JPS62127164A - 溶融物注入量調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野〕 本発明は、注入ノズルから注入される導電性溶融物の注
入ａを調節する溶融物注入量調節装置に関するものであ
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕Ｉ この種の溶融物、例えば溶鋼流の調節＠置として従来第
５図に示ず構成のものが知られている。

第５図の溶鋼流調節ＳＡ＠は連続鋳造設備のタンディツ
シュ２からモールド型４へ注湯する場合の溶鋼流量を調
節するものであって、レードル１に入れて運び込まれた
溶鋼６ａはいったんタンディツシュ２に注がれた優、タ
ンディツシュ２からタンＴイッンユノズル３を通してモ
ールド型４へ注入される。タンディツシュ２では溶鋼６
ｂの高さを一定に保ち溶鋼静圧を一定とし、タンディツ
シュノズル流速の変動を抑えると共に、タンディツシュ
２とタンディツシュノズル３との間にスライディングゲ
ート５を設け、これによりタンディツシュノズル３の流
路断面積の絞り岳を変えて流量調節を行っている。

スライディングゲート５は比較的流ｆｆｉ調節の性能は
良いが、メカニカルに流路断面積を変えて圧損を与える
機構であり、またａ；ｉの溶鋼中にさらされるため摩耗
が激しく、ゲート部の材料が溶鋼中に溶１ノ込んで不純
物７となり、製品品質の低下を来たすことになる。また
、タンディツシュノズル３からモールド型４へ注入する
際、注入量を一定に保ったまま流速のみを下げるように
大きな圧損を与えることは難しい。たとえば、通常、注
入ａ一定のもとでは流速は２〜３ｍ／ｓ程度までしか下
げられず、タンディツシュノズル３からモールド型４内
へ噴出する溶鋼流の？！爪が速すぎるため、不純物７を
深部にまで巻込んでそれが完全には浮上しきれず、モー
ルド製品中に残存してしまうという問題もある。溶鋼注
入流速を下げるには溶鋼流に何らかの制動力を加えてや
り、かつ必要な注入量は確保するようにノズル口径を大
きくしなければならない。ここで考えられるのはスライ
ディングゲート５によって流路の一部を絞り管路抵抗を
増すことにより溶鋼流に制動力を加え流速を下げること
であるが、ノズル径が大きくなるにつれ機械的構造上、
強度上の問題が出てくるので実現は困難である。

モールド型４内の噴出流速を下げるために、今のところ
実現されている方法としては第６図に示すように、モー
ルド型４の外周の溶鋼噴出口近傍にマグネット８ａ、８
ｂを配置して溶鋼流に矢印で示すような直交磁界を加え
、電磁力による制動を加える方法がある。モールド型４
内の溶鋼噴出部に磁界を加える装誼としては、極力効率
良く磁界を加えるために、極力溶鋼噴出口の所にマグネ
ットを近接させる必要から、モールド機内のモールド型
側壁外周に近接して組込むことになる。しかし、モール
ド機内にこのようなマグネットを組込むことは、空間的
にも限られており、機械的にも無理があり、モールド型
の寿命を？ｉ牲にすることにもなり、保守性も非常に悪
くなる。ちなみに溶鋼流調節のために必要とされる磁束
密度は数千ガウス以上であるため、通常のマグネットで
は寸法的に大きくなり過ぎ、これをタンディツシュノズ
ル部に取りつけることは難しい。タンディツシュとモー
ルド型の間の高さ方向寸法は５００〜６００ｍ１程度し
か無く、最大限大きく取ったとしても１ｍ弱しか取れな
い。

〔発明の目的〕

本発明は以上の事情を考慮してなされたもので、非接触
で溶ｗ４流等の導電性溶融物の流山調節が可能であり、
同時にノズルの大口径化、溶融物の流れの低速化、［−
ルド型内における不純物の巻き込み防よを達成し得る溶
溶融物注入開講節装δを提供することを目的とするもの
である。

〔発明のａｌｌ 本発明は、注入ノズルを非磁性体から構成すると共にこ
れを挟ｌνで両側に注入ノズル内を流れる導電性溶融物
の流れにほぼ直交する磁界を発生する一対の超電導マグ
ネットを同軸状に配置したことを特徴とするものである
。

超電導マグネットを収納する極低温容器は水冷防熱板で
覆うものとする。

さらに超電導マグネットを収納覆る極低温容器はタンデ
ィツシュノズルの軸心方向から見てコの字形を呈し、か
つ車輪等の移動ｉ構を具備するものとする。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明を溶鋼流調節に適用した場合の一実施例
を示すものである。

タンディツシュ２から非磁性体、たとえば耐火レンガ類
のタンディツシュノズル３を通してモールド型４へ注入
される点は、ずでに述べた第５図の場合と同様である。

この装置の特徴は、第２図から良く分るように、タンデ
ィツシュノズル３を挟んでその両側にノズル内を流れる
溶鋼流Ｆの流れにほぼ直交する磁界を発生する一対の超
電導マグネット１１ａ、１１ｂを同軸状に配設したとこ
ろにある。超電導マグネット１１ａ、１１ｂのコイルは
、例えばＮ、ｂＴｉ等の、極低温にすると超電導性を呈
する超電導線材で作られており、超電導性を保つように
液体ヘリウム槽１３内に充填された液体Ｈｅ中に潰され
ている。液体Ｈｅは絶対温石４．２Ｋに保たれ、外部か
らの熱侵入（超電導コイル自体は電気抵抗が零であり発
熱が無い）による蒸発を極力小さくするように液体ヘリ
ウム槽１３と外１ｆ１１４との間を真空にし熱伝尋を小
さくしている。また、熱の輻射による侵入を抑えるよう
に液体ヘリウム槽１３と外槽１４の間に液体窒素（温度
８０Ｋ）、液体水素（温度２０Ｋ）の低温シールド層１
５（図では１段であるが、複数段であってもよい）を設
け、さらにその外周に、図示は省略しているがスーパー
インシュレータ（８１）と称される、ポリエステルフィ
ルムにアルミニウム蒸着を施した薄膜を数十層配設する
しのとする。一般には真空容器となっている外槽１４ま
でをクライオスタット（極低温容器）と貯んでおり、外
ＷＪ１４を高温１ｉ境（連続鋳造設備の影響下等の）に
さらすと液体ヘリウム槽１３への熱侵入が増えるのみな
らず、スーパーインシュレータが溶けてしまうおそれが
あるため外槽１４は常温環境とする必要がある。

本発明に従い、ｍ温のタンディツシュノズル３に近接し
て超電導マグネットすなわちクライオスタットを配置す
る場合、タンディツシュノズル３からクライオスタット
の対向側面への輻射による表面温度は１０００℃以上に
もなり得るので、その耐熱対策が必要となる。そこでク
ライオスタットの外槽１４を直接水冷することも考えら
れるが、液体ヘリウム槽１３と外槽１４の間は１０　’
Ｔｏｒｒ以上の真空となっており、強度を必要とすると
共に、輻射シールド層１５および８１間の間隔を一定に
保つためにも外槽１４を複雑な水冷構造とすることは望
ましくない。そのため本発明では外槽１４の外側に熱伝
導性の良い、例えば銅製の水冷防熱板１６を設けること
により耐熱対策としている。水冷防熱板１６を外槽１４
と別に分けることにより、真空に対する強度は外槽１４
で受は持ち、防熱は熱伝導性の良い水冷防熱板１６で受
持つことかできることになる。また外槽１６は外部から
の機械的、熱的損傷を受けやすいので、これを別構造と
することにより比較的容易に交換、煤理を行うことがで
きるという利点が生ずる。

本発明の：１節装置１０の全体形状としては、第１図お
よび第４図に示すごとくタンディツシュノズル３を一対
の超電導マグネット１１ａ、１１ｂが挟むようなコの字
形を呈し、例えば車輪等の移動機構１２を具備し、レー
ル１８上を移動可能な構造とする。このようにコの字形
状とすることにより、タンディツシュ２から独立した構
成とすることができる。すなわち、タンディツシュ２は
内張リレンガの消耗による張り替え、補修等の必要上、
台車によりレール上を移動する構造とし、鋳込み時にモ
ールド位置へ移動するのが普通である。

その場合、調節装置１０がコの字形の先回形状となって
いれば、タンディツシュ２がモールド位置に設置された
後に、調節装置１０をノズル部まで移動させ装着するこ
とができる。また、一方が開いていれば、その部分から
モールド型内を目視することも可能となり、操業上便利
である。タンディツシュ２がモールド型４上に設置され
たところでｗ４１ｉｌ装置１０を装着できれば、タンデ
ィツシュ２が他の位置にあり、内張りレンガの張り巧え
、あるいはノズル交換時に障害となるような流ｄ調節装
置を付番ノていることはなく、また、レンガあるいはノ
ズルは鋳込みに先がけバーナによって加熱Ｒ温されるが
、この時は本調節装置は装着されていないので、これに
よるダメージを受けないで済む。

さて、超電導マグネット１１ａ、１１ｂに超電導状態の
もとて電流を流してタンディツシュノズル３内を流れる
溶鋼流に直交する磁界を発生させることにより、溶鋼流
にはレンツの法則により流れを止める方向の力、すなわ
ち制動力を発生づる。

この制動力Ｐ、は次式に従って発生する。

Ｐ　＝σ・■・８２・！０　　（Ｎ／ゴ）・・・・・・
（１）ただし、 Ｐ８　；制動力（Ｎ／況〕 σ　；溶鋼の導電率（Ｓ／ｍ） Ｖ　：溶鋼流速（ｍ／５ｅｃ） Ｂ　；磁束密度（Ｔ） ｆＪ：６！１界がかかつているノズル部の有効長（ｍ） ここで−例として、 ａ−０，７１Ｘｌ　０６（Ｓ／ｍ） ｖ＝１　（ｍ／Ｓｅｃ　） Ｂ＝１　（Ｔ） ｊ　＝０．３　（ｍ） とすると、ＰＢ＝２．２Ｘ１０　　Ｎ／ＴＩｔ＝２．２
Ｋｇ　／　ｃｉとなり、これは溶鋼高さに換専し約３．
１ｍに相当する溶鋼静圧となる。通常タンディツシュ２
内の溶鋼６ａの高さは１ｍ程度であり、またタンディツ
シュ２の下端からモールド型４内の溶鋼面までの高さも
Ｉいぜい１ｍ弱であることから、前記試算の溶鋼静圧相
当の制動力があれば流量調節は充分可能となる。

本発明の装置は従来のスライディンググー１一式とは異
なり、電磁力によって制動力を得る方式であるため、ノ
ズル自体単純な構造で良く、またノズルには力もかから
ず、ノズルの大口径化も容易であり、磁束密度を増やせ
ば制動力も増えるものである。したがって試算例のごと
く、１ｍ／Ｓあるいはそれ以下の速度にまで流速を落す
ことば充分可能である。ただし、その場合、注入量一定
としなければならないため、流速の下がった分、ノズル
内径を大きくする必要はある。ノズル内流速を下げれば
モールド型内への噴出速度も下がり、不純物の巻込みに
よる品質低下を防ぐことができる。またコイル電流すな
わち磁束密度を変えることにより（１）式に示すごとく
制動力が変化するため、容易に流量調節を行うことがで
きる。

このような溶鋼流調節装置の実現は、寸法的制約から本
発明に示すごとく超電導マグネットを利用して初めて可
能となる。すなわち、常電導と超電導を比較した場合、
常電導のコイル銅線に流し得る電流の大きさは風冷で３
Ａ／＃Ｉ＃１程度、水冷の場合でも５〜７Ａ／−程度で
あるのに対し、超電導では１００〜１５０Ａ／−程度は
容易に流し得る。したがって同じアンペア・ターンを得
るのに、超電導では常電導に比べ２０〜３０分の１程度
の小さな断面積のコイルで済むことになる。このことは
、ｍＴｉ導コイルを極低温に保つためのクライオスタッ
トと呼ばれる特殊容器の寸法増加分を加えても、はるか
にコンパクトな寸法となることを意味している。

さらに超電導マグネットにより効率の良い磁界を得るた
めには、コイル半径をａ１コイル間距離を２ｂ（第３図
参照）とした時、０．４＜−とし、望ましくは０．５＜
　−＜ＦＴとすることが必要である。寸なわら、２組の
環状コイル２１ａ、２１ｂを第３図に示すごとく配列し
た場合に、ノズルの中心位置であるコイル聞中心位置た
だし、 Ｂｏ；コイル間中心位置での磁束密度（Ｔ）づ μ０：透ｔａ率＝４π×１０ Ｉ　；アンペア・ターン（Ａ） ａ　；コイル半径（ｍ） ２ｂ：コイル間距離（ｍ） またコイルには“ｍＧｔｌ力により下記の応力がかかり
、超電導線の許容応力以下になるように磁束密度および
コイル半径を決める必要がある。

ただし、 δ　　；コイルにかかる応力（Ｋｙ　／　Ｃｌ１）Ｂ　
　；コイル部の最大磁束密度（Ｔ）ａＸ Ｊ　　：コイル部の電流密度（Ａ／況）ａ　　：コイル
半径（ｍ） ここで、Ｂ　　−μ　ＨμｏＩであり ｌｌ１ａｘ　　　　　Ｏａ＋ａｘ （ト１□８は磁界の最大強さ）、またＪｏｃＩであるこ
とから（３）式は ＪｏｃＩ　２８　　　　　　　　　　　−・・・（４）
となる。（４）式に（２）式を代入するとδＩ：Ｘ−Ｂ
　　（ａ　＋ｂ　）　／ａ　・・・・・・（５）ここで
駐準化するため、コイル間距１１１ｔ２ｂはノズル径に
より一義的に決まり、これを固定して考え、ｋ＝□とじ
て（２）式、（５）式はそれぞれ・・・・・・（５）′ となり、（２）′　式においてアンペア・ターンを一定
としてｋを変えた場合（すなわちコイル径を変えた場合
）の中心位置磁束密度Ｂ。の変化、および（５）′にお
いて逆に一定の中心位２磁束ｌソ度Ｂｏを得るようにア
ンペア・ターン１を変えた場合のｋに対する応力δの変
化の様子を第４図に示す。

限られたスペースの中に入れるためにはコイル径ａは小
さい方が良いが、第４図の磁束密度Ｂ。

に示づごと＜ｋ（すなわらコイル半径ａ）を小さくする
と、アンペア・ターンＩを増やさねばならず、またその
ために応力δのカーブに示すごとくコイルにかかる応力
も大きくなってしまう。このことから、現実的にはｋ　
（−−）は０．４以す 上である必要があり、望ましくは０．５以上であるのが
良い。また、スペース的にはコイル半径ａは極力小さい
のが望ましく、第４図の磁束密度［３ｏのカーブの極大
であるに−ｆｆより大きくする必要はないため、これ以
下にすることが望ましい。

以、し、本発明の装置を連続鋳造設備のタンディツシュ
ノズル部に装着するものとして説明してさだが、本発明
は連続鋳造設備以外の溶鋼注入、さらにｔよ溶鋼以外の
非鉄金属、半導体等、導電性を有する溶融物の注入団調
節に広く応用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように第１の発明によれば、非接触で溶融
物注入迅を良好に調節できるため、摩耗、詰まり等が無
くなり信頼性が向上り゛ると共に、注入量を下げずに流
速を下げること（すなわち大口径ノズルによる低流速化
）が可能となり、不純物の流出、巻き込みを防止するこ
とができる。

第２の発明によれば、ＭＡ電電導マグフッ１の超電導性
に対する信頼性を向上させると共に、装置の小型化を達
成することができる。

第３の発明によれば本発明の装置が装着される側のノズ
ルの移動時の機械的保護を達成し、全体システムとして
の信頼性をさらに向上さけることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す一部を切欠いた平面図
、 第２図は同実施例の側面図、 第３図は同実施例の超電導コイルの寸法を説明するため
の配置図、 第４図は同実施例における超電導コイルの寸法と磁束密
度およびコイルにかかる応力との関係を示す特性図、 第５図は従来の溶鋼Ｓｌ！Ｊ節装胃を設けた′ａ続鋳造
設備の縦１１１ｉｉ１０図、 第６図はモールド型に不純物巻込み防止のためのマグネ
ットを設けた公知の構造を示す縦断面図である。 ２・・・タンディツシュ、３・・・タンディツシュノズ
ル、４・・・モールド型、１０・・・溶融物注入道調節
装置、１１８．１１ｂ・・・超電導マグネット、１２・
・・移動機構、１３・・・液体ヘリウム槽、１４・・・
外槽、１５・・・輻射シールド層、１６・・・水冷防熱
板、２１ａ、２１ｂ・・・超電導コイル。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 芭３　図 に□ も　４　口 ６１　図 も２　図 色　５　図 ５６　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、注入ノズルから注入される導電性溶融物の注入量を
   調節する溶融物注入量調節装置において、前記注入ノズ
   ルを非磁性体から構成すると共に、これを挟んで両側に
   内部を流れる溶融物の流れにほぼ直交する磁界を発生す
   る一対の超電導マグネットを同軸状に配置したことを特
   徴とする溶融物注入量調節装置。 ２、前記超電導マグネットのコイル半径をａ、コイル間
   距離を２ｂとして、０．４＜ａ／ｂ、望ましくは０．５
   ＜ａ／ｂ＜√２であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の溶融物注入量調節装置。 ３、注入ノズルから注入される導電性溶融物の注入量を
   調節する溶融物注入量調節装置において、前記注入ノズ
   ルを非磁性体から構成すると共にこれを挟んで両側に内
   部を流れる溶融物の流れにほぼ直交する磁界を発生する
   一対の超電導マグネットを同軸状に配置し、前記超電導
   マグネットを収納する極低温容器を熱伝導性の良好な水
   冷防熱板で覆ったことを特徴とする溶融物注入量調節装
   置。 ４、注入ノズルから注入される導電性溶融物の注入量を
   調節する溶融物注入調節装置において、前記注入ノズル
   を非磁性体から構成すると共にこれを挟んで両側に内部
   を流れる溶融物の流れにほぼ直交する磁界を発生する一
   対の超電導マグネットを同軸状に配置し、前記超電導マ
   グネットを収納する極低温容器を伝導性の良好な水冷防
   熱板で覆い、前記極低温容器は前記注入ノズルの軸心方
   向から見てコの字形を呈し、かつ車輪等の移動機構を具
   備していることを特徴とする溶融物注入量調節装置。