JP5124863B2 - 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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Description
−水平面内で回転する磁場の回転方向が、期間TPの形での一定の時間間隔で変えられ、磁場ベクトルの移動方向の変化の周波数が、
−流体の混合の状態では、時間間隔ΔTPMでの2度の磁場方向変化の間の期間TPが、条件
(I)0.5・ti.a.<TPM<1.5・ti.a.
で、初期調節時間ti.a.に応じて調節されるように設定され、かつ、
−流体の凝固状態開始時には、時間間隔ΔTPEでの2度の磁場方向変化の間の期間TPが、条件
(II)0.8・ti.a.<TPE<4・ti.a.
で、初期調節時間ti.a.に応じて調節されるように設定され、初期調節時間ti.a.が、式
−円筒形容器と、
−容器を取り囲む中心対称構成であって、ローレンツ力FLを発生する回転磁場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、
−容器内の流体の温度を測定するための少なくとも1つの温度センサと
を備え、ここで、特許請求項9の特徴部に従って、
誘導コイルの対が、制御および調整ユニットに接続され、制御および調整ユニットが、接続された電源ユニットを介して誘導コイルの対に回転電流IDを送り、誘導コイル対に給電する回転電流IDの位相角が、液体状態での混合に関する所定期間TPMまたは凝固開始以降の混合に関する所定期間TPEに応じた一定の時間間隔で180°だけ変位され、それにより、磁場の回転方向、および流れを引き起こすローレンツ力FLの回転方向の逆転が実現され、制御/調整ユニットが、温度センサに接続され、凝固開始の瞬間の温度センサの温度データが、TPMからTPEへの期間の切替えをトリガする。
低いエネルギー消費でありながら強力な溶融物の混合に関して、条件:
(I)0.5・ti.a.<TP<1.5・ti.a.
が適用され、または、
凝固構造内での偏析区域の生成を防止しながらの制御された凝固に関して、条件:
(II)0.8・ti.a.<TP<4・ti.a.
が適用される。
−(図2aに示されるように)液体溶融物2が内部に含まれる、または(図2bに示されるように)液体溶融物21、22が内部に含まれる円筒形容器13と、
−容器13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13内での流体2、21、22の温度を測定するための少なくとも1つの温度センサ10と
を備える。
0.5・ti.a.<TP<1.5・ti.a. (I)
図4aでは、TP=0
図4bでは、TP=1.03ti.a.
図4cでは、TP=2ti.a.
である。
−金属溶融物2;21、22の内部での、強力な3次元の流れの生成。
−強力な子午線二次流18による金属溶融物2;21、22の非常に良好な混合。
−連続して回転する磁場に比べて低いエネルギー消費。なぜなら、方位角回転流を維持するために消費エネルギーの大半を用いる必要がなく、混合のためにより効果的な子午線二次流18に、より多くのエネルギー部分が使用されるからである。
−本発明で定義した子午線二次流18の方向の周期的な逆転の周波数が、混合または指向性凝固に関する特定可能な値を実現する。
−スラグ巻込みなど望ましくない効果による、溶融物2;21、22の自由表面5(図1、2a、2bに例示される)の擾乱および歪みが防止される。
−指向性凝固中、機械的特性を劣化させる凝固構造内での偏析区域の発生を防止することができる。
−互いに重ねて配置された逆方向に回転するシステムとは対照的に、ただ1つの磁気システムを必要とし、したがって装置および調整に関して、より低費用で済む。
2 第1の溶融物
3 誘導コイルの構成
31 第1の誘導コイル対
32 第2の誘導コイル対
33 第3の誘導コイル対
4 底部プレート
5 表面
6 金属ブロック
7 冷却チャネル
8 断熱材
9 冷却体
10 温度センサ
11 電源ユニット
12 制御/調節ユニット
13 容器
14 対称軸
15 第1の回転方向
16 第2の回転方向
17 中心面
18 子午線二次流
19 方位角回転流
20 側壁
21 第2の溶融物
22 第3の溶融物
23 冷却デバイス
TP 期間
TPM 混合に関する期間
TPE 凝固開始時の期間
TPause 休止期間
ti.a. 初期調節時間
Claims (18)
- 水平面内でローレンツ力(FL)を発生する回転磁場を使用することによって、流体(2、21、22)の液体状態および/または凝固開始状態で導電性流体(2、21、22)を電磁撹拌するための方法であって、水平面内で回転する磁場の回転方向(15、16)が、期間(TP)の形での一定の時間間隔で変えられ、磁場ベクトルの移動方向の変化の周波数が、液状流体(2、21、22)の混合の状態では、時間間隔(ΔTPM)での2度の磁場方向変化の間の期間(TP)が、条件
(I)0.5・ti.a.<TPM<1.5・ti.a.
で、初期調節時間(ti.a.)に応じて提供されるように設定され、かつ、流体(2、21、22)の凝固状態開始時には、時間間隔(ΔTPE)での2度の磁場方向変化の間の期間(TP)が、条件
(II)0.8・ti.a.<TPE<4・ti.a.
で、初期調節時間ti.a.に応じて調節されるように設定され、前記初期調節時間(ti.a.)が、式
- 回転磁場を生成するために、前記流体(2、21、22)を含む円筒形容器(13)に配置された少なくとも3対の誘導コイル(31、32、33)に、三相交流の形態での回転電流(ID)が加えられることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 金属または半導体溶融物(2、21、22)が、前記容器(13)内に導電性流体として注入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。
- 磁場の振幅(B0)が、指向性凝固状態の経過中に減少する前記溶融物(2;21、22)の体積の高さ(H0)に応じて修正されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 温度制御下での指向性凝固状態で、磁場の振幅(B0)が、プロセスの過程に従って、2つの値
- 磁場が存在して印加される混合中の当該の期間(TPM)および凝固開始時の当該の期間(TPE)が、前記溶融物(2、21、22)に磁場が存在しない休止期間(TPause)での休止によって中断され、前記休止期間(TPause)が、当該の期間(TP)に対して、TPause≦0.5・TPで調節されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 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、例えば、正弦、三角形、または鋸歯など他のパルス形状が実現され、磁場の振幅(B0)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1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法によって、水平面内でローレンツ力(FL)を発生する回転磁場を使用することによって、流体(2、21、22)の液体状態および/または凝固開始状態で導電性流体(2、21、22)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(13)と、
−前記容器(13)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(13)内の前記流体(2、21、22)の温度を測定するための少なくとも1つの温度センサ(10)と
を備え、
前記誘導コイルの対(31、32、33)が、制御および調整ユニット(12)に接続され、前記制御および調整ユニット(12)が、接続された電源ユニット(11)を介して誘導コイルの対(31、32、33)に回転電流(ID)を送り、前記誘導コイル対(31、32、33)に給電する回転電流(ID)の位相角が、液体状態での混合に関する所定期間(TPM)または凝固開始以降の混合に関する所定期間(TPE)に応じた一定の時間間隔で180°だけ変位され、それにより、磁場の回転方向、および流れを引き起こすローレンツ力(FL)の回転方向の逆転が実現され、制御/調整ユニット(12)が、温度センサ(10)に接続され、凝固開始の瞬間の温度センサ(10)の温度データが、TPMからTPEへの期間の切替えをトリガすることを特徴とするデバイス(1)。 - 前記回転電流(ID)が、三相交流として生成されることを特徴とする請求項8に記載のデバイス。
- 前記溶融物(2;21、22)の形態での流体を含む前記容器(13)が、前記誘導コイル(31、32、33)の内部に同心状に配置されることを特徴とする請求項8に記載のデバイス。
- 前記容器(13)に、加熱デバイスおよび/または冷却デバイス(23)が設けられることを特徴とする請求項8に記載のデバイス。
- 前記容器(13)に属する底部プレート(4)が、固体金属体(9)と直接接触し、前記固体金属体(9)の内部を通って冷却媒体が流れることを特徴とする請求項8〜11のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記容器(13)の前記側壁(20)が断熱されることを特徴とする請求項8〜12のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記冷却体(9)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12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(9)と前記容器(13)との間に位置されることを特徴とする請求項11〜14のいずれか一項に記載のデバイス。
- 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15に記載のデバイス。
- 前記溶融物(2;21、22)が内部に含まれる前記容器(13)の前記底部プレート(4)および/または前記側壁(20)に、好ましくは熱電対の形態での少なくとも1つの温度センサ(10)が位置決めされ、前記温度センサ(10)が、凝固開始の瞬間に関係する情報信号を供給し、制御/調整ユニット(12)に接続されていることを特徴とする請求項8〜16のいずれか一項に記載のデバイス。
- 請求項1〜7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に、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9〜17のいずれか一項に記載の導電性流体(2、21、22)を電磁撹拌するためのデバイス(1)の使用。
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