JP2008254028A - 連続鋳造用のタンディッシュ - Google Patents

Abstract

【課題】連続鋳造用のタンディッシュ内での介在物の浮上分離をより一層促進し、なおかつタンディッシュ使用末期においてタンディッシュ内に残存する溶鋼量を極力低減することのできる連続鋳造用のタンディッシュを提供する。
【解決手段】タンディッシュ底部と幅方向両側面との交差部に、タンディッシュ溶鋼入り部から出側注入ノズル方向に向かって登り傾斜を有する傾斜部を設け、傾斜部のタンディッシュ長手方向長さＬを１ｍ〜Ｌ₀−１ｍ、タンディッシュ溶鋼入り部中心から傾斜部の傾斜開始位置までの距離Ｌ_nを０．５〜１ｍ、傾斜部の最大登り高さＨを０．１×Ｈ₀〜０．５×Ｈ₀、二つの傾斜部の間隔Ｗ_nを０．２ｍ以下とする。ただし、Ｌ₀はタンディッシュ溶鋼入り部５中心から出側注入ノズル６中心までの距離（ｍ）、Ｈ₀はタンディッシュ内の最大溶鋼高さ（ｍ）である。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼の連続鋳造において介在物個数の少ない高清浄な鋳片を製造することのできる連続鋳造用のタンディッシュに関するものである。

鋼の連続鋳造において、取鍋と鋳型との間にタンディッシュが配置される。取鍋からの溶鋼は、タンディッシュ内に溜められ、タンディッシュ底部に設けられた注入ノズルを通して鋳型内に注入される。スラブ連続鋳造の場合は、通常２ストランドの鋳型を持ち、横長のタンディッシュの中央が取鍋からのタンディッシュ溶鋼入り部であり、長手方向両端に各ストランドへの注入ノズルが配置される。

タンディッシュは、取鍋からの溶鋼流の安定化、各ストランドへの溶鋼の分配などの役割を果たすほか、鋳片に取り込まれる非金属介在物量などの鋳片品質にも大きな影響を及ぼす。そのため、タンディッシュの形状に工夫を加え、あるいはタンディッシュ内に堰を配置することが従来から行われている。例えば、非特許文献１、２には、タンディッシュ内に堰を設けて溶鋼の流れを変化させることにより、鋳片中の介在物個数を減らす技術の例が示されている。しかしこれら文献には、介在物個数を最も少なくする堰の形状や配置に関する記載はない。

タンディッシュ内における堰の配置を具体的に示した技術の例として、特許文献１や特許文献２を挙げることができる。これら文献に記載の発明は、上堰や下堰を交互に配置することにより、タンディッシュ内の溶鋼の流れを上下に変化させて介在物の浮上を促進することを目的としたものである。しかしながら、堰はその厚みが薄いので、溶鋼が堰を通過する際に一時的には溶鋼流れを変えることができるものの、タンディッシュ溶鋼入り部から出側注入ノズル方向に至る長い溶鋼流路の中で安定的に溶鋼流れを制御できるものではない。また、堰の設置の仕方によっては、タンディッシュ使用末期にタンディッシュ内の溶鋼高さが低下した際、堰の高さを超えられずにタンディッシュ内に残存する溶鋼が発生するという問題もある。

一方、タンディッシュの底そのものを傾斜させる技術が開示されている（例えば特許文献３及び特許文献４）。両文献に記載されている発明は、タンディッシュの溶鋼入り部から出側のノズル方向に向かって下り傾斜を有するものであり、タンディッシュ底部が下り傾斜を有することにより、タンディッシュの溶鋼流路断面積を出側に向かって次第に大きくさせて溶鋼流速を遅くすることにより介在物浮上促進を狙ったものである。底部の傾斜に沿って継続的に溶鋼流れを維持することができる。しかしながら、このような下り傾斜を有するタンディッシュを用いても、鋳片内の介在物個数を極限まで減少させるには不十分である。

特開平０６−１１４５１０号公報 特開平０７−１３２３５３号公報 特開平０１−１１８３４８号公報 特開平０９−２０１６５６号公報 日本鉄鋼協会編「第３版鉄鋼便覧II 製銑・製鋼」（１９７９）、第６３４頁 日本鉄鋼協会編「第１２６・１２７回西山記念技術講座 高清浄鋼」（１９８５）、第１８５頁

上述のような従来から知られているタンディッシュでは、鋳片内の介在物個数を極限まで減少させるには不十分であった。

本発明は、連続鋳造用のタンディッシュ内での介在物の浮上分離をより一層促進し、なおかつタンディッシュ使用末期においてタンディッシュ内に残存する溶鋼量を極力低減することのできる連続鋳造用のタンディッシュを提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。

タンディッシュ底部２と幅方向両側面３との交差部８に、タンディッシュ溶鋼入り部５から出側注入ノズル６方向に向かって登り傾斜を有する傾斜部４を設け、傾斜部４のタンディッシュ長手方向長さＬ（ｍ）、タンディッシュ溶鋼入り部５中心から傾斜部４の傾斜開始位置までの距離Ｌ_n（ｍ）、傾斜部４の最大登り高さＨ（ｍ）、二つの傾斜部４の間隔Ｗ_n（ｍ）が以下の（１）〜（４）式の条件を満たすことを特徴とする連続鋳造用のタンディッシュ。
１≦Ｌ≦Ｌ₀−１ （１）
０．１≦（Ｈ／Ｈ₀）≦０．５ （２）
０．５≦Ｌ_n≦１ （３）
０．２≦Ｗ_n （４）
ただし、Ｌ₀はタンディッシュ溶鋼入り部５中心から出側注入ノズル６中心までの距離（ｍ）、Ｈ₀はタンディッシュ内の最大溶鋼高さ（ｍ）である。

本発明の連続鋳造用のタンディッシュは、タンディッシュ底部に溶鋼の進行方向に登り傾斜を有する傾斜部を設けることにより、タンディッシュ内に溶鋼の上昇流を形成し、介在物が上昇流に伴われてタンディッシュ内を上昇し、最終的に溶鋼表面に浮上分離することが促進する。これにより、鋳片介在物個数を低減することができる。また、二つの傾斜部の間には登り傾斜を有しない平坦部を設けることにより、タンディッシュ使用末期のタンディッシュ内溶鋼残存量を低減することができる。

図１に基づいて本発明のタンディッシュ形状について説明する。図１（ａ）はタンディッシュの部分側面断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ矢視断面図、（ｄ）は傾斜部間隔Ｗｎが（ｃ）と異なる場合のＣ−Ｃ矢視断面図である。

本発明者らは、タンディッシュ内で介在物の浮上分離を促進するためには、タンディッシュ内の溶鋼流に上昇流を形成することが有効であろうと考えた。介在物が上昇流に伴われてタンディッシュ内を上昇し、最終的に溶鋼表面への浮上分離が促進されるとの考え方である。また、タンディッシュ内に溶鋼の上昇流を形成するためには、タンディッシュ底部に溶鋼の進行方向に登り傾斜を有する傾斜部４を設けることが有効であると考えた。一方、タンディッシュ底部の幅方向全幅に登り傾斜を有する傾斜部を設けたのでは、タンディッシュ溶鋼入り部を中心に溶鋼溜まり部が発生してしまい、タンディッシュ使用末期に溶鋼溜まり部内の溶鋼が排出されず、溶鋼が残存してしまう。そこで、タンディッシュの幅方向両側に傾斜部４を設け、二つの傾斜部４の間には登り傾斜を有しない平坦部７を設けることとした。

以上のような考え方のもとで、水モデル実験によって介在物の浮上分離改善効果の有無を確認した。水モデル実験には、２ストランドのスラブ連続鋳造機のタンディッシュの片ストランドについての台形断面を有する１／１縮尺モデルを用いた。溶鋼入り部５中心から出側注入ノズル６中心までの距離Ｌ₀は５ｍ、タンディッシュ上部（水面位置）の幅は１．５ｍ、底部幅は０．４ｍ、水の深さＨ₀は１．５ｍである。

溶鋼入り部５から水を供給し、出側注入ノズル６位置において底部から水を排出する。水の流量は、断面積０．５ｍ²の鋳片を鋳造速度１．５ｍ／ｍｉｎで鋳造する場合の相当流量とした。溶鋼入り部付近で水中に直径０．３ｍｍの擬似粒子（比重０．９）を１００個添加し、液面９に浮上した粒子の個数をカウントして浮上率を算出した。

傾斜部４を設置しない場合と設置した場合との対比を行った。傾斜部４は、タンディッシュ底部２と幅方向両側面３との交差部８に設け、幅方向両側の傾斜部４の間には登り傾斜を有しない平坦部７を設ける。傾斜部４を設置する場合については、溶鋼入り部５中心から傾斜部４の傾斜開始位置までの距離Ｌ_nを０．５ｍで一定、二つの傾斜部４の間隔Ｗ_n（平坦部７の幅）を０．３ｍ一定とし、傾斜部４の長さＬを０．５〜５ｍの間で変化させ、傾斜部４の最大登り高さＨを０．０５〜０．９ｍの間で変化させた。

水モデル実験の結果を図２に示す。横軸は傾斜部４の長さＬ、縦軸は粒子の浮上率（％）であり、傾斜部４の最大登り高さＨ毎にプロットを変えている。粒子の浮上率８０％以上を効果有りと判断した。

図２から明らかなように、傾斜部４の長さＬが１ｍから３ｍの範囲（すなわち１≦Ｌ≦Ｌ₀−１）であって、さらに傾斜部４の最大登り高さＨが０．１５〜０．７５ｍの範囲（すなわち０．１≦（Ｈ／Ｈ₀）≦０．５）において、粒子の浮上率８０％以上を実現しており、介在物浮上分離効果が発揮されることが分かる。傾斜部４の長さＬが１ｍより短い場合には粒子の浮上率が低く、傾斜部４による上昇流形成効果が出ていないと見られる。また、傾斜部４の長さＬが長すぎると粒子の浮上率が低下するが、出側注入ノズル孔位置に近づくため、注入ノズル６への流れに巻き込まれて直接注入ノズル６に入る溶鋼があるために、介在物量が増加してしまうと考えられる。傾斜部４の長さＬが溶鋼入り部中心から出側注入ノズル中心までの距離Ｌ₀よりも１ｍ以上短ければ、傾斜部４による粒子浮上効果を発揮させることができる。

次に、計算機シミュレーションを行い、タンディッシュ１の大きさが変化したときの粒子浮上効果の動向を評価した。計算は混相流と粒子浮上を考慮したモデルで行った。上記水モデル実験と同様、溶鋼入り部５付近で溶鋼中に直径０．３ｍｍの擬似粒子（比重０．９）を添加したと想定し、液面９に浮上した粒子の比率を計算機シミュレーション結果から算出した。

タンディッシュ１の形状として、ケース１とケース２の２種類を想定した。表１に各ケースのタンディッシュ形状及び注入条件を示す。鋳造条件では断面積０．５ｍ²の鋳片鋳造を想定している。また、シミュレーション結果を表２に示す。傾斜部４のＨ／Ｈ₀とＬを変化させたときの粒子浮上率の計算結果である。粒子浮上率８０％以上を○、８０％未満を×として表示した。

表２によれば、ケース１、ケース２のいずれも、Ｈ／Ｈ₀が０．１〜０．５の範囲で粒子浮上率が良好である。また、傾斜部４の長さＬについて見ると、傾斜部４の長さＬが１ｍ以上で良好であると同時に、ケース１ではＬ≦３ｍ、ケース２ではＬ≦２ｍで良好である。ケース１はＬ₀＝４ｍ、ケース２はＬ₀＝３ｍである。この結果から、Ｌ≦Ｌ₀−１で良好な成績が得られることが明らかである。

さらに、２８０ｍｍ厚垂直曲げ連続鋳造機の２ストランド船形タンディッシュ（６０トン容量）を用い、傾斜部４の間隔Ｗ_nと傾斜開始位置までの距離Ｌ_nの好適範囲について検討した。タンディッシュ１の形状は、溶鋼入り部５中心から出側注入ノズル孔中心までの距離Ｌ₀が５ｍ、溶鋼高さＨ₀が１．５ｍであり、傾斜部４については傾斜部高さＨを０．３ｍで固定とした。鋳造条件では断面積０．５ｍ²の鋳片を１．７ｍ／分の鋳造速度で鋳造した。

まず、傾斜部４の間隔Ｗ_nの好適範囲について検討した。図１（ｃ）はＷ_nが狭い場合、図１（ｄ）はＷ_nが広い場合についてのタンディッシュの断面を示した図である。傾斜部長さＬを３．５ｍとし、溶鋼入部中心から傾斜開始までの距離Ｌ_nを０．７ｍとして、傾斜部間隔Ｗ_nを０．１〜０．５ｍの間で変化させた。そして、タンディッシュ使用末期にタンディッシュ内の溶鋼を鋳型内に注入し終わったときに、鋳型内に残存する溶鋼量を調査した。結果を図３に示す。傾斜部間隔Ｗ_nが０．２ｍ以上であれば、タンディッシュに残る溶鋼量が少なく、良好であることがわかった。傾斜部間隔Ｗ_nが０．１ｍで残存溶鋼量が多かったのは、二つの傾斜部に挟まれた平坦部の幅が狭く、溶鋼が流出するのに時間がかかり、タンディッシュ内で溶鋼が固化してしまったためである。

なお、Ｗ_nの最大値に関しては、タンディッシュの形状によって変化するので、特に規定しないが、傾斜部がその機能を発揮するためには、傾斜部１個の幅が最低でも０．１ｍは必要であり、このことから、Ｗ_nの最大値は以下のように求められる。
Ｗ_n最大値（ｍ）＝タンディッシュ底部幅（ｍ）−２×０．１（ｍ）

次に、傾斜開始位置までの距離Ｌ_nの好適範囲について検討した。傾斜部間隔Ｗ_nを０．３ｍに固定し、溶鋼入部中心から傾斜開始位置までの距離Ｌ_nを０．１〜２ｍ、傾斜部長さＬを２〜４．５ｍの範囲で変化させ、同一タンディッシュを用いて連続で１０チャージ（取鍋１０杯分の溶鋼）の鋳造を行った後の傾斜部の溶損範囲について調査した。結果を図４に示す。図４から明らかなように、溶鋼入り部中心から傾斜開始位置までの距離Ｌ_nが０．５ｍ以上であれば、傾斜部の溶損が少なく、タンディッシュの寿命を十分に確保し、傾斜部の効果を持続できることがわかる。なお、傾斜部の効果を発揮するため、タンディッシュ溶鋼入り部から傾斜部の傾斜開始位置までの距離Ｌ_nを１ｍ以内とする。

２８０ｍｍ厚垂直曲げ連続鋳造機の２ストランド船形タンディッシュ（６０トン容量）を用い、本発明による鋳片介在物品質改善状況について評価した。タンディッシュの形状は図１に示す形状であり、溶鋼入り部５中心から出側注入ノズル６の孔中心までの距離Ｌ₀が５ｍ、溶鋼高さＨ₀が１．５ｍであり、傾斜部４の有無、傾斜部を有する場合の傾斜部４のタンディッシュ長手方向長さＬ（ｍ）、タンディッシュ溶鋼入り部５中心から傾斜部４の傾斜開始位置までの距離Ｌ_n（ｍ）、傾斜部４の最大登り高さＨ（ｍ）、二つの傾斜部４の間隔Ｗ_n（ｍ）について種々の寸法の傾斜部４を有するタンディッシュを構築した。

表３に示すＡ、Ｂの成分を有する鋼について、断面積１．５ｍ²の鋳片を種々の鋳造速度で鋳造した。

鋳片介在物品質については、鋳片の幅方向１／４幅、１／２幅、３／４幅について、鋳片深さ方向表層から中心部までのサンプルを採取し、スライム抽出法で得た直径５３μｍ以上の介在物の個数をカウントした。介在物個数が７００個／ｋｇ以下の場合を清浄性が良好な鋳片と判定した。

傾斜部の形状、鋳造速度、鋳片介在物個数、タンディッシュ使用末期のタンディッシュ内溶鋼残存量を表４に示す。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。

表４から明らかなように、本発明範囲内の傾斜部を有する本発明例では、鋳片介在物個数はいずれも７００個／ｋｇ以下であり、溶鋼残存量も少ないという良好な結果を得ることができた。

一方、比較例１は傾斜部を有しないため、比較例２、３は傾斜部長さＬが本発明範囲から外れるため、比較例４、５は傾斜部の最大上り高さＨが条件を満たさないため、比較例６、７はタンディッシュ溶鋼入り部中心から傾斜部の傾斜開始位置までの距離Ｌ_nが条件を満たさないために、傾斜部の溶損により上昇流形成の効果がなくなるため、鋳片内の介在物個数が多い結果となった。また、比較例８では鋳片内の介在物個数は少ないが、傾斜部間隔Ｗ_nが０．１ｍと狭いために溶鋼残存量が多いという結果となった。

本発明の傾斜部を有するタンディッシュの形状を示す図である。 傾斜部長さＬ及び傾斜部の最大上り高さＨとタンディッシュ内の粒子浮上率の関係を示す図である。 傾斜部間隔Ｗｎとタンディッシュ内溶鋼残存量との関係を示す図である。 タンディッシュ溶鋼入り部中心から傾斜部の傾斜開始位置までの距離Ｌ_nと傾斜部溶損量との関係を示す図である。

符号の説明

１ タンディッシュ
２ 底部
３ 側面
４ 傾斜部
５ 溶鋼入り部
６ 注入ノズル
７ 平坦部
８ 交差部
９ 液面

Claims (1)

1. タンディッシュ底部と幅方向両側面との交差部に、タンディッシュ溶鋼入り部から出側注入ノズル方向に向かって登り傾斜を有する傾斜部を設け、傾斜部のタンディッシュ長手方向長さＬ（ｍ）、タンディッシュ溶鋼入り部中心から傾斜部の傾斜開始位置までの距離Ｌ_n（ｍ）、傾斜部の最大登り高さＨ（ｍ）、二つの傾斜部の間隔Ｗ_n（ｍ）が以下の（１）〜（４）式の条件を満たすことを特徴とする連続鋳造用のタンディッシュ。
   １≦Ｌ≦Ｌ₀−１ （１）
   ０．１≦（Ｈ／Ｈ₀）≦０．５ （２）
   ０．５≦Ｌ_n≦１ （３）
   ０．２≦Ｗ_n （４）
   ただし、Ｌ₀はタンディッシュ溶鋼入り部中心から出側注入ノズル中心までの距離（ｍ）、Ｈ₀はタンディッシュ内の最大溶鋼高さ（ｍ）である。

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