JP2012020333A - 汚染源のタンディッシュへの混入を防止する連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋼の連続鋳造において、予めスライディングノズル内の詰め物および初期溶鋼をタンディッシュ外で捨湯し、開いた注湯孔の溶鋼凝固による閉塞を防いで、取鍋をタンディッシュに移して溶鋼をタンディッシュへ注湯する方法を提供する。
【解決手段】 タンディッシュ８外で取鍋２のスライディングプレート４の注湯孔を開いて取鍋底部の注湯孔２ａの詰め物２ｂと初期溶鋼をタンディッシュ８外の捨湯ポット９に捨湯し、スライディングプレート４を閉め、スライディングプレート４の上プレート５を通じて上部のスライディングノズル３の注湯孔から取鍋底部の注湯孔２ａに不活性ガスを吹き込み、溶鋼凝固による注湯孔の閉塞の防止し、この取鍋２をタンディッシュ８の注湯位置へ移してロングノズル３ａをタンディッシュ８内に装着し、上プレート５の注湯孔５ａと下プレート６の注湯孔６ａを連通してタンディッシュ８へ注湯を開始する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、鋼の連続鋳造において、取鍋のロングノズルからなるスライディングノズルを開口して、このスライディングノズルを通じて取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入する際に、取鍋のスライディングノズルの珪砂あるいは珪砂とクロム酸化物などからなる詰め物がタンディッシュ内へ流入する事態を無くして、タンディッシュ内を断気した状態として取鍋から溶鋼をタンディッシュへ注入する方法に関する。

鋼の連続鋳造においては、取鍋で精錬や成分調整や温度調整が最終的に行われた溶鋼が、タンディッシュ内へ注入され、さらにタンディッシュから連続鋳造用の鋳型へ溶鋼が注湯されて連続鋳造される。ここで重要なことは、連続鋳造よりも前の段階において、溶鋼が高清浄度化されて酸化物系非金属介在物の微小化および酸化物系非金属介在物量の極少化が図られていたとしても、連続鋳造の段階で、溶鋼が空気に接触したり、溶鋼内に酸素源となる物質が混入したりする等により、新たな非金属介在物を発生させる汚染があってはならないということである。

取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入時に用いられる取鍋のスライディングノズルの粒状非焼結性詰め物については、この粒状非焼結性詰め物にＣａ系合金を添加することで、粒状非焼結性詰め物を溶鋼から分離浮上し易くすることによって、溶鋼の汚染を防止しようとする方法が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、これはあくまでも、「分離浮上し易くする」ということであって、完全分離浮上を実現できるものではない。ストークスの法則によると、粒子の浮上終末速度Ｖｓは、
Ｖｓ＝Ｄｐ²（ρ_p−ρ_f）ｇ／１８η……（１）
ここで、Ｄｐは粒子径
と表される。この式によると、粒子径が小さくなれば小さくなるほど十分な浮上速度が得られなくなることがわかっている。つまり、タンディッシュ内に入った介在物はＣａによって形態制御がなされようとも、その形態制御された粒子のサイズやタンディッシュ内における溶鋼の滞留時間によって、浮上分離の効果がほとんど期待出来ない可能性があることを意味している。なお、この滞留時間は各連続鋳造設備におけるタンディッシュのサイズや単位時間当たりの鋳造量によっても異なる。

ところで、タンディッシュ内に捨湯ポットを設置し、注湯開始時に取鍋のスライディングノズルから出てくる詰め物および初期溶鋼を、一旦その捨湯ポット内に受け入れ、その捨湯ポットをタンディッシュ外へ取り除いた後に、注湯を再開するという方法が紹介されている（例えば特許文献１参照。）。確かに、この方法は、上記の特許文献１に記載した、粒状非焼結性詰め物の完全浮上分離を実現できないというような問題点がなく、汚染防止を可能とする方法である。しかし、それはあくまでも、その通りに事態が進んだ場合においてのみであって、通常は致命的な問題が存在する。というのも、本来、スライディングノズルとして特許文献１のロングノズルを使用する際に、ノズル内に詰め物を用いる目的は、スライディングノズルのプレートを開けたときに、注湯を開始を問題なく出来るものとするためである。したがって、一旦プレートを閉めてしまうと、再度スライディングノズルのプレートを開けたときには、すでにプレート近辺で溶鋼が凝固しており、このために注湯不可能になることが多い。その場合、注湯を再開する手段として、スライディングノズルのプレートの部分に酸素を入れて酸水素炎ガスなどで加熱し、凝固した鋼を溶かす以外にはない。この結果、酸素で汚染された溶鋼がタンディッシュに注入されるという事態に到り、このことは汚染されていない溶鋼を注入しようとすることと本末転倒である。

また、スライディングノズルを一旦閉めた後スライディングノズルのプレートを再び開けたときに、スライディングノズルから注湯できるかどうかは、再びスライディングノズルのプレートを開けるまでに経過した時間や、スライディングノズル近辺の温度に大きく依存する。例えば、スライディングノズルの耐火物を一式ごと交換した取鍋を使用する場合、耐火物自身の持つ熱量は相当に少ない。しかし、このような取鍋を用いて注湯を開始し、タンディッシュ内に設置した捨湯ポットに初期の湯を注湯し、この注湯の開始後から５秒間でこの捨湯ポットをタンディッシュ外へ出した後、スライディングノズルのプレートを閉じ、さらにその１５秒後に、このプレートを開けた場合には、時間がかかり過ぎているので、溶鋼はスライディングノズルからほぼ間違いなく出て来ない。従って、このような事態を防ぐためには、捨湯ポットをタンディッシュ外へ出し再びスライディングノズルのプレートを開けるという作業を１０秒前後で行わなければならない。しかし、このように短時間でこの全ての作業を完了することは、あまりにも非現実的である。要するに、この急速に作業をする方法が一定の条件下で行われる限りにおいては、奏功すると思われる。しかし、このようなことは通常では採用出来ない場面が頻繁に存在する。また、場合によっては、タンディッシュ内に設置している捨湯ポットから湯が溢れてしまって汚染された湯がタンディッシュ内の溶鋼に混ざってしまう可能性を有する。

特開昭６１−２７９３５５号公報 特開２００７−３２６１１６号公報

発明が解決しようとする課題は、鋼の連続鋳造において、取鍋のロングノズルからなるスライディングノズルを開口して、このスライディングノズルを通じて取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入する際に、予めスライディングノズル内の詰め物および初期溶鋼をタンディッシュ外でスライディングノズルから捨湯し、捨湯により注湯孔の開いたスライディングノズルの上プレートにおける溶鋼が凝固することを阻止した状態に維持して取鍋をタンディッシュに移動し、そのままの状態で取鍋のスライディングノズルから溶鋼をタンディッシュへ注湯する方法を提供することである。

鋼の連続鋳造において、取鍋のロングノズルからなるスライディングノズルにより取鍋から溶鋼をタンディッシュへ注入する際、注入開始した取鍋のスライディングノズルのスライディングプレートを一度閉めると、その部分の溶鋼がスライディングノズル内で凝固してしまい、再びスライディングプレートを開いても溶鋼が流出しない危険性が高い。そこで鋭意工夫してスライディングプレートを上プレートの注湯孔と下プレートの注湯孔の位置をずらして閉めている間、スライディングプレートの上プレートの注湯孔に不活性ガス例えばＡｒガスを流し続けることで、上プレートの注湯孔での溶鋼の凝固による閉塞を防止可能とする手段を見出した。すなわち、この手段によりスライディングプレートの上プレートの注湯孔と下プレートの注湯孔をずらして閉める時間の確保が可能となり、タンディッシュ外での捨湯を行う余裕がとれることとなった。

この結果、取鍋の底部の注湯孔の詰め物およびこの取鍋から注湯する初期溶鋼を捨湯ポットに受ける捨湯をタンディッシュ外で行ってスライディングプレートを閉めた後、タンディッシュへ注湯するため、取鍋をタンディッシュの位置まで移動させ、次いで、取鍋のロングノズルをタンディッシュ内に位置せしめて注湯を開始する。この場合、捨湯を行い、スライディングプレートを閉めた時から、ロングノズルをタンディッシュ内に設置して注湯を開始するまでの間、スライディングプレートの上プレートのスライディングノズルの注湯孔へ不活性ガス例えばＡｒガスを吹き込み、スライディングノズルの注湯孔における溶鋼の凝固を防止する方法からなる、取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注湯方法である。

上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、タンディッシュ外で取鍋のスライディングノズルの上プレートと下プレートの２層からなるスライディングプレートの注湯孔を開いて取鍋底部の詰め物および初期溶鋼をタンディッシュ外の捨湯ポットに捨湯した後、このスライディングプレートを一旦閉め、この閉めたスライディングプレートの上プレートを通じて上プレートの直上に当接している上部のスライディングノズルの注湯孔から上方の取鍋底部の注湯孔に不活性ガスを吹き込むことにより、溶鋼の凝固による注湯孔の閉塞の防止を行った状態で、この取鍋をタンディッシュの注湯位置へ移動してスライディングノズルのロングノズルをタンディッシュ内に装着した後、スライディングプレートの上プレートの注湯孔と下プレートの注湯孔を連通してタンディッシュ内へ注湯を開始することを特徴とする取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注湯方法である。

請求項２の発明では、上部のスライディングノズルの注湯孔へスライディンプレートから不活性ガスを吹き込む方法は、スライディングプレートを閉めた時の上プレートの注湯孔が位置する下プレート内の箇所に埋設したポーラス状耐火物に不活性ガスを下プレートの側部の開口から吹き入れ、このポーラス状耐火物から上プレートの注湯孔を通じてスライディングノズル上方の取鍋底部の注湯孔へ吹き込む方法からなることを特徴とする請求項１の手段の取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注湯方法である。

本願の上記手段の不活性ガス例えばＡｒガスを吹き込む方法とすることで、連続鋳造における取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注湯する際、予め取鍋のスライディングノズルのスライディングプレートの注湯孔を開いてスライディングノズル内の詰め物および初期の溶鋼をタンディッシュ外に設置の捨湯ポットに捨湯した後、スライディングノズルのノズル孔は詰め物の無い状態の上プレートの注湯孔は開けたまま下プレートの注湯孔を閉め、この取鍋をタンディッシュ上へ移動した後、再びスライディングプレートの注湯孔を全通して取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注湯することが出来るので、従来の様にスライディングノズルを開口する際に生じる汚染された溶鋼がタンディッシュに注湯されることがない。

連続鋳造設備を模式的に示す図である。 取鍋の注湯用ノズルのスライディングプレートを示す模式図である。 図２に示す上プレートと下プレートの両注湯孔を連通させてスライディングプレートの注湯孔を全開とした状態を示す模式図である。 取鍋の注湯用のロングノズルをタンディッシュ内に設置した捨湯ポットにセットした状態を断面で示す模式的側面図である。 取鍋の注湯用のロングノズルをタンディッシュ内にセットした状態を断面で示す模式的側面図である。 本発明例と比較例における注湯方法を対比して注湯成功率を示すグラフである。 従来のタンディッシュ外へ予備カッティングする装置の模式的平面図である。 従来の取鍋の注湯用ノズルのスライディングプレートを示す模式図である。

本発明の実施の形態を図面を参照して以下に説明する。先ず、図１に模式的に示す縦型の連続鋳造設備１において、精錬された溶鋼は取鍋２の底部のスライディングノズル３からタンディッシュ８に注入され、さらにタンディッシュ８からモールド１０に注湯される。注湯された溶鋼はモールド１０で凝固しながら下方に引き抜かれ、切断機１ａで鋳片１ｂに切断される。切断された鋳片１ｂは搬送機でブルームクーラー１ｃに搬送されて冷却される。冷却された鋳片１ｂは分塊圧延のために加熱炉１ｄで加熱されて分塊圧延機１ｅで分塊圧延される。

本発明の実施形態における、取鍋２は底部のスライディングノズル３にスライディングプレート４を設けている。図２に示すように、このスライディングプレート４は上プレート５と下プレート６からなっている。さらに、このスライディングプレート４の注湯孔を最も閉めた位置とした時の、上プレート５の注湯孔５ａの直下に位置する下プレート６の箇所には、下プレート６からＡｒガスを直上の注湯孔５ａに吹き出せるように、下プレート６のその位置にポーラス状耐火物６ｂを設置している。さらに、この下プレート６のポーラス状耐火物６ｂの位置から横方向にＡｒガス配管６ｃを下プレート６の側端の開口６ｄまで配設している。そこで、この下プレート６の側端の開口６ｄからＡｒガスをポーラス状耐火物６ｂに吹き入れ、さらに上プレート５の注湯孔５ａにＡｒガスを吹きだし可能としている。一方、この状態のときには、上プレート５の注湯孔５ａの直下に下プレート６のポーラス状耐火物６ｂが位置するスライディングプレート４の全閉位置では、下プレート６の注湯孔６ａは上プレート５で完全に閉じられた状態となっている。なお、これらの状態において、下プレート６の側端の開口６ｄから最も全閉位置となっている上プレート５の注湯孔５ａに吹き入れるＡｒガスの使用時の量は毎分当たり２リットルである。

上記の状態において、最も全閉位置となっている上プレート５の注湯孔５ａと下プレート６の注湯孔６ａの間は、有効なストローク７である矢印で示す長さだけ離間している。ところで、この有効なストローク７の長さは、スライディングプレート４の寿命に関連している。

そこで、スライディングプレートの寿命に関し、図８に示す従来のスライディングプレート２４の場合で説明する。従来の上プレート２５と下プレート２６からなるスライディングプレート２４では、上プレート２５に対して下プレート２６をスライドさせてスライディングノズル３の注湯孔を完全に閉めきった時の、上プレート２５の注湯孔２５ａと下プレート２６の注湯孔２６ａの間の距離は、下プレート２６にＡｒガスの吹出しのポーラス状耐火物を有しないので、ポーラス状耐火物を有しない分だけストローク２７の長さが短い。しかしながら、これらの上プレート２５と下プレート２６からなるスライディングプレート２４に、本発明と同様に、もし仮に、下プレート２６にポーラス状耐火物２６ｂを設けてＡｒガスの吹出しを行って使用を続けていると、上プレート２５と下プレート２６の対向する部分が損耗して面荒れを発生して行く。言い換えると、上プレート２５と下プレート２６の、当初の健全であったストローク２７の面が少しずつ減少していき、面荒れが発生することとなる。その理由は、従来のスライディングプレート２４のストローク２７の一端側に設けたポーラス状耐火物２６ｂの部分とその近辺の部分は強度が低いので、劣化が容易に進むこととなる。このため、短いストローク２７からなるスライディングプレート２４では、有効なストローク２７として長期にわたって使用することはできない。すなわち、従来の上プレート２５の注湯孔２５ａに対面している下プレート２６のポーラス状耐火物２６ｂのところと下プレート２６の注湯孔２６ａのところとの間のストローク２７の長さでは、耐性の点から長さが短すぎて有効に使用できないことが判明した。

そこで、本発明では、図２に示すように、スライディングプレート４の上プレート５の注湯孔５ａと下プレート６の注湯孔６ａの間の矢印で示すストローク７の長さを、従来のストローク２７よりもさらに長いものとすることで、すなわち、一端側のポーラス状耐火物６ｂを有する下プレート６とその周辺部分のストローク７の長さを、従来のストローク２７の長さよりも長くすることで、下プレート６の注湯孔６ａとポーラス状耐火物６ｂの間に損耗に対する耐性を有する部分４ａをストローク７の中間部に位置するスライディングプレート４の上プレート５と下プレート６の当接面の中間部に設けるものとして準備する。この本発明におけるスライディングプレート４のストローク７の長さは、従来の方法に用いるスライディングプレート２４のストローク２７の長さよりも、損耗に対する耐性を有する部分４ａをストローク７の中間部に位置するスライディングプレート４の上プレート５と下プレート６の当接面の中間部に設けているので、その損耗に対する耐性を有する部分４ａの長さが従来の方法におけるスライディングプレート２４のストローク２７の長さよりも長くなっている。

以上の様に準備したスライディングプレート４を用いる方法として、本発明では、図７に示すスイングタワー１３のタンディッシュ８の側に位置する取鍋２の、図２に示す全閉状態にあるスライディングプレート４の下プレート６の右端の開口６ｄからＡｒガス配管６ｃを下プレート６に埋設したポーラス状耐火物６ｂまで設け、このＡｒガス配管６ｃを通じてポーラス状耐火物６ｂにＡｒガスを流し始めた後、この取鍋２から樋１４を通じて、取鍋２の底の注湯孔２ａに詰めたクロムサンドなどの詰め物２ｂおよび初期の溶鋼を、図７に示すタンディッシュ外の捨湯場に設置した捨湯ポット９に予備カッティングによる所定量の捨湯をする。この初期の溶鋼の捨湯のために、スライディングプレート４の下プレート６をストローク７の長さだけ図２の右方へ移動して、図３に示すように上プレート５の注湯孔５ａと下プレート６の注湯孔６ａとを連通させて全開とする。この様に注湯孔を全開することで、取鍋２の底の注湯孔２ａのクロムサンドなどの詰め物２ｂは樋１４を経て捨湯ポットに落下し、さらに初期の溶鋼を流して所定量の捨湯を行った後、再びスライディングプレート４の下プレート６を左側に移動させて注湯孔６ａを全閉状態とする。次いで、下プレート６の注湯孔６ａの下にロングノズル３ａを装着し、ロングノズル３ａを装着した取鍋２を、図５に示すように、タンディッシュ８内に位置にせしめ、下プレート６を図２において右側に移動して図３に示すように注湯孔５ａと注湯孔６ａを連通させてこのロングノズル３ａからタンディッシュ８へ注湯する。

この本発明の例に対し、取鍋２の注湯孔２ａに詰め物２ｂをしているが、本発明における下プレート６にポーラス状耐火物６ｂを有するスライディングプレート４ではなく、図８に示す下プレート２６にポーラス状耐火物２６ｂを有しない従来のスライディングプレート２４を使用してタンディッシュ８に捨湯ポット８を設置して捨湯する方法を図４に示す比較例とする。このように比較例では、捨湯ポット９をタンディッシュ８内に設置し、まずその捨湯ポット９内に取鍋の注湯孔２ａの詰め物２ｂと初期の溶鋼を捨湯をした後、スライディングプレート２４の注湯孔を閉じ、詰め物２ｂと捨湯を入れた捨湯ポット９をタンディッシュ８から取り除いた後、通常通り、取鍋２からロングノズル３ａを通じてタンディッシュ８に注湯を開始する。

上記の本発明例と、比較例において、取鍋２からタンディッシュ８に注湯した場合における、注湯成功率を対比して以下に示した。ここで、注湯成功率とは、取鍋２の注湯孔２ａの詰め物２ｂおよび所定の初期の溶鋼の捨湯量を捨てた後の、タンディッシュ８へ取鍋２から再び注湯する際に、取鍋２の注湯孔２ａ内で凝固した鋼塊を溶解するための酸素開口を必要とすることなく注湯できた率と定義する。この注湯成功率では、図６に示すように、本発明例では１３６回の試行回数に対して、１００％の注湯成功率で、酸素開口は全く必要なかった。一方、比較例では、９８回の試行回数に対して、２２回の酸素開口を必要とし、酸素開口を必要としなかった回数は７６回であった。すなわち、比較例の注湯成功率は７８％にとどまった。

本発明におけるスライディングプレート４の下プレート６の側部から、Ａｒガスを下プレート６内のポーラス状耐火物６ｂを通じて上プレート５の注湯孔５ａに吹き入れることで、タンディッシュ８外で捨湯して開口して上プレート５より上方の取鍋底部の注湯口２ａから用鋼を漏出すること無く、この取鍋２のスライディングノズル３にロングノズル３ａを設けてタンディッシュ８内に用鋼を注湯することができる。この場合、従来のスライディングプレート２４では、タンディッシュ８内に設置した捨湯ポット９に捨湯した後に、上プレート２５の注湯孔２５ａより上方の取鍋底部の注湯口２ａまでの間の注湯孔を一旦閉めるので、その部分で溶鋼が凝固して閉塞する。これに反して、本願の方法におけるスライディングプレート４を用いて捨湯する場合、捨湯した後、スライディングプレート４の上プレート５の注湯孔５ａより上方の取鍋２の底部の注湯孔２ａまでがＡｒガスを吹き出すことで溶鋼の凝固によって閉塞することがないので、酸素開口する必要としない。したがって、酸素開口により汚染された溶鋼がタンディッシュ８に注湯されることがないので、得られた鋳片は極めて清浄度の高い鋼に形成される。さらに、上記したように、スライディングプレート２４のストローク２７の長さよりも本発明におけるスライディングプレート４は損耗に対する耐性を有する部分４ａの長さ分長くなっているので、長期間にわたって使用することができる。

１ 連続鋳造設備
１ａ 切断機
１ｂ 鋳片
１ｃ ブルームクーラー
１ｄ 加熱炉
１ｅ 分塊圧延機
２ 取鍋
２ａ 取鍋底部の注湯口
２ｂ 詰め物
３ スライディングノズル
３ａ ロングノズル
４ スライディングプレート
４ａ 損耗に対する耐性を有する部分
５ 上プレート
５ａ 注湯孔
６ 下プレート
６ａ 注湯孔
６ｂ ポーラス状耐火物
６ｃ Ａｒガス配管
６ｄ 開口
７ ストローク
８ タンディッシュ
９ 捨湯ポット
１０ モールド
１１ ２次冷却帯
１２ ロール
１３ スイングタワー
１４ 樋
２３ａ ロングノズル
２４ スライディングプレート
２５ 上プレート
２５ａ 注湯孔
２６ 下プレート
２６ａ 注湯孔
２６ｂ ポーラス状耐火物
２６ｃ Ａｒガス配管
２６ｄ 開口
２７ ストローク

Claims (2)

1. タンディッシュ外で取鍋のスライディングノズルの上プレートと下プレートの２層からなるスライディングプレートを開いてスライディングノズルの詰め物および初期注湯の溶鋼をタンディッシュ外の捨湯ポットに捨湯した後、上プレートの注湯孔は開口した状態にしてスライディングプレートを一旦閉め、この閉めたスライディングプレートの上プレートの直上に当接している上部のスライディングノズルの注湯孔へスライディンプレートから不活性ガスを吹き込むことにより上方のスライディングノズル内の溶鋼の凝固を防止を行った後、この取鍋をタンディッシュ上の注湯位置へ移動してスライディングノズルのロングノズルをタンディッシュ内に装着し、このスライディングノズルのスライディングプレートを開いてタンディッシュへ注湯を開始する方法からなることを特徴とする取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注湯方法。
2. 上部のスライディングノズルの注湯孔へスライディンプレートから不活性ガスを吹き込む方法は、スライディングプレートを閉めた時の上プレートの注湯孔が位置する下プレート内の箇所に埋設したポーラス状耐火物を通じて不活性ガスを下プレートの側部から上プレートの注湯孔に吹き込み、さらにスライディングノズルの上方の取鍋底部へ不活性ガスを吹き込む方法からなることを特徴とする請求項１に記載の取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注湯方法。

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