JP2009066619A - 鋼の連続鋳造方法及び連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼の連続鋳造において、浸漬ノズル内の溶鋼に渦が発生するのを抑制し、鋳造される鋳片の品質変動を抑えて、鋳片の品質を向上させる。
【解決手段】浸漬ノズル３の吐出孔６と同じ高さの浸漬ノズル３内の溶鋼４に対して、電磁ブレーキ装置１０によって、下記式（１）を満たす磁束密度Ｂ_Ｂ ^２の静磁場２０を印加する。印加された静磁場２０によって、浸漬ノズル３内の吐出孔６付近において、浸漬ノズル３内を流れる溶鋼４の偏流２１と対向する電磁ブレーキ力が形成され、偏流２１が整流化される。
Ｂ_Ｂ ^２≧Ｃ_０Ｑ／Ａ・・・・式（１）
但し、Ｂ_Ｂ：静磁場２０の磁束密度（Ｔ）、Ｃ_０：定数、Ｑ：溶鋼４の質量流量（ｋｇ／秒）、Ａ：浸漬ノズル３の内断面積（ｍ^２）
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼の連続鋳造方法及び連続鋳造装置に関する。

鋼の連続鋳造において、タンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型内へ供給される溶鋼の質量流量を制御するために、通常、流量制御装置として、例えばストッパーやスライディングノズル（スライディングゲート）が用いられる。ストッパーは、例えば耐火物製の棒であり、例えば浸漬ノズルの上部に形成された溶鋼の流入口の上方に設けられる。そして、このストッパーを浸漬ノズルの流入口に対して上下させ、ストッパーと流入口との距離を変化させて開口面積を変化させることによって、浸漬ノズル内に流入する溶鋼の質量流量を制御する。また、スライディングノズルは、例えば貫通孔が形成された耐火物製の３枚のプレートを有し、これらのプレートが浸漬ノズルの流入口を覆うように３層に重ねられて設けられる。上下２枚のプレートは、その貫通孔が浸漬ノズルの上方に位置するように固定され、中間のプレートは水平方向に移動させることができる。そして、この中間のプレートを水平に移動させ、上方から見たプレートの貫通孔の開口面積を変化させることによって、浸漬ノズル内に流入する溶鋼の質量流量を制御するようになっている（非特許文献１）。

前記したストッパーは、溶鋼の質量流量が比較的小さい場合に用いられる。また、前記したスライディングノズルは、溶鋼の質量流量の制御性がストッパーより高いため、溶鋼の質量流量が比較的大きい場合に用いられる。

ストッパーを用いて溶鋼の質量流量を制御した場合、例えば図１１（ａ）に示すように、ストッパー１００が浸漬ノズル１０１の流入口１０２に対して偏心することがある。この場合、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、浸漬ノズル１０１内に偏流が発生し、浸漬ノズル１０１の下部に形成された吐出孔１０３付近において渦が周期的に発生する。この渦は、浸漬ノズル１０１から吐出された溶鋼の吐出流中を捻りながら移動する。また、スライディングノズルを用いた場合、例えば図１２（ａ）に示すように、スライディングノズル１１０は、常時全開で用いられるわけではなく、通常は中間のプレート１１１を水平に移動させた状態で用いられる。この場合、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、浸漬ノズル１１２の流入口１１３に対して中間プレートの貫通孔１１４が偏心しているため、浸漬ノズル１１２内に偏流が発生し、浸漬ノズル１１２の下部に形成された吐出孔１１５付近において渦が周期的に発生する。

このように浸漬ノズル１０１、１１２から吐出された溶鋼の吐出流中に渦が発生すると、鋳型内の溶鋼の流動は周期的に変動する。これにより、鋳造される鋳片の品質が鋳片の長手方向に変動していた。また、溶鋼中に含まれる介在物が渦によって凝集して大型化するため、鋳片の品質が悪化していた。そこで、これらの問題に対処するため、浸漬ノズル１０１、１１２内に絞りや段差を設けて、浸漬ノズル１０１、１１２内の溶鋼の偏流を防止し、渦の発生を防止する方法が提案されている（特許文献１）。

第６９、７０回西山記念技術講座 ブルーム・ビレット連続鋳造技術の最近の進歩 社団法人 日本鉄鋼協会編 特開平１１−１２３５０９号公報

しかしながら、このように浸漬ノズル１０１、１１２内に絞りや段差を加工すると、浸漬ノズル１０１、１１２の製作コストが高くなるという問題があった。また、浸漬ノズル１０１、１１２内を流れる溶鋼中の介在物が、浸漬ノズル１０１、１１２内の段差部分に付着し凝集するために、浸漬ノズル１０１、１１２内の溶鋼の偏流を防止する効果が時系列的に変動し、鋳造される鋳片の品質にばらつきがあった。さらに、浸漬ノズル１０１、１１２の段差部分に凝集して大型化した介在物が鋳型内に流れて、鋳片の品質が悪化するおそれもあった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、鋼の連続鋳造において、浸漬ノズル内の溶鋼に渦が発生するのを抑制し、鋳造される鋳片の品質変動を抑えて、鋳片の品質を向上させることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、浸漬ノズルによって鋳型内へ溶鋼を供給する鋼の連続鋳造方法において、前記浸漬ノズルにおける溶鋼の吐出孔と同じ高さにある当該浸漬ノズル内の溶鋼に対して、下記式（１）を満たすように静磁場を印加することを特徴としている。
Ｂ_Ｂ ^２≧Ｃ_０Ｑ／Ａ・・・・（１）
但し、Ｂ_Ｂ：静磁場の磁束密度（Ｔ）、Ｃ_０：定数、Ｑ：溶鋼の質量流量（ｋｇ/秒）、Ａ：浸漬ノズルの内断面積（ｍ^２）

なお、前記式（１）の定数Ｃ_０は、固定数値の４×１０^−６である。この定数Ｃ_０は、一般には溶鋼の種類、浸漬ノズルの形状や溶鋼の質量流量の制御方法によって決まるものであるが、浸漬ノズル内の溶鋼中に渦を生成しないように決定される。具体的に定数Ｃ_０を導出するにあたっては、例えば実際の浸漬ノズルのアクリルモデルを作成して、浸漬ノズル内を外から直接観察できる状態にし、浸漬ノズル内に流入する溶鋼の流量を制御する流量制御装置を用いて浸漬ノズル内に低融点合金（融点が１００℃以下の錫・鉛・ビスマス・カドミウム系合金（以下、「低融点合金」と記載する））を流入させる。浸漬ノズルの側面の下端近傍に２箇所に形成された吐出孔には配管を接続し、配管を流れる低融点合金を浸漬ノズルに循環させる。そして、吐出孔と同じ高さの浸漬ノズル内の低融点合金に対して、静磁場を印加する。低融点合金中には、適宜可視化粒子（例えばＡｌ_２Ｏ_３粒子あるいはＳｉＣ粒子等）を添加して、浸漬ノズル内の低融点合金の流動を可視化し、浸漬ノズル内の渦の有無を判定する。この浸漬ノズル内の渦の有無の判定には、浸漬ノズル内の任意の２点に電極を配置し、静磁場と低融点合金の流動が干渉することによって発生する電磁場による電極間の電位差を測定し、その大きさを浸漬ノズルの吐出孔の上下で比較して渦の有無を判定してもよい。すなわち、吐出孔の上下で測定される電位差が正負反対向きであれば、渦が発生していると判定してもよい。この場合、例えばC.VIVES et al.: Metal. Trans., Vol16B, (1985), p377.に示されている、水銀や低融点合金の流速測定に使用される流速センサーを用いることができる。具体的には、この流速センサーは、金属棒の先端に円柱状の永久磁石を配置し、その永久磁石の側面に2本の銅線の電極を配置したものである。永久磁石は、金属棒と磁場が同軸になるように配置される。この流速センサーを2本の銅線を含む面が液体金属の流れに垂直になるように配置すると、永久磁石によって形成される磁場と液体金属の流れとの干渉により、２本の銅線間に電位差が発生する。そして、この電位差は液体金属の流速に比例する。この原理により、流速センサーを用いて液体金属の流速を測定することができる。以上の流速センサーを、本モデルの浸漬ノズル内に、2本の電極を含む面が浸漬ノズル軸に垂直となるように配置すれば、低融点合金の流速を直接測定できる。そして、低融点合金の流れの向きが変わる箇所において、流速センサーを浸漬ノズルの径方向に2箇所に設置し、低融点合金の流速を測定すれば、低融点合金の渦流の有無が測定できる。なお、浸漬ノズルの吐出孔の位置に静磁場を印加しない場合は、既述のように流速センサー内に永久磁石を設ける必要があるが、静磁場を印加する場合、この静磁場が永久磁石によって形成される磁場の代替となるため、流速センサー内に永久磁石を設ける必要はない。なお、静磁場を印加し、かつ、流速センサー内に永久磁石を設けた場合には、印加した静磁場と永久磁石によって形成される磁場との差を測定して、低融点合金の流れを評価することもできる。発明者らは、例えば鋳型の厚みが２５０ｍｍ、幅が１〜２ｍで、鋳造速度が０．０１７〜０．０３３ｍ／秒の通常の操業で、内径が９０ｍｍの円形断面の浸漬ノズルを用いた場合に、前記の浸漬ノズル内の電極間の電位差を測定して、浸漬ノズル内に渦が発生していない場合の定数Ｃ_０を導出したところ、定数Ｃ_０の固定数値である４×１０^−６を導出した。

本発明によれば、浸漬ノズルの吐出孔と同じ高さの浸漬ノズル内の溶鋼に対して、静磁場を印加しているので、この静磁場と浸漬ノズル内を流れる溶鋼の流れによって、誘導電流が発生する。この誘導電流と静磁場によって、前記浸漬ノズル内の溶鋼の流れと逆向きの電磁力が作用する。そして、この逆向きの電磁力によって浸漬ノズル内の溶鋼の流れに見かけ上の圧力損失が与えられ、例えばストッパーやスライディングノズルなどの流量制御装置を用いて鋳型内への溶鋼の質量流量を制御した場合に、浸漬ノズルの吐出孔付近に渦が発生するのを抑えることができる。また、発明者らが調べたところ、この渦の発生を抑えるのに必要な静磁場の磁束密度Ｂ_Ｂ ^２の最小値は前記式（１）の右辺であることが分かった。本発明において印加される静磁場の磁束密度Ｂ_Ｂ ^２は前記式（１）を満たしているので、浸漬ノズル内に渦を発生させることがほとんどない。したがって、浸漬ノズルから鋳型内に吐出される溶鋼の吐出流を整流化することができ、鋳造される鋳片の品質変動を抑制することができる。

また、前記のように静磁場の印加により、浸漬ノズル内の渦の発生が抑制されるので、従来、この渦の乱流によって凝集して大型化していた溶鋼中の介在物の径を小さくすることができる。また、前記のように浸漬ノズルからの溶鋼の吐出流も整流化されるので、鋳型内での溶鋼の乱流が抑えられ、乱流による介在物の凝集も抑制することができる。したがって、鋳型内に発生する介在物の径が小さくなり、鋳片の品質を向上させることができる。

前記浸漬ノズルの吐出孔の位置において、前記静磁場の磁束密度が最大値となるのが好ましい。これによって、前記式（１）を満たすように印加した静磁場を効率よく利用することができる。

別の観点による本発明は、前記鋼の連続鋳造方法を実施するための連続鋳造装置であって、溶鋼を鋳造する鋳型と、当該鋳型内への溶鋼の質量流量を制御する流量制御装置と、前記鋳型内に溶鋼を吐出する浸漬ノズルと、前記浸漬ノズルの吐出孔と同じ高さにある浸漬ノズル内の溶鋼に対して、前記式（１）を満たす静磁場を印加する電磁ブレーキ装置と、を有することを特徴としている。

前記浸漬ノズルの吐出孔から吐出された溶鋼に対してさらに静磁場を印加する他の電磁ブレーキ装置を有していてもよい。

前記鋳型内の上部の溶鋼を攪拌する電磁攪拌装置を有していてもよい。

前記電磁ブレーキ装置が印加する静磁場が前記式（１）を満たすように、前記浸漬ノズルの吐出孔の高さを調整してもよい。

本発明によれば、浸漬ノズル内の溶鋼に渦が発生するのを抑制することができ、鋳造される鋳片の品質変動を抑制して、鋳片の品質を向上させることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる鋼の連続鋳造装置１の構成を示す長手方向の縦断面図であり、図２は、連続鋳造装置１の構成を示す短手方向の縦断面図である。

連続鋳造装置１は、図１及び図２に示すように、例えば水平断面が長方形の鋳型２を有している。鋳型２内の上部には浸漬ノズル３が設けられ、浸漬ノズル３はその下部が鋳型２内の溶鋼４に浸漬している。浸漬ノズル３の上端は開口しており、溶鋼４が流入する流入口５が形成されている。浸漬ノズル３の側面の下端近傍には、鋳型２内へ斜め下向きに溶鋼４を吐出する吐出孔６が２箇所に形成されている。吐出孔６、６は、鋳型２の短辺２ａ側にそれぞれ形成されている。なお、浸漬ノズル３の材料には、例えば絶縁体の耐火物が用いられる。

浸漬ノズル３の上部には、流量制御装置としてのスライディングノズル７が設けられている。スライディングノズル７の上部にはタンディッシュ（図示せず）が設けられ、スライディングノズル７によって、タンディッシュから浸漬ノズル３に流入する溶鋼４の質量流量が制御される。スライディングノズル７は、２枚の固定プレート８、８と１枚のスライディングプレート９を有している。固定プレート８、８とスライディングプレート９は、浸漬ノズル３の流入口５を覆うように３層に重ねられ、スライディングプレート９が固定プレート８、８の間に挟まれて設けられている。固定プレート８、８は浸漬ノズル３に対して固定して設けられ、スライディングプレート９は、鋳型２の厚み方向（短辺２ａ方向）に水平に移動できる。固定プレート８とスライディングプレート９の中央には、溶鋼を通過させて浸漬ノズル３の流入口５に流入させるための貫通孔８ａ、９ａがそれぞれ形成されている。そして、スライディングプレート９を水平に移動させて、上方から見た貫通孔８ａ、９ａの開口面積を変化させることにより、浸漬ノズル３内に流入する溶鋼４の質量流量が制御される。なお、固定プレート８とスライディングプレート９の材料には、例えば絶縁体の耐火物が用いられる。

鋳型２の長辺２ｂの外側で、かつ、浸漬ノズル３の吐出孔６と同じ高さには、例えば電磁石などの電磁ブレーキ装置１０が設けられている。電磁ブレーキ装置１０は、浸漬ノズル３の吐出孔６と同じ高さの浸漬ノズル３内の溶鋼４に対して、鋳型２の幅方向（長辺２ｂ方向）にほぼ均一な磁束密度分布を有する静磁場２０を、鋳型２の厚み方向（短辺２ａ方向）に印加することができる。静磁場２０は、その磁束密度が、下記式（１）を満たすように印加される。
Ｂ_Ｂ ^２≧Ｃ_０Ｑ／Ａ・・・・（１）
但し、Ｂ_Ｂ：静磁場２０の磁束密度（Ｔ）、Ｃ_０：定数（４×１０^−６）、Ｑ：溶鋼４の質量流量（ｋｇ／秒）、Ａ：浸漬ノズル３の内断面積（ｍ^２）

前記式（１）は、例えばスライディングプレート９を水平に移動させて、浸漬ノズル３に流入する溶鋼４が偏流した場合でも、浸漬ノズル３内の吐出孔６付近で溶鋼４の渦が発生しないようにするための静磁場２０の最小限の磁束密度Ｂ_Ｂ ^２の条件式を示している。

具体的には、下記式（２）に示すように、電磁ブレーキ装置１０によって生じる電磁力（σｖＢ_Ｂ ^２）が、偏流して浸漬ノズル３内に流入した溶鋼４の流れの慣性力（ρｖ^２）よりも大きいことが必要である。ここで、溶鋼４の質量流速ｖを算出するにあたっては、溶鋼４の質量流量Ｑを溶鋼４の密度ρで除して体積流量とし、浸漬ノズル３の内断面積Ａで除して溶鋼４の代表流速を算出する。浸漬ノズル３内に溶鋼４の渦が生じる場合には、溶鋼４は浸漬ノズル３内を偏心して流れ、その流速は偏流がない場合の流速と比べて増加するので、溶鋼４の質量流速ｖは、下記式（３）に示すように、前記の溶鋼４の代表流速に定数Ｃ_１をかけて算出される。そして、下記式（２）と下記（３）を静磁場２０の磁束密度Ｂ_Ｂ ^２について下記式（４）に示すように整理し、定数のＣ_１／σを定数Ｃ_０とすると、前記式（１）が導出される。
（σｖＢ_Ｂ ^２）≧Ｃ_１（ρｖ^２）・・・・（２）
ｖ＝Ｑ／ρＡ・・・・（３）
Ｂ_Ｂ ^２≧（Ｃ_１／σ）・（Ｑ／Ａ）・・・・（４）
但し、σ：溶鋼４の電気伝導度（Ｓ／ｍ）ρ：溶鋼４の密度（ｋｇ／ｍ^３）、ｖ：溶鋼４の質量流速（ｍ／秒）、Ｃ_１：定数

なお、前記式（１）の定数Ｃ_０は、固定数値の４×１０^−６である。この定数Ｃ_０は、発明者らが実際の連続鋳造装置１を用いてスライディングノズル７で溶鋼４の質量流量Ｑを制御し、浸漬ノズル３内の下部の吐出孔６付近において、溶鋼４の渦の発生の有無を調べることによって、この渦が発生しない場合の定数Ｃ_０を導出した。

本実施の形態にかかる連続鋳造装置１は以上のように構成されており、次にこの連続鋳造装置１を用いて浸漬ノズル３内の溶鋼４を整流化し、溶鋼４を連続鋳造する方法について説明する。

先ず、タンディッシュからスライディングノズル７を介して浸漬ノズル３内に、溶鋼４を流入させる。このとき、スライディングノズル７のスライディングプレート９を鋳型２の厚み方向（短辺２ａ方向）に水平に移動させて、溶鋼４の質量流量Ｑを所定の流量に制御する。そうすると、浸漬ノズル３の内部に、浸漬ノズル３の下部に形成された吐出孔６に向かう溶鋼４の偏流が形成される。

浸漬ノズル３内に溶鋼４を流入させると同時に、電磁ブレーキ装置１０によって、浸漬ノズル３の吐出孔６と同じ高さの浸漬ノズル３内の溶鋼４に対して、鋳型２の幅方向（長辺２ｂ方向）にほぼ均一な磁束密度分布を有する静磁場２０を鋳型２の厚み方向（短辺２ａ方向）に印加する。静磁場２０は、その磁束密度が前記式（１）を満たすように印加される。図３に示すように、この静磁場２０と溶鋼４の偏流２１によって、誘導電流２２が浸漬ノズル３内を吐出孔６、６の方向に一方向に流れる。この誘導電流２２と静磁場２０によって、溶鋼４の偏流２１と逆向きの電磁ブレーキ力２３が作用する。そして、この逆向きの電磁ブレーキ力２３によって浸漬ノズル３内の偏流２１に見かけ上の圧力損失が与えられ、浸漬ノズル３内の吐出孔６付近の溶鋼４の偏流２１が整流化される。

このように浸漬ノズル３内の吐出孔６付近で整流化された溶鋼４は、吐出孔６から鋳型２内に吐出され、鋳型２内で鋳片に鋳造される。

以上の実施の形態によれば、浸漬ノズル３の吐出孔６と同じ高さの浸漬ノズル３内の溶鋼４に対して、電磁ブレーキ装置１０によって静磁場２０を印加しているので、この静磁場２０と浸漬ノズル３内を流れる溶鋼の偏流２１によって、誘導電流２２が発生し、この誘導電流２２と静磁場２０によって、浸漬ノズル３内の溶鋼４の偏流２１と逆向きの電磁ブレーキ力２３を作用させることができる。そして、この逆向きの電磁ブレーキ力２３によって、例えばスライディングノズル７を用いて浸漬ノズル３内への溶鋼４の質量流量Ｑを制御した場合に、浸漬ノズル３の吐出孔６付近に渦が発生するのを抑えることができる。また、この渦の発生を抑えるのに必要な静磁場２０の電磁密度Ｂ_Ｂ ^２の最小値は前記式（１）の右辺であり、本発明において印加される静磁場の磁束密度Ｂ_Ｂ ^２は前記式（１）を満たしているので、浸漬ノズル３内に渦を発生させることがほとんどない。したがって、浸漬ノズル３から吐出される溶鋼４の吐出流を整流化することができ、鋳造される鋳片の品質変動を抑制することができる。

また、このように静磁場２０を印加することにより、浸漬ノズル３内の渦の発生が抑制されるので、従来、この渦の乱流によって凝集して大型化していた溶鋼４中に含まれる介在物の径を小さくすることができる。また、浸漬ノズル３の吐出孔６から吐出される溶鋼４の吐出流も整流化されるので、鋳型２内での溶鋼４の乱流が抑えられ、乱流による介在物の凝集も抑制することができる。したがって、鋳型２内に発生する介在物の径が小さくなり、鋳片の品質を向上させることができる。

なお、浸漬ノズル３の吐出孔６と同じ高さの浸漬ノズル３内の溶鋼４に対して印加していた静磁場２０を、図４に示すように、吐出孔６の上方の浸漬ノズル３内に印加してもよい。この場合、誘導電流２２は、浸漬ノズル３が絶縁体であるために、浸漬ノズル３内を循環する。その結果、溶鋼４の偏流２１と同一方向の平行流２４が形成される。しかしながら、本実施の形態によれば、平行流２４の形成と同時に、浸漬ノズル３内の溶鋼４の偏流２１と逆向きの電磁ブレーキ力２３が作用するので、偏流２１を整流化することができる。

以上の実施の形態において、電磁ブレーキ装置１０は、その静磁場２０の磁束密度Ｂ_Ｂが浸漬ノズル３の吐出孔６の位置において最大値となるように設置されるのが好ましい。これによって、前記式（１）を満たすように印加した静磁場２０を効率よく利用することができ、電磁ブレーキ装置１０の運転効率を向上させることができる。

以上の実施の形態において、流量制御装置としてスライディングノズル７が用いられていたが、図５に示すように、ストッパー３０を用いてもよい。ストッパー３０は、その先端が球形であり、浸漬ノズル３１の上部の溶鋼４の流入口３２の上方に設けられる。浸漬ノズル３１の流入口３２は、ストッパー３０の先端に適合する形状となっている。そして、このストッパー３０を浸漬ノズル３１の流入口３２に対して上下させ、ストッパー３０と流入口３２との距離を変化させて開口面積を変化させることにより、浸漬ノズル３１内に流入する溶鋼４の質量流量を制御する。その他の構成は、上記の実施の形態の連続鋳造装置１と同一である。かかる場合、例えばストッパー３０が浸漬ノズル３１に対して偏心し、浸漬ノズル３１内に溶鋼４の偏流が生じた場合でも、電磁ブレーキ装置１０によって、浸漬ノズル３１の吐出孔３３と同じ高さの浸漬ノズル３１内の溶鋼４に対して、静磁場２０を印加することにより、溶鋼４の偏流を整流化することができる。

以上の実施の形態において、電磁ブレーキ装置１０は、鋳型２の幅方向（長辺２ｂ方向）にほぼ均一な磁束密度分布を有する静磁場２０を印加していたが、図６に示すように、浸漬ノズル３の吐出孔６と同じ高さの浸漬ノズル３内の溶鋼４に対してのみ、局所的に静磁場４０を印加する電磁ブレーキ４１を用いてもよい。これによって、浸漬ノズル３外の溶鋼４に静磁場２０を印加するのに必要な電磁力が不要になるので、浸漬ノズル３内の吐出孔６付近の溶鋼４を効率よく整流化することができる。

以上の実施の形態の連続鋳造装置１において、図７及び図８に示すように、電磁ブレーキ装置１０の下方に、浸漬ノズル３の吐出孔６から鋳型２内に吐出された直後の溶鋼４に静磁場５０を印加する他の電磁ブレーキ装置５１が設けられていてもよい。かかる場合、他の電磁ブレーキ装置５１によって、浸漬ノズル３の吐出孔６から鋳型２の短辺２ａ方向に吐出された溶鋼４の吐出流５２に対して、鋳型２の幅方向（長辺２ｂ方向）にほぼ均一な磁束密度分布を有する静磁場５０が鋳型２の厚み方向（短辺２ａ方向）に印加される。この静磁場５０と吐出流５２によって、誘導電流５３が鋳型２の幅方向（長辺２ｂ方向）に流れる。この誘導電流５３と吐出流５２によって、吐出流５２と逆方向の対向流５４が鋳型２内に形成される。対向流５４は浸漬ノズル３に向かって流れ、浸漬ノズル３と衝突して上下流に分岐する。この上下流のうち、上昇流５５は浸漬ノズル３に沿ってメニスカス５６まで上昇する。そして上昇流５５はメニスカス５６近傍で水平方向に拡散し、この拡散流５７は鋳型２の幅方向（長辺２ｂ方向）に拡散する。本実施の形態によれば、他の電磁ブレーキ装置５１によって静磁場５０を印加して鋳型２内に対向流５４が発生するので、溶鋼４中に含まれる介在物が鋳型２に深く侵入するのを抑制することができる。また、対向流５４によってメニスカス５６まで浮上した介在物をメニスカス５６近傍で除去することができる。したがって、鋳片に含まれる介在物を減少させ、その品質を向上させることができる。なお、電磁ブレーキ装置１０と他の電磁ブレーキ装置５１は、一体型の構造であってもよい。

以上の実施の形態の連続鋳造装置１において、図９に示すように、電磁ブレーキ装置１０の上方の鋳型２の長辺２ｂ側には、例えば電磁攪拌コイルなどの電磁攪拌装置６０が設けられていてもよい。この電磁攪拌装置６０の電磁攪拌によって、図１０に示すように、鋳型２内の上部のメニスカス５６近傍の溶鋼４を水平面内で旋回させて、旋回流６１を形成することができる。これによって、メニスカス５６近傍の溶鋼４に含まれる介在物が鋳型２の側面に付着するのを抑制することができる。したがって、鋳片に含まれる介在物を減少させ、その品質を向上させることができる。

以上の実施の形態では、浸漬ノズル３の吐出孔６と同じ高さの浸漬ノズル３内の溶鋼４に対して静磁場２０を印加するように電磁ブレーキ装置１０を設置していたが、例えば電磁ブレーキ装置１０が鋳型２に対して固定されている場合、浸漬ノズル３の浸漬深さを調整して、浸漬ノズル３の吐出孔６が電磁ブレーキ１０と同じ高さになるようにしてもよい。

以下、本発明の鋼の連続鋳造方法を用いた場合に、浸漬ノズル内の溶鋼に渦が発生するのを抑制する効果について、鋳造された鋳片に含まれる気泡と介在物の個数を計測した結果に基づいて説明する。本実施例を行うに際し、鋼の連続鋳造を行う装置として、先に図１及び図２に示した連続鋳造装置１を用い、電磁ブレーキ装置として、鋳型２の幅方向（長辺２ｂ方向）にほぼ均一な磁束密度分布を有する静磁場２０を印加する電磁ブレーキ装置１０と、浸漬ノズル３の吐出孔６と同じ高さの浸漬ノズル３内の溶鋼４に対してのみ、局所的に静磁場４０を印加する電磁ブレーキ４１の２種類の電磁ブレーキ装置を用いた。

連続鋳造装置１の鋳型２には、幅が１２００ｍｍ、高さが９００ｍｍ、厚みが２５０ｍｍの鋳型を用いた。鋳型２の下方には、長さが２．５ｍの垂直部（図示せず）と曲げ半径が７．５ｍの曲げ部（図示せず）が上からこの順で設けられている。浸漬ノズル３には、外径が１５０ｍｍで、内径が９０ｍｍのノズルを用いた。浸漬ノズル３は、その吐出孔６の中心位置がメニスカスから３００ｍｍ深さとなる位置に設けられている。浸漬ノズル３には円形の吐出孔６が鋳型２の短辺２ａ側に２箇所に形成され、浸漬ノズル３の内断面積Ａは６３６２ｍｍ^２（内径９０ｍｍ）であり、吐出孔６の吐出角度は３０度である。均一な静磁場２０を印加する均一型の電磁ブレーキ装置１０は、メニスカスから５００ｍｍ深さとなる位置で最大磁束密度Ｂ_Ｂが０．５Ｔであって、浸漬ノズル３の吐出孔６の位置でその半分の０．２５Ｔの磁束密度Ｂ_Ｂを発生できる。局所的に静磁場４０を印加する局所型の電磁ブレーキ装置４１は、鋳型２の幅方向（長辺２ｂ方向）に浸漬ノズル３の中心で、かつ、鋳型２の深さ方向に吐出孔６の中心に設置されている。電磁ブレーキ装置４１は、この中心位置から幅方向及び高さ方向に２００ｍｍの範囲で０．３Ｔの磁束密度Ｂ_Ｂを発生できる。溶鋼４には低炭アルミキルド鋼を用い、溶鋼４の鋳造速度としては、０．０２５ｍ／秒と０．０３３ｍ／秒の２通りの条件で鋼の鋳造を行った。

以上の連続鋳造装置１を用いて鋼を鋳造し、鋳造される鋳片の全幅、鋳造方向の長さ１００ｍｍ、表面からの深さ５０ｍｍの鋳片のサンプルを１０本採取した。そして、これらの鋳片サンプルに含まれる１００μｍ径以上の気泡と介在物の個数を計測し、その平均値と標準偏差を算出した。なお、本実施例において、定数Ｃ_０は４×１０^−６としている。

溶鋼４の鋳造速度が０．０２５ｍ／秒の場合の気泡と介在物の計測結果を表１に、鋳造速度が０．０３３ｍ／秒の場合の気泡と介在物の計測結果を表２に示す。気泡と介在物の計測結果としては、電磁ブレーキ装置１０、４１による静磁場２０、４０が印加されずに鋳造した鋳片中の気泡と介在物の個数、及び気泡と介在物の粒径に対する個数の標準偏差をそれぞれ基準値（１．０）として、この基準値に対する気泡と介在物の個数の平均値指数と標準偏差指数が示されている。また、表１及び表２中には、静磁場２０、４０の磁束密度Ｂ_Ｂ ^２が前記式（１）を満たしているかどうかの評価についても示し、式（１）を満たしていれば“○”が示され、式（１）を満たしていなければ“×”が示されている。

表１及び表２を参照すると、静磁場２０、４０の磁束密度Ｂ_Ｂ ^２が前記式（１）を満たしている場合、均一型の電磁ブレーキ装置１０あるいは局所型の電磁ブレーキ装置４１のいずれを用いても、平均値指数は０．３〜０．４であった。このことから、鋳片に含まれる気泡と介在物の個数が、静磁場２０、４０を印加しない場合に比べて、減少していることが分かった。また、標準偏差指数は０．２〜０．３であることから、気泡と介在物の粒径にばらつきが少なく、粒径の大きい気泡と介在物は鋳片内にほとんど存在しないことが分かった。したがって、本発明の鋼の連続鋳造方法を用いた場合、浸漬ノズル３内の溶鋼４の渦の発生を適正に抑制することができ、鋳片の品質を向上できることが分かった。

本発明は、鋼の連続鋳造方法及び連続鋳造装置に有用である。

本実施の形態にかかる連続鋳造装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。 本実施の形態にかかる連続鋳造装置の構成を示す短手方向の縦断面図である。 浸漬ノズルの吐出孔付近の静磁場、誘導電流、溶鋼の偏流及び電磁ブレーキ力を示す浸漬ノズルの縦断面図である。 浸漬ノズルの吐出孔上方の静磁場、誘導電流、溶鋼の偏流及び電磁ブレーキ力を示す浸漬ノズルの縦断面図である。 他の実施の形態にかかる連続鋳造装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。 他の実施の形態にかかる連続鋳造装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。 他の実施の形態にかかる連続鋳造装置の構成を示す短手方向の縦断面図である。 他の実施の形態にかかる連続鋳造装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。 他の実施の形態にかかる連続鋳造装置の構成を示す短手方向の縦断面図である。 他の実施の形態にかかる連続鋳造装置の構成を示す平面図である。 従来の浸漬ノズル内を流れる溶鋼が偏流している様子を示した浸漬ノズルの縦断面図である。 従来の浸漬ノズル内を流れる溶鋼が偏流している様子を示した浸漬ノズルの縦断面図である。

符号の説明

１ 連続鋳造装置
２ 鋳型
３ 浸漬ノズル
４ 溶鋼
５ 流入口
６ 吐出孔
７ スライディングノズル
８ 固定プレート
８ａ 貫通孔
９ スライディングプレート
９ａ 貫通孔
１０ 電磁ブレーキ装置
２０ 静磁場
２１ 偏流
２２ 誘導電流
２３ 電磁ブレーキ力

Claims (6)

1. 浸漬ノズルによって鋳型内へ溶鋼を供給する鋼の連続鋳造方法において、
   前記浸漬ノズルにおける溶鋼の吐出孔と同じ高さにある当該浸漬ノズル内の溶鋼に対して、下記式（１）を満たすように静磁場を印加することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
   Ｂ_Ｂ ^２≧Ｃ_０Ｑ／Ａ・・・・（１）
   但し、Ｂ_Ｂ：静磁場の磁束密度（Ｔ）、Ｃ_０：定数、Ｑ：溶鋼の質量流量（ｋｇ/秒）、Ａ：浸漬ノズルの内断面積（ｍ^２）
2. 前記浸漬ノズルの吐出孔の位置において、前記静磁場の磁束密度が最大値とな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。
3. 前記請求項１又は２に記載の鋼の連続鋳造方法を実施するための連続鋳造装置であって、
   溶鋼を鋳造する鋳型と、
   当該鋳型内への溶鋼の質量流量を制御する流量制御装置と、
   前記鋳型内に溶鋼を吐出する浸漬ノズルと、
   前記浸漬ノズルの吐出孔と同じ高さにある浸漬ノズル内の溶鋼に対して、前記式（１）を満たす静磁場を印加する電磁ブレーキ装置と、
   を有することを特徴とする、連続鋳造装置。
4. 前記浸漬ノズルの吐出孔から吐出された溶鋼に対してさらに静磁場を印加する他の電磁ブレーキ装置を有することを特徴とする、請求項３に記載の連続鋳造装置。
5. 前記鋳型内の上部の溶鋼を攪拌する電磁攪拌装置を有することを特徴とする、請求項３又は４に記載の連続鋳造装置。
6. 前記電磁ブレーキ装置が印加する静磁場が前記式（１）を満たすように、前記浸漬ノズルの吐出孔の高さを調整できることを特徴とする、請求項３〜５のいずれかに記載の連続鋳造装置。

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