JP2895580B2 - 連続鋳造における鋳型内湯面のレベル制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は鋳型の短辺側に向いた吐出孔を有する浸漬ノ
ズルから注入される溶湯のレベルを検出し、これによっ
てタンディッシュから鋳型に注入される溶湯の注入量を
スライディングノズルで調節するようにした連続鋳造に
おける鋳型内湯面のレベル制御方法に関するものであ
る。

＜従来の技術＞ 従来より連続鋳造において、第５図に示すようにタン
ディッシュ１から鋳型２への溶鋼注入量制御はタンディ
ッシュ上ノズル11の下部に設けられた固定盤3aとスライ
ド盤3bとから構成されるスラディングノズル３により行
われているが、浸漬ノズル４の下部側壁に設けた左右の
吐出孔５を介して鋳型２内の短辺壁2a側へ向けて注入さ
れる溶鋼６の流速が左右で異なる偏流が生じることがあ
る。16はスライディングノズル３の開度を制御する油圧
シリンダを示す。

このような偏流が生じるのは、溶鋼６の注入量を制御
するためスライディングノズル３の開度を絞った状態で
注入することになるため、その構造上どうしても浸漬ノ
ズル４内を落下する溶鋼主流動6aが左右で不均一とな
り、その影響で左右の吐出孔５から鋳型２内に注入され
る溶鋼６の一方の流速が大きく他方の流速が小さくなる
ためである。

更に浸漬ノズル４の吐出孔５にアルミナ等が付着成長
し、吐出孔５の開口面積が左右でアンバランスを生じ偏
流を助長する場合が多い。

前述のように浸漬ノズル４の吐出孔５から注入される
溶鋼流速が大きい短辺壁2a側では鋳型２の内壁面への衝
突力が大きく、溶鋼は内壁面に沿って上方および下方に
勢いよく分流することになる。かくして上昇流は鋳型２
内の湯面に盛り上がり6bを生起する。このようにして連
続鋳造中に浸漬ノズル４から鋳型２内に注入される溶鋼
６に偏流が発生すると湯面の盛上り6bに起因して鋳型２
内の湯面に波動が生じ湯面の乱れが誘起される。

従来、浸漬ノズルから鋳型内に注入する際に生起する
偏流を検知する技術が種々に提案されており、例えば特
開昭62−93054号公報に、連続鋳造鋳型に溶鋼を供給す
る浸漬ノズルの左右の溶鋼レベル差を検出することによ
って、浸漬ノズルの左右に位置した吐出孔より溶鋼流量
差の指標とする連続鋳造鋳型内溶鋼の偏流検知方法が提
案されている。

また、特開昭62−197255号公報に、浸漬ノズルとその
両側の鋳型各短辺間にそれぞれ渦流式レベル計を各２ケ
配設し、前記レベル計で検出される各レベル鋳型の偏差
を求め、該レベル偏差をもとに鋳型内溶鋼吐出流の偏差
を検出するものが提案されている。

＜発明が解決しようとする課題＞ 前記公報に提案されている従来技術はいずれも浸漬ノ
ズルの吐出孔から鋳型内に注入される溶鋼の偏流を検知
する技術の域を出ず、当該従来技術による鋳型内湯面の
レベル制御については言及されていない。

このような従来技術により偏流発生に伴う鋳型内湯面
レベルンの変動をレベル計７′（第５図参照）によって
検知し、これに基いてスライディングノズル３の開度を
調整して鋳型２内湯面のレベル制御を行うと、偏流によ
る湯面レベルの変動が頻繁なため、湯面の乱れを検知す
ることになり、その乱れをそのままスライディングノズ
ル３の開度制御に取込むためスライディングノズル３の
開閉によるスライド回数が著しく多くなってしまう。

すなわち、鋳型２内の偏流に伴う湯面変動は、鋳型２
の両短辺壁2aのうち偏流の大きい側の湯面盛り上がり6b
と偏流の小さい側の湯面低下に起因する波動の伝播によ
って発生している。このような鋳型内湯面の変動を検知
し、これに追従してスライディングノズルの開度を制御
する場合、湯面の波動の大きさ、すなわち波の高低差は
スライディングノズル（S/N）の開度が大きくなるほど
大きくなる傾向がある。

また第４図に示すように偏流が発生する以前には湯面
レベル変動が小さいためスライディングノズル３の摺動
回数は少なくても安定しているが、偏流発生時点から湯
面変動が頻繁になるので、これに追従して動作されるス
ライディングノズル３の摺動回数が増加することにな
る。

従来、鋳型２内湯面のレベル制御は、通常１個の湯面
レベル計７′によら１箇所のデータに基いて行われてい
る。しかるに偏流により湯面変動が頻発すると、本来鋳
型２内に存在する溶鋼の体積が一定であるにも拘らず、
前述のように湯面が波立ってレベルが変動するため、こ
れに追従してスライディングノズル３が開または閉方向
に摺動し、鋳型２内の体積そのものを不必要に変動さ
せ、本来あるべき湯面レベルから変動させてしまうこと
になる。

本発明は前記の実状に鑑みてなされたものであって、
浸漬ノズルの吐出孔から鋳型内に注入された溶鋼に偏流
が発生し、鋳型内湯面に変動が生じても真の湯面レベル
を正確に検知し、これに基いてスライディングノズルの
開度を調整して鋳型内の湯面レベルを所定のレベルに維
持することができる連続鋳造における鋳型内湯面のレベ
ル制御方法を提供することを目的とするものである。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明者らが、鋳型内湯面の流動を解析した結果、溶
鋼の偏流による湯面変動は、両短辺壁のうち偏流の大き
い側の湯面盛上りに起因して湯面に形成される波動の伝
播によって発生するがこの波動はスライディングノズル
の開度が大きくなるほど偏流が大きくなるので波動が大
きくなると共に、湯面の波動周波数とスライディングノ
ズルの摺動周波数とが一致していることを知見した。

本発明は前記知見に基いて達成されたものであり、そ
の要旨とするところは下記の通りである。

本発明は、短辺壁と長辺壁とがそれぞれ対設された鋳
型の中央に両短辺壁側に向いた吐出孔を有する浸漬ノズ
ルを配置し、タンディッシュからの溶湯をスライディン
グノズルの開度を調節することによって鋳型内湯面を制
御しつつ連続鋳造するに際し、前記両短辺壁間の距離を
Ｌとしたときに該両短辺壁からそれぞれ（1/4）×Ｌ離
れた位置を湯面レベル計の基準位置として定め、該基準
位置を中心にして短辺壁方向に両短辺壁からの距離がそ
れぞれ（1/4）×Ｌ（１±0.1）となる範囲における前記
鋳型内湯面の上方に湯面レベル計をそれぞれ対称に配置
し、前記両湯面レベル計によって検出される湯面検出レ
ベルの和の平均値が所定範囲になるように前記スライデ
ィングノズルの開度を調整することを特徴とする連続鋳
造における鋳型内湯面のノズル制御方法である。

＜作用＞ 本発明では浸漬ノズルの吐出孔から鋳型内に注入され
た溶鋼に偏流が発生し、スライディングノズルの摺動周
波数に一致した湯面の波動が一方の短辺壁側から他方の
短辺壁側に伝播するときに湯面に形成される隆起波動と
湯面の沈降波動とを両短辺壁からそれぞれ距離（1/4）
×Ｌ離れた位置を基準位置として２個の湯面レベルセン
サで同時に検出するものである。

このようにして得られた検出レベルの和の平均値が予
め定められた所定範囲内になるようにスライディングノ
ズルの開度を調整するので偏流が発生しても鋳型内湯面
のレベルを精度よく制御することができる。

＜実施例＞ 以下、本発明の実施例について、それに使用する装置
構成例とともに第１図に基いて説明する。図中、前記第
５図のものと同じものは同一符号を付して説明の簡略化
を図ることにする。

まず、本発明においては、浸漬ノズル４の下部側壁
に，設けられた左右一対の吐出孔５から鋳型２の短辺壁
2a側に向けて注入された溶鋼の流速が左右で大小の差が
あり、流速の大きい側の湯面に盛上がり6bが生起する。
この盛上がり6bに伴う一次波動として鋳型２内における
湯面の左側に隆起波動6cがまた湯面の右側に沈降波動6
c′が生じる。このようにして発生する隆起波動6cと沈
降波動6c′の高低差はスライディングノズル３の開度が
大きくなるほど大きくなる傾向があり、湯面に形成され
る。また波動の周波数（回／分）とスライディングノズ
ルの摺動により開度周波数（回／分）とはほぼ一致して
生じる。

本発明ではこのような湯面に形成される波動6c,6c′
を２個の湯面レベル計7,7によって検出するものであ
り、湯面レベル計７は鋳型２の両短辺壁2a,2a間の距離
をＬとしたときに両短辺壁2aからそれぞれ（1/4）×Ｌ
離れた位置を湯面レベル計７の基準位置として定める。
そして当該基準位置（1/4）Ｌを中心にして短辺壁2aの
方向に両短辺壁2aからの距離が（1/4）×Ｌ（１±0.1）
の範囲内における溶鋼６の湯面上に接近させて湯面レベ
ル計7,7をそれぞれ左右対称に配置し湯面に形成される
隆起波動6cと沈降波動6c′のレベルが同時に測定され
る。なお湯面レベル計７としては渦流式レベル計あるい
はγ線式などの種々のタイプのものを適宜使用できる。

各湯面レベル計７によって検出された湯面レベルの隆
起レベルL_Aおよび沈降レベルL_Bの各出力信号はレベル演
算器10に入力され、レベル演算器10では検出レベルの和
の平均値、すなわち（L_A＋L_B）/2所定の基準値L₀と比較
され、そのレベル偏差ΔＬに対応する偏差信号がコント
ローラ12に入力される。

コントローラ19では入力される偏差信号によるレベル
偏差ΔＬが許容範囲の上限あるいは下限よりはずれてい
るときにはポテンシオメータ９から油圧シリンダ16の現
位置信号、換言すればスライディングノズル３の開度を
取り込んでその開度を修正すべく、コントローラ12から
は入力の極性、正または負に対応してその大きさに比例
したスライディングノズル３の開または閉指令が出力さ
れる。

かくして、コントローラ12の出力は油圧回路に配設し
た電磁弁13に与えられ、電磁弁13の作動により油ポンプ
15からの油圧供給回路が切り換えられ油圧シリンダ16の
進出、退入が制御される。14は油タンクを示す。

ところで、本発明においては湯面レベル計７の基準位
置を両短辺壁2aから、それぞれ（1/4）×Ｌ離れた位置
に定めたのは次の理由による。

第２図は、鋳型２内湯面のレベル変動を図示したもの
で、図中（ａ）に示すように左側に偏流に伴う湯面盛上
りによる隆起波動があれば、右側の湯面が沈降した波動
となり、鋳型２内に一次波動が生じる。従って、波動の
1/2の中央を測定できるように短辺壁2aから1/4Lの位置
に基準位置を定め、当該基準位置にそれぞれ湯面レベル
計７を設置し、各レベルを検出する。

例えば第２図の（ａ）〜（ｄ）において波動は、左側
から右側へ伝播して位置している状況を示すが、（ａ）
において、最大隆起量が左側の湯面レベル計７で、右側
の湯面レベル計７では最低沈降量のレベルが測定され
る。この各レベル値は湯面の波動によるもので、鋳型２
内の真のレベル値は、一点鎖線で表すことができる。つ
まり、各湯面レベル計７の出力の和の平均が、真のレベ
ル値と一致することになる。

また、この波動が左側から右側に伝播して移行しつつ
ある（ｂ），（ｃ）においても同様に各湯面レベル計７
の出力の和の平均値を求めることで、真レベルと一致さ
せることができる。なお第２図の（ｄ）においては、
（ａ）と逆波動であり、同検出レベルとなる。さらには
第２図の（ｅ），（ｆ），（ｇ）に示すようにこの波動
が右側から左側へ移行する場合でも同様にして検出が可
能であり、この測定法を採ることにより湯面波動による
外乱を受けず、鋳型２内のレベル制御が可能となる。

なお、前記（1/4）Ｌの基準位置を外れて湯面レベル
計を設置すると、各湯面レベル計の出力の和を平均化し
て求めたレベル値は変化することになり、例えば第２図
において破線に示すように短辺壁2aから（1/6）Ｌまた
は２点鎖線で示すように（1/3）Ｌの位置に湯面レベル
計を配置した場合においては、第２図の（ａ）に示す波
動では本発明の（1/4）Ｌのときと同等の出力を得るが
（ｂ）〜（ｆ）において（1/6）Ｌの場合、見掛けレベ
ルの真の湯面レベルより低く出力され、（1/3）Ｌにお
いては見掛けレベルは高く出力されることになり、湯面
制御性の悪化につながる。

従って湯面レベル計７の配置は望ましくは（1/4）Ｌ
の位置にするのが最適であるけれども通常湯面レベルの
制御精度を表面品質等の関係で湯面レベルを±2mm以内
に収めるためには、偏流程度にもよるが、（1/4）×Ｌ
の基準位置を中心にして短辺壁2a方向に両短辺壁2aから
の距離がそれぞれ（1/4）×Ｌ（１±0.1）となる範囲に
おける鋳型２内の湯面上方に設置すればよい。このよう
な範囲にすることによって、連鋳における短辺壁間の幅
変更等に応じ、前記範囲内に幅変更が収まる場合は、湯
面レベル計７の設置位置を変更することなく使用できる
という利点が得られる。

本発明の方法により鋳型サイズ厚さ220mm×幅800〜19
00mmを用いて極底炭素鋼を鋳造速度2.0m/minにて湯面レ
ベル計を両短辺壁から（1/4）×Ｌ離れた位置に配置し
た場合と（1/3）×Ｌ離れた位置に配置して湯面レベル
を制御した場合とについて実験を行った。その結果、本
発明法に該当する（1/4）×Ｌに湯面レベル計を配置し
たときには湯面レベルの変動が±2.0mmであったのに対
し（1/3）×Ｌに配置した比較例では湯面レベルの変動
が±2.5mmとなり、（1/4）×Ｌの位置に湯面レベル計を
配置することによって、効果的な湯面制御が達成される
ことが証明された。

なお、第３図の棒グラフは本発明法と湯面レベル計の
１点レベル制御による従来法により製造された鋳片の表
面欠陥発生指数を比較して示すが、本発明によれば従来
法よりも表面欠陥の発生が約1/4に低減されている。

＜発明の効果＞ 以上説明したように本発明によれば浸漬ノズルから鋳
型内に注入される溶鋼に偏流が発生し、湯面が変動して
も真の湯面レベルを常に正確に測定できるので、スライ
ディングノズルにより鋳型内の湯面レベルを安定して制
御することができる。このため正常な連続鋳造が達成で
きるばかりでなく鋳片の欠陥を大幅に低減するなどの効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る装置の配置を示す断面
図、第２図は鋳型内湯面の波動状況と湯面レベル計の配
置の関係を示す説明図、第３図は本発明法と従来法との
表面欠陥発生指数を比較して示す棒グラフ、第４図はス
ライディングノズル（S/N）の摺動回数を偏流発生時点
の前後における経時変化を示す線図、第５図は従来例に
係る装置の配置を示す断面図である。 １……タンディッシュ、２……鋳型、 ３……スライディングノズル、 ４……浸漬ノズル、５……吐出孔、 ６……溶鋼、７……湯面レベル計、 ８……凝固シェル、９……ポテンシオメータ、 10……レベル演算器、 11……タンディッシュ上ノズル、 12……コントローラ、13……電磁弁、 14……油タンク、15……油ポンプ、 16……油圧シリンダ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−95854（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−181955（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−90262（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−5052（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/18 B22D 11/16 104

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】短辺壁と長辺壁とがそれぞれ対設された鋳
   型の中央に両短辺壁側に向いた吐出孔を有する浸漬ノズ
   ルを配置し、タンディッシュからの溶湯をスライディン
   グノズルの開度を調節することによって鋳型内湯面を制
   御しつつ連続鋳造するに際し、前記両短辺壁間の距離を
   Ｌとしたときに該両短辺壁からそれぞれ（1/4）×Ｌ離
   れた位置を湯面レベル計の基準位置として定め、該基準
   位置を中心にして短辺壁方向に両短辺壁からの距離がそ
   れぞれ（1/4）×Ｌ（１±0.1）となる範囲における前記
   鋳型内湯面の上方に湯面レベル計をそれぞれ対称に配置
   し、前記両湯面レベル計によって検出される湯面検出レ
   ベルの和の平均値が所定範囲になるように前記スライデ
   ィングノズルの開度を調整することを特徴とする連続鋳
   造における鋳型内湯面のレベル制御方法。