JP3139898B2 - 連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方法 - Google Patents

連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方法

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JP3139898B2 JP05282816A JP28281693A JP3139898B2 JP 3139898 B2 JP3139898 B2 JP 3139898B2 JP 05282816 A JP05282816 A JP 05282816A JP 28281693 A JP28281693 A JP 28281693A JP 3139898 B2 JP3139898 B2 JP 3139898B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属中の非金属介
在物の分離除去能力に優れた連続鋳造用タンディッシュ
の介在物除去方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】非金属介在物を含む溶融金属を連続鋳造
機で鋳造した場合、製造された鋳片内に前記非金属介在
物が残留し、鋳片に疵等の欠陥を生じる。従って、この
介在物低減技術は連続鋳造において良質な鋳片を得るた
めの重要な技術であり、従来から連鋳鋳型への電磁力適
用等に見られるように種々の介在物低減対策を実施して
きた。
【0003】また、溶融金属を連鋳機鋳型に供給するタ
ンディッシュについても、各種の介在物低減対策が考え
られてきた。特にタンディッシュについては、容量を大
型化し、平均滞留時間を増すことにより介在物の浮上除
去を促進する方法が考えられてきたが、タンディッシュ
容器の大型化に伴うタンディッシュ耐火物費用の増加や
整備費用増加等経済性の点で得策ではなかった。
【0004】そのため、タンディッシュ容量を大型化す
ることなく、タンディッシュ容器の形状変更および溶融
金属の流動状態の改善により、溶融金属中の介在物を効
率的に除去する手段が提案されてきた。
【0005】例えば、特開平4−66251号や特開平
4−344854号公報においては、タンディッシュの
溶融金属注入部のみ、深さを深くすることで、注入時の
溶融金属が持つエネルギーを減衰し、既に溶融金属表面
に浮上している介在物が新たに注入された溶融金属によ
り撹拌され、再び鋳片内に巻き込まれるのを低減する方
法等が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】鋳片に巻き込まれる介
在物としては、既にタンディッシュ溶融金属表面に浮上
している前鍋の溶融金属介在物と、新たに取鍋からタン
ディッシュに供給される溶融金属が持ち込む介在物に大
別される。
【0007】しかし、従来の介在物低減技術は既に溶融
金属表面上に浮上している介在物巻き込みの除去には有
効ではあったが、新たに取鍋から溶融金属と共に流入し
た介在物除去には効果的ではなかった。つまり、注入部
の深さを深くしただけのタンディッシュ形状では、溶融
金属中の介在物を効率的に除去できない。
【0008】その理由は、溶融金属の注入口のみを深く
しても他の部位、つまり注入口から流出口に至る溶融金
属移動部、および流出口の深さが浅いため、流出側に流
れる溶融金属表面の流れが、流出口へ流れ込む溶融金属
流れの影響を強く受けることによるためである。
【0009】そのため、溶融金属表面の流れは流出口へ
引きずられるように流れ、この流れに乗った介在物は浮
上することなく溶融金属と共にタンディッシュの底部を
流れ、鋳型に供給される。そのため、このような形状の
タンディッシュでは高い介在物除去効果は期待できな
い。
【0010】このように、タンディッシュ形状を工夫す
ることにより、溶融金属内の介在物を除去しようとする
試みは過去なされているが、いずれの方法もタンディッ
シュ形状と介在物除去率を総合的に検討した内容ではな
く、満足すべき介在物除去率を提供するタンディッシュ
形状は得られていないという問題点があった。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために提供された発明であり、その具体的技術
要旨は溶融金属を連続鋳造鋳型に供給するタンディッシ
ュにおいて、該タンディッシュの溶融金属注入部および
溶融金属流出部の溶融金属収容深さH1 ,H2を各々1
〜2.5mの範囲内とし、かつ前記溶融金属注入部上部
と流出部上部を結び連通する溶融金属水平移動部の溶融
金属収容深さhとの比(H1 /h)(H2/h)を各々を
2以上とし、更に注入口と流出口を結ぶ水平間隔Lを4
〜8mの範囲内とし、該Lと前記溶融金属水平移動部の
長さSとの比(S/L)を0.4以上とすることを特徴
とする連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方
法にある。
【0012】
【作用】上記課題を解決するに必要な最適タンディッシ
ュ形状を求めるために、取鍋からタンディッシュへ溶融
金属を注入した時の、タンディッシュ内の溶融金属の流
動状態を理論解析し、タンディッシュ形状と介在物除去
能力の関係について検討した。なお、ここでは溶融金属
として代表的な溶鋼を用いた。
【0013】本発明で用いた理論解析は、いくつかの前
提を設けているが、図1,図2に示すタンディッシュ概
念図を用いながら以下にその前提を説明する。なお、図
1,図2は1レードル2ストランド型タンディッシュを
示すが、本解析結果はその他の形状のタンディッシュ
(例:1レードル1ストランド型タンディッシュ、1レ
ードル複数ストランド型タンディッシュ)にも同様に適
用可能である。
【0014】(1)タンディッシュ内の溶鋼は非圧縮性
流体とみなし、タンディッシュ内の溶鋼流動状態は3次
元のナビエ・ストークス方程式を解くことにより解析し
た。 (2)タンディッシュ内の溶鋼領域を離散点に分割し、
離散点における流速をナビエ・ストークス方程式で解い
た。 (3)介在物の運動エネルギーは、溶鋼流動解析より得
られたタンディッシュの3次元溶鋼流速場における溶鋼
の流動エネルギーを受けるとして、介在物の運動方程式
を作成し、介在物の挙動解析を行った。 (4)介在物は取鍋から流入すると仮定し、またその形
状は球形とし、直径70μmの介在物を1000個流入
させた。 (5)溶鋼の注入量と流出量については一定とした。 (6)介在物の比重は溶鋼より軽いとし、溶鋼浮力の影
響を受けて浮上しながら介在物は溶鋼内に滞留するとし
た。 (7)タンディッシュの形状は次のように仮定した。 全長Aは8mとした。 注入部Dの注入口深さHは2.0mとした。 注入部Dの長さMは0.75mとした。 移動部Cの深さhは0.8mとした。 移動部Cの長さSは0.5mから2.5mまで0.5
m間隔で変化させた。 流出部Bの流出口深さHは0.8mから2.0mまで
0.3m間隔で変化させた。
【0015】以上のような前提により進めた理論解析か
ら得られたタンディッシュ形状の概念図と溶鋼の流動状
態を図1,図2に示した。図2に示すタンディッシュ形
状の概念図は注入部Dのみを深くし、移動部Cから流出
部Bまでを同じ深さにした形状であり、H1 /h,H2
/hの値が各々2未満、S/Lの値が0.4未満である
従来から知られている形状のタンディッシュとその内部
を流れる溶鋼の流動線図である。
【0016】図2に示す溶鋼の流動線図から明らかなよ
うに、従来型タンディッシュではノズル2より注入され
た溶鋼は、一旦タンディッシュ底に衝突した後(W
部)、タンディッシュ底形状に従い流れ、次に順次溶鋼
表面近傍に押し上げられる(X部)が、溶鋼表面近傍を
通過した流れ(Y部)は、流出口3付近の流出流れ(Z
部)の影響を強く受けるため、介在物は溶鋼表面に浮き
上がり難くそのまま溶鋼の流れと共に流出口への方向へ
と引きずられ、溶鋼と共に流出口から鋳型に送り込まれ
る。
【0017】つまり、溶鋼の流出速度は溶鋼表面の速度
より10倍程度速いため、溶鋼表面の溶鋼の流れはタン
ディッシュの底方向に偏向する。底方向に向かう速度成
分は介在物の浮上速度成分とは反対向きであるため、介
在物の除去率は低下する。
【0018】これに対し、図1に示すタンディッシュ概
念図は本発明を採用した形状であり、注入部Dと流出部
Bの溶鋼金属収容深さH1 ,H2 を同じ深さまで深く
し、注入部上部と流出部上部を連通する溶鋼の水平移動
部Cの溶鋼金属収容深さhを浅くした構造を有し、H1
/h,H2 /hは各々2以上、S/Lは0.3以上の値
を持つ。
【0019】図1に示す形状のタンディッシュ内の溶鋼
の流れは流動線から明らかなように、図2に示す従来型
の溶鋼の流れとは異なり、介在物は湯表面に浮き上がり
易くなっている。つまり、ノズル1より注入された溶鋼
は、一旦タンディッシュの底に衝突した後(W部)、タ
ンディッシュ底の形状に沿って流れ、次に順次溶鋼表面
まで押し上げられる(X部)(ここまでは図2に示した
溶鋼の流れの状態と同じである)。溶鋼表面まで押し上
げられた溶鋼の流れは、所定以上離れ、かつ深い位置に
設置された流出口4付近の流出速度の影響を受けること
なく、介在物を浮上除去するに十分な時間をかけて水平
移動部C、流出部B上部の表面を流れる(Y部)。その
後、介在物が浮上除去された清浄な溶鋼は深い流出部を
低速で下降し、底部の流出口4から鋳型に供給される
(Z部)。
【0020】このように、図1の形状のタンディッシュ
内を流れる溶鋼が、流出速度の影響を受け難い理由は溶
鋼表面より深い位置に設置されている流出口4にある。
つまり、流出口が深いため、流出速度が水平移動部を流
れる溶鋼表面の速度に対し、殆ど影響を及ぼすことがな
く、溶鋼表面の流れが底方向に偏向しずらくなり、介在
物除去に有効な溶鋼表面近傍の流れが、タンディッシュ
全長に渡って十分確保されるタンディッシュ形状が得ら
れた。
【0021】なお、本発明の解析前提は注入口深さを固
定し、流出口深さ変化させていったが、その理由は介在
物除去に支配的に寄与する要因は、注入口深さと流出口
深さ、および水平移動部の深さと長さであることが解析
の過程で判明してきたからである。
【0022】従って設備的な制約等により、注入口深さ
と流出口深さを同じにできなくても、その深さ比が80
%程度以内であれば本解析結果と同等な介在物除去効果
が期待できる。
【0023】これらのタンディッシュ形状と介在物除去
能力の関係の解析結果を図3にまとめた。図3は横軸に
注入口の溶鋼収容深さH1 および、流出口の溶鋼収容深
さH2 と溶鋼移動部Cの溶鋼収容深さhとの比(H1
h)(H2 /h)をとり、縦軸に介在物除去率をとった
グラフである。
【0024】ここで用いたパラメーターは、溶鋼移動部
Cの長さSと注入口と流出口を結ぶ水平間隔Lとの比
(S/L)である。ここで介在物除去率は次のように定
義した。 介在物除去率={タンディッシュ浮上除去介在物個数/
タンディッシュ流入介在物(1000個)}
【0025】図3が示すように、介在物除去率は、H1
/hおよびH2 /hが2以上で、かつS/Lを0.4以
上にすることにより急激に向上する。このことから、H
1 /hおよびH2 /hを各々2以上とし、かつS/Lを
0.4以上の形状を有するタンディッシュ形状を保つこ
とにより、タンディッシュ内で効率的な溶鋼の介在物除
去効果が得られる。
【0026】
【実施例】本発明の有効性を確認するために、実際に本
発明で得た形状を有するタンディッシュ内に溶鋼(低炭
Al−K鋼を用いた)を注入し、溶鋼内の介在物除去効
果を確認した。
【0027】発明の効果を確認するために図1,図2に
示すような形状を有する60tタンディッシュを用い
た。図1は本発明を適用した形状を有するタンディッシ
ュ、図2は従来型の形状のタンディッシュである。従来
型タンディッシュと本発明を適用したタンディッシュの
主要寸法比較表を表1に示す。
【0028】
【表1】
【0029】タンディッシュによる溶鋼内の介在物除去
率(清浄度)を評価するために5連続で連続鋳造を行
い、鍋交換部における溶鋼のトータル酸素を分析した。
通常の介在物は金属酸化物(例:Al2 3 ,Si
2 )であり、溶鋼中に介在物が多いと溶鋼のトータル
酸素量も上昇するため、介在物除去率(清浄度)の評価
をするにはトータル酸素量で評価するのが一般的であ
る。
【0030】サンプル用の溶鋼は、注入部と流出部のタ
ンディッシュ蓋に設けたサンプル採取孔から採取した。
なお、サンプリング頻度は一鍋毎に前鍋終了(鍋交換タ
イミング)から2分間隔で5回に渡って行った。
【0031】このように、鍋交換タイミングにおけるタ
ンディッシュの介在物除去能力を従来方式と本発明方式
で比較することにより、本発明の効果が明確に把握でき
る。その理由はこの時の溶鋼が最も介在物を多く含むか
らである。
【0032】つまり、鍋交換時には、注入末期の前鍋の
浮上介在物が鋳型に流出し、更に後鍋の注入初期はタン
ディッシュ内湯量の回復のために注入量を通常時の2倍
近くに大きくしているため、タンディッシュ内溶鋼流速
が上昇し、介在物の溶鋼内滞留時間が減少するため、溶
鋼の清浄度が非常に低下する。
【0033】サンプリング各点でのサンプルを分析しデ
ーターを平均化し、注入部と流出部でのトータル酸素量
の低減効果を比較するためにトータル酸素低減率として
鍋交換部のチャージ毎に比較して表2に示す。
【0034】ここでトータル酸素低減率は次のように求
めた。 トータル酸素低減率={1−(流出部トータル酸素量/
流入部トータル酸素量)}×100(%) 表2から明らかなように、本発明を採用したタンディッ
シュ形状のトータル酸素の低減率は従来型タンディッシ
ュ形状の値に対して1.8倍以上に向上したことが分か
る。
【0035】このように、本発明は介在物除去率の高い
タンディッシュの形状決定を行う上で極めて有効であ
り、介在物の少ない清浄な鋼を製造することができる。
【0036】
【表2】
【0037】
【発明の効果】本発明によると、タンディッシュを大型
化することもなく、タンディッシュ形状を適正化するの
みで経済的にも有利な手段で、タンディッシュにおける
溶融金属の介在物除去率を飛躍的に向上させることが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したタンディッシュ形状の概念図
とタンディッシュ内の溶鋼の流動を表す線図を示す図で
ある。
【図2】従来型のタンディッシュ形状の概念図とタンデ
ィッシュ内の溶鋼の流動を表す線図を示す図である。
【図3】本発明に用いた解析結果をまとめたもので、タ
ンディッシュ形状と介在物除去能力の関係を示す図であ
る。
【符号の説明】
1,2 注入ノズル 3,4 流出口 A タンディッシュ全長 B 流出部 C 水平移動部 D 注入部 L 注入口と流出口を結ぶ水平間隔 S 水平移動部長さ M 注入部長さ H1 注入部の溶鋼収容深さ H2 流出部の溶鋼収容深さ h 水平移動の溶鋼収容深さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−93536(JP,A) 特開 平4−351251(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/10 310 B22D 11/11

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融金属を連続鋳造鋳型に供給するタン
    ディッシュにおいて、該タンディッシュの溶融金属注入
    部および溶融金属流出部の溶融金属収容深さH1 ,H2
    を各々1〜2.5mの範囲内とし、かつ前記溶融金属注
    入部上部と流出部上部を結び連通する溶融金属水平移動
    部の溶融金属収容深さhとの比(H1/h)(H2
    h)を各々を2以上とし、更に注入口と流出口を結ぶ水
    平間隔Lを4〜8mの範囲内とし、該Lと前記溶融金属
    水平移動部の長さSとの比(S/L)を0.4以上とす
    ることを特徴とする連続鋳造用タンディッシュにおける
    介在物除去方法。
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