JPH03198974A - 移送流路内の溶融金属の流動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、例えば連続鋳造機の取鍋からタンデイツシ
ュへ、またタンデイツシュから鋳型への溶融金属の移送
を耐火物製ノズルを通して行う際に、そのノズルに配置
して溶融金属の流速を電磁力によって加減速させる、移
送流路内の溶融金属の流動制御装置に関し、溶融金属に
対し十分な制動あるいは加速力を作用させようとするも
のである。

（従来の技術） いわゆるフレミングの左手の法則による電磁力を制動あ
るいは加速力として利用し、溶融金属の流路内流速を制
御しようとする装置は、従来から良く知られていて、例
えば特開昭６１−１５４７３９号公報には、流路内の溶
融金属の移送方向に対し直交する方向に静磁界を作用さ
゛せることにより、溶融金属の移送方向と逆向きの電磁
力を生じさせて溶融金属の流速を制御しようとする装置
が提案されている。

しかし、かような装置では、流路内の溶融金属の内部で
誘導電流がループを形成して流れるため、電磁力が必ず
しも溶融金属の移送方向と逆向きに働くことにはならず
、所望の効果が十分には得られなかった。

この問題点を解決するため、特開昭６３−２３８９６９
号公報には、印加する磁場と直交する位置関係で、流路
に対向する電極を設け、この電極間に短絡回路を設ける
ことによって形成させ、電磁力を完全に溶融金属の移送
方向と逆向きに与えようとする提案がなされている。

しかし１掲特開昭６３−２３８９６９号公報の提案は、
溶融金属内部の誘導電流が不均一になる問題があり、や
はり十分な制動力が得られてぃなかった。

（発明が解決しようとする課題） 上述した溶融金属内部の電流不均一問題を有利に解決し
、溶融金属に十分な制動力を作用させることのできる移
送流路内の溶融金属の測流装置を提案することがこの発
明の目的である。

（課題を解決するための手段） 前述したように、これまでの技術では磁界と溶融金属の
流れとによって発生する誘導電流が、溶融金属の移送方
向に対して必ずしも垂直でかつ均一とはなっていなかっ
たため、電磁力も溶融金属の移送方向に必ずしも逆向き
でかつ均一とはならず、制動あるいは加速効果が十分に
発揮されてなかった。

上記の問題を有利に解決するこの発明は、移送流路内の
溶融金属の移送方向に対して垂直に磁界をかける磁石と
、この溶融金属の移送方向並びに磁界の方向の両者に対
し垂直な配置とした一対の電極と、両電極にそれぞれ接
続した外部回路とをそなえ、電極は磁界を横切って電極
間の溶融金属中に流れる電流密度の分布を均一にする手
段を有することを特徴とする移送流路内の溶融金属の測
流装置である。

ここに電流密度の分布を均一にする手段としては、第１
図に示すように電極に結合する端子を１ケ所とする場合
には電極が電極長さしと電極幅りとの関係で Ｌ≧１．５Ｄ を満足する形状であること、 またより簡単に、第２図に示すように電極幅方向に複数
の端子をそなえること、 などが挙げられる。

要するに、溶融金属内を流れる電流が均一分布をするよ
うな手段であれば本発明の範囲内である。

この発明で電極に接続した外部回路とは、電極間をつな
ぐ短絡回路や、外部から電極に給電する回路のことを言
う。

第１図を用いて、具体的にこの発明の詳細な説明する。

図中１は、内部を溶融金属が流れる流路であり、一般的
には耐火物で構成されている。２はその流路ｌ内部、３
は溶融金属流れの出口である。４は電極であり、５は導
線と電極を結合するための端子である。

同図において、溶融金属は流ｉ￥８１内部を紙面上下方
向に流れ、この溶融金属の移送方向と垂直に磁界をかけ
るように、図示されていない磁石を紙面垂直方向に配置
する。この磁石による磁界の範囲内で溶融金属の移送方
向並びに磁界の方向の両者に垂直な位置関係に一対の電
極４を流路１に配置し、この電極４には短絡回路又は外
部電気回路を接続する。

耐火物製の流路ｌの材質は特に限定されない。

一般的にはアルミナ、ジルコニア、シリカなどの酸化物
に黒鉛を混合して形成されたものが用いられる。この耐
火物製流路１の電気伝導度は、熔融金属の電気伝導、度
よりも大きくてはならない。

電極４の材質は、はう化ジルコニウム（Ｚｒ　Ｂ　ｚ）
、黒鉛その他の、導電性で耐高温特性を有する材料でな
ければならない。

電極４の断面形状は、円形、楕円形、四角形またその他
の形状が可能であり、溶融金属の流路の形状に応じて選
択することができる。

溶融金属に作用させる電流は、溶融金属と図示されてい
ない磁石との相互作用による誘導電流を短絡回路を設け
て導いたものでも良いし、また外部から付与した電流で
も良い。

また磁石は、永久磁石によるものでも良いし、電磁石に
よるものであっても良い。電磁石の場合には静磁界と交
流磁界とが選択できるが、外部から電極に給電する場合
は、その電流の性質によって次のように使い分ける必要
がある。すなわち第３図（ａ）に示すように外部から電
極に給電する電流が直流の場合には、電磁石に供給する
電流も直流か、又は電流の流れの向きが反転しないよう
なバイアス電流をもった交流（脈流）でなければならな
い。−力筒３図（ｂ）に示すように、外部から電極４に
給電する電流が交流の場合には電磁石に供給する電流は
、電極に給電する交流電流と位相が完全に一致した同一
周波数の交流電流でなければならない。

（作　用） 磁界と直交する向きに電極を設け、この電極には短絡回
路又は外部電気回路を接続して、溶融金属の流れと磁界
との相互作用による誘導電流又は外部からの電流を、電
極を通しフレミングの左手の法則を満足して溶融金属の
移送方向と対向する向きあるいは同一の向きに電磁力が
発生するように溶融金属に作用させるわけであるが、こ
の発明では、電極が電流密度の分布を均一にする手段を
有することから電極内の電流密度の分布を均一にし、磁
界を横切って電極に流れる電流密度の分布を均一にする
ことから、溶融金属に対し十分な制動あるいは加速力が
得られるのである。

この発明では、外部から電極に給電する電流量あるいは
電磁石の電流量を制御することにより、熔融金属に作用
させる制動あるいは加速力を容易に変化させて、溶融金
属の流速を調整することができる。

この点、念のため説明すると前記特開昭６１−１５４７
３９号公報の場合には、溶融金属の移送方向に対し単に
磁界を与えても、既に述べたように溶融金属内部で誘導
電流のループが形成されてしまう。

すなわち第４図に溶融金属内の電流密度分布の模式図を
示すように、磁界を与える磁極又は電磁石用の電極間の
中央付近の溶融金属には、溶融金属の移送方向に垂直な
向きの誘導電流が発生するが、管壁付近では垂直ではな
くなり、またかえって溶融金属の移送方向と同じ向きの
電磁力を発生させるような誘導電流をも生じるので、溶
融金属流れに対して十分な制動効果が得られなかった。

これに対し前記特開昭６３−２３８９６９号公報の場合
、流路壁にそなえた電極間に短絡回路を設けても、溶融
金属が流れる流路に対して電極を設置しただけでは、第
５図に模式的に示すように、誘導電流密度の分布は溶融
金属の移送方向の垂直断面に対して均一にならず、電極
と短絡回路の材質や設置方法にもよるがほとんどの場合
に中央部分のみに偏ってしまう。したがって電磁力も中
央部分のみとなり、やはり溶融金属流れの制動効果は低
く留まっていたのである。

電流密度の分布を均一にする手段として、第１図に示し
た手段を用いる場合には、第６図に電極の例を示すよう
に、電極の断面の形状と寸法を考えて、断面形状が円形
の場合にはその直径、楕円形の場合にはその長径、四角
形の場合にはその長辺、その他の形状の時には断面を代
表する長さ例えば多角形状の場合にはその対角線長さ、
角のとれた四角形の場合には第６図（ｅ）に示したよう
な長さ、を電極の幅りとし、また電極の長さをＬとする
と、ＤとＬとの関係は、以下の式を満足することが望ま
しい。

Ｌ≧１．５Ｄ もし、ＬがＤの１．５倍より小さいときには、導線から
供給される電流は、電極内で十分に均一にならず、した
がって溶融金属の内部でも均一な電流密度分布が得られ
ず、十分な制動特性が得られない。

上記係数の１．５は本発明者らの実験によって決められ
たものであり、厳密に言えば端子の大きさと電極の幅り
との比率や電極材質により異なってく　る。

したがって、この係数の値は目安にすぎないが、少なく
とも第６図（ａ）〜（ｅ）に示した形状の電極を用い、
電極の幅りの１７４の直径の端子を用いて行なった流速
制御実験では、上記の関係を満足していないと、十分な
効果が得られなかった。

第２図に示すように、複数の端子を設置できる場合には
、上述のような関係は考えなくてもよい。

（実施例） 尖旌勇土 溶融金属として溶鋼を用いたこの発明の実施例を以下に
述べる。

第７図に示すようにこの発明の流量制御装置を設置した
流路ｌの上方に溶鋼用のタンディッシュ６を配置し、流
量調節ノズル７を通して溶鋼を流路内部３に供給した。

このときの流量から流路内部３の溶鋼流速を求めた。

流路１の水平断面は２００　ｗＸ４０ｍｍの寸法の四角
形の形状である。図中８は、磁界を与える電磁石の磁極
であり、一対の電極４と直交する位置に配置した。この
実施例で用いた電磁石は、一対の磁極の中央で最大５０
００ガウスの磁束密度が得られる直流電流によるもので
ある。

電磁石へも電極へも電力供給せずに単に流路４を通して
溶鋼をタンデイツシュ６から溶鋼溜め９へと流したが、
このときの溶鋼流速は２．３ｍ／ｓであった。

まず比較例として電磁石へのみ電力を供給し、磁束密度
３．０００ガウスの磁界が溶鋼流に働く条件で溶鋼をタ
ンデイツシュ６から供給した。この時の溶鋼流速は２．
０ｍ八であった。

次に電磁石への励磁エネルギーは同一として、この発明
の条件を満足しない電極、すなわち電極断面（長方形）
の長辺長さ（電極幅）　４０ｍｍに対し、電極長さ４０
閣の電極を配置し、この電極に４０Ａの電流を供給した
とき、溶鋼流速は１．８ｍ／ｓとなった。

一方この発明に従い電極断面（長方形）の長辺長さ４０
閣に対し、電極長さが７０ｍ＋の電極を用いて同様に溶
鋼を供給した。この時、ＤとＬとの大きさの関係は、Ｌ
＝１．７５Ｄである。溶鋼流速は０．４ｍ／ｓにまで制
動することができた。

また同一電極を用い、今度は電極に供給する電流を３０
Ａとしたが、溶鋼流速は０．８ｍ／ｓとなり給電する電
流を調整すれば、容易に溶鋼流速の制御ができることが
確認された。

以上の溶鋼流速の減速効果は、流路の形状や寸法、電極
断面の形状には無関係であり、電極断面の代表長さＤと
電極長さしとの関係のみで整理できることが、各種の実
験を通して明らかとなった。

実施班叉 電極幅４０ｍｍ、電極長さ４０ｍｍ、かつ導線と電極を
結合するための端子を幅方向に４個設けた電極を用い、
実施例１と同様に溶鋼を供給し電極に供給する電流を４
０八としたところ、溶鋼流速は０．４ｍ／ｓまで制動す
ることができた。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明の移送流路内の溶融金属
の流動制御装置は、電極が流路内の電流密度分布を均一
にする手段を有することによって、溶融金属に対して電
磁力分布が均一となり、流路内を流れる溶融金属の流速
を効率よく加減速させることができる。また外部から電
極に給電する電流量あるいは電磁石の電流量を制御する
ことにより、容易に溶融金属流速を制御できる。溶融金
属流速の制御により、この流速制御装置を連続鋳造機の
ノズルに配置した場合に、溶融金属注入系統の安定化が
達成でき、他の操業条件の変動により鋳造が不安定にな
っても、この装置により溶鋼の流速が容易に調整できる
ため、安定化への対応が迅速にできるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の流動制御装置の概略図、第２図は
、この発明の電極の一例を示す説明図、第３図は、電極
に供給する電流と電磁石に供給する電流との関係図、 第４図、第５図は、従来技術による溶融金属内の電流密
度分布の模式図、 第６図は、この発明の流動制御装置の電極の断面図、 第７図は、この発明の流動制御装置全体図である。 ｌ・・・流路　　　　　　　２・・・流路内部３・・・
溶融金属流れの出口 ４・・・電極　　　　　　　５・・・端子６・・・タン
デイツシュ　　７・・・流量調節ノズル８・・・磁極　
　　　　　　９・・・溶鋼溜め＠１図 （匈 Ａ−Ａ’視 第２図 ＠３図 第６ 図 Ａ−Ａ’硯 一〇 ｃ−ｃ’梗 ｒ−＝Ｄ ρ−ｐ′視 Ｅ ｉ−Ｅ’禮 第７図 （ｃＬ） Ｃｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、移送流路内の溶融金属の移送方向に対して垂直に磁
   界をかける磁石と、 この溶融金属の移送方向並びに磁界の方向の両者に対し
   垂直な配置とした一対の電極と、両電極にそれぞれ接続
   した外部回路とをそなえ、電極は磁界を横切って電極間
   の溶融金属中に流れる電流密度の分布を均一にする手段
   を有することを特徴とする移送流路内の溶融金属の流動
   制御装置。