(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、この超伝導コイルの上記鋳型に遠い側の磁極から放散される磁束を、超伝導コイルの前記磁極と対向配置になり超伝導コイルと逆極性の磁場を発生させる電磁コイルにて遮蔽することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
【請求項２】
電磁コイルを超伝導体のコイルとした、請求項１記載の溶融金属の連続鋳造方法。
【請求項３】
連続鋳造用鋳型の対向側壁に超伝導コイルをそなえた装置であって、この装置は、超伝導コイルの鋳型に遠い側の磁極と対向配置になり超伝導コイルと逆極性の磁場を発生させる電磁コイル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４】
超伝導コイルと電磁コイルとを一体に懸架、保持したものである、請求項３記載の溶融金属の連続鋳造装置。
【請求項５】
電磁コイルが超伝導体のコイルである請求項３又は４記載の溶融金属の連続鋳造装置。
【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及びその装置に関し、特に、高品質の鋳造鋳片を、安定して製造しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から溶融金属の連続鋳造においては、溶融金属をタンディッシュから浸漬ノズルを通して連続鋳造用鋳型内へ不断に注入し、この鋳型で凝固シェルを形成、肥厚化することで鋳片を得るのが一般的である。この浸漬ノズルの吐出口より連続鋳造用鋳型内に流出させた溶融金属は大きな吐出流速をもっているため、アルミナ等の介在物や気泡等の分離浮上が妨げられて溶融金属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る。また、溶融金属の鋳型内への注入に際しては、浸漬ノズルからの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向流に巻き込まれ、これもまた、製品の品質を劣化させる原因になる。
【０００３】
このような問題はこれまで、ノズルの角度や形状を変えて溶融金属の吐出流速を減速させることによって対処してきたが、近年においては、ユーザの要求を満足した高品質を確保ことのみならず、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、そのためには単に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、新規な鋳造方法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技術が、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号公報などで既に多数の提案が見られるが、これらのような従来の技術においては、溶鋼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、特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８−９０１７６号公報、特開平８−２２９６４８号公報等には、超伝導磁石を使用して鋳型内に0.5 Ｔ以上の静磁場を印加することにより、浸漬ノズルからの溶鋼吐出流を制御する鋼の連続鋳造方法が開示されている。この技術によって５ton / min を超えるような高速鋳造の場合においても吐出流を制御できるようになって、高品質な鋳片を高スループットで連続鋳造することが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、超伝導磁石を用いて静磁場を印加しつつ連続鋳造する方法では、超伝導磁石により発生する磁場が常伝導磁石に比べて強力なため、超伝導磁石を構成するコイルの、鋳型に遠い側の磁極から放散される磁束（すなわち、周囲への漏洩磁束）もまた、従来の常伝導磁石を用いたものに比較し極端に大きい。したがって、常伝導磁石を用いた場合ではさほど問題とならなかった漏洩磁束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ったりするだけでなく、電気計装関連の機器（電磁式のリミットスイッチ、リレー、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ことが、大きな問題となる。
【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が、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、SUS 304 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やメンテナンスに要する経費が著しく増加する傾向にあった。
【０００８】
この発明の目的は、鋳型内の溶融金属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及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、この超伝導コイルの上記鋳型に遠い側の磁極から放散される磁束を、超伝導コイルの前記磁極と対向配置になり超伝導コイルと逆極性の磁場を発生させる電磁コイルにて遮蔽することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法であり、この発明において、電磁コイルは超伝導コイルであることが好ましい。
【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そなえた装置であって、この装置は、超伝導コイルの鋳型に遠い側の磁極と対向配置になり超伝導コイルと逆極性の磁場を発生させる電磁コイル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、この発明において超伝導コイルと電磁コイルとを一体に懸架、保持したものであること、電磁コイルが超伝導コイルであることは、より有利である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
従来のごとく常伝導コイルによって静磁場を印加しつつ連続鋳造する方式の場合は、鉄芯の自発磁化力を利用して磁場を高めるべく、コイルの中空部に鉄芯をそなえていることから、これにより磁場は、ほぼ鉄芯の中にのみ発生する。したがって、常伝導コイル方式の場合は、発生する磁場が0.5 T 未満と小さいこと及び強磁場領域が鉄心の中のみに限定されていることが相まって、磁束の漏洩が問題となるようなことはほとんどない。これに対して、超伝導コイルを用いて静磁場を印加する場合、超伝導コイルにより発生する磁束密度はほぼ５Ｔ程度に達し、また、この磁束密度は鉄の飽和磁束密度よりも遙に大きいため、コイルの中空部には鉄芯を配置することはなく（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漏洩磁束も特に超伝導コイルの後端（コイルの上記鋳型に遠い側の磁極）領域では広範囲にわたって分布していることになる。
【００１２】
そこで、この発明においては、超伝導コイルの上記鋳型に遠い側の磁極に対向するように電磁コイルを配置して、この電磁コイルにより、超伝導コイルから発生する磁束を打ち消すような逆極性の磁場を形成させる。これにより、超伝導コイルから磁束が周囲へ放散することが極力回避され、漏れ磁束を十分に磁気遮蔽することが可能となる。
【００１３】
ここに、超伝導コイルの周辺における漏れ磁束の磁束密度は１Ｔ以下であり、そのため、磁気遮蔽するための電磁コイルは、常伝導コイルであっても所期した作用効果を得ることができるが、この電磁コイルとして、超伝導コイルを用いることにより、十分な磁場を発生させることができ、しかも、余分な電力消費を回避しつつ電磁コイルの通電発熱を回避できるので有利である。
【００１４】
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一般的な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の鋳型１に遠い側の磁極と対向させて、超伝導コイルｃと逆極性の磁場を発生させる電磁コイル６を配置する。
なお、図１、２において、３は溶融金属、４は凝固シェル、５は鋳型を構成する短辺壁、８はコイルｃを電磁コイル６とともに非磁性体のフレーム７を介して保持するサポートである。超伝導コイルを収容するクライオスタットは図示を省略してある。
【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、漏れ磁束を遮蔽すべく電磁コイルを配置した場合と、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、電磁コイルを配置した場合においてはこの電磁コイルより背後の磁束密度が急激に低下しているのが明らかである。
【００１６】
この電磁コイル６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、超伝導コイルｃ相互間中心に1.5 T 程度の静磁場を印加させた場合で、配置した電磁コイルから0.8 T 程度の逆磁性の静磁場を印加した場合にはＦ＝0.1 kgf 以下程度であるのに対して、電磁コイルを設置しない場合には漏洩磁束により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を鋳型の上下方向に２対を配置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も上掲図２に示したものと同様に、コイルの後端側における磁束の漏れを極力小さくできる。
【００１８】
図５ (ａ), (ｂ) は、図４の構成に加えて、磁性材Ｊを超伝導コイルｃの前面に配置した例である。この例では超伝導コイルｃの後端域における磁束の漏洩を回避することができるとともに、連続鋳造用鋳型に向かう静磁場をこの磁性材Ｊに集中させて、該鋳型に高い磁束密度の磁場を印加することができるので、効率的な高速連続鋳造が実現できる。
【００１９】
上掲図２、図４及び図５に示したような、超伝導コイルｃの背後に電磁コイル６をその超伝導コイルに対向させて配置した構造のものにおいては、対向する磁極間に生ずる磁力により互いに反発し合う。そのため、この反発力を、超伝導コイルｃ及び電磁コイル６をそれぞれフレーム７に固着することで抑制し、両者を一体にサポート８で懸架、保持することとする。
【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) 及び得られた鋳造鋳片の品質について調査した。
【００２１】
0003896659.tif 000002
【００２２】
その結果、電磁コイルの背後域1.5 m の範囲における漏れ磁束は0.03 T程度 (電磁コイルを配置しない場合は0.1 T 程度) であり、特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融金属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との品質を、コイルの欠陥発生率として調査したところ、図６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際して、漏れ磁束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】超伝導コイルをそなえる連続鋳造装置の側面図である。
【図２】この発明の連続鋳造装置の一実施例を示す図である。
【図３】従来法と本発明法とで、漏洩磁束量の差を示すグラフである。
【図４】この発明の連続鋳造装置の他の実施例を示す図である。
【図５】この発明の連続鋳造装置の他の実施例を示す図である。
【図６】この発明の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  鋳型
２  浸漬ノズル
３  溶融金属
４  凝固シェル
５  鋳型短辺
６  電磁コイル
７  フレーム
８  サポート
【図１】
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【図２】
0003896659.tif 000004
【図３】
0003896659.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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