JP4296958B2 - ツイン鋳型を用いた連続鋳造方法、ツイン鋳型用の電磁制動装置及び連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Description

本発明は、スラブ連続鋳造設備における品質向上及び鋳込み速度向上（生産性向上）を目的としたツイン鋳型における鋳型内溶鋼流動制御技術に関するものである。

スラブ鋳造において生産性向上を目的としたツイン鋳型鋳造技術がある。これは、同じピンチロールによって二本の鋳片を同時に引き抜くものである。
この鋳造に用いるツイン鋳型２１は、図７に示したように、幅中央部に仕切り用の水冷銅板２２を挿入したもので、この水冷銅板２２で左右に仕切られた副鋳型２１ａ，２１ｂの幅変更、すなわち鋳込み幅の変更は、一般的にはツイン鋳型２１の外側に位置する両短辺２３を鋳型幅方向に同調移動することによって行うので、左右の副鋳型２１ａ，２１ｂの幅は同一である。

ところで、タンディッシュ内溶鋼を前記ツイン鋳型に注入する浸漬ノズル２４は、図７（ａ）に示したように、鋳込み幅の最も狭い狭幅時に、副鋳型２１ａ，２１ｂの幅中央に位置するよう、タンディッシュの底に固定されており、その位置は不変である。

従って、図７（ｂ）に示したように、鋳込み幅が広い広幅時には、副鋳型２１ａ，２１ｂに対する浸漬ノズル２４の相対位置は、副鋳型２１ａ，２１ｂの幅中央から水冷銅板２２寄りに位置することになる。

かかる広幅時には、浸漬ノズル２４（通常２孔ノズル）から吐出される溶鋼の流速エネルギは、中央の水冷銅板２２に向かうものが、外側の短辺２３に向かうものより強くなって副鋳型２１ａ，２１ｂの幅方向に偏流や温度の偏りが発生し、中央の水冷銅板２２側に位置する鋳片部分にかぶれ疵を発生させる場合があることから、溶鋼吐出流のエネルギを内側（中央の水冷銅板側）と外側（両側の短辺側）で均等にすることが必要になる。

鋳込み速度を速くすることは、連続鋳造の生産性を向上させることになる。しかしながら、鋳込み速度を速くすると、浸漬ノズルからの溶鋼吐出量が多くなり、短辺への衝突エネルギも大きくなって、溶鋼の反転流も強くなり、湯面変動も大きくなる。従って、鋳込み速度を速くするには、溶鋼流を層流化、沈静化する必要がある。この溶鋼流の層流化、沈静化には、電磁制動の適用が有効であり、電磁制動装置（以下、「電磁ブレーキ」という。）を鋳型に設置する技術は公知である。

通常、タンディッシュ内溶鋼を鋳型に吐出する浸漬ノズルは、鋳型幅方向の両側に向けて吐出孔があり、その吐出孔数は一般的には２孔である。狭幅時のように、浸漬ノズルから中央に位置する水冷銅板と外側に位置する短辺までの距離が同じであれば、電磁ブレーキは鋳型全幅に均等に印加すればよいが、広幅時のように、前記距離が異なると鋳型幅方向に電磁ブレーキの印加強度を変える必要がある。

また、連続鋳造設備では、鋳込み中における鋳型内の溶鋼流動解析や溶鋼温度測定及びブレイクアウト予知等を目的として、鋳型銅板に熱電対を設置するが、電磁ブレーキや電磁攪拌装置を鋳型に設置する場合は、そのコイル部が鋳型銅板を保持するバックアップフレームに接して設置されるため、熱電対と干渉することになって、コイル設置部分に熱電対を設置することができない。そのため、コイル設置部を避けて熱電対を設置するか、コイルをバックアップフレームから離して設置せざるを得ない。

しかしながら、ツイン鋳型のそれぞれの副鋳型の内側と外側の吐出流速の減速量を個々に制御するには、図８に示したように、内側と外側の電磁ブレーキの強度を個別に変化させる必要があり、この場合、その電源装置も別々に必要となる。このような理由により、ツイン鋳型を用いた連続鋳造では、通常、狭幅時、広幅時を問わず、各吐出孔近傍で同一の磁場強度を与えている。
特表２００１−５２１４４４号公報

また、コイル設置部を避けて熱電対を設置した場合には、前記解析精度や測定精度、予知精度が悪くなる一方、コイルをバックアップフレームから離して設置した場合には、電磁ブレーキや電磁攪拌の効率が悪くなる。

本発明が解決しようとする問題点は、ツイン鋳型における鋳型内溶鋼流動制御技術では、１組の電源装置では狭幅時、広幅時における電磁ブレーキの最適制御が行えないという点、また、電磁ブレーキの効率向上と、鋳型内の溶鋼流動解析、溶鋼温度測定及びブレイクアウト予知等の精度向上を図ることが望ましいという点である。

ツイン鋳型において、副鋳型の内側と外側の溶鋼吐出流速の減速度合いを個別に制御するには、静磁場を発生させる電源装置が個別（ツイン鋳型においては４個）に設置するのが一般的である。

一方、鋳型に設置するコイルは、鋳型内溶鋼による熱影響や鋳型冷却水による蒸気等、設置環境が厳しいので、コイルへの給電ケーブルは対環境性の良い高価なケーブルを使用する場合が多く、極力その本数は必要最小限とすることが望ましい。

また、ブレイクアウト予知（検知）用の熱電対は、鋳型温度の挙動を精度よく検知するために、通常、鋳型の長辺側、短辺側における高さ方向及び幅方向に多数設置されるが、その場合、電磁ブレーキや電磁攪拌用のコイルと干渉することなく設置する必要がある。

本発明者は、このようなツイン鋳型を用いた連続鋳造操業において、狭幅時と広幅時に印加する電磁力を選択する構成について調査、研究を重ねた結果、ツイン鋳型を構成する副鋳型のそれぞれについて個別に電磁ブレーキの鉄心を設けた場合には、それぞれの鉄心間に空気ギャップが生じ、全体として磁気抵抗が大きくなって、ブレーキ効率が悪くなること、また、発生する電磁力が小さいことを知見した。

また、左右の副鋳型による鋳込み幅が同一のツイン鋳型では、それぞれの副鋳型に作用させる電磁ブレーキの強度、すなわち、それぞれの副鋳型への印加強度は同一で良いので、同一の電源装置を用いた一括印加が可能である。

本発明は、本発明者の前記知見に基づいてなされたもので、
本発明の連続鋳造方法は、ツイン鋳型を用いた連続鋳造に際し、吐出方向が鋳型幅方向である２孔を有する浸漬ノズルの各吐出孔からの溶鋼吐出流を制動する電磁コイルを鋳型銅板の外周部に合計８個配置して連続鋳造する方法であって、
狭幅時、広幅時における電磁ブレーキの最適制御を可能とするために、
前記外側の両短辺を幅中央側に移動して、鋳型鋳込み幅が狭く、両浸漬ノズルが仕切り用水冷銅板と外側の短辺の中心に位置する場合には、４つの全ての溶鋼吐出流を制動し、
前記外側の両短辺を幅外側に寄せて、鋳型鋳込み幅が広く、両浸漬ノズルと外側の短辺との距離よりも、両浸漬ノズルと仕切り用水冷銅板との距離が短い場合には、浸漬ノズルから仕切り用水冷銅板に向けて吐出される２つの溶鋼吐出流のみを制動するよう、電源装置側の切り替え回路を用いて選択することを最も主要な特徴とする。

そして、前記本発明の連続鋳造方法の実施に用いる本発明のツイン鋳型用の電磁ブレーキは、
鋳型の幅中央部に仕切り用水冷銅板が挿入され、外側の両短辺が個々に鋳型幅方向に移動可能なツイン鋳型における鋳型銅板の外周部に配置され、浸漬ノズルの各吐出孔からの溶鋼の吐出流に電磁力を作用させて制動するための電磁コイルと、
この電磁コイルに直流電流を供給するための電源装置と、
この電源装置側に配置され、電流の切り替えを行う回路を有するツイン鋳型の電磁ブレーキであって、
前記電磁コイルが鋳型銅板の外周部に合計８個配置され、
前記浸漬ノズルが、溶鋼吐出方向が鋳型幅方向である２孔を有する場合に、
前記副鋳型の幅に応じて、前記浸漬ノズルから前記仕切り用水冷銅板に向けて吐出される２つの溶鋼吐出流のみを制動するか、或いは、４つの全ての溶鋼吐出流を制動するのかを、前記回路により選択可能としたことを最も主要な特徴とする。

前記本発明のツイン鋳型用の電磁ブレーキでは、
前記８個の電磁コイルに交流電流から変換した直流電流を供給する前記電源装置が１組であり、該電源装置から８個の電磁コイルへの給電ケーブルが６本とすること、また、溶鋼の吐出流に電磁力を作用させるための磁極が浸漬ノズルの各吐出孔近傍に合計８個配置され、各長辺側の４個の磁極をそれぞれ一体型構造とすることが望ましい。

また、前記本発明の連続鋳造方法の実施に用いる前記本発明のツイン鋳型用の電磁制動装置を備えた本発明の連続鋳造用鋳型は、
鋳型銅板と、
該鋳型銅板を支持するバックアップフレームと、
前記鋳型銅板の温度を測定する熱電対と、
前記鋳型銅板の外周に配置された前記８個の電磁コイルを有する連続鋳造用鋳型であって、
前記電磁コイルと干渉する位置のバックアップフレームの熱電対設置部位にスリット状の切欠き部を設けて前記熱電対を配置し、
前記干渉する位置のバックアップフレームに前記電磁コイルを接触状に配置できるように構成したことを最も主要な特徴とする。

本発明は、ツイン鋳型を用いた連続鋳造において、鋳込み幅に応じて、制動する電磁コイルを選択するので、鋳込み幅に応じた最適の電磁ブレーキ制御が行えてブレーキ効率の向上が図れるという利点がある。

また、本発明の連続鋳造用鋳型では、バックアップフレームに接して設置した電磁コイルの近傍に熱電対を設置できるので、電磁ブレーキや電磁攪拌効率を悪化させることなく、鋳型内の溶鋼流動解析、溶鋼温度測定及びブレイクアウト予知等の精度向上が図れるという利点がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図５を用いて説明する。
図１は本発明のツイン鋳型を用いた連続鋳造を説明する図で、（ａ）図に示したように、タンディッシュ１内の溶鋼は浸漬ノズル２を介して、例えば鋳込み方向の長さが９００ｍｍのツイン鋳型３の両副鋳型３ａ，３ｂに注入される。この際、溶鋼流は、矢印で示したように、中央の水冷銅板３ｃと外側の短辺３ｄ側に向けて、例えば下向きに２５°の角度で浸漬ノズル２から吐出される。

３ｅは前記浸漬ノズル２の吐出孔から吐出される溶鋼流に電磁ブレーキ力を作用させ、溶鋼の流速エネルギを均一化する電磁コイルで、図１（ｂ）に示したように、例えば副鋳型３ａ，３ｂの長辺側における浸漬ノズル２の吐出孔の両側に高さ方向の中心がくるよう、それぞれ２個ずつで合計８個配置されている。なお、図１中の４は鋳型内の湯面レベルを検知する渦流レベル計、５は浸漬ノズル２に取り付けられたスライディングノズル、６はピンチロールを示す。

前記電磁コイル３ｅは、前記したように副鋳型３ａ，３ｂの各長辺側に各２個ずつ配置した電磁コイル３ｅの磁極を、例えば図２に示したように、一体型構造とした構成で、鋳込み幅に応じて、これらの電磁コイル３ｅのうちの印加する電磁コイル３ｅを選択する。

かかる電磁コイル３ｅに交流電流から変換した直流電流を供給するための電源装置７と、この電源装置７側に配置されて、電磁コイル３ｅに通電する電流の切り替えを行う回路の一例を図３に示す。図３に示したように、通電する電流は、スイッチ盤９により、内側の電磁コイル３ｅのみ印加する時（Ａ）と、全ての電磁コイル３ｅを印加する時（Ｂ）に切り替えるようになっている。

そして、この図３に示した例は、１組の前記電源装置７から８個の電磁コイル３ｅに６本の給電ケーブル８ａ〜８ｆで接続しているものを示しているが、回路を工夫することで、狭幅時から広幅時への通電する電流の切り替えに対応して、中央に位置する４個の電磁コイル３ｅのうち片方（図３では紙面右側）の電磁コイルの極性が、括弧で示したようにＳ極のものはＮ極へ、Ｎ極のものはＳ極へと変わるようになっている。なお、図３中の１０は電磁コイル３ｅ間を接続するケーブルであり、このケーブル１０は外部には現れない。

かかる構成のツイン鋳型３を用いた連続鋳造では、その両短辺３ｄを幅中央側に寄せた、鋳型鋳込み幅が狭い場合には、両浸漬ノズル２は、副鋳型３ａ，３ｂの中央に位置する水冷銅板３ｃと外側に位置する短辺３ｄの中心に位置している。

従って、図４（ａ）に示したように、スイッチ盤９をＢに切り替え、前記８個の電磁コイル３ｅには、図２（ａ）に示すように、同一の印加を施し（白抜き矢印で示す）、中央に位置する水冷銅板２ｃと外側に位置する短辺３ｄへの両吐出流に矢印で示すようなブレーキ力を作用させる。

これに対して、両短辺３ｄをツイン鋳型３の幅外側に寄せた、鋳込み幅が広い場合は、両浸漬ノズル２は副鋳型３ａ，３ｂの中央に位置する水冷銅板３ｃまでの距離Ｌ1が外側に位置する短辺３ｄまでの距離Ｌ2よりも短い（図１（ｂ）参照）。

従って、図４（ｂ）に示したように、スイッチ盤９をＡに切り替え、図２（ｂ）に示したように、中央に位置する４個の電磁コイル３ｅにのみ印加して（白抜き矢印で示す）、中央に位置する水冷銅板３ｃへの吐出流にのみ矢印で示すようなブレーキ力を作用させる。

前述の本発明の連続鋳造方法に使用するツイン鋳型３、或いは、本発明の電磁ブレーキを設置するツイン鋳型３にあっては、ブレイクアウトを予知するために設置する熱電対１１は、前述の課題を解決するには電磁ブレーキの電磁コイル３ｅと干渉することなく設置することが望ましい。

そこで、本発明のツイン鋳型３では、図５に示したように、鋳型銅板３ｆを支持するバックアップフレーム３ｇの熱電対１１設置部位に、例えば幅５０ｍｍ、深さ３０ｍｍ、長さ４００ｍｍのスリット状の切欠き部３ｇａを設け、この切欠き部３ｇａに熱電対１１を配置することで、バックアップフレーム３ｇに前記鋳型銅板３ｆの外周に配置された電磁コイル３ｅを接触状に配置できるようにしている。なお、この切欠き部３ｇａに取り付ける熱電対１１は、図５（ａ）に示すように、その他の部位に取り付ける熱電対１１よりも短いものを使用することはいうまでもない。

このような構成の本発明のツイン鋳型３は、電磁ブレーキを設けるものに限らず、電磁攪拌装置を設けるものでも適用可能である。

以下、本発明の効果を確認するために行った実験結果について説明する。
実験に使用したツイン鋳型は図３及び図５に示した構成で、電磁コイルは、ケイ素鋼板の積層構造である鉄心部に、一つの磁極当り１００ターンのコイルを巻いたものを使用した。この電磁コイルが発生する磁束密度は最大０．３５テスラ、通常適用磁束密度は０．１５〜０．３５テスラであり、電源装置は直流４４０ボルト、７５０アンペアで３３０ｋＷのものを使用した。

前記の本発明ツイン鋳型と電磁ブレーキを用いた本発明方法により、低炭素鋼を１２５０ｍｍ幅で鋳込んだ場合の結果を図６に示した。図６より明らかなように、電磁ブレーキ制御を行わなかった（電磁ブレーキなし）場合には、かぶれ疵を発生させない最大鋳込み速度は１．４ｍ／分であった（図６中の実線）。

これに対して、本発明による電磁ブレーキ制御を実施した場合（電磁ブレーキ電流２５０Ａ、及び、５００Ａ通電：図６中の破線）には、かぶれ疵を発生させない最大鋳込み速度は１．６ｍ／分まで向上させることができた。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは、言うまでもない。

以上の本発明は、ツイン鋳型に限らず、通常の鋳型であっても、長辺方向に対称的に電磁力を制御できるものであれば適用できる。

本発明のツイン鋳型を用いた連続鋳造を説明するための正面図で、（ａ）は浸漬ノズルの吐出孔と渦流レベル計の説明図、（ｂ）は電磁コイルの配置位置の説明図である。 本発明のツイン鋳型を用いた連続鋳造操業時に作用させるブレーキ力を説明するための図で、（ａ）は狭幅時、（ｂ）は広幅時である。 本発明のツイン鋳型の電源装置と電磁コイルとの結線状態を説明する図である。 図３と同様の図で、（ａ）は狭幅時における印加時の図、（ｂ）は広幅時における印加時の図である。 本発明のツイン鋳型における熱電対の設置状態を説明する図で、（ａ）は平面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の効果を示した図で、鋳造速度と溶鋼過熱度との関係を示した図である。 ツイン鋳型の説明図で、（ａ）は狭幅時、（ｂ）は広幅時を示す。 従来技術でツイン鋳型に印加する電磁ブレーキ力を変化させる場合の電磁コイルの構成を説明する図である。

符号の説明

２ 浸漬ノズル
３ ツイン鋳型
３ａ、３ｂ 副鋳型
３ｃ 水冷銅板
３ｄ 短辺
３ｅ 電磁コイル
３ｆ 鋳型銅板
３ｇ バックアップフレーム
３ｇａ 切欠き部
７ 電源装置
８ａ〜８ｆ 給電ケーブル
９ スイッチ盤
１１ 熱電対

Claims (5)

1. 外側の両短辺を個々に鋳型幅方向に移動することで、幅中央部に挿入した仕切り用水冷銅板によって仕切られた両副鋳型の幅を変更可能としたツイン鋳型を用いて鋳造する際に、
   吐出方向が鋳型幅方向である２孔を有する浸漬ノズルの各吐出孔からの溶鋼吐出流に電磁力を作用させて制動する電磁コイルを鋳型銅板の外周部に合計８個配置して連続鋳造する方法であって、
   前記外側の両短辺を幅中央側に移動して、鋳型鋳込み幅が狭く、両浸漬ノズルが仕切り用水冷銅板と外側の短辺の中心に位置する場合には、４つの全ての溶鋼吐出流を制動し、
   前記外側の両短辺を幅外側に寄せて、鋳型鋳込み幅が広く、両浸漬ノズルと外側の短辺との距離よりも、両浸漬ノズルと仕切り用水冷銅板との距離が短い場合には、浸漬ノズルから仕切り用水冷銅板に向けて吐出される２つの溶鋼吐出流のみを制動するよう、電源装置側の切り替え回路を用いて選択することを特徴とするツイン鋳型を用いた連続鋳造方法。
2. 鋳型の幅中央部に仕切り用水冷銅板が挿入され、外側の両短辺が個々に鋳型幅方向に移動可能なツイン鋳型における鋳型銅板の外周部に配置され、浸漬ノズルの各吐出孔からの溶鋼の吐出流に電磁力を作用させて制動するための電磁コイルと、
   この電磁コイルに直流電流を供給するための電源装置と、
   この電源装置側に配置され、電流の切り替えを行う回路を有するツイン鋳型の電磁制動装置であって、
   前記電磁コイルが鋳型銅板の外周部に合計８個配置され、
   前記浸漬ノズルが、溶鋼吐出方向が鋳型幅方向である２孔を有する場合に、
   前記副鋳型の幅に応じて、前記浸漬ノズルから前記仕切り用水冷銅板に向けて吐出される２つの溶鋼吐出流のみを制動するか、或いは、４つの全ての溶鋼吐出流を制動するのかを、前記回路により選択可能としたことを特徴とするツイン鋳型用の電磁制動装置。
3. 前記８個の電磁コイルに交流電流から変換した直流電流を供給する前記電源装置が１組であり、該電源装置から８個の電磁コイルへの給電ケーブルが６本であることを特徴とする請求項２記載のツイン鋳型用の電磁制動装置。
4. 溶鋼の吐出流に電磁力を作用させるための磁極が浸漬ノズルの各吐出孔近傍に合計８個配置され、各長辺側の４個の磁極をそれぞれ一体型構造としたことを特徴とする請求項２又は３記載のツイン鋳型用の電磁制動装置。
5. 鋳型銅板と、
   該鋳型銅板を支持するバックアップフレームと、
   前記鋳型銅板の温度を測定する熱電対と、
   前記鋳型銅板の外周に配置された前記８個の電磁コイルを有する連続鋳造用鋳型であって、
   前記電磁コイルと干渉する位置のバックアップフレームの熱電対設置部位にスリット状の切欠き部を設けて前記熱電対を配置し、
   前記干渉する位置のバックアップフレームに前記電磁コイルを接触状に配置できるように構成したことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載のツイン鋳型用の電磁制動装置を備えた連続鋳造用鋳型。

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