JPH0947852A - 連続鋳造法および浸漬ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続鋳造に際し、中心偏析改善に対する圧下
鋳造を有効に機能させるために、溶融金属の流動を制御
し、中心偏析改善の阻害となっているＷ型プロフィール
を解消し、しかも比較的簡単な構成で中心偏析を容易か
つ確実に防止できるようにする。 【解決手段】 浸漬ノズル１の胴部１ａの下部における
側部に、吐出方向がノズル中心軸から側方に向かう側部
吐出口１０を複数設け、ノズル底部に、吐出方向が下方
に向かう底部吐出口１１を複数設け、これら側部吐出口
１０および底部吐出口１１から溶融金属を吐出すること
により、鋳片の未凝固領域における鋳片幅方向中央部に
下降流を形成して未凝固領域における凝固シェル厚を鋳
片幅方向に制御して従来のＷ型プロフィールを解消し、
この未凝固領域の最終凝固部を連続的に圧下し、中心偏
析を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、連続鋳造鋳片の
幅方向不均一凝固を解消し、中心偏析を防止するための
連続鋳造法および浸漬ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】連続鋳造
は、鋳型内に鋳込まれた溶鋼を鋳型内の冷却水により一
次冷却して外皮に凝固シェルを形成し、続くガイドロー
ル群内で二次冷却して凝固を促進し、完全凝固した鋳片
をピンチロールで引き抜いて連続的に鋳片を製造する方
法であり、このような連続鋳造においては、しばしば、
中心偏析と呼ばれる内部欠陥が問題となる。この中心偏
析は、鋳片の厚み方向中心部（最終凝固部）でＣ，Ｓ，
Ｐ，Ｓｉ，Ｍｎなどの溶鋼成分が正偏析する現象であ
る。中心偏析は厚板用素材において特に深刻な問題であ
り、偏析部分における靱性の低下や、水素誘起割れの原
因となることが知られている。

【０００３】このような中心偏析は、凝固末期における
デンドライト（樹枝状晶）間の残溶鋼が、鋳片の凝固収
縮あるいは凝固シェルのバルジング等の原因により、最
終凝固部のクレータエンドに向かってマクロ的に移動す
ることと、濃化溶鋼が局部的に集積するために起こるこ
とが分かっている。従って、中心偏析防止対策として
は、凝固先端部付近を何らかの方法で圧下することによ
り、末期凝固部の凝固収縮分を補償して残溶鋼の移動や
濃化溶鋼の集積を阻止する方法があり、種々の思想に基
づく方法が提案されてきた。

【０００４】例えば、特開昭６３−２５２６５５号公報
では、鋳片表面に噴射される冷却水量を増量することに
より鋳片最終凝固部の鋳片表面温度を７００〜８００°
Ｃの温度範囲とし、凝固シェル厚さを厚くすることによ
りロール間バルジングを抑制し、さらに軽圧下ロール群
により毎分０．２〜０．４％の歪み速度の圧下力を鋳片
に印加することにより、濃化溶鋼の流動を阻止し、中心
偏析を防止する軽圧下方法が提案されている。また、特
開昭６１−４２４６０号公報には、凝固完了点の上流側
に電磁攪拌装置あるいは超音波印加装置を設置してデン
ドライトを溶鋼流動により切断してクレータエンド付近
に等軸晶域が形成させるようにした上で、凝固完了点直
前に配置した一対の圧下ロールにより３ｍｍ以上の大圧
下を与えて強制的に凝固完了点を形成し、割れを発生さ
せることなく中心偏析を解消する大圧下方法が提案され
ている。

【０００５】しかし、前述のロール圧下では、鋳片長手
方向に対して点状にしか圧下できないので、凝固収縮や
バルジングを十分に防止することができず、また各圧下
が集中荷重として働くので凝固界面に内部割れが発生し
易く圧下量を大きくとれないない問題点を有している。
また、特開平１−１７０５６６号公報には、鋳片の凝固
完了点近傍を平面状の鍛造金型で連続的に鍛圧加工する
大圧下方法が記載されているが、設備コストが非常に高
く、また圧下量が大きいため濃化溶鋼が鋳片中心部に入
りにくくなって逆に負偏析を生じ易いという欠点があっ
た。

【０００６】さらに、上記の圧下による従来の中心偏析
改善方法は、ロール圧下，金型圧下のいずれの手段を採
用しても、図５（ｃ），（ｄ）に示すような鋳片４の幅
方向の凝固不均一がある場合、つまり幅中央部（１／４
〜３／４Ｗ）に比較して幅端部（１／４Ｗ〜エッジ側お
よび３／４Ｗ〜エッジ側）において凝固の進行が遅い場
合、鋳片幅方向で均一な圧下ができないため、凝固が遅
れた鋳片幅方向両端部分で中心偏析Ａが悪化するという
欠点を有していた。

【０００７】この鋳片幅方向の凝固不均一は、従来の連
続鋳造機において、通常、図５（ａ）に示す２つの吐出
孔１０を鋳片幅方向の外側に向けて若干下向きに形成し
た２孔ノズルと呼ばれる浸漬ノズル１より水冷鋳型２内
に溶融金属３を吐出するため、大きな循環下降流Ｆが未
凝固領域Ｂ内に形成され、この循環下降流Ｆにより鋳片
内の均一な冷却が不可能になることによる。

【０００８】これにより、鋳片横断面では、未凝固領域
Ｂの最終凝固部における凝固シェルＳの厚さが鋳片幅方
向中央部で厚く、両端部で薄くなり、鋳片平面視では、
クレータエンド形状が鋳片幅方向中央部で凹み、両端部
で突出して不均一となる、所謂Ｗ型プロフィール（図５
（ｂ）参照）が発生する。このＷ型プロフィールの発生
メカニズムは、図６に示すように、吐出流Ｆ_A による鋳
片短辺近傍の凝固シェルの再溶解および鋳片短辺近傍の
下降流Ｆ_B による凝固遅れによるものである。

【０００９】この状態で、圧下ロール群で圧下を受ける
と、鋳片４の幅方向両端部で凝固収縮に見合った圧下力
が得られず、この両端部に濃化溶鋼が流入，集積して中
心偏析Ａが生じることになる。

【００１０】このような鋳片幅方向の凝固不均一を解消
する中心偏析の改善方法として、特開平５−１８５１８
６号公報には、図７に示すように、鋳型２の長辺２ａの
鋳片幅方向中央部の凝固進行の速い部分に長辺長さの５
０〜８０％の長さにわたり、深さΔｄ＝１．０〜５．０
ｍｍの凹部２ｂを形成し、鋳片４の幅方向中央部に形成
された凸部により鋳片幅方向にわたって均等な未凝固溶
鋼厚みを確保する段差厚鋳型が提案されている。しか
し、この方法では、十分な効果を得るためには鋳片凸部
を３ｍｍ以上に設定することが必要であるため、鋳片の
パスラインの設定が困難となり、また段差部での鋳片バ
ルジングにより内部割れを誘発し易いという問題点を有
していた。

【００１１】また、同様の凝固不均一解消の改善方法と
して、特開昭６２−２７０２６０号公報には、浸漬ノズ
ルをタンディッシュノズルに対して回転可能に軸支さ
せ、浸漬ノズルの下端吐出口の吐出方向を中心からの放
射方向に対して周方向に角度を付け、吐出する溶鋼の反
作用により浸漬ノズルを回転させることで、溶鋼吐出流
を旋回させ、溶鋼中心部の冷却・凝固を促進し、中心偏
析を防止することが提案されているが、浸漬ノズルの吐
出口形状制作が困難であり、タンディッシュノズルと浸
漬ノズルの接続部分が複雑になるなどの問題と、偏流が
起きてしまい均一凝固が不可能になるといった問題を有
している。さらに、特願平６−２３７０５９号では、鋳
片幅方向に２本以上の浸漬ノズルを配列することによ
り、下降流に起因する鋳片幅方向不均一凝固を解消させ
ることが提案されているが、ノズルコストが増大し、ノ
ズルカセットシールが２箇所以上必要となることによる
清浄性悪化の問題を有している。

【００１２】また、材料とプロセスＶol. ２ (1989),P1
159 （特開平１−１７８３５５号公報）には、ガイドロ
ール群のガイドロールの鋳片厚さ方向の間隔を段階的に
増加させることにより鋳片に強制的にバルジングを起こ
し、スラブ厚さを鋳型短辺の２〜３倍としたクレータエ
ンド付近で圧下ロール群の小径ロールにより軽圧下を行
い、バルジングにより濃化溶鋼を浮上拡散させると共
に、軽圧下により濃化溶鋼の降下を阻止し、中心偏析を
防止する方法が提案されているが、太鼓型スラブを圧下
するため、幅中央部の圧下量が大きくなり、幅方向で均
一圧下を行うことは困難であると考えられる。

【００１３】なお、その他の中心偏析改善方法として、
特開昭６３−１５７７４９号公報に記載されているよう
に、電磁攪拌を特定範囲内でかける方法や、特開平１−
１１３１５７号公報に記載されているように、超音波振
動を鋳片に印加する方法があるが、いずれも幅方向に不
均一凝固が有る場合には、根本的な解決には至らなかっ
た。

【００１４】この発明は、前述のような問題点を解消す
べくなされたもので、その目的は、中心偏析改善に対す
る圧下鋳造を有効に機能させるために、溶融金属の流動
を制御し、中心偏析改善の阻害となっているＷ型プロフ
ィールを解消し、しかも比較的簡単な構成で中心偏析を
容易かつ確実に防止しようとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る連続鋳造
法は、図１に示すように、鋳型２内に浸漬ノズル１を介
して供給した溶融金属３を冷却しつつ引き抜く連続鋳造
法において、前記浸漬ノズル１の側部吐出口１０および
底部吐出口１１から溶融金属を吐出することにより、鋳
片の未凝固領域における鋳片幅方向中央部に下降流を形
成して未凝固領域における凝固シェル厚を鋳片幅方向に
制御しつつつ、この未凝固領域の最終凝固部を連続的に
圧下し、中心偏析を防止することを特徴とする。

【００１６】この発明に係る浸漬ノズルは、鋳型２内の
溶融金属３内に下部が浸漬される浸漬ノズルにおいて、
ノズル胴部１ａの下部における側部に、吐出方向がノズ
ル中心軸から側方に向かう側部吐出口１０を複数設け、
ノズル底部１ｂに、吐出方向が下方に向かう底部吐出口
１１を複数設けたことを特徴とする。

【００１７】スラブ用の通常の浸漬ノズルにおいては、
２つの側部吐出口１０がそれぞれ鋳片短辺に向けて若干
下向きに形成されており、このような浸漬ノズルの底部
１ｂに底部吐出口１１をノズル中心軸を挟んで鋳片幅方
向に２つ（全４孔ノズル）あるいは４つ（全６孔ノズ
ル）配列すればよい。

【００１８】以上のような構成において、本発明の作用
について説明する。従来の２つの側部吐出口を有する２
孔ノズルの場合、図６（ｂ）に示すように、吐出流はメ
ニスカス部分への上昇流および鋳片短辺側への下降流を
形成し、クレータエンド形状は平面視でＷ型プロフィー
ルとなる。このような未凝固領域が不均一な鋳片を圧下
すると、凝固遅部すなわち鋳片エッジ近傍に圧下が及ば
ず、鋳片エッジ近傍の中心偏析が悪化するといった問題
を含んでいた。

【００１９】これに対して、本発明では、図１（ａ）に
示すように、溶融金属３が側部吐出口１０および底部吐
出口１１から吐出され、鋳型２の中央部および上部に供
給される。中央に向かう吐出流は、鋳片内部幅方向中央
部において下降流Ｆ₂ となり、鋳片短辺側の熱供給に比
べはるかに中央部が大きくなる。従って、鋳片横断面内
凝固シェル厚は、鋳片幅方向中央部で薄く、鋳片幅方向
端部で厚くなるといった凝固形態を持ち、従来発生して
いたＷ型プロフィールが解消される。このような横断面
紡錘形の未凝固領域をもった鋳片は、凝固収縮量に応じ
た圧下が可能となり、濃化溶鋼の流入，集積が阻止さ
れ、中心偏析Ａを防止することができる。

【００２０】なお、側部吐出口１０からの上昇流Ｆ
₁ は、メニスカスの温度を上昇させ、皮張り等の問題を
解消する。

【００２１】また、鋳片内幅方向中央部の下降流Ｆ₂ の
速度は、底部吐出口１１の吐出口径・吐出角度を調節す
ることにより可能である。底部吐出口１１を２つ設ける
ことにより（全４孔ノズル）、流動制御が可能となり、
特に下降流の鋳片幅方向中央部に対する熱供給を大とす
ることができ、底部吐出口１１を４つ設けることにより
（全６孔ノズル）、流動を全４孔ノズルよりも大きくす
ることができ、また吐出速度も速めることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示する一実施
例に基づいて詳細に説明する。これは鋼スラブの連続鋳
造に適用した例であり、図３に示すように、レードル，
タンディッシュからの溶鋼３が浸漬ノズル１により水冷
鋳型２内に鋳込まれ、鋳型２内の一次冷却により鋳片４
表面に凝固シェルＳが形成され、続くサポートロール群
５でのスプレー水等による二次冷却により凝固が促進さ
れ、圧下ロール群６で完全凝固し、ピンチロール７で引
き出される。

【００２３】このような連続鋳造設備において、本発明
では、図１，図２に示すように、タンディッシュにスラ
イディングノズル装置を介して取付けられる浸漬ノズル
１を、胴部１ａの下部に２つの側部吐出口１０を設け、
底部１ｂに２つあるいは４つの底部吐出口１１を設けた
全４孔ノズル１−Ｉ、あるいは全６孔ノズル１−IIとす
る。

【００２４】２つの側部吐出口１０は、通常の浸漬ノズ
ルと同様に、吐出方向がスラブ幅方向両側すなわちスラ
ブ短辺に向かうように配設され、かつ吐出角度が水平に
対して下向きに数°の角度となるように形成されてい
る。底部吐出口１１はノズル中心軸を挟んでスラブ幅方
向両側に配列し、吐出方向は鉛直方向とする。なお、こ
の底部吐出口１１の吐出口径および吐出角度は、図１
（ａ）に示すような横断面紡錘型の最適な未凝固領域Ｂ
を有する鋳片４が得られるように適宜決定される。

【００２５】また、凝固末期のクレータエンド部分を前
後の所定範囲にわたって圧下ロール群６により圧下を行
う。

【００２６】以上のような構成において、次のような条
件で連続鋳造を行った。

【００２７】装置仕様・鋳造条件 (1) 連続鋳造機： 湾曲型連鋳機（湾曲半径：１２．５
ｍ） (2) 鋳片サイズ： ２５０ｍｍ（厚み）×２０００ｍｍ
（幅） (3) 鋼種 ： Ｃ ０．１５〜０．２０％厚板用４
０Ｋ鋼 (4) 溶鋼過熱度： ΔＴ＝２０°Ｃ (5) 鋳込速度 ： ０．８ｍ／ｍｉｎ (6) 凝固末期圧下： 圧下ゾーン長 ５ｍ，圧下勾配
１ｍｍ／ｍ 凝固後の鋳片の厚み中央部には、Ｃ，Ｓ，Ｐ，Ｓi , Ｍ
ｎなどの溶鋼成分が偏析するが、この実施例において
は、濃度の高いＣに注目し、Ｃ偏析度により評価した。
その結果を図４に示す。同図において、本発明実施例Ｉ
は全４孔ノズルを、本発明実施例IIは全６孔ノズルを使
用した場合であり、それぞれ(1) 〜(6) の仕様・条件の
もとで行われたものである。また、実施比較例として、
従来の２孔浸漬ノズルによる連続鋳造も行った。

【００２８】図４からも明らかなように、本発明では、
従来の２孔浸漬ノズルにおける偏析度が改善され、スラ
ブ幅方向端部における中心偏析が改善された。また、全
４孔ノズルの方が全６孔ノズルよりも僅かながらも中心
偏析が改善された。これらにより、Ｗ型プロフィールが
解消され、幅方向に均一な組成の鋳片を製造することが
できた。

【００２９】

【発明の効果】前述の通り、この発明は、連続鋳造する
に際し、浸漬ノズルの下部における側部に複数の側部吐
出口を、ノズル底部に複数の底部吐出口を設けることに
より、鋳片の未凝固領域における鋳片幅方向中央部に下
降流を形成して鋳片の未凝固領域の形状を最適に制御す
ることができ、従来の２孔ノズルで発生するＷ型プロフ
ィールを解消することができ、未凝固領域の均一な圧下
が可能となり、鋳片幅方向全域において均一組成で、か
つ中心偏析のない良好な鋳片を製造することができる。
しかも、浸漬ノズルは通常の浸漬ノズルに若干の改造を
施すだけでよいので、コストを低減できると共に、中心
偏析を容易かつ確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、この発明に係る連続鋳造法における
溶融金属の流れ・均一凝固状況を示す縦断面図および横
断面図、（ｂ）はこの発明に係る浸漬ノズルの一例を示
す縦断面図および横断面図、（ｃ）は同様の他の例を示
す縦断面図および横断面図である。

【図２】この発明に係る浸漬ノズルであり、（ａ）は全
４孔ノズルの場合を示す縦断面図および下面図、（ｂ）
は全６孔ノズルの場合を示す縦断面図および下面図であ
る。

【図３】この発明に係る連続鋳造機を示す概略断面図で
ある。

【図４】スラブ幅方向に対するＣ偏析度分布を示すグラ
フである。

【図５】従来の連続鋳造機における溶融金属の流れ・不
均一凝固状況を示す（ａ）は縦断面図，（ｂ）は斜視
図，（ｃ）は横断面図，（ｄ）は鋳片の中心偏析状況の
横断面図である。

【図６】従来のＷ型プロフィールの発生原因メカニズム
を示す（ａ）はフローチャート、（ｂ）は溶融金属の流
れ・不均一凝固状況を示す断面図である。

【図７】従来の幅方向凝固不均一を解消するための鋳型
を示す断面図である。

【符号の説明】 Ａ…中心偏析 Ｂ…未凝固領域 Ｓ…凝固シェル １…浸漬ノズル、１ａ…胴部、１ｂ…底部、 １−Ｉ…全４孔ノズル、１−II…全６孔ノズル、 ２…鋳型 ３…溶融金属（溶鋼） ４…鋳片 ５…サポートロール群 ６…圧下ロール群 ７…ピンチロール １０…側部吐出口、１１…底部吐出口。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型内に浸漬ノズルを介して供給した溶
   融金属を冷却しつつ引き抜く連続鋳造法において、前記
   浸漬ノズルの側部吐出口および底部吐出口から溶融金属
   を吐出することにより、鋳片の未凝固領域における鋳片
   幅方向中央部に下降流を形成して未凝固領域における凝
   固シェル厚を鋳片幅方向に制御しつつつ、この未凝固領
   域の最終凝固部を連続的に圧下し、中心偏析を防止する
   ことを特徴とする連続鋳造法。
2. 【請求項２】 鋳型内の溶融金属内に下部が浸漬される
   浸漬ノズルにおいて、ノズル胴部下部における側部に、
   吐出方向がノズル中心軸から側方に向かう側部吐出口を
   複数設け、ノズル底部に、吐出方向が下方に向かう底部
   吐出口を複数設けたことを特徴とする浸漬ノズル。