JP2009018328A - 連続鋳造用タンディッシュ及び鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ストッパー及びスライディングノズルの両方を具備するものの、設備費及び耐火物コストが安価であり、鋳造末期のタンディッシュ内溶鋼が少なくなった時点におけるスライディングノズル直上の渦発生を防止することのできるタンディッシュを提供する。
【解決手段】 本発明の連続鋳造用タンディッシュ１は、ストッパー２とスライディングノズル４とを備えた連続鋳造用タンディッシュであって、前記ストッパーは、前記スライディングノズルの直上と該スライディングノズルとは離れた退避位置とに旋回可能であるとともに、スライディングノズルの直上及び退避位置において上下動が可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、連続鋳造用タンディッシュ並びにそのタンディッシュを使用した鋼の連続鋳造方法に関するものである。

鋼の連続鋳造では、取鍋内の溶鋼を一旦タンディッシュに注入し、タンディッシュ内に所定量の溶鋼が滞在した状態で、タンディッシュ内の溶鋼を、タンディッシュ底部に設置した浸漬ノズルなどのタンディッシュノズルを介して各鋳型に注入している。その際に、鋳型内での冷却時間を確保することにより所定厚みの凝固シェルを得るとともに、鋳片表面性状向上のために、鋳型内の溶鋼湯面位置を鋳型上部のほぼ一定位置として鋳造している。

ここで、鋳型内の溶鋼湯面位置を制御する方法としては、以下に示す２つの方法が行われている。１つの方法は、鋳片の引き抜き速度を一定値とし、タンディッシュから鋳型への溶鋼注入量を鋳片引き抜き速度に見合った流量に制御する方法であり、他の１つの方法は、タンディッシュ内の溶鋼深さとタンディッシュノズルのサイズとにより定まる注入量で鋳型に注入し、タンディッシュから鋳型への溶鋼注入量に応じて鋳片引き抜き速度を調整する方法である。スラブ連続鋳造機などの鋳片断面積が大きく、タンディッシュから鋳型への溶鋼注入量が多い場合には、一般的に前者の方法で行われている。

タンディッシュから鋳型へ注入される溶鋼の注入量を制御する方法も電磁力を利用した方法など、種々の方法が提案されているが、一般的には、以下に示す３つの方法の何れかで行われている。

１つ目の方法は、タンディッシュノズルの流出口を開閉するストッパーを上下に移動させ、タンディッシュノズルとストッパー先端との間隙の面積を調整することによって溶鋼注入量を制御する方法（「ストッパー方式」という）である（例えば、特許文献１参照）。２つ目の方法は、溶鋼を通過させるためのノズル孔を有する耐火物板を２枚または３枚組み合わせ、耐火物板をスライドさせてそれぞれの耐火物板のノズル孔が重なり合うことにより形成される開口部の面積を調整することによって溶鋼注入量を制御する方法（「スライディングノズル方式」という）である（例えば、特許文献２参照）。３つ目の方式は、ストッパー方式とスライディングノズル方式とを組み合わせ、例えばタンディッシュから鋳型への溶鋼注入量が低流量の場合にはストッパー方式で制御し、高流量の場合にはスライディングノズル方式で制御するなど、鋳造条件に応じて使い分けて制御する方法である（例えば、特許文献３参照）。鋳造開始時のようにタンディッシュから鋳型への溶鋼注入量が低流量の場合にはスライディングノズル方式では地金凝固によってノズル孔が詰りやすく、特許文献３はこれを防止するためである。
特開２００４−２４９３３８号公報 特開平１０−３２８８０１号公報 特開平７−８８６０７号公報

しかしながら、タンディッシュから鋳型への溶鋼注入量を制御するに当たり、上記従来技術には次のような問題点がある。

ストッパー方式では、基本的にストッパー開度に対して流量の変動量が大きく、例えば、僅かのストッパー開度の変更であっても溶鋼注入量の変化が大きく、また、ストッパーが振動することによってタンディッシュノズルとストッパー先端との間隙の面積が変動するなどから、鋳型内溶鋼湯面位置の制御精度が良くないという点である。また、ストッパーの先端部に溶鋼中のアルミナが付着して、流量制御が不安定になったり、付着したアルミナが剥離して鋳片に捕捉され、鋼製品における介在物欠陥になったりするという問題も発生する。

これに対して、スライディングノズル方式では、それぞれの耐火物板のノズル孔が重なり合うことによって形成される開口部の面積を精度良く調整することができるので、ストッパー方式に比べて流量制御性に優れており、多くの連続鋳造機でスライディングノズル方式が採用されている。しかし、鋳造終了時のタンディッシュ内の溶鋼が少なくなった場合に、スライディングノズル直上のタンディッシュ内の溶鋼に渦流が発生し、この渦に溶鋼上に存在する滓（スラグ）が巻き込まれて鋳型内に流出し、この滓が鋳片に捕捉されることによって鋳片の品質低下が発生するという問題がある。渦の発生を回避するためにタンディッシュ内の残溶鋼を多くした場合には、鋳片歩留りの低下を招くという別の問題が発生する。

ストッパー方式とスライディングノズル方式とを併用し、鋳造開始時や鋳造終了時の低流量の場合にはストッパー方式、定常鋳造時などの高流量の場合にはスライディングノズル方式で制御するなど、鋳造条件に応じて使い分けることにより、全ての流量域で流量制御性に優れ、地金によるノズル詰りを防止することができ、且つストッパーが障害物となることからスライディングノズル直上における溶鋼の渦発生も防止することができる。しかし、ストッパー方式とスライディングノズル方式とを併用することから２系列の湯面レベル制御装置が並列して必要であり、それにより設備費が高くなるという問題がある。また、ストッパー及びスライディングノズルは、ともに重要な流量制御装置であるので、溶損して形状が変化したものを再使用することはできずその都度交換しなければならず、耐火物コストが高くなるという問題がある。また更に、鋳造中、ストッパー方式の湯面レベル制御からスライディングノズル方式の湯面レベル制御に移るなど、湯面レベル制御方式を変更する際に、両者の受け渡しが円滑に行えない場合には、鋳型内溶鋼湯面が一時的に変動し、鋳片品質の低下を招くという恐れもある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ストッパーとスライディングノズルとを具備するものの、設備費及び耐火物コストが安価であり、鋳造末期のタンディッシュ内溶鋼が少なくなった時点におけるスライディングノズル直上の渦発生を防止することのできる連続鋳造用タンディッシュを提供するとともに、このタンディッシュを使用した鋼の連続鋳造方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る連続鋳造用タンディッシュは、ストッパーとスライディングノズルとを備えた連続鋳造用タンディッシュであって、前記ストッパーは、前記スライディングノズルの直上と該スライディングノズルとは離れた退避位置とに旋回可能であるとともに、スライディングノズルの直上及び退避位置において上下動が可能であることを特徴とするものである。

第２の発明に係る連続鋳造用タンディッシュは、第１の発明において、前記ストッパーは、前記スライディングノズルを介して鋳型へ流下する溶鋼の注入量を、鋳型内の溶鋼湯面位置に応じて自動的に制御する自動流量制御装置とは接続されていないことを特徴とするものである。

また、第３の発明に係る鋼の連続鋳造方法は、第１または第２の発明に記載の連続鋳造用タンディッシュを用い、定常鋳造中は、前記ストッパーを退避位置に配置した状態として前記スライディングノズルを用いてタンディッシュから鋳型への溶鋼注入量を制御し、鋳造末期には、前記ストッパーを前記スライディングノズルの直上に旋回させて、タンディッシュ内の溶鋼を鋳型に注入することを特徴とするものである。

本発明によれば、ストッパーは、スライディングノズルの直上と該スライディングノズルとは離れた退避位置とに旋回可能であるので、鋳造末期にはストッパーをスライディングノズルの直上に配置することができ、それによりタンディッシュ内の溶鋼が少なくなってもストッパーが障害物となってスライディングノズル直上の溶鋼の渦形成が防止され、タンディッシュ内の溶鋼上に存在する滓による鋳片の品質低下を防止することができる。このストッパーはタンディッシュから鋳型への溶鋼注入量を自動的に制御する機能は必要としないので、ストッパーに関しては注入量自動制御のために必要な湯面レベル制御装置が不要であり、また、ストッパーは渦形成の障害物となりえればよく、多少溶損したとしても再使用が可能であり、従って、ストッパーとスライディングノズルとを具備するものの、設備費及び耐火物コストを下げることができる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明に係る連続鋳造用タンディッシュの概略断面図、図２は、図１に示すタンディッシュのスライディングノズルの部分及びその下方の鋳型の部分を示す概略断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明に係る連続鋳造用タンディッシュ１は、外殻を鉄皮２０で覆われ、内部を耐火物２１で施行されており、タンディッシュ１の底部には、耐火物２１に嵌合する上ノズル３が設置されている。上ノズル３は、その内部に孔を有しており、タンディッシュ１から鋳型６への溶鋼流出孔１６の一部を形成している。

タンディッシュ１の側壁には、ベース７が設置され、ベース７には、昇降装置８が設置されている。昇降装置８には鉛直方向を向いたスピンドル９が組み込まれている。スピンドル９には昇降のためのラック（図示せず）が切り込まれており、このラックは昇降装置８に設けられたピニオンギアー（図示せず）と嵌合し、昇降装置８のピニオンギアーを回転させることにより、スピンドル９が昇降するように構成されている。ピニオンギアーの回転は、手動、または、手動で作動する電動機で実施する。また、スピンドル９は、昇降装置８に嵌合した状態で、スピンドル９の軸心方向を軸として昇降装置８に対して旋回可能な構造となっている。

スピンドル９の上端部には、水平方向を向いたストッパーアーム１０が取り付けられており、このストッパーアーム１０の他方の先端部には、上蓋１９の開口部１９ａを通ってタンディッシュ１の内部に挿入される、鉛直下向き方向に向いたストッパー２が取り付けられている。上蓋１９は、タンディッシュ１の上部開口部を覆い、タンディッシュ内の溶鋼２４の保熱、タンディッシュ内の不活性ガス置換などを担うものである。

ストッパー２は、スピンドル９が昇降装置８に対して軸心方向に旋回することにより、上ノズル３の上方位置と、上ノズル３の上方位置を外れた退避位置とに旋回可能であり、また、スピンドル９が昇降装置８によって昇降することにより、上ノズル３の上方位置及び退避位置の双方において昇降可能となっている。当然ながら、ストッパー２の先端を上ノズル３に嵌合させることで、タンディッシュ１から鋳型６への溶鋼２４の流出を停止可能となっている。尚、上蓋１９の開口部１９ａはタンディッシュ１を鋳造前にバーナー（図示せず）によって加熱する際のバーナー火炎の吹き込み口となる。ストッパー２を退避位置に旋回することにより、ストッパー２がバーナー加熱の障害にならないように構成されている。図１において、破線で示すストッパー２は退避位置に旋回したストッパーを示している。

一方、上ノズル３の下方には、上ノズル３の下面に接して、上部固定板１１、摺動板１２、下部固定板１３及び整流ノズル１４からなるスライディングノズル４が配置され、更に、スライディングノズル４の下面に接して浸漬ノズル５が配置され、溶鋼２４をタンディッシュ１から鋳型６へ流出するための溶鋼流出孔１６が形成されている。摺動板１２は、往復型アクチュエーター１７と接続されており、往復型アクチュエーター１７の作動によって、摺動板１２は上部固定板１１と下部固定板１３との間をこれらの固定板と接触したまま移動し、摺動板１２と上部固定板１１及び下部固定板１３とで形成する開口部面積を調整することにより溶鋼流出孔１６を通過する溶鋼量が制御されるように構成されている。浸漬ノズル５の下部には一対の吐出孔１５が設置されている。尚、スライディングノズル４は外殻を鋼製のケースで覆われているが、図２ではこのケースを省略している。

上ノズル３の一部はアルミナ質のポーラス煉瓦（図示せず）で形成されており、浸漬ノズル５の内壁面へのアルミナ付着防止のために、不活性ガス供給配管１８から供給される不活性ガスが、上ノズル３のポーラス煉瓦部を介して溶鋼流出孔１６に吹き込まれるようになっている。不活性ガスとしては、Ａｒガスや窒素ガスなどを用いることができる。

鋳型６は、相対する鋳型長辺２２と、この鋳型長辺２２の内側に内装された、相対する鋳型短辺２３とを備え、矩形型の鋳型内部空間を形成している。鋳型６の下方にはガイドロール、ピンチロールなどの複数対の鋳片支持ロール（図示せず）が配置され、隣り合う鋳片支持ロールの間には、スプレーノズルが配置された二次冷却帯（図示せず）が構成されている。

鋳型内の溶鋼湯面２６の上方には、溶鋼湯面２６の位置を計測するための渦流距離計２９が設置されており、渦流距離計２９による測定値は、溶鋼湯面２６の位置を一定位置に維持するための湯面レベル制御装置３０に入力されている。湯面レベル制御装置３０の信号はアクチュエーター制御装置３１に入力されており、アクチュエーター制御装置３１は、湯面レベル制御装置３０から入力される信号に基づき、鋳型内の溶鋼湯面２６の位置がほぼ一定になるように、往復型アクチュエーター１７を作動させて、溶鋼流出孔１６を流下する溶鋼注入量を制御している。つまり、スライディングノズル４は、溶鋼湯面２６の位置が一定になるように、渦流距離計２９、湯面レベル制御装置３０及びアクチュエーター制御装置３１からなる自動流量制御装置によって自動的に制御されている。当然ではあるが、アクチュエーター制御装置３１に直接入力して手動でスライディングノズル４を作動させることもできる。尚、ストッパー２は、湯面レベル制御装置３０には接続しておらず、つまり自動流量制御装置に接続しておらず、ストッパー２によって鋳型内の溶鋼湯面２６の位置を制御する場合には、手動操作で実施するように構成されている。

このような構成の連続鋳造用タンディッシュ１を用いて以下のようにして溶鋼２４の連続鋳造操業を実施する。

鋳造前、ストッパー２を退避位置に配置した状態でタンディッシュ１の加熱を行い、所定時間加熱したタンディッシュ１を鋳型６の上方所定位置に配置する。そして、転炉または電気炉などの一次精錬炉若しくはＲＨ真空脱ガス装置などの二次精錬炉で溶製された溶鋼２４を収容する取鍋（図示せず）をタンディッシュ１の上方所定位置に配置し、溶鋼２４を取鍋からタンディッシュ１に注入する。この場合、タンディッシュ１の底部の上ノズル３の周囲に湯溜めパイプ（図示せず）を配置したり、スライディングノズル４を閉鎖したり、或いは、ストッパー２で上ノズル３を閉鎖したりして、タンディッシュ１に所定量の溶鋼２４を滞在させる。ストッパー２で上ノズル３を閉鎖する場合には、ストッパー２を退避位置から上ノズル３の上方に旋回させる。

タンディッシュ内の溶鋼量が所定量になったなら、湯溜めパイプを倒す、スライディングノズル４を開とする、或いはストッパー２を上昇させて、溶鋼流出孔１６を介して溶鋼２４を鋳型６に注入する。タンディッシュ１に所定量の溶鋼２４を溜める際に、湯溜めパイプを配置した場合、スライディングノズル４を閉鎖した場合、或いはストッパー２で上ノズル３を閉鎖した場合を問わず、溶鋼２４を鋳型６に注入した以降はスライディングノズル４による自動制御または手動制御により、タンディッシュ１から鋳型６への溶鋼注入量を制御する。所定量の溶鋼２４を溜める際にストッパー２で上ノズル３を閉鎖した場合には、溶鋼２４を鋳型６に注入した以降はストッパー２を退避位置に配置させる。

溶鋼２４は、吐出孔１５から鋳型短辺２３に向かう吐出流２５となって鋳型内に注入される。鋳型内に注入された溶鋼２４は鋳型６により冷却され、凝固シェル２８を形成する。そして、鋳型内に所定量の溶鋼２４が注入されたなら、吐出孔１５を鋳型内の溶鋼２４に浸漬した状態で、鋳型６の下方に設置したピンチロールを駆動して、外殻を凝固シェル２８とし、内部に未凝固の溶鋼２４を有する鋳片の引き抜きを開始する。引き抜き開始後は、湯面レベル制御装置３０及びアクチュエーター制御装置３１により、溶鋼湯面２６の位置を鋳型内のほぼ一定位置に自動制御しながら鋳片引き抜き速度を増速し、その速度を維持して鋳造を継続する。鋳型内の溶鋼湯面２６の上にはモールドパウダー２７を添加するとともに、不活性ガス供給配管１８からは所定量の不活性ガスを溶鋼流出孔１６に吹き込む。モールドパウダー２７は溶融して、溶鋼２４の酸化防止や凝固シェル２８と鋳型６との潤滑剤としての機能を発揮する。

鋳型６から引き抜かれた鋳片は、二次冷却帯に配置されるスプレーノズルから噴霧される冷却水により冷却されて中心部まで凝固し、中心部まで凝固完了した後に所定の長さに切断される。

このようにして連続鋳造操業を継続し、取鍋内の溶鋼２４がなくなって、別の溶鋼を収容した別の取鍋に交換する場合や、連続鋳造操業を終了する場合には、取鍋からタンディッシュ１への溶鋼２４の注入が終了した時点、或いは注入終了の直前または直後に、ストッパー２を旋回させ、退避位置から上ノズル３の直上に配置する。

ストッパー２を上ノズル３の直上に配置することにより、ストッパー２が障害物となって、タンディッシュ内の溶鋼量が少なくなった時点でも上ノズル３の上方における溶鋼２４の渦発生を防止することができる。タンディッシュ内の溶鋼上には、保温剤、介在物吸収用フラックス、取鍋から流出したスラグなどからなる滓が存在するが、溶鋼２４に渦が発生しないので、タンディッシュ内の溶鋼上に存在する滓は鋳型６に流出せず、清浄な鋳片を製造することが可能となる。

この場合、タンディッシュ内の溶鋼量が少なくなった時点においては、溶鋼流出孔１６を流下する溶鋼量をストッパー２で制御しても、また、スライディングノズル４で制御してもどちらでも構わない。但し、ストッパー２は再利用することが望ましく、ストッパー２で上ノズル３を閉鎖したままとすると、タンディッシュ内の残留溶鋼とストッパー２とが固結して再利用が不可能になるので、スライディングノズル４で制御することが好ましく、ストッパー２で制御した場合も最終的にはスライディングノズル４を閉鎖して、ストッパー２を残留する溶鋼２４よりも高い位置まで上昇させることが好ましい。

ストッパー２は鋳造の末期のみ使用するので、ストッパー２の先端へのアルミナ付着を防止することができる。仮にアルミナ付着が付着しても退避位置でストッパー２を昇降させることにより、付着したアルミナを落とすことができる。従って、ストッパー２に付着するアルミナによる介在物欠陥を防止することができる。

以上説明したように、本発明に係る連続鋳造用タンディッシュ１によれば、ストッパー２は、スライディングノズル４の直上とスライディングノズル４とは離れた退避位置とに旋回可能であるので、鋳造末期にはストッパー２をスライディングノズル４の直上に配置することができ、それによりタンディッシュ内の溶鋼が少なくなってもストッパー２が障害物となってスライディングノズル直上の溶鋼の渦形成が防止され、タンディッシュ内の溶鋼上に存在する滓による鋳片の品質低下を防止することができる。ストッパー２に関しては溶鋼注入量の自動制御に必要な湯面レベル制御装置３０が不要であり、また、ストッパー２は再使用が可能であり、従って、設備費及び耐火物コストを下げることができる。

本発明に係る連続鋳造用タンディッシュの概略断面図である。 図１に示すタンディッシュのスライディングノズルの部分及びその下方の鋳型の部分を示す概略断面図である。

符号の説明

１ タンディッシュ
２ ストッパー
３ 上ノズル
４ スライディングノズル
５ 浸漬ノズル
６ 鋳型
７ ベース
８ 昇降装置
９ スピンドル
１０ ストッパーアーム
１１ 上部固定板
１２ 摺動板
１３ 下部固定板
１４ 整流ノズル
１５ 吐出孔
１６ 溶鋼流出孔
１７ 往復型アクチュエーター
１８ 不活性ガス供給配管
１９ 上蓋
２０ 鉄皮
２１ 耐火物
２２ 鋳型長辺
２３ 鋳型短辺
２４ 溶鋼
２５ 吐出流
２６ 溶鋼湯面
２７ モールドパウダー
２８ 凝固シェル
２９ 渦流距離計
３０ 湯面レベル制御装置
３１ アクチュエーター制御装置

Claims (3)

1. ストッパーとスライディングノズルとを備えた連続鋳造用タンディッシュであって、前記ストッパーは、前記スライディングノズルの直上と該スライディングノズルとは離れた退避位置とに旋回可能であるとともに、スライディングノズルの直上及び退避位置において上下動が可能であることを特徴とする連続鋳造用タンディッシュ。
2. 前記ストッパーは、前記スライディングノズルを介して鋳型へ流下する溶鋼の注入量を、鋳型内の溶鋼湯面位置に応じて自動的に制御する自動流量制御装置とは接続されていないことを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造用タンディッシュ。
3. 請求項１または請求項２に記載の連続鋳造用タンディッシュを用い、定常鋳造中は、前記ストッパーを退避位置に配置した状態として前記スライディングノズルを用いてタンディッシュから鋳型への溶鋼注入量を制御し、鋳造末期には、前記ストッパーを前記スライディングノズルの直上に旋回させて、タンディッシュ内の溶鋼を鋳型に注入することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。

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