(57)【要約】【課題】  長辺銅板および／または該銅板のバックプレートを加工することなく、また、スリットを設けずに鋳型の強度を落とすことなく、鋳造する溶融金属の種類によって、電磁攪拌装置への投入電力を一定に保持したまま、溶融金属８に付与する電磁力を大きくすることや、溶融金属に付与する電磁力を所要の強さに保持したまま、電磁攪拌装置５に投入する電力を抑制する。【解決手段】対向する一対の長辺壁と一対の短辺壁とによって構成される溶融金属の連続鋳造用鋳型と、該鋳型内の該溶融金属が凝固開始する鋳型高さ方向の位置近傍で、長辺壁に沿って鋳型外側に設置された一対のリニアモータ式電磁攪拌装置とからなる溶融金属の電磁攪拌鋳造装置において、前記一対のリニアモータ式電磁攪拌装置が、鋳型長辺に対して互いに逆方向に進行する移動磁場を発生させて、鋳型内の溶融金属を旋回攪拌するものであり、前記一対のリニアモータ式電磁攪拌装置における鉄心の上端と前記長辺壁の上端との距離が１００ｍｍ以上であることを特徴とする溶融金属の電磁攪拌装置。【選択図】図9
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の長辺壁と一対の短辺壁とからなる連続鋳造用鋳型と、該鋳型内の溶融金属が凝固開始する鋳型高さ方向の位置近傍で、長辺壁に沿って鋳型外側に設置され、鋳型長辺に対して互いに逆方向に進行する移動磁場を発生させて鋳型内の溶融金属を旋回攪拌する一対のリニアモータ式電磁攪拌装置とで構成される溶融金属の電磁攪拌鋳造装置において、
前記一対のリニアモータ式電磁攪拌装置における鉄心の上端と前記長辺壁の上端との距離が１００ｍｍ以上であることを特徴とする溶融金属の電磁攪拌鋳造装置。
【請求項２】
対向する一対の長辺壁と一対の短辺壁とからなる連続鋳造用鋳型と、該鋳型内の溶融金属が凝固開始する鋳型高さ方向の位置近傍で、長辺壁に沿って鋳型外側に設置され、鋳型長辺に対して互いに逆方向に進行する移動磁場を発生させて鋳型内の溶融金属を旋回攪拌する一対のリニアモータ式電磁攪拌装置とで構成される溶融金属の電磁攪拌鋳造装置において、
上記一対のリニアモータ式電磁攪拌装置における鋳型高さ方向の設置位置を可変にして、該リニアモータ式電磁攪拌装置における鉄心の上端と前記長辺壁の上端との距離を１００ｍｍ以上にすることを特徴とする溶融金属の電磁攪拌鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の連続鋳造設備、特に鋳型内に注入された溶融金属を移動磁界により旋回攪拌して良質の鋳片を得ることができる電磁攪拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の連続鋳造設備においては、浸漬ノズルから鋳型内に溶融金属が注入され、鋳型から表面が凝固した鋳片が引き出されて、スラブが鋳造される。スラブ鋳造に際しては、鋳型内の溶融金属に流動を生じさせることで、非金属介在物が鋳片の特に表面付近に捕捉されることを防止する効果と、凝固開始点前後の溶融金属温度を均一化することで凝固を一律に進め、表面割れやシェル破断の防止する効果が得られる。鋳型内の溶融金属に流動を生じる手段としては電磁力が用いられ、溶融金属に電磁力を付与する手段として、鋳型の長辺壁の外側に、一対のリニアモータ式電磁攪拌装置が設置される。
電磁攪拌装置に関しては、鋳造作業に支障を来たさないような流速を、凝固開始点前後の溶融金属に、スラブ鋳型横断面の隅々にまで行きわたるようにあたえることで、ガス気泡核の発生を鋳型短辺部を含め全体にわたって防止し、もってパウダーの巻き込みあるいは溶融金属の湯面におけるパウダーの不均一分布、更にパウダー流れ込みの不均一を防止できることが開示、実用化されている（特許文献１）。
【０００３】
また、浸漬ノズルの鋳型内浸漬噴出孔よりも上部の位置に、鋳型長辺方向の推力が互いに逆向きとなるように、リニアモータ式の電磁力発生装置を鋳型の両長辺に沿って夫々配置し、そのリニアモータのコア（鉄心）の中心を湯面近傍に設けることにより、パウダーキャスティングを可能とすることが開示、実用化されている（特許文献２）。
なお、上記パウダーとは、鋳型と鋳片との潤滑、溶融金属の温度低下防止、再酸化防止、そして溶融金属中の介在物の吸着等を目的として、溶融金属表面に播かれる散布物である。
図１に示すように、特許文献１および特許文献２の記載から明らかなように、溶融金属8に電磁力を与える位置、すなわち、リニアモータ式電磁攪拌装置5の上下方向の設置位置は、湯面１８（溶融金属上面）近傍となるため、通常の連続鋳造装置においては、長辺鋳型１の上半分の位置になる。
図２に示すように、リニアモータ式電磁攪拌装置５は、鋳型長辺壁１の外側に、鋳型長辺方向に沿って鉄心６が配置されている。鉄心６には、鋳型長辺壁１に垂直な平面内で複数のコイル７が巻き付けられている。それぞれのコイル７には、図示しない三相交流電源により１２０度ずつ位相のずれたＵ、Ｖ、Ｗ相電流が流されることで、長辺鋳型１の外側に面した鉄心６の櫛歯から、溶融金属８に向けて移動磁場が発生し、その磁場を起因に溶融金属中８に渦電流が流れ、この移動磁場（ベクトル）と渦電流(ベクトル)の相互作用により溶融金属を攪拌する電磁力が、各ベクトルの外積として発生する。
【０００４】
図１および図２に示すように、電磁攪拌装置５を備えた連続鋳造鋳型の長辺鋳型１は、数１０ｍｍ厚みの銅板３を内側に、その外側に図示しない冷却水路を備え、銅板変形を抑制するための数１０ｍｍ厚みのバックプレート４から構成されており、該バックプレート４は電磁攪拌装置５の収納箱を兼ねる構造になっている（特許文献３）。
これら銅板３とバックプレート４は、電気伝導性が比較的良好なため、両金属内に誘導電流がストレートに流れ易く、誘導電流ロスが発生する。このため、鋳型本体における該誘導電流ロスを可及的に少なくせしめ、より一層電磁攪拌の有効性を増大するために、鋳型長辺１を構成する銅板３および／またはバックプレート４内に、銅板３および／またはバックプレート４の厚み方向に少なくとも１つの低電気伝導層を設けることで、該ロスを減らす溶融金属８の連続鋳造鋳型が提案、実施されている（特許文献４）。
【特許文献１】特開昭５５−６４９５３号公報
【特許文献２】特開昭５６−４１０５４号公報
【特許文献３】特開２００２−３２１０４０号公報
【特許文献４】特開平７−１４８５５３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、特許文献４の発明を実施するには、銅板３および／またはバックプレート４を加工する必要があるが、実際にはその加工は容易ではない。また、銅板３および／またはバックプレート４内に設ける低電気伝導層がスリット（溝）である場合、銅板３および／またはバックプレート４の強度が低下し、安定的に溶融金属を鋳造することが出来ない可能性があり問題となる。
本発明は、銅板３および／またはバックプレート４を加工することなく、また、スリットを設けずに鋳型の強度を落とすことなく、鋳造する溶融金属の種類によって、電磁攪拌装置５への投入電力を一定に保持したまま、溶融金属８に付与する電磁力を大きくすることや、溶融金属８に付与する電磁力を所要の強さに保持したまま、電磁攪拌装置５に投入する電力を抑制することを可能とする電磁攪拌鋳造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する第一の発明は、
対向する一対の長辺壁と一対の短辺壁とからなる連続鋳造用鋳型と、該鋳型内の溶融金属が凝固開始する鋳型高さ方向の位置近傍で、長辺壁に沿って鋳型外側に設置され、鋳型長辺に対して互いに逆方向に進行する移動磁場を発生させて鋳型内の溶融金属を旋回攪拌する一対のリニアモータ式電磁攪拌装置とで構成される溶融金属の電磁攪拌鋳造装置において、
前記一対のリニアモータ式電磁攪拌装置における鉄心の上端と前記長辺壁の上端との距離が１００ｍｍ以上であることを特徴とする溶融金属の電磁攪拌鋳造装置である。
さらに、第二の発明は、
対向する一対の長辺壁と一対の短辺壁とからなる連続鋳造用鋳型と、該鋳型内の溶融金属が凝固開始する鋳型高さ方向の位置近傍で、長辺壁に沿って鋳型外側に設置され、鋳型長辺に対して互いに逆方向に進行する移動磁場を発生させて鋳型内の溶融金属を旋回攪拌する一対のリニアモータ式電磁攪拌装置とで構成される溶融金属の電磁攪拌鋳造装置において、
上記一対のリニアモータ式電磁攪拌装置における鋳型高さ方向の設置位置を可変にして、該リニアモータ式電磁攪拌装置における鉄心の上端と前記長辺壁の上端との距離を１００ｍｍ以上にすることを特徴とする溶融金属の電磁攪拌鋳造装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、銅板３および／またはバックプレート４を加工することなく、また、スリットを設けずに鋳型の強度を落とすことなく、鋳造する溶融金属の種類によって、電磁攪拌装置５への投入電力を一定に保持したまま、溶融金属８に付与する電磁力を大きくすることや、溶融金属８に付与する電磁力を所要の強さに保持したまま、電磁攪拌装置５に投入する電力を抑制することを可能となり、エネルギー効率が従来より良い電磁攪拌鋳造装置が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図２に示したリニアモータ式電磁攪拌装置５は、鋳型内の溶融金属８を攪拌することを目的に、移動磁場を発生させる。発生させた移動磁場は、銅板３およびバックプレート４から成る長辺鋳型１を通過して溶融金属８に到達する。このとき、銅板３およびバックプレート４の内部には移動磁場を抑制しする向きに渦電流が流れるため、溶融金属８に到達する移動磁場は減衰する。
溶融金属８に移動磁場が到達すると、その磁力線を周回するように渦電流が発生する。発生した渦電流（ベクトル）と移動磁場（ベクトル）の相互作用により溶融金属を攪拌する電磁力が、各ベクトルの外積として発生する。このベクトルの外積によって電磁力の大きさと方向が決まるため、移動磁場が減衰すると、電磁力も低下する。銅板を改削等で薄くすると、移動磁場の減衰代が低減するため、電磁力が大きくなることが一般的に知られている。
溶融金属中に発生する電磁力は、上下左右前後の６方向全ての成分を持つが、電磁攪拌装置前面、かつ、鋳型内の溶融金属の攪拌に必要な銅板から１５ｍｍ程度までの範囲では、図３に示すように溶融金属８に働く電磁力９のほとんどが鋳造幅方向１０の成分となる。
【０００９】
鋳造幅方向１０の電磁力には、移動磁界の移動方向と同じ向き、およびその反対向きの２成分が存在する。この２成分では、移動磁場の移動方向成分の大きさが、その反対方向成分の大きさに勝るため、溶融金属８は結果として移動磁界と同方向に攪拌される。
移動磁場の移動方向成分の電磁力は、鋳造厚方向成分の磁場（ベクトル）と鋳造方向成分の渦電流（ベクトル）の外積であり、図４に示すように、その向きはフレミングの左手の法則に従う。一方、その反対方向の電磁力は、鋳造方向成分の磁場と鋳造厚方向成分の渦電流の外積であり、その向きもまたフレミングの左手の法則に従う。
さて、鋳型壁の形状による電磁力の違いを説明する。電磁力を記号Ｆ、磁束密度を記号Ｂ、渦電流密度を記号Ｉと表し、その方向成分として鋳造幅方向をＸ、鋳造厚方向をＹ、鋳造方向をＺと添え字で表すと、鋳造幅方向の電磁力は式（１）で表される。ただし、鋳造幅方向は移動磁場の移動方向を正とする。
ＦＸ＝ＢＹ×ＩＺ−ＢＺ×ＩＹ  ・・・  （１）
【００１０】
図５に、鋳型に対する電磁攪拌装置の上下位置を変化させたときの渦電流分布を示す。電磁攪拌装置の鉄心位置１７を下方へ移す手段により、溶融金属中の鉄心位置１７近傍における渦電流が流れやすくなる。
図６に鋳型の高さを変えたときの渦電流分布を示す。銅板長さを上方向に伸ばす手段により、鋳型上部に設置されている電磁攪拌装置の鉄心位置１７近傍において、渦電流１６が流れやすくなる。
長辺銅板３の厚みは変化しないため、鋳造幅方向（Ｘ）１０および鋳造方向（Ｚ）１２の渦電流密度が大きくなる。この影響で、鋳造厚方向（Ｙ）１１の磁場および鋳造方向（Ｚ）１２の磁場が減衰し、式（１）の右辺第一項および右辺第二項の値が共に小さくなる。
このとき、式（１）の右辺第一項に比して、右辺第二項の減衰が大きいために、その差として、旋回攪拌に寄与する電磁攪拌装置前面の溶融金属中の鋳造幅方向電磁力ＦＸが大きくなる。
【実施例】
【００１１】
図７に鋳型内の電磁力を測定した実験系を、鋳型側面から見た概略図を示す。溶融金属が注入されていない長辺鋳型１の上に、架台２０を組み、その架台からワイヤー２１でもって、真鍮板１９を吊るした。真鍮板１９は、電磁攪拌装置５の鉄心６の厚みよりも１００ｍｍ高いものを用い、ワイヤー２１の長さでもって、該真鍮板１９の高さ中心と鉄心６の厚み中心が同じ高さ２２になるように調整した。
図８は上記実験系を鋳型上から見た図である。該真鍮板１９は、電磁攪拌装置５の鉄心６の前面、かつ、長辺銅板３から１５ｍｍ程度の位置になるように、吊り下げる位置を調整した。また、真鍮板１９には、鉄心６と同じ横幅を持つものを使用した。
【００１２】
図７および図８に示され位置に配置された真鍮板に対して、電磁攪拌装置５のコイル７に三相交流電流を通電することで、真鍮板１９に移動磁場がかかり、その移動磁場により真鍮板内に渦電流が発生する。この移動磁場（ベクトル）と渦電流（ベクトル）の相互作用により、電磁力が発生し、ワイヤー２１で吊るされた真鍮板１９は、鋳型内に溶融金属がある時と同様に、移動磁場の移動方向と同じ鋳造幅方向１０へ移動する。
以上のようにして、真鍮板１９が移動する方向と反対側に、図示しないばね秤を用意し、その秤を該真鍮板１９に取り付けることで、真鍮板が動く力、すなわち電磁攪拌装置５によって真鍮板に働く電磁力を測定した。
【００１３】
幅２０００ｍｍ、高さ９００ｍｍ、厚み２５０ｍｍの鋳型長辺１を、厚み２５ｍｍの長辺銅板３、厚み６０ｍｍの長辺バックプレート４で構成した時、長辺銅板の長さや導電率、コイル７に流す電流値等を一定にしたまま、電磁攪拌装置５の鉄心６の上端を、長辺銅板３の上端から８０ｍｍと１３０ｍｍの２つの位置でもって、真鍮板に働く電磁力の測定を行った。
図９に示すように、電磁攪拌装置を銅板上端から５０ｍｍ離した場合の方が、ばね秤が大きな力で引っ張られるという結果を得ることができ、本発明の効果が確認できた。
また、図１０に示すように、長辺銅板３の上端から電磁攪拌装置の鉄心６の上端までの距離を８０ｍｍから１６０ｍｍまで変更した時の真鍮板に働く電磁力を測定した。なお、図１０では、横軸に長辺銅板３の上端から電磁攪拌装置の鉄心６の上端までの距離を取り、縦軸は長辺銅板３の上端から電磁攪拌装置の鉄心６の上端までの距離が８０ｍｍの時の真鍮板に働く電磁力を基準にした電磁力比でもって示している。
通常、電磁攪拌装置は溶融金属の湯面近傍の高さに設置される。一方、鋳型の長辺銅板上端は、溶融金属が鋳型内から溢れないための高さがあればよく、本実施例のように８０ｍｍ程度以上であれば良い。図１０から分かるように、電磁攪拌装置の鉄心の上端と長辺壁の上端との距離は１００ｍｍ以上、かつ、長辺銅板の半分の長さ以下であることが望ましい。
一方、鉄鋼等の連続鋳造設備では、鋳型上数百ｍｍ以上の位置に溶融金属が入ったタンディッシュ等が設置されており、鋳型長辺の高さの上限はタンディッシュ等の周辺設備により決められる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】鋳型と電磁攪拌装置、溶融金属の位置を側面から表した図である。
【図２】鋳型と電磁攪拌装置、溶融金属の位置を上面から表した図である。
【図３】溶融金属の攪拌方向を表す図である。
【図４】フレミングの左手の法則を表す図である。
【図５】鋳型に対して電磁攪拌装置の上下位置を変更した時の渦電流分布を表した図である。
【図６】鋳型長さ（銅板長さ）を変更した時の渦電流分布を表した図である。
【図７】電磁力の測定方法を鋳型側面から表した図である。
【図８】電磁力の測定方法を鋳型上面から表した図である。
【図９】電磁力の測定結果を表した図である。
【図１０】長辺銅板上端から電磁攪拌装置の鉄心上端までの距離に対する電磁力比を表した図である。
【符号の説明】
【００１５】
1  長辺鋳型
2  短辺鋳型
3  長辺銅板
4  長辺バックプレート
5  リニアモータ式電磁攪拌装置
6  鉄心
7  コイル
8  溶融金属
9  溶融金属に働く電磁力
10  鋳造幅方向
11  鋳造厚方向
12  鋳造方向
13  電流の向き
14  磁場の向き
15  電磁力の向き
16  渦電流の流れ
17  電磁攪拌装置の鉄心位置
18  湯面（溶融金属上面、メニスカス）
19  真鍮板
20  真鍮板を吊り下げるための架台
21  真鍮板を吊り下げるワイヤー
22  鉄心と真鍮板の高さ中心
【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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