JP2007216288A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
【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
(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。
A=C1D+C2(CV/CN)+C3(QM/QG)+C4B
ただし、AおよびC1〜C4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。
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。
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(m3/m3)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。
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。
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。
A=C1D+C2(CV/CN)+C3(QM/QG)+C4B
ただし、AおよびC1〜C4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/m2)を記載している。そして、平均欠陥密度(個/m2)の値が上記Aの値(すなわち、C1D+C2(CV/CN)+C3(QM/QG)+C4Bの値)と強い相関が得られるように、C1、C2、C3、C4の値を算出した。具体的には、C1D=1、C2=6、C3=55、C4=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。
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/m2と20個/m2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/m2であった。
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。
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)
- 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。 - 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=C1D+C2(CV/CN)+C3(QM/QG)+C4B
ただし、AおよびC1〜C4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。 - 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C1〜C4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。
- 前記Aの値が、鋳片表面の平均欠陥密度が50個/m2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。
- 前記Aの値が、鋳片表面の平均欠陥密度が20個/m2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。
- 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。
- 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。
- 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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