JPH08155599A - タンディッシュの無酸化保熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】燃料ガスのタンディッシュ内燃焼という従来の
予熱を省き、残鋼の酸化を完全に防止できると共にタン
ディッシュ再使用までの待機可能時間を延長できるタン
ディッシュの無酸化保熱方法を提供する。 【構成】内壁に残鋼を生じたタンディッシュ１を再使用
するに当たり、タンディッシュ１の外部の加熱手段２で
少なくとも８５０℃以上に加熱した不活性ガスを用いて
タンディッシュ１の内部を加熱し、待機中のタンディッ
シュ温度を鋳造可能な温度に保持して、次回使用に供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造用のタンディ
ッシュを繰り返し使用する際のタンディッシュの無酸化
保熱方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼を取鍋から受け取って鋳型へ分配す
るタンディッシュは、それ自体は発熱体を有しないか
ら、使用にさいしては鋳込み可能温度を確保するために
別途に加熱手段で加熱してやる必要がある。また、複数
台のタンディッシュを交換しつつ用いて連続鋳造する場
合、例えば鋼種変更などのとき待機中のタンディッシュ
と交換し、現使用していたものは次の再使用まで待機さ
せるが、その再使用タンディッシュについも同じく鋳込
み可能温度への加熱が必要である。いずれの場合も、従
来のタンディッシュでは、一般にタンディッシュの予熱
カバーに設けたガスバーナを加熱手段として用いて予熱
が行われる。そのガスバーナーに、例えばコークスガス
のような燃料ガスに理論必要量の１１０〜１２０％の空
気を混入したものを送ってタンディッシュ内で燃焼さ
せ、タンディッシュ内面を１２００〜１３００℃に予め
加熱している。ところがこの場合、燃焼ガス中には過剰
の酸素が混入するから、予熱されたタンディッシュを連
続再使用する場合には、先の使用（前チャージ）時の残
鋼・残滓が次チャージ時の予熱の際に酸化され、ＦｅＯ
が生成する。この生成ＦｅＯが鋼中成分のＡｌと反応し
てＡｌ₂ Ｏ₃ が生成し、鋼中に介在物として存在するこ
とになり、その結果、下工程においてそのＡｌ₂ Ｏ ₃ に
起因したヘゲ・フクレ等の品質欠陥を生じるに至る。

【０００３】従来から、このようないわゆるＦｅＯピッ
クアップを防止する技術の確率が求められ、種々の提案
がなされている。例えば、特開平４−２２５６７号公報
には、連続鋳造用タンディッシュを再使用するときに、
予熱用ガスバーナーに供給する空気量を、供給ガス量に
対する理論必要量の７０〜１００％とすることにより、
タンディッシュ内の雰囲気酸素濃度を従来より低くして
残鋼の酸化を抑制するというタンディッシュ予熱方法が
開示されている。

【０００４】また、特開平２−３７９４９号公報には、
タンディッシュ内の予熱終了に伴い、燃料の送給をスト
ップすると同時に不活性ガスであるＡｒガスでバーナー
内の残燃料を追い出して予熱カバー内で燃焼せしめ、同
時にガス置換専用Ａｒ配管により置換用Ａｒガスを送っ
て置換を行い、タンディッシュ内の燃焼ガスを短時間で
Ａｒガスで置換させて残鋼の酸化を抑制するタンディッ
シュ内のガス置換技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平２−３７９４９号公報，特開平４−２２５６７号公
報に開示されているものは、いずれも、タンディッシュ
の使用に際して鋳込み可能温度を確保するのに、空気と
混合した燃料ガスをタンディッシュ内部で燃焼させて内
壁を１２００〜１３００℃まで予熱することを前提とし
ている。そのため、特に再使用タンディッシュの場合に
は予熱時の残鋼の酸化という問題が避けられない。これ
を極力抑制するため、特開平２−３７９４９号公報の技
術では、予熱終了後にわざわざ不活性ガスをタンディッ
シュ内に吹き込んで燃焼ガスと残存酸素をパージして非
酸化雰囲気に置換するという方法をとっている。しか
し、たとえ不活性ガスのパージ方法を改善して予熱後の
ガス置換完了までの時間を多少短縮できても、ガスパー
ジによりタンディッシュ内壁温度が低下し熱損失が生じ
るし、また加熱中の過剰酸素による残滓の酸化までも防
止することはできないという問題点がある。

【０００６】これに対して、特開平４−２２５６７号公
報の技術は、予熱ガスバーナーへの空気量を理論必要量
以下にすることにより、不活性ガスパージを行わずに残
鋼の酸化を抑制するものであるから、前者のような問題
は生じないにしても、酸化を完全に防止するためにはバ
ーナーの理論空気量を５０％以下にする必要があるの
で、燃焼時の酸素不足による不完全燃焼という問題が発
生し、加熱コストがかかるうえに未燃ガスの処置に防爆
やＣＯ中毒対策などの安全上の問題を生じる。

【０００７】そこで本発明は、再使用タンディッシュの
鋳込み可能温度を確保する上でのこのような従来技術の
問題点に着目してなされたものであり、高温の不活性ガ
スを送り込んで保熱することにより燃料ガスのタンディ
ッシュ内燃焼という従来の予熱を省き、残鋼の酸化を完
全に防止できると共にタンディッシュ再使用までの待機
可能時間を延長できるタンディッシュの無酸化保熱方法
を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、内壁に残鋼を生じたタンディッシュを再
使用するに当たり、タンディッシュ外部の加熱手段で少
なくとも８５０℃以上に加熱した不活性ガスを用いてタ
ンディッシュ内を保熱し、次回使用に供することを特徴
とするものである。

【０００９】前記不活性ガスに加えて爆発限界以下の微
量の還元性ガスをタンディッシュ内に導入してタンディ
ッシュ内雰囲気を無酸化または還元雰囲気にすること
で、残鋼酸化をより完全に防止することもできる。不活
性ガスの加熱手段としては、蓄熱式予熱器，電気抵抗加
熱器または誘導加熱器またはプラズマトーチ等のいずれ
かを好適に使用することができる。

【００１０】

【作用】本発明者らは、先に述べたような再使用タンデ
ィッシュの鋳込み可能温度確保に関する従来の問題点を
解決する方策として、予熱しないでタンディッシュを再
使用する、すなわち無予熱無酸化再使用プロセスの実現
に向けて種々の実験を重ねつつ検討を続けてきた。

【００１１】本発明者の実験によると、通常、鋳造中の
タンディッシュ内表面温度は溶鋼温度とほぼ等しい１５
４０〜１５７０℃程度まで上昇するが、鋳造終了と同時
に温度降下が始まり、そのまま待機させると例えば７０
ｔのタンディッシュの場合におよそ６時間経過後は１１
００℃を割り、１４時間経過後は８５０℃以下になって
しまう。

【００１２】８５０℃未満の温度では、取鍋からタンデ
ィッシュに移した溶鋼をタンディッシュ底部のノズルか
ら鋳型に注入することは、たとえノズル下方から酸素吹
き込みバブリング（いわゆる浣腸）を行っても困難であ
る。また、待機中のタンディッシュの温度が低下する
と、タンディッシュに溶鋼を注入した際の溶鋼温度の降
下量が大きくなるので、鋳造初期の溶鋼温度を確保する
ためには注入時の溶鋼温度を高くする必要がある。しか
し、鋳造後半ではタンディッシュの温度が上昇するため
必要以上に溶鋼温度が高くなりすぎ、鋳造速度を低下さ
せたりブレークアウトの原因になる。このため、実際上
８５０℃が待機中のタンディッシュの再使用時の温度の
下限といえることも同時に実験で確認された。

【００１３】しかも、温度低下に伴ってタンディッシュ
内圧が減少し外部の空気（酸素）が侵入するとタンディ
ッシュ内酸素濃度が増大することになる。タンディッシ
ュの再使用にあたって残鋼の酸化を防止するには、待機
中のタンディッシュ内酸素濃度を１％以下にする必要が
あることがわかっている。そのため、不活性ガスによる
タンディッシュ内ガスのパージをしないで待機中のタン
ディッシュ温度低下に伴う酸素侵入を防止するには、タ
ンディッシュをほぼ完全密閉にしておかねばならない。
前記の待機中のタンディッシュの温度降下のデータはこ
の密閉状態での値である。

【００１４】しかし、完全密閉といっても、温度降下に
伴って収縮を続けるタンディッシュ内への外部からの空
気の侵入を零にすることは実際問題として不可能である
から、密閉のみでの完全無酸化の達成は困難である。そ
の対応策としては、不活性ガス（例えばＮ₂ ガス）の連
続パージでタンディッシュ外部からの酸素侵入を防止す
ることが考えられる。その可能性を検討するべく同じく
７０ｔタンディッシュについて行った本発明者らの実験
によると、１２０Ｎｍ³ ／Ｈの割合で連続的にＮ₂ ガス
をタンディッシュ内に供給しながら待機させた場合の温
度降下は、先のパージ無しの場合よりも急激であり、お
よそ３時間で１１００℃、８〜９時間後には８５０℃に
低下してしまうことが判明した。

【００１５】こうした結果を踏まえて、本発明者らは、
タンディッシュを再使用するに当たり、タンディッシュ
外で加熱した不活性ガスでタンディッシュ内表面温度を
バブリングを併用した場合の鋳込み可能温度の下限であ
る８５０℃以上に保てば、従来のタンディッシュ内燃焼
ガスによる予熱を省いて、無予熱で酸化を防止しつつタ
ンディッシュを再使用に供することが可能なことを見い
出し、本発明を完成するに至った。

【００１６】不活性ガスの加熱手段は特に限定されない
が、例えばガスバーナーで加熱した蓄熱体をガスの加熱
源とする蓄熱式予熱器とか、電気抵抗加熱や誘導加熱あ
るいはプラズマトーチを利用する電気加熱を用いるのが
好適である。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１は、この発明のタンディッシュの無酸化保
熱方法の一実施例を示す概念図である。図１において、
１は容量７０ｔの４連鋳タンディッシュ（Ｔ／Ｄ）であ
る。なお、タンディッシュ底部のスライディングノズ
ル，浸漬ノズルは図示を省略している。そのタンディッ
シュ１の蓋１ａの開口１ｂ，１ｃにそれぞれ不活性ガス
の加熱手段である蓄熱式予熱器２，２が接続されてい
る。これら二台の蓄熱式予熱器２，２は切替弁３を介し
て直列に連通している。

【００１８】各蓄熱式予熱器２は、例えば伝熱面積を大
きくするためボールやパイプ状にしたセラミックスや金
属などからなる蓄熱体を充填した蓄熱室５及びその蓄熱
体を加熱するための燃料ガスの燃焼室６と、この燃焼室
６に配したバーナー７と、このバーナー７への燃料供給
ライン８及び空気供給ライン９とを備えている。切替弁
３は、不活性ガス供給ライン１０から供給される不活性
ガス（例えばＮ ₂ ，Ａｒ）を一方の蓄熱式予熱器２又は
他方の蓄熱式予熱器２へと切り替えてタンディッシュ内
へ送り込む経路、タンディッシュ内からいずれかの蓄熱
式予熱器２を経て取り出されたガスを排気ファン１１を
経て外部に排気する経路、タンディッシュ内から取り出
されたガスを一方の蓄熱式予熱器２と他方の蓄熱式予熱
器２とを経てタンディッシュ内へリサイクルする経路を
自在に切り替える機能を有している。

【００１９】図１に示した装置を用い、不活性ガスには
Ｎ₂ ガスを使用してタンディッシュ１の無酸化加熱実験
を次のように実施した。 （１）初回の使用に供した後のタンディッシュ１に蓋１
ａを取り付け、二台の蓄熱式予熱器２，２を交互に切り
替え使用して１３００℃に加熱した高温加熱Ｎ ₂ ガスを
タンディッシュ１内に連続的に供給して、タンディッシ
ュ内を保熱する実験：このとき、蓄熱式予熱器２のバー
ナー７に燃料供給ライン８から燃料ガスを、空気供給ラ
イン９から空気を供給しつつ燃焼室６で燃焼させること
により７０×１０⁴ Ｋｃａｌ／Ｈｒの熱を発生させて先
ず蓄熱室５の蓄熱体を加熱した。その後、バーナー７を
止め、外部から切替弁３を介して１８００Ｎｍ³ ／Ｈｒ
の流量でＮ₂ ガスを送り、加熱された蓄熱体に通して１
３００℃以上の温度に加熱し、この高温加熱Ｎ₂ ガスを
タンディッシュ１内に送り込んだ。一方の蓄熱式予熱器
２をＮ₂ ガスの加熱に使用中、他方の蓄熱式予熱器２は
蓄熱体の加熱を行う。

【００２０】この蓄熱体加熱工程では、燃焼室６の燃焼
済ガスを蓄熱室５，切替弁３を通して排気ファン１１に
より吸引排気する。この実験では、温度が２００〜３０
０℃に低下した燃焼排ガスとタンディッシュより吸引さ
れるＮ₂ ガスとの合計１６００〜２０００Ｎｍ³ ／Ｈｒ
づつ強制排気しながら蓄熱体の加熱を行った。タンディ
ッシュ１内に送り込んだ高温加熱Ｎ₂ ガスは、タンディ
ッシュの蓋１ａのすきまや開口部１ｂ，１ｃ等から外部
に吹き出して漏出するが、タンディッシュ１内の内圧は
外気圧より若干高く保持されてタンディッシュ内への外
気侵入が防止される。また、前述の外部から供給する１
８００Ｎｍ³ ／ＨｒのＮ₂ ガス量の２０〜６０％をリサ
イクルすることにより、焼室５内の温度制御とＮ₂ ガス
廃熱の回収が行われる。

【００２１】このＮ₂ ガス加熱を二台の蓄熱式予熱器
２，２を用いて６０秒毎に交互に繰り返すことで、１３
００℃以上の高温Ｎ₂ ガスをタンディッシュ１内に連続
的に供給して、タンディッシュ１の内表面を８５０℃以
上の温度に保熱しながらタンディッシュ内を無酸化雰囲
気に保持して再使用開始までタンディッシュ１を待機さ
せることができた。

【００２２】なお、蓄熱式予熱器２を切り替える際に、
一方の蓄熱式予熱器２のバーナー７を消火した後も、一
定時間の間排気ファン１１により当該燃焼室６内の強制
排気を続行することにより、タンディッシュ１内部にあ
るＮ₂ ガスの一部が蓄熱式予熱器２の高温Ｎ₂ ガス挿入
管２ａから燃焼室６，蓄熱室５，切替弁３を通り排出さ
れるから、蓄熱式予熱器２の燃焼室６，蓄熱室５，切替
弁３内に残留している燃焼ガスを不活性ガスでパージし
て置換することができる。こうして、切り替え使用時の
初期に発生する残留燃焼ガスのタンディッシュ内混入を
防止すれば、タンディッシュ１内を完全に無酸化雰囲気
に保持することも可能になる。

【００２３】（２）無酸化保熱したタンディッシュの待
機可能時間延長効果：次に、図１の装置を用いて、当初
１３００℃以上の内表面温度を有する使用直後のタンデ
ィッシュに８５０℃の加熱Ｎ₂ ガスを連続的に送り込み
つつ無酸化保熱したときの当該タンディッシュの待機可
能時間の延長効果を、従来と比較して求めた。

【００２４】その結果を図２のグラフに示す。現状パー
ジ有りの曲線は、内表面温度１３５０℃のタンディッシ
ュに蓋をし、常温のＮ₂ ガスを１２０Ｎｍ³ ／Ｈの流量
で供給してタンディッシュ内をパージしつつ待機した場
合のタンディッシュ内表面温度の推移を示している。鋳
込可能下限温度８５０℃になるまでの待機時間は８〜９
時間である。

【００２５】現状パージ無しの曲線は、内表面温度１３
５０℃のタンディッシュに蓋をし、不活性ガスによるパ
ージを行わずにそのまま待機した場合で、待機時間はお
よそ１４時間程度に延長される。これに対して、本発明
の方法によれば、内表面温度１３５０℃のタンディッシ
ュに１３００℃の不活性ガスを供給しつつ保熱すること
により、待機時間を２４時間と大幅に延長でき、連々数
を増加させることができた。

【００２６】（３）微量の還元性ガス導入を伴う無酸化
保熱：図１の装置において、不活性ガス供給ライン１０
に図示しない還元性ガス供給ラインを接続し、不活性ガ
スと共にＨ₂ ，ＣＯ，ＣＨ₄ などの還元性ガス（ＬＰＧ
Ｔ等で代用してもよい）のいずれかをタンディッシュ１
内に微量を導入することにより、タンディッシュ内の雰
囲気を還元性にして保熱した。ここで、微量とは、当該
還元性ガスがタンディッシュの外部に漏出した際の爆発
を阻止し得る量であり、すなわち当該還元性ガスの爆発
限界以内の量であり、例えばＨ₂ の場合は濃度４％以
下，ＣＯの場合１２．５％以下の量を不活性ガスに混合
してタンディッシュ１内を保熱するものとする。

【００２７】これにより、タンディッシュ内雰囲気が還
元雰囲気となり、リーク時の爆発のおそれがなくなると
共に、残鋼酸化もより完全に防止することができた。図
３に、タンディッシュ無酸化保熱用の不活性ガスの加熱
手段の更に他の実施例を示す。これは、不活性ガスの加
熱手段としてノントランスファータイプのプラズマトー
チ２０を用いている。このタイプのプラズマトーチ２０
は、陰極２１と共にトーチ自体に陽極２２を有してお
り、陰極２１を経てトーチに供給される不活性ガス流を
両電極２１，２２の放電によりプラズマ化し、これによ
り得られた高温のプラズマ２３によりタンディッシュ１
の内壁表面を加熱する。プラズマガスとしてはＡｒ，Ｎ
₂ 等を用い、ＨＮガスを併用することも可能である。

【００２８】一般的なプラズマジェット加熱にあっては
プラズマ温度３０００〜１００００℃が用いられている
が、本発明ではプラズマ噴流にタンディッシュ内の雰囲
気ガスを巻き込ませることにより、２０００℃以下まで
温度を下げた高温噴流ガスにして使用し、無酸化雰囲気
での１０００〜１３００℃の加熱を行うものである。す
なわち、タンディッシュ１の蓋１ａに取り付けたプラズ
マトーチ２０でタンディッシュ１内に送り込む不活性ガ
スをプラズマ化してタンディッシュ１の底部に吹きつけ
る。この加熱時の熱移動は、高温ガス流からの対流伝達
とそれによって加熱されたタンディッシュ底面から他面
への放射熱伝達の形態をとる。

【００２９】ただし、プラズマジェット加熱の場合は、
ランニングコスト低減のため、タンディッシュの再使用
前にタンディッシュ内表面温度１３００℃を確保するの
に必要な時間だけ加熱するものとし、それ以外の待機時
間中は無予熱待機とした。図４に、断熱材の厚さ３０ｍ
ｍの断熱タンディッシュを用いて鋳造する場合の、プラ
ズマトーチ２０によるタンディッシュの無酸化保熱実験
を実施した結果を示す。

【００３０】鋳造中１５７０℃の温度であったタンディ
ッシュを無予熱待機させがところ、待機時間７時間でタ
ンディッシュ内表面温度が１１００℃以下に低下した。
続いてプラズマトーチ２０を用いたＮ₂ ガスプラズマジ
ェットによるタンディッシュ内無酸化加熱を開始し、４
時間後にタンディッシュ内表面温度が目標の１３００℃
に到達して再使用可能になった。合計待機時間は１１時
間であり、その間に他のタンディッシュで１チャージ４
０分の鋳造を１６チャージ行うことができた。

【００３１】なお、上記実施例では、タンディッシュの
無酸化保熱方法における不活性ガスの電気加熱の手段と
して、プラズマトーチを用いた場合を説明したが、その
他に電気誘導加熱器や電気抵抗加熱器を用いても良い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
の発明によれば、再使用タンディッシュを少なくとも８
５０℃以上に加熱した不活性ガスを用いて保熱するもの
としたため、燃料ガスのタンディッシュ内燃焼という従
来の予熱を省くことができ、その結果、残鋼の酸化を完
全に防止できると共にタンディッシュ再使用までの待機
可能時間を大幅に延長できるという効果が得られる。

【００３３】また、請求項２の発明によれば、前記不活
性ガスに加えて爆発限界以下の微量の還元性ガスをタン
ディッシュ内に導入するものとしたため、タンディッシ
ュ内雰囲気を還元雰囲気にすることができて、その結
果、残鋼の酸化をより完全に防止できるという効果を奏
する。また、請求項３の発明によれば、不活性ガスの加
熱手段に蓄熱式予熱器を用いたため、従来のガス加熱設
備を活用してしかも残鋼酸化のないタンディッシュの無
酸化保熱が実現するという効果を奏する。

【００３４】また、請求項４の発明によれば、不活性ガ
スの加熱手段に電気抵抗加熱器または誘導加熱器または
プラズマトーチ等の電気加熱方式を用いたため、不活性
ガス加熱の熱効率をガス加熱に比し向上できるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のタンディッシュの無酸化保熱方法の一
実施例を示す概念図である。

【図２】図１の方法によりタンディッシュを無酸化保熱
したときの当該タンディッシュの待機可能時間の延長効
果を、従来と比較して示すグラフである。

【図３】本発明のタンディッシュ無酸化保熱の更に他の
実施例を示す概念図である。

【図４】図３に示すタンディッシュ無酸化保熱法におけ
るタンディッシュ温度の推移を表したグラフである。

【符号の説明】

１ タンディッシュ ２ 加熱手段（蓄熱式予熱器） ２０ 加熱手段（プラズマトーチ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山内 寿 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 蓮沼 純一 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 山本 武美 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内壁に残鋼を生じたタンディッシュを再
   使用するに当たり、タンディッシュ外部の加熱手段で少
   なくとも８５０℃以上に加熱した不活性ガスを用いてタ
   ンディッシュ内を保熱し、次回使用に供することを特徴
   とするタンディッシュの無酸化保熱方法。
2. 【請求項２】 前記不活性ガスに加えて爆発限界以下の
   微量の還元性ガスをタンディッシュ内に導入してタンデ
   ィッシュ内雰囲気を無酸化または還元雰囲気にすること
   を特徴とする請求項１記載のタンディッシュの無酸化保
   熱方法。
3. 【請求項３】 前記加熱手段が蓄熱式予熱器である請求
   項１または２記載のタンディッシュの無酸化保熱方法。
4. 【請求項４】 前記加熱手段が電気抵抗加熱器または誘
   導加熱器またはプラズマトーチである請求項１または２
   記載のタンディッシュの無酸化保熱方法。