JP4084715B2 - プラズマ加熱用タンディッシュにおける不活性ガスの流量制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造用タンディッシュの浸漬ノズルまたは羽口から吹き込む不活性ガスの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、溶融金属として溶鋼を例に説明する。
【０００３】
図１に示すようなツイントーチ式プラズマ加熱装置を例に取れば、加熱装置はカソード電極２とアノード電極１から構成され、各電極と溶鋼間で形成されるアーク柱３または４より発生する輻射熱によりタンディッシュ５内の溶鋼の表面を加熱する。
【０００４】
一方、取鍋からモールド浸漬ノズルに向かう溶鋼流れ１０は、タンディッシュ５の底部に沿って浸漬ノズル９に向かうため、タンディッシュ内溶鋼表面は澱んだ状態になっている。従ってプラズマ加熱を適用しても溶鋼表面のみが極端に偏熱した状態となりやすい。
【０００５】
そこで、局所的な偏熱を防止しタンディッシュ内溶鋼を均熱化する手法として、溶鋼流動の制御がなされてきた。
【０００６】
その具体的な手段として、タンディッシュ底部に堰を設置し浸漬ノズルへ向かう溶鋼流をタンディッシュ溶鋼表面に上昇させる手法や、取鍋からタンディッシュへ注入する付近から不活性ガスを吹く手法が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、鋳込む溶鋼の種類やサイズによって単位時間当たりの鋳造量は変化するため、タンディッシュに堰を設置する方法だけでは溶鋼の流動制御が不完全であり、溶鋼の均熱化が達成出来ない。
【０００８】
またタンディッシュ底部からの不活性ガス吹きについても、吹き込み位置が加熱装置と離れており、さらに流動制御の対象となる溶鋼の主流が必ずしもあるとは限らないために、加熱装置直下の溶鋼に発生する偏熱を解消するために大量の不活性ガスを必要とし、効率が良いとは言えない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平０３―１３８０５２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマ加熱装置の主な役割は、タンディッシュ内の溶鋼温度を一定に制御し、なおかつ偏熱を抑制することにある。しかしながら上述したように加熱装置の効率の良い適用方法が確立されていない。
【００１１】
そこで本発明の目的は、偏熱を抑制し、加熱効率を最大限発揮出来るよう溶鋼流動の制御を可能にした不活性ガスの吹き込み制御方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は以下のとおりである。
【００１３】
すなわち、プラズマ加熱により連続鋳造用タンディッシュ内の溶融金属を加熱する際に、タンディッシュから鋳型への溶融金属の注入羽口または浸漬ノズル上部から、下記式を満足するように不活性ガスを吹き込むことを特徴とするプラズマ用タンディッシュの不活性ガスの流量制御方法、
３ｘ≦ｙ≦５ｘ
ここで、
ｘ：毎分あたりの鋳型への溶融金属の注入量 [単位：ｔｏｎ／ｍｉｎ]
ｙ：不活性ガス流量 [単位：リットル／ｍｉｎ]。
【００１４】
なお、注入羽口とはモールドへ溶融金属を注ぎ込むためにタンディッシュ底部に設けた注入孔を指し、不活性ガスとは他の物質と化学反応を起こさない気体を意味し、代表的なものにアルゴンが挙げられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
タンディッシュ内溶鋼を攪拌する手段として、単位時間当りの鋳造量が変化しても調節が可能な不活性ガス吹きを採用した。
【００１６】
また、不活性ガスを吹き込む場所について、溶鋼流の主流を攪拌するのが最も効率が良いと考えられる。そこで溶鋼の流れについて考察してみると、取鍋からタンディッシュに注入された溶鋼は、タンディッシュの中で拡散し、モールド注入孔のところで再び収束する。
【００１７】
従って、モールド注入孔近傍には常に溶鋼の主流が流れており、不活性ガスを吹き込む場所として最適と判断した。
【００１８】
さらに、不活性ガスを吹く流量についても最適値があると考えた。すなわち、量が少ないと攪拌不足となり均熱化の効果が期待できない。また、量が多すぎると溶鋼表面で発生するスプラッシュが多くなり、電極に付着した結果、Ｆｅと電極材質であるＣｕやＷが反応し、エンベロープと呼ばれる脆弱な層が形成されトーチ寿命の低下を引き起こす。
【００１９】
そこで不活性ガス吹きによる均熱化の効果を評価するために、モールド注入孔近傍とその上方で溶鋼表面付近の深さの異なる２点の温度を計測した。また不活性ガス吹きによるスプラッシュの発生量を評価するために、溶鋼上方にてスプラッシュ発生量を調査した。
【００２０】
図２にスループットが１．０ｔｏｎ／ｍｉｎの際の、モールド注入孔上方で測定した２点の温度差と浸漬ノズル上部から吹き込んだ不活性ガス（アルゴン）流量の関係を示しているが、下記式（１）を満足させれば、不活性ガスによってタンディッシュ内溶鋼は均熱化され、モールド注入孔上方の温度差が浸漬ノズルの詰まりのなくなる２℃未満となることがわかった。
【００２１】
３≦ｙ [単位：リットル／ｍｉｎ]…（１）
さらに、図３にアルゴン流量とスプラッシュ付着量の関係を示しているが、下記式（２）を満足させれば、スプラッシュ付着によるエンベロープの生成が抑制出来る０．１ｇ／ｍｉｎ未満となることがわかった。
【００２２】
ｙ≦５ [単位：リットル／ｍｉｎ]…（２）
すなわち、スループットが１．０ｔｏｎ／ｍｉｎの条件下では、最適不活性ガス流量は下記式（３）となる。
【００２３】
３≦ｙ≦５ [単位：リットル／ｍｉｎ]…（３）
同様にして、スループット量を変化させ、タンディシュ内の２点の温度差が２℃未満、且つスプラッシュ付着量が０．１未満となる不活性ガス流量を整理した結果、図８のように下記式（４）を満足した場合にスプラッシュによるトラブルの発生無くタンディッシュ内溶鋼を均熱化させることが可能となることが判った。
【００２４】
３ｘ≦ｙ≦５ｘ…（４）
ここで、
ｘ：毎分あたりのモールドへの溶鋼注入量 [単位：ｔｏｎ／ｍｉｎ]
ｙ：不活性ガス流量 [単位：リットル／ｍｉｎ]
なお、モールド注入孔近傍からの不活性ガス吹込みについては、浸漬ノズル上部をポーラス状にして不活性ガスを吹き込む方法を説明したが、これに限らモールド注入孔の漏斗状の羽口自体をポーラス状にして不活性ガス吹込む方法でも構わない。 さらに使用する不活性ガスとしてＡｒを用いたが窒素であっても構わない。
【００２５】
【実施例】
１ストランドの連続鋳造用のタンディッシュ内溶鋼を１組のツイントーチ式プラズマ加熱装置を用いて加熱した。同時に浸漬ノズル上部から不活性ガスとしてＡｒを吹き込み、モールド注入孔近傍とその上方で溶鋼表面付近の深さ方向で異なる２点の温度を測定し、Ａｒ流量を変化させた際の溶鋼内温度差を評価した。表１にその結果を記載する。
【００２６】
【表１】

【００２７】
本発明例であるＮｏ．１〜３においては、測定した２点の温度差が２℃未満であり、かつスプラッシュ付着量が０．１ｇ／ｍｉｎ未満であり、トラブルなく操業することができた。
【００２８】
一方、比較例であるＮｏ．４では、不活性ガス流量が本発明範囲より少ないために溶鋼内温度偏差が２℃以上となりノズル詰まりが発生したため、鋳造速度を落として鋳造せざるを得なかった。。同様にして比較例であるＮｏ．５では、不活性ガス流量が本発明範囲を超えたためにスプラッシュ付着量が０．３ｇ/ｍｉｎとなり、プラズマトーチへの付着量が増加したため、トーチの使用時間は発明例の半分で交換せざるをえなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】１ストランドの連続鋳造用タンディッシュとツインプラズマ加熱装置の配置の縦断面図である。
【図２】スループット１．０ｔｏｎ／ｍｉｎ時におけるＡｒ吹き込み量と温度差の関係。
【図３】スループット１．０ｔｏｎ／ｍｉｎ時におけるＡｒ吹き込み量とスプラッシュ付着量の関係。
【図４】スループット２．０ｔｏｎ／ｍｉｎ時におけるＡｒ吹き込み量と温度差の関係。
【図５】スループット２．０ｔｏｎ／ｍｉｎ時におけるＡｒ吹き込み量とスプラッシュ付着量の関係。
【図６】スループット３．０ｔｏｎ／ｍｉｎ時におけるＡｒ吹き込み量と温度差の関係。
【図７】スループット３．０ｔｏｎ／ｍｉｎ時におけるＡｒ吹き込み量とスプラッシュ付着量の関係。
【図８】スループットとＡｒ吹き込み量の関係。
【符号の説明】
１…カソード電極
２…アノード電極
３…カソードトーチメインアーク
４…アノードトーチメインアーク
５…タンディッシュ
６…タンディッシュ蓋
７…電源装置
８…取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入するノズル（タンディッシュ注入ノズル）
９…タンディッシュからモールドへ溶鋼を注入する浸漬ノズル（モールド注入ノズル）
１０…溶融金属の流れ

Claims (1)

1. プラズマ加熱により連続鋳造用タンディッシュ内の溶融金属を加熱する際に、タンディッシュからモールドへの溶融金属の注入羽口または浸漬ノズル上部から、下記式を満足するように不活性ガスを吹き込むことを特徴とするプラズマ用タンディッシュの不活性ガスの流量制御方法。
   ３ｘ≦ｙ≦５ｘ
   ここで、
   ｘ：毎分あたりのモールドへの溶融金属の注入量 [単位：ｔｏｎ／ｍｉｎ]
   ｙ：不活性ガス流量 [単位：リットル／ｍｉｎ]

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