JP2017213600A - 気泡又は介在物もしくは双方の除去装置及び除去方法 - Google Patents
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Description
連続鋳造工程では、鋳型に注がれた溶鋼が温度の低下によって凝固し始めるため、高品質な製品を生産する点においては、鋳型内の溶鋼の流れを制御することが重要である。
例えば、特許文献1には、直流磁場印加装置を設けて鋳型内の溶鋼に電磁ブレーキを生じさせ、鋳型の下方に交流移動磁場装置を設けて鋳型内に溶鋼の上昇流を生じさせる技術が記載されている。
そして、近年求められているスループットの増加により、溶鋼の下降速度は速まる傾向がある。従って、溶鋼の下降の速さに対する気泡及び介在物の上昇の速さの相対値は低下していることとなり、上記課題はより顕在化するものと考えられる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、電磁ブレーキを作用させた導電性流体から気泡及び介在物の一方又は双方を安定的に取り除く除去装置及び除去方法を提供することを目的とする。
解析コードによる解析によって、ハルトマン数(Ha)が0、25、50である3つの解析モデルMを対象に、所定時間経過した際の気泡Pの高さ位置及び気泡Pの形状を求めた結果を図2に示す。
以上の結果を踏まえ、上述した第1の発明に係る気泡又は介在物もしくは双方の除去装置及び第2の発明に係る気泡又は介在物もしくは双方の除去方法によって、直流磁場による電磁ブレーキの効果を維持しつつ気泡及び介在物を安定的に除去できることを、図4に示す気泡・介在物除去装置10を例に説明する。
気泡・介在物除去装置10は、収容体11を中心に収容体11の左右にそれぞれ配されたコイル12、13(それぞれ第1、第2の印加部の一例)及びコイル12、13に電流を与える図示しない電源部を有し、コイル12からコイル13に向けた直流磁場Sを発生させて、導電性流体Q’中に導電性流体Q’の流れを抑制するブレーキ領域を設けるブレーキ発生手段14を備えている。ブレーキ領域は、導電性流体Q’において、直流磁場Sが生じている領域である。
なお、以下、特に記載しない場合、コイル12、13には電気が流れているものとする。
コイル12、13が、図5(A)に示すように、基準高さ位置から上昇するのに伴いブレーキ領域が上昇し、基準高さ位置で上昇が抑制されていた気泡P’は上昇の抑制が無い状態となって上昇する。上昇したコイル12、13は、導電性流体Q’が存在する所定の高さで停止する。以下、そのコイル12、13の停止位置を上側停止位置とも言う。
そして、コイル12、13が、図5(C)に示すように、上側停止位置から基準高さ位置まで降下するのに伴いブレーキ領域が降下することで、上側停止位置に在った気泡P’は、ブレーキ領域による上昇の抑制が解除された状態となって上昇する。
従って、気泡・介在物除去装置10は、気泡P’をブレーキ領域で留めた時間を低減でき、導電性流体Qから気泡P’を安定的に取り除くことが可能である。
図6、図7に示すように、本発明の一実施の形態に係る気泡又は介在物もしくは双方の除去装置(以下、「気泡・介在物除去装置30」とする)は、連続鋳造設備32に設けられた鋳型(収容体の一例)31を間に挟み水平方向に間隔を空けて配されたコイル12、13(それぞれ第1、第2の印加部の一例)を有し、コイル12からコイル13に向けた直流磁場Sを発生させて、鋳型31に入れられた溶鋼(導電性流体の一例)Q’’中に溶鋼Q’’の流れを抑制するブレーキ領域を設けるブレーキ発生手段14と、鋳型31に対しコイル12、13を昇降させる昇降手段20とを備える。
連続鋳造設備32は、溶鋼Q’’の流れに沿って鋳型31の上流側に設けられた取鍋33及びタンディッシュ34と、鋳型31から送り出された凝固する工程を経た溶鋼Q’’を所定の経路に沿って搬送する複数のロール35を備えている。
昇降手段20は、コイル12、13の昇降に伴ってブレーキ領域を鋳型31に対し昇降させ、気泡P’’及び介在物Tの上昇を鈍化させるブレーキ領域の影響を抑えて、気泡P’’及び介在物Tを溶鋼Q’’の表面まで効率的に浮上させ、気泡P’’及び介在物Tを溶鋼Q’’から安定的に取り除けるようにする。
なお、気泡・介在物除去装置30は、溶鋼から気泡及び介在物の双方を取り除くためではなく、溶鋼から気泡及び介在物の一方を取り除くために採用してもよい。コイル12、13の昇降速度や昇降範囲は、溶鋼から取り除く対象に応じて適宜調整される。
数値実験は、解析モデルMを対象に解析コードを用いて気泡Pの上昇をシミュレーションしたもので、ブレーキ領域Rを解析モデルMに対して固定した場合(比較例)とブレーキ領域Rを解析モデルMに対して昇降させた(図8(A)〜(C)参照)場合(実施例)とで、気泡Pの上昇を比較した。
図9に示す結果より、実施例は、比較例に比べて気泡Pが速く上昇することが確認できた。なお、介在物に対しても気泡に対するのと同様のシミュレーション結果が得られるのは言うまでもない。
例えば、気泡又は介在物もしくは双方の除去装置は、連続鋳造設備以外の設備に設けてもよい。連続鋳造設備以外で当該除去装置を設けることができる例として、チョクラルスキー法によってシリコンの単結晶インゴットを製造する設備が挙げられる。当該設備においては、導電性流体にシリコン融液が採用され、収容体としてシリコン融液を収容する坩堝が採用される。
また、直流磁場は、鉛直方向のものでなければ、水平方向のものである必要はなく、例えば、水平方向に傾斜した方向のものであってもよい。
Claims (6)
- 収容体に入れられて流れが生じている導電性流体から気泡及び介在物の一方又は双方を取り除く除去装置であって、
前記収容体を間に挟んで鉛直方向に非平行な向きに間隔を空けて配された第1、第2の印加部を有し、該第1の印加部から該第2の印加部に向けた直流磁場を発生させて、前記導電性流体中に該導電性流体の流れを抑制するブレーキ領域を設けるブレーキ発生手段と、
前記収容体に対し前記第1、第2の印加部を昇降させる昇降手段とを備えることを特徴とする気泡又は介在物もしくは双方の除去装置。 - 請求項1記載の気泡又は介在物もしくは双方の除去装置において、前記第1、第2の印加部は水平方向の前記直流磁場を発生させることを特徴とする気泡又は介在物もしくは双方の除去装置。
- 請求項1又は2記載の気泡又は介在物もしくは双方の除去装置において、前記収容体は連続鋳造設備の鋳型であり、前記導電性流体は溶鋼であることを特徴とする気泡又は介在物もしくは双方の除去装置。
- 収容体に入れられて流れが生じている導電性流体から気泡及び介在物の一方又は双方を取り除く除去方法であって、
前記収容体を間に挟んで鉛直方向に非平行な向きに間隔を空けて第1、第2の印加部を配置し、該第1の印加部から該第2の印加部に向けて発生した直流磁場によって、前記導電性流体中に該導電性流体の流れを抑制するブレーキ領域を設け、前記収容体に対し前記第1、第2の印加部を昇降させて前記ブレーキ領域を上下動させることを特徴とする気泡又は介在物もしくは双方の除去方法。 - 請求項4記載の気泡又は介在物もしくは双方の除去方法において、前記第1、第2の印加部は水平方向の前記直流磁場を発生させることを特徴とする気泡又は介在物もしくは双方の除去方法。
- 請求項4又は5記載の気泡又は介在物もしくは双方の除去方法において、前記収容体は連続鋳造設備の鋳型であり、前記導電性流体は溶鋼であることを特徴とする気泡又は介在物もしくは双方の除去方法。
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