JP3336962B2

JP3336962B2 - 溶湯加熱方法と装置

Info

Publication number: JP3336962B2
Application number: JP18372298A
Authority: JP
Inventors: 興一栗田; 裕赤羽; 友一塚口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2002-10-21
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: JP2000015403A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶融金属の多ストラ
ンドの連続鋳造において、連続鋳造開始〜終了までの溶
湯の温度低下を溶湯加熱によって軽減し、かつ複数のス
トランド毎の溶湯温度を均一化する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下では、鉄鋼業における溶鋼の連続鋳
造を例に説明する。溶鋼の連続鋳造においては、精練を
完了した溶湯を取鍋に入れ、これを連続鋳造機に移送
し、取鍋底部の注湯孔から一旦タンディッシュに注湯す
る。これをタンディッシュ下に配置された複数の連続鋳
造機の鋳型に配分して注湯し、鋳片を製造する。鋳片の
１系列をストランドとも言い、スラブまたはブルームの
連続鋳造機では２〜４ストランド、管材や条鋼・線材用
のビレットの連続鋳造では４〜８ストランドが設けられ
ている。

【０００３】近年、鋼の品質に対する厳しい要求に対し
て、連続鋳造機への溶湯温度を一定温度にすることによ
り品質安定をはかることが不可欠となっている。しか
し、鋳造開始時のタンディッシュの使い始めではタンデ
ィッシュは低温であるため、溶湯温度は低下する。また
取鍋に入っている溶湯も時間を経ると温度が低下する。
このように連続鋳造においては溶湯温度の時間的変動は
避けられない。そこで、溶湯温度の時間的変動を補償す
るため、溶湯を加熱する技術が開発されている。

【０００４】溶湯の加熱手段として、通電加熱、燃焼加
熱、誘導加熱等も考えられるが、溶湯の汚染が少なく、
加熱効率が高く、タンディッシュ周辺の設備のシンプル
化が可能である、等の理由からプラズマアーク加熱（以
下、プラズマ加熱という）が賞用されている。

【０００５】通常タンディッシュは１つの取鍋から複数
のストランドに対して溶湯を分配する。プラズマ加熱で
は溶湯が局部的にかつ表面から加熱されるため、タンデ
ィッシュ内の溶湯温度は均一にはならず、下部に配置さ
れた複数のストランド毎の溶湯温度が均一にはならない
恐れがある。この対策として、プラズマ加熱装置を各ス
トランド毎に多数設け、温度不均一を緩和する方法が考
えられるが、プラズマ加熱装置が高価であるため、でき
るだけプラズマ加熱装置の基数は少なくするのが望まし
い。すなわち、プラズマ装置の設置位置を最適化するこ
とにより、複数のストランドに入る溶湯の温度を均一化
することが必要となる。プラズマ加熱を用いてタンディ
ッシュ内溶湯温度を均一化する目的で、下記のような技
術が開示されている。

【０００６】文献Ａ（Electric Furnace Conference Pr
oceedings(1990) pp113-117 ）には、タンディッシュ内
に取鍋からの注入口の周りを上堰で囲み、あるいはプラ
ズマトーチの周りに下堰、上堰を設けて加熱室を設け、
この領域をプラズマ加熱し、溶湯の注湯流、またはタン
ディッシュの底からのバブリングによる攪拌によって、
各ストランドに向かう溶湯を均一加熱する技術が開示さ
れている。

【０００７】文献Ｂ（日本鉄鋼協会講演大会予稿集、CA
MP-ISIJ, Vol.3(1990),p1188）には、溶湯注入部に堰で
囲まれた加熱室を設け、注湯流による溶湯攪拌を行うと
ともに、プラズマ加熱時のタンディッシュ内の溶湯温度
の最適測定点を数値シミュレーションによって求める技
術が開示されている。

【０００８】文献Ｃ（ＮＫＫ技報、No. 134(1991) ，pp
29-35)にはプラズマ加熱室へのスラグ混入防止と、溶湯
表面の攪拌を促進するため衝突堰を設け、さらにバブリ
ングを行って、溶湯温度を均一にし、偏析度を改善する
技術が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記文献Ａには、ビレ
ット用の６ストランド連続鋳造において、末広型の形状
をしたタンディッシュの中心部の溶湯注入口近傍の加熱
室で溶湯を攪拌し、１つのプラズマトーチで加熱する方
法が例示されているが、末端のストランドでは溶湯温度
が低下するという問題がある。

【００１０】文献ＢおよびＣでは、４ストランドの連続
鋳造設備において、タンディッシュの中央部に設けた加
熱室の下部から溶湯を上昇させ、さらには加熱室下部か
らバブリングを行い、溶湯を上部からプラズマ加熱し、
さらにタンディッシュ底部に設けた溶湯流路から片側２
個所（左右４個所）のストランドに溶湯を供給する方式
であるが、末端のストランドに供給される溶湯は温度が
低下するという問題がある。

【００１１】プラズマ加熱は溶湯表面からの加熱になる
ため、溶湯を攪拌する必要がある。前記文献Ａ〜Ｃの技
術はいずれもタンディッシュの上堰や下堰により、ある
いはバブリングによって溶湯を攪拌する。しかし、堰構
造によりタンディッシュ形状が複雑になり、耐火物の損
耗も増加すること、およびバブリング設備が必要である
ことなどから設備費、ランニングコストが増加するとい
う問題がある。

【００１２】本発明の課題は、多ストランドの連続鋳造
機において、堰構造やバブリング装置を付加せずシンプ
ルなタンディッシュ構造で、各ストランドの溶湯温度差
を小さくして溶湯を加熱する技術を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】発明者らは種々のシミュ
レーション、実験および考察を重ね、下記の知見を得
た。

【００１４】(a) 多ストランド連続鋳造機において、注
湯口がストランド中心線から離れている構造のタンディ
ッシュにおいて、ストランド方向のタンディッシュ断面
積が同一（すなわちＴ字型のタンディッシュ）である
と、末端のストランドでは注湯口近傍のストランドに比
較して注湯後の溶湯経路が長く流速も低下し、溶湯温度
低下が大きくなるという問題がある。

【００１５】(b) この対策として、熱損失の主要因であ
るタンディッシュ壁面からの抜熱を少なくすることと、
注湯口〜遠方ストランドの溶湯流動距離を短縮するた
め、末広型のタンディッシュ形状とするのがよい。この
形状により、注入口近傍のストランドと末端ストランド
との溶湯流動時間差も小さくでき、温度低下の差を小さ
くできる。

【００１６】(c) 前記の末広型形状のタンディッシュの
もとで、タンディッシュ内では底面に供給溶湯流ができ
るが、一部の溶湯は側壁に衝突して上昇し、溶湯表面に
は循環流が発生する。この循環流には、(イ) 溶湯注入口
方向に向かう流れ、(ロ) ストランド末端方向に向かう流
れ、および(ハ) 両者の境界近傍で流速が極めて小さい流
れ、の各部分が生じる。溶湯を上面からプラズマ加熱す
る場合、前記(ハ) の部分をプラズマ加熱すると、溶湯流
動が小さいため、溶湯は局部的に加熱されるのみで、タ
ンディッシュ全体を均一加熱することにはならない。

【００１７】前記(ロ) の部分を加熱すると、末端のスト
ランドへの溶湯が加熱される効果があるが、中央部スト
ランドへ流れる溶湯を加熱する効果が少なく、時間経過
とともに中央部側のストランド温度が低下する恐れがあ
る。

【００１８】前記(イ) の部分を加熱すると、加熱された
溶湯は一旦注湯口近傍に還流され、注湯流と合体して、
タンディッシュ全体の温度上昇に寄与する。すなわち、
堰またはバブリングを使用しなくても、実質的にプラズ
マ加熱の効果をタンディッシュ内溶湯全体に及ぼすこと
ができ、ストランド毎の溶湯温度の差を小さくすること
が可能になる。

【００１９】前記知見に基づき、完成した本発明の要旨
は「多ストランドの連続鋳造において、注湯口の位置が
各ストランドを結ぶ中心線と離れ、注湯口から上記中心
線を見て、注湯口から両側の最遠方ストランドに至る側
壁の形状が、注湯口周りと各最遠方ストランド周りの湯
溜り部を確保しつつ、注湯口と各最遠方ストランドとを
結ぶ線より外側にあり、かつ最短距離で結ばれた形状で
ある、タンディッシュを注湯口を中心にした末広型の形
状とし、溶湯浴表面の注湯口に向かう循環溶湯流をプラ
ズマ加熱することを特徴とするタンディッシュ内の溶湯
加熱方法」にある。さらに本発明の要旨は「多ストラン
ドの連続鋳造において、注湯口の位置が各ストランドを
結ぶ中心線と離れ、注湯口から上記中心線を見て、注湯
口から両側の最遠方ストランドに至る側壁の形状が、注
湯口周りと各最遠方ストランド周りの湯溜り部を確保し
つつ、注湯口と各最遠方ストランドとを結ぶ線より外側
にあり、かつ最短距離で結ばれた形状である、タンディ
ッシュを注湯口を中心にした末広型の形状とし、溶湯浴
表面の注湯口に向かう循環溶湯流をプラズマ加熱するこ
とを特徴とするタンディッシュ内の溶湯加熱装置」にあ
る。

【００２０】ここで、「末広型の形状」とは、注湯口の
位置が各ストランドを結ぶ中心線と離れた形状を有する
タンディッシュの平面形状において、注湯口から最遠方
ストランドに至る側壁の形状が、注湯口周りと最遠方ス
トランド周りの湯溜り部を確保しつつ、注湯口と最遠方
ストランドとを結ぶ線より外側にあり、かつ最短距離で
結ばれた形状であることを意味する。また、「注湯口に
向かう循環溶湯流」とは、タンディッシュに注入された
供給溶湯流がタンディッシュ底面に沿って流れ、側壁に
衝突して上昇し、溶湯表面で側壁から離れて行く循環溶
湯流の内、注湯口方向に向かって流動する循環溶湯流を
意味する。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は従来方法による、Ｔ字型の
タンディッシュ内の溶湯流の流速分布と温度分布のシミ
ュレーション例を示す図で、同図(a) はタンディッシュ
の平面図、同図(b) は表面での溶湯流、同図(c) はスト
ランド位置の垂直断面での溶湯流である。符号１はタン
ディッシュ、２は注湯口である。３ａ〜３ｃは各ストラ
ンドの溶湯出口（鋳造ノズル）位置を表すが、以下、簡
略的にストランドという。符号４は後述のプラズマ加熱
位置である。

【００２２】同図においては３ストランドのビレット用
連続鋳造の例を示している。溶湯は取鍋（図示せず）か
ら注入口２の位置でタンディッシュ１内に注湯され、タ
ンディッシュ１内に一定時間滞留後、各ストランド３ａ
〜３ｃから各連続鋳造の鋳型（図示していない）に供給
される。

【００２３】同図ではタンディッシュに１５８０℃で注
湯した場合で、同図(b) に示すように、溶湯流は底面に
沿う流れとなり、壁面に衝突して上昇する。溶湯表面で
は、底面とは逆向きに注入口へ戻る流れや、遠方ストラ
ンドに向かう流れが形成される。

【００２４】同図(b) および(c) に示すように、表面の
溶湯流速は末端のストランドでは非常に小さく、溶湯温
度も注湯口直近のストランドに比べて２５℃以上低下し
ている。前記文献Ａ〜Ｃのように、注湯口近傍で溶湯を
プラズマ加熱し、堰またはバブリングで供給された溶湯
を攪拌すれば、全体の温度が上昇するが、ストランド間
の温度差は小さくならない。

【００２５】図２は本発明に係るタンディッシュの概要
を示す平面図である。同図は６ストランドのビレット用
連続鋳造の例を示している。同図において、図１と同一
部品は同一符号で示す。符号３ａ〜３ｆはストランド、
４、５はプラズマトーチの加熱位置である。同図のよう
に本発明のタンディッシュ１の形状は注湯口２を中心と
した末広型となっている。すなわち、注湯口２および最
遠方のストランド３ａおよび３ｆ周りの湯溜りを確保し
つつ、注湯口２と最遠方ストランドを結ぶ側壁が最短距
離で結ばれており、耐火物が溶湯と接触する面積を最小
にすることができ、図１のようなＴ型タンディッシュに
比較して溶湯の温度低下を小さくできる。さらに、この
末広型のタンディッシュは、以下に述べるように、プラ
ズマ加熱に適した溶湯流分布が得られる。

【００２６】図３は図２のタンディッシュにおいて、プ
ラズマ加熱装置を加熱位置４に置いた場合の溶湯流の流
速分布と温度分布のシミュレーション例を示す図で、同
図(a) は溶湯表面、同図(b) はタンディッシュ底面、同
図(c) はストランド位置での縦断面の溶湯流である。こ
のケースをケースＡという。

【００２７】同図(a) に示すように、加熱位置４では溶
湯流は末端ストランドに向かう流れとなっており、同図
(b) に示すように底面では加熱された溶湯は末端のスト
ランドに集中的に流れ込む。すなわち、同図(c) に示す
ように、ストランド間の溶湯温度差が約１５℃となって
いる。しかも加熱された溶湯が直接側壁に当たるため耐
火物の損耗の恐れもある。

【００２８】図４は図２のタンディッシュにおいて、プ
ラズマ加熱装置を加熱位置５に置いた場合の溶湯流の流
速分布と温度分布のシミュレーション例を示す図で、同
図(a) は溶湯表面、同図(b) はタンディッシュ底面、同
図(c) はストランド位置での縦断面の溶湯流である。こ
のケースをケースＢという。

【００２９】同図(b) に示すように、タンディッシュ底
面では末端のストランド３ａおよび３ｆ近傍の等温線間
隔はケースＡの場合より広がっており、同図(c) に示す
ように、ストランド間の溶湯温度差は約０〜５℃程度程
度であることがわかる。

【００３０】このように、末広型のタンディッシュを用
いて注湯口近傍と末端とのストランドへの溶湯移送時間
の差を小さくすること、および溶湯表面の注湯口に向か
う循環流を加熱することにより、注湯口近傍ストランド
と末端ストランドの温度差を小さくすることができ、タ
ンディッシュ内に堰を設けたり、バブリングをしなくて
も溶湯温度を均一にすることができる。また、側壁に加
熱された溶湯が直接当たることもないので、側壁耐火物
の損耗も少ない。

【００３１】ここで、末広型の形状とは、注湯口の位置
が各ストランドを結ぶ中心線と離れた形状を有するタン
ディッシュの平面形状について、注湯口から最遠方スト
ランドに至る側壁の形状が、注湯口周りと最遠方ストラ
ンド周りの湯溜り部を確保しつつ、注湯口と最遠方スト
ランドとを結ぶ線より外側にあり、かつ最短距離で結ば
れた形状であることを意味する。図１に示すＴ型タンデ
ィッシュにおいても、注湯口からストランドに向かって
側壁が広がった形状となっているが、注湯口と最遠方ス
トランドを結ぶ線より側壁が内側に入っており、本発明
にいう末広型ではない。図２に示す形状が本発明にいう
末広型の例である。

【００３２】プラズマ加熱する位置は図３〜図４に示す
ようにシミュレーションによって、注湯口に向かう循環
流の大きな部位を確認して決定するのが望ましい。

【００３３】例えば、図３(a) 、図４(a) のタンディッ
シュの中央部近傍に見られる循環流の部分を加熱して
も、この部分の流速が小さく、この部分の循環溶湯はタ
ンディッシュ底面に至った後、主に中央近傍のストラン
ドに向かうため、加熱位置としてはあまり好ましい位置
ではなく、加熱位置４も最も好ましい位置ではない。図
２のタンディッシュでは中央から外れた部位の循環流の
部分、すなわち同図で示す加熱位置５の近傍が循環流速
も大きく、加熱された溶湯が底面で遠方ストランドに向
かうので、好ましい加熱位置である。

【００３４】溶湯流シミュレーションを行わない場合、
一般的に言えるのは、４、６ストランドの場合は図２に
示すように、ストランド注湯口直近と、すぐ隣接する遠
方のストランド間、８ストランドの場合は２番目に近い
ストランド近傍ないし、やや外側（遠方側）を、１０ス
トランドの場合は３番目に近いストランドのや内側を加
熱するのが望ましい。ストランド数が奇数の場合は中央
のストランドを除いて、前記の偶数ストランドの原則に
則して加熱位置を決定する。また、ストランドの配置が
非対称の場合は前記対称配置の場合の片側のみに準じて
加熱位置を決定するのが望ましい。

【００３５】

【実施例】図１に示すような従来型のＴ型タンディッシ
ュを用いて条鋼用ビレットを鋳造した。タンディッシュ
の全幅は５．３ｍ、ストランド中心線と注湯口の距離は
１．１２ｍ、溶湯深さは５５ｃｍである。同図の加熱位
置４でプラズマ加熱を行った。

【００３６】タンディッシュへの注湯温度は１５８０℃
であった。注湯口２に近いストランド３ｂでの鋳造温度
は１５７２℃であった。これに対し、注入口２から遠い
ストランド３ａまたは３ｃでの鋳造温度はタンディッシ
ュからの放熱の影響を受け、１５４７〜１５４８℃とな
り、注湯口に近いストランド３ｂの鋳造温度より約２５
℃低くなった。即ち、ストランド間の最大鋳造温度差は
２５℃であった。

【００３７】次に、図２に示す本発明の末広型タンディ
ッシュを用いて条鋼用ビレットを鋳造した。タンディッ
シュの全幅は５．５ｍ、ストランド中心線と注湯口の距
離は１．１４ｍ、溶湯深さは５５ｃｍである。図１のＴ
字型タンディッシュは３ストランド型であるのに対し、
図２のタンディッシュは６ストランド型であるが、タン
ディッシュ全幅、ストランド中心線と注湯口との距離、
溶湯深さはほぼ同等の条件である。図４の加熱位置５に
プラズマ加熱装置をおいて加熱した。

【００３８】タンディッシュへの注湯温度は１６１０℃
であった。注湯口に近いストランドから順に鋳造温度は
１５９３℃、１５９５℃、１５９２℃となり、左右対称
であった。すなわち、ストランド間の溶鋼温度差が３℃
以内と極めて小さくなった。

【００３９】この結果、末広タンディッシュを用いた鋳
片の割れ発生率はＴ字型ストランドを用いた鋳片の割れ
発生率の１／２となった。

【００４０】

【発明の効果】本発明のタンディッシュ内の溶湯プラズ
マ加熱により、タンディッシュに堰を設けたり、バブリ
ングなどの溶湯攪拌手段を用いることなく多ストランド
の連続鋳造の溶湯温度を均一化しつつ、溶湯温度の時間
的変化を補償することができ、安価な設備、安価なラン
ニングコストで鋳片の品質を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来方法による、Ｔ字型のタンディッシュ内の
溶湯流の流速分布と温度分布のシミュレーション例を示
す図で、同図(a) はタンディッシュの平面図、同図(b)
は表面での溶湯流、同図(c) はストランド位置の垂直断
面での溶湯流である。

【図２】本発明に係るタンディッシュの概要を示す平面
図である。

【図３】図２のタンディッシュにおいて、プラズマ加熱
装置を加熱位置４に置いた場合の溶湯流の流速分布と温
度分布のシミュレーション例を示す図で、同図(a) は溶
湯表面、同図(b) はタンディッシュ底面、同図(c) はス
トランド位置での縦断面の溶湯流である。

【図４】図２のタンディッシュにおいて、プラズマ加熱
装置を加熱位置５に置いた場合の溶湯流の流速分布と温
度分布のシミュレーション例を示す図で、同図(a) は溶
湯表面、同図(b) はタンディッシュ底面、同図(c) はス
トランド位置での縦断面の溶湯流である。

【符号の説明】

１タンディッシュ２注湯口３ａ〜３ｆストランド４加熱位置５加熱位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−142855（ＪＰ，Ａ) 特開平７−148559（ＪＰ，Ａ) 実開平５−78344（ＪＰ，Ｕ) 実開平６−86849（ＪＰ，Ｕ) 実開平４−12352（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/10 310

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多ストランドの連続鋳造において、注湯
口の位置が各ストランドを結ぶ中心線と離れ、注湯口か
ら上記中心線を見て、注湯口から両側の最遠方ストラン
ドに至る側壁の形状が、注湯口周りと各最遠方ストラン
ド周りの湯溜り部を確保しつつ、注湯口と各最遠方スト
ランドとを結ぶ線より外側にあり、かつ最短距離で結ば
れた形状である、タンディッシュを注湯口を中心にした
末広型の形状とし、溶湯浴表面の注湯口に向かう循環溶
湯流をプラズマ加熱することを特徴とするタンディッシ
ュ内の溶湯加熱方法。
【請求項２】多ストランドの連続鋳造において、注湯
口の位置が各ストランドを結ぶ中心線と離れ、注湯口か
ら上記中心線を見て、注湯口から両側の最遠方ストラン
ドに至る側壁の形状が、注湯口周りと各最遠方ストラン
ド周りの湯溜り部を確保しつつ、注湯口と各最遠方スト
ランドとを結ぶ線より外側にあり、かつ最短距離で結ば
れた形状である、タンディッシュを注湯口を中心にした
末広型の形状とし、溶湯浴表面の注湯口に向かう循環溶
湯流をプラズマ加熱することを特徴とするタンディッシ
ュ内の溶湯加熱装置。