JP7044699B2 - 連続鋳造方法および連続鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、電磁撹拌を利用した鋼の連続鋳造方法および連続鋳造装置に関する。

鋼の連続鋳造では、モールド（鋳型）内の溶鋼中に不可避的に混入する気泡や酸化物などの異物が凝固シェルに捕捉されることにより、熱間圧延や冷間圧延の工程を経た鋼板（スラブ）の表面に欠陥（疵）が形成されてしまうという問題があった。この問題を解決する方法として、溶鋼中の異物を浮上させ、溶鋼表面に添加されているモールドパウダーに捕捉させるために、モールド内の溶鋼の流動を制御する電磁撹拌を利用する方法が広く行われており、その一例が、特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示されている技術では、吐出角度が上向き方向に５°～３０°の範囲にある２つの吐出孔を有する浸漬ノズルを使用し、上記２つの吐出孔から鋳型短辺へ向けて溶融金属を吐出させている。そして、電磁撹拌により鋳型の２つの長辺面のメニスカス近傍の溶融金属に鋳造方向に対し直角の方向に駆動力を付与する構成である。これにより、湯面近傍の溶融金属の温度を高く保つともに鋳造方向に直角な溶融金属の均一流を形成させている。

日本国公開特許公報「特開平１０－１６６１２０号公報（１９９８年６月２３日公開）」

しかしながら、特許文献１には、異物の洗浄を高めるための撹拌流の形成方法について明記されておらず、特許文献１に記載の技術では、凝固シェルに異物が捕捉されることを抑制する効果が十分ではないという問題があった。

本発明の一態様は、凝固シェルに異物が捕捉されることを効果的に抑制することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る連続鋳造方法は、第１面と、前記第１面と交差する第２面とを含む囲繞構造を有するモールドと、溶鋼を吐出する吐出孔を有する浸漬ノズルと、前記モールド内の溶鋼を撹拌することにより撹拌領域を形成する攪拌装置と、を備える連続鋳造装置を用いる連続鋳造方法であって、前記モールド内に配置した前記吐出孔から前記第１面に沿う方向かつ水平方向よりも上向きに溶鋼を吐出する吐出工程と、前記吐出工程において吐出された溶鋼が直進した場合の前記溶鋼の到達位置が、前記モールド内の溶鋼の湯面、または前記第２面であり、前記吐出孔と前記到達位置とを結ぶ線分の全体が、前記撹拌領域に含まれるように前記溶鋼を撹拌する撹拌工程とを含むことを特徴とする。

本発明の一態様における連続鋳造方法において、前記撹拌領域における溶鋼の流速が０．２０～０．４０ｍ／ｓの範囲である。

本発明の一態様における連続鋳造方法において、前記到達位置が前記湯面である構成であってもよい。

本発明の一態様における連続鋳造方法において、前記浸漬ノズルから吐出された溶鋼が前記湯面に到達するまでに受ける力積は、０．４×１０^７Ｇ^２／μΩ-ｍ～２．５×１０^７Ｇ^２／μΩ-ｍであることが好ましい。

本発明の一態様に係る連続鋳造装置は、第１面と、前記第１面と交差する第２面とを含む囲繞構造を有するモールドと、前記モールド内に配置される吐出孔を有し、前記吐出孔から前記第１面に沿う方向に溶鋼を吐出する浸漬ノズルと、前記モールド内の溶鋼を撹拌することにより撹拌領域を形成する撹拌装置と、を備える連続鋳造装置であって、前記吐出孔は、前記撹拌領域に含まれているとともに、前記吐出孔は、前記溶鋼を上向きに吐出し、前記攪拌装置は、前記吐出孔から吐出された溶鋼が直進した場合の前記溶鋼の到達位置が、前記モールド内の溶鋼の湯面、または前記第２面であり、前記吐出孔と前記到達位置とを結ぶ線分の全体が、前記撹拌領域に含まれるように前記溶鋼を撹拌することを特徴とする。

本発明の一態様における連続鋳造装置において、前記撹拌領域における溶鋼の流速が０．２０～０．４０ｍ／ｓの範囲である。

本発明の一態様における連続鋳造装置において、水平面から５°～３０°上向きに溶鋼を吐出する構成であることが好ましい。

本発明の一態様における連続鋳造装置において、前記浸漬ノズルから吐出された溶鋼が前記湯面に到達するまでに受ける力積は、０．４×１０^７Ｇ^２／μΩ-ｍ～２．５×１０^７Ｇ^２／μΩ-ｍであることが好ましい。

本発明の一態様によれば、凝固シェルに異物が捕捉されることを効果的に抑制できる。

本発明の実施形態１に係る連続鋳造装置の構成を示す概略図である。 上記連続鋳造装置が備えるモールド内の溶鋼の湯面高さにおける水平面で切断した上記連続鋳造装置の断面図である。 上記モールドの中心を通り、上記モールドが備える長辺モールドに平行な平面で切断した上記連続鋳造装置の湯面付近の断面図である。 上記モールドの中心を通り、上記モールドが備える短辺モールドに平行な平面で切断した上記連続鋳造装置の湯面付近の断面図である。 本発明の実施形態２に係る連続鋳造装置の断面図であって、連続鋳造装置が備えるモールドの中心を通り、モールドが備える長辺モールドに平行な平面で切断した連続鋳造装置の湯面付近の断面図である。 本発明の鋳片実施例および鋳片比較例における、１ｍｍ^２あたりの地疵の個数を示すものであり、（ａ）は、表層から２ｍｍの位置における地疵の個数を示すグラフであり、（ｂ）は、表層から３ｍｍの位置における地疵の個数を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態１における連続鋳造装置１Ａおよび連続鋳造方法について、図１～４に基づいて説明する。なお、本明細書中の「Ａ～Ｂ」は「Ａ以上、Ｂ以下」を意味する。

図１は、連続鋳造装置１Ａの構成を示す概略図である。図１に示すように、連続鋳造装置１Ａは、転炉から供給された溶鋼を受け取る取鍋２と、タンディッシュ３と、モールド１０と、浸漬ノズル（吐出ノズル）４０Ａと、電磁撹拌装置（撹拌装置）５０Ａ・５０Ｂとを備えている。

タンディッシュ３は、取鍋２から注湯された溶鋼を貯留し、酸化物などの異物を取り除くための部材である。タンディッシュ３に貯留された溶鋼は、後述する浸漬ノズル４０Ａを介して、モールド１０内に注湯される。

モールド１０は、注湯された溶鋼を冷却して内表面に凝固シェルＣを形成し、モールド１０の底部から送出するための鋳型である。図２は、モールド１０内の溶鋼の湯面高さにおける水平面で切断した連続鋳造装置１Ａの断面図である。モールド１０は、図２に示すように、水平面で切断した内面の輪郭形状が長方形となっている。モールド１０は、互いに対向する１組の長辺モールド１１Ａ・１１Ｂと、互いに対向する１組の短辺モールド１２Ａ・１２Ｂとを備えている。長辺モールド１１Ａ・１１Ｂは、それぞれモールド１０の内面を構成する長辺面（第１面）１１Ａａ・１１Ｂａを備えている。短辺モールド１２Ａ・１２Ｂは、それぞれモールド１０の内面を構成する短辺面（第２面）１２Ａａ・１２Ｂａを備えている。すなわち、長辺面１１Ａａ・１１Ｂａと、該長辺面１１Ａａ・１１Ｂａと交差する短辺面１２Ａａ・１２Ｂａによって囲繞構造が形成されている。以降の説明では、図２に示すように、長辺モールド１１Ａ・１１Ｂに平行な水平方向を「長辺方向ＬＤ」、短辺モールド１２Ａ・１２Ｂに平行な水平方向を「短辺方向ＳＤ」と呼称する。

浸漬ノズル４０Ａは、タンディッシュ３に貯留された溶鋼をモールド１０に注湯するための部材である。浸漬ノズル４０Ａは、上端がタンディッシュ３に接続されており、下端がモールド１０の略中心（すなわち、図２において、長辺面１１Ａａ・１１Ｂａおよび短辺面１２Ａａ・１２Ｂａによって形成される長方形の略中心）に位置するように載置されている。

図３は、モールド１０の中心を通り、モールド１０の長辺モールド１１Ａ・１１Ｂに平行な平面で切断した連続鋳造装置１Ａの湯面Ｓ付近の断面図である。なお、連続鋳造装置１Ａは、浸漬ノズル４０Ａに関して対称な構造となっているため、図３では、浸漬ノズル４０Ａと、短辺モールド１２Ｂとを含む領域を拡大して図示している。浸漬ノズル４０Ａは、図３に示すように、２つ吐出孔４１Ａを備えている。吐出孔４１Ａは、モールド１０内に配置されており、タンディッシュ３から供給され、浸漬ノズル４０Ａの内部を通過した溶鋼を吐出するための孔である。吐出孔４１Ａは、浸漬ノズル４０Ａの長辺方向ＬＤの両側にそれぞれ形成されており、長辺面１１Ａａ・１１Ｂａに沿う方向に溶鋼を吐出する。吐出孔４１Ａは、吐出流の吐出方向６０が水平面に対して上向きとなるように形成されている。以降では、吐出孔４１Ａの吐出方向６０と水平面とのなす角度を吐出角度θと呼称する。

連続鋳造装置１Ａでは、浸漬ノズル４０Ａの吐出孔４１Ａからモールド１０に溶鋼が連続供給され、モールド１０内の所定の高さ位置に溶鋼の湯面Ｓ（メニスカスとも呼称される）が形成される。なお、連続鋳造中には、湯面Ｓは多少揺れ動くが、本明細書では平均湯面高さを湯面Ｓの位置とする。また、湯面Ｓ上には、気泡や酸化物などの異物を補足するためのモールドパウダー（不図示）が添加されている。

電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂは、電磁力によってモールド１０の湯面Ｓ近傍の溶鋼に対して撹拌流（旋回流）を発生させるための装置である。図４は、モールド１０の中心を通り、モールド１０の短辺モールド１２Ａ・１２Ｂに平行な平面で切断した連続鋳造装置１Ａの湯面Ｓ付近の断面図である。電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂは、図４に示すように、長辺モールド１１Ａ・１１Ｂの背面にそれぞれ設置されている。電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂは、撹拌コイルコア５１Ａ・５１Ｂをそれぞれ備えており、撹拌コイルコア５１Ａ・５１Ｂが設置されている高さにおいて、モールド１０内の溶鋼に対して電磁力を付与する。具体的には、電磁撹拌装置５０Ａの撹拌コイルコア５１Ａは、長辺モールド１１Ａの近傍の溶鋼に対して、長辺方向ＬＤに平行な電磁力を付与する。同様に、電磁撹拌装置５０Ｂの撹拌コイルコア５１Ｂは、長辺モールド１１Ｂの近傍の溶鋼に対して、長辺方向ＬＤに平行な電磁力を付与する。ただし、連続鋳造装置１Ａでは、撹拌コイルコア５１Ａが付与する電磁力と、撹拌コイルコア５１Ｂが付与する電磁力とは、逆向きの電磁力を溶鋼に対して付与するように設定されている。これにより、図２において黒矢印に示すように、モールド１０内の湯面Ｓの近傍の水平方向において撹拌流が形成される。本実施形態では、電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂは、撹拌コイルコア５１Ａ・５１Ｂの上端が湯面Ｓから下方に所定の距離離れた位置になるように載置されている。

図４において、鉛直方向における吐出孔４１Ａの上端と下端との間の領域を領域Ａ１で表している。図４に示すように、撹拌コイルコア５１Ａ・５１Ｂは、鉛直方向において吐出孔４１Ａ全体を含むように設置されている。これにより、吐出孔４１Ａから吐出された溶鋼は、吐出された時点から撹拌コイルコア５１Ａ・５１Ｂからの電磁力が付与されるようになっている。

電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによってモールド１０内の溶鋼に撹拌流が形成されるが、撹拌流は、撹拌コイルコア５１Ａおよび撹拌コイルコア５１Ｂが設置されている高さの領域のみに形成されるものではない。すなわち、撹拌コイルコア５１Ａと撹拌コイルコア５１Ｂが設置されている領域Ａ２に撹拌流が形成されると、領域Ａ２から上下方向に一定の距離の範囲の領域に存在する溶鋼もモールド１０内を旋回し、撹拌流を形成する。本明細書では、図４に示すように、領域Ａ２と、上記の「領域Ａ２から上下方向に一定の距離の範囲の領域」とを含めた領域を、電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによって形成される撹拌領域Ａ３とする。具体的には、本明細書における撹拌領域Ａ３は、溶鋼の流速が０．２０～０．４０ｍ／ｓの範囲である領域のことを意味する。湯面Ｓ近傍の溶鋼の流速が０．２０～０．４０ｍ／ｓの範囲である場合、製造する鋼の表面欠陥および内部欠陥をともに低減させることができることが知られている。本実施形態における連続鋳造装置１Ａでは、撹拌領域Ａ３が、湯面Ｓを含むように撹拌コイルコア５１Ａ・５１Ｂが設置されている。

なお、連続鋳造装置１Ａでは、撹拌コイルコア５１Ａ・５１Ｂの上端が湯面Ｓから下方に所定の距離離れた位置になるように載置されている構成であったが、本発明の連続鋳造装置はこれに限られず、撹拌コイルコア５１Ａ・５１Ｂの上端が湯面Ｓの高さ、または湯面Ｓよりも上方の位置になるように構成してもよい。このような場合においても、撹拌領域が湯面Ｓを含むように連続鋳造装置を構成することができる。

本実施形態における連続鋳造装置１Ａでは、吐出角度θ、吐出孔４１Ａの中心と湯面Ｓとの距離Ｌ、および短辺モールド１２Ａと短辺モールド１２Ｂとの距離Ｗ（すなわち、長辺面１１Ａａ・１１Ｂａの水平方向の長さ）を適宜設定することにより、浸漬ノズル４０Ａの吐出孔４１Ａから吐出された溶鋼の略全量が湯面Ｓに到達するように構成されている。

ここで、吐出孔４１Ａから吐出された溶鋼によって生じる吐出流が湯面Ｓに到達する「到達位置」について、図３を参照しながら説明する。図３に示すように、吐出孔４１Ａの開口部の中央を出発点とし、該出発点から吐出方向６０に延びる半直線と、湯面Ｓとの交点を点Ｐとする。換言すれば、点Ｐは、吐出孔４１Ａから吐出された溶鋼が直進した場合に、吐出孔４１Ａから吐出された溶鋼が湯面Ｓに到達する点である。吐出孔４１Ａから吐出された吐出流は、ある程度広がりながらモールド１０内部の溶鋼中を進むが、吐出孔４１Ａからの溶鋼の吐出速度を所定の速度よりも大きく設定することにより、吐出孔４１Ａから吐出された溶鋼の略全量を点Ｐおよびその近傍である湯面Ｓに直接到達させることができる。本実施形態では、点Ｐ近傍を「到達位置」と称する。本実施形態では、吐出孔４１Ａの開口部の中央と点Ｐとを結ぶ線分の全体が、撹拌領域Ａ３に含まれている。

なお、吐出角度θが大きすぎる場合、または、距離Ｌが小さすぎる場合には、吐出孔４１Ａから吐出された吐出流が直接湯面Ｓ（到達位置）に到達することに起因する湯面Ｓの波立ちが過大となり、湯面Ｓ上に存在するモールドパウダーを凝固シェルＣ中に異物として巻き込む可能性が高くなる。このため、吐出角度θが３０°以下であることが好ましく、吐出流の速度が３００～１１５０ｍｍ／ｓである場合、距離Ｌは１８０ｍｍ以上であることが好ましい。

その一方で、距離Ｌが大きすぎる場合には、湯面Ｓ（到達位置）に吐出流が届くまでの時間が長くなる、その結果、短辺モールド１２Ａ・１２Ｂ近傍の湯面Ｓに高温の吐出流が届くまでの時間が長くなり、短辺モールド１２Ａ・１２Ｂ近傍の湯面Ｓの溶鋼温度が低下する。溶鋼温度の低下は、爪状の断面を有する不均一な初期凝固シェルの生成を招き、凝固シェルＣへの異物の巻き込みを増大させる要因となる。そのため、吐出流の速度が３００～１１５０ｍｍ／ｓである場合、距離Ｌは２３０ｍｍ以下であることが好ましい。

連続鋳造装置１Ａの構成の一例として、距離Ｗが５２０ｍｍよりも大きい場合、吐出角度θを３０°、距離Ｌを１５０ｍｍ（例えば、吐出孔４１Ａの上下方向の幅が５８ｍｍ、湯面Ｓから吐出孔４１Ａの上端までの距離が１２１ｍｍ）とすることにより、浸漬ノズル４０Ａの吐出孔４１Ａから吐出された溶鋼の略全量が湯面Ｓ（到達位置）に到達するように構成することができる。

以上のように、連続鋳造装置１Ａを用いた連続鋳造方法は、モールド１０内に配置した吐出孔４１Ａから長辺モールド１１Ａ・１１Ｂに沿う方向かつ水平方向よりも上向きに溶鋼を吐出する吐出工程と、吐出孔４１Ａの開口部の中央と点Ｐとを結ぶ線分の全体が撹拌領域Ａ３に含まれるように溶鋼を撹拌する撹拌工程とを含んでいる。

この構成により、吐出孔４１Ａから吐出された高温の溶鋼の大半が湯面Ｓに到達するようになり、湯面Ｓ近傍での溶鋼の凝固を遅らせることができる。そのため、湯面Ｓ近傍での電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによる撹拌の効果が増大され、溶鋼中の異物が凝固シェルＣに捕捉されることを効果的に抑制することができる。

また、吐出孔４１Ａから湯面Ｓまでの距離が短いため、吐出流の流速が低下しないうちに吐出流が湯面Ｓに到達する。そのため、流速の速い吐出流によって、溶鋼中の気泡や介在物などの異物を浮上させやすくなり、当該異物をモールドパウダーに捕捉させやすくなる。また、吐出孔４１Ａから湯面Ｓまでの距離が短いため、吐出流が湯面Ｓに到達するまでの流路における吐出流の拡散を抑制することができ、撹拌流を阻害することを避けることができる。

また、湯面Ｓに到達した吐出流は、図３に示すように、短辺モールド１２Ａ・１２Ｂ側と、浸漬ノズル４０Ａ側（すなわち、モールド１０の中心側）とに分流する。その結果、湯面Ｓ近傍の溶鋼温度を均一化することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態の連続鋳造装置１Ｂは、浸漬ノズル４０Ｂの構造が、実施形態１における浸漬ノズル４０Ａの構造と異なっている。

図５は、モールド１０の中心を通り、モールド１０の長辺モールド１１Ａ・１１Ｂに平行な平面で切断した連続鋳造装置１Ｂの湯面Ｓ付近の断面図である。

本実施形態における連続鋳造装置１Ｂは、図５に示すように、実施形態１における浸漬ノズル４０Ａに代えて、浸漬ノズル４０Ｂを備えている。

浸漬ノズル４０Ｂは、図５に示すように、２つの吐出孔４１Ｂを備えている。吐出孔４１Ｂは、溶鋼の吐出方向６０が水平面に対して上向きとなるように形成されている。以降では、吐出孔４１Ｂの吐出方向７０と水平面とのなす角度を吐出角度φと呼称する。

本実施形態における連続鋳造装置１Ｂでは、吐出角度φ、吐出孔４１Ｂの中心と湯面Ｓとの距離Ｌ、および短辺モールド１２Ａと短辺モールド１２Ｂとの湯面Ｓにおける距離Ｗを適宜設定することにより、吐出孔４１Ｂから吐出された溶鋼の略全量が短辺モールド１２Ａ・１２Ｂ（より詳細には、短辺モールド１２Ａ・１２Ｂの表面に形成された凝固シェルＣ）に到達するように構成されている。

ここで、吐出孔４１Ｂから吐出された溶鋼によって生じる吐出流が短辺モールド１２Ａ・１２Ｂに到達する「到達位置」について、図５を参照しながら説明する。図５に示すように、吐出孔４１Ｂの開口部の中央を出発点とし、該出発点から吐出方向７０に延びる半直線と、短辺モールド１２Ｂとの交点を点Ｑとする。換言すれば、点Ｑは、吐出孔４１Ｂから吐出された溶鋼が直進した場合に、吐出孔４１Ｂから吐出された溶鋼が短辺モールド１２Ｂに到達する点である。吐出孔４１Ｂから吐出された溶鋼によって生じる吐出流は、ある程度広がりながらモールド１０内部の溶鋼中を進むが、吐出孔４１Ａからの溶鋼の吐出速度を所定の速度よりも大きく設定することにより、吐出孔４１Ｂから吐出された溶鋼の略全量を短辺モールド１２Ｂに直接到達させることができる。本実施形態では、点Ｑ近傍を「到達位置」と称する。点Ｑは、湯面Ｓ近傍に位置している。

本実施形態では、連続鋳造装置１Ｂでは、電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによって形成される撹拌領域が、鉛直方向において、少なくとも、「到達位置」（点Ｑの近傍）から吐出孔４１Ｂの下端までを含むように構成されている。これにより、吐出孔４１Ｂの開口部の中央と点Ｑとを結ぶ線分の全体が、電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによって形成される撹拌領域に含まれる。

連続鋳造装置１Ｂの構成の一例として、距離Ｗが１４３０～１６５０ｍｍであり、かつ、吐出流の速度が３００～１１５０ｍｍ／ｓである場合、吐出角度φを５°、距離Ｌを１２５ｍｍ（例えば、吐出孔４１Ｂの上下方向の幅が５０ｍｍ、湯面Ｓから吐出孔４１Ａまでの距離が１００ｍｍ）とすることにより、浸漬ノズル４０Ｂの吐出孔４１Ｂから吐出された溶鋼の略全量が「到達位置」に到達するように構成することができる。

以上のように、連続鋳造装置１Ｂを用いた連続鋳造方法は、モールド１０内に配置した吐出孔４１Ｂから長辺モールド１１Ａ・１１Ｂに沿う方向かつ水平方向よりも上向きに溶鋼を吐出する吐出工程と、吐出孔４１Ｂの開口部の中央と点Ｑとを結ぶ線分の全体が電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによって形成される撹拌領域に含まれるように溶鋼を撹拌する撹拌工程とを含んでいる。

この構成により、吐出孔４１Ａから吐出された高温の溶鋼の大半が湯面Ｓの近傍に到達するようになり、湯面Ｓ近傍での溶鋼の凝固を遅らせることができる。そのため、湯面Ｓ近傍での電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによる撹拌の効果が増大され、溶鋼中の異物が凝固シェルＣに捕捉されることを効果的に抑制することができる。

連続鋳造装置１Ａおよび１Ｂでは、溶鋼の一部および凝固シェルＣをモールド１０の下端部から引き抜く構造となっているため、吐出孔４１Ｂから吐出された吐出流は、下向きの力を受けることになる。そのため、連続鋳造装置１Ｂにおいて吐出角度φが小さい場合には、吐出孔４１Ｂから吐出された吐出流が撹拌領域外に吐出する可能性がある。そのため、吐出角度φとして、５°以上の角度で溶鋼を吐出することが好ましい。これにより、吐出孔４１Ｂから吐出された吐出流を撹拌領域に確実に含まれるようにすることができる。

〔実施形態３〕
本実施形態では、連続鋳造における電磁攪拌装置の好ましい設定について説明する。

本実施形態の連続鋳造におけるパラメータを下記に示す。なお、[]内は、それぞれの単位である。
α：吐出孔４１Ａまたは吐出孔４１Ｂの吐出角度[°]
Ａ：吐出孔４１Ａまたは吐出孔４１Ｂの吐出面積[ｍ^２]
Ｗ：鋳造幅[ｍ]（短辺面１２Ａａ・１２Ｂａの水平距離）
Ｔ：鋳造厚[ｍ]（長辺面１１Ａａ・１１Ｂａの水平距離）
Ｖ：吐出孔４１Ａまたは吐出孔４１Ｂからの吐出速度[ｍ／ｓ]
Ｖｃ：鋳造速度[ｍ／ｓ]
Ｌ：浸漬ノズル４０Ａまたは浸漬ノズル４０Ｂの浸漬深さ[ｍ]（吐出孔４１Ａまたは吐出孔４１Ｂの中心と湯面Ｓとの距離）
Ｂ：長辺面１１Ａａ・１１Ｂａから溶鋼内水平方向１５ｍｍの位置における磁束密度[Ｇ]
ｆ：電磁撹拌装置５０Ａまたは電磁撹拌装置５０Ｂの周波数[Ｈｚ]
σ：二次伝導体（１５００℃における溶鋼）の電気伝導度[１／μΩ-ｍ]
まず、吐出孔４１Ａまたは吐出孔４１Ｂから吐出される溶鋼の体積と、鋳造体積が同じである条件から下記の式１が成立する。

（Ａ×２）×Ｖ＝Ｗ×Ｔ×Ｖｃ・・・（式１）
式１から下記の式２に示されるように吐出速度Ｖが求まる。
Ｖ＝Ｗ×Ｔ×Ｖｃ／２Ａ・・・（式２）
したがって、吐出孔４１Ａまたは吐出孔４１Ａから吐出された溶鋼の鉛直方向の速度Ｖｙは、下記の式３となる。
Ｖｙ＝Ｖ×ｓｉｎα＝Ｗ×Ｔ×Ｖｃ×ｓｉｎα／２Ａ・・・（式３）
これより、溶鋼が吐出孔４１Ａまたは吐出孔４１Ａから吐出されたから湯面Ｓに到達するまでの時間ｔ（湯面到達時間ｔ）は、下記の式４となる。
ｔ＝Ｌ／Ｖｙ＝Ｌ×Ｗ×Ｔ×Ｖｃ×ｓｉｎα／２Ａ・・・（式４）
溶鋼に印加される撹拌水力Ｈは、下記の式５となる。
Ｈ＝Ｂ^２×ｆ×σ
したがって、吐出孔４１Ａまたは吐出孔４１Ａから吐出された溶鋼が湯面Ｓに到達するまでに受ける力積Ｉは、下記の式６となる。
Ｉ＝Ｈ×ｔ＝Ｂ^２×ｆ×σ×Ｌ×Ｗ×Ｔ×Ｖｃ×ｓｉｎα／２Ａ・・・（式６）
本実施形態における連続鋳造方法では、吐出角度α、吐出面積Ａ、鋳造幅、鋳造厚Ｔ、および浸漬深さＬが所定の値である場合において、上記力積Ｉが、０．４×１０^７Ｇ^２／μΩ-ｍ～２．５×１０^７Ｇ^２／μΩ-ｍとなるように、磁束密度Ｂ、周波数ｆ、および鋳造速度Ｖｃを設定することが好ましい。これにより、溶鋼の種類が変化した場合においても、異物の洗浄効果が高い撹拌流を形成することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の一実施例について、説明すれば以下のとおりである。

本実施例では、下記の条件の下で、フェライト系の鋼種である、ＳＵＨ４０９ＬおよびＳＵＳ４３９の連続鋳造を行った。

（連続鋳造条件）
吐出孔４１Ａの吐出角度θ：３０°
吐出孔４１Ａの鉛直方向の幅：５８ｍｍ
湯面Ｓから吐出孔４１Ａの中心までの鉛直方向の距離Ｌ：１８０ｍｍ
短辺モールド１２Ａ・１２Ｂ間の距離Ｗ：１０４２ｍｍ
鋳造速度：１．３０ｍ／ｍｉｎ
吐出速度：８６５ｍｍ／ｓ
鋳片厚み：２００ｍｍ
長辺面１１Ａａ・１１Ｂａから厚み方向１５ｍｍにおける磁束密度：１１５０Ｇ
上記の条件は、電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによる撹拌を行った場合、吐出孔４１Ａから吐出された溶鋼の略全量が湯面Ｓに直接到達し、かつ、吐出孔４１Ａから吐出されてから湯面Ｓに到達するまでの間、電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによって形成される撹拌領域に含まれる条件である。

本実施例では、電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによる撹拌を行って作製した鋳片（ＳＵＨ４０９Ｌの鋳片を鋳片実施例１、ＳＵＳ４３９の鋳片を鋳片実施例２とする）と、電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによる撹拌を行わないで作製した鋳片（ＳＵＨ４０９Ｌの鋳片を鋳片比較例１、ＳＵＳ４３９の鋳片を鋳片比較例２とする）との評価を行った。

鋳片実施例１、２および鋳片比較例１、２に対して、Ｘ線透過法を用いて、表層から１０ｍｍ以内における、表面欠陥（気泡または介在物が凝固セルに捕捉されることによって形成される欠陥）の個数を計測した。なお、本評価では、表面欠陥の直径が０．４ｍｍ以上である表面欠陥の個数を計測した。計測結果を下記の表１に示す。表１では、１ｃｍ^３あたりの欠陥個数を示している。

表１に示すように、鋳片実施例１、２は、鋳片比較例１、２と比べて、表面欠陥の形成を顕著に抑制することができた。これは、鋳片実施例１、２では、吐出孔４１Ａから吐出された溶鋼の略全量が湯面Ｓに直接到達し、かつ、吐出孔４１Ａから吐出されてから湯面Ｓに到達するまでの間、電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによって形成される撹拌領域に含まれている状態において鋳造したことにより、溶鋼の撹拌をより効果的に行うことができたためであると考えられる。

作製した鋳片実施例１、２および鋳片比較例１、２を用いて、一般的なフェライト系ステンレス鋼板の製造工程（熱間圧延、焼鈍、酸洗、冷間圧延、焼鈍、酸洗）に進め、板厚１ｍｍの冷延焼鈍鋼板をそれぞれ複数製造した。製造した鋼板の表面検査を行い、製品としての品質を有しているかどうかについて判定した。その結果、鋳片比較例１、２を用いて作成した鋼板では、スラブの表面を研削したにも関わらず数％（ＳＵＨ４０９Ｌでは３．９％、ＳＵＳ４３９では２．２％）の鋼板が製品としての品質を有していなかった。これに対して、鋳片実施例１、２を用いて作成した鋼板では、表面研削していないにも関わらずすべての鋼板が製品としての品質を有していた。

本発明の他の実施例について、説明すれば以下のとおりである。

本実施例では、下記の条件の下で、ＳＵＳ３０４の連続鋳造を行った。

（連続鋳造条件）
吐出孔４１Ｂの吐出角度φ：５°
吐出孔４１Ｂの鉛直方向の幅：５０ｍｍ
湯面Ｓから吐出孔４１Ｂの中心までの鉛直方向の距離Ｌ：２２０ｍｍ
短辺モールド１２Ａ・１２Ｂ間の距離Ｗ：１０３８ｍｍ
鋳造速度：１．４０ｍ／ｍｉｎ
吐出速度：９３２ｍｍ／ｓ
鋳片厚み：２００ｍｍ
長辺面１１Ａａ・１１Ｂａから厚み方向１５ｍｍにおける磁束密度：１１５０Ｇ
上記の条件は、電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによる撹拌を行った場合、吐出孔４１Ｂから吐出された溶鋼の略全量がモールド１０の短辺面１２Ａａ・１２Ｂａに直接到達し、かつ、吐出孔４１Ｂから吐出されてからモールド１０の短辺面１２Ａａ・１２Ｂａに到達するまでの間、電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによって形成される撹拌領域に含まれる条件である。

本実施例では、電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによる撹拌を行って作製した鋳片実施例３と、電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによる撹拌を行わないで作製した鋳片比較例３との評価を行った。なお、鋳片実施例３は、モールド１０から鋳片を９００ｍｍ引き抜いた時点から電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによる撹拌を行って作製した。

鋳片実施例３および鋳片比較例３に対して、放射線透過検査により、表層から２ｍｍおよび３ｍｍの位置における、地疵（凝固シェルへのモールドパウダーの混入に起因する割れ）の個数を計測した。計測は、鋳造開始位置から８００、１０００、１２００、１５００、２０００、２５００および３０００ｍｍの地点における、鋳片上面の中央部に対して行った。なお、本評価では、地疵の直径が０．１５ｍｍ以上である地疵の個数を計測した。計測結果を下記の図６に示す。図６は、鋳片実施例３および鋳片比較例３における、１ｍｍ^２あたりの地疵の個数を示すものであり、（ａ）は、表層から２ｍｍの位置における地疵の個数を示すグラフであり、（ｂ）は、表層から３ｍｍの位置における地疵の個数を示すグラフである。

図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、鋳片実施例３における表層から２ｍｍおよび３ｍｍの位置における地疵の数は、鋳片比較例３における地疵の数に比べて少なかった。これは、鋳片実施例３では、吐出孔４１Ｂから吐出された溶鋼の略全量が、モールド１０の短辺面１２Ａａ・１２Ｂａに直接到達し、かつ、吐出孔４１Ｂから吐出されてから短辺面１２Ａａ・１２Ｂａに到達するまでの間、電磁撹拌装置５０Ａ・５０Ｂによって形成される撹拌領域に含まれている状態において鋳造したことにより、溶鋼の撹拌をより効果的に行うことができたためであると考えられる。特に、鋳片比較例３のように従来では鋳造開始から１０００～２０００ｍｍにおいて地疵の個数が多くなるのに対して、鋳片実施例３では、１０００～２０００ｍｍにおいも地疵の個数を少なくすることができた。これらの結果から、作製した鋳片の研削における歩留まりを９６．８％から９７．５％に改善できることがわかった。

本発明のさらなる他の実施例について、説明すれば以下のとおりである。

本実施例では、下記の条件の下で、ＳＵＳ３０４の連続鋳造を行った。
吐出孔４１の吐出角度α：５°
吐出孔４１の吐出面積Ａ：０．００２６ｍ^２
鋳造幅Ｗ：１２６０ｍｍ
鋳造厚Ｔ：２００ｍｍ
吐出速度Ｖ：０．７０ｍ／ｍｉｎ
鋳造速度Ｖｃ：０．７～１．２ｍ／ｍｉｎ
浸漬深さＬ：０．２５ｍ
二次伝導体の電気伝導度σ：１／ρ＝１／１．３（ρはＳＵＳ３０４の比電気抵抗、ステンレス鋼便覧を参照、単位：μΩ-ｍ）
本実施例において、磁束密度Ｂを１１５０Ｇ、周波数を２．７Ｈｚとして上記式１～式６を用いて、力積Ｉを算出したところ下記式７を得た。
０．４×１０^７（Ｇ^２／μΩ-ｍ）＜Ｉ＜２．５×１０^７（Ｇ^２／μΩ-ｍ）・・・（式７）
式７で示される範囲の力積を溶鋼に印加した本実施例では、異物の洗浄効果が高い撹拌流を形成することができ、溶鋼中の異物が凝固シェルに捕捉されることを効果的に抑制することができた。

１Ａ、１Ｂ 連続鋳造装置
１０ モールド
１１Ａａ、１１Ｂａ 長辺面（第１面）
１２Ａａ、１２Ｂａ 短辺面（第２面）
４０Ａ、４０Ｂ 浸漬ノズル
４１Ａ、４１Ｂ 吐出孔
５０Ａ、５０Ｂ 電磁撹拌装置（撹拌装置）
Ａ３ 撹拌領域
Ｓ 湯面

Claims (6)

1. 第１面と、前記第１面と交差する第２面とを含む囲繞構造を有するモールドと、
   溶鋼を吐出する吐出孔を有する浸漬ノズルと、
   前記モールド内の溶鋼を撹拌することにより撹拌領域を形成する撹拌装置と、を備える連続鋳造装置を用いる連続鋳造方法であって、
   前記モールド内に配置した前記吐出孔から前記第１面に沿う方向かつ水平方向よりも上向きに溶鋼を吐出する吐出工程と、
   前記吐出工程において吐出された溶鋼が直進した場合の前記溶鋼の到達位置が、前記モールド内の溶鋼の湯面、または前記第２面であり、前記吐出孔と前記到達位置とを結ぶ線分の全体が、前記撹拌領域に含まれるように前記溶鋼を撹拌する撹拌工程とを含み、
   前記浸漬ノズルから吐出された溶鋼が前記湯面に到達するまでに受ける力積は、０．４×１０ ^７ Ｇ ^２ ／μΩ-ｍ～２．５×１０ ^７ Ｇ ^２ ／μΩ-ｍであることを特徴とする連続鋳造方法。
2. 前記撹拌領域における溶鋼の流速が０．２０～０．４０ｍ／ｓの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。
3. 前記到達位置が前記湯面であることを特徴とする請求項１または２に記載の連続鋳造方法。
4. 第１面と、前記第１面と交差する第２面とを含む囲繞構造を有するモールドと、
   前記モールド内に配置される吐出孔を有し、前記吐出孔から前記第１面に沿う方向に溶鋼を吐出する浸漬ノズルと、
   前記モールド内の溶鋼を撹拌することにより撹拌領域を形成する撹拌装置と、を備える連続鋳造装置であって、
   前記吐出孔は、前記撹拌領域に含まれているとともに、前記吐出孔は、前記溶鋼を水平方向よりも上向きに吐出し、
   前記撹拌装置は、前記吐出孔から吐出された溶鋼が直進した場合の前記溶鋼の到達位置が、前記モールド内の溶鋼の湯面、または前記第２面であり、前記吐出孔と前記到達位置とを結ぶ線分の全体が、前記撹拌領域に含まれるように前記溶鋼を撹拌し、
   前記浸漬ノズルから吐出された溶鋼が前記湯面に到達するまでに受ける力積は、０．４×１０ ^７ Ｇ ^２ ／μΩ-ｍ～２．５×１０ ^７ Ｇ ^２ ／μΩ-ｍであることを特徴とする連続鋳造装置。
5. 前記撹拌領域における溶鋼の流速が０．２０～０．４０ｍ／ｓの範囲であることを特徴とする請求項４に記載の連続鋳造装置。
6. 前記吐出孔は、水平面から５°～３０°上向きに溶鋼を吐出することを特徴とする請求項４または５に記載の連続鋳造装置。

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