JP3566904B2

JP3566904B2 - 鋼の連続鋳造方法

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Publication number: JP3566904B2
Application number: JP2000115061A
Authority: JP
Inventors: 勝弘淵上; 弘昭飯星; 昌光若生; 孝之白神; 貴洋佐藤; 健夫井本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 2000-04-17
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2020-04-17
Also published as: JP2001001115A

Description

【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の溶鋼流動を適正化することによって、表面および内部品質の優れた鋳片を得るための連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属の連続鋳造、特に溶鋼の連続鋳造においては、鋳型内における凝固過程の安定性と、製品の欠陥の原因となる鋳片内非金属介在物（以下介在物と略称する）の低減が求められている。溶鋼の連続鋳造においては、鋳型内に溶鋼を注入する手段として耐火物性の浸漬ノズルが一般的に用いられる。
【０００３】
これを図示すると、図１に示すように鋳型短辺方向に向いた２個の吐出孔３を側面に有する浸漬ノズル２を、鋳型１中央部に配置して溶鋼を鋳型１内へ注入しており、この吐出流６は、鋳型短辺面に衝突して上部方面に反転し上昇流１３となり、他方は下部方向に向かう下降流１４に分岐する。
これら吐出流６によって鋳型溶鋼内へ持たらされた介在物は、一部は溶鋼表面に浮上して除去されるが、残りは下降流１４によって溶鋼の深部まで運ばれ、浮上過程で凝固シェル９に捕捉され、鋳片内部に残留する。そして表層の凝固シェル内に捕捉された介在物は、製品においてスリバーと呼ばれる欠陥となり、内部の凝固シェルに捕捉された介在物は、加工時に割れなどの起点となる。
【０００４】
一方、上昇流１３は、メニスカス８の近傍で鋳型両側の短辺側から浸漬ノズル側へ向かう反転流１５が生成される。このようなメニスカス８近傍の流れがあることによって、流れによる介在物の洗浄効果が得られており、表層での介在物の捕捉による鋳片における表面疵の発生を抑制している。
他方、このメニスカス８の流れが強すぎると、連鋳パウダーを巻き込んで鋳片での表面欠陥を増加する。
また、幅中央部では、メニスカス８近傍の反転流の流速が遅くなり、洗浄効果が得られず介在物の捕捉が起こり、鋳片に表面疵が発生する。
【０００５】
近年、鋳造速度のアップに伴いこれらの溶鋼の流れも増大してきており、鋳片の表面欠陥および内部欠陥の増大をきたしている。そこで、浸漬ノズルにおいては、鋳型内に注入される溶鋼を鋳型内溶鋼プールの下方に向かい均一に分散し、上昇流の低減と下降流の均一化ならびに低減が図られることが望まれていた。
上記の問題を解決するために、浸漬ノズルの吐出孔形状やその個数に関し検討が成されており、例えば特開昭５０−３６３１７号公報他多数の発明が開示されている。
【０００６】
これらの浸漬ノズルを使用すると、溶鋼は複数設けられた吐出孔から鋳型内下方向に注入されるので、鋳型内溶鋼面の表面流速が低減され、溶鋼表面の鋳型パウダー巻き込みを防止し、また、鋳型下方に対しても溶鋼流が鋳型の幅方向に広がり注入されるため溶鋼の侵入深さが低減し、介在物の侵入を抑えることができることを狙いとしたものである。
【０００７】
鋳型内下方流の均一分散性向上の取り組みとして、前述のように浸漬ノズルの吐出孔形状やその個数に関し様々な検討が成されているが、中でも特にスリット形状が注目されており、溶鋼流を鋳型長辺方向に均一に広げ、かつ、下方にも注入されるため溶鋼表面における溶鋼流の速度は確かに低減できるが、従来の浸漬ノズル吐出孔のみの改良では、鋳型長辺方向への注入流の広がりは依然として小さく、介在物の鋳片内部への侵入を完全に防止することはできなかった。
【０００８】
また、吐出孔をスリット形状としても注入された溶鋼流は鋳型短辺方向中心部に分布しており、鋳型全域に均一に広がっている状態にはなっていなかった。一方で３孔や４孔といった複数の吐出孔を設けた浸漬ノズルにおいても、鋳型内下方への溶鋼流の均一性は不十分であった。このように浸漬ノズルのみでは鋳型下方へ向かう流れを完全に均一化することは困難であり、注入量の増大に伴って益々その傾向は強くなっている。
【０００９】
このような従来技術のもつ欠点の解決を図った発明として、特開平９−２８５８５４号公報が提案されている。該公報の概要は連続鋳造鋳型内溶鋼プール内の浸漬ノズルから吐出する溶鋼流を分散化ならびに均一化することにより、内部欠陥の極めて少ない連続鋳造鋳片を製造する方法にあり、鋳型下方に連続的に分散する流れを得るために、例えば浸漬ノズル底部の吐出孔がスリット状であり、かつ、浸漬ノズル内にオリフィスを設けて下降する溶鋼流を絞り込むことのできる浸漬ノズルで、両特殊形状の組み合わせで構成されている。
【００１０】
すなわち、浸漬ノズルよりも下方に直流磁界を鋳片厚み方向に印加して注入流を制動させる連続鋳造方法において、浸漬ノズルから鋳型内へ吐出させる吐出流が扇形に広がる流動となり、下記式を満たすような流速となることを特徴としたものである。
Ｖｍ＜３０×Ｖａ
ただし、Ｖｍ：浸漬ノズル直下の電磁コイルのコア上端位置での最大下降流速（ｍ／ｓｅｃ）
Ｖａ：電磁コイルのコア上端位置での鋳型水平面内の平均下降流速（ｍ／ｓｅｃ）
【００１１】
このことは言い換えれば、電磁制動力をかける直前の幅方向の下降流速において、最大流速が平均流速の３０倍よりも小さくするという条件を表したものである。
このような流動条件が得られれば、溶鋼下降流の浸透を抑制でき、その結果として凝固全面で捕捉される介在物の量が大幅に低減するため、内部欠陥の極めて少ない連続鋳造鋳片を製造することが可能であると述べている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、溶鋼下降流を制動して下方への侵入を防止し、介在物を低減させることを目的としているが、溶鋼の下降流を制動しただけでは、十分な介在物の低減にはならない。
これは、溶鋼の下降流を完全に制動した場合でも、連続鋳造を続行しているため、溶鋼中に浮遊している介在物は、鋳造の進行と共に下部方向に引き込まれているので、介在物は溶鋼中を浮上することが難しく、介在物は完全に除去されずに鋳片中に残存することとなり、このような状態は避けることができない実状下にある。このため、介在物が溶鋼内部深く侵入するのを防止すると共に、介在物の浮上を促進させるための方策が必要となっていた。
【００１３】
本発明はこのような従来の溶鋼注入方法の問題点を解決し、鋳片表面欠陥ならびに内部欠陥共に極めて少ない、高品質な鋳片を得ることができる鋼の連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決のための手段】
本発明は前記した従来方法における問題点を解決するためになされたものであって、その要旨とするところは、下記手段にある。
（１）溶鋼を固定鋳型内へ注入する浸漬ノズルにおいて、該浸漬ノズル下端近傍の側面に設けた円筒状の断面を有する左右の吐出孔部と、該浸漬ノズルの平面底部をスリット状に開孔して前記側面に設けた左右の吐出孔部とを連結せしめ、該底部のスリット開孔部のスリット幅を前記側面に設けた左右の吐出孔径に対して０．３〜０．６倍となし、該浸漬ノズルを用いて鋳型内への溶鋼の供給を行う鋼の連続鋳造方法。
（２）前記（１）において、前記浸漬ノズル内を通過する溶鋼中の気体の体積率を５〜１５％の範囲とする鋼の連続鋳造方法。
（３）前記（１）または（２）において、溶鋼が注入される鋳型の下部直下に電磁制動装置を設置し、鋳型から引き抜かれる鋳片内部の溶鋼への電磁制動力を作用させる鋼の連続鋳造方法。
（４）前記（３）において、溶鋼が注入される鋳型の上部に電磁撹拌装置を設置し、鋳型内上部の溶鋼へ電磁撹拌力を作用させる鋼の連続鋳造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記問題点の解決を図るべく種々の検討を行い、前述したように、通常使用されている側面に２つの吐出孔を持った浸漬ノズルについて、該２孔の吐出孔を平面底部において、スリット状に開孔して繋ぐ形状となした構造を持たし、該ノズルについて多くの実験を繰り返して行い、その効果の確認を行った。
【００１６】
すなわち、図２に示すようなスリット１０形状の浸漬ノズル２につき、溶鋼の吐出流６の状況を調査したところ、スリット幅ｄが狭いと側面の吐出孔３から吐出する流速が大きいために全体的に下降流が増大し、鋳片内部にまで侵入すると同時に介在物もその流れに乗って運び込まれてしまい、続いて侵入する溶鋼流により浮上する機会を失い、鋳片下部の凝固シェルに付着するため内部欠陥の原因となることが判った。
【００１７】
同図の浸漬ノズル２においてスリット幅を増してみたところ、側面からの吐出流の勢いが減少し、スリット１０を介して流出した溶鋼流が鋳片内部深くまで達せずに反転し、上昇流に転ずる割合が増大し、その結果、介在物の鋳片内部への侵入が防止されることが認められた。
これら溶鋼の流れおよび介在物の軌跡状況を図示したのが図３および図４であり、浸漬ノズル底部のスリット幅の大小によって、鋳型内における溶鋼の流れが変化することが明らかである。しかして、本発明者らの実験結果によれば、浸漬ノズル側面の吐出孔３の径Ｄに対するスリット幅ｄは０．３〜０．６倍が最適であることが把握できた（このことは後述する実施例で検証できている）。
【００１８】
このように、図２に示すスリット形状のノズルは、スリット幅を前述の範囲内とすることで、鋳型内に最適な溶鋼の流れを形成できる。
一方、連続鋳造方法においては、溶鋼を供給する浸漬ノズル内にアルミナなどが付着して閉塞することを防止する目的でＡｒガスの吹き込みが行われている。溶鋼中に吹き込まれたＡｒガスは、溶鋼との比重差から浮力が生じるため、溶鋼の下向きの流れに対してはブレーキとして働く。そのため、図２に示すスリット形状のノズルにおいては、スリット１０を介して下向きに吐出する溶鋼流の侵入深さを、浸漬ノズルに吹き込んでいるＡｒガスの流量を最適な範囲に制限することで、更に低減することができる。
【００１９】
図５は浸漬ノズル内に吹き込むＡｒガス量と溶鋼の浸入深さとの関係を示している。同図より浸漬ノズルに吹き込むＡｒガス量によって、溶鋼の侵入深さは変化し、Ａｒガス量が少量であると、下降流に対するブレーキ作用が減少し、また逆に多量であると、生成する気泡のサイズが大きくなるため、ノズル側面の吐出孔から抜けるＡｒガス量が増加し、下降流に対するブレーキ作用が減少し、溶鋼の浸入深さは深くなることが判った。なお、浸漬ノズル内を通過する溶鋼中の気体は浸漬ノズル内に吹き込む気体量としたが、鋳造条件によっては浸漬ノズル内に吹き込むガスが浸漬ノズル内を浮上する場合もあるため、好ましくは浸漬ノズルの吐出孔から吐出するＡｒガス量を基に本願発明の体積率とした方がより望ましい。
以上より、浸漬ノズル内に吹き込むＡｒガス量は溶鋼の浸入深さを低減するために、浸漬ノズル内を通過する溶鋼中の気体の体積率を５〜１５％の範囲と制限することが最適であることが把握できた。これにより、溶鋼と共に持ち越される介在物が鋳片内部深くまで侵入するのを抑制することができる。
【００２０】
前記実験において、浸漬ノズル内を通過する溶鋼中の気体の体積率は以下の式で定義する。

【００２１】
前述の特開平９−２８５８５４号公報で推奨しているように、単純に最大流速が平均の３０倍以下ではなく、鋳型短辺側に上昇流を形成するためには、横方向への広がりを適切に規制する必要があるということである。
具体的には、浸漬ノズルの側面吐出孔からの溶鋼流は、スリット部から流出した溶鋼下降流が反転して、鋳型短辺近傍で上昇流となるのを阻止しないような横方向の広がり（流速）でなくてはならないことが判明した。
【００２２】
図６に溶鋼が注入される鋳型１の下部直下に電磁制動装置５を設置した状態を示したが、鋳型１から引き抜かれる鋳片内部の溶鋼へ電磁制動力を作用させて減衰させることにより、前述したように浸漬ノズル２から流出した溶鋼の下降流１４は、電磁制動装置５によって制動され、溶鋼と共に持ち越される介在物が鋳片内部深くまで侵入するのを抑制することができる。
【００２３】
また、溶鋼が注入される鋳型１の上部に電磁攪拌装置４を設置した状態を同時に示したが、鋳型上部の電磁攪拌装置４によって、メニスカス８の反転流１５へ電磁撹拌力を作用させることにより、強制的な撹拌流７によってメニスカス８の溶鋼の流れを促進させ、鋳型表面上のパウダー巻き込みを防止しつつ、鋳片表面凝固シェルの介在物の付着を防止することができる。これの作用が相俟って介在物の少ない表面性状、内部品質共に優れた鋳片が得られる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の作用効果について実施例によって説明する。
（実施例１）
図２に示した浸漬ノズルは、外径１７０ｍｍ、内径９０ｍｍ、側面の吐出孔を下向き３５°、直径Ｄ９０ｍｍφに設定し、浸漬ノズルにおけるスリット幅ｄおよび浸漬ノズル内を通過する溶鋼中の気体の体積率を種々変えて、実機の連続鋳造機で鋳片を鋳造した。このときの鋳造条件は鋳片幅１５００ｍｍ、鋳片厚み２８０ｍｍ、鋳造速度１．３ｍ／ｍｉｎであった。
表１に鋳片中の介在物がスリット幅および吹き込みＡｒ流量の設定値の変更により、どのように変化するかを介在物指数で示したものである。
なお、ここで介在物指数とは、過去数年に亘ってユーザーからの要望を満たす値として、本発明者らが解析して経験的に求めた値であり、介在物指数が小さい程、高品位である。
表１および図７から明かなように、本発明範囲内にあるものはいずれも良好な鋳片が得られていた。
【００２５】
【表１】

【００２６】
（実施例２）
鋳型下部直下に電磁制動装置を設置した場合と、それに加えて鋳型上部に電磁撹拌装置を設置した場合について実施例によって説明する。
図２に示した浸漬ノズルは、外径１７０ｍｍ、内径９０ｍｍ、側面の吐出孔を下向き３５°、直径Ｄ９０ｍｍφに設定し、浸漬ノズルにおけるスリット幅ｄを種々変えて、実機の連続鋳造機で鋳片を鋳造した。このときの鋳造条件は鋳片幅１５００ｍｍ、鋳片厚み２８０ｍｍ、鋳造速度１．３ｍ／ｍｉｎ、浸漬ノズル内を通過する溶鋼中の気体の体積率は１０％であった。
表２に鋳片中の介在物がスリット幅の設定値の変更により、どのように変化するかを介在物指数で示したものである。なお、ここで介在物指数とは、過去数年に亘ってユーザーからの要望を満たす値として、本発明者らが解析して経験的に求めた値であり、介在物指数が小さい程、高品位である。
表２および図８から明かなように、本発明範囲内にあるものはいずれも良好な鋳片が得られていた。
【００２７】
【表２】

【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鋳型内における溶鋼流の侵入深さが、先行技術の浸漬ノズルに比べて浅くなるので、介在物は鋳片の凝固シェルに捕捉されにくく、かつ、溶鋼は浸漬ノズルから均一に流出し、鋳型上面にまで及ぶので、パウダーの円滑な溶融が図れる。従って、内部欠陥が少なく、表面性状が優れた鋳片を得ることができる。
【００２９】
また、従来技術では、鋳型下方への侵入を防止できる介在物の大きさは、約１００μｍ以上であったが、本発明では介在物の大きさによらず鋳型短辺の溶鋼の上昇流により浮上除去できるため、１００μｍ以下の微小な介在物の低減にも非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の連続鋳造鋳型内における溶鋼の流動状況を示す概略側面図
【図２】本発明浸漬ノズルを各方向から見た概要図
【図３】図２に示した浸漬ノズルからの溶鋼吐出流と介在物の流動状況の１例を示したものでスリット幅が狭い場合を表した図
【図４】図２に示した浸漬ノズルからの溶鋼吐出流と介在物の流動状況の１例を示したものでスリット幅が広い場合を表した図
【図５】図２に示した浸漬ノズルにおいて吹き込みＡｒ流量と溶鋼浸透深さの関係を表した図
【図６】本発明で連続鋳造機に電磁制動装置と電磁撹拌装置を設置して鋳型への溶鋼注入を行った場合の概略を示す図
【図７】本発明における浸漬ノズルの底面スリット幅と介在物指数の関係について浸漬ノズル内の気体体積率の影響を示す図
【図８】本発明における浸漬ノズルの底面スリット幅と介在物指数の関係について電磁力の影響を示す図
【符号の説明】
１鋳型
２浸漬ノズル
３吐出孔
４電磁撹拌装置
５電磁制動装置
６吐出流
７撹拌流
８メニスカス
９凝固シェル
１０スリット
１３上昇流
１４下降流
１５反転流

Claims

溶鋼を固定鋳型内へ注入する浸漬ノズルにおいて、該浸漬ノズル下端近傍の側面に設けた円筒状の断面を有する左右の吐出孔部と、該浸漬ノズルの平面底部をスリット状に開孔して前記側面に設けた左右の吐出孔部とを連結せしめ、該底部のスリット開孔部のスリット幅を前記側面に設けた左右の吐出孔部径に対して０．３〜０．６倍となし、該浸漬ノズルを用いて鋳型内への溶鋼の供給を行うことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
前記請求項１において、前記浸漬ノズル内を通過する溶鋼中の気体の体積率を、５％〜１５％の範囲とすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
前記請求項１または２において、溶鋼が注入される鋳型の下部直下に電磁制動装置を設置し、鋳型から引き抜かれる鋳片内部の溶鋼へ電磁制動力を作用させることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
前記請求項３において、溶鋼が注入される鋳型の上部に電磁撹拌装置を設置し、鋳型内上部の溶鋼へ電磁撹拌力を作用させることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。