JP4613922B2

JP4613922B2 - 鋼の連続鋳造方法

Info

Publication number: JP4613922B2
Application number: JP2007089329A
Authority: JP
Inventors: 哲也菅原; 浩関口; 和広仮屋
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008246517A

Description

この発明は、フェライト系ステンレス鋼スラブなどの鋳片を連続鋳造する鋼の連続鋳造方法に関し、特に浸漬ノズルの吐出孔から生じる溶鋼の吐出流と電磁攪拌部による鋳型内溶鋼の溶鋼流とを用いて溶鋼を攪拌し、表面欠陥の少ない鋳片を連続鋳造する鋼の連続鋳造方法に関するものである。

従来から、鋼の連続鋳造を行う際、表面欠陥を低減する技術の１つとして凝固界面への非金属介在物などの欠陥起因物の捕捉防止技術があり、この欠陥捕捉を防止するために、鋳型溶鋼内を電磁攪拌するものが知られている（特許文献１参照）。この電磁攪拌技術は、主として鋳型の長辺面に、一対の電磁コイルを設け、それぞれに逆方向の移動磁界を連続的に与えることで、鋳型内溶鋼を一定の旋回方向に攪拌し、これによって鋳型内の凝固界面における欠陥起因物の捕捉を防止するものである。

なお、電磁攪拌技術は、各種鋳片の製造に適用され、たとえばブルームやビレットの表面欠陥低減に多用されていたが、スラブの連続鋳造機は、鋳型が矩形であるため、溶鋼流の制御が容易ではなく、スラブの連続鋳造機に電磁攪拌技術が適用され始めたのは最近である。

特開平９−４７８５３号公報

ところで、矩形の鋳型をもつ従来のスラブの連続鋳造機では、図１０に示すように、２孔式浸漬ノズル１２の各吐出孔から吐出される溶鋼の吐出方向は、長辺面に平行であり、２孔式浸漬ノズル１２の吐出孔から吐出された溶鋼流は、短辺に衝突した後、上向き反転流と下向き反転流とに分かれ、このうちの上向き反転流１０１〜１０４が湯面近傍での攪拌を行うことになる。この上向き反転流１０１〜１０４による攪拌では、各長辺側で２つの周回が発生し、それぞれの周回方向は、逆になる。一方、電磁攪拌部１１ａ，１１ｂによって長辺に沿った溶鋼流２０ａ，２０ｂが発生し、この溶鋼流２０ａ，２０ｂによって少なくとも湯面近傍での攪拌を行うことになる。この電磁攪拌部１１ａ，１１ｂによる攪拌では、各溶鋼流２０ａ，２０ｂが逆方向に発生する。そして、湯面近傍での攪拌は、上向き反転流１０１〜１０４と電磁攪拌部１１ａ，１１ｂによる溶鋼流２０ａ，２０ｂとが合成された溶鋼流を生じさせることになる。

したがって、鋳型溶鋼内の長辺面近傍および短辺面近傍における溶鋼流は、図１０に示すように、上向き反転流１０１〜１０４と電磁攪拌部１１ａ，１１ｂによる溶鋼流２０ａ，２０ｂとが合成されるが、それぞれの流れの方向が逆である領域Ｅ２では、それぞれの流れが干渉しあうことによって合成された溶鋼流の流速が低下して澱み易くなり、結果として、凝固界面における欠陥起因物の捕捉防止が不十分となり、スラブ表面に欠陥が発生してしまうという問題点があった。なお、領域Ｅ１は、２孔式浸漬ノズル１２の吐出孔近傍の吐出流と電磁攪拌部１１ａ，１１ｂによる溶鋼流２０ａ，２０ｂとの流れ方向が逆になる領域であり、この領域にも澱みが発生してしまう。

なお、上述した特許文献１では、鋳型に取り付ける電磁攪拌部を加速用途と速度維持用途とに分け、速度維持用途の電磁攪拌部の磁場を加速用途の電磁攪拌部の磁場に比して小さくし、速度維持用途の電磁攪拌部のローレンツ力を、加速用途の電磁攪拌部のローレンツ力の１／２以下にし、電磁攪拌によって生成する澱み発生を解消するようにしているが、電磁攪拌部を分けることから、コイル数が増加し、かつ装置および制御が複雑になるという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、澱みが発生しない溶鋼流を簡易に生成することができる鋼の連続鋳造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる鋼の連続鋳造方法は、鋳型内溶鋼中央部に２孔式浸漬ノズルの先端近傍を浸漬させて該先端近傍に設けられた吐出孔から溶鋼を連続して吐出し、該吐出孔からの吐出流によって生成する溶鋼湯面近傍の上向き反転流と、鋳型長辺面に沿って設けられた電磁攪拌部によって加速される鋳型長辺面近傍の溶鋼流とによって前記溶鋼を攪拌しつつ、連続して鋳片を生成する鋼の連続鋳造方法であって、前記鋳型長辺面に平行で前記２孔式浸漬ノズルの鉛直軸中心を通る基準面に対して前記２孔式浸漬ノズルの水平吐出方向を５〜４０度の範囲の所定角度に傾けるとともに、前記鉛直軸を中心とした前記所定角度の傾き増大方向を、前記電磁攪拌部によって形成される溶鋼流の周回方向と逆方向に設定することを特徴とする。

また、この発明にかかる鋼の連続鋳造方法は、上記の発明において、前記溶鋼は、ステンレス鋼であることを特徴とする。

また、この発明にかかる鋼の連続鋳造方法は、上記の発明において、前記２孔式浸漬ノズルの鉛直吐出方向は、水平面に対して上向きであることを特徴とする。

この発明にかかる鋼の連続鋳造方法は、鋳型長辺面に平行で前記２孔式浸漬ノズルの鉛直軸中心を通る基準面に対して２孔式浸漬ノズルの水平吐出方向を所定角度に傾けるとともに、前記鉛直軸を中心とした前記所定角度の傾き方向を、電磁攪拌部によって形成される溶鋼流の周回方向と逆方向に設定することによって、前記電磁攪拌部によって形成される溶鋼流の周回方向と前記２孔式浸漬ノズルの吐出孔から発生した上向き反転流の周回方向とが一致し、この周回方向の一致によって澱みのない溶鋼流が形成され、２孔式浸漬ノズルの吐出孔の水平吐出方向を傾けるのみという簡易な方法で、鋼の表面に発生する欠陥を格段に減少させることができる。

以下、添付図面を参照して、この発明に係る鋼の連続鋳造方法の好適な実施の形態であるスラブ連続鋳造機について説明する。なお、実施の形態により、この発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分又は相当する部分には同一の符号を付している。

この発明の実施の形態である鋼の連続鋳造方法について図１および図２を参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態であるスラブ連続鋳造機の平面図であり、図２は、図１に示したスラブ連続鋳造機のＡ−Ａ線断面模式図である。

図１および図２において、このスラブ連続鋳造機１は、ステンレス鋼スラブを生成する連続鋳造機であり、長辺１０ａ，１０ｂおよび短辺１０ｃ，１０ｄによって囲まれた鋳型１０と、長辺１０ａ，１０ｂに沿って長辺１０ａ，１０ｂの外部表面に設けられ、電磁コイルによって実現される電磁攪拌部１１ａ，１１ｂと、２孔式浸漬ノズル１２とを有する。

鋳型１０内には、２孔式浸漬ノズル１２によって流入される溶鋼１３が連続的に満たされ、２孔式浸漬ノズル１２の先端近傍に設けられた吐出孔１２ａ，１２ｂから連続して溶鋼１３が吐出され鋳型１０内に流入される。そして、鋳型１０によって断面が矩形に連続形成された溶鋼が冷却され、連続鋳造された鋼として下方に出力される。

一方、電磁攪拌部１１ａ，１１ｂは、それぞれ長辺１０ａ，１０ｂの外面に沿って設けられ、電磁攪拌部１１ａは、ローレンツ力によって長辺１０ａの内面近傍に沿って短辺１０ｃ側に溶鋼流２０ａを発生させ、電磁攪拌部１１ｂは、ローレンツ力によって長辺１０ｂの内面近傍に沿って短辺１０ｄ側に溶鋼流２０ｂを発生させ、結果的に、上面からみた反時計回りの溶鋼周回流を発生させる。

ここで、２孔式浸漬ノズル１２の吐出孔１２ａ，１２ｂは、吐出方向２２が、長辺１０ａ，１０ｂに平行で２孔式浸漬ノズル１２の鉛直軸中心を通る基準面２１に対して所定角度θとなるように傾けられ、かつ水平面に対して上方に傾いている。

吐出孔１２ａ，１２ｂからそれぞれ吐出した溶鋼の吐出流３０ａ，３０ｂは、それぞれ上方に向きつつ長辺１１ｂ，１１ａおよび短辺１０ｄ，１０ａで反転するとともに、それぞれ湯面４０側に流れる上向き反転流３１ａ，３１ｂと鉛直下方側に流れる下向き反転流３２ａ，３２ｂに分かれる。このうち、上向き反転流３１ａ，３１ｂは、湯面４０近傍においてそれぞれ長辺１０ａ，１０ｂの内面近傍に沿った溶鋼流として作用する。結果的に、上面からみた反時計回りの溶鋼周回流を発生させる。

したがって、電磁攪拌部１１ａ，１１ｂによって発生した溶鋼周回流と上向き反転流３１ａ，３１ｂによって発生した溶鋼周回流との周回方向が同じになることから、流れが違いに干渉して溶鋼流の速度が低下して澱み易い領域が発生することがない。すなわち、図１０に示した領域Ｅ２に示した澱み領域が発生せず、表面欠陥の発生を格段に減少させることができる。

なお、電磁攪拌部１１ａ，１１ｂによって発生した溶鋼周回流の周回方向と、吐出孔１２ａ，１２ｂの角度増大方向とは、逆になるように設定する必要がある。これは、上向き反転流３１ａ，３１ｂによって発生した溶鋼周回流の周回方向を、電磁攪拌部１１ａ，１１ｂによって発生した溶鋼周回流の周回方向に一致させる必要があるからである。したがって、電磁攪拌部１１ａ，１１ｂによって発生する溶鋼周回流の周回方向が図１に示した方向と逆になれば、吐出孔１２ａ，１２ｂの角度は、−θとして逆方向に傾けて設定する必要がある。

なお、吐出流３０ａ，３０ｂの流れ方向は、電磁攪拌部１１ａ，１１ｂによって発生した溶鋼周回流と同じである。したがって、図１０に示した領域Ｅ１に示した澱み領域が発生せず、表面欠陥を減少させることができる。

ここで、図３〜図８を参照して、最適な吐出孔の角度範囲について説明する。図３および図４は、スラブの断面形状が１３００ｍｍ幅×２２０ｍｍ厚である場合における凝固界面流速指数および表面欠陥指数の吐出孔角度依存性を示している。また、図５および図６は、スラブの断面形状が１０９０ｍｍ幅×２２０ｍｍ厚である場合における凝固界面流速指数および表面欠陥指数の吐出孔角度依存性を示している。また、図７および図８は、スラブの断面形状が６５０ｍｍ幅×２２０ｍｍ厚である場合における凝固界面流速指数および表面欠陥指数の吐出孔角度依存性を示している。なお、図３〜図８における凝固界面流速指数および表面欠陥指数は、図１に示した点ａ〜ｃの各箇所における計測結果である。点ａは、電磁攪拌部１１ａ，１１ｂによって発生する溶鋼流の起点近傍であり、点ｃは、電磁攪拌部１１ａ，１１ｂによって発生する溶鋼流の終点近傍であり、点ｂは、２孔式浸漬ノズル１２の近傍である。なお、スラブの断面形状の幅変更は、図示しない幅可変装置によって短辺を移動することによって実現される。

なお、表面欠陥指数は、下記のようにして求めた。鋳造後のスラブの代表箇所（図１中ａ，ｂ，ｃの各点に相当する位置を中心に幅１０ｃｍでスラブ全長に相当する範囲）の表面を深さ１０ｍｍまで１ｍｍピッチで研削し、欠陥個数（介在物および気泡）の個数をカウントし、スラブ１ｍ²あたりの個数に換算する。各サイズのスラブとも従来法、すなわちノズルの水平方向のθ＝０°の場合の、ａ点相当位置（鋳型内での溶鋼の流れに澱みのない位置）でのスラブ１ｍ²あたりの欠陥個数によって、各条件、代表箇所でのスラブ１ｍ²あたりの欠陥個数を割り算した値を表面欠陥指数とした。

また、凝固界面流速指数は、下記のようにして求めた。鋳造中の鋳型内溶鋼の代表箇所（図１中ａ，ｂ，ｃの各点に相当する位置）にＭｏ−ＺｒＯ₂サーメットの細棒を、棒の上端を回動支点として、浸漬し、この細棒が溶鋼流から抗力を受けて傾く角度から力の釣合い計算によって溶鋼流速を求めた（鉄と鋼，86(2000)，p271参照）。各サイズのスラブとも従来法、すなわちノズルの水平方向のθ＝０°の場合の、ａ点相当位置（鋳型内での溶鋼の流れに澱みのない位置）での流速によって、各条件、代表箇所での流速を割り算した値を凝固界面流速指数とした。

図３〜図８の結果から、吐出孔１２ａ，１２ｂの角度θの範囲Ｗが５〜４０度のとき、全ての点ａ〜ｃに対して、凝固界面流速が２０ｍ／ｓ以上となり、かつ表面欠陥指数が１．０近傍となっている。したがって、角度θの範囲Ｗを５〜４０度に設定することによって、全ての箇所の点ａ〜ｃにおいて凝固界面流速指数が０．８以上を維持でき、かつ表面欠陥指数を１．０程度にすることができる。

ところで、上述した実施の形態では、スループットの小さいステンレス鋼スラブを生成するため、２孔式浸漬ノズル１２の吐出孔１２ａ，１２ｂの吐出方向が水平面よりも上方を向いていたが、これに限らず、２孔式浸漬ノズル１２の吐出孔１２ａ，１２ｂの吐出方向が水平面よりも下方を向いていてもよい。スループットの大きい普通鋼スラブを生成する場合には、図９に示すように、吐出孔５２ａ，５２ｂの吐出方向が水平面よりも下方に向けられ、吐出流６０ａ，６０ｂも下方に吐出されるが、この場合においても、上向き反転流６１ａ，６１ｂが発生し、２孔式浸漬ノズルを角度θに傾けることによって、この上向き反転流６１ａ，６１ｂの溶鋼周回流の周回方向と電磁攪拌部１１ａ，１１ｂの溶鋼周回流の周回方向とを一致させることができ、澱み領域の発生をなくし、表面欠陥の発生を減少させることができる。

また、上述した実施の形態では、２孔式浸漬ノズル１２の吐出孔１２ａ，１２ｂの各吐出方向が一直線上を向いていたが、これに限らず、各吐出孔１２ａ，１２ｂは、一直線上からずれた異なる角度をそれぞれもたせてもよい。要は、各吐出孔１２ａ，１２ｂの吐出方向が傾いていればよい。

この発明の実施の形態に係るスラブ連続鋳造機の構成を示す平面図である。図１に示したスラブ連続鋳造機のＡ−Ａ線断面模式図である。スラブの断面形状が１３００ｍｍ幅×２２０ｍｍ厚である場合における凝固界面流速指数の吐出孔角度依存性を示す図である。スラブの断面形状が１３００ｍｍ幅×２２０ｍｍ厚である場合における表面欠陥指数の吐出孔角度依存性を示す図である。スラブの断面形状が１０９０ｍｍ幅×２２０ｍｍ厚である場合における凝固界面流速指数の吐出孔角度依存性を示す図である。スラブの断面形状が１０９０ｍｍ幅×２２０ｍｍ厚である場合における表面欠陥指数の吐出孔角度依存性を示す図である。スラブの断面形状が６５０ｍｍ幅×２２０ｍｍ厚である場合における凝固界面流速指数の吐出孔角度依存性を示す図である。スラブの断面形状が６５０ｍｍ幅×２２０ｍｍ厚である場合における表面欠陥指数の吐出孔角度依存性を示す図である。この発明の実施の形態の変形例であって、吐出孔の吐出方向を水平面に対して下方に向けた場合のスラブ連続鋳造機の構成を示す平面図である。従来のスラブ連続鋳造機の構成を示す平面図である。

符号の説明

１スラブ連続鋳造機
１０鋳型
１０ａ，１０ｂ長辺
１０ｃ，１０ｄ短辺
１１ａ，１１ｂ電磁攪拌部
１２２孔式浸漬ノズル
１２ａ，１２ｂ吐出孔
１３溶鋼
２０ａ，２０ｂ溶鋼流
３１ａ，３１ｂ，６１ａ，６１ｂ上向き反転流

Claims

鋳型内溶鋼中央部に２孔式浸漬ノズルの先端近傍を浸漬させて該先端近傍に設けられた吐出孔から溶鋼を連続して吐出し、該吐出孔からの吐出流によって生成する溶鋼湯面近傍の上向き反転流と、鋳型長辺面に沿って設けられた電磁攪拌部によって加速される鋳型長辺面近傍の溶鋼流とによって前記溶鋼を攪拌しつつ、連続して鋳片を生成する鋼の連続鋳造方法であって、
前記鋳型長辺面に平行で前記２孔式浸漬ノズルの鉛直軸中心を通る基準面に対して前記２孔式浸漬ノズルの水平吐出方向を５〜４０度の範囲の所定角度に傾けるとともに、前記鉛直軸を中心とした前記所定角度の傾き増大方向を、前記電磁攪拌部によって形成される溶鋼流の周回方向と逆方向に設定することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
前記溶鋼は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
前記２孔式浸漬ノズルの鉛直吐出方向は、水平面に対して上向きであることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼の連続鋳造方法。