図面 (/)

技術 電磁場を用いる金属垂直連続鋳造方法とその実施のための鋳造設備

出願人 アルセロール・フランス
発明者 エテ,ジャクリーヌガルニエ,マルセルドゥラノワ,イヴガルパン、ジャン-マリーラマン,ジャン-イヴガルダン,パスカル
出願日 2006年8月21日 (15年3ヶ月経過) 出願番号 2006-224013
公開日 2007年1月11日 (14年10ヶ月経過) 公開番号 2007-000936
状態 特許登録済
技術分野 連続鋳造
主要キーワード 磁化体 交番電磁場 固化構造 電気変圧器 求心作用 薄片構造 低周波範囲 鋳造軸
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年1月11日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

鋼鉄などの金属の連続鋳造機械において、生産性表面品質の向上を図る。

解決手段

本発明に係る金属連続鋳造方法は、鋳型内に存在する溶融金属メニスカスに、全体的にドーム状の形をそれに付与しようとする軸方向パルス交番磁場の作用と同時に、メニスカスの表面動揺を沈めるための横断方向連続磁場の作用にもかけられる。実施設備は、金属スラブ鋳造のための冷却組み立てプレート(2,3と4,5)付きの鋳型(1)と、鋳造軸(11)と共線の、軸方向磁場を発生するために溶融金属のメニスカス(12)の部位で鋳型を囲繞するパルス化交流コイル(17)と、鋳造軸に垂直なメニスカス(12)の部位で鋳型の大きなプレートを横断する連続磁場インダクタとから成る。

概要

背景

あらゆるサイズの連続鋳造鋳型内溶融鋼鉄運動に影響する電磁場を使うことは、今日広く知られている。回転電磁場(断面が正方形、またはやや長方形ブルームおよびビレット鋳造の場合)または摺動電磁場(幅が厚みよりもはるかに大きな長方形断面のスラブの鋳造の場合)をかけることの主たる目的は、製品断面全体にわたって固化構造物を均質化させ、製品の表面状態、ならびにその表面近傍をはじめとする、その含有不純物清浄度を向上させることにある。スラブの連続鋳造において、メニスカス鋳型の上部で溶融している金属の自由表面)の安定性を得るために、鋳型内に静的電磁界印加することも知られている。この安定化によって、製品鋳造速度を、ひいては連続鋳造機械生産性を上げることができる。このような効果を得ることができる電磁装置は、「電磁ブレーキ」という名前で知られている。

連続鋳造鋳型内の電磁場の既知の使用は、今のところ、鋳造製品品質問題のすべてを完全に満足できる仕方で解決するには不十分である。残っているこれらの問題として、以下のことがあげられる。すなわち、
・鋳造粗製品の表面品質向上であり、これは表面クラックの数と、揺動しわの深さの減少によってもたらされる。
・鋳造製品の鋼中含有不純物の清浄度の向上であって、これらは鋳型の振動の際に形成される「固化角(つの)」のサイズの減少によってもたらされるが、この固化角は鋳型の溶融金属内に存在する包含不純物気泡を取り込む場となるからであり、また清浄度の向上は、固化先頭による包含不純物の引き込みの除去によってももたらされるが、これは電磁撹拌によって駆動される溶融金属による固化先頭の「洗浄」効果を利用する(これらの問題に関わるメカニズムについては後で述べる)。
・溶融で鋳型に侵入する被覆スラグによって鋳型と固体金属界面の最適な潤滑保証するために、十分なメニスカスの安定性を得ることであって、この潤滑向上によって通常の速度を大幅に上回る鋳造速度に接近できるようにする。

これらの課題を十分解決することによって、鋳造機械製鋼所全体の生産性の向上に結びつく。上述の鋳造速度の向上に加え、問題の解決によってスカーフィング作業(欠陥部分を除去するための製品表面の研磨)の頻度が低下し、熱間圧延に直接送るのに十分な品質の製品の割合が向上するだろう。しかしながら、現在知られているいかなる技術も、上記の品質目的すべてを最適な方法で同時に達成することはできない。さらに、これらの目的のいずれかを満たすことを可能にする既知の技術は、高価であるか、あるいは他の鋳造条件の影響をきわめて受けやすいので、微妙な調整が要求される。それらの中で、磁場を利用する上述の方法のほかに、非正弦波を鋳型に印加するシステム、制御された高温粗面の模様をつけた鋳型、最適化組成の被覆スラグ、などが挙げられる。
この分野における先行する発明としては、例えば、特開平7−148555号公報に記載された発明がある。その構成は、溶融金属が注入される鋳型の上部に鋳型内溶融金属にピンチ力を付与する電磁コイルを配設し、この電磁コイルに交流電流を印加する電源装置を併設した溶融金属の連続鋳造装置において、鋳型内に溶融金属を注入する注入ノズル吐出口下方の鋳型内において最大値を有する静磁場を発生するコイルを配置し、このコイルに直流電流を印加する電源装置を併設した、溶融金属の連続鋳造装置である。
また、特開平5−084551号公報には、溶鋼の連続鋳造に関する発明が提案されており、鋳型メニスカス近傍では静磁場のみを印加し、一方、浸漬ノズルの下方、望ましくは鋳型直下の位置では静磁場の印加と直流電流の印加との併用による静磁場通電を実施する。これにより、気泡や介在物が溶鋼中深く侵入して品質の低下を招くことがないようにすることを目的としている。
特開平7−148555号公報
特開平5−084551号公報

概要

鋼鉄などの金属の連続鋳造機械において、生産性と表面品質の向上をる。本発明に係る金属連続鋳造方法は、鋳型内に存在する溶融金属のメニスカスに、全体的にドーム状の形をそれに付与しようとする軸方向パルス交番磁場の作用と同時に、メニスカスの表面動揺を沈めるための横断方向連続磁場の作用にもかけられる。実施設備は、金属スラブ鋳造のための冷却組み立てプレート(2,3と4,5)付きの鋳型(1)と、鋳造軸(11)と共線の、軸方向磁場を発生するために溶融金属のメニスカス(12)の部位で鋳型を囲繞するパルス化交流用コイル(17)と、鋳造軸に垂直なメニスカス(12)の部位で鋳型の大きなプレートを横断する連続磁場インダクタとから成る。

目的

本発明の目的は、鋼鉄をはじめとする、金属連続鋳造機械の使用者が期待する生産性と品質の目標を満たすことを可能にする金属連続鋳造の方法と設備を提案することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

冷却組み立てプレート付きの揺動鋳型内の金属製品垂直連続鋳造方法であって、鋳造すべき溶融金属を揺動式の前記冷却プレートに接触させ、鋳型内に存在する溶融金属のメニスカス区域に、全体的にドーム状の形を前記メニスカスにつけるように、鋳造方向と共通の線の軸方向交番磁場の作用をかけ、500Hz以下の周波数パルス化交流によって生成される磁場を用い、また、前記メニスカス区域(12)にも、鋳造方向(11)に対して横断方向に向けられた連続磁場をかけることによって、前記メニスカス(12)の形状を安定させられるようにすることを特徴とする、金属製品垂直連続鋳造方法。

請求項2

冷却組み立てプレート(2,3と4,5)付きの揺動式鋳型(1)を含む、金属垂直連続鋳造のための設備であり、該プレートの大きな2つ(2,3)が、内部で鋳造金属が前記冷却プレートと接触する鋳造空間画定するために向かい合っており、またこの設備は、500Hz以下の周波数で交流が供給され、溶融金属のメニスカス部位(12)で鋳型を囲繞する電磁コイル(17)を備えたタイプであり、該電磁コイルは鋳造軸(11)に沿って向けられた交番磁場を発生させるためにあり、該設備がまた、鋳造軸に垂直にメニスカス部位(12)で鋳型の大きなプレート(2,3)を横断する連続磁場を発生する電磁インダクタ(19から23)も備えていることを特徴とする、金属垂直連続鋳造設備

請求項3

この冷却組み立てプレート(2,3と4,5)が、少なくともその上部が、絶縁物質(44)によって分離された複数個の垂直区分(43)に分割されることを特徴とする、請求項2に記載の金属垂直連続鋳造設備。

技術分野

0001

本発明は、金属の連続鋳造に関するものである。より具体的には、連続鋳造鋳型内に導入された電磁装置に関するものであり、この鋳型は前記鋳型内に存在する溶融金属に作用する。

背景技術

0002

あらゆるサイズの連続鋳造鋳型内の溶融鋼鉄運動に影響する電磁場を使うことは、今日広く知られている。回転電磁場(断面が正方形、またはやや長方形ブルームおよびビレット鋳造の場合)または摺動電磁場(幅が厚みよりもはるかに大きな長方形断面のスラブの鋳造の場合)をかけることの主たる目的は、製品断面全体にわたって固化構造物を均質化させ、製品の表面状態、ならびにその表面近傍をはじめとする、その含有不純物清浄度を向上させることにある。スラブの連続鋳造において、メニスカス(鋳型の上部で溶融している金属の自由表面)の安定性を得るために、鋳型内に静的電磁界印加することも知られている。この安定化によって、製品鋳造速度を、ひいては連続鋳造機械生産性を上げることができる。このような効果を得ることができる電磁装置は、「電磁ブレーキ」という名前で知られている。

0003

連続鋳造鋳型内の電磁場の既知の使用は、今のところ、鋳造製品品質問題のすべてを完全に満足できる仕方で解決するには不十分である。残っているこれらの問題として、以下のことがあげられる。すなわち、
・鋳造粗製品の表面品質向上であり、これは表面クラックの数と、揺動しわの深さの減少によってもたらされる。
・鋳造製品の鋼中含有不純物の清浄度の向上であって、これらは鋳型の振動の際に形成される「固化角(つの)」のサイズの減少によってもたらされるが、この固化角は鋳型の溶融金属内に存在する包含不純物気泡を取り込む場となるからであり、また清浄度の向上は、固化先頭による包含不純物の引き込みの除去によってももたらされるが、これは電磁撹拌によって駆動される溶融金属による固化先頭の「洗浄」効果を利用する(これらの問題に関わるメカニズムについては後で述べる)。
・溶融で鋳型に侵入する被覆スラグによって鋳型と固体金属界面の最適な潤滑保証するために、十分なメニスカスの安定性を得ることであって、この潤滑向上によって通常の速度を大幅に上回る鋳造速度に接近できるようにする。

0004

これらの課題を十分解決することによって、鋳造機械製鋼所全体の生産性の向上に結びつく。上述の鋳造速度の向上に加え、問題の解決によってスカーフィング作業(欠陥部分を除去するための製品表面の研磨)の頻度が低下し、熱間圧延に直接送るのに十分な品質の製品の割合が向上するだろう。しかしながら、現在知られているいかなる技術も、上記の品質目的すべてを最適な方法で同時に達成することはできない。さらに、これらの目的のいずれかを満たすことを可能にする既知の技術は、高価であるか、あるいは他の鋳造条件の影響をきわめて受けやすいので、微妙な調整が要求される。それらの中で、磁場を利用する上述の方法のほかに、非正弦波を鋳型に印加するシステム、制御された高温粗面の模様をつけた鋳型、最適化組成の被覆スラグ、などが挙げられる。
この分野における先行する発明としては、例えば、特開平7−148555号公報に記載された発明がある。その構成は、溶融金属が注入される鋳型の上部に鋳型内溶融金属にピンチ力を付与する電磁コイルを配設し、この電磁コイルに交流電流を印加する電源装置を併設した溶融金属の連続鋳造装置において、鋳型内に溶融金属を注入する注入ノズル吐出口下方の鋳型内において最大値を有する静磁場を発生するコイルを配置し、このコイルに直流電流を印加する電源装置を併設した、溶融金属の連続鋳造装置である。
また、特開平5−084551号公報には、溶鋼の連続鋳造に関する発明が提案されており、鋳型メニスカス近傍では静磁場のみを印加し、一方、浸漬ノズルの下方、望ましくは鋳型直下の位置では静磁場の印加と直流電流の印加との併用による静磁場通電を実施する。これにより、気泡や介在物が溶鋼中深く侵入して品質の低下を招くことがないようにすることを目的としている。
特開平7−148555号公報
特開平5−084551号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明の目的は、鋼鉄をはじめとする、金属連続鋳造機械の使用者が期待する生産性と品質の目標を満たすことを可能にする金属連続鋳造の方法と設備を提案することである。

課題を解決するための手段

0006

これらの目標を満たすために、本発明は、冷却組み立てプレート付きの鋳型内の金属製品垂直連続鋳造方法を目的とし、該方法によって鋳型内に存在する溶融金属のメニスカス区域に、全体的にドーム状の形を前記メニスカスにつけるように、鋳造方向と共通の線の軸方向交番磁場の作用をかけ、また前記メニスカス区域にも、鋳造方向に対して横断方向に向けられた連続磁場をかけることによって、前記メニスカスの形状を安定させられるようにすることを特徴とする。

0007

本発明はまた、冷却組み立てプレート付きの鋳型を含む、金属垂直連続鋳造設備を目的とし、そのプレートの大きな2つが鋳造空間画定するために向かい合っており、またこの設備は、交流が供給され、溶融金属のメニスカス部位で鋳型を囲繞する電磁コイルを備えたタイプであって、該電磁コイルは鋳造軸に沿って方向付けられた交番磁場を発生させるためにあり、該設備がまた、鋳造軸に垂直にメニスカス部位で鋳型の大きなプレートを横断する連続磁場を発生する電磁インダクタも備えていることを特徴とする。

0008

以上から分かるように、本発明は連続鋳造鋳型内に存在する溶融金属内に、少なくとも2つの電磁場を発生させることからなり、この電磁場はメニスカス区域で前記金属に同時に作用する。これらの電磁場の一方は軸方向交番磁場であり、他方は横断方向連続磁場であって、両者共にメニスカス部位に作用する。これら電磁場は、導入されたインダクタ、あるいはメニスカス近傍で磁場の効果を発生するインダクタによってもたらされる。

0009

概略的には、鋳造軸と共線の交番磁場がメニスカスを「ドーム状」にするのに役立ち、すなわち鋳型の壁に接触して、自然にわずかに形成するドーム状の凸型を強調するのに用いられる一方で、横断連続磁場は、この交番磁場によって発生した隠れた対流運動の結果として生じる、このメニスカス表面の局部的な幾何学的形状の不規則性減衰するための電磁ブレーキとして作用する。

0010

理論的には、単一の交番磁場を適用するだけで、凸型で平滑なメニスカスを得るのに十分である。実際、溶融金属上に発生した電磁力は、下記を同時に有する。
・メニスカス周縁を鋳型の壁から遠くに押し返す、すなわちその表面を平滑にしてその縁を「くぼませる」という傾向のある閉じこめ表面成分。この力は特に高周波で作用する。
・および、得られる溶融金属の対流運動の形状のために、メニスカスの中心部分を「ふくらませる」撹拌体積成分(鋳型の中心で金属が再上昇する環状撹拌)。反対に、この力は低または中周波で特に活発になる。それはさらには、表面の不安定性発生源となっているからである。この撹拌力の最大効果は中周波で、すなわちさらに限定的には200Hz前後で得られるが、いずれの場合にも500Hz未満であれば、鋳型の種類または厚みを問わず、また鋳造金属製品の大きさを問わず得られる。

0011

メニスカスに所望の強調された凸型を授けるのは、これら2つの結合した作用−周縁の反発と中心の上昇撹拌に他ならない(これらは、同一のパルス化磁場から得ることができるようになっている)。

0012

同じ次元の考えで、ただし電磁密閉内の、すなわち型の冷却された壁と金属との一切の接触の外での金属の固化を目的として、2つの軸方向磁場の重なりによって構成される鋳型の部位で磁気環境を生み出すことが提案されており、ここではすなわち、両者共に鋳造軸に沿って向けられ、一つは周期的(密閉場)、もう一つは閉じこめられた溶融金属内に放射状の振動力を発生するために一定である。これらの磁場は、鋳型の上部を包囲する個々のコイルによって発生し、一方は500と5000Hzの間に含まれる周波数の交流を給電され、他方は直流を給電される。交番磁場の撹拌効果を制限するために、上記2つのコイルがすでに作用しているところに、商用周波補完周期的軸方向磁場を発生するために包囲する第三のコイルの追加も提案された(欧州特許EP−A0100289号、またはCh.Virvesの論文”Effects of forced electromagnetic vibrations during the solidification of aluminium alloys: Part II. Solidification in the presence of colinear variable and stationary magnetic fields(「アルミニウム合金の固化の間の強制電磁振動の効果」 第2部、「共線可変固定磁場のあるときの固化」)、掲載雑誌Metallurgical and materials transactions B,27B巻3号1996年6月1日pp.457-464”)。この種の情報は、この種のものとしては簡潔にすぎるが、ドイツ特許DE35 17 733号公報(1986)にも見いだされ、そこでは、高周波密閉可変軸磁場の横に、区別なく軸方向または横断方向でありうるが、しかし鋳型の全長にわたって作用しなければならない連続磁場を利用することが提案されているが、技術面できわめて複雑な電磁的組み立てになることは避けられない。

0013

そこで、対象の用途分野を問わず、閉じ込め固化であろうと、あるいは本発明の場合、メニスカスのな幾何学的形状の制御であろうと、課題は、銅製鋳型を通して鋳造金属に十分な電磁エネルギーを伝達するに至ることである。採用した周波数のレベルで(500Hz以上)は、実際に、鋳型の金属壁対抗する磁気シールド効果のために、それが「電磁冷間るつぼ」として機能することを可能にするために、金属壁を垂直方向区分することが必要になるだろう。

0014

このような措置は、鋳型自体である中間磁化体を介して作用する最終被誘導体(鋳型内溶融金属)の溶融体性質に結びつく電気力学的不安定性が不可避なので、電磁学の面でも同時に実施が複雑になる。また、鋳型が何よりもまず底のない垂直結晶皿であって、該結晶皿の側面の気密性を常に完全に保証しなければならず、大きさが幾何形状的に安定しなければならず(大きな面の膨張現象の防止)、そして冷却回路が厳密に最適化されているという事実によっても複雑である。鋳型の分割、とくに大きな側面の分割は、技術面および機能面で実証済みの鋳型の設計の根本的見直しを迫るかもしれない。

0015

実際、隅で組み合わされた(向かい合った2つの大きな平坦面と端の2つの小さな面)銅製または銅合金製の4枚のプレート構造であるため、スラブ鋳型は当然「冷間るつぼ」のように作用するが、それは中周波についてである。200Hzでは、インダクタから供給された電磁力の大半は、厚みが40または45mmを滅多に越えない壁を通って、溶融金属に問題なく伝達できる。しかし、この周波数では、先に述べたごとく、閉じ込め力と金属対流の組み合わせの結果、メニスカスが変形し、メニスカスの「平均」変形率が経時的に大きく変動することになる。そのために、本発明の主要な特徴の一つによれば、鋳造軸に直角に向けられた連続磁場をかけ、鋳造軸自体をもメニスカス部位で使用すると、該軸はメニスカスの凸型の200Hzでの求心力によって発生する隠れた溶融金属の対流運動に対する電磁ブレーキのように作用し、これによって、表面メニスカスの平滑効果に至る。

発明を実施するための最良の形態

0016

本発明、およびその他の特徴と利点は、以下の本発明の実施例としての説明を、付属の図面を参照して、読むことによっていっそう明らかになるであろう。
図1は、先行技術による鋼鉄スラブの連続鋳造鋳型の概略を示す長手方向断面図である。
図2は、本発明による鋼鉄スラブの連続鋳造鋳型の概略を示す斜視図である。
図3は、本発明によるこの同一の鋳型の概略を示す長手方向断面図である。
図4は、上述の鋳型の第一の変型の概略を示す斜視図である。
図5は、電磁場に対する透過性をかなり高める鋳型の形状を示している。

0017

それぞれの図において、同じ要素は同一の参照番号で表示される。

0018

図1に概略化した、先行技術によるスラブの連続鋳造鋳型1は、内部の水の循環によってエネルギー的に冷却された、銅製または銅合金製の4つの平坦壁、すなわち向かい合った2つの大きな壁2,3−そのうち2だけが図1に図示されている−と、端部の閉鎖の2つの小さな壁4,5を備えている。簡便のために、鋳型1の壁2,3,4,5の内部冷却手段(一般的に、内部に水が流れる垂直溝を画定する外被)は図示しなかった。

0019

鋳型1は、垂直に向けられて、鋳造軸11を画定している。この鋳型は鋳造中に、矢印6で示したごとく小さな振幅で垂直方向に揺動する。鋳型は、耐火材料製ノズル8から溶融鋼鉄7を供給されるが、このノズルは溶融鋼鉄の溜を構成する、図示されていない分配機の底に取り付けられている。鋳型1に導入された溶融鋼鉄7は、冷却金属大壁の面2、3に対して(また付随的に端の小さな面4,5に対して)固化して、固化皮9を形成する。皮9の厚みは、固化中のスラブ10が図示されていない周知の抽出手段によって、矢印31の方向に、鋳型1の開放底から抜き出されるにつれて増加する。

0020

溶融鋼鉄7の自由表面12(通常「メニスカス」と呼ばれる)は、金属酸化物ベースとする被覆スラグによって覆われており、該スラグの機能は、鋳造作業に非常に有益で、また多岐にわたる。第一に、溶融鋼鉄7の表面12から発せられた熱放射を停止し、その冷却を減衰する。特に、次のメカニズムによって、固化皮9と鋳型1の壁2,3,4,5の間の界面の潤滑を保証する。被覆スラグは粉末の形で溶融鋼鉄7の表面12上に付着する。そこでスラグが形成する上層13は固体状態に止まる一方、溶融鋼鉄7と接触した下層14は溶融状態に止まるので、溶融鋼鉄は固化皮9と鋳型の壁の間に侵入できるようになる。そこで潤滑剤の役割を演じる。しかしながら、スラグのビード15,すなわち冷却金属壁2,3,4,5との接触で固化した被覆スラグの帯が存在することが分かる。このスラグのビード15は、鋳型の周辺全体に行き渡り、10から20mm程度の、かなりの最大厚みを示すことがある。

0021

鋳型の垂直揺動運動6に結びつけられる、スラグのビード15の存在は、固化の際のスラブ10の上に表面欠陥を発生させる。固化皮9は、鋳型1の再上昇相で、スラグのビード15とぶつかる。そのため、いわゆる「固化角」16,すなわち鋳型1の下部方向への固化皮9の上端の内側湾曲、ならびに固化鋳造製品の表面にある、さまざまな深さの揺動しわが形成される。この固化角16と、それに連動している揺動しわは、最終製品の品質を劣化させる偏析と表面クラックの形成と、非金属包含物と、溶融鋼鉄7の下部領域の固化先頭に沿って上昇する気泡の取り込みとに絶好の場所となる。

0022

これらの問題に対する既知の対策(参照:論文題名"Improvement of surface quality of steel by electromagnetic mold" H.Nakata, M.Kokita,M.Morisita, et K.Ayata, Proceedings of the International Symposium on Electromagnetic Processing of Materials, 1994, Nagoya)(「電磁的鋳造法による鋼の表面品質の改善」、材料の電磁的処理に関する国際シンポジウム論文集、1994年、名古屋、)はメニスカス部位でその周縁全体上の鋳型1を囲繞し、したがって、鋳造軸に沿って交番磁場を発生する多螺旋コイル手段によって、100と100000Hzの間の、好ましくは200と20000Hzの間に含まれる周波数で、交番電磁場をかけるものになるだろう。

0023

図2と3に概略を示した本発明による装置は、上述の範囲に属する周波数で作動する交流発生器(図示されていない)に接続された、かかるコイル17を備えている。コイル17の電磁場は、溶融鋼鉄7内に、とくにメニスカス部位12に誘導電流を発生する。先に示したように、場と電流の間の相互作用は、このとき電磁力を発生し、鋳型壁部位での該電磁力作用は、メニスカスの周縁をくぼませる求心作用18であり、溶融鋼鉄7内での該求心作用は、メニスカス12の中心で腫れを引き起こす撹拌作用になる。他の条件は等しいままで、電磁場の周波数が上がれば上がるほど、溶融鋼鉄7の内部への電磁場の侵入は弱まり、したがってより多くの電磁力(その強さは電流周波数に依存しない)が制限された周縁容積内に集中する。そうして、上述の周波数範囲内で、溶融鋼鉄7の反発力を得るのに十分な強さの閉じ込め力18が得られ、該溶融鋼鉄はこの場所でくぼみ、したがって、スラグのビード15と接触しなくなる。

0024

このようにして、鋳型1内の溶融鋼鉄7のために強調されたドーム状の表面12が得られる。このときから、図3に示したように、その直接の環境の温度がもっと高いので、固化角16を減らし、さらには除去し、またスラグのビード15の厚みを減らすことができるようになる。もう一つの結果として、溶融状態の被覆スラグ14が固化皮9と鋳型の壁2,3,4,5との間に侵入する可能性がはるかに高くなることで、潤滑が向上し、したがって、従来の慣行よりも高い鋳造速度が可能になる。鋳型内で溶融鋼鉄7の固化が始まる部位はより良く制御され、安定するので、スラブ10の表面状態の改善に貢献する。最後に、固化皮7の上部に対する鋳型1の揺動によって溶融被覆スラグ14内に誘導された圧力変動の作用は減衰される。このようにして、固化角の形成は大幅に減らされるので、スラブ10の表面での揺動しわは大幅に減衰されるか、さらには消失する。

0025

コイル17の特性(その幾何学的形状、螺旋の数、全長、メニスカスに対する位置)およびそこを流れる電流の強さは、メニスカス区域内の鋳型の壁の近傍で、500から3000ガウスの強さの電磁場が発生するように選択される。

0026

しかしながら、今述べたような交番電磁場を加えることは、不十分であると同時に問題点がある。この交番電磁場は、メニスカス区域内の金属の反発と撹拌作用によって、メニスカスの表面に乱れを発生させ、該メニスカスの周波数スペクトルが広くなることがある(0.05Hzから数Hz)。交番電磁場の回転成分による溶融鋼鉄の局部的揺動もそれに加担することがある。この場合、被覆フラグが溶融鋼鉄7の中に引き込まれ、該溶融鋼鉄がスラブ10の不純含有物の清浄度を劣化させる。スラブ10の流動性条件も劣化するが、それは潤滑が不規則に実施されるからである。鋳型内の最初の固化の局所化した線も変動することがあり、このときは鋳型の内部輪郭に沿って、固化した厚みが不規則になる。

0027

これらの問題を解決するために、本発明によれば、鋳造軸に共線の交番電磁場に連続磁場が重畳され、この磁場は鋳型の一方の大きな壁2から他方3に、スラブ10の鋳造方向の横断方向に向けられ、同じくメニスカス部位にかけられる。この連続磁場の作用は、その振動を減衰して、鋳型1内に、この場合はメニスカス12内に存在する溶融鋼鉄7の表面を安定させることである。また鋳型の内部輪郭上の最初の固化の線の位置を安定させることで、固化先頭の洗浄を保証するのに十分な撹拌強度を発生させながら、電磁撹拌によるスラグの剥離のおそれを減らすことができる。他方で、メニスカスの隠れた区域内の溶融金属の循環が、交番磁場によって発生した電磁力によるものであろうと、ノズル8から出る溶融金属の噴出由来するものであろうと、この溶融金属の循環を減速する。

0028

図2と3に示したように、この横断連続磁場は、発生器(図示されていない)による直流を供給された電磁石によって発生させることもできる。これは共通水平軸の2つのコイル19,20によって構成され、これらは鋳型の大きな面2,3の両側で向かい合い、それぞれ軟質強磁性材料、または鉄珪素合金薄片によって構成された極片21,22を囲繞する。鋳型の大きな壁に向けられた極片21,22の活性面は自由にされ、そのできるだけ近くに位置づけられる。これらの活性面は誘導機械磁極の通常の実施態様に従って、鉄珪素合金薄片をボルト締め、ついで極片の本体に剛的に取り付けた積層によって構成される。極片の後部は、継鉄23を形成する磁気回路と一体であり、この継鉄は鋳型を囲繞し、必要ならば、鋳造機械の枠で構成することさえできる。コイルは同じ方向に巻くことで、極片21,22が符号が反対の極性を有する活性磁気面を備えるようにする。なお、図2において、読者に一番近い、鋳型1の小壁4を囲繞する継鉄23の部分は、コイル17が見えるように、切断されていることに注目されたい。この設計は、力線を一定方向に導き、極片21,22の部位にそれらを集中させることによって磁場損失を減少させることを可能にするが、そこでは、主として水平方向の連続電磁場が、鋳型1と溶融金属7を横断する。鋳型の中心での磁場の強さは、好ましくはメニスカス区域内100から200mm程度の高さに対して0.2と1テスラの間に含まれるものとする。

0029

この磁気継鉄23は、極片21,22を支えることを可能にするのに十分な全体の剛性機械的強度を保証するように中身のつまった材料製とすることができる。また有利には、極片21,22の活性面を延長するために、同じく薄片構造の、モジュラー式でかつ互換性のある要素を備える。かかる構成は、標準寸法の電磁石を基にして、鋳造する大きさを問わず、それを鋳型の壁2と3から分離するギャップを体系的に最小化できるようになるものである。

0030

このようにして形成された連続磁場は、溶融金属7内で速度場相互反応する。誘導電流は、速度と磁気誘導ベクトル積によって決定されて、溶融金属7内に出現する。今度は、これらの誘導電流が、ラプラスの電磁力を発生させるために、誘導電流を生み出した磁場と反応し、該電磁力がここで、溶融金属7の流れの制動力になる。このようにして、溶融鋼鉄7の表面12にドームの形状を付与するために使用された交番電磁場によって発生したメニスカス近傍の溶融鋼鉄7の運動を大幅に減衰し、このことがメニスカス部位の変動の安定化に貢献する。つまり、電磁撹拌による、そしてメニスカス12の凸状部分内で鋳型の壁の近くに位置づけられた、溶融金属の再循環は、連続磁場の垂直速度成分を有し、これが再循環を効果的に制動できる。加えて、図3に示したように、鋼鉄スラブの連続鋳造に通常使用されるノズル8は、側面孔24,24’を備え、該孔を通って溶融鋼鉄が鋳型1に侵入し、該孔は鋳型の小壁4,5の方に向けられている。鋳型内に入ると、溶融鋼鉄7は横方向連続磁場に対する、その垂直な速度の主成分を持つことになる。またこのようにして、この成分の制動効果が実現され、好ましい結果として、ノズル8から出る鋼鉄供給噴出は溶融井戸内により浅く降下する。したがって、スラブ10の固化構造の最高均質性と、最上の含有不純物の清浄度が得られるが、それは、非金属包含物が連続電磁場がない場合よりも浅いところに導かれることで、表面で分離し、そこで被覆スラグ13によって取り除かれやすくなるからである。溶融鋼鉄7の再上昇循環の流れによる固化先頭の洗浄効果強化される。固化角がないことも、皮下不純含有物の清浄度の向上に有利である。メニスカスの安定性に影響する定常または進行波などの、溶融鋼鉄7−被覆スラグ12,13の界面変形に伴う運動も、大幅に減少する。

0031

すでに述べたように、極片21,22の終端は、好ましくは、垂直方向に向けられ、電気変圧器コアを構成するときのように、絶縁材料の薄片で分離された、金属薄片組立品で形成される。それらの極が塊であれば、コイル17によって発生した軸方向交番磁場がそこに誘導電流を発生させ、該電流はジュール効果によって塊を加熱させうるが、このことは塊を冷却する必要を生じさせるかもしれない。反対に、薄片構造は、強制冷却回路を備える必要なしに、自然に、それらの低温での熱維持を保証する。加えて、これらの誘導電流は、コイル19,20に給電する直流発生器の作動を乱すおそれがある。しかしながら、この薄片構造を極21,22に限定し、先に述べたように、全体として要求された強度と剛性を保証する中身のつまった材料の継鉄23を維持するだけで十分であろう。

0032

磁場の空間分布は、極片21,22の幾何学的形状とコイル19,20の電気接続形態に依存する。図4は、本発明の変型を示しており、ここではメニスカス部位に連続磁場の強度の勾配を作り出している。このような構成はときとして、溶融鋼鉄7の自由表面12における特定の進行波を除去するのに有利なことがある。このような勾配を得るために、図示したように、コイル19,20によって囲繞された極片21,22にギザギザの形状を付与することができる。したがって、極片21は突出した2つのN極25,26を呈し、極片22は突出した2つのS極27、28を呈し、このS極はN極25、26に向かい合って配置されている。矢印29,30が象徴するように、連続磁場の強さが最も高くなるのは、これらの突出した極25,27と26,28の間である。これらの突出した極25、26、27、28の配置と幾何学的形状は、除去すべき流体力学乱流の性質によって決定され、該乱流は、それ自体が鋳造製品10の幾何学的形状と鋳型1の溶融金属7供給条件に依存する。

0033

スラブの連続鋳造において、鋳型の大きな壁2,3の間の距離はたいていの場合200−300mm程度であり、薄いスラブの鋳造設備の場合はそれ未満になる。したがって、とくに困難なしに磁場を生み出すことができ、該磁場の効果は一方の大きな壁2,3から他方に感じられ、また図示したように、極片21,22が鋳型1の全幅にわたって延長しているとき、小壁4,5の近傍でも作用する。反対に、一方の小壁4,5から他方に鋳型1を横断する磁場を生み出すことはもっと困難であり、一般的に無効であろうが、それはこれらの小壁4,5の間には1から2m以上の距離があり、したがって、互いに非常に離隔しているからである。しかし断面が正方形、またはわずかに長方形の製品(ブルーム、またはビレット)の鋳造の場合、特にそれらが大きなサイズ(例えば、一辺が300から400mm)の場合、例えば、上述のものに類似の電磁石を用いて、それぞれが鋳型の相対する2つの辺に垂直な、2つの水平連続磁場を生み出すのが望ましいことがある。これら2つの磁場は互いに相互に作用しない、なぜなら、それぞれが、方向が異なる溶融金属7の速度の成分に作用するからである。

0034

図5に示したように、冒頭で既に述べた周知の手法で、前記磁場を受けるその高さの少なくとも一部について、鋳型1の壁を絶縁目地塗り材料44で分離された複数個の区分43に垂直に分割することで、囲繞コイル17によって発生した軸方向交番磁場に対する、鋳型自体の自己誘導効果を抑え、本設備の電気効率を高めることができる。

0035

前述のように、軸方向交番磁場を生み出すためにコイル17に供給する交流の周波数は、通常100から100000Hzの間に含まれる。低周波範囲内で(100から2000Hz「パルス化」交流電流を、すなわち最大の強さが最大値位相とゼロに達することのある最小値のもう一つの位相間で周期的に変化する交流を、使用することができる。電流の最大の強さが最小値を有する位相により、溶融鋼鉄7の表面12の安定性と、鋳型内の鋳造金属の最初の固化線に影響する、極低周波の乱れを緩和できる。一般的手法としては、パルス化電流サイクルは、1から15Hzの、好ましくは5から10Hzの周波数(「パルス周波数」と呼ばれる)で連続する。

0036

軸方向連続磁場によるメニスカス部位の乱れの緩和効果は、2つの作用の組み合わせに帰される。すなわち、
交番場による電磁力の回転部分によって発生した、撹拌流れに対する制動作用
−メニスカス上の表面波のパルス化速度に対する制動の直接作用

0037

ここに示した数値データは、鋼鉄の既知の鋳造に本発明を適用する場合に有効である。しかしながら、この鋳造が上述のものに類似の設備で実施されるとき、本発明は鋼鉄以外の他の金属の連続鋳造にも、もちろん適用できる。

図面の簡単な説明

0038

先行技術による鋼鉄スラブの連続鋳造鋳型の概略を示す長手方向断面図である。
本発明による鋼鉄スラブの連続鋳造鋳型の概略を示す斜視図である。
本発明によるこの同じ鋳型の概略を示す長手方向断面図である。
上述の鋳型の第一の変型の概略を示す斜視図である。
電磁場に対する透過性をかなり高める鋳型の形状を示している。

符号の説明

0039

1鋳型
2、3、4、5 冷却組み立てプレート
7溶融鋼鉄
12メニスカス部位
17コイル
19、20、21、22、23 電磁インダクタ

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ