JP2006000896A - 連続鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】短辺25と長辺24とを備えた鋳型4と、この鋳型4に設けられた電磁攪拌手段26と、吐出孔15が前記短辺25に向くように該鋳型4内に差し込まれている浸漬ノズル体8とを有し、該浸漬ノズル体8のスライドプレート20が長辺24側に移動する連続鋳造装置1で、炭素量が0.08〜0.18%の溶鋼2を連続的に鋳造する連続鋳造方法において、前記吐出孔15から吐出する溶鋼2a流が鋳型4の長辺24と短辺25との交差部10近傍に当たらないように、該溶鋼流2aの吐出方向を制御する。
【選択図】図4
Description
従来より、かかる吐出溶鋼が衝突する場所や衝突後の流れ状況如何によっては、シェルの凝固遅れが生じたり、最悪の場合は、ブレークアウトを引き起こす原因となることが知られていた。
一方、特許文献2に開示されているように、鋳型の長辺側に電磁攪拌手段を設け、電磁攪拌手段により発生する磁力を用いて鋳型内の溶鋼を攪拌する技術が従来より開発されており、様々な連続鋳造装置に適用されるものとなっている。
例えば、長辺が約150cm、短辺が約25cmのスラブ用鋳型において、平面視で鋳型の対角線と長辺とのなす角はtan-1(25/150)≒9.4°であって、吐出溶鋼の吐出角θが5°〜15°であると、浸漬ノズル体から吐出溶鋼流が鋳型の長辺と短辺との交差部近傍に直接当たるようになる。
鋳型の交差部に接する溶鋼は鋳型の長辺と短辺との二辺に接し、熱を多く奪われるため、他の部分より急速に冷却が進むことになると共に、この冷却に伴うシェルの収縮も発生する。凝固時の収縮率が大きい鋼種の場合、前記交差部のシェル収縮量が比較的大きいため、交差部近傍の凝固シェルが交差部側に引っ張られることになって、図8のSCの如く、鋳型周壁から離れるようになる。
この状況を回避するべく、例えば、浸漬ノズル体を軸芯周りに回動させ吐出方向を変えて、交差部に直接当たらないようにすることが可能であるが、特許文献2のような電磁攪拌手段が設けられた鋳型では、吐出溶鋼流は、溶鋼表面の旋回流と組み合わさってその進行方向が曲がることになり、かかる電磁攪拌手段の影響を考慮しないことには、吐出溶鋼の交差部への衝突を確実に防ぐことは困難であった。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、短辺と長辺とを備えた平面視長方形の鋳型と、この鋳型に設けられ且つ鋳型内の溶鋼を攪拌する電磁攪拌手段と、吐出孔が前記短辺に向くように該鋳型内に差し込まれている浸漬ノズル体とを有し、該浸漬ノズル体の基端側に設けられたスライドプレートが鋳型の長辺側に移動することで浸漬ノズル体内の溶鋼の流速が可変となっている連続鋳造装置で、炭素量が0.08〜0.18%の溶鋼を連続的に鋳造する連続鋳造方法において、前記吐出孔から吐出する溶鋼流が鋳型の長辺と短辺との交差部近傍に当たらないように、該溶鋼流の吐出方向を制御することを特徴とする。
なお、前記溶鋼の吐出方向の制御は、電磁攪拌手段の攪拌強度を変えることにより行うとよい。
前記旋回流の強さは、溶鋼に加えられる電磁攪拌強度に比例するものとなっているため、溶鋼に対する攪拌強度を変えることで吐出溶鋼の曲がる方向の制御が可能である。
また、前記溶鋼の吐出方向の制御は、浸漬ノズル体中の溶鋼の流速を変えることにより行うとよい。
図4(b)に示すように、浸漬ノズル体の先端側には、鋳型の短辺に向かって吐出孔が形成され、その基端側には、浸漬ノズル体の軸芯方向に垂直に出入りすることでノズル内の溶鋼(ノズル溶鋼)の流速および流量を調整するスライドプレートが備えられている。ノズル溶鋼の流速を上げるためは、前記スライドプレートをY軸のプラス側に移動させ、前記流速を減ずるにはY軸マイナス側に移動させるようにする。
ゆえに、ノズル溶鋼の流速を変えること、すなわち、浸漬ノズル体のスライドプレートを移動させることで吐出溶鋼の吐出方向を制御することが可能となる。
また、前記鋳型の長辺は短辺に対して2倍以上の長さを有すると共に、前記溶鋼の流速の変更は、スラブの鋳造速度又は浸漬ノズル体の内側断面積を変えることにより行われ、且つ前記溶鋼に対する攪拌強度の変更は、電磁攪拌手段の磁束密度、極間ピッチ、移動磁場の周波数を変えることにより行われるものであって、
これら鋳造速度、浸漬ノズル体の内側断面積、磁束密度、極間ピッチ、移動磁場の周波数が次式を満たすように設定されるとよい。
一方、上述した電磁攪拌手段が溶鋼に与えることのできる攪拌強度は、電磁攪拌手段が発生する移動磁場の磁束密度、電磁攪拌手段の極間ピッチ、当該移動磁場の変化周波数に伴って可変となることは電磁気学の知識などから明らかである。
この技術的思想の下、本願出願人は、各種条件の下で連続鋳造実験を行い、図5、図6のような結果を得た。
図5は、横軸がノズル溶鋼の平均流速であり、制御パラメータである鋳造速度、浸漬ノズル体断面積を備えるものとなっている。縦軸は、その実験を行った際に用いた鋳型のコーナー角(鋳型対角線とX軸との角度)である。図6の座標軸も同様であり、リニアモータの磁束密度、ポールピッチ、移動磁場の周波数の各制御パラメータの値が異なるものとなっている。
様々な条件下での実験データから、シェルの凝固遅れは、実線グラフと破線グラフとに挟まれた領域で発生していることがわかっており、各制御パラメータが、前記領域以外となることを数式で表したものが、式(1)である。この式を満たすように、連続鋳造装置の鋳造速度、浸漬ノズル体の内側断面積、リニアモータが発生する磁界の磁束密度、ポールピッチ、磁界移動の周波数の少なくとも一つを制御することで、溶鋼流がシェル剥離部に衝突することを回避でき、該剥離部の凝固遅れなどの欠陥を避けることが可能となる。
なお、好ましくは、前記溶鋼の表面に存在するパウダーを当該溶鋼が巻き込むことを防ぐべく、前記鋳造速度又は浸漬ノズル体の内側断面積は次式を満たすように設定するとよい。
本願出願人は、電磁攪拌手段の制御パラメータを数々変更した上で連続鋳造実験を行い、図7のような結果を得た。
この図から判るように、浸漬ノズル体内を流れるノズル溶鋼の平均流速が、図中の破線以下になる場合、パウダー巻き込みが発生せず、良好な品質の製品鋼材が得られものとなっている。かかる条件を数式化したものが式(2)であって、鋳造速度又は浸漬ノズル体の内側断面積がこの式を満たすようにすることで、パウダー巻き込み発生を回避することが可能となる。
図1に示すように、本鋳造方法を採用する連続鋳造装置1は、溶鋼2を一時的に蓄えるタンディッシュ3と、鋳型4と、この鋳型4に設けられて鋳型4内の溶鋼2を電磁力(ローレンツ力)で水平方向に攪拌する電磁攪拌手段26と、鋳型4から出たスラブ9を冷却する冷却スタンド5と、スラブ9を支えつつ移送する複数のサポートロール6とを有している。
取鍋7により運ばれた溶鋼2は、下方に配設されたタンディッシュ3に注がれ、タンディッシュ3の底に設けられた複数の浸漬ノズル8によって流量をコントロールされつつ鋳型4に注入されるようになっている。鋳型4では溶鋼2が冷却(1次冷却)され、その表面部のみが凝固した状態のスラブ9となって、鋳型4下部から引き抜かれるようになる。
本発明は、このような連続鋳造装置1の鋳型4内において、吐出孔15から吐出する溶鋼2aの流れが鋳型4の長辺24と短辺25との交差部10近傍に当たらないように、該溶鋼2aの流れの吐出方向を制御するものであり、鋳型4の交差部10に生じるシェル剥離部SCに前記溶鋼2aの流れが衝突することを回避することで、該シェル剥離部SCの凝固遅れなどの欠陥を避けるものである。
図3に示すように、前記鋳型4は、平面視で短辺25と長辺24とを備えた略長方形であって、長辺24は短辺25に対して2倍以上の長さを有するスラブ鋳造用となっている。鋳型4の長辺24によりスラブ9の広面が形成され、短辺25によりスラブ狭面が形成される。
誘導型リニアモータ27は、櫛歯形状部が形成してある直線状の鉄心28に複数のコイル29が巻線されて構成されており、一対のリニアモータ27,27間で互いに反対向きの磁場をかけ且つその磁場を移動させることで、溶鋼4を攪拌するものである。
図2に示すように、浸漬ノズル8はタンディッシュ3の底面に1つ以上設けられており、タンディッシュ底部に設けられた注入孔11と、それに続く円筒状のインサートノズル12と、該インサートノズル12に続く円筒状のシュートノズル13、該シュートノズル13に続く長尺筒状の浸漬ノズル14とから構成されている。
浸漬ノズル8の先端部でその筒側壁には、水平方向で略反対を向く一対の吐出孔15,15が形成されており、「吐出孔15の合計面積 ≧ 浸漬ノズル14内部の断面積S」となっている。浸漬ノズル8の基端側、詳しくは、インサートノズル12とシュートノズル13との間には、タンディッシュ3から流れ出す溶鋼2の流量を調整する堰部16が設けられている。
なお、浸漬ノズル14の内側断面積Sは一定であるため、前記スライドプレート20はノズル溶鋼2bの流速を制御するものとなっている。
浸漬ノズル14の吐出孔15から吐出する吐出溶鋼2aの挙動は、本出願人が行った数々の水実験モデルから明らかになっている。
一方、図4(a)に示すように、電磁攪拌が加えられた溶鋼流は、鋳型4の長辺24に沿った旋回流Rとなるため、浸漬ノズルからの吐出溶鋼は、図4(a)と図4(b)とが合わさった図4(c)のような流れとなり、鋳型4の交差部10を目指して吐出した後、大きく右に曲がり長辺24側に沿うような流れとなる。
この溶鋼2が鋳型4内で一次冷却される際には、溶鋼2は、鋳型4の交差部10で鋳型4の長辺24と短辺25との二辺に接し熱を多く奪われるため、他の部分より急速に冷却が進むことになると共に、冷却に伴うシェル収縮が発生する。その際、前記交差部10の収縮量が比較的大きいため、交差部10近傍で凝固したシェル23が交差部10側に引っ張られることになって、図8の如くシェル剥離部SCが形成される。かかるシェル剥離部SCは鋳型4周壁から大きいときで1〜2mm程度剥離していると共に、前記隙間に添加されたフラックスなどが入り込んだりしているため、鋳型4に向けての熱放散量が非常に少ない状態となっている。ゆえに、シェル剥離部SCは凝固が他の部分に比して遅く、シェル23の厚みが薄いものとなっている。
そこで、本実施形態では、スラブの鋳造速度Vc、浸漬ノズル14の横断面積S、リニアモータ27が発生する移動磁場の磁束密度B、リニアモータ27の極間ピッチp、前記移動磁場が切り替わる周波数fを制御パラメータとして、吐出溶鋼2aの曲がる方向を変化させ、吐出溶鋼2aが鋳型4の交差部10近傍に当たらないようにして、凝固遅れなどの欠陥発生を回避するようにしている。
図5,図6は、実験結果をまとめたものである。横軸がノズル溶鋼2bの平均流速であり、制御パラメータである鋳造速度Vc、浸漬ノズル14の横断面積Sを備えるものとなっている。縦軸は、その実験を行った際に用いた鋳型4のコーナー角(鋳型4対角線とX軸との角度)である。このコーナー角と吐出溶鋼2aの吐出角とが異なるように設定することで、吐出溶鋼2a流が交差部10近傍に当たらないようにでき、シェル23の凝固欠陥発生を防ぐことが可能となる。
式(1)は、各制御パラメータVc,S,B,p,fが、凝固遅れが発生する領域以外となることを数式で表現したものであり、この式を満たすようにすることで、吐出溶鋼2a流がシェル剥離部SCに衝突することを回避でき、該剥離部SCの凝固遅れなどの欠陥を避けることが可能となる。
ところで、図2を見るとわかるように、電磁攪拌手段26によりかき混ぜられている溶鋼2の表面には、溶鋼2が旋回流Rとなって流れている。正面視で考えると、吐出溶鋼2aは浸漬ノズル体8の吐出孔15,15から下方向きに吐出し、鋳型4の周壁に当たり、その後上昇流となり、さらには溶鋼表面では鋳型4の中心側へ向かう流れとなっている。
図7は、各種電磁攪拌強度下での実験結果であり、横軸がノズル溶鋼2bの平均流速で制御パラメータである鋳造速度Vc、浸漬ノズル体断面積Sを備えるものとなっている。縦軸は、その実験を行った際に用いた鋳型のコーナー角(鋳型対角線とX軸との角度)である。
この図から判るように、浸漬ノズル体8内を流れるノズル溶鋼2bの平均流速が、図中の破線以下になる場合、パウダー巻き込みが発生せず、良好な品質の製品鋼材が得られものとなっている。かかる条件を数式化したものが式(2)であって、鋳造速度Vc又は浸漬ノズル体8の内側断面積Sがこの式を満たすようにすることで、パウダー巻き込み発生を回避することが可能となる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
すなわち、本発明の技術的思想は、スラブ鋳造用の鋳型4に限定されるものではなく、ビレット鋼片の鋳造にも適用可能である。
2 溶鋼
2a 吐出溶鋼
2b ノズル溶鋼
4 鋳型
8 浸漬ノズル体
15 吐出孔
26 電磁攪拌手段
Claims (5)
- 短辺と長辺とを備えた平面視長方形の鋳型と、この鋳型に設けられ且つ鋳型内の溶鋼を電磁力で攪拌する電磁攪拌手段と、吐出孔が前記短辺に向くように該鋳型内に差し込まれている浸漬ノズル体とを有し、該浸漬ノズル体の基端側に設けられたスライドプレートが鋳型の長辺側に移動することで浸漬ノズル体内の溶鋼の流速が可変となっている連続鋳造装置で、炭素量が0.08〜0.18%の溶鋼を連続的に鋳造する連続鋳造方法において、
前記吐出孔から吐出する溶鋼流が鋳型の長辺と短辺との交差部近傍に当たらないように、該溶鋼流の吐出方向を制御することを特徴とする連続鋳造方法。 - 前記溶鋼の吐出方向の制御は、電磁攪拌手段の溶鋼に対する攪拌強度を変えることにより行われることを特徴とする請求項1に記載の連続鋳造方法。
- 前記溶鋼の吐出方向の制御は、浸漬ノズル体中の溶鋼の流速を変えることにより行われることを特徴とする請求項2に記載の連続鋳造方法。
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