JPH04504228A - 鋳造時における溶融金属の鋳型―内部撹拌 - 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】 鋳造時における溶融金属の鋳型−内部攪拌本発明は一般的に溶融金属の鋳造に関 する。特に、本発明は鋳造時における溶融金属の鋳型−内部攪拌に関する。

連続鋳造プロセスにおける溶融金属の電磁的攪拌は、鋼およびアルミニューム工 業において公知である。１９８４年、Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　５ｔｅｅｌ　５ｏｃｉ ｅｔｙ　ｏｆ　ＡＣＭＥによって刊行されたＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉ ｎｇ、第３巻、２１−３４頁、Ｊ。

Ｐ、　ＢｉｒａｔおよびＪ、　Ｃｈｏｎｅの論文“Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ ｉｃＳｔｉｒｒｉｎｇ　ｏｎ　Ｂ１１１ｅｔ、Ｂｌｏｏｍ　ａｎｄ　５ｌａｂ　 Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ。

Ｃａ５ｔｅｒｓ　５ｔａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｒｔ　ｉｎ　１９８２　”には 、鋼の連続鋳造時における電磁的攪拌に対する幾つかの技術が記載されている。

このような技術には鋳型下方（ｓｕｂｍｏｌｄ）攪拌および鋳型−内部攪拌が含 まれる。

鋳型下方攪拌においては電磁的攪拌機が鋳型の下に配置されて磁界を発生し、こ の磁界が鋳造された金属の凝固した外被を通り、液状溶融心に到達するようにな っている。このような技術は１９８４年、Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　５ｔｅｅｌＳｏｃ ｉｅｔｙｏｆ　ＡＣＭＥによって刊行されたＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎ ｇ第３巻、７９−８５頁、Ｔ、　Ａｄａｔｉ、　Ｍ、　Ｍｉｚｕｔａｎｉおよび に、　Ｋｉｍｕｒａの論文“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍａ ｇｎｅｔｉｃ　５ｔｉｒｒｅｒｓ”に記載されている。

鋳型−内部攪拌は溶融物が鋳型内にある間に攪拌することを意味する。これは固 定子、リニアモータまたは誘導コイルを鋳型の周囲に配置し、それによって発生 された電磁界が鋳型の壁と、凝固した外被とを通り、攪拌が行われるようになす ことによって達成される。この目的のために誘導モータを使用することは１９８ ４年、ｒｒｏｎａｎｄ　５ｔｅｅｌ　５ｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　ＡＩＭＢによって 刊行されたＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ　第３巻、６９−７６頁の、 Ｍ、　Ｇｒａｙ。

Ａ、Ｌｅａｎ、　Ｇ、Ｗｅａｔｈｅｒｌｙ、　Ｒ，Ｊ、Ｓｉｍｃｏｅ、　Ｒ，Ｈ ｕｄｄｅｎおよびり。

Ｂｅｉｔｅｌｍａｎの論文”Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｓｔｉｒｒｉｎ ｇ　ｉｎ　ｔｈｅＭｏｌｄ　ＤｕｒｉｎｇＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎ ｇ”に記載されている。

攪拌のために鋳型の周囲の誘導ループを使用することは１９８７年、Ｌｉｇｈｔ 　ＭｅｔａｌｓのＣｈ、　Ｖｉｖｅｓおよびｖ、　Ｆｏｒｅｓ　ｔの論文“ＣＲ ＥＭ：　Ａ　Ｎｅｗ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｐａｒｔ　ｌ：Ｆｕｎ ｄａｍｅｎｔａｌ　Ａｓｐｅｃｔ”に記載されている。鋳型−内部攪拌に対する 誘導子の使用は１９８４年７月３１日付、Ｊａｃｑｕｅｓ　Ｒｕｅｒの米国特許 ４，４６２．４５８に記載されている。

総ての液体金属攪拌方法は溶融物内に誘導された電流と、−次磁束との間の相互 作用を必要とする。静磁界の場合にはこれら物体力は電流及び磁束ベクトルに対 して垂直である。したがって異なる磁気的幾何学を使用することにより流体の運 動方向を変えることができる。なお固定子およびリニアモータの場合と同様に、 液体金属を動かすために移動磁界を使用することかできる。この時は、液体は磁 石内の極対極位相差から誘導される移動磁界に結合することによって動かされる 。この二つの初歩的な方式は、スラブの連続的鋳造を行う場合に実際的に重要で ある。この方式においては鋳型ライナーの面内において、鋳造軸線の回りにセッ トされたりニアモータの配列体が使用される。このような幾何学を使用すること によって鋳造軸線の周囲に攪拌が発生する。なお鋳型ライナーの壁に近接して鋳 造方向の軸線の回りに誘導子（電流を搬送する一つの巻回）を配置することがで きる。

このような幾何学によれば、鋳造方向に対して平行的に、かつ非平行的に再循環 、周辺攪拌セルが生じるようになる。いずれの場合においても、攪拌速度は凝固 する界面を攪拌し、かつ凝固構造を加減し得るように選択される。

鋳型下方撹乱においては、溶融金属の心が鋳型の底面の下方に延びていることが 必要である。場合によっては、特に銅および銅合金を連続的に鋳造する場合には 、溶融の心、すなわち湯だまりが鋳型と同じ深さ、またはそれ以下の深さを育し 、鋳型の下に延びることは許されぬ。

このような時は鋳型下方撹乱技術の使用が妨られ、該鋳型内に電磁界を加えるこ とが必要となる。

鋳型内の溶融物を電磁的に攪拌するには、以前の技術では電磁界が鋳型の内部を 通るようにする必要があった。

溶融金属を鋳造する場合、特に銅合金を連続的に鋳造する時には、使用鋳型ライ ナーは銅または鋼をベースとする合金である。銅の導電性は高く、そのために銅 鋳型うイナーの壁は電磁界の磁束を著しく減衰させると言う欠点がある。したが って鋳型の壁を通る電磁界の効率は著しく低く、非常に高い電力レベルを必要と する。この問題は１９８４年、Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　５ｔｅｅｌ　５ｏｃｉｅｔｙ 　ｏｆ　Ａ［λＩＥによって刊行されたＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ 第３巻、Ａ、　Ａ。

Ｔｚａｖａｒａｓの論文、”５ｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　 ｂｙＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｓｔｉｒｒｉｎｇ−３ｔａｔｅ　ｏｆ　 ｔｈｅ　Ａｒｔ”に記載されている。

本発明の目的は鋳造を行う時に、鋳型内の溶融金属を電磁的に攪拌する方法およ びシステムにして、前述のような問題の生じないような方法およびシステムを供 することである。

本発明の他の目的は鋳造を行う時に、溶融金属を電磁的に攪拌するための改良方 法およびシステムにして、エネルギー利用の見地から比較的効率の高い方法およ びシステムを供することである。

本発明の特別の目的は銅および銅をベースとする合金を鋳造する時に、溶融物を 電磁的に攪拌する方法およびシステムを供することである。本発明の、：れらお よび他の目的は、本発明によれば鋳造時に溶融金属を電磁的に攪拌するシステム にして、導電性の鋳型を有し、該鋳型が溶融金属を包囲する壁と、鋳型ライナー を電力源に接続する装置とを備え、該鋳型内に電磁界を発生させるようになった システムを設けることによって達成される。

溶融金属を鋳造するための本発明による方法は、溶融金属の回りに壁を形成する 導電性鋳型を形成する段階と、該鋳型内に溶融金属を注ぐ段階と、鋳型ライナー に電流を通して、鋳型内に電磁界を発生せしめ、その中の溶融金属を攪拌するよ うになった段階とを含むものとなすことができる。

本発明のこれらおよび他の利点は、特別の実施例に関する次の説明と、本発明の 典型的な実施例を示す添付図面とを参照することによってさらに良く理解される 。

次の詳細な説明においては以下の図面を参照する：第１図は本発明による電磁的 攪拌システムの路線図で、鋳型ライナーの断面を示す； 第２図は第１図のシステムの部分的平面図；第３図は鋳型ライナーの頂面図で、 その第２実施例を示す： 第４図は第３図の線４−４に沿って取られた部分的断面図； 第５図は第４図の線５−５に沿って取られた部分的断面図： 第６図は第４図の線６−６に沿って取られた拡大断面図。

第１図において、本発明による鋳型内部−攪拌に対する改良システムは、金属お よび合金、特に銅および銅合金の直接冷却（ＤＣ）鋳造に関連して示されている 。

ＤＣ鋳造法は垂直鋳型によって行われ、断面の大なるスラブを形成し、このスラ ブは続いて再加熱され、かつ熱間圧延によってゲージの大きな帯板またはコイル に形成される。本システムは普通の鋳型または鋳型ライナー２を有し、この鋳型 ライナーは銅または銅合金によって形成される。典型的な工業的方法においては 、鋳型ライナー２は噴霧箱（図示せず）内に位置決めされた幾つかの−ってあり 、所要長さのスラブ４を形成するようになっている。

工業的方法によれば、溶融金属は保熱炉から鋳込み箱に注入され、次に流れ口を 通して各鋳型ライナーに注入される。一般には鋳型ライナーは短く、８乃至２０ インチ（２０３，２乃至５０８．０ｍｍ）であり、鋳型の内面に対して堅い外被 が形成されるようになっている。鋳型内の鋳造金属の内部は溶融して溶融物８を 形成し、該溶融物は第１図に示される如く、鋳型ライナーの深さと等しい、また はこれより小さな深さを有している。スラブ４は鋳型の開放底部から、第１図の 矢印の方向に排出される時に、この上に水かスプレーされて冷却され、中に含ま れる溶融金属が凝固して所要長さの連続鋳造スラブ４が形成されるようになって いる。

典型的には鋳型ライナー２は矩形を呈し、かつ下向きに延びる壁１２から外方に 延びる上方フランジ１０を備え、前記壁１２は平滑な連続内壁面１４を形成し、 この面は金属を包囲しかつこれを含むと共に、開口１６を形成している。（前記 内壁面は二つの比較的長い側壁１５と二つの比較的短い端壁１７とによって形成 されている。） 第１図および２図に示された実施例においては、向かい合って配設された１対の 板１８および２０が、鋳型ライナー２の上表面２２に装架され、かつこの上表面 から上向きに延び、ボルト取り付は用フランジを形成すると共に、電気導体２４ および２６に対する電気的接続部分を形成するようになっている。図示の如く、 板１８および２０は矩形開口１６の短辺の近くに位置している。電気導体２４お よび２６はそれぞれ板１８および２０を電力制御システム２８に接続している。

電力制御システム２８はさらに適当な導体３０および３２によって、プラントに 対する４４０ボルト、単相６０Ｈｚ入力供給源の如き適当な電源に接続されてい る。

電力制御システム２８は電源から電力を受入れ、これを所要の電圧に変換して、 鋳型ライナー２に伝送するに適した値の交流を発生するようになっている。シス テムとしては適当な型のものを使用することができる。例えば可飽和鉄心リアク トル３４および変成器３６を存するものとなすことができる。この可飽和鉄心リ アクトル３４は受入れ電源と変成器３６との間に接続され、一方変成器の出力は 電気導体２４および２６によって鋳型ライナーに接続される。図示の実施例によ れば、電力システム２８は４４０ボルト、６０Ｈｚの電力を受入れ、これを０乃 至ＩＯボルトの範囲内にある低い電圧の、ｌ、０００乃至２０，０００アンベヤ の範囲内にある、またはそれ以上の高い交流に変換し、鋳型ライナー２に伝送す るようになっている。

第１図に示された実施例によれば、端壁の一つにおいて陽極板から出た電流の半 分は、鋳型ライナー２の一つの長い側壁を通って陰極板２０に達し、陽極板１８ から出た電流の他の半分は他の長い側壁を通って陰極板２０に達する。鋳型とそ の関連する垂直電磁界の周りを通る電流は、溶融物内に電流を誘導する。誘導さ れた電流と一時磁界との間の磁気的相互作用は両方のベクトルに対して垂直な反 発力を発生させる。この力は鋳型の壁から液体を離し、したがって溶融物に円形 運動を行わしめ、すなわちこれを攪拌する。この攪拌は水平軸の周りにおいて鋳 型の壁と平行に、かつ鋳型の全周辺に発生する。

隅角の如き特異な部分はこの攪拌パターンの対称性を妨害し、流動のパターンを 有利に攪乱する。

第３図に示された実施例においては、矩形鋳型ライナー３８は短い端壁の一つ４ ０と、一つの長い側壁４２とに近接して分割され、参照数字４４によって示され るような間隙を形成している。誘電性材料の薄いシートまたは帯材４６が、前記 分割によって形成された間隙内に装架され、かつ鋳型ライナー３８の内表面が鋳 型の内壁に平らな連続面を形成するようになっている。誘電性材料はマイカの如 き適当な非導電材料、または電流を阻止する類似のものとなすことができる。

第４図、５図及び６図の場合は間隙４４は閉鎖され、かつステンレス鋼製の、ソ ケット頭部を有する複数のねじボルト５０によって締着位置に保持され、該ボル トは鋳型の上に形成された垂直に延びる低い棚５４に沿って、鋳型の細長い側壁 部分に穴明けされた穴５２に装架される。ヘリーコイル雌ねじを存する挿入部材 ５８は各穴５２の底部にねじ込まれ、ボルト５０のねじ端部を受け入れるように なっている。フェノール隔置部材６０はボルト５０の頭部と、棚５４の表面との 間に設けられる。隔置部材は厚さが、１２５インチ（３，１７ｍｍ）程度の特許 の座金または単一の細長い帯材となすことができる。

同様にフェノール材料よりなるチューブ６２は各ボルト５０の軸６４を包囲し、 かつ鋳型ライナー上の棚５４から間隙４４まで延びている。隔置部材６０および チューブ６２はなるべくはフェノール材料によって形成されるが、適当な非導電 材料を使用することができる。ボルト５０を挿入部材５８内に締着すれば、鋳型 ライナーはマイカシート４６、隔置部材６０およびチューブ６２と共に締着され 、間隙４４における導電を阻止する。

１対の板６６および６８は鋳型ライナーの間隙の両側に接続され、かつこの両側 においてその上表面から上向きに延び、それぞれ正および負の導体７０および７ ２を電力制御システム２８に装着するボルトを通すフランジとして働くようにな っている。（第１図の実施例の場合と同様に）。

電力制御システムは鋳型ライナー３８に電圧の低い、アンベヤの高い交流を供給 する。第１実施例の場合と同様に、電圧はほぼ０からＩＯボルトまでの間で変え ることができ、かつ交流は少なくとも１，０００アンベヤ、または１，０００ア ンベヤから２０．０００アンベヤ、またはそれ以上とされる。

鋳型ライナー３８に電圧を加えれば、正の端子から該鋳型ライナーの壁の回りを 通って負の端子に電流が流れる。したがってライナーの所定の壁部分を通って流 れる電流は実質的に電力制御システムからくる電流に等しく、これは第１図及び ２図の実施例の鋳型の壁を通る電流値の実質的に２倍である。鋳型の周囲および その関連する垂直電磁界を通る電流は溶融物内に電流を誘導する。この誘導され た電流と、−電磁界との間の磁気的相互作用は両方のベクトルに対して垂直な反 発力を発生させる。

この力は液体の鋳型の壁から動かし、それによって溶融物の円形運動と、攪拌と を起こす。隅角の如き特異な部分はこのような攪拌パターンの対称性を攪乱し、 有利な乱流パターンを発生させる。電磁界は少なくとも１５０ガウス、なるべく は３００ガウスと４００ガウスとの間またはそれ以上の値を存するようにすべき である。

１例として本発明の割り一鋳型電磁攪拌システムを使用して、低鉄−銅合金Ｃ１ ９５を鋳造し、２，６００ボンド（１１７９，３６ｋｇ）の鋳物を形成した。合 金の炉試料化学成分は１．１３％のＦｅ、・８７％ＣＯ１・５０％のＳｎおよび 残量のＣｕであった。使用した鋳型ライナーは矩形のバーを形成する標準の９イ ンチ（２２８，６ｍｍ）ライナーである。ライナーは第３図にれる如く間隙と、 ボルト及びライナーによって相互に締着された鋳型にはマイカシートを設けた。

鋳型に対する電力は、降圧変成器および可飽和リアクトルよりなる電力制御シス テムを通して供給され、該リアクトルは入ってくる４４０ｖおよび６０翫の供給 電力を調整し、変成器の出力が０とｌＯボルトの間にあり、かつＯからほぼｓ、 ｏｏｏアンベヤまでの交流となるようにする。鋳型には溶融合金が満たされ、鋳 造が開始される。鋳型に対する通電が開始され、かつ１０分間に亙り利用し得る 最大磁界、本例の場合は１６０ガウスなる磁界によってバーが鋳造された。

バーのマクロ組織は表面の近くが柱状粒子構造であり、等軸の心を有しているこ とがわかった。この柱状粒子および等釉粒子は共に、この合金をＤＣ鋳造する時 に一般に見られるものよりは小さい。

この明細書において言及されている特許および公示は、その全体を参照するため に記載したものである。

以上本発明をその特別の実施例に関連して説明したが、熟練技術者には前述の説 明から多くの型変を行い得ることは明らかである。したがってこれら変型は本発 明の精神および付属する広い請求の範囲内に含まれるものと解すべきである。

国際調査報告

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．鋳造を行う時に溶融金属を電磁的に撹拌するシステムにおいて、 ａ．前記溶融金属を包囲する壁（１２）を形成する導電性の鋳型（２）と、 ｂ．前記鋳型を電流供給源に接続し、該鋳型内に電磁界を発生させるようになっ た装置とを有することを特徴とするシステム。
2. ２．前記鋳型に対する前記電流供給源が少なくとも１，０００アンペヤであるこ とを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. ３．前記電流が約１，０００から約２０，０００アンペヤまでの範囲内にあるこ とを特徴とする請求項２記載のシステム。
4. ４．前記電流によって前記鋳型内に発生した前記電磁界が少なくとも１５０ガウ スであることを特徴とする請求項１記載のシステム。
5. ５．前記電磁界が少なくとも３００ガウスであることを特徴とする請求項４記載 のシステム。
6. ６．前記鋳型が用または銅合金であることを特徴とする請求項４記載のシステム 。
7. ７．前記鋳型がその垂直長さに沿って非一伝導性の間隙（４４）を有し、前記電 流が前記間隙の片側から前記鋳型の周囲を通って前記間隙の他の側に流れること を特徴とする請求項１記載のシステム。
8. ８．前記間隙（４４）が前記鋳型内の割れ目によって形成され、かつ該割れ目の 中に誘電性材料（４６）が配置されていることを特徴とする請求項７記載のシス テム。
9. ９．前記間隙がボルト（５０）によって閉鎖状態に保持され、さらに前記間隙を 通る電流から前記ボルトを絶縁する装置（６０，６２）を有していることを特徴 とする請求項８記載のシステム。
10. １０．前記鋳型上において、前記電力源の両側に隔置された装置（６６，６８） が、前記間隙の片側から前記鋳型の周囲を通って前記間隙の他の側に電流を通す ようになっていることを特徴とする請求項７記載のシステム。
11. １１．前記鋳型が矩形を呈し、かつ比較的長い二つの側壁と、比較的短い二つの 端壁とを有すると共に、鋳造金属の鋳造されたスラブを排出する開放底部を有し 、前記間隙が前記端壁の一つの中に設けられていることを特徴とする請求項７記 載のシステム。
12. １２．前記端壁内の前記間隙が前記側壁に近接して設けられていることを特徴と する請求項１１記載のシステム。
13. １３．溶融金属を鋳造する方法において、ａ．溶融金属の周囲に壁を形成する導 電性鋳型ライナー（２）を有する鋳型を設ける段階と、ｂ．前記溶融金属を前記 鋳型に注ぐ段階と、ｃ．前記鋳型に電流を通し、該鋳型内に電磁界を発生せしめ 、その中の溶融金属を撹拌するようになった段階とを有することを特徴とする方 法。
14. １４．前記鋳型に供給される電流が少なくとも１，０００アンペヤであることを 特徴とする請求項１３記載の方法。
15. １５．前記電流が約１，０００から約２０，０００アンペヤまでの範囲内にある ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. １６．前記鋳型に対する前記電流の供給が前記鋳型の中に少なくとも１５０ガウ スの電磁界を発生することを特徴とする請求項１１記載の方法。
17. １７．前記鋳型が矩形を呈し、比較的長い側壁（１５）および比較的短い端壁（ １７）とよりなる開放底部を有していることを特徴とする請求項１３記載の方法 。
18. １８．前記鋳型に供給される電流が二つの側壁の間に分配されることを特徴とす る請求項１７記載の方法。
19. １９．前記鋳型に供給される電流が前記鋳型の周囲を、一つの方向に流れること を特徴とする請求項１７記載の方法。
20. ２０．前記鋳型に供給される電流が一つの端部から前記鋳型の周囲を通って、同 じ端部に復帰することを特徴とする請求項１９記載の方法。