JPH06154959A - 水平交番磁界による溶融金属の側壁閉じ込め装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロール中および磁極中の熱損が過剰になるこ
とはなく、ロール・リムの冷却が容易で、ロール間にあ
る溶融金属の電磁閉じ込め性能の優れた、低コストの水
平交番磁界による溶融金属の側壁閉じ込め装置及びその
方法を提供する。 【構成】 連続帯鋳造装置の２個の逆回転ロール１０
ａ、１０ｂの間隙中の溶融金属１２が間隙の開放側から
漏出するのを磁場による閉じ込め装置が防ぐ。この装置
は、間隙の開放側を通って拡がる水平磁界を生じる。こ
の装置は、実質的に間隙の開放側に磁界を閉じ込めるた
め及び間隙の開放側からの磁界の消散を防ぐための構造
を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、概して、溶融金属を電
磁的に閉じ込める装置と方法に関し、特に、溶融金属が
位置する、水平に間隔を置いた二部材間で垂直に拡がる
間隙の開放側を通って溶融金属が逃げるのを防ぐ装置と
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】本発
明は、溶融金属を直接にストリップ、例えば鋼帯に連続
鋳造する設備に好適に利用できる。そのような装置が一
般的に有する一対の水平に間隔を置いたロールはそれぞ
れの水平軸を中心として反対方向に回転するように配設
される。二個のロールは、溶融金属を受けるため、それ
らの間で水平に配置されて、垂直に拡がる間隙を有す
る。両ロールが形成する間隙は下方に向かって狭くな
る。ロールは冷却されて、溶融金属が間隙中を下るにつ
れて溶融金属を冷却する。

【０００３】間隙は、両ロール端に近い水平に間隔を置
いた反対側の開放側を有する。溶融金属は間隙の開放端
でロールにより閉じ込められない。溶融金属が間隙の開
放端を通って外に逃げるのを防ぐため、機械的なダム又
はシールを使用している。

【０００４】機械的ダムは回転ロールと溶融金属の両方
に物理的に接触するので欠点を有する。結果として、ダ
ムは磨耗、漏れ及び破壊を受け、溶融金属中の凝固と大
きい熱勾配を引き起こす。更に、機械的ダム及び凝固し
ている金属の接触は、この方法で鋳造された金属帯の縁
に沿って凹凸を引き起こす可能性があり、それにより、
より厚い固体から金属帯を圧延する従来の方法に対する
連続鋳造の利点を相殺する。

【０００５】金属帯の連続鋳造から得られる利点、及び
機械的ダム又はシールの使用から発生する欠点は米国特
許No.4,936,374(Praeg),米国特許 No.4,974,661(Lari
等）に詳細に記載され、これらの各特許で開示された内
容は本書に引用されている。

【０００６】機械的ダム又はシールの使用に固有の欠点
を克服するため、交番電流が流れる伝導性コイルで囲ま
れた磁心を有し且つロール間隙の開放端に隣接する一対
の磁極を有する電磁石の使用により、ロール間隙の開放
端で溶融金属を閉じ込めるための努力がされている。コ
イル中の交番電流の流れが磁石にエネルギーを与え、磁
石は交番すなわち時変磁界を生じ、この磁界は間隙の開
放端を横切って磁極間に拡がる。磁界は磁極の配置によ
り水平または垂直に配置しうる。水平磁界を生ずる磁石
の例が前記米国特許No.4,936,374(Praeg) に記載され、
垂直磁界を生ずる磁石の例が前記米国特許No.4,974,661
(Lari 等）に記載されている。

【０００７】交番磁界は間隙の開放端に近い溶融金属中
に渦電流を誘導する。それにより生じる反発力が、磁石
が生ずる磁界から、従って間隙の開放端から溶融金属を
遠ざける。

【０００８】ロール間で間隙の開放端を通して溶融金属
を外へ押し出す静圧力は溶融金属の増えた深さと共に増
え、交番磁界が与える磁気力は、溶融金属にかかる最大
外方圧力に対抗するのに十分でなければならない。これ
らの考察及び前記考察に関係する種々の変数に関する、
より詳しい検討が前記両特許に記載されている。

【０００９】従来技術は、水平に配置された電磁界を用
いて、各ロールの端（ロールのリム部分）の近くに低リ
ラクタンス磁束通路を設けることにより、間隙開放端に
おける溶融金属側壁の磁性閉じ込めを達成する。従来技
術に含まれる電磁石は交番磁界を生じ、ロールの低リラ
クタンス・リム部分を介して、ロールに収容されている
溶融金属の側壁に交番磁界を加える。磁界を効率良く加
えるために、各磁極は、それぞれのロールの端に極めて
近接して低リラクタンス・リム部分に近接するように、
ロールに対して軸方向に延び、且つこのリム部分から小
さい半径方向空気間隙のみにより離れていなければなら
ない。効率的な作用のため、ロール・リム部分における
低リラクタンス磁束通路は普通、高透過性の磁性材料か
ら形成される。

【００１０】従来技術の電磁閉じ込め方法と装置は下記
の欠点を有する。

【００１１】（１）得られるピーク磁束密度は、ロール
・リム部分における高透過性磁性材料の飽和により又
は、リム部分が透過性磁性材料を含まない応用では、電
磁石の磁極の飽和により限定される。方向性珪素鋼の薄
いラミネーションを用いる、本技術の状態は水平磁界を
略18kG（キロガウス）に限定する。そしてこれは、電磁
的に閉じ込めることができる溶融金属プール高さを限定
する。加えて、これらの高い磁束密度では、両ロール・
ラミネーション中、及びニップに近い磁極のラミネーシ
ョン中の熱損は過剰になり、18kG及び3kHz (キロヘル
ツ) で作動する 0.002インチ(0.051mm) ラミネーション
に対して、損失は約300 ワット／ポンド(660.8W/kg) で
ある。

【００１２】（２）ロールの低リラクタンス・リム部分
は冷却が困難であり、結果として、より複雑で高価なロ
ール設計になる。

【００１３】（３）溶融金属プールはロールの熱膨張を
引き起こし、それによりロール・リムの低リラクタンス
磁束通路中の応力及び歪み及び／又は空間的変化を引き
起こし、それらのリラクタンス及び、それと共に電磁閉
じ込め性能を変える。

【００１４】（４）溶融金属供給システム中の妨害また
は電磁石への電力不足の場合、溶融金属（鋼の場合、約
1540℃）は低リラクタンス・リム部分に接し、溶融金属
の高温に耐えるリム設計が必要となる。ロール・リムに
対する高温設計はその低磁気リラクタンスを減らし、多
分その製造コストを増す。

【００１５】一対の部材、例えばロール間の間隙の開放
端において溶融金属を水平に閉じ込める別手段は、間隙
の開放端の近くに、交番電流が流れるコイルを配置する
ことである。これによりコイルが生ずる磁界は間隙開放
端の近くの溶融金属中に渦電流を誘導する結果、電磁石
が生ずる磁界に関して上述したものと同様の反発力が生
じる。この種類の手段の形態が米国特許No.4,020,890(O
lsson)に記載され、この特許で開示された内容は、本書
に引用されている。

【００１６】本発明は従来の技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、高い
磁束密度でもロール中および磁極中の熱損が過剰になる
ことはなく、ロールの冷却が容易で、ロール間にある溶
融金属の電磁閉じ込め性能の優れた、低コストの水平交
番磁界による溶融金属の側壁閉じ込め装置およびその方
法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明による
磁性閉じ込め方法と装置は、ローラー間隙の開放側近く
に水平磁界を生ずる。ローラー縁中に低リラクタンス磁
束通路を必要としないで、この磁界は間隙の開放側を貫
いて間隙中の溶融金属まで拡がる。本発明により生ずる
磁界は高い透過性の磁石ラミネーションの飽和で制限さ
れず、従って、従来技術により達成された磁界より大き
くする事が出来る。

【００１８】磁心を囲むコイルが水平磁界を生じること
により提供される一対の磁極は間隙の開放側の近くに位
置し、磁極の表面部分は間隙開放側近くに配置される。
典型的には、交番電流がコイルに流されて生ずる水平磁
界は磁極の対向する表面から、間隙の開放側を通り、溶
融金属まで拡がる。溶融金属を間隙内に閉じ込めるた
め、磁極は間隙開放側に十分近く位置する。内側非磁性
遮蔽手段が間隙開放側の近くの磁極間に配置され、且つ
間隙を通して溶融金属へ水平磁界を閉じ込めるように成
形される。遮蔽は磁心と磁極から絶縁するか、又はヒー
ト・シンクとして作用するように電気的に接触しうる。

【００１９】本発明の装置と方法は、コイルを囲むよう
に成形された内外遮蔽を用い、間隙の開放側から離れる
方向に磁界が実質的に消散することなく、間隙開放側と
そこにある溶融金属に向かう略限定された方向に磁界を
集中させるか又は形成する。

【００２０】銅または銅ベース合金のような非磁性導体
から形成され、且つ磁界を溶融金属側壁に押し込めるよ
うに成形された内側遮蔽と共に、ロール間隙の開放側に
面する磁極の配置方向は、ロール間隙の開放側からの溶
融金属の漏出を防ぐ十分な磁力を提供する。

【００２１】同じく銅または銅ベース合金のような非磁
性導体から形成された外側遮蔽は、間隙から遠ざかる方
向の磁界の漏れを閉じ込める。溶融金属に向かう、ロー
ル間隙の開放側の方向に磁極を離れる磁束を向けるよう
に外側遮蔽を成形できる。

【００２２】一形態において、溶融金属を垂直シートに
鋳造する時、一対の逆回転ロールの表面間で溶融金属プ
ールの所望電磁閉じ込めを生ずるように、成形された水
平交番閉じ込め磁界がロールのリム及び側壁と相互作用
をする。交番磁界の周波数は、金属の溶融プールの側壁
およびロールのリムと側壁への磁界透過を最適にし且つ
これらのロールのリムと側壁の渦電流加熱を最小限にす
るように選ばれる。

【００２３】内外の非磁性導体遮蔽をロール間隙の開放
側のテーパー形状と一致するように形成することによ
り、間隙中溶融金属の増加する静的（即ち深さ）及び動
的（例えば、流体流れによる効果）圧力に従い、溶融金
属に対する磁気圧力を増す。溶融金属側壁に近い磁界を
増強するように有利にロール・リムを斜めに切っても良
いが、ロール・リムを通る低リラクタンス磁束通路を提
供するために、ロール・リムの変形を必要とせず、例え
ばロール・リム中の強磁性挿入体で、磁界形成を専ら電
磁アセンブリにより達成できる。

【００２４】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。最初に図１〜５を説明すると、これら
の図は、連続帯鋳造装置の一対のロールに関連する本発
明の磁場による閉じ込め装置を示す。尚、この明細書で
は一対のロールの一端における溶融金属の閉じ込めを説
明するが、一対の反対方向に回転するロール間でそれら
の両端部に溶融金属の閉じ込め装置がある。

【００２５】図１に示すように、一対のロール10a 及び
10b(集合的にロール10と称する) が互いに平行で隣接し
ており、一つの水平面にある中心軸を有する。両ロール
10が最も近接する点 (以下「ニップ」という) より上の
ロール間の高さｈのプール内に溶融金属を収容できる。
ニップにおける寸法ｄを有する間隙がロール10を分離し
ている。ロール10a 及び10b の逆回転 (矢印11a 及び11
b で示す方向) 及び重力により溶融金属12は流下し且
つ、ロール10間のニップにおける間隙ｄを離れる時迄に
固まる。ロール10は適当な熱伝導性を有する材料、例え
ば銅又は銅ベース合金、ステンレス鋼等で作られ、内部
は水で冷却される。

【００２６】特に図３、４及び５を参照すると、磁石20
に含まれる磁心22は磁極面24a 及び24b を有する。磁心
22に巻かれたコイル36に交番電流を流すことにより磁石
20を磁化し、磁極面24a 及び24b 間に、図４及び５に鎖
線で磁束として概略的に示す、磁界を誘導する。

【００２７】この形態では、磁心22はテープ巻き強磁性
鋼、例えば、珪素鋼、方向性珪素鋼、アモルファス合金
等のいずれか一つで形成しうる。図３、４及び５に示す
磁心22については、テープ巾は、寸法ｃを有する磁心高
さに等しい。磁心損失を減らすため、例えば0.002 イン
チ(0.051mm) のテープ厚さが選ばれる。鋳造装置のロー
ル10間の寸法ｄを有する間隙の方に磁界を向けるように
ロール10を適応させるために磁極面24a 及び24b を機械
加工 (切削) してある。

【００２８】磁石20は固定であり、ロール10の自由回転
及び熱膨張を許容するため十分大きい空間巾ｇ（図４）
でロール10から離されている。場合により、耐熱性セラ
ミック層を溶融金属と磁石20との間に熱防壁として挿入
しうる。

【００２９】磁束が磁極面24a 及び24b と直角な方向に
磁極面24a 及び24b 間を出入りする。図４に鎖線で概略
的に示すように、磁束の一部が磁石20とロール10の側部
との空間を跨ぎ且つロール及び溶融金属を透過する。ロ
ール10中及び溶融金属12中の磁束が生ずる渦電流によ
り、磁界はこれら金属表面からの距離に比例して指数的
に減衰する。 (基本的に垂直なループで流れる) この渦
電流とそれを生じた水平磁界との相互作用の結果として
電磁力が生じ、ロール間隙端で軸方向の外側に溶融金属
プールを偏向させる力と電磁力は釣り合う。その結果、
溶融金属12はロール10と磁石20との間隙の端部近くに閉
じ込められる。

【００３０】内側渦電流遮蔽32及び外側渦電流遮蔽34
が、電極面24a 及び24b の近くを除いて、磁心22及びコ
イル36を包囲している。遮蔽32及び34は磁心22及びコイ
ル36の周りに電気的に短絡した回路を形成することなく
電気的に接続してある。遮蔽32及び34は磁束を電極面24
a と24b との間に集中させ且つ磁心22の外周における磁
束の漏れを減らす。内側遮蔽32の表面33を溶融金属側壁
13の近くに配置している。この近くの内側遮蔽表面33、
及びロール・リムと溶融金属12からのその分離度は全磁
束分布に影響する。

【００３１】時間ｔと共に変化する振幅B₀の交番磁界を
抵抗率ρの伝導シートへ平行に当てた時、伝導シート中
の磁界Ｂ及び渦電流密度Ｊはシート表面を透過するにつ
れて減衰し且つ移相する。これらの変化は次式（１）及
び（２）に示すように、伝導表面からの磁界の距離ｘ、
伝導シートの透磁率μ及び交番磁界の周波数ｆによる。

【００３２】

【数１】

【００３３】

【数２】

【００３４】ここで、ε＝２．７５ ω＝２πｆ δ＝（ρ／μπｆ）^1/2 ＝表皮厚さ 式（１）及び（２）に示すように、磁界および渦電流は
ロールの側壁および溶融金属の側壁を僅かな表皮深さだ
け透過する。例えば、その値は深さｘ＝ 2.3δで表面値
の10％まで減らされる。導体中の全体が指数関数的に減
衰する磁界は、導体表面へ深さｘ＝δまで閉じ込められ
た仮想の均一分布磁界と等価であることを示すことがで
きる。

【００３５】図４及び５に鎖線の磁束線で示すように、
溶融金属を透過する磁束φ₁ のみが閉じ込め力を生ず
る。隣接する内側遮蔽表面33と溶融金属側壁の表面13と
の空間中の磁束φ₂ も、遮蔽壁中の磁束φ₃ 、φ₄ 及び
φ₅ 及び磁石20を囲んでいる空気中の磁束φ₆ も溶融金
属閉じ込めのために、溶融金属と相互作用をしない。

【００３６】図４及び５を説明すると、それぞれ平行ベ
ベル表面（斜角縁）37及び35を含むようにロール・リム
及び隣接する内側遮蔽表面33を製造すること、及びベベ
ル表面35及び37の平面と本質的に直角に配置された相補
形状の磁極面24a 及び24b を提供することにより、特に
ロール・ニップの近くで、次式（３）で示す総磁束Ψに
対する閉じ込め磁束φ₁ の比が改善される。

【００３７】

【数３】

【００３８】本発明のこの形態では、図４及び５は二つ
の溶融金属レベルにおける磁石20の設計を別々に示し、
各レベルは、ベベル相補形状ロール・リムと共に使用す
るために或る角度に曲げられた磁極面24a 及び24b を含
む。

【００３９】図６及び７の右半分に図示した本発明の一
形態では、磁心25を45°の角度に切ることによって磁極
26との突き合わせ接続36を形成している。磁極面26a は
ロール・リム10a の表面37と平行であり、面26a 及び表
面37の距離はロール10の熱膨張による拡大代より少し大
きい。

【００４０】図８及び９は小縮尺で、どのようにして磁
心25及び磁極26をテープ巻き磁心から機械加工するかを
図示する。図8a及び8bはそれぞれ磁心25の頂面図および
正面図であり、磁心は相互に積み重ねられた二部分25a
及び25b から作られている。

【００４１】図９ａ及び９ｂに示すように、本発明の別
形態では、磁極26は参照数字29で示す機械加工されたテ
ープ巻きトロイダル磁心からそれを切ることにより製造
される。図６及び７の右側に示すように、内側遮蔽38及
び外側遮蔽42は、これらの遮蔽が磁心磁束に対する短絡
巻きになることを防ぐ空気間隙を除いて、磁心25及び磁
極26を囲んでいる。内外遮蔽38及び42は磁心磁束を磁極
面26a に押し入れる。

【００４２】図６及び７に示さない励磁コイルが、より
詳しく後述するように、これらの遮蔽38及び42に巻かれ
ている。

【００４３】図６及び７の左側に示す本発明の磁気閉じ
込め装置の別形態では、ロール10bのベベル表面37と平
行に配置された磁極面28b を有する複数の磁極部分28
(図１１) を突き合わせ接続するために磁心27を90°の
角度に切ってある。図１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ
は小縮尺で、参照数字31で示すテープ巻き磁心から機械
加工された磁心27及び磁極部分28の製造を示す。再び、
内側遮蔽44及び外側遮蔽42は、図６の左側に示すよう
に、磁心磁束を閉じ込め且つ向ける。

【００４４】図６に対する図４の比較は、同一ローラー
直径に対して、図６の磁気回路は総磁束Ψに対する閉じ
込め磁束φ₁ のより良好な比を有することを示す。図６
に示すように、磁極面の磁束のより多くが、図４に示す
形状の場合よりも、ロール・リム10a 及び10b 及び続い
て溶融金属12を透過する。

【００４５】図１２及び１３は本発明の原理による有用
な磁石40の別変形を示す。この形態では、磁極54表面の
巾ｗはロール10a のベベル・リム37より大きくしてあ
る。ロール中心軸と直角に配置されたロール側壁に沿っ
て磁極54は延びている。拡大された磁極54は、表皮深さ
δ上に磁束を集めるロール表面を拡大し、それにより溶
融金属中の磁束密度を増やす。プール底（ニップ）から
の距離が変わるにつれて、磁極54の巾ｗを変えることに
より、溶融金属の側壁中およびロール10中の磁束密度を
制御できる。磁極54の巾ｗの変化により側壁閉じ込め力
および単位面積当たりの電力損失を制御でき、その両方
が磁束密度の二乗に比例し、いかなる応用にも適応させ
ることができる。

【００４６】図１２に示す形態では、図６における磁極
26に対して記載したような技術を使って、機械加工され
たテープ巻きトロイドから磁極54を切りうる。磁心52は
図１０ａ及び１０ｂの磁心と同様の形状を有するが、例
外として、スタンプ・ラミネーションから又は図２３で
参照数字99で示す磁心部分と同様の真っ直ぐな部分から
磁心52を作りうる。図１２中の磁心ラミネーションは、
図３、４、６、８及び１０に示すテープ巻き磁心のラミ
ネーションの集合と比べて直角である。これにより磁心
52からの磁束の一部による磁極54の延長部の透過が容易
になる。渦電流遮蔽46及び48は磁心磁束を閉じ込めて向
け且つヒート・シンクとして作用する。

【００４７】溶融金属側壁閉じ込めに対して、水平磁界
Ｂの主な成分はロール中心軸と直角方向に向けるべきで
ある。これは、磁極距離Ｓがロール間距離ｄより大きく
なければ、ロール縁の近くでは該当しない。図１４に示
すように、Ｓがｄより小さい所では、ロール縁に近い磁
極58a, 58b間の磁界Ｂの主要成分はロール中心軸と平行
である。従って、これらの縁に近い磁力Ｆは主にロール
中心軸と直角方向であり、溶融金属はロール縁の近くに
閉じ込められない。磁界Ｂ、渦電流ｉ及び力Ｆの方向
は、図１４に星印を付けて側壁位置に対して示してあ
る。

【００４８】本発明の更なる変形を図１５、１６、１
７、１８および１９に描かれた磁石60で示す。この形態
において、磁極の表面はロール中心軸と直角であり、磁
束は磁極表面からロール中心軸と平行方向に出される。
図１９に示すように、内側遮蔽66の表面67は磁極64a, 6
4bの表面と同じ平面内にあり、Ｓ＞ｄで、磁極表面64は
ロール表面から間隙ｇだけ離されている。

【００４９】図１、２、３、４及び５の形態と対照的
に、内側遮蔽66及び外側遮蔽68は磁心62の隣にあり、励
磁コイル69が磁石60の後四分区間、即ち後脚69a に巻か
れている。好適形態では、渦電流損を減らすために複数
の絶縁された薄い並列接続の銅シートから励磁コイル69
を巻き、水冷ヒート・シンクをコイルに埋め込んでい
る。銅シートの代わりに、例えば、水冷ヒート・シンク
（銅管）の周りに配置されたリッツ(LITZ)ワイヤーか
ら、又は薄壁の水冷管からコイル69を巻いてもよい。

【００５０】図１８および１９を参照すると、強磁性体
の透磁率は空気、溶融金属および銅の透磁率より遙に大
きい。従って、コイル69の起磁力は、最初の近似値で、
磁極表面64c, 64d間の磁束を駆動するために使用され
る。磁束密度が磁束通路の長さに反比例するので、磁極
表面64c, 64d上の磁束密度は内側遮蔽66からの水平距離
と共に減る。次式（３）で示す総磁束Ψに対する、図５
に示す閉じ込め磁束φ₁の比はηであり、回路幾何およ
び動作周波数による。

【００５１】

【数４】

【００５２】遮蔽磁束φ₄ 及びφ₅ 及び漏れ磁束φ₆ は
磁束φ₁ 、φ₂ 及びφ₃ より遙に小さい。従って、次式
（４）のように、ηを概算することができる。

【００５３】

【数５】

【００５４】ロール10と磁石60を分離する間隙ｇは、ロ
ールの熱膨張および、磁石60の面を覆う耐熱性セラミッ
ク（図示しない）層を使用すると、そのような保護層の
厚さで決定される。

【００５５】図１７、１８および１９に示す配置におい
て、磁界分布を磁界プロッティングの方法または適当な
コンピューター・コードで確定できる。図１８および１
９に示すニップにおいて、閉じ込め磁束の殆どがローラ
ーの周辺から溶融金属に入る。

【００５６】溶融金属に隣接するローラー中の磁束密度
Ｂ_Cuに対する溶融金属側壁中の磁束密度Ｂ_MMの比は、次
式（５）に示すように、両物質の表皮深さに反比例す
る。

【００５７】

【数６】

【００５８】閉じ込め磁束φ₁ はロール側壁により蓄積
され、磁極巾ｗと共に増える。ロール側壁に入る時、磁
束は渦電流により一表皮深さδ_Cuと等価の層中を水平に
流されて、磁束圧縮を生ずる。磁極中の平均磁束密度Ｂ
_P に対して、ロール表面の磁束密度は、次式（６）で示
される。

【００５９】

【数７】

【００６０】磁束圧縮は次式（７）のように表すことが
できる。

【００６１】

【数８】

【００６２】広い磁極で、ロール縁の磁束密度を、ロー
ル・リム中の強磁性挿入物で達成できるものより遙に大
きくできる（挿入物の飽和磁束密度≦19kGに限定され
る) 。

【００６３】式（５）及び（６）の結合により、次式
（８）のような溶融金属表皮深さの磁束密度を得る。

【００６４】

【数９】

【００６５】例えば、図１９に示す状態に対して、磁極
磁束の約30％がロール側壁に入る（η≒0.3)。3kHzで溶
融金属と室温銅の表皮深さはそれぞれ1.1cm と0.12cmで
ある。3.3cm 巾の磁極面とＢ_P = 6kG の平均磁束密度に
対して、溶融金属中の磁束密度は式（８）より、次式
（９）のようになる。

【００６６】

【数１０】

【００６７】また、銅ロール中のピーク磁束密度は式
（６）より、次式（１０）のようになる。

【００６８】

【数１１】

【００６９】外側遮蔽68に隣接する磁極縁上の磁束密度
Ｂ_OUTSに対する、内側遮蔽66に隣接する磁極縁上の磁束
密度Ｂ_INS の比は、次式（１１）のようになる。

【００７０】

【数１２】

【００７１】図１９に示す状態に対して、この比は次式
（１２）のようになる。

【００７２】

【数１３】

【００７３】重要な事は、磁束密度のこれらの差が磁心
と磁極の内側に飽和または過剰損失を生じないことであ
る。ニップにおけるｄ、ｇ及びＳの所望値に対して、閉
じ込め磁石の磁極巾ｗ及び磁束密度は所望の溶融金属プ
ール高さに対して式（４）、（８）及び（１１）から最
適にできる。

【００７４】図２０は本発明の磁石70のニップを通る水
平断面図である。銅遮蔽73、75で分離され且つ内側遮蔽
71及び外側遮蔽77で囲まれた三つの磁心72、74、76を提
供することにより大きい有効磁極巾が達成される。これ
らの遮蔽はヒート・シンクとしても作用する。磁心72、
74、76は内側遮蔽71の左側に磁極82a,84a,86a 及び右側
に磁極82b,84b,86b を有し、それらの磁極巾はそれぞれ
a,b,c である。有効磁極巾は w = a + b + cである。図
２０は本発明のこの形態で可能な磁束制御の多くの異な
るモードの三つを示す。

【００７５】図２０及び空気間隙のない磁心72、74、76
の右半分を参照すると、磁極82b,84b,86b において、外
側の磁束密度Ｂ_OUTSに対する内側の磁束密度Ｂ_INS の比
は、次式（１３）のようになる。

【００７６】

【数１４】

【００７７】全磁心に共通の励磁コイル78a,78b で、磁
極82、84、86中のピーク磁束密度の比は、次式（１４）
のようになる。

【００７８】

【数１５】

【００７９】図２０の右半分に点線で示すように、磁心
72、74、76に、それぞれの磁心の磁極巾に等しい底辺が
内側磁心表面にあり、頂点が反対の表面にある三角形の
カットを設けることにより、各磁極巾a,b,c に対する磁
束密度は一定であり（Ｂ_INS= Ｂ_OUTS）、磁束密度の比
は次式（１５）のようになる。

【００８０】

【数１６】

【００８１】図２０の右半分における鎖線の磁束線は式
（１５）及び磁束φ₁ に対する状態を示す。

【００８２】図２０の左半分を説明すると、三つの磁心
72、74、76の全てに三角形のカットを形成し、相対寸法
は図示の通りであり、三つの全磁気回路のリラクタンス
は略等しく、磁極を横切る磁束密度勾配がない。左半分
に鎖線で図示するように、磁束密度は三つの全磁極上で
次式（１６）に示すように同じである。

【００８３】

【数１７】

【００８４】磁心72、74、76に形成された三角形のカッ
トで形成された磁心72、74中の比較的大きい空気間隙
は、これらの間隙を包囲する遮蔽71、73、75の部分にお
ける渦電流損を減らすために小分けすることもできる。

【００８５】本発明の更に別の形態を図２１、２２、２
３に示す。磁石90は二つのテープ巻き強磁性円筒からカ
ットした円弧部分を使用している。磁心の部分92a,92b
用の円弧を作るために比較的短い円筒を使用し、外側磁
心部分94a,94b 用に、より小さい直径を有する高い円筒
を使用している。ロール10a,10b の向かい側に配置され
た磁心面は磁極に相当する。磁心92a,92b の他端は強磁
性ヨーク96で架橋され、磁心94a,94b は強磁性ヨーク98
で架橋されている。図２３に示す強磁性構成要素は、最
外側の磁心76及び磁極86を図２０から除去すれば、図２
０の右側に示すアセンブリと磁気的に等価である。図２
０及び図２１の両磁石は、所望の有効磁極巾ｗにより、
より多い又はより少ない平行な磁心と磁極の部分を有す
ることができる。

【００８６】磁石90の磁心とヨークは、円弧状部分101,
103,105 を含む非短絡水冷渦電流遮蔽に囲まれ、円弧状
部分は端部111,113,114,115,底部107 及び頂部109 を有
する。コイル117 、遮蔽101 及び端部114,115 を適応さ
せるために要する内側磁極距離Ｓと面積（ＳｘＤ）の選
択により内側磁心アセンブリの深さＤを決める。

【００８７】大きいロール直径のために大きいテープ巻
き円筒を作ることは実用的でないかもしれない。この場
合、磁石90の磁心は図２３に示すように多数の同一ラミ
ネート部分99（煉瓦または建築用ブロック）から作るこ
とができる。これらの部分99は水平又は垂直平面内の積
層を有する。垂直方向の積層は周囲の遮蔽中に、より小
さい渦電流損を結果として生ずる。

【００８８】図２４、２５、２６は本発明の別形態を示
す。この形態は、ロール10に取り付けられた、多数の薄
い絶縁された強磁性円板124 及び、回転する円板124 を
磁化する、分かれた固定磁石120 の組み合わせを示す。
図２４に示す強磁性円板124aはロール10a に固い銅円板
126aを介して螺子127 及び絶縁ブッシング129 で取り付
けてある。強磁性円板124bはロール10b に銅円板126bを
介して螺子127 及び絶縁ブッシング129 で取り付けてあ
る。図２５の断面図に示す磁石120 を構成する磁心122
は内側遮蔽128 及び外側遮蔽130 で囲まれている。これ
らの遮蔽は電気的に接続され、両遮蔽が短絡巻きになる
ことを両遮蔽の間隙が防ぐ。遮蔽された磁心を励磁コイ
ル132a,132b が囲む。

【００８９】図２６は磁束分布を示す図２５のニップの
半分の拡大図である。図２４、２５の形態は、殆ど磁束
がロールを透過しないので、先の形態よりもローラー10
中に生ずる渦電流損は遙に少ない。これはＳ＝ｄの時に
特に確実である。磁石20、30、40、60、70、90とは対照
的に、Ｓ≦ｄの時でさえローラー中心軸と本質的に直角
な磁界を磁石120 及び円板124 の組み合わせは生ずる。
図４、６、１３、１４が示すように、それは先の磁石に
は当てはまらない。Ｓ＝ｄ、及びロールに取り付けられ
た円板124 と磁石120 の組み合わせに対して、先の磁石
でそうであるように、溶融金属はロール10の縁のより近
くに閉じ込められる。達成できるプール高さは円板およ
び磁心の飽和で限定される。ロールに取り付けられた強
磁性円板の一つの欠点は、プール区域外で円板が出す大
きい円形漏れ磁界である。

【００９０】Ｓ＞ｄに対して、磁石120 により生じ且つ
円板124 を介してローラー10の縁および溶融金属プール
12側壁へ伝導される磁界は、側壁閉じ込めに要すると推
定されるものよりも遙に大きくできる。本発明のこの形
態では、プール12側壁の押し戻しを制限するために閉じ
込めは銅ローラー10の渦電流遮蔽効果を使用し、式
（１）は表面からの距離ｘの関数としての磁界の急速な
減衰を示す。閉じ込めに要するよりも実質上大きいこの
磁界は、本実施例で示す磁石のどれによっても提供でき
る。

【００９１】図２７、２８、２９は磁石の更なる変形を
示す。この形態は、ロール10に取り付けられたテープ巻
き強磁性トロイド144 と、回転するトロイド144 を磁化
する分かれた固定磁石140 との組み合わせを呈する。図
２７は、固い銅円筒146a,148a,螺子147 及び絶縁された
取り付け金物149 でローラー10a に取り付けられた強磁
性トロイド144aを示す。強磁性トロイド144bは同様にロ
ール10b に取り付けられる。

【００９２】図２８は磁石140 の断面図を示す。それは
内側遮蔽152 及び外側遮蔽154 で囲まれた磁心142 から
成る。遮蔽152 、154 は電気的に接続され、両遮蔽が短
絡巻きになるのを間隙が防ぐ。励磁コイル156 が両遮蔽
を囲んでいる。図２９が示すように漏れ磁束を減らすた
め及び磁界形成のために遮蔽152 はトロイド・アセンブ
リ144 間の間隙中に突出している。ロールに取り付けら
れたトロイド144 と磁石140 の組み合わせは閉じ込め磁
界をローラー10中に押し込めるのに磁石60よりも効率的
である。磁石140 の磁極における損失は磁石60の場合と
比べて小さい。

【００９３】これらの利点は、ロールに取り付けられた
トロイド144 の付加的な複雑さ及びトロイドの開放表面
から放射されるより大きい漏れ磁束に対して比較検討し
なければならない。

【００９４】図３０、３１、３２は磁石設計の更に別の
形態を示す。より大きいプール深さはプール底の近くで
より大きい磁界を必要とする。図３０において、二つの
トロイド166b,168b が銅フープ172b,174b,176b間に置か
れ且つロール10b に取り付けられている。同様に、一対
のトロイド166a,168a がロール10a に取り付けられてい
る。図３１は側壁閉じ込めアセンブリの右半分の断面図
であり、磁極取り付けトロイド166b,168b 及び固定磁石
170 のそれらに対応する磁心部分162 、164 を示す。磁
心162,164 は遮蔽175,177,179 に埋め込まれている。溶
融金属側壁に対する磁界形成のため及び漏れ磁束を減ら
すために内側遮蔽175 を使用している。

【００９５】（図示しない）励磁コイルは磁石の後ヨー
クにおいて全遮蔽を囲んでいる。

【００９６】図３２が示す形態は、側壁閉じ込め用にロ
ール10b の周囲に取り付けられた二組の四分区間186b,1
88b 及び磁石180 を使用している。ロール周囲の四分区
間の二組186b,188b は銅フープ192b,194b,196bに埋め込
まれ且つロール10b に取り付けられている。磁石180 の
磁心182,184 は遮蔽195,197,199 に埋め込まれている。
遮蔽195 も溶融金属側壁に対する磁界形成のために使用
される。（図示しない）励磁コイルは磁石の後部で全遮
蔽を囲んでいる。

【００９７】図３３、３４、３５、３６、３７、３８は
電磁側壁閉じ込め設計の他の形態を示す。これらの形態
は、図２５、２８、３１、３２のロールに取り付けられ
た強磁性積層の方向から90°シフトした方向に向けられ
た、ロールに取り付けられた強磁性積層と、回転する積
層を磁化する分かれた固定磁石300 の組み合わせを示
す。この積層は、ロールに取り付けられた円板 (図25)
とロールに取り付けられたトロイド (図28と31) に関連
する大きい円形漏れ磁束を防ぐ。図32の四分区間の組も
この漏れ磁束を減らす。図３３、３４に描いたように、
積層を参照数字302 で表すように、独立してロールの周
囲に均一に分布するか又は、参照数字304で表すよう
に、複数の等しく広いパッケージに配置しうる。図３
４、３５は、銅円板310 、312 間に挟まれ且つロール10
に絶縁された金物314 で取り付けられた強磁性パッケー
ジ304 を示す。磁石300 を構成する磁心302 は遮蔽306
、308 で囲まれている。励磁コイル316 は遮蔽と磁心
のアセンブリを囲んでいる。内側遮蔽306 も溶融金属側
壁中の磁界を形成するために使用される。図３５の左側
で、磁心302 の主な磁束通路を鎖線で示す。図３６は鎖
線で磁極面304bの磁界分布を示す。磁極面304b (図３
６）はロール縁に309 で接している。図３５、３６に示
すように、ニップに近い磁極面における磁束密度が磁極
302 に近い磁極面における磁束密度の略三倍となるよう
に強磁性パッケージ304 が磁束圧縮のために成形され
る。

【００９８】図３７はローラーに取り付けられた積層に
対する異なる二形態を示す。図３７の右半分では、積層
334bはロール10b の縁から引っ込んでいる結果、図３８
の右半分に拡大して示すような磁界分布を生ずる。図３
７に示すように、図３５、３６で示す状態と比べて、溶
融金属を更に押し戻している。図３７の左半分では、溶
融金属に接しているロール10a の縁と積層324aは同一面
であるのみならず、積層はロール縁の他側とａで示す距
離にわたって接触もしている。図３８の左半分に拡大し
て示すように、この特徴は液体金属中の磁界を増し、そ
れを更に押し戻している。

【００９９】図３９〜図４４に描いた磁石アセンブリ40
0 は発明の更なる変形を示す。この形態では、磁心402
を単一巻きコイルで囲み、このコイルは下半分450(図４
３）と上半分470(図４４）) を含む。コイル両半分450
、470 は銅製であり磁心402のための電磁遮蔽としての
作用もする。コイル下半分450 の端子板410 を中心片41
2 と側壁414 、416 、418 に半田付けしている。コイル
の上半分470 の端子板420 を側壁424 、428 と頂板422
に半田付けしている。励起回路を完成するためにコイル
上半分470 をコイル下半分450 に金物442 でボルト留め
する時に良好な電気的接触を促進するために中心片412
頂面とそれに接する板422 底部を銀めっきしている。図
４１と図４２に電流Ｉの方向を表す矢印で示すように、
磁石の電流Ｉは端子板410 から中心片412 中を登って頂
板422 に入り、外側壁424 、428中を下って上方端子板4
20 に流入する。コイル下半分の側壁414 、416 、418
は電流を運ばず、側壁414 、416 、418 の存在は漏れ磁
束通路のリラクタンスを増すことにより漏れ磁束を減ら
す。

【０１００】端子板410 、420 にスロットを切ることに
より電流分布をより均等にする。板410 中に結果として
生じる電流通路451 、452 、453 、454 、455 と板420
中の通路471 、472 、473 、474 、475 は略等しい抵抗
を有し、図３９に鎖線で示すような電流パターンを形成
する。磁石電流の表皮深さの略２乃至４倍の厚さを有す
る銅シートからコイル部品を作ることにより回路損を最
小にする。これの例外として、中心片412 をより厚い銅
片で作りうる。

【０１０１】図４２に大きさＤとして示す磁心窓の長さ
は、磁極面404 の円弧で決まる最小限度を有し、その最
大限度は、磁石コイルに対して選ばれた電流密度で決ま
る。

【０１０２】端子板410 、420 と表面板422 、424 、42
8 に銅管を半田付けすることによりコイル・アセンブリ
の部品を水冷却しうる。冷却水を循環させるために底板
410を貫いて中心片412 に穴（図示しない）をあけても
良い。

【０１０３】磁極面404a,404b は外側壁416 から引っ込
むか（図５に示す構成と同様）、外側壁416 と同一面に
なるか (図１７、１８と同様) 、又は溶融金属側壁の閉
じ込めを促進するために突出しうる（図７、１２、２５
と同様) 。

【０１０４】電磁的に閉じ込められている溶融金属側
壁、ロール及び閉じ込め磁石の間の磁界を形成するため
に磁極面404 間に固い銅片490 が位置する。溶融金属に
面する銅片490 表面を、例えば図４、５、６、７、１
７、１８に示すように、内側遮蔽の表面と同様に成形し
うる。固い銅片490 はコイルと磁心のアセンブリから絶
縁するか、又は磁心磁束に対する短絡巻きの効果を生ず
ることなく中心片412 の一体部分としうる。銅片490 に
対する水冷却は、それに半田付けした銅管（図示しな
い）及び／又はそれにあけた穴（図示しない）により行
うことができる。

【０１０５】図４５に示す磁石アセンブリ700 は本発明
の別の変形である。図４５は磁石400 に対する図４１と
同様の断面図である。磁石700 のコイルは、大径ロール
間に溶融金属の深いプールの側壁を閉じ込めるのに非常
に大きい値のアンペア回数を必要とする場合のために設
計されている。

【０１０６】励磁コイル・アセンブリの一部が磁心702
の漏れ磁束を減らすために渦電流遮蔽として作用する。
図４５の磁石コイルに含まれる内側コイル・アセンブリ
500は囲まれ且つ外側コイル・アセンブリ600 から絶縁
されている。

【０１０７】磁石電流の表皮深さの略二乃至四倍の厚さ
の銅シートから各々作られた二つのコイル・アセンブリ
で、コイル電流損は磁石400 の設計に比べて略半分にカ
ットされる。

【０１０８】内側コイル・アセンブリの構造は図３９〜
図４４に示す磁石400 のコイルのものと略同一である。
図４５に示すように、励起電流の半分、I/2 が内側コイ
ル・アセンブリ500 の端子板510 から中心片512 中を上
って頂板522 を通り、且つ側板 (そのうち板524 のみが
図４５で見える) 中を下って上方端子板520 に流れる。
励起電流の第二の半分は外側コイル・アセンブリの端子
板610 に入り、中心片612 中を上って頂板622 に流入
し、且つ側板 (板624 のみを示す) 中を下って端子板62
0 に入る。内側コイル・アセンブリ500 の側壁514 、51
6 、518 (518は図４５に示さない。それは磁石アセンブ
リ400 の側壁418a,418b と同様) は電流を運ばず、それ
らの存在は漏れ磁束通路のリラクタンスを増すことによ
り漏れ磁束を減らす。図４５のコイル・アセンブリは一
緒に段階的に半田付けされている。

【０１０９】図４６に示すように、より小さい電源電流
とより高い電源電圧が望まれる応用のために、コイル・
アセンブリ500 、600 は直列接続も可能である。

【０１１０】更に大きい電流に対して、図４５、４６に
概略的に示す設計原理を使用して、二つより多いコイル
・アセンブリを入れ子式にして並列または直列に接続で
きる。更に、磁心の窓長さ (図４２の大きさＤ) を増す
ことにより、それに対応して増えた数の銅板(510,512,5
20,524; 610,612,620 及び624)の断面積を増しうる。

【０１１１】磁石20、30、60、90、400 等に対して図示
したような、連続強磁性体で作られ且つ一つのコイルか
らエネルギーを供給される磁心は、溶融金属側壁の或る
部分で多すぎる押し戻しを生ずる溶融金属側壁の垂直表
面に沿った磁束密度を生じうる。本発明の別形態によれ
ば、この問題は、三本の平行な調整可能磁束通路を生ず
る装置800 で解決される。

【０１１２】図４７、４８は磁石800 のそれぞれ正面図
と頂面図である。図４９は磁石の強磁性磁心アセンブリ
の斜視図であり、それは水平空気間隙で分けられた三区
画から成る。底区画は円弧部分812 、814 、816 とヨー
ク818 から成り、中区画は円弧部分822 とヨーク824 を
有し、頂区画は円弧部分832 、834 とヨーク部分836を
有する。磁心面810 、820 、830 はロール10の向かい側
に配置された磁極となる。

【０１１３】磁心アセンブリは、磁極810 、820 、830
を除いてそれを囲んでいる一巻きコイルからエネルギー
を供給される。コイルの内側半分は円弧シート850a,850
b から成り、それらは後板850cに半田付けされている。
コイルの外側半分は円弧シート852a,852b から成り、そ
れらは後板852cに半田付けされている。コイルのこれら
の半分はＵ字形チャネル854a,854b,854cで結合されてい
る。良い電気的接触のために、結合表面は銀めっきされ
且つ一緒にボルトで留めてある。閉じ込め磁界は固い水
冷の銅片890(図４８) で形成され、銅片はロールの向か
い側の内側コイル半分850 と鋳造装置の溶融金属側壁と
の間に置かれている。漏れ磁束を減らすため、銅片890
はコイルから絶縁するか又はそれに半田付けしうる。簡
単にするため、銅片890 は図４７に示さない。

【０１１４】磁心の三区画の磁束を絶縁するため、中区
画820 は銅製の電磁遮蔽860 で囲んである。それは磁心
の部分822 とヨーク824 の下半分を囲んでいる下方Ｕ字
形チャネル862 、及び磁心の部分822 とヨーク824 の上
半分を囲んでいる上方Ｕ字形チャネル864 から成る。こ
の遮蔽が磁束に対する短絡巻きになることを間隙866が
防いでいる。

【０１１５】溶融金属プール側壁を閉じ込める磁気圧力
は閉じ込め磁界の磁束密度の二乗に比例する。磁心磁束
通路のリラクタンスをプール深さの関数として調整する
ことにより、電磁閉じ込め力をプール深さの関数として
調整できる。磁石800 はこれを、その磁心の三区画の二
つに対する磁束通路リラクタンスを調整する手段を提供
することにより達成する。

【０１１６】図４９で示す例において、磁心の中区画は
側壁閉じ込めのために頂区画と底区画よりも多いアンペ
ア回数を要し、従って、磁石電流を決定する。中区画の
リラクタンスは、部分822 、824 間の空気間隙を小さく
保つことにより、実行できる限り小さくされる。頂、底
区画内の溶融金属側壁の押し戻しは、空気間隙を加えた
対応する磁心区画のリラクタンスを増すことにより最適
化される。図４９に示すように、磁石の底区画のリラク
タンスは、磁束通路中に空気間隙813 、815 を置くこと
により増やされる。頂区画のリラクタンスは空気間隙83
3 、837 で増やされる。これらの空気間隙の巾は一定で
あるか、又は磁束分布の更なる微調整のために垂直プー
ル高さと共に変わりうる。

【０１１７】図４９において、水平間隙は遮蔽部分862
、864 を適応させ、垂直間隙はリラクタンス制御用で
ある。

【０１１８】図５０ａが示すように、磁石800 の一巻き
コイルは、後板850c,852c と接続チャネル854cが位置す
るその中心線に沿って間隙895 を切ることにより、二巻
きコイルに変換できる。漏れ磁束を減らすため、この位
置で磁心を遮蔽しなければならない。図５０ｂは二巻き
作動用の概略図である。二巻きコイルでは、磁界整形銅
片890 をコイルから絶縁するか、又は図５０ａに示すよ
うに一巻きの四分の一(例えば側部850a) のみに接続し
うる。

【０１１９】

【発明の効果】本発明によれば、高い磁束密度でもロー
ル中および磁極中の熱損が過剰になることはなく、ロー
ルの冷却が容易で、ロール間にある溶融金属の電磁閉じ
込め性能の優れた、低コストの溶融金属の閉じ込め装置
およびその方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続帯鋳造装置の一対のロールに適用した、本
発明による装置の一形態を示す端面図である。

【図２】図１の装置とロールの側面図である。

【図３】図２の線３−３に沿った装置の正面図である。

【図４】図１の線４−４に沿った装置の断面図である。

【図５】図１の線５−５に沿った装置の断面図。

【図６】本発明の装置の拡大水平断面図であり、部分的
に削除された、本発明の一形態による磁極及び相補形状
ベベル・ロール・リムの配置を示す図である。

【図７】図６の線７−７に沿った拡大断面図である。

【図８】図８ａ、８ｂは、それぞれ、図６の磁心の頂面
図、側面図である。

【図９】図９ａは本発明の一形態による図６、７の磁極
26a,26b をカットしたトロイド形磁心の平面図、図９ｂ
は図９ａの線９ｂ−９ｂに沿った断面図である。

【図１０】図１０ａ、１０ｂは、それぞれ、図６の装置
の磁心部分を示す頂面図、側面図である。

【図１１】図１１ａ、１１ｂは、それぞれ、図６の装置
の磁極の製造の詳細を示す頂面図、側面図である。

【図１２】本発明の相補形状の磁極およびロール・リム
の別形態を示す、部分的に除去された頂面図である。

【図１３】図１２の線13-13 に沿った断面図である。

【図１４】溶融金属12及び或る作動状態の磁界を示す、
部分的に除去された水平断面図である。

【図１５】連続帯鋳造装置に適用した、本発明による装
置の別形態を示す、部分的に除去された側面図である。

【図１６】図１５の線16-16 に沿った正面図である。

【図１７】図１５の線17-17 に沿った断面図である。

【図１８】図１５の線18-18 に沿った断面図である。

【図１９】図１８に示す装置の一部を示す拡大した部分
断面図である。

【図２０】連続帯鋳造装置の一対のロールに適用した、
本発明による装置の別形態を示す水平断面図である。

【図２１】本発明の磁性閉じ込め装置の別形態の正面図
である。

【図２２】ロールの前の磁石の位置を示す図２１の線22
-22 に沿った断面図。

【図２３】図２１に示す形態の磁心の斜視図である。

【図２４】本発明の一形態によるロールとロールに取り
付けた強磁性円板の端面図である。

【図２５】図２４の線25-25 に沿った断面図である。

【図２６】図２５に示す形態の拡大部分断面図である。

【図２７】図２４と同様の図であり、本発明の別形態に
よるロールに取り付け強磁性トロイドを示す図である。

【図２８】図２７の線28-28 に沿った断面図であり、磁
心の別形態を示す図である。

【図２９】図２８に示す形態の拡大部分断面図である。

【図３０】ロールに取り付けた強磁性トロイドの別形態
を示す、部分的に除去された端面図である。

【図３１】磁心を示す、図３０の線31-31 に沿った断面
図である。

【図３２】磁心の更に別の形態を示す、図３１と同様の
図である。

【図３３】ロールに取り付けたラミネート形状を有する
強磁性挿入体の別形態を示す、部分的に除去された端面
図である。

【図３４】図３３のロールに取り付けた強磁性挿入体の
側面図である。

【図３５】図３３の線35-35 に沿った断面図である。

【図３６】図３５のロールに取り付けた強磁性挿入体の
拡大部分断面図である。

【図３７】磁心とロールの設計の別々の二形態を示す、
図３５と同様の図である。。

【図３８】図３７の主要部材の拡大部分断面図である。

【図３９】電磁遮蔽としての作用もする単一巻き励磁コ
イルを有する本発明による磁石の頂面図である。

【図４０】図３９の形態の正面図である。

【図４１】図３９の線41-41 に沿った断面図である。

【図４２】図３９の線42-42 に沿った断面図である。

【図４３】図３９、４０、４１、４２に示す励磁コイル
の下半分の斜視図である。

【図４４】図３９、４０、４１、４２に示す励磁コイル
の上半分の斜視図である。

【図４５】並列に作動する二個の入れ子式コイル・アセ
ンブリを含む単一巻き励磁コイルを示す図３９の断面線
41-41 に沿った図と同様の断面図である。

【図４６】二巻き作動用に直列接続された、図４５のア
センブリと同様の、二個の入れ子式コイル・アセンブリ
の端子を示す図である。

【図４７】電磁側壁閉じ込めを最適化するための三個の
絶縁された強磁性磁心区画を有する本発明の別形態の正
面図である。

【図４８】図４７の装置の頂面図である。

【図４９】図４７、４８の形態の磁心の斜視図。

【図５０】図５０ａは二巻き励磁コイルを有する図４７
の装置の頂面図、図５０ｂは、図５０ａに示す二巻きコ
イル用の電気接続を示す図である。

【符号の説明】

１０、１０ａ、１０ｂ…ロール １２…溶融金属 ２０、３０、４０、６０、７０、９０、１２０、１４
０、１７０、１８０、３００、４００、７００、８００
…磁石 ２２、２５、２７、２９、３１、５２、６２、７２、７
４、７６、９２ａ、９２ｂ、１２２、１４２、１６２、
１６４、１８２、１８４、３０２、４０２、７０２…磁
心 ３６、６９、７８ａ、７８ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、１
５６、３１６…励磁コイル ５００…内側コイルアセンブリ ６００…外側コイルアセンブリ ２６、５４、５８ａ、５８ｂ、６４ａ、６４ｂ、８２
ａ、８２ｂ、８４ａ、８４ｂ、８６ａ、８６ｂ、８１
０、８２０…磁極 ３５、３７…斜角縁 ３２、３８、４４、６６、７１、１２８、１５２、３０
６…内側遮蔽 ３４、４２、６８、７７、１３０、１５４、…外側遮蔽

Claims (65)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二つの水平に間隔を置いた部材間の垂直
   に拡がる間隙の開放側を通って溶融金属が逃げるのを防
   ぐ磁場による閉じ込め装置であり、前記溶融金属は両部
   材間に位置し、前記装置は下記を含むもの。磁心手段
   と、 前記磁心手段と作動的に関連する導電性コイル手段とを
   含み、 前記磁心手段は、前記間隙の開放側を貫いて前記溶融金
   属まで拡がる主に水平な磁界を生ずるための前記間隙の
   開放側に近く配置された一対の水平に配置された、間隔
   を置いた磁極を含み、 前記磁極は、間隙中の溶融金属に対する閉じ込め圧力を
   与えるために充分な強度を前記水平磁界が有するよう
   に、間隙の開放側に最も近く、及び間隙の開放側の近く
   で磁極間に配置され、且つ間隙を通って実質的に溶融金
   属に水平磁界を閉じ込めるように成形された、内側の、
   非磁性、導電遮蔽手段を含む。
2. 【請求項２】 更に外側の、非磁性、導電遮蔽手段を含
   み、漏れ磁束を減らすため及び前記磁極からの磁束を前
   記溶融金属の方に向けるために磁心手段およびコイル手
   段が前記内側導電遮蔽手段と外側導電遮蔽手段との間に
   挟まれるように前記外側導電遮蔽手段は配置される請求
   項１記載の装置。
3. 【請求項３】 間隙の前記開放側は垂直平面内にあり、
   前記内側遮蔽手段は間隙の前記開放側と実質的に平行な
   関係に配置される請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】 前記磁極は上部および下部を有し、前記
   内側遮蔽手段は、垂直に拡がり且つ溶融金属を収容する
   前記間隙の開放側よりも大きく、且つ前記磁極の上部と
   下部との間の実質的に全垂直距離に及ぶ請求項２記載の
   装置。
5. 【請求項５】 水平に間隔を置いた前記二部材は各々前
   記間隙に斜角縁を含み、水平に間隔を置いた前記部材の
   斜角縁の一方と各々実質的に平行な二つの斜角縁が前記
   内側遮蔽手段に含まれる請求項２記載の装置。
6. 【請求項６】 磁極を間隙の開放側に露出させておきな
   がら磁心およびコイル手段を内側遮蔽と外側遮蔽との間
   に閉じ込める手段が前記外側遮蔽手段に含まれる請求項
   ２記載の装置。
7. 【請求項７】 水平に配置された前記二部材は平行中心
   軸を有する回転可能なロールであり、前記磁心は前記開
   放間隙に最も近く垂直に配置され、前記コイル手段に含
   まれる複数の垂直に配置されたコイル巻きが前記磁心を
   包囲し、前記非磁性内側遮蔽手段に含まれる伝導材料が
   間隙の開放側に近く且つ溶融金属と実質的に平行な内側
   表面を有し、この内側遮蔽表面は前記磁極間に且つ前記
   溶融金属の近くに配置される請求項１記載の装置。
8. 【請求項８】 間隔を置いた磁極は前記開放間隙の最も
   近くで下方に収斂し、前記空間の巾は間隙の前記開放側
   の巾が狭くなるのに一致して下方に狭くなる請求項７記
   載の装置。
9. 【請求項９】 前記内側遮蔽部材は、間隙の前記開放側
   に近い前方表面、及び前記内側遮蔽手段の形状を実質的
   に間隙の前記開放側の形状に適合させる一対の下方に実
   質的に収斂する側壁を有する請求項７記載の装置。
10. 【請求項１０】 水平部材間の空間は磁極間の空間と等
    しいか又はそれより小さい請求項７記載の装置。
11. 【請求項１１】 各水平部材に含まれる表面取り付け強
    磁性体が伝導遮蔽により主な表面上に配置され、その結
    果、前記強磁性体中に発生する磁界が前記水平部材の側
    壁を透過する請求項７記載の装置。
12. 【請求項１２】 強磁性体は強磁性円板、強磁性トロイ
    ド、強磁性ラミネーション、及びそれらの組み合わせよ
    り成るグループから選ばれる請求項１１記載の装置。
13. 【請求項１３】 間隔を置いた前記部材の各々は間隙の
    前記開放側の縁を形成する側縁および前記側縁に近い側
    縁部分を有し、 前記内側遮蔽手段は一対の水平に間隔を置いた外縁およ
    び各外縁に近い外縁部分を有し、 前記間隙に沿った同じ垂直位置で、前記内側遮蔽手段上
    の二外縁間の水平距離は前記間隙の開放側を形成する前
    記二側縁間の水平距離よりも大きく、 前記内側遮蔽手段上の各外縁部分は部材のそれぞれの側
    縁部分から間隔を保たれて、それらの間に狭い空間を形
    成し、 これらの側縁を用いずに得られる磁束密度に比べて、前
    記の狭い空間内の磁界中、及び間隙の前記開放側を横切
    って延びる磁界中に増えた磁束密度を提供するように協
    同する手段が内側遮蔽手段上の前記外縁部分および部材
    の前記側縁部分に含まれ、それにより溶融金属が前記の
    狭い空間を通って横方向に流出するのを防ぐ請求項１記
    載の装置。
14. 【請求項１４】 前記内側遮蔽手段および少なくとも前
    記部材の前記縁部分は高い導電性を有する金属より成る
    請求項１２記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記溶融金属は溶融鋼であり、前記コ
    イル手段および前記内側遮蔽手段は各々、銅、アルミニ
    ウム、銀、ステンレス鋼、及び前記金属の少なくとも一
    つを含む合金より成るグループから選ばれた金属より成
    る請求項１４記載の装置。
16. 【請求項１６】 内側遮蔽手段は前記間隙の開放側の形
    状に実質的に一致する形状を有する請求項１３記載の装
    置。
17. 【請求項１７】 前記間隙中の溶融金属の増える静圧に
    一致する前記磁界に関連する磁気圧力を増すための、前
    記磁極の外形を含む手段を含む請求項１３記載の装置。
18. 【請求項１８】 各磁極の表面が水平間隔を置いた部材
    の中心軸の一本と平行である請求項１３記載の装置。
19. 【請求項１９】 各磁極の表面が水平間隔を置いた部材
    の中心軸の一本に対して角度をなす請求項１３記載の装
    置。
20. 【請求項２０】 水平間隔を置いた前記部材の縁表面お
    よび前記磁極表面は水平間隔を置いた部材の中心軸に対
    して角度をなし、角度をつけた前記水平部材縁および極
    表面は互いに平行に配置され且つ間隔を保つ請求項２記
    載の装置。
21. 【請求項２１】 磁極および内側遮蔽手段は水平部材に
    近接して間隙の前記開放側中に延びる請求項２０記載の
    装置。
22. 【請求項２２】 水平部材に含まれるカットアウト縁が
    磁心に近接して広がり、磁極はカットアウト縁内の間隙
    の前記開放端中に延びる請求項２１記載の装置。
23. 【請求項２３】 磁心および磁極は強磁性体のラミネー
    ションから形成される請求項２０記載の装置。
24. 【請求項２４】 各磁極の磁極表面が各水平部材の長手
    方向中心軸と直角に配置され、 水平離間距離を除いて、前記内側遮蔽手段を含む伝導材
    料が磁心および磁極を囲み、前記離間距離は伝導材料が
    磁心の周りの短絡巻きになるのを防ぎ、 磁極から発出する磁束を閉じ込め且つ磁極表面間の磁界
    を成形する手段が前記伝導材料に含まれ、 前記コイル手段は前記伝導材料を囲むように配置され、
    前記伝導材料は前記磁心を囲むように配置され、前記コ
    イル手段は交番電流源に応答し、 前記伝導材料および間隙の前記開放側と平行な水平部材
    の前記側は、前記溶融金属を水平部材間に閉じ込めるよ
    うに前記磁極間に生じる交番磁界を成形するために協同
    する手段を含む請求項１記載の装置。
25. 【請求項２５】 前記磁極表面および間隙の前記開放側
    に近い伝導材料の表面は水平部材の中心軸と直角である
    請求項２４記載の装置。
26. 【請求項２６】 前記磁極表面間に配置された内側伝導
    遮蔽手段は、前記磁極表面よりも前記溶融金属に向かっ
    て更に外方に突出した、磁極表面と溶融金属側壁との間
    の磁界を形成する手段を含む請求項２４記載の装置。
27. 【請求項２７】 各水平部材は前記間隙に近い側壁を有
    し、前記装置に含まれる複数の磁心手段が水平部材の前
    記側壁中の磁束を集めて圧縮することにより、それらの
    間に溶融金属の深いプールを収容し、複数の各磁心手段
    は電磁遮蔽で囲まれることにより磁束を強磁性磁心の側
    部に閉じ込める請求項２４記載の装置。
28. 【請求項２８】 前記側壁中の磁束の収集及び圧縮の結
    果として生じる閉じ込め磁束密度は磁極の飽和磁束密度
    より大きい請求項２７記載の装置。
29. 【請求項２９】 磁極および内側遮蔽手段は、間隙の前
    記開放側における溶融金属および水平部材の前記側壁に
    近く且つ本質的に平行な表面を有する請求項２７記載の
    装置。
30. 【請求項３０】 前記磁極表面より前記間隙に向かって
    更に外に突出した間隙の前記開放側に近い表面が内側遮
    蔽手段に含まれる請求項２９記載の装置。
31. 【請求項３１】 内側遮蔽手段に比較的に近接して配置
    された磁心手段が、内側遮蔽手段から更に離して配置さ
    れた磁心手段により提供される磁束密度よりも大きい磁
    極における磁束密度を提供する請求項２７記載の装置。
32. 【請求項３２】 各磁心手段に含まれる略三角形のカッ
    トアウト部分が、本質的に一定である各磁極を横切る磁
    束密度を提供する手段を含む請求項２７記載の装置。
33. 【請求項３３】 各磁心手段中のカットアウト部分は、
    各磁極表面から同一磁界を提供するような寸法を有する
    請求項３２記載の装置。
34. 【請求項３４】 磁極および磁心手段の一部は、複数の
    区画にカットされ且つ整列させたテープ巻き湾曲円筒か
    ら組み立てられる請求項１記載の装置。
35. 【請求項３５】 二個の水平に間隔を保つローラー間の
    垂直に拡がる間隙の開放側を通る溶融金属の逃げを防ぐ
    ための磁場による閉じ込め装置であり、前記溶融金属は
    両ローラー間に位置し、前記装置は下記を含むもの。前
    記間隙の開放側に近く配置されたローラー取り付け環状
    強磁性材料と、 前記環状ローラー取り付け強磁性材料を介して前記間隙
    の開放側および前記溶融金属へ拡がる交番水平磁界を、
    前記強磁性材料に最も近い位置で生ずる固定磁石と、 前記磁界を前記間隙の前記開放側へ閉じ込めるため、及
    び前記間隙中の溶融金属に対して閉じ込め電磁圧力を加
    えるのに充分な強度を前記水平磁界に提供するため、磁
    極間に且つ前記間隙の近くに配置された、成形された導
    電遮蔽を含む。
36. 【請求項３６】 前記ローラー取り付け環状材料は薄い
    絶縁された強磁性円板を含む請求項３５記載の装置。
37. 【請求項３７】 前記ローラー取り付け環状強磁性材料
    はトロイドの形状である請求項３５記載の装置。
38. 【請求項３８】 漏れ磁界を減らすため銅円筒により前
    記トロイドが前記ローラーに取り付けられる請求項３５
    記載の装置。
39. 【請求項３９】 前記ローラー取り付け環状材料は複数
    の強磁性トロイドを含み、前記トロイドは銅円筒により
    その表面で遮蔽され且つ収容される請求項３５記載の装
    置。
40. 【請求項４０】 トロイドの表面および前記固定磁石の
    磁極の表面は、水平間隔を保つローラーの中心軸と平行
    である請求項３９記載の装置。
41. 【請求項４１】 トロイド及び磁極の表面はローラー中
    心軸に対して角度をなす請求項３９記載の装置。
42. 【請求項４２】 ローラー取り付け環状材料に含まれる
    複数の水平に向けられた強磁性ラミネーションが互いに
    絶縁され且つ半径方向の磁束のための低リラクタンス通
    路を提供し、前記環状材料に含まれる方位角方向の高リ
    ラクタンス通路が前記固定磁石により発生する磁界を前
    記ローラー間の前記間隙の前記開放側に閉じ込める請求
    項３５記載の装置。
43. 【請求項４３】 ローラー縁の磁束密度を増すため、前
    記ラミネーションは前記固定磁石の近くからローラー縁
    へ先細になる請求項４２記載の装置。
44. 【請求項４４】 前記強磁性ラミネーションはローラー
    縁と接する請求項４３記載の装置。
45. 【請求項４５】 前記強磁性ラミネーションはローラー
    縁から引っ込んでおり、それにより幾らかの磁束が前記
    ローラー縁を透過する請求項４３記載の装置。
46. 【請求項４６】 前記ラミネーションは先細になり、ロ
    ーラー縁と部分接触するように成形され、それにより磁
    束の実質的部分がローラーをその縁の近くで透過する請
    求項４２記載の装置。
47. 【請求項４７】 二個の水平に間隔を保つ部材間の垂直
    に拡がる間隙の開放側を通る溶融金属の逃げを防ぐため
    の磁場による閉じ込め装置であり、前記溶融金属は両部
    材間に位置し、前記装置は下記を含むもの。前記間隙の
    開放側に近い一対の間隔を保つ協同磁極を有する磁心手
    段と、 前記一対の間隔を保つ磁極から前記溶融金属へ前記間隙
    の開放側を貫いて拡がる水平磁界を生ずるため、前記磁
    心手段と作動的に関連する導電コイル手段と、 前記磁界を前記間隙の前記開放側に閉じ込めるために磁
    極間に且つ前記間隙の近くに配置され、それにより前記
    間隙中の溶融金属に対して閉じ込め圧力を加えるのに充
    分な強度を有する前記水平磁界を生ずる、成形された内
    側伝導遮蔽を含む。
48. 【請求項４８】 磁心および磁極は単巻きコイルで囲ま
    れ、前記コイルは高い伝導性の金属で形成される請求項
    ４７記載の装置。
49. 【請求項４９】 単巻き伝導コイルの一部が前記溶融金
    属の近くに配置され、前記コイルの形状は磁極表面と溶
    融金属側壁との間の磁界を形成するように適応している
    請求項４８記載の装置。
50. 【請求項５０】 各コイル端子は、より均等な電流分布
    をコイル全体に提供するように適合するスロットを有す
    る請求項４８記載の装置。
51. 【請求項５１】 コイルは主に高い伝導性の金属シート
    から組み立てられ、金属シートは磁石動作周波数で伝導
    体の表皮深さの四倍より薄い厚さを有する請求項４８記
    載の装置。
52. 【請求項５２】 磁石および磁極は複数の入れ子式の単
    巻きコイル・アセンブリで囲まれ、前記アセンブリは同
    軸に配置され且つ並列または直列接続で電気エネルギー
    を与えられる請求項４７記載の装置。
53. 【請求項５３】 前記溶融金属に近い伝導体は、磁極表
    面と溶融金属側壁との間に形成された磁界を提供するよ
    うに成形される請求項５２記載の装置。
54. 【請求項５４】 コイルは主に高い伝導性の金属シート
    から組み立てられ、金属シートは磁石動作周波数で伝導
    体の表皮深さの四倍より薄い厚さを有する請求項５２記
    載の装置。
55. 【請求項５５】 前記溶融金属の閉じ込めを最適化する
    ために全区画に共通な一個のコイルからエネルギーを与
    えられ且つ並列に動作する複数区画として強磁性磁心お
    よび磁極は配列される請求項４７記載の装置。
56. 【請求項５６】 並列に動作する磁心および磁極の複数
    区画の磁束通路は磁気的に相互に電磁遮蔽で絶縁される
    請求項５５記載の装置。
57. 【請求項５７】 並列に動作する磁心および磁極の各区
    画に対する独立のリラクタンス制御を提供するため、磁
    心および磁極の複数区画の一つを除く全てに垂直空気間
    隙を設けている請求項５６記載の装置。
58. 【請求項５８】 磁心および磁極の複数並列区画の一つ
    を除く全てのリラクタンスは、垂直空気間隙の巾を変え
    ることにより調整可能であり、それにより前記溶融金属
    の閉じ込めを最適化する請求項５７記載の装置。
59. 【請求項５９】 二個の水平に間隔を保つ部材間の垂直
    に拡がる間隙の開放側を通る溶融金属の逃げを防ぐため
    の磁場による閉じ込め方法であり、前記溶融金属は両部
    材間に位置し、前記方法は下記ステップを含むもの。前
    記間隙の開放側の近くに一対の間隔を保つ協同磁極を配
    置し、 前記対の間隔を保つ磁極から前記溶融金属へ前記間隙の
    開放側を貫いて拡がる水平磁界を、前記間隙の開放側に
    近い所で発生させ、 前記間隙中の溶融金属に対して閉じ込め圧力を加えるの
    に充分な強度を前記水平磁界が有するように間隙の前記
    開放側の充分近くで前記水平磁界を発生させ、 且つ磁極間で前記間隙の近くに整形された内側伝導体を
    配置することにより間隙の前記開放側に前記磁界を閉じ
    込めることを含む。
60. 【請求項６０】 前記ステップが、前記間隙の開放側の
    近くで磁心手段を囲む導電コイル手段を設け、且つ溶融
    金属閉じ込めのために溶融金属の充分近くに前記磁極を
    配置し、且つ前記水平磁界を生ずるために前記コイルに
    電流を流すことを含む請求項５９記載の方法。
61. 【請求項６１】 間隙の前記開放側を貫いて拡がる前記
    発生磁界のために、磁性材料から成る、低リラクタンス
    戻り通路を設けるステップを含む請求項６０記載の方
    法。
62. 【請求項６２】 一方の側で前記整形内側伝導体により
    及び反対側で前記溶融金属により形成される実質的な空
    間に、前記低リラクタンス戻り通路の外側にある前記磁
    界の部分を閉じ込めるステップを含む請求項６１記載の
    方法。
63. 【請求項６３】 前記間隙内の溶融金属の増える静的お
    よび動的圧力に従って前記磁界に関連する磁気圧力を増
    すステップを含む請求項６２記載の方法。
64. 【請求項６４】二個の水平に間隔を保つ伝導部材間の垂
    直に拡がる間隙の開放側を通る溶融金属の逃げを防ぐた
    めの磁場による閉じ込め方法であり、前記溶融金属は前
    記部材間に位置し、前記方法は下記処置を含むもの。間
    隙の開放側の近くに一対の間隔を保つ協同磁極を配置
    し、前記磁極は水平に間隔を保つ伝導部材の縁から引っ
    込んでおり且つ伝導部材の縁間隔よりも広い間隔を有
    し、且つ伝導部材の磁束遮蔽効果により溶融金属の押し
    戻し量を制限しながら、溶融金属側壁閉じ込めに要する
    よりも大きい磁界を前記間隙の開放側に近い所で発生さ
    せることを含む。
65. 【請求項６５】 発生する磁界は、もし伝導部材の磁束
    遮蔽効果が存在しない場合に溶融金属側壁閉じ込めに要
    するものの百倍迄である請求項６４記載の方法。