タンディッシュ冶金：連続鋳造への溶鋼移送最適化

溶鋼を注湯レードルから連続鋳造機型へ移送するために、タンディッシュと呼ばれる中間容器が使用されます。タンディッシュは長方形で大きな端が上向き、耐火物ライニングされた容器で、上面に耐火物ライニング蓋を持つ場合があります。タンディッシュ底部には1つ以上のノズルポートがあり、スライドゲートまたはストッパーロッドで溶鋼流量を制御します。タンディッシュは通常、以下の2セクションに分かれています。(i) 入口セクション：一般に注湯ボックスを持ち、溶鋼が製鋼レードルから供給される。(ii) 出口セクション：溶鋼が連続鋳造機型へ供給される。さまざまな流れ制御装置（ダム、ウェア、穴あきバッフルなど）がタンディッシュ長さ方向に配置されることがあります。長い流路は溶鋼滞留時間を延ばし、マクロ介在物の浮上を促進するため好まれます。タンディッシュの重要な冶金要素を図1に示します。

タンディッシュの役割と進化

連続鋳造タンディッシュは、レードルでの二次製鋼（不連続プロセス）と型での連続鋳造プロセス（連続プロセス）を繋ぐバッファーとして機能します。レードル交換期間中は貯留槽として働き、溶鋼供給が止まっても型へ溶鋼を供給し続け、複数レードルによるシーケンシャル鋳造を可能にします。介在物生成と溶鋼汚染の主原因は、空気による溶鋼再酸化と持ち込まれた酸化性レードルスラグ、タンディッシュとレードルスラグの巻き込み、これらスラグの溶鋼への乳化です。これら介在物は、溶鋼がタンディッシュを流れる間に型へ注湯される前に浮上除去されなければなりません。

過去、レードル冶金（レードル炉LFなど）が十分発達していなかった頃、タンディッシュはレードルから移送された脱酸溶鋼（介在物が完全除去されていない）を精錬する役割を期待されていました。LF処理なしでは、脱酸溶鋼にマクロ介在物と多数の微小介在物（固有起源）が含まれ、溶鋼移送中に凝集してマクロ介在物を形成する可能性がありました。タンディッシュは液体鋼からマクロ介在物の一部を低減し、化学成分調整、溶鋼温度を型供給に適したレベルに制御できます。LFやデガッサー使用により、年々溶鋼清浄度が大幅に向上し、ますます厳しい顧客要求を満たせるようになりました。その結果、タンディッシュは今や精錬装置よりも汚染源として見なされるようになっています。顕著な汚染は一般にシーケンシャル鋳造の過渡期間（非定常状態）、すなわちレードル開放時、2ヒート間の移行（レードル交換時）、レードル空け時に発生します。

過渡期間中、流入溶鋼ストリームと飛散液体金属は、周囲空気と溶鋼とともにタンディッシュへ持ち込まれた酸化性レードルスラグによって激しく再酸化されます。溶鋼ストリームがタンディッシュ表面に浮遊するレードルスラグとタンディッシュスラグに衝突し、激しく乳化させ、最終的に溶鋼内に巻き込まれます。再酸化とスラグ巻き込みの両方が有害なマクロ酸化物介在物を生成します。Al脱酸溶鋼は、LFで大きな脱酸生成物粒子を除去した後でも、多数の浮遊微細アルミナ粒子を含みます。これら粒子は、レードルからタンディッシュ経由で型への溶鋼移送中の乱流によって凝集し、大きなアルミナクラスターを形成することが分かっています。

マクロ介在物と大型アルミナクラスターは、ストランドと最終製品で発生する下流工程問題と欠陥の主要原因です。製鉄所顧客は通常、よりクリーンな鋼、より小さなマクロ介在物とクラスターを要求し、鋼製品性能向上を求めます。したがって、タンディッシュ設計と操業は、マクロ介在物とアルミナクラスター形成を最小化し、形成されたら除去する方向に向けられるべきです。そうでなければ、LFや他のプロセスステップでの溶湯清浄化努力がすべて無駄になります。

開発初期段階では、タンディッシュは型上に一定圧力ヘッドを提供する十分な溶鋼を保持し、シーケンシャル鋳造を中断せずにレードル交換を可能にする貯留槽以上のものとは見なされていませんでした。優れた鋼品質への継続的な重視により、連続鋳造タンディッシュが本来想定されていたより遥かに重要な機能、すなわち連続反応器としての機能を持つことがますます明確になってきました。連続鋳造高品質鋼生産における極めて重要なカップラーであるタンディッシュは、今や真に重要な冶金反応器として認識されています。として、化学的、熱的、物理的制御を必要とする一連の操作が行われる容器です。

ロングノズルや不活性ガスシュラウディングパイプなど、さまざまな技術が空気再酸化とスラグ乳化低減のために実装されてきました。同様に、溶湯流れ制御装置がプロセス中に形成される介在物浮上促進のために使用されてきました。タンディッシュ内溶鋼温度の能動制御実装もクリーン鋼鋳造に貢献してきました。これらの対策は、少なくとも定常状態タンディッシュ操業ではかなり成功していますが、非定常状態操業には十分でない可能性があります。非定常状態操業は、より良い金属歩留まりのための長いシーケンシャル鋳造の不可欠な部分です。高品質鋼鋳造が望ましい一方で、品質とコストの妥協はあらゆるタンディッシュ操業で常に図られてきました。

タンディッシュから型へ供給される溶鋼品質は、スラグ、ガス、耐火物相と溶鋼の相互作用度と制御に大きく依存します。現代のタンディッシュは、介在物分離・浮上、合金化、カルシウム処理による介在物改質、過熱制御、熱的・組成均質化など、さまざまな冶金操業を実施する最大の機会を提供するよう設計されており、第2次製鋼の独立分野として「タンディッシュ冶金」の発展につながっています。

タンディッシュの役割と機能

連続鋳造タンディッシュには以下の役割があります。(i) 製鋼品質チェーンの重要なリンク、(ii) 連続精錬装置、(iii) 冶金シグナルの伝達装置。プロセスの核心は、制御されないタンディッシュは精錬装置ではなく汚染源になるという点です。タンディッシュが、その前のレードルとその後の型と同様に、クリーン鋼プラクティスの一部であることは疑いようがありません。一次・二次製鋼操業で鋼に組み込まれた品質がタンディッシュで失われれば、意図した用途を満たす品質製品生産能力は、完全凝固直前の最終段階で限られた浄化能力しか持たない型での回復に全面的に依存することになります。これは遥かに困難な作業です。

多くの製鉄所操業者は、溶鋼からスラグ相への反応生成物浮上・同化に利用可能な滞留時間のメリットを最大化するため、タンディッシュを研究してきました。これらは脱酸、再酸化、析出、乳化、耐火物成分巻き込みなどの生成物であり、固有介在物と外来介在物の両方を含みます。適切なタンディッシュ設計選択に基づき、タンディッシュ操業は以下に向けて調整される必要があります。

• 滞留時間最大化による介在物浮上促進
• 捕捉性・非腐食性スラグによる介在物同化確保
• 溶鋼からの熱的・化学的損失低減
• ショートサーキットとデッドゾーン最小化
• 操作者にとって品質と歩留まりに最適な設計提供

空気および/または耐火物相による汚染排除とクリーン鋼プラクティス支援技術は、健全なタンディッシュ操業の不可欠な部分です。設計基準、モデリング、タンディッシュ流れ制御、スラグ、温度制御、清浄度改善、非定常状態操業などがタンディッシュ冶金の重要な側面です。一度特定用途向けタンディッシュ設計が確定すれば、操作者はタンディッシュを連続精錬装置として見なし操業することで品質改善を最大化できます。操作者は、確立されたクリーン鋼プラクティスからの逸脱が破滅的結果を招くことを認識する必要があります。

鋳造速度増加、機械可用性向上、製品歩留まり改善による高生産性追求により、より大型・深型タンディッシュが業界標準となっています。これは、介在物分離がより背が高く容積の大きいタンディッシュ容器で一般に促進されるため、特に介在物が不必要に深いレベルまで物理的に巻き込まれないよう注意すれば、鋼清浄度に有益な効果をもたらします。

より深いタンディッシュ操業深度追求は、金属滞留時間増加だけでなく、特にレードル交換などの過渡条件下でのタンディッシュスラグ渦巻き可能性を低減する追加メリットも提供します。これは、タンディッシュ-型メータリング装置タイプ（単純メータリングオリフィス、ストッパーロッド制御、マルチプレートスライドゲート機構、最近導入された精密制御バルブなど）に関わらず真実です。タンディッシュを精錬容器として活用するには、以下の基準を満たす必要があります。

• 溶鋼汚染源の排除（耐火物侵食、再酸化、レードルスラグ持ち込み、タンディッシュスラグ乳化など）
• 流れ修正装置（FMD）、フィルター、エンジニアドスラグによる介在物浮上・分離促進
• 熱制御、スラグフリー移送、型への最適化金属供給システムなどの技術導入

タンディッシュの役割と機能まとめ

連続鋳造プロセスにおけるタンディッシュの役割・機能とクリーン鋼鋳造生産における意義を以下にまとめます。

• タンディッシュはレードルと連続鋳造機型を連結します。レードルから溶鋼を受け入れ、最小汚染で、均一に、所望の流量と温度で連続鋳造型へ供給します。
• タンディッシュは入口・出口セクションと、長さ方向にダム・ウェアや穴あきバッフルなどの流れ制御装置を持つ耐火物ライニング容器です。耐火物ライニング蓋を持つ場合があり、溶湯を型へ注湯するためのスライドゲートまたはストッパーロッド付き底部ポートを持ちます。
• 流入溶鋼ストリームの空気再酸化は、タンディッシュ内溶鋼に浸漬したロングノズルまたはアルゴンガス流シュラウドパイプ使用で防止されます。
• ロングノズルとシュラウドパイプは、スラグの溶鋼への乳化低減にも役立ちます。
• タンディッシュ内流れ制御装置は溶鋼滞留時間を増やし、空気再酸化とスラグ乳化由来マクロ介在物低減を助けます。同時に、凝集したアルミナ介在物クラスターもこれら介在物の浮上により低減されます。