JP2008513214A - タンディッシュまたはとりべのそれぞれの排出の間に、タンディッシュまたはとりべにおいて生じる渦を抑制するための方法および設備 - Google Patents

Abstract

融解物の自由表面が臨界レベルより下に低下する際に、タンディッシュまたはとりべにおいて生じる渦を抑制するための方法が提供される。この方法は、特殊設計のＲＭＦ誘導子によって、流出パイプの上方でこの融解物中に発生させられる回転磁場を使用する。１つの実施形態において、上記ＲＭＦ回転の方向は、特定の周波数およびオン−オフ時間比で変動する。別の実施形態において、上記ＲＭＦは、振幅および／または周波数を変調され、この変調の周波数が、搬送波の周波数を超える。

Description

本願は、２００４年９月１３日に出願された、米国仮特許出願番号６０／６０９，６９７の利益を主張する。この米国仮特許出願は、その全体が、本明細書中に参考として援用される。

（発明の背景）
本発明は、一般に、タンディッシュにおける渦抑制に関する。

連続鋳造プラント（「ＣＣＰ」）のタンディッシュまたはとりべから、融解物を排出する間に発生する、融解物の自由表面の低下は、交換用のタンディッシュまたはとりべにおいて、融解の直前に渦を生じさせ得る。この現象は、代表的に、この融解物のレベルが通常より低下した場合に起こる。このような低いレベルは、例えば、このタンディッシュが空にされるプロセスにおいて起こり得る。この融解物の表面に浮遊しているスラグは、この渦に引き込まれ、そしてこの連続鋳造プラントの鋳型に入る。従って、連続インゴットの特定の部分は、スラグ含有物を含有するので、切り離され、そして後に再度融解されなければならない。スラグを切り離し、そしてこのスラグを再度融解することは、製造費用を増加させ、そしてスループットを低下させる。

現在、圧倒的多数の金属および合金が、ＣＣＰで鋳造されている。従って、渦抑制の問題は、非常に緊迫している。

この問題を解決するための試みは、排出穴の上方に設置された、かなり複雑な構成のセラミック箱を使用してなされた（例えば、特許文献１（Ｓａｎｋａｒａｎａｒａｙａｎａｎら、発明の名称「Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｄｅｖｉｃｅ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｖｏｒｔｉｃｅｓ」）を参照のこと）。このような方法の欠点は明らかであり、そして内部洗浄の必要性およびタンディッシュの長時間の運転の後の融解物によるセラミックのさらなる破壊を包含する。

従って、渦抑制のための改善された方法を提供することが望ましい。
米国特許第５，３８２，００３号明細書

（発明の要旨）
従って、本発明の目的は、渦抑制のための改善された方法を提供することである。

本発明の、提唱される渦抑制の方法は、回転磁場（「ＲＭＦ」）を使用する。この方法は、タンディッシュ内へのセラミック構成要素の配置をまったく包含せず、従って、上記欠点がない。さらに、ＲＭＦのパラメータは、変化させることが容易であり、従って、ＲＭＦを使用する渦抑制のプロセスは、広い範囲内で容易に制御され得る。

提唱される渦抑制の方法は、低温タンディッシュモデルに対して実施されたＲＭＦによって抑制される渦に対して実施される実験の結果によって、確認される。このモデルにおいて、融解物（共融インジウム−ガリウム−スズ合金（ＩｎＧａＳｎ））が、約１０℃の融解温度で使用された。

本発明の１つの実施形態に従って、タンディッシュまたはとりべにおいて、融解物の自由表面が臨界レベルより下に低下する際に生じる渦を、融解物中で流出パイプの上方でｍ位相の電流（すなわち、任意の適切な数の電流相またはｍ位相の電圧）によって連続的に発生させられた回転磁場を使用して抑制する方法を提供する。ここで、ＲＭＦ回転の方向は、渦中での融解物の回転の方向の逆である。

本発明の上記利点および他の利点は、以下の詳細な説明を、添付の図面と組み合わせて考慮すると、より明らかになる。図において、同じ参照文字は、全体で同じ部品を表す。

（好ましい実施形態の詳細な説明）
タンディッシュカバー１（図１）に、検査窓２が作製され、そしてこの窓２の上方に、光学プローブ３が設置され得、この光学プローブは、融解物表面４の移動を記録する。排出穴５の近隣で回転流れが生じると、ｍ位相電流が、誘導子６（図２）に印加され得る。その結果、ＲＭＦが、排出穴５の上方に発生し、このＲＭＦは、融解物中の電流の回転系を誘導する。これらの電流とＲＭＦとの相互作用は、電磁体積力（「ＥＭＢＦ」）を発生させ、この電磁体積力は、誘導子６の切り替えの様式に依存して、排出穴５の上方での渦の形成を、妨げるかまたは加速するかのいずれかであり得る。

ＥＭＢＦ場が、融解物レベルが所定のタンディッシュ（またはとりべ）についての臨界値より下に低下する際に生じる回転流れの逆方向である場合、渦の形成が、効果的に抑制される。

代表的に、電流の正弦曲線の波形が、本明細書中に記載される型の誘導子（例えば、誘導子６）において発生し、その結果、ＲＭＦが、排出穴５の上方に発生する。本発明の他の実施形態によれば、代表的な正弦曲線の波形の代わりに、方形波が発生し得、そしてその巻き線が電源（図示せず）に接続される場合に、誘導子６に印加され得る。

図５は、二重に変調された正弦曲線電流の振動（２レベル方形波）の形成を概略的に図示する。図５は、例えば、波１２０および１３０によって変調された、低周波数の搬送波１１０を図示する。小さい方の波１２０および１３０は、（大きい方の波１１０と比較して）次第に高くなる周波数を有する。さらにより高い周波数の他の変調レベルは、大きい方の波１１０を変調し得るが、明瞭にするために図示されていない。この方形波は、図５において時間ドメインに図示されている。

低温モデルについて得られた実験結果によれば、いくつかの場合において、周波数および／または振幅を変調されたＲＭＦを印加すること、またはＲＭＦの回転方向、強度、もしくは周波数を時間とともに変化させることが、より有効である。

図６は、この実験において使用されたタンディッシュの概略図を示す。この図は、漏斗形状形成のプロセスに影響を与えるＲＭＦの効率の評価のために使用されるレベルの特徴を示す。ここで、Ｈ_ｍは、液体金属の初期高さであり、Ｈ_０は、ＲＭＦなしでの漏斗形状形成に対応する融解物の高さであり、そしてＲＭＦの作用下での漏斗形状形成の臨界レベルの相対変化（Ｆ_ｍｆ）は、ΔＨ＝（Ｈ_０−Ｈ_ｍｆ）／Ｈ_０である。

実験結果は、図７に示されている。図７における＋ｔとの表記は、融解物の排出のために栓を開いた後に、発電機のスイッチをオンにすることの遅延を表す。（全ての実験における融解物の初期レベルは同じであり、Ｈ_ｍは、約７０ｍｍであった）。

３位相誘導子のコイル内（例えば、図１および図２を参照のこと）の電流は、調和ＲＦＭの場合（例えば、図７の左側のデータの最初のセットを参照のこと）、以下の法則に従って変動した：
（１） Ｉ＝Ｉ_０ｓｉｎ（ω_０＋α）
ここで、αは、一時的な位相シフトであり、そしてω_０は、電流の円周波数（この実験において、ω_０＝２０Ｈｚ）である。遅延＋ｔは、０秒から２秒に変化し、Ｉ_０は、８Ａから１３Ａに変化した。明らかに、遅延の非存在下で最大電流において、最大の効果が観察される。この場合に、タンディッシュ内の金属表面の最大の乱れが観察されることが、注目される。

変調されたＲＭＦの場合、誘導コイル内の電流は、以下の法則に従って変動した：
（２） Ｉ＝Ｉ_０［１＋ｅ・ｓｉｎ（ｋω_０ｔ＋α）］ｓｉｎ（ω_０ｔ＋α）
ここで、ｋは、搬送周波数と変調周波数との間の多重比であり、そしてｅは、変調深さである。従って、例えば、図７における表記Ｋ３＿０４＿１１Ａ＿＋２ｓは、（２）によって特定される電流が、以下のパラメータを有することを意味する：
ｋ＝３、ｅ＝０．４、Ｉ_０＝１１Ａ、および＋ｔ＝＋２秒。

提唱される方法を実現する設備は、明示極（ｅｘｐｌｉｃｉｔ−ｐｏｌｅ）誘導子６（図１および図２）を備え、極の数は、位相ｍの数の倍数である（２位相電流の場合には、この誘導子は、４個（図３の物品７）、８個などのプローブを用いて作製され得る；３位相電流の場合には、この誘導子は、３個（図４の物品８）、６個（図２の物品９）などのプローブを用いて作製され得る）。これらの極は、流出パイプ１０（図１）の周りに位置し得る。

誘導子６の磁気回路は、好ましくは、強磁性の背部１１から構成され、明示極９、１２（図２）およびコイル１３が、これらの上に配置される（図１）。約５０Ｈｚ〜６０Ｈｚの市場の周波数の電流が印加される場合、この磁気回路は、好ましくは、シート状の電子技術鋼（ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｔｅｅｌ）から作製され得るか、または薄いシートジャケット１４の形態（図２）であり得、好ましくは、鉄粉１５（図１）で満たされ、これらの粒子は、絶縁されている。約２Ｈｚ〜１０Ｈｚの低周波数電流が印加される場合、この磁気回路は、好ましくは、鋼または鋳鉄から鋳造され得る。

種々の構成の極片１６（図１）、７（図３）、８（図４）は、好ましくは、はがね、鉄、または積層電子技術鋼から作製され得、そしてタンディッシュの底部の裏張り１９（図１）に構築されたジャケット１７の内部に配置される。好ましくは、ジャケット１７と極片との間にギャップがあり、このギャップを通して、それぞれの強磁性物質のキュリー点より低い温度までこれらの極片を冷却するために、空気が吹き込まれ得る。

誘導子は、好ましくは、フランジ２０を使用して、タンディッシュジャケット１７に固定され得、このフランジは、好ましくは、磁気回路のプローブにしっかりと接続された、非磁性の鋼から作製され得る。

種々の材料から作製される、種々の型の回路およびデバイスが、本発明に従って上に記載されるように、ポンプを実施するために使用され得る。

上記のことは、本発明の原理のほんの説明であること、ならびに種々の改変が、本発明の範囲および精神から逸脱することなくなされ得ることが理解され、そして本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

図１は、本発明による、ＲＭＦ誘導子を備える排出穴に隣接するタンディッシュの部分の垂直断面を示す。 図２は、図１の線Ａ−Ａから見た、６つの明示極を有する３位相ＲＭＦ誘導子の水平断面を示す。 図３は、本発明による、４つの明示極を有する２位相誘導子の極片の構成を示す。 図４は、本発明による、３つの明示極を有する３位相誘導子の極片の構成を示す。 図５は、本発明による、誘導子巻き線における誘導電流振動を概略的に図示する。 図６は、渦抑制に関する実験の間に使用されるタンディッシュの概略図を示す。 図７は、図６のタンディッシュに対して実施された実験の結果を示す。

Claims (11)

1. 融解物の自由表面が臨界レベルより下に低下する際に、タンディッシュまたはとりべにおいて生じる渦を、流出パイプの上方で該融解物中でｍ位相の電流によって連続的に発生させられる回転磁場（ＲＭＦ）を使用して抑制する方法であって、該ＲＭＦの回転の方向は、該渦における融解物の回転の方向と逆である、方法。
2. 前記ＲＭＦ回転の方向は、特定の周波数およびオン−オフ時間比で変動する、請求項１に記載の方法。
3. 前記ＲＭＦが、振幅および／または周波数を変調され、該変調の周波数が、搬送波の周波数を超える、請求項１に記載の方法。
4. 前記ＲＭＦが、特定のオン−オフ時間比の不連続な様式で発生させられる、請求項１に記載の方法。
5. 前記ＲＭＦが、自由融解物表面の低下の発生後に、静止融解物レベルおよび渦形成の条件に依存して、特定の遅延を伴って発生させられる、請求項１に記載の方法。
6. 前記ＲＭＦの強度が、前記融解物の排出の間に変動させられる、請求項１に記載の方法。
7. 前記ＲＭＦを発生させる電流の周波数が、前記融解物の排出の間に変動させられる、請求項１に記載の方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法を実現する設備であって、該設備は、明示極誘導子を備え、該極の数は、電流の相の数の倍数であり、磁気回路、巻き線、および極片を備え、該磁気回路、該巻き線、および該極片は、前記タンディッシュまたはとりべの底部に、前記流出パイプの周囲に設置されており、該磁気回路の背部は、中心穴を有する平坦なディスクの形状の強磁性材料から作製されており、該中心穴の中に、該流出パイプが配置され、該極は、巻き線が該背部の面に対して垂直であるように、台形の断面を有し、そして該極片は、空冷され、中空円錐の断片の形態で作製されており、そして該タンディッシュまたはとりべの底部の裏打ちに、排出穴の周囲に配置されている、設備。
9. 前記誘導子の前記極片が、円錐形の内部表面を有する中空円筒の断片の形態で作製されている、請求項８に記載の設備。
10. 前記誘導子の前記磁気回路が、鉄セラミックから作製されている、請求項８に記載の設備。
11. 前記誘導子の前記磁気回路が、絶縁された粒子からなる鉄粉で満たされた薄壁ジャケットの形態で作製されている、請求項８に記載の設備。

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