JP2004042065A

JP2004042065A - 電磁攪拌装置

Info

Publication number: JP2004042065A
Application number: JP2002200374A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hirayama; 平山　隆; Keisuke Fujisaki; 藤崎　敬介; Kenji Takase; 高瀬　賢二; Masanobu Hayakawa; 早川　昌伸
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】高品質の鋳片を連続鋳造できるようにする。
【解決手段】最大鋳造幅となるように調節された鋳型２の中空部の鋳造幅方向における内壁面よりも、コア４１Ａ、４１Ｂの幅方向における端部が外側になるようにコアの幅を決定することにより、磁束密度が著しく低下するコア４１Ａ、４１Ｂの端部を除いた領域であるコア４１Ａ、４１Ｂの央部から発生する磁界を使用して、上記最大鋳造幅になるように調節された鋳型２の中空部に満たされている溶鋼５を攪拌できるようにして、溶鋼５に与えられる推力を可及的に均一にできるようにする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁攪拌装置に関し、特に、鋳型内に満たされている溶融金属に磁界を付与して攪拌しながら鋳片を連続鋳造するために用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼業の分野では、鋳型の上部に満たされている溶融金属を電磁力の作用により攪拌して鋳片（スラブ）を連続鋳造することが一般的に行われている。
【０００３】
例えば、特開昭６１−１４０５２号公報では、鋳型の外側に配設された電磁攪拌装置の終端を上記鋳型の終端よりも短くして、鋳型内の溶融金属を攪拌するようにした技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、電磁攪拌装置の端部における磁束密度が小さくなってしまうため、鋳型内の溶融金属を攪拌する際に、上記電磁攪拌装置の端部に近接した領域における溶融金属の流速が減少してしまう。
【０００５】
これにより、鋳型内の溶融金属の流速が均一でなくなり、特に、上記鋳型の内壁面周辺における溶融金属の流速が均一でなくなってしまう虞があった。
【０００６】
したがって、上述したような従来の電磁攪拌装置を用いて溶融金属を攪拌しながら鋳片を連続鋳造した場合には、鋳造した鋳片の端部に気泡や介在物が混入してしまい、高品質の鋳片を鋳造することができないという問題点があった。
【０００７】
本発明は上述の問題点にかんがみ、高品質の鋳片を連続鋳造できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁攪拌装置は、鋳造幅を調節することが可能な鋳型の中空部を介して対向するように配設されたコアを用いて、上記鋳型の中空部に満たされている溶融金属を攪拌する電磁攪拌装置であって、上記鋳造幅が最大になるように調節された鋳型の中空部よりも、上記コアの幅を大きくしたことを特徴としている。
また、本発明の他の特徴とするところは、上記コアの幅は、上記鋳型の最大幅から１割程度離れた鋳型の内側領域において、最大電磁力の０．８倍以上の電磁力を付与可能な幅に構成されていることを特徴としている。
また、本発明のその他の特徴とするところは、上記コアの幅は、上記鋳型の最大幅からポールピッチの０．２５倍以上外側領域迄カバーする長さに構成されていることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
次に、添付の図面を参照しながら本発明の電磁攪拌装置の第１の実施の形態を説明する。
【００１０】
図１は、本実施の形態の電磁攪拌装置を配設した連続鋳造装置の概略構成を示した図である。具体的に、図１（ａ）は水平断面の模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ´方向
における側断面の模式図である。
【００１１】
図１において、本実施の形態の連続鋳造装置１は、鋳型２と、浸漬ノズル３と、電磁攪拌装置４とを有している。
【００１２】
鋳型２は、溶鋼（溶融金属）５を冷却して所定の形状に凝固させ、所定の幅と厚さを有する板状の鋼片（スラブ）を連続鋳造するための型である。図１（ａ）に示すように、鋳型２の中空部における水平断面の形状は長方形であり、図１（ａ）に示した鋳型２の中空部の横（長辺）方向が鋼片の幅方向、縦（短辺）方向が鋼片の厚み方向となる。
【００１３】
このような構成の鋳型２は、バックプレート７により支持され、短辺側（鋼片の幅方向）で対向して配設されている短辺部２Ａと、長辺側（鋼片の厚み方向）で対向して配設されている長辺部２Ｂとを有している。そして、短辺部２Ａの位置を調節することにより、鋳型２の中空部の長辺方向（鋳造幅方向）の長さを調節することができるようになっている。
【００１４】
一方、鋳型２の長辺部２Ｂの位置も調節することができ、上記長辺部２Ｂの位置を調節するとともに、上記短辺部２Ａを所望の大きさのものに取り替えることにより、鋳型２の中空部の短辺方向（鋼片の厚み方向）の長さを調節することができるようになっている。
【００１５】
このような構成の鋳型２の内部には、鋳型２の中空部内の高さ方向に浸漬ノズル３が配設されている。この浸漬ノズル３は、その側壁部に鋳型２の短辺側内壁面に向かって斜め下向きに開口している２つの吐出口３Ａを有しており、この吐出口３Ａから鋳型２の下方に向けて溶鋼５が吐出されるようになっている。
【００１６】
なお、本実施の形態の浸漬ノズル３は、鋳型２の中空部内の高さ方向の位置を調節することができるようになっている。さらに、吐出口３Ａが詰まってしまうことを防止するために、アルゴンガス（Ａｒガス）などの不活性ガスを吹き込みながら溶鋼５を吐出するようにしている。
【００１７】
電磁攪拌装置４は、浸漬ノズル３から吐出されて鋳型２の上部に満たされた溶鋼５（未凝固部分）に対して電磁力を作用させて、鋳型２の内壁面方向に攪拌力６を付与し、溶鋼５を攪拌する装置である。
【００１８】
具体的に説明すると、この電磁攪拌装置４はリニアモータであり、鋳型２の水平断面における長辺側で鋳型２の中空部を介して対向するように配設される１組のコア４１Ａ、４１Ｂと、上記コア４１Ａ、４１Ｂに巻回されるコイル４２Ａ〜４２Ｍとを有している。
【００１９】
そして、例えば、図１（ａ）に示したコイル４２ＡにＷ相の交流電流を与えたときに、コイル４２Ｂに−Ｖ相、コイル４２ＣにＵ相、コイル４２Ｄに−Ｗ相、コイル４２ＥにＶ相、コイル４２Ｆに−Ｕ相、コイル４２ＧにＷ相、コイル４２Ｈに−Ｖ相、コイル４２ＪにＵ相、コイル４２Ｋに−Ｗ相、コイル４２ＬにＶ相、コイル４２Ｍに−Ｕ相の交流電流が流れるように、コイル４２Ａ〜４２Ｍが図示しない三相交流電源と結線されている。そして、上述した位相関係の交流電流をコイル４２Ａ〜４２Ｍに流して移動磁界を発生させ、溶鋼５に攪拌力６を付与するようにしている。
【００２０】
なお、上記−Ｖ相は、Ｖ相と１８０度位相が異なる交流電流が流れる相であることを表し、上記−Ｗ相は、Ｗ相と１８０度位相が異なる交流電流が流れる相であることを表し、上記−Ｕ相は、Ｕ相と１８０度位相が異なる交流電流が流れる相であることを表している。
【００２１】
そして、本実施の形態では、最大鋳造幅（最大幅）となるように調節された鋳型２の中空部の長辺方向（鋳造幅方向）における内壁面よりも、コア４１Ａ、４１Ｂの幅方向における端部が外側になるようにコアの幅を決定する。具体的には、上記コア４１Ａ、４１Ｂの幅を鋳型２の最大鋳造幅よりも大きくしている。
【００２２】
ここで、最大鋳造幅とは、適正に連続鋳造することが可能な鋳型２の鋳造幅の最大値である。具体的には、鋳型２の中空部の長辺方向（鋳型２の鋳造幅方向）の長さが最大になるように鋳型２の短辺部２Ａの位置を調節したときの鋳型２の中空部の長辺方向における長さである。なお、上記最大鋳造幅は、鋳型２の短辺部２Ａ及び長辺部２Ｂを取り替えないで鋳型２の中空部の長辺方向（鋳型２の鋳造幅方向）の長さが最大になるように鋳型２の短辺部２Ａの位置を調節したときの鋳型２の中空部における長辺方向の長さである。
【００２３】
そして、本実施の形態では、具体的に、以下のようにして電磁攪拌装置４のコア４１Ａ、４１Ｂの幅を決定する。
なお、ここでは、鋳型２の中空部の長辺方向（鋳型２の鋳造幅方向）における長さを正規化した値で表す（以下、上記正規化した長さを幅方向正規化長さと表す）。上記幅方向正規化長さは、具体的に、図３に示した最大鋳造幅ａと、鋳型２の中空部の長辺方向における長さｂとの比ｂ／ａで表される。
【００２４】
コア４１Ａ、４１Ｂの幅の決定に際しては、まず、上記短辺部２Ａの位置を調節して鋳型２の中空部の長辺方向における長さが上記最大鋳造幅になるように鋳型２を調節する。
【００２５】
そして、上記調節した鋳型２の中空部の幅方向における一方の内壁面から他方の内壁面の方向に、上記幅方向正規化長さで０．１に相当する長さ分だけ離れた領域で溶鋼５に付与される電磁力を測定する。
【００２６】
このような電磁力の測定をコア４１Ａ、４１Ｂの幅を変えて行い、上記測定した電磁力が電磁攪拌装置４から溶鋼５に与えられる電磁力の最大値の８０％以上になるような幅を有するコア４１Ａ、４１Ｂを選択する。
【００２７】
図２は、上述したようにして行った電磁力の測定結果を示し、鋳型２の内部で発生する電磁力の分布の測定結果を示した図である。より具体的に説明すると、図２（ａ）は鋳型２の中空部の長辺方向全体における電磁力の分布を示した図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のグラフの左側を拡大して示した図である。
【００２８】
図２（ａ）及び図２（ｂ）において、横軸は、上記幅方向正規化長さ（＝ｂ／ａ）、縦軸は、電磁攪拌装置４から溶鋼５に与えられる電磁力の最大値を１として正規化した電磁力（以下、正規化電磁力と表す）である。
【００２９】
そして、コア４１Ａ、４１Ｂの幅を上記最大鋳造幅で割った値（コア幅比）をパラメータとして、鋳型２の中空部の長辺方向における任意の位置（幅方向正規化長さ）での電磁力（正規化電磁力）の値をプロットすることにより、図２に示したグラフが作成される。
【００３０】
このようにして作成された図２に示したグラフから、コア幅比が１．１９以上であれば、幅方向正規化長さが０．１のところでの正規化電磁力が０．８以上になることが分かる。すなわち、鋳型２の最大鋳造幅の１．１９倍以上の幅を有するコア４１Ａ、４１Ｂを選択すればよいことが分かる。
【００３１】
以上のように本実施の形態では、最大鋳造幅となるように調節された鋳型２の中空部よりも、コア４１Ａ、４１Ｂの幅方向における端部が外側になるようにコアの幅を決定して、上記コア４１Ａ、４１Ｂの幅を鋳型２の最大鋳造幅よりも幅広に形成し、磁束密度が著しく低下するコア４１Ａ、４１Ｂの端部を除いた領域であるコア４１Ａ、４１Ｂの央部からを発生する磁界を、上記最大鋳造幅になるように調節された鋳型２の中空部に満たされている溶鋼５に与えるようにしたので、溶鋼５に与えられる推力を可及的に均一にすることができ、鋳型２内のメニスカスから溶鋼５が凝固し始めるまでの領域に付与される攪拌力６を可及的に均一にすることができる。
【００３２】
これにより、従来のように鋳型２の短辺側内壁面の周辺領域における流速が低減してしまうということを防止することができ、鋳造される鋼片の端部に気泡や介在物が混入してしまうことを防止することができる。したがって、本実施の形態の電磁攪拌装置４を用いて鋼片を連続鋳造すれば、高品質の鋼片を連続鋳造することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、電磁攪拌装置として配設されるリニアモータを２極機としたが、リニアモータの極数は２極に限定されず、３極以上の極数であってもよい。また、各コイル４２Ａ〜４２Ｍに流す交流電流の位相の関係も図１に示したものに限定されない。
【００３４】
（第２の実施の形態）
次に、添付の図面を参照しながら本発明の電磁攪拌装置の第２の実施の形態を説明する。
本実施の形態の電磁攪拌装置は、コアの幅に対する規定を上述した第１の実施の形態と異なるようにしただけであり、その他の構成については上述した第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態の説明で用いた図１を用いて本実施の形態の説明を行う。
【００３５】
本実施の形態の電磁攪拌装置では、鋳型２の中空部の長辺方向における長さが最大鋳造幅になるように短辺部２Ａの位置を調節し、上記短辺部２Ａの位置を調節したときの鋳型２の短辺側内壁面よりも、コア４１Ａ、４１Ｂの幅方向における両端部が、ポールピッチの０．２５倍以上外側になるようにコアの幅を決定するようにしている。
【００３６】
ここでポールピッチとは、コイル４２Ａ〜４２Ｍに流れる交流電流の位相が１８０度異なるポール（極）間の距離であり、例えば図１（ａ）に付した符号Ｐで示される距離である。
【００３７】
このようにしてコア４１Ａ、４１Ｂの幅を決定するようにすれば、電磁攪拌装置４として配設されるリニアモータの極数と、上記リニアモータの寸法だけからコア４１Ａ、４１Ｂの幅を決定することができる。したがって、本実施の形態では、高品質の鋼片を連続鋳造するためのコア４１Ａ、４１Ｂの幅を上述した第１の実施の形態よりも簡単に、かつ確実に決定することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鋳造幅が最大になるように調節された鋳型の中空部よりも、コアの幅を大きくしたので、磁束密度が著しく低下するコアの端部を除いた領域を使用しないでコアの央部から発生する磁界だけを使用して、上記鋳型の中空部に満たされている溶融金属を攪拌することができる。これにより、鋳型の中空部に満たされている溶融金属に対して可及的に均一な電磁力を与えることができ、上記溶融金属に付与する攪拌力を可及的に均一にして攪拌流速を均一にすることができ、連続鋳造する鋳片の端部に気泡や介在物が混入してしまうことを防止して、高品質の鋳片を連続鋳造することができる。
【００３９】
また、本発明の他の特徴によれば、上記コアの幅を、上記鋳型の最大幅からポールピッチの０．２５倍以上外側領域迄カバーする長さにしたので、高品質の鋳片を連続鋳造するために必要なコアの幅をより容易に、かつ確実に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示し、連続鋳造装置の概略構成を示した図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示し、鋳型内部で発生する電磁力の分布の測定結果を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示し、鋳型の水平方向の断面の概略構成を示した図である。
【符号の説明】
１　連続鋳造装置
２　鋳型
２Ａ　短辺部
２Ｂ　長辺部
３　浸漬ノズル
４　電磁攪拌装置
５　溶鋼
４１Ａ、４１Ｂ　コア
４２Ａ〜４２Ｍ　コイル

Claims

鋳造幅を調節することが可能な鋳型の中空部を介して対向するように配設されたコアを用いて、上記鋳型の中空部に満たされている溶融金属を攪拌する電磁攪拌装置であって、
上記鋳造幅が最大になるように調節された鋳型の中空部よりも、上記コアの幅を大きくしたことを特徴とする電磁攪拌装置。
上記コアの幅は、上記鋳型の最大幅から１割程度離れた鋳型の内側領域において、最大電磁力の０．８倍以上の電磁力を付与可能な幅に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁攪拌装置。
上記コアの幅は、上記鋳型の最大幅からポールピッチの０．２５倍以上外側領域迄カバーする長さに構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁攪拌装置。