JP2007098456A - スラブの連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳型内における湯面高さを渦流式センサにより精度良く測定可能な連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】鋳型内の溶鋼湯面高さを測定するための渦流式センサ３０をタンディッシュ１に取付け、測定された当該溶鋼湯面高さに応じて前記タンディッシュ１から前記鋳型３への溶鋼注湯量を調節する連続鋳造方法において、前記渦流式センサ３０の中心軸の、前記鋳型３の幅方向中央からの距離Ｒ［ｍｍ］を、下記式（１）を満足するように調節する。
Ｄ／２＋１２０≦Ｒ≦（Ｗ^0.55−Ｖｃ^0.9×Ｗ^0.05）＋２３５・・・（１）
ただし、変数Ｄは前記浸漬ノズル２を前記タンディッシュ１に連結するための受金物２２の外径［ｍｍ］である。
【選択図】図１

Description

本発明は、スラブの連続鋳造方法に関する。

一般的な連続鋳造設備において鋳型内の溶鋼湯面（メニスカス）は、タンディッシュからの溶鋼流量を制御することによって、その高さが一定に維持されるようになっている。前記溶鋼流量は具体的に、タンディッシュに取り付けられた渦流式センサによって測定された湯面高さ（の変動）に基づいて制御されるようになっている。従って、湯面高さの変動を抑制するためには、渦流式センサの測定精度が良好であることが望ましい。

ところで、通常の操業では、一の鋳型に対して複数（例えば、９つ）のタンディッシュが交互に用いられるようになっている。そして前記渦流式センサは、当該鋳型にセットされたタンディッシュに逐次取り付けられるようになっている。

しかし、タンディッシュは、繰返し使用していくにつれて溶鋼熱により熱変形してしまうものであり、その変形量は±３０ｍｍにまで及ぶ。つまり、タンディッシュが交換される毎に前記渦流式センサは熱変形量の異なるタンディッシュに取り付けられるようになっているのである。その結果、溶鋼注湯用の浸漬ノズルを保持する鋳鉄製の受金物の側面と前記渦流式センサの側面との距離はタンディッシュを交換する毎にばらつき、そのバラツキ量は６０〜１２０ｍｍ程度となっている。一方、渦流式センサは前記受金物に接近すると、その測定精度が極端に低下することが知られている。

こうなるともはや溶鋼湯面高さを一定に維持できず、湯面変動（例えば１０ｍｍ超の上下動）が生じてしまうし、その結果、溶鋼湯面に添加されている保温用パウダーがスラブの凝固殻と鋳型との間に噛み込む可能性がある。

実際の事例として、当該パウダーの噛み込みが原因と考えられる凹み疵がスラブの側面に散見されており、係る場合はホットスカーフ（スラブの表面溶削）による補修が必要とされている。しかも、噛み込まれた当該パウダーの塊が大きいと、鋳型内においてスラブに局所的な凝固遅れが発生し、ブレークアウト（スラブからの溶鋼漏れ）の原因となり得る。

そこで特許文献１は、連続鋳造中に、鋳型内のＡｒガス浮上位置を検出することを目的として、渦流式レベル計の配置を開示する。具体的には当該渦流式レベル計の鋳型中央からの距離を１８０ｍｍ（浸漬ノズル近傍）、５００ｍｍ（鋳型幅の１／４付近）、９００ｍｍ（鋳型短辺近傍）とする実施例が記載されている。
特開平１０−５９５７号公報（渦流式センサの配置に関して、段落００４７）

しかし、上記特許文献１に記載の渦流式レベル計の配設位置においては、反転流による湯面変動が大きい（１０ｍｍ超）ので、Ａｒガスの浮上位置は検出できても、湯面高さの測定精度は期待できない。

本発明は係る諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、鋳型内における溶鋼湯面高さを渦流式センサにより精度良く測定可能な連続鋳造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

鋳型内の溶鋼湯面高さを測定するための渦流式センサをタンディッシュに取付け、測定された当該溶鋼湯面高さに応じて前記タンディッシュから前記鋳型への溶鋼注湯量を調節する連続鋳造方法を以下のように規定する。
前記鋳型の鋳型上部幅（Ｗ：［ｍｍ］）を２０００［ｍｍ］以下とする。 鋳造速度（Ｖｃ：［ｍ／ｍｉｎ］）を１．０［ｍ／ｍｉｎ］以上とする。前記タンディッシュに設けられる溶鋼注湯用の浸漬ノズルを前記鋳型の幅方向略中央に配置する。前記渦流式センサの中心軸の、前記鋳型の幅方向中央からの距離Ｒ［ｍｍ］を、下記式（１）を満足するように調節する。
Ｄ／２＋１２０≦Ｒ≦（Ｗ^0.55−Ｖｃ^0.9×Ｗ^0.05）＋２３５・・・（１）
ただし、変数Ｄは前記浸漬ノズルを前記タンディッシュに連結するための受金物の外径［ｍｍ］であり、上記式（１）の左辺は前記渦流式センサの中心軸と当該受金物の側面との最短距離を１２０［ｍｍ］以上とすることを表す（図１参照）。

これにより、前記渦流式センサの測定精度を良好にできる。その結果、溶鋼湯面の変動を抑制できる。従って、例えば鋳型内の溶鋼湯面にパウダーが添加されている場合（図１参照）でも、当該パウダーの噛み込みは防止されるから、凹み疵のない、優れた表面品質のスラブを鋳造できる。

前記渦流式センサを前記タンディッシュに取り付けるためのアーム状のセンサ保持具に、水平方向に折曲する水平取付部を設け、前記タンディッシュに、前記センサ保持具の前記水平取付部が挿入可能な取付孔を有するセンサ保持具取付台を個別に設け、前記距離Ｒは、前記取付孔に対する前記水平取付部の挿入深さを増減させることにより調節することが好ましい。

これにより、複数のタンディッシュのうち何れのものに前記渦流式センサを取り付けたとしても、それらの熱変形の程度に関わらず、前記距離Ｒを問題なく調節できる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態における連続鋳造設備の部分断面図である。

図１に示すように本実施形態における連続鋳造設備１００は、図略の取鍋内において還元精練された溶鋼を一時的に保持するタンディッシュ１と、当該タンディッシュ１から浸漬ノズル２を介して注湯される溶鋼を所定形状に凝固させるための鋳型３と、を備えている。当該鋳型３内に注湯された溶鋼は、鋳型３の内壁面に冷却されて徐々に凝固殻を形成しながら本図紙面下方へ向かって連続的に引き出され、これによりスラブが鋳造されるようになっている。
なお本図に現されている鋳型３の断面は当該鋳型３の短辺側の壁（短辺壁３ａ）の断面であり、本図紙面における左右方向はスラブの長辺と平行である。本図符号Ｗは鋳型３の鋳型上部幅を示し、本実施形態における連続鋳造方法は当該鋳型上部幅Ｗが２０００ｍｍ以下であって、鋳造速度Ｖｃが１．０ｍ／ｍｉｎ以上であるものを対象としている。

本実施形態において前記の鋳型３は、鋳型幅（スラブ幅）を変更可能に構成されている。具体的には前記短辺壁３ａが図略の鋳型幅変更手段により紙面左右方向（本図矢印Ｘ方向）に移動可能となっている。また、当該短辺壁３ａは、点Ｐ・Ｐまわりに若干回転可能（本図矢印Ｙ方向）に構成されている。
前述した「鋳型上部幅Ｗ」は具体的に、上記の点Ｐ・Ｐ間距離のことである。

前記のタンディッシュ１は、耐火物１０と当該耐火物１０の外側に覆設される鉄皮１１とからなる積層構造となっている。タンディッシュ１の底部には、溶鋼を排出するための略鼓状の排出孔１２が形成されている。

前記排出孔１２には、溶鋼の流れを案内する注湯ノズル２０が下方より挿入されている。この注湯ノズル２０は、上注湯ノズルと下注湯ノズルから構成されており、当該上注湯ノズルのみが前記の排出孔１２に挿入され固着されている。

上注湯ノズルと下注湯ノズルとの間には、溶鋼流量を調節可能なスライドバルブ２１が介装されている。当該スライドバルブ２１も、上スライドバルブと下スライドバルブから構成されており、前記の上注湯ノズルと下注湯ノズルに夫々固着されている。

そして、前記の下注湯ノズルと下スライドバルブとが一体となって左右方向（本図矢印Ｚ方向）へ移動することにより、タンディッシュ１からの溶鋼流量を調節できるようになっている。なお、下スライドバルブには、当該下スライドバルブ等を左右方向へ移動させるための図略のバルブ制御手段が設けられている。

前記の下注湯ノズルの下側には、前記鋳型３の溶鋼内に下端が浸漬される前記の浸漬ノズル２が鋳鉄製の受金物２２を介して連結されている。

前記の浸漬ノズル２は、前記受金物２２とは異なり、Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂・Ｃを主原料とする耐火物により形成されている。当該浸漬ノズル２は、本図の如く鋳型３の長辺（幅）方向略中央に且つ短辺方向（紙面を垂直に貫く方向）略中央に配置されるようになっている。
この浸漬ノズル２の下端部には、注湯される溶鋼が適宜の反転流（本図矢印Ｃ）を生じさせるように下向き斜めの溶鋼吐出孔２ａが２つ開孔されている。当該反転流の作用により、鋳型３内の溶鋼湯面のうち短辺壁３ａ近傍は、浸漬ノズル２の近傍（鋳型３の幅方向中央）よりも大きく揺動することとなる。言い換えれば、当該短辺壁３ａ近傍では、湯面変動量が鋳型３の幅方向中央と比較して大きく、例えば１０ｍｍ超の変動幅となっている。

前記の受金物２２は、溶鋼熱による変形を抑制するために鋳鉄製となっている。そのため、当該受金物２２は磁性を有している。当該受金物２２は、前述の如く前記浸漬ノズル２を前記タンディッシュ１に連結するためのものであって、前記下注湯ノズルと浸漬ノズル２の両方に外嵌可能な段付き円筒状に形成されている。
受金物２２の外周側面には水平方向に延びる図略のアームが複数突設されており、前記タンディッシュ１には当該アームを介して受金物２２を上方へ強力に押し上げる図略の空気シリンダが設けられている。これにより、前記注湯ノズル２０の下注湯ノズルの下端面と、浸漬ノズル２の上端面とが強力に密着するようになっている。

前記のスライドバルブ２１及び注湯ノズル２０の下注湯ノズル、受金物２２の下注湯ノズルに対する外嵌部２２ａ（受金物２２の上端部）を覆うように鎖線で略示するハウジング２３が前記タンディッシュ１に設けられている。

前記のタンディッシュ１の側壁には、前記鋳型３内の溶鋼湯面高さを測定するための渦流式センサ３０が、複数箇所屈曲されたアーム状のセンサ保持具３１を介して取り付けられている。当該センサ保持具３１のタンディッシュ１側端部には水平状に折曲される水平取付部３１ａが形成されている。

上記取付けは具体的に以下の通りである。
即ち、前記のタンディッシュ１の側壁には、センサ保持具３１の当該水平取付部３１ａが挿入可能な取付孔４１が開孔されたセンサ保持具取付台４０が設けられている。そして、当該水平取付部３１ａが取付孔４１内に適宜の深さまで挿入され固定ボルト４２により固定されることによって、前記の渦流式センサ３０はタンディッシュ１に固定されるようになっているのである。
なお、水平取付部３１ａの挿入深さを適宜に増減できるようになっているので、前記渦流式センサ３０の鋳型幅中央からの距離Ｒを自由に調節できるようになっている。本実施形態において当該距離Ｒの調節幅は最大１００ｍｍとなっている。

次に、前記の渦流式センサ３０の配置に関して詳細に説明する。

〔鉛直方向〕
鉛直方向において前記渦流式センサ３０は、本図に示すように溶鋼湯面から適宜の距離（例えば、１００ｍｍ）だけ離れて配置されている。この距離は、渦流式センサ３０の性能に応じて適宜に決められる。
なお、当該渦流式センサ３０は、高周波磁界を利用した公知の渦電流式変位センサであり、磁性のある物体（被測定対象を除く。）が当該渦流式センサ３０の近傍に配置されていると、渦流式センサ３０の測定精度が大幅に低下することが知られている。

〔水平方向（鋳型幅方向）〕
水平方向（鋳型幅方向）において前記渦流式センサ３０は、本図に示すように前記鋳型３の鋳型上部幅Ｗ中央から距離Ｒ［ｍｍ］だけ離れて配置されている。より具体的に前記渦流式センサ３０の中心軸の、前記鋳型３の幅方向中央からの距離Ｒ［ｍｍ］は、下記式（１）を満足するように調節されている。
Ｄ／２＋１２０≦Ｒ≦（Ｗ^0.55−Ｖｃ^0.9×Ｗ^0.05）＋２３５・・・（１）
ただし、変数Ｄは前記浸漬ノズル２を前記タンディッシュ１に連結するための前記受金物２２の外径［ｍｍ］であり、上記式（１）の左辺は前記渦流式センサ３０の中心軸と当該受金物２２の側面との最短距離が１２０［ｍｍ］以上であることを表す（図１参照）。
なお、当該渦流式センサ３０は前述したように本図矢印Ｅ方向に移動可能となっている。

〔水平方向（スラブ厚み方向）〕
水平方向（スラブ厚み方向）において前記渦流式センサ３０は、前記鋳型３の短辺方向略中央に配置されている。

そして、上記の渦流式センサ３０により測定された溶鋼湯面高さ（の変動）に応じて、前記タンディッシュ１から前記鋳型３への溶鋼流量が調節されるようになっている。より具体的には、当該渦流式センサ３０による測定結果が前述したバルブ制御手段に所定時間間隔で入力され、当該バルブ制御手段が当該入力データに基づいて前記下スライドバルブ等を適宜に制御することにより、溶鋼湯面高さを一定に維持するように前記溶鋼流量は調節される。

次に、上記式（１）を導出した過程を説明する。

本発明の発明者は、前記渦流式センサ３０の測定誤差の原因を調査すべく、鋳型上部幅Ｗと前記距離Ｒを変化させつつ鋳型３内の溶鋼湯面高さを測定した。その結果を図２に示す。図２は、鋳型幅方向における前記渦流式センサ３０の鋳型上部幅中央からの距離Ｒと、当該渦流式センサ３０の測定誤差Δｄとの関係を示す図である。なお当該測定誤差Δｄは、渦流式センサ３０による測定データと目盛が付された長尺部材による実測値との差の絶対値である。

本図より、前記距離Ｒが約２５０ｍｍを下回ると、測定誤差Δｄが急激に増大する傾向があることが判る。これは、前記渦流式センサ３０が磁性体の前記受金物２２に接近し過ぎた結果、当該渦流式センサ３０の測定機能が正常に発揮されなかったためだと考えられる（図１も併せて参照）。
従って、渦流式センサ３０の測定誤差Δｄを低減するには、当該渦流式センサ３０を前記受金物２２から十分に離間させる必要があるといえる。言い換えれば、前記距離Ｒの下限値を適宜に定める必要がある。

また、本図より、前記距離Ｒが約２５０ｍｍを上回ると、この場合も、測定誤差Δｄが増大する傾向があることが判る。これは、渦流式センサ３０が測定対象とした湯面領域が、前述の反転流により上下動していたためだと考えられる（図１も併せて参照）。
従って、渦流式センサ３０の測定誤差Δｄを低減するには、当該渦流式センサ３０を前記短辺壁３ａから十分に離間させる必要があるといえる。言い換えれば、前記距離Ｒの上限値を適宜に定める必要がある。

次に、本発明の発明者は、スラブ側面の凹み疵を防止する観点から、前記渦流式センサ３０の測定誤差Δｄをどの程度抑制すべきかを調査するための試験を行った。その結果を図３に示す。図３は、前記渦流式センサ３０の測定誤差Δｄとスラブ側面に発生した凹み疵の個数との関係を示す図である。なお、上記の凹み疵は、スラブ側面に発生した１０ｍｍ四方以上の疵であって、深さが５ｍｍ以上のものと定義する。

本図より、前記渦流式センサ３０の測定誤差Δｄを４ｍｍ以下とすれば、スラブ側面の凹み疵を防止できることが判る。これは、溶鋼湯面変動が抑制されたことで、溶鋼湯面に添加されたパウダーの、凝固殻と鋳型３の内壁面との間への噛み込みが防止できたからだと考えられる。なお、測定誤差Δｄが小さければ溶鋼湯面変動を抑制でき得るのは前述した通りである。

以上の検討により、スラブ側面の凹み疵を防止するためには、前記距離Ｒを２３５ｍｍ以上約２８５ｍｍ以下とすればよいことが判る。

上記距離Ｒの下限値（２３５ｍｍ）は、当然受金物２２の外径の大小に関連するものであるから、当該外径を変数として一般化することが好ましい。上記の各調査において用いられた受金物２２の外径は２３０ｍｍだったので、当該外径を変数Ｄとし、上記式（１）の如く表現したのである。
一方、上記距離Ｒの上限値（約２８５ｍｍ）は、受金物２２の外径の大小には関連するものではないが、鋳型上部幅Ｗや鋳造速度Ｖｃの大小によって若干変動するものであったので、当該鋳型上部幅Ｗ及び鋳造速度Ｖｃを用いて上記式（１）の如く一般化した。

〔実施例〕
次に、本実施形態における連続鋳造方法の技術的効果を確認するための試験に関して説明する。表１は各試験条件とその結果、及び式（１）との関係を示し、図４は表１において鋳造速度Ｖｃが（ａ）１．０ｍ／ｍｉｎ又は（ｂ）２．０ｍ／ｍｉｎの試験結果をグラフで示す図である。

なお、本試験に用いられた渦流式センサ３０は、ニレコ製ＥＣＬＭ−６２０の６０型検出機である。当該渦流式センサ３０の特徴は以下の通りである。
・寸法：外径６０φ×長さ１４９ｍｍ
・測定範囲：０〜１５０ｍｍ
・冷却方式：（正常）空気冷却
・流量：４００ＮＬ／ｍｉｎ以上
・圧力：１．３〜１．５ｋｇｆ／ｃｍ²

上記表１より、測定誤差Δｄが４ｍｍを上回る（凹み疵が発生する）結果となった試験は何れも上記式（１）を満足していないことが判る。一方、上記式（１）を満足する試験は何れも測定誤差Δｄが４ｍｍを下回る（凹み疵が発生しない）結果となったことが判る。

また、上記式（１）で規定される距離Ｒの範囲は、図４に示す如く鋳造速度Ｖｃが大きくなるにつれて、若干狭くなるようにした。これは、鋳造速度Ｖｃが大きければ必然的にタンディッシュ１からの溶鋼注湯量も増加し、これに伴い前述した溶鋼の反転流の程度も激しくなるので、湯面高さの測定に適する穏やかな（具体的には１０ｍｍ以下の湯面変動幅）溶鋼湯面領域が狭くなるからである。

以上説明したように本実施形態における連続鋳造方法は、鋳型３内の溶鋼湯面高さを測定するための渦流式センサ３０をタンディッシュ１に取付け、測定された当該溶鋼湯面高さに応じて前記タンディッシュ１から前記鋳型３への溶鋼注湯量を調節する。この際、前記鋳型３の鋳型上部幅（Ｗ：［ｍｍ］）は２０００［ｍｍ］以下とし、鋳造速度（Ｖｃ：［ｍ／ｍｉｎ］）は１．０［ｍ／ｍｉｎ］以上とする。また、前記タンディッシュ１に設けられる溶鋼注湯用の浸漬ノズル２を前記鋳型３の幅方向略中央に配置し、前記渦流式センサ３０の中心軸の、前記鋳型３の幅方向中央からの距離Ｒ［ｍｍ］を、下記式（１）を満足するように調節する。
Ｄ／２＋１２０≦Ｒ≦（Ｗ^0.55−Ｖｃ^0.9×Ｗ^0.05）＋２３５・・・（１）
ただし、変数Ｄは前記浸漬ノズル２を前記タンディッシュ１に連結するための前記受金物２２の外径［ｍｍ］であり、上記式（１）の左辺は前記渦流式センサ３０の中心軸と当該受金物２２の側面との最短距離を１２０［ｍｍ］以上とすることを表す（図１参照）。

これにより、前記渦流式センサ３０の測定精度を良好にできる。その結果、溶鋼湯面の変動を抑制できる（上記実施形態においては１０ｍｍ未満に抑制できた）。例えば本実施形態のように鋳型３内の溶鋼湯面にパウダーが添加されている場合（図１参照）でも、当該パウダーの噛み込みは防止されるから、凹み疵のない、優れた表面品質のスラブを鋳造できる。
上記の効果は、原則として表面手入れをせず、凹み疵が発見された場合に限り局所的にホットスカーフなどの表面処理を施してから出荷する鋼種（黒皮出荷ともいう。）において特に有用である。なぜなら、表面処理の工程が不要となるので、作業効率が向上すると共に、スラブをより低価格にて提供できるようになるからである。
また、圧延後に出荷する鋼種においても特に有用である。なぜなら、表面処理工程を省略し、鋳造直後から圧延を開始するダイレクト圧延を採用しても、品質上の問題が生じないからである。
さらに、ブレークアウトの原因とされる局所的凝固遅れも回避できるので、大きな損害を被るような操業停止などの心配も完全に排除される。

より好ましくは上記連続鋳造方法は、前記渦流式センサ３０を前記タンディッシュ１に取り付けるためのアーム状のセンサ保持具３１に、水平方向に折曲する水平取付部３１ａを設け、前記タンディッシュ１に、前記センサ保持具３１の前記水平取付部３１ａが挿入可能な取付孔４１を有するセンサ保持具取付台４０を個別に設け、前記距離Ｒは、前記取付孔４１に対する前記水平取付部３１ａの挿入深さを増減させることにより調節するとよい。

これによれば、複数のタンディッシュのうち、何れのものに前記渦流式センサ３０を取り付けたとしても、それらの熱変形の程度に関わらず、前記距離Ｒを問題なく調節できる。

なお、使用される受金物が円筒状でないことを理由にその外径を観念できない場合には、上記式（１）の左辺である「Ｄ／２＋１２０≦Ｒ」は「渦流式センサ３０の中心軸と受金物との最短距離を１２０［ｍｍ］以上とする」と解釈するものとする。

本発明の一実施形態における連続鋳造設備の部分断面図。 距離Ｒと測定誤差Δｄとの関係を示す図。 測定誤差Δｄとスラブ側面の凹み疵個数との関係を示す図。 表１の結果をグラフで示す図。

符号の説明

１ タンディッシュ
２ 浸漬ノズル
３ 鋳型
３０ 渦流式センサ
Ｗ 鋳型上部幅
Ｖｃ 鋳造速度
Ｒ 前記渦流式センサの、前記鋳型の幅方向中央からの距離

Claims (2)

1. 鋳型内の溶鋼湯面高さを測定するための渦流式センサをタンディッシュに取付け、測定された当該溶鋼湯面高さに応じて前記タンディッシュから前記鋳型への溶鋼注湯量を調節する連続鋳造方法において、
   前記鋳型の鋳型上部幅（Ｗ：［ｍｍ］）を２０００［ｍｍ］以下とし、
   鋳造速度（Ｖｃ：［ｍ／ｍｉｎ］）を１．０［ｍ／ｍｉｎ］以上とし、
   前記タンディッシュに設けられる溶鋼注湯用の浸漬ノズルを前記鋳型の幅方向略中央に配置し、
   前記渦流式センサの中心軸の、前記鋳型の幅方向中央からの距離Ｒ［ｍｍ］を、下記式（１）を満足するように調節する、ことを特徴とする連続鋳造方法。
   Ｄ／２＋１２０≦Ｒ≦（Ｗ^0.55−Ｖｃ^0.9×Ｗ^0.05）＋２３５・・・（１）
   ただし、変数Ｄは前記浸漬ノズルを前記タンディッシュに連結するための受金物の外径［ｍｍ］である。
2. 前記渦流式センサを前記タンディッシュに取り付けるためのアーム状のセンサ保持具に、水平方向に折曲する水平取付部を設け、
   前記タンディッシュに、前記センサ保持具の前記水平取付部が挿入可能な取付孔を有するセンサ保持具取付台を個別に設け、
   前記距離Ｒは、前記取付孔に対する前記水平取付部の挿入深さを増減させることにより調節する、ことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。
   
   

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