JP2000197951A - 静磁場を用いる鋼の連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶鋼の流動制御に最適な位置に磁極を配置で
きる様に鉄芯の上下方向の長さは一定に保ったままで、
鉄芯の水平方向の長さを大幅に拡大し、それに見合う様
に磁束密度を増大させ、０．４テスラ以上の磁束密度を
発生可能とすることで、幅の狭い鋳片の連続鋳造に際し
て、また幅が通常のスラブ鋳片の高速鋳造に際しても、
欠陥低減効果が得られる鋼の連続鋳造装置を提供する。 【解決手段】 断面が長方形のスラブ鋳片またはブルー
ム鋳片を製造する連続鋳造機の両長辺鋳型の背面に、鋳
型長辺方向に対して直角な方向の断面の形状がコの字状
である２つの鉄芯を、これらの鉄芯先端部が鋳型を挟ん
で対向する様に配置し、前記鉄芯に電気コイルを周回さ
せて直流電流を通電することによって、鋳型の短辺と平
行な方向で逆向きに貫通する上下２段の静磁場を発生さ
せ、この磁場により鋳型内に供給される溶鋼流を制御す
る様にした連続鋳造装置において、前記鉄芯の内部を貫
く磁束に直角な方向の鉄芯断面が、鉄芯先端部から鉄芯
根元部になるにつれて大きくなる様に形成されたもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳型内の溶鋼流を
静磁場の作用によって制御することによって、内部欠陥
のない鋼を鋳造する為の連続鋳造装置の改良に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図１は、従来の連続鋳造法における鋳片
中の溶鋼流の様子を示す概略説明図であり、図中１は短
辺側鋳型、２は長辺側鋳型、３は浸漬ノズル、４は溶
鋼、５は凝固殻、６は非金属介在物、１５はガイドロー
ルを夫々示す。尚図１（ａ）は長辺側から見た断面図で
あり、図１（ｂ）は短辺側から見た断面図である。

【０００３】この様な連続鋳造においては、溶鋼４は浸
漬ノズル３から両側の短辺（短辺側鋳型）に向けて略水
平乃至斜め下方に噴出されるが、鋳型内に注入された溶
鋼流（図１、２において記号Ａで示す）が深く潜り込む
と、溶鋼よりも軽い気泡やアルミナ等も溶鋼流に乗って
鋳片内に深く入り込み、溶鋼表面上に浮上分離されず
に、湾曲内側に非金属介在物６として捕捉されることに
なる。そして、これが鉄鋼製品の内部欠陥となる。

【０００４】こうした不都合を回避するという観点か
ら、溶鋼流速が早い領域に静磁界を作用させて溶鋼流動
を減速する技術が様々提案されている。例えば、特開昭
５７−１７３５６号には、図２［図２（ａ）は長辺側か
ら見た断面図、図２（ｂ）は短辺側から見た断面図］に
示す様に、鋳型の周囲に電気コイル７と鉄芯８からなる
電磁石１１を配置し、この電磁石９によって発生する静
磁場を溶鋼流速が早い領域に作用させて溶鋼流動を減速
する技術が開示されている。

【０００５】しかしながら、静磁場を局所的に作用させ
ると、前記図２（ａ）に示す様に溶鋼流Ａは磁場の弱い
領域を迂回するので、溶鋼流Ａの潜り込みを十分に抑制
できず、電磁石を配置しただけの効果が発揮されない。

【０００６】一方、例えば特開平２−２８４７５０号に
は、断面が長方形のスラブ鋳片またはブルーム鋳片（以
下、これらを一括して単に「鋳片」と呼ぶことがある）
を製造する連続鋳造機の鋳型において、その長辺方向
（以下、「幅方向」と言うことがある）の全域に静磁場
を作用させると共に、その磁場作用領域を鋳型の上下２
段とする技術も提案されており、ある程度の品質改善が
発揮されている。この技術について図面を用いて説明す
る。

【０００７】図３は、上記技術における連続鋳造装置の
鋳型付近を短辺側から見た縦断面図である。尚、図中１
０は、鋳型銅板（長辺側鋳型２）を固定する為のバック
アッププレートであり、銅板の変形防止と、銅板を冷却
する為の水路を形成することを目的として設置されるも
のである。また、溶鋼に静磁場を作用させるという観点
から、バックアッププレート１０の様に磁極以外の部分
には非磁性の材料（例えば、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼
等）で形成されている。

【０００８】この装置では図示する様に、連続鋳造鋳型
の両長辺鋳型の背面に、鋳型長辺方向に直角な方向の断
面の形状がコの字状である２つの鉄芯８ａ，８ｂを、夫
々の鉄芯先端部９ａ，９ｂが鋳型を挟んで相互に向い合
う様に配置したものである。そして、この２つの鉄芯８
ａ，８ｂ夫々に電気コイル７ａ，７ｂ；７ｃ，７ｄを周
回させて電磁石を構成し、これに適切な方向の直流電流
を通電することによって、鉄芯先端部間に鋳型の短辺と
平行な方向（以下、「厚み方向」と言うことがある）
で、互いに逆向きに貫通する上下２段の静磁場を発生さ
せ（図中、Ｂ，Ｃで示す）、この磁場の発生によって、
浸漬ノズル３から噴出される溶鋼流に対して制動を加え
るものである。そして、この鋳造装置においては、磁極
である鉄芯先端部９ａ，９ｂの幅（長辺方向の長さ）が
鋳型内面における側壁の幅の少なくとも1 倍となる様に
設定されるものである。またこの装置においては、上段
磁場はメニスカス近傍に作用させると共に、下段磁場は
浸漬ノズル３の直下に作用させることが好ましいとされ
ている。

【０００９】この様な技術においては、上段側の静磁場
によって鋳型内のメニスカスを沈静化してモールドパウ
ダーが溶鋼中に巻き込まれるのと防止すると共に、下段
側の静磁場によって溶鋼の下降流を減速して非金属介在
物が下降流に乗って鋳片内部に深く浸入し、浮上できず
に鋳片に捕捉されることを防止するものである。また、
この技術では、鋳型の幅方向の全域に静磁場を作用させ
ることによって、浸漬ノズル３からの溶鋼の噴流を上下
の磁極間に閉じ込めることができて、噴流の浸入深さの
減少とメニスカスの鎮静化をより効果的にするものであ
る。

【００１０】しかしながら、こうした技術においては、
発生可能な最大磁束密度は０．３テスラ程度に止まり、
幅が１０００ｍｍ以下である様な特に幅の狭い鋳片を鋳
造する場合においては、磁場が作用する領域が狭いので
溶鋼流の制動効果が小さく、溶鋼の潜り込みを十分に抑
制することができず、製品欠陥の発生を低減できないと
いう問題があった。また、幅が１０００ｍｍを超える様
な通常のスラブ鋳片を製造する際においても、最大磁束
密度は０．３テスラ程度では、鋳造速度が３ｍ／ｍｉｍ
以上の高速鋳造になると、溶鋼流の制動効果が不足して
製品欠陥を十分に低減できないという問題もあった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の様な連続鋳造装
置において、溶鋼流を十分に制動できる様に磁極間の磁
束密度を増大させる為には、鉄芯を大きくすることが有
効であると考えられる。即ち、鉄芯を大きくすれば、鉄
芯に電気コイルをより多く周回させて、電流と巻き数の
積（以下、「アンペアターン」と呼ぶ）を増大し、これ
によって磁束密度を増大させ得ることが期待できる。ま
た、鉄芯の断面積を増大させれば、鉄芯内での磁束密度
の飽和が生じ難くなって漏れ磁束が低減できるので、溶
鋼流の制動に有効な磁極間での磁束密度の増大も期待で
きる。

【００１２】しかしながら、単に上下方向や水平方向
（鋳型の短辺方向）に鉄芯を大きくするだけでは、下記
に示す様な問題が生じ、特に幅の狭い鋳片の連続鋳造に
おいては品質改善に必要とされる０．４テスラ以上の強
い磁束密度を達成することは困難であった。

【００１３】まず、第１の問題として、鉄芯を上下方向
に拡大して磁束密度の増大を図る場合には、溶鋼流の制
動に最適な領域に磁場を作用させることが困難である。
即ち、上記技術においては、上段磁場はメニスカス近傍
に、下段磁場は浸漬ノズル吐出口の直下に作用させるこ
とが好ましいとされているのであるが、鉄芯の上下方向
の長さを拡大すると上下２段の磁場作用領域間の距離が
増大してしまうことになるので、上下２段の磁場を夫々
の最適位置に作用させることが不可能となる。

【００１４】上段磁場をメニスカス近傍に配置すること
が好ましい理由は、前述の如く、メニスカスの鎮静化に
はメニスカスへの磁場の作用が有効であるからである。
また、下段磁場を浸漬ノズル吐出口の直下に配置するこ
とが好ましい理由は、鋳型短辺に平行な方向の磁場は短
辺鋳型に沿う下降流に対してはあまり制動効果がなく、
介在物の潜り込みを抑制する為には、浸漬ノズル３の吐
出口から略水平または斜め下方に或いはそのまま下方に
噴出する溶鋼流が、短辺鋳型に衝突して短辺鋳型に沿う
下降流に向きを変える前の領域で制動する必要があるか
らである。

【００１５】また、鉄芯の上下方向長さが鋳型の上下方
向の長さよりも大きくなり、鉄芯が鋳型下のロール部に
はみ出すと、鋳型下の溶鋼が漏出するブレイクアウトが
発生した際に電磁石が溶鋼を浴び、最悪の場合には水蒸
気爆発を起こしてしまうという危険性もあり、鉄芯を上
下方向に拡大することは困難であった。

【００１６】一方、鉄芯の上下方向の長さを固定したま
ま、水平方向（鋳型の短辺方向）の長さ（図３中、Ｌで
示す）を大きくし、前記アンペアターンを増大して磁束
密度の増大を図る場合には、鉄芯内部で磁束密度が飽和
してしまうので、或る程度以上長さを大きくしても磁束
密度は殆ど増加しないという問題がある。

【００１７】図４は、コの字状鉄芯内部を貫く磁束に直
角な方向の断面における面積を一定としたまま鉄芯水平
方向長さＬを拡大してアンペアターンを増大した際の、
鉄芯水平方向長さＬと磁極間の磁束密度の関係を示した
グラフである。この図から明らかな様に、初めは前記長
さＬの増大に伴って磁極間の磁束密度が増大するが、或
る限界点を超えると鉄芯水平方向長さＬを拡大しても、
磁極間の磁束密度は０．３テスラよりも殆ど増加しなく
なっていることが分かる。

【００１８】上述した様に、図３に示した様な従来の連
続鋳造装置では、発生可能な磁束密度は０．３テスラ程
度に止まり、介在物の潜り込み抑制効果には限界が生じ
る為に、特に幅の狭い鋳片の連続鋳造においては、品質
の改善が達成できないという問題があった。

【００１９】本発明は上記の様な事情に着目してなされ
たものであって、その目的は、溶鋼の流動制御に最適な
位置に磁極を配置できる様に鉄芯の上下方向の長さは一
定に保ったままで、鉄芯の水平方向の長さを大幅に拡大
し、それに見合う様に磁束密度を増大させ、０．４テス
ラ以上の磁束密度を発生可能とすることで、幅の狭い鋳
片の連続鋳造に際しても、また幅が通常のスラブ鋳片の
高速鋳造に際しても、欠陥低減効果が得られる様な鋼の
連続鋳造装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明の連続鋳造装置とは、断面が長方形のスラブ鋳片また
はブルーム鋳片を製造する連続鋳造機の両長辺鋳型の背
面に、鋳型長辺方向に対して直角な方向の断面の形状が
コの字状である２つの鉄芯を、これらの鉄芯先端部が鋳
型を挟んで対向する様に配置し、前記鉄芯に電気コイル
を周回させて直流電流を通電することによって、鋳型の
短辺と平行な方向で逆向きに貫通する上下２段の静磁場
を発生させ、この磁場により鋳型内に供給される溶鋼流
を制御する様にした連続鋳造装置において、前記鉄芯の
内部を貫く磁束に直角な方向の鉄芯断面が、鉄芯先端部
から鉄芯根元部になるにつれて大きくなる様に形成され
たものである点に要旨を有するものである。

【００２１】上記本発明の連続鋳造装置において、その
具体的な構成としては、前記鉄芯断面が、鉄芯先端部か
ら鉄芯根元部に向けて階段状またはテーパ状に大きくな
る様に形成されたものが挙げられる。また、本発明の装
置においては、鉄芯根元部の断面積が鉄芯先端部の断面
積の１２０％以上であることが好ましい。そして、上記
の様な要件を満足する本発明の連続鋳造装置では、０．
４テスラ以上の磁束密度を発生させるができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明者らは上記課題を解決する
為に様々な角度から検討した。そして、まず上記の様に
鉄芯水平方向長さＬを拡大しても磁束密度が増大しなく
なる限界点は、主として鉄芯内部での磁束密度の飽和に
よって決定され、しかも磁束密度の飽和が生じる場所
は、鉄芯断面積が一定の場合には、鉄芯根元部（鉄芯の
垂直部分および水平部分の垂直部分側領域）であること
を見出した。即ち、図５に示す様に、磁極間の磁束密度
に直接的に関与する鉄芯先端部で磁束密度が飽和する遥
か以前に、鉄芯根元部（図中、ハッチングで示した領域
Ｄ）の磁束密度が１テスラを超え、局所的に磁束密度が
飽和してしまうので、それ以上にアンペアターンを増大
させても、無効な漏れ磁束Ｅばかりが増大し、鉄芯先端
部９ａ，９ｂ間の有効な磁束密度Ｆは殆ど増大せず、こ
れらのことが磁極間の磁束密度が０．３テスラ程度に止
まっていた理由であると考えられた。

【００２３】そこで、本発明者らは、上記した様な課題
を解決する為の具体的な構成について更に検討したとこ
ろ、鉄芯内部を貫く磁束方向に直角な方向の鉄芯断面
が、鉄芯先端部から鉄芯根元部になるにつれて大きくな
る様に形成すれば、上記目的が見事に達成されることを
見出し、本発明を完成した。本発明の装置構成を図面に
よって詳細に説明する。

【００２４】

【実施例】図６は本発明の連続鋳造装置の鋳型付近の一
構成例を示す縦断面図（短辺側から見た断面図）であ
り、その基本的な構成は前記図３に類似し、対応する部
分には同一の参照符号を付すことによって重複説明を回
避する。

【００２５】この装置においては、鉄芯内部を貫く磁束
方向Ｂ，Ｃに直角な方向の鉄芯断面が、夫々の鉄芯先端
部９ａ，９ｂから鉄芯根元部に向けて階段状に大きくな
る様に鉄芯８ａ，８ｂが形成されたものである。そし
て、鉄芯８ａ，８ｂの階段状形状に対応させて、複数
（この実施例では１２個）の電気コイル７ｅ〜７ｊ；７
ｋ〜７ｐが鉄芯８ａ，８ｂに周回されて電磁石が構成さ
れる。この様な構成を採用して、前記鉄芯断面を鉄芯先
端部から鉄芯根元部になるにつれて大きくなる様に形成
すれば、鉄芯水平方向長さＬを大幅に拡大することがで
きると共に、鉄芯内部を貫く磁束の密度分布が全体的に
均一化され、鉄芯根元部が先に局所的に飽和することを
防止することができる。

【００２６】その結果、磁極先端部の磁束密度を飽和磁
束密度に近づけることが可能となり、溶鋼流動の制動に
必要な磁極間の磁束密度を０．４テスラ以上に向上させ
ることができる。また、上記構成によれば、鉄芯先端部
の断面積は従来並みとすることができるので、上下２段
の磁場が鋳型からはみ出ることなく、最適な領域に設定
することができるのである。こうしたことから、幅の狭
い鋳片の連続鋳造に際して、品質改善効果を得ることが
できるのである。また、幅が１０００ｍｍを超える様な
通常のスラブ鋳片を高速鋳造するに際しても、品質改善
効果を得ることができる。

【００２７】尚、鉄芯根元部の断面積と鉄芯先端部の断
面積の比率（鉄芯根元部の断面積／鉄芯先端部の断面
積）については、上記効果を達成するという観点からし
て１２０％以上であることが好ましいが、その比率があ
まり大きくなると、それに伴って電磁石全体が巨大化
し、連続鋳造装置に収納困難となるので、３００％以下
とするのが好ましい。

【００２８】図７は、本発明の連続鋳造装置の鋳型付近
の他の構成例を示す縦断面図（短辺側から見た断面図）
であり、この装置においては、鉄芯内部を貫く磁束に直
角な方向の鉄芯断面が、鉄芯先端部から鉄芯根元部に向
けてテーパ状に大きくなる様に形成された点が上記図６
に示した装置構成と異なるところである。そして、その
テーパ状形状に対応させて、複数の電気コイル７ｑ，７
ｒ；７ｓ，７ｔが夫々の鉄芯８ａ，８ｂに周回されて電
磁石が構成されている。こうした構成を採用しても、本
発明の目的が達成される。

【００２９】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、溶
鋼の流動制御に最適な位置に磁極を配置できる様に鉄芯
の上下方向の長さは一定に保ったままで、鉄芯の水平方
向の長さを大幅に拡大し、それに見合う様に磁束密度を
増大させ、０．４テスラ以上の磁束密度を発生可能とす
ることで、幅の狭い鋳片の連続鋳造に際して、また幅が
通常のスラブ鋳片の高速鋳造に際しても、欠陥低減効果
が得られる鋼の連続鋳造装置が実現できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の連続鋳造法における鋳片中の溶鋼流の様
子を示す概略説明図である。

【図２】溶鋼流速が早い領域に静磁界を作用させて溶鋼
流動を減速する技術の概略説明図である。

【図３】従来の連続鋳造装置の一例を説明する為の図で
ある。

【図４】鉄芯水平長さＬと磁極間の磁束密度の関係を示
したグラフである。

【図５】従来技術において磁束密度が０．３テスラより
も向上しない理由を説明する為の図である。

【図６】本発明の連続鋳造装置の鋳型付近の一構成例を
示す縦断面図である。

【図７】本発明の連続鋳造装置の鋳型付近の他の構成例
を示す縦断面図である

【符号の説明】

１ 短辺側鋳型 ２ 長辺側鋳型 ３ 浸漬ノズル ４ 溶鋼 ５ 凝固殻 ６ 非金属介在物 ７，７ａ〜７ｔ 電気コイル ８，８ａ，８ｂ 鉄芯 １１ 電磁石 １５ ガイドロール

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面が長方形のスラブ鋳片またはブルー
   ム鋳片を製造する連続鋳造機の両長辺鋳型の背面に、鋳
   型長辺方向に対して直角な方向の断面の形状がコの字状
   である２つの鉄芯を、これらの鉄芯先端部が鋳型を挟ん
   で対向する様に配置し、前記鉄芯に電気コイルを周回さ
   せて直流電流を通電することによって、鋳型の短辺と平
   行な方向で逆向きに貫通する上下２段の静磁場を発生さ
   せ、この磁場により鋳型内に供給される溶鋼流を制御す
   る様にした連続鋳造装置において、前記鉄芯の内部を貫
   く磁束に直角な方向の鉄芯断面が、鉄芯先端部から鉄芯
   根元部になるにつれて大きくなる様に形成されたもので
   あることを特徴とする静磁場を用いる鋼の連続鋳造装
   置。
2. 【請求項２】 前記鉄芯断面が、先端部から根元部に向
   けて階段状またはテーパ状に大きくなる様に形成された
   ものである請求項１に記載の連続鋳造装置。
3. 【請求項３】 鉄芯根元部の断面積が鉄芯先端部の断面
   積の１２０％以上である請求項１または２に記載の連続
   鋳造装置。
4. 【請求項４】 ０．４テスラ以上の磁束密度を発生する
   ものである請求項１〜３のいずれかに記載の連続鋳造装
   置。