JP5008449B2 - Ｔ型タンディッシュ - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造設備に具備されたＴ型タンディッシュに関する。

従来より、連続鋳造設備では、転炉や二次精錬設備等から出鋼された溶鋼を取鍋によってタンディッシュまで搬送し、搬送された取鍋内の溶鋼をタンディッシュへ注入後、このタンディッシュから鋳型へ溶鋼を供給することで、溶鋼を連続的に鋳造している。
連続鋳造設備のタンディッシュは、アルミナ系介在物等の脱酸生成物や耐火物の剥離によって溶鋼内に混入した外来系介在物を浮上させる機能を有している。
このようなタンディッシュとして、特許文献１に開示されているものがある。
特許文献１のタンディッシュは、取鍋からの溶鋼が装入される注入室と、この注入室の溶鋼を鋳型に装入する分配室とに仕切る仕切堰を有したＴ型タンディッシュである。この仕切堰には注入室から分配室に溶鋼を流すための湯道が設けられたものとなっている。
特開２００５−１１３１６６１号公報

特許文献１のタンディッシュを適用した場合でも、鋳造中に溶鋼内の介在物が分配室内で浮上せず、そのまま鋳型へと流れることがあり、分配室内で十分に溶鋼内の介在物を浮上させるのが困難であるのが実情である。
そこで、本発明では、分配室内で介在物が十分に浮上できるようにしたＴ型タンディッシュを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、取鍋から装入された溶鋼を連続的に鋳造する連続鋳造設備に具備されたＴ型タンディッシュにおいて、前記取鍋からの溶鋼が装入される注入室と、この注入室の前側に配備され且つ注入室の溶鋼を鋳型に装入する分配室と、注入室と分配室とを後前方向に仕切る仕切堰と、仕切堰に設けられて注入室の溶鋼を分配室に流す湯道とを有し、前記仕切堰は次の条件を満たすように形成されている点にある。

なお、湯道角度αは、Ｔ型タンディッシュを平面視した状態で仕切堰に直交する前後ラインと湯道とのなす角度のことであり、分配室の長さｄは、分配室を構成する前壁の内側から第１後壁の内側までの直線距離である。
発明者は、仕切堰の形状により分配室内で介在物が十分に浮上できる方法について様々な角度から検討を行った。その中で、発明者は、介在物を十分に浮上させるためには、注入室から分配室へと溶鋼を流す過程で溶鋼に発生している乱流状態をなくし、整流状態となった溶鋼を分配室の前壁に衝突させて溶鋼を上昇させることが必要であることに着目した。
そこで、溶鋼の乱流を無くすための湯道の長さを規定すると共に、介在物が浮上するように、整流状態の溶鋼を壁に衝突させて溶鋼に上昇流を発生させる条件を規定した。

溶鋼に上昇流を発生させる条件を考えたとき、湯道から吐出した溶鋼の速度と湯道から分配室の壁までの距離とが大きく関連している。例えば、湯道から吐出された溶鋼を直ぐに分配室の壁に勢い良く溶鋼を衝突させてしまうと（溶鋼の速度が速く且つ分配室の壁まで距離が短い）、溶鋼が水平方向に広がり上昇流が発生しない虞がある。
反対に湯道から吐出された溶鋼を衝突させることができない場合（溶鋼の速度が遅く且つ分配室の壁までの距離が長い）、上昇流が発生しない虞がある。
まず、発明者は、湯道から吐出した溶鋼の速度を、湯道径、鋳造速度、ストランド数、湯道数を用いて、（ｎ₂／ｎ₁）・（πｋ²／Ｖｃ’）で表し、湯道から分配室の壁までの距離を、分配室の長さ及び湯道の角度を用いて、ｄ／ｃｏｓαで表し、湯道から分配室の壁までの距離を溶鋼の速度で割った時間（以降、溶鋼到達時間ということがある）を評価の指標とした。

そして、発明者は、上記で表された指標、即ち、溶鋼到達時間の値がどのようになったときに介在物の浮上に十分な上昇流が発生するかを様々な実験により求めた。即ち、様々な実験の結果、介在物が浮上するための湯道径、鋳造速度、ストランド数、湯道数、分配室の長さ及び湯道の角度の最適な条件（言い換えれば、最適な仕切堰の形状）を見出した。

本発明のＴ型タンディッシュによれば、分配室内で介在物を十分に浮上させて、溶鋼から介在物を分離できる。

本発明の鋳型について説明する。
図１は、本発明の連続鋳造用鋳型を具備した連続鋳造装置を示している。ただし、本発明の連続鋳造用鋳型は図１に示す連続鋳造装置に限定されない。
図１に示すように、連続鋳造装置１は、ブルーム連続鋳造装置又はビレット連続鋳造装置であって、溶鋼２を一時的に貯留するタンディッシュ３と、このタンディッシュ３からの溶鋼２が供給される鋳型４と、この鋳型４により成型された鋳片を引き出すと共に、鋳片をサポートする複数のサポートロール５とを有している。鋳型４の外側には鋳型４内の溶鋼２を電磁攪拌する電磁攪拌装置（Ｍ-ＥＭＳ）６が配置されている。

タンディッシュ３は、全体として有底箱形となっており、タンディッシュ３の底部に浸漬ノズル７が設けられている。浸漬ノズル７は、スライドバルブ８により開閉可能となっており、スライドバルブ８の開閉によりタンディッシュ３による鋳型４への溶鋼２の注入が停止又は再開できるようになっている。
電磁攪拌装置６は、従来から連続鋳造装置に用いられている一般的なもので、溶鋼２を右旋回（右回り）させたり、溶鋼２を左旋回（左回り）させたりすることができる。
連続鋳造装置１では、転炉や二次精錬設備等から出鋼された溶鋼２を取鍋によってタンディッシュ３まで搬送し、搬送された取鍋内の溶鋼２をタンディッシュ３へ注入後、スライドバルブ８を開くと共に、鋳型４内の溶鋼２を攪拌して溶鋼２を連続的に鋳造することができるようになっている。この連続鋳造装置１では、同じ鋼種の溶鋼２を連続的に数チャージ鋳造したり、鋼種の異なる溶鋼２を連続的に鋳造することができる。

以下、本発明のタンディッシュについて詳しく説明する。説明の便宜上、図２を見て左右を左右方向又は左右とし、図２の上側を後、下側を前とする。
図１〜３に示すように、タンディッシュ３は、取鍋９からの溶鋼２が装入される注入室１０と、この注入室１０の溶鋼２を鋳型４に装入する分配室１１とを備えていて、平面視でＴ字形状となっている（以降、Ｔ型タンディッシュ３ということがある）。Ｔ型タンディッシュ３においては、注入室１０の幅（左右幅）が分配室１１よりも小さく、当該注入室１０が分配室１１の略左右方向中央側に設けられている。

詳しくは、分配室１１は、底壁１５と、この底壁１５の前後中途部から前部側で左右両側から立ち上がる左右一対の第１側壁１６，１６と、底壁１５の前側から立ち上がり第１側壁１６，１６を連結する前壁１７と、底壁１５の前後中途部から立ち上がると共に、各第１側壁１６，１６に連結される左右一対の第１後壁１８，１８と、この第１後壁１８，１８の間に設けられて注入室１０と分配室１１とに仕切る仕切堰１９とで囲まれることにより構成されている。
分配室１１の底壁１５には、左右方向の中央部が高くなった段差部２５が形成されており、段差部２５とは異なる非段差部に当該分配室１１から鋳型４へ向けて溶鋼２を流すためのノズル孔２０，２０が２つ設けられている。このノズル孔２０に浸漬ノズル７が接続されている。

注入室１０は、底壁１５と、この底壁１５の前後中途部から後部側で左右両側から立ち上がる左右一対の第２側壁２１，２１と、底壁１５の後側から立ち上がり第２側壁２１，２１を連結する第２後壁２２と、仕切堰１９とで囲まれることにより構成されている。
仕切堰１９は矩形状のもので、その下部には注入室１０の溶鋼２を分配室１１に流すための筒状の複数の湯道２３が設けられている。この実施の形態では、仕切堰１９には２つの湯道２３が設けられているものとなっている。
仕切堰１９は次の条件を満たすように形成されている。

即ち、仕切堰１９において、湯道２３の長さ（仕切壁１９の厚み）はｆ＝150〜800mmの範囲とされ、式（１）で算出される溶鋼到達時間が５〜４０秒となるように、分配室１１の長さｄ,湯道角度α,湯道径ｋ，ストランド数ｎ₁，湯道数ｎ₂が設定されている。
なお、実際の操業では、鋳造速度は、ton/minで測定されているため、式（２）により鋳造速度の単位（ton/min）をmm³/secに置き換えた。式（２）の「7.0」は溶鋼２の比重を示している。
溶鋼到達時間Ｔは、湯道２３から吐出した溶鋼２が前壁１７に当たるまでの時間のことであり、鋳造速度はノズル孔２０から鋳型４へ向けての溶鋼２の速さ（単位時間当たりの量）であり、湯道２３の角度αは、湯道２３を平面視した際に湯道２３の角度を示したものであり、分配室１１の長さｄは、前壁１７の内側から第１後壁１８，１８の内側までの直線距離であり、湯道径ｋは湯道２３の直径である。湯道２３の長さｆは、言い換えれば仕切堰１９の厚みであり、ストランド数はノズル孔２０，２０の個数である。

以上の条件を満たすようにすることで、連続鋳造の際に分配室１１内で介在物を十分に浮上させることができる。
上述した条件は、実験により求めたものである。次に、この実験について説明する。
タンディッシュ３において介在物の浮上を測定することは事実上困難であることから、従来より用いられている水モデルを用いて介在物の浮上の評価を行った。
水モデルとは溶鋼２の代わりに水を用いると共に、介在物の代わりにフロービーズを使用したものである。

水モデルを行うにあたっては、タンディッシュ３内の溶鋼２の流動はゆっくりしており重力場によってのみ支配されると考えられることからフルード数（Fr；重力と慣性力の比）を一致させてテストを行った。このフルード数において、水モデルのものと実際のものとの相似則計算については、「Ｒ&Ｄ 神戸製鋼技報/vol.31 No４、1981」の文献に記載されている計算を用いた。
一般的に溶鋼２含まれた介在物が溶鋼２から分離して浮上するのは、粒径で大凡６０μｍとされている（例えば、鉄と鋼；vol73,No12，1987,p216,fig6）ことから、介在物は６０μｍより大きなものを想定した。

水モデルでは、溶鋼２内に含まれる介在物の代わりにフロービーズを使用した。詳しくは、溶鋼２中の６０μｍの介在物（比重３．８ｇ／ｃｍ³）と終末速度とが等価となるフロービーズ（φ１７３μｍ）を使用することとした。
なお、使用する全てのフロービーズの粒径をφ１７３μｍに合わせることは不可能であるため、φ１７３μｍが略中心値となる１００〜２２０μｍにふるい分けしたポリエチレン製（エチレン・アクリル酸共合体）のフロービーズを用意した。
図４に示すように、実験に用いたタンディッシュ３(以降、実験用タンディッシュということがある）は、実際のタンディッシュ３の大きさの１／３のものとした。実験用タンディッシュは、フロービーズの動きが分かるように透明な部材（例えば、アクリル板）で形成した。実験用タンディッシュの注入室１０の上側には水を注入する流量調整自在な流入弁を設け、これにより取鍋９から溶鋼２を注入することを模擬できるようにした。また、実験用タンディッシュの分配室１１には、水を外部へ排出でき且つ当該排出量が調整自在な流出弁を設け、これにより、タンディッシュ３から鋳型４への溶鋼２の装入を模擬できるようにした。流出弁には配管を介してフロービーズ及び排出した水を受けるケースを接続することで、鋳型４へ介在物が混入してしまったか否かを模擬できるようにした。注入室１０と分配室１１とを連通させる湯道２３はパイプで構成した。

実験用タンディッシュは、表１に示すタンディッシュ３の大きさ（表１は実験用ではなく実際のタンディッシュの大きさを示したものである）を想定して作成されたもので、実験では表１を満たす様々なものを１／３スケールで製作した。様々な実験をするために、実験用タンディッシュの仕切堰１９を取り換えられるようにした。

なお、ノズル孔位置はノズル孔２０の中心から近接する第１側壁１６までの距離ｐ及びノズル２０の中心から近接する前壁１７までの距離ｑである。分配室の幅ｇは第１側壁１６間の距離である。側壁部のテーパーは、第１側壁１６の左右方向（幅方向）の変化量ｂから、底壁１５から第１側壁１６の上部までの距離ａを割った値である。
湯道角度αは平面視で仕切堰１９と直交する前後ラインＬと湯道２３とのなす角度である。段差部２５の高さＣは、上方に盛り上がっていない非段差部と段差部２５との差のことで、湯道２３の高さＩは、段差部２５から湯道２３の中心までの距離である。

湯道長さについては、８００ｍｍを上限とした。その理由として、湯道２３の長さを大きくすることで仕切堰１９（耐火物）が非常に大きく（厚みが大）なり、タンディッシュ３内で貯留できる溶鋼２量が減少すると共に、コストが大幅に増加する。また、湯道２３が長いと当該湯道２３を溶鋼２が通る際に溶鋼２温度が下がりやすくなると共に、湯道２３の補修等のメンテナンスが非常に難しくなる。
実験用タンディッシュを用いた実験においては、流入弁を開いて注入室１０内に水を供給すると共に、分配室１１の流出弁を開くことで模擬的に鋳造を行った。

図５は実験の様子の写真である。図５（ａ）は、フロービーズを含んだ水を実験用タンディッシュへ供給した直後の写真であり、湯道２３（パイプ）から分配室１１へ流入したフロービーズは水の流れに沿って略直線的に前壁１７に向けて進んでいることが分かる。
図５（ｂ）は、フロービーズが前壁１７に当たって浮上を開始し始めた写真であり、前壁１７に当たったフロービーズは次第に上昇しているのが分かる。
図５（ｃ）は、フロービーズが上昇している写真であり、浮上したフロービーズは水面に浮いているのが分かる。

表２〜表４は実験結果をまとめたもので、図６は、表２〜表４における溶鋼到達時間と湯道の長さとについての実験結果をまとめた図である。図７〜１２において図示した矢印は溶鋼２流れを簡単に示したものである。

この実験においては、フロービーズを含んだ水を流出弁を開いてケースに流した際（模擬的鋳造後）に、ケース内にフロービーズが流入した場合は介在物流出と判断した（表及び図６で×）。また、模擬的鋳造後に、ケース内にフロービーズが流入しなかった場合は介在物流出なしと判断した（表及び図６で○）。なお、後述する図７〜１２において図示した矢印は溶鋼２流れを簡単に示したものである。
表２〜４及び図６に示すように、溶鋼到達時間が４０secよりも長いときは、ケース内にフロービーズが流入した（図６の領域Ａ）。このように溶鋼到達時間が非常に長い状態は、図７、８に示すように、例えば、分配室１１の長さが非常に長く且つ鋳造速度が遅い場合であり、湯道２３から分配室１１へと流れ出た水（溶鋼２）が前壁１７に到達後に溶鋼２が上昇流とならず、フロービーズ（介在物）を含んだ溶鋼２が流出弁（ノズル）から流出したと考えられる。言い換えれば、溶鋼到達時間が長い場合は、湯道２３から分配室１１へ流れ出た溶鋼２が前壁１７に衝突することが少なく、溶鋼２が上昇流とならない。

表２〜４及び図６に示すように、溶鋼到達時間が５sec未満ときは、ケース内にフロービーズが流入した（図６の領域Ｂ）。このように溶鋼到達時間が非常に短い状態は、図９、１０に示すように、例えば、分配室１１の長さが非常に短く且つ鋳造速度が速い場合であり、湯道２３から分配室１１へと流れ出た溶鋼２が勢い良く前壁１７に衝突して、衝突した溶鋼２が発散（横の流れに変わる）してしまい、介在物が上昇する間もなくノズルから流出したと考えられる。言い換えれば、溶鋼到達時間が短い場合は、溶鋼２が上昇流が発生し難い。

表２〜４及び図６に示すように、分配室１１の長さが１５０mm未満、即ち、１００mmであるときは、ケース内にフロービーズが流入した。このように分配室１１の長さが非常に短いという状態は、図１１、１２に示すように、溶鋼２が湯道２３によって十分に整流状態とならず、乱流のまま分配室１１へ流れるために、十分に介在物が浮上せず、ノズルから流出したと考えられる。
本発明は上記の実施の形態に限定されない。

連続鋳造装置の概念図である。 タンディッシュの平面図である。 図２のＸ１−Ｘ１断面図である。 水モデル実験の概要図である。 水モデル実験でのフロービーズの変化図である。 溶鋼到達時間と湯道の長さとについての実験結果をまとめた図である。 分配室の長さが長い場合のタンディッシュの平面図である。 図７のＸ２−Ｘ２断面図である。 分配室の長さが短い場合のタンディッシュの平面図である。 図９のＸ３−Ｘ３断面図である。 湯道の長さが短い場合のタンディッシュの平面図である。 図１１のＸ４−Ｘ４断面図である。

符号の説明

１ 連続鋳造装置
２ 溶鋼
３ タンディッシュ
９ 取鍋
１０ 注入室
１１ 分配室
１９ 仕切堰
２３ 湯道

Claims (1)

1. 取鍋から装入された溶鋼を連続的に鋳造する連続鋳造設備に具備されたＴ型タンディッシュにおいて、
   前記取鍋からの溶鋼が装入される注入室と、この注入室の前側に配備され且つ注入室の溶鋼を鋳型に装入する分配室と、注入室と分配室とを後前方向に仕切る仕切堰と、仕切堰に設けられて注入室の溶鋼を分配室に流す湯道とを有し、前記仕切堰は次の条件を満たすように形成されていることを特徴とするＴ型タンディッシュ。
   なお、湯道角度αは、Ｔ型タンディッシュを平面視した状態で仕切堰に直交する前後ラインと湯道とのなす角度のことであり、分配室の長さｄは、分配室を構成する前壁の内側から第１後壁の内側までの直線距離である。