JPH08187557A - 電磁場を用いた鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速な鋳造速度で高品質な連続鋳造片を安定
的に安価で製造する。 【構成】 鋳型１内に供給された溶鋼２は、下向きの吐
出流４となる。一方、移動磁場発生装置５により両側の
スラブ短片６から浸漬ノズル３の方向に移動する磁場を
溶鋼２に作用させると鋳型１内には短片６から浸漬ノズ
ル３の方向に溶鋼流れ７が誘起される。誘起された溶鋼
流れ７は、浸漬ノズル３からの吐出流４と衝突して速度
を減速させる。溶鋼流れ７は吐出流４と衝突した後、溶
鋼表面に向かう上昇流８と吐出流４に随伴する流れ９と
に分流する。上昇流８は、溶鋼表面を短片６の方向に向
けて流れることで溶鋼表面に熱を供給して、パウダーを
溶解しおよび溶鋼表面の凝固（皮張り）を防止する。上
記作用は、溶鋼表面流速を０．１〜０．３ｍ／ｓに制御
すると効果的である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高速な鋳造速度を用
いることができ且つ高品質な連続鋳造片を安定的に安価
で製造することができる、電磁場を用いた鋼の連続鋳造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、鋼の連続鋳造においては、高速化
および高品質化の要求が高まっている。しかしながら、
従来の連続鋳造機によって鋳造速度を高速化すると、浸
漬ノズルからの溶鋼吐出流速増加に伴い、鋳型内の溶鋼
流速が高くなるため、鋳型内メニスカスにおける溶融パ
ウダー巻込み、および、浸漬ノズルに付着している大径
化したアルミナ系介在物がノズルから剥離して浮上せず
に溶鋼中へ混入する、などといった問題が生じ、高い品
質を有する鋳片を安定して鋳造することができないこと
が知られている。

【０００３】このような問題を解決するために、最近、
磁場を用いて鋳型（モールド）内の溶鋼の流動を制動す
る検討が多く行われてきている。例えば、特開昭５７−
１７３５６号公報（発明の名称：鋳造ストランド未凝固
領域の攪拌方法及びその装置）に代表される電磁印加方
法（以下、「先行技術１」という）や、それを応用した
特開平３−１４２０４９号公報（発明の名称：静磁場を
用いた鋼の連続鋳造方法及びその装置）（以下、「先行
技術２」という）が提案されている。これらの連続鋳造
方法は、従来の連続鋳造における問題点を考慮した電磁
場印加方式ではある。

【０００４】一方、鋳造速度の高速化および製品品質の
向上に、より容易に対応可能な手段として、浸漬ノズル
の形状を改変する方法が考えられている。このような、
品質向上をノズル形状の改良により達成しようとした技
術としては、例えば、図５に示すノズル、あるいは、特
開昭６２−２９６９４４号公報（発明の名称：溶融金属
注湯用ノズル）（以下、「先行技術３」という）に開示
された逆Ｙ型ノズルがあげられる。これらの技術によれ
ば、ノズルの形状を最適化することにより、ある程度の
改善効果が得られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の先行技術には、以下に示す問題がある。

【０００６】電磁場印加方式に関し、先行技術１におい
ては、浸漬ノズルの位置と吐出流速とを勘案して設置し
ないと、目的とする効果が得られない問題がある。

【０００７】先行技術２においては、原理的に溶鋼の流
速を減速（制動）させることは可能である。しかしなが
ら、溶鋼の流れを誘起（加速）することは不可能であっ
た。即ち、高速鋳造時に、メニスカスでの最適な溶鋼流
および介在物の浮上除去が十分実現できるように磁場を
制御するためには、浸漬ノズルから鋳型へ流入する溶鋼
の流速が最適な範囲になるような供給手段を別途に施す
必要がある。従って、従来からの通常の浸漬ノズルを使
用した場合には、鋳片サイズおよび鋳造速度の変更によ
る単位時間当たりの溶鋼供給量の大幅な変動に対処でき
る制御手段がない。

【０００８】ノズル形状に関する図５や先行技術３にお
いて、ノズルは複雑形状を有しており、このような形状
の複雑化は、浸漬ノズルの製造コストを高め、更に、構
造上、使用に耐え得る強度を考慮したノズルを製作しな
ければならないため、実質的に操業に使用できるノズル
の製作は困難を極める。従って、スラブ幅および鋳造速
度等の鋳造条件が大幅に変化する、連続鋳造の実際の操
業においては、浸漬ノズルの改善のみで高品質な鋳片を
製造することは難しい。

【０００９】一方、複雑形状を有しない通常の浸漬ノズ
ルを使用する場合においては、ノズル内にアルミナ系介
在物が付着してノズル詰まりを生じることのないよう
に、アルゴンガスをノズル内に溶鋼と共に供給すること
が行なわれている。しかしながら、このアルゴンガスの
使用は、上記のようにノズル詰まり防止に効果がある一
方で、溶鋼湯面でガス気泡が浮上するときに溶鋼面の溶
融パウダーを溶鋼中へ混入させたり、アルゴンガスが溶
鋼中に残存してブローホールといった表皮下の品質欠陥
を発生させる畏れがあるなどの問題をもたらしていた。

【００１０】従って、この発明の目的は、上述の問題を
解決し、単純形状の通常の浸漬ノズルを用い、浸漬ノズ
ルからの吐出流を最適化し、連続鋳造の高速化、高品質
化を達成することができる、電磁場を用いた鋼の連続鋳
造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
べき整理すると、下記およびの観点からの改善が必
要であるがわかる。 介在物欠陥を防止するための、介在物の大径化防止
および介在物の浮上性改善。 パウダーの溶解促進および皮張り防止のための、鋳
型内溶鋼湯面への適切な熱供給。

【００１２】上記およびに関して現状までの検討
は、従来の改善からの観点に基づいて検討されていたた
め、飛躍的な技術開発には結び付かず、設備を複雑化さ
せ、更に、操業性を悪化させる原因となっていた。そこ
で、本発明においては、根本的な流動制御方法について
数多くの実験を試行して検討を行った。

【００１３】本発明において我々が着目した点は、先行
技術１、先行技術２に示すような、従来の電磁ブレーキ
に想定されている浸漬ノズルの形状が、図５に代表され
るいわゆる逆Ｙ型ノズルであるところにある。本来、逆
Ｙ型ノズルは、 溶鋼を鋳型の幅方向両側端（スラブ短片）方向に強
制的に供給すること ノズルからの吐出流をスラブ短片に衝突させた後、
上昇流と下降流とに分流させて上昇流の介在物を浮上さ
せると共にメニスカスに熱供給を行ないパウダーを溶解
させることを主な目的として長年採用されてきているも
のである。

【００１４】しかしながら、電磁ブレーキおよび電磁攪
拌等の装置により溶鋼流動を制動または制御する場合に
は、これら装置は溶鋼の流れそのものを変化させること
を目的に設置されているものであるから、浸漬ノズルか
らの吐出流の方向および流量を制限する必要性は無い。
即ち、製造コストが高く、ノズル詰まりおよび供給溶鋼
の偏流を生じやすい、現在多く使用されている逆Ｙ型２
孔ノズル、および、それに類似するスラブ短片方向に向
けて溶鋼を吐出するノズル、および、先行技術３のよう
な複雑なノズルに替えて、筒状に形成され底を有しない
単孔型ノズル、例えば、単なる円筒状のストレートノズ
ルを採用することが、低廉で簡便な方法にて連続鋳造の
高速化、高品質化を可能にすることの第一歩であること
を知見した。

【００１５】この発明は、上述の知見に基づいてなされ
たものであって、請求項１に記載の発明は、浸漬ノズル
から供給される溶鋼の流れに影響を与える電磁場を用い
た鋼の連続鋳造方法において、連続鋳造機の鋳型の所定
位置に、前記鋳型の幅方向に移動する磁場を発生可能な
磁場発生装置を設け、前記鋳型内のメニスカスの上方の
近接位置に、前記メニスカスにおける溶鋼表面流速の測
定装置を設け、底を有しない筒状の単孔型の浸漬ノズル
を用い、前記浸漬ノズルを介して前記鋳型内に溶鋼を鋳
造方向に供給し、前記測定装置で測定した前記メニスカ
スにおける溶鋼表面流速が所定の数値となるように磁場
の強度および／または前記浸漬ノズルの浸漬深さを制御
することに特徴を有するものである。

【００１６】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
発明において、前記浸漬ノズルを鋳型幅方向の中間部に
設け、前記磁場発生装置を前記浸漬ノズルの鋳型幅方向
両側に配設し、磁場の移動方向を鋳型の幅方向両端から
前記浸漬ノズルに向けた方向とすることに特徴を有する
ものである。

【００１７】請求項３に記載の発明は、請求項２記載の
発明において、前記磁場発生装置の各々に交互に強磁場
を発生させることに特徴を有するものである。

【００１８】請求項４に記載の発明は、請求項１、２ま
たは３記載の発明において、前記メニスカスにおける溶
鋼表面の流速が、０．１〜０．３ｍ／ｓの範囲内となる
ように制御することに特徴を有するものである。

【００１９】

【作用】従来考えられていたストレートノズルの問題
点、即ち、 吐出流の浸入深さが深い故にノズルから吐出された
溶鋼に含まれる介在物が、浮上せずに湾曲部分で凝固シ
ェルに補足されて鋳造される 供給された溶鋼がメニスカスへ積極的に流れないた
めに熱供給不足を生じて発生する いわゆる皮張りやパウダー溶解不良によりブレーク
アウトが発生する といった問題については、鋳型の幅方向（スラブ長片方
向）に磁場が移動する磁場発生装置および鋳型内の溶鋼
表面流速測定装置を設けて、鋳型内に供給される溶鋼の
流動を制御することにより問題を解消する。そして、本
発明による単孔型浸漬ノズルを使用することは、ノズル
内に溶鋼流の停滞部がないため、アルミナ系介在物がノ
ズル内に付着することが低減できるため、浸漬ノズルに
付着して大径化したアルミナ系介在物がこれから剥離し
て介在物欠陥を発生させることも無くなり、且つ、アル
ゴンガスを供給する必要も無くなるため、溶融パウダー
の巻込みが防止される。

【００２０】

【実施例】次に、この発明を図面を参照しながら説明す
る。本発明方法によって鋼の連続鋳造を実施した。図１
はこの発明の実施例に係る連続鋳造機の一部分の装置構
成を示す概略断面図である。図１に示すように、浸漬ノ
ズル３は鋳型１の幅方向（スラブ長片方向）中央に設け
られている。鋳型１の外部であって浸漬ノズル３の両側
左右の所定位置に、それぞれ磁場発生装置５が設けられ
ている。更に、鋳型１内のメニスカスの上方の近接した
位置に、メニスカスにおける溶鋼表面の流速を測定する
ための測定装置１０が設けられている。浸漬ノズル３と
しては、本発明範囲内の、断面円形の円筒ストレート・
単孔型の、底を有しないノズルを使用した。浸漬ノズル
３の内径（直径）は８０ｍｍ、浸漬深さは２８０ｍｍと
した。

【００２１】磁場発生装置５を作用させ、１Ｈｚで鋳型
の幅方向両側端（スラブ両側短片）から中央の浸漬ノズ
ル３の方向へ移動磁場を印加し、メニスカスの溶鋼表面
流速が０．１〜０．３ｍ／ｓの範囲内になるように移動
磁場の強さを制御した。なお、鋳造条件は、製造する鋳
片の鋳造幅：１２００ｍｍ、鋳片厚さ：２２０ｍｍ、そ
して、鋳造速度：２．０ｍ／ｍｉｎであった。

【００２２】次に、本実施例における作用を説明する。
スライディングノズル１１により、鋳型１のメニスカス
溶鋼面がほぼ一定に保たれるように流量調整された溶鋼
２は、ダンディッシュ１２から鋳型１に浸漬ノズル３を
介して供給される。鋳型１内に供給された溶鋼２は、下
向きの吐出流４となる。

【００２３】一方、移動磁場発生装置５によって、左右
両側のスラブ短片６から中央の浸漬ノズル３の方向に、
移動する磁場を溶鋼２に作用させることにより、鋳型１
内にはスラブ短片６から浸漬ノズル３の方向に溶鋼流れ
７が誘起される。この誘起された溶鋼流れ７は、浸漬ノ
ズル３からの吐出流４と衝突して吐出流４の速度を減速
させる。そして、溶鋼流れ７は吐出流４と衝突した後、
溶鋼表面に向かう上昇流８と吐出流４に随伴する流れ９
とに分流する。

【００２４】上昇流８は、溶鋼表面をスラブ短片６の方
向に向けて流れることで溶鋼表面に熱を供給して、パウ
ダーを溶解しおよび溶鋼表面の凝固（皮張り）を防止す
る。このために、溶鋼表面流速測定装置１０を用いて溶
鋼表面流速が０．１〜０．３ｍ／ｓの範囲内となるよう
に移動磁場の強さを制御する。

【００２５】下降流９は、浸漬ノズル３からの吐出流４
と混合して流れ、移動磁場を印加することにより単孔型
ノズルである本発明浸漬ノズル３を使用した場合に生じ
る吐出流の浸入深さは、連続鋳造機の垂直部の長さ以内
に低減することが可能となる。これにより、従来問題と
なっていた、単孔型ノズルの使用による浸入深さを、従
来よりも低減できるようになった。

【００２６】メニスカスにおける溶鋼表面の流速を０．
１ｍ／ｓ以上に限定しているのは、０．１ｍ／ｓ未満の
流速では、従来問題とされているパウダーの溶解不良お
よび溶鋼表面での凝固（皮張り）のトラブルが発生する
頻度が高くなるからである。一方、０．３ｍ／ｓの流速
を超えると、溶融パウダーを溶鋼中に巻き込む危険性が
高くなる。従って、メニスカスにおける溶鋼の表面流速
は、０．１〜０．３ｍ／ｓの範囲内に制御する。

【００２７】製造する鋳片の鋳造幅（スラブ幅）を変更
した場合、溶鋼の表面流速を０．１〜０．３ｍ／ｓの範
囲内とするためには、移動磁場の強さを制御する以外
に、浸漬ノズル３の深さを制御することも有効である。
本実施例では１２００ｍｍ幅であったが、スラブ幅を１
８００ｍｍ幅に変更して鋳造する場合には、磁場のみを
制御すると、磁場の強さを約３０％程度大きくすること
になるが、浸漬ノズル３の浸漬深さを先の実施例で２８
０ｍｍであったものを１５０ｍｍに変更すれば、磁場の
強さを１０％程度だけ大きくすることで、溶鋼の表面流
速を０．１〜０．３ｍ／ｓの範囲内にすることが可能と
なった。即ち、図２に示すように、磁場の強さおよび浸
漬ノズルの浸漬深さを制御することにより、安定的な制
御が可能になった。

【００２８】鋳造速度を変更した場合、増速には磁場の
強さを大きくして吐出流４の流れを減衰させることで制
御できるが、浸漬ノズル３の内径を大きくして吐出流速
の増加を低減することでも対応できる。浸漬ノズル３の
内径を大きくすると、一般に、供給される溶鋼の流動抵
抗が減少するため高速流れになる。高速化した溶鋼の動
圧が浸漬ノズルの浸漬深さに相当する静圧を上回ると、
メニスカス上のパウダーおよび空気が溶鋼中に巻き込ま
れて品質欠陥を発生する恐れがある。このような場合に
は、移動磁場を幅方向両側端から中央の浸漬ノズル方向
へ移動させることにより、溶鋼流の動圧が浸漬ノズル出
口部で衝突して静圧が高くなるため、パウダーおよび空
気の巻込みが減少し品質欠陥の発生が防止できる。

【００２９】あるいは、大幅に吐出流４を増加した場合
には、移動磁場の強さを制御すると溶鋼の表面流速が指
定範囲にならないことがある。これに対しては、鋳型幅
方向（スラブ長片方向）に設置した移動磁場発生装置に
図３に示すように非対称な強さを印加させることによ
り、左右の磁場の強弱が交互に繰り返し、吐出流がスラ
ブ幅方向に分散されることになるため、結果的に吐出流
の減衰が促進され、吐出流の浸入深さを低減することが
できる。

【００３０】本実施例により鋳造したスラブの品質は、
浸漬ノズルとして単孔型ノズルを採用したことにより、
ノズル内に付着するアルミナ系介在物が低減し、それに
伴い大径化した介在物による品質欠陥は皆無となり、且
つ、アルゴンガスを供給する必要性がなくなったため
に、溶融パウダーの巻込みも低減し、かくして、良好で
あった。また、コスト低減も達成できた。図４は、本実
施例と、本実施例と同一の浸漬ノズルを使用したが電磁
場を使用しない従来の鋳造方法による比較例とを比較し
て、鋳造スラブの表面欠陥率を調査した結果を示すグラ
フである。図４に示すように、本発明のノズルを移動磁
場と組み合わせた本実施例は、欠陥率が比較例のほぼ１
／４程度であることがわかる。

【００３１】また、図５あるいは先行技術３に示す浸漬
ノズルを使用した従来の鋳造方法によって鋳造したスラ
ブの表面欠陥率も、本実施例により鋳造したスラブとほ
ぼ同等の低さを示すものではある。しかしながら、複雑
形状のノズル製造コストの面を考慮すると、単孔型浸漬
ノズルを使用する本発明方法の方が経済的に優れてお
り、更に、実操業の面においては、既に述べたように本
発明方法の方が有利であることから、総合的に本発明方
法が優れていることがわかる。

【００３２】なお、本実施例は、磁場の移動方向が、ス
ラブ両側短片から浸漬ノズルのある中央に向けた対向す
る２方向となっているが、浸漬ノズルの配設位置は、ス
ラブ長片方向中央に限られているわけではない。即ち、
浸漬ノズルは、スラブ長片方向の一方の短片側に設けら
れる場合もある。この場合には、磁場発生装置により、
磁場の移動方向を、浸漬ノズルの設けられていない他方
の短片側から浸漬ノズルの設けられている一方の短片側
に向けた一方向とすればよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、高速な鋳造速度で高品質な連続鋳片を、単孔型の浸
漬ノズルを用いて、安価に製造することができ、かくし
て、工業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例に係る連続鋳造機の一部分の
装置構成を示す概略断面図である。

【図２】実施例における溶鋼表面流速と移動磁場との関
係を示すグラフである。

【図３】実施例におけるスラブ幅方向の左右の磁場発生
装置に非対称な磁場を印加する場合の概念を示すグラフ
である。

【図４】実施例で得られた製品の品質と従来例で得られ
た製品の品質とを比較するグラフである。

【図５】従来の２孔Ｙ型の浸漬ノズルの１例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１：鋳型 ２：溶鋼 ３：浸漬ノズル ４：吐出流 ５：移動磁場発生装置 ６：スラブ短片 ７：溶鋼流れ ８：上昇流 ９：流れ １０：溶鋼表面流速測定装置 １１：スライディングノズル １２：ダンディッシュ １３：磁場移動方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小倉 康嗣 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 浸漬ノズルから供給される溶鋼の流れに
   影響を与える電磁場を用いた鋼の連続鋳造方法におい
   て、連続鋳造機の鋳型の所定位置に、前記鋳型の幅方向
   に移動する磁場を発生可能な磁場発生装置を設け、前記
   鋳型内のメニスカスの上方の近接位置に、前記メニスカ
   スにおける溶鋼表面流速の測定装置を設け、底を有しな
   い筒状の単孔型の浸漬ノズルを用い、前記浸漬ノズルを
   介して前記鋳型内に溶鋼を鋳造方向に供給し、前記測定
   装置で測定した前記メニスカスにおける溶鋼表面流速が
   所定の数値となるように磁場の強度および／または前記
   浸漬ノズルの浸漬深さを制御することを特徴とする電磁
   場を用いた鋼の連続鋳造方法。
2. 【請求項２】 前記浸漬ノズルを鋳型幅方向の中間部に
   設け、前記磁場発生装置を前記浸漬ノズルの鋳型幅方向
   両側に配設し、磁場の移動方向を鋳型の幅方向両端から
   前記浸漬ノズルに向けた方向とする請求項１記載の方
   法。
3. 【請求項３】 前記磁場発生装置の各々に交互に強磁場
   を発生させる請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】 前記メニスカスにおける溶鋼表面の流速
   が、０．１〜０．３ｍ／ｓの範囲内となるように制御す
   る請求項１、２または３記載の方法。