JP2010535106A - 導電性流体を電磁撹拌するための方法およびデバイス - Google Patents
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Abstract
この目的は、溶融物を充填された容器内で、特に凝固開始時および凝固の経過中に、非対称の流れ構造を防止することである。さらに、狙いは、凝固構造内での偏析区域の生成を防止することによって、流体の効果的な混合、および/または金属合金の制御された凝固を実現することである。
解決策は、回転磁場RMF(34)と進行磁場WMF(47)との両方が、関連の誘導コイル(31、32、33;41、42、43、44、45、46)によって、時間的に制限された調節可能な期間(TP,RMF、TP,WMF)の形で断続的に、時間的に交互に印加されることを含む。
【選択図】 図2
Description
請求項1の特徴部に従って、
回転磁場RMFと進行磁場WMFとの両方が、時間的に制限された調節可能な期間TP,RMFおよびTP,WMFの形で断続的に、時間的に交互に印加される。
0.2・ti.a.<TP,RMF=TP,WMF<2・ti.a. (I)
内にすることができ、初期調節時間ti.a.に関する定義
0.5・TP,RMF<TP,WMF<5・TP,RMF (II)
に従って調節することができる。
B0 WMF=1...4・B0 RMF (VIII)
である。
−円筒形容器と、
−容器を取り囲む中心対称構成であって、水平面内で回転し、ローレンツ力FLを発生する磁場RMFを生成するための少なくとも3対の誘導コイルを具備する中心対称構成と、
−容器を取り囲む構成であって、垂直方向に進行する磁場WMFを生成するために互いに層状に重ねて整列された少なくとも2つの誘導コイルを具備する構成と、
−容器内の流体の温度を測定し、制御/調整ユニットによって温度を制御するための少なくとも1つの温度センサと
を備え、
特許請求項10に記載の特徴部に従って、
電源ユニットが、制御/調整ユニットによって誘導コイルに接続され、それぞれ関連付けられる誘導コイルへの給電が、所定の条件
0.2・ti.a.<TP,RMF=TP,WMF<2・ti.a. (I)または
0.5・TP,RMF<TP,WMF<5・TP,RMF (II)
によって設定された様式で行われる。
0.2・ti.a.<TP,RMF=TP,WMF<2・ti.a. (I)
による調節が存在する。
0.5・TP,RMF<TP,WMF<5・TP,RMF (II)
に従って行われる。
図3a1が、回転磁場RMFが印加され、同時に進行磁場WMFが停止されたときの方位角流の瞬時画像を示す図であり、
図3a2が、回転磁場RMFが印加され、同時に進行磁場WMFが停止されたときのベクトル図としての子午線速度の瞬時画像を示す図であり、
図3b1が、進行磁場WMFが印加され、同時に回転磁場RMFが停止されたときの方位角流の瞬時画像を示す図であり、
図3b2が、進行磁場WMFが印加され、同時に回転磁場RMFが停止されたときのベクトル図としての子午線速度の瞬時画像を示す図である。
−円筒形容器14と、
−容器14を取り囲む中心対称構成3であって、水平面内で回転し、ローレンツ力FLを発生する磁場RMF34を生成するための少なくとも3対の誘導コイル31、32、33を具備する中心対称構成3と、
−容器14を取り囲む構成4であって、垂直方向に進行する磁場WMF47を生成するために、対称軸15を同軸に取り囲み、互いに層状に重ねて整列された誘導コイル41、42、43、44、45、46を具備する構成4と、
−容器14内での流体2の温度を測定し、制御/調整ユニット10によって温度を制御するための少なくとも1つの温度センサ8と
を備える。
0.2・ti.a.<TP,RMF=TP,WMF<2・ti.a. (I)または
0.5・TP,RMF<TP,WMF<5・TP,RMF (II)
によって設定された様式で行われる。
0.2・ti.a.<TP,RMF=TP,WMF<2・ti.a. (I)
内にすることができ、特徴的な初期調節時間ti.a.に関する定義
0.5・TP,RMF<TP,WMF<5・TP,RMF (II)
に従って設定を行うことができる。
B0 WMF=1...4・B0 RMF (VIII)
である。
TPause≦0.5・TP,RMFまたはTPause≦0.5・TP,WMF
である。
図3a1は、回転磁場RMF34が印加され、同時に進行磁場WMF47が停止されたときの方位角流の瞬時画像であり、
図3a2は、回転磁場RMF34が印加され、同時に進行磁場WMF47が停止されたときのベクトル図としての子午線速度の瞬時画像であり、
図3b1は、進行磁場WMF47が印加され、同時に回転磁場RMF34が停止されたときの方位角流の瞬時画像であり、
図3b2は、進行磁場WMF47が印加され、回転磁場RMF34が停止されたときのベクトル図としての子午線速度の瞬時画像である。
図4a1は、回転磁場RMF34が印加され、同時に進行磁場WMF47が停止されたときの方位角流の瞬時画像であり、
図4a2は、回転磁場RMF34が印加され、同時に進行磁場WMF47が停止されたときのベクトル図としての子午線速度の瞬時画像であり、
図4b1は、進行磁場WMF47が印加され、同時に回転磁場RMF34が停止されたときの方位角流の瞬時画像であり、
図4b2は、進行磁場WMF47が印加され、同時に回転磁場RMF34が停止されたときのベクトル図としての子午線速度の瞬時画像である。
図5aは、6mTの連続的に作用する進行磁場WMF47の影響下でのマクロ構造を示し、
図5bは、6.5mTの連続的に作用する回転磁場RMF34の影響下でのマクロ構造を示し、
図5cは、それぞれ6mTでの、断続的に交互に作用する磁場RMF34とWMF47との影響下でのマクロ構造を例示する。
−指向性凝固では、凝固前面で優勢な流れが存在せず、これは、時間平均で好ましい方向への物質運搬をもたらす。
−その結果、機械的特性を劣化させる望ましくない偏析区域が生成されない。
−偏析を生じずに、金属または半導体溶融物の非常に良好な混合を実証することができる。
−撹拌および混合プロセスに関する経済的なエネルギー入力が実現される。
−実現可能な結果は、水平面内で回転する磁場RMF34と垂直方向に進行する磁場WMF47とに関する本発明で定義した期間において得られる。
2 流体
3 誘導コイル対の構成
31 第1の対
32 第2の対
33 第3の対
34 回転磁場RMF
4 互いに同軸に整列された誘導コイルの構成
41 第1の誘導コイル
42 第2の誘導コイル
43 第3の誘導コイル
44 第4の誘導コイル
45 第5の誘導コイル
46 第6の誘導コイル
47 進行磁場WMF
5 金属ブロック
6 冷却チャネル
7 断熱ジャケット
8 温度センサ
9 電源ユニット
10 制御/調整ユニット
11 冷却デバイス
12 底部プレート
13 側壁
14 容器
15 対称軸
Claims (19)
- 水平面内で回転する磁場RMF(34)と、前記磁場RMF(34)に対して垂直方向に進行する磁場WMF(47)とを使用することによって導電性流体(2)を電磁撹拌するための方法であって、前記回転磁場RMF(34)と前記進行磁場WMF(47)との両方が、関連の誘導コイル(31、32、33;41、42、43、44、45、46)によって、時間的に制限された調節可能な期間(TP,RMF、TP,WMF)の形で断続的に、時間的に交互に印加されることを特徴とする方法。
- 前記回転磁場RMF(34)の持続期間(TP,RMF)と、前記進行磁場WMF(47)の持続期間(TP,WMF)とが、時間間隔
0.2・ti.a.<TP,RMF=TP,WMF<2・ti.a. (I)
内にあり、初期調節時間ti.a.に関する定義
- 前記回転磁場RMF(34)と前記進行磁場WMF(47)とに関する様々な期間TP,RMF、TP,WMFが、条件
0.5・TP,RMF<TP,WMF<5・TP,RMF (II)
に従って調節されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 - 前記回転磁場RMF(34)の振幅(B0 RMF)が、2つの値
- 前記進行磁場WMF(47)の振幅(B0 WMF)が、前記回転磁場RMF(34)の振幅(B0 RMF)と全く同じか、または4倍までの大きさであるように設定される、すなわち、
B0 WMF=1...4・B0 RMF (VIII)
であることを特徴とする請求項1または3に記載の方法。 - ローレンツ力(FL)のプロファイルを変調するときに、長方形関数の代わりに、正弦、三角形、または鋸歯など他のパルス形状が実現され、当該の磁場RMF(34)またはWMF(47)のプロファイルおよび最大値が、様々なパルス形状に関して同一のエネルギー入力が生じるように定義されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記磁場RMF(34)およびWMF(47)の前記振幅(B0 RMF、B0 WMF)が、観察対象のプロセスから導き出される要件に従って適合した形で、撹拌中に連続的に設定されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記磁場RMF(34)またはWMF(47)の一方が印加される個々の期間(TP,RMF、TP,WMF)が、2つの磁場RMF(34)またはWMF(47)のどちらも前記流体(2)に作用しない休止持続期間TPauseによって中断され、TPause≦0.5・TP,RMFまたはTPause≦0.5・TP,WMFであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記回転磁場RMF(34)および/または前記進行磁場WMF(47)の方向が、2つのパルス間で逆転されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 水平面内で回転する磁場RWF(34)と、垂直方向に進行する磁場WMF(47)とを使用することによって、導電性流体(2)を電磁撹拌するためのデバイス(1)であって、少なくとも、
−円筒形容器(14)と、
−前記容器(14)を取り囲む中心対称構成(3)であって、ローレンツ力FLを発生する回転磁場RMF(34)を生成するための少なくとも3対の誘導コイル(31、32、33)を具備する中心対称構成(3)と、
−前記容器(14)を取り囲む構成(4)であって、垂直方向に進行する前記磁場WMF(47)を生成するために対称軸(15)と同軸に互いに層状に重ねて整列された少なくとも2つの誘導コイル(41、42、43、44、45、46)を具備する構成(4)と、
−前記容器(13)内の前記流体(2)の温度を測定し、制御/調整ユニット(10)によって温度を制御するための少なくとも1つの温度センサ(10)と
を備え、
電源ユニット(10)が、制御/調整ユニット(10)によって前記誘導コイル(31、32、33;41、42、43、44、45、46)に接続され、前記誘導コイル(31、32、33;41、42、43、44、45、46)への給電が、所定の条件
0.2・ti.a.<TP,RMF=TP,WMF<2・ti.a. (I)または
0.5・TP,RMF<TP,WMF<5・TP,RMF (II)
によって設定された様式で行われることを特徴とするデバイス(1)。 - 前記溶融物(2)を含む前記容器(14)が、前記誘導コイル(31、32、33;41、42、43、44、45、46)内部に同心状に配置されることを特徴とする請求項10に記載のデバイス。
- 前記容器(14)に、加熱デバイスおよび/または冷却デバイス(11)が設けられることを特徴とする請求項11に記載のデバイス。
- 前記底部プレート(12)が、固体金属体(5)と直接接触し、前記固体金属体(5)の内部を通して冷却剤が流れることを特徴とする請求項12に記載のデバイス。
- 前記容器(14)の側壁(13)が断熱されることを特徴とする請求項10に記載のデバイス。
- 前記冷却体(5)が、サーモスタットに接続されることを特徴とする請求項10に記載のデバイス。
- 低い伝達抵抗と共に安定した熱伝達を達成するために、液体金属被膜が、前記冷却体(5)と前記容器(14)との間に位置されることを特徴とする請求項10に記載のデバイス。
- 前記液体金属被膜が、ガリウム合金からなることを特徴とする請求項16に記載のデバイス。
- 前記溶融物(2)が含まれる前記容器(14)の前記底部プレート(12)および/または前記側壁(13)に、熱電対の形態での少なくとも1つの温度センサ(8)が位置決めされ、前記温度センサ(8)が、凝固開始の瞬間に関係する情報アイテムを供給し、前記流体(2)の温度を制御するための制御/調整ユニット(10)に接続されることを特徴とする請求項10に記載のデバイス。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法によって金属材料の連続鋳造中または凝固中に金属溶融物を浄化するための、冶金プロセスにおいては金属溶融物の形態で、または結晶成長においては半導体溶融物の形態で、請求項10〜18のいずれか一項に記載の導電性流体(2)を電磁撹拌するためのデバイス(1)の使用。
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