JPH07115135B2

JPH07115135B2 - 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

Info

Publication number: JPH07115135B2
Application number: JP2509097A
Authority: JP
Inventors: エフ．プレグ、ウォルター
Original assignee: Arch Development Corp
Current assignee: Arch Development Corp
Priority date: 1988-11-17
Filing date: 1990-06-07
Publication date: 1995-12-13
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: NO924661D0; NO304140B1; UA24014C2; US5385201A; EP0531286B2; NO924661L; EP0531286B1; JPH06503035A; WO1991018696A1; US4936374A; AU655403B2; KR960015335B1; DE69032562T3; BR9008029A; KR930700238A; RU2087248C1; EP0531286A1; AU5842690A; DE69032562T2; DE69032562D1

Description

【発明の詳細な説明】技術分野この発明は金属シートを連続的に鋳造するために溶融金
属を封じ込める装置及び、その装置を使用した金属シー
トの連続鋳造方法に関する。

背景技術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、治金上の性質を
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、冷間しゅう曲（cold folds）、離溶（li
quation）、熱間割れ（hot tears）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
ートのスキャルピング（表面削除）が通常必要とされ
る。これらの附随的な工程により、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2
5.4cm）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。

鋼鉄産業界では、工程数を減少させるため、鋼製のシー
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。元来、この方法は100年以上も前に、エイチ．
ベッセマーによって考え出され、米国特許第11,317号
（1847年）,49,053号（1857年）及び、英国鉄鋼協会に
対する論文（1891年10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。ローラは高い熱伝導性を有する
金属、例えば、銅や銅合金からなり、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
または他の適当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。

本発明の更なる目的は少ないエネルギーを使用して薄い
金属シートを製造することにある。

本発明の更に別の目的は金型を通過する際に、良好な治
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。

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。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
ている。そして、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。

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1aのローラの一部を示す断面図である。

図２は図1aの２−２′線断面図である。

図３は図1aの３−３′線断面図である。

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 pressur
e）Ph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＝B²/2μ₀ （２）ここで、定数μ₀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ｈ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求めら
れる。

Ｂ＝（２μ₀ｇρｈ）^1/2＝kh^1/2 （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16,000Hz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接近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10はギャ
ップｄだけ、離れている（図２参照）。ローラ10a,10b
が反対方向へ回転（矢印11a,11bによって示す方向）さ
れると、重力との共同により、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16
a,16bは交流磁場を生成し、溶融液体12がローラ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。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、これらローラ10間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1b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から抜け出た後に、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、機械的なガイド23によって案内及び支持されてロー
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18の通過を許容す
る間隙ｄによって隔てられている。マグネット24は１個
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28a,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の主要部分はローラの外
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34a、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。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
オームセンチメータ）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支方向の距離ｚ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F₁は、これ
に対向して更に溜まりへ指向する力F₂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は湾曲してテーパ
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。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折曲形状を伴うこと
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。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10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
よりローラ10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安定された
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。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
層されたヨーク26及び磁極16a,16bを備えている。磁極1
6は円弧状をなし、ローラ10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
44の四角形に対応するように、角状に切断された背面50
を有している。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
アの周囲に卷回されたシールドが短絡することを防止す
る。コイル60はコア44及びシールド51を包囲している。
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、一重のコイルが使用されている。コイル
60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Is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はコイル卷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、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53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,57b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例を示すものである。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59a、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。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
するに従い下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。この磁極とは反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61
a,61b及び61cに分割されている。各要素はコア62、磁気
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から成るマグネットである。ただし、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6c
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調整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,66b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66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69,7
9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いう利点、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、ローラのエッジ近くの磁束の高い領
域からローラのエッ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いる。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（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にそれを固化させ
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。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、銅ローラのエッジに結合することに
よって達成される。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、成型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、銅のような抵抵抗物質からなる。ローラの外周部に
おけるエッジには、ローラを貫通する複数の溝82があ
る。各溝82は、ローラの軸方向に僅かな長さＳだけ延び
ている。溝82は、エッジ部、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。各溝は空所
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
い物質で満たされるととが好ましい。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。各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、500Hz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、図10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ッジには、ローラ10の一又は
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91,92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10及び溶融
金属12を描いている。更に、この別例の第一のマグネッ
トは図14に示す極95a,95bを備え、それらの極95a,95bは
ローラ10の中心線よりも下方まで延びている。従って、
第一のマグネットが形成する磁界はローラ10の中心線よ
りも上方のみならず、下方にまでも広がる。それによ
り、成形金属シートの端部がローラ間から排出される時
までに、その端部を十分に固化することが可能になる。

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。この補助マグネットは第二
のマグネットを構成する。

本発明の別例が、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10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
の詰まりや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
トからなる他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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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し、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ことからなる
溶融金属封じ込め装置。
【請求項２】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１に記載の装置。
【請求項３】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２に記載の装置。
【請求項４】前記各ローラは中間部分及びリム部分を含
む請求項３に記載の装置。
【請求項５】前記ローラの中間部分は前記リブ部分より
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４に記載の装置。
【請求項６】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５に記載の装置。
【請求項７】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６に記載の装置。
【請求項８】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７に記載の装置。
【請求項９】前記ローラのリム部分はステンレス鋼製で
ある請求項７に記載の装置。
【請求項１０】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７に記載の装置。
【請求項１１】前記溝はセラミックで満たされている請
求項10に記載の装置。
【請求項１２】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10
に記載の装置。
【請求項１３】前記溝はステンレス鋼を収容する請求項
12に記載の装置。
【請求項１４】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、前記溝内の高透磁性金
属は前記マグネットによって磁化可能である請求項10に
記載の装置。
【請求項１５】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
る複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７に記載の装置。
【請求項１６】前記複数の環状リム部材はセラミックか
らなる請求項15に記載の装置。
【請求項１７】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15に記載の装置。
【請求項１８】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17に記載の装置。
【請求項１９】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15に記載の装置。
【請求項２０】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７に記載の装置。
【請求項２１】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７に記
載の装置。
【請求項２２】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７に記載の装置。
【請求項２３】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20に記載の装置。
【請求項２４】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23に記載の装置。
【請求項２５】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７
に記載の装置。
【請求項２６】前記コアは台形状をなす請求項７に記載
の装置。
【請求項２７】前記コアは四角形状をなす請求項７に記
載の装置。
【請求項２８】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７に記載の装置。
【請求項２９】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７に記載の装置。
【請求項３０】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29に記載の装置。
【請求項３１】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30に記載の装置。
【請求項３２】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７に記載の装置。
【請求項３３】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32に記載の装置。
【請求項３４】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33に記載の装置。
【請求項３５】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７に記載の装置。
【請求項３６】前記第二の渦電流シールドは冷却手段を
含む請求項29または32に記載の装置。
【請求項３７】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７に記載の装置。
【請求項３８】前記止め板は強磁性を有する金属からな
る請求項37に記載の装置。
【請求項３９】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38に記載の装置。
【請求項４０】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39に記載の装置。
【請求項４１】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
７に記載の装置。
【請求項４２】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７に記載
の装置。
【請求項４３】前記交流磁場は30Hzと16,000Hzとの間で
動作する請求項７に記載の装置。
【請求項４４】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７に記載の装置。
【請求項４５】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、前記ローラの近傍に
配置された第一のマグネットによって生成される水平方
向の交流磁場により、溶融金属を前記ローラの端部にて
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、前記第一のマグネットによる交流磁場を前記ローラより
下方へ広げるために前記ローラの下方に配置された第二
のマグネットによって、前記ローラを通過した金属シー
トを封じ込める工程とからなる金属シートの連続成形方法。
【請求項４６】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45に記載
の方法。
【請求項４７】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46に記載の方法。
【請求項４８】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46
に記載の方法。