特許 7069424 連続鋳造における流速の制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-09

(45)【発行日】2022-05-17

(54)【発明の名称】連続鋳造における流速の制御

(51)【国際特許分類】

   B22D 11/11 20060101AFI20220510BHJP

   B22D 11/115 20060101ALI20220510BHJP

【ＦＩ】

B22D11/11 D

B22D11/115 A

B22D11/115 Z

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021542460

(86)(22)【出願日】2020-01-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-19

(86)【国際出願番号】 EP2020051958

(87)【国際公開番号】W WO2020157020

(87)【国際公開日】2020-08-06

【審査請求日】2021-08-20

(31)【優先権主張番号】62/798,702

(32)【優先日】2019-01-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】505056845

【氏名又は名称】アーベーベー・シュバイツ・アーゲー

【氏名又は名称原語表記】ＡＢＢ Ｓｃｈｗｅｉｚ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｂｒｕｇｇｅｒｓｔｒａｓｓｅ ６６， ５４００ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ホンリアン ヤン

(72)【発明者】

【氏名】マーティン セデン

(72)【発明者】

【氏名】ニルス ペーター ヤコブソン

(72)【発明者】

【氏名】アンダース レーマン

【審査官】坂口 岳志

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－１４６８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－００１３０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｄ １１／００－１１／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属の連続鋳造用の金型（２）内の流速を制御するための装置（１）であって、
前記金型の一方の側に配置された、関連する第１の磁気コイル（４ａ、４ｂ）を備える少なくとも２つの第１のフロントコア（３ａ、３ｂ）であって、前記第１の磁気コイル（４ａ、４ｂ）は、それぞれが前記少なくとも２つの第１のフロントコア（３ａ、３ｂ）のうちの各第１のフロントコア（３ａ、３ｂ）と関連する、前記第１の磁気コイルの少なくとも２つのサブセットを備えている、第１のフロントコア（３ａ、３ｂ）と、
前記金型の対向する側に配置された、関連する第２の磁気コイル（６）を備える少なくとも２つの第２のフロントコア（５ａ、５ｂ）であって、前記少なくとも２つの第２のフロントコア（５ａ、５ｂ）はそれぞれ、前記少なくとも２つの第１のフロントコアのうちの各第１のフロントコアと実質的に整列している、第２のフロントコア（５ａ、５ｂ）と、
前記少なくとも２つの第２のフロントコア（５ａ、５ｂ）のそれぞれを前記少なくとも２つの第１のフロントコアのうちの各第１のフロントコアに実質的に整列するように接続して、少なくとも２つの磁気経路が前記金型（２）を通過するように形成する、外部磁気ループ（７，８，９）であって、前記少なくとも２つの磁気経路はそれぞれ、前記第１のフロントコアから前記第２のフロントコアへとまたは前記第２のフロントコアから前記第１のフロントコアへと一方向の磁束が前記金型を通過することを可能にする、外部磁気ループ（７，８，９）と、
前記少なくとも２つの磁気経路のそれぞれを独立して制御して前記金型（２）を通過できるようにするために、前記第１の磁気コイルの前記少なくとも２つのサブセットの独立制御を可能にする制御インタフェース（１４）と、
を備え、
前記フロントコアは、磁束が前記金型を通過することを可能にするための再構成可能な磁束整形要素を備えており、再構成可能な前記磁束整形要素は、自由に位置決め可能な複数の磁気突出部（１７）を備えることを特徴とする、装置（１）。

【請求項2】

前記制御インタフェースは、前記第２の磁気コイルの２つのサブセットの独立制御を可能にする、請求項１記載の装置。

【請求項3】

前記第１または前記第２の磁気コイルの前記サブセットは、前記金型の横方向に関して異なる位置に配置されている、請求項１または２記載の装置。

【請求項4】

前記第１または前記第２の磁気コイルの前記サブセットの各々は、１つ以上の磁気コイルを備える、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。

【請求項5】

前記制御インタフェースは、整列したフロントコアの対に関連する前記磁気コイルを協調制御するように適合されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。

【請求項6】

前記制御インタフェースは、各サブセットの前記磁気コイルを励磁するための電気端子（１０）を備える、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。

【請求項7】

前記制御インタフェースはプロセッサ（１８）を備える、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。

【請求項8】

１つ以上のセンサ（１９）をさらに備え、
前記制御インタフェースの前記プロセッサは、
前記金型内の温度分布および／または
メニスカス高さ分布、メニスカス速度、メニスカス高さ変動もしくは別のメニスカス特性
を表す前記センサからのセンサデータに基づいて前記磁気コイルを制御するように構成されている、請求項７記載の装置。

【請求項9】

前記制御インタフェースの前記プロセッサは、前記金型の横方向に関して空間分解能を有するセンサデータを処理するように構成されている、請求項７または８記載の装置。

【請求項10】

前記制御インタフェースの前記プロセッサは、前記金型内の過渡的な流体力学の数値シミュレーションに基づいて前記磁気コイルを制御するように構成されている、請求項７から９までのいずれか１項記載の装置。

【請求項11】

前記外部磁気ループは、
前記第１および前記第２のフロントコアとそれぞれ相互作用するように配置された第１および第２のレベルコア（８，９）と、
外部ヨーク（７）と、
を備える、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。

【請求項12】

前記レベルコアは、前記金型から離れる方向に引込み可能である、請求項１１記載の装置。

【請求項13】

前記装置が前記金型から独立して移動することを可能にする支持構造をさらに備える、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の装置。

【請求項14】

前記装置のいずれの部分も振動台によって支持されていない、請求項１３記載の装置。

【請求項15】

金属の連続鋳造用のシステムであって、
金型（２）と、
金属供給部（１３）と、
請求項１から１４までのいずれか１項記載の装置と、
を備えるシステム。

【請求項16】

薄スラブ鋳造機である、請求項１５記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、金属の連続鋳造の分野に関し、詳細には、薄スラブ鋳造機内の流速を制御するための装置を提案する。

【背景技術】

【0002】

高速連続薄スラブ鋳造の工程では、安定性の制御が不可欠である。従来技術の高生産性の薄スラブ鋳造機は、毎分８トン以上のスループットを有することができる。このシナリオでは、溶鋼が浸漬ノズル（ＳＥＮ）から金型に入る際の入口流速が速く、ストランドの上部で強い乱流効果が発生し、流れパターンが、不安定で、変動しやすく、時間変化するというリスクを伴う。これらの影響を低減することは、流体鋼が金型内で均一に固化するための、均一で一定の熱条件および流動条件を得るために重要である。

【0003】

今日の連続鋳造機では、スラブの生産は、グレードや寸法によって多様化することが多い。これらの異なる鋳造機出力に対応するために、薄スラブ鋳造機の動作は、幅、鋳造速度、ＳＥＮのタイプ、ＳＥＮ浸漬、過熱、金型漏斗のタイプなどによって動的に変化する。プロセスの難しい側面は、均一な固化に有利な条件で、鋳造機パラメータに依存しない同等の固化環境を提供することである。高速薄スラブ鋳造機に特に存在しているのは、過度のメニスカス流速、変動、乱流および偏った流れのリスクであり、これは、モールドパウダの巻き込みまたは初期のシェル固化の変動を引き起こす可能性がある。

【0004】

電磁ブレーキ（ＥＭＢＲ）は、金型内の溶鋼の流れを制動するだけでなく、ブレーキに流れる電流を制御することで、鋼の流入速度に応じて適切なレベルに制動力を調整することができるため、薄スラブ鋳造機において、このような品質低下の原因となりうる現象を動的に打ち消すための大きな代替案を提供する。

【0005】

従来の決定論的（または開ループ）ＥＭＢＲ制御は、異なる鋳造条件で異なる電流をＥＭＢＲに印加する。適切な電流の設定は、通常、鋼の品質およびプロセスの安定性を評価する試験ならびに数値的および物理的モデリングによって見出される。これらの方法は、面倒で時間と費用がかかるだけでなく、大規模に機能し、局所的かつ特殊なイベントを処理する鋭さを欠いている。

【0006】

欧州特許第２６３３９２８号明細書は、ＥＭＢＲ制御の改良が試みられたものであり、すなわち、鋳造金型の異なるゾーンに独立して制御可能な複数の磁気ブレーキを配置することによるものである。これにより、オペレータは、溶融金属の流れにおける左右の非対称性または深さ勾配を打ち消すための一定の自由度を得ることが可能になる。しかしながら、磁極の構成により、磁気ブレーキは、金型内の少なくとも１つの局所磁場の方向が金型内の他の局所磁場の方向と対向する磁場を印加することができるだけである。換言すれば、１つの左側の制動ゾーンおよび１つの右側の制動ゾーンを有する、欧州特許第２６３３９２８号明細書による制動装置は、（＋，－）モード、（－，＋）モードなどのモードで動作可能であるが、例えば、（＋，＋）モードまたは（＋，０）モードでは機能しない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本開示の１つの目的は、金属の連続鋳造用の金型において、より自在、柔軟かつ／またはより適応可能な流速制御を可能にする流速制御装置を提案することである。この目的は、独立請求項によって定義される本発明によって達成される。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１の態様では、金属の連続鋳造用の金型内の流速を制御するための装置は、金型の一方の側に配置された、関連する第１の磁気コイルを備える少なくとも２つの第１のフロントコアと、第１のフロントコアと実質的に整列し、金型の対向する側に配置された、関連する第２の磁気コイルを備える少なくとも２つの第２のフロントコアと、第２のフロントコアと第１のフロントコアとを接続して、第１のフロントコアから第２のフロントコアへとまたは第２のフロントコアから第１のフロントコアへと一方向の磁束が通過することを可能にする外部磁気ループとを備える。一実施形態によれば、流速制御装置は、第１の磁気コイルの２つのサブセットの独立制御を可能にする制御インタフェースをさらに備える。

【0009】

外部磁気ループと、第１の磁気コイルの一部を他の第１の磁気コイルと独立して制御することができる制御インタフェースとの組み合わせにより、流速制御装置は、金型の異なる領域に異なる強度の一方向の磁束を供給することができる。一方向の磁束とは、局所的にゼロでない限り、いずれの場所においても第１のフロントコアに近い金型側から第２のフロントコアに近い金型側へ向けられた磁束、または、いずれの場所においても第２のフロントコアに近い金型側から第１のフロントコアに近い金型側へ向けられた磁束のことである。外部磁気ループの存在により一方向の磁束を生成することが可能になるが、（＋，－）または（－，＋）タイプの磁束を印加することもでき、正味の磁束は、ゼロ（例えば、左右の大きさが等しい場合）または非ゼロ（例えば、左右の大きさが異なる場合）とすることができる。外部磁気ループの存在は、欧州特許第２６３３９２８号明細書に記載されているように、金型内の少なくとも１つの局所磁場の方向が、金型内の他の局所磁場の方向と対向しているという制限を解除する。

【0010】

一実施形態では、制御インタフェースは、第２の磁気コイルの２つ以上のサブセットの独立制御を可能にする。これは、制御インタフェースが可能にする、第１の磁気コイルの２つ以上のサブセットの独立制御に追加されるものである。第２の磁気コイルの制御可能性の効果は、磁束のジオメトリおよび／または局所強度をより正確に制御できることである。

【0011】

第１の磁気コイルのサブセットおよび／または第２の磁気コイルのサブセットは、金型の横方向に関して異なる位置に配置されていてよい。例えば、流速制御装置が、１つの左側および１つの右側の第１のフロントコアと、１つの左側および１つの右側の第２のフロントコアとを備える実施形態では、関連する２つの左側の磁気コイルは、関連する２つの右側の磁気コイルとは独立して制御可能とすることができる。これは、横方向に関して印加される磁束のより正確な調整を可能にし、それにより、流れジオメトリを含む流速のより正確な制御を可能にすることができる。

【0012】

変形例では、流速制御装置は、２つの左側および２つの右側の第１のフロントコアと、２つの左側および２つの右側の第２のフロントコアとを備えることができ、２つの左側の第１のフロントコアは、金型の垂直方向を良好にカバーするために、異なる高さに配置することができる。同様に、右側の第１のフロントコア、左側の第２のフロントコアおよび右側の第２のフロントコアの各々は、異なる高さに配置することができる。この変形例によれば、２つの左側の第１のフロントコアに関連する磁気コイルは、２つの右側の第１のフロントコアに関連する磁気コイルとは独立して制御可能である。さらに、（ｉ）左上側および左下側の第１のフロントコアに関連する磁気コイル間、（ｉｉ）左上側および左下側の第２のフロントコアに関連する磁気コイル間、（ｉｉｉ）右上側および右下側の第１のフロントコアに関連する磁気コイル間、（ｉｖ）右上側および右下側の第２のフロントコアに関連する磁気コイル間、および／または、（ｖ）２つの左側の第２のフロントコアに関連する磁気コイルと２つの右側の第２のフロントコアに関連する磁気コイルとの間に、任意選択の－必須ではない－制御の独立性がある。

【0013】

上記の実施形態では、制御インタフェースが各サブセットの磁気コイルを励磁するための電気端子を備えるという事実によって、独立した制御を実現することができる。換言すれば、電気的に分離された端子（または端子対）がサブセットごとに提供される。代替的には、制御インタフェースがプロセッサを備え、少なくとも部分的にソフトウェアに実装されている場合、制御の独立性は、この趣旨のソフトウェア命令によって実現することができる。

【0014】

一実施形態では、制御インタフェースは、整列したフロントコアの対に関連する磁気コイルを協調制御するように適合されている。例えば、左（上）側の第１のフロントコアに関連する磁気コイルと、左（上）側の第２のフロントコアに関連する磁気コイルとが、協調制御される。左（上）側の第１のフロントコアおよび左（上）側の第２のフロントコアは、金型の横方向に概ね平行である左（上）側の第１のフロントコアおよび左（上）側の第２のフロントコアの対称軸が実質的に一致するという意味で整列させることができる。協調制御は、実質的に等しいかまたは比例した制御信号または励磁電流が両方の磁気コイルに印加され、その結果、両方のコイルを通る磁束が、同等かまたは実質的に等しいという意味で理解されるべきである。これは、協調制御されるべきそれらの磁気コイルの磁気コイルを励磁するための共通の電気端子（または端子の対）を備えた制御インタフェースを提供することによって実現することができる。同様に、プロセッサを備える制御インタフェースの場合、協調制御は、対応するソフトウェア命令を提供することによって実現することができる。

【0015】

一実施形態では、磁気コイルは、金型内の温度分布または温度勾配に関連するセンサデータまたはメニスカス特性に関連するセンサデータに基づいて制御される。センサデータは、金型の横方向に関して空間分解能を有することができる。つまり、センサデータは、少なくとも１つの左側の値と、１つの右側の値とを含むことができる。空間分解能がさらに細かい実施形態では、金型の横方向に沿って分布する同数の点または領域に対応する３つ以上の異なるセンサデータ値が存在してよい。

【0016】

一実施形態では、第１および／または第２のフロントコアは、磁束整形要素を備えている。これにより、空間的に不均一な磁束が、金型を通過することができる。磁束整形要素は再構成可能とすることができる。

【0017】

一実施形態では、外部磁気ループは、金型の交換または保守を可能にするために、金型から離れる方向に引込み可能とすることができる第１および第２のレベルコアと、外部ヨークとを備える。これにより、第２のフロントコアから、第２のレベルコア、外部ヨーク、第１のレベルコアを介して、第１のフロントコアに至り、磁束が金型を横方向に通過して第２のフロントコアに到達するという、実質的に閉ループで磁界を作ることができる磁気回路を提供する。

【0018】

一実施形態では、流速制御装置は、金型から独立して移動することができるように支持されている。通常、鋳造をよりスムーズに進めるために、金型は振動台に取り付けられる。振動を受けることの恩恵を受けない流速制御装置は、振動台とは異なる支持構造に取り付ける必要がある。それにより、振動台が支える必要のある重量が少なくなるので、振動台は、より単純な設計を有し、動作がより経済的であり、摩耗および疲労を少なくすることができる。

【0019】

第２の態様では、金型と、溶融金属の供給部と、上記の特性を有する流速制御装置とを備える、金属の連続鋳造用のシステムが提供される。好ましくは、システムは薄スラブ鋳造機である。

【0020】

一般に、特許請求の範囲で使用されるすべての用語は、本明細書で別段の定めがない限り、技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。流速制御装置、電磁制動装置、電磁ブレーキ（ＥＭＢＲ）および略して装置という用語は、本開示において交換可能に使用することができる。「要素、器具、コンポーネント、手段、ステップなど」へのすべての言及は、特に明記しない限り、要素、器具、コンポーネント、手段、ステップなどの少なくとも１つの例を指すものとして公然と解釈されるべきである。本明細書に開示される任意の方法のステップは、明示的に述べられない限り、開示される正確な順序で実行される必要はない。

【0021】

次に、一例として、添付の図面を参照して、態様および実施形態を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】鋳造金型の両側に単一の磁気コイルを備えた薄スラブ鋳造機の部分的な斜視断面図である。

【図2】鋳造金型の両側に単一の磁気コイルを備えた薄スラブ鋳造機の部分的な斜視断面図である。

【図3】金型の両側にある磁気コイルを独立して制御することができない、外部ヨークを備えた薄スラブ鋳造機の概略上面図である。

【図4】金型の両側にある独立して制御可能な左右の磁気コイルと、左右の磁場の方向が互いに対向するように配置された２つの内部ヨークとを備える薄スラブ鋳造機の概略上面図である。

【図5】本発明の実施形態による、金型の両側にある独立して制御可能な左右の磁気コイルと、外部ヨークとを備える薄スラブ鋳造機の概略上面図である。

【図6】薄スラブ鋳造機のフロントコア上に配置された磁束整形要素の構成の概略正面図である。

【図7a】磁束整形要素の構成を備える薄スラブ鋳造機のフロントコアの斜視図である。

【図7b】図７ａに示される磁束整形要素の構成の概略正面図である。

【図8】本発明の実施形態による、プロセッサ、制御インタフェースおよびセンサが示されている、金型の両側にある独立して制御可能な左右の磁気コイルと外部ヨークとを備える薄スラブ鋳造機の概略上面図である。

【図9】金型内の温度分布を感知するための複数の水平に配置された光ファイバが壁に存在している鋳造金型の斜視図である。

【図10】横方向ｘに関する速度分布ｖ（ｘ）およびメニスカス高さｈを示し、薄スラブ鋳造機のＳＥＮの横方向断面（下部）と、Ｂ－Ｂ線を通る横断面（上部）とを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

次に、本発明の特定の実施形態が示されている添付の図面を参照して、本発明の態様をより完全に説明する。

【0024】

しかしながら、これらの態様は多くの異なる形式で具体化することができ、制限として解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全かつ完全であり、本発明のすべての態様の範囲を当業者に完全に伝えるために、例として提供されている。同様の参照符号は、以下の符号の説明に要約されているように、説明全体で同様の要素を指す。

【0025】

図１および図２は、不透明な物体を除去した量が異なる断面図であり、一般的なタイプの電磁制動装置を備えた薄スラブ鋳造機システムを示している。動作中、ＳＥＮ１３は、鋼、鉄または非鉄合金などの溶融金属を金型２に放出する。金属自体の重力の下向きの力と、引き続き追加される、金型２内のより上方にある金属の重量とによって、金属は垂直に移動して、金型２のより低温の領域に到達し、そこで漸進的に固化（結晶化）して、最終的に連続スラブとして金型２から進出する。金型２は、例えば、摩擦を調整するために任意選択で、潤滑化またはコーティングされた内面を有する銅製とすることができ、約１００ｍｍ×１４００ｍｍの断面を有することができ、５．５ｍ／分の鋳造速度に適合することができる。

【0026】

図１および図２に示される電磁制動装置は、金型２の近位側にある第１のフロントコア３（図２のみに見える）と、金型２の遠位側にある第２のフロントコア５（図２のみに見える）とを備えている。１つの磁気コイル４，６が各フロントコア３，５を取り囲み、それによって、前記フロントコア３，５に関連付けられている。少なくとも近位側の磁気コイル４を励磁するための電気端子１０が示されている。第１および第２のフロントコア３，５の細分化された近位部分３．１，５．１は、過剰な熱を除去するように適合された冷却媒体通路１１．１，１２．１の対応する通路を通って金型２の表面まで延びている。電磁制動装置は、第１および第２のレベルコア８，９をさらに備え、第１および第２のレベルコア８，９は、フロントコア３，５と相互作用し、さらに、磁気回路を閉じるのに役立つ両面磁気ヨーク７と相互作用する。磁気回路のインタフェースは、中実である場合もあれば、エアギャップを含むこともできる。磁気ヨーク７およびレベルコア８，９は、鉄などの強磁性材料とすることができる。

【0027】

白抜きの矢印は、磁気コイル４，６が励磁されている間の局所磁束の方向を示している。励磁された磁気コイル４，６の作用下で、ＳＥＮ１３の下の金型２内の金属の流れは、流速ｖに実質的に垂直な静磁場Ｂにさらされている。したがって、金属は、流速ｖと実質的に対向する方向の制動渦電流力
Ｆ＝σ（Ｅ＋ｖ×Ｂ）×Ｂ
を受ける。なお、Ｅは局所電場であり、σは適切な単位での導電率である。図１および図２に示される電磁制動装置は、金型２の異なる横方向位置での流れの独立した制御を可能にしない場合がある。

【0028】

図３は、外部ヨーク７を備える電磁制動装置を備えた薄スラブ鋳造機の概略上面図である。この薄スラブ鋳造機は、図１および図２を参照して説明したものと同様の特性を有している。薄スラブ鋳造機に装備されている電磁制動装置は、金型２の両側に単一の磁気コイル４，６を備えている。磁気コイルは、接続された制御インタフェース１４によって生成された信号に従って励磁され、実線の矢印によって示唆されたものと同様の磁束を提供する。制御インタフェース１４は、２つの磁気コア４，６に対する独立した制御を可能にすることができるが、金型２の左側および右側において横方向の磁場に異なる強度を与えることは不可能である。

【0029】

図４は、左右の第１の磁気コイル４ａ，４ｂに関連する左右の第１のフロントコア３ａ，３ｂと、左右の第２の磁気コイル６ａ，６ｂに関連する左右の第２のフロントコア５ａ，５ｂとを備えた電磁制動装置を有する、更なる先行技術の鋳造システムの上面図である。磁束は、左右の第１のフロントコア３ａ，３ｂと相互作用する第１の内部磁気ヨーク１５および左右の第２のフロントコア５ａ，５ｂと相互作用する第２の内部磁気ヨーク１６によって循環することができる。実線の矢印で示される磁束は、金型２を介して再循環されるため、欧州特許第２６３３９２８号明細書のように、図示の電磁制動装置は、左側および右側の磁場の方向が互いに対向するような磁場を生成することができるに過ぎない。これは、磁気コイル４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの可制御性に関係なく当てはまる。

【0030】

本発明は、磁気制動場の可制御性を改善するための解決手段を提案する。図５は、本発明の実施形態による、金型の両側にある独立して制御可能な左右の磁気コイル４，６と、外部ヨーク７とを備える流速制御装置１を備えた薄スラブ鋳造機の概略上面図である。左側の制御インタフェース１４ａは、左側の第１および第２のフロントコア３ａ，５ａに対応する磁気コイル４ａ，６ａの励磁を制御する。好ましくは、２つのコイルは、上記の意味で協調制御される。右側の制御インタフェース１４ｂは、金型２の右側にある対応するコイルを励磁するように配置されている。この流速制御装置１は、金型２の異なる横方向位置を通過する磁場の独立制御を可能にする。磁束は、金型２ではなく、外部ヨーク７を含む外部ループを通って循環することができる。本発明による流速制御装置１の一般的な特性に関しては、図１～図４に示される電磁制動装置の上記の説明が参照される。

【0031】

図５に示される実施形態の変形例では、第１および第２のレベルコア８，９もまた、左側の第１のレベルコア、右側の第１のレベルコア、左側の第２のレベルコアおよび右側の第２のレベルコアに分割することができる。次いで、第１の左側のレベルコアが、第１の左側のフロントコアなどと相互作用している。

【0032】

図５には、流速制御装置１の支持構造は明示的に示されていない。流速制御装置１は、好ましくは、金型２とは独立して移動することができるように支持されている。金型２は振動台に取り付けることができるが、流速制御装置１は、振動台とは異なる支持構造に取り付けることが好ましい。このようにして、振動台はより軽い負荷を支持するので、振動台の設計を単純化することができる。

【0033】

図６は、薄スラブ鋳造機内の流速制御装置１のフロントコア５，６の近位部分５．１，６．１に配置された磁束整形要素の配置の概略図である。塗りつぶされた正方形は、金型２に相対的に近くに延びる部分に対応し、空の正方形は、金型２から相対的に遠くで終端している。軟鋼製、鉄製または他の強磁性材料製のフロントコア５，６は、空気よりも大幅に高い透磁率を有しているので、磁束はより短いエアギャップを好み、より短いエアギャップに集中する。したがって、局所磁場は、長いエアギャップよりも短いエアギャップで相対的に強くなり、その結果、金型２を通過する磁束は、より柔軟に分配される。この磁気的な分配効果は、金型２の対向する側のフロントコアが対称的な磁束整形要素を有する場合、さらに顕著になり得る。

【0034】

磁束整形要素の構成は、金型２の内部ジオメトリ、ＳＥＮ１３の特性、鋳造速度などを考慮して、予想される流れパターンに適合させることができるため、適切な制動動作が実現されている。幾つかの実施形態では、磁束整形要素は、展開後に再構成されて、異なる鋳造プロセスで有用になるかまたは所与の鋳造プロセスに関する後の洞察を組み込むことができる。磁束整形要素が、図７ａに示されるタイプの自由に位置決め可能な複数の磁気突出部１７として提供される場合、再構成可能性が保証される。突出部１７は、各フロントコアの凹部に取外し可能に取り付けられた鉄または別の強磁性材料の棒とすることができる。磁束整形要素の再構成は、好ましくは、連続する連続鋳造バッチ間で実施される。

【0035】

図６に示す例では、磁束整形要素により、中央部を除いて、下部で磁束が相対的に強くなる。図７ｂに示される更なる例では、磁束整形要素は、より強い制動が必要であると予想される金型２上の位置に対応して実質的にボウル形状に配置されている。図６および図７ｂの各々の幅は、金型２の全幅に実質的に対応している。図１および図２の斜視図が示唆するように、高さは金型２の上部に対応することができる。

【0036】

本発明の一実施形態によれば、示される各構成の左側および右側は、好ましくは、関連する磁気コイルを備えた各々の左側および右側の第１（または第２）のフロントコアに含まれることを想起されたい。これにより、鋳造バッチ間で磁束整形要素を再構成するオプションに加えて、動的な左右の制御性が実現される。磁気コイルの数が多い他の実施形態では、制御可能性の横方向の分解能をさらに細かくすることができる。図６および図７ｂに示されているパターンは、左右方向に関して鏡面対称であるが、非対称パターンを使用することもできる。そのようなパターンから生じる非対称の制動力の分布は、ＳＥＮ１３からの非対称の鋳造ジェットを安定させるために有利であり得る。

【0037】

図８は、本発明の実施形態による、金型２の両側にある独立して制御可能な左右の磁気コイル４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂと外部ヨーク７とを備える薄スラブ鋳造機の概略上面図である。さらに、プロセッサ１８と、磁気コイルを励磁するための左右の制御インタフェース１４ａ，１４ｂと、様々な流れパラメータを検出するための左右のセンサ１９ａ，１９ｂとが提供される。流れパラメータは、金型２内の温度分布もしくは温度勾配、メニスカス高さ分布、メニスカス速度、メニスカス高さ変動および／または別のメニスカス特性を含むことができる。制御インタフェース１４ａ，１４ｂは、本出願人のＤＣＳファミリーのコンバータなどのサイリスタ電力コンバータに接続することができるかまたはサイリスタ電力コンバータとして実装することができる。

【0038】

局所温度は、国際公開第２０１７／０３２４８８号に開示された方法およびデバイスを使用する光ファイバの装置を使用して感知することができ、特に国際公開第２０１７／０３２４８８号の図１ａ、図１ｂ、図１ｃ、図１ｄおよび図２を参照されたい。本開示の図９は、鋳造金型２およびＳＥＮ１３の上部の斜視図である。金型２の壁には、横方向の開口部まで水平に延びる複数の光ファイバ（破線）を備えるセンサアレイがあり、これらのファイバは、高い空間分解能で温度分布または温度勾配の感知を可能にする。結果として得られるセンサデータは、固化異常を明らかにすることができ、メニスカス形状を詳細にキャプチャして、メニスカス流速を予測することもできる。図９の代わりに、垂直に配置された光ファイバを使用することもできる。完全に分散された測定システムは、ＳＥＮ１３の左側および右側の両方の流速と変動とを容易にキャプチャし、上記の種類の左右の独立流速制御装置１に接続して、流れの非対称性の管理を容易にすることができる。メニスカスに近い領域の温度の高解像度測定は、左右の流速を独立して制御するために十分な情報を提供する。可能な代替的な制御方法は、左側および右側からのレベルと変動に関する個別の情報を備えた金型レベルセンサの分割セットに基づいている。

【0039】

図１０は、ＳＥＮ１３とその結果の入口速度分布ｖ（ｘ）を示している。図の下部は、ＳＥＮ１３の横断面であり、二通路のフィッシュテール型ノズルとして実現されている。図１０の上部には、Ｂ－Ｂ線に沿った横断面があり、ＳＥＮ１３は、金型２の横方向と実質的に整列している平坦な断面を有することが分かる。金型レベルのセンサは、速度分布ｖ（ｘ）およびメニスカス高さｈを追跡することを可能にすることができ、その結果、流速制御装置１は、流れを安定化させるための適切な制動磁場を印加するように制御することができる。磁場は、溶融金属の流れを安定させ、ダブルロール流れパターンでメニスカスに向かって運動量を導くことを助けると同時に、メニスカス変動を最小限に抑え、メニスカス局所流速を調整するのに適した形状を有するように適合させることができる。一例では、１００×１４００ｍｍの金型および±５０％の速度変動を伴うスキュー入口速度条件の場合、金型２の横方向の中心から±４４０ｍｍの流速を等しくするには、印加される磁場の左右の大きさを実質的に２３％異ならせる必要がある。この磁場が印加されると、メニスカス流れの非対称性は実質的に平準化され、流速のピークが減衰する。

【0040】

図８の説明に戻ると、本発明者らは、左右の独立流速制御装置１を上記の金型レベルセンサなどのオンライン流量測定センサと組み合わせて使用することで、自動メニスカス流速および非対称性制御を設定可能であることに気づいた。閉制御ループは、ロバストで連続的な動作のために産業的に適切なコンピュータ環境として提供されるプロセッサ１８に実装することができる。制御ループは、例えば、ＰＩＤアルゴリズムを実行することができる。プロセッサ１８として、本出願人が販売しているABB Ability（商標） Optimold Monitorを選択することができる。

【0041】

金型内のメニスカス流速が正確に予測されている場合、閉ループ制御システムは、流速制御装置１の制御インタフェース１４ａ，１４ｂを制御して、低すぎるかまたは高すぎるメニスカス速度に対抗するために様々な制動磁場または制動電磁場を印加する。左側の制御インタフェース１４ａは、左側の第１の磁気コイル４ａと左側の第２の磁気コイル６ａとの両方の励磁を制御し、右側の制御インタフェース１４ｂは、右側の第１の磁気コイル４ｂと右側の第２の磁気コイル６ｂとの両方の励磁を制御することが理解される。同様に、制御ループは、流速制御装置１と協調して、流れパターンの非対称性を軽減する。例えば、金型２の一方の横方向半分におけるより大きな流速は、局所的に強化されたＤＣ（すなわち、非振動）磁場によって抑制することができる。電磁レベルセンサからのデータに関して制御を実行することもでき、高周波フィードバックを利用して、プローブ位置の詳細なレベルおよび変動情報を取得することができる。これにより、金型２の上部のメニスカス速度制御およびメニスカスレベルの安定性制御が可能になる。

【0042】

一実施形態では、制御ループは２つの部分を含み、第１の部分は、鋳造速度、ＳＥＮジオメトリ、ＳＥＮ深さ、鋼種、金型寸法および同様のプロセス特性などのプロセス入力に基づくＥＭＢＲ電流の決定部である。決定部は、部分的に、電磁流体力学シミュレーションおよび／または記録された経験的データに依存する可能性がある。第２の部分は、ＥＭＢＲの動的な制御部である。金型２の左右に配置されたメニスカスレベルセンサ１９は、メニスカスレベルおよびメニスカス変動を測定し、過渡値を入力として取り、ＥＭＢＲの左／右の電流の動的な制御を実現することができる。動的な制御部は、プロセス入力に基づいて最初に取得されたＥＭＢＲ電流値の繰り返しの正および負の調整を含むことができる。

【0043】

更なる実施形態では、制御インタフェース１４に接続されたプロセッサ１８は、金型内の過渡的な流体力学の数値シミュレーションに基づいて磁気コイルを制御するように構成されている。

【0044】

本発明の態様は、主に、幾つかの実施形態を参照して上述された。しかしながら、当業者によって容易に理解されるように、上述されたもの以外の実施形態は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内で等しく可能である。

【符号の説明】

【0045】

１ 装置、流速制御配置、電磁制動装置
２ 金型
３ 第１のフロントコア
３．１ 第１のフロントコアの近位部分
４ 第１のフロントコアに関連するコイル
５ 第２のフロントコア
５．１ 第２のフロントコアの近位部分
６ 第２のフロントコアに関連するコイル
７ 外部ヨーク
８ 第１のレベルコア
９ 第２のレベルコア
１０ 電気端子
１１ 第１の冷却媒体通路
１２ 第２の冷却媒体通路
１３ 浸漬ノズル
１４ 制御インタフェース
１５ 第１の内部ヨーク
１６ 第２の内部ヨーク
１７ 磁気突出部
１８ プロセッサ
１９ センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7a】

【図7b】

【図8】

【図9】

【図10】