JP4456284B2

JP4456284B2 - プラズマトーチを用いた溶鋼の加熱装置

Info

Publication number: JP4456284B2
Application number: JP2001020218A
Authority: JP
Inventors: 新一福永; 和久田中; 良治西原; 泰男繁永; 三司朝野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2021-01-29
Also published as: JP2002224803A

Description

【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てタンディッシュ内の溶鋼を加熱する際に、簡単な構造を用い、プラズマアークを安定して形成し、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、取鍋内の溶鋼の半量程度を注湯した後（中期以降）の鋳造において、鋳造時間の経過と共に、溶鋼の温度が取鍋からの放熱によって０．１〜０．５℃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り、鋳造途中で浸漬ノズルの詰まりを生じ、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している。
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することにより、ジュール熱によって溶鋼を加熱し、放熱による温度低下を保障している。
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た加熱室を設け、この加熱室の下側を溶鋼中に浸漬して周囲から区画しておき、更に、加熱室の外側に設けた電極を溶鋼中に浸漬しておき、この加熱室のプラズマトーチと電極に通電して、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、溶鋼の加熱を行っている。
【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、コイルへの地金の差し込みが発生し、電気的な短絡事故等を招き、加熱装置として安定した使用を行うことに支障がある。
更に、特公平４−５２５９９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、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された溶鋼の表面が長く加熱され、この部位の溶鋼の温度が極端に高くなって、溶鋼の全体の加熱効率が低下する。
しかも、溶鋼の加熱は、主に加熱室からの輻射熱を利用して行い、耐火物からなる加熱室の下側を溶鋼中に浸漬してタンディッシュの上流側と下流側を完全に区画するため、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、加熱室の寿命が低下すると、溶鋼の加熱装置としての寿命も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、簡単な構造を用いて耐火物コストを低減し、加熱効率を高め、プラズマアークの着火を良好にしてプラズマアークを安定させることができるプラズマトーチを用いた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溶鋼の加熱装置は、タンディッシュを覆い、溶鋼を加熱するプラズマトーチを挿入するための複数の挿入口を設けた加熱室と前記溶鋼の注湯口とを備えた蓋を有し、前記挿入口から挿入され、前記タンディッシュ内に貯湯された溶鋼の上方に配置される前記プラズマトーチを前記挿入口の上方に昇降自在に保持した溶鋼の加熱装置において、
前記プラズマトーチは、アノード側トーチとカソード側トーチを有し、しかも該アノード側トーチとカソード側トーチは、昇降手段によって昇降する昇降台車に取付けられ、該昇降手段により、前記プラズマトーチの先端を、前記溶鋼の表面から上方へ１００〜５００ｍｍの位置に保持し、
前記タンディッシュ内で、しかも前記溶鋼の注湯口と前記プラズマトーチの挿入口の間に、長手方向側端が前記タンディッシュに隙間の無い状態で取付けられ、かつ前記蓋の下端に上端が密接する上堰を設け、該上堰の下側を前記溶鋼に浸漬させ、前記注湯口から侵入する外気を遮断して、前記加熱室内の酸素濃度を１．０質量％以下にし、
前記プラズマトーチと前記上堰の間隔を２５０〜８００ｍｍにし、
更に、前記上堰の下流側に下堰を設けて、前記上堰の下端の位置に対し、前記下堰の上端の位置を同じ、又は該下堰の上端の位置を高くしている。
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、溶鋼に随伴したスラグの加熱室への流入と、注湯口から侵入した空気の加熱室への侵入を抑制して、スラグ及び雰囲気中の酸素濃度に起因する着火不良やプラズマアークの不安定化を防止することができる。
【０００６】
ここで、前記プラズマトーチは、アノード側トーチとカソード側トーチを有するので、低電流を用いて電気抵抗を大きくでき、ジュール熱による溶鋼の加熱効率を向上することができる。
【０００７】
更に、前記上堰の下流側に下堰を設けるので、上堰により下方に向かう溶鋼の流れを、下堰を用いて上昇する溶鋼の流れにすることができ、この上昇する溶鋼の流れによって、プラズマアークの近傍の溶鋼の表面に溶鋼の流れを形成し、プラズマアークの集中による溶鋼の過剰加熱を抑制し、溶鋼の加熱効率を高めることができる。しかも、加熱室を構成する耐火物への過剰な輻射熱を抑制して耐火物の損耗を少なくし、加熱装置の長寿命化を図ることができる。
【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。
ここに、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、このタンディッシュ１２を覆って溶鋼１１の表面上方に加熱室１３を形成する蓋１４と、加熱室１３に形成した挿入口１５、１６と、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を覆う蓋１４には、注湯口１８を設けており、この注湯口１８からタンディッシュ１２内に溶鋼１１を供給するロングノズル１９が装着されている。
蓋１１を被せたタンディッシュ１２の内側には、ロングノズル１９と加熱室１３の間に、溶鋼１１の流れ方向に直交して配置されタンディッシュ１２の両側部に接する耐火物からなる上堰２０を設けている。
上堰２０の上端は蓋１４の下端に接しており、上堰２０の下側は貯湯された溶鋼１１内に浸漬するように配置されているので、溶鋼１１と共に上流側から流れてくるスラグ２１は上側で遮断され、溶鋼１１は上堰２０の下方を通過できる。
この上堰２０の下流側（加熱室側）には、耐火物からなる下堰２０ａが、溶鋼１１の流れ方向に直交して配置されている。下堰２０ａはその側端部及び下端部がタンディッシュ１２の下側両側部及びタンディッシュ１２の底面に接して配置され、更に下堰２０ａの下側中央部には溶鋼１１が通過できるトンネル孔２０ｂが形成されている。
タンディッシュ１２の底部１２ａの下流側には、孔２２ａが設けられ、この孔２２ａには、図示しない鋳型に溶鋼１１を注湯するスライディングノズル（以後ＳＮという）２２と浸漬ノズル２３が取付けられている。
また、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側トーチ２４とカソード側トーチ２５を有し、アノード側トーチ２４とカソード側トーチ２５は、コード（電線）２７、２８を介して電源２６によって電気的に導通している。
このアノード側トーチ２４及びカソード側トーチ２５と電源２６は、昇降台車２９に載置されている。
この昇降台車２９には、電動シリンダー等の一般に用いられている図示しない昇降手段が取付けられており、昇降手段の作動によって昇降台車２９が下降し、加熱室１３の挿入口１６、１５からアノード側トーチ２４とカソード側トーチ２５がタンディッシュ１２内に挿入される。
【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溶鋼の加熱装置１０の動作について説明する。
ロングノズル１９を介して注湯口１８から溶鋼１１をタンディッシュ１２に供給し、４０トンの溶鋼１１が貯湯された時点で、ＳＮ２２を作動させ浸漬ノズル２３から鋳型への注湯を連続して行うと共に、タンディッシュ１２内の溶鋼１１が常に４０トン（一定量）になるように、ロングノズル１９から溶鋼１１を供給する。
タンディッシュ１２内の溶鋼１１の量が１５トンを超えた際、上堰２０の下端が溶鋼１１中に浸漬し始めるため、ロングノズル１９から溶鋼１１に混入したスラグ２１は、上堰２０で遮断され、加熱室１３側への流入が防止される。
【００１０】
ロングノズル１９からの溶鋼１１の供給量が、全供給量（約２００トン）の半分を過ぎると、取鍋での放熱によってタンディッシュ１２内に注湯された溶鋼１１の温度が目標温度よりも低下する。
従って、昇降台車２９の昇降手段を作動し、昇降台車２９に載置したアノード側トーチ２４とカソード側トーチ２５を下降させ、アノード側トーチ２４とカソード側トーチ２５を蓋１４に設けた挿入口１６、１５から、タンディッシュ１２内に挿入し、溶鋼１１の表面から上方へ１００〜５００ｍｍの位置にアノード側トーチ２４とカソード側トーチ２５の先端がくるように保持する。
そして、アノード側トーチ２４とカソード側トーチ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、電源２６からアノード側トーチ２４とカソード側トーチ２５に、１０００〜５０００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。
プラズマアークは、アノード側トーチ２４と溶鋼１１の表面間に発生し、溶鋼１１の表面とカソード側トーチ２５間にも形成され、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。
【００１１】
本実施の形態では、上堰２０によって加熱室１３に流入するスラグ２１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とアノード側トーチ２４及びカソード側トーチ２５間の電気抵抗を小さくでき、しかも、スラグ厚みを薄くしているため、プラズマアークの溶鋼１１への着火が良好になり、プラズマアークを安定して形成することができる。しかも、加熱室１３内からの輻射熱を溶鋼１１に直に伝熱することができるため、加熱効率を大幅に向上することができる。
更に、上堰２０は、長手方向側端がタンディッシュ１２の内張り耐火物に隙間の無い状態で取付けられ、しかも、蓋１４の下端に上堰２０の上端が密接しているので、注湯口１８から侵入する外気（酸素）を遮断して酸素濃度を１．０質量％以下にすることができる。
【００１２】
その結果、二原子分子である酸素の存在による電気抵抗の増加を抑制できるので、プラズマアークをより安定して形成することができる。
更に、上堰２０のタンディッシュ１２への取付け条件として、溶鋼１１内に浸漬される深さ（浸漬深さ）Ｈを４５０ｍｍ以上とし、この上堰２０の下方を溶鋼１１が通過できるようにすることにより、タンディッシュ１２内の溶鋼１１のレベルが複数取鍋を連続して鋳造するいわゆる連々鋳造による取鍋交換等によって低下した場合でも、加熱室１３側へのスラグ２１の流れ込みを防止できる。
上堰２０とアノード側トーチ２４の間隔Ｌは、２５０〜８００ｍｍにすると良く、間隔Ｌが２５０ｍｍ未満では、上堰２０がプラズマアークの熱影響を受け、亀裂の発生や溶損によって損耗する。一方、間隔Ｌが８００ｍｍを超えると、加熱室１３の容量が大きくなり過ぎて、加熱室１３の内側の輻射熱による溶鋼１１の加熱効率が低下する。
また、通常でのタンディッシュ１２内の溶鋼１１の流れをみると、下方部は、ロングノズル１９から浸漬ノズル２３の方向に向かう流れが形成されている。しかし、上方部では、ロングノズル１９から浸漬ノズル２３の方向に向かう流れが弱くなり、特に、プラズマアークによって加熱する溶鋼１１で滞留が発生する。
この滞留が存在する状態で加熱を行なった場合、火点近傍の溶鋼１１が過剰に加熱されて気化し、プラズマアーク熱や輻射熱による溶鋼１１全体の加熱効率が低下する。
【００１３】
本実施の形態では、トンネル孔２０ｂを有する下堰２０ａによって、図中矢印で示す溶鋼１１の流れを形成するので、プラズマアークの火点近傍での滞留を防止し、火点近傍に新しい溶鋼１１を供給することにより、火点近傍の溶鋼１１の過剰な加熱を防止し、プラズマアーク熱及び輻射熱による溶鋼１１の加熱が促進され、加熱の熱効率をより向上させることができる。
しかも、上堰２０と下堰２０ａについて、上堰２０の下端の位置に対し、下堰２０ａの上端を同じにするか、あるいは下堰２０ａの上端を高くすることにより、スラグ２１を遮断する効果を高めることができる。
【００１４】
このように加熱された溶鋼１１は、ＳＮ２２から浸漬ノズル２３を経て、鋳型に注湯され、鋳型による冷却と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。
【００１５】
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、加熱室にアルゴンガスの吹き込み孔を設け、この吹き込み孔から加熱室内にアルゴンガスを吹き込んで雰囲気置換を行うことができる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載のプラズマトーチを用いた溶鋼の加熱装置は、タンディッシュを覆い、溶鋼を加熱するプラズマトーチを挿入するための複数の挿入口を設けた加熱室と溶鋼の注湯口とを備えた蓋を有し、挿入口から挿入されタンディッシュ内に貯湯された溶鋼の上方に配置されるプラズマトーチを挿入口の上方に昇降自在に保持した溶鋼の加熱装置において、タンディッシュ内で、しかも溶鋼の注湯口とプラズマトーチの挿入口の間に上堰を設け、上堰の下側を溶鋼に浸漬しているので、簡単な構造を用いてプラズマアークの形成を安定させることができ、輻射熱やプラズマアーク熱等による耐火物の損耗を少なくして加熱装置の長寿命化を図ることができる。しかも、溶鋼を鋳造した鋳片の品質を向上させることができる。
【００１７】
特に、プラズマトーチは、アノード側トーチとカソード側トーチを有するので、溶鋼の加熱効率をより高め、加熱処理コストを低減することができる。
【００１８】
上堰の下流側に下堰を設けているので、プラズマアーク熱及び輻射熱による溶鋼の偏熱を抑制し、溶鋼の加熱効率を高めることができ、浸漬ノズルの詰まりを解消して鋳造作業を安定して行うことができる。
【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、１２ａ：底部、１３：加熱室、１４：蓋、１５：挿入口、１６：挿入口、１７：プラズマ装置、１８：注湯口、１９：ロングノズル、２０：上堰、２０ａ：下堰、２０ｂ：トンネル孔、２１：スラグ、２２：スライディングノズル、２２ａ：孔、２３：浸漬ノズル、２４：アノード側トーチ、２５：カソード側トーチ、２６：電源、２７：コード、２８：コード、２９：昇降台車

Claims

タンディッシュを覆い、溶鋼を加熱するプラズマトーチを挿入するための複数の挿入口を設けた加熱室と前記溶鋼の注湯口とを備えた蓋を有し、前記挿入口から挿入され、前記タンディッシュ内に貯湯された溶鋼の上方に配置される前記プラズマトーチを前記挿入口の上方に昇降自在に保持した溶鋼の加熱装置において、
前記プラズマトーチは、アノード側トーチとカソード側トーチを有し、しかも該アノード側トーチとカソード側トーチは、昇降手段によって昇降する昇降台車に取付けられ、該昇降手段により、前記プラズマトーチの先端を、前記溶鋼の表面から上方へ１００〜５００ｍｍの位置に保持し、
前記タンディッシュ内で、しかも前記溶鋼の注湯口と前記プラズマトーチの挿入口の間に、長手方向側端が前記タンディッシュに隙間の無い状態で取付けられ、かつ前記蓋の下端に上端が密接する上堰を設け、該上堰の下側を前記溶鋼に浸漬させ、前記注湯口から侵入する外気を遮断して、前記加熱室内の酸素濃度を１．０質量％以下にし、
前記プラズマトーチと前記上堰の間隔を２５０〜８００ｍｍにし、
更に、前記上堰の下流側に下堰を設けて、前記上堰の下端の位置に対し、前記下堰の上端の位置を同じ、又は該下堰の上端の位置を高くしたことを特徴とするプラズマトーチを用いた溶鋼の加熱装置。