JP2004516145A - 連続鋳造用溶融金属供給装置及び連続鋳造用溶融金属供給方法 - Google Patents
連続鋳造用溶融金属供給装置及び連続鋳造用溶融金属供給方法 Download PDFInfo
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Abstract
本発明は、連鋳機のタンディッシュと鋳型の間を密閉した連通管で連結し、タンディッシュと鋳型の溶融金属湯面のレベル差によって発生するサイホン作用を利用して鋳型に溶融金属を供給することができる連続鋳造用溶融金属供給装置及びその供給方法に関する。この目的を達成するために、本発明は、レードル(10)から鋳型(20)に供給する連続鋳造用溶融金属供給装置において、前記レードルから供給された溶融金属を収容することができ、前記鋳型の側面に設置されるタンディッシュ(16,40)と、流入口(24)が前記タンディッシュに保存された溶融金属の湯面レベル以下に浸り、排出口(28)が前記鋳型の内部に浸るように曲がって形成される連通管(22,42)と、を備え、前記タンディッシュに保存される溶融金属の湯面レベルが前記鋳型に供給された溶融金属の湯面レベルより高く維持される溶融金属供給装置を提供する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は連続鋳造用溶融金属供給装置に関し、より詳しくは、連鋳機のタンディッシュと鋳型との間を密閉された連通管で連結し、タンディッシュと鋳型の溶融金属湯面のレベル差によって発生するサイホン作用を利用して前記連通管を通じて鋳型に溶融金属を一定に供給することができる連続鋳造用溶融金属供給装置及び供給方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、鋼の連続鋳造法は1960年代以降全世界的に広く普及された技術であって、以前の造塊法に比べて多くの長所を有しているため全世界造鋼量の60%以上が連続鋳造法で生産されている。韓国、日本及び西ヨーロッパのような主要鉄製造国などでは90%以上が連続鋳造法を用いて鋼を製造している。
【0003】
通常、連続鋳造工程に用いられる連鋳機は、図4に示されているように、溶融金属1を供給するためのレードル2と、その下部に配置されてレードル2の出口3を通じて溶融金属の供給を受けるタンディッシュ4と、前記タンディッシュ4から再び溶融金属の供給を受けて実際にスラブのような連続鋳造物を鋳造する鋳型6とで構成される。
【0004】
前記タンディッシュ4の底面には下方が開口されている浸漬ノズル5が形成され、前記浸漬ノズル5にはスライディングゲート7が設置されていて前記浸漬ノズル5を通じて鋳型6の内部に供給される溶融金属の量または供給方向を制御することができる。同時に、前記タンディッシュ4には浸漬ノズル5の開度を別途に調節することができるようにストッパーロッド(stopper rod)8が設置される。
【0005】
前記のように構成された連鋳機で、レードル2から供給された溶融金属は前記タンディッシュ4の底に形成された浸漬ノズル5を通じて前記鋳型6の内部に注入される。この時、鋳型6の直上部に位置したタンディッシュ4内の溶融金属と前記鋳型6内の溶融金属のレベル差(L)は通常約1.5m以上に達し、したがって、重力による自由落下速度が約5.4m/s以上と非常に速くなるので、スライディングゲート7及び/またはストッパーロッド8を用いて前記浸漬ノズル5の開度を調節して流路抵抗を与えることによって注入される溶融金属の流動速度を減少させて流量を制御する。
【0006】
通常、鉄鋼の鋳造時、鋳片の厚さは230〜250mmであり、その幅は約1〜1.6m程度である反面、浸漬ノズル吐出口の断面積は約80×70mm2程度である。つまり、鋳片の断面積が前記浸漬ノズル吐出口断面積の約20〜40倍になり、したがって、ノズル出口での溶融金属の吐出速度は鋳造速度の約20〜40倍となる。
【0007】
このように、吐出速度と鋳造速度の差が大きい状態で、溶融金属が鋳型6の内部に注入されるため鋳型6の内部での溶融金属の流動はきわめて不安定な状態になる。したがって、鋳型の湯面の揺れが激しくなり偏流が発生し、湯面で液状または固形状の鋳型パウダーが鋳型の内部に混入され、溶融金属の内部に含まれていた各種非金属介在物が湯面上に浮上できず鋳型内部に混入されるので製品性に深刻な障害を与える問題がある。
【0008】
一方、前記のような問題点を解決して鋳片の品質を向上させるために、従来は主に浸漬ノズルの吐出角度を適切に変更させる方法を使用した。このような浸漬ノズルの吐出角度は溶融金属の流動に非常に大きな影響を与える。
【0009】
つまり、吐出下向角度が大きくなると下降流の量が多くなり上昇流の量が減少して鋳型の湯面付近で溶融金属の流速が相対的に減少して安定した溶湯面が維持され、これによって作業性が向上し初期凝固が安定的に行われるなど鋳片の表面品質が向上する。
【0010】
反面、相対的に多量の非金属介在物及び気泡が下降流と共に鋳型深く浸透して湯面に浮上できず鋳片内部で金属と共に凝固し、したがって、鋳片の内部品質を悪化させる問題がある。
【0011】
一方、吐出下向角度が小さくなると下降流の量が減少して介在物及び気泡性欠陥が減少する。反面、上昇流の量が多くなって湯面付近で溶融金属の流速が急激に増加するので湯面での溶融フラックス混入、ボルテックス形成などにより表面品質が悪化する問題がある。このような問題点は、最近、鋳造速度が高速化することで一層深刻なほどに目立ってきている。
【0012】
前述したように、浸漬ノズルのみを利用した溶融金属流動の制御は限界があり、これを解決するための提案としてスウェーデン特許第8003695号、米国特許第4,495,984号などがある。
【0013】
前記特許によると、浸漬ノズルの吐出口直下方の局所部位に直流磁場を形成し、このような磁場と流動によるロレンツ力を利用して浸漬ノズルの吐出後、溶融金属の流速を減少させる装置が提案されている。
【0014】
しかし、前記提案による装置が製鉄所で実際に適用されたが、局所部位に設置された磁場による流動の減速効果よりは磁場による流動抵抗を回避する方向への流動歪曲現象が起こる問題が発生するので最近は用いられていない。
【0015】
一方、前述した問題点を解決するための提案としてスウェーデン特許第9100184号、米国特許第5,404,933号、特開平2−284750号などがある。
【0016】
前記各特許は鋳型の全幅にわたる磁場を水平方向に分布させる方法を開示している。しかし、依然として浸漬ノズルの吐出速度を根本的に減少させることができないので前述のような問題点を根本的に解決できない。
【0017】
実際的に、同一流量において流速は流動断面積に反比例するので浸漬ノズルの断面積を増加させると吐出速度を減少させることができるが、浸漬ノズルの上部であるタンディッシュとの連結部位断面積を従来と同一に維持させたままで浸漬ノズルの出口付近の断面積のみを増加させるとノズル内部で流動剥離現象が発生して流動が著しく不均一になるので浸漬ノズル上部の断面積も同時に増加させなければならない。
【0018】
しかし、この場合、ストッパーロッドまたはスライディングゲートバルブで浸漬ノズルの開度を調節して溶融金属の流量または供給量を制御することが非常に難しくなる問題点がある。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点を改善したものであって、その技術的目的は鉄鋼またはその他の金属の連続鋳造時に鋳型内部に供給される溶融金属の供給速度を調節することによって最終製品の表面品質及び内部品質を向上させることができる連続鋳造用溶融金属供給装置及びその方法を提供することにある。
【0020】
本発明の他の目的はタンディッシュから鋳型に供給される溶融金属の供給速度を緩慢にすることができる溶融金属供給装置及びその方法を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】
このような本発明の技術的課題を達成するために本発明は、レードルから溶融金属の供給を受けて一時保存した後、連続鋳造できるように鋳型に供給する連続鋳造用溶融金属供給装置において、前記レードルから供給された溶融金属を収容し、前記鋳型の側面に設置されるタンディッシュと、流入口が前記タンディッシュに保存された溶融金属の湯面レベル以下に浸り、排出口が前記鋳型の内部に浸るように曲がって形成される連通管と、を備え、前記タンディッシュに保存される溶融金属の湯面レベルが前記鋳型に供給された溶融金属の湯面レベルより高く維持されることを特徴とする連続鋳造用溶融金属供給装置を提供する。
【0022】
前記連通管は、上方屈曲面に溶融金属注入口が形成され排出口に隣接してゲートバルブが設置されていて、連続鋳造工程初期に溶融金属で前記連通管を充填することができる。
【0023】
また、前記連通管の流入口は前記タンディッシュの一側壁に一体に形成されることができ、この時、前記連通管は上方屈曲面にリリーフバルブが設置され排出口に隣接してゲートバルブが設置されていて溶融金属の初期充填時に空気を排出させることができる。
【0024】
一方、本発明による溶融金属供給装置は、前記タンディッシュと連係して前記タンディッシュを上下往復運動させることができるように前記タンディッシュ下部に設置される支持手段をさらに備えることができる。
【0025】
本発明は前記のような溶融金属供給装置を利用する溶融金属供給方法において、前記連通管のゲートバルブを閉鎖し前記レードルから供給される溶融金属で前記連通管と前記タンディッシュを充填する工程と、前記連通管のゲートバルブを開放して鋳型内部に溶融金属を供給する工程と、前記タンディッシュの湯面レベルを調節して前記連通管を通じて前記鋳型内部に供給される溶融金属の流量を制御することによって前記鋳型の湯面レベルを一定に維持する工程とを含むことを特徴とする連続鋳造用溶融金属供給方法を提供する。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下の詳細な記載において、本発明の好ましい実施の形態が、本発明者によって熟慮された本発明を実施するための最良の実施態様を例示することによって図示され、記述されている。
【0027】
まず、図1は本発明の第1の実施の形態による連続鋳造用溶融金属供給装置を示した概略図である。
【0028】
図1を参照すれば、本発明の第1の実施の形態による連続鋳造用溶融金属供給装置はレードル10から溶融金属14の供給を受けて一時保存した後、連続鋳造することができるように鋳型20に供給する装置であって、タンディッシュ16と連通管22とで構成される。
【0029】
前記タンディッシュ16はレードル10から供給された溶融金属を収容することができ、前記鋳型20の側傍に設置される。このようなタンディッシュ16は底面に別途の浸漬ノズルが形成されていない。
【0030】
前記連通管22は流入口24が前記タンディッシュ16に保存される溶融金属の湯面レベル以下に浸り、排出口28が前記鋳型20の内部に浸るように屈曲して形成される。
【0031】
ここで、前記連通管22の形状は図1のように、前記タンディッシュ16の溶融金属湯面に対してほぼ垂直に設置される流入口24と、このような流入部から折り曲がって前記タンディッシュ16の側にほぼ水平にのびる連結部26と、このような連結部26から垂直下方に折り曲がって前記鋳型20の内部に浸る程までのびる排出口28とが一体に形成される。
【0032】
しかし、前記連通管22の形状はこれに限定されるものではなく、アーチ形に形成することもできる。
【0033】
一方、このような連通管22の上方屈曲面には溶融金属注入口30が形成され、排出口28に隣接してゲートバルブ32が設置される。
【0034】
このような溶融金属注入口30とゲートバルブ32を用いて連続鋳造工程初期に溶融金属で前記連通管22を充填することができる。つまり、前記ゲートバルブ32を閉鎖した後、前記溶融金属注入口30を通じて連通管22の内部が満たされるまで溶融金属を注入して充填する。また、前記ゲートバルブ32は前記連通管22の排出口28を通じて鋳型20の内部に注入される溶融金属の量を制御することに用いることができる。
【0035】
本発明の第1の実施の形態による溶融金属供給装置において、前記タンディッシュ16に保存される溶融金属の湯面レベル(L1)は前記鋳型20に供給される溶融金属の湯面レベル(L2)より高く維持される。
【0036】
これを達成するために、前記レードル10からの溶融金属排出量を調節して前記タンディッシュ16の湯面レベル(L1)を制御したり、前記タンディッシュ16を昇降させることによって湯面レベル(L1)を制御することができる。つまり、本発明の第1の実施の形態による溶融金属供給装置は前記タンディッシュ16と連係してこのタンディッシュ16を上下往復運動させることができるように前記タンディッシュ16下部に設置される支持手段18をさらに含むことができ、このような支持手段18を用いて前記タンディッシュ16を昇降させる。
【0037】
図2は本発明の第2の実施の形態による連続鋳造用溶融金属供給装置を示した概略図である。
【0038】
図2を参照すれば、本発明の第2の実施の形態による溶融金属供給装置はレードル10から溶融金属14の供給を受けて一時保存した後、連続鋳造することができるように鋳型20に供給する装置であって、タンディッシュ40と連通管42とが一体に構成される。
【0039】
つまり、前記連通管42は前記タンディッシュ40の一側壁40a一部が流入口44の一部を形成することによって前記タンディッシュ40と一体に形成される。
【0040】
また、このような連通管42は前記流入口44から前記タンディッシュ40の側傍に延長されて排出口48が前記鋳型20の内部に浸るように屈曲して形成される。
【0041】
ここで、前記連通管42の形状は図2のように、前記タンディッシュ40の溶融金属湯面に対してほぼ垂直に設置される流入口44と、このような流入口44から折れ曲がって前記タンディッシュ40の側傍にほぼ水平にのびる連結部46と、このような連結部46から垂直下方に折り曲がって前記鋳型20の内部に浸る程までのびる排出口48が一体に形成される。
【0042】
しかし、前記連通管42の形状はこれに限定されず、アーチ形に形成されることもできる。
【0043】
一方、このような連通管42の上方屈曲面にはリリーフバルブ47が設置されて排出口に隣接してゲートバルブ50が設置される。
【0044】
このようなリリーフバルブ47とゲートバルブ32を用いて溶融金属の初期充填時連通管42内部の空気を排出させることができる。つまり、前記連通管42のリリーフバルブ47を開放して前記連通管42内部の空気が前記リリーフバルブ47を通じて全て排出されるまで前記タンディッシュに溶融金属を注入した後、前記リリーフバルブ47を閉鎖して充填する。また、前記ゲートバルブ50は前記連通管42の排出口48を通じて鋳型20の内部に注入される溶融金属の量を制御することに用いることができる。
【0045】
本発明の第2の実施の形態による溶融金属供給装置において、前記タンディッシュ40に保存される溶融金属の湯面レベル(L1)は前記鋳型20に供給される溶融金属の湯面レベル(L2)より高く維持される。
【0046】
これを達成するために、前記レードル10からの溶融金属排出量を調節して前記タンディッシュ40の湯面レベル(L1)を制御したり、前記タンディッシュ40を昇降させることによって湯面レベル(L1)を制御することができる。つまり、本発明の第2の実施の形態による溶融金属供給装置は前記タンディッシュ40と連係してこのタンディッシュ40を上下往復運動させることができるように前記タンディッシュ40下部に設置される支持手段18をさらに含むことができ、このような支持手段18を用いて前記タンディッシュ40を昇降させる。
【0047】
以下、前記で説明したように連続鋳造用溶融金属供給装置を用いた溶融金属供給方法に関して説明する。
【0048】
まず、前記連通管のゲートバルブを閉鎖して前記レードルから供給される溶融金属で前記連通管と前記タンディッシュを充填する。
【0049】
ここで、前記連通管の内部を溶融金属で空いた空間がないように満たすことが好ましく、前記タンディッシュは予め定められる鋳型の湯面レベルより高い程度に充填するのが好ましい。
【0050】
図1に示された本発明の第1の実施の形態による溶融金属供給装置において、連通管22はゲートバルブ32を閉鎖して前記連通管22の上方屈曲面に設置される溶融金属注入口30を通じて溶融金属を注入することによって充填される。
【0051】
一方、図2に示された本発明の第2の実施の形態による溶融金属供給装置において、連通管42はリリーフバルブ47を開放して前記連通管42内部の空気が前記リリーフバルブ47を通じて全て排出されるまでタンディッシュ40に溶融金属を注入した後、前記リリーフバルブ47を閉鎖することによって充填される。
【0052】
その後、連通管のゲートバルブを開放して鋳型内部に溶融金属を供給する。
【0053】
本発明の第2の実施の形態による溶融金属供給装置を用いて連続鋳造作業をするための初期化過程を図3A〜3Dを参照して説明する。
【0054】
まず、図3Aに示されているように、連通管42のゲートバルブ50を閉鎖してリリーフバルブ47を開放した状態でレードルから溶融金属の供給を受けてタンディッシュ40を満たし始める。そして、図3Bに示されているように、前記連通管42の内部が溶融金属で完全に充填されるまで前記タンディッシュ40に溶融金属を供給する。
【0055】
前記のように連通管42の内部を充填した後、前記リリーフバルブ47を閉鎖して、図3Cに示されているように鋳型に溶融金属を注入するためにゲートバルブ50を開放する。
【0056】
鋳型20に注入された溶融金属の湯面レベルが予め設定されたレベルに到達すると、図3Dに示されているように、鋳型を閉鎖していたダミーバー52を徐々に移して連続鋳造作業を遂行する。
【0057】
連続鋳造作業を遂行する過程で前記鋳型の湯面レベル(L2)を一定に維持するように、前記タンディッシュの湯面レベル(L1)を調節して連通管を通じて前記鋳型内部に供給される溶融金属の流量を制御する。
【0058】
ここで、前記タンディッシュの湯面レベル(L1)は前記レードルからの溶融金属排出量を調節することによって制御できる。
【0059】
または、前記タンディッシュの下部に設置される支持手段を用いてこれと連係した前記タンディッシュを昇降させることによって前記タンディッシュの湯面レベル(L1)を制御することができる。
【0060】
前記のような溶融金属供給装置において、決められた流量を要求される流速で供給するために必要なタンディッシュと鋳型の間の湯面レベル差(L)は次の通り計算できる。
【0061】
まず、連通管を通じたタンディッシュの湯面レベル(L1)と鋳型の湯面レベル(L2)の間の流動エネルギー方程式は下記[数1]のようである。
【0062】
【数1】
【0063】
ここで、Pは圧力、zは高さ、Vは流速、ρは密度、gは重力加速度、hAはシステムに加わったエネルギー、hLは損失エネルギーであり、下添字tとmは各々タンディッシュと鋳型を示す。
【0064】
前記[数1]で、システムに加わるエネルギー(hA)はないのでhA=0であり、タンディッシュ圧力(Pt)と鋳型の圧力(Pm)は大気圧であって互いに同一であり、Vt及びVmは各々タンディッシュ及び鋳型の自由表面の移動速度であってここではレベルが一定に維持されると仮定すると無視することができる。
【0065】
したがって、前記[数1]は下記[数2]のように整理できる。
【0066】
【数2】
【0067】
つまり、決められた流量を要求される流速で供給するために必要なレベル差、すなわち、タンディッシュと鋳型の間のレベル差(L:zt−zm)は溶融金属の連通管での損失エネルギー(hL)と同一になる。
【0068】
また、溶融金属の連通管での損失エネルギー(hL)は管路摩擦損失(major loss)(h1)と副次損失(minor loss)(h2)からなり、これは下記[数3]〜[数5]のように計算される。
【0069】
【数3】
【0070】
【数4】
【0071】
【数5】
【0072】
ここで、fは摩擦係数、ΣKは損失係数の総合、Lは管路長さ、dは管路直径、Vは管路内平均流速である。
【0073】
これにより、管路摩擦損失(h1)は通路の水力直径(hydraulic diameter)と長さと管路内部の粗度によって決定され、副次損失(h2)は管路入口及び出口形状、そして管路の形状、すなわち、拡大、縮少、分枝、曲管部などの有無によって決定される。
【0074】
【実施例】
実際的な計算の例として、図1のように連通管22が直角に曲げられた部位が2ケ所あり、長さが約1.5mである均一断面の通路で構成された簡単な溶融金属供給装置を考慮する。
【0075】
一般的な鋼の連続鋳造時、分当り約2.8トンの溶融金属が直径約56mmの連通管排出口を通じて鋳型内部に注入され、この時、前記排出口内部の平均流速は約1.2m/s程度であり、排出口内部の平均粗度は約0.2mm以下になる。
【0076】
このような状態で、本発明による溶融金属供給装置によって連通管排出口の内部断面積を2倍に増加させる場合、前記排出口内部の平均流速は約0.6m/sに減少でき、この時に必要なタンディッシュと鋳型の間のレベル差(L)は次の通り計算できる。
【0077】
i)管路摩擦損失(h1)計算;
まず、レイノルズ数は
Vd/ν=0.6×0.056/(0.9×10−6)=37,333≫2,300であるので乱流領域であり、相対粗度はε/d=0.2/56=0.00357である時、ムーディーチャート(Moody Chart)で摩擦係数(f)は約0.028であるので[数4]から
h1=f×(L/d)×(V2/2g)=0.028×(1.5/0.056)×{0.62/(2×9.8)}=0.01378mに計算される。
【0078】
ii)副次損失(h2)計算;
鋭利な入口での損失係数、K1≒0.5、出口での損失係数、K2≒1.0、90゜曲管部での損失係数、K3≒0.4であって、ΣK=K1+K2+2×K3=0.5+1.0+0.8=2.3であるので、前記[数5]からh2=ΣK×(V2/2g)=2.3×{0.62/(2×9.8)}=0.0422mであり、したがって、損失エネルギー∴hL=h1+h2=0.056mになる。
【0079】
結果的に、連通管の排出口内部での流速が0.6m/sになるようにするためにはタンディッシュの湯面と鋳型の湯面の間のレベル差(L)を約56mmとすればよい。
【0080】
以上を通じて本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。
【0081】
【発明の効果】
結果的に、本発明による連続鋳造用溶融金属供給装置によれば、連続鋳造機の鋳型内部に注入される溶融金属の流量を鋳型とタンディッシュの間の湯面レベル差(L)を利用して制御することで浸漬ノズルの断面積を増加させることができて、従来の鋳造方法と同じ流量を注入したとしても流速を遅くできるので、鋳型の湯面が安定し気泡あるいは非金属介在物などの浮上分離能が向上して鋳片の表面品質と内部品質が向上する効果がある。
【0082】
また、大量の溶融金属を鋳型内部に供給するとしてもその流速を遅くできるので、鋳片の品質を劣化させないで生産性を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の第1の実施の形態による連続鋳造用溶融金属供給装置を示した概略図である。
【図2】
本発明の第2の実施の形態による連続鋳造用溶融金属供給装置を示した概略図である。
【図3】
本発明の第2の実施の形態による溶融金属供給装置の初期化過程を段階的に示した概略図である。
【図4】
従来の連続鋳造用溶融金属供給装置を示した概略図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は連続鋳造用溶融金属供給装置に関し、より詳しくは、連鋳機のタンディッシュと鋳型との間を密閉された連通管で連結し、タンディッシュと鋳型の溶融金属湯面のレベル差によって発生するサイホン作用を利用して前記連通管を通じて鋳型に溶融金属を一定に供給することができる連続鋳造用溶融金属供給装置及び供給方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、鋼の連続鋳造法は1960年代以降全世界的に広く普及された技術であって、以前の造塊法に比べて多くの長所を有しているため全世界造鋼量の60%以上が連続鋳造法で生産されている。韓国、日本及び西ヨーロッパのような主要鉄製造国などでは90%以上が連続鋳造法を用いて鋼を製造している。
【0003】
通常、連続鋳造工程に用いられる連鋳機は、図4に示されているように、溶融金属1を供給するためのレードル2と、その下部に配置されてレードル2の出口3を通じて溶融金属の供給を受けるタンディッシュ4と、前記タンディッシュ4から再び溶融金属の供給を受けて実際にスラブのような連続鋳造物を鋳造する鋳型6とで構成される。
【0004】
前記タンディッシュ4の底面には下方が開口されている浸漬ノズル5が形成され、前記浸漬ノズル5にはスライディングゲート7が設置されていて前記浸漬ノズル5を通じて鋳型6の内部に供給される溶融金属の量または供給方向を制御することができる。同時に、前記タンディッシュ4には浸漬ノズル5の開度を別途に調節することができるようにストッパーロッド(stopper rod)8が設置される。
【0005】
前記のように構成された連鋳機で、レードル2から供給された溶融金属は前記タンディッシュ4の底に形成された浸漬ノズル5を通じて前記鋳型6の内部に注入される。この時、鋳型6の直上部に位置したタンディッシュ4内の溶融金属と前記鋳型6内の溶融金属のレベル差(L)は通常約1.5m以上に達し、したがって、重力による自由落下速度が約5.4m/s以上と非常に速くなるので、スライディングゲート7及び/またはストッパーロッド8を用いて前記浸漬ノズル5の開度を調節して流路抵抗を与えることによって注入される溶融金属の流動速度を減少させて流量を制御する。
【0006】
通常、鉄鋼の鋳造時、鋳片の厚さは230〜250mmであり、その幅は約1〜1.6m程度である反面、浸漬ノズル吐出口の断面積は約80×70mm2程度である。つまり、鋳片の断面積が前記浸漬ノズル吐出口断面積の約20〜40倍になり、したがって、ノズル出口での溶融金属の吐出速度は鋳造速度の約20〜40倍となる。
【0007】
このように、吐出速度と鋳造速度の差が大きい状態で、溶融金属が鋳型6の内部に注入されるため鋳型6の内部での溶融金属の流動はきわめて不安定な状態になる。したがって、鋳型の湯面の揺れが激しくなり偏流が発生し、湯面で液状または固形状の鋳型パウダーが鋳型の内部に混入され、溶融金属の内部に含まれていた各種非金属介在物が湯面上に浮上できず鋳型内部に混入されるので製品性に深刻な障害を与える問題がある。
【0008】
一方、前記のような問題点を解決して鋳片の品質を向上させるために、従来は主に浸漬ノズルの吐出角度を適切に変更させる方法を使用した。このような浸漬ノズルの吐出角度は溶融金属の流動に非常に大きな影響を与える。
【0009】
つまり、吐出下向角度が大きくなると下降流の量が多くなり上昇流の量が減少して鋳型の湯面付近で溶融金属の流速が相対的に減少して安定した溶湯面が維持され、これによって作業性が向上し初期凝固が安定的に行われるなど鋳片の表面品質が向上する。
【0010】
反面、相対的に多量の非金属介在物及び気泡が下降流と共に鋳型深く浸透して湯面に浮上できず鋳片内部で金属と共に凝固し、したがって、鋳片の内部品質を悪化させる問題がある。
【0011】
一方、吐出下向角度が小さくなると下降流の量が減少して介在物及び気泡性欠陥が減少する。反面、上昇流の量が多くなって湯面付近で溶融金属の流速が急激に増加するので湯面での溶融フラックス混入、ボルテックス形成などにより表面品質が悪化する問題がある。このような問題点は、最近、鋳造速度が高速化することで一層深刻なほどに目立ってきている。
【0012】
前述したように、浸漬ノズルのみを利用した溶融金属流動の制御は限界があり、これを解決するための提案としてスウェーデン特許第8003695号、米国特許第4,495,984号などがある。
【0013】
前記特許によると、浸漬ノズルの吐出口直下方の局所部位に直流磁場を形成し、このような磁場と流動によるロレンツ力を利用して浸漬ノズルの吐出後、溶融金属の流速を減少させる装置が提案されている。
【0014】
しかし、前記提案による装置が製鉄所で実際に適用されたが、局所部位に設置された磁場による流動の減速効果よりは磁場による流動抵抗を回避する方向への流動歪曲現象が起こる問題が発生するので最近は用いられていない。
【0015】
一方、前述した問題点を解決するための提案としてスウェーデン特許第9100184号、米国特許第5,404,933号、特開平2−284750号などがある。
【0016】
前記各特許は鋳型の全幅にわたる磁場を水平方向に分布させる方法を開示している。しかし、依然として浸漬ノズルの吐出速度を根本的に減少させることができないので前述のような問題点を根本的に解決できない。
【0017】
実際的に、同一流量において流速は流動断面積に反比例するので浸漬ノズルの断面積を増加させると吐出速度を減少させることができるが、浸漬ノズルの上部であるタンディッシュとの連結部位断面積を従来と同一に維持させたままで浸漬ノズルの出口付近の断面積のみを増加させるとノズル内部で流動剥離現象が発生して流動が著しく不均一になるので浸漬ノズル上部の断面積も同時に増加させなければならない。
【0018】
しかし、この場合、ストッパーロッドまたはスライディングゲートバルブで浸漬ノズルの開度を調節して溶融金属の流量または供給量を制御することが非常に難しくなる問題点がある。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点を改善したものであって、その技術的目的は鉄鋼またはその他の金属の連続鋳造時に鋳型内部に供給される溶融金属の供給速度を調節することによって最終製品の表面品質及び内部品質を向上させることができる連続鋳造用溶融金属供給装置及びその方法を提供することにある。
【0020】
本発明の他の目的はタンディッシュから鋳型に供給される溶融金属の供給速度を緩慢にすることができる溶融金属供給装置及びその方法を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】
このような本発明の技術的課題を達成するために本発明は、レードルから溶融金属の供給を受けて一時保存した後、連続鋳造できるように鋳型に供給する連続鋳造用溶融金属供給装置において、前記レードルから供給された溶融金属を収容し、前記鋳型の側面に設置されるタンディッシュと、流入口が前記タンディッシュに保存された溶融金属の湯面レベル以下に浸り、排出口が前記鋳型の内部に浸るように曲がって形成される連通管と、を備え、前記タンディッシュに保存される溶融金属の湯面レベルが前記鋳型に供給された溶融金属の湯面レベルより高く維持されることを特徴とする連続鋳造用溶融金属供給装置を提供する。
【0022】
前記連通管は、上方屈曲面に溶融金属注入口が形成され排出口に隣接してゲートバルブが設置されていて、連続鋳造工程初期に溶融金属で前記連通管を充填することができる。
【0023】
また、前記連通管の流入口は前記タンディッシュの一側壁に一体に形成されることができ、この時、前記連通管は上方屈曲面にリリーフバルブが設置され排出口に隣接してゲートバルブが設置されていて溶融金属の初期充填時に空気を排出させることができる。
【0024】
一方、本発明による溶融金属供給装置は、前記タンディッシュと連係して前記タンディッシュを上下往復運動させることができるように前記タンディッシュ下部に設置される支持手段をさらに備えることができる。
【0025】
本発明は前記のような溶融金属供給装置を利用する溶融金属供給方法において、前記連通管のゲートバルブを閉鎖し前記レードルから供給される溶融金属で前記連通管と前記タンディッシュを充填する工程と、前記連通管のゲートバルブを開放して鋳型内部に溶融金属を供給する工程と、前記タンディッシュの湯面レベルを調節して前記連通管を通じて前記鋳型内部に供給される溶融金属の流量を制御することによって前記鋳型の湯面レベルを一定に維持する工程とを含むことを特徴とする連続鋳造用溶融金属供給方法を提供する。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下の詳細な記載において、本発明の好ましい実施の形態が、本発明者によって熟慮された本発明を実施するための最良の実施態様を例示することによって図示され、記述されている。
【0027】
まず、図1は本発明の第1の実施の形態による連続鋳造用溶融金属供給装置を示した概略図である。
【0028】
図1を参照すれば、本発明の第1の実施の形態による連続鋳造用溶融金属供給装置はレードル10から溶融金属14の供給を受けて一時保存した後、連続鋳造することができるように鋳型20に供給する装置であって、タンディッシュ16と連通管22とで構成される。
【0029】
前記タンディッシュ16はレードル10から供給された溶融金属を収容することができ、前記鋳型20の側傍に設置される。このようなタンディッシュ16は底面に別途の浸漬ノズルが形成されていない。
【0030】
前記連通管22は流入口24が前記タンディッシュ16に保存される溶融金属の湯面レベル以下に浸り、排出口28が前記鋳型20の内部に浸るように屈曲して形成される。
【0031】
ここで、前記連通管22の形状は図1のように、前記タンディッシュ16の溶融金属湯面に対してほぼ垂直に設置される流入口24と、このような流入部から折り曲がって前記タンディッシュ16の側にほぼ水平にのびる連結部26と、このような連結部26から垂直下方に折り曲がって前記鋳型20の内部に浸る程までのびる排出口28とが一体に形成される。
【0032】
しかし、前記連通管22の形状はこれに限定されるものではなく、アーチ形に形成することもできる。
【0033】
一方、このような連通管22の上方屈曲面には溶融金属注入口30が形成され、排出口28に隣接してゲートバルブ32が設置される。
【0034】
このような溶融金属注入口30とゲートバルブ32を用いて連続鋳造工程初期に溶融金属で前記連通管22を充填することができる。つまり、前記ゲートバルブ32を閉鎖した後、前記溶融金属注入口30を通じて連通管22の内部が満たされるまで溶融金属を注入して充填する。また、前記ゲートバルブ32は前記連通管22の排出口28を通じて鋳型20の内部に注入される溶融金属の量を制御することに用いることができる。
【0035】
本発明の第1の実施の形態による溶融金属供給装置において、前記タンディッシュ16に保存される溶融金属の湯面レベル(L1)は前記鋳型20に供給される溶融金属の湯面レベル(L2)より高く維持される。
【0036】
これを達成するために、前記レードル10からの溶融金属排出量を調節して前記タンディッシュ16の湯面レベル(L1)を制御したり、前記タンディッシュ16を昇降させることによって湯面レベル(L1)を制御することができる。つまり、本発明の第1の実施の形態による溶融金属供給装置は前記タンディッシュ16と連係してこのタンディッシュ16を上下往復運動させることができるように前記タンディッシュ16下部に設置される支持手段18をさらに含むことができ、このような支持手段18を用いて前記タンディッシュ16を昇降させる。
【0037】
図2は本発明の第2の実施の形態による連続鋳造用溶融金属供給装置を示した概略図である。
【0038】
図2を参照すれば、本発明の第2の実施の形態による溶融金属供給装置はレードル10から溶融金属14の供給を受けて一時保存した後、連続鋳造することができるように鋳型20に供給する装置であって、タンディッシュ40と連通管42とが一体に構成される。
【0039】
つまり、前記連通管42は前記タンディッシュ40の一側壁40a一部が流入口44の一部を形成することによって前記タンディッシュ40と一体に形成される。
【0040】
また、このような連通管42は前記流入口44から前記タンディッシュ40の側傍に延長されて排出口48が前記鋳型20の内部に浸るように屈曲して形成される。
【0041】
ここで、前記連通管42の形状は図2のように、前記タンディッシュ40の溶融金属湯面に対してほぼ垂直に設置される流入口44と、このような流入口44から折れ曲がって前記タンディッシュ40の側傍にほぼ水平にのびる連結部46と、このような連結部46から垂直下方に折り曲がって前記鋳型20の内部に浸る程までのびる排出口48が一体に形成される。
【0042】
しかし、前記連通管42の形状はこれに限定されず、アーチ形に形成されることもできる。
【0043】
一方、このような連通管42の上方屈曲面にはリリーフバルブ47が設置されて排出口に隣接してゲートバルブ50が設置される。
【0044】
このようなリリーフバルブ47とゲートバルブ32を用いて溶融金属の初期充填時連通管42内部の空気を排出させることができる。つまり、前記連通管42のリリーフバルブ47を開放して前記連通管42内部の空気が前記リリーフバルブ47を通じて全て排出されるまで前記タンディッシュに溶融金属を注入した後、前記リリーフバルブ47を閉鎖して充填する。また、前記ゲートバルブ50は前記連通管42の排出口48を通じて鋳型20の内部に注入される溶融金属の量を制御することに用いることができる。
【0045】
本発明の第2の実施の形態による溶融金属供給装置において、前記タンディッシュ40に保存される溶融金属の湯面レベル(L1)は前記鋳型20に供給される溶融金属の湯面レベル(L2)より高く維持される。
【0046】
これを達成するために、前記レードル10からの溶融金属排出量を調節して前記タンディッシュ40の湯面レベル(L1)を制御したり、前記タンディッシュ40を昇降させることによって湯面レベル(L1)を制御することができる。つまり、本発明の第2の実施の形態による溶融金属供給装置は前記タンディッシュ40と連係してこのタンディッシュ40を上下往復運動させることができるように前記タンディッシュ40下部に設置される支持手段18をさらに含むことができ、このような支持手段18を用いて前記タンディッシュ40を昇降させる。
【0047】
以下、前記で説明したように連続鋳造用溶融金属供給装置を用いた溶融金属供給方法に関して説明する。
【0048】
まず、前記連通管のゲートバルブを閉鎖して前記レードルから供給される溶融金属で前記連通管と前記タンディッシュを充填する。
【0049】
ここで、前記連通管の内部を溶融金属で空いた空間がないように満たすことが好ましく、前記タンディッシュは予め定められる鋳型の湯面レベルより高い程度に充填するのが好ましい。
【0050】
図1に示された本発明の第1の実施の形態による溶融金属供給装置において、連通管22はゲートバルブ32を閉鎖して前記連通管22の上方屈曲面に設置される溶融金属注入口30を通じて溶融金属を注入することによって充填される。
【0051】
一方、図2に示された本発明の第2の実施の形態による溶融金属供給装置において、連通管42はリリーフバルブ47を開放して前記連通管42内部の空気が前記リリーフバルブ47を通じて全て排出されるまでタンディッシュ40に溶融金属を注入した後、前記リリーフバルブ47を閉鎖することによって充填される。
【0052】
その後、連通管のゲートバルブを開放して鋳型内部に溶融金属を供給する。
【0053】
本発明の第2の実施の形態による溶融金属供給装置を用いて連続鋳造作業をするための初期化過程を図3A〜3Dを参照して説明する。
【0054】
まず、図3Aに示されているように、連通管42のゲートバルブ50を閉鎖してリリーフバルブ47を開放した状態でレードルから溶融金属の供給を受けてタンディッシュ40を満たし始める。そして、図3Bに示されているように、前記連通管42の内部が溶融金属で完全に充填されるまで前記タンディッシュ40に溶融金属を供給する。
【0055】
前記のように連通管42の内部を充填した後、前記リリーフバルブ47を閉鎖して、図3Cに示されているように鋳型に溶融金属を注入するためにゲートバルブ50を開放する。
【0056】
鋳型20に注入された溶融金属の湯面レベルが予め設定されたレベルに到達すると、図3Dに示されているように、鋳型を閉鎖していたダミーバー52を徐々に移して連続鋳造作業を遂行する。
【0057】
連続鋳造作業を遂行する過程で前記鋳型の湯面レベル(L2)を一定に維持するように、前記タンディッシュの湯面レベル(L1)を調節して連通管を通じて前記鋳型内部に供給される溶融金属の流量を制御する。
【0058】
ここで、前記タンディッシュの湯面レベル(L1)は前記レードルからの溶融金属排出量を調節することによって制御できる。
【0059】
または、前記タンディッシュの下部に設置される支持手段を用いてこれと連係した前記タンディッシュを昇降させることによって前記タンディッシュの湯面レベル(L1)を制御することができる。
【0060】
前記のような溶融金属供給装置において、決められた流量を要求される流速で供給するために必要なタンディッシュと鋳型の間の湯面レベル差(L)は次の通り計算できる。
【0061】
まず、連通管を通じたタンディッシュの湯面レベル(L1)と鋳型の湯面レベル(L2)の間の流動エネルギー方程式は下記[数1]のようである。
【0062】
【数1】
【0063】
ここで、Pは圧力、zは高さ、Vは流速、ρは密度、gは重力加速度、hAはシステムに加わったエネルギー、hLは損失エネルギーであり、下添字tとmは各々タンディッシュと鋳型を示す。
【0064】
前記[数1]で、システムに加わるエネルギー(hA)はないのでhA=0であり、タンディッシュ圧力(Pt)と鋳型の圧力(Pm)は大気圧であって互いに同一であり、Vt及びVmは各々タンディッシュ及び鋳型の自由表面の移動速度であってここではレベルが一定に維持されると仮定すると無視することができる。
【0065】
したがって、前記[数1]は下記[数2]のように整理できる。
【0066】
【数2】
【0067】
つまり、決められた流量を要求される流速で供給するために必要なレベル差、すなわち、タンディッシュと鋳型の間のレベル差(L:zt−zm)は溶融金属の連通管での損失エネルギー(hL)と同一になる。
【0068】
また、溶融金属の連通管での損失エネルギー(hL)は管路摩擦損失(major loss)(h1)と副次損失(minor loss)(h2)からなり、これは下記[数3]〜[数5]のように計算される。
【0069】
【数3】
【0070】
【数4】
【0071】
【数5】
【0072】
ここで、fは摩擦係数、ΣKは損失係数の総合、Lは管路長さ、dは管路直径、Vは管路内平均流速である。
【0073】
これにより、管路摩擦損失(h1)は通路の水力直径(hydraulic diameter)と長さと管路内部の粗度によって決定され、副次損失(h2)は管路入口及び出口形状、そして管路の形状、すなわち、拡大、縮少、分枝、曲管部などの有無によって決定される。
【0074】
【実施例】
実際的な計算の例として、図1のように連通管22が直角に曲げられた部位が2ケ所あり、長さが約1.5mである均一断面の通路で構成された簡単な溶融金属供給装置を考慮する。
【0075】
一般的な鋼の連続鋳造時、分当り約2.8トンの溶融金属が直径約56mmの連通管排出口を通じて鋳型内部に注入され、この時、前記排出口内部の平均流速は約1.2m/s程度であり、排出口内部の平均粗度は約0.2mm以下になる。
【0076】
このような状態で、本発明による溶融金属供給装置によって連通管排出口の内部断面積を2倍に増加させる場合、前記排出口内部の平均流速は約0.6m/sに減少でき、この時に必要なタンディッシュと鋳型の間のレベル差(L)は次の通り計算できる。
【0077】
i)管路摩擦損失(h1)計算;
まず、レイノルズ数は
Vd/ν=0.6×0.056/(0.9×10−6)=37,333≫2,300であるので乱流領域であり、相対粗度はε/d=0.2/56=0.00357である時、ムーディーチャート(Moody Chart)で摩擦係数(f)は約0.028であるので[数4]から
h1=f×(L/d)×(V2/2g)=0.028×(1.5/0.056)×{0.62/(2×9.8)}=0.01378mに計算される。
【0078】
ii)副次損失(h2)計算;
鋭利な入口での損失係数、K1≒0.5、出口での損失係数、K2≒1.0、90゜曲管部での損失係数、K3≒0.4であって、ΣK=K1+K2+2×K3=0.5+1.0+0.8=2.3であるので、前記[数5]からh2=ΣK×(V2/2g)=2.3×{0.62/(2×9.8)}=0.0422mであり、したがって、損失エネルギー∴hL=h1+h2=0.056mになる。
【0079】
結果的に、連通管の排出口内部での流速が0.6m/sになるようにするためにはタンディッシュの湯面と鋳型の湯面の間のレベル差(L)を約56mmとすればよい。
【0080】
以上を通じて本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。
【0081】
【発明の効果】
結果的に、本発明による連続鋳造用溶融金属供給装置によれば、連続鋳造機の鋳型内部に注入される溶融金属の流量を鋳型とタンディッシュの間の湯面レベル差(L)を利用して制御することで浸漬ノズルの断面積を増加させることができて、従来の鋳造方法と同じ流量を注入したとしても流速を遅くできるので、鋳型の湯面が安定し気泡あるいは非金属介在物などの浮上分離能が向上して鋳片の表面品質と内部品質が向上する効果がある。
【0082】
また、大量の溶融金属を鋳型内部に供給するとしてもその流速を遅くできるので、鋳片の品質を劣化させないで生産性を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の第1の実施の形態による連続鋳造用溶融金属供給装置を示した概略図である。
【図2】
本発明の第2の実施の形態による連続鋳造用溶融金属供給装置を示した概略図である。
【図3】
本発明の第2の実施の形態による溶融金属供給装置の初期化過程を段階的に示した概略図である。
【図4】
従来の連続鋳造用溶融金属供給装置を示した概略図である。
Claims (10)
- レードルから溶融金属の供給を受けて一時保存した後、連続鋳造できるように鋳型に供給する連続鋳造用溶融金属供給装置において、
前記レードルから供給された溶融金属を収容し、前記鋳型の側面に設置されるタンディッシュと、
流入口が前記タンディッシュに保存された溶融金属の湯面レベル以下に浸り、排出口が前記鋳型の内部に浸るように曲がって形成される連通管と、
を備え、
前記タンディッシュに保存される溶融金属の湯面レベルが前記鋳型に供給された溶融金属の湯面レベルより高く維持されることを特徴とする連続鋳造用溶融金属供給装置。 - 前記連通管は、上方屈曲面に溶融金属注入口が形成され排出口に隣接してゲートバルブが設置されることにより、連続鋳造工程初期に溶融金属で前記連通管を充填することができることを特徴とする請求項1に記載の連続鋳造用溶融金属供給装置。
- 前記連通管の流入口は前記タンディッシュの一側壁に一体に形成されることを特徴とする請求項1に記載の連続鋳造用溶融金属供給装置。
- 前記連通管は上方屈曲面にリリーフバルブが設置され排出口に隣接してゲートバルブが設置されることにより、溶融金属の初期充填時空気を排出させることができることを特徴とする請求項3に記載の連続鋳造用溶融金属供給装置。
- 前記タンディッシュと連係して前記タンディッシュを上下往復運動させることができるように前記タンディッシュ下部に設置される支持手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の連続鋳造用溶融金属供給装置。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の連続鋳造用溶融金属供給装置を用いる連続鋳造用溶融金属供給方法において、
前記連通管のゲートバルブを閉鎖して前記レードルから供給される溶融金属で前記連通管と前記タンディッシュを充填する工程と、
前記連通管のゲートバルブを開放して鋳型内部に溶融金属を供給する工程と、
前記タンディッシュの湯面レベルを調節して前記連通管を通じて前記鋳型内部に供給される溶融金属の流量を制御することによって前記鋳型の湯面レベルを一定に維持する工程と、
を含むことを特徴とする連続鋳造用溶融金属供給方法。 - 前記連通管のゲートバルブを閉鎖して前記連通管の上方屈曲面に設置される溶融金属注入口を通じて溶融金属を注入して前記連通管を充填することを特徴とする請求項6に記載の連続鋳造用溶融金属供給方法。
- 前記連通管のリリーフバルブを開放して前記連通管内部の空気が前記リリーフバルブを通じて全て排出されるまで前記タンディッシュに溶融金属を注入した後、前記リリーフバルブを閉鎖して前記連通管を充填することを特徴とする請求項6に記載の連続鋳造用溶融金属供給方法。
- 前記レードルからの溶融金属排出量を調節して前記タンディッシュの湯面レベルを制御することを特徴とする請求項6に記載の連続鋳造用溶融金属供給方法。
- 前記支持手段を用いてこれと連係した前記タンディッシュを昇降させて前記タンディッシュの湯面レベルを制御することを特徴とする請求項6に記載の連続鋳造用溶融金属供給方法。
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