(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳込み作業中に溶融金属が通過する長尺の水平断面を有する鋳型（３）であって、鋳型の対向する短辺から長辺方向に延びて形成された端部領域と、端部領域間に形成される中央領域とを有する水平断面を有する鋳型（３）と、
前記水平断面の中央領域内に位置した部材（６）であって、鋳型内に既在する溶融金属の上側表面から下方に離間したレベルで、前記溶融金属に溶融金属を供給するための部材（６）と、
鋳型内の溶融物に磁場を印加し、溶融金属の動きに作用するように構成された磁場生成装置（１３〜１９）と、
を具備する金属連鋳装置であって、
前記磁場生成装置は、
溶融金属の前記供給部又はその下方のレベルにおいて、鋳型の２つの長辺全体に沿って対向して配置された磁性部材（１６）であって、磁性部材（１６）を配置したレベルで、一方の長辺側から他方の長辺側まで実質的に鋳型の前記水平断面全体に亘り、強度が可変の静磁場を生成するように構成された第１の磁性部材（１６）と、
前記溶融物の上側表面又はその近傍のレベルにおいて、前記水平断面の中央領域において鋳型の２つの長辺に沿って対向して配置された第２の磁性部材（１７）であって、前記水平断面の中央領域の上側表面又はその近傍レベルに可変磁場を生成するように構成された第２の磁性部材（１７）と、
前記第２の磁性部材（１７）と同レベルで前記端部領域において鋳型の２つの長辺に沿って対向して配置された第３の磁性部材（１９）であって、鋳型の端部領域の前記上側表面レベル又はその近傍レベルに強度が可変である静磁場を生成するように構成された第３の磁性部材（１９）と、を具備し、
前記金属連鋳装置は、前記磁場生成装置の磁性部材を制御し、鋳型内の溶融物の温度、鋳込み速度、溶融物の上側表面のレベルの少なくとも１つの鋳込みパラメータによって決まる値に基づいて現れる磁場をそれぞれ別々に生成するように構成されたユニット（１２）を含み、
前記磁性部材（１６、１７、１９）は、磁心（１３）と、該磁心（１３）の周囲に巻かれた導電体の巻線（１４）とを具備することと、
前記第２の磁性部材（１７）は、前記中央領域における溶融物の上側表面又はその近傍レベルにおいて鋳型の長辺側に向かう進行磁場をなすために多相交流電圧発生源の異なる相に接続された導電体の巻線を有し、鋳型の各長辺側に配設された少なくとも２つの磁心を具備することと、
前記金属連鋳装置は、前記巻線（１４）への１又は複数の電流供給源（１５、１５’、１５’’）を具備することと、
前記金属連鋳装置が、第２の磁性部材（１７）の巻線を流れる電流の周波数を変化させるための手段（１８）を具備することと、
前記ユニット（１２）は、鋳型内の溶融物の温度、鋳込み速度、溶融物の上側表面のレベルの少なくとも１つの鋳込みパラメータによって決まる値に基づいて巻線への電流供給を制御するように構成されることと、
前記ユニットが、鋳型内の溶融物の温度、鋳込み速度、溶融物の上側表面のレベルの少なくとも１つの鋳込みパラメータによって決まる値に基づいて前記手段を制御するように構成されることと、
を特徴とする装置。
【請求項２】
前記第２の磁性部材（１７）は、導電体の巻線を備えた少なくとも３つの磁心を具備し、３相交流電圧に接続されるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記手段（１８）は、前記巻線に直流電流が供給され、前記中央領域の上側表面のレベルに静磁場が生成されるように、前記周波数を０Ｈｚになるように制御する能力を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記手段（１８）が、ＤＣ／ＡＣコンバータ又はＡＣ／ＡＣコンバータからなることを特徴とする請求項１又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記上側表面の近傍で鋳型内の溶融物の温度を測定し、前記鋳込みパラメータとして該測定情報を前記ユニットに送信するように構成された部材（２０）を具備することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記温度測定部材（２０）は、鋳型の壁の温度を感知することにより間接的に溶融物の温度を測定するように構成されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
鋳込み速度、つまり、単位時間当たりに鋳型に供給される溶融物の容量を測定し、前記鋳込みパラメータとして該測定情報を前記ユニットに送信するように構成された部材（２１）を具備することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
鋳型内の溶融物の前記上側表面のレベルを測定し、前記鋳込みパラメータとして該測定情報を前記ユニットに送信するように構成された部材（２２）を具備することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記ユニット（１２）が、１又は複数の前記磁性部材を制御し、場合によっては磁場を完全に生成しないように構成されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記ユニット（１２）が、加速した鋳込み速度、および逆に減速した鋳込み速度で、溶融金属の供給部又はその下方のレベルにおいて、第１の磁性部材（１６）により生成された磁場の強度を上昇させるように構成されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記ユニットが、前記第３の磁性部材（１９）を制御することにより、加速した鋳込み速度で磁場の強度を上昇させるように構成されることを特徴とする請求項１又は７に記載の装置。
【請求項１２】
前記ユニットが、前記第３の磁性部材（１９）を制御することにより、閾値より低速の鋳込み速度で磁場を全く生成しないように構成されることを特徴とする請求項１又は７に記載の装置。
【請求項１３】
前記ユニットが、鋳型内の溶融物の温度、鋳込み速度、溶融物の上側表面のレベルの少なくとも１つの鋳込みパラメータの指定値で前記第２の磁性部材（１７）を制御することにより、溶融金属を攪拌するための時間と共に変化するいわゆる交流磁場と、溶融金属の動きを制動するための静磁場とを交互に生成するように構成されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項１４】
前記ユニットが、前記第２の磁性部材（１７）を制御することにより、所定の閾値を上回る鋳込み速度で静磁場を生成するように構成されることを特徴とする請求項３又は７に記載の装置。
【請求項１５】
前記ユニットが、鋳込みの結果が最適となる鋳型の様々な箇所の溶融物の流速と、溶融物の上側表面の均一的で安定した温度とを達成するアルゴリズムに従い、鋳型内の溶融物の温度、鋳込み速度、溶融物の上側表面のレベルの少なくとも１つの鋳込みパラメータによって決まる値に基づいて前記磁性部材（１６、１７、１９）を制御するように構成されることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記供給部材（６）が、噴射式で溶融金属を供給するように構成されることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
鋳込み作業中に溶融金属が通過する長尺の水平断面を有する鋳型（３）であって、鋳型の対向する短辺から長辺方向に延びて形成された端部領域と、端部領域間に形成される中央領域とを有する長尺の水平断面を有する鋳型（３）において、前記水平断面の中央領域であって鋳型内に既在する溶融物の上側表面から下方に離間したレベルで前記溶融金属に溶融金属を供給し、それにより、溶融金属の動きに作用する少なくとも１の磁場を鋳型内の溶融物に印加する、金属連鋳方法であって、
溶融金属の前記供給部又はその下方のレベルにおいて、鋳型の２つの長辺全体に沿って対向して配置された第１の磁性部材（１６）によって、溶融金属の前記供給部又はその下方のレベルで、一方の長辺側から他方の長辺側まで実質的に鋳型の前記水平断面全体に亘り、強度が可変の静磁場を生成し、
前記溶融物の上側表面又はその近傍のレベルにおいて、前記水平断面の中央領域において鋳型の２つの長辺に沿って対向して配置された第２の磁性部材（１７）によって、前記水平断面の中央領域の上側表面又はその近傍に可変磁場を生成し、
前記磁性部材（１７）と同レベルで前記端部領域において鋳型の２つの長辺に沿って対向して配置された磁性部材（１９）によって、端部領域の前記上側表面レベル又はその近傍レベルに強度が可変である静磁場を生成し、
各々が鋳型内の溶融物の温度、鋳込み速度、溶融物の上側表面のレベルの少なくとも１つの鋳込みパラメータによって決まる値に基づいて現れるように前記３つの磁場をそれぞれ別々に生成し、
磁心（１３）を取り囲む導電体の巻線（１４）に電流を流すことにより前記磁場を生成することと、
前記磁場を制御するため、鋳型内の溶融物の温度、鋳込み速度、溶融物の上側表面のレベルの少なくとも１つの鋳込みパラメータによって決まる値に基づいて前記巻線への電流供給を行うこと、
前記中央領域において溶融金属を攪拌するため、鋳型の長辺に沿って水平方向に次々に配設された前記巻線に対し、多相交流電圧の異なる相を供給することにより、溶融物の上側表面の中央領域で鋳型の長辺側に向かう進行磁場の形態で、前記磁場を生成すること、
前記中央領域の溶融物の上側表面又はその近傍レベルに磁場を生成する巻線に流れる電流の周波数を、鋳型内の溶融物の温度、鋳込み速度、溶融物の上側表面のレベルの少なくとも１つの鋳込みパラメータによって決まる値に基づいて制御すること、
とを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記上側表面に近接する鋳型内の溶融物の温度を鋳込み作業中に測定し、前記磁場を制御するための前記鋳込みパラメータとして使用することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
鋳込み速度、つまり、単位時間当たりに鋳型に供給される溶融物の容量を鋳込み作業中に測定し、該鋳込み速度に基づいて前記磁場を制御することを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
鋳型内の溶融物の前記上側表面のレベルを鋳込み作業中に測定し、該測定レベルに基づいて前記磁場を制御することを特徴とする請求項１７ないし１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
加速した鋳込み速度、および逆に減速した鋳込み速度で、溶融金属の供給部又はその下方のレベルにおける磁場の強度を上昇させることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
加速した鋳込み速度で、前記端部領域の上側表面の前記静磁場の強度を上昇させることを特徴とする請求項１７又は１９に記載の方法。
【請求項２３】
閾値より低い鋳込み速度では、鋳型の前記端部領域に、ゼロの磁場を生成する、つまり磁場を生成しないことを特徴とする請求項１７又は１９に記載の方法。
【請求項２４】
鋳型内の溶融物の温度、鋳込み速度、溶融物の上側表面のレベルの少なくとも１つの鋳込みパラメータの指定値では、前記中央領域の上側表面のレベル又はその近傍に、前記中央領域で溶融金属を攪拌するための時間と共に変化するいわゆる交流磁場と、前記中央領域で溶融金属の動きを制動するための静磁場とを交互に生成することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記中央領域の上側表面又はその近傍レベルに、鋳込み速度が所定の閾値を上回るとき静磁場を生成することを特徴とする請求項１７又は１９に記載の方法。
【請求項２６】
鋳込み速度が閾値以下である低速の鋳込み速度では、中央領域の溶融金属を攪拌するために、中央領域の上側表面又はその近傍レベルに交流磁場を生成することを特徴とする請求項１７又は１９に記載の方法。
【請求項２７】
上位閾値と下位閾値の間の中程度の鋳込み速度では、前記中央領域の上側表面又はその近傍レベルに、前記中央領域の溶融金属を攪拌するための交流磁場を生成し、前記端部領域の上側表面又はその近傍レベルに溶融金属の移動を制動するための静磁場を生成することを特徴とする請求項１７又は１９に記載の方法。
【請求項２８】
上位閾値より速い高速の鋳込み速度では、前記上側表面又はその近傍レベルの溶融金属の動きを強力に制動する必要がある場合、前記中央領域の上側表面又はその近傍レベルの溶融金属の動きを制動するため、そこに静磁場を生成し、前記端部領域の上側表面又はその近傍レベルの溶融金属の移動を制動するため、そこに静磁場を生成することを特徴とする請求項１７又は１９に記載の方法。
【請求項２９】
鋳込み結果が最適となる鋳型の様々な箇所の溶融物の流速と、溶融物の上側表面の均一で安定した温度とを達成するアルゴリズムに従い、鋳型内の溶融物の温度、鋳込み速度、溶融物の上側表面のレベルの少なくとも１つの鋳込みパラメータによって決まる値に基づいて前記磁場を制御することを特徴とする請求項１７ないし２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
噴射式で溶融金属を鋳型に供給することを特徴とする請求項１７ないし２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
請求項１７ないし３０のいずれかに記載の方法によるステップを実行するようにプロセッサを作動させる指令を含む、金属連鋳装置を制御するためのコンピュータプログラム。
【請求項３２】
少なくとも部分的にインターネット等のネットワークを介して提供される請求項３１に記載のコンピュータプログラム。
【請求項３３】
ディジタルコンピュータの内部メモリに直接的に取り込み可能で、コンピュータ上で動作させると、請求項１７ないし３０のいずれかに記載の方法によるステップを実行するソフトウェアコード部分を含むプログラム製品。
【請求項３４】
コンピュータに、請求項１７ないし３０のいずれかに記載の方法によるステップを制御させるように設計されたプログラムを記録したコンピュータで読取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
技術分野と背景技術
本発明は、鋳込み作業中に溶融金属が通過する長尺の水平断面を有する鋳型と、溶融物の上側表面の下方の離れた領域で鋳型内に既在する溶融金属に新たに溶融金属を供給するための部材と、溶融材を移流させるために鋳型内の溶融物に磁界を印加する装置とを含む金属連鋳のための方法及び装置に関する。
【０００２】
上記タイプの装置が添付図１に概略的に図示されている。通常は良好な熱伝導性を有する銅ベースの合金からなり、冷却壁を有し、頂部と底部で開口した箱型の鋳型３に、いわゆるタンディッシュから溶融金属２を供給する。鋳型内の冷却により、溶融金属により形成された長尺のストランドの固化が外部から始まりストランドの中心部に向けて内側方向に進行する。上記のような断面を有する鋳型で鋳造する際、通常スラブと称される１つのストランドを形成する。冷却されて部分的に固化したストランドが鋳型から出続ける。ストランドが鋳型を出る時点で、ストランドは固化されていない中央部５を取り囲む少なくとも１の機械的に自耐の固形ケーシング４を有する。ガイドローラＳによりストランドを鋳型の下流方向に適切に導いて支持する様態が概略的に図示されている。
【０００３】
本発明の分野を更に説明するため、図２ａ及び２ｂも参照する。但し、図示された装置は従来技術でなく、本発明に属するものである。タンディッシュ１からは、鋳型３に既在する溶融金属内に高温の溶融金属を供給するための鋳込みパイプ６が、鋳型内の溶融物の上側表面７の下方に、好適には十分な深さまで、延びている。前記表面は通常メニスカスと呼ばれる。溶融物は側方に位置する開口部で鋳込みパイプ６から流れ出し、それによっていわゆる第１フローと第２フローが生成される。これらのフローは図２ｂの破線の矢印によって概略的に図示されている。第１フロー８は、鋳込み方向の下方に向かっており、第２フロー９は、鋳型の壁１０のエリアから溶湯の上側表面に向かって上方に流れ、次いで下方に向かう。鋳込みプロセスの間、鋳型又はモールド内に存在する溶湯の様々な部分で、鋳込み材料中に周期的な速度の変動が発生する。これらの変動は、固化された鋳込み材料が鋳型の壁部に付着するのを防止するため、通常該鋳型の壁部を振動させていることにも起因する。それにより溶融金属内に生ずる不規則的な動きは、中でも、アルゴン気泡等の気泡と、鋳込みパイプから発生する酸化異物及びメニスカスから発生するスラグ等の溶融物中の不純物とが、鋳込み方向のかなり下方、つまり、最初に鋳型内に形成される鋳込みストランドのかなり下方に輸送されることを意味する。これにより、完成品である固化された鋳込みストランドに異物及び凹凸が生ずる。これらの問題点は、鋳込み速度が大きい場合、つまり、単位時間当たりに大容積の溶融材料が鋳型に供給される場合特に甚大である。
【０００４】
これにより、湯の上側表面のエリアで溶融材料の移動速度が不規則的となり、その結果上側表面で圧力が変化するという大きなリスクと、上側表面で高さ方向の変動が起こるリスクが生じる。高速鋳込みでは、これは、スラグが下方に引き込まれ、スラグ及びシェルの厚みが均一でなくなり、ひび割れが形成されるリスクにつながる。また、鋳型内の溶融材料の振動により鋳型内の下方に向かう鋳込み材料の速度が非均衡的となり、一方の側の速度が他方の側の速度より相当に大きくなるという危険もある。この結果、異物と気泡が大量に下方へ輸送され、スラブの品質を悪化させる。
【０００５】
よって、鋳込みの結果のためには、鋳型内の下方へ向かう溶融金属、つまり第１フローの速度が、鋳型の断面に亘って実質的に均一になることと、溶湯の上側表面のエリアの溶融金属の動きがやがて一定となり、溶融物の上側表面の温度が安定した均一の温度となるように、鋳型の短辺側の上向きの流れが安定することとが重要である。
【０００６】
この理由のため、上述のような磁場生成装置（図１の符号１１で図示）が鋳型内の溶融物に磁場を印加するように配設される。これに関連して言うと、磁場の印加により溶融材料の移動を支配する様々な方法が複数提案された。１つの方法は、静磁界、つまり、電磁石コイルを通じて直流電流を導くことにより発生する磁場を、一方の長辺側から他方まで鋳型内の溶融物に印加する、いわゆるＥＭＢＲ（電磁ブレーキ）技術を利用することである。この結果、溶融材料の動きが制動される。これに関連して言うと、溶融金属を供給する領域の近傍又はその下方に、鋳型に沿って前述したような電磁石を配設し、それにより、鋳型内の下方へ向かう溶融金属の流れを制動する、つまり、実質的に上記第１フローに作用し、鋳型の断面全体に亘りこの動きの速度を実質的に一定にし、かつ、鋳型の短辺側の上向きの第２フローを安定しようとすることができる。しかし、鋳型の上側表面のエリアにいわゆるブレーキを配設して、このエリア内の溶融金属の移動を制動し、溶融物中の表面振動を取り除くこともできる。電磁ブレーキのこれら２箇所の配置位置を組み合わせ、例えば、特願平９−３５７６７９により周知のいわゆるＦＣ（フローコントロール）モールドとすることもできる。
【０００７】
鋳型内の溶融物に磁界を印加することにより鋳型内の溶融材料の動きを支配する別の方法は、例えば、米国特許第５１９７５３５号により周知であり、ＥＭＳ（電磁攪拌）とも称される。本明細書では、多相交流電圧を鋳型に沿って電磁石に接続することにより、通常は前記上側表面のエリアで印加されて当該エリア内の溶融材料の移動を導く進行磁場が生成される。したがって、上側表面のエリアの鋳込み材料の動きが小さすぎるために、鋳込みの結果に悪影響を与える温度差が生じるリスクがあるので、これは特に低速の鋳込み速度の場合に効果的である。
【０００８】
連鋳用の鋳型内の溶融物に磁場を印加することにより溶融材料の動きを支配するその他の金属連鋳装置も周知である。
【０００９】
発明の概要
本発明の目的は、少なくとも特定の鋳込み条件下で、従来の金属の連鋳用の装置及び方法に比して、少なくとも特定の観点において鋳込み結果の改善が得られる装置及び方法を提供することである。
【００１０】
この目的は、磁場生成装置が、溶融金属の前記供給領域の近傍又はその下方において、一方の長辺側から他方の長辺側まで鋳型の前記断面全体に亘り強度が可変な静磁場を生成するように構成された部材と、前記断面の中央に位置し、溶融物を供給する前記領域に近い領域の前記上側表面のエリアに可変磁場を生成するように構成された部材とを具備する装置が、さらに、前記磁場生成装置の磁性部材を制御し、１又は複数の所定の鋳込みパラメータによって決まる値に基づいて現れる磁場をそれぞれ別々に生成するように構成されたユニットを具備した本発明の１様態に基づいて達成される。
【００１１】
前記位置の双方に上記磁性部材を配設し、１又は複数の所定の鋳込みパラメータによって決まる値に基づいて前記部材をそれぞれ別々に制御することにより、変化する鋳造条件、主に鋳込み速度の下で、鋳型の様々な箇所において、溶融物の上側表面の安定した均一温度に最適な溶融物の流速をかなりの割合で達成することができる。
【００１２】
「静」なる用語は、本明細書では、ほぼ固定した、且つ方向性が変化しない磁場を意味するが、その強度は変化してもよく、この変化はまた前記１又は複数の鋳込みパラメータによって決まる値に基づいて発生する。しかし、「可変磁場」なる用語は、いわゆる交流型の磁場、つまり、電磁石に交流電流を流すことにより生成される磁場も含む。「〜の近傍又はその下方に」なる表現は、溶融金属の供給領域より下の全レベル、同レベルおよびそれより若干上方のレベルを含む範囲であると定義される。
【００１３】
よって、本発明による金属連鋳装置により、上記第１の磁性部材を用いて１又は複数の前記鋳込みパラメータによって決まる値に合わせて溶融物の下方移動を制動することができる。それにより、上記気泡が上側表面に上昇するので取り除かれ、ストランドの固形部分に含有されないようにすることができる。それと同時に、高温の溶融物をメニスカスへ安定供給し、及びそこへのエネルギーを付加するために、ストランドの短い端部の上向きの第２フローを安定化することができる。さらに、可変磁場を生成するように構成された後者の磁性部材により、ストランドの上側表面のエリア、特に前記中央領域での溶融物の動きを、確実に、１又は複数の前記所定の鋳込みパラメータによって決まる値で最適な動きとすることができる。これにより、鋳型の断面全体に亘り上側表面における溶融物の速度がほぼ均一となり、したがって溶融物の上側表面での安定した均一温度が達成される。
【００１４】
本発明の別の様態によれば、本明細書の冒頭部で規定した種類の金属連鋳装置は、前記断面に対し、上記溶融物を供給する領域の外側の、該領域から離れた位置において、鋳型の端部領域の前記上側表面のエリアに強度が可変である静磁場を生成するように構成された部材を備えた磁場生成装置を具備する。本金属連鋳装置は、さらに、前記外側の磁性部材を制御して、１又は複数の所定の鋳込みパラメータによって決まる値に基づいた強度で磁場を生成するように構成されたユニットを具備する。
【００１５】
そのような磁性部材を配設することにより、前記上側表面のエリアの溶融材料の動きを、個々の鋳込みの場合の決定条件、つまり、１又は複数の所定の鋳込みパラメータによって決まる値が最適となる範囲まで、前記端部領域で制動することができる。これは、溶融物の上側表面に、所望の均一的な動きと均一的で安定した温度とを実現できる可能性が向上したことを意味する。特に、鋳込み速度が中速及び高速の場合、前記端部領域の上側表面のエリアで溶融材料の動きを制動することが重要となり得、それに対し、低速の鋳込み速度では、静磁場の強度がゼロまで低減するよう制御することによりそのような制動を殆ど、或いは、完全になくすことができる。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態によれば、本発明による金属連鋳装置は、本発明の第１様態による磁性部材と本発明の第２様態による磁性部材の両方を具備する。これにより、鋳型の様々な箇所、即ち鋳型の底部と上方の両方、および上側表面のエリアで、鋳込みの結果が最適となる溶融物の流速を達成でき、同様に、鋳込み速度とは関係なく、溶融物の上側表面の温度及び動きが均一になり安定する。即ち、同一の金属連鋳装置によって、特に鋳込みパイプの近傍で上側表面のエリアの溶融物を攪拌する必要がある場合、低速の鋳込み速度で優れた鋳込み結果が得られ、鋳込み噴射器から上側表面エリアに高温の溶融材料を供給する必要があり、鋳込みパイプ周囲の上側表面エリアで攪拌する必要があり、かつ、上側表面で最大流速を取得するために、上側表面のエリアでの溶融物の動きをある程度制動しなければならない場合、中速の鋳込み速度で、及び、上側表面エリアで溶融物の最適速度を取得するために上側表面の制動力が強くなければならない場合、高速の鋳込み速度で、鋳込みが加速される。それと同時に、鋳込みパイプの周囲の中央部に停滞ゾーンを発生させない。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記中央領域に磁場を発生させるための前記磁性部材は、鋳型の各長辺側に配置された少なくとも２つの磁心を具備し、該磁心は、多相交流電圧発生源の異相に接続されて溶融物の上側表面の前記中央領域で鋳型の長辺側に向かう方向に進行磁場をなす導電体の巻線を有し、それにより、必要に応じて溶融物の上側表面の中央領域の溶融材料を攪拌したり、その動きを加速させたりすることが可能となる。
【００１８】
本発明の別の好ましい実施形態は、後者の実施形態の更なる改良型であり、当該金属連鋳装置は、鋳型の前記中央領域に磁場を生成するための磁性部材の巻線を流れる電流の周波数を変化させる手段を具備し、ユニットは、１又は複数の所定の鋳込みパラメータによって決まる値に基づいて前記手段を制御するように構成される。場合によって振幅の変化と組み合わせることが可能な前記磁場の周波数変化により、中央領域で溶融材料の動きを特定の有効な鋳込み条件にとって最適となるように作用することができ、本発明の更なる好ましい実施形態によれば、前記手段は、前記周波数をゼロに低減するよう制御する能力を有し、これは、巻線に直流電流を流して鋳型の前記中央領域の上側表面エリアに静磁場を発生させ、それにより、これらの磁性部材が、高速の鋳込みに適切な、この中央領域の動きに対する制動効果を及ぼすことを意味する。次いで、この制動効果の強度は、鋳込み速度及びその他の任意の鋳込みパラメータに基づいて制御され、それによりこの領域での溶融材料の動きが最適となり、このエリアに停滞ゾーンが形成されない。好ましくは、前記手段自体は周知の種類のコンバータである。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態によれば、当該金属連鋳装置は、前記上側表面の近傍で鋳型内の溶融物の温度を測定し、その情報を前記所定の鋳込みパラメータとしてユニットに送信するように構成された部材と、鋳込み速度、つまり、単位時間当たりに鋳型に供給される溶融物の容量を測定し、その情報を所定の鋳込みパラメータとしてユニットに送信するように構成された部材と、及び／又は、鋳型内の溶融物の前記上側表面のレベルを測定し、その情報を前記所定の鋳込みパラメータとしてユニットに送信するように構成された部材とを具備する。前記ユニットは磁性部材の制御において前記様々な鋳込みパラメータを考慮するので、各所定の状況において、鋳込み結果が最適となるよう鋳型内の溶融材料を制御する。
【００２０】
また、本発明は、ユニットが時には１又は複数の前記磁性部材を制御し、磁場を全く生成しないように構成される場合も含む。よって、任意の磁性部材を所定範囲内の鋳込み速度等の任意の鋳込みパラメータ値で完全に停止させることができる。
【００２１】
本発明の別の好ましい実施形態によれば、１又は複数の前記所定の鋳込みパラメータの決定値で、前記ユニットは、前記中央領域の上側表面エリアに磁場を生成するための前記部材を制御し、溶融金属を攪拌するための、時間と共に変化するいわゆる交流磁場と、溶融金属の動きを制動するための静磁場とを交互に生成するように構成される。このように、特定の鋳込み条件下で、溶湯の上側表面のエリアで溶融物の非常に好適な温度の均衡を得ることができる。
【００２２】
鋳型の様々な箇所で鋳込み結果が最適となる溶融物の流速及び溶融物の上側表面の均一で安定した温度を達成するためのアルゴリズムに従い、１又は複数の所定の鋳込みパラメータによって決まる値に基づいて前記磁性部材を制御するように前記ユニットが有利に構成されることは上述から明らかである。
【００２３】
また、本発明は、方法の従属請求項に記載の金属の連鋳方法にも関する。当該方法の機能と長所は、本発明による金属連鋳装置の上記説明から明白である。
【００２４】
また、本発明は、対応する請求項に記載のコンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品及びコンピュータで読取り可能な媒体にも関する。請求の範囲に規定された本発明の方法は、所定のプログラムステップを備えたコンピュータプログラムにより制御可能なプロセッサからのプログラム指令により適切に実行されることは容易に理解される。本発明の更なる長所及び有利な特徴は、以下の説明及び他の従属請求項から明らかである。
【００２５】
添付図を参照することにより実施例として引用される本発明の好ましい実施形態を以下に説明する。
【００２６】
図２ないし図４を参照して本発明の第１の好ましい実施形態による金属の連鋳装置を概略的に図示した本発明の原理を説明する。前述したように、鋳型３は、長尺の水平断面を有しており、これは、長辺に対する短辺の長さが実際には図示されたものよりずっと小さいことを意味し、この点で添付図が単に本発明の原理を説明するためのものであると理解されたい。よって、ストランドは、例えば厚み１５０ｍｍオーダー、幅１５００ｍｍ以上である。
【００２７】
鋳型に供給される溶融金属は適正温度を超える温度を有し、つまり、該溶融金属の任意の一部分が凝固し始めるようにある程度まで温度を低下させなければならない。これは、例えば溶融金属の上側表面のエリアにおける溶融金属の凝固の開始が早すぎることを回避する上で重要である。そのような凝固を回避するため、上側表面の温度が均一化するように、中央部および端部に広がる断面の全域で溶融物には一定の動きが必要である。図３では、上側表面において前記第２フロー９の溶融物が一般に示す流れを示している。同様に、下方へ向かう溶融物の第１のフロー８は、発生した気泡等が、上側表面７へと上方に移動して消滅し、他の部分より高速で動いている部分に引き込まれることがないように、鋳型の水平断面全体に渡って実質的に一定であることが重要である。
【００２８】
変化する鋳込み条件下において鋳型内の溶融物に所望の動きを生じさせるため、当該金属連鋳装置は、磁性部材と、１又は複数の所定の鋳込みパラメータによって決まる値に基づいて該制御部材をそれぞれ別々に制御するように構成されたユニット１２とを具備する。磁性部材は、磁心１３、好ましくは成層鉄心の形態の電磁石で、概略的に図示されており、また、該磁性部材の周囲に巻かれた導電体の巻線が概略的に図示されている。ユニット１２は、異なる巻線に接続された電気的なエネルギー源１５、１５’、１５’’を制御し、該巻線に電流を供給することにより鋳型の一方の長辺側から他方の長辺側まで延びて溶融物を通る磁場を生成するように構成される。
【００２９】
よって、当該金属連鋳装置は、鋳型への溶融金属供給領域近傍またはその下方で、一方の長辺側から他方の長辺側まで水平断面全体に亘り強度が可変である静磁場を生成するように構成された第１の磁性部材１６を具備する。よって、ユニット１２は、電気エネルギー源１５’’を制御して、強度が可変である直流電流を磁性部材１６の巻線に供給し、それにより鋳型内の下方へ向かう溶融物の動き及び鋳型の短辺側で上方へ向かうフローに制動効果を発揮する磁場を生成する。
【００３０】
また、当該金属連鋳装置は、第２の磁性部材１７も具備する。該第２の磁性部材も電磁石形態で、前記断面の中央に位置し、前記溶融物の供給領域に近い領域の前記上面エリアに可変の磁場を生成するように構成される。鋳型の各長辺側に沿って三本のコイルが配設されており、それぞれが三相交流電圧の各相に接続される。さらに、当該金属連鋳装置は、電流源１５’からの交流電圧を変換してその周波数を設定するように構成された概略的に図示された手段１８を具備し、それによりコンバータは、好ましくは該周波数を０Ｈｚまで低下させ、第２の磁性部材１７のコイルに直流電流を供給することができる。このことは、コンバータ１８から０Ｈｚを上回る電流周波数を発生させると、上側表面の中央領域の溶融材料に対する攪拌効果及び加速効果を持つ、前記上側表面のエリアにおいて鋳型の双方の長辺側に向かう方向に進行する磁場が生成されることを意味する。しかし、周波数を０Ｈｚに低減することも可能であり、これにより、この領域に静磁場が生成され、該静磁場がこの中央部領域での移動に対して制動効果を発揮する。
【００３１】
加えて、当該金属連鋳装置は第３の磁性部材１９を具備し、該磁性部材は、同様に電磁石式であって、前記断面に対し、溶融物の供給領域の外側の、該供給領域から離れた位置において、鋳型の端部領域の前記上側表面のエリアに強度が可変の静磁界を生成するように構成される。このように、必要な場合は、上側表面のエリアでの溶融物の動きを前記端部領域で制動することができるが、そのような制動を所望しない場合は、この磁性部材を取り外すこともできる。
【００３２】
さらに、当該金属連鋳装置は、鋳込みに重要な特定のパラメータを測定し、該測定に関する情報をユニット１２に送信するための手段を具備し、それにより、当該ユニットはこの情報に基づいて異なる磁性部材を制御することができる。鋳型の壁面の温度を測定することにより間接的な方法で鋳型内の溶融物の温度を測定するように構成された部材２０が概略的に図示されている。しかし、直接的な測定も可能である。この温度の測定は、１又は複数の点で連続的に又は断続的に実行されうる。次いで、メニスカスのエリアにおいて温度を測定すると特に効果的である。さらに、鋳込み速度を測定する、つまり、単位時間当たりに鋳型に供給される溶融金属の容量を測定するための部材２１が提供される。また、鋳型内の上側表面のレベルを測定するための概略的に図示された部材２２を配設しても好適である。ユニット１２は、最適な鋳込みを実現するために各種の磁性部材を適切に制御するためのコンピュータプログラムにより動作可能なプロセッサを具備することが好ましい。
【００３３】
低速の鋳込み速度では、上側表面に安定した均一温度を維持するために中央領域のメニスカス又は上側表面を適切に攪拌することが重要であり、次いで、第２の磁性部材１７はそのような攪拌を実現するために強度が比較的高い進行磁場を生成するように制御されることが好ましい。これに関連して言うと、第３の磁性部材１９は、ほぼ又は完全に取り外すことができるのに対し、第１の磁性部材１６により溶融金属内の上向き及び下向きフローをある程度制動することが望ましい。この結果、上側表面では、制御又は不制御フローＡと攪拌フローＢとを有する図３に示すフローを構成することができる。
【００３４】
中速の鋳込み速度では、第２の磁性部材により中央領域で生成される進行磁場の強度を若干減少することができ、それと同時に第３の磁性部材１９を制御して、端部領域に上側表面を若干制動する静磁場を生成する。
【００３５】
高速の鋳込み速度では、上側表面のエリアにおいて溶融物の動きに最適な速度、通常０．３±０．１ｍ／秒を実現するために、前記エリアで溶融物を強力に制動することが要求される。また、第２の磁性部材１７は、上側表面の中央領域で静的な制動磁場を生成するように有利に制御され、しかし磁性部材１９は、上側表面全体に亘り溶融材料の速度を均一にするために端部領域での制動効果が更に大きくなるように制御される。
【００３６】
そのような高速の鋳込み速度では、比較的強力に制動するため、第１の磁性部材１６の制御も要求される。
【００３７】
図４による金属連鋳装置の３つの磁性部材を組み合せ、ユニット１２によりそれらを別々に制御できることは、鋳型の様々な箇所で鋳込み結果が最適となる溶融物の流速を実現することと、低速及び高速並びに中速の鋳込み速度で溶融物の上側表面に均一で安定した温度を実現することとに寄与する。
【００３８】
図５は、第１の磁性部材１６と第２の磁性部材１７のみを備えていることにより、特に低速の鋳込み速度の場合に適した本発明による金属連鋳装置の様態を概略的に図示している。この実施形態及び図６と図７の実施形態には、鋳型の双方の長辺側に沿って電磁石が配設されており、簡略化するためにこれらの図には示されていないが、前記電磁石は、図４による実施形態に示された場合と同じように供給及び制御される。
【００３９】
図６は、第２の磁性部材１７と第３の磁性部材１９のみを具備した実施形態による金属連鋳装置を図示している。ここでは、第３の磁性部材１９により端部領域で発生する磁場が、電極を相互接続したヨーク２３により閉塞されている様態を図示しており、一方、図７には別の可能性が図示されている。ここでは、磁性部材１９に属し同一の長辺側に配設された電磁石の磁極は、該磁極を相互接続したヨーク２４により磁場が閉塞されるように、配設される。図７に示された実施形態は、第１の磁性部材１６と第３の磁性部材１９のみをそれぞれ備えており、特に高速の鋳込み速度の場合に適した本発明による金属連鋳装置の簡略化された変形例を構成している。
【００４０】
本発明は、当然、いかなる意味でも上記実施形態に制限されるものでなく、本発明の基本的概念から逸脱することなく、複数の変形例が可能であることは当業者には自明である。
【００４１】
例えば、各種の磁性部材は、鋳型の断面において図示された範囲とは異なる範囲を有することができ、例えば、図５による実施形態では、第２の磁性部材は、制御される鋳込みプロセスに基づき、各長辺に沿って場合によっては各短辺側まで、距離をさらに延ばすことができる。
【００４２】
第２の磁性部材の相数を３以外、例えば２とすることができる。
【００４３】
異なる磁束を多くの様々な方法で閉塞することができる。例えば、上側表面の端部領域における磁性部材の磁束を、もっと深いレベルに位置する第１の磁性部材を介して閉塞することができる。
【００４４】
個々のコイル（電磁石）が他のコイルとは別個に制御されるように制御の精度を上げることも可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、金属連鋳装置の概略的な断面図である。
【図２】図２ａは、本発明の第１の好ましい実施形態による金属連鋳装置の図１に対応する縦方向の断面図である。図２ｂは、図３のＩＩｂ−ＩＩｂ方向の図２ａの金属連鋳装置の簡略部分図である。
【図３】図３は、図２の金属連鋳装置の概略的な上面図である。
【図４】図４は、図２の金属連鋳装置の部分切断斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第２の好ましい実施形態による金属連鋳装置の部分概略斜視図である。
【図６】図６は、図５に対応した本発明の第３の好ましい実施形態による金属連鋳装置の図である。
【図７】図７は、図５に対応した本発明の第４の好ましい実施形態による金属連鋳装置の図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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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