JP2016190240A - 連続鋳造用タンディッシュ、及びそのタンディッシュを用いた連続鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】仕切堰15に設けられた湯道16は、注入室13からストランド室14に向けて下方に移行する第1湯道16aと、注入室からストランド室に向けて上方に移行する第2湯道16bとを有し、第1湯道16aは、第2湯道の下方であって第2湯道の幅方向範囲内に位置し、第1湯道の注入室側と第2湯道の注入室側とが繋がり、第1湯道の出口18aと繋がるストランド室の底部は、第1湯道の出口の下端以下に位置し、0.08≦D1,0.08≦D2,d1≦0.3 ,d3≦0.3,(x1 2+y1 2)0.5≦1,(x2 2+(y3-y1)2)0.5≦1,y2≦0,y2=d1(1+y1 2/x1 2)0.5-y1,y4≧0,y4=y3-y1-d3(1+(y3-y1)2/x2 2)0.5,y1/x1≦1,(y3-y1)/x2≦1を満たすタンディッシュ。
【選択図】図3A
Description
連続鋳造を効率よく操業を行うためには、例えばタンディッシュ内において、注入室からストランド室へ溶鋼をスムーズに流通させることが必要となる。
特許文献1は、注入室とストランド室とが仕切堰で仕切られ、この注入室とストランド室とを、仕切堰に設けられた湯道(孔)で繋いだタンディッシュが開示されている。
特許文献2は、注入室とストランド室が仕切堰で仕切られ、その仕切堰に設けられた湯道が底部で注入室とストランド室とを繋ぎ、さらに仕切堰に加熱装置を備えているタンディッシュにおいて、仕切堰に設けられた湯道が、ストランド室側に向かって下方を向くことが開示されている。
さて、鍋を交換する連々鋳においては、成分混じりを少なくするために前チャージの溶鋼をできる限り鋳造してから後チャージの溶鋼を注入している。特に、前チャージと後チャージの成分が異なる(異鋼種連々)場合には、成分混じりを極めて少なくして、クロップ(鋳片同士の接続部分で成分が規定値を満たさず、廃棄せざるを得ない部分)を可能なかぎり少なくするために、前チャージの溶鋼が可能な限り少なくなるまで鋳造してから後チャージの溶鋼を注入している。
本発明にかかるタンディッシュは、取鍋からの溶鋼が注入される注入室と、前記溶鋼を鋳型に装入する注入口を有するストランド室と、前記注入室と前記ストランド室とを仕切る仕切堰と、前記仕切堰に設けられ且つ前記注入室から前記ストランド室へ直線状に貫通する湯道と、を備えたタンディッシュであって、前記湯道は、前記注入室からストランド室に向けて下方に移行する第1湯道と、前記注入室からストランド室に向けて上方に移行する第2湯道とを有し、前記第1湯道は、前記第2湯道の下方であって当該第2湯道の幅方向範囲内に位置し、前記第1湯道の注入室側と第2湯道の注入室側とが繋がり、前記第1湯道の出口と繋がる前記ストランド室の底部は、前記第1湯道の出口の下端以下に位置し、且つ、式(1)〜式(10)を満たしている。
0.08≦D2(円相当径) [m] ・・・(2)
d1≦0.3 [m] ・・・(3)
d3≦0.3 [m] ・・・(4)
(x1 2+y1 2)0.5≦1 [m] ・・・(5)
(x2 2+(y3-y1)2)0.5≦1 [m] ・・・(6)
y2≦0 y2=d1(1+y1 2/x1 2)0.5-y1 [m] ・・・(7)
y4≧0 y4=y3-y1-d3(1+(y3-y1)2/x2 2)0.5 [m] ・・・(8)
y1/x1≦1 [-] ・・・(9)
(y3-y1)/x2≦1 [-] ・・・(10)
D1:第1湯道の円相当径
D2:第2湯道の円相当径
d1:第1湯道の縦径
d3:第2湯道の縦径
x1:第1湯道の水平方向の長さ
y1:第1湯道の上下方向の高さ及び第2湯道の上下方向の高さ
x2:第2湯道の水平方向の長さ
y2:第1湯道のストランド室側の上端と、注入室の底部の上下方向の距離
y3:第2湯道のストランド室側の下端高さ
y4:第2湯道のストランド室側の下端と、注入室側の上端との上下方向の距離
本発明にかかる連続鋳造方法は、連続鋳造用のタンディッシュを用いて連続鋳造を行うに際し、前記ストランド室側の溶鋼の湯面が前記第2湯道の上端より上方に位置しているときに、前チャージの溶鋼を注入室に注入することを終了し、前記前チャージにおける溶鋼の湯面を、前記第1湯道の傾斜高さy1以下に低下させた後、後チャージの溶鋼における前記注入室への注入を開始する。
図1は、連続鋳造を行う連続鋳造装置の全体図である。まず、連続鋳造装置の構造について説明する。連続鋳造装置は、例えば、二次精錬処理後の溶鋼を連続的に鋳造する装置である。
図1に示すように、連続鋳造装置1は、取鍋2内の溶鋼3が注入されるタンディッシュ4と、当該タンディッシュ4内の溶鋼3を鋳込む鋳型5と、鋳型5によって形成された鋳片6を支持するサポートロール7を備えている。
また、図7Aに示すように、第1湯道16aと第2湯道16bとの上下方向の重なりに着目したとき、第1湯道16aは、第2湯道16bの幅方向範囲内に位置している。詳しくは、第2湯道16bの幅方向範囲を「横径d4」としたとき、第1湯道16aは、第2湯道16bの横径d4の範囲に収まっている。
図5A及び図5Bは、仕切堰15を奥行方向で且つ垂直に断面した場合(図2のB−B断面)であって、第1湯道16aの形状を示している。図5Aに示すように、本発明のタンディッシュ4の第1湯道16aは、注入室13からストランド室14へ直線状に貫通する形状であって、図5Bに示すように、途中で屈曲した形状ではない。図5A及び図5Bに示すように、タンディッシュの整備を行う際は、タンディッシュを略90度傾動させた後、第1湯道16aにパイプを挿入して、パイプから酸素等を吹き込むことにより、湯道16に付着した地金等を燃焼熱によって溶融し、地金を除去する。図5Aに示すように、第1湯道16aが直線状である場合には、パイプを問題無く湯道16に挿入することができるが、図5Bに示すように、第1湯道16aが途中で屈曲している場合は、パイプを湯道16の全体に挿入することができない。場合によっては、第1湯道16a及び仕切堰15を溶損させてしまう虞がある。したがって、第1湯道16aは、仕切堰15内を注入室13からストランド室14へ直線的に貫通することが必要である。なお、図5A及び図5では、第1湯道16aについて説明したが、第2湯道16bも第1湯道16aと同様に仕切堰15内を注入室13からストランド室14へ直線的に貫通する必要がある。つまり、本発明のタンディッシュ4においては、湯道16(第1湯道16a及び第2湯道16b)は仕切堰15内を注入室13からストランド室14へ直線的に貫通するものを対象としている。
第1湯道16aの内径(円相当径)D1は、式(1)に示すように、0.08m以上である。また、第2湯道16bの内径(円相当径)D2も、式(2)に示すように、0.08m以上である。
0.08≦D1(円相当径) [m] ・・・(1)
0.08≦D2(円相当径) [m] ・・・(2)
湯道(第1湯道16a及び第2湯道16b)の内径が0.08m未満の場合は、鋳造中に第1湯道16a及び第2湯道16b内に介在物等が詰まってしまい鋳造できなくなる可能性がある。なお、上述したように、第1湯道16a及び第2湯道16bは、楕円形や四角形も含むため、式(1)及び式(2)で示したように湯道16の内径は、円に換算したときの円相当径である。
d1≦0.3 [m] ・・・(3)
d3≦0.3 [m] ・・・(4)
第1湯道の縦径d1及び第2湯道の縦径d3が0.3mを超えている場合、取鍋2のノズルの開口時に当該ノズルから落下した砂等の大部分が湯道16(第1湯道16a及び第2湯道16b)を通ってストランド室14に流入し易くなる。取鍋2の開口時における多量の砂がストランド室14に入ってしまうと、介在物性欠陥になり易い。つまり、湯道の縦径d1及び第2湯道の縦径d3を0.3m以下にすることによって、ストランド室14ではなく注入室13側で砂を浮上させることができる。なお、第1湯道の縦径d1及び第2湯道の縦径d3は、図4に示すように、湯道16を垂直に断面した場合の垂直方向の径である。
第1湯道16aの長さ((x1 2+y1 2)0.5)が、式(5)の上限値を上回る場合、第1湯道16aが長すぎるために、鋳造中等に第1湯道16aが詰まる虞がある。特に、第1湯道の内径(円相当径)D1が小さい場合には、顕著になる。なお、上述した「y1」は、第2湯道16bの上下方向の高さ、即ち、出口18aと入口17bとの高低差も示している。つまり、y1は、第1湯道16aの上下方向の高さだけでなく、第2湯道16bの上下方向の高さも示すパラメータであって、第1湯道16aの上下方向の高さ及び第2湯道16bの上下方向の高さを示している。
第2湯道16bの長さ((x2 2+(y3-y1)2)0.5)が、式(6)の上限値を上回る場合、第2湯道16bが長すぎるために、鋳造中等に第2湯道16bが詰まる虞がある。特に、第2湯道の内径(円相当径)D2が小さい場合には、顕著になる。
なお、図7Bに示すように、第1湯道の水平方向の長さx1と第2湯道の水平方向の長さx2とが一致する場合、或いは、第1湯道16aと第2湯道16bの水平方向に対する角度が異なることによって、第1湯道の水平方向の長さx1と第2湯道の水平方向の長さx2とが異なる場合がある。そのため、第1湯道の水平方向の長さx1及び第2湯道の水平方向の長さx2とは、それぞれの孔中心軸の長さとしている。
y2≦0 y2=d1(1+y1 2/x1 2)0.5-y1 [m] ・・・(7)
図8に示すように、湯面を下降させている状況を考える。図8のQ1に示すように、ストランド室14側のスラグは、第2湯道16bに入った後、図8のQ2に示すように、注入室13に入ることになる。このような状況下においては、第2湯道16bを介して注入室13にスラグが入ったとしても、湯面が下降中に、当該スラグが第1湯道16aから抜けることができればよい。
道16aへの排出が阻害されてしまう。それゆえ、式(7)で表される第1湯道の上下方向の重なり度合がy2≦0(出口18aの上端と入口17aの下端が同じ高さ、或いは、入口17aの下端が出口18aの上端よりも上方)であることが必要である。
y4≧0 y4=y3-y1-d3(1+(y3-y1)2/x2 2)0.5 [m] ・・・(8)
図9に示すように、第2湯道の上下方向の重なり度合がマイナス(第2湯道16bの出口18bの下端よりも第2湯道16bの入口17bの上端が上方)である場合(y4<0)、Q10及びQ11に示すように、湯面の下降時において、ストランド室14側の湯面と、注入室13側の湯面とが繋がり易くなる。そのため、第2湯道16bを介してストランド室14から注入室13へ入るスラグ量は、第2湯道16bの水平断面積以上となり、一端、注入室13へ入ったスラグを、第1湯道16aからストランド室13へ戻すことが難しくなる。それゆえ、式(8)に示したように、第2湯道の上下方向の重なり度合がy4≧0(出口18bの下端と入口17bの上端が同じ高さ、或いは、入口17bの上端が出口18bの下端よりも下方)であることが必要である。
そして、図10のQ21に示すように、一旦、第2湯道16bから注入室13にスラグが入ったとしても、図10のQ22に示すように、第1湯路16aから排出することができる。
y1/x1≦1 [-] ・・・(9)
(y3-y1)/x2≦1 [-] ・・・(10)
第1湯道16aの傾き(y1/x1)が式(9)の上限値を上回ったり、第2湯道16bの傾き((y3-y1)/x2)が式(10)の上限値を上回った場合、第1湯道16a及び第2湯道16bを構成する仕切堰15の端部P1、P2(図6参照)が鋭利になり過ぎて、鋭利になった部分が欠損する虞がある。式(9)及び式(10)の上限値を、湯道の角度に変換すると、45degである。
なお、本発明のタンディッシュにおいては、注入室13の底部11は、どのような形状であってもよい。例えば、図11に示すように、注入室13の底部11が水平方向に平坦な平坦部11a1であっても、第1湯道16aから離れるにしたがって徐々に上方に移行する傾斜部11a2であってもよい。
図12を用いて、異鋼種連々鋳造における前チャージと後チャージとの切替について説明する。まず、異鋼種連々鋳造においては、前チャージの溶鋼3と、後チャージの溶鋼3との成分が異なるため、溶鋼3同士が混ざることによる成分変化を防止するため(成分まじりを防止するために、前チャージの溶鋼3を出来る限り少なくしてから後チャージの溶鋼3を注入する。
図12のS2に示すように、前チャージの溶鋼3の注入終了後も、タンディッシュ4内の溶鋼3は鋳型5に供給するため、湯面は次第に低下し、湯面は第1湯道16よりも低くなる。図12のS1からS2になる過程で、ストランド室14のスラグの一部が第2湯道16bを通過して、注入室13に入ることがかるが、図12のS3に示すように、注入室13のスラグは、第1湯道16aを通過して、ストランド室14へ戻る。そして、前チャージにおける溶鋼の湯面を、第1湯道16aの傾斜高さy1以下に低下させる。湯面を湯道16の傾斜高さy1以下まで低下させた後は、後チャージの溶鋼を注入室13に注入する。即ち、後チャージの注入を開始する。
以上、連続鋳造方法によれば、ストランド室14側の溶鋼の湯面が第2湯道16bの上端より上方に位置しているときに、前チャージの溶鋼を注入室13に注入することを終了し、前チャージにおける溶鋼の湯面を、第1湯道16aの傾斜高さy1以下に低下させた後、後チャージの溶鋼における注入室13への注入を開始している。このようにすることによって、前チャージと後チャージとの切替において、注入室13へスラグが残ることを防止することができる。
水モデル実験では、実機を相似的に1/3にした1/3モデルで実験を行った。水モデルのタンディッシュは、図13に示すT型タンディッシュとした。ストランド数は5ストランドとした。また、水モデルのタンディッシュにおいて、仕切堰15に設けた第1湯道16a及び第2湯道16bは、ストランド室14から注入室13へ向けて延びる直線状とした。第1湯道16aの出口18aと繋がるストランド室14の底部11aは、湯道16の出口下端以下に位置させた。また、第1湯道16aは、第2湯道16bの下方であって当該第2湯道16bの幅方向範囲内に位置させた。第1湯道16aの注入室側と第2湯道16bの注入室側とは繋げた。
Fr=(U2/Xg)0.5 ・・・(a)
ただし、U:水のTD内平均速度[m/s]、X:代表長さ[m]、g:重力加速度[m/s2]である。ここで流量Q[m3/s]は、Q=UX2で表され、式(a)に代入すると、式(b)となる。
実機スケールの水モデル流量をQk[L/min]として、1/3スケールの水モデル流量をQn[L/min]および代表長さをX/3とし、式(b)によりFr数が等しくなるように換算すると、式(c)となる。
Qn=0.0642Qk ・・・(c)
実機スループットをQs[t/min]として溶鋼の比重を7とすると、Qs=7Qk/1000であるために式(c)は、式(d)のように変形される。
オイルの厚さについては、高橋らによって導出された式(e)を参考にした。式(e)は、油膜の広がりに対する液体の物性値の影響を考慮した油膜の広がり距離Sに関する実験式である。
S=1.19M(1.25+μL/μU)0.5(t/T)0.7 ・・・(e)
ただし、 M=5d2b/4(2(σL-σU-σUL)/ρU(1-ρU/ρL)g)0.5
T=(8.3ρU(1-ρU/ρL)g(d2b)2(ρLμL)0.5/16(σL-σU-σUL)2)2/3
g:重力加速度
t:時間
なお、式(e)は、「高橋照男ら:化学工学論文集、第5巻第5号(1979)pp.526-531)」に記載されている。
Mk=551d2bk、Tk=98901(d2bk)4/3
Mn=338d2bn/3、Tn=119057(d2bn/3)4/3
なお、Mk、Tk、Mn、Tnを求めるに際して、水モデルは、実機の1/3スケールのため、各パラメータの数値を実機に対して1/3の値を採用した。
3Mn(1.25+μLn/μUn)0.5(3-0.5t/Tn)0.7=Mk(1.25+μLk/μUk)0.5(t/Tk)0.7
=「257.7bn(1/Tn)0.7=622.6bk(1/Tk)0.7
=「bnTk 0.7=2.4bkTn 0.7
=bn=2.4bk(Tn/Tk)0.7
=bn=0.73bk ・・・(f)
なお、水モデルの時間tには、1/3スケールのため、3−0.5をかけている。ここで、実機でのスラグ厚は、約15mmであるため、bn=10mmとして、水モデル実験を行った。
図14に示すように、前チャージの鋳造終了後、湯面を降下させた場合にストランド室14のスラグが第2湯道16bを通って注入室13に入ってしまう。ここで、第2湯道16bを通って注入室13に入ったスラグが第1湯道16aを通ってストランド室14側へ排出できなかった場合、スラグと後チャージの溶鋼3とが混ざってしまう。即ち、スラグ叩き込みが発生する。スラグ叩き込みが発生した場合、図15に示すように、稀釈連続鋳造であってもシーケンスブロックを挿入する鋳造であっても、前チャージと後チャージとを繋ぐ鋳片では、スラグ系介在物による増加した長いクロップが発生する。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
2 取鍋
3 溶鋼
4、4a、4b、4c タンディッシュ
5 鋳型
6 鋳片
7 サポートロール
10 注入口
11 底部
12 周壁
13 注入室
14 ストランド室
15 仕切堰
16 湯道
16a 第1湯道
16b 第2湯道
17a 第1湯道の入口
17b 第2湯道の入口
18a 第1湯道の出口
18b 第2湯道の出口
Claims (2)
- 取鍋からの溶鋼が注入される注入室と、前記溶鋼を鋳型に装入する注入口を有するストランド室と、前記注入室と前記ストランド室とを仕切る仕切堰と、前記仕切堰に設けられ且つ前記注入室から前記ストランド室へ直線状に貫通する湯道と、を備えたタンディッシュであって、
前記湯道は、前記注入室からストランド室に向けて下方に移行する第1湯道と、前記注入室からストランド室に向けて上方に移行する第2湯道とを有し、前記第1湯道は、前記第2湯道の下方であって当該第2湯道の幅方向範囲内に位置し、前記第1湯道の注入室側と第2湯道の注入室側とが繋がり、
前記第1湯道の出口と繋がる前記ストランド室の底部は、前記第1湯道の出口の下端以下に位置し、且つ、式(1)〜式(10)を満たしていることを特徴とする連続鋳造用のタンディッシュ。
0.08≦D1(円相当径) [m] ・・・(1)
0.08≦D2(円相当径) [m] ・・・(2)
d1≦0.3 [m] ・・・(3)
d3≦0.3 [m] ・・・(4)
(x1 2+y1 2)0.5≦1 [m] ・・・(5)
(x2 2+(y3-y1)2)0.5≦1 [m] ・・・(6)
y2≦0 y2=d1(1+y1 2/x1 2)0.5-y1 [m] ・・・(7)
y4≧0 y4=y3-y1-d3(1+(y3-y1)2/x2 2)0.5 [m] ・・・(8)
y1/x1≦1 [-] ・・・(9)
(y3-y1)/x2≦1 [-] ・・・(10)
D1:第1湯道の円相当径
D2:第2湯道の円相当径
d1:第1湯道の縦径
d3:第2湯道の縦径
x1:第1湯道の水平方向の長さ
y1:第1湯道の上下方向の高さ及び第2湯道の上下方向の高さ
x2:第2湯道の水平方向の長さ
y2:第1湯道のストランド室側の上端と、注入室の底部の上下方向の距離
y3:第2湯道のストランド室側の下端高さ
y4:第2湯道のストランド室側の下端と、注入室側の上端との上下方向の距離 - 請求項1に記載された連続鋳造用のタンディッシュを用いて連続鋳造を行うに際し、
前記ストランド室側の溶鋼の湯面が前記第2湯道の上端より上方に位置しているときに、前チャージの溶鋼を注入室に注入することを終了し、前記前チャージにおける溶鋼の湯面を、前記第1湯道の傾斜高さy1以下に低下させた後、後チャージの溶鋼における前記注入室への注入を開始することを特徴とする連続鋳造方法。
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