JPH06503035A - 溶融金属の封じ込め装置及び金属シートの連続成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 水平方向の交流磁場による液体金属の封じ込め発明の契約上の由来 合衆国政府は、合衆国エネルギー庁とシカゴ大学、すなわちアルゴンヌ国立研究 所の管理者との間の契約第Ｗ−３１−１０９−ＥＮＧ−３８号に従い、この発明 に関する権利を所有する。

背景技術 本発明は金属シートの鋳造（成形）に関し、特に１反対方向に回転する複数のロ ーラ間において金属シートを垂直方向に成形することに関する。

鋼鉄の製造は経済上、大きな役割を占め、多くの工業国におけるエネルギー消費 の重要な部分を占めている。鉄鋼製造には鋼板及びシートの製造が含まれる。

現在の鉄鋼所では一般に液体の鋼を金型に流し込み、低温の金型表面と接触させ て液状の鋼を固化させることにより、薄い鋼シートを製造している。固化された 鋼は、一般に固化工程中にて金型壁中を循環する水によって冷却された後、イン ゴットまたは連続するスラブとして金型を通過する。いずれの場合にも、固体状 の鋼は比較的厚く、例えば、６インチ（約１５．２ｃｍ）以上であり、引き続く 工程で、所望の値までその厚さを減らして、冶金上の性質を改良する必要がある 。

金型成形された鋼は通常、金型と固化する金属のシェルとの間の接触によって主 に生じる欠陥、例えば、冷間しゆう曲（ｃｏｌｄ　ｆｏｌｄｓ）、離溶（ｌｉｑ ｕａｔｉｏｎ）、熱間割れ（ｈｏｔ　ｔｅａｒａ）等により、その表面が荒れて いることに特徴がある。さらに、鋼のインゴットあるいはシートの成形では、そ の初期冷却時に冷却剤が金属表面に直接的に適用されることにより、その表面領 域中にかなりの合金区分がしばしば見られる。引き続く成形加工工程、例えば、 圧延、押し出し、鍛造等の工程では、通常、表面に近接する合金欠陥領域ととも に表面欠陥を除去する作業に先立って、インゴットまたはシートのスキャルビン グ（表面削除）が通常必要とされる。これらの付随的な工程により、鋼製造の複 雑さ及び費用が増大する。

鋼製シートの厚さを減少させるには、圧延ミルが用いられるが、これは資本集約 的であって、多大なエネルギーを消費する。従って、圧延工程は鋼製シートのコ ストに実質的に寄与する。一般的な設備では、１０インチ（約２５．４ｃｍ）の 厚さの鋼製スラブはその厚さを減少させるのに、少なくとも１０台の圧延機によ って取扱われなければならない。圧延機は半マイル（約０．８ｋｍ）にも渡り、 ５億ドル（約６２５億円）もの費用がかかる。

シートを最終形状に近い状態、即ち、所望の最終製品に極めて近い形状及びサイ ズに成形した場合、現在の実状に比較して、鋼製シートの製造に必要とされる全 コスト及びエネルギーを大幅に減少させることができる。これは、圧延機の操作 を減らし、その結果としてエネルギーを大幅に節約することになる。現在、いく つかの開発中の技術が存在し、成形工程によって鋼製シートを形成することによ り、これらの利点を獲得しようと試みられている。

鉄鋼産業界では、工程数を減少させるため、＃製のシートの圧延成形について、 一つのアプローチとして考慮中である０元来、この方法は１００年以上も前に、 エイチ、ベッ七マーによって考え出され、英国特許第１１，３１７号（１８４７ 年）、４９，０５３号（１８５７年）及び、英国鉄鋼協会に対する論文（１８９ １年ｌＯ月）に記載されている。この圧延成形方法は反対方向に回転する２つの ローラ間に溶融状態の鋼を注ぐことにより、鋼製シートを製造するものである。

ローラはギャップにより分離されている。ローラの回転により、溶融金属がロー ラ間のギャップに強制的に通される。ローラの端部で溶融金属を囲むには機械的 なシールが必要である。コーラは高い熱伝導性を有する金属５例えば、Ｉ！４や 銅合金からなり、溶融金属がローラ間のギャップから離脱する前に、溶融金属の スキン（表層）を固化するために水冷される。金属は帯またはシートの形態でロ ーラから離脱する。このシートはさらに水または他の適肖な手段の噴射により、 冷却され得る。この方法は、ローラの端部で溶融金属を囲むために使用される機 械的シールが、回転するローラ及び溶融金属の両方に物理的に接触し、それによ り、水、漏れ、詰まり、凍結及び大きな温度勾配に曝され易いという欠点を有す る。

さらに、機械的シールと固化している金属との間の接触により、成形されたシー トの端部に沿って不規則な部分が発生し、それにより、ローラによる成形方法の 利点を相殺する。

本発明の目的は薄い金属シートの改良された成形方法を提供することにある。

本発明の他の目的はシートの成形後に、ローラによる圧延を引き続いて行う必要 が少ない、または全くない薄い金属シートを提供することにある。

本発明の更なる目的は薄いシートの成形のコスト及び複雑さを減らすことにある 。

本発明の更に別の目的は金型を通過する際に、良好な冶金上の性質及び表面特性 を有する金属製品を製造することにある。

本発明の別の目的は金属シートの連続的な圧延を行うことにある。

本発明の更に別の目的は側壁がローラと物理的に接触することなく、２つのロー ラを備えた金型に溶融金属を封じ込めることにある。

本発明の更なる目的は水平方向の交流磁場により、反対方向に回転する複数のロ ーラの端部から溶融金属が流出することを防止することにある。

本発明の更なる目的は水平方向において溶融金属の流れを防止あるいは規制する ことが可能な電磁気的ストッパーあるいはシールを提供することにある。

本発明の付随的な目的は溶融金属及び固体金属の電磁気的加熱を少なくして金属 シートを電磁気的に成形することにある。

本発明の別の目的は薄い鋼製シートの連続的成形に特に適用されるシステム及び 方法を提供することにある。

発明の概要 本発明は水平方向の交流磁場により溶融金属を束縛するものである。特に、この 発明は、固体の金属シートがローラの回転によって成形される際に、溶融金属を 水平方向の平行な複数のローラの端部に封じ込めるために、水平方向の交流磁場 を生成可能なマグネットを使用している。

図面の簡単な説明 図１ａは本発明の正断面図である。

図１ｂは図１８のローラの一部を示す断面図である。

図２は図１ａの２−２゛線断図である。

図３は図１ａの３−３゛線断図である。

図４は図２の４−４′線に沿うコアの断面図である。

図５はこの発明の一実施例のマグネット及びコイルを示す斜視図である。

図６はこの発明の別の実施例のマグネット及びコイルを示す斜視図である。

図７は図６におけるヨークの断面図である。

図８はこの発明の別の実施例のコアを示す斜視図である。

図９はこの発明の別の実施例の正断面図である。

図１０はこの発明の更に別の実施例のマグネットの正面及びローラの側面を示す 図である。

図１１はこの発明の別の実施例の横断面図である。

図１２ａはこの発明のローラリムの別例の一部を示す正面図である。

図１２ｂは図１２ａにおけるこの発明のローラリムの実施例の上面図である。

図１３ａはローラの一部を示し、この発明のローラリムの別例を示す図である。

図１３ｂは図１０の１３ｂ−１３ｂ”線における断面図である。

図１４はこの発明の他の実施例の側面図である。

図１５ａはこの発明の更に別の実施例の側面図である。

図１５ｂは図１５ａの１５ｂ−１５ｂ’線に沿う横断面図である。

発明の詳細な説明 本発明は、機械的なシールに代えて、ローラの端部に液体金属を電磁気的に閉じ 込め、それにより機械的シールに関する問題を解消する新規な設計によって、圧 延による成形についての問題を解消するものである。本発明は水平方向の交流磁 場を設けて、一対のローラ間の円筒状表面の間に溶融金属を閉じ込め、よって、 溶融金属がローラの反対方向の回転により垂直方向に沿って薄いシートに成形さ れる。本発明の水平方向の交流磁場は溶融金属の流れを抑制または規制する堰ま たは他の形状のオリフィスを形成するために使用できる。溶融した金属による圧 力Ｐは事実上、鉄の静止圧（ｆｅｒｒｏｓｔａｔｉｃ　ｐｒｅｓａｕｒｅ）Ｐ　 ｈと、成形される固化金属を介してローラにより引き起こされる圧力Ｐｒとから なる。

Ｐ＝Ｐｈ＋Ｐｒ　（１） 水平方向の交流磁場Ｂによって生じる磁気的圧力Ｐｍは、金属溜まりの頂部から その金属のシェルがその圧力に耐えるのに十分な厚さに固化される領域までの圧 力と均衡するはずである。磁気的圧力は次の式で表される。

Ｐｍ−Ｂ”／２　μｏ　（２） ここで、定数μ。は自由空間の透磁率である。

溶融金属溜まりによる鉄の静止圧ｐｈはその溜まりの表面から下方への距離りが 増加するにつれて、直線的に増加する。

Ｐｈ＝ｇρｈ　（３） ここで、ρは金属の密度であり、ｇは重力加速度である。鉄の静止圧を包含する のに要する磁気的圧力は磁気的圧力及び鉄の静止圧を等式化することによってめ られる。

Ｂ＝（２μ。ｇρｈ）　Ｉ／！　工ｋｈ”　（４）鋼の成形において、ｈがｃｍ 単位で表され、Ｂがガウス単位で表されるとき、ｋはほぼ４５０である。

ローラによる圧力Ｐｒは成形される金属の性質、ローラの直径及び速度、並びに 成形される金属帯またはシートの厚さに依存する。鋼製シートの場合、概算によ ると、Ｐｒは静止圧ｐｈの何倍も大きい。

選択される交流磁場の周波数はローラ間の間隔とローラの端部間の間隔とに実際 には矛盾しないほどに低い。すなわち、一般には、３９Ｈｚと１６，０ＯＯＨ２ との間である。

図１ａは本発明のローラ成形装置の断面を表す。一対のローラ１０ａ、１０ｂ（ 一括してローラ１０とする）は平行であり、互いに近接して一平面内に配列され ている。それにより、溶融金属はローラが最も近接する位置よりも上方において それらの間に閉じ込められる。ローラ１ｏはギャップｄだけ、離れている（図２ ＃照）。ローラ１０ａ、１０ｂが反対方向へ回転（矢印１１ａ、ｌｌｂによって 示す方向）されると、ｌｔ力との共同により、溶融金属１２がローラ１０のギャ ップｄを通ってその底部から流出する。

ローラ１０ａ、１０ｂ間のギャップｄの両側に位置する磁極１６ａ、１６ｂは交 流磁場を生成し、溶融液体１２がコーラ１０ａ、１０ｂの端部両側から流出する ことを防止する内方への電磁気力を引き起こす。本願を通じ、一対のローラの一 端にて囲い込みが生じるものとして説明する０本発明によれば、一対の反対方向 に回転するローラの間における溶融金属の囲い込みはその一対のローラの両端で 使用されることが理解されるであろう。

ローラ１０は、これらコーラ１０問を溶融された金属が通過するように案内する ことにより、溶融金属を冷却して凝固するための冷却手段を備えている。図１５ を参照するに、冷却手段はローラの表壁内に配置した複数の循環水冷チャンネル １３にて構成してもよい。再度、図１ａを参照するに、金属はローラ１０から抜 は出た後に、凝結されてローラ１０間の間隙ｄに等しい厚みを有するシート１８ になる。ローラの下方に配置された噴射器２２は成形された金属シート上に冷却 剤（水又は空気）を吹き付けることにより、さらに金属シートを冷却する。成形 金属シートは１機械的なガイド２３によって案内及び支持されてコーラから運び 去られる。

図２は、図１ａの２−２′線における水平断面図である。図２はローラに関連づ けて磁極の配置状態を示すものである。ローラ１０ａ、１０ｂは、金属成形物１ ８の通過を許容するＮ′Ｉ隙ｄによって隔てられている。マグネット２４は１ｇ １ｉのヨーク２６と２個の磁極１６ａ、１６ｂとから構成されている。コイル２ ８ａ。

２８ｂはマグネットに巻回されている。コイル２８ａ、２８ｂには交流電源から 供給される電流が流れてマグネットが励磁される。そして、磁極１６ａ、１６ｂ 間には磁場が発生する。磁極１６ａ、１６ｂの主要部分はコーラの外端３０ａ。

３０ｂの内方に配置されている。磁極１６ａ、１６ｂは移動することなく保持さ れ、ローラ１０の自由な回転を許容するのに充分な大きさの間隙によってローラ １０ａ、１０ｂから放射方向に分離されている。これら磁極１６はローラ１０の 端部に向かって軸方向に若干延びている。

前記ローラ１０の円筒面の中央部３２は溶融された金属と接触している。中央部 ３２は熱伝導性が高い材料から形成され、ローラと共に使用される冷却手段が溶 融された金属から熱を奪い、成形工程を促進する。この実施例では、ローラとと もに使用される冷却手段は、図１ｂに示すようにローラ１０内の水冷チャンネル １３によって構成されている。この実施例ではローラ１０の中央部３２は銅合金 によって形成されている。

前記ローラ１０は、ローラ１０の中央部３２の延伸部分を形成する外方リム３４ ａ、３４ｂも備えている。リム３４は磁極１６間の領域に配置されている。本実 施例において、磁極１６はローラ１０のリム３４を貫通する磁場を発生させる。

従って、この実施例のためにリム３４は磁界の伝達に適した材料によって形成さ れることが必要である０本実施例においては、リムはステンレス鋼にて形成され ている。

ステンレス鋼の抵抗（室温において約７５マイクロオームセンチメータ）は溶融 された鋼の抵抗（約１４０マイクロオーム七ンチメータ）と良好な調和を示す。

従って、水平方向への磁束は両金属を貫通する。溶融金属中の渦電流により、溜 まりの端部からの軸方向の距離２が増加するに従い、磁場は指数関数的に減衰す る。従って、図３に示すように、溜まりの端部における磁力Ｆｔは、これに対向 して更に溜まりへ指向する力Ｆ、よりも大きく、結果として実際の保持する力Ｆ は次式で表される。

結果として、溶融された金属はローラ間に保持される。

図２を参照するに、ローラ１０の端部３０は湾曲してテーバ状をなし、その内部 において磁極１６を収容するようになっている。同様に、磁極１６はローラ１０ の外部に対応する形状をなしている。シールド３３はヨーク２６と、磁極１６の 端部を除く各部分を包囲している。ヨーク２６は積層されたコアから形成できる ０図４に示すように、シールド３３は電気的な短絡を引き起こすような曲折形状 を伴うことなく、コア２６を包囲している。シールド３３は、銅製シートよりな り、かつ少なくとも１個の間隙３５によって互いに絶縁されている２つのＵ字状 のチャンネル部３３ａ、３３ｂにて形成されることができる。シールド３３は、 渦電流シールドによる磁場の伝達を防止するために抵抗の小さな材料によって形 成され、磁束の漏れを減少させ、磁場の形成を強化し、更には回路効率を向上さ せる。シールド３３はマグネットのために熱遮蔽を行い、このために水で冷却さ れてもよい、シールド３３として使用するには、例えば銅や銅合金のような抵抗 が小さく、かつ高い熱伝導性を備えた材料が望ましい。

図３は図１ａの３−３′線における水平断面図を示すものである０図３はローラ １０の水平軸から垂直に移動された点においてローラ間の断面を示すものである 。図３はローラ１０により溶融金属の包囲状態と磁場Ｂ及び渦電流ｉの相互作用 を示すものである。図３は中央部３２及びリム３４を有するローラ１ｏを示す。

また、図３はヨーク２６、磁極１６、コイル２８及びシールド３３を備えたマグ ネット２４を示す。

図３は磁極１６の間において、磁場Ｂ（鎖線にて示す）にょリローラ１ｏの端部 間に保持された溶融金属１２を示す。磁場Ｂは溶融金属内において紙面に直交す るように紙面から手前側に遠ざかることを示す矢印の頭部及び紙面に直行するよ うに紙面に対して手前側から入り込むことを示す矢印の尾部にて示される渦電流 ｉを引き起こし、その結果として溶融金属を包含するように溜まり内部に指向す る磁力Ｆを発生させる。この包含力Ｆは、水平方向の磁場Ｂと、その磁場Ｂによ り溶融金属内に案内された渦電流ｉによる。

本発明において、成形工程における特殊な必要性に適応させるために、多数の異 なるマグネット及びコイルの形状が採用され得る１図５は図１乃至図４にて示し たマグネット２４及びコイル２８の斜視図である。マグネットは積層されたヨ・ 　−り２６及び磁極１６ａ、１６ｂを備えている。磁極１６は円弧状をなし、ロ ーラｌＯの内部の形状に対応するようになっている。コイルはマグネット２４の 積層されたコア部４０ａ、４０ｂを包囲している。コイル２８は交流電源３６に 接続され、同電源３６はマグネット２４を励磁する交流電流Ｉｓを供給する。一 対のコイルは、設計上の事情に応じて電流源に対して直列又は並列に接続されて いる。

簡略化のため、マグネットの周囲にある渦電流シールドは図示しない。

図６にマグネット及びコイルの他の実施例を示す、この実施例において、マグネ ット４２は磁極４６ａ、４６ｂに接続された四角形状のコア４４を備えている。

また、この実施例の磁極４６ａ、４６ｂは磁極面４８ａ、４８ｂを備えるととも に、コア４４０四角形に対応するように、角状に切断された背ＷＩ５ｏを有して いる８磁極４６ｂの破断図に示すように、磁束の漏れを減少させるべく、絶縁銅 シールド５１はコアを包囲している。シールド５１のギャップ５２は、マグネッ トのコアの周囲に巻回されたシールドが短絡することを防止する。コイル６ｏは コア４４及びシールド５１を包囲している０本実施例においてコイル６０は、先 の実施例に述べたコイル対に替えて、−重のコイルが使用されている。コイル６ ０は交流電源３６に接続され、同電源３６はマグネット４２を励磁する交流電流 工Ｓを供給する。図７に示すように、銅シールド５３ａ、５３ｂにてコイル６０ を包囲することにより磁束の漏出は更に減少され得る。この追加されたシールド ５３ａ、５３ｂはコイル巻線の周囲にて磁束の漏出を許容する空間スペース内の 断面積を減少させ５　これによって磁束の漏出を減少させる。更に別の実施例で は、内方のシールド５１は省略され、コア及びコイルの組立物は外方シールド５ ３のみによって包囲されている。

図８は本発明における別の変更例を示すものである。この実施例では、マグネッ ト５４は台形状のコアを有し、同コアは台形状のヨーク５６を磁極５７ａ、５７ ｂに対して連結する矩形状の平坦な腕５５を有している。図５に示したマグネッ トと同様に、このマグネットも製造が簡単であるという利点を有する。

図９はマグネットの更なる別個を示すものである９図９においては、溶融物１２ はローラ１０間でシート１８に成形される。前述した各実施例のように、磁極５ ９ａ、５９ｂはローラ１０の端部において溶融金属を制限する。この実施例にお いては、磁極５９の位置調節が可能になっている。磁極５９ａ、５９ｂは傾斜さ れてローラのリムに対して接近または離間するように移動する。この特徴によっ て磁場の調整が可能になる０図９に示すように、磁極５９の上部は下部と比較し てローラのリムから離間するように移動される。図１ａにて示すような磁極配置 と比較して図９においては、鎖線で示すように磁場Ｂは両磁極５９の上端が離間 するに従い上端部周辺の磁場が比較的強くなるとともに上端部周辺の磁場が弱く なる。この調整能力は、異なる厚みの金属シートを形成するにあたり異なる力に て制御することが必要な場合には実用的である。

図１０は本発明におけるマグネットの更なる変形例を示す。この変形例は今まで に示したいくつかの例の内、最も柔軟性に富むものである。（図１０はただ一つ の磁極を示す、この磁極とは友対側に他のローラの磁極が配置されることが理解 されるであろう、） 図１０において、各磁極は３つの別個のマグネット要素６１ａ、６１ｂ及び６１ Ｃに分割されている。各要素はコア６２、励磁コイル６３並びに各コイル及びコ アを包囲する渦電流シールド３３からなるマグネットである。ただし５図４また は７に示すようにシールドを短絡させないようにするギャップは除く。マグネッ ト要素６１ａは溶融金属溜まり１２の側壁の上部を包囲し、要素６１ｂは溜まり の側壁の中心部を包囲し、更に要素６１ｃは溜まりの側壁の下部を包囲する。

この実施例において、各マグネット要素は個別に制御され、個別の電流Ｉｓａ、 Ｉｓｂ及びＩｓｃを供給される。これら３つのマグネット要素は単一あるいは３ つの交流電源６４によって励磁される。単一の電源の場合、３つのマグネット要 素の磁場を個々に１１！ｉできるようにするため、２つの可変リアクトルが３つ のマグネット要素の内の二つのもののコイルに直列に接続される。これらリアク トルの時定数（Ｌ／Ｒ）は３つの個々のマグネットによって生成される磁束が同 相になるように、同一に設定される。３つの個別の電源の場合、３つの電源が正 確な相関係を有するように注意すべきである。各要素をそれぞれ調整できるため 、全磁場に対する調整能が高くなる。この調整能は、種々の条件下、即ち、異な るシート厚さ、種々の金属または合金、種々の温度条件、開始及び停止時の条件 等に対応して、最適な操作性をもたらす。

電磁気的に包囲した側壁の上部、中間部及び下部の位置を監視するため、センサ ６５を使用して、フィードバック回路を形成できる。現在位置から偏位が生じる と、エラー信号が生成され、適宜に増幅される。その後、各側壁部分の予め設定 された包囲位置を復元するため、各マグネット要素に供給される電力が変更され る。これらのセンサはそれぞれビーム（光線）を用いたものが採用され、それら のビームは一側から側壁に向かって並行して送出され、他側（マグネットに近づ くように側壁が移動すると、ビームは干渉を受ける）の受信器によって検出され る。これに代えて、これらのセンサは、ビームが常には側壁に向かって送出され 、その側壁の表面からの反射が受信器によって検出されて、側壁の位置を決定す るものであっても良い、センサは可変キャパシタであっても良く、その場合、そ のキャパシタの一方の電極が監視される側壁位置に設けられ、他方の電極が側壁 と平行にその側壁から所定距離はなれて装着される。更なる変形例では、センサ はマグネットの励磁によるインピーダンスを測定するものであっても良く、その 場合、インピーダンスはマグネット及びそれに対応する側壁部分の間の磁束によ る結合とともに変化する。

マグネットの更に別の実施例が、図１１に描かれている。図１１は、一つのロー ラ対の一端の水平断面を示す、この実施例において、極アセンブリ６６ａ、６６ ｂはそれぞれ環状に形成され、その内側で包んだ状態でリム３４ａ、３４ｂの背 後においてローラ１０ａ、１０ｂにそれぞれ取り付けられている。従って、極６ ６は、リム３４及びローラ１０と共に回転する。シールド６９の部分６８は、コ アセクション７２ａ、７２ｂの間に配置され、成形が行われる領域に接近してい る。極６６ａ、６６ｂは環状をなし、強磁性体からなる。コイル６０は、前記実 施例と同様、ヨーク７０及びマグネットアーム７２ａ、７２ｂを磁化する。渦電 流シールド６９及び７９は前述したように、磁束をヨーク７０、マグネットアー ム７２、極６６（漏れ磁束を減少させる）に閉じ込める。シールド６９．７９に はまた、コイルまたはマグネットを保護する加熱シールド又は冷却手段が組み込 まれてもよい。極６６ａ、６６ｂは、マグネットアーム７２ａ、７２ｂから分離 されておりローラ１０ａ、１０ｂと共に回転する。そして、相対的に小さな間隔 ７４ａ、７４ｂを介し、アーム７２ａ、７２ｂに極めて接近することによって磁 化される。この実施例には、両極が物理的に可能な限り接近配置され得るとし１ う利点、即ち、リムの内側に配置され得るという利点がある。かかるデザインは 、マグネットヨークの形状を簡素化し、ローラ１０及び極６６の組立体が異なる 厚さの金属シートを成形するために使用された際、異なるマグネットヨーク及び コイルを用いることを許容する。０．４“°（インチ）厚さのシートを成形する には、０．０４”　（インチ）厚さの金属シートを成形する場合よりも強力なマ グネット組立体を用いることとなろう。

前述し、かつ図２．３及び１１に示したように、磁界はローラの外側リム部を貫 通して溶融金属を封じ込める。ローラ内に渦電流を生じることなく磁界の貫通を 可能とするセラミックスのような適当な物質がローラに用いられるならば、特定 のリム部なくして本発明は実施され得る。しかしながら、好ましい実施例におい て、ローラにリム部を用いたことは、ローラのエツジ近くの磁束の高し１領域か らローラのエツジよりかなり離れた低磁界の領域への明確な変化を確立すること によって磁界を形成することを実現する。この方法で磁界を形成することには、 金属の溶融溜まりの側壁を含む磁界をより好適に制御するという利点がある。

本発明では、ローラの主要部に対しては銅又は銅合金のような低抵抗の物質を使 用し、リム部に対しては高い抵抗の物質を使用して磁界を形成してし）る。ロー ラの主要部に用いられた銅や銅合金は、電界の貫通を効果的に防止しくその表面 の無視できる僅かなスキン層を除く）、同時に、溶融金属を冷却して効果的【こ それを固化させる。

ローラのリム部においては、本質的には、両ローラ表面間に溶融金属の側壁を封 じ込めるために磁界の貫通を許容している０本発明は、磁界の貫通を許容するよ うに設計されたリム部に関する各種の実施態様を包含する。一つの例では、ステ ンレス鋼のような非常に高い抵抗の物質からなるリムを、銅ローラのエツジに結 合することによって達成される０図２．３及び１１は、このタイプのステンレス 鋼製のリム３４を表す、ステンレス鋼製のリムは、ロウ付け、ボルト締め、ある いはその他の方法で銅ローラに結合されてもよい、電界の貫通を許容することに 加えて、ステンレス鋼製のリムは、溶融金属がリム上に侵入してきた場合でも、 成形面に滑らかな面を提供する。

リム部の別例が、図１２ａ、１２ｂに描かれている。ローラ８０は、銅のような 低抵抗物質からなる。ローラの外周部におけるエツジには、ローラを貫通する複 数の溝８２がある。谷溝８２は、ローラの軸方向に僅かな長さＳだけ延びてしす る。溝８２は、エツジ部、又は当該溝８２によって作られるローラのリムにおけ る磁束を許容する。谷溝は空所とされたままでもよいが、その溝は、当該溝の両 側面から絶縁された、セラミックス又はステンレス鋼のような相対的に高抵抗の 物質で満たされるか、又は、透磁率の高い物質で溝だされることが好ましい。あ るいは、互いに絶縁され、かつ溝の両側面からも絶縁された高透磁性の薄片で満 たされてもよい。谷溝を空の状態にしておくことは、溶融金属がいつも溝から離 れた状態に保持されるように、磁界が形成されることを要求する。溝を満たすこ とは、成形加工中に、溶融金属が一部のリム上に侵入した場合でも、滑らかな面 を提供する。溝の寸法は、その適用事例に応じて決定される。溝付けされた銅製 リムの設計における利点は、磁束用の磁気抵抗の低い通路、即ち、溝が、高透磁 性の物質又は空気で満たされていることに特徴付けられ、これにより、高周波交 流磁場を可能とするという点にある。例えば、ステンレス鋼リムを備えた設計の ローラが、例えば、５’０ＯＨｚまでの相対的に低い周波数で作動するのに対し 、溝付けされたリムを備えた設計のローラは、例えば、少なくとも１６ｋＨｚま でというかなり広い周波数範囲で作動できる。

図１３ａ、１３ｂには、リム部の他の実施例が示されている。図１３ｂは５図１ ０の１３−１３°線における水平断面である。水冷ローラ１０は銅のような高熱 伝導性の物質からなる。ローラの外周部におけるエツジには、ローラ１０の−又 はそれ以上の環状の伸長部９１が存在する。これら環状の伸長部９１の間には、 銅からなる同様の環状の部材９２が配置されている。これらの環状部材９１，９ ２は、互いに絶縁されており、ボルト９３によってローラ１０に取り付けられて いる。ボルト９３は環状部材から絶縁されており、個々の環状部材間、及び環状 部材とローラとの間の電気的接触を防止する。

環状の伸長部９１は、前記別例における溝８２と同じ目的で設けられており、即 ち、それは磁界を制限領域へ移す。伸長部９１は、溝８２とほぼ同じ物質から作 られてもよい。伸長部９１は、高い抵抗及び相対的に低い透磁性を有し、それ故 に渦電流を生じない、セラミックスのような絶縁物質から作られてもよい。伸長 部９１は、相対的に低い透磁性を有するがセラミックスよりも高い熱伝導性を有 する、ステンレス鋼のような非磁性・高抵抗金属から作られてもよい。あるいは 、伸長部９１は、高い透磁性と適切な熱伝導性を有する、シリコンスチールのよ うな磁性物質から作られてもよい。

高い透磁性物質においては、環状伸長部自身が磁化される。強磁性体の絶縁薄片 が用いられることもできる。ステンレス鋼又は強磁性体の環状伸長部にあっては 、各環状部材は隣接する銅製環状部材から絶縁されるべきである。磁極から発し ている交番磁束は、環状部材９１及び銅製環状部材９２の表層部を通ってローラ を貫通している。この磁束の一部は、ローラ間の溶融金属１２に渦電流を誘導す る。溶融金属における磁束と渦電流との間の相互作用は、前述したようにローラ 間における溶融金属溜まりの側壁を挟み込む。

環状伸長部９１の厚さ、該伸長部の数、伸長部を構成する物質及びマグネットは 、ローラ間における溶融金属溜まりの側面を挟み込むように設計されている。

高透磁性物質からなる環状伸長部においては、電磁封止回路が最も効果的である 。

当該回路の磁気抵抗が、溶融金属１２の磁気抵抗により、及び、環状部材９１と 磁極６１ｃとの間の小さなエアーギャップ９４により主として決定されるこの場 合、全ての他の設計事項は、より大きなエアーギャップと漏れ磁束よりも大きな 磁気抵抗を有する。

本発明の別例が図１４に示されている。この例は、成形金属シートの端が、ロー ラ間から排出される時までに十分に固化されないような条件のもとで用いられる 。かかる状況は、成形プロセスにて述べられた数多くの理由、例えば、相対的に 高周波の磁界に対する必要性が、成形されている金属の端部における過大な渦電 流加熱を生じさせることや、端部近傍におけるローラによる冷却効果が不十分な ことや、成形シートが寸法的に薄いことや、これらと或いは他の要因との組合せ 等のために生ずるものである。図１４は、前述した例と同様のローラ１ｏ及び溶 融金属１２を描いている。図１４はまた、ローラ１０の中心線の下に延びる極９ ５ａ、９５ｂを示す。このことは、ローラの中心線以下に磁界を広げ、それによ り、端部の磁場封止を延長するという効果を有する。

金属シートの液状端部に作用する回転誘導力は、シートがローラを通過するとき に消滅する。重力だけが、ガス流又は散水によって冷却される未だ溶融状態の端 部に作用する。シートがローラから離れるにつれて、極９５間の磁力は減少する 。このことは、シートが下動するに従い端部が固化されることと符合する。

しかしながら、シートの端部が両極９５間の磁界の端近くにおいて完全な固体で ないならば、金属シートが機械的ガイド２３によって支持されるのに十分な硬さ に硬化するまで、シートの未だ溶融状態にある端部に対して更なる制限が、ロー ラ１０の下方に磁界を広げる極９６ａ、９６ｂを有する補助マグネットによって 与えられてもよい。

本発明の別個が、図１５ａ、１５ｂに描かれている。この例は、ローラ成形シス テムの末端部において溶融金属を封じ込めるための磁気的手段と機械的手段とを 組合せたものを表す。前述したように、対向回転成形ローラの端部において溶融 金属を挟む機械的シールを用いることの問題は、ローラの回転との共同関係にあ る溶融金属と固化した金属との混合物が、機械的シールの周辺において詰まりを 生ずるということにあった。前述したように、この発明は、溶融金属の側面を挟 み込むのに磁界がどのように使用され得るかを示すものである。本実施例は、機 械的シールと磁界の双方を有効に使用する。

前記実施例と同様、ローラ１ｏ及び極１６は、溶融金属１２を挟み込む。

この例はまた、両極１６ａ、１６ｂ間に配置された機械的な止め板１００を含ん でいる。止め板１００は、シートの詰まりゃ変形がほとんど生じない領域、即ち 、ローラによる固化作用を受けない領域において、当該止め板が溶融金属を挟む ような形に形成されている。図１５ａ、１５ｂに示したように、止め板１００は ローラ１０から離間している。金属が固化しているのは、ローラ１０に近く、か つ。

詰まりの可能性が最も大きい領域においてである。

極１６による磁気的封じ込めは、止め板１００と両ローラ１０との間の間隔に溶 融金属及び固化した金属を閉じ込めるために用いられる。止め板１００は、強磁 性体１０１から作られ、その結果、それが両極１６間の磁束のための低磁気抵抗 通路を供給するようにしてもよい。溶融金属溜まりに面する止め板の側面は、ス チール薄片又は高温フェライトからなる高透磁性物質の前面において、水冷され た熱シールド１０３を覆う高温セラミックス１０２の薄層から作られてもよい。

この例は、溶融金属に沿った磁界が両ローラ１６と止め板１００との間の両間隙 のみを超えて広がっているため、前述した例よりもエネルギー消費が少ないとい う利点を有する。また、磁界によって挟まれた溶融金属の体積が小さいため、渦 電流による溶融金属の加熱が少なくなる。各種の成形条件に適した磁束密度を作 るために、様々な形状の止め板を設計できる。

独占権が請求される本発明の実施例は下記のように定義される。

αフ １１→ Ｆ工Ｇ、７ ＦＩＧ、１２ａ　ＦＩＧ、１２ｂ ＦＩＧ、１３ｔ） ＦＩＧ、１５ａ 国際調査報告

Claims (50)

【特許請求の範囲】
1. １．溶融金属を封じ込める装置であって、開放された側部を有する封じ込め手段 と、主として水平方向の交流磁場を形成可能なマグネットとを備え、そのマグネ ットは前記封じ込め手段の開放側部に近接して配置され、前記マグネットによっ て形成される場は、溶融金属表面の薄層内に渦電流を誘導可能であり、その渦電 流は前記封じ込め手段内の溶融金属を封じ込め可能な力を生成する磁場と相互に 作用することからなる溶融金属封じ込め装置。
2. ２．前記マグネットは、 前記封じ込め手段の開放側部に近接して位置する磁極と、前記磁極を連結するコ アと、 前記コアを包囲し、電流源に応答可能なコイルとを備え、前記磁極の間において 前記封じ込め手段の開放側部と平行に交流磁場が生成可能であり、それにより溶 融金属が前記封じ込め手段内に封じ込め可能である請求項１に記載の装置。
3. ３．前記封じ込め手段は、一水平面内に平行にかつ互いに近接して配置されると ともに、ギャップを介して離間する一対のローラを備え、前記両ローラの反対方 向の回転により前記ギャップ間に溶融金属の流れを強制的に形成可能である請求 項２に記載の装置。
4. ４．前記磁極は前記一対のローラの端部に向かって軸方向に延びている請求項３ に記載の装置。
5. ５．前記各ローラは中間部分及びリム部分を含む請求項４に記載の装置。
6. ６．前記ローラの中間部分は前記リム部分よりも低い抵抗を有し、前記中間部分 に対する前記マグネットによる磁場の通過は、前記リム部分よりも少ない請求項 ５に記載の装置。
7. ７．前記ローラのリム部分は前記磁極の間に位置する請求項６に記載の装置。
8. ８．前記ローラの表面を冷却するローラ冷却手段を含み、それにより前記ローラ に接触する溶融金属が固化される請求項７に記載の装置。
9. ９．前記ローラの中間部分は銅もしくは銅合金製の表面を有する請求項８に記載 の装置。
10. １０．前記ローラのリム部分はステンレス鋼製である請求項８に記載の装置。
11. １１．前記ローラのリム部分は前記リム部分の周囲から離間する溝を有し、その 溝は前記ローラの中間部分より交流磁束に対して低い磁気抵抗を備え、前記マグ ネットは前記リム部分間において磁場を形成可能である請求項８に記載の装置。
12. １２．前記溝はセラミックで満たされている請求項１１に記載の装置。
13. １３．前記溝は高抵抗の金属を収容し、その高抵抗金属は前記溝の側部からは絶 縁されている請求項１１に記載の装置。
14. １４．前記溝はステンレス鋼を収容する請求項１３に記載の装置。
15. １５．前記溝には高透磁性金属からなる複数の薄片が充填され、それらの薄片は 互いに絶縁されると共に前記溝の側部からも絶縁され、前記構内の高透磁性金属 は前記マグネットによって磁化可能である請求項１１に記載の装置。
16. １６．前記リム部分は前記ローラの中間部分よりも交流磁束に対して低い磁気抵 抗を備えた物質よりなる復数の環状リム部材から構成され、各環状リム部材は交 流磁束に対して高い磁気抵抗を有する物質からなる環状部材によって隣接する環 状リム部材から分離されている請求項８に記載の装置。
17. １７．前記複数の環状リム部材はセラミックからなる請求項１６に記載の装置。
18. １８．前記複数の環状リム部材は高抵抗の金属からなり、隣接する環状部材及び 前記中間部分から絶縁されている請求項１６に記載の装置。
19. １９．前記複数の環状リム部材はステンレス鋼からなる請求項１８に記載の装置 。
20. ２０．前記複数の環状リム部材は高透磁性金属からなるとともに、隣接する環状 リム部材及び前記中間部分からは絶縁され、前記高透磁性金属は前記マグネット によって磁化可能である請求項１６に記載の装置。
21. ２１．前記磁極はそれらの間の磁場の形状が変化するように調整可能である請求 項８に記載の装置。
22. ２２．前記磁極は移動可能であり、それによりそれらの間の磁場の形状を変更可 能である請求項８に記載の装置。
23. ２３．前記磁極は絶縁された複数のセグメントからなり、それらのセグメントは 磁場の強さに応じて個々に調整可能であり、それにより前記磁極間の磁場全体の 形状が変更可能である請求項８に記載の装置。
24. ２４．前記ローラ間で成形される金属溜まりの寸法もしくは位置を監視するため に構成されたセンサ手段を含む請求項２１に記載の装置。
25. ２５．前記磁極の磁場の強さは前記センサ手段に応答して調整可能である請求項 ２４に記載の装置。
26. ２６．前記磁極は環状をなすと共に前記リムの内方において前記ローラの内部に 固定され、前記磁極は更に、前記コアによって磁化されるように前記コアに接触 することなくそれに近接して配置されている請求項８に記載の装置。
27. ２７．前記コアは台形状をなす請求項８に記載の装置。
28. ２８．前記コアは四角形状をなす請求項８に記載の装置。
29. ２９．前記コイルは前記磁極に連結された伸張部分上において前記コアを包囲す る一対のコイルから構成されている請求項８に記載の装置。
30. ３０．ギャップを除いて前記コアを包囲するとともに短絡を阻止された第一の渦 電流シールドを含む請求項８に記載の装置。
31. ３１．前記第一の渦電流シールドは低い抵抗を有する金属よりなる請求項３０に 記載の装置。
32. ３２．前記第一の渦電流シールドは銅、銅合金及びアルミニュウムからなるグル ープから選択された金属よりなる請求項３１に記載の装置。
33. ３３．ギャップを除いて前記コア及び前記コイルを包囲するとともに短絡を阻止 された第二の渦電流シールドを含む請求項８に記載の装置。
34. ３４．前記第二の渦電流シールドは低い抵抗を有する金属よりなる請求項３３に 記載の装置。
35. ３５．前記第二の渦電流シールドは銅、銅合金及びアルミニュウムからなるグル ープから選択された金属よりなる請求項３４に記載の装置。
36. ３６．ギャップを除いて前記コア及び前記コイルを包囲するとともに短絡を阻止 された第一の渦電流シールドを含む請求項８に記載の装置。
37. ３７．前記第二の渦電流シールドは冷却手段を含む請求項３０または３３に記載 の装置。
38. ３８．前記磁極の間に配置されると共に前記ローラからは離間する止め板を含み 、その止め板は前記磁極間の磁場との共同により前記ローラ間に溶融金属を封じ 込める請求項８に記載の装置。
39. ３９．前記止め板は強磁性を有する金属からなる請求項３８に記載の装置。
40. ４０．溶融金属を保持可能な前記止め板の側部においてその止め板に装着された 高温セラミックの層を含む請求項３９に記載の装置。
41. ４１．前記止め板及び前記高温セラミック層の間に配置され、液体で冷却される 熱シールドを含む請求項４０に記載の装置。
42. ４２．前記ローラ間のギャップの両側に極を有する補助マグネットを含み、その 補助マグネットは前記マグネットとの共同により前記マグネット及び補助マグネ ットの極間にて溶融金属を封じ込め可能である請求項８に記載の装置。
43. ４３．前記ローラの下方に配置され、成形された金属シートが前記ローラから排 出されるとき、そのシートを冷却可能なシート冷却手段を含む請求項８に記載の 装置。
44. ４４．前記交流磁場は３０Ｈｚと１６，０００Ｈｚとの間で動作する請求項８に 記載の装置。
45. ４５．前記ローラの下方に配置され、前記ローラを離れる成形金属シートを支持 可能なガイド手段を含む請求項８に記載の装置。
46. ４６．反対方向に回転する一対のローラ間に溶融金属を強制的に送り込む工程と 、前記ローラの端部にて、水平方向の交流磁場により溶融金属を封じ込め、前記 ローラから金属の固体状シートを成形する工程とからなる金属製シートの連続成 形方法。
47. ４７．前記ローラの内部に位置する冷却手段により前記溶融金属を冷却する工程 を含む請求項４６に記載の方法。
48. ４８．前記交流磁場は３０Ｈｚと１６，０００Ｈｚとの間の周波数で動作する請 求項４７に記載の方法。
49. ４９．前記金属シートが前記ローラを通過した後、その金属シートを更に冷却す る工程を含む請求項４７に記載の方法。
50. ５０．第二のマグネットが下方に配置された前記ローラを、前記金属シートが通 過した後、そのシートを封じ込める工程を含む請求項４７に記載の方法。