JP2016022495A - 金属の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高スループットでの操業時のみならず、低スループットでの操業時においても、鋳型内の溶融金属の流れを安定化することが可能な、金属の連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】この連続鋳造方法は、タンディッシュ２内で耐火物製構造体５の外部の溶融金属Ｍを、耐火物製構造体５の外筒５Ａに形成された側孔５ｈを介して、耐火物製構造体５の内部に流入させることにより、当該溶融金属Ｍに、外筒５Ａの軸まわりの旋回流を付与する工程と、スライディングゲート装置６の開度が７０〜９０％のときに、鋳型３内で、浸漬ノズル４の吐出孔４ｈの高さ位置に含まれる溶融金属Ｍを、電磁攪拌装置を用いて、水平方向に攪拌して、鋳型３内の溶融金属Ｍの湯面高さの変動を２ｍｍ以下に抑制する工程とを含む。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、金属の連続鋳造方法に関し、より詳細には、鋳型内での溶融金属の流動を安定化する連続鋳造方法に関する。

通常、金属の連続鋳造では、タンディッシュから鋳型内へは、１本の浸漬ノズル(以下、単に、「ノズル」ともいう。)を介して溶融金属が供給され、鋳型内で溶融金属が凝固される。連続鋳造の操業時には、ノズルの吐出孔は、鋳型内の溶融金属に浸漬された状態にされる。

浸漬ノズルには、溶融金属の流量を調整するためのスライディングゲート装置（以下、「ＳＧ装置」ともいう。）が配置されている。ＳＧ装置は、固定配置された固定プレートと、この固定プレートに対して摺動する摺動プレートとを備えている。固定プレート、および摺動プレートには、それぞれ、貫通孔が形成されている。摺動プレートが固定プレートに対して摺動することにより、固定プレートに形成された貫通孔と摺動プレートに形成された貫通孔とが重なり合う部分の面積が変化する。溶融金属は、これらの貫通孔が重なり合う部分を流れるので、この重なり合う部分の面積（溶融金属の流路の断面積）が変化すると、この部分を通って流れる溶融金属の流量が変化する。したがって、固定プレートに対する摺動プレートの位置を変化させることにより、タンディッシュから鋳型へ供給する溶融金属の流量を制御することができる。

連続鋳造により製造するスラブ鋳片（板状の鋳片）等の鋳片中に、気泡または非金属介在物が導入されると、鋳片から得られる製品における表面欠陥の原因となる。このため、従来より、これらの気泡および非金属介在物の低減が求められている。鋳型内の溶融金属のメニスカス部で溶融金属の流れが不安定であるときに、鋳片に気泡および非金属介在物が導入されやすい。このため、このメニスカス部における溶融金属の流れを安定化することが求められている。

「メニスカス」とは、鋳型内の溶融金属の表面を意味し、「メニスカス部」とは、溶融金属においてメニスカスを含むメニスカス近傍の部分を意味する。すなわち、「メニスカス部」は、メニスカスから溶融金属の深さ方向に０〜５０ｍｍ程度までの範囲を含む。

一方、連続鋳造の操業においては、ノズルの内壁に固形物が付着してノズル詰まりが発生する場合がある。この場合、このノズル詰まりに起因して、ノズルから吐出される溶融金属の流れが偏流となることにより、鋳型内での安定した溶融金属の流れを形成することは困難となる。この事態は、鋳造速度の低下のみならず、鋳片の品質の悪化を招く。鋳型内の溶融金属の流れを安定化することが困難な理由として、ノズルから鋳型内へ溶融金属を安定して吐出することが困難であることが挙げられる。

ノズルから鋳型内への溶融金属の吐出と、鋳型内での溶融金属の流れとを安定化することを目的として、特許文献１および２では、タンディッシュ内において、旋回流付与機構を設置することが提案されている。

このような旋回流付与機構として、特許文献１には、側孔が形成された中空の耐火物製構造体が開示されている。耐火物製構造体は、タンディッシュ内でノズルの上方に配置される。溶融金属が、側孔を介して耐火物製構造体の内部に流れ込むことにより、溶融金属の旋回流が形成される。特許文献１には、耐火物製構造体の上端部に開孔部を設け、この開孔部を通してタンディッシュの上部から耐火物製構造体の底部近傍に渡る耐火物製ストッパーロッドを配置することについても開示されている。ストッパーロッドを配置することにより、湯面上のスラグが旋回流により溶融金属内に巻き込まれることを回避できるとされている。

また、特許文献２には、特許文献１に開示された構成を基に、耐火物製構造体を二重円筒構造とすることが開示されている。この構成により、ストッパーロッドを設けなくても、耐火物製構造体により付与された旋回流によるスラグの巻き込みを防止可能であるとされている。

上記のいずれの技術においても、溶融金属は、タンディッシュ内で形成された旋回流を保ったまま浸漬ノズル内を流れ、鋳型内へと吐出される。これにより、鋳型内での溶融金属の流れを安定化するとともに、スラグ等の非金属介在物の鋳片への導入が抑制される。したがって、安定した連続鋳造操業および鋳片の品質向上を達成することができる。

特許第４４１９９３４号公報 特許第４６７０７６２号公報

しかし、スループット（鋳片の製造速度）が低下した際は、鋳型内へ供給する溶融金属の流量を少なくするために、ＳＧ装置により、溶融金属の流路は絞られる。具体的には、固定プレートの貫通孔の一部を遮るように摺動プレートが突出した状態にされる。この場合は、摺動プレートにより溶融金属の流れが阻害されるので、耐火物製構造体により形成された旋回流は、鋳型内に供給されるまでに減衰する。そのため、低スループットでの操業時には、鋳型内の溶融金属の流れを安定化することは、困難であった。

本発明は、高スループットでの操業時のみならず、低スループットでの操業時においても、鋳型内の溶融金属の流れを安定化することが可能な、金属の連続鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、下記（１）の連続鋳造方法を要旨とする。
（１）タンディッシュから浸漬ノズルを介しこの浸漬ノズルの吐出孔から鋳型内へ溶融金属を供給するように構成された連続鋳造装置を用いた、金属の連続鋳造方法であって、
前記タンディッシュ内で前記浸漬ノズルの上方には、外筒および内筒を含む二重構造を有する耐火物製構造体が備えられており、
前記外筒は、円筒状、円錐状または円錐台状であり、側孔が形成されており、
前記外筒の下端は、前記タンディッシュの底に接しており、前記内筒の下端とタンディッシュの底または前記浸漬ノズルの上端との間には、鉛直方向に関して、１０〜３００ｍｍの間隙を有し、
前記外筒の前記側孔は、前記耐火物製構造体の軸から放射状に延びる仮想線と、前記外筒の内面との交点に前記側孔の出側開口部の中心を有し、
前記出側開口部において、前記側孔の中心軸は、水平面内で前記仮想線に対して傾斜されており、
前記浸漬ノズルには、溶融金属の流路の断面積に対応する値である開度を変更することによって、前記タンディッシュから前記鋳型へと流れる溶融金属の流量を調整するスライディングゲートが配置されており、
前記鋳型の側方に、電磁攪拌装置が配置されており、
当該連続鋳造方法が、
前記タンディッシュ内で前記耐火物製構造体の外部の溶融金属を、前記側孔を介して、前記耐火物製構造体の内部に流入させることにより、当該溶融金属に、前記外筒の軸まわりの旋回流を付与する工程と、
前記スライディングゲート装置の開度が７０〜９０％のときに、前記鋳型内で、前記浸漬ノズルの前記吐出孔の高さ位置に含まれる溶融金属を、前記電磁攪拌装置を用いて、水平方向に攪拌して、前記鋳型内の溶融金属の湯面高さの変動を２ｍｍ以下に抑制する工程とを含む、連続鋳造方法。

この連続鋳造方法によれば、電磁攪拌を適切に適用することにより、低スループットでの操業時に、鋳型内の溶融金属の流れを安定化することができる。このため、鋳片に、気泡および非金属介在物が導入されにくくなり、鋳片から得られる製品の品質を高くすることができる。

図１Ａは、本発明の一実施形態に係る連続鋳造方法に用いることができる連続鋳造装置の断面図であり、高スループットで操業しているときの状態を示す。 図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る連続鋳造方法に用いることができる連続鋳造装置の断面図であり、低スループットで操業しているときの状態を示す。 図１Ｃは、図１ＡのＡ−Ａ切断線に沿う断面図である。 図２は、鋳型内の溶鋼の流動の様子を示す図である。 図３は、種々の構成の連続鋳造装置のそれぞれについて、スライディングゲート装置の開度と、メニスカスの高さの変動幅との関係を示す図である。 図４は、メニスカスの高さの変動幅と鋳片の製品疵評価指数との関係を示す図である。

スライディングゲート装置について、「開度」とは、溶融金属の流路の断面積に対応する値であり、固定プレートに対する摺動プレートの位置によって定められる。開度は、固定プレートの貫通孔と摺動プレートの貫通孔との重なりが最大になるとき（たとえば、摺動プレートが、その動作範囲の前進限位置にあるときに対応）の値を１００％とし、固定プレートの貫通孔と摺動プレートの貫通孔とが重ならないとき（たとえば、摺動プレートが、その動作範囲の後退限位置にあるときに対応）の値を０％とした値である。固定プレートに対する摺動プレートの位置が、上記した位置の間にあるときは、当該位置で、百分率を比例配分した値を、開度とする。摺動プレートがシリンダーを介して動作される場合は、シリンダーの位置によって、開度を規定するようにしてもよい。

「スループット」とは、鋳片の製造速度であり、（鋳型の水平断面積）×（鋳片の引き抜き速度）×（鋳片の比重）で求められる。鋳型の水平断面積は、鋳造すべき鋳片のサイズで決まり、比重は、溶融金属種によって決まる。したがって、通常の連続鋳造操業では、スループットは、鋳片の引き抜き速度により制御される。

「低スループット」とは、スライディングゲート装置の開度が８０％以下であることをいうものとする。「高スループット」とは、スライディングゲート装置の開度が８０％より大きいことをいうものとする。８０％の開度に対応する溶融金属の流量は、たとえば、４．１ｔ／ｍｉｎある。

上述のように、本発明は、タンディッシュから浸漬ノズルを介しこの浸漬ノズルの吐出孔から鋳型内へ溶融金属を供給するように構成された連続鋳造装置を用いた、金属の連続鋳造方法である。前記タンディッシュ内で前記浸漬ノズルの上方には、外筒および内筒を含む二重構造を有する耐火物製構造体が備えられている。前記外筒は、円筒状、円錐状または円錐台状であり、側孔が形成されている。前記外筒の下端は、前記タンディッシュの底に接しており、前記内筒の下端とタンディッシュの底または前記浸漬ノズルの上端との間には、鉛直方向に関して、１０〜３００ｍｍの間隙を有する。前記外筒の前記側孔は、前記耐火物製構造体の軸から放射状に延びる仮想線と、前記外筒の内面との交点に前記側孔の出側開口部の中心を有し、前記出側開口部において、前記側孔の中心軸は、水平面内で前記仮想線に対して傾斜されている。前記浸漬ノズルには、溶融金属の流路の断面積に対応する値である開度を変更することによって、前記タンディッシュから前記鋳型へと流れる溶融金属の流量を調整するスライディングゲート装置が配置されている。前記鋳型の側方に、電磁攪拌装置が配置されている。この連続鋳造方法は、前記タンディッシュ内で前記耐火物製構造体の外部の溶融金属を、前記側孔を介して、前記耐火物製構造体の内部に流入させることにより、当該溶融金属に、前記外筒の軸まわりの旋回流を付与する工程と、前記スライディングゲート装置の開度が７０〜９０％のときに、前記鋳型内で、前記浸漬ノズルの前記吐出孔の高さ位置に含まれる溶融金属を、前記電磁攪拌装置を用いて、水平方向に攪拌して、前記鋳型内の溶融金属の湯面高さの変動を２ｍｍ以下に抑制する工程とを含む、連続鋳造方法。

以下、溶融金属が溶鋼である場合を例として、本発明について説明する。
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る連続鋳造方法に用いることができる連続鋳造装置の断面である。図１Ａに、高スループットで操業している状態を示し、図１Ｂに、低スループットで操業している状態を示す。

この連続鋳造装置１は、タンディッシュ２と、タンディッシュ２の下方に配置された鋳型３と、タンディッシュ２内の溶鋼を鋳型３内へ移送するのに用いられる浸漬ノズル４とを備えている。

タンディッシュ２内の底部で、ノズル４の上方には、耐火物製構造体５が設けられている。浸漬ノズル４は、タンディッシュ２の底を貫通している。耐火物製構造体５は、浸漬ノズル４の上方に配置されている。

耐火物製構造体５は、外筒５Ａと内筒５Ｂとを含む二重構造を有している。外筒５Ａは、円筒状、円錐状、または円錐台状であり、内筒５Ｂは、外筒５Ａの内部に、外筒５Ａと同軸に配置されている。耐火物製構造体５の軸は、ほぼ鉛直方向に沿っている。外筒５Ａと内筒５Ｂとは、耐火物製構造体５の上部で接続されている。外筒５Ａは、その下端がタンディッシュの底に接するように配置されている。耐火物製構造体５の軸方向に関して、内筒５Ｂは外筒５Ａより短い。鉛直方向（高さ方向）に関して、内筒５Ｂの下端とタンディッシュ２の底または浸漬ノズル４の上端との間には、１０〜３００ｍｍの間隙がある。

外筒５Ａには、その軸周りに、複数の側孔５ｈが形成されている。図１Ｃは、図１ＡのＡ−Ａ切断線に沿う断面図である。この実施形態では、外筒５Ａには、８個の側孔５ｈが形成されている。各側孔５ｈは、耐火物製構造体５の軸から放射状に延びる仮想線Ｘ１〜Ｘ８と外筒５Ａの内面との交点に当該側孔５ｈの出側開口部（外筒５Ａの内側の開口部）の中心を有し、出側開口部において、側孔５ｈの中心軸Ｙ１〜Ｙ８は、それぞれ、水平面内で仮想線Ｘ１〜Ｘ８に対して、θ１°傾斜されている。これにより、タンディッシュ２内の溶鋼Ｍが、側孔５ｈを通って耐火物製構造体５内に流れ込むと、溶鋼Ｍに旋回流が生じる。

傾斜角度θ１が１５°よりも小さいと、付与される旋回流の強さ（外筒５Ａの軸周りの溶鋼Ｍの速度成分の大きさ）が不足する。一方、傾斜角度θ１が８０°を超えて大きくなると、外筒５Ａの厚さが薄くなるので、強度上の問題が生じる。したがって、θ１は１５°〜８０°の範囲とすることが好ましい。

図１Ａおよび図１Ｂを参照して、浸漬ノズル４は、筒状であり、タンディッシュ２の底を厚さ方向に貫通する孔に嵌め込まれた上ノズル４Ａと、上ノズル４Ａの下方に、上ノズル４Ａと同軸に配置された下ノズル４Ｂとを備えている。浸漬ノズル４の軸は、ほぼ鉛直方向に沿っている。耐火物製構造体５は、浸漬ノズル４と同軸に配置されている。

上ノズル４Ａと下ノズル４Ｂとの間には、浸漬ノズル４を流れる溶鋼Ｍの流量を調整するためのスライディングゲート装置６が設けられている。スライディングゲート装置６は、２枚の固定プレート６Ａと、固定プレート６Ａ同士の間に配置された摺動プレート６Ｂとを備えている。固定プレート６Ａは、浸漬ノズル４に対して固定されており、摺動プレート６Ｂは、固定プレート６Ａに対して摺動可能である。

固定プレート６Ａおよび摺動プレート６Ｂには、それぞれ、貫通孔が形成されている。摺動プレート６Ｂが固定プレート６Ａに対して摺動することにより、固定プレート６Ａに形成された貫通孔と摺動プレート６Ｂに形成された貫通孔との重なり合う部分の面積が変化し、これにより、スライディングゲート装置６の開度が変更されるようになっている。

下ノズル４Ｂの下端は、閉じられている。下ノズル４Ｂの下端近傍の側壁には、１対の吐出孔４ｈが形成されている。１対の吐出孔４ｈは、下ノズル４Ｂの軸に対して互いに反対側に形成されている。浸漬ノズル４内の溶鋼Ｍは、吐出孔４ｈを介して、鋳型３内に吐出される。この連続鋳造装置１の操業時には、浸漬ノズル４の吐出孔４ｈが、鋳型３内の溶鋼Ｍに浸漬された状態にされる。

鋳型３の側方には、電磁攪拌装置が設けられている。電磁攪拌装置のコア７は、鉛直方向に関して、メニスカスＭｍ部、および下ノズル４Ｂに形成された吐出孔４ｈを含む高さ範囲に配置されている。

次に、この連続鋳造装置１を用いた、本発明の一実施形態に係る連続鋳造方法について説明する。

まず、タンディッシュ２内に、溶鋼Ｍを供給する。溶鋼Ｍは、側孔５ｈを通って耐火物製構造体５内に流れ込む。この際、溶鋼Ｍには、外筒５Ａの軸周りの旋回流が付与される。この溶鋼Ｍは、浸漬ノズル４内に流れ込む。

耐火物製構造体５に内筒５Ｂが設けられていることにより、旋回流による渦が溶鋼Ｍの表面に生じることが抑制される。したがって、タンディッシュ２内の溶鋼Ｍの表面にスラグ等の非金属が浮遊していた場合、そのような非金属が溶鋼Ｍに巻き込まれて、この連続鋳造により得られる鋳片に非金属介在物が導入されることを抑制することができる。このような効果を十分に奏するためには、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、耐火物製構造体５の上端がタンディッシュ２内の溶鋼Ｍの表面より高くなるようにすることが好ましい。しかし、耐火物製構造体５の上端がタンディッシュ２内の溶鋼Ｍの表面より低くても、溶鋼Ｍ内に非金属が巻き込まれることを、内筒５Ｂが設けられていない場合に比して抑制することができる。

以下、タンディッシュ２の底、または浸漬ノズル４の上端と、内筒５Ｂの下端との間の間隙について、鉛直方向の長さを、「内筒下間隙長さ」という。内筒下間隙長さは、上述のように、１０〜３００ｍｍである。内筒下間隙長さが、１０ｍｍ未満であると、旋回流を付与された溶鋼Ｍが浸漬ノズル４内に流下するときの溶鋼Ｍの通路が狭くなり過ぎ、通路が閉塞するおそれが高くなる。また、タンディッシュ２内の溶鋼Ｍの表面高さが内筒５Ｂの下端よりも低くなると、内筒５Ｂの渦抑制作用は失われる。このため、内筒下間隙長さが３００ｍｍを超えて大きくなると、鋳造開始時および鋳造終了直前のようにタンディッシュ２内の溶鋼Ｍの表面高さが低下する条件下では、旋回流の発生に伴って生じる渦の形成を抑制できなくなる。内筒下間隙高さを１０〜３００ｍｍとすることによる効果を得やすくするためには、内筒下間隙高さは、タンディッシュ２の底を基準とすることが好ましい。

溶鋼Ｍは、浸漬ノズル４内を下方へ流れ、吐出孔４ｈを介して、鋳型３内へと流れ込む。図１Ａおよび図１Ｂに、溶鋼Ｍが流れる方向を矢印で示す。

高スループットでの操業時（図１Ａ参照）には、スライディングゲート装置６の開度が大きくされるので、溶鋼Ｍの流れは、スライディングゲート装置６によっては、ほとんど阻害されず、旋回流の強さはほとんど減衰せずに、溶鋼Ｍは浸漬ノズル４の下端部に達する。

このとき、旋回流が付与された溶鋼Ｍは、遠心力によって側方（浸漬ノズル４の軸から離れる方向）へ力を与えられながら下降するため、複数の吐出孔４ｈから均等に溶鋼Ｍが吐出される。

図２は、鋳型内の溶鋼の流動の様子を示す図である。以下の説明では、鋳型３の横断面は矩形であるものとする。以下の説明で、「短辺面」とは、鋳型３の内面であって横断面における短辺を含む面であり、「長辺面」とは、鋳型３の内面であって横断面における長辺を含む面である。

浸漬ノズル４の吐出孔４ｈから斜め下方に吐出された溶鋼Ｍの一部は、鋳型３の短辺面に衝突した後、上昇し、メニスカスＭｍ近傍では、鋳型３の短辺面側から、鋳型３の幅方向中心側に流動する（反転流の生成）。

浸漬ノズル４内に十分に強い旋回流が形成されている場合は、複数の吐出孔４ｈの各々から吐出される溶鋼Ｍの流速は、旋回流を伴わない場合に比して均一になる。これにより、溶鋼Ｍの一部は、鋳型３の側壁近傍で、いずれも、大きな流速で上昇し、メニスカスＭｍ部でも、大きな流速で流れる。このため、鋳型３内の溶鋼ＭのメニスカスＭｍの高さの変動幅は抑えられる。

メニスカスＭｍの高さの変動幅は、高さ位置に関して制御目標値と実測値との差である。実測値は、たとえば、渦流センサー（高周波コイルで発生させメニスカス面で反射させた磁力線を受信コイルで感知するセンサー)を用いて、５００ｍｓｅｃに１度の検知頻度で測定した場合のメニスカスの位置データ全ての平均値である。

さらに、鋳型３の近傍に設けられたコア７（図１Ａおよび図１Ｂ参照）により、溶鋼Ｍに電磁力を印加して、上方から見て時計回りに溶鋼Ｍを流動させる力を加えると、メニスカスＭｍ部では、反転流の方向と電磁力による力の方向とが同じ部分では、溶鋼Ｍの流動が加速され、逆にこれらの方向が互いに反対である部分では、溶鋼Ｍの流動が減速され、または溶鋼Ｍが滞留することとなる。

鋳片表面における欠陥のうち、鋳造時の気泡および介在物の取り込みに起因する欠陥の発生を抑制するには、メニスカスＭｍ部において安定した流速の分布を得る必要がある。それには、電磁攪拌による攪拌流と、浸漬ノズル４からの吐出流との相互の影響を考慮しなければならない。

攪拌流と吐出流との相互の影響としては、たとえば、溶鋼Ｍの流速が過剰に加速された場合には、鋳型３と凝固シェルとの間を潤滑にするためのパウダーが、メニスカスＭｍ上に存在していると、このパウダーの巻き込みにより、鋳片の品質が悪化することがある。また、逆に、溶鋼Ｍの流動が減速され、または溶鋼Ｍが滞留する部分では、凝固シェルに気泡および／または介在物が捕捉されやすく、鋳片の表面品質が悪化することがある。

そこで、吐出孔４ｈからの溶鋼Ｍの吐出流がメニスカスＭｍ部へ与える影響を軽減するために、吐出孔４ｈの高さ位置で、電磁攪拌を適用する。すなわち、電磁攪拌によるメニスカスＭｍ部への積極的な流動付与に加えて、吐出孔４ｈからの吐出流に対して、電磁攪拌により、溶鋼Ｍの流動を安定化させる。具体的には、浸漬ノズル４の吐出孔４ｈから鋳型３の短辺面に向かう吐出流に対して吐出孔４ｈの高さ位置で、電磁攪拌によって、水平方向に（水平面内で）旋回するように流速を付与することにより、短辺面に衝突する流れを抑制して、短辺面に衝突した後に上方に向かう反転流の流速を抑制する。これにより、反転流がメニスカスＭｍ部へ与える悪影響を最小限にできる。メニスカスＭｍの高さの変動幅は、２ｍｍ以下に抑える。

低スループットでの操業時（図１Ｂ参照）には、スライディングゲート装置６の開度が小さくされるので、溶鋼Ｍの流れに対して摺動プレート６Ｂが障害物となる。このため、溶鋼Ｍの旋回流が減衰する。この場合は、浸漬ノズル４内で摺動プレート６Ｂより下方では、溶鋼Ｍに十分な遠心力が与えられず、複数の吐出孔４ｈから均等に溶鋼Ｍが吐出されにくくなり、極端な場合は、吐出孔４ｈを介して浸漬ノズル４内への溶鋼Ｍの吸い込みが生じることがある。特許文献１および２の方法では、このような低スループットで操業する際の問題を解消することができず、偏流が生じ得る。

本発明の一実施形態に係る連続鋳造方法では、電磁攪拌装置のコア７により、鋳型３内の溶鋼Ｍに電磁力を付与して、高スループットでの操業時と同等の溶鋼Ｍの流れが生ずるようにする。吐出孔４ｈから吐出される溶鋼Ｍの流速が十分大きくないときは、この流速を増加させるように電磁力を加える。このような操作により、低スループットでの操業時においても、メニスカスＭｍの高さの変動幅を２ｍｍ以下に抑える。

したがって、この方法によれば、高スループットでの操業時のみならず、低スループットでの操業時においても、鋳型３内の溶鋼Ｍの流れを安定化することができ、溶鋼Ｍが鋳型３内で凝固して得られる鋳片中に、気泡および非金属介在物が導入されにくくなる。

図３は、種々の構成の連続鋳造装置のそれぞれについて、スライディングゲート装置（ＳＧ装置）の開度と、メニスカスの高さの変動幅（湯面変動幅）との関係を示す図である。メニスカスの高さの変動幅の管理目標範囲は、２ｍｍ以下である。

図３の凡例の意味は、以下の通りである。「比較」と記したものは、連続鋳造装置に耐火物製構造体を設けず（したがって、タンディッシュから鋳型へと流れる溶鋼に対して、強制的な旋回流を与えず）、かつ、鋳型中の溶鋼に対して電磁攪拌を行わなかった（以下、「鋳造方法Ａ」という。）ことを示す。「耐火物製構造体」と記したものは、連続鋳造装置に耐火物製構造体を設けて溶鋼に旋回流を与えたが、電磁攪拌を行わなかった（以下、「鋳造方法Ｂ」という。）ことを示す。鋳造方法Ｂは、特許文献２の発明を実施したものに相当する。「耐火物製構造体＋電磁攪拌」と記したものは、連続鋳造装置に耐火物製構造体を設けて溶鋼に旋回流を与え、かつ、本発明の要件を満たすように電磁攪拌を行った（以下、「鋳造方法Ｃ」という。）ことを示す。鋳造方法Ｃは、本発明を実施したものに相当する。

鋳造方法Ａでは、多くの場合、メニスカスの高さの変動幅が、２ｍｍを大きく上回り、最大で４ｍｍ程度に達している。

鋳造方法Ｂでは、メニスカスの高さの変動幅は、鋳造方法Ａに比して低減されている。これは、耐火物製構造体により旋回流を生じさせることにより、このような旋回流を生じさせない場合に比して、メニスカス部での溶鋼の流動を安定化できたためであると考えられる。しかし、鋳造方法Ｂでは、スライディングゲート装置の開度が小さくなるほど、メニスカスの高さの変動幅は大きくなり、開度が８０％以下になると、メニスカスの高さの変動幅は２ｍｍを超えることが多くなる。これは、スライディングゲート装置（摺動プレート）により旋回流が減衰するためであると考えられる。

鋳造方法Ｃでは、スライディングゲート装置の開度によらず、メニスカスの高さの変動幅は、２ｍｍ以下になっている。スライディングゲート装置の開度が小さい場合でもメニスカスの高さの変動幅を小さくできているのは、スライディングゲート装置による旋回流の減衰を補うように、電磁攪拌により溶鋼に流速が与えられたためであると考えられる。

図４は、メニスカスの高さの変動幅と鋳片の製品疵評価指数との関係を示す図である。「製品疵評価指数」とは、製品表面に発生した疵の量および種類を定量的に評価するための指数であり、高級製品については、この指数が０である必要がある。図４から明らかなように、メニスカスの高さの変動幅が２ｍｍを超える場合は、製品疵評価指数が０になることが少ないのに対して、メニスカスの高さの変動幅が２ｍｍ以下である場合は、製品疵評価指数は、安定して０になる。

本発明の効果を確認するために、連続鋳造試験を行い、得られた鋳片を評価した。試験には、一般的なスラブ鋳片の連続鋳造装置を使用した。この連続鋳造装置は、図１Ａ〜図１Ｃに示すものと同様の構造を有し、鋳型直下に位置する垂直部が３．０ｍで、その下の湾曲部の半径が１０．５ｍである垂直曲げ型連続鋳造装置であった。

表１に、用いた連続鋳造装置の常用の使用条件を示す。

鋳型内の溶鋼に対して、電磁攪拌を適用した。電磁撹拌の印加強度は、交流電流の周波数によって規定される。周波数が低すぎると鋳型銅板に対する磁束の浸透深さが深くなり、対面するコイル同士が干渉してしまい、効率的に鋳型内の溶鋼を撹拌できない。このため、本試験で用いた連続鋳造装置の鋳型（厚さが２００〜３００ｍｍ）の厚さ方向中央で磁束を５０％以上確保できる印加周波数条件として、０．５Ｈｚ以上が適切である。また、周波数を高くすると、鋳型内の溶鋼を撹拌することに対しては、悪影響はないが、過剰設備になる反面、攪拌効果が飽和することとなるため、５Ｈｚ以下が適切である。

以下に述べる試験では、浸漬ノズルの吐出孔の高さ位置の溶鋼と、メニスカス部とに電磁攪拌を同時に適用するべく、電磁攪拌装置として、これらの溶鋼の高さ位置を含む高さ範囲に連続した１つのコアを持つものを用いた。コアの長さは、鉛直方向に関して、５００ｍｍであった。しかし、電磁攪拌装置として、たとえば、鉛直方向に分割されたコアを備えたものを用いて、浸漬ノズルの吐出孔の高さ位置の溶鋼とメニスカス部とに同時に電磁攪拌を適用しても、同様の効果が得られることは自明である。

タンディッシュ内には、溶鋼に旋回流を付与するための耐火物製構造体を設けた。この耐火物製構造体は、円筒形状である外筒および内筒を有していた。外筒および内筒は、同軸に配置されており、したがって、耐火物製構造体は、全体として、軸対称性を有する二重構造を有していた。外筒および内筒は、これらの軸が鉛直方向に沿うように向けられていた。

外筒は、内径が５２０ｍｍ、外径が６００ｍｍ、高さが２４０ｍｍであり、内筒は、内径が１４２mm、外径が１６０mm、高さが３０mmであった。外筒の下端は、タンディッシュの底に接しており、内筒下間隙長さは、２４０ｍｍであった。

外筒の側壁には、５つの側孔が、外筒の軸周りに７２°間隔、すなわち、等角度間隔で形成されていた。側孔は、外筒の底面からの高さが１２０〜２１０ｍｍの位置に形成されていた。側孔の高さは９０ｍｍであり、側孔の幅は８０ｍｍであり、出口側開口部において、水平面内で、耐火物製構造体の軸から放射状に延びる仮想線と側孔の中心軸とは、３５°の角度をなして傾斜していた。

この装置を用い、Ｃ含有率：０．００１〜０．００３質量％で、過熱度ΔＴが２０〜３５℃の溶鋼を、タンディッシュから、浸漬ノズルを介して、内部空間が、幅９５０〜１６２５ｍｍ、厚さ２７０ｍｍ、銅板高さ９００ｍｍの鋳型に注入し、鋳片の引き抜き速度を１．０〜１．４ｍ／ｍｉｎとして、スラブ鋳片を鋳造した。これらの鋳造条件から、上述の定義に従ってスループット（ｔ／ｍｉｎ）を算出した。

表２に、試験条件、および評価結果を示す。

表２に示すように、溶鋼のＣ含有率、スループット、スライディングゲート装置の開度、溶鋼の過熱度、ならびに電磁攪拌装置のコアの位置および電磁攪拌適用の有無について、条件を変更した。いずれの試験でも、タンディッシュ内に耐火物製構造体を設け、その条件は変更しなかった。スライディングゲート装置の開度が８０％以下のときに、耐火物製構造体により形成された旋回流が減衰しやすいので、本発明の効果を明確にするために、スライディングゲート装置の開度は８０％以下とした。

実施例１および２ならびに比較例１および２では、鉛直方向に関して、コアの下端から浸漬ノズルの中心までの高さは２３０ｍｍであり、浸漬ノズルの中心からコアの上端までの高さは２２０ｍｍであった。すなわち、これらの実施例および比較例では、鉛直方向に関して、浸漬ノズルの中心は、コアのほぼ中央にあった。実施例３〜６および比較例３では、鉛直方向に関して、コアの下端から浸漬ノズルの中心までの高さは２００ｍｍであり、浸漬ノズルの中心からコアの上端までの高さは２５０ｍｍであった。すなわち、これらの実施例および比較例では、鉛直方向に関して、浸漬ノズルの中心は、コアの中央より低い位置ににあった。いずれの場合でも、コアは、溶鋼のメニスカス部にも作用できる高さ位置にあった。

鋳型に対して、電磁攪拌装置のコアの相対位置は変化しないが、これらに対して、タンディッシュおよび浸漬ノズルの相対位置は、鋳造の操業条件によって変化する。表２に示す、浸漬ノズルの吐出孔の中心からの鉛直方向距離（以下、「コア高さ」という。）は、代表値であり、連続鋳造を行っている間に、これらと異なる値を有することがあった。比較例１〜３では、電磁攪拌を行わなかった。このため、表２で、比較例１〜３のコア高さの値に、括弧を付している。

実施例１〜６では、鋳型中のメニスカスの高さ変動幅（以下、「湯面変動幅」という。）は、いずれも２ｍｍ以下であり、製品疵評価指数は、いずれも０であった。これに対して、比較例１〜３では、湯面変動幅は、いずれも２ｍｍより大きく、製品疵評価指数は、いずれも０ではなかった。

以上の結果から、スライディングゲート装置の開度が８０％以下であるときは、タンディッシュ内に耐火物製構造体を設置して溶鋼に旋回流を与えるだけでは、湯面変動幅を２ｍｍ以下に抑えることはできず、電磁攪拌を併用することにより、湯面変動幅を２ｍｍ以下に抑えることができることがわかる。本発明の連続鋳造方法により、鋳型内の溶鋼の流動を安定化して、製品品質を向上できることが明らかになった。

上記連続鋳造装置により、スループットが４．３ｔ／ｍｉｎ以上４．８ｔ／ｍｉｎ以下である高スループット条件で連続鋳造を行った。このスループットは、スライディングゲート装置の開度が８０％以上９０％以下の範囲に相当していた。この場合は、鋳型内の溶鋼に対して電磁攪拌を実施しなくても、製品疵評価指数を０にすることができた。

１：連続鋳造装置、 ２：タンディッシュ、 ３：鋳型、 ４：浸漬ノズル、
５：耐火物製構造体、 ５Ａ：外筒、 ５Ｂ：内筒、 ５ｈ：側孔
６：スライディングゲート装置、 ７：コア、 Ｍ：溶鋼

Claims (1)

1. タンディッシュから浸漬ノズルを介しこの浸漬ノズルの吐出孔から鋳型内へ溶融金属を供給するように構成された連続鋳造装置を用いた、金属の連続鋳造方法であって、
   前記タンディッシュ内で前記浸漬ノズルの上方には、外筒および内筒を含む二重構造を有する耐火物製構造体が備えられており、
   前記外筒は、円筒状、円錐状または円錐台状であり、側孔が形成されており、
   前記外筒の下端は、前記タンディッシュの底に接しており、前記内筒の下端とタンディッシュの底または前記浸漬ノズルの上端との間には、鉛直方向に関して、１０〜３００ｍｍの間隙を有し、
   前記外筒の前記側孔は、前記耐火物製構造体の軸から放射状に延びる仮想線と、前記外筒の内面との交点に前記側孔の出側開口部の中心を有し、
   前記出側開口部において、前記側孔の中心軸は、水平面内で前記仮想線に対して傾斜されており、
   前記浸漬ノズルには、溶融金属の流路の断面積に対応する値である開度を変更することによって、前記タンディッシュから前記鋳型へと流れる溶融金属の流量を調整するスライディングゲート装置が配置されており、
   前記鋳型の側方に、電磁攪拌装置が配置されており、
   当該連続鋳造方法が、
   前記タンディッシュ内で前記耐火物製構造体の外部の溶融金属を、前記側孔を介して、前記耐火物製構造体の内部に流入させることにより、当該溶融金属に、前記外筒の軸まわりの旋回流を付与する工程と、
   前記スライディングゲート装置の開度が７０〜９０％のときに、前記鋳型内で、前記浸漬ノズルの前記吐出孔の高さ位置に含まれる溶融金属を、前記電磁攪拌装置を用いて、水平方向に攪拌して、前記鋳型内の溶融金属の湯面高さの変動を２ｍｍ以下に抑制する工程とを含む、連続鋳造方法。

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