JP3849471B2

JP3849471B2 - タンディッシュ内溶鋼の均一加熱方法

Info

Publication number: JP3849471B2
Application number: JP2001234892A
Authority: JP
Inventors: 知明倉永; 欽吾笹目
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: JP2003048045A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、連続鋳造においてタンディッシュ内の溶鋼をプラズマア−クによって均一に加熱する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鋼の連続鋳造では、取鍋からの溶鋼を一旦タンディッシュに受け入れた後、これを１基乃至は複数基の鋳型に供給して鋳造することが行われている。その際、鋳型内溶鋼の過熱度（「溶鋼温度」−「溶鋼の凝固温度」）は、通常、取鍋内溶鋼の過熱度によって決まる。
この場合、取鍋内溶鋼の過熱度が低いと、ノズル詰まりが起きたり鋳型内湯面に皮張りが生じたりして安定した操業が不可能になることや、溶鋼中に含まれる非金属介在物の浮上分離が不十分となって鋳片の品質を悪化させることが知られている。
【０００３】
このため、従来から、タンディッシュ内の溶鋼をプラズマア−クにより加熱して溶鋼温度を補償する手段が採られてきた。このプラズマア−クによる加熱手段は短時間で大量の熱を溶鋼に供給することが可能であり、通常、タンディッシュ内の溶鋼に対し上部からプラズマを印加して溶鋼温度の低下を防止したり溶鋼温度の上昇を図ることが行われている。
【０００４】
しかしながら、プラズマア−クによる加熱には、熱の供給が着火点近傍において局所的に行われるためにタンディッシュ内の溶鋼の温度分布にバラツキが生じるという問題があった。特に溶鋼上部からの加熱であると、タンディッシュ上部に高温の溶鋼が溜まった状態となって下部を流れる低熱の溶鋼と十分に混合されず、そのため着熱効率の低下と耐火物溶損の増大が目立つ結果となっていた。
【０００５】
そこで、このような問題の解決を目指して次の提案がなされている。
a) プラズマア−クによる加熱時にタンディッシュ内の溶鋼をガス攪拌して溶鋼温度の均一化を図る方法（特開昭５９−１０７７５５号公報を参照）。
b) 溶鋼注入位置付近のタンディッシュ底部に堰を設けて溶鋼の流れを変化させ、溶鋼温度の均一化を図る方法（特許第２８３４６５７号公報を参照）。
c) タンディッシュ内溶鋼のプラズマア−クによって形成される直流電流通路中に静電磁場を印加し、これにより溶鋼流が単純流とならないように流れの向きを制御して溶鋼温度の均一化を図る方法（特開平６−１１４５１１号公報を参照）。
【０００６】
しかし、これらの提案方法にはそれぞれ次のような問題が指摘された。
即ち、加熱時にタンディッシュ内の溶鋼をガス攪拌する方法では、タンディッシュ内の微小な気泡の一部が鋳型内に持ち込まれて凝固シェルに付着し、鋳片の内部あるいは表面に欠陥を引き起こしたり、また攪拌時に生じるスプラッシュ等によってト−チ寿命が短くなるという問題がある。
【０００７】
タンディッシュ底部に堰を設ける方法では、堰の形状が維持されている間は相応の効果が認められるものの、長時間の使用によって堰が溶損した場合には溶鋼温度の均一化効果が無くなってしまう。また、堰を設けることによって耐火物コストが増大する上、堰の存在によりタンディッシュ内の残鋼排出が阻害されて歩留りが悪化するという問題がある。
【０００８】
また、静電磁場を印加して溶鋼流を制御する方法では、タンディッシュに複雑な設備を配設する必要があるためコストの増大や設備的な制約（設備のレイアウトや付設設備の制約等）を生じるという問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなことから、本発明が目的としたのは、プラズマア−クによる加熱手段を用いてタンディッシュ内の溶鋼を加熱する場合に指摘される前記問題を解消し、コストの増大を招く大規模な付帯設備を必要としたり耐火物の溶損や鋳片品質の悪化を招いたりすることなくタンディッシュ内溶鋼をプラズマア−クによって均一加熱する手段を確立することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく数多くの試験を繰り返しながら鋭意研究を行った結果、「プラズマア−クを印加してタンディッシュ内の溶鋼を加熱するに際して、プラズマト−チの配置並びにタンディッシュの形状に工夫を加えるだけでタンディッシュ内溶鋼の均一加熱性が著しく向上し、低熱によるノズル詰まり、鋳型内溶鋼表面の皮張り、不均一加熱による耐火物溶損を安定して防止できるようになる」との新しい知見を得ることができた。
【００１１】
本発明は、上記知見事項等を基にしてなされたものであり、次のタンディッシュ内溶鋼の均一加熱方法を提供するものである。
▲１▼ 連続鋳造用タンディッシュ内の溶鋼をプラズマア−クにより加熱する方法において、プラズマト−チによる加熱位置での溶鋼深さが１ｍ以下で、溶鋼注入孔から溶鋼吐出孔までの水平距離が前記加熱位置での溶鋼深さの４倍以上となるタンディッシュを使用すると共に、タンディッシュの溶鋼注入孔から溶鋼吐出孔に至る溶鋼流と平行にカソ−ド，アノ−ドの対から成るプラズマト−チを配置して加熱することを特徴とする、タンディッシュ内溶鋼の均一加熱方法。
▲２▼ プラズマト−チの配置位置を溶鋼注入孔位置から１０００mm以上離間させ、かつト−チ間距離を７００〜１３００mmとして加熱することを特徴とする、前記▲１▼項記載のタンディッシュ内溶鋼の均一加熱方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関し、実施の形態を紹介しながらその作用を説明する。
まず、本発明に係るタンディッシュ内溶鋼の均一加熱方法においては、図１に示したように、タンディッシュの溶鋼注入孔から溶鋼吐出孔に至る溶鋼流と平行にカソ−ド，アノ−ドの対から成るプラズマト−チを配置して加熱することが極めて重要な要件の１つである。
この点は次の試験例によっても確認することができる。
【００１３】
図２は、本発明の試験装置に係る概要説明図あり、符号１は取鍋、２は取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入孔（ガスシ−ルパイプにより構成されている）、３はタンディッシュ、４はプラズマト−チ、５は溶鋼、６はタンディッシュから鋳型への溶鋼吐出孔（浸漬ノズルにより構成されている）、７は溶鋼を凝固させるための鋳型をそれぞれ示している。
また、図中のａは取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入孔２とタンディッシュから鋳型への溶鋼吐出孔６との水平距離であり、ｂはプラズマト−チによる加熱位置での溶鋼深さを示している。ここで、溶鋼深さｂは、プラズマト−チ直下の溶鋼表面からタンディッシュ底の耐火物までの距離とし、プラズマト−チが双型ト−チであれば何れか深い方の値とする。
そして、図中のｃは、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入孔２からプラズマト−チ４の片側までの水平距離てあり、ｄはト−チ間の距離を示している。
【００１４】
この図２に示す装置において、取鍋１から溶鋼注入孔２を通してタンディッシュ３に溜められた溶鋼５は、プラズマト−チ４から発生するプラズマア−クによって加熱され、溶鋼吐出孔６（浸漬ノズル）を通して鋳型７内に注入され、凝固して鋳片となる。
【００１５】
なお、この試験装置はタンディッシュへの溶鋼注入孔，タンディッシュから鋳型への溶鋼吐出孔がそれぞれ一か所の１ストランド形態のものであるが、タンディッシュへの溶鋼注入孔が一か所のみでタンディッシュから鋳型への溶鋼吐出孔が複数設けられた多ストランドマシンの場合にも同様の結果が得られる。
【００１６】
さて、図２に示す装置を用い、かつ下記表１に示す鋳造条件にて、溶鋼流に対して平行にプラズマト−チを配置した場合と垂直に配置した場合とで鋳込みを実施し、ト−チ配置の違いによるタンディッシュ内溶鋼の温度分布，着熱効率，耐火物の局所溶損を調査した。
【００１７】
【表１】

【００１８】
ここで、「タンディッシュ内溶鋼の温度分布」は、タンディッシュの浸漬ノズル（溶鋼吐出孔）直上における溶鋼表面からの深さ１００mm，３００mm，５００mm，７００mmの４点でスポット測温を実施し、その最大及び最小値の温度差によって評価した。
また、「着熱効率」は、“取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入孔２近傍の浴深さ５００mm位置の温度”と“前述した浸漬ノズル直上の４点で測定した温度の平均値”からタンディッシュ内の溶鋼温度上昇ΔＴを算出し、このΔＴを用いて下記式により計算した。
着熱効率η＝（スル−プット×溶鋼比熱×ΔＴ）／（プラズマ出力）
【００１９】
一方、「耐火物の局所溶損」とは、プラズマ加熱が溶鋼に対して均一に行われずに設備の耐火物が特定の位置で溶損されてその厚みが変化することを意味するが、ここでは溶損の最も大きい部位の変化量(mm)をプラズマ加熱時間(min) で除した値を“耐火物の局所溶損量”として定義する。
【００２０】
まず、プラズマト−チの配置状態による「タンディッシュ内溶鋼の温度分布」並びに「着熱効率」の調査結果を対比して図３に示す。
この図３からも、溶鋼流に対して平行にト−チを配置した場合の方が垂直に配置した場合と比較して温度分布のバラツキが小さく、着熱効率が上昇していることが分かる。
【００２１】
次に、プラズマト−チの配置状態による「耐火物の局所溶損量」の調査結果を図４に示す。
この図４からも、溶鋼流に対して平行にト−チを配置した場合の方が垂直に配置した場合と比較して耐火物の局所溶損量が少ないことが分かる。
【００２２】
上述した試験結果は、“カソ−ド及びアノ−ドのト−チ先端を結ぶ線”が“取鍋からの溶鋼注入孔と鋳型への溶鋼吐出口とを結ぶ線”に対して平行となるようにプラズマト−チを配置することが、タンディッシュ内溶鋼の均一加熱において非常に重要な要件であることを明らかに示している。
【００２３】
また、本発明に係るタンディッシュ内溶鋼の均一加熱方法においては、使用するタンディッシュの形状も重要であって、図２に示すプラズマト−チによる加熱位置での溶鋼深さｂが１ｍ以下となり、溶鋼注入孔２から溶鋼吐出孔６までの水平距離ａが前記加熱位置での溶鋼深さｂの４倍以上となるタンディッシュ形状を確保する必要がある。
【００２４】
即ち、本発明者等は、溶鋼注入孔２から溶鋼吐出孔６に至る溶鋼流と平行にカソ−ド，アノ−ドの対から成るプラズマト−チ４を配置した上で、“溶鋼注入孔２から溶鋼吐出孔６までの水平距離ａ”と“プラズマト−チによる加熱位置での溶鋼深さｂ”とを変化させた場合の前記「タンディッシュ内溶鋼の温度分布（温度差）」並びに「着熱効率」について調査した。
この時の鋳造条件は表２に示す通りであり、この表２に示す種々の水平距離ａと溶鋼深さｂを組み合わせて鋳込みを行った。
【００２５】
【表２】

【００２６】
図５は、“加熱位置における溶鋼深さｂ”と“溶鋼注入孔から溶鋼吐出孔までの水平距離ａ”による「溶鋼の温度差」の調査結果を整理して示したグラフである。
この図５からは、加熱位置における溶鋼深さが１ｍ以下でかつａ／ｂ≧４であるならば、溶鋼の温度差は５℃以内となり、溶鋼が均一に混合されることを確認できる。更に、図５は、加熱位置における溶鋼深さが１ｍ以下であってもａ／ｂ＜４の時には混合に必要な水平距離が確保できず、溶鋼の温度差は５℃以上となり、そしてａ／ｂ≧４であっても位置における溶鋼深さが１ｍを超える場合には温度のバラツキが大きくなることも示している。
【００２７】
また、図６は、調査した「溶鋼の温度差」と「着熱効率」及び「耐火物の局所溶損量」との関係を示すグラフであるが、この図６からは溶鋼の温度差が５℃以上になると着熱効率並びに耐火物の局所溶損量が著しく上昇することが分かる。
【００２８】
これらの結果は、図２に示す“溶鋼注入孔から溶鋼吐出孔までの水平距離ａ”と“加熱位置における溶鋼深さｂ”について、「ａ／ｂ≧４」及び「ｂ≦１ｍ」の条件を満足させることによりタンディッシュ内溶鋼の均一な加熱が確保でき、着熱効率の向上と耐火物溶損の減少が達成できることを示すものである。
【００２９】
ところで、本発明に係るタンディッシュ内溶鋼の均一加熱方法を実施するに当っては、プラズマト−チのト−チ間距離を７００〜１３００mmとし、かつプラズマト−チの配置位置を溶鋼注入孔位置から１０００mm以上離間させて加熱するのが良い。これは次の理由による。
即ち、前記図２に示すプラズマト−チのト−チ間距離ｄは、７００mm未満ではト−チ間通電 (ショ−ト）を生じる危険が高く、一方、１３００mmを超えると加熱部分の分散による着熱効率の低下が顕著になる。また、図２に示す溶鋼注入孔２からプラズマト−チ４までの水平距離ｃが１０００mmよりも小さいと溶鋼注入孔２の耐火物製ガスシ−ルパイプの局所溶損を生じがちとなる。
【００３０】
本発明者等は、プラズマト−チのト−チ間距離ｄの影響について調査すべく、溶鋼注入孔２から溶鋼吐出孔６に至る溶鋼流と平行にカソ−ド，アノ−ドの対から成るプラズマト−チ４を配置した図２に示す装置を用い、表３に示す鋳造条件（ト−チ間距離ｄを種々に変えた条件）で鋳造試験を行った。
【００３１】
【表３】

【００３２】
この鋳造試験結果を表４に示す。
【００３３】
【表４】

【００３４】
表４に示す結果から明らかなように、プラズマト−チのト−チ間距離ｄを広げると着熱効率が低下し、また近付け過ぎるとト−チ間で放電が発生しするため安定した加熱が不可能となる。従って、ト−チ間距離ｄは７００〜１３００mmに設定し、安定した加熱操業下で８０％以上の着熱効率を確保するのが望ましい。
【００３５】
次に、溶鋼注入孔２からプラズマト−チ４までの水平距離ｃの影響を調査するため、表５に示す鋳造条件（水平距離ｃを種々に変えた条件）で鋳造試験を行った。
【００３６】
【表５】

【００３７】
この鋳造試験結果を図７に示す。
図７に示される結果からも分かるように、溶鋼注入孔位置からプラズマト−チまでの水平距離ｃが７００mm未満になると急激に溶鋼注入管の局所溶損量が増加している。従って、前記水平距離ｃは１０００mm以上とすることが望まれる。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明した如く、この発明によれば、プラズマア−クにてタンディッシュ内の溶鋼を格別な装置を用いることなく高着熱効率で均一加熱することができるようになり、従ってタンディッシュ耐火物の局所的な溶損が防止されて耐火物コストの低い安定した連続鋳造操業が可能になるなるなど、産業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】タンディッシュ内の溶鋼流とプラズマト−チの配置に係る説明図である。
【図２】本発明の試験装置に係る概要説明図である。
【図３】プラズマト−チの配置状態と「タンディッシュ内溶鋼の温度分布（温度差）」並びに「溶鋼の着熱効率」との関係に係る調査結果を対比して示したグラフである。
【図４】プラズマト−チの配置状態と「耐火物の局所溶損量」との関係に係る調査結果を示したグラフである。
【図５】“加熱位置における溶鋼深さｂ”と“溶鋼注入孔から溶鋼吐出孔までの水平距離ａ”による「溶鋼の温度差」の調査結果を整理して示したグラフである。
【図６】「溶鋼の温度差」と「着熱効率」及び「耐火物の局所溶損量」との関係を示すグラフである。
【図７】溶鋼注入孔からプラズマト−チまでの水平距離と溶鋼注入管の局所溶損量との調査結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１取鍋
２取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入孔
３タンディッシュ
４プラズマト−チ
５溶鋼
６タンディッシュから鋳型への溶鋼吐出孔
７鋳型

Claims

連続鋳造用タンディッシュ内の溶鋼をプラズマア−クにより加熱する方法において、プラズマト−チによる加熱位置での溶鋼深さが１ｍ以下で、溶鋼注入孔から溶鋼吐出孔までの水平距離が前記加熱位置での溶鋼深さの４倍以上となるタンディッシュを使用すると共に、タンディッシュの溶鋼注入孔から溶鋼吐出孔に至る溶鋼流と平行にカソ−ド，アノ−ドの対から成るプラズマト−チを配置して加熱することを特徴とする、タンディッシュ内溶鋼の均一加熱方法。
プラズマト−チの配置位置を溶鋼注入孔位置から１０００mm以上離間させ、かつト−チ間距離を７００〜１３００mmとして加熱することを特徴とする、請求項１記載のタンディッシュ内溶鋼の均一加熱方法。