JP5206584B2 - 連続鋳造用タンディッシュ及び連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、取鍋から鋳型に溶鋼を供給する際に用いられる連続鋳造用タンディッシュ及び当該タンディッシュを用いた連続鋳造方法に関する。

鋼の連続鋳造においては、精錬工程で成分と温度を調整された溶鋼は、取鍋内に貯留された状態で、連続鋳造工程を実施する連続鋳造機まで輸送される。輸送された溶鋼は、連続鋳造機の鋳型に注入されるが、取鍋から直接鋳型に注入すると、溶鋼の流量の制御が難しい。またその一方で、取鍋を交換しつつ、鋳型に継続的に溶鋼を供給して、鋳造を連続的に行う必要がある。このため、一般的に、取鍋の溶鋼は、注入ノズルなどを通じて一旦タンディッシュと呼ばれる中間容器内に注入され、タンディッシュ内で流量調整された後、鋳型内に供給されている。

上述のタンディッシュは、種々の形のものが存在するが、いわゆる舟型のものが多く用いられている。このようなタンディッシュによれば、注入ノズルからタンディッシュの中央部に溶鋼が供給され、舟の舳先に相当する両端部の流出口から連続鋳造機の鋳型に耐火物のノズルを通じて溶鋼が流出される。タンディッシュの両端部の流出口には、例えば上下に移動して流出口の開口面積を調整する棒状のストッパーが設けられており、このストッパーによりタンディッシュ内の溶鋼の流量制御が行われている。

タンディッシュは、上述のように流量を制御しつつ溶鋼を鋳型に供給する機能を持つほかに、鋼の精錬時に不可避的に混入した酸化物であるスラグや、脱酸のために添加されたアルミから生成されるアルミナなどの非金属介在物を、その比重が鋼の比重よりも小さいことを利用してタンディッシュ内で浮上分離させる機能を有している。これにより、溶鋼中の非金属介在物などがそのまま鋳型内に供給されることが防止されて鋳片に混入することがなく、非金属介在物などが原因で生じる圧延時の疵などを抑制できる。

タンディッシュから鋳型に供給される溶鋼中の介在物は、少なければ少ないほどよい。このため、従来よりタンディッシュにおける介在物の浮上分離機能を向上させるために、タンディッシュ内に堰を設けることが行われている。例えば特許文献１に開示されているように、タンディッシュ内の溶鋼流路の同じ位置に上下方向に上堰と下堰を設け、これら上堰と下堰の間に、最大の溶鋼流路断面積の２０％以下の開口面積を有し、溶鋼を通過させるためのスリットを形成している。そして、上堰と下堰の上流側で溶鋼の攪拌流を形成し、溶鋼中の微小な介在物を凝集粗大化させる。こうして、介在物を浮上させ易くして、介在物を溶鋼から分離除去している。

またさらに、注入ノズルによってタンディッシュ内に溶鋼が注入された際の渦や乱流の発生を抑制するために、タンディッシュの底面における注入ノズル直下に、ストッパーや衝撃パッドと称される上面が開口した容器を設置することも提案されている（非特許文献１、特許文献２）。

特開２００７−９０４２４号公報 特表２００４−５２５７７５号公報

H-.J. Odenthal et al. "OPTIMISATION OF THEFLUID FLOW IN A CONTINUOUS CASTING TUNDISH BY PHYSICAL AND NUMERICAL MODELLING",Proceeding of 4th European Continuous Casting Conferenece,Vol.1,IOM Communications, (2002),513.

ここで、例えば文献 T.Tanaka, S.Taniguchi,
K.Matsumoto and S.T.Johansen:
ISIJ-int., 41(2001), 1103.に記載されているように、介在物の凝集は、乱流エネルギーの平方根に比例することが知られている。

しかしながら、上述した特許文献１に開示されたタンディッシュを用いた場合、タンディッシュ内に流入した直後の溶鋼は高い乱流エネルギーを有しているが、その後、タンディッシュの底面に衝突した後、上堰と下堰の上流側で攪拌される間に、溶鋼の乱流エネルギーは急激に減少する。そうすると、介在物の凝集が十分に行われず、凝集されない微小な介在物を十分に分離除去することができない。そして、介在物を含む溶鋼が鋳型に流れてしまい、最終的に製造される鋼の品質が低下する。

また非特許文献１、特許文献２に開示された容器では、そもそも渦や乱流の発生を抑制することが目的であるため、発明者らが調べた限りでは、溶鋼中の微小な介在物を凝集させて浮上させるには、十分ではなかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、連続鋳造用のタンディッシュにおいて、溶鋼中の微小な介在物をも十分に分離除去することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、鋼の連続鋳造用のタンディッシュであって、取鍋からタンディッシュへ溶鋼を流入させる注入ノズルと、タンディッシュから鋳型へ溶鋼を流出させる流出口との間の溶鋼流路には、上堰と下堰が設けられ、前記上堰と前記下堰は、溶鋼流路上の同じ位置にスリットを介して上下方向に対向して配置され、前記スリットの開口面積は、最大の溶鋼流路断面積の２０％以下に設定され、前記下堰の上端部には、前記注入ノズル側に張り出した張出部が設けられ、前記張出部の長さＸ（ｍ）は下記式（１）を満たし、前記下堰の高さＨ（ｍ）と前記張出部の厚みｈ（ｍ）は下記式（２）を満たすことを特徴としている。なお、張出部の長さＸとは、張出部における下堰側の端部と注入ノズル側の端部間の距離をいう。また、最大の溶鋼流路断面積とは、定常操業時における最大流量時の溶鋼流路断面積をいう。
０．１≦Ｘ＜Ｌ−Ｄ・・・・（１）
０．１≦Ｈ−ｈ・・・・（２）
但し、Ｌ：注入ノズルの中心と下堰の注入ノズル側の側面間の距離（ｍ）、Ｄ：注入ノズルの外径（ｍ）

本発明によれば、下堰の上端部に張出部が設けられているので、定常操業時において、タンディッシュ内に流入した溶鋼は、下堰と張出部によって下流側への流れを阻まれ、張出部より下方の下堰の上流側の領域（以下、「攪拌領域」という場合がある。）において対流し攪拌される。そして、発明者らが調べたところ、実施例に記載したように、張出部の長さと、張出部より下方の下堰の高さは、介在物の凝集を十分に実現する上で重要な要因であることが分かった（この点、非特許文献１、特許文献２には何ら記載がない。）。この点を鑑みて、本発明の張出部は上記式（１）における下限値以上に張り出して設けられ、また、本発明の張出部より下方の下堰の高さは上記式（２）における下限値以上に設けられているので、タンディッシュ内に流入した溶鋼を確実に張出部に衝突させて、攪拌領域で適切に攪拌流を形成することができる。このように溶鋼の攪拌流は、タンディッシュ内に流入直後の狭い攪拌領域で形成されるので、攪拌中の溶鋼は、タンディッシュ内に流入した直後の溶鋼が有する高い乱流エネルギーを維持することができる。そうすると、溶鋼中の微小な介在物は、この高い乱流エネルギーによって十分に凝集され粗大化する。粗大化した介在物は浮上し易くなるため、その後流出口に流れる間に、溶鋼中の介在物は分離除去される。したがって、本発明のタンディッシュを用いた場合、溶鋼中の微小な介在物をも十分に分離除去することができる。

しかも、張出部は上記式（１）における上限値より短く張り出すように設けられているので、張出部と注入ノズル間の距離を十分に確保することができ、溶鋼は適切な流速で攪拌領域から張出部の上方に流れる。そうすると、溶鋼は、上堰の上流側の湯面に浮遊している介在物を巻き込むことなく、スリットを通過して整流化され流出口に流れる。

なお、スリットの開口面積を最大の溶鋼流路断面積の２０％以下に設定したのは、本発明者らが実験等を行い、スリットにより溶鋼の整流化を実現することが可能な上限値であることを確認したことに基づいている。

一対の前記上堰と前記下堰は、前記注入ノズルを挟んで対向するように２箇所にそれぞれ配置され、前記張出部は、前記注入ノズルを囲むように、前記下堰の上端部及びタンディッシュの側壁から前記注入ノズル側に張り出して設けられ、前記張出部は、前記式（１）及び前記式（２）を満たし、かつ前記タンディッシュの側壁からの張出部の長さＹ（ｍ）が下記式（３）を満たすようにしてもよい。なお、タンディッシュの側壁からの張出部の長さＹとは、張出部におけるタンディッシュの側壁側の端部と注入ノズル側の端部間の距離をいう。
０．１≦Ｙ＜Ｗ／２−Ｄ・・・・（３）
但し、Ｗ：張出部が設けられた位置におけるタンディシュの側壁間の距離（ｍ）、Ｄ：注入ノズルの外径（ｍ）

前記張出部の内周形状は、平面視において四角形状であってもよい。また、前記張出部の内周形状は、平面視において円形状であってもよい。なお、前記張出部の内周形状は、平面視において円形状の場合、前記張出部の長さＸが前記下堰の上端部から前記注入ノズル側に張り出した張出部の最小長さであり、前記張出部の長さＹが前記タンディッシュの側壁からの張出部の最小長さである。

別な観点による本発明は、前記タンディッシュを用いた鋼の連続鋳造方法であって、前記注入ノズル内を流れる溶鋼に非酸化性ガスを注入し、当該非酸化性ガスが注入された溶鋼をタンディッシュに流入させることを特徴としている。

本発明によれば、溶鋼中の微小な介在物をも十分に分離除去することができる。

本実施の形態にかかるタンディッシュの構成の概略を示す縦断面の説明図である。 本実施の形態にかかるタンディッシュの構成の概略を示す横断面の説明図である。 本実施の形態にかかるタンディッシュの構成の概略を示す縦断面の説明図である。 張出部の寸法を示したタンディッシュの縦断面の説明図である。 定常操業時のタンディッシュ内の溶鋼の流れの様子を示すタンディッシュの縦断面の説明図である。 定常操業時の張出部付近の溶鋼の流れの様子を示すタンディッシュの縦断面の説明図である。 他の実施の形態にかかるタンディッシュの構成の概略を示す横断面の説明図である。 他の実施の形態にかかるタンディッシュの構成の概略を示す縦断面の説明図である。 他の実施の形態にかかるタンディッシュの構成の概略を示す横断面の説明図である。 注入ノズル内を流れる溶鋼に非酸化性ガスを注入した様子を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるタンディッシュ１の構成の概略を示す縦断面の説明図である。図２は、タンディッシュ１の構成の概略を示す横断面の説明図である。

タンディッシュ１は、図１及び図２に示すように、一対の長辺壁１０、１０と一対の短辺壁１１、１１を備え、平面形状が四角形状に形成さている。また、タンディッシュ１は、天井面１２と底面１３を備え、内部に溶鋼Ｍを貯留することができる。

タンディッシュ１の中央付近の天井面１２には、図１に示すように、注入ノズル２０が下方向に向けて挿入されている。この注入ノズル２０により、上方の取鍋２１からタンディッシュ１内に溶鋼Ｍを流入させることができる。タンディッシュ１の短辺壁１１、１１付近の底面１３には、流出口２２、２２が２箇所に形成されている。各流出口２２には、図示しない連続鋳造機の鋳型に連通するノズル２３が接続されている。この流出口２２とノズル２３により、タンディッシュ１内の溶鋼Ｍを鋳型に供給することができる。タンディッシュ１内には、注入ノズル２０から溶鋼Ｍが流入され、流出口２２から排出されるので、注入ノズル２０側（上流側）から流出口２２側（下流側）に向かって溶鋼Ｍの流れ（以下、「溶鋼流路Ｆ」という場合がある。）が形成される。

流出口２２の上方には、流量調節棒２４が設けられている。流量調節棒２４は、上下動することで流出口２２の開口面積を変えて、タンディッシュ１内の溶鋼Ｍの流量を調整することができる。

タンディッシュ１内であって、注入ノズル２０と流出口２２との間には、板状の耐火物で構成された上堰３０と下堰３１が設けられている。一対の上堰３０と下堰３１は、注入ノズル２０を挟んで対向するように２箇所にそれぞれ配置されている。また、上堰３０と下堰３１は、溶鋼流路Ｆ上の同じ位置に上下方向に配置されている。上堰３０は、例えばタンディッシュ１の長辺壁１０に固定されて、形成されている。これにより、例えば上堰３０の上流側で浮上した介在物を上堰３０により的確に捕集できる。下堰３１は、タンディッシュ１の底面１３に固定され、底面１３から上方向に向けて形成され、上堰３０と対向している。これにより、注入ノズル２０から供給された溶鋼Ｍの流れが下堰３１により十分に堰き止められるので、流速の速い溶鋼Ｍがそのまま後述するスリット３２に流れ込むことを防止できる。

図１に示すように上堰３０と下堰３１との間には、溶鋼Ｍが通過するスリット３２が形成されている。スリット３２は、定常操業時のタンディッシュ１内の溶鋼Ｍの湯面Ｍ_１よりも下に形成されている。スリット３２は、図３に示すように例えばタンディッシュ１の長辺壁１０、１０間にわたり略長方形又は略台形に形成されている。スリット３２は、開口面積が例えば最大の溶鋼流路断面積（最大流量時の溶鋼流路断面積）の２０％以下になるように形成されている。すなわち、湯面Ｍ_１が安定する定常操業時に、上堰３０、下堰３１及びスリット３２の溶鋼Ｍに浸かる部分の総面積の２０％以下になるように、スリット３２の開口面積が設定されている。スリット３２の開口面積を最大溶鋼流路断面積の２０％以下としたのは、本発明者が実験等を行い、スリット３２により溶鋼Ｍの整流化を実現することが可能な上限値であることを確認したことに基づいている。なお、スリット３２の開口面積の下限値は特に規定するものではないが、鋳型への溶鋼Ｍの供給を充分に確保する場合は、スリット３２の開口面積を最大の溶鋼流路断面積の５％以上とすることが好ましい。

図１及び図３に示すように、下堰３１の上端部には、注入ノズル２０側に張り出した張出部３３が設けられている。張出部３３は、例えばタンディッシュ１の長辺壁１０、１０間にわたり略長方形又は略台形に設けられている。また、張出部３３は、図４に示す張出部の長さＸ（ｍ）（以下、「張出長さＸ」という場合がある。）が下記式（１）を満たすように形成されている。なお、張出長さＸは、下堰３１側の端部と注入ノズル２０側の端部間の距離である。
０．１≦Ｘ＜Ｌ−Ｄ・・・・（１）
但し、Ｌ：注入ノズル２０の中心と下堰３１の注入ノズル２０側の側面間の距離（ｍ）、Ｄ：注入ノズル２０の外径（ｍ）

また、下堰３１の高さＨ（ｍ）と張出部３３の厚みｈ（ｍ）は下記式（２）を満たすように形成されている。
０．１≦Ｈ−ｈ・・・・（２）

上記式（１）における張出長さＸの下限値、及び上記式（２）における張出部３３より下方の下堰３１の高さ（Ｈ−ｈ）の下限値は、後述するようにタンディッシュ１内に供給された溶鋼Ｍを確実に張出部３３に衝突させて、張出部３３より下方の下堰３１の上流側の領域Ｓ（以下、「攪拌領域Ｓ」という場合がある。）において溶鋼Ｍを確実に攪拌させるために必要な最小の長さである。すなわち、注入ノズル２０から流出した溶鋼Ｍが底面１３に到達した後、底面１３に沿って下堰３１に向かって水平方向に流れる溶鋼Ｍの流路幅は例えば０．１ｍ程度であり、また、下堰３１に沿って張出部３３に向かって上昇する溶鋼Ｍの流路幅も例えば０．１ｍ程度であることを、本発明者は別途の検討（例えば、流体解析汎用ソフト「ＦＬＵＥＮＴ」を用いた計算）により知見していたため、張出長さＸ、及び張出部３３より下方の下堰３１の高さ（Ｈ−ｈ）は、この溶鋼Ｍの流路幅以上に設定されている。

また、発明者らが調べたところ、攪拌領域Ｓから張出部３３の上方に溶鋼Ｍが流れる際には、張出部３３と注入ノズル２０間の距離が短い場合、溶鋼Ｍの流速が速くなり、上堰３０の上流側の湯面Ｍ_１に浮遊している介在物を巻き込む場合があることが分かった。そこで、発明者らは実験等を行い、下記式（４）に示すように、張出部３３と注入ノズル２０間の距離（Ｌ−Ｘ−Ｄ／２）が注入ノズル２０の外径の半分（Ｄ／２）より大きければ、溶鋼Ｍの流速が適切な流速に十分に抑えられ、溶鋼Ｍが上堰３０の上流側の湯面Ｍ_１に浮遊している介在物を巻き込まないことが分かった。なお、外径の半分（Ｄ／２）を指標としたのは、注入ノズル２０から流出した溶鋼Ｍは、注入ノズル２０を挟んで、両側の下堰３１へ分岐することに加えて、外径のサイズと注入ノズル２０からの溶鋼Ｍの流量は相関があり、すなわち、外径のサイズが大きいほど溶鋼Ｍの流量も大きく、一方、外径のサイズが小さいほど溶鋼Ｍの流量も小さくなることから、注入ノズル２０の外径の半分（Ｄ／２）に対応して、張出部３３と注入ノズル２０間の距離（Ｌ−Ｘ−Ｄ／２）も調整すれば良いということを実験等により知見したことに基づく。そして、下記式（４）に基づいて、上記式（１）における張出長さＸの上限値を導出した。
Ｌ−Ｘ−Ｄ／２＞Ｄ／２・・・・（４）

なお、張出部３３より下方の下堰３１の高さ（Ｈ−ｈ）の上限は、特に規定するものではないが、注入ノズル２０の溶鋼吐出口、すなわち注入ノズル２０の下端の高さ方向の位置に対して、（Ｈ−ｈ）の方が高い場合、注入ノズル２０から吐出された溶鋼Ｍがより確実に攪拌領域Ｓで攪拌されるため、注入ノズル２０の溶鋼吐出口の高さ方向の位置に対して、（Ｈ−ｈ）の方が高いことが好ましい。

次に、以上のように構成されたタンディッシュ１の作用について、図５及び図６に基づいて説明する。

先ず、取鍋２１から注入ノズル２０を介してタンディッシュ１内に溶鋼Ｍが供給される。そして定常操業時において、溶鋼Ｍの湯面Ｍ_１の位置が所定の高さで安定する。注入ノズルから供給された溶鋼Ｍは、図６に示すようにタンディッシュ１の底面１３に衝突し、下堰３１に向かって流れる。溶鋼Ｍは、下堰３１に衝突した後、下堰３１の側面に沿って上昇し、張出部３３に衝突する。このとき、底面１３に沿って下堰３１に向かって水平方向に流れる溶鋼Ｍの流路幅、及び下堰３１に沿って上昇する溶鋼Ｍの流路幅は、いずれも０．１ｍ程度であり、張出部３３は、その張出長さＸが上記式（１）の下限値である０．１ｍ以上、かつ、張出部３３より下方の下堰３１の高さ（Ｈ−ｈ）が上記式（２）の下限値である０．１ｍに形成されているので、溶鋼Ｍを確実に張出部３３に衝突させることができる。その後、溶鋼Ｍは、注入ノズル２０側に流れ、攪拌領域Ｓ内において上下方向に対流して攪拌され攪拌流Ｆ_１が形成される。この溶鋼Ｍの攪拌流Ｆ_１により、溶鋼Ｍ中の微小な介在物が、相互に凝集して粗大化する。しかも、攪拌流Ｆ_１は、タンディッシュ１内に流入直後の狭い攪拌領域Ｓで形成されるので、攪拌中の溶鋼Ｍは、タンディッシュ１内に流入した直後の溶鋼Ｍが有する高い乱流エネルギーを維持することができる。そうすると、この溶鋼Ｍ中の微小な介在物は、この高い乱流エネルギーによって十分に凝集され粗大化する。

攪拌された溶鋼Ｍは、攪拌領域Ｓから張出部３３の上方に流出する。このとき、溶鋼Ｍは張出部３３と注入ノズル２０の間から流出するが、張出部３３は、その張出長さＸが上記式（１）の上限値未満に形成されている。そうすると、張出部３３と注入ノズル２０の間の距離を十分に確保できるので、溶鋼Ｍの上昇流Ｆ_２は適切な流速を有し、上堰３０の上流側の湯面Ｍ_１に浮遊している介在物を巻き込むことがない。また、上昇流Ｆ_２の溶鋼Ｍ中に含まれる介在物は、粗大化して浮力が大きくなっているため、その一部が上堰３０の上流側の湯面Ｍ_１に浮上し上堰３０に捕集される。

その後、溶鋼Ｍは、図５に示すようにスリット３２を通過し整流化されて流出口２２に流れる。溶鋼Ｍ中の残りの介在物は、スリット３２から流出口２２に到達するまでの間に浮上し分離される。

そして、介在物が除去された溶鋼Ｍは、流出口２２から流出し、ノズル２３を通じて連続鋳造機の鋳型に供給される。

以上の実施の形態によれば、下堰３１の上端部に、上記式（１）における下限値以上の張出長さＸ、及び上記式（２）における下限値以上の張出部３３より下方の下堰３１の高さ（Ｈ−ｈ）を有する張出部３３が設けられているので、定常操業時において、攪拌領域Ｓにおいて溶鋼Ｍの攪拌流Ｆ_１を形成することができる。この攪拌流Ｆ_１の溶鋼Ｍは高い乱流エネルギーを有しているので、溶鋼Ｍ中の微小な介在物は十分に凝集され粗大化する。粗大化した介在物は浮上し易くなるため、その後溶鋼Ｍが流出口２２に流れる間に、当該溶鋼Ｍ中の介在物は分離除去される。したがって、本実施の形態のタンディッシュ１を用いた場合、溶鋼Ｍ中の微小な介在物をも十分に分離除去することができる。この結果、鋳型に介在物が入り込むことを防止でき、品質が高い鋼を製造することができる。

しかも、張出部３３は、その張出長さＸが上記式（１）の上限値未満に形成されているので、張出部３３と注入ノズル２０間の距離を十分に確保することができ、溶鋼Ｍは適切な流速で攪拌領域Ｓから張出部３３の上方に流れる。そうすると、溶鋼Ｍは、上堰３０の上流側の湯面Ｍ_１に浮遊している介在物を巻き込むことなく、スリット３２を通過して整流化され流出口２２に流れる。

以上の実施の形態では、張出部３３は下堰３１の上端部のみから張り出して設けられていたが、図７及び図８に示すように、注入ノズル２０を囲むように張出部４０を設けてもよい。張出部４０は、下堰３１の上端部及びタンディッシュ１の長辺壁１０から注入ノズル２０側に張り出して設けられている。また、張出部３３の注入ノズル２０側の内周形状は、平面視において四角形状になっている。

張出部４０は、張出長さＸが上記式（１）及び上記式（２）を満たすように形成されている。また、張出部４０は、長辺壁１０からの長さＹ（ｍ）（以下、「張出幅Ｙ」という場合がある。）が下記式（３）を満たすように形成されている。なお、張出幅Ｙは、長辺壁１０側の端部と注入ノズル２０側の端部間の距離である。
０．１≦Ｙ＜Ｗ／２−Ｄ・・・・（３）
但し、Ｗ：張出部４０が設けられた位置における長辺壁１０、１０間の距離（ｍ）、Ｄ：注入ノズルの外径（ｍ）

上記式（３）における張出幅Ｙの下限値の根拠は、上記式（１）における張出長さＸの下限値と同様である。すなわち、タンディッシュ１内に供給された溶鋼Ｍを確実に張出部４０に衝突させて、攪拌領域Ｓにおいて溶鋼Ｍを確実に攪拌させるために必要な最小の長さである。

また、上記式（３）における張出幅Ｙの上限値の根拠についても、上記式（１）における張出長さＸの上限値と同様である。すなわち、下記式（５）に示すように、張出部４０と注入ノズル２０間の距離（Ｗ／２−Ｙ−Ｄ／２）が注入ノズル２０の外径の半分（Ｄ／２）より大きければ、溶鋼Ｍの流速が適切な流速に十分に抑えられ、溶鋼Ｍが上堰３０の上流側の湯面Ｍ_１に浮遊している介在物を巻き込まない。そして、下記式（５）に基づいて、上記式（３）における張出幅Ｙの上限値を導出した。
Ｗ／２−Ｙ−Ｄ／２＞Ｄ／２・・・・（５）

以上の実施の形態によれば、張出部４０が注入ノズル２０を囲むように、下堰３１の上端部及び長辺壁１０から張り出して設けられているので、タンディッシュ１内に供給された溶鋼Ｍは底面１３に衝突した後、一部の溶鋼Ｍは下堰３１に向かって流れ、残りの溶鋼Ｍは長辺壁１０に向かって流れる。そして、溶鋼Ｍは下堰３１に沿って上昇して張出部４０に衝突すると共に、長辺壁１０に沿って上昇して張出部４０に衝突する。そうすると、攪拌領域Ｓにおける溶鋼Ｍの攪拌をより促進することができる。したがって、溶鋼Ｍ中の微小な介在物がより確実に凝集され粗大化するため、当該溶鋼Ｍ中の介在物をより確実に分離除去することができる。

以上の実施の形態では、張出部４０の内周形状は四角形状であったが、図９に示すように、注入ノズル２０側の内周形状が平面視において円形状である張出部５０を設けてもよい。但し、張出部５０が円形状であるため、張出部５０の張出長さＸは張出部５０の最小長さとして上記式（１）を満たしている。また、張出部５０の張出幅Ｙも張出部５０の最小長さとして上記式（２）を満たしている。かかる場合でも、攪拌領域Ｓにおける溶鋼Ｍの攪拌をより促進することができ、溶鋼Ｍ中の微小な介在物がより確実に凝集され粗大化するため、当該溶鋼Ｍ中の介在物をより確実に分離除去することができる。

以上の実施の形態のタンディッシュ１を用いる際、図１０に示すように、注入ノズル２０内を流れる溶鋼Ｍに非酸化性ガスＧ、例えばアルゴンガスを注入してもよい。非酸化性ガスＧは、直径サブミリからミリ単位の微小な気泡であり、例えば注入ノズル２０に接続された図示しないガス供給管を介して注入される。そして、非酸化性ガスＧが注入された溶鋼Ｍはタンディッシュ１に流入する。

かかる場合、溶鋼Ｍに注入された非酸化性ガスＧに、当該溶鋼Ｍ中の微細な介在物が付着する。そうすると、介在物と溶鋼Ｍの比重差が大きくなるため、溶鋼Ｍ中の微細な介在物をより確実に分離除去することができる。

以下、本発明のタンディッシュを用いた場合の介在物の除去効果について説明する。本実施例においては、先に図１〜図４で示したタンディッシュ１を用い、下記の条件において、タンディッシュ１を通過して鋳型に流出した溶鋼Ｍ中の介在物の個数を調査する実験を行った。

タンディッシュ１には、長辺壁１０の長さが７ｍ、湯面Ｍ_１の高さが１．１ｍ、湯面Ｍ_１の幅が１．２ｍ、底面１３の幅が０．６ｍの２ストランド用タンディッシュを用いている。なお、湯面Ｍ_１は定常操業時の湯面であって、かつ、最大流量時の湯面である。上堰３０と下堰３１の厚さは０．１ｍであって、上堰３０と下堰３１は注入ノズル２０の中心からの距離Ｌが０．５ｍの位置に配置されている。下堰３１の上端部の高さＨは底面１３から０．５ｍであって、上堰３０の下端部の高さは底面から０．７ｍである。すなわち、スリット３２の開口部の高さは０．２ｍである（スリット３２の開口面積は、最大の溶鋼流路断面積に対して約１８.７％程度となる。）。また、注入ノズル２０の外径Ｄは０．２ｍである。また、張出部３３の厚みｈは０．１ｍである。したがって、張出部３３より下方の下堰３１の高さ（Ｈ−ｈ）は０．４ｍとなり、上記式（２）を満たしている。そして、１ストランド当たり５ｔｏｎ／分の流入量で溶鋼Ｍをタンディッシュ１内へ流入させた。ちなみに、寸法が外寸基準と内寸基準で相違する場合は、内寸基準を採用している。

本実施例では、張出部３３の張出長さＸとして、０ｍ、０．０５ｍ、０．１ｍ、０．１５ｍ、０．２ｍ、０．２６ｍ、０．３２ｍの７通りの条件で実験を行った。また、張出長さＸが０．２ｍの場合においては、図１０に示したように注入ノズル２０内を流れる溶鋼Ｍ中に、非酸化性ガスＧであるアルゴンガスを１０リットル／分で注入した場合についても、併せて実験を行った。なお、張出長さＸが０ｍとは、下堰３１に張出部３３を設けていないことを示している。

そして、介在物の個数の調査では、スリット３２の出側で採取した溶鋼サンプルから電解抽出法により介在物のみを抽出し、介在物の個数を計測した。そして、計測した介在物を、直径が１０μｍ〜３０μｍ、３０μｍ〜７０μｍ、７０μｍ〜１５０μｍの３つの範囲に分けて評価した。本実施例では、直径１５０μｍ以下の介在物が鋼の品質に悪影響を及ぼすことを、通常の操業で確認していたことから、かかる直径の介在物の個数を計測した。

以上の条件で実験を行った結果を表１に示す。張出部３３の張出長さＸが上記式（１）を満たしていれば「○」が示され、式（１）を満たしていなければ「×」が示されている。なお、表１中の介在物個数指標は、張出部３３の張出長さＸが０ｍの場合の介在物の個数を１として、各条件における介在物の個数の比率を示している。そして、介在物個数指標が０．５０以下であれば、介在物が十分に除去されていると評価できる。

表１を参照すると、張出長さＸが上記式（１）を満たしていない０ｍの場合や、０．０５ｍの場合（非特許文献１）、いずれの直径の介在物個数指標も１．００となり、介在物を十分に除去できなかった。また、張出長さＸが上記式（１）を満たしていない０．３２ｍの場合、直径が１０μｍ〜３０μｍ、３０μｍ〜７０μｍの介在物個数指標は０．２８〜０．３０となったが、直径が７０μｍ〜１５０μｍの介在物個数指標は２．００となり、介在物を十分に除去できなかった。これは、張出長さＸが長過ぎて、張出部３３と注入ノズル２０間の距離を十分に確保できないため、攪拌領域Ｓから流出する溶鋼Ｍの流速が速くなり過ぎ、上堰３０の上流側の湯面Ｍ_１に浮遊している介在物を巻き込んだためである。

これに対して、張出長さＸが上記式（１）を満たす０．１ｍ、０．１５ｍ、０．２ｍ、０．２６ｍの場合、いずれの直径の介在物個数指標も０．５０以下となり、介在物を十分に除去できた。したがって、本発明のタンディッシュを用いた場合、介在物を十分に除去できることが分かった。

また、張出長さＸが上記式（１）を満たす０．２ｍの場合に、溶鋼Ｍ中にアルゴンガスを注入した場合、いずれの直径の介在物個数指標も０．２０以下となり、さらに介在物の除去効果が高まることが分かった。

また、張出長さＸが上記式（１）を満たす０．２ｍで、アルゴンガス注入が無しの場合について、さらに、図７〜図８で示したように、注入ノズル２０を囲むように張出部４０を設けた場合について、同様に実験を行った。張出部４０の高さと厚みは、上記の張出部３３と同様とし、上記式（２）を満たしている。また、張出部４０をタンディッシュ１の長辺壁１０から注入ノズル２０側に張り出して設け、張出部４０の注入ノズル２０側の内周形状は、平面視において四角形状とし、タンディッシュの側壁からの張出部４０の長さＹを０．２ｍとした。ちなみに、張出部４０が設けられた位置におけるタンディシュの側壁間の距離Ｗは、０．８７ｍであり、張出長さＹは上記式（３）を満たす。

以上の条件で実験を行った結果を表２に示す。なお、表２中の介在物個数指標の基準は、上記表１と同様である。表２を参照すると、直径が１０μｍ〜３０μｍ、３０μｍ〜７０μｍ、７０μｍ〜１５０μｍのそれぞれの介在物個数指標は、いずれも０．２４〜０．２５となり、下堰３１からのみ張出部３３がある場合に比べて、さらに介在物の除去効果が高まることが分かった。

さらに、図９で示したように、注入ノズル２０側の内周形状が平面視において円形状である張出部５０を設け、張出部５０の張出長さＸ、Ｙを共に、０．２ｍとした場合についても、同様に実験を行った。したがって、張出長さＸ、Ｙは、それぞれ上記式（１）及び上記式（３）を満たしている。また、張出部５０の高さと厚みは、上記の張出部３３と同様とし、上記式（２）を満たしている。

以上の条件で実験を行った結果を表３に示す。なお、表３中の介在物個数指標の基準は、上記表１と同様である。表３を参照すると、直径が１０μｍ〜３０μｍ、３０μｍ〜７０μｍ、７０μｍ〜１５０μｍのそれぞれの介在物個数指標は、いずれも０．２２〜０．２４となり、上記の四角形状の張出部４０の場合と同様に、下堰３１からのみ張出部３３がある場合に比べて、さらに介在物の除去効果が高まることが分かった。

本発明は、連続鋳造用のタンディッシュを用いて、取鍋から鋳型に溶鋼を供給する際に有用である。

１ タンディッシュ
１０ 長辺壁
１１ 短辺壁
１２ 天井面
１３ 底面
２０ 注入ノズル
２１ 取鍋
２２ 流出口
２３ ノズル
２４ 流量調節棒
３０ 上堰
３１ 下堰
３２ スリット
３３、４０、５０ 張出部
Ｇ 非酸化性ガス
Ｍ 溶鋼
Ｓ 攪拌領域

Claims (5)

1. 鋼の連続鋳造用のタンディッシュであって、
   取鍋からタンディッシュへ溶鋼を流入させる注入ノズルと、タンディッシュから鋳型へ溶鋼を流出させる流出口との間の溶鋼流路には、上堰と下堰が設けられ、
   前記上堰と前記下堰は、溶鋼流路上の同じ位置にスリットを介して上下方向に対向して配置され、
   前記スリットの開口面積は、最大の溶鋼流路断面積の２０％以下に設定され、
   前記下堰の上端部には、前記注入ノズル側に張り出した張出部が設けられ、
   前記張出部の長さＸ（ｍ）は下記式（１）を満たし、
   前記下堰の高さＨ（ｍ）と前記張出部の厚みｈ（ｍ）は下記式（２）を満たすことを特徴とする、連続鋳造用タンディッシュ。
   ０．１≦Ｘ＜Ｌ−Ｄ・・・・（１）
   ０．１≦Ｈ−ｈ・・・・（２）
   但し、Ｌ：注入ノズルの中心と下堰の注入ノズル側の側面間の距離（ｍ）、Ｄ：注入ノズルの外径（ｍ）
2. 一対の前記上堰と前記下堰は、前記注入ノズルを挟んで対向するように２箇所にそれぞれ配置され、
   前記張出部は、前記注入ノズルを囲むように、前記下堰の上端部及びタンディッシュの側壁から前記注入ノズル側に張り出して設けられ、
   前記張出部は、前記式（１）及び前記式（２）を満たし、かつ前記タンディッシュの側壁からの張出部の長さＹ（ｍ）が下記式（３）を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造用タンディッシュ。
   ０．１≦Ｙ＜Ｗ／２−Ｄ・・・・（３）
   但し、Ｗ：張出部が設けられた位置におけるタンディシュの側壁間の距離（ｍ）、Ｄ：注入ノズルの外径（ｍ）
3. 前記張出部の内周形状は、平面視において四角形状であることを特徴とする、請求項２に記載の連続鋳造用タンディッシュ。
4. 前記張出部の内周形状は、平面視において円形状であって、
   前記張出部の長さＸが前記下堰の上端部から前記注入ノズル側に張り出した張出部の最小長さであり、
   前記張出部の長さＹが前記タンディッシュの側壁からの張出部の最小長さであることを特徴とする、請求項２に記載の連続鋳造用タンディッシュ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のタンディッシュを用いた鋼の連続鋳造方法であって、
   前記注入ノズル内を流れる溶鋼に非酸化性ガスを注入し、当該非酸化性ガスが注入された溶鋼をタンディッシュに流入させることを特徴とする、連続鋳造方法。

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