鋼の連続鋳造用装置
【課題】連続鋳造される鋳片に含まれるＡｒガス気泡を減少させ、鋳片の品質を向上させる。
【解決手段】長辺壁３ａ、３ｂにおける少なくとも浸漬ノズル２１に対向する位置に、電磁攪拌装置７ａ、７ｂ側に凸に湾曲した湾曲部１１ａ、１１ｂが形成されている。長辺壁３ａ、３ｂは、湾曲部１１ａ、１１ｂを含めて一様な厚みを有している。湾曲部１１ａ、１１ｂの頂部と浸漬ノズル２１との間の最短水平距離は、高さ方向で電磁攪拌装置７ａの下端部から、電磁攪拌装置７ａ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。
【解決手段】長辺壁３ａ、３ｂにおける少なくとも浸漬ノズル２１に対向する位置に、電磁攪拌装置７ａ、７ｂ側に凸に湾曲した湾曲部１１ａ、１１ｂが形成されている。長辺壁３ａ、３ｂは、湾曲部１１ａ、１１ｂを含めて一様な厚みを有している。湾曲部１１ａ、１１ｂの頂部と浸漬ノズル２１との間の最短水平距離は、高さ方向で電磁攪拌装置７ａの下端部から、電磁攪拌装置７ａ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、鋳型の上部に設置された電磁コイルを使用した電磁攪拌装置を用いて、当該鋳型内の溶鋼を電磁攪拌することが行われている。
【０００３】
この電磁攪拌では、例えば鋳型の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、鋳型内の上部の溶鋼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、当該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るのを抑制している。
【０００４】
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他の部位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。
【０００５】
そこで、前記した電磁攪拌装置を用いると共に、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側に凸に湾曲した、いわゆる異型鋳型を用いることが提案されている（特許文献１）。なお長辺壁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）が設けられているステンレス鋼製のバックプレート１０８、１０９である。
【０００６】
かかる異型鋳型によれば、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１８３５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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を湾曲させるため、銅製の長辺壁１０１、１０２の中央部を削っているため、当該湾曲した面１０４、１０５の部分で、厚みが薄くなっている。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、当該湾曲した面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、他の領域よりも早くなる。その結果、撹拌流１１０、１１１の流速が不均一となり、長辺壁１０１、１０２における撹拌流１１０、１１１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。
【０００９】
さらにまた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、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との間の領域の撹拌流の流速が、他の領域よりも早くなるため、撹拌流１１０、１１１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。
【００１０】
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して、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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明は、一対の長辺壁と一対の短辺壁を備えた溶鋼鋳造用の鋳型と、前記鋳型内に溶鋼を吐出する浸漬ノズルと、前記一対の長辺壁に沿って配置され、前記鋳型内の上部の溶鋼を攪拌する電磁攪拌装置とを備えた、鋼の連続鋳造装置であって、前記各長辺壁は、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凸に湾曲した湾曲部を有し、かつ各長辺壁は当該湾曲部を含めて一様な厚みを持って構成され、前記湾曲部の頂部と前記浸漬ノズルとの間の最短水平距離は、高さ方向で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している。
【００１２】
本発明によれば、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凸に湾曲した湾曲部を有し、かつ各長辺壁は当該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、電磁攪拌装置による電磁力も、湾曲部とそれ以外の部分とも一様なものとなり、撹拌流の流速を均一なものとすることができる。したがって、前記した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。
【００１３】
さらに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、高さ方向で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。
【００１４】
すなわち発明者らが新たに得た知見では、湾曲部の頂部と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って、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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の電磁力によって直接撹拌される部分は、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は、概ね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高い位置までの範囲としている。
【００１７】
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を除き、厚みの変動による電磁場の浸透度合いの変化が、許容範囲の誤差となる１０％未満厚みのことをいう。また一様な厚みを持つ高さ方向の範囲は、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。
【００１８】
本発明においては、いわゆる電磁ブレーキ装置を併用してもよい。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。
【００１９】
これにより、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、介在物が浮遊して、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、さらに鋳片の品質を向上させることができる。
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施の形態にかかる連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示すための平面を模式的に示した説明図である。
【図２】本実施の形態にかかる連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示すための正面断面を模式的に示した説明図である。
【図３】本実施の形態にかかる連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示すための側面断面を模式的に示した説明図である。
【図４】長辺壁の斜視図である。
【図５】本実施の形態にかかる連続鋳造装置の鋳型周りのサイズを示すための側面断面を模式的に示した説明図である。
【図６】湾曲部の他の形状を示すための連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示す正面断面を模式的に示した説明図である。
【図７】従来の連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示すための平面を模式的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。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には、電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂが配置されている。
【００２４】
本実施の形態において、短辺壁４ａ、４ｂ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。
【００２５】
長辺壁３ａ、３ｂの各内側面の中央部には、電磁撹拌装置７ａ、７ｂ側に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に対向して形成されている。そして、湾曲部１１ａ、１１ｂは、長辺壁３ａ、３ｂの厚みが、他の直線状の長辺壁と変わることがなく、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の内側面に、湾曲部１１ａ、１１ｂが創出される。
【００２６】
長辺壁３ａ、３ｂが湾曲部１１ａ、１１ｂを含めて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に対応して、電磁撹拌装置７ａ、７ｂ側に凸に湾曲している。そしてバックプレート５ａ、５ｂは、長辺壁３ａ、３ｂの各外側面における湾曲部と適合するように、その中央内側面は、電磁撹拌装置７ａ、７ｂ側に凸に湾曲した形状を有している。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側の面は、平坦に成型されている。
【００２７】
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形成されているが、当該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。
【００２８】
この湾曲部１１ａ、１１ｂは、たとえば図２及び図３に示すように、長辺壁３ａ、３ｂの上端から、浸漬ノズル２１に対向して形成される。湾曲部１１ａ、１１ｂの下端は浸漬ノズル２１の下端と同じ高さでもよく、また浸漬ノズル２１の下端より下方になるように形成されていてもよい。この湾曲部１１ａ、１１ｂと浸漬ノズル２１との間には、図１に示すように、各々湾曲領域９ａ、９ｂが形成される。
【００２９】
湾曲部１１ａ、１１ｂは、下端に行くにつれて次第に湾曲部分が消失していく、すなわち湾曲部を形成する窪んだ部分が消失していく形状をなし、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の境界は、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（図中のＸ方向に沿った直線状）であり、湾曲部１１ａの両側部分では、長辺壁３ａの高さ方向と平行な直線状（図中のＺ方向に沿った直線状）である。
【００３０】
前記したように、湾曲部１１ａ、１１ｂの湾曲頂部（最も窪んだ箇所）と浸漬ノズル２１との間の最短水平距離Ｌは、前記したように、湾曲部１１ａ、１１ｂが下端に行くにつれて次第に窪んだ部分が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が、本実施の形態では、電磁攪拌装置７ａ、７ｂの下端部から、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、３０ｍｍ〜８０ｍｍとなるように設定されている。
【００３１】
すなわち、これを図４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との間の最短水平距離Ｌは、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。したがって、図５中のｈの長さは、５０ｍｍである。
【００３２】
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を、３０ｍｍ〜８０ｍｍ確保するため、湾曲部１１ａ、１１ｂを形成するための窪みの深さ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。
【００３３】
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。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。吐出孔２２は、鋳型２の短辺壁４ａ、４ｂ側に形成されている。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が供給されている。
【００３４】
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。
【００３５】
既述した電磁撹拌装置７ａ、７ｂは、電磁コイルを有し、供給される交流電力によって電磁力を発生し、鋳型２内の上部の溶鋼Ｍに対して推力を付与して、鋳型２内を旋回して、溶鋼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に捕捉されるのを抑制している。
【００３６】
また電磁攪拌装置７ａ、７ｂ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、吐出孔２２から吐出した直後の溶鋼の吐出流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３中のＹ方向）に付与することができる。この直流磁界と吐出孔２２から吐出した溶鋼の吐出流２３によって、鋳型幅方向（図１、図２中のＸ方向）に誘導電流が発生し、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、吐出流２３と逆向きの対向流が形成される。これによって、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。
【００３７】
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おり、次にこの連続鋳造装置１を用いた溶鋼の連続鋳造方法について説明する。
【００３８】
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の吐出孔２２から鋳型２内に溶鋼を吐出する。溶鋼は斜め下方に吐出され、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。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、これらは鋳型２内の溶鋼Ｍ中に浮遊し、やがてその比重差による浮力によって上昇する。
【００３９】
そして浸漬ノズル２１から溶鋼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。この電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂを用いる場合は、吐出流２３と逆向きの対向流が形成され、前記したように、これら気泡やその他の介在物は、溶鋼Ｍ内に深く侵入することを抑制でき、また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。
【００４０】
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。
【００４１】
このとき、鋳型２の長辺壁３ａ、３ｂの上部中央に、湾曲部１１ａ、１１ｂが形成され、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が形成されているが、長辺壁３ａ、３ｂは、当該湾曲部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による電磁力の磁束密度も、湾曲領域９ａ、９ｂにおいても、他の直線部分と同程度であり、したがって、均一な流速の攪拌流を形成することができ、長辺壁３ａ、３ｂにおける撹拌流の下流側の領域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、当該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。
【００４２】
なおそのように長辺壁３ａ、３ｂは、湾曲部１１ａ、１１ｂも含めて一様な厚みを有しているといえども、バックプレート５ａ、５ｂは、湾曲部１１ａ、１１ｂに対応する部分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が、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、その影響は殆どなく、湾曲領域９ａ、９ｂにおいて、均一な磁束密度が得られる。
【００４３】
実際に発明者らが調べたところ、高さ方向で電磁攪拌装置７ａの中心位置で、窪み深さＤが３０ｍｍの湾曲部１１ａの湾曲頂部から、浸漬ノズル２１側に１０ｍｍ寄った地点で、ガウスメータで測定したところ、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。参考に、窪み深さＤが３０ｍｍの湾曲部を、従来技術にあるように、その分長辺壁を削って形成し、当該湾曲部分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、その密度が高くなっていることも確認できた。したがって、本発明の効果がかかる点からも確認できる。
【００４４】
そして本実施の形態では、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ので、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、溶鋼の円滑でかつ均一な流れを確保することができ、鋳型２内で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で捕捉をされることを、かかる点からも抑制している。
【００４５】
さらにまた本実施の形態では、電磁ブレーキ装置９ａ、９ｂも併用する場合、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で捕捉をされることを抑制できる。
【００４６】
なお前記実施の形態では、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とそれ以外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（図中のＸ方向に沿った直線状）であり、湾曲部１１ａの両側部分では、長辺壁３ａの高さ方向と平行な直線状（図中のＺ方向に沿った直線状）となる形状であったが、これに代えて、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の境界が、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。
【実施例１】
【００４７】
以下、本発明の鋼の連続鋳造装置を用いた場合に、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。
【００４８】
幅１２００ｍｍ、高さが９００ｍｍ、厚みが２５０ｍｍの鋳型２のメニスカス位置に、高さが２００ｍｍ、推力１００ｍｍＦｅの電磁攪拌装置を、その上端がメニスカス位置になるようにセットし、メニスカスから５００ｍｍ深さで最大磁束密度を有する電磁ブレーキ装置を使用した。また、メニスカスから４００ｍｍ深さとなる溶鋼浸漬部の最大外径１９０ｍｍ、内径１００ｍｍの浸漬ノズルを用いて鋳造を行った。
【００４９】
連続鋳造機は曲げ半径７．５ｍ、２．５ｍの垂直部を有し、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内空間の短辺壁４ａ、４ｂ側に向う直径７０ｍｍ、吐出角度θが下向き３０度の２孔ノズルを用いた。
【００５０】
バックプレート５ａ、５ｂは厚み８０ｍｍ、長辺壁３ａ、３ｂの厚みは３０ｍｍで一定とし、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、メニスカス位置における窪み深さDを、５、１０、２０、３０、４０、５０、５５ｍｍとして、でバックプレートを削り込んだものとした。湾曲部１１ａ、１１ｂは、鋳造幅方向に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とそれ以外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であり、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となる形状の鋳型を用いた。また、窪み深さＤが０ｍｍというのは、窪みがない長辺壁の鋳型を意味している。
【００５１】
鋳片の気泡、介在物欠陥は、鋳片表層５０ｍｍの深さまでの鋳片を観察してカウントした１００μｍ以上の直径の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、湾曲部と浸漬ノズル間の距離Ｌが２５ｍｍ、窪み深さＤが０ｍｍ、すなわち湾曲部を形成しない場合のＡｒガス気泡の個数を１として、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、湾曲部と浸漬ノズル間の距離Ｌが２５ｍｍ、窪み深さＤが０ｍｍ、すなわち湾曲部を形成しない場合の介在物の個数を１として、各条件における介在物の個数の比率を示している。なお表中の湾曲部と浸漬ノズル間の距離Ｌの高さ位置は、電磁攪拌装置の下端位置であり、窪み深さＤの高さ位置は、上記の通り、メニスカス位置である。
【００５２】
なお本発明の効果を確認するため、まず電磁ブレーキ装置は作動させずに、電磁攪拌装置のみを作動させた結果を表１に示した。
【００５３】
【表１】
【００５４】
これによれば、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が、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依然として０．２と低いレベルにあり、一方介在物個数指標についても依然として低いレベルにあるが、距離Ｌが８５ｍｍになると、介在物個数指標が飛躍的に増大することが分かった。
【実施例２】
【００５５】
次に、実施例１と同一条件で、電磁ブレーキ装置を作動させて、電磁攪拌装置と併用した結果を表２に示した。
【００５６】
【表２】
【００５７】
それによれば、電磁ブレーキを作動させない場合と同様な傾向がみられ、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が、距離Ｌが３０ｍｍでは、窪み深さＤが５ｍｍであっても、Ａｒガス気泡個数指標は半減している。そして距離Ｌが８０ｍｍでは、Ａｒガス気泡個数指標は０．１であり、表１の場合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、介在物個数指標が飛躍的に増大することが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
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。
【符号の説明】
【００５９】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、鋳型の上部に設置された電磁コイルを使用した電磁攪拌装置を用いて、当該鋳型内の溶鋼を電磁攪拌することが行われている。
【０００３】
この電磁攪拌では、例えば鋳型の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、鋳型内の上部の溶鋼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、当該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るのを抑制している。
【０００４】
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他の部位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。
【０００５】
そこで、前記した電磁攪拌装置を用いると共に、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側に凸に湾曲した、いわゆる異型鋳型を用いることが提案されている（特許文献１）。なお長辺壁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）が設けられているステンレス鋼製のバックプレート１０８、１０９である。
【０００６】
かかる異型鋳型によれば、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１８３５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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を湾曲させるため、銅製の長辺壁１０１、１０２の中央部を削っているため、当該湾曲した面１０４、１０５の部分で、厚みが薄くなっている。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、当該湾曲した面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、他の領域よりも早くなる。その結果、撹拌流１１０、１１１の流速が不均一となり、長辺壁１０１、１０２における撹拌流１１０、１１１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。
【０００９】
さらにまた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、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との間の領域の撹拌流の流速が、他の領域よりも早くなるため、撹拌流１１０、１１１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。
【００１０】
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して、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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明は、一対の長辺壁と一対の短辺壁を備えた溶鋼鋳造用の鋳型と、前記鋳型内に溶鋼を吐出する浸漬ノズルと、前記一対の長辺壁に沿って配置され、前記鋳型内の上部の溶鋼を攪拌する電磁攪拌装置とを備えた、鋼の連続鋳造装置であって、前記各長辺壁は、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凸に湾曲した湾曲部を有し、かつ各長辺壁は当該湾曲部を含めて一様な厚みを持って構成され、前記湾曲部の頂部と前記浸漬ノズルとの間の最短水平距離は、高さ方向で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している。
【００１２】
本発明によれば、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凸に湾曲した湾曲部を有し、かつ各長辺壁は当該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、電磁攪拌装置による電磁力も、湾曲部とそれ以外の部分とも一様なものとなり、撹拌流の流速を均一なものとすることができる。したがって、前記した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。
【００１３】
さらに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、高さ方向で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。
【００１４】
すなわち発明者らが新たに得た知見では、湾曲部の頂部と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って、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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の電磁力によって直接撹拌される部分は、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は、概ね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高い位置までの範囲としている。
【００１７】
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を除き、厚みの変動による電磁場の浸透度合いの変化が、許容範囲の誤差となる１０％未満厚みのことをいう。また一様な厚みを持つ高さ方向の範囲は、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。
【００１８】
本発明においては、いわゆる電磁ブレーキ装置を併用してもよい。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。
【００１９】
これにより、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、介在物が浮遊して、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、さらに鋳片の品質を向上させることができる。
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施の形態にかかる連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示すための平面を模式的に示した説明図である。
【図２】本実施の形態にかかる連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示すための正面断面を模式的に示した説明図である。
【図３】本実施の形態にかかる連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示すための側面断面を模式的に示した説明図である。
【図４】長辺壁の斜視図である。
【図５】本実施の形態にかかる連続鋳造装置の鋳型周りのサイズを示すための側面断面を模式的に示した説明図である。
【図６】湾曲部の他の形状を示すための連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示す正面断面を模式的に示した説明図である。
【図７】従来の連続鋳造装置の鋳型近傍の構成の概略を示すための平面を模式的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。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には、電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂが配置されている。
【００２４】
本実施の形態において、短辺壁４ａ、４ｂ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。
【００２５】
長辺壁３ａ、３ｂの各内側面の中央部には、電磁撹拌装置７ａ、７ｂ側に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に対向して形成されている。そして、湾曲部１１ａ、１１ｂは、長辺壁３ａ、３ｂの厚みが、他の直線状の長辺壁と変わることがなく、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の内側面に、湾曲部１１ａ、１１ｂが創出される。
【００２６】
長辺壁３ａ、３ｂが湾曲部１１ａ、１１ｂを含めて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に対応して、電磁撹拌装置７ａ、７ｂ側に凸に湾曲している。そしてバックプレート５ａ、５ｂは、長辺壁３ａ、３ｂの各外側面における湾曲部と適合するように、その中央内側面は、電磁撹拌装置７ａ、７ｂ側に凸に湾曲した形状を有している。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側の面は、平坦に成型されている。
【００２７】
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形成されているが、当該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。
【００２８】
この湾曲部１１ａ、１１ｂは、たとえば図２及び図３に示すように、長辺壁３ａ、３ｂの上端から、浸漬ノズル２１に対向して形成される。湾曲部１１ａ、１１ｂの下端は浸漬ノズル２１の下端と同じ高さでもよく、また浸漬ノズル２１の下端より下方になるように形成されていてもよい。この湾曲部１１ａ、１１ｂと浸漬ノズル２１との間には、図１に示すように、各々湾曲領域９ａ、９ｂが形成される。
【００２９】
湾曲部１１ａ、１１ｂは、下端に行くにつれて次第に湾曲部分が消失していく、すなわち湾曲部を形成する窪んだ部分が消失していく形状をなし、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の境界は、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（図中のＸ方向に沿った直線状）であり、湾曲部１１ａの両側部分では、長辺壁３ａの高さ方向と平行な直線状（図中のＺ方向に沿った直線状）である。
【００３０】
前記したように、湾曲部１１ａ、１１ｂの湾曲頂部（最も窪んだ箇所）と浸漬ノズル２１との間の最短水平距離Ｌは、前記したように、湾曲部１１ａ、１１ｂが下端に行くにつれて次第に窪んだ部分が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が、本実施の形態では、電磁攪拌装置７ａ、７ｂの下端部から、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、３０ｍｍ〜８０ｍｍとなるように設定されている。
【００３１】
すなわち、これを図４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との間の最短水平距離Ｌは、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。したがって、図５中のｈの長さは、５０ｍｍである。
【００３２】
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を、３０ｍｍ〜８０ｍｍ確保するため、湾曲部１１ａ、１１ｂを形成するための窪みの深さ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。
【００３３】
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。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。吐出孔２２は、鋳型２の短辺壁４ａ、４ｂ側に形成されている。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が供給されている。
【００３４】
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。
【００３５】
既述した電磁撹拌装置７ａ、７ｂは、電磁コイルを有し、供給される交流電力によって電磁力を発生し、鋳型２内の上部の溶鋼Ｍに対して推力を付与して、鋳型２内を旋回して、溶鋼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に捕捉されるのを抑制している。
【００３６】
また電磁攪拌装置７ａ、７ｂ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、吐出孔２２から吐出した直後の溶鋼の吐出流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３中のＹ方向）に付与することができる。この直流磁界と吐出孔２２から吐出した溶鋼の吐出流２３によって、鋳型幅方向（図１、図２中のＸ方向）に誘導電流が発生し、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、吐出流２３と逆向きの対向流が形成される。これによって、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。
【００３７】
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おり、次にこの連続鋳造装置１を用いた溶鋼の連続鋳造方法について説明する。
【００３８】
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の吐出孔２２から鋳型２内に溶鋼を吐出する。溶鋼は斜め下方に吐出され、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。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、これらは鋳型２内の溶鋼Ｍ中に浮遊し、やがてその比重差による浮力によって上昇する。
【００３９】
そして浸漬ノズル２１から溶鋼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。この電磁ブレーキ装置８ａ、８ｂを用いる場合は、吐出流２３と逆向きの対向流が形成され、前記したように、これら気泡やその他の介在物は、溶鋼Ｍ内に深く侵入することを抑制でき、また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。
【００４０】
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。
【００４１】
このとき、鋳型２の長辺壁３ａ、３ｂの上部中央に、湾曲部１１ａ、１１ｂが形成され、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が形成されているが、長辺壁３ａ、３ｂは、当該湾曲部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による電磁力の磁束密度も、湾曲領域９ａ、９ｂにおいても、他の直線部分と同程度であり、したがって、均一な流速の攪拌流を形成することができ、長辺壁３ａ、３ｂにおける撹拌流の下流側の領域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、当該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。
【００４２】
なおそのように長辺壁３ａ、３ｂは、湾曲部１１ａ、１１ｂも含めて一様な厚みを有しているといえども、バックプレート５ａ、５ｂは、湾曲部１１ａ、１１ｂに対応する部分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が、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、その影響は殆どなく、湾曲領域９ａ、９ｂにおいて、均一な磁束密度が得られる。
【００４３】
実際に発明者らが調べたところ、高さ方向で電磁攪拌装置７ａの中心位置で、窪み深さＤが３０ｍｍの湾曲部１１ａの湾曲頂部から、浸漬ノズル２１側に１０ｍｍ寄った地点で、ガウスメータで測定したところ、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。参考に、窪み深さＤが３０ｍｍの湾曲部を、従来技術にあるように、その分長辺壁を削って形成し、当該湾曲部分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、その密度が高くなっていることも確認できた。したがって、本発明の効果がかかる点からも確認できる。
【００４４】
そして本実施の形態では、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ので、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、溶鋼の円滑でかつ均一な流れを確保することができ、鋳型２内で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で捕捉をされることを、かかる点からも抑制している。
【００４５】
さらにまた本実施の形態では、電磁ブレーキ装置９ａ、９ｂも併用する場合、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で捕捉をされることを抑制できる。
【００４６】
なお前記実施の形態では、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とそれ以外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（図中のＸ方向に沿った直線状）であり、湾曲部１１ａの両側部分では、長辺壁３ａの高さ方向と平行な直線状（図中のＺ方向に沿った直線状）となる形状であったが、これに代えて、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の境界が、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。
【実施例１】
【００４７】
以下、本発明の鋼の連続鋳造装置を用いた場合に、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。
【００４８】
幅１２００ｍｍ、高さが９００ｍｍ、厚みが２５０ｍｍの鋳型２のメニスカス位置に、高さが２００ｍｍ、推力１００ｍｍＦｅの電磁攪拌装置を、その上端がメニスカス位置になるようにセットし、メニスカスから５００ｍｍ深さで最大磁束密度を有する電磁ブレーキ装置を使用した。また、メニスカスから４００ｍｍ深さとなる溶鋼浸漬部の最大外径１９０ｍｍ、内径１００ｍｍの浸漬ノズルを用いて鋳造を行った。
【００４９】
連続鋳造機は曲げ半径７．５ｍ、２．５ｍの垂直部を有し、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内空間の短辺壁４ａ、４ｂ側に向う直径７０ｍｍ、吐出角度θが下向き３０度の２孔ノズルを用いた。
【００５０】
バックプレート５ａ、５ｂは厚み８０ｍｍ、長辺壁３ａ、３ｂの厚みは３０ｍｍで一定とし、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、メニスカス位置における窪み深さDを、５、１０、２０、３０、４０、５０、５５ｍｍとして、でバックプレートを削り込んだものとした。湾曲部１１ａ、１１ｂは、鋳造幅方向に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とそれ以外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であり、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となる形状の鋳型を用いた。また、窪み深さＤが０ｍｍというのは、窪みがない長辺壁の鋳型を意味している。
【００５１】
鋳片の気泡、介在物欠陥は、鋳片表層５０ｍｍの深さまでの鋳片を観察してカウントした１００μｍ以上の直径の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、湾曲部と浸漬ノズル間の距離Ｌが２５ｍｍ、窪み深さＤが０ｍｍ、すなわち湾曲部を形成しない場合のＡｒガス気泡の個数を１として、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、湾曲部と浸漬ノズル間の距離Ｌが２５ｍｍ、窪み深さＤが０ｍｍ、すなわち湾曲部を形成しない場合の介在物の個数を１として、各条件における介在物の個数の比率を示している。なお表中の湾曲部と浸漬ノズル間の距離Ｌの高さ位置は、電磁攪拌装置の下端位置であり、窪み深さＤの高さ位置は、上記の通り、メニスカス位置である。
【００５２】
なお本発明の効果を確認するため、まず電磁ブレーキ装置は作動させずに、電磁攪拌装置のみを作動させた結果を表１に示した。
【００５３】
【表１】
【００５４】
これによれば、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が、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依然として０．２と低いレベルにあり、一方介在物個数指標についても依然として低いレベルにあるが、距離Ｌが８５ｍｍになると、介在物個数指標が飛躍的に増大することが分かった。
【実施例２】
【００５５】
次に、実施例１と同一条件で、電磁ブレーキ装置を作動させて、電磁攪拌装置と併用した結果を表２に示した。
【００５６】
【表２】
【００５７】
それによれば、電磁ブレーキを作動させない場合と同様な傾向がみられ、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が、距離Ｌが３０ｍｍでは、窪み深さＤが５ｍｍであっても、Ａｒガス気泡個数指標は半減している。そして距離Ｌが８０ｍｍでは、Ａｒガス気泡個数指標は０．１であり、表１の場合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、介在物個数指標が飛躍的に増大することが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
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。
【符号の説明】
【００５９】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の長辺壁と一対の短辺壁を備えた溶鋼鋳造用の鋳型と、前記鋳型内に溶鋼を吐出する浸漬ノズルと、前記一対の長辺壁に沿って配置され、前記鋳型内の上部の溶鋼を攪拌する電磁攪拌装置とを備えた、鋼の連続鋳造装置であって、
前記各長辺壁は、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凸に湾曲した湾曲部を有し、かつ各長辺壁は当該湾曲部を含めて一様な厚みを持って構成され、
前記湾曲部の頂部と前記浸漬ノズルとの間の最短水平距離は、高さ方向で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。
【請求項２】
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有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。
【請求項１】
一対の長辺壁と一対の短辺壁を備えた溶鋼鋳造用の鋳型と、前記鋳型内に溶鋼を吐出する浸漬ノズルと、前記一対の長辺壁に沿って配置され、前記鋳型内の上部の溶鋼を攪拌する電磁攪拌装置とを備えた、鋼の連続鋳造装置であって、
前記各長辺壁は、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凸に湾曲した湾曲部を有し、かつ各長辺壁は当該湾曲部を含めて一様な厚みを持って構成され、
前記湾曲部の頂部と前記浸漬ノズルとの間の最短水平距離は、高さ方向で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。
【請求項２】
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有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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２２４６３５（Ｐ２０１１−２２４６３５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９８５８１（Ｐ２０１０−９８５８１）
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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