鋼包底部構造の最適化が鋼水の清浄度向上に及ぼす作用機構を探るため、本研究ではスラグ巻き込み挙動を切り口とし、渦の臨界高さを巻き込み傾向を測る重要な指標とした。水モデルデータの分析により、階段体積、通鋼量およびノズルから階段までの距離の三つのパラメータを選択し、これらと渦の臨界高さとの経験式を構築、さらに階段体積と鋼包に残存する鋼水量の関係式をフィッティングして構造最適化設計の理論的基盤を提供した。この基盤の上に新型の傾斜階段式鋼包底部構造を設計し、鋼包底部を出鋼口に傾斜した平面形状に最適化し、底部傾斜高さを260～220 mm、傾斜角度2°、傾斜面の総高さ70 mmとした。この底部最適化は主に150～300 tの鋼包に適用される。さらに工業試験を実施し、自動走査電子顕微鏡を用いて最適化前後の中間包および連続鋳造スラブ中の介在物を分析した。結果は、構造最適化後、中間包鋼試料中のw［T.O］が40×10⁻⁶から27×10⁻⁶に、w［T.N］が87×10⁻⁶から61×10⁻⁶に低減し、2 μm以上の介在物の数密度が28個/mm²から5個/mm²に減少したことを示した。連鋳スラブ中の10～14 μmの介在物数は著しく減少し、最大サイズは53 μmから24 μmに低減し、介在物の面積分率と数密度は厚さ中心で最も顕著に減少した。鋼包底部構造の最適化は、終期のスラグ巻き込みを制御し、介在物の移動および集積を抑制することで鋼水の清浄度を効果的に向上させ、良好な工学的応用価値を持つ。

連続鋳造スラブ; 鋼包構造; 渦; 残留鋼水量