JPH11216549A - 鋳型内溶鋼の偏流防止法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、鋳型メニスカス部の流速を検出す
ることにより偏流を検知し、さらに鋳型内に電磁力を効
率良く印加し、鋳型内溶鋼の偏流を防止することを目的
とする。 【解決手段】 本発明は、水平断面が矩形の連続鋳造用
鋳型の中央部に、吐出口を各鋳型短辺側に向けた浸漬ノ
ズルを配置し、両吐出口から向きが反対の鋳型長辺方向
の溶鋼流を吐出させる溶鋼の連続鋳造において、鋳型長
辺長さの４分の１幅に該当する溶鋼表面流速を測定する
ための非接触流速検出器を該浸漬ノズルの両側に配置
し、両検出器で検出される両表面流速間の速度差および
各流速の変動量を検知し、これらの速度信号に基いて鋳
型胴部周辺に配置された均一一段電磁ブレーキの印加電
流を制御して、鋳型内の溶鋼流動の制御を行なうことを
特徴とする鋳型内溶鋼の偏流防止法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋼の連続鋳造におけ
る鋳型内溶鋼流動の適正化に関わるものであり、鋳型内
で発生する溶鋼の偏流の検知及びその防止法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】スラブの連続鋳造法において、通常吐出
孔を２個有する浸漬ノズルが使用されている。この際、
浸漬ノズルからの吐出量は必ずしも左右対象とはなら
ず、大きく変動する場合があり、鋳型内の溶鋼は図１に
示すような流動パターンとなる場合がある。これは鋳型
内に溶鋼を注入する際に、スライディングプレートを用
いて溶鋼通過量の制御を行っており、その構造上、下部
に設けられた浸漬ノズル内では必然的に偏った流れが生
じてしまう。この浸漬ノズル内の乱れた流れは鋳型内全
体に波及し、溶鋼の偏流発生の一要因と成りうる。

【０００３】さらに鋳造時には浸漬ノズル内壁への地金
やアルミナ等の非金属介在物の付着による流路の狭窄や
吐出孔近傍部への付着による吐出断面積の変化、また、
スライディングプレートの開度変動の影響もあり、浸漬
ノズル内はもとより鋳型内の流動は、鋳造の経過ととも
に適正な流動バランスを失いやすい傾向にあり、その結
果として溶鋼の偏流が発生する。溶鋼の偏流の程度が甚
だしい場合には、鋳型のメニスカス部では、左右の表面
流速差が大きくなり、浸漬ノズル近傍で人工スラグの巻
き込みが生じ、また偏流の影響で片側のメニスカス部の
流速が過剰に大きくなると人工スラグの削り込みが生じ
る。

【０００４】一方、溶鋼の偏流によって溶鋼プール内の
片側で大きな下方に向かう流動パターンが形成される場
合、タンディッシュから持ち込まれる非金属介在物の侵
入深さは増大し、また削り込み・巻き込みによって鋳型
内に持ち込まれた人工スラグについても、浮上の機会を
失い、凝固シェルに捕捉される。これらの鋳片に捕捉さ
れた非金属介在物、人工スラグは、熱延、冷延工程で鋼
板の製品欠陥として顕在化し、製品品質の低下、製品歩
留の低下を招く原因となる。

【０００５】この問題を解決するために、従来より鋳型
内溶鋼の偏流検知および防止法が提案されている。例え
ば、特開平４−３２２８５９号公報および特開平５−２
４５６０７号公報では、鋳型内溶鋼の偏流を鋳型に供給
される冷却水の入、出側の温度差に基づいた時系列デー
タを周波数解析し、特定の周波数成分の強度より偏流を
検知する方法が記載されている。また、特開平５−２７
７６９２号公報では、鋳型長辺方向に熱電対を複数配置
し、その温度分布より偏流を検知し、スライディングノ
ズルの開孔絞り位置を変更することにより、これによっ
て浸漬ノズル内での溶鋼流を制御し偏流を抑制する方法
が記載されている。

【０００６】特開平３−３２４５６号公報には、鋳型短
辺の左右に渦流式レベル計を設置し、そのレベル値を元
に周波数解析を行い、偏流を検知し鋳造速度を落とし、
かつ溶鋼吐出量を下げることにより、偏流による弊害を
抑制する例が記載されている。さらに、特開平６−２３
５０３号公報においては、鋳型短辺左右の渦流レベル計
で得られた左右のレベル差から偏流を検知し鋳型長辺に
配置した２つの局所印加型の電磁ブレーキにより、偏流
の強い側の電磁ブレーキにより多くの電流を印加するこ
とにより偏流を防止する方法が記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平４−３
２２８５９号公報、特開平５−２４５６０７号公報およ
び特開平５−２７７６９２号公報に記載されている偏流
検知法は、鋳型の冷却水の入出側での温度差や鋳型銅板
温度から偏流を検知する方法であり、間接的な情報を採
取しているため、偏流検知の精度とともに鋳型内の流動
変化に対する応答性が不十分であり、鋳型内流動を制御
して効率良く偏流を抑制することができない。

【０００８】また特開平３−３２４５６号公報や特開平
６−２３５０３号公報では鋳型短辺に左右一対のレベル
計を配置してレベル値または左右のレベル差をフーリエ
変換し周波数解析を行い鋳型内の流動パターンや偏流を
検知する方法がとられており、周波数域の変動やパワー
スペクトルの強度により鋳型内溶鋼プール内全般にわた
り偏流を評価しており、この方法では偏流の発生を検知
し、その左右強弱の偏流の周期のみを測定していること
に他ならず、精度よくメニスカス部の流動状況を把握し
ている訳ではなく、偏流による流速の変化量を知ること
ができないため、発生している偏流の強さや鋳片品質低
下の影響度を予想することは困難である。また例えば偏
流の有無に関わらず発生する初期凝固シェルへの介在物
捕捉による鋳片品質低下の問題や偏流の生じていない状
態下での人工スラグの巻き込み等による品質低下の問題
に対して、対処する技術とはなり得ない。

【０００９】さらに特開平６−２３５０３号公報では、
局部磁場印加型の電磁ブレーキを用いているため、特開
平４−５２５０７号公報にて記載されているように、作
用する磁場の分布が特に鋳型長辺方向において不均一で
あるため、磁束の少ない部分へと溶鋼流は迂回し、磁場
により効率良く減衰されたままメニスカス部へと向かう
上昇流や鋳型下方へと向かう下降流を形成してしまい、
偏流が生じた場合には、鋳型内の溶鋼流れがより複雑に
なる懸念がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は水平断面が矩形
の連続鋳造用鋳型の中央部に、吐出口を各鋳型短辺側に
向けた浸漬ノズルを配置し、両吐出口から向きが反対の
鋳型長辺方向の溶鋼流を吐出させる溶鋼の連続鋳造にお
いて、鋳型長辺長さの４分の１幅に該当する溶鋼表面流
速を測定するための非接触流速検出器を該浸漬ノズルの
両側に配置し、両検出器で検出される両表面流速間の速
度差および各流速の変動量を検知し、これらの速度信号
に基いて鋳型胴部周辺に配置された均一一段電磁ブレー
キの印加電流を制御して、鋳型内の溶鋼流動の制御を行
なうことを特徴とする鋳型内溶鋼の偏流防止法を提供す
るものである。

【００１１】さらに、本発明は水平断面が矩形の連続鋳
造用鋳型の中央部に、吐出口を各鋳型短辺側に向けた浸
漬ノズルを配置し、両吐出口から向きが反対の鋳型長辺
方向の溶鋼流を吐出させる溶鋼の連続鋳造において、鋳
型長辺長さの４分の１幅に該当する溶鋼表面流速を測定
するための非接触流速検出器を該浸漬ノズルの両側に配
置し、両検出器で検出される両表面流速間の速度差およ
び各流速の変動量を検知し、これらの速度信号に基いて
鋳型胴部周辺に配置された均一一段電磁ブレーキの印加
電流を制御すると共に、該電磁ブレーキと鋳型内に内設
された２対の電磁コイルの印加電流を制御し、左右何れ
かの偏流が発生した側に局所的かつ優先的に磁束を重
畳、集中印加して鋳型内の溶鋼流動の制御を行なうこと
を特徴とする鋳型内溶鋼の偏流防止法を提供するもので
ある。

【００１２】本発明では浸漬ノズルから鋳型長辺長さの
４分の１の幅に該当する溶鋼表面流速を測定するための
非接触流速検知器を設けているが、この非接触流速検知
器は本発明者らが特開平９−３３５５４号公報にて記述
しているものであり、流速検知器より交流磁場をメニス
カス部の溶鋼流れに印加することで、溶鋼の流動との相
互作用によって生じる速度に依存した磁束成分（速度信
号）を検出し、それを溶鋼の流速に変換するものであ
り、精度よくメニスカス部の溶鋼の流れを測定できるも
のであり、この流速検知器からの流動情報を基に、鋳型
周辺に配置された均一一段電磁ブレーキの印加電流の制
御および、小型電磁コイルの位置や印加電流を制御す
る。

【００１３】また、均一一段電磁ブレーキと鋳型間に内
設した左右２対の電磁コイルは、均一一段電磁ブレーキ
からの磁束を電磁コイルを通じて効率よく鋳型へと導く
磁路を形成させるとともに、電磁コイル自身による磁束
とにより、均一磁場印加帯の任意の位置に局所的かつ優
先的に磁場を集中・重畳印加を可能とし、磁束を収束さ
せる役割を果たす。前記均一一段電磁ブレーキの磁束密
度分布を図２に示すが、磁極の中央部で最大値をとり、
中央部からの距離に従い磁束密度が低下するいわば放物
線状の分布となっており、前記左右２対の電磁コイルの
出力を変更することにより、偏流の起点となる吐出流に
対して、効果的に磁場を局所印加でき、溶鋼の流動を精
度よく制御し、偏流を抑制・防止する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明を実施するにあたり、鋳型
内溶鋼流動制動系の構成は、図３の如く、鋳型内の全般
的な流動制御を行うために、鋳型長辺方向にわたってほ
ぼ均一な分布を有する均一一段電磁ブレーキ６を配置
し、さらに偏流発生の起点となる浸漬ノズル１からの左
右の吐出流３に対して効果的に静磁場を作用させるため
前記均一一段電磁ブレーキ６と同方向の磁場を形成する
電磁コイル７を鋳型長辺方向において吐出流３に対して
対向するように左右２対、均一一段電磁ブレーキ６と鋳
型間２に内設するよう配置する構成と成っている。

【００１５】鋳型内の偏流を検知し、上記の鋳型内溶鋼
流動制動系への制御を行うため，前記非接触流速検知器
１０を、浸漬ノズル１を挟んで鋳型長辺方向左右に、鋳
型厚み方向中央部に配置するが、前記流速検知器１０は
その構造上、鋳型短辺の鋳型振動の影響を受けるため、
鋳型短辺の振動によって生じるノイズを極力抑制するた
めに鋳型短辺より離す必要があり、また水モデル実験等
で従来より確認されているように浸漬ノズルから鋳型長
辺長さの４分の１の位置でメニスカス部の溶鋼の流速が
最大値をとることが知られており、そのため前記非接触
流速検出器１０を浸漬ノズルから鋳型長辺長さの４分の
１の位置の湯面上方に設置することが望ましい。鋳型の
左右に配置された前記非接触流速検知器１０にて、測定
された流速値、左右流速差に基いて、図４の鋳型内溶鋼
流動制動系の制御を行う。前記非接触流速検出器１０の
センサ部より測定される速度信号を流速演算機１１にて
流速値に変換し、この流速値の時系列データを逐次任意
の時間で平均化処理を行う。

【００１６】さらに平均化された流速値は偏流演算機１
２および溶鋼流動制動用コントローラ１３に入力され
る。偏流演算機１２では、左右の流速の偏差および個々
の流速の平均値、確率密度分布また平均値からのバラツ
キを逐次求め、溶鋼流動制御用コントローラ１３に入力
する。溶鋼流動制御用コントローラ１３では、偏流演算
機１２からの情報に応じて均一一段電磁ブレーキ６およ
び電磁コイル７の印加電流の制御への指示を行うことに
より、臨界流速値（３０ｃｍ／ｓ）を超えぬように、ま
た左右の流速差についても、±５ｃｍ／ｓの範囲内で制
御できるような構成である。

【００１７】例えば鋳型内の流動制御を行わない従来法
の場合、前記したようにスライディングプレート５によ
る影響等により、前記の非接触流速検出器１０をもちい
て測定したメニスカス部の左右の表面流速４の確率密度
分布は図５の如く、左右各流速４の流速の変動幅は広範
囲に及んでおり左右の流速の分布にずれが認められ、鋳
型内の流動が偏った状態、つまり偏流が生じていること
が確認された。

【００１８】一方、本発明を用いた場合では、メニスカ
ス部の左右の表面流速４の確率密度分布は図６の如く、
左右の流速の分布はほぽ同レベルを維持しており、流動
制御を行わない場合と比較して、流速の変動は抑制さ
れ、また左右の流速の分布はほぼ同一に制御され、特に
流速の高速度域での分布は従来法に比べ、著しく低減さ
れており、本発明によりメニスカス部の溶鋼流動は沈静
化し、著しい改善効果が認められ、鋳型内の溶鋼流動を
精度良く制御することができた。なお、前記非接触流速
検出器１０による溶鋼流速のサンプリング周波数は１Ｈ
ｚとして測定を行っている。

【００１９】また、均一一段電磁ブレーキ６の印加状態
においても偏流抑制効果が認められるが、偏流を回避で
きない場合、例えば、浸漬ノズル吐出孔近傍の付着物に
よる狭窄によって生じる強制片流れによって生じる強い
偏流については、前記偏流演算機１２からの情報を基
に、溶鋼流動制御用コントローラ１３により左右に内設
した電磁コイル７において左右何れかの偏流が発生して
いる側に、電磁コイル７の印加電流を変更することによ
り、局所的にかつ優先的に、流れの強い側の吐出流３に
磁場を印加することにより、均一一段電磁ブレーキ６の
特性を損なわずに偏流を抑制することが可能である。

【００２０】さらに、周期的に左右の吐出流３の強弱が
変化するタイプの偏流についても、概ね均一一段電磁ブ
レーキ６のみによる制動効果によって、偏流は解消され
るが、鋳造速度が速い場合には、左右に内設した電磁コ
イル７を偏流演算機１２からの情報に応じて、溶鋼流動
制御用コントローラ１３により左右の配置された電磁コ
イル７の印加電流をそれぞれ制御することにより、偏流
を抑制し、鋳型内の溶鋼流動を制御することが可能であ
る。

【００２１】

【実施例】鋳型幅１２２５ｍｍ、厚さ２５０ｍｍの断面
を有する２ストランド湾曲型スラブ連続鋳造機におい
て、試験的に１ストランドでは鋳型内の流動制御を行わ
ない従来法で、２ストランドでは本発明法の、非接触流
速検出器１０を浸漬ノズル１から鋳型長辺長さの４分の
１の位置の鋳型長辺方向両側に設置し、鋳型長辺方向に
最大０．４Ｔの均一磁場を作用させる均一一段電磁ブレ
ーキ６と均一一段電磁ブレーキ６と鋳型間に最大０．０
５Ｔの磁場発生可能な電磁コイル７を左右２対内設し、
それぞれの方法で製造されたスラブに該当する熱延板で
の製品欠陥発生率を調査した。なお、鋳造速度は１．５
ｍ／ｍｉｍ、浸漬ノズルの吐出孔角度は下向き１５^o で
ある。

【００２２】また、左右に内設した２対の電磁コイル７
の位置については、浸漬ノズル１の吐出孔角度、鋳造速
度および鋳型幅の組み合わせに応じて変更する必要があ
り、各組み合わせ条件で経験的に最適位置条件を求め
た。上記実施例の場合においては、電磁コイル７の中心
位置を鋳型幅の３分の１幅位置の±１２０ｍｍの範囲内
にそれぞれ設置することにより、前記した臨界流速３０
ｃｍ／ｓ以内にまた左右の流速差を±５ｃｍ／ｓの範囲
内に制御することが達成でき、上記の配置位置条件にて
電磁コイル７を配置し鋳造テストを行った。

【００２３】その結果、左右の流速差、流速の絶対値は
従来法に比べ抑制され、メニスカス部の溶鋼流動は沈静
化するとともに、偏流が解消されたことにより、介在物
の溶鋼プール内への侵入深さが減少し図７に示されるよ
うに、本発明により製品の品質は著しく向上し、熱延板
での製品欠陥の発生率は本発明により約３割まで低減す
ることができた。

【００２４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明において
は鋳型内の溶鋼流動を、浸漬ノズルから鋳型長辺長さの
４分の１幅の位置の鋳型長辺方向の溶鋼の流速を精度よ
く検出することにより、鋳型に発生する偏流を検知し、
電磁気力を吐出流に効果的に作用することにより吐出流
を制御することで、鋳型内溶鋼の偏流を抑制し、メニス
カス部の溶鋼流動および溶鋼プール内での流動を良好に
維持することができる。

【００２５】その結果、人工スラグの巻き込み、削り込
みを防止でき、またタンディッシュから持ち込まれる非
金属介在物の鋳片への捕捉を低減でき、鋳片の品質を著
しく向上することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳型内で発生した偏流状況の模式図である。

【図２】均一一段電磁ブレーキの磁極高さ方向の磁束密
度分布である。

【図３】本発明の鋳型内溶鋼流動制動系の構成図であ
る。

【図４】本発明の磁場の印加状況と鋳型内の溶鋼流動検
知・制御系の構成図である。

【図５】従来法での左右の表面流速の確率密度分布図で
ある。

【図６】本発明での左右の表面流速の確率密度分布図で
ある。

【図７】実施例における本発明と従来法の製品欠陥発生
指数における比較図である。

【符号の説明】

１．浸漬ノズル ２．鋳型 ３．吐出流 ４．メニスカス部の溶鋼流れ（表面流速） ５．スライディングプレート ６．均一一段電磁ブレーキ ７．電磁コイル ８．均一静磁場印加範囲 ９．電磁コイルによる局所集中印加磁場範囲 １０．非接触流速検出器（センサ部） １１．流速演算器 １２．偏流演算器 １３．溶鋼流動制御用コントローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平断面が矩形の連続鋳造用鋳型の中央
   部に、吐出口を各鋳型短辺側に向けた浸漬ノズルを配置
   し、両吐出口から向きが反対の鋳型長辺方向の溶鋼流を
   吐出させる溶鋼の連続鋳造において、鋳型長辺長さの４
   分の１幅に該当する溶鋼表面流速を測定するための非接
   触流速検出器を該浸漬ノズルの両側に配置し、両検出器
   で検出される両表面流速間の速度差および各流速の変動
   量を検知し、これらの速度信号に基いて鋳型胴部周辺に
   配置された均一一段電磁ブレーキの印加電流を制御し
   て、鋳型内の溶鋼流動の制御を行なうことを特徴とする
   鋳型内溶鋼の偏流防止法。
2. 【請求項２】 水平断面が矩形の連続鋳造用鋳型の中央
   部に、吐出口を各鋳型短辺側に向けた浸漬ノズルを配置
   し、両吐出口から向きが反対の鋳型長辺方向の溶鋼流を
   吐出させる溶鋼の連続鋳造において、鋳型長辺長さの４
   分の１幅に該当する溶鋼表面流速を測定するための非接
   触流速検出器を該浸漬ノズルの両側に配置し、両検出器
   で検出される両表面流速間の速度差および各流速の変動
   量を検知し、これらの速度信号に基いて鋳型胴部周辺に
   配置された均一一段電磁ブレーキの印加電流を制御する
   と共に、該電磁ブレーキと鋳型内に内設された２対の電
   磁コイルの印加電流を制御し、左右何れかの偏流が発生
   した側に局所的かつ優先的に磁束を重畳、集中印加して
   鋳型内の溶鋼流動の制御を行なうことを特徴とする鋳型
   内溶鋼の偏流防止法。