JPH067904A

JPH067904A - 連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方法および装置

Info

Publication number: JPH067904A
Application number: JP16951592A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Kudo; 一郎工藤; Shuichi Miyabe; 修一宮部; Yuji Kawachi; 雄二河内; Atsushi Yamanaka; 敦山中; Takeshi Sugawara; 健菅原
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-06-26
Filing date: 1992-06-26
Publication date: 1994-01-18

Abstract

(57)【要約】【目的】タンディッシュ内を流通する介在物を気泡に
より効率的に分離する方法に関し、タンディッシュに高
効率の精錬機能を付加することにより、精錬能力の向上
および従来の２次精錬プロセスのタンディッシュへの代
替を達成する。【構成】気泡による溶鋼中の介在物の分離に関し、気
泡と溶鋼との接触効率が高い気泡塔に着目し、タンディ
ッシュ内に気泡塔を形成する。気泡塔は、タンディッシ
ュの底部から吹き込まれる気泡流を、溶鋼の流通孔を有
する隔壁にて拘束することにより形成する。この気泡塔
を複数個連結し、下流側の空塔速度を上流側より越えな
いようにすることにより、介在物の凝集・合体とその浮
上分離を分離して処理でき、従って、タンディッシュで
も汚染がない高密度処理ができる。【効果】気泡と液体の接触効率を大幅に高めることに
より、取鍋での処理時間を大幅に短縮でき、タンディッ
シュの滞留時間中に従来の２次精錬と同様の処理が可能
になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶鋼金属の連続鋳造用
タンディッシュにおける溶鋼の清浄化を行う介在物除去
方法および装置に関するものであり、タンディッシュに
高効率の非金属介在物除去機能を付加することにより、
連続鋳造の前処理としての２次精錬機能の能力向上およ
びその機能のタンディッシュでの代替を狙いとするもの
である。

【０００２】

【従来の技術】転炉あるいは電気炉による以降の製鋼プ
ロセスは、酸素精錬を起因として発生する非金属介在物
の除去および水素などを中心とした脱ガスが２次精錬プ
ロセスにて行われている。近年の鋼の高級化指向に伴
い、この分野の技術的進展に目ざましいものがあるが、
一方で２次精錬プロセスの負荷が増大することにより、
ランニング・コストの増大、新たな設備投資を要求され
ている場合も多いのが実情である。

【０００３】従来、タンディッシュでは非金属介在物の
自然浮上分離を狙っていたが、近年、より積極的な精錬
機能を付与することにより、その前工程である取鍋精錬
などの２次精錬プロセスの能力増強或いは、負荷低減に
よる効率的プロセスを実現しようとする試みが見られ
る。タンディッシュは溶鋼処理の最終段階であり、２次
精錬プロセスからタンディッシュ間の溶鋼の汚染などを
考え合わせると、ここで精錬機能を付与することが、全
体の精錬プロセスの効率化に繋がるものである。

【０００４】しかしながら、タンディッシュでは精錬時
間が、溶鋼の滞留時間に制約されるので、精錬機能とし
て、高密度の処理が必要となる。本発明は、非金属介在
物のタンディッシュでの高密度処理について、気泡を用
いることにより達成する方法について述べるものであ
る。

【０００５】気泡を用いた非金属介在物（以下介在物と
呼ぶ）の除去法には、従来技術として特開昭６１−８２
９５５、および特開昭６２−２２４４６４号公報が開示
されている。特開昭６１−８２９５５号公報は、タンデ
ィッシュの底部から溶鋼中に均一な気泡を吹き込み、気
泡の浮上作用により介在物を溶鋼表面上のフラックスに
吸着させる方法を提案している。また、特開昭６２−２
２４４６４号公報は、トンネル型の堰により溶鋼流を気
泡の流通部に導き溶鋼中の介在物と気泡との接触向上方
法について提案している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記両公報の
ように単に溶鋼流途上で気泡を吹き込む方法では、吹き
こみ面積当たりの空塔速度が増加すると、気泡が拡散し
且つ溶鋼に大きな下向きの循環流が発生し介在物の分離
能が低下する限界がある。したがって、従来技術を、２
次精錬プロセスの代替として用いる場合には、莫大な吹
きこみ面積が必要になり、タンディッシュの容量を大幅
に増やす必要が生じる。

【０００７】発明者らは、以上の従来技術の課題が、循
環流の抑制にあることに着眼し、介在物除去にとって好
適な気泡および液体の流動制御について、鋭意研究し
た。まず、従来技術の課題を、図３に示す取鍋精錬を例
に説明する。取鍋精錬では、溶鋼１中にけん濁して存在
する介在物を気泡１０による溶鋼の攪拌により、介在物
間の凝集・合体を促進し、浮上しやすい比較的大型の介
在物にし、自然浮上により分離している。

【０００８】したがって、取鍋精錬では、介在物が浮上
するまでの十分な時間をかけて処理しているのが実態で
ある。これから、上記の取鍋精錬の機能を、連続処理が
必要なタンディッシュに代替するには、タンディッシュ
内の溶鋼滞留時間内で、同等の精錬能力を満足する強力
な攪拌および介在物の浮上速度のアップが具備すべき条
件であり、これらを空気酸化など汚染を防止しつつ行う
ことが必要である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の課題に対し、本発
明は有利に解決する次の方法を提供するものである。
（１）溶鋼の連続鋳造用タンディッシュにおいて取鍋
からの受鋼口と鋳型への排出口の間を複数の横向きの貫
通孔を備えた少なくとも２枚以上の壁で仕切り、該壁間
の溶鋼流を横方向の整流とするとともに、タンディッシ
ュ底面のタンディッシュ側壁と前記仕切り壁に挟まれた
実質的全面に複数の上向きの貫通孔を備えたガス分散体
を設け、該ガス分散体より均一な不活性ガスの気泡を溶
鋼中に吹き込み、タンディッシュ側壁と前記仕切り壁に
より前記気泡の拡散および溶鋼の循環流発生を抑制しな
がら該気泡を浮上させて溶鋼中介在物をも浮上させるこ
とを特徴とするタンディッシュ内溶鋼の介在物除去方法
と、（２）隣合った仕切り壁間のガス空塔速度を上流
側仕切り壁間のガス空塔速度以下とすることを特徴とす
る特許請求の上記（１）項記載の方法と、（３）溶鋼
の連続鋳造用タンディッシュであって、取鍋からの受鋼
口と鋳型への排出口の間に設けた複数の横向きの貫通孔
を備えた少なくとも２枚以上の仕切り壁と、タンディッ
シュ側壁と前記仕切り壁に挟まれたタンディッシュ底面
の実質的全面に設けた複数の上向きの貫通孔を備えたガ
ス分散体からなることを特徴とするタンディッシュ内溶
鋼の介在物除去装置である。

【００１０】本発明の第１の骨子を図１により詳細に説
明する。溶鋼１は、取鍋２から取鍋ノズル３を通じてタ
ンディッシュ４に排出され、タンディッシュ４内を鋳型
９上部へ移動後、鋳造用ノズル１１を通じて鋳型９に注
入される。前記溶鋼移動の途上に複数の横向きの貫通孔
を備えた仕切壁（隔壁）７ａ、７ｂを設ける。該隔壁と
タンディッシュ側壁に囲まれたタンディッシュ底面の実
質全面にガス分散体５を設け、不活性ガスを溶鋼中に吹
き込む。

【００１１】隔壁７ａ、７ｂは、気泡塔の形成上、溶鋼
流に対し、多少の圧力損失を有するように設計すること
が必要であり、セラミック・フォーム或いは多数の均一
な小さい貫通孔を有する耐火物製の板を用いるのが望ま
しい。このような構成により、取鍋ノズル３の注入流に
起因するタンディッシュ内溶鋼流の偏流を整流化し、気
泡塔内の気泡流との直交する気液の確実な接触が満足さ
れるようになる。

【００１２】隔壁にセラミック・フォームを用いる場合
には、介在物付着による閉塞がなきよう、十分孔径の大
きいものを使用することが必要である。また、隔壁は貫
通孔を底部に設けたトンネル堰の組み合わせでも可能で
あるが、気液の接触効率の観点から少なくとも、前面側
の隔壁７ａは、上記の小さい貫通孔を有する耐火物製の
板を用いるのが望ましい。なお隔壁間の距離Ｌは、溶鋼
深さＨに応じて設計されるものであり、一般にＨ／Ｌが
大きい程、気泡流内に循環流が生じにくい。

【００１３】隔壁間の底面積が広く、気泡発生装置とし
てのポーラス・ノズル５について、製作上、全面にわた
り設置できない場合には、小径のノズルを適宜複数個配
列しても良いが、少なくとも溶鋼の表面において、上昇
気泡流１０がその全面を占めるように配列することが重
要である。

【００１４】気泡塔は、その吹き込む底吹き気泡量によ
って、気液の体積交換の強度を変化させることが出来
る。つまり、底吹き気泡量が少ない場合は、気泡による
液体の運動は無視できる程であり、底吹き気泡量が多く
なると気液の体積交換による液体の上下の運動が激しく
なる。

【００１５】これから、前者は気泡による介在物の捕捉
に有利な状態であり、また後者は介在物の凝集・合体に
有利な状態である。したがって、これらの介在物の分離
操作をそれぞれ好適に行おうとするのが、図２の構成で
あり、本発明の第２の骨子をなすものである。

【００１６】図２の例では、溶鋼移動の途上に同様構造
を備えた７ａ、７ｃ、７ｂの３枚の隔壁を設け、下流側
隔壁７ｃ、７ｂに囲まれた部分での気泡上昇速度（ガス
空塔速度）を上流側隔壁７ａ、７ｂに囲まれた部分の気
泡上昇速度（ガス空塔速度）以下とするものである。

【００１７】以上のようにタンディッシュ内を隔壁にて
分割することにより、それぞれの槽における最適な処理
法を施すことができる。つまり、上流側では、多量のガ
スを吹き込むことにより、槽内を攪拌し、介在物間の凝
集・合体を促進し、下流側では、上流側で取りきれない
介在物について気泡捕捉により迅速に除去する方法が取
れる。本方法のような操作は、従来技術のように、循環
流を形成する系では、出来ない操作であり、本発明がプ
ロセスの効率化上、理想的な介在物処理が可能なことを
示している。以上述べた気泡１０の上昇流により、溶鋼
中介在物を効率的に溶鋼表面に浮上させ、フラックス８
に吸収させる。

【００１８】

【作用】本発明は、四方を壁で囲み、その底面の全面か
ら気泡を吹き込むもので、気泡の拡散と溶鋼の循環流を
側壁により拘束することを特徴としている。ここで、液
体の運動は、気泡量の多寡より、その流動パターンは変
化するが、気泡の体積移動に対し置換する上下の運動が
基本流動である。

【００１９】この気泡と液体の体積置換作用は、図３に
示す循環流によるマクロ混合を主体とした攪拌槽の流れ
と本質的に異なる気泡と液体間のミクロ混合が主体とし
た流れとなるのが特徴である。このミクロ混合は、小さ
な介在物を凝集・合体させるのに有利であり、また攪拌
槽のような循環流を形成しないことから、気泡の流速を
抑制できるので、介在物を捕捉する上で有利である。

【００２０】四方を壁で囲む所謂気泡塔の有利点を、水
−空気系のモデル実験にて、攪拌槽と比較した。図５に
吹き込み気泡量Ｑを、その流路断面積Ａで除した空塔速
度と気泡流速の関係を示す。これから、気泡塔では、攪
拌槽に比較し、気泡流速が抑制されることが検証され
る。また、気泡の底吹きによる大気からの空気酸化に対
し、気泡塔では循環流が生じにくいことから溶鋼上面の
フラックス厚みを十分とれば、フラックスにより遮断す
ることが可能である。

【００２１】本発明は、気泡塔の原理である気泡と液体
との置換作用に着目することによって、介在物の凝集・
合体操作、浮上分離操作に対し気泡の高密度利用を発想
したものである。これによって、時間当たりの精錬能力
を飛躍的に向上させるものであり、従来、長時間を要す
る取鍋精錬を、タンディッシュで短時間で行うことが可
能になる。

【００２２】本方法における気液混相流の流動制御の効
果を、図１の１列の気泡塔について、水モデルにて、ス
トークスの終末速度相似で４０ミクロン相当の疑似粒子
を用いて、その除去効率を調査した結果を図６に示して
いる。この結果にて流出する疑似介在物量を比較する
と、従来の隔壁を設けない気泡流では、流出する疑似介
在物量が多量に見受けられるのに対し、気泡塔を設置し
た場合にはほとんどが見られない効果が確認された。な
お、本条件はＨ＝５００mm、ガス量１０ｌ／minであ
り、気泡塔内で循環流が起こらない条件下で行われた。

【００２３】また、吹きこみガス量が増加すると、気泡
塔でも循環流が生じるが、従来の隔壁を設けない場合に
は、疑似介在物量の流出量に増加が見られるのに対し、
隔壁を設けた気泡塔の場合には、ほとんど流出量が増加
しないという結果を得た。このことは、隔壁面に沿って
流通する気泡流が、疑似介在物の流出を阻止するもので
あり、従来技術の欠点である吹きこみガス量の制約が緩
和されるのが、特徴である。

【００２４】以上、介在物の除去を中心に述べたが、気
泡塔型の特徴である気液間の接触が活発化することによ
り、水素などの脱ガス機能についても、高密度に気泡が
吹き込まれることにより、気泡への拡散除去が期待でき
る。

【００２５】また、タンディッシュでの空気酸化につい
て、攪拌が強い槽で懸念されるところであるが、図２の
上流側の槽が示すように、フラックスが隔壁により拘束
されているため安定した層厚みを確保することにより大
気との遮断性に優れている。また、溶鋼の循環流による
表面更新が起こりにくいことから、溶鋼が酸化されにく
い特徴を持っている。

【００２６】

【実施例】本例では、図１に示すと同様なタンディッシ
ュを使用して介在物の分離効果を調べた。タンディッシ
ュ寸法は、長さ４ｍ、幅０．５ｍ、浴深０．５ｍの矩形
のタンディッシュで溶鋼量は、０．８Ｔ／min である。
ここで、Ｃ＝０．４５％のアルミキルド鋼について、イ
ンプットの溶鋼中トータル酸素量を約３５ppm 程度に揃
えて、本発明の効果を調査した。

【００２７】Ｉは、気泡を吹き込まない場合であり、II
は従来技術の隔壁を設けないで気泡を幅０．５ｍ、長さ
０．８ｍでアルゴンを２０ｌ／min 吹き込んだ場合であ
るが、Ｉに対し３ppm 程度のトータル酸素量の減量を確
認した。これに対し、III は図１のように、IIの気泡流
をアルミナ質のセラミック・フォームにて拘束したもの
であり、IIに対し明らかな効果を確認した。また図２の
ように、同様の槽を上流側に設けたIVでは、更に大きな
効果を確認した。なお、上流側の槽には２００ｌ／min
を流し、下流側は２０ｌ／min を流した。以上により本
発明で得られた溶鋼は酸素と結合した非金属介在物がよ
り一層低減されることになった。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明は、気泡と液体間
の運動を最適化することにより極めて高効率な介在物除
去方法を提供するものであり、精錬プロセスへの波及効
果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本図。

【図２】本発明の拡張図。

【図３】従来技術の代表例である攪拌槽を表す図。

【図４】本発明の理想例である気泡塔を表す図。

【図５】攪拌槽と気泡塔の気液混相流における気泡流速
の比較を示す図。

【図６】図１の水モデルテストの結果を示す図。

【図７】実施例の効果を示す図。

【符号の説明】

１溶鋼２取鍋３取鍋ノズル４タンディッシュ５ポーラス・ノズル６吹き込みガス導入管７ａ前面隔壁７ｂ後面隔壁７ｃ中間隔壁８フラックス９モールド１０気泡１１鋳造用ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山中敦北海道室蘭市仲町12番地新日本製鐵株式会社室蘭製鐵所内 (72)発明者菅原健北海道室蘭市仲町12番地新日本製鐵株式会社室蘭製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶鋼の連続鋳造用タンディッシュにおい
て取鍋からの受鋼口と鋳型への排出口の間を複数の横向
きの貫通孔を備えた少なくとも２枚以上の壁で仕切り、
該壁間の溶鋼流を横方向の整流とするとともに、タンデ
ィッシュ底面のタンディッシュ側壁と前記仕切り壁に挟
まれた実質的全面に複数の上向きの貫通孔を備えたガス
分散体を設け、該ガス分散体より均一な不活性ガスの気
泡を溶鋼中に吹き込み、タンディッシュ側壁と前記仕切
り壁により前記気泡の拡散および溶鋼の循環流発生を抑
制しながら該気泡を浮上させて溶鋼中介在物をも浮上さ
せることを特徴とするタンディッシュ内溶鋼の介在物除
去方法。
【請求項２】隣合った仕切り壁間のガス空塔速度を上
流側仕切り壁間のガス空塔速度以下とすることを特徴と
する請求項１記載の方法。
【請求項３】溶鋼の連続鋳造用タンディッシュであっ
て、取鍋からの受鋼口と鋳型への排出口の間に設けた複
数の横向きの貫通孔を備えた少なくとも２枚以上の仕切
り壁と、タンディッシュ側壁と前記仕切り壁に挟まれた
タンディッシュ底面の実質的全面に設けた複数の上向き
の貫通孔を備えたガス分散体からなることを特徴とする
タンディッシュ内溶鋼の介在物除去装置。