(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造用タンディッシュの内壁を構成するタンディッシュ内張耐火物を、バーナにより予熱する連続鋳造用タンディッシュの予熱装置において、
前記タンディッシュ内張耐火物の断面平均温度を２８０〜３１０℃の範囲にするように前記バーナへの燃料の投入量を制御する燃料投入量制御手段を備えていることを特徴とする連続鋳造用タンディッシュの予熱装置。
【請求項２】
前記燃料投入量制御手段は、予熱時間に応じて前記バーナへの燃料の投入量が最小になるように制御することを特徴とする請求項１記載の連続鋳造用タンディッシュの予熱装置。
【請求項３】
連続鋳造用タンディッシュの内壁を構成するタンディッシュ内張耐火物を、バーナにより予熱する連続鋳造用タンディッシュの予熱方法において、
前記タンディッシュ内張耐火物の断面平均温度を２８０〜３１０℃の範囲にするように前記バーナへの燃料の投入量を調節することを特徴とする連続鋳造用タンディッシュの予熱方法。
【請求項４】
予熱時間に応じて前記バーナへの燃料の投入量が最小になるように調節することを特徴とする請求項３記載の連続鋳造用タンディッシュの予熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、搬送用容器と連続鋳造設備の鋳型との間に位置して溶鋼のバッファの役割をもつ連続鋳造用タンディッシュを、鋳込み前にバーナを用いて予熱する連続鋳造用タンディッシュの予熱装置及びその予熱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属の連続鋳造にあたっては、取鍋等の溶融金属の搬送用容器と連続鋳造鋳型との中間に中間容器としてのタンディッシュを設け、鋳造中にこのタンディッシュ内に所定の深さになるように溶融金属を保持した状態として安定した条件で鋳造を行うことが一般的である。
【０００３】
そして、高温の溶融金属をタンディッシュに注ぐ場合、溶融金属の温度降下をできるだけ小さくし、かつ、タンディッシュの内壁をなすタンディッシュ内張耐火物の熱膨張に起因する亀裂の発生を防止する目的から、タンディッシュ内張耐火物を予熱しておくことが行われている。いわゆるタンディッシュの予熱と呼ばれるものである。
【０００４】
タンディッシュの予熱では、前述のような目的を達成するために、鋳造直前のタンディッシュ内張耐火物をその表面温度でおよそ１０００℃程度にするのが普通であり、このために、コークス炉ガスやＬＰＧ等の燃料を用いたバーナを用いた予熱が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実際の連続鋳造の操業においては、予熱開始から鋳造開始までの時間が予定通りとはならなずに、途中でその予熱時間が変更される場合がある。
例えば、溶融金属の成分や温度を調整して、鋳造すべき溶融金属を準備する精錬工程等の上工程の処理が遅れる場合、タンディッシュの予熱の延長を余儀なくされる。このような場合において、そのまま予熱を延長して継続していると、タンディッシュの温度が上がりすぎて、タンディッシュ内に設置してある品質向上用の治具を溶かしてしまうといった問題が発生してしまう。
【０００６】
また、タンデイッシュの準備が遅れ、予熱開始時間が予定よりも遅れた場合に、鋳造開始予定時間に間に合わせるために、バーナ熱負荷を極端に増大させて予熱を行う必要がある。このような場合にも、同様の問題が発生することがあった。ここで、バーナ熱負荷は、バーナへの燃料投入速度により制御されている。
一方、近年、同じタンディッシュで鋳造する回数を増やすことができるようになってきているために、新しいタンディッシュを予熱する時間に余裕ができてきた。このことから、短時間に急速にタンディッシュを予熱することよりもむしろ予熱時間全体を通じて投入燃料を削減して、省エネルギー化やＣＯ2の排出量の削減に重きがおかれるようになってきた。また、短時間に急速にタンディッシュを昇熱すれば、前述したような問題も発生してしまう。しかしながら、従来のタンディッシュの予熱では、このような要望に応えるものではなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、タンディッシュの温度が上がりすぎてしまうことを防止しつつ、予熱時間全体を通じての投入燃料量の最小に抑えることができる連続鋳造用タンディッシュの予熱装置及びその予熱方法の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記問題を解決するために、請求項１記載の発明に係る連続鋳造用タンディッシュの予熱装置は、連続鋳造用タンディッシュの内壁を構成するタンディッシュ内張耐火物を、バーナにより予熱する連続鋳造用タンディッシュの予熱装置において、前記タンディッシュ内張耐火物の断面平均温度を２８０〜３１０℃の範囲にするように前記バーナへの燃料の投入量を制御する燃料投入量制御手段を備えていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載の発明に係る連続鋳造用タンディッシュの予熱装置は、請求項１記載の発明に係る連続鋳造用タンディッシュの予熱装置において、前記燃料投入量制御手段が、予熱時間に応じて前記バーナへの燃料の投入量が最小になるように制御することを特徴としている。
また、請求項３記載の発明に係る連続鋳造用タンディッシュの予熱方法は、連続鋳造用タンディッシュの内壁を構成するタンディッシュ内張耐火物を、バーナにより予熱する連続鋳造用タンディッシュの予熱方法において、前記タンディッシュ内張耐火物の断面平均温度を２８０〜３１０℃の範囲にするように前記バーナへの燃料の投入量を調節することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４記載の発明に係る連続鋳造用タンディッシュの予熱方法は、請求項３記載の発明に係る連続鋳造用タンディッシュの予熱方法において、予熱時間に応じて前記バーナへの燃料の投入量が最小になるように調節している。
ここで、溶融金属を連続鋳造用タンディッシュに注入したときに、溶融金属は熱がタンディッシュ内張耐火物に奪われて、温度が降下する。この溶融金属の温度降下が大きくなると、連続鋳造用タンディッシュから流れ出た溶融金属が、鋳型内で必要とされる溶融金属の温度を下回ってしまうことがある。すなわち、タンディッシュ内張耐火物の初期温度が所定温度より低いと、タンディッシュに流れ出た溶融金属が、その温度降下により鋳型内で必要とされる溶融金属の温度を下回ってしまう。このようなことから、請求項１及び３に記載の発明では、その所定温度の下限を２８０℃にしている。
【００１１】
また、予熱中にタンディッシュ内張耐火物が所定温度を超えると、連続鋳造用タンディッシュ内に設けた治具が破損してしまう。このようなことから、請求項１及び３に記載の発明では、その所定温度の上限を３１０℃にしている。
そして、請求項１及び３に記載の発明では、タンディッシュ内張耐火物の断面平均温度が２８０〜３１０℃の範囲になるように、バーナへの燃料の投入量を制御して実現している。ここで、断面平均温度とは、例えばタンディッシュ内張耐火物の断面方向における温度を平均した温度である。
【００１２】
さらに、請求項２及び４に記載の発明では、そのように予熱中のタンディッシュ内張耐火物が所定の温度になるように制御しつつ、その制御のもととなるバーナへの燃料の投入量を予熱時間に応じて可変にして最小となるようにしている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明のタンディッシュの予熱制御装置を備えたタンディッシュを示す。
タンディッシュ（連続鋳造用タンディッシュ）１０は、鉄皮１１の内面にタンディッシュ内張耐火物１２をライニングしたタンディッシュ本体１３に、蓋１４を被せた構造になっている。また、タンディッシュ１０は、タンディッシュ本体１３の底部には上ノズル１５を設けてあり、その下にはスライディングノズル１６が配置してある。
【００１４】
そして、タンディッシュ予熱装置２０には、タンディッシュの予熱制御装置としてのバーナ２１、流量調節部２２及び制御装置２３が装着されている。そして、タンディッシュ１０を予熱するときには、蓋１４に設けられた開口部１７に対向して予熱バーナ２１が配置される。ここで、予熱バーナ２１は、流量調節部２２を介して燃料供給がなされており、その流量調節部２２は、制御装置２３により燃料供給量或いは燃料投入量が制御されている。
【００１５】
例えば、流量調節部２２は例えば流量調節弁であり、制御装置２３は、この流量調節弁の開度等を調節して燃料供給速度を制御することで、燃料供給量或いは燃料投入量を制御している。
ここで、燃料投入量とは予熱時間内に投入される燃料の総量をいう。また、流量調節部２２及び制御装置２３は、予熱バーナ２１への燃料の投入量を制御して、タンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度を所定温度にする燃料投入量制御手段を構成している。
【００１６】
このような構成において、タンディッシュの予熱制御装置は、制御装置２３により流量調節部２２を調節して予熱バーナ２１への供給燃料或いは投入燃料を制御し、予熱バーナ２１によりタンディッシュ内張耐火物１２を加熱している。
そして、制御装置２３による制御は、タンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度が所定温度になるようにしつつも、燃料投入量を最小になるように行っている。ここで、断面平均温度を基準にしているのは、断面平均温度がタンディッシュ内張耐火物１２の熱容量の指標となるからであり、溶融金属を注いだ際の温度降下後のタンディッシュ内張耐火物１２の温度がその断面平均温度に応じて異なるものとなるからである。なお、断面平均温度とは、タンディッシュ内張耐火物１２の断面方向における温度を平均した温度である。
【００１７】
具体的には、制御装置２３は、その制御を、流量調節部２２（或いはバーナ熱負荷）を予熱時間に応じて調節することにより実現している。ここで、所定の温度とは、２８０℃〜３１０℃であり、次のような理由からこの温度範囲を決定している。
下限温度を２８０℃にしているのは次のような理由による。
【００１８】
先ず、計算によってタンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度を得て、その断面平均温度がある温度の状態から、溶融金属をタンディッシュ１０内に注入したときに、溶融金属からタンディッシュ内張耐火物１２に奪われる熱量を計算し、溶融金属の温度降下量を推定した。
一方、タンディッシュ１０内の溶鋼の温度降下量が許容できるか否かを判断するために、溶融金属として溶鋼を用いて通常の操業をした場合を仮定し、取鍋内での温度が１５８０℃〜１６００℃、鋳型内で必要とされる溶鋼温度が１５２０℃〜１５４０℃である場合に何ら障害なく操業できるものであるとして条件設定をした。
【００１９】
タンディッシュ１０内の溶鋼の温度降下量が許容できるか否かの判断では、タンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度が２８０℃未満では溶鋼温度降下が大きくなる結果を得て、タンディッシュ１０から流れ出た溶鋼の温度が、鋳型内で必要とされる温度を下回ってしまうことが明らかとなる結果を得た。すなわち、タンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度が２８０℃未満では、取鍋内での温度が１５８０℃〜１６００℃の溶鋼をタンディッシュ１０に注入すると、鋳型内で必要とされる溶鋼温度が１５２０℃〜１５４０℃であるのに対して、溶鋼の温度は、その温度を下回ってしまうことが明らかとなった。
【００２０】
このような断面平均温度で鋳造を実施してしまうと、タンディッシュ１０から鋳型内に溶鋼を供給するタンディッシュノズル（上ノズル１５）やその下に連接するスライディングノズル１６、或いは浸漬ノズル等の中で溶鋼が凝固して鋳造不可能を招いてしまう。
よって、このような事態を避ける目的から、タンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度を２８０℃以上にしている。
【００２１】
一方、上限温度を３１０℃にしているのは次のような理由による。
タンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度が３１０℃を超える場合には、タンディッシュ１０内の雰囲気温度が極めて高温となり、タンディッシュ１０内に設けた治具、例えば、タンディッシュストッパがその高温に曝されることになり、溶損したり、タンディッシュノズルと溶着する可能性が高くなる。ここで、タンディッシュストッパとは、取鍋から溶鋼をタンディッシュ１０内に供給し始めてから所定の量の溶鋼が溜まるまで、タンディッシュノズル内に溶鋼が侵入して凝固することを防止するためにタンディッシュノズルを閉塞する装置である。
【００２２】
このようにタンディッシュ１０内に設けた治具が破損してしまうことを防止する目的から、タンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度は３１０℃以下にしている。
以上のような理由から、タンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度を２８０℃〜３１０℃にしている。
【００２３】
そして、制御装置２３は、このような所定の温度範囲を予熱時間内に維持しつつも、その予熱に使用する予熱バーナ２１への燃料投入量が最小になるように制御している。具体的には、制御装置２３は特性表（或いはテーブル）を用いてその制御をしている。
特性表については、例えば伝熱計算によって得たものであって、例えば図２に示すように、バーナ熱負荷をパラメータ（図中の実線）とし、予熱バーナ２１への燃料投入量（総投入量）と予熱終了時のタンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度である耐火物断面平均温度との関係を平均バーナ熱負荷（図中には、３５％、４２％、４７％、６０％として示す。）を変化させた場合に得ることができる特性表である。この図２は、現状予熱パターンをベースに投入燃料の量を変更した種々のケースについての計算により得たものである。ここで、平均バーナ熱負荷とは、図示の例のように複数のバーナを用いて予熱を行う場合の全バーナを平均した熱負荷を意味する。また、現状予熱パターンをベースとした投入燃料の量とは、図中の平均バーナ熱負荷として記載した相対値である。
【００２４】
この図２によれば、予熱時間（図中の破線）と平均バーナ熱負荷（図中の実線）とが決まれば、その交点として、タンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度とその場合に必要とされている燃料投入量とを得ることができる。ここで一例を挙げれば、バーナ熱負荷が４２％で予熱時間が１２０分の条件では、タンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度は約３００℃になり、そのときの燃料投入量は７３５Ｎｍ3になる。
【００２５】
制御装置２３は、この図２に示すような関係を利用して、予熱時間との交点が２８０〜３１０℃の温度範囲にあって、燃料投入量が最小となる平均バーナ熱負荷を選択して、その選択した平均バーナ熱負荷となるように、流量調節部２２を調節して、予熱バーナ２１に供給される燃料の流量（具体的には、燃料供給速度）を調節している。
【００２６】
例えば、図２の関係を例にとれば、予熱時間が１１０分の場合には、２８０〜３１０℃の範囲では、平均バーナ熱負荷が４２％と４７％のものがあるが、燃料投入量でみた場合、その燃料投入量が小さいのは平均バーナ熱負荷が４２％の方であり、このような場合、制御装置２３は、平均バーナ熱負荷が４２％となるように流量調節部２２を調節して、燃料の流量を調節する。
【００２７】
さらに、タンディッシュ１０の予熱を行っている途中で、予熱時間の変更が必要になった場合に、制御装置２３は、その予熱時間に応じて、タンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度が所定温度になるようにしつつも、燃料投入量が最小になるように制御している。
予熱時間を変更する必要がある場合としては、予定より短い時間で予熱を完了しなくてはならなくなった場合と予熱を延長しなければならなくなった場合とがある。
【００２８】
先ず、予定より短い時間で予熱を完了しなくてはならない場合について説明する。ここで、予定より短い時間で予熱を完了しなくてはならない場合としては、溶融金属の成分や温度を調整して鋳造すべき溶融金属を準備する精錬工程等の上工程の処理が早まった場合が挙げられる。
このように、予定より短い時間で予熱を完了しなくてはならない場合、その予熱時間変更の必要性が判明してから以降は、予定より早い昇熱速度でタンディッシュ１０を昇熱しなくてはならなくなる。この場合、当然、平均バーナ熱負荷を増大することが必要になる。
【００２９】
このような場合でも、制御装置１２は、タンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度が２８０℃〜３１０℃の範囲を満足し、且つ最小の燃料投入量になるような平均バーナ熱負荷にしている。例えば、平均バーナ熱負荷を４２％にしていた状態から、６０％に増大すべきか或いは１００％に増大すべきかといった選択肢ができるが、そのような場合には、タンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度が２８０℃〜３１０℃の範囲を満足し、且つ最小の燃料投入量になるような平均バーナ熱負荷にしている。
【００３０】
ここで、例えば、前記図２は、平均バーナ熱負荷と耐火物断面平均温度と予熱時間との関係を示しているが、この図２に基づいて、予熱時間と耐火物平均温度との関係に着目して示した図３を考えてみる。この図３は、その傾きが昇熱速度を示すものになる。例えば、前述したように、予熱時間が変更された場合には、この図３に示す関係を用いて、許容される予熱時間内に耐火物断面平均温度２８０〜３１０℃の範囲に入る平均バーナ熱負荷にする。
【００３１】
また、耐火物断面平均温度には前述したように３０℃の許容範囲があるので、平均バーナ熱負荷にも許容範囲がある。よって、この場合においても、いずれの平均バーナ熱負荷を選択するかは、前記図２に示す関係等を用いて、燃料投入量が最小になる平均バーナ熱負荷にする。
一方、前述の場合とは逆の場合、すなわち、上工程の処理の遅れにより、予熱を延長せざるをえなくなった場合について説明する。
【００３２】
この場合、その予熱時間変更の必要性が判明してから以降は、予定より遅い昇熱速度でタンディッシュ１０を昇熱しても問題ないことから、平均バーナ熱負荷を低減することができるようになる。この場合も、制約条件としての予熱中のタンディッシュ内張耐火物１２の断面平均温度が２８０〜３１０℃の範囲を満足する平均バーナ熱負荷にする。
【００３３】
例えば、前記図３の関係を用いて、前述の場合と同様に、許容される予熱時間内に耐火物断面平均温度２８０〜３１０℃の範囲に入る平均バーナ熱負荷にする。そして、この場合にも、前記図２に示す関係等を用いて、燃料投入量が最小になる平均バーナ熱負荷にする。
以上のような構成をなすタンディッシュの予熱制御装置は、耐火物断面平均温度を所定の温度範囲（２８０℃〜３１０℃）を予熱時間内に維持しつつも、予熱バーナ２１への燃料投入量が最小になるようにしてタンディッシュ内張耐火物１２の予熱を行っている。さらに、タンディッシュの予熱制御装置は、予熱時間に変更が生じた場合でも、その予熱時間に応じて、同様な制約のもとで予熱を実現している。
【００３４】
これにより、タンディッシュの予熱制御装置は、タンディッシュ１０の温度が上がりすぎて、タンディッシュ１０内に品質向上用等のために設置してある治具を溶かしてしまうことを防止し、さらに予熱時間全体を通じて投入燃料の削減することで、省エネルギー化やＣＯ2の排出量の削減を実現している。さらに、予熱時間に変更が生じた場合でも、タンディッシュの予熱制御装置は、そのような効果を得ることができる。
【００３５】
なお、前述の実施の形態では、図２及び図３を用いて制御する場合について説明したが、これに限定されないことはいうまでもない。他の関係或いは特性表等を用いて制御してもよく、或いはリアルタイムで演算により必要な値を求め、その値に基づいて制御するようにしてもよい。
【００３６】
【実施例】
溶鋼保持容量７５トンのタンディッシュの予熱に本発明を適用した場合について、従来の技術と比較した結果について説明する。なお、タンディッシュの予熱はＣガス（コークス炉ガス（４３００ｋcal／Ｎｍ3））を燃料とするバーナで行った。
【００３７】
（従来技術の場合）
タンディッシュの標準予熱時間を１２０分、バーナ熱負荷を４５％とした予熱基準に基づいて、一律にタンディッシュの予熱を行った。
５００ヒートの予熱のうち、標準予熱時間１２０分±１０分の範囲で予熱完了し、鋳造開始できたヒートは４８５ヒートであり、標準より１０分以上短い時間で予熱を完了せざるを得なかったヒートは６ヒート（予熱時間不足ヒート）、標準より１０分以上長い時間で予熱せざるを得なかったヒートは９ヒート（予熱延長ヒート）であった。
【００３８】
予熱時間不足ヒートのうち２ヒートで浸漬ノズル内での溶鋼の凝固が発生する結果となった。これにより、鋳造を中止せざるをえなくなった。また、予熱延長ヒートのうち３ヒートでタンディッシュ内のストッパとタンディッシュノズルの溶着が生じる結果となった。これにより、鋳造開始時にストッパにより開口ができなくなり、鋳造を中止せざるを得なくなった。また、全ヒートでの燃料投入量は平均で８８０Ｎｍ3であった。
【００３９】
（本発明の場合）
予熱中にタンディッシュ内張耐火物の断面平均温度が２８０〜３１０℃の範囲に収まるように、標準予熱時間を１３０分、バーナ熱負荷を３５％にしてこれを標準として予熱を行った。
４００ヒートの予熱のうち、標準予熱時間１３０分±１０分の範囲で予熱完了し、鋳造開始できたヒートは３８８ヒートであり、標準より１０分以上短い時間で予熱を完了せざるを得なかったヒートは４ヒート（予熱時間不足ヒート）、標準より１０分以上長い時間で予熱せざるを得なかったヒートは８ヒート（予熱延長ヒート）であった。
【００４０】
予熱時間を途中で変更したヒートでは、その際に平均バーナ熱負荷を変更した。変更する平均バーナ熱負荷については、耐火物断面平均温度が２８０〜３１０℃の範囲に収まり、かつ燃料投入量が最小になるように、前記図１や図２の関係を用いて決定した。
この結果、浸漬ノズル内での溶鋼の凝固やストッパとタンディッシュノズルの溶着は発生しないという結果を得た。また、全ヒートでの燃料投入量は平均で６１０Ｎｍ3であった。
【００４１】
この実施例の結果からも明かなように、本発明によれば、タンディッシュの温度が上がりすぎて、タンディッシュ内の治具を溶かしてしまうことなく、さらに予熱時間全体を通じて投入燃料の削減することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び３に記載の発明によれば、前記タンディッシュ内張耐火物の断面平均温度を２８０〜３１０℃の範囲にするようにバーナへの燃料の投入量を制御することで、タンディッシュに流れ出た際の溶融金属が、鋳型内で必要とされる溶鋼の温度を下回ってしまうことを防止するとともに、溶融金属により連続鋳造用タンディッシュ内に設けた治具が破損してしまうことを防止することができ、さらに予熱時間全体を通じて投入燃料の削減することができる。
【００４３】
また、請求項２及び４に記載の発明によれば、予熱中のタンディッシュ内張耐火物の所定の温度になるように制御しつつ、その制御のもととなるバーナへの燃料の投入量を予熱時間に応じて可変にして最小となるようにしているので、予熱時間が途中で変更するような場合であっても、請求項１及び３の発明による効果と同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のタンディッシュの予熱装置の構成を示す図である。
【図２】燃料投入量と耐火物断面平均温度との関係を、平均バーナ熱負荷をパラメータとして示す特性図である。
【図３】予熱時間と耐火物断面平均温度との関係を、平均バーナ熱負荷をパラメータとして示す特性図である。
【符号の説明】
１０  タンディッシュ
１１  鉄皮
１２  タンディッシュ内張耐火物
１３  タンディッシュ本体
１４  蓋
１５  上ノズル
１６  スライディングノズル
１７  開口部
２０  タンディッシュ予熱装置
２１  予熱バーナ
２２  流量調節部
２３  制御装置
【図１】
0003693028.tif 000002
【図２】
0003693028.tif 000003
【図３】
0003693028.tif 000004