JPS61150762A - 連続鋳造における鋳型内溶融金属の流動測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は鋼などの連続鋳造において鋳型内の溶融金属
の流動状態を測定する方法に関し、特に鋳型内の溶融金
属中に浸漬したノズルからの溶融金属吐出流の偏りを検
出する方法に関するものである。

従来の技術 近年の連続鋳造技術の進歩によシ、造塊−分塊圧延法と
比較して製造コストの低い連鋳素材の製造比率は大幅に
増大しているが、さらに連続鋳造における生産性を向上
させて低コスト化を図るために、鋳造速度の一層の高速
化が図られている。

しかしながら連続鋳造における鋳造速度を高速化した場
合、鋳片の表面割れや内部割れ、あるいは中心偏析や大
型介在物などの欠陥が増大し、またブレークアウト事故
が発生し易くなる等の問題がアリ、これらの問題に対し
ては従来から種々の対策が施されてはいるが、未だ充分
とは言い難いのが実情である。

ところで鋼の連続鋳造においては、第１０図および第１
１図に示すようにタンデイツシエｌかも浸漬ノズル２を
介して鋳型３内に溶鋼４を供給するのが通常であり、こ
の場合特にスラブの連続鋳造で体、浸漬ノズル２の先端
部に２個の吐出口５Ａ、５Ｂを形成しておき、鋳型短辺
３Ａ、３８に向けて各吐出口５Ａ、５Ｂから溶鋼４を吐
出させることが多い。このような２孔タイプの浸漬ノズ
ル２を用いた場合、各吐出口５Ａ、５Ｂからの溶鋼吐出
流６Ａ、６Ｂは、鋳屋短辺側の凝固シェルフＡ　、７Ｂ
に衝突し、その部分での凝固の停滞や凝固シェルフＡ　
、７Ｂの溶解を招く。このような傾向は特に鋳造速度が
高速化して吐出口５Ａ。

５Ｂからの吐出流速が増大した場合に顕著となる。

また吐出流速の増加にともなって大型介在物のクレータ
−内侵入深さが大きくなシ、鋳塊汚染の原因となる。

一方、Ａｔキルド鋼などを鋳造する場合、連続鋳造にお
けるチャージ数が多くなれば、アルミナクラスターの生
成などによって浸漬ノズルの詰りか発生し易くなるが、
このようなノズル詰りの過程においては２つの吐出口５
Ａ、５Ｂの詰シ状態が必ずしも同一ではなく、そのため
２つの吐出口５Ａ、５Ｂからの溶鋼吐出量が異なる現象
、すなわちいわゆる偏流が生じることが知られている。

このようにノズル詰りにより浸漬ノズルからの２つの溶
鋼吐出流６Ａ、６Ｂに偏流が生じた状態で定常鋳造速度
を維持しようとすれば、詰りの少ない側の吐出口からの
溶鋼吐出量は偏流のない正常状態よシも多くなり、その
結果詰りの少ない側の吐出口からの吐出噴流が強くなっ
て、前述のような凝固停滞や凝固シェルの溶解、あるい
はクレータ−内への大型介在物の侵入深さの増大を顕著
に招くようになる。そして鋳造速度の高速化はこの傾向
をさらに増大させ、遂にはブレークアウト事故を招いた
シ、また介在物欠陥の増大による製品合格率の著しい低
下を招くことがある。したがってノズル詰りによる偏流
の程度が大きくなワた場合には、ノズルの交換を行なわ
なければならず、そのためにはノズル詰シの状況もしく
は偏流の程度を知る必要がある。

従来、上述のような偏流の程度を調べる方法としては、
凝固完了後の鋳片を切出してその凝固組織を顕出させ、
デンドライトの傾きから求める方法や、鋳片表皮下を膜
剤分析し、Ｃ＋Ｓの実効分配係数を求めて算出する方法
が知られている。またノズル詰シに関しては鋳造停止後
のノズル観察によって調べることができる。

発明が解決すべき問題点 しかしながら前述のように完全凝固した後の鋳片から偏
流の程度を調べる方法では、時々刻々変化する鋳造時の
状況を直ちに把握することができず、また鋳造後のノズ
ル観察による場合も鋳造作業中の状況を把握することは
できず、したがってこれらの方法ではノズル詰りに起因
する偏流が生じて前述のようなブレークアウト事故や介
在物欠陥率の増大の危険を招くような状況となってもそ
れを直ちに検出してノズル交換等の対応策を講じること
ができない根本的な欠点がありた。

そこでこの発明では、浸漬ノズルの複数の吐出口から吐
出される溶鋼吐出流の偏りの程度を、連続鋳造中にオン
ライン検出する方法を提供し、これによって偏流による
ブレークアウト事故や鋳片の介在物欠陥の増大等を予知
するとともに、これらを未然に防止して、特に高速鋳造
での鋳片品質の安定化を図ることを目的とするものであ
る。

問題点を解決するための手段 この発明の流動測定方法は、複数の吐出口を有する浸漬
ノズルを介して連続鋳造用鋳型内へ溶融金属を供給して
連続鋳造するにあたり、前記鋳型内の溶融金属中に１前
記吐出口からの各溶融金属吐出流の動圧を受けて作動す
る複数組の流動検出系とその流動検出系の検出位置と実
質的に同一位置の溶融金属温度を検出する温度検出系を
浸漬し、前記各流動検出系および温度検出系の出力を信
号処理して、前記各吐出口からの溶融金属吐出流の偏シ
を出力することを特徴とするものである。

発明の実施のための具体的説明 第３図ないし第６図はこの発明の流動測定方法を実施す
るに好適な測定治具１０の一例を示すものである。第３
図〜第６図において、測定治具ｌＯは、温度検出系とし
ての熱電対１１を収納した耐火物製中空筒体１２と、流
動検出系としての歪ゲージ１３を取付けた否検知板１４
と、これらを保持、移動させるための支柱１５とを主体
とする構成とされており、前記支柱１５の下端に歪検知
板１４の上端がネジ１６によって結合され、その歪検知
板１４の下端に前記耐火物製中空筒体１２がネジ１７に
よって結合されている。

前記耐火物製中空筒体１２は、連続鋳造用鋳型内の溶融
金属中に浸漬される部分を構成するものであり、熱電対
１１を挿入した保護管１８を収納するように中空に作ら
れるとともに、その外面形状は第５図に示すような角型
あるいは第６図に示すような元型に作られている。この
中空筒体１２に用いられる耐火物としては、その中空筒
体の原形を可及的に保つために溶鋼等の溶融金属による
侵食が少なく、かつ溶融金属による浮力が流動検出のだ
めの歪感知に悪影響を与えないように溶融金属の比重と
同程度の比重を有することが望まし−０このような観点
から、特に溶融金属が溶鋼である場合には、Ｍｏ　６０
〜９０重量％、ＺｒＯ鵞１０〜４０％を主体とする比重
７．９ν劇程度のＭｏ　−２「０！系焼結体を中空筒体
１２に使用することが最適である。

前記歪感知板１４は、鋼あるいはステンレス鋼等の合金
鋼などからなるものであって、前記歪ゲージ１３が貼着
される中間部Ｌ４Ａはプレート状に作られ、上方の支柱
１５に接続される上端部１４Ｂおよび下方の耐火物製中
空筒体１２に接続される下端部１４ｃはそれぞれ筒状を
なすように作られ、かつ下端部１４ｃには熱電体ｉｔを
通すための孔部１４Ｄが形成されている。上述のように
歪ゲージ１３を貼着するプレート状中間部１４Ａの厚み
は２〜５■程度、幅は１０〜２０Ｗ程度とすることが望
ましい。プレート状中間部１４Ａの厚みが２ｗ以下では
、材質によりても異なるが、吐出噴流を受ける耐火物製
中空筒体１２の移動によってプレ−ト状中間部１４Ａが
塑性変形してしまうおそれがあシ、またプレート状中間
部１４Ａの厚みが５ｗ以上、あるいは幅が２０１ＣＩ以
上では吐出噴流による中間部１４Ａの弾性歪量が小さく
なって否検知精度が低下するおそれがある。なお耐火物
製中空筒体１２の耐火物比重が小さい場合などにおいて
は溶融金属による浮力の影響を強く受けるようになるか
ら、その浮力の大きさも考慮してプレート状中間部１４
Ａの厚みを設定することが望ましい。

一方支柱１５は、例えばスラブ鋳造用鋳型の長辺に沿う
方向および鋳型の深さ方向に移動し得る図示しないアー
ムに取付けられ、鋳型内の長辺に沿う方向の任意の位置
において任意の深さで耐火物製中空筒体１２の部分を鋳
型内溶融金属中に浸漬させ得る構成とされている。

上述のような測定治具ｌＯを用いて流動測定を行なって
いる状況の一例、すなわちこの発明の方法を実施してい
る状況の一例を第１図、第２図に示す。なお第１図、第
２図においては左右の測定治具の符号をＩＯＡ、ＩＯＢ
で区別するものとする。

この発明の方法を実施するにあたっては、第１図、第２
図に示すように例えばスラブ鋳造用鋳型３の短辺３Ａ、
３Ｂに近い位置にそれぞれ前述のような測定治具１０Ａ
、ＩＯＢをセットし、各治具の中空筒体１２０部分を溶
融金属４中に浸漬させる。すなわち浸漬ノズル２の吐出
口５Ａ、５Ｂからの溶融金属吐出流６Ａ、６Ｂが中空筒
体１２に当たるように測定治具１０Ａ、ＩＯＢを配置す
る。このようにすれば、溶融金属吐出流６Ａ。

６Ｂから受ける力（動圧）によって各測定治具１０Ａ、
ＩＯＢのプレート状中間部１４Ａが弾性的に歪み、その
歪量が歪ゲージ１３によって検出される。この歪は基本
的には溶融金属の流動、すなわち各吐出流６Ａ、６Ｂの
流速に対応することになる。一方各歪検出位置と同じ位
置での溶融金属４の温度が各測定治具ＬＯＡ、ＩＯＢの
熱電対１１によって検出される。ここで、吐出口５Ａ。

５Ｂからの吐出流量が多いほど、その吐出口５Ａ。

５Ｂから吐出された相対的に高温の溶融金属が測定治具
１０に達するまでの間に吐出流周囲の相対的に低温の溶
融金属と混合される度合が少なくなるから、測定治具１
０Ａ、ＩＯＢの位置での温度が高くなる。したがワて測
定治具１０Ａ、ＩＯＢの熱電対１１で検出される温度が
高−はど吐出流量が多いことになシ、その熱電対１１で
の検出温度が吐出流量に相関関係を持つことになる。

上述のような左右の測定治具１０Ａ、ＩＯＢの歪ゲージ
１３および熱電対１１の出力は、それぞれ信号処理に適
した信号とするための変換器２０゜２１を介して歪信号
、温度信号として偏流比演算装置２２に入力される。こ
の偏流比演算装置２２においては、流速に対応する歪信
号について、左右の測定治具１０Ａ、ＩＯＢから得られ
る歪信号のうち、大きい方の信号を小さい方の信号で除
算して正相関偏流比ＲＦを算出する。また同時に温度信
号についても、左右の測定治具１０Ａ、ＩＯＢからの温
度信号をそれぞれ溶融金属の液相線温度からの過熱度で
規準化するとともにタンディッシー内溶融金属の過熱度
との差をそれぞれ求め、その差の大きい方を小さい方で
除算して温度相関偏流比ＲＴを算出する。そして正相関
偏流比ＲＦおよび温度相関偏流比ＲＴの両者から次の（
１）式により総括偏流比Ｒを算出する。

Ｒ＝ａ−ＲＦ＋ｂ・β−ＲＴ　　　　　　−＝　＜１）
（但しａ、ｂは鋳造条件と鋳片の介在物性状の関連から
、０．５≦３≦ｏ、ｔ、ｏ≦ｂ≦０．５゜かつａ　＋　
ｂ　＝　１の範囲内で任意に定め得る定数、またβは換
算係数である。） このようにして求められた総括偏流比Ｒは、浸漬ノズル
２の吐出口５Ａ、５Ｂから吐出される溶融金属吐出流６
Ａ、６Ｂの相対的な偏９の程度に相当することになる。

すなわち総括偏流比Ｒの値が大き−ことは、一方の吐出
流に対し他方の吐出流が強くなっていることを意味する
から、総括偏流比Ｒが予め定めた値よシも大きくならな
いように管理することによってブレークアウト事故や介
在物欠陥の急激な増加などを未然に防止することができ
る。具体的には、連続鋳造操業中に常時もしくは一定間
隔で間欠的に上述のような測定を行なって総括偏流比Ｒ
を調べ、その値がある値以上になった場合には鋳造速度
を一時的に低下させたり、あるいはノズル交換を行なう
などの対策を講じてブレークアウト事故の発生や介在物
欠陥などの鋳片汚染を未然に防止したシ、また鋳片（ス
ラブ）における偏流の大きい側の介在物欠陥のチェック
を強化するなどの方策を講じることができる。−ここで
、歪信号は前述のように流速に対応するから、正相関偏
流比ＲＦのみによって偏流の程度を認識することもある
程度は可能である。しかしながら実際の測定時において
は前述のような測定治具は溶融金属吐出流によって振動
し、そのため歪信号は周波数成分を有し、１〜ｌ　ＯＨ
ｚ程度の周期で変動する。したがりて歪信号を処理する
際には、実際には前記周期よシも充分に短かい周期（例
えば５０　Ｈｚ　）でサンプリングして、一定時間（例
えば５　ｓｅｃ　）の移動平均を行なう必要があ）、そ
のため歪信号のみを用いた場合、検出の時間遅れが生じ
ることになる。また実際の連続鋳造においてはノズル詰
りの状況によって溶融金属吐出流の角度が左右の吐出口
で異なったシ、また経時的に変化することもあ）、この
ような場合、歪信号の大きさが吐出流の流速に正確に対
応しなくなることがある。そこでこの発明では歪信号の
みならず、温度信号をも併せて利用して総括偏流比Ｒを
求めることとしている。すなわち、温度信号は歪と比較
して周波数成分が著しく少なく、シたがって温度信号と
しては瞬時値を用いることができるから、温度信号を歪
信号と併用することによシ、歪信号の移動平均による時
間遅れの問題を回避することかでき、また温度信号には
吐出流の角度の影響は余９大きく表われないから、温度
信号を併せて用いることによシ、より正確かつ即時に偏
流の程度を知ることができる。

このように歪信号と温度信号を併用して総括偏流比Ｒを
求める具体的手法について次に説明する。

歪信号の絶対値が大きい側の測定治具からの歪信号の時
刻ｉにおける瞬時値をｚＬとし、歪信号の絶対値が小さ
い側の測定治具からの歪信号の時刻盃における瞬時値を
がとし、移動平均区間数をｎとすれば、移動平均による
正相関偏流比ＲＦは次の（２）式で表わせる。

一方温度信号から算出された鋳型内溶融金属の過熱度（
液相線温度との差）をΔＴ、ΔＴ／（但しその値が小さ
い方をΔＴとする）とし、タンディッシェ内溶融金属の
過熱度をΔＴｏとすれば、温度相関偏流比ＲＴは次の（
３）式で表わされる。

したがって（２）　、　（３）式を前記（１）式に代入
して、が得られる。

ここでβは前述のように換算係数であって、温度から求
められる偏流比ＲＴを流速に関する値に変換するための
ものでアシ、鋼の連続鋳造においてタンディッシ島内溶
鋼の温度を大幅に変更してＲＦとＲＴとの相関関係を調
べたところ、ＲＦがｉ、　ｏ〜２．０の範囲内で１．６
７±０．１５とすれば良いことが判明している。但しこ
の値はモールドの断面形状等によりても変化するから、
それらの条件に応じて決定する必要がある。なお定数１
の値は０．５〜１．０の範囲内とする。

実　　施　　例 湾曲凰スラブ連続鋳造機を用いて溶鋼の連続鋳造を行な
うにあたって、次のようにこの発明の溶融金属流動測定
方法を実施した。なお溶鋼の組成は、Ｃ：０．０４％、
Ｓｉ　：ｔｒ、Ｍｎ：１．３５チ。

Ｐ：０．０１４チ、Ｓ：０．００３チ、Ａｔ：０．０２
５チの低Ｃアルミキルド鋼であり、溶鋼の過熱度は２５
℃であった。また鋳造条件は、スラブ厚み２２０１１１
１、幅１３５０１１１１．鋳造速度１．４　ｍ／ｓｉ、
タンディッシェ内溶鋼保持量４０）ンである。測定治具
としては、中空筒体の耐火物としてＭｏ　７０チ、Ｚｒ
Ｏ＊　３０　％のＭｏ−ＺｒＯ２焼結体を用い、中空゛
筒体の外形は２５■角とし、否検知板としてはＳＵＳ　
３０４を用い、そのプレート状中間部の厚み３關、幅１
２露とした。そして測定治具は、対面する鋳型長辺面間
距離の１／２でかつ左右の鋳型短辺面から２００１１１
１８の位置に設置し、耐火物製中空筒体の浸漬深さは２
５０ｍ１１とした。

先ず予備試験として、歪信号のみによ）浸漬ノズルの２
個の吐出口からの吐出流（右側吐出流、左側吐出流）の
流速を調べる実験を行なった。なおここで流速の測定は
、上述の測定を予め水銀流動浴中に浸漬させて、既知の
流速における歪量の電気信号変換による起電力との相関
によシ求めた。

但し水銀と溶鋼との比重差などを考慮したことは勿論で
ある。

左右の吐出流の流速の変化の大きかった例を第７図に示
す。但しここで左右の吐出流の流速は指数化して示した
。第７図から判るように、鋳造初期では左右の吐出口か
らの吐出流の流速はほとんど同じであるが、連々指数（
連続連続鵬Ｗチャージ数）が増加すれば左右の流速に差
が生じてくる。

すなわち偏流が生じていることがわかる。

さらに、左右の測定治具からの歪信号と温度信号との両
者を用い、ａ＝０．７２　、　ｂ＝０．２８として総括
偏流比Ｒを算定しながら連続鋳造を実施し、鋳片内の介
在物との関係を調べた。介在物の測定Ｌ１凝固完了後の
鋳片全幅の横断面のサルファプリントを実施し、鋳片表
面からのＳスポット数で代表させた。この結果を第８図
に示す。

第８図から明らかなように総括偏流比Ｒが大きくなれば
鋳片内のＳスポット数が多くなシ、湾曲型連続鋳造機特
有の介在物集積位置も鋳片内部側に移行する。特に総括
偏流比Ｒが２．８となれば通常の場合（Ｒ＝１．０）の
ピーク値の数２．４倍にＳスポット数が増加しているこ
とが判る。

さらに第９図に、総括偏流比とＳスポット指数、および
そのスラブを圧延した板から電縫鋼管を製造した場合に
おけるＵＴ不合指数（超音波探傷による不合格発生率指
数）との関係を示す。第９図から明らかなように偏流比
が大きくなるに伴なって電縫鋼管ＵＴ不合が増加し、特
に総括偏流比Ｒが１．９を越えればＵＴ不合の増加傾向
が大きくなることがわかる。

これらの結果から、総括偏流比Ｒが１．９０以内となる
ように管理すること、す麦わち例えばＲが１．９０また
はその値に近くなった時に一時的に鋳造速度を低下させ
る等の操業条件の変更を行なつたシ、浸漬ノズルの交換
を行なったシすることにより、高速鋳造における品質の
安定性を確保し得ることが判明した。

発明の効果 以上の説明で明らかなようにこの発明の方法によれば、
連続鋳造機における浸漬ノズルの複数の吐出口から鋳型
内へ吐出される溶融金属吐出流の偏りの程度を連続鋳造
中に即時かつ正確に把握することができ、したがってこ
の発明の方法を実機に適用して連続鋳造を行ないながら
各吐出流の偏りの程度を管理して浸漬ノズルの交換ある
いは操業条件の変更などを行なうことにより、ブレーク
アウト事故の発生を未然に防止したり、あるいは介在物
欠陥の増大等を防止することができ、特に鋳造速度を高
速化して生産性を高める場合に大きな効果を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法を実施している状況を示す模式
図、第２図は第１図の■−■線矢視図、第３図はこの発
明の方法で使用する測定治具の一例を示す切欠正面部、
第４図は第３図のｆｌ／−Ｍ線における縦断面図、第５
図は第３図の■−ｖ線における横断面図、第６図は第３
図のｖ−ｖ線における横断面の他の例を示す断面図、第
７図は実施例のｍ中における連々指数と左右の吐出流の
流速との関係を示すグラフ、第８図は実施例における総
括偏流比Ｒと鋳片のＳスポット指数との関係を示すグラ
フ、第９図は実施例における総括偏流比Ｒと鋳片のＳス
ポット指数および電縫鋼管におけるＵＴ不合指数との関
係を示すグツ７、第１０図は従来の一般的なスラブ連続
鋳造機の要部を模式的に示す縦断面図、第１１図は第１
０図のＭ−Ｍ線矢視図である。 ２・・・浸漬ノズル、３・・・鋳型、４・・・溶鋼（溶
融金属）、５Ａ、５Ｂ・・・吐出口、６Ａ、６Ｂ・・・
吐出流、ＩＯ・・・測定治具、１１・・・温度検出系と
しての熱電対、１３・・・流動検出系としての歪ゲージ
。 第８図 第９ｒ１４ 添ａ７ｘｉ鳶争４１魁ｄ二ｊＲ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の吐出口を有する浸漬ノズルを介して連続鋳造用鋳
   型内へ溶融金属を供給して連続鋳造するにあたり、前記
   鋳型内の溶融金属中に、前記各吐出口からの溶融金属吐
   出流の動圧を受けて作動する複数組の流動検出系とその
   流動検出系の検出位置と実質的に同じ位置で溶融金属温
   度を検出する温度検出系を浸漬させ、前記各流動検出系
   および温度検出系の出力を信号処理して、各吐出口から
   の溶融金属吐出流の偏りの程度を出力することを特徴と
   する連続鋳造における鋳型内溶融金属の流動検出方法。