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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-26
(45)【発行日】2023-01-10
(54)【発明の名称】鋼の連続鋳造方法
(51)【国際特許分類】
B22D 41/50 20060101AFI20221227BHJP
B22D 11/11 20060101ALI20221227BHJP
B22D 11/111 20060101ALI20221227BHJP
【ＦＩ】
B22D41/50 520
B22D11/11 B
B22D11/111
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2019076463
(22)【出願日】2019-04-12
(65)【公開番号】P2020171955
(43)【公開日】2020-10-22
【審査請求日】2021-12-06
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(72)【発明者】
【氏名】山本 研一
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 昭成
(72)【発明者】
【氏名】村上 峻介
(72)【発明者】
【氏名】井上 訓志
(72)【発明者】
【氏名】川端 雅俊
【審査官】藤長 千香子
(56)【参考文献】
【文献】実開昭６３－０２５２５５（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００１－１１３３４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５２９５５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－０９１３５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２０８６４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２０８６４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０６６５５９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２２Ｄ ３３／００－４７／０２
Ｂ２２Ｄ １１／００－１１／２２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入し、このタンディッシュから連続鋳造用鋳型に前記溶鋼を供給し、鋳片を連続的に鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、前記取鍋の下端に、有底筒状のロングノズルが配設され、このロングノズルを介して、前記取鍋から前記タンディッシュへの前記溶鋼が注入される構成とされており、
前記ロングノズルは、底面部に開口する底面開口孔と、側面に開口する側面開口孔と、を有しており、
前記ロングノズルの前記底面部の全面積をＳ（ｍ２）、前記底面開口孔の面積をＳＢ（ｍ２）、前記側面開口孔の総開口面積をＳＴ（ｍ２）、定常時における前記ロングノズル内の流速をｖ（ｍ／ｓ）とした場合に、以下の（１）～（３）式を満足するとともに、
（１）式：０．１４≦ＳＢ／Ｓ
（２）式：０＜ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）≦０．５５
（３）式：ｖ２×（Ｓ－ＳＢ）≧０．００３５
定常鋳造時における前記底面開口孔からの溶鋼流出量が３ｔ／ｍｉｎを超えないように、前記取鍋から前記タンディッシュに向けて前記溶鋼を注入することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項2】
前記タンディッシュ内の前記溶鋼の湯面を、フラックス及び不活性ガスの一方又は両方で覆うことを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、取鍋からタンディッシュに向けて溶鋼を注入し、このタンディッシュから連続鋳造用鋳型に前記溶鋼を供給し、鋳片を連続的に鋳造する鋼の連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、自動車用外板向け極低炭素鋼板、缶用低炭ブリキ鋼板向けの低炭アルミキルド鋼板、鋼管向け熱延鋼板、自動車用の構造部材等に用いられるハイテン鋼においては、高加工性や良好な表面形状が求められる。
これらの高加工性や良好な表面形状を実現するためには、鋼中の非金属介在物およびそれらを含む表面や内部欠陥が大きな課題となる。したがって、高加工性、良好な表面形状が必要な場合、溶鋼から非金属介在物を除去して清浄性を高めることが必要である。
これらの高加工性や良好な表面形状を実現するためには、鋼中の非金属介在物およびそれらを含む表面や内部欠陥が大きな課題となる。したがって、高加工性、良好な表面形状が必要な場合、溶鋼から非金属介在物を除去して清浄性を高めることが必要である。
【0003】
従来は、タンディッシュに堰を設けて溶鋼の上昇流を形成したり、連続鋳造の鋳型内で電磁ブレーキを用いて浸漬ノズルからの吐出流を制動させたりすることで、非金属介在物の浮上除去を行っていたが、十分に除去されておらず、非金属介在物が最終成品である薄鋼板まで持ち込まれ、有害なアルミナクラスターや、非金属介在物が一定量残存している。
【0004】
そこで、非金属介在物のさらなる除去を行うために、例えば、特許文献１～４に示すように、タンディッシュ内の溶鋼において非金属介在物の浮上分離を促進する技術が提案されている。
特許文献１においては、スラグ・非金属介在物起因の欠陥を生じさせないために、タンディッシュの注入流落下領域に凹部を形成して撹拌することによって、スラグの浮上を図るものである。
特許文献１においては、スラグ・非金属介在物起因の欠陥を生じさせないために、タンディッシュの注入流落下領域に凹部を形成して撹拌することによって、スラグの浮上を図るものである。
【0005】
特許文献２においては、タンディッシュに溶鋼を注入するロングノズルについて底部を持つ構造とするとともに横方向に開口した横孔を形成し、この横孔から溶鋼を吐出することによって上昇流を生じさせ、タンディッシュ内での非金属介在物の浮上を効果的に行う溶鋼注入方法を提案している。
特許文献３においては、特許文献２と同様に、ロングノズルの下端部を閉塞し、側面に上向きの吐出口を持つロングノズルを提案し、タンディッシュ内における溶鋼の滞留時間を長くし、非金属介在物の浮上分離を効果的に行うものとしている。
特許文献４においては、特許文献２、３と同様の考え方をもつものであり、ノズルに底とその周面に形成された吐出用開口部１個を持つロングノズルを提案することで、タンディッシュ内において溶鋼中の介在物が浮上するのに十分な時間を確保するようにしている。
特許文献３においては、特許文献２と同様に、ロングノズルの下端部を閉塞し、側面に上向きの吐出口を持つロングノズルを提案し、タンディッシュ内における溶鋼の滞留時間を長くし、非金属介在物の浮上分離を効果的に行うものとしている。
特許文献４においては、特許文献２、３と同様の考え方をもつものであり、ノズルに底とその周面に形成された吐出用開口部１個を持つロングノズルを提案することで、タンディッシュ内において溶鋼中の介在物が浮上するのに十分な時間を確保するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開平０４－３４４８５４号公報
【文献】特開昭５９－１８３９６０号公報
【文献】特開平０５－２００５０７号公報
【文献】特開平０７－１５５９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、特許文献１のように、タンディッシュに凹部を形成した場合には、連続鋳造が終わった後、タンディッシュ内に残存する溶鋼量が多くなり、溶鋼歩留の低下に繋がるため、実生産プロセスとしては、コスト的に成り立たない。
また、特許文献２～４に示すように、ロングノズルの下端を閉塞した場合には、取鍋から溶鋼の注入を開始する際に、大きな溶鋼静圧を持った運動量の大きな溶鋼落下によって大きな衝撃力がかかり、ロングノズルが損傷し、損傷したロングノズルの破片がタンディッシュ内に落下するトラブルが発生するおそれがあった。また、上述の衝撃力がロングノズルを把持する把持力よりも大きくなってロングノズルと取鍋下部に隙間があき、隙間から溶鋼が漏れるおそれがあった。このように、操業上の問題があるため、実用化が出来ていない。
また、特許文献２～４に示すように、ロングノズルの下端を閉塞した場合には、取鍋から溶鋼の注入を開始する際に、大きな溶鋼静圧を持った運動量の大きな溶鋼落下によって大きな衝撃力がかかり、ロングノズルが損傷し、損傷したロングノズルの破片がタンディッシュ内に落下するトラブルが発生するおそれがあった。また、上述の衝撃力がロングノズルを把持する把持力よりも大きくなってロングノズルと取鍋下部に隙間があき、隙間から溶鋼が漏れるおそれがあった。このように、操業上の問題があるため、実用化が出来ていない。
【0008】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、ロングノズルの損傷、溶鋼漏れ等のトラブルを生じさせずに、また、溶鋼歩留りも悪化させることなく、非金属介在物の除去を十分に行うことができ、清浄度の高い鋼鋳片を製造可能な鋼の連続鋳造方法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】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、以下に示すような知見を得た。
本発明者らは、上記課題を解決するためには、ロングノズルを活用することが重要であると考えた。すなわち、ロングノズル内で溶鋼を乱流、撹拌状態に保ち、微細な非金属介在物の凝集を促進する機能を持たせることを、損傷、溶鋼漏れ等のトラブルを生じさせずに活用する方法を見つけ出すことである。ロングノズル内で非金属介在物を凝集させて浮上しやすくすれば、タンディッシュに凹部を形成する必要がなくなるため、溶鋼歩留りも悪化させることなく、非金属介在物の除去を行うことができる。
そこで、ロングノズルの下方の溶鋼の吐出口を変化させて、ロングノズルの損傷、溶鋼漏れ等のトラブルを生じさせることなく、ロングノズル内の乱流、撹拌エネルギーを用いることによって、非金属介在物の凝集を促進して、非金属介在物を効率的に浮上分離して個数密度を減少させることができる、ロングノズルの形状を解明することを試みた。
本発明者らは、上記課題を解決するためには、ロングノズルを活用することが重要であると考えた。すなわち、ロングノズル内で溶鋼を乱流、撹拌状態に保ち、微細な非金属介在物の凝集を促進する機能を持たせることを、損傷、溶鋼漏れ等のトラブルを生じさせずに活用する方法を見つけ出すことである。ロングノズル内で非金属介在物を凝集させて浮上しやすくすれば、タンディッシュに凹部を形成する必要がなくなるため、溶鋼歩留りも悪化させることなく、非金属介在物の除去を行うことができる。
そこで、ロングノズルの下方の溶鋼の吐出口を変化させて、ロングノズルの損傷、溶鋼漏れ等のトラブルを生じさせることなく、ロングノズル内の乱流、撹拌エネルギーを用いることによって、非金属介在物の凝集を促進して、非金属介在物を効率的に浮上分離して個数密度を減少させることができる、ロングノズルの形状を解明することを試みた。
【0010】
本発明者は、連続鋳造装置において低炭アルミキルド鋼を鋳造する際に、ロングノズル内溶鋼流速ｖ（ｍ／ｓ）、および、ロングノズルの下方の溶鋼の吐出口を変化させて、取鍋、タンディッシュ、鋳片で、溶鋼メタルのサンプリング、鋳片サンプルの採取を行い、それらの成分分析、非金属介在物の調査、解析を詳細に行った。非金属介在物の調査は、スライム抽出法で行った。鋳片の表層から６０ｍｍ程度の深さの位置にある介在物の集積帯位置から、サンプルを切り出して３０μｍ以上の大きさの非金属介在物を捕集する網の中で、塩化第一鉄水溶液中で約５００ｇ電気分解を行って非金属介在物を電解抽出しスライムとして捕集した。捕集したスライムを水簸（水洗しながら非金属介在物のみを分離捕集すること）、分級したのちに、非金属介在物の粒径分布、最大粒径を求めた。
【0011】
鋭意研究の結果、取鍋下部に設置したロングノズル下方の溶鋼の吐出口に開口孔を有する底面部を設けることで、取鍋の溶鋼がロングノズル内を落下してくる運動エネルギーを止めることになり、その急激な運動エネルギーの変化がロングノズルの内部の溶鋼を乱流撹拌状態にして、非金属介在物の凝集を促進できるとともに、底面部に設けた開口孔の分、溶鋼の衝突力を低減することができ、ロングノズルの損傷や溶鋼漏れを防止できることを知見した。
また、底面開口孔の開口面積を大きくしすぎると、ロングノズル内での溶鋼の乱流状態が不十分になり、底面開口孔の開口面積を小さくしすぎると、溶鋼が落下する運動エネルギーによる衝突力で、ロングノズルが損傷したり、溶鋼漏れが発生したりして、操業トラブルとなるため、両者を両立するためには底面開口孔の開口面積を適正化することが重要であることを知見した。
また、底面開口孔の開口面積を大きくしすぎると、ロングノズル内での溶鋼の乱流状態が不十分になり、底面開口孔の開口面積を小さくしすぎると、溶鋼が落下する運動エネルギーによる衝突力で、ロングノズルが損傷したり、溶鋼漏れが発生したりして、操業トラブルとなるため、両者を両立するためには底面開口孔の開口面積を適正化することが重要であることを知見した。
【0012】
さらに、タンディッシュ内の底部に沿った流れによって、非金属介在物が鋳型に直接流入する現象を抑制する為に、ロングノズルの側面に側面開口孔を設けて、直接、底面開口孔から流出する溶鋼量を制限することで、最終成品である薄鋼板まで持ち込まれる非金属介在物量、大きさを、品質に必要な値を超えないように鋳造することができることを知見した。
こうして、ロングノズルの破損、溶鋼漏れ等のトラブルを引き起こすことなく、非金属介在物の十分な除去が可能で、高品質の鋼鋳片を鋳造することができる、ロングノズルを用いた鋼の連続鋳造方法を見出した。
こうして、ロングノズルの破損、溶鋼漏れ等のトラブルを引き起こすことなく、非金属介在物の十分な除去が可能で、高品質の鋼鋳片を鋳造することができる、ロングノズルを用いた鋼の連続鋳造方法を見出した。
【0013】
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明の鋼の連続鋳造方法は、取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入し、このタンディッシュから連続鋳造用鋳型に前記溶鋼を供給し、鋳片を連続的に鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、前記取鍋の下端に、有底筒状のロングノズルが配設され、このロングノズルを介して、前記取鍋から前記タンディッシュへの前記溶鋼が注入される構成とされており、前記ロングノズルは、底面部に開口する底面開口孔と、側面に開口する側面開口孔と、を有しており、前記ロングノズルの前記底面部の全面積をＳ（ｍ２）、前記底面開口孔の面積をＳＢ（ｍ２）、前記側面開口孔の総開口面積をＳＴ（ｍ２）、定常時における前記ロングノズル内の流速をｖ（ｍ／ｓ）とした場合に、以下の（１）～（３）式を満足するとともに、
（１）式：０．１４≦ＳＢ／Ｓ
（２）式：０＜ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）≦０．５５
（３）式：ｖ２×（Ｓ－ＳＢ）≧０．００３５
定常鋳造時における前記底面開口孔からの溶鋼流出量が３ｔ／ｍｉｎを超えないように、前記取鍋から前記タンディッシュに向けて前記溶鋼を注入することを特徴としている。
（１）式：０．１４≦ＳＢ／Ｓ
（２）式：０＜ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）≦０．５５
（３）式：ｖ２×（Ｓ－ＳＢ）≧０．００３５
定常鋳造時における前記底面開口孔からの溶鋼流出量が３ｔ／ｍｉｎを超えないように、前記取鍋から前記タンディッシュに向けて前記溶鋼を注入することを特徴としている。
【0014】
この構成の鋼の連続鋳造方法によれば、取鍋からタンディッシュに対して溶鋼の注入を開始する際に、大きな溶鋼静圧を持った運動量の大きな溶鋼落下によっても、ロングノズルの破損、溶鋼漏れ等のトラブルの発生を抑制でき、安定して鋳造を行うことができる。また、底面部を有することでロングノズル内の溶鋼が乱流状態となり、非金属介在物を効率的に凝集させることができ、かつ、側面開口孔からの吐出流によって温度差による対流を促し、非金属介在物の浮上分離を促進することができ、清浄度が十分に高い鋼鋳片を製造することが可能となる。
【0015】
また、本発明の鋼の連続鋳造方法においては、前記タンディッシュ内の前記溶鋼の湯面を、フラックス及び不活性ガスの一方又は両方で覆う構成とすることが好ましい。
この場合、前記タンディッシュ内の前記溶鋼の湯面を、フラックス及び不活性ガスで覆うことにより、タンディッシュ内の溶鋼の酸化を抑制でき、非金属介在物の生成を抑制することが可能となる。よって、さらに清浄度が十分に高い鋼鋳片を製造することが可能となる。
この場合、前記タンディッシュ内の前記溶鋼の湯面を、フラックス及び不活性ガスで覆うことにより、タンディッシュ内の溶鋼の酸化を抑制でき、非金属介在物の生成を抑制することが可能となる。よって、さらに清浄度が十分に高い鋼鋳片を製造することが可能となる。
【発明の効果】
【0016】
上述のように、本発明によれば、ロングノズルの損傷、溶鋼漏れ等のトラブルを生じさせずに、また、溶鋼歩留りも悪化させることなく、非金属介在物の除去を十分に行うことができ、清浄度の高い鋼鋳片を製造可能な鋼の連続鋳造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の実施形態である鋼の連続鋳造方法を実施する連続鋳造装置の一例を示す説明図である。
【図2】本実施形態における鋼の連続鋳造方法において用いられるロングノズルの概略説明図である。（ａ）が軸線に沿った断面説明図、（ｂ）がＸ－Ｘ断面図である。
【図3】取鍋からの溶鋼注入時の溶鋼の運動量を説明する説明図である。
【図4】ロングノズルの底面部の全面積Ｓと底面開口孔の面積ＳＢとの比ＳＢ／Ｓと、溶鋼漏れ及びロングノズルの損傷本数との関係を示すグラフである。
【図5】攪拌エネルギー指数（ｖ２×（Ｓ－ＳＢ））と、粒径３０～１００μｍの非金属介在物個数密度との関係を示すグラフである。
【図6】底面開口孔の面積ＳＢ及び側面開口孔の総開口面積ＳＴの関係式ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）と非金属介在物の最大径との関係を示すグラフである。
【図7】底面開口孔からの溶鋼流出量と粒径１００μｍ超えの非金属介在物個数密度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【0019】
図１に示す連続鋳造装置１０においては、取鍋１１によって転炉から溶鋼を移送し、ロングノズル２０を介してタンディッシュ１３に溶鋼２を注入し、このタンディッシュ１３において大きな介在物を浮上分離した後、浸漬ノズル１４を介して鋳型１５に溶鋼を供給し、鋳型１５内で凝固シェルを形成し、得られた鋳片１を連続的に鋳造するものである。そして、鋳型１５から製出された鋳片１は、複数のサポートロール１８からなるサポートロール群１７によって引き抜かれ、２次冷却手段（図示なし）によってさらに冷却することで凝固シェルを成長させて完全凝固させる。
【0020】
そして、本発明の実施形態である鋼の連続鋳造方法においては、取鍋１１からタンディッシュ１３へ溶鋼を注入する際に用いられるロングノズル２０に特徴を有している。図２に、本発明の実施形態である鋼の連続鋳造方法において用いられるロングノズル２０を示す。
【0021】
本実施形態におけるロングノズル２０は、図２に示すように、有底筒状をなし、具体的には、概略円筒形状をなしており、その上端に、取鍋へ取り付けるためのフランジ部２１が形成されている。
また、ロングノズル２０は、軸線Ｏ沿って延在する溶鋼経路２２を有しており、この溶鋼経路２２の下端に底面部２３が形成されている。そして、ロングノズル２０には、底面部２３に開口する底面開口孔２４と、溶鋼経路２２の側面に開口する側面開口孔２５と、が設けられている。なお、側面開口孔２５は、周方向に間隔をあけて複数設けられており、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、４つの側面開口孔２５が周方向に等間隔に配設されている。
また、ロングノズル２０は、軸線Ｏ沿って延在する溶鋼経路２２を有しており、この溶鋼経路２２の下端に底面部２３が形成されている。そして、ロングノズル２０には、底面部２３に開口する底面開口孔２４と、溶鋼経路２２の側面に開口する側面開口孔２５と、が設けられている。なお、側面開口孔２５は、周方向に間隔をあけて複数設けられており、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、４つの側面開口孔２５が周方向に等間隔に配設されている。
【0022】
ここで、ロングノズル２０においては、底面部２３の内面積をＳ（ｍ２）、底面開口孔２４の面積をＳＢ（ｍ２）、側面開口孔２５の総開口面積をＳＴ（ｍ２）、定常時における前記ロングノズル内の流速をｖ（ｍ／ｓ）とした場合に、以下の（１）式～（３）式を満足するように構成されている。なお、（３）式の左辺を攪拌パラメータ指数と定義する。
（１）式：０．１４≦ＳＢ／Ｓ
（２）式：０＜ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）≦０．５５
（３）式：ｖ２×（Ｓ－ＳＢ）≧０．００３５
（１）式：０．１４≦ＳＢ／Ｓ
（２）式：０＜ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）≦０．５５
（３）式：ｖ２×（Ｓ－ＳＢ）≧０．００３５
【0023】
さらに、本実施形態では、定常鋳造時における底面開口孔２４からの溶鋼流出量が３ｔ／ｍｉｎを超えないように、取鍋１１からタンディッシュ１３への溶鋼の注入量を制御するように構成されている。
なお、底面開口孔２４からの溶鋼流出量は、全体の溶鋼流量に全ての開口孔の面積に対する底面開口孔２４の面積の割合（ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ））を乗じて算出されるものである。
なお、底面開口孔２４からの溶鋼流出量は、全体の溶鋼流量に全ての開口孔の面積に対する底面開口孔２４の面積の割合（ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ））を乗じて算出されるものである。
【0024】
以下に、本実施形態において、上述の（１）～（３）式、及び、定常鋳造時における底面開口孔２４からの溶鋼流出量、を規定した理由について説明する。
【0025】
本実施形態においては、ロングノズル２０の溶鋼流路２２の下端に、底面部２３を設けることで、ロングノズル２０の内部（溶鋼経路２２内）を乱流攪乱状態にして、非金属介在物を凝集させ、非金属介在物の浮上分離の促進を図っている。
また、底面部２３に底面開口孔２４を設けることにより、鋳造開始時の取鍋開孔時の溶鋼落下による衝突力を低減することにより、ロングノズル２０の損傷や、ロングノズル２０の位置ずれによる溶鋼漏れ等の大きな操業トラブルの抑制を図っている。
そこで、実験を繰り返して、上述のトラブルを回避するために必要な底面開口孔の条件について検討した。
また、底面部２３に底面開口孔２４を設けることにより、鋳造開始時の取鍋開孔時の溶鋼落下による衝突力を低減することにより、ロングノズル２０の損傷や、ロングノズル２０の位置ずれによる溶鋼漏れ等の大きな操業トラブルの抑制を図っている。
そこで、実験を繰り返して、上述のトラブルを回避するために必要な底面開口孔の条件について検討した。
【0026】
図３に、取鍋１１の下部に設置してタンディッシュ１３へ注入するロングノズル２０の底面部への衝撃力を説明する概略図を示す。
取鍋１１からタンディッシュ１３に溶鋼注入を開始するときに、取鍋１１の下部にあるスラインディングノズルを開放する。溶鋼は、取鍋１１の溶鋼高さＨ（ｍ）による溶鋼静圧Ｐから求められる初速度ｖ０でロングノズル２０内（溶鋼経路２２）を自由落下する。ロングノズル２０内（溶鋼経路２２）を自由落下した溶鋼は、重力加速度ｇを受けて加速し、ロングノズル２０の底面部へ衝突する。
取鍋１１からタンディッシュ１３に溶鋼注入を開始するときに、取鍋１１の下部にあるスラインディングノズルを開放する。溶鋼は、取鍋１１の溶鋼高さＨ（ｍ）による溶鋼静圧Ｐから求められる初速度ｖ０でロングノズル２０内（溶鋼経路２２）を自由落下する。ロングノズル２０内（溶鋼経路２２）を自由落下した溶鋼は、重力加速度ｇを受けて加速し、ロングノズル２０の底面部へ衝突する。
【0027】
溶鋼流出初速度ｖ０、溶鋼流出初期流量Ｑ０（ｋｇ／ｓ）とすると、
Ｑ０（ｋｇ／ｓ）＝ロングノズル断面積×ｖ０×溶鋼密度
ロングノズル２０の下端での出口溶鋼流出速度ｖとすると、
ｖ＝ｖ０＋ｇ×ｔ，ｘ＝ｖ０×ｔ＋０．５×ｇ×ｔ２
ロングノズルの長さＬとし、ｘ＝Ｌを代入することで、ロングノズル２０の上部から下端までの落下時間ｔ（ｓ）が求まり、ｖ（ｍ／ｓ）が求まる。さらに、ロングノズル２０の下端での溶鋼流出流量Ｑ（ｋｇ／ｓ）が求まる。
Ｑ０（ｋｇ／ｓ）＝ロングノズル断面積×ｖ０×溶鋼密度
ロングノズル２０の下端での出口溶鋼流出速度ｖとすると、
ｖ＝ｖ０＋ｇ×ｔ，ｘ＝ｖ０×ｔ＋０．５×ｇ×ｔ２
ロングノズルの長さＬとし、ｘ＝Ｌを代入することで、ロングノズル２０の上部から下端までの落下時間ｔ（ｓ）が求まり、ｖ（ｍ／ｓ）が求まる。さらに、ロングノズル２０の下端での溶鋼流出流量Ｑ（ｋｇ／ｓ）が求まる。
【0028】
ロングノズル２０の下端における溶鋼流の衝撃力Ｆは、以下の式で算出される。
衝撃力Ｆ（Ｎ）＝溶鋼流出流量Ｑ（ｋｇ／ｓ）×溶鋼流出速度ｖ（ｍ／ｓ）
取鍋１１の溶鋼高さＨ（ｍ）は、製鋼工場によって異なるため、初速度ｖ０が変わり、ロングノズル２０の底面部への衝突力Ｆも変わる。
衝撃力Ｆ（Ｎ）＝溶鋼流出流量Ｑ（ｋｇ／ｓ）×溶鋼流出速度ｖ（ｍ／ｓ）
取鍋１１の溶鋼高さＨ（ｍ）は、製鋼工場によって異なるため、初速度ｖ０が変わり、ロングノズル２０の底面部への衝突力Ｆも変わる。
【0029】
本実施形態においては、取鍋１１内の溶鋼量が約１００ｔから４００ｔの異なる製鋼工場で、底面部の全面積Ｓ（ｍ２）と前記底面開口孔の面積ＳＢ（ｍ２）を変えたロングノズルを用いて実機実験を行った。その時の、ロングノズル２０の損傷状況、溶鋼漏れ状況を確認し、図４を実験的に得た。横軸に、各製鋼工場で用いて実験を行ったロングノズル２０のＳＢ／Ｓを取り、その時の溶鋼漏れトラブル回数と、ロングノズル２０の損傷本数を縦軸に取って示した。
この結果から、溶鋼漏れトラブルを発生させることが無く、かつ、ロングノズル２０の損傷を発生させることのない条件として、ＳＢ／Ｓ≧０．１４を得た。
この結果から、溶鋼漏れトラブルを発生させることが無く、かつ、ロングノズル２０の損傷を発生させることのない条件として、ＳＢ／Ｓ≧０．１４を得た。
【0030】
次に、溶鋼漏れ、ロングノズル２０の損傷トラブルを生じさせないＳＢ／Ｓ≧０．１４の範囲で、非金属介在物の凝集効果を十分に得るために必要な要件について、検討を行った。
ここで、本実施形態においては、「撹拌エネルギー指数ｖ２×（Ｓ－ＳＢ）」を考案した。その定義は、開口のある底面部２３において遮蔽され、下向きに流れていた溶鋼流が反対方向（上向き）の流れに変えられ、消失した運動エネルギーを指数とした。下向き運動エネルギーの消失した分が、ロングノズル２０の内部の溶鋼に撹拌エネルギーとして働くと考察した。すなわち、底面部２３から流出しようとした溶鋼流にせん断力が働き、そのせん断力の大小によって、非金属介在物の凝集エネルギーの大小を指数化しようと考察したものである。
ここで、本実施形態においては、「撹拌エネルギー指数ｖ２×（Ｓ－ＳＢ）」を考案した。その定義は、開口のある底面部２３において遮蔽され、下向きに流れていた溶鋼流が反対方向（上向き）の流れに変えられ、消失した運動エネルギーを指数とした。下向き運動エネルギーの消失した分が、ロングノズル２０の内部の溶鋼に撹拌エネルギーとして働くと考察した。すなわち、底面部２３から流出しようとした溶鋼流にせん断力が働き、そのせん断力の大小によって、非金属介在物の凝集エネルギーの大小を指数化しようと考察したものである。
【0031】
この指数で整理した結果を図５に示す。ロングノズル２０内の撹拌エネルギー指数と凝集効果が働く１００μｍ以下の非金属介在物の個数密度の関係である。
図５に示すように、撹拌エネルギー指数ｖ２×（Ｓ－ＳＢ）≧０．００３５とすることで、非金属介在物の凝集効果を十分に得られることを確認した。
図５に示すように、撹拌エネルギー指数ｖ２×（Ｓ－ＳＢ）≧０．００３５とすることで、非金属介在物の凝集効果を十分に得られることを確認した。
【0032】
本実施形態においては、上述のように、ロングノズル２０の損傷、溶鋼漏れ等のトラブルを発生させず、非金属介在物の凝集効果を得るために、底面部２３に底面開口孔２４を設けることを考案した。底面開口孔２４があることで、ロングノズル２０の損傷は免れるが、底面開口孔２０の開口面積ＳＢの増大に従い、従来のストレート型のノズルのように、タンディッシュ１３の底部を這って、直接鋳型に流れ込む溶鋼流れによって、比較的大きな非金属介在物が流入する課題が残った。
これについては、本実施形態においては、ロングノズル２０の底面部２３に設けた底面開口孔２４とロングノズル２０の側面に設けた側面開口孔２５で、溶鋼流を適切に分配することで解決した。この時、底面開口孔２４の開口面積ＳＢと側面開口孔２５の総開口面積ＳＴとの比は、次のような実験で求めた。
これについては、本実施形態においては、ロングノズル２０の底面部２３に設けた底面開口孔２４とロングノズル２０の側面に設けた側面開口孔２５で、溶鋼流を適切に分配することで解決した。この時、底面開口孔２４の開口面積ＳＢと側面開口孔２５の総開口面積ＳＴとの比は、次のような実験で求めた。
【0033】
側面開口孔２５からの流出する溶鋼流が大きくなるとタンディッシュ１３内で上向きの流れが生じ、比較的大きな非金属介在物が浮上除去されやすくなると考えられる。
そこで、底面開口孔２４と側面開口孔２５のそれそれから流出する溶鋼流の分配比を示す指標として、ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）を定義し、ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）を変化させたロングノズル２０を用いて連続鋳造を行い、鋳片１中の非金属介在物の最大径を調査した。図６に、ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）に対する非金属介在物最大径の関係を示す。
ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）を０．５５以下に制御することで、鋳片１に巻き込まれる非金属介在物を１００μｍ程度まで小さくすることができることがわかった。
そこで、底面開口孔２４と側面開口孔２５のそれそれから流出する溶鋼流の分配比を示す指標として、ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）を定義し、ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）を変化させたロングノズル２０を用いて連続鋳造を行い、鋳片１中の非金属介在物の最大径を調査した。図６に、ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）に対する非金属介在物最大径の関係を示す。
ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）を０．５５以下に制御することで、鋳片１に巻き込まれる非金属介在物を１００μｍ程度まで小さくすることができることがわかった。
【0034】
一方、底面開口孔２４からの溶鋼流出流量が大きくなると、直接、鋳型１５に流れ込む非金属介在物が多くなる。そこで、底面開口孔２４からの溶鋼流出流量と、特に製品で問題となる鋳片１中の１００μｍ超の非金属介在物の個数密度の関係を調査した。図７に、底面開口孔２４からの溶鋼流出流量と１００μｍ超の非金属介在物の個数密度の関係を示す。ここで、底面開口孔２４からの溶鋼流出流量は、全溶鋼流出流量に全ての開口孔の面積に対する底面開口孔２４の面積の割合（ＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ））を乗じて求める。
底面開口孔２４からの溶鋼流出流量が３ｔ／ｍｉｎを超えないように制御することで、１００μｍ超の非金属介在物の個数密度を小さくすることが可能なことを知見した。
底面開口孔２４からの溶鋼流出流量が３ｔ／ｍｉｎを超えないように制御することで、１００μｍ超の非金属介在物の個数密度を小さくすることが可能なことを知見した。
【0035】
以上のような実験結果から、本実施形態では、上述の（１）～（３）式、及び、定常鋳造時における底面開口孔２４からの溶鋼流出量、を規定した。
【0036】
また、本実施形態においては、ロングノズル２０からタンディッシュ１３内に溶鋼が流れ出た後の再酸化を防ぐために、タンディッシュ１３の溶鋼表面をタンディッシュ１３内の大気雰囲気から遮断して酸素濃度を低減することが好ましい。
このため、タンディッシュ１３内の溶鋼の湯面を、フラックス及び不活性ガスの一方又は両方で覆うことが好ましい。高級鋼においては、不活性ガスシールとフラックスシールの両方を適用することが望ましい。低級鋼においては、不活性ガスシールもしくは、フラックスシールのどちらかによって、確実にシールできることが望ましい。
このため、タンディッシュ１３内の溶鋼の湯面を、フラックス及び不活性ガスの一方又は両方で覆うことが好ましい。高級鋼においては、不活性ガスシールとフラックスシールの両方を適用することが望ましい。低級鋼においては、不活性ガスシールもしくは、フラックスシールのどちらかによって、確実にシールできることが望ましい。
【0037】
フラックスにはＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２系をベースとした、低融点組成で、溶鋼温度で十分溶融し、溶鋼表面を覆うことが可能なものを用いることが望ましい。
こうして、非金属介在物を凝集合体させ浮上を強化させるような高清浄鋼の溶製においては、溶鋼表面の酸素濃度を制御して再酸化を抑制しつつ、非金属介在物の除去を図ることで、大きなアルミナクラスターの低減効果を得ることができる。なお、酸素濃度は、酸素分圧でＰＯ２＝１０－１４（ａｔｍ）以下とすることが好ましい。
こうして、非金属介在物を凝集合体させ浮上を強化させるような高清浄鋼の溶製においては、溶鋼表面の酸素濃度を制御して再酸化を抑制しつつ、非金属介在物の除去を図ることで、大きなアルミナクラスターの低減効果を得ることができる。なお、酸素濃度は、酸素分圧でＰＯ２＝１０－１４（ａｔｍ）以下とすることが好ましい。
【0038】
以上のような構成とされた本実施形態である鋼の連続鋳造方法によれば、底面部２３に開口する底面開口孔２４と、側面に開口する側面開口孔２５と、を有するロングノズル２０を用いて、上述の（１）～（３）式を満足するとともに、定常鋳造時における底面開口孔２４からの溶鋼流出量が３ｔ／ｍｉｎを超えないように、取鍋１１からタンディッシュ１３に向けて溶鋼を注入する構成とされているので、取鍋１１からタンディッシュ１３に対して溶鋼の注入を開始する際に、大きな溶鋼静圧を持った運動量の大きな溶鋼落下によっても、ロングノズル２０の破損、位置ずれに溶鋼漏れの発生を抑制でき、安定して鋳造を行うことができる。
また、底面部２３を有することでロングノズル２０内の溶鋼が乱流状態となり、非金属介在物を効率的に凝集させることができ、かつ、側面開口孔２５からの吐出流によって温度差による対流を促し、非金属介在物の浮上分離を促進することができ、清浄度が十分に高い鋳片１を製造することが可能となる。
また、底面部２３を有することでロングノズル２０内の溶鋼が乱流状態となり、非金属介在物を効率的に凝集させることができ、かつ、側面開口孔２５からの吐出流によって温度差による対流を促し、非金属介在物の浮上分離を促進することができ、清浄度が十分に高い鋳片１を製造することが可能となる。
【0039】
また、本実施形態において、タンディッシュ１３内の溶鋼の湯面を、フラックス及び不活性ガスの一方又は両方で覆う構成とした場合には、タンディッシュ１３内の溶鋼の酸化を抑制でき、非金属介在物の生成を抑制することが可能となる。よって、さらに清浄度の高い鋳片を製造することが可能となる。
【0040】
以上、本発明の実施形態である鋼の連続鋳造方法について、具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0041】
例えば、本実施形態では、側面開口孔を４つ設けたものとして説明したが、これに限定されることはなく、側面開口孔の個数は４，６，８，・・・のように偶数個設けることが好ましい。
タンディッシュから２つのストランドに溶鋼を供給する場合、側面開口孔を、タンディッシュの長手方向別に半分ずつ（２，３，４，・・・）、かつ、両ストランド左右で対照に配置することにより、両ストランドに対照な流れを得て、なおかつタンディッシュの壁に直接向かう流れや、鋳型内に直接向かう直送流を避けることが可能となる。
タンディッシュから２つのストランドに溶鋼を供給する場合、側面開口孔を、タンディッシュの長手方向別に半分ずつ（２，３，４，・・・）、かつ、両ストランド左右で対照に配置することにより、両ストランドに対照な流れを得て、なおかつタンディッシュの壁に直接向かう流れや、鋳型内に直接向かう直送流を避けることが可能となる。
【0042】
また、本実施形態においては、側面開口孔の吐出角度について言及していないが、タンディッシュ底に這う流れが生じることをさらに抑制するためには、側面開口孔の吐出角度を水平面（上向き０°）とすることが好ましい。
【実施例】
【0043】
本発明の効果について検証するために実施した検証試験について説明する。
自動車用に用いられる低炭アルミキルド鋼を転炉出鋼、ＲＨ二次精錬工程で、脱ガス処理を行い、その後、表１に示す条件のロングノズルを用いて、表１に示す溶鋼流量で取鍋からタンディッシュに溶鋼を注入し、連続鋳造を行った。なお、ロングノズルは、いずれも側面開口孔が４個水平面に開口しているものを用いた。
自動車用に用いられる低炭アルミキルド鋼を転炉出鋼、ＲＨ二次精錬工程で、脱ガス処理を行い、その後、表１に示す条件のロングノズルを用いて、表１に示す溶鋼流量で取鍋からタンディッシュに溶鋼を注入し、連続鋳造を行った。なお、ロングノズルは、いずれも側面開口孔が４個水平面に開口しているものを用いた。
【0044】
鋳造途中でのノズル破損、溶鋼漏れのトラブルが発生したものは、トラブル発生時点で鋳造を中止し、非金属介在物の調査は実施しなかった。トラブルなく鋳造できた鋳片については、非金属介在物の調査を前述したスライム抽出法で行い、非金属介在物の粒径分布、最大粒径を求めた。鋳片サンプルの採取を行い、スライム法を用いて、非金属介在物個数密度を調査した。試験結果を表２に示す。
【0045】
【表1】
【0046】
【表2】
【0047】
Ｎｏ．１～１４は発明例であり、ノズル破損や溶鋼漏れのトラブルなく鋳造でき、非金属介在物個数密度も少なく、直径２００μｍを超えるような粗大な介在物も見られなかった。
Ｎｏ．１５～１７はＳＢ／Ｓが小さすぎる比較例であり、ロングノズル底面開口孔が小さすぎるためにノズル破損や溶鋼漏れのトラブルが発生した。
Ｎｏ．１８～２０は撹拌エネルギーが小さすぎる比較例であり、５００個／ｋｇを超える直径３０～１００μｍの非金属介在物が存在した。
Ｎｏ．２１～２３はＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）が大きすぎる比較例であり、直径２００μｍを超える非金属介在物が存在した。
Ｎｏ．２４～２６は、底面開口孔からの溶鋼流出流量が３．０ｔ／ｍｉｎを超える比較例であり、直径１００μｍ超の大きな非金属介在物が１０個／ｋｇ以上存在した。
Ｎｏ．１５～１７はＳＢ／Ｓが小さすぎる比較例であり、ロングノズル底面開口孔が小さすぎるためにノズル破損や溶鋼漏れのトラブルが発生した。
Ｎｏ．１８～２０は撹拌エネルギーが小さすぎる比較例であり、５００個／ｋｇを超える直径３０～１００μｍの非金属介在物が存在した。
Ｎｏ．２１～２３はＳＢ／（ＳＢ＋ＳＴ）が大きすぎる比較例であり、直径２００μｍを超える非金属介在物が存在した。
Ｎｏ．２４～２６は、底面開口孔からの溶鋼流出流量が３．０ｔ／ｍｉｎを超える比較例であり、直径１００μｍ超の大きな非金属介在物が１０個／ｋｇ以上存在した。
【符号の説明】
【0048】
１ 鋳片
１０ 連続鋳造装置
１１ 取鍋
１３ タンディッシュ
１５ 鋳型
２０ ロングノズル
２２ 溶湯経路
２３ 底面部
２４ 底面開口孔
２５ 側面開口孔
１０ 連続鋳造装置
１１ 取鍋
１３ タンディッシュ
１５ 鋳型
２０ ロングノズル
２２ 溶湯経路
２３ 底面部
２４ 底面開口孔
２５ 側面開口孔
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】