(57)【要約】      （修正有）【課題】連続鋳造プロセスにおけるタンディッシュ内の溶解物の熱伝導効率を向上させる方法の提供。【解決手段】タンディッシュ１０は少なくとも１つの注出口１２、１２’及び注入口４２を備え、加熱チャンバ２０、加熱チャンバ２０内部に配置されたプラズマトーチ３２を有する、アームに取り付けられ、加熱チャンバ２０の孔を通じて溶解物６０に対してある距離をおいて動作するように構成されているプラズマ加熱装置３０、並びに、加熱チャンバ２０の外側に配置されて溶解物６０を電磁攪拌するように構成されている、電磁攪拌機５０を備え、加熱チャンバ２０は、上方部分に設けられた一対の堰２２、２２’と、下方部分に設けられた一対のダム２４、２４’とを更に備え、電磁攪拌機５０は、加熱チャンバ２０のある領域内の溶解物を電磁攪拌するように構成されており、当該領域は堰２２、２２’及びダム２４、２４’で囲まれている装置１。【選択図】図２ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造プロセスにおいてタンディッシュ内の溶解物の熱伝導を向上させる方法であって、
加熱チャンバ内に配置されたプラズマトーチを有するプラズマ加熱デバイスを取り付けることであって、前記加熱チャンバは前記タンディッシュの上方で前記溶解物に対してある距離をおいて配置される、取り付けること（Ｓ１０）、
前記加熱チャンバの上方部分に一対の堰を設けること（Ｓ２０）、
前記加熱チャンバの下方部分に一対のダムを設けること（Ｓ３０）、
前記溶解物を電磁攪拌するために前記タンディッシュの外面に電磁攪拌機を取り付けること（Ｓ４０）、
加熱チャンバを通じてプラズマ熱を前記タンディッシュ内の前記溶解物に印加すること（Ｓ５０）、及び
前記加熱チャンバのある領域内の前記溶解物を電磁攪拌することであって、前記領域は前記堰及び前記ダムによって囲まれている、電磁攪拌すること（Ｓ６０）
を含む、方法。
【請求項２】
前記電磁攪拌の攪拌速度を、０，２から０，５ｍ／秒の範囲内に制御することを更に含む（Ｓ７０）、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電磁攪拌の攪拌速度を、０．５ｍ／秒よりも高く制御することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記溶解物を上方向又は下方向に電磁攪拌すること（Ｓ８０、  Ｓ８０’）を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
連続鋳造プロセスにおけるタンディッシュ（１）内の溶解物（６０）への熱伝導のための装置であって、前記タンディッシュが少なくとも１つの注出口（１２、１２’）及び注入口（４２）を備え、前記装置が
加熱チャンバ（２０）、
前記加熱チャンバ内に配置されたプラズマトーチ（３２）  を備えたプラズマ加熱装置（３０）であって、アームに取り付けられ、前記加熱チャンバ（２０）の孔を通じて前記溶解物（６０）からある距離をおいて動作するように構成された、プラズマ加熱装置（３０）、及び
前記加熱チャンバ（２０）の外側に配置されて前記溶解物（６０）を電磁攪拌するように構成された、電磁攪拌機（５０）
を備え、
前記加熱チャンバ（２０）が、前記加熱チャンバの上方部分に設けられた一対の堰（２２、２２’）と、前記加熱チャンバの下方部分に設けられた一対のダム（２４、２４’）とを更に備え、前記電磁攪拌機（５０）が、前記加熱チャンバ（２０）のある領域内の前記溶解物を電磁攪拌するように構成されており、前記領域は前記堰（２２、２２’）及び前記ダム（２４、２４’）によって囲まれていることを特徴とする、装置。
【請求項６】
前記電磁攪拌機が、前記溶解物を０．２から０．５ｍ／秒の範囲内の攪拌速度で攪拌するように構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記電磁攪拌機が、前記溶解物を０．５ｍ／秒よりも速い攪拌速度で攪拌するように構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記ダム及び前記堰が、取鍋の前記注入口と前記タンディッシュの注出口との間に位置している、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記電磁攪拌機が、前記溶解物を上方向又は下方向に攪拌するように構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
請求項５から９一項に記載の装置を備えた、溶解物の連続鋳造のためのタンディッシュ。
【請求項１１】
２つ以上の注出口を有するマルチストランドタンディッシュである、請求項１０に記載のタンディッシュ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタンディッシュプラズマ熱伝導を向上させる方法及び装置に関する。タンディッシュは、注出口と、注入口を有する取鍋とを備え、本装置は、加熱チャンバの上方部分に設けられた一対の堰、及び加熱チャンバの下方部分に設けられた一対のダムを含む、加熱チャンバと、溶解物まである距離をおいて加熱チャンバに取付けられたプラズマ加熱装置とを備える。
【背景技術】
【０００２】
金属の連続鋳造において、タンディッシュ内の溶融金属の鋳造温度変化を精密に制御するために、タンディッシュプラズマ加熱が用いられる。タンディッシュプラズマ加熱は、プラズマトーチを適用してタンディッシュの溶解物の表面に直接熱を伝動し、その後熱は所定の流動によって溶解物へと伝導される。プラズマアークを生成するために、プラズマトーチはタンディッシュ内に収容されており、鋳造中、最大で約５０００Ａｍｐの制御された電流で動作し、プラズマアークを形成するのに幾らかのアルゴン流量を必要とする。タンディッシュが高グレードの耐火性リッドで覆われることによって加熱チャンバが形成されており、これが溶融金属の上方に不活性雰囲気を確立し、溶融金属を再酸化及び窒素ピックアップから保護する。加熱チャンバ内の表面積は、プラズマ電流の循環を確実にするためにスラグ・フリー（ｓｌａｇ  ｆｒｅｅ）であるべきである。
【０００３】
プラズマアークの温度は、通常、約１００００℃である。この熱はプラズマアークから伝導されて加熱チャンバ内に放射され、これにより、溶解物の表面の温度がより高いレベルへと上昇する。溶解物の表面が高温であることにより、熱チャンバ上方部分に高い温度勾配が発生し、これによって大きな浮力が発生することとなる。浮力は注入口の流動から来る対流に対して反作用し、これにより加熱チャンバの上方部分に停滞区域が形成される。この停滞区域によって、加熱チャンバの上部から底部への熱伝導率が低下する。このことは、プラズマ加熱の主な欠点が加熱効率の低さであり、通常は熱の約６０％が利用されているにすぎないことを意味する。
【０００４】
ＪＰ０４０８９１６０はあるシステムを開示しており、このシステムでは溶鋼が取鍋からノズルを介してタンディッシュ内に、更にタンディッシュノズルからモールドへと注入される。このシステムは更に、取鍋ノズルとタンディッシュノズルとの間に配置された、溶鋼を加熱するためのプラズマ加熱デバイス、及び、プラズマ加熱デバイス付近に配置された、電磁力を用いて溶鋼を攪拌するための溶鋼攪拌デバイスを備える。ＡＣリニアモータ電磁コイル又は電磁石が、溶鋼攪拌デバイスに用いられる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、連続鋳造プロセスにおいてタンディッシュ内の溶解物の熱伝導効率を向上させる方法を提供することである。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、連続鋳造プロセスにおいてタンディッシュ内の溶解物の熱伝導効率を向上させる方法が示される。本方法は、加熱チャンバ内のプラズマトーチを有するプラズマ加熱デバイスを取り付けることであって、加熱チャンバはタンディッシュの上方で溶解物に対してある距離をおいて配置される、取り付けること、加熱チャンバの上方部分に一対の堰を設けること、加熱チャンバの下方部分に一対のダムを設けること、溶解物を電磁攪拌するためにタンディッシュの外面に電磁攪拌機を取り付けること、加熱チャンバを通じてプラズマ熱をタンディッシュ内の溶解物に印加すること、及び、加熱チャンバのある領域内の溶解物を電磁攪拌することであって、当該領域は堰及びダムによって囲まれている、電磁攪拌すること、を含む。
【０００７】
電磁攪拌することにより、タンディッシュの壁に沿った攪拌力が確立される。攪拌力により加熱チャンバ内部の回転流が引き起こされ、これにより、温度を均質化しプラズマトーチから溶解物への熱伝導を向上させる。溶解物は、軸に対して上方又は下方の方向に電磁攪拌され得る。
【０００８】
ダム及び堰によって囲まれた領域のみが電磁攪拌されるので、これにより加熱チャンバからタンディッシュ注出口への短絡流が防止される。
【０００９】
攪拌機がタンディッシュ溶解物に接触せず、且つ独立して動作可能であることにより信頼性が高まるので、電磁攪拌の適用が有利となる。
【００１０】
更に、タンディッシュ内の溶解物の流れが溶解物の温度又は耐火状態に関わらず一定のフローパターンで制御され得るので、より優れた反復性が達成される。
【００１１】
更なる利点には以下が含まれる。
・  溶解物の安定した湯面（ｆｒｅｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）が維持されることにより、プラズマアークの安定性が影響を受けない。
・  発生し得る溶解物表面のスラグが、プラズマ加熱エリアから除去される。
・  溶解物のフローが望ましい特性で制御され、デッドゾーンの最小化、混合容積の強化及び拡大が達成される。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、方法は、電磁攪拌の攪拌速度を０．２〜０．５ｍ／秒の範囲で制御して、溶解物の同様の回転流速を確立することを更に含む。
【００１３】
第２の態様では、連続鋳造プロセスにおけるタンディッシュ内の溶解物の熱伝導  のための装置が提供される。タンディッシュは注出口及び注入口を備える。装置は、加熱チャンバ、加熱チャンバ内に配置されたプラズマトーチ（３２）を備えるプラズマ加熱装置（３０）であって、アームに取り付けられ、加熱チャンバ（２０）の孔を通じて溶解物（６０）まである距離をおいて動作するように構成されている、プラズマ加熱装置（３０）、及び、加熱チャンバの外側に配置された電磁攪拌機、を備える。加熱チャンバは更に、加熱チャンバの上方部分に設けられた一対の堰、及び、加熱チャンバの下方部分に設けられた一対のダムを備え、電磁攪拌機は、加熱チャンバ内のある領域内の溶解物を電磁攪拌するように構成されており、当該領域は堰及びダムによって囲まれている。
【００１４】
本発明の第１の実施形態で、ダム及び堰は、タンディッシュの注入口  と注出口との間に配置されている。
【００１５】
第３の態様では、溶解物を連続鋳造するための本発明の装置を備えたタンディッシュが提供される。タンディッシュは第２の注出口を含むマルチストランドのタンディッシュであり得る。
【００１６】
以下、本発明の種々の実施形態の記載及び添付図面により、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１ａ】本発明の一実施形態による、連続鋳造プロセスにおいてタンディッシュ内の溶解物の熱伝導を向上させるフロー図である。
【図１ｂ】本発明の別の実施形態による、連続鋳造プロセスにおいてタンディッシュ内の溶解物の熱伝導を向上させるフロー図である。
【図２ａ】本発明の第３の実施形態による、連続鋳造プロセスにおいてタンディッシュ内の溶解物の熱伝導を向上させるシステムの概略上面図である。
【図２ｂ】本発明の第３の実施形態による、連続鋳造プロセスにおいてタンディッシュ内の溶解物の熱伝導を向上させるシステムの概略側面図である。
【図２ｃ】本発明の第３の実施形態による、連続鋳造プロセスにおいてタンディッシュ内の溶解物の熱伝導を向上させるシステムの概略正面図である。
【図３】様々な構成でのタンディッシュの速度場を示し、特に、電磁攪拌を含まない装置及び図２ａ〜ｃの実施形態の装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、例示的な実施形態が示された添付図面を参照しつつ、本発明の概念をより完全に説明する。しかしながら本発明の概念は多くの異なる形態で実施されることができ、本明細書で説明される実装に限定されるものと解釈されるべきではなく、これらの実施形態はむしろ、本開示が包括的で完全となるように例示目的で提供されており、当業者に本発明の概念の範囲を十分に伝えるためのものである。
【００１９】
図２ａ〜ｃ及び図１ａ〜ｂを参照すると、タンディッシュ内の溶解物６０の熱伝導のための本発明の装置１は、連続鋳造プロセスにおけるモールド１０を含む。タンディッシュ１０は更に、タンディッシュノズル１２としても示される注出口を備える。この実施例では、タンディッシュノズルとして示された２つの注出口（１２、１２’）がタンディッシュの各側部に構成されている。溶解物をタンディッシュ内に供給するために、注入口４２を含む取鍋４０が配置されている。タンディッシュ１０は、取鍋４０と連続鋳造機とを接続するように構成され、リザーバとして溶解物を鋳造機へと連続的に分注する。高品質の金属の提供を可能にするために、タンディッシュ１０は溶解物６０を所望の温度及び均一な流量で連続鋳造機へ提供する。溶解物６０（即ち、溶融金属）は、鉄、鋼、アルミニウム、銅、及びそれらの合金又は混合物のうちであり得る。
【００２０】
この例示的な実施形態で、タンディッシュ１０は、２つの部分（注入チャンバ１２及び注出チャンバ１４）に分割されており、且つ３０トンの重量を有するＴ字型タンディッシュである。注出チャンバは基本的にＴ字型におけるアーム部分であり、矩形状を有する。注入チャンバ１２は基本的にＴ字型における中央レッグ部分であるので、注出チャンバ１４のより長い側部のうち一方の側に直接配置される。一方、取鍋４０は注入チャンバ１２の上方に配置され、注入チャンバ１２は取鍋４０からその注入口４２を通じて移送される溶解物を受容する。
【００２１】
装置１は、高グレードの耐火性リッドで部分的に作製された加熱チャンバ２０、加熱チャンバ上に溶解物からある距離をおいて取り付けられたプラズマ加熱装置３０、及び、電磁攪拌機５０を備える。加熱チャンバ２０は、溶融金属の上方で不活性雰囲気を確立し、溶融金属を再酸化及び窒素ピックアップから保護する。この例示的な実施形態で、加熱チャンバは注出チャンバ１４の上方に配置されている。
【００２２】
プラズマ加熱装置３０が、加熱チャンバ２０上に溶解物の表面からある距離をおいて、取鍋の注入口４２とタンディッシュの注出口（１２、１２’）との間に、取り付けられる（工程Ｓ１０）。溶解物６０を加熱するために、プラズマトーチ（３２）を発生させるプラズマバーナを含むプラズマ加熱装置３０が配置される。
【００２３】
加熱チャンバ２０は、加熱チャンバの上方部分に設けられた一対の堰（２２、２２’）、及び、加熱チャンバの下方部分に設けられた一対のダム（（２４、２４’））を更に含む（工程Ｓ２０及びＳ３０）。堰（２２、２２’）の配置は更に、効率的なプラズマ加熱を確実にするために、プラズマ加熱するための加熱チャンバを囲み、加熱チャンバからのスラグを防止し加熱チャンバをアルゴンガスで封止し、溶解物の再酸化を防止してプラズマアークを維持する。ダム（２４、２４’）は、溶解物の混合を増大させ、加熱チャンバ内の１つの回転流を可能にする。更に、ダム（２４、２４’）の配置により、加熱チャンバから注出口１２、１２’への短絡流が防止される。この例示的な実施形態では、注入チャンバ１２と注出チャンバ１４との間に更なる第３の堰２３が構成されている。
【００２４】
タンディッシュの外側に（この実施例では、注出チャンバ１４のより長い側部のうちもう一方の外面に）、電磁攪拌機５０が配置される（工程４０）。電磁攪拌機５０は、タンディッシュ内部の溶解物にプラズマ熱が印加される（工程４０）と、堰（２２、２２’、２３）とダム（２４、２４’）とによって囲まれた領域内の溶解物を、電磁力を用いて電磁攪拌するように構成される（工程Ｓ５０）。これは、プラズマトーチと溶解物との間の熱伝導が主に加熱チャンバ内で発生し、加熱チャンバの外側を攪拌することが効率的な熱伝導を促さないためである。好ましくは、加熱チャンバ内の温度を均質化すると同時に加熱チャンバ内の大きな乱流を回避するために、電磁攪拌の攪拌速度が０，２〜０，５メートル／秒の範囲内に制御される（工程Ｓ７０）。攪拌速度は数値シミュレーションに基づき、連続鋳造プロセスのクオリティフィードバックに基づいて微調整されるべきである。攪拌速度の下限は加熱チャンバ内の混合による効果を保証し、攪拌速度の上限は、加熱チャンバ内の強い乱流及び溶解物内のスラグの巻き込みを防止する。トップ部のスラグを含まないタンディッシュにおいては、０．５ｍ／秒を上回る攪拌速度が可能である。
【００２５】
更に、電磁攪拌機５０は、溶解物を上方向又は下方向に電磁攪拌するように構成され（工程Ｓ８０又はＳ８０’）、これにより、タンディッシュの内壁に沿って上方又は下方の攪拌力が生み出される。この実施例では、図２ｃに示すように溶解物は上方向に攪拌され、これにより、タンディッシュ内の溶解物が上方向に流れて低温の溶解物が均一な加熱のために溶解物の表面まで回転させられる。プラズマトーチは溶解物の表面の上方に位置している。これにより溶解物の温度が均質化され、プラズマアークから溶解物への熱伝導が向上する。
【００２６】
図２ａ〜ｃの例示的な実施形態はＴ字型のマルチストランドタンディッシュを示しているが、本発明はシングルストランドのタンディッシュ及びその他の型（例えば、Ｌ字、Ｃ字、又はＨ字型）のシングルもしくはマルチストランドタンディッシュにも応用可能であることを理解されたい。
【００２７】
電磁攪拌をプラズマ加熱と組み合わせることにより、回転流（即ち、熱伝導効率）が大きく向上する。このことは、種々の構成が比較された図３に示すシミュレーションにより明らかである。
【００２８】
図３は、特に、電磁攪拌なしの装置及び図２ａ〜ｃの実施形態の装置の種々の構成のタンディッシュの模擬された速度場を示す。
【００２９】
下記の表は、プラズマ加熱及び電磁攪拌の種々の模擬された構成を示す。
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【００３０】
第１のケースではプラズマ加熱及び電磁攪拌を含まない構成が模擬されており、加熱チャンバ内の弱い回転流が示されている。第２のケースではプラズマ加熱を含むが電磁攪拌を含まない構成が模擬されており、加熱チャンバ内の中程度の回転流が示されている。第３のケースではプラズマ加熱と電磁攪拌との双方を含む構成が模擬されており、加熱チャンバ内の強い回転流が示されている。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【外国語明細書】
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