JPH0327300B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は連続鋳造における溶鋼の注入方法に関
し、詳しくは、鋳型へ注入される過程の溶鋼流に
不活性ガスを吹込み、溶鋼中の不純物の除去やノ
ズル詰まり等を防止しつつ注入することにより高
品質の鋳片を製造する連続鋳造の溶鋼注入方法に
関するものである。 〔従来の技術〕 周知のように鋼の連続鋳造においては、取鍋で
搬送されてきた溶鋼をタンデイツシユに一旦貯留
し、該タンデイツシユより浸漬式ノズルを介して
鋳型に注入することが普通である。 第１１図は一般的な連続鋳造設備における鋳込
部を示す構造図であり、図において１は取鍋、２
はタンデイツシユである。タンデイツシユ２に、
一旦貯留された溶鋼３は浸漬式ノズル４を介して
鋳型５に注入される。本例における浸漬式ノズル
４はタンデイツシユ２の底壁に装着された上ノズ
ル４１、前記ノズル４１に接してタンデイツシユ
２の底部に装着されたスライデイングノズル４
２、前記スライデイングノズル４２の可動板と一
体的に取りつけられた注入ノズル４３とから構成
されている。 ところで前記溶鋼３にはAl₂O₃の如き脱酸生成
物、あるいはパウダー、スラグ、硫化物等の不純
物（以下、これらを総称して介在物と言う）が含
まれており、この介在物が鋳片に補捉され、残留
すると表面疵がノロ噛みと称される内部欠陥が発
生する等の種々の弊害が生じる。また前記介在物
の内、Al₂O₃等はノズルを通過する際にその内面
に付着、堆積してノズルを閉塞せしめ安定した操
業に支障を来すことが多い。 このため従来より前記介在物を溶鋼から効率的
に分離し、浮上せしめる手段、および前記浮上せ
しめた介在物を鋳型内に供給されるパウダーによ
つて補捉する手段等が提案され、一部では実用化
されるようになつている。例えば特公昭49−
28569号公報では前記鋳型へ注入される過程の溶
鋼流にArガス、N₂ガス等の不活性ガス（以下、
単にガスと言う）を吹き込むことによつて前記介
在物を効果的に浮上せしめる技術が開示されてお
り、近年広く採用されている。前記第１１図にお
ける６が前記ガスを供給するためのガス供給系を
示し、本例ではその先端が前記上ノズル４１に接
続され、該ノズル４１を介して溶鋼流中に吹込む
よう構成されている。 また例えば実公昭56−48440号公報に示される
ように効果的なガス吹込みを行わしめるためのノ
ズル（前記上ノズル４１の如きガス吹込みを行う
ノズルを以下、単にノズルと言う）についても
種々提案されている。 しかしながら前記ガス吹込みによつて介在物の
浮上効果を高め、ノズルの閉塞を防止するに際し
ては、作業上の困難を伴う場合が多い。すなわち
前記ガスの吹込み量は或る程度を超えるとその流
量が不安定となり、鋳型内の湯面が大きく乱れ、
ノズルに溶鋼が流入しなくなる現象、つまりボイ
ルと称される現象が発生するようになる。以下こ
の現象をボイル又はボイル現象というがこのよう
なボイル現象が激しくなると極端な場合、ブレー
クアウトに至ることもある。このため従来はオペ
レーターが過去の経験より前記ボイル現象の生じ
ない領域でガスを吹込むように、常に鋳型の湯面
状態を監視しながら操業することが一般的であつ
た。ところが特にタンデイツシユ内の溶鋼深さ
や、鋳造速度等に変動があつたり、鋳造幅の変更
を行う場合オペレーターの判断で適正な調整、制
御を行うことは困難であり、前記ボイル現象が多
発していた。 一方、製造コスト低減の目的で、鋼種に応じて
はガスの吹込みを少なくし、その消費量を低減す
る試みもなされている。ところが従来方法ではそ
れを定量的に把握する手段がなかつたことから作
業者が目視により、吹込み状況を判断することが
普通であり、この結果吹込みガス量が少なくなり
過ぎてノズル詰まりを生じるなど安定した操業は
困難であつた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来方法におけるガス吹込み量の設定や制御は
前述したようにオペレーターの経験や勘に頼つて
行われており、ボイル限界、ノズル詰まり限界お
よび品質の安定化を図るためにガス吹込みを定量
的に把握し、それを実操業に適用する試みは全く
なかつた。このため鋼種、サイズ、鋳造速度、タ
ンデイツシユ内溶鋼深さなどの操業条件の変化に
的確に追従した前記ガス吹込み量の制御は行い難
く、またボイル現象の発生に起因する操業の不安
定やブレークアウト等の大きなトラブルを懸念す
るあまりガス吹込み量は小な目となりがちであつ
た。この結果、介在物の除去が十分に行われず、
鋳片に残留する介在物の個数にも、バラツキが多
くなり、鋳片品質の不安定化を招いたり、前述し
たようにノズル詰まりによる操業トラブルを生じ
ていた。特にブリキ材や薄板材等のように品質上
にシビヤな要求がなされる鋼種に対しては、ボイ
ル現象は発生しなくても前記介在物の残留が大き
な問題となつていた。 而してオペレーターは前記ボイルやノズル詰ま
り現象の回避、および品質の安定化のために高温
下に常に湯面監視に神経を尖らせねばならず精神
的、肉体的負担が極めて大きかつた。 本発明は溶鋼注入時の不活性ガス吹き込み方法
における前記従来の問題点の解決を図るものであ
り、前記操業条件の変動や、ノズル特性の変化に
対しても的確に追従してボイル現象を発生させる
ことなく、経済的に要求される品質を得るために
最適な吹込み量を確保し、これによつて鋳片の品
質向上、ノズル詰まり防止等を可能ならしめる方
法を提供するものである。 〔問題点を解決するための手段〕 第１図は前記第１１図に示す周知の一般的な連
続鋳造設備に本発明を実施する方法の一例を示す
図である。 本発明は、前述したようにタンデイツシユ２に
貯留された溶鋼３を、浸漬ノズル４を介して、然
も前記浸漬ノズル４を流下する溶鋼（以下、溶鋼
流と言う）中にガス吹込みを行いつつ鋳型５に注
入する方法において、前記ノズル内通過溶鋼量に
対する吹込みガス量の許容限界を、予め基準ノズ
ル特性条件下においてボイル発生限界もしくは前
記ボイル発生限界に加えてノズル詰まり発生限界
あるいは品質限界より求めて設定し、次いで当該
操業中の任意の通過溶鋼量でボイルを発生せしめ
てその開始時点のガス量を実測し、該実測ガス量
と、前記設定許容限界のうちボイル発生限界より
求められる同一通過溶鋼量に対するボイル発生開
始ガス量との比からノズル特性補正係数Ｋを求
め、該補正係数Ｋによつて前記許容限界を補正し
てガス吹込み量を制御することを特徴とする溶鋼
注入方法に関するものである。 〔作用〕 周知のようにノズルから吹き込まれたガスは微
細な気泡となつて溶鋼中に混合し、前記溶鋼中の
介在物を補捉して浮上する。この結果、溶鋼より
介在物が除去され、製造された鋳片の品質が向上
する。従つて前記ガスによる介在物除去効果を促
進するには、吹き込まれたガスが球形、もしくは
それに近似した形状の微細気泡となつて溶鋼中に
均等に混合する必要がある。（以下これを健全気
泡と称する）。 このためには溶鋼中に吹き込まれるガス圧を当
該吹込み部分における溶鋼の総圧力（総圧力とは
溶鋼流による動圧と溶鋼ヘツドによる静圧および
大気圧を加えたものを言う）より所定以上高い圧
力にすることが極めて重要である。 本発明者らは前記健全気泡を得るために実操業
において種々実験、研究を繰り返した。その結
果、吹込みガス量を当該圧力、温度下における実
際の体積（以下、実体積と言う）Vgで表すと、
下記(1)式に示すように溶鋼の通過量、つまり通過
溶鋼量と、それに対応するガス量には密接な相関
関係があり、この相関関係に基づいてガス量を適
正に制御することによつて前記従来の問題点を効
果的に解決する方法を発明し、既に特許出願し
た。 Vg／Vl＝Ｒ ……(1) 但し、 Vg；吹吹き込みガスの実体積（m³／sec） Vl；通過溶鋼量（通過溶鋼の体積m³／sec） 本発明は前記発明のさらに改良を図り、実際の
操業においてノズル特性が変化したような場合で
もそれに対応してガス量を的確に補正し、それに
基づいてガス量制御を行う方法を提供するもので
ある。 而してまず通過溶鋼量とガス量との相関ついて
説明する。前記ガス量（以下、本発明においてガ
ス量とは特記した以外、前記ガス実体積を言う）
は、ガス吹込み部における溶鋼総圧をタンデイツ
シユ内の溶鋼深さ、ノズルの内径、溶鋼流速等か
ら求め、この総圧が作用している溶鋼中に気泡を
発生させるために必要なガスの流速を求め、次い
でこのガスの流速と、さらに前記ノズルのガス吹
込み部の気孔径及び該気孔の個数とから下記(2)式
のように求められる。 Vg＝U_Ar×（π／４）d²×ｎ ……(2) 但し、 U_Ar；ガス流速（ｍ／sec） ｄ；ノズルのガス吹込み気孔径（ｍ） ｎ；ノズルのガス吹込み気孔個数 また通過溶鋼量は前記ノズルの内径と溶鋼流
速、または製造される鋳片の幅、厚み、および鋳
片引抜き速度（鋳造速度）とから下記(3)式で求め
ることができる。 Vl＝U_st×Ｓ＝Ｗ×Ｄ×V_c ……(3) 但し、 U_st；ノズル内溶鋼流速（ｍ／sec） Ｓ；ノズル開度（断面積）（m²） Ｗ；鋳片の幅（ｍ） Ｄ；鋳片の厚み（ｍ） V_c；鋳片引抜き速度（ｍ／sec） ノズルは例えば第１２図に示すようにその軸央
部に溶鋼流通孔２１を備え、該流通孔２１に面し
てポーラス耐火物層で形成されたガス吹込み部２
２を設け、このガス吹込み部２２にガス供給系６
を連結して構成されている。ガス吹込み部２２は
第１２図ａに示すようにポーラス耐火物層の周囲
を緻密質耐火物層２３で包囲するか、あるいは第
１２図ｂに示すように鉄皮２４等で囲繞された内
側全体をポーラス耐火物層とするなどして構成さ
れている。ガス吹込み部２２は耐火物を所定の見
掛け気孔率となるように充填密度を調整してポー
ラス状の耐火物層に成形されるが、同一構造で、
しかも同一仕様のノズルにおいても、製造された
ポーラス耐火物層の気孔径やその密度は微妙に異
なることが普通である。而して本発明者らはノズ
ル２０の特性条件を、前記ガス吹込み部２２、つ
まりポーラス耐火物層の前記流通孔２１に面する
表面積、気孔径のばらつきや単位表面積当たりの
気孔密度で決定し、前記表面積、気孔径のばらつ
き、気孔密度がそれぞれ予め定められた範囲内に
なる基準ノズルを用いて前記健全気泡を得るため
のガス実体積Vgと通過溶鋼量Vlとの相関を調査
した。（このような基準ノズルを用いて溶鋼流中
にガス吹込みを行うことを本発明においては基準
ノズル特性条件下と言う）。第２図はその調査結
果の一例を示すもので、縦軸にガス実体積Vgを、
横軸に通過溶鋼量Vlを示す。実線ｌは前記ガス
圧が溶鋼総圧に打ち勝つて健全気泡をうるために
必要な下限であり、実線ｌ以上のガス実体積Vg
であれば安定して健全気泡を得ることができる。
また実線ｍはノズル詰まりを防止するために必要
なガス量を示すものであつて、前記実線ｌにノズ
ルの使用開始からの経過時間（累積鋳造時間）お
よびAl₂O₃など介在物析出量等の関係から経験的
に設定される補正率を加味した量である。例えば
前記第１２図ａに示す構造で、前記表面積が、
400cm²、気孔率が平均0.01〜0.1mm、気孔密度が平
均450個／cm²、のノズルを使用して、鋳片引抜き
速度V_cが平均1.6ｍ／min鋳片幅Ｗが580〜1350
mm、鋳片厚みＤが250mm、タンデイツシユ容量が
60屯、スライデイングノズル装着の彎曲型スラブ
連続鋳造設備においては下記(4)式のようになる。 V_n＝V_o（１＋ｔ／１×10⁴） ……(4) 但し、 V_n；ノズル詰まり防止に必要なガス量（m³／
sec） V_o；健全気泡発生に必要なガス量（m³／sec） ｔ；累積鋳造時間（sec） この第２図から通過溶鋼量Vlに対するガス実
体積Vgには強い相関関係（該相関関係を以下比
Ｒと言う）のあることが判つた。 一方、ノズル内で溶鋼流中にガスを吹込む際
に、吹込まれるガス量が多くなると浮力が増して
いき、溶鋼のスムーズな流れを困難化し、これが
ある限度を超えると溶鋼の流下を阻止して溶鋼が
下方へ流れなくなつたり、あるいは断続的な流下
となり、またこの現象が一度発生すると溶鋼流中
の圧力が急激に下がり、ガス供給系のガスが一挙
に溶鋼流中に流れ込み、前記現象は益々激しくな
つてボイル現象が発生する。 このボイル発生時のガス量と通過溶鋼量との関
係にも前記健全気泡を得るときと同様に密接な関
係がある。 前記第２図における実線ｘが前記ボイル限界か
ら求められる前記比Ｒを示すものであり、ボイル
現象を生じることなく、最大ガス吹込み量を確保
できるほぼ限界の値である。この場合の比Ｒの具
体的な式は、例えば前記彎曲型スラブ連続鋳造設
備の実験結果では下記(5)式で表すことができる。 Vg＝0.0267×V_L＋5.3×10^-5 Ｒ＝Vg／V_L＝｛5.3×10^-5／（Ｗ・Ｄ・V_c）｝ ＋0.0267 ……(5) 従つて通過溶鋼量に対して前記比Ｒを若干でも
越えるガス量を吹込むとボイル現象が発生し始め
ることになり、逆に前記実線ｍのノズル詰まり限
界とｘのボイル限界の間の範囲Ｒとなるように当
該時点の通過溶鋼量に対してガス量を制御する
と、操業条件が変動してもボイル現象を発生させ
ることなく、また経済的なガス量で要求される品
質を効果的に得ることができる。尚、鋳造時間が
長くなると、ボイル限界ｘ＜ノズル詰まり限界
ｍ、となる操業域の生じることも考えられるが、
このような場合には操業トラブルのより大きいボ
イル限界ｘ以下で制御することが望ましい。つま
りボイル限界ｘ及びノズル詰まり限界ｍの何れか
小さい方での比Ｒで制御することが好ましい。 前記比Ｒは後述するようにガス体積が最大とな
り、溶鋼との体積の関係が大きく左右される溶鋼
注入時の前記ノズル内における総圧力の最も小さ
い部位（以下、最小総圧力部位と言う）で特に精
度良く設定でき、それに基づいて前記吹込み制御
を行うことが効果的である。 この最小総圧力部位における前記Vg、Vl、お
よびＲを以下V_0g、V_0L、R₀と表示する。 第３図は前記第１２図ａに示す構造のノズルを
用いて実操業におけるボイル発生状況を、前記最
小総圧力部位の通過溶鋼量V_0Lとガス実体積V_0g、
との関係に基づいて調査した結果の一例を示す図
である。図において縦軸がガス実体積V_0gを、ま
た横軸が通過溶鋼量V_0Lと表し、〇印はボイル発
生のない正常なものを、また×印はボイル発生を
示している。直線ａはボイル発生が確認された下
限を表すもので、本例はV_0g＝0.029・V_0Lの関係
視で表された。即ち直線ａ以上ではボイル発生の
確率がきわめて高くなり、この直線ａがボイルを
生じさせることなく最大ガス吹込み量を確保でき
るほぼ限界の値となつた。従つて前記比R₀
（V_0g／V_0L）を29／1000以下の範囲内になるよう
に操業条件に応じてガス量を制御すれば、ボイル
を発生させることなく最大の流量を確保できるこ
とが判つた。 ところで前記ノズルは高温の溶鋼と常に直接接
していることからその損耗は激しく、例えば月
間、16万屯の連続鋳造設備（タンデイツシユ容量
60屯）では一般に１キヤストの寿命しかなく、キ
ヤスト毎の取替を余儀無くされている。ところが
ノズルの前記特性は前述したように同一指定条件
で製造されても変化することが普通である。例え
ば前記第３図に示されるように同一構造で、かつ
同一仕様のノズルを用いたにかかわらず一定の通
過溶鋼量に対するボイル発生限界は0.1〜0.4m³／
secの範囲でばらついていることが判る。このよ
うな問題を解決するには種々のノズル特性に対し
て予め前記比Ｒを求めておき、当該操業に使用さ
れたノズルの特性より最適な比Ｒを選定し、それ
に基づいて制御すればよい。しかしながら実際上
において前記ノズル特性を迅速、かつ定量的に把
握することは容易ではなく、又予め種々のノズル
特性に対して比Ｒを設定することも面倒であり、
しかも正確性において劣ることも懸念される。 そこで本発明者らはまず前述した基準ノズル特
性条件下でボイル発生限界に基づく前記比Ｒ、つ
まり通過溶鋼量とガス量の相関からボイル許容限
界を求め、これを設定許容限界とした。 次にタンデイツシユに所定のノズルを装着して
実際の操業を行い、その操業中に通過溶鋼量を任
意量で一定とし、ガス量のみを順次変化させて実
際にボイルを発生させ、このボイル発生が始まつ
た時点のガス量V_zgを実測した。一方、前記設定
ボイル許容限界（前記設定許容限界のうちボイル
発生限界から設定されるものを設定ボイル許容限
界と言い、同様にノズル詰まり限界から設定され
るものを設定ノズル詰まり許容限界、品質限界か
ら設定されるものを設定品質許容限界と言う）か
ら前記通過溶鋼量と同一の量に対してボイル発生
の開始が予測されるガス量（以下設定ガス量と言
う）V_rgを求め、前記実測ガス量V_zgと設定ガス
量V_rgとの比Ｋ（＝V_zg／V_rg）を求めた。しかる
後この比Ｋを用いて前記設定許容限界を補正し
た。つまり、前記比Ｋをノズル特性補正係数とし
て用いた。第４図はこの補正要領を説明する図で
あつて、実線が前記設定ボイル許容限界を示す。
任意の通過溶鋼量V_0L1で前記実測ガス量V_zgと設
定ガス量V_rgとからノズル特性補正係係数Ｋを求
め、前記実線で示す設定ボイル許容限界に前記ノ
ズル特性補正係数Ｋを掛けることによつて一点鎖
線で示す補正許容限界が得られる。 次に当該操業中に通過溶鋼量を変化させ、その
通過溶鋼量において前述操作と同様にして実際に
ボイルを発生させ、ボイル発生が始まつた時点の
ガス量V_zgをそれぞれ実測した。この結果、前記
任意の通過溶鋼量の一点で求めたノズル特性補正
係数Ｋにより補正された補正許容限界と殆ど一致
し、その信頼性の高いことが証明された。 このように任意の通過溶鋼量で求めたノズル特
性補正係数Ｋによつて設定ボイル許容限界を全体
的に補正することが可能な理由としては以下のよ
うなことが推測される。即ち、ボイルは第５図の
模式図に示すように溶鋼流中３０に吹込まれた微
小気泡３１が順次合体成長して臨回分布状態に達
した時に発生するものと考えられ、溶鋼流中に吹
込まれた直後の初期気泡の径分布は前記ボイル限
界の重要なフアクターとなつている。前記初期気
泡径分布はノズルにおけるガス吹込み部の気孔径
の分布や密度に大きく依存している。従つて当該
ノズルの特性を実際操業中における任意の通過溶
鋼量で、予め求められている基準ノズル特性条件
下との比較の基に把握することによつて相対的な
値として捉えることができ、そのノズルを使用し
ての操業中には前記相対的な値としてのノズル特
性補正係数Ｋにより補正された補正許容限界で総
て対応できるものと思われる。 尚、前記当該操業中においてボイル発生の開始
時点を判断する方法としては、例えばオペレータ
ーが鋳型内の湯面を監視し、その湯面が激しく乱
れ始また状態で判断する方法、あるいはイメージ
センサーカメラ等を用いて湯面を監視し、それを
画像処理すると共に湯面が乱れた際に変化する赤
点数が所定量以上なつたことから判断する方法な
どを適宜採用すればよい。 前記ノズル特性補正係数Ｋが求められれば、設
定許容限界の内、ボイル限界のみでなく、前述し
たノズル詰まり限界から設定される許容限界およ
び後述する品質限界から設定される許容限界も前
記ノズル特性補正係数Ｋによつて補正することが
可能である。つまり前記ノズル特性補正係数Ｋは
ガス吹込み部２２の気孔径の分布やその密度、吹
込み表面積等の相対的な特性を示すものである。
溶鋼流中に吹込まれたガス気泡により介在物を補
捉し浮上することによつて品質向上を図る品質限
界においても前記初期気泡径分布が大きな影響を
与えている。 従つて前記ノズル特性補正係数Ｋによつてノズ
ル詰まり限界や品質限界を補正することによつて
当該使用ノズルの特性に応じた最適の限界鋳造を
得ることが可能となる。 次に品質限界の求め方の一例について説明す
る。 前述したようにノロ噛み等の内部欠陥が問題と
なる品質の厳格な鋼種に対しては、前記比Ｒを前
記ボイル限界およびノズル詰まり限界とからのみ
で設定することには問題がある。 第６図は前記基準ノズル特性条件下で実操業に
おいて製造された鋳片の断面サンプルを行い、サ
ルフアプリント法によつて検出されるブラツクス
ポツトの個数と、前記介在物のうち、Al₂O₃クラ
スターの残留量、およびノロ噛み量との関係を調
査した結果の一例を示す図表である。ブラツクス
ポツトとは溶鋼中に吹き込まれたガスが気泡とな
つて鋳片に取り込まれ、これが前記サルフアプリ
ントによつて黒点となり現れたものであり、ガス
量が多くなるとそれに伴つてその個数は増え、逆
にガス量が少なくなるとブラツクスポツト個数も
減少する。第６図の例は前記鋳片断面の1250cm²
（10cm×125cm）当たりの量である。この第６図か
ら判るように単位断面積当たりのブラツクスポツ
ト個数と介在物の種別およびその鋳片への残留量
には密接な関係があり、ブラツクスポツト個数が
多くなるとノロ噛みが増え、ブラツクスポツト個
数が少なくなるとAl₂O₃クラスターの評点が高く
なる。 また前記品質厳格な鋼種では、その鋼種の応じ
て例えばAl₂O₃クラスターの評点が或る値以下
で、かつノロ噛み個数も或る値以下となるように
介在物の許容量が過去の経験により定められる。
従つて介在物を予め定められた許容量以下とする
ためのブラツクスポツト個数の許容範囲も鋼種毎
に定めることができる。この知見に基づいて本発
明者らはブラツクスポツト個数とガス量との関係
について調査研究を行つた。この結果、両者には
下記(6)式で示すような関係式が成立することが判
つた。 BSN＝β（α・D_g ³・V_g−Vc） ……(6) 但し、 BSN；ブラツクスポツト個数（個／1250cm²） D_g；ガス吹込み部でのガスの気泡径（ｍ） V_g；単位通過溶鋼当たりのガス実体積 V_c；鋳片引抜き速度（ｍ／sec） β；比例定数 α；ポーラス孔径、溶鋼粘性等から定まる定数 第７図はブリキ材を、鋳片引抜き速度Vcが1.6
ｍ／min、溶鋼ヘツドＨが1.2ｍの操業条件でガ
ス（本例ではアルゴンガスを使用）量を種々変化
させて製造した際に鋳片に実際生じたブラツクス
ポツト個数と、前記(6)式に基づき演算によつて求
めた個数との相関を表したもので、αをノズルの
ガス吹込み部における前記気孔径、溶鋼粘性、か
ら３×10¹⁰とし、またβは3.0とした。 この第７図から明らかなようにβおよびαを鋼
種毎に求めておくことにより、前記(6)式に基づい
て実際操業において生じるブラツクスポツト個数
をガス量および鋳片引抜き速度とから正確に推定
することが可能である。 従つて基準ノズル特性条件下で所定条件の操業
時における鋳片引抜き速度Vc、および吹込みガ
ス圧等からガス気泡径D_gが求められると所定の
ブラツクスポツト個数を得るためのガス実体積
V_gが決定され、通過溶鋼量に対する前記比Ｒを
設定できる。 この比Ｒも前記ノズル特性補正係数Ｋによつて
補正し、その補正された許容限界に基づいてガス
量を制御すると基準ノズルからその特性が変化し
ても、それに応じた最適なガス量が簡単、確実に
求められ、効率的な操業の実施が可能となる。 次にガス量を具体的に制御する方法を説明す
る。 実操業においては、ガス供給系６の流量調整装
置系（例えば第１図に示す流量調節弁６０）は標
準温度、標準圧力（０℃、1atm）下における体
積（前記実体積に対して以下、標準体積と言う）
によつて制御する必要があるため、前記実体積に
対して圧力および温度の補正を下記(7)式によつて
行う。 V_og＝（Ｐ／P₀）×（273／Ｔ）×V_g ……(7) 但し、 V_og；ガスの標準体積（Ｎm³） P₀；大気圧（10336Kg／m²） Ｐ；ガス圧力（Kg／m²） Ｔ；ガス温度(K) V_g；ガスの実体積（m³） 尚、溶鋼温度の変化は通常小さく、その変化の
影響は圧力変化の影響に比しきわめて少ない。従
つて実操業においては溶鋼温度変化は無視し、圧
力変化の補正のみで充分である。 溶鋼流の総圧力は浸漬式ノズル４のガス吹込み
部４１から鋳型５内に位置する注入ノズル４３の
下端までの間で大きく変動するが、ボイル現象発
生に大きな影響を与える部位は前述のように圧力
の最も小さいところとなる。前記最小総圧力部位
における圧力を求める方法としては、該最小総圧
力部位に圧力検出装置を設けて直接検出すること
も考えられるが、極めて高温の溶鋼が脈動しなが
ら流下する位置での検出はハード的な制約が多
く、精度の高い測定は期待し難い、而して例えば
周知のベルヌーイの式を利用して下記(8)式のよう
に算出して求めればよい。 Ｐ＝｛P₀＋ρ・Ｈ−（1/2）・（ρ／ｇ）・（U_st／κ）
² −Δ4p｝^N ……(8) 但し、 Ｈ；ガス吹込み部よりタンデイツシユ内湯面まで
の距離（溶鋼ヘツドｍ） ｇ；重力の加速度（ｍ／sec²） κ；流速抵抗 ρ；溶鋼の比重（Kg／m³） Δp；ノズル内の圧力損失（Kg／m²） Ｎ；指数 (8)式における指数Ｎは理想条件では１である
が、実際操業においてはガス吹込み位置からメニ
スカスまでの距離やノズルの実際の内径、溶鋼の
流速等により計算上から求められる総圧と実測上
の総圧に誤差の生じることが多々ある。このよう
な場合には指数Ｎを調整することによつて前記誤
差をなくすることができる。例えばガス吹込み位
置からメニスカスまでの距離が500mm、ノズル内
径が110mmのときには前記指数Ｎを２とすること
によつて前記(8)式およびこの(8)式に基づいて前記
(7)式で算出されたガス実体積は、計算上から求め
られる値と、オフライン等で試験的に実測した値
と極めて近似したものとなり、実用上前記(8)を用
いても問題無いことが確認された。 以上の結果、操業時における最適なガス量は連
続鋳造中における溶鋼ヘツドＨとノズル内の断面
積の最も小さい部分、つまり最絞り部の溶鋼流の
流速を把握できれば求めることができる。前記溶
鋼ヘツドＨは、例えばタンデイツシユ２内の溶鋼
重量を検出し、予め求めておいた前記タンデイツ
シユ内溶鋼重量とタンデイツシユ内溶鋼深さとの
相関より算出して求めるか、或いは光学的又は電
気的レベル検出器を用い、基準レベルよりの偏倚
を算出することによつて求められたタンデイツシ
ユ内溶鋼深さと、タンデイツシユ下面からガス吹
き込み部までの距離を加えることによつて求める
ことが可能である。一方、前記最絞り部の流速を
検出することは容易でなく、現在の計測技術では
その精度も極めて低いものである。従つてノズル
を流下する溶鋼量を、例えば非接触型の流量計を
用いて直接検出するか、或いは鋳片の幅、厚み及
び引抜き速度から間接的に検出すると共に、予め
求めておいた最絞り部の実断面積（実断面積はノ
ズル開度に縮流係数等を掛けたもの）から前記流
速を算出することが効果的である。 前記第１図において７は鋳片８の速度検出装置
であり、該鋳片移動速度より引抜き速度を検出で
きる。９は前述したタンデイツシユ２の重量を検
出する重量検出装置、６１はガスの流量計であ
る。また１０は演算制御装置であり、後述する第
８図のブロツク図で示す演算制御機能を有してい
る。 以上の結果、ボイル現象が発生するガス吹込み
量の限界を、鋳造速度、溶鋼深さ、鋳片サイズな
どを要因とした関数として定量的に把握でき、し
かもノズル特性が変化しても当該操業時の前記ノ
ズル特性補正係数Ｋを求め、この補正係数Ｋで前
記定量的に把握された設定許容限界を補正するこ
とによつて当該操業中にボイル現象の発生を防止
する効率的なガス吹込み制御が可能となつた。又
実操業においては前記(6)〜(8)式を複合して実験に
より求めた下記(9)式に示す近似式で、ボイル現象
のないガス量制御を行うことも可能である。 V_og＝〔H^0.7・（0.0267・Ｗ・Ｄ・V_c＋5.3 ×10^-5）〕・Ｋ ……(9) 但し、Ｋ＝ノズル特性補正係数 以上のように吹込みガス量の許容限界を当該操
業条件に応じて設定すると共に実際操業時に前記
ノズル特性補正係数Ｋを求めて前記設定許容限界
を補正し、当該操業時における鋳片サイズ、鋳造
速度、溶鋼ヘツド等を検出してその検出値に従つ
て前記補正された補正許容限界となるようにガス
量を制御することによつてボイル現象を生じるこ
となく、目的とする品質の鋳片を効率的に製造す
ることができる。而して第１図の演算制御装置１
０を、例えば第８図のブロツク図に示す如き機能
を有するものにすると前述した許容限界の設定、
及びノズル特性補正係数Ｋの算出から、補正許容
限界の演算、該補正許容限界に基づくガス量の制
御等を総て自動的に実施することも可能である。
即ち、第８図において１０１は予め決定された操
業条件や、必要に応じて操業中の溶鋼ヘツド、鋳
片引抜き速度等を入力する入力部である。１０２
はＲ設定部であり、前記入力部１０１より入力さ
れる操業条件やボイル限界、ノズル詰まり限界、
品質最適値等に応じて所定の方式に従い比Ｒを演
算し、ガス量の許容限界を設定する。（１０２ａ
が設定ボイル許容限界、１０２ｂが設定ノズル詰
まり許容限界、１０２ｃが設定許容限界を示す）。 １０３はＲ設定パターン選択部であつて、前記
入力部１０１からの操業条件に加えて比Ｒの設定
部位、鋼種等に応じて前述した許容限界の設定範
囲の中から当該操業条件下で最適な許容限界のパ
ターンを選択する。１０４はガス量算出部であつ
て、操業中に時々刻々検出して入力される鋳片速
度や溶鋼ヘツド、さらには鋳片サイズ、ノズル径
等の情報に基づいて前記Ｒ設定パターン選択部１
０３で選択された許容限界にするための標準ガス
量を算出する。一方、１１０は前記ノズル特性補
正係数Ｋを算出するＫ値算出部であり、１１０ａ
で当該操業時の任意の通過溶鋼量において実際に
ボイル発生の開始が確認された時のガス量から実
測ガス量V_zgを求め、又１１０ｂで設定ボイル許
容限界１０２ａに基づいて前記通過溶鋼量の設定
ガス量V_rgを求め、このV_zg及びV_rgよりノズル特
性補正係数Ｋを算出する。このノズル特性補正係
数Ｋは補正許容限界算出部１１１に入力され、前
記算出部１０４で算出された標準ガス量をノズル
特性に応じて補正し、実際に必要な標準ガス量を
求める。この補正許容限界算出部１１１で求めら
れた標準ガス量は制御部１０５は入力され、この
制御部１０５によつて流量調節弁６０等に制御指
令が発せられ、ガス量の制御が自動的に行われ
る。 このようにガス量の許容限界は、ボイル限界、
ノズル詰まり限界およびブラツクスポツト（鋳片
品質）により決定され、実際のガス量の制御はそ
れをノズル特性に応じて更に補正すると共に操業
トラブル、品質トラブルの少ない関係を選択し、
制御することができる。 〔実施例〕 実施例 １ ５千屯／日の前記彎曲型スラブ連続鋳造設備に
おいて、250mm厚×1200mm幅の形鋼向けのAlセミ
キルド鋼を製造する際に本発明を実施した。 本実施例における操業条件は第１表に示す通り
であり、本鋼種ではノズル詰まりが多発する傾向
にあるためボイル限界を指標として操業を行つ
た。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明の実施により溶鋼注
入時の不活性ガスの吹き込み量を時々刻々の操業
の変化に対応して的確に制御できるようになつ
た。この結果、鋳片の品質向上やノズル詰まりを
著しく軽減できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な連続鋳造設備に本発明を実施
した例を示す構造図、第２図はボイル限界、健全
気泡発生限界、ノロ噛み発生限界を求めた際にお
ける通過溶鋼量とガス実体積との相関の一例を示
す図表、第３図は基準ノズル特性条件下でボイル
発生状況を、通過溶鋼量V_Lと吹き込みガスの実
体積V_gとの関係に基づいて調査した結果の一例
を示す図表、第４図はこのノズル特性補正係数を
求め、設定許容限界を補正する要領を説明する
図、第５図はボイル発生の模式図、第６図は製造
された鋳片のブラツクスポツト個数とAl₂O₃クラ
スターおよびノロ噛み量との相関を示す図表、第
７図は鋳片に実際生じたブラツクスポツト個数
と、演算によつて求めた個数との相関を表した図
表、第８図は演算制御装置の機能ブロツク図、第
９図は本発明に基づく制御チヤートの一実施例を
示すチヤート図、第１０図は本発明に基づく実施
例と従来の制御法におけるブラツクスポツト個数
を比較して表した図表、第１１図は一般的な連続
鋳造設備の鋳込部を示す構成図、第１２図は一般
的なガス吹込み用ノズルの断面図である。 １；取鍋、２；タンデイツシユ、３；溶鋼、
４；浸漬式ノズル、４１；上ノズル、４２；スラ
イデイングノズル、４３；注入ノズル、５；鋳
型、６；ガス供給系、６０；流量調節弁、７；速
度検出装置、８；鋳片、９；車量検出装置、１
０；演算制御装置、１０１；入力部、１０２；Ｒ
設定パターン選択部、１０３；Ｒ設定部、４；ガ
ス量算出部、１０５；制御部、１１０；Ｋ値算出
部、１１１；補正許容限界算出部、２０；ノズ
ル、２１；溶鋼流通孔、２２；ガス吹込み部、２
３；緻密質耐火物層、２４；鉄皮、３０；溶鋼
流、３１；微小気泡。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 連続鋳造鋳型に浸漬式ノズルを介して不活性
   ガスを吹込みつつ溶鋼の注入を行う方法におい
   て、前記ノズル内通過溶鋼量に対する吹込みガス
   量の許容限界を、予め基準ノズル特性条件下にお
   いてボイル発生限界もしくは前記ボイル発生限界
   に加えてノズル詰まり発生限界あるいは品質限界
   より求めて設定し、次いで当該操業中の任意の通
   過溶鋼量でボイルを発生せしめてその開始時点の
   ガス量を実測し、該実測ガス量と、前記設定許容
   限界のうちボイル発生限界より求められる同一通
   過溶鋼量に対するボイル発生開始ガス量との比か
   らノズル特性補正係数Ｋを求め、該補正係数Ｋに
   よつて吹込みガス量の許容限界を補正してガス吹
   込み量を制御することを特徴とする溶鋼注入方
   法。