BRPI0516512B1

BRPI0516512B1 - Bobina de agitador eletromagnético para agitar aço fundido, bem como método de agitar aço fundido

Info

Publication number: BRPI0516512B1
Application number: BRPI0516512-1B1A
Authority: BR
Inventors: Hiroshi Harada; Akinori Wakagi; Tomohiro Konno; Keisuke Fujisaki; Sumio Matsumori; Yasuji Tomizawa; Ryu Hirayama
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2014-07-15
Also published as: KR100918323B1; WO2006041203A1; CA2583488A1; CA2583488C; BRPI0516512A; US20070256809A1; CN101039764A; CN100531962C; JP4519600B2; EP1837100B1; US20110214837A1; TW200624194A; EP2351626B1; US8047265B2; EP1837100A1; TWI291384B; EP2351626A3; JP2006110598A; EP1837100A4; KR20070052348A

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "BOBINA DE

AGITADOR ELETROMAGNÉTICO PARA AGITAR AÇO FUNDIDO, BEM COMO MÉTODO DE AGITAR AÇO FUNDIDO".

CAMPO DA TÉCNICA A presente invenção refere-se a uma bobina de agitador eletro- magnético para agitar aço fundido em um molde por força eletromagnética e a um método de agitar aço fundido.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

No passado, em uma instalação de fundição contínua, para fazer com que as inclusões não metálicas incluídas no aço fundido em um molde e as bolhas de gás Ar soprado em um bocal de imersão subiram para a su- perfície do aço fundido sem ficar aprisionadas no lingote e por meio disto obter um lingote de boa qualidade, era utilizado um método para agitar o aço fundido dentro do molde por força eletromagnética. Várias propostas foram feitas no passado relativas às bobinas de agitador eletromagnético para agi- tar o aço fundido dentro de um molde por força eletromagnética.

Por exemplo, a Patente Japonesa Número 3273105 descreve um sistema de controle de movimento de fluido que provê um segundo to- pamento de núcleo contra uma superfície traseira de um primeiro núcleo (cu- latra) que tem fendas para o enrolamento de uma bobina e um terceiro nú- cleo que topa contra as superfícies superior e inferior do primeiro núcleo (cu- latra) de modo a aumentar a área efetiva do núcleo e aumentar a densidade de fluxo de saturação e por meio disto permitir que um campo magnético mais forte seja aplicado no metal fundido enquanto retendo aproximadamen- te a mesma forma externa que nos sistemas convencionais.

No entanto, a Patente Japonesa Número 3273105 descreve um método para aumentar a área efetiva do núcleo (culatra), mas as faixas es- pecíficas de valores numéricos da razão de espaço da área de seção da cu- latra em relação à área interna na seção transversal vertical da bobina de agitador eletromagnético que corresponde àquela área efetiva e a altura de culatra B não foram suficientemente estudadas, de modo que uma bobina de agitador eletromagnético de alto empuxo não pôde ser realizada.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO A presente invenção tem como seu objetivo resolver os proble- mas acima na técnica anterior e prover uma bobina de agitador eletromagné- tico compacta e de alto empuxo nunca anteriormente obtida.

Os inventores se empenharam em estudos profundos para atin- gir o objeto acima e como um resultado proveram uma bobina de agitador eletromagnético compacta e de alto empuxo pela especificação de faixas preferíveis de valores numéricos para a razão de espaço da área de seção da culatra em relação a uma área interna em uma seção transversal vertical da bobina de agitador eletromagnético que corresponde à área efetiva do núcleo (culatra) e para a altura de culatra B. Tem em sua essência o seguin- te conteúdo: (1) Uma bobina de agitador eletromagnético para agitar aço fun- dido dentro de um molde por força eletromagnética, a dita bobina de agitador eletromagnético caracterizada pelo fato de que a razão de espaço da área de seção da culatra em relação a uma área interna em uma seção transver- sal vertical da dita bobina de agitador eletromagnético é de 0,5 a 0,9 e uma altura de culatra B é de 100 mm a 300 mm. (2) Uma bobina de agitador eletromagnético como apresentado em (1) caracterizada pelo fato de que uma força magnetomotriz F da dita bobina de agitador eletromagnético dividida pela altura de culatra B, isto é, o valor de F/B, é de 800 kAT/m2 ou mais.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A figuras 1 são vistas que ilustram uma modalidade de uma bo- bina de agitador eletromagnético da presente invenção, em que (a) é uma vista plana e (b) uma vista lateral. A figura 2 é uma vista detalhada (vista em corte) do topo de um molde que inclui a bobina de agitador eletromagnético na presente invenção como vista da superfície lateral. A figura 3 é uma vista detalhada de uma parte de bobina de agi- tador eletromagnético na presente invenção. A figura 4 é uma vista que mostra a relação entre a altura de cu- latra B e a razão de espaço acima mencionada. A figura 5 é uma vista que mostra a relação entre a razão de es- paço e a força magnetomotriz para obter o empuxo necessário. A figura 6 é uma vista que mostra a relação entre a altura de cu- latra B e a força magnetomotriz F/ altura de culatra B. A figura 7 é uma vista que mostra os resultados da presente in- venção.

MELHOR MODO PARA EXECUTAR A INVENÇÃO O melhor modo para executar a presente invenção será explica- do em detalhes utilizando a figura 1 até a figura 7. A figura 1, figura 2, e figura 3 são vistas que ilustram uma moda- lidade de uma bobina de agitador eletromagnético na presente invenção.

Na figura 1 e na figura 2, 1 indica um molde, 2 uma bobina de agitador eletromagnético, 3 um bocal de imersão, 4 o aço fundido, 5 um po- ço do aço fundido, e 6 uma culatra. A figura 1(a) é uma vista plana da bobina de agitador eletromag- nético da presente invenção, enquanto que (b) é a sua vista lateral. O molde 1 de uma máquina de fundição contínua está cheio com aço fundido 4. Atravessando uma corrente através da bobina de agitador eletromagnético 2 disposta ao redor deste molde 1, uma força eletromagné- tica é gerada, um empuxo na direção da seta (linha cheia) atua sobre o aço fundido 4, e o aço fundido 4 dentro do poço 5 é agitado.

Ainda, no centro do poço 5, o bocal de imersão 3 está posicio- nado. Este bocal de imersão 3 injeta o aço fundido no molde. Como um re- sultado um fluxo de aço fundido 4 (linha tracejada) é formado. A formação destes dois fluxos sem permitir nenhuma interferência entre os mesmos é necessária para fundir um lingote de boa qualidade. A figura 2 é uma vista detalhada da parte de molde que inclui a bobina de agitador eletromagnético na presente invenção como vista da su- perfície lateral (seção transversal vertical), enquanto que a figura 3 é uma vista ampliada (vista em corte) da parte de bobina.

Dentro da bobina de agitador eletromagnético 2 está colocada a culatra 6 que corresponde a um núcleo. A energia é suprida para a bobina enrolada ao redor desta culatra para gerar um campo magnético. A presente invenção está caracterizada pelo fato de que a razão de espaço da área de seção (B x D) da culatra 6 em relação à área interna na seção transversal vertical da bobina de agitador eletromagnético 2 (especificamente a área interna circundada pela forma externa 7 da janela de bobina da figura 3) é de 0,5 a 0,9 e a altura de culatra B é de 100 mm a 300 mm.

Primeiro, as razões para a limitação da altura de culatra B serão explicadas. A altura de culatra B na seção transversal vertical da bobina de agitador eletromagnético 2 mostrada na figura 3 é feita de 100 mm ou mais porque 100 mm ou mais são necessários de modo a tentar aperfeiçoar a limpeza da parte de superfície de lingote imprimindo um movimento de fluido para a superfície dianteira do envoltório solidificado.

Ainda, a altura de culatra B na seção transversal vertical da bo- bina de agitador eletromagnético 2 é feita de 300 mm ou menos porque uma interferência entre o fluxo descarregado do bocal e o fluxo agitado pode ser evitada e um turbilhonamento pode ser estavelmente formado próximo da superfície de fundido. É preferível fazer a altura de culatra B menor do que a profundidade de imersão L mostrado na figura 2. Em geral, a profundidade de imersão L é de mais ou menos 300 mm, portanto o limite superior foi feito de 300 mm. Ainda, de preferência, se a altura de culatra B for de 250 mm ou menos, é possível evitar confiavelmente uma interferência entre o fluxo des- carregado do bocal e o fluxo agitado. A seguir, o motivo para fazer a razão de espaço da culatra 0,5 a 0,9 será explicado. A área interna na seção transversal vertical da bobina de agita- dor eletromagnético 2, mais especificamente a área interna circundada pela forma externa 7 da janela de bobina da figura 3, mostra o tamanho da bobi- na de agitador eletromagnético 2. Quanto menor esta área interna, mais compacta a bobina de agitador eletromagnético torna-se. A magnitude da força magnética capaz de ser formada pelo su- primento de corrente para a bobina de agitador eletromagnético 2 é definida pela força magnetomotriz. Uma alta eficiência é executada se for capaz de formar o campo magnético capaz de ser produzido por aquela força magne- tomotriz dentro da culatra 6 sem saturação magnética. Uma vez magnetica- mente saturado, mesmo se aumentando a força magnetomotriz da bobina de agitador eletromagnético 2 acima desta, não é possível formar um campo magnético proporcional ao aumento da força magnetomotriz.

Por outro lado, o valor máximo da força magnetomotriz é de mais ou menos 200 kAT/m2. Se acima disto, o problema de acúmulo de calor local da culatra 6 surge e aumenta fazendo com que tornar a culatra 6 uma estrutura resfriada a água seja necessário.

Os inventores investigaram a relação entre a razão de espaço da área de seção (B x D) da culatra 6 em relação à área interna na seção transversal vertical do bobina de agitador eletromagnético 2 e o empuxo ob- tido sob a condição de uma altura de culatra de 100 a 300 mm após o que eles aprenderam que, fazendo a razão de espaço de 0,5 a 0,9, o empuxo desejado é substancialmente obtido.

Portanto, na presente invenção, a razão de espaço da área de seção (B x D) da culatra 6 em relação à área interna na seção transversal vertical da bobina de agitador eletromagnético 2 (especificamente, a área interna circundada pela forma externa 7 da janela de bobina da figura 3) foi estabelecida em 0,5 ou mais (Vide figura 5).

Na presente invenção, o limite superior da razão de espaço não está definido, mas do ponto de vista da facilidade de produção, 0,9 ou me- nos é uma faixa preferível.

Ainda, de acordo com a presente invenção, se existir uma ampli- tude de movimento na capacidade de energia ou se existir uma amplitude de movimento na densidade de fluxo na culatra para permitir que a força mag- netomotriz para obter o empuxo prescrito seja obtida, é também possível aumentar o empuxo de acordo com a necessidade.

Note que na presente invenção, o método para aumentar a ra- zão de espaço não é crítico, mas é preferível reduzir a forma externa do tubo de cobre resfriado a água que forma a bobina para pelo menos 4,0 mm ou menos para reduzir o raio de curvatura do tubo de cobre e por meio disto trazer a forma interna da bobina próxima da forma de seção transversal da culatra.

Ainda, a força magnetomotriz F da bobina de agitador eletro- magnético dividida pela altura de culatra B, isto é, o valor de F/B, é de prefe- rência 800 kAT/m2 ou mais. Isto é porque fazendo a força magnetomotriz F/ altura de culatra B 800 kAT/m2 ou mais evita-se uma interferência entre o fluxo descarregado do bocal de imersão e o fluxo agitado e permite uma ve- locidade de agitação requerida para impedir que as inclusões sejam aprisio- nadas no envoltório solidificado a ser obtido.

MODALIDADE

Uma modalidade da bobina de agitador eletromagnético da pre- sente invenção será mostrada na figura 4 até a figura 6.

Os inventores prepararam diversas bobinas diferindo em altura de culatra e razão de espaço e investigaram se o empuxo prescrito de 10.000 Pa/m podería ser obtido. Aqui, "empuxo" significa o valor da força que atua sobre uma placa de latão medida utilizando um calibre de tensão, etc. no estado colocando a placa de latão em uma posição a 15 mm da pa- rede interna do molde e atravessando uma corrente através da bobina de agitador eletromagnético e está mostrada em unidades de Pa/m.

Ainda, os inventores utilizaram as bobinas de agitador eletro- magnético para uma fundição real. O tipo de aço era o aço desoxidado de baixo carbono A1. Este aço fundido foi fundido em um lingote de uma es- pessura de 250 mm e uma largura de 1800 mm. A velocidade de fundição era de 1 m/min. O bocal foi atravessado com gás Ar a uma taxa de 3 Nl/min. A profundidade de imersão L foi feita de 300 mm. Referindo ao número de bolhas e inclusões na parte de superfície do lingote, os inventores cortaram amostras da largura total x comprimento de direção de fundição a 200 mm da superfície superior e da superfície inferior do lingote,esmerilharam as bo- lhas e as inclusões em uma superfície da largura total x comprimento de 200 mm a cada 1 mm da superfície, e investigaram a soma dos números de bo- lhas e inclusões de um tamanho de 100 mícrons ou mais até a 10 mm da superfície.

Além disso, para esclarecer se o fluxo agitado pela bobina de agitador eletromagnético e o fluxo descarregado do bocal de imersão interfe- rem ou não com o fluxo que sobe ao longo dos lados curtos para próximo da superfície de fundido dentro do molde, os inventores investigaram a estrutu- ra solidificada na seção transversal vertical do lingote. A figura 4 é uma vista que mostra a relação entre a altura de cu- latra B e a razão de espaço acima mencionada. Na figura 4, o escopo da presente invenção está mostrado pelas setas. Isto é, quando as bobinas de agitador eletromagnético preparadas tinham uma razão de espaço de 0,5 a 0,9 e uma espessura de núcleo de 100 a 300 mm, a agitação de empuxo prescrita podería ser imposta. Ainda, sob estas condições, mesmo se inves- tigando a estrutura solidificada do lingote, foi confirmado que as dendrites que crescem da superfície do lingote na direção do interior cresceram com um ângulo uniforme na direção a montante do fluxo através da largura total do lingote. A figura 5 é uma vista da relação entre a razão de espaço e a força magnetomotriz para obter um empuxo prescrito. Note que a figura 5 inclui diversos gráficos. Estes mostram os resultados de preparação de di- versas bobinas de agitador eletromagnético com diferentes fatores de espa- ço e estudam as condições para fornecer o empuxo alvo de 10.000 Pa/m sob as respectivas condições. Da figura 5, fazendo a razão de espaço 0,5 ou mais, o empuxo requerido pode ser aplicado sem saturação magnética. A- qui, o aumento rápido na força magnetomotriz com a razão de espaço de menos de 0,5 mostra que a saturação magnética ocorreu. A relação entre a força magnetomotriz F/ altura de culatra B e os defeitos que ocorrem em um lingote quando utilizando as diversas bobinas de agitador eletromagnético que diferem em altura de culatra B e a força magnetomotriz F/ altura de culatra mostrado na figura 6 está mostrada na figura 7. O "índice de defeitos" mostrado na ordenada da figura 7 mostra a soma do número de bolhas e inclusões até 10 mm abaixo da superfície do lingote encontradas sob diversas condições e indexadas ao número quando não aplicando a agitação eletromagnética como "1". Na figura 7, foi confir- mado que aumentando a força magnetomotriz/ altura de culatra reduz o índi- ce de defeitos, mas especificamente tornando-a 800 kAT/m2 ou mais permite uma redução notável. Com base nos resultados da figura 7, a figura 6 mos- tra a faixa preferível da presente invenção por setas.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

De acordo com a presente invenção, é possível prover uma bo- bina de agitador eletromagnético compacta e de alto empuxo pela especifi- cação de faixas preferidas de valores numéricos para a razão de espaço da área de seção de culatra em relação a uma área interna em uma seção transversal vertical da bobina de agitador eletromagnético que corresponde à área efetiva do núcleo (culatra) e para a altura de culatra B, a interferência entre o fluxo agitado e o fluxo descarregado do bocal de imersão pode ser evitada e um turbilhonamento pode ser estavelmente formado próximo da superfície de fundido, e outros efeitos notáveis úteis na indústria são exibi- dos.

Claims

1. Bobina de agitador eletromagnético (2) para agitar aço fundido (4) dentro de um molde (1) por força eletromagnética, caracterizada pelo fato de que a razão de espaço da área de seção da culatra (6) em relação à área interna, em seção transversal vertical, da dita bobina de agitador ele- tromagnético (2) é de 0,5 a 0,9 e a altura (B) da culatra (6) é de 100 mm a 300 mm.

2. Método de agitar aço fundido usando a bobina de agitador eletromagnético de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de suprir uma corrente através da bobina (2) para produzir uma força magne- tomotriz F que, quando dividida pela altura (B) da culatra (6), tem um valor de pelo menos 800 kAT/m2.