JPS63303664A - 連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属、例えばスチールの連続鋳造に係わり、特
に連続鋳造装置における注湯管吐出しノズルと鋳型注入
口との界面を有効にシールするに充分な浮揚及び安定化
力を湯のメニスカスに作用させるための導体の多重巻回
体及びこれをそれぞれ個別に冷却する独立の冷媒流路を
組込んだ不連続励起コイルに係わる。

金属、例えばスチールをビレット、スラブなどに水平連
続鋳造する技術は連続鋳造の分野で重要性を増しつつあ
り、好ましい水平連続鋳造法としては、注湯管を介して
水平連続鋳型の上方注入口へ渇を流下させるタンディツ
シュを利用する方法がある。注湯管は鋳型の上方注入口
を貫通して鋳型内の湯のプール内に延びる吐出しノズル
を具備する。鋳型は上方注入口の下方にプールを形成し
てこれに渇を収容すると共にビレット又はスラブ状に凝
固しつつある金属ストランドを鋳型から別々に引出すた
めの多くの場合複数の取り出し口を画定する互いに連結
された頂壁、底壁及び両側壁を含む、水平連続鋳造装置
の代表例はＬａｎｇｎｅｒの米国特許第４．５４０．０
３７号に開示されている。

水平連続鋳型はストランドを支障なく引出し、鋳造のす
ぐれた表面品質を実現するため水平方向に振動を与えら
れるのが普通である。しかし、振動させるべき質量を極
力小さくして装置の複雑化を避けるためには、振動する
鋳型に対してタンディツシュ及び注湯管を静止状態に維
持するのが有利である。従って、注湯管吐出しノズルと
鋳型の上方注入口を画定する頂壁の環状リムとの間に上
記相対運動を可能にするに充分なスペースを設ける必要
がある。

必要な振動量はスラブの寸法や鋳造温度などのような要
因により決まる０例えば断面が１５ｃｍｘ７６ｃｍのス
チール・スラブなら＋または一１ｃｍの振動を採用する
のが普通である。その場合、この振動に対応できるよう
に注湯管吐出しノズル／鋳型注入口の境界に少なくとも
１ｃｍの機械的間隙を設ける必要がある。

吐出しノズル／鋳型注入口の境界をシールするには機械
的摺動シール、弾性的又はベローズ式シール、高圧空気
又は不活性ガスなど、種々のアプローチが提案されてい
るが、いずれも充分な成果を収めてはいない。即ち、機
械的摺動シールは高温、高デエーティサイクルでは早期
に漏れが発生することが判明したし、加圧空気噴射方式
は湯に気泡が混入し、製品の引張り強度を劣化させるこ
とが判明して採用されなくなった。

有望なシール方式として上記Ｌａｎｇｎｅｒ米国特許第
４．５４０，０３７号に開示されている注湯ノズルに単
相電磁コイルを巻着するという方式がある。このコイル
はほんの数ターンから成り、注湯ノズルの直径が１２ｃ
ｍ又はそれ以下の場合、その励起力はａｏ、ｏｏｏ乃至
１５０．０００アンペア・ターンが普通である。タンデ
ィツシュから注湯管吐出しノズルに至る静渇頭の高さは
多くの場合比較的深く（例えば９１ｃｍ）、０゜０７Ｍ
Ｐａ程度にもなり得る。しかるに、励起アンペア・ター
ンが高く、ターンが少ないから、線電流を大きくする必
要がある。このような線電流は約５０乃至６０ヘルツの
電力周波数でしか得られない。これは最適なものではな
い。

ターンが比較的少ないコイルを使用した場合、いくつか
の重大な障害に直面する。その１つは注湯吐出しノズル
付近の湯に作用する浮揚力又は安定化力が大型商業用鋳
造装置に使用されるような静湯頭に対抗するには小さ過
ぎることである。また、別の障害として、ターン数が少
ない（１乃至３）ということは主要リード線電流が励磁
アンペア・ターン条件と同程度の大ぎさであることを意
味する。必要な高電流（３３−１５０キロアンペア）は
最適の浮揚周波数（１ｏｏ−ｔ　ｏｏｏヘルツ）では得
られず、このようなレベルの電流が米国電力線周波数（
５０乃至６０ヘルツ）で供給されていても、連続鋳造装
置に□見られるようなサイズ及びスペースの制約下でこ
のような高電流を供給することは非現実的であるから、
上記構成は極めて非効率的である。さらに、電源からコ
イルに至る主要リード線は励起コイルの長さよりもはる
かに長く（例えば３０ｍ：４ｍ）、冷却の問題がコイル
自体よりも困難な問題となる。また、ターンが少ないか
らサイズを大きく設定しなければならず、“渦係数”が
大きくなる（渦係数とは定格周波数における導体実効抵
抗とＤＣ電流に対するこの導体の電気抵抗との比である
）、さらにまた、励起コイル周辺の磁場分布が不均一で
ある。不連続コイルである以上、外部の機械的フレーム
でコイルを支持しなければならず、コイルと鋳型との間
に電気的絶縁を施さねばならないことも支障となる。即
ち、このような条件を溝たそうとすれば、コイル導体の
底部と湯のメニスカスとの間隔が必要以上に大きくなり
、電磁圧を著しく低下させる。

ターン数の少ない不連続コイルを採用する上記アプロー
チの変更例として、鋳型と一体の銅製の阜壱鋳造体を採
用する方式がある。絶縁を必要とすることなく湯に近接
した極めて丈夫な、且つコンパクトな回路に電流バスが
集中するという点でこのアプローチは極めて有利である
が、それでもいくつかの重大な欠点がある。その１つは
ここでも供給電流が数値的に励起アンペア・ターン（例
えばｔｏｏ、ｏｏｏアンペア）に等しくなければならな
いこ′とである。既に述べたように、これは極めて高い
値であり、主要リード線をその全長に互って冷却するに
は複雑な冷却系が必要となる。

鋳型一体構成の場合、電流が湯に近い底部に集中する方
が好ましいにも拘らず、上部外面に集中し易いことも欠
点である。さらにまた、湯のメニスカス周りの２点、即
ち、人口及び出口導線間の絶縁空間または１／２ターン
構成で電流が分流する位置に磁気零点が存在することも
欠点である。

上記の障害及び欠点にかんがみ、本発明の目的は注湯管
吐出しノズル周りのシールとして電磁圧を利用する実用
的な方法を提供することにある。

種々のアプローチが考えられるが、いずれにしても公知
の不連続一体コイル構造の上記障害及び欠点に着目し、
これを克服するものでなければならない。

この目的を達成するため、本発明は上方注入口、前記注
入口と連通し且つその下方に位置して前記注入口を介し
て渇を供給させる内部空洞、及び前記空洞と連通して前
記空洞から凝固中の金属ストランドを引出すための少な
くとも１つの取出し口を有するほぼ水平な連続鋳型と、
前記鋳型の上方に配置され、前記鋳型注入口を貫通して
前記鋳型空洞内に延びる吐出しノズル部分を有する注湯
管と、前記鋳型注入口の付近で前記鋳型空洞内の湯のメ
ニスカスに作用する電磁的な浮揚及び安定化力を発生さ
せることにより、前記鋳型注入口と前記注湯管の前記吐
出しノズル部分との界面域をシールする不連続励起コイ
ルとを含む連続鋳造装置において、 （ａ）直列に配置され、前記電磁的な浮揚及び安定化力
を発生させるに充分な密度の電流を搬送できる多重導体
ターンを画定する手段と、（ｂ）その数が前記多重ター
ンの数よりも少なく、互いに平行に、ただし独立に且つ
前記多重ターンに近接させて配置された複数の流路を画
定し、前記独立流路中を循環する冷却流体が前記必要な
電磁的浮揚及び安定化力を発生させるに充分な高密度電
流の導通を容易にするように前記多重ターンを充分に冷
却できるようにする手段を含むことを特徴とする連続鋳
造装置を提案する具体的には、励起コイルの多重ターン
を画定する手段は外側導体であり、複数の液媒流路を画
定する手段は外側導体に囲まれ、これと接触する複数の
内側流路である。一実施例では外側導体が肉厚導電金属
管の形態を呈し、内側冷媒流路が肉厚管内に形成した中
空通路である。他の実施例では、外側導体が環状に配列
した導電金属ストランドの形態を呈し、内側冷媒流路が
これらの導電ストランドに囲まれた低導電管の形態を呈
する。

この新しいアプローチは従来提案されてきたアプローチ
に比較して下記の点で著しくすぐれている。第１に、主
要リード線電流が励起アンペア・ターンよりもはるかに
小さい（例えばｔｏｏ、。

ＯＯアンペアに対して２，０００アンペア）。この電流
レベルは実際に必要とする浮揚周波数の範囲（１００乃
至１．０００ヘルツ）で容易に供給できる。第２に、励
起コイル域におけるスペースの利用率が改善される。導
体が比較的小さいから渦係数も向上し、冷却も容易であ
り、従って公知のアプローチよりも大きい実効コイル電
流密度がル周辺の磁場に顕著な局部的乱れがない。第５
に、充分な浮揚力を得るために励起アンペア・ターンの
直接的な制御及び適正配置が不可欠であるが、多数の小
さい導体を採用することにより、励起アンペア・ターン
を最適分布となるように正確に位置ぎめすることが可能
となる。また、浮揚させたい材料中に浮揚力を発生させ
る励起効果の低下につながる公知の少数でサイズの大き
いターンまたはコイル／鋳型一体励起方式に見られるよ
うに、動作中にコイル内電流の分布が著しく変化するこ
ともない、第６に、ターン数を多くしたことで供給電流
を下げることができるだけでなく、“共振同調“を利用
することによって供給電流の大きさ及び電源のサイズを
さらに小さくすることができる。共振同調は誘導加熱シ
ステムの分野で開発された技術であり、誘導コイル（本
発明の場合には浮揚コイル）にコンデンサを並列接続す
ることによって行われる。

添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を当業者が読
めば、本発明の利点はおのずから明らかになるであろう
。

以下の説明において、同じ参照番号は図面全体を通して
同じか又は対応の部分を示す、また、以下の説明中、“
全”、“後”、”左“、“右”、“上”、“下”などの
用語はいずれも便宜上の表現であり、本発明を限定する
ものではない。

図面、特に第１図には例えばスチールなどのような金属
の各種ストランド、例えばビレットを連続鋳造する水平
連続鋳造装置１０を示した。連続鋳造装置１０は適当な
供給容器、例えば鋳造とりべ１２を含み、このとりべ１
２から注湯管１４を介して別の供給容器、例えばタンデ
ィツシュ１６へ高温の溶融金属流が供給される。タンデ
ィツシュ１６はこの渇を第２注湯管１８を介してほぼ水
平な連続鋳型２０へ供給する。

連続鋳型２０はほぼ平行な互いに間隔を保つ頂壁及び底
壁２２．２４を有し、この頂底壁は内部空洞２６を画定
するほぼ垂直な互いに間隔を保つ（図示しない）側壁に
よって互いに連結されている。鋳型２０の頂壁２２には
その下方に位置する空洞２６と連通ずるほぼ円形の上部
注入口２８が形成されている。鋳型空洞２６には第２注
渇管１８の、空洞中心域へ垂下する吐出しノズル部分３
０を介してタンディツシュ１６から上部注入口２８を通
って渇が供給される。鋳型空洞２６は一対の互いに反対
のコンパートメント３２及それぞれに対応する出口３４
を有する。鋳型２０は例えば銅のような熱伝導性にすぐ
れた材料で形成されており、壁２２．２４に形成した冷
却通路３６を循環する例えば水のような冷却液によって
冷却されて、空洞コンパートメント３２へ両方向に流入
する湯の凝固を開始させる。

両方のコンパートメント３２でそれぞれ形成された部分
凝固金属ストランド３８を、例えば同期駆動されるピン
チ・ロール４０対のような適当な引出し装置により取出
し口３４から同時に両方向に引出す、連続鋳造されたス
トランド３８が鋳型２０の壁に付着したり、互いに付着
したりしないように、鋳型振動機構４２によって長手軸
に沿って絶えず水平に鋳型を振動させる。鋳型振動機構
４２は鋳型底壁２４に回転自在に取付けなローラ４６を
支持する鋳型台４４を含む、適当な振動駆動装置４８を
鋳型２０の底壁２４と結合させることによって鋳型２０
をほぼ水平に往復振動させる。据動幅はスラブ寸法や鋳
造温度などの要因に左右されるが、数分の１ｃｍが普通
である０例えば、１５Ｘ７６ｃｍのスチール・スラブな
ら＋または一１ｃｍの振動が普通である。

鋳型２０はタンディッシ、Ｌ１６及び第２注渇管１８に
対して振動させられるから、鋳型上部注入口２８は第２
注渇管１８の下方吐出しノズル部分３０を収容できるだ
けでなく必要な振動運動をも可能にするに充分なサイズ
のものでなければならない、注湯管吐出しノズル部分３
０と鋳型上部注入口２８との界面域における鋳型２０と
第２注渇管１８との間の半径方向間隔は振動行程よりも
やや大きくなければならない。

鋳型の振動中、特に鋳型２０よりも上方に位置する渇頭
の圧力で、供給された渇が上方鋳型注入口２８から飛散
したり溢れたりしないようにするため、注湯管１８の吐
出しノズル部分３０と上方注入口２８を画定する鋳型頂
壁２２の内側環状リム部分５２との間の間隙に前記注湯
管の周りにこれと同軸関係に電磁シール装置として改良
型不連続励起コイル６０を支持する。第１及び２図から
明らかなように、コイル６０は環状支持部材５４を介し
て壁のリム部分５２で支持するのが好ましい。

（図示しないが）適当なＡＣ電源で駆動される不連続励
起コイル５０は電磁的な浮揚及び安定化力を発生させる
。この電磁力は上方注入口２８付近で空洞２６内の湯の
メニスカス５６に作用して第２注渇管１８内の湯の吐出
し圧力に対抗する。

このようにしてコイル５０により発生される力が鋳型上
方注入口２８と第２注渇管１８の吐出しノズル部分３０
との界面域に渇が上方注入口２８から溢れるのを防止す
るシールを形成する。

第３−５図には改良型不連続励起コイル５０の一実施例
を詳細に示した。基本的にコイル５０は直列に接続され
且つ電磁力を発生させるに充分な密度の電流を搬送でき
る多重導体ターン６０を画定する外側導体５８の形態を
取る手段を含む、コイル５０はまた、外側導体５８によ
って囲まれ且つこれと接触する流路を画定する複数の内
側流路６２をも含む。内側流路６２の数は導体５８の多
重ターン６０の数よりも少ない。第４図に示す実施例で
は導体５８のターン６０の数は４０、流路６２の数は僅
かに３である。

流路６２は互いに平行であるが互いに独立し、導体５８
の多重ターン６０と近接してはいるが隔離されているこ
とが好ましい、これにより、内側流路６２の個別流路内
を循環する冷却流体は必要な電磁力を発生させるに充分
な密度の電流が容易に導通ずるように多重導体ターン６
０を冷却することができる０例えば、連続鋳鋼用として
必要な力は０．０６ＫＰａ程度の浮揚圧を提供できるも
のでなければならないのが普通である。

第４図は上述したように直列に接続された４２のターン
６０と、３本の独立冷媒流路を画定する３つの流路６２
を有するコイル５０を略示する。

この構成では電流がターン＃１から＃４２へ次々に流れ
る。外側導体５８及び３つの内側流路６２のそれぞれを
ターン＃１から＃１４、ターン＃１５から＃２８、及び
ターン＃２９から＃４２へそれぞれ連続的に巻回すると
仮定する。ターン＃１４、＃２８及び＃４２沿いの最適
位置において、独立の電流路と冷媒流路が第５図に示す
態様で分離する。従って、ターン＃１乃至＃１４、＃１
５乃至＃２８、及び＃２９乃至＃４２のそれぞれに別々
の冷媒流路が与えられ、電流路はターン＃１から＃４２
まで連続的である。

第５図には導体ターン＃１４における冷媒流路６２の分
離を図示した。流路６２は絶縁された流出部６４と流入
部６６とに分かれる。導電ジヨイント６８を設けること
により、冷媒流路が不連続であっても外側導体５８にお
ける電流路が連続するようにする。即ち、冷却流体が流
出及び流入部６４．６６を介して分離するとこらで電流
は導電ジヨイント６８を流れる。第３−５図に示すコイ
ル配列は垂直らせん方式と呼ぶことができる。この方式
ではそれぞれの冷媒流路を垂直な２列の導体ターン６０
で構成しなければならない。

第６及び７図はコイル５０を構成する導体５８及び流路
６２の２通りの実施例を示す、第６図の実施例では、コ
イル５０の外側導体５８が肉厚の導電金属管フＯの形態
を取り、内側冷媒流路６２が肉厚管７０中に形成された
中空通路７２の形態を取る。第７図の実施例では、コイ
ル５０の外側導体５８が導電金属ストランドフ４を環状
に配列して成り、内側冷媒流路６２が導電ストランド７
４の環状束で囲まれた低導電中空管７６の形態を取る。

管７６は非導電性でもよい。

当業者ならば、導体ターン６０及び冷媒流路６２の構成
に種々の変更を加え、しかもターン及び冷媒流路の多重
性も、電気回路と液体回路との独立性も維持することは
容易であろう。このようないくつかの変更実施態様を第
８−１０図に示した、第８図は第４図の垂直らせん巻き
コイルに加えた変更を示し、第９図はいわゆるらせんパ
ンケーキ単層巻き、第１０図はらせんパンケーキ二重層
巻きをそれぞれを示す、第４図に示した構成の場合と同
様に、第８−１０図に示すそれぞれの構成において、数
字は巻回シーケンスを示し、実線矢印は電流の方向を示
す、独立のほぼ平行な冷媒流路を破線矢印で示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の不連続励起コイルを組込んだ水平連続
鋳造装置の一実施例を略示する側面図：第２図は鋳型へ
のコイル取り付は方法を示す第１図図示装置の拡大部分
断面図；第３図は本発明の個別励磁コイルの一実施例を
示す平面図；第４図はコイルを形成する直列接続された
導体ターンの巻回シーケンスを正方形マスの中の数字で
示すと共に、独立の冷媒流路を破線で示した第３図４−
４線におけるコイルの図式的断面図：第５図は独立冷媒
流路の１つの端部を示す、第３図図示コイルの部分側面
図；第６図は外側導体が肉厚金属管の形態を、内側冷媒
流路が前記肉厚管に形成された中空通路の形態を有する
コイル部分の一実施例を示す拡大断面図；第７図は外側
導体を環状に配列された導電金属ストランドで形成され
、内側冷媒流路が前記導電ストランドに囲まれた低導電
管の形態を有するコイル部分の他の実施例を示す拡大断
面図；第８図乃至１０図はコイルの導体ターン及び冷媒
流路の他のいくつかの構成を示す第４図と同様の図式的
断面図である。 １０は連続鋳造装置、１８は第２注渇管、２０は連続鋳
型、２２は頂壁、２６は内部空洞、２８は上部注入口、
３０は吐出しノズル部分、３８はストランド、５０はコ
イル、５６はメニスカス、５８は外側導体、６０は多重
ターン、６２は内側流路、６４は流入部、６６は流出部
、６８は導電ジヨイントである。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）上方注入口、前記注入口と連通し且つその下方に
   位置して前記注入口を介して湯を供給させる内部空洞、
   及び前記空洞と連通して前記空洞から凝固中の金属スト
   ランドを引出すための少なくとも１つの取出し口を有す
   るほぼ水平な連続鋳型と、前記鋳型の上方に配置され、
   前記鋳型注入口を貫通して前記鋳型空洞内に延びる吐出
   しノズル部分を有する注湯管と、前記鋳型注入口の付近
   で前記鋳型空洞内の湯のメニスカスに作用する電磁的な
   浮揚及び安定化力を発生させることにより、前記鋳型注
   入口と前記注湯管の前記吐出しノズル部分との界面域を
   シールする不連続励起コイルとを含む連続鋳造装置にお
   いて、 （ａ）直列に配置され、前記電磁的な浮揚及び安定化力
   を発生させるに充分な密度の電流を搬送できる多重導体
   ターンを画定する手段と、 （ｂ）その数が前記多重ターンの数よりも少なく、互い
   に平行に、ただし独立に且つ前記多重ターンに近接させ
   て配置された複数の流路を画定し、前記独立流路中を循
   環する冷却流体が前記必要な電磁的浮揚及び安定化力を
   発生させるに充分な高密度電流の導通を容易にするよう
   に前記多重ターンを充分に冷却できるようにする手段 を含むことを特徴とする連続鋳造装置。
2. （２）前記多重ターンを画定する前記手段が外側導体で
   あることと； 前記複数の流路を画定する前記手段が前記外側導体に囲
   まれ且つこれと接触する複数の内側流路であることを特
   徴とする請求項第（１）項に記載の連続鋳造装置。
3. （３）前記外側導体が肉厚導電金属管の形態を取ること
   を特徴とする請求項第（２）項に記載の連続鋳造装置。
4. （４）前記内側冷却用流路が前記肉厚管に形成した中空
   通路の形態を取ることを特徴とする請求項第（３）項に
   記載の連続鋳造装置。
5. （５）前記外側導体が導電金属ストランドを環状に配列
   して成ることを特徴とする請求項第（２）項に記載の連
   続鋳造装置。
6. （６）前記内側冷却用流路が前記導電ストランドで囲ま
   れた低導電管の形態を取ることを特徴とする請求項第（
   ５）項に記載の連続鋳造装置。
7. （７）前記それぞれの内側流路が冷却流体流出及び流入
   部によって分離されて不連続流路を形成することを特徴
   とする請求項第（２）項に記載の連続鋳造装置。
8. （８）前記内側流路の前記流出及び流入部において前記
   外側導体が、前記流路が不連続であつても前記外側導体
   の電流路が連続的となるようにする導電ジョイントを有
   することを特徴とする請求項第（７）項に記載の連続鋳
   造装置。
9. （９）前記外側導体及それぞれの内側流路が全体で垂直
   らせん巻き構造を呈することを特徴とする請求項第（２
   ）項に記載の連続鋳造装置。
10. （１０）前記外側導体及それぞれの内側流路が全体でら
    せんパンケーキ単層巻き構造を呈することを特徴とする
    請求項第（２）項に記載の連続鋳造装置（１１）前記外
    側導体及びそれぞれの内側流路が全体でらせんパンケー
    キ二重層巻き構造を呈することを特徴とする請求項第（
    ２）項に記載の連続鋳造装置。