專利名稱：電磁攪拌線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過電磁力對鑄模內(nèi)的鋼水進(jìn)行攪拌的電磁攪拌線圈。
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)量優(yōu)良的鑄坯，一般使用通過電磁力對鑄模內(nèi)的鋼水進(jìn)行攪拌的方法，關(guān)于通過電磁力對鑄模內(nèi)的鋼水進(jìn)行攪拌的電磁攪拌線圈，此前提出了各種各樣的方案。
例如，日本專利第3273105號的公報公開了一種流動控制裝置，其通過設(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，同時可以向熔融金屬施加強大的磁場。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，日本專利第3273105號公報雖然公開了增加鐵心(軛鐵)的有效面積的方法，但對于軛鐵橫斷面積相對于與鐵心的有效面積相當(dāng)?shù)碾姶艛嚢杈€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)的問題，提供一種以前不能實現(xiàn)的緊湊且高推力的電磁攪拌線圈。
本發(fā)明為解決上述的課題而進(jìn)行了潛心的研究，結(jié)果通過特定軛鐵橫斷面積相對于與鐵心(軛鐵)的有效面積相當(dāng)?shù)碾姶艛嚢杈€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圈，其要點敘述如下(1)一種電磁攪拌線圈，其通過電磁力對鑄模內(nèi)的鋼水進(jìn)行攪拌，所述電磁攪拌線圈的特征在于軛鐵橫斷面積相對于所述電磁攪拌線圈的橫截面中的內(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)所述的電磁攪拌線圈，其特征在于所述電磁攪拌線圈的磁動勢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)明的電磁攪拌線圈的實施方案，(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勢之間的關(guān)系的圖。
圖6是表示軛鐵寬度B和磁動勢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。
具體實施例方式
關(guān)于實施本發(fā)明的具體實施方式
，使用圖1～圖7進(jìn)行詳細(xì)的說明。
圖1、圖2和圖3例示了本發(fā)明的電磁攪拌線圈的實施方案。
在圖1和圖2中，1表示鑄模，2表示電磁攪拌線圈，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，使電流流過其鑄模1的周圍所配置的電磁攪拌線圈2，由此產(chǎn)生電磁力，從而將箭頭(實線)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的流動形成如箭頭(虛線)的流動。使這兩者的流動互不干涉地形成，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)明的電磁攪拌線圈的鑄模部的詳細(xì)圖，圖3是線圈部分的放大圖(剖視圖)。
在電磁攪拌線圈2的內(nèi)部，設(shè)置有相當(dāng)于鐵心的軛鐵6，向卷繞在該軛鐵周圍的線圈供電，便產(chǎn)生磁場。本發(fā)明的特征在于軛鐵6的橫斷面積(B×D)相對于電磁攪拌線圈2的橫截面中的內(nèi)面積(具體地說是由圖3的線圈卷繞外形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)行說明。
之所以設(shè)定圖2所示的電磁攪拌線圈2的橫截面中的軛鐵寬度B為100mm以上，是因為當(dāng)欲通過在凝固殼前面賦予鋼水的流動，以改善鑄坯表層部的清凈性時，就需要100mm以上。
另外，之所以設(shè)定電磁攪拌線圈2的橫截面中的軛鐵寬度B為300mm以下，是因為這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，是因為軛鐵寬度B優(yōu)選為小于圖2所示的浸漬深度L，一般地說，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，則可以切實地避免噴嘴噴出流和攪拌流之間的干涉。
其次，在以下說明軛鐵的占空系數(shù)(-)設(shè)定為0.5以上的理由。
電磁攪拌線圈2的橫截面中的內(nèi)面積，更具體地說是由圖3的線圈卷繞外形7所包圍的內(nèi)面積，表示電磁攪拌線圈2的大小，該內(nèi)面積越小，就越能成為緊湊的電磁攪拌線圈。
通過向電磁攪拌線圈2供電而可以形成的磁力的大小，可以用磁動勢來規(guī)定。如果在軛鐵6內(nèi)不會達(dá)到磁飽和地形成因該磁動勢而可以產(chǎn)生的磁場，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圈2的磁動勢，也不能形成與磁動勢的增加部分相當(dāng)?shù)拇艌觥?br> 另一方面，磁動勢的最大值是200kAT/m左右，如果超過該值，就會出現(xiàn)軛鐵6的局部發(fā)熱問題，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)相對于電磁攪拌線圈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)相對于電磁攪拌線圈2的橫截面中的內(nèi)面積(具體地說是由圖3的線圈卷繞外形7所包圍的內(nèi)面積)的占空系數(shù)(-)為0.5以上(參照圖5)。
在本發(fā)明中，占空系數(shù)的上限雖然沒有規(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)定推力的磁動勢，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，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，不過優(yōu)選的是使形成線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，由此使線圈的內(nèi)側(cè)形狀接近軛鐵的斷面形狀。
另外，電磁攪拌線圈的磁動勢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)定磁動勢F/軛鐵寬度B為800kAT/m以上，是因為這樣可以避免來自浸漬噴嘴的噴出流和攪拌流之間的干涉，同時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。
實施例本發(fā)明的電磁攪拌線圈的實施例如圖4～圖6所示。
制作軛鐵寬度和占空系數(shù)不同的幾個線圈，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)變儀等測量在電磁攪拌線圈上通電的狀態(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，使用電磁攪拌線圈進(jìn)行了實際的鑄造。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數(shù)，從鑄坯的上面、下面分別切取全寬×鑄造方向長度200mm的試樣，從表面每隔1mm研磨全寬度×長度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數(shù)的總和。
除此以外，為弄清楚因電磁攪拌線圈引起的攪拌流、與來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，在制作的電磁攪拌線圈之中，當(dāng)占空系數(shù)為0.5以上、鐵心厚度為100mm～300mm時，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)在鑄坯的整個寬度上，從鑄坯表面向內(nèi)部成長的樹枝狀晶體具有與流動的頂風(fēng)方向一樣的傾斜度而成長。
圖5表示了占空系數(shù)(-)和用于得到規(guī)定推力的磁動勢之間的關(guān)系。此外，在圖5中有幾個圖示，表示了如下的研究結(jié)果，即制作占空系數(shù)不同的幾個電磁攪拌線圈，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，磁動勢迅速地增加，表示已經(jīng)達(dá)到磁飽和。
使用圖6所示的軛鐵寬度B和磁動勢F/軛鐵寬度不同的幾個電磁攪拌線圈，其磁動勢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數(shù)的總和，且以不施加電磁攪拌時的個數(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)通過增加磁動勢/軛鐵寬度，其缺陷指數(shù)降低，但其中通過將其設(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，通過特定軛鐵橫斷面積相對于與鐵心(軛鐵)的有效面積相當(dāng)?shù)碾姶艛嚢杈€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圈，而且可以避免攪拌流和來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
1.一種電磁攪拌線圈，其通過電磁力對鑄模內(nèi)的鋼水進(jìn)行攪拌，所述電磁攪拌線圈的特征在于軛鐵橫斷面積相對于所述電磁攪拌線圈的橫截面中的內(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所述的電磁攪拌線圈，其特征在于所述電磁攪拌線圈的磁動勢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現(xiàn)的緊湊且高推力的電磁攪拌線圈，其通過電磁力對鑄模內(nèi)的鋼水進(jìn)行攪拌，軛鐵橫斷面積相對于該電磁攪拌線圈的橫截面中的內(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，所述電磁攪拌線圈的磁動勢F除以軛鐵寬度B的F/B值優(yōu)選為800kAT/m以上。
文檔編號B22D11/11GK101039764SQ200580035150
公開日2007年9月19日 申請日期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 申請人:新日本制鐵株式會社