JP7230634B2 - 旋回流付与装置、タンディッシュ、鋼の連続鋳造システム及び鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本願は、鋼の連続鋳造において、中間容器であるタンディッシュの内部で、非金属介在物を効果的に浮上させて除去する技術を開示する。

タンディッシュにおける非金属介在物の浮上除去技術として、以下のような技術が知られている。

特許文献１に記載された技術は、取鍋下部に装着するロングノズル内で溶鋼を旋回させることによって、非金属介在物の凝集（浮上促進）効果と、ロングノズル吐出流の分散効果（流速低減効果）を得て、溶鋼を清浄化する技術である。特許文献２に記載された技術は、ロングノズルの出口を側面に設けることによって、非金属介在物の浮上を促進して、溶鋼を清浄化する技術である。特許文献３～５に記載された技術は、取鍋からの溶鋼流を受ける注入管の内部で溶鋼を旋回させるとともに不活性ガスを導入し、非金属介在物の凝集（浮上促進）に高い効果を発揮する技術である。

特許第４７１３９５６号公報 特開平５－２００５０７号公報 特開２００５－２５４２４５号公報 特開２００７－０４４７３１号公報 特開２０１０－０６４１２４号公報

特許文献１に記載された技術においては、ロングノズルの使用時間の経過に伴い、内面に形成した溝や突起がアルミナを主体とした付着物で埋まり、持続的な効果を得られない虞がある。特許文献２に記載された技術においては、ロングノズルに作用する溶鋼流の動圧によってロングノズルを把持する荷重が増大し、把持装置の強化が必要となる場合がある。特許文献３～５に記載された技術は、特許文献１及び２に記載された技術に比べて顕著な清浄化効果を有するが、取鍋からの溶鋼流量が増大したとき、注入管内の湯面が大きく上昇して溶鋼が注入管から溢れ出てしまい、一部の溶鋼をタンディッシュへと適切に注入できない虞がある。

ロングノズルを用いて取鍋からタンディッシュへと溶鋼を注入する場合に、十分な清浄化効果を発揮し、かつ、ロングノズルの把持荷重を増すことなく、また溶鋼が溢れ出る虞もない新たな技術が必要である。

本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、取鍋からタンディッシュ内に溶鋼を注入するロングノズルの下に設置され、前記ロングノズルからの溶鋼吐出流に対して旋回周速度を付与する、旋回流付与装置であって、円断面の中心線が上下方向となるように設置される円筒状の本体と、前記ロングノズルから前記本体の内部へと流入する前記溶鋼吐出流に対して旋回周速度を付与する羽根体とを備え、前記本体の全体が前記タンディッシュ内の前記溶鋼中に浸漬するように、前記タンディッシュの容器内側の底面に設置可能に構成され、前記羽根体よりも下方に存在する前記本体の流出口の内径が前記羽根体よりも上方に存在する前記本体の流入口の内径よりも小さい、旋回流付与装置を開示する。

本開示の旋回流付与装置は、前記羽根体よりも下方に存在する前記本体の流出口の内径が前記羽根体よりも上方に存在する前記本体の流入口の内径の１／１０以上１／３以下であってもよい。

本開示の旋回流付与装置は、前記本体を支持する脚部を備えていてもよい。

本開示の旋回流付与装置は、前記羽根体が中心部材と前記中心部材の周囲に配置された複数の羽根とを備え、前記中心部材が上に向かって凸となる凸部を有していてもよい。

本開示の旋回流付与装置は、前記羽根体が中心部材と前記中心部材の周囲に配置された複数の羽根とを備え、前記羽根は上部から下部に向かうにつれて水平面に対する角度が減少するような羽根形状を有していてもよい。

本開示の旋回流付与装置は、前記羽根体よりも下方において、前記本体の内面から前記溶鋼へと不活性ガスを吹き込む構造を有していてもよい。

本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、上記本開示の旋回流付与装置を容器内に備えるタンディッシュを開示する。

本開示のタンディッシュは、前記旋回流付与装置が前記本体を支持する脚部を備え、前記脚部が前記タンディッシュの容器内側の底面に固定されていてもよい。

本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、取鍋と、前記取鍋の下方に設置されたタンディッシュと、前記取鍋から前記タンディッシュ内に溶鋼を注入するロングノズルと、前記タンディッシュの下方に設置された鋳型と、前記タンディッシュから前記鋳型へと溶鋼を注入する浸漬ノズルと、前記ロングノズルの下方、且つ、前記タンディッシュの容器内側の底面に設置され、前記ロングノズルからの溶鋼吐出流に対して旋回周速度を付与する、上記本開示の旋回流付与装置とを備える、鋼の連続鋳造システムを開示する。

本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、取鍋からロングノズルを介してタンディッシュ内に溶鋼を注入する第１工程と、前記タンディッシュ内に注入された溶鋼を鋳型へと注入する第２工程と、を備え、前記第１工程において、前記ロングノズルから吐出された溶鋼吐出流を、前記タンディッシュの容器内側の底面に設置された上記本開示の旋回流付与装置の本体の流入口から本体の内部へと流入させ、前記旋回流付与装置の本体の内部に備えられた羽根体を介して前記溶鋼吐出流に対して旋回周速度を付与したうえで、前記本体の流出口から前記溶鋼吐出流を流出させる、鋼の連続鋳造方法を開示する。

本開示の鋼の連続鋳造方法は、定常操業時において、前記タンディッシュにおける溶鋼湯面を前記本体の上端よりも上方としてもよい。

本開示の技術によれば、ロングノズルを用いて取鍋からタンディッシュへと溶鋼を注入する場合に、旋回流付与装置によって溶鋼吐出流に対して旋回周速度を付与することができる。これにより、タンディッシュ内の溶鋼中の非金属介在物を浮上させることができ、高い清浄化効果が発揮される。また、本開示の技術においては、旋回流付与装置がタンディッシュの底面に設置されることから、ロングノズルの把持荷重を増すことがなく、溶鋼が溢れ出る虞もない。

鋼の連続鋳造システム１０００における旋回流付与装置１００の配置について説明するための概略図である。 旋回流付与装置１００の構成を説明するための概略図である。旋回流付与装置１００の中心を通る垂直面にて切断した場合の装置１００の端面形状を概略的に示している。 本体１０の構成を説明するための概略図である。本体１０の中心を通る垂直面にて切断した場合の本体１０の端面形状を概略的に示している。 羽根体２０の構成を説明するための概略図である。 羽根２２の角度を説明するための概略図である。 羽根体１２０の構成を説明するための概略図である。 旋回流付与装置１００を備えるタンディッシュ２の構成について説明するための概略図である。 実施例Ａに係る旋回流付与装置の構成を説明するための概略図である。 実施例Ｂに係る旋回流付与装置の構成を説明するための概略図である。 実施例Ｃに係る旋回流付与装置の構成を説明するための概略図である。 実施例Ｂに係る旋回流付与装置をタンディッシュの容器底面に設置した状態について説明するための概略図である。 比較例の構成を説明するための概略図である。 比較例に対する実施例Ａ～Ｃの効果を示す図である。

１．旋回流付与装置
図１に、鋼の連続鋳造システム１０００における旋回流付与装置１００の配置例を概略的に示す。また、図２に、旋回流付与装置１００の構成を概略的に示す。

図１に示すように、旋回流付与装置１００は、取鍋１からタンディッシュ２内に溶鋼を注入するロングノズル３の下に設置され、ロングノズル３からの溶鋼吐出流に対して旋回周速度を付与する装置である。図２に示すように、旋回流付与装置１００は、円断面の中心線が上下方向となるように設置される円筒状の本体１０と、ロングノズル３から本体１０の内部へと流入する溶鋼吐出流に対して旋回周速度を付与する羽根体２０とを備えている。図１及び２に示すように、旋回流付与装置１００は、本体１０の全体がタンディッシュ２内の溶鋼中に浸漬するように、タンディッシュ２の容器内側の底面２ａに設置可能に構成されている。また、図２に示すように、旋回流付与装置１００は、羽根体２０よりも下方に存在する本体１０の流出口１０ｂの内径が羽根体２０よりも上方に存在する本体の流入口１０ａの内径よりも小さい。

１．１．本体
図３に、本体１０の中心を通る垂直面にて切断した場合における当該本体１０の端面形状を概略的に示す。図３に示すように、本体１０は、全体として円筒状であり、当該円筒の円断面の中心線が上下方向となるように設置される。円筒の円断面の中心線が上下方向となるようにすることで、ロングノズル３から下向きに吐出される溶鋼の運動エネルギーを、旋回流の角運動エネルギーに効率的に変換することができる。

本体１０は、羽根体２０よりも下方に存在する本体１０の流出口１０ｂの内径が、羽根体２０よりも上方に存在する本体の流入口１０ａの内径よりも小さい。例えば、図３に示すように、本体１０は、羽根体２０よりも下方において、円筒の内径が絞り込まれたような構造を有していてもよい。これにより、羽根体２０で生じた周方向の流速を角運動量保存則を利用して加速させることができる。内径の絞り込み量は特に限定されるものではない。例えば、羽根体２０よりも下方に存在する本体１０の流出口１０ｂの内径（例えば、図２及び図３（Ａ）の最小径Ｄ２）が羽根体２０よりも上方に存在する本体１０の流入口１０ａの内径（例えば、図２及び図３（Ａ）の最大径Ｄ１）の１／１０以上１／３以下である場合に、上記の加速効果が一層顕著となる。

本体１０の高さ方向の寸法は特に限定されない。本体１０の上部１１の高さ（図３（Ａ）のＨ１）については、羽根体２０を収容することが可能な高さとすることができる。例えば、図２に示すように羽根体２０が本体１０の内部に設置された状態において、羽根体２０の上端よりも本体１０の上端のほうが上となっていてもよい。また、操業を容易とする観点から、本体１０の上端が定常操業におけるタンディッシュ２内の溶鋼湯面高さを超えないようにする。一方、本体１０のうち内径が絞られた部分である下部１２の高さ（図３（Ａ）のＨ２）については、例えば、流出口１０ｂ側の最小内径Ｄ２の１倍以上４倍以下とすることができる。内径が絞られた部分は旋回流が集まり非金属介在物の凝集が進行する領域であることから、Ｈ２をある程度の長さ以上とすることで、溶鋼清浄化の効果を一層高めることができる。一方、Ｈ２が長すぎると、流れに対する抵抗が増して、本体１０内を流通する溶鋼の流量が減少する虞がある。

本体１０の寸法の目安を例示する。例えば、図３（Ａ）に示す本体１０の流入口１０ａ側の最大内径Ｄ１を３００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下とすることができる。下限は４００ｍｍ以上であってもよく、上限は１０００ｍｍ以下であってもよい。また、図３（Ａ）に示す流出口１０ｂ側の最小内径Ｄ２を５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下とすることができる。下限は８０ｍｍ以上であってもよく、上限は１８０ｍｍ以下であってもよい。さらに、図３（Ａ）に示す本体１０の高さＨ（流入口１０ａから流出口１０ｂまでの長さ）を４００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下とすることができる。下限は５００ｍｍ以上であってもよく、上限は８００ｍｍ以下であってもよい。

本体１０は、羽根体２０よりも下方において、本体１０の内面から溶鋼へと不活性ガスを吹き込む構造を有していてもよい。通常、連続鋳造の操業時、ロングノズル３の上端と取鍋１下のノズルとの勘合部をシールするために不活性ガスを吹き付けることから、当該勘合部からロングノズル３内の溶鋼流に自ずと不活性ガスが吹き込まれることとなる。そのため、旋回流付与装置１００内に不活性ガス吹き込み孔を設けずとも、一定の効果が期待できるが、旋回流付与装置１００の内部において不活性ガスを吹き込んだ場合、以下のメカニズムによって、気泡が非金属介在物の浮上を助け、清浄化効果が一層高まる。すなわち、旋回流の周方向流速が大きくなる羽根体２０よりも下方の位置（本体１０の内径が絞り込まれた位置）において、本体１０の内壁から溶鋼へと不活性ガスを吹き込むことで、向心力の吸い出し作用によって小さな気泡が発生し、さらにその気泡が向心力を受けて溶鋼流を横切りながら旋回中心へ移動する際、非金属介在物を効率的に捕捉する効果が期待できる。この際、本体１０の内壁の全周から不活性ガスを吹き込むと、気泡群が全断面を覆うフィルターのように分布し、非金属介在物の捕捉効果を一層高めることができる。尚、このように吹き込まれた不活性ガスは、遠心力場で作用する向心力によって旋回中心へと集まり、気柱を形成する。気柱の下端は、本体１０の下端の出口において激しく旋回しながら分断され、微細な気泡を数多く生じる。こうして生じた微細気泡は、タンディッシュ２内で非金属介在物を捕捉しながら緩やかな上昇流を形成し、さらなる溶鋼清浄化効果を発揮する。

羽根体２０よりも下方において、本体１０の内面から溶鋼へと不活性ガスを吹き込む構造としては、種々の構造が考えられる。例えば、図３（Ｂ）に示すように、本体１０の壁の内部に不活性ガスを流通させるための流通路１３を設けるとともに、羽根体２０よりも下方にある本体１０の壁面に当該流通路１３の出口として吹き出し孔１４を設けるとよい。この場合、吹き出し孔１４は本体１０の内面の周方向に複数設けられていてもよい。また、図３（Ｂ）に示すように、本体１０の上端に立設部１５を接続してもよい。立設部１５は、本体１０の上端から連続するように一体に結合されていてもよいし、本体１０とは別体で本体１０の上端に取り付けられていてもよい。立設部１５は、タンディッシュ２内の溶鋼湯面よりも上方に存在していてもよい。立設部１５は内部に不活性ガスを流通させるための流通路１６を備えるとともに、系外の不活性ガス供給源からの流路（不図示）に接続されるコネクタ１７を備えていてもよく、この場合、系外の不活性ガス供給源からコネクタ１７を介して流通路１６へと供給された不活性ガスが、本体１０の壁の内部に設けられた流通路１３へと到達した後、本体１０の壁面に設けられた吹き出し孔１４を介して、溶鋼へと供給されることとなる。

旋回流付与装置１００は、本体１０の全体がタンディッシュ２内の溶鋼中に浸漬するように、タンディッシュ２の容器内側の底面２ａに設置可能に構成されている。この点、本体１０は、溶鋼に浸漬された状態において溶解することなく安定して存在可能な耐火物により構成されることが自明である。そのような耐火物は公知であることから、ここでは詳細な説明を省略する。

１．２．羽根体
羽根体２０は、ロングノズル３から本体１０の内部へと流入する溶鋼吐出流に対して旋回周速度を付与する。そのような羽根体２０としては種々の形態が考えられる。以下、一例を説明するが、羽根体の形態はこれに限定されるものではない。

図４に羽根体２０の構成の一例を概略的に示す。図４（Ａ）が羽根体２０の上面概略図、図４（Ｂ）が羽根体２０の側面概略図、図４（Ｃ）が図４（Ａ）のＩＶＣ－ＩＶＣ切断面を示す端面図である。図４に示す羽根体２０は、中心部材２１と中心部材２１の周囲に配置された複数の羽根２２とを備えている。

中心部材２１の形状は特に限定されるものではなく、必要な強度にて複数の羽根２２を固定可能な形状であればよい。特に、羽根体２０にはロングノズル３からの吐出流が直接当たることから、中心部材２１は上からの圧力や衝撃に対して構造的な強度が求められる。かかる観点から、中心部材２１は上に向かって凸となる凸部２１ａを有していてもよい。言い換えれば、中心部材２１は、上部に設けられた凸部２１ａと、凸部２１ａの下に設けられた側部２１ｂとを有し、凸部２１ａが上に向かって凸となる形状を有し、側部２１ｂに複数の羽根２２が固定され得る。例えば、中心部材２１を円錐又はドーム状とし、その周囲に複数の羽根２２を備える形状としてもよい。尚、「円錐又はドーム状」とは、円形である横断面の直径が、上端部で最も小さく、下端部で最も大きい形状であることを指す。図４（Ｃ）に示すように、中心部材２１は、釣鐘のように底面に凹部２１ｃを有していてもよい。この場合、十分な強度を確保する観点等から、中心部材２１の肉厚を１０～１５０ｍｍとしてもよい。

このように、中心部材２１が上に向かって凸となる凸部２１ａを有することで、上からの耐圧力性及び耐衝撃性を高めることができるとともに、ロングノズル３からの吐出流を半径方向外側へと分散させることができる。吐出流を半径方向外側へと分散させることで、吐出流を羽根２２へと効率的に到達させることができ、吐出流に対して大きな角運動量を付与することができる。

羽根２２の各々の形状は特に限定されるものではなく、ロングノズル３からの吐出流に対して角運動量を付与することが可能な形状であればよい。上述の通り、羽根体２０にはロングノズル３からの吐出流が直接当たることから、羽根２２についても、中心部材２１と同様に、上からの圧力や衝撃に対して構造的な強度が求められる。かかる観点から、羽根２２は、上部から下部に向かうにつれて水平面に対する角度が減少するような羽根形状を有していてもよい。すなわち、図５に示すように、垂直断面における羽根の表面形状（溶鋼吐出流を受ける側の面形状）において、羽根２２の上端部と水平面とのなす角度をθ１、羽根２２の下端部と水平面とのなす角度をθ３、羽根２２の上端部及び下端部の間の中間部と水平面とのなす角度をθ２とした場合、θ１＞θ２＞θ３の関係を有していてもよい。θ１及びθ３の具体例は特に限定されない。例えばθ１を２５°以上９０°以下、θ３を５°以上４５°以下としてもよい。

このように、羽根２２が上部から下部に向かうにつれて水平面に対する角度が減少するような羽根形状を有することで、上から下に向かう流れの衝撃を分散しながら、流れに周方向の流速を付与することが一層容易となる。羽根の形状が平面或いは上に凸（上部から下部に向かうにつれて水平面に対する角度が増大するような羽根形状）である場合、ロングノズル３からの吐出流が最初に当たる羽根の上部に衝撃力が集中するのに対し、羽根の形状が下に凸（上部から下部に向かうにつれて水平面に対する角度が減少するような羽根形状）である場合には、吐出流による衝撃力を羽根の上部から下部に分散させながら、徐々に周方向流速成分を増加させて、旋回流を形成することができる。このように、徐々に周方向の流速を増大させることで、むやみに流れを乱すことなく、効率良く角運動エネルギーを生むことにもなる。

羽根２２の枚数は特に限定されるものではなく複数（２枚以上）であればよい。ロングノズル３からの吐出流に対してより均一に角運動量を付与する観点等からは、羽根２２の枚数を４枚以上１０枚以下としてもよい。また、羽根２２の肉厚についても特に限定されるものではなく、必要な強度を確保可能な肉厚であればよい。例えば、羽根２２の肉厚を１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下としてもよい。

羽根体２０は、本体１０と同様に、溶鋼に浸漬された状態において溶解することなく安定して存在可能な耐火物により構成されることが自明である。本体１０を構成する耐火物と羽根体２０を構成する耐火物とは、同じであっても異なっていてもよい。そのような耐火物は公知であることから、ここでは詳細な説明を省略する。

羽根体２０は本体１０と一体となるように固定されていてもよい。或いは、羽根体２０は本体１０に対して着脱可能に固定されていてもよい。例えば、羽根体２０は、本体１０の内壁に引っ掛かるようにして設置されていてもよい。

羽根体として、羽根体２０に替えて、例えば、以下のような羽根体１２０を採用することも可能である。図６に羽根体１２０の構成を概略的に示す。図６（Ａ）が羽根体１２０の上面概略図、図６（Ｂ）が羽根体１２０の側面概略図、図６（Ｃ）が図６（Ａ）のＶＩＣ－ＶＩＣ切断面を示す端面図である。図６に示す羽根体１２０は、中心部材１２１と中心部材１２１の周囲に配置された複数の羽根１２２とを備えている。中心部材１２１は上に向かって凸となる凸部１２１ａを有していてもよい。また、羽根１２２は、上部から下部に向かうにつれて水平面に対する角度が減少するような羽根形状を有していてもよい。

１．３．脚部３０
上述したように、旋回流付与装置１００は、本体１０の全体がタンディッシュ２内の溶鋼中に浸漬するように、タンディッシュ２の容器内側の底面２ａに設置可能に構成されている。例えば、図２に示すように、旋回流付与装置１００は、本体１０を支持する脚部３０を備えていてもよい。脚部３０は、本体１０の下端とタンディッシュ２の底面２ａとの間に隙間を確保可能な長さを有していればよい。脚部３０は本体１０のどの部分に固定されていてもよい。脚部３０の数は、本体１０を支持可能な数であればよく、特に限定されるものではない。

２．タンディッシュ
旋回流付与装置１００をタンディッシュ２の一部品とみなすことも可能である。図７にタンディッシュ２の形態の一例を示す。図７に示すように、タンディッシュ２は、その容器内に、旋回流付与装置１００を備えている。

上述したように、旋回流付与装置１００は、タンディッシュ２の容器内側の底面２ａに設置され得る。ここで、旋回流付与装置１００が脚部３０を有する場合、脚部３０がタンディッシュ２の容器内側の底面２ａに固定されていてもよい。脚部３を固定する手段は特に限定されるものではない。例えば、図７に示すように、固定用耐火物４０によって、脚部３の下端を底面２ａに固定することができる。

タンディッシュ２の構成部品のうち、旋回流付与装置１００以外の構成部品については従来と同様とすればよい。その他の構成部品については自明であることから、ここでは詳細な説明を省略する。

尚、従来のタンディッシュにおいては、溶鋼のショートパス等を防止するために、タンディッシュの内側に堰を設置する場合がある。一方、旋回流付与装置１００を備えるタンディッシュ２においては、溶鋼のショートパス等が生じ難いことから、タンディッシュ２の内側に堰を設置する必要がない。

３．鋼の連続鋳造システム及び鋼の連続鋳造方法
本開示の技術は、上記した旋回流付与装置１００やタンディッシュ２のほか、鋼の連続鋳造システムとしての側面も有する。図１に示すように、本開示の鋼の連続鋳造システム１０００は、取鍋１と、取鍋１の下方に設置されたタンディッシュ２と、取鍋１からタンディッシュ２内に溶鋼を注入するロングノズル３と、タンディッシュ２の下方に設置された鋳型４と、タンディッシュ２から鋳型４へと溶鋼を注入する浸漬ノズル５と、ロングノズル３の下方、且つ、タンディッシュ２の容器内側の底面２ａに設置され、ロングノズル３からの溶鋼吐出流に対して旋回周速度を付与する、旋回流付与装置１００とを備える。

また、本開示の技術は、鋼の連続鋳造方法としての側面も有する。すなわち、図１に示すように、本開示の鋼の連続鋳造方法は、取鍋１からロングノズル３を介してタンディッシュ２内に溶鋼を注入する第１工程と、タンディッシュ２内に注入された溶鋼を鋳型４へと注入する第２工程と、を備え、第１工程において、ロングノズル３から吐出された溶鋼吐出流を、タンディッシュ２の容器内側の底面２ａに設置された旋回流付与装置１００の本体１０の流入口１０ａから本体１０の内部へと流入させ、旋回流付与装置１００の本体１０の内部に備えられた羽根体２０を介して溶鋼吐出流に対して旋回周速度を付与したうえで、本体１０の流出口１０ｂから溶鋼吐出流を流出させることを特徴とする。第２工程において鋳型４へと注入された溶鋼は、冷却されながら鋳型下方へと引き抜かれ、鋳片となる。

上述したように、旋回流付与装置１００は、本体１０の全体がタンディッシュ２内の溶鋼中に浸漬するように、タンディッシュ２の容器内側の底面２ａに設置される。ここで、旋回流付与装置１００は、少なくとも定常操業時において、本体１０の全体がタンディッシュ２内の溶鋼に浸漬されていればよい。すなわち、本開示の鋼の連続鋳造システムや鋼の連続鋳造方法においては、定常操業時において、タンディッシュ２における溶鋼湯面を本体１０の上端よりも上方とすればよい。より具体的には、ロングノズル３から旋回流付与装置１００の本体１０の内部へと溶鋼の注入を開始した直後（操業開始直後）においては、タンディッシュ２における溶鋼の湯面が本体１０の上端よりも下方に存在していてよく、引き続き溶鋼の注入を行うことで当該湯面を上昇させて、定常操業の時点で、当該湯面が本体１０の上端よりも上方となっていればよい。

４．作用・効果
本開示の旋回流付与装置１００によれば、円筒状の本体１０の内部で、ロングノズル３から下向きに吐出された溶鋼の運動エネルギーの一部を羽根体２０によって旋回流の角運動エネルギーに変換し、さらに、羽根体２０よりも下方における内径の絞込みによって、角運動量保存則を利用した周方向流速の加速を行うことができる。こうして得られた旋回流は、下記２つの作用によって溶鋼清浄化に寄与する。
（１）旋回流中では、溶鋼よりも軽い非金属介在物粒子や、気泡に対して向心力が作用する。向心力は、非金属介在物粒子や気泡を旋回中心部に集めてそれらの凝集を促し、装置１００から流出後、タンディッシュ２内で、非金属介在物の浮上を促進する。
（２）旋回流それ自体に作用する遠心力は、装置１００の流出口１０ｂにおいて装置１００からの吐出流を半径方向に拡大・分散させる。その結果、吐出流の有する運動エネルギーが散逸され、タンディッシュ２内の流れが穏やかになり、非金属介在物の浮上時間を確保することができる。

特許文献３～５に記載された技術においては、旋回流付与装置がタンディッシュの蓋に固定される注入管として設置されることから、取鍋から注入管への溶鋼注入量が増大して注入管における溶鋼湯面が上昇した場合に、溶鋼が注入管の上端から溢れ出て、溶鋼をタンディッシュへと適切に注入できない虞がある。これに対し、本開示の技術においては、旋回流付与装置１００がタンディッシュ２の容器内側の底面２ａに設置されることから、上記の溶鋼が溢れ出る問題が生じない。また、旋回流付与装置１００はロングノズル３とは別体で設けられることから、ロングノズル３の把持荷重を増すことがない。また、旋回流付与装置１００は、その形態から、鋳造時間の経過に伴う作用効果の減少も少ない。すなわち、本開示の技術は、従来の諸技術を総合的に凌駕する溶鋼清浄化技術といえる。

以下に実施例を示しつつ、本開示の技術について具体的に説明する。ただし、本開示の技術は以下に示す実施例に限定されるものではない。

１．旋回流付与装置の設計
１．１．実施例Ａ
図８に実施例Ａに係る旋回流付与装置の形態を示す。実施例Ａでは、本体上部の内径を４８０ｍｍとし、本体下部の内径を１００ｍｍまで絞るものとした。また、中心部材がドーム状で、その周囲に下に凸の３次元曲面を有する羽根を６枚有する羽根体（図４参照）を、本体の内部に固定するものとした。さらに、内径を１００ｍｍに絞った本体下部の内面には、全周に孔径０．４ｍｍのガス吹き孔を配置し、その内部のスリット状空間にＡｒガスを供給する流通路が本体の肉中を通って延びるものとした。さらに、本体上端から上に立設部を配置し、タンディッシュの蓋の上にまで到達できるよう延伸するものとし、立設部の肉中をＡｒガス供給経路がさらに延びて、コネクターを介して外部のＡｒガス管に接続できる構成とした。

１．２．実施例Ｂ
図９に実施例Ｂに係る旋回流付与装置の形態を示す。実施例Ｂでは、本体上部の内径を６００ｍｍとし、本体下部の内径を１５０ｍｍまで絞るものとした。また、中心部材がドーム状で、その周囲に下に凸の３次元曲面を有する羽根を６枚有する羽根体を、本体内部に固定するものとした。実施例Ｂの羽根体は実施例Ａのものと相似形とした。実施例Ｂにおいては、実施例Ａとは異なり、溶鋼へと不活性ガスを吹き込む構造を設けなかった。

１．３．実施例Ｃ
図１０に実施例Ｃに係る旋回流付与装置の形態を示す。実施例Ｃでは、本体上部の内径を５４０ｍｍとし、本体下部の内径を１１２ｍｍまで絞るものとした。また、全体が円錐状でその周辺部に斜めの流路を穿った羽根体（図６参照）を、本体内部に固定するものとした。

２．タンディッシュの設計
実施例Ａ～Ｃに係る旋回流付与装置の各々をタンディッシュの容器内側の底部に設置して、連続鋳造における効果を確認した。図１１に、実施例Ｂに係る旋回流付与装置を、ロングノズルの下方であるタンディッシュ底面に設置した適用例を示す。図１１に示すタンディッシュは、定常部の溶鋼容量が３０ｔｏｎの舟形タンディッシュである。実施例Ａ及びＣについても同様のタンディッシュを採用した。

比較例においては、旋回流付与装置を設置せずに、タンディッシュ内に堰を設けて、連続鋳造を行った。図１２に、比較例におけるタンディッシュの形態を示す。図１２に示すタンディッシュは、図１１と同様、定常部の溶鋼容量が３０ｔｏｎの舟形タンディッシュである。

３．連続鋳造による性能評価
図１１及び１２のタンディッシュに対して、下記表１に示す組成の鋼を４ｔｏｎ／ｍｉｎの流量で取鍋からロングノズルを通して注ぎ、タンディッシュ及び浸漬ノズルを介して鋳型（厚み２５０ｍｍ、幅１６００ｍｍ）に連続的に注入することで連続鋳造を行った。実施例Ａについては、Ａｒガスを５ＮＬ／ｍｉｎの流量で吹き込んだ。得られた鋳片（スラブ）の幅中央において、表面からスラブの厚み１／８、１／６、１／４、１／３、２／３、３／４、５／６、７／８の計８ヶ所から、直径５ｍｍ、長さ４０ｍｍのサンプルを切り出し、トータル酸素濃度を分析して、その平均値を各実施例及び比較例の溶鋼清浄化効果の比較に用いた。結果を図１３に示す。

図１３から、旋回流付与装置を設置せずにタンディッシュ内に堰を設けた比較例に対し、タンディッシュ内に旋回流付与装置を設置した実施例Ａ～Ｃの優位性が明らかである。特に不活性ガスの吹き込みを行った実施例Ａの効果が高い。実施例Ｂは実施例Ａに準じる溶鋼清浄化効果を発揮した。実施例Ｂは実施例Ａに対しタンディッシュ内への設置施工が簡単であるというメリットがあり、実用的である。実施例Ｃは、実施例ＡやＢに比べると溶鋼清浄化効果が低下した。これは、実施例Ａ及びＢと比較して、実施例Ｃにおいては、羽根体による旋回付与効率が低いものと考えられる。

以上の通り、実施例Ａ～Ｃのように、ロングノズルの下方のタンディッシュ底面に旋回流付与装置を設置することによって、清浄な鋼を鋳造することができる。この場合、タンディッシュ内に堰を設置する必要がないことも大きなメリットである。

１ 取鍋
２ タンディッシュ
３ ロングノズル
４ 鋳型
５ 浸漬ノズル
１０ 本体
２０ 羽根体
３０ 脚部
１００ 旋回流付与装置

Claims (11)

1. 取鍋からタンディッシュ内に溶鋼を注入するロングノズルの下に設置され、前記ロングノズルからの溶鋼吐出流に対して旋回周速度を付与する、旋回流付与装置であって、
   円断面の中心線が上下方向となるように設置される円筒状の本体と、前記ロングノズルから前記本体の内部へと流入する前記溶鋼吐出流に対して旋回周速度を付与する羽根体とを備え、
   前記本体の全体が前記タンディッシュ内の前記溶鋼中に浸漬するように、前記タンディッシュの容器内側の底面に設置可能に構成され、
   前記羽根体よりも下方に存在する前記本体の流出口の内径が前記羽根体よりも上方に存在する前記本体の流入口の内径よりも小さい、
   旋回流付与装置。
2. 前記羽根体よりも下方に存在する前記本体の流出口の内径が前記羽根体よりも上方に存在する前記本体の流入口の内径の１／１０以上１／３以下である、
   請求項１に記載の旋回流付与装置。
3. 前記本体を支持する脚部を備える、
   請求項１又は２に記載の旋回流付与装置。
4. 前記羽根体が中心部材と前記中心部材の周囲に配置された複数の羽根とを備え、
   前記中心部材が上に向かって凸となる凸部を有する、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の旋回流付与装置。
5. 前記羽根体が中心部材と前記中心部材の周囲に配置された複数の羽根とを備え、
   前記羽根は上部から下部に向かうにつれて水平面に対する角度が減少するような羽根形状を有する、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の旋回流付与装置。
6. さらに、前記本体上端から上に立設部を配置し、前記タンディッシュの蓋の上にまで到達できるよう延伸するものとし、前記立設部の肉中を不活性ガス供給経路がさらに延びて、コネクターを介して外部の不活性ガス管に接続可能に構成され、
   前記羽根体よりも下方において、前記本体の内面から前記溶鋼へと不活性ガスを吹き込む構造を有する、
   請求項１～５のいずれか１項に記載の旋回流付与装置。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の旋回流付与装置を容器内に備え、
   溶鋼のショートパスを防止するための堰をタンディッシュの内側に有さない、
   タンディッシュ。
8. 前記旋回流付与装置が前記本体を支持する脚部を備え、前記脚部が前記タンディッシュの容器内側の底面に固定されている、
   請求項７に記載のタンディッシュ。
9. 取鍋と、
   前記取鍋の下方に設置され、溶鋼のショートパスを防止するための堰をタンディッシュの内側に有さない、タンディッシュと、
   前記取鍋から前記タンディッシュ内に溶鋼を注入するロングノズルと、
   前記タンディッシュの下方に設置された鋳型と、
   前記タンディッシュから前記鋳型へと溶鋼を注入する浸漬ノズルと、
   前記ロングノズルの下方、且つ、前記タンディッシュの容器内側の底面に設置され、前記ロングノズルからの溶鋼吐出流に対して旋回周速度を付与する、請求項１～６のいずれか１項に記載の旋回流付与装置と
   を備える、鋼の連続鋳造システム。
10. 取鍋からロングノズルを介してタンディッシュ内に溶鋼を注入する第１工程と、
    前記タンディッシュ内に注入された溶鋼を鋳型へと注入する第２工程と、
    を備え、
    前記第１工程において、前記ロングノズルから吐出された溶鋼吐出流を、前記タンディッシュの容器内側の底面に設置された請求項１～６のいずれか１項に記載の旋回流付与装置の本体の流入口から本体の内部へと流入させ、前記旋回流付与装置の本体の内部に備えられた羽根体を介して前記溶鋼吐出流に対して旋回周速度を付与したうえで、前記本体の流出口から前記溶鋼吐出流を流出させ、
    前記タンディッシュが、溶鋼のショートパスを防止するための堰をタンディッシュの内側に有さない、
    鋼の連続鋳造方法。
11. 定常操業時において、前記タンディッシュにおける溶鋼湯面を前記本体の上端よりも上方とする、
    請求項１０に記載の鋼の連続鋳造方法。

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