スライドプレートの開閉に起因する偏流を抑制する整流構造
【課題】スライドプレートの開閉に起因する偏流を抑制する。
【解決手段】整流構造１０は、連続鋳造で使用するスライドプレート方式の流量調整ユニットの下流側に接続され、上端１１ａにおける内管形状１１が円形であり、上端１１ａから連続的に内管形状１１が変形して、下端１１ｂにおける内管形状１１が長軸１１ｙ及び短軸１１ｘを有する扁平形状である。そして、下端１１ｂにおける内管形状１１の短軸１１ｘが、流量調整ユニットのスライドプレートの開閉方向と平行であって、当該下端１１ｂの直下には、内管形状が前記下端１１ｂにおける内管形状１１の長軸１１ｙ以上の直径を有する円形で且つ溶鋼吐出孔が穿孔される浸漬ノズルが接続される。また、短軸１１ｘの長さｘ及び長軸１１ｙの長さｙは、０．５≦ｘ／ｙ≦０．８を満たすと共に、整流構造の下端から浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の上端までの距離ｚは、２００ｍｍ≦ｚ≦９００ｍｍを満たす。
【解決手段】整流構造１０は、連続鋳造で使用するスライドプレート方式の流量調整ユニットの下流側に接続され、上端１１ａにおける内管形状１１が円形であり、上端１１ａから連続的に内管形状１１が変形して、下端１１ｂにおける内管形状１１が長軸１１ｙ及び短軸１１ｘを有する扁平形状である。そして、下端１１ｂにおける内管形状１１の短軸１１ｘが、流量調整ユニットのスライドプレートの開閉方向と平行であって、当該下端１１ｂの直下には、内管形状が前記下端１１ｂにおける内管形状１１の長軸１１ｙ以上の直径を有する円形で且つ溶鋼吐出孔が穿孔される浸漬ノズルが接続される。また、短軸１１ｘの長さｘ及び長軸１１ｙの長さｙは、０．５≦ｘ／ｙ≦０．８を満たすと共に、整流構造の下端から浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の上端までの距離ｚは、２００ｍｍ≦ｚ≦９００ｍｍを満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造で使用するスライドプレート方式の流量調整ユニットの下流側に接続される整流構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流量調整ユニットと浸漬ノズルとの間に中間ノズルなどの整流構造を設けた技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３１６４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、スライドバルブ（流量調整ユニット）のスライドプレートの開閉に起因して、浸漬ノズル内における溶鋼の流動がスライドプレートの開閉方向に不均一になる。このため、スライドプレートの開閉方向が鋳型幅方向の場合には、鋳型内において鋳型幅方向の偏流につながっていた。この偏流が発生すると、鋳型コーナー部で局所的に強い流れが発生し、鋳型コーナー部におけるシェルの再溶解を促し、凝固遅れを発生させてしまう。その結果、鋳片のブレークアウトの発生につながるおそれがあった。
【０００５】
そこで、この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、スライドプレートの開閉に起因する偏流を抑制することが可能な整流構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の整流構造は、連続鋳造で使用するスライドプレート方式の流量調整ユニットの下流側に接続される整流構造において、上端における内管形状が円形であり、上端から連続的に内管形状が変形して、下端における内管形状が長軸及び短軸を有する扁平形状であり、前記下端における内管形状の短軸が、前記流量調整ユニットのスライドプレートの開閉方向と平行であって、前記下端の直下には、内管形状が前記下端における内管形状の長軸以上の直径を有する円形で且つ溶鋼吐出孔が穿孔される円管部が接続され、下記の式(1)及び式(2)を満足する。
０．５≦ｘ／ｙ≦０．８・・・(1)
２００ｍｍ≦ｚ≦９００ｍｍ・・・(2)
ただし、
ｘは、整流構造の下端における内管形状の短軸の長さ
ｙは、整流構造の下端における内管形状の長軸の長さ
ｚは、整流構造の下端から円管部の溶鋼吐出孔の上端までの距離
【発明の効果】
【０００７】
この発明による整流構造では、上記のように、上端における内管形状が円形であり、上端から連続的に内管形状が変形して、下端における内管形状が長軸及び短軸を有する扁平形状にすることによって、短軸方向の略中心に溶鋼の流れが集まる。ここで、当該短軸方向がスライドプレートの開閉方向と平行となっているので、スライドプレートの開閉に起因する偏流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】連続鋳造設備の全体概略図
【図２】鋳型の構成を示す図
【図３】浸漬ノズルの構成を示す図
【図４】本発明の一実施形態に係る整流構造、流量調整ユニット及び浸漬ノズルの断面図
【図５】図４に示した整流構造の詳細を示す図
【図６】凝固遅れ度の説明図
【図７】凝固遅れ度とブレークアウト発生との関係を示す図
【図８】鋳型幅方向の偏流の定量化方法を説明するための説明図
【図９】凝固遅れ度と差Δhとの関係を示す図
【図１０】水モデルにおける鋳型幅方向の偏流の定量化方法を説明するための説明図
【図１１】流速U1，U2，V1，V2の測定ポイントを示した図
【図１２】浸漬ノズル内の偏流度と鋳型幅方向の偏流度との相関関係を示す図
【図１３】浸漬ノズルの各寸法を示す図
【図１４】浸漬ノズル内の偏流度と水流量との関係を示す図
【図１５】浸漬ノズル内の偏流度と整流構造下端の短軸−長軸比との関係を示す図
【図１６】浸漬ノズル内の偏流度と整流構造下端から溶鋼吐出孔までの距離との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
周知の通り、連続鋳造設備の鋳造経路に着目すると、湾曲型連続鋳造設備と垂直曲げ型連続鋳造設備なるものがある。前者は、鋳型から鋳造経路に沿って、円弧経路部と矯正経路部、水平経路部を有するものであり、後者は、上記円弧経路部の上流に垂直経路部を設け、溶鋼中の介在物浮上を図ったものである。また、連続鋳造設備の鋳造する鋳片の断面形状に着目すると、断面形状のアスペクト比が２以上であるスラブと２以下のブルーム、更に、断面形状が正方形であるビレットなるものがある。本願発明の適用対象は、上記の通りに列記したすべての連続鋳造設備であり、以下、本明細書では、一例として、本願発明をスラブ向けの垂直曲げ型連続鋳造設備に適用した例を説明する。
【００１０】
以下、図１〜３に基づいて、連続鋳造設備１００とその鋳型１、及び浸漬ノズル２を概説する。
【００１１】
連続鋳造設備１００は、注湯される溶鋼を冷却して所定形状のシェルを形成するための鋳型１と、タンディッシュ９に保持される溶鋼を鋳型１へ所定流量で滑らかに注湯するための浸漬ノズル２と、鋳型１の直下から鋳造経路Ｑに沿って複数で並設されるロール対３と、を備える。鋳型１の構成は図２に基づいて、浸漬ノズル２の構成は図３に基づいて後で詳細に説明する。本実施形態において前記の鋳造経路Ｑは、略鉛直方向に延びる垂直経路部と、この垂直経路部に接続され、円弧状に延びる円弧経路部と、更にその下流側に設けられ、水平方向に延びる水平経路部と、前記の円弧経路部及び水平経路部とを滑らかに接続するための矯正経路部と、から成る。
【００１２】
前記のロール対３の夫々は、鋳造対象としての鋳片を、両広面でもって挟持する一対のロール３ａ・３ａから構成される。この一対のロール３ａ・３ａのロール面間の最短距離としてのロールギャップ［ｍｍ］は適宜の手段により調節可能に構成される。
【００１３】
また、前記の鋳造経路Ｑの前半には、鋳型１内で形成され、該鋳型１から引き抜かれる凝固シェルに対して所定の流量で冷却水を噴霧する冷却スプレー４が適宜に設けられる。一般に、前記の鋳型１が１次冷却帯と称されるのに対して、この意味で、冷却スプレー４が配される経路部は２次冷却帯と称される。
【００１４】
鋳型１から引き抜かれ、鋳造経路Ｑに沿って搬送されるシェルは、自然放熱や、上記冷却スプレー４などにより更に冷却されて収縮する。従って、上記のロール対３のロールギャップ［ｍｍ］は、一般に、鋳造経路Ｑの下流側へ進むに連れて緩やかに狭くなるように設定される。
【００１５】
以上の構成で、スラブの連続鋳造を開始するには、鋳型１へ溶鋼を注湯する前に予め図略のダミーバーを前記の鋳造経路Ｑ内に挿入しておき、浸漬ノズル２を介して鋳型１へ溶鋼を注湯し始めると共に上記ダミーバーを下流側へ引き抜く。この鋳型１への溶鋼の注湯量と、ダミーバーの引き抜き速度と、は、鋳造速度が所定の鋳造速度に至るまでの間、漸増させる。そして、このダミーバーは、所定のメニスカス距離に到達したときに、適宜の手段により回収する。これで、スラブが連続的に鋳造されるようになる。
【００１６】
次に、上記の連続鋳造設備１００の一般的な操業条件を簡単に紹介する。以下は、例示である。
・鋳型幅Ｗ［ｍｍ］は、８００〜２１００とする。
・鋳型厚みＴ［ｍｍ］は、２３０〜２８０とする。
・鋳型高さＨ［ｍｍ］は、８００〜１０００とする。
・鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］は、０．８〜３．０とする。
・溶鋼過熱度ΔＴ［℃］は、０〜４０とする。
・比水量Ｗｔ［Ｌ／ｋｇＳｔｅｅｌ］は、０．１５〜３とする。
・鋳型内電磁攪拌強度Ｍ−ＥＭＳ［ｇａｕｓｓ］は、０〜１０００とする。
・溶鋼成分は、当事者間の協定に基づく。代表的な成分は、ＣやＳｉ、Ｍｎである。これに、ＣｒやＣｕなどが適宜に添加される。その他の不可避の不純物を含む。
【００１７】
ここで、各用語を簡単に説明する。
・鋳型幅Ｗ［ｍｍ］及び鋳型厚みＴ［ｍｍ］は、図２に示されるように、鋳型１の上端で特定される。
・鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］は、鋳片の引抜速度であって、前記複数のロール対３のうち最上流に配されるロール対３のピンチロール３ｂの周速度で特定される。
・溶鋼過熱度ΔＴ［℃］は、鋳型１内へ注湯される溶鋼の温度の指標である。
・比水量Ｗｔ［Ｌ／ｋｇＳｔｅｅｌ］は、鋼１ｋｇに対して用いられる冷却水の容積を意味する。
・鋳型内電磁攪拌強度Ｍ−ＥＭＳ［ｇａｕｓｓ］は、鋳型１内の溶鋼を攪拌するために作用される磁場の強度の指標である。
【００１８】
＜鋳型１＞
次に、図２を参照しつつ鋳型１の構造を説明する。図２（ａ）に示されるように本実施形態に係る鋳型１は、鋳造される鋳片が断面矩形であってアスペクト比が２以上となる所謂スラブ向けに構成される。この鋳型１は、一対で対向し、鋳型広面１ａを構成する広面鋳型５と、広面鋳型５の間に配され、一対で対向し、鋳型狭面１ｂを構成する狭面鋳型６と、これら広面鋳型５及び狭面鋳型６を支持する図示しない鋳型フレームと、を主たる構成として備える。
【００１９】
＜浸漬ノズル２＞
次に、図３を参照しつつ浸漬ノズル２の構造を説明する。図３（ａ）に示されるように、本実施形態において用いられる浸漬ノズル２は、有底円筒形状であって、一対の対向する溶鋼吐出孔７が内底８よりも若干上方に形成される２孔式とされる。図３（ｂ）に示されるように、この一対の溶鋼吐出孔７は、溶鋼吐出孔７からの溶鋼吐出流の下向き角度θ［ｄｅｇ．］が水平を基準として１５〜４５に設定されるように、内周から外周へ向かって斜め下向きに形成される。この下向き角度θ［ｄｅｇ．］は、詳しくは、本実施形態において、浸漬ノズル２の垂直断面で特定される溶鋼吐出孔７の下端線７ａ（下端の輪郭）と水平との間の角度と一致する。そして、この下端線７ａと、浸漬ノズル２の軸心２ａと、の交点を仮想交点Ｐとして定義する。
【００２０】
上記の浸漬ノズル２は、図２（ｂ）に示されるように、一対の溶鋼吐出孔７が鋳型狭面１ｂに対して夫々対向するように鋳型１内に垂直にセットされる。換言すれば、浸漬ノズル２は、一対の溶鋼吐出孔７から吐出された溶鋼の流れが鋳型狭面１ｂに対して平面視で垂直に向かうように鋳型１内に垂直にセットされる。この状態で、浸漬ノズル２から鋳型１内へ溶鋼を注湯すると、浸漬ノズル２からの溶鋼流は先ず斜め下向きとなり、やがて鋳型狭面１ｂに衝突すると、上下方向に分岐し、もって、溶鋼の上昇流Ｑと下降流Ｒが形成される。このうち上昇流Ｑは、メニスカス近傍の溶鋼に対して熱を供給し、表面が凝固してしまう所謂皮張りを防ぐ役割を担っている。
【００２１】
次に、本実施形態に係る連続鋳造設備１００の更に具体的な構成を説明する。この連続鋳造設備１００では、タンディッシュ９から浸漬ノズル２に至る溶鋼の溶鋼量をスライドプレート方式の流量調整ユニット２０で調整すると共に、その流量調整ユニット２０のスライドプレート２２の開閉に起因する鋳型幅方向の偏流を流量調整ユニット２０の下流側に設けられる整流構造１０で抑制している。
【００２２】
＜流量調整ユニット２０＞
図４に示すように、タンディッシュ９の底面に設けられるインサートノズル９ａの下流側には、流量調整ユニット２０が設けられている。この流量調整ユニット２０は、上部プレート２１、中間プレート（スライドプレート）２２及び下部プレート２３を含む３層式の流量調整機構である。これらのプレート２１〜２３の略中央には、それぞれ貫通孔が形成されており、この貫通孔が連通して溶鋼流路２０ａが形成されている。この３層式の流量調整ユニット２０では、中間プレート２２が、固定された上部プレート２１及び下部プレート２３に対してスライドすることによって、その内部に形成される溶鋼流路２０ａの開度が調整され、浸漬ノズル２から鋳型１内に供給される溶鋼量が制御される。なお、中間プレート２２の開閉方向は、鋳型幅方向（図２（ａ））と平行になっている。
【００２３】
＜整流構造１０＞
次に、流量調整ユニット２０の下流側に接続される整流構造（整流ノズル）１０について詳細に説明する。本実施形態の整流構造１０は、浸漬ノズル２や流量調整ユニット２０とは異なる独立した部品であるが、本発明はこれに限らず、整流構造１０が、流量調整ユニット２０や浸漬ノズル２に一体的に形成されていてもよい。この整流構造１０は、図５に示すように、上端１１ａにおける内管形状１１が円形であり、上端１１ａから連続的に内管形状１１が変形して、下端１１ｂにおける内管形状１１が短軸１１ｘ及び長軸１１ｙを有する扁平形状である。なお、上端１１ａにおける内管形状１１は、流量調整ユニット２０の内径、即ち下部プレート２３の貫通孔の内径と同じ円形である。そして、整流構造１０の下端１１ｂにおける内管形状１１の短軸１１ｘの方向が、流量調整ユニット２０の中間プレート２２の開閉方向と平行になっている。すなわち、整流構造１０の下端における内管形状１１の短軸１１ｘの方向は、鋳型幅方向（図２（ａ））と平行になっている。
【００２４】
また、本実施形態では、整流構造１０の内管形状１１の水平断面積は、各高さ位置で略同じになるように設定されている。即ち、整流構造１０を通過する溶鋼の流路断面積が各高さ位置で略同じになっている。
【００２５】
ここで、整流構造１０の下端１１ｂにおける内管形状１１の短軸１１ｘの長さをｘとし、長軸１１ｙの長さをｙとすると、当該短軸１１ｘの長さｘ及び長軸１１ｙの長さｙの比である扁平度「ｘ／ｙ」は、下記式(1)を満足する。
０．５≦ｘ／ｙ≦０．８・・・(1)
【００２６】
本願発明者らは、扁平度「ｘ／ｙ」が、０．５未満になると、浸漬ノズル２にノズル詰まりが発生し易くなることを見出したので、下限値を０．５とする。
また、本願発明者らは、扁平度「ｘ／ｙ」が、０．８より大きくなると、浸漬ノズル２内の偏流の抑制が極度に悪化することを見出したので、上限値を０．８とする。
【００２７】
この整流構造１０の下端１１ｂの直下には、図４に示すように、内管形状２ｂが円形の上記した浸漬ノズル２が接続されている。この浸漬ノズル２の上端における円形の内管形状２ｂは、整流構造１０の下端１１ｂにおける内管形状１１の長軸１１ｙ以上の直径を有しており、当該浸漬ノズル２の内管形状２ｂが、整流構造１０から浸漬ノズル２に至る溶鋼流れの障害物とならないようにしている。ここで、整流構造１０の下端１１ｂから浸漬ノズル２の溶鋼吐出孔７の上端までの距離をｚとすると、当該距離ｚは、下記式(2)を満足する。
２００ｍｍ≦ｚ≦９００ｍｍ・・・(2)
そして、この浸漬ノズル２の内管形状２ｂは、浸漬ノズル２の上端から溶鋼吐出孔７に至るまで同一の円形状で延在している。
【００２８】
本願発明者らは、整流構造１０の下端１１ｂから浸漬ノズル２の溶鋼吐出孔７の上端までの距離ｚが、２００［ｍｍ］未満になると、浸漬ノズル２内の偏流の抑制が極度に悪化することを見出したので、下限値を２００［ｍｍ］とする。
また、整流構造１０の下端１１ｂから浸漬ノズル２の溶鋼吐出孔７の上端までの距離ｚは、長いものでも約１［ｍ］であるので、実用上の上限値として、９００［ｍｍ］とする。
【００２９】
［本実施形態の整流構造１０の効果］
本実施形態では、上記のように、整流構造１０の上端１１ａにおける内管形状１１が円形であり、上端１１ａから連続的に内管形状１１が変形して、下端１１ｂにおける内管形状１１が短軸１１ｘ及び長軸１１ｙを有する扁平形状にすることによって、短軸１１ｘの方向の略中心に溶鋼の流れが集まる。ここで、当該短軸１１ｘの方向が中間プレート（スライドプレート）２２の開閉方向と平行となっているので、中間プレート２２の開閉に起因する鋳型幅方向の偏流を抑制することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、整流構造１０の下端１１ｂにおける内管形状１１の扁平度ｘ／ｙを、０．５≦ｘ／ｙ≦０．８の範囲にすることによって、浸漬ノズル２にノズル詰まりが発生するのを抑制しつつ、中間プレート２２の開閉に起因する鋳型幅方向の偏流を抑制することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、整流構造１０の下端１１ｂから浸漬ノズル２の溶鋼吐出孔７の上端までの距離ｚを、２００ｍｍ≦ｚ≦９００ｍｍの範囲にすることによって、実用上の範囲内で中間プレート２２の開閉に起因する鋳型幅方向の偏流を抑制することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、整流構造１０の上端から浸漬ノズル２の溶鋼吐出孔７に至る溶鋼流路の形状を円形⇒楕円形⇒円形とすることによって、即ち、当該溶鋼流路の一部分を楕円形とすることによって、溶鋼吐出孔７に至るまで楕円形の流路が延びる場合に比べて、（１）鋳型幅方向の偏流が発生するのを抑制できると共に、（２）ノズル詰まりが発生するのを抑制することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本実施形態に係る整流構造の技術的効果を確認するために行った試験について説明する。上述した各数値範囲などは、下記の確認試験により合理的に裏付けられている。下記の各試験１〜３は、鋳型と溶鋼に代えて水槽と水を採用する所謂水モデル試験であって、整流構造及び浸漬ノズルの構造やサイズなどに変更を加えながら、浸漬ノズル内の偏流度を評価した。以下の試験１〜３では、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６未満のときに、「○（ブレークアウトの危険性なし）」と評価し、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６以上のときに、「×（ブレークアウトの危険性あり）」と評価することとする。当該偏流度の閾値を０．０６とした根拠については、本明細書の末尾に添付する。
【００３４】
≪試験１：浸漬ノズル内の偏流度と水流量との関係≫
本試験では、浸漬ノズルに５０００［ｃｍ３／ｓ］，８３３３［ｃｍ３／ｓ］，１１６６７［ｃｍ３／ｓ］，１３３３３［ｃｍ３／ｓ］，１５０００［ｃｍ３／ｓ］の水流量Ｑｗを供給したときの浸漬ノズル内の偏流度を評価した。試験Ｎｏ．１〜４が比較例であり、試験Ｎｏ．５〜１０が実施例である。各試験Ｎｏ．１〜１０のそれぞれの試験条件とその試験結果とを下記表１および図１４に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
比較例に係る試験Ｎｏ．１〜４では、浸漬ノズルに供給される水流量Ｑｗが、５０００［ｃｍ３／ｓ］，８３３３［ｃｍ３／ｓ］，１１６６７［ｃｍ３／ｓ］，１３３３３［ｃｍ３／ｓ］，１５０００［ｃｍ３／ｓ］のいずれの場合であっても、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６以上であることが分かる。
【００３７】
これに対して、実施例に係る試験Ｎｏ．５〜１０では、浸漬ノズルに供給される水流量Ｑｗが、５０００［ｃｍ３／ｓ］，８３３３［ｃｍ３／ｓ］，１１６６７［ｃｍ３／ｓ］，１３３３３［ｃｍ３／ｓ］のいずれの場合であっても、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６未満であることが分かる。
【００３８】
≪試験２：浸漬ノズル内の偏流度と整流構造下端の短軸−長軸比との関係≫
本試験では、整流構造の下端における短軸と長軸との比（扁平度）ｘ／ｙを変更したときの浸漬ノズル内の偏流度を評価した。試験Ｎｏ．１１及び１２が実施例であり、試験Ｎｏ．１３が比較例である。各試験Ｎｏ．１１〜１３のそれぞれの試験条件とその試験結果とを下記表２および図１５に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
整流構造の下端の形状が楕円形状（扁平形状）であって、その楕円形状の扁平度ｘ／ｙの値が０．６５及び０．７５（０．５≦ｘ／ｙ≦０．８）の実施例に係る試験Ｎｏ．１１及び１２では、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６未満であることが分かる。
【００４１】
これに対して、整流構造の下端の形状が円形状であって、扁平度ｘ／ｙの値が1の比較例に係る試験Ｎｏ．１３では、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６以上であることが分かる。
【００４２】
≪試験３：浸漬ノズル内の偏流度と整流構造下端から溶鋼吐出孔までの距離との関係≫
本試験では、整流構造下端から溶鋼吐出孔までの距離ｚを変更したときの浸漬ノズル内の偏流度を測定した。試験Ｎｏ．１４が比較例であり、試験Ｎｏ．１５〜１７が実施例である。各試験Ｎｏ．１４〜１７のそれぞれの試験条件とその試験結果とを下記表３および図１６に示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
整流構造の下端から溶鋼吐出孔までの距離ｚが１７０ｍｍ（２００ｍｍ未満）の比較例に係る試験Ｎｏ．１４では、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６以上であることが分かる。
【００４５】
これに対して、整流構造の下端から溶鋼吐出孔までの距離ｚが２２０ｍｍ，５８０ｍｍ，６００ｍｍ（２００ｍｍ≦ｚ≦９００ｍｍ）の実施例に係る試験Ｎｏ．１５〜１７では、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６未満であることが分かる。
【００４６】
なお、上記した各試験１〜３における構成要件以外の実験条件を以下の表４に示す。
【００４７】
【表４】
【００４８】
次に、上記した各試験１〜３において、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６未満のときに「○（ブレークアウトの危険性なし）」の危険性がないと評価し、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６以上のときに、「×（ブレークアウトの危険性あり）」と評価した根拠について説明する。
【００４９】
＜凝固遅れとブレークアウトとの因果関係＞
上記実施形態に係る整流構造１０を用いることにより奏される効果は、前述したように主として鋳型幅方向の偏流の抑制である。この偏流を抑制することにより、所謂凝固遅れを改善し、もって、究極的には所謂ブレークアウト（凝固シェル内の溶鋼が凝固シェル外部へ流出してしまう現象）を回避することを目的とする。そこで、ここでは、凝固遅れを定量的に評価するための凝固遅れ度を定義すると共に、この凝固遅れ度とブレークアウトとの因果関係について説明する。
【００５０】
即ち、「凝固遅れ」とは凝固シェルの部分的な成長遅れをいい、その定量化には凝固遅れ度が用いられる。「凝固遅れ度」は、図６に示すホワイトバンドに基づく。「ホワイトバンド」とは、凝固中のシェル前方の溶質が溶鋼流動により洗浄されて現れる線状組織であり、凝固シェルの成長の様子を表す。コーナー部のシェルＢと健全部のシェルＡの厚さに差が生じると、凝固遅れ部と健全部との凝固に伴う収縮量が異なり、凝固遅れ部には鋳片幅方向の引張応力が集中し、縦割の原因となる。縦割の程度が大きくなると凝固シェル内の溶鋼が凝固シェル外部へ流出し、ブレークアウトが発生する。図７に示すように、過去のデータで、凝固遅れ度が４０％を越えるとブレークアウトが発生した実績があるために凝固遅れ度４０％を許容上限とした。
【００５１】
＜鋳型幅方向の偏流の定量化方法＞
次に、実機鋳造における鋳型幅方向の偏流の定量化方法について説明する。図８を参照されたい。図８は、実機鋳造における鋳型幅方向の偏流の定量化方法を説明するための説明図である。即ち、本図に示すように、（１）鋳型狭面中央に縦一列に埋め込まれる熱電対を用いて鋳造方向における鋳型の温度分布を測定し、（２）その温度分布の変曲点を湯面レベルとみなし、（３）鋳型狭面の一方における湯面レベル（「右側湯面」に相当。）と、他方における湯面レベル（「左側湯面」に相当。）との差Δhを求め、（４）この差Δhに依って鋳型幅方向の偏流を定量化した。
【００５２】
＜凝固遅れ度と鋳片幅方向の偏流との因果関係＞
次に、実機操業における、凝固遅れ度と鋳片幅方向の偏流との因果関係を図９を参照しつつ説明する。図９は、実機操業における凝固遅れ度と差Δｈとの関係を示す図である。本図によれば、上記の差Δｈ（本図において「湯面レベル差」に相当する。）が１０［mm］を超えると、凝固遅れ度が４０％以上である凝固遅れが発生することが判る。従って、上述したブレークアウトを回避する観点からは、上記差Δｈ［mm］を１０以下に抑えるとよい。
【００５３】
＜水モデルを用いた検証実験の便宜を図るための換算＞
上述した鋳型幅方向の偏流の定量化方法は、溶鋼が極めて高温であることを利用するものであるから、実機に代えて行おうとする水モデルを用いた検証実験に対しては該定量化方法を直接的には適用できない。従って、この定量化方法に対して若干の工夫を為して考案した、水モデルを用いた検証実験における鋳型幅方向の偏流の定量化方法を説明する。ここで、図１０を参照されたい。図１０は、水モデルにおける鋳型幅方向の偏流の定量化方法を説明するための説明図である。即ち、上記の差Δｈ［m］は、下記式(3)で表現できる。
Δh=ρm×U12/(2×g×(ρm-ρp))-ρm×U22/(2×g×(ρm-ρp))・・・(3)
ただし、
ρm［kg/m3］：溶鋼の密度
ρp［kg/m3］：モールドパウダーの密度
U1［m/s］：鋳型狭面のうち一方の狭面の近傍における溶鋼の上昇流の流速
U2［m/s］：鋳型狭面のうち他方の狭面の近傍における溶鋼の上昇流の流速(U1>U2)
g［m/s2］：重力加速度
【００５４】
例えば上記式(3)に対して、Δh［m］=0.01，g［m/s2］=9.8，ρm［kg/m3］=7000，ρp［kg/m3］=3000を代入すると下記式(4)が導かれる。
U12-U22=0.1・・・(4)
【００５５】
＜偏流度・無偏流・無偏流率の定義＞
ところで、一般に、鋳型狭面における溶鋼の上昇流の流速は、該鋳型狭面近傍における溶鋼の表面流速と略等しいとされる（今村ら：連続鋳造内溶鋼流動の水力学的検討、鉄と鋼、Vol.78、No.3(1992)、p.439-446）から、図１１に示すように鋳型狭面から３０cm離れ、水面から深さ２cmの地点における水の表面流速を電磁流速計を用いて測定し、以降の説明においては、この測定した表面流速を上記変数U1及びU2とみなすこととする。要するに、水の表面流速を測定することで、鋳型幅方向の偏流を評価する。
【００５６】
そして、「鋳型幅方向の偏流度」を下記式(5)のように定義する。
（鋳型幅方向の偏流度）=｜U12-U22｜/｜U12-U22｜cr・・・(5)
ただし、「｜U12-U22」cr｜は、上記式(4)の如く上記差Δh［m］が0.01となるときの｜U12-U22｜の値（つまり、0.1）を意味する。
【００５７】
上記式(5)によって定義される偏流度の絶対値が1未満であるときを「無偏流」の状態と定義する。
【００５８】
＜浸漬ノズル内の偏流度の定義＞
図１１に示すように、浸漬ノズル内の吐出方向軸上で、吐出孔直上位置の壁面から１ｃｍ内側の両吐出孔側の水の流速V1及びV2を電磁流速計を用いて測定した。そして、「浸漬ノズル内の偏流度」を、下記式(6)のように定義する。
（浸漬ノズル内の偏流度）=｜V1-V2｜/Qw/S・・・(6)
ただし、
Qw：浸漬ノズル内の水流量［m3/s］
S：浸漬ノズル内の断面積［m3］
【００５９】
＜浸漬ノズル内の偏流度の境界条件＞
次に、「浸漬ノズル内の偏流度」と「鋳型幅方向の偏流度」との因果関係を図１２を参照しつつ説明する。図１２は、「浸漬ノズル内の偏流度」と「鋳型幅方向の偏流度」との相関関係を示す図である。下記の条件において、流速U1，U2，V1，V2を測定し、「浸漬ノズル内の偏流度」と「鋳型幅方向の偏流度」との相関関係を示すグラフを図１２に示す。同条件において、鋳型幅方向に偏流しているとき、及び、鋳型幅方向の偏流が抑制されているとき、の流速U1，U2，V1，V2を測定して、「浸漬ノズル内の偏流度」および「鋳型幅方向の偏流度」を算出している。図１２及び表５により、「浸漬ノズル内の偏流度」が０．０６以下のときに鋳型幅方向の偏流が抑制されていると定義する。
【００６０】
【表５】
【００６１】
（試験条件）
電磁流速計：メーカー：ケネック社（型番：ＶＭ８０２Ｈ）
鋳型寸法［mm］：幅1260×厚み240
モデル種類：水モデル
溶鋼流量（又は水流量）Qw［cm3/s］：水流量8333
スライドプレートの開閉方向：鋳型幅方向
Ｄ［mm］：85（図１３参照）
θ1［deg.］：35（図１３参照）
e［mm］：100（図１３参照）
f［mm］：70（図１３参照）
g［mm］：30（図１３参照）
【００６２】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態および実施例に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６３】
例えば、上記実施形態では、３層式のスライドプレート方式の流量調整ユニットを採用したが、本発明はこれに限らず、２層式のスライドプレート方式の流量調整ユニットを採用してもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、浸漬ノズル２に一対の溶鋼吐出孔７が形成された２孔式について説明したが、浸漬ノズルの下端が開放した１孔式の形態も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明を利用すれば、スライドプレートの開閉に起因する偏流を抑制することが可能な整流構造を得ることができる。
【符号の説明】
【００６６】
２ 浸漬ノズル（円管部）
７ 溶鋼吐出孔
１０ 整流構造
１１ 内管形状
１１ａ 上端
１１ｂ 下端
１１ｘ 短軸
１１ｙ 長軸
２０ 流量調整ユニット
２２ スライドプレート（中間プレート）
ｘ 短軸の長さ
ｙ 長軸の長さ
ｚ 整流構造の下端から円管部の溶鋼吐出孔の上端までの距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造で使用するスライドプレート方式の流量調整ユニットの下流側に接続される整流構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流量調整ユニットと浸漬ノズルとの間に中間ノズルなどの整流構造を設けた技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３１６４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、スライドバルブ（流量調整ユニット）のスライドプレートの開閉に起因して、浸漬ノズル内における溶鋼の流動がスライドプレートの開閉方向に不均一になる。このため、スライドプレートの開閉方向が鋳型幅方向の場合には、鋳型内において鋳型幅方向の偏流につながっていた。この偏流が発生すると、鋳型コーナー部で局所的に強い流れが発生し、鋳型コーナー部におけるシェルの再溶解を促し、凝固遅れを発生させてしまう。その結果、鋳片のブレークアウトの発生につながるおそれがあった。
【０００５】
そこで、この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、スライドプレートの開閉に起因する偏流を抑制することが可能な整流構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の整流構造は、連続鋳造で使用するスライドプレート方式の流量調整ユニットの下流側に接続される整流構造において、上端における内管形状が円形であり、上端から連続的に内管形状が変形して、下端における内管形状が長軸及び短軸を有する扁平形状であり、前記下端における内管形状の短軸が、前記流量調整ユニットのスライドプレートの開閉方向と平行であって、前記下端の直下には、内管形状が前記下端における内管形状の長軸以上の直径を有する円形で且つ溶鋼吐出孔が穿孔される円管部が接続され、下記の式(1)及び式(2)を満足する。
０．５≦ｘ／ｙ≦０．８・・・(1)
２００ｍｍ≦ｚ≦９００ｍｍ・・・(2)
ただし、
ｘは、整流構造の下端における内管形状の短軸の長さ
ｙは、整流構造の下端における内管形状の長軸の長さ
ｚは、整流構造の下端から円管部の溶鋼吐出孔の上端までの距離
【発明の効果】
【０００７】
この発明による整流構造では、上記のように、上端における内管形状が円形であり、上端から連続的に内管形状が変形して、下端における内管形状が長軸及び短軸を有する扁平形状にすることによって、短軸方向の略中心に溶鋼の流れが集まる。ここで、当該短軸方向がスライドプレートの開閉方向と平行となっているので、スライドプレートの開閉に起因する偏流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】連続鋳造設備の全体概略図
【図２】鋳型の構成を示す図
【図３】浸漬ノズルの構成を示す図
【図４】本発明の一実施形態に係る整流構造、流量調整ユニット及び浸漬ノズルの断面図
【図５】図４に示した整流構造の詳細を示す図
【図６】凝固遅れ度の説明図
【図７】凝固遅れ度とブレークアウト発生との関係を示す図
【図８】鋳型幅方向の偏流の定量化方法を説明するための説明図
【図９】凝固遅れ度と差Δhとの関係を示す図
【図１０】水モデルにおける鋳型幅方向の偏流の定量化方法を説明するための説明図
【図１１】流速U1，U2，V1，V2の測定ポイントを示した図
【図１２】浸漬ノズル内の偏流度と鋳型幅方向の偏流度との相関関係を示す図
【図１３】浸漬ノズルの各寸法を示す図
【図１４】浸漬ノズル内の偏流度と水流量との関係を示す図
【図１５】浸漬ノズル内の偏流度と整流構造下端の短軸−長軸比との関係を示す図
【図１６】浸漬ノズル内の偏流度と整流構造下端から溶鋼吐出孔までの距離との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
周知の通り、連続鋳造設備の鋳造経路に着目すると、湾曲型連続鋳造設備と垂直曲げ型連続鋳造設備なるものがある。前者は、鋳型から鋳造経路に沿って、円弧経路部と矯正経路部、水平経路部を有するものであり、後者は、上記円弧経路部の上流に垂直経路部を設け、溶鋼中の介在物浮上を図ったものである。また、連続鋳造設備の鋳造する鋳片の断面形状に着目すると、断面形状のアスペクト比が２以上であるスラブと２以下のブルーム、更に、断面形状が正方形であるビレットなるものがある。本願発明の適用対象は、上記の通りに列記したすべての連続鋳造設備であり、以下、本明細書では、一例として、本願発明をスラブ向けの垂直曲げ型連続鋳造設備に適用した例を説明する。
【００１０】
以下、図１〜３に基づいて、連続鋳造設備１００とその鋳型１、及び浸漬ノズル２を概説する。
【００１１】
連続鋳造設備１００は、注湯される溶鋼を冷却して所定形状のシェルを形成するための鋳型１と、タンディッシュ９に保持される溶鋼を鋳型１へ所定流量で滑らかに注湯するための浸漬ノズル２と、鋳型１の直下から鋳造経路Ｑに沿って複数で並設されるロール対３と、を備える。鋳型１の構成は図２に基づいて、浸漬ノズル２の構成は図３に基づいて後で詳細に説明する。本実施形態において前記の鋳造経路Ｑは、略鉛直方向に延びる垂直経路部と、この垂直経路部に接続され、円弧状に延びる円弧経路部と、更にその下流側に設けられ、水平方向に延びる水平経路部と、前記の円弧経路部及び水平経路部とを滑らかに接続するための矯正経路部と、から成る。
【００１２】
前記のロール対３の夫々は、鋳造対象としての鋳片を、両広面でもって挟持する一対のロール３ａ・３ａから構成される。この一対のロール３ａ・３ａのロール面間の最短距離としてのロールギャップ［ｍｍ］は適宜の手段により調節可能に構成される。
【００１３】
また、前記の鋳造経路Ｑの前半には、鋳型１内で形成され、該鋳型１から引き抜かれる凝固シェルに対して所定の流量で冷却水を噴霧する冷却スプレー４が適宜に設けられる。一般に、前記の鋳型１が１次冷却帯と称されるのに対して、この意味で、冷却スプレー４が配される経路部は２次冷却帯と称される。
【００１４】
鋳型１から引き抜かれ、鋳造経路Ｑに沿って搬送されるシェルは、自然放熱や、上記冷却スプレー４などにより更に冷却されて収縮する。従って、上記のロール対３のロールギャップ［ｍｍ］は、一般に、鋳造経路Ｑの下流側へ進むに連れて緩やかに狭くなるように設定される。
【００１５】
以上の構成で、スラブの連続鋳造を開始するには、鋳型１へ溶鋼を注湯する前に予め図略のダミーバーを前記の鋳造経路Ｑ内に挿入しておき、浸漬ノズル２を介して鋳型１へ溶鋼を注湯し始めると共に上記ダミーバーを下流側へ引き抜く。この鋳型１への溶鋼の注湯量と、ダミーバーの引き抜き速度と、は、鋳造速度が所定の鋳造速度に至るまでの間、漸増させる。そして、このダミーバーは、所定のメニスカス距離に到達したときに、適宜の手段により回収する。これで、スラブが連続的に鋳造されるようになる。
【００１６】
次に、上記の連続鋳造設備１００の一般的な操業条件を簡単に紹介する。以下は、例示である。
・鋳型幅Ｗ［ｍｍ］は、８００〜２１００とする。
・鋳型厚みＴ［ｍｍ］は、２３０〜２８０とする。
・鋳型高さＨ［ｍｍ］は、８００〜１０００とする。
・鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］は、０．８〜３．０とする。
・溶鋼過熱度ΔＴ［℃］は、０〜４０とする。
・比水量Ｗｔ［Ｌ／ｋｇＳｔｅｅｌ］は、０．１５〜３とする。
・鋳型内電磁攪拌強度Ｍ−ＥＭＳ［ｇａｕｓｓ］は、０〜１０００とする。
・溶鋼成分は、当事者間の協定に基づく。代表的な成分は、ＣやＳｉ、Ｍｎである。これに、ＣｒやＣｕなどが適宜に添加される。その他の不可避の不純物を含む。
【００１７】
ここで、各用語を簡単に説明する。
・鋳型幅Ｗ［ｍｍ］及び鋳型厚みＴ［ｍｍ］は、図２に示されるように、鋳型１の上端で特定される。
・鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］は、鋳片の引抜速度であって、前記複数のロール対３のうち最上流に配されるロール対３のピンチロール３ｂの周速度で特定される。
・溶鋼過熱度ΔＴ［℃］は、鋳型１内へ注湯される溶鋼の温度の指標である。
・比水量Ｗｔ［Ｌ／ｋｇＳｔｅｅｌ］は、鋼１ｋｇに対して用いられる冷却水の容積を意味する。
・鋳型内電磁攪拌強度Ｍ−ＥＭＳ［ｇａｕｓｓ］は、鋳型１内の溶鋼を攪拌するために作用される磁場の強度の指標である。
【００１８】
＜鋳型１＞
次に、図２を参照しつつ鋳型１の構造を説明する。図２（ａ）に示されるように本実施形態に係る鋳型１は、鋳造される鋳片が断面矩形であってアスペクト比が２以上となる所謂スラブ向けに構成される。この鋳型１は、一対で対向し、鋳型広面１ａを構成する広面鋳型５と、広面鋳型５の間に配され、一対で対向し、鋳型狭面１ｂを構成する狭面鋳型６と、これら広面鋳型５及び狭面鋳型６を支持する図示しない鋳型フレームと、を主たる構成として備える。
【００１９】
＜浸漬ノズル２＞
次に、図３を参照しつつ浸漬ノズル２の構造を説明する。図３（ａ）に示されるように、本実施形態において用いられる浸漬ノズル２は、有底円筒形状であって、一対の対向する溶鋼吐出孔７が内底８よりも若干上方に形成される２孔式とされる。図３（ｂ）に示されるように、この一対の溶鋼吐出孔７は、溶鋼吐出孔７からの溶鋼吐出流の下向き角度θ［ｄｅｇ．］が水平を基準として１５〜４５に設定されるように、内周から外周へ向かって斜め下向きに形成される。この下向き角度θ［ｄｅｇ．］は、詳しくは、本実施形態において、浸漬ノズル２の垂直断面で特定される溶鋼吐出孔７の下端線７ａ（下端の輪郭）と水平との間の角度と一致する。そして、この下端線７ａと、浸漬ノズル２の軸心２ａと、の交点を仮想交点Ｐとして定義する。
【００２０】
上記の浸漬ノズル２は、図２（ｂ）に示されるように、一対の溶鋼吐出孔７が鋳型狭面１ｂに対して夫々対向するように鋳型１内に垂直にセットされる。換言すれば、浸漬ノズル２は、一対の溶鋼吐出孔７から吐出された溶鋼の流れが鋳型狭面１ｂに対して平面視で垂直に向かうように鋳型１内に垂直にセットされる。この状態で、浸漬ノズル２から鋳型１内へ溶鋼を注湯すると、浸漬ノズル２からの溶鋼流は先ず斜め下向きとなり、やがて鋳型狭面１ｂに衝突すると、上下方向に分岐し、もって、溶鋼の上昇流Ｑと下降流Ｒが形成される。このうち上昇流Ｑは、メニスカス近傍の溶鋼に対して熱を供給し、表面が凝固してしまう所謂皮張りを防ぐ役割を担っている。
【００２１】
次に、本実施形態に係る連続鋳造設備１００の更に具体的な構成を説明する。この連続鋳造設備１００では、タンディッシュ９から浸漬ノズル２に至る溶鋼の溶鋼量をスライドプレート方式の流量調整ユニット２０で調整すると共に、その流量調整ユニット２０のスライドプレート２２の開閉に起因する鋳型幅方向の偏流を流量調整ユニット２０の下流側に設けられる整流構造１０で抑制している。
【００２２】
＜流量調整ユニット２０＞
図４に示すように、タンディッシュ９の底面に設けられるインサートノズル９ａの下流側には、流量調整ユニット２０が設けられている。この流量調整ユニット２０は、上部プレート２１、中間プレート（スライドプレート）２２及び下部プレート２３を含む３層式の流量調整機構である。これらのプレート２１〜２３の略中央には、それぞれ貫通孔が形成されており、この貫通孔が連通して溶鋼流路２０ａが形成されている。この３層式の流量調整ユニット２０では、中間プレート２２が、固定された上部プレート２１及び下部プレート２３に対してスライドすることによって、その内部に形成される溶鋼流路２０ａの開度が調整され、浸漬ノズル２から鋳型１内に供給される溶鋼量が制御される。なお、中間プレート２２の開閉方向は、鋳型幅方向（図２（ａ））と平行になっている。
【００２３】
＜整流構造１０＞
次に、流量調整ユニット２０の下流側に接続される整流構造（整流ノズル）１０について詳細に説明する。本実施形態の整流構造１０は、浸漬ノズル２や流量調整ユニット２０とは異なる独立した部品であるが、本発明はこれに限らず、整流構造１０が、流量調整ユニット２０や浸漬ノズル２に一体的に形成されていてもよい。この整流構造１０は、図５に示すように、上端１１ａにおける内管形状１１が円形であり、上端１１ａから連続的に内管形状１１が変形して、下端１１ｂにおける内管形状１１が短軸１１ｘ及び長軸１１ｙを有する扁平形状である。なお、上端１１ａにおける内管形状１１は、流量調整ユニット２０の内径、即ち下部プレート２３の貫通孔の内径と同じ円形である。そして、整流構造１０の下端１１ｂにおける内管形状１１の短軸１１ｘの方向が、流量調整ユニット２０の中間プレート２２の開閉方向と平行になっている。すなわち、整流構造１０の下端における内管形状１１の短軸１１ｘの方向は、鋳型幅方向（図２（ａ））と平行になっている。
【００２４】
また、本実施形態では、整流構造１０の内管形状１１の水平断面積は、各高さ位置で略同じになるように設定されている。即ち、整流構造１０を通過する溶鋼の流路断面積が各高さ位置で略同じになっている。
【００２５】
ここで、整流構造１０の下端１１ｂにおける内管形状１１の短軸１１ｘの長さをｘとし、長軸１１ｙの長さをｙとすると、当該短軸１１ｘの長さｘ及び長軸１１ｙの長さｙの比である扁平度「ｘ／ｙ」は、下記式(1)を満足する。
０．５≦ｘ／ｙ≦０．８・・・(1)
【００２６】
本願発明者らは、扁平度「ｘ／ｙ」が、０．５未満になると、浸漬ノズル２にノズル詰まりが発生し易くなることを見出したので、下限値を０．５とする。
また、本願発明者らは、扁平度「ｘ／ｙ」が、０．８より大きくなると、浸漬ノズル２内の偏流の抑制が極度に悪化することを見出したので、上限値を０．８とする。
【００２７】
この整流構造１０の下端１１ｂの直下には、図４に示すように、内管形状２ｂが円形の上記した浸漬ノズル２が接続されている。この浸漬ノズル２の上端における円形の内管形状２ｂは、整流構造１０の下端１１ｂにおける内管形状１１の長軸１１ｙ以上の直径を有しており、当該浸漬ノズル２の内管形状２ｂが、整流構造１０から浸漬ノズル２に至る溶鋼流れの障害物とならないようにしている。ここで、整流構造１０の下端１１ｂから浸漬ノズル２の溶鋼吐出孔７の上端までの距離をｚとすると、当該距離ｚは、下記式(2)を満足する。
２００ｍｍ≦ｚ≦９００ｍｍ・・・(2)
そして、この浸漬ノズル２の内管形状２ｂは、浸漬ノズル２の上端から溶鋼吐出孔７に至るまで同一の円形状で延在している。
【００２８】
本願発明者らは、整流構造１０の下端１１ｂから浸漬ノズル２の溶鋼吐出孔７の上端までの距離ｚが、２００［ｍｍ］未満になると、浸漬ノズル２内の偏流の抑制が極度に悪化することを見出したので、下限値を２００［ｍｍ］とする。
また、整流構造１０の下端１１ｂから浸漬ノズル２の溶鋼吐出孔７の上端までの距離ｚは、長いものでも約１［ｍ］であるので、実用上の上限値として、９００［ｍｍ］とする。
【００２９】
［本実施形態の整流構造１０の効果］
本実施形態では、上記のように、整流構造１０の上端１１ａにおける内管形状１１が円形であり、上端１１ａから連続的に内管形状１１が変形して、下端１１ｂにおける内管形状１１が短軸１１ｘ及び長軸１１ｙを有する扁平形状にすることによって、短軸１１ｘの方向の略中心に溶鋼の流れが集まる。ここで、当該短軸１１ｘの方向が中間プレート（スライドプレート）２２の開閉方向と平行となっているので、中間プレート２２の開閉に起因する鋳型幅方向の偏流を抑制することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、整流構造１０の下端１１ｂにおける内管形状１１の扁平度ｘ／ｙを、０．５≦ｘ／ｙ≦０．８の範囲にすることによって、浸漬ノズル２にノズル詰まりが発生するのを抑制しつつ、中間プレート２２の開閉に起因する鋳型幅方向の偏流を抑制することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、整流構造１０の下端１１ｂから浸漬ノズル２の溶鋼吐出孔７の上端までの距離ｚを、２００ｍｍ≦ｚ≦９００ｍｍの範囲にすることによって、実用上の範囲内で中間プレート２２の開閉に起因する鋳型幅方向の偏流を抑制することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、整流構造１０の上端から浸漬ノズル２の溶鋼吐出孔７に至る溶鋼流路の形状を円形⇒楕円形⇒円形とすることによって、即ち、当該溶鋼流路の一部分を楕円形とすることによって、溶鋼吐出孔７に至るまで楕円形の流路が延びる場合に比べて、（１）鋳型幅方向の偏流が発生するのを抑制できると共に、（２）ノズル詰まりが発生するのを抑制することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本実施形態に係る整流構造の技術的効果を確認するために行った試験について説明する。上述した各数値範囲などは、下記の確認試験により合理的に裏付けられている。下記の各試験１〜３は、鋳型と溶鋼に代えて水槽と水を採用する所謂水モデル試験であって、整流構造及び浸漬ノズルの構造やサイズなどに変更を加えながら、浸漬ノズル内の偏流度を評価した。以下の試験１〜３では、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６未満のときに、「○（ブレークアウトの危険性なし）」と評価し、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６以上のときに、「×（ブレークアウトの危険性あり）」と評価することとする。当該偏流度の閾値を０．０６とした根拠については、本明細書の末尾に添付する。
【００３４】
≪試験１：浸漬ノズル内の偏流度と水流量との関係≫
本試験では、浸漬ノズルに５０００［ｃｍ３／ｓ］，８３３３［ｃｍ３／ｓ］，１１６６７［ｃｍ３／ｓ］，１３３３３［ｃｍ３／ｓ］，１５０００［ｃｍ３／ｓ］の水流量Ｑｗを供給したときの浸漬ノズル内の偏流度を評価した。試験Ｎｏ．１〜４が比較例であり、試験Ｎｏ．５〜１０が実施例である。各試験Ｎｏ．１〜１０のそれぞれの試験条件とその試験結果とを下記表１および図１４に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
比較例に係る試験Ｎｏ．１〜４では、浸漬ノズルに供給される水流量Ｑｗが、５０００［ｃｍ３／ｓ］，８３３３［ｃｍ３／ｓ］，１１６６７［ｃｍ３／ｓ］，１３３３３［ｃｍ３／ｓ］，１５０００［ｃｍ３／ｓ］のいずれの場合であっても、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６以上であることが分かる。
【００３７】
これに対して、実施例に係る試験Ｎｏ．５〜１０では、浸漬ノズルに供給される水流量Ｑｗが、５０００［ｃｍ３／ｓ］，８３３３［ｃｍ３／ｓ］，１１６６７［ｃｍ３／ｓ］，１３３３３［ｃｍ３／ｓ］のいずれの場合であっても、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６未満であることが分かる。
【００３８】
≪試験２：浸漬ノズル内の偏流度と整流構造下端の短軸−長軸比との関係≫
本試験では、整流構造の下端における短軸と長軸との比（扁平度）ｘ／ｙを変更したときの浸漬ノズル内の偏流度を評価した。試験Ｎｏ．１１及び１２が実施例であり、試験Ｎｏ．１３が比較例である。各試験Ｎｏ．１１〜１３のそれぞれの試験条件とその試験結果とを下記表２および図１５に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
整流構造の下端の形状が楕円形状（扁平形状）であって、その楕円形状の扁平度ｘ／ｙの値が０．６５及び０．７５（０．５≦ｘ／ｙ≦０．８）の実施例に係る試験Ｎｏ．１１及び１２では、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６未満であることが分かる。
【００４１】
これに対して、整流構造の下端の形状が円形状であって、扁平度ｘ／ｙの値が1の比較例に係る試験Ｎｏ．１３では、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６以上であることが分かる。
【００４２】
≪試験３：浸漬ノズル内の偏流度と整流構造下端から溶鋼吐出孔までの距離との関係≫
本試験では、整流構造下端から溶鋼吐出孔までの距離ｚを変更したときの浸漬ノズル内の偏流度を測定した。試験Ｎｏ．１４が比較例であり、試験Ｎｏ．１５〜１７が実施例である。各試験Ｎｏ．１４〜１７のそれぞれの試験条件とその試験結果とを下記表３および図１６に示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
整流構造の下端から溶鋼吐出孔までの距離ｚが１７０ｍｍ（２００ｍｍ未満）の比較例に係る試験Ｎｏ．１４では、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６以上であることが分かる。
【００４５】
これに対して、整流構造の下端から溶鋼吐出孔までの距離ｚが２２０ｍｍ，５８０ｍｍ，６００ｍｍ（２００ｍｍ≦ｚ≦９００ｍｍ）の実施例に係る試験Ｎｏ．１５〜１７では、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６未満であることが分かる。
【００４６】
なお、上記した各試験１〜３における構成要件以外の実験条件を以下の表４に示す。
【００４７】
【表４】
【００４８】
次に、上記した各試験１〜３において、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６未満のときに「○（ブレークアウトの危険性なし）」の危険性がないと評価し、浸漬ノズル内の偏流度が０．０６以上のときに、「×（ブレークアウトの危険性あり）」と評価した根拠について説明する。
【００４９】
＜凝固遅れとブレークアウトとの因果関係＞
上記実施形態に係る整流構造１０を用いることにより奏される効果は、前述したように主として鋳型幅方向の偏流の抑制である。この偏流を抑制することにより、所謂凝固遅れを改善し、もって、究極的には所謂ブレークアウト（凝固シェル内の溶鋼が凝固シェル外部へ流出してしまう現象）を回避することを目的とする。そこで、ここでは、凝固遅れを定量的に評価するための凝固遅れ度を定義すると共に、この凝固遅れ度とブレークアウトとの因果関係について説明する。
【００５０】
即ち、「凝固遅れ」とは凝固シェルの部分的な成長遅れをいい、その定量化には凝固遅れ度が用いられる。「凝固遅れ度」は、図６に示すホワイトバンドに基づく。「ホワイトバンド」とは、凝固中のシェル前方の溶質が溶鋼流動により洗浄されて現れる線状組織であり、凝固シェルの成長の様子を表す。コーナー部のシェルＢと健全部のシェルＡの厚さに差が生じると、凝固遅れ部と健全部との凝固に伴う収縮量が異なり、凝固遅れ部には鋳片幅方向の引張応力が集中し、縦割の原因となる。縦割の程度が大きくなると凝固シェル内の溶鋼が凝固シェル外部へ流出し、ブレークアウトが発生する。図７に示すように、過去のデータで、凝固遅れ度が４０％を越えるとブレークアウトが発生した実績があるために凝固遅れ度４０％を許容上限とした。
【００５１】
＜鋳型幅方向の偏流の定量化方法＞
次に、実機鋳造における鋳型幅方向の偏流の定量化方法について説明する。図８を参照されたい。図８は、実機鋳造における鋳型幅方向の偏流の定量化方法を説明するための説明図である。即ち、本図に示すように、（１）鋳型狭面中央に縦一列に埋め込まれる熱電対を用いて鋳造方向における鋳型の温度分布を測定し、（２）その温度分布の変曲点を湯面レベルとみなし、（３）鋳型狭面の一方における湯面レベル（「右側湯面」に相当。）と、他方における湯面レベル（「左側湯面」に相当。）との差Δhを求め、（４）この差Δhに依って鋳型幅方向の偏流を定量化した。
【００５２】
＜凝固遅れ度と鋳片幅方向の偏流との因果関係＞
次に、実機操業における、凝固遅れ度と鋳片幅方向の偏流との因果関係を図９を参照しつつ説明する。図９は、実機操業における凝固遅れ度と差Δｈとの関係を示す図である。本図によれば、上記の差Δｈ（本図において「湯面レベル差」に相当する。）が１０［mm］を超えると、凝固遅れ度が４０％以上である凝固遅れが発生することが判る。従って、上述したブレークアウトを回避する観点からは、上記差Δｈ［mm］を１０以下に抑えるとよい。
【００５３】
＜水モデルを用いた検証実験の便宜を図るための換算＞
上述した鋳型幅方向の偏流の定量化方法は、溶鋼が極めて高温であることを利用するものであるから、実機に代えて行おうとする水モデルを用いた検証実験に対しては該定量化方法を直接的には適用できない。従って、この定量化方法に対して若干の工夫を為して考案した、水モデルを用いた検証実験における鋳型幅方向の偏流の定量化方法を説明する。ここで、図１０を参照されたい。図１０は、水モデルにおける鋳型幅方向の偏流の定量化方法を説明するための説明図である。即ち、上記の差Δｈ［m］は、下記式(3)で表現できる。
Δh=ρm×U12/(2×g×(ρm-ρp))-ρm×U22/(2×g×(ρm-ρp))・・・(3)
ただし、
ρm［kg/m3］：溶鋼の密度
ρp［kg/m3］：モールドパウダーの密度
U1［m/s］：鋳型狭面のうち一方の狭面の近傍における溶鋼の上昇流の流速
U2［m/s］：鋳型狭面のうち他方の狭面の近傍における溶鋼の上昇流の流速(U1>U2)
g［m/s2］：重力加速度
【００５４】
例えば上記式(3)に対して、Δh［m］=0.01，g［m/s2］=9.8，ρm［kg/m3］=7000，ρp［kg/m3］=3000を代入すると下記式(4)が導かれる。
U12-U22=0.1・・・(4)
【００５５】
＜偏流度・無偏流・無偏流率の定義＞
ところで、一般に、鋳型狭面における溶鋼の上昇流の流速は、該鋳型狭面近傍における溶鋼の表面流速と略等しいとされる（今村ら：連続鋳造内溶鋼流動の水力学的検討、鉄と鋼、Vol.78、No.3(1992)、p.439-446）から、図１１に示すように鋳型狭面から３０cm離れ、水面から深さ２cmの地点における水の表面流速を電磁流速計を用いて測定し、以降の説明においては、この測定した表面流速を上記変数U1及びU2とみなすこととする。要するに、水の表面流速を測定することで、鋳型幅方向の偏流を評価する。
【００５６】
そして、「鋳型幅方向の偏流度」を下記式(5)のように定義する。
（鋳型幅方向の偏流度）=｜U12-U22｜/｜U12-U22｜cr・・・(5)
ただし、「｜U12-U22」cr｜は、上記式(4)の如く上記差Δh［m］が0.01となるときの｜U12-U22｜の値（つまり、0.1）を意味する。
【００５７】
上記式(5)によって定義される偏流度の絶対値が1未満であるときを「無偏流」の状態と定義する。
【００５８】
＜浸漬ノズル内の偏流度の定義＞
図１１に示すように、浸漬ノズル内の吐出方向軸上で、吐出孔直上位置の壁面から１ｃｍ内側の両吐出孔側の水の流速V1及びV2を電磁流速計を用いて測定した。そして、「浸漬ノズル内の偏流度」を、下記式(6)のように定義する。
（浸漬ノズル内の偏流度）=｜V1-V2｜/Qw/S・・・(6)
ただし、
Qw：浸漬ノズル内の水流量［m3/s］
S：浸漬ノズル内の断面積［m3］
【００５９】
＜浸漬ノズル内の偏流度の境界条件＞
次に、「浸漬ノズル内の偏流度」と「鋳型幅方向の偏流度」との因果関係を図１２を参照しつつ説明する。図１２は、「浸漬ノズル内の偏流度」と「鋳型幅方向の偏流度」との相関関係を示す図である。下記の条件において、流速U1，U2，V1，V2を測定し、「浸漬ノズル内の偏流度」と「鋳型幅方向の偏流度」との相関関係を示すグラフを図１２に示す。同条件において、鋳型幅方向に偏流しているとき、及び、鋳型幅方向の偏流が抑制されているとき、の流速U1，U2，V1，V2を測定して、「浸漬ノズル内の偏流度」および「鋳型幅方向の偏流度」を算出している。図１２及び表５により、「浸漬ノズル内の偏流度」が０．０６以下のときに鋳型幅方向の偏流が抑制されていると定義する。
【００６０】
【表５】
【００６１】
（試験条件）
電磁流速計：メーカー：ケネック社（型番：ＶＭ８０２Ｈ）
鋳型寸法［mm］：幅1260×厚み240
モデル種類：水モデル
溶鋼流量（又は水流量）Qw［cm3/s］：水流量8333
スライドプレートの開閉方向：鋳型幅方向
Ｄ［mm］：85（図１３参照）
θ1［deg.］：35（図１３参照）
e［mm］：100（図１３参照）
f［mm］：70（図１３参照）
g［mm］：30（図１３参照）
【００６２】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態および実施例に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６３】
例えば、上記実施形態では、３層式のスライドプレート方式の流量調整ユニットを採用したが、本発明はこれに限らず、２層式のスライドプレート方式の流量調整ユニットを採用してもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、浸漬ノズル２に一対の溶鋼吐出孔７が形成された２孔式について説明したが、浸漬ノズルの下端が開放した１孔式の形態も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明を利用すれば、スライドプレートの開閉に起因する偏流を抑制することが可能な整流構造を得ることができる。
【符号の説明】
【００６６】
２ 浸漬ノズル（円管部）
７ 溶鋼吐出孔
１０ 整流構造
１１ 内管形状
１１ａ 上端
１１ｂ 下端
１１ｘ 短軸
１１ｙ 長軸
２０ 流量調整ユニット
２２ スライドプレート（中間プレート）
ｘ 短軸の長さ
ｙ 長軸の長さ
ｚ 整流構造の下端から円管部の溶鋼吐出孔の上端までの距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造で使用するスライドプレート方式の流量調整ユニットの下流側に接続される整流構造において、
上端における内管形状が円形であり、上端から連続的に内管形状が変形して、下端における内管形状が長軸及び短軸を有する扁平形状であり、
前記下端における内管形状の短軸が、前記流量調整ユニットのスライドプレートの開閉方向と平行であって、
前記下端の直下には、内管形状が前記下端における内管形状の長軸以上の直径を有する円形で且つ溶鋼吐出孔が穿孔される円管部が接続され、
下記の式(1)及び式(2)を満足することを特徴とする、整流構造。
０．５≦ｘ／ｙ≦０．８・・・(1)
２００ｍｍ≦ｚ≦９００ｍｍ・・・(2)
ただし、
ｘは、整流構造の下端における内管形状の短軸の長さ
ｙは、整流構造の下端における内管形状の長軸の長さ
ｚは、整流構造の下端から円管部の溶鋼吐出孔の上端までの距離
【請求項１】
連続鋳造で使用するスライドプレート方式の流量調整ユニットの下流側に接続される整流構造において、
上端における内管形状が円形であり、上端から連続的に内管形状が変形して、下端における内管形状が長軸及び短軸を有する扁平形状であり、
前記下端における内管形状の短軸が、前記流量調整ユニットのスライドプレートの開閉方向と平行であって、
前記下端の直下には、内管形状が前記下端における内管形状の長軸以上の直径を有する円形で且つ溶鋼吐出孔が穿孔される円管部が接続され、
下記の式(1)及び式(2)を満足することを特徴とする、整流構造。
０．５≦ｘ／ｙ≦０．８・・・(1)
２００ｍｍ≦ｚ≦９００ｍｍ・・・(2)
ただし、
ｘは、整流構造の下端における内管形状の短軸の長さ
ｙは、整流構造の下端における内管形状の長軸の長さ
ｚは、整流構造の下端から円管部の溶鋼吐出孔の上端までの距離
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２０１６４（Ｐ２０１１−２０１６４Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６９２１２（Ｐ２００９−１６９２１２）
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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