JP2948607B2 - 連続鋳造の際の凝固工程の監視方法 - Google Patents

連続鋳造の際の凝固工程の監視方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は特許請求の範囲第1項の上位概念による方法
に関する。
(従来技術) メルトから金属棒を連続的に製造する上方連続鋳造と
も称される鋳造プロセスは例えば西独国特許明細書3049
353から公知である。水冷された金型の特定の部分、例
えば金型の内方にある凝固する金属柱が特別の誘導コイ
ル、いわゆるレビテーション(浮揚)コイルによって同
心的に取り囲まれている。このレビテーションコイルは
一般に複数の例えば重ねて配設されている6個の巻線群
から成り、巻線群は、レビテーションコイルの内方にレ
ビテーションが三相電源によって励磁されるや否や上方
に向かって運動する交番磁界が形成されるように相互に
接続されている。レビテーションコイルの磁界は金属メ
ルト中に渦電流を誘導する。レビテーションコイルによ
って発生された磁気誘導のラジアル方向及びアキシャル
方向の成分は、渦電流が流れる液体又は既に凝固した金
属上にアキシャル方向(上方)及びラジアル方向の力を
発生させる。これらの力によって金型壁に接するメルト
及び棒材外皮の圧力が最小にされかつ小さい摩擦力によ
って鋳造速度の増大が達成されることができる。
鋳造プロセスの摩擦のない進行のため、鋳造パラメー
タの即座の変更によって凝固工程に応答するために連続
鋳造金型の内方での凝固波面の目標位置からの偏倚を検
出することができることが必要である。
(発明の課題) 従って本発明は、鋳造工程の間簡単な方法でかつ充分
な精度をもって凝固波面の位置及び広がりが表示される
ことができるような測定方法を提供することを課題とす
る。
(課題を解決のための手段) この課題は信号が連続鋳造金型のまわりに同心的に配
設されているセンサコイルから測定変換器に供給されか
つ評価されることによって解決される。本発明の有利な
たの構成は他の請求項から得られる。
本発明は、金属の電導度はメルトの状態から固体の状
態への移行の際及び温度と共に上昇するという認識を基
礎とする。純粋金属では電導度は凝固点ではメルトの状
態よりも明らかに高い値に飛躍的に上昇する。合金では
電導度は同様に金属合金の凝固の際に利用される温度範
囲で上昇する。
メルトの温度は連続鋳造金型の内方で進行する熱吸収
に基づいて高さの上昇と共に減少する。その都度達する
高さ位置に依存して凝固される金属の割合も最終的に中
央の金属柱が凝固するまで高められる。金属の進行する
冷却及び凝固の間の位相割合の変化に相応して電導度の
分布は特に中央の金属柱の内方で特に変化する。それに
よって金型の各横断平面に棒の運動方向に対して垂直に
特徴的な電導度分布を設定することが可能となる。
比較的高い鋳造速度の結果として冷却及びメルトの凝
固の範囲が金型の内方で広がる。この範囲の長さは例え
ば円形の中実棒材の鋳造の際に棒材直経の数倍となる。
電導度分布はこれに相応して金型の長さに渡ってゆっく
りと変化する。上方連続鋳造の本質的な特徴は、殆ど金
型全長がレビテーションコイルによって取り囲まれてい
ることである。励磁体周波数は磁界の浸透深さと棒材半
径とが等しいオーダになるように選らばれている。それ
によって、凝固が行われかつ鋳造プロセスの制御にとっ
て興味のある棒材横断面の外方範囲が励磁磁界によって
充分に浸透されることが確保される。その際渦電流によ
って二次磁界が生成され、二次磁界は金属柱の内方の電
導度分布についての情報を送ることができる。
連続鋳造金型は、熱交換器がリング状に配設されてい
る、例えば管状体から成る。熱交換機のよび金型の壁が
比較的薄くかつ高い熱伝導度ではレビテーションコイル
の磁界をできる限り僅かしか弱めない材料から作られる
ので、二次磁界は僅かにしか弱められない。例えば既に
凝固した金属の金属メルトの中央の柱のまわりに同軸的
に配設されているセンサコイルは二次磁界についての信
号(測定電圧)を測定変換器に送る。この信号の相応し
た評価の後に凝固波面の位置及び広がりについての情報
をつくりかつ鋳造プロセスの間直接凝固工程を制御する
ことを可能にする。棒横断面の表面範囲における著しい
不均一性の現象において注目されることができる凝固工
程における変動及び変化は棒材が金型の出口範囲に達す
る既に前の段階で認識される。
特別の有利にセンサコイルはレビテーションコイルの
内方及び連続鋳造金型の外方に位置する。センサコイル
の巻線は、レビテーションコイルの内径と連続鋳造金型
の外径との間の大きさの直径を有する。しかしセンサコ
イルはレビテーションコイルと熱交換器壁との間の空間
に又は金型外被に配設されることができる。
殊にセンサコイルは絶縁されたワイヤの1つ又は複数
の巻線から成る。好適な実施形態においてはワイヤは熱
交換器壁の外表面上にスパイラル状に複数の巻回で一層
又は多層にできる限り狭く巻き付けられている。各セン
サコイルの両ワイヤ端は測定変換器に案内され測定変換
器は運転中ワイヤ端に生じる電圧信号を好適な方法で処
理する。
各センサコイルにおいてレビテーションコイルの交番
磁界によって誘導された電圧は周波数、レビテーション
コイルを流下する電流の電流強さ及び中央の金属柱の内
方の電導度分布の関数である。更に誘導された電圧はセ
ンサコイル及びレビテーションコイルの寸法及びその配
列に依存する。
原則的に流体又は固体金属柱の冷却は電導度の増大に
繋がる。この電導度増大は等しい励磁磁界強さでの測定
電圧振幅の降下によって示される。しかし単一のセンサ
コイルしか使用されない場合、測定信号の変化の原因は
明確に表示されない。従って特に少なくとも2つのセン
サコイルが重ねて配設されておりかつそれぞれ測定変換
器に供給される測定電圧が相互に対照される。基準信号
としてその際金属の溶融状態において生じる測定電圧が
合理的に選択される。凝固が始まる温度の上方の温度で
の棒材の一層の冷却は通常の方法で鋳造プロセスの際に
生じる温度変化の際にセンサコイルでの電圧振幅の比較
的僅かな降下にのみ繋がり、一方凝固の全経過は電圧振
幅の明確な降下によって表される。連続鋳造金型の内方
でのメルトの冷却及び凝固の間の電導度分布によって凝
固波面の位置及び広がりが充分な精度を以て決定される
ことができるために重ねて配設されているセンサコイル
における測定電圧の波形が得られる。鋳造プロセスの間
の均一な凝固工程はこの方法で直ちに認識される。
凝固工程の全障害は特徴的信号曲線によって確定され
ることができる。
鋳造方向における目標位置からの凝固波面の許容でき
ない移動は、鋳造方向において広く配設されているセン
サコイルから測定変換器に供給される測定電圧が高い値
を有することで認識されることができる。連続鋳造金型
の内方の所定の位置で標準運転状態から逸脱した薄い被
覆の早期の付着は故障の個所のためのセンサコイルにお
ける例えば測定電圧の明確な下降によって表される。本
発明による方法の他の利点は、複数のセンサコイルの測
定信号の比較から生じる例えば引っ掻きのような鋳物傷
が、棒材が金型を離れかつ傷を伴う棒材が多量に作られ
る前に表示されることができることにある。
図示の実施形態に基づいて本発明を次に詳しく説明す
る。
(実施例) 図は立形に配設されており、液状金属2の冷却のため
に熱交換器3によってリング状に取り囲まれているリン
グ状に配設されている連続鋳造金型1の横断面図を示
す。冷却材は大きな流動速度で冷却剤流入部4に連続的
に供給され、熱交換器3を流過しかつ冷却剤流入部4で
熱交換器3の上部部分において再び排出される。6はレ
ビテーションコイルを表し、その巻回は冷却剤流入部4
と冷却剤流入部5の間の連続鋳造金型1の軸線に対して
略垂直に配設されておりかつ図示しない三相電源と接続
している。レビテシーションコイル6の交換磁界は液状
金属2において渦電流を誘導し、渦電流は金属柱7及び
液状金属に上方へ向かう持ち上げ力を作用する。熱交換
器3とレビテーションコイル6との間の空間にセンサコ
イル8が、熱交換器3の外壁に対して等しい距離に重ね
て配設されている。例えば6個のセンサコイル8が示さ
れ、その測定電圧波形は凝固波面9の曲面についての充
分な情報を可能にする。凝固波面9の位置及び広がりの
表示の精度についての高い要請のために、すくなくとも
1cmの間隔でセンサコイル8を設けることが有利であ
る。
レビテーションコイル6及びセンサコイル8は円筒状
連続鋳造金型1のまわりに同心の位置を有し、その内径
は略20mmである。センサコイル8はレビテーションコイ
ル6の内方でそれぞれ、等しい位相によって励磁される
各巻回群の中央の巻回が位置する高さに配設されてい
る。レビテーションコイル6の直径は略41mmであり、一
方励磁位相の巻回は24mmの高さを有する。励磁周波数は
2000サイクルである。細い絶縁された銅線から巻きつけ
られた8個の巻回から成る6個のセンサコイル8の各々
はの略35mmの直径を有する。
センサコイルの各信号が測定変換器に供給されると、
基準値として相応した信号が空気を基礎として設定され
る場合、等しい方向の測定電流の次の実効値が得られ
る。
空気 100% 液状銅メルト 略1250℃ 97・9% 凝固した銅 略1000℃ 82・9% 連続的に純粋の銅から成る線が作られる鋳造プロセス
の間、凝固波面9の周囲の実効値は86%〜95%の範囲に
ある。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施形態を示す図である。 図中符号 1……連続鋳造金型 6……レビテーションコイル 8……センサコイル

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】連続鋳造金型により金属を連続鋳造する際
    の凝固工程の監視方法にして、連続鋳造金型は交番磁界
    を発生するレビテーションコイルによって取り囲まれて
    おり、その際液状金属メルトは下方から連続鋳造金型中
    に導入されかつ凝固金属製造物として上方範囲から引き
    出される、前記方法において、 信号が連続鋳造金型のまわりに同心的に配設されている
    センサコイルから測定変換器に供給されかつ評価される
    ことを特徴とする前記方法。
  2. 【請求項2】センサコイルがレビテーションコイルの内
    方に位置する請求項1記載の凝固工程の監視方法。
  3. 【請求項3】センサコイルが連続鋳造金型とレビテーシ
    ョンコイルとの間に位置する、請求項1記載の凝固工程
    の監視方法。
  4. 【請求項4】センサコイルが熱交換器の直ぐ近くに配設
    されている請求項3記載の凝固工程の監視方法。
  5. 【請求項5】少なくとも2つのセンサコイルからっ信号
    が評価される、請求項1から4までのうちのいずれか一
    記載の凝固工程の監視方法。
  6. 【請求項6】センサコイルが鋳造方向において略等しい
    相互間隔を有する、請求項1から5までのうちのいずれ
    か一記載の凝固工程の監視方法。
  7. 【請求項7】レビテーションコイル(6)によって取り
    囲まれている長い連続鋳造金型(1)による連続鋳造の
    際の凝固工程の監視装置において、 連続鋳造金型(1)とレビテーションコイル(6)との
    間にセンサコイル(8)が位置し、センサコイルは連続
    鋳造金型(1)のまわりに同心的に配設されておりそし
    てその際センサコイル(8)から測定変換器に供給され
    た信号が評価可能であることを特徴とする前記装置。
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