JP2021505397A - 溶融物の処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器内に収容される溶融物の十分かつ適正な滞留時間を確保することのできる溶融物の処理装置を提供する。【解決手段】本発明による溶融物の処理装置は、内部に溶融物の収容空間が形成され、一方の側に溶融物の注入部が配置され、他方の側に溶融物の排出口が形成される容器と、一方の面が前記注入部を直接的に向かい合うように注入部と排出口との間に位置し、容器の底面に配設されて長手方向の両側壁に連結され、注入部の下側の溶融物の落下領域に配設され、上面が溶融物の上部に位置するダムと、を備え、ダムは、注入部の下側に形成される溶融物の落下領域に配設され、上面が溶融物の上部に位置する。【選択図】図８

Description

本発明は、溶融物の処理装置に関し、より詳しくは、渋滞領域を減らして介在物の除去能を向上させることのできる溶融物の処理装置に関する。

通常の連続鋳造設備は、溶鋼（ｍｏｌｔｅｎ ｓｔｅｅｌ）を運搬する取鍋（Ｌａｄｌｅ）と、取鍋から溶鋼を供給されて一時的に貯留するタンディッシュ（Ｔｕｎｄｉｓｈ）と、タンディッシュから持続的に溶鋼を供給されながら、これを鋳片（Ｓｌａｂ）に１次的に凝固させる鋳型（Ｍｏｌｄ）と、鋳型から持続的に引き抜かれる鋳片を２次的に冷却させ、一連の成形作業を行う冷却帯と、を備えている。

連続鋳造設備を用いて鋳片を鋳造する連続鋳造工程を行うとき、タンディッシュ内に溶鋼を十分な時間をかけて滞留させることが肝要である。例えば、タンディッシュの内部に溶鋼を十分な時間をかけて滞留させなければ、溶鋼から介在物を円滑に浮上させて分離することができない。溶鋼をタンディッシュ内に十分な時間をかけて滞留させるためには、タンディッシュ内へと溶鋼の上昇流を積極的に導かなければならない。

特許文献１には、ダムと補助ダム及び誘導ダムなどタンディッシュ内に多数の耐火物ダムを築いた後、補助ダムを介して溶鋼中にアルゴンガスを注入して積極的に溶鋼の上昇流を導く方式が開示されている。また、特許文献２には、インパクトパッドと仕切り壁をシュラウドノズルの下側に配設した後、溶鋼をインパクトパッドに衝突させ、仕切り壁とインパクトパッドとの間の空間に通させて積極的に溶鋼の上昇流を導く方式が開示されている。

しかしながら、特許文献１と２に開示されている方式は、多数のダムをタンディッシュ内に築くための製作コストが追加され、配設作業が複雑になり、多数の耐火物ダムと仕切り壁の背面（タンディッシュの出鋼口を向く面）及びインパクトパッドから遠い領域の近くに溶鋼の流れ速度が非常に低い渋滞領域を増やしてしまうという不都合がある。

とりわけ、タンディッシュ内に溶鋼の渋滞領域が増えると、溶鋼が渋滞領域内に滞留する度合いが激しくなり、溶鋼の滞留時間が長引き過ぎる。すなわち、タンディッシュ内に溶鋼の渋滞領域が増えると、溶鋼がタンディッシュ内において適正な滞留時間を確保することができない。なお、介在物が渋滞領域に入り込むと、溶鋼の低い流れ速度に起因して介在物が渋滞領域の中心に滞留していて溶鋼から浮上して分離できず、鋳型に流れ込んで最終的に鋳片に介在物性の品質不良を引き起こす。

この理由から、溶鋼中に存在する介在物の浮上・分離のために、溶鋼の十分な滞留時間を確保することに劣らず、溶鋼の適正な滞留時間を確保することが肝要である。また、渋滞領域の大きさを減らすことが肝要である。すなわち、タンディッシュ内に溶鋼を十分かつ適正な時間をかけて滞留させながら渋滞領域の大きさを減らすことが何よりも肝要である。このために、タンディッシュ内に溶鋼の上昇流を積極的に導きながらも、渋滞領域が生じることを極力抑えなければならない。

本発明の背景となる技術は、下記の特許文献に掲載されている。

ＫＲ１０−２０１４−００８５１２７ Ａ ＫＲ１０−１６０２３０１ Ｂ１

本発明の目的は、容器内に収容される溶融物の十分かつ適正な滞留時間を確保することのできる溶融物の処理装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、溶融物の渋滞領域を減らして介在物の除去能を向上させることのできる溶融物の処理装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、溶融物の上面に達する上昇流を広く分布させることのできる溶融物の処理装置を提供することにある。

本発明による溶融物の処理装置は、内部に溶融物の収容空間が形成され、一方の側に溶融物の注入部が配置され、他方の側に溶融物の排出口が形成される容器と、一方の面が前記注入部を直接的に向かい合うように前記注入部と前記排出口との間に位置し、前記容器の底面に配設されて長手方向の両側壁に連結されるダムと、を備え、前記ダムは、前記注入部の下側に形成される溶融物の落下領域に配設され、上面が前記溶融物の上部に位置することを特徴とする。

前記ダムは、前記落下領域の周縁部に配設されてもよい。

前記ダムは、他方の面が前記排出口側の幅方向の側壁を直接的に向かい合ってもよい。

前記落下領域の大きさは、前記注入部の内径の大きさに比例し、前記ダムの一方の面と前記注入部との間の距離は、前記落下領域の大きさに比例してもよい。

前記ダムの一方の面と前記注入部との間の距離は、前記注入部の内径の２．５倍〜５倍の範囲で形成されてもよい。

前記ダムは、上面高さが前記溶融物の湯面高さの０．５倍〜０．７５倍の範囲で形成されてもよい。

前記溶融物の処理装置は、前記ダムに形成される貫通口をさらに備えていてもよい。

前記貫通口は、前記ダムの下部に形成され、前記一方の側から前記他方の側へと向かう方向に形成され、内壁が前記底面に直結されてもよい。

本発明の溶融物の処理装置によれば、溶融物の湯溜部の周縁部に位置するように容器の底面にダムを配設し、ダムの上面の高さを最適化させて溶融物の流動場を最適化させることができる。これにより、容器内に収容される溶融物の十分かつ適正な滞留時間を確保し、溶融物の渋滞領域を減らして介在物の除去能を向上させることができる。湯溜部内の溶鋼の強い流れを溶融物の上面へと導き、上昇流を形成して溶融物の上面に達する上昇流を広く分布させることができ、介在物の除去能をなお一層向上させることができる。

したがって、溶融物中の介在物を円滑に浮上・分離させて、溶融物の清浄度を向上させ、溶融物から製造される製品の品位を向上させることができる。

また、容器内に溶融物の流速の減少のためのさらなる構造物を配設しなくても済み、容器内に配設される耐火物構造物の大きさと数を最小化及び最適化させることができ、構造を単純化させることができるので、製造コストを削減できる。

本発明による溶融物の処理装置の流動の評価のためのモデリング構造を説明するための図である。 本発明による溶融物の処理装置の流動の評価結果を示す図である。 本発明による溶融物の処理装置の評価結果から導き出された溶融物の流動特性の定量的な数値を示す図である。 本発明による溶融物の処理装置の流動の評価のためのモデリング構造を説明するための図である。 本発明による溶融物の処理装置の流動の評価結果から導き出された溶融物の流動特性の定量的な数値を示す図である。 本発明による溶融物の処理装置の流動の評価結果を示す図である。 本発明による溶融物の処理装置の概略図である。 本発明による溶融物の処理装置の概略図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例をより詳しく説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施例に限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化される。これらの実施例は、本発明をより完全なものとなるように提供される。図面は、同じ構成要素に対しては同じ参照符号を付した。図面は、大きさが、部分的に誇張されている場合がある。

本発明による溶融物の処理装置は、溶融物の上面の上昇流の到達面積を増やしながら溶融物の渋滞領域を減らして、介在物の除去能を向上させることができるという技術的特徴を開示する。本発明による溶融物の処理装置は、製鉄所の連続鋳造工程に適用されるが、各種の溶融物を用いた様々な鋳造工程にも適用可能である。連続鋳造工程を基準として本発明の実施例を説明する。

図７及び図８は、本発明による溶融物の処理装置を示す概略図である。図７は、溶融物の処理装置の断面図であり、図８は、溶融物の処理装置の斜視図である。ここで、図７に示す幅方向の一方の側壁１ａと幅方向の他方の側壁１ｂとが互いに離れた方向が一方向であり、注入部２の延びた方向が上下方向である。また、一方向及び高さ方向の両方ともに交差する方向が他方向である。例えば、図８のダム３が延びた方向が他方向である。一方向を長手方向といい、他方向を幅方向といい、上下方向を高さ方向という。

図７及び図８に基づいて、本発明の溶融物の処理装置について説明する。溶融物の処理装置は、内部に溶融物の収容空間が形成され、一方の側に溶融物の注入部２が配置され、他方の側に溶融物の排出口１ｃが形成される容器１と、一方の面が注入部２を直接的に向かい合うように注入部２と排出口１ｃとの間に位置し、容器１の底面に配設されて長手方向の両側壁１ｄに連結されるダム３と、を備える。

このとき、ダム３は、注入部２の下側に形成される溶融物の落下領域に配設され、上面が溶融物の上部に位置する。

溶融物（図示せず）は、溶鋼を含んでいてもよい。溶融物は、運搬容器、例えば、取鍋（図示せず）に入れられて溶融物の処理装置まで運搬されて、容器１の上側に配置されてもよく、注入部２に連結されてもよい。注入部２を介して溶融物が容器１の内部に注入されてもよい。いうまでもなく、溶融物は、溶鋼に何ら限定されず、様々であってもよい。

一方、溶融物の下部は、容器１の底面から溶融物の湯面の高さの０．５倍の高さ未満までである区間である。また、溶融物の上部は、溶融物の湯面の高さの０．５倍の高さから溶融物の湯面の高さまでである区間である。例えば、容器１の底面の高さが０であり、溶融物の湯面の高さが１であれば、０から０．５未満までの高さが溶融物の下部であり、０．５以上から１までの高さが溶融物の上部である。

ここで、溶融物の湯面の高さとは、連続鋳造工程中の定常状態（ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ）で容器１内に一定の高さで形成される溶融物の高さを意味する。例えば、溶融物の湯面の高さを溶鋼レベル又は湯面レベルということもある。一方、定常状態とは、容器１の内部における溶融物の流れに対する定常状態を意味する。

注入部２は、溶融物が通過可能な耐火物ノズルであって、シュラウドノズルであってもよい。注入部２は、マニピュレータ（図示せず）に装着され、マニピュレータの上昇により上端の開口が運搬容器のコレクタノズル（図示せず）に結合されてもよい。注入部２は、容器１の一方の側に配置され、容器１の底面から離れ、下端の開口が容器１の内部に位置し、少なくとも一部が溶融物中に浸漬されてもよい。

注入部２の下側に溶融物の落下領域（以下、落下領域という。）が形成される。落下領域は、注入部２を通過して容器１内に注入された溶融物が最初に通過する領域である。落下領域では、注入部２から落下して供給された溶融物が容器１の底面に衝突した後、相対的に高いエネルギーをもって底面に沿って所定の速度にて流動してもよい。次いで、落下領域から遠ざかりながら、溶融物の速度が次第に低くなり、溶融物は相対的に低いエネルギーをもって正常的な流れ速度にて流動してもよい。

落下領域は、容器１の底面の上に形成され、その中心ｃが注入部２の中心を通る上下方向の中心軸（図示せず）に上下方向に位置合わせされる。落下領域の大きさ、例えば、一方向の幅は、注入部２の内径の大きさに比例する。注入部２の内径が大きくなると、注入部２の内径に比例して落下領域の大きさも大きくなる。ここで、注入部２の内径は、注入部２の下端の開口を基準とした内径であり、一方向は、容器１の延長方向であって、注入部２から排出口１ｃへと向かう方向であってもよい。

一方向の落下領域の周縁部の終端と中心ｃとの間の距離は、注入部２の内径ｄの２．５〜５倍であってもよい。落下領域では、溶融物が所定の範囲の速度で盛んに流動することができる。落下領域の溶融物は、有意味な速度を有する。

このとき、「溶融物が有意味な速度を有する」とは、溶融物がダム３と衝突して溢れた後に下降する代わりに、上昇流を形成できるほどの速度を有するということを意味する。落下領域における溶融物の流れは、容器１内の溶融物の全体の流動の形成に影響を及ぼす虞があり、この点からみて、落下領域は、かなり有意味な領域である。一方、落下領域を湯溜部ともいう。

容器１は、内部に溶融物の収容空間が形成され、一方の側に溶融物の注入部２が配置され、他方の側に溶融物の排出口１ｃが形成される。容器１は、例えば、タンディッシュを備えていてもよい。このとき、タンディッシュは、一方向に長く延びた長方形のタンディッシュであってもよい。

容器１は、一方向と一方向に交差する他方向に延びる長方形の底面、底面の縁端の両側の長辺に沿って一方向にそれぞれ延び、上下方向に突出する長手方向の両側壁１ｄ、及び底面の縁端の両側の短辺に沿って他方向にそれぞれ延び、上下方向に突出する幅方向の一方の側壁１ａ及び幅方向の他方の側壁１ｂを備えていてもよい。注入部２は、相対的に幅方向の一方の側壁１ａに近づいて配置され、排出口１ｃは、相対的に他方の側壁１ｂの近くに形成される。容器１の底面は、他方の側の高さが一方の側の高さよりも低い階段状であってもよい。

底面、長手方向の両側壁１ｄ、幅方向の一方の側壁１ａ及び幅方向の他方の側壁１ｂにより溶融物収容空間が形成される。長手方向の両側壁１ｄは他方向に対向し、幅方向の一方の側壁１ａ及び幅方向の他方の側壁１ｂは一方向に対向する。

底面の一方の側に注入部２が配置されるが、底面の一方の側から上下方向に離れて容器１の上部に注入部２が配置されてもよい。また、底面の他方の側を上下方向に貫通して、排出口１ｃが形成されてもよい。容器１の下側において排出口１ｃを貫通して排出ノズル（図示せず）、例えば、浸漬ノズルが配設され、浸漬ノズルの下部を包み込んで鋳型（図示せず）が配置される。排出口１ｃは、スライドゲート（図示せず）により開度が調節され、溶融物を鋳型に排出することができる。鋳型は、溶融物を鋳片に凝固させることができる。

鋳型の下側に冷却帯（図示せず）が配設される。冷却帯は、鋳型から連続して引き抜かれる鋳片を冷却及び押下し、一連の成形作業を行うことができる。冷却帯を通過した鋳片は、切断部（図示せず）において切断され、圧延設備に搬送されてもよく、あるいは、用途に応じて様々な後処理設備に搬送されてもよい。

容器１は、鋳型（図示せず）への溶融物の供給量を調節及び分配する機能と、溶融物の荷重による圧力、例えば、溶鋼静圧を減少させる機能、及び溶融物の流動を制御することで介在物を除去して清浄度を向上させる機能を行う。このとき、介在物の除去のために、容器１の底面にダム３が配設される。ダム３は、溶融物の流れを制御して溶融物の滞留時間を延ばすことにより、溶融物中に含有されているスラグ及び介在物を溶融物の上面、例えば、湯面に浮上させる役割を果たす。溶融物の上面に浮上したスラグと介在物が溶融物から分離されることにより、鋳型に介在物とスラグが混入されることが極力抑えられる。

ダム３は、一方の面が注入部２を直接的に向かい合うように注入部２と排出口１ｃとの間に位置し、容器１の底面に配設され、他方向に延びて、長手方向の両側壁１ｄの向かい合う面に連結される。ダム３は、注入部２から容器１へと供給されて底面に沿って流れる溶融物の流れを容器１の上部に上昇させることができる。

ダム３の一方の面は、幅方向及び上下方向に延びたダム３の両側面のうち幅方向の一方の側壁１ａと注入部２を向く面である。ダム３の他方の面は、上述したダム３の両側面のうち幅方向の他方の側壁１ｂ及び排出口１ｃを向く面である。このとき、ダム３の一方の面を前面といい、ダム３の他方の面を背面ということがある。

「ダム３の一方の面が注入部２を直接的に向かい合うように注入部２と排出口１ｃとの間に位置する」とは、ダム３と注入部１との間には別途の構造物が配設されないことを意味する。ここで、別途の構造物としては、せき及び補助ダムなどをはじめとする各種の壁体、インパクトパッドなどの容器、及びその他の様々な形状を有する各種の構造物などが挙げられる。すなわち、ダム３と注入部２との間には別途の構造物が配設されないため、ダム３は、一方の面が注入部２を直接的に向かい合ってもよい。ダム３が注入部２を直接的に向かい合って配設されることにより、落下領域に供給された溶融物が邪魔なしにダム３に直接的に影響を受けながら流れが制御されることが可能になる。すなわち、溶融物が底面に落下した後、最初にダム３に衝突して上昇流が形成されることが可能である。

このとき、落下領域から遠ざかるにつれて、溶融物が持った運動量が減るため、溶融物の上昇流を有効に導くために、ダム３は落下領域に配設されてもよい。このとき、落下中の溶融物との直接的な衝突を避けるように、ダム３は、落下領域の周縁部に落下領域内の溶融物と向かい合うように他方向に配設される。ダム３は、このような配設位置において容器１の一方の側から他方の側へと向かう方向に容器１の底面に沿って流れる溶融物と最初に接触することができる。すなわち、ダム３は、落下領域の周縁部において落下領域内の溶融物に直接的に晒されながら直接的に接触することができる。このとき、「直接的に接触する」とは、溶融物が、例えば、別途の構造物に先に接触して流れが制御されないうちに溶融物とダム３とが優先的に接触することを意味する。いうまでもなく、落下領域内にはダム３のみが形成されるため、落下領域内の溶融物は、容器１の底面と側壁を除いては、ダム３と唯一に接触することができる。

一方、ダム３は、他方の面が排出口１ｃ側の幅方向の側壁１ｂを直接的に向かい合うことができる。すなわち、ダム３と排出口１ｃとの間にも別途の構造物が配設されない。このように、容器１の内部には、一つのダム３のみが配設され、溶融物は、一つのダム３により流動が制御可能である。

ダム３の一方の面と注入部２との間の距離は、落下領域の大きさに比例してもよい。落下領域の大きさが大きくなるにつれて、ダム３の一方の面と注入部２との間の距離Ｌが遠ざかってもよい。このとき、ダム３の一方の面と注入部２との間の距離は、注入部の内径ｄの２．５倍〜５倍の範囲で形成されてもよい。このため、ダム３の少なくとも一方の面が落下領域の周縁部に位置してもよい。ダム３は、上面が溶融物の上部に位置してもよい。容器１の一方の側の近くの底面を基準として、ダム３の上面の高さＨは、溶融物の湯面の高さの０．５倍〜０．７５倍の範囲で形成されてもよい。ダム３の上面の高さが溶融物の湯面の高さの０．５倍未満であれば、円滑な上昇流を形成することができず、溶融物が湯面まで広い面積でもって上昇し難い。溶融物の湯面の高さの０．７５倍を超えると、溶融物の湯面に上昇流が広く行き渡ることをむしろダム３が妨げるだけではなく、とりわけ、ダム３の上面の高さが溶融物の湯面の高さの０．７５倍を超えると、溶融物が現在の湯面レベルよりも上昇してオーバフローされて容器１の外部に溢れ出る虞がある。

前述の溶融物の処理装置は、第１の実施例とする。以下、本発明による溶融物の処理装置の第２の実施例について説明する。第２の実施例は、第１の実施例の溶融物の処理装置の上述した構成要素を備え、かつ、ダム３に形成される貫通口（図示せず）をさらに備える。

貫通口は、ダム３の下部に形成され、容器１の一方の側から他方の側へと向かう方向に形成され、内壁が容器１の底面に直結されてもよい。

本発明の実施例によれば、容器１内にダム３のみを配設するが、その配設位置を落下領域の周縁部とし、上面を溶融物の上部に位置させる。このように、容器１の内部のプロファイルを設計し、溶融物の流動を制御することにより、落下領域から上昇流を作ることができ、容器１内に渋滞領域が１０％未満となるように溶融物の流動を導くことができ、これを通して、従来に比べて介在物の除去効率を５０％以上向上させることができる。また、せきの未使用に伴う耐火物の製作コストの削減と、溶鋼の製造コストの低減とを図ることができる。上述した溶融物の処理装置のダムの構造を、例えば、極清浄鋼の製造のための渋滞領域１０％未満のタンディッシュダム構造ということができる。

以下、本発明の溶融物の処理装置が、溶融物の渋滞領域を減らして介在物の除去能を向上させながらも、溶融物の上面に達する上昇流を広く分布させることができることを比較例と対比して詳しく説明する。

図１は、本発明による溶融物の処理装置の流動の評価のためのモデリング構造を説明するための図である。図２は、本発明による溶融物の処理装置の流動の評価結果を示す図である。図３は、本発明による流動の評価結果から導き出された溶融物の流動特性の定量的な数値を示す図である。

本発明による溶融物の処理装置は、連続鋳造工程において、ダムの形状と設計値に基づいて溶融物中の介在物を極力低減させるための装置であって、容器１の内部に様々な形状に構造物を築いた後、流動特性を分析して容器１の内部形状、いわば、ダム３の形状と設計値を最適なプロファイルで設計したものである。

図１の（ａ）は、本発明の実施例１の溶融物の処理装置のモデリング構造であり、このとき、ダム３の上面の高さは、溶融物の湯面の高さの２／３である、例えば、６００ｍｍであってもよい。図１の（ｂ）は、比較例１に係る溶融物の処理装置のモデリング構造であり、容器１内に一体の構造物が配設されない。図１の（ｃ）は、注入部２の直ぐ下にインパクトパッド４が配設された比較例２の溶融物の処理装置のモデリング構造であり、（ｄ）は、落下領域に上面の高さが４０ｍｍと低い補助ダム５が配設され、その後方に貫通口を備えるダムが配設された比較例３の溶融物の処理装置のモデリング構造である。このとき、比較例３では、貫通口を備えるダムが注入部２を直接的に向かい合うように配設されない。このとき、貫通口を備えるダムの上面の高さは、溶融物の湯面の高さの１／２である４５０ｍｍであり、配設位置は、落下領域の外側である。一方、実施例１のダム３と区別がつくように、以下では、貫通口付きダムに図面符号３’を付す

図１の（ｅ）は、本発明の比較例４の溶融物の処理装置のモデリング構造であって、落下領域内に補助ダム５のみが配設される。図１の（ｆ）は、本発明の比較例５の溶融物の処理装置のモデリング構造であって、落下領域から遠く外れて注入部２よりも排出口１ｃ側にさらに近づくように、例えば、落下領域の中心からの距離が１５００ｍｍである位置に補助ダム５が配設される。一方、図１のモデリング構造において、注入口の内径を１６０ｍｍにした。

図２の（ａ）から（ｆ）は、順に図１の（ａ）から（ｆ）のモデリング構造をもって容器１の内部の流動を数値解析した結果である。比較例２を示す（ｃ）の場合、溶融物の湯面を向く上昇流が強く形成されるが、上昇流の到達面積Ａが実施例１に比べて小さいことを確認することができる。実施例１を示す（ａ）の場合、上昇流の到達面積Ａが最も広く分布されていることを確認することができる。このため、実施例１において、湯面のスラグと溶融物の介在物との接触機会が比較例よりも増えることが分かる。

図２の（ａ）の実施例１と（ｄ）の比較例３とを対比すると、落下領域内にダム３のみが配設されてダム３が補助ダム５よりも溶融物と先に接触してはじめて、上昇流の到達面積Ａの増大が有効であることを確認することができる。図２の（ａ）の実施例１と（ｅ）の比較例４とを対比すると、上昇流の到達面積Ａの増大のための実施例のダム３の高さの設計値がかなり有効であることを確認することができる。図２の（ａ）の実施例１と（ｄ）の比較例３及び（ｆ）の比較例５を対比すると、落下領域内にダム３が配設されることが重要であることを推察することができる。

本発明による溶融物の処理装置のダム３の構造は、溶融物内のプラグ領域（ｐｌｕｇ ｖｏｌｕｍｅ）の増大と渋滞領域（ｄｅａｄ ｖｏｌｕｍｅ）の減少とを目指す最適化したプロファイルであって、滞留時間の分布曲線グラフを用いて溶融物中の介在物の除去能を評価することができる。

図３は、図１に示す実施例と比較例のモデリング形状に対する滞留時間の分布曲線グラフを用いて溶融物の流動特性を分析できる定量的数値を示す。

まず、滞留時間の分布曲線は、水モデル実験のための連続鋳造設備を構成した後、連続鋳造工程の水モデル実験を行いながら、注入部に所定の量の実験溶液（染料）を２〜３秒間注入し、排出口から溶液の経時的な濃度を検出してその結果を無次元の時間軸の上にグラフにて表わしたものである。

すなわち、滞留時間の分布曲線は、流動の入口側に染料を投入したとき、出口において測定される無次元の経時的な標準濃度グラフであるといえる。いうまでもなく、この曲線を水モデル実験ではなく、数値解析を用いて導き出すこともできる。滞留時間の分布曲線を用いて、例えば、タンディッシュの容量と内部の形状の変更に伴う溶鋼の混合の度合い及び介在物の分離・浮上の効果を判断することができる。

図中、最小時間（Ｍｉｎ．Ｔｉｍｅ）は、実験溶液の濃度が最初に検出された時間である。ピークタイム（Ｐｅａｋ Ｔｉｍｅ）は、実験溶液の濃度が最も高いときの時間である。平均時間（Ｍｅａｎ Ｔｉｍｅ）は、容器１の内容積を注入部２における溶融物の注入流量で割った値である。溶融物の注入流量は、実施例と比較例においていずれも同様であるが、容器１の内容積は、容器１の内部プロファイルに応じてそれぞれ異なる。

活性平均滞留時間（Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅａｎ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ）は、測定された平均時間の無次元の値が２以上であるときの曲線の面積を平均滞留時間で割った値である。活性領域分率又は活性体積分率は、溶鋼の混合が起こる領域の分率であって、プラグ体積分率とミックスド体積分率とを含む。渋滞領域分率又は渋滞体積分率は、容器内の溶融物の平均滞留時間の２倍の時間で非常に遅く溶融物が流動する領域の分率である。

例えば、タンディッシュ内の溶鋼体積は、アクティブボリュームとデッドボリュームとに分けられるが、アクティブボリュームは、溶鋼の混合が起こる領域であり、デッドボリュームは、混合が起こらない領域である。アクティブボリュームは、プラグボリュームとミックスドボリュームとに分けられるが、プラグボリュームは、溶鋼が同一の速度の流動でパイプ流動をし、層間混合は起こらず、流動方向、すなわち、横方向の混合が全領域にわたって起こる。ミックスドボリュームは、混合が最大となる領域であって、機械的な攪拌が起こる領域である。デッドボリュームは、渋滞領域とも呼ばれ、容器内において非常に徐々に動き、平均滞留時間よりも２倍の時間の間に留まる流体領域である。一方、図中のＶｐは、プラグ体積分率を指し示し、Ｖｄは、渋滞領域分率を指し示し、Ｖｍは、ミックスド体積分率を指し示す。

図中、渋滞体積分率が小さいほど、介在物の分離・浮上に有利であり、Ｖｐ／Ｖｄ値とＶｐ／Ｖｍ値が大きいほど、介在物の浮上・分離に有利である。滞留時間の分布曲線及びこれから導き出される流動特性の定量的な数値は、流動の解析分野において広く知られているため、これについての詳しい説明を省略する。

ピークタイムは、プラグボリュームと関わっているが、実施例において最も大きな値を示すことを確認することができる。実施例１の場合が最も良い結果を示す。渋滞領域の割合をみると、実施例１と比較例２が１０％未満であることを確認することができる。他の比較例はいずれも１０％を超えることが分かる。実施例１と比較例１とを対比すると、渋滞領域の低減が４．７％〜５．８％であって、有効であることが分かる。これは、介在物の除去能の側面からは、４１％〜５０％の介在物の除去効果があることを示唆する。なお、介在物を有効に除去するためには、プラグボリュームの分率が高く、かつ、渋滞領域の分率が低くなければならないが、実施例１と比較例２が最も良い結果を示す。

しかしながら、先の図２を参照するとき、上昇流の到達面積も一緒に考慮に入れると、実施例の場合の方が比較例２よりもなお一層有効であることを確認することができる。また、比較例２は製作が複雑であり、コストがかかり、耐久性に脆弱性を有するため、実施例の場合が、渋滞領域を減らす目的に適いながら、構造もまた単純であり、しかも、上昇流も湯面の上に広く分布させることができるということを証明した。

図４は、本発明による溶融物の処理装置の流動の評価のためのモデリング構造を説明するための図である。図５は、本発明による流動の評価から導き出された溶融物の流動特性の定量的な数値を示す図である。図６は、本発明の実施例の流動の評価結果を示す図である。

以下では、本発明の実施例に係るダム３の上面の高さの設計値をもって、配設位置と数と貫通口の有無とを変えながら流動の評価をさらに行った。

図中、Ｐ１は、実施例１に係るダム３の配設位置であり、Ｐ２は、Ｐ１から後方に向かって距離Ｌだけ離れた位置であり、Ｐ３は、Ｐ１から後方に向かって距離２Ｌだけ離れた位置である。このとき、Ｌは、５００ｍｍにして、流動の評価を行った。

図５の位置は、ダム３の配設位置であるが、例えば、比較例１０と比較例１１のＰ１＋Ｐ２は、Ｐ１位置とＰ２位置にダム３を両方とも配設したことを意味する。残りも、これと同様に、配設位置を示す。孔の有無は、貫通口の形成有無を意味する。

図６の（ａ）は、図５の実施例１に対する容器１の内部流動の数値解析の結果であり、（ｂ）は、実施例２に対する容器１の内部流動の数値解析の結果である。

渋滞領域の値をみると、実施例１と実施例２において非常に小さな値を有することを確認することができる。すなわち、実施例１のようにダムを築くが、貫通口を配設すれば、介在物の除去能がさらに良くなることを確認することができる。これに対し、比較例６から比較例１７を参照すると、ダムを遠くに配設したり、落下領域の他にも複数個さらに配設したりすることは、介在物の除去能に悪影響を及ぼすことを確認することができる。これにより、本発明の実施例のように、容器１内に一つのダムを落下領域の周縁部に配設し、その上面の高さを溶融物の上部にすれば、渋滞領域の大きさを５％近くにかなり減らすことができながらも、図６の（ａ）と（ｂ）に示すように、上昇流を湯面の広い領域に到達させることができるということが分かり、その結果、介在物を極力低減させることができるということが分かる。

一方、上記のように設計されたダム３の設計因子について他の方式を用いてさらに説明すれば、落下領域の中心ｃと幅方向の一方の側壁１ａとの間の距離は、落下領域の中心ｃとダム３の一方の面との間の距離よりも大きく、かつ、落下領域の中心ｃとダム３の他方の面との間の距離よりも小さくなければならず、ダム３の一方向の幅、例えば、厚さは、５０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲内ではなければならない。いうまでもなく、ダム３の上面の高さは、溶融物の湯面の高さの１／２よりも大きく、かつ、３／４よりも小さくなければならない。このような設計値を有するようにダム３が設計されたとき、渋滞領域の大きさが小さいながらも、上昇流の分布面積が広いので、上述した流動の評価結果のように有効に介在物を低減させることが可能である。

上述したように、本発明の実施例によれば、ダム３の一方の面と注入部２との間の距離を注入部２の内径の２．５〜５倍の範囲にし、ダム３の上面の高さを溶融物の湯面の高さの０．５〜０．７５倍の範囲にすることができる。これにより、湯溜部から流れ込んだ溶融物の乱流エネルギーが消散されないうちに、ダム３を用いて湯溜部内の溶融物の乱流を制御して溶融物をダム３の上部に溢れさせ（ｏｖｅｒｆｌｏｗ）、十分な上昇流を安定的に形成することができる。その結果、溶融物の渋滞領域の大きさを従来の半分のレベルに減らし 、溶融物の処理装置を適用した連続鋳造工程における介在物の除去能を従来よりも向上させることができる。

例えば、溶融物の処理装置を連続鋳造工程に適用して、複数のチャージ（ｃｈａｒｇｅ）の連続鋳造工程を行って鋳片を鋳造し、鋳造された鋳片をサンプリングして介在物を検査した。その結果、平均的に介在物の総数は従来に比べて約４０％減り、２０μｍを超える大きさの大型の介在物は従来に比べて約５１％減った。なお、１０〜１５μｍの大きさの介在物は従来に比べて約３５％減り、１５〜２０μｍの大きさの介在物は従来に比べて約４０％減って微細な介在物の低減に有効であった。

上記の実施例は、本発明を制限するものではない。本発明は、種々の実施例が可能で、種々の形態に変形できることに留意すべきである。

１ 容器
１ａ 一方の側壁
１ｂ 他方の側壁
１ｃ 排出口
１ｄ 長手方向の両側壁
２ 注入部
３ ダム
３’ 貫通口付きダム
４ インパクトパッド
５ 補助ダム
ｃ 中心
ｄ 内径
Ａ 到達面積
Ｌ 距離
Ｈ 高さ

Claims (8)

1. 内部に溶融物の収容空間が形成され、一方の側に溶融物の注入部が配置され、他方の側に溶融物の排出口が形成される容器と、
   一方の面が前記注入部を直接的に向かい合うように前記注入部と前記排出口との間に位置し、前記容器の底面に配設されて長手方向の両側壁に連結されるダムと、
   を備え、
   前記ダムは、前記注入部の下側に形成される溶融物の落下領域に配設され、上面が前記溶融物の上部に位置することを特徴とする溶融物の処理装置。
2. 前記ダムは、前記落下領域の周縁部に配設されることを特徴とする請求項１に記載の溶融物の処理装置。
3. 前記ダムは、他方の面が前記排出口側の幅方向の側壁を直接的に向かい合うことを特徴とする請求項１に記載の溶融物の処理装置。
4. 前記落下領域の大きさは、前記注入部の内径の大きさに比例し、
   前記ダムの一方の面と前記注入部との間の距離は、前記落下領域の大きさに比例することを特徴とする請求項１に記載の溶融物の処理装置。
5. 前記ダムの一方の面と前記注入部との間の距離は、前記注入部の内径の２．５倍〜５倍の範囲で形成されることを特徴とする請求項１に記載の溶融物の処理装置。
6. 前記ダムは、上面高さが前記溶融物の湯面高さの０．５倍〜０．７５倍の範囲で形成されることを特徴とする請求項１に記載の溶融物の処理装置。
7. 前記ダムに形成される貫通口をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の溶融物の処理装置。
8. 前記貫通口は、前記ダムの下部に形成され、前記一方の側から前記他方の側へと向かう方向に形成され、内壁が前記底面に直結されることを特徴とする請求項７に記載の溶融物の処理装置。