JP5794259B2 - 引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法に関する。

特許文献１には、発明者らにより、鋳型を要しない画期的な連続鋳造方法として、自由鋳造方法が提案されている。特許文献１に示したように、溶融金属（溶湯）の表面（すなわち湯面）にスタータを浸漬させた後、当該スタータを引き上げると、溶湯の表面膜や表面張力によりスタータに追従して溶湯も導出される。ここで、湯面近傍に設置された形状規定部材を介して、溶湯を導出し、冷却することにより、所望の断面形状を有する鋳物を連続鋳造することができる。

通常の連続鋳造方法では、鋳型によって断面形状とともに長手方向の形状も規定される。とりわけ、連続鋳造方法では、鋳型内を凝固した金属（すなわち鋳物）が通り抜ける必要があるため、鋳造された鋳物は長手方向に直線状に延びた形状となる。
これに対し、自由鋳造方法における形状規定部材は、鋳物の断面形状のみを規定し、長手方向の形状は規定しない。そして、形状規定部材は、湯面に平行な方向（すなわち水平方向）に移動可能であるから、長手方向の形状が様々な鋳物が得られる。例えば、特許文献１には、長手方向に直線状でなく、ジグザグ状あるいは螺旋状に形成された中空鋳物（すなわちパイプ）が開示されている。

特開２０１２−６１５１８号公報

発明者は以下の課題を見出した。
特許文献１に記載の自由鋳造方法では、スタータに追従して湯面から引き上げられた凝固前の溶湯（保持溶湯）に形状規定部材を接触させて外力を印加することにより、鋳物の断面形状を規定している。そのため、保持溶湯には局所的な負荷が加わってしまう。したがって、特許文献１に記載の自由鋳造方法では、局所的な負荷によって保持溶湯が千切れてしまうのを防ぐため、スタータの引き上げ速度を遅くしなければならない、という問題があった。

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、接触式の形状規定部材を用いずに保持溶湯に外力を印加することにより、保持溶湯に加わる局所的な負荷を低減してスタータの引き上げ速度を向上させることが可能な引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る引上式連続鋳造装置は、保持炉に保持された溶湯の湯面から溶湯を導出するための導出部を引上げながら溶湯を凝固させ形状を整える引上式連続鋳造装置において、前記導出部によって湯面から導出された凝固前の溶湯である保持溶湯に非接触で力を付与する手段を設けるものである。それにより、形状規定部材を用いずに保持溶湯に外力を印加することができるため、保持溶湯に加わる局所的な負荷を低減してスタータの引き上げ速度を向上させることができる。

前記保持溶湯に電磁力を作用させるようにすることが好ましい。

前記保持溶湯に印加される前記電磁力を当該保持溶湯の引上げ方向に対し垂直の方向に作用させるようにすることが好ましい。

前記保持溶湯に印加される前記電磁力を当該保持溶湯の引上げ方向と同じ方向に作用させるようにすることが好ましい。

前記保持溶湯に前記電磁力を作用させることで、鋳造する鋳物の断面形状を規定する電磁力付与部を備え、前記電磁力付与部は、前記保持溶湯に電流を流す電流出力部と、前記保持溶湯に対して磁界を付与する磁界付与部と、を有することが好ましい。

前記磁界付与部は、前記保持溶湯の引上げ方向に対して垂直な方向の前記磁界を生成し、当該保持溶湯に対して付与することが好ましい。

前記磁界付与部のＮ極及びＳ極は、前記保持溶湯を挟んで対向するように配置されていることが好ましい。

前記磁界付与部は、永久磁石であることが好ましい。

前記磁界付与部は、電磁石であることが好ましい。

前記電流出力部は、前記導出部から前記保持溶湯を介して前記保持炉に保持された前記溶湯に向けて、又は、前記保持炉に保持された前記溶湯から前記保持溶湯を介して前記導出部に向けて、電流を流すことが好ましい。

前記保持溶湯に前記電磁力を作用させることで、鋳造する鋳物の断面形状を規定する電磁力付与部を備え、前記電磁力付与部は、前記保持溶湯の引上げ方向に対して垂直な第１方向及びその逆方向の磁界を、引上げられる前記保持溶湯に対して交互に付与することが好ましい。

前記電磁力付与部は、前記保持溶湯を挟んで対向配置され、前記保持溶湯の引上げ方向に回動する一対のロータと、前記一対のロータの外周面を囲むように設けられた一対の磁石と、を少なくとも備え、前記一対の磁石は、それぞれ前記一対のロータの円周方向に沿って交互に極性の異なる磁極を有することが好ましい。

前記一対の磁石は、永久磁石であることが好ましい。

前記電磁力付与部は、前記一対のロータの回転数、磁界の強さ、及び、磁界の向きの少なくとも何れかを変化させることにより、鋳造する鋳物の断面形状を変化させることが好ましい。

前記電磁力付与部は、前記保持溶湯を挟んで前記保持溶湯の引上げ方向に沿って対向配置された複数対の電磁石を備え、前記複数対の電磁石は、それぞれ隣接する電磁石の対とは異なる向きの交番磁界を生成して前記保持溶湯に対して付与することが好ましい。

前記電磁力付与部は、前記複数対の電磁石をそれぞれ構成する複数対のコイルに流れる電流の向きを周期的に切り替えることにより、前記交番磁界を生成することが好ましい。

前記電磁力付与部は、前記複数対の電磁石をそれぞれ構成する複数対のコイルに流れる電流の大きさを変化させることにより、鋳造する鋳物の断面形状を変化させることが好ましい。

前記湯面の近傍に設置され、前記保持溶湯に外力を印加することにより、鋳造する鋳物断面形状を規定する形状規定部材をさらに備えることが好ましい。

本発明の一態様に係る引上式連続鋳造方法は、保持炉に保持された溶湯の湯面から溶湯を導出するための導出部を引上げながら溶湯を凝固させ形状を整える引上式連続鋳造方法において、前記導出部によって湯面から導出された凝固前の溶湯である保持溶湯に電磁力を作用させることで、鋳造する鋳物の断面形状を規定するようにしたものである。それにより、形状規定部材を用いずに保持溶湯に外力を印加することができるため、保持溶湯に加わる局所的な負荷を低減してスタータの引き上げ速度を向上させることができる。

前記保持溶湯に電流を流し、かつ、前記保持溶湯に対して磁界を付与することにより、前記保持溶湯に前記電磁力を印加することが好ましい。

前記保持溶湯の引上げ方向に対して垂直な方向の磁界を当該保持溶湯に対して付与することが好ましい。

磁石のＮ極及びＳ極を前記保持溶湯を挟んで対向配置することにより前記磁界を発生させることが好ましい。

前記磁界を生成する磁石は、永久磁石であることが好ましい。

前記磁界を生成する磁石は、電磁石であることが好ましい。

前記導出部から前記保持溶湯を介して前記保持炉に保持された前記溶湯に向けて、又は、前記保持炉に保持された前記溶湯から前記保持溶湯を介して前記導出部に向けて、電流を流すことが好ましい。

前記保持溶湯の引上げ方向に対して垂直な第１方向及びその逆方向の磁界を、引上げられる前記保持溶湯に対して交互に付与することが好ましい。

前記保持溶湯を挟んで対向配置され、前記保持溶湯の引上げ方向に回動する一対のロータと、前記一対のロータの外周面を囲むように設けられた一対の磁石と、を少なくとも設け、前記一対の磁石は、それぞれ前記一対のロータの円周方向に沿って交互に極性の異なる磁極を有することが好ましい。

前記一対の磁石は、永久磁石であることが好ましい。

前記一対のロータの回転数、磁界の強さ、及び、磁界の向きの少なくとも何れかを変化させることにより、鋳造する鋳物の断面形状を変化させることが好ましい。

前記保持溶湯を挟んで前記保持溶湯の引上げ方向に沿って対向配置された複数対の電磁石を設け、前記複数対の電磁石は、それぞれ隣接する電磁石の対とは異なる向きの交番磁界を生成して前記保持溶湯に対して付与することが好ましい。

前記複数対の電磁石をそれぞれ構成する複数対のコイルに流れる電流の向きを周期的に切り替えることにより、前記交番磁界を生成することが好ましい。

前記複数対の電磁石をそれぞれ構成する複数対のコイルに流れる電流の大きさを変化させることにより、鋳造する鋳物の断面形状を変化させることが好ましい。

前記保持溶湯に外力を印加することにより鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材を、前記保持炉に保持された前記溶湯の湯面近傍にさらに設置することが好ましい。

本発明により、接触式の形状規定部材を用いずに保持溶湯に外力を印加することができるため、保持溶湯に加わる局所的な負荷を低減してスタータの引き上げ速度を向上させることができる。

実施の形態１に係る自由鋳造装置の構成例を示す断面図である。 実施の形態１に係る自由鋳造装置の一部を示す斜視図である。 実施の形態１に係る自由鋳造装置の一部を示す拡大断面図である。 実施の形態１に係る自由鋳造装置の変形例を示す断面図である。 図４に示す自由鋳造装置に設けられた形状規定部材１０８の平面図である。 実施の形態２に係る自由鋳造装置の構成例を示す断面図である。 実施の形態２に係る自由鋳造装置の動作を説明するための図である。 実施の形態２に係る自由鋳造装置の動作を説明するための図である。 実施の形態２に係る自由鋳造装置の第１変形例の一部を示す拡大断面図である。 実施の形態２に係る自由鋳造装置の第１変形例の一部を示す拡大断面図である。 実施の形態２に係る自由鋳造装置の第２変形例を示す断面図である。 関連技術の課題を説明するための図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施の形態１＞
まず、図１を参照して、実施の形態１に係る自由鋳造装置（引上式連続鋳造装置）について説明する。図１は、実施の形態１に係る自由鋳造装置の構成例を示す断面図である。図１に示すように、実施の形態１に係る自由鋳造装置は、溶湯保持炉（保持炉）１０１、磁界付与部１０２、支持ロッド１０３、アクチュエータ１０４、冷却ノズル１０５、導出部１０６、及び、電流出力部１０７を備えている。なお、磁界付与部１０２及び電流出力部１０７によって電磁力付与部１１０が構成されている。

溶湯保持炉１０１は、例えばアルミニウムやその合金などの溶湯Ｍ１を収容し、所定の温度に保持する。図１の例では、鋳造中に溶湯保持炉１０１へ溶湯を補充しないため、鋳造の進行とともに溶湯Ｍ１の表面（つまり湯面）は低下する。他方、鋳造中に溶湯保持炉１０１へ溶湯を随時補充し、湯面を一定に保持するような構成としてもよい。なお、当然のことながら、溶湯Ｍ１はアルミニウム以外の他の金属や合金であってもよい。

導出部１０６は、溶湯Ｍ１に浸漬されるスタータ（導出部材）ＳＴと、スタータＳＴを例えば鉛直方向に駆動する引上機ＰＬと、を有する。

図１に示すように、溶湯Ｍ１は、浸漬されたスタータＳＴと結合した後、その表面膜や表面張力により外形を維持したままスタータＳＴに追従して引き上げられ、後述する磁界付与部１０２の横を通過する。ここで、溶湯Ｍ１の表面膜や表面張力によってスタータＳＴ（又は、スタータＳＴによって導出された溶湯Ｍ１が凝固して形成された鋳物Ｍ３）に追従して湯面から引き上げられた溶湯を保持溶湯Ｍ２と呼ぶ。また、鋳物Ｍ３と保持溶湯Ｍ２との界面が凝固界面である。

スタータＳＴは、例えばセラミックスやステンレスなどからなる。なお、スタータＳＴの表面は塩結晶等の保護被膜（不図示）で覆われていてもよい。それにより、スタータＳＴと溶湯Ｍ１との溶融結合が抑制されるため、スタータＳＴと鋳物Ｍ３との剥離性を向上させることができる。その結果、スタータＳＴの再利用が可能となる。さらに、スタータＳＴの表面は凹凸形状を有していてもよい。それにより、スタータＳＴの表面に保護被膜を付着（析出）させやすくなるため、スタータＳＴと鋳物Ｍ３との剥離性をさらに向上させることができる。同時に、溶湯導出時のスタータＳＴと溶湯Ｍ１との引上げ方向の結合力を向上させることができる。

磁界付与部１０２は、保持溶湯Ｍ２に対して磁界を付与する。例えば、磁界付与部１０２は、保持溶湯Ｍ２の引上げ方向（鉛直方向）に対して垂直な方向（水平方向）の磁界を生成し、保持溶湯Ｍ２に対して付与する。

より具体的には、磁界付与部１０２は、永久磁石や電磁石などの磁石を有し、湯面近傍に配置されている。本実施の形態では、磁界付与部１０２が一対の円柱形状の永久磁石を有し、一方の永久磁石のＮ極と、他方の永久磁石のＳ極と、が保持溶湯Ｍ２を挟んで対向配置されている場合を例に説明する。それにより、保持溶湯Ｍ２には、保持溶湯Ｍ２の引上げ方向に対して垂直な方向の磁界が付与される。

電流出力部１０７は、例えば、導出部１０６と溶湯保持炉１０１との間に電気的に接続され、保持溶湯Ｍ２に電流を流す。より具体的には、電流出力部１０７は、導出部１０６から鋳物Ｍ３、保持溶湯Ｍ２、溶湯Ｍ１を介して溶湯保持炉１０１に向けて、又は、溶湯保持炉１０１から溶湯Ｍ１、保持溶湯Ｍ２、鋳物Ｍ３を介して導出部１０６に向けて、電流を流す。

ここで、磁界付与部１０２を用いて保持溶湯Ｍ２に磁界を付与し、かつ、電流出力部１０７を用いて保持溶湯Ｍ２に電流を流すことにより、保持溶湯Ｍ２には電磁力が印加される。換言すると、磁界付与部１０２及び電流出力部１０７からなる電磁力付与部１１０は、保持溶湯Ｍ２に磁界を付与しかつ電流を流すことにより、当該保持溶湯Ｍ２に電磁力を印加する。以下、図２を参照して、詳細に説明する。

図２は、本実施の形態に係る自由鋳造装置の一部を示す斜視図である。図２の例では、磁界付与部１０２を構成する一対の永久磁石が、図中に示すＸＹＺ直交座標系のＸ軸方向に沿って、保持溶湯Ｍ２を挟んで対向配置されている。より具体的には、磁界付与部１０２を構成する一対の永久磁石のうちの一方の永久磁石（紙面の手前側の永久磁石）のＮ極と、他方の永久磁石（紙面の奥側の永久磁石）のＳ極と、が保持溶湯Ｍ２を挟んで対向配置されている。それにより、保持溶湯Ｍ２には、Ｘ軸の正方向の磁界が付与される。

また、図２の例では、電流出力部１０７から出力された電流が、導出部１０６から鋳物Ｍ３、保持溶湯Ｍ２、溶湯Ｍ１を介して溶湯保持炉１０１に向けて流れている。即ち、保持溶湯Ｍ２には、Ｚ軸の負方向に電流が流れている。

このとき、保持溶湯Ｍ２には、フレミングの左手の法則により、Ｙ軸の正方向に電磁力が印加される。それにより、保持溶湯Ｍ２は、例えばＹ軸の正方向に向けて変形する。より具体的には、保持溶湯Ｍ２の水平方向の断面（以下、横断面と称す）の形状がＹ軸の正方向に向けて変形する。

つまり、電磁力付与部１１０は、保持溶湯Ｍ２に電磁力を印加することにより、鋳造する鋳物Ｍ３の外部形状（より具体的には、鋳造する鋳物Ｍ３の横断面の外径）を規定している。

ここで、電磁力付与部１１０は、保持溶湯Ｍ２に付与する磁界の強さや向きを変えたり、保持溶湯Ｍ２に流す電流の大きさや向きを変えたりして、保持溶湯Ｍ２に付与する電磁力の強さや向きを調整することにより、保持溶湯Ｍ２に自由に形状を付与することができる。それにより、電磁力付与部１１０は、鋳物Ｍ３の断面形状を自由に規定することが可能となる。例えば、電磁力付与部１１０は、図２に示すような横断面の形状が円形状の鋳物Ｍ３を鋳造することも可能となる。

なお、図１及び図２の例では、磁界付与部１０２として一対の永久磁石が設けられた場合を例に説明しているが、これに限られない。磁界付与部１０２として、一対の電磁石が設けられてもよい。また、磁界付与部１０２として、複数対の永久磁石又は電磁石が設けられてもよい。この場合、例えば、複数対の永久磁石又は電磁石は、保持溶湯Ｍ２の側面を囲むように設けられる。

支持ロッド１０３は、磁界付与部１０２を支持する。なお、支持ロッド１０３は、アクチュエータ１０４に連結されている。

アクチュエータ１０４は、支持ロッド１０３を介して、磁界付与部１０２を上下方向（鉛直方向）及び水平方向に移動させる機能を有する。それにより、鋳造の進行による湯面の低下とともに、磁界付与部１０２を下方向に移動させることができる。また、磁界付与部１０２を水平方向に移動させることができるため、鋳物Ｍ３の長手方向の形状を自由に変化させることができる。

冷却ノズル（冷却部）１０５は、スタータＳＴや鋳物Ｍ３に冷却ガス（空気、窒素、アルゴンなど）を吹き付け、冷却するためのものである。スタータＳＴに連結された引上機ＰＬにより鋳物Ｍ３を引き上げつつ、冷却ガスによりスタータＳＴや鋳物Ｍ３を冷却することにより、凝固界面近傍の保持溶湯Ｍ２が順次凝固し、連続的に鋳物Ｍ３が形成されていく。

次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる自由鋳造方法について説明する。

まず、スタータＳＴを降下させ、スタータＳＴを溶湯Ｍ１に浸漬させる。

次に、所定の速度でスタータＳＴの引き上げを開始する。ここで、スタータＳＴが湯面から離間しても、溶湯Ｍ１は、表面膜や表面張力によってスタータＳＴに追従して湯面から引き上げられ（導出され）保持溶湯Ｍ２を形成する。図１に示すように、保持溶湯Ｍ２は、磁界付与部１０２近傍に形成される。それにより、保持溶湯Ｍ２に形状が付与される。

次に、スタータＳＴ及び鋳物Ｍ３は、冷却ノズル１０５から吹き出される冷却ガスにより冷却される。それにより、保持溶湯Ｍ２が上側から下側に向かって順に凝固し、鋳物Ｍ３が成長していく。このようにして、鋳物Ｍ３を連続鋳造することができる。

このように、本実施の形態に係る自由鋳造装置は、保持溶湯Ｍ２に電磁力を印加することにより、鋳造する鋳物Ｍ３の断面形状を規定している。それにより、本実施の形態にかかる自由鋳造装置は、形状規定部材を用いずに保持溶湯に外力を印加することができるため、保持溶湯に加わる局所的な負荷を低減してスタータＳＴの引上げ速度を向上させることができる。

（関連技術との差異）
以下、図３及び図１２を参照して、本実施の形態に係る自由鋳造装置と関連技術と差異について詳細に説明する。図３は、本実施の形態に係る自由鋳造装置の一部を示す拡大断面図である。なお、図３は、図２に示す自由鋳造装置をＸ軸方向に見た図である。図１２は、関連技術の課題を説明するための図である。

まず、図１２に示す関連技術は、保持溶湯Ｍ２に形状規定部材１０８を接触させて外力を印加することのみにより、保持溶湯Ｍ２に形状を付与している。それにより、保持溶湯Ｍ２に局所的な負荷が加わってしまうため、保持溶湯Ｍ２は千切れやすくなってしまう。より具体的には、例えば、形状規定部材１０８と接触する保持溶湯領域Ａには局所的な負荷が加わるため、保持溶湯Ｍ２は保持溶湯領域Ａから裂けて千切れてしまう可能性がある。また、引張り方向が鉛直方向に対して傾いている保持溶湯領域Ｂには、その下にある保持溶湯Ｍ２全体の重力と、保持溶湯領域Ａに加えられた水平方向の力と、を合成した力が引張り力として加わるため、保持溶湯Ｍ２は保持溶湯領域Ｂから裂けて千切れてしまう可能性がある。

それに対し、本実施の形態に係る自由鋳造装置は、従来の接触式の形状規定部材を用いずに保持溶湯Ｍ２に電磁力を印加することにより、保持溶湯Ｍ２に物体を接触させることなく形状を付与している。それにより、保持溶湯Ｍ２に局所的な負荷が加わりにくいため、保持溶湯Ｍ２は千切れにくい。したがって、スタータＳＴの引上げ速度を向上させることができる。

なお、図３に示すように、電磁力は、保持溶湯Ｍ２の電流経路に直交する方向に発生する。したがって、図３に示すように、保持溶湯Ｍ２の長手方向の形状が湾曲しているような場合でも、電磁力が引張り方向の力として働くことはない。また、電磁力は、保持溶湯Ｍ２に局所的に付与されるのではなく広範囲に付与される。これらの理由により、保持溶湯Ｍ２は電磁力が印加されても千切れにくいということができる。

（実施の形態１に係る自由鋳造装置の変形例）
続いて、図４及び図５を参照して、本実施の形態に係る自由鋳造装置の変形例について説明する。図４は、図１に示す自由鋳造装置の変形例を示す断面図である。図４に示す自由鋳造装置は、図１に示す自由鋳造装置と比較して、外部形状規定部材１０８ａをさらに備える。図４に示す自由鋳造装置のその他の構成については、図１に示す自由鋳造装置の場合と同様であるため、その説明を省略する。

外部形状規定部材１０８ａは、例えばセラミックスやステンレスなどからなり、湯面近傍に配置されている。図４の例では、外部形状規定部材１０８ａが湯面に接触するように配置されている。しかしながら、外部形状規定部材１０８ａは、それらの下側（湯面側）の主面が湯面に接触しないように設置されてもよい。具体的には、外部形状規定部材１０８ａの下側の主面と湯面との間に所定の（例えば０．５ｍｍ程度の）ギャップを設けてもよい。

外部形状規定部材１０８ａは、電磁力付与部１１０と同様に、鋳造する鋳物Ｍ３の外部形状（より具体的には、鋳造する鋳物Ｍ３の横断面の外径）を規定する。

図５は、外部形状規定部材１０８ａの平面図である。ここで、図４の外部形状規定部材１０８ａの断面図は、図５のＩ−Ｉ断面図に相当する。図５に示すように、外部形状規定部材１０８ａは、例えば矩形状の平面形状を有し、中央部に円形状の開口部を有している。この開口部が、溶湯が通過する溶湯通過部１０８ｂとなる。このように、外部形状規定部材１０８ａ及び溶湯通過部１０８ｂによって形状規定部材１０８が構成されている。

図４に戻り、外部形状規定部材１０８ａは、支持ロッド１０９を介して、アクチュエータに連結されている。アクチュエータ１０４は、支持ロッド１０９を介して、外部形状規定部材１０８ａを上下方向（鉛直方向）及び水平方向に移動させる機能を有する。それにより、鋳造の進行による湯面の低下とともに、外部形状規定部材１０８ａを下方向に移動させることができる。また、磁界付与部１０２を水平方向に移動させることができるため、鋳物Ｍ３の長手方向の形状を自由に変化させることができる。

このように、図４に示す自由鋳造装置は、電磁力付与部１１０に加えて、形状規定部材１０８を備えることにより、精度良く鋳物Ｍ３の断面形状を規定することができる。例えば、図４に示す自由鋳造装置は、まず、形状規定部材１０８を用いて保持溶湯Ｍ２に概略形状を付与し、その後、電磁力付与部１１０を用いて保持溶湯Ｍ２に最終形状を付与することで、精度良く鋳物Ｍ３の断面形状を規定することができる。それにより、図４に示す自由鋳造装置は、精度良く鋳物Ｍ３を鋳造することができる。

なお、図４の例では、電磁力付与部１１０及び形状規定部材１０８の両方を用いて保持溶湯Ｍ２に形状が付与されているため、形状規定部材１０８によって保持溶湯Ｍ２に与えられる局所的な負荷は軽減（分散）されている。したがって、図４に示す自由鋳造装置は、依然としてスタータＳＴの引上げ速度を向上させることができる。

＜実施の形態２＞
図６は、実施の形態２にかかる自由鋳造装置の構成例を示す断面図である。図６に示す自由鋳造装置は、図１に示す自由鋳造装置と比較して、電磁力付与部１１０（磁界付与部１０２及び電流出力部１０７）に代えて電磁力付与部２０１を備える。図６に示す自由鋳造装置のその他の構成については、図１に示す自由鋳造装置の場合と同様であるため、その説明を省略する。

電磁力付与部２０１は、保持溶湯Ｍ２の引上げ方向に対して垂直な第１方向及びその逆方向の磁界を、引上げられる保持溶湯Ｍ２に対して交互に付与する。以下、具体的に説明する。

図６の例では、電磁力付与部２０１は、一対のロータと、一対のロータの外周面を囲むように設けられた一対の磁石（例えば、永久磁石）と、を有する。一対のロータは、保持溶湯Ｍ２を挟んで対向配置され、保持溶湯Ｍ２の引上げ方向に回動する。また、一対の磁石は、それぞれ一対のロータの円周方向に沿って交互に極性の異なる磁極を有する。なお、一対のロータが回動しても、一対の磁石の向かい合う面の磁極は常に逆となる。例えば、一方がＮ極の場合には他方がＳ極となり、一方がＳ極の場合には他方がＮ極となる。

図７は、図６に示す自由鋳造装置の動作を説明するための図である。図７の例では、電磁力付与部２０１は、保持溶湯Ｍ２の引上げに連動してロータを回動させることにより、保持溶湯Ｍ２に対して鉛直上向きの電磁力を印加する。より具体的には、まず、電磁力付与部２０１は、保持溶湯Ｍ２の引上げに連動してロータを回動させることにより、保持溶湯Ｍ２の引上げ方向に対して垂直な第１方向及びその逆方向の磁界を交互に生成する。つまり、電磁力付与部２０１は、保持溶湯Ｍ２の引上げ方向に対して垂直な方向の交番磁界を生成する。そして、電磁力付与部２０１は、保持溶湯Ｍ２の引上げ方向に対して垂直な方向の交番磁界を、引上げられる保持溶湯Ｍ２に対して付与する。より詳細には、電磁力付与部２０１は、生成した第１方向及びその逆方向の磁界を、ロータの回動によって保持溶湯Ｍ２の引上げ方向に移動させながら、引上げ中の保持溶湯Ｍ２に対して交互に付与する。保持溶湯Ｍ２に磁界が付与されると、そのたびに、保持溶湯Ｍ２には、渦電流が発生して電磁力付与部２０１に引き寄せられる向きの電磁石が形成される。ここで、ロータは保持溶湯Ｍ２の引上げ方向に回動しているため、それに追従して保持溶湯Ｍ２は鉛直上向きに引き寄せられる。このようにして、保持溶湯Ｍ２には、鉛直上向きの電磁力が印加される。

図８は、同じく、図６に示す自由鋳造装置の動作を説明するための図である。図８に示すように、電磁力付与部２０１は、ロータの回転数、磁界の強さ、磁界の向き等を変えて、保持溶湯Ｍ２に付与する電磁力の強さや向きを調整することにより、保持溶湯Ｍ２に自由に形状を付与することができる。それにより、電磁力付与部２０１は、鋳物Ｍ３の断面形状を自由に規定することが可能となる。

このように、本実施の形態にかかる自由鋳造装置は、実施の形態１の場合と同等の効果を奏することができる。さらに、本実施の形態にかかる自由鋳造装置は、保持溶湯Ｍ２に対して鉛直上向きの電磁力を印加することにより、引上げ中の保持溶湯Ｍ２の重力をキャンセルすることができるため、保持溶湯Ｍ２の千切れにくくすることができる。

（実施の形態２に係る自由鋳造装置の第１変形例）
図９及び図１０は、図６に示す自由鋳造装置の第１変形例を示す拡大断面図である。図９及び図１０に示す自由鋳造装置は、図６に示す自由鋳造装置と比較して、電磁力付与部２０１に代えて電磁力付与部２０２を備える。図９及び図１０に示す自由鋳造装置のその他の構成については、図６に示す自由鋳造装置の場合と同様であるため、その説明を省略する。

図９の例では、電磁力付与部２０２は、保持溶湯Ｍ２を挟んで保持溶湯Ｍ２の引上げ方向に沿って対向配置された複数対の電磁石を備える。複数対の電磁石は、それぞれ隣接する電磁石の対とは異なる向きの交番磁界を生成し、引上げ中の保持溶湯Ｍ２に対して付与する。例えば、ある対の電磁石が第１方向の磁界を生成しているときには、それに隣接する電磁石の対は第１方向とは逆向きの磁界を生成し、ある対の電磁石が第１方向とは逆向きの磁界を生成しているときには、それに隣接する電磁石の対は第１方向の磁界を生成する。なお、電磁力付与部２０２は、複数対の電磁石をそれぞれ構成する複数値のコイルに流れる電流の向きを周期的に切り替えることにより、複数対の電磁石に対応する複数の交番磁界を生成している。

このような構成により、電磁力付与部２０２は、電磁力付与部２０１の場合と同様に、保持溶湯Ｍ２の引上げ方向に対して垂直な第１方向及びその逆方向の磁界を、保持溶湯Ｍ２の引上げ方向に移動させながら交互に当該保持溶湯Ｍ２に対して付与することができる。それにより、電磁力付与部２０２は、電磁力付与部２０１の場合と同様に、保持溶湯Ｍ２に対して鉛直上向きの電磁力を印加することが可能となる。

なお、図１０に示すように、電磁力付与部２０２は、複数対の電磁石をそれぞれ構成する複数対のコイルに流れる電流の大きさ等を変えて、保持溶湯Ｍ２に付与する電磁力の強さや向きを調整することにより、保持溶湯Ｍ２に自由に形状を付与することができる。電磁力付与部２０２は、鋳物Ｍ３の断面形状を自由に規定することが可能となる。

（実施の形態２に係る自由鋳造装置の第２変形例）
図１１は、図６に示す自由鋳造装置の第２変形例を示す断面図である。図１１に示す自由鋳造装置は、図６に示す自由鋳造装置と比較して、外部形状規定部材１０８ａをさらに備える。図１１に示す自由鋳造装置のその他の構成については、図６に示す自由鋳造装置の場合と同様であるため、その説明を省略する。

図１１に示す自由鋳造装置は、電磁力付与部２０１に加えて、形状規定部材１０８を備えることにより、精度良く鋳物Ｍ３の断面形状を規定することができる。例えば、図１１に示す自由鋳造装置は、まず、形状規定部材１０８を用いて保持溶湯Ｍ２に概略形状を付与し、その後、電磁力付与部２０１を用いて保持溶湯Ｍ２に最終形状を付与することで、精度良く鋳物Ｍ３の断面形状を規定することができる。それにより、図１１に示す自由鋳造装置は、精度良く鋳物Ｍ３を鋳造することができる。

なお、図１１の例では、電磁力付与部２０１及び形状規定部材１０８の両方を用いて保持溶湯Ｍ２に形状が付与されているため、形状規定部材１０８によって保持溶湯Ｍ２に与えられる局所的な負荷は軽減されている。したがって、図１１に示す自由鋳造装置は、依然としてスタータＳＴの引上げ速度を向上させることができる。

以上のように、上記実施の形態１，２に係る自由鋳造装置は、保持溶湯Ｍ２に電磁力を印加することにより、鋳造する鋳物Ｍ３の断面形状を規定している。それにより、上記実施の形態１，２にかかる自由鋳造装置は、形状規定部材を用いずに保持溶湯に外力を印加することができるため、保持溶湯に加わる局所的な負荷を低減してスタータＳＴの引上げ速度を向上させることができる。

上記実施の形態では、断面形状が円形状の鋳物を鋳造する場合を例に説明したが、これに限られない。断面形状が角柱形状等の他の形状の鋳物を鋳造する場合にも、本発明を適用可能である。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記した構成例は組み合わせて用いられても良い。

１０１ 溶湯保持炉
１０２ 磁界付与部
１０３ 支持ロッド
１０４ アクチュエータ
１０５ 冷却ノズル
１０６ 導出部
１０７ 電流出力部
１０８ 形状規定部材
１０８ａ 外部形状規定部材
１０８ｂ 溶湯通過部
１０９ 支持ロッド
１１０ 電磁力付与部
２０１ 電磁力付与部
２０２ 電磁力付与部
Ｍ１ 溶湯
Ｍ２ 保持溶湯
Ｍ３ 鋳物
ＳＴ スタータ
ＰＬ 引上機

Claims (26)

1. 保持炉に保持された溶湯の湯面から溶湯を導出するための導出部を引上げながら溶湯を凝固させ形状を整える引上式連続鋳造装置において、
   前記導出部によって湯面から導出された凝固前の溶湯である保持溶湯に対し電磁力を作用させることにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する第１電磁力付与部を備え、
   前記第１電磁力付与部は、
   前記保持溶湯に電流を流す電流出力部と、
   前記保持溶湯に対して磁界を付与する磁界付与部と、を有し、
   前記電磁力を前記保持溶湯の引上げ方向に対し垂直の方向に作用させるようにした、
   引上式連続鋳造装置。
2. 前記磁界付与部は、前記保持溶湯の引上げ方向に対して垂直な方向の前記磁界を生成し、当該保持溶湯に対して付与する、請求項１に記載の引上式連続鋳造装置。
3. 前記磁界付与部のＮ極及びＳ極は、前記保持溶湯を挟んで対向するように配置されている、請求項１又は２に記載の引上式連続鋳造装置。
4. 前記磁界付与部は、永久磁石である、請求項１〜３の何れか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
5. 前記磁界付与部は、電磁石である、請求項１〜３の何れか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
6. 前記電流出力部は、
   前記導出部から前記保持溶湯を介して前記保持炉に保持された前記溶湯に向けて、又は、前記保持炉に保持された前記溶湯から前記保持溶湯を介して前記導出部に向けて、電流を流す、請求項１〜５の何れか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
7. 保持炉に保持された溶湯の湯面から溶湯を導出するための導出部を引上げながら溶湯を凝固させ形状を整える引上式連続鋳造装置において、
   前記導出部によって湯面から導出された凝固前の溶湯である保持溶湯に対し電磁力を作用させることにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する第２電磁力付与部を備え、
   前記第２電磁力付与部は、
   前記保持溶湯を挟んで対向配置され、前記保持溶湯の引上げ方向に回動する一対のロータと、
   前記一対のロータの外周面を囲むように設けられた一対の磁石と、を少なくとも備え、
   前記一対の磁石は、それぞれ前記一対のロータの円周方向に沿って交互に極性の異なる磁極を有し、
   前記第２電磁力付与部は、前記保持溶湯の引上げに連動して前記一対のロータを回動させることにより、前記保持溶湯の引上げ方向に対して垂直な第１方向及びその逆方向の磁界を、前記保持溶湯の引上げ方向に移動させながら交互に前記保持溶湯に対して付与し、それにより、前記保持溶湯に印加される前記電磁力を当該保持溶湯の引上げ方向と同じ方向に作用させるようにした、
   引上式連続鋳造装置。
8. 前記一対の磁石は、永久磁石である、請求項７に記載の引上式連続鋳造装置。
9. 前記第２電磁力付与部は、前記一対のロータの回転数、磁界の強さ、及び、磁界の向きの少なくとも何れかを変化させることにより、鋳造する鋳物の断面形状を変化させる、請求項７又は８に記載の引上式連続鋳造装置。
10. 保持炉に保持された溶湯の湯面から溶湯を導出するための導出部を引上げながら溶湯を凝固させ形状を整える引上式連続鋳造装置において、
    前記導出部によって湯面から導出された凝固前の溶湯である保持溶湯に対し電磁力を作用させることにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する第２電磁力付与部を備え、
    前記第２電磁力付与部は、
    前記保持溶湯を挟んで前記保持溶湯の引上げ方向に沿って対向配置された複数対の電磁石を備え、
    前記複数対の電磁石は、それぞれ隣接する電磁石の対とは異なる向きの交番磁界を生成して前記保持溶湯に対して付与し、
    前記第２電磁力付与部は、前記保持溶湯の引上げ方向に対して垂直な第１方向及びその逆方向の磁界を、前記保持溶湯の引上げ方向に移動させながら交互に前記保持溶湯に対して付与することにより、前記保持溶湯に印加される前記電磁力を当該保持溶湯の引上げ方向と同じ方向に作用させるようにした、
    引上式連続鋳造装置。
11. 前記第２電磁力付与部は、
    前記複数対の電磁石をそれぞれ構成する複数対のコイルに流れる電流の向きを周期的に切り替えることにより、前記交番磁界を生成する、請求項１０に記載の引上式連続鋳造装置。
12. 前記第２電磁力付与部は、前記複数対の電磁石をそれぞれ構成する複数対のコイルに流れる電流の大きさを変化させることにより、鋳造する鋳物の断面形状を変化させる、請求項１０又は１１に記載の引上式連続鋳造装置。
13. 前記湯面の近傍に設置され、前記保持溶湯が通過することにより鋳造する鋳物断面形状を規定する形状規定部材をさらに備えた、請求項１〜１２の何れか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
14. 保持炉に保持された溶湯の湯面から溶湯を導出するための導出部を引上げながら溶湯を凝固させ形状を整える引上式連続鋳造方法において、
    前記導出部によって湯面から導出された凝固前の溶湯である保持溶湯に電流を流し、かつ、前記保持溶湯に対して磁界を付与することにより、前記保持溶湯に電磁力を印加し、それにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定するようにした引上式連続鋳造方法。
15. 前記保持溶湯の引上げ方向に対して垂直な方向の磁界を当該保持溶湯に対して付与する、請求項１４に記載の引上式連続鋳造方法。
16. 磁石のＮ極及びＳ極を前記保持溶湯を挟んで対向配置することにより前記磁界を発生させる、請求項１４又は１５に記載の引上式連続鋳造方法。
17. 前記磁界を生成する磁石は、永久磁石である、請求項１４〜１６の何れか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
18. 前記磁界を生成する磁石は、電磁石である、請求項１４〜１６の何れか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
19. 前記導出部から前記保持溶湯を介して前記保持炉に保持された前記溶湯に向けて、又は、前記保持炉に保持された前記溶湯から前記保持溶湯を介して前記導出部に向けて、電流を流す、請求項１４〜１８の何れか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
20. 保持炉に保持された溶湯の湯面から溶湯を導出するための導出部を引上げながら溶湯を凝固させ形状を整える引上式連続鋳造方法において、
    前記導出部によって湯面から導出された凝固前の溶湯である保持溶湯を挟んで対向配置され、前記保持溶湯の引上げ方向に回動する一対のロータと、
    前記一対のロータの外周面を囲むように設けられた一対の磁石と、を少なくとも設け、
    前記一対の磁石は、それぞれ前記一対のロータの円周方向に沿って交互に極性の異なる磁極を有し、
    前記保持溶湯の引上げに連動して前記一対のロータを回動させることにより、前記保持溶湯の引上げ方向に対して垂直な第１方向及びその逆方向の磁界を、前記保持溶湯の引上げ方向に移動させながら交互に前記保持溶湯に対して付与し、それにより、前記保持溶湯に印加される電磁力を当該保持溶湯の引上げ方向と同じ方向に作用させることで、
    鋳造する鋳物の断面形状を規定するようにした、
    引上式連続鋳造方法。
21. 前記一対の磁石は、永久磁石である、請求項２０に記載の引上式連続鋳造方法。
22. 前記一対のロータの回転数、磁界の強さ、及び、磁界の向きの少なくとも何れかを変化させることにより、鋳造する鋳物の断面形状を変化させる、請求項２０又は２１に記載の引上式連続鋳造方法。
23. 保持炉に保持された溶湯の湯面から溶湯を導出するための導出部を引上げながら溶湯を凝固させ形状を整える引上式連続鋳造方法において、
    前記導出部によって湯面から導出された凝固前の溶湯である保持溶湯を挟んで前記保持溶湯の引上げ方向に沿って対向配置された複数対の電磁石を設け、
    前記複数対の電磁石は、それぞれ隣接する電磁石の対とは異なる向きの交番磁界を生成して前記保持溶湯に対して付与し、
    前記保持溶湯の引上げ方向に対して垂直な第１方向及びその逆方向の磁界を、前記保持溶湯の引上げ方向に移動させながら交互に前記保持溶湯に対して付与し、それにより、前記保持溶湯に印加される電磁力を当該保持溶湯の引上げ方向と同じ方向に作用させることで、鋳造する鋳物の断面形状を規定するようにした、
    引上式連続鋳造方法。
24. 前記複数対の電磁石をそれぞれ構成する複数対のコイルに流れる電流の向きを周期的に切り替えることにより、前記交番磁界を生成する、請求項２３に記載の引上式連続鋳造方法。
25. 前記複数対の電磁石をそれぞれ構成する複数対のコイルに流れる電流の大きさを変化させることにより、鋳造する鋳物の断面形状を変化させる、請求項２３又は２４に記載の引上式連続鋳造方法。
26. 前記保持溶湯が通過することにより鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材を、前記保持炉に保持された前記溶湯の湯面近傍にさらに設置する、請求項１４〜２５の何れか一項に記載の引上式連続鋳造方法。

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