(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多条鋳片の連続鋳造であって、該多条鋳片を同時に箔半する電磁攪拌装置において、鉄心を横断面が矩形で内部が中空の角筒状で形成し、該鉄心を構成する各四辺に、それぞれ各片に直交する如く３相または２相交流電源から接続されてなる電線を巻回すると共に、前記鉄心の中空部に、二つ以上の鋳片通路を形成したことを特徴とする連続鋳造における多条鋳片の電磁攪拌装置。
【請求項２】
鋳片鋳型の外周に請求項１記載の電磁撹拌装置を配設したことを特徴とする連続鋳造設備。
【請求項３】
鋳片鋳型より下方で、かつ鋳片未凝固部に請求項１記載の電磁撹拌装置を設けたことを特徴とする連続鋳造設備。
【請求項４】
鋳片鋳型の外周に請求項１記載の電磁撹拌装置を配設して、一次電磁撹拌部を形成し、該電磁撹拌部の下方で、かつ鋳片未凝固部に請求項１記載の電磁撹拌装置を配設して二次電磁撹拌部を形成したことを特徴とする連続鋳造設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多条鋳片の連続鋳造設備において、鋳片鋳型内溶鋼あるいは鋳片鋳型から引き抜かれた鋳片のシェル内未凝固溶鋼を電磁誘導によって撹拌するために用いられる電磁撹拌装置及びこの装置を使用する連続鋳造設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造設備において、鋳型内溶鋼あるいはその鋳型から引き抜かれた鋳片のシェル内未凝固溶鋼に電磁誘導による撹拌力を与えることは、鋳片表面性状の改善、鋳片内部品質の改善等に大きな効果があり、そのために電磁撹拌装置を設置することがよく行われている。
【０００３】
多条鋳片の連続鋳造設備に適用する電磁撹拌装置は、従来２条以上の鋳片の未凝固溶鋼を同時に撹拌するために、その一つ一つを囲むようにメガネ型に構成した鉄心の内側に突き出た磁極を設け、その磁極に巻線を配置し、２相または３相電源を接続し回転磁界を発生させる電磁撹拌装置が一般的に使用されていることが特開平５−１４６８５４号公報に開示されている。
【０００４】
図１２は従来技術の多条鋳片の電磁撹拌装置を示す。これは鋳型内溶鋼１５ｂ，１５ｂ′を撹拌するために、２相交流電源で駆動される２条鋳片用の電磁撹拌装置の例である。この電磁撹拌装置は、鋳片鋳型２ｂ，２ｂ′を囲むようにメガネ型に形成した鉄心１の内側に磁極１８，１８′を設け、その磁極１８，１８′に巻線３を巻回して構成する。この場合、鋳片鋳型２ｂ，２ｂ′間には、鉄心１及び巻線３を配置した磁極１８，１８′を必要とするため、鋳片鋳型間距離Ｌｂが大きくなる。
【０００５】
図１３は、図１２のＡ−Ａ線における磁束密度分布を示す。このような従来技術の多条鋳片の電磁撹拌装置の場合は、一般にポールアークと呼ばれる磁力線の入出部である磁極１８の幅が、各辺長以下の限定された長さしかとれないため、対向する磁極間で磁力線を発生しても、その磁極間中心１７，１７′では、磁力線の分布が磁極１８の幅方向に広がるため、磁極間中心の磁束密度は磁極１８の付近に比べて大幅に小さくなる。この時の電磁撹拌装置の撹拌中心は、磁束密度分布が最小となるところの磁極間中心１７，１７′にあり、鋳片鋳型内溶鋼１５ｂ，１５ｂ′を均一に撹拌するためには、その磁極間中心１７，１７′と鋳片鋳型中心１６ｂ，１６ｂ′を一致させるように配置する必要がある。
【０００６】
また、このような多条鋳片の連続鋳造設備においては、鋳片鋳型のサイズを変更して何種類かの異なった大きさの鋳片の鋳造を行うことが多い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来型の場合、鋳片鋳型間の距離Ｌｂが大きくなる。このため、連続鋳造設備の機械幅が大きくなり、設備費の増加となっていた。
また、鋳片鋳型内溶鋼１５ｂ，１５ｂ′を均一に撹拌するためには、電磁撹拌装置の磁極間中心１７，１７′と鋳片鋳型中心１６ｂ，１６ｂ′を一致させる必要があるが、たとえば図１４で示すように鋳片鋳型２ｂ，２ｂ′のサイズを変更して使用する場合において、上記各中心を一致させることができない場合が多い。図１５は、図１４のＡ−Ａ線の磁束密度分布を示す。これに示すように、連続鋳造設備の制約により鋳片鋳型中心１６ｂ，１６ｂ′を磁極間中心１７，１７′に一致させるように配置できないときは、電磁撹拌装置の撹拌中心は、磁束密度分布が最小となる磁極間中心１７，１７′となり、鋳片鋳型中心１６ｂ，１６ｂ′とずれた位置になる。このため、鋳片鋳型内溶鋼１５ｂ，１５ｂ′の中心から撹拌中心は偏心し、各鋳片鋳型内で均一な撹拌ができないといった問題が発生する。鋳片鋳型中心１６ｂ，１６ｂ′と磁極間中心１７，１７′を一致させることは、連続鋳造設備の設備計画を行う上で、大きな制約条件になっていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、電磁攪拌装置の鉄心を横断面が矩形で内部が中空の角筒状で形成し、該鉄心を構成する各四辺に、それぞれ各片に直交する如く３相または２相交流電源から接続されてなる電線を巻回すると共に、前記鉄心の中空部に、二つ以上の鋳片通路を形成した。
【０００９】
そして、鋳片鋳型の外周に上記電磁撹拌装置を配設した。また、鋳片鋳型の下方で、かつ鋳片未凝固部に上記の電磁撹拌装置を配設した。更にまた、鋳片鋳型の外周に上記電磁撹拌装置を配設して一次電磁撹拌部を形成し、更に、前記電磁撹拌部の下方で、かつ鋳片未凝固部に上記電磁撹拌装置を配設して二次電磁撹拌部を形成した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の電磁撹拌装置を図１、図２及び図３を用いて説明する。図１は電磁撹拌装置Ｍの主要部を示す斜視図である。図２は電磁撹拌装置Ｍの横断面図である。また図３は図２のＡ−Ａ線における磁束密度分布を示すグラフである。これらは、２状鋳片の連続鋳造に適用した場合である。電源としては、各相１２０°位相差のあるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流電源を用いた場合である。
【００１１】
鉄心１を、横断面が矩形で内部が中空の角筒状の磁性体を２つの鋳片通路２ａ，２ａ′を囲むように積層して形成し、前記鉄心１を構成する各四辺に、それぞれ各辺に直交する如く電線を巻回し巻線３〜１４を形成し、１２個の該巻線３〜１４が鉄心１の各辺に３個づつ配置されている。たとえば、巻線３，４，９，１０にはＵ相の交流電源を接続し、巻線７，８，１３，１４にはＶ相の交流電源を接続し、また巻線５，６，１１，１２にはＷ相の交流電源を接続する。
【００１２】
本実施例の如く３相電源に接続して使用する場合の巻線３〜１４の必要数は、最少６個で構成し、１個の巻線を複数個に分割することも適宜可能である。このような巻線方式は分布巻と呼ばれるものである。また、鉄心１の各四辺への巻線３〜１４の配設位置は、図４に示す如く、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の合成磁界による回転磁界が発生するように、Ｕ相巻線３，４，９，１０とＶ相巻線７，８，１３，１４及びＷ相巻線５，６，１１，１２のそれぞれで発生する磁界φＵ，φＶ，φＷが１２０°ずつ角度をもつように配置する。
【００１３】
上述の如く鉄心１、巻線３〜１４、鋳片通路２ａ，２ａ′を構成したことにより、磁力線の入出部であるポールアークを限定せず鉄心１の中空部の表面を全てポールアーク化することができた。これにより図３の如く、鉄心１の中空部の磁束密度分布は均一となり、鉄心１の中空部のどの位置に鋳片通路２ａ，２ａ′を配置しても、鋳片通路中心１６ａ，１６ａ′が撹拌中心となるような、均一な撹拌を可能にした。これにより、各鋳片通路間に鉄心を必要としない電磁撹拌装置Ｍを実現したことにより、鋳片通路間の距離Ｌａを大幅に短くできた。
【００１４】
上述の説明において、電源は３相交流電源に接続する場合の説明を行ったが、２相電源にも適用可能であり、２相交流電源に接続する場合には、巻線の必要数は、最少４個で構成し、１個の巻線は３相交流と同時に複数個に適宜分割可能である。
また、巻線３〜１４導体は冷却方式に対応した形状とする。浸漬冷却による間接冷却の場合は中実で外側に耐水絶縁を施したものを、内部通水による直接冷却の場合は中空の導体を、直接冷却及び間接冷却を併用して冷却能力を向上させる併用冷却の場合は中空で外側に耐水絶縁を施したものを使用する。
【００１５】
本発明の電磁撹拌装置を連続鋳造設備に適用した場合について図７、図８を用いて説明する。図７は連続鋳造の鋳片鋳型部に電磁撹拌装置Ｍを配置した場合の縦断面図であり、図８は図７をＢ−Ｂ線で切断した横断面図である。２条鋳片用の連続鋳造機は、その上部に鋳片鋳型２ｂ，２ｂ′と連続鋳造機本体２０から構成されており、該連続鋳造機本体２０の中に鋳片通路２ａ，２ａ′が形成される。電磁撹拌装置Ｍは鋳片鋳型２ｂ，２ｂ′の外周の電磁撹拌部１９に配設されている。電磁撹拌部１９を連続鋳造の鋳片鋳型２ｂ，２ｂ′の外周に配設し、鋳片鋳型内溶鋼１５ｂ，１５ｂ′の撹拌に適用することは、鋳片鋳型内溶鋼１５ｂ，１５ｂ′の凝固界面の注状晶を撹拌による新たな溶鋼流で常に洗浄し、ガス、介在物の浮上を促進するといった大きな冶金的効果がある。また、撹拌により、溶鋼温度が均一化され疑似低温鋳造により等軸晶が増加するといった冶金的効果があることは一般によく知られている。本発明の電磁撹拌装置Ｍは、その冶金的効果を得るために設置するものであり、鉄心の中空部のどの位置に鋳片鋳型２ｂを配置しても、鋳片鋳型中心１６ｂが撹拌中心となるような、均一な撹拌を可能にした。これにより、各鋳片鋳型間に鉄心を必要としない電磁撹拌装置を実現したことにより、鋳片鋳型間の距離Ｌｂを大幅に短くできた。
【００１６】
次に本発明の電磁撹拌装置を連続鋳造設備に適用した他の実施例について図９、図１０を用いて説明する。図９は連続鋳造の鋳片鋳型の下方に電磁撹拌装置Ｍを配置した場合の縦断面図であり、図１０は、図９をＣ−Ｃ線で切断した横断面図である。２条鋳片用の連続鋳造機は、その上部に鋳片鋳型２ｂ，２ｂ′と連続鋳造機本体２０から構成されており、前記連続鋳造機本体２０の中に鋳片通路２ａ，２ａ′が形成される。電磁撹拌装置Ｍは鋳片鋳型２ｂ，２ｂ′より下方で、かつ鋳片未凝固部１５ａ，１５ａ′の電磁撹拌部１９に配設されている。電磁撹拌部１９を連続鋳造の鋳片鋳型２ｂ，２ｂ′の下方で、かつ該鋳片通路２ａ，２ａ′を囲むように配設し、鋳片鋳型２ｂから引き抜かれた鋳片のシェル内未凝固部１５ａの撹拌に適用することは、鋳片未凝固部１５ａの結晶しつつある注状晶が溶鋼の撹拌流により洗われ、微小結晶に溶断され、等軸晶が増加するといった大きな冶金的効果があることは一般によく知られている。本発明の電磁撹拌装置Ｍは、その冶金的効果を得るために設置するものであり、鉄心の中空部のどの位置に鋳片通路２ａ，２ａ′を配置しても、鋳片通路中心１６ａ，１６ａ′が撹拌中心となるような、均一な撹拌を可能にした。これにより、各鋳片鋳型間に鉄心を必要としない電磁撹拌装置を実現したことにより、鋳片通路間の距離Ｌａを大幅に短くできた。
【００１７】
次に本発明の電磁撹拌装置を連続鋳造設備に適用した他の実施例について図１１を用いて説明する。図１１は連続鋳造の鋳片鋳型部と鋳片鋳型の下方にそれぞれ電磁撹拌装置Ｍ，Ｍ′を配置した場合の縦断面図である。２条鋳片用の連続鋳造機は、その上部に鋳片鋳型２ｂ，２ｂ′と連続鋳造機本体２０から構成されており、この連続鋳造機本体２０の中に鋳片通路２ａ，２ａ′が形成される。電磁撹拌装置Ｍは鋳片鋳型２ｂ，２ｂ′の外周の電磁撹拌部１９に配設されて一次電磁撹拌部を形成し、更に電磁撹拌装置Ｍ′が前記電磁撹拌部１９の下方で、かつ鋳片未凝固部１５ａ，１５ａ′の周囲の電磁撹拌部１９に設けられて、二次電磁撹拌部を形成した。この実施例では、前記各実施例で説明した冶金的効果を同時に得るために設置するものであり、鉄心の中空部のどの位置に鋳片鋳型２ｂ，２ｂ′及び鋳片通路２ａ，２ａ′を配置しても、鋳片鋳型中心１６ｂ，１６ｂ′及び鋳片通路中心１６ａ，１６ａ′が撹拌中心となるような、均一な撹拌を可能にした。これにより、各鋳片鋳型間及び鋳片通路間に鉄心を必要としない電磁撹拌装置を実現したことにより、鋳片鋳型間の距離Ｌａ及び鋳片通路間の距離Ｌａを大幅に短くできた。
【００１８】
以上の実施例は、２条の鋳片に本発明を適用した例であるが、３条鋳片以上の連続鋳造にも適用できるのは明かである。
図５に、本発明を３条鋳片の連続鋳造に適用した実施例を示す。これは、鉄心１を、横断面が矩形で内部が中空の角筒状の磁性体を３つの鋳片通路２ａ，２ａ′，２ａ′′を囲むように積層して形成し、前記鉄心１を構成する各四辺に、それぞれ各辺に直交する如く電線を巻回し巻線３〜１４を形成し、１２個の該巻線３〜１４が鉄心１の各辺に３個づつ配置されて電磁撹拌装置Ｍが形成される。この場合も２条の鋳片の場合と同様、鉄心１の中空部のＡ−Ａ線における磁束密度分布は均一となり、鉄心１の中空部のどの位置に鋳片通路２ａ，２ａ′，２ａ′′を配置しても、鋳片通路中心１６ａ，１６ａ′，１６ａ′′が撹拌中心となるような均一な撹拌を可能にした。これにより、鋳片通路間の距離Ｌａ，Ｌａを大幅に短くできた。
【００１９】
なお、本発明を１条鋳片の連続鋳造に適用できることも明らかである。図６にその実施例を示す。これは、鉄心１を、横断面が矩形で内部が中空の角筒状の磁性体を１つの鋳片通路２ａを囲むように積層して形成し、前記鉄心１を構成する各四辺に、それぞれ各辺に直交する如く電線を巻回し巻線３〜１４を形成し、１２個の該巻線３〜１４が鉄心１の各辺に３個づつ配置されて電磁撹拌装置Ｍが形成される。このように本発明は、１状の大断面鋳片の連続鋳造にも適用できるが、本発明の効果は多条鋳片を同時鋳造する場合に特に発揮される。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によって以下の効果が期待できる。
１．電磁撹拌装置の鋳片通路の間に鉄心及び磁極を配設しないことにより、鋳片間隔を最小化でき、連続鋳造設備の機械幅を大幅に短縮できるため、連続鋳造設備の設備費を大幅に低減できる。
２．電磁撹拌装置の鉄心の中空部の磁束密度分布を均一化することにより、鋳片配置の自由度が大きくなる。そのため、連続鋳造設備の設備計画時の大きな制約条件をなくすことができる。
３．電磁撹拌装置の鉄心の中空部の磁束密度分布を均一化することにより、鋳片配置の自由度が大きくなる。そのため、大断面１条鋳片と小断面多条鋳片の鋳造を１台の電磁撹拌装置で行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁撹拌装置の主要部を示す斜視図である。
【図２】本発明の電磁撹拌装置の横断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における磁束密度分布を示す。
【図４】本発明の電磁撹拌装置における鉄心の中空部に発生する磁界を示す図である。
【図５】本発明の電磁撹拌装置で３条の鋳片に適用した場合の横断面図である。
【図６】本発明の電磁撹拌装置で１条の大断面鋳片に適用した場合の横断面図である。
【図７】本発明の電磁撹拌装置を使用した鋳造設備の縦断面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ線の断面図である。
【図９】本発明の電磁撹拌装置を使用した鋳造設備の他の実施例の縦断面図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ線の断面図である。
【図１１】本発明の電磁撹拌装置を使用した鋳造設備の他の実施例の縦断面図である。
【図１２】従来技術の電磁撹拌装置を示す横断面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ線における磁束密度分布を示す。
【図１４】従来技術の電磁撹拌装置で鋳片鋳型サイズを変更した場合を示す横断面図である。
【図１５】図１４のＡ−Ａ線における磁束密度分布を示す。
【符号の説明】
１…鉄心
２ａ…鋳片通路
２ｂ…鋳片鋳型
３〜１４…巻線
１５ａ…鋳片未凝固部
１５ｂ…鋳片鋳型内溶鋼
１６ａ…鋳片通路中心
１６ｂ…鋳片鋳型中心
１７…磁極間中心
１８…磁極
１９…電磁撹拌部
２０…連続鋳造機本体
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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