JPH0413441A - 溶融金属の連続鋳造装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は溶融金属の連続鋳造に関し、特に、溶鋼に対し
てピンチ力を付与するために鋳型の外側に配置された電
磁コイルによって溶鋼に磁束を印加する設備に関する。

［従来の技術］ 溶融金属の連続鋳造設備においては、従来より、鋳型の
外側に配置した電磁コイルによって、鋳型内の溶鋼にピ
ンチ力と呼ばれる力を与えることが行なわれている。即
ち、電磁コイルに印加する交流電流により生じた交流磁
場によって溶鋼内の周方向に向かう渦電流が発生し、こ
の電流と外部磁界との相互作用によって、溶鋼が中心側
に向かう方向、即ち溶鋼を絞り込む方向にピンチ力を与
える。その結果、湯面では溶鋼の中央部が周囲に比べて
盛り上がり、ドーム状に湾曲した湯面形状になる。これ
によって、メニスカス周辺部の落ち込んだ部分と鋳型内
壁面との間の開口が広がるので。

この部分にパウダーが集中績し、溶鋼と鋳型内壁面との
境界にパウダーが流入し易くなる。

このようなピンチ力の作用によって、高速鋳造を行なう
場合でも、比較的良好な鋳片表面品質が得られ、生産性
が向上する。

また一般に、Ｍ型の上下振動によって鋳片の表面（鋳型
壁と接触した部分）にはオツシレーションマーク（周方
向に延びるすし状の窪み）が生じ易いが、ピンチ力が作
用する場合には、メニスカスと鋳型との接触角が／ＪＳ
さくなるので、オツシレーションマークの深さが浅くな
り、望ましい表面品質が得られる。

この種の技術については、例えば特公昭５７−２１４０
８号公報に開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、前述のようなピンチ力を与える場合において
も、鋳片の表面で部分的にオツシレーションマークが顕
著に現われたり、オツシレーションマークの部分に成分
偏析等の欠陥が生じる場合がある。

これの原因としては、ピンチ力が作用する時に、場面（
溶鋼の上面）の形状が不安定になり、湯面に波立ちや湯
面レベルの変動が生じることが考えられている。

そこで本発明においては、ピンチ力が作用する時の湯面
の形状を安定化し、鋳片の表面品質を更に改善すること
を課題とする。

［ａ題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、本発明においては、溶鋼が
注入される鋳型の外側にそれを囲む形で配置された電磁
コイルを備え、鋳型内の溶鋼に電磁力を付与しながら鋳
造を実施する、溶融金属の連続鋳造装置において：前記
電磁コイルを構成する巻線の各高さ位置での周回数に高
さ位置に応じた変化が生じる形状に電磁コイルを構成す
る。

［作用コ 本発明者の実施した実験（溶鋼のかわりに水銀。

鋳型のかわりに透明なビー力を使用）によれば、従来装
置の環境では、電磁コイルを付勢してピンチ力を付与し
た状態では、第５ａ図に示すように、溶鋼（実際は水銀
）中に電磁コイルの高さ方向の中央部から上方に向かう
流動と下方に向かう流動の両方が確認された。そして、
上方に向かう流動が湯面に波立ちや場面変動を及ぼすも
のと考えられる。

ここで、ピンチ力発生のメカニズムについて簡単に説明
する。第１図及び第２図の電磁コイル１゜２に交流電流
を流すと、それによって発生する磁束の主要部は溶鋼に
対して上下方向に鎖交する。

この磁界によって溶鋼中には周方向に渦電流が流れる。

また渦電流の向きと磁界の向きとが直交するので、この
渦電流と磁界との相互作用で溶鋼中に力が発生する。こ
こで渦電流の大きさをＪ、磁束密度の大きさをＢ、力を
Ｆとすれば、力Ｆの大きさは Ｆ＝Ｊ　ＸＢで表わすことができる。また、電磁コイル
１，２は交流電源によって付勢されるので。

電源の角速度をω、時間を１とし、 Ｂ　＝　Ｂ　ｍ　Ｓｉｎ　ωｔ Ｊ　＝　Ｊ　ｍ　　５ｉｎ（ωし−φ）と仮定すれば、 Ｆ　＝　Ｂ　ｒｎ　Ｓｉｎ　ωｔ−Ｊ　ｍ　５ｉｎ（ω
ｔ−φ）＝Ｂｍ・Ｊｍ　　（Ｓｉｎ　　ωｔ−５ｉｎ（
ωし−φ））＝　Ｂ　ｍ−Ｊ　ｍ　　（Ｃｏｓ　　ψ　
−Ｃｏ５（２ωし−φ））／２＝　（１／２）　Ｂ　ｌ
ｌ１−Ｊ　ｍ−ｃｏｓ　　φ（１／２）Ｂｍ−Ｊｍ（ｏ
ｓ（２ωｔ−φ）・・・（１）となる。第（１）式にお
いて右辺の第１項、つまり（１／２）　Ｂ　ｍ−Ｊ　ｍ
−ｃｏｓ　φは時間の影響を受けないので直流成分であ
り、これによって常時一定の方向に力が発生することが
分かる。力Ｆの向きは、周方向のどの位置においても溶
鋼の中心方向であり、これによって溶鋼を絞り込む方向
の力、即ちピンチ力が発生する。このピンチ力の作用に
よって、湯面ばドーム状に湾曲し盛り上がる（第５ｂ図
参照）。

ところで、従来より使用されている電磁コイルは、正確
に円筒形状になるように均一に巻線が巻かれた構成にな
っており、高さ方向（コイルの巻線周方向と直交する方
向）のどの位置においても、コイルの巻線の周回数は実
質上同一になっている。

このような電磁コイルを用いた装置において、鋳型内部
の高さ方向の磁束密度分布を測定したところ、第４図に
示す結果が得られた。つまり、コイルの中央部が最も磁
束密度が大きく１両端部に近づくにつれて磁束密度が小
さくなる。また、溶鋼に作用するピンチ力の大きさは、
溶鋼中の電流の大きさと磁束密度の大きさの両者に比例
する。従って従来の装置では、電磁コイルの中央部分の
高さで最も大きな力が溶鋼に作用し、その位置から上及
び下に離れるにつれて力が小さくなる。このため、力の
大きな中央部分から力の小さな上下の両方向に向かう第
５ａ図に示すような流動が発生するものと考えられる。

しかし本発明においては、電磁コイルを構成する巻線の
各高さ位置での周回数に、高さ位置に応じた変化を与え
るので１例えばコイル中央部での巻数を少なくしコイル
両端に向かって徐々に巻数を多くする（第２図参照）よ
うにすれば、高さ方向の位置に応じた磁束密度の変化を
小さくすることができる。これにより、高さ方向の位置
に応じたピンチ力の変化が減小し、上向きの溶鋼流動を
抑えることができるので、第５ｂ図に示すように湯面の
形状及び場面レベルを安定化することができる。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の１図面を参照した
実施例説明により明らかになろう。

［実施例］ 第１図及び第２図に実施例の電磁コイル１及び２を示す
。これらの電磁コイル１，２は、概略で円筒形状であり
、第１図に示すように、連続鋳造設備の鋳型３の外側を
囲むように配置される。なおこの例では、鋳型３は円筒
形状であり、銅で構成されている。鋳型３の内径は約１
９０ｍｍである。

電磁コイル１及び２は鋳型３内部に注入される溶鋼にピ
ンチ力を付与するために使用される。この種の電磁コイ
ルは単一のもので構成することもできるが、この実施例
では２つの電磁コイル１゜２を高さ方向に重ね合わせて
構成しである。

これらの電磁コイル１，２の縦断面が第２図に示しであ
る。第２図を参照すると、これらの電磁コイル１，２は
特殊な形状に構成されている。即ち、高さ方向の各位置
における巻線（４，５）の周回数（層厚）が位置に応じ
て変化するように構成しである。具体的に言えば、電磁
コイル１は高さ方向に１０列に巻線が配列されており、
各高さ位置（列）での巻線の周回数は上から７．７，７
゜６．５，４，３，３，２及び１になっている。同様に
電磁コイル２は高さ方向に１０列に巻線が配列されてお
り、各高さ位ｉｆ（列）での巻線の周回数は上から１，
２，３，３，４，５，６，７．７及び７になっている。

つまり、電磁コイル１及び２は互いに上下に対称な構成
になっている。２つの電磁コイル１，２を組合せたコイ
ル全体としてみれば、高さ方向の中央部分では巻数が少
なく、その上下の両端部に近づくにつれて徐々に巻数が
増大する。

電磁コイル１及び２はそれぞれ１本の電線４及び５で構
成されており、電磁コイルｌ及び２の両端は交流電源に
対して並列に接続されている。

ところで、電磁コイル１，２を第２図に示すような特殊
な構成にしたのは、ピンチ力の大きさの高さ方向の変化
を小さくするためである。つまり、一般の電磁コイルの
ように高さ方向（軸方向）についてどの位置でも巻線の
周回数が同一になるような均一な構成にした場合、鋳型
内の磁束密度は高さに応じて第４図に示すような大きな
変化を示すので、これによってピンチ力に高さに応じた
差が発生し、上方向及び下方向に向かう流動を溶鋼中に
発生させる（第５ａ図参照）。

しかしこの実施例では、電磁コイルの中央部分（ｌの下
端及び２の上端）の周回数が少なく、その位置から上下
にずれるにしたがって徐々に周回数が多くなるので、磁
束密度の分布は一般の電磁コイルの場合と異なる。つま
り、電磁コイル１゜２によって鋳型（モールド）内に生
じる磁束密度の分布は、第３図に示すように高さ方向の
位置に応じた変化が小さくなっている。従って、溶鋼内
に発生するピンチ力も高さに応じた変化が小さく、溶鋼
中の上方向に向かう流動を抑えることができる（第５ｂ
図参照）。

上方向に向かう流動を抑えることによって、湯面の波立
ちやレベル変動を防止することができ、それによって鋳
片に発生するオツシレーションマ−りや成分偏析を低減
することができる。

連続鋳造に実施例の電磁コイルを用いた場合と従来の電
磁コイルを用いた場合との差を明らかにするための実験
を実施した。この実験の条件は次の通りである。

鋼種　　：５ＵＳ３０４　　（１８ｃｒ−８Ｎｉ）磁束
密度：　０　、１０００．２０００．３０００．４００
０　（ガウス）鋳造速度：２０００ｍｍ／分 この実験の結果を第６ａ図及び第６ｂ図に示す。

即ち、第６ａ図はオツシレーションマーク（０８Ｍ）の
深さを各々の磁束密度において測定した結果であり、第
６ｂ図は成分偏析の深さを各々の磁束密度において測定
した結果を示しており、黒丸が実施例の電磁コイルの場
合を示し、白丸が従来の電磁コイルの場合を示している
。いずれの結果からも、実施例の電磁コイルの方が、は
るかに好ましい鋳造結果が得られることが分かる。

［効果コ 以上のとおり本発明によれば、電磁コイルを構成する巻
線の各高さ位置での周回数に高さ位置に応じた変化を与
えるような形状に電磁コイルを構成するので、鋳型内で
の磁束密度分布を平担にすることができ、それによって
鋳片上でのオツシレーションマークや鋳片の成分偏析の
発生を抑え、鋳造品質を大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の電磁コイル１，２の外観を示す斜視図
、第２図は電磁コイル１，２の縦断面図である。 第３図及び第４図は、それぞれ実施例及び従来例の電磁
コイルを用いた場合の磁束密度の分布状態を示すグラフ
である。 第５ａ図及び第５ｂ図は、それぞれ従来例及び実施例の
溶鋼の流動状態を示す縦断面図である。 第６ａ図及び第６ｂ図は実験の結果を示すグラフである
。 １．２：電磁コイル　　３：鋳型 ４．５：巻線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶鋼が注入される鋳型の外側にそれを囲む形で配
   置された電磁コイルを備え、鋳型内の溶鋼に電磁力を付
   与しながら鋳造を実施する、溶融金属の連続鋳造装置に
   おいて： 前記電磁コイルを構成する巻線の各高さ位置での周回数
   に該高さ位置に応じた変化が生じる形状に電磁コイルを
   構成したことを特徴とする、溶融金属の連続鋳造装置。
2. （２）前記電磁コイルは、高さ方向の中央部分が最も巻
   線の周回数が少なく、高さ方向の両端に向かって徐々に
   巻線の周回数が多くなる形状に構成された、前記請求項
   １記載の溶融金属の連続鋳造装置。