JP2002336943A - 連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁攪拌用コイルを装備した小断面鋳型での
高速鋳造の場合において、ストレートノズルの溶鋼吐出
流の潜り込みを浅くして反転流によるパウダー巻込みを
少なくするよう改善する。 【解決手段】 浸漬ノズルの内腔下部に適正なテーパー
を付与し、吐出孔からの吐出流速を低下させることによ
り、吐出流の潜り込みが浅くなり反転流が弱められるた
めにパウダー巻込みを防止できるものである。本発明に
より、偏析のより厳しい１２２mm角程度の小断面鋳片で
も品質管理上充分なＥＭＳ旋回流を付与しながらパウダ
ー巻き込みを回避して高級鋼を造り込むことが可能であ
り、パウダー巻き込み抑制のために鋳造速度を下げて生
産性を犠牲にすることも同時に回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は小断面鋳型による連
続鋳造法において、鋳型内電磁攪拌を用い、且つ、浸漬
ノズルを使用するパウダー鋳造の際に、パウダー巻込み
を防止する連続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造法において、高級鋼を製造する
際には、鋳込溶鋼流の二次酸化を避けるため浸漬ノズル
を用いると同時に、鋳型上面の溶鋼メニスカス部位にも
パウダーを用いて断気鋳造を実施することが必須であ
る。また、小断面鋳片においては偏析改善のため、凝固
組織の等軸晶化促進効果のある鋳型内電磁攪拌装置を装
備することも重要である。

【０００３】一般に鋳型断面積の大きい連続鋳造機の浸
漬ノズルは図２に示すように内腔下端部から吐出孔を横
方向に向けた形状が採用されているのに対し、鋳型断面
積の小さい連鋳機においては横方向吐出型浸漬ノズルは
鋳型の壁との距離が小さいため、溶鋼吐出流が凝固シエ
ルに勢よく衝突してシェルを再溶解し、鋳片の縦割れや
ブレークアウト等のトラブルを招く危険性があるため、
図３に示すようにノズル底端に吐出孔を設けた底吐出型
浸漬ノズル（以下、ストレートノズルと呼ぶ）を採用し
ている。浸漬ノズルからの吐出溶鋼流速は鋳造速度に比
べて非常に大きいことから吐出流はある深さまで潜った
後、上方のメニスカス部に向かう反転流を形成する。特
にパウダー鋳造の場合はこの反転流によってメニスカス
部でパウダー粒子を溶鋼中に巻込むなど品質欠陥を招く
恐れがある。このパウダー巻込み現象は小断面鋳型の電
磁攪拌コイルを装備する場合に顕著であり、また鋳造速
度が速い場合や浸漬ノズル深さが浅い場合にも著しく発
生する現象である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そのため、電磁攪拌用
コイルを装備した小断面鋳型での高速連鋳の場合、前記
のストレートノズルでは、凝固シエルの再溶解は防止さ
れるものの、鋳型パウダーの巻込みに対しては、鋳造速
度を小さくし、さらに電磁攪拌強度を下げる方法が有効
であるが、鋳造速度の低下は生産性が犠牲になるし、電
磁攪拌強度低下は偏析が悪化し品質を維持できなくなる
問題がある。また、浸漬ノズル深さを深くする方法も考
えられるが深くし過ぎると電磁攪拌装置の効果が目減り
する方向であり、深くするにも限界がありパウダー巻込
みを回避するレベルには至らない。本発明は、従来技術
の上記問題点を解決し、溶鋼吐出流の潜り込み深さを浅
くし溶鋼反転流によるパウダー巻込みを少なくして鋼の
品質欠陥を防止することのできる新しい底吐出型浸漬ノ
ズルを使用した連続鋳造方法を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的は、本発明にお
いて、ストレートノズルの溶鋼吐出流の潜り込みを浅く
して反転流によるパウダー巻込みを少なくするよう改善
するため、浸漬ノズル１の内腔６下部に適正なテーパー
８を付与し（以下、テーパーノズル１７と呼ぶ）、吐出
孔７からの吐出流速を低下させることにより達成され
る。

【０００６】すなわち、本発明の連続鋳造法は、小断面
鋳片連続鋳造用パウダー鋳造において、電磁攪拌用コイ
ルを装備した小断面鋳型に、図１に示すようにタンディ
ッシュ内溶鋼を鋳込む際の浸漬ノズルの内腔６形状を下
端の吐出孔７に向かって拡がるテーパー状でそのテーパ
ー角度θが ３゜≦θ≦１０゜、テーパー長さＬが Ｌ≧５
０mmの範囲に形成されることを特徴とする連続鋳造方法
である。さらに、小断面鋳型における電磁攪拌の効果が
阻害されないように、前記浸漬ノズルの出口位置がメニ
スカスから５０ｍｍ以上深く、かつ前記電磁攪拌の鉄心
上端より上となるように設置したことを特徴とする請求
項１記載の連続鋳造方法である。

【０００７】本発明の連続鋳造法では、浸漬ノズル１下
端吐出孔７から下方に向かう溶鋼吐出流９の流速がテー
パー付与により減速されるので、吐出流９の潜り込みが
浅くなり反転流１０が弱められるためパウダー巻込みを
少なくでき、鋳片内に捕捉されるパウダー起因の欠陥が
防止できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、実施例に基づいて本発明の
実施の形態について説明する。

【０００９】

【実施例】図４と図５は本発明の実施例で、連続鋳造用
ノズルの内腔下端に適当なテーパー８を付与した場合の
パウダー巻き込み性能を示す。図４はテーパー角度の影
響を示しており、テーパー角度には最適値があることが
分かる。テーパー角度が小さい場合は吐出流速の減衰効
果が弱いため巻き込み量が多いのに対し、テーパー角度
が大きい場合は吐出噴流がテーパー角度に沿って広がら
ず、流れの剥離現象が発生し徐々にストレートノズル１
６のような挙動に戻ってしまうからである。この適正範
囲はＥＭＳ（電磁撹拌装置３）有無の影響も強く受けて
おりＥＭＳなしの場合の適正範囲はさらに広範囲となっ
ている。実施例におけるＥＭＳありの場合の適正テーパ
ー角度範囲は３゜≦θ≦１０゜であり、特にθ＝7゜付近が
最も効果が大きい。

【００１０】一方、図５はテーパー長さの影響を示して
おり、必要テーパー長さは Ｌ≧５０mmである。適正な
テーパー角度範囲内であってもテーパー長さが短いと吐
出噴流の径が充分大きく出来ないため吐出流速の減衰効
果が小さくパウダー巻き込みが多い結果となる。

【００１１】図６はストレートノズル１６とテーパーノ
ズル１７を使用した場合の鋳型内溶鋼流動を示したもの
である。これらは原寸サイズでの模型実験でパウダー巻
きこみ挙動を可視化した結果の観察イメージ図である。
実験は溶鋼を水に、パウダー粒子をポリエチレン粒子
（比重０．９５、粒径３ｍｍ）とし、Ｒｅ数（レイノル
ズ数）近似で実験した。ＥＭＳ旋回流はＥＭＳ相当部位
に設けた旋回羽により実現した。ストレートノズル１６
の場合、パウダー粒子１４は吐出反転流１０のみならず
ＥＭＳ旋回流１２によってさらに強く巻き込まれノズル
周りにパウダー懸濁層が形成される。このパウダー懸濁
層がノズル吐出孔付近にまで達すると吐出噴流の強い下
降流１１に取り込まれ鋳片内部の深い位置までパウダー
が侵入する様子が観察される。一旦侵入したパウダー粒
子１４は内部の深い位置でゆっくりと旋回し始め、なか
なか浮上してこない状態となる。これが実機で発生して
いるパウダー起因の欠陥発生メカニズムである。次にテ
ーパーノズル１７の場合は、同じようにＥＭＳ旋回流１
２を与えたにもかかわらずパウダー懸濁層は深くならず
メニスカス近傍に留まっており、吐出孔付近に漂うパウ
ダーは皆無であった。この現象を定量化するために図７
と図８でノズル近傍の下降流１１と旋回流１２を計測し
た。その結果、図７で示した下降流速はテーパー付与に
より特に吐出孔部位の流速が大きく抑えられることか
ら、パウダー粒子が吐出流に取り込まれる危険性を大き
く回避できている理由の一つになっていると解釈でき
る。

【００１２】また、図８の旋回流１２はテーパー付与に
より大きくなっており、前記下降流の減少分が旋回流に
転換されたことが想像でき、この旋回流速の向上は凝固
組織の等軸晶化促進効果があるので偏析の改善が期待で
き、高級鋼製造の重要なポイントである。一方、図９は
浸漬ノズル深さ（Ｌｏ）を変更した際のパウダー巻込み
を調査したものであり、浸漬深さが５０ｍｍ以上にしな
いと湯面変動に伴う巻込みが破廉恥な状況となることを
示している。図１０は浸漬ノズルの吐出孔から電磁攪拌
の鉄心上端位置までの距離（Ｌ１）に対するメニスカス
部位での溶鋼流速（Ｖｐ）との関係を示したものであ
り、Ｌ１が小さくなるとＶｐが大きくなり、電磁攪拌の
効果が大きくなるが、Ｌ１が負の領域になると、つまり
浸漬ノズルの吐出孔位置が電磁攪拌鉄心上端位置より深
くなるとＶｐが急激に低下し、電磁攪拌の効果が目減り
することから、前記テーパー付浸漬ノズルの設置位置に
は最適範囲がある。

【００１３】

【発明の効果】本発明は、偏析のより厳しい１２２mm角
程度の小断面鋳片で高級鋼を造り込むことに対して、品
質管理上充分なＥＭＳ旋回流を付与しながらパウダー巻
き込みを回避できることと、パウダー巻き込み抑制のた
めに鋳造速度を下げて生産性を犠牲にすることなく、清
浄性の高い高級鋼を鋳造できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の連続鋳造用ノズルの各特性値記入の縦
断側面図である。

【図２】従来技術の横方向吐出型ノズルの鋳型内におけ
る縦断側面図である。

【図３】従来技術の底吐出型ノズルの鋳型内における縦
断側面図である。

【図４】パウダー巻き込みに対するテーパー角度の適正
範囲を示す図である。

【図５】パウダー巻き込みに対するテーパー長さの適正
範囲を示す図である。

【図６】ストレートノズルとテーパーノズルを使用した
場合の鋳型内溶鋼流動挙動を示したものである。

【図７】原寸サイズ模型実験でのノズル周りの下降流速
を示す図である。

【図８】原寸サイズ模型実験でのノズル周りの旋回流速
を示したものである。

【図９】浸漬ノズル深さ（Ｌｏ）を変更した際のパウダ
ー巻込み状況を示す図である。

【図１０】浸漬ノズルの吐出孔から電磁攪拌の鉄心上端
位置までの距離（Ｌ１）に対するメニスカス部位での溶
鋼流速（Ｖｐ）との関係を示した図である。

【符号の説明】

１ 浸漬ノズル ２ 鋳型 ３ 電磁撹拌装置 ４ 凝固シェル ５ パウダー ６ 内腔 ７ 吐出孔 ８ テーパー ９ 溶鋼吐出流 １０ 反転流 １１ 下降流 １２ 旋回流 １３ 溶鋼 １４ パウダー粒子 １５ 浸漬深さ １６ ストレートノズル １７ テーパーノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 舘沼 康介 君津市君津１番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内 (72)発明者 日向野 泰寿 君津市君津１番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内 (72)発明者 梶谷 敏之 君津市君津１番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内 (72)発明者 大賀 只則 君津市君津１番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内 Ｆターム(参考） 4E004 FB01 FB10 MB12 MB20 NB02 NC01 4E014 DB03

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型内電磁攪拌を行い、且つ、浸漬ノズ
   ルを使用し、パウダー鋳造する１辺が２００mm以下の小
   断面鋳片を鋳造する連続鋳造方法において、前記浸漬ノ
   ズルの形状が、内腔が下端の吐出孔に向かってテーパ状
   に広がり、そのテーパ角度θが３°≦θ≦１０°で、且
   つ、テーパ部の長さＬがＬ≧５０mmであることを特徴と
   する連続鋳造方法。
2. 【請求項２】 前記浸漬ノズルの出口位置がメニスカス
   から５０ｍｍ以上深く、かつ前記電磁攪拌の鉄心上端よ
   り上となるように設置したことを特徴とする請求項１記
   載の連続鋳造方法。