JP5929872B2

JP5929872B2 - 鋼の連続鋳造方法

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Publication number: JP5929872B2
Application number: JP2013227611A
Authority: JP
Inventors: 章敏松井; 晋一泉川; 満園　将行; 将行満園; 三木　祐司; 祐司三木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: JP2015085370A

Description

本発明は、鋳造幅が広いスラブの連続鋳造方法であって、電磁力によって鋳型内の溶鋼流動を制御しながら鋼を連続鋳造する方法に関する。

近年、自動車用鋼板、缶用鋼板などの高級鋼製品の品質要求が厳格化しており、鋳片（スラブ）の製造段階（連続鋳造段階）からの高品質化が要望されている。スラブに要求される品質の１つとして、スラブ表層の介在物量が少ないことが挙げられる。スラブ表層に捕捉される介在物には、下記（1）〜（3）などがある。これらは何れも製品段階で表面欠陥となるため、スラブ表層に捕捉される量を少なくすることが重要である。
（1）アルミニウムなどによる溶鋼の脱酸工程で生成し、溶鋼中に懸濁している脱酸生成物
（2）タンディッシュや浸漬ノズルで溶鋼内に吹き込まれるＡｒガス気泡
（3）鋳型内の溶鋼湯面上に散布したモールドパウダーが溶鋼中に巻き込まれて懸濁したもの

従来、溶鋼中の非金属介在物、モールドフラックス、気泡が凝固シェルに捕捉され、製品欠陥となることを防止するために、鋳型内で溶鋼流に磁界を印加し、磁界による電磁気力を利用して溶鋼の流動を制御することが行われており、この技術に関して数多くの提案がなされている。
例えば、特許文献１には、静磁場により溶鋼流速を制動する技術が開示されている。この方法は、浸漬ノズルの吐出孔から吐出された溶鋼流を直流磁界で制動することで、溶鋼流に随伴する非金属介在物やモールドフラックスが凝固シェルに捕捉されないようにするものである。

また、特許文献２には、鋳型長辺部を挟んで対向する１対の上部磁極と１対の下部磁極に各々印加される直流磁界により溶鋼流を制動するとともに、上部磁極または下部磁極に交流磁界を重畳して印加する方法が開示されている。この方法は、直流磁界による溶鋼流の制動を行うとともに、交流磁界による溶鋼の撹拌により、凝固シェル界面での非金属介在物などの洗浄効果を得ようとするものである。
また、特許文献３には、鋳型長辺部を挟んで対向する１対の上部磁極と１対の下部磁極に各々直流磁界を印加するとともに、上部磁極に交流磁界を重畳印加する方法において、直流磁界の強度や交流磁界の強度を、鋳造幅と鋳造速度に応じて特定の数値範囲とする方法が開示されている。

一方、鋼の連続鋳造においては、スラブの品質を確保するだけでなく、生産性の向上を図る必要もある。生産性の向上には、鋳型内に注入する単位時間あたりの溶鋼量を増加させる必要があり、このための具体的な対応としては、鋳造速度の向上や鋳造幅の拡大が挙げられる。しかし、その際の問題として、浸漬ノズルからの吐出流速が増大して、溶鋼中の介在物などを鋳型内溶鋼深部へ運んでしまい、製品欠陥の要因となる。また、鋳造幅が広い場合には、幅方向両端部において溶鋼流速が十分に稼げず、非金属介在物等の洗浄効果が十分に得られないため、幅方向両端部での製品欠陥発生率が増加してしまうという問題がある。

特許第２７２６０９６号公報特開平１０−３０５３５３号公報特許第４５６９７１５号公報

近年の自動車外板用鋼板等の品質厳格化に伴い、これまで問題にならなかった微小な気泡やモールドフラックスの巻き込みに起因する欠陥が問題視されるようになりつつあり、特許文献１，２に示されるような連続鋳造方法では、そのような厳しい品質要求に十分対応できない。特に、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、溶融めっき後、加熱して母材鋼板の鉄成分を亜鉛めっき層に拡散させるものであり、母材鋼板の表層性状が合金化溶融亜鉛めっき層の品質に大きく影響する。すなわち、母材鋼板の表層に気泡性やフラックス性の欠陥があると、小さな欠陥であってもめっき層の厚みにむらが生じ、それが表面に筋状の欠陥として現れ、自動車外板などのような品質要求の厳しい用途には使用できなくなる。
また、特許文献３では、鋳造条件に応じて適切な磁場条件を開示しているものの、その鋳造条件は鋳造幅が１８５０ｍｍ未満に限定されており、鋳造能率を向上すべく１８５０ｍｍ以上の広幅鋳造を行う場合には対応できない。

したがって本発明の目的は、上記のような従来技術の課題を解決し、電磁力を利用して鋳型内の溶鋼流動を制御しながら鋼を連続鋳造する方法により、高スループットで鋳造幅が広いスラブを鋳造するにあたり、非金属介在物や微小な気泡及びモールドフラックスの巻き込みによる欠陥が少ない高品質のスラブを得ることができる連続鋳造方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、溶鋼スループットＱを６．０〜７．５ｔｏｎ／ｍｉｎ、鋳造幅を１８５０ｍｍ以上とする高能率条件で溶鋼を連続鋳造するにあたり、浸漬ノズルの溶鋼吐出角度と浸漬深さ、さらに上下直流磁場の強度と上部交流移動磁場の強度を最適な範囲とした上で、浸漬ノズルからの不活性ガス吹き込み量Ｒと溶鋼スループットＱの比Ｒ／Ｑを最適化するものであり、その要旨は以下のとおりである。

［1］鋳型外側に、鋳型長辺部を挟んで対向する１対の上部磁極と１対の下部磁極を備えるとともに、前記上部磁極の直流磁場のピーク位置と前記下部磁極の直流磁場のピーク位置の間に、溶鋼を注入するための浸漬ノズルの溶鋼吐出孔が位置する連続鋳造機を用い、前記１対の下部磁極に直流磁界を印加することにより溶鋼流を制動し、且つ前記１対の上部磁極に直流磁界と交流移動磁界を重畳印加することにより、溶鋼流の制動と溶鋼の撹拌を行いつつ鋼を連続鋳造する方法であって、
溶鋼スループットＱを６．０〜７．５ｔｏｎ／ｍｉｎとし、鋳造幅が１８５０ｍｍ以上のスラブを鋳造するに当たり、溶鋼吐出孔の水平方向から下向きの溶鋼吐出角度が１５〜３５°、浸漬深さ（但し、メニスカスから溶鋼吐出孔上端までの距離）が１８０ｍｍ以上３００ｍｍ未満の浸漬ノズルを用い、上部磁極に印加する交流移動磁界の強度を０．０７〜０．０９Ｔ、上部磁極に印加する直流磁界の強度を０．２５〜０．３２Ｔ、下部磁極に印加する直流磁界の強度を０．３５〜０．４０Ｔとし、浸漬ノズルの内壁面からの不活性ガスの吹き込み量Ｒ（ＮＬ／ｍｉｎ）と溶鋼スループットＱ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）との比Ｒ／Ｑが、下記（1）式を満足することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
（１５−Ｑ）／３．７５≦Ｒ／Ｑ≦（１６．５−Ｑ）／３．７５ …（1）

［2］上記［1］の連続鋳造方法において、浸漬ノズルは、ノズル内径（但し、溶鋼吐出孔の位置でのノズル内径）が７０〜９０ｍｍ、各溶鋼吐出孔の開口面積が３６００〜８１００ｍｍ^２であることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。

本発明によれば、溶鋼スループットＱを６．０〜７．５ｔｏｎ／ｍｉｎ、鋳造幅を１８５０ｍｍ以上とする高能率条件で溶鋼を連続鋳造するにあたり、微小な気泡による気泡性欠陥、非金属介在物性欠陥、フラックス性欠陥が非常に少ない高品質のスラブを高能率で製造することが可能となる。

本発明の実施に供される連続鋳造機の鋳型および浸漬ノズルの一実施形態を示す縦断面図図１のII-II線に沿う断面図本発明の実施に供される連続鋳造機において、互いに独立した直流磁界用磁極と交流磁界用磁極を備えた上部磁極の一実施形態を模式的に示す平面図

本発明では、鋳型外側に、鋳型長辺部を挟んで対向する１対の上部磁極と１対の下部磁極を備えるとともに、前記上部磁極の直流磁場のピーク位置と前記下部磁極の直流磁場のピーク位置の間に、溶鋼を注入するための浸漬ノズルの溶鋼吐出孔が位置する連続鋳造機を用い、前記１対の下部磁極に直流磁界を印加することにより溶鋼流を制動し、且つ前記１対の上部磁極に直流磁界と交流移動磁界を重畳印加することにより、溶鋼流の制動と溶鋼の撹拌を行いつつ鋼を連続鋳造する方法を用いる。
本発明は、このような連続鋳造法において、スラブの生産性を高めるために、溶鋼スループットＱを６．０〜７．５ｔｏｎ／ｍｉｎ、鋳造幅を１８５０ｍｍ以上とする高能率条件で溶鋼を鋳造する。ここで、溶鋼スループットとは、単位時間当たりの溶鋼鋳造量である。

本発明者らは、上記のような電磁力を利用して溶鋼の流動制御を行う連続鋳造方法において、溶鋼スループットＱを６．０〜７．５ｔｏｎ／ｍｉｎ、鋳造幅を１８５０ｍｍ以上とする高能率条件で溶鋼を連続鋳造した場合について、鋳型内の溶鋼流動状況に関する調査を行った。この調査では、数値計算や実機１／４サイズの低融点合金（Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｄ合金：融点７０℃）装置による流速測定により、鋳型内の流速分布を繰り返し求めた。その結果、溶鋼吐出孔の水平方向から下向きの溶鋼吐出角度が１５〜３５°、浸漬深さ（但し、メニスカスから溶鋼吐出孔上端までの距離）が１８０ｍｍ以上３００ｍｍ未満の浸漬ノズルを用い、上部磁極に印加する交流移動磁界の強度を０．０７〜０．０９Ｔ、上部磁極に印加する直流磁界の強度を０．２５〜０．３２Ｔ、下部磁極に印加する直流磁界の強度を０．３５〜０．４０Ｔとした上で、浸漬ノズルの内壁面からの不活性ガスの吹き込み量Ｒ（ＮＬ／ｍｉｎ）と溶鋼スループットＱ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）との比Ｒ／Ｑが下記（1）式を満足するように鋳造を行うことにより、溶鋼スループットＱを６．０〜７．５ｔｏｎ／ｍｉｎ、鋳造幅を１８５０ｍｍ以上とする高能率条件でも、欠陥の少ない高品質のスラブが得られることを見出した。
（１５−Ｑ）／３．７５≦Ｒ／Ｑ≦（１６．５−Ｑ）／３．７５ …（1）

ここで、Ｒ／Ｑが上記（1）式の左辺で表される数値よりも小さい場合には、広幅材の幅方向両端部の流速が低下し、非金属介在物や気泡の洗浄効果が乏しくなり、両端部領域にこれらが捕捉されて欠陥となることが判った。このような条件で鋳造した製品の欠陥分布を調査すると、欠陥発生領域が幅方向端部に集中しており、上記の調査結果と一致することが判った。一方、Ｒ／Ｑが上記（1）式の右辺で表される数値よりも大きい場合には、表面流速が大きくなるためモールドパウダーの巻き込みが起こりやすくなり、製品欠陥の要因となることが判った。

鋳型内での溶鋼流速制御は電磁力による方法が一般的であるが、電磁力は鋳型幅方向一定の制御である。鋳造幅１８５０ｍｍ以上で溶鋼スループットが６．０〜７．５ｔｏｎ／ｍｉｎのような、広幅・高スループット条件においては、浸漬ノズルから吹き込む不活性ガス流量の鋳型内流動への影響が大きく、鋳型幅方向での溶鋼流速の大小が生じやすい状況となる。このような溶鋼流速の変動を、幅方向一定の電磁力制御のみで制御しきることは困難であり、不活性ガス吹き込み量を細かい範囲で管理し、鋳型内の溶鋼流速をより厳密に制御することで、広幅・高スループット条件においても高品質なスラブを製造できることが、本発明者らの検討により明らかとなった。

以上のような知見に基づき本発明では、溶鋼スループットＱを６．０〜７．５ｔｏｎ／ｍｉｎとし、鋳造幅が１８５０ｍｍ以上のスラブを連続鋳造するに当たり、溶鋼吐出孔の水平方向から下向きの溶鋼吐出角度が１５〜３５°、浸漬深さ（但し、メニスカスから溶鋼吐出孔上端までの距離）が１８０ｍｍ以上３００ｍｍ未満の浸漬ノズルを用い、上部磁極に印加する交流移動磁界の強度を０．０７〜０．０９Ｔ、上部磁極に印加する直流磁界の強度を０．２５〜０．３２Ｔ、下部磁極に印加する直流磁界の強度を０．３５〜０．４０Ｔとし、浸漬ノズルの内壁面からの不活性ガスの吹き込み量Ｒ（ＮＬ／ｍｉｎ）と溶鋼スループットＱ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）との比Ｒ／Ｑが、下記（1）式を満足するように鋼の連続鋳造を行うものである。
（１５−Ｑ）／３．７５≦Ｒ／Ｑ≦（１６．５−Ｑ）／３．７５ …（1）
なお、本発明では、溶鋼スループットＱの上限を７．５ｔｏｎ／ｍｉｎとするものであるが、これは、７．５ｔｏｎ／ｍｉｎを超えるような高スループットでは、本発明の鋳造条件をもってしても高品質なスラブが得られないからである。また、スラブの鋳造幅には特に上限はないが、求められる製品サイズや設備的な制約などから、一般には２７００ｍｍ程度が実質的な上限となる。

次に、浸漬ノズルの溶鋼吐出角度（溶鋼吐出孔の水平方向から下向きの溶鋼吐出角度。以下、溶鋼吐出角度αという）と浸漬深さ、上部磁極および下部磁極の磁場強度の限定理由について説明する。
浸漬ノズルの浸漬深さと溶鋼吐出角度αにより鋳型内での溶鋼の流動状態が大きく変化する。すなわち、ノズル浸漬深さが小さいほど、浸漬ノズルから吐出される溶鋼の流動状態の影響が溶鋼表面（メニスカス）に伝わりやすく、一方、ノズル浸漬深さが大きくなると下方への流速が大きくなりやすい。また、溶鋼吐出角度αが大きくなると溶鋼上昇流に較べて溶鋼下降流が大きくなり、溶鋼吐出角度αが小さくなるとその逆になる。

ノズル浸漬深さが大きすぎても、小さすぎても、浸漬ノズルから吐出される溶鋼の流動量や流速が変化したときに、鋳型内での溶鋼の流動状態が大きく変化するため、溶鋼流の適切な制御が難しくなる。ノズル浸漬深さが１８０ｍｍ未満では、浸漬ノズルから吐出される溶鋼の流動量や流速が変化したときに、ダイレクトに溶鋼表面（メニスカス）が変動し、表面の乱れが大きくなってモールドフラックスの巻き込みが起こり易くなり、一方、３００ｍｍ以上では、溶鋼の流動量などが変動したときに、下方への流速が大きくなって非金属系介在物や気泡の潜り込みが大きくなる傾向がある。

溶鋼吐出角度αが３５°を超えると、下部磁極の直流磁界で溶鋼下降流を制動しても、非金属介在物や気泡が溶鋼下降流によって鋳型下方に運ばれて凝固シェルに捕捉されやすくなる。一方、溶鋼吐出角度αが１５°未満では、直流磁界で溶鋼上昇流を制動しても、溶鋼表面の乱れを適切に制御できず、モールドフラックスの巻き込みが生じ易くなる。

また、上部磁極に印加する直流磁界の強度が０．２５Ｔ未満では、直流磁界による溶鋼上昇流の制動効果が不十分で湯面変動が大きく、モールドフラックスの巻き込みが起こりやすくなる。一方、直流磁界の強度が０．３２Ｔを超えると、鋳型内の流動による非金属介在物等の洗浄効果が低下するため、それらが凝固シェルに捕捉されやすくなり、製品欠陥につながる。
また、下部磁極に印加する直流磁界の強度が０．３５Ｔ未満では、直流磁界による溶鋼下降流の制動効果が不十分であるため、溶鋼下降流に随伴する非金属介在物や気泡が下方向に潜り込み、凝固シェルに捕捉されやすくなる。一方、直流磁界の強度が０．４０Ｔを超えると、溶鋼下降流による洗浄効果が低下するため、非金属介在物や気泡が凝固シェルに捕捉されやすくなる。

上部磁極に直流磁界と重畳して印加される交流磁界は、後述するように交流移動磁界である。この交流移動磁界の強度が０．０７Ｔ未満では、交流磁界による旋回流が溶鋼上昇流によって干渉を受けやすく、凝固界面流速を安定的に高めることができず、気泡性欠陥が生じやすくなる。一方、交流移動磁界の強度が０．０９Ｔを超えると、旋回撹拌力が強くなりすぎ、モールドフラックスの巻き込みが生じやすくなる。

また、浸漬ノズルのノズル内径（但し、溶鋼吐出孔の位置でのノズル内径）は７０〜９０ｍｍとすることが好ましい。溶鋼中に懸濁するアルミナ等の非金属介在物が浸漬ノズルの内側に部分的に付着した場合に、浸漬ノズルから吐出する溶鋼に偏流（幅方向での流速の対称性が悪くなる）が生じることがあり、ノズル内径が７０ｍｍ未満では、そのような場合に偏流が極端に大きくなる恐れがある。このような極端な偏流が生じると、鋳型内での溶鋼流の制御が困難となる。一方、浸漬ノズル内を流れる溶鋼量の調整は、浸漬ノズル上方のスライディングノズルの開度調整により行われるが、ノズル内径が９０ｍｍを超えるとノズル内部に溶鋼が充填されない部分が生じる恐れがあり、この場合も上記同様、極端な偏流が生じる可能性があり、鋳型内での溶鋼流制御が困難となる場合がある。

また、浸漬ノズルの各溶鋼吐出孔の開口面積は３６００〜８１００ｍｍ^２とすることが好ましい。溶鋼吐出孔の開口面積が本発明の効果に影響を及ぼす理由は、溶鋼吐出孔の開口面積が小さすぎると溶鋼吐出孔から吐出される溶鋼流速が大きくなりすぎ、逆に開口面積が大きすぎると溶鋼流速が小さすぎ、いずれの場合も鋳型内の溶鋼流の流速を適正化しにくくなるためである。

図１および図２は、本発明の実施に供される連続鋳造機の鋳型および浸漬ノズルの一実施形態を示すもので、図１は鋳型および浸漬ノズルの縦断面図、図２は同じく水平断面図（図１のII−II線に沿う断面図）である。
図において、１は鋳型であり、この鋳型１は鋳型長辺部１０（鋳型側壁）と鋳型短辺部１１（鋳型側壁）とにより水平断面矩形状に構成されている。
２は浸漬ノズルであり、この浸漬ノズル２を通じて鋳型１の上方に設置されたタンディッシュ（図示せず）内の溶鋼を鋳型１内に注入する。この浸漬ノズル２は、筒状のノズル本体の下端に底部２１を有するとともに、この底部２１の直上の側壁部に、両鋳型短辺部１１と対向するように１対の溶鋼吐出孔２０が貫設されている。

先に述べたように、この浸漬ノズル２は、溶鋼吐出孔２０の水平方向から下向きの溶鋼吐出角度αが１５〜３５°、浸漬深さ（但し、メニスカス６から溶鋼吐出孔２０上端までの距離）が１８０ｍｍ以上３００ｍｍ未満であり、また、ノズル内径（但し、溶鋼吐出孔２０の位置でのノズル内径）が７０〜９０ｍｍ、各溶鋼吐出孔２０の開口面積が３６００〜８１００ｍｍ^２であることが好ましい。

溶鋼中のアルミナなどの非金属介在物が浸漬ノズル２の内壁面に付着・堆積してノズル閉塞を生じることを防止するため、浸漬ノズル２のノズル本体内部に設けられたガス流路にＡｒガスなどの不活性ガスが導入され、この不活性ガスがノズル内壁面からノズル内に吹き込まれる。
タンディッシュから浸漬ノズル２に流入した溶鋼は、浸漬ノズル２の１対の溶鋼吐出孔２０から鋳型１内に吐出される。吐出された溶鋼は、鋳型１内で冷却されて凝固シェル５を形成し、鋳型１の下方に連続的に引き抜かれ鋳片（スラブ）となる。鋳型１内のメニスカス６には、溶鋼の保温剤および凝固シェル５と鋳型１の潤滑剤として、モールドフラックスが添加される。

また、浸漬ノズル２の内壁面から吹き込まれた不活性ガスの気泡は、溶鋼吐出孔２０から溶鋼とともに鋳型１内に吐出される。
鋳型１の外側（鋳型側壁の背面）には、鋳型長辺部を挟んで対向する１対の上部磁極３ａ、３ｂと１対の下部磁極４ａ、４ｂが設けられ、これら上部磁極３ａ、３ｂと下部磁極４ａ、４ｂは、それぞれ鋳型長辺部１０の幅方向において、その全幅に沿うように配置されている。

上部磁極３ａ、３ｂと下部磁極４ａ、４ｂは、鋳型１の上下方向において、上部磁極３ａ、３ｂの直流磁場のピーク位置（上下方向でのピーク位置：通常は上部磁極３ａ、３ｂの上下方向中心位置）と下部磁極４ａ、４ｂの直流磁場のピーク位置（上下方向でのピーク位置：通常は下部磁極４ａ、４ｂの上下方向中心位置）の間に溶鋼吐出孔２０が位置するように、配置される。また、１対の上部磁極３ａ、３ｂは、通常、メニスカス６をカバーする位置に配置される。

上部磁極３ａ、３ｂと下部磁極４ａ、４ｂには、それぞれ直流磁界が印加されるとともに、上部磁極３ａ、３ｂには交流磁界（交流移動磁界）が重畳して印加されるので、通常、上部磁極３ａ、３ｂは、互いに独立した直流磁界用磁極と交流磁界用磁極（いずれの磁極も鉄芯部とコイルとからなる）を備える。これにより、重畳印加される直流磁界と交流磁界の各々の強度を任意に選択することができる。図３は、そのような上部磁極３ａ、３ｂの一実施形態を模式的に示す平面図であり、鋳型１の両鋳型長辺部の外側に１対の交流磁界用磁極３０ａ、３０ｂ（＝交流磁場発生装置）が配置され、さらにその外側に１対の直流磁界用磁極３１ａ、３１ｂ（＝直流磁場発生装置）が配置されている。

また、上部磁極３ａ、３ｂは、共通の鉄芯部に対して直流磁界用コイルと交流磁界用コイルを備えるものであってもよく、このような独立して制御可能な直流磁場用コイルと交流磁場用コイルを備えることにより、重畳印加される直流磁界と交流磁界の各々の強度を任意に選択することができる。一方、下部磁極４ａ、４ｂは、鉄芯部と直流磁場用コイルとからなる。
また、直流磁界に重畳印加される交流磁界は交流移動磁界である。交流移動磁界とは、任意の隣接するＮ個のコイルに３６０°／Ｎずつ位相をずらした交流電流を通電して得られる磁界のことで、一般には、高効率であるためＮ＝３（位相差１２０°）が用いられる。ここで、直流磁界に重畳印加される交流磁界を交流移動磁界とする理由は、鋳型内の溶鋼を撹拌するために、移動する磁界によって溶鋼の流れを作るためである。交流磁界であっても交流移動磁界でないもの、つまり、各コイルの電流位相が同じで磁束の位置が時間につれて移動しない磁界は、溶鋼の撹拌には寄与しない。

浸漬ノズル２の溶鋼吐出孔２０から鋳型短辺部方向に吐出された溶鋼は、鋳型短辺部１１の前面に生成した凝固シェル５に衝突して下降流と上昇流に分かれる。前記１対の上部磁極３ａ、３ｂと１対の下部磁極４ａ、４ｂには、各々直流磁界が印加されるが、これら磁極による基本的な作用は、直流磁界中を移動する溶鋼に作用する電磁気力を利用して、上部磁極３ａ、３ｂに印加される直流磁界で溶鋼上昇流を制動（減速させる）し、下部磁極４ａ、４ｂに印加される直流磁界で溶鋼下降流を制動（減速させる）するものである。
また、前記１対の上部磁極３ａ、３ｂにおいて、直流磁界に重畳して印加される交流移動磁界は、メニスカスの溶鋼を水平方向に旋回撹拌し、これにより生じる溶鋼流によって、凝固シェル界面の非金属介在物や気泡を洗浄する効果が得られる。

本発明において、鋳造されるスラブ厚さ、浸漬ノズル２の内壁面からの不活性ガス吹き込み量、上部磁極に印加する交流磁界の周波数などに特別な制限はないが、溶鋼の流動制御や気泡分布の制御などの観点から、以下のようにすることが好ましい。
浸漬ノズル２の溶鋼吐出孔２０から吐出される溶鋼は気泡を随伴しており、スラブ厚さが小さすぎると、溶鋼吐出孔２０から吐出される溶鋼流が鋳型長辺部側の凝固シェル５に近づき、凝固界面気泡濃度が高くなり、凝固シェル界面に気泡が捕捉されやすくなる。特に、スラブ厚さが２２０ｍｍ未満では、本発明のような溶鋼流の電磁流動制御を実施しても、上記のような理由により気泡分布の制御が難しくなりやすい。一方、スラブ厚さが３００ｍｍを超えると、熱延工程の生産性が低くなる難点がある。このため鋳造されるスラブ厚さは２２０〜３００ｍｍとすることが好ましい。

浸漬ノズル２の内壁面からの不活性ガス吹き込み量が多くなると、凝固界面気泡濃度が高くなり、凝固シェル界面に気泡が捕捉されやすくなる。特に、不活性ガス吹き込み量が２０ＮＬ／分を超えると、本発明のような溶鋼流の電磁流動制御を実施しても、上記のような理由により気泡分布の制御が難しくなりやすい。一方、不活性ガス吹き込み量が少なすぎるとノズル閉塞を起こしやすく、却って偏流を大きくするために流速の制御が困難となりやすい。このため、浸漬ノズル２の内壁面からの不活性ガス吹き込み量は３〜２５ＮＬ／分とすることが好ましい。

また、上部磁極に印加する交流磁界の周波数に特別な制限はないが、周波数が過小であると、交流磁界の印加により誘起される溶鋼流動の時間的変化が大きくなって溶鋼表面の流動に乱れが生じ、モールドパウダーの未溶解や湯面変動が生じやすくなる。一方、周波数が過大であると、溶鋼の撹拌に使われる磁場強度が減衰して、撹拌性が低下しやすい。以上の観点から、上部磁極に印加する交流磁界の周波数は１．５〜５．０Ｈｚの範囲が最も好ましい。

［実施例１］
図１〜図３に示すような連続鋳造機、すなわち、鋳型外側に、鋳型長辺部を挟んで対向する１対の上部磁極と１対の下部磁極を備えるとともに、前記上部磁極の直流磁場のピーク位置と前記下部磁極の直流磁場のピーク位置の間に、溶鋼を注入するための浸漬ノズルの溶鋼吐出孔が位置する連続鋳造機を用い、前記１対の下部磁極に直流磁界を印加することにより溶鋼流を制動し、且つ前記１対の上部磁極に直流磁界と交流移動磁界を重畳印加することにより溶鋼流の制動と溶鋼の撹拌を行う連続鋳造法により、約３００トンのアルミキルド溶鋼を鋳造した。

鋳造厚（スラブ厚）を２２０〜３００ｍｍ、鋳造幅（スラブ幅）を１８５０〜２１００ｍｍ、溶鋼スループットを６．０〜７．５ｔｏｎ／ｍｉｎとした。浸漬ノズルの溶鋼吐出角度αは１５〜３５°とし、浸漬深さ（但し、メニスカスから溶鋼吐出孔上端までの距離）は１８０ｍｍ以上３００ｍｍ未満の条件とした。浸漬ノズルの各溶鋼吐出孔は１辺の長さが８０ｍｍの正方形状とし（各溶鋼吐出孔の開口面積６４００ｍｍ^２）、浸漬ノズルのノズル内径（但し、溶鋼吐出孔の位置でのノズル内径）は８０ｍｍとした。また、上部磁極に印加する交流移動磁界の強度を０．０７〜０．０９Ｔ、上部磁極に印加する直流磁界の強度を０．２５〜０．３２Ｔ、下部磁極に印加する直流磁界の強度を０．３５〜０．４０Ｔの条件とし、上部磁極に印加する交流磁界の周波数は３．３Ｈｚとした。浸漬ノズルから吹き込む不活性ガスにはＡｒガスを使用し、Ａｒガスの吹き込み量を変えて鋳造を行った。

鋳造されたスラブを熱間圧延および冷間圧延して鋼板とし、この鋼板に合金化溶融亜鉛めっき処理を施した。この合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面欠陥をオンライン表面欠陥計で連続的に測定し、そのなかから欠陥外観およびＳＥＭ分析、ＩＣＰ分析等により製鋼性欠陥（フラックス性欠陥および気泡性欠陥）を判別し、コイル長さ１００ｍあたりの欠陥個数で評価した。

その結果を、鋳造条件とともに表１〜表３に示す。発明例１〜３０は、製品の欠陥個数が０．１０〜０．２０個／１００ｍと非常に少なく、良好な品質が得られている。これに対して、比較例１〜１５は、Ａｒガスの吹き込み量Ｒ（ＮＬ／ｍｉｎ）と溶鋼スループットＱ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）との比Ｒ／Ｑが（1）式の条件を満たさないため、製品の欠陥個数が０．５２〜０．６５個／１００ｍと多く、品質が劣っている。また、比較例１６〜３７は、溶鋼スループット、浸漬ノズルの溶鋼吐出角度、浸漬ノズルの浸漬深さ、上部磁極に印加する交流移動磁界の強度、上部磁極に印加する直流磁界の強度、下部磁極に印加する直流磁界の強度のうちのいずれかが本発明条件を満たさないため、製品の欠陥個数が０．５１〜０．６１個／１００ｍと多く、品質が劣っている。

［実施例２］
上記［実施例１］と同様の連続鋳造法により、約３００トンのアルミキルド溶鋼を鋳造した。鋳造厚（スラブ厚）を２２０〜３００ｍｍ、鋳造幅（スラブ幅）を１８５０〜２１００ｍｍ、溶鋼スループットを６．０〜７．５ｔｏｎ／ｍｉｎとした。浸漬ノズルの溶鋼吐出角度αは１５〜３５°とし、浸漬深さ（但し、メニスカスから溶鋼吐出孔上端までの距離）は１８０ｍｍ以上３００ｍｍ未満の条件とした。上部磁極に印加する交流移動磁界の強度を０．０７〜０．０９Ｔ、上部磁極に印加する直流磁界の強度を０．２５〜０．３２Ｔ、下部磁極に印加する直流磁界の強度を０．３５〜０．４０Ｔの条件とし、上部磁極に印加する交流磁界の周波数は３．３Ｈｚとした。浸漬ノズルから吹き込む不活性ガスにはＡｒガスを使用し、Ａｒガスの吹き込み量は溶鋼スループットに応じて（1）式を満たすようにした。浸漬ノズルの各溶鋼吐出孔を１辺の長さが５０〜１００ｍｍの正方形状とし、各溶鋼吐出孔の開口面積を２５００〜１００００ｍｍ^２の範囲で変え、また、浸漬ノズルのノズル内径（但し、溶鋼吐出孔の位置でのノズル内径）を６０〜１００ｍｍの範囲で変えて鋳造を行った。

その結果を、鋳造条件とともに表４、表５に示す。溶鋼吐出孔の開口面積を変えて実施した発明例３１〜４８のうち、溶鋼吐出孔の開口面積が３６００〜８１００ｍｍ^２のものは、製品の欠陥個数が０．１０〜０．２０個／１００ｍと非常に少なく、良好な品質が得られている。一方、溶鋼吐出孔の開口面積が２５００ｍｍ^２と１００００ｍｍ^２のものは、製品の欠陥個数が０．２２〜０．２９個／１００ｍと若干増えるが、これらも製品として十分に合格レベルである。
また、浸漬ノズルのノズル内径を変化させた発明例４９〜６３のうち、ノズル内径が７０〜９０ｍｍのものは製品の欠陥個数が０．１０〜０．１９個／１００ｍと非常に少なく、良好な品質が得られている。一方、ノズル内径が６０ｍｍと１００ｍｍのものは製品の欠陥個数が０．２３〜０．２９個／１００ｍと若干増えるが、製品としては十分に合格レベルにある。

１鋳型
２浸漬ノズル
３a，３b 上部磁極
４a，４b 下部磁極
５凝固シェル
６メニスカス
１０鋳型長辺部
１１鋳型短辺部
２１底部
２０溶鋼吐出孔
３０a，３０b 交流磁界用磁極
３１a，３１b 直流磁界用磁極

Claims

鋳型外側に、鋳型長辺部を挟んで対向する１対の上部磁極と１対の下部磁極を備えるとともに、前記上部磁極の直流磁場のピーク位置と前記下部磁極の直流磁場のピーク位置の間に、溶鋼を注入するための浸漬ノズルの溶鋼吐出孔が位置する連続鋳造機を用い、前記１対の下部磁極に直流磁界を印加することにより溶鋼流を制動し、且つ前記１対の上部磁極に直流磁界と交流移動磁界を重畳印加することにより、溶鋼流の制動と溶鋼の撹拌を行いつつ鋼を連続鋳造する方法であって、
溶鋼スループットＱを６．０〜７．５ｔｏｎ／ｍｉｎとし、鋳造幅が１８５０ｍｍ以上のスラブを鋳造するに当たり、溶鋼吐出孔の水平方向から下向きの溶鋼吐出角度が１５〜３５°、浸漬深さ（但し、メニスカスから溶鋼吐出孔上端までの距離）が１８０ｍｍ以上３００ｍｍ未満の浸漬ノズルを用い、上部磁極に印加する交流移動磁界の強度を０．０７〜０．０９Ｔ、上部磁極に印加する直流磁界の強度を０．２５〜０．３２Ｔ、下部磁極に印加する直流磁界の強度を０．３５〜０．４０Ｔとし、浸漬ノズルの内壁面からの不活性ガスの吹き込み量Ｒ（ＮＬ／ｍｉｎ）と溶鋼スループットＱ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）との比Ｒ／Ｑが、下記（1）式を満足することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
（１５−Ｑ）／３．７５≦Ｒ／Ｑ≦（１６．５−Ｑ）／３．７５ …（1）
浸漬ノズルは、ノズル内径（但し、溶鋼吐出孔の位置でのノズル内径）が７０〜９０ｍｍ、各溶鋼吐出孔の開口面積が３６００〜８１００ｍｍ^２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。