JP2969731B2 - タンディッシュ内溶鋼の加熱方法 - Google Patents

タンディッシュ内溶鋼の加熱方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、タンディッシュ内の溶鋼をプラズマアーク
によって加熱する方法に関する。
[従来の技術] 近年、鋼の連続鋳造においては、二次精錬、介在物浮
上促進、ノズルの詰まり防止等の目的で、タンディッシ
ュ内の溶鋼を加熱する試みが行われている。この場合の
加熱においては溶鋼の汚染がなく、且つ加熱効率のよい
熱源を使用するのが好ましく、この条件に適合する加熱
法としてプラズマアーク加熱がある。
従来のプラズマアーク加熱は、第5図に示す方法によ
って行われている。第5図において、1はタンディッシ
ュであり、2は溶鋼の加熱室、3はプラズマトーチ、4
は溶鋼5に浸漬させた対極、6は電力供給装置、7はプ
ラズマアーク、8は溶鋼を受け入れるロングノズル、9
は鋳込み装置を示す。取鍋から受鋼した溶鋼5は加熱室
2に導入され、ここで必要温度まで加熱された後、鋳込
まれる。加熱室2における溶鋼5の加熱は、対極4と同
通している溶鋼5とプラズマトーチ3の間にアーク7を
発生させることによって行われる。この際、プラズマト
ーチ3にはプラズマガスとしてアルゴン(Ar)が供給さ
れ、加熱室2内はアルゴン雰囲気になっている。
この際、溶鋼の加熱量は印加電力によって決まるの
で、印加電力を変えることによって、鋳込み時の溶鋼温
度が所定範囲内になるようにする。具体的には、溶鋼の
予定温度と温度計10の指示値を対比し、その差の大きさ
に応じて印加電力を変えるものである。この印加電力の
調節方法には、電流調節と電圧調節の二つの手段があ
り、電流調節は電力供給装置6の電流設定変更によって
行われ、電圧調節はトーチ昇降装置11の位置制御(プラ
ズマ長の変化)によって行われる。12はプラズマ長の検
出器である。
プラズマアークによる溶鋼加熱においては、安定した
アーク7の発生を継続させることが重要であり、上記の
電流調節及び電圧調節は、溶鋼加熱の操業上、主要な操
作因となっている。
上記の方法を実施するためのプラズマ加熱装置を備え
たタンディッシュとしては、例えば、特開昭59−120353
号公報に開示されたものがあり、第6図はその断面図で
ある。1はタンディッシュであり、その中央部には溶鋼
を加熱するための加熱室2が設けられている。この加熱
室2は、溶鋼5中に浸漬させる前壁50と後壁51によって
区画され、頂部にはプラズマトーチ3が挿着されてい
る。このプラズマトーチ3にはプラズマガス用のアルゴ
ンガス配管が接続されている。そして、4は対極であ
り、加熱室2内の溶鋼5とプラズマトーチ3の間にアー
クを発生させ、溶鋼5を加熱する構造になっている。
図中、52は取鍋を示し、8は溶鋼を供給するためのロ
ングノズル、9は加熱された溶鋼を鋳型に注入するため
の鋳込み装置である。
[発明が解決しようとする課題] しかし、電流を調節する方法においては、プラズマト
ーチの大きさや加熱室の大きさによって、その調節範囲
が制限される。例えば、外径25mmのタングステン製のチ
ップを用いたトーチでは、最大電流が8000A程度であ
り、最小電流はサイリスタ整流器やリアクトルの性能に
よって制限され、定格電流の1/5〜1/10程度が限度であ
る。
また、電圧調節においては、アーク長を変える操作が
行われるが、電圧を下げるためにアーク長を短くし過ぎ
ると、溶鋼のスプラッシュがトーチに付着すると言う問
題が生ずる。逆に、電圧を上げるためにアーク長を長く
し過ぎると、加熱室の壁面が溶損したり、熱効率が大幅
に低下したりする。また、電圧を大幅に上げようとし
て、アーク長をあまり長くすると、アークが乱れ、不安
定になる。
従って、電流調節及び電圧調節の双方を併用しても、
印加電力の調節幅は定格値に対し5%〜100%である。
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、印加電力
の調節幅を広くすることができるタンディッシュ内溶鋼
の加熱方法を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するための本発明によるタンディッシ
ュ内溶鋼の加熱方法は、タンディッシュ内の溶鋼をタン
ディッシュに設けた加熱室内でプラズマアークによって
加熱する方法において、前記加熱室の雰囲気ガスを加熱
開始時はアルゴンとし、プラズマアークの発生後に、導
電率がアルゴンとは異なるガスとアルゴンとの混合ガス
に切り替えることを特徴とする。
上記の方法において、混合ガス中のアルゴン比率を、
タンディッシュ内の溶鋼温度に基づきプラズマ加熱中に
変更することが好ましく、更に、導電率がアルゴンとは
異なるガスとして窒素を用いることが好ましい。
[作用] 雰囲気ガスをプラズマ状態での導電率が大きいガスに
すると、アーク電圧を上げることができる。第3図は雰
囲気ガス組成と電圧の関係を示し、雰囲気ガスがアルゴ
ンと窒素の場合において、雰囲気温度1200℃、電流1000
Aの場合のアーク長と電圧との関係をガス組成をパラメ
ーターとした図である。例えば、アーク長400mmの場合
についてみると、アルゴン100%のときの電圧は約130ボ
ルトであるのに対し、アルゴン40%−窒素60%の混合ガ
スでは約200ボルトとなり、電圧増の効果は1.5倍にな
る。このように、雰囲気ガスとして供給するガスを、ア
ルゴンと導電率がアルゴンより小さい窒素、炭酸ガス等
の混合ガスにすれば、電圧調節幅を大きくできるので、
必要に応じ大きな電力を印加することが可能になる。従
って、プラズマ加熱装置を備えたタンディッシュに導入
する雰囲気ガスを、上記のような混合ガスにすれば、溶
鋼の加熱量をより大きくすることができる。但し、プラ
ズマアークは、混合ガスよりもアルゴン単独の方が着火
し易いので、加熱開始時はアルゴンとし、プラズマアー
クの発生後に混合ガスに切り替える。
[実施例] 本発明の実施例を添付図面を参照しながら説明する。
第1図は本発明の一実施例であり、プラズマアークに
よる溶鋼の加熱方法の概略構成を示す図である。この図
において、第5図と同じ部分については同一の符号を付
し説明を省略する。本実施例においては、加熱室2の上
部または下部、あるいは双方から、雰囲気ガスとしてア
ルゴンと窒素よりなる混合ガス13,14を導入する。15は
ガス吹き込み装置を示す。上記混合ガス13,14は、演算
制御器17、流量計18,19よりなる雰囲気ガス調整装置16
によって、アルゴンと窒素の流量及びその混合比が制御
される。この場合、混合ガスの流量は2箇所から導入さ
れる合計ガス量で制御される。そして、演算制御器17に
は、温度計10から溶鋼温度が、プラズマ長検出器12から
プラズマ長の値が、電力供給装置6からは電流値、電圧
値の信号がそれぞれ送られてくるようになっている。
このような構成による溶鋼の加熱における印加電力の
制御は、次のように行われる。目標とする溶鋼の温度を
設定すると、演算制御器17は、まず温度計10の計測値と
の差に応じて電力供給装置のサイリスタを制御し、電流
を増減させる。これに続いて、或は同時に、トーチ昇降
装置11を制御して電圧を変える。そして、溶鋼の加熱量
を更に大きくする必要が生じた場合には、演算制御装置
17は必要電圧が得られる雰囲気ガスの組成を求め、この
ガス組成に基づいたアルゴンと窒素の流量信号を流量計
18,19に送り、雰囲気ガスである混合ガス13,14の混合比
を変更し、更に電圧の制御幅を広げ、印加電力を制御す
る。混合ガス13,14の混合比を変えることにより、溶鋼
の加熱量は一層増加する。このようにして、上記のよう
な電流、電圧制御が随時実施され、溶鋼温度は設定温度
近傍に保持される。
上記混合ガス13,14を併用して導入すれば、加熱室2
内の溶鋼5の攪拌が行われ、溶鋼の偏熱がなくなる。ま
た、混合ガス13,14の別の使用法としては、加熱室2の
上部から導入する混合ガス13は連続的に供給し、加熱室
2の底壁から導入する混合ガス14は特定の目的を兼ねて
吹き込むのもよい。このような混合ガス14の使用例とし
ては、湯面が低下した際にスラグパージ用として吹き込
みを行う場合がある。
また、プラズマアーク7の着火時には、安全上、プラ
ズマトーチ3を溶鋼面からできるだけ離して着火するの
で、雰囲気ガスは着火し易い性状であることが望ましい
が、雰囲気ガス組成と着火の難易との関係は第4図のご
とくである。この図において、斜線部分が着火可能領域
であり、その上は着火不能領域である。このように、ア
ルゴン濃度が高い程着火は容易である。このため、着火
時においては、上記混合ガス13,14をアルゴンに単独に
し、アーク切れがなく安定した状態を保つのがよい。
第2図(a),(b),(c)は本発明を適用したタ
ンディッシュの例を示す概略図で、(a)図は正面断面
図、(b)は側面断面図、(c)図は平面断面図であ
る。このタンディッシュは(c)図に示すごとく平面形
状がT字形をなしている。(a)図、(b)図、(c)
図において、タンディッシュには仕切堰20及び仕切堰2
1,21が設けられ、取鍋から溶鋼を受け入れる受鋼室22と
溶鋼を加熱する加熱室2と溶鋼を鋳型に注入する注入室
23,23に区画されている。加熱室2の上部は加熱室カバ
ー24で覆われており、加熱室カバー24はタンディッシュ
本体と仕切堰20及び仕切堰21,21上に載置されている。
この加熱室カバー24には孔が設けられ、この孔にプラズ
マトーチ3が挿入されている。また、加熱室カバー24に
は雰囲気ガス導入ノズル25が設けられ、ノズル25には混
合ガス配管26が接続している。さらに、この混合ガス配
管26にはアルゴン、窒素など複数のガス供給配管(図示
せず)が接続されている。加熱室カバー24とタンディッ
シュ本体及び仕切堰20、仕切堰21,21の間には、アルミ
ナ、シリカ等のセラミックファイバーの不織布であるブ
ランケット27が介装され、前記両者間をシールしてい
る。
加熱室2の底壁にはガス吹き込み装置15が備えられ、
このガス吹き込み装置15には混合ガス配管28が接続して
いる。さらに、混合ガス配管28にはアルゴン、窒素など
複数のガス供給配管(図示せず)が接続されている。30
はタンディッシュ本体のカバー、31はスラグ排出樋、32
は堰20の下部に設けられた溶鋼流入口、33は注入口であ
る。
次に、本発明の方法による試験結果について説明す
る。この試験では、加熱室の雰囲気ガスの組成をアルゴ
ンと窒素の混合ガスにし、その混合比を変化させて溶鋼
を加熱した。この結果を第1表に示す。この表で明らか
なように、窒素の比率を上げるに従って電圧が上昇し、
溶鋼の加熱温度幅を大きくすることができた。例えば、
アルゴン100%の場合の溶鋼の加熱温度幅が15℃であっ
たのに対し、アルゴン40%−窒素60%の混合ガスの場合
には、溶鋼の加熱温度幅は25℃であり、約1.7倍になっ
た。
[発明の効果] 本発明の方法では、プラズマアークで加熱する加熱室
内の雰囲気ガスを、加熱開始時はアルゴンとし、その
後、窒素等のアルゴンとは導電率が異なるガスとアルゴ
ンとの混合ガスに切り替えるので、安定してプラズマア
ークを着火させることができるとともに、加熱中は熱効
率の有利な任意のアーク長を保持しつつ、プラズマ電圧
を自由に制御することが可能となり、従って、溶鋼の加
熱量の調整範囲が広くなり、安定した連続鋳造操業が達
成される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例で、プラズマアークによる溶
鋼の加熱方法の概略構成を示す図、第2図は本発明を適
用したタンディッシュの例を示す概略図、第3図は雰囲
気ガス組成と電圧との関係を示す図、第4図は雰囲気ガ
ス組成と着火領域の関係を示す図、第5図は従来のプラ
ズマアーク加熱方法を示す図、第6図は従来のプラズマ
加熱装置を備えたタンディッシュを示す断面図である。 1……タンディッシュ、2……加熱室、3……プラズマ
トーチ、4……対極、5……溶鋼、6……電力供給装
置、7……プラズマアーク、10……温度計、11……トー
チ昇降装置、12……プラズマ長検出器、13,14……混合
ガス、15……ガス吹き込み装置、16……雰囲気ガス調整
装置、17……演算制御器、18,19……流量計、20,21……
仕切堰、24……加熱室カバー、25……雰囲気ガス導入ノ
ズル、26,28……混合ガス配管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−234654(JP,A) 特開 昭59−107755(JP,A) 特開 平3−42159(JP,A) 特開 平3−138052(JP,A) 特開 昭59−120353(JP,A) 特開 昭61−95766(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22D 11/10 310 B22D 41/01

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】タンディッシュ内の溶鋼をタンディッシュ
    に設けた加熱室内でプラズマアークによって加熱する方
    法において、前記加熱室の雰囲気ガスを加熱開始時はア
    ルゴンとし、プラズマアークの発生後に、導電率がアル
    ゴンとは異なるガスとアルゴンとの混合ガスに切り替え
    ることを特徴とするタンディッシュ内溶鋼の加熱方法。
  2. 【請求項2】前期混合ガス中のアルゴン比率を、タンデ
    ィッシュ内の溶鋼温度に基づきプラズマ加熱中に変更す
    ることを特徴とする請求項1に記載のタンディッシュ内
    溶鋼の加熱方法。
  3. 【請求項3】導電率がアルゴンとは異なるガスとして窒
    素を用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記
    載のタンディッシュ内溶鋼の加熱方法。
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