JP5130489B2 - 溶融金属の連続鋳造装置及び溶融金属の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融金属、特に溶鋼の連続鋳造において、連続鋳造用ノズル内への非金属介在物の付着を防止することのできる連続鋳造装置及び連続鋳造方法に関するものである。

溶融金属の連続鋳造においては、精錬を完了した溶融金属が取鍋に収容され、さらにタンディッシュに移注される。タンディッシュの底部に連続鋳造用ノズルが設置され、タンディッシュ中の溶融金属は、連続鋳造用ノズルを経由して鋳型内に注入される。鋳型内の溶鋼は鋳型による一次冷却で凝固シェルを形成し、引き続いて鋳型の下方に設置された支持セグメントに敷設した冷却ノズルからの散水による二次冷却で凝固を促進して、連続的に鋳片を製造している。

連続鋳造用ノズルを通過して注入する溶融金属量を調整するため、連続鋳造用ノズルにはスライディングノズルあるいはストッパーが設けられ、これらを開閉することによって溶融金属の注入量の制御が行われるが、一般的にストッパーに比べてスライディングノズルを用いた場合の方が溶融金属の注入量の制御性が優れている。また、スライディングノズルを用いる連続鋳造用ノズルの場合、図１０に示すように、連続鋳造用ノズルは上部ノズル１３、スライディングノズル１、下部ノズル１４、浸漬ノズル１５から構成される分割構造となる。浸漬ノズル１５は、有底円筒形で下方に通常２つの吐出口１７を有する。円筒の内部空間をここでは円筒内孔１６と呼ぶ。

連続鋳造用ノズルのうち、特に鋳型内の溶融金属に浸漬する浸漬ノズルの部分については、溶融金属中に懸濁するＡｌ₂Ｏ₃等の非金属介在物が付着しやすい。Ａｌ含有量が高いＡｌキルド鋼を鋳造する場合に顕著である。浸漬ノズルの内壁のうち、鋳型内溶融金属メニスカス付近に対応する部位、あるいは浸漬ノズル先端の溶融金属吐出口付近に、非金属介在物の付着堆積が起こりやすい。ノズル内壁に非金属介在物が堆積すると、溶融金属の流れが阻害されて鋳造が困難となる。また、ノズル内壁に非金属介在物が付着すると、鋳型内の溶融金属湯面高さの変動に追従する注入量の制御性が悪化して、鋳型内溶融金属を被覆している連続鋳造用フラックス（連続鋳造用パウダー）が溶融金属に巻き込まれ、一部が溶融金属の凝固シェルに捕捉され、欠陥の起点となる可能性が生じる。

通常、連続鋳造用ノズル内にアルゴンガスなどの不活性ガスを吹き込み、連続鋳造用ノズル内壁への非金属介在物の付着を低減させることが行われている。これにより非金属介在物の付着は低減するものの、その効果は十分とはいえず、また吹き込んだ不活性ガスが気泡として鋳片にトラップされるので、気泡欠陥の原因ともなる。

特許文献１には、連続鋳造用ノズル内に不活性ガスを吹き込むに当たり、不活性ガスの背圧又は流量を増減させながら吹き込み、連続鋳造用ノズル内壁における非金属介在物の付着を低減する技術が開示されている。これにより、浸漬ノズルを流下する溶鋼流が乱され、浸漬ノズル内の淀みが解消されるので、浸漬ノズル内壁におけるＡｌ₂Ｏ₃の付着を効率的に防止することができるとしている。

特許文献２には、浸漬ノズルの外周に配設した電磁コイルにパルス状の交流電流を通電することにより浸漬ノズル内を流通する溶融金属流に脈動を発生させて、浸漬ノズルの内壁にアルミナ等の非金属介在物の付着・成長を阻止し、浸漬ノズルの閉塞を防止するとともに、鋳型内における溶融金属の偏流を防止する連続鋳造方法が開示されている。

スライディングノズルは通常、１枚又は２枚の固定プレートと、１枚の可動プレートから構成される。固定プレートと可動プレートはいずれも溶融金属が流通する開口部を有する。可動プレートを摺動させることによって固定プレートと可動プレートの開口部の重なり部分（湯道）の面積を調整し、溶融金属の流量を調整している。湯道の開口面積を狭めている場合、湯道の開口部は、固定プレートの開口部の端の部分に位置することとなる。

特許文献３によると、湯道の開口面積が小さい場合、浸漬ノズル内を流れる溶湯流はノズル孔の中心に対して偏流することになり、浸漬ノズルの吐出口流量の不均一や流出方向の不安定等を生じて流量制御を困難にするとともに、製品への非金属介在物などの巻き込みを促進するとしている。そこで同文献においては、連続鋳造用ノズルのスライディングノズルにおける可動プレートを２分割構成として、固定プレートの開口部と２枚の可動プレートとで形成される湯道開口部の中心と連続鋳造用ノズルの内壁の中心を一致させ、連続鋳造用ノズル、および鋳型内の溶融金属の偏流を防止するとしている。

特開２００７−２３７２４６号公報 特開平９−２７７０３４号公報 特開平５−２７７６７８号公報

連続鋳造用ノズルの溶融金属流路に非金属介在物が付着する問題について、ノズル内に不活性ガスを吹き込むのみでは、十分な効果を得ることができない。また、吹き込んだ不活性ガスが気泡として鋳片にトラップされるので、気泡欠陥の原因ともなる。特許文献１に記載の発明についても同様である。

特許文献２に記載のように浸漬ノズルの外周に電磁コイルを配設しようとすると、タンディッシュと鋳型との間に大がかりな電磁設備を配設することになり、容易ではない。また、電磁コイルによる電磁力のみでは、浸漬ノズルへの非金属介在物付着を十分に防止することができなかった。

特許文献３に記載の発明についても、連続鋳造用ノズル内への非金属介在物付着を防止することを目的としたものではなく、従来のノズルと同様、ノズル内への非金属介在物の付着の問題が発生する。

本発明は、連続鋳造用ノズル内への非金属介在物の付着を防止することのできる、溶融金属の連続鋳造装置及び溶融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、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）断面積Ｓ₀の開口部４を有する固定プレート２と、固定プレート２に沿って摺動する可動プレート３を有するスライディングノズルを有する連続鋳造装置であって、可動プレート３を駆動する可動プレート駆動装置６を有し、固定プレート２の開口部４のうち、可動プレート３によって覆われていない部分が溶融金属の通過する湯道５となり、湯道５の面積Ｓ₁変動を±５％の範囲内に抑制しつつ、可動プレート駆動装置６は可動プレート３を振幅３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で揺動させ、当該揺動の振動数が１回／秒以上１００回／秒以下であることを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
（２）可動プレート３は２枚の可動プレートからなり、湯道５の面積Ｓ₁変動を±５％の範囲内に抑制しつつ、可動プレート駆動装置６は２枚の可動プレートを同期して同じ方向に、それぞれ振幅３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で揺動させることを特徴とする上記（１）に記載の溶融金属の連続鋳造装置。
（３）可動プレート駆動装置６は、溶融金属の通過量すなわちスループット一定としたときの湯道面積Ｓ₁が鋳造開始初期湯道面積Ｓ₁₀の１．２５倍以上、２倍以下の範囲まで増加した際に、可動プレート３の揺動を開始することを特徴とする上記（１）又は（２）記載の溶融金属の連続鋳造装置。
（４）断面積Ｓ₀の開口部４を有する固定プレート２と、固定プレート２に沿って摺動する可動プレート３を有するスライディングノズルを用いた連続鋳造方法であって、固定プレート２の開口部４のうち、可動プレート３によって覆われていない部分が溶融金属の通過する湯道５となり、湯道５の面積Ｓ₁変動を±５％の範囲内に抑制しつつ、可動プレート３を振幅３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で揺動させ、当該揺動の振動数を１回／秒以上１００回／秒以下とすることを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
（５）可動プレート３は２枚の可動プレートからなり、湯道５の面積Ｓ₁変動を±５％の範囲内に抑制しつつ、２枚の可動プレートを同期して同じ方向に、それぞれ振幅３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で揺動させることを特徴とする上記（４）に記載の溶融金属の連続鋳造方法。
（６）溶融金属の通過量すなわちスループット一定としたときの湯道面積Ｓ₁が鋳造開始初期湯道面積Ｓ₁₀の１．２５倍以上、２倍以下の範囲まで増加した際に、可動プレート３の揺動を開始することを特徴とする上記（４）又は（５）記載の溶融金属の連続鋳造方法。

本発明は、スライディングノズルを用いた連続鋳造において、固定プレートの開口部のうち、可動プレートによって覆われていない部分が溶融金属の通過する湯道となり、湯道の面積Ｓ₁変動を±５％の範囲内に抑制しつつ、可動プレートを振幅０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で揺動させ、当該揺動の振動数を１回／秒以上１００回／秒以下とすることにより、連続鋳造用ノズル内への非金属介在物の付着を防止することができる。

溶融金属の流量調整にスライディングノズルを用いる場合、図１０に示すように、連続鋳造用ノズルは上部ノズル１３、スライディングノズル１、下部ノズル１４、浸漬ノズル１５から構成される分割構造となることが多い。浸漬ノズル１５は、有底円筒形で下方に通常２つの吐出口１７を有する。

浸漬ノズルの円筒内孔内において、鋳型内溶融金属１８の表面（ここでは「第１メニスカス１９」という。）よりも高い位置に第２メニスカス２０が存在し、円筒内孔内の第２メニスカス２０よりも下方については溶融金属充満領域２１となっており、第２メニスカス２０より上方においては、スライディングノズル１の開口部を通過した溶融金属が、円筒内孔内を落下している（図１０（ｂ））。第２メニスカス２０の高さは変動し、浸漬ノズルの円筒内孔１６及び吐出口１７への非金属介在物付着が増大すると、溶融金属流通時の圧損が増大するため、第２メニスカスは上昇し、スライディングノズル部まで含めて円筒内孔内は溶融金属充満領域２１となる（図１０（ｃ））。

可動プレートを１枚有するスライディングノズルにおいては、前述のとおり、スライディングノズル１の湯道５の開口面積を狭めている場合、湯道５は、固定プレート２の開口部４の端の部分に位置することとなる。そして、スライディングノズル１から、浸漬ノズル１５の円筒内孔内の第２メニスカス２０まで溶融金属が落下し、第２メニスカス２０から溶融金属充満領域２１に侵入するに際しても、スライディングノズルの湯道５が開口している側の端（以下「流下側２２」という。）において流入することになる（図１０（ｂ）（ｃ））。その結果、円筒内孔内の第２メニスカスより下方の溶融金属充満領域２１において、溶融金属流が侵入した側（流下側２２）については下方に向かう溶融金属流速が速いのに対し、溶融金属流が侵入したと反対側（以下「流下反対側２３」という。）については溶融金属流速が遅くなるという現象が発生する。

溶融金属として溶鋼を用い、連続鋳造用ノズルの浸漬ノズル内の溶鋼の流動状態について数値シミュレーションを実施した。

従来から通常に用いられる、固定プレート２と１枚の可動プレート３から構成されるスライディングノズル１においては、固定プレート２と可動プレート３の開口部の重なり部分（湯道５）の面積を調整して湯道の開口面積を狭めている場合、湯道５の位置は、固定プレートの開口部４の端の部分に位置することとなる。湯道５から下方に流出する溶鋼流は、垂直に降下し、第２メニスカス２０の位置において溶融金属充満領域２１に合流する。溶鋼流が合流する位置は円筒内孔１６の中心部ではなく、スライディングノズルの湯道５が開口する側（流下側２２）に偏ることとなる（図１０（ｂ））。そして数値シミュレーションの結果、第２メニスカス２０下部の溶融金属充満領域２１内において、円筒内孔１６の半径方向で流下側２２については溶鋼流速が速く、１ｍ／ｓｅｃ程度の流速を有するのに対し、流下反対側２３は溶鋼流速が遅く、０．０５ｍ／ｓｅｃ程度の流速にしかならないことが判明した。

そして、実際の連続鋳造に用いられた浸漬ノズルの介在物付着状況を調査したところ、円筒内孔１６の内壁のうち、流下側２２については非金属介在物付着が少なく、流下反対側２３については非金属介在物付着が多いことが判明した。

ここで、大気溶解炉を用いてるつぼ内に１００ｋｇの溶鋼を準備し、その溶鋼中に直径１０ｃｍの耐火物を６０ｒｐｍで回転させながら回転面を３０分間浸漬させた。その結果、溶鋼に浸漬した耐火物の回転面には、厚み２ｍｍの非金属介在物の付着が見られた。次に、同じ耐火物を回転軸方向に振動を加え、振動数を１０回／秒、振幅を３ｍｍとし、振動を加えつつ同じように６０ｒｐｍで３０分間回転させながら耐火物を溶鋼中に浸漬させた。すると、溶鋼に浸漬した耐火物の回転面は、非金属介在物の付着厚みが０．１ｍｍ未満となった。このことから、耐火物に接触する溶鋼に何らかの振動が加えられると、非金属介在物の付着量が大幅に低減する可能性が見いだされた。

そこで、浸漬ノズルの円筒内孔内の溶融金属充満領域２１の溶融金属に振動を付与すべく、スライディングノズルの可動プレートに揺動を加えた。可動プレートを揺動するとは、固定プレートに沿って可動プレートを摺動させ、摺動の方向を一定の振動数・一定の振幅で逆転させる往復運動を行わせることを意味する。そして可動プレートをこのように揺動させながら溶融金属の連続鋳造を行ったところ、浸漬ノズルの円筒内孔内の内壁への非金属介在物付着が大幅に低減できることが明らかとなった。

通常用いられるスライディングノズルにおいては、１枚又は２枚の固定プレート２と、１枚の可動プレート３を有している。図１、２に示す例では、２枚の固定プレート（２ａ、２ｂ）と１枚の可動プレート３を有している。そして、可動プレートを揺動させるとは、可動プレート３を図１（ａ）図２（ｃ）の位置（可動プレート３が最も右の位置に揺動）と図１（ｂ）図２（ｄ）の位置（可動プレート３が最も左の位置に揺動）の間の往復運動をさせることを意味する。そして、図１図２に示すＡが可動プレートの揺動の振幅に対応する。

浸漬ノズルの円筒内孔内の内壁への非金属介在物付着を低減するためには、溶融金属充満領域２１の溶融金属に十分な振動を付与する必要がある。溶融金属に振動を付与するための可動プレートの揺動に際しては、揺動の振動数を多くするほど、効果的に非金属介在物付着を低減できることがわかった。揺動の振動数が１回／秒以上であれば、溶融金属を効果的に振動し、非金属介在物付着を低減することができる。一方、揺動の振動数が１００回／秒を超えると揺動効果が飽和するので、上限を１００回／秒以下とする。また、揺動の振幅が大きいほど、効果的に非金属介在物付着を低減することができる。可動プレートを振幅０．５ｍｍ以上で揺動することにより、溶融金属を効果的に振動し、非金属介在物付着を低減することができる。一方、揺動の振幅が１５ｍｍを超えると、溶融金属の揺動が大きくなりすぎるので、振幅の上限は１５ｍｍ以下とする。

可動プレート３の揺動に際し、湯道面積Ｓ₁が大きく変動すると、スライディングノズル１からの溶融金属注入量（トン／時間）が変動し、鋳型内の溶融金属湯面高さ（第１メニスカス１９）の変動をきたし、鋳型内溶融金属表面を被覆している連続鋳造用フラックス（連続鋳造用パウダー）が溶融金属に巻き込まれ、一部が溶融金属の凝固シェルに捕捉され、欠陥の基点になるので好ましくない。このような問題を発生させないためには、湯道面積Ｓ₁を一定に保持することが好ましいが、湯道面積Ｓ₁の変動代が±５％以内であれば問題なく鋳造することができる。そこで、本発明においては、湯道面積Ｓ₁の変動を±５％以内に抑えることとした。図１、図２に示すように可動プレートを１枚有するスライディングノズルにおいては、可動プレートを揺動することのできる振幅の範囲は、振幅の上限である１５ｍｍに到達する前に、湯道面積Ｓ₁の変動代を±５％以内とする要件によって制限されることとなる。

次に、図３、４、６に示すように、２枚の可動プレート（３ａ、３ｂ）を有するスライディングノズルを用いた場合について説明する。図４（ａ）はスライディングノズルを構成する部材の分解図、図４（ｂ）は固定プレート２と開口部４を示す図である。図４（ｃ）に示すように、２枚の可動プレート（３ａ、３ｂ）によって固定プレート２の開口部４を部分的に覆うことにより、覆われていない部分が湯道５となる。図６は可動プレートの位置と湯道の開閉状況を示す図である。図６（ａ）は湯道全閉状態、（ｂ）は湯道半開状態、（ｃ）は湯道全開状態を示す。

固定プレート２の開口部４のうち、２枚の可動プレート（３ａ、３ｂ）によって覆われていない部分が溶融金属の通過する湯道５となるように可動プレート３の位置を定め、湯道５の面積Ｓ₁が一定に保持されつつ、２枚の可動プレート３を連動して揺動を行わせた。可動プレートを揺動させるとは、可動プレート（３ａ、３ｂ）を図３（ａ）図４（ｃ）の位置（可動プレート３が最も右の位置に揺動）と図３（ｂ）図４（ｄ）の位置（可動プレート３が最も左の位置に揺動）の間の往復運動をさせることを意味する。そして、図３図４に示すＡａ、Ａｂが可動プレート３ａ、３ｂの揺動の振幅に対応する。２枚の可動プレートを有するので、揺動に際して湯道面積を一定に保持しつつ揺動を行うことが可能である。従って、湯道面積Ｓ₁の変動代を±５％以内に保持しつつ、可動プレートの振幅Ａを上限である１５ｍｍまで増大することが可能であり、効果的に非金属介在物を除去することが可能となる。また、図３は第２メニスカス２０が鋳型内の第１メニスカス１９の高さに近い位置に存在する場合であるのに対し、図５は第２メニスカスが上昇し、浸漬ノズル１５の円筒内孔１６がすべて溶融金属充満領域２１となった場合を示す。

また、鋳造中において、鋳型断面積と鋳造速度とから定まる溶鋼の通過量すなわちスループットＭに応じて、湯道面積Ｓ₁が定まる。また、浸漬ノズル内の非金属介在物付着状況の変動によって、スループットを一定に保持する場合に湯道面積Ｓ₁が変化する。固定プレート開口部４の開口面積を図２（ｂ）図４（ｂ）に示すようにＳ₀としたとき、スループットが大きいことに起因して湯道面積Ｓ₁が固定プレート開口部断面積Ｓ₀の０．９倍より大きい場合は、浸漬ノズル内壁において溶融金属の流速が高位に保てるため、浸漬ノズル内壁への非金属介在物の付着は起こりがたい。また、非金属介在物付着に起因して湯道面積Ｓ₁が固定プレート開口部断面積Ｓ₀の０．９倍より大きくなった場合は、もはや湯道位置の揺動を行う効果がわずかしかない。さらに、湯道面積Ｓ₁が固定プレート開口部断面積Ｓ₀の０．２倍より小さい場合は、浸漬ノズル内壁において溶融金属の流速が低位に保たれ、浸漬ノズル内壁への非金属介在物の付着が懸念されるが、そもそもこのような操業形態はあり得ない。即ち、本発明が適用されるのは、現実には湯道面積Ｓ₁が固定プレート開口部断面積Ｓ₀の０．２倍以上０．９倍以下の範囲においてである。

本発明の可動プレート３の揺動は、連続鋳造中のすべての時期において行っても良いが、揺動が必要な時期のみに揺動を行うこととするとより好ましい。

鋳造中に浸漬ノズル内壁への非金属介在物の付着により、湯道面積Ｓ₁を一定に保持したとしても、浸漬ノズルにおける溶融金属の通過量すなわちスループットＭは低下する。あるいは、スループットＭを一定に保持するためには湯道面積Ｓ₁を増大しなければならない。

本発明において、溶融金属の通過量すなわちスループット一定としたときの湯道面積Ｓ₁が鋳造開始初期湯道面積Ｓ₁₀の１．２５倍未満である間は、浸漬ノズル内壁に非金属介在物が付着していないか付着はわずかなので、可動ノズル３の揺動を行わなくても良い。スループット一定としたときの湯道面積Ｓ₁が鋳造開始初期湯道面積Ｓ₁₀の１．２５倍以上、２倍以下のいずれかにおいて、非金属介在物の付着がある程度進行したと考えられるので、可動ノズル３の揺動を行うようにすると好ましい。非金属介在物の付着がこの程度に進行した時点において、可動ノズル３の揺動を行わなかった間に流下反対側２３であった部位に非金属介在物が付着しているが、可動ノズル３の揺動によって浸漬ノズル内の溶融金属が振動を受け、その振動によって非金属介在物を浸漬ノズル内壁から剥離し、付着した非金属介在物を良好に除去することができる。

一方、スループット一定としたときの湯道面積Ｓ₁が鋳造開始初期湯道面積Ｓ₁₀の２倍超まで拡大した場合は、浸漬ノズル内壁への非金属介在物付着は大量であり、可動プレートを揺動させても非金属介在物を浸漬ノズル内壁から離脱させることは困難となる。

従って、溶融金属の通過量すなわちスループット一定としたときの湯道面積Ｓ₁が鋳造開始初期湯道面積Ｓ₁₀の１．２５倍以上、２倍以下の範囲まで増加した際に、２枚の可動プレートの揺動を開始することとすると良い。

本発明の溶融金属の連続鋳造装置は、可動プレートが１枚の場合も２枚の場合も、可動プレートを駆動する可動プレート駆動装置６を有する。図８は２枚の可動プレートを有する場合について示す。可動プレート駆動装置６は、図８に示すように、制御装置７及び駆動機構８を有し、制御装置７の指令に基づいて駆動機構８が可動プレート３を駆動させる。駆動機構８として、エアーシリンダーや油圧シリンダーを用いることができる。可動プレート駆動装置６は、湯道面積Ｓ₁の変動を±５％以内に抑えつつ、２枚の可動プレート３を揺動させる運転制御を行う。さらに、溶融金属の通過量すなわちスループット一定としたときの湯道面積Ｓ₁が鋳造開始初期湯道面積Ｓ₁₀の１．２５倍以上、２倍以下の範囲まで増加した際に、２枚の可動プレートの揺動を開始する制御を行う。

本発明で適用するスライディングノズル１において、２枚の可動プレート３は、図３〜６に示すように２枚の可動プレート（３ａ、３ｂ）が重なりを有しない形態とすることができる。この場合、２枚の可動プレート（３ａ、３ｂ）の間にできる隙間１０と、固定プレートの開口部４によって形成される空間が湯道５となる。２枚の可動プレートが接することにより、隙間１０が消滅し（図６（ａ））、湯道５を閉鎖することとなる。

また、図７、８に示すように、２枚の可動プレート（３ａ、３ｂ）が重なりを有する形態とすることができる。この場合、図８（ｃ）に示すように、２枚の可動プレート（３ａ、３ｂ）それぞれに可動プレート開口部（１１ａ、１１ｂ）を設ける。２枚の可動プレートの可動プレート開口部１１及び固定プレートの開口部４によって形成される空間が湯道５となる。図８（ｄ）は２枚の可動プレートが揺動の右端に位置し、図８（ｅ）は２枚の可動プレートが揺動の左端に位置する場合である。

可動プレート３の摺動方向としては、鋳型の厚み方向であっても、鋳型の幅方向であってもいずれでも良い。

取鍋溶鋼量が３５０トンである鋼のスラブ連続鋳造装置を用いて低炭Ａｌキルド鋼を連続鋳造するに際し、本発明を適用した。連続鋳造装置は、２ストランドのスラブ連続鋳造装置であり、鋳片厚みは２５０ｍｍである。連続鋳造用ノズル１２として、上ノズル１３、スライディングノズル１、下ノズル１４、浸漬ノズル１５からなる構成のものを用いた。浸漬ノズル１５は有底円筒形のアルミナグラファイト耐火物製であり、ノズル内径はφ７０ｍｍ、最下部の側方には２つの吐出口１７を有している。連続鋳造用ノズルへの不活性ガス吹き込みは行わない。

スライディングノズル１として、可動プレートが１枚の場合は図１、２に示すものを用い、可動プレートが２枚の場合は図７に示すものを用いた。いずれも２枚の固定プレート２を有する。固定プレート２は円形の開口部４を有し、開口部４の断面積Ｓ₀は３８５０ｍｍ²である。１枚又は２枚の可動プレート３を駆動する可動プレート駆動装置６は、エアーシリンダーを用いた駆動機構８と、駆動機構８の動きを制御する制御装置７を有する。可動プレート３を摺動する方向は、鋳型の厚み方向である。

鋳型幅として表１に記載の幅を用い、表１に記載する鋳造速度で鋳造を開始した。可動プレート駆動装置６によって湯道面積Ｓ₁を調整し、目標とする鋳造速度を実現する。鋳造開始時の湯道面積をＳ₁₀とし、Ｓ₁₀／Ｓ₀比実績を表１の「鋳造初期湯道面積比」に示した。

鋳造開始後、所定のタイミングから可動プレート３の揺動を開始する。２枚の可動プレートを有する場合、可動プレート３を揺動させるに際し、可動プレート駆動装置６は、湯道面積Ｓ₁を一定に保つように可動プレート３を駆動する。湯道面積Ｓ₁の変動を±５％以下に保持することができる。湯道面積変動実績を表１の「湯道面積変動」に記載した。また、可動プレート揺動の振動数と振幅を表１に示した。

可動プレート３の揺動を開始した時期における湯道面積Ｓ₁と、鋳造開始時の湯道面積Ｓ₁₀の比（Ｓ₁／Ｓ₁₀）を表１に示す。Ｓ₁／Ｓ₁₀＝１．０と表示された実施例については、鋳造開始時から揺動を行っていることを意味する。それ以外の実施例については、鋳造開始時には揺動を行わず、鋳造速度を一定に保持して鋳造を行った。連続鋳造用ノズル内に非金属介在物が付着すると、鋳造速度を維持するために湯道面積Ｓ₁を広げる制御が行われる。その結果、Ｓ₁／Ｓ₁₀が所定の値（表１の「揺動開始時のＳ₁とＳ₁₀の比」に示す値）に達したときに可動プレートの揺動を開始した。

当該タンディッシュでの鋳造が完了した後、連続鋳造用ノズル内に付着する非金属介在物の付着量を評価した。付着厚について、表１の比較例２の付着量を１として評価した評価値を表１に示す。また、鋳造したスラブを熱間圧延及び冷間圧延し、厚さ０．９ｍｍの冷延鋼板とし、鋼板単位長さ当たりの疵（ヘゲ、スリバー）個数を評価した。そして表１の比較例２の疵個数を１として評価した評価値を表１に示す。

表１の実施例１〜１１については、鋳造開始時から可動ノズルの揺動を開始した。実施例１〜１０は可動プレートを２枚有する場合であり、湯道面積変動、揺動振動数、揺動振幅ともに本発明範囲内にあり、良好な品質を得ることができた。実施例１０については意図的に揺動時の湯道面積Ｓ₁の変動を本発明の上限である±５％に増大させたが、品質評価結果は良好であった。実施例１１は可動プレートを１枚有する本発明例である。

実施例１２〜１９については、鋳造開始時には可動ノズルの揺動を行わず、連続鋳造用ノズルへの非金属介在物付着が進行し、湯道面積Ｓ₁が増大してＳ₁／Ｓ₁₀が所定の値になった以降に可動ノズルの揺動を開始した。揺動開始時のＳ₁／Ｓ₁₀を１．１８、１．２５、２、２．５と変化させた。揺動開始時のＳ₁／Ｓ₁₀が大きくなるほど品質評価は低下するものの、Ｓ₁／Ｓ₁₀が１．２５〜２の範囲であれば、品質評価は「良いが少し劣る」程度であって良好な範囲である。また、鋳造開始時から揺動を開始しなかったことに起因し、可動プレート３の揺動による磨耗を低減できるとともに、可動プレート駆動装置６の精緻な制御を常に保障する必要がなくなるという効果を得ることができた。

比較例１については、鋳型幅が広くかつ鋳造速度が速いので、鋳造初期湯道面積比Ｓ₁₀／Ｓ₀が０．９５と大きく、本発明の適用範囲外であった。鋳造初期から連続鋳造用ノズル内の溶鋼流速が速いので、揺動を行わないにもかかわらず、品質評価結果は良好であった。

比較例２は鋳造初期湯道面積比Ｓ₁₀／Ｓ₀が０．５であって本発明対象範囲であるものの揺動を行わなかった。その結果、連続鋳造用ノズル内への非金属介在物付着、冷延鋼板での不合格発生率のいずれも、最も悪い成績であった。

比較例３においては、可動ノズルの揺動は行ったものの、可動ノズル駆動装置の制御を意図的に変更し、揺動時の湯道面積Ｓ₁の変動を±７％に増加させた。その結果、冷延鋼板における不合格発生率が増大した。湯道面積Ｓ₁の変動が大きいため、連続鋳造用ノズルからの吐出溶鋼流量が変動し、それによって鋳型内の溶鋼表面位置が変動し、パウダー巻き込みを誘発してスラブへの非金属介在物増加をもたらしたものと推定する。

比較例４は揺動振動数が本発明の下限未満であり、品質が少し劣る結果となった。比較例５、６は揺動振動数が本発明の上限を超え、品質は良好であるが飽和していた。比較例７は振動振幅が本発明の下限未満であり、品質が少し劣る結果となった。比較例８、９は揺動振幅が本発明の上限を超え、品質は良好であるが飽和していた。

本発明の一形態を示す部分断面図であり、（ａ）は湯道が揺動右端、（ｂ）は湯道が揺動左端に位置する場合を示す。 本発明を説明する概略図であり、（ａ）は連続鋳造用ノズルの分解断面図、（ｂ）は固定ノズルを説明する図、（ｃ）は湯道が揺動右端、（ｄ）は湯道が揺動左端に位置する場合を示す。 本発明の一形態を示す部分断面図であり、（ａ）は湯道が揺動右端、（ｂ）は湯道が揺動左端に位置する場合を示す。 本発明を説明する概略図であり、（ａ）は連続鋳造用ノズルの分解断面図、（ｂ）は固定ノズルを説明する図、（ｃ）は湯道が揺動右端、（ｄ）は湯道が揺動左端に位置する場合を示す。 本発明の一形態を示す部分断面図であり、（ａ）は湯道が揺動右端、（ｂ）は湯道が揺動左端に位置する場合を示す。 本発明の一形態を示す部分断面図であり、（ａ）は湯道全閉状態、（ｂ）は湯道半開状態、（ｃ）は湯道全開状態を示す。 本発明の一形態を示す部分断面図であり、（ａ）は湯道が揺動右端、（ｂ）は湯道が揺動左端に位置する場合を示す。 本発明を説明する概略図であり、（ａ）は連続鋳造用ノズルの分解断面図、（ｂ）は固定ノズルを説明する図、（ｃ）は可動プレートを説明する図、（ｄ）は湯道が揺動右端、（ｅ）は湯道が揺動左端に位置する場合を示す。 本発明の連続鋳造用ノズルの断面図である。 従来の連続鋳造用ノズルを示す部分断面図であり、（ａ）は湯道全閉状態、（ｂ）（ｃ）は湯道半開状態を示す。

符号の説明

１ スライディングノズル
２ 固定プレート
３ 可動プレート
４ 開口部
５ 湯道
６ 可動プレート駆動装置
７ 制御装置
８ 駆動機構
９ タンディッシュ
１０ 隙間
１１ 可動プレート開口部
１２ 連続鋳造用ノズル
１３ 上部ノズル
１４ 下部ノズル
１５ 浸漬ノズル
１６ 円筒内孔
１７ 吐出口
１８ 鋳型内溶融金属
１９ 第１メニスカス
２０ 第２メニスカス
２１ 溶融金属充満領域
２２ 流下側
２３ 流下反対側
Ａ 揺動振幅

Claims (6)

1. 断面積Ｓ₀の開口部を有する固定プレートと、固定プレートに沿って摺動する可動プレートを有するスライディングノズルを有する連続鋳造装置であって、可動プレートを駆動する可動プレート駆動装置を有し、固定プレートの開口部のうち、可動プレートによって覆われていない部分が溶融金属の通過する湯道となり、前記湯道の面積Ｓ₁変動を±５％の範囲内に抑制しつつ、前記可動プレート駆動装置は可動プレートを振幅３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で揺動させ、当該揺動の振動数が１回／秒以上１００回／秒以下であることを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
2. 前記可動プレートは２枚の可動プレートからなり、前記湯道の面積Ｓ₁変動を±５％の範囲内に抑制しつつ、前記可動プレート駆動装置は２枚の可動プレートを同期して同じ方向に、それぞれ振幅３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で揺動させることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の連続鋳造装置。
3. 前記可動プレート駆動装置は、溶融金属の通過量すなわちスループット一定としたときの湯道面積Ｓ₁が鋳造開始初期湯道面積Ｓ₁₀の１．２５倍以上、２倍以下の範囲まで増加した際に、可動プレートの揺動を開始することを特徴とする請求項１又は２記載の溶融金属の連続鋳造装置。
4. 断面積Ｓ₀の開口部を有する固定プレートと、固定プレートに沿って摺動する可動プレートを有するスライディングノズルを用いた連続鋳造方法であって、固定プレートの開口部のうち、可動プレートによって覆われていない部分が溶融金属の通過する湯道となり、前記湯道の面積Ｓ₁変動を±５％の範囲内に抑制しつつ、可動プレートを振幅３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で揺動させ、当該揺動の振動数を１回／秒以上１００回／秒以下とすることを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
5. 前記可動プレートは２枚の可動プレートからなり、前記湯道の面積Ｓ₁変動を±５％の範囲内に抑制しつつ、２枚の可動プレートを同期して同じ方向に、それぞれ振幅３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で揺動させることを特徴とする請求項４に記載の溶融金属の連続鋳造方法。
6. 溶融金属の通過量すなわちスループット一定としたときの湯道面積Ｓ₁が鋳造開始初期湯道面積Ｓ₁₀の１．２５倍以上、２倍以下の範囲まで増加した際に、可動プレートの揺動を開始することを特徴とする請求項４又は５記載の溶融金属の連続鋳造方法。

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