(57)【特許請求の範囲】
【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、各超伝導コイルのそれぞれの少なくとも一部分を覆う磁性材からなる収束板にて収束させことを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
【請求項２】
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、超伝導コイルのそれぞれの少なくとも一部分を覆い隠し静磁場を印加した際に生じる漏れ磁束を収束させる磁性材からなる収束板を有する、ことを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
【請求項３】
超伝導コイルと収束板とはそれぞれ、独立して固定保持したものである、請求項２記載の装置。
【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】
従来の鋼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る。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鋼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鋼中に巻き込まれ、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傾向にあり、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５７−１７３５６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を実施する際の上記のような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、磁場が強力なため磁束の周囲への放散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、この磁束（以下、これを漏れ磁束と記すこととする）の影響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となる場合があること、また、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場合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、超伝導磁石や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倍程度になるし、ブレークアウト等が発生した場合における修繕費あるいは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、鋳型内の溶鋼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、各超伝導コイルのそれぞれの少なくとも一部分を覆う磁性材からなる収束板にて収束させことを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法である。
【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、超伝導コイルのそれぞれの少なくとも一部分を覆い隠し静磁場を印加した際に生じる漏れ磁束を収束させる磁性材からなる収束板を有する、ことを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置であり、とくに該超伝導コイルと収束板とはそれぞれ、独立して固定保持したものとするのがよい。
【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漏洩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はるかに大きいためコイルの内部（コイルの中心部）に配置するような構造にはなっておらず（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、とくにコイルの後端領域では広範囲にわたって磁束が分布していることになる。
【００１２】
この発明では、従来、連続鋳造用鋳型に印加する静磁場に関与しない超伝導コイルのとくに鋳型の反対方向の後端域における漏れ磁束を収束板によって収束させるようにし、一方のコイルの後端から他方のコイルの後端へ向かう磁路を形成するようにし両方のコイルで全体として閉磁路を形成するようにしたので、かかる磁束による悪影響を極めて小さなものとすることが可能であり、しかも、静磁場の印加効率を向上させることができる。
とくに、超伝導コイルの後端域（コイルの中心から０．５ｍ程度）における漏れ磁束は１Ｔ程度であり、ここに飽和磁束密度が２．２Ｔ程度になる鉄系の如き部材を使用すれば漏れ磁束を十分に収束させることができる。
この発明において収束板の材質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（Ｎｄ）、プロメテウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ボルウムウ（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、テルビウム（Ｙｂ）等の希土類金属の磁性物質等を組み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覆い隠す収束板（高透磁率、高磁束密度の磁性材）Ｓを配置してコイルの漏れ磁束を収束させる。
【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を固定保持するサポート、そして７は収束板Ｓを保持するサポートであり、収束板Ｓは非磁性材または磁性材よりなるサイドプレートＳ1 を配置することができる。
【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収束板を配置した場合と、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、収束板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／Ｌc ＝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で１．５Ｔ程度の静磁場を印加させた場合においては、収束板を有するものではＦ＝０．１kgf 以下程度であるのに対して、収束板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をその前面を除いて全てを取り囲む形式と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はとくに、収束板Ｓの開口端Ｓ1 に漏れ磁束が集中し図２に示したものに比較しより一層閉磁路を形成しやすい状態になるので、静磁場の印加に際して印加効率の改善を図るのに有利となる。
【００１８】
図５ (ａ), (ｂ) および図６（ａ），（ｂ）は、超伝導コイルｃを上下二段配置し該コイルｃの背面に収束板Ｓを設けた例である。この例では上掲図２、図４と同様、コイルの後端域における磁束の放散を小さくし、連続鋳造用鋳型に印加する静磁場を集中させるような閉磁路が形成されるので、効率的な高速連続鋳造が実現できる。
【００１９】
上掲図２、図４、図５および図６に示したように、超伝導コイルとともに収束板を配置した構造のものにおいては、静磁場の印加に際してコイルと収束板の間にも吸引力が働くのでコイル同士が強く引き合うことがなく、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としない。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。
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コイルとコイルの中間点で１．５Ｔ程度の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収束板（材質：純鉄系）を配置したものでは、各コイルが収束板とも引き合うのでコイル相互間には６
tonf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】
0003700356.tif 000002
【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程度 (収束鈑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７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、コイルのとくに後端域における磁束の放散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】収束板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】（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７】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  収束板を保持するサポート
ｃ  超伝導コイル
Ｓ  収束板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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