(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型の厚み方向に磁極を対向させた電磁力による直流静磁場または低周波交流磁場、あるいは永久磁石による静磁場によって鋳型内の溶鋼流動を制御する薄スラブの連続鋳造設備において、
スラブの厚みを１００ｍｍ以下、鋳造速度を５ｍ／ｍｉｎ以上とし、且つ、浸漬ノズルを囲む磁極形状を略Ｕ形とするとともに、浸漬ノズルと磁極との距離Ａを３００ｍｍ以下とすることを特徴とする薄スラブの連続鋳造設備。
【請求項２】
鋳型の厚み方向に磁極を対向させた電磁力による直流静磁場または低周波交流磁場、あるいは永久磁石による静磁場によって鋳型内の溶鋼流動を制御する薄スラブの連続鋳造設備において、
スラブの厚みを１００ｍｍ以下、鋳造速度を５ｍ／ｍｉｎ以上とし、且つ、浸漬ノズルを囲む磁極形状を略Ｕ形とするとともに、浸漬ノズルと磁極との距離Ａと磁極幅Ｂの関係が下記式を満足することを特徴とする薄スラブの連続鋳造設備。
式      ２００ｍｍ≦Ａ＋Ｂ≦５００ｍｍ
【請求項３】
鋳型の厚み方向に磁極を対向させた電磁力による直流静磁場または低周波交流磁場、あるいは永久磁石による静磁場によって鋳型内の溶鋼流動を制御する薄スラブの連続鋳造設備において、
スラブの厚みを１００ｍｍ以下、鋳造速度を５ｍ／ｍｉｎ以上とし、且つ、浸漬ノズルを囲む磁極形状を略Ｕ形とするとともに、磁極幅Ｂが、磁極の最大磁束密度（テスラ）×磁極幅Ｂ（ｍｍ）≧１０×浸漬ノズルの吐出流速（ｍ／ｓ）＋２０の関係を満足することを特徴とする薄スラブの連続鋳造設備。
【請求項４】
鋳型の厚み方向に磁極を対向させた電磁力による直流静磁場または低周波交流磁場、あるいは永久磁石による静磁場によって鋳型内の溶鋼流動を制御する薄スラブの連続鋳造方法において、
スラブの厚みを１００ｍｍ以下、鋳造速度を５ｍ／ｍｉｎ以上とし、且つ、浸漬ノズルを囲む磁極形状を略Ｕ形とするとともに、浸漬ノズルと磁極との距離Ａを３００ｍｍ以下として鋳型内溶鋼流動を制御することを特徴とする薄スラブの連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力によって鋳型内での溶鋼流動を制御する薄スラブの連続鋳造設備および連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造設備において、タンディッシュから浸漬ノズルを通して鋳型内に注入された溶鋼は大きな流速をもっている。この吐出流は、溶鋼内に深く侵入するため、アルミナ等を主体とする脱酸生成物が凝固シェル内に捕捉される原因となり、また、鋳型短辺面に衝突した吐出流は、上方流となって湯面近傍で大きな流速となるため、モールドパウダーの巻き込みを生じる原因ともなる。このような脱酸生成物の混入やモールドパウダーの巻き込みは、鋳造速度が速くなるにしたがって顕著となり、最終的にはブレークアウトを発生させる。これらの現象を防ぐために電磁力を流動溶鋼に作用させる防止技術が従来から種々提案されている。
【０００３】
この防止技術としては、特開平８−１９８４１号公報に開示されている技術がある。この公報では、図６に示すように、鋳型の幅中央ないし鋳型短辺４より内側の所定の位置から端部近傍にかけて、磁極を鋳型上方側に曲げるかまたは傾斜させ、かつ鋳片の幅中央部では浸漬ノズル１の吐出孔より下方に設けたものが提案されている。
【０００４】
また、上記公報の実施例の中に磁極を鋳型の幅方向にＶ字形状にしたものや磁極の両端部を垂直に立てて全体としてコ字状にしたものが提案されている。
【０００５】
上記従来技術おいては、鋳型の中央ないし鋳型短辺４より内側の所定の位置から両端部近傍にかけて、磁極を鋳型上方側に曲げるかまたは傾斜させ、かつ鋳片の幅中央部では浸漬ノズル１の吐出孔より下方に設けているため、浸漬ノズル１からの吐出流は下方斜め方向の鋳片端部に向かって流れるが、磁極が浸漬ノズル１の下方から鋳型の両端部では上方に曲げるか傾斜させて配置されているため、この磁極による磁場帯１４によって浸漬ノズル１から吐出する吐出流のうち、鋳型下方への吐出流１３を減衰することが出来る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術においては、磁場帯１４に反射して、反転して発生する２次的上昇流１２を減衰させることは出来ない。従って、この２次的に発生する上昇流１２により、湯面３の変動を防止することは出来ない。
【０００７】
また、厚みが１００ｍｍ以下の薄スラブの連続鋳造設備においては、鋳型上面の面積が小さいため、このわずかな上昇流でも、湯面の変動は大きくなり、モールドパウダーの巻き込みによる鋳造欠陥やブレークアウトという鋳造障害を起こすことになる。まして、薄スラブの鋳造を高速（５ｍ／ｍｉｎ以上）で行う場合には、湯面変動は、容易に±３０ｍｍから±４０ｍｍレベルになり、ブレークアウトの原因となる。ブレークアウトを防止するためには、湯面の変動を±５ｍｍ以内に抑える必要がある。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、１００ｍｍ以下の厚みのスラブを５ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度で鋳造する場合に、鋳型上面の湯面の変動を抑えて安定した鋳造を行うことが出来る薄スラブの連続鋳造設備および連続鋳造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄スラブの連続鋳造設備は、鋳型の厚み方向に磁極を対向させた電磁力による直流静磁場または低周波交流磁場、あるいは永久磁石による静磁場によって鋳型内の溶鋼流動を制御する薄スラブの連続鋳造設備において、スラブの厚みを１００ｍｍ以下、鋳造速度を５ｍ／ｍｉｎ以上とし、且つ、浸漬ノズルを囲む磁極形状を略Ｕ形とするとともに、浸漬ノズルと磁極との距離Ａを３００ｍｍ以下とすることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の薄スラブの連続鋳造設備は、鋳型の厚み方向に磁極を対向させた電磁力による直流静磁場または低周波交流磁場、あるいは永久磁石による静磁場によって鋳型内の溶鋼流動を制御する薄スラブの連続鋳造設備において、スラブの厚みを１００ｍｍ以下、鋳造速度を５ｍ／ｍｉｎ以上とし、且つ、浸漬ノズルを囲む磁極形状を略Ｕ形とするとともに、浸漬ノズルと磁極との距離Ａと磁極幅Ｂの関係が、２００ｍｍ≦Ａ＋Ｂ≦５００ｍｍの式を満足することを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明の薄スラブの連続鋳造設備は、鋳型の厚み方向に磁極を対向させた電磁力による直流静磁場または低周波交流磁場、あるいは永久磁石による静磁場によって鋳型内の溶鋼流動を制御する薄スラブの連続鋳造設備において、スラブの厚みを１００ｍｍ以下、鋳造速度を５ｍ／ｍｉｎ以上とし、且つ、浸漬ノズルを囲む磁極形状を略Ｕ形とするとともに、磁極幅Ｂが、磁極の最大磁束密度（テスラ）×磁極幅Ｂ（ｍｍ）≧１０×浸漬ノズルの吐出流速（ｍ／ｓ）＋２０の関係を満足することを特徴とする。
【００１２】
本発明の薄スラブの連続鋳造方法は、鋳型の厚み方向に磁極を対向させた電磁力による直流静磁場または低周波交流磁場、あるいは永久磁石による静磁場によって鋳型内の溶鋼流動を制御する薄スラブの連続鋳造方法において、
スラブの厚みを１００ｍｍ以下、鋳造速度を５ｍ／ｍｉｎ以上とし、且つ、浸漬ノズルを囲む磁極形状を略Ｕ形とするとともに、浸漬ノズルと磁極との距離Ａを３００ｍｍ以下として鋳型内溶鋼流動を制御することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の連続鋳造設備の鋳型部分を示す縦断面図、図２は鋳型の平面図、図３は浸漬ノズルと磁極との距離Ａと湯面の流速標準偏差の関係を示すグラフ、図４は浸漬ノズルと磁極との距離Ａおよび磁極幅Ｂと湯面の流速標準偏差との関係を示すグラフ、図５は最大磁束密度および磁極幅Ｂと浸漬ノズルの吐出流速の関係を示すグラフである。
【００１４】
図２において、鋳型は、鋳型長辺５と鋳型短辺４とで構成され、鋳型長辺５側に磁気コイル７を配置している。磁気コイル７の間には、鋳型内での磁場帯１４が略Ｕ形となるように（図１参照）、１対の略Ｕ形の磁極６、６をそれぞれ鋳型長辺５に沿って配置している。各磁極６、６は、鋳型内中央に配置した浸漬ノズル１からＡの距離をおいて配置され、Ｂの磁極幅を有する。なお、図２中の符号８はリターンヨークである。
【００１５】
図１において、鋳型の中央に配置された、浸漬ノズル１から溶鋼が吐出される。浸漬ノズル１には、鋳型内斜め下方に溶鋼を吐出するための孔が設けられており、この孔から溶鋼が鋳型内に吐出される。鋳型内の浸漬ノズル１の周りには、図２に示した磁極６、６によって、浸漬ノズル１から距離Ａをおいて、且つ磁極幅Ｂと同じ幅を有する略Ｕ形の磁場帯１４が形成されている。浸漬ノズル１の孔から吐出された溶鋼は所定の吐出流で吐出される。この吐出流は、Ｕ形磁極６、６による磁場帯１４に接触して、吐出流が減衰され、鋳型短辺４側の壁に形成された凝固シェル９に衝突する。衝突した吐出流は鋳型短辺４の壁（凝固シェル９）に沿って上昇流１０と下降流１１とに分散される。吐出流は、衝突前にＵ形磁極６、６による磁場帯１４により減衰されているので、上昇流１０および下降流１１とも溶鋼を撹拌する力はなく、鋳型上面の湯面３の変動は防止できる。なお、なお、図１中の符号２はモールドパウダーである。
【００１６】
また、本発明では、浸漬ノズル１から距離Ａをおいて磁極６、６を配置し、浸漬ノズル１から距離Ａ内の領域で吐出流の上昇を発生させず、鋳型上面の湯面３の変動が起こらないようにしている。このことを図３で詳述する。図３は、浸漬ノズルと磁極との距離Ａと湯面の流速標準偏差の関係について説明するグラフで、スラブ厚９０ｍｍ、スラブ幅１５００ｍｍ、鋳造速度８ｍ／ｍｉｎの条件で行った実験結果を示すものである。図３より、浸漬ノズルと磁極との距離Ａを３００ｍｍ以下とすれば湯面の変動が小さいことがわかる。つまり、湯面の変動は、浸漬ノズルから吐出された溶鋼が鋳型の壁、または、磁極による磁場帯に接触した際に発生するに上昇流によって溶鋼が流動し、この流動によって変動するもので、これを流速標準偏差として表すことが出来る。流速標準偏差とは、湯面の任意の点における流速の時間に対する変化率であり、この変化率が大きいと、流れは乱流状態となり湯面変動が大きいということになる。この湯面レベルを安定させるためには、湯面の流速標準偏差を０．１以下にすることが必要である。図３からわかるように、浸漬ノズルと磁極との距離Ａを３００ｍｍ以下とすることで流速標準偏差を０．１以下に抑えることが出来た。
【００１７】
次に、浸漬ノズルと磁極との距離Ａおよび磁極幅Ｂと湯面の流速標準偏差との関係について、スラブ厚９０ｍｍ、スラブ幅１５００ｍｍ、鋳造速度８ｍ／ｍｉｎの条件で、種々の実験を行い、最適な範囲を導くことが出来た。このときの磁極の磁束密度は最大０．４テスラとした。図４に示すように磁極と浸漬ノズルの距離Ａおよび磁極幅Ｂと湯面の流速標準偏差との関係は、Ａ＋Ｂが２００ｍｍ以上であれば、湯面の流速標準偏差を０．１以下に出来ることがわかった。上限は、コストとの関係から５００ｍｍ程度までが最も有効な範囲である。２００ｍｍ未満では磁極幅が小さく、吐出流を減衰させることが出来ない。従って、浸漬ノズルと磁極との距離Ａと磁極幅Ｂは、２００≦Ａ＋Ｂ≦５００の関係を満足することが望ましい。
【００１８】
次に、磁極の最大磁束密度および磁極幅Ｂと浸漬ノズルの吐出流速の関係を検討した。その結果を図５に示す。図５では、スラブ厚９０ｍｍ、スラブ幅１５００ｍｍ、鋳造速度＝８ｍ／ｍｉｎ、ノズルからの吐出口面積Ｓ＝４８００ｍｍ２、浸漬ノズルの吐出流速＝３．７５ｍ／ｓとして種々の実験を行った。鋳型上面の湯面の流速標準偏差を０．１以下とするためには、最大磁束密度（テスラ）×磁極幅Ｂ（ｍｍ）≧１０×浸漬ノズルの吐出流速（ｍ／ｓ）＋２０であることを確認した。この範囲を採用することで、湯面の流速標準偏差を０．１以下に抑えることができ、結果として湯面レベルの変動を±５ｍｍ以下に制御することが可能となり、薄スラブの連続鋳造設備での高速安定鋳造が可能となった。
【００１９】
本発明は、平行鋳型、ファンネル形状鋳型、凹形状鋳型等のあらゆる鋳型形状のものに対しても実施可能である。また、これら形状の場合、スラブの厚みの定義は、鋳型短辺近傍の厚みをもって、厚みが１００ｍｍ以下の薄スラブの連続鋳造設備とする。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、スラブ厚が１００ｍｍ以下で鋳造速度が５ｍ／ｍｉｎ以上の薄スラブの連続鋳造において、鋳型内の湯面の変動を防止でき、モールドパウダーの巻き込みによる鋳造欠陥やブレークアウトの発生を防止し、安定した高速鋳造を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続鋳造設備の鋳型部分を示す縦断面図である。
【図２】鋳型の平面図である。
【図３】浸漬ノズルと磁極との距離Ａと湯面の流速標準偏差の関係を示すグラフである。
【図４】浸漬ノズルと磁極との距離Ａおよび磁極幅Ｂと湯面の流速標準偏差との関係を示すグラフである。
【図５】最大磁束密度および磁極幅Ｂと浸漬ノズルの吐出流速の関係を示すグラフである。
【図６】従来技術の鋳型部分の縦断面図である。
【符号の説明】
１  浸漬ノズル
２  モールドパウダー
３  湯面
４  鋳型短辺
５  鋳型長辺
６  磁極
７  磁気コイル
８  リターンヨーク
９  凝固シェル
１０  ノズル吐出流（上昇流）
１１  ノズル吐出流（下降流）
１２  ノズル吐出流（２次的上昇流）
１３  ノズル吐出流
１４  磁場帯
【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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