JP2962788B2 - 連続鋳造鋳型内における溶鋼の偏流制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、連続鋳造鋳型内における溶鋼の偏流制御方
法に関する。

＜従来の技術＞ 一般に、連続鋳造における溶鋼中の非金属介在物は、
溶鋼の注入流によって鋳片内部にまで持ち込まれる。そ
の大部分は湯面上に浮上するが、残る一部は鋳片内にそ
のまま捕捉され、鋳片品質の劣化を招く。この捕捉され
る非金属介在物の量は、鋳込み時の鋳片内溶鋼流によっ
て大きく変化することが知られており、浸漬ノズルから
吐出される溶鋼流速が速く、かつ溶鋼流が鋳型内深くに
まで達すれば達する程、増加する傾向にある。

したがって、連続鋳造においては、浸漬ノズルから吐
出される溶鋼流が鋳型内深くまで達しないように、浸漬
ノズルは側方に吐出孔を有する形状とされ、しかも、鋳
型内溶鋼表面に浮遊する表面被覆用フラックスを巻き込
まぬように、吐出孔は若干下向きとされて使用されてい
る。

第12図はその説明図である。スラブ連鋳機において
は、鋳型１の中央に浸漬ノズル２が配置され、その吐出
孔3a、3bは鋳型１の両短辺側に向けられ、吐出孔3a、3b
から吐出される溶鋼流は、鋳型１内を矢印４、５（吐出
流４、５という）のように流動する。すなわち、吐出孔
３からの溶鋼流は、鋳型１内に滞留される溶鋼６の中を
流れる間にその速度を減少し、鋳型１の各短辺側面への
衝突によって反転流となり、この反転流は、一方は湯面
側に向かう上昇流4A、5A、他方は下方に向かう下降流4
B、5Bとなり、この間に大きく減速される結果、上昇流4
A、5Aは湯面上のフラックスを湯中に巻き込むことな
く、また下降流4B、5Bは鋳片内深くにまで達しないよう
にして、鋳片品質を高める鋳造が実施されている。

しかし、第12図の関係は、両吐出孔3a、3bからの溶鋼
流が均等である場合に生じるものであり、浸漬ノズル２
に取付けられているスライディングノズル（図示せず）
の絞り開度や鋳込速度などにより、浸漬ノズル２を下降
する溶鋼流動にゆらぎが生じた場合、あるいは、浸漬ノ
ズル２の内壁にアルミナ等の非金属介在物が付着した場
合、左右の吐出孔3a、3bの均等関係は崩れ、いずれか一
方からの溶鋼流動が強くなり、いわゆる偏流が生じるこ
ととなる。

そのような偏流が発生すると、鋳型内溶鋼流のうち、
強い流動を生じた側は、上昇流あるいは下降流が強くな
る結果、フラックス巻き込みあるいは鋳片内部深くまで
下降流が達することに起因した内部欠陥を生じ、品質劣
化の原因となる。

従来、上記した溶鋼の偏流を検出する手段としては、
例えば特開昭62−252650号公報に開示されているよう
に、左右の鋳型短辺の壁面に複数の熱電対を上下方向に
所定の間隔で埋設し、その温度情報から左右の湯面レベ
ル差を検出し、そのレベル差を電磁攪拌装置（EMS）に
より解消する方法や、特開昭62−252649号公報に開示さ
れているように、浸漬ノズル内に吹き込むガス量を左右
独立に制御することによって、左右レベル差を解消する
方法などが提案されている。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、特開昭62−252650号公報の電磁攪拌装
置（EMS）を利用する方法では、偏流の程度とそれを解
消するための攪拌力の関係が明記されておらず、もし、
一定の攪拌力が使用されているのであれば、溶鋼流動の
時間的変化（ダイナミクス）を考慮したものにはなって
おらず、制御精度に問題がある。また、上述の公報にお
いて利用されている偏流検知方法に関してであるが、本
発明者らも同様の鋳型銅板測温実験を行い、鋳型内左右
の溶鋼レベル差を最もよく表現できる、銅板測温データ
に基づく指標を探った結果、本出願人が先に出願した特
願昭62−93054号に示された方法よりも、鋳型長辺幅方
向温度分布に基づく方が、溶鋼レベル差の推定精度が高
いことがわかった。

本発明は、上記のような従来技術が有する課題を解決
すべくしてなされたものであって、連続鋳造鋳型内にお
いて高精度で溶鋼の偏流を検知し、偏流の程度に応じ
て、浸漬ノズル上部位置のアルゴンガス流量を両短片側
で個別流量制御することにより、溶鋼偏流を抑える方法
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＞ 上記目的を達成するための本発明は、連続鋳造鋳型内
の長辺幅方向の温度分布を検出して、該温度分布または
熱流束分布の鋳型の中央部に対する右半分のパターンと
左半分のパターンを比較することにより、溶鋼偏流の発
生の有無を検知し、その発生方向および程度に応じて、
浸漬ノズルの吐出孔上部位置のアルゴンガス吹込み流量
を両短辺側で個別流量制御することにより、鋳型内溶鋼
偏流を制御することを特徴とする連続鋳造鋳型内におけ
る溶鋼の偏流制御方法である。

また、本発明は、連続鋳造鋳型内の長辺幅方向の温度
分布を検出して、該温度分布または熱流束分布の鋳型の
中央部に対する右半分のパターンと左半分のパターンを
比較することにより、溶鋼偏流の発生の有無を検知し、
その発生方向および程度に応じて、タンディッシュ上ノ
ズル位置および／またはスライディングノズル位置のア
ルゴンガス吹込み量を両短辺側で個別制御することによ
り、鋳型内溶鋼偏流を制御することを特徴とする連続鋳
造鋳型内における溶鋼の偏流制御方法である。

＜作 用＞ 本発明によれば、連続鋳造鋳型内の長辺壁面の幅方向
の温度分布または熱流束分布を検出し、該温度分布また
は熱流束分布の鋳型の中央部に対する右半分のパターン
と左半分のパターンとを比較することにより、溶鋼偏流
の発生を有無および偏流の程度が推定でき、その程度に
応じ浸漬ノズル上部位置のアルゴンガス流量を両短辺で
個別に流量制御することにより、あるいはタンディッシ
ュ上ノズル位置および／またはスライディングノズル位
置のアルゴンガス吹込み量を両短辺側で個別制御するこ
とにより溶鋼偏流を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、図面を参照しながら
詳しく説明する。

第１図は、本発明に係わる実施例を示す模式的に示す
斜視図である。図に示すように、鋳型１の短辺1aと長辺
1bのうち長辺幅方向に、複数の熱電対10a〜10eが埋め込
まれ、これら熱電対10a〜10eで検出された溶鋼温度信号
はそれぞれ例えばA/D変換ボードなどの入力装置11に入
力され、さらにマイクロコンピュータなどの演算装置12
で演算処理され、その演算結果による鋳型幅方向の温度
分布は例えばCRTなどの表示装置13に出力される。

第３図は、偏流が発生していない場合（ａ）と発生し
た場合（ｂ）の鋳型幅方向の温度分布を示したものであ
る。（ａ）で示す偏流がない場合、鋳型長辺幅方向温度
分布はほぼ左右対称になっているのに対し、（ｂ）で示
す偏流が発生した場合、鋳型長辺幅方向の温度分布は左
右非対称となる（右側に偏流が発生した場合、右側より
の温度が高くなる）現象を示している。

第４図は、偏流の程度を推定する方法を説明するため
の模式図である。すなわち、温度測定により得られた温
度分布に対し、最も低い温度測定値に整数の“1"を与
え、その測定値から高い値になるに従い順次大きくなる
整数値を付与し、鋳型中央から右半分の順位の和と左半
分の順位の和を比較し、その差でもって偏流の発生方向
と偏流の程度を推定するものである。

第５図は、この方法で導出した順位和の差（○印）
と、偏流により発生した鋳型内左右の溶鋼レベル差（×
印）の関係図である。ちなみに、特開昭62−93054号公
報で提示された方法に基づいて導出した溶鋼レベル差も
同時に比較例として示す。同図より、順位和の差と実際
の溶鋼レベル差がよく一致しており、本発明法に基づく
偏流の方向および程度の推定がうまくいっていることを
示している。

偏流の制御は、上述の方法で推定した偏流の方向およ
び程度に応じて、浸漬ノズル２の上部位置のアルゴンガ
ス流量を両短辺側で個別流量制御する方法を採用する。
すなわち第２図に示すように鋳型１の中央部に配置され
た浸漬ノズル２の内面に垂直方向で左右に２分割した気
体吹込用のポーラス耐火物７を設けると共に、その背後
にガス滞留空間14を設け、不活性ガス供給管15からガス
滞留空間14を介してポーラス耐火物７に供給される不活
性ガス供給量を独立に制御する。

つまり、浸漬ノズル２の左右の吐出孔3a、3bの経時変
化により、浸漬ノズル２の左右の吐出流４と５の強さが
不均一になった場合、吐出流５の弱い方へ多くの気体を
吹込み、逆に吐出流４の強い方へ少ない気体を吹込め
ば、気体の浮力によりガスリフト効果が鋳型１内の左右
で相違し、多量の不活性ガスを吹込んだ側の上昇流5Aが
少量の不活性ガスを吹込んだ側の上昇流4Aより相対的に
強くなっている。

かくして吐出流４、５の強さの不均一になる上昇流の
強さの不均一つまり偏流を前述のように鋳型１の長辺幅
方向の温度分布で検知し、この検知した値に基づいてガ
ス流量制御装置８を介して不活性ガス供給管15に設けた
流量調節弁９を調節し、ガス滞留空間14からポーラス耐
火物７を通して上昇流の弱い方へ多量の不活性ガスを吹
込めば、吐出流４、５の強度の不均一による上昇流4A、
5Aの不均一が解消され、鋳型１内の偏流がなくなる。

第１表に長辺幅方向温度分布から導出した、右半面順
位和と左反面順位和の差（ΔＳ）と各ΔＳに対して、Δ
Ｓを適正範囲内に制御するために、変化させるべきアル
ゴンガス流量変化量（ΔＱ）の関係を示す。

この第１表に基づき、浸漬ノズル２からのアルゴンガ
ス流量を両短片側で個別流量制御することで、溶鋼偏流
が抑制できる。

本発明を実施した場合を第７図を用いて説明する。鋳
造開始して70分間位は、右半面順位和から左半面順位和
を差し引いた差ΔＳの絶対値が２以下と低位安定してお
り、鋳型内溶鋼流動は左右均等であることがうかがえる
（ΔＳの適正範囲は±４以内）。その後、ΔＳが正方向
に大きく推移し（右側に偏流したことを示唆）、その時
に浸漬ノズル右側へのアルゴンガス流量Ｑ（右）を、通
常操業時のアルゴンガス流量3Nl/minから1.5Nl/minに減
少させ（この場合ΔＱ＝1.5Nl/min）、逆に反偏流側で
ある左側へのアルゴンガス流量Ｑ（左）を3Nl/minから
4.5Nl/minに増加させたところ、ΔＳが適正範囲内に戻
った。この操作により、鋳型内溶鋼流動が均等に戻った
と考えられる。

その後、ΔＳが負方向に大きく推移（右側に偏流した
ことを示唆）したが、同様に浸漬ノズル左側の流量を減
少させ、浸漬ノズル左側の流量を増加させることによっ
てΔＳが再度適正範囲内に戻り、鋳型内溶鋼流動が均等
化された。この実験は、ΔＳが大きく変移した場合に、
ΔＳを適正範囲内に戻すためには、浸漬ノズル左右から
吹き込むアルゴンガス流量にどの程度の差をつければよ
いかを把握するために行ったものであり、同様の実験を
実施して結果をまとめたものが第１表である。第１表に
より、ΔＳを適正範囲内に制御するための、浸漬ノズル
の左右アルゴンガス流量差が決定することができる。

次に、本発明を鋳造開始から適用した場合の実験結果
を第８図に示す。第８図から、偏流の発生サイドおよび
程度の指標であるΔＳを常時監視（但し、サンプリング
周期は約10秒）し、この値と浸漬ノズル左右のアルゴン
ガス流量個別制御を組み合わせることにより、ΔＳが適
正範囲内に収まり、鋳型内溶鋼偏流が抑制されているの
がわかる。なお第６図に、偏流制御実施前と実施後の鋳
片品質の状況を示す。本発明法の適用により、鋳型品質
は大幅に改善されていることがわかる。

鋳型の長辺幅方向の温度分布により鋳型内の偏流を制
御手段としては前述実施例の他に、偏流の方向およびそ
の程度に応じてタンディッシュ上ノズル部および／また
はスライディングノズル部位置のアルゴンガス流量を両
短辺側で個別流量制御する方法を採用することができ
る。

第９図においてタンディッシュ16に設けられたタンデ
ィッシュ上ノズル17の内部には左右一対の半円状分割ス
リット18a、18b（第10図参照）が設けてあり、半円状分
割スリット18a、18bの内側には通気性のポーラスれんが
19が設けてある。またスライディングノズル20の固定プ
レート20aの内部にも第10図に示すものに準じて左右一
対の半円状分割スリット21a、21bが設けてあり、半円状
分割スリット21a、21bの内側にも通気性のポーラスれん
が19が設けてある。

半円状分割スリット18a、18bならびに半円状分割スリ
ット21a、21bにはそれぞれ不活性ガス供給管15が接続さ
れると共に、不活性ガス供給管15には流量調節弁９が配
設されていて個別に制御されるようになっている。

ガス流量制御装置８は熱電対10a〜10eによる鋳型１の
長辺幅方向温度分布によって各流量調節弁９の開度が調
節され、不活性ガス供給管15から半円状分割スリット18
aおよび21aに供給されるアルゴンガス等の不活性ガス
と、不活性ガス供給管15から半円状分割スリット18bお
よび21aに供給されるアルゴンガス等の不活性ガスとの
各ガス流量が独立に調節され、通気性のポーラスれんが
19から吹込まれる左右の不活性ガス流量が調整される。

前記の場合、タンディッシュ上ノズル17に設けた半円
状分割スリット18a、18bの内側に通気性のポーラスれん
が19を設けるものについて説明したが、第11図に示すよ
うに半円状分割スリット18a、18bに連通させて内側に複
数のガス吹込用細管22を配設して不活性ガスを吹込むよ
うにしてもよい。

次に本発明の作用について説明すると、鋳型１の長辺
幅方向にそれぞれ埋設した複数の熱電対10a〜10eによっ
て検出された長辺幅方向温度分布により監視され、流量
調節弁９の開度を調節する。かくして、不活性ガス供給
管15から半円状スリット18aおよび21aに供給される不活
性ガス量と不活性ガス供給管15から半円状スリット18b
および21bに供給される不活性ガス量を調整し、通気性
のポーラスれんが19から吹込まれる左右の不活性ガス流
量を変化させる。

例えば、浸漬ノズル２の左側の吐出孔3aからの流速が
右側の吐出孔3bよりも大きい場合、通気性のポーラスれ
んが19の左側から吹込まれる不活性ガス量を増量し、右
側から吹込まれる不活性ガス量を減量すると鋳型１内に
注入される溶鋼６の偏流が解消される。

前述第９図に示すタンディッシュノズルおよび／また
は固定プレートから不活性ガスを吹込むものは、第２図
に示す浸漬ノズルから不活性ガスを吹込むものに比較し
て損傷が少なく寿命が長いという利点がある。

＜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の吐出
孔を介して鋳型に注入された溶鋼の偏流を容易に防止す
ることができる。その結果、鋳型内溶鋼の偏流に起因す
るフラックス巻込み等による鋳片の欠陥を大幅に低減で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る鋳型長辺幅方向の温度測定手段を
模式的に示す斜視図、第２図は本発明に係る偏流防止手
段を示す断面図、第３図および第４図は鋳型長辺幅方向
の温度分布を示す線グラフ、第５図は実際の鋳型溶鋼レ
ベル差と順位和の差（ΔＳ）との関係を示す線グラフ、
第６図は鋳片品質指標を本発明例と従来例について比較
する棒グラフ、第７図および第８図は鋳型長辺の幅方向
の右側順位和から左側順位和を差し引いた順位和差ΔＳ
および左右の各ガス流量の各経時変化を示す線グラフ、
第９図は本発明に係る偏流防止の他の手段を示す断面
図、第10図は第９図のＡ−Ａ矢視を示すタンディッシュ
上ノズルの断面図、第11図は本発明に係るタンディッシ
ュ上ノズルの他の例を示す断面図、第12図は従来の鋳型
への溶鋼注入状況を示す断面図である。 １……鋳型、 1a……鋳型の短辺、 1b……鋳型の長辺、 ２……浸漬ノズル、 ３……吐出孔、 3a、3b……吐出孔、 ４、５……溶鋼流動方向を示す矢印（吐出流）、 4A、5A……上昇流、 4B、5B……下降流、 ６……溶鋼、 ７……ポーラス耐火物、 ８……ガス流量制御装置、 ９……流量調節弁、 10……熱電対、 11……入力装置、 12……演算装置、 13……表示装置、 14……ガス滞留空間、 15……不活性ガス供給管、 16……タンディッシュ、 17……タンディッシュ上ノズル、 18……スリット、 19……ポーラスれんが、 20……スライディングノズル、 21……スリット、 22……ガス吹込用細管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−252650（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−104758（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−180654（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−181955（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−284471（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−77754（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/10 360 B22D 11/18 B22D 11/16 104

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続鋳造鋳型内の長辺幅方向の温度分布を
   検出して、該温度分布または熱流束分布の鋳型の中央部
   に対する右半分のパターンと左半分のパターンを比較す
   ることにより、溶鋼偏流の発生の有無を検知し、その発
   生方向および程度に応じて、浸漬ノズルの吐出孔上部位
   置のアルゴンガス吹込み流量を両短辺側で個別流量制御
   することにより、鋳型内溶鋼偏流を制御することを特徴
   とする連続鋳造鋳型内における溶鋼の偏流制御方法。
2. 【請求項２】連続鋳造鋳型内の長辺幅方向の温度分布を
   検出して、該温度分布または熱流束分布の鋳型の中央部
   に対する右半分のパターンと左半分のパターンを比較す
   ることにより、溶鋼偏流の発生の有無を検知し、その発
   生方向および程度に応じて、タンディッシュ上ノズル位
   置および／またはスライディングノズル位置のアルゴン
   ガス吹込み量を両短辺側で個別制御することにより、鋳
   型内溶鋼偏流を制御することを特徴とする連続鋳造鋳型
   内における溶鋼の偏流制御方法。