JP5521773B2 - 溶鋼の注湯装置及び注湯方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造装置などで用いられる取鍋出鋼口に設けられてタンディッシュへ溶鋼を注湯するための注湯技術に関し、特に、軸受鋼、肌焼鋼などの鋼の清浄度向上に好適な注湯技術に関する。

高疲労寿命が要求される鋼、例えば軸受鋼や肌焼鋼などの鋼にあっては、疲労寿命を劣化させる鋼中の非金属介在物の低減が必須となっている。その非金属介在物は製鋼段階で混入または生成されるものであるが、種々の努力により低減している。

しかし、脱ガス終了時の溶鋼中に介在する介在物の個数が所定以下となるように制御しているものの、タンディッシュに入った段階で、鋼中介在物の個数が大幅に増加するという問題があった。発明者らが詳細に調査した結果、この原因は鍋の出鋼口に詰めている詰砂が一因となっていることが判明した。詰砂は、溶鋼の詮の役割を有しており、取鍋からタンディッシュヘの注湯するためにスライディングノズルをスライドして注湯した際に、当該詰砂は溶鋼と共にタンディッシュ内に落下する。タンディッシュ内に入った詰砂は、ほとんどはタンディッシュ内で浮上してタンディッシュスラグに吸収されるため、製品には混入しないはずであるが、一部の詰砂が製品に混入する可能性がある。

混入した詰砂のうち製品に混入したものは非金属介在物となり、鋼を軸受などの部品に加工後も当該部品内に上記非金属介在物が残存する場合がある。特に２０μｍを超えるような大型の非金属介在物が例えば軸受の転動面（コロ等の転動体と接触して負荷を受ける面）などに存在した場合には、非金属介在物が疲労の起点となり部品の寿命を低下する原因となる。

上記タンディッシュ内に注入した溶鋼への詰砂混入を防止する技術としては、例えば特許文献１〜３のような技術がある。
特許文献１では、スライディングノズルを有する取鍋からタンディッシュ内に溶鋼を注湯する際に、予めタンディッシュ内に捨湯ポットを配置した状態としてスライディングノズルを開口することで、ロングノズルを介して落下してきた詰砂を含む溶鋼を上記捨湯ポットで受ける。その後に、一旦スライディングノズルを閉じて注湯を停止する。そして、詰砂を含む溶鋼を受けた上記捨湯ポットをタンディッシュから取り除いた後に、再びスライディングノズルを開いて、タンディッシュ内への注湯を再開する。これによって、タンディッシュ内への詰砂の混入を防止する。

また、特許文献２に記載の技術では、取鍋の鋳込み位置への移動経路途中に上下開放の水冷鋳型を設置し、水冷鋳型の下方をダミーブロックで閉じておく。そして、上記水冷鋳型の設置位置で一旦スライディングノズルを開いて、取鍋出鋼口に充填した詰砂を含む溶鋼を上記水冷鋳型に向けて排出し、その後に、取鍋を鋳込み位置まで移動して鋳込みを行う。これによって、鋳込み時において詰砂の溶鋼への混入を抑止する。

また、特許文献３に記載の技術では、取鍋の出鋼口の閉塞を抑止するために、スライディングノズル出口付近側方から気体を吹き付けることで、詰砂だけを側方に吹き飛ばして除去する技術が提案されている。

特開２００７−３２６１１６号公報 特開平５−２００５３４号公報 特許３３８８６６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、タンディッシュ内に捨湯ポットを設置する工程と、詰砂を含む溶鋼を受け入れた捨湯ポットをタンディッシュから吊り上げて除去する工程とが少なくとも必要であるため、時間が掛かる。また、上記詰砂を含む溶鋼を受け入れた捨湯ポットを除去している間、スライディングノズルが溶鋼と接触しているために、溶鋼が凝固し出鋼口を閉塞する危険性がある。

また、特許文献２に記載の技術においても、途中で取鍋の移動を停止して、出鋼口に詰めていた詰砂を排出しているため、取鍋の移動に時間が掛かると溶鋼が凝固して出鋼口を閉塞する可能性がある。
また、特許文献３に技術では、詰砂を吹き飛ばす際に、溶鋼が飛散しないように受け側に吸引捕集装置を取り付ける必要がある。また、取鍋からの注湯の際に、短いノズルで鋳込む場合には可能であるが、本願発明が目的とする高清浄鋼を溶製するためにロングノズルを用いてタンディッシュ内にノズルを挿入、アルゴン置換した後に鋳込みを開始するといった場合などには困難と推定される。

本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、詰砂除去からタンディッシュへの注湯までの時間を短くし、且つ、詰砂を含む溶鋼をタンディッシュへ注湯することを防止可能な溶鋼の注湯技術を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、タンディッシュへの溶鋼注湯段階で詰砂のタンディッシュへの混入を安全且つ容易に除去することを可能とするものである。
すなわち、請求項１に記載の発明は、取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注湯するための注湯用の開口を有するスライディングノズルを備え、上記スライディングノズルは注湯用の開口とは別に第２の開口を有し、その第２の開口を詰砂受けに連通したことを特徴とする溶鋼の注湯装置を提供するものである。

次に、請求項２に記載した発明は、上記第２の開口と上記詰砂受けとを連通する詰砂排出用ノズルを備え、その詰砂排出用ノズルは、スライディングノズルのスライド方向に沿った方向に相対移動可能な状態で、上記詰砂受けに接続することを特徴とするものである。

次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載の注湯装置を備え、注湯開始時に第２の開口が取鍋の出鋼口に連通するように一旦スライディングノズルをスライドさせて詰砂を含む溶鋼を第２の開口を介して詰砂受けで受けた後に、上記スライドノズルの注湯用の開口を取鍋の出鋼口に連通させてタンディッシュへ溶鋼を注湯することを特徴とする溶鋼の注湯方法を提供するものである。

本発明によれば、スライディングノズルに注湯用の開口とは別に、詰砂排出用の第２の開口を設け、その第２の開口を詰砂受けに連通するという簡単な構成を採用することによって、スライディングノズルをスライドさせて切り替えるだけで、注湯初期の詰砂を含む溶湯の排出から、その後のタンディッシュへの注湯開始までを短時間で切り替えることが出来る。

この結果、詰砂排出のための注湯に余分な時間を必要とせず、安全に詰砂を除去して、タンディッシュへの詰砂混入を防止した溶鋼の注湯を可能とする。
また請求項２に係る発明によれば、スライディングノズルをスライドさせても、詰砂受けを移動させる必要が無くなる。

本発明に基づく実施形態に係る取鍋からタンディッシュへの注湯を行う設備を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る注湯装置を示す概念図である。 本発明に基づく実施形態に係る詰砂受けを示す斜視図である。

次に、本発明に基づく実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、取鍋からタンディッシュへの注湯を行う設備を示す図である。

(設備構成)
図１に示すように、取鍋１の出鋼口１ａにスライディングノズル２が取り付けられている。スライディングノズル２には、図２に示すように、注湯用の開口２ａと、詰砂排出用の第２の開口２ｂとが形成されている。上記注湯用の開口２ａにはロングノズル５の一端部が接続している。また、第２の開口２ｂには、詰砂排出用ノズル４の一端部が接続している。符号７は、ロングノズル５及び詰砂排出用ノズル４をスライディングノズル２に固定するためのノズル固定治具７である。これによって、ロングノズル５及び詰砂排出用ノズル４は、スライディングノズル２と一体になってスライド可能となっている。

上記詰砂排出用ノズル４の他端部は、詰砂受け３に接続する。これによって、上記第２の開口２ｂは詰砂排出用ノズル４を介して詰砂受け３に連通している。
ここで、上記詰砂排出用ノズル４の他端部は、相対的にスライド可能な状態で詰砂受け３に接続している。すなわち、スライディングノズルをスライドさせても詰砂受け３を動かす機構を持たせる必要がない。上記スライド方向は、スライディングノズルのスライド方向に沿った方向とする。

詰砂受け３は、例えば上側が開口した矩形状の容器であって、その側壁上部にはノズルを遊挿可能な貫通孔３ａが開口しており、その貫通孔３ａに上記詰砂排出用ノズル４の他端部が、先端部が詰砂受け３内に突出するように挿入されている。これによって、上記詰砂排出用ノズル４の他端部は、相対的にスライド可能な状態となっている。
本実施形態の詰砂受け３は、取鍋１の底面に着脱可能に取り付けられている。

（使用例）
溶鋼１０を収容した取鍋１をタンディッシュ６の上方まで移動して、タンディッシュ６へ注湯を行う際に、スライディングノズル２を図２中ａ方向にスライドして、取鍋１の出鋼口１ａに第２の開口２ｂを連通させて、詰砂を含む溶鋼１０を、詰砂排出用ノズル４を通じて詰砂受け３に排出する。

詰砂が完全に除去することができる排出時間が経過したら、スライディングノズル２を図２中ｂ方向にスライドさせて注湯用の開口２ａを取鍋１の出鋼口１ａに連通されてタンディッシュ６への注湯を開始する。
ここで、上記排出時間は、実験等によって、溶鋼１０を無駄に捨てることなく且つ詰砂を完全に排出可能な時間を求めることによって決定する。

詰砂受け３に排出された詰砂を含む溶鋼１０は、注湯完了後に、タンディッシュ６から取鍋１を移動後に詰砂受け３を取り外して、詰砂受け３から除去する。
ここで、上記実施形態では、詰砂受け３を取鍋１に着脱可能に取り付ける場合を例示しているが、詰砂受け３をタンディッシュ６側に着脱可能に取り付けておいても良い。
この場合には、例えば、図３に示すように、詰砂受け３の上面に、ノズルをスライド可能に載せることが可能な凹部３ｂを形成しておけば良い。

以上のように、本実施形態によれば、スライディングノズル２に注湯用の開口２ａとは別に、詰砂排出用の第２の開口２ｂを設け、その第２の開口２ｂを詰砂受け３に連通するという簡単な構成を採用することによって、スライディングノズル２をスライドさせて切り替えるだけで、注湯初期の詰砂を含む溶湯の排出から、その後のタンディッシュ６への注湯を短時間で切り替えることが出来る。しかも溶鋼注湯段階で実施することが可能である。

この結果、詰砂排出のために余分な時間を必要とせず、安全に詰砂を除去して、タンディッシュ６への詰砂混入を防止した溶鋼１０の注湯を可能とする。

ＪＩＳ ＳＵＪ２鋼を対象として、詰砂をそのままタンディッシュ６内に排出する比較例の方法と、上記実施形態で説明した注湯装置を使用して詰砂受け３に排出する実施例の方法のそれぞれで鋳込んだ。そして、鋼材をφ６０ｍｍに圧延して製品とした。これら製品のＣ断面をマクロエッチングし１面方向を明らかにした後、１面Ｄ／４位置Ｌ断面から１０ｍｍ×１０ｍｍの介在物観察用サンプルをそれぞれ３０個採取し、顕微鏡観察により清浄度を比較した。

清浄度は各サンプルの最大介在物径を極値統計して３００００ｍｍ²の介在物径を予測した。
その結果を表１に示す。

表１から分かるように、比較例と比べて、明らかに本発明に基づく実施例の方が清浄度が良好であることが分かった。
また、詰砂受け３に詰砂を排除する時間もさほど掛からないことも確認した。

以上のように、本発明を採用することで、迅速にかつ安全にタンディッシュ６ヘの注湯前に鍋の詰砂を除去でき、製品の清浄度を向上させることが可能となることが分かる。

１ 取鍋
１ａ 出鋼口
２ スライディングノズル
２ａ 注湯用の開口
２ｂ 第２の開口
３ 詰砂受け
３ａ 貫通孔
３ｂ 凹部
４ 詰砂排出用ノズル
５ ロングノズル
６ タンディッシュ
７ ノズル固定治具
１０ 溶鋼

Claims (3)

1. 取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注湯するための注湯用の開口を有するスライディングノズルを備え、
   上記スライディングノズルは注湯用の開口とは別に第２の開口を有し、その第２の開口を詰砂受けに連通したことを特徴とする溶鋼の注湯装置。
2. 上記第２の開口と上記詰砂受けとを連通する詰砂排出用ノズルを備え、その詰砂排出用ノズルは、スライディングノズルのスライド方向に沿った方向に相対移動可能な状態で、上記詰砂受けに接続することを特徴とする請求項１に記載した溶鋼の注湯装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の注湯装置を備え、注湯開始時に第２の開口が取鍋の出鋼口に連通するように一旦スライディングノズルをスライドさせて詰砂を含む溶鋼を第２の開口を介して詰砂受けで受けた後に、上記スライドノズルの注湯用の開口を取鍋の出鋼口に連通させてタンディッシュへ溶鋼を注湯することを特徴とする溶鋼の注湯方法。

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