JPS6188950A - 融解金属電磁撹拌装置 - 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】 本発明は融解金属、特に融Ｎ鋼を連続鋳造する場合に適
用するに好適な電磁撹拌装置に関するものである。

融解金属、例えば融解鋼を、両端が開放している鋳型内
に連続的に供給し、鋳物抽出個所を強力に冷却し、表面
が凝固され、中心部は融解状態にある棒状鋳物を連続的
に抽出して、冷却する融解金属連続鋳造方法は既知であ
る。

連続的に鋳造された金属鋳物、特に鋼鋳物には、その表
面付近に非金属夾雑物層が存在する。このため金属鋳物
の品質を改善するために、その表面を数ｍｍ程度だけ除
去することが提案された。しかしかかる作業によると、
１トン当りの鋼の損失が大きくなり、通常寸法のスラグ
を鋳造する場合には、この損失が１トン当り４０Ｋ　７
にも達する。

鋳物中における夾雑物の分ｍａ３よび分布は、鋳型内に
おける融解金属の流動性によってきまり、鋳型内におけ
る融解金属中に生ずる対流移動を促進させる手段を講す
ることが提案された。

かかる手段として、鋳物の抽出方向と反対な方向に、鋳
型壁に沿い移動する非静止磁片によって上記対流移動を
促進することが提案された。この対流移動により、金属
殻の凝固内面に捕捉された夾雑物は、鋳型内の融解金属
の頂面に向は移動し、次いでそこから大部分が自重によ
って下降する。

一般に、移動磁界は、リニヤモータの固定子と同様な多
相インダクタにより発生させ、このインダクタは、連続
鋳造鋳型の水冷室内に配設する。

かかるインダクタによれば撹拌しない場合に比べ夾雑物
の量を有効に減少させ、鋳物表面下の夾雑物層を鋳物の
中心に向けて変位させることができる。

しかし実際には、電気技術上ならびに冶金技術上幾多の
解決すべき問題があり、完全実施の域に達していない。

即ち経費を要する無益な実験を長期に亘り行うことなく
所望の工業的成果を迅速に得るように正しい磁界作用を
知る必要がある。

本発明の目的は、非金属夾雑物層を常に反復して鋳物軸
線に向は変位させ、選択した予定深さだけ変位し得るよ
うに、磁界作用を調節づる問題を簡単に解決せんとする
にある。

本発明の融解金属電磁撹拌装置は、連続鋳造鋳型と、リ
ニヤモータの固定子と同様に、鋳型軸線と平行な方向に
おいて、鋳物の抽出方向とは反対な方向に移動する非静
止磁界を発生する多相インダクタとを具える融解金属電
磁撹拌装置であって、インダクタを、 鋳型の冷却室内に配置され、鋳物通路を規定する鋳型壁
のほぼ全長に沿い、鋳物が凝固し始めるメニスカス近傍
から鋳型の下端付近まで延長する上方固定部と、 該固定部に続いて鋳型外側に配置され、鋳物の抽出方向
においてインダクタの縦延長部を構成し、磁界作用長を
所望の如く変えることができる挿脱自在下部と の互いに相違する２部分をもって構成することを特徴と
する。

本発明の実施に当り、鋼ビレットのような断面が小さな
小型金属材を電磁撹拌するにあたり、インダクタは、鋳
物を囲む同形コイルの規則正しい積層体で構成し、前記
挿脱自在下部を構成するコイルを各別に切換え、鋳物中
における夾雑物層の所望深さに依存してインダクタの作
用長を変えることができる。

又鋼スラグのような断面の大きな大型金属材をＴｉ磁撹
拌覆るにあたり、鋳型冷１１至内に配設したインダクタ
固定部を、鋳物の両面のうち大きな面と対向して配設し
た互に異なる２個の巻線をもって構成し、前記鋳物のほ
ぼ全長に亘り作用させ、該固定部の延長個所において鋳
型外側に配設した挿脱自在部を、鋳物の大きな面と接触
する支持ローラ内に配設した巻線で構成し、鋳物中の夾
雑物層の所望深さに依存して予定した距離に真っ鋳物出
口に規則正しく順次に配設することができる。

ここに言う「挿脱自在」とは、磁界作用長の増減を望む
場合、これに依存してインダクタの下部の諸コイルを物
理的に着脱することを意味する他に、電源に対するこれ
ら諸コイルの接続を切換えることをも意味するものとす
る。換言すれば、インダクタの対向する２個の間隙に作
用する磁界作用長、即ちインダクタの長さを変えること
、並にインダクタの長さを変えることなくインダクタ内
部のコイル接続を切換えることをも意味するものとする
。

上述した所から明らかなように、本発明は、連続鋳造し
た鋳物の表面下に存在する夾雑物を除去し、鋳物の性質
を改善せんとするものである。これがため磁界作用を有
効かつ適切に調節し、電磁撹拌を行わない場合に、鋳物
表面のすぐ下側でｍｍ程度の深さに位置する高濃度の夾
雑物を鋳物軸線に向は所望の予定した値の深さまで変位
さゼるようにする。

実験に徴するに、電磁撹拌によって、即ら鋳物の抽出方
向とは反対な方向における磁界力移動によって、夾雑物
の総量を低減できるのみならず、夾雑物層を鋳物中心に
向けて変位させることができること、ならびにこの変位
の大小は、磁界作用の強さに依存することを確めた。

さらに引続き実験し、磁界作用を、下式で示づ関係を満
足せしめるように調節すれば、表面下に夾雑物が存在し
ない良質な鋳物を製造し得ることを確めた。

Ｂ２・Ｌ＝−（１６ｄ２＋　１２ｏｄ　）γＶ 上式中ｄは、鋳物中の予定した夾雑物層の深さくｎｕｎ
）　、Ｂ１．ｌｔ！ｉ界の実効値＜Ｔｅ５ｌａ）　、ｌ
は磁界作用長、（ＩＩＩ）、ｒは鋳物の導電率（Ω−１
、ＩＩＩ　−１）、■は磁界移動速度（Ｉｎ　／Ｓ　） ｄの１直は、パラメータＢおよびＬを格別又は同時に調
節し、磁界作用が上式で示す関係を満足するようにして
きめることができる。

Ｂは、既知のように、インダクタの附勢電流の強さを制
御して調節し、Ｌは間隙の作用長、即ちインダクタの長
さを変えて調節する。磁界作用をして上式を満足せしむ
べき重大要件は、磁界作用を鋳型内で鋳物が凝固し始め
る個所に相当する個所まで加える点である。かかる手段
によれば金属殻の凝固内面が形成し始める個所から融解
金属を対流移動させることができる。

実際上、鋳型のどの個所で、鋳物が十分に凝固するか精
密にきめ難いが、最初に形成される金属殻によってその
凝固内面が形成されるのを知ることができる。この不確
実な問題は、鋳型内の融解金属の頂面付近まで磁界作用
を加えることによって容易に解決することができる。

ｄが変化する場合には、磁界の移動速度ｖ、即ちインダ
クタの附勢電流の周波数Ｎ　（Ｈ７）を変えて上式を満
足させることができる。その理由はＶ＝２τＮ（τはイ
ンダクタの極ピッチ（ｍ））であるためである。しかし
鋳型を導電材料〈一般に銅又は銅合金）で構成すれば、
インダクタの附勢電流の周波数Ｎを高くすると、鋳型を
通る磁界が弱くなる。これがため所定の鋳型を用いる場
合には、その最適周波数Ｎがきまり、この周波数以下で
は、融解金属に作用する磁界が弱くなる。したがって■
もこの最適周波数Ｎに相当する予定値にきまることにな
る。

図面について本発明を説明する。

第１図に示す本発明装置の一例においては、鋳型］をそ
の全長に亘り冷却液によって強制的に冷却する。これが
ため鋳型壁を囲む幅狭の環状空所２の底部から頂部に向
けて冷却液を強制的に循環させる。この場合冷却液は冷
却苗３内にその頂部から導入し、環状空所２をｌ￥Ｃ頂
部冷却室４から排出させる。

本例においては、融解金１ｉ１５を鋳型内に注入するた
め、浸漬管６を用い、供給融解金属７を保護して、外気
によって酸化されないようにする。鋳型内に金属殻８が
凝固し始める。この金属殻８の内壁９は、一般に凝固内
面とよばれる。

電磁インダクタ１０は互に相違する２個の部分をもって
構成する。固定部分１１は、鋳型の冷ＰｉＩｙ内の冷却
液中に浸漬し、鋳型の長手方向に沿い、鋳型内の融解金
属の頂部１２の位置に相当する高さから、鋳型の底部に
向は延長さける。挿脱自在部分１３は、固定部分１１に
続いて鋳型の外側に配設し、固定部分１１の下側延長部
分を構成する。

インダクタ１０を構成する画部分１１および１３は、金
属Ｍ１８をＩｉｌむ互に同位置な環状コイル１４を規則
正しく積層して構成する。

これら環状コイル１４を多相電源に接続し、これら環状
コイル１４を流れる電流によって生ずる磁界を鋳物中に
侵透させ、鋳型軸線に沿い縦方向に上昇させる。この方
法は、鋳物軸線に位置づる直立矢で示す鋳物の抽出方向
とは反対とする。かがる磁界は一般に移動磁界と称せら
れ、インダクタ１０は誘導リニヤモータの固定子と同様
に作用する。

浸漬管６を経て供給される融解金属は鋳型内の融解金属
Ｓ中に浸入し、その内Ｃ移動し、ＦＩＡ解金属５内を下
降する軸線方向の流れを生ずる。移動磁界は、融解金属
の周縁に作用させるのが好適である。この場合凝固金属
殻８に隣接する領域では、融解金属を上向矢で示すよう
に上方向に移Ｃノせしめる。融解金属５中を下降する金
属流と、上昇する金属流との双方の移動の相乗作用によ
って、融解金属を絶えず循環させ、融解金属は軸線領域
では下降し、周縁領域では上昇する。この場合電図１作
用のため、周縁領域における上野移動は加速ｄれ、成る
程度循環した後、移動速度は、金属設８の凝固内面９を
有効に「洗滌」するに十分な程度の速度となり、夾雑物
が金属に捕捉されるのを防止し、夾雑物を頂面１２に向
【ノ上昇させ、１部分を自重によって下降させ、残部は
軸線方向の下降移動によって鋳物中心に位置させ、電磁
作用が殆んど及ばないインダクタの作用部分の下部で、
始めて金属殻８の凝固内面９に捕捉されるようにＪる。

上述したように、本発明の特徴は、インダクタの挿脱自
在部分１３の作用長を変更できるようにする点にある。

かかる手段を達成するため、コイル１４を鋳型の外側で
挿脱するか、又は単にコイル相互の接続を切換え得るよ
うにする。コイルの取外し並に］イルの鋳型底部への取
付けは、適当な手段によって達成することができる。図
面に示す例では、コイル支枠の環状７ランジ１６相互を
ボルト１５によって締着した。各挿脱自在のコイル１４
を水冷室内に装着し、コイル１４をその許容温度に維持
する。各コイルには各別に冷却室を設けることができる
。或いは又共通冷却室を設け、これを多数の冷ｆｊ１室
に連通し、場合によっては、鋳型冷部室にも連通さける
ことができる。かかる手段は当業者にとって既知である
ため、図面を簡単とするため省略した。

本発明方法を実施するために用いる装置において、イン
ダクタの磁界作用長との下限値ＬＯは、磁界作用長しに
よりきめる。即ち下限値ＬＯは、固定部１１の長さによ
りきめ、追加コイル１４を用いない場合には、鋳型の長
さによりきめる。

磁界作用の強さは、その実効値Ｂを加減して調節し、一
般に１ないし１０１１１１である比較的短かい夾雑物体
積層の深さｄを求めるのが好適である。

第２図はスラブのような断面が大きい大型材を鋳造する
に好適な実施例を示す。

スラグのような断面が大きい大型材を連続鋳造する場合
には、上述した型の管状インダクタでかかる大型材を囲
むことが難かしい。またかかる管状インダクタは材料の
僅かの表面にしか磁界作用□　を加えるだけで、大型材
の場合には所望の冶金効果を殆んど秦さない。第２図に
示す例においてもインダクタ１０の固定部１１を冷却至
内に収納し、冷ｆＪＩ室を、鋳型１を介して鋳物と接触
させる。この固定部は、磁性成層体２０と、この成層体
２０に鋳型軸線に対し直角を成す方向にあ番プた条溝１
９内に配設した水平導杆１８とで構成し、成層体２０で
磁束の帰路を形成プ゛るヨークを構成し、鋳物全体に磁
束を規則正しく分布せしめるようにする。本例において
は、挿脱自在部１３を支持ローラ２１で構成し、これら
支持ローラ２１を、鋳型の下部外側に密接して配設し、
鋳物と順次に接触させる。これらローラ２１（よ中空と
し、その内にコア２２を収納する。コア２２は磁性成層
体で構成し、これに縦条溝２３を形成し、その内に導線
２４を配設する。コア２２は固定するか又はローラ軸榎
の周りを回転さゼることができる。コア２２をローラ軸
線の周りを回転させる場合には、その一端にコレゲタ（
図示せず）を取付け、導線２４に電流を選択的に流して
、鋳物軸線に対し直角を成す平面内に非固定磁界を絶え
ず発生せしめ得るようにする。

導線２４並に固定部１１の導杆１８を多相電源に適当に
接続し、インダクタ１０の間隙内で下から上に向は移動
する磁束流を発生させるようにする。インダクタ１０の
作用長りを所望の如く変えるため、支持ローラ２１の数
を変えることができる（或いは又電源に接続されている
巻線の数だけを変えることができる）。支持ローラ２１
は、支枠２５によって保持し、支枠２５には水噴射管２
６を設け、これによって鋳物並に導線２４を冷却する。

第２図に示す実施例は、一方においては固定部１１のイ
ンダクタと、挿脱自在部１３のインダクタの形体が豆に
相違し、他方においては、これら両部会がその連結個所
で非連続となる欠点があるものと従来考えられていた。

しかし実験に徴ツるに、インダクタ１０の異なる導線相
互間の離間距離をできる限り一定にしようとする若干の
初歩的な注意によって、本発明による関係式は、磁界作
用長りに関し、はぼ１５？６で正しいことが証明された
。

第１図に示す装置を利用して断面の一辺が１２０ｍｍの
方形ビレットを連続鋳造する場合の￥１ｌｌｌ′ｉ例に
ついて説明する。

ビレットの抽出速度は、常に約２ｍ／ｍｉｎであり冷却
条件を考慮すると、鋳型の下端付近における凝固殻の厚
さは約１２ｍｍである。

インダクタは三相電源より給電し、共通相に接続されて
いるコイルは、１対毎に逆直列に接続する。同一相に接
続されている連続した２個のコ２ｒル相互間は、伯の給
電相にそれぞれ接続されている他の２個のコイルによっ
て離間する。ここでインダクタのピッチは０．２４ｍで
ある。これは各相に最大３５０Ａの電流を、加熱し過ぎ
ることなく供給することができる大きさである。この電
流は、金属殻８の凝固内面９に隣接する周辺領域におけ
る融解金属中で約０．０４２Ｔ　ｅｓｌａの磁界の実効
値に相当する。

電源電流の周波数は１０Ｈｚに固定した。この周波数値
は、上述した場合に対する最適値である。

夾雑物層を、ビレット表面より約８ｍｍの深さの位置に
押しのけるためには、インダクタの作用を調節して、…
界Ｂの二乗Ｂ２と、磁界作用長しとの積Ｂ２Ｌが６．６
ｘ　１０−’　Ｔ　ｅｓｌａ２ｘ　ｍに等しくなるよう
にする。ここに鋳物鋼の導電率γはほぼ６．２５　ＸＩ
Ｏ３Ω−１，ＩＩｌ＠である。

鋳型の外側のインダクタの下部１３を取外し、インダク
タ１０の外側の延長の有効長さをゼロとする場合、イン
ダクタ１０の長さＬＯの極ピッチ０．２４ｍの２倍、即
ら０．４８ｍに等しくなる。

このとき必要な磁界実効伯は０．０３７Ｔ　ｅｓｌａで
ある。長さ０．４８ｍの固定部１１のみを利用するイン
ダクタで実験した所、深さ８Ｉｌｌｌｌに位置を定めた
夾雑物層は０．０４２　Ｔ　ｅＳ　ｌ　ａの磁界実効値
（各相を流れる電流は３５０Ａ　　　＞により得られた
。

ｆｆ 次いでインダクタの下部を３個のコイルによって０．２
４１１１　（極ピッチに相当する）だけ延長させて実験
した。本発明によれば、０．０３０Ｔ　ｅｓｌａの磁界
実効値で所望の冶金成果を得ることができる。実験結果
は０，０３４Ｔ　ｅｓｌａの磁界実効値を使用する必要
があることを示した。従って、実験値と本発明による関
係式との間は、はぼ１０％以内で一致するので、この式
が正しいことが証明された。

本発明は、金属材を連続的に鋳造する場合に、その成分
や形状とは無関係に適用することができる。本発明によ
れば非金属夾雑物層を金属材の中心に向は所望通りに変
位させ、かつ積層の如き最終冶金処理に応じて作業員が
予定し選択した深さとし、金属表面の性質を改善するこ
とができる。

本発明の実施態様は、次の通り要約することができる。

（１）　特許請求の範囲記載の装置によって鋼ビレット
のような断面が小さな小型金属材を電磁撹拌するにあた
り、インダクタは、鋳物を囲む同形コイルの規則正しい
積層体で構成し、前記挿脱自在下部を構成するコイルを
各別に切換え、鋳物中における夾雑物層の所望の深さに
依存してイダクタの作用長を変える。

（２、特許請求の範囲記載の装置によって鋼スラグのよ
うな断面が大きな大型金属材を電磁撹拌づるにあたり、
鋳型冷却市内に配設したインダクタ固定部を、鋳物の両
面のうち大きな面と対向して配設したＨに異なる２個の
巻線をもって構成し、前記鋳物のほぼ全長に亘り作用さ
せ、該固定部の延長個所において鋳型外側に配設した挿
脱自在部を、鋳物の大きな面と接触する支持ローラ内に
配設した巻線で構成し、鋳物中の夾雑物層の所望深さに
依存して予定した距離に亘り鋳物出口に規則正しく順次
に配設づる。

【図面の簡単な説明】

第１図は断面の小さな金属材を連ＶＣ鋳造するための本
発明装置の一例を示す縦断面図、第２図は断面の大きな
金属材を連続鋳造するための本発明装置の変型を示す縦
断面図である。 １・・・鋳型　　　　　　　２・・・環状空所３・・・
冷却室　　　　　　４・・・頂部冷１Ｊ］　ｉ５・・・
融解金属　　　　　６・・・浸漬管７・・・供給融解金
属　　　８・・・金属殻９・・・凝固内面　　　　　１
０・・・電１２インダクタ１１・・・固定部　　　　　
　１２・・・融解金属頂面１３・・・挿脱自在部　　　
　１４・・・環状コイル１５・・・ボルト　　　　　　
１６・・・環状フランジ１８・・・水平導杆　　　　　
１９・・・条溝２０・・・磁性成層体　　　　２１・・
・支持ローラ２２・・・コア　　　　　　　２３・・・
縦条溝２４・・・導線　　　　　　　２５・・・支枠２
６・・・水噴射管 畢 ＩＧ−１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、連続鋳造鋳型と、リニヤモータの固定子と同様に、
   鋳型軸線と平行な方向において、鋳物の抽出方向とは反
   対な方向に移動する非静止磁界を発生する多相インダク
   タとを具える融解金属電磁撹拌装置であって、インダク
   タを、 −鋳型の冷却室内に配置され、鋳物通路を 規定する鋳型壁のほぼ全長に沿い、鋳物が 凝固し始めるメニスカス近傍から鋳型の下 端付近まで延長する上方固定部と、 −該固定部に続いて鋳型外側に配置され、 鋳物の抽出方向においてインダクタの縦延 長部を構成し、磁界作用長を所望の如く変 えることができる挿脱自在下部と の互いに相違する２部分をもつて構成することを特徴と
   する融解金属撹拌装置。