WO2007026857A1 - 溶融金属の流れ制御装置、コールド・クルーシブル装置、溶融めっき装置及び溶融金属の流れ制御方法 - Google Patents

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flow
flow path
divided
electrode
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Shigeo Asai
Kensuke Sasa
Yasumasa Hirono
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National University Corporation Nagoya University
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/18Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D37/00Controlling or regulating the pouring of molten metal from a casting melt-holding vessel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/14Charging or discharging liquid or molten material
    • F27D3/145Runners therefor
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D7/06Control of flow characterised by the use of electric means
    • G05D7/0617Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
    • G05D7/0629Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means

Definitions

  • the present invention relates to a molten metal flow control device, a cold crucible device, a melting squeezing device, and a molten metal flow control method, and more specifically, a DC current and a static magnetic field are superimposed and applied to molten metal flowing in a flow path
  • the present invention relates to an attachment device.
  • the molten metal flow control device and the molten metal flow control method according to the present invention are, for example, capable of holding a molten metal or a molten metal flow velocity in a melting tamping process, a cold crucible process or a continuous forging process. And can be suitably used when controlling the flow rate.
  • a method using a sink roll As a method for producing a molten metal-plated steel sheet, a method using a sink roll is known.
  • a steel plate whose surface oxide film has been removed by surface activation in an annealing furnace is immersed in a plating bath obliquely from above, and the direction of the steel plate is changed by a sink roll disposed in the plating bath, and plating is performed.
  • the steel plate is pulled up vertically from the bath.
  • this method using a synchro provided in the plating bath the steel plate surface is wrinkled by contact with the sink roll or the sink roll is corroded. It becomes. For this reason, this conventional method has a problem that the quality and productivity of the steel sheet are lowered.
  • an opening through which the steel sheet can enter is provided at the bottom of a container in which the molten metal is stored.
  • the molten metal in the container is adhered to the steel plate surface.
  • a static magnetic field perpendicular to the steel plate surface by a pair of static magnetic field application devices arranged so as to face each other with the steel plate entering from the opening, it is parallel to the steel plate surface.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and when controlling the flow of molten metal by applying a static magnetic field and electric current, even when a large current is applied, the molten metal is stably maintained. And to enable stable control of the flow velocity and flow rate of the molten metal is a technical issue to be solved.
  • the molten metal flow control device of the present invention that solves the above-described problems includes a flow path through which the molten metal flows, and energizing means capable of supplying a direct current to the molten metal by contact with the molten metal flowing in the flow path.
  • the energizing means includes An electrode portion pair consisting of a first electrode portion and a second electrode portion that are spaced apart from each other and disposed opposite to each other in a region that can contact the molten metal flowing through the electrode. It is composed of a plurality of divided electrode pairs each composed of a plurality of first divided electrodes and second divided electrodes arranged in the molten metal flow direction so as to face each other. It is what.
  • a current exceeding a certain limit does not flow in each divided electrode pair so that a single point of current does not occur.
  • controlling the flow of molten metal means that the flow of decoction of molten metal flowing in the flow path is stopped and the leading portion of the flow of molten metal is held in a predetermined position, or This is intended to include controlling the flow velocity and flow rate of the molten metal flowing in the flow path to predetermined values.
  • the Lorentz force is induced in the molten metal flowing in the flow path by the static magnetic field generated by the static magnetic field generating means and the direct current flowing by the contact between the molten metal and the energizing means. .
  • the flow of the molten metal flowing in the flow path is controlled using the Lorentz force.
  • the direction in which the Lorentz force acts on the molten metal is perpendicular to both the static magnetic field and the DC current acting in the perpendicular direction according to Fleming's left-hand rule.
  • the direction and the magnitude of each of the direct current by the energizing means and the static magnetic field by the static magnetic field generating means are set to predetermined values, so that the molten metal flowing in the flow path is controlled. Vs flow
  • predetermined control can be performed. For example, if a direct current and a static magnetic field are applied in a superimposed manner so that the Lorentz force acts on the upstream side of the molten metal flowing in the flow path (the direction in which the molten metal flows backward), the flow of molten metal flowing in the flow path Can be stopped and the molten metal flow head can be held in place, or the flow rate and flow rate of the molten metal can be reduced.
  • the energizing means capable of supplying a direct current to the molten metal by contact with the molten metal flowing in the flow path is in contact with the molten metal flowing in the flow path.
  • an electrode part pair composed of a first electrode part and a second electrode part that are spaced apart from each other and arranged opposite to each other.
  • the electrode portion pair includes a plurality of sets of divided electrode pairs, each of which includes a plurality of first divided electrodes and second divided electrodes that are arranged in the molten metal flow direction so as to face each other. It has.
  • the electrode part pair that can contact the molten metal flowing in the flow path includes a plurality of divided electrode pairs arranged in the molten metal flow direction. Yes. For this reason, the molten metal flowing in the flow channel comes into contact with the divided electrode pairs arranged on the upstream side in order. Accordingly, it is possible to generate Lorentz force by energizing the molten metal sequentially from the pair of divided electrodes on the upstream side. Therefore, predetermined control can be performed on the flow of the molten metal flowing in the flow path by the sum of the Lorentz forces generated by energizing each pair of divided electrodes.
  • the total Lorentz force necessary to hold the molten metal flow head at a predetermined position a in the flow path is F a
  • the current density of the direct current required to generate the Lo Lonz force of F a Is assumed to be Ja, and there are five pairs of split electrodes with which the molten metal contacts until reaching position a.
  • the current density is J a
  • each divided electrode pair is energized to generate a Lorentz force, and the total of each Lorentz force is applied to the flow of the molten metal flowing in the flow path.
  • the Lorentz force necessary to perform the prescribed control is secured.
  • each divided electrode pair is divided. It is sufficient to energize the minute current.
  • the current flowing through each pair of divided electrodes may be arbitrarily changed, and a necessary amount of current may be applied as a whole. Therefore, it is possible to avoid a single point concentration of current that a large current is applied to a pair of electrodes. Therefore, it is possible to avoid the unstable phenomenon of the molten metal flow caused by the concentration of current at one point.
  • the molten metal flow head flowing in the flow path is stably held at a predetermined position, or the flow velocity or flow rate of the molten metal flowing in the flow path is determined. Can be controlled stably.
  • the flow path includes a structural control of the flow of the molten metal flowing in the flow path, so that the molten metal and the electrode portion pair Contact promoting means for promoting the contact is provided.
  • structurally controlling the flow of the molten metal refers to, for example, structurally controlling the flow of the molten metal with a mechanical configuration, and examples include a preferred embodiment described later. it can. If the molten metal flowing in the flow channel flows out without contacting the electrode pair, no current flows directly through the molten metal, and the Lorentz force cannot be generated. In particular, when the flow path extends vertically or inclined, molten metal flowing in the direction of gravity or in the direction of inclination may flow out without contacting the electrode pair. In this respect, in this molten metal flow control device, contact between the molten metal flowing in the flow path and the electrode portion pair is ensured by the contact promoting means.
  • the molten metal flowing in the flow path can be reliably brought into contact with the electrode portion pair, and the molten metal can be energized from the electrode portion pair so that the predetermined Lorenzka acts on the molten metal with certainty. it can. Therefore, the inconvenience that the molten metal flowing in the flow channel flows out without contacting the electrode pair can be avoided.
  • the contact promoting means includes at least one first weir extending between the first divided electrodes constituting the first electrode part into the flow path, and the first At least one first electrode extending in the flow path from between the second divided electrodes constituting the second electrode portion, which is disposed at an interval in the flow direction of the weir and the molten metal. It consists of two weirs.
  • the molten metal contacts the first weir and the second weir to change the direction of the molten metal flow, or the molten metal is placed upstream of the first weir and the second weir. Part can be retained, and this makes it possible to promote contact between the molten metal and the electrode part pair.
  • first weir and the second weir are alternately arranged in the flow direction of the molten metal.
  • the first weir extending into the flow path from between the first divided electrodes and the second weir extending into the flow path from between the second divided electrodes are melted. Since they are alternately arranged in the metal flow direction, it is advantageous to ensure a smooth flow of the molten metal.
  • the first weir and the second weir may be arranged in parallel in the flow direction of the molten metal. Even if it exists, the flow of the molten metal is not interrupted by the first and second weirs.
  • the contact promoting means is constituted by a plurality of grooves provided on a side surface or a bottom surface of the flow path.
  • a part of the molten metal can be retained in the groove provided on the side surface or the bottom surface of the flow path, thereby promoting the contact between the molten metal and the electrode portion pair. It becomes possible.
  • the groove as the contact promoting means is provided in the side surface or the bottom surface of the flow path, the flow path is not blocked by the contact promoting means, and the object is surely secured in the flow path. Can be passed through. For this reason, for example, when the molten metal flow control device of the present invention is applied to the production of a melt-bonded steel plate, the plated steel plate can be reliably passed through the flow path. From the viewpoint of making the groove more effective, when the flow channel extends vertically, a groove is provided on the side surface of the flow channel, and the flow channel extends in an inclined manner. In some cases, it is preferable to provide a groove on the bottom surface of the flow path.
  • each of the grooves is provided at a position corresponding to each of the first divided electrodes and the second divided electrodes facing each other.
  • the groove is provided at a position corresponding to each of the first divided electrode and each of the second divided electrodes, the molten metal remaining in the groove is transferred to the first divided electrode and the second divided electrode.
  • the divided electrode can be reliably brought into contact.
  • the molten metal is arranged on the downstream side of the molten metal flowing in the flow path with respect to the other divided electrode pairs.
  • At least one pair of divided electrode pairs provided is composed of a small first divided electrode and a small second divided electrode having a smaller electrode area than the other divided electrode pairs. Is included.
  • a small divided electrode pair having an electrode area smaller than that of the other divided electrode pairs is disposed downstream of the molten metal flowing in the flow path. For this reason, on the downstream side where the small divided electrode pair is disposed, The stop position or flow rate of the molten metal can be finely controlled in the flow direction.
  • the cold crucible device wherein the molten metal bath in which the molten metal is accommodated, and the flow path is connected to a bottom portion or a side portion of the molten metal bath. And a molten metal flow control device as described above.
  • the molten metal can be stably held in the flow path through which the molten metal accommodated in the molten metal bath flows, and the flow rate and flow rate of the molten metal can be stably controlled.
  • the melting staking apparatus wherein the molten slag bath in which a molten metal is accommodated, and the flow path is connected to a bottom part or a side part of the molten staking bath. And a molten metal flow control device according to any one of the above.
  • the molten metal flow control method of the present invention that solves the above-described problem uses the Lorentz force generated by applying a DC current and a static magnetic field superimposed on the molten metal flowing in the flow path, and the flow of the molten metal.
  • the plurality of first divided electrodes and the second divided electrodes arranged separately in the flow direction of the molten metal so as to be spaced apart from each other and to face each other.
  • a DC current having a current density necessary for generating the predetermined Lorentz force is brought into contact with the molten metal flowing in the flow path.
  • Each of the divided electrode pairs is divided and energized.
  • a DC current having a current density required to generate a predetermined Lorentz force is divided and energized to each divided electrode pair in contact with the molten metal flowing in the flow path. For this reason, the molten gold flowing in the flow path is determined by the sum of the Lorentz forces generated by energizing each pair of split electrodes. Predetermined control can be performed on the genus flow.
  • the total Lorentz force necessary to hold the molten metal flow head at the predetermined position a in the flow path is F a
  • the current density of the direct current required to generate the Lo Lonz force of F a is J a
  • the current densities for the five pairs of split electrodes are J a, J a 2
  • the Lorentz forces of F a 2 , F a 3 , F a 4 , and F a 5 are applied to each divided electrode pair, respectively.
  • each divided electrode pair is energized to generate a Lorentz force, and the total of each Lorentz force is applied to the flow of the molten metal flowing in the flow path.
  • the Lorentz force necessary to perform the prescribed control is secured. Therefore, in order to obtain a large sum of Lorentz forces, even if a large current is applied to the entire electrode pair to increase the overall current density, the divided electrode pair is divided by It is sufficient to energize the current.
  • the current flowing through each pair of divided electrodes may be arbitrarily changed, and a necessary amount of current may be applied as a whole. Therefore, it is possible to avoid a single point concentration of current that a large current is applied to a pair of electrodes. Therefore, it is possible to avoid the unstable phenomenon of the molten metal flow caused by the concentration of current at one point.
  • the molten metal flow leading portion flowing in the flow path is stably held at a predetermined position, or the flow velocity or flow rate of the molten metal flowing in the flow path is controlled. It becomes possible to control stably.
  • the molten metal flow control method according to the present invention controls the flow of the molten metal so that the molten metal flow leading portion flowing in the flow path is held at a predetermined position.
  • the flow leading portion of the molten metal flowing in the flow path can be stably held at a predetermined position.
  • it is suitably used for manufacturing a molten metal-plated steel plate using the aerial pot. It becomes possible to do.
  • the molten metal flow control method of the present invention controls the flow of the molten metal so that the flow rate of the molten metal flowing in the flow path becomes a predetermined amount.
  • the flow rate of the molten metal flowing in the flow path can be controlled stably. For this reason, for example, if it is applied to a cold crucible process that keeps a molten metal of an active metal such as titanium or zirconium or a high melting point metal in a non-contact manner, it is possible to stably control the pouring speed when discharging molten metal become. In steel production, it can be applied to control the flow rate of nozzles that pour molten steel from a ladle to a tundish, and from the tundish to a continuous forging machine.
  • the plurality of sets of divided electrode pairs are arranged on the downstream side of the molten metal flowing in the flow path with respect to the other divided electrode pairs.
  • a current having a current value smaller than that of the other pair of divided electrode pairs is passed through at least one set of divided electrode pairs.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a molten metal flow control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 shows a main part of the molten metal flow control device according to the second embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows typically a contact promotion means, a division
  • FIG. 2 shows typically a contact promotion means, a division
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing a flow path forming member, which is a main part of the molten metal flow control device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view schematically showing a flow path forming member as a main part of the molten metal flow control device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a top view of the main body constituting the flow path forming member, which is a main part of the molten metal flow control device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial longitudinal sectional view of a flow path forming member, which is a main part of a molten metal flow control device according to Embodiment 3 of the present invention, cut at the center.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing contact promoting means, a pair of divided electrodes, and the like, which are the main parts of the molten metal flow control device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 8 shows a molten metal flow control device according to the example.
  • (A) is an explanatory view schematically showing the overall configuration of this device, and
  • (b) is a set of five main parts of this device. It is a perspective view which shows typically the division
  • FIG. 9 is a photograph showing the results of an experiment conducted with the molten metal flow control device according to the example.
  • FIG. 10 shows a molten metal flow control device according to a comparative example, (a) is an explanatory view schematically showing the overall configuration of this device, and (b) is a set of essential parts of this device. It is a perspective view which shows typically the electrode pair of this.
  • Fig. 11 is a photograph showing the results of experiments conducted with the molten metal flow control device according to the comparative example.
  • Fig. 12 is a photograph showing the results of experiments conducted with the molten metal flow control device according to the comparative example.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an example in which the molten metal flow control device according to the first to third embodiments of the present invention is applied to a cold-crucible process.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing an example in which the molten metal flow control device according to the first to third embodiments of the present invention is applied to a melting staking process.
  • energizing means 3 capable of energizing the molten metal 1 with a direct current and static magnetic field generating means 4 for applying a static magnetic field to the molten metal 1 flowing in the flow path 1.
  • the energizing means 3 is composed of a first electrode portion 5 and a second electrode portion 6 that are spaced apart from each other and arranged in opposition to each other in a region that can contact the molten metal 1 flowing in the flow path 2.
  • An electrode part pair is provided. This electrode portion pair includes five divided electrode pairs.
  • the first electrode portion 5 includes five first divided electrodes 5 a to 5 e arranged separately in the molten metal flow direction, and the first divided electrodes 5 a and 5 e located at both ends. It is composed of six insulating plates 7 disposed between the end face and each of the first polarization electrodes 5a to 5e.
  • the second electrode portion 6 includes five second divided electrodes 6a to 6e arranged in the molten metal flow direction, and second divided electrodes 6a and 6e located at both ends. And 6 insulating plates 7 disposed between the second polarization electrodes 6a to 6e, respectively, on the end face of the pair 6e.
  • the first divided electrodes 5a to 5e and the second divided electrodes 6a to 6e are opposed to each other, that is, the first divided electrode 5a and the second divided electrode. 6a, 1st divided electrode 5b and 2nd divided electrode 6b, 1st divided electrode 5c and 2nd divided electrode 6c, 1st divided electrode 5d and 2nd divided electrode 6d, The first divided electrode 5e and the second divided electrode 6e are arranged so as to face each other.
  • the flow path 2 extends perpendicular to the direction of gravity.
  • 1 divided electrode 5 a to 5 e and 2nd divided electrode 6 a to 6 e are connected to the first divided electrode 5 a from the upstream side of the molten metal 1 flowing in the flow path 2 in the direction of gravity (downward in FIG. 1). And the second divided electrode 6a, the first divided electrode 5b, the second divided electrode 6b,..., The first divided electrode 5e, and the second divided electrode 6e.
  • the flow path 2 has a rectangular cross-sectional shape, corresponding to the short side of the rectangular shape, spaced apart from each other, and a pair of opposing side walls are the first electrode portion 5 and the second electrode. It consists of part 6.
  • the other set of side walls corresponding to the long side of the rectangular shape is omitted for the convenience of drawing.
  • the static magnetic field generating means 4 is arranged to face each other across the flow path 2 so as to face each other in the short side direction of the flow path 2 (the short side direction in the cross-sectional shape of the rectangular flow path 2).
  • the static magnetic field generated by the static magnetic field generating means 4 acts in the direction of the arrow Y in FIG. 1 along the short side of the flow path 2 from one electromagnet 10a to the other electromagnet 10b. Yes.
  • a direct current from the current-carrying means 3 and a static magnetic field from the static magnetic field generating means 4 are superimposed and applied to the molten metal 1 flowing in the flow path 2, and according to Fleming's left-hand rule, In the direction perpendicular to both the direct current and the magnetostatic field acting on the vertical direction (in the direction of arrow Z in Fig. 1), that is, in the reverse flow direction upstream of the molten metal 1 flowing in the flow path 2.
  • a predetermined Lorentz force is applied.
  • the energization means 3 capable of energizing the molten metal 1 with a direct current by contact with the molten metal 1 flowing in the flow path 2 is melted in the flow path 2.
  • the electrode part pair is composed of a first electrode part 5 and a second electrode part 6 that are spaced apart from each other and arranged opposite to each other, and the electrode part pairs are arranged to face each other.
  • Five split electrode pairs each consisting of five first divided electrodes 5a to 5e and second divided electrodes 6a to 6e, which are divided in the flow direction of the molten metal 1, respectively. I have.
  • this molten metal flow control device five pairs of divided electrodes are arranged in which the electrode part pairs that can contact the molten metal 1 flowing in the flow path 2 are divided in the flow direction of the molten metal 1. I have. For this reason, the molten metal 1 flowing in the flow channel 2 is in contact with the divided electrode pair (the first divided electrode 5 a and the second divided electrode 6 a) arranged at the most upstream position in order. Therefore, the Lorentz force can be generated by sequentially conducting the molten metal 1 from the uppermost divided electrode pair (the first divided electrode Sa and the second divided electrode 6 a). Therefore, the flow of the molten metal 1 flowing in the flow path 2 can be suppressed and predetermined control can be performed by the sum of the Lorentz forces generated by energizing the divided electrode pairs.
  • each divided electrode pair is energized to generate a Lorentz force, and flows in the flow path 2 by the sum of the respective one-lentz forces.
  • the Lorentz force necessary to perform predetermined control over the flow of molten metal 1 is secured. For this reason, a large current is applied to the entire electrode pair in order to obtain a large total Lorentz force. Even when the current density as a whole is increased, it is only necessary to supply the divided current to each divided electrode pair.
  • the current flowing through each split electrode pair may be arbitrarily changed, and a necessary amount of current may be applied as a whole. Therefore, it is possible to avoid a single current concentration where a large current is applied to a pair of electrodes. Therefore, it is possible to avoid the unstable phenomenon of the molten metal flow that occurs due to the concentration of current at one point.
  • the flow leading portion of the molten metal 2 flowing in the flow path 1 is stably held at a predetermined position, or the flow rate and flow rate of the molten metal flowing in the flow path 1 are stabilized. It becomes possible to control.
  • contact promoting means is provided in the flow path 2 in the molten metal flow control device according to the first embodiment. That is, the flow path 2 has a structural control of the flow of the molten metal 1 flowing in the flow path 2 to promote contact between the molten metal 1 and the first electrode portion 5 and the second electrode portion 6. Contact promoting means 10 is provided.
  • This contact promoting means 10 includes three first electrodes extending from the respective insulating plates 7 between the first divided electrodes 5a to 5e constituting the first electrode portion 5 into the flow path 2. 2 extending from the respective insulating plates 7 between the weirs 1 1 a to 1 1 c and the second divided electrodes 6 a to 6 e constituting the second electrode portion 6 into the flow path 2 Second weirs 1 2 a to 1 2 b. These first weirs 1 1 a
  • first weirs 11 a to l 1 c and the second weirs 12 a to 12 b are alternately arranged at intervals in the flow direction of molten metal 1.
  • the first weirs 11 a to l 1 c and the second weirs 12 a to 12 b all extend from the insulating plate 7 to the middle of the flow path 2.
  • the first weir 11a, the second weir 12a, the first weir llb, the second weir 12b, and the first weir 11c are arranged in the flow path 2 in order from the upstream side. Established ing.
  • the molten metal 1 flows smoothly from the upstream side to the downstream side while being guided by the first weirs 1 1 a to l 1 c and the second weirs 1 2 a to 1 2 b. It has become.
  • the molten metal 1 flowing in the flow path 2 comes into contact with the first weirs 1 1 a to 1 1 c and the second weirs 1 2 a to 1 2 b, Changing the flow direction of molten metal 1 or retaining a part of molten metal 1 upstream of each of the first weirs 1 1 a to 1 1 c and the second weirs 1 2 a to 1 2 b This makes it possible to ensure contact between the molten metal 1 and the first divided electrodes 5a to 5e and the second divided electrodes 6a to 6e.
  • the molten metal 1 flowing in the flow path 2 can be reliably brought into contact with the first divided electrodes 5a to 5e and the second divided electrodes 6a to 6e, and the first divided electrodes 5a to 5e
  • a predetermined Lorentz force can be reliably applied to the molten metal 1 by energizing the molten metal 1 from 5 e and the second divided electrodes 6 a to 6 e. Therefore, avoid the inconvenience that the molten metal 1 flowing in the direction of gravity flows out without contacting the first divided electrodes 5a to 5e and the second divided electrodes 6a to 6e. can do.
  • Embodiment 1 is used to avoid redundant description.
  • the molten metal flow control device includes a flow path forming member 13.
  • This flow path forming member 1 3 has a U-shaped main body 1 4 consisting of a bottom wall portion 1 4 a and both side wall portions 1 4 b and 1 4 c erected from the bottom wall portion 1 4 a ′. And a lid 15 fixed to the main body 14 so as to cover the upper opening of the main body 14. And this body
  • the flow path 2 having a rectangular cross-section extending from one end of the main body 14 to the other end is formed by the 14 and the lid 15.
  • the main body 14 and the lid 15 are made of an insulating material.
  • This flow path forming member 13 is inclined from the side wall of a molten metal bath (not shown).
  • the flow path 2 is inclined and extended. For this reason, the molten metal 1 accommodated in the molten metal bath flows in an inclined manner in the flow path 2 (from the upper right to the lower left in FIG. 3).
  • each of the grooves 16a to 16e is continuous from one side wall portion 14b to the other side wall portion 14c in a direction orthogonal to the flow direction of the molten metal 1 flowing in the flow path 2. It is extended. Further, each of the grooves 16a to 16e is provided so that the depth value is larger than the height value of the flow path 2 (in this embodiment, the grooves 16a to 16e). The depth of e is about 3 times the height of channel 2).
  • the side wall portions 14 b and 14 c have the first divided electrodes 5 a to 5 e and the second divided electrodes 6 a to 6 at positions corresponding to the grooves 16 a to 16 e. e is disposed.
  • the first divided electrodes 5a to 5e and the second divided electrodes 6a to 6e extend from the side surfaces of the side wall portions 14b and 14c to the bottom surfaces of the grooves 16a to 16e. Yes. Therefore, each of the grooves 16a to 16e corresponds to each of the first divided electrodes 5a to 5e and the first electrodes arranged to face each other in the extending direction of the grooves 16a to 16e. It is divided by two divided electrodes 6a to 6e.
  • a pipe is disposed in the partition wall separating the grooves 16a to 16e, and the adjacent grooves 16a to 16e are connected to the communication holes 17a.
  • ⁇ 1 7 d communicated.
  • These communication holes 17a to 17d are provided such that the height (the height of the formation position) decreases in order from the upstream side to the downstream side of the molten metal 1 flowing in the flow path 2. . That is, the communication hole 17 a located at the uppermost stream is provided at the highest position farthest from the bottom surface of the groove 16 a, and the communication hole located at the lowermost position in order toward the downstream side. 1 7 d is provided at the lowest position closest to the bottom surface of groove 16 e.
  • the molten metal 1 flows from the upstream groove 16 a toward the downstream groove 16 e through the communication holes 17 a to 17 d, so that the grooves 16 a to 16 a 1 6 e The molten metal comes into the e surely.
  • the molten metal flowing in the flow channel 2 is inserted into the grooves 16 a to l 6 e that are recessed in the bottom surface of the flow channel 2 that is inclined and extended. Part of the metal 1 can be reliably retained.
  • the grooves 16a to 16e are provided at positions corresponding to the first divided electrodes 5a to 5e and the second divided electrodes 6a to 6b. Molten metal 1 retained in 1 6 a to 16 e can be reliably brought into contact with the first divided electrodes 5 a to 5 e and the second divided electrodes 6 a to 6 e.
  • each groove 16a to l6e since the depth value of each groove 16a to l6e is set to be larger than the height value of the flow path 2, it has accumulated in each groove 16a to 16e. A large contact area between the molten metal 1 and the first divided electrodes 5a to 5e and the second divided electrodes 6a to 6e can be secured.
  • the height of the communication holes 17a to 17d is set so as to decrease in order from the upstream side toward the downstream side, for example, at the beginning of the flow of the molten metal 1, the grooves 16a to 16 The amount of molten metal 1 that accumulates in e increases as the groove is located upstream, and as a result, the contact area between the molten metal 1 and the pair of split electrodes can be increased and contacted more reliably toward the upstream side.
  • the grooves 16 a to 16 e as contact promoting means are recessed in the bottom surface of the flow path 2, the object can be surely passed through the flow path 2. For this reason, for example, when this molten metal flow control device is applied to the production of a melt-bonded steel sheet, the plated steel sheet can be reliably passed through the flow path 2.
  • Embodiment 1 is used to avoid redundant description.
  • This embodiment schematically shown in FIG. 7 is obtained by further dividing the first divided electrode 5 e and the second divided electrode 6 e into three in the molten metal flow control device according to the second embodiment. . That is, the first divided electrode 5 e includes three small first divided electrodes 5 1 e to 5 3 e. Similarly, the second divided electrode 6 e is composed of three small second divided electrodes 6 1 e to 6 3 e. Thus, among the five sets of divided electrode pairs (first divided electrodes 5a to 5e and second divided electrodes 6a to 6e), the other four sets of divided electrode pairs (first divided electrodes).
  • Insulating plates 7 are disposed between the small first divided electrodes 51e to 5'3e and between the small second divided electrodes 61e to 63e.
  • the first divided electrodes 5 a to 5 d and the second divided electrode 6 a constituting the other divided electrode pairs are arranged downstream of the molten metal 1 flowing in the flow path 2.
  • the electrode area is smaller than ⁇ 6d, the first small divided electrode 5 1 e ⁇ 5 3 e and the small second divided electrode 6 1 e ⁇ 6 3 e, 3 sets of small divided electrode pairs are arranged ing. For this reason, it is possible to finely control the stop position or flow rate of the molten metal 1 in the flow direction on the downstream side where the three small divided electrode pairs are disposed.
  • Embodiments 1 and 2 are basically the same as those in the first embodiment and the second embodiment. Therefore, the description of Embodiments 1 and 2 is used to avoid redundant description.
  • This device divides a direct current into five pairs of split electrodes and energizes them. It concerns on the Example of this invention.
  • a conduit 2 2 is connected to the bottom of a molten metal bath 2 1 containing molten gallium (hereinafter referred to as molten Ga) 20 as a molten metal.
  • the flow passages 2 3, are formed in the flow path.
  • the conduit 22 is arranged so that the flow path 23 extends horizontally, and a transparent acryl plate 24 for camera photography is provided on the upper surface of the central portion of the conduit 22.
  • the channel 23 has a rectangular cross section with a width of 8 mm and a height of 4 mm. Also, the bath height of the molten metal bath 2 1 is 25 mm 0 '
  • the conduit 22 is divided in the flow direction of the molten gas 20 a so as to be spaced apart from each other in regions where they can contact the molten gas 20 flowing in the flow path 23.
  • Five divided electrode pairs each including five first divided electrodes 25 a to 25 e and five second divided electrodes 26 a to 26 e are provided.
  • Each first divided electrode 2 5 a to 2 5 e and each second divided electrode 2 6 a to 2 6 e are made of copper electrodes having a width (width in the flow direction of molten G a 20) of 1 mm, 2 It is arranged at intervals of mm.
  • a DC current is divided and applied to five pairs of split electrodes by a DC power source 2 7 with respect to the molten Ga 2 0 flowing in the horizontal direction in the flow path 2 3, and a superconducting magnet 2 8
  • a static magnetic field from a direction perpendicular to the direct current
  • the Lorentz force generated by the interaction between the direct current and the static magnetic field is caused to act in the direction opposite to the flow direction of the molten G a 20, and the molten G We controlled the leakage of a 20 and observed it with video camera 29.
  • Each segmented electrode pair is connected in series with a resistor 30 for applying the same amount of voltage.
  • the experiment was performed by changing the voltage applied to the electrodes with the magnetic field strength set to 4 T, 2 ⁇ .
  • Figure 9 shows the time elapsed with the time when the molten Ga2O was in contact with the electrode being zero, and the results of the top of the molten Ga2O flow.
  • molten G a 20 flows from the bottom to the top of the ridge, and the portion indicated by the white line is the head of the molten G a 20 flow.
  • Table 1 shows the results of stable retention under the magnetic field strength and voltage conditions.
  • indicates that 'molten G a 20 was stably held
  • X indicates that molten G a 20 was not stably held.
  • the molten G is obtained at a position where the total Lorentz force in each pair generated by applying an electric current to each electrode pair becomes larger than the static pressure.
  • the top of the flow of a 20 was retained, and a wide stable region was obtained.
  • the apparatus according to this comparative example uses one electrode pair (a first copper electrode 31 and a second copper electrode 3 2 having a width of 10 mm) instead of the five divided electrode pairs.
  • the configuration is the same as that of the apparatus of the above embodiment.
  • Fig. 11 and Fig. 12 show the results of summarizing the passage of time with the time of contact with the electrode being 0 and the state of the beginning of the molten Ga flow.
  • Fig. 11 shows the results with 4 magnetic flux densities
  • Fig. 12 shows the results with 2 T magnetic flux densities.
  • Figures 1 1 and 1 2 In FIG. 5, the molten G a 20 flows from the bottom to the top, and the portion indicated by the white line is the top of the molten G a 20 flow.
  • Table 2 shows the results of stable retention under the magnetic field strength and voltage conditions.
  • indicates that the molten G a 20 was stably held
  • X indicates that the molten G a 20 was not stably held.
  • FIG. 13 shows an example in which the molten metal flow control device M according to the first to third embodiments is applied to a cold-crucible process.
  • the cold-crucible device shown in FIG. 13 includes a molten metal bath 7 1 that contains molten metal and is made of an insulating material, and a flow of molten metal in which the flow path is connected to the bottom of the molten metal bath 7 1. And a control device M.
  • a through-hole 7 1 a is provided in the bottom wall of the molten metal bath 71,
  • a molten metal flow control device M is disposed at a portion of a connecting pipe (the inside of the connecting pipe serves as the flow path) arranged vertically so as to communicate with the through hole 71a.
  • this cold crucible device it is possible to stably hold the molten metal or to control the flow rate and flow rate of the molten metal stably in the flow path through which the molten metal contained in the molten metal bath 71 flows. it can.
  • FIG. 14 shows an example in which the molten metal flow control device M according to the first to third embodiments is applied to a fusion butt process.
  • the molten staking apparatus shown in FIG. 14 includes a molten smelting bath 8 1 made of an insulating material, containing molten metal, and a molten metal in which the flow path is connected to the side of the molten staking bath 8 1.
  • the flow control device M is provided. That is, a through hole 8 1 a is provided at the lower end portion of the side wall of the hot dip plating bath 81, and a connecting pipe (inside the connecting pipe is arranged as described above) that is inclined so as to communicate with the through hole 8 1 a.
  • the molten metal flow control device M is disposed in the portion of the flow path).
  • the molten metal is stably held in the flow path through which the molten metal contained in the melting tub 81 is flowed, and the flow rate and flow rate of the molten metal are stably controlled. Can do.

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Abstract

この溶融金属の流れ制御装置は、溶融金属1が流れる流路2と、流路2内を流れる溶融金属1との接触により溶融金属1に直流電流を通電可能な通電手段3と、流路2内を流れる溶融金属1に静磁場を作用させる静磁場発生手段10a、10bとを備えている。通電手段3は、流路2内を流れる溶融金属1と接触可能な領域に、相互に離間し、且つ、相対向して配設された第1電極部5及び第2電極部6よりなる電極部対を備え、この電極部対は、それぞれが相対向するように溶融金属1の流れ方向に分割して配設された複数個の第1分割電極5a~5e及び第2分割電極6a~6eよりなる、複数組の分割電極対により構成されている。静磁場及び電流の重畳印加により溶融金属の流れを制御する際に、大電流を通電する場合であっても、電流の一点集中による不都合を避けつつ、溶融金属の流れを安定に制御することができる。

Description

溶融金属の流れ制御装置、 コールド ' クルーシプル装置、 溶融めつき 装置及び溶融金属の流れ制御方法 技術分野
本発明は、 溶融金属の流れ制御装置、 コールド · クルーシブル装置、 溶融めつき装置及び溶融金属の流れ制御方法に関し、 より詳しくは、 流 路内を流れる溶融金属に直流電流と静磁場とを重畳印加することにより 発生するローレンツ力を利用して、 溶融金属の流れを制御する溶融金属 の流れ制御装置及び溶融金属の流れ制御方法、 並ぴにこの流れ制御装置 を備えたコールド · クルーシブル装置及ぴ溶融めつき装置に関する。 本発明に係る溶融金属の流れ制御装置及ぴ溶融金属の流れ制御方法は、 例えば、 溶融めつきプロセス、 コールド ' クルーシブルプロセスや連続 铸造プロセスにおいて、 溶融金属を保持したり、 あるいは溶融金属の流 速や流量を制御したりする際に好適に利用することができる。 背景技術
溶融金属めつき鋼板の製造方法として、 シンクロールを用いる方法が 知られている。 この方法では、 焼鈍炉で表面活性化されて表面酸化膜が 除去された鋼板を、 斜め上方からめっき浴に浸漬させ、 めっき浴中に配 設されたシンクロールにより鋼板の向きを変えて、 めっき浴から垂直上 方に鋼板を引き上げている。 しかし、 めっき浴中に配設したシンクロ一 ルを用いるこの方法では、 シンクロールとの接触により鋼板表面に疵が 付いたり、 シンクロールが腐食されることから毎々のメンテナンスや口 ール交換が必要になったりする。 そのため、 この従来方法では、 鋼板の 品質や生産性が低下するという問題がある。
そこで、 シンクロールの代わりに空中ポッ トを用いて、 溶融金属めつ き鋼板を製造する方法が知られている (例えば、 特開平 8— 3 3 3 6 6 1号公報の第 4一 5頁、 第 1図等参照)。
この特開平 8— 3 3 3 6 6 1号公報に開示された従来の溶融金属めつ き鋼板の製造方法では、 溶融金属が収容された容器の底部に鋼板が進入 可能な開口部を設け、 この開口部から鋼板を上方に引き上げることで、 容器中の溶融金属を鋼板面に付着させている。 そして、 例えば、 開口部 から進入する鋼板を挟んで対峙するように配設された一対の静磁場印加 装置により、 鋼板面に対して垂直な静磁場を印加するとともに、 鋼板面 に対して平行な直流電流を通電することにより、 容器底部の開口部から 溶融金属が漏洩することを防止している。
しかしながら、 上記従来の静磁場及び電流の重畳印加により溶融金属 を保持する方法では、 開口部からの溶融金属の漏洩を完全に無くそうと すると、 大きな電流を通電する必要がある。 そうすると、 電流の一点集 中により、 溶融金属の流れに不安定現象が生じる。
このように従来の静磁場及び電流の重畳印加により溶融金属を保持す る方法においては、 大電流を通電すると、 電流の一点集中により溶融金 属の流れに不安定現象が生じるため、 流路内を流れる溶融金属の流れ先 頭部を所定位置で安定に保持したり、 あるいは流路内を流れる溶融金属 の流速や流量を安定に制御したりすることが困難であった。 発明の開示
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、 静磁場及び電流の重 畳印加により溶融金属の流れを制御する際に、 大電流を通電する場合で あっても、 溶融金属を安定に保持したり、 溶融金属の流速や流量を安定 に制御したりすることを可能にすることを解決すべき技術課題とするも のである。
上記課題を解決する本発明の溶融金属の流れ制御装置は、 溶融金属が 流れる流路と、 該流路内を流れる該溶融金属との接触により該溶融金属 に直流電流を通電可能な通電手段と、 該流路内を流れる該溶融金属に静 磁場を作用させる静磁場発生手段とを備え、 該流路内を流れる該溶融金 属に該直流電流及び該静磁場を重畳印加することにより発生するローレ ンッカを利用して、 該溶融金属の流れを制御する溶融金属の流れ制御装 置において、 前記通電手段は、 前記流路内を流れる前記溶融金属と接触 可能な領域に、 相互に離間し、 且つ、 相対向して配設された第 1電極部 及び第 2電極部よりなる電極部対を備え、 前記電極部対は、 それぞれが 相対向するように前記溶融金属の流れ方向に分割して配設された複数個 の第 1分割電極及び第 2分割電極よりなる、 複数組の分割電極対により 構成されていることを特徴とするものである。
この場合、 各分割電極対には電流の一点集中が起こらないように一定 限度以上の電流が流れないようにしてあるのが好ましい。
ここに、 前記 「溶融金属の流れを制御する」 とは、 前記流路内を流れ る煎記溶融金属の流れを止めて該溶融金属の流れ先頭部を所定位置に保 持したり、 あるいは前記流路内を流れる前記溶融金属の流速や流量を所 定値に制御したりすることを含む趣意である。
この溶融金属の流れ制御装置では、 静磁場発生手段により発生する静 磁場と、 溶融金属と通電手段との接触により流れる直流電流とにより、 流路内を流れる溶融金属中にローレンツ力が誘起される。 そして、 この 溶融金属の流れ制御装置では、 ローレンツ力を利用して流路内を流れる 溶融金属の流れを制御する。
このときのローレンツ力は、 F : ローレンツ力、 J : 直流電流の電流 密度、 B : 静磁場の磁束密度としたとき、 べク トル表示で、 F = J X B の式で表される。 すなわち、 ローレンツ力 (F ) の大きさは、 直流電流 の電流密度 ( J ) と静磁場の'磁束密度 (B ) とによって決まる。 また、 ローレンツ力が溶融金属に作用する向きは、 フレミ ングの左手の法則に 従って、 直角方向に作用する静磁場及ぴ直流電流の双方に直交する方向 となる。
したがって、 本発明の溶融金属の流れ制御装置においては、 通電手段 による直流電流及び静磁場発生手段による静磁場それぞれの方向と大き さを所定のものとすることにより、 流路内を流れる溶融金属の流れに対 して所定の制御を行うことができる。 例えば、 流路内を流れる溶融金属 の上流側 (溶融金属が逆流する方向) に前記ローレンツ力が作用するよ うに、 直流電流及び静磁場を重畳印加すれば、 流路内を流れる溶融金属 の流れを止めて溶融金属の流れ先頭部を所定位置に保持したり、 あるい は溶融金属の流速や流量を減少させたりすることができる。 また、 流路 内を流れる溶融金属の下流側 (溶融金属が流れる方向) に前記ローレン ッ力が作用するように、 直流電流及ぴ静磁場を重畳印加すれば、 流路内 を流れる溶融金属の流速や流量を増大させることができる。
ここで、 本発明の溶融金属の流れ制御装置では、 流路内を流れる該溶 融金属との接触により該溶融金属に直流電流を通電可能な通電手段が、 流路内を流れる溶融金属と接触可能な領域に、 相互に離間し、 且つ、 相 対向して配設された第 1電極部及び第 2電極部よりなる電極部対を備え ている。 そして、 この電極部対は、 それぞれが相対向するように溶融金 属の流れ方向に分割して配設された複数個の第 1分割電極及び第 2分割 電極 りなる、 複数組の分割電極対を備えている。
すなわち、 この溶融金属の流れ制御装置では、 流路内を流れる溶融金 属と接触可能な電極部対が、 溶融金属の流れ方向に分割して配設された 複数組の分割電極対を備えている。 このため、 流路内を流れる溶融金属 は上流側に配置された分割電極対から順に接する。 したがって、 上流側 の分割電極対から順次、 該溶融金属に通電して、 ローレンツ力を発生さ せることができる。 よって、 この各分割電極対に通電させることで発生 する各ローレンツ力の総和によって、 流路内を流れる溶融金属の流れに 対して所定の制御を行うこどができる。
例えば、 流路内で溶融金属の流れ先頭部を所定位置 aで保持させるの に必要なローレンツ力の総和が F aで、 F aのローレンツ力を発生させ るのに必要な直流電流の電流密度が J aであり、 その位置 aに到達する までに溶融金属が接触する分割電極対が 5組であるときを想定する。 こ のときは、 5組の各分割電極対に対してそれぞれ電流密度が J a ェ ,
J a 2 , J a 3 , J a 4 , J a 5 となるように分割して通電させれ ば、 各分割電極対でそれぞれ F a , F a 2 , F a 3 , F a 4 , F a 5 のローレンツ力を発生させて、 ローレンツ力の総和 F a ( F a = F a 1 + F a 2 + F a 3 + F a 4 + F a 5 ) を得ることができる。 このように、 本発明の溶融金属の流れ制御装置では、 各分割電極対に 通電してローレンツ力をそれぞれ発生させ、 各ローレンツ力の総和によ つて、 流路内を流れる溶融金属の流れに対して所定の制御を行うのに必 要なローレンツ力を確保している。 このため、 大き、なローレンツ力の総 和を得るべく、 電極対全体に大電流を通電して全体としての電流密度を 大きくする場合であっても、 各分割電極対に対しては分割された分の電 流を通電すれば足りる。 また、 各分割電極対に流す電流を任意に変えて、 全体で必要量の電流を通電すればよい。 したがって、 一組の電極対に大 電流が通電されるという電流の一点集中を避けることができる。 よって、 電流の一点集中により発生する溶融金属流れの不安定現象を回避するこ とが可能となる。 '
したがって、 本発明の溶融金属の流れ制御装置によれば、 流路内を流 れる溶融金属の流れ先頭部を所定位置で安定に保持したり、 あるいは流 '路内を流れる溶融金属の流速や流量を安定に制御したりすることが可能 になる。
また、 電流の一点集中による不都合を避けつつ、 大電流を印加するこ とができるので、 溶融金属の流れに対して所定の制御を行うべく、 大き なローレンツ力を確保する際に、 強磁場を作用させる必要がない。 この ため、 静磁場発生手段のコス ト高を避けることができ、 装置の低コス ト 化に寄与する。
本発明の溶融金属の流れ制御装置の好適な態様において、 前記流路に は、 該流路内を流れる前記溶融金属の流れを構造的に制御して該溶融金 属と前記電極部対との接触を促進させる接触促進手段が設けられている。
ここで、 溶融金属の流れを構造的に制御するとは、 例えば、 機械的な 構成でもって溶融金属の流れを構造的に制御することをいい、 例として 後で説明する好適な態様を挙げることができる。 仮に流路内を流れる溶融金属が電極部対と接触することなく流出して しまうと、 該溶融金属に直^電流が流れず、 ローレンツ力を発生させる こともできない。 特に、 流路が垂直に又は傾斜して延在している場合は、 重力方向又は傾斜方向に流れる溶融金属が電極部対と接触することなく 流出してしまうおそれがある。 この点、 この溶融金属の流れ制御装置で は、 流路内を流れる溶融金属と電極部対との接触が接触促進手段により 保障される。 このため、 流路内を流れる溶融金属を電極部対に確実に接 触させることができ、 該電極部対から溶融金属に通電させて所定のロー レンツカを該溶融金属に確実に作用させることができる。 したがって、 流路内を流れる溶融金属が電極部対と接触することなく流出してしまう ような不都合を、 回避することができる。
かかる観点より、 流路が垂直に又は傾斜して延在している場合は、 前 記接触促進手段を設けることが好ましい。
好適な態様において、 前記接触促進手段は、 前記第 1電極部を構成す る前記第 1分割電極同士の間から前記流路内に延在する少なく とも 1個 の第 1堰と、 該第 1堰と前記溶融金属の流れ方向に間隔を隔てて配設さ れた、 前記第 2電極部を構成する前記第 2分割電極同士の間から前記流 路内に延在する少なく とも 1個の第 2堰とにより構成されている。
この溶融金属の流れ制御装置では、 第 1堰及び第 2堰に溶融金属が当 接することで、 溶融金属の流れの方向を変えたり、 第 1堰及び第 2堰の 上流側に溶融金属の一部を滞留させたりすることができ、 これによつて 溶融金属と電極部対との接触を促進させることが可能になる。
好適な態様において、 前記第 1堰と前記第 2堰とは前記溶融金属の流 れ方向に交互に配設されている。
この溶融金属の流れ制御装置では、 第 1分割電極同士の間から流路内 に延在する第 1堰と、 第 2分割電極同士の間から流路内に延在する第 2 堰とが溶融金属の流れ方向に交互に配設されているので、 溶融金属の円 滑な流れを確保するのに有利となる。 なお、 前記第 1堰と前記第 2堰と が前記溶融金属の流れ方向に並列に配設されていてもよく、 この場合で あっても溶融金属の流れが第 1堰及ぴ第 2堰で遮断されるようなことは ない。
好適な態様において、 前記接触促進手段は、 前記流路の側面又は底面 に設けられた複数個の溝により構成されている。
この溶融金属の流れ制御装置では、 流路の側面又は底面に設けられた 溝内に溶融金属の一部を滞留させることができ、 これによつて溶融金属 と電極部対との接触を促進させることが可能になる。
また、 接触促進手段としての溝が流路の側面又は底面に凹んで設けら れていることから、 前記接触促進手段によって流路が塞がれるようなこ とがなく、 流路内で物体を確実に通過させることができる。 このため、 例えば、 本発明の溶融金属の流れ制御装置を溶融めつき鋼板の製造に適 用する場合、 流路内で確実にめっき鋼板を通過させることができる。 なお、 前記溝をより実効のあるものとする観点より、 流路が垂直に延 在している場合はその流路の側面に溝を設け、 また、 流路が傾斜して延 在している場合はその流路の底面に溝を設けることが好ましい。
好適な態様において、 各前記溝は、 相対向する各前記第 1分割電極及 ぴ各前記第 2分割電極と対応する位置に設けられている。
この溶融金属の流れ制御装置では、 各前記第 1分割電極及び各前記第 2分割電極と対応する位置に溝が設けられているので、 溝内に留まる溶 融金属を第 1分割電極及び第 2分割電極に確実に接触させることができ る。
本発明の溶融金属の流れ制御装置の好適な態様において、 複数組の前 記分割電極対のうち、 他の組の分割電極対よりも前記流路内を流れる前 記溶融金属の下流側に配設された少なく とも一の組の分割電極対は、 他 の組の分割電極対よりも電極面積が小さい小型第 1分割電極及び小型第 2分割電極よりなる、 少なく とも一組の小型分割電極対を含んでいる。 この溶融金属の流れ制御装置では、 流路内を流れる溶融金属の下流側 に、 他の組の分割電極対よりも電極面積の小さい小型分割電極対が配設 されている。 このため、 小型分割電極対が配設された下流側において、 溶融金属の停止位置あるいは流量をその流れ方向に細かく制御すること が可能になる。
請求項 8に記載のコールド ' クルーシブル装置は、 溶融金属が収容さ れる溶融金属浴と、 該溶融金属浴の底部又は側部に前記流路が接続され た、 請求項 1乃至 7のいずれか一つに記載の溶融金属の流れ制御装置と、 を備えていることを特徴とするものである。
このコールド . クルーシブル装置では、 溶融金属浴に収容された溶融 金属が流れる前記流路において、 溶融金属を安定に保持したり、 溶融金 属の流速や流量を安定に制御したりすることができる。
請求項 9に記載の溶融めつき装置は、 溶融金属が収容される溶融めつ き浴と、 該溶融めつき浴の底部又は側部に前記流路が接続された、 請求 項 1乃至 7のいずれか一つに記載の溶融金属の流れ制御装置と、 を備え ていることを特徴とするものである。
この溶融めつき装置では、 溶融めつき浴に収容された溶融金属が流れ る前記流路において、 溶融金属を安定に保持したり、 溶融金属の流速や 流量を安定に制御したりすることができる。
上記課題を解決する本発明の溶融金属の流れ制御方法は、 流路内を流 れる溶融金属に直流電流及び静磁場を重畳印加することにより発生する ローレンツ力を利用して、 該溶融金属の流れを制御する溶融金属の流れ 制御方法において、 それぞれが相互に離間し、 且つ、 相対向するように 前記溶融金属の流れ方向に分割して配設された複数個の第 1分割電極及 び第 2分割電極よりなる、 複数組の分割電極対を備えた電極部対を用い、 所定の前記ローレンツ力を発生させるのに必要な電流密度の直流電流を、 前記流路内を流れる前記溶融金属が接触した各前記分割電極対に分割し て通電させることを特徴とするものである。
この溶融金属の流れ制御方法では、 流路内を流れる溶融金属が接触し た各分割電極対に、 所定のローレンツ力を発生させるのに必要な電流密 度の直流電流を分割して通電させる。 このため、 各分割電極対への通電 により発生した各ローレンツ力の総和によって、 流路内を流れる溶融金 属の流れに対して所定の制御を行うことができる。
例えば、 流路内で溶融金属の流れ先頭部を所定位置 aで保持させるに 必要なローレンツ力の総和が F aで、 F aのローレンツ力を発生させる のに必要な直流電流の電流密度が J aであり、 その位置 aに到達するま でに溶融金属が接触する分割電極対が 5組であるときは、 5組の各分割 電極対に対してそれぞれ電流密度が J a , J a 2 , J a 3 , J a 4 , J a 5 となるように分割して通電させれば、 各分割電極対でそれ ぞれ , F a 2 , F a 3 , F a 4 , F a 5 のローレンツ力を発 生させて、 ローレンツ力の総和 F a ( F a = F a ! + F a 2 + F a 3 + F a 4 + F a 5 ) を得ることができる。
このように、 本発明の溶融金属の流れ制御方法では、 各分割電極対に 通電してローレンツ力をそれぞれ発生させ、 各ローレンツ力の総和によ つて、 流路内を流れる溶融金属の流れに対して所定の制御を行うのに必 要なローレンツ力を確保している。 このため、 大きなローレンツ力の総 和を得るべく、 電極対全体に大電流を通電して全体としての電流密度を 大きくする場合であっても、 各分割電極対に対しては分割された分の電 流を通電すれば足りる。 また、 各分割電極対に流す電流を任意に変えて、 全体で必要量の電流を通電すればよい。 したがって、 一組の電極対に大 電流が通電されるという電流の一点集中を避けることができる。 よって、 電流の一点集中により発生する溶融金属流れの不安定現象を回避するこ とが可能となる。
したがって、 本発明の溶融金属の流れ制御方法によれば、 流路内を流 れる溶融金属の流れ先頭部を所定位置で安定に保持したり、 あるいは流 路内を流れる溶融金属の流速や流量を安定に制御したりすることが可能 になる。
また、 電流の一点集中による不都合を避けつつ、 大電流を印加するこ とができるので、 溶融金属の流れに対して所定の制御を行うべく、 大き なローレンツ力を確保する際に、 強磁場を作用させる必要がない。 この ため、 安価な溶融金属の流れ制御プロセスを実現できる。 本発明の溶融金属の流れ制御方法は、 好適な態様において、 前記流路 内を流れる前記溶融金属の流れ先頭部が所定位置で保持されるように、 該溶融金属の流れを制御する。
この態様によれば、 流路内を流れる溶融金属の流れ先頭部を所定位置 で安定に保持することができるので、 例えば、 前記空中ポッ トを用いる、 溶融金属めつき鋼板の製造に好適に利用することが可能になる。
本発明の溶融金属の流れ制御方法は、 好適な態様において、 前記流路 内を流れる前記溶融金属の流量が所定量となるように、 該溶融金属の流 れを制御する。 '
この態様によれば、 流路内を流れる溶融金属の流量を安定に制御する ことができる。 このため、 例えば、 チタンやジルコニウム等の活性金属 又は高融点金属の溶湯を非接触保持する、 コールド ' クルーシブルプロ セスに適用すれば、 溶融金属の排出に際して注湯速度を安定に制御する ことが可能になる。 また、 鉄鋼製造において、 取鍋からタンディッシュ へ溶鋼を注湯するノズルゃタンディッシュから連続錄造機へ溶鋼を注湯 するノズルの流量制御に適用できる。
本発明の溶融金属の流れ制御方法の好適な態様において、 複数組の前 記分割電極対のうち、 他の組の分割電極対よりも前記流路内を流れる前 記溶融金属の下流側に配設された少なく とも一の組の分割電極対には、 他の組の分割電極対よりも小さな電流値の電流を流す。
このように、 他の組の分割電極対よりも下流側に配設された少なく と も一の組の分割電極対に、 他の組の分割電極対よりも小さな電流値の電 流を流すことにより、 溶融金属の流れに対してより精細な制御が可能に なる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施形態 1に係る溶融金属の流れ制御装置を模式的 に示す斜視図である。
図 2は、 本発明の実施形態 2に係る溶融金属の流れ制御装置の要部た る、 接触促進手段及び分割電極対等を模式的に示す斜視図である。
図 3は、 本発明の実施形態 3に係る溶融金属の流れ制御装置の要部た る、 流路形成用部材を模式的に示す斜視図である。
図 4は、 本発明の実施形態 3に係る溶融金属の流れ制御装置の要部た る、 流路形成用部材を模式的に示す分解斜視図である。
図 5は、 本発明の実施形態 3に係る溶融金属の流れ制御装置の要部た る、 流路形成用部材を構成する本体の上面図である。
図 6は、 本発明の実施形態 3に係る溶融金属の流れ制御装置の要部た る、 流路形成用部材を中央で切断した部分縦断面図である。
図 7は、 本発明の実施形態 4に係る溶融金属の流れ制御装置の要部た る、 接触促進手段及び分割電極対等を模式的に示す斜視図である。
図 8は、 実施例に係る溶融金属の流れ制御装置を示し、 ( a ) は、 こ の装置の全体構成を模式的に示す説明図であり、 (b ) はこの装置の要 部たる 5組の分割電極対等を模式的に示す斜視図である。
図 9は、 実施例に係る溶融金属の流れ制御装置で行った実験結果を示 す写真である。
図 1 0は、 比較例に係る溶融金属の流れ制御装置を示し、 ( a ) は、 この装置の全体構成を模式的に示す説明図であり、 (b ) はこの装置の 要部たる一組の電極対等を模式的に示す斜視図である。
図 1 1は、 比較例に係る溶融金属の流れ制御装置で行った実験結果を 示す写真である。
図 1 2は、 比較例に係る溶融金属の流れ制御装置で行った実験結果を 示す写真である。
図 1 3は、 本発明の実施形態 1〜 3に係る溶融金属の流れ制御装置を コールド · クルーシプルプロセスに適用した例を示す模式断面図である。 図 1 4は、 本発明の実施形態 1〜 3に係る溶融金属の流れ制御装置を 溶融めつきプロセスに適用した例を示す模式断面図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の実施形態について、 図面を参照しつつ具体的に説明す る。
(実施形態 1 ) - 図 1に模式的に示す、 本実施形態に係る溶融金属の流れ制御装置は、 溶融金属 1が流れる流路 2と、 流路 2内を流れる溶融金属.1 との接触に より溶融金属 1に直流電流を通電可能な通電手段 3と、 流路 1内を流れ る溶融金属 1に静磁場を作用させる静磁場発生手段 4とを備えている。 通電手段 3は、 流路 2内を流れる溶融金属 1 と接触可能な領域に、 相 互に離間し、 且つ、 相対向して配設された第 1電極部 5及び第 2電極部 6よりなる電極部対を備えている。 この電極部対は、 5組の分割電極対 を備えている。 すなわち、 第 1電極部 5は、 溶融金属の流れ方向に分割 して配設された 5個の第 1分割電極 5 a〜 5 e と、 両端に位置する第 1 分割電極 5 a及び 5 eの端面並びに各第 1分極電極 5 a〜 5 e間にそれ ぞれ配設された 6個の絶縁板 7とから構成されている。 同様に、 第 2電 極部 6は、 溶融金属の流れ方向に分割して配設された 5個の第 2分割電 極 6 a〜 6 e と、 両端に位置する第 2分割電極 6 a及ぴ 6 eの端面並び に各第 2分極電極 6 a〜 6 e間にそれぞれ配設された 6個の絶縁板 7と から構成されている。 そして、 各第 1分割電極 5 a〜 5 e と、 各第 2分 割電極 6 a〜 6 e とは、 それぞれが相対向するように、 すなわち第 1分 割電極 5 a及ぴ第 2分割電極 6 a同士、 第 1分割電極 5 b及び第 2分割 電極 6 b同士、 第 1分割電極 5 c及び第 2分割電極 6 c同士、 第 1分割 電極 5 d及び第 2分割電極 6 d同士、 第 1分割電極 5 e及ぴ第 2分割電 極 6 e同士がそれぞれ相対向するように配設されている。
なお、 本実施形態では、 流路 2は重力方向に垂直に延在しており、 第
1分割電極 5 a〜 5 e及ぴ第 2分割電極 6 a〜 6 eは、 流路 2内を重力 方向 (図 1の下方) に流れる溶融金属 1の上流側から、 第 1分割電極 5 a及び第 2分割電極 6 a、 第 1分割電極 5 b及び第 2分割電極 6 b、 ···、 第 1分割電極 5 e及び第 2分割電極 6 eの順に配設されている。
そして、 これら 5組の分割電極対は、 並列に配置されて、 直流電源 8 に接続されており、 各分割電極対にはそれぞれ抵抗 9が直列に接続され ている。 これにより、 直流電源 8から一定の電圧で各抵抗 9を介して 5 組の分割電極対にそれぞれ直流電流が印加されるようになっており、 流 路 2内を流れる溶融金属 1に対して、 流路 2の長辺方向 (図 1の左右方 向であって、 長方形状をなす流路 2の断面形状における長辺方向) で図 1の矢印 X方向に直流電流が通電可能となっている。 なお、 抵抗 9の代 わりに定電流装置を用いてもよい。
流路 2の一端 (図 1の上方側の一端) は、 図示しない溶融金属浴の底 部に接続されており、 この溶融金属浴内に収容された溶融金属 1が流路 2内を重力方向に流れるようになつている。 この流路 2は、 断面形状が 長方形状をなし、 この長方形状の短辺に相当する、 相互に離間し、 且つ、 相対向する一組の側壁が前記第 1電極部 5及び前記第 2電極部 6により 構成されている。 なお、 図 1では、 前記長方形状の長辺に相当する、 流 路 2の他の一組の側壁は、 図を作成する際の便宜上、 省略している。
静磁場発生手段 4は、 流路 2の短辺方向 (長方形状をなす流路 2の断 面形状における短辺方向) に相対向するように、 流路 2を挟んで対峙し て配設された一対の電磁石 1 0 a、 1 0 bよりなる。 この静磁場発生手 段 4による静磁場は、 一方の電磁石 1 0 aから他方の電磁石 1 0 bに向 かって、 流路 2の短辺方向で図 1の矢印 Y方向に作用するようになって いる。
したがって、 流路 2内を流れる溶融金属 1に対して、 通電手段 3から の直流電流と静磁場発生手段 4からの静磁場とが重畳印加されることで、 フレミングの左手の法則により、 直角方向に作用する直流電流及ぴ静磁 場の双方に直交する方向で、 重力方向と反対の鉛直方向 (図 1の矢印 Z 方向)、 すなわち流路 2を流れる溶融金属 1の上流側たる逆流方向に、 所定のローレンツ力が作用するようになつている。
そして、 この実施形態に係る溶融金属の流れ制御装置では、 流路 2内 を流れる溶融金属 1 との接触により溶融金属 1に直流電流を通電可能な 通電手段 3が、 流路 2内を流れる溶融金属 1 と接触可能な領域に、 相互 に離間し、,且つ、 相対向して配設された第 1電極部 5及び第 2電極部 6 よりなる電極部対を備えており、 この電極部対は、 それぞれが相対向す るように獰融金属 1の流れ方向に分割して配設されたそれぞれ 5個の第 1分割電極 5 a〜 5 e及ぴ第 2分割電極 6 a〜6 eよりなる、 5組の分 割電極対を備えている。
すなわち、 この溶融金属の流れ制御装置では、 流路 2内を流れる溶融 金属 1 と接触可能な電極部対が、 溶融金属 1の流れ方向に分割して配設 された 5組の分割電極対を備えている。 このため、 流路 2内を流れる溶 融金属 1は最上流位置に配置された分割電極対 (第 1分割電極 5 a及び 第 2分割電極 6 a ) から順に接する。 したがって、 最上流の分割電極対 (第 1分割電極 S a及び第 2分割電極 6 a ) から順次、 溶融金属 1に通 電して、 ローレンツ力を発生させることができる。 よって、 この各分割 電極対に通電させることで発生する各ローレンツ力の総和によって、 流 路 2内を流れる溶融金属 1の流れを抑制して所定の制御を行うことがで きる。
例えば、 流路 2内で溶融金属 1の流れ先頭部を、 最下流位置に配設さ れた分割電極対 (第 1分割電極 5 e及び第 2分割電極 6 e ) の位置 eで 保持させたい場合であって、 この位置 eで溶融金属 1の流れ先頭部を保 持させるのに必要なローレンツ力の総和が F eで、 F eのローレンツ力 を発生させるのに必要な直流電流の電流密度が J eであるときを想定す る。 このときは、 例えば、 5組の各分割電極対に対してそれぞれ電流密 度が J e Z 5となるように分割して通電させれば、 各分割電極対でそれ ぞれ F e / 5のローレンツ力を発生させて、 ローレンツ力の総和 F eを 得ることができる。
このように、 本実施形態に係る溶融金属の流れ制御装置及びその方法 では、 各分割電極対に通電してローレンツ力をそれぞれ発生させ、 各口 一レンツ力の総和によって、 流路 2内を流れる溶融金属 1の流れに対し て所定の制御を行うのに必要なローレンツ力を確保している。 このため、 大きなローレンツ力の総和を得るべく、 電極対全体に大電流を通電して 全体としての電流密度を大きくする場合であっても、 各分割電極対に対 しては分割された分の電流を通電すれば足りる。 また、 各分割電極対に 流す電流を任意に変えて、 全体で必要量の電流を通電すればよい。 した がって、 一組の電極対に大電流が通電されるという電流の一点集中を避 けることができる。 よって、 電流の一点集中により発生する溶融金属流 れの不安定現象を回避することが可能となる。
したがって、 本実施形態によれば、 流路 1内を流れる溶融金属 2の流 れ先頭部を所定位置で安定に保持したり、 あるいは流路 1内を流れる溶 融金属の流速や流量を安定に制御したりすることが可能になる。
また、 電流の一点集中による不都合を避けつつ、 大電流を印加するこ とができるので、 溶融金属 1の流れに対して所定の制御を行うべく、 大 きなローレンツ力を確保する際に、 強磁場を作用させる必要がない。 こ のため、 安価な溶融金属の流れ制御プロセスを実現できる。
(実施形態 2 )
図 2に模式的に示す本実施形態は、 前記実施形態 1に係る溶融金属の 流れ制御装置における前記流路 2に、 接触促進手段を設けたものである。 すなわち、 この流路 2には、 流路 2内を流れる溶融金属 1の流れを構造 的に制御して、 溶融金属 1 と前記第 1電極部 5及び前記第 2電極部 6と の接触を促進させる接触促進手段 1 0が設けられている。
この接触促進手段 1 0は、 前記第 1電極部 5を構成する前記第 1分割 電極 5 a〜 5 e同士の間の各絶縁板 7から前記流路 2内に延在する 3個 の第 1堰 1 1 a〜 1 1 c と、 前記第 2電極部 6を構成する前記第 2分割 電極 6 a〜 6 e同士の間の各'絶縁板 7から前記流路 2内に延在する 2個 の第 2堰 1 2 a〜 1 2 b とにより構成されている。 これら第 1堰 1 1 a
〜 1 1 c と第 2堰 1 2 a〜 1 2 bとは、 溶融金属 1の流れ方向に間隔を 隔てて交互に配設されている。 また、 これらの第 1堰 1 1 a〜 l 1 c及 び第 2堰 1 2 a〜 1 2 bは、 いずれも絶縁板 7から流路 2の途中まで延 在している。 こう して、 流路 2内には、 上流側から順に、 第 1堰 1 1 a、 第 2堰 1 2 a、 第 1堰 l l b、 第 2堰 1 2 b、 第 1堰 1 1 cが配設され ている。 このため、 流路 2内では、 これら第 1堰 1 1 a〜 l 1 c及び第 2堰 1 2 a〜 1 2 bに案内されつつ、 溶融金属 1が上流側から下流側に 円滑に流れるようになつている。
したがって、 この溶融金属の流れ制御装置では、 流路 2内を流れる溶 融金属 1が第 1堰 1 1 a〜 1 1 c及ぴ第 2堰 1 2 a〜 1 2 bに当接する ことで、 溶融金属 1の流れ方向を変えたり、 各第 1堰 1 1 a〜 1 1 c及 び第 2堰 1 2 a〜 1 2 bの上流側に溶融金属 1の一部を滞留させたりす ることができ、 これによつて溶融金属 1 と各第 1分割電極 5 a〜 5 e及 ぴ第 2分割電極 6 a〜 6 eとの接触を保障することが可能になる。 この ため、 流路 2内を流れる溶融金属 1を各第 1分割電極 5 a〜 5 e及び第 2分割電極 6 a〜 6 eに確実に接触させることができ、 各第 1分割電極 5 a〜 5 e及ぴ第 2分割電極 6 a〜 6 eから溶融金属 1に通電させて所 定のローレンツ力を溶融金属 1に確実に作用させることができる。 した がって、 重力方向に流れる溶融金属 1が各第 1分割電極 5 a〜 5 e及び 第 2分割電極 6 a〜 6 e と接触することなく流出してしまうような不都 合を、 回避することができる。
その他の構成及び作用効果は、 前記実施形態 1 と基本的に同様である。 したがって、 実施形態 1の説明を援用し、 重複的記載を避けることとす る。
(実施形態 3 )
図 3〜図 6に模式的に示す本実施形態に係る溶融金属の流れ制御装置 は、 流路形成用部材 1 3を備えている。 この流路形成用部材 1 3は、 底 壁部 1 4 a及び底壁部 1 4 a'から建ち上がる両側壁部 1 4 b、 1 4 cよ りなる、 断面コの字状の本体 1 4と、 本体 1 4の上部開口を覆うように 本体 1 4に固定された蓋 1 5 とから構成されている。 そして、 この本体
1 4と蓋 1 5 とにより、 本体 1 4の一端から他端に延びる、 断面形状が 長方形状の流路 2が形成されている。 なお、 本体 1 4及ぴ蓋 1 5は絶縁 材料により構成されている。
この流路形成用部材 1 3は、 図示しない溶融金属浴の側壁から傾斜し て配設されており、 流路 2が傾斜して延在している。 このため、 この溶 融金属浴内に収容された溶融金属 1が流路 2内を傾斜して (図 3の右上 から左下に向かって) 流れるようになつている。
また、 傾斜して延在する前記流路 2の底面、 すなわち前記本体 1 4の 底壁部 1 4 aには、 5個の溝 1 6 a〜 1 6 eが、 流路 2内を流れる溶融 金属 1の流れ方向に間隔を隔てて凹設されている。 各溝 1 6 a〜 1 6 e は、 前記流路 2内を流れる溶融金属 1の流れ方向に対して直交方向に、 一方の側壁部 1 4 bから他方の側壁部 1 4 cまで連続して延在している。 また、 各溝 1 6 a〜 1 6 eは、 流路 2の高さの値よりも深さの値が大き くなるように設けられている (本実施形態では、 溝 1 6 a〜 1 6 eの深 さが流路 2の高さの 3倍程度となっている)。 そして、 両側壁部 1 4 b 及び 1 4 cには、 各溝 1 6 a〜 1 6 e と対応する位置に、 前記第 1分割 電極 5 a〜 5 e及び前記第 2分割電極 6 a〜 6 eが配設されている。 各 第 1分割電極 5 a〜 5 e及び第 2分割電極 6 a〜 6 eは、 側壁部 1 4 b 及ぴ 1 4 cの項面から各溝 1 6 a〜 1 6 eの底面まで延びている。 した がって、 各溝 1 6 a〜 1 6 eは、 各溝 1 6 a〜 1 6 eが延在する方向に 対向して配設された各第 1分割電極 5 a〜 5 e及び第 2分割電極 6 a〜 6 eにより区画されている。
また、 図 6に示されるように、 各溝 1 6 a〜 1 6 e同士を隔てる隔壁 には管が配設されており、 隣り合う溝 1 6 a〜 1 6 e同士が連通孔 1 7 a〜 1 7 dにより連通されている。 これら連通孔 1 7 a〜 1 7 dは、 流 路 2内を流れる溶融金属 1 の上流側から下流側に向かって、 順に高さ (形成位置の高さ) が低くなるように設けられている。 すなわち、 最上 流に位置する連通孔 1 7 aが溝 1 6 aの底面から最も遠い高い位置に設 けられており、 下流側に向かって順に低い位置とされ、 最下流に位置す る連通孔 1 7 dが溝 1 6 eの底面から最も近い低い位置に設けられてい る。
こう して、 各連通孔 1 7 a〜 1 7 dを介して、 上流側の溝 1 6 aから 下流側の溝 1 6 eに向かって溶融金属 1が流れることで、 各溝 1 6 a〜 1 6 e内に溶融金属が確実に入り込むようになつている。
したがって、 本実施形態に係る溶融金属の流れ制御装置では、 傾斜し て延在する流路 2の底面に凹設された各溝 1 6 a〜 l 6 e内に、 流路 2 内を流れる溶融金属 1の一部を確実に滞留させることができる。 しかも、 これら各溝 1 6 a〜 1 6 eは各前記第 1分割電極 5 a〜 5 e及ぴ各前記 第 2分割電極 6 a〜 6 b と対応する位置に設けられているので、 各溝 1 6 a〜 1 6 eに滞留させた溶融金属 1を第 1分割電極 5 a〜 5 e及び第 2分割電極 6 a〜 6 eに確実に接触させることができる。
また、 各溝 1 6 a〜 l 6 eの深さの値が流路 2の高さの値よりも大き くなるように設定されているので、 各溝 1 6 a〜 1 6 eに溜まった溶融 金属 1 と第 1分割電極 5 a〜 5 e及ぴ第 2分割電極 6 a〜 6 e との接触 面積を大きく確保することができる。
さらに、 連通孔 1 7 a〜 1 7 dの高さが上流側から下流側に向かって 順に低くなるように設定されているので、 例えば溶融金属 1の流れ始め において、 溝 1 6 a〜 1 6 e内に溜まる溶融金属 1の量は、 上流に位置 する溝ほど多くなり、 その結果、 上流側ほど溶融金属 1 と分割電極対と の接触面積を大きく して確実に接触させることができる。
また、 接触促進手段としての各溝 1 6 a〜 1 6 e ,が流路 2の底面に凹 設されていることから、 流路 2内で物体を確実に通過させることができ る。 このため、 例えば、 この溶融金属の流れ制御装置を溶融めつき鋼板 の製造に適用する場合、 流路 2内で確実にめっき鋼板を通過させること ができる。
その他の構成及び作用効果'は、 前記実施形態 1 と基本的に同様である。 したがって、 実施形態 1の説明を援用し、 重複的記載を避けることとす る。
(実施形態 4 )
図 7に模式的に示す本実施形態は、 前記実施形態 2に係る溶融金属の 流れ制御装置において、 第 1分割電極 5 e及び第 2分割電極 6 eを、 さ らに 3分割したものである。 すなわち、 第 1分割電極 5 eは、 3個の小型第 1分割電極 5 1 e〜 5 3 eよりなる。 同様に、 第 2分割電極 6 eは、 3個の小型第 2分割電極 6 1 e〜 6 3 eよりなる。 こう して、 5組の前記分割電極対 (第 1分割 電極 5 a〜 5 e及ぴ第 2分割電極 6 a〜 6 e ) の内、 他の 4組の分割電 極対 (第 1分割電極 5 a〜 5 d及び第 2分割電極 6 a〜 6 d) よりも下 流側の最下流位置に配設された、 1組の分割電極対 (第 1分割電極 5 e 及ぴ 6 e ) 力 S、 他の 4組の分割電極対 (第 1分割電極 5 a〜 5 d及ぴ第 2分割電極 6 a〜 6 d) よりも電極面積が小さい 3個の小型第 1分割電 極 5 1 e〜 5 3 e及び小型第 2分割電極 6 1 e〜 6 3 eよりなる、 3組 の小型分割電極対を含んでいる。
なお、 各小型第 1分割電極 5 1 e〜 5'3 e間及び各小型第 2分割電極 6 1 e〜 6 3 e間には、 それぞれ絶縁板 7が配設されている。
したがって、 この溶融金属の流れ制御装置では、 流路 2内を流れる溶 融金属 1の下流側に、 他の分割電極対を構成する第 1分割電極 5 a〜 5 d及び第 2分割電極 6 a〜 6 dよりも電極面積が小さい、 小型第 1分割 電極 5 1 e〜 5 3 e及ぴ小型第 2分割電極 6 1 e〜 6 3 eよりなる、 3 組の小型分割電極対が配設されている。 このため、 3組の小型分割電極 対が配設された下流側において、 溶融金属 1の停止位置あるいは流量を その流れ方向に細かく制御することが可能になる。 また、 これら 3組の 小型分割電極対に、 他の分割電極対 (第 1分割電極 5 a〜 5 d及び第 2 分割電極 6 a〜 6 d) よりも小さな電流値の電流を流すことにより、 溶 融金属 1の流れに対してより精細な制御が可能になる。
その他の構成及び作用効果は、 前記実施形態 1及び前記実施形態 2と 基本的に同様である。 したがって、 実施形態 1、 2の説明を援用し、 重 複的記載を避けることとする。
(実施例)
磁場印加による溶融金属の保持のモデル実験として、 図 8に示す装置 で実験を行った。
この装置は、 5組の分割電極対に直流電流を分割して通電するもので、 本発明の実施例に係るものである。 この装置では、 溶融金属としての溶 融ガリ ウム (以下、 溶融 G a という) 2 0が収容された溶融金属浴 2 1 の底部に導管 2 2の一端が接続されており、 この導管 2 2内に流路 2 3 , が形成されている。 導管 2 2は流路 2 3が水平に延在するように配設さ れており、 導管 2 2の中央部上面にカメラ撮影用の透明なァクリル板 2 4が設げられている。 なお、 流路 2 3は、 横幅 8 m m、 高さ 4 m mの断 面長方形状をなしている。 また、 溶融金属浴 2 1の浴高さは 2 5 m mで ある 0 '
導管 2 2には、 流路 2 3内を流れる溶融 G a 2 0と接触可能な領域に、 それぞれが相互に離間し、 且つ、 相対向するように溶融 G a 2 0の流れ 方向に分割して配設された 5個の第 1分割電極 2 5 a〜 2 5 e及び 5個 の第 2分割電極 2 6 a〜 2 6 eよりなる、 5組の分割電極対が設けられ ている。 各第 1分割電極 2 5 a〜 2 5 e及ぴ各第 2分割電極 2 6 a〜 2 6 eは、 幅 (溶融 G a 2 0の流れ方向の幅) 1 m mの銅電極よりなり、 2 m m間隔で配設されている。
そして、 流路 2 3内を水平方向に流れる溶融 G a 2 0に対して、 直流 電源 2 7により 5組の分割電極対に直流電流を分割して印加するととも に、 超伝導磁石 2 8により直流電流に垂直の方向から静磁場を印加する ことで、 これら直流電流及ぴ静磁場の相互作用で発生するローレンツ力 を溶融 G a 2 0の流れ方向と逆流する方向に作用させて、 溶融 G a 2 0 の漏洩の抑制を行い、 その様子をビデオカメラ 2 9で観察した。 なお、 各分割電極対には、 それぞれ同量の電圧を印加するための抵抗 3 0が直 列に接続されている。
この実施例の装置において、 磁場の強度を 4 T、 2 Τとして、 電極に 印加する電圧を変化させて実験を行った。 溶融 G a 2 0が電極と接した 時間を 0として時間の経過と、 溶融 G a 2 0の流れ先頭部の様子をまと めた結果を図 9に示す。 なお、 図 9において、 囪の下から上に向かって 溶融 G a 2 0が流れており、 白い線で示す部分が溶融. G a 2 0の流れ先 頭部である。 また、 磁場強度、 電圧の各条件での安定保持の結果を表 1に示す。 な お、 表 1における〇印は、 '溶融 G a 2 0を安定して保持できたことを示 し、 X印は溶融 G a 2 0を安定保持できなかったことを示す。
〔表 1〕
Figure imgf000023_0001
表 1及び図 9に示されるように、 4 Tの磁場を印加した場合には 2〜 6 Vの間で、 また 2 Tの磁場を印加した場合には 3 V〜 6 Vの間で、 溶 融 G a 2 0を安定に保持することができた。 なお、 7 V以上の電圧を印 加した場合には、 溶融 G a 2 0が小刻みに振動する不安定現象が見られ た。 この振動は電流のオン ' オフに因るもので、 このような不安定性は 電極の損耗を招く。
このように、 5組の分割電極対を採用した本実施例では、 各電極対で 電流が印加されて発生した各組でのローレンツ力の総和が静圧よりも大 きくなる位置で、 溶融 G a 2 0の流れ先頭部が保持され、 広い安定領域 が得られた。
(比較例)
比較のため、 図 1 0に示す装置を用いて、 同様の実験を行った。
この比較例に係る装置は、 5組の分割電極対の代わりに 1組の電極対 (幅 1 0 m mの第 1銅電極 3 1及び第 2銅電極 3 2 ) を採用すること以 外は、 前記実施例の装置と同様の構成である。
この比較例の装置において、 前記実施例と同様、 磁場の強度を 4 T、 2 Τとして、 電極に印加する電圧を変化させて実験を行った。 電極と接 した時間を 0として時間の経過と、 溶融 G aの流れ先頭部の様子をまと めた結果を図 1 1及ぴ図 1 2に示す。 なお、 図 1 1が磁束密度 4丁での 結果、 図 1 2が磁束密度 2 Tでの結果である。 また、 図 1 1及び図 1 2 において、 図の下から上に向かって溶融 G a 2 0が流れており、 白い線 で示す部分が溶融 G a 2 0の流れ先頭部である。
また、 磁場強度、 電圧の各条件での安定保持の結果を表 2に示す。 な お、 表 2における〇印は、 溶融 G a 2 0を安定して保持できたことを示 し、 X印は溶融 G a 2 0を安定保持できなかったことを示す。
〔表 2〕
Figure imgf000024_0001
図 1 1及び表 2に示されるように、 4 Tの磁場を印加した場合には 3 V〜 6 Vの間で溶融 G a 2 0が安定に保持された。 この場合、 溶融 G a 2 0は電極先端でのみ保持されていた。 一方、 図 1 2及び表 2に示され るように、 磁場を 2 Tに弱く.した場合は、 5 V以下では溶融 G a 2 0を 保持することができなかった。
また、 前記実施例と同様、 7 V以上の電圧を印加した場合には、 溶融 G a 2 0が小刻みに振動する不安定現象が見られた。
したがって、 1組の電極対では、 電流の集中を招き、 溶融金属の安定 保持が難しいことが確認された。
(適用例 1 )
前記実施形態 1〜 3に係る溶融金属の流れ制御装置 Mをコールド · ク ルーシブルプロセスに適用した例を示す図 1 3に示す。
図 1 3に示されるコールド · クルーシブル装置は、 溶融金属が収容さ れ、 絶縁材料よりなる溶融金属浴 7 1 と、 この溶融金属浴 7 1の底部に 前記流路が接続された溶融金属の流れ制御装置 Mとを備えている。 すな わち、 溶融金属浴 7 1の底壁に貫通孔 7 1 aが設けられており、 この貫 通孔 7 1 aに通じるように垂直に配設された接続管 (接続管内が前記流 路となる) の部分に溶融金属の流れ制御装置 Mが配設されている。
このコールド ' クルーシブル装置では、 溶融金属浴 7 1に収容された 溶融金属が流れる前記流路において、 溶融金属を安定に保持したり、 溶 融金属の流速や流量を安定に制御したりすることができる。
(適用例 2 )
前記実施形態 1〜 3に係る溶融金属の流れ制御装置 Mを溶融めつきプ 口セスに適用した例を示す図 1 4に示す。
図 1 4に示される溶融めつき装置は、 溶融金属が収容され、 絶縁材料 よりなる溶融めつき浴 8 1 と、 この溶融めつき浴 8 1の側部に前記流路 が接続された溶融金属の流れ制御装置 Mとを備えている。 すなわち、 溶 融めっき浴 8 1の側壁の下端部に貫通孔 8 1 aが設けられており、 この 貫通孔 8 1 aに通じるように傾斜して配設された接続管 (接続管内が前 記流路となる) の部分に溶融金属の流れ制御装置 Mが配設されている。
この溶融めつき装置では、 溶融めつき浴 8 1に収容された溶融金属が 流れる前記流路において、 溶融金属を安定に保持したり、 溶融金属の流 速や流量を安定に制御したりすることができる。

Claims

請求の範囲
1 . 溶融金属が流れる流路と、 該流路内を流れる該溶融金属との接触に より該溶融金属に直流電流を通電可能な通電手段と、 該流路内を流れる 該溶融金属に静磁場を作用させる静磁場発生手段とを備え、 該流路内を 流れる該溶融金属に該直流電流及び該静磁場を重畳印加することにより 発生するローレンツ力を利用して、 該溶融金属の流れを制御する溶融金 属の流れ制御装置において、
前記通電手段は、 前記流路内を流れる前記溶融金属と接触可能な領域 に、 相互に離間し、 且つ、 相対向して配設された第 1電極部及び第 2電 極部よりなる電極部対を備え、
前記電極部対は、 それぞれが相対向するように前記溶融金属の流れ方 向に分割して配設された複数個の第 1分割電極及び第 2分割電極よりな る、 複数組の分割電極対により構成されていることを特徴とする溶融金 属の流れ制御装置。 .
2 . 前記流路には、 該流路内を流れる前記溶融金属の流れを構造的に制 御して該溶融金属と前記電極部対との接触を促進させる接触促進手段が 設けられていることを特徴とする請求項 1記載の溶融金属の流れ制御装 置。
3 . 前記接触促進手段は、 前記第 1電極部を構成する前記第 1分割電極 同士の間から前記流路内に延在する少なく とも 1個の第 1堰と、 該第 1 堰と前記溶融金属の流れ方向に間隔を隔てて配設された、 前記第 2電極 部を構成する前記第 2分割電極同士の間から前記流路内に延在する少な く とも 1個の第 2堰とにより構成されていることを特徴とする請求項 2 記載の溶融金属の流れ制御装置。
4 . 前記第 1堰と前記第 2堰とは前記溶融金属の流れ方向に交互に配設 されていることを特徴とする請求項 3記載の溶融金属の流れ制御装置。
5 . 前記接触促進手段は、 前記流路の側面又は底面に設けられた複数個 の溝により構成されていることを特徴とする請求項 2記載の溶融金属の 流れ制御装置。
6 . 各前記溝は、 相対向する各前記第 1分割電極及び各前記第 2分割電 極と対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項 5記載の溶 融金属の流れ制御装置。
7 . 複数組の前記分割電極対のうち、 他の組の分割電極対よりも前記流 路内を流れる前記溶融金属の下流側に配設された少なく とも一の組の分 割電極対は、 他の組の分割電極対よりも電極面積が小さい小型第 1分割 電極及び小型第 2分割電極よりなる、 少なく とも一組の小型分割電極対 を含んでいることを特徴とする請求項 1、 2、 3、 4、 5又は 6記載の 溶融金属の流れ制御装置。
8 . 溶融金属が収容される溶融金属浴と、 該溶融金属浴の底部又は側部 に前記流路が接続された、 請求項 1乃至 7のいずれか一つに記載の溶融 金属の流れ制御装置と、 を備えていることを特徴とするコールド, クル ーシプル装置。
9 . 溶融金属が収容される溶融めつき浴と、 該溶融めつき浴の底部又は 側部に前記流路が接続された、 請求項 1乃至 7のいずれか一つに記載の 溶融金属の流れ制御装置と、 を備えていることを特徴とする溶融めつき 装置。
1 0 . 流路内を流れる溶融金属に直流電流及ぴ静磁場を重畳印加するこ とにより発生するローレンツ力を利用して、 該溶融金属の流れを制御す る溶融金属の流れ制御方法において、
それぞれが相互に離間し、 且つ、 相対向するように前記溶融金属の流 れ方向に分割して配設された'複数個の第 1分割電極及び第 2分割電極よ りなる、 複数組の分割電極対を備えた電極部対を用い、
所定の前記ローレンツ力を発生させるのに必要な電流密度の直流電流 を、 前記流路内を流れる前記溶融金属が接触した各前記分割電極対に分 割して通電させることを特徴とする溶融金属の流れ制御方法。
1 1 . 前記流路内を流れる前記溶融金属の流れ先頭部が所定位置で保持 されるように、 該溶融金属の流れを制御することを特徴とする請求項 1 0記載の溶融金属の流れ制御方法。
1 2 . 前記流路内を流れる前記溶融金属の流量が所定量となるように、 該溶融金属の流れを制御することを特徴とする請求項 1 0記載の溶融金 属の流れ制御方法。
1 3 . 複数組の前記分割電極対のうち、 他の組の分割電極対よりも前記 流路内を流れる前記溶融金属の下流側に配設された少なく とも一の組の 分割電極対には、 他の組の分割電極対よりも小さな電流値の電流を流す ことを特徴とする請求項 1 0、 1 1又は 1 2記載の溶融金属の流れ制御 方法。
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