JP2002210547A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 ストレートノズルから鉛直下方に吐出され
る溶鋼に移動磁界を印加して、溶鋼の下降流を制御する
ことによって、表面品質および内部品質の優れた高品質
の鋳片を製造する連続鋳造方法を提供する。 【解決手段】 ストレートノズルの両側の鋳型長辺面と
ストレートノズルとの間のメニスカスから鋳型下端まで
の領域に上向きの移動磁界を印加し、ストレートノズル
から鉛直下向きに吐出する溶鋼の下降流と移動磁界によ
って上向きに流動する溶鋼の上昇流とを干渉させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ストレートノズル
から鋳型内に供給される溶鋼の流動を制御しながら連続
鋳造を行なう方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造によって鋳片を製造する場合、
溶鋼をタンディッシュから鋳型内に供給する。鋳型内に
供給された溶鋼は鋳型と接触して冷却され、薄い凝固層
（以下、凝固シェルという）を形成する。また、鋳型と
凝固シェルとの潤滑，鋳型内の溶鋼の保温，溶鋼浴面の
酸化防止等を目的として、鋳型内の溶鋼の浴面にモール
ドパウダーを投入する。こうして溶鋼を鋳型内に供給し
ながら凝固シェルを下方へ引き抜いて鋳片を製造する。

【０００３】タンディッシュから鋳型へ溶鋼を供給する
際に、溶鋼が空気によって酸化されるのを防止し、かつ
介在物やモールドパウダーが溶鋼中へ巻き込まれるのを
防止するために、浸漬ノズルを使用する。浸漬ノズル
は、先端部に配設された吐出口を鋳型内の溶鋼に浸漬し
た状態で使用され、吐出口が鉛直下方へ向かって開口し
て溶鋼を鉛直下方へ吐出する浸漬ノズル（以下、ストレ
ートノズルという）、あるいは吐出口が鋳型の短辺方向
に対向して両側に１個ずつ開口して溶鋼を鋳型の短辺面
に向かう方向に吐出する浸漬ノズル（以下、２孔ノズル
という）等が知られている。

【０００４】ストレートノズルを用いる場合は、吐出口
から鉛直下方へ向かって吐出する溶鋼が、凝固シェル内
の未凝固の溶鋼に侵入する深さが深くなる。そのため、
溶鋼に巻き込まれた介在物やモールドパウダーが、凝固
シェル内の未凝固の溶鋼中に深く侵入するので、鋳片に
表面欠陥や内部欠陥が発生しやすい。それに対して２孔
ノズルを用いる場合は、溶鋼が吐出口から鋳型の短辺面
に向かう方向に吐出するので、凝固シェル内の未凝固の
溶鋼に侵入する深さは浅い。したがって鋳片の表面欠陥
や内部欠陥は抑制される。このような理由から、通常の
連続鋳造では２孔ノズルを使用するのが一般的である。

【０００５】図２および図３は、浸漬ノズルとして２孔
ノズル３を用いた場合の溶鋼の流れを示す断面図であ
り、図２は溶鋼が水平方向より下方に向けて吐出される
例、図３は溶鋼が水平方向より上方に向けて吐出される
例である。図２においては、２孔ノズル３の吐出口から
鋳型２の短辺面に向かう方向に吐出された溶鋼は、凝固
シェル６に衝突して、矢印ａと矢印ｂに示すような２種
類の流れに分岐する。矢印ｂの流れはメニスカス７まで
上昇した後、メニスカス７の下側を２孔ノズル３の方向
へ流れ、さらに２孔ノズル３の近傍で下方へ下降する。
このとき、メニスカス７下側の２孔ノズル３の周辺では
溶鋼４が流動せず、溶鋼停滞領域５が生じる。

【０００６】図３においては、２孔ノズル３の吐出口か
ら鋳型２の短辺面に向かう方向に吐出された溶鋼は、矢
印ｃで示すようにメニスカス７まで上昇した後、メニス
カス７の下側を鋳型１の短辺面に向かう方向に流れ、さ
らに凝固シェル６の近傍で下方へ下降する。このとき、
メニスカス７下側の２孔ノズル３の周辺では溶鋼４が流
動せず、溶鋼停滞領域５が生じる。

【０００７】いずれの場合も、溶鋼停滞領域５では溶鋼
４が停滞するため、下記のような問題が発生し、鋳片に
種々の欠陥が生じる原因になっている。 溶鋼停滞領域５では溶鋼４温度が低下し、デッケルと
呼ばれる不沈塊が発生する。 溶鋼４中へのモールドパウダー９の溶融が不均一とな
る。 溶鋼停滞領域５で捕捉された介在物や気泡が残留す
る。

【０００８】そこで溶鋼停滞領域５を解消することを目
的として種々の技術が提案されている。たとえば特開昭
60-37251号公報には、連続鋳造鋳型内溶鋼の電磁撹拌方
法が開示されている。この方法は、リニアモータ型スタ
ーラを複数個に分割し、２孔ノズルから吐出される溶鋼
の吐出流に撹拌流動を生じさせる際に、鋼種や操業条件
に応じた撹拌パターンを選択することによって、鋳片の
品質を改善しようとするものでる。しかしこの方法で
は、設備上の制約からリニアモータ型スターラを分割す
る個数に限界があり、溶鋼停滞領域を十分に解消できな
いという問題があった。

【０００９】また特開平7-9098号公報には、連続鋳造方
法が開示されている。この方法は、メニスカス近傍に電
磁撹拌装置を配設して、メニスカス部に均一な溶鋼流を
形成することによって高品位の鋳片を製造しようとする
ものである。しかしこの方法では、ストレートノズルか
ら鉛直下方に吐出される溶鋼の下降流には電磁撹拌力が
及ばないので、溶鋼の下降流に巻き込まれた介在物やモ
ールドパウダーが凝固シェル内の未凝固の溶鋼中に深く
侵入して、鋳片に表面欠陥や内部欠陥が発生する原因に
なるという問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題を解消し、溶鋼停滞領域が生じるのを防止して、表
面品質および内部品質の優れた高品質の鋳片を製造する
連続鋳造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、種々の浸
漬ノズルについて、鋳型内の溶鋼流動と単位時間あたり
の溶鋼供給量（以下、スループットという）や溶鋼の吐
出角度との関係を調査した。その結果、２孔ノズルを用
いる場合には溶鋼停滞領域を十分に解消できなかった
が、ストレートノズルを使用して、鉛直下方に吐出され
る溶鋼の下降流に移動磁界を印加して上昇流を形成さ
せ、ストレートノズルから鉛直下方に吐出される溶鋼の
下降流が凝固シェル内の未凝固の溶鋼に侵入する深さを
浅くし、かつ移動磁界による上昇流とストレートノズル
からの下降流とを干渉させることによって溶鋼停滞領域
を解消できることを見出した。

【００１２】本発明は、浸漬ノズルとしてストレートノ
ズルを用いる鋼の連続鋳造方法において、ストレートノ
ズルの両側の鋳型長辺面とストレートノズルとの間のメ
ニスカスから鋳型下端までの領域に上向きの移動磁界を
印加し、ストレートノズルから鉛直下向きに吐出する溶
鋼の下降流と移動磁界によって上向きに流動する溶鋼の
上昇流とを干渉させる鋼の連続鋳造方法である。

【００１３】前記した発明においては、第１の好適態様
として、鋳型長辺面に平行な方向に流動する溶鋼の表面
流速が0.15〜0.40ｍ／sec の範囲内を満足することが好
ましい。また第２の好適態様として、移動磁界を発生す
る装置の鉄芯の鋳型長辺面に平行な方向の幅Ｌとストレ
ートノズルの外径ｄが下記の (1)式を満足することが好
ましい。

【００１４】 ２ｄ≦Ｌ≦４ｄ ・・・ (1) Ｌ：移動磁界発生装置の鉄芯の鋳型長辺面に平行な方向
の幅（mm） ｄ：ストレートノズルの外径（mm）

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用する連続鋳
造鋳型の要部を示す断面図であり、(a) は縦断面図、
(b) はＡ−Ａ視の横断面図である。ストレートノズル２
を介して溶鋼４が鋳型１内に供給され、鋳型１内の溶鋼
４浴面にモールドパウダー９が投入される。鋳型１の長
辺の外壁に鉄芯８を有する移動磁界発生装置が設けら
れ、ストレートノズル２の両側の鋳型１長辺面とストレ
ートノズル２との間の溶鋼４に上向きの移動磁界を印加
する。移動磁界を印加する領域は、メニスカス７の下方
50mmにおける溶鋼４の流速（以下、表面流速という）を
制御できるようにするために、メニスカス７の位置を上
限とする。また、ストレートノズル２から鉛直下方に吐
出される溶鋼４の下降流に上向きの移動磁界を印加し
て、溶鋼４の上昇流を形成するために、移動磁界を印加
する領域の下限は、鋳型１下端の位置とする。

【００１６】こうしてストレートノズル２から鉛直下方
に吐出される溶鋼４の下降流と、移動磁界によって溶鋼
４が上向きに流動する上昇流とを干渉させる。なお、溶
鋼４に移動磁界を印加する移動磁界発生装置の鉄芯８の
鋳型１長辺面に平行な方向の幅Ｌ（mm）は、ストレート
ノズル２の外径ｄ（mm）の約３倍程度とするのが好まし
い。具体的には、移動磁界発生装置の鉄芯８の幅Ｌが、
ストレートノズル２の外径ｄの２倍未満では、移動磁界
の強さが不足して、ストレートノズル２から鉛直下方に
吐出される溶鋼４を上昇流にできない。移動磁界発生装
置の鉄芯８の幅Ｌが、ストレートノズル２の外径ｄの４
倍を超えると、移動磁界発生装置のサイズが過大で鋳型
１の長辺の外壁に設置するのが困難となるばかりでな
く、電力消費量が増加して経済的に不利である。したが
って、移動磁界発生装置の鉄芯８の鋳型１長辺面に平行
な方向の幅Ｌは、ストレートノズル２の外径ｄに対して
下記の (1)式を満足するのが好ましい。

【００１７】 ２ｄ≦Ｌ≦４ｄ ・・・ (1) Ｌ：移動磁界発生装置の鉄芯の鋳型長辺面に平行な方向
の幅（mm） ｄ：ストレートノズルの外径（mm） 移動磁界を印加する領域は、ストレートノズル２の両側
の鋳型１長辺面とストレートノズル１との間で、かつス
トレートノズル２を挟んでその両側に、互いに対向する
位置に設ける。したがって、鋳型１長辺面に平行な方向
（すなわち鋳型１短辺面に向かう方向あるいはストレー
トノズル２に向かう方向）の溶鋼４の流動には移動磁界
の効果は及ばない。

【００１８】その結果、ストレートノズル２から鉛直下
方に吐出される溶鋼４の下降流と、移動磁界によって溶
鋼４が上向きに流動する上昇流とが干渉すると、溶鋼４
は鋳型１長辺面に平行な方向に流動する。こうして、鋳
型１長辺面とストレートノズル１との間では、溶鋼４は
上向きの移動磁界によって流動し、鋳型１短辺面とスト
レートノズル１との間では、溶鋼４は下降流と上昇流と
の干渉によって流動するので、鋳型１内の溶鋼４の局所
的な温度低下が防止できる。したがって、溶鋼滞留領域
は解消され、デッケルの生成も防止できる。

【００１９】しかも、ストレートノズル２から鉛直下方
に吐出される溶鋼４の下降流が、移動磁界によって上向
きの流れに変化するので、溶鋼４の下降流が凝固シェル
内の未凝固の溶鋼４に侵入する深さが浅くなる。したが
って、鋳片の表面欠陥や内部欠陥が抑制され、鋳片の品
質が向上する。次に、本発明の連続鋳造方法を適用して
ストレートノズル２を用いた場合の、溶鋼４の表面流速
（ｍ／sec ）と鋳片の欠陥発生状況について説明する。

【００２０】図１に示す装置を用いて、移動磁界発生装
置によって溶鋼４に印加する上向きり移動磁界の強さを
種々変更して、連続鋳造を行なった。その際、歪ゲージ
式流速プローブを用いて、メニスカス７の下方50mmにお
ける溶鋼４の流速（すなわち表面流速）を測定した。さ
らに得られた鋳片の縦割れ，パウダー欠陥および介在物
性欠陥の発生状況を調査した。溶鋼４の表面流速と縦割
れ発生指数，パウダー欠陥発生指数，介在物性欠陥発生
指数との関係を図４に示す。

【００２１】なお、縦割れ発生指数は下記の (2)式で算
出される値であり、算出された値が小さいほど、鋳片の
品質が優れている。 縦割れ発生指数＝５×Ｆ／Ｎ ・・・ (2) Ｆ：縦割れが発生したスラブ数（枚） Ｎ：調査したスラブ数（枚） パウダー欠陥とは、モールドパウダー９が溶鋼４に巻き
込まれることによって発生する欠陥を指し、パウダー欠
陥発生指数は下記の (3)式で算出される値であり、算出
された値が小さいほど、鋳片の品質が優れている。

【００２２】 パウダー欠陥発生指数＝５×Ｐ／Ｎ ・・・ (3) Ｐ：パウダー欠陥が発生したスラブ数（枚） Ｎ：調査したスラブ数（枚） 介在物性欠陥とは、酸化物等の介在物が溶鋼４に巻き込
まれることによって発生する欠陥を指し、介在物性欠陥
発生指数は下記の (4)式で算出される値であり、算出さ
れた値が小さいほど、鋳片の品質が優れている。

【００２３】 介在物性欠陥発生指数＝５×Ｉ／Ｍ ・・・ (4) Ｉ：介在物性欠陥が発生した製品数（枚） Ｍ：調査した製品数（枚） 図４から明らかなように、溶鋼４の表面流速が0.15ｍ／
sec 未満では縦割れや介在物性欠陥を防止できない。ま
た溶鋼４の表面流速が0.4 ｍ／sec を超えるとパウダー
欠陥を防止できない。すなわち、0.15〜0.40ｍ／sec の
範囲内では、縦割れ発生指数，パウダー欠陥発生指数お
よび介在物性欠陥発生指数は、いずれもほぼ０であり、
極めて優れた品質の鋳片が得られる。したがって、溶鋼
４の表面流速が0.15〜0.40ｍ／sec の範囲内を満足する
ことが好ましい。

【００２４】なお本発明においては、ストレートノズル
２の形状は特に規定しない。ただしスループットの大き
い連続鋳造を行なう際には、ストレートノズル２から鉛
直下方に吐出される溶鋼４の下降流の速度が大きくなる
ので、移動磁界を印加して上昇流を形成するのは困難で
ある。そこで下降流と上昇流の干渉によって生じる溶鋼
４の表面流速が0.15〜0.40ｍ／sec の範囲内を満足する
ように吐出口の断面積を調整するのが好ましい。また、
ストレートノズル２の閉塞防止を目的として不活性ガス
（たとえばArガス）の吹込みを行なっても良いし、不活
性ガスの吹込みを停止しても良い。

【００２５】

【実施例】図１に示す装置を用いて、表１に示す成分の
溶鋼の連続鋳造を行なった。鋳片の幅は2400mm，厚さは
260mm とし、ストレートノズル２の浸漬深さ（すなわち
メニスカス７からストレートノズル２の吐出口先端まで
の距離）は200mm ，鋳造速度は0.60ｍ／min とした。

【００２６】

【表１】

【００２７】移動磁界発生装置は、鋳型１の長辺の両方
の外壁に設けられ、その鉄芯８の上端はメニスカス７の
位置に合わせて、下端は鋳型１下端の位置に合わせた。
その結果、鉄芯の長さは800mm であった。移動磁界発生
装置の鉄芯８の鋳型１長辺面に平行な方向の幅Ｌは、ス
トレートノズル２の外径ｄの３倍に相当する400mm とし
た。この鉄芯８の周囲に巻かれたコイルに周波数１〜５
Hzの電流を流して、上向きの移動磁界を発生させた。移
動磁界の磁束密度は、鋳型１の下端位置で0.07〜0.4 Ｔ
であった。

【００２８】こうして移動磁界を印加しながら連続鋳造
を行ない、鋳型１内の溶鋼４の流速を、歪ゲージ式流速
プローブで測定した。また凝固シェル６近傍の溶鋼４の
流速は、鋳片のデンドライト組織の傾き角度から算出す
る方法を用いて計算した（算出方法は、鉄と鋼，第61年
（1975）第14号，2982〜2990ページ参照）。これを発明
例として、各測定点における流速の分布を図５に示す。
図５中の矢印は、各測定点における溶鋼４の流れる方向
と流速の大きさを示す。

【００２９】また比較例１として、移動磁界を印加せず
に２孔ノズルを用いて連続鋳造を行なった場合の、鋳型
１内の溶鋼４の流速分布を図６に示す。さらに比較例２
として、移動磁界を印加せずにストレートノズルを用い
て連続鋳造を行なった場合の、鋳型１内の溶鋼４の流速
分布を図７に示す。その他の操業条件は発明例と同じで
ある。

【００３０】図５に示した発明例では、溶鋼４の表面流
速は 0.2ｍ／sec で一定であり、しかも鋳型１長辺面に
平行な方向（すなわち鋳型１の短辺面に向かう方向）に
均一に流れた。さらにストレートノズル２の周辺でも
0.2ｍ／sec の流速が維持された。図６に示した比較例
１では、溶鋼４の表面流速のばらつきは大きく、しかも
流れの方向も不均一であった。さらに２孔ノズル３の周
辺では、溶鋼４の流速が小さくなり、溶鋼停滞領域が生
じた。さらに図７に示した比較例２では、ストレートノ
ズル２の周辺で溶鋼４の流速は小さくなり、溶鋼停滞領
域が生じた。

【００３１】つまり、本発明を適用することによって、
鋳型１内の溶鋼４が均一に流動して溶鋼停滞領域が解消
されることが確かめられた。なお図５には、発明例とし
て、溶鋼４の表面流速が 0.2ｍ／sec であり、鋳型１長
辺面に平行で、鋳型１短辺面に向かう方向に流れる例を
示したが、溶鋼４がストレートノズル２に向かう方向に
流れる場合でも、表面流速が0.15〜0.40ｍ／sec で、か
つ鋳型１長辺面に平行な方向に流れると同様の効果が得
られる。

【００３２】

【発明の効果】本発明では、鋳型内の溶鋼を均一に流動
させて溶鋼停滞領域が解消し、表面品質および内部品質
の優れた高品質の鋳片を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する連続鋳造の鋳型の要部を示す
断面図であり、 (a)は縦断面図、 (b)はＡ−Ａ視の横断
面図である。

【図２】２孔ノズルを用いた場合の溶鋼の流れを示す断
面図である。

【図３】２孔ノズルを用いた場合の溶鋼の流れを示す断
面図である。

【図４】鋳型内溶鋼の表面流速と鋳片の縦割れ発生指
数、パウダー欠陥発生指数、介在物欠陥発生指数との関
係を示すグラフである。

【図５】本発明を適用した場合の鋳型内溶鋼の流速分布
を示す断面図である。

【図６】移動磁界を印加せず２孔ノズルを用いた場合の
鋳型内溶鋼の流速分布を示す断面図である。

【図７】移動磁界を印加せずストレートノズルを用いた
場合の鋳型内溶鋼の流速分布を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 鋳型 ２ ストレートノズル ３ ２孔ノズル ４ 溶鋼 ５ 溶鋼停滞領域 ６ 凝固シェル ７ メニスカス ８ 移動磁界発生装置の鉄芯 ９ モールドパウダー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 浸漬ノズルとしてストレートノズルを用
   いる鋼の連続鋳造方法において、前記ストレートノズル
   の両側の鋳型長辺面と前記ストレートノズルとの間のメ
   ニスカスから鋳型下端までの領域に上向きの移動磁界を
   印加し、前記ストレートノズルから鉛直下向きに吐出す
   る溶鋼の下降流と前記移動磁界によって上向きに流動す
   る溶鋼の上昇流とを干渉させることを特徴とする鋼の連
   続鋳造方法。
2. 【請求項２】 前記鋳型長辺面に平行な方向に流動する
   溶鋼の表面流速が0.15〜0.40ｍ／sec の範囲内を満足す
   ることを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方
   法。
3. 【請求項３】 前記移動磁界を発生する装置の鉄芯の前
   記鋳型長辺面に平行な方向の幅Ｌと前記ストレートノズ
   ルの外径ｄが下記の (1)式を満足することを特徴とする
   請求項１または２に記載の鋼の連続鋳造方法。 ２ｄ≦Ｌ≦４ｄ ・・・ (1) Ｌ：移動磁界発生装置の鉄芯の鋳型長辺面に平行な方向
   の幅（mm） ｄ：ストレートノズルの外径（mm）