JPH07195159A

JPH07195159A - 鋼の連続鋳造方法

Info

Publication number: JPH07195159A
Application number: JP35543293A
Authority: JP
Inventors: Mikio Suzuki; 幹雄鈴木; Yuichi Yamaoka; 祐一山岡; Katsuhiko Murakami; 勝彦村上
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1993-12-30
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【構成】スラブ連続鋳造用鋳型１の長辺中心部の浸漬ノ
ズル５の吐出孔側約２００ｍｍ以内で湯面を含み、湯面
以下１５０ｍｍの範囲以内に静磁界２を鋳型短辺方向に
スラブを貫通して印加させ、静磁界２の印加範囲に鋳型
長辺方向に２本の電極３を溶鋼中に浸漬させる。そし
て、下降流速の大きさのベクトルｕにより、発生する起
電力ベクトルＥを測定することにより流速ベクトルｕを
推定する。そして、薄板表面疵指数が急速に増大し始め
る下降流速微分値αｖｏｒを求めた。【効果】鋼のスラブ連続鋳造における浸漬ノズル周りの
下降流速の測定から渦発生の検知が可能になり、下降流
速を使って、電磁ブレーキ装置のコイル電流を動的に制
御することにより、渦に起因したモールドパウダーの巻
き込みを防止することができ、薄板製品の表面疵発生数
を大幅に低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造鋳型内の湯面
付近の下降流の流速を測定し、下降流速を予め設定した
値以下に制御することにより、渦起因のモールドパウダ
ーの巻き込みを防止する連続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の溶融金属の流速測定方法を以下に
説明する。

【０００３】溶融金属の流速を測定する方法として、常
温の場合には、ピトー管、熱線流速計またはプロペラ流
速計等がある。しかしながら、１０００℃以上の高温の
溶融金属の場合には、センサー部分が高温にさらされる
こと、また溶融金属が凝固してセンサーの可動部分を破
壊するため精度の高い測定は困難である。

【０００４】近年、ヴァイブズとリコウは、ＭＨＤ発電
の原理を応用した永久磁石センサーにより約７００℃の
溶融アルミニウムの流速を測定している（Ｃｈ．Ｖｉｖ
ｅｓａｎｄＲ．Ｒｉｃｏｕ：Ｍｅｔ．Ｔｒａｎｓ．
１６Ｂ（１９８５），ｐ．３３７）。この磁石センサ
ーは、永久磁石の磁力線方向に２本の電極を出し、導電
性の良好な流体が磁力線を横切るときに発生する起電力
を電極で検出することにより流速の測定をするものであ
る。静磁界の磁束密度ベクトルＢと、この磁界方向と垂
直方向の流れの速度ベクトルｕとによって発生する起電
力ベクトルＥは次式で表すことができる。

【０００５】Ｅ＝Ｋ・ｄ・ｕ・Ｂ −−−（１）ここで、ｄは電極間距離、Ｋは実験定数（溶融金属の電
気電導度に依存する）を表す。このセンサーは、永久磁
石が磁石の性質を消失する温度（キューリー点と称す
る）以下で使用可能である。細谷らは、これを利用して
水銀の流速を測定している（細谷ら：鉄と鋼、７３（１
９７８）、Ｓ６８８）。

【０００６】一方、流体中に物体を浸漬させ、この物体
の受ける抗力を測定することにより平均的な流速を測定
する方法もある。これを使って溶鋼の流速を測定した例
として、ナガイらは、連続鋳造の鋳型内の浸漬ノズルか
らの吐出流の流速を測定するために、耐火物棒を溶鋼中
に浸漬して、この棒が溶鋼流から受ける反力を歪ゲージ
で測定して、流速に換算している（Ｎａｇａｉｅｔａ
ｌ．：ＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＥｎｇｉｎｅｅ
ｒ，６１（１９８４），ｐ．５１）。

【０００７】つぎに、従来のモールドパウダーの巻き込
みの検知方法について説明する。連続鋳造用鋳型内にお
けるモールドパウダーの巻き込みは、鋳型内湯面の変動
が激しくなると発生する。湯面の変動は、浸漬ノズルか
らの吐出流速度が大きくなると、吐出流が短辺面凝固殻
に衝突後、短辺面凝固殻に沿った上向き流が速くなり短
辺面近傍湯面を激しく変動させることによる。また、こ
の上向き流は、短辺面から鋳型中央に向かう表面流とな
り吐出流と合体する。モールドパウダーの巻き込み現象
を水モデル実験で調べると、吐出流が短辺面凝固殻に衝
突後に上向き流となり、湯面到達後に鋳型中央に向かう
流れとなる。この流れが、（１）モールドパウダーと溶
鋼の界面を乱し、モールドパウダーを溶鋼中に巻き込
む。また、（２）浸漬ノズル付近で起こる下降流によっ
て渦の発生が起こり、渦に吸い込まれるようにモールド
パウダーを溶鋼中に巻き込む。この２つの現象のなか
で、（１）に起因するモールドパウダー巻き込みは、短
辺面の湯面変動量を制御することにより低減できる（例
えば、笠井ら：材料とプロセス、１（１９８８）、１２
６１）。しかしながら、（２）の渦起因のモールドパウ
ダーの巻き込みを低減することは困難である。実機にお
いて、渦の発生条件はもとより渦発生を検知する方法は
現在まで開示されていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】鋼のスラブの連続鋳造
における浸漬ノズル周りの流れを水モデル実験で調べる
と、浸漬ノズルから吐出された流れは短辺面に衝突し、
短辺面に沿って上向きの流れと下向きの流れに分かれ
る。上向き流は、短辺面の水面に到達後、水面近くを鋳
型長辺中心方向に向かって流れる（この流れを表面流と
称する）。左右の表面流は、浸漬ノズルの周りでぶつか
り合い、下降流となって浸漬ノズルからの吐出流に合体
する。左右の表面流の流速差が大きくなると、渦が発生
し、水面上に浮かべた疑似介在物が渦に吸い込まれる様
子が観察される。

【０００９】実際の鋼のスラブ連続鋳造においても、浸
漬ノズルからの吐出流により鋳型内の流動挙動は、水モ
デル実験で観察された流動挙動に近似していることが確
認されている。高速鋳造をしていくと、浸漬ノズルから
の吐出流速が上がり、短辺面凝固殻に衝突後の上向き流
が大きくなり、その結果、表面流速も上がり、モールド
パウダーの巻き込みが増大し、スラブの品質劣化を引き
起こす。

【００１０】モールドパウダーの巻き込み現象を水モデ
ル実験により調べると、浸漬ノズル周りで発生する渦に
起因するモールドパウダーの巻き込みが、頻度高く観察
される。そこで、浸漬ノズル周りの渦の発生条件を詳細
に調べた結果、渦の発生は、下降流の大きさに依存して
いることがわかった。下降流速がある一定条件以上にな
ると、渦が発生する。図６に水モデル実験で求めた渦起
因のパウダー巻き込み発生頻度（回／ｍｉｎ）と下降流
速ｕとの関係を示す。下降流速ｕが１２（ｃｍ／ｓｅ
ｃ）以上のときに、パウダー巻き込み頻度が高く発生す
る。このパウダー巻き込みが発生し始める条件を、フル
ード数Ｆｒで表す。ただし、Ｆｒ＝ｕ／（ｇＬ）^1/2で
定義される。また、ｕは下降流速、Ｌは代表長さ、ｇは
重力加速度を表す。パウダー巻き込みが発生し始める条
件のとき、Ｆｒ＝０．１５となる。フルード数Ｆｒ一定
の条件で実機の鋼の連続鋳造条件を求めると、実機で渦
発生し始めるときの溶鋼流速は、約２１（ｃｍ／ｓｅ
ｃ）となる。

【００１１】従来、連続鋳造鋳型内の浸漬ノズル周りの
下降流を直接測定する方法は開示されていない。本発明
が解決しようとする課題は、連続鋳造鋳型内の浸漬ノズ
ル周りに起こる渦の発生を下降流速を連続的に測定する
ことにより予測し、下降流速の制御を行い、スラブの品
質向上を図ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として本発明は、タンディッシュから耐火物製の
浸漬ノズルを介して鋳型に溶鋼を注入する連続鋳造にお
いて、浸漬ノズルの吐出孔側で浸漬ノズルから２００ｍ
ｍ以内の範囲でかつ鋳型内の湯面以下１５０ｍｍ以内の
範囲に静磁界を鋳型短辺の面と平行な方向に鋳片を貫通
するように印加して、この静磁界印加範囲内に２本で１
対の電極を１対以上鋳型長辺方向に所定の間隔で溶鋼中
に浸漬させ、溶鋼流と前記印加磁界との相互作用から誘
起される起電圧を電極で連続的に検出し、前記起電圧を
流速に変換し、流速の時間微分が次式を満足するよう
に、電磁ブレーキまたは引抜き速度を調整しながら鋳造
することとした鋼の連続鋳造方法である。 Δｕ／Δｔ
＜５３０−２４２×Ｖｃ＋４２Ｖｃ² ただし、Δｕ／Δｔは、溶鋼流と印加磁界との相互作用
から誘起される起電圧を電極で連続的に検出し、前記起
電圧を流速に変換した値の時間微分値である。また、Ｖ
ｃは鋳片引抜き速度である。

【００１３】また、上記において、電極にホウ化ジルコ
ニウム、ホウ化モリブデンまたはホウ化チタンのうちの
１つの材質を用いた鋼の連続鋳造方法である。

【００１４】さらに上記において、前記電磁ブレーキの
強度を調整し、下降流速を予め設定した所定の流速以下
になるように制御することとした鋼の連続鋳造方法であ
る。

【００１５】

【作用】本発明の作用を説明する。本発明の流速測定の
方法は、フレミングの左手の法則に基づいており、Ｖｉ
ｖｅｓらの方法と同じである。すなわち、静磁界中の良
電導性の流体が流れると、印加磁界の磁束密度ベクトル
Ｂと流体速度ベクトルｕの相互作用により誘起される起
電力ベクトルＥが発生し、流体内に渦電流が流れる。ベ
クトルＥの大きさは、前述した（１）式から求めること
ができる。このことから、本発明は、ベクトルＥの大き
さから流体速度ベクトルｕを逆算することを基本として
いる。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例の詳細について図を用いて説
明する。図１に本発明によるスラブ連続鋳造用鋳型内の
浸漬ノズル周りの下降流速の測定方法の一実施例を示
す。スラブ連続鋳造用鋳型１の長辺中心部の浸漬ノズル
５の吐出孔側約２００ｍｍ以内で湯面を含み、湯面以下
１５０ｍｍの範囲以内に静磁界２を鋳型短辺面と平行な
方向にスラブを貫通して印加させ、静磁界２の印加範囲
の浸漬ノズル５の左右に鋳型長辺方向に２本の電極３を
２対溶鋼中に浸漬させる。そして、下降流速の大きさの
ベクトルｕにより、（１）式に基づいて、発生する起電
力ベクトルＥを測定することにより流速ベクトルｕを推
定する。

【００１７】さらに、下降流速ｕを随時測定し、この値
の時間微分値（Δｕ／Δｔ）、もしくは、下降流速ｕを
予め設定する際に所定値以下になるように、鋳型１内電
磁ブレーキ装置７や引抜き速度Ｖｃを調整しながら鋳造
することによって、モールドパウダー６巻き込みを防止
する。鋳型１内電磁ブレーキとしては、静磁界方式（特
公平２−２０３４９号公報）でも移動磁界方式（特公平
１−１０３０５号公報）でもよい。

【００１８】短辺面鋳型８近傍の上向き流の存在する範
囲と浸漬ノズル５から鋳型１長辺方向に２００ｍｍ以内
の下降流が存在する範囲を除いて、湯面近くの溶鋼流れ
は水平方向に流れる。また、湯面以下１５０ｍｍ深さま
での範囲とした理由は、これ以上深い位置の流速は、事
実上問題となる連続鋳造用鋳型１内でのモールドパウダ
ー６の巻き込み現象に直接関連しないためである。静磁
界発生装置４はＳｍ−Ｃｏ系やＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の永久
磁石と組み合わせたり、直流電磁石を用いることができ
る。また、電極３としては、電導性の良好なホウ化ジル
コニウム、ホウ化モリブデンやホウ化チタンを用い、１
本の電極３は浸漬ノズル５に近接させ電極先端が吐出孔
直上に配置し、他方の電極３は、鋳型長辺方向に５０ｍ
ｍ〜２００ｍｍの範囲で離して設置する。電極間距離を
離し過ぎると流動方向の判定を明確にすることが困難な
ためである。電極３の出力電圧（以下起電圧Ｅと称す
る）は、増幅器１０で電圧を増幅した後、アナログ・デ
ジタル変換器１１でアナログ・デジタル変換を行い、コ
ンピュータ１２にそのデータを取り込み、予め求めてお
いた流速ベクトルｕと起電圧ベクトルＥとの関係から流
速を計算する。

【００１９】静磁界２を、鋳型１外壁から鋳型内溶鋼に
水平に貫通させる静磁界発生装置４の設置方法には、図
１以外に、図２に示すような鋳型長辺を跨ぐように設置
することも可能であり、また、図３に示すように短辺鋳
型側から設置することも可能である。

【００２０】図１に示す鋼の連続鋳造用鋳型を用いて鋳
造実験を行なった。長辺面鋳型９の長辺中心から１００
ｍｍ〜２００ｍｍの範囲で湯面から１５０ｍｍの深さま
での範囲に、ほぼ均一な静磁界２を鋳型１短辺面と平行
な方向に貫通させるように、磁極断面が横１００ｍｍ、
縦１００ｍｍの静磁界発生装置４を、長辺面鋳型９の外
側に取り付けた。電極の一方は、浸漬ノズルに近接させ
て左右の吐出孔の直上、湯面から１００ｍｍの深さに設
置してある。他方の電極は、鋳型長辺方向に電極３の間
隔を１００ｍｍになるように設置した。電極３の材質は
ホウ化ジルコニウムである。鋳型短辺中心の最大磁束密
度は０．０５Ｔとした。また、本実験で使用した鋳型に
は、電磁ブレーキ装置７（久保田ら：材料とプロセス、
３（１９９０）−２５６）が設置されている。

【００２１】スラブ長辺が７５０ｍｍ〜１５５０ｍｍの
範囲で、スラブ短辺が２２０ｍｍのスラブを、引抜き速
度１．８ｍ／ｍｉｎ〜３．０ｍ／ｍｉｎの範囲で鋳造を
行なった。鋳造速度が３．５ｔｏｎ／ｍｉｎ〜５．５ｔ
ｏｎ／ｍｉｎである。

【００２２】測定した下降流速の出力値とその時間微分
値をそのスラブが鋳造される時間帯の下降流速、すなわ
ち、下降流速の起電圧から速度に換算した値と下降流速
の時間微分値Δｕ／Δｔ、すなわち、（ｕｔ＋Δｕ−ｕ
ｔ）／Δｔを計算して求め、その最大値を求めた。ここ
で、Δｔはサンプリング時間（ｓｅｃ）、ｕｔおよびｕ
ｔ＋Δｕは、時間ｔおよびｔ＋Δｔのときの下降流速の
起電圧値（ｍＶ）を下降流速に変換した値である。その
スラブの下降流速および下降流速微分値として、そのス
ラブから薄板製品を製造した後、薄板の表面欠陥個数を
調べた。図４（ａ）と（ｂ）に引抜き速度Ｖｃが２．２
ｍ／ｍｉｎのときの薄板製品における表面疵指数（コイ
ル長さ１００ｍ当たりの表面疵個数×１００によって表
している）と下降流速値および下降流速微分値との関係
を示す。薄板表面疵指数が急速に増大し始める下降流速
値ｕ_vor及び下降流速微分値αｖｏｒとを図４により求
めると、薄板表面疵は下降流速値ｕ_vorが２５ｃｍ／ｓ
ｅｃ、下降流速微分値αｖｏｒが２００ｃｍ／ｓｅｃ²
以上の条件で多発する。図４と同様の関係を引抜き速度
を変更して調査し、下降流速微分値αｖｏｒを各引抜き
速度で求めた。この図を図５に示す。図５に示したαｖ
ｏｒとＶｃとの関係を数式化すると、次式で表すことが
できる。

【００２３】 αｖｏｒ＝５３０−２４２×Ｖｃ＋４２×Ｖｃ² −−−（２）引抜き速度Ｖｃを下げると鋳型内湯面流速は減少しかつ
下降流速ｕも低下する。そこで、Δｕ／Δｔの値を監視
しておき、（２）式で求まるαｖｏｒの値を越えないよ
うに電磁ブレーキ装置７のコイル電流を調整した。ま
た、電磁ブレーキ装置７で調整が困難な場合に、引抜き
速度Ｖｃを下げる鋳造を行なった。

【００２４】Δｕ／Δｔの値がαｖｏｒを越えたスラブ
については、スラブ表面を２ｍｍスカーフした後圧延し
た。Δｕ／Δｔの値がαｖｏｒ以下のスラブは鋳造した
後、ただちに加熱炉に搬送し圧延した。この結果、薄板
製品の表面欠陥の発生数は、従来に比べて１／２以下
（表面欠陥指数は０．１０以下である）にすることがで
きた。

【００２５】つぎに、他の実験例を説明する。図１に示
した下降流速測定装置を設置した連続鋳造用鋳型を使っ
て、連続的に下降流速を測定しながら鋳造を行なった。
この鋳型には、電磁攪拌タイプの電磁ブレーキ装置７
（久保田ら：材料とプロセス、３（１９９０）−２５
６）を同時に設置してある。下降流速ｕに応じて電磁ブ
レーキ装置７の強度を変化させた。電磁ブレーキ装置７
の強度は、電磁攪拌コイルの電流値Ｉを調整して行なっ
た。電磁攪拌装置のコイル電流値Ｉは、つぎの（３）、
（４）式に従って調整した。ｕ／ｕ_vor＞１．０の条件の場合Ｉ／Ｉ₀＝Ａ＋Ｂ×（１−ｕ／ｕ_vor）＋Ｃ×（１−ｕ／ｕ_vor）² −−−（３）ｕ／ｕ_vor≦１．０の場合Ｉ／Ｉ₀≦Ａ −−−（４）ここで、ｕ_vorは２５ｃｍ／ｓｅｃ（前記実施例で求め
た値）、Ａ、Ｂ、Ｃは実験定数、Ｉ₀は基準鋳造条件の
ときの電磁ブレーキ装置の電流値を表す。

【００２６】ｕ／ｕ_vor≦１．０の条件で、電磁ブレー
キを使う理由は、溶鋼流に軽いブレーキをかけることに
より流速の均一化を図るためである。実機鋳造で用いた
各実験定数の値を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】実験を行なったときの鋳造条件は、スラブ
長辺１０００ｍｍ〜１２５０ｍｍの範囲でスラブ短辺が
２２０ｍｍのスラブを、引抜き速度１．８ｍ／ｍｉｎ〜
３．０ｍ／ｍｉｎの範囲で行なった鋳造である。

【００２９】浸漬ノズル５近傍の下降流速を随時コンピ
ュータ１２に取り込んで、（３）、（４）式にしたがっ
て、電磁ブレーキ装置７のコイル電流を動的に調整し
た。この結果、下降流速ｕは常にｕ_vor以内に抑えら
れ、かつ下降流速微分値Δｕ／Δｔもαｖｏｒ以下であ
った。この結果、薄板製品の表面欠陥の発生数は従来に
比べて１／３以下（表面欠陥指数は０．０５以下であ
る）にすることができた。

【００３０】

【発明の効果】本発明により、鋼のスラブ連続鋳造にお
ける浸漬ノズル周りの下降流速の測定から渦発生の検知
が可能になり、下降流速を使って、電磁ブレーキ装置の
コイル電流を動的に制御することにより、渦に起因した
モールドパウダーの巻き込みを防止することができ、薄
板製品の表面疵発生数を大幅に低減できる。

【００３１】また、電極にホウ化ジルコニウム、ホウ化
モリブデンまたはホウ化チタンのうちの１つの材質を用
いたので、高温状態での電極の電導性が良好となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスラブ連続鋳造用鋳型内の浸漬ノ
ズル周りの下降流速の測定方法の一実施例を示した図で
ある。

【図２】本発明の他の実施例を示した図である。

【図３】本発明の他の実施例を示した図である。

【図４】引抜き速度Ｖｃが２．２ｍ／ｍｉｎのときの薄
板製品における表面疵指数と下降流速値および下降流速
微分値との関係を示した図である。

【図５】引抜き速度を変更して、薄板表面疵指数が急速
に増大し始める下降流速微分値αｖｏｒを求めた図であ
る。

【図６】水モデル実験で求めた渦起因のパウダー巻き込
み発生頻度と下降流速との関係を示した図である。

【符号の説明】

１鋳型２静磁界３電極４静磁界発生装置５浸漬ノズル６モールドパウダー７電磁ブレーキ装置８短辺面鋳型９長辺面鋳型１０増幅器１１アナログ・デジタル変換器１２コンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タンディッシュから耐火物製の浸漬ノズ
ルを介して鋳型に溶鋼を注入する連続鋳造において、浸
漬ノズルの吐出孔側で浸漬ノズルから２００ｍｍ以内の
範囲でかつ湯面以下１５０ｍｍ以内の範囲に静磁界を鋳
型短辺の面と平行な方向に鋳片を貫通するように印加し
て、この静磁界印加範囲内に２本で１対の電極を１対以
上鋳型長辺方向に所定の間隔で溶鋼中に浸漬させ、溶鋼
流と前記印加磁界との相互作用から誘起される起電圧を
電極で連続的に検出し、前記起電圧を流速に変換し、流
速の時間微分が次式を満足するように、電磁ブレーキま
たは引抜き速度を調整しながら鋳造することを特徴とす
る鋼の連続鋳造方法。 Δｕ／Δｔ＜５３０−２４２×Ｖｃ＋４２Ｖｃ² ただし、Δｕ／Δｔは、溶鋼流と印加磁界との相互作用
から誘起される起電圧を電極で連続的に検出し、前記起
電圧を流速に変換した値の時間微分値である。また、Ｖ
ｃは鋳片引抜き速度である。
【請求項２】請求項１において、電極にホウ化ジルコ
ニウム、ホウ化モリブデンまたはホウ化チタンのうちの
１つの材質を用いたことを特徴とする鋼の連続鋳造方
法。
【請求項３】請求項１において、前記電磁ブレーキの
強度を調整して、下降流速を予め設定した所定の流速以
下になるように制御することを特徴とする鋼の連続鋳造
方法。