JPH0453610B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、タンデイツシユから溶鉄を鋳型に注
入する注入ノズルに関し、特に、その側面に対向
してリニアモータを配置してリニアモータから電
磁力を溶鉄に作用させて注入溶鉄の流量を調整す
る場合に望ましい注入ノズルおよびその注入ノズ
ルを使用した連続鋳造方法並びにその注入ノズル
を使用した連続鋳造機の湯面レベル制御装置に関
する。

〔従来の技術〕

一般にタンデイツシユからノズルを介して鋳型
に溶鉄を注入する連続鋳造法において、注入溶鉄
の流量を調整するのに使用されている手段は、ス
ライデイングノズルおよびタンデイツシユ内のス
トツパーが使用されている。これらの汎用の流量
調整手段は、注入流量制御の操作端としてみる
と、応答特性が悪くかつ再現性も良くない等の短
所を持つている。近年研究開発が盛んになつてき
た薄スラブ連続鋳造機では、鋳型内湯面レベルの
安定性に対する要求が厳しく従来より１桁程度高
い応答性と信頼性が求められている。

注入流量制御システム全体の応答性および信頼
性は主に検出端と操作端のそれら特性によつて左
右されることが知られている。応答性の高い操作
端として古くからリニアモータ等電磁力を溶鉄に
作用させる手段が知られている。

リニアモータの連続鋳造への適用を提示するも
のとして、実公昭44−17619号公報があり、それ
は、タンデイツシユを２つの槽に分け、その槽間
にリニアモータを配置してノズル直上の槽の湯面
レベルを一定に調整する技術を開示するものであ
る。しかしこの制御システムは、システム全体と
しては応答性が良くならないタイプの特殊なリニ
アモータの使い方に留まる。

リニアモータは注入ノズルの側面に配置する方
が制御システムの応答性が高くなるのでそうした
いのであるが、一般に注入ノズルは円形の断面を
しており、矩形断面のリニアモータをその側面に
配置しても、リニアモータとノズル内溶鉄の間の
ギヤツプが大きすぎて電磁力の効率が悪くて実用
にならない状況にあつた。

ノズルの形状を考慮したものに俗称フラツトノ
ズルと呼ばれる断面形状が偏平なものがあり、特
開昭60−12264号公報にその一例が開示されてい
る。

従つて、フラツトノズルとリニアモータの組み
合わせにおいて、電磁力を注入溶鉄に作用させて
その流量を調整する方法が実用化の方向に１歩前
進したと思われる。

〔発明が解決としようとする課題〕

薄スラブ連続鋳造機が要求する鋳型内の湯面制
御を開発するに際して、リニアモータを注入ノズ
ルの側面に配置することにより操作端として充分
な性能を持たせる技術がポイントになる。

前記先行例である、実公昭44−17619号公報の
鋳型内流量制御システムでは、リニアモータの配
置が、その当時は注入ノズルが丸形断面の為、タ
ンデイツシユ内の特殊な所にならざるを得なかつ
たので、直接ノズル内注入流量を調整するのでな
く、ノズル直上の槽内の湯面レベルを一定にする
ことにより注入流量を一定値とする、間接的な方
法である為、薄スラブ用としては使用不可能なも
のであつた。

またリニアモータはフラツトノズルとの組み合
わせにより、リニアモータ間のギヤツプが狭ま
り、電磁力作用の効率が向上して実用化に一歩近
づいたけれども、それだけでは、薄スラブ連続鋳
造機用の操作端としてまだ不十分な機能である。

それは、第１にノズル内溶鉄流量を零にするこ
とつまり注入を停止することができないことであ
り、第２にノズル内溶鉄の幅方向の速度分布が、
リニアモータからの電磁力を強く作用させる程、
ノズル内中央部分の流速は大きく変化するが端部
に近い程流速の変化は小さく、側端部では大きな
電磁力を作用させても流速を完全に止めることは
できないことである。この問題は従来より縁効果
と呼ばれている問題であり、溶鋼においては今だ
に充分な解決手段が提示されていないものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕 リニアモータを側面に配置した耐久性注入ノズ
ルにおける前述の如き縁効果を解決するものとし
て、注入ノズルを次のように工夫した。すなわ
ち、両側面に対向して、注入溶鉄に注入方向の進
行磁界を作用させるリニアモータを配置すると共
にタンデイツシユから注入溶鉄を内側を介して鋳
型に注入する連続鋳造機における注入ノズルにお
いて： 前記注入ノズルの長手方向および前記リニアモ
ータ間の磁力線の方向に直角な第３の方向におけ
る前記注入ノズルの内壁が前記溶鉄に耐久性のあ
る導電性物質であることを特徴とする連続鋳造機
におけるリニアモータ用注入ノズル。

この注入ノズルのより望ましい形態は、ほぼ矩
形をし、その短辺側の内壁が耐久性のある導電性
物質であり、長辺側にリニアモータが配置された
注入ノズル、および、前記導電性物質がZrB₂ま
たは炭素である注入ノズル、である。

また、該注入ノズルを使用する連続鋳造では、
注入ノズルの長手方向および前記導電性物質の相
対する内壁を結ぶ方向に直角な第３の方向におけ
る注入ノズルの側面に対向してリニアモータを配
置し、前記リニアモータに流す電流の大きさまた
は周波数を操作することにより前記注入溶鉄の流
量調整を行う。

更に前述の注入ノズルを使用する、湯面レベル
制御装置は、タンデイツシユから溶鉄を鋳型に注
入する前述の如き注入ノズル、すなわち、長手方
向および前記リニアモータ間に流す磁力線の方向
に垂直な方向における注入ノズルの相対する内壁
に溶鉄に耐久性のある導電性物質を設けた注入ノ
ズルと、このノズルの側面に対向して配置したリ
ニアモータと、鋳型内の溶鋼レベルを測定する湯
面レベル計と、目標湯面レベル値の設定値を取り
込んで湯面レベル測定値との偏差値を求め、偏差
値に応じてリニアモータに流す電流、電圧または
周波数の内少なくとも一つを操作する操作量を算
出して出力する制御演算部と、制御演算部からの
出力値を受け取つて、リニアモータに流す電流、
電圧または周波数の内少なくとも一つを操作する
インバータとで構成した湯面レベル制御制御装
置、である。

〔作用〕

本願の発明者は、第３ａ図（横断面図）および
第３ｂ図（縦断面図）に示すようにリニアモータ
２，２′をフラツトノズル３の側面に対向して配
置し、湯面レベル制御は外して、種々実験を繰り
返した結果、耐火性の注入ノズルではフエーズド
シリカおよびアルミナグラフアイトの材質では縁
効果が大きくてとても注入流量を停止できないこ
とを確認した。そこで発明者達がそのメカニズム
の解明を試みた。

リニアモータ２，２′を注入ノズル３の両側面
に配置すると、第２図、第３ａ図および第３ｂ図
に示すごとく、溶鉄流方向ｘに垂直な方向ｙに、
溶鉄流方向ｘに時間と共に移動する移動磁界B₀
を印加し、その磁界B₀の移動速度と溶鉄流速ｖ
に依存した誘導電流と印加移動磁界とのベクトル
積による電磁力（フレミングの左手の法則）が溶
鉄に加、減速力として溶鉄流れ方向ｘに作用す
る。その電磁力を調整すると溶鉄の流量が変化す
るから、その電磁力を調整するには、リニアモー
タの移動磁界の大きさおよび移動速度を変えれば
よい。従つて、リニアモータの移動磁界の大きさ
および移動速度は電気的な変化で高速でできるの
で応答性も高くできる。

第３ａ図および第３ｂ図のようにリニアモータ
２，２′を配置すると、第４ａ図に実線矢印で示
すように渦電流が流れると想像される。その渦電
流にフレミングの左手の法則を適用すると、その
渦電流の流れる方向に直角な方向に電磁力が作用
するのでその電磁力の内、溶鉄の流れ方向ｘにお
ける成分は、第４ａ図中にＡで示すグラフのよう
になり、縁効果（中心部が大で縁部が小）の発生
を示している。

そこで発明者達が、種々検討をし、実験を繰り
返した結果、この縁効果対策としては、リニアモ
ータ２，２′側の改造では根本的に解決せず、注
入ノズル３の構造を、第３ａ図および第３ｂ図に
示すようにノズル３の一部に導電性物質１を溶鉄
と常に接触するように置換することが最も望まし
いことであることを見い出した。なお、第３ａ図
は、タンデイツシユ６から鋳型７を見る方向（上
から下）の、ノズル３の横断面を示し、第３ｂ図
は、ノズル３の短辺側から見たノズル３の縦断面
を示す。

リニアモータ２，２′からの磁力線は、第４ａ
図および第４ｂ図の紙面に垂直な前面より裏面方
向にあるいはその逆方向（すなわちｙ方向）に流
れている。その磁力線の流れている部分に前記導
電性物質１を、溶鉄の注入方向ｘおよび磁力線の
方向ｙに直角な方向ｚ、つまり第４ｂ図では、ノ
ズル３の左右の斜線部分に配置すると、そこに生
じる渦電流は、その導電性物質１内にも生じてノ
ズル３内表面部における渦電流を大きくしかつ内
表面に直角にするので、第４ｂ図に実線矢印で示
すように、大きな横長の楕円形のようになるの
で、その下方にＢで示すグラフのように、電磁力
の内、溶鉄の注入方向（ｘ）成分が作用するよう
になると共に、ノズル３内表面部での電磁力が大
きくなる。したがつて、上述の縁効果がかなり改
善される。

さて、ノズル３内壁に使用される導電性物質１
は、溶鉄の導電率に近いものが望ましいが、検討
によると、溶鉄の導電率の1/10以上であることが
推奨される。

前述したように現在実用の注入ノズルの材質
は、フエーズドシリカまたはアルミナグラフアイ
トが主流であり、アルミナグラフアイトは導電性
の特性を示すが溶鉄の導電率の1/10以上を満足す
るものに当らないし、フエーズドシリカは絶縁物
に属する。

そこで、フエーズドシリカで作られた注入ノズ
ル内の相対する内壁に鋳鉄板を挿入して、テスト
した結果、予測通りに縁効果はかなり解消され、
効率も向上したが、注入時間が長くなると共に鋳
鉄は溶けていつてしまつた。

また、その厚みも厚い程望ましいが工業的には
製造方法により上限値が自ずと決まるものであ
り、ノズル３の長手方向ｘでみると第３ｂ図に示
すように、少なくともリニアモータ２，２′の垂
直方向ｘの配置部分には導電性物質１を設けるべ
きで、できればリニアモータ２，２′のｘ方向で
長さ以上にするとその効果が充分に発揮される。
またノズル３の幅方向ｚでみるとリニアモータ
２，２′の幅は、溶鉄の幅よりも広いことが望ま
しい。

また、上述したノズルを使つた湯面制御装置を
第５図に示す。この湯面制御装置は、鋳型７内の
湯面レベルを湯面レベル計８で測定し、レベル目
標値との偏差に応じてた、リニアモータ２，２′
に流れる電流（または電圧）値をインバータ９に
指令するとその電流値にもとずいた電磁力が、第
４ｂ図に示すように導電性物質１を装備したノズ
ル３内の注入溶鉄に作用して注入流量を調整し
て、鋳型内の湯面レベルを一定に制御するもので
ある。前記電流値のかわりに周波数を操作しても
よい。

第１ａ図、第１ｂ図、第１ｃ図および第１ｄ図
は、第５図のＡ−Ａ断面図における各種のバリエ
ーシヨンを示すものである。第１ａ図は円形ノズ
ル３の、リニアモータ２，２′間のノズル内壁の
内、左右方向部分に外壁まで到達しないように斜
線部分に耐火性の導電性物質１を設けたノズル３
を示している。また第１ｂ図は、第１ａ図と同様
にして、導電性物質１が左右の内壁より外壁まで
の斜線部分に置き換えたノズル３であり、斜線部
分以外の部分はフエーズドシリカでもアルミナグ
ラフアイトでもあるいはその他のあまり導電率の
高すぎるものでなければよい。もちろんノズル３
の内側を紙面の表面から裏面に溶鉄が流れる。

第１ｃ図はフラツトノズル３の例であり、第１
ａ図と同じ記号のものは同じものを示している。
斜線部分の導電性物質１は左右の内壁に接して設
けている。

第１ｄ図は第１ｃ図とよく似た例であるが導電
性物質１が左右で内壁より外壁まで貫いている所
が第１ｃ図と異なる所である。

ここで、導電性物質１の相対する内壁を結ぶ方
向ｚとは、第１ａ図、第１ｂ図、第１ｃ図および
第１ｄ図において、左右の導電性物質１の中心を
結ぶ方向ｚであり、具体的には水平方向ｚがそれ
に当る。この水平方向ｚは注入ノズル３の長手方
向（第１ａ図、第１ｂ図、第１ｃ図および第１ｄ
図では紙面の表裏方向）および、リニアモータ
２，２′間に流れる磁力線の方向ｙ（第１ａ図、第
１ｂ図、第１ｃ図および第１ｄ図では上下方向）
に直角な方向ｚである。

〔実施例 １〕 第５図に示すように、小型タンデイツシユ５ま
たは溶融金属容器の下に注入ノズル３をつけ、そ
の両側面にリニアモータ２，２′を配置し、ノズ
ル３の吐出口の下に鋳型７にかわつて溶融金属鍋
を置き、その下に重量計を配置した。第５図に示
されている湯面レベル計８をはずし、レベル目標
値のかわりにリニアモータ２，２′にかける電圧
を調整できるようにした。

使用した注入ノズル３は第１ｃ図の形状のもの
である。ノズル材質はフエーズドシリカであり、
導電性物質１はZrB₂である。溶鉄が流れるノズ
ルの内側寸法は７mm（厚み）×97mm（幅）であり、
耐火物である導電性物質１の寸法は７mm（厚み）
×20mm（幅）×800mm（長さ）を両側に配置した。

そして、使用したリニアモータ３の仕様は第１
表に示す通りである。

第１表 型式 ：両側式リニアモータ ポールピツチ ：225mm 極数 ：２極 線電流 ：160A 線間電圧 ：220V 周波数 ：60Hz 鉄心績み厚 ：120mm 鉄心間距離 ：78mm 第１表のリニアモータを前記注入ノズルの両側
に配置して、リニアモータに電圧をオン時の流速
とオフ時のときの流速を求めた後、前記注入ノズ
ルを比較例としてフエーズドシリカの材質で内側
寸法を同じく７mm（厚み）×97mm（幅）としたの
に置換して、同様に第１表の条件でリニアモータ
から溶鉄に電磁力を作用させたオン時の流速とオ
フ時の流速を求めて比較した。

その結果、〔１−（オン時の流速／オフ時の流
速）〕×100が、本実施例では37％、比較例では19
％、となり、本実施例は比較例の約２倍の効率を
示している。

〔実施例 ２〕 第５図に示すタンデイツシユ６にストツパーを
つけて、フラツトノズル３の両側に、実施例１と
同じノズルおよびリニアモータを両側に配置する
と共に、湯面レベル計に市販のCCD素子を使用
した光学式湯面レベル計を配置した。

更に、マイクロコンピユータを使用して、前記
湯面レベル測定値とレベル目標値の偏差値に応じ
た電流操作指令値をインバータ９に与えて、リニ
アモータ２，２′の線電流を操作してリニアモー
タ２，２′からの電磁力を調整して湯面レベルが
目標値になるようにした。鋳型７として50mm（厚
み）×200mm（幅）の寸法で、3m／分の鋳造速度
で連続鋳造した結果、従来の渦流式レベル計とス
トツパーの操作による制御システムに比して、湯
面レベルの変動幅が1/2に減少した。

〔発明の効果〕

本発明では、注入ノズルをその内壁の特定方向
に配置して、リニアモータと組み合わせることに
より、リニアモータがその注入ノズル内の溶鋼に
作用させる効率が大きく向上すると共に、リニア
モータに流す電流を大きくすれば、注入ノズル内
の溶鋼流を停止することも可能になる。

またこの注入ノズルを使用し、リニアモータと
組み合わせた上で湯面レベル計とも組み合わせた
鋳型内湯面レベル制御装置によれば、従来の湯面
レベル制御装置に比して湯面レベル変動幅が大幅
に小さくなる。更に光学式レベル計のような応答
特性の速いものと組み合わせた湯面レベル制御装
置は、全体の応答性が高いので、最近研究がさか
んな薄スラグ連続鋳造機に適用が可能となる。更
に、リニアモータが溶鋼に作用させる電磁力の発
生効率が向上したので、リニアモータの容量を小
さくできると共に寸法も小型にできる。リニアモ
ータの寸法の小型化によつて、長さが縮まると、
それにつれて注入ノズルの長さも短かくでき、こ
れはコスト、応答性、予熱方法等に多大な効果を
生じる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図、第１ｂ図、第１ｃ図および第１ｄ図
は、それぞれ本発明の注入ノズルの一実施例の横
断面図、第２図は、本発明の注入ノズルの導電性
物質と溶鉄流方向等の相関を示す説明図、第３ａ
図および第３ｂ図は本発明の注入ノズルの一実施
例の横断面図および縦断面図、第４ａ図および第
４ｂ図は、注入ノズルの両側に配置したリニアモ
ータの電磁力を溶鉄に作用させた時に溶鉄に生ず
る渦電流を推測して示す縦断面図であり第４ａ図
は従来の注入ノズルの場合を第４ｂ図は本発明の
注入ノズルの場合を示す。第５図は、本発明の注
入ノズルおよびリニアモータの配置をベースと
し、それらを湯面レベル計と組み合わせた鋳型内
の湯面レベル制御装置の構成概要を示すブロツク
図である。 １……導電性物質、２，２′……リニアモータ、
３……ノズル、５：ノズル内空間、６……タンデ
イツシユ、７……鋳型、８……湯面レベル計、９
……インバータ、１０……力率改善用コンデン
サ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両側面に対向して、注入溶鉄に注入方向の進
   行磁界を作用させるリニアモータを配置すると共
   にタンデイツシユから注入溶鉄を内側を介して鋳
   型に注入する連続鋳造機における注入ノズルにお
   いて、： 前記注入ノズルの長手方向および前記リニアモ
   ータ間の磁力線の方向に直角な第３の方向におけ
   る前記注入ノズルの内壁が前記溶鉄に耐久性のあ
   る導電性物質であることを特徴とする連続鋳造機
   におけるリニアモータ用注入ノズル。 ２ 前記ノズルの形状がほぼ矩形であり、その短
   片側の内壁が耐久性のある導電性物質であり、長
   辺側にリニアモータが配置された前記特許請求の
   範囲第１項記載の連続鋳造機におけるリニアモー
   タ用注入ノズル。 ３ 前記導電性物質がZrB₂または炭素であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の連続鋳造機におけるリニアモータ用注入
   ノズル。 ４ 注入ノズルの相対する内壁が溶鉄に耐久性の
   ある導電性物質である注入ノズルを介してタンデ
   イツシユから溶鉄を鋳型に注入するに際し、前記
   注入ノズルの長手方向および前記導電性物質の相
   対する内壁を結ぶ方向に直角な第３の方向におけ
   る前記注入ノズルの側面に対向してリニアモータ
   を配置し、前記リニアモータに流す電流の大きさ
   または周波数を操作することにより前記注入溶鉄
   の流量調整を行うことを特徴とする連続鋳造方
   法。 ５ タンデイツシユから溶鉄を鋳型に注入するノ
   ズルと、前記ノズルの側面に対向して配置したリ
   ニアモータと、前記鋳型内の溶鋼レベルを測定す
   る湯面レベル計と、目標湯面レベル値の設定値を
   取り込んで前記湯面レベル測定値との偏差値を求
   め、前記偏差値に応じて前記リニアモータに流す
   電流、電圧または周波数の内少なくとも一つを操
   作する操作量を算出して出力する制御演算部と、
   前記制御演算部からの出力値を受け取つて、リニ
   アモータに流す電流、電圧または周波数の内少な
   くとも一つを操作するインバータとで構成した湯
   面レベル制御装置において： 前記注入ノズルを、その長手方向および前記リ
   ニアモータ間に流す磁力線の方向に直角な方向に
   おける注入ノズルの相対する内壁に溶鉄に耐久性
   のある導電性物質を設けた注入ノズルとしたこと
   を特徴とする連続鋳造機の湯面レベル制御装置。