JPH1177258A

JPH1177258A - 連続鋳造機の電磁ブレーキ装置

Info

Publication number: JPH1177258A
Application number: JP23817097A
Authority: JP
Inventors: Masashi Kawamoto; 正志河本; Masao Tokiyoda; 正夫常世田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 1999-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】鋳型内の溶鋼流に制動を加える電磁ブレーキ装
置において、電磁コイル部から鋳型に組み込まれる鋳型
固定部までの鉄芯の構成、形状等を工夫することによ
り、限られた鋳型背面の空間を有効利用し、強力な電磁
石能力を持たせることができ、従来困難であった小型・
高速鋳込用鋳型において複数段で必要な制動力が得られ
る電磁石装置の取付けを可能とする。【解決手段】鉄芯１３、電磁コイル１４、ヨーク１５か
らなる電磁石装置において、鉄芯１３を先端鉄芯部１３
Ａ、中間鉄芯部１３Ｂ、基端鉄芯部１３Ｃから構成する
と共に、限られた鋳型背面空間を有効に利用できるよう
に各部の方向、断面形状、断面積を変化させて一体型変
形鉄芯１３とし、電磁コイル１４を大きくすることで、
強力な電磁石装置が得られるようにすると共に、コンパ
クトで強力な電磁石装置を多段に配設できるようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の連続鋳造にお
いて、鋳型内に溶鋼を注入する浸漬ノズルからの溶鋼流
に静磁場による制動（ブレーキ）を加え、溶鋼中の介在
物が流下して鋳片内に捕捉されるのを低減する電磁ブレ
ーキ装置に関し、特に鋳型長辺の背面に設置される電磁
石装置の改良に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、連続鋳造においては、レードル
内の溶鋼をタンディッシュに注入し、タンディッシュか
ら浸漬ノズルを用いて水冷鋳型内に鋳込み、この水冷鋳
型の１次冷却により溶鋼外周に凝固シェルを形成し、鋳
型下方に配列された多数の鋳片支持ロール間を通過させ
ながらスプレー冷却等により２次冷却して凝固シェルを
成長させ、完全凝固した鋳片を引き抜くことにより、鋳
片を連続的に製造している。

【０００３】このような連続鋳造鋳片の介在物を低減す
る方法として、水冷鋳型に電磁ブレーキ装置を組み込む
技術があり、この方法では、浸漬ノズルからの溶鋼注入
流に対して電磁ブレーキ装置の静磁場により制動力を加
えて溶鋼注入流を減速し、これにより、溶鋼中に含まれ
る介在物が凝固シェル内の溶融部分に深く侵入して凝固
シェル界面にトラップされるのを防止している。

【０００４】このような電磁ブレーキ装置を鋼の連続鋳
造に適用すること自体は、特公平２−２０３４９号公報
などで開示され公知である。また、特公平４−５９９８
８号公報には、電磁ブレーキ装置の構造として、平面視
長方形断面の鋳型の長辺側に、電磁コイルとコアとヨー
クからなる電磁石装置を対向配置し、複数組の磁極間に
静磁場を発生させることにより、鋳型内の溶鋼にブレー
キをかける。通常、電磁ブレーキ装置では、磁界の形成
の効率を上げる点から溶鋼を挟んで対向するコアの間隔
を最小限とする必要があるために、前記電磁ブレーキ装
置では、鋳型の長辺銅板の背面の冷却箱に凹部を設け、
この凹部に電磁石およびコアを挿入する構造が採用され
ており、鋳型と電磁石装置とが一体構造となっている。

【０００５】さらに、最近では、特開平５−２７７６４
５号公報、あるいは本発明者による特願平８−１６１５
８６号等のように、鋳型と電磁石装置とを分離可能とし
た電磁ブレーキ装置も提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】

(1) 前述の特公平４−５９９８８号公報に記載されてい
るような鋳型と電磁石装置が一体となった電磁ブレーキ
装置では、鋳型の大きさ（鋳型長辺方向の幅と高さ）に
よって、電磁石装置の大きさおよび制動容量が物理的に
決まってしまう問題がある。

【０００７】(2) 最近の高速鋳込連鋳機（高生産連鋳
機）においては、浸漬ノズルからの溶鋼注入流を制御す
るに必要な制動力が出ない問題がある。十分な制動力が
得られない場合には、前述の溶鋼注入流の減速が不
十分となり、溶鋼中の介在物が凝固シェル内の溶融部分
に深く入り込んでしまう。浸漬ノズルより吐出され
た溶鋼注入流が鋳型短辺壁に衝突し、この溶鋼流が凝固
シェルの再溶解を生じせしめ、ブレークアウトの原因と
なる。

【０００８】(3) 以上のように、高速鋳込連鋳機（鋳込
み速度が速く、従って単位時間当りの注入溶鋼量の多い
もの）では、鋳型の大きさと、必要な電磁石制動力がア
ンマッチとなってきた。また、直近では、鋳型の背面に
上下に複数段の電磁石装置を設けたものがあり、鋳型の
上段・中段・下段を制動制御する方法となってきた。こ
のような場合、従来の電磁石装置では、必要な制動機能
が得られなくなった。

【０００９】本発明は、前述のような問題点を一挙に解
消すべくなされたもので、その目的は、電磁コイル部か
ら鋳型に組み込まれる鋳型固定部までの鉄芯の構成、形
状等を工夫することにより、限られた鋳型背面の空間を
有効利用し、強力な電磁石能力を持たせることができる
と共に、従来困難であった小型・高速鋳込用鋳型におい
て複数段で、かつ必要な制動力が得られる電磁石装置の
取付けが可能となる連続鋳造機の電磁ブレーキ装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、連続鋳造機の
鋳型背面に、鉄芯と電磁コイルを備えた電磁石装置を設
け、鋳型内の溶鋼流に制動を加える電磁ブレーキ装置に
おいて、鉄芯を磁路方向のそれぞれの部分で、方向、断
面形状、断面積のうちの少なくとも１つを互いに異なら
せてなる一体型変形鉄芯を備えていることを特徴とす
る。

【００１１】具体的には、次の通りである。図１（電磁
コイルを外側の基端鉄芯部に装着している）、図３（電
磁コイルを中間鉄芯部に装着している）は、鋳型背面に
電磁石装置を上段・中段・下段に配設した鋳型の例であ
り、鉄芯は、鋳型の銅板４の背面に固定され鋳型の強度
メンバーとして鋳型の一部となっている固定鉄芯１２
（制動制御したい溶鋼流部に設置）と、鋳型フレーム
（冷却箱）７に取付けられる一体型変形鉄芯１３から構
成されている。

【００１２】(1) 一体型変形鉄芯の外観形状（各部分の
方向）上段および下段に配設される一体型変形鉄芯１３−１、
１３−３は、冷却箱７内に挿入され固定鉄芯１２に接続
される先端鉄芯部１３Ａと、この先端鉄芯部１３Ａに一
体的に連続する中間鉄芯部１３Ｂと、この中間鉄芯部１
３Ｂに一体的に連続する基端鉄芯部１３Ｃとから構成さ
れ、先端鉄芯部１３Ａに対して基端鉄芯部１３Ｃを水平
方向外側および上下方向外側に平行に偏位させ、平面視
と側面視の両方共に直角に折曲した外観形状としてい
る。なお、中間鉄芯部１３Ｂの水平方向の長さは、鋳型
の大きさと、溶鋼流の通過位置（制動制御したい位置、
すなわち固定鉄芯１２の設置位置）によって決定され
る。

【００１３】中段に配設される一体型変形鉄心１３−２
は、真直ぐ後方に延在する直線状の外観形状としてい
る。これに限らず、水平方向に関しては、上段および下
段と同様に外側に折曲させたり、あるいは中央側へ折曲
させることも考えられる。なお、鋳型を設計する時の強
度メンバーの一部となる固定鉄芯１２と先端鉄芯部１３
Ａとの連結は、１個の位置決めピンで位置決めすればよ
い。

【００１４】(2) 一体型変形鉄芯の断面形状・断面積上段および下段に配設される一体型変形鉄芯１３−１、
１３−３においては、電磁コイル１４が装着される基端
鉄芯部１３Ｃ（図１の場合）の断面形状は、四角形でも
よいが、コイル部における機能を最大限に発揮し、か
つ、コイル巻き作業を簡単かつ最小面積にすべく、円ま
たは楕円形状とする。また、一方で中間鉄芯部１３Ｂの
断面形状は、限られた鋳型背面の物理的許容空間を最大
限に有効活用すべく、例えば縦長の薄型四辺形とする
（これは１例であって、鋳型の大きさによって種々の断
面形状を採用することができる）。この時の中間鉄芯部
１３Ｂの断面積は、コイル部である基端鉄芯部１３Ｃの
断面積と同等とするか、または電磁コイル１４によって
生じた磁束密度が飽和状態になる直前の小断面積とす
る。先端鉄芯部１３Ａは、磁束密度Ｂを高めるため断面
積を小さくした固定鉄芯１２より、大きめの断面積とす
る。

【００１５】図３の場合には、中間鉄芯部１３Ｂに電磁
コイル１４が装着されるため、この中間鉄芯部１３Ｂの
断面形状は、前述の電磁コイルの性能や鋳型の大きさに
よる許容空間などを考慮して、円、楕円形状、薄型四辺
形などの中から適宜選択すればよい。

【００１６】中段に配設される一体型変形鉄芯１３−２
は、図１に示すように、断面積を一定としてもよいし、
図２に示すように、コイル部である基端鉄芯部１３Ｃの
断面積を先端鉄芯部１３Ａの断面積より小さくしてもよ
い。

【００１７】以上のような構成において、電磁コイル部
から鋳型固定鉄芯部までの１本の鉄芯を磁路方向のそれ
ぞれの部分で、方向、断面形状、断面積を互いに異なら
せることにより、限られた空間の中で電磁コイル１４の
起磁力Ｆ（励磁電流Ｉまたは電磁コイル巻数Ｎ）を大き
くすることができ、さらに磁束密度Ｂを減ずることなく
効率良く溶鋼流面に伝えることができ、強力な電磁石装
置を得ることができる。具体的には、溶鋼流制動に必要
な強力電磁石能力を有する電磁石装置をコンパクトな構
成とすることができ、従来困難であった小型・高速鋳込
用鋳型において複数段の電磁ブレーキ装置の取付けが可
能となる。

【００１８】以上のように、本発明では、限られた容積
の空間の中で、鉄芯の外観形状、断面形状、あるいは断
面積の変更により、最大の磁石機能を発揮させることの
できる電磁石装置を得ることができるが、図５に示す電
磁ブレーキ装置において、このような鉄芯の長さ変化お
よび鉄芯の断面積変化が、磁束密度減衰に与える影響に
ついて、以下に説明する。

【００１９】(1) 鉄芯の長さが与える影響

【００２０】

【数１】

【００２１】前記（４）式から、有効磁路長l₁が図３
の従来型の鉄芯より２〜３倍長くなったとしても、μ_S
≫l₁で、かつμ_S≫μ₀であるため、溶鋼中の磁束密
度Ｂの変化は、殆ど無視できることがわかる。従って、
本発明のように、鉄芯の長さが少々長くなっても、磁束
密度Ｂの影響は実用上無視することができる。

【００２２】(2) 鉄芯の断面積について鉄芯中では、発生磁束Φは、断面積いっぱいに任意に広
がる。図４において、次に示す式が成り立つ。

【００２３】

【数２】

【００２４】従って、鉄芯が磁気飽和をしない範囲でＩ
またはＮを増やすことにより、溶鋼流に効率良く磁束を
作用させることができる。なお、磁束の飽和は、鉄芯の
材質と断面積の大きさによって決まるものであり、単に
上式のＩ・Ｎを増加すればよいというものではない（Ｉ
・Ｎには限界がある）。磁束密度Ｂと鉄芯断面積Ｓ₁と
の関係を図４に示す。経過を次に示す。

【００２５】

【数３】

【００２６】従って、図４(b) に示すグラフとなる。鉄
芯材料および電磁石装置の構成により磁気飽和を起こさ
ない最小断面積が決まり、本発明の一体型変形鉄芯の各
部分の断面積はこの最小断面積より大きく設定すればよ
い。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施例に
基づいて詳細に説明する。これは、スラブの連続鋳造に
適用した例であり、図１は本発明の電磁ブレーキ装置を
鋳型の長辺側に組み込んだ鋳型の平面図および縦断面
図、図２はその部分詳細縦断面図および斜視図である。
図３は、本発明の電磁ブレーキ装置の変形例である。

【００２８】図１において、図示しないタンディッシュ
内の溶鋼Ａが浸漬ノズル２により水冷鋳型１内に鋳込ま
れ、水冷鋳型１の１次冷却により溶鋼表面に凝固シェル
が形成された鋳片を鋳片支持ロール３により案内支持し
ながらスプレー冷却等の２次冷却により凝固を促進し、
完全凝固した鋳片を引き抜くことにより、鋳片を連続的
に製造している。

【００２９】水冷鋳型１は、一対の長辺銅板４間に一対
の短辺銅板５を移動可能に配置したスラブ幅可変の組立
鋳型であり、長辺銅板４の背面にはＳＵＳ製のバックア
ッププレート６が取付けられ、給水管８から冷却箱７に
導入されバックアッププレート６を通って排水管（図示
省略）から排出される冷却水により長辺銅板４が冷却保
持される。短辺銅板５の背面にも、ＳＵＳ製のバックア
ッププレート９が取付けられており、このバックアップ
プレート９に冷却水の給水・排水管１０および短辺銅板
５を移動させる幅調整装置１１が接続されている。

【００３０】この実施例では、鋳型の背面に上段・中段
・下段の３段の電磁石装置を設置して電磁ブレーキ装置
を構成しており、図３に示す従来型の電磁石装置では、
鋳型の大きさに対して電磁石装置が大きくなり、鋳型の
背面に取付けるのが不可能となる。そこで、本発明で
は、鉄芯にコイルを巻き付け、必要な磁束を得るべく、
電磁コイル１４の大きさを決め、その発生磁束を飽和さ
せないように鉄芯断面積を保持しながら、鉄芯の各部分
の方向、断面形状、断面積を変化させて、一体型変形鉄
芯１３の形状を決定する。

【００３１】即ち、図１、図２に示すように、水冷鋳型
１の背面全範囲を有効に利用できるように、上段および
下段に配設される一体型変形鉄芯１３−１、１３−３
は、冷却箱７内に挿入され固定鉄芯１２に接続される先
端鉄芯部１３Ａと、この先端鉄芯部１３Ａに一体的に連
続する中間鉄芯部１３Ｂと、この中間鉄芯部１３Ｂに一
体的に連続する基端鉄芯部１３Ｃとから構成し、先端鉄
芯部１３Ａに対して基端鉄芯部１３Ｃを水平方向外側お
よび上下方向外側に平行に偏位させ、平面視と側面視の
両方共に折曲した外観形状とする。中間鉄芯部１３Ｂ
は、図２(b) に示すように、断面積を一定に保ったまま
上下方向に段違いの形状となる。

【００３２】また、基端鉄芯部１３Ｃの断面形状は円ま
たは楕円形状として、電磁コイル１４における機能を最
大限に発揮し、またコイル巻き作業が簡単に、コイルが
最小面積となるようにしている。中間鉄芯部１３Ｂは、
縦長の薄型四辺形とし、鋳型の背面空間を有効に利用で
きるようにしている。中間鉄芯部１３Ｂの断面積は、基
端鉄芯部１３Ｃの断面積と同等か、あるいは磁気飽和を
起こさない小断面積としている。先端鉄芯部１３Ａの断
面積は、鋳型固定鉄芯１２の断面積と同等としている。

【００３３】中段に配設される一体型変形鉄心１３−２
は、真直ぐ後方に延在する直線状の外観形状とし、基端
鉄芯部１３Ｃは円または楕円形状とし、先端鉄芯部１３
Ａに対して断面積を減少させている。なお、各段におい
て、左右の基端鉄芯部１３Ｃの端面同士はヨーク１５で
連結している。

【００３４】必要に応じて、上段・中段・下段とも、各
々形状と大きさの異なった一体型変形鉄芯を使うことも
可能であるが、この実施例では、上段と下段は上下方向
が勝手違いの一体型変形鉄芯とした。また、中段は真後
に断面積のみが変化する一体型変形鉄芯とした。また、
図３に示す本発明の変形例は、図１と同様の一体型変形
鉄芯を使用し、上段および下段の一体型変形鉄芯１３−
１、１３−３では、電磁コイル１４を中間鉄芯部１３Ｂ
に装着している。中段の一体型変形鉄芯１３−２では、
図１と同様に基端鉄芯部３Ｃに電磁コイル１４を装着し
ている。

【００３５】このように、上段は、鋳型固定鉄芯１２の
真後およびそれより上の上部範囲と鋳片厚方向・鋳片幅
方向範囲を有効に活用でき、中段は、鋳型固定鉄芯１２
の真後および鋳型幅方向範囲を有効に活用することがで
きる。下段も、鋳型固定鉄芯１２の真後およびそれより
下の下部範囲と鋳片厚方向・鋳片幅方向範囲を有効に活
用できる。これにより、電磁コイル１４を限られた空間
内で大きくすることができ、鉄芯が磁気飽和しない範囲
で励磁電流Ｉまたは電磁コイル巻数Ｎを増やすことによ
り溶鋼流に効率良く磁束を作用させることができ、強力
な電磁石装置を得ることができる。

【００３６】以上により、従来困難であった限られた鋳
型背面空間中に強力な電磁石装置を上段・中段・下段に
取付けることが可能となる。この３段制動制御により、
介在物の完全浮上を達成し、溶鋼流（上昇流・短辺
鋳型への衝突流・下降流）の任意な速度制御が可能とな
り、鋳型内上面での溶鋼湯面変動レベルを低下させる
ことにより、スラグベア巻込み原因のブレークアウトを
減少させることができる。

【００３７】なお、以上は３段電磁ブレーキ装置につい
て説明したが、これに限らず、２段、４段などの複数段
の電磁ブレーキ装置、さらに１段の電磁ブレーキ装置に
も本発明の一体型変形鉄芯を適用できることはいうまで
もない。

【００３８】

【発明の効果】前述の通り、本発明は、連続鋳造機の鋳
型背面に、鉄芯と電磁コイルを備えた電磁石装置を設
け、鋳型内の溶鋼流に制動を加える電磁ブレーキ装置に
おいて、鉄芯を磁路方向のそれぞれの部分で、方向、断
面形状、断面積のうちの少なくとも１つを互いに異なら
せてなる一体型変形鉄芯を設けるようにしたため、次の
ような効果を奏する。

【００３９】(1) 電磁コイル部から鋳型に組み込まれる
鋳型固定部までの鉄芯の構成、形状等を工夫することに
より、限られた鋳型背面の空間を有効利用し、強力な電
磁石能力を持つ電磁ブレーキ装置を得ることができ、高
速鋳込連鋳機においても、溶鋼流に対して十分な制動力
を与えることができる。これにより、高速鋳込みにおい
ても、溶鋼中介在物の完全浮上を達成し、溶鋼流の凝固
シェル再溶解によるブレークアウトの減少を図ることが
できる。

【００４０】(2) 電磁石装置をコンパクトで強力な装置
とすることができるため、従来困難であった小型・高速
鋳込用鋳型において複数段の電磁石装置の取付けが可能
となる。複数段電磁ブレーキ装置が可能となることによ
り、溶鋼中介在物の完全浮上を達成し、溶鋼流の任意の
速度制御が可能となり、スラグベア巻込み原因のブレー
クアウトの減少を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁ブレーキ装置を組み込んだ鋳型を
示す(a) は平面図、(b) は縦断面図である。

【図２】図１の詳細であり、(a) は電磁石装置の縦断面
図、(b) は上段・下段の一体型変形鉄芯の斜視図であ
る。

【図３】本発明の電磁ブレーキ装置の変形例と、従来型
の電磁ブレーキ装置であり、(a) は平面図、(b) は縦断
面図である。

【図４】(a) は従来型の電磁ブレーキ装置における磁路
を示す平面図、(b) は磁束密度と鉄芯断面積の関係を示
すグラフである。

【図５】本発明の電磁ブレーキ装置における磁路を示す
平面図である。

【符号の説明】

１…水冷鋳型２…浸漬ノズル３…鋳片支持ロール４…長辺銅板５…短辺銅板６…バックアッププレート７…冷却箱８…給水管９…バックアッププレート１０…給・排水管１１…幅調整装置１２…フレーム付固定鉄芯１３…一体型変形鉄芯１３Ａ…先端鉄芯部１３Ｂ…中間鉄芯部１３Ｃ…基端鉄芯部１４…電磁コイル１５…ヨーク１６…給電ケーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続鋳造機の鋳型背面に、鉄芯と電磁コ
イルを備えた電磁石装置を設け、鋳型内の溶鋼流に制動
を加える電磁ブレーキ装置において、鉄芯を磁路方向のそれぞれの部分で、方向、断面形状、
断面積のうちの少なくとも１つを互いに異ならせてなる
一体型変形鉄芯を備えていることを特徴とする連続鋳造
機の電磁ブレーキ装置。