JP6278265B2 - タンディッシュプラズマ加熱装置及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法 - Google Patents
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Description
以下に、スーパーヒートを、図4に示す通り、高温域、適正温度域、低温域に分類して説明する。
図4に示す高温域ではブレークアウトが発生し易いことから、これを防止するためには、スループットを低下させる必要があり、操業性が低下する。一方、図4に示す低温域では、浸漬ノズル閉塞や鋳型内で温度不足による皮張り発生、鍋を返送しなければならない等操業、品質上大きな影響がある。
また、タンディッシュ内温度は、加熱しないと、時間経過に従って、溶鋼温度が下がるため、チャージ終了時点でも適正温度域となるように、チャージ開始時点の温度を適正温度域内で適切に設定する必要がある。例えば、図4の上側の点線で示す様に、チャージ開始時点で、適正温度域の上限に設定できれば、チャージ終了時点でも、適正温度域内とすることができる。
しかし、チャージ開始時点の温度は、鋼種による転炉、二次精錬の操業条件のほか、溶鋼鍋や工程間のマッチングに依存するものであり、溶鋼温度はそれらの操業条件及び要因により常に変動することから、常時、チャージ開始時点の温度を適正温度域内で適切に設定することは困難である。例えば、図4の下側の点線で示す様に、チャージ開始時点で、適正温度域の中程度の温度となった場合は、鋳造時間がZの時点でノズルが閉塞して、鋳造が中止されるという事態になることがある。そこで、上述のタンディッシュには、通過する溶鋼を加熱する手段として、プラズマ加熱装置が配設されている。
ここで、上述のタンディッシュに配設されるプラズマ加熱装置(タンディッシュプラズマ加熱装置)において、プラズマトーチとして黒鉛電極を用いた場合には、消耗した黒鉛の一部が溶鋼中に混入し、溶鋼の性状が変化してしまうおそれがある。そこで、従来のタンディッシュプラズマ加熱装置においては、例えば特許文献1,2に示すような金属製トーチが用いられていた。
また、アノード電極となる黒鉛電極とカソード電極となる黒鉛電極とでは、損耗の速度が異なるため、アノード電極におけるアークの発生状況及びカソード電極におけるアークの発生状況が変動し、被加熱物(溶鋼)を安定して加熱できないおそれがあった。
また、アノード電極及び前記カソード電極を一体に昇降する共通昇降装置と、アノード電極とカソード電極の溶鋼からの高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整装置を備えているので、アノード電極となる黒鉛電極とカソード電極となる黒鉛電極との間で損耗速度が異なっていても、それぞれの黒鉛電極の先端と溶鋼面との距離を精度良く調整することができ、プラズマアークの発生状況を安定させることが可能となる。
この場合、制御部によって、前記アノード電極の電圧値が所定の範囲となるように、前記共通昇降装置及び前記相対位置調整装置の動作を制御しているので、一対の黒鉛電極が異なる速度で損耗してもアークの発生状況を安定させることができ、タンディッシュ内の溶鋼を確実に加熱することができる。
この場合、前記アノード電極の電圧値を監視し、この電圧値が所定の範囲となるように、前記アノード電極及び前記カソード電極を一体に昇降させる一体昇降動作と、前記カソード電極に対する前記アノード電極の溶鋼からの高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整動作の、一方又は双方を実施しているので、アノード電極及びカソード電極となる一対の黒鉛電極におけるアークの発生状況を安定させることができ、タンディッシュ内の溶鋼を安定して加熱することが可能となる。
本発明の第一の実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置10及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法について、図1及び図2を用いて説明する。
本実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置10及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法は、図1に示すように、鋼の連続鋳造設備1において、取鍋2と鋳型3との間に配設されたタンディッシュ5内の溶鋼を加熱するものである。ここで、タンディッシュ5においては、取鍋2から供給された溶鋼を所定の温度にまで加熱し、加熱した溶鋼を鋳型3へと注入する。
この加熱室13の上部に、一対の黒鉛電極15(15A、15B)が配設されている。黒鉛電極15は、概略円筒状をなしており、Ar、N2等の非酸化性ガスが供給されるガス流路が設けられている。黒鉛電極15の直径は、例えば100mmから200mmの範囲内とされている。
この共通昇降装置20は、図1に示すように、一対の黒鉛電極15(15A、15B)が取り付けられる支持ベース21と、上下方向に延在するシャフト22と、このシャフトに沿って移動する移動ブロック23と、移動ブロック23と支持ベース21を連結するアーム部24と、移動ブロック23を移動させる駆動部25と、を備えている。
制御部30は、一方の黒鉛電極15A(アノード電極)の電圧Va及び他方の黒鉛電極15B(カソード電極)の電圧Vcを監視し、これらの電圧値Va,Vcが所定の範囲内となるように、共通昇降装置20及びアノード電極昇降装置27を動作させて、一方の黒鉛電極15A(アノード電極)及び他方の黒鉛電極15B(カソード電極)と溶鋼との距離を調整するように構成されている。
まず、一方の黒鉛電極15A(アノード電極)及び他方の黒鉛電極15B(カソード電極)を、溶鋼との間の距離が一方の黒鉛電極15A(アノード電極)及び他方の黒鉛電極15B(カソード電極)とで一致するように配置する(図2(a))。
次に、他方の黒鉛電極15B(カソード電極)の電圧Vcが所定範囲を超えた場合には、共通昇降装置20を動作させて一方の黒鉛電極15A(アノード電極)及び他方の黒鉛電極15A(カノード電極)を溶鋼に近接するように移動させる(図2(c))。
次に、他方の黒鉛電極15B(カソード電極)の電圧Vcが所定範囲を超えた場合には、上述のように、共通昇降装置20を動作させて一方の黒鉛電極15A(アノード電極)及び他方の黒鉛電極15A(カノード電極)を溶鋼に近接するように移動させる(図2(e))。
このように、本実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置10及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法においては、一方の黒鉛電極15A(アノード電極)及び他方の黒鉛電極15B(カソード電極)と溶鋼との距離を調整することにより、一方の黒鉛電極15A(アノード電極)及び他方の黒鉛電極15B(カソード電極)と溶鋼の間にプラズマアークを安定的に発生させてタンディッシュ5内の溶鋼を加熱する。
さらに、本実施形態のタンディッシュプラズマ加熱装置10は、共通昇降装置20を備えた既存のツイントーチ式のプラズマ加熱装置にアノード電極昇降装置27を追加することで構成することが可能であり、設備コストを大幅に削減することが可能となる。
以下に、本発明の第二の実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置110及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法について、図3を用いて説明する。なお、第一の実施形態と同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態であるタンディッシュプラズマ加熱装置110及びタンディッシュ内溶鋼の加熱方法は、図3に示すように、鋼の連続鋳造設備1において、取鍋2と鋳型3との間に配設されたタンディッシュ5内の溶鋼を加熱するものである。ここで、タンディッシュ5においては、取鍋2から供給された溶鋼を所定の温度にまで加熱し、加熱した溶鋼を鋳型3へと注入する。
この共通昇降装置20は、図3に示すように、一対の黒鉛電極15(15A、15B)が取り付けられる支持ベース21と、上下方向に延在するシャフト22と、このシャフト22に沿って移動する移動ブロック23と、移動ブロック23と支持ベース21とを連結するアーム部24と、移動ブロック23を移動させる駆動部25と、を備えている。
制御部130は、一方の黒鉛電極15A(アノード電極)の電圧Va及び他方の黒鉛電極15B(カソード電極)の電圧Vcを監視し、これらの電圧Va,Vcが所定の範囲となるように、共通昇降装置20及びカソード電極昇降装置127を動作させて、一方の黒鉛電極15A(アノード電極)及び他方の黒鉛電極15B(カソード電極)と溶鋼との距離を調整するように構成されている。
まず、一方の黒鉛電極15A(アノード電極)及び他方の黒鉛電極15B(カソード電極)を、溶鋼との間の距離が一方の黒鉛電極15A(アノード電極)及び他方の黒鉛電極15B(カソード電極)とで一致するように配置する。
例えば、タンディッシュの構造や、蓋部や共通昇降装置等の構造は、本実施形態に限定されることはなく、他の構造のものを適用してもよい。
さらに、本実施形態では、制御部によって共通昇降装置及び相対位置調整装置の動作を制御するものとして説明したが、これに限定されることはなく、相対位置調整装置のみの制御または共通昇降装置及び相対位置調整装置の動作を手動で実施してもよい。例えば、電圧値や実際の黒鉛電極の先端位置を監視し、オンライン又はオフラインにて手動でアノード電極とカソード電極との高さ方向の相対位置を調整してもよい。
10、110 タンディッシュプラズマ加熱装置
15 黒鉛電極
15A 一方の黒鉛電極(アノード電極)
15B 他方の黒鉛電極(カソード電極)
18 直流電源装置
20 共通昇降装置
27 アノード電極昇降装置(相対位置調整装置)
127 カソード電極昇降装置(相対位置調整装置)
Claims (4)
- タンディッシュ内を通過する溶鋼をプラズマアークによって加熱するタンディッシュプラズマ加熱装置であって、
前記溶鋼に近接配置されるアノード電極及びカソード電極と、このアノード電極及びカソード電極に対して電力を印加する直流電源装置と、前記アノード電極及び前記カソード電極を一体に昇降する共通昇降装置と、を備えており、
前記アノード電極及び前記カソード電極が一対の黒鉛電極とされており、
前記アノード電極は、前記共通昇降装置の支持ベースに対して昇降可能に取り付けられ、前記カソード電極は、前記共通昇降装置の支持ベースに固定されており、
前記アノード電極と前記カソード電極の溶鋼からの高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整装置を備えており、
前記相対位置調整装置は、前記アノード電極を単独で昇降させることにより、前記アノード電極と前記カソード電極の溶鋼からの高さ方向の相対位置を調整する構成とされていることを特徴とするタンディッシュプラズマ加熱装置。 - 前記共通昇降装置及び前記相対位置調整装置の動作を制御する制御部を有しており、
前記制御部は、前記アノード電極の電圧値を監視し、前記電圧値が所定の範囲となるように、前記共通昇降装置及び前記相対位置調整装置の動作を制御することを特徴とする請求項1に記載のタンディッシュプラズマ加熱装置。 - タンディッシュ内を通過する溶鋼をプラズマアークによって加熱するタンディッシュ内溶鋼の加熱方法であって、
アノード電極及びカソード電極となる一対の黒鉛電極を前記溶鋼に近接するとともに、一対の前記黒鉛電極に直流電源装置によって電力を印加することにより、前記溶鋼と前記黒鉛電極との間にプラズマアークを発生させて前記溶鋼を加熱し、
前記カソード電極及び前記アノード電極を一体に昇降させる一体昇降動作と、前記アノード電極を単独で昇降させることにより、前記カソード電極に対する前記アノード電極の溶鋼からの高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整動作の、一方又は双方を実施することを特徴とするタンディッシュ内溶鋼の加熱方法。 - 前記アノード電極の電圧値を監視し、前記電圧値が所定の範囲となるように、前記カソード電極及び前記アノード電極を一体に昇降させる一体昇降動作と、前記カソード電極に対する前記アノード電極の溶鋼からの高さ方向の相対位置を調整する相対位置調整動作の、一方又は双方を実施することを特徴とする請求項3に記載のタンディッシュ内溶鋼の加熱方法。
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