CN101868312B - 能够兼用作电磁搅拌和电磁制动的铸模内熔钢用的电磁线圈装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够兼用作电磁搅拌和电磁制动的铸模内熔钢用的电磁线圈装置。其将兼用线圈的芯部的最佳尺寸具体化。该钢的连续铸造用电磁线圈装置为向配置于铸模长边(3b)的外周的电磁线圈供给3相以上的交流电流或直流电流，选择性地使电磁搅拌或电磁制动作用于铸模内的熔钢(2)。电磁线圈从轭部(21)设置两个齿部(21a)。齿部(21a)设置内侧绕组(22)，在设置了内侧绕组(22)的两个齿部(21a)的更外侧设置外侧绕组(23)。将齿部(21a)的长度L形成为齿部(21a)的宽度W的两倍以上。或者/以及将轭部(21b)的厚度Y形成为齿部(21a)的宽度W的两倍以上。将该电磁线圈在各长边(3b)分别配置n个，使磁性体的芯部(21)从熔钢的弯月面位置起配置在包括浸渍喷嘴(1)的喷出孔(1a)的垂直方向的范围内。实现省电力化和轻量化，并且能够确保足够的搅拌能力和制动能力。

Description

能够兼用作电磁搅拌和电磁制动的铸模内熔钢用的电磁线圈装置

技术领域

本发明涉及一种可兼用作电磁搅拌和电磁制动的铸模内熔钢用的电磁线圈装置，其适用于控制铸模内熔钢的流动且连续铸造钢之时。

背景技术

在通常的钢的连续铸造中，使用具有两个喷出孔的浸渍喷嘴向铸模内供给熔钢。图7是示意性地表示该通常的连续铸造法中铸模内熔钢的流动状态的纵剖视图。从浸渍喷嘴1的喷出口1a喷出的熔钢2的喷出流与铸模3的短边3a上的凝固壳2c冲撞后，分为上升流2a和下降流2b。进而，其中的上升流2a在弯月面(meniscus)下成为朝向浸渍喷嘴1的水平流。而且，图7中的4表示粉末。

对该铸模内熔钢的流动进行控制在操作上及铸片的品质管理上是非常重要的。作为对该铸模内熔钢的流动状态进行控制的方法有：对浸渍喷嘴的形状进行设计的方法、使电磁力作用于铸模内的熔钢的方法等。其中，后者对熔钢施加电磁力的方法被广泛采用，且大致区分为利用电磁力对熔钢进行搅拌的电磁搅拌和对熔钢喷出流施加制动力的电磁制动。

其中，已知电磁搅拌对铸片的品质改善具有效果，主要用于高品质材料的铸造。而电磁制动主要目的是用于利用喷出流的制动来抑制喷出流与铸模短边冲撞而使凝固壳再熔解，使铸片的品质降低，或者抑制弯月面下的熔钢的流速，增加铸造速度。

上述的电磁搅拌装置、电磁制动装置均是在铸模内面设置电磁线圈，该电磁线圈是将绕组设置在磁性体的芯部。其中，芯部多使用强磁性体即铁材料，称为铁芯。在使用交流电流的电磁搅拌中，为了降低由于电磁感应所导致的铁损，使用电磁钢板来作为其铁芯。此外，在电磁制动中，使用软铁的情况较多。

上述的电磁线圈装置通常仅具有电磁搅拌或电磁制动其中之一的单独的功能。

因此，本发明的发明者进行了可兼用作电磁搅拌或电磁制动这两功能的电磁线圈装置(以后，称为兼用线圈装置)的开发(例如，专利文献1)。为了实现电磁搅拌功能，在该兼用线圈装置中也使用电磁钢板来作为铁芯。

专利文献1：特开2007-007719号公报

本发明的兼用线圈装置的形状与专利文献1中公开的兼用线圈基本上相同，且申请人利用专利文献2中公开的电磁线圈构造。

专利文献2：特开昭60-044157号公报

如图8所示，将该专利文献2中公开的兼用线圈装置在铸模3的长边3b侧各自连续配置两个。该兼用线圈装置11的特征是在两个齿部12a上各自设置绕组(内侧绕组)13，进而从外侧将两个齿部12a一起设置绕组14(外侧绕组)。由两个齿部12a和轭部12b构成的芯部12的形状与希腊字母的派(∏)类似，因此该兼用线圈装置11称为派(∏)型线圈。

然而，在连续铸造中，因为在铸造时使铸模振动，因此期望使设置于铸模的电磁线圈装置尽可能轻。使芯部减小对于电磁线圈装置的轻量化是有效的，但若过小，则难以确保电磁搅拌性能或电磁制动性能。因此，从此种观点出发来确定芯部的各部位的尺寸。

从此种观点出发来确定构成芯部的各部位的尺寸这一点上，上述派(∏)型线圈即兼用线圈装置也是同样的。

但是，在申请人以前已经申请的日本专利特愿2007-150627号公报中，仅公开了派(∏)型线圈即兼用线圈装置中的齿部的宽度W(120～170mm)。而对于将哪个部位的尺寸设置为哪个值才能确保上述的各性能却没有任何的记载。

发明内容

本发明的所要解决的问题在于，在上述申请人已经提出的兼用线圈装置中，为了确保电磁搅拌性能和电磁制动性能这两者，存在不清楚如何来确定芯部的哪个部分的尺寸的问题。

本发明的兼用线圈装置是能够兼用作电磁搅拌和电磁制动的铸模内熔钢用的电磁线圈装置，其为了实现省电力化和芯部的轻量化，并确保电磁搅拌性能及电磁制动性能这两者，通过向配置于铸模长边的外周的电磁线圈供给3相以上的交流电流或直流电流，选择性地使电磁搅拌或电磁制动作用于铸模内的熔钢，并连续铸造钢，所述电磁线圈装置的特征在于，

该电磁线圈装置具有电磁线圈和3相以上的交流电源及直流电源，

其中的所述电磁线圈从轭部设置两个齿部，

所述电磁线圈具有如下结构：在所述各齿部的外侧分别设置内侧绕组，并在设置有内侧绕组的所述两个齿部的更外侧设置外侧绕组而归在一起，并且

(1)将所述各齿部的长度L设为各齿部的宽度W的两倍以上，

或者/以及

(2)将所述轭部的厚度Y设为齿部的宽度W的两倍以上，

将所述电磁线圈在所述各长边上分别配置n个，且n为2以上的自然数，并且，

使由所述轭部和齿部构成的磁性体的芯部从熔钢的弯月面位置起配置在包括浸渍喷嘴的喷出孔的垂直方向的范围内。

根据本发明，能够得到可以实现省电力化和芯部的轻量化，同时能够确保足够的电磁搅拌能力及电磁制动能力的兼用线圈装置。

附图说明

图1是表示电磁场解析中的计算模型的图，(a)表示整体像的立体图、(b)表示水平剖视图、(c)图表示垂直剖视图。

图2(a)(b)是对特愿2007-150627号中公开的兼用线圈的电流相位的组合进行说明的图。

图3是表示电磁搅拌时的齿部的长度L与宽度W的比(L/W)和搅拌力的关系的图。

图4是表示齿部的长度L与宽度W的比(L/W)为1.0、2.0、3.0情况下的、弯月面位置处的图5的A-A’位置的长边方向(距铸模长边5mm的位置)的流速分布的图。

图5是表示流速的比较位置的图。

图6是表示将齿部的宽度W设为120、140、170mm情况下的电磁制动时的轭部的厚度Y与齿部的宽度W的比(Y/W)和磁通密度的关系的图。

图7是示意地表示通常的连续铸造法中的铸模内熔钢的流动状态的纵剖视图。

图8是说明兼用线圈的形状的图，(a)是水平剖视图、(b)是垂直剖视图。

图中：

1    浸渍喷嘴

2    熔钢

3    铸模

3a   短边

3b   长边

11   兼用线圈装置

12   芯部

12a  齿部

12b  轭部

13   内侧绕组

14   外侧绕组

21   芯部

21a  齿部

21b  轭部

22   内侧绕组

23   外侧绕组

具体实施方式

在上述申请人已经提出的兼用线圈装置中，为了确保电磁搅拌性能和电磁制动性能这两者，存在不清楚如何来确定芯部的哪个部分的尺寸的问题。针对该问题，本发明通过使芯部的最佳尺寸具体化而能够确保电磁搅拌性能和电磁制动性能这两者。

实施例

以下，对于从本发明的设想到解决问题的过程以及用于实施本发明的最佳实施方式进行说明。

如上所述，期望兼用线圈装置除了具有足够的电磁搅拌性能和电磁制动性能以外而且还轻量。此外，实施搅拌和电磁制动需要极多的电力，但期望尽量抑制电力的增加。

由此可知，本发明的发明者探索适当的芯部形状，其除了具有足够的电磁搅拌性能及电磁制动性能以外，而且轻量且能够节省电力。

兼用线圈装置的性能中，电磁搅拌能力可以由在熔钢中产生的电磁力所产生的搅拌力来评价。此外，电磁制动性能可以由施加于熔钢的磁通密度的大小来评价。

因此，除了足够的电磁搅拌性能和电磁制动性能以外为了实现轻量化和省电力化，本发明者们进行利用数值解析模拟的电磁场解析，并探讨使兼用线圈装置的芯部形状变化的情况下的搅拌力与磁通密度变化。

图1是表示电磁场解析中的计算模型，(a)图表示整体像的立体图、(b)图表示水平剖视图、(c)图表示垂直剖视图，图中的数字表示该模型各部分的尺寸(mm)。

在铜制铸模3的外侧设置非磁性不锈钢制的支撑板5，使芯部21的上端与弯月面M为相同的高度。向构成芯部21的齿部21a卷绕的内侧绕组22及外侧绕组23的宽度分别为50mm。而且，图1中的21b是构成芯部21的轭部。

在实施电磁搅拌的情况下，施加了施加的电流值为45000ampere-turn(以下称为AT)、频率为4.0Hz的交流电流。在实施电磁制动的情况下，施加了施加的电流值为54000AT的直流电流。

电磁搅拌时的线圈电流相位与特愿2007-150627号公开的电流相位的组合相同。

也就是说，如图2所示，励磁线圈(a)～(c)、励磁线圈(d)～(f)、励磁线圈(g)～(i)、励磁线圈(j)～(l)分别为一个电磁线圈。此外，励磁线圈(a)、(d)、(g)、(j)分别为设置了外侧绕组23的励磁线圈，所述外侧绕组23需要将两个齿部21a归在一起。

而且，将具有励磁线圈(a)～(c)和励磁线圈(d)～(f)的电磁线圈依次配置在铸模3的一侧的长边3b侧。另一侧的长边3b侧的具有励磁线圈(g)～(i)和励磁线圈(j)～(l)的电磁线圈与具有励磁线圈(a)～(c)和励磁线圈(d)～(f)的电磁线圈相对配置。

在如此配置的情况下，如图2所示，以所述励磁线圈地顺序，对在所述各电磁线圈的各齿部21a上设置了内侧绕组22的励磁线圈(a)～(l)施加三相交流电中具有120度相位差的各相位U、V及W。图2(a)中，按照励磁线圈(a)～(l)的顺序，依次施加-W、+V、+U、+W、-V、-U、-W、+U、+V、+W、-U及-V。此外图2(b)中，施加-W、+V、+U、-V、+U、+W、+V、-W、-U、+W、-U及-V。

另一方面，在电磁制动时，向两个齿部21a卷绕的全部三个绕组22、23施加相同方向的电流。

由基于数值解析的探讨结果可知，电磁搅拌时的搅拌力受到齿部21a的长度L的影响大，而电磁制动时的磁通密度受到轭部21b厚度Y的影响大。

图3表示电磁搅拌时的齿部的长度L与齿部的宽度W之比(以下称为L/W)和搅拌力的关系。图3是表示将齿部的宽度W设为120、140、170mm的情况下使齿部的长度L变化时的熔钢中所产生的搅拌力的最大值的图。

由图3可知，即使齿部的宽度W为任一宽度，在L/W为1倍到2倍的情况下，搅拌力大幅增加，达到3倍、4倍时，其增加量变小。由此可知，从轻量化的观点来说，齿部的长度L为齿部的宽度W的2～3倍是合适的。

此外，从图3可知，在齿部的宽度W为140mm、L/W＝3时的搅拌力为10800N/m3，其为L/W＝1时的9400N/m3的1.14倍。也就是说，在L/W＝3的情况下，能够以L/W＝1时的0.88倍的电流值来得到相同的搅拌力，实现省电力化。

接着，在前面的数值解析中，实施了搅拌力最大的齿部的宽度为140mm的情况下的铸模内流动的数值解析。

图4是表示L/W为1.0、2.0、3.0时的熔钢的流速分布的图。该图4所示的熔钢的流速分布是距弯月面位置的铸模长边5mm位置的流速分布，且为沿图5的A-A’位置的长边方向的熔钢的流速分布。

从图4可知，在L/W＝3.0的情况下，在除了铸模的角部的整个区域中，熔钢流速在同方向上变为10cm/sec以上。而且可知，在L/W＝2.0的情况下，在铸模的长边方向上，熔钢流速降低到5cm/sec，但在整个区域中得到同方向的流速。

但是在L/W＝1.0的情况下，搅拌力不足，因此熔钢流速在铸模的长边中央翻转。由此可知，L/W＝1.0时不适于用于电磁搅拌。

由上述可知，期望将兼用线圈的齿部的长度L设为齿部的宽度W的2～3倍。

图6是表示电磁制动时的轭部的厚度Y与齿部的宽度W之比(以下称为Y/W)和磁通密度的关系的图。该图6是表示在将齿部的宽度W设为120、140、170mm的情况下，使齿部的长度L变化时的铸模厚度中心的最大磁通密度的图。

从图6可知，当Y/W为3.0以上时，磁通密度不太增加而显示为恒定值。而且可知，当Y/W小于2.0时，磁通密度大幅降低。

从上述可知，为了确保兼用线圈装置的电磁制动性能并实现轻量化，将轭部的厚度Y设为齿部的宽度W的两倍即可。若电磁线圈装置的重量有余量，则期望将Y/W设为3。

本发明是基于以上的电磁场解析的结果而实现的，实现轻量化和省电力化，同时得到足够的电磁搅拌性能。

本发明是可兼用作电磁搅拌和电磁制动的铸模内熔钢用的电磁线圈装置，其向配置于铸模长边的外周的电磁线圈通电3相以上的交流电流或直流电流，选择性地使电磁搅拌或电磁制动作用于铸模内的熔钢，并连续铸造钢，所述电磁线圈装置使用以下结构的电磁线圈。

即，将与3相以上的交流电源和直流电源相连的电磁线圈形成为：

从轭部设置两个齿部，

上述各齿部在外侧分别设置内侧绕组，在设置有上述内侧绕组的两个齿部的更外侧设置外侧绕组而归在一起，并且将上述各齿部的长度L设为各齿部的宽度W的两倍以上。

此外，为了实现轻量化和省电力化，同时得到足够的电磁制动性能，将所述电磁线圈的轭部的厚度Y设为齿部的宽度W的两倍以上。

而且，将上述电磁线圈在所述各长边上分别配置n个(n为2以上的自然数)，并且，将由所述轭部和齿部构成的磁性体的芯部配置在如下范围内：从弯月面位置向垂直的方向延伸且包括浸渍喷嘴的喷出孔。

上述为本发明的兼用线圈装置。

为了轻量化、省电力化及同时得到足够的电磁搅拌性能和电磁制动性能，同时采用将所述齿部的长度L设为齿部的宽度W的两倍以上，并且将轭部的厚度Y设为齿部的宽度W的两倍以上的结构即可。

当然，本发明并不限于上述的例子，只要在本发明的各方式记载的技术思想的范围内可以适当改变实施方式。

例如，交流电流不是3相，只要电流相位差为90度至120度，可以为更多的多相电流。

工业上的可利用性

对于以上的本发明，只要是连续铸造，不管是弯曲型、垂直型等何种方式的连续铸造都可适用。此外，不仅板坯的连续铸造，也可适用于大钢锭的连续铸造。

Claims (3)

1.一种能够兼用作电磁搅拌和电磁制动的铸模内熔钢用的电磁线圈装置，其通过向配置于铸模长边的外周的电磁线圈供给3相以上的交流电流或直流电流，选择性地使电磁搅拌或电磁制动作用于铸模内的熔钢，并连续铸造钢，所述电磁线圈装置的特征在于，

该电磁线圈装置具有电磁线圈和3相以上的交流电源及直流电源，

其中的所述电磁线圈从轭部设置两个齿部，

所述电磁线圈具有如下结构：在所述各齿部的外侧分别设置内侧绕组，并在设置有内侧绕组的所述两个齿部的更外侧设置外侧绕组而归在一起，并且将所述各齿部的长度L设为各齿部的宽度W的2～3倍，

将所述电磁线圈在所述各长边上分别配置n个，且n为2以上的自然数，并且，

使由所述轭部和齿部构成的磁性体的芯部从熔钢的弯月面位置起配置在包括浸渍喷嘴的喷出孔的垂直方向的范围内。

2.一种能够兼用作电磁搅拌和电磁制动的铸模内熔钢用的电磁线圈装置，其通过向配置于铸模长边的外周的电磁线圈供给3相以上的交流电流或直流电流，选择性地使电磁搅拌或电磁制动作用于铸模内的熔钢，并连续铸造钢，所述电磁线圈装置的特征在于，

该电磁线圈装置具有电磁线圈和3相以上的交流电源及直流电源，

其中的所述电磁线圈从轭部设置两个齿部，

所述电磁线圈具有如下结构：在所述各齿部的外侧分别设置内侧绕组，并在设置有内侧绕组的所述两个齿部的更外侧设置外侧绕组而归在一起，并且将所述轭部的厚度Y设为齿部的宽度W的2倍以上，

将所述电磁线圈在所述各长边上分别配置n个，且n为2以上的自然数，并且，

使由所述轭部和齿部构成的磁性体的芯部从熔钢的弯月面位置起配置在包括浸渍喷嘴的喷出孔的垂直方向的范围内。

3.一种能够兼用作电磁搅拌和电磁制动的铸模内熔钢用的电磁线圈装置，其通过向配置于铸模长边的外周的电磁线圈供给3相以上的交流电流或直流电流，选择性地使电磁搅拌或电磁制动作用于铸模内的熔钢，并连续铸造钢，所述电磁线圈装置的特征在于，

该电磁线圈装置具有电磁线圈和3相以上的交流电源及直流电源，

其中的所述电磁线圈从轭部设置两个齿部，

所述电磁线圈具有如下结构：在所述各齿部的外侧分别设置内侧绕组，并在设置有内侧绕组的所述两个齿部的更外侧设置外侧绕组而归在一起，并且将所述各齿部的长度L设为各齿部的宽度W的2～3倍，且将所述轭部的厚度Y设为齿部的宽度W的2倍以上，

将所述电磁线圈在所述各长边上分别配置n个，且n为2以上的自然数，并且，

使由所述轭部和齿部构成的磁性体的芯部从熔钢的弯月面位置起配置在包括浸渍喷嘴的喷出孔的垂直方向的范围内。

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