(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型長辺の背面側に配置した電磁コイルに直流電流又は２相以上の多相交流電流を通電することにより、鋳型内溶鋼に電磁ブレーキ又は電磁攪拌を選択的に作用させて鋼を連続鋳造する方法に用いる連続鋳造用鋳型設備であって、
鋳型銅板の背面側に固定用プレートを接触状態で配置した鋳型と、
鋳型各長辺で２ｎ個（ｎは２以上の自然数）のティース部を有し、各ティース部はそれぞれ内側巻き線が施されると共に、これら２個のティース部をひとまとめにすべく、前記内側巻き線の外側からさらに外側巻き線を施したｎ個の電磁コイルを備え、
この電磁コイルの下方位置に前記鋳型銅板を冷却する冷却水の給水室を、また、前記電磁コイルの上方位置に排水室を、それぞれ前記固定用プレートと接触させて配置すると共に、前記鋳型銅板の背面側には、前記給水室に繋ぐ冷却水流路を鋳造方向に設ける一方、前記固定用プレートには、前記冷却水流路を通過した後の冷却排水を、入口部から前記冷却水流路と直角の水平方向に設けた水平排水流路を介して前記排水室に導く、鋳造方向の長さＬz（mm）が下記式を満たす排水流路を設け、
また、前記鋳型銅板の上部に、前記固定用プレートと同じ高さになるように、非磁性体の鋳型銅板押さえ用板を配置したことを特徴とする連続鋳造用鋳型設備。
Ｌm＜Ｌz≦０．３×Ｌbp
ここで、Ｌmは溶鋼湯面位置（メニスカス）から鋳型銅板の上端までの距離（mm）、Ｌbpは鋳型銅板に設けた冷却水流路の下端から固定用プレートに設けた排水流路の上端までの距離（mm）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の連続鋳造に際し、特に鋳型内の溶鋼に電磁ブレーキ又は電磁攪拌を選択的に作用させることが可能な電磁コイル（以下、兼用電磁コイルと言う）を有効に使用するための連続鋳造用鋳型設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造において、鋳片の品質を向上させるため、鋳型内の溶鋼を攪拌する電磁攪拌等、電磁力を作用させることが行われており、従来から多くの提案がなされている。
【０００３】
例えば特許文献１〜３では、電磁攪拌装置とその印加方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭６２−２０３６４８号公報
【特許文献２】特開昭６３−１８８４６１号公報
【特許文献３】特開平１０−５９４９号公報
【０００４】
また、鋳型内溶鋼の電磁攪拌による鋳片表層部の品質改善と、高速鋳造時の吐出流制動による操業安定性確保の使い分けを目的とした兼用電磁コイルが、特許文献４、５で提案されている。
【特許文献４】特開２００４−３２２１７９号公報
【特許文献５】特開２００５−３４９４５４号公報
【０００５】
これら特許文献４、５の兼用電磁コイルは、鋳型の各長辺に配置する２ｎ個（ｎは２以上の自然数。以下同じ。）のティース部それぞれに内側巻き線を施し、その外側からさらに外側巻き線を施してひとまとめにしたｎ個の電磁コイルからなるものである。このような構成を採用することで、ひとつの電磁コイルで電磁攪拌と電磁ブレーキの溶鋼流動制御の兼用を可能としている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１〜５で提案された発明は、いずれも電磁コイルに関する発明であり、コイル本体に関する内容は開示されているが、電磁コイルを収納、配置するための鋳型に関しては、なんら開示や示唆はされていない。
【０００７】
鋳型内溶鋼を電磁攪拌するに際し、その攪拌効果を高めるために、電磁コイルの鉄芯を極力溶鋼湯面（メニスカス）に近づけることで、メニスカスにおける磁束密度を高める方法が知られている。
【０００８】
しかしながら、電磁コイルは、鉄芯に巻き線を施した構成であり、コイル上端側のスペースが限られるので、鉄芯をメニスカスに近づけると、排水室を鋳型の上部に設置できなくなり、例えば鋳型の冷却水流路を鋳型の上方部に設けることが困難になる。
【０００９】
そこで、電磁コイルの鉄芯をメニスカスに近づけることが可能なように、鋳型の構造や電磁コイルを工夫した提案がなされている。例えば特許文献６には、鉄芯をメニスカスに極力近づけることを可能にするために、鉄芯を鋳型の冷却箱の収納室の下方に設け、さらに冷却水の流路を工夫した鋳型が開示されている。
【特許文献６】実公昭５８−４９１７２号公報
【００１０】
また、特許文献７では、鋳型を冷却した後の排水流路を、鋳型銅板の固定用プレート内における鋳造方向上部の水平面方向に加工し、排水ヘッダーを鋳型の両側部に設けた連続鋳造用鋳型が開示されている。
【特許文献７】特開２００５−３０５４７６号公報
【００１１】
しかしながら、この特許文献７で開示された鋳型は、鋳型銅板の固定用プレート内への排水溝を特殊な孔加工により形成しなければならず、加工の難度が高く、製作コストが高くなるという問題がある。
【００１２】
また、孔加工によって前記固定用プレートの剛性が低下し、また、鋳型上部に冷却箱がないことから、固定用プレートを背面側から支持できなくなるので、鋳型全体の剛性が低下する。従って、鋳型銅板の固定用プレートの厚みを増加させて対応せざるをえず、電磁コイルと溶鋼の間が離れて磁束密度の低下を招いていた。
【００１３】
一方で、鉄芯のコイル巻回部を切り欠いて巻き線を施すことで、電磁コイル上方のスペースを確保し、鉄芯を極力メニスカスまで上げるようにした鋳型が開示されている（例えば特許文献８）。
【特許文献８】特開２００７−１３６５３７号公報
【００１４】
しかしながら、特許文献８で開示された構造では、鉄芯を切り欠いた分だけコイル巻回部の鉄芯が細くなるので、磁束密度の低下に繋がる。
【００１５】
また、図３（ａ）に示す前記特許文献４、５で開示された兼用電磁コイルの場合、鉄芯（コア部）１を構成するヨーク部１ａから突出するティース部１ｂ（コイル巻回部の鉄芯）が細くなって磁束密度が低下する。また、切り欠きの程度では、冷却水流路も具備する、直径が１０数mm程度の太い内外巻き線２ａ，２ｂを巻回するための空間はほとんどできない。
【００１６】
従って、図３（ａ）に示す前記特許文献８で開示された電磁コイルのように、鉄芯１における巻き線２の巻回部のみを下げて、電磁コイルの上方に排水室を設置するスペースを確保することは困難で、その結果、攪拌力を増加させる大きな成果が得られない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明が解決しようとする問題点は、前記兼用電磁コイルは、ティース部を切り欠くことが難しく、また、ティース部のみを下げて、兼用電磁コイルの上方に排水室を設置するスペースを確保することは困難であるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の連続鋳造用鋳型設備は、
鋳型冷却能を低下させずに、特許文献４、５で開示された兼用電磁コイルの電磁攪拌能力を低下させずに、鋳型に収納、設置するために、
鋳型長辺の背面側に配置した電磁コイルに直流電流又は２相以上の多相交流電流を通電することにより、鋳型内溶鋼に電磁ブレーキ又は電磁攪拌を選択的に作用させて鋼を連続鋳造する方法に用いる連続鋳造用鋳型設備であって、
鋳型銅板の背面側に固定用プレートを接触状態で配置した鋳型と、
鋳型各長辺で２ｎ個（ｎは２以上の自然数）のティース部を有し、各ティース部はそれぞれ内側巻き線が施されると共に、これら２個のティース部をひとまとめにすべく、前記内側巻き線の外側からさらに外側巻き線を施したｎ個の電磁コイルを備え、
この電磁コイルの下方位置に前記鋳型銅板を冷却する冷却水の給水室を、また、前記電磁コイルの上方位置に排水室を、それぞれ前記固定用プレートと接触させて配置すると共に、前記鋳型銅板の背面側には、前記給水室に繋ぐ冷却水流路を鋳造方向に設ける一方、前記固定用プレートには、前記冷却水流路を通過した後の冷却排水を、入口部から前記冷却水流路と直角の水平方向に設けた水平排水流路を介して前記排水室に導く、鋳造方向の長さＬz（mm）が下記式を満たす排水流路を設け、
また、前記鋳型銅板の上部に、前記固定用プレートと同じ高さになるように、非磁性体の鋳型銅板押さえ用板を配置したことを最も主要な特徴としている。
Ｌm＜Ｌz≦０．３×Ｌbp
ここで、Ｌmは溶鋼湯面位置（メニスカス）から鋳型銅板の上端までの距離（mm）、Ｌbpは鋳型銅板に設けた冷却水流路の下端から固定用プレートに設けた排水流路の上端までの距離（mm）である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、鋳型冷却能を低下させずに、鋳型各長辺に配置した２ｎ個のティース部それぞれに施した内側巻き線の外側からさらに外側巻き線を施してひとまとめにしたｎ個の兼用電磁コイルの、メニスカスにおける磁束密度の低下を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の着想から課題解決に至るまでの過程と共に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
発明者等は、前記兼用電磁コイルを設置するための最適な鋳型形状について検討した。
【００２１】
鋳型の各長辺に配置する２ｎ個のティース部それぞれに内側巻き線を施し、これら内側巻き線の外側からさらに外側巻き線を施したｎ個の前記兼用電磁コイルでは、メニスカスと鉄芯の位置を揃える場合、ティース部の上部に内外巻き線分のスペースが必要となる。
【００２２】
従って、兼用電磁コイルの上部に排水室を設ける場合、前記特許文献８の図２に示されるように、鋳型銅板の上端をメニスカスの上方に延ばした形状になって、メニスカスから鋳型銅板の上端までの距離が長くなる。
【００２３】
発明者等が調査した結果、鋳造方向全域に冷却水流路を形成した鋳型銅板では、その上端からメニスカスまでの距離が長くなると、溶鋼に接触していない鋳型銅板の上部に磁束が逃げて、メニスカスにおいて攪拌に寄与する磁束が低下することが分かった。従って、溶鋼を効率的に攪拌するためには、鋳型銅板の上端とメニスカスまでの距離は極力短くする必要がある。
【００２４】
そこで、発明者等は、鋳型銅板からの排水流路構造について鋭意検討を重ねた。
その結果、図１に示すように、メニスカス１１から鋳型銅板１２の上端１２ａまでの距離Ｌmを極力短くした上で、兼用電磁コイル１３の上部に排水室１４を設けるスペースを確保するには、下記(1)(2)の排水流路構造が適当であることを見出した。
【００２５】
(1) 鋳型銅板１２の背面側に接触状態で配置する固定用プレート１５に、鋳型銅板１２の背面側に形成した鋳造方向の冷却水流路１２ｂを通過した冷却排水の入口部１５ａを設ける。
【００２６】
(2) 前記固定用プレート１５に、前記冷却排水の入口部１５ａと排水室１４を繋ぐべく、前記冷却水流路１２ｂと直角の水平方向に設けた水平排水流路１５ｄと鋳造方向上部に向かう排水流路１５ｂを設ける。この排水流路１５ｂは、例えば固定用プレート１５の上部から垂直方向に孔加工を施し、加工後に上部を遮蔽プラグや溶接等で塞ぐことによって簡単に製作できる。
【００２７】
また、前記の排水流路構造において、鋳型銅板１２の上端１２ａからメニスカス１１までの距離Ｌmと、固定用プレート１５に設ける排水流路１５ｂの鋳造方向長さＬzは、取り合いの関係から、下記(A)式で規定することができる。
【００２８】
Ｌm＜Ｌz  …(A)
【００２９】
ところで、この排水流路構造の場合、固定用プレートに鋳型銅板の冷却水流路から排水室に向けた水平方向の排水流路を設けただけの特許文献８の図２の構造と比べて、排水ラインが複雑化して圧力損失が大きくなり、冷却水水量が不足する懸念がある。
【００３０】
そのため、発明者等は、下記表１に示す排水流路条件で、冷却水の圧力損失を比較した。その結果を表１に併記する。
【００３１】
【表１】
0005021560.tif 000002
【００３２】
表１より発明例では、特許文献８の図２で示された構造（比較例）と比べて、約０．５kgf／cm2程度の圧力損失増加に留まっており、大きな水量低下には至らないと推定される。
【００３３】
０．５kgf／cm2程度の圧力損失増加であれば、ポンプ能力に余裕がある場合には、送水量の増加により対応できるからである。仮にポンプ能力が不足する場合も、例えば表１の条件の場合、鋳型銅板１２の冷却水流路１２ｂの深さを２mm程度広げる程度の加工を行えば、鋳型冷却水流路系における全体の圧力損失の合計は同等となるからである。
【００３４】
発明者等は、特に前記問題点の中でも固定用プレート１５の排水側の圧力損失に着目して検討した結果、図２に示すような関係を得た。図２の結果を得た排水流路の仕様は、排水流路１５ｂの鋳造方向長さＬz以外は、表１に示す通りとした。
【００３５】
図２において、排水側の圧力損失増加代は、特許文献８の図２に示される排水流路構造（Ｌz／Ｌbp＝０）に対して、１kgf／cm2以下とすることが望ましい。１kgf／cm2以下であれば、ポンプ能力の余力で流量を確保することが可能であるからである。また、鋳型銅板１２の冷却水流路１２ｂの深さを若干大きくすることによる圧力損失の低減で必要流量に対応できるからである。
【００３６】
一方、１kg／cm2を超えると、例えば鋳型銅板１２の冷却水流路１２ｂの深さを４〜５mmも深くする必要があり、鋳片抜熱条件が大きく変化してしまうからである。
【００３７】
発明者等は、排水流路１５ｂの鋳造方向長さＬzと冷却水流路１２ｂの下端から排水流路１５ｂの上端までの距離Ｌbpの比（Ｌz／Ｌbp）で整理し、排水流路１５ｂの鋳造方向長さＬzを(B)式で規定できることを見出した。
【００３８】
Ｌz≦０．３×Ｌbp  …(B)
【００３９】
また、前記排水流路構造の場合、固定用プレート１５を上方に延長する状態となり、メニスカス１１と鋳型銅板１２の上端１２ａまでの距離が長くなる。
【００４０】
この場合、例えば鋳込初期に、オペレータによる鋳型内への溶鋼供給量の調整や、鋳型内溶鋼皮張り部除去において、湯面を目視で確認することが困難となる。その結果、鋳込初期の給湯調整が失敗し、溶鋼の鋳型上部へのオーバーフローや、皮張り残存による凝固不良に起因する操業支障が発生する可能性がある。
【００４１】
更に、固定用プレート１５の排水流路１５ｂの鋳造方向長さＬzが長いと、特許文献７で開示された鋳型冷却水流路構造のように、固定用プレート１５の剛性低下が懸念される。
【００４２】
以上より、固定用プレート１５の排水流路１５ｂの鋳造方向長さＬzは、前記の(A)式と(B)式を満たす条件の範囲内で極力短い方がよい。
【００４３】
このような排水流路構造の場合、鋳型の幅方向片側或いは両側より給水室１６に送水された冷却水は、固定用プレート１５に設けられた給水流路１５ｃを介して鋳型銅板１２の冷却水流路１２ｂに導かれ、鋳型銅板１２を冷却する。
【００４４】
鋳型銅板１２を冷却した後の冷却排水は、鋳型銅板１２の固定用プレート１５に設けた入口部１５ａに流入した後、水平排水流路１５ｄ、排水流路１５ｂを経て排水室１４に導かれ、排水室１４から排水され、兼用電磁コイル１３の設置スペースとの干渉が解消できる。
【００４５】
本発明の連続鋳造用鋳型設備は、上記の知見に基づいてなされたもので、以下のような構成となっている。
【００４６】
本発明の連続鋳造用鋳型設備は、
鋳型銅板１１の背面側に固定用プレート１５を接触状態で配置した鋳型と、
鋳型各長辺で２ｎ個のティース部を有し、各ティース部はそれぞれ内側巻き線が施されると共に、これら２個のティース部をひとまとめにすべく、前記内側巻き線の背面側からさらに外側巻き線を施したｎ個の兼用電磁コイル１３を備えている。
【００４７】
そして、この兼用電磁コイル１３の下方位置に前記鋳型銅板１２を冷却する冷却水の給水室１６を、また、前記兼用電磁コイル１３の上方位置に排水室１４を、それぞれ前記固定用プレート１５と接触させて配置している。
【００４８】
一方、鋳型銅板１２の背面側には、前記給水室１６に繋ぐ冷却水流路１２ｂを鋳造方向に設けている。また、固定用プレート１５には、前記冷却水流路１２ｂを通過した後の冷却排水を、入口部１５ａから前記冷却水流路１２ｂと直角の水平方向に設けた水平排水流路１５ｄを介して前記排水室１４に導く、鋳造方向の長さＬz（mm）がＬm＜Ｌz≦０．３×Ｌbpを満たす排水流路１５ｂを鋳造方向に設けている。
【００４９】
このような連続鋳造用鋳型設備において、メニスカス１１から鋳型銅板１２の上端１２ａまでの距離Ｌmは、前述の通り、上部へ磁束が逃げることによるメニスカス１１での磁束密度低下を最小限とするため、極力小さくする必要がある。
【００５０】
一方、鋳型銅板１２の上端１２ａまでの距離が小さすぎる場合、鋳型内への溶鋼供給量の変化によりメニスカス１１が変化した場合、溶鋼１７が鋳型銅板１２の上部を超える可能性がある。その場合、溶鋼１７が鋳型銅板１２の上部に拘束して凝固シェルが破断する懸念がある。
【００５１】
よって、本発明においては、メニスカス１１から鋳型銅板１２の上端１２ａまでの距離Ｌmは５０〜１００mmとすることが望ましい。
【００５２】
また、万が一溶鋼１７が鋳型銅板１２の上部を越えた場合でも、溶鋼１７が固着して拘束を発生させないことが肝要である。そこで、本発明では、鋳型銅板１２の上部に鋳型銅板押さえ用板１８を設置している。この鋳型銅板押さえ用板１８は、上部に磁束が逃げないように非磁性体の材質であることが必要である。
【００５３】
本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上の本発明は、連続鋳造であれば、湾曲型、垂直型など、どのような方式の連続鋳造用の鋳型であっても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の連続鋳造用鋳型を示す図面で、（ａ）は鋳型短辺側から見た側面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａ図である。
【図２】固定用プレート内における排水側の圧力損失の一例を示す図である。
【図３】（ａ）は特許文献４、５に示される電磁コイルの概要を示す図、（ｂ）は特許文献８に示される電磁コイルの概要を示す図で、それぞれ紙面上方は平面方向から見た図、紙面下方は側面方向から見た図である。
【符号の説明】
【００５６】
１１    メニスカス
１２    鋳型銅板
１２ａ    上端
１２ｂ    冷却水流路
１３    兼用電磁コイル
１４    排水室
１５    固定用プレート
１５ａ    冷却排水の入口部
１５ｂ    排水流路
１５ｄ 水平排水流路
１６    給水室
１７    溶鋼
１８    鋳型銅板押え用板
【図１】
0005021560.tif 000003
【図２】
0005021560.tif 000004
【図３】
0005021560.tif 000005