JP4278423B2

JP4278423B2 - 溶融金属の連続鋳造装置

Info

Publication number: JP4278423B2
Application number: JP2003119850A
Authority: JP
Inventors: 伯公山崎; 隆平山; 一彦福原; 修筒江
Original assignee: Mishima Kosan Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Mishima Kosan Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: JP2004322145A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶融金属に鋳型内循環力を付与する電磁攪拌装置と溶融金属の下降流に対して制動力を付与する電磁制動装置の相互干渉を低減することのできる、磁束遮蔽板を有する連続鋳造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属を連続鋳造する際、例えば、溶鋼を連続鋳造してスラブを製造する際には、レードル内の溶鋼はタンディシュを介して浸漬ノズルから鋳型内に注入される。そして、鋳型内に注入された溶鋼は、鋳型底面から引き出され、スラブに成形されるが、その際、鋳型内の溶鋼に水平方向の温度が不均一であるとスラブに表面割れやシェル破断が生じ易い。そのため、鋳型側壁の外側の上端にリニアモータ装置を設置し、溶鋼を鋳型内で循環させて溶鋼温度を均一にする電磁攪拌技術が適用されている。
更に、溶鋼の表面に存在するパウダの巻き込みによるスラブの品質の低下を防止するために、鋳型内で溶鋼の下降流を抑制する電磁制動装置の設置が進められている。図１は、鋳型１０の上方にリニアモータ装置１１、中段に電磁制動装置１２が設置された鋳造装置を模式的に示した縦断面図である。
【０００３】
図１の電磁制動装置１２を用いて直流電源によって励磁すると、鋳型１０を貫通する磁束が発生し、この磁束中を溶鋼が下降すると、フレミングの右手の法則に基づき、溶鋼中を鋳型側壁と平行方向に流れる電流が惹起される。すると、この磁束と電流との相互作用により、フレミングの左手の法則に基いて上向きのローレンツ力が発生し、溶鋼の下降流が制動される。
【０００４】
溶鋼の下降流は鋳型１０の上方ほど強いため、電磁制動装置１２を鋳型の上方に設置することが望ましいが、この場合、電磁制動装置１２によって惹起された直流磁束と、リニアモータ装置１１により付与された溶鋼の循環力との相互作用により、ローレンツ力が発生し、溶鋼の循環力が弱められる。そのため、水平方向の温度が不均一となり、スラブに表面割れやシェル破断が発生する恐れが増大する。そこで、リニアモータ装置１１と電磁制動装置１２の相互干渉により溶鋼の循環流が制動されることを防止することのできる溶融金属の流動制御装置として、特許文献１には、図２に示した磁束遮蔽板を有する連続鋳造装置が開示されている。
【０００５】
一般的な連続鋳造装置は、鋳型の側面にリニアモータ装置を冷却するための水箱及び鋳型を循環する冷却水を滞留させた水箱を設置しており、この水箱が鋳型の剛性を強化している。図２に示したように、磁束遮蔽板１３をリニアモータ装置１１と電磁制動装置１２の間に設置する場合、水箱の設置が困難になり、鋳型の剛性が低下するという問題がある。また、磁束遮蔽板の水平方向の長さは、電磁制動装置よりも長くすることが好ましく、この場合には作業性を損なうという問題がある。更に、磁束遮蔽板はリニアモータ装置１１による誘導発熱で、高温になるという問題も生じた。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２１９２５５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、リニアモータ装置と電磁制動装置の相互干渉を防止する磁束遮蔽板を、鋳型の剛性を低下させることなく設置し、更に設置の作業性を向上させた、磁束遮蔽板の発熱を抑制し得る、溶融金属の連続鋳造装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その要旨は、以下のとおりである。
【０００９】
（１）溶融金属に鋳型内循環力を付与するリニアモータ装置と、前記リニアモータ装置の下方に設置され、溶融金属の下降流を制動する電磁制動装置と、前記リニアモータ装置と前記電磁制動装置の間に設置され、鋳型側面に垂直な方向の長さが前記電磁制動装置の鋳型側面に垂直な方向の長さの１／２以上である磁束遮蔽板を具備する溶融金属の連続鋳造装置において、鋳型の外側に設けた水箱内に前記リニアモータ装置が設置され、前記磁束遮蔽板が、前記の水箱の下面に接合され、かつ鋳型側面に垂直な方向の水箱の最大長さに相当する位置を境界にして、２分割されたことを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
【００１０】
（２）磁束遮蔽板を水箱の下面に接合する代わりに、水箱の下面を磁束遮蔽板に置換したことを特徴とする（１）記載の溶融金属の連続鋳造装置。
【００１２】
（３）磁束遮蔽板に冷却構造が設置されたことを特徴とする（１）または（２）に記載の溶融金属の連続鋳造装置。
【００１３】
（４）（１）または（２）に記載の磁束遮蔽板の、水箱の下部に相当する部位のみに冷却構造が設置されたことを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図３は、リニアモータ装置１１と電磁制動装置１２を有する連続鋳造装置の垂直断面図であり、鋳片の幅の中央部に対応する位置で、鋳造方向に平行な断面を模式的に示したものである。図３に示すように、リニアモータ装置１１は電磁力を溶鋼のメニスカス近傍に付与する必要があることから、鋳型の鋳造方向の上部に設置される。リニアモータ装置１１は発熱するため冷却が必要であり、水箱２ａの内部に設置されている。また、鋳造方向の中部及び下部には、鋳型を循環する冷却水を滞留させるバッファ領域として、水箱２ｂ、２ｃが設置されている。なお、バックプレート７と水箱２ａ、２ｂ、２ｃはステンレス鋼板の溶接構造である。
【００１５】
水箱２ａ、２ｂ、２ｃは、鋳型の剛性を高めるという役割も果たすが、リニアモータ装置１１と電磁制動装置１２の間に磁束遮蔽板１３を配置するには、水箱２ｂが障害になる。そのため、水箱２ｂを縮小せざるを得ないが、特に、水箱２ｂを設置せずに磁束遮蔽板１３を設置した場合には、鋳型の鋳造方向の中央近傍の補強部材を無くすことになるため、鋳型の剛性が極端に低下する。そこで、本発明者は、磁束遮蔽板１３を設置する際に、水箱２ｂの縮小を最小限に抑えて、鋳型の剛性の確保する方法について検討を行った。
【００１６】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１７】
本発明は、図４に示すように、鋳型のバックプレート７の背面の、鋳造方向の上部に設置した水箱２ａの下面に、磁束遮蔽板１３を接合したものである。これにより、水箱２ｂの厚みは、磁束遮蔽板１３の厚み分が縮小されているが、その代わりに磁束遮蔽板１３が水箱２ａの構成部品となる。そのため、鋳型の剛性の低下を最小限に抑えて、磁束遮蔽板１３を設置することが可能である。
【００１８】
なお、磁束遮蔽板１３は、透磁率が１０００〜３００００の電磁鋼板を積層したものであり、鋳型側面に垂直な方向の長さが電磁制動装置１２の鋳型側面に垂直な方向の長さの１／２以上であることが必要である。ここで鋳型側面に垂直な方向とは、鋳型銅板の溶鋼と接する面に垂直な方向をいう。図４は、リニアモーター装置１１、電磁制動装置１２、磁束遮蔽板１３を鋳型長辺側面に設けた例であり、鋳型側面に垂直な方向の長さは、電磁制動装置１２のコイル及びコア、ヨークの全面を覆うように、電磁制動装置１２の鋳型側面に垂直な方向の長さ以上とすることが効果的である。磁束遮蔽板１３の鋳型側面に垂直な方向の長さの上限は規定しないが、電磁制動装置１２の鋳型側面に垂直な方向の長さの２倍にすると、作業性を損なうことがある。また、磁束遮蔽板１３の鋳型側面に平行な水平方向の長さは、電磁制動装置１２の鋳型側面に平行な水平方向の長さ以上であることが好ましく、水箱２ａの下部の長さ以上であることが更に好ましい。
【００１９】
なお、図４に示したように、鋳型１０は、鋳型銅板１とバックプレート７とから構成されており、水箱２ａ、２ｂ、２ｃ、リニアモータ装置１１、電磁制動装置１２、磁束遮蔽板１３などは鋳型のバックプレートに取り付けられている。このため、本発明における鋳型側面に垂直な方向の長さとは、鋳型のバックプレートを起点とした長さを意味する。また、図４は、鋳型長辺側に水箱２ａ、２ｂ、２ｃ、リニアモータ装置１１、電磁制動装置１２、磁束遮蔽板１３を設けた例であるが、これらを鋳型短辺側に設けても良く、鋳型短辺側および鋳型長辺側の両方に設けても良い。
【００２０】
また、図５に示すように、リニアモータ装置１１を格納する水箱ａの下面そのものを、磁気遮蔽板１３とすれば、図３に示した従来の鋳型と同等の剛性を確保することができる。このように磁束遮蔽板１３が、水箱２ａと一体である場合は、水箱２ａ内の冷却水による間接冷却が可能であり、磁束遮蔽板の発熱を抑制することができる。
【００２１】
更に、図６に示すように、水箱２ａの下部の鋳型側面に垂直な方向の長さの最大値に相当する部位で磁束遮蔽板を、２分割磁束遮蔽板の水箱下部側４と２分割磁束遮蔽板の分離可能側５に分割すると、磁束遮蔽板１３の面積が鋳型本体と比べて大きく、鋳型に設置する際のハンドリングが困難であり、作業性を損なうという問題を回避することができる。２分割磁束遮蔽板の水箱下部側４と２分割磁束遮蔽板の分離可能側５との取り付けは、図７に示すようにボルト６による締結構造とすることが、取り付け作業性、メンテナンス性に優れるために好ましい。
【００２２】
磁束遮蔽板１３は、リニアモータ装置１１により生じる誘導電流により発熱するため、冷却構造を有することが好ましい。これは、磁束遮蔽板の温度の上昇による鋳型の熱変形、冷却水シールに用いているＯリング等への熱影響を回避するためである。この冷却を行うためには、図８に示したように、磁束遮蔽板１３に冷却孔３を通す構造、あるいは、冷却溝を加工して蓋を溶接する構造とすることが好ましい。磁束遮蔽板の発熱量は、リニアモータ装置１１の近傍で最大になるため、水箱２ａの下部に相当する部位では高温になるが、その外側での発熱はやや小さくなる。そのため、冷却孔３は、水箱２ａの下部に相当する部位に設置することが好ましい。
【００２３】
なお、図９に示したように、作業性を向上させるために２分割した磁束遮蔽板に冷却構造を設置する場合には、冷却構造を２分割磁束遮蔽板の水箱下部側４にのみ設置することが好ましい。これは、２分割磁束遮蔽板の分離可能側５の発熱が小さく、また分割したことにより、２分割磁束遮蔽板の水箱下部側４からの熱伝導が抑制されるためである。
【００２４】
【実施例】
図１０に示すように、リニアモータ装置１１、電磁制動装置１２、２分割磁束遮蔽板の水箱下部側４、２分割磁束遮蔽板の分離可能側５を設置した、鋳型内面が１２００×２５０ｍｍの鋳型を製作した。２分割磁束遮蔽板の水箱下部側４と、２分割磁束遮蔽板の分離可能側５とをボルトで接合した。更に、水箱２ａの下部の磁束遮蔽板４（水箱下部側）には、冷却孔３を設けた。なお、鋳型は銅板とし、バックプレート及び水箱はＳＵＳ３０４の溶接構造とし、２分割磁束遮蔽板の水箱下部側４、２分割磁束遮蔽板の分離可能側５は、電磁鋼板を積層して用いた。
【００２５】
鋳型の組立は、リニアモータ装置１１を水箱２ａに挿入した後、２分割磁束遮蔽板の水箱下部側４に２分割磁束遮蔽板の分離可能側５を取り付けて行った。磁束遮蔽板を分割したことにより、リニアモータ装置１１を取り付ける際に、鋳型を自由に縦横に移動させることが可能になり、作業性が向上した。
【００２６】
鋳型に設置した２分割磁束遮蔽板４、５に温度測定用のサーモラベルを貼付し、リニアモータ装置１１に５００Ａの電流を流して、温度を計測した。その結果、温度計測を行ったすべての点において、冷却水のシール用Ｏリングの耐熱温度１５０℃以下となり、冷却効果を確認することができた。
【００２７】
また、電磁制動装置１２に電流を流して、鋳型内のリニアモータ装置１１近傍の磁束密度を測定し、磁束遮蔽板のシールド効果を評価した。比較のため、分割しない磁束遮蔽板を設置して、同様にしてシールド効果を評価した。その結果、磁束遮蔽板の分割のありなしにかかわらず、磁束の遮蔽効果に違いはなかった。
【００２８】
鋳型の剛性を評価するために、鋳型の水箱に歪みゲージを貼付して、鋳造中の変形量を計測した。鋳造速度２ｍ／ｍｉｎで普通鋼を鋳造し、既設の磁束遮蔽板のない鋳型と歪み量を比較したが、計測された歪み量は同等であった。これにより、割れ等のない良質の鋳片を安定的に製造することが可能になった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明により、リニアモータ装置と電磁制動装置の相互干渉を防止する磁束遮蔽板を、鋳型の剛性を低下させることなく、連続鋳造装置に設置することが可能になり、更に設置の作業性が向上し、また磁束遮蔽板の発熱も抑制することができるため、割れ等のない良質の鋳片を安定的に提供することが可能になり、産業上の貢献が極めて顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】リニアモータ装置及び電磁制動装置を具備したモールドの断面図である。
【図２】リニアモータ装置と電磁制動装置と磁束遮蔽板を有する連続鋳造用鋳型の組立概念を示す垂直断面図である。
【図３】リニアモータ装置と電磁制動装置を有する連続鋳造用鋳型の組立概念を示す垂直断面図である。
【図４】磁束遮蔽板を、鋳型の水箱下部に接着した連続鋳造鋳型の組立概念を示す垂直断面図である。
【図５】磁束遮蔽板を、鋳型の水箱と一体構造とした連続鋳造鋳型の組立概念を示す垂直断面図である。
【図６】２分割された磁束遮蔽板を設置した組立概念を示す垂直断面図である。
【図７】２分割された磁束遮蔽板の接続方法を示す断面図。
【図８】冷却構造をもつ磁束遮蔽板を設置した連続鋳造鋳型の組立概念を示す垂直断面図である。
【図９】冷却構造をもち、２分割された磁束遮蔽板を設置した組立概念を示す垂直断面図である。
【図１０】リニアモータ装置と電磁制動装置を有する連続鋳造用鋳型に、冷却構造をもち、２分割された磁束遮蔽板を設置した模式図であり、（ａ）は、上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面断面図である。
【符号の説明】
１…鋳型銅板
２ａ、２ｂ、２ｃ…水箱
３…磁束遮蔽板の冷却孔
４…２分割磁束遮蔽板の水箱下部側
５…２分割磁束遮蔽板の分離可能側
６…締結ボルト
７…バックプレート
１０…鋳型
１１…リニアモータ装置
１２…電磁制動装置
１３…磁束遮蔽板

Claims

溶融金属に鋳型内循環力を付与するリニアモータ装置と、前記リニアモータ装置の下方に設置され、溶融金属の下降流を制動する電磁制動装置と、前記リニアモータ装置と前記電磁制動装置の間に設置され、鋳型側面に垂直な方向の長さが前記電磁制動装置の鋳型側面に垂直な方向の長さの１／２以上である磁束遮蔽板を具備する溶融金属の連続鋳造装置において、
鋳型の外側に設けた水箱内に前記リニアモータ装置が設置され、前記磁束遮蔽板が、前記の水箱の下面に接合され、かつ鋳型側面に垂直な方向の水箱の最大長さに相当する位置を境界にして、２分割されたことを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
磁束遮蔽板を水箱の下面に接合する代わりに、水箱の下面を磁束遮蔽板に置換したことを特徴とする請求項１記載の溶融金属の連続鋳造装置。
磁束遮蔽板に冷却構造が設置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融金属の連続鋳造装置。
請求項１又は２記載の磁束遮蔽板の、水箱の下部に相当する部位のみに冷却構造が設置されたことを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。