JP6904132B2 - 連続鋳造用タンディッシュ - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造において鋳型に注入される前の溶融金属を一旦貯留する、連続鋳造用タンディッシュに関する。

連続鋳造において、鋳型内に溶融金属（例えば溶鋼）を安定して注入するために、取鍋によって鋳型に輸送される溶融金属を当該鋳型に注入する前に一旦受け入れる、タンディッシュと呼ばれる装置が用いられている。タンディッシュは、取鍋の溶融金属を受け入れて安定させる役割とともに、鋳型が複数個ある場合には、当該複数の鋳型に溶融金属を分配する役割を担っている。また、タンディッシュは、溶融金属中の介在物を除去して、溶融金属の清浄度を向上させるという機能も有している。具体的には、一般的に、溶融金属中の介在物の比重は、当該溶融金属の比重よりも小さいため、タンディッシュに一旦溶融金属を貯留することにより、当該介在物が溶融金属内で浮上して除去されることとなる。

ここで、多くの介在物が残存したまま溶融金属が鋳型内に注入されれば、当該介在物が鋳片にも混入することとなる。当該介在物は、鋳片における欠陥の原因となり得る。また、当該介在物は、その後の工程において、圧延時の疵や、プレス時の割れといった、製品の不良の原因となる恐れもある。従って、鋳片の品質向上や、製品不良の発生率の低減を実現するためには、タンディッシュの介在物除去機能をより向上させることが重要である。

そこで、タンディッシュにおいては、その介在物除去機能を向上させるための技術が数多く開発されている。例えば、特許文献１、２には、タンディッシュ内に、溶融金属を通過させるスリットを有する堰が設けられた構成が開示されている。堰が設けられることにより、タンディッシュ内において、取鍋からの溶融金属の流入部から鋳型への溶融金属の流出部に直接的に向かう溶融金属の流れが遮られることとなる。従って、溶融金属のタンディッシュ内での滞留時間をより長くすることができ、介在物の浮上分離をより促進することができる。

特開２０１０−８９１５１号公報 特開２００８−１７８８８４号公報

しかしながら、近年、例えば自動車用外装材等の一部の製品に求められる品質は年々厳しくなっており、連続鋳造で作製される鋳片にも、より介在物の混入の少ない、高品質な鋳片が求められている。かかる事情に鑑みれば、タンディッシュの介在物除去機能にも、より一層の向上が求められている。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、介在物の浮上分離をより促進することにより、介在物の混入がより抑えられた高品質な鋳片を得ることが可能な、新規かつ改良された連続鋳造用タンディッシュを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、連続鋳造において鋳型に注入される前の溶融金属を一旦貯留する連続鋳造用タンディッシュであって、前記連続鋳造用タンディッシュの内部において、前記溶融金属の流入部から前記溶融金属の流出部までの前記溶融金属の流路の途中に、前記溶融金属が通過するスリットが設けられた堰が設置されており、前記スリットは、前記流路の上流側から下流側に向かって、下方に傾斜しており、水平方向に延伸しておらず、前記堰の厚みが、前記スリットの上下方向の幅の０．５〜０．７５倍である、連続鋳造用タンディッシュが提供される。

また、上記連続鋳造用タンディッシュにおいては、前記スリットの上面及び下面は、略同一の傾斜角度αで水平方向から下方に傾斜しており、前記傾斜角度αは、０°＜α≦６０°を満たしてもよい。

また、上記連続鋳造用タンディッシュにおいては、前記流入部から前記スリットの設置位置までの水平方向における距離ｘと、前記流入部から前記流出部までの水平方向における距離Ｌと、の比率ｘ／Ｌは、０．３≦ｘ／Ｌ≦０．５５を満たしてもよい。

以上説明したように本発明によれば、介在物の浮上分離をより促進することにより、介在物の混入がより抑えられた高品質な鋳片を得ることが可能になる。

本実施形態に係るタンディッシュの概略構成を示す断面図である。 図１に示す上堰をＸ軸方向における下流側から見た様子を示す図である。 図１に示す下堰をＸ軸方向における下流側から見た様子を示す図である。 図１に示すスリットの拡大図である。 本実施形態における、スリットによる介在物の浮上分離促進の効果について説明するための図である。 タンディッシュにおける従来の堰の構成、及び当該堰によって生じるタンディッシュ内の溶鋼の流れについて説明するための図である。 本実施形態に係るタンディッシュが適用され得る連続鋳造機の一構成例を概略的に示す側断面図である。 数値解析シミュレーションの結果求められた、スリットの傾斜角度αと、２００μｍ介在物流出率との関係を示すグラフ図である。 数値解析シミュレーションの結果求められた、流入部から堰の設置位置までの距離ｘと流入部から流出部までの距離Ｌとの比率ｘ／Ｌと、２００μｍ介在物流出率との関係を示すグラフ図である。 数値解析シミュレーションの結果求められた、堰の厚みｄと、２００μｍ介在物流出率との関係を示すグラフ図である。 本発明に係る堰及びスリットの他の構成例を示す図である。 本発明に係る堰及びスリットの更に他の構成例を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、以下の説明では、上下方向（鉛直方向）のことをＺ軸方向とも記載する。また、水平方向において互いに直交する２方向を、それぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向ともいう。また、この際、Ｘ軸方向を、水平方向において、後述する溶融金属（溶鋼）の流入部から流出部に向かう方向とする。

また、以下では、連続鋳造される対象となる金属材料が鉄鋼である場合を例に挙げて説明する。ただし、本発明はかかる例に限定されず、本発明に係る技術は、他の金属材料の連続鋳造に対しても好適に適用可能である。

（１．タンディッシュの構成）
（１−１．全体構成）
図１を参照して、本実施形態に係るタンディッシュの概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係るタンディッシュの概略構成を示す断面図である。図１では、本実施形態に係るタンディッシュを、Ｘ−Ｚ平面で切断した断面図を示している。

図１を参照すると、本実施形態に係るタンディッシュ１０は、外形が水平方向に長い船型の形状を有し、その内部に溶鋼２を貯留することができる。タンディッシュ１０の上面の略中央には、溶鋼２を取鍋からタンディッシュ１０内に注入する注入ノズル１１１が挿入される。タンディッシュ１０の端部近傍の底面には、溶鋼２を外部に流出させる流出口１１３が設けられている。図示する構成例では、水平面内において対称な位置に、２つの流出口１１３が設けられている。図示を省略しているが、流出口１１３には、下方に延伸する浸漬ノズルの基端が取り付けられる。当該浸漬ノズルの先端は、タンディッシュ１０の下方に設置される鋳型内に位置しており、溶鋼２は、タンディッシュ１０の流出口１１３から、当該浸漬ノズルを介して、鋳型内に注入される。

このように、タンディッシュ１０内には、注入ノズル１１１から溶鋼２が流入し、流出口１１３から溶鋼２が流出する。つまり、タンディッシュ１０内には、注入ノズル１１１から流出口１１３に向かう、溶鋼２の流れが形成され得る。なお、以下では、タンディッシュ１０において、溶鋼２が流入する部位（すなわち、注入ノズル１１１の設置位置に対応する部位）を、流入部ともいい、溶鋼２が流出する部位（すなわち、流出口１１３の配設位置に対応する部位）を、流出部ともいう。また、流入部から流出部に向かう溶鋼２の流れについて、流入部側のことを上流側ともいい、流出部側のことを下流側ともいう。

タンディッシュ１０内において、流入部から流出部に向かう溶鋼２の流路上には、堰１０１が設置される。図示する構成例では、２つの流出口１１３（すなわち、２つの流出部）に対して、流入部から見て対称的な位置に、堰１０１がそれぞれ設けられている。

堰１０１は、タンディッシュ１０の上面から下方に向かって延伸する上堰１０３と、タンディッシュ１０の下面から上方に向かって延伸する下堰１０５と、から構成される。図２及び図３に示すように、上堰１０３及び下堰１０５は、ともに、板状の耐火物によって形成される。ここで、図２は、図１に示す上堰１０３をＸ軸方向における下流側から見た様子を示す図である。また、図３は、図１に示す下堰１０５をＸ軸方向における下流側から見た様子を示す図である。

上堰１０３の下端と、下堰１０５の上端との間に、スリット１０７が形成される。すなわち、上堰１０３の下端面がスリット１０７の上面に該当し、下堰１０５の上端面がスリット１０７の下面に該当する。当該スリット１０７は、定常操業時のタンディッシュ１０内の溶鋼２の湯面よりも下方に形成されており、流入部から流入した溶鋼２は、当該スリット１０７を通過して流出部に向かうこととなる。スリット１０７の構成の詳細については後述する。

また、図３に示すように、下堰１０５の下端（すなわち、タンディッシュ１０の底面と接触する端部）の一部領域には、開口部（排出孔１０９）が形成される。当該排出孔１０９は、操業停止時（すなわち、タンディッシュ１０への溶鋼２の供給が停止されたとき）に、タンディッシュ１０内の溶鋼２を外部に排出するためのものである。排出孔１０９が設けられないと、操業停止時に、上流側の溶鋼２が下堰１０５によって堰き止められてしまい、外部に排出されないこととなる。この排出されない溶鋼２は、その後廃棄されることとなるため、歩留まりの低下を引き起こす。本実施形態では、排出孔１０９を設けることにより、このような操業停止時における溶鋼２の残留を抑制し、歩留まりを向上させる効果が得られる。

排出孔１０９の形状や形成位置は、操業停止時に溶鋼２を効率的に排出し得るように適宜決定されてよい。ただし、排出孔１０９の形状、及び形成位置を適切に決定することにより、定常操業時には溶鋼２が当該排出孔１０９を通過せずにスリット１０７を通過し、操業停止時には溶鋼２が当該排出孔１０９を通過するように、溶鋼２の流れを制御することが可能となる。この、排出孔１０９の適切な形状、及び形成位置については、下記（１−４．排出孔について）で詳細に説明する。

（１−２．スリットの構成）
図１に示すスリット１０７の構成について詳細に説明する。図４は、図１に示すスリット１０７の拡大図である。本実施形態では、図４に示すように、上堰１０３の下端面、及び下堰１０５の上端面は、水平方向から角度αだけ、上流側から下流側に向かって、下方に傾斜するように形成されている。つまり、上堰１０３と下堰１０５との間に形成されるスリット１０７は、水平方向から角度αだけ、上流側から下流側に向かって、下方に傾斜する形状を有している。

かかる構成を有することにより、本実施形態では、タンディッシュ１０内での溶鋼２の流れが好適に制御され、介在物の浮上分離が促進される。この、スリット１０７による介在物の浮上分離促進の効果について、図５を参照して具体的に説明する。図５は、本実施形態における、スリット１０７による介在物の浮上分離促進の効果について説明するための図である。図５は、図１に対して、タンディッシュ１０内での溶鋼２の流れを模擬的に矢印で追加して示したものである。

図５に示すように、注入ノズル１１１からタンディッシュ１０内に注入された溶鋼２は、タンディッシュ１０の底面に衝突し、その後上昇しながら、下流に向かう（図中Ａ）。この溶鋼２の流れは、下流に存在する堰１０１に向かい、当該堰１０１のスリット１０７を通過して更に下流に向かう（図中Ｂ）。このとき、本実施形態では、スリット１０７が下方に傾斜しているため、スリット１０７を通過することにより、溶鋼２には、下方に向かう流れが生じる。

スリット１０７の形状により下方に向かった溶鋼２の流れは、熱対流により、上昇流に転じる（図中Ｃ）。そして、溶鋼２の湯面に衝突し、湯面近傍で、上流側に向かう流れと下流側に向かう流れを生じさせる。上流側に向かう流れは、上堰１０３の下流側の壁面に衝突し、下降流を形成する（図中Ｄ）。つまり、上堰１０３の下流側の壁面近傍において、渦が形成される。一方、下流側に向かう流れは、タンディッシュの下流側の壁面に衝突し、下降流を形成し、そのまま流出口１１３から下方に向かう流れとなる（図中Ｅ）。

ここで、比較のため、タンディッシュにおける従来の一般的な堰の構成について説明する。図６は、タンディッシュ１０における従来の堰の構成、及び当該堰によって生じるタンディッシュ１０内の溶鋼２の流れについて説明するための図である。図６では、図５と同様に、タンディッシュ１０内での溶鋼２の流れを模擬的に矢印で示している。

図６を参照すると、従来の堰２０１は、本実施形態と同様に、タンディッシュ１０内において、流入部から流出部に向かう溶鋼２の流路に形成され、タンディッシュ１０の上面から下方に向かって延伸する上堰２０３と、タンディッシュ１０の底面から上方に向かって延伸する下堰２０５と、から構成される。また、下堰２０５には、本実施形態と同様に、その下端に排出孔２０９が設けられる。ただし、本実施形態とは異なり、上堰２０３の下端、及び下堰２０５の上端は、略水平面を有する。つまり、堰２０１では、上堰２０３と下堰２０５との間に形成されるスリット２０７は、傾斜を有しておらず、略水平方向に延伸する。

かかるスリット２０７を有することにより、従来の堰２０１を有するタンディッシュ１０内では、以下のような流れが生じる。注入ノズル１１１からタンディッシュ１０内に注入された溶鋼２は、タンディッシュ１０の底面に衝突し、その後上昇しながら、下流に向かう（図中Ａ）。この溶鋼２の流れは、下流に存在する堰２０１に向かい、当該堰２０１のスリット２０７を通過して更に下流に向かう（図中Ｂ）。このとき、従来の構成では、スリット２０７が略水平方向に延伸しているため、スリット２０７を通過した溶鋼２は、そのまま上方向に進み、溶鋼２の湯面に衝突する。そして、溶鋼２は、湯面近傍を下流側に向かって進み、タンディッシュの下流側の壁面に衝突し、下降流を形成し、そのまま流出口１１３から下方に向かう（図中Ｃ）。

以上説明した、図５に示す本実施形態における溶鋼２の流れと、図６に示す従来の構成における溶鋼２の流れと、を比較すると、従来の構成では、上昇流によって溶鋼２の流れが湯面に到達するまでの時間がより短い。従って、結果的に、流入部から流出部までの溶鋼２の流路が短くなるとともに、当該上昇流の速度が速くなる。流入部から流出部までの溶鋼２の流路が短くなれば、それだけ、タンディッシュ内での溶鋼２の滞留時間も短くなるため、介在物の浮上分離が好適に促進されない。また、上昇流の速度が速いことにより、当該上昇流が溶鋼２の湯面に衝突した際に、当該湯面が乱され、当該湯面上の介在物を巻き込んでしまう可能性が高くなる。

一方、本実施形態によれば、堰１０１のスリット１０７に下向きの傾斜が設けられることにより、当該スリット１０７を通過した溶鋼２について下降流が形成され、その後熱対流による上昇流が生じる。従って、上昇流によって溶鋼２の流れが湯面に到達するまでの時間が、従来の構成に比べてより長い。よって、結果的に、流入部から流出部までの溶鋼２の流路が長くなるとともに、当該上昇流の速度が遅くなる。流入部から流出部までの溶鋼２の流路が長くなれば、それだけ、タンディッシュ内での溶鋼２の滞留時間も長くなるため、介在物の浮上分離が好適に促進される。また、上昇流の速度が遅いことにより、当該上昇流が溶鋼２の湯面に衝突した際に、当該湯面が乱される可能性が低くなるため、当該湯面上の介在物を巻き込み難くなる。

また、本実施形態によれば、上記のように、スリット１０７を通過した溶鋼２について下降流が形成され、その後熱対流による上昇流が生じるため、当該上昇流は、従来の構成に比べて、溶鋼２の湯面に対してより垂直な方向から衝突することとなる。従って、上述したように、本実施形態では、溶鋼２の湯面に衝突した後に上流側に向かう流れが形成され、上堰１０３の下流側の壁面近傍に渦が形成され得る。かかる渦が形成されることにより、湯面に浮上した介在物が上堰１０３の下流側の壁面近傍に集積され、溶鋼２に巻き込まれ難くなるとともに、流入部から流出部までの溶鋼２の流路がより長くなるため、介在物の浮上分離も更に促進される。

このように、本実施形態によれば、堰１０１のスリット１０７に下向きの傾斜が設けられることにより、タンディッシュ１０内での溶鋼２の流れが、そのタンディッシュ１０内での溶鋼２の滞留時間がより長くなるように好適に制御されるため、介在物の浮上分離をより促進することが可能となる。

ここで、本実施形態に係る堰１０１の具体的な形状や設置位置等は、以上説明した介在物の浮上分離の効果が適切に得られるように（換言すれば、タンディッシュ１０内において以上説明したような適切な溶鋼２の流れが生じ得るように）、水モデル実験や、実機を用いた実験、数値解析シミュレーション等によって適宜決定されてよい。この際、介在物の浮上分離がより効果的に促進され得るように、上堰１０３の下流側の壁面近傍に渦が形成され得るように堰１０１の形状及び設置位置等が決定されることがより好ましい。

例えば、本発明者らによる数値解析シミュレーションの結果、スリット１０７の水平方向を基準とした下方への傾斜角度αについては、約０°＜α≦約６０°とすることにより、介在物の浮上分離の効果を好適に得ることができる。

なお、傾斜角度αの上限については、構造的な観点からも、α＝６０°程度が妥当であると考えられる。具体的には、タンディッシュ１０内に下堰１０５を取り付ける際には、当該下堰１０５が溶鋼２中で浮上してしまわないように、タンディッシュ１０の内壁と、下堰１０５の上端の両端部（図３における下堰１０５の上端のＹ軸方向の両端部）との間に、くさびが打ち込まれることが一般的である。スリット１０７の傾斜角度αが大きくなるほど、すなわち、下堰１０５の上端面の傾斜角度αが大きくなるほど、下堰１０５の上端は薄くなることとなるため、このくさびが打ち込まれる際に、当該下堰１０５の上端が破損してしまう可能性が高まる。従って、下堰１０５をタンディッシュ１０に取り付ける施工時における当該下堰１０５の破損を抑制するために、当該下堰１０５の上端はある程度の厚みを有していることが好ましい。本発明者らによる検討の結果、かかる厚みを確保するための傾斜角度αの上限は、６０°程度であると考えられる。

また、例えば、本発明者らによる数値解析シミュレーションの結果、流入部から流出部までの溶鋼２の流路における堰１０１の設置位置については、流入部から堰１０１の設置位置までの距離（注入ノズル１１１の中心から堰１０１の中心までの距離）をｘ、流入部から流出部までの距離（注入ノズル１１１の中心から流出口１１３の中心までの距離）をＬとした場合に、約０．３≦ｘ／Ｌ≦約０．５５とすることにより、介在物の浮上分離の効果を好適に得ることができる（ｘ、Ｌについては図１を参照）。

また、例えば、本発明者らによる数値解析シミュレーションの結果、堰１０１の厚みｄについては、好ましくはスリット１０７の上下方向の幅ｔの約０．５倍以上、かつ当該幅ｔの約０．７５倍以下とすること（すなわち、約０．５ｔ≦ｄ≦約０．７５ｔとすること）により、介在物の浮上分離の効果を好適に得ることができる（ｄ、ｔについては図４を参照）。

なお、スリット１０７の幅ｔについては、スリット１０７が所望の開口面積を有するように、適宜決定されてよい。例えば、スリット１０７の開口面積が小さ過ぎれば、介在物の付着等により当該スリット１０７が閉塞する危険性が高まる。また、スリット１０７の開口面積が大き過ぎれば、スリット１０７がスリットとして機能しなくなり、溶鋼２に下向きの流れを生じさせることができなくなってしまう。従って、スリット１０７の開口面積は、当該スリット１０７の閉塞を回避し得るように、かつ、溶鋼２に下向きの流れを生じさせ得るように、適宜決定されてよい。

スリット１０７の開口面積は、堰１０１の幅方向における長さ（図２及び図３における上堰１０３及び下堰１０５のＹ軸方向の長さ）、及びスリット１０７の幅ｔで規定され得るが、堰１０１の幅方向における長さは、タンディッシュ１０のＹ軸方向の長さによって決定されてしまう。従って、実質的には、スリット１０７の開口面積は、スリット１０７の幅ｔで調整され得ることとなる。よって、本実施形態では、上記のように、スリット１０７の幅ｔは、スリット１０７が所望の開口面積を有するように適宜決定され得るとしている。

一例として、一般的な操業時における鋳造条件を仮定すると、本発明者らによる数値解析シミュレーションの結果、スリット１０７の閉塞を好適に回避し、かつ、溶鋼２に下向きの流れを生じさせ得る適切なスリット１０７の開口面積Ｓ_１は、約０．１０ｍ^２≦Ｓ_１≦約０．３５ｍ^２程度である。従って、例えば、かかる開口面積Ｓ_１を実現し得るように、スリット１０７の幅ｔが決定され得る。

（１−３．排出孔について）
上述したように、本実施形態に係る堰１０１には、その下堰１０５に排出孔１０９が設けられる。かかる排出孔１０９が設けられることにより、操業停止時における溶鋼２の排出が促進される効果が得られるが、その反面、注入ノズル１１１からタンディッシュ１０内に注入された溶鋼２の一部が、スリット１０７を通らずに、当該排出孔１０９を通過して流出口１１３に向かうことが懸念される。排出孔１０９を通過する溶鋼２の流れにおいては、当該溶鋼２内の介在物が十分に浮上分離されず、当該介在物がそのまま流出口１１３に向かって流れる恐れがある。

そこで、本実施形態では、本願出願人による先行出願である上記特許文献１に記載の技術を、排出孔１０９の構成に適用してもよい。具体的には、本実施形態では、下記数式（１）〜（３）を全て満たすように、排出孔１０９が構成されてもよい。ここで、Ｈはタンディッシュ１０の底面から排出孔１０９の下端までの距離であり、ｈは排出孔１０９の高さ（すなわち、上下方向の長さ）であり、Ｓ_０は最大の溶鋼流路断面積であり、Ｓ_１は上記のようにスリット１０７の開口面積であり、Ｓ_２は排出孔１０９の開口面積である。なお、最大の溶鋼流路断面積とは、通常操業時における最大流量時の溶鋼流路断面積であり、溶鋼流路断面積とは、堰１０１の設置位置における、タンディッシュ１０の底面及び側壁、並びに溶鋼２の湯面によって囲まれる領域の面積である。

上記特許文献１にも記載されているように、上記数式（１）〜（３）を全て満たすように排出孔１０９を構成した場合には、通常操業時において、堰１０１の上流側において生じる撹拌流（上述した、注入ノズル１１１から注入された溶鋼２がタンディッシュ１０の底面に衝突して生じる上昇流に対応する）により、排出孔１０９の上流側の溶鋼２の圧力が下流側の溶鋼２の圧力よりも低下するため、上流側の溶鋼２が排出孔１０９を通過して下流側に流れ難くなる効果を得ることができる。従って、上述したような、排出孔１０９を通過する流れが生じることによって介在物の浮上分離の効果が弱まる現象の発生が抑制され得る。なお、操業停止時には、堰１０１の上流側において撹拌流が生じないため、排出孔１０９の上流側及び下流側における溶鋼２の圧力差が解消し、上流側の溶鋼２が排出孔１０９を通過して下流側に流れることとなる。従って、溶鋼２が残存してしまう事態も好適に抑制され得る。

このように、本実施形態に係る堰１０１の構成に対して、上記特許文献１に記載の技術を更に適用することにより、スリット１０７を通過せずに排出孔１０９を通過して流出口１１３に向かう流れの発生を確実に抑制することが可能となるため、介在物の浮上分離の効果をより好適に得ることが可能となる。

（２．連続鋳造機の構成）
図７を参照して、以上説明した本実施形態に係るタンディッシュ１０が適用され得る連続鋳造機の構成、及び当該連続鋳造機を用いた連続鋳造方法について説明する。図７は、本実施形態に係るタンディッシュ１０が適用され得る連続鋳造機の一構成例を概略的に示す側断面図である。

図７に示すように、本実施形態に係る連続鋳造機１は、連続鋳造用の鋳型５を用いて溶鋼２を連続鋳造し、スラブ等の鋳片３を製造するための装置である。連続鋳造機１は、鋳型５と、取鍋４と、タンディッシュ１０と、浸漬ノズル６と、二次冷却装置７と、鋳片切断機８と、を備える。

取鍋４は、溶鋼２を外部からタンディッシュ１０まで搬送するための可動式の容器である。取鍋４は、タンディッシュ１０の上方に配置され、取鍋４内の溶鋼２がタンディッシュ１０に供給される。タンディッシュ１０は、鋳型５の上方に配置され、溶鋼２を貯留して、当該溶鋼２中の介在物を除去する。本実施形態では、かかるタンディッシュ１０として、以上説明した堰１０１を備えるタンディッシュ１０が用いられる。浸漬ノズル６は、タンディッシュ１０の下端から鋳型５に向けて下方に延び、その先端は鋳型５内の溶鋼２に浸漬されている。当該浸漬ノズル６は、タンディッシュ１０にて介在物が除去された溶鋼２を鋳型５内に連続供給する。

鋳型５は、鋳片３の幅及び厚さに応じた四角筒状であり、例えば、一対の長辺鋳型板で一対の短辺鋳型板を両側から挟むように組み立てられる。長辺鋳型板及び短辺鋳型板（以下、鋳型板と総称することがある）は、例えば冷却水が流動する水路が設けられた水冷銅板である。鋳型５は、かかる鋳型板と接触する溶鋼２を冷却して、鋳片３を製造する。鋳片３が鋳型５下方に向かって移動するにつれて、内部の未凝固部３ｂの凝固が進行し、外殻の凝固シェル３ａの厚さは、徐々に厚くなる。かかる凝固シェル３ａと未凝固部３ｂを含む鋳片３は、鋳型５の下端から引き抜かれる。

二次冷却装置７は、鋳型５の下方の二次冷却帯９に設けられ、鋳型５下端から引き抜かれた鋳片３を支持及び搬送しながら冷却する。この二次冷却装置７は、鋳片３の厚さ方向両側に配置される複数対の支持ロール（例えば、サポートロール１１、ピンチロール１２及びセグメントロール１３）と、鋳片３に対して冷却水を噴射する複数のスプレーノズル（図示せず）とを有する。

二次冷却装置７に設けられる支持ロールは、鋳片３の厚さ方向両側に対となって配置され、鋳片３を支持しながら搬送する支持搬送手段として機能する。当該支持ロールにより鋳片３を厚さ方向両側から支持することで、二次冷却帯９において凝固途中の鋳片３のブレイクアウトやバルジングを防止できる。

支持ロールであるサポートロール１１、ピンチロール１２及びセグメントロール１３は、二次冷却帯９における鋳片３の搬送経路（パスライン）を形成する。このパスラインは、図７に示すように、鋳型５の直下では垂直であり、次いで曲線状に湾曲して、最終的には水平になる。二次冷却帯９において、当該パスラインが垂直である部分を垂直部９Ａ、湾曲している部分を湾曲部９Ｂ、水平である部分を水平部９Ｃと称する。このようなパスラインを有する連続鋳造機１は、垂直曲げ型の連続鋳造機１と呼称される。なお、本発明は、図７に示すような垂直曲げ型の連続鋳造機１に限定されず、湾曲型又は垂直型など他の各種の連続鋳造機にも適用可能である。

サポートロール１１は、鋳型５の直下の垂直部９Ａに設けられる無駆動式ロールであり、鋳型５から引き抜かれた直後の鋳片３を支持する。鋳型５から引き抜かれた直後の鋳片３は、凝固シェル３ａが薄い状態であるため、ブレイクアウトやバルジングを防止するために比較的短い間隔（ロールピッチ）で支持する必要がある。そのため、サポートロール１１としては、ロールピッチを短縮することが可能な小径のロールが用いられることが望ましい。図７に示す例では、垂直部９Ａにおける鋳片３の両側に、小径のロールからなる３対のサポートロール１１が、比較的狭いロールピッチで設けられている。

ピンチロール１２は、モータ等の駆動手段により回転する駆動式ロールであり、鋳片３を鋳型５から引き抜く機能を有する。ピンチロール１２は、垂直部９Ａ、湾曲部９Ｂ及び水平部９Ｃにおいて適切な位置にそれぞれ配置される。鋳片３は、ピンチロール１２から伝達される力によって鋳型５から引き抜かれ、上記パスラインに沿って搬送される。なお、ピンチロール１２の配置は図７に示す例に限定されず、その配置位置は任意に設定されてよい。

セグメントロール１３（ガイドロールともいう）は、湾曲部９Ｂ及び水平部９Ｃに設けられる無駆動式ロールであり、上記パスラインに沿って鋳片３を支持及び案内する。セグメントロール１３は、パスライン上の位置によって、及び、鋳片３のＦ面（Ｆｉｘｅｄ面、図７では左下側の面）とＬ面（Ｌｏｏｓｅ面、図７では右上側の面）のいずれに設けられるかによって、それぞれ異なるロール径やロールピッチで配置されてよい。

鋳片切断機８は、上記パスラインの水平部９Ｃの終端に配置され、当該パスラインに沿って搬送された鋳片３を所定の長さに切断する。切断された厚板状の鋳片１４は、テーブルロール１５により次工程の設備に搬送される。

以上、図７を参照して、本実施形態に係る連続鋳造機１の全体構成について説明した。なお、本実施形態では、タンディッシュ１０として、堰１０１を備えるタンディッシュ１０が用いられればよく、連続鋳造機１における当該タンディッシュ１０以外の構成は、一般的な従来の連続鋳造機と同様であってよい。従って、連続鋳造機１の構成は図示したものに限定されず、連続鋳造機１としては、あらゆる構成のものが用いられてよい。

本発明の効果について確認するために数値解析シミュレーションを行った結果について説明する。まず、以上説明した本実施形態に係る堰１０１が設けられたタンディッシュ１０を模した計算モデルを作成し、図１に示すようにタンディッシュ１０の上面の略中央に設置した注入ノズル１１１から溶鋼２を注入した際における、タンディッシュ１０内での溶鋼２の定常流れを、ナビエストークス方程式系を数値計算により解くことにより求めた。

次に、注入ノズル１１１から介在物が流入するとした際の、求めた定常流れ内での当該介在物の運動を、球形粒子群としてオイラー的に追跡し、流出口１１３から流出する介在物の流出率を計算した。介在物の粒子径としては、１．０〜２００μｍの範囲に含まれる、３３種類の粒子径を考慮した。

そして、粒子径が２００μｍの介在物の流出率（２００μｍ介在物流出率）を用いて、流出口１１３から流出する（すなわち、鋳型に注入される）溶鋼２の清浄度を評価した。ここで、２００μｍ介在物流出率を溶鋼２の清浄度の指標として用いた理由は、粒子径が２００μｍ以上の介在物が鋳片内に存在する場合には、その後の圧延工程において当該介在物が疵に直結する可能性が高いことが、これまでの操業上、経験的に判明しているからである。なお、本実施例では、２００μｍ介在物流出率が１％以下の場合に、溶鋼２の清浄度が十分に高いと判断している。

本実施例では、堰１０１の条件を様々に変更し、各条件において上記の溶鋼２の清浄度の評価を行い、その結果を比較した。具体的には、堰１０１の条件としては、スリット１０７の傾斜角度α、流入部から流出部までの溶鋼２の流路における堰１０１の設置位置（具体的には、流入部から堰１０１の設置位置までの距離ｘと流入部から流出部までの距離Ｌとの比率ｘ／Ｌ）、及び堰１０１の厚みｄを変更した。ここで、各条件において、タンディッシュ１０における流量は一定であり、当該タンディッシュ１０の溶鋼量４５ｔｏｎに対し、流量を１０ｔｏｎ／ｍｉｎとした。なお、実際の操業における一般的な流量は６〜１０ｔｏｎ／ｍｉｎである。また、各条件において、スリット１０７の上下方向の幅ｔも一定であり、ｔ＝２９０ｍｍとした。

以下、結果について順に説明する。まず、スリット１０７の傾斜角度αを変更した結果について説明する。なお、スリット１０７の傾斜角度αを変更した各計算においては、ｘ／Ｌ、及び堰１０１の厚みｄの値は一定に固定しており、それぞれ、ｘ／Ｌ＝０．４５、ｄ＝１５５ｍｍとした。

スリット１０７の傾斜角度αを変更した結果を図８に示す。図８は、数値解析シミュレーションの結果求められた、スリット１０７の傾斜角度αと、２００μｍ介在物流出率との関係を示すグラフ図である。図８では、横軸にスリット１０７の傾斜角度α（°）を取り、縦軸に２００μｍ介在物流出率（％）を取り、両者の関係をプロットしている。

図８を参照すると、傾斜角度αが約０°以下の場合には２００μｍ介在物流出率は１％よりも大きいが、傾斜角度αが約０°よりも大きい場合に、２００μｍ介在物流出率が概ね１％以下となっていることが分かる。これは、スリット１０７を、水平方向から僅かに下向きに傾斜させるだけでも、介在物の浮上分離の効果が発揮され得ることを示している。ただし、傾斜角度αが約０°よりも大きい場合において、２００μｍ介在物流出率は単調に減少するのではなく、α＝３５°付近で極小値を取っており、傾斜角度αが約６０°よりも大きくなると、１％よりも大きくなることが予想される。これは、傾斜角度αが約６０°よりも大きい場合には、スリット１０７を通過して生じる流れが下を向き過ぎることにより、その後の熱対流による上昇流の形成が好適に行われず、介在物の浮上分離が効果的に行われなくなるからであると考えられる。

以上の結果から、スリット１０７の傾斜角度αについては、約０°＜α≦約６０°とすることにより、介在物の浮上分離の効果を好適に得ることが可能となると考えられる。

次に、流入部から堰１０１の設置位置までの距離ｘと流入部から流出部までの距離Ｌとの比率ｘ／Ｌを変更した結果について説明する。なお、ｘ／Ｌを変更した各計算においては、スリット１０７の傾斜角度α、及び堰１０１の厚みｄの値は一定に固定しており、それぞれ、α＝３３°、ｄ＝１５５ｍｍとした。

ｘ／Ｌを変更した結果を図９に示す。図９は、数値解析シミュレーションの結果求められた、流入部から堰１０１の設置位置までの距離ｘと流入部から流出部までの距離Ｌとの比率ｘ／Ｌと、２００μｍ介在物流出率との関係を示すグラフ図である。図９では、横軸にｘ／Ｌを取り、縦軸に２００μｍ介在物流出率（％）を取り、両者の関係をプロットしている。

図９を参照すると、約０．３≦ｘ／Ｌ≦約０．５５の場合において、２００μｍ介在物流出率が１％以下となっていることが分かる。これは、ｘ／Ｌ＜約０．３の場合（すなわち、堰１０１が流入部に近過ぎる場合）、及びｘ／Ｌ＞約０．５５の場合（すなわち、堰１０１が流入部から遠過ぎる場合）には、注入ノズル１１１から注入された溶鋼２がタンディッシュ１０の底面に衝突した後にスリット１０７に向かった際に、当該スリット１０７を好適に通過することができず、結果的に、スリット１０７通過後に図５に示すような理想的な流れが形成されないからであると考えられる。

以上の結果から、ｘ／Ｌについては、約０．３≦ｘ／Ｌ≦約０．５５とすることにより、介在物の浮上分離の効果を好適に得ることが可能となると考えられる。

次に、堰１０１の厚みｄを変更した結果について説明する。なお、堰１０１の厚みｄを変更した各計算においては、ｘ／Ｌ、及びスリット１０７の傾斜角度αの値は一定に固定しており、それぞれ、ｘ／Ｌ＝０．４５、α＝３３°とした。

堰１０１の厚みｄを変更した結果を図１０に示す。図１０は、数値解析シミュレーションの結果求められた、堰１０１の厚みｄと、２００μｍ介在物流出率との関係を示すグラフ図である。図１０では、横軸に堰１０１の厚みｄを取り、縦軸に２００μｍ介在物流出率（％）を取り、両者の関係をプロットしている。

図１０を参照すると、ｄ＝１０５ｍｍの場合（すなわち、堰１０１の厚みｄとスリット１０７の幅ｔとの比率ｄ／ｔ＝約０．３６の場合）、及びｄ＝２５０ｍｍの場合（すなわち、ｄ／ｔ＝約０．８６の場合）には、２００μｍ介在物流出率が１％よりも大きい。これは、ｄ＝１０５ｍｍの場合には、スリット１０７の幅ｔに対して、堰の厚みｄ、すなわちスリット１０７の流路としての長さが短いため、当該スリット１０７を通過した溶鋼２について、効果的に下向きの流れが形成されないからであると考えられる。また、ｄ＝２５０ｍｍの場合には、スリット１０７の幅ｔに対して、堰の厚みｄ、すなわちスリット１０７の流路としての長さが長いため、当該スリット１０７を通過した溶鋼２について、下向きの流れが発達し過ぎ、介在物が深く沈み込んでしまうため、当該介在物の浮上が阻害されてしまうからであると考えられる。

一方、ｄ＝１６０ｍｍの場合（すなわち、ｄ／ｔ＝約０．５５の場合）、及びｄ＝２１０ｍｍの場合（すなわち、ｄ／ｔ＝約０．７２の場合）には、２００μｍ介在物流出率が１％以下となっている。図１０に示すプロット点間を滑らかな曲線で補間すると、約０．５≦ｄ／ｔ≦約０．７５（すなわち、約０．５ｔ≦ｄ≦約０．７５ｔ）の範囲において、２００μｍ介在物流出率が１％以下になることが分かる。これは、約０．５ｔ≦ｄ≦約０．７５ｔを満たす場合には、スリット１０７の幅ｔに対して、堰の厚みｄ、すなわちスリット１０７の流路としての長さが適切であるため、当該スリット１０７を通過した溶鋼２について、介在物の浮上分離を促進し得るような、好適な下向きの流れが形成され得るからであると考えられる。

以上の結果から、堰１０１の厚みｄについては、好ましくは約０．５ｔ≦ｄ≦約０．７５ｔとすることにより、介在物の浮上分離の効果を好適に得ることが可能となると考えられる。

（３．補足）
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、堰１０１のスリット１０７の傾斜角度αについて、上堰１０３の下端面の傾斜角度と、下堰１０５の上端面の傾斜角度が同一の値αであったが、本発明はかかる例に限定されない。本発明では、スリット１０７が全体として下向きの傾斜を有していればよく、例えば、上堰１０３の下端面の傾斜角度と、下堰１０５の上端面の傾斜角度は、互いに異なる値であってもよい。あるいは、下堰１０５の上端は水平面を有し、上堰１０３の下端面のみに傾斜が設けられてもよい。

また、例えば、上記実施形態では、堰１０１が上堰１０３及び下堰１０５から構成され、かつ、スリット１０７が当該上堰１０３及び当該下堰１０５の間に、堰１０１の幅方向（Ｙ軸方向）の全体に渡って形成されていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、スリットは、堰の幅方向の一部領域に形成されてもよい。この場合、堰は、一枚の板状の部材によって構成され、その一部領域にスリットとして機能する開口部が設けられ得ることとなる。

このような堰及びスリットの他の構成例を、図１１及び図１２に示す。図１１は、本発明に係る堰及びスリットの他の構成例を示す図である。図１２は、本発明に係る堰及びスリットの更に他の構成例を示す図である。図１１及び図１２では、いずれも、図２及び図３と同様に、堰及びスリットをＸ軸方向における下流側から見た様子を示している。

図１１を参照すると、他の構成例に係る堰１０１ａは、一枚の板状の部材によって構成される。そして、その幅方向の中心を含み、両端まで達しない所定の長さの領域に、スリット１０７ａとして機能する横長の開口部が形成されている。つまり、図１１に示す構成例では、スリット１０７ａは堰１０１ａの幅方向の両端近傍には形成されず、当該両端部においては堰１０１ａの板面が存在している。また、堰１０１ａの下端には、上述した下堰１０５と同様に、排出孔１０９が設けられる。

また、図１２を参照すると、更に他の構成例に係る堰１０１ｂは、一枚の板状の部材によって構成される。そして、その幅方向の両端を含み、中心まで達しない所定の長さの２箇所の領域に、スリット１０７ｂとして機能する横長の開口部が形成されている。つまり、図１２に示す構成例では、スリット１０７ｂは堰１０１ａの幅方向の中心近傍には形成されず、２つに分離された形状を有しており、当該中心近傍においては堰１０１ａの板面が存在している。また、堰１０１ｂの下端には、上述した下堰１０５と同様に、排出孔１０９が設けられる。

図１１及び図１２に示すようなスリット１０７ａ、１０７ｂであっても、上記実施形態と同様に、その形状を適切に決定することにより、溶鋼２中の介在物の浮上分離を促進するという優れた効果を得ることが可能である。

また、本発明では、タンディッシュ１０は、以上説明した形状のスリット１０７を有する堰１０１を備えればよく、タンディッシュ１０の構成は、図１に示したものに限定されない。タンディッシュ１０は、一般的に連続鋳造に用いられている、各種の公知のタンディッシュと同様の構成を有してもよい。なお、タンディッシュの構成によっては、流入部に対する流出部の位置が対称的でない場合もあり得る。このような構成を有するタンディッシュに対して本発明を適用する場合には、堰１０１は、好適に、流入部から、当該流入部からの距離が最も近い流出部までの流路上に設けられる。流入部から、当該流入部からの距離が最も近い流出部までの流路を通過する溶鋼２については、そのタンディッシュ内での滞留時間が短く、介在物の浮上分離が活発に行われ難いと考えられるため、かかる流路に対して堰１０１を設けることが、タンディッシュ内の溶鋼２の清浄度の向上に、最も効果的であると考えられるからである。なお、この場合において上記ｘ／Ｌを決定する場合には、この流入部から流出部までの距離Ｌとしては、当然、堰１０１が設けられる流路に対応する距離、すなわち、流入部から、当該流入部からの距離が最も近い流出部までの距離が用いられる。

１ 連続鋳造機
２ 溶鋼
３ 鋳片
３ａ 凝固シェル
３ｂ 未凝固部
４ 取鍋
５ 鋳型
６ 浸漬ノズル
１０ タンディッシュ
１０１、２０１ 堰
１０３、２０３ 上堰
１０５、２０５ 下堰
１０７、２０７ スリット
１０９、２０９ 排出孔
１１１ 注入ノズル
１１３ 流出口

Claims (3)

1. 連続鋳造において鋳型に注入される前の溶融金属を一旦貯留する連続鋳造用タンディッシュであって、
   前記連続鋳造用タンディッシュの内部において、前記溶融金属の流入部から前記溶融金属の流出部までの前記溶融金属の流路の途中に、前記溶融金属が通過するスリットが設けられた堰が設置されており、
   前記スリットは、前記流路の上流側から下流側に向かって、下方に傾斜しており、水平方向に延伸しておらず、
   前記堰の厚みが、前記スリットの上下方向の幅の０．５〜０．７５倍である、
   連続鋳造用タンディッシュ。
2. 前記スリットの上面及び下面は、略同一の傾斜角度αで水平方向から下方に傾斜しており、
   前記傾斜角度αは、０°＜α≦６０°を満たす、
   請求項１に記載の連続鋳造用タンディッシュ。
3. 前記流入部から前記スリットの設置位置までの水平方向における距離ｘと、前記流入部から前記流出部までの水平方向における距離Ｌと、の比率ｘ／Ｌは、０．３≦ｘ／Ｌ≦０．５５を満たす、
   請求項１又は２に記載の連続鋳造用タンディッシュ。

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