WO2016093328A1 - 溶湯品質改善型低圧鋳造方法及び装置、並びに溶湯品質改善型スクイズ鋳造方法及び装置、並びに連続鋳造方法及び溶湯品質改善装置付連続鋳造装置、並びに鋳造方法及び鋳造装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、鋳型に供給する前の溶湯に、前記溶湯の供給方向に沿った交流電流を流し、さらに前記交流電流と交差するように、前記溶湯を一側方から他側方に一方向に横切るように磁場を加えて、前記交流電流と前記磁場との交差により発生する電磁力により前記溶湯を振動させることにより、前記溶湯の品質の改善を図るものである。

Description

溶湯品質改善型低圧鋳造方法及び装置、並びに溶湯品質改善型スクイズ鋳造方法及び装置、並びに連続鋳造方法及び溶湯品質改善装置付連続鋳造装置、並びに鋳造方法及び鋳造装置

　本発明は、導電性金属（非鉄金属及び鉄）の溶湯の品質を改善する溶湯改質装置及び改質方法に関し、例えば、Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｎ又はこれらのうちの少なくとも２つの合金、あるいはＭｇ合金等の伝導体（導電体）等の非鉄金属、あるいは鉄等の、導電性金属から製品（鋳造品）を作製する際の溶湯の品質を改善する溶湯品質改善型低圧鋳造方法及び装置、並びに溶湯品質改善型スクイズ鋳造方法及び装置、並びに連続鋳造方法及び溶湯品質改善装置付連続鋳造用鋳型装置、並びに鋳造方法及び鋳造装置に関する。

　導電性金属の溶湯の品質を改善するものとして、例えば、特許文献１（本発明者と同一の発明者による発明）に示すものがあった。これは攪拌装置付き連続鋳造用鋳型装置に関するものであり、例えばビレットやスラブのような製品を連続して作製するものである。この装置では、固化する前の溶湯を鋳型（モ―ルド）の中で縦の軸線の回りに回転させながらビレット等の製品を作製していた。つまり、この特許文献１においては、溶湯を鋳型に注入した後にモールド内で攪拌等して、溶湯の品質を改善し、最終的に製品を高品質のものとして得るようにしている。

　ビレット等の作製を想定した場合においては特許文献１の技術で特には問題はない。つまり、このような技術としては、つまり縦の軸の回りに溶湯を回転して製品を得る技術としては、引用文献１に特に問題はなく、この意味で特許文献１の技術はそれ自体ある意味で完成されているとみることができる。このため、縦の軸の回りに溶湯を自由に回転させてビレットのような製品を得る装置とは異なり、中心から外側に複雑且つ不規則に出っ張りのあるような製品（例えば、複雑な凹凸のある自動車部品やその他の機械部品等）については、特許文献１の技術をもっては高品質のものとしては作製できないこともあり得るものの、当業者がそのことについて何等の不満をもつことはほとんどない。それは、特許文献１の技術はビレット等を製造するための技術であってそれ自体に特に問題は感じ得ないからである。

　然るに、特許文献１の発明の発明者は、特許文献１の技術では高品質のものとしては作製しにくい鋳造品であっても、高品質のものとして作製したいという技術的な課題を持っていた。この課題は本発明者に特有のもので、一般の当業者は持ち得ていない課題である。

　また、本発明者は、ビレットやスラブであっても、前記特許文献１とは異なる手法で、その品質をより高品質なものとすることができないかについても日夜思考をこらしている。このような課題も、上記と同様に、本発明者に特有のもので、一般の当業者は持ち得ていない課題である。

特許公報第５４３１３８号

　本発明は、上述の本発明者に特有の課題を解消するためになされたもので、その目的は、外側に飛び出るような複雑で不規則な突部を有するような、複雑な外形の製品であっても、確実に高品質のものとして得ることのできる溶湯品質改善型低圧鋳造方法及び装置並びに溶湯品質改善型スクイズ鋳造方法及び装置を、発熱量を抑え、メンテナンスも容易で、安価で実際上使いやすいものとして提供することにある。さらに、本発明の目的は、ビレットやスラブをより高品質に作成するための装置及び方法を提供することにある。さらに、本発明は、最上位概念の目的としては、各種の鋳造を行うに当たり、鋳造装置へ送る前の溶湯の品質を改善することにより、製品の改善を可能とする製造方法及び装置を提供することにある。

　本発明の実施形態の溶湯品質改善型低圧鋳造方法は、
　導電性金属の溶湯の収納容器に圧縮空気を送り込んで、溶湯をストーク本体部を介して金型装置の成形品用空洞に注入して成形品を得るようにした、溶湯品質改善型低圧鋳造方法であって、
　前記ストーク本体部と前記金型装置との間に、両者を連通する連通部を設け、前記連通部の外部から、前記連通部の内部の溶湯に横向きに一方向に向かう磁場を加え、前記連通部の内部の溶湯に縦向きに所定周波数の交流電流を流して、溶湯を前記周波数に応じて振動させることにより溶湯の改質を行い、改質後の溶湯を前記金型装置に注入するようにした、
　ことを特徴とする。

　本発明の実施形態の溶湯品質改善型スクイズ鋳造方法は、
　射出装置のシリンダに注入した導電性金属の溶湯をプランジャによって金型装置の成形品用空洞に注入して成形品を得るようにした、溶湯品質改善型スクイズ鋳造方法であって、
　前記プランジャと前記金型装置との間に、両者を連通する連通部を設け、前記連通部の外部から、前記連通部の内部の溶湯に横向きに一方向に向かう磁場を加え、前記連通部の内部の溶湯に縦向きに所定周波数の交流電流を流して、溶湯を前記周波数に応じて振動させることにより溶湯の改質を行い、改質後の溶湯を前記金型装置に注入するようにした、
　ことを特徴とする。

　本発明の実施形態の溶湯品質改善型低圧鋳造装置は、
　導電性金属の溶湯の収納容器に圧縮空気を送り込んで、溶湯をストーク本体部を介して金型装置の成形品用空洞に注入して成形品を得るようにした、溶湯品質改善型低圧鋳造装置であって、
　前記ストーク本体部と前記金型装置との間に溶湯品質改善部を設け、
　前記溶湯品質改善部は、
　　　前記ストーク本体部と前記成形品用空洞を連通する連通部と、
　　　前記連通部の外部に設けた永久磁石装置であって、前記永久磁石装置
　　　は、前記連通部を横向きに挟む第１磁極部及び第２磁極部を有し、前
　　　記第１磁極部はＮ極又はＳ極を前記連通部に向かい合わせ、前記第２
　　　磁極部は前記第１磁極部と異なる磁極を向かい合わせるようにＳ極又
　　　はＮ極を前記連通部に向かい合わせている、永久磁石装置と、
　　　前記連通部内における溶湯に縦向きに電流を流す第１電極及び第２電
　　　極と、
　を備えるものとして構成されている、
　ことを特徴とする。

　本発明の実施形態の溶湯品質改善型スクイズ鋳造装置は、
　射出装置のシリンダに注入した導電性金属の溶湯をプランジャによって金型装置の成形品用空洞に注入して成形品を得るようにした、溶湯品質改善型スクイズ鋳造装置であって、
　前記プランジャと前記金型装置との間に溶湯品質改善部を設け、
　前記溶湯品質改善部は、
　　　前記プランジャと前記成形品用空洞を連通する連通部と、
　　　前記連通部の外部に設けた永久磁石装置であって、前記永久磁石装置
　　　は、前記連通部を横向きに挟む第１磁極部及び第２磁極部を有し、前
　　　記第１磁極部はＮ極又はＳ極を前記連通部に向かい合わせ、前記第２
　　　磁極部は前記第１磁極部と異なる磁極を向かい合わせるようにＳ極又
　　　はＮ極を前記連通部に向かい合わせている、永久磁石装置と、
　　　前記連通部内における溶湯に縦向きに電流を流す第１電極及び第２電
　　　極と、
　を備えるものとして構成されている、
　ことを特徴とする。

　本発明の実施形態の連続鋳造方法は、
　導電性金属の液相状態にある溶湯を鋳型に供給し、前記鋳型において前記溶湯を冷却することにより、固相状態の鋳造品を前記鋳型から取り出すようにした連続鋳造方法であって、
　前記鋳型に供給する前における前記溶湯に、溶湯の供給と前記鋳造品の取り出しの方向に沿って交流電流を流し、前記交流電流と交差するように、前記溶湯を一側方から他側方に一方向に横切るように磁場を加えて、前記交流電流と前記磁場との交差により発生する電磁力により前記溶湯を振動させることにより、前記溶湯の品質の改善を図るようにした第１の改質ステップと、
　前記鋳型中における前記溶湯に、前記溶湯の供給と前記鋳造品の取り出しの方向に沿って交流電流を流し、前記交流電流と交差するように、前記溶湯を一側方から他側方に一方向に横切るように磁場を加えて、前記交流電流と前記磁場との交差により発生する電磁力により前記溶湯を振動させることにより、前記溶湯の品質の改善を図るようにした第２の改質ステップと、
　の少なくとも一方のステップを備える、
　ものとして構成される。

　本発明の実施形態の溶湯品質改善装置付連続鋳造用鋳型装置は、
　導電性金属の液相状態にある溶湯の供給を受け、前記溶湯を冷却することにより固相状態の鋳造品を取り出し得るようにした溶湯品質改善装置付連続鋳造用鋳型装置であって、　入口の側から液相状態の前記溶湯の供給を受け、冷却により固相状態の前記鋳造品を出口の側から排出する鋳型と、
　前記溶湯を前記入口に入る前に品質を改善する第１の品質改善装置と、前記溶湯を前記鋳型に入ってから品質を改善する第２の品質改善装置と、の少なくとも一方と、
　を有し、
　前記第１の品質改善装置は、上方に位置する第１電極とそれよりも下方に位置する第２電極とを有する電極部と、液相状態にある前記溶湯に磁場をかけるための永久磁石を有する第１の磁場発生装置と、を備え、
　前記第２の品質改善装置は、上方に位置する前記第１電極とそれよりも下方に位置する前記第２電極とを有する前記電極部と、液相状態にある前記溶湯に磁場をかけるための永久磁石を有する第２の磁場発生装置と、を備え、
　前記第１電極は液相状態にある前記溶湯と電気的に導通可能に設けられ、前記第２電極は固相状態にある前記鋳造品と電気的に導通可能に設けられ、前記第１電極及び前記第２電極はこれらの間に前記溶湯及び前記鋳造品を介して上下方向に交流電流を流し得るものとして構成され、
　前記第１の磁場発生装置は前記鋳型の上流側に設けられ、前記鋳型に供給される前の前記溶湯に横向きに第１の磁力線を加え、前記第１の磁力線を前記溶湯に一方から他方に一方向に貫通させて、前記交流電流と交差させ得るものとして構成され、
　前記第２の磁場発生装置は前記鋳型の外部側方に設けられ、前記鋳型中の前記溶湯に横向きに第２の磁力線を加え、前記第２の磁力線を前記溶湯に一方から他方に一方向に貫通させて、前記交流電流と交差させ得るものとして構成された、
　ものとして構成される。

　本発明の実施形態の鋳造方法は、
　導電性金属の液相状態にある溶湯を鋳型に供給し、前記鋳型において前記溶湯を冷却することにより、固相状態の鋳造品を製造するようにした鋳造方法であって、
　前記鋳型に供給する前における前記溶湯に、溶湯の供給方向に沿って交流電流を流し、前記交流電流と交差するように、前記溶湯を一側方から他側方に一方向に横切るように磁場を加えて、前記交流電流と前記磁場との交差により発生する電磁力により前記溶湯を振動させることにより、前記溶湯の品質の改善を図るようにした、
　ものとして構成される。

　本発明の実施形態の鋳造装置は、
　導電性金属の液相状態にある溶湯を鋳型に供給し、前記鋳型において前記溶湯を冷却することにより、固相状態の鋳造品を製造するようにした鋳造装置であって、
　前記鋳型と、
　前記鋳型の手前側に設けられた品質改善装置と、
　を備え、
　前記品質改善装置は、
　　　前記鋳型に前記溶湯を供給する供給菅部と、
　　　前記供給菅部中の前記溶湯に、溶湯の供給方向に沿って交流電流を流
　　　す、一対の電極と、
　　　前記交流電流と交差するように、前記溶湯を一側方から他側方に一方
　　　向に横切るように磁場を加えて、前記交流電流と前記磁場との交差に
　　　より発生する電磁力により前記溶湯を振動させることにより、前記溶
　　　湯の品質の改善を図るようにした、磁場発生装置と、
　備える、
　ものとして構成される。

図１（Ａ）は本発明の第１の実施形態（溶湯品質改善型低圧鋳造装置）の全体構成図。 図１（Ｂ）はその一部の構成部材の分離説明図。 図２（Ａ）は図１（Ａ）の装置の動作説明図。 図２（Ｂ）は溶湯に加わる電磁力の平面説明図。 図２（Ｃ）は図１の装置の図２（Ａ）とは異なる動作説明図。 図２（Ｄ）は溶湯に加わる電磁力の図２（Ｂ）とは異なる平面説明図。 図３（Ａ）は本発明の第２の実施形態（溶湯品質改善型スクイズ鋳造装置）の全体構成図。 図３（Ｂ）はその一部の構成部材の分離説明図。 図４（Ａ）は図３（Ａ）の装置の動作説明図。 図４（Ｂ）は図３（Ａ）の装置の図４（Ａ）とは異なる動作説明図。 図５は本発明の第３の実施形態（連続鋳造装置）の全体構成図。 図６は本発明の第４の実施形態（連続鋳造装置）の全体構成図。

　図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態における全体説明図であり、低圧鋳造装置１０１を示している。図１（Ａ）に示す低圧鋳造装置１０１の特徴の１つは、追って詳しく説明するように、ほぼ円筒状のストーク（供給菅）５の上端部分に湯溜５ａを設け、この湯溜５ａにおいて溶湯Ｍの品質を改善し、改善後の溶湯Ｍを金型装置９に注入するようにした点にある。

　図１（Ａ）の低圧鋳造装置１０１は基本的な構成、動作は汎用のものと同一であるため、全般についての詳しい説明は省略するが、以下には本発明に特有の構成、動作を中心にして説明する。また、図１（Ｂ）は、組み立て前の、ストーク５と金型装置９の分離状態を示している。

　図１（Ａ）において、るつぼ（溶湯収納容器）１の中に導電性金属の溶湯Ｍが収納されている。るつぼ１の外側を取り囲む加熱手段としての加熱炉の図示は省略している。なお、加熱手段として、溶湯Ｍ中に差し込む汎用のヒータチューブを用いることもできる。

　前記るつぼ１の蓋２には圧縮空気菅３が取り付けられている。また、蓋２にはストーク（供給菅）５が貫通状態に取り付けられている。前記圧縮空気菅３から圧縮空気を送り込めば、溶湯Ｍの湯面が押されて溶湯Ｍがストーク５を上昇するのは従来の低圧鋳造装置と同様である。

　ストーク５の上端部分は、特に図１（Ｂ）からわかるように、本体部（ストーク本体部）５ｂよりも大径な湯溜（連通部）５ａとされている。ここでは、この湯溜５ａは下端部分よりは大径としているが、特に大径とする必要はなく、以下に述べるように改質を行う場所であればよい。

　また、湯溜５ａは、ストーク５と別体のものとして構成することもできる。つまり、湯溜５ａは、本体部（ストーク本体部）５ｂと金型装置９とを結ぶ連結部分あるいは通過部分としての役目を担うものであればよい。

　この湯溜５ａの外側には永久磁石装置７が設けられている。この永久磁石装置７は、特に図２（Ａ）から分かるように、ストーク５を挟んで対向する一対の永久磁石７ａ、７ｂを有する。一対の永久磁石７ａ、７ｂはそれぞれ内側がＮ極、Ｓ極にそれぞれ磁化されている。これにより、磁力線Ｎは、永久磁石７ａから出て湯溜５ａ中の溶湯Ｍを貫通して永久磁石７ｂに至る。

　この時、後述するように、溶湯Ｍ中には、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、縦向きの電流ＩＡ、ＩＢが、後述の電源装置１２の周波数に応じて、上から下に、下から上に、切り替わり状態に流れている。これにより、後述するように、フレミングの左手の法則による電磁力ＦＡ，ＦＢ［図２（Ｃ）、（ｄ）］が発生し、湯溜５ａ中の溶湯Ｍに作用する。図２（Ａ）、図２（Ｂ）においては、溶湯Ｍの図示は省略している。

　前記ストーク５の上方には、金型装置９が互いに液密状態に且つ貫通状態に設けられている。この金型装置９は、周知のように、分離密着可能な上金型９ｕと下金型９ｄから構成されている。下金型９ｄの流入口９ｄｉｎと前記ストーク５の湯溜５ａの上端の開口とが液密状態に接続されている。これにより、後述するように、成形品用空洞９Ａに溶湯Ｍの注入が可能となっている。

　前記るつぼ１中の溶湯Ｍに接した状態に下側電極１０ａが設けられている。さらに、上金型９ｕの外側に、導電性の上金型９ｕに接した状態に、上側電極１０ｂが設けられている。これらの上側電極１０ｂと下側電極１ｂは電源装置１２に接続されている。この電源装置１２は、汎用のものであり、直流電流及び交流電流を流すことができ、且つ、交流電流としては少なくとも０－１２０Ｈｚの電流を流すことができるものが用いられている。例えば、商用周波数を出力する単相電源であっても、周波数可変機能を持つ単相電源であってもよい。

　今、電源装置１２によって、ある周波数の交流電流を流した場合には、上側電極１０ｂと下側電極１ｂの間には、上金型９ｕ及び溶湯Ｍを介して、その周期で、交互に、交流電流ＩＡ、ＩＢが上下に流れる。この交流電流ＩＡ、ＩＢは、図２（Ａ）、図２（Ｂ）から分かるように、前記湯溜５ａ中の溶湯Ｍ中を縦に流れる。これにより、前述のように、この電流ＩＡ、ＩＢと，前記横向きの磁力線ＭＬが交差して、フレミングの左手の法則による電磁力ＦＡ，ＦＢ［図２（Ｃ）、（ｄ）］が発生する。

　図２（Ａ）のように上から下に電流ＩＡが流れた場合には、湯溜５ａ中の溶湯Ｍは、図２（Ｃ）に示すように、装置の上方から見て、紙面の下から上に向かう横向きの電磁力ＦＡが、ストーク５の中心部分にも外周部分にも同じ大きさの力として加わる。図２（Ｂ）のように下から上に電流ＩＢが流れた場合には、湯溜５ａ中の溶湯Ｍは、図２（ｄ）に示すように、装置の上方から見て、紙面の上から下に向かう横向きの電磁力ＦＢが、ストーク５の中心部分にも外周部分にも同じ大きさの力として加わる。これにより、湯溜５ａ中の溶湯Ｍは、中心部分においても、外周部分においても、交流電流ＩＡ、ＩＢの周期に応じて、同じように、揺さぶられるようにあるいは振動するように、且つ移動することなく、その場で駆動される。この駆動により溶湯Ｍの品質改善が確実に図られる。

　つまり、湯溜５ａ中の溶湯Ｍ中を横向きに磁力線ＭＬが均一に走り、且つ、縦に電流ＩＡ、ＩＢが流れる。これにより、溶湯Ｍには、前記周期で溶湯Ｍを駆動する電磁力Ｆ１，Ｆ２が、湯溜５ａの中心部分にも外周部分にも満遍なく加わる。このため、湯溜５ａ中の溶湯Ｍは、中心部分も外周部分も同様に確実に品質改善が行われる。

　このように、満遍なく品質改善の行われた溶湯Ｍは、湯溜５ａから次段の金型装置９ｎの成形品用空洞９Ａに送られる。これにより、この金型装置９によって内部まで均一に品質改善された溶湯Ｍから、高品質の製品が得られる。

　図３（Ａ）は、本発明の第２の実施形態における全体説明図であり、本発明のスクイズ鋳造装置１０２を示している。図３（Ａ）に示すスクイズ鋳造装置１０２の特徴の１つは、追って詳しく説明するように、前記図１（Ａ）、（Ｂ）の低圧鋳造装置１０１と同様に、金型装置９に注入する直前に溶湯Ｍを改質するようにした点にある。

　より詳しくは、図３（Ａ）のスクイズ鋳造装置１０２も、基本的な構成、動作は汎用のものと同一であるため、全般についての詳しい説明は省略するが、以下には本発明に特有の構成、動作を中心にして説明する。なお、図３（Ｂ）は、溶湯Ｍを射出装置３１のシリンダ３２内のプランジャ３３の上方部分に注入するために、射出装置３１と金型装置９を切り離した状態を示している。

　図３（Ａ）のスクイズ鋳造装置１０２の、図１（Ａ）の低圧鋳造装置１０１との違いは、図からも分かるように、シリンダ３２の上部にある。このスクイズ鋳造装置１０２においては、シリンダ３２の上部に小径菅部（連通部）３２ａを設けている。この小径菅部３２ａの外側に、前記低圧鋳造装置１０１と同様に、永久磁石装置７を設けている。この小径菅部３２ａは、前記低圧鋳造装置１０１における湯溜５ａと同等の機能を有するものである。よって、小径菅部３２ａには湯溜５ａにおけるのと同じ前記の理論が適用される。

　また、小径菅部３２ａとしては、シリンダ３２が元々備えている構成の一部をそのまま用いることもできる。つまり、シリンダ３２は、プランジャ３３の注入動作時に内部の溶湯Ｍの圧力を高めるために先端が小径となっているため、この部分を前記小径菅部３２ａとして用いればよい。この場合には射出装置３１自体には何等改変は必要がなくなる。

　この永久磁石装置７と、小径菅部３２ａ中を上下に流れる電流ＩＡ、ＩＢによる、フレミングの左手の法則による電磁力Ｆ１，Ｆ２の作用は、前記図１（Ａ）の低圧鋳造装置１０１の場合と同様であるため詳しい説明は省略し、図４（Ａ）、（Ｂ）に、磁力線ＭＬと電流ＩＡ、ＩＢを示すだけとする。図４（Ａ）、（Ｂ）において溶湯Ｍの図示は省略している。

　なお、このスクイズ鋳造装置１０２においては、図３（Ｂ）から分かるように、位置が固定状態にある金型装置９に対し射出装置３１を下動し、さらに図中右方向に射出装置３１を移動させ、その状態で溶湯Ｍをシリンダ３２に注入し、その後、図３（Ａ）の状態に戻して、プランジャ３３で溶湯Ｍを金型装置９に注入する。

　以上に説明した本発明の実施形態によれば以下の利点が得られる。即ち、溶湯を、鋳型に入れる前に改質するようにしたので、改質された溶湯が鋳型に送られ、これにより、鋳型（製品）の形状にかかわりなく製品を高品質のものとして作製することができ、且つ、溶湯を鋳型に入れた後に改質しようとする場合に比べて、鋳型の内部形状の影響を受けないだけでなく、鋳型の肉厚や材質等の影響を受けることなく、確実質を実現して高品質の製品を得ることができ、さらに、上述のように鋳型に入れる前に溶湯を改質するようにしたので、既存の鋳型の改変は特には必要なく、実際の使い勝手がとてもよいという利点が得られる。また、コイルに電流を流すようにはしていないので、コイル管理、即ち、高温時の絶縁性の確保や耐熱性の確保等の管理は必要なく、さらには電力消費も例えば１／１０程度に抑えられる。また、溶湯の駆動力（振動力）は、印加する交流電流の大きさ、磁場強度、さらには周波数によって決まるが、これらのパラメータの調整により前記駆動力の設定は容易に行うことができる。

　図５、図６は本発明の第３及び第４の実施形態を示し、これは、第１及び第２の実施形態におけるそれぞれの鋳型に代えて、連続鋳造用の鋳型を用いた場合を示し、技術的思想としては第１及び第２の実施形態の技術的思想と実質的に同一である。

　即ち、図５は、本発明の第３の実施形態における全体説明図であり、ビレット製造装置１０１を示している。この図５の技術的思想がスラブ製造装置に適用できるのは当然である。このことは、追って説明する本発明の第４の実施形態においても同様である。

　本発明の第３の実施形態の装置は、非鉄金属又は鉄金属の溶湯Ｍを供給する溶湯供給装置１０１と、溶湯供給装置１０１から溶湯を受ける鋳型１０２と、溶湯供給装置１０１内の又は鋳型１０２内の溶湯Ｍを攪拌して品質を改善するための２セットの第１及び第２の品質改善装置１０３Ａ、１０３Ｂとを有する。前記第１及び第２の品質改善装置１０３Ａ、１０３Ｂは同時に設けても、何れか一方のセットを設けても良い。

　追って詳しく説明するように、第１のセットとしての前記第１の品質改善装置１０３Ａは、図５中、上下に位置する、一対の電極１３２Ａ、１３２Ｂと、後述の案内菅部１０１Ａａに対して上下動可能に設けた永久磁石式の磁場発生装置１１３Ａと、を有する。第２のセットとしての前記第２の品質改善装置１０３Ｂは、前記一対の電極１３２Ａ、１３２Ｂと、前記鋳型１０２に上下動可能に設けた永久磁石式の磁場発生装置１１３Ｂと、を有する。前記一対の電極１３２Ａ、１３２Ｂは前記第１及び第２の品質改善装置１０３Ａ、１０３Ｂで共用することになる。また、後述するように、前記磁場発生装置１１３Ａ、１１３Ｂは、それぞれ、図２（Ａ）と同様に、Ｎ極とＳ極とが向かい合うような磁極を有している。

　本実施形態の装置においては、より詳しくは、前記溶湯供給装置１０１は、取鍋（図示せず）等からの溶湯Ｍを受けるタンディッシュ（溶湯受箱）１０１Ａを備える。タンディッシュ（溶湯受箱）１０１Ａに溶湯Ｍを溜めておき、介在物を除去して、下方の案内菅部１０１Ａａから一定の供給速度で鋳型１０２に供給する。図１では、タンディッシュ（溶湯受箱）１Ａのみを示している。

　つまり、図５の装置は、上方のタンディッシュ（溶湯受箱）１０１Ａから下方の鋳型１０２へ、溶湯Ｍがとぎれることなく連続した溶湯として注ぎこむのを可能とした装置を示している。実際の使用時においては、図５からわかるように、タンディッシュ（溶湯受箱）１０１Ａ内の溶湯Ｍと鋳型１０２内の溶湯Ｍとが一体になり電気的に繋がった状態となっている。

　電極１３２Ａはタンディッシュ（溶湯受箱）１Ａ中の溶湯Ｍに差し込んだ状態に任意の手段で支持される。タンディッシュ（溶湯受箱）１０１Ａと鋳型１０２等との間の距離を、電極１３２Ａにかかわりなく設定、調節することができる。さらに、電極１３２Ａの下端部分の前記溶湯Ｍ中への差込量の調節も鋳型１０２等と無関係に自由度大きく行うことができる。さらに、当然、鋳型１０２として汎用のものを用いることができ、鋳型１０２に電極差込孔を設ける等の加工の必要もなく、これにより製造コストの増加を防ぐこともできる。

　前記鋳型１０２は、本実施形態では、前述のように、円柱状の製品（ビレット）を取り出すものとして構成されている。このため、この鋳型１０２は、概略的には、２重構造の円筒状として構成されている。つまり、内側の非導電性材料（非導電性耐火材）で構成された内部鋳型１２１と、外側の導電性材料（導電性耐火材）で構成された外部鋳型１２２と、を備えている。さらに、前記鋳型１０２は、外部鋳型１２２の外側にウォータジャケット１２３を備えている。

　このウォータジャケット１２３は、内部鋳型１２１内に流れ込む溶湯Ｍを冷却するためのものである。つまり、ウォータジャケット１２３内で冷却水を循環させ、この冷却水によって外部鋳型１２２の外側を冷却している。このウォータジャケット１２３により、溶湯Ｍは急激に冷却されることになる。ウォータジャケット１２３としては公知の各種の構造のものを採用することができ、よってここでは詳しい説明は省略する。

　前記タンディッシュ（溶湯受箱）１０１Ａと前記鋳型１０２に対して前記永久磁石式の磁場発生装置１１３Ａ、１１３Ｂがそれぞれ設けられる。磁場発生装置１１３Ａ、１１３Ｂは、共に実質的に同一の構成を有し、それぞれ、特に図５から分かるように、リング状に構成されて、前記案内菅部１０１Ａａ、前記ウォータジャケット２３の外周に直接又は間接的に上下動可能に嵌め込まれた状態に設置される。これにより磁場発生装置１１３Ａ、１１３Ｂは、上下の位置を調節して最も攪拌の効率の良い位置を選ぶことができる。

　図５に表れるように、各磁場発生装置１１３Ａ、１１３Ｂの各対向する２個所（１８０°離れた位置）がそれぞれＮ極とＳ極に磁化され磁極１１４ａ、１１４ｂとなっている。これにより、例えば図２（Ａ）と同様に、Ｎ極とＳ極とが向かい合い、Ｎ極（磁極１１４ａ）から出た磁力線ＭＬは鋳型２内部の溶湯Ｍを水平に通ってＳ極（磁極１１４ｂ）に入る。

　また、前記磁場発生装置１１３Ａ、１１３Ｂは、それぞれ、環状のものとしてではなく、前記第１の実施形態における図２（Ａ）のように、別体の２つの永久磁石片から構成することもできる。つまり、Ｎ極が内側の第１の磁石体１１３ａと、Ｓ極が内側の第２の磁石体１１３ｂから、磁場発生装置１１３Ａ、１１３Ｂを構成することもできる。

　前記上側電極１３２Ａと前記下側電極１３２Ｂは電源装置１３４に接続されている。この電源装置１３４は、汎用のものであり、直流電流及び交流電流を流すことができ、且つ、交流電流としては少なくとも０－１２０Ｈｚの電流を流すことができるものが用いられている。例えば、商用周波数を出力する単相電源であっても、周波数可変機能を持つ単相電源であってもよい。

　今、電源装置１３４によって、ある周波数の交流電流を流した場合には、前述の第１の実施形態の場合と同様に、上側電極１３２Ａと下側電極１３２Ｂの間には、その周期で、交互に、交流電流［図２（Ａ）、（Ｂ）のＩＡ、ＩＢ参照］が上下に流れる。これにより、前述の第１の実施形態の場合と同様に、この電流［ＩＡ、ＩＢ］と，磁場発生装置１１３Ａ、１１３Ｂからの前記横向きの磁力線ＭＬとがそれぞれ交差して、それぞれ、フレミングの左手の法則による電磁力［図２（ｃ）、（ｄ）のＦＡ，ＦＢ、参照］が発生する。これにより、図２（Ａ）、（Ｂ）の場合と同様に、案内菅部１０１Ａａ中及び鋳型１０２中の溶湯Ｍは、それぞれ、中心部分においても、外周部分においても、交流電流［ＩＡ、ＩＢ］の周期に応じて、同じように、揺さぶられるようにあるいは振動するように、且つ移動することなく、その場で駆動される。この駆動により溶湯Ｍの品質改善が溶湯の内部にまで確実に図られる。つまり、案内菅部１０１Ａａ中及び鋳型１０２中の溶湯Ｍは、それぞれ、中心部分も外周部分も同様に確実に品質改善が行われる。これにより、鋳型１０２によって内部まで均一に品質改善された高品質の製品（ビレット）が得られる。スラブの場合も同様に高品質の製品が得られるのは先に説明した通りである。

　前記一対の電極１３２Ａ、１３２Ｂ間には、溶湯Ｍ及び鋳造品（製品）Ｐを介して、電流が流れる。電極１３２Ａ、１３２Ｂは、それぞれ、１つでも良いが、複数とすることもできる。

　なお、前記下部の電極１３２Ｂは、位置が固定された状態に設けられている。この電極１３２Ｂはローラ式のものとして構成されている。つまり、先端に回転可能なローラ１３２Ｂａを備える。このローラ１３２Ｂａは、固相状態で押し出される鋳造品（ビレットあるいはスラブ）としての製品Ｐの外表面に圧接した状態にあり、製品Ｐが下方へ伸びるのに伴って回転させられる。つまり、製品Ｐが下方へ押し出されると、製品Ｐはローラ１３２Ｂａとの接触を保ったまま、ローラ１３２Ｂａを回転させながら図１の下方へ伸びていくことになる。

　よって、電源装置１３４から前記一対の電極１３２Ａ、１３２Ｂ間に交流電圧を掛ければ、電流は、溶湯Ｍ及び製品Ｐを介して、一対の電極１３２Ａ、１３２Ｂ間に図５中上下に流れることになる。上述のように電源装置１３４は一対の電極１３２Ａ、１３２Ｂ間に流れる電流量を制御可能に構成されている。電流量の選択により、液相状態の溶湯Ｍを、前記案内菅部１０１Ａａにおいて、あるいは、鋳型１０２内において、振動するに当たり、前記磁力線ＭＬとの関係で、最も効率よく攪拌することができる。

　また、この第３の実施形態においても、コイルに電流を流すようにはしていないので、コイル管理、即ち、高温時の絶縁性の確保や耐熱性の確保等の管理は必要なく、さらには電力消費も例えば１／１０程度に抑えられる。また、溶湯の駆動力（振動力）は、印加する交流電流の大きさ、磁場強度、さらには周波数によって決まるが、これらのパラメータの調整により前記駆動力の設定は容易に行うことができる。

　図６は、本発明の第４の実施形態における全体説明図であり、ビレット製造装置１０１を示している。この第４の実施形態が、前記第３の実施形態と異なる点は、永久磁石製の磁場発生装置１１３Ｂを、鋳型１０２の内部に設けた磁場発生装置収納室１２２ａに、上下に位置調節可能に収納した点にある。前記磁場発生装置１１３Ｂは、前記第３の実施形態におけると同様に、リング状のものとして対向する部分をＮ極とＳ極と磁化したものを用いても、別体の第１及び第２の磁石体１１４ａ、１１４ｂからなるものを用いてもよい。

　この磁場発生装置収納室１２２ａは、ウォータジャケットとして兼用することもできる。この場合には、もともとあったウォータジャケット１２３と、都合２系統のウォータジャケットを備えることとなる。その他の点は、第３の実施形態と同様であるため、詳しい説明は省略する。この第４の実施形態においても、前記第３の実施形態の利点は享有できるのは明らかである。

Claims (16)

1. 　導電性金属の溶湯の収納容器に圧縮空気を送り込んで、溶湯をストーク本体部を介して金型装置の成形品用空洞に注入して成形品を得るようにした、溶湯品質改善型低圧鋳造方法であって、
   　前記ストーク本体部と前記金型装置との間に、両者を連通する連通部を設け、前記連通部の外部から、前記連通部の内部の溶湯に横向きに一方向に向かう磁場を加え、前記連通部の内部の溶湯に縦向きに所定周波数の交流電流を流して、溶湯を前記周波数に応じて振動させることにより溶湯の改質を行い、改質後の溶湯を前記金型装置に注入するようにした、
   　ことを特徴とする溶湯品質改善型低圧鋳造方法。
2. 　射出装置のシリンダに注入した導電性金属の溶湯をプランジャによって金型装置の成形品用空洞に注入して成形品を得るようにした、溶湯品質改善型スクイズ鋳造方法であって、
   　前記プランジャと前記金型装置との間に、両者を連通する連通部を設け、前記連通部の外部から、前記連通部の内部の溶湯に横向きに一方向に向かう磁場を加え、前記連通部の内部の溶湯に縦向きに所定周波数の交流電流を流して、溶湯を前記周波数に応じて振動させることにより溶湯の改質を行い、改質後の溶湯を前記金型装置に注入するようにした、
   　ことを特徴とする溶湯品質改善型スクイズ鋳造方法。
3. 　導電性金属の溶湯の収納容器に圧縮空気を送り込んで、溶湯をストーク本体部を介して金型装置の成形品用空洞に注入して成形品を得るようにした、溶湯品質改善型低圧鋳造装置であって、
   　前記ストーク本体部と前記金型装置との間に溶湯品質改善部を設け、
   　前記溶湯品質改善部は、
   　　　前記ストーク本体部と前記成形品用空洞を連通する連通部と、
   　　　前記連通部の外部に設けた永久磁石装置であって、前記永久磁
   　　　石装置は、前記連通部を横向きに挟む第１磁極部及び第２磁極
   　　　部を有し、前記第１磁極部はＮ極又はＳ極を前記連通部に向か
   　　　い合わせ、前記第２磁極部は前記第１磁極部と異なる磁極を向
   　　　かい合わせるようにＳ極又はＮ極を前記連通部に向かい合わせ
   　　　ている、永久磁石装置と、
   　　　前記連通部内における溶湯に縦向きに電流を流す第１電極及び
   　　　第２電極と、
   　を備えるものとして構成されている、
   　ことを特徴とする溶湯品質改善型低圧鋳造装置。
4. 　前記第１電極及び前記第２電極の間に接続される電源装置をさらに備え、
   　前記電源装置は、前記第１電極及び前記第２電極の間に交流電流を流し得るものとして構成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の溶湯品質改善型低圧鋳造装置。
5. 　射出装置のシリンダに注入した導電性金属の溶湯をプランジャによって金型装置の成形品用空洞に注入して成形品を得るようにした、溶湯品質改善型スクイズ鋳造装置であって、
   　前記プランジャと前記金型装置との間に溶湯品質改善部を設け、
   　前記溶湯品質改善部は、
   　　　前記プランジャと前記成形品用空洞を連通する連通部と、
   　　　前記連通部の外部に設けた永久磁石装置であって、前記永久磁
   　　　石装置は、前記連通部を横向きに挟む第１磁極部及び第２磁極
   　　　部を有し、前記第１磁極部はＮ極又はＳ極を前記連通部に向か
   　　　い合わせ、前記第２磁極部は前記第１磁極部と異なる磁極を向
   　　　かい合わせるようにＳ極又はＮ極を前記連通部に向かい合わせ
   　　　ている、永久磁石装置と、
   　　　前記連通部内における溶湯に縦向きに電流を流す第１電極及び
   　　　第２電極と、
   　を備えるものとして構成されている、
   　ことを特徴とする溶湯品質改善型スクイズ鋳造装置。
6. 　前記第１電極及び前記第２電極の間に接続される電源装置をさらに備え、
   　前記電源装置は、前記第１電極と前記第２電極の間に交流電流を流し得るものとして構成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の溶湯品質改善型スクイズ鋳造装置。
7. 　導電性金属の液相状態にある溶湯を鋳型に供給し、前記鋳型において前記溶湯を冷却することにより、固相状態の鋳造品を前記鋳型から取り出すようにした連続鋳造方法であって、
   　前記鋳型に供給する前における前記溶湯に、溶湯の供給と前記鋳造品の取り出しの方向に沿って交流電流を流し、前記交流電流と交差するように、前記溶湯を一側方から他側方に一方向に横切るように磁場を加えて、前記交流電流と前記磁場との交差により発生する電磁力により前記溶湯を振動させることにより、前記溶湯の品質の改善を図るようにした第１の改質ステップと、
   　前記鋳型中における前記溶湯に、前記溶湯の供給と前記鋳造品の取り出しの方向に沿って交流電流を流し、前記交流電流と交差するように、前記溶湯を一側方から他側方に一方向に横切るように磁場を加えて、前記交流電流と前記磁場との交差により発生する電磁力により前記溶湯を振動させることにより、前記溶湯の品質の改善を図るようにした第２の改質ステップと、
   　の少なくとも一方のステップを備えることを特徴とする連続鋳造方法。
8. 　導電性金属の液相状態にある溶湯の供給を受け、前記溶湯を冷却することにより固相状態の鋳造品を取り出し得るようにした溶湯品質改善装置付連続鋳造用鋳型装置であって、　入口の側から液相状態の前記溶湯の供給を受け、冷却により固相状態の前記鋳造品を出口の側から排出する鋳型と、
   　前記溶湯を前記入口に入る前に品質を改善する第１の品質改善装置と、前記溶湯を前記鋳型に入ってから品質を改善する第２の品質改善装置と、の少なくとも一方と、
   　を有し、
   　前記第１の品質改善装置は、上方に位置する第１電極とそれよりも下方に位置する第２電極とを有する電極部と、液相状態にある前記溶湯に磁場をかけるための永久磁石を有する第１の磁場発生装置と、を備え、
   　前記第２の品質改善装置は、上方に位置する前記第１電極とそれよりも下方に位置する前記第２電極とを有する前記電極部と、液相状態にある前記溶湯に磁場をかけるための永久磁石を有する第２の磁場発生装置と、を備え、
   　前記第１電極は液相状態にある前記溶湯と電気的に導通可能に設けられ、前記第２電極は固相状態にある前記鋳造品と電気的に導通可能に設けられ、前記第１電極及び前記第２電極はこれらの間に前記溶湯及び前記鋳造品を介して上下方向に交流電流を流し得るものとして構成され、
   　前記第１の磁場発生装置は前記鋳型の上流側に設けられ、前記鋳型に供給される前の前記溶湯に横向きに第１の磁力線を加え、前記第１の磁力線を前記溶湯に一方から他方に一方向に貫通させて、前記交流電流と交差させ得るものとして構成され、
   　前記第２の磁場発生装置は前記鋳型の外部側方に設けられ、前記鋳型中の前記溶湯に横向きに第２の磁力線を加え、前記第２の磁力線を前記溶湯に一方から他方に一方向に貫通させて、前記交流電流と交差させ得るものとして構成された、
   　ことを特徴とする溶湯品質改善装置付連続鋳造用鋳型装置。
9. 　前記第２の磁場発生装置は、前記鋳型の側壁に形成した磁場発生装置収納室内に収納したことを特徴とする請求項８に記載の溶湯品質改善装置付連続鋳造用鋳型装置。
10. 　前記第２の磁場発生装置は前記鋳型に対し位置を上下方向に調節可能なものとして構成されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の溶湯品質改善装置付連続鋳造用鋳型装置。
11. 　前記第２電極は先端にローラを備え、前記ローラは取り出される前記鋳造品の外面との接触により回転可能なものとして構成されていることを特徴とする請求項８乃至１０の１つに記載の溶湯品質改善装置付連続鋳造用鋳型装置。
12. 　前記第１電極及び前記第２電極にはこれらの間に交流電流を流しうる電源装置が接続されていることを特徴とする請求項８乃至１１の１つに記載の溶湯品質改善装置付連続鋳造用鋳型装置。
13. 　導電性金属の液相状態にある溶湯を鋳型に供給し、前記鋳型において前記溶湯を冷却することにより、固相状態の鋳造品を製造するようにした鋳造方法であって、
    　前記鋳型に供給する前における前記溶湯に、溶湯の供給方向に沿って交流電流を流し、前記交流電流と交差するように、前記溶湯を一側方から他側方に一方向に横切るように磁場を加えて、前記交流電流と前記磁場との交差により発生する電磁力により前記溶湯を振動させることにより、前記溶湯の品質の改善を図るようにした、
    　ことを特徴とする鋳造方法。
14. 　導電性金属の液相状態にある溶湯を鋳型に供給し、前記鋳型において前記溶湯を冷却することにより、固相状態の鋳造品を製造するようにした鋳造装置であって、
    　前記鋳型と、
    　前記鋳型の手前側に設けられた品質改善装置と、
    　を備え、
    　前記品質改善装置は、
    　　　前記鋳型に前記溶湯を供給する供給菅部と、
    　　　前記供給菅部中の前記溶湯に、溶湯の供給方向に沿って交流電
    　　　流を流す、一対の電極と、
    　　　前記交流電流と交差するように、前記溶湯を一側方から他側方
    　　　に一方向に横切るように磁場を加えて、前記交流電流と前記磁
    　　　場との交差により発生する電磁力により前記溶湯を振動させる
    　　　ことにより、前記溶湯の品質の改善を図るようにした、磁場発
    　　　生装置と、
    　備える、
    　ことを特徴とする鋳造装置。
15. 　前記鋳造装置は、低圧鋳造装置、スクイズ鋳造装置あるいは連続鋳造装置である、ことを特徴とする請求項１４に記載の鋳造装置。
16. 　前記連続鋳造装置は、ビレット又はスラブを製造する連続鋳造装置であることを特徴とする請求項１５に記載の鋳造装置。

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