JP2007216288A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚さが２００ｍｍ以上の鋳片の連続鋳造において、気泡に起因する表面欠陥が生じる要因を明らかにして、そのような欠陥を確実に要求されるレベルにすることができる鋼の連続鋳造方法を提供すること。
【解決手段】溶鋼貯留容器から長辺と短辺とを有する矩形状の鋳型内に浸漬ノズルを介してガスを供給しつつ溶鋼を供給し、電磁力によって鋳型内の溶鋼に水平方向の流動を生じさせて厚さ２００ｍｍ以上の鋳片を連続鋳造するにあたり、浸漬ノズルと鋳型長辺との間の距離Ｄ（ｍｍ）、浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の鋳造方向の距離ＣＶ（ｍｍ）、短辺方向の距離ＣＮ（ｍｍ）、溶鋼スループット量ＱＭ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）、溶鋼に供給するガスの流量ＱＧ（ＮＬ／ｍｉｎ）、凝固界面における磁場密度Ｂ（Ｔ）をパラメータとして鋳造を制御する。
【選択図】なし

Description

本発明は、矩形状の鋳型内に浸漬ノズルを介してガスを供給しつつ溶鋼を供給し、電磁力によって鋳型内の溶鋼に水平方向の流動を生じさせて厚さ２００ｍｍ以上の鋳片を連続鋳造する鋼の連続鋳造方法に関する。

鋼の連続鋳造は、取鍋から中間容器であるタンディッシュに一旦貯留させた溶鋼を、浸漬ノズルを介して鋳型内に注入し、そこで冷却凝固された鋳片を下方に引き抜くことにより行われる。このようにタンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型内へ溶鋼を注入する際には、溶鋼中の介在物が浸漬ノズルの内壁に付着するため、ノズル孔が閉塞して溶鋼の注入が不可能になる、吐出流が偏る、付着した介在物が剥離して鋼中に混入し介在物欠陥となる等の問題がある。

このような問題を解消するため、浸漬ノズルのノズル孔にアルゴンガス等の不活性ガスを供給し、浸漬ノズルの内壁に介在物が付着することを防止し、かつ鋳型内の介在物を気泡によって浮上分離させる技術が一般的に用いられている。

しかしながら、アルゴンガス等の不活性ガスを吹き込むことにより、吹き込まれたガスの気泡が鋳型内壁の凝固シェルに捕捉され、この気泡が鋳片の表面欠陥となり、圧延の際等に鋼板に出現して品質欠陥となってしまうことがある。

気泡に起因する品質欠陥を防止するための技術として、特許文献１には、予め溶鋼の成分濃度を所定の範囲に調整することにより、凝固シェルの内方側の前面に形成される濃度境界層の表面張力勾配を小さくし、侵入した気体の気泡が凝固シェルの内方表面に吸着するのを抑制する技術が開示されている。

また、特許文献２には、鋳型内の溶鋼に移動磁場を付与する際に、浸漬ノズルの吐出口の下端位置を、移動磁場印加装置の鉄心の下端よりも上方に位置させると同時に、浸漬ノズルから吐出される吐出流の軌跡が移動磁場印加装置の鉄心の設置位置の範囲を上下に逸脱しないように吐出角度を適正化した浸漬ノズルを用いて鋳造する技術が開示されている。

さらに、特許文献３には、浸漬ノズルを通過する溶鋼中へのアルゴンガスおよび溶鋼への可溶なガスの混合ガスを吹き込む連続鋳造方法において、鋳型の断面積によってアルゴンガス流量を決定し、かつ、スループットによって全体のガス流量を決定する技術が開示されている。
特開２００３−２５１４３８号公報 特開２００５−１５２９９６号公報 特開２００５−３０５４８９号公報

しかしながら、近年、鋼板のさらなる表面品質の向上が要求されており、上記技術では一定の効果は得られるものの、気泡による表面欠陥の原因を必ずしも十分に把握できていないため、鋳造条件によっては鋳片の表面品質の問題が生じる場合がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、厚さが２００ｍｍ以上の鋳片の連続鋳造において、気泡に起因する表面欠陥が生じる要因を明らかにして、そのような欠陥を確実に要求されるレベルにすることができる鋼の連続鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、鋳型内においては浸漬ノズルから吐出される気泡をともなった吐出流が存在する領域が高気泡濃度領域となり、この高気泡濃度領域が凝固シェルに接触することにより気泡による表面欠陥が増加することを見出した。そして、このような気泡による表面欠陥を減少させるためには、気泡高濃度領域が凝固シェルに接触しないようにパラメータを制御すればよく、このようなパラメータとして浸漬ノズルと鋳型長辺との間の距離Ｄ（ｍｍ）、浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の鋳造方向の距離ＣＶ（ｍｍ）、短辺方向の距離ＣＮ（ｍｍ）、溶鋼スループット量ＱＭ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）、溶鋼に供給するガスの流量ＱＧ（ＮＬ／ｍｉｎ）を考慮すればよいこと、また、鋳型内に印加した電磁力による凝固界面における磁場密度Ｂが凝固シェルに付着した気泡を洗浄除去するパラメータとして作用し、これを上記気泡の付着に関するパラメータと合わせて制御することにより気泡に起因する表面欠陥を少なくすることが可能であることを見出した。

より具体的には、凝固シェルへの気泡の付着を左右するのは、気泡高濃度領域と凝固シェルとの距離、および気泡高濃度領域の分布であり、浸漬ノズルと鋳型長辺との距離Ｄ（ｍｍ）が気泡高濃度領域と凝固シェルとの距離へ影響を及ぼし、溶鋼スループット量とガス流量との比（ＱＭ／ＱＧ）および浸漬ノズルの吐出孔の縦横比（ＣＶ／ＣＮ）が気泡高濃度領域の分布に影響を及ぼしていることを見出した。さらに、実験ないしは数値計算により、これらパラメータと表面欠陥との関係を把握しておくことにより、表面欠陥が所定レベル以下になるように上記パラメータを制御することが可能となることを見出した。

本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、以下の（１）〜（８）を提供する。
（１）溶鋼貯留容器から長辺と短辺とを有する矩形状の鋳型内に浸漬ノズルを介してガスを供給しつつ溶鋼を供給し、電磁力によって鋳型内の溶鋼に水平方向の流動を生じさせて厚さ２００ｍｍ以上の鋳片を連続鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、
浸漬ノズルと鋳型長辺との間の距離Ｄ（ｍｍ）、浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の鋳造方向の距離ＣＶ（ｍｍ）、短辺方向の距離ＣＮ（ｍｍ）、溶鋼スループット量ＱＭ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）、溶鋼に供給するガスの流量ＱＧ（ＮＬ／ｍｉｎ）、凝固界面における磁場密度Ｂ（Ｔ）をパラメータとして鋳造を制御することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。

（２）前記パラメータを用いた以下の関係式に基づいて鋳造を制御することを特徴とする（１）に記載の鋼の連続鋳造方法。
Ａ＝Ｃ_１Ｄ＋Ｃ_２（ＣＶ／ＣＮ）＋Ｃ_３（ＱＭ／ＱＧ）＋Ｃ_４Ｂ
ただし、ＡおよびＣ_１〜Ｃ_４は実験的にまたは数値解析により求められた定数である。

（３）実機および／または水モデルおよび／または数値解析による複数のサンプルの結果に基づいて、前記Ａの値が鋳片表面の平均欠陥密度と強い相関がとれるようにＣ_１〜Ｃ_４を決定することを特徴とする（２）に記載の鋼の連続鋳造方法。

（４）前記Ａの値が、鋳片表面の平均欠陥密度が５０個／ｍ^２以下に対応する値となるように前記パラメータを制御することを特徴とする（３）に記載の鋼の連続鋳造方法。

（５）前記Ａの値が、鋳片表面の平均欠陥密度が２０個／ｍ^２以下に対応する値となるように前記パラメータを制御することを特徴とする（３）に記載の鋼の連続鋳造方法。

（６）鋳片の厚さが２３０〜３２０ｍｍであることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の鋼の連続鋳造方法。

（７）浸漬ノズルの水平断面の形状が鋳型長辺方向に長い楕円形であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の鋼の連続鋳造方法。

（８）浸漬ノズルと鋳型長辺との間の距離を確保するために、鋳型の長辺の浸漬ノズルに対応する部分を凸状とすることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の鋼の連続鋳造方法。

なお、平均欠陥密度は、実際に鋳造したスラブにおいて、超音波探傷によって検出される単位面積当たりの欠陥個数（個／ｍ^２）を示す。

本発明によれば、気泡の凝固シェルへの付着に関するファクターとして、浸漬ノズルと鋳型長辺との間の距離Ｄ（ｍｍ）、浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の鋳造方向の距離ＣＶ（ｍｍ）、短辺方向の距離ＣＮ（ｍｍ）、溶鋼スループット量ＱＭ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）、溶鋼に供給するガスの流量ＱＧ（ＮＬ／ｍｉｎ）を用い、さらに付着した気泡を洗浄するためのファクターとして凝固界面における磁場密度Ｂ（Ｔ）を加味するので、気泡による表面欠陥が所定値以下となるように鋳造を制御することができる。具体的には鋳型中の高気泡濃度領域と鋳型長辺との距離に対応する上記Ｄ、鋳型内の高気泡濃度領域の形状に関する（ＣＶ／ＣＮ）および（ＱＭ／ＱＧ）と上記凝固界面における磁場密度Ｂに基づいて、Ａ＝Ｃ_１Ｄ＋Ｃ_２（ＣＶ／ＣＮ）＋Ｃ_３（ＱＭ／ＱＧ）＋Ｃ_４Ｂの関係式を求め、この式に基づいて鋳造を制御するので、Ａの値が鋳片表面の平均欠陥密度と強い相関がとれるようにＡおよびＣ_１〜Ｃ_４を決定することにより、気泡に起因する表面欠陥の欠陥密度が閾値以下になる条件を把握することができ、これに基づいて気泡による表面欠陥の少ないスラブを確実に得ることができる。

以下、本発明について詳細に説明する。
図１は本発明が適用される連続鋳造設備の一例を示す断面図であり、図２は、その設備における鋳型の断面状態を示す模式図である。この連続鋳造設備は、取鍋（図示せず）からの溶鋼１を一旦貯留するタンディッシュ９と、タンディッシュ９の下方に設けられた鋳型６と、鋳型６内の溶鋼に水平方向に移動磁場を印加する移動磁場印加装置１３とを備えている。タンディッシュ９の底部には上ノズル１６が設けられており、その下面に接して、固定板１７、摺動板１８および整流ノズル１９からなるスライディングノズル１０が配置され、さらにスライディングノズル１０の下面に接して浸漬ノズル１１が配置されていて、タンディッシュ９から鋳型６へ溶鋼１を流出する溶鋼流出孔２０が形成されている。浸漬ノズル１１の内壁面へのアルミナ等の付着防止のために、ガス供給配管２１から溶鋼流出孔２０内にガスが吹き込まれるようになっている。このようなガスとしては、Ａｒガスなどの希ガスや窒素ガスなどの非酸化性ガス等を挙げることができる。浸漬ノズル１１の下部には溶鋼吐出孔１２が形成されており、溶鋼流出孔２０から溶鋼吐出孔１２を経て鋳型６内に溶鋼１が吐出され、吐出流４が形成される。鋳型６に供給された溶鋼１は、鋳型６内で冷却凝固されて鋳片となり、鋳型６の下方に設けられた図示しない引き抜き機構により引き抜かれて連続的に鋳造される。

鋳型６は、相対向する鋳型長辺７と、この鋳型長辺７内に内装された状態で相対向する鋳型短辺８とを備えており、鋳型６内には浸漬ノズル１１の溶鋼吐出孔１２から鋳型短辺８に向けて溶鋼１が吐出される。鋳型６内に注入された溶鋼１は鋳型６により冷却され、鋳型壁には凝固シェル２が形成される。また、鋳型６内の溶鋼湯面３にはモールドパウダー１５が添加される。モールドパウダー１５は溶融して、溶鋼１の酸化防止や凝固シェル２と鋳型６との間に流れ込み潤滑剤としての効果を発揮する。

移動磁場印加装置１３は、図２に示すように、浸漬ノズル１１の溶鋼吐出孔１２の上方位置に鋳型長辺７の幅方向に沿って設けられており、複数の電磁コイルが鋳型６の長辺方向に並べられた状態で構成される。そして、図示しない電源から隣り合うコイルに流す電流の位相をずらすことにより、図示するような水平方向の移動磁場を発生させる。

本発明では、このような連続鋳造設備において、図３に示す浸漬ノズル１１と鋳型長辺７との間の距離Ｄ（ｍｍ）と、図４に示す浸漬ノズル１１の溶鋼吐出孔１２の鋳造方向の距離ＣＶ（ｍｍ）と、短辺方向の距離ＣＮ（ｍｍ）と、溶鋼スループット量ＱＭ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）と、溶鋼に供給するガスの流量ＱＧ（ＮＬ／ｍｉｎ）と、凝固界面における磁場密度Ｂ（Ｔ）をパラメータとして鋳造を制御する。

これらのパラメータが凝固シェルに付着する気泡の量に密接に関係し、これらのパラメータを適切に制御することにより、凝固シェルに気泡が付着することに起因する鋳片の表面欠陥を所定の値以下にすることができる。

具体的には、浸漬ノズルから吐出する気泡をともなった吐出流が気泡による鋳片の表面欠陥の原因であり、これを制御することができれば鋳片の表面欠陥を所望の範囲にすることができる。つまり、このような気泡をともなった吐出流によって形成される高気泡濃度領域が凝固シェルに接することにより鋼板の表面欠陥が形成される。これを左右するのは気泡高濃度領域と凝固シェルとの距離、および気泡高濃度領域の分布であり、浸漬ノズルと鋳型長辺との距離Ｄが気泡高濃度領域と凝固シェルとの距離へ影響を及ぼし、溶鋼スループットとガス流量との比（ＱＭ／ＱＧ）および浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の縦横比（ＣＶ／ＣＮ）が気泡高濃度領域の分布に影響を及ぼす。また、凝固シェルに気泡が付着しても、凝固界面における磁場密度Ｂが洗浄作用を及ぼし、ある程度は除去することが可能である。したがって、これらを適切に調節することができれば、確実に気泡による表面欠陥の少ない鋳片が得られる。

次に、これらパラメータについて詳細に説明する。
まず、気泡高濃度領域と凝固シェルとの距離に影響を及ぼす浸漬ノズルと鋳型長辺との距離Ｄの値について説明する。図５は、鋳型６内の高気泡濃度領域を示す模式図である。この高気泡濃度領域３０は、浸漬ノズル１１の吐出口１２から気泡をともなった溶鋼が吐出された際にその吐出流が存在する領域に相当する。この領域３０は、鋳型６の幅に無関係に吐出流の広がりによって規定されるから、浸漬ノズル１１と鋳型長辺７との間の距離Ｄが小さいほど、気泡高濃度領域が凝固シェルに近接して気泡が凝固シェルに付着しやすくなり、凝固シェルへ付着する気泡密度が高くなって鋳片の表面欠陥密度が高くなるのである。そして、このことから浸漬ノズルの径が一定であれば鋳型厚さが大きいほど、つまり鋳片厚が大きいほど壁面、すなわち凝固シェルへの気泡付着数を低減してスラブの表面欠陥密度を低くできることが導かれる。シミュレーションにより求めた鋳片厚と壁面気泡存在確率との関係を図６に示す。なお、気泡存在確率は数値解析により計算される単位溶鋼当たりの気泡の体積分率（ｍ^３／ｍ^３）を示す。この図に示すように、鋳片厚が増加するに従って壁面気泡存在確率が減少していくことがわかる。また、このことを実際の連続鋳造設備で確認した結果について図７に示す。この図は、鋳型厚さを変化させて連続鋳造した際の、スラブ表面から２〜３ｍｍ深さの位置における平均欠陥密度を示す図である。表面から２〜３ｍｍ深さはスラブ手入れした際にほぼ表面になる位置である。この図から明らかなように、鋳型厚さが大きくなるほど平均欠陥密度が低下することがわかる。

次に、高気泡濃度領域３０の形状を規定する（ＣＶ／ＣＮ）および（ＱＭ／ＱＧ）について説明する。
上述したようにＤの値自体を大きくすること、すなわち鋳片厚さを大きくすることによって、高気泡濃度領域３０と凝固シェル２とを離隔して凝固シェル２への気泡付着量を減少させることができるが、高気泡濃度領域３０の形状を制御することによっても気泡付着量を減少させることができる。つまり、図８に示すように高気泡濃度領域３０の形状を扁平にすることができれば、高気泡濃度領域３０と凝固シェル２とを離隔して凝固シェルへの気泡付着量を減少させることができる。本発明者らが高気泡濃度領域３０の形状制御について検討した結果、浸漬ノズル１１の溶鋼吐出孔１２の縦横比の制御と、溶鋼中のガス濃度の制御によってこのような形状制御が可能であることが判明した。

具体的には、溶鋼吐出孔１２が縦長になること、つまりＣＶ／ＣＮが大きくなることによって、高気泡濃度領域３０の形状を扁平にし、凝固シェルへの気泡付着量を減少させることができる。このことをシミュレーション結果に基づいて説明する。ここでは図９に示す種々の溶鋼吐出孔形状を使用した場合における壁面気泡存在確率の結果について図１０に示す。ここでは、鋳片厚は２３５ｍｍとして計算している。なお、従来の溶鋼吐出孔形状の場合には鋳片厚３００ｍｍの場合も併記している。図９に示すように、ノズルＡはＣＶもＣＮもいずれも８０ｍｍの従来ノズル、ノズルＢはＣＶが従来と同じ８０ｍｍであるが形状を逆台形にしたノズル、ノズルＣは同じく形状を台形にしたノズル、ノズルＤはＣＶを１００ｍｍ、ＣＮを６４ｍｍにした縦長ノズル、ノズルＥは吐出孔をさらに縦長にしてＣＶが１５８ｍｍ、ＣＮが３０ｍｍとした扁平ノズルである。図１０に示すように、縦長のノズルＤおよびノズルＥにおいて壁面気泡存在確率が大きく減少しており、特により縦長の扁平ノズルであるノズルＥの場合が最も壁面気泡存在確率が低い値を示した。このことから、他のパラメータとの兼ね合いもあるが、浸漬ノズル１１の溶鋼吐出孔１２縦横比（ＣＶ／ＣＮ）が大きくなるほど気泡の凝固シェルへの付着を減少させることができることが確認された。

ＱＭ／ＱＧについては、溶鋼のスループット量ＱＭが１分間に通過する溶鋼の量であり、ガス流量ＱＧが１分間に流されるガスの体積であるから、ＱＭ／ＱＧは溶鋼中のガス比の逆数である。つまり溶鋼中のガス量が多ければＱＭ／ＱＧの値は小さくなる。したがって、この値が大きいほど溶鋼中の気泡の割合が少なくなり、必然的に凝固シェルへの気泡付着量は少なくなる。

次に、凝固界面における磁束密度Ｂについて説明する。
上述したように、移動磁場印加装置１３は溶鋼に移動磁場を印加することにより、溶鋼に流動を与える装置である。つまり、印加磁場により溶鋼に力が及ぼされ溶鋼が流動する。したがって、凝固界面における磁場密度Ｂが高いほど溶鋼の流動が大きく、凝固シェルに対する気泡の洗浄作用が大きくなる。

以上のように、凝固シェルへの気泡付着には、Ｄの値、（ＣＶ／ＣＮ）の値、（ＱＭ／ＱＧ）の値が影響を及ぼし、凝固界面における磁場密度Ｂの値が付着した凝固シェルに対する洗浄作用を及ぼすから、凝固シェルの気泡存在確率（平均欠陥密度に相当）は、これらの関数で表すことができる。すなわち、以下の関係式に基づいて鋳造を制御することにより、凝固シェルに付着する気泡の量を少なくすることができる。
Ａ＝Ｃ_１Ｄ＋Ｃ_２（ＣＶ／ＣＮ）＋Ｃ_３（ＱＭ／ＱＧ）＋Ｃ_４Ｂ
ただし、ＡおよびＣ_１〜Ｃ_４は定数であり、実験的にまたは数値解析により求めることができる。

ここで、上記関係式により凝固シェルに付着する気泡存在確率を把握するためには、実機および／または水モデルおよび／または数値解析による複数のサンプルの結果に基づいて、前記Ａの値が鋳片表面の平均欠陥密度Ｅ（気泡存在確率に相当）と強い相関がとれるようにＣ_１〜Ｃ_４を決定する必要がある。そして、このようにしてＡおよびＣ_１〜Ｃ_４を決定した後、Ａの値と平均欠陥密度Ｅとの関係式をカーブフィッティングにより求め、平均欠陥密度が所定の値以下になるようなＡ値になるか否かを判断し、そのような値が得られない場合には、上記パラメータを制御する。これにより確実に平均欠陥密度を所望の値にすることができる。具体的には、Ａの値が、鋳片表面の平均欠陥密度が５０個／ｍ^２以下に対応する値となるように前記パラメータを制御することが好ましく、鋳片表面の平均欠陥密度が２０個／ｍ^２以下に対応する値となるように前記パラメータを制御することがより好ましい。

次に、上記関係式を実際に求めた例について説明する。
ここでは、実機でのテスト、水モデルでのテスト、および数値解析を行って表１に示すＮｏ．１〜２１の結果を得た。表１には、上記パラメータの値と平均欠陥密度（個／ｍ^２）を記載している。そして、平均欠陥密度（個／ｍ^２）の値が上記Ａの値（すなわち、Ｃ_１Ｄ＋Ｃ_２（ＣＶ／ＣＮ）＋Ｃ_３（ＱＭ／ＱＧ）＋Ｃ_４Ｂの値）と強い相関が得られるように、Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４の値を算出した。具体的には、Ｃ_１Ｄ＝１、Ｃ_２＝６、Ｃ_３＝５５、Ｃ_４＝１００が得られ、Ａ＝Ｄ＋６×（ＣＶ／ＣＮ）＋５５×（ＱＭ／ＱＧ）＋１００×Ｂが得られた。このＡの値も表１中に併記する。そして、横軸にこのＡの値をとり、縦軸に平均欠陥密度Ｅをとってグラフ化すると図１１に示すようになり、カーブフィッティングにより、Ｅ＝８８７０．７×ｅｘｐ（−０．０５９７×Ａ）が得られた。そして、この時のＡの値と平均欠陥密度との相関係数は０．９６７４であり、極めて強い相関があることが示された。

このように、Ｄの値、（ＣＶ／ＣＮ）の値、（ＱＭ／ＱＧ）の値、Ｂの値を用いて得られた上記Ａの値が平均欠陥密度Ｅと強い相関を示すので、実機においてＡの値を算出することにより、気泡に起因する平均欠陥密度Ｅを求めることができる。そして、Ａの値が平均欠陥密度の閾値、例えば５０個／ｍ^２以下に対応する値になっていればそのまま使用し、５０個／ｍ^２超に対応する値になった場合には、Ａ値が適正な値になるようにＤの値、（ＣＶ／ＣＮ）の値、（ＱＭ／ＱＧ）の値、Ｂの値のいずれかを変更すればよい。

次に、以上のような関係式を実機に適用した結果について説明する。
実機１は、鋳型厚＝３００ｍｍ、ノズル外形＝１４５ｍｍ、Ｄ＝７７．５ｍｍ、ＣＶ＝８０ｍｍ、ＣＮ＝７０ｍｍ、ＣＶ／ＣＮ＝１．１４２８５７、ＱＭ＝５．６３（ｔｏｎ／ｍｉｎ）、ＱＧ＝１３．９（ＮＬ／ｍｉｎ）、ＱＭ／ＱＧ＝０．４０５０４、Ｂ＝０．０８（Ｔ）であり、これらを上記関係式に当てはめると、Ａ＝１１４．６３４１となる。そして、上記Ｅ＝８８７０．７×ｅｘｐ（−０．０５９７×Ａ）に基づいて鋳片の平均欠陥密度Ｅを求めた結果、９．４９９６個／ｍ^２と２０個／ｍ^２以下の極めて良好な値が得られた。この実機を用いて実際に連続鋳造を行った結果、鋳片表面の気泡に基づく欠陥の平均欠陥密度は１０個／ｍ^２であった。

実機２は、鋳型厚＝２３５ｍｍ、ノズル外形＝１４５ｍｍ、Ｄ＝４５ｍｍ、ＣＶ＝８０ｍｍ、ＣＮ＝７０ｍｍ、ＣＶ／ＣＮ＝１．１４２８５７、ＱＭ＝５．３（ｔｏｎ／ｍｉｎ）、ＱＧ＝１３（ＮＬ／ｍｉｎ）、ＱＭ／ＱＧ＝０．４０７６９、Ｂ＝０．０８（Ｔ）であり、これらを上記関係式に当てはめると、Ａ＝８２．２８０２２となる。そして、上記Ｅ＝８８７０．７×ｅｘｐ（−０．０５９７×Ａ）に基づいて鋳片の平均欠陥密度Ｅを求めた結果、５９．５７４個／ｍ^２と５０個／ｍ^２超える値が得られた。この実機を用いて実際に連続鋳造を行った結果、鋳片表面の気泡に基づく欠陥の平均欠陥密度は７０個／ｍ^２であった。

このように、上記計算で求めたＡ値と平均欠陥密度Ｅとの関係が、実機での結果と精度良く一致することが確認された。

本発明は、以上のように、浸漬ノズルと鋳型長辺との間の距離Ｄ（ｍｍ）、浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の鋳造方向の距離ＣＶ（ｍｍ）、短辺方向の距離ＣＮ（ｍｍ）、溶鋼スループット量ＱＭ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）、溶鋼に供給するガスの流量ＱＧ（ＮＬ／ｍｉｎ）、凝固界面における磁場密度Ｂ（Ｔ）をパラメータとして鋳造を制御するものであるから、溶鋼へのガスの吹き込み、および電磁力を用いることが一般的な厚さ２００ｍｍ以上の鋳片の連続鋳造に適用される。特に、厚さ２３０〜３２０ｍｍの鋳片の連続に適用されることが好ましい。

次に、浸漬ノズルと鋳型長辺との間の距離Ｄを増加させる手法について説明する。
浸漬ノズルと鋳型長辺との間の距離Ｄは、浸漬ノズルの形状および鋳型の形状を変更することによっても制御することが可能である。例えば、図１２に示すように、浸漬ノズル１１として水平断面の形状が鋳型長辺方向に長い楕円形であるものを用いた場合には、水平断面が円形の従来ノズルと同じ断面積を確保しつつＤを大きくすることが可能である。

他の手法としては、鋳型の浸漬ノズル挿入部分の厚さを大きくすることが考えられる。例えば、図１３に示すように、浸漬ノズル１１が存在する鋳型６の長辺中央部の厚さを大きくして、中央部から短辺にかけて直線的に厚さを減じるようにすることができる。この場合に、浸漬ノズル１１が存在しない下方位置において鋳型６の断面形状を矩形状にすることにより、通常の鋳片を得ることができる。ただし、この場合には、凝固収縮を考慮して鋳型の外周長が一定になるように設計することが好ましい。例えば、図１４に示すように、厚さ２５５ｍｍ、幅１５００ｍｍの鋳片を得ようとする場合、溶鋼表面において浸漬ノズル１１（１３０ｍｍφ）が挿入されている鋳型中央部５００ｍｍの厚さを２７０ｍｍ、短辺側の厚さを２４０ｍｍとし（図１４の（ａ））、溶鋼表面から１ｍ下の浸漬ノズルが存在しない位置で２５５ｍｍの均一厚さ（図４の（ｂ））にすれば、外周長が同じになり凝固収縮に不均一が生じない。このような設計は、Ｄを大きくしたいが、鋳片厚およびノズル径を変更できない場合に有効である。

なお、本発明は以上示した例に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記説明におけるＣ_１〜Ｃ_４の値は例示に過ぎず、用いるサンプルおよび計算に用いるソフトウェア等に応じて変化するものである。また、Ａの値と平均欠陥密度Ｅとの関係式についてもＡの値の計算手法やカーブフィッティングの手法等により変化し得るものである。

本発明は、鋼の連続鋳造において、鋳片の表面状態を改善するための技術として極めて有効である。

本発明が適用される連続鋳造設備の一例を示す断面図。 図２の連続鋳造設備における鋳型の断面状態を示す模式図。 浸漬ノズルと鋳型長辺との距離Ｄを説明するための図。 浸漬ノズルにおける溶鋼吐出孔の鋳造方向の距離ＣＶと短辺方向の距離ＣＮとを説明するための図。 鋳型内の高気泡濃度領域を示す模式図。 シミュレーションにより求めた鋳片厚と壁面気泡存在確率との関係を示す図。 実際の連続鋳造設備で鋳型厚さを変化させて連続鋳造した際の、スラブ表面から２〜３ｍｍ深さの位置における平均欠陥密度を示す図。 鋳型内の高気泡濃度領域を扁平にした状態を示す模式図。 浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の形状と壁面気泡存在確率との関係を把握するシミュレーションを行った際に用いた溶鋼吐出孔の形状を示す図。 図９の溶鋼吐出孔を有する浸漬ノズルを用いて壁面気泡存在確率をシミュレーションした結果を示す図。 Ａ＝Ｄ＋６×（ＣＶ／ＣＮ）＋５５×（ＱＭ／ＱＧ）＋１００×Ｂで表されるＡの値と平均欠陥密度Ｅとの関係を示す図。 浸漬ノズルとして水平断面の形状が鋳型長辺方向に長い楕円形であるものを用いてＤの値を大きくした例を模式的に示す図。 浸漬ノズルが存在する鋳型の長辺中央部の厚さを大きくしてＤの値を大きくした例を模式的に示す図。 浸漬ノズルが存在する鋳型の長辺中央部の厚さを大きくしてＤの値を大きくする手法を実際の鋳型に適用した例を示す図。

符号の説明

１；溶鋼
２；凝固シェル
６；鋳型
７；鋳型長辺
８；鋳型短辺
１１；浸漬ノズル
１２；溶鋼吐出孔
１３；移動磁場印加装置
２０；溶鋼流出孔
２１；ガス供給配管
３０；高気泡濃度領域
Ｄ；浸漬ノズルと鋳型長辺との間の距離
ＣＶ；浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の鋳造方向の距離
ＣＮ；浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の短辺方向の距離

Claims (8)

1. 溶鋼貯留容器から長辺と短辺とを有する矩形状の鋳型内に浸漬ノズルを介してガスを供給しつつ溶鋼を供給し、電磁力によって鋳型内の溶鋼に水平方向の流動を生じさせて厚さ２００ｍｍ以上の鋳片を連続鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、
   浸漬ノズルと鋳型長辺との間の距離Ｄ（ｍｍ）、浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の鋳造方向の距離ＣＶ（ｍｍ）、短辺方向の距離ＣＮ（ｍｍ）、溶鋼スループット量ＱＭ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）、溶鋼に供給するガスの流量ＱＣ（ＮＬ／ｍｉｎ）、凝固界面における磁場密度Ｂ（Ｔ）をパラメータとして鋳造を制御することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
2. 前記パラメータを用いた以下の関係式に基づいて鋳造を制御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。
   Ａ＝Ｃ_１Ｄ＋Ｃ_２（ＣＶ／ＣＮ）＋Ｃ_３（ＱＭ／ＱＧ）＋Ｃ_４Ｂ
   ただし、ＡおよびＣ_１〜Ｃ_４は実験的にまたは数値解析により求められた定数である。
3. 実機および／または水モデルおよび／または数値解析による複数のサンプルの結果に基づいて、前記Ａの値が鋳片表面の平均欠陥密度と強い相関がとれるようにＣ_１〜Ｃ_４を決定することを特徴とする請求項２に記載の鋼の連続鋳造方法。
4. 前記Ａの値が、鋳片表面の平均欠陥密度が５０個／ｍ^２以下に対応する値となるように前記パラメータを制御することを特徴とする請求項３に記載の鋼の連続鋳造方法。
5. 前記Ａの値が、鋳片表面の平均欠陥密度が２０個／ｍ^２以下に対応する値となるように前記パラメータを制御することを特徴とする請求項３に記載の鋼の連続鋳造方法。
6. 鋳片の厚さが２３０〜３２０ｍｍであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鋼の連続鋳造方法。
7. 浸漬ノズルの水平断面の形状が鋳型長辺方向に長い楕円形であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の鋼の連続鋳造方法。
8. 浸漬ノズルと鋳型長辺との間の距離を確保するために、鋳型の長辺の浸漬ノズルに対応する部分を凸状とすることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の鋼の連続鋳造方法。

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