專(zhuān)利名稱(chēng)：電磁攪拌線(xiàn)圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)電磁力對(duì)鑄模內(nèi)的鋼水進(jìn)行攪拌的電磁攪拌線(xiàn)圈。
背景技術(shù)：
在以前的連鑄設(shè)備中，為使鑄模內(nèi)的鋼水所包含的非金屬夾雜物和吹入浸漬噴嘴內(nèi)的Ar氣泡不被鑄坯捕集，而是浮在鋼水的表面以便將其除去，從而得到質(zhì)量?jī)?yōu)良的鑄坯，一般使用通過(guò)電磁力對(duì)鑄模內(nèi)的鋼水進(jìn)行攪拌的方法，關(guān)于通過(guò)電磁力對(duì)鑄模內(nèi)的鋼水進(jìn)行攪拌的電磁攪拌線(xiàn)圈，此前提出了各種各樣的方案。
例如，日本專(zhuān)利第3273105號(hào)的公報(bào)公開(kāi)了一種流動(dòng)控制裝置，其通過(guò)設(shè)置下述的第2鐵心以及第3鐵心，使鐵心的有效面積增加而增加飽和磁通密度，由此具有與以前裝置同等程度的外形，同時(shí)可以向熔融金屬施加強(qiáng)大的磁場(chǎng)。其中，第2鐵心與第1鐵心(軛鐵)的背面相抵接，并且所述第1鐵心具有用于卷繞線(xiàn)圈的槽口；第3鐵心與第1鐵心(軛鐵)的上下面相抵接。
但是，日本專(zhuān)利第3273105號(hào)公報(bào)雖然公開(kāi)了增加鐵心(軛鐵)的有效面積的方法，但對(duì)于軛鐵橫斷面積相對(duì)于與鐵心的有效面積相當(dāng)?shù)碾姶艛嚢杈€(xiàn)圈的橫截面中的內(nèi)面積的占空系數(shù)(-)、以及軛鐵寬度B的具體的數(shù)值范圍，并沒(méi)有進(jìn)行充分的研究，所以不能獲得緊湊且高推力的電磁攪拌線(xiàn)圈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供一種以前不能實(shí)現(xiàn)的緊湊且高推力的電磁攪拌線(xiàn)圈。
本發(fā)明為解決上述的課題而進(jìn)行了潛心的研究，結(jié)果通過(guò)特定軛鐵橫斷面積相對(duì)于與鐵心(軛鐵)的有效面積相當(dāng)?shù)碾姶艛嚢杈€(xiàn)圈的橫截面中的內(nèi)面積的占空系數(shù)(-)、以及軛鐵寬度B的優(yōu)選的數(shù)值范圍，提供一種緊湊且高推力的電磁攪拌線(xiàn)圈，其要點(diǎn)敘述如下(1)一種電磁攪拌線(xiàn)圈，其通過(guò)電磁力對(duì)鑄模內(nèi)的鋼水進(jìn)行攪拌，所述電磁攪拌線(xiàn)圈的特征在于軛鐵橫斷面積相對(duì)于所述電磁攪拌線(xiàn)圈的橫截面中的內(nèi)面積的占空系數(shù)(-)為0.5以上，而且軛鐵寬度B為100mm～300mm。
(2)根據(jù)(1)所述的電磁攪拌線(xiàn)圈，其特征在于所述電磁攪拌線(xiàn)圈的磁動(dòng)勢(shì)F除以軛鐵寬度B的F/B值為800kAT/m以上。


圖1例示了本發(fā)明的電磁攪拌線(xiàn)圈的實(shí)施方案，(a)為平面圖，(b)為側(cè)視圖。
圖2是從側(cè)面觀察包含本發(fā)明的電磁攪拌線(xiàn)圈的鑄模上部的詳細(xì)圖(剖視圖)。
圖3是本發(fā)明的電磁攪拌線(xiàn)圈部分的詳細(xì)圖。
圖4是表示軛鐵寬度B和上述的占空系數(shù)之間的關(guān)系的圖。
圖5是表示占空系數(shù)(-)和用于得到必要推力的磁動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系的圖。
圖6是表示軛鐵寬度B和磁動(dòng)勢(shì)F/軛鐵寬度B之間的關(guān)系的圖。
圖7是表示本發(fā)明的效果圖。
具體實(shí)施例方式
關(guān)于實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，使用圖1～圖7進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1、圖2和圖3例示了本發(fā)明的電磁攪拌線(xiàn)圈的實(shí)施方案。
在圖1和圖2中，1表示鑄模，2表示電磁攪拌線(xiàn)圈，3表示浸漬噴嘴，4表示鋼水，5表示連鑄池(strand pool)，6表示軛鐵。
圖1(a)表示本發(fā)明的電磁攪拌線(xiàn)圈的平面圖，(b)表示其側(cè)視圖。
在連鑄機(jī)的鑄模1中注入鋼水4，使電流流過(guò)其鑄模1的周?chē)渲玫碾姶艛嚢杈€(xiàn)圈2，由此產(chǎn)生電磁力，從而將箭頭(實(shí)線(xiàn))方向的推力作用于鋼水1上，連鑄池5內(nèi)的鋼水4便受到攪拌。
另外，在連鑄池5的中心，設(shè)置有浸漬噴嘴3，鋼水從該浸漬噴嘴3注入鑄模內(nèi)。其結(jié)果，鋼水4的流動(dòng)形成如箭頭(虛線(xiàn))的流動(dòng)。使這兩者的流動(dòng)互不干涉地形成，是鑄造質(zhì)量良好的鑄坯所必要的。
圖2是從側(cè)面(橫截面)觀察包含本發(fā)明的電磁攪拌線(xiàn)圈的鑄模部的詳細(xì)圖，圖3是線(xiàn)圈部分的放大圖(剖視圖)。
在電磁攪拌線(xiàn)圈2的內(nèi)部，設(shè)置有相當(dāng)于鐵心的軛鐵6，向卷繞在該軛鐵周?chē)木€(xiàn)圈供電，便產(chǎn)生磁場(chǎng)。本發(fā)明的特征在于軛鐵6的橫斷面積(B×D)相對(duì)于電磁攪拌線(xiàn)圈2的橫截面中的內(nèi)面積(具體地說(shuō)是由圖3的線(xiàn)圈卷繞外形7所包圍的面積)的占空系數(shù)(-)為0.5以上，而且軛鐵寬度B為100mm～300mm。
首先，就軛鐵寬度B的限定理由進(jìn)行說(shuō)明。
之所以設(shè)定圖2所示的電磁攪拌線(xiàn)圈2的橫截面中的軛鐵寬度B為100mm以上，是因?yàn)楫?dāng)欲通過(guò)在凝固殼前面賦予鋼水的流動(dòng)，以改善鑄坯表層部的清凈性時(shí)，就需要100mm以上。
另外，之所以設(shè)定電磁攪拌線(xiàn)圈2的橫截面中的軛鐵寬度B為300mm以下，是因?yàn)檫@樣可以避免噴嘴噴出流與攪拌流的干涉，可以在鋼水表面附近形成穩(wěn)定的回轉(zhuǎn)流，是因?yàn)檐楄F寬度B優(yōu)選為小于圖2所示的浸漬深度L，一般地說(shuō)，浸漬深度L為300mm左右，所以其上限設(shè)定為300mm。如果軛鐵寬度B更優(yōu)選為250mm以下，則可以切實(shí)地避免噴嘴噴出流和攪拌流之間的干涉。
其次，在以下說(shuō)明軛鐵的占空系數(shù)(-)設(shè)定為0.5以上的理由。
電磁攪拌線(xiàn)圈2的橫截面中的內(nèi)面積，更具體地說(shuō)是由圖3的線(xiàn)圈卷繞外形7所包圍的內(nèi)面積，表示電磁攪拌線(xiàn)圈2的大小，該內(nèi)面積越小，就越能成為緊湊的電磁攪拌線(xiàn)圈。
通過(guò)向電磁攪拌線(xiàn)圈2供電而可以形成的磁力的大小，可以用磁動(dòng)勢(shì)來(lái)規(guī)定。如果在軛鐵6內(nèi)不會(huì)達(dá)到磁飽和地形成因該磁動(dòng)勢(shì)而可以產(chǎn)生的磁場(chǎng)，它便成為高效率的。一旦達(dá)到磁飽和，即使再增大電磁攪拌線(xiàn)圈2的磁動(dòng)勢(shì)，也不能形成與磁動(dòng)勢(shì)的增加部分相當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)。
另一方面，磁動(dòng)勢(shì)的最大值是200kAT/m左右，如果超過(guò)該值，就會(huì)出現(xiàn)軛鐵6的局部發(fā)熱問(wèn)題，從而需要在軛鐵6采用內(nèi)部水冷結(jié)構(gòu)等方面下工夫。
本發(fā)明人在軛鐵寬度為100～300mm的條件下，研究了軛鐵6的橫斷面積(B×D)相對(duì)于電磁攪拌線(xiàn)圈2的橫截面中的內(nèi)面積的占空系數(shù)(-)與得到的推力之間的關(guān)系，結(jié)果可知通過(guò)使占空系數(shù)(-)為0.5以上，便大體上可以得到所希望的推力。
于是，在本發(fā)明中，將軛鐵6的橫斷面積(B×D)相對(duì)于電磁攪拌線(xiàn)圈2的橫截面中的內(nèi)面積(具體地說(shuō)是由圖3的線(xiàn)圈卷繞外形7所包圍的內(nèi)面積)的占空系數(shù)(-)為0.5以上(參照?qǐng)D5)。
在本發(fā)明中，占空系數(shù)的上限雖然沒(méi)有規(guī)定，但從容易制作的角度考慮，優(yōu)選的范圍是0.9以下。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于可以減少用于得到規(guī)定推力的磁動(dòng)勢(shì)，所以電源容量具有充裕，另外，當(dāng)軛鐵內(nèi)的磁通密度充裕時(shí)，則根據(jù)需要也可以提高推力。
此外，在本發(fā)明中，雖然不管增加占空系數(shù)的方法，不過(guò)優(yōu)選的是使形成線(xiàn)圈的水冷銅管的外形例如縮小到4.0mm以下，以減少銅管的彎曲半徑，由此使線(xiàn)圈的內(nèi)側(cè)形狀接近軛鐵的斷面形狀。
另外，電磁攪拌線(xiàn)圈的磁動(dòng)勢(shì)F除以軛鐵寬度B的F/B值優(yōu)選為800kAT/m以上。之所以設(shè)定磁動(dòng)勢(shì)F/軛鐵寬度B為800kAT/m以上，是因?yàn)檫@樣可以避免來(lái)自浸漬噴嘴的噴出流和攪拌流之間的干涉，同時(shí)可以得到為防止夾雜物附集在凝固殼上所必要的攪拌流速。
實(shí)施例本發(fā)明的電磁攪拌線(xiàn)圈的實(shí)施例如圖4～圖6所示。
制作軛鐵寬度和占空系數(shù)不同的幾個(gè)線(xiàn)圈，研究了是否可以得到規(guī)定推力10,000Pa/m。在此，所謂推力就是指在距離鑄模內(nèi)壁面15mm的位置設(shè)置黃銅板，使用應(yīng)變儀等測(cè)量在電磁攪拌線(xiàn)圈上通電的狀態(tài)下作用于黃銅板上的力而得到的數(shù)值，單位是Pa/m。
再者，使用電磁攪拌線(xiàn)圈進(jìn)行了實(shí)際的鑄造。鋼種為低碳Al鎮(zhèn)靜鋼，把該鋼水鑄造成厚度250mm、寬度1800mm的鋼坯。鑄造速度為1m/min，在噴嘴內(nèi)流動(dòng)著3Nl/min的Ar氣。浸漬深度L設(shè)定為300mm。關(guān)于鑄坯表層部的氣泡和夾雜物的個(gè)數(shù)，從鑄坯的上面、下面分別切取全寬×鑄造方向長(zhǎng)度200mm的試樣，從表面每隔1mm研磨全寬度×長(zhǎng)度200mm的表面內(nèi)的氣泡和夾雜物，研究了從表面到10mm的100微米以上的氣泡和夾雜物個(gè)數(shù)的總和。
除此以外，為弄清楚因電磁攪拌線(xiàn)圈引起的攪拌流、與來(lái)自浸漬噴嘴的噴出流沿短邊上升到鑄模內(nèi)鋼水液面附近的流體是否發(fā)生干涉，研究了鑄坯水平斷面的凝固組織。
圖4表示了軛鐵寬度B和上述的占空系數(shù)之間的關(guān)系，在圖4中以箭頭表示本發(fā)明的范圍。也就是說(shuō)，在制作的電磁攪拌線(xiàn)圈之中，當(dāng)占空系數(shù)為0.5以上、鐵心厚度為100mm～300mm時(shí)，可以賦予規(guī)定推力的攪拌流。另外，如果是在該條件下，則即使研究鑄坯的凝固組織，也可以確認(rèn)在鑄坯的整個(gè)寬度上，從鑄坯表面向內(nèi)部成長(zhǎng)的樹(shù)枝狀晶體具有與流動(dòng)的頂風(fēng)方向一樣的傾斜度而成長(zhǎng)。
圖5表示了占空系數(shù)(-)和用于得到規(guī)定推力的磁動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系。此外，在圖5中有幾個(gè)圖示，表示了如下的研究結(jié)果，即制作占空系數(shù)不同的幾個(gè)電磁攪拌線(xiàn)圈，在各自的條件下用于得到目標(biāo)推力為10,000Pa/m的條件。由圖5可知，通過(guò)使占空系數(shù)(-)為0.5以上，可以不達(dá)到磁飽和地施加所需要的推力。在此，占空系數(shù)(-)不足0.5時(shí)，磁動(dòng)勢(shì)迅速地增加，表示已經(jīng)達(dá)到磁飽和。
使用圖6所示的軛鐵寬度B和磁動(dòng)勢(shì)F/軛鐵寬度不同的幾個(gè)電磁攪拌線(xiàn)圈，其磁動(dòng)勢(shì)F/軛鐵寬度B和在鑄坯上產(chǎn)生的缺陷之間的關(guān)系如圖7所示。所謂圖7的縱軸所表示的缺陷指數(shù)，是指在某些條件下求出從鑄坯表面到10mm深處的氣泡以及夾雜物個(gè)數(shù)的總和，且以不施加電磁攪拌時(shí)的個(gè)數(shù)為1進(jìn)行指數(shù)化而得到的數(shù)值。在圖7中已經(jīng)確認(rèn)通過(guò)增加磁動(dòng)勢(shì)/軛鐵寬度，其缺陷指數(shù)降低，但其中通過(guò)將其設(shè)定為800kAT/m以上，則缺陷指數(shù)可以明顯降低。根據(jù)圖7的結(jié)果，在圖6中以箭頭標(biāo)示了本發(fā)明所優(yōu)選的范圍。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)特定軛鐵橫斷面積相對(duì)于與鐵心(軛鐵)的有效面積相當(dāng)?shù)碾姶艛嚢杈€(xiàn)圈的橫截面中的內(nèi)面積的占空系數(shù)(-)、以及軛鐵寬度B的優(yōu)選的數(shù)值范圍，可以提供一種緊湊且高推力的電磁攪拌線(xiàn)圈，而且可以避免攪拌流和來(lái)自浸漬噴嘴的噴出流之間的干涉，可以產(chǎn)生出在鋼水液面附近形成穩(wěn)定的回轉(zhuǎn)流等在產(chǎn)業(yè)上有用的明顯的效果。
權(quán)利要求
1.一種電磁攪拌線(xiàn)圈，其通過(guò)電磁力對(duì)鑄模內(nèi)的鋼水進(jìn)行攪拌，所述電磁攪拌線(xiàn)圈的特征在于軛鐵橫斷面積相對(duì)于所述電磁攪拌線(xiàn)圈的橫截面中的內(nèi)面積的占空系數(shù)(-)為0.5以上，而且軛鐵寬度B為100mm～300mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁攪拌線(xiàn)圈，其特征在于所述電磁攪拌線(xiàn)圈的磁動(dòng)勢(shì)F除以軛鐵寬度B的F/B值為800kAT/m以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以前不能實(shí)現(xiàn)的緊湊且高推力的電磁攪拌線(xiàn)圈，其通過(guò)電磁力對(duì)鑄模內(nèi)的鋼水進(jìn)行攪拌，軛鐵橫斷面積相對(duì)于該電磁攪拌線(xiàn)圈的橫截面中的內(nèi)面積的占空系數(shù)(－)為0.5以上，而且軛鐵寬度B為100mm～300mm。其中，所述電磁攪拌線(xiàn)圈的磁動(dòng)勢(shì)F除以軛鐵寬度B的F/B值優(yōu)選為800kAT/m以上。
文檔編號(hào)B22D11/11GK101039764SQ200580035150
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月15日
發(fā)明者原田寬, 若木明德, 今野智弘, 藤崎敬介, 平山隆, 松盛澄男, 富澤安次 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社