JPH11123514A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表面欠陥の少ない鋳片を製造する。 【解決手段】連続鋳造鋳型1の水平断面が長方形であ
り、鋳型外長辺壁背面には複数個の溶鋼流動制御装置7
と、鋳型内長辺壁側には複数個の溶鋼流速計8とを設
け、鋳型内長辺壁側における溶鋼のメニスカス流速dを
それぞれの流速計により測定し、その測定値を溶鋼流動
制御装置に入力して、鋳型内長辺壁側の長辺方向におけ
るメニスカス流速を位置による差が10mm/s以下となるよ
うに溶鋼流動制御装置の電流を制御する鋼の連続鋳造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面欠陥の少ない
鋼鋳片の連続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造において鋳片の表面品質を
向上させるためには、鋳型内の溶鋼流動を制御して、連
続鋳造用パウダーが溶鋼中に巻き込まれるのを抑制する
こと、初期凝固シェルに介在物が捕捉されることの防
止、または初期凝固シェルの成長厚みを鋳片引き抜き方
向に直角な断面における鋳型長辺方向で均一化する必要
がある。

【０００３】連続鋳造用パウダー（以下、これを単に
「パウダー」と記載する）は、鋳型と鋳片（初期凝固シ
ェル）との間の潤滑剤として用いられるが、メニスカス
部における溶鋼の不安定な流動によって溶鋼中に巻き込
まれるとノロ噛み疵となり、鋳片の表面品質を劣化させ
る。

【０００４】鋳型内のメニスカス部の溶鋼流動に淀みが
存在すると、淀み部分の溶鋼温度が低下して凝固シェル
の厚さが局所的に厚くなり、初期凝固シェルの厚みが不
均一となる。これにより鋳片水平断面の幅方向に縦割れ
疵が発生することがある。

【０００５】この様な表面欠陥が、鋳型内溶鋼の流動現
象と深く関連していることをさらに詳細に説明する。

【０００６】鋳型内に溶鋼を注入するため溶鋼内に浸漬
する耐火物製ノズル（以下、これを単に「浸漬ノズル」
と記載する）を用いるが、この浸漬ノズルからの吐出に
よって溶鋼には流動が生じ、通常不規則、不安定な流れ
となる。

【０００７】図４は、従来の連続鋳造装置の鋳型上部縦
断面と溶鋼の流れを模式的に示す図である。鋳型1内に
浸漬ノズル2から連続的に溶鋼3が注入され、鋳片4が鋳
造される。注入された溶鋼が吐出流aとなり鋳型1の短辺
壁1aに衝突すると、溶鋼表面に向かう上昇流bと鋳型下
方に向かう下降流cとに分かれる。上昇流bは、短辺壁1a
近傍のメニスカス5の湯面を図示するように盛り上げる
とともに、溶鋼表面に上下方向の変動を引き起こす。

【０００８】溶鋼表面の盛り上がり位置では、溶融パウ
ダー6aの層の厚みが局部的に小さくなり、ついに存在し
なくなる。この結果、未溶融パウダー6が溶鋼と接触
し、溶鋼中に巻き込まれて捕捉され、ノロ噛み疵とな
る。また、上下方向に湯面の変動が生じた位置では、溶
鋼と鋳型との間に浸入する溶融パウダーの量が鋳片引き
抜き方向に直角な断面における鋳型長辺方向（以下、こ
れを単に「鋳型長辺方向」と記載する）が局所的に変動
するため、溶鋼から鋳型への伝熱量が鋳型長辺方向で不
均一となり、凝固シェル厚みが不均一となって縦割れ疵
の原因になる。

【０００９】鋳造速度が高くなると浸漬ノズルからの吐
出流および上昇流の速度が高くなり、溶鋼表面の盛り上
がり量、溶鋼表面の波立ち、上下変動量などが大きくな
る。この結果、初期凝固シェル4aに厚みの不均一、ノロ
噛みまたは縦割れなどの鋳片表面欠陥が発生する。

【００１０】これらの表面品質の欠陥を防止するため、
鋳型内の溶鋼流動を制御することが行われており、次に
示すような方法および装置が提案されている。

【００１１】連続鋳造鋳型の対向側壁の各背面に磁極
を上下一対に設置し、上下各一対の磁極の間で静磁場を
発生させ、鋳型内に供給させる溶鋼流に制動力を作用さ
せる鋼の連続鋳造において、上下各一対の磁極のうちの
一方の磁極間で発生させる静磁場の強さを、もう一方の
磁極の間で発生する静磁場の強さよりも弱く、または強
くして連続鋳造を行う方法（特開平5-55220号公報参
照）。

【００１２】連続鋳造鋳型長辺方向に２分割以上に分
割された電磁コイルを鋳造方向の電磁コイル中心がメニ
スカス近傍に位置するように設け、交流電流と直流電流
とを双方印加することで、鋳型長辺方向に移動磁界を、
厚み方向に静磁場を同時に印加できる制御部（たとえ
ば、図４の電流制御装置9）を前記コイルに接続した溶
鋼流動制御装置（たとえば、図４の符号7）を設け、メ
ニスカス流速を10〜60cm/sとすることによって、鋳片表
面欠陥を低減できる溶鋼流動制御装置（特開平6-71400
号公報参照）。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】連続鋳造鋳型内の溶鋼
流動速度は絶えず変化しており、特開平5-55220号公報
で提案された電磁ブレーキ装置を使用して単に一定の大
きさの静磁場を印加するという操作では、溶鋼流速の低
い場合には制動力が大き過ぎ、また溶鋼流速が高い場合
には制動力が小さすぎる。したがって、経時変化する溶
鋼流動を静磁場で一定の流速に制御することは困難であ
る。

【００１４】特開平6-71400号公報で提案された電磁攪
拌装置により連続鋳造鋳型内の溶鋼を攪拌し、単に溶鋼
流速を10〜60cm/sに制御しただけでは、鋳型長辺方向の
位置において溶鋼流速が変動する現象に対応できない。

【００１５】上記に提案された方法では、いずれも鋳片
の表面品質の向上は困難である。

【００１６】本発明の目的は、鋳型内の溶鋼流を制御す
ることによって表面欠陥の少ない鋳片を製造する方法を
提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、連続鋳造
鋳片の表面欠陥の発生は、鋳型長辺壁側のメニスカス流
速の変動によることを確認し、本発明を完成した。

【００１８】本発明の要旨は、図１に示す下記の鋼の連
続鋳造方法にある。

【００１９】水平断面が長方形の鋳型1の長辺壁1bの外
側には複数個の溶鋼流動制御装置7を設け、鋳型長辺壁
内側には複数個の溶鋼流速計8を設け、鋳型長辺壁内側
における溶鋼のメニスカス流dの流速をそれぞれの流速
計により測定し、その測定値を溶鋼流動制御装置に入力
して、鋳型長辺壁内側の長辺方向におけるメニスカス流
速を位置による差が10mm/s以下となるように溶鋼流動制
御装置の電流を制御する鋼の連続鋳造方法。

【００２０】上記の溶鋼流動制御装置には、電磁ブレー
キ装置または電磁攪拌装置を用いることができる。ま
た、溶鋼流速計には、カルマン渦の検出を応用した溶鋼
流速計が用いられる。

【００２１】

【発明の実施の形態】連続鋳造鋳型に複数個設置する溶
鋼流動制御装置には、公知の電磁ブレーキ装置または電
磁攪拌装置を用いる。電磁ブレーキ装置は鋳型内溶鋼に
制動力を与え、電磁攪拌装置は鋳型内溶鋼に攪拌力を与
える。

【００２２】図１は、本発明の方法を実施するための連
続鋳造装置を示す斜視図である。この連続鋳造装置は、
鋳型1のメニスカス近傍に複数個の電磁ブレーキ装置7
と、溶鋼流速の絶対値を測定可能な複数個の流速計8を
設置し、それぞれの流速計の出力を比較し、溶鋼流速の
差が10mm/sを超えたとき、電磁ブレーキ装置7の電流を
調整できる電流制御装置9を設けた装置である。なお、
流速計は、溶鋼流動制御装置に対応させて設置するのが
望ましい。

【００２３】鋳型長辺方向に複数個の溶鋼流速計を設置
するのは、連続的に溶鋼流速を測定するためである。こ
の溶鋼流速の絶対値の測定には、カルマン渦の発生原理
を使用した溶鋼流速計を使用する。流体中に円柱を挿入
すると円柱の後方にはカルマン渦列が規則的に発生す
る。カルマン渦の発生頻度と円柱の直径の積を無次元数
であるストローハル数で割ると流体の流速が算出され
る。溶鋼流速計の構造は、耐火物製素材の振動検知棒と
カルマン渦の発生頻度を測定する振動測定板で構成され
る。振動測定板には加速度検出器や歪みゲージを取り付
け、ＦＦＴレコーダ（高速フーリエ変換レコーダ）で周
波数解析を行う。この解析結果を前記の無次元式（発生
頻度×円柱の直径）／（ストローハル数）に代入して溶
鋼流速の絶対値を測定する。

【００２４】鋳型内壁に接した溶鋼メニスカス流が初期
凝固シェル厚みを支配するため、鋳型長辺壁に接した溶
鋼メニスカス流の挙動によって鋳片の表面性状が決定さ
れる。鋳型長辺壁に接する溶鋼の流動は、図４に示した
ように浸漬ノズル2からの吐出流aが鋳型短辺壁1aと衝突
してメニスカス5に向かう上昇流bとなる。この上昇流b
がメニスカス5近傍で反転流となり、鋳型短辺壁1aから
浸漬ノズル2に向かう流れ（メニスカス流d）となる。こ
のため鋳型長辺方向におけるメニスカス流速が変動し、
鋳型短辺壁側では流速が高く、浸漬ノズル側（中央部）
では流速は低くなる。この結果、鋳型長辺壁側の初期凝
固シェルの厚みが不均一となり、引張り応力により鋳片
表面に割れが発生する。

【００２５】本発明では、鋳型幅方向の溶鋼のメニスカ
ス近傍の溶鋼流速を複数個の溶鋼流速計を使用して把握
することにより、電磁ブレーキ装置あるいは電磁攪拌装
置などの鋳型内溶鋼流動制御手段の制御条件(電流)を変
化させることを特徴とする。

【００２６】鋳型内溶鋼のメニスカス近傍に設置した電
磁ブレーキ装置を使用する場合には、溶鋼流速が高くな
ったときに静磁場強度を大きくし、逆に溶鋼流速が低く
なったときには磁場強度を小さくする。これにより鋳型
長辺壁側のメニスカス流速をどの位置でも常に一定とす
ることができる。また、鋳造速度が一定の場合、浸漬ノ
ズルからの溶鋼量は一定であるため、電磁ブレーキ装置
による静磁場の印加領域を通過する溶鋼の流速は低下
し、静磁場の印加されない領域に流れる溶鋼量が増え
る。これにより静磁場が印加されていない領域では、溶
鋼流速が高くなる。したがって、メニスカス流速を測定
しながら静磁場の印加強度を変化させることにより静磁
場の印加領域および印加しない領域の溶鋼流速を任意に
変化させ、流動パターンを変化させることができる。

【００２７】鋳型に電磁攪拌装置を設置し鋳型内の溶鋼
を鋳型長辺方向に攪拌すると、鋳型長辺中央部では溶鋼
の流動速度は均一となるが、鋳型短辺壁側では短辺壁と
の衝突流が発生して流動速度が大きく変化する。このた
め複数個の溶鋼流速計を設置して鋳型幅方向の溶鋼流速
を測定し、流速の各位置における差を０（零）とするよ
うに鋳型長辺方向に印加する電磁攪拌力を制御すること
により溶鋼の流動速度を均一にすることができる。すな
わち、鋳型短辺壁近傍に作用させる攪拌力をメニスカス
流速が高い場合に小さくし、逆にメニスカス流速の低い
場合には攪拌力を大きくして、鋳型長辺方向の溶鋼流速
を均一にできる。

【００２８】

【実施例】

（実施例１）図１に示す連続鋳造装置を使用して、つぎ
の条件で鋳造試験を行った。

【００２９】溶解した鋼種は、炭素鋼（Ｃ：0.14重量
％、Si：0.40重量％、Mn：0.75重量％）であり、タンデ
ィッシュ内の溶鋼温度は1540℃（過熱温度は５〜40℃）
であり、鋳造速度は1.8ｍ／minであった。

【００３０】鋳型には長辺内法1250mm、短辺内法250m
m、長さ900mmを用い、浸漬ノズルには２孔タイプ、下向
き角20度のものを、吐出孔の位置が溶鋼から300mmの深
さになるようにセットした。

【００３１】溶鋼流動制御装置として、最大静磁場印加
強度が4000ガウスの電磁ブレーキ装置を鋳型長辺側に４
個設置した。溶鋼流速計には、カルマン渦式流速計を８
個設置した。

【００３２】鋳型長辺中央部に設けた流速計の流速を30
cm/sとして、短辺壁側に設けた流速計の流速が30±(10
〜50）mm/sに変動したとき電磁制動が働くようにセット
し、鋳造試験を行った。得られた鋳片について表面をカ
ラーチェックによって欠陥を検査し、単位面積（10cm×
10cm）あたりの欠陥個数を表面欠陥発生指数として評価
した。

【００３３】図２は、溶鋼流速の差と表面欠陥発生指数
との関係を示す図である。図において、「溶鋼流速の
差」とは、多数の流速計で測定した最大値と最小値の差
である。同図から、溶鋼流速の差を10mm/s以下にすれ
ば、表面欠陥発生指数を１以下にできることがわかる。

【００３４】（実施例２）実施例１で使用した連続鋳造
装置の溶鋼流動制御装置を電磁撹拌装置とした装置を用
い、実施例１と同様の鋳造試験を行った。

【００３５】溶解した鋼種は、炭素鋼（Ｃ：0.14重量
％、Si：0.40重量％、Mn：0.75重量％）であり、タンデ
ィッシュ内の溶鋼温度は1540℃（過熱温度は５〜40℃）
であり、鋳造速度は1.5ｍ／minであった。

【００３６】鋳型には長辺内法1100mm、短辺内法200m
m、長さ900mmを用い、浸漬ノズルには２孔タイプ、下向
き角20度のものを、吐出孔の位置が溶鋼から300mmの深
さになるようにセットした。

【００３７】溶鋼流動制御装置として、最大磁場印加強
度が3000ガウス、３ヘルツの電磁撹拌装置を鋳型長辺側
に４個設置した。溶鋼流速計には、カルマン渦式流速計
を８個設置した。

【００３８】鋳型長辺中央部に設けた流速計の流速を50
cm/sとして、短辺壁側に設けた流速計の流速が50±(10
〜50）mm/sに変動したとき電磁撹拌が働くようにセット
し、鋳造試験を行った。得られた鋳片について表面欠陥
をカラーチェックによって検査し、表面欠陥発生指数に
よって評価した。

【００３９】図３は、溶鋼流速の差と表面欠陥発生指数
との関係を示す図である。図において、「溶鋼流速の
差」とは、多数の流速計で測定した最大値と最小値の差
である。同図から、溶鋼流速の差を10mm/s以下にすれ
ば、表面欠陥発生指数を１以下にできることがわかる。

【００４０】

【発明の効果】本発明の方法は、連続鋳造鋳型長辺壁側
のメニスカス流を複数位置で測定し、その値の差が小さ
くなるように溶鋼流動制御装置を制御するので、表面欠
陥の少ない鋳片を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための連続鋳造装置を
示す斜視図である。

【図２】溶鋼流速の差と表面欠陥発生指数との関係を示
す図である。

【図３】溶鋼流速の差と表面欠陥発生指数との関係を示
す図である。

【図４】従来の連続鋳造装置の鋳型上部縦断面と溶鋼の
流れを模式的に示す図である。

【符号の説明】

１．鋳型 ２．浸漬ノズル ３．溶鋼 ４．鋳片 4a．凝固シェル ５．メニスカス ６．パウダー 6a．溶融パウダー ７．電磁ブレーキ装置または電磁攪拌装置 ８．流速計 ９．電流制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平断面が長方形の鋳型外の長辺壁背面に
   は複数個の溶鋼流動制御装置を設け、鋳型内長辺壁側に
   は複数個の溶鋼流速計を設け、鋳型内長辺壁側における
   溶鋼のメニスカス流速をそれぞれの流速計により測定
   し、その測定値を溶鋼流動制御装置に入力して、鋳型内
   長辺壁側の長辺方向におけるメニスカス流速を位置によ
   る差が10mm/s以下となるように溶鋼流動制御装置の電流
   を制御することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。