JP6213441B2 - タンディッシュ堰の再使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼の連続鋳造設備で使用するタンディッシュに取り付けられ、タンディッシュ内の溶鋼の流動を制御するための耐火物製の堰を再使用する方法に関する。

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を滞留させた状態で、タンディッシュから鋳型内に溶鋼を注入して鋳片を製造している。

タンディッシュは、複数ヒートの連続鋳造を継続する際の取鍋交換時の溶鋼の供給機能及び複数の鋳型への溶鋼の分配機能を有するのみならず、タンディッシュ内に所定量の溶鋼を滞留させることで、タンディッシュから鋳型への溶鋼流出量が精度良く制御される、更には、溶鋼中に懸濁する脱酸生成物などの酸化物系非金属介在物（以下、単に「介在物」と記す）の浮上分離が促進されるなどの機能を有している。特に、タンディッシュ内に堰を設置し、タンディッシュ内の溶鋼流動を制御して、介在物の浮上分離を促進させることが広く行われている。

従来、使用後のタンディッシュは、水冷或いは空冷などによって冷却された後、タンディッシュ内の地金、コーティング層（タンディッシュ内壁を形成するワーク耐火物の表面に施工される、マグネシア粉からなるコーティング材を数ｍｍ〜数十ｍｍ厚で施工した被覆層）、堰などが除去され、新たに堰及びコーティング層が施工され、次回の使用に供されている。除去された堰及びコーティング材は、破砕された後に、転炉での溶銑の脱炭精錬などで媒溶剤として使用されることもあるが、大半は産業廃棄物として廃棄処理されていた。そこで、耐火物使用量を削減するとともに使用済み耐火物の発生量を減少させることを目的とし、使用済みの堰を回収して再使用する方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、タンディッシュのワーク耐火物の表面にコーティング層を形成した後に該コーティング層の内側に成形耐火物からなる堰を取り付け、連続鋳造後、前記堰をタンディッシュ内から回収して整備し、タンディッシュ内壁のワーク耐火物表面にコーティング層を形成した後に、該コーティング層の内側に前記整備後の堰を取付けて再使用する方法が提案されている。

通常、堰（通常、高アルミナ質煉瓦）は、モルタルによってタンディッシュのワーク耐火物（通常、アルミナ−シリカ系耐火物）と接着して施工され、マグネシア粉からなるコーティング層は、堰の施工後に吹き付け施工などによってワーク耐火物の表面に形成される。このような接合構造の堰を吊り上げるなどして強制的にタンディッシュから取り外すと、堰またはワーク耐火物に割れや亀裂が発生し、再使用が不可能になる。一方、マグネシア粉からなるコーティング材は、冷却時の収縮特性がタンディッシュのワーク耐火物とは異なり、使用後の温度降下によってワーク耐火物と剥離し易くなるという、特性を有している。

特許文献１は、タンディッシュのワーク耐火物と堰との境界に、コーティング材を介在させることで、堰自身に過剰な荷重が加わっても、コーティング層が荷重を吸収し、堰の破損する可能性が低くなり、再使用可能な堰の回収率が向上するとしている。

特開２０１２−１８３５８６号公報

しかしながら、上記特許文献１には以下の問題がある。

即ち、コーティング材自体は、冷却時の収縮特性がタンディッシュのワーク耐火物とは異なり、ワーク耐火物から剥離し易いという特性を有しているが、堰とワーク耐火物との間に挟まれているコーティング材は、温度降下が少ないことから熱収縮量が小さくて剥離せず、堰を強制的に取り外そうとすると、堰或いはワーク耐火物に割れや亀裂が発生するという問題は依然として発生する。つまり、再使用可能な堰の回収率は高いとは言いがたい。

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、使用済みのタンディッシュから、タンディッシュのワーク耐火物に損傷を与えることなく、再使用可能な形状の堰を高い確率で回収することのできる、タンディッシュ堰の再使用方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］使用後のタンディッシュから堰を取り外し、取り外した堰を再度タンディッシュに設置し、該タンディッシュを溶鋼の連続鋳造工程に使用する、タンディッシュ堰の再使用方法であって、使用後のタンディッシュの堰とタンディッシュ内壁との接合位置及び接合位置から１００ｍｍ以内までの部分の堰の表面を水冷し、この水冷により、前記接合位置から１００ｍｍ以内までの部分の前記堰の表面温度を冷却開始前の温度に対して２００℃以上低下させ、その後、前記堰をタンディッシュから取り外すことを特徴とする、タンディッシュ堰の再使用方法。
［２］前記堰には、上端部に金属製の吊り金物が設けられており、該吊り金物を介して前記堰を吊り上げてタンディッシュから取り外すことを特徴とする、上記［１］に記載のタンディッシュ堰の再使用方法。

本発明によれば、タンディッシュ内壁との接合位置から１００ｍｍ以内の範囲の堰の表面を水冷し、この範囲の堰の表面温度を冷却開始前の温度に対して２００℃以上低下させるので、堰は熱収縮によってタンディッシュ内壁から剥離し、堰を容易にタンディッシュから取り外すことが可能となる。その結果、タンディッシュのワーク耐火物に損傷を与えることなく、再使用可能な形状の堰を高い確率で回収することが実現される。

本発明に係るタンディッシュ堰の再使用方法が適用される、２ストランド型のスラブ連続鋳造設備で使用するタンディッシュの１例を示す側面断面図である。 水冷装置から噴射される冷却水によって堰の不定形耐火物との接合位置側の端部を冷却している状況を示す図である。 回収した堰のうちで再使用可能な堰の回収率を、本発明例と比較例とで比較して示す図である。

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、本発明に係るタンディッシュ堰の再使用方法が適用される、２ストランド型のスラブ連続鋳造設備で使用するタンディッシュの１例を示す側面断面図である。

図１に示すように、タンディッシュ１は、外殻を鉄皮２とし、この鉄皮２の内面側に、成形煉瓦からなる永久張り煉瓦３が施工され、この永久張り煉瓦３の内面側に、ワーク耐火物として不定形耐火物４が施工されている。そして、タンディッシュ１の内部には、成形煉瓦からなる２つの堰６が、タンディッシュ１の長手方向中心部を挟んで相対して設置されている。堰６は、タンディッシュ１の幅方向全面を覆う幅及びタンディッシュ内の溶鋼高さよりも高い高さを有しており、モルタル（図示せず）によってタンディッシュ１の内壁を形成する不定形耐火物４と接着・固定されている。堰６の下部には、溶鋼を通すための複数個の堰孔６ａが設けられている。

また、不定形耐火物４の内面側には、吹き付け施工などによってマグネシア粉からなるコーティング材の１０〜３０ｍｍ厚みのコーティング層５が形成されている。コーティング層５は、ワーク耐火物である不定形耐火物４と溶鋼との直接の接触を防止し、酸素ポテンシャルが低く、溶鋼との反応が少ないというＭｇＯの特性を利用して、溶鋼の清浄化を維持・促進させるためのものである。

タンディッシュ１の両端部側には、永久張り煉瓦３及び不定形耐火物４に嵌合するノズル受け煉瓦７が配置され、このノズル受け煉瓦７に挿入して上ノズル８が設置されており、この上ノズル８の下方に、固定板１０及び摺動板１１からなる、溶鋼流量調節用のスライディングノズル９が配置され、更にスライディングノズル９の下方に、溶鋼を鋳型（図示せず）に注入するための浸漬ノズル１２が配置されている。タンディッシュ１には蓋が配置されるが、図１では省略している。

タンディッシュ１は、上記のように、相対する２つの堰６で囲まれる溶鋼注入部１Ａと、その両側の溶鋼排出部１Ｂとの３つの部分に分離されており、取鍋（図示せず）から溶鋼注入部１Ａに注入された溶鋼は、堰６に設けられた堰孔６ａを通って溶鋼排出部１Ｂに流れ込む。溶鋼注入部１Ａ及び溶鋼排出部１Ｂに所定量の溶鋼が滞留した状態で、溶鋼排出部１Ｂに滞留する溶鋼は、上ノズル８、スライディングノズル９及び浸漬ノズル１２を介して鋳型内に注入され、溶鋼の連続鋳造が行われる。

永久張り煉瓦３は、溶鋼と直接接触することはなく、使用中にほとんど損傷しないことから、タンディッシュ解体時の衝撃などによって破損しない限り、半永久的に使用される。この永久張り煉瓦３は、熱負荷が小さいことから、通常、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が４５質量％以下であるシリカ−アルミナ系耐火物（例えば、ろう石質煉瓦）が使用される。一方、ワーク耐火物としての不定形耐火物４は、使用を重ねる毎に損耗し、所定の厚みが確保できなくなった時点で解体され、その都度、新たに施工される。不定形耐火物４は、溶鋼と直接接触する場合も発生するので、一般的に、Ａｌ₂Ｏ₃が５０質量％以上含有される、アルミナ−シリカ系耐火物である高アルミナ質不定形耐火物が使用される。

堰６は、溶鋼と直接接触し、また、タンディッシュ内の溶鋼湯面には保温剤が投入されており、加熱された保温剤は酸化物系のスラグ状となることから、溶鋼及びスラグに対する浸食性に優れる高アルミナ質煉瓦が使用される。尚、図１では、ワーク耐火物として不定形耐火物４が施工されているが、ワーク耐火物は不定形耐火物４に限定されるものではなく、成形されたアルミナ−シリカ系の高アルミナ質成形煉瓦であっても構わない。

鋼の連続鋳造工程に使用されたタンディッシュ１を、必要に応じてタンディッシュ１の内部に残留する溶融状態の溶鋼及びスラグを排出した後、タンディッシュ整備場に搬送する。タンディッシュ整備場で、蓋を取り外したタンディッシュ内に冷却水を散水或いは噴霧することによって、タンディッシュ１を一次冷却する。

この一次冷却で、タンディッシュ全体を或る程度の温度まで、例えば不定形耐火物４や堰６の表面温度が５００℃程度になるまで冷却することは可能であるが、一次冷却を過度に行うと、熱収縮によって不定形耐火物４に割れ（「熱割れ」という）が発生し、この熱割れによって、不定形耐火物４の寿命が低下するという問題が生じるので、一次冷却においても、堰６の不定形耐火物４との接合位置側の端部のみを水冷することが好ましい。当然ではあるが、一次冷却は、水冷せずに大気中で放冷するだけでも構わない。但し、大気中で放冷すると、タンディッシュ１の冷却時間が長くなり、タンディッシュの整備サイクル時間が長くなるので、大気中で放冷する場合には、多数のタンディッシュを有している必要がある。

一次冷却により、タンディッシュ１の不定形耐火物４や堰６の表面温度が４００〜６００℃程度まで低下したなら、堰６と不定形耐火物４との接合位置及び接合位置から１００ｍｍ以内までの部分の堰６の表面を水冷する。タンディッシュ１の不定形耐火物４や堰６の表面温度が４００〜６００℃程度まで低下した後に堰６の表面を水冷する理由は、この温度まで冷却することにより、熱収縮により、堰６と不定形耐火物４とが離れ易くなっていると同時に、高温雰囲気下での作業を回避するためである。

図２に、水冷装置から噴射される冷却水によって堰６の不定形耐火物４との接合位置側の端部を冷却している状況を示す。尚、図２では、タンディッシュ１の永久張り煉瓦３及びコーティング層５を省略している。図２に示すように、水冷装置１３は、通水ヘッダー１３ａと、通水ヘッダー１３ａに取り付けられた支持台１３ｂとを有し、通水ヘッダー１３ａに供給された冷却水が通水ヘッダー１３ａに設けられた２つのノズル孔１３ｃを介して堰６に向けて噴射されるように構成されている。具体的には、タンディッシュ１の相対する両長辺面の鉄皮２に左右の支持台１３ｂが上架された状態で、ノズル孔１３ｃからの冷却水の噴流１４が、堰６の不定形耐火物４との接合位置側の端部側に噴射されるように構成されている。

水冷装置１３から堰６の上面に向かって噴射された冷却水の噴流１４は、堰６の上面を冷却した後、堰６の両側面を流下しつつ堰６の両側面端部を冷却し、堰６の底部に至る。タンディッシュ１の底部の不定形耐火物４は、４００〜６００℃の高温であるので、堰６の底部に至った冷却水は蒸発する。但し、堰６の底部に至った冷却水は蒸発するとはいえ、大量の冷却水を供給すると、タンディッシュ１の底部に冷却水が滞留することもあるので、この冷却水の滞留を防止するために、冷却水の供給量を制御する、或いは、連続的ではなく、断続的に供給することが好ましい。尚、図２に示す水冷装置１３は、水平方向を向いた鋼管からなる通水ヘッダー１３ａの二箇所にノズル孔１３ｃ（開孔）を設け、このノズル孔１３ｃから冷却水を噴射するという構造であるが、ノズル孔１３ｃの替わりに水スプレーノズルを設置し、水スプレーノズルから冷却水を噴霧するようにしてもよい。

この水冷により、堰６と不定形耐火物４との接合位置から１００ｍｍ以内までの部分の堰６の表面温度を、冷却開始前の表面温度に対して２００℃以上低下させる。その後、堰６の上端部に設置した金属製の吊り金物６ｂを介してクレーンなどの吊り上げ装置を使用して堰６を吊り上げ、堰６をタンディッシュ１から取り外す。

水冷により、堰６と不定形耐火物４との接合位置から１００ｍｍ以内までの部分の堰６の表面温度を、冷却開始前の表面温度に対して２００℃以上低下させる理由は以下のとおりである。

本発明者らは、一次冷却後、堰６の温度が５００℃の状態から、堰６の不定形耐火物４との接合位置側の両端部の水冷を行い、その後、堰６をタンディッシュ１から取り外す試験を行った。試験では、前記接合位置から１００ｍｍ以内までの部分の堰６の水冷後の到達表面温度を４００℃、３５０℃、３００℃、２００℃の４水準で試験した。

その結果、到達表面温度が４００℃及び３５０℃では、堰６の端部の熱収縮が十分でなく、堰６の不定形耐火物４からの剥離が困難であり、回収後の堰６は損傷が激しく、再使用可能な形状の堰６の回収率は低かった。これに対して、到達表面温度が３００℃及び２００℃では、再使用可能な形状の堰６を高い確率で回収することができた。これは、堰６の熱収縮が不定形耐火物４の熱収縮よりも大きくなり、堰６と不定形耐火物４との剥離が起こり、堰６をタンディッシュ１から容易に取り外すことが可能となったことによる。

本発明は、堰６の熱収縮によって堰６と不定形耐火物４との剥離を促進させるものであり、堰６の不定形耐火物４との接合位置側の端部全体が冷却開始前の表面温度に対して２００℃以上低下した後に堰６をタンディッシュ１から取り外すことを必須とする。この部位の堰６の表面温度が、冷却開始前の表面温度に対して２００℃以上低下すれば、その時点で堰６と不定形耐火物４との剥離が起こり、一旦剥離すれば、復熱して堰６の表面温度が冷却開始前の表面温度に対して２００℃未満になっても堰６の取り外しは容易であることから、復熱した後に堰６を取り外すようにしても構わない。但し、熱収縮の観点からは、冷却開始前の表面温度に対して２００℃以上低下した状態のときに堰６を取り外すことが望ましい。

タンディッシュ１から取り外した堰６の形状（欠け、反り、溶損、亀裂など）を目視で点検し、予め設定した再使用条件と照らし合わせ、再使用条件を満足する堰６のみを再使用する。堰６の再使用先のタンディッシュは、前回のタンディッシュでも、また、別のタンディッシュでも何れでも構わない。

以上説明したように、本発明によれば、タンディッシュ内壁との接合位置から１００ｍｍ以内の範囲の堰６の表面を水冷し、この範囲の堰６の表面温度を２００℃以上低下させるので、堰６は熱収縮によってタンディッシュ内壁から剥離し、堰６を容易にタンディッシュ１から取り外すことが可能となる。その結果、不定形耐火物４などのタンディッシュ１のワーク耐火物に損傷を与えることなく、再使用可能な形状の堰６を高い確率で回収することが実現される。

尚、上記説明では、堰６は不定形耐火物４と接合しているが、特許文献１のように、不定形耐火物４に、吹き付け施工などによってマグネシア粉からなる１０〜３０ｍｍ厚みのコーティング層５を形成し、このコーティング層５と堰６とを接合するようにしても構わない。また、上記説明は、２ストランド型の２つの堰６が設置されたタンディッシュ１に本発明を適用した例であるが、堰６の設置数は２つに限るものではなく、１つ以上の堰が設置されているタンディッシュならば、どのようなタンディッシュであっても本発明を適用することができる。

鋼の連続鋳造工程で使用後の図１に示すタンディッシュを、水スプレーによっておよそ５００℃程度となるまで一次冷却し、その後、図２に示すように、水冷装置を用いて、堰と不定形耐火物との接合位置及び接合位置から１００ｍｍ以内までの部分の堰の表面を水冷した。２つのノズル孔からの冷却水の合計供給流量を２７Ｌ／ｍｉｎとした。

堰は、厚みが１００ｍｍの高アルミナ質成形煉瓦であり、その組成及び物性値を表１に示す。一方、タンディッシュのワーク耐火物である不定形耐火物は、Ａｌ₂Ｏ₃を５０質量％以上含有する、アルミナ−シリカ系耐火物の高アルミナ質不定形耐火物で施工した。

水冷中の堰表面温度の測定値の一例を表２に示す。表２に示す試験では、水冷装置からの冷却水の噴射は、連続しては行わず、冷却開始から経過時間５分後までの５分間と、１６分後から２１分後までの５分間との合計１０分間である。その他の期間は水冷を行っていない。表２に示す部位１〜４は、図２に示す部位１〜４に該当し、堰の両端部の上部及び下部である。また、表２に示す経過時間がゼロの時点の堰表面温度は、冷却開始直前の堰表面温度である。

途中の非冷却期間を経て冷却開始から２１分後には、部位１〜４の四箇所の測温点ともに２００℃を超える温度降下が得られた。尚、表２の試験では途中に非冷却期間を設けているが、本発明において、非冷却期間を設けることは必須ではなく、１回の連続した冷却で２００℃以上温度降下させてよい。また、表２の試験では、温度降下が２００℃を超えた以降も堰を取り外すことなく、表面温度を測定しているが、これは堰の表面温度の推移を確認するための試験であることによる。

堰の表面温度が、冷却開始前の表面温度に対して２００℃以上低下した状態で、堰の上部に設けられた金属製の吊り金物にクレーンのフックをかけて堰を吊り上げ、タンディッシュから取り外した。

タンディッシュから取り外した堰を、表３に示す堰再使用条件と照らし合わせて再使用の可否を判定し、再使用条件を満足する堰のみを再使用した。

図３に、本発明を適用して堰をタンディッシュから取り外した場合（本発明例）と、一次冷却によってタンディッシュの全体を約４００〜５００℃に冷却した後に堰をタンディッシュから取り外した場合（比較例）とで、回収した堰のうちで再使用可能な堰の回収率を比較して示す。本発明を適用することで、回収率は６％向上（８５→９１％）し、堰耐火物のコスト低減が可能となった。

１ タンディッシュ
１Ａ 溶鋼注入部
１Ｂ 溶鋼排出部
２ 鉄皮
３ 永久張り煉瓦
４ 不定形耐火物
５ コーティング層
６ 堰
６ａ 堰孔
６ｂ 吊り金物
７ ノズル受け煉瓦
８ 上ノズル
９ スライディングノズル
１０ 固定板
１１ 摺動板
１２ 浸漬ノズル
１３ 水冷装置
１３ａ 通水ヘッダー
１３ｂ 支持台
１３ｃ ノズル孔
１４ 噴流

Claims (2)

1. 使用後のタンディッシュから堰を取り外し、取り外した堰を再度タンディッシュに設置し、該タンディッシュを溶鋼の連続鋳造工程に使用する、タンディッシュ堰の再使用方法であって、
   使用後のタンディッシュを一次冷却してタンディッシュのワーク耐火物及び堰の表面温度を４００〜６００℃に低下させ、
   その後、堰のタンディッシュ内壁との接合位置側の端部側に冷却水が供給されるように構成された水冷装置を用いて、使用後のタンディッシュの堰とタンディッシュ内壁との接合位置及び接合位置から１００ｍｍ以内までの部分の堰の表面を水冷し、
   この水冷により、前記接合位置から１００ｍｍ以内までの部分の前記堰の表面温度を冷却開始前の温度に対して２００℃以上低下させ、
   その後、前記堰をタンディッシュから取り外すことを特徴とする、タンディッシュ堰の再使用方法。
2. 前記堰には、上端部に金属製の吊り金物が設けられており、該吊り金物を介して前記堰を吊り上げてタンディッシュから取り外すことを特徴とする、請求項１に記載のタンディッシュ堰の再使用方法。

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