JP6317478B2

JP6317478B2 - 環状堰

Info

Publication number: JP6317478B2
Application number: JP2016575267A
Authority: JP
Inventors: 由多可平賀
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd; Krosaki Harima Corp
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd; Krosaki Harima Corp
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2036-08-09
Also published as: US10562094B2; ES2846950T3; KR20180041124A; KR102461605B1; EP3338913A4; TW201713428A; CN107949446A; JPWO2017030052A1; EP3338913A1; US20180147624A1; CN107949446B; TWI688442B; EP3338913B1; WO2017030052A1

Description

本発明は、連続鋳造設備におけるタンディッシュ底部に固定され上方から溶融金属が注入される環状堰に関するものである。

溶融金属、例えば溶鋼の連続鋳造では、取鍋の溶鋼は一旦タンディッシュに移されてから鋳型に送り込まれる。
取鍋からタンディッシュに注入された溶鋼中の非金属介在物等を充分に浮上分離させることが清浄度の高い鋳片を得るのに必要である。そのためには取鍋からタンディッシュに注入された溶鋼が最も短い経路を辿って鋳型に達してしまう、いわゆる短絡流れを防止するとともに、タンディッシュ内での溶鋼の高速流れを抑制することが必要である。

上述する短絡流れの防止対策としては、タンディッシュに堰を設置することが一般に行われている。この堰は、取鍋からタンディッシュに注入された溶鋼流が浸漬ノズルに達する際の障害物となって短絡流れを防止するとともに、タンディッシュに注入された溶鋼が鋳型に達するまでの移動経路を長くして溶鋼中の非金属介在物等の浮上分離を促進させる。

しかし、堰を設置してもタンディッシュに注入された溶鋼の注入流がタンディッシュ底に当たって反転上昇する際の上昇流の流速の抑制が不十分な場合、高速の上昇流、更には上昇後タンディッシュ側壁に向かう高速流により湯面上のスラグが巻き込まれたり、注入流が鋳型に短時間で達するので非金属介在物等が浮上分離する時間が十分に取れなくなる。
そこで、図１に示すような堰４が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第２８３６９６６号公報

図１に記載の発明は、内周面１が断面半円形をなして上面が開口２する略凸形断面の凹部３を形成した耐火物よりなる堰４を開口２が取鍋のロングノズル５の直下に位置するようにタンディッシュ６底に取付けてなる。
この堰４によると、ロングノズル５から堰４の凹部３に注入された溶融金属は、図の矢印で示すように凹部底に当たって反転上昇する際に絞られてロングノズル５からの下降流と干渉し、これにより対向した上下の流れを互いに減速させて高速の流れを抑制し、また浸漬ノズル７への短絡流れも防止できるとされている。

しかしながら、特許文献１に記載の発明ではタンディッシュ６湯面上のスラグを巻き込む危険性、あるいはロングノズル５耐火物の損耗を助長してしまう可能性がまだ残っている。また、ロングノズル５からの下降流と反転上昇流の干渉が小さ過ぎて反転上昇流の速度を減衰できない場合がある等、未だ改善の余地がある。

また、特許文献１においては、堰４については任意の形状、例えば図２に示すような平面視矩形形状であっても良いとされているが、この場合も同様に堰としての効果を発揮できないばかりか、むしろ問題を生じる可能性が高い。さらに言及すれば、流体の流れは最もストレスの小さい方向に偏るため、図２のような矩形堰４の場合には反転上昇流は主に短辺側に偏って生じる。これはすなわちタンディッシュの長手方向に向かうものであり、浸漬ノズル７への到達時間を長くし介在物浮上機会を増大したいという本来の目的に対し不利な状況を招くものといえる。

そこで、本発明の目的とするところは、溶融金属の短絡流れを防止するとともに、高速流れを抑制し得る堰を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の環状堰（１１）は、連続鋳造設備における取鍋のロングノズル（１５）直下に位置するようにタンディッシュ底部に固定されるとともに、上方が開口し前記ロングノズル（１５）を介して上方から溶融金属が注入される横断面略円形状で上下に貫通する貫通孔である空洞部（１３）を備えた環状堰（１１）であって、前記空洞部（１３）を構成する内壁の上端から内方に突出する環状の内方突出部（１３ｄ）が形成され、前記空洞部（１３）は、前記内方突出部（１３ｄ）の内方に形成された第一空隙（１３ａ）と、前記第一空隙（１３ａ）に連通するとともに前記第一空隙（１３ａ）の下方に形成された第二空隙（１３ｂ）と、からなり、
前記第一空隙（１３ａ）の内径（Ｄ₁，Ｄ_a）を前記ロングノズル（１５）の吐出孔（１５ａ）の直径の４倍〜５倍とするとともに、前記第二空隙（１３ｂ）の内径（Ｄ₂，Ｄ_b）を前記第一空隙（１３ａ）の内径（Ｄ₁，Ｄ_a）の１．２倍〜１．５倍とし、
しかも、前記環状堰（１１）の高さ（Ｈ）を操業時における湯面高さの１／６〜１／４としたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の環状堰（１１）は、連続鋳造設備における取鍋のロングノズル（１５）直下に位置するようにタンディッシュ（１２）底部に固定されるとともに、上方が開口し前記ロングノズル（１５）を介して上方から溶融金属が注入される横断面略円形状で上下に貫通する貫通孔である空洞部（１３）を備えた環状堰（１１）であって、前記空洞部（１３）を構成する内壁から内方に突出する環状の内方突出部（１３ｄ）が形成され、前記空洞部（１３）は、前記内方突出部（１３ｄ）の上方に形成された第三空隙（１３ｃ）と、前記第三空隙（１３ｃ）に連通するとともに前記第三空隙（１３ｃ）の下方かつ前記内方突出部（１３ｄ）の内方に形成された第一空隙（１３ａ）と、前記第一空隙（１３ａ）に連通するとともに前記第一空隙（１３ａ）の下方に形成された第二空隙（１３ｂ）と、からなり、
前記第一空隙（１３ａ）の内径（Ｄ₁，Ｄ_a）を前記ロングノズル（１５）の吐出孔（１５ａ）の直径の４倍〜５倍とするとともに、前記第二空隙（１３ｂ）の内径（Ｄ₂，Ｄ_b）を前記第一空隙（１３ａ）の内径（Ｄ₁，Ｄ_a）の１．２倍〜１．５倍とし、
しかも、前記環状堰（１１）の高さ（Ｈ）を操業時における湯面高さの１／６〜１／４とし、
さらに、前記第三空隙（１３ｃ）の内径（Ｄ _c ）を前記第二空隙（１３ｂ）の内径（Ｄ _b ）の１倍〜１．１倍としたことを特徴とする。

ここで、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。

本発明によれば、ロングノズルから環状堰の空洞部に注入された溶融金属は底部に当たって反転し上昇するので、鋳型に浸漬される浸漬ノズルまでの短絡流れが防止される。
そして、その上昇流は内方突出部によって絞られるので、ロングノズルからの下降流と干渉する。これにより対向した上下流が互いに減速されるので、溶融金属が浸漬ノズルに達するまでの時間が長くなる。
その結果、溶融金属中の非金属介在物の浮上分離が促進されるので、鋳造品の品質が向上する。

特に、第一空隙の内径をロングノズルの吐出孔の直径の４倍〜５倍とするとともに、第二空隙の内径を第一空隙の内径の１．２倍〜１．５倍としたので、確実に上昇流と下降流が干渉し合い、溶融金属の速度を抑制できる。

さらに、環状堰の高さを操業時における湯面高さの１／６〜１／４としたので、上昇流によって湯面の乱れが生じ難く、湯面上のスラグを巻き込み難い。

なお、本発明の環状堰のように、内方突出部が形成され、第一空隙の内径をロングノズルの吐出孔の直径の４倍〜５倍、第二空隙の内径を第一空隙の内径の１．２倍〜１．５倍とする点は、上述した特許文献１には全く記載されていない。

従来例に係る堰をタンディッシュに取付けた状態を示す断面図である。図１に示す堰を示す拡大平面図である。本実施形態に係る環状堰を示す斜視図である。図３に示す環状堰をタンディッシュに取付けた状態を示す断面図である。図３に示す環状堰の大きさを変更した場合における操業実施結果を示す図である。本実施形態に係る環状堰を示す斜視図である。図６に示す環状堰をタンディッシュに取付けた状態を示す断面図である。図６に示す環状堰の大きさを変更した場合における操業実施結果を示す図である。

（実施例１）
図３乃至図５を参照して、本発明の実施形態に係る環状堰１１を説明する。
この環状堰１１は、連続鋳造設備において、取鍋の溶融金属をタンディッシュ１２内で受けて溶融金属の速度を抑制するものであり、横断面（水平断面）略円形状の空洞部１３を備える。
図３は、本発明に係る環状堰１１の斜視図であり、図４はその環状堰１１をタンディッシュ１２に固着した断面図である。

環状堰１１は耐火物よりなって外形が角柱状であり、その中央に上下に貫通する貫通孔である空洞部１３が形成されている。
空洞部１３を構成する内壁の上端からは、内方に突出する環状の内方突出部１３ｄが形成されている。
そして空洞部１３は、内方突出部１３ｄの内方に形成された第一空隙１３ａと、第一空隙１３ａに連通するとともに第一空隙１３ａの下方に形成された第二空隙１３ｂと、からなり、縦断面略凸状となっている。
また、空洞部１３の内壁及び内方突出部１３ｄの端面は鉛直に延び、第一空隙１３ａと第二空隙１３ｂの間は階段状の段差となっている。

第一空隙１３ａの内径Ｄ₁はロングノズル１５の吐出孔１５ａの直径の４倍〜５倍で、ここでは４００ｍｍであり、第二空隙１３ｂの内径Ｄ₂は第一空隙１３ａの内径Ｄ₁の１．２５倍の５００ｍｍである。このロングノズル１５の吐出孔１５ａの直径は９５ｍｍである。
また、操業時の湯面高さはタンディッシュ１２底部から１０００ｍｍの位置であり、環状堰１１の高さＨは操業時におけるタンディッシュ１２内の湯面高さの１／５（２００ｍｍ）とするとともに、前述の第一空隙１３ａおよび第二空隙１３ｂそれぞれの高さＨ₁，Ｈ₂についてはＨ₁＝Ｈ₂＝１／２Ｈとなるようにした。

このような環状堰１１は、図４に示すように空洞部１３が図示省略した取鍋のロングノズル１５直下に位置するようにタンディッシュ１２底部に固定される。つまり、空洞部１３には底が無いが、タンディッシュ１２の底部がその代わりとなる。環状堰１１の固定は従前の堰と同様の方法、例えばモルタルによって行われる。
なお、図３、図４では環状堰１１本体の形状は角柱形としているが、外形については特に指定されるべきものではなく、内部空洞部１３に合せ円柱形であってもかまわないし、タンディッシュ１２内形状に合わせ上広がりの角錐台形であってもかまわない。

以上のように構成された環状堰１１によれば、ロングノズル１５から環状堰１１の空洞部１３に注入された溶融金属は空洞部１３の中でタンディッシュ１２の底部に当たって反転し上昇するので、鋳型に浸漬される浸漬ノズル１６までの短絡流れが防止される。
そして、その上昇流は内方突出部１３ｄによって絞られるので、ロングノズル１５からの下降流と干渉する。これにより対向した上下流が互いに減速されるので、溶融金属が浸漬ノズル１６に達するまでの時間が長くなる。

また、環状堰１１の高さＨを操業時における湯面高さの１／５としたので、上昇流によって湯面の乱れが生じ難く、湯面上のスラグを巻き込み難い。
その結果、溶融金属中の非金属介在物の浮上分離が促進されるので、鋳造品の品質が向上する。
さらには、この条件ではロングノズル１５先端部の溶損も発生しない（図５参照）。

また、空洞部１３は上下に貫通する貫通孔であるので、環状堰１１の製作が容易で安価に製作可能である。なお、貫通孔であってもタンディッシュ１２底部が環状堰１１の底部の代わりとなるので、問題は生じない。

（実施例２）
次に、実施例２の条件について説明する。
ここでは、第一空隙１３ａの内径Ｄ₁を４５０ｍｍに、第二空隙１３ｂの内径Ｄ₂を５５０ｍｍにした。
環状堰１１の高さＨ、第一空隙１３ａの高さＨ₁、第二空隙１３ｂの高さＨ₂はそれぞれ実施例１と同じ値である。

（実施例３）
実施例３では、第一空隙１３ａの内径Ｄ₁と第二空隙１３ｂの内径Ｄ₂を実施例１と同じにして、環状堰１１の高さＨを２５０ｍｍ、第一空隙１３ａの高さＨ₁を１５０ｍｍ、第二空隙１３ｂの高さＨ₂を１００ｍｍにした。
実施例２及び３においても図５に示すように、実施例１と同様に湯面の巻き込みが小さく、溶鋼清浄度も高かった。また、ロングノズル１５の溶損も無かった。
つまり、第一空隙１３ａの内径Ｄ₁はロングノズルの吐出孔１５ａの直径の４倍〜５倍とすることがより好ましいとわかった。

（比較例１乃至４）
図５に示すように、第一空隙１３ａの径Ｄ₁を大きくした比較例１においては湯面上のスラグが巻込まれやすくなっており、溶鋼清浄性も実施例に比べやや劣る。
逆に第一空隙１３ａの径Ｄ₁を小さくした比較例２においては、湯面の巻込みなどは見られないが溶鋼清浄性で大きく劣るものとなった。
さらに環状堰１１高さＨを湯面高さの１／３とした比較例３では、溶鋼清浄性は同等であるが湯面の巻込みが激しく、操業の安定性の点で問題がある。
また、第二空隙１３ｂの径Ｄ₂を第一空隙１３ａの径Ｄ₁の１．１倍とした比較例４では、若干の湯面巻込みが確認された上に、鋳造終了後のロングノズル１５先端部の溶損が顕著となり、通常の半分程度のヒート数で使用不能となった。

（実施例４）
次に、図６乃至図８を参照して、本発明の他の実施形態に係る環状堰１１を説明する。
この環状堰１１は、連続鋳造設備において、取鍋の溶融金属をタンディッシュ１２内で受けて溶融金属の速度を抑制するものであり、横断面（水平断面）略円形状の空洞部１３を備える。
図６は、本発明に係る環状堰１１の斜視図であり、図７はその環状堰１１をタンディッシュ１２に固着した断面図である。

環状堰１１は耐火物よりなって外形が角柱状であり、その中央に上下に貫通する貫通孔である空洞部１３が形成されている。
空洞部１３を構成する内壁の上下方向略中央から、内方に突出する環状の内方突出部１３ｄが形成されている。
そして空洞部１３は、内方突出部１３ｄの上方に形成された第三空隙１３ｃと、内方突出部１３ｄの内方に形成された第一空隙１３ａと、第一空隙１３ａに連通するとともに第一空隙１３ａの下方に形成された第二空隙１３ｂと、からなる。
また、空洞部１３の内壁及び内方突出部１３ｄの端面は鉛直に延び、第三空隙１３ｃと第一空隙１３ａの間、及び第一空隙１３ａと第二空隙１３ｂとの間はそれぞれ段差となっている。

第一空隙１３ａの内径Ｄ_aはロングノズル１５の吐出孔１５ａの直径の４倍〜５倍で、ここでは４００ｍｍであり、第三空隙１３ｃの内径Ｄ_c及び第二空隙１３ｂの内径Ｄ_bはそれぞれ第一空隙１３ａの内径Ｄ_aの１．２５倍の５００ｍｍである。このロングノズル１５の吐出孔１５ａの直径は９５ｍｍである。
また、操業時の湯面高さはタンディッシュ１２底部から１０００ｍｍの位置であり、環状堰１１の高さＨは操業時におけるタンディッシュ１２内の湯面高さの１／４（２５０ｍｍ）とするとともに、前述の第三空隙１３ｃ、第一空隙１３ａ、及び第二空隙１３ｂそれぞれの高さＨ_c，Ｈ_a，Ｈ_bについてはＨ_c＝１／５Ｈ，Ｈ_a＝Ｈ_b＝２／５Ｈとなるようにした。

このような環状堰１１は、図７に示すように空洞部１３が図示省略した取鍋のロングノズル１５直下に位置するようにタンディッシュ１２底部に固定される。つまり、空洞部１３には底が無いが、タンディッシュ１２の底部がその代わりとなる。環状堰１１の固定は従前の堰と同様の方法、例えばモルタルによって行われる。
なお、図６、図７では環状堰１１本体の形状は角柱形としているが、外形については特に指定されるべきものではなく、内部空洞部１３に合せ円柱形であってもかまわないし、タンディッシュ１２内形状に合わせ上広がりの角錐台形であってもかまわない。

また、環状堰１１の高さＨを操業時における湯面高さの１／４としたので、上昇流によって湯面の乱れが生じ難く、湯面上のスラグを巻き込み難い。
その結果、溶融金属中の非金属介在物の浮上分離が促進されるので、鋳造品の品質が向上する。
さらには、この条件ではロングノズル１５先端部の溶損も発生しない（図８参照）。

（実施例５）
次に、実施例５の条件について説明する。
ここでは、第三空隙１３ｃの内径Ｄ_cを５５０ｍｍに、第一空隙１３ａの内径Ｄ_aを４５０ｍｍに、第二空隙１３ｂの内径Ｄ_bを５５０ｍｍにした。
環状堰１１の高さＨ、第三空隙１３ｃの高さＨ_c、第一空隙１３ａの高さＨ_a、第二空隙１３ａの高さＨ_aはそれぞれ実施例４と同じ値である。

（実施例６）
実施例６では、第三空隙１３ｃの内径Ｄ_cと第一空隙１３ａの内径Ｄ_aと第二空隙１３ｂの内径Ｄ_bを実施例４と同じにして、環状堰１１の高さＨを２００ｍｍ、第三空隙１３ｃの高さＨ_cを５０ｍｍ、第一空隙１３ａの高さＨ_aを５０ｍｍ、第二空隙の高さＨ_bを１００ｍｍにした。
実施例５及び６においても図８に示すように、実施例４と同様に湯面の巻き込みが小さく、溶鋼清浄度も高かった。また、ロングノズル１５の溶損も無かった。
つまり、第一空隙１３ａの内径Ｄ_aはロングノズルの吐出孔１５ａの直径の４倍〜５倍とすることがより好ましいとわかった。

（比較例５乃至９）
図８に示すように、第三空隙１３ｃの径Ｄ_cを大きくした比較例５においては溶鋼清浄性が実施例に比べやや劣る。
また、第一空隙１３ａの径Ｄ_aを小さくした比較例６においても、溶鋼清浄性で大きく劣るものとなった。
さらに環状堰１１高さＨを湯面高さの１／３とした比較例７では、溶鋼清浄性は同等であるが湯面の巻込みが激しく、操業の安定性の点で問題がある。
また、第二空隙１３ｂの径Ｄ_bを第一空隙１３ａの径Ｄ_aの１．１倍とした比較例８でも比較例７と同等の湯面巻込みが確認された。
第三空隙１３ｃの径Ｄ_cを第二空隙１３ｂの径Ｄ_bより小さい径とした比較例９では、比較例８と同等の湯面巻込みが認められた上、鋳造終了後のロングノズル先端部の溶損が顕著となり、通常の半分程度のヒート数で使用不能となった。

なお、本実施例において、第二空隙１３ｂの内径Ｄ₂，Ｄ_bは第一空隙１３ａの内径Ｄ₁，Ｄ_aの１．２倍〜１．５倍であればよい。
また、環状堰１１の高さＨは湯面高さの１／６〜１／４であればよい。
また、第三空隙１３ｃの内径Ｄ_cは第二空隙１３ｂの内径Ｄ_bの１倍〜１．１倍であればよい。

また、空洞部１３を貫通孔であるとしたが、これに限られるものではなく、環状堰１１自体が底部を有し空洞部１３が環状堰１１を貫通していなくてもよい。

また、第三空隙１３ｃの内径を下方から上方に向けて拡径してもよい。このときの第三空隙１３ｃの下端の径と第一空隙１３ａの上端の径を等しくする。

さらには、内方突出部１３ｄが上下に複数形成されていてもよく、この場合、内方突出部１３ｄが一つの場合よりも空洞部１３が多くの空隙に分けられることになる。

１内周面
２開口
３凹部
４堰
５ロングノズル
６タンディッシュ
１１環状堰
１２タンディッシュ
１３空洞部
１３ａ第一空隙
１３ｂ第二空隙
１３ｃ第三空隙
１３ｄ内方突出部
１５ロングノズル
１５ａ吐出孔
１６浸漬ノズル
Ｄ₁ 第一空隙の内径
Ｄ₂ 第二空隙の内径
Ｄ_a 第一空隙の内径
Ｄ_b 第二空隙の内径
Ｄ_c 第三空隙の内径
Ｈ環状堰の高さ
Ｈ₁ 第一空隙の高さ
Ｈ₂ 第二空隙の高さ
Ｈ_a 第一空隙の高さ
Ｈ_b 第二空隙の高さ
Ｈ_c 第三空隙の高さ

Claims

連続鋳造設備における取鍋のロングノズル直下に位置するようにタンディッシュ底部に固定されるとともに、上方が開口し前記ロングノズルを介して上方から溶融金属が注入される横断面略円形状で上下に貫通する貫通孔である空洞部を備えた環状堰であって、
前記空洞部を構成する内壁の上端から内方に突出する環状の内方突出部が形成され、
前記空洞部は、前記内方突出部の内方に形成された第一空隙と、前記第一空隙に連通するとともに前記第一空隙の下方に形成された第二空隙と、からなり、
前記第一空隙の内径を前記ロングノズルの吐出孔の直径の４倍〜５倍とするとともに、
前記第二空隙の内径を前記第一空隙の内径の１．２倍〜１．５倍とし、
しかも、前記環状堰の高さを操業時における湯面高さの１／６〜１／４としたことを特徴とする環状堰。
連続鋳造設備における取鍋のロングノズル直下に位置するようにタンディッシュ底部に固定されるとともに、上方が開口し前記ロングノズルを介して上方から溶融金属が注入される横断面略円形状で上下に貫通する貫通孔である空洞部を備えた環状堰であって、
前記空洞部を構成する内壁から内方に突出する環状の内方突出部が形成され、
前記空洞部は、前記内方突出部の上方に形成された第三空隙と、前記第三空隙に連通するとともに前記第三空隙の下方かつ前記内方突出部の内方に形成された第一空隙と、前記第一空隙に連通するとともに前記第一空隙の下方に形成された第二空隙と、からなり、
前記第一空隙の内径を前記ロングノズルの吐出孔の直径の４倍〜５倍とするとともに、
前記第二空隙の内径を前記第一空隙の内径の１．２倍〜１．５倍とし、
しかも、前記環状堰の高さを操業時における湯面高さの１／６〜１／４とし、
さらに、前記第三空隙の内径を前記第二空隙の内径の１倍〜１．１倍としたことを特徴とする環状堰。