JP2010000518A - 連続鋳造鋳型内溶鋼の流動制御方法及び流動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スラブ連続鋳造機の鋳型内溶鋼流動を移動磁場を利用して制御するにあたり、鋳型内湯面に乱れを発生させることなく、モールドパウダーの巻き込みを防止するとともに、介在物や気泡の凝固シェルへの捕捉を防止する。
【解決手段】 浸漬ノズル１１からの吐出流４に、鋳型長辺背面に相対して設置した第１の移動磁場発生装置１３から発生される、鋳型短辺８から鋳型中央に向かって移動する磁場を印加して、吐出流に制動力を与えるとともに、鋳型内湯面３の直下の溶鋼に、相対して設置した第２の移動磁場発生装置１４から発生される、鋳型短辺から鋳型中央に向かって移動する磁場を印加して、鋳型内湯面直下の溶鋼１に鋳型短辺から鋳型中央に向かう加速力を与え、第１の移動磁場発生装置及び第２の移動磁場発生装置の磁場の強度を調整して、鋳型内湯面に、流速が０．１０〜０．３２ｍ／秒である、鋳型短辺から鋳型中央に向かう溶鋼流を形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、スラブ連続鋳造機における鋳型内溶鋼の流動制御方法及び流動制御装置に関するものである。

鋼の連続鋳造鋳片を圧延して製造される薄鋼板での代表的な表面欠陥は、ヘゲ、スリバー、ブリスターであり、製品の品質を低下させることが多いので回避しなければならない。これらの表面欠陥は幾つかの原因によって発生するが、大半は脱酸生成物及びモールドパウダーなどの酸化物系非金属介在物（以下、「介在物」と記す）や、タンディッシュ及び浸漬ノズルから溶鋼中に吹き込まれたＡｒガス気泡が、鋳型内において鋳片の凝固シェルに付着し、鋳片表層部に残留することが原因となっている。従って、これらの表面欠陥を防止するためには、鋳片の表層部に相当する鋳型内凝固シェルへの介在物及び気泡の付着を防止する必要がある。

また、鋳造速度の高速化に伴って、鋳型内における溶鋼流速は増大する方向であり、モールドパウダーの巻き込み及び凝固シェルの再溶解に起因するブレークアウトの発生頻度が高くなることから、上記表面欠陥の発生を防止すると同時に、これらに起因するブレークアウトを防止するために、特に高速鋳造時には、浸漬ノズルから吐出された溶鋼吐出流の流速を制動して適正な値とする必要がある。

そこで、高速鋳造時の連続鋳造鋳型内の溶鋼流動を、磁場を利用して制御することが広く行われてきた。連続鋳造鋳型内の溶鋼流動を磁場により制御する方法としては、静磁場を利用した制御方法、移動磁場を利用した制御方法、及びそれらの組合せによる制御方法が行われている。

このうち、移動磁場を利用した制御方法の１つとして、例えば、特許文献１に開示されるように、浸漬ノズルからの溶鋼の吐出流の位置に移動磁場発生装置を設置し、吐出流に制動力を与えて溶鋼流速を減速し、鋳型内湯面におけるモールドパウダーの巻き込みを防止する方法が行われている。

特許文献１によれば、スラブ連続鋳造機において、浸漬ノズルからの吐出流の位置に相当する、鋳型高さ方向中央部の鋳型長辺背面に移動磁場発生装置を設置し、該移動磁場発生装置により磁場の移動方向を鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう方向とする移動磁場を印加し、その結果として、鋳型の１／４幅位置における鋳型内湯面直下の溶鋼流速を−０．０７ｍ／秒〜＋０．０５ｍ／秒に制御して鋳造することにより、この鋳片を圧延して得られる冷間圧延薄鋼板の表面欠陥発生率を極小にすることができるとしている。ここで、溶鋼流速の符号のプラス（＋）は溶鋼流が鋳型短辺側から鋳型中央側へ向かう向きを意味し、マイナス（−）はその逆の向きを意味している。

また、このように溶鋼流動を制御することで、表面欠陥発生率が極小となる理由は、鋳型内湯面直下の溶鋼流速が、モールドパウダー巻き込みの臨界値以下となることが示されている（非特許文献１を参照）。また、その臨界値は、約０．３２ｍ／秒であることが示されている（非特許文献２を参照）。

しかし、特許文献１によれば、鋳型の１／４幅位置における鋳型内湯面直下の溶鋼流速を−０．０７ｍ／秒から＋０．０５ｍ／秒の範囲に制御しても、冷間圧延薄鋼板の表面欠陥発生率がゼロとなるケースはない（特許文献１の図３を参照）。これらの表面欠陥の原因を調べたところ、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）や気泡であることが分かった。

一方、この１／４幅位置における鋳型内湯面直下の溶鋼流速を−０．０７ｍ／秒から＋０．０５ｍ／秒の範囲に制御すると、鋳型内湯面直下付近における凝固界面の溶鋼流速は約０．１０ｍ／秒以下と小さくなることが分かった。薄鋼板の表面欠陥の起因となる介在物及び気泡の大きさ（直径）は、約３００μｍ以上であることが知られており、これらの介在物及び気泡の凝固界面への捕捉を防止するためには、０．１ｍ／秒以上の界面流速が必要であることが非特許文献３に示されている。

つまり、特許文献１による鋳造では、鋳型内湯面の溶鋼流速は、モールドパウダー巻き込みの臨界値（以下、「モールドパウダー巻き込み臨界流速」ともいう）以下である約０．３ｍ／秒以下となるが、凝固界面の溶鋼流速が、介在物及び気泡の凝固界面への捕捉を防止するために必要な流速値（以下、「介在物・気泡付着臨界流速」ともいう）である０．１０ｍ／秒を維持することができず、鋳型内において凝固シェルに捕捉されたアルミナや気泡が薄鋼板の表面欠陥を招いていることが分かった。

一方、移動磁場を利用した制御方法の他の１つとして、例えば、特許文献２に開示されるように、鋳型内湯面付近或いは鋳型の高さ方向中央部に移動磁場発生装置を設置し、相対する鋳型長辺で移動方向が反対向きとなる移動磁場を鋳型長辺に沿って印加し、鋳型内溶鋼に水平旋回流を付与する方法が行われている。

しかしこの方法では、鋳型内湯面に旋回流を形成することから、凝固界面の溶鋼流速は、介在物及び気泡の凝固界面への捕捉を防止するために必要な０．１０ｍ／秒を確保できるが、鋳型短辺コーナー付近に湯面乱れを生じやすく、それに伴って発生するモールドパウダーの凝固シェルへの噛み込みに起因するブレークアウト、或いは、湯面乱れに伴って発生する、モールドパウダー溶融層の凝固シェル／鋳型間への流入の揺らぎを原因とする凝固シェルと鋳型との焼き付きに起因するブレークアウトが生じやすいという問題がある。また、吐出流は減速されないので、吐出流が短辺側凝固シェルに衝突することで生じる凝固シェルの再溶解に起因するブレークアウトも発生する恐れがある。特に、高速鋳造時には、浸漬ノズルからの吐出流の流速が増大すると同時に鋳型内の溶鋼流動が激しくなるので、ブレークアウトの危険性が高くなるのみならず、鋳型内湯面の溶鋼流速がモールドパウダー巻き込み臨界流速を越えてしまってモールドパウダー巻き込みによる薄鋼板での表面欠陥が多発するという問題もある。
特開平９−１９２８０２号公報 特開平９−４７８５３号公報 久保田ら：鉄と鋼、vol.86（2000）、p.271 山岡ら：材料とプロセス、vol.6（1993）、p.279 山田ら：材料とプロセス、vol.12（1999）、p.682

このように、移動磁場を利用して鋳型内の溶鋼流動を制御する技術が広く行われているが、上記に説明したように、鋳造速度が速くなった場合であっても、ブレークアウトを防止し、且つ、モールドパウダーの巻き込みを防止するとともに、介在物や気泡の凝固シェルへの捕捉を防止することのできる技術は未だ開発されていないのが現状であり、薄鋼板における表面欠陥の発生などを余儀なくされていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、スラブ連続鋳造機の鋳型内溶鋼流動を移動磁場を利用して制御するにあたり、鋳型内湯面に乱れを発生させることなく、モールドパウダーの巻き込みを防止するとともに、介在物や気泡の凝固シェルへの捕捉を防止することができ、その結果、ブレークアウトを防止すると同時に清浄な鋳片を安定して製造することのできる、連続鋳造鋳型内溶鋼の流動制御方法及び流動制御装置を提供することである。

上記課題を解決するための本発明に係る連続鋳造鋳型内溶鋼の流動制御方法は、浸漬ノズルから鋳型内に吐出される吐出流に、鋳型長辺背面に相対して設置した第１の移動磁場発生装置から発生される、磁束が鋳型の厚み方向を貫き且つ磁束が鋳型短辺側から鋳型中央側に向かって移動する磁場を印加して、前記吐出流に制動力を与えるとともに、鋳型内湯面直下の溶鋼に、鋳型長辺背面に相対して設置した第２の移動磁場発生装置から発生される、磁束が鋳型の厚み方向を貫き且つ磁束が鋳型短辺側から鋳型中央側に向かって移動する磁場を印加して、前記鋳型内湯面直下の溶鋼に鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう加速力を与え、前記第１の移動磁場発生装置及び前記第２の移動磁場発生装置から発生される磁場の強度を調整して、鋳型内湯面に、流速が０．１０〜０．３２ｍ／秒である、鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう溶鋼流を形成することを特徴とするものである。

また、本発明に係る連続鋳造鋳型内溶鋼の流動制御装置は、浸漬ノズルから鋳型内に吐出される吐出流の位置に相当する鋳型長辺背面位置に相対して配置され、磁束が鋳型の厚み方向を貫き且つ磁束が鋳型短辺側から鋳型中央側に向かって移動する磁場を発生し、浸漬ノズルから鋳型内に吐出される吐出流に制動力を与えるための第１の移動磁場発生装置と、鋳型内湯面の位置に相当する鋳型長辺背面位置に相対して配置され、磁束が鋳型の厚み方向を貫き且つ磁束が鋳型短辺側から鋳型中央側に向かって移動する磁場を発生し、鋳型内湯面直下の溶鋼に鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう加速力を与えるための第２の移動磁場発生装置と、を有し、鋳型内湯面に鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう溶鋼流を形成することを特徴とするものである。

本発明によれば、スラブ連続鋳造機用鋳型長辺背面の吐出流及び鋳型内湯面に相当する上下２箇所の位置に上下２段の移動磁場発生装置を配置し、下段の移動磁場発生装置を用いて吐出流を制動するので、吐出流の減速によって鋳型内湯面及び鋳型内湯面直下の溶鋼流速がモールドパウダー巻き込み臨界流速以下に抑制されてモールドパウダーの巻き込みが防止され、一方、上段の移動磁場発生装置を用いて鋳型内湯面直下の溶鋼を鋳型短辺側から鋳型中央側に向かって加速し、鋳型内湯面に鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう溶鋼流を形成するので、この溶鋼流に伴って鋳型湯面直下の凝固界面には介在物・気泡付着臨界流速を越える溶鋼流が安定して形成され、介在物及び気泡の凝固界面への捕捉が防止される。

また、吐出流が減速されるので、吐出流が短辺側凝固シェルに衝突することで生じる凝固シェルの再溶解とそれに起因するブレークアウトを防止することができ、且つ、鋳型内湯面での溶鋼流の乱れが抑制されて、モールドパウダーの噛み込みや不均一流入が防止され、これらを起因とするブレークアウトも防止することができる。

即ち、本発明を適用することにより、高速鋳造においても、ブレークアウトを防止しつつ、モールドパウダーの巻き込み、及び、介在物・気泡の凝固シェルへの付着のない、高品質な鋳片を高い生産性で製造することが可能となる。

以下、本発明を具体的に説明する。先ず、本発明に至った経緯について説明する。

断面形状が扁平であるスラブ鋳片の連続鋳造では、その下部に、それぞれ鋳型短辺方向へ斜め下向きに向いた２つの吐出孔を有する浸漬ノズルを用いて、タンディッシュ内の溶鋼を鋳型に注入している。この鋳造形態における磁場を印加しない場合の鋳型内溶鋼の流動状況は、次のようになる。即ち、吐出孔から吐出された溶鋼の吐出流は鋳型短辺側に向かって流れ、鋳片短辺側の凝固シェルに衝突する。そして、短辺側の凝固シェルに衝突した吐出流は、鉛直方向上向きの上昇流と鉛直方向下向きの下降流とに分岐し、この上昇流は短辺側の凝固シェルに沿って上向きに流れ、鋳型内湯面では鋳型短辺側から鋳型中央側に向いた流れを形成する。この鋳型湯面の溶鋼流は浸漬ノズルが配置された鋳型中央部で両側から来た流れが衝突して鋳型内湯面の下方に向かう流れとなる。一方、下降流は、短辺側の凝固シェルに沿って下向きに流れるが、周囲の溶鋼よりも温度が高く密度が小さいことから浮力を受け、下向きの慣性力が小さくなる位置あたりから鋳片の中央部側に曲がり始め、最終的には鉛直方向上向きの流となる。薄鋼板において、ヘゲ、スリバー、ブリスターなどの表面欠陥となる欠陥は、スラブ鋳片の表層部の欠陥であり、吐出流から分岐した上昇流の影響のみを受ける。

本発明者らは、このようなスラブ鋳片の連続鋳造鋳型内溶鋼の流動パターンを、移動磁場を利用することによって、ブレークアウトの発生やモールドパウダーの巻き込みを防止しつつ、凝固界面への介在物・気泡の付着をも防止することのできる理想的な状態とするべく研究・検討を行った。その結果、この課題を解消可能とする理想的な鋳型内溶鋼流動パターンは、少なくとも、下記の３つの要件を満足する必要があるとの結論に至った。

要件１：鋳型内湯面及び鋳型内湯面直下の溶鋼流速を鋳型内湯面の浸漬ノズル近傍を除く全域において、モールドパウダー巻き込み臨界流速である０．３２ｍ／秒以下とし、モールドパウダーの巻き込みを防止する。

要件２：鋳型内の凝固界面流速を全面において、介在物・気泡付着臨界流速である０．１ｍ／秒以上を確保し、介在物及び気泡の凝固シェルへの付着を防止する。

要件３：移動磁場により溶鋼流動を制御する際に、磁場を印加しない状態で生成される鋳型内の溶鋼流動パターンを極力乱さないようにして、流動制御のための磁場の負荷を極力少なくする。

そして、本発明者らは、上記の３要件を満足させるために、以下の鋳造形態を採ることとした。

要件１を満足するためには、吐出流に制動力を直接付与することが必要である。なぜなら、モールドパウダーの巻き込み防止だけであれば、鋳型内湯面及び鋳型内湯面直下における溶鋼流の制動だけでも可能であるが、高速鋳造時の浸漬ノズルからの吐出流による凝固シェル再溶解をも防止するには、吐出流の直接制動、つまり吐出流に直接移動磁場を印加して減速させることが必要である。

そこで、本発明では、浸漬ノズルからの吐出流の位置に相当する鋳型長辺背面位置に、発生する磁場が鋳型短辺側から鋳型中央側に向かって移動する第１の移動磁場発生装置を相対して配置し、吐出孔からの吐出流を直接制動することとした。磁場による制動力を効果的に作用させるために、磁束が鋳型の厚み方向つまり鋳片の厚み方向に貫くように、相対する移動磁場発生装置から移動磁場を発生させる。

この印加条件下で、要件２を満足するためには、鋳型内湯面及び鋳型内湯面直下に、鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう溶鋼流或いはその逆向きの溶鋼流を形成するための誘導用の移動磁場発生装置が別途必要である。

なぜなら、要件１を満足するために、吐出孔からの吐出流を制動する位置に、磁場が鋳型短辺側から鋳型中央側に向かって移動する移動磁場発生装置を設置した場合、モールドパウダーの巻き込みを防止して薄鋼板の表面欠陥発生率を極小とする条件は、鋳型の１／４幅位置での溶鋼流速を−０．０７ｍ／秒から＋０．０５ｍ／秒とすることであった（特許文献１を参照）。ここで、溶鋼流速の符号のプラス（＋）は溶鋼流が鋳型短辺側から鋳型中央側へ向かう向き、マイナス（−）はその逆の向きを意味している。

この条件下での鋳型内溶鋼流動状況を図１に示す。この条件下では、図１（Ａ）に示すように、磁場を印加することによって吐出流が減速し、これにより吐出流が分岐して形成される上昇流が減速して、鋳型内湯面における鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう溶鋼流Ｕ₁が減速される。一方、図１（Ｂ）に示すように、移動磁場発生装置によって駆動された溶鋼が鋳型内湯面において逆方向、つまり鋳型中央側から鋳型短辺側に向かう溶鋼流Ｕ_Rを形成する。この溶鋼流Ｕ_Rと前記溶鋼流Ｕ₁とが１／４幅位置付近の鋳型内湯面で干渉しあい、結果的に当該位置の鋳型内湯面及び鋳型内湯面直下における溶鋼流速を低下させている（非特許文献１参照）。

しかし、このように鋳型内湯面及びその近傍で相反する向きの流れを合流させることは、結果として、その近傍の凝固界面流速を０．１ｍ／秒未満の小さい値としてしまうことになる。

そこで、本発明では、鋳型内湯面の位置に相当する鋳型長辺背面位置に、相対する第２の移動磁場発生装置を配置し、鋳型内湯面直下の溶鋼を直接駆動し、溶鋼流が停滞しないようにすることとした。この場合、鋳型内湯面での流れの方向は、要件３の観点から、磁場を印加しない場合と同一の方向とした。つまり、第２の移動磁場発生装置により発生する磁場の移動方向は、第１の移動磁場発生装置と同様に、鋳型短辺側から鋳型中央側とした。磁場による制動力を効果的に作用させるために、磁束が鋳型の厚み方向つまり鋳片の厚み方向に貫くように、相対する移動磁場発生装置から移動磁場を発生させる。

鋳型内湯面及び鋳型内湯面直下における溶鋼流速は、介在物・気泡付着臨界流速である０．１ｍ／秒以上で、モールドパウダー巻き込み臨界流速である０．３２ｍ／秒以下の範囲となるように調整する。これは、鋳型の１／４幅位置での溶鋼流速が−０．０７ｍ／秒から＋０．０５ｍ／秒となるように第１の移動磁場発生装置の磁場強度を調整し、この磁場強度を第１の移動磁場発生装置が維持した状態で、第２の移動磁場発生装置の磁場強度を調整することで、鋳型内湯面及び鋳型内湯面直下における溶鋼流速を、０．１ｍ／秒以上０．３２ｍ／秒以下にすることができる。

要件３は、上記のようにして要件１及び要件２を満たすことにより自ずと達成される。

本発明はこのような検討結果に基づいてなされたものであり、浸漬ノズルからの吐出流の位置に相当する鋳型長辺背面位置に第１の移動磁場発生装置を相対して配置するとともに、鋳型内湯面の位置に相当する鋳型長辺背面位置に第２の移動磁場発生装置を相対して配置し、第１の移動磁場発生装置によって吐出流を減速させ、第２の移動磁場発生装置によって鋳型内湯面直下の溶鋼に鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう加速力を与え、かくして、鋳型内湯面に鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう溶鋼流を形成することを特徴とする。この場合、鋳型内湯面の溶鋼流速は、介在物・気泡付着臨界流速である０．１ｍ／秒以上を確保し、且つ、モールドパウダー巻き込み臨界流速である０．３２ｍ／秒以下に制御する。

次に、本発明の具体的な実施方法を説明する。図２は、本発明の実施形態の１例を示す図であって、スラブ連続鋳造機の鋳型部位の概略図である。

図２において、相対する鋳型長辺７と、この鋳型長辺７に挟持された、相対する鋳型短辺８とを具備した鋳型６の上方所定位置にタンディッシュ９が配置されており、このタンディッシュ９の底部には上ノズル１７が設置され、そして、上ノズル１７の下面に接して、固定板１８、摺動板１９及び整流ノズル２０からなるスライディングノズル１０が配置され、更に、スライディングノズル１０の下面に接して、下部に一対の吐出孔１２を有する浸漬ノズル１１が配置され、タンディッシュ９から鋳型６への溶鋼流出孔２１が形成されている。浸漬ノズル１１の内壁面へのアルミナ付着防止のために、上ノズル１７、固定板１８、浸漬ノズル１１などから溶鋼流出孔２１の内部にＡｒガスなどの希ガスや窒素ガスなどの非酸化性ガスが吹き込まれる。

鋳型長辺７のそれぞれの背面には、吐出孔１２からの吐出流４の位置に相当する位置に、第１の移動磁場発生装置１３が相対して配置され、且つ、鋳型内湯面３の位置に相当する位置に、第２の移動磁場発生装置１４が相対して配置されている。第１の移動磁場発生装置１３及び第２の移動磁場発生装置１４ともに、浸漬ノズル１１を境として鋳型長辺７の幅方向左右で２つに分割された合計４基の磁場発生装置で構成されている。それぞれの磁場発生装置は、図示はしないが、鉄心にコイルが巻回されて構成されており、図２では、第１の移動磁場発生装置１３及び第２の移動磁場発生装置１４の外殻を鉄心の外殻として表示している。第１の移動磁場発生装置１３及び第２の移動磁場発生装置１４ともに、４つに分割されたそれぞれの磁場発生装置は電源（図示せず）と結線されており、電源からコイルに供給される電力により、それぞれの磁場発生装置から印加される磁場強度がそれぞれ個別に制御できるようになっている。

本発明においては、第１の移動磁場発生装置１３は吐出流４に制動力を与える役割を担い、従って、第１の移動磁場発生装置１３から印加される磁場は、相対する磁場発生装置間で鋳型６の厚み方向を貫通して印加され、且つ、その磁場が、図３に示すように、両方の鋳型短辺８の側から浸漬ノズル１１の側に向かって移動するように印加されている。また、第２の移動磁場発生装置１４は鋳型内湯面３の直下の溶鋼１に鋳型短辺８の側から鋳型中央側に向かう加速力を与える役割を担い、従って、第２の移動磁場発生装置１４から印加される磁場も、第１の移動磁場発生装置１３と同様に、相対する磁場発生装置間で鋳型６の厚み方向を貫通して印加され、且つ、その磁場が、図３に示すように、両方の鋳型短辺８の側から浸漬ノズル１１の側に向かって移動するように印加されている。尚、図３は、本発明における第１の移動磁場発生装置１３及び第２の移動磁場発生装置１４の磁場の移動方向を鋳型６の真上から示した図であり、図中の矢印が磁場の移動方向を表している。

この場合に、吐出孔１２の下端位置が、第１の移動磁場発生装置１３の鉄心の下端よりも上方側となり、更に望ましくは、第１の移動磁場発生装置１３の鉄心の上端よりも下方側になるように、第１の移動磁場発生装置１３及び浸漬ノズル１１を配置する。このようにして配置することで、吐出流４には、吐出孔１２から鋳型内に流出した時点から移動磁場が作用し、移動磁場によって効率的に制動することが可能となる。但し、吐出流４は浸漬ノズル１１の内部を流下する際の下向きの慣性力を有しているので、吐出孔１２の下端位置が第１の移動磁場発生装置１３の鉄心の上端よりも上方であっても、吐出流４には制動力が作用し、本発明を適用することができる。

また、鋳型内湯面３の位置が、第２の移動磁場発生装置１４の鉄心の下端よりも上方側で、且つ、第２の移動磁場発生装置１４の鉄心の上端よりも下方側になるように、移動磁場発生装置１４の設置位置に応じて鋳型内湯面３の位置を制御する。このようにして配置することで、鋳型内湯面３の直下の溶鋼１に効率的に加速力が作用する。

鋳型６の下方には、鋳造される鋳片５を支持するための複数のガイドロール（図示せず）と鋳片５を鋳型６の下方に引き抜くための複数のピンチロール１５が設置されている。尚、図２ではピンチロール１５を１つのみ記載し、他のピンチロールは省略している。本発明に係るスラブ連続鋳造機は、このようにして構成されている。

このように構成されるスラブ連続鋳造機において、溶鋼１を取鍋（図示せず）からタンディッシュ９に注入し、タンディッシュ９に所定量の溶鋼１を滞在させた状態で、摺動板１９を開き、溶鋼流出孔２１を介して溶鋼１を鋳型６の内部空間（「キャビティ」ともいう）に注入する。溶鋼１は、吐出孔１２から、鋳型短辺８に向かう吐出流４となって鋳型６に注入される。鋳型６に注入された溶鋼１は鋳型６により冷却され、凝固シェル２を形成する。そして、鋳型６に所定量の溶鋼１が注入されたなら、吐出孔１２を鋳型内の溶鋼１に浸漬した状態でピンチロール１５を駆動して、外殻を凝固シェル２として内部に未凝固の溶鋼１を有する鋳片５の引き抜きを開始する。引き抜き開始後は鋳型内湯面３の位置をほぼ一定位置に制御しながら、鋳造速度を増速して所定の鋳造速度とする。鋳型内湯面３の上にはモールドパウダー１６を添加する。モールドパウダー１６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。

そして、鋳造速度が所定の値になったなら、第１の移動磁場発生装置１３及び第２の移動磁場発生装置１４から移動磁場を印加する。そして、必要に応じて鋳造速度を昇速し、鋳造速度が目標速度になったなら、その目標速度で鋳造を継続する。鋳造速度を増すほど、吐出流４の吐出流速は速くなるので、それに応じて少なくとも第１の移動磁場発生装置１３から印加する移動磁場の強度を増加する。

印加する磁場の強度は、予め、鋳造条件（鋳造速度、スラブ寸法、浸漬ノズル形状、溶鋼流出孔内へのＡｒガスなどの吹き込み量等々）毎に、第１の移動磁場発生装置１３及び第２の移動磁場発生装置１４の磁場強度の鋳型内溶鋼流動への影響を調査しておき、鋳型内湯面３に、鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう溶鋼流が形成され、且つそのときの溶鋼流速が０．１ｍ／秒以上０．３２ｍ／秒以下となる条件に調整する。

具体的には、例えば、図４に示すように、支点２２ａを軸として回転自在な耐火物製の棒２２を鋳型内湯面３に浸漬させ、溶鋼流からの力によって棒２２が傾くことによる傾斜角度θから溶鋼流速を測定する装置を用いて鋳型内湯面３の流速を測定し、先ず、第１の移動磁場発生装置１３のみを印加して、鋳型６の１／４幅における溶鋼流速が−０．０７ｍ／秒から＋０．０５ｍ／秒となるように第１の移動磁場発生装置１３の磁場強度を調整し、その状態で第２の移動磁場発生装置１４を印加して鋳型内湯面３における溶鋼流速が０．１ｍ／秒以上０．３２ｍ／秒以下となるように第２の移動磁場発生装置１４の磁場強度を調整する。このようにして種々の鋳造条件下での第１の移動磁場発生装置１３及び第２の移動磁場発生装置１４の磁場強度を予め定め、それに基づいて磁場強度を決めればよい。

このようにして鋳造することで、高速鋳造においても、ブレークアウトを防止しつつ、鋳片５の表層部での脱酸生成物やＡｒガス気泡が少なく、且つ、モールドパウダー１６の巻き込みが少ない、清浄な高品質の鋳片５を高い生産性で安定して鋳造することが可能となる。

前述した図２に示すスラブ連続鋳造機を用い、第１の移動磁場発生装置及び第２の移動磁場発生装置の印加条件を変更して極低炭素Ａｌキルド鋼（Ｃ：０．００２質量％以下、Ｍｎ：０．１〜０．２５質量％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０質量％）を鋳造する合計４回の試験鋳造（水準１〜４）を行った。表１に、スラブ連続鋳造機の仕様及び各試験鋳造に共通の鋳造条件を示す。

また、表２に、第１の移動磁場発生装置及び第２の移動磁場発生装置の仕様を示す。第１の移動磁場発生装置及び第２の移動磁場発生装置への投入電力は、それぞれ独立して調整可能である。

また、鋳型内溶鋼の流動制御を確認するために、前述した図４に示す方法で、鋳型内湯面直下の溶鋼流速を測定した。耐火物製の棒（材質：Ｍｏ−ＺｒＯ₂サーメット、直径：２０ｍｍ、長さ：４７０ｍｍ）を溶鋼に浸漬させ、溶鋼流により生ずる傾斜角度θを写真撮影して求め、そして、溶鋼流による棒に働く抗力（＝溶鋼流速の二乗に比例）と棒にはたらく重力とのつりあい計算を行うことで、溶鋼流速を求めた。図５に、傾斜角度θと溶鋼流速との関係の１例を示す。この試験鋳造では、この棒を鋳型キャビティの厚み中央、鋳型幅方向では、鋳型短辺から１３０ｍｍピッチで鋳型中央側に向かって５点測定した。

表３に、水準１〜４の試験鋳造における移動磁場の印加条件を示す。

水準１〜３は従来の方法（特許文献１を参照）によるものであり、水準４が本発明を適用したものである。つまり、水準１は、第１及び第２の移動磁場発生装置ともに磁場を印加しない条件であり、鋳型内湯面には、鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう、流速が０．０５ｍ／秒を超える溶鋼流が形成されると予想される条件である。水準２は、鋳型内湯面に、鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう溶鋼流と、鋳型中央側から鋳型短辺側に向かう溶鋼流とが形成され、鋳型の１／４幅位置では０．０３ｍ／秒程度の溶鋼流側が形成されると予想される条件である。水準３は、鋳型内湯面に、鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう溶鋼流と、鋳型中央側から鋳型短辺側に向かう溶鋼流とが形成され、鋳型の１／４幅位置では−０．０５ｍ／秒程度の溶鋼流側が形成されると予想される条件である。

水準１〜４で測定した鋳型内湯面における溶鋼流速の測定結果を図６に示す。図６に示すように、水準１〜３では、上記に予想したと同様の溶鋼流速プロファイルが得られた。つまり、水準１では、鋳型内湯面における溶鋼流速が０．３２ｍ／秒を超え、モールドパウダーの巻き込みが発生し、水準２及び水準３では、鋳型内湯面における溶鋼流速が０．１０ｍ／秒未満となる範囲が広く、凝固シェルへの介在物及び気泡の付着が発生する。水準１〜３の中では品質がもっとも良好である水準２においても、１／４幅位置付近で溶鋼流速がゼロとなるために、介在物及び気泡の付着が発生した。

これに対して、本発明の実施例である水準４では、第２の移動磁場発生装置の効果により、鋳型内湯面では鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう流れで、且つ、流速が０．１３〜０．１８ｍ／秒の値となった。この流速は、前述したように、モールドパウダーの巻き込み臨界流速以下で、且つ、介在物・気泡の巻き込み臨界流速以上となっており、鋳片の表面品質を良好に保つ点で極めて良好である。

そこで、水準１〜４の条件で鋳造した鋳片を熱間圧延及び冷間圧延して得られた薄鋼板の表面欠陥発生率を調査した。各水準での調査対象薄鋼板の量は５００〜２２００トンであった。結果を図７に示す。水準４では、従来例である水準１〜３のなかで最も欠陥発生率の低かった水準２の１０分の１以下の欠陥発生率となり、本発明により表面欠陥の少ない、極めて良質な薄鋼板を得られることが確認できた。

吐出流に制動力を付与したときの鋳型内溶鋼の流動を示す概略図である。 本発明の実施形態の１例を示す図であって、スラブ連続鋳造機の鋳型部位の概略図である。 本発明における第１の移動磁場発生装置及び第２の移動磁場発生装置の磁場の移動方向を鋳型の真上から示した図である。 本発明で使用する鋳型内湯面の溶鋼流速を測定する装置の１例を示す図である。 傾斜角度θと溶鋼流速との関係の１例を示す図である。 鋳型内湯面における溶鋼流速を各水準で比較して示す図である。 薄鋼板における表面欠陥発生率を各水準で比較して示す図である。

符号の説明

１ 溶鋼
２ 凝固シェル
３ 鋳型内湯面
４ 吐出流
５ 鋳片
６ 鋳型
７ 鋳型長辺
８ 鋳型短辺
９ タンディッシュ
１０ スライディングノズル
１１ 浸漬ノズル
１２ 吐出孔
１３ 第１の移動磁場発生装置
１４ 第２の移動磁場発生装置
１５ ピンチロール
１６ モールドパウダー
１７ 上ノズル
１８ 固定板
１９ 摺動板
２０ 整流ノズル
２１ 溶鋼流出孔
２２ 棒

Claims (2)

1. 浸漬ノズルから鋳型内に吐出される吐出流に、鋳型長辺背面に相対して設置した第１の移動磁場発生装置から発生される、磁束が鋳型の厚み方向を貫き且つ磁束が鋳型短辺側から鋳型中央側に向かって移動する磁場を印加して、前記吐出流に制動力を与えるとともに、鋳型内湯面直下の溶鋼に、鋳型長辺背面に相対して設置した第２の移動磁場発生装置から発生される、磁束が鋳型の厚み方向を貫き且つ磁束が鋳型短辺側から鋳型中央側に向かって移動する磁場を印加して、前記鋳型内湯面直下の溶鋼に鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう加速力を与え、前記第１の移動磁場発生装置及び前記第２の移動磁場発生装置から発生される磁場の強度を調整して、鋳型内湯面に、流速が０．１０〜０．３２ｍ／秒である、鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう溶鋼流を形成することを特徴とする、連続鋳造鋳型内溶鋼の流動制御方法。
2. 浸漬ノズルから鋳型内に吐出される吐出流の位置に相当する鋳型長辺背面位置に相対して配置され、磁束が鋳型の厚み方向を貫き且つ磁束が鋳型短辺側から鋳型中央側に向かって移動する磁場を発生し、浸漬ノズルから鋳型内に吐出される吐出流に制動力を与えるための第１の移動磁場発生装置と、鋳型内湯面の位置に相当する鋳型長辺背面位置に相対して配置され、磁束が鋳型の厚み方向を貫き且つ磁束が鋳型短辺側から鋳型中央側に向かって移動する磁場を発生し、鋳型内湯面直下の溶鋼に鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう加速力を与えるための第２の移動磁場発生装置と、を有し、鋳型内湯面に鋳型短辺側から鋳型中央側に向かう溶鋼流を形成することを特徴とする、連続鋳造鋳型内溶鋼の流動制御装置。

Images