JPS6026622B2 - 溶融金属の電磁撹拌装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融金属の雛梓に関するものである。

ｈ金属、例えば鋼を連続鋳造法によって鋳造する場合に
は、溶融鋼が水冷された銅製の鋳型（以下単に型と称す
る）の中に注入せられると、その型の形状によって鋳造
される部分の断面形状が規定せられ、その断面をもった
連続銭塊として型の底部から出てゆく。溶融金属が型に
接触すると固化するので皮殻を生じ、この皮殻は銭塊が
型の中を通過している内に段々厚味を増し、ついには型
の下端部分では十分な厚味をもった壁が形成されその内
部には銭塊の中核部分が入っており、しかもそれはなお
溶融状態にある。銭塊が型から出切ってしまった後では
さらに水のジェットで冷却されるのが普通であり、その
ために中核部分が外表面から漸次冷却固化しついには全
鏡魂が固化してしまう。

鋼がもし通常の状態で固化させられるものとすると、不
均一構造のものが形成され不純物の分布状態は鎌魂内で
無作為的とはならないし、また鏡塊の結晶構造も、固化
過程に際して温度勾配の著しい外部領域と、温度勾配の
余り著しくない内部領域との間で相違を生ずることにな
る。

均一構造を得るためには従って鋳造過程を通じて溶融金
属を縄拝することが望ましくなる。銭塊が損杵のなかか
ら出ていくときに、綾塊の回りに配置された電磁損浮袋
層により鏡塊の中核部分における溶融金属を糟拝するこ
とはすでに知られている。しかしながら一般にこういっ
た方法では型の領域内の金属をうまく渡洋することには
ならず、このようにして得られる部分にはいよいよ“白
帯”と呼ばれる不連続部分ができる。それゆえ型領域そ
れ自体の中で何らかの縄拝が行われることが望まれる。
そこで型の回りに電磁損洋装鷹を配置することによりこ
のような櫨梓を行うことが試みられた。しかしながら今
日までのところ、型の内部でうまい具合に蝿梓を達成す
るというようなことは難しいことが分かっている。その
主な理由は銅の鋳型は電気伝導度が高く、そのために磁
場が実質的に弱められてしまうためであるが、その外に
も型の回りに電磁燈洋装層を配置することに問題がある
。それは最大の効果を得るには型の水冷用ジャケットの
内側に配置しなければならないからである。本発明の一
つの実施態様によれば、それは上部の開放された型の中
の熔融金属を蝿拝するための電磁櫨洋装蔭としてその型
の上部に一つの手段、すなわちその型の下部へ向って浸
透し線運動する磁場を生ぜしめる手段を有するものであ
る。

本電磁櫨梓装置内に生ぜしめられる磁場は型の内部にあ
る溶融金属中にうず電流を誘導し、このうず電流によっ
てまた生ずる磁場が運動してゆく磁場と作用しあって型
の上部にある溶融金属を型の中の溶融金属の表面に対し
平行ないいまぼ平行な平面内を直線的に運動させる。溶
融金属中に誘導されるこの運動は型の向かい合った壁面
に対して平行であるので好都合である。溶融金属は型の
端部に到達すると下方へ向かって動き、次には型の下方
にあって反対方向に向かって流れる。そしてまた反対側
の端部へ戻りつく。かくして型の中を循環することにな
る。この種の電磁潤洋装贋はアルミニウムの連続鋳造に
用いられるような細長い矩形状の型に対して特に適して
いる。本発明の好ましい一つの実施態様によれば、変化
する磁場を生ぜしめるための手段は電磁損洋装層である
。

この電磁燈洋装贋は高電流を流すことのできる電気伝導
体の一系列で次のようになっているものから構成すると
便利である。すなわちこれらの電気伝導体は互いに平行
ないしほぼ平行に配列されかつ型の上部で間を置いて配
置され、多相交流電源の異なる相へその各が連続され、
それらの相の順序と同じ順序に繋がれているものである
。これら磁気伝導体は、たとえば銅のような非強磁性の
電気伝導性材質を用い、閉じたループ状になっているも
のが好ましい。

このようなループの中に、伝導体の回りに巻きつけたト
ロイダル形エネルギー付与コイルか、あるいは伝導体に
強磁性コアによって結合されたヘリカル形エネルギー付
与コイルにより高電流が誘導される。好ましい一実施態
様においては、閉じたループの一系列が互いに平行に配
列され、型の中の溶融金属の表面に対して平行ないいま
ぼ平行な一つの平面内にこれらのループが横たわるよう
に配置される。

これらのループは、それぞれ独立でもよいし、また梯形
状に互いに連結されていてもよい。電磁櫨洋装直によっ
て生ぜしめられた磁場が開放された型の上部を通して型
の中の溶融金属中へ浸透してゆく場合には、型の壁を通
してゆくのではないので、磁場はほとんど弱められるこ
とがない、そしてそのため型の回りに電磁燈洋装瞳を置
く場合には必要だった低周波数よりは５０〜６０ヘルツ
といった通常の周波数が用いられるようになる。典型的
な場合についていえば、電磁粥洋装層の設計はエネルギ
ー付与コイルの−つづつが３相交流電源の異なる各相に
連結され約１〜２ボルトの電圧降下と５０〜６０ヘルツ
の周波数で１０，０００アンベャ以上の鰭流が伝導体内
に誘導されるようにする。電気伝導体によって譲導され
、型に浸透してゆく磁場の強さは強磁性の極片を付設す
ることによって増強させることができる。

このような極片は、伝導体の上方部の磁場に対しては低
い磁気抵抗の通路を生ぜしめる一方、伝導体の下方には
比較的高い磁気抵抗の通路を保留させるように配列され
、そのため型の上部での磁場の漏洩は低減し伝導体の下
方で磁場が集中しそれが型の中へ浸透してゆくことにな
る。次に本発明の種々の態様を添付した図面を基にして
例示する。

図１に示した如く、アルミニウムの連続鋳造装置は長手
方向の１対の壁１１と両端となる１対の肇１２とによっ
て規定される矩形の銅鋳型よにらる。

溶融アルミニウム１３が型１０の頂部に注入されると、
型１０の壁１１，１２と接触して固化し皮殻を形成し、
このものは型の中を通ってゆく内に段々その厚みを増し
、ついに型の下端部の所では連続銭魂１４となって外へ
出てゆく。型の底１０からこのように出るときに、鎌塊
１４はその一部が固化しているだけではあるが、その皮
殻は溶融金属の中核部をその中に留めておけるほど十分
な厚味をもっており、中核部はまもなく固化しついには
全鏡塊が固化する。電磁雛梓装置１５は銅の鋳型１０の
開放された頭部の上に少し離して配置される。

この電磁燈杵菱直１５は太い銅棒１８，１９でできてお
り、一対の閉じたループ１６と１７を形成しこれらは型
１０の長手方向の壁１１に平行な一対の榛１８および型
１０の両端の壁１２に平行な３つの横榛１９によって規
定されている。電磁縄梓菱贋１５は型１０の頭部に平行
に置かれているので、ループ１６と１７の平面は型１０
の中の溶融アルミニウム１３の表面にほぼ平行である。
トロイダル型エネルギー付与コイル２０，２１および２
２は３つの横棒１９の回りに巻つけられ、その各はトロ
イダル形エネルギー付与コイル２０，２１および２２の
順序が各相の順序と同じになるように３相交流電源の各
異なる相に接続される。このようにすることによりトロ
イダル型エネルギー付与コイル２０と２１を流れる電流
は閉じたループ１６中に電流を誘導し、またトロイダル
型エネルギー付与コイル２１と２２を流れる電流は閉じ
たループ１７中に電流を譲導することになる。トロイダ
ル型エネルギー付与コイル２０，２１および２２はルー
プ１６および１７中にほぼ１ボルト程度の電圧低下で１
２，０００ァンベャ程度の電流を交流電源から誘導でき
るものである。今３相交流電源からのサイクルのある一
点を考えることにすると、ループ１６に誘導された電流
はループ１６を通りぬけて下方に向かう磁場をつくり出
すがループ１７中で、この電流とは逆方向に誘導される
電流はループ１７を通りぬけて上方に向かう磁場をつく
り出すであろう。

したがってループ１６はループの下方に北極を形成し、
ループ１７はループの下方に南極を形成することになる
。電源サイクルが進行するとループ１６と１７中の電流
は逆になり、ループ１６の下方の極は北極から南極に、
またループ１７の下方の極は南極から北極にというよう
に変化する。かくして電磁蝿梓装置１５は直線的に運動
する磁場を効果的に生ぜしめる。ループ１６と１７によ
って生ぜしめられる変動する磁場は型１０の溶融アルミ
ニウムの表面層中にうず電流を誘導し、このようなうず
電流はまた磁場をつくり出す。

このうず電流によりつくり出される磁場と電磁鷹梓装置
１５によって生ぜしめられる磁場との相互作用により、
溶融アルミニウム１３は電磁渡洋装置１５により生ぜし
められた磁場に沿い矢印×の方向に移動させられ、かく
して溶融アルミニウム１３は型１０の中で循環させられ
ることになる。上記の電磁櫨梓装置１５はループ１６と
１７の各上方および下方に同じ強さで方向の相反する磁
場を生ぜしめる。

溶融アルミニウムの運動を誘発するのはループ１６と１
７の下方の磁場のみであるからこの電磁擬梓菱道の総合
的能率は限られたものとなる。図２に示した如く、強磁
性極片を取り入れるとこのような電磁鷹洋装層の能率は
かなり増進させることができる。図２において、銅棒１
８および１９は強磁性極片２５により包囲されているが
、これらの極片２５は棒１８，１９の上部および側緑部
に載っている倒立したチャンネル部品でできている。

これらの極片２５はループ１６および１７内を流れる電
流に極片２５はループ１６および１７内を流れる電流に
よって生ぜしめられる磁場に対して低い磁気低抗の通路
を形成し、そのために図２に示した如く電磁蝿梓装置１
５の上方の磁場の漏洩を少なくするとともに下方では磁
場を集中せしめる。強磁性極片２５は多層張合わせ構造
のものが有利である。このような構造のものを使用する
場合には、その張合わせ板の露出端は、溶融金属１３の
型からの飛沫による損傷を避けるために、ステンレス鋼
のような非強磁性材質の薄板で俺うておくと便利である
。また、図２に示した実戊母態様においては、２相交流
電源が用いられており、各ループ１６および１７はそれ
ぞれトロイダル形エネルギー付与コイル２６，２７を１
つづつ有し、これらは何れも長手方向の棒１８の回りに
巻きつけられている。

３相交流電源を用いる方が明らかに便利である。

しかし図２に示した如く、電磁雛梓装置の閉じたループ
の数に適するように、どのような多相交流電源を用いて
も差し支えない。実際に適用される多くの場合に、型の
頂部になるべく邪魔にならないように近づけて配置する
必要があるから、使用される閉じたループの数は型の寸
法に依存する。図１に示した複ループ配列やあるいはル
ープ毎に単一のエネルギー付与コイルをもった３の倍数
のループの配列では３相交流電源を使用することが最も
適することになるであろう。前記の実施の態様において
はトロイダル形エネルギー付与コイル２０，２１，２２
，２６および２７は銅棒１８，１９の回りに巻きつけら
れている。

これらの棒はしかしながら溶融金属からの額射熱や穣１
８，１９の中を流れる高電流によって加熱され、その結
果過熱によりトロイダル型エネルギー付与コイル２０，
２１，２２，２６および２７が損傷する簾れがある。こ
の廃れは強磁性コアによりエネルギー付与ヘリカルコィ
ルを銅棒１８，１９に結合することにより解消すること
ができる。これらのコアは多層張り合わせ構造のものが
有利である。エネルギー付与コイル２０，２１，２２，
２６および２７の損傷を回避するための別の方法あるい
は付加的な方法は銅棒１８，１９か、またはトロイダル
型エネルギー付与コイル２０，２１，２２，２６および
２７それら自体を冷却することである。このための一つ
の方法は銅棒１８，１９中にダクトを設けその中へ水の
ような冷却剤を循環させることにある。前記の電磁濃伴
装置はアルミニウムの連続鋳造に用いられるような細長
い矩形状の型に使用するのがもっとも適しているが、も
っと違った形状の型や、他の溶融金属の縄梓にも使用す
ることができる。

このような電磁燈洋装層はまた、頂部の開放された他の
形式の型、たとえばィンゴット・モールドのような場合
にも使用することができる。さらにまた上述の電磁燈梓
装置は高電気伝導性の材質でできた壁をもつ開放された
容器であり、その中への磁場の浸透が著しく弱められる
容器中の溶融金属を蝿拝するのに特に有用であるが、こ
れらはまた電気伝導性の低い、あるいは全くない材質で
できた開放された、または開放されてない容器中の溶融
金属を縄拝するにも用いることとができる。上述の実施
態様に対する種々の変形が本発明から離脱することなく
行われうるものと考えられる。たとえばエネルギー付与
コイルが鋼伝導体の回りに巻きつけられるとして記述さ
れている実施態様のどの場合においても適当な絶縁をを
施すことが必要になり、またエネルギー付与コイルは適
当な形状をもった強磁性コアの上に巻きつけられること
が好ましいことになる。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明にしたがって、電磁燈梓装鷹を備えた連続
鋳造装置を例示するものである。 図２は図１に示した電磁燈洋装層の一変形の部分断面図
を示す。ＦＩＧ，ｌ ≦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非強磁性の電気伝導性材質の棒１８，１９でつけら
   れた閉じたループの形状をなす複数個の電気伝導体を有
   し、その各ループは上端部の開放された鋳型１０の上方
   において相互に平行ないしほぼ平行に配列され、しかも
   各ループ内に誘導される電流が鋳型内を下方に向かつて
   浸透し線状運動する磁場を生ぜしめるように、各ループ
   はエネルギー付与コイルを介して多相交流電源の異なる
   相に、ループの配列順序と該多相交流電源の相の順序と
   を同じくしつつ、それぞれ誘電的に結合されていること
   を特徴とする上端部の開放された鋳型１０内の溶融金属
   １３の電磁撹拌装置。 ２ 電気伝導体には該電気伝導体上方では磁場の漏洩を
   低減しかつ該電気伝導体の下方では磁場を集中せしめる
   ように配置された強磁性極片２５が付設されている特許
   請求の範囲第１項に記載の電磁撹拌装置。