JP6855806B2 - 複層鋳片の連続鋳造方法及び連続鋳造装置 - Google Patents
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(1)鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造する方法であって、
タンディッシュの底部に、内層溶鋼用浸漬ノズルと、さらにその下流側に表層溶鋼用浸漬ノズルを配置し、これら2つの浸漬ノズルの間にタンディッシュ堰として上堰と下堰とを設置し、上堰下端と下堰上端との間の距離のタンディッシュ奥行方向平均値が100〜500mmであり、
鋳型幅方向全幅にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を配置し、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、前記表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、内層溶鋼用浸漬ノズルから下側溶鋼プールに溶鋼を供給し、
前記タンディッシュ内のタンディッシュ堰にて区分された取鍋溶鋼注入側を第1領域、その反対側を第2領域とし、第2領域側のタンディッシュ内溶鋼に対してプラズマ加熱を行い、かつ第2領域のタンディッシュ底部からガス吹き込みを行いつつ、第2領域側のタンディッシュ内溶鋼に対して所定の元素あるいはその合金を連続的に添加し濃度を調整することで、取鍋溶鋼ならびに取鍋溶鋼とは異なる成分組成からなる2種類の溶鋼をタンディッシュ内で保持しつつ、
第1領域に収容された溶鋼を内層溶鋼用浸漬ノズルから下側溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量(以下「G1(kg/s)」という。)を鋳型内の下側溶鋼プールに供給し、第2領域に収容された溶鋼を表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量(以下「G2(kg/s)」という。)を鋳型内の上側溶鋼プールに供給し、
前記タンディッシュ内の溶鋼表面について、第1領域の湯面レベルの溶鋼表面積をST1(m2)、第2領域の湯面レベルの溶鋼表面積をST2(m2)とし、G1、G2、ST1、ST2の関係が下記(1)式を満たすことを特徴とする複層鋳片の連続鋳造方法。
(G1/ST1)≦(G2/ST2) ・・・(1)
(2)表層溶鋼用浸漬ノズルと内層溶鋼用浸漬ノズルのうちの少なくとも一方に浸漬ノズル内の溶鋼流量を測定する溶鋼流量測定装置を設け、前記溶鋼流量測定装置を設けた一方の側の浸漬ノズルから溶鋼プールに供給する溶鋼量については、当該溶鋼プール内で凝固によって消費される溶鋼量にみあった溶鋼流量になるように調整し、他方の側の浸漬ノズルから溶鋼プールに供給する供給量については、鋳型内湯面レベルが一定となるように制御することを特徴とする(1)に記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
(3)前記直流磁場帯の上方の鋳型内湯面近傍において水平断面内で旋回流を形成することを特徴とする(1)又は(2)に記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
(4)鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造する装置であって、
取鍋からの溶鋼を保持するタンディッシュの底部に、内層溶鋼用浸漬ノズルと、さらにその下流側に表層溶鋼用浸漬ノズルが鋳造幅よりも短い間隔で併設され、その間にタンディッシュ堰として上堰と下堰とを設置し、上堰下端と下堰上端との間の距離のタンディッシュ奥行方向平均値が100〜500mmであり、
タンディッシュ堰で区分された取鍋溶鋼注入反対側の領域の溶鋼を加熱する溶鋼加熱装置、当該領域の底部にガス吹き込み装置、当該領域の溶鋼に成分を添加する成分添加装置を有し、
表層溶鋼用浸漬ノズルと内層溶鋼用浸漬ノズルのうちの少なくとも一方に浸漬ノズル内の溶鋼流量を測定する溶鋼流量測定装置を有するとともに鋳型内の湯面レベル計を有し、
鋳型内では湯面近傍において水平断面内で旋回流を形成する電磁撹拌装置と、その下方に鋳型幅方向全体にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を備え、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、前記表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、内層溶鋼用浸漬ノズルから下側溶鋼プールに溶鋼を供給する構造とすることを特徴とする複層鋳片の連続鋳造装置。
G2=ρ2S2VC (2a)
また、下側溶鋼プールで凝固して下方に輸送される下側溶鋼プール凝固部分25の単位時間輸送量G1は、
G1=ρ1S1VC (2b)
となる。合計鋳造量をGとすると、
G=G1+G2 (2c)
となる。
Q=Q1+Q2 (3)
とおく。タンディッシュから鋳型への溶鋼供給量合計(Q)については、メニスカス位置が一定を保持するように湯面レベル制御によって調整するので、
Q=G (4a)
が確保される。本発明では、各浸漬ノズルから各溶鋼プールに供給する溶鋼量について、
Q1=G1 (4b)
Q2=G2 (4c)
とすることにより、直流磁場帯を経由しての溶鋼の混合を防止し、タンディッシュの第2領域で形成した第2溶鋼の成分のままで鋳片の表層部を形成し、第1領域における第1溶鋼の成分のままで鋳片の内層部を形成することができる。
D=K√(H/VC) (5)
として求まる。求まった直流磁場帯における凝固シェル厚さDを用いて、直流磁場帯における凝固シェル断面積S2が定まり、前述の
G2=ρ2S2VC (2a)
によってG2が定まるので、
Q2=G2 (4c)
となるように、表層溶鋼用浸漬ノズルからの溶鋼注入量Q2を定めればよい。
(G1/ST1)≦(G2/ST2) ・・・(1)
を実現するような位置にタンディッシュ堰を設けることとすればよい。
なお、前述したように、スラブ鋳造の条件であれば、内層/表層=3〜8ということを考慮すると、(1)式を変形して(G1/G2)≦(ST1/ST2)であってG1/G2=3〜8であるから、(ST1/ST2)は大抵3以上ということになる。
DH=K√(HH/VC) (6a)
DL=K√(HL/VC) (6b)
となる。上側溶鋼プールでの凝固量G2について、溶鋼プール境界がHH又はHLにあるときの値をそれぞれG2H、G2Lとすると、
G2H/G2≒DH/D=√(HH/H) (7a)
G2L/G2≒DL/D=√(HL/H) (7b)
となる。そして、上側溶鋼プールへの溶鋼供給量Q2が、G2H〜G2Lの範囲に入っていれば、溶鋼界面27位置を直流磁場帯内に制御でき、上側溶鋼プールと下側溶鋼プールとの溶鋼混合を抑えて十分に良好な品質とすることができる。
Q1=Q−Q2=Q−G2 (8)
となるように一定に制御する。具体的には、タンディッシュ内ヘッドを一定に保持しながら、あらかじめ定めた、スライディングノズル33b開度と流量のテーブルを用いて、規定開度を一定に保持することでQ1を一定に制御する。これだけでは、鋳型内全体に供給する溶鋼量Qに対して不足しているため、成分調整された第2溶鋼22を上側溶鋼プール15に供給する表層溶鋼用浸漬ノズル6のスライディングノズル33c流量調整において、鋳型内湯面レベルが一定となるように溶鋼量Q2を制御する。その結果、合計流量Qとストランド上下で消費される溶鋼量Q1、Q2それぞれを制御することができ、
Q2=G2 (4c)
とすることができる。これにより、鋳型内の上側溶鋼プール15では、供給される溶鋼量(Q2)と、凝固シェルとして排出される時間あたり輸送量(G2)がバランスするとともに、下側溶鋼プール16では、供給される溶鋼量(Q1)と凝固シェルとして排出される時間あたり輸送量(G1)がバランスする。そのため、直流磁場帯を通過して混合する溶鋼流が生じないので、図1の第1溶鋼と第2溶鋼の界面を安定的に維持することができる。Q1とQ2のバランスによって決まる第1溶鋼と第2溶鋼の界面を直流磁場帯の範囲内に制御する。
D=K√(H/VC) (5)
として求まる。求まった直流磁場帯における凝固シェル厚さDを用いて、直流磁場帯における凝固シェル断面積S2が定まり、前述の
G2=ρ2S2VC (2a)
によってG2が定まるので、
Q2=G2 (4c)
となるように、表層溶鋼用浸漬ノズルからの溶鋼注入量Q2を定めればよい。表層溶鋼用浸漬ノズル6上部の上ノズルに本発明の溶鋼流量測定装置30を設置し、計測した溶鋼流量実績値が上記溶鋼量Q2に一致するように流量制御する。
XO=(CO −CI)/(CT −CL ) −−−−(9)
Y=σ/CM −−−−(10)
XO=(CO −CI)/(CT −CL ) −−−−(9)
Y=σ/CM −−−−(10)
◆実験3:タンディッシュ形状、堰形状を変化させ、表/内層分離度、表層濃度の均一性に及ぼす影響を調査する。
◆実験4:プラズマ加熱を行う溶鋼加熱装置34の出力とガス吹き込み装置35を用いたArガス吹込み量を変化させ、タンディッシュ2での元素添加が安定的に行えるか、表/内層分離度、表層濃度の均一性に及ぼす影響を調査する。
◆実験5:タンディッシュ堰4の開口の開口距離19を変えて鋳造を行い、表/内層分離度、表層濃度の均一性に及ぼす影響を調査する。
◆実験6:鋳型内電磁撹拌装置の撹拌流速を変えて鋳造を行い、表層厚の鋳片周方向均一性に及ぼす影響を調査する。
実験3の結果を表1、表2に、実験4、実験5、実験6それぞれの結果を表3、表4、表5に示した。表1〜表4において、本発明範囲から外れる数値にアンダーラインを付している。
2 タンディッシュ
3 鋳型
4 タンディッシュ堰
4a 上堰
4b 下堰
5 内層溶鋼用浸漬ノズル
6 表層溶鋼用浸漬ノズル
7 成分添加装置
8 直流磁場発生装置
9 電磁攪拌装置
10 開口
11 第1領域
12 第2領域
13 取鍋注入流
14 直流磁場帯
15 上側溶鋼プール
16 下側溶鋼プール
17 メニスカス(湯面)
18 湯面
19 開口距離
20 溶鋼
21 第1溶鋼
22 第2溶鋼
23 凝固シェル
24 上側溶鋼プール凝固部分(表層部)
25 下側溶鋼プール凝固部分(内層部)
26 溶鋼浸漬部分
27 界面
29 鋳片
30 溶鋼流量測定装置
31 湯面レベル計
32 制御装置
33 流量調整装置
34 溶鋼加熱装置
34a トーチ
34b アノード電極
35 ガス吹き込み装置
Claims (4)
- 鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造する方法であって、
タンディッシュの底部に、内層溶鋼用浸漬ノズルと、さらにその下流側に表層溶鋼用浸漬ノズルを配置し、これら2つの浸漬ノズルの間にタンディッシュ堰として上堰と下堰とを設置し、上堰下端と下堰上端との間の距離のタンディッシュ奥行方向平均値が100〜500mmであり、
鋳型幅方向全幅にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を配置し、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、前記表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、内層溶鋼用浸漬ノズルから下側溶鋼プールに溶鋼を供給し、
前記タンディッシュ内のタンディッシュ堰にて区分された取鍋溶鋼注入側を第1領域、その反対側を第2領域とし、第2領域側のタンディッシュ内溶鋼に対してプラズマ加熱を行い、かつ第2領域のタンディッシュ底部からガス吹き込みを行いつつ、第2領域側のタンディッシュ内溶鋼に対して所定の元素あるいはその合金を連続的に添加し濃度を調整することで、取鍋溶鋼ならびに取鍋溶鋼とは異なる成分組成からなる2種類の溶鋼をタンディッシュ内で保持しつつ、
第1領域に収容された溶鋼を内層溶鋼用浸漬ノズルから下側溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量(以下「G1(kg/s)」という。)を鋳型内の下側溶鋼プールに供給し、第2領域に収容された溶鋼を表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量(以下「G2(kg/s)」という。)を鋳型内の上側溶鋼プールに供給し、
前記タンディッシュ内の溶鋼表面について、第1領域の湯面レベルの溶鋼表面積をST1(m2)、第2領域の湯面レベルの溶鋼表面積をST2(m2)とし、G1、G2、ST1、ST2の関係が下記(1)式を満たすことを特徴とする複層鋳片の連続鋳造方法。
(G1/ST1)≦(G2/ST2) ・・・(1) - 表層溶鋼用浸漬ノズルと内層溶鋼用浸漬ノズルのうちの少なくとも一方に浸漬ノズル内の溶鋼流量を測定する溶鋼流量測定装置を設け、前記溶鋼流量測定装置を設けた一方の側の浸漬ノズルから溶鋼プールに供給する溶鋼量については、当該溶鋼プール内で凝固によって消費される溶鋼量にみあった溶鋼流量になるように調整し、他方の側の浸漬ノズルから溶鋼プールに供給する供給量については、鋳型内湯面レベルが一定となるように制御することを特徴とする請求項1に記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
- 前記直流磁場帯の上方の鋳型内湯面近傍において水平断面内で旋回流を形成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
- 鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造する装置であって、
取鍋からの溶鋼を保持するタンディッシュの底部に、内層溶鋼用浸漬ノズルと、さらにその下流側に表層溶鋼用浸漬ノズルが鋳造幅よりも短い間隔で併設され、その間にタンディッシュ堰として上堰と下堰とを設置し、上堰下端と下堰上端との間の距離のタンディッシュ奥行方向平均値が100〜500mmであり、
タンディッシュ堰で区分された取鍋溶鋼注入反対側の領域の溶鋼を加熱する溶鋼加熱装置、当該領域の底部にガス吹き込み装置、当該領域の溶鋼に成分を添加する成分添加装置を有し、
表層溶鋼用浸漬ノズルと内層溶鋼用浸漬ノズルのうちの少なくとも一方に浸漬ノズル内の溶鋼流量を測定する溶鋼流量測定装置を有するとともに鋳型内の湯面レベル計を有し、
鋳型内では湯面近傍において水平断面内で旋回流を形成する電磁撹拌装置と、その下方に鋳型幅方向全体にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を備え、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶
鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、前記表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、内層溶鋼用浸漬ノズルから下側溶鋼プールに溶鋼を供給する構造とすることを特徴とする複層鋳片の連続鋳造装置。
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