JP2013103229A - 攪拌装置付き連続鋳造用鋳型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱量を抑えメンテナンスも容易で安価で実際上使いやすい攪拌装置付き連続鋳造用鋳型装置を提供する。
【解決手段】少なくとも鋳造空間内の液相状態にある溶湯Ｍ中に電流を流すことのできる第１電極３２Ａ１及び第２電極３２Ｂを有する電極部と液相状態にある前記溶湯に磁場をかけるための永久磁石３１Ａを有する磁場発生装置３１とを備え、前記磁場発生装置は鋳型２における磁場発生装置収納室２２ａ（２）に収納されて中心方向に向かって横向きに磁力線を発生させ前記磁力線を前記鋳型の側壁の一部を貫通させて前記鋳造空間に至らせ、前記溶湯に前記電流と交差する横向きの磁力線を与え得るものとして構成されている攪拌装置とを備えるものとして構成される。
【選択図】図８

Description

本発明は、Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｎ又はこれらのうちの少なくとも２つの合金、あるいはＭｇ合金等の伝導体（導電体）の非鉄金属の、あるいはその他の金属の、ビレットあるいはスラブ等を生産する連続鋳造設備における、攪拌装置付き連続鋳造用鋳型装置に関する。

従来、連続鋳造用の鋳型においては、以下に説明するような溶湯攪拌方式が採用されている。即ち、スラブあるいはビレット等の品質を向上させるために、これらの溶湯が固化する工程において、つまり溶湯が鋳型内を通過する時に、鋳型の外部より電磁コイルにより移動磁界を鋳型の内部の溶湯に与え、固化直前の溶湯に攪拌を生じさせている。この攪拌は、脱ガスと組織の均一化が主目的である。しかしながら、高温の溶湯に近接した位置に電磁コイルを配置させることから、電磁コイルの冷却と煩雑なメンテナンスが必要なだけでなく、当然大きな消費電力を必要とし、さらにはその消費電力に伴って電磁コイル自体が発熱するのも避けられず、これらの熱も冷却しなければならず、これらに起因して装置自体が高価とならざるを得ない等の種々の問題点があった。

特開平９−９９３４４号公報

本発明は、上述の問題点を解消するためになされたもので、その目的は、発熱量を抑え、メンテナンスも容易で、安価で実際上使いやすい、攪拌装置付き連続鋳造用鋳型装置を提供することにある。

本発明の実施形態の攪拌装置付連続鋳造用金型装置は、
導電性材料の液相状態にある溶湯の供給を受け、前記溶湯を冷却することにより固相状態の鋳造品を取り出し得るようにした攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置であって、
鋳型であって、ほぼ円筒状の側壁の中心側における、入口と出口を有する鋳造空間と、前記側壁の内部に形成され、前記鋳造空間の外側に位置する磁場発生装置収納室と、を有し、前記入口から液相状態の前記溶湯の供給を前記鋳造空間に受け、前記鋳造空間での冷却により固相状態の前記鋳造品を前記出口から排出する、鋳型と、
前記鋳型に対応して設けられた攪拌装置であって、少なくとも前記鋳造空間内の液相状態にある前記溶湯中に電流を流すことのできる第１電極及び第２電極を有する電極部と、液相状態にある前記溶湯に磁場をかけるための永久磁石を有する磁場発生装置と、を備え、前記磁場発生装置は前記鋳型における前記磁場発生装置収納室に収納されて、中心方向に向かって横向きに磁力線を発生させ、前記磁力線を前記鋳型の側壁の一部を貫通させて前記鋳造空間に至らせ、前記溶湯に前記電流と交差する横向きの磁力線を与え得るものとして構成されている、攪拌装置と、
を備えるものとして構成される。

（ａ）本発明の実施形態の全体構成図、（ｂ）、（ｃ）その動作説明図。 （ａ）図１のII（ａ）−II（ａ）線に沿って見た平面説明図、（ｂ）外部鋳型の底面説明図。 （ａ）攪拌装置３における磁場発生装置３１の平面説明図、（ｂ）その変形例の平面説明図。 （ａ）攪拌装置３における磁場発生装置３１のさらに異なる変形例の平面説明図、（ｂ）その変形例の平面説明図。 本発明の異なる実施形態の全体構成図。 本発明のさらに別の実施形態の全体構成図。 本発明のさらに異なる実施形態の全体構成図。 （ａ）本発明のさらに別の実施形態の全体構成図、（ｂ）鋳型の底面説明図、（ｃ）図８（ａ）のVIII（ｃ）−VIII（ｃ）線に沿った断面図、（ｄ）磁場発生装置の平面説明図、（ｅ）蓋の平面説明図。 （ａ）本発明のさらに他の実施形態の全体構成図、（ｂ）そのIX（ｂ）−IX（ｂ）線に沿った断面図、（ｃ）磁場発生装置の平面説明図。 本発明のさらに別の実施形態の全体構成図。

本発明の実施形態の理解を深めるために、従来の連続鋳造設備における電気を動力とする電磁攪拌装置を簡単に説明する。

従来は、非鉄金属の溶湯Ｍを、タンディッシュと呼ばれる溶湯受け箱から、定量出湯させて下方の鋳型に注湯している。鋳型内には鋳型冷却用の冷却水を循環させている。これにより、高温の溶湯は、鋳型に接触した瞬間から、外周側（鋳型側）から凝固を始める。鋳型中央部に位置する溶湯は、冷却中の鋳型壁から離れているため、凝固は外周部の溶湯よりも当然遅れる。そのため鋳型内では溶湯は、液体（液相）状態の溶湯と固体（固相）状態の鋳造物の２つが界面を介して接した状態で同時に存在することになる。而して、一般に溶湯をあまり急速に凝固させると、固体に変わった鋳造物（製品）内にガスが残り、製品の品質を低下させてしまう。このため、凝固前の溶湯を攪拌して、脱ガスを促進させている。この攪拌のために従来は電気を動力とする電磁攪拌装置が使われてきたのである。

しかしながら、このような電磁攪拌装置を用いると種々の難点があるのは先に述べた通りである。

そこで、本発明では、電気を動力とする前記電磁攪拌装置を用いることのない永久磁石による攪拌装置付き連続鋳造用鋳型装置を提供しようとするものである。

本発明の実施形態はより詳しくは以下の通りである。

本発明の一実施形態の全体構成図を図１（ａ）に示す。図２（ａ）は図１（ａ）のII（ａ）−II（ａ）線に沿って見た平面説明図であり、主に鋳型２と攪拌装置３の一部を示し、図３（ａ）は攪拌装置３における磁場発生装置３１の平面説明図を示す。

図１（ａ）から分かるように、本発明の実施形態の装置は、大きく分けて、Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｎ又はこれらのうちの少なくとも２つの合金、あるいはＭｇ合金等の伝導体（導電体）の非鉄金属あるいはその他の金属の溶湯Ｍを供給する溶湯供給装置１と、溶湯供給装置１から溶湯を受ける鋳型２と、鋳型２内の溶湯Ｍを攪拌する攪拌装置３とを有する。鋳型２の中心側が入口２Ａ（１）１と出口２Ａ（１）２を備えるいわゆる鋳造空間２Ａ（１）となっている。

前記溶湯供給装置１は、取鍋（図示せず）等からの溶湯Ｍを受けるタンディッシュ（溶湯受箱）１Ａを備える。タンディッシュ（溶湯受箱）１Ａに溶湯Ｍを溜めておき、介在物を除去して、溶湯Ｍを下方の開口１Ｂから一定の供給速度で鋳型２に供給する。図１では、タンディッシュ（溶湯受箱）１Ａのみを示している。

前記鋳型２は、本実施形態では、円柱状の製品Ｐ（ビレット）を取り出すものとして構成されている。このため、この鋳型２は、概略的には、２重構造の円筒状（横断面がリング状）として構成されている。つまり、内側のグラファイト（カーボン）等の非導電性材料（非導電性耐火材）で構成された内部鋳型２１と、外側のアルミニウムや銅等の導電性材料（導電性耐火材）で構成された外部鋳型２２と、を嵌め合わせた状態に備えている。この外部鋳型２２の側壁の内部には、追って詳しく説明するように、磁場発生装置３１が収納状態に組み込まれている。なお、角柱状の製品（スラブ）を取り出す場合にあっても技術的な考え方は同じであり、以下に説明する実施形態の技術的思想をそのまま適用可能である。簡単には、製品である角形のスラブに対応する部品の形状が変わるだけである。

さらに、前記鋳型２は、外部鋳型２２の外側にウォータジャケット２３を備えている。このウォータジャケット２３は、内部鋳型２１内に流れ込む溶湯Ｍを冷却するためのものである。つまり、図示せぬ流入口からウォータジャケット２３内に冷却水を流入させ、ウォータジャケット２３内で冷却水を循環させ、この冷却水によって外部鋳型２２の外側を冷却して、図示しない流出口から冷却水を排出する。このウォータジャケット２３により、溶湯Ｍは急激に冷却されることになる。ウォータジャケット２３としては公知の各種の構造のものを採用することができ、よってここでは詳しい説明は省略する。

さらに、このように構成された鋳型２には、後述する電極３２Ａが抜き差しされる複数の電極差込孔２ａ、２ａ、・・・が円周上に所定間隔で設けられている。この電極差込孔２ａは鋳型２の中心側に向かって下り勾配のものとして構成されている。このため、たとえ鋳型２の内部に溶湯Ｍが入っていても、溶湯Ｍの表面が電極差込孔２ａの上端開口よりも低ければ、溶湯Ｍが外部に漏れる虞はない。

前述のように、簡単には、前記鋳型２の側壁に対して前記攪拌装置３が内蔵状態に設けられる。この攪拌装置３は、永久磁石式の磁場発生装置３１と、一対の上部の電極（正極）３２Ａ及び下部の電極（負極）３２Ｂとを備える。

前記磁場発生装置３１は、特に図３（ａ）から分かるように、リング状（枠状）に構成されている。内周側の全周をＮ極に磁化し、外周側の全周をＳ極に磁化することもできる。また、内周側、外周側をそれぞれ部分的に、例えば、図示のように、４個所を、Ｎ極、Ｓ極に磁化することもできる。

後述するするところから分かるように、この磁場発生装置３１は必ずしもリング状である必要はなく、分割された状態、例えば、図８（ｄ）に示すように、横断面が円弧状の複数の永久磁石片から構成することもできる（図４）。この磁場発生装置３１は、先に簡単に述べたように、特に図１（ａ）からわかるように、外部鋳型２２内に組み込まれている。

より詳しくは、外部鋳型２２は、図１（ａ）からわかるように、その側壁に、下方が解放口となった横断面がリング状の磁場発生装置収納室２２ａを備えている。この磁場発生装置収納室２２ａは、図２（ｂ）からも分かる。この図２（ｂ）は、外部鋳型２２を下から見たものである。特に図１（ａ）からわかるように、この下方が解放した横断面がリング状の磁場発生装置収納室２２ａに、同じく横断面がリング状の磁場発生装置３１が下方から、上下の位置を移動により調節可能に収納されている。つまり、磁場発生装置３１は、図示せぬ所望の手段によって、磁場発生装置収納室２２ａ内で高さを調節可能に設けられている。これにより、図１（ａ）からわかるように、液相状態にある溶湯Ｍに合わせて高さを調節して、後述するように、より効率よく溶湯Ｍを攪拌することができる。この磁場発生装置収納室２２ａの下方の開口はリング状の蓋２２Ｂで閉じられている。この蓋２２Ｂを、後述する、図８（ａ）の蓋２２Ｂのように、冷却水の外部への排水用の放水路２２Ｂ（１）を有するものとして構成することもできる。

前述のように、この磁場発生装置３１の４個所が、図３（ａ）に示すように、磁化されて磁極対３１ａ、３１ａ、・・・となっている。つまり、各磁極対３１ａ、３１ａについてみると、リングの内側磁極がＮ極に、外側磁極がＳ極に、それぞれ磁化されており、Ｎ極から出た磁力線ＭＬはリングの中心に向かい、鋳型２内部の溶湯Ｍを水平に通過する。これと磁化が逆でも良い。つまり、内側を全てある極に磁化し、外側を全て異なる極に磁化すればよい。本発明のさらなる特徴の1つは、複数の磁極を図３（ａ）から分かるように、固化する前の溶湯Ｍをぐるりと取り囲む複数の位置に配置することにある。これにより、後述するように、磁力線と電流とによるフレミングの法則の電磁力により、溶湯Ｍをまんべんなく攪拌して、製品Ｐの品質を向上させることができる。よって、磁極の数は図３（ａ）では４つとしているが、この数にこだわるものではなく、任意の数でよい。また、上述したように、磁場発生装置３１は、リング状の１つの一体のものとして構成する必要はなく、図８（ｄ）に示すような、任意数の複数の磁石体（磁石片）に分割したものでも良い。

図１（ａ）において、前記一対の電極３２Ａ、３２Ｂ間には、溶湯Ｍ及び鋳造品（製品）Ｐを介して、電流が流される。電極３２Ａは、１つでも良いが、複数とすることもでき、本実施形態では、２つとしている。前記電極３２Ａは、プローブ状に構成されている。各電極３２Ａは先に述べたプローブ差込孔２ａに差し込まれる。つまり、前記電極３２Ａは、前記ウォータジャケット２３から前記鋳型２（内部鋳型２１、外部鋳型２２）を貫通して、内端が前記内部鋳型２１内に露呈して、内部の溶湯Ｍに接触導通し、外端がウォータジャケット２３の外部に露呈する。前記外端は可変直流電流を流し得る電源装置３４に繋がれている。この電源装置３４は後述するように交流電源機能を併せ持っていても良く、且つ、周波数変換機能を有したものとすることもできる。前記電極３２Ａは、鋳型２の側壁を貫通させることなく、鋳型２の上部開口の上方に、その内端が、鋳型２に流れ込む溶湯Ｍの表面から溶湯Ｍ中に差し込まれた状態に、支持することもできる。電極３２Ａはグラファイト等の内部鋳型２１に電気的に接続することも出来る。

前記電極３２Ａとしては用いる数を任意なものとし、任意数の電極３２Ａを前記電極差込孔２ａ、２ａ・・・の任意なものに差し込むようにすることもできる。

図１（ａ）において、前記下部の電極３２Ｂは、位置が固定された状態に設けられている。この電極３２Ｂはローラ式のものとして構成されている。つまり、先端に回転可能なローラ３２Ｂａを備える。このローラ３２Ｂａは、固相状態で押し出される鋳造品（ビレットあるいはスラブ）としての円柱状の製品Ｐの外表面に圧接した状態にあり、製品Ｐが下方へ伸びるのに伴って回転させられる。つまり、製品Ｐが下方へ押し出されると、製品Ｐはローラ３２Ｂａとの接触を保ったまま、ローラ３２Ｂａを回転させながら図１の下方へ伸びていくことになる。

よって、電源装置３４から前記一対の電極３２Ａ、３２Ｂ間に電圧を掛ければ、電流は、溶湯Ｍ及び製品Ｐを介して、一対の電極３２Ａ、３２Ｂ間に流れることになる。上述のように電源装置３４は一対の電極３２Ａ、３２Ｂ間に流れる電流量を制御可能に構成されている。これにより、液相状態の溶湯Ｍを、前記磁力線ＭＬとの関係で、最も効率よく攪拌可能な電流を選択可能である。

次に、上記構成の装置の動作について説明する。

図１（ａ）において、タンディッシュ（溶湯受箱）１Ａから定量出湯された溶湯Ｍは鋳型２の上部に入る。鋳型２はウォータジャケット２３内の水の循環により冷却されており、鋳型２内の溶湯Ｍは急激に冷却凝固する。しかし鋳型２内の溶湯Ｍは、上部が液体（液相）、下部が固体（固相）で界面ＩＴ０で接する２相構造となっている。溶湯Ｍは鋳型２の通過と同時に鋳型形状に合った形（本実施形態では円柱状）に成型され、連続的にスラブまたはビレットとしての製品Ｐとされる。

而して、図１（ａ）等からわかるように、鋳型２の側壁の内部には、永久磁石式の磁場発生装置３１が収納されており、その磁場（磁力線ＭＬ）は横向きに鋳型２内の溶湯Ｍに達している。この状態で上部の電極３２Ａから下部の３２Ｂに電源装置３４によって直流電流を流すと、電流は上部の電極３２Ａから下部の電極３２Ｂに、アルミニウム等の溶湯（液相）Ｍから製品（固相）Ｐを通り流れる。このとき永久磁石式の磁場発生装置３１から出る磁力線ＭＬを、電流がほぼ直角に横切ることになり、液相状態にある溶湯Ｍにはフレミングの左手の法則に従い回転運動が生じる。こうして溶湯Ｍの攪拌が行われ、溶湯Ｍ中に含まれる不純物、ガス等が浮上し、いわゆる脱ガスが活発に行われ、製品（スラブ、ビレット）Ｐの品質向上が図れる。

今、ウォータジャケット２３等によって冷却能力を強弱変化させると、溶湯Ｍの固化速度が変化し、それに伴って溶湯（液相）Ｍと製品（固相）Ｐの界面ＩＴ０は上下する。つまり、冷却能力を高めると、図１（ｂ）に示すように、界面ＩＴ０は界面ＩＴ１のように上がる。冷却能力を弱めると、図１（ｃ）に示すように、界面ＩＴ０は界面ＩＴ２のように下がる。而して、溶湯Ｍを効率よく攪拌するには、界面ＩＴ０、ＩＴ１、ＩＴ２の位置に応じて前記磁場発生装置３１を上下動させるのが望ましい。これにより、溶湯Ｍを確実に効率よく攪拌して製品Ｐを高品質のものとして得ることができる。このため、これらの界面ＩＴ１、ＩＴ２の高さに応じて、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように磁場発生装置３１の高さを上下に高さを調節し、その位置を保持可能としている。これにより、前述のように、溶湯Ｍを効率よく攪拌することができる。

前記鋳型２の２重構造を、上記とは逆に、内側を導電性材料とし、外側を非導電性材料とすることもできる。この場合には、すくなくとも前記電極３２Ａを内側の導電性材料に電気的に接触させればよい。この場合にあっても、外側の部材に磁場発生装置収納室２２ａを設ければよい。

また、鋳型２を、２重構造とすることなく、１重構造とすることもできる。この場合には、鋳型２を導電性材料のみで製作し、前記電極３２Ａを鋳型２に電気的に導通させればよい。他方の電極３２Ｂの構造は前記と同様でよい。

また逆に、鋳型２を非導電性材料のみで作製することもできる。この場合には、図１（ａ）に示すように、電極３２Ａを鋳型２に貫通させる等して、電極３２Ａを鋳型２内の溶湯Ｍと電気的に導通させる必要がある。

これらの場合には、当然、１重構造の部材に磁場発生装置収納室２２ａを設ければよい。

図３（ａ）の磁場発生装置３１に代えて、図３（ｂ）の磁場発生装置３１Ａを用いることもできる。図３（ｂ）の磁場発生装置３１Ａは、図３（ｂ）の磁場発生装置３１と、磁化の方向を逆向きとしたものである。両者は機能的には同等である。

また、図３（ａ）、図３（ｂ）の磁場発生装置３１、３１Ａに代えて、図４（ａ）、図４（ｂ）の磁場発生装置３１−２、３１Ａ−２を用いることもできる。図４（ａ）、図４（ｂ）の磁場発生装置３１−２、３１Ａ−２は、リング状の支持体（継鉄）ＳＰの内側に棒状の複数の永久磁石ＰＭを固定したものとして構成される。これらは機能的には同等である。

さらに、上記した実施形態では、下部の電極３２Ｂとして、先端にローラ３２Ｂａを有するものを示したが、必ずしもローラ３２Ｂａを備える必要はない。製品Ｐが連続的に押し出されても製品Ｐと電極３２Ｂが電気的な導通状態を保たれればよく、各種の構造を採用することができる。例えば、電極３２Ｂとして所定の長さの弾性材を用い、図１において、例えば、上に凸となるように、又は下に凸となるように屈曲させ、復元力によって先端を前記鋳造品Ｐに圧接させ、この状態で鋳造品Ｐが下方へ伸張するのを許容するようにすればよい。

上記に説明した本発明の実施形態によれば、以下のような効果が得られる。

本発明の実施形態では、凝固する直前の溶湯Ｍを攪拌して、溶湯Ｍに動き、振動等を与えて脱ガス効果や組織の均一化、微細化を図っている。

より詳しくは、本発明の実施形態では、磁場発生装置３１を上下に調節可能としてあるので、溶湯Ｍを確実に攪拌して、高品質の製品Ｐを得ることができる。これは前述のように本発明の特徴の１つであり、本発明の実施形態のように高温、大型な装置になりがちで空きスペースもほとんどない装置おいて、且つ鋳型に外付けされた磁場発生装置３１を上下に移動させるという発想自体が当業者にはなじまない発想であるが故に、鋳型の内部に磁場発生装置を収納してそれを上下に調節可能とした本発明の技術は、本発明者に独自の技術的な思想である。

また、本発明の実施形態では、磁場発生装置３１を、溶湯Ｍの周囲を取り囲む位置に複数の磁極を、又は溶湯Ｍの周囲を取り囲むリング状の磁石を、配置するようにしたので、磁力線と電流とによるフレミングの法則に従った電磁力で、溶湯Ｍをまんべんなく高効率で攪拌することができ、製品Ｐを高品質のものとして得ることができる。つまり、本発明の実施形態においては、このフレミングの法則に従った電磁力を最大限に生かして溶湯Ｍを効率よく攪拌できる。しかもその攪拌に伴う溶湯Ｍの回転の軸線は図１（ａ）における製品Ｐの中心軸に沿った軸線としている。これにより、溶湯Ｍの回転駆動を確実なものとして、製品Ｐとして高品質のものを得ることができる。

さらに、本発明の実施形態では、フレミングの法則に従った電磁力により溶湯Ｍを攪拌するようにしているので、溶湯Ｍ中を流れる小電流と、磁場発生装置３１から出る磁場との協働により攪拌するようにしたので、アーク溶接の原理等による断続的に大電流を流して行う溶解攪拌とは異なり、安定的に継続して確実な攪拌が期待でき、騒音も少なく、持続性の高い装置を得ることができる。

以上の効果は以下に述べる全ての実施形態についても得られるのは当然である。

なお、以上の説明では、電極３２Ａ、３２Ｂ間に直流電流を流すようにしたが、電源装置３４から、１乃至５Ｈｚくらいの低周期の交流電流を流すことも出来る。この場合には、磁場発生装置３１からの磁場との関係で、溶湯Ｍは回転ではなくその周期に応じた振動を繰り返すことになる。この振動によっても溶湯Ｍ中から不純物の除去が行われる。この変形例の適用は、以下に説明する全ての実施形態についても可能である。この場合、電源装置３４として、周波数変換機能をもつものを採用するのは当然である。

而して、現在は、産業界において量産設備の実現が要求されている。量産を考慮した場合には出来るだけ小型の鋳型を実現することが不可欠である。

ここで、従来の電磁式攪拌においては、一度に生産するスラブあるいはビレットの数が、数本の場合には対応可能である。しかしながら現在は、１００本を超すビレットを同時生産する要請が出てきている。この要請には従来の電磁攪拌装置では応じることができない。

しかしながら、本発明の装置では、磁場発生装置として永久磁石を用いている。このため、大電流を流す電磁攪拌装置に比べて極めてコンパクト化が可能である。このことから、量産設備用の鋳型装置の実現が十分可能である。また永久磁石式であるため、磁場発生装置として、発熱がない、省電力、省エネルギー、ローメンテナンス等の効果を有する装置を得ることができる。

図５はさらに異なる実施形態を示す。

この液相状態にある溶湯Ｍにより多くの電流を流して、より大きな電磁力を発生させて溶湯Ｍを回転駆動しようとしたものである。

図１（ａ）の実施形態と異なる点は、鋳型２Ａの構造にある。その他の構成は図１（ａ）と実質的に同一である。よって、ここでは詳しい説明は行わない。

即ち、この実施形態の鋳型２Ａは、ほぼ円筒状の鋳型本体２Ａ１を有する。この鋳型本体２Ａ１をその内周面に周状の溝２Ａ１（ａ）を有するものとして形成する。この溝の内面（周側面及び底面）に絶縁膜２Ａ２を形成し、この絶縁膜２Ａ２上に前記鋳型本体２Ａ１と同等の導電性材料を埋め込んで埋込層２Ａ３を構成している。前記絶縁膜２Ａ２と前記埋込層２Ａ３とにより絶縁層部分が構成されることになる。この絶縁層部分は、前記鋳型の内側表面の一部に形成されて、前記鋳型からの前記電流の流れは許容しない部分として機能する。

この絶縁層部分は、鋳型本体２Ａ１の内表面のやや下方部分に設けられることになる。これにより、鋳型本体２Ａ１における絶縁層部分、つまり、鋳造品Ｐと接する部分から鋳造品Ｐへの電流は可及的に許容されないことになる。

さらに、鋳型本体２Ａ１の外周側に端子２Ａ４を設けている。この端子２Ａ４を介して鋳型２Ａに前記電源装置３４から給電可能としている。

このように構成された装置において、電源装置３４で端子２Ａ４と電極３２Ｂの間に電圧をかければ、電流が、鋳型本体２Ａ１、溶湯Ｍ、鋳造品Ｐに流れる。このとき、絶縁膜２Ａ２と埋込層２Ａ３には電流は流れないので、溶湯Ｍにはより大きな電流が流れ、溶湯Ｍを攪拌しようとする前記電磁力はより大きなものとして得られる。

図６はさらに別の実施形態を示す。

この実施形態は図１（ａ）の実施形態の変形である。

本実施形態が図１（ａ）の実施形態と異なるところは、図１（ａ）の上部の電極３２Ａの配置の仕方にある。つまり、本実施形態においては、１または複数の電極３２Ａ０、３２Ａ０、・・・を、複数の場合は環状の配置とし、これらの電極３２Ａ０を鋳型２Ａ等（鋳型２Ａ及びウォータジャケット２３）以外の任意の手段で支持し、各電極３２Ａ０の下端部分が溶湯Ｍ中に差し込まれた状態としている。これにより、電極３２Ａ０の下端部分の前記溶湯Ｍ中への差込量の調節を鋳型２Ａ等と無関係に自由度大きく行うことができる。さらに、当然、鋳型２Ａ等として通常のものを用いればよく、鋳型２Ａ等に電極３２Ａ１に電極差込孔２ａを設ける必要もなく、これらの製造コストの増加を防ぐこともできる。

その他の構成は図１（ａ）の実施形態と同様である。

図７はさらに別の実施形態を示す。

この実施形態は図６の実施形態の変形例とみることもできる。

図７の実施形態は、上方のタンディッシュ（溶湯受箱）１Ａから下方の鋳型２Ａへ、溶湯Ｍがとぎれることなく連続した溶湯として注ぎこまれている場合において稼働可能な装置を想定している。つまり、タンディッシュ（溶湯受箱）１Ａ内の溶湯Ｍと鋳型２Ａ内の溶湯Ｍとが一体に繋がっている場合を想定している。

図６では電極３２Ａ０を鋳型２中の溶湯Ｍに差し込んでいるが、図７では、上記の場合を前提として、電極３２Ａ１をタンディッシュ（溶湯受箱）１Ａ中の溶湯Ｍに差し込んだ状態に任意の手段で支持している。このようにすることにより、前述の図７の実施形態におけると同様の利点を得ることができる。加えて、タンディッシュ（溶湯受箱）１Ａと鋳型２Ａ等との間の距離を、電極３２Ａ１にかかわりなく設定、調節することができる。

その他の構成は図６と同様である。

図８（ａ）−（ｄ）、図９（ａ）−（ｃ）、図１０は本発明のさらに異なるそれぞれ別の実施形態を示す。

これらの実施形態において、先に説明した実施形態と同等の部材には同一の符号を付して説明を省略する。

これらの実施形態では、冷却用のウォータジャケットを別途設けることなく、鋳型２の側壁に、つまり、外部鋳型２２の側壁の内部に冷却室と磁場発生装置収納室の兼用の水流通室２２ａ（２）を形成し、この水流通室２２ａ（２）内に永久磁石としての磁場発生装置３１を上下に位置を調節可能に収納している。

なお、図８（ｃ）に示す磁場発生装置収納空間（磁場発生装置収納室）２２ａ（２）は、図８（ｄ）に示す所定間隔の複数の永久磁石片３１Aをそれぞれ１つずつ収納すべく、互いに分割区画された、例えば、横断面が円弧状の、複数の部分磁場発生装置収納室とすることもできる。

先ず、図８（ａ）―（ｅ）に示す実施形態のビレットの製造装置について説明する。

即ち、外部鋳型２２は、図８（ａ）からわかるように、下方に解放した横断面がリング状の水流通室２２ａ（２）を備え、この水流通室２２ａ（２）を蓋２２Ｂ（１）で密閉している。図８（ｂ）は、蓋２２Ｂ（１）を外し、内部鋳型２１と外部鋳型２２を、VIII（ｂ）―VIII（ｂ）線に沿って、下から見たものである。この蓋２２Ｂ（１）は鋳型２の一部を構成するものである。

図８（ａ）からわかるように、磁場発生装置収納空間（収納室）としてのリング状の水流通室２２ａ（２）に、横断面が円弧状の複数の永久磁石片３１A、３１Ａ、・・・（図８（ｃ））からなる磁場発生装置３１が上下に調節可能に収納されている。つまり、水流通室（冷却室）２２ａ（２）は、冷却水流通室と磁場発生装置収納室としての機能を併せもっていることになる。これらの永久磁石片３１Aの平面図は図８（ｄ）に示される。各永久磁石片３１Aは例えば内側がＮ極に、外側がＳ極とされている。これと逆に磁化しても良い。つまり、磁場発生装置３１は、図示せぬ任意の手段によって、水流通室２２ａ（２）内で高さを調節可能に設けられている。これにより、先にも述べたように、液相状態にある溶湯Ｍに対応するように高さを調節して、より効率よく溶湯Ｍを攪拌可能としている。

この水流通室２２ａ（２）の下方の開口は、前述のリング状の蓋２２Ｂで閉じられている。この蓋２２Ｂの平面図は図８（ｅ）に示される。この図８（ｅ）と図８（ａ）とからわかるように、この蓋２２Ｂ（１）には、複数の冷却水の放水路２２Ｂ（１）が形成されている。図８（ａ）、図８（ｅ）からわかるように、複数の放水路２２Ｂ（１）は、蓋２２Ｂの上面に開口した複数の入口２２Ｂ（１）ａ１を有し、蓋２２Ｂの周側面に出口２２Ｂ（１）ａ２を有している。これにより、水流通室２２ａ（２）内の冷却水は複数の入口２２Ｂ（１）ａ１から入り、出口２２Ｂ（１）ａ２から流出して製品Ｐの外周に噴射してこれを冷却することになる。つまり、冷却水は図示せぬ入口から水流通室２２ａ（２）に入り、冷却しながらここを循環して、前記放水路２２Ｂ（１）から外部に噴射状態に排出される。

以上に説明した図８（ａ）―（ｅ）の装置の動作は先に説明した実施形態と同様であるため説明は省略する。

なお、以上に説明した図８（ａ）―（ｅ）の実施形態においては、磁場発生装置３１を複数の永久磁石片３１Aからなるものとしたが、これを図３（ａ）のように一体型とすることができるのは当然である。また、磁場発生装置収納空間としての水流通室２２ａ（２）は図８（ｂ）から分かるように、周状のものとして構成したが、必ずしもこの形に限るものではなく、周方向に区切られた複数の横断面が円弧状のセル室として構成することもできる。各セル室に冷却水が流通可能で、且つ、永久磁石片３１Aが上下に移動可能に収納できればよい。

この図８（ａ）―（ｅ）の装置においては、磁場発生装置３１を鋳型２の外側に設けるのではなく、鋳型２（外部鋳型２２）に空洞（水流通室２２ａ（２））を設け、その空洞内に磁場発生装置３１を収納するようにしたので下記の特徴を得ることができる。

−磁場発生装置３１として小型で小能力の永久磁石を用いることが出来る。
つまり、磁場発生装置３１を鋳型に外付けすると、磁場発生装置３１と溶湯Ｍとの距離がやや遠くなるのが避けられない。しかるに、本実施形態では、鋳型２に内蔵するようにしたので、磁場発生装置３１と溶湯Ｍとの距離が縮まり、同じ攪拌能力を持たせる場合には、より小型で小能力の永久磁石を用いることができる。

−作業性を大幅に改善できる。
つまり、この装置の運転時には、製品Ｐの確認の製品チェックを行うため、各種の測定、非破壊検査等を実施すべく複数の検査員がこの装置の回りに位置取りして、そのような測定等を行わなければならない。しかるに、外付けの磁場発生装置の場合には大型で嵩張るものとなるのが避けられず、且つ強力な磁場を発生するため、そのような測定作業がやりにくいのは否定出来ない。しかるに、この実施形態では磁場発生装置３１を鋳型２の中に設けるようにしたので、嵩張らないだけでなく且つ外部に放射する磁場の強さも弱まり、各種測定等がやりやすくなる。

−生産性を大幅に向上できる。
つまり、上記のような測定等に必要な時間が短縮できるため、結果的に短時間当たりの製品Ｐの製造速度を高めることが出来る。

−小型化が可能である。
つまり、磁場発生装置３１が内蔵型となっているため、その分全体としての装置を小型なものとして提供可能である。

−設置場所の省スペース化が可能となる。
つまり、上記と同様であるが、同じ製品Ｐを製造する装置として見た場合、磁場発生装置３１が内蔵型となっているため、全体としての大きさが小さくなり、狭い場所にも設置でき、装置の有用性に融通性が得られる。

以上の効果を別の視点で説明すれば以下の通りである。

本装置で製品Ｐの製造時には、装置の回りに例えば５，６人の作業員が集結し、短時間で密度の濃い作業（溶湯漏れの監視、防止、溶湯の噴出の監視、防止の作業等）を実施するのが不可欠である。これらの作業を複数の作業員で行う場合にあっては、磁場発生装置３１が外付けで出っ張っているのに比べれば、内蔵型の本実施形態の装置では、作業性が良い。つまり、装置の外観は従来の装置である磁場発生装置３１を有しないものと同等のディメンジョンのものとすることができ、本実施形態の装置の現場での使い勝手は極めて良い。

また、磁場を溶湯Ｍに確実に作用させるには、磁場発生装置３１はできるだけ溶湯Ｍに距離的に近い方が良く、内蔵型ではそれが実現される。

磁場発生装置３１が外付けの場合は、温度センサ等の各種測定器への磁場の影響を考慮しなければならないが、内蔵型ではその影響が少なくなり、測定により有利となる。つまり、スラブやビレット等の製品Ｐを製造するに当たっては、製品の品質を維持するために、製品Ｐの複数の個所での温度測定、管理等が極めて重要な課題である。このような温度測定等にあって、本実施形態では極めて有利である。

外付けの磁場発生装置に代えて、本実施形態のように内蔵型とすれば、同じ磁場を溶湯Ｍに加えるものとしては、小型なものとでき、重量、嵩ともに小さいものとでき、装置として使い勝手の良いものとすることができる。つまり、本装置の各部品は消耗品であり、運転の時間の一定の経過毎に適宜交換する必要がある。しかるに、磁場発生装置３１等が小型軽量のものとできるので、交換作業等は極めて容易に行える。

本実施形態の装置での作業は、いわゆる７００°C程度の高温での作業であるため、作業員にとり極めて危険な作業となる。しかるに、磁場発生装置３１として小型で磁場強度がや低くてもよいものを用いることができる。而して、本装置の調整、メンテナンス等を行う工具は大概鉄製の強磁性体を帯びており、さらには安全靴等も鉄製であるが、外部に放射される磁場発生装置３１の磁場が少しでも弱くなれば、保安員、作業員、測定員等の安全性が保たれる。

図８（ａ）―（ｅ）についての以上に述べた効果は、図１等の装置にも、以下に説明する図９（ａ）−（ｃ）、図１０のスラブを製造する装置にも言えるのは当然である。

図９（ａ）−（ｃ）はスラブを製造する装置であるが、ビレットは丸形であるのに対し、スラブは角型であることを除けば、基本的な技術的な考え方は同じである。よって、同等部材には同じ符号を付して説明を省略する。

異なる点は以下の通りである。

スラブは製品Ｐの重量が著しく重い。このため、ビレットは横引きでも可能ではあるが、スラブは垂直引きで製品Ｐを取り出さざるを得ない。このため、台座５１を準備し、この台座５１に乗せて徐々に下方に引く状態で製品Ｐを取り出す。この台座５１に下方の電極３２Ｂを埋め込んでいる。磁場発生装置３１は図９（ｂ）、（ｃ）に示される。図９（ｂ）は図９（ａ）のIX（ｂ）−IX（ｂ）線に沿った断面図であり、図９（ｃ）は磁場発生装置３１の平面図である。ここでは、磁場発生装置３１は４つの永久磁石片３１Aを用いて、対向する２組としているが、何れか１組を用いることもできる。

図１０は図９（ａ）の変形例である。

この図１０では、一対の電極３２Ａ、３２Ｂを溶湯Ｍ中に差し込んだ状態で用いている。このように電極３２Ａ、３２Ｂを用いても、溶湯Ｍが攪拌されることを、本発明者は実験により確認した。つまり、図１０のように一対の電極３２Ａ、３２Ｂを用いても、磁場発生装置３１からの磁力線と、一対の電極３２Ａ、３２Ｂ間を流れる電流は、溶湯Ｍ中で各種のパスを採って流れ、フレミングの法則による電磁力を生じさせる。

Ｍ 溶湯
Ｐ 製品（鋳造品）
１ 溶湯供給装置
２ 鋳型
２Ａ 鋳造空間
２Ａ１ 入口
２Ａ２ 出口
２１ 内部鋳型
２２ 外部鋳型
２３ ウォータジャケット
２ａ 電極差込孔
３ 攪拌装置
２２ａ、２２ａ（２） 磁場発生装置収納室（磁場発生装置収納空間）
３１ 磁場発生装置
３２Ａ、３２Ａ０、３２Ａ１ 上部の電極
３２Ｂ 下部の電極
３２Ｂａ ローラ
３４ 電源装置

Claims (20)

1. 導電性材料の液相状態にある溶湯の供給を受け、前記溶湯を冷却することにより固相状態の鋳造品を取り出し得るようにした攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置であって、
   鋳型であって、ほぼ円筒状の側壁の中心側における、入口と出口を有する鋳造空間と、前記側壁の内部に形成され、前記鋳造空間の外側に位置する磁場発生装置収納室と、を有し、前記入口から液相状態の前記溶湯の供給を前記鋳造空間に受け、前記鋳造空間での冷却により固相状態の前記鋳造品を前記出口から排出する、鋳型と、
   前記鋳型に対応して設けられた攪拌装置であって、少なくとも前記鋳造空間内の液相状態にある前記溶湯中に電流を流すことのできる第１電極及び第２電極を有する電極部と、液相状態にある前記溶湯に磁場をかけるための永久磁石を有する磁場発生装置と、を備え、前記磁場発生装置は前記鋳型における前記磁場発生装置収納室に収納されて、中心方向に向かって横向きに磁力線を発生させ、前記磁力線を前記鋳型の側壁の一部を貫通させて前記鋳造空間に至らせ、前記溶湯に前記電流と交差する横向きの磁力線を与え得るものとして構成されている、攪拌装置と、
   を備えることを特徴とする攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
2. 磁場発生装置収納室は、前記鋳型の側壁の内部に、且つ、前記鋳造空間の外周位置に、形成されていることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
3. 磁場発生装置収納室は、前記鋳型の側壁の内部に下方に解放した開口を有するものとして形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
4. 前記鋳型の外側に冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
5. 前記磁場発生装置収納室の前記開口が蓋によって閉鎖されて、前記磁場発生装置収納室は冷却水の流通を許容する冷却室としての機能を兼用するものとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の攪拌装置付連続鋳造用金型装置。
6. 前記磁場発生装置は、前記磁場発生装置収納室内に、前記鋳造空間内の液相状態の溶湯と固相状態の製品との界面の位置に応じて、位置を上下に調節可能に、設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
7. 前記磁場発生装置収納室内を流れる冷却水を前記製品に向けて噴射させる放水路が前記鋳型に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
8. 前記磁場発生装置収納室は、前記鋳造空間の全周を囲むように横断面が枠状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
9. 前記磁場発生装置収納室はそれぞれ区画された独立の複数の部分磁場発生装置収納室を備えたものとして構成され、前記各部分磁場発生装置収納室は、前記鋳造空間の全周の一部を囲むものとして形成されていることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
10. 前記磁場発生装置は、横断面が枠状のものとして構成され、内周側が第１の極に磁化され、外周側が第２の極に磁化されていることを特徴とする請求項８記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
11. 前記磁場発生装置は、横断面が枠状の支持体と、前記支持体の内面に複数の永久磁石片を所定の間隔で取り付け、前記各永久磁石体は内面側と外面側がそれぞれ磁化されていることを特徴とする請求項８記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
12. 前記磁場発生装置は複数の永久磁石片を備え、前記複数の永久磁石片を所定間隔で前記磁場発生装置収納室に収納したことを特徴とする請求項８記載の溶解炉システム。
13. 前記磁場発生装置は複数の永久磁石片を備え、前記複数の永久磁石片をそれぞれ前記部分磁場発生装置収納室に収納したことを特徴とする請求項９記載の溶解炉システム。
14. 前記第１電極は、前記鋳型中における液相状態の溶湯とあるいはこの溶湯と電気的に導通する溶湯あるいはその他の部品と電気的に導通可能に設けられ、前記第２電極は、前記鋳型から取り出される固相状態の製品とあるいは前記製品と電気的に導通可能に設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至１３の１つに記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
15. 前記第１電極及び前記第２電極は、共に、前記鋳型中の液相状態の溶湯に電気的に導通可能に設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至１３の１つに記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
16. 前記第１電極及び前記第２電極にはこれらの間に直流電流を流し得る電源装置が接続されていることを特徴とする請求項１乃至１５の１つに記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
17. 前記第１電極及び前記第２電極にはこれらの間に交流電流を流し得る電源装置が接続されていることを特徴とする請求項１乃至１５の１つに記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
18. 前記電源装置は周波数変換機能を備えていることを特徴とする請求項１７記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
19. 前記鋳型は、非導電性材料による１重構造、導電性材料による１重構造、あるいは、非導電性材料と導電性材料による２重構造のものとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至１８の１つに記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。
20. 前記第２電極は先端にローラを備え、前記ローラは取り出される前記鋳造品の外面との接触により回転可能なものとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至１９の１つに記載の攪拌装置付連続鋳造用鋳型装置。

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