JPH0947850A - タンディッシュの無酸化加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プラズマトーチを利用して、酸化を防止しつつ
タンディッシュ内を短時間で加熱できるタンディッシュ
の無酸化加熱方法を提供する。 【構成】ノントランスファータイプのプラズマトーチ２
０で発生させたプラズマに、不活性ガスを巻き込ませ
て、高温の噴流ガス（プラズマジェット）２５を生成せ
しめ、これをタンディッシュ１の内面に吹きつけて内部
を鋳込み可能温度に加熱し、使用に供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマトーチを
用いた連続鋳造用のタンディッシュの無酸化加熱方法に
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、燃焼時の酸素不足による不完全燃
焼という問題が発生する。そこで本発明は、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、プラズマ
トーチで生成した高温の不活性ガス噴流を送り込んで加
熱することにより、酸化を防止しつつタンディッシュ内
を短時間で加熱できるタンディッシュの無酸化加熱方法
を提供することを目的としている。

【０００７】

【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、プラズマトーチで発生させたプラズマに
不活性ガスを巻き込ませてなる高温の噴流ガスをタンデ
ィッシュ内面に吹きつけることを特徴とするものであ
る。前記プラズマトーチとしては、ノントランスファー
タイプのものが好適に使用できる。

【０００８】本発明のタンディッシュの無酸化加熱方法
は、無予熱待機により次第に温度が低下していくタンデ
ィッシュに対し、その再鋳込み前に集中的に適用して当
該タンディッシュを鋳込み可能温度に予熱するのに用い
ることができる。また、待機中のタンディッシュに対し
断続的に適用して、当該タンディッシュの内表面温度を
８５０℃以上に保熱することによりタンディッシュの待
機時間を大幅に延長するのに用いてもよい。

【０００９】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。
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１５４０〜１５７
０℃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７０ｔのタンディ
ッシュの場合におよそ６時間経過後は１１００℃を割
り、１４時間経過後は８５０℃以下になってしまう。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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
内面を不活性ガスの高温プラズマジェットで加熱してタ
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、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。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態例を図
面を参照して説明する。図１は、高温のプラズマ噴流を
用いたタンディッシュの無酸化加熱方法の一実施形態例
を示す概念図である。図中、１はタンディッシュ（Ｔ／
Ｄ）である。そのタンディッシュ１の蓋１ａにタンディ
ッシュ内加熱手段としてのプラズマトーチ２０が取り付
けてある。

【００１５】プラズマトーチ２０は、図２に示すような
いわゆるノントランスファータイプのものであり、トー
チ本体２０ａに、陰極２１のみでなく陽極２２を有して
いる。陽極２２には冷却水を通して冷却されている細孔
２３が設けてあり、トーチ本体２０ａの供給口２４から
供給されるプラズマ用ガスが、両電極２１，２２の放電
によりプラズマ化して細孔２３から高温の噴流ガス（プ
ラズマジェット）２５が噴出する。

【００１６】そのプラズマジェット２５をタンディッシ
ュ１の底面内壁に吹きつけ加熱する。プラズマガスとし
てはＡｒ，Ｎ₂ 等の不活性ガスを用い、還元性雰囲気を
形成するためにＨＮガスやＨ₂ ガスなどを併用すること
もある。因みに、トランスファータイプのプラズマトー
チの場合は、陽極をトーチ本体に設けずに被加熱物に設
けて用いられる。このトランスファータイプのものは、
タンディッシュに注入された溶鋼の加熱に実用化されて
いる。一般的には、プラズマジェット加熱の場合のプラ
ズマ温度は３０００〜１００００℃が用いられている
が、本発明のタンディッシュの無酸化保熱の場合は、プ
ラズマ温度は２０００℃以下まで下げて使用し、無酸化
雰囲気でのタンディッシュ内部加熱を行うものである。

【００１７】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。上記のＮ
₂ ガスプラズマジェット２５により、タンディッシュ加
熱の操業実験を実施して検討した。

【００１８】使用したプラズマジェットの容量は８００
ＫＷである。この場合の操業パターンを図３に示す。使
用タンディッシュ（Ｔ／Ｄ）は、断熱材厚み３０ｍｍ、
熱伝達率λ＝０．１１Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃ であ
る。Ｎｏ２Ｔ／Ｄカーのチャージ終了後、Ｎｏ１Ｔ／Ｄ
カーのチャージに切り替え、途中、短時間の排滓及び無
予熱待機を挟みながら計１６チャージの鋳込みを続行
し、その後再びＮｏ２Ｔ／Ｄカーに切り替える。１チャ
ージ４０分で１６チャージに終了迄に計１１時間を要す
る。

【００１９】その間、Ｎｏ２Ｔ／Ｄカーは、前回使用終
了直後に排滓及びノズル交換を行い、更に次の再使用に
備えてプラズマジェット加熱が行われる。ただし、この
実施例では、プラズマジェット加熱のランニングコスト
を最小限に保つことを考慮して、１１時間の待機時間中
のプラズマジェット加熱は、再鋳込み前にタンディッシ
ュ内表面温度１３００℃を確保するのに必要な時間だけ
予熱することとし、残余時間は無予熱待機を行うものと
した。

【００２０】図４に、上記待機中におけるタンディッシ
ュの温度変化の推移を示す。図中、４時間の予熱をプラ
ズマジェット加熱で行ったものである。これから、タン
ディッシュ昇温に必要な熱量は３５×１０⁴ Ｋｃａｌ／
Ｈ（４０７ＫＷ）と算出される。使用したプラズマジェ
ットの容量は８００ＫＷであるから、本実施例における
プラズマジェット加熱の総合熱効率は４０７／８００≒
５１％である。

【００２１】この場合の総合熱効率はプラズマトーチの
効率と伝熱効率とで決まる。図５はそれら三者の関係を
表したグラフである。したがって、図５から今回のプラ
ズマトーチ効率６５％、伝熱効率８０％という良好な結
果が得られた。また、プラズマジェット２５をタンディ
ッシュ１の底面に吹きつけることにより、タンディッシ
ュ底面のホットスポットを生じる可能性も考えられる
が、温度分布測定の結果、ホットスポットの生成は観察
されなかった。

【００２２】なお、上記の実施形態例では、高温のプラ
ズマ噴流を用いたタンディッシュの無酸化加熱のパター
ンとして、再使用前にタンディッシュ内表面温度１３０
０℃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ものを説明し
たが、これはストッパ無しでの鋳込みの場合であって必
ずしもこのパターンに限定されない。例えば、ストッパ
とバブリングとを併用することでノズルの詰まりが改善
でき、その場合の鋳込み可能温度は８５０℃であること
が確認されている。したがって、こうした条件の下での
プラズマ噴流を用いたタンディッシュの無酸化加熱のパ
ターンとして、待機時間中にプラズマ噴流加熱を間欠的
に断続させるものにして、昇温加熱よりもむしろタンデ
ィッシュの内表面温度を８５０℃程度に保熱することを
主眼にすることも可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラズマトーチで発生させたプラズマに不活性ガスを巻
き込ませて高温の噴流ガスとし、これをタンディッシュ
内面に吹きつけてタンディッシュを加熱するものとした
ため、従来の燃料ガスのタンディッシュ内燃焼予熱法に
おけるような残鋼酸化を防止すると共にタンディッシュ
内を短時間で効率良く加熱でき、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。

【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加熱方法の一
実施形態例を示す概念図である。

【図２】プラズマトーチの断面図である。

【図３】タンディッシュの操業パターンの説明図であ
る。

【図４】タンディッシュの無酸化加熱における温度の推
移を表したグラフである。

【図５】プラズマトーチによる加熱法の総合熱効率のグ
ラフである。

【符号の説明】

１ タンディッシュ ２０ プラズマトーチ ２５ 噴流ガス（プラズマジェット）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマトーチで発生させたプラズマに
   不活性ガスを巻き込ませてなる高温の噴流ガスをタンデ
   ィッシュ内面に吹きつけることを特徴とするタンディッ
   シュの無酸化加熱方法。
2. 【請求項２】 前記プラズマトーチがノントランスファ
   ータイプである請求項１記載のタンディッシュの無酸化
   加熱方法。
3. 【請求項３】 無予熱待機中のタンディッシュに対し、
   再鋳込み前に請求項１の加熱法により予熱を施すことを
   特徴とするタンディッシュの無酸化加熱方法。