(57)【要約】【課題】従来実現できなかったコンパクトかつ高推力の電磁攪拌コイルを提供する。【解決手段】鋳型内の溶鋼を電磁力により攪拌する電磁攪拌コイルであって、前記電磁攪拌コイルの横断面における内面積に対するヨーク断面積の占積率(-)が0.5以上であり、かつ、ヨーク幅Ｂが100mm以上300mm以下であることを特徴とする電磁攪拌コイル。好ましくは、前記電磁攪拌コイルの起磁力Fをヨーク幅Ｂで割ったＦ／Ｂの値を800kAT/m2以上とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内の溶鋼を電磁力により攪拌する電磁攪拌コイルであって、
前記電磁攪拌コイルの横断面における内面積に対するヨーク断面積の占積率(-)が0.5以上であり、かつ、ヨーク幅Ｂが100mm以上300mm以下であることを特徴とする電磁攪拌コイル。
【請求項２】
前記電磁攪拌コイルの起磁力Fをヨーク幅Ｂで割ったＦ／Ｂの値が800kAT/m2以上であることを特徴とする請求項１に記載の電磁攪拌コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型内の溶鋼を電磁力により攪拌する電磁攪拌コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、連続鋳造設備において、鋳型内の溶鋼に含まれる非金属介在物や浸漬ノズル内に吹き込んだArカ゛ス気泡を鋳片に捕捉されることなく溶鋼の表面に浮上させて除去し、品質の優れた鋳片を得るために、鋳型内の溶鋼を電磁力により攪拌する方法が用いられており、この鋳型内の溶鋼を電磁力により攪拌する電磁攪拌コイルに関しては従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許第３２７３１０５号公報には、コイルを巻き付けるスロットを有する第１の鉄心（ヨーク）の背面に当接する第２の鉄心や、第１の鉄心（ヨーク）の上下面に当接する第３の鉄心を設けることによって、鉄心の実効面積を増加させて飽和磁束密度を増加させることで、従来装置と同程度の外形でありながら、強い磁界を溶融金属に加えることができる流動制御装置が開示されている。
【０００３】
しかし、特許第３２７３１０５号公報には、鉄心（ヨーク）の実効面積を増加させる方法は開示されているが、その実効面積に相当する電磁攪拌コイルの横断面における内面積に対するヨーク断面積の占積率(-)や、ヨーク幅Ｂの具体的な数値範囲については十分な検討がなされていなかったため、コンパクトかつ高推力の電磁攪拌コイルが実現できなかった。
【特許文献１】特許第３２７３１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、従来実現できなかったコンパクトかつ高推力の電磁攪拌コイルを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前述の課題を解決するために鋭意検討の結果、鉄心（ヨーク）の実効面積に相当する電磁攪拌コイルの横断面における内面積に対するヨーク断面積の占積率(-)やヨーク幅Ｂの好ましい数値範囲を特定することにより、コンパクトかつ高推力の電磁攪拌コイルを提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）鋳型内の溶鋼を電磁力により攪拌する電磁攪拌コイルであって、
前記電磁攪拌コイルの横断面における内面積に対するヨーク断面積の占積率(-)が0.5以上であり、かつ、ヨーク幅Ｂが100mm以上300mm以下であることを特徴とする電磁攪拌コイル。
（２）前記電磁攪拌コイルの起磁力Fをヨーク幅Ｂで割ったＦ／Ｂの値が800kAT/m2以上であることを特徴とする（１）に記載の電磁攪拌コイル。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、鉄心（ヨーク）の実効面積に相当する電磁攪拌コイルの横断面における内面積に対するヨーク断面積の占積率(-)やヨーク幅Ｂの好ましい数値範囲を特定することにより、コンパクトでかつ高推力の電磁攪拌コイルが提供できるうえ、攪拌流と浸漬ノズルからの吐出流との干渉を回避でき、湯面近傍で旋回流を安定的に形成することができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
発明を実施するための最良の形態について、図１乃至図７を用いて詳細に説明する。
図１、図２および図３は、本発明における電磁攪拌コイルの実施形態を例示する図である。
図１および図２において、１は鋳型、２は電磁攪拌コイル、３は浸漬ノズル、４は溶鋼、５はストランドプール、６はヨークを示す。
図１の上段は本発明の電磁攪拌コイルの平面図を示し、下段はその側面図を示す。
連続鋳造機の鋳型１に溶鋼４が注入され、その鋳型１の周囲に配置された電磁攪拌コイル２に電流を流すことによって電磁力が発生し、溶鋼１に矢印（実線）の方向の推力が働き、ストランドプール５内の溶鋼４が攪拌される。
【０００８】
また、ストランドプール５の中央には、浸漬ノズル３が設置されており、この浸漬ノズル３から溶鋼が鋳型内に注入される。その結果、溶鋼４の流れは矢印（点線）の流れが形成される。この両者の流れを干渉させることなく形成することが、品質が良好な鋳片を鋳造するために必要である。
図２は、本発明における電磁攪拌コイルを含んだ鋳型部を側面（横断面）からみた詳細図であり、図３はコイル部分の拡大図（断面図）である。
電磁攪拌コイル２の内部には、鉄心に相当するヨーク６が設置されており、このヨーク周囲に巻き付けられたコイルに給電されて磁場が発生する。
本発明は、電磁攪拌コイル２の横断面における内面積（具体的には図３のコイルウインド外形7で囲まれた面積）に対するヨーク６の断面積（Ｂ×Ｄ）の占積率(-)が0.5以上であり、かつ、ヨーク幅Ｂが100mm以上300mm以下であることを特徴とする。
【０００９】
先ず、ヨーク幅Ｂの限定理由について説明する。
図２に示す電磁攪拌コイル２の横断面におけるヨーク幅Ｂを100mm以上とするのは、凝固シェル前面に溶鋼の流動を付与することで鋳片表層部の清浄性を改善しようとすると100mm以上は必要だからである。
また、電磁攪拌コイル２の横断面におけるヨーク幅Ｂを300mm以下とするのは、ノズル吐出流と攪拌流との干渉を回避でき、湯面近傍で旋回流を安定的に形成することができるからであり、図２に示す浸漬深さLよりもヨーク幅Ｂを小さくすることが好ましいからであり、一般的に浸漬深さＬは300mm程度であるため、その上限を300mmとした。さらに好ましくは、ヨーク幅Ｂが250mm以下であればノズル吐出流と攪拌流との干渉を確実に回避することができる。
【００１０】
次に、ヨークの占積率(-)を0.5以上とする理由を以下に述べる。
電磁攪拌コイル２の横断面における内面積、より具体的には図３のコイルウインド外形７で囲まれた内面積は電磁攪拌コイル２の大きさを示し、この内面積が小さいほどコンパクトな電磁攪拌コイルとなる。
電磁攪拌コイル２に給電することで形成しうる磁力の大きさは起磁力で規定される。その起磁力で生み出しうる磁場をヨーク６内で磁気飽和することなく形成することができれば高効率となる。一旦、磁気飽和してしまうとそれ以上電磁攪拌コイル２の起磁力を増大させたとしても起磁力の増加分に見合った磁場を形成することができない。
一方、起磁力の最大値は200kAT/m程度であり、これを超えると、ヨーク６の局部発熱の問題がでてきてヨーク６を内部水冷構造にする等の工夫が必要になる。
【００１１】
本発明者らはヨーク幅が100〜300mmの条件で、電磁攪拌コイル２の横断面における内面積に対するヨーク６の断面積（Ｂ×Ｄ）の占積率(-)と得られる推力との関係を調査したところ、占積率(-)を0.5以上にすることでほぼ所望の推力が得られることがわかった。
そこで、本発明においては、電磁攪拌コイル２の横断面における内面積（具体的には図３のコイルウインド外形７で囲まれた内面積）に対するヨーク６の断面積（Ｂ×Ｄ）の占積率(-)を0.5以上とした。（図５参照）
本発明においては、占積率の上限は規定しないが製造し易さの観点から0.9以下が好ましい範囲である。
また、本発明によれば、規定推力を得るための起磁力を小さくできるため、電源容量に余裕があり、またヨーク内の磁束密度に余裕があれば、必要に応じて推力アップをすることも可能である。
なお、本発明においては占積率を増加させる方法は問わないが、コイルを形成する水冷される銅管の外形を例えば4.0mm以下に小さくして銅管の曲げ半径を低減することによってヨーク断面形状にコイルの内側形状を近づけることが好ましい。
【００１２】
また、電磁攪拌コイルの起磁力Fをヨーク幅Ｂで割ったＦ／Ｂの値が800kAT/m2以上であることが好ましい。
起磁力F／ヨーク幅Ｂを800kAT/m2以上とするのは、これによって浸漬ノズルからの吐出流と攪拌流との干渉と回避しつつ、凝固シェルへの介在物捕捉防止に必要な攪拌流速を得ることができるからである。
【実施例】
【００１３】
本発明の電磁攪拌コイルの実施例を図４乃至図６に示す。
ヨーク幅と占積率が幾つか異なるコイルを作成し、規定推力10,000Pa/mが得られるかどうかを調査した。ここで、推力とは鋳型内壁面から15mmの位置に真鍮板を設置し、電磁攪拌コイルに通電した状態で真鍮板に作用する力を歪みゲージ等を用いて測定した値を意味し、単位はPa/mである。
さらに、電磁攪拌コイルを用いて実際に鋳造を行った。鋼種は低炭素Alキルド鋼とし、この溶鋼を厚み250mm、幅1800mmのスラブに鋳造した。鋳造速度は1m/minでノズル内にArガスを3Nl/min流した。浸漬深さLは300mmとした。鋳片表層部の気泡・介在物個数については、全幅×鋳造方向長さ200mmのサンプルを鋳片の上面、下面それぞれから切り出し、全幅×長さ200mmの表面内における気泡・介在物を表面から1mmおきに研削し、表面から10mmまでの100ミクロン以上の気泡・介在物個数の総和を調査した。
加えて、電磁攪拌コイルによる攪拌流と浸漬ノズルからの吐出流が鋳型内湯面近傍まで短辺に沿って上昇する流れと干渉していないかを明らかにするため、鋳片水平断面での凝固組織を調査した。
図４は、ヨーク幅Ｂと前述の占積率との関係を示す図であり、図４中に本発明の範囲を矢印で示している。すなわち、作成した電磁攪拌コイルの中で占積率が0.5以上でコア厚が100mm以上300mm以下の場合には規定推力の攪拌流が付与できた。また、その条件であれば、鋳片の凝固組織を調査しても、鋳片全幅にわたって鋳片表面から内部に向かって成長しているデンドライトが流れの風上方向に一様な傾度を持って成長していることが確認された。
図５は、占積率（-）と規定推力をえるための起磁力との関係を示す図である。なお、図5中に幾つかプロットがあるが、占積率が幾つか異なる電磁攪拌コイルを作成し、それぞれの条件で目標推力10,000Pa/mを得るための条件を検討した結果を示している。図５より、占積率（-）を0.5以上にすることによって、磁気飽和することなく必要な推力を印加できる。ここで、占積率(-)が0.5未満で起磁力が急速に増大しているのは磁気飽和していることを示す。
図６に示したヨーク幅Bと起磁力F／ヨーク幅が異なる幾つかの電磁攪拌コイルを用いて、起磁力F／ヨーク幅Ｂと鋳片に発生する欠陥との関係を示したものが図７である。図７の縦軸に示した欠陥指数とは、鋳片表面から10mmまでの気泡ならびに介在物個数の総和を幾つかの条件で求め、かつ電磁攪拌を印加しない場合の個数を1として指数化したものを示している。図7で起磁力／ヨーク幅を増大することで欠陥指数は低減するが、中でも800kAT/m2以上とすることによって著しく低減することができることが確認された。図7の結果を踏まえて図６中には本発明で好ましい範囲を矢印で図示している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明における電磁攪拌コイルの実施形態を例示する図である。
【図２】本発明における電磁攪拌コイルを含んだ鋳型上部を側面からみた詳細図（断面図）である。
【図３】本発明における電磁攪拌コイル部分の詳細図である。
【図４】ヨーク幅Ｂと前述の占積率との関係を示す図である。
【図５】占積率（-）と必要推力をえるための起磁力との関係を示す図である。
【図６】ヨーク幅Ｂと起磁力F／ヨーク幅Ｂとの関係を示す図である。
【図７】本発明の効果を示す図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  鋳型
２  電磁攪拌コイル
３  浸漬ノズル
４  溶鋼
５  ストランドプール
６  ヨーク
７  コイルウインド外形
Ｌ  浸漬深さ
Ｂ  ヨーク幅
Ｄ  ヨーク深さ
【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】
2006110598.tif 000008
【図７】
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