特許7167519タンディッシュ内合金添加装置、及び、タンディッシュ内合金添加方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-31
(45)【発行日】2022-11-09
(54)【発明の名称】タンディッシュ内合金添加装置、及び、タンディッシュ内合金添加方法
(51)【国際特許分類】
B22D 11/108 20060101AFI20221101BHJP
B22D 11/10 20060101ALI20221101BHJP
B22D 11/11 20060101ALI20221101BHJP
B22D 41/015 20060101ALI20221101BHJP
【ＦＩ】
B22D11/108 D
B22D11/10 310F
B22D11/10 310D
B22D11/10 360D
B22D11/11 B
B22D41/015
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2018136950
(22)【出願日】2018-07-20
(65)【公開番号】P2020011288
(43)【公開日】2020-01-23
【審査請求日】2021-03-03
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(72)【発明者】
【氏名】藤井 忠幸
(72)【発明者】
【氏名】関 健
(72)【発明者】
【氏名】原田 寛
(72)【発明者】
【氏名】池田 圭太
(72)【発明者】
【氏名】加藤 雄一
【審査官】萩原 周治
(56)【参考文献】
【文献】特開平０６－３２０２３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平０２－１３８０４６（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開平０９－１２２８４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２６６４２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－２３９５０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１６２３５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－１４９０５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６４－０１１０５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第８９／００７４９９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０８３３９９７０（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０３４１７９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２２Ｄ １１／００－１１／２２
Ｂ２２Ｄ ３３／００－４７／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して合金元素を添加するタンディッシュ内合金添加装置であって、前記合金元素を含むワイヤー材を前記タンディッシュ内の溶鋼に供給するワイヤー供給手段と、
前記タンディッシュ内の溶鋼をプラズマ加熱するプラズマ加熱手段と、
前記タンディッシュ内の溶鋼をガスバブリングして撹拌するガスバブリング手段と、を備えており、
前記ワイヤー供給手段、前記プラズマ加熱手段、及び、前記ガスバブリング手段が、前記タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口までの領域に配置されており、
前記ワイヤー供給手段と前記プラズマ加熱手段とが離間して配置されており、前記タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口までの距離をＬとした場合に、前記ワイヤー供給手段と前記プラズマ加熱手段との間の距離が０．２８×Ｌ以上１．０×Ｌ以下の範囲内とされていることを特徴とするタンディッシュ内合金添加装置。
【請求項2】
前記タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口に向けて、順に、前記ワイヤー供給手段、前記プラズマ加熱手段、前記ガスバブリング手段が配設されていることを特徴とする請求項１に記載のタンディッシュ内合金添加装置。
【請求項3】
前記プラズマ加熱手段の電極部が、絶縁筒で覆われていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のタンディッシュ内合金添加装置。
【請求項4】
タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して合金元素を添加するタンディッシュ内合金添加方法であって、ワイヤー供給手段により、前記合金元素を含むワイヤー材を前記タンディッシュ内の溶鋼に供給するワイヤー供給工程と、
プラズマ加熱手段により、前記タンディッシュ内の溶融金属をプラズマ加熱するプラズマ加熱工程と、
前記タンディッシュ内の溶融金属をガスバブリングして撹拌するガスバブリング工程と、
を備えており、
前記ワイヤー供給工程と前記プラズマ加熱工程とを離間した箇所で実施する構成とされており、前記タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口までの距離をＬとした場合に、前記ワイヤー供給手段と前記プラズマ加熱手段との間の距離が０．２８×Ｌ以上１．０×Ｌ以下の範囲内とされていることを特徴とするタンディッシュ内合金添加方法。
【請求項5】
溶鋼が、前記ワイヤー供給工程、前記プラズマ加熱工程、その後、前記ガスバブリング工程の順に通過することを特徴とする請求項４に記載のタンディッシュ内合金添加方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して合金元素を添加するタンディッシュ内合金添加装置、及び、タンディッシュ内合金添加方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、鋼の連続鋳造設備においては、取鍋と鋳型との間にタンディッシュが配置されており、取鍋内の溶鋼をタンディッシュに受け、タンディッシュから鋳型内へと供給する構成とされている。
ここで、鋳型内へ供給される溶鋼の温度は、操業の安定性や鋳片の品質に大きな影響を与え、連続鋳造において非常に重要な因子である。
ここで、鋳型内へ供給される溶鋼の温度は、操業の安定性や鋳片の品質に大きな影響を与え、連続鋳造において非常に重要な因子である。
【0003】
そこで、上述のタンディッシュには、鋳型内へ供給される溶鋼の温度を調整するために、通過する溶鋼を加熱する手段としてプラズマ加熱装置が配設されている。
このようなプラズマ加熱装置は、プラズマトーチを被加熱物に近接させ、被加熱物とプラズマトーチとの間にアークを発生させることによって、被加熱物を加熱する構成とされている。プラズマトーチとしては、黒鉛製の消耗電極（黒鉛電極）や水冷式の金属製トーチが用いられている。
このようなプラズマ加熱装置は、プラズマトーチを被加熱物に近接させ、被加熱物とプラズマトーチとの間にアークを発生させることによって、被加熱物を加熱する構成とされている。プラズマトーチとしては、黒鉛製の消耗電極（黒鉛電極）や水冷式の金属製トーチが用いられている。
【0004】
また、上述の鋼の連続鋳造設備においては、溶鋼の成分組成を調整するために、例えば特許文献１に示すように、タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して合金元素を添加することがある。
この特許文献１においては、プラズマ加熱装置の黒鉛電極の中空部から、金属ワイヤーあるいは金属粒を添加する構成とされている。
なお、特許文献２には、溶鋼中に合金元素をワイヤーとして供給するワイヤー供給装置が提案されている。
この特許文献１においては、プラズマ加熱装置の黒鉛電極の中空部から、金属ワイヤーあるいは金属粒を添加する構成とされている。
なお、特許文献２には、溶鋼中に合金元素をワイヤーとして供給するワイヤー供給装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１６－１９８７８７号公報
【文献】特開２０１４－２３７８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、特許文献１、２に記載されたように、合金元素を溶鋼中にワイヤー添加した場合、合金元素は溶鋼表面から供給されるため、添加された合金元素が溶鋼の表面に多く存在することになる。さらに、特許文献１に記載されたように、プラズマ加熱装置で溶鋼表面を加熱した場合には、タンディッシュ内の溶鋼の表面側の温度が高くなる。このため、溶鋼表面において合金元素の濃度が高くなり、均一な濃度の溶鋼をタンディッシュから供給することができないおそれがあった。
【0007】
また、特許文献１に示すように、プラズマ加熱装置の黒鉛電極の中空部から、金属ワイヤーあるいは金属粒を添加する構成とした場合には、プラズマガスの流入が阻害され、安定してプラズマアークを発生させることができず、着火不良や異常放電等が発生するおそれがあった。このため、タンディッシュ内の溶鋼を安定して加熱することができないといった問題が懸念される。
【0008】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して合金元素を添加して均一な成分組成の溶鋼を安定して供給することが可能なタンディッシュ内合金添加装置、及び、タンディッシュ内合金添加方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明に係るタンディッシュ内合金添加装置は、タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して合金元素を添加するタンディッシュ内合金添加装置であって、前記合金元素を含むワイヤー材を前記タンディッシュ内の溶鋼に供給するワイヤー供給手段と、前記タンディッシュ内の溶鋼をプラズマ加熱するプラズマ加熱手段と、前記タンディッシュ内の溶鋼をガスバブリングして撹拌するガスバブリング手段と、を備えており、前記ワイヤー供給手段、前記プラズマ加熱手段、及び、前記ガスバブリング手段が、前記タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口までの領域に配置されており、前記ワイヤー供給手段と前記プラズマ加熱手段とが離間して配置されており、前記タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口までの距離をＬとした場合に、前記ワイヤー供給手段と前記プラズマ加熱手段との間の距離が０．２８×Ｌ以上１．０×Ｌ以下の範囲内とされていることを特徴としている。
【0010】
この構成のタンディッシュ内合金添加装置によれば、ガスバブリング手段で溶鋼を撹拌することにより、プラズマ加熱手段によって加熱された溶鋼の温度を深さ方向で均一化することができ、かつ、ワイヤー供給手段によって供給された合金元素の濃度を均一化させることが可能となる。
また、プラズマ加熱手段によって加熱することで、ワイヤー供給手段によるワイヤー材の添加、及び、ガスバブリング手段によるガスバブリングによる溶鋼の温度低下を抑制することができる。
さらに、ワイヤー供給手段とプラズマ加熱手段とが離間して配置されているので、プラズマガスの流通が妨げられず、着火不良や異常放電等の発生を抑制でき、安定してプラズマアークを発生させることが可能となる。
また、プラズマ加熱手段によって加熱することで、ワイヤー供給手段によるワイヤー材の添加、及び、ガスバブリング手段によるガスバブリングによる溶鋼の温度低下を抑制することができる。
さらに、ワイヤー供給手段とプラズマ加熱手段とが離間して配置されているので、プラズマガスの流通が妨げられず、着火不良や異常放電等の発生を抑制でき、安定してプラズマアークを発生させることが可能となる。
【0011】
また、前記タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口までの領域に、前記ワイヤー供給手段、前記プラズマ加熱手段、及び、前記ガスバブリング手段が、それぞれ配置されているので、タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して合金元素を安定して添加することが可能となる。
【0012】
また、本発明のタンディッシュ内合金添加装置においては、前記タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口に向けて、順に、前記ワイヤー供給手段、前記プラズマ加熱手段、前記ガスバブリング手段が配設されていることが好ましい。
この場合、タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して、まず、前記ワイヤー供給手段によってワイヤー材が供給され、次に、プラズマ加熱手段で溶鋼が加熱され、その後、前記ガスバブリング手段で溶鋼が撹拌されるので、タンディッシュの溶鋼出口側において溶鋼の温度及び合金濃度をさらに効率良く均一化させることが可能となる。
この場合、タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して、まず、前記ワイヤー供給手段によってワイヤー材が供給され、次に、プラズマ加熱手段で溶鋼が加熱され、その後、前記ガスバブリング手段で溶鋼が撹拌されるので、タンディッシュの溶鋼出口側において溶鋼の温度及び合金濃度をさらに効率良く均一化させることが可能となる。
【0013】
さらに、本発明のタンディッシュ内合金添加装置においては、前記プラズマ加熱手段の電極部が、絶縁筒で覆われていることが好ましい。
この場合、前記プラズマ加熱手段の電極部が絶縁筒で覆われているので、前記プラズマ加熱手段の電極部とワイヤー供給手段によって供給されるワイヤー材との間での放電の発生を抑制でき、溶鋼と電極部との間で安定してプラズマアークを発生させることが可能となる。
この場合、前記プラズマ加熱手段の電極部が絶縁筒で覆われているので、前記プラズマ加熱手段の電極部とワイヤー供給手段によって供給されるワイヤー材との間での放電の発生を抑制でき、溶鋼と電極部との間で安定してプラズマアークを発生させることが可能となる。
【0014】
本発明に係るタンディッシュ内合金添加方法は、タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して合金元素を添加するタンディッシュ内合金添加方法であって、ワイヤー供給手段により、前記合金元素を含むワイヤー材を前記タンディッシュ内の溶鋼に供給するワイヤー供給工程と、プラズマ加熱手段により、前記タンディッシュ内の溶融金属をプラズマ加熱するプラズマ加熱工程と、前記タンディッシュ内の溶融金属をガスバブリングして撹拌するガスバブリング工程と、を備えており、前記ワイヤー供給工程と前記プラズマ加熱工程とを離間した箇所で実施する構成とされており、前記タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口までの距離をＬとした場合に、前記ワイヤー供給手段と前記プラズマ加熱手段との間の距離が０．２８×Ｌ以上１．０×Ｌ以下の範囲内とされていることを特徴としている。
【0015】
この構成のタンディッシュ内合金添加方法によれば、ガスバブリング工程で溶鋼を撹拌することにより、プラズマ加熱工程で加熱された溶鋼の温度を深さ方向で均一化することができ、かつ、ワイヤー供給工程で供給された合金元素の濃度を均一化させることが可能となる。
また、プラズマ加熱工程で溶鋼を加熱することで、ワイヤー供給工程におけるワイヤー材の添加、及び、ガスバブリング工程におけるガスバブリングによる溶鋼の温度低下を抑制することができる。
さらに、前記ワイヤー供給工程と前記プラズマ加熱工程とを離間した箇所で実施するので、プラズマガスの流通が妨げられず、着火不良や異常放電等の発生を抑制でき、安定してプラズマアークを発生させることが可能となる。
また、プラズマ加熱工程で溶鋼を加熱することで、ワイヤー供給工程におけるワイヤー材の添加、及び、ガスバブリング工程におけるガスバブリングによる溶鋼の温度低下を抑制することができる。
さらに、前記ワイヤー供給工程と前記プラズマ加熱工程とを離間した箇所で実施するので、プラズマガスの流通が妨げられず、着火不良や異常放電等の発生を抑制でき、安定してプラズマアークを発生させることが可能となる。
【0016】
ここで、本発明のタンディッシュ内合金添加方法においては、溶鋼が、前記ワイヤー供給工程、前記プラズマ加熱工程、その後、前記ガスバブリング工程の順に通過する構成としてもよい。
この場合、タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して、まず、ワイヤー供給工程で溶鋼にワイヤー材が供給され、次に、プラズマ加熱工程で溶鋼が加熱され、その後、ガスバブリング工程で溶鋼が撹拌されるので、タンディッシュの溶鋼出口側において溶鋼の温度及び合金濃度をさらに効率良く均一化させることが可能となる。
この場合、タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して、まず、ワイヤー供給工程で溶鋼にワイヤー材が供給され、次に、プラズマ加熱工程で溶鋼が加熱され、その後、ガスバブリング工程で溶鋼が撹拌されるので、タンディッシュの溶鋼出口側において溶鋼の温度及び合金濃度をさらに効率良く均一化させることが可能となる。
【発明の効果】
【0017】
上述のように、本発明によれば、タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して合金元素を添加して均一な成分組成の溶鋼を安定して供給することが可能なタンディッシュ内合金添加装置、及び、タンディッシュ内合金添加方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施形態であるタンディッシュ内合金添加装置及びタンディッシュ内合金添加方法が適用される連続鋳造装置の概略説明図である。
【図2】本発明の実施形態であるタンディッシュ内合金添加装置の概略側面説明図である。
【図3】本発明の実施形態であるタンディッシュ内合金添加装置の概略上面説明図である。
【図4】本発明の実施形態であるタンディッシュ内合金添加装置におけるプラズマ加熱手段に用いられる中空電極の断面説明図である。
【図5】実施例における成分組成の評価結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下に、本発明の一実施形態であるタンディッシュ内合金添加装置及びタンディッシュ内合金添加方法について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【0020】
まず、本実施形態であるタンディッシュ内合金添加装置２０及びタンディッシュ内合金添加方法が適用される連続鋳造設備１０について、図１を参照して説明する。
この連続鋳造設備１０は、取鍋１１によって転炉から溶鋼３を移送し、ロングノズル１３を介してタンディッシュ１５に溶鋼３を移し、このタンディッシュ１５において大きな介在物を浮上分離した後、浸漬ノズル１７を介して連続鋳造用鋳型１９内に溶鋼３を供給し、連続鋳造鋳片１を連続的に鋳造するものである。
この連続鋳造設備１０は、取鍋１１によって転炉から溶鋼３を移送し、ロングノズル１３を介してタンディッシュ１５に溶鋼３を移し、このタンディッシュ１５において大きな介在物を浮上分離した後、浸漬ノズル１７を介して連続鋳造用鋳型１９内に溶鋼３を供給し、連続鋳造鋳片１を連続的に鋳造するものである。
【0021】
この連続鋳造設備１０においては、取鍋１１内で溶鋼３の成分組成が調整され、この溶鋼３がタンディッシュ１５に供給される。そして、本実施形態においては、タンディッシュ１５内を通過する溶鋼３にさらに合金元素を添加して、溶鋼３の成分組成を再調整している。本実施形態では、Ｎｉ，Ｃａ等の合金元素をタンディッシュ１５内の溶鋼３に添加する構成とされている。
ここで、タンディッシュ１５内を通過する溶鋼３に対して合金元素を添加する際に、本実施形態であるタンディッシュ内合金添加装置２０及びタンディッシュ内合金添加方法が適用される。
ここで、タンディッシュ１５内を通過する溶鋼３に対して合金元素を添加する際に、本実施形態であるタンディッシュ内合金添加装置２０及びタンディッシュ内合金添加方法が適用される。
【0022】
本実施形態であるタンディッシュ内合金添加装置２０は、図２及び図３に示すように、合金元素を含むワイヤー材３１をタンディッシュ１５内の溶鋼３に向けて供給するワイヤー供給手段３０と、タンディッシュ１５内の溶鋼３をプラズマ加熱するプラズマ加熱手段４０と、タンディッシュ１５内の溶鋼３をガスバブリングして撹拌するガスバブリング手段５０と、を備えている。
【0023】
本実施形態においては、ワイヤー材３１は、Ｎｉ，Ｃａ等の合金元素の紛体が鉄製の中空ワイヤー内に充填された構造とされている。
ここで、Ｎｉ，Ｃａ等の合金元素の添加量は、ワイヤー供給手段３０によるワイヤー材３１の供給速度で調整することが可能となる。ここで、本実施形態では、Ｎｉ，Ｃａ等の合金元素の添加量は、例えば０．１ｋｇ／ｍｉｎ以上４．０ｋｇ／ｍｉｎ以下の範囲内とされている。
ここで、Ｎｉ，Ｃａ等の合金元素の添加量は、ワイヤー供給手段３０によるワイヤー材３１の供給速度で調整することが可能となる。ここで、本実施形態では、Ｎｉ，Ｃａ等の合金元素の添加量は、例えば０．１ｋｇ／ｍｉｎ以上４．０ｋｇ／ｍｉｎ以下の範囲内とされている。
【0024】
プラズマ加熱手段４０は、タンディッシュ１５内の溶鋼面との間にプラズマアークを発生させて、タンディッシュ１５内の溶鋼３を加熱するものである。
このプラズマ加熱手段４０は、図２に示すように、タンディッシュ１５内の溶鋼面の上方に配設された中空電極４１と、タンディッシュ１５の壁面に設置された固定電極４２と、中空電極４１及び固定電極４２に電力を印加する直流電源４３と、を備えている。
直流電源４３は、上述の中空電極４１と固定電極４２と、の間に配設されている。本実施形態では、図２に示すように、中空電極４１側が陰極、固定電極４２側が陽極とされている。すなわち、本実施形態では、プラズマ加熱手段４０は、いわゆる熱陰極型シングルトーチ式とされている。
このプラズマ加熱手段４０は、図２に示すように、タンディッシュ１５内の溶鋼面の上方に配設された中空電極４１と、タンディッシュ１５の壁面に設置された固定電極４２と、中空電極４１及び固定電極４２に電力を印加する直流電源４３と、を備えている。
直流電源４３は、上述の中空電極４１と固定電極４２と、の間に配設されている。本実施形態では、図２に示すように、中空電極４１側が陰極、固定電極４２側が陽極とされている。すなわち、本実施形態では、プラズマ加熱手段４０は、いわゆる熱陰極型シングルトーチ式とされている。
【0025】
ここで、中空電極４１は、図２及び図４に示すように、概略円筒状をなしており、Ａｒ、Ｎ２、ＣＯ２等のガスが供給されるガス供給路が設けられている。
この中空電極４１を構成する材料としては、例えば、タングステン、特殊合金（Ｃｕ－Ｗ等）、黒鉛等が挙げられる。本実施形態においては、中空電極４１は黒鉛で構成されている。
また、中空電極４１の外径は、例えば５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内とされ、中空電極４１の内径（ガス供給路の直径）は、例えば１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内とされている。
この中空電極４１を構成する材料としては、例えば、タングステン、特殊合金（Ｃｕ－Ｗ等）、黒鉛等が挙げられる。本実施形態においては、中空電極４１は黒鉛で構成されている。
また、中空電極４１の外径は、例えば５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内とされ、中空電極４１の内径（ガス供給路の直径）は、例えば１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内とされている。
【0026】
ここで、図２及び図４に示すように、中空電極４１の外周側には、絶縁筒４５が配設されている。この絶縁筒４５は、耐熱性に優れたセラミックス（例えば、アルミナ等）で構成されている。
この絶縁筒４５により、中空電極４１と、ワイヤー供給手段３０から供給されるワイヤー材３１との間での放電の発生を抑制することが可能となる。
この絶縁筒４５により、中空電極４１と、ワイヤー供給手段３０から供給されるワイヤー材３１との間での放電の発生を抑制することが可能となる。
【0027】
ガスバブリング手段５０は、タンディッシュ１５内の溶鋼３に対して不活性ガスを吹き込んで、溶鋼３を撹拌するものである。
本実施形態においては、図２に示すように、タンディッシュ１５の底部に配設された不活性ガス放出部５１と、この不活性ガス放出部５１に対して不活性ガスを供給する不活性ガス供給部５２と、を備えている。
本実施形態においては、図２に示すように、タンディッシュ１５の底部に配設された不活性ガス放出部５１と、この不活性ガス放出部５１に対して不活性ガスを供給する不活性ガス供給部５２と、を備えている。
【0028】
ここで、不活性ガス放出部５１は、耐熱性に優れたセラミックス製の多孔質体で構成されている。なお、不活性ガス放出部５１を構成する多孔質体の気孔径を選択することにより、溶鋼３に吹き込まれる不活性ガスの気泡径を調整することができる。本実施形態では、不活性ガスの気泡径は、例えば０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内とされている。
【0029】
また、ガスバブリング手段５０によって吹き込まれる不活性ガスとしては、Ａｒ、Ｎ２等を用いることができる。なお、窒化物の生成を抑制するためには、Ａｒガスを用いることが好ましい。
さらに、ガスバブリング手段５０においては、溶鋼３の湯面が暴れない程度に、不活性ガスの吹き込み量を調整することが好ましい。本実施形態では、ガスバブリング手段５０による不活性ガスの吹き込み量は、１ｌ／ｍｉｎ以上２０ｌ／ｍｉｎ以下の範囲内とすることが好ましい。
さらに、ガスバブリング手段５０においては、溶鋼３の湯面が暴れない程度に、不活性ガスの吹き込み量を調整することが好ましい。本実施形態では、ガスバブリング手段５０による不活性ガスの吹き込み量は、１ｌ／ｍｉｎ以上２０ｌ／ｍｉｎ以下の範囲内とすることが好ましい。
【0030】
そして、本実施形態であるタンディッシュ内合金添加装置２０においては、図２及び図３に示すように、ワイヤー供給手段３０とプラズマ加熱手段４０とが離間して配置されている。すなわち、ワイヤー供給手段３０によるワイヤー材３１の供給位置とプラズマ加熱手段４０の中空電極４１の位置とが離間して配置されている。
ここで、タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口までの距離をＬとした場合に、ワイヤー供給手段とプラズマ加熱手段との間の距離が０．２８×Ｌ以上１．０×Ｌ以下の範囲内とされていることが好ましい。
ここで、タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口までの距離をＬとした場合に、ワイヤー供給手段とプラズマ加熱手段との間の距離が０．２８×Ｌ以上１．０×Ｌ以下の範囲内とされていることが好ましい。
【0031】
また、本実施形態においては、ワイヤー供給手段３０、プラズマ加熱手段４０、及び、ガスバブリング手段５０が、タンディッシュ１５の溶鋼入口１５Ａから溶鋼出口１５Ｂまでの領域に配置されていることが好ましい。すなわち、タンディッシュ１５の溶鋼入口１５Ａから溶鋼出口１５Ｂまでの距離Ｌの中に、ワイヤー供給手段３０、プラズマ加熱手段４０、及び、ガスバブリング手段５０が配設されている。
なお、本実施形態においては、図２及び図３に示すように、ガスバブリング手段５０の不活性ガス放出部５１は、ワイヤー供給手段３０及びプラズマ加熱手段４０が配設された位置の底部に配設されている。
なお、本実施形態においては、図２及び図３に示すように、ガスバブリング手段５０の不活性ガス放出部５１は、ワイヤー供給手段３０及びプラズマ加熱手段４０が配設された位置の底部に配設されている。
【0032】
次に、図２から図４に示すタンディッシュ内合金添加装置２０を用いた本実施形態であるタンディッシュ内合金添加方法について説明する。
まず、ガスバブリング手段５０から不活性ガスをタンディッシュ１５内に吹き込む。この状態で、取鍋１１からロングノズル１３を介してタンディッシュ１５内に溶鋼３を供給する。これにより、ガスバブリング手段５０の不活性ガス放出部５１（多孔質体）の気孔部に溶鋼３が差し込むことを抑制することが可能となる。
まず、ガスバブリング手段５０から不活性ガスをタンディッシュ１５内に吹き込む。この状態で、取鍋１１からロングノズル１３を介してタンディッシュ１５内に溶鋼３を供給する。これにより、ガスバブリング手段５０の不活性ガス放出部５１（多孔質体）の気孔部に溶鋼３が差し込むことを抑制することが可能となる。
【0033】
また、タンディッシュ１５から連続鋳造用鋳型１９へと溶鋼３を供給する。このとき、タンディッシュ１５内を通過する溶鋼３に対して、合金元素を添加する。
ワイヤー供給手段３０により、合金元素の紛体が充填されたワイヤー材３１をタンディッシュ１５内の溶鋼３に供給するとともに、プラズマ加熱手段４０によって、溶鋼３の表面と中空電極４１との間にプラズマアークを発生させて溶鋼３を加熱する。
ワイヤー供給手段３０により、合金元素の紛体が充填されたワイヤー材３１をタンディッシュ１５内の溶鋼３に供給するとともに、プラズマ加熱手段４０によって、溶鋼３の表面と中空電極４１との間にプラズマアークを発生させて溶鋼３を加熱する。
【0034】
ここで、ガスバブリング手段５０によってタンディッシュ１５内の溶鋼３が撹拌される。これにより、ワイヤー供給手段３０により供給された合金元素を含む溶鋼３、及び、プラズマ加熱手段４０によって加熱された溶鋼３が撹拌され、溶鋼３中の合金元素の濃度、溶鋼３の温度が均一化されることになる。
【0035】
以上のような構成とされた本実施形態であるタンディッシュ内合金添加装置２０及びタンディッシュ内合金添加方法によれば、上述のように、ワイヤー供給手段３０によって合金元素を含むワイヤー材３１をタンディッシュ１５内の溶鋼３に供給するとともに、プラズマ加熱手段４０によって溶鋼３を加熱し、さらに、ガスバブリング手段５０によって不活性ガスをタンディッシュ１５内に吹き込んで溶鋼３を撹拌しているので、ワイヤー供給手段３０によって供給された合金元素の濃度を均一化することが可能となる。
また、プラズマ加熱手段４０によって溶鋼３を加熱することで、ワイヤー供給手段３０によるワイヤー材３１の添加、及び、ガスバブリング手段５０によるガスバブリングによる溶鋼３の温度低下を抑制することができる。
また、プラズマ加熱手段４０によって溶鋼３を加熱することで、ワイヤー供給手段３０によるワイヤー材３１の添加、及び、ガスバブリング手段５０によるガスバブリングによる溶鋼３の温度低下を抑制することができる。
【0036】
そして、ワイヤー供給手段３０とプラズマ加熱手段４０とが離間して配置されているので、プラズマガスの流通が妨げられず、着火不良や異常放電等の発生を抑制でき、安定してプラズマアークを発生させることが可能となる。
特に、本実施形態においては、タンディッシュ１５の溶鋼入口１５Ａから溶鋼出口１５Ｂまでの距離をＬとした場合に、ワイヤー供給手段３０によるワイヤー材３１の供給位置とプラズマ加熱手段４０の中空電極４１に位置との間の距離が０．２８×Ｌ以上１．０×Ｌ以下の範囲内とされているので、ワイヤー供給手段３０で供給されるワイヤー材３１とプラズマ加熱手段４０の中空電極４１との間で放電が発生することを抑制できる。
特に、本実施形態においては、タンディッシュ１５の溶鋼入口１５Ａから溶鋼出口１５Ｂまでの距離をＬとした場合に、ワイヤー供給手段３０によるワイヤー材３１の供給位置とプラズマ加熱手段４０の中空電極４１に位置との間の距離が０．２８×Ｌ以上１．０×Ｌ以下の範囲内とされているので、ワイヤー供給手段３０で供給されるワイヤー材３１とプラズマ加熱手段４０の中空電極４１との間で放電が発生することを抑制できる。
【0037】
また、本実施形態においては、タンディッシュ１５の溶鋼入口１５Ａから溶鋼出口１５Ｂまでの距離Ｌの中に、ワイヤー供給手段３０、プラズマ加熱手段４０、及び、ガスバブリング手段５０が配設されているので、タンディッシュ１５内を通過する溶鋼３に対して合金元素を安定して添加することが可能となる。
特に、本実施形態においては、図２及び図３に示すように、ガスバブリング手段５０が、ワイヤー供給手段３０及びプラズマ加熱手段４０が配設された位置の底部に配設されているので、ワイヤー供給手段３０により供給された合金元素を含む溶鋼３、及び、プラズマ加熱手段４０によって加熱された溶鋼３を、効率良く撹拌することができ、合金濃度が均一化された溶鋼３を得ることができる。
特に、本実施形態においては、図２及び図３に示すように、ガスバブリング手段５０が、ワイヤー供給手段３０及びプラズマ加熱手段４０が配設された位置の底部に配設されているので、ワイヤー供給手段３０により供給された合金元素を含む溶鋼３、及び、プラズマ加熱手段４０によって加熱された溶鋼３を、効率良く撹拌することができ、合金濃度が均一化された溶鋼３を得ることができる。
【0038】
さらに、本実施形態においては、ガスバブリング手段５０によって吹き込まれる不活性ガスの気泡径が０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内とされ、ガスバブリング手段５０による不活性ガスの吹き込み量が、１ｌ／ｍｉｎ以上２０ｌ／ｍｉｎ以下の範囲内とされているので、タンディッシュ１５内の溶鋼３の湯面が暴れることを抑制でき、溶鋼３の再酸化を抑制することが可能となる。
【0039】
以上、本発明の実施形態であるタンディッシュ内合金添加装置及びタンディッシュ内合金添加方法について具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0040】
例えば、本実施形態では、図１に示すように、プラズマ加熱手段として、１本の中空電極を用いたシングルトーチ式のものを例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、例えば、溶鋼の湯面に対して２本の電極を配置したツイントーチ式のものを適用してもよい。
また、中空電極を黒鉛で構成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、タングステン、特殊合金（Ｃｕ－Ｗ等）で構成した中空電極を用いてもよい。通常中空電極を構成する材質として、主なものにタングステン、特殊合金、等がある。
また、中空電極を黒鉛で構成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、タングステン、特殊合金（Ｃｕ－Ｗ等）で構成した中空電極を用いてもよい。通常中空電極を構成する材質として、主なものにタングステン、特殊合金、等がある。
【0041】
さらに、タンディッシュの形状や構造等については、本実施形態で例示したものに限定されることはなく、他の構造のものであってもよい。
また、本実施形態では、合金元素の粉末を中空ワイヤー内に充填されたワイヤー材を用いるものとして説明したが、これに限定されることはなく、合金元素からなるワイヤー材を用いてもよい。
また、本実施形態では、合金元素の粉末を中空ワイヤー内に充填されたワイヤー材を用いるものとして説明したが、これに限定されることはなく、合金元素からなるワイヤー材を用いてもよい。
【0042】
さらに、本実施形態では、ガスバブリング手段５０によって吹き込まれる不活性ガスの気泡径が０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内とされ、ガスバブリング手段５０による不活性ガスの吹き込み量を、１ｌ／ｍｉｎ以上２０ｌ／ｍｉｎ以下の範囲内とするものとして説明したが、これに限定されることはなく、鋳造状況に合わせて適宜、条件を設定することが好ましい。
【0043】
また、本実施形態においては、ワイヤー供給手段とプラズマ加熱手段が配設された位置の底部にガスバブリング手段を配置したものとして説明したが、これに限定されることはなく、ワイヤー供給手段とプラズマ加熱手段とが離間していれば、ワイヤー供給手段、プラズマ加熱手段、及び、ガスバブリング手段の配置に特に制限はない。
なお、タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口に向けて、順に、ワイヤー供給手段、プラズマ加熱手段、ガスバブリング手段を配設すれば、タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して、まず、ワイヤー供給手段によってワイヤー材が供給され、次に、プラズマ加熱手段で溶鋼が加熱され、その後、ガスバブリング手段で溶鋼が撹拌されるので、タンディッシュの溶鋼出口側において溶鋼の温度及び合金濃度をさらに効率良く均一化させることが可能となる。
なお、タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口に向けて、順に、ワイヤー供給手段、プラズマ加熱手段、ガスバブリング手段を配設すれば、タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して、まず、ワイヤー供給手段によってワイヤー材が供給され、次に、プラズマ加熱手段で溶鋼が加熱され、その後、ガスバブリング手段で溶鋼が撹拌されるので、タンディッシュの溶鋼出口側において溶鋼の温度及び合金濃度をさらに効率良く均一化させることが可能となる。
【実施例】
【0044】
以下に、本発明の効果を確認すべく、実施した実験結果について説明する。
【0045】
本発明例として、図２から図４に示すタンディッシュ内合金添加装置を用いて、ワイヤー供給手段で合金元素を添加するとともに、プラズマ加熱手段で溶鋼を加熱し、さらに、ガスバブリング手段によって溶鋼の撹拌を実施した。
このとき、タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口までの距離をＬとした場合に、ワイヤー供給手段のワイヤー材供給位置とプラズマ加熱手段の中空電極との間の距離を０．２８×Ｌとした。
また、ガスバブリング手段による不活性ガス（Ａｒガス）の吹き込み量を、１０ｌ／ｍｉｎとした。
このとき、タンディッシュの溶鋼入口から溶鋼出口までの距離をＬとした場合に、ワイヤー供給手段のワイヤー材供給位置とプラズマ加熱手段の中空電極との間の距離を０．２８×Ｌとした。
また、ガスバブリング手段による不活性ガス（Ａｒガス）の吹き込み量を、１０ｌ／ｍｉｎとした。
【0046】
従来例として、特許文献１に示すように、プラズマ加熱手段の中空電極の中空部からワイヤー材を供給した。また、ガスバブリング手段を用いなかった。
【0047】
ここで、ワイヤー材で添加する合金元素はＮｉとし、Ｎｉの含有量が０．１質量％となるように、ワイヤー供給手段によってワイヤー材を添加した。
また、溶鋼のスループットは、０．６ｔ／ｍｉｎとし、全体で５．０ｔの鋳造を実施した。これを、本発明例、及び、従来例で、それぞれ３回実施した。
また、溶鋼のスループットは、０．６ｔ／ｍｉｎとし、全体で５．０ｔの鋳造を実施した。これを、本発明例、及び、従来例で、それぞれ３回実施した。
【0048】
３回の鋳造実験において鋳造状況を確認した。評価結果を表１に示す。
また、ワイヤー供給手段によってワイヤー材の添加を開始後に３分毎に溶鋼をサンプリングし、Ｎｉ濃度を測定した。評価結果を図５に示す。
また、ワイヤー供給手段によってワイヤー材の添加を開始後に３分毎に溶鋼をサンプリングし、Ｎｉ濃度を測定した。評価結果を図５に示す。
【0049】
【表1】
【0050】
（鋳造状況）
プラズマ加熱手段、ガスバブリング手段を用いず、プラズマ加熱手段の中空電極の中空部からワイヤー材を供給した従来例においては、２回目の鋳造時に中空電極において着火不良が発生し、鋳造を中断した。また、３回目の鋳造時に異常放電による設備故障が発生し、鋳造を中断した。
これに対して、ワイヤー供給手段で合金元素を添加するとともに、プラズマ加熱手段で溶鋼を加熱し、さらに、ガスバブリング手段によって溶鋼の撹拌を実施した本発明例においては、プラズマ加熱手段によるプラズマアークが安定して発生しており、３回の鋳造を全て完鋳することができた。
プラズマ加熱手段、ガスバブリング手段を用いず、プラズマ加熱手段の中空電極の中空部からワイヤー材を供給した従来例においては、２回目の鋳造時に中空電極において着火不良が発生し、鋳造を中断した。また、３回目の鋳造時に異常放電による設備故障が発生し、鋳造を中断した。
これに対して、ワイヤー供給手段で合金元素を添加するとともに、プラズマ加熱手段で溶鋼を加熱し、さらに、ガスバブリング手段によって溶鋼の撹拌を実施した本発明例においては、プラズマ加熱手段によるプラズマアークが安定して発生しており、３回の鋳造を全て完鋳することができた。
【0051】
（成分組成）
従来例においては、ワイヤー材の供給開始から９ｍｉｎ経過後においても、Ｎｉ濃度が目標の０．１質量％にまで達することはなかった。
これに対して、本発明例においては、ワイヤー材の供給開始から３ｍｉｎ経過後に、既にＮｉ濃度が０．０９質量％となった。すなわち、本発明例では、ワイヤー材として添加した合金元素を効率的に添加できた。
従来例においては、ワイヤー材の供給開始から９ｍｉｎ経過後においても、Ｎｉ濃度が目標の０．１質量％にまで達することはなかった。
これに対して、本発明例においては、ワイヤー材の供給開始から３ｍｉｎ経過後に、既にＮｉ濃度が０．０９質量％となった。すなわち、本発明例では、ワイヤー材として添加した合金元素を効率的に添加できた。
【0052】
以上のように、本発明例によれば、タンディッシュ内を通過する溶鋼に対して合金元素を添加して均一な成分組成の溶鋼を安定して供給することが可能なタンディッシュ内合金添加装置、及び、タンディッシュ内合金添加方法を提供可能であることが確認された。
【符号の説明】
【0053】
３ 溶鋼
１０ 連続鋳造設備
１５ タンディッシュ
１５Ａ 溶鋼入口
１５Ｂ 溶鋼出口
２０ タンディッシュ内合金添加装置
３０ ワイヤー供給手段
３１ ワイヤー材
４０ プラズマ加熱手段
４５ 絶縁筒
５０ ガスバブリング手段
１０ 連続鋳造設備
１５ タンディッシュ
１５Ａ 溶鋼入口
１５Ｂ 溶鋼出口
２０ タンディッシュ内合金添加装置
３０ ワイヤー供給手段
３１ ワイヤー材
４０ プラズマ加熱手段
４５ 絶縁筒
５０ ガスバブリング手段
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】