JP2002283016A - プラズマトーチを用いたタンディッシュ内溶鋼の加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続鋳造中に侵入するスラグに起因するプラ
ズマアークの不安定化を抑制し、同時に、溶鋼の局部的
な過加熱を防止して均一な加熱を行い、加熱室等の耐火
物の溶損を抑制して耐火物コストを低減し、加熱効率を
高めることができるプラズマトーチを用いたタンディッ
シュ内溶鋼の加熱装置を提供する。 【解決手段】 溶鋼１１の注湯口１８と一対のプラズマ
トーチ挿入口１５、１６と、加熱室１３を備えた蓋１４
と、プラズマトーチ挿入口１５、１６の上方に昇降装置
に保持され、タンディッシュ１２内に挿入される一対の
プラズマトーチ２４、２５とを備え、更に加電装置２６
のコード２７、２８を連結した溶鋼の加熱装置１０にお
いて、タンディッシュ１２内の溶鋼１１の注湯口１８と
加熱室１３との間に下部を溶鋼１１に浸漬させる上堰２
２を設け、加熱室１３の直下位置のタンディッシュ１２
に不活性ガスを吹き込むポーラスプラグ２０を設けてい
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、連続鋳造中に侵入
するスラグに起因するプラズマアークの不安定化を防止
し、溶鋼の加熱効率を高めることができるプラズマトー
チを用いたタンディッシュ内溶鋼の加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳片は、溶鋼をタンディッシュか
ら鋳型に注湯し、鋳型による冷却と、支持セグメントか
らの散水による冷却を行って、この溶鋼を完全に凝固さ
せてからピンチロールで引き抜く連続鋳造によって製造
される。この連続鋳造では、鋳造の中期以降において、
鋳造時間の経過と共に、取鍋からの放熱等によって溶鋼
の温度が０．２〜０．５℃／分程度低下し、タンディッ
シュに注湯した溶鋼の温度が目標温度よりも低くなる。
そして、鋳造途中で、タンディッシュ底部に形成された
浸漬ノズルに詰まりを生じ、鋳造作業の中断や鋳型内の
湯面変動による鋳片の品質低下等の問題が発生する。こ
の対策として、特開昭６１−２２９４５１号公報に記載
されているように、タンディッシュの内部に溶鋼の流路
を形成し、この流路を囲むように誘導加熱装置を配置し
て、この誘導加熱装置に通電してジュール熱によって溶
鋼を加熱することで、放熱に見合う温度の低下を補償し
ている。更に、特公平４−５２５９９号公報に記載され
ているように、タンディッシュの蓋の一部に、一本のプ
ラズマトーチを取付け、このプラズマトーチを囲むよう
に加熱室を設け、しかも、このプラズマトーチを囲む加
熱室の側壁部の下端を溶鋼中に浸漬して周囲から加熱室
内を区画しておき、この加熱室に設けたプラズマトーチ
に外部に設けた電極を用いて通電することにより、プラ
ズマトーチから溶鋼の表面にプラズマアークを形成さ
せ、溶鋼を加熱する方法が行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６１−２２９４５１号公報に記載された溶鋼の加熱方法
では、タンディッシュの内部に溶鋼の流路を形成するた
め、タンディッシュの構造が複雑になり、タンディッシ
ュの内張り耐火物の施工が難しく、施工コストが高くな
る。しかも、溶鋼の流路を囲むように、誘導加熱装置の
コイルを配置するため、流路を構成する耐火物に割れや
溶損等が生じた際に、コイルに地金が差し込む事故の発
生や結露等による電気的な短絡事故等を招き、溶鋼の加
熱を安定して行うには支障がある。更に、特公平４−５
２５９９号公報に記載された方法では、加熱室の雰囲気
を安定して維持することができるため、プラズマトーチ
から溶鋼の表面に形成されるプラズマアークを安定させ
ることができるが、プラズマアークの形成部位の近傍が
長く加熱されて温度が極端に高くなる過加熱を生じ、タ
ンディッシュ内全体の溶鋼の加熱効率が低下する。しか
も、溶鋼の加熱は、加熱室からの輻射熱を利用した熱が
主体であるため、タンディッシュ内から加熱室を完全に
区画した場合、加熱室の温度が急激に上昇し、内張り耐
火物が輻射熱やプラズマアーク熱によって急速に溶損
し、加熱室の寿命が低下する。しかも、加熱室の寿命の
低下は、プラズマトーチを用いた溶鋼の加熱装置の寿命
そのものが低下するという問題がある。

【０００４】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、連続鋳造中に侵入するスラグに起因するプラズマア
ークの不安定化を抑制し、同時に、溶鋼の局部的な過加
熱を防止して均一な加熱を行い、加熱室等の耐火物の溶
損を抑制して耐火物コストを低減し、加熱効率を高める
ことができるプラズマトーチを用いたタンディッシュ内
溶鋼の加熱装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う本発明の
プラズマトーチを用いたタンディッシュ内溶鋼の加熱装
置は、溶鋼の注湯口と一対のプラズマトーチ挿入口を有
し、しかも、該プラズマトーチ挿入口側に溶鋼の加熱室
を備えたタンディッシュを覆う蓋と、前記プラズマトー
チ挿入口の上方に昇降装置に保持され前記プラズマトー
チ挿入口から前記タンディッシュ内に挿入される一対の
プラズマトーチとを備え、更に該プラズマトーチに加電
装置のコードを連結した溶鋼の加熱装置において、前記
タンディッシュ内の前記溶鋼の前記注湯口と前記加熱室
との間に下部を前記溶鋼に浸漬させる上堰を設け、前記
加熱室の直下位置の前記タンディッシュに不活性ガスを
吹き込むポーラスプラグを設けている。これにより、注
湯口に挿入したロングノズルから溶鋼を注湯する際に、
溶鋼に随伴したスラグが加熱室へ流入するのを上堰によ
って抑制すると共に、ポーラスプラグから吹き込む不活
性ガスの浮上に伴う溶鋼流によって、加熱室に堆積した
スラグを加熱室の周辺に排除して溶鋼の露出面を形成
し、この溶鋼の露出面を利用してプラズマアークを安定
して発生させることができる。更に、溶鋼流の形成によ
り、プラズマアークの火点近傍に新しい未加熱の溶鋼を
供給して溶鋼の局部的な過加熱の発生を防止することが
でき、加熱室からの輻射熱等を有効に溶鋼に伝熱して溶
鋼の加熱効率を高め、加熱室等の耐火物の溶損を抑制し
て耐火物コストを低減し、加熱効率を高めることができ
る。

【０００６】ここで、前記不活性ガスはアルゴンガスを
用いると良い。これにより、溶鋼とアルゴンガスを接触
させるので、溶鋼の酸化を抑制すると共に、介在物の生
成も抑制し、更に、加熱室内のアルゴンガス雰囲気を高
めてプラズマアークの形成も安定させることができる。

【０００７】更に、前記アルゴンガス量を１〜２０ＮＬ
／分にするとより好ましい。溶鋼流により溶鋼表面を覆
うスラグを除去して溶鋼の露出面を生成させ、吹き込ん
だアルゴンガスによる溶鋼表面の乱れを抑制し、この露
出面にプラズマアークをより安定して形成することがで
きる。ここで、アルゴンガスの量が１ＮＬ（ノルマルリ
ットル）／分未満になると、アルゴンガスの浮上に伴う
溶鋼流の形成が弱くなり、また、スラグの除去も悪くな
り、溶鋼の露出面を形成することができず、プラズマア
ークの着火不良が生じる。アルゴンガスの量が２０ＮＬ
／分を超えると、溶鋼表面からアルゴンガスが放出され
る際に、溶鋼表面の乱れを招き、プラズマアークが不安
定になったり、加熱室中のスプラッシュの発生の要因に
なる。

【０００８】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。図１は本発明の一実施の形態に係る
プラズマトーチを用いたタンディッシュ内溶鋼の加熱装
置の全体図である。図１に示すように、本発明の一実施
の形態に係るプラズマトーチを用いたタンディッシュ内
溶鋼の加熱装置１０は、溶鋼１１を貯湯するタンディッ
シュ１２と、溶鋼１１の注湯口の一例であるノズル孔１
８と、一対のプラズマトーチの一例であるアノードトー
チ２４とカソードトーチ２５のプラズマトーチ挿入口
（以下、単に挿入口という）１５、１６を有し、しか
も、挿入口１５、１６側に溶鋼１１の加熱室１３を備え
（この実施の形態では、加熱室１３に挿入口１５、１６
を穿った）たタンディッシュ１２を覆う蓋１４と、挿入
口１５、１６を介してタンディッシュ１２内の溶鋼１１
を加熱するプラズマ装置１７とを有している。更に、タ
ンディッシュ１２には、蓋１４に設けたノズル孔１８か
らタンディッシュ１２内に取鍋を介して図示しない溶鋼
１１を供給するロングノズル１９と、加熱室１３の溶鋼
１１に上昇流を形成するため、加熱室１３の直下位置の
タンディッシュ１２に不活性ガスの一例であるアルゴン
ガスを吹き込むアルゴンガスの圧力源に連通したポーラ
スプラグ２０と、加熱室１３を通過した溶鋼１１を図示
しない鋳型に注湯するためのノズル２１とを有してい
る。このロングノズル１９が配置された溶鋼１１のノズ
ル孔１８と加熱室１３との間には、タンディッシュ１２
の溶鋼１１の流れ方向に対して垂直に配置され、しか
も、タンディッシュ１２の内側両側部に接する耐火物か
らなる上堰２２が設けられている。この上堰２２の上端
は、蓋１４の内側に接しており、下部は、溶鋼１１内に
浸漬され、溶鋼１１の上方に存在するスラグ２３を遮断
して、上堰２２の下方を溶鋼１１が通過できるように配
置されている。更に、プラズマ装置１７は、図示しない
電極の周囲からプラズマガスを形成するアルゴンガスの
吹き出し孔を備えたアノードトーチ２４とカソードトー
チ２５を有し、アノードトーチ２４とカソードトーチ２
５に加電装置２６のコード２７、２８を連結しているた
め、アノードトーチ２４とカソードトーチ２５は、加電
装置２６にコード２７、２８によって電気的に導通して
いる。このアノードトーチ２４及びカソードトーチ２５
と加電装置２６は、挿入口１５、１６の上方に図示しな
い昇降装置に載置保持されているため、アノードトーチ
２４とカソードトーチ２５は、加熱室１３に設けた挿入
口１５、１６からタンディッシュ１２内への挿入と退避
を自在に行うことができる。

【０００９】次に、本発明の一実施の形態に係るプラズ
マトーチを用いたタンディッシュ内溶鋼の加熱装置１０
の動作について説明する。タンディッシュ１２内に、ロ
ングノズル１９から溶鋼１１の供給を開始する。この溶
鋼１１の供給と共に、スラグ２３がタンディッシュ１２
内に混入する。溶鋼１１の供給開始の初期では、タンデ
ィッシュ１２内の溶鋼１１が少ないので、このスラグ２
３の一部が上堰２２の下端を通過して加熱室１３に侵入
する。しかし、タンディッシュ１２内の溶鋼１１量が１
５トンを超えた時点では、上堰２２の下端が溶鋼１１中
に浸漬する。その結果、タンディッシュ１２内に入った
スラグ２３は、上堰２２によって加熱室１３内へ侵入で
きなくなる。そして、タンディッシュ１２内の溶鋼１１
が４０トンになった時点で、ロングノズル１９から溶鋼
１１の供給と、ノズル２１からの鋳型への注湯が連続し
て行われ、この際にタンディッシュ１２の溶鋼１１は、
常に４０トンを維持するようにタンディッシュ１２への
注湯が行われる。この注湯は、取鍋からロングノズル１
９を介して供給される溶鋼１１の量が全体量（約２００
トン）の半分を過ぎると、取鍋やロングノズル１９等の
放熱によって、タンディッシュ１２内に供給された溶鋼
１１の温度が目標温度よりも低下する。

【００１０】従って、昇降装置を作動して、加熱室１３
に設けた挿入口１５、１６から、タンディッシュ１２内
にアノードトーチ２４とカソードトーチ２５を挿入し、
溶鋼１１の表面から１００〜５００ｍｍの上方位置に、
アノードトーチ２４とカソードトーチ２５の先端がくる
ように保持する。そして、アノードトーチ２４とカソー
ドトーチ２５の吹き出し孔から溶鋼１１の表面に向かう
アルゴンガスの流れを形成し、同時に、加電装置２６か
らアノードトーチ２４とカソードトーチ２５に、１００
０〜５０００アンペアの電流を流してアルゴンガスをイ
オン化し、プラズマアークを発生させる。このように、
アノードトーチ２４と溶鋼１１の表面間にプラズマアー
クを発生させ、溶鋼１１の表面とカソードトーチ２５間
にもプラズマアークを形成するため、このプラズマアー
クの熱及び輻射熱によって、溶鋼１１が加熱される。こ
のとき、上堰２２によって、加熱室１３に流入するスラ
グ２３ａの量を抑制しているので、加熱室１３内のスラ
グ厚みを１０ｍｍ以内に薄くでき、溶鋼１１とアノード
トーチ２４及びカソードトーチ２５間の電気抵抗を小さ
くしてプラズマアークの溶鋼１１への着火を良好にし、
プラズマアークを安定して形成することができる。

【００１１】しかし、２〜６個の取鍋を交換しながら同
一のタンディッシュ１２を用いて複数のチャージを鋳造
する連々鋳造を行った場合等では、取鍋交換を行う都度
ロングノズル１９からの溶鋼１１の供給ができないた
め、タンディッシュ１２内の溶鋼１１の量が変動する。
この溶鋼１１の量が１５トンを切る場合が生じ、上堰２
２の下端をスラグ２３が通過して加熱室１３内に侵入し
てスラグ２３ａが増加する。しかも、取鍋の交換毎に、
タンディッシュ１２内に混入するスラグ２３の量が増加
し、スラグ２３の侵入が助長される。このスラグ２３ａ
が増加すると、溶鋼１１とアノードトーチ２４及びカソ
ードトーチ２５間の電気抵抗が増加し、アノードトーチ
２４及びカソードトーチ２５のプラズマアークが不安定
になったり、加熱室１３内の輻射熱が溶鋼１１に伝わり
難くなり、溶鋼１１の加熱効率が低下する。一方、プラ
ズマアーク熱及び輻射熱等によって加熱される溶鋼１１
に淀み部（溶鋼流の遅い部分）が生じ、プラズマアーク
の火点近傍の淀み部の溶鋼１１が過加熱になったり、局
部的に温度が高くなるいわゆる偏熱を招く。更に、局部
的な過加熱は、溶鋼１１全体の加熱効率の低下や加熱室
１３の内張り耐火物の損耗を招き、加熱装置１０の寿命
が大幅に低下する。

【００１２】従って、加熱室１３の投影下のタンディッ
シュ１２の底部に設けたポーラスプラグ２０から１〜２
０ＮＬ／分のアルゴンガスを吹き込むことにより、加熱
室１３内の溶鋼１１に図中で示す溶鋼流を形成すること
ができ、スラグ２３ａを加熱室１３内の側壁周辺部に寄
せる。その結果、アノードトーチ２４及びカソードトー
チ２５の先端直下の溶鋼１１は、表面が露出され、溶鋼
１１とアノードトーチ２４、溶鋼１１とカソードトーチ
２５間の電気抵抗を小さくでき、プラズマアークを安定
して形成することができる。特に、直流型のアノードト
ーチ２４及びカソードトーチ２５の場合には、溶鋼１１
に直接プラズマアークを形成するため、交流型の場合よ
りもプラズマアークの安定効果が大きくなり、より好ま
しい結果を得ることができる。更に、吹き込まれたアル
ゴンガスの上昇に伴って、加熱室１３下の溶鋼１１に露
出面が形成されるので、加熱室１３内の輻射熱を効率良
く溶鋼１１に伝えることができ、溶鋼１１の加熱効率を
向上させることができる。しかも、加熱面に新しい未加
熱の溶鋼１１を供給できるので、過加熱及び偏熱が抑制
されて溶鋼１１を均一な温度にすることができる。この
過加熱の抑制によって、溶鋼１１の異常な温度上昇が無
く、加熱室１３の内張り耐火物の温度上昇も抑制でき、
内張り耐火物の溶損も防止して加熱装置１０の寿命を延
長することができる。また、上堰２２を設けることによ
り、加熱室１３内をロングノズル１９のノズル孔１８を
通して侵入する外気（酸素）から遮断し、加熱室１３内
の酸素濃度を１．０重量％以下にすることができ、電気
抵抗の増加を抑制してプラズマアークをより安定させる
ことができる。

【００１３】このように加熱された溶鋼１１は、ノズル
２１を経て、鋳型に注湯され、鋳型による冷却と鋳型の
下流に配置された支持セグメントからの散水によって凝
固し、鋳片として後工程に搬送される。

【００１４】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨
を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲であ
る。例えば、ポーラスプラグから吹き込む不活性ガスと
しては、アルゴンガスの他に窒素ガスを用いることがで
きる。更に、上堰の構造について、ロングノズルから加
熱室側に流れる溶鋼を完全に遮断する堰にし、この堰に
トンネル孔を設けることで、溶鋼をトンネル孔から加熱
室に供給することができる。

【００１５】

【発明の効果】請求項１〜３記載のプラズマトーチを用
いたタンディッシュ内溶鋼の加熱装置においては、溶鋼
の注湯口と一対のプラズマトーチ挿入口を有し、しか
も、挿入口側に溶鋼の加熱室を備えたタンディッシュを
覆う蓋と、挿入口の上方に昇降装置に保持され挿入口か
らタンディッシュ内に挿入される一対のプラズマトーチ
とを備え、更に該プラズマトーチに加電装置のコードを
連結した溶鋼の加熱装置において、タンディッシュ内の
溶鋼の注湯口と加熱室との間に下部を溶鋼に浸漬させる
上堰を設け、加熱室の直下位置のタンディッシュに不活
性ガスを吹き込むポーラスプラグを設けているので、連
続鋳造中に侵入するスラグが加熱室に侵入するのを遮断
してプラズマアークを安定化させることができ、溶鋼の
局部的な過加熱による偏熱を防止して溶鋼全体の加熱効
率を高めることができる。しかも、加熱室等の耐火物の
損耗を防止して加熱装置の長寿命化が図れる。

【００１６】請求項２記載のプラズマトーチを用いたタ
ンディッシュ内溶鋼の加熱装置においては、不活性ガス
はアルゴンガスを用いるので、溶鋼の介在物による品質
の低下を抑制し、加熱室内の雰囲気中のアルゴンガス濃
度を高めてプラズマアークの形成を安定させることがで
きる。

【００１７】請求項３記載のプラズマトーチを用いたタ
ンディッシュ内溶鋼の加熱装置においては、アルゴンガ
ス量を１〜２０ＮＬ／分にするので、溶鋼の露出面の形
成と、この露出面の乱れを抑制して、プラズマアークの
形成をより安定させることができ、溶鋼の加熱効率を大
幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るプラズマトーチを
用いたタンディッシュ内溶鋼の加熱装置の全体図であ
る。

【符号の説明】

１０：加熱装置、１１：溶鋼、１２：タンディッシュ、
１３：加熱室、１４：蓋、１５：挿入口、１６：挿入
口、１７：プラズマ装置、１８：ノズル孔（注湯口）、
１９：ロングノズル、２０：ポーラスプラグ、２１：ノ
ズル、２２：上堰、２３：スラグ、２３ａ：スラグ、２
４：アノードトーチ（プラズマトーチ）、２５：カソー
ドトーチ（プラズマトーチ）、２６：加電装置、２７：
コード、２８：コード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西原 良治 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 繁永 泰男 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 朝野 三司 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 Ｆターム(参考） 4E014 AA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶鋼の注湯口と一対のプラズマトーチ挿
   入口を有し、しかも、該プラズマトーチ挿入口側に溶鋼
   の加熱室を備えたタンディッシュを覆う蓋と、前記プラ
   ズマトーチ挿入口の上方に昇降装置に保持され前記プラ
   ズマトーチ挿入口から前記タンディッシュ内に挿入され
   る一対のプラズマトーチとを備え、更に該プラズマトー
   チに加電装置のコードを連結した溶鋼の加熱装置におい
   て、前記タンディッシュ内の前記溶鋼の前記注湯口と前
   記加熱室との間に下部を前記溶鋼に浸漬させる上堰を設
   け、前記加熱室の直下位置の前記タンディッシュに不活
   性ガスを吹き込むポーラスプラグを設けたことを特徴と
   するプラズマトーチを用いたタンディッシュ内溶鋼の加
   熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプラズマトーチを用いた
   タンディッシュ内溶鋼の加熱装置において、前記不活性
   ガスはアルゴンガスを用いることを特徴とするプラズマ
   トーチを用いたタンディッシュ内溶鋼の加熱装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のプラズマトーチを用いた
   タンディッシュ内溶鋼の加熱装置において、前記アルゴ
   ンガス量を１〜２０ＮＬ／分にすることを特徴とするプ
   ラズマトーチを用いたタンディッシュ内溶鋼の加熱装
   置。