JP6454204B2 - 連続鋳造用タンディッシュ、及びそのタンディッシュを用いた連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、注入室とストランド室とを仕切る仕切堰に、注入室からストランド室へ溶鋼を流通させる湯道（湯道）が設けられた連続鋳造用のタンディッシュ、及びそのタンディッシュを用いた連続鋳造方法に関する。

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。
連続鋳造を効率よく操業を行うためには、例えばタンディッシュ内において、注入室からストランド室へ溶鋼をスムーズに流通させることが必要となる。

このようなタンディッシュ内の溶鋼をスムーズに流通させるための手段として、特許文献１、２に開示されているものがある。
特許文献１は、注入室とストランド室とが仕切堰で仕切られ、この注入室とストランド室とを、仕切堰に設けられた湯道（孔）で繋いだタンディッシュが開示されている。
特許文献２は、注入室とストランド室が仕切堰で仕切られ、その仕切堰に設けられた湯道が底部で注入室とストランド室とを繋ぎ、さらに仕切堰に加熱装置を備えているタンディッシュにおいて、仕切堰に設けられた湯道が、ストランド室側に向かって下方を向くことが開示されている。

特開２００５−９５７号公報 特開平５−１０４２１２号公報

ところで、操業中のタンディッシュにおいては、ストランド室内の溶鋼の湯面上にスラグなどが、浮上している。ストランド室内で浮上したスラグは、溶鋼の保温、酸化防止の役割を果たしているものの、溶鋼中に巻き込まれた場合、製品の品質を低下させることになる。
さて、鍋を交換する連々鋳においては、成分混じりを少なくするために前チャージの溶鋼をできる限り鋳造してから後チャージの溶鋼を注入している。特に、前チャージと後チャージの成分が異なる（異鋼種連々）場合には、成分混じりを極めて少なくして、クロップ（鋳片同士の接続部分で成分が規定値を満たさず、廃棄せざるを得ない部分）を可能なかぎり少なくするために、前チャージの溶鋼が可能な限り少なくなるまで鋳造してから後チャージの溶鋼を注入している。

例えば、特許文献１、２に開示されているようなタンディシュを用いても、溶鋼が注入口を通過して鋳型に装入されるに従って湯面が降下する際に、湯面上のスラグが、注入室側とストランド室とを貫通する孔内を逆流して、注入室内に浸入してしまう虞がある。このように、逆流したスラグが注入室に残存した状態で、後チャージの溶鋼を注入すると、注入室内でスラグが溶鋼に巻き込まれて微細に分散し、介在物性欠陥となってしまうという虞がある。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、異鋼種連々時に前チャージにおいて、ストランド室内における溶鋼の湯面を降下させる際に、溶鋼の湯面上のスラグが注入室に入って残ることを抑制することができるタンディッシュと、そのタンディッシュを用いた連続鋳造方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明にかかるタンディッシュは、取鍋からの溶鋼が注入される注入室と、前記溶鋼を鋳型に装入する注入口を有するストランド室と、前記注入室と前記ストランド室とを仕切る仕切堰と、前記仕切堰に設けられた湯道と、を備えたタンディッシュであって、前記湯道は、前記注入室から前記ストランド室へ直線状に貫通し且つ前記注入室からストランド室に向けて下方に移行する第１湯道と、前記注入室からストランド室に向けて上方に移行する第２湯道とを有し、前記第１湯道の出口と繋がる前記ストランド室の底部は、前記第１湯道の出口の下端以下に位置し、且つ、式（１）〜式（１１）を満たしている。

0.08≦D₁ (円相当径) [m] ・・・（１）
0.08≦D₂ (円相当径) [m] ・・・（２）
d₁≦0.3 [m] ・・・（３）
d₃≦0.3 [m] ・・・（４）
(x₁ ²+y₁ ²)^0.5≦1 [m] ・・・（５）
(x₂ ²+(y₃-y₁)²)^0.5≦1 [m] ・・・（６）
y₂≦0 y₂=d₁(1+y₁ ²/x₁ ²)^0.5-y₁ [m] ・・・（７）
y₄≧0 y₄=y₃-y₁-d₃(1+(y₃-y₁)²/x₂ ²)^0.5 [m] ・・・（８）
y₁/x₁≦1 [-] ・・・（９）
(y₃-y₁)/x₂≦1 [-] ・・・（１０）
0.03≦w≦0.25 [m] ・・・（１１）
D₁：第１湯道の円相当径
D₂：第２湯道の円相当径
d₁：第１湯道の縦径
d₃：第２湯道の縦径
x₁：第１湯道に関して、注入室側の入口とストランド室側の出口との水平投影距離
y₁：第１湯道の出口の下端と第１湯道の入口の下端との高低差
x₂：第２湯道に関して、注入室側の入口とストランド室側の出口との水平投影距離
y₂：第１湯道の出口の上端を起点とした第１湯道の入口の下端までの高低差
y₃：第１湯道の出口の下端を起点とした第２湯道の出口の下端までの高低差
y₄：第２湯道の出口の下端を起点とした第２湯道の入口の上端までの高低差
w：第１湯道と第２湯道との内接距離
本発明にかかる連続鋳造方法は、連続鋳造用のタンディッシュを用いて連続鋳造を行うに際し、前記ストランド室側の溶鋼の湯面が前記第２湯道の上端より上方に位置しているときに、前チャージの溶鋼を注入室に注入することを終了し、前記前チャージにおける溶鋼の湯面を、前記第１湯道の傾斜高さｙ_１以下に低下させた後、後チャージの溶鋼におけ
る前記注入室への注入を開始する。

本発明によれば、異鋼種連々時に前チャージにおいて、ストランド室内における溶鋼の湯面を降下させる際に、溶鋼の湯面上のスラグが、注入室に入って残ることを抑制することができる。

本発明の連続鋳造用タンディッシュが適用される連続鋳造装置の概念図である。 本発明の連続鋳造用タンディッシュの平面図である。 ストランド室の底部の形状を示す第１図である。 ストランド室の底部の形状を示す第２図である。 本発明のタンディッシュに形成された湯道の形状を示した図である。 仕切堰の湯道を直線状にした場合の状態を示した図である。 仕切堰の湯道を途中で屈曲した場合の状態を示した図である。 本発明の連続鋳造用タンディッシュの第１例を示す側方断面図である。 上からの投影図であって、第１湯道及び第２湯道の長さについて説明する説明図である。 湯面の下降時におけるスラグの流れを説明する第１の説明図である。 湯面の下降時におけるスラグの流れを説明する第２の説明図である。 湯面の下降時におけるスラグの流れを説明する第３の説明図である。 注入室の底部の形状を示す図である。 本発明の連続鋳造用タンディッシュを用いた連続鋳造方法を示した図である。 水モデルのタンディッシュを示す図である。 スラグが残った様子を示す図である。 スラグの残った場合によるクロップ等を示す図である。 湯道よりも上方で後チャージの溶鋼を注入した図である。 前チャージと後チャージとの混合よるクロップ等を示す図である。

以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、連続鋳造を行う連続鋳造装置の全体図である。まず、連続鋳造装置の構造について説明する。連続鋳造装置は、例えば、二次精錬処理後の溶鋼を連続的に鋳造する装置である。
図１に示すように、連続鋳造装置１は、取鍋２内の溶鋼３が注入されるタンディッシュ４と、当該タンディッシュ４内の溶鋼３を鋳込む鋳型５と、鋳型５によって形成された鋳片６を支持するサポートロール７を備えている。

図１，２に示すように、タンディッシュ４は、溶鋼３を鋳型５に装入する注入口１０が設けられた底部１１と、底部１１の周縁から立ち上がる周壁１２とを備えている。また、タンディッシュ４は、取鍋２内の溶鋼３を注入する注入室１３と、溶鋼３を鋳型５に鋳込むストランド室１４とに仕切る仕切堰１５を有している。注入室１３は、注入口１０が設けられていない底部１１ａと、周壁１２と、仕切堰１５とで囲まれた部分で構成されている。また、ストランド室１４は、注入口１０が設けられた底部１１ｂと、周壁１２と、仕切堰１５とで囲まれた部分で構成されている。図２には、平面視でＴ字状のタンディッシュ４ａと、Ｉ型のタンディッシュ４ｂ，４ｃが示されているが、本発明のタンディッシュ４の平面視の形状は限定されず、図２に示したいずれのタンディッシュ４ａ、４ｂ、４ｃでもよいし、その他の形状のタンディッシュであってもよい。また、タンディッシュ４のストランド数についても限定されない。また、連続鋳造装置１で鋳造される鋳片６の形状は、限定されず、スラブ、ブルーム、ビレット等であってもよい。

図３Ａ及び図３Ｂは、注入室及びストランド室の断面図である。図３Ａに示すように、タンディッシュ４の仕切堰１５には、注入室１３とストランド室１４とを連通させる複数の湯道１６が形成されている。湯道１６は、注入室１３からストランド室１４に向かうにしたがって徐々に下方に移行する下向きの湯道（第１湯道）１６ａと、注入室１３からストランド室１４に向かうにしたがって徐々に上方に移行する上向きの湯道（第２湯道）１６ｂとを有している。第１湯道１６ａと第２湯道１６ｂとは、後述するように、幅方向に離れている。

ここで、ストランド室１４の底部１１ｂであって、第１湯道１６ａのストランド室側の出口１８ａと繋がる底部１１ｂ_１を見たとき、当該底部１１ｂ_１の内面は、第１湯道１６ａの出口１８ａの下端以下に位置している。言い換えれば、第１湯道１６ａの出口１８ａと繋がるストランド室１４の底部１１ｂ_１は、第１湯道１６ａの出口１８ａの最下端部と同じ高さ、或いは、第１湯道１６ａの出口１８ａの最下端部よりも低い位置である。

図３Ｂに示すように、タンディッシュ４の仕切堰１５に第１湯道１６ａを形成した場合であって、第１湯道１６ａの出口１８ａと繋がる底部１１ｂ_１を見たとき、当該底部１１ｂ_１が、第１湯道１６ａの出口１８ａの下端よりも上方に位置する場合があるが、本発明のタンディッシュ４では、このような構造のタンディッシュは対象としていない。つまり、ストランド室１４の底部１１ｂ_１が第１湯道１６ａの出口１８ａの最下端部よりも高いのは対象としていない。

図４は、仕切堰１５を幅方向で且つ垂直に断面した場合（図２のＡ−Ａ断面）の断面図である。図４に示すように、仕切堰１５に形成する湯道１６の個数（第１湯道１６ａ及び第２湯道１６ｂの個数）は、１個、或いは、複数（例えば、２個、３個）であってもよく個数は限定されない。仕切堰１５の幅方向に複数の湯道１６を設ける場合は、仕切堰１５を正面視した場合に幅方向に並べて配置することが望ましい。また、図４に示すように、断面視の湯道１６の形状（第１湯道１６ａ及び第２湯道１６ｂの形状）は、円形であっても、楕円形であっても、四角形であってもよい。

図５Ａ及び図５Ｂは、仕切堰１５を奥行方向で且つ垂直に断面した場合（図２のＢ−Ｂ断面）であって、第１湯道１６ａの形状を示している。図５Ａに示すように、本発明のタンディッシュ４の第１湯道１６ａは、注入室１３からストランド室１４へ直線状に貫通する形状であって、図５Ｂに示すように、途中で屈曲した形状ではない。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、タンディッシュの整備を行う際は、タンディッシュを略９０度傾動させた後、第１湯道１６ａにパイプを挿入して、パイプから酸素等を吹き込むことにより、湯道１６に付着した地金等を燃焼熱によって溶融し、地金を除去する。図５Ａに示すように、第１湯道１６ａが直線状である場合には、パイプを問題無く湯道１６に挿入することができるが、図５Ｂに示すように、第１湯道１６ａが途中で屈曲している場合は、パイプを湯道１６の全体に挿入することができない。場合によっては、第１湯道１６ａ及び仕切堰１５を溶損させてしまう虞がある。したがって、第１湯道１６ａは、仕切堰１５内を注入室１３からストランド室１４へ直線的に貫通することが必要である。なお、図５Ａ及び図５Ｂでは、第１湯道１６ａについて説明したが、第２湯道１６ｂも第１湯道１６ａと同様に仕切堰１５内を注入室１３からストランド室１４へ直線的に貫通する必要がある。つまり、本発明のタンディッシュ４においては、湯道１６（第１湯道１６ａ及び第２湯道１６ｂ）は仕切堰１５内を注入室１３からストランド室１４へ直線的に貫通するものを対象としている。

以下、さらに、タンディッシュの構成について詳しく説明する。
第１湯道１６ａの内径（円相当径）Ｄ_１は、式（１）に示すように、０．０８ｍ以上である。また、第２湯道１６ｂの内径（円相当径）Ｄ_２も、式（２）に示すように、０．０８ｍ以上である。
0.08≦D₁(円相当径) [m] ・・・（１）
0.08≦D₂ (円相当径) [m] ・・・（２）
湯道（第１湯道１６ａ及び第２湯道１６ｂ）の内径が０．０８ｍ未満の場合は、鋳造中に第１湯道１６ａ及び第２湯道１６ｂ内に介在物等が詰まってしまい鋳造できなくなる可能性がある。なお、上述したように、第１湯道１６ａ及び第２湯道１６ｂは、楕円形や四角形も含むため、式（１）及び式（２）で示したように湯道１６の内径は、円に換算したときの円相当径である。

第１湯道の縦径ｄ₁は、式（３）に示すように、０．３ｍ以下である。第２湯道の縦径ｄ_３も、式（４）に示すように、０．３ｍ以下である。
d₁≦0.3 [m] ・・・（３）
d₃≦0.3 [m] ・・・（４）
第１湯道の縦径ｄ₁及び第２湯道の縦径ｄ_３が０．３ｍを超えている場合、取鍋２のノズルの開口時に当該ノズルから落下した砂等の大部分が湯道１６（第１湯道１６ａ及び第２湯道１６ｂ）を通ってストランド室１４に流入し易くなる。取鍋２の開口時における多量の砂がストランド室１４に入ってしまうと、介在物性欠陥になり易い。つまり、湯道の縦径ｄ₁及び第２湯道の縦径ｄ_３を０．３ｍ以下にすることによって、ストランド室１４ではなく注入室１３側で砂を浮上させることができる。なお、第１湯道の縦径ｄ₁及び第２湯道の縦径ｄ_３は、図４に示すように、湯道１６を垂直に断面した場合の垂直方向の径である。

さて、図６に示すように、第１湯道１６ａに関して、注入室１３側の端部である入口１７ａと、ストランド室１４側の端部である出口１８ａとの水平距離（第１湯道の水平方向の長さ）を「ｘ₁」、出口１８ａと入口１７ａとの高低差（第１湯道の上下方向の高さ）を「ｙ₁」としたとき、第１湯道１６ａの長さである「(x₁ ²+y₁ ²)^0.5」は、式（５）を満
たしている。

(x₁ ²+y₁ ²)^0.5≦1 [m] ・・・（５）
第１湯道１６ａの長さ（(x₁ ²+y₁ ²)^0.5)が、式（５）の上限値を上回る場合、第１湯道１６ａが長すぎるために、鋳造中等に第１湯道１６ａが詰まる虞がある。特に、第１湯道の内径（円相当径）Ｄ_１が小さい場合には、顕著になる。なお、上述した「ｙ₁」は、第２湯道１６ｂの上下方向の高さ、即ち、出口１８ａと入口１７ｂとの高低差も示している。つまり、y₁は、第１湯道１６ａの上下方向の高さだけでなく、第２湯道１６ｂの上下方向の高さも示すパラメータであって、第１湯道１６ａの上下方向の高さ及び第２湯道１６ｂの上下方向の高さを示している。

また、図６に示すように、第２湯道１６ｂに関して、注入室１３側の端部である入口１７ｂと、ストランド室１４側の端部である出口１８ｂとの水平距離（第２湯道の水平方向の長さ）を「ｘ_２」、第１湯道１６ａの出口１８ａの下端から第２湯道１６ｂの出口１８ｂの下端までの高低差を「ｙ_３」としたとき、第２湯道１６の長さである「(x₂ ²+(y₃-y₁)²)^0.5）」は、式（６）を満たしている。

(x₂ ²+(y₃-y₁)²)^0.5≦1 [m] ・・・（６）
第２湯道１６ｂの長さ（(x₂ ²+(y₃-y₁)²)^0.5)が、式（６）の上限値を上回る場合、第２湯道１６ｂが長すぎるために、鋳造中等に第２湯道１６ｂが詰まる虞がある。特に、第２湯道の内径（円相当径）Ｄ_２が小さい場合には、顕著になる。
なお、図７に示すように、第１湯道の水平方向の長さｘ₁と第２湯道の水平方向の長さｘ₂とが一致する場合、或いは、第１湯道１６ａと第２湯道１６ｂの水平方向に対する角度が異なることによって、第１湯道の水平方向の長さｘ₁と第２湯道の水平方向の長さｘ₂とが異なる場合がある。

さて、図６に示すように、第１湯道１６ａの出口１８ａの上端から第１湯道１６ａの入口１７ａの下端までの高低差（第１湯道の上下方向の重なり度合）を「y₂」としたとき、式（７）を満たしている。
y₂≦0 y₂=d₁(1+y₁ ²/x₁ ²)^0.5-y₁ [m] ・・・（７）
図８に示すように、湯面を下降させている状況を考える。図８のＱ１に示すように、ストランド室１４側のスラグは、第２湯道１６ｂに入った後、図８のＱ２に示すように、注入室１３に入ることになる。このような状況下においては、第２湯道１６ｂを介して注入室１３にスラグが入ったとしても、湯面が下降中に、当該スラグが第１湯道１６ａから抜けることができればよい。

ここで、図８のＱ２に示すように、第１湯道の上下方向の重なり度合がプラス（第１湯道１６ａの出口１８ａの上端よりも第１湯道１６ａの入口１７ａの下端が下方）である場合（y₂＞0）、湯面が下降中に、ストランド室側の湯面と注入室側の湯面との繋がりが長くなる。そのため、第２湯道１６ｂを介して注入室１３に入ったスラグは、ストランド室１４から第１湯道１６ａを介して注入室１３へと逆流する別のスラグ等によって、第１湯道１６ａへの排出が阻害されてしまう。それゆえ、式（７）で表される第１湯道の上下方向の重なり度合がy₂≦0（出口１８ａの上端と入口１７ａの下端が同じ高さ、或いは、入口１７ａの下端が出口１８ａの上端よりも上方）であることが必要である。
また、図６に示すように、第２湯道１６ｂの出口１８ｂの下端から第２湯道１６ｂの入口１７ｂの上端までの高低差（第２湯道の上下方向の重なり度合）を「y_４」としたとき、式（８）を満たしている。

y₄≧0 y₄=y₃-y₁-d₃(1+(y₃-y₁)²/x₂ ²)^0.5 [m] ・・・（８）
図９に示すように、第２湯道の上下方向の重なり度合がマイナス（第２湯道１６ｂの出口１８ｂの下端よりも第２湯道１６ｂの入口１７ｂの上端が上方）である場合（y₄＜0）、Ｑ１０及びＱ１１に示すように、湯面の下降時において、ストランド室１４側の湯面と、注入室１３側の湯面とが繋がり易くなる。そのため、第２湯道１６ｂを介してストランド室１４から注入室１３へ入るスラグ量は、第２湯道１６ｂの水平断面積以上となり、一端、注入室１３へ入ったスラグを、第１湯道１６ａからストランド室１３へ戻すことが難しくなる。それゆえ、式（８）に示したように、第２湯道の上下方向の重なり度合がy₄≧0（出口１８ｂの下端と入口１７ｂの上端が同じ高さ、或いは、入口１７ｂの上端が出口１８ｂの下端よりも下方）であることが必要である。

つまり、y₂≦0,y₄≧0である場合、図１０に示すように、湯面を降下させる状況下において、図１０のＱ２０に示すように、第２湯道１６ｂから注入室１３へ流れるスラグを当該第２湯道１６ｂによって止めることができる。第２湯道１６ｂへ入るスラグ量（水平断面で見た時の量）は、最大でも第２湯道１６ｂの水平断面積である。
そして、図１０のＱ２１に示すように、一旦、第２湯道１６ｂから注入室１３にスラグが入ったとしても、図１０のＱ２２に示すように、第１湯路１６ａから排出することができる。

また、第１湯道１６ａの傾きを表す「y₁/x₁」は、式（９）を満たしている。また、第２湯道１６ｂの傾きを表す「(y₃-y₁)/x₂」は、式（１０）を示している。
y₁/x₁≦1 [-] ・・・（９）
(y₃-y₁)/x₂≦1 [-] ・・・（１０）
第１湯道１６ａの傾き(y₁/x₁)が式（９）の上限値を上回ったり、第２湯道１６ｂの傾き((y₃-y₁)/x₂)が式（１０）の上限値を上回った場合、第１湯道１６ａ及び第２湯道１６ｂを構成する仕切堰１５の端部Ｐ１、Ｐ２（図６参照）が鋭利になり過ぎて、鋭利になった部分が欠損する虞がある。式（９）及び式（１０）の上限値を、湯道の角度に変換すると、４５ｄｅｇである。

図６に示すように、第１湯道１６ａと第２湯道１６ｂとは幅方向に離れている。注入室１３側の第１湯道１６ａを構成する壁面の端部と、第２湯道１６ｂを構成する壁面の端部の水平距離、即ち、第１湯道と第２湯道との入口の内接距離を「ｗ」としたとき、内接距離ｗは、式（１１）を満たしている。
0.03≦w≦0.25 [m] ・・・（１１）
内接距離ｗが式（１１）の下限値を下回る場合、第１湯道１６ａと第２湯道１６ｂとは近すぎて、第１湯道１６ａと第２湯道１６ｂとの間の壁面（耐火物）が欠けやすくなる。一方、内接距離ｗが式（１１）の上限値を上回る場合、第１湯道１６ａと第２湯道１６ｂとは離れすぎているため、第２湯道１６ｂから注入室１３へ入ったスラグが第１湯道１６ａに到達し難くなる。即ち、上述したように、湯面を降下させたときに、第２湯道１６ｂを通ったスラグが第１湯道１６ａに入ってストランド室１４へ抜けにくくなる。

以上、本発明のタンディッシュ４によれば、タンディッシュ４を、式（１）〜式（１１）を満たす構造にすれば、例えば、異鋼種連々鋳造の前チャージにおいて、ストランド室１４内における溶鋼の湯面を降下させる場合に、溶鋼の湯面上に存在するスラグが、注入室１３に残ることを防止することができる。
なお、本発明のタンディッシュにおいては、注入室１３の底部１１は、どのような形状であってもよい。例えば、図１１に示すように、注入室１３の底部１１が水平方向に平坦な平坦部１１ａ_１であっても、第１湯道１６ａから離れるにしたがって徐々に上方に移行する傾斜部１１ａ_２であってもよい。

さて、上述したタンディッシュ４を異鋼種連々鋳造に用いることによって、前チャージと後チャージの切替時におけるスラグが注入室に残ることを抑制することができるが、より、下記の方法で連続鋳造することによって、よりスラグの残存を防止することができる。
図１２を用いて、異鋼種連々鋳造における前チャージと後チャージとの切替について説明する。まず、異鋼種連々鋳造においては、前チャージの溶鋼３と、後チャージの溶鋼３との成分が異なるため、溶鋼３同士が混ざることによる成分変化を防止するため（成分まじりを防止するために、前チャージの溶鋼３を出来る限り少なくしてから後チャージの溶鋼３を注入する。

鋳造をそのまま続ける稀釈鋳造では、前チャージの溶鋼３の注入終了は、図１２のＳ１に示すように、タンディッシュ４内の湯面がストランド室１４の第２湯道１６ｂよりも上方で行う。即ち、ストランド室１４側の溶鋼の湯面が第２湯道１６ｂの上端より上方に位置しているときに、前チャージの溶鋼を注入室１３に注入することを終了する。
図１２のＳ２に示すように、前チャージの溶鋼３の注入終了後も、タンディッシュ４内の溶鋼３は鋳型５に供給するため、湯面は次第に低下し、湯面は第１湯道１６よりも低くなる。図１２のＳ１からＳ２になる過程で、ストランド室１４のスラグの一部が第２湯道１６ｂを通過して、注入室１３に入ることがかるが、図１２のＳ３に示すように、注入室１３のスラグは、第１湯道１６ａを通過して、ストランド室１４へ戻る。そして、前チャージにおける溶鋼の湯面を、第１湯道１６ａの傾斜高さｙ_１以下に低下させる。湯面を湯道１６の傾斜高さｙ_１以下まで低下させた後は、後チャージの溶鋼を注入室１３に注入する。即ち、後チャージの注入を開始する。

なお、鋳造を一端停止する鋳造でも、前チャージの溶鋼３の注入終了は、稀釈鋳造と同じである（図１２のＳ４）。次に、図１２のＳ５に示すように、湯面を湯道１６の傾斜高さｙ_１以下まで低下させた後は、シーケンスブロックを鋳型に挿入した後（図１２のＳ５）、後チャージの溶鋼を注入室１３に注入する（図１２のＳ６）。
以上、連続鋳造方法によれば、ストランド室１４側の溶鋼の湯面が第２湯道１６ｂの上端より上方に位置しているときに、前チャージの溶鋼を注入室１３に注入することを終了し、前チャージにおける溶鋼の湯面を、第１湯道１６ａの傾斜高さｙ_１以下に低下させた後、後チャージの溶鋼における注入室１３への注入を開始している。このようにすることによって、前チャージと後チャージとの切替において、注入室１３へスラグが残ることを防止することができる。

表１，２は、本発明の連続鋳造用タンディッシュ、及びそのタンディッシュを用いた連続鋳造方法を用いた実施例と、本発明とは異なるタンディッシュ及び連続鋳造方法を用いた比較例とを示している。なお、実施例及び比較例は、水モデルによる結果を実機に換算したものである。この水モデルの実験は、１／３のスケールで行った。

まず、水モデル実験について説明する。
水モデル実験では、実機を相似的に１／３にした１／３モデルで実験を行った。水モデルのタンディッシュは、図１３に示すＴ型タンディッシュとした。ストランド数は５ストランドとした。また、水モデルのタンディッシュにおいて、仕切堰１５に設けた第１湯道１６ａ及び第２湯道１６ｂは、ストランド室１４から注入室１３へ向けて延びる直線状とし
た。第１湯道１６ａの出口１８ａと繋がるストランド室１４の底部１１ａは、湯道１６の出口下端以下に位置させた。

図１３の１／３モデルのタンディッシュの仕切堰１５は、水の流れが分かるように、透明のアクリル樹脂を用いた。水モデルでは、水を溶鋼とし、オイルをスラグとして実験を行った。水及び溶鋼の流体の物性の関係は、表３に示す通りである。また、オイル及びスラグの物性の関係は、表４に示す通りである。

水モデルでは、タンディッシュ内に水を満たし、ストランド室１４側の水面には、スラグのモデルであるオイルを成層させた。一定の流量で水をストランド室１４のノズルから抜き、その様子をタンディッシュ４の上方に設けたビデオカメラで撮像した。ビデオカメラの撮像では、オイルが第２湯道１６ｂから注入室１３へ入る様子、オイルが注入室１３に入った後の様子等を中心に撮像した。そして、その後の様子を含めて鋳造を終了するまでオイルの状態を撮像した。注入室へのオイルの残存の有無を確認した。
実機のスループットと水モデルの水流量の換算は、フルード数近似で換算した。フルード数Frは式(a)で表される。

Fr=(U²/Xg)^0.5 ・・・(a)
ただし、U:水のTD内平均速度[m/s]、X:代表長さ[m]、g:重力加速度[m/s²]である。ここで流量Q[m³/s]は、Q=UX²で表され、式(a)に代入すると、式（b）となる。
Fr=Q/(X⁵g)^0.5 ・・・(b)
実機スケールの水モデル流量をQ_k[L/min]として、1/3スケールの水モデル流量をQ_n[L/min]および代表長さをX/3とし、式(b)によりFr数が等しくなるように換算すると、式(c)となる。

Q_n=0.0642Q_k ・・・(c)
実機スループットをQ_s[t/min]として溶鋼の比重を7とすると、Q_s=7Q_k/1000であるために式(c)は、式(d)のように変形される。
Q_s=7Q_n/64.2 ・・・(d)
オイルの厚さについては、高橋らによって導出された式（e）を参考にした。式（e）は、油膜の広がりに対する液体の物性値の影響を考慮した油膜の広がり距離Sに関する実験式である。

S=1.19M(1.25+μ_L/μ_U)^0.5(t/T)^0.7 ・・・(e)
ただし、 M=5d₂b/4(2(σ_L-σ_U-σ_UL)/ρ_U(1-ρ_U/ρ_L)g)^0.5
T=(8.3ρ_U(1-ρ_U/ρ_L)g(d₂b)²(ρ_Lμ_L)^0.5/16(σ_L-σ_U-σ_UL)²)^2/3
g:重力加速度
t:時間
なお、式（e）は、「高橋照男ら：化学工学論文集、第５巻第５号（１９７９）pp.526-531）」に記載されている。

ここで、実機を下付き[k]とし、水モデルを下付き[n]で表すこととし、物性値を代入すると、Ｍ_ｋ、Ｔ_ｋ、Ｍ_ｎ、Ｔ_ｎは、次のようになる。
M_k=551d₂b_k、T_k=98901(d₂b_k)^4/3
M_n=338d₂b_n/3、T_n=119057(d₂b_n/3)^4/3
なお、Ｍ_ｋ、Ｔ_ｋ、Ｍ_ｎ、Ｔ_ｎを求めるに際して、水モデルは、実機の１／３スケールのため、各パラメータの数値を実機に対して１／３の値を採用した。

そして、3S_n=S_kとなるオイル厚さb_n、実機のスラグ厚b_ｋに関して、式（e）、Ｍ_ｋ、Ｔ_ｋ、Ｍ_ｎ、Ｔ_ｎにより式を整理すると、式(f)となる。
3M_n(1.25+μ_Ln/μ_Un)^0.5(3^-0.5t/T_n)^0.7=M_k(1.25+μ_Lk/μ_Uk)^0.5(t/T_k)^0.7
=「257.7b_n(1/T_n)^0.7=622.6b_k(1/T_k)^0.7
=「b_nT_k ^0.7=2.4b_kT_n ^0.7
=b_n=2.4b_k(T_n/T_k)^0.7
=b_n=0.73b_k ・・・(f)
なお、水モデルの時間tには、１／３スケールのため、３^−０．５をかけている。ここで、実機でのスラグ厚は、約15mmであるため、b_n=10mmとして、水モデル実験を行った。

実施例及び比較例では、スラグ残存抑制、操業性の２項目について評価を行った。表には評価として、良好「○」、不良「×」を示した。全ての項目について良好である場合は、総合評価の欄に良好を示す「○」を示した。
図１４に示すように、前チャージの鋳造終了後、湯面を降下させた場合にストランド室１４のスラグが第２湯道１６ｂを通って注入室１３に入ってしまう。ここで、第２湯道１６ｂを通って注入室１３に入ったスラグが第１湯道１６ａを通ってストランド室１４側へ排出できなかった場合、スラグと後チャージの溶鋼３とが混ざってしまう。即ち、スラグ叩き込みが発生する。スラグ叩き込みが発生した場合、図１５に示すように、稀釈連続鋳造であってもシーケンスブロックを挿入する鋳造であっても、前チャージと後チャージとを繋ぐ鋳片では、スラグ系介在物による増加した長いクロップが発生する。

このように、多くのスラグが注入室１３で残ってしまった場合、長いクロップが発生するため、スラグ残存抑制の評価は不良「×」となる。一方、スラグが第２湯道１６ｂから注入室１３へ入ったものの、第１湯道１６ａからストランド室１４側へ排出できた場合は、図１５に示すように、稀釈連続鋳造であってもシーケンスブロックを挿入する鋳造であっても、前チャージと後チャージとを繋ぐ鋳片の一部は、成分規格外れクロップが発生するものの、スラグ系介在物によるクロップよりも長さは非常に短い。この場合は、スラグが残存しないため、スラグ残存抑制の評価は良好「〇」となる。操作性の不良とは、湯道の詰まり等が発生する虞があり、耐火物の耐久性が低下すること、取鍋２の砂がストランド室１４へ流出することなどを示している。

なお、図１６に示すように、前チャージと後チャージとの切替において、前チャージの湯面を低くせずに、即ち、湯面を第２湯道１６ｂに到達させる前に溶鋼を注入した場合、図１７に示すように、稀釈連続鋳造であってもシーケンスブロックを挿入する鋳造であっても、前チャージの溶鋼と後チャージの溶鋼とが大量に混ざり成分が規格から外れる長いクロップが発生する。

実施例では、タンディッシュは、式（１）〜式（１１）を全て満たしているため、スラグ残存抑制及び操作性も良好であった。一方、比較例１では、式（７）を満たしておらず、比較例１０では、式（８）を満たしていない。また、比較例３及び４では、内接距離wが式（１１）の上限値を上回ると共に下限値を下回っている。比較例５では、式（１）を満たしておらず、比較例６では、式（３）及び式（４）を満たしておらず、比較例７では、式（２）を満たしていない。比較例８では、式（５）及び式（６）を満たしておらず、比較例９では、式（１０）を満たしておらず、比較例１０では、式（９）を満たしていない。したがって、比較例１〜３及び１０では、スラグ残存抑制が不良であり、比較例４〜９では、操業性が不良であった。

以上、本発明によれば、タンディッシュの形状や連続鋳造の鋳造方法を適正に設定する
ことにより、操業性を確保しつつ、スラグが注入室に残ることを抑制することができる。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１ 連続鋳造装置
２ 取鍋
３ 溶鋼
４、４ａ、４ｂ、４ｃ タンディッシュ
５ 鋳型
６ 鋳片
７ サポートロール
１０ 注入口
１１ 底部
１２ 周壁
１３ 注入室
１４ ストランド室
１５ 仕切堰
１６ 湯道
１６ａ 第１湯道
１６ｂ 第２湯道
１７ａ 第１湯道の入口
１７ｂ 第２湯道の入口
１８ａ 第１湯道の出口
１８ｂ 第２湯道の出口

Claims (2)

1. 取鍋からの溶鋼が注入される注入室と、前記溶鋼を鋳型に装入する注入口を有するストランド室と、前記注入室と前記ストランド室とを仕切る仕切堰と、前記仕切堰に設けられ且つ前記注入室から前記ストランド室へ直線状に貫通する湯道と、を備えたタンディッシュであって、
   前記湯道は、前記注入室からストランド室に向けて下方に移行する第１湯道と、前記注入室からストランド室に向けて上方に移行する第２湯道とを有し、
   前記第１湯道の出口と繋がる前記ストランド室の底部は、前記第１湯道の出口の下端以下に位置し、且つ、式（１）〜式（１１）を満たしていることを特徴とする連続鋳造用のタンディッシュ。
   0.08≦D₁ (円相当径) [m] ・・・（１）
   0.08≦D₂ (円相当径) [m] ・・・（２）
   d₁≦0.3 [m] ・・・（３）
   d₃≦0.3 [m] ・・・（４）
   (x₁ ²+y₁ ²)^0.5≦1 [m] ・・・（５）
   (x₂ ²+(y₃-y₁)²)^0.5≦1 [m] ・・・（６）
   y₂≦0 y₂=d₁(1+y₁ ²/x₁ ²)^0.5-y₁ [m] ・・・（７）
   y₄≧0 y₄=y₃-y₁-d₃(1+(y₃-y₁)²/x₂ ²)^0.5 [m] ・・・（８）
   y₁/x₁≦1 [-] ・・・（９）
   (y₃-y₁)/x₂≦1 [-] ・・・（１０）
   0.03≦w≦0.25 [m] ・・・（１１）
   D₁：第１湯道の円相当径
   D₂：第２湯道の円相当径
   d₁：第１湯道の縦径
   d₃：第２湯道の縦径
   x₁：第１湯道に関して、注入室側の入口とストランド室側の出口との水平投影距離
   y₁：第１湯道の出口の下端と第１湯道の入口の下端との高低差
   x₂：第２湯道に関して、注入室側の入口とストランド室側の出口との水平投影距離
   y₂：第１湯道の出口の上端を起点とした第１湯道の入口の下端までの高低差
   y₃：第１湯道の出口の下端を起点とした第２湯道の出口の下端までの高低差
   y₄：第２湯道の出口の下端を起点とした第２湯道の入口の上端までの高低差
   w：第１湯道と第２湯道との内接距離
2. 請求項１に記載された連続鋳造用のタンディッシュを用いて連続鋳造を行うに際し、
   前記ストランド室側の溶鋼の湯面が前記第２湯道の上端より上方に位置しているときに、前チャージの溶鋼を注入室に注入することを終了し、前記前チャージにおける溶鋼の湯面を、前記第１湯道の傾斜高さｙ_１以下に低下させた後、後チャージの溶鋼における前記注入室への注入を開始することを特徴とする連続鋳造方法。