JP2011224589A - 鋼の連続鋳造装置及び連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁攪拌を伴う鋼の連続鋳造において、鋳型内の上部の溶鋼を所望の流速の範囲内で攪拌し、鋳片の品質を向上させる。
【解決手段】連続鋳造装置１は、一対の長辺壁２ａと一対の短辺壁２ｂを備えた鋳型２と、鋳型２内に溶鋼８を吐出する浸漬ノズル６とを有している。長辺壁２ａにおける銅板３ａの内側面の上部中央には、ステンレス製ボックス４ａ側に湾曲した湾曲部５が、浸漬ノズル６に対向して形成されている。長辺壁２ａの外側には、鋳型２内の上部の溶鋼８の旋回流を形成する電磁攪拌装置２１〜２６が長辺壁２ａに沿って並べて配置されている。第２の電磁攪拌装置２２、２５と第３の電磁攪拌装置２３、２６は、第１の電磁攪拌装置２１、２４に隣り合い、かつ長辺壁２ａにおいて旋回流の上流側と下流側にそれぞれ配置されている。電磁攪拌装置２１〜２６に供給される電流の電流値及び／又は周波数は、制御装置によって独立に制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳型内に溶鋼を供給して鋳片を製造する鋼の連続鋳造装置及び当該連続鋳造装置を用いた鋼の連続鋳造方法に関する。

鋼の連続鋳造において、鋳片の表面形状を改善するために、例えば鋳型の上部に設置された電磁攪拌装置を用いて、当該鋳型内の溶鋼を電磁攪拌することが行われている。

この電磁攪拌では、例えば図１１に示すように鋳型１００の一対の長辺壁１００ａ、１００ａに沿って電磁攪拌装置１０１、１０１が配置される。なお、図示の例では、通常の鋳型の形状に基づき、一対の長辺壁１００ａ、１００ａの内側面は平行して直線状に形成されている。そして、浸漬ノズル１０２から鋳型１００内に溶鋼１０３が吐出されると、電磁攪拌装置１０１に電流を供給して、鋳型１００内の上部の溶鋼１０３に推力が付与される。この推力によって溶鋼１０３が水平面内で攪拌されて、当該溶鋼１０３の旋回流１０４が形成される。そして、旋回流１０４によって、鋳型１００の上部のメニスカス近傍の介在物、気泡等が鋳型１００の側面に形成された凝固シェルに捕捉されるのを抑制している。

しかしながら、鋳型１００内の浸漬ノズル１０２の周囲には介在物等が付着して堆積し易い。このように堆積した付着物は、その厚みが数１０ｍｍに達する場合もある。このため、長辺壁１００ａと浸漬ノズル１０２との間の領域１０５が狭くなる。すなわち、旋回流１０４の流路が狭くなり、溶鋼１０３が流れ難くなる。

そこで、上述の電磁攪拌装置１０１を用いると共に、平行型の鋳型１００に代えて、図１２に示すようにいわゆる異型鋳型１１０を用いることが提案されている。異型鋳型１１０の長辺壁１１０ａの内側面の中央部、すなわち浸漬ノズル１０２に対向する部分は、電磁攪拌装置１０１側に湾曲し、湾曲部１１１を形成している。そして、長辺壁１１０ａの内側面において、湾曲部１１１の両側には直線状の直線部１１２、１１２が形成されている。この異型鋳型１１０の湾曲部１１１によって領域１０５を広くし、旋回流１０４の流路が狭くなるのを防止している（特許文献１）。

特開２００８−１８３５９７号公報

ところで、近年、鋼製品の品質向上要求が厳しくなり、清浄度の優れた高品質の鋳片を製造する要求が高まっている。このため、従来は例えば１０ｃｍ／秒〜２０ｃｍ／秒の流速の旋回流１０４を形成して溶鋼１０３を攪拌していたが、介在物、気泡等をさらに効率的に除去するため、旋回流１０４の流速をより高速にすることが望まれている。

しかしながら、異型鋳型１１０の長辺壁１１０ａは例えば銅板等で構成されているため、電磁攪拌装置１０１に電流を供給すると、当該電磁攪拌装置１０１で発生する磁場の強度は長辺壁１１０ａによって減衰する。このとき、電磁攪拌装置１０１と湾曲部１１１との間の距離は、電磁攪拌装置１０１と直線部１１２との間の距離よりも短いため、湾曲部１１１における磁場の強度の減衰は、直線部１１２における磁場の強度の減衰よりも小さくなる。このため、電磁攪拌装置１０１によって湾曲部１１１近傍の溶鋼１０３に付与される推力は、直線部１１２近傍の溶鋼１０３に付与される推力よりも大きくなる。したがって、湾曲部１１１に沿って流れる旋回流１０４ａの流速は、直線部１１２に沿って流れる旋回流１０４ｂの流速よりも大きくなる。

かかる場合、上述のように旋回流１０４を高速にする際に、例えば直線部１１２に沿って流れる旋回流１０４ｂの流速を、従来よりも大きな所望の流速にしようとすると、湾曲部１１１に沿って流れる旋回流１０４ａの流速は、直線部１１２に沿って流れる旋回流１０４ｂの流速よりも大きくなる。ここで、湾曲部１１１に沿って流れる旋回流１０４ａの流速が大き過ぎると、超高速の旋回流１０４ａによって、メニスカス上の溶融酸化物を有する溶融パウダーが溶鋼１０３に巻き込まれる。その結果、この溶融パウダーが鋳片の表層及び内部に残存して欠陥となるため、鋳片の品質に改善の余地があった。

また、このように湾曲部１１１に沿って流れる旋回流１０４ａの流速が大き過ぎると、湾曲部１１１において鋳型１１０の側面の凝固シェルが直線部１１２の凝固シェルに比べて薄くなる。そうすると、鋳造される鋳片の湾曲部１１１に対応する部分の強度が低下し、いわゆる縦割れが発生し易くなる。この縦割れの程度が大きいと鋳片が鋳型１１０から出た後、鋳型１１０直下で縦割れが開口して溶鋼が流出する、ブレークアウトが発生することが懸念される。

なお、鋳片の品質を向上させるため、電磁攪拌装置１０１と湾曲部１１１との間の距離が電磁攪拌装置１０１と直線部１１２との間の距離と等しくなるように、電磁攪拌装置１０１を湾曲部１１１に沿って湾曲させることも考えられる。しかしながら、このように電磁攪拌装置１０１を湾曲させるのは、製作上の手間やコスト的な観点から、現実的ではない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、電磁攪拌を伴う鋼の連続鋳造において、鋳型内の上部の溶鋼を、従来よりも高速かつ適切な流速の範囲内で攪拌し、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、鋼の連続鋳造装置であって、一対の長辺壁と一対の短辺壁を備えた溶鋼鋳造用の鋳型と、前記鋳型内に溶鋼を吐出する浸漬ノズルと、前記鋳型の各長辺壁の外側面に沿って並べて配置され、前記鋳型内の上部の溶鋼を攪拌して当該鋳型の水平面内で溶鋼の旋回流を形成する複数の電磁攪拌装置と、前記複数の電磁攪拌装置に供給される電流を制御する制御装置と、を有し、前記各長辺壁の内側面には、少なくとも前記浸漬ノズルに対向する位置に、前記電磁攪拌装置側に湾曲した湾曲部が形成され、前記複数の電磁攪拌装置は、前記湾曲部に対向する位置に配置された第１の電磁攪拌装置と、前記第１の電磁攪拌装置に隣り合い、かつ前記長辺壁において前記旋回流の上流側に配置される第２の電磁攪拌装置と、前記第１の電磁攪拌装置に隣り合い、かつ前記長辺壁において前記旋回流の下流側に配置される第３の電磁攪拌装置とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、鋳型の長辺壁の内側面には、少なくとも浸漬ノズルに対向する位置に湾曲部が形成されているので、湾曲部と浸漬ノズル間に湾曲領域を形成することができる。この湾曲領域は、直線状の長辺壁で形成される領域よりも湾曲しているため、浸漬ノズルが配置されていても、湾曲領域を流れる旋回流の流路を確保することができる。しかも、本発明によれば、鋳型の長辺壁の外側面に沿って複数の電磁攪拌装置が並べて配置され、制御装置によってこれら複数の電磁攪拌装置に供給される電流を制御できるので、例えば第１の電磁攪拌装置で発生する磁場の強度を、第２の電磁攪拌装置及び第３の電磁攪拌装置で発生する磁場の強度に比べて小さくできる。すなわち、第１の電磁攪拌装置と湾曲部との間の磁場の強度の減衰が、第２の電磁攪拌装置及び第３の電磁攪拌装置と直線部（鋳型の長辺壁の内側面における湾曲部以外の部分）との間の磁場の強度の減衰より小さいため、湾曲部近傍の溶鋼に作用する推力と直線部近傍の溶鋼に作用する推力を独立して制御することができる。したがって、湾曲部に沿って流れる旋回流と直線部を流れる旋回流の流速を共に所望の流速の範囲内にすることができる。
ここで、所望の流速の範囲内とは、従来の流速よりも大きい値であるほど望ましく、この値が大きくなるにつれて、鋳型内の上部の介在物、気泡が鋳型の側面の凝固シェルに捕捉されるのをより抑制することができる。但し、その上限値は、メニスカス上の溶融パウダーが溶鋼に巻き込まれないことや、シェル厚さが薄くなることに起因する鋳片の縦割れが起こらない範囲内で設定することが重要である。所望の流速の範囲については、下限値は特に限定されるものではなく、要求される鋳片の品質に応じて設定すれば良い。一方、上限値は、使用する鋳型形状、パウダーの粘性等に応じて、事前に実験等により確認することにより設定することができる。
このように鋳型内の上部の溶鋼を所望の流速の範囲内で攪拌できるので、鋳型内の上部の介在物、気泡が鋳型の側面の凝固シェルに捕捉されるのを抑制し、かつメニスカス上の溶融パウダーが溶鋼に巻き込まれるのを抑制できる。また、このように湾曲部に沿って流れる旋回流の速度を所望の流速の範囲内にできるので、当該湾曲部のシェル厚さが直線部に比べて薄くなることに起因する鋳片の縦割れを抑制することができる。したがって、鋳片の品質を従来よりもさらに向上させて、清浄度の優れた高品質の鋳片を製造することができる。
また、鋳型の長辺に湾曲部を設けることで、浸漬ノズルの厚みをより大きくすることができ、これにより、浸漬ノズルの耐久性を向上させることもできる。

前記第１の電磁攪拌装置は、複数に分割されていてもよい。

前記制御装置は、前記複数の電磁攪拌装置に供給される電流の電流値及び／又は周波数を制御してもよい。

前記制御装置は、前記各長辺壁の外側に配置された一対の前記第１の電磁攪拌装置に供給される電流と、前記各長辺壁の外側に配置された一対の前記第２の電磁攪拌装置及び一対の前記第３の電磁攪拌装置に供給される電流とをそれぞれ独立に制御してもよい。

また、前記制御装置は、前記一対の第１の電磁攪拌装置に供給される電流と、前記一対の第２の電磁攪拌装置に供給される電流と、前記一対の第３の電磁攪拌装置に供給される電流とをそれぞれ独立に制御してもよい。

さらに、前記制御装置は、前記各第１の電磁攪拌装置、前記各第２の電磁攪拌装置、前記各第３の電磁攪拌装置に供給される電流を、すべて独立に制御してもよい。なお、この場合の「すべて独立に制御」とは、第１の電磁攪拌装置、第２の電磁攪拌装置、第３の電磁攪拌装置の個々の電磁攪拌装置に供給される電流をすべて独立に制御することをいう。

別な観点による本発明は、前記鋼の連続鋳造装置を用いた連続鋳造方法であって、前記複数の電磁攪拌装置に供給される電流を制御して、前記鋳型内の上部の溶鋼を所望の流速の範囲内で攪拌させることを特徴としている。なお、所望の流速の範囲とは、上述の通りであり、特に限定されないが、３５ｃｍ／秒以上かつ６０ｃｍ／秒未満が例示できる。下限値は大きいほど、鋳型内の上部の介在物、気泡が鋳型の側面の凝固シェルに捕捉されるのをより抑制することができることから、例えば、４０ｃｍ／秒以上が好ましく、４５ｃｍ／秒以上がより好ましい。

本発明によれば、電磁攪拌を伴う鋼の連続鋳造において、鋳型内の上部の溶鋼を所望の流速の範囲内で攪拌し、鋳片の品質をより向上させることができる。

本実施の形態にかかる連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示す横断面の説明図である。 本実施の形態にかかる連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示す縦断面の説明図である。 本実施の形態にかかる連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示す縦断面の説明図である。 電磁攪拌装置と制御装置の構成の概略を示す説明図である。 電磁攪拌装置を作動させた場合の鋳型上部（メニスカス近傍）の溶鋼に作用する推力を示す説明図である。 電磁攪拌装置を作動させた場合の鋳型上部（メニスカス近傍）の溶鋼の流れを示す説明図である。 他の実施の形態にかかる電磁攪拌装置と制御装置の構成の概略を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる電磁攪拌装置と制御装置の構成の概略を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる電磁攪拌装置と制御装置の構成の概略を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示す縦断面の説明図である。 従来の連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示す横断面の説明図である。 従来の連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示す横断面の説明図である。

以下、本発明の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の鋳型近傍の構成を示す横断面図であり、図２及び図３は、連続鋳造装置１の鋳型近傍の構成を示す縦断面図である。

連続鋳造装置１は、図１に示すように例えば水平断面が略長方形の鋳型２を有している。鋳型２は、一対の長辺壁２ａと一対の短辺壁２ｂを有している。長辺壁２ａは、内側に設けられた銅板３ａと外側に設けられたステンレス製水冷ボックス４ａから構成されている。また、短辺壁２ｂは、内側に設けられた銅板３ｂと外側に設けられたステンレス製水冷ボックス４ｂから構成されている。なお、本実施の形態において、短辺壁２ｂの長さ（鋳造厚み）は例えば５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度である。詳細には、要求される鋳片厚みとして、薄厚の鋳片であれば５０ｍｍ〜８０ｍｍ程度であり、中厚の鋳片であれば８０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度であり、通常厚の鋳片であれば１５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度である。

長辺壁２ａの銅板３ａの内側面の中央部には、ステンレス製ボックス４ａ側に湾曲した湾曲部５が形成されている。湾曲部５は、後述する鋳型２内に設けられた浸漬ノズル６に対向して形成されている。また、湾曲部５は、図２及び図３に示すように銅板３ａの上端から浸漬ノズル６に対向して形成される。湾曲部５の下端は浸漬ノズル６の下端と同じ高さでもよく、また浸漬ノズル６の下端より下方になるように形成されていてもよい。なお、湾曲部５は、例えば銅板３ａの内側面を削ることにより形成される。そして、この湾曲部５と浸漬ノズル６の間に、図１に示すように湾曲領域７が形成される。

なお、湾曲部５の湾曲頂部（最も窪んだ箇所）と浸漬ノズル６間の最短水平距離Ｌ_１は、湾曲部５が下端に行くにつれて次第に窪んだ部分が消失していくテーパ形状であるため、高さ方向によってその長さが異なっているが、本実施の形態では、後述する電磁攪拌装置２１〜２６の下端部から、電磁攪拌装置２１〜２６の上端部よりも５０ｍｍ高い位置までの範囲において、３０ｍｍ〜８０ｍｍとなることが推奨される。すなわち、最短水平距離Ｌ_１は、湾曲領域７における溶鋼８の流路を確保するという観点から、３０ｍｍ以上であることが推奨され、また、湾曲領域７における溶鋼８の均一な流れを確保するという観点から、８０ｍｍ以下であることが推奨される。また、湾曲部５の湾曲距離Ｌ_２（上記の最短水平距離Ｌ_１が規定される高さと同じ高さにおける湾曲部５の湾曲頂部と端部間の最短水平距離であって、湾曲部５を形成する際の削り込み距離）は、上記の最短水平距離Ｌ_１が所定の距離を確保できていれば特に規定されるものではなく、また、浸漬ノズル６の径や鋳型２の厚みに応じて、適宜、決定されるものである。但し、湾曲部５の湾曲距離Ｌ_２は、鋳片の引抜きに際して歪みを受け難くするという観点から、極力小さいほど好ましい。なお、本実施の形態においては、上記の最短水平距離Ｌ_１と湾曲距離Ｌ_２の差（Ｌ_１−Ｌ_２）は、所定の距離未満、例えば２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下が例示できる。

長辺壁２ａの銅板３ａの内側面において、湾曲部５の両側には、直線部９、９が形成されている。また、長辺壁２ａの銅板３ａの外側面とステンレス製ボックス４ａの両側面は、平坦に形成されている。

鋳型２内の上部には、図２及び図３に示すように浸漬ノズル６が設けられ、浸漬ノズル６はその下部が鋳型２内の溶鋼８に浸漬している。浸漬ノズル６の側面の下端近傍には、鋳型２内へ斜め下向きに溶鋼８を吐出する吐出孔１０が２箇所形成されている。吐出孔１０、１０は、鋳型２の短辺壁２ｂ側に形成されている。吐出孔１０から吐出される吐出流１１は、例えば後述する鋳型２の短辺壁２ｂに形成された凝固シェル１２に衝突し、上昇流１３と下降流に分岐する。また、吐出流１１には、アルミナやスラグ系等の介在物１４などが含まれている。介在物１４は、例えば上昇流１３等によってメニスカス１５近傍まで浮上する。なお、メニスカス１５上には、溶融酸化物を有する溶融パウダー１６が供給されている。

鋳型２の内側面には、図２及び図３に示すように溶鋼８が冷却されて凝固した凝固シェル１２が形成されている。

鋳型２の一の長辺壁２ａの外側には、当該長辺壁２ａの外側面に沿って、図１〜図３に示すように例えば電磁攪拌コイルなどの複数の電磁攪拌装置２１〜２３が並べて設けられている。電磁攪拌装置２１〜２３は、鋳型２内のメニスカス１５近傍に配置されている。また、鋳型２の他の長辺壁２ａの外側にも、同様に当該長辺壁２ａの外側面に沿って複数の電磁攪拌装置２４〜２６が並べて設けられている。

第１の電磁攪拌装置２１、２４は、長辺壁２ａの湾曲部５に対向する位置にそれぞれ配置されている。すなわち、一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４は、対向して配置されている。第２の電磁攪拌装置２２、２５は、第１の電磁攪拌装置２１、２４に隣り合い、かつ長辺壁２ａにおいて後述する旋回流４１の上流側にそれぞれ配置されている。すなわち、一対の第２の電磁攪拌装置２２、２５は、浸漬ノズル６に対して点対象の位置に配置されている。第３の電磁攪拌装置２３、２６は、第１の電磁攪拌装置２１、２４に隣り合い、かつ長辺壁２ａにおいて後述する旋回流４１の下流側にそれぞれ配置されている。すなわち、一対の第３の電磁攪拌装置２３、２６も、浸漬ノズル６に対して点対象の位置に配置されている。ちなみに、各電磁攪拌装置２１〜２６は同じ高さ（鉛直方向の位置）に設けられている。また、各電磁攪拌装置２１〜２６には、その厚み（鉛直方向の距離）が例えば１５０ｍｍ〜３００ｍｍのものが、通常、用いられている。

複数の電磁攪拌装置２１〜２６は、図４に示すように制御装置３０に接続されている。制御装置３０は、電源（図示せず）を有し、複数の電磁攪拌装置２１〜２６に電流を供給する。また、制御装置３０は、電磁攪拌装置２１〜２６に供給される電流の電流値を制御することもできる。本実施の形態においては、制御装置３０は、一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４、一対の第２の電磁攪拌装置２２、２５、一対の第３の電磁攪拌装置２３、２６毎に供給される電流をそれぞれ独立に制御する。すなわち、一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４は一の配線３１に接続され、制御装置３０から一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４に同一の電流値の電流が供給される。また、一対の第２の電磁攪拌装置２２、２５も一の配線３２に接続され、制御装置３０から一対の第２の電磁攪拌装置２２、２５に同一の電流値の電流が供給される。さらに、一対の一対の第３の電磁攪拌装置２３、２６も一の配線３３に接続され、制御装置３０から一対の第３の電磁攪拌装置２４、２６に同一の電流値の電流が供給される。

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を用いた溶鋼８の連続鋳造方法について説明する。

先ず、浸漬ノズル６の吐出孔１０から鋳型２内に溶鋼８を吐出する。溶鋼８は鋳型２内に吐出され、吐出孔１０から鋳型２の短辺壁２ｂに向かって吐出流１１が形成される。吐出流１１には介在物１４が含まれており、介在物１４は例えば上述した上昇流１３等によってメニスカス１５近傍まで浮上する。

浸漬ノズル６から溶鋼８を吐出すると同時に、電磁攪拌装置２１〜２６を作動させる。これら電磁攪拌装置２１〜２６を作動させることによって、図５に示すように鋳型２内のメニスカス１５近傍の溶鋼８に、図中の矢印の方向に推力４０が作用する。この推力４０によって、図６に示すようにメニスカス１５近傍の溶鋼８が水平面内で攪拌され、一方向の旋回流４１が形成される。そして、メニスカス１５近傍まで浮上した気泡もしくは介在物１４は、旋回流４１によって鋳型２内を水平面内で旋回し、鋳型２の凝固シェル１２に捕捉されることなく、例えばメニスカス１５上の溶融パウダー１６に取り込まれて除去される。

このとき、一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４、一対の第２の電磁攪拌装置２２、２５、一対の第３の電磁攪拌装置２３、２６に供給される電流の電流値は、制御装置３０によって独立に制御される。

ここで、電磁攪拌装置２１〜２６の下端部から、電磁攪拌装置２１〜２６の上端部よりも５０ｍｍ高い位置までの範囲において、第１の電磁攪拌装置２１と湾曲部５の湾曲頂部との間の距離Ｄ_１は、第２の電磁攪拌装置２２及び第３の電磁攪拌装置２３と直線部９との間の距離Ｄ_２よりも短い。このため、第１の電磁攪拌装置２１と湾曲部５との間の磁場の強度の減衰は、第２の電磁攪拌装置２２及び第３の電磁攪拌装置２３と直線部９との間の磁場の強度の減衰よりも小さい。なお、第１の電磁攪拌装置２４、第２の電磁攪拌装置２５、第３の電磁攪拌装置２６についても、上記と同様である。

そこで、例えば制御装置３０は、第１の電磁攪拌装置２１、２４に供給される電流の電流値が、第２の電磁攪拌装置２２、２５及び第３の電磁攪拌装置２３、２６に供給される電流の電流値より小さくなるように制御する。そうすると、第１の電磁攪拌装置２１、２４で発生する磁場の強度を、第２の電磁攪拌装置２２、２５及び第３の電磁攪拌装置２３、２６で発生する磁場の強度に比べて小さくできる。これによって、第１の電磁攪拌装置２１、２４と湾曲部５との間の磁場の強度の減衰が、第２の電磁攪拌装置２２、２５及び第３の電磁攪拌装置２３、２６と直線部９との間の磁場の強度の減衰より小さいにも関わらず、第１の電磁攪拌装置２１、２４によって湾曲部５近傍の溶鋼８に作用する推力４０と、第２の電磁攪拌装置２２、２５及び第３の電磁攪拌装置２３、２６によって直線部９近傍に作用する推力４０を、近づけることができる。このため、湾曲部５に沿って流れる旋回流４１ａの流速と、直線部９に沿って流れる旋回流４１ｂの流速を、共に所望の流速の範囲内にすることができる。したがって、旋回流４１はどの場所でも高速で旋回させることができるため、メニスカス１５近傍の気泡もしくは介在物１４が鋳型２の側面の凝固シェル１２に捕捉されるのを抑制できる。また、旋回流４１の流速を過度に大き過ぎない様に制御できるため、メニスカス１５上の溶融パウダー１６が溶鋼８に巻き込まれるのを抑制できる。さらに、湾曲部５において凝固シェル１２を直線部９と同程度に厚く形成できるため、湾曲部５で鋳造される鋳片の縦割れも抑制できる。なお、溶融パウダー１６の巻き込みの有無は、例えばメニスカス１５表面の振動を監視することによって行われる。

また、湾曲領域７は、直線状の壁体で形成される領域よりも湾曲しているため、湾曲していない場合と比較すると、浸漬ノズル６と長辺壁２ａの内側との間に、溶鋼８の流路が広く形成されているため、長辺壁２ａと浸漬ノズル６間の流れが停滞することなく、旋回流４１は、長辺壁２ａ及び短辺壁２ｂに沿って浸漬ノズル６回りを旋回する。

以上のように旋回流４１によって気泡もしくは介在物１４が除去された溶鋼８は、その後、鋳造されて、鋳片となる。

以上の実施の形態によれば、鋳型２の長辺壁２ａの上部中央に湾曲部５が形成され、湾曲部５と浸漬ノズル６間に湾曲領域７を形成している。この湾曲領域により、上述した最短水平距離Ｌ_１が確保されるため、湾曲領域７を流れる旋回流４１の流路を確保することができる。

また、制御装置３０によって、一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４、一対の第２の電磁攪拌装置２２、２５、一対の第３の電磁攪拌装置２３、２６毎に供給される電流が独立に制御されるので、例えば第１の電磁攪拌装置２１、２４で発生する磁場の強度を、第２の電磁攪拌装置２２、２５及び第３の電磁攪拌装置２３、２６で発生する磁場の強度に比べて小さくできる。これによって、第１の電磁攪拌装置２１、２４と湾曲部５との間の磁場の強度の減衰が、第２の電磁攪拌装置２２、２５及び第３の電磁攪拌装置２３、２６と直線部９との間の磁場の強度の減衰より小さいにも関わらず、湾曲部５近傍の溶鋼８に作用する推力４０と直線部９近傍の溶鋼８に作用する推力４０を近づけることができる。したがって、湾曲部５に沿って流れる旋回流４１ａと直線部９を流れる旋回流４１ｂの流速を共に所望の流速の範囲内にすることができる。すなわち、旋回流４１の流速を、従来よりも高速とすることができるため、メニスカス１５近傍の気泡もしくは介在物１４が鋳型２の側面の凝固シェル１２に捕捉されるのをより抑制できる。また、旋回流４１の流速を、過度に大き過ぎない様に制御できるため、メニスカス５上の溶融パウダー１６が溶鋼８に巻き込まれるのを抑制できる。さらに、湾曲部５で鋳造される鋳片の縦割れも抑制できる。したがって、鋳片の品質を向上させて、清浄度の優れた高品質の鋳片を製造することができる。

また、一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４は一の配線３１に接続され、制御装置３０から一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４に同一の電流値の電流が供給される。同様に一対の第２の一対の第２の電磁攪拌装置２２、２５、一対の第３の電磁攪拌装置２３、２６もそれぞれ一の配線３２、３３に接続され、同一の電流値の電流が供給される。このように制御装置３０は、一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４、一対の第２の電磁攪拌装置２２、２５、一対の第３の電磁攪拌装置２３、２６毎に供給される電流の電流値を独立に制御するので、その制御が容易になる。また、制御装置３０に設けられる電源の数も３個と少なくて良い。

以上の実施の形態では、制御装置３０は、一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４、一対の第２の電磁攪拌装置２２、２５、一対の第３の電磁攪拌装置２３、２６毎に供給される電流の電流値を独立に制御していたが、制御装置３０が制御する電磁攪拌装置２１〜２６の組合せを変更してもよい。

例えば図７に示すように制御装置３０は、各長辺壁２ａの外側に配置された一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４に供給される電流の電流値と、各長辺壁２ａの外側に配置された一対の第２の電磁攪拌装置２２、２５及び一対の第３の電磁攪拌装置２３、２６に供給される電流の電流値とを、独立に制御してもよい。かかる場合、一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４は一の配線５０に接続され、制御装置３０から一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４に同一の電流値の電流が供給される。一対の第２の電磁攪拌装置２２、２５及び一対の第３の電磁攪拌装置２３、２６は一の配線５１に接続され、制御装置３０から一対の第２の電磁攪拌装置２２、２５及び一対の第３の電磁攪拌装置２３、２６に同一の電流値の電流が供給される。本実施の形態でも、第１の電磁攪拌装置２１、２４で発生する磁場の強度を、第２の電磁攪拌装置２２、２５及び第３の電磁攪拌装置２３、２６で発生する磁場の強度に比べて小さくできる。したがって、湾曲部５に沿って流れる旋回流４１ａの流速と、直線部９に沿って流れる旋回流４１ｂの流速を、共に所望の流速の範囲内にすることができる。

例えば図８に示すように制御装置３０は、対向する一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４、対向する第２の電磁攪拌装置２２及び第３の電磁攪拌装置２６、対向する第３の電磁攪拌装置２３及び第２の電磁攪拌装置２５毎に供給される電流の電流値を独立に制御してもよい。かかる場合、一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４は一の配線５２に接続され、制御装置３０から一対の第１の電磁攪拌装置２１、２４に同一の電流値の電流が供給される。第２の電磁攪拌装置２２及び第３の電磁攪拌装置２６は一の配線５３に接続され、制御装置３０から第２の電磁攪拌装置２２及び第３の電磁攪拌装置２６に同一の電流値の電流が供給される。第３の電磁攪拌装置２３及び第２の電磁攪拌装置２５は一の配線５４に接続され、制御装置３０から第３の電磁攪拌装置２３及び第２の電磁攪拌装置２５に同一の電流値が供給される。本実施の形態でも、第１の電磁攪拌装置２１、２４で発生する磁場の強度を、第２の電磁攪拌装置２２、２５及び第３の電磁攪拌装置２３、２６で発生する磁場の強度に比べて小さくできる。したがって、湾曲部５に沿って流れる旋回流４１ａの流速と、直線部９に沿って流れる旋回流４１ｂの流速を、共に所望の流速の範囲内にすることができる。

また、例えば、図９に示すように制御装置３０は、各電磁攪拌装置２１〜２６に供給される電流の電流値をそれぞれ独立に制御してもよい。かかる場合、電磁攪拌装置２１〜２６はそれぞれ別の配線６０〜６５に接続される。本実施の形態によれば、各電磁攪拌装置２１〜２６に供給される電流の電流値をすべて独立に制御するので、旋回流４１の流速をより確実に所望の流速の範囲内にすることができる。

以上の実施の形態の第１の電磁攪拌装置２１、２４は、図１０に示すように複数、例えば３つの第１の電磁攪拌装置２１ａ〜２１ｃ、２４ａ〜２４ｃにそれぞれ分割されていてもよい。かかる場合、第１の電磁攪拌装置２１ａ〜２１ｃ、２４ａ〜２４ｃ毎に供給される電流の電流値を独立に制御できるので、湾曲部５に沿って流れる旋回流４１ａの流速をより確実に所望の流速の範囲内にすることができる。なお、本実施の形態では、第１の電磁攪拌装置２１、２４は３つに分割されていたが、分割される数はこれに限定されない。例えば第１の電磁攪拌装置２１、２４は、２つ又は４つ以上に分割されてもよい。

以上の実施の形態の制御装置３０は、電磁攪拌装置２１〜２６に供給される電流の電流値を独立に制御していたが、その電流の周波数を制御してもよい。かかる場合、例えば電流の電流値が一定の場合でも、各電磁攪拌装置２１〜２６に供給される電流の周波数を制御することによって、湾曲部５に沿って流れる旋回流４１ａの流速と、直線部９に沿って流れる旋回流４１ｂの流速を、共に所望の流速の範囲内にすることができる。ちなみに、電流値と周波数の両方を変更させて、流速を制御しても問題はない。

なお、以上の実施の形態の電磁攪拌装置２１〜２６は、長辺壁２ａの外側に設けられていたが、長辺壁２ａのステンレス製水冷ボックス４ａ内に設けてもよい。

以下、本発明の鋼の連続鋳造装置を用いた場合に、鋳片の表面欠陥を抑制する効果と鋳片の縦割れを抑制する効果について説明する。本発明例の鋼の連続鋳造装置としては、先に図１〜図４に示した連続鋳造装置１を用いた。また、比較例の鋼の連続鋳造装置としては、先に図１２に示した連続鋳造装置を用いた。
連続鋳造装置としては、鋳型の長辺外側の長さが１４００ｍｍ、鋳型の短辺の長さが２５０ｍｍのものを用いた。また、浸漬ノズルの直径は１７５ｍｍの円形のものを用いた。さらに、電磁攪拌装置の上端部における湾曲部の湾曲距離（湾曲部の湾曲頂部と端部間の最短水平距離であって、湾曲部を形成する際の削り込み距離）は、２０ｍｍのものを用いた。したがって、電磁攪拌装置の上端部における湾曲部の湾曲頂部と浸漬ノズル間の水平距離は、４７．５ｍｍであった。
ちなみに、長辺側の銅板の直線部（湾曲部以外の部分）の厚みが３５ｍｍ、ステンレス製水冷ボックスの厚みが５０ｍｍのものを用いた。
また、電磁攪拌装置は、厚み（鉛直方向の距離）が３００ｍｍのものを用いた。

本実施例で用いた鋼の鋼種、炭素濃度、鋳片の鋳造量、鋳造幅、鋳造速度、溶融パウダーの粘度は、表１に示す通りである。ちなみに、パウダーについては、ＦおよびＮａを含有するものを使用した。かかる場合において、電磁攪拌装置に供給する電流の電流値と周波数を変化させた。具体的には、表２に示すように電流値は５００Ａ、３１５Ａ、５２０Ａに変化させ、周波数は３．５Ｈｚ、１．１Ｈｚに変化させた。
また、電磁攪拌装置の上端部の高さ位置がメニスカス位置となるように、連続鋳造を行った。
ちなみに、上記の連続鋳造装置およびパウダーを用いて、表１に示す製造条件において、要求される品質を考慮して、事前に実験を行ったところ、鋳型内の上部の溶鋼の所望の流速は、６０ｃｍ／秒未満の範囲であることを確認している。

以上の条件で溶鋼の連続鋳造を行った結果を表２に示す。

なお、表２中、本発明例における湾曲部の電流値、周波数、平均流速とは、図１〜図４に示した第１の電磁攪拌装置２１、２４に供給される電流の電流値、周波数、湾曲部５に沿って流れる旋回流４１ａの平均流速をいう。直線部（上流側）の電流値、周波数、平均流速とは、第２の電磁攪拌装置２２、２５に供給する電流の電流値、周波数、第２の電磁攪拌装置２２、２５に対向した直線部９に沿って流れる旋回流４１ｂの平均流速をいう。直線部（下流側）の電流値、周波数、平均流速とは、第３の電磁攪拌装置２３、２６に供給する電流の電流値、周波数、第３の電磁攪拌装置２３、２６に対向した直線部９に沿って流れる旋回流４１ｂの平均流速をいう。
なお、平均流速としているのは、各電磁攪拌装置２１〜２６に沿った流速に分布があるため、各電磁攪拌装置２１〜２６毎に、一定間隔で測定した流量を平均した値を用いているためである。

また、表２中の平均流速は、デンドライト傾角の測定を行い、下記式（１）を用いて算出した各測定点の流速を平均して求めた（なお、下記式（１）は「新日鉄技法第３７６号、５８頁、平成１４年３月発行」に開示されている。）。デンドライト傾角の測定は、鋳造された鋳片の鋳造方向直角断面より試片を切り出し、酸により腐食した後、倍率５倍で凝固組織を撮像し測定した。具体的には、湾曲部及び直線部の鋳片表層から５ｍｍの位置のデンドライト傾角を３０ｍｍ間隔で測定した。
Ｖ＝（θ＋９．７３×Ｉｎｆ＋３３．７）／（１．４５×Ｉｎｆ＋１２．５）・・・・（１）
但し、Ｖ：溶鋼流速（ｃｍ／秒）、θ：デンドライト傾角（度）、凝固速度（ｃｍ／秒）

また、表２中、鋳片の表面欠陥としてのパウダー性欠陥指数や介在物系欠陥指数は、鋳造された鋳片を圧延して鋼板にした後、製品としての鋼板の単位長さ当たりの欠陥の発生比率を示している。具体的には、極低炭素鋼の欠陥指数は、本発明の連続鋳造方法で溶鋼を鋳造した後、熱延工程にて４ｍｍ厚の熱延鋼板に圧延した後に、さらに板厚1ｍｍまで圧延し、溶融亜鉛メッキ処理をした後に疵検査を実施した。具体的には、疵１個を便宜上１ｍとカウントして、製品の長さで割った値に１００を乗じて％表示したものとして定義した。
また、中炭素鋼の欠陥指数は、中炭素鋼を３．５ｍｍ厚の熱延鋼板にして酸洗後に疵検査を実施した。そして、極低炭素鋼の欠陥指数と同様に、疵１個を便宜上１ｍとカウントして、製品の長さで割った値に１００を乗じて％表示したものとして定義した。
ちなみに、パウダー性欠陥指数と介在物系欠陥指数の相違点については、パウダーにＦおよびＮａを含有するものを使用したので、疵中にＦ、Ｎａを含有する場合に、パウダー性欠陥と定義し、一方、ＦおよびＮａを含有しないＡｌ_２Ｏ_３等の介在物を含有するものを介在物系欠陥と定義した。

また、表２中、鋳片縦割れ指数は、製造した製品の枚数に対して、縦割れが発生した製品の枚数のパーセンテージを示している。なお、本実施例において、鋳片縦割れ指数として中炭素鋼のみ評価している。極低炭素鋼は縦割れが発生しにくいので評価の対象にならないためである。

以下、表２の結果を参照して本発明の効果について検討する。

比較例１、２のように、湾曲部と直線部の電流値及び周波数が一定の値である場合、直線部の平均流速は３８ｃｍ／秒〜４２ｃｍ／秒であったが、湾曲部の平均流速は６０ｃｍ／秒以上であった。すなわち、湾曲部の平均流速は、本発明の所望の流速の範囲である６０ｃｍ／秒未満の範囲外であった。かかる場合、パウダー性欠陥指数は、比較例１で０．８１、比較例２で０．５０と大きく、欠陥が多いことが分かった。また、比較例２において、鋳片縦割れ指数が４と大きく、縦割れが多く発生することが分かった。

これに対して、本発明例１、２のように、湾曲部と直線部の周波数を一定にして、湾曲部の電流値を直線部の電流値に比して小さくした場合、湾曲部と直線部の平均流速は３５ｃｍ／秒〜４３ｃｍ／秒であった。すなわち、湾曲部と直線部の平均流速は共に本発明の所望の流速の範囲である６０ｃｍ／秒未満の範囲内であった。また、従来の旋回流速である１０ｃｍ／秒〜２０ｃｍ／秒程度よりも大きくすることができた。かかる場合、パウダー性欠陥指数は、本発明例１〜２で０．００であって、比較例１、２に比して小さく、パウダー性の欠陥を抑制できることが分かった。また、介在物系欠陥指数も、本発明例１〜２で０．０００〜０．０２１であって、極めて小さく抑制できることが分かった。さらに、本発明例２において、鋳片縦割れ指数が０．０１であって比較例２に比して小さく、縦割れも抑制できることが分かった。すなわち、本発明例１、２では、パウダー性欠陥指数、介在物系欠陥指数、鋳片縦割れ指数のいずれも、良好に抑制できることが確認できた。

また、本発明例３、４のように、湾曲部と直線部の電流値を一定にして、湾曲部の周波数を直線部の周波数に比して小さくした場合、湾曲部と直線部の平均流速は３６ｃｍ／秒〜４２ｃｍ／秒であった。すなわち、湾曲部と直線部の平均流速は共に本発明の所望の流速の範囲である６０ｃｍ／秒未満の範囲内であった。かかる場合、パウダー性欠陥指数は、本発明例３〜４で０．００であって比較例１、２に比して小さく、パウダー性の欠陥を抑制できることが分かった。また、介在物系欠陥指数も、本発明例３〜４で０．０００〜０．０１０であって、極めて小さく抑制できることが分かった。さらに、本発明例４において、鋳片縦割れ指数が０．０２であって比較例２に比して小さく、縦割れも抑制できることが分かった。すなわち、本発明例３、４でも、パウダー性欠陥指数、介在物系欠陥指数、鋳片縦割れ指数のいずれも、良好に抑制できることが確認できた。

さらに、本発明例５、６のように、湾曲部と直線部の平均流速は４１ｃｍ／秒〜４５ｃｍ／秒であった場合、すなわち、湾曲部と直線部の平均流速は共に６０ｃｍ／秒未満の範囲内であり、かつ、本発明例１〜４の平均流速よりも大きな値として、湾曲部と直線部の平均流速をすべて４０ｃｍ／秒以上とした場合、パウダー性欠陥指数は、本発明例５〜６で０．００であり、また、介在物系欠陥指数も、本発明例５〜６ともに、本発明例１〜４よりもさらに小さく抑制できることが分かった。

ちなみに、参考例１、２として、本発明例１〜４の平均流速よりもやや小さくした場合について、確認を行った。具体的には、直線部の平均流速は２４ｃｍ／秒〜２８ｃｍ／秒、湾曲部の平均流速は３０〜３１ｃｍ／秒とした。
その結果、参考例１では、パウダー性欠陥指数は０．００であったものの、介在物系欠陥指数が０．０４３となり、本発明例１よりも、やや大きくなった。また、参考例２では、パウダー粘度が低かったため、パウダー性欠陥指数を０．００、介在物系欠陥指数を０.００５と小さくすることはできたものの、鋳片縦割れ指数が０．１となり、本発明例２、本発明例４、本発明例６と比較すると、やや大きくなることが分かった。
これにより、湾曲部と直線部の平均流速が６０ｃｍ／秒未満の範囲内であれば、湾曲部と直線部の平均流速が大きくなるほど、パウダー性欠陥指数、介在物系欠陥指数、鋳片縦割れ指数のいずれも、より良好に抑制できることが確認できた。

本発明は、鋳型内に溶鋼を供給して鋳片を製造する際に有用である。

１ 連続鋳造装置
２ 鋳型
２ａ 長辺壁
２ｂ 短辺壁
３ａ、３ｂ 銅板
４ａ、４ｂ ステンレス製水冷ボックス
５ 湾曲部
６ 浸漬ノズル
７ 湾曲領域
８ 溶鋼
９ 直線部
１０ 吐出孔
１１ 吐出流
１２ 凝固シェル
１３ 上昇流
１４ 介在物
１５ メニスカス
１６ 溶融パウダー
２１、２４ 第１の電磁攪拌装置
２１ａ〜２１ｃ、２４ａ〜２４ｃ （分割された）第１の電磁攪拌装置
２２、２５ 第２の電磁攪拌装置
２３、２６ 第３の電磁攪拌装置
３０ 制御装置
３１〜３３ 配線
４０ 推力
４１ 旋回流
４１ａ （湾曲部５に沿って流れる）旋回流
４１ｂ （直線部９に沿って流れる）旋回流
５０〜５４ 配線
６０〜６５ 配線

Claims (7)

1. 鋼の連続鋳造装置であって、
   一対の長辺壁と一対の短辺壁を備えた溶鋼鋳造用の鋳型と、
   前記鋳型内に溶鋼を吐出する浸漬ノズルと、
   前記鋳型の各長辺壁の外側面に沿って並べて配置され、前記鋳型内の上部の溶鋼を攪拌して当該鋳型の水平面内で溶鋼の旋回流を形成する複数の電磁攪拌装置と、
   前記複数の電磁攪拌装置に供給される電流を制御する制御装置と、を有し、
   前記各長辺壁の内側面には、少なくとも前記浸漬ノズルに対向する位置に、前記電磁攪拌装置側に湾曲した湾曲部が形成され、
   前記複数の電磁攪拌装置は、前記湾曲部に対向する位置に配置された第１の電磁攪拌装置と、前記第１の電磁攪拌装置に隣り合い、かつ前記長辺壁において前記旋回流の上流側に配置される第２の電磁攪拌装置と、前記第１の電磁攪拌装置に隣り合い、かつ前記長辺壁において前記旋回流の下流側に配置される第３の電磁攪拌装置とを備えたことを特徴とする、鋼の連続鋳造装置。
2. 前記第１の電磁攪拌装置は、複数に分割されていることを特徴とする、請求項１に記載の鋼の連続鋳造装置。
3. 前記制御装置は、前記複数の電磁攪拌装置に供給される電流の電流値及び／又は周波数を制御することを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋼の連続鋳造装置。
4. 前記制御装置は、前記各長辺壁の外側に配置された一対の前記第１の電磁攪拌装置に供給される電流と、前記各長辺壁の外側に配置された一対の前記第２の電磁攪拌装置及び一対の前記第３の電磁攪拌装置に供給される電流とをそれぞれ独立に制御することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の鋼の連続鋳造装置。
5. 前記制御装置は、前記一対の第１の電磁攪拌装置に供給される電流と、前記一対の第２の電磁攪拌装置に供給される電流と、前記一対の第３の電磁攪拌装置に供給される電流とをそれぞれ独立に制御することを特徴とする、請求項４に記載の鋼の連続鋳造装置。
6. 前記制御装置は、前記各第１の電磁攪拌装置、前記各第２の電磁攪拌装置、前記各第３の電磁攪拌装置に供給される電流を、すべて独立に制御することを特徴とする、請求項５に記載の鋼の連続鋳造方法。
7. 前記請求項１〜６のいずれかに記載の鋼の連続鋳造装置を用いた連続鋳造方法であって、
   前記複数の電磁攪拌装置に供給される電流を制御して、
   前記鋳型内の上部の溶鋼を所望の流速の範囲内で攪拌させることを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。

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