JPH08141708A - 鋼の鋳造用タンディッシュ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高生産性鋳造条件下でも、容量を大型化するこ
となく清浄鋼を製造できるタンディッシュを提供する。 【構成】内部が下記のからまでの３つのゾーンから
なることを特徴とする鋼の鋳造用タンディッシュ。 取鍋から注入される溶鋼を受ける攪拌ゾーン。 上記攪拌ゾーンと下記のゾーンとの間に位置してお
り、タンディッシュ内の鋼浴部分に相当する空間の上下
方向を２つ以上に水平に仕切る耐火物製隔壁を有する層
流ゾーン。 上記層流ゾーンから流入する溶鋼を受け、その溶鋼を
鋳型に注入する注入ゾーン。 【効果】層流ゾーンが複数の水平流路に仕切られている
ので、各流路での介在物の浮上距離が小さくなり、微細
介在物も容易に浮上して水平隔壁に補足される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、介在物の少ない清浄
な溶鋼を鋳型に注入するための鋼の鋳造用タンディッシ
ュに関する。

【０００２】

【従来の技術】金属材料の材質向上には、非金属介在物
の低減が欠かせない。特に、表面および内部の清浄性が
強く要求される製品、例えば自動車用鋼板、ＤＩカン用
鋼板、ベアリング鋼などでは非金属介在物を極力少なく
することが要求される。

【０００３】近年、省力・省エネルギー思想の高まり等
を背景にして、熱間圧延工程の大幅な省略や熱間圧延を
施すことなく溶湯から直接的かつ連続的に薄板材を製造
しようとの試みが比較的融点の低い非鉄金属ばかりでな
く鉄系合金（鋼）にまで行われるようになってきた。か
かる薄板材の製造方法においては、中間工程での疵取り
等の表面手入が行えない。また、最近実用化が進みつつ
ある薄スラブ連続鋳造法のような、いわゆるニアネット
シェイプ鋳造方法においては、鋳片から製品までの圧下
比が小さいため、非金属介在物が製品の機械的性質に及
ぼす影響が大きい。従って、溶鋼の段階で非金属介在物
を大幅に減らす技術が必須になる。

【０００４】これまでにも溶鋼中の非金属介在物の除去
技術として、溶鋼取鍋と鋳型の間にあるタンディッシュ
における種々の方法が提案されてきた。それらを大別す
ると次のとおりである。

【０００５】(1) 堰を設けて介在物の浮上分離を促進す
る方法（例えば、特公平４−220146号、特公平５−5019
3 号の各公報） (2) 溶鋼通過部位に孔付き耐火物管を配置して、介在物
を付着・濾過する方法(特公平１−25364 号公報 ) (3) 石灰質フィルターを配置して介在物を付着・濾過す
る方法（特開昭59−189050号、特公平１−29628 号の各
公報 ) (4) 不活性ガスバブリングにより浮上気泡表面に介在物
を吸着させて分離する方法（「鉄と鋼」Vol.73(1987),
No.7, P.852 ） (5) タンディッシュ内にフラックスを吹き付け添加し
て、浮上介在物を捕捉分離する方法（特開平５−76998
号公報） (6) 溶鋼流路を長くしたＨ型タンディッシュを用いて介
在物の浮上を促進する方法（CAMP-ISIJ 、Vol.4(1991)
P.1198) (7) 電磁力を利用して溶鋼に水平回転流を与え、その遠
心力で介在物を中央部に集積分離する方法（特開平２−
274348号、特開平４−319050号、特開平４−322852号、
特開平４−327345〜327347号の各公報 )。

【０００６】しかし、上述の方法にはそれぞれ下記のよ
うな問題点がある。すなわち、(1)の方法は、堰を設け
ることにより、浮上距離の長いタンディッシュ底部の溶
鋼が介在物を十分浮上除去していない状態で鋳型に注入
されるショートサーキット (短絡）を防止することを狙
ったものであるが、清浄鋼に要求される微細な介在物を
浮上分離させるには、タンディッシュ内での溶鋼の滞留
時間を増やす必要があり、ショートサーキットの防止だ
けでは、十分な微細介在物の低減が得られない。また、
堰を設けたためタンディッシュ内部に湯残りが発生し、
鋳込み歩留りの低下を余儀なくされる。

【０００７】(2)の方法では、上述の堰の場合と同様で
あるが、孔付き耐火物管の表面（堰の場合は壁板面) に
介在物を衝突させて捕捉し、上向き流れを作って介在物
の浮上促進を図ろうとしている。しかし、管表面への介
在物の衝突捕捉は管表面の被衝突面積が通過溶鋼量に対
して小さ過ぎるため、その効果は微小である。また、上
向き流れを強くして介在物の浮上を促進しようとする
と、タンディッシュ内の溶鋼通過流速を大きくせざるを
得ず、その結果渦流が生ずるので介在物の浮上が必ずし
も促進されるとは云えない。

【０００８】(3)の石灰質フィルターを用いる方法で
は、(2) の方法に比べて溶鋼との接触表面積が大きく、
介在物の衝突捕捉の効果が大きくなる。しかし、その反
面フィルター前後の圧力差が大きく温度降下も大きいた
め、操作上の問題が多く、特に大量生産の方法としては
不適切である。また、コストも高いという欠点もある。

【０００９】(4) の方法については、気泡表面に介在物
を吸着させて浮上分離させるためには、吹き込み気泡径
を２〜５mm程度に微細化する必要があると云われてい
る。しかし、底吹きポーラス煉瓦を用いても、気泡径の
微細化はかなり難しいと思われる。

【００１０】(5) の方法は、タンディッシュ内の適宜の
場所にインジェクションランスを設け、介在物吸着能の
ある吹付材を溶鋼内にインジェクションすることによ
り、介在物を除去する方法である。この方法では吹付材
の組成やランス浸漬深さが適切でないと、吸着した介在
物が浮上せずに懸濁した状態になり、かえって介在物を
増加させることになる。

【００１１】(6)の方法は、タンディッシュの構造を改
良して介在物を低減する方法である。

【００１２】タンディッシュをＨ型にして溶鋼流路を長
くすることにより、タンディッシュ内での溶鋼滞留時間
が長くなる。この延長時間を利用して浮上速度が遅い微
細介在物の浮上分離を促進することができる。しかし、
タンディッシュの大型化は避けられず、これに伴なう溶
鋼の温度降下の問題や鋳造末期の残鋼量の増加による歩
留り低下の問題がある。

【００１３】(7)の方法は、タンディッシュ周囲に移動
磁界発生コイルを設け、タンディッシュ内溶鋼に回転流
を付与することによって介在物を集積分離する方法であ
るが、電磁力付与のための電力消費量が多く、実用化に
問題を残している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】清浄鋼では、粒径が約
50μ程度の微細介在物まで分離除去することが必要とさ
れているが、微細介在物は、溶鋼内での浮上速度が極め
て遅い。このような微細介在物をタンディッシュ内で完
全に浮上分離させるためには、 イ．介在物の浮上距離を小さくすること、即ち溶鋼深さ
を浅くすること、 ロ．溶鋼流路を長くすると共に、溶鋼流速を遅くして、
タンディッシュ内での溶鋼滞留時間を延長させること、 が有効である。しかし、タンディッシュ内の溶鋼通過流
量を一定とすると、溶鋼深さを浅くすることと流速を遅
くすることとは相反する。従って、高生産性を維持しな
がら上記イおよびロの条件を同時に満たすためには、過
大な容量のタンディッシュが必要となる。しかし、設備
レイアウトの制約、製作コストの上昇、および適正鋳込
み温度の確保の困難、等の問題があって、タンディッシ
ュの大型化には限界がある。

【００１５】本発明は、前述の従来の方法が持つ種々の
欠点のない介在物除去技術の開発を課題としてなされた
ものである。本願の具体的な目的は、大型化に伴う前記
の難点がなく、通常以上の鋳造速度でも介在物の除去効
果が大きいタンディッシュを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、内部が下記の
からまでの３つのゾーンからなることを特徴とする
鋼の鋳造用タンディッシュを要旨とする。

【００１７】取鍋から注入される溶鋼を受ける攪拌ゾ
ーン。

【００１８】上記攪拌ゾーンと下記のゾーンとの間
に位置しており、タンディッシュ内の鋼浴部分に相当す
る空間の上下方向を２つ以上に水平に仕切る耐火物製隔
壁を有する層流ゾーン。

【００１９】上記層流ゾーンから流入する溶鋼を受
け、その溶鋼を鋳型に注入するノズルを有する注入ゾー
ン。

【００２０】本発明のタンディッシュの層流ゾーンに設
ける隔壁（以下、水平隔壁と記す）は、非金属介在物が
付着し、または吸着されるような材質、例えば、CaO 、
アルミナ、マグネシア、ジルコニア、炭化珪素などの炭
化物、および窒化チタンなどの窒化物の中から選ばれる
１種以上を主成分とする耐火物で作製されるものであ
る。具体的な耐火物としては、例えば、アルミナ・ジル
コニア・CaO 系の耐火物が実用的である。

【００２１】なお、上記の攪拌ゾーンでは、流量 10
〜50リットル／分程度の不活性ガスの吹込み（バブリン
グ）を行うのが望ましい。

【００２２】

【作用】以下、本発明のタンディッシュの構造および作
用を図面を用いて説明する。

【００２３】図１は、本発明のタンディッシュの一例を
説明する断面図で、（a)は溶鋼の流れ方向 (タンディッ
シュの長手方向) に沿う断面図 ((b) 図のA-A 断面)
で、(b) は溶鋼の流れに垂直な方向の断面図である。

【００２４】図１(a) および(b) に示すように、本発明
のタンディッシュ１は、取鍋から取鍋ロングノズル４等
を介して注入される溶鋼10を受鋼する攪拌ゾーン、タ
ンディッシュ内の鋼浴部を上下方向に２つ以上に水平に
仕切る耐火物製の水平隔壁２を有し、複数の水平流路３
を構成した層流ゾーン、および層流ゾーンから流入し
た溶鋼を受け、炉底に設けたタンディッシュノズル６、
スライドゲート７、浸漬ノズル８等を介して、鋳型９に
溶鋼10を注入する注入ゾーンの３つの部分から構成さ
れている。

【００２５】タンディッシュの底部には、溶鋼の攪拌と
介在物の浮上分離を促す不活性ガス（例えば Ar ガス)
を吹き込むポーラスプラグ５を設けるのが望ましい。鋳
型９内の溶鋼表面には、鋳型パウダー12が置かれる。

【００２６】タンディッシュ内の溶鋼10の表面には、溶
鋼の保温、大気からの遮断、および浮上した非金属介在
物の吸着捕捉の作用を持ち、かつタンディッシュ内張レ
ンガや水平隔壁の耐火物を浸食しない材質のパウダー11
を置く。

【００２７】上記の各ゾーンの溶鋼流れ方向の長さは、
従来使用中のタンディッシュ（総長さ3000〜4000mm) を
大型化させないことを前提として、攪拌ゾーンが 500
〜1000mm程度、注入ゾーンが最低 500mm程度とするの
がよい。層流ゾーンの寸法は、以下に述べる設計手法
で決定される。

【００２８】1. 各水平流路の高さ タンディッシュ１内の鋼浴表面には、前述のパウダー11
が添加されるので、最上層の水平流路の上方には隔壁を
設けず、開放したままでよい。各層の水平流路の高さを
等しくすると、介在物の浮上距離が等しくなり、各水平
流路で同一の介在物の捕捉除去効果が得られる。従っ
て、各水平流路の高さｈ(m) は下記(1) 式で決定すれば
よい。

【００２９】 ｈ＝〔Ｈ−（ｎ−１）ｔ〕／ｎ ・・・・(1) ただし、Ｈ：タンディッシュ内鋼浴深さ(m) 、ｔ：水平
隔壁厚さ(m) ｎ：鋼浴水平仕切り数 なお、ｎをあまりに多くする (水平隔壁数を多くする)
と、溶鋼が流れる断面積が小さくなる。このため、溶鋼
の流速が大きくなって、水平流路内での溶鋼滞留時間が
短くなり、介在物の浮上除去には好ましくない。従っ
て、ｎは２〜４とするのが望ましい。

【００３０】2. 各水平流路の幅 溶鋼の全てを層流にして攪拌ゾーンから注入ゾーンへ移
行させるために、層流ゾーンは全横断面が水平隔壁で仕
切られているのが望ましい。従って、水平隔壁の幅は、
図１(b) に示すように、タンディッシュ１の対向する両
側壁までにわたる全幅とするのがよい。

【００３１】3. 各水平流路の長さ タンディッシュ内溶鋼中の介在物は溶鋼の流れが層流
（ラメラーフロー）の場合、ほぼストークスの法則にし
たがって浮上すると考えられる。ストークスの法則に基
づく介在物の半径と浮上速度の関係は下記（2)式で示さ
れる。具体的な計算結果の一例を表１に示す。

【００３２】Ｖ＝ 10.47×10^-5×ｒ² ・・・・(2) ただし、Ｖ：介在物浮上速度（m/min)、 ｒ：介在物の
半径（μm)

【００３３】

【表１】

【００３４】一方、水平流路３内の溶鋼の平均滞留時間
Ｔ(min) は下記(3) 式で示される。

【００３５】 Ｔ＝（ｎ×ｈ×ｗ×L ）／（Ｗ／ｄ）・・・・(3) ただし、ｗ：各層水平流路の平均幅（＝タンディッシュ
内鋼浴部の平均幅、m ) L ：水平流路の長さ（m)、 Ｗ：溶鋼の通過流量（t/mi
n) ｄ：溶鋼の密度（≒7.0 トン/ m³) ここで、水平流路３の底部を流れる溶鋼10中の半径 r
（μm)の介在物が、水平流路３を通過する間に浮上し
て、水平隔壁２またはパウダー11に捕捉分離されるため
には、Ｖ・Ｔ≧ｈなる条件を満たす必要がある。従っ
て、水平流路の長さ Lは、清浄鋼で除去が要求される介
在物の大きさ、溶鋼の通過流量および鋼浴水平仕切り数
に応じて下記(4) 式を満たすようにして決定すればよ
い。そして、L の長さはタンディッシュの大型化を伴わ
ない範囲で長くするのが、微細介在物の捕捉分離を促進
する上で望ましい。

【００３６】 L ≧Ｗ／〔 (10.47 ×10^-5×ｒ²)（ｄ×ｎ×ｗ）〕・・・・(4) 図２の (a)および(b) は、本発明タンディッシュの別の
実施例における水平隔壁２の配置状態を示す図１(b) と
同様の断面図である。 (a)は水平隔壁が２枚でその取付
け方は図１(b) と同じである。タンディッシュの定期メ
インテナンス時には水平隔壁に吸着または付着した介在
物を切削除去する作業を行うが、その作業性を良くする
ため、これらの水平隔壁は取り外し可能であることが望
ましい。

【００３７】図２(b) の例は、水平隔壁２と側壁2Bとを
一体に構成し、必要に応じて補強のため底面壁2Aおよび
／または補強壁2Cを設けたものである。即ち、層流ゾー
ンを形成する部分をタンディッシュ１に脱着自在の別部
品とし、取替えや付着した介在物の除去作業を容易にし
たものである。

【００３８】次に、本発明の清浄鋼鋳造用タンディッシ
ュの上述した３ゾーンの機能について説明する。

【００３９】1. 攪拌ゾーン 取鍋からタンディッシュへの溶鋼落下流または注入流の
運動エネルギーで鋼浴が混合攪拌されるゾーンである。
鋼浴の混合攪拌は、微細介在物を凝集合体させて介在物
を肥大化させ、その浮上を促進する効果と、下降攪拌流
に介在物を巻き込むことによる浮上を阻害する逆効果の
両方の影響をおよぼす。

【００４０】攪拌ゾーンの鋼浴内に、ポーラスプラグ５
あるいは図示していない浸漬ランス等からアルゴン（A
r）等の不活性ガス（流量は、10〜30リットル/min程度
でよい) を吹き込むと、溶鋼の攪拌が促進され、凝集し
て肥大化した介在物が、気泡上昇流に随伴されて浮上す
るので、攪拌ゾーンにおける介在物の浮上・分離が促進
される。また、タンディッシュ１内の溶鋼全表面をアル
ミナやCaO 等のパウダー11でカバーすることにより、浮
上してくる介在物を吸着または付着させて捕捉し、介在
物の除去作用を高めることもできる。

【００４１】2. 層流ゾーン 上述したように、このゾーンには、タンディッシュ１内
の鋼浴部を上下方向に２つ以上、好ましくは２〜４等分
して水平に仕切る水平隔壁２によって、複数の水平流路
３が構成されている。従って、各水平流路を層流となっ
て通過する溶鋼中の介在物が浮上し、水平隔壁２または
鋼浴表面のパウダー11に吸着され、または付着して除去
される。このようにして補足されるまでの介在物の浮上
距離は、従来の水平隔壁のないタンディッシュより短く
なる。これにより、本発明の層流ゾーンでは、浮上速度
が小さい微細介在物まで除去することができ、介在物の
きわめて少ない清浄な溶鋼を注入ゾーンに供給すること
ができる。

【００４２】例えば、タンディッシュ内を通過流量Ｗ＝
3.8t/min、鋼浴深さ１m の条件で溶鋼を通過させる場
合、水平隔壁２を設けて水平流路の高さｈ＝0.3m（ｎ＝
３）、平均幅ｗ＝1.5m、長さ L＝２m とした本発明例
と、従来のタンディッシュとで浮上除去可能な介在物の
最低粒径 (ｄ_min ) を、前述の(4) 式を用いて算出して
比較すると、次のようになる。即ち、従来のタンディッ
シュではｄ_min ＝83μm であるのに対し、本発明のタン
ディッシュではｄ_min ＝48μm となる。

【００４３】清浄鋼の製造においては、前述のように直
径50μm 程度までの介在物も除去が必要とされている
が、上述の計算結果から本発明のタンディッシュによれ
ば、50μm 以上の介在物は確実に除去できることにな
る。

【００４４】3. 注入ゾーン 注入ゾーンは、下部のタンディッシュノズル６から溶鋼
を鋳型９内に注入する湯だまりであり、鋳造中鋼浴深さ
（ヘッド）を一定に制御して鋳込速度を一定化するとと
もに層流ゾーンで除去されずに残った介在物を浮上さ
せ、鋼浴表面上のパウダー11で捕捉除去する作用をも
つ。

【００４５】

【実施例】湾曲型連続鋳造機において、表２に示す成分
の低炭素アルミキルド鋼を鋳造速度 2.0m/min で鋳造し
た。スラブサイズは、厚さが 150mm、幅が1800mmであ
り、タンディッシュ内の鋼浴深さは 1 m、鋼浴通過流量
は 3.8t/min である。タンディッシュ本体のサイズは、
内側形状で高さが1.8m、長さが3.5m、平均幅が1.5mであ
り、従来容量のままで使用した。

【００４６】

【表２】

【００４７】実施例では、上記タンディッシュ内部を溶
鋼の流れ方向に順次長さ0.75m の攪拌ゾーン、２m の層
流ゾーン、0.75m の注入ゾーンの３つのゾーンに分け
た。そして、層流ゾーンには、厚さ0.05m のCaO 系耐火
レンガ製の水平隔壁を設けて、高さが 0.3m 、平均幅が
1.5m 、長さが２m の水平流路を上下方向に３層に形成
させた。また、タンディッシュ内の鋼浴表面は、CaO 系
パウダーでカバーした。

【００４８】なお、実施例１ではポーラスプラグ５から
のArガスの吹込みを行わず、実施例２では流量 30 リッ
トル／分のArガス吹込みを行った。

【００４９】比較例では、同じ形状、大きさのタンディ
ッシュで水平隔壁を設けず、従って、層流ゾーンのない
タンディッシュを用いたこと以外は実施例と同様の条件
で鋳造した。比較例１がArガス吹込みなし、比較例２が
Arガス吹込みあり、である。

【００５０】鋳造後のスラブ鋳片横断面サンプルの顕微
鏡検査を行い、表皮下７mmにおける介在物の大きさと、
単位面積当たりに換算された介在物個数指数の幅方向分
布を調査した。

【００５１】図３は、スラブ鋳片中の介在物の大きさと
個数の幅方向分布を、実施例１と比較例１とを対比して
示すグラフである。図示のように、清浄鋼で除去するこ
とが要求される50μm 以上の介在物は、比較例１では多
数認められるのに対し、実施例１では、非常に少なくな
っている。また30〜50μm の極微細介在物は、幅方向平
均で実施例１が比較例１の半減程度まで少なくなってい
る。これは、すでに述べたように本発明のタンディッシ
ュ内の攪拌ゾーンで微細介在物を凝集肥大化させること
がでできること、および層流ゾーンでは粒径48μm 以上
の介在物を浮上除去できること、を示している。

【００５２】図４は、スラブ鋳片の介在物の大きさと個
数の幅方向分布を、実施例２と比較例２とを対比して示
すグラフである。前記のように、この実施例２および比
較例２では攪拌ゾーンにArバブリングを適用した。

【００５３】図３および図４に示すように、粒径50μm
以上および30〜50μm の介在物個数は、比較例２と比較
例１とで、ほとんど差異は認められなかった。これは、
Arバブリングによる攪拌で微細介在物の凝集肥大化は進
むものの、溶鋼の流れ方向の鋼浴深さが深いため、鋼浴
表面まで浮上しきれなかったことによると考えられる。
これに対し、実施例２では、粒径50μm 以上の介在物は
完全に除去され、30〜50μm の極微細介在物も実施例１
より少なくなっており、Arバブリングの適用効果が高め
られることが明らかである。

【００５４】以上の結果から、本発明のタンディッシュ
を使用することにより、50μm 以上の介在物が効果的に
除去され、きわめて清浄な鋳片が製造できることは明ら
かである。また、Arバブリングを併用することにより、
鋳片の清浄性がさらに高められることも明らかである。

【００５５】

【発明の効果】本発明は、高生産性の鋳造条件下でも、
容量を大きくする必要がなく、介在物の少ない清浄鋼が
製造できるように改良されたタンディッシュを提供する
ものである。このタンディッシュを用いれば、コスト上
昇を伴わずに、鋼の高清浄化の要求に対処できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のタンディッシュの一例のを説明する断
面図で、(a) は溶鋼の流れ方向((b)図のA-A 断面) 、
(b) は溶鋼の流れに垂直な方向を示す。

【図２】本発明のタンディッシュの他の例における溶鋼
の流れに垂直な方向の断面図である。

【図３】スラブ鋳片の介在物の大きさと個数の幅方向分
布を実施例と比較例とを対比して示すグラフである。

【図４】他の実施例と比較例とを対比して示す図３と同
様のグラフである。

【符号の説明】

１：タンディッシュ ２：耐火物製水平隔壁 2
A：底面壁 2B：側壁 2C：補強壁
３：水平流路 ４：取鍋ロングノズル ５：ポーラスプラグ
６：タンディッシュノズル ７：スライドゲート ８：浸漬ノズル
９：鋳型 10：溶鋼 11：パウダー 1
2：鋳型パウダー

フロントページの続き (72)発明者 丸川 雄浄 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部が下記のからまでの３つのゾーン
   からなることを特徴とする鋼の鋳造用タンディッシュ。 取鍋から注入される溶鋼を受ける攪拌ゾーン。 上記攪拌ゾーンと下記のゾーンとの間に位置してお
   り、タンディッシュ内の鋼浴部分に相当する空間の上下
   方向を２つ以上に水平に仕切る耐火物製隔壁を有する層
   流ゾーン。 上記層流ゾーンから流入する溶鋼を受け、その溶鋼を
   鋳型に注入するノズルを有する注入ゾーン。