JP4859661B2 - 電磁撹拌装置 - Google Patents

Description

本発明は連続鋳造装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、凝固中の導電性物質例えば溶融金属に電磁力を利用して非接触で撹拌させる工程を有する連続鋳造装置に関する。

近年、スラブ連続鋳造装置のスラブ表層の清浄化対策として、鋳型内において凝固中の鋳片内溶鋼部分を電磁気力によって流動させるモールド内電磁攪拌装置が提案されている（非特許文献１）。モールド内の鋳片後方にリニアインダクタを設置することにより、モールド全幅をカバーする平行移動磁界を発生させ、この平行移動磁界でモールド内メニスカス近傍の溶鋼を水平方向に回転駆動させるものである。この移動磁界により発生した溶鋼攪拌流が柱状晶の間に補足された非金属介在物を洗い出し、初期凝固シェルに補足されることを防止する。また、洗い出された非金属介在物が溶鋼中心部で衝突、凝集して巨大化し、浮上しやすくなることにより、メニスカスまで浮上した非金属介在物がパウダーに細くされることで鋳片から取り除かれるようにしている。またこの攪拌流はモールド内の溶鋼温度分布を均一にし、凝固シェル厚みの偏差を減少させることで凝固遅れによる初期凝固シェルの歪みを軽減させ、鋳片の縦割れを防止するとしている。

他方、溶融金属の電磁撹拌においては、周方向だけではなく上下方向も同時に撹拌することが効果的であることが知られている。回転（円周）方向移動磁界による電磁撹拌は、容器内の溶融金属の撹拌に適用すると、液面が回転によって大変形するために大きな電力を投入できないという欠点がある上に、水平回転運動のみでは溶融金属が剛体回転に近い挙動をするため、溶融金属の混合が十分ではない。また、実験の結果からも、溶融金属の回転運動に比して軸方向の運動には大きな抵抗があり、回転磁界による回転運動のみでは十分な効果が得られないことが判明している。

そこで、近年、鉛直移動磁界をつくる三相交流コイルと周方向移動磁界をつくる三相交流コイルの２種類のコイルを容器の外側に配置し、誘導効果を利用して上下方向の電磁力と周方向の電磁力を発生させることによって上下方向と周方向に同時に撹拌するものが提案されている（特許文献１）。

また、容器内の溶融金属に回転磁界を与えるコイル（回転コイルと呼ぶ）を容器の軸に対して捩るように鉄心に斜めに配置して、三相交流の通電によりねじれ磁場を印加し、回転磁場と同時に軸方向の進行磁場（移動磁場）を与える誘導型電磁駆動装置も提案されている（特許文献２）。

新日鉄技法 第３７６号「新日本製鐵式スラブ用モールド内電磁攪拌装置"Ｍ−ＥＭＳ"」 特開２００３−２２０３２３号 特開２０００−１５２６００号

しかしながら、非特許文献１のスラブ連続鋳造装置におけるモールド内電磁攪拌装置の場合、水平磁界のみである。水平回転磁界による撹拌は、周辺ほど強く、中心に向かうほど弱くなるため、鋳型内で形成される周辺の凝固シェル近傍での撹拌力が最も強く、中心に向かうほど攪拌効果が薄れるものである。このため、非金属介在物を洗い出し初期凝固シェルに補足されることを防止するスラブ表層の清浄化対策においては有用ではあっても、凝固シェル内で最も遅く凝固が起こるスラブ中心に向かうほど撹拌が起き難く、結晶が大きく成長するため、結晶粒の微細化と均一化には効果が期待できない。

また、特許文献１の電磁撹拌装置では、鉛直移動磁界をつくる三相交流コイルと周方向移動磁界をつくる三相交流コイルとを容器の外側に重ねて配置するため、コイル容積が嵩張り装置が大型化すると共に２種類のコイルを備えるために高価な設備となる。

また、特許文献２の電磁撹拌装置は、回転磁場を与えるコイルを捩るように配置しているので、溶融金属に流れる電流は装置内で閉じたループを形成しないため、推力の発生に寄与しない電気的エネルギーが生じることになり、撹拌能力が低くなる傾向にある。

本発明は、結晶粒の微細化と均一化を可能とする連続鋳造装置並びに方法を提供することを目的とする。また、本発明は、軸方向と周方向とを同時に撹拌する流れを一種類の移動磁界発生手段で生成可能として、設備コストが安価で且つ設備容積がコンパクトな連続鋳造装置及び方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の連続鋳造方法は、凝固シェルの軸方向に移動する軸方向移動磁界を発生する複数の軸方向移動磁界発生リングを凝固シェルの軸方向に沿って間隔をあけて配置し、かつ軸方向移動磁界発生リングの中心軸を凝固シェルの中心軸に対して傾斜させると共に、各軸方向移動磁界発生リングの中心軸を端の軸方向移動磁界発生リングから順番に凝固シェルの周方向に順にずらして間隔をあけて配置し、溶融状態の導電性物質が固まり始めて凝固を完了するまでの間に、凝固シェルの内方の溶融状態の導電性物質に対して各軸方向移動磁界発生リングの中心軸の傾きによって垂直方向に移動する垂直成分磁界と水平面を周方向に回転させる水平成分磁界とを同時に印加し、凝固シェル内に侵入する磁場を周方向に回転させながら軸方向へ移動させて電磁攪拌するようにしている。また、本発明の連続鋳造装置は、溶融状態の導電性物質が固まり始め凝固を完了するまでの間の全域あるいはいずれかの領域で凝固シェル内の内方の溶融状態の導電性物質に侵入する軸方向移動磁場を印加する複数の軸方向移動磁界発生リングによって構成され、複数の軸方向移動磁界発生リングを凝固シェルの軸方向に沿って間隔をあけて配置し、かつ軸方向移動磁界発生リングの中心軸を凝固シェルの中心軸に対して傾斜させると共に、各軸方向移動磁界発生リングの中心軸を端の軸方向移動磁界発生リングから順番に凝固シェルの周方向に順にずらして間隔をあけて配置し、凝固シェルの内方の溶融状態の導電性物質に対して各軸方向移動磁界発生リングの中心軸の傾きによって垂直方向に移動する垂直成分磁界と水平面を周方向に回転させる水平成分磁界とを同時に印加し、凝固シェル内に侵入する磁場を周方向に回転させながら軸方向へ移動させて電磁攪拌するようにしている。

凝固シェル近傍の溶融状態にある導電性物質内においては、軸方向移動磁界発生リングによって発生する磁界がコイル軸の傾きによって垂直成分と水平成分とを有し、垂直成分が垂直方向（軸方向）の移動磁界として作用する一方、水平成分が水平面を周方向に回転させる磁界として作用する。このため、垂直成分と周方向の回転成分を合成する螺旋流の移動磁界が生成される。この螺旋流の移動磁界と電磁誘導により溶融状態の導電性物質たとえば溶融金属に流れる電流との間で、垂直成分と回転成分を有する電磁力が形成され、凝固シェル近傍の溶融状態の導電性物質にはらせん状の運動が与えられる。

ここで、本発明の電磁撹拌装置において、軸方向移動磁界発生リングは、通電によって軸方向移動磁界が凝固シェルの周りに回転する環状の交流電磁コイルの採用が好ましく、より好ましくは３相交流コイルの採用であって、順方向巻きのコイルと逆向き巻きのコイルを使って隣り合うコイル間に６０°の位相差を設けたものである。

また、本発明の電磁撹拌装置において、軸方向移動磁界発生リングは永久磁石であり、当該リングそのものを、凝固シェルの中心軸を中心として回転させることにより、凝固シェルの中心軸に対して傾斜する各軸方向移動磁界発生リングの各中心軸が凝固シェルの中心軸回りに回転することにより発生する回転磁界と、軸方向移動磁界発生リングが物理的に回転することにより生じる軸方向移動磁界を同時に加えることにより軸方向移動磁界が容器あるいは流れの周りに回転するようにしても良い。この場合における軸方向移動磁界発生リングは、高温超伝導磁石であることが好ましい。

また、本発明の電磁撹拌装置における軸方向移動磁界発生リングはその軸心を円周方向に６０°ずつずらし、６リングで１周することが好ましい。

本発明の電磁撹拌装置並びに方法によれば、軸方向移動磁界発生リングによって凝固シェルで囲まれた溶融状態の導電性物質に軸方向の電磁力がつくられると同時にその磁界が導電性物質の流れの周りを回転するため、溶融金属には軸方向の電磁力に起因する溶融状態の金属の流れと、この流れとは別の流れ、即ち周方向への磁界の移動に伴う流れが与えられる。これにより、容器の周壁近傍の溶融金属には、軸方向の電磁力に起因する軸方向運動と回転運動とが重畳した流れが生じ、軸方向移動磁界発生手段のみで溶融金属が軸方向と周方向に同時に撹拌される。依って、回転磁界型とリニアモーター型の２種類の電磁コイルを組み合わせなくとも、軸方向移動磁界発生リングだけで軸方向と周方向の同時撹拌を可能とする螺旋の旋回流が形成できるので、部品点数が少なくコンパクトで安価な設備とすることができる。

また、螺旋状の回転力が与えられながら凝固シェルの中心に向かう対流によって攪拌される溶融状態の導電性物質の固まりかけた部分即ち結晶化し始めたものが、凝固シェルとの境界において衝突により結晶粒が砕かれて細かくされるので、結晶粒の微細化と均一化が可能となる。しかも、撹拌に効果的な軸方向移動成分が主となって周方向移動成分（回転）が生成されるため、撹拌能力も高いものとなる。したがって、結晶粒が砕かれて微細化されると共に、結晶粒が小さくされたままで凝固することにより結晶粒の再成長も抑制できる。

さらに、請求項３記載の電磁撹拌装置によれば、軸方向移動磁界発生リングを構成する電磁コイルへの通電制御だけで移動磁界が生成され、機械的駆動部を必要としないため、作動が安定する。特に、請求項４記載の電磁撹拌装置によれば、商用電源をそのまま使用するだけで三相電源の電流の位相差を利用して移動磁界を生成できる。

また、請求項５記載の電磁撹拌装置によれば、軸方向移動磁界発生リングが永久磁石で構成されているので、当該リングそのものを容器あるいは流れの中心軸を中心として回転させるだけで、軸方向移動磁界の回転を実現できる。特に、高温超伝導磁石を用いた請求項６記載の電磁撹拌装置によれば、大きな電磁力を印加可能であるため、強い撹拌力を得ることができる。

以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１に本発明にかかる電磁撹拌式連続鋳造装置の一実施形態を示す。この実施形態の連続鋳造装置は、鋳型２あるいは二次冷却帯８の周囲に電磁撹拌力を与える電磁撹拌装置３を備え、凝固シェル４で溶融状態の導電性物質１が包囲された成形物に対して溶融状態の導電性物質１が固まり始め凝固を完了するまでの間に電磁撹拌を与えるようにしたものである。電磁撹拌装置３は、凝固シェル４に包囲された溶融状態の導電性物質１に対して凝固シェル４の軸方向に磁力線を発生させる複数例えば６個の軸方向移動磁界発生リング３ａ〜３ｆによって構成され、各リング３ａ〜３ｆの軸心Ｏａ〜Ｏｆが凝固シェル４あるいは鋳型２の中心軸Ｏｖに対して傾斜させると共に各リング３の軸心Ｏａ〜Ｏｆが凝固シェル４あるいは鋳型２の周方向並びに軸方向に間隔をあけて順次ずらして配置するようにしたものである。

この電磁撹拌装置３により、溶融状態の導電性物質１が固まり始めて凝固を完了するまでの間に、凝固シェル４の内方の溶融状態の導電性物質１に対して軸方向移動磁界を凝固シェル４の周りに回転させながら印加するものである。電磁撹拌は、溶融状態の導電性物質１が固まり始めてから凝固を完了するまでの間のいずれかに凝固シェル４で囲まれた溶融状態の導電性物質１に対して軸方向移動磁界を与えることが必要である。したがって、連続鋳造装置における電磁撹拌装置は、鋳型内、鋳型下、凝固末期の３つの位置のいずれか１つに若しくは２つ以上に組み合わせて配置されて用いられることが好ましく、より好ましくは凝固開始から完了までの全域で電磁撹拌を与えることである。そこで、本実施形態においては鋳型２および二次冷却帯８の凝固シェル４の周りに電磁撹拌装置３を配置するようにしている。

ここで、鋳型２には、冷却能力を有していると同時に磁束を透過させることが必要であり、磁力線を貫通させ易い材質でかつ撹拌しようとする溶融金属１の融点よりも高い融点の材料、例えば透磁率の低いオーステナイト系ステンレス、銅やアルミニウムなどの非鉄金属あるいはこれらの組み合わせによって構成されている。例えば、溶鋼を冷却する機能を持つ銅板と、鋳型としての剛性を保つためのステンレス鋼部材とから構成される鋳型の使用が好ましい。しかしながら、銅板やステンレス鋼などは、あまり厚いと磁場により内部に渦電流が流れ、反発する磁場が発生するため、結果的に溶融状態の導電性物質中の磁場が減衰することがある。そこで、溶融状態の導電性物質により強い電磁力を付与するため、銅板は導電率が低くかつ薄い方が好ましく、ステンレス鋼部材についても同様に薄い方が望ましい。そこで、鋳型２は、例えば薄いかあるいはスリットが入れられて渦電流の発生が抑制された冷却用の銅板と溶湯に直接接触するステンレスとで構成される。また、励磁電流の周波数を低周波数化することにより磁束密度の減衰を少なくすることも可能であり、例えば１０Ｈｚ以下、好ましくは５Ｈｚ程度の低周波数電流の使用が磁束の通過を容易にする。特に、大断面ブルームの凝固末期における電磁撹拌には、厚い凝固シェル４を通して電磁力を作用させる必要から１０Ｈｚ以下の低周波数電流を用いることが好ましい。また、鋳型直下あるいは凝固末期に至る位置に配置される電磁撹拌装置３の場合には、電磁力の減衰を小さくするため商用電源周波数の電流が用いられる。

鋳型２には凝固シェル４を形成するための冷却水を循環させる冷却パイプ（図示省略）が埋設され、常時冷却されているため、その周囲に配置された電磁撹拌装置３を構成する軸方向移動磁界発生リング３ａ〜３ｆが溶湯の放射熱を直接受けることはなく、固体輻射熱で加熱される虞はない。

電磁撹拌装置３を構成する軸方向移動磁界発生リング３ａ〜３ｆは、凝固シェル４に包まれた溶融状態の導電性物質１に対して軸方向移動磁界を印加させるため、鋳型２の外あるいは鋳型２から引き出された凝固シェル４の周りに設置されている。本実施形態の場合、軸方向移動磁界発生リング３ａ〜３ｆは、環状の磁界発生コイルによって構成され、円筒状の鉄心５を備え、この鉄心５の内周面側に内方に向けて開口するように形成された環状溝（スロット）６に必要に応じたターン数がそれぞれ巻かれている。ここで、磁場の強さはコイルの巻き数に電流値をかけたもので決まることから、所望の磁場の強さが得られる条件を満たすように、巻き数が決められる。即ち、（磁場の強さ）＝（巻き数）×（電流）の条件を見たすように、巻き数が決められる。また、各コイル３ａ〜３ｆに流す電流は、（電流）＝（電圧）÷（インピーダンス）から求められる。

そして、それぞれのスロット６に同心円状にコイル線材を巻回した環状コイル３ａ〜３ｆが収納されている。即ち、軸方向移動磁界発生コイル３ａ〜３ｆは、複数の環状コイルを軸方向に配置したものである。なお、電磁撹拌装置３を構成する軸方向移動磁界発生リングの数は上述の６個に特に限定されず、撹拌すべき溶融導電性物質１の材質・種類及び量、並びに撹拌のモード及び強度などに応じて任意に設定する。

図３に２０ターンを巻いた磁界発生から成る軸方向移動磁界発生リング３ａ〜３ｆの概念図を示す。尚、この図は、三相交流の通電状態と発生磁束との関係を説明するため、図１の軸方向移動磁界発生リング（磁界発生コイル）３ａ〜３ｆを説明の便宜上同心状に配置して示したものであり、鉄心５並びにスロット６も軸方向に等間隔で同心円状に複数本配置された状態で示されている。図３における磁界発生コイル３は、１２０°位相差を有する三相交流をそれぞれ流すＡ，Ｂ，Ｃの３種類のコイルと、これらとそれぞれ結線されて逆向きに巻回されるＸ，Ｙ，Ｚの３種類のコイルとを設定している。コイルの配置順序は、三相交流の各相のコイルをＡ，Ｂ、Ｃ、それらと逆の向きに巻いたコイルをＸ，Ｙ，Ｚとすると、例えば位相角の関係を示す図３の（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、ＡとＸ、ＢとＹ、ＣとＺがそれぞれ結線されて対向する位置関係となるように、鋳型の軸方向下側に向けてＡ→Ｚ→Ｂ→Ｘ→Ｃ→Ｙ→Ａ→…→Ｙの順番に配置され、各コイルの位相差が６０°に設定されて６つのリング３ａ〜３ｆで１周するように設けられている。即ち、図３の（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、Ａが０度のとき、Ｚが６０度、Ｂが１２０度、Ｘが１８０度、Ｃが２４０度、Ｙが３００度である。つまり、図１に示すように、本実施形態の電磁撹拌装置３は、凝固シェル４の周りを囲繞すると共に６つの環状コイル３ａ〜３ｆからなり、さらに当該コイルは３相交流コイルであり、順方向巻きのコイルと逆方向巻きのコイルを使って隣り合うコイル間に６０°の位相差を設けるようにしている。したがって、磁界発生コイル３に図示していない電源より三相交流の電流が供給されると、例えば図３（Ａ）に矢印で示すように、鉄心５から鋳型２を貫通して溶融金属１に達した後、鋳型２を貫通して鉄心５に戻る磁力線が発生する。磁力線は各コイル毎に発生するが、隣り合うコイル同士の位相差や巻き方向、各コイルに流れる電流の変化によって鋳型の軸方向下向きの移動磁界が形成される。しかも、三相交流の振幅に応じて磁界が周方向に移動するため、溶融状態の導電性物質１たる溶融金属には螺旋流７が起こる。

尚、各磁界発生コイル３ａ〜３ｆは、図示していないが、場合によっては冷却材例えば冷却用オイルを満たした環状鋳型内に設置し、通電による過熱を防止することもある。軸方向移動磁界発生コイルには３相交流商用電源から周波数可変のインバータ等を経て任意周波数の３相交流を通電する。

以上のように構成された電磁撹拌装置３を備える連続鋳造装置によれば、軸方向移動磁界発生リング３ａ〜３ｆたる三相交流コイルへ三相交流が通電されると、アンペールの法則によりコイルの周りのヨーク材を通る磁力線が発生する。この同心円環型のコイルによって生じる磁力線は、鋳型２並びに凝固シェル４を透過して溶融金属１内に入り込み、磁路を形成する。三相交流の電流の時間変化とともに、コイルの周りの磁場は移動する。この移動磁場により、ファラデーの電磁誘導の法則により、溶融金属１内には常時周方向に電流が発生する。この電流の向きは移動磁場による磁場の変動により常時変化するが、電磁力の向きは常に同じ方向となり、一定方向例えば下方へ向けて発生する。つまり、下向きの移動磁界を形成することで、溶融金属の鋳型２の壁面近傍、即ち磁力線が鋳型２並びに凝固シェル４を径方向に貫通する位置に円周方向に流れる電流が発生する。例えば、図３（Ａ）のＰ１位置では同図の奥側から手前側に向かう電流が、Ｐ２位置では同図の手前側から奥側に向かう電流が発生する。移動磁界と溶融金属１中に生じる電流とによってフレミングの左手の法則から下向きの電磁力Ｆが発生する。導電性液体１中に発生する電流は場所によって方向が逆になるが、Ａ，Ｂ，Ｃのコイル３とＸ，Ｙ，Ｚのコイル３の巻き方向も逆になっているので、常に下向きの電磁力Ｆが発生する。

このため、溶融金属１には軸方向への電磁力Ｆが発生する同時にこの電磁力の周方向並びに軸方向への移動が生じるため、溶融金属１に対して軸方向の電磁力と周方向の電磁力とが合成された斜め方向の推力が働いて、一定方向即ち斜め下方向の流れを溶融金属１に起こさせる。この凝固シェルの内側の面に沿った流れはその後反転して上昇流となり、凝固シェルの中央で液面へ向けて上昇すると共に液面で再び凝固シェルの壁面側へ反転して凝固シェルの壁面に沿った下降流となって循環する対流を起こす。この対流は、軸方向への移動を主成分とするが、周方向への回転成分を伴うので、軸方向と周方向とを同時に撹拌する螺旋状の流れとなる。この場合には、未凝固の溶融金属に対して軸方向の電磁力と周方向の磁界の移動とで中心に向かう強力な螺旋状の流れが溶融導電性物質に働いて攪拌することから、結晶成長の制御が可能となる。例えば、等軸樹枝状晶を増し、最終凝固位置の溶質元素の偏析を多数の等軸晶間に分散することが可能となる。しかも、固まりかけたところに液体金属をぶっつけて結晶粒を砕くことにより結晶粒を細かくすることができる。回転磁界による撹拌は、周辺ほど強く、中心に向かうほど弱くなる。しかし、境界面で衝突させることで、結晶粒の微細化と均一化が可能となる。

ここで、鋳型２の周壁付近あるいは凝固シェル４の内壁面において溶融金属１に対して下降流が生じ、鋳型２あるいは凝固シェル４の中央部において溶融金属１に対して上昇流が生じると共に軸方向移動磁界が同時に周方向にも移動することに起因する回転運動によって溶融金属１の液面が鋳型２の中央部において凹む。この結果、溶融金属１の液面は鋳型２の半径方向に亘ってほぼ均一となりほぼ平坦に保持されるので、軸方向移動磁界発生コイル３に対して大電流を投入して溶融金属１に対して大きな運動を発生させても、溶融金属１が鋳型２から溢れ出ることがない。

しかも、本発明の装置は、磁界の発生を溶融金属１の回転運動に比して大きな抵抗が生ずる軸方向の運動を主とし、軸方向運動を損なうことなく得た回転運動を重畳させることができ、溶融金属１に対して強力かつ均一な撹拌を与えることができる。

軸方向移動磁界発生コイル３によって凝固シェル４内に軸方向移動磁界を形成することにより、凝固シェル４の周壁近傍においては、電磁誘導により溶融状態の導電性物質たとえば溶融金属に流れる電流との間に軸方向の電磁力を形成して周壁近傍の溶融状態の金属に軸方向の運動を与える。同時に、各リング３ａ〜３ｆの軸心Ｏａ〜Ｏｆを凝固シェル４の中心軸（例えば垂線）Ｏｖに対して傾斜させると共に各リング３ａ〜３ｆの軸心Ｏａ〜Ｏｆが凝固シェル４（あるいは連続鋳造用鋳型２）の周方向並びに軸方向に間隔をあけて順次ずらして配置することによって、凝固シェル４内に侵入する磁場が周方向に回転しながら軸方向下側へ移動することとなる。つまり、凝固シェル４の近傍の溶融状態にある導電性物質１内においては、軸方向移動磁界発生リング３ａ〜３ｆによって発生する磁界がコイル軸Ｏａ〜Ｏｆの傾きによって垂直成分と水平成分とを有し、垂直成分が垂直方向（軸方向）の移動磁界として作用する一方、水平成分が水平面を周方向に回転させる磁界として作用する。このため、垂直成分と周方向の回転成分を合成する螺旋流の移動磁界７が生成される。この螺旋状の移動磁界７と電磁誘導により溶融状態の導電性物質たとえば溶融金属１に流れる電流との間で、垂直成分と回転成分を有する電磁力が形成され、凝固シェル近傍の溶融金属１にはらせん状の運動が与えられる。なお、本実施形態では、移動磁界の移動方向は、鋳型２の上から下へ向かう軸方向移動の例を挙げている。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では、磁場の移動方向・電磁力の向きを下向きに想定した場合について主に説明したが、場合によっては磁場の移動方向を上向きに設定することも可能である。磁場の移動方向に関係なく、同様の攪拌効果が得られ、電磁力の上向きと下向きの選択は要求される条件によって適宜選択される。さらに、本実施形態では鋳型２の周りにコイルを配置するようにしているが、それに限られるものではなく、溶融状態の導電性物質が固まり始め凝固を完了するまでの間に電磁撹拌を行えば足りることから、凝固シェル４に囲われ内部に溶融状態の導電性物質１が存在する領域であれば上述の設置箇所に限られず電磁撹拌を必要とする任意の箇所の周りに配置するようにしても良い。

また、本実施形態では、連続鋳造用鋳型２及びその下流側の凝固シェル４に包まれて溶融状態の導電性物質１が流下する二次冷却帯の付近を主に電磁撹拌を与えるようにしているが、場合によってはターンディシュあるいはターンディシュと鋳型との間の浸浸ノズルの部分で電磁撹拌を与えるようにして、強力な撹拌による初晶の微粒化と均一化を達成するようにしても良い。

また、本実施形態では、滑らかな磁場の空間分布を発生する三相交流コイルを用いて通電の切り替えによって磁界を回転させることにより軸方向の移動磁場を回転させるようにしているが、交流磁場・交流コイルであれば２相コイルでも実施可能である。さらに、本実施形態では、軸方向移動磁界発生リング３として三相交流コイルを用いているが、これに特に限られるものでなく、永久磁石を用い、この永久磁石を鋳型２の中心あるいは流れの中心を中心として回転させるようにしても良い。この場合には、複数のリング状のマグネット３ａ〜３ｆを、各リングの軸心Ｏａ〜Ｏｆが撹拌領域の中心軸即ち凝固シェルの軸心Ｏｖに対して傾斜させると共に各リングの軸心Ｏａ〜Ｏｆが凝固シェルの周方向並びに軸方向に間隔をあけて順次ずらして配置された状態で図示していない連結シャフトなどで連結固定され、凝固シェルの軸心Ｏｖに対する各リングの傾きと周方向並びに軸方向へのずれを保持したまま、マグネットを凝固シェル周りに回転させるように設けられる。この場合には、マグネットを回転させるだけで軸方向移動磁界が同時に周方向にも移動する。ここで、マグネットとしては通常の永久磁石でも高温超電導マグネットから成る高温超伝導磁石でも実施可能であるが、好ましくは高温超電導マグネットから成る高温超伝導磁石の使用である。

また、本実施形態では、撹拌対象となる溶融状態の導電性物質としてはステンレス鋼を例に挙げているが、場合によっては鋳鉄や鋼、あるいはアルミニウムや銅などの非鉄金属などを連続鋳造する場合にも適用できることは言うまでもない。また、溶融状態の導電性物質を周囲を冷却しながら垂直方向あるいは場合によっては水平方向にローラなどで引き出しながら直接一定の形状を有する成形物に連続的に成形する方法において適用することも可能である。

本発明にかかる電磁撹拌式連続鋳造装置の電磁撹拌用コイルの実施形態の一例を示す概略説明図である。 電磁撹拌式連続鋳造装置の一実施形態を示す概略図である。 電磁力発生装置として三相交流コイルを用いた場合の図１に示す６個のコイルの通電の位相関係と磁力線の発生の仕方を示す原理図であり、（Ａ）は三相交流コイルを便宜上軸方向に重ねた状態で示す断面図、（Ｂ）は三相交流コイルの位相差を示す図、（Ｃ）は三相交流コイルの電気的な配置を示す図である。

符号の説明

１ 溶融金属（溶融状態にある導電性物質）
２ 鋳型
３（３ａ〜３ｆ） 軸方向移動磁界発生コイル
４ 凝固シェル
７ 溶融金属の螺旋流

Claims (7)

1. 溶融状態の導電性物質を鋳型で周囲から冷却して凝固シェルを形成し、溶融状態の導電性物質を前記凝固シェルに包んだ状態で鋳型から引き出して二次冷却帯で冷却しながら成形物とする連続鋳造方法において、前記凝固シェルの軸方向に移動する軸方向移動磁界を発生する複数の軸方向移動磁界発生リングを前記凝固シェルの軸方向に沿って間隔をあけて配置し、かつ前記軸方向移動磁界発生リングの中心軸を前記凝固シェルの中心軸に対して傾斜させると共に、各軸方向移動磁界発生リングの中心軸を端の前記軸方向移動磁界発生リングから順番に前記凝固シェルの周方向に順にずらして間隔をあけて配置し、前記溶融状態の導電性物質が固まり始めて凝固を完了するまでの間に、前記凝固シェルの内方の溶融状態の導電性物質に対して各軸方向移動磁界発生リングの中心軸の傾きによって垂直方向に移動する垂直成分磁界と水平面を周方向に回転させる水平成分磁界とを同時に印加し、前記凝固シェル内に侵入する磁場を周方向に回転させながら軸方向へ移動させて電磁攪拌することを特徴とする連続鋳造方法。
2. 溶融状態の導電性物質を鋳型で周囲から冷却して凝固シェルを形成し、溶融状態の導電性物質が前記凝固シェルに包まれた状態で鋳型から引き出され、さらに二次冷却帯で冷却されながら成形物とされる連続鋳造装置において、前記溶融状態の導電性物質が固まり始め凝固を完了するまでの間の全域あるいはいずれかの領域で前記凝固シェル内の内方の溶融状態の導電性物質に侵入する軸方向移動磁場を印加する複数の軸方向移動磁界発生リングによって構成され、複数の前記軸方向移動磁界発生リングを前記凝固シェルの軸方向に沿って間隔をあけて配置し、かつ前記軸方向移動磁界発生リングの中心軸を前記凝固シェルの中心軸に対して傾斜させると共に、各軸方向移動磁界発生リングの中心軸を端の前記軸方向移動磁界発生リングから順番に前記凝固シェルの周方向に順にずらして間隔をあけて配置し、前記凝固シェルの内方の溶融状態の導電性物質に対して各軸方向移動磁界発生リングの中心軸の傾きによって垂直方向に移動する垂直成分磁界と水平面を周方向に回転させる水平成分磁界とを同時に印加し、前記凝固シェル内に侵入する磁場を周方向に回転させながら軸方向へ移動させて電磁攪拌することを特徴とする連続鋳造装置。
3. 前記軸方向移動磁界発生リングは、交流電磁コイルであり、通電によって軸方向移動磁界が前記凝固シェルの周りに回転する請求項２記載の電磁撹拌装置。
4. 前記電磁コイルは３相交流コイルであり、順方向巻きのコイルと逆向き巻きのコイルを使って隣り合うコイル間に６０°の位相差を設けたものである請求項３記載の電磁撹拌装置。
5. 前記軸方向移動磁界発生リングは永久磁石であり、当該リングそのものを、前記凝固シェルの中心軸を中心として回転させることにより、前記凝固シェルの中心軸に対して傾斜する各軸方向移動磁界発生リングの各中心軸が前記凝固シェルの中心軸回りに回転することにより発生する回転磁界と、前記軸方向移動磁界発生リングが物理的に回転することにより生じる軸方向移動磁界を同時に加えるものである請求項２記載の電磁撹拌装置。
6. 前記軸方向移動磁界発生リングは、高温超伝導磁石である請求項５記載の電磁攪拌装置。
7. 前記軸方向移動磁界発生リングはその軸心を円周方向に６０°ずつずらし、６つのリングで１周することを特徴とする請求項２から６のいずれか１つに記載の電磁撹拌装置。