JPH03243254A

JPH03243254A - タンディッシュ内溶鋼の加熱方法

Info

Publication number: JPH03243254A
Application number: JP3910990A
Authority: JP
Inventors: Hironori Yamamoto; 山本　裕則; Kazufumi Matsumura; 松村　千史; Hirotsugu Suguro; 勝呂　洋次
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1990-02-20
Filing date: 1990-02-20
Publication date: 1991-10-30
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JP2969731B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、タンディツシュ内の溶鋼をプラズマアークに
よって加熱する方法及びプラズマ加熱装置を備えたタン
ディツシュに関する。

［従来の技術］近年、鋼の連続鋳造においては、二次精錬、介在物浮上
促進、ノズルの詰まり防止等の目的で、タンディツシュ
内の溶鋼を加熱する試みが行われている。この場合の加
熱においては溶鋼の汚染がなく、且つ加熱効率のよい熱
源を使用するのが好ましく、この条件に適合する加熱法
としてプラズマアーク加熱がある。

従来のプラズマアーク加熱は、第６図に示す方法によっ
て行われている。第６図において、１はタンディツシュ
であり、２は溶鋼の加熱室、３はプラズマトーチ、４は
溶鋼５に浸漬させた対極、６は電力供給装置、７はプラ
ズマアーク、８は溶鋼を受け入れるロングノズル、９は
鋳込み装置を示す、取鍋から受鋼した溶鋼５は加熱室２
に導入され、ここで必要温度まで加熱された後、鋳込ま
れる。加熱室２における溶鋼５の加熱は、対極４と間通
している溶鋼５とプラズマトーチ３の間にアーク７を発
生させることによって行われる。この際、プラズマトー
チ３にはプラズマガスとしてアルゴンガスＡｒが供給さ
れ、加熱室２内はアルゴン雰囲気になっている。

この際、溶鋼の加熱量は印加電力によって決まるので、
印加電力を変えることによって、鋳込み時の溶鋼温度が
所定範囲内になるようにする。具体的には、溶鋼の予定
温度と温度計１０の指示値を対比し、その差の大きさに
応じて印加電力を変えるものである。この印加電力の調
節方法には、電流調節と電圧調節の二つの手段があり、
電流調節は電力供給装置６の電流設定変更によって行わ
れ、電圧調節はトーチ昇降装置１１の位置制御（プラズ
マ長の変化）によって行われる。１２はプラズマ長の検
出器である。

プラズマアークによる溶鋼加熱においては、安定したア
ーク７の発生をを継続させることが重要であり、上記の
電流調節及び電圧調節は、溶鋼加熱の操業上、主要な操
作因となっている。

上記の方法を実施するためのプラズマ加熱装置を備えた
タンディツシュとしては、例えば、特開昭５９−１２０
３５３号公報に開示されたものがあり、第７図はその断
面図である。１はタンディツシュであり、その中央部に
は溶鋼を加熱するための加熱室２が設けられている。こ
の加熱室２は、溶鋼５中に浸漬させる前壁５０と後壁５
１によって区画され、頂部にはプラズマトーチ３が挿着
されている。このプラズマトーチ３にはプラズマガス用
のアルゴンガス配管が接続されている。そして、４は対
極であり、加熱室２内の溶鋼５とプラズマトーチ３の間
にアークを発生させ、溶鋼５を加熱する構造になってい
る。

図中、５２は取鍋を示し、８は溶鋼を供給するためのロ
ングノズル、９は加熱された溶鋼を鋳型に注入するため
の鋳込み装置である。

［発明が解決しようとする課題］しかし、電流を調節する方法においては、プラズマトー
チの大きさや加熱室の大きさによって、その調節範囲が
制限される０例えば、外径２５關のタングステン製のチ
ップを用いたトーチでは、最大電流が８０００Ａ程度で
あり、最小電流はサイリスタ整流器やりアクドルの性能
によって制限され、定格電流の１１５〜１／１０程度か
限度である。

また、電圧調節においては、アーク長を変える操作が行
われるが、電圧を下げるためにアーク長を短くし過ぎる
と、溶鋼のスプラッシュがトーチに付着すると言う問題
が生ずる。逆に、電圧を上げるためにアーク長を長くし
過ぎると、加熱室の壁面が溶損したり、熱効率が大幅に
低下したりする。また、電圧を大幅に上げようとして、
アーク長をあまり長くすると、アークが乱れ、不安定に
なる。

従って、電流調節及び電圧調節の双方を併用しても、印
加電力の調節幅は定格値に対し５％〜１００％である。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、印加電力の
調節幅を広くすることができるタンディツシュ内溶鋼の
加熱方法及びこの方法を実施するためのタンディツシュ
を提供することを目的とする。

［課題を解決す、るための手段］上記の目的を達成するために、本発明の方法においては
、タンディツシュ加熱室の雰囲気ガスを導電率が異なる
複数のガスよりなる混合ガスにする。

上記の方法において、加熱室に供給する奸ましい雰囲気
ガスの種類は、プラズマアーク用ガスとしてはアルゴン
があり、タンディツシュ加熱室へ導入する雰囲気ガスと
してはアルゴンと窒素の混合ガスがある。

本発明のタンディツシュは、タンディツシュ内に仕切堰
を設け、取鍋から溶鋼を受け入れる受鋼室と溶鋼を加熱
する加熱室と溶鋼を鋳型に注入する注入室に区画したタ
ンディツシュであって、加熱室の上方は加熱室カバーで
覆われ、この加熱室カバーにはプラズマトーチが挿通さ
れ、加熱室には雰囲気ガス導入ノズルが設けられ、この
雰囲気ガス導入ノズルには複数のガス供給配管が接続さ
れ、前記複数のガスの混合比を変えるための雰囲気ガス
調整装置を有している。

上記のタンディツシュにおいて、加熱室の底壁にガス吹
き込み装置を備え、このガス吹き込み装置から雰囲気ガ
スの導入を行うこともできる。

［作用］雰囲気ガスをプラズマ状態での導電率が大きいガスにす
ると、アーク電圧を上げることができる。第３図は雰囲
気ガス組成と電圧の関係を示し、雰囲気ガスがアルゴン
と窒素の場合において、雰囲気温度１２００℃、電流１
０００Ａの場合のアーク長と電圧との関係をガス組成を
パラメーターした図である０例えば、アーク長４００關
の場合についてみると、アルゴン１００％のときの電圧
は約１３０ボルトであるのに対し、アルゴン４０％−窒
素６０％の混合ガスでは約２００ボルトとなり、電圧増
の効果は１．５倍になる。

このように、雰囲気ガスとして供給するガスを、アルゴ
ンと導電率がアルゴンより小さい窒素、炭酸ガス等の混
合ガスにすれば、電圧調節幅を大きくできるので、必要
に応じ大きな電力を印加することが可能になる。従って
、プラズマ加熱装置を備えたタンディツシュに導入する
雰囲気ガスを、上記のような混合ガスにすれば、溶鋼の
加熱量をより大きくすることができる。

［実施例］本発明の実施例を添付図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例であり、プラズマアークによ
る溶鋼の加熱方法及びプラズマ加熱装置を備えたタンデ
ィツシュの概略を示した図である。この図において、第
６図と同じ部分については同一の符号を付し説明を省略
する。本実施例においては、加熱室２の上部または下部
、あるいは双方から、雰囲気ガスとしてアルゴンＡｒと
窒素Ｎ２よりなる混合ガス１３．１４を導入する。

１５はガス吹き込み装置を示す、上記混合ガス１３．１
４は、演算制御器１７、流量計１８，１９よりなる雰囲
気ガス調整装置１６によって、アルゴンＡｒと窒素Ｎ２
の流量及びその混合比が制御される。この場合、混合ガ
スの流量は２箇所から導入される合計ガス量で制御され
る。そして、演算制御器１７には、温度計１０から溶鋼
温度が、プラズマ長検出器１２からプラズマ長の値が、
電力供給装置６からは電流値、電圧値の信号がそれぞれ
送られてくるようになっている。

このような構成による溶鋼の加熱における印加電力の制
御は、次のように行われる。目標とする溶鋼の温度を設
定すると、演算制御器１７は、まず温度計１０の計測値
との差に応じて電力供給装置のサイリスタを制御し、電
流を増減させる。これに続いて、或は同時に、トーチ昇
降装置１１を制御して電圧を変える。そして、溶鋼の加
熱量を更に大きくする必要が生じた場合には、演算制御
装置１７は必要電圧が得られる雰囲気ガスの組成を求め
、このガス組成に基づいたアルゴンＡｒと窒素Ｎ２の流
量信号を流量計１８．１９に送り、雰囲気ガスである混
合ガス１３．１４の混合比を変更し、更に電圧の制御幅
を広げ、印加電力を制御する。混合ガス１３．１４の混
合比を変えることにより、溶鋼の加熱量は一層増加する
。このようにして、上記のようなｔ流、電圧制御が随時
実施され、溶鋼温度は設定温度近傍に保持される。

上記混合ガス１３．１４を併用して導入すれば、加熱室
２内の溶＃１５の攪拌が行われ、溶鋼の偏熱がなくなる
。また、混合ガス１３．１４の別の使用法としては、加
熱室２の上部から導入する混合ガス１３は連続的に供給
し、加熱室２の底壁から導入する混合ガス１４は特定の
目的を兼ねて吹き込むのもよい。このような混合ガス１
４の使用例としては、湯面が低下した際にスラグパージ
用としてに吹き込みを行う場合がある。

また、プラズマアーク７の着火時には、安全上、プラズ
マトーチ３を溶鋼面からできるだけ離して着火するので
、雰囲気ガスは着火し易い性状であることが望ましいが
、雰囲気ガス組成と着火の難易との関係は第４図のごと
くである。この図において、斜線部分が着火可能領域で
あり、その上は着火不能領域である。このように、アル
ゴン濃度が高い程着火は容易である。このため、着火時
においては、上記混合ガス１３．１４をアルゴン単独に
し、アーク切れがなく安定した状態を保つのがよい。

第２図ｆａ）　、　＋ｂｌ　、　ｆｃｌは本発明による
タンディツシュの一実施例を示す概略図で、ｔａ１図は
正面断面図、＋ｂｌは側面断面図、ｆｃｌ図は平面断面
図である。

このタンディツシュはｆＣ１図に示すごとく平面形状が
丁字形をなしている。（ａ）図、ｆｂ１図、ｆｃｌ図に
おいて、タンディツシュには仕切堰２０及び仕切堰２１
．２１が設けられ、取鍋から溶鋼を受け入れる受鋼室２
２と溶鋼を加熱する加熱室２と溶鋼を鋳型に注入する注
入室２３．２３に区画されている。加熱室２の上部は加
熱室カバー２４で覆われており、加熱室カバー２４はタ
ンディツシュ本体と仕切堰２０及び仕切堰２１．２１上
に載置されている。この加熱室カバー２４には孔が設け
られ、この孔にプラズマトーチ３が挿入されている。ま
た、加熱室カバー２４には雰囲気ガス導入ノズル２５が
設けられ、ノズル２５には混合ガス配管２６が接続して
いる。さらに、この混合ガス配管２６にはアルゴン、窒
素など複数のガス供給配管（図示せず）が接続されてい
る。加熱室カバー２４とタンディツシュ本体及び仕切堰
２０、仕切堰２１．２１の間には、アルミナ、シリカ等
のセラミックファイバーの不織布であるブランケット２
７が介装され、前記両者間をシールしている。

加熱室２の底壁にはガス吹き込み装置１５が備えられ、
このガス吹き込み装置１５には混合ガス配管２８が接続
している。さらに、混合ガス配管２８にはアルゴン、窒
素など複数のガス供給配管（図示せず）が接続されてい
る。３０はタンディツシュ本体のカバー、３１はスラグ
排出樋、３２は堰２０の下部に設けられた溶鋼流入口、
３３は注入口である。

次に、本発明の方法よる試験結果について説明する。こ
の試験では、加熱室の雰囲気ガスの組成をアルゴンと窒
素の混合ガスにし、その混合比を変化させて溶鋼を加熱
した。この結果は第１表に示す、この表で明らかなよう
に、窒素の比率を上げるに従って電圧が上昇し、溶鋼の
加熱温度幅を大きくすることができた０例えば、アルゴ
ン１００％の場合の溶鋼の加熱温度幅が１５℃であった
のに対し、アルゴン４０％−窒素６０％の混合ガスの場
合には、溶鋼の加熱温度幅は２５℃であり、約１．７倍
になった。

第１表［発明の効果］本発明の方法は、プラズマアークで加熱する加熱室内の
雰囲気ガスを、アルゴンや窒素等導電率が異なる複数ガ
スよりなる混合ガスにするものであり、また、本発明の
タンディツシュにおいては、プラズマトーチを備えた加
熱室に、上記の混合ガスを導入するノズル及びこれに接
続する上記複数のガス供給配管が接続され、更に上記複
数ガスの混合比変えるための雰囲気ガス調整装置を有し
ている。

このため、熱効率の有利な任意のアーク長で、プラズマ
電圧を自由に制御できる。従って、溶鋼の加熱量をより
増加させることができ、安定した連続鋳造の操業が実施
できる。

また、本発明のタンディツシュには加熱室にガス吹き込
み装置を備えており、溶鋼の攪拌が行われるので、溶鋼
の偏熱がなくなり、耐火物の局所溶損等の問題が解決さ
れるとともに、溶鋼の加熱効率が向上する。

マドーチ、４・・・対極、５・・・溶鋼、６・・電力供
給装置、７・・・プラズマアーク、ｌＯ・・・温度計、
１１・・・トーチ昇降装置、１２・・・プラズマ長検出
器、１３．１４・・・混合ガス、１５・・・ガス吹き込
み装置、１６・・・雰囲気ガス調整装置、１７・・演算
制御器、１８．１９・・・流量計、２０．２１・・・仕
切堰、２４・・・加熱室カバー、２５・・・雰囲気ガス
導入ノズル、２６．２８・・・混合ガス配管。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例で、プラズマアークによる溶
鋼の加熱方法及びプラズマ加熱装置を備えたタンディツ
シュの概略を示した図、第２図は本発明によるタンディ
ツシュの一実施例を示す概略図、第３図は雰囲気ガス組
成と電圧との関係を示す図、第４図は雰囲気ガス組成と
着火領域の関係を示す図、第５図は従来のプラズマアー
ク加熱方法を示す図、第６図は従来のプラズマ加熱装置
を備えたタンディツシュを示す断面図である。１・・・タンディツシュ、２・・・加熱室、３・・・プ
ラズマ電圧　　日本鋼管株式会社 −３３０− ｆ！圧（Ｖｏｌｔ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）タンディッシュ内の溶鋼をプラズマアークによっ
て加熱する方法において、前記タンディッシュ加熱室の
雰囲気ガスを導電率が異なる複数のガスよりなる混合ガ
スとすることを特徴とするタンディッシュ内溶鋼の加熱
する方法。
（２）請求項１の溶鋼の加熱方法において、プラズマア
ーク用ガスはアルゴンであり、タンデイッシュ加熱室の
雰囲気ガスがアルゴンと窒素の混合ガスであるタンディ
ッシュ内溶鋼の加熱方法。
（３）タンディッシュ内に仕切堰を設け、取鍋から溶鋼
を受け入れる受鋼室と溶鋼を加熱する加熱室と溶鋼を鋳
型に注入する注入室に区画したタンデイッシュであって
、前記加熱室の上方は加熱室カバーで覆われ、この加熱
室カバーにはプラズマトーチが挿通され、前記加熱室に
は雰囲気ガス導入ノズルが設けられ、この雰囲気ガス導
入ノズルには複数のガス供給配管が接続され、前記複数
のガスの混合比を変えるための雰囲気ガス調整装置を有
する加熱装置を備えたタンディッシュ。
（４）請求項３のタンディッシュにおいて、加熱室の底
壁にガス吹き込み装置を備えた加熱装置を備えたタンデ
イツシユ。