JPS5947621B2 - 連続鋳造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、連続鋳造機において用いられる金属攪拌方法
に関する。

従来技術と問題 金属の冶金学的性質を改善するため、及び特に不利益な
模樹石模様の構造を軽減するため、遠心力を利用する金
属攪拌方法が用いられていることは知られている。

かかる遠心力は工業的規模で機械的に達成される。

しかしながら、このような機械的方法は、多くの欠点を
有している。

その主たる原因は、この方法が垂直軸のまわりにインゴ
ットモールドを回転させることを意味する以上、連続鋳
造に関してもあるいは他の製品に関しても使用できない
ことにある。

従って、特にかような方法は、カーブを有する通路で連
続鋳造を行う場合には使用できない。

さらに、固体化した鋼が回転されることは、液体金属と
固体金属との界面で生ずる現象の効率に関係するので余
り有利ではない。

加うるに、機械的な比較的大きい装置が存在することや
回転するインゴットモードは、設備の配量及び据付けに
関し困難な問題を提供する。

このため、電磁的遠心作用（（より攪拌を行うことが考
えられている。

すなわち、この方法は、誘導交流電流により生じた回転
電磁界により液体金属を回転させるものである。

かかる方法によると、得られる金属の冶金学的性質に関
しては好ましい結果が与えられるが、この方法には、そ
の工業的規模での利用を現在まで遅延させてきたような
極めて重大な欠点がある。

すなわち、インゴットモールド内に発生する渦電流の作
用により該インゴットモールドが加熱されるために、こ
のインゴットモールドが極めてすみやかに摩耗してしま
うので、銅より高い抵抗率をもった金属のインゴットモ
ールドを使用する必要がある。

そこで、従来は真ちゅう、アルミニウム、青銅もしくは
モリブデンからなるインゴットモールドが使用されてき
たが、これらの金属は銅に比べて低い熱伝導率しかもっ
ていないので、その寿命が極めて短かく、このことが相
当の欠点である。

さらに、既知の電磁的遠心方法においては、一方でイン
ゴットモールドの金属中で渦電流が発生するために生じ
且つ他方でインゴットモールドを横切る際に電磁界が減
衰されるために生ずる損失によって、エネルギー効率が
特に低下される。

発明の目的、要旨 本発明の目的は、回転誘導電磁界を印加することにより
連続鋳造機における金属を攪拌する既知の方法を、正規
の銅製のインゴットモールドが使用でき且つ実質的に高
いエネルギー効率が得られるように改良することにある
。

このような課題は、本発明によると、特許請求の範囲に
記載の方法により解決される。

以下の記載から明らかにされるように、誘導電流として
約２〜１０Ｈｚの周波数をもつものを使用することはこ
インゴットモールドの金属中に発生される渦電流を相当
に減少させるとともにこのインゴットモールドを通過す
る電磁界の減衰を小さくする。

本発明の方法を実施する装置は、インゴットモールドに
関して同心的に配置された３相固定子をそなえ、該イン
ゴットモールドが約１０ないし２０ｒＩｒｍ厚の銅で構
成され、該３相固定子が約２ないし１０Ｈｚの周波数の
交流電流を給電されるようになっている。

実施例の説明 次に、本発明を添付図面に示す実施例について詳細に説
明する。

第１図は、慣用の連続鋳造機の一部を示すもので、その
インゴットモールドの部分のみが示されている。

このインゴットモールド１は、ステンレス鋼製のケース
３により画成されたジャケットにより取囲まれる銅製の
内壁２をそなえており、このシャットを介して例えば水
の如き冷却流体４が流れるようになっている。

インゴットモールド中へ液体金属を供給する注入管は図
示されておらず、またインゴットモールドの低部に位置
する二次的な冷却ゾーンも図示されていない。

本発明によると、フレーム１１と、インゴットモールド
の周辺部で等間隔に離間したコイル１２及び磁極１３と
をそなえた３相固定子１０が設けられる。

このアセンブリは通常、固定子をおおって保護するカバ
ー１４及び底壁１５によって完結したものになる。

第２図は、第１図に示した装置に対応する電気回路図で
あり、この回路は、主要構成要素として３相固定子１０
を含んでいる。

この固定子の３相は本実施例ではデルタ結線されており
、回転変流機１６によって電流を供給される。

回転変流機は実際には、それ自体５０Ｈｚの商用周波数
の３相交流を供給される同期発電機である。

好ましくは、固定子の各々の相は、並列接続された複数
の、すなわち本実施例では４つのコイル１７により構成
され、各コイルは、例えば１４ＷｒＩｒＬ２の断面積を
有するワイヤを１５０回巻回したものである。

変流機の入力電圧は３８０ボルトでありうる。

この変流機は、各相毎に１００アンペアの強さをもった
６Ｈｚの周波数の誘導電流を５７ボルトの電圧レベルに
おいて発生する。

それゆえ、この変流機の電力は約１０ｉ（ＶＡである。

これらの特性値は、１０００〜１５００ガウスの回転誘
導磁界の発生を可能にする。

このような構成になる攪拌装置に関して実施された試験
の結果によると、約２ないし１０Ｈｚの低い周波数の誘
導電流により得られる電磁的遠心作用の効率が実質的に
改善され、鋳造鋼の表面構造に対して顕著な作用効果が
得られることが示されている。

この作用効果は一面的には、固体化しつつある金属表面
に対する液状金属の変位（相対運動）により生ずる表皮
効果に基づくものであるということができる。

すなわち表皮効果は柱状晶の形成を制限し、かような相
対的変位は、金属中に含まれる包接物及びブローホール
をひきはなす作用をする一種の剥離機能を発生する。

これは、鋳造製品の環状周辺部における稠密性を実質的
に改善する。

このような表皮効果により、鋼よりも密度がはるかに小
さい前述の包接物やブローホールは、製品の表皮から分
離し、その浮力により金属のメニスカスの中央部へ浮上
して集まる。

集まった包接物は、モールドパウダに吸着させることに
よって容易に除去することができる。

前述したような極めて低い周波数を用いると、金属を回
転させる回転電磁界の強度を実質的に増大させ、それに
よって前述の効果を増大させることができる。

このことは、金属中のブローボールさえも除去される事
実に鑑みると極めて重要な事柄である。

すなわち、このことは従来の方法が示唆しえなかったこ
とであるとともに、泡起性鋼もしくはセミキルド鋼の処
理にまでかかる方法の応用分野を拡大するのを可能にす
るものである。

このような応用分野の拡大もまた従来技術に対し特に新
規なことである。

回転電磁界がその作用を注入体の全断面に及ぼすので、
金属を回転させるために注入噴流を適当な入射角に調整
する必要はない。

従って、浸漬した管で注入を行うことができ且つ被覆用
粉末によって液面を慣用の仕方で保護することができる
。

今問題にしている周波数が何故かような結果を得ること
を可能にするのか指摘することは興味あるところである
が、それを立証する計算や演算式をここで詳細にくりか
えすことは必要なかろう。

ところで、液体鋼中に誘導された電流の強さに比例し且
つ問題とする導体に作用する誘導電磁界に比例した電磁
力、すなわちラプラス力の作用によって鋼が回転駆動さ
れることは知られている。

これらの駆動力は、誘導電流の周波数ｆに比例する。

また、インゴットモールドの鋼中における電磁界の交互
的変化により、電磁界の周波数に比例した強さをもった
渦電流も誘導される。

これらの渦電流により消費されるエネルギーは、誘導電
流の周波数の二乗に比例する。

以下に述べる表からとった数値によると、それぞれ５０
．６、及び３Ｈｚの周波数に関して厚さ１０ｍ、直径１
２０ｒＩｒｍのインゴットモールドの場合における鋼中
での渦電流による消費電力の値が示される。

すなわち、５０Ｈｚの場合には消費電力が相肖大きく、
この値は、時間当り１５メートルトンを生産する連続鋳
造工程においてインゴットモールドにより達成される熱
抽出の約４０％に対応する。

他方、６及び３Ｈｚの周波数においては、この消費電力
は容易に受けいれることができる値である。

このような現象における他の要因は、インゴットモール
ドの鋼中において交流誘導磁界が減衰することである。

この交流誘導磁界は、次のような型の指数法則にしたが
う無効な渦電流の発生により減衰される。

但し、Ｂｏは原点における誘導磁界の値であり、Ｘｏは
、いわゆる浸透の深さであり次式で示されるものである
。

但し、この式でρ−金金属抵抗率、μ−透磁率、ｆ−誘
導磁界の周波数である。

従って、このＸ。の値は、材料の電磁的特性及び誘導磁
界の周波数にのみ依存するものである。

次の表は、異なる磁気媒体、すなわち、インゴットモー
ルドの銅、ジャケットのステンレス鋼、液体鋼の関数と
して並びに周波数の関数としてＸ。

の値及び磁界の減衰の値を示すものである。

但し、この場合、インゴットモールドは、原誘導磁界に
対して直角に配置され且つ１０調の厚さを有するものと
仮定されている。

この表から、次のことがわかる。すなわち、浸透の深さ
Ｘ。

が周波数の平方根に反比例するので、磁界の減衰が、２
つの選定周波数６及び３Ｉ（ｚに対してよりも商用周波
数５０Ｈｚに対して一層顕著に大きいことがわかる。

上述したところによると、駆動電力と鋼中での消費電力
との比に等しい係数Ｒにより示される装置のエネルギー
効率が第３図に示すグラフにしたがって周波数の関数と
して変化することになる。

第３図においては、インゴットモールドが１２０−の直
径を有し且つ液体鋼の回転速度が約１ｒｐｓに等しいも
のと仮定して、インプットモールドの鋼壁の厚さがそれ
ぞれ１０．１５及び２０Ｔｒｔ！ＩＬに等しい場合にお
げろ比Ｒの変化を３つのカーブにより示しである。

このグラフによると、本発明にしたがう周波数帯域（約
２〜１０Ｈｚ）は、エネルギー効率が最適値をもつカー
ブ部分における動作を可能にするのに対して、慣用され
ている商用周波数は極めて低いエネルギー効率を与えう
るだゆであることがわかる。

換言すると、鋳造製品の形状が円形又はビレット状であ
れその断面に無関係に、攪拌の最大エネルギー効率は、
回転磁界の回転速度が液体金属の回転速度とその速度の
２倍の速度との間にあるときに得られる（インゴットモ
ールドにおける磁界の減衰がないと仮定すれば、回転磁
界の周波数が液体金属の回転速度の２倍になるときに最
大のエネルギー効率が得られるが、実隙には、インゴッ
トモールドの銅を通過する際に磁界の減衰があるため、
回転磁界の最適周波数は液体金属の回転速度の２倍より
小さくなる）。

効果 本発明による方法は、次のような優れた作用効果を提供
する。

すなわち、（イ）全く例外的な純度の表皮をもった鋳造
製品を得ることができ、このため後続の圧延作業の前に
クリーニング処理を行う必要がないこと、 （吻 鋳造製品の周辺領域において包接物のみなラス、
ブローホールをも除去することができ、このため、本方
法を泡起性鋼やセミキルド鋼の処理に対しても応用しう
るようになること、などの効果が得られる。

ｅ′９ 柱状構造の稠密性が実質的に改善され、この
ため、抽出速度を制約することなしに鋳造クラックを防
止できる。

に）また、本発明の方法は、従来の電磁的遠心方法によ
り要求されるものとは異なり、正規の壁厚、すなわち１
０．１５又は２０ｒｒｒＩｒＬ程度−の壁厚を有する銅
製インゴットを使用することができる。

本発明が前述した実施例に制限されるよう意図されてい
ないことが理解されるべきである。

従って、本発明は、円形断面をもたないビレットその他
のものの遠心操作のために適用することもでき、この場
合は、回転電磁界の作用下におかれる鋼の運動線が丸型
製品の場合のものとは異なってくる。

それにもかかわらず、得られる結果は、類似したもので
ある。

同様なことは、インゴットモールドに対する攪拌装置の
構造及び配置に関してもあてはまる。

電気回路に関しては、実質的に異なるものを用いること
ができ、例えばスター結線回路を用いたり、あるいは回
転変流機に代えてサイリスタを有する静止形変換器を用
いたりすることができる。

さらに、固定子は、冷却用ジャケットの外側でなくその
内側の少なくとも一部分に配置されうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による方法を実施するための装置をそ
なえた連続鋳造機を示す部分断面図、第２図は、上記装
置の電気回路図、第３図は、誘導電流周波数の関数とし
てのエネルギー効率の変化を示すグラフである。 １°°°インゴツトモールド、２°°・鋼内壁、３・・
・ケース、４・・・冷却流体、１０・・・３相固定子、
１１・・・フレーム、１２・・・コイル、１３・・・磁
極、１４・・・カバー、１５・・・底壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属の攪拌をモールド内において行うタイプの連続
   鋳造法であって、 （イ）約１０ないし２０ＴｒａｒＬ厚の鋼壁を有する連
   続鋳造用固定モールド内に液体金属を注入し、（ロ）前
   記モールドと金属に約５００ないし２０００ガウスの強
   度の回転磁界を生ぜしめ、この磁界を約２ないし１０Ｈ
   ｚの周波数の交流電流にて励磁せしめてモールドの渦電
   流を最小化せしめるとともに磁界の減衰を減少せしめ、 （ハ）液体金属と周辺の固体化金属部間に相対回転が生
   じるように磁界をモールドの長軸にほぼ平行な軸のまわ
   りに回転させ、この磁界の回転速度が液体金属の回転速
   度とこの速度の２倍との間になるように選定し、 に）もって、液体金属と周辺の固体化金属部間の相対回
   転により、周辺の固体化金属部から包接物および孔を剥
   離せしめこの包接物と孔よりはるかに高密度の金属に与
   えられる遠心力作用により、この包接物と孔を液体金属
   の中心部へ移動せしめて良質の表面構造が得られるよう
   にし たことから成る液体金属の連続鋳造法。