JPH11500362A - 連続鋳造鋳型のための電磁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、多数の部分攪拌器を含む電磁装置を具備し、前記部分攪拌器は対を成して連続鋳造鋳型の外壁に互いに間隔を置いて配置され、回転する電磁的な力の場を発生するために相応の位相位置を有する交流電圧源に接続されている定置連続鋳造鋳型において、前記部分攪拌器（２１〜２４）が少なくとも２組の対（２１，２４及び２２，２３）を含み、それぞれの前記対（２１，２４及び２２，２３）の部分攪拌器は互いに対向し、鋳込み方向に平行な１つの平面への投影が互いに角度を成してｘ状に回転されるように配置され、すべての前記対（２１，２４及び２２，２３）がほぼ同一の高さに配置されていることを特徴とする定置連続鋳造鋳型である。

Description

【発明の詳細な説明】 連続鋳造鋳型のための電磁装置 本発明は、多数の部分攪拌器を含む電磁装置を具備し、前記部分攪拌器は対を 成して連続鋳造鋳型の外壁に互いに間隔を置いて配置され、回転する電磁的な力 の場を発生するために相応の位相位置を有する交流電圧源に接続されている、例 えば溶鋼等を鋳造する等のための、定置連続鋳造鋳型に関する。 定置の連続鋳造鋳型は、連続鋳造鋳型の中に達する浸漬管が溶融金属の中に浸 漬される、浸漬管鋳造法における溶鋼鋳造法を実施するのに適する。例えば溶鋼 等の高度に溶融している金属を連続鋳造する場合に、定置連続鋳造鋳型の中に回 転電磁界を発生して攪拌することにより凝固を制御することは公知である。流込 み（鋳込み）方向で連続鋳造鋳型の外壁に順次に配置され互いに独立して作動可 能な２つの部分攪拌装置を有する、定置連続鋳造鋳型のための、攪拌装置が例え ばドイツ特許出願公開第ＤＥ−ＯＳ３８１９４９２号公報から公知である。この 場合に回転電磁界は鋳型の中で発生される。この攪拌装置は、特に、鋳込まれた 連鋳材の組織を一様により微細にすることと、非金属含有物を一様に分散させる ことと、熱放出をより良好にすること等を達成することを意図している。 磁束を発生するための攪拌装置は、垂直又は水平に連続鋳造鋳型の壁に配置さ れている蹄鉄状変圧器金属板からなる複数の磁石から形成できる（Herrmann，E ．著「連続鋳造ハンドブック」（"Handbuch des Stranggiessens"，Aluminium-V erlag GmbH，Duesseldorf，1985，417-429）。誘導電流は蹄鉄の一方の脚部から 他方の脚部へ溶融金属を通って流れる。鋳型を貫流して導かれた溶融金属は、発 生された磁束により連続的に機械的循環運動をさせられる。攪拌装置は、磁界が 例えば鋳型の垂直軸線へ向かって広がり電磁場の最大磁束の方向が鋳型の垂直軸 線 を中心に回転するように制御されて作動される。これにより溶融金属が良好に循 環し、しかもその際同時に高い効率が達成される。 しかしこのような攪拌装置による溶融金属の攪拌は種々の欠点を有する。例え ば攪拌しているにもかかわらずいつも溶融金属の表面に泡立ちが発生し、これに より浸漬管におけるフラックス粉末及びスラグ粒子が連鋳材シェル領域内に引込 まれる。別の１つの欠点は、攪拌にもかかわらず、繰返し凝固した金属から成る ブリッジがセラミック湯口管と鋳型壁との間の連続鋳造鋳型の上部領域内に形成 されることである。このような攪拌の場合、鋳型の内部領域内で過熱帯の停滞域 が発生し、これによりデンドライトの形成が促進される。デンドライトは多くの 場合に球状粒子として溶融金属の凝固前線に蓄積し、これは望ましくない。この 公知の装置により一様な凝固前線が達成可能であるにもかかわらず、溶融金属の 中に負偏析の帯が形成される。 本発明の目的は、溶融金属の表面における泡立ち、連続鋳造鋳型の上部領域内 のセラミック湯口管と鋳型壁との間の凝固金属から成るブリッジの形成、及び鋳 型の内部領域内の過熱帯の停滞域生成が回避されるように、連続鋳造鋳型の中の 溶融金属が攪拌される定置連続鋳造鋳型のための電磁装置を提供することにある 。 上記課題は本発明により請求項１の特徴部分に記載の特徴により解決される。 請求項２〜７の特徴部分に記載の特徴により定置連続鋳造鋳型の本発明の装置の 有利な実施の形態が可能である。 本発明では、電磁装置が少なくとも２組の部分攪拌器の対を含み、それぞれの 対の部分攪拌器は互いに対向し、流込み（鋳込み）方向に平行な１つの平面の中 への投影が互いに角度を成すようにｘ状に回転されて配置され、すべての前記対 がほぼ同一の高さに配置されている。 これにより、湯口管の領域内の溶融金属の最初は垂直に向けられている流速を 反転させるか少なくとも強く低減させることが達成され、強い垂直方向流速低減 において発生する温度毎に層が形成されることが、部分攪拌装置がそれぞれ付加 的に溶融金属を水平方向に攪拌することにより、妨げられる。電磁装置はそれぞ れ、鋳型の中間領域内の溶融金属に螺旋状に上方へ向かう回転流動を発生させ、 これにより、過熱された溶鋼は鋳型の下部領域から上方へ向かって動かされ、こ れによりセラミック湯口管と鋳型壁との間の溶融金属の凝固（いわゆるブリッジ 形成）が阻止される。本発明の電磁装置により溶融金属は水平方向及び垂直方向 に回転させられる。溶融金属の中に発生されるこの回転運動は効果的に白色帯（ 負偏析を有する帯）の発生を阻止する。 更にこの電磁装置により、鋳込まれた連鋳材の純度が改善される、何故ならば 溶融金属の中の垂直方向の流れの低減により、不純物がスラグゾーンの中に浮上 することが促進されるからである。 矩形のいわゆるビームブランク横断面を有する定置の連続鋳造鋳型において、 ２組の部分攪拌器の対を設けることが提案され、この場合、各対の攪拌器は互い に対向して位置して広幅側面に配置されている。これら２組の対は互いから独立 してそれぞれ、それらの間に位置する鋳型領域内で、回転方向が反対の方向の螺 旋状に上方へ向かう回転運動を発生し、その際、浸漬管の領域内の定置の連続鋳 造鋳型の中の溶鋼の流は、浸漬管の回りでも溶融金属の螺旋状に上方へ向かう回 転運動が発生するように互いに影響し合う。 ２組の部分攪拌器の対を有する矩形横断面を有する定置の連続鋳造鋳型におけ る部分攪拌器の制御は、それぞれの対の部分攪拌が電気的に直列に接続されてい る場合には簡単化される。 本発明の電磁装置は、部分攪拌器が流込み方向に対して回転して配置される際 の回転角度の値が３０〜６０°の間の領域内にある場合に、とりわけ良好な効果 を有する。 １つの有利な実施の形態では部分攪拌器は、強磁性材料から成るＵ字形芯を有 するコイルとして形成されている。これにより、強い磁界を僅かな手間で定置連 続鋳造鋳型の中に発生することが可能となる。 異なる鋳込み条件への簡単に実現できる適応は、それぞれの対の部分攪拌器を 作動中に互いに対して回転することが可能であるサーボモータにより達成される 。従って電磁装置は僅かな手間で最適に調整設定できる。このために部分攪拌器 は好適にはサーボモータにより調整されることが可能である回転可能ホルダの中 に軸支される。制御は通常は手動で調整されるか、又は前もって与えられている 調整アルゴリズムにより行われる。調整量として例えば溶融金属の表面における 泡立ちの頻度を用いることが可能であるが、しかし、溶融金属の浸漬管に形成さ れる吸込み漏斗状溶融金属部の深度を用いることも可能である。 本発明の電磁装置を有する例えば溶鋼等の金属の連続鋳造のための定置の連鋳 材鋳型の１つの実施の形態が次に図面を用いて説明される。 図１は本発明の電磁装置を有する溶融金属の連続鋳造のための定置の連続鋳造 鋳型を示す斜視図である。図２は図１の定置連続鋳造鋳型の上面図であり、電磁 装置の部分攪拌器が交流電圧源に接続されていることを示す回路図を伴う。図３ は図１の定置の連続鋳造鋳型を示す斜視図であり、本発明の電磁装置により溶融 金属の中に誘起された機械的な力の場をも示す。 図１に示されているように、溶融金属連続鋳造用の定置連続鋳造鋳型１０は、 金属製の４つの鋳型壁１１，１２すなわち２つの広幅側面１２と２つの狭幅側面 １１とにより形成されている連続鋳造鋳型形状を有する。連続鋳造鋳型１０は下 部及び上部が開いている。金属連鋳材が鋳型から出る下部横断面は通常は、連続 鋳造鋳型１０の上部横断面により小さいか等しい。鋳型壁１１，１２は鋳型中空 空間１３を包囲し、鋳型中空空間１３の中に浸漬管１４が突出し、浸漬管１４の 自由端は１つ以上の流出開口を有する。鋳型中空空間１３の中には溶融金属が存 在し、溶融金属は連続的に浸漬管１４を介して供給可能であり、下部の鋳型流出 開口を貫流して連続的に排出される。溶融金属は、連続鋳造鋳型１０の中の冷却 された鋳型壁１１，１２との接触の際に凝固し、従ってシェルが形成される。こ のシェルの厚さは、溶融金属が連続鋳造鋳型１０を通過する際に徐々に増加し、 この増加は、金属が連鋳材として連続鋳造鋳型１０の下部から出るまで続く。シ ェルは、連続鋳造鋳型１０からの排出の際に充分な厚さを有しなければならない 、何故ならば連鋳材はまだ完全に凝固しておらず、従ってシェルがまだ溶融状態 のコアを保持しなければならいからであり、溶融コアが最終的に凝固すると固体 連鋳材が形成される。 鋳型中空空間１３の中で調整設定される鋳込み液面は、浸漬管１４の流出開口 より上に位置し、フラックス粉末により被覆されている。フラックス粉末は滑剤 として用いられ、溶融金属の外面と鋳型壁１１，１２との間の摩擦を低減する。 連鋳材鋳型１０には鋳型壁１１，１２に配置されている部分攪拌器２１〜２４ から形成されている電磁装置２０が設けられている。部分攪拌器２１〜２４は対 ２１，２４及び対２２，２３を成して接続されている。この実施の形態ではそれ ぞれ２つの対２１，２４及び対２２，２３が設けられ、対２１，２４及び対２２ ，２３は鋳込み方向Ａに対して右側及び左側に配置され、各対２１，２４及び対 ２２，２３の部分攪拌器はそれぞれ互いに対向して位置して連続鋳造鋳型１０の 広幅側面１２に位置する。図１から分かるように各対の部分攪拌器２１，２４及 び２２，２３は鋳込み方向に平行な１つの平面の中への投影が互いに角度を成し てｘ状に回転されているように配置されている。各対の部分攪拌器が互いに対し て回転されて配置されている角度は有利には３０〜６０°の領域内にある。この 図示の実施の形態では１つの対の部分攪拌器は４５°互いに対して回転されて配 置されている、すなわち各対の攪拌器の回転角は９０°すなわち２×４５°であ る。正確な角度は公知のように、部分攪拌器２１〜２４を励起する交流電圧の位 相に適合して調整される。この実施の形態のように、部分攪拌器２１〜２４が、 部分 攪拌器２１〜２４の順序でそれぞれ４５°の位相差だけ異なる交流電圧に接続さ れている場合、各対の部分攪拌器が互いに回転されて配置されるべき角度として ４５°の角度が得られる。 それぞれの部分攪拌器２１〜２４は、強磁性材料から成りＵ字状に形成されて いる芯を有する。芯はこの実施の形態では鉄心であり、鉄心は発電機に使われる 損失の少ない鉄板から形成され、銅ワイヤ製のコイルを備える。芯の横断面は矩 形である。磁極は鋳型壁１１，１２に載置している。部分攪拌器２１〜２４で生 成された磁界は鋳型壁１１，１２を透過して鋳型中空空間１３の中に入り、溶融 金属を透過する。 流動する溶融金属の中に誘導法則に従って電圧が誘起され、電圧は磁束を時間 微分した値に等しい。誘起電圧から発生する電流はビオサバールの法則に従って 溶融金属の中に力を作用する。力は、誘導磁界と電流とのベクトル積に比例する 。磁界により誘起された力の場は溶融金属の中に力学的流れを発生し、この流れ は溶融金属を攪拌する。 それぞれの対の部分攪拌器２１，２４及び２２，２３は互いに独立して作動さ れ、鋳型中空空間１３の中で部分攪拌器２１，２４及び２２，２３の間にそれぞ れ回転磁界が発生される位相関係になるように、接続される。回転磁界は溶融金 属の中で、図３に示されているように、鋳型左側半部の中で前部広幅側面１２の 近傍にその起源を有し、右側半部において後部広幅側面１２の近傍にその起源を 有する回転する機械的力の場を誘起する。回転する力の場はそれぞれ上方に向か うが、上部では対向して位置する鋳型壁に向かっている、すなわち力成分は垂直 方向にも水平方向にも存在する。従って左側及び右側の鋳型半部において互いに 反対の方向の力の場が誘起され、力の場は左側の鋳型半部においては、中央から 左側の外壁へ向かって回転する流れを溶融金属の中に発生し、右側の鋳型半部に おいては、中央から右側の壁へ向かって回転する流れを溶融金属の中に発生する 。 この場合、鋳型の中央部分において力の場の垂直成分が上方へ向かう。しかし水 平ベクトル成分は、２つの鋳型半部において互いに反対の方向である。部分攪拌 器対２１，２４及び２２，２３の間隔は、浸漬管を貫流して鋳型の中に流入する 溶融金属が既に浸漬管の中で制動されることなく、溶融金属が浸漬管の領域内で 攪拌運動を行うように、選択される。ただし浸漬管の外部での装置２０による電 磁制動作用は望ましい。 従って鋳型の中央領域内で部分攪拌器対２１，２４及び２２，２３により高温 溶融金属が常に上方へ向かって流れる。その際に溶融金属に、上方へ向けられて いる螺旋状回転運動が強制される。この回転運動は、鋳型中空空間１３の中の溶 融金属の自然の流動方法に対して反対の方向であり、従って鋳型中空空間１３の 中で少なくとも部分的に溶融金属の自然の流動の抑圧が行われ、これにより表面 における沸き立ちが阻止される。なおこのような沸き立ちは、フラックス粉末及 びスラグ粒子が連鋳材シェル領域内に入込ませる欠点を有する。 電磁装置２０により、定置の連続鋳造冷却の中の垂直流れ方向の反転が可能と なり、これにより前述の利点が得られ、しかもその際、同時に溶融金属が水平方 向で攪拌される。 鋳型の右側部分と左側部分との中で同時に行われる水平方向の攪拌により温度 毎に層が形成されることがなく、温度が一様に低減される。溶融金属の凝固前線 に球状粒子として蓄積するデンドライトが攪拌されて除去される。溶融金属の水 平及び垂直攪拌により負偏析(negativer Seigerung，いわゆる白色帯)の形成が 阻止される。 図２は、図１の定置連続鋳造鋳型の上面図を示す。付加的に電磁装置２０の部 分攪拌器２１〜２４の回路図が示されている。図２から分かるように電磁装置２ ０の対２１，２４及び２２，２３はそれぞれ直列に接続されている。従ってコイ ル対２５，２７及びコイル対２６，２８は互いに並列に接続されている。この接 続により対２１，２４及び２２，２３の部分攪拌器は通常の１つの交流電圧源で 作動させることが可能である。 同一の効果が、多相の１２０°互いに位相ずれされている三相交流によっても 、部分攪拌器対２１，２４及び２２，２３の対応する非対称な空間配置が使用さ れる場合には達成可能であることは自明である。 異なる鋳込み条件への適応を達成するためにサーボモータ（図示せず）が設け られ、サーボモータによりそれぞれの対２１，２４及び２２，２３の部分攪拌器 は作動の間にわたり前もって定められているように互いに対して回転させられる ことが可能である。これにより電磁装置２０が最適に調整設定されることが可能 である。このために部分攪拌器２１，２４及び２２，２３は、有利にはサーボモ ータにより調整されることが可能である回転可能ホルダの中に支承される。制御 は通常は手動で調整されるか又は設けられている調整アルゴリズムを用いるマイ クロプロセッサにより行われる。調整量として例えば溶融金属の表面における泡 立ちの頻度を用いることも可能であるが、しかし溶融金属の浸漬管に形成される 吸込み漏斗状溶融金属部の深度を用いることも可能である。 勿論、電磁装置２０は定置連続鋳造鋳型の部分空間の中に相応の回転方向の相 応の回転磁界をそれぞれ発生する多数の部分攪拌器対２１，２４及び２２，２３ から形成されることも可能である。回転磁界は、部分攪拌器対を正しい位相で制 御し、あるいは対２１，２４及び対２２，２３の部分攪拌器を相応に角度回転し て互いに対して調整することが可能である。 参照番号リスト １０ 連続鋳造鋳型 １１ 狭幅側面 １２ 広幅側面 １３ 鋳型中空空間 １４ 浸漬管 ２０ 電磁装置 ２１〜２４ 部分攪拌器 ２５〜２８ コイル 流込み（鋳込み）方向 Ａ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 パリス，ハンス−ヨアヒム ドイツ連邦共和国、デー 40627 デュッ セルドルフ、アイヒェンヴァント ３ (72)発明者 シュミット，オットー−アレクサンダー ドイツ連邦共和国、デー 47803 クレー フェルト、メルザー・シュトラーセ 474

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 多数の部分攪拌器を含む電磁装置を具備し、前記部分攪拌器は対を成 して連続鋳造鋳型の外壁に互いに間隔を置いて配置され、回転する電磁的な力の 場を発生するために相応の位相位置を有する交流電圧源に接続されている定置連 続鋳造鋳型において、 前記部分攪拌器（２１〜２４）が少なくとも２組の対（２１，２４及び２２ ，２３）を含み、それぞれの前記対（２１，２４及び２２，２３）の部分攪拌器 は互いに対向し、鋳込み方向に平行な１つの平面への投影が互いに角度を成して ｘ状に回転されるように配置され、すべての前記対（２１，２４及び２２，２３ ）がほぼ同一の高さに配置されていることを特徴とする定置連続鋳造鋳型。 ２． 矩形の横断面を有する定置連続鋳造鋳型において上記対（２１，２４ 及び２２，２３）の部分攪拌器が互いに対向して位置して広幅側面（１２）に配 置されていることを特徴とする請求項１に記載の定置連続鋳造鋳型。 ３． それぞれの対（２１，２４及び２２，２３）の部分攪拌器が電気的に 直列に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定置連続 鋳造鋳型。 ４． 電気的に直列に接続されている部分攪拌器（２１，２４及び２２，２ ３）がそれぞれ、９０°位相ずれされている交流電圧源に接続されていることを 特徴とする請求項３に記載の定置連続鋳造鋳型。 ５． 部分攪拌器（２１，２４及び２２，２３）がそれぞれ互いに対して回 転して配置されている角度の値が３０〜６０°であることを特徴とする請求項１ から請求項４のうちのいずれか１つの請求項に記載の定置連続鋳造鋳型。 ６． 部分攪拌器（２１，２４及び２２，２３）が、強磁性材料からなるＵ 字形芯を有するコイル（２５〜２８）として形成されている請求項１から請求項 ７のうちのいずれか１つの請求項に記載の定置連続鋳造鋳型。 ７． 作動中にそれぞれの対（２１，２４及び２２，２３）の部分攪拌器を 前もって定められているだけ互いに対して回転可能であるサーボモータが設けら れていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１つの請求項 に記載の定置連続鋳造鋳型。