JPH07100223B2 - 連続鋳造鋳型用電磁コイル装置 - Google Patents

連続鋳造鋳型用電磁コイル装置

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JPH07100223B2
JPH07100223B2 JP1855287A JP1855287A JPH07100223B2 JP H07100223 B2 JPH07100223 B2 JP H07100223B2 JP 1855287 A JP1855287 A JP 1855287A JP 1855287 A JP1855287 A JP 1855287A JP H07100223 B2 JPH07100223 B2 JP H07100223B2
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11Treating the molten metal
    • B22D11/114Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
    • B22D11/115Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、連続鋳造用鋳型内に注入された溶融金属を、
その鋳型内で積極的に水平流動させるための電磁撹拌及
び積極的に静止させる電磁制動を各々個別に或いは同時
に行うことができる電磁コイル装置に関する。
(従来の技術) 脱酸程度の低い溶鋼を連続鋳造用の鋳型に注入すると、
鋳型内でCOガスや少量のH2ガス、N2ガス等が発生する。
これらのガスが溶鋼内に留まったままで凝固が開始する
と、製品にピンホール等の欠陥を発生させる原因とな
る。そこで、連続鋳造の分野では、鋳型に注入された溶
鋼を鋳型内で積極的に水平流動するように電磁撹拌する
方法が古くから採用されている。
従来の電磁撹拌法は、リニアモータの固定子と同様に作
用する多相インダクタを電磁撹拌装置として収納した鋳
型に溶鋼を注入し、前記電磁撹拌装置に3相交流又は2
相交流を給電することにより電磁力を溶鋼に付与し、0.
1〜1.0m/sec程度の水平流動を発生させるものである
(特開昭53−28034号公報、特公昭58−52456号公報、特
公昭58−52457号公報、特公昭58−35787号公報、特公昭
59−5057号公報、特公昭59−7536号公報、特公昭58−75
37号公報、特開昭56−41054号公報、特開昭60−223649
号公報等参照)。
更に、鋳型に注入された溶鋼には微小な介在物が随伴さ
れており、また注入時にフラックスが溶鋼に巻き込まれ
る。このような介在物やフラックスが溶鋼中に残留し凝
固が開始されると、同様に製品に欠陥を発生させる原因
になる。そこで、これら介在物やフラックスを鋳型内溶
鋼の上にある吸収フラックスに早急に浮上吸収せしめる
手法として、電磁制動を行うことが古くから採用されて
いた。
このような電磁制動方法としては、鋳型に注入された溶
鋼を挟んだ状態に配置した永久磁石又は電磁石を用いて
鋳型に注入されている溶鋼流に静止磁界を作用させ、注
入流速を積極的に減速させることにより、随伴した微小
介在物や巻き込んだフラックス等が溶鋼の深部に潜入す
ることを防ぐと共に、それらが浮力によって浮上するこ
とを促進させることが行われている(特開昭57−17356
号公報、特開昭58−188555号公報等参照)。
(発明が解決しようとする問題点) 以上に揚げた電磁撹拌法及び電磁制動方法は、それぞれ
独立した電磁撹拌装置及び電磁制動装置を用い、相異な
る作用をもって相異なる課題を解決している。
しかるに、実際の操業では、一般材を製造する場合、電
磁撹拌方法を適用したい鋼種と電磁制動方法を適用した
い鋼種があり、これらの鋼種は一致しないのが普通であ
る。また、高級鋼種の製造においては、電磁撹拌及び電
磁制動の両者を併用することが望まれる場合がある。
ところが、鋼種別に専用連続鋳造機を持つことは、多大
の設備費を必要とするばかりでなく、その設備の稼働率
は必ずしも高く望めない。したがって、この鋼種毎の専
用連続鋳造機は工業的な解決策とはいえない。そこで、
電磁撹拌用鋳型及び電磁制御用鋳型をそれぞれの制御装
置と共に準備しておき、鋼種に応じてこれらの電磁撹拌
用鋳型及び電磁制動用鋳型を組み替えて使用することに
なる。しかし、この組替えは、各鋳型の取外し・取付け
に多大の時間と労力を要し、その間の連続鋳造を休止す
ることを強いられる。その結果、連続鋳造設備の生産性
が低下する。また、この組替えに対応して減速停止と始
動加速の回数が増加するので、冷却速度、凝固係数等に
変化が生じ、鋳片の品質にバラツキが生じ、歩留りが低
下する等の問題が生じる。更には、電磁撹拌用鋳型及び
電磁制動用鋳型を同時に作用することができないので、
高級鋼の製造には不向きであった。すなわち、電磁撹拌
用鋳型及び電磁制動用鋳型を組み替えて使用すること
は、鋳片品質を高め、これから製造される製品の品質歩
留を高めようとする場合、経済上、効果上等に問題を含
むものである。
また、従来、浸漬ノズル噴出部の制動方法がなく、第9
図に示すように、ノズル内が負圧となり、タンディッシ
ュ浸漬ノズルとの接合部からの外気浸入があった。その
ため、浸漬ノズル内へ外気が浸入し、ノズル内の溶鋼へ
外気が混入する。それにより、外気を混入した溶鋼の体
積は数倍となり、ノズル噴出部の流速も、その体積の増
加率に比例して早くなる。
ノズル噴出部からの溶鋼は以上の説明の通り、理論流速
の数倍で鋳型内へ噴出し、かつ、外気を混入しているた
め、微少な介在物やフラックスを巻き込み、浮上できず
に、溶鋼中で凝固し、製品に欠陥を発生させる可能性が
高くなる。さらに、溶鋼流速が早すぎるため、鋳片の凝
固シェルを洗い流して薄くするため、その薄くなった凝
固シェルからブレークアウトが発生するトラブルが生じ
ていた。
従来の、ノズルから噴出した溶鋼流を制動する方法、例
えば特開昭57−17356号公報に開示されている方法で
は、浸漬ノズル噴出部の溶鋼流制動ができず、前記問題
点を解決できなかった。
なお、さらに、タンディッシュと浸漬ノズルとの接合部
からの外気、すなわち空気の浸入を防止するため、アル
ゴンガス等の高価なガスをシールドガスとして使用する
場合もあるが、空気の浸入は防止できるが、そのかわり
に前記シールドガスが浸入するので、前記問題点を解決
できなかった。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、その問題点を解決するために、一対の鋳型長
辺板の背部に、一対の電磁コイル装置を対向して設け、
該電磁コイル装置が、前記長辺板側へ突出した3個以上
で奇数個のティース部からなる櫛型のコアと、該コアの
ヨーク部、またはティース部の夫々に巻回したコイルと
から構成され、前記コアの中央ティース部が浸漬ノズル
噴出部に位置し、他のティース部が溶湯噴流部に位置す
るように配設し、前記鋳型内の溶融金属に電磁制動力、
電磁撹拌力又は両者を組み合わせた力を選択して作用さ
せるため、電磁コイルの各々に直流電源、多相交流電源
または交直重畳電源のいずれかを選択的に接続自在とし
てなることを特徴とする連続鋳造鋳型用電磁コイル装置
である。
(作用) 本発明に於いてティースを3個、或いは5個など奇数個
配設し中心のティースを鋳片幅方向の中心で、浸漬ノズ
ル噴出部に合わせる。そして、電磁コイルに、第1図及
び第3図に示す磁界が働くように直流電流を通電する。
そうすることにより、第5図に示す浸漬ノズル部分と浸
漬ノズル噴出部に、鋳片の厚み方向に磁束が通過する。
そのため、浸漬ノズル部分を通過する磁束は、浸漬ノズ
ル内の溶融金属流と溶融金属吹出孔近くのノズル噴流に
作用して制動力を発生する。
ノズル噴出部に制動力を発生することができるので、そ
の噴出部の溶融金属流を制動できることは勿論のこと、
ノズル内が負圧とならず、タンディッシュとノズルの接
合部からの外気浸入がなくなり、ノズル内溶融金属内へ
の外気混入がなくなる。
従来、外気を混入した溶融金属の体積は数倍となり、ノ
ズル噴出部の流速が比例して早くなっていたが、外気混
入がないので、流速は適正流速となる。さらに、ノズル
から鋳型へ噴出する溶融金属流は、中央ティース部以外
のティース部から発生する、その溶融金属流と直交する
磁界により制動される。このため、溶融金属流速は、従
来技術と比較し大幅に低くなり、鋳片の深部へのもぐり
込み量が軽減され溶融金属中の介在物の浮上を促進す
る。次に、第3図に示すような互いに約90゜位相の異な
る交流電源をとなりあうコイルに印加することにより、
進行磁界を発生させ、溶融金属を撹拌することができ
る。また、第4図に示すように前記交流電流の他に直流
電流を印加する交直重畳電流をコイルに通電することに
より、ノズルから噴出する溶融金属流を制動しながら、
介在物を浮上させるとともに、溶融金属を撹拌すること
ができる。
以上述べたように本発明の電磁コイル装置では、同一コ
イル装置で、制動、撹拌及び制動プラス撹拌の3種類の
作動を行うことができる。特に、本発明は前記の構成と
しているので、直流電流を通電した場合に顕著な制動作
用を有する。
(実施例) 以下図によって本発明の実施例を説明する。
第1図は3ティース型のコイルとコアのみを示した原理
図である。3つのティース5a,5b,5cと6a,6b,6cを持ち、
対向した2つのコア5,6のヨーク部に電源端子1a,1b:2a,
2b:3a,3b:4a,4bを持つ4つのコイル1,2,3,4が巻回され
ている。今、コイル端子1a,2b,3a,4bを直流電源のプラ
ス端子に、また1b,2a,3b,4aを直流電源のマイナス端子
に接続すると、ティース5a,5b,5cはそれぞれN,S,N極
に、ティース6a,6b,6cはそれぞれS,N,S極となり、図中
に示した矢印の方向に磁界を発生させることができ、実
際にこのコイルとコアを連続鋳造の鋳型に設置すると、
この磁界中を移動する溶融金属に対して制動力を与える
ことができる。
第2図は5ティース型のコイルとコアのみを示した原理
図である。5つのティース15a,15b,15c,15d,15eと16a,1
6b,16c,16d,16eとを持つ対向した2つのコアのヨーク部
に電源端子7a,7b:8a,8b:9a,9b:10a,10b:11a,11b:12a,12
b:13a,13b:14a,14bを持つ8つのコイル7,8,9,10,11,12,
13,14が巻回されている。今、コイル端子7a,8b,9a,10b,
11a,12b,13a,14bを直流電源のプラス端子に、また7b,8
a,9b,10a,11b,12a,13b,14aを直流電源のマイナス端子に
接続すると、ティース15a,15b,15c,15d,15eはそれそれ
N,S,N,S,N極に、ティース16a,16b,16c,16d,16eはそれぞ
れS,N,S,N,S極となり、図中に示した矢印の方向に磁界
を発生させることができ、実際にこのコイルとコアを連
続鋳造の鋳型に設置すると、この磁界中を移動する溶融
金属に対して制動力を与えることができる。なお、5テ
ィース型は3ティース型に比べてより一様な静磁界を発
生することができ、効果的に溶融金属を制動できる。
第2図の5ティース型コイルに第3図に示した互いに約
90゜位相の異なる2相電源を接続することにより、移動
磁界を発生させて溶融金属を撹拌することができる。コ
イル7,11に第3図のU相電源を、コイル9,13にU相と逆
相のU′相電源を、コイル8,12にV相電源を、コイル1
0,14にV相と逆相のV′電源を接続すると電源位相が進
むにつれて図中の破線の矢印の方向に磁界が進行し、同
コイルを連続鋳造の鋳型に設置した場合溶融金属を進行
磁界の方向に撹拌することができる。(第1図の3ティ
ース型でも2相電源により撹拌が可能であるが、推力が
5ティース型に比して同じ電流を流した場合小さくな
る) また該コイルに第4図に示した様な互いに約90゜位相の
異なる2相交流に直流を重畳した電流を供給する電源に
接続した場合、電流の直流成分による制動効果と、2相
交流で発生される移動磁界による撹拌効果の相乗効果に
より、ピンホールを防止しつつ介在物を低減させること
ができる。つまり制動効果によって浮上促進されても凝
固前面に捕捉されてしまった介在物が、撹拌流によって
凝固前面が洗われることにより凝固前面より離脱し再度
浮上の機会が与えられることになり、結果として成品中
の介在物を低減させることができる。
第1図、第2図には示されていないが、コイル(場合に
よってはコアも)は通常冷却することが必要で、コイル
に中空の導体を用いて中空部に水や他の冷却媒体を通し
て冷却する方法(直接冷却)、コイル、コアを水や他の
冷却媒体に浸漬して冷却する方法(間接冷却)或いは両
者を併用した方法(併用冷却)などの公知の方法を用い
ることができる。また、連続鋳造の鋳型に取付ける場
合、コイル、コアを専用の箱に納めて鋳型に取付ける方
法と、コイル、コアを鋳型と一体になった箱に納めて鋳
型に取付ける方法のいずれかを選択することができる。
第5図及び第6図に本発明に係る3ティース型の電磁コ
イル装置を実際の連続鋳造用鋳型に適用した例を示す。
一対の電磁コイル装置は第6図に示す如く、二枚の鋳型
長辺板20の背部に対向するように配置されるが、各電磁
コイル装置を構成するコア27の3個のティース部27A,27
B,27Cは長辺側へ突出し、また該コア27のヨーク部には
コイル26が巻回されている。しかも3個のティース部の
うち中央ティース部27Bは、浸漬ノズル17の噴出部(第
5図の24)に、他の両端側ティース部27A,27Cは溶湯噴
流部にそれぞれ位置するように配設されている。これに
より側面からみて第5図の18で示す位置及び平面的にみ
て第6図の25で示す位置が、主磁束貫通部となって強磁
界域となり、その結果効果的な電気撹拌及び/又は電磁
制動作用を溶湯に付与することになる。
第7図(a)(b)は本発明の他の実施例で、3ティー
ス型及び5ティース型のコア27を中央で分割し、コイル
26の交換を容易に行えるように考慮したものである。ま
た、ティース数が5以上のものはコアを中央のみでな
く、コの字形に複数個分割してもよい。
第8図はコイル26をティース部へ巻回した3ティース型
の電磁コイル装置で、このようにコイルをティース部へ
巻回する方法もある。
なお、本発明はあらゆる溶融金属の品質改善に適用でき
る。
(発明の効果) 以上説明のとおり、本発明は下記の顕著な効果を奏す
る。
ノズル噴出部の溶融金属流の制動ができるので、ノズ
ル内への外気浸入を防止でき、ノズルから噴出速度を大
幅に低減できる。そのため、ノズルから出た後の溶湯噴
流部の制動効果もあいまって、介在物浮上促進効果が大
で、さらに、溶融金属内への外気混入が殆んどなくなる
等により、高品質の鋳片を鋳造可能である。
同一コイルで、溶融金属の制動、撹拌あるいはその組
合せ力を任意に作用させることができるので、鋳造する
材質(鋼種等)と要望品質に応じて、その内質の調整を
コイル交換なしで、容易に調整できる。
コイル交換、即ち鋳型交換をしないで、かつ多品種で
小ロットの鋼種を、連続鋳造操業を中断することなく鋳
造できるので、鋳型交換(コイル交換)に要する時間が
なくなり、連続鋳造設備の稼働率を大幅に向上できる。
さらに、鋳型交換後のスタートアップ、交換前のライン
停止等による鋳片トップ及びボトムの歩留り低下を防止
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第8図は本発明の図面で、第1図は3ティース
型原理図、第2図は5ティース型原理図、第3図は撹拌
用2相電源、電圧波形、第4図は交直重畳電源、電圧波
形、第5図は鋳型縦断面図、第6図は鋳型及び電磁コイ
ル装置の平面図、第7図はコアを2分割した場合の実施
例図、第8図はコイルをティース部に巻回した場合の実
施例図、第9図は従来のノズル内への外気浸入説明図で
ある。 1,2,3,4;コイル巻線 1a,1b,2a,2b,3a,3b,4a,4b;コイル巻線の端子 5,6;コア 5a,5b,5c,6a,6b,6c;ティース 7,8,9,10,11,12,13,14;コイル巻線 7a,7b,8a,8b,9a,9b,10a,10b,11a,11b,12a,12b,13a,13b,
14a,14b;コイル巻線の端子 15,16;コア 15a,15b,15c,15d,15e,16a,16b,16c,16d,16e;ティース 17;浸漬ノズル、18;主磁束貫通部 19;溶湯噴流部主流、20;鋳型長辺板 22;鋳型短辺板、24;ノズル噴出部 25;強磁界域、26;コイル 27;コア

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の鋳型長辺板の背部に、一対の電磁コ
    イル装置を対向して設け、該電磁コイル装置が、前記長
    辺板側へ突出した3個以上で奇数個のティース部からな
    る櫛型のコアと、該コアのヨーク部、またはティース部
    の夫々に巻回したコイルとから構成され、前記コアの中
    央ティース部が浸漬ノズル噴出部に位置し、他のティー
    ス部が溶湯噴流部に位置するように配設し、電磁コイル
    の各々に直流電源、多相交流電源または交直重畳電源の
    いずれかを選択的に接続自在としてなることを特徴とす
    る連続鋳造鋳型用電磁コイル装置。
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