JPH11156497A - 溶融金属の連続鋳造方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超伝導コイルによる静磁場を利用して溶鋼の
吐出流を制御する連続鋳造において、該コイルによる磁
束の漏れを小さくする。 【解決手段】 連続鋳造用鋳型の対向側壁に配置した超
伝導コイルによって該鋳型内に静磁場を印加して浸漬ノ
ズルから流出する溶鋼噴流を制御するに際して、少なく
とも一部分を超伝導コイルの内部に存在させた磁性材よ
りなる芯部材にて漏れ磁束を収束させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、溶融金属の連続鋳造
方法およびその装置に関し、とくに、高品質の鋳造鋳片
を、効率よく製造しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の溶融金属の連続鋳造においては、
タンディッシュから浸漬ノズルを通して溶融金属をモー
ルド内に注入するのが一般的であった。浸漬ノズルの吐
出口より流出させた溶融金属は大きな吐出流速をもって
いて、アルミナ等の介在物や気泡等が溶融金属中に巻き
込まれることとなり、これが製品の品質欠陥の原因にな
っていた。また、溶融金属の注入に際しては吐出流が鋳
型の短辺側に衝突することになるが、これによって鋳型
内に上昇流が発生した場合には、該上昇流は湯面を乱す
ことになり、その結果として湯面に添加されたモールド
フラックス等が溶融金属中に巻き込まれ、これもまた、
製品の品質を劣化させる原因になっていた。

【０００３】このような問題は通常、ノズルの角度や形
状を変えて溶湯の吐出流速を減速させることによって対
処していたが、近年においては、ユーザの要求を満足し
た高品質を確保するとともに、高効率化、高経済性のた
めスループットを上昇させることが求められてきてお
り、そのためにはノズルの角度を変えたり形状を変更す
るだけでは十分とはいえず新規な鋳造方式の開発が望ま
れていた。

【０００４】この点に関する先行技術としては、連続鋳
造用鋳型内の溶湯流に対して磁場（常伝導磁石）を印加
し溶湯の吐出流に制動を加えて介在物の溶鋼内部への侵
入の防止を図った、例えば特開平８−５２５４９号公
報、特開平８−１９８４１号公報、特開昭５７−１７３
５６号公報、特開平２−２８４７５０号公報などに開示
の技術が知られているが、上記のような従来の技術にお
いては、溶湯の噴流の向きを変えることができるもの
の、噴流のもつエネルギーを分散して均一な流れにでき
ないことの他、静磁場のない領域に溶湯が逃げる場合が
あること、また、溶湯のスループット (鋳造量) が４〜
５ton / min 程度においては品質の改善効果は見られる
ものの、とくにスループットが従来の２倍を超えるよう
な高速鋳造においてはその効果がほとんど期待できない
のが現状であった。

【０００５】これらの問題の解消を図る試みとして、特
開平８−９０１６号公報、特開平８−２２９６４８号公
報には、超伝導磁石を使用した鋼の連続鋳造方法が開示
されていて、これによって高速鋳造における上記の諸問
題を有利に解決することができるようになった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超伝導
磁石を用いた連続鋳造においては、磁場が強力なため周
囲への磁束の放散（以下このような磁束を漏れ磁束と記
すこととする）も従来の常伝導磁石を用いたものに比較
し極端に大きいため、この漏洩磁束によって鉄材からな
る設備のフレームや床材が吸引されて変形を生じたりタ
ンディッシュの台車を作動させるのが困難になる場合が
あったり、電気計装関連の機器（ソレノイド式の油圧バ
ルブ等）を正常に作動させることができないこともあっ
て安定した連続鋳造を実施できない不都合があった。ま
た、超伝導磁石も超伝導コイルをサポート材でクライオ
スタットよりサポートしているだけなので、超伝導磁石
そのものが破壊される場合がある問題もあった。

【０００７】この対策として、設備のフレームや床材な
どの変形についてはその剛性を高めればよいけれども、
設備全体の重量が増加するとともにその大型化が避けら
れない。また、設備や装置の構成部材として非磁性材
（例えば、高Mn系非磁性鋼、ＳＵＳ３０４系非磁性鋼
等）を適用することも考えられるが、かかる材料を適用
すると、通常使用されているような鉄系の構造材に比較
し、その費用が５〜１０倍程度になり、ブレークアウト
等が発生した場合における修繕費やメンテナンスに要す
る経費が著しく増加する不具合があった。

【０００８】この発明の目的は、鋳型内の溶融金属噴流
を超伝導コイルを使用して制御する場合に生じる上述の
ような問題を解消できる新規な鋳造方法および装置を提
案するところにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、連続鋳造用
鋳型に配置した浸漬ノズルを通して該鋳型内に溶融金属
を供給するに当たり、連続鋳造用鋳型の対向側壁に配置
した超伝導コイルによって該鋳型内に静磁場を印加して
浸漬ノズルから流出する溶融金属噴流を制御するととも
に、その際のコイルの漏れ磁束を、少なくとも一部分を
該超伝導コイルの内部に存在させた磁性材よりなる芯部
材にて収束させることを特徴とする溶融金属の連続鋳造
方法であり、この発明において芯部材とは鉄芯が有利に
適合する。

【００１０】また、この発明は連続鋳造用鋳型の対向側
壁に超伝導コイルを備えた装置であって、この装置は、
超伝導コイルに、少なくとも一部分がコイルの内部に存
在し、静磁場を印加した際に生じる漏れ磁束を収束させ
る芯部材を有する、ことを特徴とする溶融金属の連続鋳
造装置であり、とくに超伝導コイルと芯部材はそれぞれ
独立して懸架、保持するのがよく、また、芯部材は鉄芯
を適用するのがよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】鉄芯の自発磁化力を利用した常伝
導コイルによって静磁場を印加する方式においては、磁
場はほぼ鉄芯の中に発生するため磁束の放散が問題とな
るようなことはないが、超伝導コイルを用いて静磁場を
印加する場合、磁束密度は鉄の飽和磁束密度よりも遙に
大きいためコイルの内部（コイルの中心部）に配置する
ような鉄芯を備えておらず（空芯）、そのため発生する
磁場は空間に対して開放された状態であって放散する磁
束もとくにコイルの後端領域では広範囲にわたって分布
していることになる。

【００１２】この発明では、従来、超伝導コイル (磁束
密度４〜６Ｔ程度) においては有用ではない考えられて
いた鉄芯 (飽和磁束密度２. ２Ｔ程度) の如き芯部材を
利用して、超伝導コイルのとくに鋳型と反対方向の後端
域における漏れ磁束を材料のもつ特性の範囲内（超伝導
コイルの周辺における漏れ磁束の磁束密度は１Ｔ以下で
あるのに対して、鉄芯の場合における飽和磁束密度は約
２. ２Ｔ程度であり、漏れ磁束をある程度収束させるこ
とができる）で収束させるようにしたものであって、こ
れによれば漏れ磁束を極力小さくできる。この発明にお
いて適用できる芯部材としては鉄系のものの他、コバル
ト、ニッケル系の磁性金属やセリウム（Ｃｅ）、プラセ
オジウム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム
（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅ
ｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジ
スプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウ
ム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙ
ｂ）等の希土類金属系の磁性物質等を組合わせて使用す
ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を用いてこの発明をより具体的に
説明する。図１（ａ）（ｂ）は超伝導コイルｃを連続鋳
造用鋳型１の長辺対向側壁１ａ、１ｂにそれぞれ配置
し、浸漬ノズル２から流出する溶融金属噴流を制御する
形式のものであるが、この発明においては、その構成を
図２（ａ），（ｂ）に示すように、超伝導コイルｃの背
面でその少なくとも一部分をコイルｃの内部に存在させ
た芯部材（高透磁率、高磁束密度の磁性材）Ｊを配置し
てコイルの漏れ磁束を収束させ、両側の磁性材をつなぐ
ことによって閉磁路を形成する。

【００１４】図１、２において、番号３は溶融金属、４
は凝固シェル、５は鋳型を構成する一対の短辺壁、６は
コイルｃを懸架、保持するサポート、そして７は芯部材
Ｊを保持するサポートである。

【００１５】図３は超伝導コイルによって静磁場を印加
するに際して、漏れ磁束を収束させる芯部材を配置した
場合と、何も配置しない場合とにおける磁束密度の分布
状況を比較して示したものであるが、芯部材を配置した
場合においてはコイルの後端域における磁束密度が急激
に低下しているのが明らかである。

【００１６】超伝導コイルの背面（Ｌ／Ｌ_c ＝２）に配
置した鉄材１kg当たりの吸引力Ｆについて両者を比較す
ると、対向配置させたコイル相互間に１．５Ｔ程度の静
磁場を印加させた場合においては、芯部材を有するもの
ではＦ＝０．１kgf 以下程度であるのに対して、芯部材
を有しないものではＦ＝５kgf を超えるような吸引力が
生じることになる。

【００１７】図４ (ａ), (ｂ) は超伝導コイルｃを上下
に２段にわたって配置したこの発明に従う装置の他の例
を示したものである。このような構成においても上掲図
２に示したものと同様に、コイルの後端側における磁束
の放散を極力小さくできる。

【００１８】図５ (ａ), (ｂ) は、芯部材Ｊを超伝導コ
イルｃの前側にも配置した例であるが、この例ではコイ
ルの後端域に芯部材を配置して（図示せず）磁束の放散
を防ぐ一方、連続鋳造用鋳型に印加する静磁場を集中さ
せることができるので、効率的な高速連続鋳造が実現で
きる。

【００１９】上掲図２、図４および図５に示したよう
な、超伝導コイルに鉄芯の如き芯部材を適用しその内部
に少なくとも一部分を存在させた構造のものにおいて、
コイルと芯部材をそれぞれ個別に懸架、保持する場合、
静磁場による吸引力は芯部材がある程度受け持つことに
なるのでコイル同士が強く引き合うことがなくなり、該
コイルを固定保持するサポートはそれほど大きなものを
必要しない。このため、超伝導コイルの構造上、断熱的
に有利 (超伝導コイルは真空状態にしたケース (クライ
オスタット) 内につり下げられ冷凍器によって直接冷却
されているが、ケースの内外は断熱構造であり、サーポ
ートが少ないほど熱の侵入が小さくコイルの性能を安定
に保持し得る) であり、超伝導状態を安定的に保持でき
る利点がある。とくに、図２および図４に示すものにお
いては超伝導コイルはその背面で磁性材とも引き合うの
でコイルを懸架、保持するサポートはより小型化できる
しその数を減らすこともできる。ちなみに、連続鋳造用
鋳型に対向配置した超伝導コイルの相互間で静磁場を印
加した場合、両コイルは１５tonf程度の力で相互に引か
れることになるが、図２に示すようなタイプの芯部材
（材質：純鉄系）を配置したものでは、各コイルが芯部
材とも引き合うでのコイル相互間には６tonf程度の力が
作用することになる。

【００２０】上掲図２に示したような装置を使用して下
記の条件のもとで溶鋼のスループット８ton/min になる
連続鋳造を３チャージ連続して行い、超伝導コイルによ
る影響 (漏れ磁束による影響) および得られた鋳造鋳片
の品質について調査した。

【００２１】 条件 鋼 種：極低炭素鋼 超伝導コイル： コイル中心における磁束密度４Ｔ 芯部材 ：材質純鉄 サイズ( 高さ１２０mm, 幅２０００mm, 厚さ３００mm コイルの侵入長さ１５０mm) 浸漬ノズル ： ２孔式のノズル (サイズ：８０mm×７０mm ) スラブサイズ： 厚さ２６０mm、幅１６００mm

【００２２】その結果、超伝導コイルの後端域周辺１．
５ｍの範囲における漏れ磁束は０．０３Ｔ以下程度 (磁
性材を配置しない場合は０．１Ｔ程度) であり、とくに
設備の構成部材が変形したり、電気計装機器に異常が見
られるようなことはなく、安定した連続鋳造を行うこと
ができた。また、この鋳造にて得られた鋳造鋳片と超伝
導コイルによる溶鋼噴流の制御を行わずに鋳造を行った
場合に得られた鋳造鋳片の品質をコイルの欠陥発生率と
して調査したところ、図６に示すような結果が得られ、
この発明においては高速で連続鋳造を行っても十分満足
のいく品質を確保できることが確認できた。

【００２３】

【発明の効果】この発明によれば、連続鋳造用鋳型に静
磁場を印加するに鋳造方式において、静磁場の漏れ磁束
を小さくできるのでこれによる悪影響を最小限に抑えつ
つ効率のよい高速連続鋳造を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は空芯超伝導コイルを備えた鋳造装置の
側面の構成を示した図であり、（ｂ）はその平面を示し
た図である。

【図２】（ａ）はこの発明に従う鋳造装置の側面の構成
を示した図であり、（ｂ）はその平面を示した図であ
る。

【図３】芯部材を配置した場合と何も配置しない場合の
磁束の分布状況を示した図である。

【図４】（ａ）はこの発明に従う他の鋳造装置の側面の
構成を示した図であり、（ｂ）はその平面を示した図で
ある。

【図５】（ａ）はこの発明に従う他の鋳造装置の側面の
構成を示した図であり、（ｂ）はその平面を示した図で
ある。

【図６】鋳造鋳片の品質をコイル欠陥の発生率として調
査した結果を比較して示した図である。

【符号の説明】

１ 連続鋳造用鋳型 １ａ長辺対向側壁 １ｂ長辺対向側壁 ２ 浸漬ノズル ３ 溶鋼 ４ 凝固シェル ５ 短辺壁 ６ コイルを保持するサポート ７ 芯部材を保持するサポート ｃ 超伝導コイル Ｊ 芯部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造用鋳型に配置した浸漬ノズルを
   通して該鋳型内に溶融金属を供給するに当たり、 連続鋳造用鋳型の対向側壁に配置した超伝導コイルによ
   って該鋳型内に静磁場を印加して浸漬ノズルから流出す
   る溶融金属噴流を制御するとともに、その際のコイルの
   漏れ磁束を、少なくとも一部分を超伝導コイルの内部に
   存在させた磁性材よりなる芯部材にて収束させることを
   特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
2. 【請求項２】 芯部材が鉄芯である、請求項１記載の方
   法。
3. 【請求項３】 連続鋳造用鋳型の対向側壁に超伝導コイ
   ルを備えた装置であって、この装置は、超伝導コイル
   に、少なくとも一部分がコイルの内部に存在し、静磁場
   を印加した際に生じる漏れ磁束を収束させる芯部材を有
   する、ことを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
4. 【請求項４】 超伝導コイルと芯部材はそれぞれ独立し
   て懸架、保持したものである、請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 芯部材が鉄芯である、請求項３または４
   記載の装置。