｖcaとした。
【００２６】
湯面制御は、（１）式に代えて（２）式を利用し、
Ｖm−Ｖca  ＜  ΔＶ      ……（２ａ）
を満足するように、湯面制御装置を介して湯面の位置を制御した。なお、湯面から３ｍの位置での鋳片の下降速度Ｖcaと鋳型直下における鋳片の下降速度Ｖcとの誤差量ΔＶを、
ΔＶ＝｛Ｌ０／（Ｌ０−ΔＬ）−１｝Ｖcc
（ここで、Ｌ０：湯面から鋳片下降量を測定している位置までの幾何学的な鋳片移動長さ、ΔＬ：鋳片表面における鋳造方向線分長さ減少量（＝ΔＬｓ−ΔＬｂ）、ΔＬｓ：熱収縮量、ΔＬｂ：鋳片バルジング量）
を参照して、鋳片の熱収縮、バルジング量を考慮した誤差量として算出し、ΔＶ：0.03m/minとした。
【００２７】
第一ストランドを図２に示す本発明の方式で湯面を制御し本発明例とし、第二ストランドを図３に示す、湯面の位置検出のみを行って湯面の位置を制御する方式で湯面を制御し、比較例とした。
得られた鋳片（スラブ）を無手入れのまま、ホットチャージ圧延し、熱延鋼帯とした。ホットチャージ圧延の条件は、加熱炉温度：1100〜1150℃、在炉時間：30〜60minとした。ついで、得られた熱延鋼帯に冷間圧延を施し、板厚0.8mmの冷延コイル（鋼帯）とした。
【００２８】
得られた冷延コイルについて、表面欠陥の発生個数を目視で調査し、表面欠陥発生率（％）（＝（欠陥個数／測定したコイル長さ）×100）を求めた。測定したコイルは、2000〜2429コイルとした。なお測定した表面欠陥は、気泡、介在物、パウダー起因のへゲ、スリバー、フクレ（ブリスター）であり、割れ起因の欠陥は除外した。
得られた結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
0004735269.tif 000002
本発明例では、比較例に比べて表面欠陥発生率が60〜94％減少した。なお、湯面位置検出器の位置により、表面欠陥発生率が異なっている。センサーの位置が、鋳型内壁のメニスカス部から最も近い、湯面位置検出器Ａの場合が最も表面欠陥発生率が低くなっている。これは、センサー位置が鋳型内壁のメニスカス部、すなわち欠陥発生位置から遠く離れるにしたがい、欠陥発生に影響する湯面位置の情報が得にくくなるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】気泡等が凝固シェルに捕捉される捕捉機構の概念的な説明模式図である。
【図２】本発明で使用する湯面制御の系統図を模式的に示す説明図である。
【図３】従来の湯面制御の系統図を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  鋳型
２  タンディッシュ
３  浸漬ノズル
４  鋳片サポートロール
５  鋳片（連続鋳片）
６  湯面制御装置
７  演算器
10  縦型連鋳機
21  スライディングノズル
211 ステッピングシリンダー駆動装置
41  計測ロール
61  湯面位置検出器
611 湯面位置検出器アンプ
【図１】
0004735269.tif 000003
【図２】
0004735269.tif 000004
【図３】
0004735269.tif 000005