JPH1015640A - 電磁鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決課題】溶鋼を電磁鋳造するに際して、電磁コイル
を通じて供給した磁界を溶鋼に対して効率的に作用させ
ることができ、エネルギーロスの少ない高磁界透過型，
高エネルギー効率型の電磁鋳造用鋳型を提供する。 【解決手段】電磁鋳造用鋳型を、（イ）導電金属材から
なる導電部２８と、金属酸化物を含んで構成され、導電
部２８に対して電気抵抗の高い高抵抗部３０とを周方向
に交互に配置した上、それらを一体化した形態の筒状の
鋳型壁体１２と、（ロ）鋳型壁体１２の外周側にこれを
取り囲むように形成され、内部に冷却媒体を通すための
冷却室１８と、（ハ）鋳型壁体１２を取り巻くようにし
て冷却室１８内部に収容された電磁コイル２０とを含む
ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電磁鋳造用鋳型に
関し、詳しくは高磁場透過型，高エネルギー効率型の電
磁鋳造用鋳型に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムの連続鋳造プロセスにおい
て、鋳片の表面性状を改善する手法の一つとして、電磁
場によって発生する磁気圧を利用した電磁鋳造が知られ
ている。これは鋳型を使用する代わりに磁気圧で溶融ア
ルミニウムを保持しながら凝固させる手法であり、鋳型
と鋳片表面との接触に起因する欠陥の防止に大きな効果
を発揮している。

【０００３】一方鉄鋼分野においては鋼の密度が高いこ
と、また鋳造速度が速いこと等から工業的レベルで考え
た場合、磁気圧による溶鋼の完全支持は困難であり、従
って溶鋼を支持し且つこれを所定形状に成形するための
鋳型は必須である。

【０００４】従来そのための鋳型として、即ち電磁鋳造
用鋳型として図５に示すような分割式水冷鋳型が用いら
れていた。図５において２００はその分割式水冷鋳型で
あって、複数に分割された銅ないし銅合金からなるセグ
メント２０２をスリットを介して周方向に連設し、そし
てそのスリットにマイカ等の絶縁材２０４を介在させ
て、各セグメント２０２を電気的に絶縁した形態をなし
ている。

【０００５】各セグメント２０２の内部には、冷却水を
通すための冷却室２０６が形成されており、また各セグ
メント２０２及び絶縁材２０４からなる筒状の鋳型壁体
の外側には、その鋳型壁体を取り巻くようにして電磁コ
イル２０８が配設されている。

【０００６】この電磁鋳造用鋳型２００にあっては、電
磁コイル２０８に流れる電流によって発生した磁界が鋳
型２００を介して内部の溶鋼２１０に作用させられ、そ
して鋳型２００と溶鋼２１０との間で発生する磁気的な
反発力によって、溶鋼２１０と鋳型２００との接触圧力
が軽減される。これにより鋳造を円滑に行なうことが可
能となる。

【０００７】また併せてこの電磁鋳造の場合、上記接触
圧力の軽減による作用に加えて、鋳造時の溶鋼２１０の
メニスカス形状の変化により、具体的には溶鋼２１０表
面が盛り上がった形状となることによりモールドパウダ
ーが溶鋼２１０と鋳型２００との間に円滑に流入し、こ
の結果、鋳型２００に対して振動を加えつつ溶鋼２１０
の連続鋳造を行なうに際して、鋳片表面に生ずる小刻み
な波打形状を軽減ないし解消でき、表面性状の良好な鋳
片を得ることができる等の利点が得られる。

【０００８】この電磁鋳造においては、鋳型２００内部
の溶鋼２１０に対して作用する（印加される）磁界とし
ては、鋳型壁体におけるセグメント２０２と２０２との
間のスリット、厳密にはそのスリットに配された絶縁材
２０４を透過して内部に作用する磁界，鋳型２００の上
下から内部に侵入する磁界，コイル電流の作る磁界によ
りセグメント２０２表面に誘導される渦電流を介して鋳
型内部に間接的に伝達される磁界等が挙げられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来の鋳型２
００にあっては、鋳型壁体が各セグメント２０２に分割
された上、各セグメント２０２のそれぞれの内部に冷却
室２０６が形成されることに基づいて以下のような問題
点が内在していた。

【００１０】前述したように鋳型２００を介して間接的
にその内部に伝達される磁界は、鋳型壁体の厚みが厚く
なるほど、その鋳型壁体の遮蔽効果の増大により、また
電磁コイル２０８が溶鋼２１０から遠く離れた位置に位
置することにより必然的に弱いものとなる。

【００１１】而して従来の鋳型２００の場合、各セグメ
ント２０２の内部に冷却室２０６を形成する必要がある
ことから、具体的には所定空間容積の冷却室２０６を確
保する必要があることから、加えてその際にセグメント
２０２の肉厚を一定肉厚以上確保し、更には加工性を確
保する観点から、鋳型壁体の厚みが厚いものとなってし
まい、その結果鋳型２００と溶鋼２１０との間に所望の
磁気的反発力を生ぜしめるためには、電磁コイル２０８
に大きな電流を流すことが必要となり、エネルギー効率
の悪いものとなる問題があった。

【００１２】即ち従来の鋳型２００の場合磁界の透過性
が低く、電磁コイル２０８から加えたエネルギーが、鋳
型２００において発生する渦電流やジュール熱によって
多く消費されてしまい、溶鋼２１０における磁気的反発
力として有効に伝達されない問題があった。

【００１３】加えて上記従来の分割式水冷鋳型２００の
場合、溶鋼２１０に対する冷却作用が不均一となり易
く、また鋳型壁体が各セグメント２０２に分割されてい
るため、鋳型自体の強度が不均一且つ弱くなるといった
問題も内在していた。加えて各セグメント２０２のそれ
ぞれに冷却室２０６を形成しなければならないため、加
工も大変であるといった問題があった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願の発明はこのような
問題を解決すべく、高磁場透過型且つ高エネルギー効率
型の電磁鋳造用鋳型を提供することを目的としてなされ
たものである。この目的を達成するため、本願の発明の
電磁鋳造用鋳型は、（イ）導電金属材からなる導電部
と、金属酸化物を含んで構成され、該導電部に対して電
気抵抗の高い高抵抗部とを周方向に交互に配置した上そ
れらを一体化した形態の筒状の鋳型壁体と、（ロ）該鋳
型壁体の外周側に該鋳型壁体を取り囲むように形成さ
れ、内部に冷却媒体を通すための冷却室と、（ハ）該鋳
型壁体を取り巻くようにして該冷却室内部に収容された
電磁コイルとを含んでいることを特徴とする（請求項
１）。

【００１５】本願の別の発明の電磁鋳造用鋳型は、請求
項１において、前記導電部が銅ないし銅合金から成って
いるとともに、前記高抵抗部が金属酸化物粉末及び該導
電部の構成材料と同種の銅ないし銅合金粉末を含んだ粉
末の焼結体から成っており、且つそれら導電部及び高抵
抗部が焼結により一体化されていることを特徴とする
（請求項２）。

【００１６】

【作用及び発明の効果】上記のように本発明は、導電金
属材からなる導電部と金属酸化物を含む高抵抗部とを周
方向に配置し且つ一体化して鋳型壁体を構成した上、こ
れを取り囲むように冷却室を形成してその内部に電磁コ
イルを収容したもの、即ち冷却室内に電磁コイルを内蔵
して鋳型に一体化したものである。

【００１７】前述したように従来の鋳型の場合各セグメ
ントの間にスリットを形成しており、そしてそのスリッ
トにおいて、厳密にはスリットに配した絶縁材におい
て、コイルで発生した磁界を鋳型内部に直接透過させる
ことができ、また併せてその絶縁材により各セグメント
を周方向に電気的に絶縁し得て、鋳型による磁界の遮蔽
作用を抑えることができる。

【００１８】しかしながら一方において、そのようにセ
グメントとセグメントとを分割化してその分割部位に絶
縁材を介する必要から、各セグメントのそれぞれの内部
に冷却室を形成せざるを得ず、そしてこのことが鋳型に
おける磁界透過能を低下させ、またエネルギー効率を悪
化させる原因となっていた。

【００１９】しかるに本発明では鋳型壁体を一体構造物
として、その外側に鋳型壁体を取り囲むようにして冷却
室を形成していることから、鋳型壁体の厚みを可及的に
薄いものと成し得、金属酸化物を含む高抵抗部において
磁界の直接透過作用を確保しつつ、鋳型壁体による磁界
の遮蔽作用を可及的に小さく抑えることができる。

【００２０】加えて本発明ではその冷却室の内部に電磁
コイルを収容するようにしていることから、電磁コイル
を鋳型内部の溶融金属に対して近い位置に配置すること
ができ、電磁コイルで発生した磁界を効率的に鋳型内
部、即ち溶融金属に対し作用させることができる。

【００２１】本発明においては、鋳型壁体の周りに連続
した冷却室を形成することができ、これにより溶融金属
に対する冷却作用を均一化できる効果が得られるととも
に、鋳型壁体が一体構造物とされていることから鋳型壁
体の構造強度を強くすることができ、また従来の鋳型の
ように鋳型壁体の内部に冷却室を加工・形成する必要が
ないので、鋳型壁体を製造するに際してその最終加工も
容易である利点がある。

【００２２】本発明においては、また、電磁コイルが冷
却室内部に収容されていることから、冷却室内部の冷却
媒体により鋳型壁体の冷却と併せて電磁コイル自身の冷
却も行なうことができる利点が得られる。

【００２３】本発明においては、上記導電部を銅ないし
銅合金にて構成するとともに、高抵抗部を金属酸化物粉
末及び銅ないし銅合金粉末を含んだ粉末の焼結体にて構
成し、且つそれら導電部及び高抵抗部を焼結により一体
化したものとなすことができる（請求項２）。このよう
にすれば、導電部と高抵抗部とを含んだ一体構造且つ強
度の強い鋳型壁体を容易に得ることができる。

【００２４】

【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく
説明する。図１において、１０は断面形状が丸形状の鋳
片を連続鋳造するための本例の電磁鋳造用鋳型であっ
て、１２は溶鋼１３をその断面丸形状の鋳片に鋳造成形
する円筒形状の鋳型壁体である。

【００２５】１４は外部カバーであって上端部に内向鍔
状の鋳型押え１６を有している。鋳型壁体１２と外部カ
バー１４との間には、鋳型壁体１２を取り囲むようにし
て周方向に連続した冷却室１８が形成されており、その
冷却室１８の内部に、同じく鋳型壁体１２を取り巻く形
態で電磁コイル２０が配置されている。ここで電磁コイ
ル２０の表面には絶縁・防水コーティングが施されてい
る。尚、２２は浸漬管であり、２４は凝固シェル、２６
はモールドパウダーである。

【００２６】図２は上記鋳型壁体１２の断面構成を拡大
して示したもので、図中２８は銅合金から成る高導電性
の導電部であり、また３０は金属酸化物（この例ではア
ルミナ粒子）を導電部２８と同種の銅合金中に分散して
成るセラミックス分散型銅合金から成る、ほぼ絶縁性の
高抵抗部である。

【００２７】ここで銅合金とセラミックスとの複合材料
から成る高抵抗部３０は、従来の分割式水冷鋳型におけ
るスリットないし絶縁材の層と同じ機能を発揮する部分
であって、導電部２８に対して周方向の幅の狭いもので
あり、導電部２８と２８とを実質上周方向に電気的に絶
縁している。

【００２８】図３は上記鋳型壁体１２の製造方法の一例
を示している。同図において３２は銅合金板であり、３
４は銅合金板３２と同種の銅合金粉末及びアルミナ等の
セラミックス粉末を含んだ粉体原料である。

【００２９】図３に示す方法では、これら銅合金板３２
と粉体原料３４とをＨＩＰ缶３６の内部に装入して粉体
原料３４を銅合金板３２と３２との間の隙間内に充填
し、そしてＨＩＰ缶３６の蓋を閉じた状態でＨＩＰ処理
する。そしてこのＨＩＰ処理により粉体原料３４が焼結
し、同時に銅合金板３２と一体化する。

【００３０】次にこのＨＩＰ処理によって得た円筒体３
８の中心部を刳抜加工して円筒形状の鋳型壁体１２を得
る。このようにして製造した鋳型壁体１２においては、
粉体原料３４の焼結によってセラミックス分散型銅合金
から成る高抵抗部３０が形成されると同時に、その焼結
体から成る高抵抗部３０と、銅合金から成る導電部２８
とが良好に焼結一体化された状態となる。

【００３１】本例の電磁鋳造用鋳型１０の場合、電磁コ
イル２０に電流を流すと、これにより発生した磁界が高
抵抗部３０を直接透過して内部の溶鋼１３に対し印加さ
れる。また併せて銅合金から成る導電部２８を介して溶
鋼１３に対し間接的に伝達される。そしてその高抵抗部
３０を直接透過した磁界及び導電部２８を介して間接的
に伝達された磁界とによって、溶鋼１３と鋳型壁体１２
との間に磁気的な反発力が生じ、これにより溶鋼１３と
鋳型壁体１２との間の接触圧力が軽減される。

【００３２】またその磁気的な反発力によって溶鋼１３
の表面形状、即ちメニスカス形状が上方に盛り上がった
形状となって、モールドパウダー２６が溶鋼１３と鋳型
壁体１２との間に円滑に流入し、そのモールドパウダー
２６によって溶鋼１３の鋳造時の潤滑が良好に行なわれ
る。

【００３３】本例の電磁鋳造用鋳型１０は、銅合金から
成る導電部２８と金属酸化物を含む高抵抗部３０とを周
方向に配置し、且つそれらを一体化して鋳型壁体１２を
構成した上、これを取り囲むように冷却室１８を形成し
てその内部に電磁コイル２０を収容したもので、本例の
鋳型１０においては、鋳型壁体１２の厚みを可及的に薄
いものと成し得、上記高抵抗部３０において磁界の直接
透過作用を確保しつつ、鋳型壁体１２による磁界の遮蔽
作用を可及的に小さく抑えることができる。

【００３４】更に冷却室１８の内部に電磁コイル２０を
収容していることから、電磁コイル２０を鋳型内部の溶
鋼１３に対して近い位置に配置することができ、電磁コ
イル２０で発生した磁界を効率的に溶鋼１３に対して作
用させることができる。

【００３５】更にまた本例の鋳型１０の場合、鋳型壁体
１２の構造強度を強くすることができ、また冷却室１８
が鋳型壁体１２の周りに連続して形成されているため、
溶鋼１３に対する冷却作用を周方向において均等に及ぼ
すことができる。

【００３６】更に電磁コイル２０が冷却室１０の内部に
収容されていることから、冷却室１８内部を流通する冷
却水によって鋳型壁体１２の冷却と併せて電磁コイル２
０の冷却も行なうことができる利点がある。

【００３７】図４は本発明の電磁鋳造用鋳型の他の例を
示したもので、図に示しているようにこの例の鋳型４０
は、断面四角形状の鋳片を得るためのものとされてお
り、鋳型壁体１２、外部カバー１４、鋳型押え１６、電
磁コイル２０がそれぞれその鋳片形状に対応した形状に
形成されている。他の点については図１に示す鋳型１０
と同様であるので更に詳しい説明は省略する。

【００３８】以上本発明の実施例を詳述したがこれはあ
くまで一例示である。例えば本発明においては金属酸化
物として上記アルミナの他にジルコニア，マグネシアそ
の他の酸化物を用いることが可能であるし、また鋳型壁
体の製造方法として上側以外の他の製造方法を用いるこ
とも勿論可能である等、本発明はその主旨を逸脱しない
範囲において様々な変更を加えた形態で構成可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である電磁鋳造用鋳型の要部
を一部切り欠いて示す斜視図である。

【図２】図１の電磁鋳造用鋳型の要部断面図である。

【図３】図１及び図２の鋳型壁体の製造方法の一例を示
す図である。

【図４】本発明の他の実施例である電磁鋳造用鋳型の要
部を一部切り欠いて示す斜視図である。

【図５】従来の電磁鋳造用鋳型とその不具合の説明図で
ある。

【符号の説明】

１０，４０ 電磁鋳造用鋳型 １２ 鋳型壁体 １８ 冷却室 ２０ 電磁コイル ２８ 導電部 ３０ 高抵抗部 ３２ 銅合金板 ３４ 粉体原料

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（イ）導電金属材からなる導電部と、金属
   酸化物を含んで構成され、該導電部に対して電気抵抗の
   高い高抵抗部とを周方向に交互に配置した上それらを一
   体化した形態の筒状の鋳型壁体と（ロ）該鋳型壁体の外
   周側に該鋳型壁体を取り囲むように形成され、内部に冷
   却媒体を通すための冷却室と（ハ）該鋳型壁体を取り巻
   くようにして該冷却室内部に収容された電磁コイルとを
   含んでいることを特徴とする電磁鋳造用鋳型。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記導電部が銅ない
   し銅合金から成っているとともに、前記高抵抗部が金属
   酸化物粉末及び該導電部の構成材料と同種の銅ないし銅
   合金粉末を含んだ粉末の焼結体から成っており、且つそ
   れら導電部及び高抵抗部が焼結により一体化されている
   ことを特徴とする電磁鋳造用鋳型。