JP2009535216A - 攪拌装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、金属の連続鋳造または半連続鋳造のための装置に係る。この装置は、モールド（１）を有し；キャスティング・チューブ（３）を有し、このキャスティング・チューブを介して、溶融金属が、モールド（１）の中に既に存在する溶融金属（２）に、後者の溶融金属のメニスカス（７）からある距離だけ下方の領域で、供給され；少なくとも一つの攪拌装置（４）を有し、この攪拌装置は、鉄心及びその周りに巻かれたコイルによって構成され、その鉄心は、モールド（１）の広い側面に沿って伸びるように配置され、前記溶融金属（２）の攪拌を実現するために、溶融金属（２）に磁場を作用させるように構成されている。前記鉄心は、その上側部分がメニスカス（７）から所定の距離だけ離れた位置にあるように配置され、その位置は、メニスカス（７）の表面の５０ｍｍ上方からこの表面の１９５ｍｍ下方までの範囲にあり、前記鉄心の長さは、モールド（１）の広い側面の長さに対して、広い側面の５０％から８０％までの範囲にある（図１）。

Description

本発明は、金属の連続鋳造または半連続鋳造のための装置に係り、請求項１の前置き部分に基づく攪拌装置を有している。

連続鋳造または半連続鋳造の間、溶融金属がキャスティング・モールド（以下において、モールドと呼ばれる）に供給され、その中で、溶融金属が冷却されて、長く伸びるストランドが形成される。その断面の寸法に応じて、ストランドは、ビレット、ブルーム、またはスラブと呼ばれる。鋳造の間、高温の溶融金属の一次流れが、冷却されているモールドに供給され、その中で、金属が冷却され、少なくとも部分的に凝固して、長く伸びるストランドになる。この冷却されて部分的に凝固したストランドは、それから、モールドから連続的に引き抜かれる。ストランドがモールドから出るポイントで、このストランドは、少なくとも機械的に自己支持性を備えた、凝固したケーシングを有し、それが未凝固の中央部を取り囲んでいる。冷却されたモールドは、鋳造方向の両端で開放されていて、好ましくは、モールドを支持するための手段、及びモールド及び支持手段に冷却剤を供給するための手段に接続されている。モールドは、好ましくは、良好な熱伝導率を備えた銅ベースの合金で作られている。

キャスティング・ボックス（タンディッシュ（tundish）とも呼ばれる）から、溶融金属が、溶融金属の中に伸びるキャスティング・チューブを介して、モールドに供給される。このキャスティング・チューブは、好ましくは、モールドの中に既に存在する溶融金属の中に突出するように、モールドの中に伸びる。チューブからの溶融金属が、モールドの中に既に存在する溶融金属の中に流れ込むとき、入って来る溶融金属の流れは、キャスティング・チューブのデザインのために、モールドの狭い側面の方向にガイドされ、かくして、いわゆる一次流れ及びいわゆる二次流れが作り出される。一次流れは、モールドの狭い側面に沿って、鋳造方向に、下向きに進み、これに対して、二次流れは、モールドの狭い側面の領域から金属浴の表面（メニスカス（meniscus）と呼ばれる）方向に、上向きに進み、その後、再び下向きに進む。メニスカスは、鋳造パウダーからなるレイヤにより覆われている。この鋳造パウダーは、周囲の雰囲気に対する保護として働くため、且つ熱損失を減らすために、使用されている。

鋳造プロセスの間、モールドの中に存在する金属浴の様々な部分で、規則的な速度の変動が生ずる。かくして、上側のループ及び下側のループが生じ、それらの中で、溶融金属が、それ自体としては既に知られている状態で、回流する。そのようなループの規則的な振動に伴う共鳴現象のために、大きい気泡（例えばアルゴンガスの気泡）、キャスティング・チューブからの酸化物のインクルージョン、及び金属浴の表面からの様々な種類のスラグが、鋳造方向に、深く下方向に、モールドの中で最初に形成された鋳造ストランドの中深くに移送されることになる。これは、出来上がった、凝固した鋳造ストランドに、インクルージョン及びムラをもたらす。

もし、コントロールされていないやり方で、高温金属の流れがモールドの中に入るような場合には、その流れが、鋳造ストランドの中に深く侵入し、それは、恐らく、品質及び生産性に対して負の影響を与えることになる。鋳造ストランドの中での、コントロールされていない高温金属の流れは、非金属パーティクルの巻き込み、および／または、凝固したストランド中へのガスの吸蔵をもたらすことがあり、あるいは、鋳造ストランドの内部組織の中の鋳造欠陥をもたらすことがある。高温金属の流れが深く侵入すると、それが、凝固した表面組織の部分的な再溶融を引き起すこともあり、それにより、溶融金属が、モールドよりも下側にある表面レイヤを侵食して、生産に対する重大な障害や修理のための長い休止時間を生じさせることになる。

モールド内の振動流れにより引き起こされる速度変動は、メニスカスでの圧力変動を生じさせ、またそれに加えて、メニスカスでの高さの変動を生じさせる。流れの速度が、従ってメニスカスでの乱れが、大きくなり過ぎると、それは、スラグを鋳造パウダーから引き込んで、凝固したストランドの中に送り込むことになり、それは、シェルの不均一な成長に起因する亀裂発生の危険を増大させることになる。

他方、メニスカスでの速度が低くなり過ぎた場合には、温度差が生ずる危険がある。この温度差は、メニスカスでの局所的な凝固をもたらすことがあり、その結果、亀裂発生の危険や、メニスカスで凝固中のシェルにスラグのパーティクルが付着する危険を伴う。かくして、特に低い鋳造速度においては、速度に関して最適なメニスカスでの流れを維持することは、鋳造パウダーの溶融のための熱を供給するために、且つ、それと同時に、乱れを低く抑えるように努めるために、重要である。

キャスティング・チューブの周りの領域において、溶融金属の、好ましくない局所的な流れまたは滞留が生じるかなりの危険があり、それは、鋳造ストランドの中での亀裂の形成をもたらすことがある。更に、振動する流れは、モールド内で、下向きの非対称の速度をもたらす。ある状況において、モールドの一つの狭い側面での速度が、その反対側の狭い側面の速度と比べて、かなり高くなることが有り、それは、インクルージョン及び気泡が大量に下側へ移送される結果を招き、その結果として、鋳造対象物の品質の低下がもたらされる。

日本特許出願公開公報 JP-57 017 355 から、電磁攪拌装置を設けることが知られている。ここで、この攪拌装置は、モールドの長い側面に、その縦方向に関して、その上端部からメニスカスまでの距離が２００ｍｍ以上の位置になるように配置されている。その目的は、鋳造パウダーが、溶融金属のメニスカスから引き出されて、鋳造ストランドの中に送り込まれることを、防止することにある。モールドの広い側面に対するこの攪拌装置の寸法は、モールドの広い側面の寸法の０．４〜０．７倍になる：即ち、（０．４〜０．７）＊ｂ。しかしながら、このソリューションは、溶融金属の中の或る距離で攪拌を行うことのみが意図されており、先に挙げた速度の変動に関する問題を完全に解決するものではない。
特開昭５７−０１７３５５号明細書

本発明の目的は、金属の連続鋳造または半連続鋳造のための装置、特にスラブの鋳造のための装置を提供することにある。この装置は、以上で挙げた欠点を減らすことまたは取り除くことに寄与する。特に、本発明の目的は、様々な速度で流れ込む溶融金属に対して、メニスカスでの一様な流れを作り出す装置を提供することにある。

この目的は、この明細書の導入部の中に記載された装置により実現される。本発明の装置の特徴は、鉄心の上側部分がメニスカスからある距離だけ離れた位置にあるように、鉄心が配置され、その位置は、メニスカスの表面の５０ｍｍ上方からこの表面の１９５ｍｍ下方までの範囲にあることにある。

この装置により、メニスカスでの金属の流れが、モールドの狭い側面から離れて、キャスティング・チューブの方向に内側に、且つ溶融金属の全体の幅に亘って均一に、方向付けられる。それに加えて、均一な流れの形態が、メニスカスで得られ、それが、全体のモールド幅に亘って流れが均一であるときに、最も少ない乱れをもたらす。

先に記載されたように配置された攪拌装置によって、反対方向に向かう十分に大きなメニスカスでの流れが、キャスティング・モールドの全体の幅に亘って均一に得られ、且つ、それと同時に、乱れが抑えられる。攪拌装置の位置はまた、キャスティング・チューブの周りでの溶融金属の良好な回転を得るためにも寄与し、且つ、先行技術によるソリューションと比較して、攪拌装置の組み込みがかなりシンプルになる。

上述の如く攪拌装置を配置することによって、二次流れが最適のやり方で利用され、且つ、それと同時に、攪拌装置の助けによって、モールド内での溶融金属の良好な対称的な流れが、キャスティング・チューブの周りの溶融金属の良好な水平方向の流れとともに、得られるよう、その流れが変更され、それにより、一様なシェルの成長が促進される、且つ、それと同時に、出来上がったストランドの中のインクルージョンの量が減少する。最適な流れと言う表現が意味するところは、メニスカスでの溶融金属の速度（二次流れの速度）が、時間により変化することなく一定のレベルに維持され、且つ、それと同時に、キャスティング・チューブから下方向に向かう金属の流れ（一次流れ）の速度が、可能な限り低いレベルに維持されることを意味していて、それによって、溶融金属に随伴されるインクルージョンが凝固したストランドの中に深く入る危険が小さくされる。
縦方向についての、攪拌装置の鉄心の寸法は、通常、２４０〜２８０ｍｍである。

代替的な実施形態によれば、鉄心の上側部分がメニスカスから或る距離だけ離れた位置にあるように、鉄心が配置され、その位置は、メニスカスの表面の５０ｍｍ上方からこの表面の１５０ｍｍ下方までの範囲にある。

代替的な実施形態によれば、鉄心の上側部分がメニスカスから或る距離だけ離れた位置にあるように、鉄心が配置され、その位置は、メニスカスの表面の５０ｍｍ上方からこの表面の１００ｍｍ下方までの範囲にある。

本発明の好ましい実施形態によれば、二つの攪拌装置が、モールドの広い側面の中心線の周りに対称的に、且つ、前記広い側面の両方に配置される。攪拌装置の鉄心は、鋳造ストランドの幅の一部を覆うだけで良いので、そのような装置は、コスト効率の良いソリューションをもたらす。その理由は、キャスティング・チューブの周りでの溶融金属の良好な回転、並びに、鋳造ストランドの幅の厚さに亘って均一な速度プロファイルが、得られるからである。

本発明の更なる実施形態によれば二つの攪拌装置が、モールドの長い側面のそれぞれの上に、非対称的に配置される。この実施形態は、低い重量、低い電力消費、及び周囲の環境への磁場の影響の減少などのような利点をもたらす。それに加えて、極ピッチが大きく、それは、最大に効果的な攪拌装置もたらす。

本発明の更なる利点及び有利な特徴は、以下の説明及び他の従属請求項から、明らかになるであろう。

以下において、本発明が、様々な実施形態を用いて且つ添付図面を参照しながら、より詳細に説明される。

以下において、本発明が、様々な実施形態を用いて説明される。

図１は、本発明の概略説明図である。この装置は、溶融金属２を取り囲むモールド１を有し、溶融金属は、溶融金属の中に浸漬されたキャスティング・チューブ３を用いて、モールド１に供給される。溶融金属２が冷却されて、部分的に凝固したストランドが形成される。その後に、ストランドは、モールド１から連続的に引き抜かれる。

本発明によれば、少なくとも一つの攪拌装置４が配置され、この装置は、鉄及びその周りに巻かれたコイルを有し、その鉄心は、モールドの広い側面の全長を覆うようには配置されず、その代わりに、モールドの広い側面の少なくとも５０％、また最大でモールドの広い側面の８０％を覆うように、モールド１の中心線５を挟んで対称的に、モールドの広い側面の両方の側面に配置される。

鉄心は、それらの上側部分がメニスカスからある距離だけ離れた位置にあるように配置され、その位置は、メニスカスの表面７の５０ｍｍ上方からこの表面７の１９５ｍｍ下方までの範囲にある。その狙いは、低周波数移動磁場により、メニスカス７の下側に、溶融金属の回転攪拌状態を作り出すことにある。

攪拌装置４を上述の如く配置することにより、モールド内での溶融金属の良好な回転攪拌状態が、キャスティング・チューブ３の周りでの溶融金属の良好な攪拌を伴って、得られる。更にまた、攪拌装置４がモールド幅の全体を覆わないと言うことは、溶融金属がキャスティング・チューブ３を介してモールドに供給されるときに生ずる通常の流れのパターンに対して、有害な影響を及ぼさないと言うことを意味している。

図２は、本発明の代替的な実施形態を示す。ここでは、攪拌装置８は、モールド９の広い側面１０のそれぞれに、非対称的に配置され、且つ、鉄心の上側部分がメニスカスからある距離だけ離れた位置にあるように、鉄心が配置され、その位置は、メニスカスの表面の５０ｍｍ上方からこの表面の１９５ｍｍ下方までの範囲にある。

本発明は、ここに示された実施形態に限定されなることなく、添付したクレームの範囲内で、変更されまた変形されることが可能である。

図１は、本発明に基づく装置の概略説明図である。 図２は、本発明に基づく装置の一つの実施形態に基づく上面図である。 図３は、本発明に基づく連続鋳造装置の分解組立図である。

Claims (5)

1. 金属の連続鋳造または半連続鋳造のための装置であって、
   二つの広い側面及び二つの狭い側面から構成されるモールド（１）を有し、広い側面と狭い側面の比は、少なくとも２：１であり、このモールドの中を、鋳造プロセスの間、溶融金属（２）が通り；
   キャスティング・チューブ（３）を有し、このキャスティング・チューブを介して、溶融金属が、モールド（１）の中に既に存在する溶融金属（２）に、後者の溶融金属のメニスカス（７）からある距離だけ下方の領域で、供給され；
   当該装置は、少なくとも一つの攪拌装置（４）を有し、この攪拌装置は、鉄心及びその周りに巻かれたコイルを有し、
   前記鉄心は、モールド（１）の広い側面に沿って伸びるように配置され、前記鉄心の長さは、モールド（１）の広い側面の長さに対して、当該広い側面の５０％から８０％までの範囲であり、且つ、前記鉄心は、前記溶融金属の攪拌を実現するために、溶融金属（２）に磁場を作用させるように構成されている、
   装置において、
   前記鉄心は、その上側部分がメニスカス（７）からある距離だけ離れた位置にあるように配置され、その位置は、メニスカス（７）の表面の５０ｍｍ上方からこの表面の１９５ｍｍ下方までの範囲にあること、を特徴とする装置。
2. 下記特徴を有する請求項１に記載の装置：
   前記鉄心は、その上側部分がメニスカス（７）からある距離だけ離れた位置にあるように配置され、その位置は、メニスカス（７）の表面の５０ｍｍ上方から前記表面の１５０ｍｍ下方までの範囲にある。
3. 下記特徴を有する請求項１に記載の装置：
   前記鉄心は、その上側部分がメニスカス（７）からある距離だけ離れた位置にあるように配置され、その位置は、メニスカス（７）の表面の５０ｍｍ上方から前記表面の１００ｍｍ下方までの範囲にある。
4. 下記特徴を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の装置：
   二つの攪拌装置（４）が、モールド（１）の広い側面の中心線（５）の周りに対称的に、且つ前記広い側面の両方の上に配置されている。
5. 下記特徴を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の装置：
   二つの攪拌装置（８）が、モールド（１）の広い側面のそれぞれに、非対称的に配置されている。

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