專利名稱：能夠兼用作電磁攪拌和電磁制動的鑄模內(nèi)熔鋼用的電磁線圈裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可兼用作電磁攪拌和電磁制動的鑄模內(nèi)熔鋼用的電磁線圈裝置， 其適用于控制鑄模內(nèi)熔鋼的流動且連續(xù)鑄造鋼之時。
背景技術(shù)：
在通常的鋼的連續(xù)鑄造中，使用具有兩個噴出孔的浸漬噴嘴向鑄模內(nèi)供給熔鋼。 圖7是示意性地表示該通常的連續(xù)鑄造法中鑄模內(nèi)熔鋼的流動狀態(tài)的縱剖視圖。從浸漬噴 嘴1的噴出口 Ia噴出的熔鋼2的噴出流與鑄模3的短邊3a上的凝固殼2c沖撞后，分為上 升流2a和下降流2b。進(jìn)而，其中的上升流2a在彎月面(meniscus)下成為朝向浸漬噴嘴1 的水平流。而且，圖7中的4表示粉末。對該鑄模內(nèi)熔鋼的流動進(jìn)行控制在操作上及鑄片的品質(zhì)管理上是非常重要的。作 為對該鑄模內(nèi)熔鋼的流動狀態(tài)進(jìn)行控制的方法有對浸漬噴嘴的形狀進(jìn)行設(shè)計的方法、使 電磁力作用于鑄模內(nèi)的熔鋼的方法等。其中，后者對熔鋼施加電磁力的方法被廣泛采用，且 大致區(qū)分為利用電磁力對熔鋼進(jìn)行攪拌的電磁攪拌和對熔鋼噴出流施加制動力的電磁制動。其中，已知電磁攪拌對鑄片的品質(zhì)改善具有效果，主要用于高品質(zhì)材料的鑄造。而 電磁制動主要目的是用于利用噴出流的制動來抑制噴出流與鑄模短邊沖撞而使凝固殼再 熔解，使鑄片的品質(zhì)降低，或者抑制彎月面下的熔鋼的流速，增加鑄造速度。上述的電磁攪拌裝置、電磁制動裝置均是在鑄模內(nèi)面設(shè)置電磁線圈，該電磁線圈 是將繞組設(shè)置在磁性體的芯部。其中，芯部多使用強磁性體即鐵材料，稱為鐵芯。在使用交 流電流的電磁攪拌中，為了降低由于電磁感應(yīng)所導(dǎo)致的鐵損，使用電磁鋼板來作為其鐵芯。 此外，在電磁制動中，使用軟鐵的情況較多。上述的電磁線圈裝置通常僅具有電磁攪拌或電磁制動其中之一的單獨的功能。因此，本發(fā)明的發(fā)明者進(jìn)行了可兼用作電磁攪拌或電磁制動這兩功能的電磁線圈 裝置(以后，稱為兼用線圈裝置)的開發(fā)(例如，專利文獻(xiàn)1)。為了實現(xiàn)電磁攪拌功能，在 該兼用線圈裝置中也使用電磁鋼板來作為鐵芯。專利文獻(xiàn)1 特開2007-007719號公報本發(fā)明的兼用線圈裝置的形狀與專利文獻(xiàn)1中公開的兼用線圈基本上相同，且申 請人利用專利文獻(xiàn)2中公開的電磁線圈構(gòu)造。專利文獻(xiàn)2 特開昭60-044157號公報如圖8所示，將該專利文獻(xiàn)2中公開的兼用線圈裝置在鑄模3的長邊3b側(cè)各自連 續(xù)配置兩個。該兼用線圈裝置11的特征是在兩個齒部12a上各自設(shè)置繞組(內(nèi)側(cè)繞組)13， 進(jìn)而從外側(cè)將兩個齒部12a —起設(shè)置繞組14 (外側(cè)繞組)。由兩個齒部12a和軛部12b構(gòu) 成的芯部12的形狀與希臘字母的派(Π )類似，因此該兼用線圈裝置11稱為派(Π )型 線圈。
然而，在連續(xù)鑄造中，因為在鑄造時使鑄模振動，因此期望使設(shè)置于鑄模的電磁線 圈裝置盡可能輕。使芯部減小對于電磁線圈裝置的輕量化是有效的，但若過小，則難以確保 電磁攪拌性能或電磁制動性能。因此，從此種觀點出發(fā)來確定芯部的各部位的尺寸。從此種觀點出發(fā)來確定構(gòu)成芯部的各部位的尺寸這一點上，上述派(Π )型線圈 即兼用線圈裝置也是同樣的。但是，在申請人以前已經(jīng)申請的日本專利特愿2007-150627號公報中，僅公開了派(Π)型線圈即兼用線圈裝置中的齒部的寬度W(120 170mm)。而對于將哪個部位的尺 寸設(shè)置為哪個值才能確保上述的各性能卻沒有任何的記載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的所要解決的問題在于，在上述申請人已經(jīng)提出的兼用線圈裝置中，為了 確保電磁攪拌性能和電磁制動性能這兩者，存在不清楚如何來確定芯部的哪個部分的尺寸 的問題。本發(fā)明的兼用線圈裝置是能夠兼用作電磁攪拌和電磁制動的鑄模內(nèi)熔鋼用的電 磁線圈裝置，其為了實現(xiàn)省電力化和芯部的輕量化，并確保電磁攪拌性能及電磁制動性能 這兩者，通過向配置于鑄模長邊的外周的電磁線圈供給3相以上的交流電流或直流電流， 選擇性地使電磁攪拌或電磁制動作用于鑄模內(nèi)的熔鋼，并連續(xù)鑄造鋼，所述電磁線圈裝置 的特征在于，該電磁線圈裝置具有電磁線圈和3相以上的交流電源及直流電源，其中的所述電磁線圈從軛部設(shè)置兩個齒部，所述電磁線圈具有如下結(jié)構(gòu)在所述各齒部的外側(cè)分別設(shè)置內(nèi)側(cè)繞組，并在設(shè)置 有內(nèi)側(cè)繞組的所述兩個齒部的更外側(cè)設(shè)置外側(cè)繞組而歸在一起，并且(1)將所述各齒部的長度L設(shè)為各齒部的寬度W的兩倍以上，或者/以及(2)將所述軛部的厚度Y設(shè)為齒部的寬度W的兩倍以上，將所述電磁線圈在所述各長邊上分別配置η個，且η為2以上的自然數(shù)，并且，使由所述軛部和齒部構(gòu)成的磁性體的芯部從熔鋼的彎月面位置起配置在包括浸 漬噴嘴的噴出孔的垂直方向的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，能夠得到可以實現(xiàn)省電力化和芯部的輕量化，同時能夠確保足夠的 電磁攪拌能力及電磁制動能力的兼用線圈裝置。


圖1是表示電磁場解析中的計算模型的圖，(a)表示整體像的立體圖、(b)表示水 平剖視圖、(c)圖表示垂直剖視圖。圖2 (a) (b)是對特愿2007-150627號中公開的兼用線圈的電流相位的組合進(jìn)行說 明的圖。圖3是表示電磁攪拌時的齒部的長度L與寬度W的比(L/W)和攪拌力的關(guān)系的圖。圖4是表示齒部的長度L與寬度W的比(L/W)為1. 0、2. 0、3. 0情況下的、彎月面 位置處的圖5的A-A’位置的長邊方向(距鑄模長邊5mm的位置)的流速分布的圖。
圖5是表示流速的比較位置的圖。圖6是表示將齒部的寬度W設(shè)為120、140、170mm情況下的電磁制動時的軛部的厚度Y與齒部的寬度W的比(Y/W)和磁通密度的關(guān)系的圖。圖7是示意地表示通常的連續(xù)鑄造法中的鑄模內(nèi)熔鋼的流動狀態(tài)的縱剖視圖。圖8是說明兼用線圈的形狀的圖，(a)是水平剖視圖、(b)是垂直剖視圖。圖中1 浸漬噴嘴2 熔鋼3 鑄模3a 短邊3b 長邊11 兼用線圈裝置12 芯部12a 齒部12b 軛部13 內(nèi)側(cè)繞組14 外側(cè)繞組21 芯部21a 齒部21b 軛部22 內(nèi)側(cè)繞組23 外側(cè)繞組
具體實施例方式在上述申請人已經(jīng)提出的兼用線圈裝置中，為了確保電磁攪拌性能和電磁制動性 能這兩者，存在不清楚如何來確定芯部的哪個部分的尺寸的問題。針對該問題，本發(fā)明通過 使芯部的最佳尺寸具體化而能夠確保電磁攪拌性能和電磁制動性能這兩者。實施例以下，對于從本發(fā)明的設(shè)想到解決問題的過程以及用于實施本發(fā)明的最佳實施方 式進(jìn)行說明。如上所述，期望兼用線圈裝置除了具有足夠的電磁攪拌性能和電磁制動性能以外 而且還輕量。此外，實施攪拌和電磁制動需要極多的電力，但期望盡量抑制電力的增加。由此可知，本發(fā)明的發(fā)明者探索適當(dāng)?shù)男静啃螤睿涑司哂凶銐虻碾姶艛嚢栊?能及電磁制動性能以外，而且輕量且能夠節(jié)省電力。兼用線圈裝置的性能中，電磁攪拌能力可以由在熔鋼中產(chǎn)生的電磁力所產(chǎn)生的攪 拌力來評價。此外，電磁制動性能可以由施加于熔鋼的磁通密度的大小來評價。因此，除了足夠的電磁攪拌性能和電磁制動性能以外為了實現(xiàn)輕量化和省電力 化，本發(fā)明者們進(jìn)行利用數(shù)值解析模擬的電磁場解析，并探討使兼用線圈裝置的芯部形狀 變化的情況下的攪拌力與磁通密度變化。
圖1是表示電磁場解析中的計算模型，(a)圖表示整體像的立體圖、(b)圖表示水 平剖視圖、(c)圖表示垂直剖視圖，圖中的數(shù)字表示該模型各部分的尺寸(mm)。在銅制鑄模3的外側(cè)設(shè)置非磁性不銹鋼制的支撐板5，使芯部21的上端與彎月面 M為相同的高度。向構(gòu)成芯部21的齒部21a卷繞的內(nèi)側(cè)繞組22及外側(cè)繞組23的寬度分別 為50mm。而且，圖1中的21b是構(gòu)成芯部21的軛部。在實施電磁攪拌的情況下，施加了施加的電流值為45000ampere-turn(以下稱為 AT)、頻率為4. OHz的交流電流。在實施電磁制動的情況下，施加了施加的電流值為54000AT 的直流電流。電磁攪拌時的線圈電流相位與特愿2007-150627號公開的電流相位的組合相同。也就是說，如圖2所示，勵磁線圈(a) (C)、勵磁線圈(d) (f)、勵磁線圈(g) (i)、勵磁線圈(j) (1)分別為一個電磁線圈。此外，勵磁線圈(a)、(d)、(g)、(j)分別為 設(shè)置了外側(cè)繞組23的勵磁線圈，所述外側(cè)繞組23需要將兩個齒部21a歸在一起。而且，將具有勵磁線圈(a) (C)和勵磁線圈(d) (f)的電磁線圈依次配置在 鑄模3的一側(cè)的長邊3b側(cè)。另一側(cè)的長邊3b側(cè)的具有勵磁線圈(g) (i)和勵磁線圈 (j) ⑴的電磁線圈與具有勵磁線圈(a) (c)和勵磁線圈(d) (f)的電磁線圈相對 配置。在如此配置的情況下，如圖2所示，以所述勵磁線圈地順序，對在所述各電磁線圈 的各齒部21a上設(shè)置了內(nèi)側(cè)繞組22的勵磁線圈(a) (1)施加三相交流電中具有120度相 位差的各相位U、V及W。圖2(a)中，按照勵磁線圈(a) (1)的順序，依次施加_W、+V、+U、 +W、-V、-U、-W、+U、+V、+W、-U 及-V。此外圖 2(b)中，施加-W、+V、+U、-V、+U、+W、+V、-W、-U、 +W、-U 及-V。另一方面，在電磁制動時，向兩個齒部21a卷繞的全部三個繞組22、23施加相同方 向的電流。由基于數(shù)值解析的探討結(jié)果可知，電磁攪拌時的攪拌力受到齒部21a的長度L的 影響大，而電磁制動時的磁通密度受到軛部21b厚度Y的影響大。圖3表示電磁攪拌時的齒部的長度L與齒部的寬度W之比(以下稱為L/W)和攪 拌力的關(guān)系。圖3是表示將齒部的寬度W設(shè)為120、140、170mm的情況下使齒部的長度L變 化時的熔鋼中所產(chǎn)生的攪拌力的最大值的圖。由圖3可知，即使齒部的寬度W為任一寬度，在L/W為1倍到2倍的情況下，攪拌 力大幅增加，達(dá)到3倍、4倍時，其增加量變小。由此可知，從輕量化的觀點來說，齒部的長度 L為齒部的寬度W的2 3倍是合適的。此外，從圖3可知，在齒部的寬度W為140mm、L/W = 3時的攪拌力為10800N/m3， 其為L/W = 1時的9400N/m3的1. 14倍。也就是說，在L/W = 3的情況下，能夠以L/W = 1 時的0. 88倍的電流值來得到相同的攪拌力，實現(xiàn)省電力化。接著，在前面的數(shù)值解析中，實施了攪拌力最大的 齒部的寬度為140mm的情況下 的鑄模內(nèi)流動的數(shù)值解析。圖4是表示L/W為1. 0、2. 0、3. 0時的熔鋼的流速分布的圖。該圖4所示的熔鋼的 流速分布是距彎月面位置的鑄模長邊5mm位置的流速分布，且為沿圖5的A-A’位置的長邊 方向的熔鋼的流速分布。
從圖4可知，在L/W = 3. 0的情況下，在除了鑄模的角部的整個區(qū)域中，熔鋼流速 在同方向上變?yōu)閘Ocm/sec以上。而且可知，在L/W = 2. O的情況下，在鑄模的長邊方向上， 熔鋼流速降低到5cm/sec，但在整個區(qū)域中得到同方向的流速。但是在L/W = 1. O的情況下，攪拌力不足，因此熔鋼流速在鑄模的長邊中央翻轉(zhuǎn)。 由此可知，L/W = 1. O時不適于用于電磁攪拌。由上述可知，期望將兼用線圈的齒部的長度L設(shè)為齒部的寬度W的2 3倍。圖6是表示電磁制動時的軛部的厚度Y與齒部的寬度W之比(以下稱為Y/W)和 磁通密度的關(guān)系的圖。該圖6是表示在將齒部的寬度W設(shè)為120、140、170mm的情況下，使 齒部的長度L變化時的鑄模厚度中心的最大磁通密度的圖。從圖6可知，當(dāng)Y/W為3. O以上時，磁通密度不太增加而顯示為恒定值。而且可知， 當(dāng)Y/W小于2. O時，磁通密度大幅降低。從上述可知，為了確保兼用線圈裝置的電磁制動性能并實現(xiàn)輕量化，將軛部的厚 度Y設(shè)為齒部的寬度W的兩倍即可。若電磁線圈裝置的重量有余量，則期望將Y/W設(shè)為3。 本發(fā)明是基于以上的電磁場解析的結(jié)果而實現(xiàn)的，實現(xiàn)輕量化和省電力化，同時 得到足夠的電磁攪拌性能。本發(fā)明是可兼用作電磁攪拌和電磁制動的鑄模內(nèi)熔鋼用的電磁線圈裝置，其向配 置于鑄模長邊的外周的電磁線圈通電3相以上的交流電流或直流電流，選擇性地使電磁攪 拌或電磁制動作用于鑄模內(nèi)的熔鋼，并連續(xù)鑄造鋼，所述電磁線圈裝置使用以下結(jié)構(gòu)的電 磁線圈。S卩，將與3相以上的交流電源和直流電源相連的電磁線圈形成為從軛部設(shè)置兩個齒部，上述各齒部在外側(cè)分別設(shè)置內(nèi)側(cè)繞組，在設(shè)置有上述內(nèi)側(cè)繞組的兩個齒部的更外 側(cè)設(shè)置外側(cè)繞組而歸在一起，并且將上述各齒部的長度L設(shè)為各齒部的寬度W的兩倍以上。此外，為了實現(xiàn)輕量化和省電力化，同時得到足夠的電磁制動性能，將所述電磁線 圈的軛部的厚度Y設(shè)為齒部的寬度W的兩倍以上。而且，將上述電磁線圈在所述各長邊上分別配置η個(η為2以上的自然數(shù))，并 且，將由所述軛部和齒部構(gòu)成的磁性體的芯部配置在如下范圍內(nèi)從彎月面位置向垂直的 方向延伸且包括浸漬噴嘴的噴出孔。上述為本發(fā)明的兼用線圈裝置。為了輕量化、省電力化及同時得到足夠的電磁攪拌性能和電磁制動性能，同時采 用將所述齒部的長度L設(shè)為齒部的寬度W的兩倍以上，并且將軛部的厚度Y設(shè)為齒部的寬 度W的兩倍以上的結(jié)構(gòu)即可。當(dāng)然，本發(fā)明并不限于上述的例子，只要在本發(fā)明的各方式記載的技術(shù)思想的范 圍內(nèi)可以適當(dāng)改變實施方式。例如，交流電流不是3相，只要電流相位差為90度至120度，可以為更多的多相電流。工業(yè)上的可利用性對于以上的本發(fā)明，只要是連續(xù)鑄造，不管是彎曲型、垂直型等何種方式的連續(xù)鑄 造都可適用。此外，不僅板坯的連續(xù)鑄造，也可適用于大鋼錠的連續(xù)鑄造。
權(quán)利要求
一種能夠兼用作電磁攪拌和電磁制動的鑄模內(nèi)熔鋼用的電磁線圈裝置，其通過向配置于鑄模長邊的外周的電磁線圈供給3相以上的交流電流或直流電流，選擇性地使電磁攪拌或電磁制動作用于鑄模內(nèi)的熔鋼，并連續(xù)鑄造鋼，所述電磁線圈裝置的特征在于，該電磁線圈裝置具有電磁線圈和3相以上的交流電源及直流電源，其中的所述電磁線圈從軛部設(shè)置兩個齒部，所述電磁線圈具有如下結(jié)構(gòu)在所述各齒部的外側(cè)分別設(shè)置內(nèi)側(cè)繞組，并在設(shè)置有內(nèi)側(cè)繞組的所述兩個齒部的更外側(cè)設(shè)置外側(cè)繞組而歸在一起，并且將所述各齒部的長度L設(shè)為各齒部的寬度W的兩倍以上，將所述電磁線圈在所述各長邊上分別配置n個，且n為2以上的自然數(shù)，并且，使由所述軛部和齒部構(gòu)成的磁性體的芯部從熔鋼的彎月面位置起配置在包括浸漬噴嘴的噴出孔的垂直方向的范圍內(nèi)。
2.一種能夠兼用作電磁攪拌和電磁制動的鑄模內(nèi)熔鋼用的電磁線圈裝置，其通過向配 置于鑄模長邊的外周的電磁線圈供給3相以上的交流電流或直流電流，選擇性地使電磁攪 拌或電磁制動作用于鑄模內(nèi)的熔鋼，并連續(xù)鑄造鋼，所述電磁線圈裝置的特征在于，該電磁線圈裝置具有電磁線圈和3相以上的交流電源及直流電源， 其中的所述電磁線圈從軛部設(shè)置兩個齒部，所述電磁線圈具有如下結(jié)構(gòu)在所述各齒部的外側(cè)分別設(shè)置內(nèi)側(cè)繞組，并在設(shè)置有內(nèi) 側(cè)繞組的所述兩個齒部的更外側(cè)設(shè)置外側(cè)繞組而歸在一起，并且將所述軛部的厚度Y設(shè)為 齒部的寬度W的兩倍以上，將所述電磁線圈在所述各長邊上分別配置η個，且η為2以上的自然數(shù)，并且， 使由所述軛部和齒部構(gòu)成的磁性體的芯部從熔鋼的彎月面位置起配置在包括浸漬噴 嘴的噴出孔的垂直方向的范圍內(nèi)。
3.—種能夠兼用作電磁攪拌和電磁制動的鑄模內(nèi)熔鋼用的電磁線圈裝置，其通過向配 置于鑄模長邊的外周的電磁線圈供給3相以上的交流電流或直流電流，選擇性地使電磁攪 拌或電磁制動作用于鑄模內(nèi)的熔鋼，并連續(xù)鑄造鋼，所述電磁線圈裝置的特征在于，該電磁線圈裝置具有電磁線圈和3相以上的交流電源及直流電源， 其中的所述電磁線圈從軛部設(shè)置兩個齒部，所述電磁線圈具有如下結(jié)構(gòu)在所述各齒部的外側(cè)分別設(shè)置內(nèi)側(cè)繞組，并在設(shè)置有內(nèi) 側(cè)繞組的所述兩個齒部的更外側(cè)設(shè)置外側(cè)繞組而歸在一起，并且將所述各齒部的長度L設(shè) 為各齒部的寬度W的兩倍以上，且將所述軛部的厚度Y設(shè)為齒部的寬度W的兩倍以上， 將所述電磁線圈在所述各長邊上分別配置η個，且η為2以上的自然數(shù)，并且， 使由所述軛部和齒部構(gòu)成的磁性體的芯部從熔鋼的彎月面位置起配置在包括浸漬噴 嘴的噴出孔的垂直方向的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠兼用作電磁攪拌和電磁制動的鑄模內(nèi)熔鋼用的電磁線圈裝置。其將兼用線圈的芯部的最佳尺寸具體化。該鋼的連續(xù)鑄造用電磁線圈裝置為向配置于鑄模長邊(3b)的外周的電磁線圈供給3相以上的交流電流或直流電流，選擇性地使電磁攪拌或電磁制動作用于鑄模內(nèi)的熔鋼(2)。電磁線圈從軛部(21)設(shè)置兩個齒部(21a)。齒部(21a)設(shè)置內(nèi)側(cè)繞組(22)，在設(shè)置了內(nèi)側(cè)繞組(22)的兩個齒部(21a)的更外側(cè)設(shè)置外側(cè)繞組(23)。將齒部(21a)的長度L形成為齒部(21a)的寬度W的兩倍以上?；蛘?以及將軛部(21b)的厚度Y形成為齒部(21a)的寬度W的兩倍以上。將該電磁線圈在各長邊(3b)分別配置n個，使磁性體的芯部(21)從熔鋼的彎月面位置起配置在包括浸漬噴嘴(1)的噴出孔(1a)的垂直方向的范圍內(nèi)。實現(xiàn)省電力化和輕量化，并且能夠確保足夠的攪拌能力和制動能力。
文檔編號H01F5/00GK101868312SQ20088011632
公開日2010年10月20日 申請日期2008年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者岡田信宏, 川本正幸, 高谷幸司 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社