JP4271551B2

JP4271551B2 - タンディッシュによる高清浄度鋼の連続鋳造装置

Info

Publication number: JP4271551B2
Application number: JP2003369469A
Authority: JP
Inventors: 和雄上本
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2023-10-29
Also published as: JP2005131661A

Description

本発明は、清浄度の高い鋼片を製造するための連続鋳造方法に使用する装置に関するものである。

従来、電炉から出鋼後の一次精錬した溶鋼を、必要により真空脱ガス処理などの二次精錬を経た後、連続鋳造設備により鋳片を製造する場合、溶鋼は、取鍋よりロングノズルまたはスライディングノズルによりタンディッシュに注入され、そのタンディッシュ内において介在物を浮上分離しながらタンディッシュ下部の浸漬ノズルよりモールドに分配して連続鋳造され、冷却操作を受けながら連続鋳片として連続鋳造鋳型から引き抜かれる。

上記のタンディッシュ内における介在物の浮上分離は、取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入する槽である注入槽ではあまり行われず、浸漬ノズルを有してタンディッシュ内の溶鋼をモールドへ分配する分配槽で行われている。

ところが、近年の機械部品使用環境の過酷化により、最近は鋼材に対する要求特性がますます厳しくなった結果、より清浄度の高い鋼材が求められている。一方で、生産効率の向上も求められているのが現状である。

ところで、溶鋼の浮上分離促進方法と装置に係る発明（例えば、特許文献１参照。）では、タンディッシュ内での介在物の浮上能力を促進させるため、平均滞留時間Ｔを規定している。ところ大型介在物がモールドへ流れ込む主原因の一つは、平均滞留時間Ｔより遥かに短い時間でタンディッシュの浸漬ノズルから流れ出す局所的な直送流に因るものである。しかし、この局所的な直送流を防ぐことができない問題があった。

特開昭６１−１９３７５２号公報

本発明が解決しようとする課題は、タンディッシュからモールドへ溶鋼を鋳込む際、大型介在物の流出を抑制し、清浄度の高い鋼を製造する経済的で実用的な連続鋳造に適用するタンディッシュを提供することである。

上記の課題を解決するための本発明に手段は、タンディッシュ１内からモールドへ大型介在物流出の主原因と考えられる堰穴５から浸漬ノズル１５への直送流１３を低減することにより、タンディッシュ１内での介在物浮上を促進し、清浄度の高い鋼を連続鋳造するための装置である。

すなわち、請求項１の発明では、連続鋳造用のタンディッシュ１に堰４を配設して注入槽２と分配槽３に区分し、タンディッシュ底壁１１に接する堰４の下部に注入槽２から分配槽３に溶鋼を噴流する１個または２個の堰穴５を開口して有するタンディッシュ１おいて、分配槽３内における堰４の下部に開口の堰穴５から広がる堰穴中心線１０に平行な堰穴５の周縁に対する半頂角の広がり角度９が５度である延長線内に形成の堰穴５から噴出する溶鋼の噴流域７と、溶鋼の噴流域７の域外に配置の一定の大きさに開口の浸漬ノズル１５の排出口６の周辺部からなる浸漬ノズル流出域８と、ストランドから流出する溶鋼流量速度を一定とする一定の大きさの排出口６を有する浸漬ノズル１５とからなることを特徴とする溶鋼清浄性に優れた連続鋳造用のタンディッシュ１である。

請求項２の発明では、浸漬ノズル流出域８は、浸漬ノズル１５の排出口６の中心からの半径を下記式（１）で求められるＨｄとする堰穴出口面１２である半球領域とタンディッシュ底壁１１に囲まれた領域の延長領域からなることを特徴とする請求項１の手段の溶鋼清浄性に優れた連続鋳造用のタンディッシュである。

本発明を適用することにより、従来よりも清浄度の高い溶鋼を歩留まり良く連続鋳造することが可能となった。すなわち、本願の発明を実施する装置とした場合、堰穴から浸漬ノズルへの直送流は無くなり、それに起因する大型介在物のモールドへの流出は防止できる。

また、堰に開口する堰穴をタンディッシュ底壁に接した堰穴とすることで、鋳造終了後タンディッシュ内に残る溶鋼量が格段に低減でき、歩留まりも向上できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下に説明する。先ず、条件設定理由について説明する。

タンディッシュ１内に堰４を設けて注入槽２と分配槽３に区画し、堰４に堰穴５を設けたタンディッシュ１の場合、取鍋から注入された溶鋼は注入槽２から堰穴５を通って分配槽３へ流れ込む際に、その流れは噴流となる。この噴流には溶鋼の他に精錬時から残留しているスラグ系介在物や酸化汚染などによって生成した介在物なども溶鋼に伴われて流されてくる。

通常、上記のような非金属介在物は、溶鋼に比べて比重が軽く、その比重差が駆動力となって溶鋼から浮上しようとする力が非金属介在物に作用する。ある程度の時間を掛け、ある程度以上の大きさを有する非金属介在物はタンディッシュ１内で浮上分離が可能である。しかし、この時間が短い場合は、非金属介在物は溶鋼から分離されないまま噴流となる。従って、タンディッシュ１の分配槽３の中では、注入槽２から入ってきたばかりの噴流中に介在物が分離されないまま残存している可能性が高い。

ところでこの噴流の形状は、堰穴５がタンディッシュ底壁１１の面に接しているため、流れが十分に発達した場合、図１において、ｘ軸を噴流の平均速度、ｙ軸を噴流の高さとするとき、図１に示すような流速分布をもって広がっていると考えられており、その噴流の平均速度が最大平均速度Ｕｍａｘの半分になる噴流の高さｂは、式（２）で示される。

従って、広がり角度θは式（３）で表される。

従って、θは下記（４）で示される３．８９°となる。

本発明では、若干の広がりをもたせるために広がり角度θ（半頂角）を５度としている。

一方で、タンディッシュ１の分配槽３の下部にはモールドへつながる浸漬ノズルの排出口６が通常は開口されている。図２に示すように、排出口６は排出口６中心から、半球状に等流速面１７を持ち、その半球状の等流速面１７の形状に垂直に溶鋼が流速Ｕであるとき、次の式（５）で示す浸漬ノズル１５を通じてストランドから流出する溶鋼流量速度Ｑで流れている。そこで、介在物の浮上速度Ｖよりも等流速面上の流速Ｕよりも小さい場合に、浮上できなかった大型介在物は、浸漬ノズル１５を通じてストランドから流出する溶鋼流量速度Ｑの流れに乗った場合に、モールド内へ浸漬ノズルを通じて大型介在物が流出することとなる。

ここで

ただし、
Ｑ：ストランドから流出する溶鋼流量速度（ｍ³／ｓ）
Ｕ：等流速面上の流速（ｍ／ｓ）
Ｈｄ：等流速半球の半径（ｍ）
である。

また、溶鋼中の介在物浮上速度Ｖは、以下に示す式（６）から計算できる。

ここで上記の数式における物性値を列記すると以下の通りである。
重力加速度ｇ：０．９８（ｍ／ｓｅｃ²）
溶鋼密度ρｆ：７２００（ｋｇ／ｍ³）
介在物密度ρｐ：２７００（ｋｇ／ｍ³）
溶鋼粘性η：４．５×１０^-2（ｇ／ｃｍ・ｓｅｃ）
介在物径Ｄｐ：０．０００２ｍ

ここで、物性値を以上のように仮定し、等流速分布面上の速度Ｕが介在物浮上速度Ｖ以上となる等流速半球の半径Ｈｄを求めると、

となる。

従って、介在物が残存している可能性がある噴流域７の範囲と排出口６の流れの範囲が重ならないようにタンディッシュ１の堰穴５の形状や浸漬ノズル１５の開口である排出口６の大きさを大きくすることで溶鋼流量速度Ｑを設定することにより、モールド中への介在物流出の主原因となる直送流１３を大幅に低減できる。

なお、従来の装置では、実際の現象は噴流と排出口６の流れが相互作用を起こすが、本願の発明における装置とした場合、直送流１３は無くなり、それに起因する大型介在物のモールド中への流出は防止できる。

また、堰４に開口する堰穴５をタンディッシュ底壁１１に接した堰穴５とすることで、鋳造終了後タンディッシュ１内に残る溶鋼量が格段に低減でき、歩留まりも向上できる。

本発明の実施例１と比較例１、実施例２と比較例２を表１に示す。

（実施例１）
表１の実施例１について説明する。図３は、本発明における実施例１の形状のタンディッシュ１である。連続鋳造操業時の最大鋳造速度から計算出来る浸漬ノズル流出域８と堰穴出口面１２の延長面を上部拘束面として、図３に見られるように堰穴中心線１０の向きを浸漬ノズル流出域８から遠ざかる方向へ堰４に対して傾斜した結果、堰穴中心線１０と５度の広がり角度９をもつ噴流領域７が交差していない状態である。堰４に設けた堰穴５の形状は図４に示すように半円形とした。

この実施例１におけるタンディッシュ１を用い、浸漬ノズル１５を通じてストランドから流出する溶鋼流量速度Ｑを０．００１５ｍ³／ｓとして連続鋳造した。

連続鋳造した鋳片を任意の箇所で切断し、内部の最大介在物の径をスライム溶解法および顕微鏡観察により調査した。

スライム溶解法では、鋳片テストピースを、塩化第二鉄水溶液に浸し、１０〜２００ｍＡの電流を流しながら、鋼中に含まれる酸化物系介在物を抽出分離し顕微鏡観察によりその直径を求めた。溶解質量は１ｋｇ当たりとし、その中で確認できた最大介在物径を最大介在物径比で示した。最大介在物径比が小さいほど清浄度が良く、最大介在物径比はＪＩＳのＳＵＪ２相当鋼を比較例１（図５参照、噴流域と流出域の最小間隔が−０．０２２ｍのもの）のタンディッシュで鋳込んだときに検出された最大介在物径を１と仮定し、この値を分母とし上記で確認した最大介在物径を分子として相対的に比較した。最大介在物径比は０．８３以下を合格とした。

実施例１では、鋳片中の最大介在物比は０．７５で合格範囲である０．８３以下となり、清浄度の高い鋼を製造できた。

（比較例１）
上記の実施例１に対して、比較例１として、図５に示すように、堰穴中心線１０が堰４に対して垂直で、かつ、噴流域７が浸漬ノズル流出域８と交差して交差部１４となっているタンディッシュ１とするとき、たとい流量速度Ｑが０．００１５ｍ³／ｓであっても、堰穴５から直接に浸漬ノズル流出域８に直送流１３が生じることとなり、この直送流１３とともに大型介在物の浸漬ノズル１５への流れ込みが起こった。この結果、得られた鋳片中から検出された最大介在物径比は１であり、合格範囲である０．８３を大きく越えており、清浄度が低くなっていることがわかる。

（実施例２）
一方、比較例１と同じ図５に示す形状のタンディッシュ１を用いても、浸漬ノズル１５の開口を調整して絞り、浸漬ノズル１５を通じてストランドから流出する溶鋼流量速度Ｑを０．０００４ｍ³／ｓまで低くした場合を実施例２としたところ、浸漬ノズル流出域８を小さくすることができ、噴流域７が浸漬ノズル流出域８と交差しなくなり、この結果、大型介在物の直送流１３による浸漬ノズル１５への流れ込みがなくなり、本発明を満足する範囲となった。この場合の最大介在物径比は０．７８で合格範囲である０．８３以下あった。

（比較例２）
また、同様に図３と同形状のタンディッシュ１でも、浸漬ノズル１５の開口をさらに大きくして溶鋼流量速度Ｑを高くし過ぎた場合を比較例２としたところ、図７のように噴流域７と浸漬ノズル流出域８が交差して交差部１４を生じ、この結果、最大介在物が直送流１３に伴われて浸漬ノズル１５からモールド内に流出することとなり、最大介在物径比は０．８８となって合格範囲から外れた。

噴流の流速分布を示すグラフである。浸漬ノズルの排出口付近のタンディッシュの断面を模式的に示す縦断面図である。本発明におけるタンディッシュの模式的平面図である。堰穴出口面を示す堰の模式的立面図である。比較例におけるタンディッシュの模式的平面図である。図５に示すタンディシュにおいて浸漬ノズルを通じてストランドから流出する溶鋼流量速度Ｑを０．０００４ｍ³／ｓまで低くして本発明の実施例とした場合の模式的平面図である。図３に示すタンディシュにおいて浸漬ノズルを通じてストランドから流出する溶鋼流量速度Ｑを０．００９２ｍ³／ｓまで高くした比較例の場合の模式的平面図である。

１タンディッシュ
２注入槽
３分配槽
４堰
５堰穴
６排出口
７噴流域
８浸漬ノズル流出域
９広がり角度
１０堰穴中心線
１１タンディッシュ底壁
１２堰穴出口面
１３直送流
１４交差部
１５浸漬ノズル
１６分配槽内溶鋼
１７等流速面

Claims

連続鋳造用のタンディッシュに堰を配設して注入槽と分配槽に区分し、タンディッシュ底壁に接する堰の下部に注入槽から分配槽に溶鋼を噴流する１個または２個の堰穴を開口して有するタンディッシュにおいて、分配槽内における堰の下部に開口の堰穴から広がる堰穴中心線に平行な堰穴周縁に対する半頂角の広がり角度が５度である延長線内に形成の堰穴から噴出する溶鋼の噴流域と、溶鋼の噴流域の域外に配置の一定の大きさに開口の浸漬ノズルの排出口の周辺部からなる浸漬ノズル流出域と、ストランドから流出する溶鋼流量速度を一定とする一定の大きさの排出口を有する浸漬ノズルとからなることを特徴とする溶鋼清浄性に優れた連続鋳造用のタンディッシュ。
浸漬ノズル流出域は、浸漬ノズルの排出口の中心からの半径を下記式（１）で求められるＨｄとする堰穴出口面である半球領域とタンディッシュ底壁に囲まれた領域の延長領域からなることを特徴とする請求項１に記載の溶鋼清浄性に優れた連続鋳造用のタンディッシュ。