【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳型内に溶融金属を注入して鋳片を製造する連続鋳造装置及び連続鋳造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶鋼をはじめとする溶融金属を連続鋳造するに際しては、連続鋳造鋳型内に溶融金属を注入し、連続鋳造鋳型と溶融金属との接触部において溶融金属を凝固させて凝固シェルを形成し、凝固を進行させつつ凝固シェルを下方に引抜き、最終的に鋳片を形成する。溶融金属は、タンディッシュと呼ばれる中間容器を経て、タンディッシュ底部に設けられた注入ノズル（浸漬ノズル）を通して連続鋳造鋳型内に注入する。鋳型内の溶融金属表面には連続鋳造パウダーが供給されて溶融金属表面を被覆しており、このパウダーが溶融金属からの熱によって溶解し、鋳型と凝固シェルとの間に流入して潤滑剤の役割を担う。
【０００３】
連続鋳造鋳型内に注入される溶融金属中には、脱酸生成物をはじめとする微細な非金属介在物や気泡が含まれている。この非金属介在物や気泡が凝固シェル中に取り込まれて凝固が完了すると、金属製品の品質欠陥の原因となるので、溶融金属中の非金属介在物や気泡は極力連続鋳造鋳型内で浮上させ、溶融金属中から排除することが重要である。
【０００４】
溶融金属を注入する浸漬ノズルからの吐出流が下方を向いていると、注入流が凝固シェルの深部まで到達し、注入流とともに非金属介在物や気泡も凝固シェルの深部まで到達することとなるため、これら非金属介在物や気泡が鋳片に取り込まれることとなる。そのような事態を防ぐため、浸漬ノズル内の溶融金属流路を逆Ｙ型とし、吐出口を浸漬ノズルの側面に設け、注入流が凝固シェルの深部に到達しないように構成することが多い。
【０００５】
逆Ｙ型の溶融金属流路を有する浸漬ノズルを用いて連続鋳造を行う場合、図６（ａ）に示すように、浸漬ノズル２から吐出する溶融金属流（吐出流１３ａ）は鋳型の長辺１ａに沿って両短辺側に流れ、短辺１ｂに衝突して上昇流１３ｂと下降流１３ｃとに分かれる。上昇流１３ｂは鋳型内の溶融金属表面（メニスカス１１）まで到達し、反転流１３ｆとなって溶融金属表面を被覆するパウダー層に外乱を与え、パウダーの削り込みなどの悪影響を及ぼすことがある。また、下降流１３ｃに含まれる非金属介在物や気泡は下降流１３ｃと共に凝固シェルの深部まで到達し、鋳片中に非金属介在物や気泡が取り込まれる原因となる。
【０００６】
特許文献１には、ボックスノズルと称する浸漬ノズル（円筒体（注入ノズル）の下端部に、多数の小径の開孔を有する箱体を有してなる浸漬ノズル）の改良に関し、下端部を閉塞した筒体（注入ノズル）の下端部よりも上方の周壁に一対の対向する溶鋼吐出口を設けると共に、各吐出口の外側に、吐出溶鋼の滞溜室を形成し、この滞溜室の上記吐出口との対向壁に、複数の吐出小孔を設けてなる連続鋳造用浸漬ノズルが記載されている。吐出口から滞溜室に流入した溶鋼が強攪拌され、溶鋼中の微細介在物の凝集合体が促進されるとしている。
【０００７】
鋼スラブを連続鋳造するような場合、図６（ｂ）に示すように、電磁攪拌を起こさせる電磁撹拌装置７を用いることがある。矩形断面を有する鋳造用鋳型１の長辺１ａ側に沿って移動磁界生成コイルを配置して該コイルに交流電流を流し、それによって生じる移動磁界を溶鋼に印加させ、鋳型内の溶鋼横断面方向に旋回する電磁攪拌流１３ｅを形成し、その結果溶鋼の偏析・酸化物の凝固シェルへの付着等を防止して欠陥の少ない鋳片を鋳造する技術である。その代表的な文献を挙げれば、非特許文献１に交流磁場の電磁誘導及び攪拌技術と効果に関して説明されている。また、連続鋳造鋳型に配置した電磁攪拌装置の構造例として特許文献２に「連続鋳造用電磁攪拌装置」が開示されている。
【０００８】
この鋳型内電磁攪拌においては、連続鋳造鋳型内の溶融金属１０に水平に旋回する流れを形成し、鋳片表層にあたる凝固シェル前面に一定の流速を付与することにより、鋼中に存在する不純物粒子である脱酸により溶鋼に混在するアルミナやスラグ系の介在物を洗い流し、鋳片の表層の品質を高めることが可能であることが示されている。
【０００９】
浸漬ノズル２の吐出口から吐出した吐出流１３ａは、上述の通りその一部が上昇流１３ｂとなる。上昇流１３ｂは、溶融金属表面に到達すると短辺側から長辺方向中央に向かう反転流１３ｆとなる。鋳型内電磁攪拌による電磁攪拌流１３ｅが存在する場合、鋳型内の溶融金属表面において、図６（ｂ）に示すように、反転流１３ｆと電磁攪拌流１３ｅとが衝突する箇所が存在し、この衝突箇所において溶融金属流速が小さくなる。以下、この部位を淀み点１４と呼ぶ。淀み点１４においては、溶融金属流速が小さいため、鋳型内電磁攪拌による介在物の洗い流し効果が減少し、また淀み点１４付近では連続鋳造パウダーの流れ込み量（鋳型と凝固シェルとの間を通しての流れ込み量）が少なくなる。介在物の洗い流し効果が減少する結果として、この部位では鋳片の品質が十分に改善されない。また、パウダーの流れ込み量が少なくなる結果として、この部位を基点としたブレークアウトが発生しやすくなる。
【００１０】
【特許文献１】
実開昭６０−７１４６２号公報
【特許文献２】
特公昭５８−４９１７２号公報
【非特許文献１】
「電磁力を利用したマテリアルプロセシング」（第１２９・１３０回西山記念技術講座 １９８９年４月）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の浸漬ノズルを用いた場合においても、円筒体（注入ノズル）下端部の吐出口から吐出された溶鋼流は、その流速が減速されることなく滞溜室の吐出小孔から鋳型内に流出するため、結局は鋳型内溶融金属中には十分に減速されない溶融金属流が形成されることとなり、鋳型短辺に衝突して上昇流と下降流が形成されることについては従来の逆Ｙ型浸漬ノズルとかわらない。
【００１２】
本発明は、鋳型内に溶融金属を注入して鋳片を製造する連続鋳造方法及び連続鋳造装置において、鋳型内への溶融金属注入流に起因する下降流及び上昇流による悪影響を防止し、さらに鋳型内電磁攪拌効果をより向上させるための連続鋳造方法及び連続鋳造装置を提供することを第１の目的とする。
【００１３】
スラブの連続鋳造においては、鋳造断面が矩形であり、断面の長辺が長いのに対して短辺が短いという特徴を有している。このような長方形の鋳造断面を有する連続鋳造において鋳型内電磁攪拌を行う場合、溶融金属プール内における旋回流は、図６（ｃ）に示すように長辺側の電磁攪拌流１３ｅが長い流路を形成し、一方の長辺側の電磁攪拌流１３ｅは他方の長辺側の電磁攪拌流１３ｅと反対方向を向き、反対方向に向かう２つの電磁攪拌流が極めて近接しているという特徴を有する。従って、反対方向に向かう２つの電磁攪拌流同士が干渉し合うことによって干渉流１３ｇが形成され、旋回流が乱され弱まることとなりやすい。
【００１４】
本発明は、連続鋳造において鋳型内の溶融金属プールに旋回流を付与する電磁攪拌を行うに際し、２つの対向する電磁攪拌同士が干渉し合うことのない連続鋳造方法及び連続鋳造装置を提供することを第２の目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）連続鋳造鋳型内に溶融金属を注入して鋳片を製造する連続鋳造装置において、連続鋳造鋳型内に溶融金属注入流を取り囲む様な閉鎖空間を有する箱体３が設けられており、さらに箱体３に開孔部５を有していることを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
（２）箱体３内に配置された注入ノズル２は吐出口４を有し、注入ノズル２を経由し吐出口４から吐出した溶融金属流１３ａが箱体３と衝突する部位においては箱体３に開口部５が設けられていないことを特徴とする上記（１）に記載の溶融金属の連続鋳造装置。
（３）箱体３内部に開孔部１５を有する堰９が設けられていることを特徴とする上記（１）に記載の溶融金属の連続鋳造装置。
（４）連続鋳造鋳型内に溶融金属を注入して鋳片を製造する連続鋳造装置において、連続鋳造鋳型内に溶融金属注入流の直下部分に底部が閉塞された堰９を有し、さらに堰９を取り囲む様に底部が開放された箱体３が設けられていることを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
（５）連続鋳造鋳型の外側に電磁攪拌装置７が設けられていることを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の溶融金属の連続鋳造装置。
（６）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の溶融金属の連続鋳造装置を用いた連続鋳造方法であって、溶融金属注入流が箱体内で減速し、さらに箱体内側の溶融金属ヘッドを箱体外側の溶融金属ヘッドよりも高くして、箱体３の開孔部５から溶融金属を流出させることを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
（７）上記（４）に記載の溶融金属の連続鋳造装置を用いた連続鋳造方法であって、溶融金属注入流を底部が閉塞された堰９により減速させ、さらに堰９から溢れた溶融金属を箱体３の底部開放部から流出させることを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
（８）電磁攪拌を付与することにより、箱体外側の溶融金属を鋳型内で旋回させることを特徴とする上記（６）又は（７）に記載の溶融金属の連続鋳造方法。
（９）鋳型内の溶融金属メニスカス位置を箱体の高さの範囲とすることを特徴とする上記（８）に記載の溶融金属の連続鋳造方法。
【００１６】
本発明の上記（１）（２）（６）においては、図１、２に示すように、連続鋳造鋳型内には溶融金属注入流を取り囲む様な閉鎖空間を有する箱体３を設け、注入ノズル２からの高速吐出流１３ａがこの箱体３の短辺面３ｂに衝突して減速するように配置する。箱体３には、高速吐出流１３ａが直接流出しないような部位に１つ以上の開口部５を設ける。箱体３の内部に溶融金属を注入することにより、箱体３の内側の溶融金属ヘッドを箱体の外側の溶融金属ヘッドよりも高くする。その結果、この溶融金属ヘッド差ΔＨが押し込み力となって、開口部５を通じて箱体３の内部から箱体３の外側に溶融金属が流れ出す。開口部５の合計開口断面積を大きく取ることにより、開口部５から流出する溶融金属流れ１３ｄの流速を十分に遅くすることができる。その結果、鋳型内の溶融金属プール中には有害な下降流も上昇流も生じなくなるので、前述の下降流及び上昇流による悪影響を防止し、さらに鋳型内電磁攪拌効果をより向上させることができる。
【００１７】
本発明の上記（３）（６）においては、図３に示すように、連続鋳造鋳型内には溶融金属注入流を取り囲む様な閉鎖空間を有する箱体３を設け、箱体３には１つ以上の開口部５を設ける。さらに箱体３内部には１つ以上の開孔部１５を有する堰９が設けられている。堰９により、箱体３の内部空間は上流室１６と下流室１７とに分割される。注入部６から上流室１６に流入した注入吐出流は堰９で減速され、堰９の開孔部１５から低い流速で下流室１７に流入し、最終的に箱体３に設けられた１つ以上の開孔部５から低速で流出する。上記と同様、箱体３の内部に溶融金属を注入することにより、箱体３の内側の溶融金属ヘッドを箱体の外側の溶融金属ヘッドよりも高くすることにより、開口部５から流出する溶融金属流れの流速を十分に遅くすることができる。
【００１８】
本発明の（４）（７）においては、図４に示すように、連続鋳造鋳型内に溶融金属注入流の直下部分に底部が閉塞された堰９を設け、高い流速の注入吐出流１３ａは堰９において流速を失う。さらに堰９を取り囲む様に底部が開放された開口部５を有する箱体３が設けられている。上記と同様、箱体３の内部に溶融金属を注入することにより、箱体３の内側の溶融金属ヘッドを箱体の外側の溶融金属ヘッドよりも高くすることにより、開口部５から流出する溶融金属流れ１３ｄの流速を十分に遅くすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
箱体３は、注入流の四周を取り囲んで形成される。
【００２０】
まず、図１に示す実施の形態に基づいて説明を行う。図１に示す形態では、注入ノズル２の先端の両側に吐出口４が形成され、この吐出口４から注入流として吐出流１３ａが吐出する。注入ノズル２を取り囲む閉鎖空間を形成するように箱体３が配置されている。箱体３は、長辺面３ａ、短辺面３ｂで注入ノズル２を取り囲み、底部には底面３ｃ、頂部には頂面３ｄが配置され、箱体３の内部空間と外部空間との間を遮断している。
【００２１】
注入ノズル２から吐出した吐出流１３ａは、箱体３の短辺面３ｂに衝突し、その結果生じた下降流は底面３ｃに衝突し、箱体３の内部において減速される。箱体３の各面には、溶融金属を箱体３の外部に導くための開口部５が設けられている。図１に示す例では、底面３ｃに２箇所の開口部５ａが、短辺面３ｂにはそれぞれ１箇所の開口部５ｂが設けられている。開口部５の配置位置としては、吐出流１３ａの持つ運動エネルギーが直接に開口部５からの排出流を形成しないよう、吐出流１３ａの影響の及ばない位置に開口される。
【００２２】
注入を継続すると、図１（ｂ）に示すように、箱体の外の溶融金属メニスカス１１ａの位置よりも箱体内部の溶融金属メニスカス１１ｂの方を高くすることができる。即ち、箱体３の内側の溶融金属ヘッドを箱体の外側の溶融金属ヘッドよりも高くする。その結果、この溶融金属ヘッド差ΔＨが押し込み力となって、開口部５を通じて箱体３の内部から箱体３の外側に溶融金属が流れ出す。このとき、開口部５からの溶融金属流１３ｄは吐出流１３ａの運動エネルギーの影響を受けないことが特徴である。そのため、開口部５からの溶融金属流１３ｄの流速は、注入流量を開口部５の合計開口断面積で除した値となるので、開口部５の合計開口断面積を大きく取ることにより、溶融金属流１３ｄの流速を十分に小さな値とすることができる。
【００２３】
図２に示す実施の形態においては、箱体３の底面３ｃに開口部５ａが４箇所、短辺面３ｂに開口部５ｂがそれぞれ３箇所、長辺面３ａにも多数の開口部５ｃが設けられている。ただし、短辺面３ｂにおいて吐出流１３ａが衝突する部分、および衝突後に下降する流れが底面３ｃと衝突する部分には開口部５は設けていないので、どの開口部からも高速の排出流は生じない。このように多数の開口部５を設けることにより、箱体３の開口部５からの溶融金属流速を十分に低減することができる。
【００２４】
図３に示す実施の形態について説明する。図３に示す箱体３内部においては、上部の注入部６から下方に向けて注入流が形成される。箱体３内部には１つ以上の開孔部１５を有する堰９が設けられている。図３（ａ）に示す例では堰９によって箱体内部が１つの上流室１６と１つの下流室１７とに分割される。図３（ｂ）に示す例では堰９ａと堰９ｂとにより、１つの上流室１６と３つの下流室（１７ａ〜１７ｃ）とに分割される。図３（ｃ）に示す例では堰９ａと堰９ｂとにより、１つの上流室１６と１つの下流室１７とに分割される。
【００２５】
箱体３の注入部６から上流室１６に流入した高速の注入流は、堰９によってせき止められて運動エネルギーを失い、堰９に設けられた開孔部１５から下流室１７に流出する。下流室１７と鋳型内溶融金属とを隔てる箱体３には１つ以上の開孔部５が設けられ、堰９によって運動エネルギーを失った溶融金属は箱体３の開孔部５から十分に低い流速で箱体３から流出する。
【００２６】
図３（ａ）に示す例では、下流室１７に面する箱体３の壁面に開孔部５ａ及び開孔部５ｃを設けると同時に上流室１６に面する箱体３の壁面にも開孔部５ｂが設けられている。図３（ｂ）（ｃ）に示す例では、箱体３に設けた開孔部（５ａ〜５ｃ）はいずれも下流室１７に面する壁面に設けられている。
【００２７】
箱体３内に設ける堰９は、図３に示す例では１つであるが、複数段の堰９を設けても良い。
【００２８】
このように箱体３内部の堰９と箱体３の２段階で溶融金属が減速されるため、確実に溶融金属流速を低減することができる。箱体内部の堰９が複数段であれば、減速効果はより大きくなるが、内部の堰９の形状や段数は、製造コストや施工上の手間を考慮して、適宜選択すれば良い。
【００２９】
図４に示す実施の形態について説明する。図４に示す箱体３は、上部の注入部６から下方に向けて注入流が形成される。注入部６の下方には注入流の直下部分に底部が閉鎖された堰９を有し、高い流速の注入吐出流１３ａは堰９において流速を失い、左右の領域に溢れ出る。堰９は箱体３によって取り囲まれ、箱体３の底部は開放されている。即ち、箱体３の底部には堰９の左右にスリット状の開口部５が配置されており、この開口部５を通る開口部からの流れ１３ｄが形成される。開口部からの流れ１３ｄの流速は、箱体内外の溶融金属ヘッド差ΔＨに基づいて定まるものであり、開口部５の合計断面積と注入流量とから定まる。開口部５の合計断面積を十分に広い面積とすることにより、開口部の流れ１３ｄを十分に減速することができる。
【００３０】
本発明の箱体３を用いた連続鋳造においては、鋳型短辺１ｂに沿った溶融金属の上昇流１３ｂが存在せず、従って溶融金属メニスカスに沿った反転流１３ｆも発生しない。従って、図５に示すように、鋳型内溶融金属表面付近の溶融金属に対し、電磁攪拌または電磁ブレーキを付与する連続鋳造に、本発明の箱体を用いることとすると、特に優れた効果を発揮することができる。電磁攪拌を付与することにより、箱体外側の溶融金属を鋳型内で旋回させると、メニスカス付近に反転流１３ｆが存在しないので、図５（ａ）に示すように電磁攪拌流１３ｅは良好な旋回流を形成することができ、図６に示す従来例のように淀み点１４が発生することがない。攪拌流速が遅い淀み点１４が発生しないので、凝固シェルのいずれの部位においても攪拌流による介在物の洗い流し効果を発揮することができ、良好な鋳片品質を得ることができる。また、凝固シェルのいずれの部位においてもパウダーの流れ込み量を十分に確保することができ、パウダー流れ込み量不足に起因するブレークアウトの発生を防止することができる。
【００３１】
電磁攪拌を付与することにより、箱体外側の溶融金属を鋳型内で旋回させる本発明において、さらに鋳型内の溶融金属メニスカス位置を箱体の高さの範囲とすることとすると好ましい。これにより、反対方向に流れる２つの電磁攪拌流１３ｅの間に、溶融金属流に平行に箱体３が設けられるので、２つの電磁攪拌流１３ｅ同士が干渉し合うことがなくなる。その結果、それぞれの電磁攪拌流１３ｅはなんら妨害されずに鋳型長辺１ａに沿った流れを形成し、電磁攪拌流１３ｅは鋳型短辺１ｂに衝突して方向を変え、良好な旋回流を形成することができる。これに対し、メニスカス位置が箱体３の上端位置よりもさらに高い位置となると、メニスカス部における溶融金属流同士の干渉が発生することとなる。
【００３２】
従来の、図６（ｃ）に示すような反対方向に流れる２つの電磁攪拌流同士が干渉して減衰し合うような旋回流においては、電磁撹拌装置７を用いて溶融金属プールの長辺全長にわたって旋回流を形成するためには、溶融金属を攪拌するための移動磁界生成コイルを鋳型長辺１ａの全長にわたって設置することが必要であった。鋳型長辺の一部長さのみをカバーするような移動磁界生成コイルを用いた場合には、移動磁界生成コイルによってカバーされていない部分の溶融金属プールにおいては、反対方向に流れる２つの電磁攪拌流同士が干渉流１３ｇの影響で減衰してしまうため、良好な旋回流を得ることができなかった。本発明においては、溶融金属プール１０の長辺に平行に設けた箱体３の存在により、旋回流が減衰しないので、鋳型長辺の一部長さのみをカバーするような移動磁界生成コイルであっても十分に長辺全長に行き渡った旋回流を溶融金属プール中に形成することができる。そのため、電磁撹拌装置７の移動磁界生成コイルとして小型のものを用いることができるので、電磁撹拌装置の建設費用を安価にすることが可能になる。
【００３３】
箱体の内部空間において、箱体内部の溶融金属表面における酸化を防止する必要がある。特に、図１に示す事例において箱体３と注入ノズル２との間の空隙から内部空間に空気が浸入すると溶融金属酸化の原因となる。
【００３４】
本発明においては、図１に示すように、不活性ガス供給装置８によって箱体３の内部空間に不活性ガスを供給し、前記箱体内の溶融金属表面を不活性ガスでシールすることとすると好ましい。不活性ガスとしては、アルゴンあるいは窒素ガスを用いることができる。窒素ピックアップを嫌う品種を鋳造する際には、アルゴンガスを用いると好ましい。
【００３５】
図４に示す事例のように、注入部６と箱体３とが一体に成形されているような場合には、空気の浸入が阻止されるので、不活性ガスを用いたシールを行わなくても良好な品質を確保することが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、連続鋳造鋳型内に溶融金属を注入して鋳片を製造する連続鋳造方法において、連続鋳造鋳型内には溶融金属注入流を取り囲んで注入流速を減速するように箱体を設け、箱体の内側の溶融金属ヘッドを箱体の外側の溶融金属ヘッドよりも高くすることにより、鋳型内への溶融金属流速を減速することができる。鋳型内での高速の下降流がなくなったため、鋳片への非金属介在物や気泡の取り込みを防止することができる。高速の上昇流がなくなったので、パウダー削り込みなどのトラブルを防止することができる。また、鋳型内の連続鋳造と併用することにより、電磁攪拌流と吐出流起因反転流との衝突で発生していた淀み点の発生がなくなり、電磁攪拌の効果を十分に発揮して非金属介在物の洗い流し効果を奏することができ、またパウダー流れ込み不良に起因するブレークアウトを防止することができる。
【００３７】
本発明はまた、電磁攪拌を付与することにより、箱体外側の溶融金属を鋳型内で旋回させる本発明において、さらに鋳型内の溶融金属メニスカス位置を箱体の高さの範囲とすることにより、２つの電磁攪拌流同士が干渉し合うことのない連続鋳造を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続鋳造装置を示す部分図であり、（ａ）は斜視部分断面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）はＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２】本発明の連続鋳造装置を示す部分図であり、（ａ）は斜視部分断面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図３】本発明の連続鋳造装置を示す図であり、（ａ）−１、（ｂ）−１、（ｃ）−１は箱体の正面断面図、（ａ）−２はＡ−Ａ矢視断面図、（ｂ）−２はＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）−２はＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図４】本発明の連続鋳造装置を示す図であり、（ａ）は箱体の正面断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ矢視断面図、（ｄ）はＤ−Ｄ矢視断面図、（ｅ）は鋳造中における連続鋳造装置の正面部分断面図である。
【図５】電磁攪拌を併用する本発明の連続鋳造装置を示す部分図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）はＡ−Ａ矢視断面図である。
【図６】従来の連続鋳造装置を示す部分図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）（ｃ）は平面図である。
【符号の説明】
１ 連続鋳造鋳型
１ａ 鋳型長辺
１ｂ 鋳型短辺
２ 注入ノズル（浸漬ノズル）
３ 箱体
３ａ 長辺面
３ｂ 短辺面
３ｃ 底面
３ｄ 頂面
４ 吐出口
５ 開口部
６ 注入部
７ 電磁撹拌装置
８ 不活性ガス供給装置
９ 堰
１０ 溶融金属
１１ メニスカス
１１ａ 箱体外のメニスカス
１１ｂ 箱体内のメニスカス
１２ パウダー層
１３ 溶融金属流
１３ａ 吐出流
１３ｂ 上昇流
１３ｃ 下降流
１３ｄ 開口部からの流れ
１３ｅ 電磁攪拌流
１３ｆ 反転流
１３ｇ 干渉流
１４ 淀み点
１５ 開孔部
１６ 上流室
１７ 下流室[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a continuous casting apparatus and a continuous casting method for producing a slab by injecting molten metal into a mold.
[0002]
[Prior art]
When continuously casting molten metal such as molten steel, molten metal is poured into a continuous casting mold, and the molten metal is solidified at the contact portion between the continuous casting mold and the molten metal to form a solidified shell. While proceeding, the solidified shell is drawn downward to finally form a slab. The molten metal passes through an intermediate container called a tundish and is injected into a continuous casting mold through an injection nozzle (immersion nozzle) provided at the bottom of the tundish. The surface of the molten metal in the mold is supplied with continuous casting powder to cover the surface of the molten metal, and this powder is melted by the heat from the molten metal and flows between the mold and the solidified shell. Take a role.
[0003]
The molten metal poured into the continuous casting mold contains fine non-metallic inclusions such as deoxidation products and bubbles. If these non-metallic inclusions and bubbles are taken into the solidified shell and solidification is completed, it will cause a quality defect of the metal product. Therefore, the non-metallic inclusions and bubbles in the molten metal will float as much as possible in the continuous casting mold. It is important to eliminate from the molten metal.
[0004]
When the discharge flow from the immersion nozzle for injecting the molten metal is directed downward, the injection flow reaches the deep part of the solidified shell, and the non-metallic inclusions and bubbles also reach the deep part of the solidified shell together with the injection flow. Therefore, these non-metallic inclusions and bubbles are taken into the slab. In order to prevent such a situation, the molten metal flow path in the submerged nozzle is often formed in an inverted Y shape, and the discharge port is provided on the side surface of the submerged nozzle so that the injection flow does not reach the deep part of the solidified shell.
[0005]
When continuous casting is performed using an immersion nozzle having an inverted Y-type molten metal flow path, as shown in FIG. 6A, the molten metal flow (discharge flow 13a) discharged from the immersion nozzle 2 is the long side of the mold. It flows to both short sides along 1a, collides with the short side 1b, and is divided into an upflow 13b and a downflow 13c. The ascending flow 13b reaches the molten metal surface (meniscus 11) in the mold and becomes a reversal flow 13f, giving a disturbance to the powder layer covering the molten metal surface, and may have adverse effects such as cutting of the powder. Further, the non-metallic inclusions and bubbles included in the downward flow 13c reach the deep part of the solidified shell together with the downward flow 13c, causing non-metallic inclusions and bubbles to be taken into the slab.
[0006]
Patent Document 1 discloses that an immersion nozzle called a box nozzle (an immersion nozzle having a box having a large number of small-diameter holes at the lower end of a cylindrical body (injection nozzle)) is closed at the lower end. A pair of opposed molten steel discharge ports are provided on the peripheral wall above the lower end of the cylindrical body (injection nozzle), and a discharge molten steel stagnation chamber is formed outside each discharge port. An immersion nozzle for continuous casting is described in which a plurality of small discharge holes are provided on a wall facing the discharge port. It is said that the molten steel that has flowed into the stagnation chamber from the discharge port is vigorously stirred, and the aggregation and coalescence of fine inclusions in the molten steel is promoted.
[0007]
In the case of continuously casting a steel slab, an electromagnetic stirring device 7 that causes electromagnetic stirring may be used as shown in FIG. A moving magnetic field generating coil is arranged along the long side 1a side of the casting mold 1 having a rectangular cross section, an alternating current is passed through the coil, and the moving magnetic field generated thereby is applied to the molten steel, so that the transverse direction of the molten steel in the mold In this technique, an electromagnetic stirring flow 13e swirling is formed, and as a result, segregation of molten steel, adhesion of oxides to the solidified shell, and the like are prevented to cast a slab with few defects. If the typical literature is given, the nonpatent literature 1 will explain the electromagnetic induction and stirring technique and effect of an alternating magnetic field. Further, as an example of the structure of an electromagnetic stirring device arranged in a continuous casting mold, Patent Document 2 discloses an “electromagnetic stirring device for continuous casting”.
[0008]
In this in-mold electromagnetic stirring, a flow that horizontally swirls is formed in the molten metal 10 in the continuous casting mold, and a constant flow velocity is applied to the front surface of the solidified shell corresponding to the surface of the slab, thereby causing impurity particles present in the steel. It is shown that the quality of the surface layer of the slab can be improved by washing away the alumina and slag inclusions mixed in the molten steel by deoxidation.
[0009]
A part of the discharge flow 13a discharged from the discharge port of the immersion nozzle 2 becomes an upward flow 13b as described above. When the upward flow 13b reaches the molten metal surface, the upward flow 13b becomes a reverse flow 13f from the short side toward the center in the long side direction. When the electromagnetic stirring flow 13e by the electromagnetic stirring in the mold exists, there is a portion where the reverse flow 13f and the electromagnetic stirring flow 13e collide on the surface of the molten metal in the mold as shown in FIG. The molten metal flow velocity is reduced at the collision location. Hereinafter, this part is referred to as a stagnation point 14. Since the molten metal flow rate is small at the stagnation point 14, the effect of washing out inclusions by electromagnetic stirring in the mold is reduced. Quantity) is reduced. As a result of the reduced washout effect of inclusions, the quality of the slab is not sufficiently improved at this site. In addition, as a result of a decrease in the amount of powder flowing in, breakout based on this portion is likely to occur.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 60-71462 [Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 58-49172 [Non-Patent Document 1]
"Material Processing Using Electromagnetic Force" (129th and 130th Nishiyama Memorial Technology Course, April 1989)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Even when the immersion nozzle described in Patent Document 1 is used, the molten steel flow discharged from the discharge port at the lower end of the cylindrical body (injection nozzle) is discharged from the discharge small hole of the stagnation chamber without the flow rate being reduced. Since it flows out into the mold, a molten metal flow that is not sufficiently slowed down is eventually formed in the molten metal in the mold, and it has hitherto been known that an upward flow and a downward flow are formed by colliding with the short side of the mold. This is not a reverse Y type immersion nozzle.
[0012]
The present invention provides a continuous casting method and continuous casting apparatus for injecting molten metal into a mold to produce a slab, and prevents adverse effects due to downward flow and upward flow caused by molten metal injection flow into the mold, and A first object is to provide a continuous casting method and a continuous casting apparatus for further improving the electromagnetic stirring effect in a mold.
[0013]
The continuous casting of the slab has a feature that the cast cross section is rectangular and the long side of the cross section is long while the short side is short. When performing electromagnetic stirring in the mold in continuous casting having such a rectangular casting cross section, the swirling flow in the molten metal pool is a flow path in which the electromagnetic stirring flow 13e on the long side is long as shown in FIG. The electromagnetic stirring flow 13e on one long side faces the opposite direction to the electromagnetic stirring flow 13e on the other long side, and two electromagnetic stirring flows heading in the opposite directions are very close to each other. . Therefore, the interference flow 13g is formed by the interference of the two electromagnetic stirring flows directed in opposite directions, and the swirl flow is likely to be disturbed and weakened.
[0014]
The present invention provides a continuous casting method and a continuous casting apparatus in which two opposing electromagnetic stirrings do not interfere with each other when performing electromagnetic stirring for imparting a swirling flow to a molten metal pool in a mold in continuous casting. Is the second purpose.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) In a continuous casting apparatus for producing a slab by injecting molten metal into a continuous casting mold, a box 3 having a closed space surrounding the molten metal injection flow is provided in the continuous casting mold, Furthermore, the molten metal continuous casting apparatus, wherein the box 3 has an opening 5.
(2) The injection nozzle 2 arranged in the box 3 has a discharge port 4, and a box is formed at a portion where the molten metal flow 13 a discharged from the discharge port 4 via the injection nozzle 2 collides with the box 3. 3. The molten metal continuous casting apparatus according to the above (1), wherein no opening 5 is provided in 3.
(3) The molten metal continuous casting apparatus according to (1), wherein a weir 9 having an opening 15 is provided inside the box 3.
(4) In a continuous casting apparatus for producing a slab by injecting molten metal into a continuous casting mold, the continuous casting mold has a weir 9 whose bottom is closed at a portion immediately below the molten metal injection flow. A continuous caster for molten metal, wherein a box 3 having a bottom opened so as to surround 9 is provided.
(5) The molten metal continuous casting apparatus according to any one of (1) to (4), wherein an electromagnetic stirring device 7 is provided outside the continuous casting mold.
(6) A continuous casting method using the molten metal continuous casting apparatus according to any one of (1) to (3) above, wherein the molten metal injection flow is decelerated in the box, and further the melting inside the box A molten metal continuous casting method, wherein a molten metal is caused to flow out of the opening 5 of the box 3 by making the metal head higher than the molten metal head outside the box.
(7) A continuous casting method using the molten metal continuous casting apparatus according to (4) above, wherein the molten metal injection flow is decelerated by the weir 9 whose bottom is closed, and the molten metal overflowing from the weir 9 The molten metal is caused to flow out from the bottom opening portion of the box 3.
(8) The molten metal continuous casting method as described in (6) or (7) above, wherein the molten metal outside the box is swirled in the mold by applying electromagnetic stirring.
(9) The molten metal continuous casting method according to (8), wherein the position of the molten metal meniscus in the mold is in the range of the height of the box.
[0016]
In the above (1), (2) and (6) of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, a box 3 having a closed space surrounding the molten metal injection flow is provided in the continuous casting mold. It arrange | positions so that the high-speed discharge flow 13a from the nozzle 2 may collide with the short side surface 3b of this box 3, and may decelerate. The box 3 is provided with one or more openings 5 at portions where the high-speed discharge flow 13a does not directly flow out. By injecting the molten metal into the inside of the box 3, the molten metal head inside the box 3 is made higher than the molten metal head outside the box. As a result, the molten metal head difference ΔH becomes a pushing force, and the molten metal flows from the inside of the box 3 to the outside of the box 3 through the opening 5. By making the total opening cross-sectional area of the opening 5 large, the flow velocity of the molten metal flow 13d flowing out from the opening 5 can be sufficiently slowed down. As a result, since no harmful downflow or upflow occurs in the molten metal pool in the mold, adverse effects due to the downflow and upflow described above can be prevented, and the electromagnetic stirring effect in the mold can be further improved. .
[0017]
In the above (3) and (6) of the present invention, as shown in FIG. 3, a box 3 having a closed space surrounding the molten metal injection flow is provided in the continuous casting mold. Two or more openings 5 are provided. Furthermore, a weir 9 having one or more apertures 15 is provided inside the box 3. By the weir 9, the internal space of the box 3 is divided into an upstream chamber 16 and a downstream chamber 17. The injection / discharge flow flowing into the upstream chamber 16 from the injection portion 6 is decelerated by the weir 9, flows into the downstream chamber 17 from the opening portion 15 of the weir 9 at a low flow velocity, and is finally provided in the box 3. It flows out from the above-mentioned opening part 5 at low speed. Similarly to the above, by injecting molten metal into the inside of the box body 3, the molten metal head inside the box body 3 is made higher than the molten metal head outside the box body, so that the melt flowing out from the opening 5 The flow rate of the metal flow can be made sufficiently slow.
[0018]
In (4) and (7) of the present invention, as shown in FIG. 4, a weir 9 whose bottom is closed is provided immediately below the molten metal injection flow in a continuous casting mold, and a high flow rate injection discharge flow 13 a is The flow velocity is lost at the weir 9. Further, a box 3 having an opening 5 whose bottom is open is provided so as to surround the weir 9. Similarly to the above, by injecting molten metal into the inside of the box body 3, the molten metal head inside the box body 3 is made higher than the molten metal head outside the box body, so that the melt flowing out from the opening 5 The flow rate of the metal flow 13d can be made sufficiently slow.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The box 3 is formed surrounding the four circumferences of the injection flow.
[0020]
First, a description will be given based on the embodiment shown in FIG. In the form shown in FIG. 1, discharge ports 4 are formed on both sides of the tip of the injection nozzle 2, and a discharge flow 13 a is discharged from the discharge port 4 as an injection flow. A box 3 is arranged so as to form a closed space surrounding the injection nozzle 2. The box 3 surrounds the injection nozzle 2 with a long side surface 3a and a short side surface 3b, and a bottom surface 3c and a top surface 3d are arranged at the bottom, and the space between the internal space and the external space of the box 3 is arranged. It is shut off.
[0021]
The discharge flow 13 a discharged from the injection nozzle 2 collides with the short side surface 3 b of the box 3, and the resulting downward flow collides with the bottom surface 3 c and is decelerated inside the box 3. Each surface of the box 3 is provided with openings 5 for guiding the molten metal to the outside of the box 3. In the example shown in FIG. 1, two openings 5a are provided on the bottom surface 3c, and one opening 5b is provided on each short side surface 3b. The opening 5 is disposed at a position where the influence of the discharge flow 13a is not exerted so that the kinetic energy of the discharge flow 13a does not directly form the discharge flow from the opening 5.
[0022]
If the injection is continued, the molten metal meniscus 11b inside the box can be made higher than the position of the molten metal meniscus 11a outside the box as shown in FIG. 1 (b). That is, the molten metal head inside the box 3 is made higher than the molten metal head outside the box. As a result, the molten metal head difference ΔH becomes a pushing force, and the molten metal flows from the inside of the box 3 to the outside of the box 3 through the opening 5. At this time, the feature is that the molten metal flow 13d from the opening 5 is not affected by the kinetic energy of the discharge flow 13a. Therefore, the flow rate of the molten metal flow 13d from the opening 5 is a value obtained by dividing the injection flow rate by the total opening cross-sectional area of the opening 5. Therefore, by taking the total opening cross-sectional area of the opening 5 large, The flow rate of the flow 13d can be set to a sufficiently small value.
[0023]
In the embodiment shown in FIG. 2, four openings 5a are provided on the bottom surface 3c of the box 3, three openings 5b are provided on the short side surface 3b, and many openings 5c are provided also on the long side surface 3a. It has been. However, since the opening 5 is not provided in the portion where the discharge flow 13a collides with the short side surface 3b and the portion where the flow descending after the collision collides with the bottom surface 3c, a high-speed discharge flow is generated from any opening. Absent. Thus, by providing many opening parts 5, the molten metal flow rate from the opening part 5 of the box 3 can fully be reduced.
[0024]
The embodiment shown in FIG. 3 will be described. In the box 3 shown in FIG. 3, an injection flow is formed downward from the upper injection portion 6. A weir 9 having one or more apertures 15 is provided inside the box 3. In the example shown in FIG. 3A, the inside of the box is divided into one upstream chamber 16 and one downstream chamber 17 by the weir 9. In the example shown in FIG. 3B, the dam 9a and the dam 9b are divided into one upstream chamber 16 and three downstream chambers (17a to 17c). In the example shown in FIG. 3C, the dam 9 a and the dam 9 b are divided into one upstream chamber 16 and one downstream chamber 17.
[0025]
The high-speed injection flow that has flowed into the upstream chamber 16 from the injection portion 6 of the box 3 is dammed by the weir 9 and loses kinetic energy, and flows out from the aperture 15 provided in the weir 9 to the downstream chamber 17. The box 3 that separates the downstream chamber 17 from the molten metal in the mold is provided with one or more apertures 5, and the molten metal that has lost its kinetic energy by the weir 9 is sufficiently removed from the apertures 5 of the box 3. It flows out of the box 3 at a low flow rate.
[0026]
In the example shown in FIG. 3 (a), an opening 5 a and an opening 5 c are provided on the wall surface of the box 3 facing the downstream chamber 17, and at the same time an opening is made on the wall surface of the box 3 facing the upstream chamber 16. A portion 5b is provided. In the example shown in FIGS. 3 (b) and 3 (c), the opening portions (5 a to 5 c) provided in the box 3 are all provided on the wall surface facing the downstream chamber 17.
[0027]
Although the number of weirs 9 provided in the box 3 is one in the example illustrated in FIG. 3, a plurality of stages of weirs 9 may be provided.
[0028]
As described above, since the molten metal is decelerated in two stages of the weir 9 inside the box 3 and the box 3, the molten metal flow rate can be reliably reduced. If the weirs 9 inside the box have a plurality of stages, the speed reduction effect is greater. However, the shape and the number of stages of the internal weirs 9 may be selected as appropriate in consideration of the manufacturing cost and the construction effort.
[0029]
The embodiment shown in FIG. 4 will be described. In the box 3 shown in FIG. 4, an injection flow is formed downward from the upper injection portion 6. Below the injection portion 6, there is a weir 9 whose bottom is closed at a portion immediately below the injection flow, and the high-flow injection discharge flow 13 a loses the flow velocity in the weir 9 and overflows to the left and right regions. The weir 9 is surrounded by the box 3 and the bottom of the box 3 is open. That is, slit-shaped openings 5 are arranged on the left and right of the weir 9 at the bottom of the box 3, and a flow 13 d from the opening passing through the openings 5 is formed. The flow rate of the flow 13d from the opening is determined based on the molten metal head difference ΔH inside and outside the box, and is determined from the total cross-sectional area of the opening 5 and the injection flow rate. By setting the total cross-sectional area of the opening 5 to a sufficiently wide area, the flow 13d of the opening can be sufficiently decelerated.
[0030]
In continuous casting using the box 3 of the present invention, there is no upward flow 13b of the molten metal along the mold short side 1b, and therefore no reverse flow 13f along the molten metal meniscus is generated. Therefore, as shown in FIG. 5, when the box of the present invention is used for continuous casting in which electromagnetic stirring or electromagnetic braking is applied to the molten metal near the molten metal surface in the mold, a particularly excellent effect is exhibited. can do. When the molten metal outside the box is swirled in the mold by applying electromagnetic stirring, the reverse flow 13f does not exist in the vicinity of the meniscus, so that the electromagnetic stirring flow 13e has a good swirl as shown in FIG. 5 (a). A flow can be formed, and the stagnation point 14 does not occur unlike the conventional example shown in FIG. Since the stagnation point 14 where the stirring flow rate is slow does not occur, the effect of washing away the inclusions by the stirring flow can be exhibited in any part of the solidified shell, and good slab quality can be obtained. In addition, it is possible to ensure a sufficient amount of powder flow in any part of the solidified shell, and to prevent breakout due to insufficient powder flow.
[0031]
In the present invention in which the molten metal outside the box is swung in the mold by applying electromagnetic stirring, the position of the molten metal meniscus in the mold is preferably set within the range of the height of the box. Thereby, since the box 3 is provided in parallel with the molten metal flow between the two electromagnetic stirring streams 13e flowing in opposite directions, the two electromagnetic stirring streams 13e do not interfere with each other. As a result, each electromagnetic stirring flow 13e forms a flow along the mold long side 1a without being disturbed, and the electromagnetic stirring flow 13e collides with the mold short side 1b and changes its direction to form a favorable swirling flow. can do. On the other hand, when the meniscus position is higher than the upper end position of the box 3, interference between molten metal flows in the meniscus portion occurs.
[0032]
In the conventional swirl flow in which two electromagnetic stirring flows flowing in opposite directions interfere with each other as shown in FIG. 6 (c), the total length of the long side of the molten metal pool using the electromagnetic stirring device 7 is used. In order to form a swirl flow over the entire length of the mold long side 1a, it is necessary to install a moving magnetic field generating coil for stirring the molten metal. When a moving magnetic field generating coil that covers only a part of the long side of the mold is used, two electromagnetic stirring flows that flow in opposite directions in the molten metal pool that is not covered by the moving magnetic field generating coil Since they are attenuated by the influence of the interference flow 13g, a good swirl flow could not be obtained. In the present invention, since the swirling flow is not attenuated due to the presence of the box 3 provided parallel to the long side of the molten metal pool 10, the moving magnetic field generating coil covers only a part of the long side of the mold. However, it is possible to form a swirl flow sufficiently extending over the entire length of the long side in the molten metal pool. Therefore, since a small-sized moving magnetic field generating coil of the electromagnetic stirring device 7 can be used, the construction cost of the electromagnetic stirring device can be reduced.
[0033]
In the internal space of the box, it is necessary to prevent oxidation on the surface of the molten metal inside the box. In particular, in the case shown in FIG. 1, if air enters the internal space from the gap between the box 3 and the injection nozzle 2, it causes molten metal oxidation.
[0034]
In the present invention, as shown in FIG. 1, an inert gas is supplied to the internal space of the box 3 by an inert gas supply device 8, and the surface of the molten metal in the box is sealed with the inert gas. preferable. Argon or nitrogen gas can be used as the inert gas. Argon gas is preferably used when casting a variety that dislikes nitrogen pickup.
[0035]
In the case where the injection part 6 and the box 3 are integrally formed as in the case shown in FIG. 4, since intrusion of air is prevented, sealing using an inert gas is not performed. Even good quality can be ensured.
[0036]
【The invention's effect】
The present invention provides a continuous casting method for producing a slab by injecting molten metal into a continuous casting mold.In the continuous casting mold, a box is provided so as to surround the molten metal injection flow and reduce the injection flow rate. By making the molten metal head inside the box higher than the molten metal head outside the box, the molten metal flow rate into the mold can be reduced. Since the high-speed downward flow in the mold is eliminated, it is possible to prevent nonmetallic inclusions and bubbles from being taken into the slab. Since there is no longer a high-speed upward flow, troubles such as powder cutting can be prevented. In addition, when used in combination with continuous casting in the mold, the occurrence of the stagnation point caused by the collision between the electromagnetic stirring flow and the reversal flow caused by the discharge flow is eliminated, and the effect of electromagnetic stirring is fully exhibited and non-metallic inclusions are achieved. The effect of washing off objects can be exhibited, and breakout due to poor powder flow can be prevented.
[0037]
In the present invention in which the molten metal on the outer side of the box is swung in the mold by applying electromagnetic stirring, and the molten metal meniscus position in the mold is further within the range of the height of the box. It becomes possible to perform continuous casting in which the two electromagnetic stirring flows do not interfere with each other.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial view showing a continuous casting apparatus of the present invention, in which (a) is a perspective partial sectional view, (b) is a front sectional view, and (c) is a sectional view taken along line AA.
2A and 2B are partial views showing a continuous casting apparatus of the present invention, in which FIG. 2A is a perspective partial sectional view, and FIG. 2B is a front sectional view.
FIG. 3 is a view showing a continuous casting apparatus of the present invention, wherein (a) -1, (b) -1, and (c) -1 are front sectional views of the box, and (a) -2 is AA. An arrow sectional view, (b) -2 is a BB arrow sectional drawing, (c) -2 is CC arrow sectional drawing.
4A and 4B are views showing a continuous casting apparatus according to the present invention, in which FIG. 4A is a front sectional view of a box, FIG. 4B is a sectional view taken along the line B-B, and FIG. (D) is DD sectional drawing, (e) is a front fragmentary sectional view of the continuous casting apparatus in casting.
FIGS. 5A and 5B are partial views showing a continuous casting apparatus of the present invention using electromagnetic stirring together, wherein FIG. 5A is a plan view, FIG. 5B is a front sectional view, and FIG. .
6A and 6B are partial views showing a conventional continuous casting apparatus, in which FIG. 6A is a front sectional view, and FIGS. 6B and 6C are plan views.
[Explanation of symbols]
1 Continuous casting mold 1a Mold long side 1b Mold short side 2 Injection nozzle (immersion nozzle)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Box 3a Long side surface 3b Short side surface 3c Bottom surface 3d Top surface 4 Discharge port 5 Opening part 6 Injection part 7 Electromagnetic stirrer 8 Inert gas supply device 9 Weir 10 Molten metal 11 Meniscus 11b Meniscus 11b outside the box Meniscus 12 in the body 13 Powder layer 13 Molten metal flow 13a Discharge flow 13b Upflow flow 13c Downflow flow 13d Flow from opening 13e Electromagnetic stirring flow 13f Reverse flow 13g Interference flow 14 Stagnation point 15 Opening portion 16 Upstream chamber 17 Downstream chamber
