JP4457707B2 - タンディッシュ内溶鋼の注入終了方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼の連続鋳造において、鋳造末期にタンディッシュから鋳型への溶鋼の注入終了を自動的に判定し、流量制御装置であるスライディングノズルを自動的に閉鎖して溶鋼の注入を終了する注入終了方法に関するものである。

連続鋳造におけるタンディッシュから鋳型への溶鋼の注入終了は、通常、取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入が終了した以降、タンディッシュ内に溶鋼が少なくなり、タンディッシュ内のスラグが鋳型内へ流出した直後に、スライディングノズルやストッパーなどの流量制御装置により溶鋼の流出流路を遮断して行われている。この場合、鋳型内にスラグが流出しないようにするために、タンディッシュ内に或る程度の溶鋼を残して注入を終了することもあるが、溶鋼の歩留まりを向上させる観点から、タンディッシュ内の溶鋼を極力注入し、且つ、タンディッシュ内に存在するスラグの鋳型内への流出量を最小限に抑えることが、操業上の基本的な条件である。

歩留まり向上のためには、タンディッシュ内の溶鋼を全て注入することが望ましいが、タンディッシュ内の溶鋼量が少なくなって溶鋼高さが低下すると、スラグが溶鋼に混入して鋳型内に流出するので、全ての溶鋼を鋳型に注入した場合には大量のスラグが鋳型内に流出して操業トラブルを招くため、全ての溶鋼を注入することは操業上からは避けなければならない。

タンディッシュから鋳型への注入終了の判定方法としては、従来、タンディッシュ内の溶鋼の質量を、タンディッシュを支持するためのタンディッシュカーに設置したロ−ドセルで秤量する方法が一般的である。また、オペレーターが検尺棒を用いてタンディッシュ内の残溶鋼量を確認する方法や、オペレーターがタンディッシュから鋳型内へのスラグの流出を目視で観察し、スラグが確認された時点で注入を終了する方法もある。

しかし、ロ−ドセルで判定する方法では、タンディッシュ内壁への付着地金やタンディッシュ内のスラグ量により誤差を生じやすく、また、目視による判定方法は、鋳型内の溶鋼湯面にはモールドパウダーが数ｍｍ〜数１０ｍｍの厚さで存在するために精度が悪く、また個人差もあり、ロ−ドセル及び目視による判定方法では、多量の溶鋼がタンディッシュ内に残留することや、逆に、多量のスラグが鋳型内に流出する場合が発生する。検尺棒を用いる方法は、それなりに精度が高いものの、自動化が難しいために検尺棒を操作するオペレーターが必要であり、生産性向上の観点からは好ましい判定方法とはいえない。因みに、スラグが鋳型内に大量に流出すると、スラグを鋳型内から掻き出す必要があり、これにより鋳片の品質が劣化するのみならず、スラグは熱伝導率が低く固化しにくいため、掻き出し切れなかったスラグによりブレークアウトを発生することもある。

このようなことから、タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入終了を精度良く且つ自動的に判定する方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、スライディングノズルを介してタンディッシュから鋳型に溶鋼を注入する連続鋳造方法において、鋳造終了末期、スライディングノズルの開度信号並びに鋳型内湯面レベル信号に基づき、スライディングノズルの開度または開度変化の速度並びに鋳型内湯面レベルの低下速度を算出して求め、これらの算出値がそれぞれの基準値よりも大きくなった時点を注入終了時点と判定し、スライディングノズルを自動的に閉じる注入終了方法が提案されている。また、特許文献２には、取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入が終了した以降、鋳型内湯面レベルを監視し、湯面レベルが急激に低下した瞬間をタンディッシュから鋳型への溶鋼の注入が終了した時点と判定し、ストッパーやスライディングノズルなどの流量制御装置によって注入ノズルを閉鎖する注入終了方法が提案されている。
特開平５−３５９号公報 特開平６−２９２９５１号公報

しかしながら、上記の特許文献１及び特許文献２に提案された方法では、鋳型内の湯面レベルの低下速度に基づいて終了時点を判定しており、換言すれば、湯面レベルが降下した後即ちスラグが鋳型内に排出された後に注入終了を判定しており、必然的にスラグが鋳型内に流入してしまい、的確な判定方法とはいいがたい。また、特許文献１及び特許文献２では、スライディングノズルの開度変化の速度や鋳型内の溶鋼湯面レベルの低下速度を具体的な数値として表示していないので、そのまま適用することはできない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、その開度が鋳型内の溶鋼湯面レベルに応じて自動的に調整されるスライディングノズルを用いた鋼の連続鋳造において、取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入が終了した鋳造末期に、オペレーターが操作しなくても、タンディッシュ内の溶鋼のほとんどを鋳型内に注入すると同時に、タンディッシュ内のスラグの鋳型内への流出を最小限に抑えることができる注入終了方法を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意検討・研究を行った。以下に、検討・研究結果を説明する。

鋳型内の溶鋼湯面レベルを一定にすべく、スライディングノズルの開度を自動的に調整する連続鋳造方法においては、取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入が終了した以降、タンディッシュ内の溶鋼湯面レベルは、鋳型内に流出された溶鋼量に応じて低下していくが、取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入が終了した以降も、鋳型内の溶鋼湯面レベルは鋳片の品質を確保するためにほぼ一定位置に制御される。

タンディッシュから鋳型に注入される溶鋼の流量は、タンディッシュ内の溶鋼湯面レベルと鋳型内の溶鋼湯面レベルとのヘッド差に依存しており、スライディングノズルの開度が一定であると、タンディッシュ内の溶鋼湯面レベルの低下に伴って注入される溶鋼流量は減少し、鋳型内の溶鋼湯面レベルが降下するので、これを防止するため、スライディングノズルの開度は、タンディッシュ内の溶鋼湯面レベルの低下に伴って大きくなっていく。即ち、タンディッシュ内の溶鋼が少なくなってくると、鋳型内の湯面レベルの変動よりも以前にスライディングノズルの開度の変化が現れることになる。

このことから、スラグの鋳型内への注入を抑制して注入終了を判定するには、鋳型内の溶鋼湯面レベルを監視して注入終了を判定するよりも、スライディングノズルの開度を監視して判定した方が、的確に判定することができるとの知見が得られた。スライディングノズルの開度に基づき判定する場合には、スラグを鋳型内に注入することなく注入終了を判定することも可能である。

そこで、タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入終了時近傍における鋳型内の溶鋼湯面レベル及びスライディングノズルの開度を、スライディングノズルの開度が鋳型内の溶鋼湯面レベルに応じて自動的に制御されている実機連続鋳造設備において詳細に調査した。

図１に、タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入終了時近傍における鋳型内の溶鋼湯面レベルの変化並びにスライディングノズルの開度変化の調査結果の一例を示す。図１において、実線が鋳型内の溶鋼湯面レベルを示し、破線がスライディングノズルの開度変化を示しており、スライディングノズルの開度は％で表示している。開度１００％の位置が１５５ｍｍの移動距離に相当する。また、図１において、スライディングノズルの開度が大きくなる方向（溶鋼の流出流路が拡大する方向）から小さくなる方向（溶鋼の流出流路が狭くなる方向）に変移する点は、スライディングノズルを閉鎖させるように信号を発した時点である。また、図１に示すＳＮとは、スライディングノズルのことである。

図１に示すように、タンディッシュ内の溶鋼が少なくなり、スラグが溶鋼に混入して排出される直前或いはスラグが溶鋼に混入して排出されと同時に、スライディングノズルの開度が急激に大きくなることが分かった。図１に示す例においては、スライディングノズルの開度が急激に大きくなった以降の開度変化の速度は平均速度で７．５ｍｍ／秒であった。即ち、スライディングノズルの開度変化の速度が急激に大きくなる時点を注入終了時点と判定することで、スラグを鋳型内に大量に流出させずに、タンディッシュ内の溶鋼のほとんど鋳型内に注入することができるとの知見が得られた。

その他の鋳造チャンスでも同様にして調べた結果、スライディングノズルの開度が急激に大きくなった以降の開度変化の速度は何れも５ｍｍ／秒以上であることが分かった。開度が急激に大きくなるまでの開度変化の速度は高々２ｍｍ／秒程度であり、両者の差は明確であった。従って、スライディングノズルの開度変化が開方向に５ｍｍ／秒以上となった時点を溶鋼の注入終了時点と判定することができるとの知見が得られた。この場合、機器の誤動作などを排除して確実に注入終了時点を判定するには、スライディングノズルの開度が５ｍｍ／秒以上となった以降、５ｍｍ／秒以上の開度変化の速度が少なくとも１秒間は継続した時点とすることが好ましいことも分かった。但し、長時間に亘って開状態のままにすると、鋳型内へのスラグの流出量が多くなるので、スライディングノズルの開度が５ｍｍ／秒以上となった以降５秒間以内にはスライディングノズルを閉鎖することが好ましいことも分かった。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係るタンディッシュ内溶鋼の注入終了方法は、タンディッシュからスライディングノズルを介して鋳型に溶鋼を注入して連続鋳造する際に、取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入が終了した以降、鋳型内の溶鋼湯面レベルを一定にするべくスライディングノズルの開度が自動的に制御されているときに、スライディングノズルの開度を監視し、スライディングノズルの開度変化の速度が開方向に５ｍｍ／秒以上となり、その状態で少なくとも１秒経過した時点をタンディッシュからの溶鋼の注入終了時点と判定し、スライディングノズルを閉鎖することを特徴とするものである。

本発明によれば、鋳型内の溶鋼湯面レベルを一定にすべく、スライディングノズルの開度が自動的に調整されている連続鋳造方法において、スライディングノズルの開度変化の速度が開方向に５ｍｍ／秒以上となり、その状態で少なくとも１秒経過した時点をタンディッシュからの溶鋼の注入終了時点と判定するので、タンディッシュ内の溶鋼のほとんどを鋳型内に注入することができると同時に、タンディッシュ内のスラグの鋳型内への流出を最小限に抑えることができる。その結果、タンディッシュ内に残留する残溶鋼を減少させると同時に鋳型内に流出するスラグを減少させることが可能となり、鋳片歩留まりの向上、鋳片品質の向上、連続鋳造操業の安定化など、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図２は、本発明を実施する際に用いたスラブ連続鋳造設備の概略図である。

図２において、スラブ連続鋳造設備の鋳型２の上方所定位置にはタンディッシュ１が配置され、このタンディッシュ１の底部には、スライディングノズル３及び浸漬ノズル４が配置されており、タンディッシュ１に一旦滞留した溶鋼１２は、スライディングノズル３及び浸漬ノズル４を介して鋳型２へ注入されるようになっている。スライディングノズル３は、上部固定板３ａ、摺動板３ｂ及び下部固定板３ｃからなる３枚板構造であり、摺動板３ｂは、油圧装置８によって作動する油圧シリンダー９のロッド９ａに連結されている。摺動板３ｂが、油圧シリンダー９によって上部固定板３ａ及び下部固定板３ｃと密着した状態のまま摺動することで、タンディッシュ１から鋳型２への溶鋼１２の流出量が制御されている。油圧装置８は、スライディングノズル３の開度を調整するための開度調節装置７から入力される信号によって作動し、また、摺動板３ｂの位置を検出する位置検出器１０による検出信号が油圧装置８にフィードバックされている。

一方、鋳型２内の溶鋼湯面の上方には、渦流距離計５が配置されている。渦流距離計５は鋳型２内の溶鋼湯面の位置を計測する装置であり、渦流距離計５の計測信号は、鋳型２内の溶鋼湯面の位置を制御するための湯面レベル調節装置６に入力されている。そして、湯面レベル調節装置６の信号は開度調節装置７に入力されている。また、鋳型２内の溶鋼湯面には、保温剤、酸化防止剤、鋳型２との潤滑剤などとなるモールドパウダー１４が添加されている。

即ち、渦流距離計５により計測される鋳型２内の溶鋼湯面レベルに応じて湯面レベル調節装置６から開度調節装置７に信号が入力され、開度調節装置７は入力された信号に基づいて油圧装置８を作動させる。これにより、摺動板３ｂが摺動して溶鋼１２の流出量が調整され、鋳型２内の溶鋼湯面レベルが一定位置に制御されるようになっている。

摺動板３ｂの位置を検出する位置検出器１０の検出信号は演算制御装置１１にも入力されている。演算制御装置１１は、入力された位置検出器１０の検出信号に基づき、スライディングノズル３の開度変化の速度を演算する。検出した摺動板３ｂの位置を時間により微分計算することで、開度変化の速度を求めることができる。また、湯面レベル調節装置６の信号も演算制御装置１１に入力されるようになっており、鋳型２内の溶鋼湯面レベルの変化速度も同様にして演算できるようになっている。演算制御装置１１で演算により求めた結果が基準値を超えた場合には、演算制御装置１１は、スライディングノズル３を強制的に閉鎖させる信号を開度調節装置７に発信するようになっている。基準値としては、スライディングノズル３の開度変化の速度が５ｍｍ／秒以上となった時点とするか、または、開度変化の速度が５ｍｍ／秒以上になって１秒以上継続した時点とすることが好ましい。演算制御装置１１は、オペレーターの操作により、鋳造中の任意の時期に作動するようにすることができる。即ち、何らかの理由により、スライディングノズル３の開度調整をオペレーターの手動操作で行う必要のある場合などには、演算制御装置１１による監視を中断できるようになっている。

このような構成のスラブ連続鋳造設備において、本発明を以下のようにして実施する。即ち、取鍋（図示せず）からタンディッシュ１への溶鋼１２の注入が終了した以降、演算制御装置１１が作動していることを確認し、スライディングノズル３の開度調整を開度調節装置７による自動制御とした状態のままで、タンディッシュ１から鋳型２への溶鋼１２の注入を継続する。タンディッシュ１内の溶鋼１２の上には、取鍋から持ち込まれたスラグ、或いは保温剤として添加した合成スラグなどにより生成したスラグ１３が存在する。この場合、鋳片の引き抜き速度は、本発明を適用することにより特に変更する必要はなく、当該連続鋳造設備で通常行っている鋳造終了時と同一の引き抜き速度パターンで実施する。

このようにして鋳造を継続していればタンディッシュ１内の溶鋼１２が少なくなった時点で、スライディングノズル３の開度が自然に上昇し、演算制御装置１１で算出されるスライディングノズル３の開度変化の速度が上記の基準値に到達する。基準値に到達したならば、演算制御装置１１から発せられる信号により、スライディングノズル３が自動的に閉鎖され、タンディッシュ１から鋳型２への溶鋼１２の注入が自動的に終了する。

このようにして溶鋼１２のタンディッシュ１から鋳型２への注入を終了することで、タンディッシュ１に滞留したほとんどの溶鋼１２を鋳型２に注入することができると同時に、タンディッシュ１内に存在するスラグ１３の鋳型２内への流出を最小限に抑えることができる。その結果、タンディッシュ１内に残留する残溶鋼が減少し、鋳片歩留まりが向上する同時に、鋳型２内に排出されるスラグ１３が減少し、鋳片品質の向上や連続鋳造操業の安定化などが達成される。

図２に示す構成のスラブ連続鋳造設備において、本発明を定常的に適用した。タンディッシュの容量は６０トンであり、鋳造した鋳片の横断面サイズは、厚みが２５０ｍｍで幅が８００〜１９００ｍｍである。一ヶ月間における連続鋳造操業において、使用後のタンディッシュ内の残溶鋼の質量は平均で３．０トンであった。これに対して、本発明を適用する以前、ロードセルでタンディッシュの重量を測定し、所定の重量になった時点でスライディングノズルを閉鎖していた連続鋳造操業では、使用後のタンディッシュ内の残溶鋼の質量は平均で５．０トンであった。

このように、本発明により、タンディッシュ内に残留する溶鋼質量を大幅に低減できることが確認された。また、鋳型内に注入されたスラグ質量も少なく、鋳型内に注入されたスラグに起因して発生するブレークアウトなどの操業トラブルは皆無であった。

溶鋼の注入終了時近傍における鋳型内の溶鋼湯面レベルの変化並びにスライディングノズルの開度変化の調査結果を示す図である。 本発明を実施する際に用いたスラブ連続鋳造設備の概略図である。

符号の説明

１ タンディッシュ
２ 鋳型
３ スライディングノズル
４ 浸漬ノズル
５ 渦流距離計
６ 湯面レベル調節装置
７ 開度調節装置
８ 油圧装置
９ 油圧シリンダー
１０ 位置検出器
１１ 演算制御装置
１２ 溶鋼
１３ スラグ
１４ モールドパウダー

Claims (1)

1. タンディッシュからスライディングノズルを介して鋳型に溶鋼を注入して連続鋳造する際に、取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入が終了した以降、鋳型内の溶鋼湯面レベルを一定にするべくスライディングノズルの開度が自動的に制御されているときに、スライディングノズルの開度を監視し、スライディングノズルの開度変化の速度が開方向に５ｍｍ／秒以上となり、その状態で少なくとも１秒経過した時点をタンディッシュからの溶鋼の注入終了時点と判定し、スライディングノズルを閉鎖することを特徴とする、タンディッシュ内溶鋼の注入終了方法。

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