JP2004501770A

JP2004501770A - Method and apparatus for continuous casting of metal using mold

Info

Publication number: JP2004501770A
Application number: JP2002505144A
Authority: JP
Inventors: ベイテルマン，　レオニド
Original assignee: エービービー　エービー
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: CN1449313A; AU2001267977A1; SE0002459D0; EP1303370A1; WO2002000374A1; RU2266798C2; JP4831917B2; US20030106667A1; CN1293965C; KR20030036247A; SE519840C2; SE0002459L

Abstract

金属の連続または半連続鋳造のための装置であって、両端が鋳造方向に開口した鋳造鋳型（１）と、該鋳型（１）に溶解物を供給する手段（２）と、鋳型（１）内の溶解物（７）に攪拌運動を誘発するために使用される、Ａ．Ｃ．電流が流れる第１電磁誘導コイル（４）と、第１誘導コイル（４）の上流に配設されて溶解物の上部自由表面（５）に隣接する領域内での溶解物の攪拌運動を制御するために使用される第２電磁誘導コイル（３）とを有する。第２誘導コイル（３）はＤ．Ｃ．またはＡ．Ｃ．電流を切り換え可能に流すことができるように配設される。本発明はまた、鋳型（１）内の攪拌運動の制御方法にも関連する。An apparatus for continuous or semi-continuous casting of metal, comprising: a casting mold (1) having both ends opened in the casting direction; means (2) for supplying a melt to the casting mold (1); Used to induce a stirring motion in the lysate (7) in the A. C. A first electromagnetic induction coil (4) through which a current flows, and controlling the stirring movement of the melt in an area arranged upstream of the first induction coil (4) and adjacent to the upper free surface (5) of the melt; And a second electromagnetic induction coil (3) used for The second induction coil (3) is a DC coil. C. Or A. C. It is arranged such that current can be switched therethrough. The invention also relates to a method for controlling the stirring movement in the mold (1).

Description

【０００１】
発明の技術分野
本発明は、両端が鋳造方向に開口する鋳型を用いた、スチールなどの合金および金属を連続または半連続鋳造するための方法と装置に関する。
【０００２】
発明の背景
スチールの連続鋳造作業において、外的に印加した低周波のＡ．Ｃ．電磁界により連続鋳造用の鋳型内の液体スチールを攪拌することは、よく知られた方法である。一般にＥＭＳとして知られる電磁攪拌は、鋳造時の製品の質およびプロセス生産性を改善するために、スチールの連続鋳造で広く使用されている。一般にメニスカスと呼ばれる溶融自由表面に隣接する領域における攪拌運動の制御は、様々な鋳造方法の条件に適合していることが求められる。よって、表面および表面下の気孔率、表面下の異物および主にＳｉ−Ｍｎ二酸化スチールから生成されるビレットとブルームにおけるその他欠陥を制御するため、メニスカス領域には特定の強度の攪拌運動が必要である。モールドパウダー下での浸漬鋳込みとして知られる別の鋳造方法は、メニスカスに安定性を必要とし、そのためメニスカスにおける攪拌運動に制限を強いることとなる。このような２つの矛盾する要件が鋳造方法に起因していたことに加え、メニスカス領域および鋳型バルクの両方において、ストランドの欠陥の特定のグループと攪拌強度との間に、直接的相関関係が確立された。そのため、鋳造鋳型のそれら領域において攪拌運動を制御する必要が生じたことにより、Ｄ．Ｃ．またはＡ．Ｃ．電磁界に基づく多くの技術が必要となっている。米国特許第４９３３００５号には、水平Ｄ．Ｃ．磁場による鋳型のメニスカス領域における攪拌運動の制御が記載されている。該特許によると、外的に印加したＤ．Ｃ．磁場が、主要攪拌機がメニスカス領域に生成した攪拌流動と相互作用する。この相互作用の結果電磁力が発生し、この力が液化金属の運動と対向することにより該運動の流速が低下する。この攪拌速度制御法には限界がある。ビレットおよびブルームの連続鋳造に使用される設備に一般的な構造では、ブレーキコイルの大きさに制限があるため、該ブレーキにより生成されたＤ．Ｃ．磁場は、メニスカス領域のもとの攪拌速度を５０から６０％低下させるに過ぎない点である。
【０００３】
従来技術による別のメニスカス領域における攪拌運動の制御法は、Ａ．Ｃ．電流を使用する二重コイル式ＥＭＳシステムであり、米国特許第５６９９８５０号に開示されている。該特許によると、鋳型のメニスカス領域の上部に配設された誘導コイルには、鋳型の下部に配設された主要攪拌機の電源とは別の電源から電流を流す。よって、上部の誘導コイルにより生成された回転するＡ．Ｃ．磁場は、主要攪拌機の磁場とは別に制御される。上部および主要攪拌機により生成された２つの磁場の回転方向が一致するとき、メニスカス領域の攪拌速度は上昇する。この速度上昇は、上部コイルに電流を入力することにより制御することができる。回転方向が互いに対向するとき、上部攪拌機はメニスカス領域における攪拌流動に対する電磁ブレーキとなる。ブレーキの電流を調製することにより、メニスカス領域の攪拌速度を、ブレーキ動作を加えていないそのもとの値から、ブレーキの電磁トルクがメニスカス領域の攪拌流動の角運動量と均衡している状態の仮想的ゼロまでの範囲内に制御することができる。
【０００４】
この方法の欠点は、ブレーキ動作の効果が、攪拌によりまたは鋳型に放出される鋳込み流動の影響により誘発される流体の流れの方位要素にしかない点である。これら流動の長さ要素は、上部誘導コイルが生成するＡ．Ｃ．磁場によって影響されることはない。これら流体の流れの長さは、その強度に応じてメニスカスおよびメニスカスに隣接する領域内の溶融物に重大な乱流を引き起こすので、鋳造方法の処理条件および製品の質に影響する。
【０００５】
発明の概要
本発明の目的は、ビレットおよびブルームの等の製造に使用する連続鋳造の鋳型内の溶融物のメニスカス領域における、攪拌速度および溶融流動（つまり液化金属流動）の制御の柔軟性を向上させることである。
【０００６】
本発明の目的は、請求項１に記載の特徴を有する装置、請求項７に記載の特徴を有する方法、および請求項１１に記載の特徴を有する方法によって達成される。
【０００７】
本発明によると、本明細書で「第２誘導コイル」と称する、二重コイル式攪拌システムの上部誘導コイルに、溶融物の上部自由表面に隣接する領域における溶融物の攪拌運動に与えたい効果に応じてＤ．Ｃ．またはＡ．Ｃ．電流を流す。一方、本明細書で「第１誘導コイル」と称する主要誘導コイルは、常にＡ．Ｃ．電流による攪拌機として機能しており、従ってＡ．Ｃ．磁場を生成している。
【０００８】
好ましくは、第２誘導コイルには主要攪拌機（つまり第１誘導コイル）とは別の電源からＡ．Ｃ．電流を流す。攪拌システムを計測ノズルを利用した鋳造に使用する場合でメニスカス領域の攪拌運動を促進する必要がある場合、上部誘導コイルは主要攪拌機の補助モードで機能する。また、浸漬鋳込み式鋳造方法に、メニスカスにおける完全な、またはほぼ完全な攪拌速度の低下が必要なときも、上部誘導コイルにはＡ．Ｃ．電流を流す。
【０００９】
水平Ｄ．Ｃ．磁場を印加することにより、メニスカスにおける攪拌速度の低下を部分的に行うことができる。そのような部分的ブレーキ動作は、計量ノズルまたは浸漬ノズルを利用する鋳造に必要とされ、メニスカスにおける攪拌速度をもとの速度の６０から５０％の範囲で制御する必要がある。この場合、上部誘導コイルにはＤ．Ｃ．電流を使用する。経験により、そのようなブレーキの強度は、浸漬鋳込み式鋳造方法および計量ノズルによる鋳造について、多くの場合十分であることが分かっている。攪拌速度が高レベルである場合、Ａ．Ｃ．磁場を印加することでさらに攪拌速度を低下させることができる。Ａ．Ｃ．からＤ．Ｃ．またはその逆への電流の切り換えは、システム電源の一部を構成する電子的プログラミング手段によって行うのが好ましい。主要攪拌機が生成する攪拌から生じるメニスカス領域における流体の流れと、液化金属の放出流と、および／または鋳型の運動は、上部誘導コイルが生成する水平Ｄ．Ｃ．磁場と相互作用する。水平Ｄ．Ｃ．磁場と、０以外のあらゆる角度で該磁場と交差する流体の流れとの間の相互作用の結果、磁力が生じてこれら流動の運動を妨げる。磁場と流体の流れの角度が９０度のとき、相互作用は最大となる。その結果、攪拌運動速度および、鋳込み流の真下への放出を含めた縦流がともに低減する。よってメニスカス領域の乱流が低減し、その結果メニスカスの安定性、プロセス処理条件および鋳造製品の質が向上する。
【００１０】
従って、単一の攪拌システムによって提供され、鋳造鋳型のメニスカス領域に配設された同一の誘導コイルにより行われる、Ａ．Ｃ．およびＤ．Ｃ．磁場の互換性を考慮することにより、本発明は、メニスカスにおける攪拌速度と乱流の制御の柔軟性を大きく向上させ、その結果冶金学的性能の効果および攪拌システムの有効性を向上させる。
【００１１】
本発明はさらに二重コイル式攪拌システムの方法と装置を向上させるものである。本発明は、電磁的に攪拌可能であるすべての導電性物質、つまり金属および合金に広く利用可能であり、液化金属コラムの他の領域の攪拌運動が少しでも阻害されたときに、いずれかの領域または最小限の領域で攪拌運動の制御が必要になる場合に利用可能である。本発明は、鋳造鋳型の様々な特殊な志向に利用可能である。鋳型は垂直、水平に、または傾斜して配設することができる。
【００１２】
本発明の実施形態
添付図面を参照する複数の例示的実施形態により、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の１実施形態による金属の連続または半連続鋳造のための装置を示す。該装置は、両端が鋳造方向に開口した鋳造鋳型１と、鋳型に高温の溶融物を供給する手段２を具備する。該装置は二重コイル式電磁攪拌（ＥＭＳ）システムを備え、第１誘導コイル４および第２誘導コイル３を含む。第２誘導コイル３は、第１誘導コイル４の上流で、鋳型の上端部に配設されている。つまり、第１誘導コイル４は第２誘導コイル３の下流に配設されている。第１誘導コイル４は攪拌機として機能し、Ａ．Ｃ．磁場を生成するＡ．Ｃ．電流が流れている。第１誘導コイル４はＡ．Ｃ．電磁攪拌機を構成し、電源を入れると、鋳型１内で溶融金属７に鋳型１の縦軸を中心とした回転運動を生じさせるように設計されている。図１では、溶融物は溶融物の上部表面下、つまりメニスカス５、に開口する鋳造チューブ２によって供給される。当然ながら、鋳型１への溶融物の供給に他のタイプの手段を利用することも可能である。
【００１４】
本発明によると、第２誘導コイル３には、溶解物の上部自由表面５に隣接する領域における溶解物の攪拌運動に与えたい効果に応じてＤ．Ｃ．またはＡ．Ｃ．電流を相互に切り換えて流すことが可能である。第２誘導コイル３に供給する電流の種類を制御するために、好適には、装置には、図２に概略を図解した、第２誘導コイル３に流す電流をＡ．Ｃ．からＤ．Ｃ．へおよびその逆へ切り替える手段１２を設けることが好ましい。Ａ．Ｃ．電流からＤ．Ｃ．電流へ、およびその逆への切り替えは、好適には、システムの電源の一部を構成する電子的プログラム手段１２により行う。
【００１５】
第２誘導コイル３には、好適には、第１誘導コイル４とは別の電源からＡ．Ｃ．電流を流す。本発明の好適な実施例では、第１誘導コイル４にＡ．Ｃ．電流を供給するために第１電源１０を設け、第２誘導コイル３にＡ．Ｃ．電流とＤ．Ｃ．電流を切り換え可能に供給するために第２電源１１を設ける。前記第１および第２電源の概略を図２に示す。Ａ．Ｃ．電流からＤ．Ｃ．電流へ、およびその逆へ切り替える手段を図２の１２に概略的に示す。よって、第２コイル３にはＡ．Ｃ．またはＤ．Ｃ．電流を選択的に供給することができる。この構成により、第１誘導コイル４により生成された攪拌の方向性のパターンに関係なく、第１または第２誘導コイルの攪拌動作をそれぞれ独立して制御することができる。
【００１６】
本発明の好適な実施例では、第１誘導コイル４は鋳造鋳型１の周縁部に配設された一連のコイル８を有する。これらコイル８は、好適には、多相および多極の構成である。また、好適には、第２誘導コイル３は鋳造鋳型１の周縁部に配設された一連のコイル９を有する。これらコイル９も、多相および多極の構成であることが望ましい。
【００１７】
本発明の１つの特徴によると、第２誘導コイル３は、少なくとも３つの異なる操作モード、すなわち
−　第２誘導コイル３にはＡ．Ｃ．電流が供給されて、第２誘導コイル３が生成する磁場の回転方向が、第１誘導コイル４が生成する磁場の回転方向と一致し、よって第２誘導コイル３が生成する磁場は、第１誘導コイル４による溶解物の上部自由表面５に隣接する溶解物領域に誘発された攪拌運動の速度を促進し、該領域の溶解物の攪拌速度は、第２誘導コイル３に供給するＡ．Ｃ．電流の値を調整することにより制御される、第１モード、
−　第２誘導コイル３にはＡ．Ｃ．電流が供給されて、第２誘導コイル３が生成する磁場の回転方向が、第１誘導コイル４が生成する磁場の回転方向と対向し、よって第２誘導コイル３が生成する磁場は、第１誘導コイル４による溶解物の上部自由表面５に隣接する溶解物領域に誘発された攪拌運動の速度を低減し、該領域の溶解物の攪拌速度は、第２誘導コイル３に供給するＡ．Ｃ．電流の値を調整することにより制御される、第２モード、
−　第２誘導コイル３にはＤ．Ｃ．電流が供給されて水平方向のＤ．Ｃ．磁場が生成され、該磁場は、溶解物の上部自由表面５に隣接する溶解物領域において、鋳型１の空間の水平および垂直平面上に、平面溶解物７に流体の流れの方向に対向する電磁力を誘発し、よって第２誘導コイル３が生成する磁場は、第１誘導コイル４による溶解物の上部自由表面５に隣接する溶解物領域に誘発された攪拌運動の速度と、第１誘導コイル４の攪拌動作により溶解物７に生成された縦流の速度と、鋳型１への溶解物の連続放出により生成された縦流の速度とを低減する、第３モード
を供することができる。
【００１８】
操作に望ましいモードは、使用する鋳造方法に応じて上記モードから選択される。メニスカス５に隣接する領域の溶解物の攪拌運動に対し、第２誘導コイル３により与えたい効果は、使用する鋳造方法によって異なる。
【００１９】
本発明によれば、攪拌運動制御改善を目的に鋳型のメニスカス領域にブレーキ作用を生じさせるために、第２誘導コイル３にはＤ．Ｃ．電流またはＡ．Ｃ．電流を供給する。また、ＥＭＳシステムの冶金学的有効性が達成される。Ａ．Ｃ．磁場によるブレーキ作用は、仮想的ゼロの速度を含む広い範囲でメニスカスにおける攪拌速度を制御することができる。ブレーキが鋳型バルクの攪拌運動にもたらすマイナスの影響は、この領域における攪拌速度が２０％も低減できるということである。水平Ｄ．Ｃ．磁場によりブレーキ作用を加えることにより、鋳型バルクの攪拌運動に影響することなく、メニスカス領域の攪拌速度をもとの攪拌速度の５０％の範囲まで制御できる。これは、浸漬鋳込みを使用するスチール連続鋳造方法の殆ど全てに十分である。
【００２０】
第２誘導コイル３により生成される水平Ｄ．Ｃ．磁場とメニスカス領域の回転性攪拌流との間の相互作用から生じるブレーキ作用の大部分は、メニスカスと磁気ブレーキの下端部との間の境界内に制限される。主要攪拌機（つまり第１誘導コイル４）が生成する鋳型バルク内の攪拌運動は、水平Ｄ．Ｃ．磁場によりメニスカス領域に生成されたブレーキ作用に殆ど影響されない。
【００２１】
溶解物７内の回転流動の強度は、磁気トルクのパラメータと溶解物内のその空間的分布に応じたその回転（角）速度Ｕと、鋳型断面の大きさおよびジオメトリーとを特徴とする。比較的小型の軸対象ジオメトリーシステム、例えば円筒形状または四角形状の断面については、磁気トルクは次の式で定義可能である：
Ｔ＝０．５πｆσＢ^２Ｒ^４Ｌ
ここで：
Ｔは２相または３相のＡ．Ｃ．磁場により生成された磁気トルクであり、
ｆは電流周波数であり、
σは液化金属の導電性であり、
Ｂは磁束密度であり、
Ｒは攪拌プールの半径であり、および
Ｌは攪拌機の鉄ヨークの長さである。
【００２２】
第２誘導コイル３にＡ．Ｃ．またはＤ．Ｃ．電流を切り換え可能に供給できることで、メニスカス５における攪拌動作を独立して制御することができるため、攪拌プロセス制御の柔軟性および精度が大きく向上し、同様に、第１誘導コイル４により生成される流体の縦流、図１の参照番号１８に示される鋳込み流、および鋳型１の振動により生じる、メニスカス領域における乱流の制御についても柔軟性および精度が向上する。
【００２３】
Ｄ．Ｃ．電流を供給した場合、Ｄ．Ｃ．ブレーキ、つまり第２誘導コイル４により、横断面および縦断面内の流体の流動が低減する。これは、Ｄ．Ｃ．磁場と、以下の式による運動する導電性流体の流れとが相互作用する結果生じる電磁力、つまりローレンツ力によるものである：
Ｆ＝ＢｘＪ
Ｊ＝σ（Ｅ＋ＵＢ）
ここで：
Ｊは溶解物内に誘発された電流密度であり、
Ｕは溶解物の流速であり、および
Ｅは電位である。
【００２４】
電磁力Ｆは磁束密度Ｂと流体の流速Ｕ両方の大きさに依存するので、流体の流速をゼロに近いレベルまで低下させるためには電流を大きく増大させなければならないことが明らかである。連続鋳造方法では、多くの場合、そのような速度低減は不要である。図３に示すように、水銀プールのメニスカス領域における攪拌速度は、もとの７．３ラド／秒から、２５０ＡのＤ．Ｃ．電流を加えた場合の２．７ラド／秒まで低下した。速度低下の直線補外により、攪拌速度を仮想的ゼロレベルに低下させるには３３５Ａが必要と推定される。
【００２５】
Ｄ．Ｃ．ブレーキによるメニスカス領域における攪拌速度の低下は、主要ＥＭＳの中央平面（つまり第１誘導コイル４）における攪拌速度に、Ａ．Ｃ．ブレーキにより生じる効果に類似したブレーキ効果を及ぼす。図３および４は、メニスカスにおける攪拌速度がＤ．Ｃ．ブレーキにより２．７ラド／秒に低下したとき、ＥＭＳの中央平面における攪拌速度が約１１．７ラド／秒、つまりもとの１３．６ラド／秒の８６％であることを示す。
【００２６】
本発明は、鋳型のメニスカス領域における、液化金属の水平および垂直両方向の運動の制御法を改善する。主要ＥＭＳ、および液化金属を鋳型へ放出する際の鋳込み流などその他手段により生じる液化金属の運動の垂直要素は、溶解物のメニスカス領域周縁部に配設され、Ｄ．Ｃ．電流を供給した攪拌機変更要素の形態の誘導コイル（つまり第２誘導コイル）を使用することで最小化される。一方、攪拌機変更要素により生成されたＡ．Ｃ．磁場を使用することにより、攪拌速度（つまりその方位要素）はもっと完全に近い形で制御される。
【００２７】
本詳細な説明および請求の範囲で使用する「誘導コイル」という表現は、図２に示すように、複数の個別コイルを含む誘導コイルを包含する。
【００２８】
当然ながら、本発明は上述の好適な実施例に限定されるものではなく、当業者には、請求の範囲に定義された本発明の基本概念から逸脱することなく、それら実施例の多くの変形例が可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の１実施形態による、鋳造鋳型に関する二重コイル式攪拌システムの概略図である。
【図２】
本発明の１実施形態による装置の誘導コイルに可能な電気接続の単線図である。
【図３】
ＤＣ磁気ブレーキと、水銀コラム内の電磁攪拌機のメニスカスおよび中央平面における攪拌速度との関係を示すグラフである。
【図４】
Ａ．Ｃ．およびＤ．Ｃ．磁場ブレーキを加えた場合と加えない場合の二重コイル式ＥＭＳシステムにおいて、四角形の断面を有する水銀プール内で測定された攪拌速度の軸平面歯形を示すグラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method and apparatus for continuous or semi-continuous casting of alloys and metals, such as steel, using molds open at both ends in the casting direction.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION In a continuous casting operation of steel, an externally applied low frequency A.I. C. Stirring liquid steel in a continuous casting mold with an electromagnetic field is a well-known method. Electromagnetic stirring, commonly known as EMS, is widely used in continuous casting of steel to improve product quality and process productivity during casting. Control of the stirring motion in a region adjacent to the free melting surface, which is generally called a meniscus, is required to be compatible with the conditions of various casting methods. Thus, to control the surface and sub-surface porosity, sub-surface foreign matter and other defects in billets and blooms mainly generated from Si-Mn dioxide steel, a specific intensity of stirring motion is required in the meniscus region. is there. Another casting method, known as dip casting under mold powder, requires stability of the meniscus, which imposes restrictions on the agitating movement at the meniscus. In addition to the two contradictory requirements being attributed to the casting method, a direct correlation was established between a particular group of strand defects and stir strength in both the meniscus area and the mold bulk. Was done. As a result, it became necessary to control the stirring movement in those areas of the casting mold. C. Or A. C. Many technologies based on electromagnetic fields are needed. U.S. Pat. No. 4,933,005 discloses a horizontal D.C. C. The control of the stirring movement in the meniscus region of the mold by a magnetic field is described. According to the patent, externally applied D.C. C. The magnetic field interacts with the agitated flow generated by the main agitator in the meniscus region. This interaction results in the generation of an electromagnetic force that opposes the movement of the liquefied metal, reducing the flow rate of the movement. This stirring speed control method has a limit. In a structure common to equipment used for continuous casting of billets and blooms, the size of the brake coil is limited, so that the D.C. C. The magnetic field only reduces the original stirring speed of the meniscus region by 50 to 60%.
[0003]
A method for controlling the stirring motion in another meniscus region according to the prior art is disclosed in C. A dual coil EMS system that uses electrical current and is disclosed in US Pat. No. 5,699,850. According to the patent, an induction coil disposed above the meniscus region of the mold is supplied with a current from a power supply separate from the power supply of the main stirrer disposed below the mold. Thus, the rotating A.C. generated by the upper induction coil. C. The magnetic field is controlled separately from the magnetic field of the main stirrer. When the rotation directions of the two magnetic fields generated by the upper and main stirrers coincide, the stirring speed of the meniscus region increases. This speed increase can be controlled by inputting current to the upper coil. When the directions of rotation oppose each other, the upper stirrer acts as an electromagnetic brake for the stir flow in the meniscus area. By adjusting the brake current, the agitation speed in the meniscus area can be changed from its original value without the application of the brake operation to a hypothetical state in which the electromagnetic torque of the brake is balanced with the angular momentum of the agitated flow in the meniscus area. It can be controlled within the range up to the target zero.
[0004]
The disadvantage of this method is that the effect of the braking action is only on the directional component of the fluid flow induced by agitation or by the influence of the casting flow released into the mold. The length elements of these flows are determined by the A.I. C. It is not affected by the magnetic field. The length of the flow of these fluids affects the processing conditions of the casting process and the quality of the product, as depending on their strength they cause significant turbulence in the meniscus and the melt in the area adjacent to the meniscus.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide control of agitation speed and melt flow (i.e., liquefied metal flow) in the meniscus region of the melt in a continuous casting mold used to produce billets, blooms, and the like. It is to improve flexibility.
[0006]
The object of the invention is achieved by a device having the features of claim 1, a method having the features of claim 7, and a method having the features of claim 11.
[0007]
According to the present invention, the effect that the upper induction coil of a double-coil stirring system, referred to herein as the "second induction coil", has on the stirring movement of the melt in the area adjacent to the upper free surface of the melt. According to D. C. Or A. C. Apply current. On the other hand, the main induction coil, referred to herein as the "first induction coil", is always A.I. C. It functions as an electric current stirrer, and thus C. Generating a magnetic field.
[0008]
Preferably, the second induction coil receives A.D. power from a separate power source than the main stirrer (ie, the first induction coil). C. Apply current. When the stirring system is used for casting using the measuring nozzle and it is necessary to promote the stirring movement of the meniscus area, the upper induction coil functions in the auxiliary mode of the main stirrer. Also, when the immersion casting method requires a complete or nearly complete reduction in the agitating speed at the meniscus, the upper induction coil may have an A.I. C. Apply current.
[0009]
Horizontal D. C. By applying a magnetic field, the stirring speed at the meniscus can be partially reduced. Such partial braking is required for casting utilizing a metering or immersion nozzle and requires controlling the agitation speed at the meniscus in the range of 60 to 50% of the original speed. In this case, D.I. C. Use current. Experience has shown that the strength of such brakes is often sufficient for immersion casting methods and for casting with metering nozzles. If the stirring speed is at a high level, C. By applying a magnetic field, the stirring speed can be further reduced. A. C. To D. C. The switching of the current, or vice versa, is preferably effected by electronic programming means forming part of the system power supply. Fluid flow in the meniscus region resulting from the agitation generated by the main stirrer, liquefied metal discharge flow, and / or mold movement is controlled by the horizontal induction generated by the upper induction coil. C. Interacts with magnetic fields. Horizontal D. C. The interaction between the magnetic field and the flow of the fluid that intersects the magnetic field at any non-zero angle results in magnetic forces that hinder the movement of these flows. The interaction is maximum when the angle between the magnetic field and the flow of the fluid is 90 degrees. As a result, both the speed of the stirring motion and the longitudinal flow including the discharge immediately below the casting flow are reduced. Thus, turbulence in the meniscus region is reduced, resulting in improved meniscus stability, processing conditions and cast product quality.
[0010]
Thus, A.1 is provided by a single agitator system and performed by the same induction coil disposed in the meniscus area of the casting mold. C. And D. C. By taking into account the interchangeability of the magnetic fields, the present invention greatly increases the flexibility of controlling the stirring speed and turbulence in the meniscus, thereby improving the effect of metallurgical performance and the effectiveness of the stirring system.
[0011]
The present invention further improves the method and apparatus of the dual coil stirring system. The present invention is widely applicable to all conductive materials that can be electromagnetically stirred, i.e., metals and alloys, and when any part of the stirring movement of other areas of the liquefied metal column is impeded, It can be used when control of the stirring motion is required in an area or a minimum area. The invention can be used for various special orientations of casting molds. The molds can be arranged vertically, horizontally or at an angle.
[0012]
A plurality of exemplary embodiments with reference to the embodiments <br/> accompanying drawings of the present invention, the present invention will be described in detail.
[0013]
FIG. 1 shows an apparatus for continuous or semi-continuous casting of metal according to one embodiment of the present invention. The apparatus comprises a casting mold 1 having both ends opened in the casting direction, and means 2 for supplying a high-temperature melt to the casting mold. The apparatus comprises a double coil electromagnetic stirring (EMS) system and comprises a first induction coil 4 and a second induction coil 3. The second induction coil 3 is disposed at the upper end of the mold, upstream of the first induction coil 4. That is, the first induction coil 4 is disposed downstream of the second induction coil 3. The first induction coil 4 functions as a stirrer. C. A. Generate Magnetic Field C. Electric current is flowing. The first induction coil 4 has an A.I. C. The electromagnetic stirrer is configured so that when the power is turned on, the molten metal 7 in the mold 1 is caused to rotate around the longitudinal axis of the mold 1. In FIG. 1, the melt is supplied by a casting tube 2 which opens below the upper surface of the melt, ie at the meniscus 5. Of course, other types of means for supplying the melt to the mold 1 are also possible.
[0014]
According to the invention, the second induction coil 3 has a D.I.D. depending on the effect that it wants to exert on the stirring movement of the melt in the area adjacent to the upper free surface 5 of the melt. C. Or A. C. It is possible to switch the current between each other and make it flow. To control the type of current supplied to the second induction coil 3, the device preferably comprises a current flowing through the second induction coil 3, schematically illustrated in FIG. C. To D. C. It is preferred to provide means 12 for switching to and vice versa. A. C. From the current C. Switching to current and vice versa is preferably performed by electronic programming means 12, which forms part of the power supply of the system.
[0015]
The second induction coil 3 is preferably connected to the A.I. C. Apply current. In a preferred embodiment of the present invention, the first induction coil 4 has A.I. C. A first power supply 10 is provided to supply a current, and A.I. C. Current and D. C. A second power supply 11 is provided to switchably supply current. FIG. 2 schematically shows the first and second power supplies. A. C. From the current C. The means for switching to current and vice versa is shown schematically at 12 in FIG. Therefore, the second coil 3 has A.I. C. Or D. C. The current can be selectively supplied. With this configuration, the stir operation of the first or second induction coil can be independently controlled regardless of the pattern of the direction of the stir generated by the first induction coil 4.
[0016]
In a preferred embodiment of the invention, the first induction coil 4 comprises a series of coils 8 arranged on the periphery of the casting mold 1. These coils 8 are preferably of multi-phase and multi-pole configuration. Also, preferably, the second induction coil 3 has a series of coils 9 arranged on the periphery of the casting mold 1. Desirably, these coils 9 also have a multi-phase and multi-pole configuration.
[0017]
According to one feature of the invention, the second induction coil 3 has at least three different modes of operation: C. When the current is supplied, the rotation direction of the magnetic field generated by the second induction coil 3 matches the rotation direction of the magnetic field generated by the first induction coil 4, and thus the magnetic field generated by the second induction coil 3 is The speed of the agitation movement induced by the induction coil 4 in the melt area adjacent to the upper free surface 5 of the melt is increased, the rate of agitation of the melt in that area being controlled by the A.I. C. A first mode, controlled by adjusting the value of the current,
The second induction coil 3 has an A.I. C. When the current is supplied, the rotation direction of the magnetic field generated by the second induction coil 3 is opposite to the rotation direction of the magnetic field generated by the first induction coil 4, and thus the magnetic field generated by the second induction coil 3 is The speed of the agitation movement induced by the induction coil 4 in the melt area adjacent to the upper free surface 5 of the melt is reduced, and the stirring speed of the melt in that area is reduced by the A.I. C. A second mode, controlled by adjusting the value of the current,
The second induction coil 3 has a D.I. C. When a current is supplied, the horizontal direction D.D. C. A magnetic field is generated which, in the melt area adjacent to the upper free surface 5 of the melt, on the horizontal and vertical planes of the space of the mold 1, faces the planar melt 7 in the direction of the flow of the fluid opposite the fluid. The magnetic field induced by the force and thus generated by the second induction coil 3 depends on the speed of the stirring movement induced by the first induction coil 4 in the melt zone adjacent to the upper free surface 5 of the melt and the first induction coil. A third mode of reducing the velocity of the longitudinal flow generated in the melt 7 by the stirring operation of 4 and the velocity of the longitudinal flow generated by continuous discharge of the melt to the mold 1 can be provided.
[0018]
The mode desired for operation is selected from the above modes depending on the casting method used. The effect of the second induction coil 3 on the stirring motion of the melt in the area adjacent to the meniscus 5 depends on the casting method used.
[0019]
According to the present invention, in order to generate a braking action in the meniscus area of the mold for the purpose of improving the stirring motion control, the D.I. C. Current or A. C. Supply current. Also, the metallurgical effectiveness of the EMS system is achieved. A. C. The braking action by the magnetic field can control the agitation speed at the meniscus over a wide range, including a virtually zero speed. The negative effect of the brake on the stirring movement of the mold bulk is that the stirring speed in this region can be reduced by as much as 20%. Horizontal D. C. By applying the braking action by the magnetic field, the stirring speed of the meniscus region can be controlled to a range of 50% of the original stirring speed without affecting the stirring motion of the mold bulk. This is sufficient for almost all continuous steel casting methods using immersion casting.
[0020]
Horizontal D.C. generated by the second induction coil 3 C. Most of the braking effect resulting from the interaction between the magnetic field and the rotating agitated flow in the meniscus region is confined within the boundary between the meniscus and the lower end of the magnetic brake. The stirring motion in the mold bulk generated by the main stirrer (ie, the first induction coil 4) is a horizontal D.C. C. It is hardly affected by the braking action generated in the meniscus area by the magnetic field.
[0021]
The strength of the rotational flow in the melt 7 is characterized by the parameters of the magnetic torque and its rotational (angular) speed U according to its spatial distribution in the melt, and the size and geometry of the mold cross section. For relatively small axisymmetric geometry systems, for example, cylindrical or square cross sections, the magnetic torque can be defined by the following equation:
T = 0.5πfσB ² R ⁴ L
here:
T is a two or three phase A.T. C. Magnetic torque generated by a magnetic field,
f is the current frequency,
σ is the conductivity of the liquefied metal,
B is the magnetic flux density,
R is the radius of the stirring pool and L is the length of the iron yoke of the stirrer.
[0022]
The second induction coil 3 has A.I. C. Or D. C. Since the current can be switchably supplied, the stirring operation in the meniscus 5 can be controlled independently, so that the flexibility and accuracy of the stirring process control are greatly improved, and similarly, the stirring process is generated by the first induction coil 4. The flexibility and accuracy of the control of the turbulent flow in the meniscus region caused by the longitudinal flow of the fluid, the pouring flow indicated by reference numeral 18 in FIG.
[0023]
D. C. When current is supplied, C. The brake, ie the second induction coil 4, reduces the flow of fluid in the transverse and longitudinal sections. This is D. C. It is due to the electromagnetic force, the Lorentz force, resulting from the interaction of the magnetic field with the moving flow of the conductive fluid according to the following equation:
F = BxJ
J = σ (E + UB)
here:
J is the current density induced in the lysate,
U is the lysate flow rate and E is the potential.
[0024]
Since the electromagnetic force F depends on both the magnitude of the magnetic flux density B and the flow velocity U of the fluid, it is clear that the current must be greatly increased in order to reduce the flow velocity of the fluid to a level close to zero. In continuous casting methods, such speed reduction is often unnecessary. As shown in FIG. 3, the stirring speed in the meniscus region of the mercury pool was changed from the original 7.3 rad / sec to a D.A. of 250 A. C. It decreased to 2.7 rad / sec when a current was applied. It is estimated that 335A is required to reduce the stirring speed to a virtual zero level by linear extrapolation of the speed reduction.
[0025]
D. C. The lowering of the stirring speed in the meniscus region due to the brake is caused by the fact that the stirring speed in the central plane of the main EMS (that is, the first induction coil 4) is A. C. It exerts a braking effect similar to that produced by braking. 3 and 4 show that the stirring speed at the meniscus is D.C. C. When reduced to 2.7 rad / sec by the brake, it indicates that the agitation speed in the mid plane of the EMS is about 11.7 rad / sec, or 86% of the original 13.6 rad / sec.
[0026]
The present invention improves the method of controlling both the horizontal and vertical movement of the liquefied metal in the meniscus region of the mold. Vertical elements of the main EMS and the movement of the liquefied metal caused by other means such as the casting flow in discharging the liquefied metal to the mold are arranged at the periphery of the meniscus area of the melt, C. It is minimized by using an induction coil in the form of a current-fed stirrer change element (ie, a second induction coil). On the other hand, the A.I. C. By using a magnetic field, the agitation speed (ie its azimuthal component) is controlled more closely.
[0027]
The expression "induction coil" as used in this description and in the claims encompasses an induction coil comprising a plurality of individual coils, as shown in FIG.
[0028]
Of course, the present invention is not limited to the preferred embodiments described above, and those skilled in the art will recognize many modifications of those embodiments without departing from the basic concept of the present invention as defined in the appended claims. Clearly, an example is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG.
1 is a schematic diagram of a dual coil agitation system for a casting mold, according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2
FIG. 2 is a single-line diagram of possible electrical connections to an induction coil of a device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3
4 is a graph showing a relationship between a DC magnetic brake, a meniscus of an electromagnetic stirrer in a mercury column, and a stirring speed in a central plane.
FIG. 4
A. C. And D. C. 4 is a graph showing axial plane tooth profile of agitation speed measured in a mercury pool having a square cross section in a double coil EMS system with and without a magnetic field brake.

Claims

A casting mold (1) having both ends opened in the casting direction, means (2) for supplying a melt to the mold (1), and a stirrer for inducing a stirring motion in the melt (7) in the mold (1). Used, A. C. A first electromagnetic induction coil (4) through which a current flows, and controlling the stirring movement of the melt in an area arranged upstream of the first induction coil (4) and adjacent to the upper free surface (5) of the melt; An apparatus for continuous or semi-continuous casting of metal having a second electromagnetic induction coil (3) used to perform the process. C. Or A. C. Apparatus characterized in that it is arranged so that current can be switched therethrough.

The device controls the current supplied to the second induction coil (3) to A.V. C. To D. C. Device according to claim 1, characterized in that it comprises means (12) for switching to and from vice versa.

The first induction coil (4) has A. C. A first power supply (10) is provided for supplying a current, and an A.C. C. Current and D. C. Device according to claim 1 or 2, characterized in that a second power supply (11) is provided for switchably supplying current.

The second power supply (11) outputs C. D. from power supply C. Device according to claim 3, characterized in that it comprises electronic programming means (12) for switching to a power supply and vice versa.

The second induction coil (3) comprises a multi-phase and multi-pole coil arranged at intervals around the periphery of the mold (1). An apparatus according to claim 1.

The first induction coil (4) comprises a multi-phase and multi-pole coil spaced around the periphery of the mold (1). An apparatus according to claim 1.

A method for controlling a stirring motion in a casting mold (1) for continuous or semi-continuous casting of metal, wherein both ends of the casting mold (1) are opened in a casting direction to supply a melt to the casting mold (1). A. C. A stirrer is induced in the melt (7) in the mold (1) by the first electromagnetic induction coil (4) to which an electric current is applied, and the second electromagnetic induction coil (4) disposed upstream of the first induction coil (4). 3) controlling the stirring motion of the melt in a region adjacent to the upper free surface (5) of the melt, wherein the second induction coil (3) has a D.I. C. Or A. C. A method characterized in that the current can be switched to flow.

The current supplied to the second induction coil (3) is changed by the switching means (12) to A.I. C. To D. C. The method according to claim 7, characterized in that the switching is made to and vice versa.

The first induction coil (4) has A.I. C. A current is supplied to the second induction coil (3) from the second power supply (11). C. Current and D. C. 9. The method according to claim 7, wherein the current is switchably supplied.

The second power supply (11) has an A.I. C. D. from power supply C. 10. Method according to claim 9, characterized in that switching to the power supply and vice versa by electronic programming means (12).

A method for controlling a stirring motion in a casting mold (1) for continuous or semi-continuous casting of metal, wherein both ends of the casting mold (1) are opened in a casting direction to supply a melt to the casting mold (1). A. C. A stirrer is induced in the melt (7) in the mold (1) by the first electromagnetic induction coil (4) to which an electric current is applied, and the second electromagnetic induction coil (4) disposed upstream of the first induction coil (4). 3) A method for controlling the agitating movement of the melt induced in a region adjacent to the upper free surface (5) of the melt according to 3), wherein the second induction coil (3) comprises at least three different operating modes: That is, the second induction coil (3) has an A.I. C. When the current is supplied, the rotation direction of the magnetic field generated by the second induction coil (3) matches the rotation direction of the magnetic field generated by the first induction coil (4), and thus the second induction coil (3) is generated. The increasing magnetic field promotes the speed of the stirring motion induced by the first induction coil (4) in the melt zone adjacent to the upper free surface (5) of the melt, wherein the stirring speed of the melt in the zone is reduced by the first speed. A. 2 to supply to the induction coil (3) C. A first mode, controlled by adjusting the value of the current,
The second induction coil (3) has an A.I. C. When the current is supplied, the rotation direction of the magnetic field generated by the second induction coil (3) is opposed to the rotation direction of the magnetic field generated by the first induction coil (4), and thus the second induction coil (3) is generated. The decreasing magnetic field reduces the speed of the stirring movement induced by the first induction coil (4) in the melt zone adjacent to the upper free surface (5) of the melt, wherein the stirring speed of the melt in the zone is reduced by the first. A. 2 to supply to the induction coil (3) C. A second mode, controlled by adjusting the value of the current,
The second induction coil (3) has a D.I. C. When a current is supplied to the horizontal D.C. C. A magnetic field is generated, which in the melt area adjacent to the upper free surface (5) of the melt, on the horizontal and vertical plane of the space of the mold (1), causes the flow of the fluid into the melt (7). The magnetic field generated by the second induction coil (3), which induces electromagnetic forces in opposite directions, is induced in the melt zone adjacent to the upper free surface (5) of the melt by the first induction coil (4). Speed of the stirring motion, the speed of the longitudinal flow generated in the melt (7) by the stirring operation of the first induction coil (4), and the longitudinal flow generated by the continuous discharge of the melt into the mold (1). A third mode, wherein the mode of operation is selected according to the casting method used.

The first induction coil (4) has A.I. C. A current is supplied to the second induction coil (3) from the second power supply (11). C. Current and D.I. C. The method according to claim 11, wherein the current is switchably provided.

The second power supply (11) has an A.I. C. D. from power supply C. 13. Method according to claim 12, characterized in that switching to the power supply and vice versa by electronic programming means (12).