JPS6036460B2 - 渦流式反応器及び溶融金属に固体物質を添加する為の方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融金属中に固体物質を連続的に供給しそし
て一様に分散する為の方法及び装置に関係する。

熔融金属（以下落陽と伝う）中に固体添加剤を一様に分
散させたいという要望が、これら固体添加剤が金属の精
錬において達成することのできる様々の作用を実現せん
とする必要性から生じている。

このような作用の例として、脱酸、脱硫、脱ガス、合金
化及びフラクシングが挙げられる。例えば、カルシウム
含有物質は、粒形態或いは粉末形態において、熔鋼に添
加されて、酸素及び硫黄と反応しそして（或いは）介在
物の形態を変え、それにより銅の物質的性質を改善する
。石灰、ＣａＣ２或いはマグネシウム含有物質が、溶銑
に添加されてそれを脱硫する。加えて、銅の製造中、仕
様に見合うようにする為脱炭に続いて合金成分の添加に
より落陽の組成を調節することも通例である。このよう
な固体物質の添加をなす為のもっとも簡単でそしてもっ
とも一般的方法は、溶湯で充填されつつある容器内に固
形分を単にシャベルで投入することである。

容器内で溶湯に固体物質添加処理を行うに当って遭遇す
る主たる難点の一つは、比較的少量の固体物質（例えば
４３ｋｇ）が非常に大量の熔湯（９〜９０トン）に添加
されるのが一般であるという事実に由来する。とりわけ
大型の取鍋においては、この相対量の不均衡は溶傷全体
にわたっての添加剤の一様な分布を困難とする。溶傷中
に固体物質を分散するに当って遭遇する第２の問題は、
溶傷中への添加剤の溶解と落陽中の不純物との反応を行
いうるように所望の熱及び物質移動の発生を可ならしめ
るべく、添加剤と溶湯との間での充分に長い接触時間を
与えることの必要性である。或る種の固体添加剤（例え
ばアルミナ、幾つかのフェロシリコソ、カルシウム、石
灰及びマグネシウム）の密度は溶湯の密度よりはるかに
小さいから、添加剤の高い浮揚性により接触時間は短い
。その結果、添加剤の相当部分は、浮上しそして溶湯と
の所期の作用を達成する機会を持つ前にスラグ中に取込
まれる。これは添加剤の利用効率の低下をもたらす。第
３の問題は添加剤がきわめて輝化性の場合に生じる。

そのような場合、添加剤は溶湯と姿舷すると艮０ぐに蒸
発し、そして生成気泡は固体添加剤の場合より更に一層
溶湯から迅やかに浮上しそして逃出する煩向を持つ。こ
の問題は、鋼中への溶解度の小さいカルシウムのような
元素の場合特に顕著である。接触時間が短い場合には、
輝化した添加剤の溶込みを得るには大きな蒸気−溶湯接
触面積並びに高い圧力を必要とする。接触面積を制御し
うる可能性はごく限られたものであり、他方高い圧力の
要件は実際問題として添加剤を溶湯の深部に項入するこ
とによってのみ満足されるだけである。上記問題を解決
せんとする試みにおいて、先行技術は、添加剤を溶湯表
面下に給送する為の様々の技術を提唱した。

このような方法としては、固体添加剤をワイヤの形態で
溶濠中に導入すること、固体添加剤を弾丸の形態で溶傷
中に噴射すること及び粒状乃至粒状添加剤を浸債型空圧
ランスを通して溶傷中深く送り込むこと等がある。しか
し、ワイヤ或いは弾丸技術の使用は金属質添加剤に制限
される。浸濃ランスの使用は、スラグ水準でのスカルの
形成、過度の金属溌ねかし及び強力な発泡作用によるラ
ンスの振動といった操業上の障害を受ける。更に、溶湯
中への固体添加剤の空圧注入はバッチ方式であるから、
次の２つの固有の欠点が生じる。第１に、添加剤の注入
期間中の熱損失を補償する為溶湯を過熱することが必要
である。第２に、溶湯が酸化を受けやすいなら、溶湯は
注入中空気による再汚染を防止されねばならない。本発
明の目的は、連続ベースにおいて固体添加剤を溶湯中に
供給することを可能ならしめ、その場合添加剤が浸債型
装置を使用する必要なく溶湯全体に一様に分散されるよ
うな方法を提供することである。本発明の別の目的は、
溶湯中に浸潰される注入装置の必要なく連続的態様で溶
湯に固体添加剤を供聯合しそして混合することを可なら
しめる装置を提供することである。

本発明は、その一様相において、溶融金属の流れを該流
れが回転せしめられそして渦を形成するような態様で渦
流形成帯域に連続的に供給することを基礎とする溶融金
属に固体添加剤を添加する為の方法にあり、これは‘１
｝ 回転している溶融金属渦流の表面上に溶融金属と混
合される固体添加剤を連続的に給送すること、（２｝
金属−添加剤混合物を前記渦形成帯城から該混合物が自
由港下する中央中空の流れを形成するような態様で放出
すること、及び｛３ー 放出された混合物を受取帯域に
おいて収集することにより特徴づけられる。

本発明は更に、溶融金属に固体添加剤を連続的に供給し
そして一様に混合することのできる装置を供給するもの
であり、この装置は、｛ａ｝ ノズルを備える耐火材内
張り容器であって、該容器の轡曲内面が渦室を構成しそ
してノズルが渦室の底部に位置づけられるような容器と
、‘ｂ｝ 溶融金属渦の回転運動に反作用する表面を構
成する、溶融金属渦の高さ及び強さを制御する為の前記
渦室内に設けられる少なく共１つの邪魔板と、‘ｃ｝
溶融金属を前記室内に送給する導管と、（ｄ｝ 固体添
加剤を前記室内に送給する導管とを包含する以下、図面
を参照して具体例について説明する。

第１図に示される装置は、渦流式反応容器Ａ、その為の
蓋組体Ｂ、固体粉状乃至粒状添加剤給送用導管Ｃ、金属
給送用導通溝○、放出ノズルＥ、受取容器Ｆ及びその為
の蓋Ｇを包含する。

過流式反応容器Ａは、耐火材内張り２を備えるフランザ
付き金属シェル１から成る。

一般に円筒状若しくは円錐状側壁３と底面４とから構成
される、耐火材内張り２の内面は、渦室６を定義し、こ
こに側壁３における入口オリフイス７を通して接線方向
に導入される溶湯は室内で回転して、放出ノズルＥのオ
リフィスに渦巻芯部を整合しての渦流模様を形成する。
邪魔板８が渦室内６内での溶湯の水準則ち高さと回転強
さを制御する為に渦室内に垂下されている。容器Ａは、
蓋組体を気密状態として用意されうる。蓋絶体８は、耐
火村内張り１０を備える板９から成る。板９はシェル１
のフランジ１１にボルト縞着される。容器Ａを気密とす
る為に、蓋板９にはキャップ１５が密封着した上端を有
するパイプ１４が設けられている。導管Ｃが、キャップ
１５を貫入しそして好都合には管継手１６によって互に
連結される２つの区画１２及び１３から構成される。空
気の侵入を防止するシステムが必要でないなら、例えば
添加剤が揮発性でなかったりまた空気と反応性でないな
ら、蓋組体Ｂ全体が省略しえそして固体添加剤は第６図
に示されるようにして渦室内に給送されうることが当業
者には理解されよつｏ第１図に示されるように、溶傷Ｍ
は耐火材内張り１８を有する金属シェル１７から成る導
溝Ｄから渦室６に送給される。

溶湯は重力によって導管１９及び入口オリフィス７を通
って渦室６内に流入する。耐火物２を貫く導管１９は溶
湯を渦室６内に接線方向に流入せしめるような角度でそ
して廻動する溶湯の水準より下方に位置づけられている
。渦室６の底部４には、渦の芯部２６と整例して放出ノ
ズルＥが設けられる。渦室６は、ノズルＥの藤線方向孔
２４を介して受取容器Ｆと蓮適している。溶湯が鋼なら
ば、ノズルＥは好しくはナトリウム安定化ジルコニアの
ような耐熱耐食性耐火材製とするのがよい。孔２４の直
径、長さ及び形状則ち収欽形か末広形かが、システムの
流れ容量並びに渦流式反応容器Ａから放出される溶濠落
下流れの形状を決定する。第１図に示される好ましい具
体例において、容器Ａは底面において蓋板Ｇに固着され
る。

受取容器Ｆ‘ま耐火材内張り２２を備える金属シェル２
１から成る。ここで使用されるべき耐火材の型式は、彼
処理金属の種類に依存する。容器Ｆに蓋板Ｇを付設する
ことにより、受取容器Ｆ内への空気の侵入を防止するシ
ステムが得られる。室２０との蓮逸する導管２３は、容
器Ｆから外側大気にガスの逃出を許容する。室２０内の
圧力は、固体添加剤の空気圧式添加により管Ｃを通して
システム内に吹送される搬送ガスに由り大気圧より僅か
に高いから、導管２３を通して空気は吸入されない。操
作において、取鍋或いは他の源からの落陽Ｍが導溝Ｄに
注入され、ここから重力によって導管１９を通して渦室
６に流入する。

導管１９は溶湯を廻動状態で流動せしめて渦を生成する
。溶湯に添加されるべき固体添加剤は、例えば不活性搬
送ガスに連行される等して導管Ｃを通して渦室６内に導
入される。導管Ｃは固体添加剤が廻動している金属上に
衝突するよう差向けられている。添加剤を含む溶湯はそ
の後ノズルＥを通って中央中空形の自由落下流れＳとし
て放出される。最初、即ち注入開始時、溶湯がノズルＢ
を通して落下する速度は室６へ導入される溶陽速度より
４・さし、。その結果、室６内の溶湯Ｍ′の水準は邪魔
板８の底緑２５に達するまで上昇する。邪魔板８は、溶
湯の廻動に干渉しそしてその渦巻度（即ち渦の強さ）を
減じることにより、室６からの溶傷放出速度を増加し、
終には流入量と流出量とが安定した熔湯水準で等しくな
る。ノズル孔２４の形状がノズルＥから放出される添加
剤含有金属旅れＳの形状を決定する。

第１図に示されるような、種々に拡がった「傘状」放出
流れＳは短〈そして広い或いは収鍬形ノズル孔によって
創生される。長くそして狭い或いは末広形ノズル孔はも
っとコンパクトな即ち拡がり度の小さい放出流れを創生
する。流れＳによって受取容器Ｆ内の溶濠プールＭ′中
に強い乱流が創生されるべきなら、湧落下高さ及び注ぎ
速度は高くすべきである。

高度の乱流は、まだ尚未反応の添加剤と溶湯との良好な
混合を得る為に並びに爾後のスラグー金属分離を促進す
るよう反応生成物の凝集化を促進する為に望ましい。受
取容器Ｆにおける溶湯Ｍ″はそこから矢印により示され
るように放出口２７を通してバッチ方式で或いは連続方
式で放出される。添加剤が輝化性であるなら広い“傘状
”流れＳが好ましい。

この方が高いガス／熔湯界面が創生されるからである。
即ち、渦室費こおいて、放出流れ中で或いは受取容器Ｆ
においての溶湯プール中で溶湯と反応しなかった僅かの
添加剤の蒸気は傘状流れＳの内外面双方で反応する機会
を持つ。前述したように、第１図に例示されるような密
閉システムは、大気からの溶湯或いは添加剤による酸素
取込みが回避されるべきなら、使用される。このような
状況の一例は鋼へのカルシウムの添加の場合ある。この
場合、装置全体が、溶湯注入開始前にアルゴンのような
不活性ガスで掃気されるべきである。第１図に示される
邪魔板８は耐火材内張り２と一体としてもよいし或いは
別個の部材としてもよい。

更、一つ以上の邪魔板が使用しえそして邪魔板は様々の
形状をとりうる。第２，３及び４図の各々は、様々の邪
魔板配列構成を備える第１図におけるような渦室の断面
図を示す。第１図と同じ部村には同じ番号を付してある
。第２図において、２つの耐火邪魔板３１及び３２が使
用される。第３図においては、耐火邪魔板３３は内張り
２と一体であり、矢印Ｍ′により示される落陽渦巻きの
廻動連動を抑制する平坦表面を与えている。第４図は容
器の側壁全体を横切って延在するまた別の形状の耐火邪
魔板３４を例示する。これは内張り２の平坦側壁部分を
形成する。邪魔板３４は、他の邪魔板のすべてと同じく
、渦室６内に部分的に垂下する、即ち溶湯禍の所望水準
まで垂下している。第１〜４図に示される各邪魔板は、
溶湯の廻動に干渉しそしてその渦強さを減じることによ
り渦室内に所望水準の廼動状態の溶湯を維持するべく同
態様で作用する。第５図は、２つの溶湯流れを連続鋳造
機（図示なし）に供給する為の複ストランド鋳造タンデ
ィッシュと併用しての渦流式反応容器Ａの使用状態を示
す。

第１図に示したような、蓋組体Ｂと固体添加剤給送導管
Ｃを具備する渦流式反応容器Ａが、タンディッシュＴの
蓋４１に底面において付設されている。タンディッシュ
Ｔは、連続鋳造体へと流れる溶湯の２つの流れ（矢印）
の為の２つの放出オリフィス４２及び４２′を備える従
来型式の耐火材内張り金属整シェルである。タンディッ
シュＴには溶湯溢流口４３が設けられ、これはまたタン
ディッシュからのガス抜きをも可能とする。操作におい
て、溶湯Ｍは、連続的に或いは間欠的に開放取鍋２４に
注入される。

取鍋は溜めとして作用して、渦流式反応容器Ａへの従っ
て鋳造用タンディッシュへの連続流れを提供する。容器
Ａにおける溶湯導入オリフィス４５が液面下に潜った状
態に維持されるよう取鍋内では充分に高い溶湯水準が維
持される。導管２８は反応容器と蓮遺しそして港湯を給
送する。取鍋からの熔湯はオＩＪフィス４５を通して反
応器Ａに入り、前述したように渦流を形成する。固体添
加剤が導管Ｃを通しての注入により溶湯渦と混合される
。熔湯−添加剤混合物は反応器Ａから先さと同じその底
部のノズルを通して放下され、放出流れがタンディッシ
ュＴに落下する。第６図は、上面開放形の受取容器Ｇと
の組合せにおける、やはり上面開放形の渦流式反応容器
Ａの使用態様を示す。

この型式の構成は、固体添加剤が綾化性でなくそして溶
湯が大気による汚染を受け難いものである場合に使用さ
れうる。矢印によって示される落陽Ｍは、供給導溝Ｋを
通して渦流反応容器Ａに給送されそして固体添加剤は樋
Ｆを通して給送される。金属−添加剤混合物は容器Ａか
ら細長い放出ノズルＥを通してコンパクトな流れＳとし
て放出され、受要容器Ｇに収集される。取扱いの容易化
の為に、容器Ａはクレーン（図示なし）によって移送さ
れるのが都合良い。容器Ａはクレーンフック３１から鎖
３２によって顕吊される。実施例 本例は本発明方法の実施の態様並びに装置の作動態様を
例示する為のものである。

使用された装置は、第１図に示したようなものであった
。システム全体が熔湯の注入に先立ってアルゴンで掃気
された。使用されたカルシウム添加剤は、１０％Ｃａを
含む市販のＣａ−Ｓｉ−Ｂａ−ＡＩ合金であった。溶鋼
が譲導炉から渦流式反応容器の導溝部分に注がれそして
導溝はそこからの放出ノズルが溶傷下に潜った状態に保
持されるように充分に充填状態に維持された。溶鋼は第
１図に示されたように渦室の耐火材内張りの導管を通し
て接線方向に渦室内に導入された。粉状添加剤は、流動
化即ち搬送ガスとしてアルゴンを使用して０．７で／時
間の速度で供給管を通して給送され、そして室内で廻敷
中の熔湯渦の表面に吹きつけられた。溶鋼は２１トン／
時間の速度で渦室に給入されそして放出された給湯−添
加剤混合物は第１図に示されるような密閉受取容器内で
集められた。受取容器が３／４まで填された時溶湯の注
入を停止した。受取容器内の港湯はサンプリングされそ
して分析された。採取されたサンプルの金相学的分析の
結果、溶湯中のアルミナ介在物とカルシウムとの望まし
い銭化が満足して実現されたことがわかった。本発明は
固体と溶融金属との接触の為先行技術で知られる方法や
装置を上回る多数の利点を有する。

本発明は、様々の鋼精錬作業に容易に統合化されうる連
続式プロセスを提供する。例えば、本発明は、連続鋳造
ラインに組込まれて、鋳造直前に溶鋼に合金化元素を添
加する目的を達成する。本発明の別の利点は、本発明が
スラグや気泡の干渉なく漆湯中に直接添加剤を供給する
のに使用されうろことである。固体添加剤と溶湯との間
の緊密な接触は固体添加剤が廻動中の溶湯に衝突すると
則ぐに確立される。薄化した添加剤との追加的接触が放
出ジェットにおいて得られる。本発明は、固体添加剤と
溶湯との正確な給入及び混合を可とし、これは、固体添
加剤の混合と分布が取鋼内で生じる溶湯流れ模様の関数
であるような従来からの取鍋への添加剤の局所的供聯合
方式と対照的である。作業の簡易さ及び設備技質の安い
ことは本発明の更に別の利点である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、額化性の添加剤を添加するのに有用な本発明
に従う装置の好ましい具体例の断面図である。 第２図は２つの邪魔板を有する渦流反応容器の断面図で
ある。第３図は、１つの邪魔板を使用する渦流反応容器
の断面図である。第４図は反応容器の側壁全体を藤切っ
て延在する邪魔板の別の形態を例示する反応容器の断面
図である。第５図は連続鋳造用のタンディッシュと併用
しての本発明の使用例を示す。第６図は非揮化性の添加
剤を使用する為の本発明の別の好ましい具体例を示す。
Ａ：渦流式反応容器、１：シェル、２：耐火材、６：渦
室、８，３１，３２，３３，３４：邪魔板、１９：溶融
金属導入の導管、Ｄ：導溝、Ｃ：添加剤導入管、Ｂ：蓋
組体、Ｆ：受取容器、Ｇ：蓋、Ｅ：放出ノズル。 ＦＩＧ．ｌ ＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．４ ＦＩＧ．５ ＦＩＧ．６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 渦形成帯域内に連続的に溶融金属の流れを該帯域に
   おける金属流れが回転せしめられそして渦を形成するよ
   うな態様で給送することを含む溶融金属に固体添加剤を
   添加する為の方法であつて、（１）溶融金属と混合され
   るべき固体添加剤を回転している溶融金属渦の表面上に
   連続的に給送すること、（２）溶融金属−添加剤混合物
   を、該混合物が自由落下する中央中空の流体流れを形成
   するような態様で前記渦形成帯域から放出すること、及
   び（３）受取帯域において放出された混合物を収集する
   ことを特徴とする前記固体添加剤添加方法。 ２ 添加剤の供給速度が渦形成室に供給される溶融金属
   の流量に依存する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 渦の高さ及び強さが渦の回転運動を抑える邪魔板手
   段により制御される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 中央中空放出流れが末広形流れである特許請求の範
   囲第１項記載の方法。５ 固体添加剤がきわめて揮化性
   であり、揮化した添加剤が落下溶融金属中空末広形流れ
   により少く共部分的に吸収される特許請求の範囲第４項
   記載の方法。 ６ 溶融金属に固体添加剤を連続的に添加しそして一様
   に混合することのできる装置であつて、（ａ）内面が渦
   室を形成しそして該渦室の底面に流体放出ノズルを備え
   る耐火材内張り容器と、（ｂ）溶融金属渦の高さと強さ
   を制御する為前記渦室内に設けられそして溶融金属渦の
   回転運動を抑える表面を構成する少く共１つの邪魔板と
   、（ｃ）前記渦室内に溶融金属を給送する為の導管と、
   （ｄ）前記渦室内に固体添加剤を給送する為の導管とを
   包含する前記装置。 ７ 邪魔板が渦室の耐火材内張りと一体である特許請求
   の範囲第１項記載の装置。 ８ 放出ノズルを通して渦室から放出される溶融金属流
   れを受取る為放出ノズル下に第２容器が配される特許請
   求の範囲第６項記載の装置。 ９ 邪魔板の下縁が渦室内に溶融金属を給送する為のオ
   ルフイスより高い水準にある特許請求の範囲第６項記載
   の装置。 １０ 渦室に気密蓋が装備されそして受取容器にも蓋が
   装備されそして放出ノズルを通して渦室と気密状態で連
   通する特許請求の範囲第７項記載の装置。