JPH04314814A - 溶融金属中の非金属介在物の除去装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属中の非金属介
在物を分離除去する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高級薄鋼板の製造技術のなかで、溶鋼段
階での非金属介在物除去は製品の不良率を大きく左右す
る技術である。近年の溶鋼清浄化技術の動向としては（
１）連続鋳造における取鍋とモールド間の中間容器（以
下タンディッシュという）の大型化タンディッシュ内で
の溶鋼滞留時間を延長することにより介在物の浮上を期
待するもの。 （２）タンディッシュ内に多段の堰を設ける堰により溶
鋼の通過経路を制御し、やはりタンディッシュ内での溶
鋼滞留時間を延長するもの。 （３）イマージョンノズル吐出孔形状の変更によるモー
ルド内の溶鋼流流動制御モールド内において、ノズル吐
出孔よりの溶鋼流により生ずるモールドパウダー巻き込
みを防止するもの。 などがあげられる。

【０００３】しかしながら、これらの方法では十分な品
質改善効果は得られず、とくに鍋交換と呼ばれる注入の
非定常時の品質は問題となるレベルであった。そこで、
その対策として、特開昭５８−２２３１７号、特開昭５
５−１０７７４３号に開示されるように溶鋼を水平回転
流とせしめ介在物を浮上させるという方法がある。これ
らの方法は、溶融金属と非金属介在物に水平回転による
遠心力を与え、その比重差により非金属介在物を旋回中
心に集め、衝突、吸着、凝集合体を促進することにより
分離するという技術である。本技術は、単に滞留時間を
延長したり、タンディッシュ内の溶鋼通過経路を制御す
るという方法に比べて介在物の分離効果を向上させるこ
とができ、また、同一分離能力を期待した場合、タンデ
ィッシュの大幅な小型化が可能であるという点で有効で
あると考えられる。

【０００４】しかしながら、本方法にも、以下のような
問題点がある。

【０００５】（１）溶鋼を水平回転させた場合には、溶
鋼の外周が遠心力によりパラボラ状に盛り上がり、その
盛り上がり高さは半径および回転数の二乗に比例するた
め、半径の増加は設備高さの大幅な増大を招くうえ、溶
鋼全てを水平回転させるためには、大きな電磁コイルが
必要であり、設備費も増大するため、現実的ではない。

【０００６】（２）回転半径を小さくすることは、設備
的には好ましい方向ではあるが、タンディッシュ容量を
小さくすると、取鍋交換を実現するための溶鋼バッファ
ー機能が果たせなくなる。

【０００７】（３）回転流によって生じる空気巻き込み
による溶融金属の上面の空気酸化や耐火物の溶損等が同
時に進行し、容器内で生成される非金属介在物が急激に
増加し、大型の非金属介在物が流出してしまう。この対
策としては、耐磨耗性に優れた高価な耐火物を容器全体
にわたって使用し、また、容器全体をガス等でシールす
る必要があり、コストアップとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な問題点を解決するもので、溶融金属中の非金属介在物
の分離除去を効果的かつ経済的に実現するための溶融金
属中の非金属介在物の除去装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】溶融金属を高い回転数で
水平回転させると、大きな撹拌エネルギーによって、非
金属介在物の遠心効果に加えて、非金属介在物の合体、
凝集がおこり、非金属介在物が粗大化される。この効果
によって、通常、浮上によって分離することのできなか
った小さい非金属介在物を大型化することが可能となる
。

【００１０】しかしながら、高い回転数と取鍋交換時の
バッファー機能を考慮した場合、回転による溶鋼表面形
状の変化によって設備は過大なものとなり、商業生産規
模の設備に適用するには困難であるという問題点がある
ことがわかった。さらに、回転流によって生じる空気巻
き込みによる溶融金属の上面の空気酸化や耐火物の溶損
等が同時に進行し、溶融金属の清浄化を阻害する弊害が
生じた。

【００１１】そこで、本発明では、取鍋から注入流によ
ってもたらされる非金属介在物あるいは溶融金属の温度
低下によって析出する脱酸生成物および溶融金属の空気
酸化や耐火物の溶損によってもたらされる大型の非金属
介在物のモールドへの流出を防止するとともに、設備費
の過剰な増大無しに取鍋交換時等の溶鋼バッファー機能
を持たせるため、溶融金属に水平回転流による遠心力に
よって回転槽と溶鋼のバッファー機能を兼ね備えた浮上
槽を直結した装置を開発し、商業生産規模の設備として
可能な設備設計条件を見いだした。

【００１２】すなわち、本発明は、溶融金属に水平回転
流を与えることによって、溶融金属中の非金属介在物を
分離除去させる装置において、溶融金属を受け入れてこ
れを水平回転させる回転槽と、該回転槽と連接して流出
口を備え溶融金属中の非金属介在物を浮上させる浮上槽
とを具え、その回転槽寸法を、 　　ｈ≧０．４７×ｑ１／３　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　…（１）　　ｔｍ　≧２　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　…（２）ｈ　　：
回転槽の最低溶鋼レベル（ｍ）ｑ　　：浮上槽からの溶
鋼流出量（ｔｏｎ／ｍｉｎ）ｔｍ　：回転槽内の溶鋼平
均滞留時間（ｍｉｎ）を満足するよう構成してなること
を特徴とする溶融金属中の非金属介在物の除去装置を提
供する。

【００１３】本発明はまた、溶融金属に水平回転流を与
えることによって、溶融金属中の非金属介在物を分離除
去させる装置において、溶融金属を受け入れてこれを水
平回転させる回転槽と、該回転槽と連接して流出口を備
え溶融金属中の非金属介在物を浮上させる浮上槽とを具
え、その回転槽半径および浮上槽寸法を、請求項１で定
まるｈに基づき、

【数３】

【数４】 ｈ　　：回転槽の最低溶鋼レベル（ｍ）Ｈ　　：回転槽
の最高溶鋼レベル（ｍ）ｑ　　：浮上槽からの溶鋼流出
量（ｔｏｎ／ｍｉｎ）ｔｍ　：回転槽内の溶鋼平均滞留
時間（ｍｉｎ）ρ　　：溶鋼比重（ｔｏｎ／ｍ３　） ｒ　　：回転槽半径（ｍ） ω　　：回転槽内水平回転速度（ｒａｄ／ｍｉｎ）ｇ　
　：重力加速度（ｍ／ｍｉｎ２　）ｔｃ　：回転槽への
最長注入停止時間（ｍｉｎ）ａ　　：浮上槽の縦寸法（
ｍ） ｂ　　：浮上槽の横寸法（ｍ） を満足するよう構成してなることを特徴とする溶融金属
中の非金属介在物の除去装置を提供する。

【００１４】

【作用】本発明によれば、溶融金属に水平回転流を与え
ることによって、溶融金属中の非金属介在物を分離除去
させる装置において、溶融金属を受け入れてこれを水平
回転させる回転槽と溶鋼のバッファー機能を兼ね備えた
浮上槽を直結した装置を開発し、回転槽の設計において
は、水平回転による介在物分離除去効果を発揮させるた
めの、回転槽内の必要最低平均滞留時間（＝回転槽内溶
鋼容量÷単位時間当たりの溶鋼流出量）および必要最低
湯面レベルと取鍋交換時等の湯面レベル低下および水平
回転による湯面の盛り上がりを考慮することによって、
取鍋交換等の非定常部を含んだ時間領域において溶融金
属中の非金属介在物の分離除去効果を備えつつ、設備費
用の過大な増大の無い、商業生産規模の設備として可能
な溶融金属中の非金属介在物除去装置を提供することが
可能となった。

【００１５】これにより、非金属介在物を極力除去した
高清浄度の溶融金属を経済的に製造可能となった。

【００１６】以下に本発明をさらに詳細に説明する。

【００１７】本発明による溶融金属中の非金属介在物の
除去装置（タンディッシュ）１０は、回転槽１および浮
上槽２を具える。回転槽１には取鍋（図示せず）からノ
ズル３を経て溶鋼が図１の矢印で示すように注入され、
注入された溶鋼は好ましくは回転または移動磁界装置４
により水平回転流が与えられる。これにより溶鋼中の非
金属介在物あるいはタンディッシュ１０の耐火物の溶損
等による非金属介在物を回転槽のパラボラ状渦流上に分
離浮上させる。

【００１８】このようにして清浄化された溶鋼は回転槽
１の底部の連通口５より浮上槽２に入り、静置された溶
鋼中の残存非金属介在物は浮上槽２上に浮上して分離さ
れる。このようにして一層清浄化された溶鋼は流出口６
を経てモールド（図示せず）に注入され、鋳造品となる
。

【００１９】ところで、このような回転槽および浮上槽
を有する非金属介在物除去装置を最適化して設計するこ
とが望まれている。特に、定常時すなわち取鍋から溶鋼
が回転槽に注入されている時間領域においては、回転流
によってパラボラ状に盛り上がる溶鋼のために回転槽の
高さが問題となり、また非定常時すなわち取鍋の交換時
で溶鋼が浮上槽の流出口から一方的に流出していく時間
領域においては、回転槽上に浮上している非金属介在物
が両槽の連通口５を経て流出口６よりモールドへ流出し
ないようにすることが重要である。とりわけ、非定常時
の上記問題は絶対に回避しなくてはならない。

【００２０】本発明者らはこのような観点から非金属介
在物除去装置の設計について鋭意研究の結果、以下のよ
うな条件を計算機シミュレーション、水モデル実験およ
び実機規模における予備実験によって発見した。その条
件は、（１）、（２）、（３）および（４）式に示され
る通りであるが、その導出方法を以下に示す。

【００２１】溶融金属を水平回転させると遠心力により
その表面は、図２のように静止浴面６に対してパラボラ
状を呈する。その盛り上がり高さ△Ｈは、次式によって
表現される。

【数５】

【００２２】 ｒ　　：回転槽半径（ｍ） ω　　：回転槽内水平回転速度（ｒａｄ／ｍｉｎ）ｇ　
　：重力加速度（ｍ／ｍｉｎ２　）一方、取鍋交換時に
は、流出する溶鋼によって次式に示す高さだけ、容器内
の溶鋼レベルが、低下することになる。

【数６】

【００２３】 ｑ　　：浮上槽からの溶鋼流出量（ｔｏｎ／ｍｉｎ）ｔ
ｃ　：回転槽への最長注入停止時間（ｍｉｎ）ａ　　：
浮上槽の縦寸法（ｍ） ｂ　　：浮上槽の横寸法（ｍ） ρ　　：溶鋼比重（ｔｏｎ／ｍ３　） また、水平回転による介在物分離除去効果を発揮させる
ための、回転槽内の必要最低平均滞留時間ｔｍ　（＝回
転槽内溶鋼容量÷単位時間当たりの溶鋼流出量）を確保
するために必要な湯面レベルは、次式のように表せる。

【数７】

【００２４】従って、取鍋交換時のバッファ−機能を考
慮した場合に、定常的に溶鋼の流入・流出をしている状
態において回転槽における必要な最高溶鋼レベルＨ（図
３参照）は、最低溶鋼レベルに溶鋼表面の盛り上がり高
さと取鍋交換時のレベル低下分を上乗せした高さとなり
、次式で示される。なお、図３において７は回転槽の最
低溶鋼レベルｈに対応する浮上槽の溶鋼レベルを、８は
回転槽の最高溶鋼レベルＨに対応する浮上槽の溶鋼レベ
ルを示す。

【数８】

【００２５】また、取鍋交換時に要求される最低溶鋼レ
ベルｈ（図３参照）は次式のように表せる。

【数９】

【００２６】ここで、水平回転による介在物分離除去効
果を発揮させるための、回転槽内の必要最低平均滞留時
間および必要最低湯面レベルを水モデル実験によって求
めたところ、必要最低平均滞留時間ｔｍ　は溶鋼流出速
度にかかわらず２分であり、さらに、必要最低溶鋼レベ
ルｈｍｉｎ　は、溶鋼流出速度の１／３乗に比例し、次
式で示されることを知見した。 　　　　ｈｍｉｎ　＝０．４７×ｑ１／３　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　…（８）

【００２７】これにより、取鍋交換時
においても溶鋼のバッファー機能を有しつつ、水平回転
による介在物分離除去効果を発揮させるための条件とし
て、次の条件が見いだされた。 　　　　　　ｈ≧０．４７×ｑ１／３　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　…（１）　　　　　　ｔｍ　≧２　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　…（２）

【００２
８】すなわち、非定常時（取鍋交換時）に非金属介在物
が回転槽から浮上槽の流出口を経てモールドに至らない
ようにするには（１）よび（２）式を満足する必要があ
る。

【００２９】（１）および（２）式を満足する範囲にお
いて（３）式より、取鍋交換等の非定常時に要求される
最低溶鋼レベルを満足する回転槽半径の範囲を決定し、
その範囲内で（４）式で示される必要最高溶鋼レベルを
最小とする回転槽半径とすることにより、目的とする非
金属介在物の分離除去効果を得つつ、設備高さを最小と
する経済的な非金属介在物の除去装置を設計することが
可能となった。

【００３０】

【実施例】次に本発明を実施例に基づいて具体的に説明
する。

【００３１】（実施例１）表１に示す操業条件を満足す
るように、（１）および（８）式から最小最適化した本
発明の回転槽および浮上槽を有する非金属介在物除去装
置（発明例）の一例を図４に寸法付き（単位ｍｍ）で示
す。

【００３２】これに対し、表１に示す条件で、図２に示
すような浮上槽を有しない設備（比較例）でしようとす
ると、取鍋交換時の最低湯面レベルを０．５ｍ（＝０．
４７×１．２１／３　）以上とし、回転槽内の設定滞留
時間３分を確保するためには、式（１）および（３）よ
り、回転槽半径が０．４６ｍ以下では、回転槽内の設定
滞留時間の制約で高さが決定し、０．４６ｍ以上では取
鍋交換時の最低湯面レベルの制約で高さが決定する。そ
れ故、比較例の場合の設備高さは、図５に示す様なもの
にする必要がある。図５中の最低高さでも、溶鋼の最高
レベルは１．５２ｍまで達し、設備高さは発明例である
図４に比べて約４００ｍｍも高くする必要があることに
なる。タンディッシュ高さの増大はそれに伴う建屋高さ
の増大による設備コストの大幅増大につながり、また、
既存の連鋳設備に適用する場合は、設備制約によって実
現が不可能となる場合が少なくない。さらに、設備高さ
を最小とする回転槽半径を採用する場合には、溶鋼容量
がたかだか４ｔｏｎ程度しか得られず、取鍋交換時の湯
面レベル確保が困難であるという問題点がある。

【００３３】それに比べて、本発明例では、上記比較例
に比べて必要高さを低くできるだけでなく、溶鋼容量を
浮上槽の大きさで調整することができるという利点もあ
る。

【００３４】実験は、図４および第１表に示した条件で
鋳造した場合の非金属介在物の流出数を流出口で採取し
たサンプルを分析することによって測定した。図６には
、回転槽における回転有り・無しでその割合を比較した
ものを示す。

【００３５】図６より、本発明による除去装置によって
溶鋼中の非金属介在物を大幅に除去することが可能であ
り、その効果は取鍋交換時にも発揮できていることがわ
かった。

【００３６】

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、鋼板等の製品欠陥の原
因となる非金属介在物を効果的に除去するための装置を
設備の過大な増大をなくして製作することができ、さら
にその装置を用いることによって、取鍋交換時等の非定
常時にも安定した非金属介在物の除去効果を得ることが
できるので、製品欠陥率が低減し、大幅な歩留り向上が
可能となった。また、その結果、大きな設備投資無しに
、低コストで高清浄鋼を製造することができるようにな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転槽および浮上槽を有する非金属介
在物除去装置の模式図であり、（ａ）はその平面図、（
ｂ）はその側面断面図である。

【図２】溶融金属を水平回転させた場合の湯面形状の模
式図である。

【図３】取鍋交換時の湯面レベル低下の様子を示す模式
図である。

【図４】実施例に使用した本発明の設備の寸法を示す模
式図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面断
面図である。

【図５】回転槽のみの設備の場合の回転槽半径と最高湯
面レベルの関係を示す図である。

【図６】実施例の実験結果を示す図である。

【符号の説明】

１　　回転槽 ２　　浮上槽 ３　　ノズル ４　　磁界発生装置 ５　　連通口 ６　　静止浴面 ７　　浮上槽の最低レベル ８　　浮上槽の最高レベル １０　　非金属介在物除去装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　溶融金属に水平回転流を与えることに
   よって、溶融金属中の非金属介在物を分離除去させる装
   置において、溶融金属を受け入れてこれを水平回転させ
   る回転槽と、該回転槽と連接して流出口を備え溶融金属
   中の非金属介在物を浮上させる浮上槽とを具え、その回
   転槽寸法を、 　　ｈ≧０．４７×ｑ１／３　　　　　　　　　　　　
   　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   　　　　…（１）　　ｔｍ　≧２　　　　　　　　　　
   　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
   　　　　　　　　　　　　　　　　　…（２）ｈ　　：
   回転槽の最低溶鋼レベル（ｍ）ｑ　　：浮上槽からの溶
   鋼流出量（ｔｏｎ／ｍｉｎ）ｔｍ　：回転槽内の溶鋼平
   均滞留時間（ｍｉｎ）を満足するよう構成してなること
   を特徴とする溶融金属中の非金属介在物の除去装置。
2. 【請求項２】　　溶融金属に水平回転流を与えることに
   よって、溶融金属中の非金属介在物を分離除去させる装
   置において、溶融金属を受け入れてこれを水平回転させ
   る回転槽と、該回転槽と連接して流出口を備え溶融金属
   中の非金属介在物を浮上させる浮上槽とを具え、その回
   転槽半径および浮上槽寸法を、請求項１で定まるｈに基
   づき、 【数１】 【数２】 ｈ　　：回転槽の最低溶鋼レベル（ｍ）Ｈ　　：回転槽
   の最高溶鋼レベル（ｍ）ｑ　　：浮上槽からの溶鋼流出
   量（ｔｏｎ／ｍｉｎ）ｔｍ　：回転槽内の溶鋼平均滞留
   時間（ｍｉｎ）ρ　　：溶鋼比重（ｔｏｎ／ｍ３　） ｒ　　：回転槽半径（ｍ） ω　　：回転槽内水平回転速度（ｒａｄ／ｍｉｎ）ｇ　
   　：重力加速度（ｍ／ｍｉｎ２　）ｔｃ　：回転槽への
   最長注入停止時間（ｍｉｎ）ａ　　：浮上槽の縦寸法（
   ｍ） ｂ　　：浮上槽の横寸法（ｍ） を満足するよう構成してなることを特徴とする溶融金属
   中の非金属介在物の除去装置。