JPWO2013069121A1 - 鋼の連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

この鋼の連続鋳造装置は、一対の長辺壁及び一対の短辺壁を備えた溶鋼鋳造用の鋳型と；この鋳型内に溶鋼を吐出する浸漬ノズルと；前記各長辺壁の各外側面に沿って配置され、前記鋳型内にある前記溶鋼の上部を攪拌する電磁攪拌装置と；を備える。前記各長辺壁の、少なくとも前記浸漬ノズルに対向する位置に、平面視した場合に前記電磁攪拌装置に向かって凸に湾曲した湾曲部が形成され、かつ前記各長辺壁は前記各湾曲部を含めて一様な厚みを有する。前記湾曲部の内側面を平面視した場合に最も深く窪んだ位置である頂部と前記浸漬ノズルの外周面との間の最短水平距離が、鉛直方向に沿って見た場合の、前記電磁攪拌装置の下端部から前記電磁攪拌装置の上端部よりも５０ｍｍ高い位置までの範囲において、３０ｍｍ以上かつ８０ｍｍ以下である。

Description

本発明は、鋳型内に溶鋼を供給して鋳片を製造する鋼の連続鋳造装置に関する。

鋼の連続鋳造において、鋳片の表面性状を改善するために、従来から、鋳型の上部近傍に設置された電磁コイルを有する電磁攪拌装置を用いて、この鋳型内の溶鋼を電磁攪拌することが行われている。

この電磁攪拌では、例えば鋳型をなす一対の長辺壁に沿って電磁攪拌装置が配置される。そして、浸漬ノズルから鋳型内に溶鋼が吐出されると、電磁攪拌装置に電流を供給して、鋳型内の溶鋼の上部分に対して推力が付与される。この推力によって溶鋼が水平面内で攪拌されて、この溶鋼の旋回流が形成される。この旋回流によって、鋳型内上部のメニスカス近傍の介在物、気泡等が、鋳型内の側面に形成された凝固シェルに捕捉されてしまうのを抑制している。

しかしながら、鋳型内に浸漬ノズルが浸漬されているため、長辺壁と浸漬ノズルとの間の領域がその他の領域よりも狭くなっている。このため、長辺壁と浸漬ノズルとの間の領域では、それ以外の領域に比べると、溶鋼が流れ難くなる。
また、鋳型内の浸漬ノズルの周囲には介在物等が付着して堆積し易い。このように堆積した付着物は、その厚みが数１０ｍｍに達する場合もある。このため、長辺壁と浸漬ノズルとの間の領域が他の部位よりも狭くなる。そうすると、前記した旋回流の流路が部分的に狭くなり、長辺壁と浸漬ノズルとの間の領域においては、溶鋼が流れ難くなる。

そこで、前記した電磁攪拌装置を用いると共に、炉内側面が平らな平行型の鋳型に代えて、図７に示したような、長辺壁１０１、１０２における浸漬ノズル１０３と対向する面１０４、１０５が、各々電磁攪拌装置１０６、１０７側に向かって凸に湾曲した、いわゆる異形鋳型を用いることが提案されている（特許文献１）。なお、同図７において長辺壁１０１、１０２と電磁攪拌装置１０６、１０７との間に配置されているのは、長辺壁１０１、１０２を冷却する冷却水の流路（図示せず）が設けられたステンレス鋼製のバックプレート１０８、１０９である。

上記異形鋳型によれば、長辺壁１０１、１０２における浸漬ノズル１０３と対向する面１０４、１０５が、各々、電磁攪拌装置１０６、１０７側に凸に湾曲しているので、浸漬ノズル１０３と、長辺壁１０１、１０２との間の最短水平距離が、従来の平行鋳型よりも長くなり、その分、旋回流１１０、１１１の流路を広く確保することができ、溶鋼が流れやすくなっている。

日本国特開２００８−１８３５９７号公報

しかしながら、前記した従来技術では、長辺壁１０１、１０２における浸漬ノズル１０３と対向する面１０４、１０５を凹状に湾曲させるために、銅製の長辺壁１０１、１０２の中央部を削っている。そのため、長辺壁１０１、１０２の厚みが、湾曲した面１０４、１０５の部分で、極端に薄くなっている。一般に電磁攪拌装置１０６、１０７による電磁場は、交流磁場であるから、導体内で磁場が減衰する。従って、これら湾曲した面１０４、１０５の部分では、直線状の他の部分よりも磁場の減衰が小さいため、電磁力が強くなり、湾曲した面１０４、１０５と浸漬ノズル１０３との間の領域の撹拌流の流速が、他の領域よりも速くなる。その結果、撹拌流１１０、１１１の流速が部分的に不均一となり、長辺壁１０１、１０２における撹拌流１１０、１１１の下流側の領域１１２、１１３で流れの乱れや停滞域が発生し、介在物、気泡等が凝固シェルに捕捉されやすくなるという問題があった。そのため、期待したほどの鋼の品質の向上が得られなかった。

さらに本発明者らが調べたところ、前記したように単に湾曲した面１０４、１０５を形成して撹拌流１１０、１１１を流れやすくしただけでは、介在物が、長辺壁１０１、１０２の凝固シェルに捕捉されるのを抑制できないことが分かった。すなわち、湾曲した面１０４、１０５と浸漬ノズル１０３との間の水平距離を長くすれば、気泡の捕捉は抑制できるものの、湾曲した面１０４、１０５の部分では、やはり電磁力が強くなり、湾曲した面１０４、１０５と浸漬ノズル１０３との間の領域を流れる撹拌流の流速が、他の領域を流れる攪拌流の流速よりも速くなるため、撹拌流１１０、１１１の下流側の領域１１２、１１３で流れの乱れや停滞域が発生し、介在物が凝固シェルに捕捉されやすくなるという問題が解決しないことが判明した。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、電磁攪拌装置を有する鋼の連続鋳造装置において、異形鋳型であっても、鋳型内の上部の溶鋼の流速を均一なものとし、さらに鋳型内の凹状に湾曲した面と浸漬ノズルとの間の水平距離を適切なものとすることで、鋳造される鋳片の品質を向上させることを目的としている。

前記の目的を達成するため、本発明は、以下の手段を採用した。
（１）すなわち、本発明の一態様に係る鋼の連続鋳造装置は、一対の長辺壁及び一対の短辺壁を備えた溶鋼鋳造用の鋳型と；この鋳型内に溶鋼を吐出する浸漬ノズルと；前記各長辺壁の各外側面に沿って配置され、前記鋳型内にある前記溶鋼の上部を攪拌する電磁攪拌装置と；を備え、前記各長辺壁の、少なくとも前記浸漬ノズルに対向する位置に、平面視した場合に前記電磁攪拌装置に向かって凸に湾曲した湾曲部が形成され、かつ前記各長辺壁は前記各湾曲部を含めて一様な厚みを有し；前記湾曲部の内側面を平面視した場合に最も深く窪んだ位置である頂部と前記浸漬ノズルの外周面との間の最短水平距離が、鉛直方向に沿って見た場合の、前記電磁攪拌装置の下端部から前記電磁攪拌装置の上端部よりも５０ｍｍ高い位置までの範囲において、３０ｍｍ以上かつ８０ｍｍ以下である。

（２）上記（１）の態様において、前記各電磁攪拌装置の下方に配置された電磁ブレーキ装置をさらに備え；この電磁ブレーキ装置が、平面視した場合に、前記各長辺壁に沿った鋳型幅方向に一様な磁束密度分布を有する直流磁界を、前記各短辺壁に沿った鋳型厚み方向に付与する；構成を採用してもよい。
また、上記（１）の態様において、前記最短水平距離が、鉛直方向に沿って見た場合の、前記電磁攪拌装置の下端部から前記電磁攪拌装置の上端部よりも５０ｍｍ高い位置までの範囲において、５０ｍｍ以上かつ７５ｍｍ以下であることがより好ましい。

上記（１）に記載の態様によれば、各長辺壁は、少なくとも前記浸漬ノズルに対向する位置に、前記電磁攪拌装置側に向かって凸に湾曲した湾曲部を有し、かつ各長辺壁はこの湾曲部を含めて一様な厚みを持って構成されているので、電磁攪拌装置により発生される電磁力は、湾曲部及びそれ以外の部分において共に一様なものとなり、その結果、撹拌流の流速を均一なものとすることができる。すなわち、各長辺壁を平面視した場合における前記電磁力の強度分布が、湾曲部及びこの湾曲部以外の部分とで同じとなるので、従来のような、湾曲部に相当する箇所で部分的に電磁力が強まることを防げる。
したがって、従来のような流れの乱れや停滞域の発生を抑えることが可能であり、気泡等が凝固シェルに捕捉されやすくなることを抑制できる。

また、湾曲部の頂部と浸漬ノズルとの間の最短水平距離は、この連続鋳造装置の高さ方向で見た場合に、前記電磁攪拌装置の下端部の位置から、前記電磁攪拌装置の上端部よりも５０ｍｍ高い位置までの範囲において、３０ｍｍ以上かつ８０ｍｍ以下に設定したので、湾曲部の頂部と浸漬ノズルとの間の領域においても、溶鋼の円滑でかつ均一な流れを確保することができる。

すなわち、本発明者らが新たに得た知見では、湾曲部の頂部及び浸漬ノズル間の最短水平距離が３０ｍｍ未満であると、湾曲領域において溶鋼が流れ難くなり、溶鋼中の気泡等が凝固シェルに捕捉され易くなる。一方、前記最短水平距離が８０ｍｍ超であると、湾曲領域において溶鋼の均一な流れを確保し難くなり、溶鋼の流速が遅い領域では、溶鋼中の介在物が凝固シェルに捕捉され易くなる。

本発明では、このような知見に基づいて、湾曲部の頂部と浸漬ノズルとの間の最短水平距離を３０ｍｍ以上かつ８０ｍｍ以下に設定したので、湾曲部の頂部と浸漬ノズルとの間の湾曲領域において、溶鋼の撹拌流の円滑でかつ均一な流れを確保して、溶鋼中の気泡が凝固シェルに捕捉されることを抑制できる。

また、そのように湾曲部の頂部と浸漬ノズルとの間の最短水平距離を３０ｍｍ〜８０ｍｍに設定する高さ方向の範囲は、電磁攪拌装置の下端部から、電磁攪拌装置の上端部よりも５０ｍｍ高い位置までの範囲までとしている。これは、電磁攪拌装置が発生させる電磁力によって溶鋼の直接撹拌される部分が、電磁攪拌装置の下端部から上端部に対応する部分であるが、実際の操業時においては、電磁攪拌装置の上端部よりも高い位置にメニスカス面が位置することがあるためである。また、一般的に、電磁攪拌装置の上端部よりも高い位置にメニスカス面が位置する場合、その高さは、概ね電磁攪拌装置の上端部よりも５０ｍｍ高い位置までである。したがって、湾曲部の頂部と浸漬ノズルとの間の最短水平距離を、３０ｍｍ以上かつ８０ｍｍ以下に設定する高さ方向の範囲は、電磁攪拌装置の下端部から、電磁攪拌装置の上端部よりも５０ｍｍ高い位置までとしている。

なお、長辺壁が持つ一様な厚みとは、ボルト穴や冷却水溝等が形成されている部分を除き、厚みの変動による溶鋼内への電磁場の浸透度合いの変化が、許容範囲の誤差となる１０％未満厚みのことを言う。これについて説明すると、長辺壁の外側から所定の磁束密度を持つ磁場を鋳型内に向かって与えた場合、鋳型の内部に誘起される磁場強度が、長辺壁の厚みの大小に応じて損失を生じる。すなわち、長辺壁の厚みが変わると、鋳型内への磁場の浸透深さが変化する。長辺壁が厚くなると磁場が浸透しにくくなる。よって、前記損失の大きさに伴って鋳型内の磁場強度が変動するが、この変動が長辺壁の壁面に沿った水平方向で見た場合に１０％未満となるように、長辺壁の厚みが一様になっている。
また、長辺壁が持つ一様な厚みの高さ方向の範囲は、電磁撹拌装置の作用効果からして、電磁攪拌装置の下端部から、電磁攪拌装置の上端部よりも５０ｍｍ高い位置までの範囲であればよい。
なお、「長辺壁が持つ一様な厚み」についてさらに補足説明する。鉛直方向に沿って配置された長辺壁を平面視した場合に、湾曲部の部分における厚みと、この湾曲部以外の隣接部分における厚みとの相対関係が特に重要となる。すなわち、上記（１）における「各長辺壁は前記各湾曲部を含めて一様な厚みを有し」の意味であるが、湾曲部の部分における厚みをｔ１とし、この湾曲部以外の部分における厚みをｔ２とした場合に、ｔ１がｔ２の±１０％以内である（０．９×ｔ２≦ｔ１≦１．１×ｔ２である）ことを意味する。なお、ｔ１＝ｔ２であることが最も好ましい。

また、上記（２）に記載したように、この鋼の連続鋳造装置において、いわゆる電磁ブレーキ装置を電磁攪拌装置と併用してもよい。すなわち、前記電磁攪拌装置の下方に配置され、前記鋳型の長辺壁に沿った鋳型幅方向に一様な磁束密度分布を有する直流磁界を、前記鋳型の短辺壁に沿った鋳型厚み方向に付与する電磁ブレーキ装置をさらに備えていてもよい。
この場合、浸漬ノズルから吐出される溶鋼中の気泡、介在物の浮上を促進させ、溶鋼内に気泡や介在物が浮遊して、これが鋳造される鋳片内に残留して品質の低下を招く事を抑えることができる。よって、さらに鋳片の品質を向上させることができる。
なお、上記（２）における「一様な磁束密度」について補足説明すると、鋳型を平面視した上で長辺壁に沿った鋳型幅方向での磁束密度分布を見た場合に、電磁ブレーキ装置のコイル部分の長さ寸法内における磁束密度のばらつきが、その平均に対して±３０％以内であることを意味する。

以上説明のように、本発明によれば、鋳造される鋳片に含まれる気泡等を減少させて、その品質を向上させることができる。

本発明の一実施の形態にかかる連続鋳造装置の、鋳型近傍部分の概略構成を示す平面模式図である。 同連続鋳造装置を、図１のＡ−Ａ断面で見た場合の縦断面図である。 同連続鋳造装置を、図１のＢ−Ｂ断面で見た場合の縦断面図である。 同連続鋳造装置の長辺壁の斜視図である。 図３に相当する図であって、この連続鋳造装置の鋳型周りのサイズを示すための縦断面図である。 同連続鋳造装置の変形例を示す図であって、他の形状の湾曲部を有する場合の、図２に相当する縦断面図である。 従来の連続鋳造装置の、鋳型近傍部分の概略構成を示すための平面模式図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる鋼の連続鋳造装置１の鋳型近傍の構成を、平面視で模式的に示した説明図であり、図２は、同じく正面の断面を模式的に示した説明図であり、図３は、同じく側面の断面を模式的に示した説明図である。

連続鋳造装置１は、図１に示すように、例えば、平面視で略長方形の鋳型２を有している。鋳型２は、一対の長辺壁３ａ、３ｂと、一対の短辺壁４ａ、４ｂとを有している。長辺壁３ａ、３ｂ、短辺壁４ａ、４ｂはいずれも銅板によって構成され、それらの外側には、長辺壁３ａ、３ｂ、短辺壁４ａ、４ｂを補強する非磁性体のオーステナイト系ステンレス製のバックプレート５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂが配置されている。すなわち、長辺壁３ａの外側にはバックプレート５ａが配置され、長辺壁３ｂの外側にはバックプレート５ｂが配置され、短辺壁４ａの外側にはバックプレート６ａが配置され、短辺壁４ｂの外側にはバックプレート６ｂが配置されている。
そしてバックプレート５ａ、５ｂの外側には、それぞれ電磁コイルを有する電磁撹拌装置７ａ、７ｂが配置されている。そして、電磁撹拌装置７ａ、７ｂの真下には、電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂが配置されている。すなわち、バックプレート５ａの外側には電磁撹拌装置７ａ及び電磁ブレーキ装置８ａが配置され、なおかつ電磁ブレーキ装置８ａが電磁撹拌装置７ａの真下に配置されている。また、バックプレート５ｂの外側には電磁撹拌装置７ｂ及び電磁ブレーキ装置８ｂが配置され、なおかつ電磁ブレーキ装置８ｂが電磁撹拌装置７ｂの真下に配置されている。

本実施の形態において、短辺壁４ａ、４ｂを平面視した場合の長さ（鋳造厚み）は、例えば５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度である。この長さは、要求される鋳片幅によって決定され、薄幅鋳片であれば５０ｍｍ〜８０ｍｍ程度であり、中厚幅鋳片であれば８０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度であり、通常幅の鋳片であれば１５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度である。なお、長辺壁３ａ、３ｂに沿った水平方向（図１〜図３中のＸ方向）を鋳型幅方向といい、短辺壁４ａ、４ｂに沿った水平方向（図１、図３中のＹ方向）を鋳型厚み方向という。

長辺壁３ａ、３ｂを平面視した場合の各内側面の中央部には、電磁撹拌装置７ａ、７ｂ側に向かって凸に湾曲した湾曲部１１ａ、１１ｂが形成されている。各湾曲部１１ａ、１１ｂは、後述する鋳型２内に設けられた浸漬ノズル２１に対向する位置に形成されている。長辺壁３ａ、３ｂを平面視した場合におけるそれらの延在方向に沿った厚み分布は、湾曲部１１ａ、１１ｂの部分が、その両隣の直線状の部分と変わることがなく、水平方向に沿って一様な厚みを有するように成型されている。具体的には、たとえばプレス成型等によって、長辺壁３ａ、３ｂに、湾曲部１１ａ、１１ｂが形成されている。
さらに詳細に言うと、湾曲部１１ａは、長辺壁３ａの内壁面が前記浸漬ノズル２１より離間するよう湾曲した内側面１１ａ１と、長辺壁３ａの外壁面が前記浸漬ノズル２１より離間するように湾曲した外側面１１ａ２とにより形成されている。同様に、湾曲部１１ｂは、長辺壁３ｂの内壁面が前記浸漬ノズル２１より離間するように湾曲した内側面１１ｂ１と、長辺壁３ｂの外壁面が前記浸漬ノズル２１より離間するように湾曲した外側面１１ｂ２とにより形成されている。

長辺壁３ａ、３ｂが湾曲部１１ａ、１１ｂを含む全ての位置で一様な厚みを持っているため、長辺壁３ａ、３ｂの各外側面は、湾曲部１１ａ、１１ｂをなす上記の外側面１１ａ２、１１ｂ２において、電磁撹拌装置７ａ、７ｂ側に向かって凸に湾曲している。
なお、長辺壁３ａ、３ｂが持つ一様な厚みについてさらに補足説明すると、これら長辺壁３ａ、３ｂを平面視した場合において、湾曲部１１ａ、１１ｂにおける厚みをｔ１とし、この湾曲部１１ａ、１１ｂ以外の両隣部分における厚みをｔ２とした場合に、ｔ１がｔ２の±１０％以内である（０．９×ｔ２≦ｔ１≦１．１×ｔ２である）ことを意味する。なお、ｔ１＝ｔ２であることが最も好ましい。
バックプレート５ａ、５ｂには、長辺壁３ａ、３ｂの各湾曲部１１ａ、１１ｂの各外側面１１ａ２、１１ｂ２がなす湾曲形状と適合するように、その中央内側面が、電磁撹拌装置７ａ、７ｂ側に向かって凸に湾曲した形状の部分を有している。ただし、バックプレート５ａ、５ｂにおける外側面、すなわち電磁撹拌装置７ａ、７ｂ側を向いた面は、平坦（平面）に成型されている。

なお通常、この種のバックプレートには、銅製の長辺壁を冷却するための冷却水流路がその内部に形成されているが、この流路をバックプレート５ａ、５ｂに形成するには、たとえばバックプレート５ａ、５ｂにおける長辺壁３ａ、３ｂと接する側の表面（内側面）に、溝状の流路を形成することで、容易に冷却水流路を形成することが可能である。すなわち、溝状の流路が内側面に形成されたバックプレート５ａ、５ｂを、それらの内側面が長辺壁３ａ、３ｂの外側面と密着するように重ね合わせて組み付けることで、溝状の流路を容易に形成することができる。

各湾曲部１１ａ、１１ｂは、たとえば図２及び図３に示すように、長辺壁３ａ、３ｂの各上端位置から下方に向かって、浸漬ノズル２１に対向して形成される。湾曲部１１ａ、１１ｂの各下端位置は、浸漬ノズル２１の下端位置と同じ高さでもよく、または、浸漬ノズル２１の下端位置より下方になるように形成されていてもよい。湾曲部１１ａ、１１ｂと浸漬ノズル２１との間の空間（隙間）には、図１に示すように、各々、湾曲領域９ａ、９ｂが形成される。

湾曲部１１ａ、１１ｂは、それらの下端に行くにつれて次第に湾曲した部分が消失していく形状（すなわち、湾曲部１１ａ、１１ｂを形成する窪んだ部分が徐々に浅くなって消失していく形状）をなしている。本実施の形態では、図４にも示したように、たとえば長辺壁３ａの内側面において、湾曲部１１ａとそれ以外の平坦部分との境界線は、湾曲部１１ａの下端部分では長辺壁３ａの長さ方向と平行な直線状（図４中のＸ方向に沿った水平な直線ＳＬ）であり、湾曲部１１ａの両側縁部分では、長辺壁３ａの高さ方向と平行な直線状（図４中のＺ方向に沿った延長方向の直線ＶＬ）をなしている。

図５に示すように、湾曲部１１ａ、１１ｂを、それらの板厚方向に沿った断面で見た場合、それらの湾曲頂部（最も深く窪んだ箇所）と浸漬ノズル２１の周面との間の最短水平距離Ｌは、湾曲部１１ａ、１１ｂの下端に向かうにつれて次第に窪んだ部分の深さが浅くなって消失していくテーパ形状であるため、高さ方向によってその長さが異なっている。本実施の形態では、電磁攪拌装置７ａ、７ｂの各下端部の位置から、この電磁攪拌装置７ａ、７ｂの上端部よりも５０ｍｍ高い位置までの範囲において、前記最短水平距離Ｌが３０ｍｍ〜８０ｍｍとなるように設定されている。なお、この最短水平距離Ｌとしては、ここで規定している３０ｍｍ〜８０ｍｍが好ましいが、５０ｍｍ以上かつ７５ｍｍ以下であることがより好ましい。

すなわち、これを図５に即して説明すると、湾曲部１１ａ、１１ｂの湾曲頂部と浸漬ノズル２１の周面との間の最短水平距離Ｌは、電磁攪拌装置７ａ、７ｂの下端部の位置から、電磁攪拌装置７ａ、７ｂの上端部よりも５０ｍｍ高い位置までの範囲Ｈにおいて、３０ｍｍ〜８０ｍｍとなるように設定されている。図５中のｈの長さは、５０ｍｍである。

湾曲部１１ａ、１１ｂの湾曲頂部と浸漬ノズル２１の周面との間の最短水平距離Ｌとして３０ｍｍ〜８０ｍｍを確保するための、湾曲部１１ａ、１１ｂを形成する窪みの深さDは、長辺壁３ａ、３ｂの厚さにもよるが、バックプレート５ａ、５ｂの強度を考慮し、また電磁攪拌装置７ａ、７ｂが、溶鋼から位置的に遠ざかると電磁力そのものが弱くなってしまうため、全体の厚みを抑える点を考慮して、窪みの深さDを適宜、設定できる。窪みの深さDの上限としては、５０ｍｍ以下、好ましくは４０ｍｍ以下が例示できる。一方、窪みの深さDの下限としては、５ｍｍ以上、好ましくは１０ｍｍ以上が例示できる。すなわち、深さDは、５ｍｍ以上かつ５０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以上かつ４０ｍｍ以下であることがより好ましい。

前記した浸漬ノズル２１は、図３に示したように、鋳造時においては、その下部が鋳型２内の溶鋼Ｍに浸漬する。なお、同図３では、連続鋳造装置１内の構造を明瞭に示すために、溶鋼Ｍのハッチングを省略している。浸漬ノズル２１の側面の下端近傍には、鋳型２内へ斜め下向きに溶鋼を吐出する吐出孔２２が２箇所形成されている。これら吐出孔２２は、鋳型２の短辺壁４ａ、４ｂのそれぞれに対向する位置に形成されている。各吐出孔２２から吐出される吐出流２３には、ノズル洗浄のために吹き込まれたＡｒガスの気泡や、その他アルミナやスラグ系等の介在物などが含まれている。これら気泡や介在物は、メニスカス２４近傍まで浮上する。なお、メニスカス２４上には、溶融酸化物を有する溶融パウダー２５が図示されない供給機構により供給されている。

鋳型２の内側面には、図３に示すように、溶鋼Ｍが冷却されて凝固した凝固シェル２６が形成される。

電磁撹拌装置７ａ、７ｂは、それぞれ、電磁コイルを有し、図示されない電源より供給される交流電力を受けて電磁力を発生し、鋳型２内の上部にある溶鋼Ｍに対して推力を付与する。そして、この推力を受けた溶鋼Ｍは、鋳型２内で浸漬ノズル２１の周囲を水平に旋回して溶鋼Ｍを撹拌する撹拌流を発生させる。この攪拌流によって、鋳型２内上部のメニスカス２４近傍の介在物、気泡等が、鋳型２内の側面に形成された凝固シェル２６により捕捉されてしまうのを抑制している。

電磁攪拌装置７ａ、７ｂそれぞれの下方に配置された、電磁石などによって構成される電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂは、各吐出孔２２から吐出された直後の溶鋼Ｍの吐出流２３に対して、鋳型２の長辺壁３ａ、３ｂに沿った鋳型幅方向（図１、図２中のＸ方向）に亘ってほぼ一様な磁束密度分布を有する直流磁界を、鋳型２の短辺壁４ａ、４ｂに沿った鋳型厚み方向（図１、図２中のＹ方向）に付与することができる。この直流磁界と各吐出孔２２から吐出された溶鋼Ｍの吐出流２３とによって、鋳型幅方向（図１、図２中のＸ方向）に向かう誘導電流が発生し、この誘導電流と前記直流磁界によって、吐出流２３の近傍に、この吐出流２３と逆向きに向かう対向流が形成される。この対向流によって、吐出流２３中の気泡や介在部が、溶鋼Ｍ内に深く侵入することを抑制でき、また、これら気泡や介在部の浮上を促進させ、凝固シェル２６に捕捉されることを抑えることができる。
なお、上記「一様な磁束密度」について補足説明すると、鋳型２を平面視した上で長辺壁３ａ、３ｂに沿った鋳型幅方向での磁束密度分布を見た場合に、電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂのコイル部分の長さ寸法内における磁束密度のばらつきが、その平均に対して±３０％以内であることを意味する。

本実施の形態にかかる連続鋳造装置１は、以上のように構成されている。次に、この連続鋳造装置１を用いた、溶鋼Ｍの連続鋳造方法について説明する。

先ず、浸漬ノズル２１内にＡｒガスを吹き込みながら、浸漬ノズル２１の各吐出孔２２から鋳型２内に溶鋼Ｍを吐出する。溶鋼Ｍは斜め下方に向かって吐出され、各吐出孔２２から鋳型２の短辺壁４ａ、４ｂに向かって吐出流２３が形成される。これら吐出流２３にはＡｒガスの気泡やその他の介在物が含まれており、これらが鋳型２内の溶鋼Ｍ中に浮遊し、やがて、それらと溶鋼Mとの比重差による浮力によって上昇する。

そして、浸漬ノズル２１から溶鋼Mを吐出すると同時に、電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂを作動させても良い。これら電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂを用いる場合は、溶鋼M内に、吐出流２３の流れと逆向きの対向流が形成される。その結果、前記したように、吐出流２３内の気泡やその他の介在物が、溶鋼Ｍ内に深く侵入することを抑制でき、また浸漬ノズル２１の周囲への拡散が抑えられ、浸漬ノズル２１近傍から、前記対向流に乗って、メニスカス２４近傍まで浮上する。

そして、電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂの作動と同時に、電磁攪拌装置７ａ、７ｂも作動させることで、前記したような、電磁力による電磁攪拌により、鋳型２内のメニスカス２４近傍の溶鋼Mに攪拌流が形成される。そして、前記した対向流に乗ってメニスカス２４近傍まで浮上した、Ａｒガスの気泡等は、この攪拌流によって旋回し、鋳型２の凝固シェル２６に捕捉されることなく、例えば溶融酸化物を有する溶融パウダー２５に取り込まれて除去される。

鋳型２の長辺壁３ａ、３ｂの各上部中央位置に湾曲部１１ａ、１１ｂが形成されているので、これら湾曲部１１ａ、１１ｂと浸漬ノズル２１との間に、湾曲領域９ａ、９ｂが形成される。この時、長辺壁３ａ、３ｂは、この湾曲部１１ａ、１１ｂも含めて、一様な厚みを有しているので、前記した電磁攪拌装置７ａ、７ｂにより溶鋼Mに付与される電磁力の磁束密度が、（１）湾曲領域９ａ、９ｂ内を流れる溶鋼Mにおいても、（２）湾曲領域９ａ、９ｂ以外の位置で直線的に流れる溶鋼Ｍにおいても、互いに同程度となる。したがって、溶鋼Ｍの流れ方向に沿って均一な流速の攪拌流を形成することができるので、長辺壁３ａ、３ｂにおける撹拌流の下流側の領域（図７を用いて説明した従来技術における前記領域１１２、１１３）で流れの乱れや停滞域が発生することを抑えることができる。したがって、これら停滞域の発生に起因する、気泡等の凝固シェルへの捕捉を抑制することが可能になっている。

なお、長辺壁３ａ、３ｂが、湾曲部１１ａ、１１ｂも含めてその各位置で一様な厚みを有しているが、バックプレート５ａ、５ｂは、湾曲部１１ａ、１１ｂに対応する部分での厚みが薄くなっており、その分、磁束密度の不均一さが発生する。しかしながら、一般に電磁攪拌の電磁場は交流磁場であるため、導体内で減衰し、特に電気伝導度が高いほど減衰が激しい。そして、この種のバックプレート５ａ、５ｂは、非磁性体のオーステナイト系ステンレス製であるため、その電気伝導度は、銅製の長辺壁３ａ、３ｂよりもはるかに小さい。したがって、バックプレート５ａ、５ｂの厚みが部分的に薄くなっていてもその影響は殆どなく、湾曲領域９ａ、９ｂ内を流れる溶鋼Ｍにおいても、均一な磁束密度が得られる。

実際に本発明者らがガウスメータで磁束密度を測定して調べたところ、以下のことが判った。すなわち、連続鋳造装置１の高さ方向に沿って見た場合、電磁攪拌装置７ａの高さ中心位置でかつ、窪み深さＤが３０ｍｍである湾曲部１１ａの湾曲頂部から、浸漬ノズル２１側に向かって１０ｍｍ寄った地点で、ガウスメータを用いて磁束密度を測定したところ、長辺壁３ａの湾曲部１１ａ以外の直線状の部分の磁束密度と比較しても、１０％以下の変動しかない事が確認できた。すなわち、連続鋳造装置１の同一高さにおける磁束密度を複数箇所で測定してこれらを比較したところ、湾曲部１１ａに対応する上記地点における測定値と、湾曲部１１ａの両脇にある平坦な部分における測定値とでは、１０％程度の差しか無いことが確認された。
参考のために言うと、窪み深さＤが３０ｍｍの湾曲部を、従来技術にあるように、湾曲凹面だけ長辺壁を削って形成し、この湾曲部の厚さが薄くなった場合には、長辺壁の直線状の部分の磁束密度よりも４０％程度、その磁束密度が高くなっていることも確認できた。すなわち、図７で示した従来技術の構造と同様に、長辺壁の外側面は平坦なままとし、内側面のみに、上記実施例と同様の湾曲凹面を形成し、磁束密度を計測して同様の評価を行った。その結果、湾曲部に対応する上記地点における測定値が、湾曲部の両脇にある平坦な部分における測定値よりも４０％程度高くなっていることが確認された。したがって、本実施形態の効果がかかる点からも確認できる。

図５を用いて説明すると、本実施の形態では、湾曲部１１ａ、１１ｂの湾曲頂部と浸漬ノズル２１との間の最短水平距離Ｌが、電磁攪拌装置７ａ、７ｂの下端部から、電磁攪拌装置７ａ、７ｂの上端部よりも５０ｍｍ高い位置までの範囲Ｈにおいて、３０ｍｍ〜８０ｍｍとなるように設定されている。この構成によれば、湾曲領域９ａ、９ｂを流れる攪拌流の流速を均一にすることができ、溶鋼Ｍの円滑でかつ均一な流れを確保することができるので、鋳型２内で溶鋼Ｍを十分に攪拌することが可能になっている。したがって、気泡等が凝固シェル２６で捕捉されることを、かかる点からも抑制できる。

さらに、本実施の形態では、電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂも併用しているので、溶鋼Ｍ中の気泡等の介在物の浮上が促進されるともに、周囲への拡散が抑えられており、より一層、気泡等が凝固シェル２６で捕捉をされることを抑制できる。

なお、本実施の形態では、湾曲部１１ａ、１１ｂの形状が、図２、図４に示したような、下端に行くにつれて湾曲部１１ａとその周囲との平坦部分の境界が、湾曲部１１ａの下端部分では長辺壁３ａの長さ方向と平行な直線状（図２、図４の４中のＸ方向に沿った直線ＳＬ）であり、また湾曲部１１ａの両側部分では、長辺壁３ａの高さ方向と平行な直線状（図２、図４中のＺ方向に沿った直線ＶＬ）となる形状であった。しかしながら、湾曲部１１ａ、１１ｂの形状としては他の形状を採用してもよく、例えば図６に示したような、下端に行くにつれて湾曲部とそれ以外の平坦部分との境界線が、最下端の一点で収束して消失するような、いわゆる逆釣鐘形状の湾曲部１１ｃとしてもよい。すなわち、図６に示すような、長辺壁３ａを対向視した場合に下方に向かって先細りとなる半楕円形状の境界線を持つ湾曲部１１ｃを採用しても良い。

以下、本発明の実施例に係る鋼の連続鋳造装置を用いた場合における、溶鋼に含まれるＡｒガス気泡、および介在物を除去する効果について説明する。本実施例を行うに際し、鋼の連続鋳造装置として、先に図１〜図３に示した連続鋳造装置１を用いた。

幅が１２００ｍｍ、高さが９００ｍｍ、厚みが２５０ｍｍの鋳型２内におけるメニスカス２４の形成位置に、高さが２００ｍｍ、推力が１００ｍｍＦｅの電磁攪拌装置７ａ、７ｂの各上端位置がメニスカス位置と同じ高さになるようにセットし、メニスカス２４から下方に向かって５００ｍｍ深さ位置で最大磁束密度を発揮するように配置した電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂを使用した。また、メニスカス２４から下方に向かって４００ｍｍ深さ位置となる溶鋼浸漬部まで、最大外径１９０ｍｍ、内径１００ｍｍの浸漬ノズル２１を鉛直方向に沿って挿入して鋳造を行った。

本実施例の連続鋳造機１は、曲げ半径７．５ｍ、２．５ｍの垂直部を有している。この連続鋳造機１を用いて、低炭アルミキルド鋼を鋳造速度２ｍ／分で鋳造した。浸漬ノズル２１の吐出孔２２は、鋳型２内の空間の短辺壁４ａ、４ｂの内側面に対向してかつ吐出角度θ（図２参照）が下向き３０度である、孔径が７０ｍｍの２孔ノズルを浸漬ノズル２１として用いた。

長辺壁３ａ、３ｂの厚みは３０ｍｍ一定とし、通常の長辺銅板が平行な鋳型と、長辺銅板中央部分をプレス成型し、メニスカス２４の位置における窪み深さDを、０、５、１０、２０、３０、４０、５０、５５ｍｍとして、バックプレート５ａ、５ｂを削り込んだものとした。すなわち、長辺壁３ａ、３ｂを製作するに際しては、一様に３０ｍｍの厚みを有する長方形の銅板を用意し、この銅板の上辺中央部に対してプレス成形を行い、これにより、メニスカス２４の高さ位置における窪み深さDがそれぞれ０、５、１０、２０、３０、４０、５０、５５ｍｍである７種類の長辺壁３ａ、３ｂを製作した。なお、窪み深さＤが０ｍｍというのは、窪みがない長辺壁を有する鋳型を意味している。
一方、これら７種の長辺壁３ａ、３ｂの湾曲部１１ａ、１１ｂの形状（湾曲深さ）に合致するように、湾曲凹部の形状（湾曲深さ）が異なる７種のバックプレート５ａ、５ｂを製作した。なお、各バックプレート５ａ、５ｂの厚みは８０ｍｍとしたが、湾曲凹部が形成された部分ではこれよりも薄くなっている。
長辺壁３ａ、３ｂにおける湾曲部１１ａ、１１ｂは、鋳造幅方向の鋳型幅中心から両側に４００ｍｍずつの長さで形成し、図２に示したような、下端に行くにつれて湾曲部１１ａ（１１ｂ）とそれ以外の平坦部分との境界が、湾曲部１１ａ（１１ｂ）の下端部分では長辺壁３ａの長さ方向（図２のＸ方向）と平行な直線状であり、湾曲部１１ａの両側部分では、長辺壁３ａの高さ方向（図２のＺ方向）と平行な直線状となる矩形形状とした。このような湾曲部１１ａ、１１ｂを持つ長辺壁３ａ、３ｂを、鋳型の一部として用いた。

鋳片の気泡、介在物欠陥は、鋳片の鋳片表層から５０ｍｍの深さまでの部分を観察してカウントした１００μｍ以上の直径を有する気泡及び介在物個数の指数で評価した。表１中のＡｒガス気泡個数指標は、湾曲部１１ａ、１１ｂと浸漬ノズル２１との間の距離Ｌ（図５参照）が２５ｍｍでかつ、窪み深さＤが０ｍｍ、すなわち湾曲部１１ａ、１１ｂを長辺壁３ａ、３ｂに形成しない場合のＡｒガス気泡の個数を１とし、これに対する、各条件におけるＡｒガス気泡の個数の比率を示している。
また、介在物個数指標についても、同様に、湾曲部１１ａ、１１ｂと浸漬ノズル２１との間の距離Ｌが２５ｍｍでかつ、窪み深さＤが０ｍｍ、すなわち湾曲部１１ａ、１１ｂを長辺壁３ａ、３ｂに形成しない場合の介在物の個数を１とし、これに対する、各条件における介在物の個数の比率を示している。なお、表１中の湾曲部と浸漬ノズル間の距離Ｌは、電磁攪拌装置７ａ、７ｂの下端位置での寸法を示している。また、窪み深さＤは、上記の通り、メニスカス２４がある高さ位置での寸法を示している。

なお、本発明例の効果を確認するため、まず電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂは作動させずに、電磁攪拌装置７ａ、７ｂのみを作動させた結果を表１に示した。

表１に示す結果によれば、距離Ｌが２５ｍｍである場合には、窪み深さＤを５ｍｍにして湾曲部１１ａ、１１ｂを形成しても、窪み深さＤが０ｍｍの場合と変わらず、Ａｒガス気泡個数指標と介在物個数指標は共に１のままであり、Ａｒガス気泡と介在物の個数を減少させることができないことが判った。
ただ、距離Ｌが３０ｍｍでは、たとえ窪み深さＤが５ｍｍと浅いものであっても、Ａｒガス気泡個数指標が０．６に低減している。
また、距離Ｌが８０ｍｍでは、Ａｒガス気泡個数指標は０．２と低いレベルにあり、しかも介在物個数指標も１．３と低いレベルにあるが、距離Ｌが８５ｍｍになると、介在物個数指標が２．０と飛躍的に増大することが分かった。

次に、実施例１と同一条件で、電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂを作動させて、電磁攪拌装置７ａ、７ｂと併用した結果を表２に示した。

表２に示す結果によれば、電磁ブレーキ８ａ、８ｂを作動させない場合と同様の傾向がみられた。すなわち、距離Ｌが２５ｍｍである場合には、窪み深さＤを５ｍｍにして湾曲部１１ａ、１１ｂを形成しても、Ａｒガス気泡個数指標と介在物個数指標は共に１であり、窪み深さＤが０ｍｍの場合と変わらないため、Ａｒガス気泡と介在物の個数を減少させることができない。
一方、距離Ｌが３０ｍｍでは、窪み深さＤが５ｍｍであっても、Ａｒガス気泡個数指標が０．５に半減している。
そして、距離Ｌが８０ｍｍでは、Ａｒガス気泡個数指標が０．１であり、表１に示した０．２よりもさらに低減している。したがって、電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂを併用した場合には、Ａｒガス気泡の除去に効果があることが確認できた。ただし、距離Ｌが８５ｍｍになると、Ａｒガス気泡の除去効果は依然として高いものの、介在物個数指標が１．８と飛躍的に増大することが分かった。

本発明は、鋳型内に溶鋼を供給して鋳片を製造する際に有用である。

１ 連続鋳造装置
２ 鋳型
３ａ、３ｂ 長辺壁
４ａ、４ｂ 短辺壁
５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ バックプレート
７ａ、７ｂ 電磁攪拌装置
８ａ、８ｂ 電磁ブレーキ装置
９ａ、９ｂ 湾曲領域
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 湾曲部
２１ 浸漬ノズル
２２ 吐出孔
２３ 吐出流
２４ メニスカス
２５ 溶融パウダー
２６ 凝固シェル
Ｍ 溶鋼

Claims (2)

1. 一対の長辺壁及び一対の短辺壁を備えた溶鋼鋳造用の鋳型と；
   この鋳型内に溶鋼を吐出する浸漬ノズルと；
   前記各長辺壁の各外側面に沿って配置され、前記鋳型内にある前記溶鋼の上部を攪拌する電磁攪拌装置と；
   を備え、
   前記各長辺壁の、少なくとも前記浸漬ノズルに対向する位置に、平面視した場合に前記電磁攪拌装置に向かって凸に湾曲した湾曲部が形成され、かつ前記各長辺壁は前記各湾曲部を含めて一様な厚みを有し；
   前記湾曲部の内側面を平面視した場合に最も深く窪んだ位置である頂部と前記浸漬ノズルの外周面との間の最短水平距離が、鉛直方向に沿って見た場合の、前記電磁攪拌装置の下端部から前記電磁攪拌装置の上端部よりも５０ｍｍ高い位置までの範囲において、３０ｍｍ以上かつ８０ｍｍ以下である；
   ことを特徴とする、鋼の連続鋳造装置。
2. 前記各電磁攪拌装置の下方に配置された電磁ブレーキ装置をさらに備え；
   この電磁ブレーキ装置が、平面視した場合に、前記各長辺壁に沿った鋳型幅方向に一様な磁束密度分布を有する直流磁界を、前記各短辺壁に沿った鋳型厚み方向に付与する；
   ことを特徴とする、請求項１に記載の鋼の連続鋳造装置。

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