JP2922420B2

JP2922420B2 - 移動磁場発生用電磁コイル装置

Info

Publication number: JP2922420B2
Application number: JP10705494A
Authority: JP
Inventors: 田正弘山; 井美弦桜
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-05-20
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 1999-07-26
Anticipated expiration: 2014-07-26
Also published as: JPH07320927A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造設備のタンデ
ィッシュ等において、溶鋼中の非金属介在物を除去する
ために、溶鋼に水平回転流を与える移動磁場発生用電磁
コイル装置に関する。詳しくは、大電流を投入して大き
な移動磁場を形成して溶鋼を水平回転しても、安定して
操業を続けることができる移動磁場発生用電磁コイル装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造における溶融金属中の非金
属介在物を除去する方法として、中間容器（タンディッ
シュ）内の溶融金属を水平回転して遠心力を与え、溶鋼
と非金属介在物との比重差を利用して非金属介在物を旋
回中心に集め、衝突、吸着、凝集を促進して分離する技
術が知られている。溶鋼に水平回転流を与える手段とし
ては、種々の方法が開示されているが、現在では、電磁
石を利用する移動磁場発生用電磁コイル装置が主流とな
っている。この装置は、溶鋼の回転方向に多数の電磁石
を配置し、電磁石を回転方向に順次駆動（on/off）する
ことによって回転（移動）磁場を形成し、回転する磁場
によってタンディッシュ内の溶鋼を水平回転するもので
ある。

【０００３】他方、溶鋼中の非金属介在物の除去を良好
に促進するためには、タンディッシュ内により長い時間
溶鋼を滞留させるのが好ましい。そのために、タンディ
ッシュを大型化して、タンディッシュへの溶鋼供給位置
とタンディッシュからの溶鋼排出位置との距離を長くし
て、溶鋼の滞留時間を長くする方法も知られている。

【０００４】また、前記２つの方法を併用することによ
って、より良好に非金属介在物の除去を促進するタンデ
ィッシュとして、図４に示される２層式のタンディッシ
ュが知られている。なお、図４において、（ａ）は概略
平面図、（ｂ）は概略断面図である。このタンディッシ
ュ１０は、底面の閉塞する円筒形の回転槽１２と、略直
方体の浮上槽１４とから構成され、両者は底部近傍に形
成される連通口１６で連通される。浮上槽１４の回転槽
１２と逆側端部近傍の底面にはノズル１８が配設され
る。また、回転槽１２の中心には取鍋のロングノズル２
０が挿入され、さらに回転槽１２の側壁を囲むようにし
て、移動磁場発生用電磁コイル装置（以下、コイル装置
とする）５０が配置される。このコイル装置５０は、前
述のように、半円筒形のケーシング内に、溶鋼の回転方
向に多数の電磁石を配置し、電磁石によって回転磁場を
形成して溶鋼を例えば矢印方向に水平回転するものであ
る。

【０００５】図示例のタンディッシュ１０においては、
溶鋼はロングノズル２０から回転槽１２に注入され、連
通口１６から浮上槽１４に流入して、ノズル１８から鋳
型に注入される。このようなタンディッシュ１０では、
コイル装置５０によって溶鋼が回転槽１２中で回転され
ることで前述のように溶鋼から非金属介在物が分離除去
され、また、連通口１６から浮上槽１４に流入してノズ
ル１８に至るまでの滞留中に、非金属介在物が浮上する
ことによって、さらに溶鋼から非金属介在物が分離除去
されるので、ノズル１８から排出される溶鋼は、非金属
介在物の含有量が極めて少ない、清浄なものとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年では鋼
材に対するより一層の高品質化が要求されている。高品
質な鋼材を製造するためには、鋳型に注入される溶鋼中
の非金属介在物は少ないのが好ましいのは当然のことで
あるが、前述のように、溶鋼中の非金属介在物を良好に
除去するためには、タンディッシュを大型化する必要が
ある。従来は、コイル装置は小型のタンディッシュを対
象としたものであり、コイル装置の内径は０．５ｍ程度
のものであった。ところが、近年では、より高品質な鋼
材の製造を可能とする大型のタンディッシュにも、コイ
ル装置を配設することが望まれている。ところが、実際
に大型で高出力のコイル装置を作製して運転してみたと
ころ、コイル装置の動作が安定せず、連続的に操業する
ことができないという問題が生じた。

【０００７】本発明の目的は、前述従来技術の問題点を
解決することにあり、大型のタンディッシュに配設され
る、大型のコイル装置であっても、安定して長時間操業
することができる移動磁場発生用電磁コイル装置を提供
することにある。

【０００８】前記目的を達成するために、本発明者は、
容器中の溶融金属に水平回転流を与えることによって溶
融金属中の非金属介在物を分離除去する非金属介在物除
去装置に利用される、溶融金属回転のための移動磁場発
生用電磁コイル装置であって、前記溶融金属の回転方向
に複数配置され、溶融金属の回転方向に順次駆動され
る、各々の起磁力が６×１０ ³ ＡＴ以上である電磁石
と、前記各電磁石のコアの前記溶融金属側の先端部を冷
却する冷却手段とを設けたことを特徴とする移動磁場発
生用電磁コイル装置を提供する。

【０００９】

【００１０】以下、本発明の（移動磁場発生用電磁）コ
イル装置について、より詳細に説明する。図１に、本発
明のコイル装置の概略平面図、図２に図１を矢印ｙ方向
に見た図、すなわち、電磁石を回転槽１２の中心から見
た図が示される。図１および図２に示されるように、コ
イル装置３０は、前述の図４に示されるコイル装置５０
と同様に、円筒をその軸線方向に切断してなる形状（半
円筒形）のケーシング２８によってその外郭が構成され
る。なお、ケーシング２８の形成材料には特に限定はな
く、ステンレス材等の通常のコイル装置に利用される各
種の材料でよい。ケーシング２８の内部には、円筒をそ
の軸線方向に切断してなる形状のコア本体３２が配置さ
れ、このコア本体３２から円筒中心方向（以下、この方
向を先端とする）に突出してコア（鉄芯）３４ａ，３４
ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅおよび３４ｆが形成されて
いる。各コア３４には、コイル３６ａ，３６ｂ，３６
ｃ，３６ｄ，３６ｅおよび３６ｆが巻回され、合計で６
つの電磁石が溶鋼回転方向に配置される。

【００１１】このようなコイル装置３０は、図１に示さ
れるように、前述のコイル装置５０と同様に内周壁がタ
ンディッシュ１０の回転槽１２を囲むように、タンディ
ッシュ１０（回転槽１２）に近接して配置され、各電磁
石を回転方向に順次駆動することにより、回転槽１２内
の溶鋼に回転する移動磁場（回転磁場）を与え、これに
よって溶鋼を水平回転する。

【００１２】コア３４は、電磁鋼板（珪素鋼板）等の通
常の電磁石のコアと同様の材料で形成される。他方、コ
ア本体３２は、コア３４と同様の材料あるいはコア３４
を保持可能な各種の材料で形成される。なお、コア本体
３２と各コア３４とは一体で構成されていても別々に形
成されてもよい。また、コイル３６も通常の電磁石と同
様の材料で形成される。

【００１３】各コア３４の先端には、コア３４の先端部
を冷却するための冷却手段３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３
８ｄ，３８ｅおよび３８ｆが（図１では、図面を簡略に
するため省略した）配置される。図３に示されるよう
に、冷却手段３８は、コア３４の外辺に沿った形状を有
しコア３４の先端面に当接する冷却管３９と、冷却管３
９の端部に接続される冷却水供給管４０および排水管４
２と、冷却水供給管４０への給水手段（図示省略）とか
ら構成される。すなわち、図示例のコイル装置３０にお
いては、冷却手段３８は、冷却管３９内を通過する水に
よってコア３４の先端部を冷却する。本発明のコイル装
置は、このようなコア３４先端部の冷却手段３８を有す
ることにより、大型かつ高出力のコイル装置であって
も、長時間にわたる連続操業を可能としたものである。

【００１４】前述のように、近年では、鋼材にもより高
品質が要求され、大型のタンディッシュにもコイル装置
を配設することが望まれているが、実際に大型のコイル
装置を作製して運転してみたところ、コイル装置の動作
が安定せず、連続的に操業することができないという問
題が生じた。

【００１５】前記問題点を解決するために、本発明者ら
は鋭意検討を重ねた結果、大型のコイル装置の操業が安
定しない原因が、コイル装置の発熱、特にコアの発熱に
あることを見出した。タンディッシュを大型化すれば溶
鋼回転用のコイル装置も大きくする必要があり、当然、
コイル装置に投入する電力も大きくなる。ところが、タ
ンディッシュ等に充填される溶鋼回転用の（移動磁場発
生用電磁）コイル装置においては、投入電力量の増加に
比して、コアの発熱の増加が著しい。本発明者らは更に
検討を重ねた結果、特にコアの先端部、中でも先端角部
分の発熱が大きく、この部分の発熱によって装置を安定
して操業できないこと、特に、後述する実施例でも示す
が、起磁力が６×１０³ＡＴ（アンペアターン）以上の
コイル装置では、先端部の温度がコアとなる電磁鋼板
（珪素鋼板）の耐熱温度を容易に超えてしまい、連続的
な操業はより困難であること、さらに、コアの先端部以
外は、コイル装置の操業に支障がある程に発熱しないこ
とも、同時に見出した。

【００１６】この理由は下記のように考えられる。前述
のように、コイル装置はタンディッシュ内の溶鋼回転方
向に多数の電磁石を配列し、電磁石を回転方向に順次駆
動することにより、回転磁場を溶鋼に印加して溶鋼を水
平回転する。ここで、溶鋼回転用のコイル装置において
は、効率よく溶鋼を旋回するためには、コアの先端部は
タンディッシュの鉄皮に近接し、かつ各電磁石（コア）
の間隔も近接しているのが好ましい。そのため、コイル
をコアの先端まで配置すると、コイル装置の設計自由度
等の点で不利となるので、図１にも示されるようにコア
に巻回されるコイルは、通常はコアの先端から若干後方
に配置される形となり、コアの先端はむき出しなってい
る。

【００１７】ところが、大型のコイル装置、特に、起磁
力が６×１０³ＡＴ（アンペアターン）以上のコイル装
置では、形成磁場が強いため、磁力の一部がタンディッ
シュ中の溶鋼に向かわずに、むき出しのコアの先端部か
ら他のコア、特にコアの先端角部から他のコアの先端角
部に向かってしまう漏洩磁力が発生してしまい、この漏
洩磁力によって、コアの先端部、特に先端角部が発熱し
てしまう。

【００１８】この漏洩磁力は、コイルをコアの先端部ま
で配置することによって防止することが可能ではある。
しかし、コイルをコアの先端部に配置すると、設計自由
度等の点で不利なのは前述のとおりであり、特に大型の
コイル装置では、当然コイルも大型になるので、設計自
由度等の点でコイルをコアの先端部に配置することはよ
り困難である。なお、上記漏洩磁力は、磁気シールド等
で防止することも可能であるが、磁気シールドを用いた
場合、それを冷却するための装置が必要となるため、さ
らに自由度が低くなり、また、磁気シールドによって、
磁気の損失が発生し、磁場が減少するという問題があ
る。

【００１９】本発明のコイル装置は、このような問題点
を、コア３４の先端部に冷却手段３８を配置して、先端
部のみを冷却するという、最も効率よく、かつ簡易な構
成によって解決したものである。

【００２０】なお、コイル装置の発熱は従来より問題と
なっており、例えば、特開平４−３２２８５３号公報等
には、溶鋼回転用のコイル装置であって、ケーシング内
に冷却手段を有するコイル装置が開示されている。しか
しながら、これらの装置は、ケーシング内を冷却するこ
とによりケーシングの損傷を防止することを目的とした
ものであり、コイル装置のコア先端部の発熱は全く考慮
されてはおらず、同公報等に開示されるコイル装置で
は、大型のコイル装置、特に起磁力が６×１０³ＡＴ以
上のコイル装置におけるコア先端部の発熱を防止して、
装置を安定して操業することは困難であった。

【００２１】冷却管３９の形成材料としては、コア３４
の先端から発生する磁場に与える影響が少なく、かつ十
分な耐熱性を有するものが各種利用可能であり、例え
ば、各種のステンレス等の各種の鋼管、チタン鋼管等の
電気伝導度の小さな金属管等が例示される。また、冷却
水供給管４０および排水管４２としては、磁場の影響を
受けない絶縁性のホースや配管が各種利用可能であり、
例えば、ゴムホース、強化プラスティック管等が例示さ
れる。

【００２２】本発明のコイル装置において、冷却手段は
図示例の冷却管３９を利用するものに限定はされず、例
えば、冷却パネルを当接してコア先端を冷却するもの
等、公知の各種の冷却方法が利用可能である。また、冷
媒は水に限定されず、通常の製造設備において冷媒とし
て使用される物が各種利用可能である。なお、冷却温度
（冷却の程度）には特に限定はなく、コア３４の耐熱性
等に応じて適宜決定すればよい。例えば、コア３４を電
磁鋼板で形成する場合には、コア３４先端部の温度が２
５０℃以下、好ましくは２００℃以下となるように冷却
すればよい。

【００２３】本発明のコイル装置は、図示例の半円筒形
の物に限定されず、例えばタンディッシュが円形の１槽
式であれば、円筒形であってもよく、あるいは溶鋼の回
転に十分な出力を有する場合には、半円筒よりも小さい
円弧状であってもよい。すなわち、本発明のコイル装置
は、タンディッシュの形状等に応じた各種の形状のコイ
ル装置にすべて利用可能である。

【００２４】以上、本発明の移動磁場発生用コイル装置
について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の
改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

【００２５】

【実施例】図１に示されるような（移動磁場発生用）コ
イル装置３０、および冷却手段３８を有さない以外は同
様のコイル装置５０を作製した。ケーシング２８は、厚
さ２０mmのステンレス製で、内径が０．８ｍ、厚さａが
５００mmとした。コア本体３２およびコア３４は電磁鋼
板の一体成形で、厚さ、すなわちコア３４先端面から逆
側面（以下、背面とする）までの距離は３００mm、コア
３４先端面の形状は、２５０×４００mmの長方形とし
た。コア本体３２の高さは８００mmとした。コア本体３
２は、ケーシング２８内に前記厚さ方向の中心に位置す
るように配置した。すなわち、ケーシング２８内面と各
コア３４先端面の距離ｂ、およびコア本体３２背面とケ
ーシング２８内面との距離ｃが、共に１００mmとなるよ
うに、ケーシング２８内にコア本体３２を配置した。さ
らに、各コア３４に、コイル巻線を６０ターン巻回する
ことによって、コイル３６を形成した。

【００２６】また、本発明のコイル装置３０の各コア３
４には、図３に示される、冷却管３９、冷却水供給管４
０および排水管４２からなる冷却手段３８を配設した。
なお、冷却管３９は一辺２５０mmのステンレス製の四角
柱管、冷却水供給管４０および排水管４２はゴム製のホ
ースを用いた。また、冷媒は水を用い、流量は２０００
ml/minとした。

【００２７】以上のようなコイル装置３０および５０を
用い、各電磁石に２３００Ａ（すなわち、起磁力は１．
３８×１０⁵ＡＴ）を通電して、図４に示されるような
タンディッシュ１０の回転槽１２の溶鋼を回転した。な
お、タンディッシュ１０（回転槽１２）の表面（鉄皮）
とコイル装置のケーシング内面との距離は６０mmとし
た。

【００２８】その結果、冷却手段３８を有さない従来の
コイル装置５０では、測定ポイントｘで２０００Ｇの磁
力を発生し、回転槽１２内の溶鋼は６０ｒｐｍの回転で
安定した。この状態で各コア３４の先端面の温度を測定
（縦方向に３か所）したところ、いずれの位置でも５０
０℃に達しており、コイルおよびコアの耐熱性から考え
て、これ以上の連続操業は不可能であった。なお、これ
以外の部分、例えば、コア本体３２背面のコア３４先端
面の測定点に対応する点、各コア３４の間のコア本体３
２表面等で温度測定をしたところ、２００℃以上の場所
は無く、この点では連続操業に何ら問題は無かった。

【００２９】また、コイル装置５０において、各電磁石
のコイルを４０ターンとし供給電流を１５００Ａとし
て、起磁力を６×１０³ＡＴに低下したが、依然として
コア３４の先端面の温度はすべての点で２５０℃を超え
ており、やはり連続的な操業は困難な状態であった。

【００３０】これに対して、冷却手段３８を有する本発
明のコイル装置３０では、測定ポイントｘにおける磁力
は１９５０Ｇに低下したが、回転槽１２内における溶鋼
は同様の６０ｒｐｍの回転で安定した。この状態で、先
のコイル装置５０と同様にコア３４の先端面の温度を測
定した結果、すべての測定位置の温度が１５０℃以下で
あり、連続的な操業が可能であった。なお、磁力の低下
は、ステンレス製の冷却管３９を配置したことによる渦
電流の発生によるものと考えられるが、溶鋼の回転には
ほとんど影響は無いのは上記のとおりである。また、コ
ア先端の測定位置以外での同様に温度測定結果は、従来
のコイル装置５０と同様であった。以上の結果より、本
発明の効果は明らかである。

【００３１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
移動磁場発生用電磁コイル装置によれば、大型のタンデ
ィッシュに対応した高出力のコイル装置であっても、長
時間にわたって安定してタンディッシュ内の溶鋼を水平
回転することができ、大型のタンディッシュを用いて、
高い生産効率で高品質の連続鋳造片を安定して製造する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の移動磁場発生用電磁コイル装置の概略
平面図である。

【図２】図１に示されるコイル装置のｙ線矢視図であ
る。

【図３】図１に示されるコイル装置の冷却手段を示す概
略斜視図である。

【図４】（ａ）および（ｂ）は、移動磁場発生用電磁コ
イル装置を配設されたタンディッシュの概略図である。

【符号の説明】

１０タンディッシュ１２回転槽１４浮上槽１６連通口１８ノズル２０ロングノズル２８ケーシング３０，５０（移動磁場発生用電磁）コイル装置３２コア本体３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆコ
ア３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ，３６ｆコ
イル３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８ｆ冷
却手段３９冷却管４０冷却水供給管４２排水管

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｃ２１Ｃ 7/00 Ｃ２１Ｃ 7/00 Ｐ (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01F 5/00 B22D 11/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】容器中の溶融金属に水平回転流を与えるこ
とによって溶融金属中の非金属介在物を分離除去する非
金属介在物除去装置に利用される、溶融金属回転のため
の移動磁場発生用電磁コイル装置であって、前記溶融金属の回転方向に複数配置され、溶融金属の回
転方向に順次駆動される、各々の起磁力が６×１０ ³ Ａ
Ｔ以上である電磁石と、前記各電磁石のコアの前記溶融
金属側の先端部を冷却する冷却手段とを設けたことを特
徴とする移動磁場発生用電磁コイル装置。