JP3145021B2 - 溶融金属の流動制御装置 - Google Patents
溶融金属の流動制御装置Info
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Description
動速度を調節する流動制御装置に関し、特に、これに限
定する意図ではないが、並設された複数個の鋳型内の溶
融金属の流動制御装置に関する。
イッシュより鋳型に溶鋼が注入され、鋳型において溶鋼
は鋳型壁面から次第に冷却されつつ引き抜かれる。同一
高さの鋳型壁面における温度が不均一であると、表面割
れやシェル破断を生じ易い。これを改善するために、従
来は、鋳型長辺の外に配置したリニアモ−タ又は溶鋼上
面に対向するリニアモ−タで、鋳型内溶鋼に一定方向の
電磁駆動力(推力)を与えて溶鋼を積極的に流動駆動し
ている。鋳型内溶鋼に与える推力はリニアモ−タ電流に
より調整することができる。
凝固しはじめる位置(初期凝固位置)に配置される。こ
れは、製品の縦割れ又は横割れを防止する為には凝固が
始まる部位において均一に溶鋼を撹拌する撹拌流を起こ
す必要がある為である。しかし、比較的に小断面の鋳型
を用いる連続鋳造、例えばビレットの鋳造においては、
複数個の鋳型を並設して同時並行してそれぞれの鋳型で
鋳造を行なうが、鋳型形状が小さいので、溶鋼が早期に
冷却され始める。つまり初期凝固位置が溶鋼表面すなわ
ちメニスカス近傍になるのでそれに伴いリニアモ−タも
メニスカス近傍に配置されるので、メニスカスがリニア
モ−タの電磁力の影響を受け易く、撹拌流による湯面乱
れ(波打ち)を生じ易い。
の流れ込みを促すパウダで覆われており、過剰に電磁力
を加えて大きな撹拌流を加えるとパウダが凝固シェルへ
混ざり込んで製品に傷が生じることもあり、歩留まりが
低下する。特開平4−220149号公報には、リニア
モ−タの磁界がメニスカスに及ぶのを防止するために、
漏斗状の強磁性体のスクリ−ンをリニアモ−タの電気コ
イルの上端部と鋳型との間に介挿することを提案してい
る。この強磁性体のスクリ−ンが、リニアモ−タの上部
からメニスカス部の溶鋼に流れようとする磁束にバイパ
ス磁路を与えるので、リニアモ−タの上部から、磁束は
強磁性体のスクリ−ンを通って、リニアモ−タの上部で
鋳型から放射状に離れる方向に分散し、メニスカス部の
溶鋼に作用する回転磁界が低減し、撹拌流による湯面乱
れ(メニスカスの波打ち)が小さくなり、メニスカスか
ら溶鋼中への異物の巻込みが低減する。
強磁性体であるので、また鋳型辺が非磁性ステンレスを
裏当てした銅板であって鋳型辺が磁気抵抗体でもあるの
で、強磁性体のスクリ−ン(特にその下端部)に、リニ
アモ−タが発生する磁束が強く吸引され、リニアモ−タ
が溶鋼に与える回転磁界強度が大きく低下する。すなわ
ち、リニアモ−タの溶鋼撹拌効果が大きく低下する。
撹拌効果を大きく落すことなく、溶融金属のメニスカス
における湯面乱れ(メニスカスの波打ち)を低減するこ
とを目的とする。
は、鋳型内溶融金属(MM)のメニスカス下方にあって推力
を与えるための、水平方向に分布する複数個の電気コイ
ルを含むリニアモータ(1E,1L); 前記電気コイルに、前記溶融金属(MM)に鋳型面に沿う水
平方向の移動磁界を与えるための交流電流を通電する手
段(20F1);および、 鋳型(M1,M2,M3)直近にあって、前記電気コイルの垂直方
向zの中心位置(Co)もしくはそれより高い位置から上方
に延びる導電体(S2); を備える。なお、理解を容易にするためにカッコ内に
は、図面に示し後述する実施例の対応要素又は対応事項
に付した記号を、参考までに付記した。
金属(MM)のメニスカスに向かう磁束は導電体(S2)を貫通
しようとする。このとき、磁束が交流磁束であるので、
磁束を中心とする渦電流が導電体(S2)に誘起し、これが
導電体(S2)でジュ−ル熱となる。すなわち、磁束が熱エ
ネルギ−に変わり導電体(S2)で消費される。したがって
導電体(S2)を透過する磁束は減衰し、メニスカスに及ぶ
磁界強度が低くなり、メニスカスにおける湯面乱れ(メ
ニスカスの波打ち)が低減する。
ニアモータ(1E,1L)は、鋳型(M1〜M3)を間に置いて水平
方向xで相対向しそれぞれ水平方向yに延びる2組(1E,
1L)であり、導電体(S2のS21a,S21b)はy平行辺に設置し
水平方向yに延びる。更に、導電体(S2のS21a,S21b,S2
2)は、鋳型の外側面を包囲し、y平行辺に設置し水平方
向yに延びる部位(S21a,S21b)は厚肉、x平行辺に設置し
水平方向xに延びる部位(S22)は薄肉である。これによれ
ば、2組のリニアモータ(1E,1L)が、x方向の主磁束を
発生し、これがy方向に移動することにより、鋳型(M1
〜M3)のy平行辺(水平y方向に延びる辺)に沿う、逆
向きの移動磁界(y移動磁界)となり、鋳型内の溶融金
属に垂直軸zを中心とする水平旋回流が励起される。リ
ニアモータが発生する磁束のy方向成分は小さいが、鋳
型の、y平行辺間のx平行辺に沿う推力を溶融金属に与
える。これは小さいが、y移動磁界による旋回推力に対
して逆向きであり、鋳型コ−ナにおいてぶつかり合いを
生じこれがメニスカスで起きると波打ちをもたらすが、
この実施例では、導電体(S2のS21a,S21b)が水平方向yに
延びるので、リニアモータが発生する磁束の、問題のy
方向成分を減衰させる。これにより、メニスカスの、鋳
型コ−ナ部における波打ちが小さくなる。
タはメニスカスより下方で溶融金属に対向し、導電体
は、電気コイルの垂直方向zの中心位置もしくはそれよ
り高い位置から上方zに、メニスカスまでもしくはそれ
より低い位置まで延びる。導電体の上端は、メニスカス
から少くとも、電気コイルの垂直方向zの中心位置から
メニスカスまでの距離の0.1倍分、下方にあり、導電
体の垂直方向zの幅は、電気コイルの垂直方向zの中心
位置からメニスカスまでの距離の0.9倍分、以下であ
る。
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
2に鋳型M1〜M3およびリニアモ−タ1E,1Lの水
平横断面を示す。まず図2を参照すると、鋳型M1,M
2,M3は、ビレット製造用の小型の連続鋳造鋳型であ
り、第1鋳型,第2鋳型及び第3鋳型である。これら
に、図示しない注入ノズルを通して溶鋼MMが、図2紙
面の表側から裏側に向けて(垂直方向zで上方から下方
に)、注入される。
内の溶鋼を、3相リニアモ−タで鋳型の各辺に沿って図
2紙面上において時計回り方向に回転駆動するために、
連続鋳造鋳型M1,M2,M3のx方向の外側面に対向
して第1および第2の電磁石コア1Eおよび1Lが、y
方向に等間隔一列で並べられた各鋳型M1,M2,M3
を挟んで、平行に、かつ、鋳型列M1〜M3に関して対
称に配置されている。各鋳型M1,M2,M3の外側面
にはそれぞれシールド体S1,S2,S3が鋳型の周面
を囲むように装着されている。
の各電気コイルE1〜E12及び、第2リニアモータ1
Lの各電気コイルL1〜L12は3相交流電圧を発生す
る電源回路20F1の3相電源接続端子U11,V1
1,W11に接続されている。図1に示す第1リニアモ
−タ1Eの結線は2極のものである。電源回路20F1
は、3相電源接続端子U11,V11,W11に電気コ
イルに3相交流を通電する。第1リニアモ−タ1Eの電
気コイルE1〜E12は、図1ではこの順に、v,v,
W,W,u,u,V,V,w,w,U,Uと表してい
る。ここで、「U」は3相交流のU相の正相通電(その
ままの通電)を、「u」はU相の逆相通電(U相より1
80度の位相づれ通電)を表し、電気コイル「U」には
その巻始め端にU相が印加されるのに対し、電気コイル
「u」にはその巻終り端にU相が印加されることを意味
する。同様に、「V」は3相交流のV相の正相通電を、
「v」はV相の逆相通電を、「W」は3相交流のW相の
正相通電を、「w」はW相の逆相通電を表わす。
れる。制御回路P2には制御盤P1を介して作業者が外
部より、コイル電圧指令値VdcA1および周波数指令値
Fdcを入力する。制御回路P2は、これらの指令値を、
電源回路20F1に出力(設定)する。
えられたコイル電圧指令値VdcA1により3相交流電圧
の電圧レベルを決定し、周波数指令値Fdcにより3相交
流電圧の周波数を設定する。電源回路20F1は、こう
して電圧レベル,周波数が決定された3相交流電圧
(U,V,W)をそれぞれ電気コイルE1〜E12,L
1〜L12に印加する。
かつ導電体のシールド体S2,リニアモータ1E及びリ
ニアモータ1Lの拡大縦断面(図2の3A−3A線拡大
断面)を示し、図3の(b)は、図3の(a)の3B−
3B線断面を示す。鋳型M2の正方形(内空間)の鋳型
を形成する各辺は、銅板M22に、非磁性ステンレス板
M21を裏当てしたものである。鋳型M1,鋳型M3の
構造は、鋳型M2に準じ、シールド体S1,S3の構造
はシールド体S2に準じる。
S2は、薄肉銅製の4角筒S22に鉄製の強度補強板S
23を裏当てし、銅製4角筒S22のx平行辺(x軸に
平行な辺)の外表面に、厚肉の銅板S21a,S21b
を接合して、銅製4角筒S22,強度補強板S23およ
び厚肉銅板S21a,S21bを一体にしたものであ
る。シ−ルド体S2は、その内空間に鋳型M2を受入れ
るようにして、鋳型M2に装着されている。
び厚肉銅板S21a,S21bのz方向上端は一致して
おり、鋳型M2内のメニスカス(溶鋼MMの表面)より
やや下方に位置する。図3の(a)に示すように、電磁
石1L,1Eのz方向中心位置をCoとし、メニスカス
までの距離をLbとすれば、メニスカスからシールド体
S2の上端までの距離Laは、0.1Lb≦Laであ
る。なお、強度補強板S23は、鋳型M2に対するシー
ルド体S2の固着強度(シ−ルド体S2支持強度)を高
めるために、銅製4角筒S22および厚肉銅板S21
a,S21bの下端より長く下方に突出する。銅製4角
筒S22および厚肉銅板S21a,S21bのz方向長
さをLsとすれば、LsはLs≦0.9Lbである。
並行辺のみ設置しており、x並行辺には設置していな
い。これは、撹拌するリニアモータ1E,1Lが既存設
備の場合、その位置変更が難しいことが多く、リニアモ
ータをx方向に移動することが困難なので、厚肉銅板を
x並行辺に設置できないからである。一方、電磁シール
ドの観点からすれば、厚みが多いほうが効果が大きいた
めに、空間的に余裕のあるy方向並行辺のほうを厚くし
ている。
ンチロ−ルがあるので、溶鋼MMのメニスカス直下から
鋳型の下端までの範囲内に配置される。そして、鋳型内
面への溶鋼の焼付の防止,介在物の巻込み(鋳造製品の
縦割れ又は横割れの原因)防止,鋳造製品の成分均一
化、などのために、溶鋼を旋回駆動する。
は、鋳型壁面に沿う溶鋼MMの滑らかな流下を促すため
のいわゆるパウダで覆われており、過剰に電磁力を加え
て撹拌流を大きくすると、パウダが溶鋼中に混ざり込ん
で、パウダを噛んだ製品となる等、却って歩留まりが低
下する。リニアモ−タ1E,1Lは、溶鋼MMが凝固し
はじめる位置の溶鋼に大きな、互に逆方向のy方向移動
磁界を加える。これにより溶鋼が鋳型内で時計方向又は
反時計方向に水平旋回して、温度および成分が均一化す
る。また、溶鋼中に異物が介在した場合、その浮上が促
進する。
Lが発生しメニスカス方向に及ぶ磁界を、メニスカス近
傍で減衰させるものである。
1a,S21bを、鋳型のx平行辺のみに装着している
のは、リニアモータ1E,1Lのy方向への磁束のまわ
り込み(リニアモ−タが発生する磁束のy方向成分によ
る、鋳型の、y平行辺間のx平行辺に沿う推力)を抑制
し、x方向の磁束のy方向移動による電磁力のみを鋳型
に作用させてy方向平行辺に沿う推力のみ溶鋼MMに与
える為である。
的に渦電流を流して作用する磁場を低減せしめるため
に、導電体であることがまず必要である。更に、印加す
る磁場を積極的に吸収させる意味で、強磁性体(例えば
鉄など)であれば、さらにその効果は向上する。
1Lとは、同型で同一電気定格のものである。図2,図
3を参照すると、この実施例では、電磁石コア1Eは、
y方向に長く、この長手方向yにスロット用の12個の
切欠を等ピッチで形成した、平板面が櫛形の薄鋼板を積
層したものであり、12個のスロットがあり、スロット
のそれぞれに電気コイルE1〜E12が挿入されてい
る。なお、電磁石コア1Eおよび電気コイルE1〜E1
2は冷却されかつ耐熱カバ−で被覆されているが、冷却
構造およびカバ−は図示を省略している。電磁石コア1
Eは、横側面にx方向に延びるスロットがある櫛形であ
り、各スロットに電気コイルが挿入され、スロット間の
歯が磁極でありその端面が、連続鋳造鋳型M1,M2,
M3のx方向側面に対向している。電気コイルE1〜E
12は、電磁石コア1Eに「胴巻き」されている。
の内空間に電磁石コアEaを通した後、電気コイルE1
〜E12の一辺を各スロットに押し込むため、電気コイ
ルE1〜E12の内空間の幅方向xの長さは、電磁石コ
アEaの幅方向xの長さより大きく、電気コイルをスロ
ットに押し込んだ後は、電気コイルの上辺とコア1Eの
背面(横側面)との間に空隙を生ずる。この空隙に、長
方形の薄鋼板を積層した補助コアEbが挿入されてい
る。電磁石コアEaおよび補助コアEbの両者にも、冷
却用の流体流路がありこれに冷媒管が接続されている
が、これらの図示は省略した。
L12に3相交流を流す電源回路20F1の構成を示
す。3相交流電源(3相電力線)21には、直流整流用
のサイリスタブリッジ22A1が接続されており、その
出力(脈流)はインダクタ25A1およびコンデンサ2
6A1で平滑化される。平滑化された直流電圧は3相交
流形成用のパワ−トランジスタブリッジ27A1に印加
され、これが出力する3相交流のU相が図3に示す電源
接続端子U11に、V相が電源接続端子V11に、また
W相が電源接続端子W11に印加される。
連続鋳造鋳型(M1,M2,M3)内部の溶鋼MMを回
転駆動する推力を発生するコイル電圧指令値VdcA1
が、位相角α算出器24A1に与えられ、位相角α算出
器24A1が、指令値VdcA1に対応する導通位相角α
(サイリスタトリガ−位相角)を算出し、これを表わす
信号をゲ−トドライバ23A1に与える。ゲ−トドライ
バ23A1は、各相のサイリスタを、各相のゼロクロス
点から位相カウントを開始して位相角αで導通トリガ−
する。これにより、トランジスタブリッジ27A1に
は、指令値VdcA1が示す直流電圧が印加される。
指令値Fdcで指定された周波数の、定電圧3相交流信号
U,V,Wを発生して、比較器29A1に与える。比較
器29A1にはまた、三角波発生器30A1が3KHz
の、定電圧三角波を与える。比較器29A1は、U相信
号が正レベルのときには、それが三角波発生器30A1
が与える三角波のレベル以上のとき高レベルH(トラン
ジスタオン)で、三角波のレベル未満のとき低レベルL
(トランジスタオフ)の信号を、U相の正区間宛て(U
相正電圧出力用トランジスタ宛て)にゲ−トドライバ2
8A1に出力し、U相信号が負レベルのときには、それ
が三角波発生器30A1が与える三角波のレベル以下の
とき高レベルHで、三角波のレベルを越えるとき低レベ
ルLの信号を、U相の負区間宛て(U相負電圧出力用ト
ランジスタ宛て)にゲ−トドライバ28A1に出力す
る。V相信号およびW相信号に関しても同様である。ゲ
−トドライバ28A1は、これら各相,正,負区間宛て
の信号に対応してトランジスタブリッジ27A1の各ト
ランジスタをオン,オフ付勢する。
相交流のU相電圧が出力され、電源接続端子V11に同
様なV相電圧が出力され、また電源接続端子W11に同
様なW相電圧が出力され、これらの電圧の上ピ−ク/下
ピ−ク間レベルはコイル電圧指令値VdcA1で定まる。
この3相電圧の周波数はこの実施例では周波数指令値F
dcにより定まる。すなわち、コイル電圧指令値VdcA1
で指定されたピ−ク電圧値(推力)の、周波数がFdc
(例えば3.5Hz)の3相交流電圧が、図1及び図2に
示す電気コイルE1〜E12に印加される。
向分布を示す。一点鎖線が、シ−ルド体S2の装着がな
いときのもの、実線がシ−ルド体S2の装置があるとき
のものである。これによれば、シ−ルド体S2を装着す
ることにより、メニスカス付近の電磁力は5割程度抑制
され、z方向のコイル中心位置Co(凝固シェルができ
始める位置)付近での電磁力低下は1割程度であり、所
要推力の低下は少く、有害なメニスカス部推力の低下が
著しい。上述のように、メニスカスからシールド体S2
の上端までの距離Laが、0.1Lb≦La、銅製4角
筒S22および厚肉銅板S21a,S21bのz方向長
さLsが、LsはLs≦0.9Lbであれば、このよう
な効果が同様に得られることが分かった。
MMの凝固が始まる部位(リニアモータ1E,1Lのコ
イル中心部Co)においては大きな電磁力が加えられて
均一に溶鋼MMを撹拌する撹拌流が起こり、介在物の浮
上が促され、かつ成分および温度の均一化が実現して、
溶鋼の焼付き,製品の縦割れ又は横割れあるいは成分の
偏在が防止される。その一方で、メニスカスに作用する
電磁力は抑制されて小さくなり湯面乱れが防止されるの
で、パウダが溶鋼に混ざり込むことが少くなる。溶鋼と
鋳型内面の間へのパウダの進入が鋳型の周方向で均一化
し、溶鋼降下速度の、鋳型内面のx,y方向の速度分布
が均一化し、鋳造製品表面が滑らかになる。
ある。
断面図である。
あり、(b)は(a)の3B−3B線断面図である。
気回路図である。
す。一点鎖線が、図3に示すシ−ルド体S2の装着がな
いときのもの、実線がシ−ルド体S2の装置があるとき
のものである。
回路 1E,1L,La,Lb:電磁石コア Ea,Eb:補助
コア E1〜E12,L1〜L12:電気コイル MM:溶融
金属 M1,M2,M3:連続鋳造鋳型 M21:非磁性
ステンレス板 M22:銅板 S1,S2,S3:
シールド体 S21a,S21b:厚肉銅板 S22:銅製4
角筒 S23:補強板 P1:制御盤 P2:制御回路 U,V,W:交流
電圧 U11,V11,W11:電源接続端子
Claims (7)
- 【請求項1】鋳型内溶融金属のメニスカス下方にあって
推力を与えるための、水平方向に分布する複数個の電気
コイルを含むリニアモータ; 前記電気コイルに、前記溶融金属に鋳型面に沿う水平方
向の移動磁界を与えるための交流電流を通電する手段;
および、 鋳型直近にあって、前記電気コイルの垂直方向zの中心
位置もしくはそれより高い位置から上方に延びる導電
体; を備える溶融金属の流動制御装置。 - 【請求項2】リニアモータは、鋳型を間に置いて水平方
向xで相対向しそれぞれ水平方向yに延びる2組であ
り、導電体はy平行辺に設置し水平方向yに延びる、請
求項1記載の溶融金属の流動制御装置。 - 【請求項3】リニアモータは、鋳型を間に置いて水平方
向xで相対向しそれぞれ水平方向yに延びる2組であ
り、導電体は鋳型の外側面を包囲し、y平行辺に設置し
水平方向yに延びる部位は厚肉、x平行辺に設置し水平
方向xに延びる部位は薄肉である、請求項1記載の溶融
金属の流動制御装置。 - 【請求項4】リニアモータはメニスカスより下方で溶融
金属に対向し、導電体は、電気コイルの垂直方向zの中
心位置もしくはそれより高い位置から上方zに、メニス
カスまでもしくはそれより低い位置まで延びる、請求項
1,請求項2又は請求項3記載の溶融金属の流動制御装
置。 - 【請求項5】導電体の上端は、メニスカスから少くと
も、電気コイルの垂直方向zの中心位置からメニスカス
までの距離の0.1倍分、下方にある請求項1,請求項
2,請求項3又は請求項4記載の溶融金属の流動制御装
置。 - 【請求項6】導電体の垂直方向zの幅は、電気コイルの
垂直方向zの中心位置からメニスカスまでの距離の0.
9倍分、以下である、請求項1,請求項2,請求項3,
請求項4又は請求項5記載の溶融金属の流動制御装置。 - 【請求項7】上記記載の導電体は強磁性体である、請求
項2,請求項3,請求項4,請求項5又は請求項6記載
の溶融金属の流動制御装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP29149895A JP3145021B2 (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 溶融金属の流動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP29149895A JP3145021B2 (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 溶融金属の流動制御装置 |
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JPH09136148A JPH09136148A (ja) | 1997-05-27 |
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ID=17769665
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JP29149895A Expired - Fee Related JP3145021B2 (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 溶融金属の流動制御装置 |
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1995
- 1995-11-09 JP JP29149895A patent/JP3145021B2/ja not_active Expired - Fee Related
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