JP6888166B2 - 溶融物の処理装置 - Google Patents
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Description
溶鋼は、タンディッシュにおいて介在物が浮き上がって分離され、スラグ(鉱滓)が安定化し、再酸化が防止される。次いで、溶鋼は、鋳型において鋳片状に初期の凝固層を形成するが、このとき、鋳片の表面品位が決定される。鋳片の表面品位が決定されるとき、介在物に対する溶鋼の清浄度が大きな影響を与える。介在物に対する溶鋼の清浄度が良くなければ、介在物による鋳型内の溶鋼の異常的な流れにより鋳片の表面品位が低下する。なお、介在物は、それ自体で鋳片の表面欠陥の原因となる。
前記ガス注入部は、隣り合ういずれか2つの垂直部材の間に位置することができる。
それぞれの垂直部材は、前記回転流領域の3つ以上の位置をそれぞれ横切って配置され、前記ガス注入部は、隣り合ういずれか3つの垂直部材のうち真ん中の垂直部材を向かい合うように位置することが好ましい。
それぞれの垂直部材は、前記回転流領域の3つ以上の位置をそれぞれ横切って配置され、複数のガス注入部のうちの少なくともいずれか1つは、隣り合ういずれか2つの垂直部材の間に位置することが好ましい。
前記複数の垂直部材は、前記溶融物注入部から孔に向かって互いに離間した複数の位置を前記溶融物注入部から孔へと向かう方向に交差する方向にそれぞれ横切ることができる。
前記複数の垂直部材は、それぞれの下端が前記底面部から離間し、それぞれの上端が前記容器の内部に注入される溶融物に浸漬可能な高さに配設されることが好ましい。
前記チャンバー部は、前記ガス注入部を向かい合うように前記容器の上部に形成されるリッド部材と、前記リッド部材の溶融物注入部側の端部から下向きに延びる第1の壁体と、前記リッド部材の孔側の端部から下向きに延びる第2の壁体と、を備えることが好ましい。
前記第1の壁体と第2の壁体は、それぞれの下端が前記容器の内部に注入される溶融物に浸漬可能な高さに延びることがよい。
前記ダム部材は、下端が前記底面部に触れ、上端が前記チャンバー部の下側に離間可能な高さに形成されることができる。
本発明は、溶融物を処理する容器内に局部的に回転流を生成可能でありながらも、複数の異なる回転流を集中的に生成することができて、介在物の除去効率を向上させることのできる溶融物の処理装置に関する。製鉄所の連続鋳造工程を基準として実施の形態について説明する。いうまでもなく、本発明は、色々な産業分野において各種の溶融物を処理する設備及び工程にも種々に適用可能である。
図1から図3に基づいて、本発明の実施の形態に係る溶融物の処理装置について詳しく説明する。溶融物の処理装置は、上部に溶融物注入部1が配置され、底面部13に孔14が形成される容器10と、溶融物注入部1と孔14との間において底面部13に取り付けられるガス注入部20と、ガス注入部20を向かい合うように容器10の上部に形成され、内部が下側に開かれるチャンバー部30と、チャンバー部30と底面部13との間に形成される回転流領域50の複数の位置を横切るようにそれぞれ配置される複数の垂直部材40と、を備える。
したがって、本発明の実施の形態では、ガス注入部20とチャンバー部30を用いて溶融物M内に回転流領域を形成し、複数の垂直部材40を用いて回転流領域内に複数の異なる回転流を集中的に生成して一部重ね合わせ、これを用いて、微細な介在物を有効に除去することができる。
一方、以下において、長さ方向X、幅方向Y及び高さ方向Zとして、実施の形態について説明する。長さ方向Xは、溶融物注入部1から孔14へと向かう方向であり、幅方向Yは、溶融物注入部1から孔14へと向かう方向に交差する方向であってもよい。高さ方向Zは、上下方向または鉛直方向であってもよい。上述した方向は、実施の形態の理解への一助となるためであり、本発明の制限のためのものではない。
容器10は、長さ方向Xと幅方向Yに延びる底面部13と、底面部13の幅方向の両端部から上向きに突出する一対の幅方向の側壁部11と、底面部13の長さ方向の両端部から上向きに突出する一対の長さ方向の側壁部12と、を備えていてもよい。底面部13と、幅方向の側壁部11及び長さ方向の側壁部12により、容器10の内部に上側に開放された所定の形状の空間が形成可能である。
幅方向の側壁部11は、幅方向Yに延び、長さ方向Xに離間して対向配置され、長さ方向の側壁部12は、長さ方向Xに延び、幅方向Yに離間して対向配置されてもよい。
容器10は、長さ方向Xと幅方向Yの中心を基準として左右に対称となる長方形状であり、長さ方向Xの幅が幅方向Yの幅よりも大きくてもよい。容器10は、上部に溶融物注入部1が配置されるが、溶融物注入部1は、容器10の長さ方向Xと幅方向Yの中心の上に高さ方向Zに並ぶように配置される。
溶融物注入部1を間に挟んで長さ方向Xに互いに離間した底面部13の所定の位置にそれぞれ孔14が形成されてもよい。孔14は、幅方向の側壁部11の近くで底面部13を高さ方向Zに貫いて、底面部13の長さ方向の両端部の近くにそれぞれ形成されてもよい。孔14は、長さ方向Xと幅方向Yの中心を基準として左右に対称となっていてもよい。孔14を介して容器10内の溶融物Mが排出可能である。孔14には、ゲート80が取り付けられてもよい。
ガス注入部20は、溶融物注入部1と孔14との間において底面部13に取り付けられてもよい。ガス注入部20は、幅方向Yに延び、溶融物注入部1側から孔14側に向かって離間して底面部13に配設されるガス注入部本体21と、ガス注入部本体21の上面に凹状に形成されるガス注入口22と、ガス注入口22の上部を覆って取り付けられ、上面が容器10内に露出されるポーラス部23と、ガス注入口22に連通されるように底面部13とガス注入部本体21を貫いて取り付けられるガス注入管24と、を備えていてもよい。
ガス注入部20が溶融物Mに注入するガスによりガス注入部20の上側に溶融物Mの上昇流が形成される。上昇流は、溶融物Mの上部面、例えば、湯面の近くで分岐されて溶融物注入部1側を向く長さ方向の流れと、孔14側を向く長さ方向の流れと、にそれぞれ切り換えられ、チャンバー部30の後述する壁体部31に触れながら底面部13を向く下降流を形成する。
回転流により微細な介在物が浮き上がって分離されるのに十分な所定の時間の間に溶融物Mが容器10内の回転流領域50において複数回回転してもよく、溶融物Mの繰り返し回転により微細な介在物が湯面まで浮き上がって湯面の上のスラグSに捕集されて除去されたり、気泡の状態のガスに捕集されて除去されたりしてもよい。
このために、チャンバー部30は、ガス注入部20を間に挟んで両側にそれぞれ離間し、それぞれの下部が溶融物M中に浸漬される複数の壁体部31を備えていてもよい。なお、回転流領域50は、複数の壁体部31から下側に延びて底面部13にそれぞれつながる領域線により、底面部13とチャンバー部30との間において容器10内に所定の形状と大きさの空間として定義されてもよい。
チャンバー部30は、容器10の長さ方向の側壁部12の向かい合う面をつないで配設されてもよく、容器10の長さ方向の側壁部12の向かい合う面から離間するように配設されてもよい。
第1の壁体31aと第2の壁体31bは、湯面の近くから溶融物注入部1側へ向かう長さ方向の流れと、孔14側へ向かう長さ方向の流れをそれぞれ底面部13に向かう下降流に導いてもよい。下降流は、底面部13の近くでベンチュリ効果によりガス注入部20にむかってそれぞれ回収されて上昇流に取り込まれてもよく、これにより、回転流が形成可能である。すなわち、壁体部31は、回転流の形成に主な役割を果たす。
また、複数の垂直部材40は、高さ方向Zにそれぞれ延び、それぞれの下端が底面部13から離間し、それぞれの上端が容器10の内部に注入される溶融物Mに浸漬可能な高さに配設されてもよい。このとき、複数の垂直部材40は、それぞれ耐火物により構築されてもよく、堰を備えていてもよい。
例えば、複数の垂直部材40は、溶融物注入部1を介して容器10内に注入された溶融物Mの注入部側の流動P1がガス注入部20の上から容器10の上部へと導かれ、回転流を形成するときにこれを導く役割を果たし、ガス注入部20との間にベンチュリ効果を与えて回転流を生成及び保持する役割を果たす。
また、ガス注入部20の数が1つであり、複数の垂直部材40の数が3つ以上であれば、それぞれの垂直部材は、回転流領域50の3つ以上の位置をそれぞれ横切って配置され、ガス注入部20は、少なくともいずれか2つの垂直部材の間に位置するように底面部13に取り付けられてもよい。このとき、ガス注入部20は、隣り合う2つの垂直部材の間に位置してもよく、隣り合ういずれか3つの垂直部材のうち真ん中の垂直部材を向かい合うように位置してもよい。
このとき、ガス注入部20を隣り合う2つの垂直部材40の間に位置させれば、複数本の回転流を隣り合うように生成して重ね合わせることができ、これにより、ガスの吹込み量の増大なしに介在物の除去効率を向上させることができる。
たとえば、回転流領域50内の複数の位置において溶融物Mがいくつかの方向に異なるように回転流を形成しながら重なり合うことができるので、ガスの吹込み量を増量させて溶融物Mを集中的に強く回転させなくても、溶融物Mの回転量を極大化させることができる。このため、溶融物Mが回転流領域50を抜け出ないうちに溶融物Mを十分な時間の間に回転することができて、介在物の除去能を格段に向上させることができる。
たとえば、たとえガスの吹込み量を増やしたとしても、各回転流に割り当てることができるので、回転流の強さが増加しすぎることを防いで湯面を安定的に保持することができる。いうまでもなく、この場合であっても、溶融物Mが回転流領域50を抜け出ないうちに溶融物Mを十分な時間の間に回転することができて、介在物の除去能を格段に向上させることができ、すなわち、介在物の除去効率を向上させることができる。
さらに、ガス注入部20が複数、例えば、2つ以上配備されて互いに離間し、複数の垂直部材40が、例えば、3つ以上配備されて互いに離間すれば、それぞれの垂直部材は、回転流領域50の3つ以上の位置をそれぞれ横切って配置され、それぞれのガス注入部20は、複数の垂直部材40のうち少なくともいずれか2つの垂直部材を間に挟んで互いに離間してもよい。このとき、複数のガス注入部20のうちの少なくともいずれか1つは、隣り合ういずれか2つの垂直部材の間に位置してもよい。あるいは、複数のガス注入部20のうちの少なくともいずれか1つは、複数の垂直部材40のうちのいずれか1つの垂直部材を向かい合うように位置してもよい。
図1から図3に示したとおり、複数の垂直部材40は、第1の垂直部材41及び第2の垂直部材42を備えていてもよい。このとき、溶融物注入部1に近い垂直部材が第1の垂直部材41であり、残りの一つが第2の垂直部材42である。第1の垂直部材41と第2の垂直部材42との間に1つのガス注入部20が位置してもよい。このような構造により、回転流領域50は、第1の回転流区間51と第2の回転流区間52とに分割可能である。
ダム部材60は、チャンバー部30の第2の壁体31bに沿って底面部13に向かう下降流を本流と枝流とに分けて導いてもよい。まず、下降流の枝流は、第2の壁体31bに沿って底面部13に向かっていて、孔14側を向くように分岐される流れである。下降流の枝流は、第2の壁体31bとダム部材60との間の離間空間を介して回転流領域50を抜け出た後、孔14側に向かう流動である孔側の流動P2を形成してもよい。下降流の本流は、ダム部材60の近くで孔14側に向かって分岐されることなく、下降流を維持しながら回転流領域50内において下降し続ける流れである。下降流の本流は、底面部13の近くでベンチュリ効果によりガス注入部20に向かって回収されて上昇流に取り込まれてもよく、これにより、回転流が形成可能である。
ゲート80は、孔14を開閉できるように容器10の下面に取り付けられてもよい。ゲート80は、スライドゲートを備えていてもよい。ゲート80にノズル70が取り付けられる。ノズル70は、ゲート80の開閉により孔14に連通されてもよい。ノズル70は、浸漬ノズル(Submerged Entry Nozzle)を備えていてもよい。
鋳型(Mold)は、長方形または正方形の中空状のブロックであってもよく、内部が上側及び下側に垂直に開かれてもよい。鋳型に供給された溶融物Mは、鋳片(Slab)の形状に1次凝固されてもよく、鋳型の下側に設けられた冷却帯(図示せず)を通過しながら2次冷却されて半製品である鋳片として連続鋳造されてもよい。
図4は、本発明の第1の変形例に係る溶融物の処理装置の概略図であり、図5は、本発明の第2の変形例に係る溶融物の処理装置の概略図であり、図6は、本発明の第3の変形例に係る溶融物の処理装置の概略図であり、図7は、本発明の第4の変形例に係る溶融物の処理装置の概略図である。
図3及び図4に示したとおり、本発明の第1の変形例においては、複数の垂直部材40Aが第1の垂直部材41A、第2の垂直部材42A、第3の垂直部材43Aを備えていてもよい。このとき、第1の垂直部材41A、第2の垂直部材42A及び第3の垂直部材43Aは、回転流領域50Aの3つの位置をそれぞれ横切って配置され、溶融物注入部1に最も近い位置に第1の垂直部材41Aが位置し、これに続く位置に第2の垂直部材42Aと第3の垂直部材43Aとがこの順に位置してもよい。このような構造において、回転流領域50Aは、第1の回転流区間51Aと連結区間52Aと第2の回転流区間53Aとに分割可能である。
溶融物Mは、各回転流に沿って流れ、連結区間52Aの下部から各回転流に自由に取り込まれる。たとえ回転流領域50A内の溶融物Mの一部が孔14側に向かって移動したとしても、第2の回転流C2により回転することができ、溶融物Mの滞留時間とガスとの接触時間とを延ばすことができる。
さらにまた、第2の垂直部材42Aがガスを分岐させるので、たとえガスの注入量を2倍に増やしたとしても、湯面に裸湯が生じることを抑制または防止することができる。
ガス注入部20Bは、第1のガス注入部21Bと第2のガス注入部22Bとを備えていてもよい。ガス注入部20Bは、第1の垂直部材41Bと第2の垂直部材42Bを間に挟んで互いに離間してもよい。このとき、第1のガス注入部21Bは、第1の壁体31aと第1の垂直部材41Bとの間に位置してもよく、第2のガス注入部22Bは、第2の垂直部材42Bと第2の壁体31bとの間に位置してもよい。
溶融物Mは、各回転流に沿って流れ、たとえ回転流領域50B内の溶融物Mの一部が孔14側に向かって移動したとしても、第2の回転流C4により回転することができ、これにより、溶融物Mの滞留時間とガスとの接触時間とを延ばすことができる。
また、たとえ湯面のスラグが溶融物Mに混入されたとしても、その位置が第1の垂直部材41Bと第2の垂直部材42Bとの間に限定されるので、孔14側に向かって流動することが防止され、回転流領域50B内で留まって浮き上がり分離されることができる。
ガス注入部20Cは、第1のガス注入部21C及び第2のガス注入部22Cを備えていてもよい。第1のガス注入部21Cは、第1の壁体31aと第1の垂直部材41Cとの間に位置してもよく、第2のガス注入部22Cは、第2の垂直部材42Cと第3の垂直部材43Cとの間に位置してもよい。回転流領域50Cは、第1の回転流区間51C、第2の回転流区間52C、及び第3の回転流区間53Cに分割されてもよい。
第2の垂直部材42Cと第3の垂直部材43Cとの間に生成される上昇流は、湯面において長さ方向Xの両側に分割され、第1の垂直部材41Cと第2の垂直部材42Cとの間に生成される下降流と、第3の垂直部材43Cと第2の壁体31bとの間に生成される下降流とが第2の垂直部材42Cと第3の垂直部材43Cとの間に回収されながら、第2の回転流C6と第3の回転流C7とが生成されてもよい。
ガス注入部20Dは、第1のガス注入部21D及び第2のガス注入部22Dを備えていてもよい。このとき、第1のガス注入部21Dは、第1の垂直部材41Dと向かい合うように第1の垂直部材41Dの下側に位置し、第2のガス注入部22Dは、第3の垂直部材43Dと第2の壁体31bとの間に位置してもよい。回転流領域50Dは、第1の回転流区間51D、第2の回転流区間52D、第3の回転流区間53Dに分割されてもよい。
第1の壁体31aと第3の垂直部材43Dとの間に生成される上昇流と、第2の垂直部材42Dと第3の垂直部材43Dとの間において複数のガス注入部20Dにより生成される下降流とが互いに連携されて第2の回転流C10が生成され、第2の回転流区間52Dと第3の回転流区間53Dとの間の境界において重なり合うことができる。
すなわち、タンディッシュの底面部にガス注入部20を配設し、ガス注入部20を上下に向かい合うようにタンディッシュの上部にチャンバー部30を配設して回転流領域を設け、回転流領域内に複数の垂直部材40を配設する。次いで、タンディッシュに溶鋼を受鋼して連続鋳造工程を行う間にガス注入部20にアルゴンガスを注入して回転流を生成することができる。このとき、異なる区間においてそれぞれの垂直部材40を中心とする異なる複数本の回転流を生成しながら、隣り合う区間の間の境界において隣り合う回転流同士を重ね合わせることができる。
さらに、複数の垂直部材40のうち少なくとも隣り合ういずれか2つの垂直部材を間に挟んで複数のガス注入部20を離間させて配設し、ガスの吹込み量を増大させて複数本の回転流を生成することができるが、このとき、隣り合う回転流同士が重なり合うので、たとえスラグの一部が溶鋼内に混入されたとしても、これを回転流が重なり合う位置に寄せ集めて浮き上がらせることができ、湯面の上にスラグを安定的に保持しながら介在物の除去効率を向上させることができる。
例えば、ガス注入部20を介して溶融物Mに吹き込まれるガスの吹込み量を単に増やす方式で回転流の強さを増加させて介在物の除去効率を高めることができるが、この方式では、ガスが1ヵ所に集中的に吹き込まれながら一方向に強い回転流を生成するため、湯面の流動が不安定になり、その結果、スラグが溶融物M中に混入されるなどの問題を引き起こす虞がある。したがって、介在物の除去効率を高めるために単にガスの吹込み量を増やすことには限界がある。
さらに、本発明の実施の形態においては、たとえガスの吹込み量を増やしたとしても、ガスの吹込み量の増加分を異なる複数本の回転流に分散させて回転流のそれぞれの強さが増加することを抑えることができて、湯面をなお一層安定的に保持することができる。
10:容器
11:(幅方向の)側壁部
12:(長さ方向の)側壁部
13:底面部
14:孔
20,20A,20B,20C,20D::ガス注入部
21:ガス注入部本体
21B,21C,21D:第1のガス注入部
22:ガス注入口
22B,22C,22D:第2のガス注入部
23:ポーラス部
24:ガス注入管
30:チャンバー部
31:壁体部
31a:第1の壁体
31b:第2の壁体
32:リッド部材
40,40A,40B,40C,40D:垂直部材
41,41A,41B, 41C,41D:第1の垂直部材
42,42A,42B,42C,42D:第2の垂直部材
43,43A,43C,43D:第3の垂直部材
50,50A,50B,50C,50D:回転流領域
51,51A,51B,51C,51D:第1の回転流区間
52,53A,52B,52C,52D:第2の回転流区間
52A:連結区間
53C,53D:第3の回転流区間
60:ダム部材
70:ノズル
80:ゲート
C1,C3,C5:第1の回転流
C2,C4,C6,C10:第2の回転流
C7:第3の回転流
C8:第1の回転流支流
C9:第1の回転流本流
M:溶融物
P1:注入部側の流動
P2:孔側の流動
S:スラグ
X:長さ方向
Y:幅方向
Z:高さ方向
Claims (11)
- 上部に溶融物注入部が配置され、底面部に孔が形成される容器と、
前記溶融物注入部と孔との間において前記底面部に取り付けられるガス注入部と、
前記ガス注入部を向かい合うように前記容器の上部に形成され、内部が下側に開かれるチャンバー部と、
前記チャンバー部と底面部との間に形成される回転流領域の複数の位置を横切るようにそれぞれ配置される複数の垂直部材を備え、
それぞれの垂直部材は、前記回転流領域の3つ以上の位置をそれぞれ横切って配置され、
前記ガス注入部は、隣り合ういずれか3つの垂直部材のうち真ん中の垂直部材と向かい合うように位置し、
前記チャンバー部は、前記ガス注入部を間に挟んで両側にそれぞれ離間した複数の壁体部を備え、
前記複数の壁体部は、それぞれの下端が前記容器の内部に注入される溶融物に浸漬可能な高さに延びることを特徴とする溶融物の処理装置。 - 上部に溶融物注入部が配置され、底面部に孔が形成される容器と、
前記溶融物注入部と孔との間において前記底面部に取り付けられるガス注入部と、
前記ガス注入部を向かい合うように前記容器の上部に形成され、内部が下側に開かれるチャンバー部と、
前記チャンバー部と底面部との間に形成される回転流領域の複数の位置を横切るようにそれぞれ配置される複数の垂直部材を備え、
前記ガス注入部は、複数配備されて互いに離間し、
それぞれのガス注入部は、前記複数の垂直部材のうちの少なくともいずれか2つの垂直部材を間に挟んで互いに離間し、
前記チャンバー部は、前記ガス注入部を間に挟んで両側にそれぞれ離間した複数の壁体部を備え、
前記複数の壁体部は、それぞれの下端が前記容器の内部に注入される溶融物に浸漬可能な高さに延びることを特徴とする溶融物の処理装置。 - それぞれの垂直部材は、前記回転流領域の3つ以上の位置をそれぞれ横切って配置され、
複数のガス注入部のうちの少なくともいずれか1つは、隣り合ういずれか2つの垂直部材の間に位置することを特徴とする請求項2に記載の溶融物の処理装置。 - それぞれの垂直部材は、前記回転流領域の3つ以上の位置をそれぞれ横切って配置され、
複数のガス注入部のうちの少なくともいずれか1つは、前記複数の垂直部材のうちのいずれか1つの垂直部材と向かい合うように位置することを特徴とする請求項2に記載の溶融物の処理装置。 - 前記複数の垂直部材は、前記溶融物注入部から孔に向かって互いに離間した複数の位置を前記溶融物注入部から孔へと向かう方向に交差する方向にそれぞれ横切ることを特徴とする請求項1に記載の溶融物の処理装置。
- 前記複数の垂直部材は、それぞれの下端が前記底面部から離間し、それぞれの上端が前記容器の内部に注入される溶融物に浸漬可能な高さに配設されることを特徴とする請求項1に記載の溶融物の処理装置。
- 前記回転流領域は、前記複数の壁体部から下側に向かって延びて前記底面部にそれぞれつながる領域線により限定されることを特徴とする請求項1に記載の溶融物の処理装置。
- 前記チャンバー部は、
前記ガス注入部と向かい合うように前記容器の上部に形成されるリッド部材と、
前記リッド部材の溶融物注入部側の端部から下向きに延びる第1の壁体と、
前記リッド部材の孔側の端部から下向きに延びる第2の壁体と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の溶融物の処理装置。 - 前記第1の壁体は、前記溶融物注入部と前記ガス注入部との間に位置し、前記第2の壁体は、前記ガス注入部と前記孔との間に位置し、前記第1の壁体と第2の壁体との間に前記複数の垂直部材が位置することを特徴とする請求項8に記載の溶融物の処理装置。
- 前記ガス注入部と孔との間において前記回転流領域の境界に沿って前記容器の下部を横切るように形成されるダム部材を備えることを特徴とする請求項1に記載の溶融物の処理装置。
- 前記ダム部材は、下端が前記底面部に触れ、上端が前記チャンバー部の下側に離間可能な高さに形成されることを特徴とする請求項10に記載の溶融物の処理装置。
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