JPH09108797A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続鋳造の鋳型内の溶鋼流動を適正化するこ
とにより、鋳造スラブに表面および内部の品質を改善す
る。 【解決手段】 移動磁界方式の電磁コイルによって浸漬
ノズルからの溶鋼吐出流を加速ないし減速しつつ、鋳造
方向で溶鋼湯面近傍、鋳型幅方向で鋳型中心から鋳造幅
長さの１／６ないし１／３の範囲に、浸漬ノズルをはさ
んで両側の対象の位置に静磁場を印加する電磁コイルを
設置してメニスカスの一部に静磁場を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳型内の溶鋼流動
の適正化により連続鋳造スラブの表面および内部の品質
の改善を実現する鋼の連続鋳造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造において、鋳型内の溶鋼流
動は鋳片の表面および内部品質に大きな影響を与えてい
ることが知られている。特に、鋳型内のメニスカス（溶
鋼湯面）においては、溶鋼の表面流速が大きい場合や、
縦渦が生成する場合などに、溶鋼上のモールドパウダー
が溶鋼中に巻き込まれるという現象が発生し、巻き込ま
れたパウダーは、凝固シェルに捕捉されて、製品欠陥と
なることが多い。

【０００３】一方、メニスカスの溶鋼表面流速を必要以
上に沈静化させたような操業条件では、メニスカス部で
初期凝固シェルが発達して、溶鋼中の介在物や気泡を捕
捉したり、デッケル（メニスカスに発生し、未溶融パウ
ダーを大量に含んだ地金の塊をいう）が形成されて操業
に支障をきたしたりする。従って、メニスカスの溶鋼表
面流速はこれらの不具合を発生させないような条件に制
御する必要がある。

【０００４】しかし、このような溶鋼流動パターンを浸
漬ノズルの形状、浸漬ノズルの浸漬深さ等のみで制御す
ることは不可能であり、このため、従来から電磁力を利
用して溶鋼の流動制御をおこなう方法が多く提案されて
いる。

【０００５】例えば、特開昭５７−１７３５６号公報な
どで開示されている技術は鋳型に電磁石を設置し、浸漬
ノズルからの溶鋼吐出流に対してそれと垂直な方向の磁
界を印加して、吐出流を制動するものである。しかし、
この方法ではノズルからの吐出流が磁場帯を迂回する流
れになる場合があり、鋳型内の溶鋼流動はかえって複雑
なものとなり、鋳片品質を十分に向上させるには至らな
かった。

【０００６】特開平２−２８４７５０号公報で開示され
ている技術は鋳型の幅方向全域に磁場を印加するもので
ある。この場合は、上記のような吐出流の磁場帯迂回現
象は発生しないものの、鋳型内の溶鋼流動全体に磁場に
よる制動力が働くために、鋳型内流動のパターンを制御
することは困難であり、鋳造条件によっては十分な効果
を発揮することはできなかった。これは、メニスカスで
は幅方向全面にわたって溶鋼の流動を抑え込むと、パウ
ダー巻き込みに対しては防止効果が認められるが、溶鋼
中に含まれるアルミナ等の介在物や気泡の初期凝固シェ
ルへの捕捉が発生しやすくなる傾向があるためである。

【０００７】特開平５−８４５５０号公報で開示されて
いる技術はノズル吐出流に上向き進行磁場、メニスカス
に静磁場を印加するものであるが、静磁場は鋳型幅方向
全域に印加されており、前述の特開平２−２８４７５０
号公報で開示されている技術と同様の欠点があった。

【０００８】特開昭６４−２７７１号公報で開示されて
いる技術は移動磁界方式の磁場印加装置を鋳型長辺側に
対向配置し、吐出流に移動磁界によって生じる流れを付
与して流動を制御するものである。この方式では吐出流
の減速だけではなく、鋳造条件によっては加速も可能で
あることが特徴で、鋳型内の溶鋼流動のパターンの適正
化が可能である。しかし、この技術によっても鋳型内の
溶鋼流動の不安定性まで制御することは難しく、常時、
理想的な流動パターンを維持するためには各種のセンサ
ーによって鋳型内の流動状況を検知し、これによって磁
場の移動方向・強度を制御するなどの技術が必要であっ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来から
提案されている技術では鋳造条件の違いや、さまざまな
変動までも考慮に入れた鋳型内溶鋼流動制御の実施は困
難であった。

【００１０】特に、モールドパウダー巻き込みに対して
はこれまでに多くの解析がなされ、溶鋼表面流速が速い
場合には、パウダー層が溶鋼によって削り取られるよう
なかたちで溶鋼中へのパウダー巻き込みが発生すること
が、水モデル実験等により明らかになっており、このた
め、溶鋼表面流速をこのような巻き込みが発生しない速
度範囲内に制御するための技術がいくつか提案、実施さ
れているが、それだけではすべての欠陥発生を完全に防
止することは難しかった。

【００１１】また、メニスカス部では幅方向全面にわた
って溶鋼の流動を抑え込むと、パウダー巻き込みに対し
ては防止効果が認められるが、溶鋼中に含まれるアルミ
ナ等の介在物や気泡の初期凝固シェルへの捕捉が発生し
やすくなる。これらを低減するためには、凝固シェル前
面の洗浄効果のための溶鋼流動が必要なことが、いくつ
かの研究によって報告されている（例えば、沢田ら；材
料とプロセス、vol.8(1995)-344）。

【００１２】以上のことから、鋳片品質の改善のために
は鋳型内のメニスカス部において、ある程度の溶鋼の流
速は確保しつつ、反対方向の流れの衝突や流速の著しい
変動を防止するような流動パターンを達成することが肝
要である。

【００１３】本発明は、鋳型内の溶鋼流動を適正化し、
モールドパウダーの巻き込み等の発生を防止し、良好な
品質の鋳片を得る方法を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の鋼の連続鋳造方
法は、鋳型内の溶鋼にノズルを浸漬して鋼を連続鋳造す
る方法において、移動磁界方式の電磁コイルによって浸
漬ノズルからの溶鋼吐出流を加速又は減速しつつ、鋳造
方向で鋳型内のメニスカス近傍、鋳型幅方向で鋳型中心
から鋳造幅長さの１／６ないし１／３の範囲に、浸漬ノ
ズルをはさんで両側の位置に静磁場を印加する電磁コイ
ルを設置して、メニスカスの一部に静磁場を印加しつつ
鋳造することを特徴とする。

【００１５】浸漬ノズルの吐出流に移動磁界を印加する
理由は、鋳型内の流動を適正化するために、浸漬ノズル
からの吐出流の流速を制御する必要があり、そのために
は、移動磁界で加速・減速することが有効であるからで
あり、それに対し、静磁界による吐出流への印加では、
流速を減速することはできるが、吐出流速が遅い場合は
必要に応じて加速して制御することができないためであ
る。

【００１６】また、メニスカスに静磁場を印加する理由
は、特に幅方向の特定領域のみでの流速を抑えるため、
その特定位置に静磁場を印加することが有効であるから
である。

【００１７】発明者等が実機において、浸漬ノズルから
の溶鋼吐出流に移動磁界を印加して、溶鋼流動を制御し
つつメニスカスの溶鋼表面流速を測定したところ、鋳型
幅方向で流速の分布があり、また、鋳造条件によっては
左右の短辺側から鋳型中央の浸漬ノズルに向かう順流だ
けではなく、鋳型中央から鋳型短辺側に向かう逆流も存
在することがわかった。

【００１８】この点について、実機データに基づいて水
モデル実験および数値解析等により検討した結果、この
ような逆流現象は、吐出流に与える移動磁界の強度が不
適切な場合に発生するほか、適切な強度を与えた場合で
も発生し、その場合はノズルへのアルミナ付着防止のた
めに溶鋼中に吹き込まれているアルゴンガスの影響等に
よるものであることが見い出された。

【００１９】すなわち、溶鋼中のアルゴンガス気泡は鋳
型内で浮上するときに溶鋼流に影響を与える。その際、
アルゴンガス気泡は主に浸漬ノズル近傍から鋳造幅長さ
の１／４付近までの領域で浮上し、これによって、鋳型
幅方向の中央領域で鋳型中心から短辺側へ向かう流れ
（逆流）を形成するほか、流速の時間的な変動を起こす
要因となっていた。

【００２０】図２は鋳型内の溶鋼流動パターンを示す模
式図である。鋳型内の溶鋼流動は図２に示すように鋳型
中央から短辺側に向かう逆流１０と、浸漬ノズル１から
吐出流が鋳型短辺２側近傍で上昇流となってメニスカス
まで上昇し反転して形成される鋳型短辺側から鋳型中心
に向かう流れである順流９とが存在し、両者の大小関係
によっては両者の衝突等による縦渦の発生などが引き起
こされ、モールドパウダーの巻き込みが発生する。

【００２１】これを防止するためには、その両者の流動
を衝突等を起こさずに減衰させる必要がある。

【００２２】この場合、電磁コイルの設置位置はガス気
泡が主に浮上する位置が、浸漬ノズル近傍から鋳造幅長
さの１／４付近までであることを考慮して概略位置を決
定し、低融点合金を用いたモデル実験・数値解析等によ
って、その適正な範囲を決定した。

【００２３】その結果、静磁場の電磁コイルの設置位置
が浸漬ノズルに近すぎる、すなわち、鋳型中心から鋳造
幅長さの１／６未満であると、浸漬ノズル近傍の上昇流
は、磁場帯を迂回してしまうため、本発明の目的の効果
は得られない。また、静磁場の電磁コイルが短辺近傍、
すなわち鋳型中心から鋳型幅長さの１／３よりも離れた
位置に設置された場合には、短辺側の上昇流が磁場帯を
迂回してしまう。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００２５】図１は本発明の連続鋳造設備の概要断面図
である。１は浸漬ノズル、２は短辺鋳型、３は浸漬ノズ
ルの吐出孔、４はメニスカス、５は溶鋼、６はモールド
パウダー、７は移動磁界を発生させる電磁コイル、８は
静磁場を発生させる電磁コイルである。

【００２６】本発明では、図１に示すように浸漬ノズル
１からの吐出流３に移動磁界による電磁コイル７で加速
ないし減速し、鋳造方向で鋳型内のメニスカス近傍、鋳
型幅方向で鋳型中心から鋳造幅長さの１／６ないし１／
３の範囲の浸漬ノズル１の両サイドのメニスカス４に静
磁場による電磁コイル８を設置した。

【００２７】

【実施例】

（実施例１）鋳造厚み２２０mm、鋳造幅１６００mmの連
続鋳造機で、極低炭素鋼のスラブを、鋳造速度２．５m
／min で鋳造した。この時、鋳型幅方向に２分割された
移動磁界の電磁コイルを、鋳造方向の電磁コイル中心が
浸漬ノズルの吐出孔位置下１５０mmになるように設置
し、溶鋼吐出流に対し移動磁界を印加して、減速を行う
とともに、静磁場を印加する電磁コイルを電磁コイル中
心が鋳造方向で鋳型内のメニスカス近傍、鋳型幅方向で
鋳型中心から４００mmで、浸漬ノズルをはさんで両側の
位置に設置してメニスカスの一部に静磁場を印加した。
なお、浸漬ノズル上部からアルゴンガスを９．５Ｎｌ／
min 吹き込んだ。

【００２８】この時、耐火物製の棒を溶鋼中に浸漬させ
てメニスカスの溶鋼表面流速を求めたところ、鋳型短辺
近傍では、短辺側から鋳型中心に向かう流れが観察され
たのに対し、鋳型中心から４００mmの位置（鋳造幅の１
／４；静磁場電磁コイル位置）では、流速はほぼ０であ
り、かつ、流速の変動もほとんどなくこの領域では静磁
場印加の効果で表面流速がほぼ抑制されていることがわ
かった。

【００２９】これに対し、比較例として同一の鋳造条件
でメニスカスに静磁場を印加せずに鋳造を行い、上記と
同様の方法で表面流速を測定したところ、鋳造幅長さの
１／４位置でも最大３０cm／secの流速が観察され、ま
た、しばしば逆流も発生し、時間的な流速変化が激しか
った。

【００３０】このようにして製造したスラブの品質を、
スラブの断面観察およびスラブを圧延後の薄板製品での
表面品質検査で評価したところ、スラブ断面での介在物
の個数と大きさ分布を指数関数近似で統計的に処理して
求めたスラブ介在物指数で、本発明の実施例は比較例の
場合のおよそ１／４で、薄板製品での表面欠陥発生率で
は、比較例が１．７％であるのに対し、本発明の実施例
では０．５％以下ときわめて良好であった。

【００３１】（実施例２）実施例２では、鋳造厚み２２
０mm、鋳造幅１２００mmの連続鋳造機で、極低炭素鋼の
スラブを鋳造速度２．８m ／min で鋳造した。この時、
鋳型幅方向に２分割された移動磁界の電磁コイルを、鋳
造方向の電磁コイル中心が浸漬ノズルの吐出孔位置下１
５０mmになるように設置し、溶鋼吐出流に対し移動磁界
を印加して、加速を行うとともに、静磁場を印加する電
磁コイルを、電磁コイル中心が鋳造方向でメニスカス近
傍、鋳型幅方向で鋳型中心から４００mmで、浸漬ノズル
をはさんで両側の位置に設置して、メニスカスの一部に
静磁場を印加した。浸漬ノズル上部からのアルゴンガス
吹き込み量は８Ｎｌ／min とした。

【００３２】耐火物製の棒を溶鋼中に浸漬させて、メニ
スカスの溶鋼表面流速を求めたところ、鋳型短辺近傍で
は、短辺側から鋳型中心に向かう流れが観察されたのに
対し、鋳型中心から４００mmの位置（静磁場の電磁コイ
ル位置）では、流速はほぼ０、また、鋳型中心から３０
０mmの位置（鋳造幅の１／４）でも、流速は最大５cm／
sec であり、かつ、流速の変化はほとんどなかった。

【００３３】これに対し、比較例として、同一の鋳造条
件でメニスカスに静磁場を印加せずに鋳造を行い、上記
と同様の方法で表面流速を測定したところ、鋳造幅長さ
１／４位置でも最大３０cm／secの流速が観察され、ま
た、逆流も発生し、時間的な流速変化が激しかった。

【００３４】このようにして製造したスラブの品質を実
施例１と同様の方法で評価したところ、スラブ介在物指
数で、本発明の実施例は比較例の場合のおよそ１／４、
薄板製品での表面欠陥発生率は比較例が１．６％である
のに対し、本発明の実施例では０．６％以下であった。

【００３５】（実施例３）実施例３では、鋳造厚み２２
０mm、鋳造幅２１００mmの連続鋳造機で極低炭素鋼のス
ラブを鋳造速度１．６m ／min で鋳造した。この時、鋳
型幅方向に２分割された移動磁界の電磁コイルを、鋳造
方向の電磁コイル中心が浸漬ノズルの吐出孔位置下１５
０mmになるように設置し、溶鋼吐出流に対し移動磁界を
印加して減速を行うとともに、静磁場を印加する電磁コ
イルを、電磁コイル中心が鋳造方向でメニスカス近傍、
鋳型幅方向で鋳型中心から３５０mmの、浸漬ノズルをは
さんで両側の位置に設置してメニスカスの一部に静磁場
を印加した。なお、浸漬ノズル上部からアルゴンガスを
８Ｎｌ／min吹き込んだ。

【００３６】この時、実施例１、実施例２と同様に、メ
ニスカスの溶鋼表面流速を求めたところ、鋳型短辺近傍
では、鋳型短辺側から鋳型中心に向かう流れが観察され
たのに対し、鋳型中心から３５０mmの位置（静磁場電磁
コイル位置）では流速はほぼ０、また、鋳型中心から５
２５mmの位置（鋳造幅長さの１／４）でも、流速は最大
５cm／sec であり、かつ、流速の変動もほとんどなく、
この領域では、静磁場印加の効果で、表面流がほぼ抑制
されていることがわかった。

【００３７】これに対し、比較例として、上記と同一の
鋳造条件でメニスカス部の静磁場を印加せずに鋳造を行
い、同様の方法で表面流速を測定したところ、鋳造幅長
さの１／４位置でも最大３０cm／secの流速が観察さ
れ、また、しばしば逆流も発生し、時間的な流速変化が
激しかった。

【００３８】このようにして製造したスラブの品質を実
施例１、実施例２と同様の方法で評価したところ、スラ
ブ介在物指数で、本発明の実施例は比較例の場合のおよ
そ１／４、薄板製品での表面欠陥発生率は、比較例が
１．５％であるのに対し、本発明の実施例では０．４％
以下と、きわめて良好であった。

【００３９】

【発明の効果】本発明による鋼の連続鋳造方法によれ
ば、浸漬ノズルからの吐出流を加速・減速できる移動磁
界方式の電磁コイルと、鋳造方向でメニスカス近傍、鋳
型幅方向で鋳型中心から鋳造幅長さの１／６〜し１／３
の範囲内の位置に静磁場の電磁コイルを設けることによ
り、連続鋳造鋳型内の溶鋼の表面流速を適正化すること
ができ、良好な品質の連続鋳造スラブを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋳型内の電磁コイルの位置関係を示す
概要断面図である。

【図２】鋳型内の溶鋼流動パターンを示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１：浸漬ノズル ２：短辺鋳型 ３：吐出孔 ４：メニスカス ５：溶鋼 ６：モールドパウダー ７：移動磁界を発生させる電磁コイル ８：静磁場を発生させる電磁コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 俊夫 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 (72)発明者 久保 典子 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型内の溶鋼にノズルを浸漬して鋼を連
   続鋳造する方法において、移動磁界方式の電磁コイルに
   よって浸漬ノズルからの溶鋼吐出流を加速又は減速しつ
   つ、鋳造方向で鋳型内のメニスカス近傍、鋳型幅方向で
   鋳型中心から鋳造幅長さの１／６ないし１／３の範囲
   に、浸漬ノズルをはさんで両側の位置に静磁場を印加す
   る電磁コイルを設置して、メニスカスの一部に静磁場を
   印加しつつ鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方
   法。