鋳片の連続鋳造方法
【課題】鋳片全幅にわたって中心偏析を皆無とすることが可能な連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】浸漬ノズルから鋳型内に溶鋼を供給し、供給した溶鋼を凝固させながら引き抜き、未凝固部を含む鋳片を凝固完了までに圧下ロールを用いて圧下する連続鋳造方法において、前記浸漬ノズルとして、側面に溶鋼の吐出孔を１個有する浸漬ノズルを２本用い、各浸漬ノズルは前記吐出孔から吐出される溶鋼が互いに衝突するように前記鋳型の幅方向に配置されるとともに、前記吐出孔からの溶鋼の吐出方向が、鋳型内の溶鋼湯面に対して鋳込み方向下向きに５°〜２５°の角度に傾斜しており、前記各浸漬ノズルにＡｒガスを１本当たり５ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下の流量で吹き込みながら、前記吐出孔からＡｒガスが混入した溶鋼を吐出させる。
【解決手段】浸漬ノズルから鋳型内に溶鋼を供給し、供給した溶鋼を凝固させながら引き抜き、未凝固部を含む鋳片を凝固完了までに圧下ロールを用いて圧下する連続鋳造方法において、前記浸漬ノズルとして、側面に溶鋼の吐出孔を１個有する浸漬ノズルを２本用い、各浸漬ノズルは前記吐出孔から吐出される溶鋼が互いに衝突するように前記鋳型の幅方向に配置されるとともに、前記吐出孔からの溶鋼の吐出方向が、鋳型内の溶鋼湯面に対して鋳込み方向下向きに５°〜２５°の角度に傾斜しており、前記各浸漬ノズルにＡｒガスを１本当たり５ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下の流量で吹き込みながら、前記吐出孔からＡｒガスが混入した溶鋼を吐出させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳片の連続鋳造方法に関し、特に全幅にわたり中心偏析のない鋳片を得ることが可能な連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造法を用いて鋳片を製造する場合には、しばしば中心偏析と呼ばれる内部欠陥の発生が問題となる。この中心偏析は、鋳片の厚さ方向中心部（最終凝固部）で、Ｃ、Ｓ、ＰおよびＭｎ等の溶鋼成分が正偏析する現象である。この現象は、厚板素材において特に深刻な問題であり、中心偏析が発生した部分における靭性の低下や水素誘起割れの原因となることが知られている。
【０００３】
中心偏析は、溶鋼の凝固末期におけるデンドライト（樹脂状晶）樹間の未凝固溶鋼（以下「残溶鋼」という。）が、溶鋼の凝固収縮または凝固シェルのバルジング等に起因して、最終凝固部の凝固完了点に向かってマクロ的に移動し、かつ、Ｃ、Ｓ、ＰおよびＭｎ等が濃化した溶鋼（以下「濃化溶鋼」という。）が局部的に集積するために起こることがわかっている。
【０００４】
中心偏析の発生の防止対策としては、凝固完了点付近を、ロールを用いて圧下すること、または金型等を用いて何らかの方法で圧下等することにより、残溶鋼の移動や濃化溶鋼の集積を阻止する方法があり、種々の技術思想に基づく方法が提案されてきた。
【０００５】
例えば特許文献１では、鋳片表面に噴射される二次冷却水量を増加させることにより、鋳片の最終凝固部の表面温度を７００〜８００℃の範囲とし、凝固シェルの厚さを増加させることにより、ロール間バルジングを抑制し、さらに軽圧下ロール群で毎分０．２〜０．４％の歪み速度の圧下力を鋳片に加えることにより、濃化溶鋼の流動を阻止し、中心偏析を防止する方法が提案されている。このような圧下ロール群による軽圧下では、鋳片長手方向に対して点状にしか圧下できないため、凝固収縮やロール間のバルジングを十分に抑制することができないという問題がある。
【０００６】
特許文献２では、鋳片の凝固完了点近傍を加工面が平坦な金型で連続的に鍛圧加工する方法が開示されている。しかし、この方法には、金型を用いた鍛圧加工装置を設ける必要があるため、設備コストが非常に高いという欠点がある。
【０００７】
特許文献３では、未凝固部を含む鋳片を一旦バルジングさせ、凝固完了直前の時点でバルジング量相当分を圧下して中心偏析を防止する方法が開示されている。しかしながら、この方法では、凝固遅れにより未凝固層の大きい領域が存在した状態で、鋳片幅方向の両端部近傍での圧下が不足した場合に、鋳片幅方向における両端部分近傍での中心偏析の防止は十分でないことがあり、さらなる幅方向の均一凝固への改善が望まれている。
【０００８】
特許文献４では、未凝固部を有する鋳片をバルジングさせた後、圧下ロールで圧下する方法であって、バルジングさせることに伴ってロールと非接触となる鋳片両端部を、適切に水量を増加させた二次冷却水で冷却することにより、未凝固部の厚さを鋳片幅方向で均一にする方法が開示されている。しかしながら、割れ感受性の高い鋼では、積極的に二次冷却水量を増加させても、ロールと非接触となることによる冷却不足を補償することができない。さらに、上述の未凝固鋳片をバルジングした際に発生する軽微な内部割れが製品欠陥となることがある。
【０００９】
以上のような鋳片幅方向の凝固の不均一対策として、本出願人は、特許文献５では、浸漬ノズルを鋳型内に２本以上配置することで、溶鋼の吐出流を制御し、これにより鋳片幅方向の不均一凝固を解消し、最適な形状の未凝固領域を有する鋳片を連続的に圧下することで、中心偏析を防止する方法を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−２５２６５５号公報
【特許文献２】特許第２９１５５４４号公報
【特許文献３】特開平９−５７４１０号公報
【特許文献４】特許第３９６０２４９号公報
【特許文献５】特許第３０７７５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本出願人が特許文献５で提案した方法では、一定の中心偏析の改善が得られるものの、各浸漬ノズルからの吐出流量の制御が困難であり、吐出流量の乱れにより、溶鋼下降流のゆらぎ（流速のばらつき）が生じ、鋳片幅方向の不均一凝固を解消するには至らない場合が散発し、その安定化に改善の余地が残っていた。
【００１２】
このように、従来の連続鋳造方法では、中心偏析のレベルを、鋳片の幅方向では改善することができるものの、幅方向で常に安定的に均一とするには困難さが伴う。
【００１３】
そのため、通常はインゴットで製造されるような割れ感受性の高い高強度鋼や、ＵＯＥ製管用等のように大きな曲げ歪を生じる厚肉材の素材を連続鋳造する場合には、中心偏析レベルが全体に比較的軽微であっても、一部での強いレベルの中心偏析の残存が製管時の割れの原因となる課題が残っていた。
【００１４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋳片全幅にわたって中心偏析を皆無とすることが可能な連続鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、上記の課題を解決するため、鋳片幅方向の未凝固部の厚さを均一に確保しつつ、クレーターエンド（未凝固部先端）の形状を圧下時に濃化溶鋼が残存しにくい形状に制御することについて検討した。
【００１６】
その結果、鋳型に溶鋼を供給する浸漬ノズルを鋳型の幅方向に２本並列して配置し、各浸漬ノズルからの溶鋼の吐出流を対向、衝突させることによって、溶鋼の鋳型の幅方向の速度分布を鋳込み方向下向きに凸の状態（Ｕ字状の状態）に制御するのが有効であることを知見した。このように溶鋼の吐出流を制御することにより、鋳片幅方向の未凝固部の厚さを均一にすることができ、しかも、鋳片厚さ方向の中心を含む縦断面でクレーターエンドの形状を、鋳片の圧下時に濃化溶鋼が残存しにくいＵ字状とすることができるからである。さらに、この鋳片を凝固完了までに圧下することによって、鋳片の最終凝固位置における濃化溶鋼の流入を防止し、中心偏析を皆無にできることを知見した。
【００１７】
さらに、各浸漬ノズルからの対向する吐出流を、全ては衝突させず、一部をわずかに逃がすことで、全てを衝突させた場合と比較して、鋳型幅方向により均一な下降流を形成できること、および鋳造された鋳片には中心偏析が観察されず、かつ偏析度も低減し、偏析度のばらつきも小さくなることを知見した。
【００１８】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨は下記の（１）〜（４）に示す鋳片の連続鋳造方法にある。
【００１９】
（１）浸漬ノズルから鋳型内に溶鋼を供給し、供給した溶鋼を凝固させながら引き抜き、未凝固部を含む鋳片を凝固完了までに圧下ロールを用いて圧下する連続鋳造方法において、前記浸漬ノズルとして、側面に溶鋼の吐出孔を１個有する浸漬ノズルを２本用い、各浸漬ノズルは前記吐出孔から吐出される溶鋼が互いに衝突するように前記鋳型の幅方向に配置されるとともに、前記吐出孔からの溶鋼の吐出方向が、鋳型内の溶鋼湯面に対して鋳込み方向下向きに５°〜２５°の角度に傾斜しており、前記各浸漬ノズルにＡｒガスを１本当たり５ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下の流量で吹き込みながら、前記吐出孔からＡｒガスが混入した溶鋼を吐出させることを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
【００２０】
（２）前記各浸漬ノズルの吐出孔からの溶鋼の吐出方向は、鋳型内の溶鋼湯面に平行な方向の成分が互いに平行であり、かつ前記鋳型の幅方向に対して０°〜１５°の角度に偏向していることを特徴とする前記（１）の鋳片の連続鋳造方法。
【００２１】
（３）前記圧下ロールとして、鋳片を支持し、案内するロール群のうち最大の直径のものの１．５倍以上の直径を有する大径ロールを用い、圧下量を鋳片厚さの５〜２０％として圧下することを特徴とする前記（１）または（２）の鋳片の連続鋳造方法。
【００２２】
（４）前記圧下ロールとして、鋳片を支持し、案内するロール群のうち最大の直径のものの１．５倍未満の直径を有する小径ロールを複数対用い、圧下量を鋳片厚さの５％以下として圧下することを特徴とする前記（１）または（２）の鋳片の連続鋳造方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の鋳片の連続鋳造方法によれば、浸漬ノズルからの溶鋼吐出流によって形成される、鋳片内における溶鋼の流動を制御することにより、鋳片幅方向の未凝固部の厚さを均一に確保しつつ、クレーターエンドの形状を圧下時に濃化溶鋼が残存しにくい形状に制御することができ、さらに、鋳片最終凝固位置における濃化溶鋼の流入を防止するのに十分な圧下量を付与することが可能であるため、全幅で中心偏析を皆無とした鋳片を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の鋳片の連続鋳造方法に用いることのできる垂直曲げ型の連続鋳造機の縦断面の概略を示す図であり、同図（ａ）は鋳片を大圧下するために大径ロールを採用する場合、同図（ｂ）は鋳片を軽圧下するために小径ロールを採用する場合をそれぞれ示す。
【図２】鋳型の正面方向から見た浸漬ノズルおよび鋳型周辺の概略図であり、同図（ａ）は従来の連続鋳造方法を適用した場合の一例を示し、同図（ｂ）は本発明の鋳片の連続鋳造方法を適用した場合の一例を示す。
【図３】未凝固部を有する鋳片横断面の概略図であり、同図（ａ）は前記図２（ａ）で説明する方法を用いた場合を示し、同図（ｂ）は前記図２（ｂ）で説明する方法を用いた場合を示す。
【図４】鋳込み方向から見た鋳型および２本の浸漬ノズルの配置関係を示す図であり、同図（ａ）は吐出孔が偏向していない場合、同図（ｂ）は吐出孔の偏向角度が５°である場合、同図（ｃ）は吐出孔の偏向角度が１０°である場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の鋳片の連続鋳造方法は、上述の通り、浸漬ノズルから鋳型内に溶鋼を供給し、供給した溶鋼を凝固させながら引き抜き、未凝固部を含む鋳片を凝固完了までに圧下ロールを用いて圧下する連続鋳造方法において、前記浸漬ノズルとして、側面に溶鋼の吐出孔を１個有する浸漬ノズルを２本用い、各浸漬ノズルは前記吐出孔から吐出される溶鋼が互いに衝突するように前記鋳型の幅方向に配置されるとともに、前記吐出孔からの溶鋼の吐出方向が、鋳型内の溶鋼湯面に対して鋳込み方向下向きに５°〜２５°の角度に傾斜しており、前記各浸漬ノズルにＡｒガスを１本当たり５ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下の流量で吹き込みながら、前記吐出孔からＡｒガスが混入した溶鋼を吐出させる方法である。以下、本発明の内容について従来例と比較しながら説明する。
【００２６】
図１は、本発明の鋳片の連続鋳造方法に用いることのできる垂直曲げ型の連続鋳造機の縦断面の概略を示す図であり、同図（ａ）は鋳片を大圧下するために大径ロールを採用する場合、同図（ｂ）は鋳片を軽圧下するために小径ロールを採用する場合それぞれ示す。同図（ａ）および（ｂ）に示すように、レードルおよびタンディッシュ（いずれも不図示）から供給された溶鋼１は、浸漬ノズル３から鋳型４内に注入される。浸漬ノズル３内には、Ａｒ等の不活性ガスが、溶鋼１に混入するように吹き込まれる。溶鋼１は、鋳型４内での一次冷却により凝固して、鋳片２の表面を構成する凝固シェル２ａを形成する。内部に未凝固部（溶鋼１）を保持した鋳片２は、続くサポートロール群５で支持され、案内されながら、冷却水のスプレー等による二次冷却により凝固が促進され、サポートロール群５内で完全に凝固し、ピンチロール（不図示）で引き出される。
【００２７】
また、鋳片２は、凝固完了までに圧下される。鋳片２の圧下は、同図（ａ）に示す連続鋳造機では、上下１対の大径ロール６によって行われ、同図（ｂ）に示す連続鋳造機では複数の小径ロール７によって行われる。圧下量は、大径ロールを用いる場合には鋳片厚さの５〜２０％とすることが好ましく、小径ロールを用いる場合には鋳片厚さの５％以下とすることが好ましい。ここで、大径ロールとは、サポートロール群５を構成するロールのうち最大の直径のものの１．５倍以上の直径を有するものをいう。小径ロールとは、サポートロール群５を構成するロールのうち最大の直径のものの１．５倍未満の直径を有するものをいう。
【００２８】
図２は、鋳型の正面方向から見た浸漬ノズルおよび鋳型周辺の概略図であり、同図（ａ）は従来の連続鋳造方法を適用した場合の一例を示し、同図（ｂ）は本発明の鋳片の連続鋳造方法を適用した場合の一例を示す。図３は、未凝固部を有する鋳片横断面の概略図であり、同図（ａ）は前記図２（ａ）で説明する方法を用いた場合を示し、同図（ｂ）は前記図２（ｂ）で説明する方法を用いた場合を示す。
【００２９】
図２（ａ）には、従来の連続鋳造方法として、側面に２個の吐出孔３ａを有する浸漬ノズル３を１本、鋳型４内に配置した場合を示す。２個の吐出孔３ａは、それぞれ鋳型４の短辺面（鋳型幅方向に垂直な面）に対向し、かつ溶鋼の吐出方向が鋳型内の溶鋼湯面に対して鋳込み方向下向きに所定の角度に傾斜するように設けられている。各吐出孔３ａからの溶鋼の吐出流は、同図に示すように、鋳込み方向下向きの下降流ａ２および鋳込み方向上向きの上昇流ａ１に分離し、下降流ａ２によって、鋳片２の幅方向中央部と端部との中間部分に向かう下降流ａ３が形成される。そのため、凝固シェル２ａ内における未凝固部（溶鋼１）の鋳型幅方向の速度分布Ｖａは、中央部および凝固シェル２ａに接する部分で極小となり、中央部と端部との中間部分で極大となる、Ｗ字状の不均一な分布となる。
【００３０】
その結果、鋳片２のクレーターエンドにおいても、鋳片厚さ方向の中心を含む縦断面がＷ字状となる。また、その溶鋼流に起因し、鋳片２の凝固シェル２ａは、図３（ａ）に示すように、横断面が鋳片２の幅方向の中央部では厚く、中央部と端部との中間部分では薄い形状となる。この場合、鋳片２の圧下量が、鋳片２の幅方向中央部の未凝固部の厚さ程度であると、鋳片２の幅方向中央部では凝固シェル２ａが十分に圧下され、未凝固溶鋼１が排出されるものの、中央部と端部との中間部分では圧下が不十分となることから、排出されなかった未凝固溶鋼１は凝固後に偏析として残存する。
【００３１】
図２（ｂ）には、本発明の鋳片の連続鋳造方法である、浸漬ノズル３を２本、鋳型４内に配置した場合を示す。２本の浸漬ノズル３は、後述する図４に示すように、鋳型厚さ方向の中心線上に、鋳型幅方向の中心線に対して対称に配置されることが好ましい。
【００３２】
各浸漬ノズル３には側面に１個の吐出孔３ａが、溶鋼の吐出方向が鋳型内の溶鋼湯面に対して鋳込み方向下向きに５°〜２５°の角度で傾斜するように設けられている。この傾斜角度が５°未満であると吐出流の鋳込み方向下向きの速度が十分に得られず、２５°を超えると吐出流がゆらぎを伴って不安定となり、鋳片の凝固が不均一となる。
【００３３】
各浸漬ノズル３の吐出孔３ａは、溶鋼の吐出方向が、互いに対向するように配置される。以下、浸漬ノズル３の側面に吐出孔３ａが１個だけ設けられている状態を「片孔」という。
【００３４】
このように片孔の浸漬ノズル３を２本、吐出孔３ａが対向するように配置することにより、各吐出孔３ａからの溶鋼の吐出流ｂ１は、図２（ｂ）に示すように、鋳込み方向下向きの下降流ｂ３および鋳込み方向上向きの上昇流ｂ２に分離する。上昇流ｂ２は溶鋼の液面に接すると溶鋼方向に反転し、鋳型４の側壁に沿って下降流ｂ４を形成する。鋳込み方向下向きの下降流ｂ３は、鋳片２の幅方向中央部において合流し、速度の大きい流れを形成する。凝固シェル２ａ近傍では、鋳込み方向上向きの速度の小さい上昇流ｂ５が発生する。このようにして、各吐出孔３ａから吐出された溶鋼が形成する、凝固シェル２ａ内における未凝固部（溶鋼１）の鋳型幅方向の速度分布Ｖｂは、凝固シェル２ａに接する部分で極小、中央部で極大の、概ね平坦な下に凸（Ｕ字状）の分布となる。
【００３５】
その結果、鋳片２のクレーターエンドでも、鋳片厚さ方向の中心を含む縦断面がＵ字状となる。また、その溶鋼流に起因し、鋳片２の凝固シェル２ａは、図３（ｂ）に示すように、中央部がほぼ均一の厚さであり、端部に近づくほど厚い形状となる。クレーターエンドおよび凝固シェルがこのような形状である場合には、鋳片２の凝固完了位置の鋳込み方向上流側近傍においては、圧下位置によらず、鋳片２の全体で幅方向全域にわたり凝固シェル２ａが十分かつ均一に圧下され、未凝固溶鋼１が排出されるため、偏析は発生しない。
【００３６】
２本の吐出孔３ａからの溶鋼の吐出方向の、鋳込み方向からの傾斜角度は、両方の浸漬ノズル３で同じであることが好ましい。ただし、連続鋳造機における浸漬ノズル３と鋳型４の配置の関係上、鋳型４の横断面の中心と２本の浸漬ノズル３の中点とを一致させることができない場合には、各浸漬ノズル３からの溶鋼流が鋳型の幅方向の中心線に対して対称となるようにするため、浸漬ノズル３ごとに異なる角度としても差し支えない。
【００３７】
さらに、本発明の鋳片の連続鋳造方法では、吐出孔３ａから吐出される溶鋼に不活性ガスが混入するように、浸漬ノズル３に不活性ガスを吹き込む。これにより、介在物による浸漬ノズル３の閉塞をきたすことなく溶鋼の流動を安定させることができるため、クレーターエンドの形状を高い精度でＵ字状に制御すること、前記図３（ｂ）に示す形状の凝固シェル２ａを形成すること、および偏析の発生を抑制することを、安定して行うことができる。
【００３８】
浸漬ノズル３に吹き込む不活性ガスとしてはＡｒを使用する。浸漬ノズル３に吹き込むＡｒガスの流量は、浸漬ノズル１本当たり、５〜１５ＮＬ／ｍｉｎとする。これは、５ＮＬ／ｍｉｎ未満では鋳型内の溶鋼湯面に皮張りが発生する懸念があり、１５ＮＬ／ｍｉｎを超えると外乱が増加して湯面の状態が不安定となり、パウダー巻き込みが発生する懸念があるためである。Ａｒガスの流量は、８〜１０ＮＬ／ｍｉｎが好ましい。
【００３９】
図４は、鋳込み方向から見た鋳型および２本の浸漬ノズルの配置関係を示す図であり、同図（ａ）は吐出孔が偏向していない場合、同図（ｂ）は吐出孔の偏向角度が５°である場合、同図（ｃ）は吐出孔の偏向角度が１０°である場合を示す。同図に示すように、浸漬ノズル３は、鋳込み方向から見て、鋳型厚さ方向の中心線上に、鋳型幅方向の中心線に対して対称に配置されることが好ましい。
【００４０】
また、本発明の連続鋳造方法では、各浸漬ノズル３の吐出孔３ａからの溶鋼の吐出方向は鋳型４の中心方向に向かう成分を有し、鋳型内の溶鋼湯面に平行な方向の成分が互いに平行であり、かつ鋳型の幅方向に対して所定の角度に偏向していることが好ましい。そのため、溶鋼の吐出方向がこのような角度となるように、吐出孔３ａの偏向角度を設定することが好ましい。ここで、偏向角度とは、鋳型４の横断面において、鋳型幅方向を基準とした溶鋼の吐出方向および吐出孔３ａの角度をいう。前述のように、図４（ａ）は、吐出孔が偏向していない場合、すなわち偏向角度が０°の場合、同図（ｂ）は偏向角度が５°である場合、同図（ｃ）は偏向角度が１０°である場合を示す。
【００４１】
このように浸漬ノズル３の吐出孔３ａを偏向させることにより、対向する浸漬ノズル３からの溶鋼の吐出流を全ては互いに衝突させず、一部をわずかに逃がすこととなる。この場合、溶鋼流を全て衝突させた場合（偏向させていない場合）と比較して、より均一に近い、下に凸の鋳型の幅方向の速度分布を有する下降流を形成することができる。そのため、鋳片のクレーターエンドの縦断面の形状をＵ字状に制御し、凝固シェルを中央部がほぼ均一の厚さであり、端部に近づくほど厚い形状に制御することができる。
【００４２】
溶鋼の吐出方向の偏向角度は、５°〜１５°が好ましい。偏向角度が１５°を超えると、溶鋼の下降流の均一性が乱れることとなり、クレーターエンドおよび凝固シェルの形状を正確に制御することができないからである。
【００４３】
本発明の方法が適用可能な連続鋳造装置は、垂直型に限らず、湾曲型、垂直曲げ型等のいずれの型にも適用することができる。
【実施例】
【００４４】
本発明の鋳片の連続鋳造方法の効果を確認するため、以下に示すスラブの連続鋳造試験を実施してその結果を評価した。
【００４５】
１．試験条件
連続鋳造機として、前記図１に示す垂直曲げ型連続鋳造機を用いた。連続鋳造機は、垂直部２．５ｍ、湾曲半径９．４ｍ、機長２８ｍであった。スラブの圧下は同図（ａ）に示す上下１対の大径ロールまたは同図（ｂ）に示す複数の小径ロールを用いて行った。大径ロールを用いた圧下では、凝固完了までに鋳片厚さの５〜２０％を圧下した。小径ロールを用いた圧下では、凝固完了までに鋳片厚さの５％以内を圧下した。スラブの鋳造サイズは厚さ２５０ｍｍ、幅２３００ｍｍとし、鋳造速度は０．８０ｍ／ｍｉｎとした。また、浸漬ノズルから溶鋼とともに吹き込む不活性ガスはＡｒとした。
【００４６】
鋳造に用いた鋼は、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．５０％、Ｓｉ：０．０４〜０．６０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成（鋳片状態）であった。これは、厚鋼板として用いられている鋼種である。
【００４７】
また、溶鋼過熱度、使用した浸漬ノズルおよびその吐出孔からの溶鋼の吐出流の鋳型内の溶鋼湯面に対する傾き（吐出角度）、圧下方法ならびに圧下ゾーンの長さは表１に示す通りとした。表１中の圧下方法の欄に記載の「大圧下」とは大径ロールを用いて行った圧下であり、「軽圧下」とは小径ロールを用いて行った圧下である。また、圧下ゾーンの欄に記載の「−」とは、１箇所での圧下であることを示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
試験Ａ、ＢおよびＧは、本発明の規定を満足する本発明例である。試験Ｃ〜ＦおよびＨは本発明の規定を満足しない比較例である。試験ＣはＡｒの吹き込み量が、試験ＤはＡｒの吹き込み量および溶鋼の吐出角度が、試験Ｅは浸漬ノズルの本数が、試験Ｆは浸漬ノズルの本数および圧下量が、試験Ｈは浸漬ノズルの傾斜角が、それぞれ本発明の規定を満足しない。
【００５０】
また、試験Ａ〜Ｆは、対向する浸漬ノズルからの吐出流の鋳型内の溶鋼湯面に平行な方向の成分を互いに平行とし、かつ前記鋳型の幅方向に対する偏向角度を０°とし、試験ＧおよびＨは偏向角度をそれぞれ１０°および２０°とした。すなわち試験Ａ〜Ｆでは対向する浸漬ノズルからの吐出流を偏向させず、試験ＧおよびＨでは偏向させた。偏向角度とは、前記図４に示される角度である。
【００５１】
各試験について、完全凝固後の鋳片を鋳込み方向に垂直な断面における、炭素濃度の分布を測定し、以下の項目について評価した。炭素濃度はマッピングアナライザを用いて測定した。
【００５２】
２．評価項目
表２に評価項目およびその結果を示す。評価項目は、目視により観察した「中心偏析分布」、「偏析面積」、「炭素の最大偏析度」および「炭素偏析度のばらつき」とした。偏析度とは、測定箇所の炭素濃度Ｃを、タンディッシュ内の溶鋼の炭素濃度の分析値Ｃ0で除した値Ｃ／Ｃ0である。炭素の最大偏析度とは、中心偏析部における最大炭素濃度ＣMについての偏析度、すなわちＣM／Ｃ0である。偏析面積とはＣ／Ｃ0＞１．０である領域の面積である。炭素偏析度のばらつきとは、最大炭素濃度ＣMと最小炭素濃度Ｃmとの差ＣM−Ｃmである。
【００５３】
【表２】
【００５４】
２−１．試験Ａ〜Ｆの比較
まず、比較例である試験Ｃ〜Ｆの結果について説明する。表２に示すように、片孔の浸漬ノズルを２本使用した試験ＣおよびＤでは、２孔の浸漬ノズルを１本使用した試験ＥおよびＦと比較して、偏析面積および炭素の最大偏析度はいずれも小さく、良好な値であったものの、中心偏析がわずかに残存し、中心偏析の皆無化には至らなかった。
【００５５】
試験Ｃおよび試験Ｄで中心偏析がわずかに残存した理由は、試験Ｃでは溶鋼とともにＡｒガスを流さなかったこと、試験Ｄでは溶鋼とともにＡｒガスを流さなかったことに加えて溶鋼の吐出流の鉛直下向き方向への傾斜が過剰であったことから、浸漬ノズルからの溶鋼の吐出流がゆらぎを伴うこととなり、溶鋼の凝固が不均一であったためと考えられる。
【００５６】
これらの比較例に対して、本発明例である試験ＡおよびＢは、中心偏析は確認されず、また、炭素の最大偏析度および炭素偏析度のばらつきも小さかった。
【００５７】
２−２．試験Ａ、ＧおよびＨの比較
さらに、対向する浸漬ノズルからの吐出流を鋳型の幅方向に対して偏向させた場合について説明する。本発明例である試験Ａと試験Ｇを比較すると、いずれも中心偏析が確認されなかったことに加え、偏向させた試験Ｇでは、偏向させなかった試験Ａと比較して、炭素の最大偏析度が小さく、炭素偏析度のばらつきも小さかった。これは、対向する浸漬ノズルからの吐出流を全て衝突させず、互いにわずかに逃がすことで、鋳片の幅方向により均一な溶鋼の下降流を形成できたためである。
【００５８】
一方、比較例である試験Ｈでは、中心偏析が存在していた。これは、偏向角度が大きすぎたため、溶鋼の下降流の均一性が乱れたためである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の鋳片の連続鋳造方法によれば、浸漬ノズルからの溶鋼吐出流によって形成される鋳片内流動を制御することにより、鋳片幅方向の未凝固部の厚さを均一とし、クレーターエンドの形状を圧下時に濃化溶鋼が残存しにくい形状に制御し、さらに、鋳片最終凝固位置における濃化溶鋼の流入を防止するのに十分な圧下量を付与することが可能であるため、全幅で中心偏析を皆無とした鋳片を得ることができる。本発明は、内部品質の良好な鋳片を容易に得られるという点で、産業上、非常に価値が高い。
【符号の説明】
【００６０】
１：溶鋼、 ２：鋳片、 ２ａ：凝固シェル、 ３：浸漬ノズル、 ３ａ：吐出孔、
４：鋳型、 ５：サポートロール群、 ６：大径ロール、 ７：小径ロール、
ａ１：上昇流、 ａ２：下降流、 ａ３：下降流、 ｂ１：吐出流、 ｂ２：上昇流、
ｂ３：下降流、 ｂ４：下降流、 ｂ５：上昇流
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳片の連続鋳造方法に関し、特に全幅にわたり中心偏析のない鋳片を得ることが可能な連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造法を用いて鋳片を製造する場合には、しばしば中心偏析と呼ばれる内部欠陥の発生が問題となる。この中心偏析は、鋳片の厚さ方向中心部（最終凝固部）で、Ｃ、Ｓ、ＰおよびＭｎ等の溶鋼成分が正偏析する現象である。この現象は、厚板素材において特に深刻な問題であり、中心偏析が発生した部分における靭性の低下や水素誘起割れの原因となることが知られている。
【０００３】
中心偏析は、溶鋼の凝固末期におけるデンドライト（樹脂状晶）樹間の未凝固溶鋼（以下「残溶鋼」という。）が、溶鋼の凝固収縮または凝固シェルのバルジング等に起因して、最終凝固部の凝固完了点に向かってマクロ的に移動し、かつ、Ｃ、Ｓ、ＰおよびＭｎ等が濃化した溶鋼（以下「濃化溶鋼」という。）が局部的に集積するために起こることがわかっている。
【０００４】
中心偏析の発生の防止対策としては、凝固完了点付近を、ロールを用いて圧下すること、または金型等を用いて何らかの方法で圧下等することにより、残溶鋼の移動や濃化溶鋼の集積を阻止する方法があり、種々の技術思想に基づく方法が提案されてきた。
【０００５】
例えば特許文献１では、鋳片表面に噴射される二次冷却水量を増加させることにより、鋳片の最終凝固部の表面温度を７００〜８００℃の範囲とし、凝固シェルの厚さを増加させることにより、ロール間バルジングを抑制し、さらに軽圧下ロール群で毎分０．２〜０．４％の歪み速度の圧下力を鋳片に加えることにより、濃化溶鋼の流動を阻止し、中心偏析を防止する方法が提案されている。このような圧下ロール群による軽圧下では、鋳片長手方向に対して点状にしか圧下できないため、凝固収縮やロール間のバルジングを十分に抑制することができないという問題がある。
【０００６】
特許文献２では、鋳片の凝固完了点近傍を加工面が平坦な金型で連続的に鍛圧加工する方法が開示されている。しかし、この方法には、金型を用いた鍛圧加工装置を設ける必要があるため、設備コストが非常に高いという欠点がある。
【０００７】
特許文献３では、未凝固部を含む鋳片を一旦バルジングさせ、凝固完了直前の時点でバルジング量相当分を圧下して中心偏析を防止する方法が開示されている。しかしながら、この方法では、凝固遅れにより未凝固層の大きい領域が存在した状態で、鋳片幅方向の両端部近傍での圧下が不足した場合に、鋳片幅方向における両端部分近傍での中心偏析の防止は十分でないことがあり、さらなる幅方向の均一凝固への改善が望まれている。
【０００８】
特許文献４では、未凝固部を有する鋳片をバルジングさせた後、圧下ロールで圧下する方法であって、バルジングさせることに伴ってロールと非接触となる鋳片両端部を、適切に水量を増加させた二次冷却水で冷却することにより、未凝固部の厚さを鋳片幅方向で均一にする方法が開示されている。しかしながら、割れ感受性の高い鋼では、積極的に二次冷却水量を増加させても、ロールと非接触となることによる冷却不足を補償することができない。さらに、上述の未凝固鋳片をバルジングした際に発生する軽微な内部割れが製品欠陥となることがある。
【０００９】
以上のような鋳片幅方向の凝固の不均一対策として、本出願人は、特許文献５では、浸漬ノズルを鋳型内に２本以上配置することで、溶鋼の吐出流を制御し、これにより鋳片幅方向の不均一凝固を解消し、最適な形状の未凝固領域を有する鋳片を連続的に圧下することで、中心偏析を防止する方法を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−２５２６５５号公報
【特許文献２】特許第２９１５５４４号公報
【特許文献３】特開平９−５７４１０号公報
【特許文献４】特許第３９６０２４９号公報
【特許文献５】特許第３０７７５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本出願人が特許文献５で提案した方法では、一定の中心偏析の改善が得られるものの、各浸漬ノズルからの吐出流量の制御が困難であり、吐出流量の乱れにより、溶鋼下降流のゆらぎ（流速のばらつき）が生じ、鋳片幅方向の不均一凝固を解消するには至らない場合が散発し、その安定化に改善の余地が残っていた。
【００１２】
このように、従来の連続鋳造方法では、中心偏析のレベルを、鋳片の幅方向では改善することができるものの、幅方向で常に安定的に均一とするには困難さが伴う。
【００１３】
そのため、通常はインゴットで製造されるような割れ感受性の高い高強度鋼や、ＵＯＥ製管用等のように大きな曲げ歪を生じる厚肉材の素材を連続鋳造する場合には、中心偏析レベルが全体に比較的軽微であっても、一部での強いレベルの中心偏析の残存が製管時の割れの原因となる課題が残っていた。
【００１４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋳片全幅にわたって中心偏析を皆無とすることが可能な連続鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、上記の課題を解決するため、鋳片幅方向の未凝固部の厚さを均一に確保しつつ、クレーターエンド（未凝固部先端）の形状を圧下時に濃化溶鋼が残存しにくい形状に制御することについて検討した。
【００１６】
その結果、鋳型に溶鋼を供給する浸漬ノズルを鋳型の幅方向に２本並列して配置し、各浸漬ノズルからの溶鋼の吐出流を対向、衝突させることによって、溶鋼の鋳型の幅方向の速度分布を鋳込み方向下向きに凸の状態（Ｕ字状の状態）に制御するのが有効であることを知見した。このように溶鋼の吐出流を制御することにより、鋳片幅方向の未凝固部の厚さを均一にすることができ、しかも、鋳片厚さ方向の中心を含む縦断面でクレーターエンドの形状を、鋳片の圧下時に濃化溶鋼が残存しにくいＵ字状とすることができるからである。さらに、この鋳片を凝固完了までに圧下することによって、鋳片の最終凝固位置における濃化溶鋼の流入を防止し、中心偏析を皆無にできることを知見した。
【００１７】
さらに、各浸漬ノズルからの対向する吐出流を、全ては衝突させず、一部をわずかに逃がすことで、全てを衝突させた場合と比較して、鋳型幅方向により均一な下降流を形成できること、および鋳造された鋳片には中心偏析が観察されず、かつ偏析度も低減し、偏析度のばらつきも小さくなることを知見した。
【００１８】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨は下記の（１）〜（４）に示す鋳片の連続鋳造方法にある。
【００１９】
（１）浸漬ノズルから鋳型内に溶鋼を供給し、供給した溶鋼を凝固させながら引き抜き、未凝固部を含む鋳片を凝固完了までに圧下ロールを用いて圧下する連続鋳造方法において、前記浸漬ノズルとして、側面に溶鋼の吐出孔を１個有する浸漬ノズルを２本用い、各浸漬ノズルは前記吐出孔から吐出される溶鋼が互いに衝突するように前記鋳型の幅方向に配置されるとともに、前記吐出孔からの溶鋼の吐出方向が、鋳型内の溶鋼湯面に対して鋳込み方向下向きに５°〜２５°の角度に傾斜しており、前記各浸漬ノズルにＡｒガスを１本当たり５ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下の流量で吹き込みながら、前記吐出孔からＡｒガスが混入した溶鋼を吐出させることを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
【００２０】
（２）前記各浸漬ノズルの吐出孔からの溶鋼の吐出方向は、鋳型内の溶鋼湯面に平行な方向の成分が互いに平行であり、かつ前記鋳型の幅方向に対して０°〜１５°の角度に偏向していることを特徴とする前記（１）の鋳片の連続鋳造方法。
【００２１】
（３）前記圧下ロールとして、鋳片を支持し、案内するロール群のうち最大の直径のものの１．５倍以上の直径を有する大径ロールを用い、圧下量を鋳片厚さの５〜２０％として圧下することを特徴とする前記（１）または（２）の鋳片の連続鋳造方法。
【００２２】
（４）前記圧下ロールとして、鋳片を支持し、案内するロール群のうち最大の直径のものの１．５倍未満の直径を有する小径ロールを複数対用い、圧下量を鋳片厚さの５％以下として圧下することを特徴とする前記（１）または（２）の鋳片の連続鋳造方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の鋳片の連続鋳造方法によれば、浸漬ノズルからの溶鋼吐出流によって形成される、鋳片内における溶鋼の流動を制御することにより、鋳片幅方向の未凝固部の厚さを均一に確保しつつ、クレーターエンドの形状を圧下時に濃化溶鋼が残存しにくい形状に制御することができ、さらに、鋳片最終凝固位置における濃化溶鋼の流入を防止するのに十分な圧下量を付与することが可能であるため、全幅で中心偏析を皆無とした鋳片を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の鋳片の連続鋳造方法に用いることのできる垂直曲げ型の連続鋳造機の縦断面の概略を示す図であり、同図（ａ）は鋳片を大圧下するために大径ロールを採用する場合、同図（ｂ）は鋳片を軽圧下するために小径ロールを採用する場合をそれぞれ示す。
【図２】鋳型の正面方向から見た浸漬ノズルおよび鋳型周辺の概略図であり、同図（ａ）は従来の連続鋳造方法を適用した場合の一例を示し、同図（ｂ）は本発明の鋳片の連続鋳造方法を適用した場合の一例を示す。
【図３】未凝固部を有する鋳片横断面の概略図であり、同図（ａ）は前記図２（ａ）で説明する方法を用いた場合を示し、同図（ｂ）は前記図２（ｂ）で説明する方法を用いた場合を示す。
【図４】鋳込み方向から見た鋳型および２本の浸漬ノズルの配置関係を示す図であり、同図（ａ）は吐出孔が偏向していない場合、同図（ｂ）は吐出孔の偏向角度が５°である場合、同図（ｃ）は吐出孔の偏向角度が１０°である場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の鋳片の連続鋳造方法は、上述の通り、浸漬ノズルから鋳型内に溶鋼を供給し、供給した溶鋼を凝固させながら引き抜き、未凝固部を含む鋳片を凝固完了までに圧下ロールを用いて圧下する連続鋳造方法において、前記浸漬ノズルとして、側面に溶鋼の吐出孔を１個有する浸漬ノズルを２本用い、各浸漬ノズルは前記吐出孔から吐出される溶鋼が互いに衝突するように前記鋳型の幅方向に配置されるとともに、前記吐出孔からの溶鋼の吐出方向が、鋳型内の溶鋼湯面に対して鋳込み方向下向きに５°〜２５°の角度に傾斜しており、前記各浸漬ノズルにＡｒガスを１本当たり５ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下の流量で吹き込みながら、前記吐出孔からＡｒガスが混入した溶鋼を吐出させる方法である。以下、本発明の内容について従来例と比較しながら説明する。
【００２６】
図１は、本発明の鋳片の連続鋳造方法に用いることのできる垂直曲げ型の連続鋳造機の縦断面の概略を示す図であり、同図（ａ）は鋳片を大圧下するために大径ロールを採用する場合、同図（ｂ）は鋳片を軽圧下するために小径ロールを採用する場合それぞれ示す。同図（ａ）および（ｂ）に示すように、レードルおよびタンディッシュ（いずれも不図示）から供給された溶鋼１は、浸漬ノズル３から鋳型４内に注入される。浸漬ノズル３内には、Ａｒ等の不活性ガスが、溶鋼１に混入するように吹き込まれる。溶鋼１は、鋳型４内での一次冷却により凝固して、鋳片２の表面を構成する凝固シェル２ａを形成する。内部に未凝固部（溶鋼１）を保持した鋳片２は、続くサポートロール群５で支持され、案内されながら、冷却水のスプレー等による二次冷却により凝固が促進され、サポートロール群５内で完全に凝固し、ピンチロール（不図示）で引き出される。
【００２７】
また、鋳片２は、凝固完了までに圧下される。鋳片２の圧下は、同図（ａ）に示す連続鋳造機では、上下１対の大径ロール６によって行われ、同図（ｂ）に示す連続鋳造機では複数の小径ロール７によって行われる。圧下量は、大径ロールを用いる場合には鋳片厚さの５〜２０％とすることが好ましく、小径ロールを用いる場合には鋳片厚さの５％以下とすることが好ましい。ここで、大径ロールとは、サポートロール群５を構成するロールのうち最大の直径のものの１．５倍以上の直径を有するものをいう。小径ロールとは、サポートロール群５を構成するロールのうち最大の直径のものの１．５倍未満の直径を有するものをいう。
【００２８】
図２は、鋳型の正面方向から見た浸漬ノズルおよび鋳型周辺の概略図であり、同図（ａ）は従来の連続鋳造方法を適用した場合の一例を示し、同図（ｂ）は本発明の鋳片の連続鋳造方法を適用した場合の一例を示す。図３は、未凝固部を有する鋳片横断面の概略図であり、同図（ａ）は前記図２（ａ）で説明する方法を用いた場合を示し、同図（ｂ）は前記図２（ｂ）で説明する方法を用いた場合を示す。
【００２９】
図２（ａ）には、従来の連続鋳造方法として、側面に２個の吐出孔３ａを有する浸漬ノズル３を１本、鋳型４内に配置した場合を示す。２個の吐出孔３ａは、それぞれ鋳型４の短辺面（鋳型幅方向に垂直な面）に対向し、かつ溶鋼の吐出方向が鋳型内の溶鋼湯面に対して鋳込み方向下向きに所定の角度に傾斜するように設けられている。各吐出孔３ａからの溶鋼の吐出流は、同図に示すように、鋳込み方向下向きの下降流ａ２および鋳込み方向上向きの上昇流ａ１に分離し、下降流ａ２によって、鋳片２の幅方向中央部と端部との中間部分に向かう下降流ａ３が形成される。そのため、凝固シェル２ａ内における未凝固部（溶鋼１）の鋳型幅方向の速度分布Ｖａは、中央部および凝固シェル２ａに接する部分で極小となり、中央部と端部との中間部分で極大となる、Ｗ字状の不均一な分布となる。
【００３０】
その結果、鋳片２のクレーターエンドにおいても、鋳片厚さ方向の中心を含む縦断面がＷ字状となる。また、その溶鋼流に起因し、鋳片２の凝固シェル２ａは、図３（ａ）に示すように、横断面が鋳片２の幅方向の中央部では厚く、中央部と端部との中間部分では薄い形状となる。この場合、鋳片２の圧下量が、鋳片２の幅方向中央部の未凝固部の厚さ程度であると、鋳片２の幅方向中央部では凝固シェル２ａが十分に圧下され、未凝固溶鋼１が排出されるものの、中央部と端部との中間部分では圧下が不十分となることから、排出されなかった未凝固溶鋼１は凝固後に偏析として残存する。
【００３１】
図２（ｂ）には、本発明の鋳片の連続鋳造方法である、浸漬ノズル３を２本、鋳型４内に配置した場合を示す。２本の浸漬ノズル３は、後述する図４に示すように、鋳型厚さ方向の中心線上に、鋳型幅方向の中心線に対して対称に配置されることが好ましい。
【００３２】
各浸漬ノズル３には側面に１個の吐出孔３ａが、溶鋼の吐出方向が鋳型内の溶鋼湯面に対して鋳込み方向下向きに５°〜２５°の角度で傾斜するように設けられている。この傾斜角度が５°未満であると吐出流の鋳込み方向下向きの速度が十分に得られず、２５°を超えると吐出流がゆらぎを伴って不安定となり、鋳片の凝固が不均一となる。
【００３３】
各浸漬ノズル３の吐出孔３ａは、溶鋼の吐出方向が、互いに対向するように配置される。以下、浸漬ノズル３の側面に吐出孔３ａが１個だけ設けられている状態を「片孔」という。
【００３４】
このように片孔の浸漬ノズル３を２本、吐出孔３ａが対向するように配置することにより、各吐出孔３ａからの溶鋼の吐出流ｂ１は、図２（ｂ）に示すように、鋳込み方向下向きの下降流ｂ３および鋳込み方向上向きの上昇流ｂ２に分離する。上昇流ｂ２は溶鋼の液面に接すると溶鋼方向に反転し、鋳型４の側壁に沿って下降流ｂ４を形成する。鋳込み方向下向きの下降流ｂ３は、鋳片２の幅方向中央部において合流し、速度の大きい流れを形成する。凝固シェル２ａ近傍では、鋳込み方向上向きの速度の小さい上昇流ｂ５が発生する。このようにして、各吐出孔３ａから吐出された溶鋼が形成する、凝固シェル２ａ内における未凝固部（溶鋼１）の鋳型幅方向の速度分布Ｖｂは、凝固シェル２ａに接する部分で極小、中央部で極大の、概ね平坦な下に凸（Ｕ字状）の分布となる。
【００３５】
その結果、鋳片２のクレーターエンドでも、鋳片厚さ方向の中心を含む縦断面がＵ字状となる。また、その溶鋼流に起因し、鋳片２の凝固シェル２ａは、図３（ｂ）に示すように、中央部がほぼ均一の厚さであり、端部に近づくほど厚い形状となる。クレーターエンドおよび凝固シェルがこのような形状である場合には、鋳片２の凝固完了位置の鋳込み方向上流側近傍においては、圧下位置によらず、鋳片２の全体で幅方向全域にわたり凝固シェル２ａが十分かつ均一に圧下され、未凝固溶鋼１が排出されるため、偏析は発生しない。
【００３６】
２本の吐出孔３ａからの溶鋼の吐出方向の、鋳込み方向からの傾斜角度は、両方の浸漬ノズル３で同じであることが好ましい。ただし、連続鋳造機における浸漬ノズル３と鋳型４の配置の関係上、鋳型４の横断面の中心と２本の浸漬ノズル３の中点とを一致させることができない場合には、各浸漬ノズル３からの溶鋼流が鋳型の幅方向の中心線に対して対称となるようにするため、浸漬ノズル３ごとに異なる角度としても差し支えない。
【００３７】
さらに、本発明の鋳片の連続鋳造方法では、吐出孔３ａから吐出される溶鋼に不活性ガスが混入するように、浸漬ノズル３に不活性ガスを吹き込む。これにより、介在物による浸漬ノズル３の閉塞をきたすことなく溶鋼の流動を安定させることができるため、クレーターエンドの形状を高い精度でＵ字状に制御すること、前記図３（ｂ）に示す形状の凝固シェル２ａを形成すること、および偏析の発生を抑制することを、安定して行うことができる。
【００３８】
浸漬ノズル３に吹き込む不活性ガスとしてはＡｒを使用する。浸漬ノズル３に吹き込むＡｒガスの流量は、浸漬ノズル１本当たり、５〜１５ＮＬ／ｍｉｎとする。これは、５ＮＬ／ｍｉｎ未満では鋳型内の溶鋼湯面に皮張りが発生する懸念があり、１５ＮＬ／ｍｉｎを超えると外乱が増加して湯面の状態が不安定となり、パウダー巻き込みが発生する懸念があるためである。Ａｒガスの流量は、８〜１０ＮＬ／ｍｉｎが好ましい。
【００３９】
図４は、鋳込み方向から見た鋳型および２本の浸漬ノズルの配置関係を示す図であり、同図（ａ）は吐出孔が偏向していない場合、同図（ｂ）は吐出孔の偏向角度が５°である場合、同図（ｃ）は吐出孔の偏向角度が１０°である場合を示す。同図に示すように、浸漬ノズル３は、鋳込み方向から見て、鋳型厚さ方向の中心線上に、鋳型幅方向の中心線に対して対称に配置されることが好ましい。
【００４０】
また、本発明の連続鋳造方法では、各浸漬ノズル３の吐出孔３ａからの溶鋼の吐出方向は鋳型４の中心方向に向かう成分を有し、鋳型内の溶鋼湯面に平行な方向の成分が互いに平行であり、かつ鋳型の幅方向に対して所定の角度に偏向していることが好ましい。そのため、溶鋼の吐出方向がこのような角度となるように、吐出孔３ａの偏向角度を設定することが好ましい。ここで、偏向角度とは、鋳型４の横断面において、鋳型幅方向を基準とした溶鋼の吐出方向および吐出孔３ａの角度をいう。前述のように、図４（ａ）は、吐出孔が偏向していない場合、すなわち偏向角度が０°の場合、同図（ｂ）は偏向角度が５°である場合、同図（ｃ）は偏向角度が１０°である場合を示す。
【００４１】
このように浸漬ノズル３の吐出孔３ａを偏向させることにより、対向する浸漬ノズル３からの溶鋼の吐出流を全ては互いに衝突させず、一部をわずかに逃がすこととなる。この場合、溶鋼流を全て衝突させた場合（偏向させていない場合）と比較して、より均一に近い、下に凸の鋳型の幅方向の速度分布を有する下降流を形成することができる。そのため、鋳片のクレーターエンドの縦断面の形状をＵ字状に制御し、凝固シェルを中央部がほぼ均一の厚さであり、端部に近づくほど厚い形状に制御することができる。
【００４２】
溶鋼の吐出方向の偏向角度は、５°〜１５°が好ましい。偏向角度が１５°を超えると、溶鋼の下降流の均一性が乱れることとなり、クレーターエンドおよび凝固シェルの形状を正確に制御することができないからである。
【００４３】
本発明の方法が適用可能な連続鋳造装置は、垂直型に限らず、湾曲型、垂直曲げ型等のいずれの型にも適用することができる。
【実施例】
【００４４】
本発明の鋳片の連続鋳造方法の効果を確認するため、以下に示すスラブの連続鋳造試験を実施してその結果を評価した。
【００４５】
１．試験条件
連続鋳造機として、前記図１に示す垂直曲げ型連続鋳造機を用いた。連続鋳造機は、垂直部２．５ｍ、湾曲半径９．４ｍ、機長２８ｍであった。スラブの圧下は同図（ａ）に示す上下１対の大径ロールまたは同図（ｂ）に示す複数の小径ロールを用いて行った。大径ロールを用いた圧下では、凝固完了までに鋳片厚さの５〜２０％を圧下した。小径ロールを用いた圧下では、凝固完了までに鋳片厚さの５％以内を圧下した。スラブの鋳造サイズは厚さ２５０ｍｍ、幅２３００ｍｍとし、鋳造速度は０．８０ｍ／ｍｉｎとした。また、浸漬ノズルから溶鋼とともに吹き込む不活性ガスはＡｒとした。
【００４６】
鋳造に用いた鋼は、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．５０％、Ｓｉ：０．０４〜０．６０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成（鋳片状態）であった。これは、厚鋼板として用いられている鋼種である。
【００４７】
また、溶鋼過熱度、使用した浸漬ノズルおよびその吐出孔からの溶鋼の吐出流の鋳型内の溶鋼湯面に対する傾き（吐出角度）、圧下方法ならびに圧下ゾーンの長さは表１に示す通りとした。表１中の圧下方法の欄に記載の「大圧下」とは大径ロールを用いて行った圧下であり、「軽圧下」とは小径ロールを用いて行った圧下である。また、圧下ゾーンの欄に記載の「−」とは、１箇所での圧下であることを示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
試験Ａ、ＢおよびＧは、本発明の規定を満足する本発明例である。試験Ｃ〜ＦおよびＨは本発明の規定を満足しない比較例である。試験ＣはＡｒの吹き込み量が、試験ＤはＡｒの吹き込み量および溶鋼の吐出角度が、試験Ｅは浸漬ノズルの本数が、試験Ｆは浸漬ノズルの本数および圧下量が、試験Ｈは浸漬ノズルの傾斜角が、それぞれ本発明の規定を満足しない。
【００５０】
また、試験Ａ〜Ｆは、対向する浸漬ノズルからの吐出流の鋳型内の溶鋼湯面に平行な方向の成分を互いに平行とし、かつ前記鋳型の幅方向に対する偏向角度を０°とし、試験ＧおよびＨは偏向角度をそれぞれ１０°および２０°とした。すなわち試験Ａ〜Ｆでは対向する浸漬ノズルからの吐出流を偏向させず、試験ＧおよびＨでは偏向させた。偏向角度とは、前記図４に示される角度である。
【００５１】
各試験について、完全凝固後の鋳片を鋳込み方向に垂直な断面における、炭素濃度の分布を測定し、以下の項目について評価した。炭素濃度はマッピングアナライザを用いて測定した。
【００５２】
２．評価項目
表２に評価項目およびその結果を示す。評価項目は、目視により観察した「中心偏析分布」、「偏析面積」、「炭素の最大偏析度」および「炭素偏析度のばらつき」とした。偏析度とは、測定箇所の炭素濃度Ｃを、タンディッシュ内の溶鋼の炭素濃度の分析値Ｃ0で除した値Ｃ／Ｃ0である。炭素の最大偏析度とは、中心偏析部における最大炭素濃度ＣMについての偏析度、すなわちＣM／Ｃ0である。偏析面積とはＣ／Ｃ0＞１．０である領域の面積である。炭素偏析度のばらつきとは、最大炭素濃度ＣMと最小炭素濃度Ｃmとの差ＣM−Ｃmである。
【００５３】
【表２】
【００５４】
２−１．試験Ａ〜Ｆの比較
まず、比較例である試験Ｃ〜Ｆの結果について説明する。表２に示すように、片孔の浸漬ノズルを２本使用した試験ＣおよびＤでは、２孔の浸漬ノズルを１本使用した試験ＥおよびＦと比較して、偏析面積および炭素の最大偏析度はいずれも小さく、良好な値であったものの、中心偏析がわずかに残存し、中心偏析の皆無化には至らなかった。
【００５５】
試験Ｃおよび試験Ｄで中心偏析がわずかに残存した理由は、試験Ｃでは溶鋼とともにＡｒガスを流さなかったこと、試験Ｄでは溶鋼とともにＡｒガスを流さなかったことに加えて溶鋼の吐出流の鉛直下向き方向への傾斜が過剰であったことから、浸漬ノズルからの溶鋼の吐出流がゆらぎを伴うこととなり、溶鋼の凝固が不均一であったためと考えられる。
【００５６】
これらの比較例に対して、本発明例である試験ＡおよびＢは、中心偏析は確認されず、また、炭素の最大偏析度および炭素偏析度のばらつきも小さかった。
【００５７】
２−２．試験Ａ、ＧおよびＨの比較
さらに、対向する浸漬ノズルからの吐出流を鋳型の幅方向に対して偏向させた場合について説明する。本発明例である試験Ａと試験Ｇを比較すると、いずれも中心偏析が確認されなかったことに加え、偏向させた試験Ｇでは、偏向させなかった試験Ａと比較して、炭素の最大偏析度が小さく、炭素偏析度のばらつきも小さかった。これは、対向する浸漬ノズルからの吐出流を全て衝突させず、互いにわずかに逃がすことで、鋳片の幅方向により均一な溶鋼の下降流を形成できたためである。
【００５８】
一方、比較例である試験Ｈでは、中心偏析が存在していた。これは、偏向角度が大きすぎたため、溶鋼の下降流の均一性が乱れたためである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の鋳片の連続鋳造方法によれば、浸漬ノズルからの溶鋼吐出流によって形成される鋳片内流動を制御することにより、鋳片幅方向の未凝固部の厚さを均一とし、クレーターエンドの形状を圧下時に濃化溶鋼が残存しにくい形状に制御し、さらに、鋳片最終凝固位置における濃化溶鋼の流入を防止するのに十分な圧下量を付与することが可能であるため、全幅で中心偏析を皆無とした鋳片を得ることができる。本発明は、内部品質の良好な鋳片を容易に得られるという点で、産業上、非常に価値が高い。
【符号の説明】
【００６０】
１：溶鋼、 ２：鋳片、 ２ａ：凝固シェル、 ３：浸漬ノズル、 ３ａ：吐出孔、
４：鋳型、 ５：サポートロール群、 ６：大径ロール、 ７：小径ロール、
ａ１：上昇流、 ａ２：下降流、 ａ３：下降流、 ｂ１：吐出流、 ｂ２：上昇流、
ｂ３：下降流、 ｂ４：下降流、 ｂ５：上昇流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸漬ノズルから鋳型内に溶鋼を供給し、供給した溶鋼を凝固させながら引き抜き、未凝固部を含む鋳片を凝固完了までに圧下ロールを用いて圧下する連続鋳造方法において、
前記浸漬ノズルとして、側面に溶鋼の吐出孔を１個有する浸漬ノズルを２本用い、各浸漬ノズルは前記吐出孔から吐出される溶鋼が互いに衝突するように前記鋳型の幅方向に配置されるとともに、前記吐出孔からの溶鋼の吐出方向が、鋳型内の溶鋼湯面に対して鋳込み方向下向きに５°〜２５°の角度に傾斜しており、
前記各浸漬ノズルにＡｒガスを１本当たり５ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下の流量で吹き込みながら、前記吐出孔からＡｒガスが混入した溶鋼を吐出させることを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
【請求項２】
前記各浸漬ノズルの吐出孔からの溶鋼の吐出方向は、鋳型内の溶鋼湯面に平行な方向の成分が互いに平行であり、かつ前記鋳型の幅方向に対して０°〜１５°の角度に偏向していることを特徴とする請求項１に記載の鋳片の連続鋳造方法。
【請求項３】
前記圧下ロールとして、鋳片を支持し、案内するロール群のうち最大の直径のものの１．５倍以上の直径を有する大径ロールを用い、圧下量を鋳片厚さの５〜２０％として圧下することを特徴とする請求項１または２に記載の鋳片の連続鋳造方法。
【請求項４】
前記圧下ロールとして、鋳片を支持し、案内するロール群のうち最大の直径のものの１．５倍未満の直径を有する小径ロールを複数対用い、圧下量を鋳片厚さの５％以下として圧下することを特徴とする請求項１または２に記載の鋳片の連続鋳造方法。
【請求項１】
浸漬ノズルから鋳型内に溶鋼を供給し、供給した溶鋼を凝固させながら引き抜き、未凝固部を含む鋳片を凝固完了までに圧下ロールを用いて圧下する連続鋳造方法において、
前記浸漬ノズルとして、側面に溶鋼の吐出孔を１個有する浸漬ノズルを２本用い、各浸漬ノズルは前記吐出孔から吐出される溶鋼が互いに衝突するように前記鋳型の幅方向に配置されるとともに、前記吐出孔からの溶鋼の吐出方向が、鋳型内の溶鋼湯面に対して鋳込み方向下向きに５°〜２５°の角度に傾斜しており、
前記各浸漬ノズルにＡｒガスを１本当たり５ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下の流量で吹き込みながら、前記吐出孔からＡｒガスが混入した溶鋼を吐出させることを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
【請求項２】
前記各浸漬ノズルの吐出孔からの溶鋼の吐出方向は、鋳型内の溶鋼湯面に平行な方向の成分が互いに平行であり、かつ前記鋳型の幅方向に対して０°〜１５°の角度に偏向していることを特徴とする請求項１に記載の鋳片の連続鋳造方法。
【請求項３】
前記圧下ロールとして、鋳片を支持し、案内するロール群のうち最大の直径のものの１．５倍以上の直径を有する大径ロールを用い、圧下量を鋳片厚さの５〜２０％として圧下することを特徴とする請求項１または２に記載の鋳片の連続鋳造方法。
【請求項４】
前記圧下ロールとして、鋳片を支持し、案内するロール群のうち最大の直径のものの１．５倍未満の直径を有する小径ロールを複数対用い、圧下量を鋳片厚さの５％以下として圧下することを特徴とする請求項１または２に記載の鋳片の連続鋳造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１１０９５２（Ｐ２０１２−１１０９５２Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６３７３６（Ｐ２０１０−２６３７３６）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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