JPS62289350A - 連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 本発明は溶融金属の連続鋳造、特に鋳造容器の材料供給
口に溶融金属を封じ込める電磁シールに係る。

溶融金属を攪拌し浮揚させる力を連続鋳造装置中の溶融
金属に発生させるため電気コイルによる電磁力を利用す
ることは公知である。この力はコイルからの磁場と金属
中に発生する渦電流との相互作用から得られる。

連続鋳造の過程で溶融金属が流れ出て固体化するのを防
止するため注入及び固化ゾーンの周りに環状電磁コイル
を設置することは米国特許第３，６４８，９８８号から
公知である。

また、めっきタンクのストリップ供給端から溶融金属が
漏出するのを防止するため電磁石で電磁力を発生させる
ことは米国特許第３．９３９．７９９号から公知である
。

単相交流電流で連続鋳造中の柱状溶融物の周りに交番電
磁界を発生させることにより、鋳型壁を使用せずに金属
を側方に広がらないように保持することは米国特許第３
，７３５，７９９号から公知である。

水平連続鋳造装置において、溶融金属の鋳型の不連続ゾ
ーン、特に、鋳造容器がノズル上の連結部を有するゾー
ンに電磁コイルを設けることにより、この連結部に沿っ
て電磁力を発生させて溶融金属の流れを早め、安定した
メニスカスを維持することは米国特許第４．４５０．９
８２号から公知であり、この場合、進行電磁波が発生す
るように多相電流を使用する。

鋳造容器の取り出し口に形成される溶融金属と固化金属
を結合している金属柱を押したり引いたりするため複数
のコイルに多相電流を供給することは米国特許第４，４
１４．２８５号から公知である。

本発明は、固体化した金属を引き抜くための少なくとも
１つの取り出し口と溶融金属を注入する注入口を有する
鋳造容器と、供給される液状金属柱を注入口の上方に維
持するため注入口から鋳造容器内の溶融金属中に浸漬さ
せた供給ノズルとを含み、注入口を、リムを有する鋳造
容器の環状部分内に配置し、ノズル及び環状部分が両者
間にギャップを画定し、さらにギャップと隣接する溶融
金属中に渦電流を発生させるため環状部分に多相交流電
流を流す手段を含んで、溶融金属中に電磁力を発生させ
ることにより、ギャップから溶融金属が逃げるのを防止
して液状金属柱を維持することを特徴とする連続鋳造装
置を提案するものである。

本発明では、連続鋳造装置の鋳造容器と一体に、供給ノ
ズルが溶融金属浴へ貫入している注入口に環状の電磁イ
ンダクタを設ける。

鋳造容器のインダクタ部分に多相交流を供給することに
より、注入口の壁面と垂直ノズルとの間のギャップ中の
金属に収斂方向の力を発生させる。

多相交流入力の規則的に分布した接続点において環状イ
ンダクタと好ましくは一体的に接続するリードを垂直に
突出させる。

このように構成したから、環状インダクタは誘導コイル
の鋳型として機能する鋳造容器の一体的部分でありなが
ら、取り出し口端部に近い鋳造容器の蓋の下面からノズ
ル外側面に至る溶融金属のメニスカスの近くで単一装置
として作用する連続片が持つ利点をすべて備える。

具体的には、本発明は取り出し口から固化金属を引き抜
く作業を容易にするため水平方向に交互に前後動を与え
られる連続鋳造容器に応用できる。水平連続鋳造と呼ば
れるこの方法では、固化金属から成る固形ビレットを引
き抜くため、鋳造容器の両側に互いに対向する２つの取
り出し口を設ける。

従って、供給ノズルより容器上部中央の注入口を介して
連続的に溶融金属が注入される時、注入口は内面とノズ
ル外面との間に非対称のギャップが形成される。即ち、
鋳造容器が水平方向に往復動するのに伴い、ノズルの両
側に交互に最小及び最大ギャップが形成される。ギャッ
プを囲む一体的なインダクタが溶融金属の漏出を防ぎ、
シールとして作用する。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

連続鋳造法において、溶融金属はターンディツシュまた
はタンクから取り出され、垂直ノズルを介して、１次鋳
型である容器内のプールへ垂直に供給される。溶融金属
が頂部の注入口から鋳型へ注入されるのと同時に鋳型の
底壁または側壁に設けた１つまたは２つ以上の取り出し
口からビレットまたはストリップの形の固化金属が引き
抜かれる。

鋳型内での金属学的プロセスにおける固化を促進するた
めには鋳型を注入ノズルと直接連結してはならず、鋳型
とノズルの間にギャップを設ける。しかし、このギャッ
プからの溶融金属の漏出を防止しなければならない。

このため、本発明の場合には鋳型と一体の多相交流電流
１次ループを利用してギャップに存在する液状金属のメ
ニスカスに浮揚及び保持力として作用する力を発生させ
る電磁シールを設ける。このアプローチにより、メニス
カス位置における基本浮揚力／アンペア関係は最大とな
る。注入口を画定し、誘導コイルの基体として作用する
鋳型の環状部分との直接的かつ一体的接続部により所定
のアンペア数及び高周波数による励磁を行う。このよう
な「一体構成環状インダクタ」には完全な連続性という
利点があり、多相誘導コイルを別々に電気接続する構成
では得られない完全な電磁シールを確保できる。

第１図には新しい製鋼技術による好ましいビレットの製
法に関連して本発明を図示した。この製法では、タンク
ＲＳＶから注入ノズルＰＮを介して溶融金属を供給され
るターンディツシュＴＮＤを利用する連続鋳造によって
ビレットを製造する。ターンディツシュは上側が開口し
、底に設けた取り出し口に垂直ノズルＩＮＺが接続し、
これを中央鋳型ＭＬＤ、即ち、鋳造容器が囲んでいる。

鋳型ＭＬＤはその頂壁部中央に、鋳造容器の一部である
壁ＰＴＷによって画定される注入口ＩＮＬを具備する。

典型的な実施態様としては、鋳型壁を例えば銅のような
熱伝導性金属で形成し、この壁を図示のような鋼構造Ｓ
ＴＳによって外側から補強する。鋳型は両側に互いに対
向する２つの開口部ＯＬ１、ＯＬ２を有し、ローラＲＬ
Ｒなどにより前記開口部から固形金属ビレットＳＢが連
続的に引き抜かれる。

頂部から連続的に溶融金属が注入され、鋳型内の液状金
属ＭＬＭのプールまたは浴の表面よりも上方に液状金属
柱ＣＬＮが維持される。これと同時に前記開口部ＯＬＩ
、ＯＬ２から固形金属ＳＬＭが引き抜かれる。固化は公
知のように、鋳型の冷却される壁と接する位置からビレ
ットの芯部にむかって半径方向に進行する。急速に固化
する金属を鋳型壁から解放するため、低周波運動によっ
て鋳型／ブール集合体を水平方向に振動させる。このた
め、関節ＡＲＴを有するレバーＬＶＲ及び基礎に固定し
た偏心輪を介してシェーカー機構ＳＨＫをアンカ一部材
ＡＮＭに連結する。

図示しない駆動モータが偏心軸を回転させることにより
、レバーＬＶＲを介して偏心輪の低周波往復回転運動を
伝達する。

必要な振動の軌道はビレットの寸法や鋳造温度などのよ
うな要因に応じて異なる。典型的な例として、断面積が
１５０ｍｍ　ｘ　１５０ｍｍ（６’×６″）の鋼ビレッ
トの場合、振動振幅を±１０＋ｎｍ　（±３７８″）に
設定するのが普通である。振幅をこのような値に設定し
た場合、鋳型の振動中もターンディツシュのノズルＩＮ
Ｚと鋳型注入口ＩＮＬの外面とが半径方向に離れた状態
を維持するため、両者間のギャップは最小限１０ｍｍ　
（３７８″）の機械的クリアランスを見込まねばならな
い。

しかし、鋳型内の溶融金属の表面近くに恒常的なギャッ
プが存在すれば、シールが必要になる。しかもこのシー
ルはノズル内の液状金属中ＣＬＮの重量に耐えるもので
なければならない。鋳型の注入口内面に対して注入ノズ
ルをシールする種々の手段が試みられており、例えば機
械的すべりシール、弾性またはベローズ式シール、高圧
空気または不活性ガスなどがそれである。機械的な方式
は層温及びこれに伴う高デユーテイサイクル条件におい
て漏れを生じ易い。また、与圧空気噴射方式は溶融金属
の中に気泡を発生させ、製品の抗張力を劣化させる。従
って、この与圧空気噴射方式は採用されていない。

１つまたは２つ以上の電気コイルを近傍に設けることに
より金属中に発生された電磁力を利用するアプローチも
ある。注入ノズルの周りに巻着され、交流電流を供給さ
れる単一コイルを利用すれば、例えば、周波数１００乃
至１０００Ｈｚで５００００乃至１０００００アンペア
回数の励磁力が得られる。注入ノズルの直径は１２５＋
ｎｍ（５″）より大きくならないように設定するのが好
ましい。性能が著しく低下するのを覚悟で製造コストを
重視するなら送電網からの５０または６０Ｈｚをそのま
ま利用することも考えられる。しかし、このようなアプ
ローチには上記制約のほかに、主要タンクが多くの場合
比較的深く、８６０ｍｍ（２６″）にも及び、ノズル／
鋳型界面における溶融鉄の静圧（ ｆｅｒｒｏｓｔａｔｉｃ　ｈｅａｄ）が６８．９５ＫＰ
ａ　（１０ｐｓｉ）程度に達するという固有の重大な欠
点がある。

従って、３つの重大な障害を克服しなければならない。

先ず、浮揚または保持力の大きさが問題となる。

従来、ノズル領域の溶融金属に作用する浮揚または保持
力の大きさは大型の商業用鋳造システムに広く採用され
ているような溶融鉄静圧に耐えるには低過ぎた。

電磁システムのコイルが多巻なら、巻線間を電気的に絶
縁するか、あるいは巻線間に空隙を設ける必要があるが
、コイルを囲む極度の高温と腐蝕性の環境がコイルの耐
用寿命を著しく制限する。このような多巻コイルでは必
然的に入口または出口の導体がコイル辺を垂直に下方に
むかって通ることにより、鋳型を設計する際にレイアウ
ト上の問題となる。

不連続コイル構成を採用する場合には、外部の機械的フ
レームでコイルシステムを支持すると共に、コイルと鋳
型を電気的に絶縁しなければならない。その結果、最下
段コイル導体の底から溶融金属のメニスカスまでの垂直
距離が必要以上に大きくなり、電磁圧を著しく低下させ
る。

他方、インダクタを鋳型と一体化することが望ましい。

なぜなら、巻線間またはコイル／鋳型間の絶縁を必要と
せずに電流バスを溶融金属に可能な限り接近させた極め
て頑丈かつコンパクトなバスに沿って集中させることが
できるからである。

また、この場合の励磁電流は数値的に総アンペア回数、
例えば１００に、Ａ、Ｔ、に等しく、ノズル領域の狭い
部分の外側の広い空間を利用できる場所で可撓撚り線に
移行するまで入出力リードも鋳型の一部として形成すれ
ばよい。

急速に熱を奪う必要上、ノズルの周りに最も近い鋳型部
分、即ち、電流パスの最適材料として銅を利用すれば別
の利点が得られるであろう。ただし、鋳型各部への電流
配分は必ずしも均等ではなく底部よりも頂部外面に集中
する傾向があるから、特に高い周波数を用いる場合には
設計に注意を払わねばならない。

本発明では、このような着想を第２図に示すように実施
する。ターンディツシュの下に設けたノズルＩＮＺが液
状金属柱ＣＩＮを鋳型ＭＬＤのプール頂面よりも上方に
維持する。メニスカスＭＮＳはノズル外壁と注入口ＩＮ
Ｌの端縁に近い鋳型の上方内面との間に広がっており、
前記ノズル外壁と鋳型の上方内面との間にギャップＧＰ
が維持される。固化金属の引き抜きは第１図に示すよう
に溶融金属を内蔵したまま水平に両方向へ行われる。本
発明では注入口を設けである両方向へ行われる。本発明
では注入口を設けである鋳型頂壁の壁厚を切り欠いて形
成した凹部ＲＣ３を有し、これが内壁ＩＮＷ及び下方デ
ツキＬＤＫを画定する。注入口は切り欠かれて薄くなっ
た頂壁を貫通するように形成されている。鋳型壁の材料
としては熱伝導材、好ましくは銅を使用する。第３図は
前記下方デツキを鋳型の上方デツキＵＤＫの中に正方形
の凹部として見えるように示している。ＥＸＴｌ、ＥＸ
Ｔ２、ＥＸＴ３、及びＥＸＴ４は４つの対称的な位置に
おいてギャップの縁端に沿って上向きに突出する導電材
の４つの一体的部分である。第２図には突出片ＥＸＴＩ
、及びＥＸＴ３を直径を挟んで対向する関係で示してあ
り、突出片ＥＸＴ２、及びＥＸＴ４は示されていないが
、これも図面と直交する平面内に対称的に配置されてい
ることはいうまでもない。この２対の突出片は２相交流
系からの交流用リードとして利用される。例えば相Ａは
ＥＸＴＩ、及びＥＸＴ３に、相ＢはＥＸＴ２及びＥＸＴ
４にそれぞれ供給される。従って、鋳型と一体的で、環
状の、かつギャップ全体に沿って連続的なインダクタが
形成される。このインダクタが電流パスとして作用する
ことにより、ノズルを中心に液状金属を周方向に攪拌し
、メニスカスに収縮力を作用させて漏れを防止する。

第４図は本発明の好ましい実施例を示す。

多相交流電源は３相、３線式である。三角形を形成する
位置に、かつそれぞれの相Ａ、Ｂ、Ｃに対応させて対称
に３つの突出片ＥＸＴＡ、ＥＸＴＢ％　ＥＸＴＣを配列
する。ギャップＧＰは１０ｍｍとするのが普通である。

以下の説明は第３図の実施例だけでなく、第４図の実施
例にも当てはまる。もっと一般的にはギャップを鋳型の
側部で囲む一体的インダクタという広義の概念の範囲内
で以下の説明を考察されたい。

第２図から明らかなように、凹部ＲＣＳに近く鋳型壁中
に冷却通路ＣＣＨを設ける。金属中に漂遊電流バスが発
生して所期の磁界集中パターンが崩れる危険を回避する
ため、一体的インダクタＣＬＲの銅塊中に環状溝ＣＣＧ
を形成する。この溝は第２図に示すように、凹部ＲＣ３
の上方デツキ及び下面または鋳造容器の天井に形成した
環状の細長い切り込みまたはスリットである。これらの
スリットは互いに半径方向に位置がずれており、インダ
クタの作用ゾーン、即ち、ギャップ端縁と境を接するゾ
ーンから所定の距離に配置される。理想としては、メニ
スカスの真上でノズルを囲む、半径方向に極めて薄い環
状路に電流を封じ込めるべきである。しかし実際には、
第３及び４図から明らかなように、一体インダクタの平
面寸法はノズル直径の少なくとも１０倍であるから、上
記スリットなどによる防止策を講じない限り、電流密度
は注入口ＩＮＬから半径方向にＳＯｍｍ（２’　）の距
離において最大となる。

低周波数の場合、電流バスを決定する鋳型の抵抗が圧倒
的に大きいから、電流パスの封じ込めは容易である。と
ころが、例えば１００Ｈｚ以上の中程度の周波数では、
電流密度分布は鋳型のインダクタンス及び表皮効果によ
って著しく影響を受けることになる。表皮効果の悪影響
を克服するためにＣＣＧのような指向性スリットを設け
る理由もここにある。実施に際しては、図示のように一
部インダクタ鋳型部分の厚さの一部を占める部分的スリ
ットとしてスリットＣＣＧを形成する。

スリットの深さは鋳型壁厚の一部に過ぎず、幅は製造交
差が許す小さい値、例えばｏ、ｓｃｍとなるように機械
加工する。このような電流封じ溝には２つのタイプが考
えられる。１）すでに述べたように、注入口からの半径
がそれぞれ少しづつ大きい周方向の溝、及び／または２
）ギャップＧＰから半径方向に数ｕ＋ｍの位置を起点と
する半径方向の溝。第２図に示す好ましい実施例では、
（直径１２フインチの）注入口の外表に対して深さｌ　
Ｏｍｍとなるようにインダクタの頂面と下面に１条づつ
２条の周溝ＣＣＧを設ける。この２条の溝は異なる半径
で頂面と下面との間で対向するからアコーディオン形状
を備える。各溝ＣＣＧの幅は約０．５＋＋＋ｍであるか
ら、各構に窒化硼素のような電気絶縁性の耐高温粉末を
充填することにより、一体インダクタ部分における鋳型
の機械的一体性を維持することができる。

周溝ＣＣＧのほかに、破線で示すように半径方向に電流
封じ溝ＲＣＧを設ける。半径方向の溝の効果は従来の回
転装置における積層鋼板と同様に漂遊電流に対する回路
抵抗を増大させることにある。ただし、この場合、電流
は誘導渦電流はなく、注入口ＩＮＬを囲む鋳型のリムを
介する直接伝導によって発生する電流である。

本発明の他の特徴は多相電流を一部インダクタに封じ込
める機能をも兼ねる流れガイドを設けることにある。こ
の流れガイドは第２図に参照記号ＦＤで示した。流れガ
イドは一部インダクタの作用ゾーンを周方向に画定する
ゾーンにおいて機械的に下面に取り付ける。従って、溶
融金属のプールの中に占める流れガイドＦＤの容積は極
めて小さい。流れガイドの機能は溶融金属中の誘導電流
がメカニカス領域の周りに集中したままとなり、一体イ
ンダクタを流れる所与の１次電流で最大の浮揚効率を得
るのに寄与する。流れガイドＦＤは非強磁性、非導電性
の耐高温材で形成することが好ましい。

本発明の一部インダクタに関するさらに他の特徴はメニ
スカスの境界に沿ってメニスカスの下に、注入ノズルＩ
ＮＺを囲むスリーブとして強磁性磁束集中手段ＦＭＣを
設け、溶融金属に浸漬する。ノズル領域に近接している
物質はすべて非強磁性である。鋳型は多くの場合銅製、
支持構造はステンレススチール製であり、溶融金属は常
にキュリ一温度以上であり、従って、このステンレスス
チールは非強磁性である。ただし、磁束密度を局部的に
増大させる強磁性材を組込むことによって多相交流によ
る浮揚効果を高める。このような強磁性材としては、炭
素漏磁極片またはスリーブが考えられ、第３図に示すよ
うに、好ましくは次の２つの場所に配置する。ａ）（セ
ラミックまたは窒化硼素を材料とするのが普通の）本来
の注入ノズル壁を囲む垂直なＦＭＬ　；　ｂ）銅製の鋳
型の下方に周方向に配置され、好ましくは鋳型頂壁によ
って直接支持されるＦＭＣ。

以下余白 第１タイプの磁束集中手段（ＦＭＬ）は磁束がノズルの
主要部分に進入するのを阻止し、強い磁場が溶融金属の
連続的な流れをピンチ・オフ、即ち、間歇的に中断する
のを防止するシールドとして作用する。このスリーブは
ノズルの主要部分とほぼ等しい垂直長を備えるが、鋳型
底面よりやや下方まで延び、それ以上深く溶融金属中に
進入させる必要はない。この構造の半径方向寸法はこの
付加物の透磁率が想定されるあらゆる励磁状態において
も高いレベルを維持するように設定する。永久磁石は磁
束集中手段として長所を備えているが、連続鋳造装置の
あらゆる領域に現れる温度を考慮すれば、高温において
発生する減磁効果のため希土類金属を含む永久磁石の使
用は不可能である。

第５図は第３図に示した２相システムの共通相Ａに関連
の電極ＥＸＴＩと連携する可撓リードＦＬＡＩ及び電極
ＥＸＴ３と連携する可撓リードＦＬＡ２を示す。他の相
Ｂについても２つの電極ＥＸＴ２、ＥＸＴ４　（第３図
）に同様の可撓リードを連携させることはいうまでもな
い。

導体コンダクタの近傍にあって例えば銅のような熱伝導
性に優れた材料から成る鋳型に設けた冷却通路は導体コ
ンダクタのための冷却通路としても作用する。

本発明は導体コンダクタに２相、３相またはそれ以上の
多相電源を接続した場合に利用し得る。本発明の基本的
構成として、あらゆる点で鋳型本体と一体的な電流パス
を形成し、一体インダクタ片のいずれにも絶縁材を使用
しない。この構成から下記の効果が得られる。

ａ）従来のコイルのような大きさが変化する固定磁場で
はなく、多相励磁方式の使用により液状金属メニスカス
中に周方向の回転磁場が発生する。

ｂ）回転磁場パターンにより、どの入力リードの下にも
ゼロ磁場点は現われない。環状インダクタのこの連続性
が溶融金属に対して均一な混合及び安定化力を作用させ
る。

Ｃ）多相方式を採用することで、導体またはリードごと
の比較的弱い線電流で所要の浮揚力が得られる。高電流
システムの場合、集電効果が広い領域に広がるから、鋳
型／入力リード界面において充分な熱伝導／冷却効果を
得るという課題の達成が容易になる。

ｄ）一体インダクタに関連して上述した多相方式は高周
波同期発電機を利用して励磁を行う場合に最適である。

これに反して、単相同期発電機（または多相ユニットの
１つの相だけ）を利用することは技術的に可能であるが
、単相同期発電機の総出力／重量比はこれと等価のＫＶ
Ａ多相同期発電機よりもはるかに低い。多相同期発電機
の利用に代わる方式として、多相ソリッドステート出力
コンバータの使用が考えられ、規格化及び市場条件に照
らして、所与のＫＶＡに対応する多相コンバータを利用
することで効果的なコスト軽減を達成することができる
。

多相励磁による浮揚効果は相数が２以上でさえあれば達
成でき、特に好ましい相数は２．３．６．１２及び１５
であり、その場合対応のリード及び入力コネクタの数は
、４．３．６．１２及び１５となる。

励磁周波数の選択には幅があるが、大部分の溶鋼の場合
には鋳型中での体積抵抗率が高い（１２００℃で１２０
　μΩ−ｃｍ）のが普通であり、従フて配電網から得ら
れる周波数では不充分である。ただし、その他の材料、
例えばアルミニウムなら、５０または８０Ｈｚを利用し
ても充分な浮揚圧が得られる。しかし、連続鋳造装置は
アルミニウム生産を主目的とするものではない。最適励
磁周波数を決定する重要な要因は第１に溶融金属の抵抗
率であり、第２に磁場の磁極ピッチを決定するメニスカ
スのノズル口直径である。周波数の決定の最小限の制約
を決める一般的な目安として、磁気レイノズル数の上限
を求めねばならない。

ただし、Ｔ、は（メニスカスの直径にほぼ等しい）コイ
ルのピッチまたは平均直径、μ。は自由空間の透磁率、
ｆは励磁周波数（Ｈｚ）。

ρ３は溶融金属上面の表面抵抗率（オーム）、ｇはコイ
ル中間平面と溶融金属上面の間の（垂直な）話電エアギ
ャップまたは分離距離である。計算単位はすべてｍ、に
、ｓ方で表わされ、アンペア回数に関係なく何らかのタ
イプの垂直または浮揚力を発生させるために磁気レイノ
ルズ数が１．０以上でなければならない。方程式（１）
は適正周波数が溶融金属の抵抗率と正比例して変化する
こと、また、もし鋳型の注入ノズルの物理的サイズ（例
えば直径）を２倍にすれば、浮揚力を得るのに必要な最
低周波数を１／４にすることができることを規定してい
る。レイノルズ数は無次元数であり、Ｒ＜１．０なら安
定して浮揚効果を発生させることは不可能である。とこ
ろが、本発明は導体インダクタを多相励磁することによ
り、公知技術に見られなかった電磁的要因を導入する。

本発明によって得られる鋳型内での攪拌作用の関与の大
きさは電磁作用による溶融金属の正味スリップで評価し
、表現することができる。単位スリップ量は次の式で表
わされる。

ただし、Ｖｓ−πＤｆはコイルまたはメニスカスの平均
直径をＤ、励磁周波数をｆとして同期磁場速度である。

溶融金属の線形速度実測値がＶｒであり、ｍ／ｓｅａで
表わされるのが普通である。重要な点は高レイノルズ数
が得られるようにｗＪ磁同周波数充分高く維持する必要
上、同期磁場速度も極めて高くなることであり、これは
ノズル直径が比較的大きいことにも起因する。結果とし
て、単位スリップ量は常に誘導多相コイルの場合よりも
１に近くなる。従来の誘導多相コイルは効率及び力率の
配慮からスリップをできるだけゼロに近く維持しようと
する。しかし本発明の連続鋳造では、安定した浮揚効果
を得る前提条件として極めて大きいスリップが好ましい
。高レイノルズ数を維持すること以上に重要な条件とし
て、安定した浮揚効果を達成するため、本発明ではスリ
ップ／レイノルズ数の積が１以上でなければならない。

従って、Ｓ−Ｒ＞１．０が安定場所、ｓ−Ｒ＜１．０が
不安定場所である。

究極的には正味スリップに寄与する副次的要因として、
ａ）溶融金属表面の粘性及びｂ）注入されて来る熔融金
属の静圧を挙げることができる。

本発明の実物大システムを評価するにあたって、メニス
カスの直径Ｄ＝０．１２７ｍ　（５″）、周波数が１０
０ＯＨｚなら、同期磁場速度は３９８ｍ／ｓである。こ
れは少なくとも溶融金属の回転速度よりも速い速度であ
る。もし溶融金属を（例えば表皮深度の）速度Ｖｒで回
転させるのに必要な機械的な出力をＰｉ（ワット）とす
れば、理論上好適なスリップは下記式で求められる。

ピｒ ただし、Ｐｒは抵抗熱のため溶融金属の表層で起こるワ
ット損である。この例では、注入口直径が５インチ、１
次コイル／鋳型における励磁相アンペア回数が６０　Ｋ
、Ａ、Ｔ、なら、Ｐｒは１０ＫＷでよい。攪拌出力Ｐｍ
は０．ＩＫＷ程度となり、従って、スリップは約９９９
６となる。溶融金属の速度はＰｍ設定の基礎となってい
る３、９ｍ／Ｓより大きくなることはあり得ない。本発
明においてＳ、Ｒ＜１．０、従ってＲ＜１．０でなけれ
ばならない理由はここにある。

以下の説明は本発明の導体インダクタの動作を理解する
上で重要である。先ず、特定の連続鋳造に適応できる最
低有効周波数について考察する。

この最低有効周波数は主としてａ）コイル内径及びｂ）
作用温度または外表温度における溶融金属の抵抗率に依
存する。一般的には、最低周波数は「レイズウェイト係
数（Ｌａｉｔｈｗａｉｔｅ’ｓ　ｆａｃｔｏｒ）　」か
ら計算することができる。

２Ｔｐ”　μ。ｔｆ Ｒｍｍ−Ｇａ１ｎ　＝　　　　　　　　　（無次元）（
１）ρｒｇａ　π ただし、ｆ＝周波数（）ｌｚ）、μ。は自由空間透磁率
（４πｘ１ｏ−’）　、ｇ＊は電磁コイル内縁と溶融金
属の外縁との間の半径方向エアギャップ（ｍ）、商Ｐ　
、／ｌは溶融金属の有効表面抵抗率（オーム）、Ｔｐは
本出願人のＤｉｓｃｌｏｓｕｒｅＲＥＳ　８４−０９０
の場合なら量［コイル内径×πコ／２　（ｍ）に等しい
回転磁場装置の磁極ピッチである。浮揚効果を得るのに
必要な最低周波数Ｇｍ１ｎ〜３０を計算するため、−例
として最低温度６５９℃（融点）におけるアルミニウム
の抵抗率を利用すると、Ｐ、／ｌとして１０．４５　ｘ
　１０−６Ωの表面抵抗率を得るための基本抵抗率は繰
り返し計算法により９，２３マイクロオーム・ｃｍとな
り、アルミニウムの表皮深度は（３００Ｈｚにおいて）
　＜　８．８３ｘ　１０−’ｍとなる。これらの値を方
程式（１）に代入すると、磁極ピッチは（コイル内径５
．５″として）　０．２１９ｍとなる。

即ち、アルミニウムのような良質の導体が使用され、鋳
型への注入ノズルの直径を５．０インチとした最適条件
下で浮揚効果を得るための最低周波数Ｆｍ１ｎ〜３０１
０．３８６−７７．７Ｈｚとなる。一般的には最低周波
数として１００Ｈｚを用いなくてもよが、少なくとも３
００Ｈｚとした方がよく、従って有効最低周波数として
３００　Ｈｚを採用すべきであろう。

次に、特定の連続鋳造に利用可能な有効最高周波数を考
察する。

最低周波数を計算する場合と同様に、極めて高い温度に
おける導電率が低い金属を使用し、金属の表皮深度にお
ける周波数を３０００Ｈｚと想定することにより、有効
最高周波数を求めることができる。ここでも磁極ピッチ
を０゜２１９ｍとし、エアギャップｇ。を機械的撮動の
振幅３／８″または０．００９５ｍに等しし゛とする。

レイズウェイト数の上限をＧ□、　−１００とする。

これ以上にしても浮揚力の増大はほとんどゼロに等しい
からである。例えば、融点１２６０℃のマンガン鋼なら
、体積抵抗率は１５６．８フイクロオーム・ｃｍ、表皮
深度は１．１５ｃｍ、表面抵抗率は１３６　Ｘｌ０−’
オームとなる。

従って、 即ち、マンガン鋼のような材料を鋳造するため極めて不
利な状況において、 Ｆ−−ｘ　−１００１０，０２９７−３，３６７Ｈｚと
なる。設定範囲を極めて広く取りたければ、３，５００
　Ｈｚとするのが妥当であろう。

連続鋳造容器のメニスカスによって画定されるギャップ
をシールするのに有効な、本発明の導体インダクタに供
給される高周波電流と高周波誘導加熱作用との関係にも
言及しなければならない。

そもそも本発明の目的は好ましくない副作用である誘導
加熱を伴うシール効果を提供することにある。この装置
の効率を評価する大ざっばな方法としては「同期ワット
」として計算される［密封力／同期磁場速度］積と溶融
金属中におけるオーム加熱による総ワット損の比を求め
る方法がある。この効率を最大にするには（もし可能な
ら）アルミニウムのように表面抵抗率の低い溶融金属を
使用すればよい。理論的には、もし抵抗がゼロの完全な
溶融導体なら、浮揚効率は１００ｔとなる。一般に液状
金属電磁シールシステムは異なる金属及び／または周波
数を利用するが、もし等価のレイズウェイト数を持つこ
とができるなら、密封力同期ワットとオーム加熱損の比
は一定となる。方程式（１）及び（２）における係数Ｇ
が大きければ大きいほど、単位密封効果も高くなる。

本発明の導体インダクタでは、ギャップに必要とされる
ような調整を誘導「コイル」に対して行う必要はほとん
どなく、この点がマイクロン波管あるいはクライストロ
ンを用いる場合と異なる。即ち、マイクロ波管の場合、
設計者はレイズウェイト数をできるだけ大きく設定しな
ければならない。マイクロ波管はコイル内径をできるだ
け大きく、周波数も電源を構成するのに好都合な比較的
高いレベルに設定されるのが普通である。従来の誘導装
置に見られるようにコイルのオーム損を溶融金属をオー
ム損に整合させることはせずに、その代わりに、溶融金
属の表面抵抗率に関係なく最低限となるように設定する
。最も留意しなければならないのは、高い周波数を使用
する場合、レイズウェイト数を決定する磁化電流と溶融
金属の渦電流との比にほぼ相当する溶融金属の表面抵抗
率が有効な値となるように表皮深度を設定しなければな
らないことである。

第６図において、溶融金属のプール中に発生する電磁力
は１）垂直浮揚力と２）プール中を６動する基本的な渦
電流ダブレットに作用する接線方向回転力を含む。第６
図は理想的にギャップＧＰの縁端に沿った平面的なコイ
ルにまで縮小されたと仮定した導体インダクタの縁端に
取り付けた２本の極性が反対のリードＬＤＩ、ＬＤ２に
よって誘導される電流の円形軌道を泡の形で示している
。Ｊｍｉは導体インダクタ中のガウス分布における中心
電流である。同様にプール中のメニスカスＭＮＳに沿っ
て渦電流が発生する。泡の形で示す円形渦電流Ｊｅｌは
上記ガウス分布中心電流と同様に中心位置を占め、いず
れもその垂直軸ｏｙは液状金属柱ＣＬＮの軸線と一致し
、これと直交するのが水平軸Ｏｘである。

第７Ａ図におて、ＪｍｉＯ値は軸Ｏｙに沿って決定され
るｙの値に対応するＪｍ［１−ｅ−”’　］である。第
７Ａ図の曲線は垂直部分の変化に応じてインダクタ中に
発生するメニスカス電流Ｊｍｙ値の変化を示し、同様に
、第７Ｂ図は柱ＣＬＮ軸心からの水平距離に応じたＪｍ
ｘ値を示す。α及びβはリードＬＤＩ、ＬＤ２間電圧電
圧じて変化するインダクタの直径り及び厚さＹの２つの
係数である。

典型的には、垂直方向減衰定数のαは ０．００５ｍ、半径方向減衰定数βは０．０１ｍである
。Ｊｍはアンペア／　ｍ　２で表わされる。インダクタ
の磁極ピッチはＤπ／２−　ＴＰより大きいか、または
これに等しい。円（泡）の形で示したＪｒｎｌ、　Ｊｅ
ｔ　　の効率はＪｅｌ／Ｊｍｌである。なお、プール中
の溶融金属の作用する２つの力、即ち、浮揚力及び回転
力のうち、第１の力は高周波数において優勢となり、第
２の力は低周波数において優勢となる。本発明の導体イ
ンダクタにとって必要なのは浮揚力である。なぜなら、
液状金属柱ＣＬＮによって加えられる力にもかかわらず
、メニスカスを低く維持するように作用するからである
。また、溶融金属の粘性、温度、誘導加熱効果などよう
な他の重要な要因を考慮して浮揚力が最大となるように
周波数範囲があらかじめ設定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は固形ビレットが水平方向に引き抜かれ、上記中
心の注入ノズルを中心に容器を水平に振動させるように
構成した公知の鋳造容器を示す。 第２図はノズルで液状金属柱の形で溶融金属を供給され
る鋳造容器の注入口の一部を構成する本発明の導体イン
ダクタを示す。 第３及び４図はそれぞれ２相及び３相電源で励磁される
第２図の導体インダクタを示す。 第５図は第２図の導体インダクタを、その実施に必要な
他の特徴部分と共に示す。 第６図は導体インダクタ中の電流と、インダクタ及びノ
ズル間ギャップにおけるメニスカスの下方に発生する渦
電流との相互作用を略示する。 第７Ａ及び第７Ｂ図はそれぞれ垂直部分及び半径方向部
分に応じた誘導ベクトルを表わす曲線である。 ＩＮＺ・・・・注入ノズル ＩＮＬ・・・・注入口 ＣＬＮ・・・・液状金属−１ ＭＮ５・・・・メニスカス ＧＰ・・・・・・ギャップ ＣＣＧ・・・・環状溝 ＲＣＧ・・・・半径方向溝 ＦＤ・・・・・・流れガイド ＣＬＲ・・・・一体インダクタ ＦＭＣ，ＦＭＬ・・・・強磁性磁束集中手段ＦＩＧ、　
４ ’７　　　ＦＩＧ、６ Ｘ ＦＩＧ、７Ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固体化した金属を引き抜くための少なくとも１つの
   取り出し口と溶融金属を注入する注入口を有する鋳造容
   器と、供給される液状金属柱を注入口の上方に維持する
   ため注入口から鋳造容器内の溶融金属中に浸漬させた供
   給ノズルとを含み、注入口を、リムを有する鋳造容器の
   環状部分内に配置し、ノズル及び環状部分が両者間にギ
   ャップを画定し、さらにギャップと隣接する溶融金属中
   に渦電流を発生させるため環状部分に多相交流電流を流
   す手段を含んで、溶融金属中に電磁力を発生させること
   により、ギャップから溶融金属が逃げるのを防止して液
   状金属柱を維持することを特徴とする連続鋳造装置。 ２、環状部分が容器の頂壁の注入口の周りに形成された
   凹所であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の装置。 ３、容器が熱伝導性の金属から成る壁を有 し、その壁に溶融金属が隣接することを特徴とする特許
   請求の範囲第２項に記載の装 置。 ４、熱伝導性金属として導電性金属を使用 し、リムの等間隔位置にリムと同じ金属から成る複数の
   延長部を垂直に形成し、それぞれの延長部が多相交流電
   流の１つの相を伝導するようにし、交流伝導手段を複数
   の延長部と電気的に接続したことを特徴とする特許請求
   の範囲第３項に記載の装置。 ５、リムに近い容器の壁に冷却通路を設けたことを特徴
   とする特許請求の範囲第４項に記載の装置。 ６、交流電流がリムから半径方向に逃げるのを制限する
   ため環状部分に同心円状の垂直な周溝を設けたことを特
   徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ７、容器壁の両側に液状金属柱と同心関係 に、半径の異なる少なくとも２つの周溝を設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の装置。 ８、液状金属柱の軸心から所定半径を越えたゾーンにお
   いて交流電流が周方向に流れるのを制限するため、リム
   に近く複数の半径方向溝を垂直に設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲５項に記載の装置。 ９、溶融金属の移動範囲をギャップを含む供給ノズルの
   周りの好ましいゾーン内に封じ込めるため、リムの下方
   に垂直な流れガイドを設けたことを特徴とする特許請求
   の範囲第４項に記載の装置。 １０、溶融金属の移動範囲をギャップを含む供給ノズル
   を囲む好ましいゾーンに制限するため、ギャップに近く
   リムの下方に、かつ液状金属柱の軸心を中心として周方
   向に強磁性磁束集中片を設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第４項に記載の装置。 １１、多相交流電流伝導手段が２相交流電流を通すこと
   を特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の装置。 １２、多相交流電流伝導手段が３相交流電流を通すこと
   を特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の装置。 １３、多相交流電流の周波数が３００Ｈｚ乃至３５００
   Ｈｚであることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記
   載の装置。 １４、ギャップの寸法より大きくない振幅で鋳造容器を
   振動させるバイブレータ手段を含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第４項に記載の装置。