JP5712557B2

JP5712557B2 - 溶鋼の鋳造方法

Info

Publication number: JP5712557B2
Application number: JP2010240624A
Authority: JP
Inventors: 白鳥　雅之; 雅之白鳥; 藤田　雅巳; 雅巳藤田; 孝内原; 幸一杉田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2030-10-27
Also published as: JP2012091204A

Description

本発明は、所定の組成に調整された溶鋼を、タンディシュから鋳型に注湯して鋳片を得るための溶鋼の鋳造方法に関する。

溶解炉や取鍋式精錬炉などで所定の成分組成に調整された溶鋼は、タンディシュを介して該タンディシュの下方に配置した鋳型に注湯されて縦長の鋳片に鋳造される。
例えば、溶鋼をタンディシュを介して鋳型に注湯して連続鋳造する場合、該タンディシュの底面に開口したゲート（ノズル）は、耐火物からなり且つ該ノズルの上方において昇降可能なストッパロッドにより開閉され、上記ゲートの下側にはスライディングノズルが取り付けられ、溶鋼の凝固片によって上記ゲートが詰まらないように、上記ストッパロッドの内側に加熱バーナを内蔵したタンディシュ用ゲート部の加熱保持装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、耐火物からなり且つ加熱バーナを内蔵する上記ストッパロッドは、非常に高価となるため、単発式鋳造法などの一般的な鋳造には、ゲートの下側にスライディングノズルのみを取り付けたタンディシュが用いられている。

一方、溶鋼は、溶解炉やタンディシュなどに内張りされた耐火物と反応した酸化物などの非金属介在物を含んでいるため、前記形態のタンディシュから鋳型に注湯する鋳造の初期段階では、該タンディシュのゲートを上記非金属介在物が詰まらせてしまうおそれがあった。そこで、非金属介在物をタンディシュ内の溶湯の湯面に浮上させるため、係る浮上に要する時間中は、少なくとも当該タンディシュのゲートを確実に閉鎖する必要がある。
上記鋳造の初期段階におけるゲート詰まりを防ぎ、且つ非金属介在物をタンディシュ内における溶湯の湯面に浮上させるため、例えば、炭粉をゲートの内側に投入することも検討されている。しかし、該炭粉が溶鋼と共に鋳型に達すると、得られる鋳片の炭素含有量が過大になってしまう、という問題があった。

特開平９−５２１５５号公報（第１〜７頁、図１〜６）

本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、非金属介在物によるタンディシュのゲート詰まりを防ぎ、且つ該非金属介在物をタンディシュ内における溶鋼の湯面に確実に浮上させられ、所定組成の鋳片を安定して鋳造できる溶鋼の鋳造方法を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、発明者らによる鋭意研究および調査の結果、タンディシュに注湯された溶鋼の湯面に非金属介在物が浮上に要する時間と、該タンディシュのゲートを塞ぐ栓体の焼失ないし溶失に要する時間とを等しくするか、後者の時間を前者の時間よりも長くする、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による溶鋼の鋳造方法（請求項１）は、溶鋼を受け入れたタンディシュの底面に開口したゲートから、前記溶鋼を当該タンディシュの下方に配置した鋳型に注下して鋳片を鋳造する溶鋼の鋳造方法であって、上記タンディシュのゲートを溶鋼により焼失あるいは溶失可能な材料からなり、上端面の中心部に開口し且つ軸方向に沿った有底穴を有する栓体で塞く第１ステップと、上記タンディシュの内側に溶鋼を供給し、該溶鋼によって上記栓体が焼失あるいは溶失する時間内において、供給された溶鋼の湯面に当該溶鋼に含まれている非金属介在物を浮上させる第２ステップと、該第２ステップの後に、上記タンディシュのゲートから溶鋼を上記鋳型に注下する第３ステップと、を含む、ことを特徴とする。

これによれば、第１ステップにおいてタンディシュのゲートを塞いだ前記栓体が、第２ステップにおいて上記タンディシュに注湯された溶鋼によって焼失ないし溶失するまでの間に、前記溶鋼に含まれていた非金属介在物を、当該タンディシュの溶鋼の湯面に確実に浮上させられる。しかも、上記第１ステップにおいて、栓体でタンディシュのゲートを塞ぐ際に、当該栓体の前記有底穴に鉄棒の先端を挿入することで、高温環境において、当該栓体を確実に上記ゲート内に挿入し且つ該ゲートを閉塞することができると共に、係る挿入時において、栓体が半径方向において中心部側の有底穴に向かって圧縮しつつ弾性変形するため、上記ゲートを緊密に閉塞することができる。
従って、第３ステップにおいて、タンディシュのゲートを通過する溶鋼は、非金属介在物を含んでいないので、該ゲートや浸漬ノズルなどを詰まらせることなく、鋳型に確実に注湯することができる。加えて、得られる鋳片の組成を所定の範囲に容易に保持することも可能となる。

尚、前記タンディシュは、溶鋼を受け入れる箱形状の内側の底面に、単数または複数のゲートが開口し、係るゲートごとの下方に鋳型が配置される。
また、前記タンディシュのゲートの下側には、水平方向にスライドして該ゲートを開閉したり、該ゲートの開度を調整するスライディングノズルが配置され、該ノズルの下側には、耐火物の筒体からなり且つ下端が上記鋳型内の湯面に浸漬される浸漬ノズルが連設されている。
更に、前記タンディシュのゲートの上方には、耐火物からなり縦長で昇降可能なストッパロッドが配置されておらず、当該ゲートの開閉や開度の調整は、前記スライディングノズルによって行われる。係るタンディシュは、主に単発式鋳造方法のような非連続鋳造法に好適に用いられる。但し、本発明は、連続鋳造法にも適用することが可能である。
また、第１ステップは、前記タンディシュの内側の耐火物を１０００℃以上の予熱した状態で行われる。
更に、前記栓体が焼失あるいは溶失するに要する時間は、溶鋼の鋼種や溶解量によって一律ではないが、例えば、数分間(２，３分間)あるいは約４〜６分間が例示できる。
加えて、焼失あるいは溶失した栓体は、炭化物となって、鋳片の先端側に含まれるが、係る先端部分は、端材として除去される。

また、本発明には、前記溶鋼によって焼失あるいは溶失可能な栓体は、天然木材、集成木材、合成樹脂、低融点金属、ガラス、あるいは紙系複合材からなり、前記タンディシュのゲートにおいて上端面側が大径で且つ下端面側が小径となるように全体が円錐形状である、溶鋼の鋳造方法（請求項２）も含まれる。
これによれば、前記第２ステップにおいて、適宜選択された木材などからなる円錐形状の栓体が溶湯による焼失ないし溶失（融失）するまでの間に、溶鋼に含まれていた非金属介在物をタンディシュの当該溶鋼の湯面に容易且つ確実に浮上させることができる。
尚、前記天然木材は、樫、檜、杉、松、桜、ナラ、ブナ、椎、さわら、楠、楓、樺、ひば、椰子、ゴムなどで、その密度は、約０．７ｇ／ｃｍ³以上であることが推奨される。
また、前記集成木材は、上記天然木材からなる複数の板片や棒片を、圧力を加えて接着したものであり、例えば、ラワン材も含まれる。
更に、前記合成樹脂は、耐熱性で且つ熱可塑性であれば、特に限定されない。
また、前記紙系複合材は、樹脂粒子や樹脂繊維などを含む紙製の成形体である。
加えて、前記低融点金属には、銅またはその合金、アルミニウムまたはその合金、あるいは、Ｍｇまたはその合金が含まれる。

更に、本発明には、前記ゲートは、上端側が大径で且つ下端側が小径の円錐形状を呈する、溶鋼の鋳造方法（請求項３）も含まれる。

加えて、本発明には、前記栓体は、複数のゴムの木からなる集成材を切削加工したものである、溶鋼の鋳造方法（請求項４）も含まれる。
これによれば、比較的緻密で且つ均一なゴムの木製の集成材からなる栓体を用いるので、係る栓体が溶湯によって焼失するまでの間に、溶湯に含まれていた非金属介在物をタンディシュの溶鋼の湯面に容易且つ確実に浮上させられる。
尚、上記集成材は、ゴムの木の板や棒材を併用して、圧着したものである。

本発明の鋳造方法が適用される鋳造装置の概略を示す垂直断面図。本発明に用いる一形態の栓体を示す斜視図。本発明の鋳造方法における第１ステップを示す垂直断面図。本発明の鋳造方法における第２ステップを示す垂直断面図。図４に続く第２ステップを示す垂直断面図。本発明の鋳造方法における第３ステップを示す垂直断面図。

以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
本発明の鋳造方法が適用される鋳造装置１は、図１に示すように、タンディシュ２、その底面に開口するゲート５の下側に取り付けたスライディングノズル６、浸漬ノズル７、および該浸漬ノズル７の下方に配置した鋳型８を備えている。
タンディシュ２は、底板３ａと側板３ｂとからなる箱形状の鉄皮３と、該鉄皮３の内側に一定の厚さで張り付けた耐火材４とから構成され、その底面には、左右一対のゲート５が開口している。該ゲート５は、上端側が大径で且つ下端側小径のほぼ円錐形状を呈する。また、上記浸漬ノズル７も耐火材４と同様な耐火物からなる筒体である。更に、鋳型８は、内側に断面が長方形のキャビティ８ａを有する直方体であり、該キャビティ８ａ内には、鋳造された鋳片（Ｃ）を支持しつつ下降する下型９が昇降可能に挿入されている。

尚、タンディシュ２は、図示しない台車に支持され且つ水平方向に沿って移動可能とされている。また、図１中の水平な矢印で示すように、スライディングノズル６は、後述するタンディシュ２の予熱時には、開放されている。
更に、前記鋳型８の真上には、上記タンディシュ２とは別に、当該鋳型８のキャビティ８ａに鋳込まれた溶鋼の湯面を加熱する図示しないトップヒータが、水平方向に沿って移動可能で且つタンディシュ２と代替可能に配置されている。
図１中の垂直な矢印で示すように、タンディシュ２における一対のゲート５には、栓体１０が閉塞可能に挿入される。係る栓体１０は、図２に示すように、比較的大径の上端面１１と、比較的小径の下端面１２と、これらの間に傾斜して位置する円錐形状部１３とからなり、上端面１１の中央部には、当該栓体１０の軸方向に沿って形成された有底穴１４の開口部１５が開口している。
以上のような栓体１０は、複数のゴムの木からなる集成材を切削加工したもので、溶鋼に接触すると焼失する。係る栓体１０の寸法は、例えば、軸方向の長さ（高さ）が１００ｍｍ、上端面１１の直径が７０ｍｍ、下端面１２の直径が５０ｍｍ、有底穴１４の内径が２０ｍｍ、下端面１２と有底穴１４の底面との距離は、２０ｍｍである。また、栓体１０の密度は、約０．７５ｇ／ｃｍ³であった。

以下において、本発明による溶鋼（Ｍ）の鋳造方法について説明する。
予め、タンディシュ５の耐火材４が張られた内側を１０００℃以上に予熱した。
次に、図３に示すように、栓体１０の有底穴１４に先端が挿入された鉄棒を下向きとし、タンディシュ２における一対のゲート５内に、上方から上記栓体１０をその下端面１２側から挿入して、当該ゲート５を塞いだ（第１ステップＳ１）。
次いで、図４中のカーブした矢印で示すように、図示しない取鍋内に保持された溶鋼Ｍを、各ゲート５が栓体１０で塞がれたタンディシュ２の内側に供給した。溶湯Ｍが栓体１０に接触すると同時に、上記栓体１０は、上部側から焼失し始めて、栓体１０ａとなった。この間において、溶鋼Ｍに含まれていた炭化物や窒化物などからなり、比較的比重が小さな非金属介在物２０は、溶鋼Ｍの湯面に順次浮上し始めた（第２ステップＳ２の前段）。

引き続いて、前記溶鋼Ｍをタンディシュ２の内側に供給すると、図５に示すように、前記栓体１０ａは、上部側からたけでなく、下部側からも焼失して、全体が更に小さな体積の栓体１０ｂとなった。この間においても、溶鋼Ｍに含まれていた非金属介在物２０が、タンディシュ２内における溶鋼Ｍの湯面に更に浮上していた（第２ステップＳ２の後段）。
そして、上記非金属介在物２０が溶鋼Ｍの湯面に浮上し終わるのと同時か、あるいは、その後において、タンディシュ２のゲート５を塞いでいた上記栓体１０ｂは、全てが焼失した。該栓体１０の焼失に要した時間は、約２〜３分であった。

その結果、図６中の矢印で示すように、タンディシュ２内の溶湯Ｍは、スライディングノズル６と、下端がキャビティ８ａ内に垂下した浸漬ノズル７とを経て、鋳型８のキャビティ８ａに注湯され、且つ該鋳型８に接する外側から徐々に凝固することで、縦長の鋳片Ｃとなった（第３ステップＳ３）。この間において、係る鋳片Ｃは、その先端（下端）を前記下型９に支持されつつ順次下降していった。
尚、栓体１０（１０ａ，１０ｂ）が焼失して生じた炭化物は、溶鋼Ｍと共に鋳型８に鋳込まれて鋳片Ｃの先端部に含まれるが、係る先端部は、追って端材の一部として除去される。

更に、タンディシュ２内の溶鋼Ｍが鋳型８に鋳込まれると、そのスライディングノズル６を閉鎖し、該タンディシュ２を、図示しない台車によって鋳型８，８の上方から横方向に移動させた。次に、上記タンディシュ２に替えて、下向きのヒータまたはバーナを有するトップヒータ（図示せず）を別の台車によって、鋳型８の上方に配置した。係る状態で、上記ヒータにより鋳型８のキャビティ８ａ内に鋳込まれた溶鋼Ｍの湯面を加熱して均一な鋳造組織となるように凝固させた。
これ以降は、鋳型８の下方に垂下した縦長の鋳片Ｃを、所定長さに切断し、更に水平姿勢となるように倒した後、先端側と後端側とを一定長さごとに切断して端材を除去することで、所要組成およびサイズの鋳片Ｃを得ることができた。
尚、前記タンディシュ２は、スライディングノズル６を閉鎖した後、前記台車によって鋳型８上の位置から外部に搬出される。

以上のような本発明による溶鋼の鋳造方法によれば、第１ステップＳ１においてタンディシュ２のゲート５を塞いだ栓体１０が、第２ステップＳ２において上記タンディシュ２に注湯された溶鋼Ｍによって焼失ないし溶失するまでの間に、前記溶鋼Ｍに含まれていた非金属介在物２０を、当該タンディシュ２内の溶鋼Ｍの湯面に確実に浮上させられた。その結果、第３ステップＳ３において、タンディシュ２のゲート５を通過する溶鋼Ｍは、非金属介在物２０を含んでいないので、上記ゲート５、スライディングノズル６、および浸漬ノズル７を詰まらせずに、鋳型Ｍに注湯することができた。しかも、得られる鋳片Ｃの組成を所定の範囲に容易に保持することも可能となった。

本発明は、以上において説明した形態に限定されるものではない。
例えば、前記タンディシュ２のゲート５は、１個でも３個以上であっても良く、これらと同数のスライディングノズル６と浸漬ノズル７とが配置される。
また、前記栓体１０の円錐形状部１３は、前記タンディシュ２のゲート５の内側空間とほぼ同じ形状および寸法であるか、若干大きめの相似形である。
更に、前記栓体１０の有底穴１４は、前記形態よりも軸方向の長さ（深さ）が短くても良い。
また、前記栓体は、例えば、天然木材の周囲をガラスで包囲したり、あるいは低融点金属の周囲をガラスで包囲した２重構造の形態としても良い。
更に、前記鋳型は、円柱形のキャビティを内設する円筒体であっても良い。
加えて、前記鋳型は、そのキャビティの直下に複数の冷却水噴霧ノズルと、複数のピンチローラとを垂直方向に配設した連続鋳造用の鋳型としても良い。

本発明による溶鋼の鋳造方法によれば、溶鋼に含まれていた非金属介在物をタンディシュ内の湯面に確実に浮上させ、ゲートなどを詰まらせることなく、所要組成の鋳片を安定した鋳造することが可能となる。

２…………………………タンディシュ
５…………………………ゲート
８…………………………鋳型
１０，１０ａ，１０ｂ…栓体
１１………………………上端面
１２………………………下端面
１４………………………有底穴
Ｍ…………………………溶鋼
Ｃ…………………………鋳片
Ｓ１〜Ｓ３………………第１〜第３ステップ

Claims

溶鋼を受け入れたタンディシュの底面に開口したゲートから、前記溶鋼を当該タンディシュの下方に配置した鋳型に注下して鋳片を鋳造する溶鋼の鋳造方法であって、
上記タンディシュのゲートを溶鋼により焼失あるいは溶失可能な材料からなり、上端面の中心部に開口し且つ軸方向に沿った有底穴を有する栓体で塞く第１ステップと、
上記タンディシュの内側に溶鋼を供給し、該溶鋼によって上記栓体が焼失あるいは溶失する時間内において、供給された溶鋼の湯面に当該溶鋼に含まれている非金属介在物を浮上させる第２ステップと、
上記第２ステップの後に、上記タンディシュのゲートから溶鋼を上記鋳型に注下する第３ステップと、を含む、
ことを特徴とする溶鋼の鋳造方法。
前記溶鋼によって焼失あるいは溶失可能な栓体は、天然木材、集成木材、合成樹脂、低融点金属、ガラス、あるいは紙系複合材からなり、前記タンディシュのゲートにおいて上端面が大径で且つ下端面が小径となるように全体が円錐形状である、
ことを特徴とする請求項１に記載の溶鋼の鋳造方法。
前記ゲートは、上端側が大径で且つ下端側が小径の円錐形状を呈する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の溶鋼の鋳造方法。
前記栓体は、複数のゴムの木からなる集成材を切削加工したものである、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の溶鋼の鋳造方法。