JP6445201B2 - 溶湯攪拌装置及びそれを備えた連続鋳造装置システム - Google Patents
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Description
導電性金属の溶湯をモールドに流入させて製品を連続的に成形する連続鋳造装置における前記モールドに流入させる溶湯又は前記モールド中の溶湯を攪拌するための溶湯攪拌装置であって、
溶湯中に浸漬させる上方が開放した筒状のケースと、前記ケースに収納されるパイプと、を備え、
前記ケースは外筒と前記外筒に収納される内筒とを有し、前記外筒と前記内筒との間には冷却用の空気を流通させる隙間が形成されており、前記内筒には前記内筒の内部と前記隙間とを連通する通気孔が穿けられて、前記内筒から前記通気孔を介して前記隙間にいたる冷却空気路が構成されており、
前記内筒の内部には、前記パイプが被挿された状態の磁場装置が収納され、前記磁場装置は、前記磁場装置からの磁力線が前記内筒及び前記外筒を貫通して溶湯に至り、又は、溶湯中を走る磁力線が前記内筒及び前記外筒を貫通して前記磁場装置に至る、強度に磁化されており、
さらに、前記内筒及び前記外筒を貫通し、一端が前記内筒内に露呈し、他端が前記外筒外に露呈して溶湯と接することが可能な、第1の電極を有し、前記第1の電極の前記一端は前記パイプ内を走る引出線体に電気的に導通状態に接続され、
さらに、前記外筒に取り付けられた第2の電極を備え、前記第2の電極の前記外筒への取り付け位置は、前記第2の電極と前記第1の電極との間に溶湯を介して流れる電流が前記磁力線と交叉して溶湯を縦軸の回りに回転駆動するローレンツ力を発生させる位置に設定してある、
ものとして構成される。
導電性金属の溶湯をモールドに流入させて製品を連続的に成形する連続鋳造装置における前記モールドに流入させる溶湯又は前記モールド中の溶湯を攪拌するための溶湯攪拌装置であって、
溶湯中に浸漬させる上方が開放した筒状のケースと、前記ケースに収納されるパイプと、を備え、前記パイプの下端と前記ケースの底面の内側との間に連通用の連通隙間を形成し、この連通隙間を介して前記パイプの内部と前記ケースの内部とが連通して冷却空気路が形成されており、
前記内筒の内部には、前記パイプが被挿された状態の磁場装置が収納され、前記磁場装置は、前記磁場装置からの磁力線が前記ケースを貫通して溶湯に至り、又は、溶湯中を走る磁力線が前記ケースを貫通して前記磁場装置に至る、強度に磁化されており、
さらに、前記ケースを貫通し、一端が前記ケースに露呈し、他端が前記ケース外に露呈して溶湯と接することが可能な、第1の電極を有し、前記第1の電極の前記一端は前記パイプ内を走る引出線体に電気的に導通状態に接続され、
さらに、前記ケースに取り付けられた第2の電極を備え、前記第2の電極の前記ケースへの取り付け位置は、前記第2の電極と前記第1の電極との間に溶湯を介して流れる電流が前記磁力線と交叉して溶湯を縦軸の回りに回転駆動するローレンツ力を発生させる位置に設定してある、
ものとして構成される。
上記のいずれかの溶湯攪拌装置と、溶解炉から溶湯を導く樋と、前記樋の底面に溶湯流入口が連通した状態に取り付けられたモールドと、を備え、前記溶湯攪拌装置はその下端側が前記樋における溶湯導出路内に挿入された状態に組み込まれている
ものとして構成される。
(1)溶湯を直接攪拌するようにしたので攪拌効率が極めて高い。
(2)大型のインゴットにも効率良く対応できる。
(3)大型のインゴットの場合には複数の溶湯攪拌装置を組み込めば良い。
(4)モールド中のインゴットの前記界面までの深さは製品の引き抜き速度、サイズ等によって異なる。この場合、溶湯攪拌装置の樋、モールド中への浸漬深さを調節して、より適切に溶湯を攪拌できる。
(5)溶湯攪拌装置はコンパクトに構成することができ、これによりその設置に当たっては大きな場所を必要としない。
(6)これにより、既存のモールド装置等への適用が容易である。
(7)製品(インゴット)の結晶組織の微細化ができる。
(8)製品(インゴット)の結晶組織の均一化ができる。
(9)製品の生産速度を上げることができる。例えば、10−30%くらいの増産が可能である。
(10)溶湯を内部的に攪拌するようにしたので溶湯の酸化を防いで製品の品質を向上させることができる。
実験の概要
前記液相部分LPと前記半凝固層部分MZはこの後完全に固化しやがて固相部分SPのみとなる。本発明者が行った実験では、視覚的に確認可能なるように、最終的に得られる試作品TPにおいて、本来は消失してしまう、製造の過程でのみ現れる前記液相部分LP及び半凝固層部分MZが、表れるようにした。つまり、試作品TPは当然全て固体(固相)として得れるが、製造過程のある瞬間で見ると、試作品TPは、かつて液相部分LPだった第1の固体部分SP(MZ)、かつて半凝固層部分MZだった第2の固体部分SP(MZ)、かつても固体だった第3の固体部分SP(SP)の3つの固体部分からなる。本実験では、これらの3つの固体部分を、試作品TPにおいて視覚的に把握できるようにして、試作品TPの品質を容易に判定することができるようにした。
(1)上記した本発明の連続鋳造装置の効果である生産性の向上を確認するために本発明者が行った、試作品(アルミニウムの円柱状インゴット(丸形インゴット))の製造実験について説明する。この製造実験においては、本発明の実施形態の連続鋳造装置と、本発明の実施形態の連続鋳造装置から溶湯攪拌装置3を取り外したもの(改良前の連続鋳造装置)と、を用いた。
・ 材料:アルミニウム
・ 添加物:亜鉛
・ 丸形インゴットの直径Φ=355mm
・ 引き抜き速度(鋳造速度)v1=75mm/min
・ サンプ深さ(液相部分LPの最大深さ)(図21)d1=171.5mm
・ 半凝固層部分(Mushy Zone)の厚さ(図21)t1=4mm
・ 材料:アルミニウム
・ 添加物:亜鉛
・ 丸形インゴットの直径Φ=355mm
・ 引き抜き速度(鋳造速度)v2=109mm/min
・ サンプ深さ(液相部分LPの最大深さ)(図22)d2=282.2mm
・ 半凝固層部分(Mushy Zone)の厚さ(図22)t2=5.5mm
図1の本発明の連続鋳造装置で引き抜きを行って製品(鋳造品)としての試作品200を製造するに当たっての引き抜き速度(鋳造速度)は、前記第1の試作品部100における第1の高速引抜部分50Bの製造の際と同じ高速引き抜き速度(鋳造速度)とした。これにより、図17の前記第2の高速引抜部分60Bが得られた。
・ 材料:アルミニウム
・ 添加物:亜鉛
・ 丸形インゴットの直径Φ=355mm
・ 引き抜き速度(鋳造速度)v3=102mm/min
・ サンプ深さ(液相部分LPの最大深さ)(図23)d3=276.2mm
・ 半凝固層部分(Mushy Zone)の厚さ(図23)t3=4mm
−dQ/dt=α・S(TH−TL)
となる。
a1=(CA1+CB1+CC1+CD1+CE1)/5
a2=(CA2+CB2+CC2+CD2+CE2)/5
・
・
a5=(CA5+CB5+CC5+CD5+CE5)/5
つまり、前記測定点MP1乃至測定点MP5の亜鉛の濃度の平均値a1,a2,・・・は上記の式から求められた。
Claims (14)
- 導電性金属の溶湯をモールドに流入させて製品を連続的に成形する連続鋳造装置における前記モールドに流入させる溶湯又は前記モールド中の溶湯を攪拌するための溶湯攪拌装置であって、
溶湯中に浸漬させる上方が開放した筒状のケースと、前記ケースに収納されるパイプと、を備え、
前記ケースは外筒と前記外筒に収納される内筒とを有し、前記外筒と前記内筒との間には冷却用の空気を流通させる隙間が形成されており、前記内筒には前記内筒の内部と前記隙間とを連通する通気孔が穿けられて、前記内筒から前記通気孔を介して前記隙間にいたる冷却空気路が構成されており、
前記内筒の内部には、前記パイプが被挿された状態の磁場装置が収納され、前記磁場装置は、前記磁場装置からの磁力線が前記内筒及び前記外筒を貫通して溶湯に至り、又は、溶湯中を走る磁力線が前記内筒及び前記外筒を貫通して前記磁場装置に至る、強度に磁化されており、
さらに、前記内筒及び前記外筒を貫通し、一端が前記内筒内に露呈し、他端が前記外筒外に露呈して溶湯と接することが可能な、第1の電極を有し、前記第1の電極の前記一端は前記パイプ内を走る引出線体に電気的に導通状態に接続され、
さらに、前記外筒に取り付けられた第2の電極を備え、前記第2の電極の前記外筒への取り付け位置は、前記第2の電極と前記第1の電極との間に溶湯を介して流れる電流が前記磁力線と交叉して溶湯を縦軸の回りに回転駆動するローレンツ力を発生させる位置に設定してある、
ことを特徴とする溶湯攪拌装置。 - 前記第1の電極は、前記内筒の底板と前記外筒の底板を貫通した状態で前記ケースに取り付けられており、前記第2の電極は前記外筒の外周面における前記磁場装置よりも高い位置に取り付けられている、ことを特徴とする請求項1に記載の溶湯攪拌装置。
- 前記磁場装置は、ほぼ水平な横向きの線に沿って、又は、ほぼ鉛直な下向きの線に沿って、磁力線を出し又は受けるように磁化されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の溶湯攪拌装置。
- 前記磁場装置はほぼ水平な横向きの線に沿って及びほぼ鉛直な下向きの線に沿って磁力線を出し又は受けるように磁化されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の溶湯攪拌装置。
- 前記磁場装置は、前記横向きの線に沿って磁力線を出し又は受けるように磁化された磁石と、
前記下向きの線に沿って磁力線を出し又は受けるように磁化された磁石と、を上下に積層したものとして構成されていることを特徴とする請求項4記載の溶湯攪拌装置。 - 前記外筒は、通電により発熱する導電性材料により構成されている、ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の溶湯攪拌装置。
- 導電性金属の溶湯をモールドに流入させて製品を連続的に成形する連続鋳造装置における前記モールドに流入させる溶湯又は前記モールド中の溶湯を攪拌するための溶湯攪拌装置であって、
溶湯中に浸漬させる上方が開放した筒状のケースと、前記ケースに収納されるパイプと、を備え、前記パイプの下端と前記ケースの底面の内側との間に連通用の連通隙間を形成し、この連通隙間を介して前記パイプの内部と前記ケースの内部とが連通して冷却空気路が形成されており、
前記ケースの内部には、前記パイプが被挿された状態の磁場装置が収納され、前記磁場装置は、前記磁場装置からの磁力線が前記ケースを貫通して溶湯に至り、又は、溶湯中を走る磁力線が前記ケースを貫通して前記磁場装置に至る、強度に磁化されており、
さらに、前記ケースを貫通し、一端が前記ケースに露呈し、他端が前記ケース外に露呈して溶湯と接することが可能な、第1の電極を有し、前記第1の電極の前記一端は前記パイプ内を走る引出線体に電気的に導通状態に接続され、
さらに、前記ケースに取り付けられた第2の電極を備え、前記第2の電極の前記ケースへの取り付け位置は、前記第2の電極と前記第1の電極との間に溶湯を介して流れる電流が前記磁力線と交叉して溶湯を縦軸の回りに回転駆動するローレンツ力を発生させる位置に設定してある、
ことを特徴とする溶湯攪拌装置。 - 前記第1の電極は、前記ケースの底板を貫通した状態で前記ケースに取り付けられており、前記第2の電極は前記ケースの外周面における前記磁場装置よりも高い位置に取り付けられている、ことを特徴とする請求項7に記載の溶湯攪拌装置。
- 前記磁場装置は、ほぼ水平な横向きの線に沿って、又は、ほぼ鉛直な下向きの線に沿って、磁力線を出し又は受けるように磁化されていることを特徴とする請求項7又は8に記載の溶湯攪拌装置。
- 前記磁場装置はほぼ水平な横向きの線に沿って及びほぼ鉛直な下向きの線に沿って磁力線を出し又は受けるように磁化されていることを特徴とする請求項7又は8に記載の溶湯攪拌装置。
- 前記磁場装置は、前記横向きの線に沿って磁力線を出し又は受けるように磁化された磁石と、
前記下向きの線に沿って磁力線を出し又は受けるように磁化された磁石と、を上下に積層したものとして構成されていることを特徴とする請求項10記載の溶湯攪拌装置。 - 前記ケースは、通電により発熱する導電性材料により構成された外筒を有している、ことを特徴とする請求項7乃至11のいずれか1項に記載の溶湯攪拌装置。
- 請求項1乃至12のいずれか1つに記載の溶湯攪拌装置と、溶解炉から溶湯を導く樋と、前記樋の底面に溶湯流入口が連通した状態に取り付けられたモールドと、を備え、前記溶湯攪拌装置はその下端側が前記樋における溶湯導出路内に挿入された状態に組み込まれていることを特徴とする連続鋳造装置システム。
- 前記溶湯攪拌装置は、前記樋に対し、前記溶湯攪拌装置の下端部分の前記樋の前記溶湯導出路への挿入量を調節可能に保持されていることを特徴とする請求項13に記載の連続鋳造装置システム。
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