(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状金属が、液状金属を包含するモールド（１）に噴流として供給される金属の連続鋳造方法において、
液状金属に固有振動が生成されることを妨げるために、時間が経つにつれて変化し、かつ、空間において実質的に固定された磁界が、モールド中の液状金属に磁気部材（６，７）によって加えられ、
上記変化する磁界は、鋳造の進行の間、不規則な間隔で印加されることを特徴とする金属の連続鋳造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属の連続鋳造方法において、
実質的に静止した磁界が液状金属に加えられ、上記変化する磁界が、上記実質的に静止した磁界に重ね合わされることを特徴とする金属の連続鋳造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の金属の連続鋳造方法において、
上記変化する磁界は、不規則に変化する磁界の強さの振幅を備えることを特徴とする金属の連続鋳造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の金属の連続鋳造方法において、
上記変化する磁界は、一定の磁界の強さの振幅を備えることを特徴とする金属の連続鋳造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の金属の連続鋳造方法において、
上記磁界の変化は、湾曲した形状の波形を定義することを特徴とする金属の連続鋳造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載の金属の連続鋳造方法において、
上記変化する磁界は、妨げようとする振動の周波数よりも１０〜１０３倍程度高い周波数を備えることを特徴とする金属の連続鋳造方法。
【請求項７】
鋳造の進行の間、液状金属が通過するモールド（１）と、すでに液状金属が存在する上記モールド（１）に、噴流として供給される液状金属が通過する部材（４）とを備える金属の連続鋳造装置において、
上記モールド（１）中の液状金属に、時間が経つにつれて変化し、空間において実質的に固定された磁界を印加するための磁気部材（６，７）を備え、
上記磁気部材（６，７）は、不規則な間隔で、変化する磁界を生成するように形成されていることを特徴とする金属の連続鋳造装置。
【請求項８】
請求項７に記載の金属の連続鋳造装置において、
上記磁気部材（６，７）は、変化する磁界が重ね合わされる実質的に静的な磁界を生成するのに適合していることを特徴とする金属の連続鋳造装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の金属の連続鋳造装置において、
上記磁気部材（６，７）は、予め定められた時刻に、変化する磁界を生成するように備えられていることを特徴とする金属の連続鋳造装置。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１つに記載の金属の連続鋳造装置において、
上記磁気部材（６，７）は、変化する強さの振幅を有する磁界を生成するように形成されていることを特徴とする金属の連続鋳造装置。
【請求項１１】
請求項７乃至９のいずれか１つに記載の金属の連続鋳造装置において、
上記磁気部材（６，７）は、実質的に一定の強さの振幅を有する磁界を生成するように形成されていることを特徴とする金属の連続鋳造装置。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれか１つに記載の金属の連続鋳造装置において、
上記磁気部材（６，７）は、不規則に変化する周波数を有する磁界を生成するように形成されていることを特徴とする金属の連続鋳造装置。
【請求項１３】
請求項７乃至１２のいずれか１つに記載の金属の連続鋳造装置において、
上記変化する磁界は、かき乱される液状金属の振動の周波数よりも１０〜１０３倍程度高い周波数を備えることを特徴とする金属の連続鋳造方法。
【請求項１４】
請求項７乃至１３のいずれか１つに記載の金属の連続鋳造装置において、
上記磁気部材（６，７）は、磁心（８，９）と、変化する磁界を生成するための時間が経つにつれて変化する直流電流が供給される導体巻き線（１２〜１５）とを備えることを特徴とする金属の連続鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（背景技術と従来技術）
本発明は、金属の連続鋳造方法に関し、これにおいて、液状金属が、液状金属をすでに含んでいるモールドに、噴流として供給される。この発明は、金属の連続鋳造のための装置にもまた関し、この装置は、液状金属が通過するモールドと、すでに液状金属があるモールド中に、これを経て液状金属が噴流として供給される部材とを備える。
【０００２】
液状金属の連続鋳造において、液状金属がモールド中に供給され、その中で冷却されて引き延ばされたストリングに形作られる。断面の寸法によって、上記ストリングは、「ビレット」、「ブルーム」、あるいは、「スラブ」と呼ばれる。鋳造の間、高温の液状金属の第１の流れは、冷却されたモールドに引き渡され、その中で、金属が冷却されて、少なくとも部分的に凝固して延長されたストリングになる。上記冷却されて部分的に凝固したストリングは、モールドから連続的に出て行く。上記ストリングがモールドから出て行く点では、少なくとも、凝固していない中心部分を取り巻いて、機械的に自立した凝固したスキンを有する。上記冷却されたモールドは、鋳造方向から見て２つの相対する端で開口し、好ましくはモールドを支持するための手段と、上記モールドと支持手段に冷却手段を供給する手段とに連結されている。上記モールドは、好ましくは、銅がベース（base）の高い熱伝導率の合金で作られる。
【０００３】
上記液状金属は、鋳造箱から、モールド中に延びるチューブを通して、モールドに供給される。上記チューブは、上記モールドまで、好ましくはそこにある液状金属に噴射するように延びている。上記チューブからの液状金属が、モールド中に既にある液状金属の中に流れると、いわゆる第１流れ、および、いわゆる第２流れを生成する。上記第１の流れは、鋳造方向に向って流れる一方、上記第２の流れは、上記モールドの壁の領域から上方に、そこに下向きに設けられた金属浴の表面に向って流れる。モールド中の金属浴の異なる部分では、鋳造の進行の間に、周期的な速度の振動が生成される。このように、液状金属が流れる上側および下側ループが、それ自体知られた方法で、形成される。そのようなループの周期的な振動に関連する共振現象の結果、例えばアルゴン気泡、鋳造チューブからの酸化物封入物やメニスカスからのスラグなどの大きな泡が、鋳造方向に向って遠く、すなわち、モールド中で最初に形成された鋳造ストリングの方向に向って遠くに輸送される。これは、最終の凝固した鋳造ストリングにおいて、封入物や不整を生じさせる原因になる。
【０００４】
モールド中での振動流れによって生じさせられる速度変化は、メニスカスにおける圧力変化と、メニスカスの高さの変化を生じさせる。高いメニスカス速度では、これは、以下の原因になる。
（ａ）スラグの吸い込み、
（ｂ）不均一なスラグの厚み、
（ｃ）不均一なスキンの厚み、および、
（ｄ）割れ目の形成の危険
さらに、振動流れは、モールド中の下向きの不釣合いな速度の原因となる。上記速度は、幅が狭い側の幾つかの地点において、他の地点よりも実質的に高くなる。これは、スラグの低下品質を伴う封入物や気泡の強力な輸送を生じさせる。
【０００５】
従来技術は、モールド中の液状金属での第１および第２の流れに各々作用する、異なる装置と方法に関する。上記従来技術は、この装置を、モールド中に含まれた液状金属の少なくとも一部に、鋳造の進行において、実質的に静的な磁界を作用させるために利用する。例えばスウェーデン特許公報ＳＥ４３６２５１号によって、モールドに静的な直流磁界や永久磁界を配置することが知られている。これは、代替として、１ヘルツ以下の周波数を有する低周波数の交流場によって形成されてもよい。流れ込む金属がこの場を通過する際、残りの液状金属に向って噴出する蛇口（tap）の動きが遅らされて、そのため、流れ状況が鋳造進行に対して有利に影響した。この技術は、そして、さらに発展している。磁界を生じさせるために用いられる磁石は、例えば、鋳造方向におけるモールドの異なる高さにおいて、磁界が得られるように配置されていて、それによって、液状金属の特定の局所的な動きが、各々の磁界から切り離されて作用させられ得る。磁場が、その横断方向ではなくて鋳造方向に延びるように、磁石とヨークとを接続する配置が提案されている。
【０００６】
（発明の概要）
本発明の目的は、金属の連続鋳造に関してモールド中の液状金属に一般的に生じる周期的な振動とそれに関連する共振現象を、実質的にかき乱し、それによって、低減する方法を提供することにある。
【０００７】
この目的は、序文で定義された型の方法によって達成され、その方法は、液状金属の固有振動が起こることを防止するために、時間によって変化し、場所に実質的に固定された磁場が、モールド中で磁石部材によって液状金属に働かされることを特徴としている。上記磁場は、液状金属においてダンパーとして機能する。
【０００８】
上記方法の好ましい実施形態によれば、磁場の印加が周期的に実行される。この周期数は、スチールスラブを鋳造する際に一般的に１〜３０秒程度である振動の周期数に、適合させられてもよい。上記磁場は、液状金属における振動を、かき乱して除去するために、その主な流れの位相を変えることなく、周期的に印加される。上記流れの位相は、例えば強力で静的な磁場や動く場によって、変えられ得る。
【０００９】
上記方法のさらに好ましい実施形態によれば、鋳造の進行において、変化する磁界が、不規則な間隔で印加される。印加の不規則さのおかげで、液状金属に、一定の規則的な周期的振動を、規則正しく増幅することが回避される。変化する磁場は、規則正しさによる代わりに、液状金属におけるそのような規則正しい固有振動をかき乱す。
【００１０】
さらに好ましい実施形態によれば、磁界の不規則な印加が、任意の時刻において実行される。任意に印加される磁界は、周期的な振動の発生を有効に打ち消し、また、かき乱す。上記磁界の任意の印加は、どれだけ延長された時間の間においても、液状金属に与える固有振動の生じ得る増幅の危険を、最小限に帰着させる。
【００１１】
上記方法の他の実施形態によれば、上記磁界の周期的な印加は、予め定められた時間に実行される。これらの時間は、好ましくは予め知られた時間であり、この時間に、例えば上記固有振動によって生じる共振現象が開始する、あるいは生じ始めるなどのように、液状金属の周期的振動が所定の臨界段階にある。上記予め定められた時間は、所定の鋳造条件やメニスカス変形の測定値の下における、液状金属のそのような臨界段階の発生時間の実用的な観測あるいは計算に基いている。
【００１２】
上記方法のさらに好ましい実施形態によれば、上記印加は、液状金属の所定の状態の検出に基いて、実行される。上記状態は、好ましくは予め定められた液状金属の、あるいは代替として、メニスカスの、検出可能な動作である。
【００１３】
さらに好ましい実施形態によれば、上記変化する磁界は、確率論的に変化する強さの振幅を備える。これによって、鋳造進行において液状金属に生成される固有振動をかき乱し、また、増幅しないことの確率が増加する。
【００１４】
さらに好ましい実施形態によれば、上記変化する磁界には、溶融物においてかき乱されるべき振動の周波数の１０〜１０３倍程度高い周波数が与えられている。これらは、普通は、広帯域スペクトルの型である。これによって、液状金属の上記振動の非常に信頼性のある撹乱が得られる。上記磁界は、振動の期間の限られた部分の間にしか有利に印加されないにもかかわらず、満足な信頼性のある撹乱の作用を与える。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、金属の連続的な鋳造におけるモールド中の液状金属に関連する振動や共振現象が撹乱され、また、その発生が防止できる装置を提供することにある。
【００１６】
この目的は、序文で定義された型の装置によって達成され、その装置は、時間によって変化し、かつ、場所に実質的に固定された磁場を、モールド中で液状金属に働かせるための磁気部材を備えることを特徴としている。上記磁界が変化することのおかげで、磁界が容易に制御され、つまり、液状金属中に存在する、あるいは生成される周期的な振動が効果的に撹乱されるような振幅および周波数に制御される。
【００１７】
好ましい実施形態によれば、上記磁気部材は、鋳造の進行の間、周期的に変化する磁界を生成するように配置されている。上記周期は、スチールスラブを鋳造するときの１〜３０秒程度の振動の周期に有利に適合している。
【００１８】
さらに好ましい実施形態によれば、上記磁気部材は、不規則な間隔で変化する磁界を生成するのに適合している。これは、上記磁気部材は液状金属中に存在する周期的振動と高い確率で位相がずれるので、固有の振動の生成を効果的に撹乱する。
【００１９】
さらに好ましい実施形態によれば、上記磁気部材は、確率論的に変化する振幅を有する磁界を生成するのに適合している。それらはまた、好ましくは、与えられた周波数間隔の間で例えば確率論的に変化する周波数のような、変動する周波数を有する磁界を生成するのに適している。磁界の振幅、かつ／または周波数、あるいは磁界を生じさせるのに用いられる電流の変化のおかげで、液状金属における固有振動の非常に信頼性のある撹乱が得られ、それと共に、液状金属において起こり得る固有の振動の増幅が効果的に防止される。
【００２０】
さらに好ましい実施形態によれば、上記磁気部材は、実質的に静的な磁界を生じ、その上に、変化する磁界が重ね合わせられるように適合している。上記静的な磁界は、好ましくは、モールド中で、そこに供給される液状金属に生じさせる、液状金属のいわゆる第１の流れと第２の流れに作用を与えるために用いられる。静的な磁界とそれに重ね合わされる変化する磁界がモールド中の液状金属に印加されるので、そのような作用を達成するために用いられている従来技術による同様な型の基本的な装置もまた、目的とされる機能の組み合わせのために、それに応じて有利に用いられてもよい。
【００２１】
上記装置のさらに好ましい実施形態によれば、上記変化する磁界は、それによってかき乱されるべき液状金属の振動の周波数よりも、１０〜１０３倍程度の周波数を有する。それによって、液状金属における固有振動への非常に信頼性のある撹乱が得られる。
【００２２】
他の従属クレームや下記の詳細な説明によって、本発明のさらなる特徴や有利な点が明らかになる。
【００２３】
添付した図面を参照して、本発明が一例として以下に述べられる。
【００２４】
（好ましい実施形態の詳細な記述）
図１〜３は、例えば鋼鉄などの金属を連続鋳造するための装置を示す図である。この装置は、４つの相対する壁で構成されたシリンダで画定されるモールドを備える。このモールドは、好ましくは銅合金、あるいは、適切な熱伝導率と熱抵抗を有する他の合金からなる。モールド１の少なくとも２つの相対する壁の外側に、上記壁を冷却するための部材２，３が配置されている。この冷却部材２，３は、どのような型の支持フレームを有していてもよく、これを通して、例えば水などの冷却媒体の輸送のための冷却管が配置されている。あるいは、そのような管は、上記冷却媒体を、冷却のために壁の外側面に向って直接流すように配置されていてもよい。
【００２５】
この装置はまた、ここにおいていわゆる「もぐり入口ノズル，ＳＥＮ（submerged entry nozzle）」である部材４を備え、これを通して、図示しないコンテナからモールドで画定された空間に、液状金属が供給される。鋳造の進行の間、上記モールド１は金属で満たされる。この金属は、主に液状金属として存在するが、上記モールド１の界面に沿って、凝固したあるいは部分的に凝固した外部層、いわゆるスキンが画定され、これは鋳造の方向に向って次第に厚さが増す。そして、上記モールド１は、液状金属とこれを取り巻く凝固した外側層とからなる鋳造ストリング５がモールド１の一端から連続して排出されるときに、実質的に鉛直方向に振動動作を実行するように適合している。
【００２６】
上記部材４は、上方からモールド１中にある液状金属の中に延びている。さらなる液状金属が、上記部材４を通じてモールド１中に供給される。上記部材４からモールド１中の液状金属に流入する液状金属は、すでに鋳造モールド１中にある液状金属に、矢印１８で示された第１の流れと、矢印１９で示された第２の流れとを生じさせる。これらの固有の振動は、広域帯のスペクトルの振動である。これらの振動の結果、上記液状金属中で共振現象が生じるので、鋳造ストリング５中で下側に向ってガスやスラグを含む大きな泡を輸送する原因になる。その結果、封入物、気泡やアルゴンを含んだ封入物、および、メニスカスからのスラグなどが、最終的に完全に凝固した鋳造ストリング５の中に存在することになる。モールド中の振動流れによって生じる速度変化は、メニスカスの圧力変化と、メニスカスの高さの変動を生じさせる。これは、高いメニスカス速度において、スラグの低下、不均一なスラグの厚み、不均一なスキンの厚み、および、クラックの生成の危険を導く。さらに、振動流れは、モールド中の不釣合いな速度の原因になる。所定の場所の１つの狭い側における速度が、他の狭い側における速度よりも実質的に高くなる。この結果、封入物や気泡が、低下したスラグ品質を伴って、強力に下方に向って輸送される。
【００２７】
上に述べた問題を回避するために、この装置は、磁気部材６の第１の組を備え、この磁気部材６はモールド１中の液状金属を横断して、すなわち、鋳造方向を横切る方向に、変化する磁界を当てる、あるいは、生成するのに適合している。好ましい実施形態によれば、上記磁気部材は、例えば所定の限界時間以内であって任意の時刻に、予め定められた振幅の範囲内であって不揃いな振幅を有するように変化する磁界を、不規則に生成するのに適合している。
【００２８】
上記磁気部材は、また、少なくとも予め定められた周波数の範囲内で不規則に周波数が変化する磁界を生成するように、有利に設計されていてもよい。しかしながら、最も低い周波数、あるいは、少なくとも平均の周波数は１Ｈｚを越えているべきであり、１０Ｈｚを越えているのが好ましい。代替として、磁気部材は、例えば図６および７に示すような矩形波、あるいは、湾曲形状の波で表される磁界のような、所定の振幅と周波数を有する磁界を生成するように準備されていてもよい。この装置は、また、予め定められた周期で上記磁界を生成するように上記磁気部材を作動させるための手段（図示せず）を備えていてもよい。そして、上記作動手段は、例えば磁気部材の作動が実行されるべきところの液状金属、あるいは部材４の所定の動きなどの、所定の状況を検知する、あるいは所定の状況の様子をモデリングや計算によって予測する手段２０を備えてもよい。こうして、それ自身に存在する固有の振動による乱れを、液状金属にその瞬間に広がっている状況に適合させる装置が得られる。
【００２９】
この装置は、また、磁気部材の第２の組７を備える。この第２の組７は、第１の組６よりもモールド１中の液状金属の上側表面の近くに配置され、また、上記部材４の液状金属中に突入した部分と実質的に同じ高さに配置されている。上記磁気部材の第１の組６は、鋳造方向に見て部材４のすぐ後に配置されていて、この場合、開口あるいは液状金属を吐出するための部材４の開口の下方に配置されている。上記磁気部材の第２の組７もまた、先に記して上記磁気部材の第１組６によって生成された磁界の何れにも似た磁界を生成するように、有利に準備されている。
【００３０】
図３は、上方から見た磁気部材の組６，７を示している。図３から明らかなように、上記組６，７は、好ましくは鉄心８，９および１０，１１の２組の磁心を備える。上記磁心８〜１１の各々には、電気導体の巻き線１２〜１５が施されている。上記巻き線１２〜１５は、１つあるいは幾つかの（図示しない）電源から、モールド１中の液状金属を横切る、すなわち液状金属を貫通する磁界を生成するための、好ましくは時間が経つにつれて変化する直流の電流が供給される。各々の組の磁心８，９と磁心１０，１１は、ヨークあるいは脚部材１６，１７によって互いに接続されている。上記磁心と巻き線は、図３に示すように従来より知られた方法で配置されているが、それらは、もちろん他の方法で配置され、また、これ以上あるいはこれ以下の数の磁心やそれに設けられた巻き線を備えていてもよい。したがって、例えば、鋳造方向において幾つかの高さに磁界を生成したり、鋳造方向に延びる１つや幾つかの磁界を生成するために、ヨーク部材１６，１７と磁心８〜１１の互いについて、第２の配置が可能である。
【００３１】
従来技術によれば、磁気部材は、図１〜３に示すように配置され、液状金属中の前述した第１および第２の流れに作用するために、モールド１中の液状金属に、略静的あるいは周期的な低周波（ｆ＜１Ｈｚ）の磁界を生成するように適合している。上記流れに伴う、従来技術において記述した問題は、これによって解決される。本発明による装置における磁界部材の組６，７は、好ましくは、鋳造の進行において好ましく第１および第２の流れに影響するように、モールド１中の液状金属を横切って実質的に静磁界が生成するように形成されていてもよい。上記静磁界に、磁気部材６，７によって生成された異なる型の変化する磁界が重ね合わされる。上記静磁界は図４に示す一方、上記静磁界に重ね合わされ得る、異なる型の変化する磁界が図５〜７に示されている。図５〜７に示された変化する磁界は、本発明によるそのような磁界が生成される様子を示す例示である。図５による磁界は、任意の時間に生成され、所定の範囲内で確率論的な振幅を有し、それと同様に、所定の範囲内で確率論的な周波数を有する。しかしながら、図６による磁界は、一定の所定の振幅と周波数を有し、これは図７に示された磁界についても同様である。図４〜７に示された図表は、上記磁界を生成するために上記導体巻き線１２〜１５に加えられた電流をも示している。
【００３２】
上記変化する磁界の周波数は、好ましくは、上記磁界によって撹乱されるべき液状金属の振動の周波数よりも高い。上記磁界の周波数は、上記振動の周波数よりも、好ましくは１０〜１０３倍程度高い。上記振動は、０．０１〜１０Ｈｚ程度の周波数を有する。上記磁界の周波数、つまり平均周波数は、上記周波数よりも小さいか、あるいは実質的に同じ大きさであるので、その周波数と逆位相か、あるいは少なくとも位相が完全に一致しないように生成されるべきである。
【００３３】
いくつかの場合、例えば、異なる振幅と周波数を有する固有振動が、液状金属の異なる部分に存在するような場合、上記磁気部材は、これらの磁場が確実に伝播する液状金属の領域において、異なる部分に各々広がる振動状況に対応して、１つあるいは幾つかの磁界を生成するように有利に適合している。
【００３４】
図８は、本発明による装置の他の実施形態を示し、１組のみの磁気部材２２が、鋳造方向においてモールド中の１つのみの高さに配置されている。上記組２２は、部材４の開口の下流領域に配置されている。
【００３５】
本発明による装置および本発明による方法の種々の変更は、従属請求項に定義されている本発明の保護範囲内において、当業者にとって当然明らに可能である。
【００３６】
上記磁界は、固定されて静止するように、つまり、従来の撹拌器のような液状金属を動かしたりかき回したりすることがないように、注意することが重要である。
【００３７】
自由なタップの噴流を液状金属に到達させる上記部材４は、モールド中の液状金属に突入しないように配置されていてもよいことは理解されるべきである。
【００３８】
本発明が減衰あるいは撹乱することをねらいとする固有振動は、液状金属中における大きな動きをも含み、その場合、所定の流れ条件において液状金属の大部分がほぼ周期的に互いに移動し、それによって、好ましくない鋳造状況が生じることを留意すべきである。
【００３９】
上記変化する磁界は、好ましくは、液状金属に通常絶えず加えられている実質的に静的な磁界に重ね合わされる。上記変化する磁界をパルスで、あるいは、周期的に加えることにより、望ましい鋳造条件が確立される一方、静的磁界の強さが少なくとも周期的に幾分減少する。これは、エネルギー消費と同様に、流れの位相に関しても有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、金属の連続鋳造のための装置の１つの側面から見た概略断面図である。
【図２】  図２は、図１による装置の上部の側面から見た断面図である。
【図３】  図３は、図１および２による装置の上方から見た図である。
【図４】  図４は、静的な磁界、すなわち、この磁界を生成するための直流電流を示す図表であり、この上に、変化する磁界が重ね合わされる。
【図５】  図５は、磁界、すなわち、この磁界を変化させる電流が、本発明の異なる実施形態に応じて、時間が経つにつれて変化する様子を示した図表である。
【図６】  図６は、磁界、すなわち、この磁界を変化させる電流が、本発明の異なる実施形態に応じて、時間が経つにつれて変化する様子を示した図表である。
【図７】  図７は、磁界、すなわち、この磁界を変化させる電流が、本発明の異なる実施形態に応じて、時間が経つにつれて変化する様子を示した図表である。
【図８】  図８は、１つの高さのみに磁界部材を有する装置を示す概略の横断面図である。
【符号の説明】
１  モールド
２  冷却部材
３  冷却部材
４  液状金属を供給する部材
５  鋳造ストリング
６  磁気部材
７  磁気部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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