JP2834657B2

JP2834657B2 - 溶融金属流動制御可能なタンディッシュ装置

Info

Publication number: JP2834657B2
Application number: JP29983093A
Authority: JP
Inventors: 田正弘山; 井美弦櫻; 倉滋小
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1998-12-09
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: JPH07148559A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タンディッシュ内にお
ける溶融金属の流れを抑制して、溶融金属の滞留時間を
向上することにより、タンディッシュにおける非金属介
在物等の浮上分離効果を向上できる溶融金属流動制御可
能なタンディッシュ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造においては、溶融金属（以下、
溶鋼とする）は取鍋から一旦タンディッシュと呼ばれる
中間容器に注入され、このタンディッシュよりモールド
に注入される。このタンディッシュの重要な役割の一つ
に、モールドへの溶鋼流量および流速の調整と共に、溶
鋼に混在する非金属介在物の浮上分離がある。

【０００３】すなわち、取鍋に注入された溶鋼中には、
溶鋼のみならず各種の酸化物などの非金属介在物等が混
在している。このような不純物を含んだ状態で溶鋼がモ
ールドに注入されて鋳造が行われると、介在物による性
状不良等が生じて製品規格に適合するスラブを製造する
ことができなくなってしまう。

【０００４】これらの不純物は通常は溶鋼よりも低比重
であるので、溶鋼をタンディッシュ内に一定時間滞留さ
せることによって、溶鋼より不純物を浮上分離させ、清
浄な溶鋼のみをモールドに注入する。ここで、タンディ
ッシュ内の溶鋼に混在する介在物の浮上分離は、タンデ
ィッシュにおける溶鋼の滞留時間の長時間化やタンディ
ッシュ内における溶鋼の撹拌等を行うことによって、よ
り良好なものにできる。

【０００５】そのため、通常のタンディッシュは、取鍋
からタンディッシュへの溶鋼注入位置と、タンディッシ
ュからモールドへの溶鋼注入位置とを可能な範囲で遠く
することによって、タンディッシュ内における溶鋼の滞
留時間が長くなるように構成される。また、タンディッ
シュに堰を設けることによりモールドへの介在物の流入
を防止すると共に介在物の浮上を促進する方法や、タン
ディッシュ内の溶鋼に不活性ガス等を拭き込むことによ
り、溶鋼を撹拌して介在物の浮上分離を促進する方法も
よく知られている。

【０００６】さらに、特開平４−１２３８５１号公報に
は、タンディッシュの溶鋼液面近傍にタンディッシュの
出口に向かう方向に電磁力を印加して溶鋼流速を加速す
ることにより、非金属介在物の浮上を促進する連続鋳造
用タンディッシュが、他方、特表平３−５０１２３０号
公報には、タンディッシュの外部に磁界発生装置を設け
て、溶鋼入口から出口までの間に溶鋼の流れ方向と略直
交する方向に磁界を印加することにより、溶鋼の流れを
抑制して滞留時間を長くするタンディッシュが、それぞ
れ開示されている。

【０００７】しかしながら、これらの各種の方法では、
タンディッシュ内の溶鋼からの介在物の浮上分離を十分
に行うことができず、あるいは、高額な磁界発生装置が
必要となってしまい、安価な設備で、より良好に溶鋼か
ら介在物を分離除去できる装置の出現が望まれている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の問題点を解決することにあり、プラズマアー
クを利用してタンディッシュ内における溶融金属の流れ
を抑制することにより、タンディッシュ内における溶融
金属の滞留時間を向上して、非金属介在物等の除去効果
を向上し、性状不良等のない高品質なスラブを安定して
製造可能とする溶融金属流動制御可能なタンディッシュ
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、溶融金属の注入部および排出部を有する
タンディッシュと、前記タンディッシュの注入部から排
出部に至る溶融金属の流れ方向に水平に配置された、複
数のプラズマトーチ、あるいはプラズマトーチおよび対
極と、前記複数のプラズマトーチ、あるいはプラズマト
ーチおよび対極の間に設置された前記プラズマトーチの
駆動電源とを備え、前記複数のプラズマトーチ、あるい
はプラズマトーチおよび対極を所定距離間隔で配置する
ことにより、前記プラズマトーチ間、あるいはプラズマ
トーチおよび対極の間に発生するプラズマアークを経て
溶融金属内を流れる電流により発生する磁場によって、
前記タンディッシュ内を流れる溶融金属に制動電磁力を
与えることを特徴とする溶融金属流動制御可能なタンデ
ィッシュ装置を提供する。

【００１０】また、前記プラズマトーチの位置が、前記
タンディッシュ内の溶融金属の液面高さに追従するよう
に構成されるのが好ましい。

【００１１】

【発明の作用】本発明の溶融金属流動制御可能なタンデ
ィッシュ装置は、プラズマトーチおよび対極、複数のプ
ラズマトーチを溶融金属の流れ方向にほぼ水平に配置
し、タンディッシュ内の溶鋼に向かってプラズマアーク
を射出し、プラズマアークを通して溶融金属内を流れる
電流により発生する磁界を利用することにより、タンデ
ィッシュ内における溶融金属の流れを抑制する制動電磁
力を与え、タンディッシュ内における溶融金属の滞留時
間を伸ばして介在物の浮上分離効果を大きくすることが
できる。

【００１２】周知のように、プラズマアークを射出する
ことにより、プラズマトーチ（あるいはプラズマトーチ
および対極）の正極から陰極へプラズマアークを通した
電流が流れる。ここで、本発明のタンディッシュ装置に
おいては、プラズマトーチ等を溶融金属の流れ方向にほ
ぼ水平に配置して、溶融金属に向かってプラズマアーク
を射出する。つまり本発明においては、プラズマアーク
を通して溶融金属内を流れる電流が、溶融金属の流れと
水平方向（溶融金属の流れ方向、あるいはその逆方向）
となる。そのため、この電流によって溶融金属の流れと
垂直方向に磁界が形成され、電磁誘導によって溶融金属
の流れを抑制する制動電磁力が発生する。すなわち、い
わゆる電磁ブレーキと同様にして溶融金属の流れが抑制
され、溶融金属に混在する介在物を良好に浮上分離でき
る。

【００１３】ここで、溶融金属の流れと水平方向に配置
されるプラズマトーチの間隔が近すぎると、溶融金属の
流れにおける制動電磁力に供される距離が短じかすぎ
て、溶融金属に混在する介在物を良好に浮上分離するこ
とができない。

【００１４】逆にプラズマトーチの間隔が広すぎると、
溶鋼中を流れる電流の経路が不安定となり、良好な流れ
抑制力を発揮することができない。すなわち、図２に示
されるように、溶鋼の流れ抑制に働く電磁力を発生せし
める電流の主たるものは、プラズマトーチの正極から負
極に直線的に流れる電流ａである。ところが、プラズマ
トーチの間隔が広くなるにしたがって、両トーチ間を湾
曲して流れる電流ｂおよびｃが増加し、制動力が弱くな
ってしまう。また、プラズマトーチの間隔が広すぎる
と、プラズマシステムとしてのインピーダンスが小さく
なってしまい、投入電力量が同一であれば溶鋼中を流れ
る電流は小さくなり、それに比して溶鋼中に発生する磁
界も弱くなる。

【００１５】本発明のタンディッシュ装置においては、
溶融金属の流れと水平方向に配置されるプラズマトーチ
を、溶鋼流に制動電磁力を与えることが可能である所定
間隔、好ましくは５００〜１０００mmの間隔で配置す
る。従って、本発明の溶融金属流動制御可能なタンディ
ッシュ装置によれば、タンディッシュ内における溶融金
属の滞留時間を好適に長時間化することができ、溶融金
属に混在する介在物を良好に浮上分離して、清浄な溶融
金属のみをモールドに注入することが可能である。

【００１６】しかも、本発明はプラズマアークを溶融金
属に向かって射出することにより、溶融金属の流れを抑
制する。プラズマアークは非常に高温であり、これを利
用してタンディッシュ内の溶融金属を加熱することによ
り、二次精練、ノズル詰りの防止、介在物除去の促進等
が計れるのは特開平３−４２１５９号、同３−２４３２
５４号、特公平４−５２５９９号の各公報等に開示され
るとおりである。従って、本発明の溶融金属流動制御可
能なタンディッシュ装置によれば、溶融金属の流れ制御
による介在物の浮上分離のみならず、プラズマアークに
よるタンディッシュ内での溶融金属加熱の効果も同時に
得ることができ、より高品質のスラブを安定して製造す
ることが可能である。また加熱設備をも兼ねる結果とな
ることより、結果的に設備的にも安価である。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の溶融金属流動制御可能なタン
ディッシュ装置について、添付の図面をもとに詳細に説
明する。

【００１８】図１に、本発明の溶融金属流動制御可能な
タンディッシュ装置（以下、タンディッシュ装置とす
る）の概略図を示す。なお、図１において、（ａ）はｂ
−ｂ線概略平面断面図であり、（ｂ）はａ−ａ線概略正
面断面図である。

【００１９】図１に示されるタンディッシュ装置１０に
おいて、溶融金属（以下、溶鋼とする）３０は取鍋３２
からロングノズル３４によってタンディッシュ３６に供
給され、タンディッシュ３６の排出口に設置されるイマ
ージョンノズル３８よりモールド４０に注入される。な
お、モールド４０の下部に配置される符号４２は、鋳片
サポートロールである。タンディッシュ３６は、本体４
４と、本体４４の上面を閉塞する蓋体４６とより構成さ
れ、底には非金属介在物等の浮上を促進するための堰４
８が配置されている。

【００２０】ここで、本発明にかかるタンディッシュ装
置１０においては、蓋体４６にはプラズマトーチ１２お
よび１４、および両プラズマトーチの駆動電源２０が配
設される。プラズマトーチ１２および１４は、それぞれ
プラズマアーク１６および１８を溶鋼３０に射出するも
のであり、本発明にかかるタンディッシュ装置１０にお
いては、両プラズマトーチは溶鋼３０の流れ方向に沿っ
て配置される。

【００２１】本発明のタンディッシュ装置１０は、上記
構成、すなわち複数のプラズマトーチ、あるいはプラズ
マトーチと対極とを溶鋼の流れ方向に水平に配置して、
プラズマアークを溶鋼３０に射出する構成を有すること
により、プラズマアーク１６および１８によって溶鋼の
流れと水平方向（すなわち流れ方向あるいは逆方向）の
電流を溶鋼内に流して、この電流によって溶鋼の流れと
直交する方向に磁界を形成し、この磁界および溶鋼の流
れによる電磁誘導によって電磁ブレーキの効果を得て、
ロングノズル３４からイマージョンノズル３８に至る溶
鋼３０の流れを抑制する。この作用は後に詳述する。

【００２２】本発明は、この電磁ブレーキによってタン
ディッシュ３６中における溶鋼３０の滞留時間を長く
し、溶鋼３０に混在する介在物の確実な浮上分離効果を
向上し、高品質なスラブを安定して製造することを可能
にしたものである。しかも、プラズマアーク１６および
１８は溶鋼３０に向かって射出されるので、タンディッ
シュ３６内の溶鋼３０の加熱手段も兼ねる結果となり、
これによる二次精練、ノズル詰りの防止、介在物除去の
促進等の効果も発現することができる。

【００２３】本発明のタンディッシュ装置１０に利用さ
れるプラズマトーチ１２および１４には特に限定はな
く、公知のプラズマトーチがいずれも利用可能である。
また、タンディッシュ３６内は、利用するプラズマトー
チ１２および１４（プラズマアーク１６および１８）に
応じた雰囲気であるのはもちろんである。

【００２４】駆動電源２０も交流であっても直流であっ
てもよい。なお、図示例においては、説明を簡易にする
ために直流を例とする。この点については後に詳述す
る。駆動電源２０がプラズマトーチ１２および１４に供
給する電気量は、プラズマトーチの種類等によって適宜
決定すればよく、特に限定はない。電力量が高ければ、
より強い電磁ブレーキ効果を発現できるの当然である
が、あまり高い電力ではプラズマアーク１６および１８
の温度が高くなりすぎて、溶鋼３０に悪影響を与える可
能性がある。

【００２５】本発明のタンディッシュ装置１０におい
て、利用するプラズマトーチは図示例の２本に限定はさ
れず、１本のプラズマトーチに対極を組み合わせたもの
であってもよく、あるいは必要に応じて３本以上のプラ
ズマトーチを利用してもよく、あるいは両者を併用して
もよい。

【００２６】ここで、本発明のタンディッシュ装置１０
においては、両プラズマトーチは溶鋼の流れと水平方向
に、かつ溶鋼の流れに制動電磁力を与えることが可能な
間隔でプラズマトーチを配置する必要がある。前述のよ
うに、両プラズマトーチの間隔が近すぎると、溶融金属
の流れにおける制動電磁力に供される距離が短かすぎ
て、溶融金属に混在する介在物を良好に浮上分離するこ
とができない。他方、両プラズマトーチの間隔が広すぎ
ると、図２に示されるように溶鋼中を流れる電流の経路
が不安定となり、良好な流れ抑制力を発揮することがで
きず、また、プラズマシステムとしてのインピーダンス
が小さくなってしまい、投入電力量が同一であれば溶鋼
中を流れる電流は小さくなり、それに比して溶鋼中に発
生する磁界も弱くなる。

【００２７】従って、本発明のタンディッシュ装置１０
においては、溶鋼の流れに良好な制動電磁力を与えられ
る間隔で、プラズマトーチを配置する必要がある。この
間隔は、タンディッシュ３６のサイズやプラズマトーチ
の出力等によって異なるものであり、一概に決定するこ
とはできないが、一般的に、５００〜１０００mm程度の
間隔が好ましいと考えられる。

【００２８】図３に、ＥＢ（電子ビーム）をプラズマト
ーチとして用いてタンディッシュ装置１０を構成した際
の、プラズマトーチ間隔と溶鋼中介在物量（当然、少な
い方が良好な流れ抑制効果を有する）との関係を示す。
なお、図３に示される例は、プラズマトーチは直流トー
チで投入電力は１．２ＭＷである。図３に示されるよう
に、溶鋼中介在物はプラズマトーチ間隔が７００mm程度
の時に最も少なく、プラズマトーチ間隔が５００〜１０
００mmの間では、介在物が０．８mm²/g 以下の良好な介
在物除去効果を得ることができる。

【００２９】溶鋼３０の液面とプラズマトーチ１２およ
び１４の距離には特に限定はなく、プラズマトーチ１２
および１４の種類や、所望するプラズマアーク１６およ
び１８の特性、すなわち溶鋼３０を流れる電流量の目的
量等に応じて適宜決定すればよい。なお、溶鋼３０の液
面とプラズマトーチ１２および１４との距離が変化する
と、インピーダンスが変化してプラズマアーク１６およ
び１８の特性が変化してしまう。そのため、プラズマト
ーチ１２および１４は、溶鋼３０の液面高さに応じて、
溶鋼３０液面との距離を一定に保つように上下動するよ
うに構成するのが好ましい。

【００３０】以下、本発明のタンディッシュ装置１０の
作用について詳細に説明する。前述のように、溶鋼３０
はロングノズル３４よりタンディッシュ３６に供給さ
れ、イマージョンノズル３８よりモールド４０に注入さ
れる。従って、タンディッシュ３６内における溶鋼３０
の流れは、大きな流れとして矢印ｍで示すことができ
る。

【００３１】一方、プラズマトーチ１２および１４は、
この溶鋼３０の流れ方向に水平、すなわち矢印ｍ方向に
沿って配置され、プラズマトーチ１２には駆動電源２０
のプラス側が、他方、プラズマトーチ１４にはマイナス
側が接続される。駆動電源２０よりプラズマトーチ１２
および１４に電力が供給され、プラズマアーク１６およ
び１８が射出されると、溶鋼中には矢印ｎで示されるよ
うに電流が流れる。従って、この電流の流れによって、
電流の進行方向に向かって右回りに回転する磁界、すな
わち矢印ｏで示される磁界が形成される。

【００３２】ここで、この磁界は溶鋼３０の流れ（矢印
ｍ）と直交する方向であるので、この磁界と溶鋼３０の
流れとによって電磁誘導が生じ、溶鋼３０の流速を抑制
する方向に制動電磁力が発生する。すなわち、電磁ブレ
ーキと同様にして溶鋼３０の流れが抑制される。従っ
て、タンディッシュ３６内において、溶鋼３０がロング
ノズル３４からイマージョンノズル３８まで高い速度で
流れることを防止して、タンディッシュ３６内における
溶鋼３０の滞留時間を長くして、介在物の浮上分離を良
好に行うことができる。しかも、プラズマアーク１６お
よび１８によるタンディッシュ３６内での溶鋼加熱の効
果も得られるのは前述のとおりである。

【００３３】上記本発明の効果を確かめるため、本発明
者らは下記の実験を行った。＜実験例＞図１に示される本発明のタンディッシュ装置
１０を用いて連続鋳造を行った。なお、タンディッシュ
３６のサイズ（内壁での寸法）は１．２ｍ×３．０ｍ、
深さ１．０ｍで、ロングノズル３４からイマージョンノ
ズル３８の距離は２．０ｍである。また鋳込み速度は３
ｔｏｎ／分とした。プラズマトーチは図１に示される位
置とほぼ同様（間隔０．６ｍ）に配置した。また、プラ
ズマトーチ１２および１４への供給電流は５０００Ａと
した。その結果、本発明のタンディッシュ装置１０を利
用しない場合に比して、溶鋼３０の滞留時間を好適に延
長することができ、鋳造された連続鋳造片内の介在物を
２０％程度低減することができた。

【００３４】以上説明した例は、駆動電源２０として直
流電源を利用した例であるが、電源に交流電源を利用し
た際においても、磁界の方向が周波数に応じて反転する
だけで、溶鋼３０の進行方向と磁界とは常に直交方向と
なっている。従って、直流電源の場合と同様、良好な電
磁ブレーキ効果を得ることができる。なお、プラズマト
ーチの駆動電源として交流電源を用いた際に、周波数が
あまり大きくなってしまうと、表皮効果で電流が溶鋼表
面を流れてしまい、溶鋼流の抑制力がタンディッシュの
底部まで及ばなくなってしまう。そのため、プラズマト
ーチの駆動電源として交流電源を利用する際には、商用
周波数（５０あるいは６０Hz）以下とするのが好まし
い。

【００３５】また、本発明に利用可能なタンディッシュ
の形式には特に限定はなく、旋回式のタンディッシュ、
旋回槽と浮上槽とを有する２槽式のタンディッシュ等、
公知のタンディッシュが各種利用可能である。

【００３６】以上、本発明の溶融金属流動制御可能なタ
ンディッシュ装置について詳細に説明したが、本発明は
以上の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範
囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのは
もちろんである。

【００３７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の溶
融金属流動制御可能なタンディッシュ装置によれば、プ
ラズマアークを利用して電磁ブレーキの作用を発現し、
タンディッシュ内における溶鋼の流れを抑制して、溶鋼
滞留時間を好適に長時間化することができる。そのた
め、溶鋼に混在する非金属介在物等を良好に浮上分離し
て、清浄な溶鋼のみをモールドに注入することが可能で
ある。しかも、プラズマアークを溶鋼に向かって射出す
るので、プラズマアークによるタンディッシュ内での溶
鋼加熱の効果も同時に得ることができ、より高品質のス
ラブを安定して製造することが可能である。また、加熱
装置も兼ねる結果となるため、設備的にも安価である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明の溶融金属流動制
御可能なタンディッシュ装置の概略図であって、（ａ）
は上面断面図、（ｂ）は正面断面図である。

【図２】本発明の溶融金属流動制御可能なタンディッシ
ュ装置において、プラズマトーチの間隔と電流の流れと
の関係を説明するための図である。

【図３】本発明の溶融金属流動制御可能なタンディッシ
ュ装置において、プラズマトーチの間隔と介在物除去効
果との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０タンディッシュ装置１０１２，１４プラズマトーチ１６，１８プラズマアーク２０駆動電源３０溶鋼３２取鍋３４ロングノズル３６タンディッシュ３８イマージョンノズル４０モールド４２鋳片サポートロール４４本体４６蓋体４８堰

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−15951（ＪＰ，Ａ) 特開平４−89160（ＪＰ，Ａ) 特開平３−124351（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−255750（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−220264（ＪＰ，Ａ) 特開平６−114511（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−163062（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−202144（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−202142（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/10 B22D 41/015

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属の注入部および排出部を有するタ
ンディッシュと、前記タンディッシュの注入部から排出部に至る溶融金属
の流れ方向に水平に配置された、複数のプラズマトー
チ、あるいはプラズマトーチおよび対極と、前記複数のプラズマトーチ、あるいはプラズマトーチお
よび対極の間に設置された前記プラズマトーチの駆動電
源とを備え、前記複数のプラズマトーチ、あるいはプラズマトーチお
よび対極を所定距離間隔で配置することにより、前記プ
ラズマトーチ間、あるいはプラズマトーチおよび対極の
間に発生するプラズマアークを経て溶融金属内を流れる
電流により発生する磁場によって、前記タンディッシュ
内を流れる溶融金属に制動電磁力を与えることを特徴と
する溶融金属流動制御可能なタンディッシュ装置。
【請求項２】前記プラズマトーチの位置が、前記タンデ
ィッシュ内の溶融金属の液面高さに追従するように構成
された請求項１に記載の溶融金属流動制御可能なタンデ
ィッシュ装置。