(57)【要約】【課題】  溶融金属の流動制御性を損なうことなく、その補修にかかる作業効率の向上及びコスト低減するとともに、電磁石を構成する構成部品の損傷を抑制することを可能とした溶融金属流動制御用電磁石の製造方法を提供することを課題としている。【解決手段】  溶融金属流動制御用電磁石３を構成する鉄芯Ｆの周囲に配置されるコイルＣを取り除き、このコイルＣとの対向面に所定空隙Ａが形成されるように鉄芯Ｆを切削した後、鉄芯ＦにコイルＣを再度装着する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造設備における鋳型内の溶融金属に、電磁場を印可する溶融金属流動制御用電磁石の製造方法であって、
鉄芯の周囲に配置されたコイルを取り除き、当該コイルとの対向面に所定空隙が形成されるように前記鉄芯を切削した後、当該鉄芯に前記コイルを再度装着することを特徴とする溶融金属流動制御用電磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属の連続鋳造設備において、その鋳型内に供給された溶融金属の流動を制御するための電磁石の製造方法に関し、特に、その補修にかかる施行性の向上及びコスト削減を可能とするために有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属の連続鋳造設備においては、鋳造によって得られる鋳片の各種欠陥及びその成分の不均一を防止する目的で、鋳型内の溶融金属に電磁力を作用させ、その流動を制御するための電磁石が設置されている。
ここで、溶融金属に効果的に電磁力を作用させるためには、特許文献１に開示されているように、溶融金属の流動しやすい方向に対して垂直な方向に電磁場が印可されるように電磁石を配置するとともに、鋳型の対向側壁の背面に電磁石の先端（正確には鉄芯の先端）を配置し、電磁石と溶融金属とをできる限り近づけることが必要とされている。
【０００３】
ところで、連続鋳造設備における鋳型構造体は、その構成部材である水冷銅板、バックプレート及び水冷配管などを組み立て、連続鋳造機の鋳型振動テーブルに組み込まれている。このため、この狭い鋳型構造体内に、電磁石を構成する鉄芯とコイルとを収容したケーシングを収容し、且つ、効率的に高磁束密度を発生させることが課題となっている。
【０００４】
このような観点から、ケーシング内に収容される鉄芯、コイル、及びこのコイルを構成するコイル巻線の中空部に冷却水を供給する冷却水配管を高密度に配置するために、具体的には、以下のような手段がとられている。
（１）鉄芯にコイル巻線を直接巻き付け、鉄芯とコイル間との空隙をなくすことで、ケーシング内の空間のロス及び磁束密度のロスを少なくする。
（２）コイル巻線間の絶縁を確保するために、コイル巻線の周囲に巻き付けられる絶縁テープをできる限り薄く形成する（例えば、薄厚の絶縁テープを一層巻にする）ことで、コイル巻線自身の大きさを抑制する。
【特許文献１】特開平２−２８４７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記構成を有する電磁石を連続鋳造設備において継続的に使用すると、コイル巻線を構成する水冷銅管の一部に亀裂や損傷などが発生し、その水冷銅管内を流れる冷却水が漏水してしまう恐れがあった。この亀裂や損傷は、最悪の場合、コイル巻線間の絶縁不良によりスパークし、水冷銅管が溶損するという大事故を引き起こしてしまう恐れがあった。
【０００６】
そのため、亀裂や損傷の発生した水冷銅管を補修しなければならないが、従来の電磁石においては、コイルが鉄芯に密着して巻き付けられた構成を有しているため、まず、その損傷部位が補修できる状態まで、コイル巻線を鉄芯からほどく作業が必要であった。特に、損傷部位がコイル巻線の内部に存在する場合にはその作業がさらに困難であり、補修にかかる作業効率及びコスト増加が問題視されていた。
【０００７】
また、亀裂や損傷が発生した場合の補修作業が困難であることにより、損傷部位の補修作業が不十分になり、同一箇所の損傷が再発するという恐れもあった。  そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、溶融金属の流動制御性を損なうことなく、その補修にかかる作業効率の向上及びコスト低減を実現するとともに、電磁石を構成する構成部品の損傷を抑制することを可能とした溶融金属流動制御用電磁石の製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、連続鋳造設備における鋳型内の溶融金属に、電磁場を印可する溶融金属流動制御用電磁石の製造方法であって、鉄芯の周囲に配置されたコイルを取り除き、当該コイルとの対向面に所定空隙が形成されるように前記鉄芯を切削した後、当該鉄芯に前記コイルを再度装着することを特徴としている。                          
ここで、請求項１において、鉄芯とコイルとの間に形成される空隙は、溶融金属の流動制御性を著しく損なうことなく、磁芯とコイルとの着脱を容易とするとともに、コイルへの損傷を抑制可能な範囲で形成するようにすることが好ましい。
請求項１に記載の溶融金属流動制御用電磁石の製造方法によれば、既存の電磁石を改造することで、鉄芯と当該鉄芯の周囲に配置されるコイルとの間に、空隙が形成された溶融金属流動制御用電磁石を形成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明における溶融金属流動制御用電磁石の製造方法によれば、溶融金属の流動制御性を損なうことなく、補修にかかる作業効率の向上及びコスト削減を実現することができるとともに、電磁石を構成する構成部品の損傷を抑制できる溶融金属流動制御用電磁石を容易且つ確実に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る製造方法を用いて形成された溶融金属流動制御用電磁石を連続鋳造設備における鋳型に設置した状態を示し、（ａ）は上部断面図、（ｂ）は図１（ａ）における１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である。図２は、本発明に係る製造方法を用いて形成された溶融金属流動制御用電磁石の一構成例を示し、（ａ）は長手方向における側断面図、（ｂ）は浸漬ノズルの吐出口からコイルの高さ方向中心位置までの磁束積分値を示す図である。図３は、本発明に係る製造方法を用いて形成された溶融金属流動制御用電磁石の他の構成例を示し、（ａ）は長手方向における側断面図、（ｂ）は浸漬ノズルの吐出口からコイルの高さ方向中心位置までの磁束積分値を示す図である。
【００１１】
本実施形態においては、本発明に係る製造方法を用いて形成された溶融金属流動制御用電磁石を、スラブ連続鋳造設備におけるスラブ鋳型構造体に適用した場合について説明する。
スラブ連続鋳造設備におけるスラブ鋳型構造体は、図１に示すように、対向する一対の短辺壁（短辺面）１ａと長辺壁（長辺面）１ｂとからなる鋳型１と、この鋳型１内に溶融金属Ｍを供給する浸漬ノズル２と、鋳型１内に供給された溶融金属Ｍの流動を制御する溶融金属制御用電磁石３とを具備している。
【００１２】
溶融金属流動制御用電磁石３は、鋳型１における長辺壁１ｂの幅と略同一の幅寸法と、短辺壁１ａと略同一の高さ寸法とを有する略直方体形状を有し、磁性材料からなる鉄芯Ｆと、その周囲を囲むように形成されたコイルＣとから構成されている。この溶融金属流動制御用電磁石３は、鋳型１における長辺壁１ｂの背面全幅に形成されている。なお、溶融金属制御用電磁石３の鋳型１への配置場所は、鋳型１における長辺壁１ｂの背面全幅に形成されているのであれば、特に限定されず、例えば、浸漬ノズル２における吐出口２ａよりも上部や、吐出口２ａよりも下部に形成するようにしてもよいし、或いは上部及び下部に二対配置してもよい。
【００１３】
この鉄芯ＦとコイルＣとの間には空隙Ａが設けられており、鉄芯ＦとコイルＣとは着脱自在に形成されている。この空隙Ａは、鉄芯ＦとコイルＣとが密着して形成された従来の電磁石で適用されていた鉄芯Ｆの外周面を切削することで形成されたものである。この鉄芯Ｆを切削することで形成される空隙Ａの寸法は、必要とされる磁束密度を実現し、鉄芯ＦとコイルＣとの着脱を容易にするとともに、鉄芯Ｆの熱膨張によるコイルＣとの接触を抑制可能とするように決定する必要がある。
【００１４】
例えば、本実施形態におけるスラブ連続鋳造設備における鋳型１（一般的に、鋳型内寸（長辺）：５００〜２２００ｍｍ、鋳型内寸（短辺）：１５０〜２６０ｍｍ、鋳型高さ：７００〜１０００ｍｍ程度）に適用される電磁石の場合、鉄芯ＦとコイルＣとの空隙Ａを３〜１０ｍｍとすることで、従来の電磁石の９５％以上の磁束密度を確保することができる。さらに好ましくは、鉄芯ＦとコイルＣとの空隙Ａを７ｍｍとすることで、従来の電磁石の９８％の磁束密度を確保することができる。
【００１５】
ここで、鉄芯ＦとコイルＣとの空隙Ａを３ｍｍ未満とすると、磁芯ＦとコイルＣとの着脱が困難になってしまうとともに、鉄芯Ｆが熱膨張した際にコイルＣと局部的に接触して、コイルＣを損傷させてしまう恐れがある。一方、鉄芯ＦとコイルＣとの空隙Ａが１０ｍｍを超えるようにすると、磁束密度が不十分となり、溶融金属Ｍの流動制御に対する溶融金属流動制御用電磁石３の効果を減少させてしまう恐れがある。
【００１６】
なお、鉄芯ＦとコイルＣとの間に形成される空隙Ａは、流動制御性を損なうことなく、鉄芯ＦとコイルＣとの着脱を可能とするとともに、コイルＣへの損傷を抑制可能とするものであれば、図２に示すように、その鉄芯ＦとコイルＣとの対向面全てにおいて一定寸法としてもよいし、図３に示すように、対向面によって寸法が異なるように形成してもよい。
また、コイルＣを構成するコイル巻線の周囲に巻き付けられている絶縁テープ（図示しない）は、厚さ０．１８ｍｍのガラス繊維布から形成され、３〜１０層、さらに好ましくは４〜７層の範囲で巻き付けるようにすることが望ましい。
【００１７】
さらに、図３に示すように、鉄芯Ｆの長手方向（図３における左右方向）における中心位置ＣＬ1 を、コイルＣの長手方向（図３における左右方向）における中心位置ＣＬ2 から浸漬ノズル２の吐出口２ａに近づく方向（図３における上方向）に変位させ、磁束密度の積分値が従来と同等の値となるように調整することが望ましい。このようにすることで、図３（ｂ）に示す磁束密度の積分値が、図２（ｂ）に示す磁束密度の積分値よりも従来の電磁石における磁束密度の積分値に近づくため、鉄芯ＦとコイルＣとの間に空隙Ａを形成した本実施形態における溶融金属流動制御用電磁石３においても、従来とほぼ同等の磁束密度を確保することが可能となる。
【００１８】
ここで、磁束密度の積分値は、鋳型１内に供給された溶融金属Ｍに浸漬されている浸漬ノズル２の吐出口２ａから鉄芯Ｆの長手方向における中心位置ＣＬ1 までの磁束の積分値で表される。この磁束の積分値は、溶融金属Ｍへの電磁場の印可方法が、溶融金属Ｍに対する制御力が働く直流磁場や、溶融金属Ｍの大きな流動を抑制しつつ狭い範囲内での流動を促進する力が働く直流と交流との重畳した磁場の場合において、特に溶融金属Ｍの流動制御性に大きな影響を与えるものである。
【００１９】
次に、本実施形態における溶融金属流動制御用電磁石３の製造方法について説明する。
まず、鉄芯ＦからコイルＣを除去したのち、鉄芯Ｆを切削することで、コイルＣとの対向面に対して所定の空隙Ａを形成するように鉄芯Ｆの外寸を縮小させるようにする。次いで、この鉄芯Ｆに、従来と同一寸法・形状を有するコイルＣを再度装着することで溶融金属流動制御用電磁石３を完成させる。
【００２０】
このように、本実施形態における溶融金属流動制御用電磁石３において、鉄芯ＦとコイルＣとの間に空隙Ａを形成したことによって、コイルＣと鉄芯Ｆとの着脱が自在となる。よって、コイルＣが何らかの損傷を受けた際にもその補修・交換を容易且つ確実に行えるため、補修にかかる作業効率の向上及びコスト削減を実現できるとともに、同一箇所における損傷の再発を大幅に削減させることが可能となる。
【００２１】
同様に、鉄芯ＦとコイルＣとの間に空隙Ａを形成したことによって、電磁力により起因する熱によって鉄芯Ｆが膨張したとしても、鉄芯ＦとコイルＣとの接触を抑制できるようになる。よって、コイルＣと鉄芯Ｆ間の絶縁不良をなくし、コイルＣを構成する水冷銅管への損傷を抑制することが可能となる。
また、本実施形態における溶融金属流動制御用電磁石３において、コイルＣをを構成するコイル巻線の周囲に巻き付けられている絶縁テープを、３〜１０層、さらに好ましくは４〜７層の範囲で巻き付けるようにしたことによって、鉄芯ＦとコイルＣとの間の絶縁不良をより確実になくすことができるため、コイルＣを構成するコイル巻線への損傷を確実に抑制することが可能となる。
【００２２】
さらに、本実施形態における溶融金属流動制御用電磁石３において、鉄芯Ｆの長手方向における中心位置ＣＬ1 を、コイルＣの長手方向における中心位置ＣＬ2 よりも浸漬ノズル２の吐出口２ａに近づく方向に変位させたことによって、鋳型１内に供給された溶融金属Ｍに浸漬されている浸漬ノズル２の吐出口２ａから鉄芯Ｆの長手方向における中心位置ＣＬ1 までの磁束の積分値が、鉄芯Ｆに直接コイルＣを巻き付けて形成された従来の電磁石と同等の値とすることができる。このため、鉄芯ＦとコイルＣとの間に空隙Ａが形成されていても、従来の電磁石と同様の流動制御効果が得られるため、各種欠陥及びその成分の不均一の見られない良質な鋳片を得ることが可能となる。
【００２３】
さらに、本実施形態における溶融金属流動制御用電磁石３において、鋳型１における長辺壁１ｂの背面全幅に形成したことによって、電磁場が鋳型１の長辺壁１ｂにおける全幅に印可されるようになる。このため、偏平形状の鋳型１に供給されるスラブに対して効果的に流動制御が行えるため、各種欠陥及びその成分の不均一の見られない良質な鋳片を得ることが可能となる。
なお、本実施形態における溶融金属流動制御用電磁石３は、損傷を受けた後の溶融金属流動制御用電磁石３に適用するようにしてもよいし、損傷を受ける前の溶融金属流動制御用電磁石３に適用するようにしてもよい。
【実施例】
【００２４】
次に、本発明の効果を以下の実施例により検証する。
図４に示すように、鋳型１の長辺壁１ｂ背面における浸漬ノズル２の吐出口２ａ上部及び下部に二対形成された溶融金属流動制御用電磁石を、以下の鋳型１を有する垂直曲げ型スラブ連続鋳造設備において連続的に適用した。なお、鉄芯Ｆの高さは２２０ｍｍ、幅は１９００ｍｍ（すなわち鋳型の最大幅と同一）、上段の鉄芯Ｆと下段の鉄芯Ｆとの間隔は４５０ｍｍとした。
（鋳型条件）
・鋳型内寸  厚さ２００〜２６０ｍｍ
幅８００〜１９００ｍｍ
高さ９００ｍｍ
ここで、本実施例においては、連続鋳造によってコイルに損傷が発生した従来の溶融金属流動制御用電磁石を改造する本発明の製造方法を用いて、溶融金属流動制御用電磁石を形成し、その流動制御性及び鉄芯とコイルとの着脱の容易さを検証した。
【００２５】
従来の製造方法を用いて形成された溶融金属流動制御用電磁石としては、鉄芯にコイルが密着して巻き付けられ、そのコイルを構成するコイル巻線には厚み０．１８ｍｍのガラス繊維布製の絶縁テープが一層巻きとされているものを適用した。なお、このときの設計磁束密度は０．３Ｔであった。
この従来の製造方法を用いて形成された溶融金属流動制御用電磁石を上述の垂直曲げ型スラブ連続鋳造設備において連続的に適用したところ、電磁石の設置から１３００チャージ目の鋳造後にコイルから漏水が生じていることが発見された。そのため、鋳造終了後、このコイルを取り外して点検したところ、コイルを構成する水冷銅管の一部に絶縁テープの磨耗と、その同一箇所での水冷銅管の亀裂が確認された。
【００２６】
そこで、コイルが取り外された後の鉄芯を、上下左右とも５ｍｍずつ切削し、この鉄芯Ｆに、従来と同様の絶縁テープ（図示しない）を４層巻きにしたコイル巻線によって構成された従来と同一寸法及び同一形状のコイルＣを装着する本発明の製造方法を用いて、溶融金属流動制御用電磁石３を完成させた。このとき、鉄芯ＦとコイルＣとの空隙Ａは約４ｍｍであり、設計磁束密度は、従来の電磁石の９８．５％（具体的には、０．２９５Ｔ）であり、従来の製造方法を用いて形成された電磁石と略同等の流動制御性を確保することができた。
【００２７】
本発明の製造方法を用いて形成された溶融金属流動制御用電磁石３においては、２０００チャージの鋳造を行ったが、コイルＣからの漏水は生じていなかった。ここで、この電磁石３を構成する鉄芯ＦからコイルＣを取り出して点検を行ったところ、何ら異常は見られなかった。また、鉄芯ＦとコイルＣとの間には空隙Ａが形成されているため、この点検作業は容易且つ確実に行えるとともに、点検後のコイルＣは容易かつ確実に鉄芯Ｆに装着し、再度使用することができた。さらに、この溶融金属制御用電磁石３が適用された垂直曲げ型スラブ連続鋳造設備より鋳造されたスラブから、熱間圧延及び冷間圧延を経て得られた冷延鋼板について、表面欠陥と介在物起因の欠陥発生率を調査したところ、従来の製造方法を用いて形成された溶融金属流動制御用電磁石を用いた場合と比べて何ら変わりがなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る製造方法を用いて形成された溶融金属流動制御用電磁石を連続鋳造設備における鋳型に設置した状態を示し、（ａ）は上部断面図、（ｂ）は図１（ａ）における１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である。
【図２】本発明に係る製造方法を用いて形成された溶融金属流動制御用電磁石の一構成例を示し、（ａ）は長手方向における側断面図、（ｂ）は浸漬ノズルの吐出口からコイルの高さ方向中心位置までの磁束積分値を示す図である。
【図３】本発明に係る製造方法を用いて形成された溶融金属流動制御用電磁石の他の構成例を示し、（ａ）は長手方向における側断面図、（ｂ）は浸漬ノズルの吐出口からコイルの高さ方向中心位置までの磁束積分値を示す図である。
【図４】本実施例において、溶融金属流動制御用電磁石を連続鋳造設備の鋳型に設置した状態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図４（ａ）における４Ｂ−４Ｂ線に沿った断面図、（ｃ）は図４（ａ）における４Ｃ−４Ｃ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    鋳型
１ａ  短辺壁（短辺面）
１ｂ  長辺壁（長辺面）  
２    浸漬ノズル
２ａ  吐出口
３    溶融金属流動制御用電磁石
Ａ    空隙
Ｃ    コイル
Ｆ    鉄芯
Ｍ    溶融金属
ＣＬ1 鉄芯の長手方向における中心位置
ＣＬ2 コイルの長手奉公における中心位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005111565.tif 000006