JPH04187343A - 電磁鋳造方法および装置 - 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】 【産業上の利用分野】

本発明は、金属溶湯に電磁気力を働かせることにより前
記金属の連続鋳造または半連続鋳造を行なう電磁鋳造方
法および装置に関する。 ！従来の技術】 電磁鋳造方法（ＥＭＣ）は、周知の如く、金属の連続鋳
造または半連続鋳造（以下、双方を「連続鋳造」と総称
する）を行なうに際し、鋳型の代わりに電磁コイルを用
い、該電磁コイルにより鋳造すべき金属溶湯に電磁気力
を働かせて、溶湯柱を側面から保持することにより鋳造
を行なうものである。 第６図は、アルミニウム（アルミニウム合金）の従来の
電磁鋳造装置の一例を示すもので、本図において、符号
１で示すものは鋳造すべき金属、ｌａはその金属１の溶
湯、１ｂは溶湯１ａの凝固により形成された鋳塊、２は
前記溶湯１ａに電磁気力を付加する電磁コイル、３は冷
却水ジャケットである。 ところで、上記の如く電磁コイル２を設けるのみでは、
前記溶湯１ａが山型に盛り上がり安定した断面形状を得
られないため、溶湯柱側面を垂直に保持する目的で、磁
場遮蔽スクリーン４が設けられている。該磁場遮蔽スク
リーン４は、電磁コイル２による磁場を上方はと減衰さ
せて、溶湯静圧とほぼ等しくなるように電磁気力分布を
作る働き、および、溶湯１ａ内の過度の流動を抑えて形
状を安定させる働きを有するものである。前記磁場遮蔽
スクリーン４としては、通常ステンレス製のリング等が
用いられる。

【発明が解決しようとする課題１ 上記の如き電磁鋳造法によれば、例えばＤＣ鋳造法等と
異なり、溶湯１ａが直接鋳型に接触することがないため
、鋳型接触による鋳造品表面の欠陥発生を極力阻止する
ことができる。 しかしながら、上記従来の電磁鋳造法（装置）において
は、下記の如き不具合がある。 すなわち鋳造すべき合金の種類等に応じて鋳造条件、つ
まり前記電磁コイル２による磁界の強さ等を変化させる
必要がある。また、鋳造中においても、一定の断面形状
を得るためには微妙に磁界の強さを制御する必要もある
。しかしながら、上記従来の方法（装置）では、前記磁
場遮蔽スクリーン４の磁場遮蔽効果が常に一定であるた
めに、それら鋳造条件に合わせて制御する電磁コイル２
からの磁場の変動に十分に対応し切れない。このため、
電磁コイル２による磁場を制御しているのにも拘わらず
、鋳造品の目的とする良好な断面形状を得られ難いとい
ったことである。 このため従来では、例えば合金種が異なる等、鋳造条件
が変わる毎に前記磁場遮蔽スクリーン４の位置を変更し
たり、あるいは磁場遮蔽スクリーン４を交換する必要が
あった。しかし、磁場遮蔽スクリーン４を移動させるに
は、それに伴って前記冷却水ジャケット３等の付帯設備
も移動させなければならず、大掛かりな作業を要する。 また、各条件に合わせて磁場遮蔽スクリーン４を交換す
るには、それぞれの鋳造条件に合致した磁場遮蔽スクリ
ーンの準備、すなわち個々の磁場遮蔽スクリーン４の設
計、製造、保守等を行なう必要があり、その分のコスト
もかかるといった問題がある。 また、例えこのように各合金種に対応した個別の磁場遮
蔽スクリーン４，４．・・・を用いても、それぞれの磁
場遮蔽スクリーン４は、そのスクリーン効果が固定され
ているものであるから、鋳造中における鋳造条件の変動
には対処できないといった問題は解消されない。 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、鋳造条件が
異なる場合あるいは変動する場合にも鋳塊の所要の断面
形状を良好に得ることのできる電磁鋳造方法および装置
を提供することを目的とするものである。 なお、ここで補足しておくと、上記において述べる「所
要の断面形状を得る」とは、前記電磁コイル２の形状に
拘わらず所望する多種の多角形状（矩形、六角形状９等
）を自由に得ようとするものではなく　（このような鋳
塊の全体的な断面形状は電磁コイル２の形状により定ま
るものである）、例えば、断面矩形状の鋳塊におけるコ
ーナ一部のアールあるいは平面部の膨らみの付与等の操
作を鋳造条件の変化に応じて制御し得るようにすること
をいうものである。 【課題を解決するための手段】 本発明の請求項１に係る発明は、鋳造すべき金属溶湯に
電磁コイルにより電磁気力を働かせることにより溶湯柱
自身に保持力を発生させて前記金属の連続鋳造または半
連続鋳造を行なう電磁鋳造方法において、前記電磁コイ
ルにより生ずる磁場内の所定位置に、該電磁コイルの発
生する交番磁界により誘導電流を生じて前記電磁コイル
により発生した前記磁場を遮蔽する磁場遮蔽用コイルを
設置すると共に、前記磁場遮蔽用コイルのインダクタン
スを変化させることにより該磁場遮蔽用コイルの磁場遮
蔽効果を制御し、これにより所要断面形状の鋳塊を得る
ことを特徴とするものである。 本発明の請求項２に係る発明は、鋳造すべき金属溶湯に
電磁コイルにより電磁気力を働かせ、前記金属溶湯自身
に保持力を発生させることにより前記金属溶湯を連続鋳
造または半連続鋳造する電磁鋳造装置において、前記電
磁コイルと略同軸的に設けられ、前記電磁コイルにより
生じる交番磁界により誘導電流を生じて前記電磁コイル
により発生した磁場を遮蔽する磁場遮蔽用コイルと、該
磁場遮蔽用コイルと閉回路を形成する外部可変コイルと
、を備えることを特徴、とするものである。 本発明の請求項３に係る発明は、鋳造すべき金属溶湯に
電磁コイルにより電磁気力を働かせ、前記金属溶湯自身
に保持力を発生させることにより前記金属溶湯を連続鋳
造または半連続鋳造する電磁鋳造装置において、前記磁
場遮蔽用コイルが、複数の分割コイルにより構成されて
ν）ることを特徴とするものである。 そして、本発明の請求項４に係る発明は、上記請求項３
記載の電磁鋳造装置におし１て、前記各分割コイルが、
これら各分割コイルと閉回路を形成する外部可変コイル
を備えていることを特徴とするものである。 「作用】 本発明の請求項１に係る電磁鋳造方法では、電磁コイル
により生ずる磁場内の所定位置に、該電磁コイルの発生
する交番磁界により誘導電流を生じるコイル（磁場遮蔽
用コイル）を設置することにより、前記電磁コイルによ
り生ずる磁場をこの磁場遮蔽用コイルの近傍において遮
蔽することができる。その際、この磁場遮蔽用コイルの
インダクタンスを変化させることによりこの磁気遮蔽用
コイルによる磁気遮蔽効果を制御することができる。そ
して、磁気遮蔽効果を制御することにより溶湯に作用す
る電磁気力を制御でき、これにより鋳塊の断面形状の制
御を行なうことができる。 請求項２に係る電磁鋳造装置は、上記請求項１に係る電
磁鋳造方法を具体的に実現するものであり、その作用は
上記と同じである。 請求項３に係る電磁鋳造装置では、磁場遮蔽用コイルを
分割構成としたことから、磁場遮蔽効果を各分割部分で
変えることができ、例えば鋳塊のコーナ一部の形状を特
定する等の制御が可能となる。 さらに、請求項４に係る電磁鋳造装置では、請求項３記
載の装置における分割コイルのインダクタンスを個々に
制御することが可能であり、鋳塊の形状制御をより確実
かつ容易に行なうことかで゛きるものとなる。

【実施例】

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 第１図は、本発明の請求項２の発明に係る電磁鋳造装置
の一実施例を示したもので、本発明をアルミニウム（ア
ルミニウム合金）の連続鋳造装置に適用した例である。 本図において、先の第６図に示したものと同一構成要素
には同じ符号を付してその説明を省略または簡略化する
。 第１図において符号２は、鋳造すべき溶湯１ａに電磁気
力を働かせるための電磁コイルである。 該電磁コイル２の内側の領域で、溶湯１ａの上端部とな
る位置の近傍には、磁場遮蔽用コイル１１が、前記電磁
コイル２と同軸的に設けられている。 前記磁場遮蔽用コイル１１は、例えば第２図に示すよう
に鋳塊１ｂを巡る形状となるように巻回されている。な
お、図示例では、該磁場遮蔽用コイル１１を構成するコ
イル線１１ａは断面矩形のものとなっている。コイル線
１１ａは断面円形であっても構わない。また、図示例で
は、図の簡略化のため該磁場遮蔽用コイル１１は２巻の
ものとしているが、勿論２巻以上の巻数を有したもので
あってもよく、また１巻でもよい。本実施例において、
該磁場遮蔽用コイル１１は銅製のものとしている。 前記磁場遮蔽用コイル１１は、第１図に示すように、該
磁場遮蔽用コイル１１とは別に構成された外部可変コイ
ル１２と閉回路を形成している。 前記外部可変コイル１２は、タップ１３の位置を可変と
されることにより、および、該コイル１２内に進退自在
となる鉄芯（磁性体）１４を備えることによりそのイン
ダクタンスを変えることができるものである。ただし、
該外部可変コイル１２のインダクタンスは、前記タップ
１３の位置変更あるいは前記鉄芯１４の挿入量の変更の
いずれか一方の操作によっても変化させることが可能で
ある。従って、前記外部可変フィル１２のインダクタン
ス可変手段としては、上記ν）ずれか一方のみを備えた
ものであってもよい。さらに言えば、本発明において磁
場ｌ蔽用コイル１１のインダクタンスを変える手段とし
ては、上記の何れの手段にもよらず、例えばインダクタ
ンス素子を用いる等、他の方法によってもよい。 上記の電磁鋳造装置１０の作用は下記の如くである。な
お、上記電磁鋳造装置１０の作用は、本発明の請求項１
記載の電磁鋳造方法の作用に等しい。 上記電磁鋳造装置１０により連続鋳造を行なうには、前
記電磁コイル２により交番磁界を発生させた状態で、鋳
造すべき溶湯を、図示しない溶湯供給手段により電磁コ
イル２の上方中央部より供給する。そして、溶湯の供給
に伴って図示しなり１受底を順次下方に移動させていく
。この操作は、従来の連続鋳造と同じである。 注湯された溶湯１ａには、前記電磁コイル２の発生する
交番磁界により電磁気力が発生し、この力が溶湯柱を側
面から保持する。そして、冷却水ジャケット３より鋳塊
に冷却水を散水し、鋳塊の引き抜き量と注湯量をバラン
スさせれば溶湯１ａの連続鋳造が可能になる。 このように、注湯された溶湯金属１ａは、電磁コイル２
からの磁場の影響を受けるが、電磁コイル２の内側で溶
湯１ａの上面位置の近傍には、磁場遮蔽用コイル１１が
設けられているため、この磁場遮蔽用コイル１１も上記
磁場（交番磁界）の影響を受け、該磁場遮蔽用コイル１
１には電磁誘導により誘導電流が発生する。このように
磁場遮蔽用コイル１１に誘導電流が発生すると、該コイ
ル１１の周囲には、その誘導電流による交番磁界が生ず
る。このコイル１１の発生する交番磁界は、前記電磁コ
イル２の発生する交番磁界を打ち消す方向に発生する。 従って、この磁場遮蔽用コイル１１の近傍、つまり溶湯
１ａの上部付近においては、電磁コイル２からの磁界の
影響が弱められ、溶湯１ａの中央部が山型に盛り上がる
のを防止する。ここで、改めて確認しておくと、前記磁
場遮蔽用コイル１１は、上記の如く電磁コイル２の発生
する交番磁界の作用を受けて、能動的にその電磁コイル
２の発する交番磁界に反発する交番磁界を発生するもの
であって、外部電圧を印加することにより交番磁界を発
生するものではない。 ところで、前記磁場遮蔽用コイル１１は前記外部可変コ
イル１２と閉回路を形成して接続されているから、外部
可変コイル１２のインダクタンス変更手段を操作するこ
とにより、この磁場遮蔽用コイル１１のインダクタンス
を変更すること、あるいは変化させることができる。例
えば、前記タップ１３の位置を図の右方に移動させて実
質的にコイル１２の有効巻数を減らすか、または前記鉄
芯１４のコイル１２内への挿入量を小さく設定した場合
には、該コイル１２のインダクタンス（磁場遮蔽用コイ
ル１１のインダクタンス）が小さいものとなり、磁場遮
蔽用コイル１１の発生する逆方向磁場が強くなる。従っ
てこの場合には、磁場遮蔽用コイル１１による磁場遮蔽
効果が高まり、一般に溶湯柱の断面は小さくなる。一方
、上記とは逆の操作をした場合には、一般に、溶湯柱の
断面を大きくすることができる。また、鋳造すべき金属
の合金種が変更された場合について述べれば、大きい静
水圧を有する合金はど強い磁場を必要とするから、この
場合には、上記のように外部可変コイル１２を操作して
磁場遮蔽用コイル１１のインダクタンスを小さく設定す
ればよい。小ざい静水圧の合金の場合はその逆である。 このように、上記電磁鋳造装置１０によれば、例えば鋳
造すべき金属１の合金種が変更されたとき等、鋳造条件
が変化した場合でも、磁場遮蔽用コイル１１のインダク
タンスを変更することにより、磁場遮蔽効果を鋳造条件
に合致するように変更することが容易に可能である。よ
って、従来の電磁鋳造装置のように、鋳造条件が変更さ
れる度に上記の磁場遮蔽スクリーン４を交換したり、あ
るいは移動させたりする必要がない。 なお、磁場遮蔽用コイル１１のインダクタンスを変える
ためには、該磁場遮蔽用コイル１１自体に上記の如きイ
ンダクタンス可変手段を構成することも考えられるが、
装置が大掛かりとなりコストも嵩むものとなる。これに
対し、上記実施例のものでは、外部可変コイル１２を、
磁場遮蔽用コイル１１と閉回路を形成するようにこの磁
場遮蔽用コイル１１の外部に構成したため、装置が極め
て筒略化され、かつ制御機構等に付いても大規模のもの
を要しない構成となっている。ただし、本発明は、上記
の如く磁場遮蔽用コイルｌｌ自体にインダクタンス可変
手段を構成するものを妨げるものではない。 次に、第３図は本発明の請求項４に記載した電磁鋳造装
置の一実施例を示すもので、本発明を水平電磁鋳造に適
用した例である。同図中、第１図に示したものと同一構
成要素には同じ符号を付しである。 第３図において、符号２１は溶湯保持炉、２１ａは該保
持炉２１の溶湯供給口である。該溶湯共給口２１ａには
、水平軸周りに巻回された電磁コイル２が設けられてい
る。この電磁コイル２の内側で、該電磁コイル２におけ
る保持炉２１とは反対側寄りの位置には、磁場遮蔽用コ
イル１１が前記電磁コイル２と同軸的に設けられている
。さらに、これら電磁コイル２および磁場遮蔽用コイル
１１の後段側（右方）に、冷却水ジャケット３がこれら
コイル２．１１と同軸的に設けられている。 また、この冷却水ジャケット３のさらに右方には、図示
を省略された引き出し装置が設置されている。 前記磁場遮蔽用コイル１１は、第４図に示すように、鋳
塊の引き出し方向に沿って複数の分割コイルＩＩＡ、　
　１１Ｂ、ＩＩＣに分割されている。 さらに、これら分割コイルＩＩＡ、ＩＩＢ、１１Ｃには
それぞれ、各コイルＩＩＡ、ＩＩＢ、１１Ｃと閉回路を
形成する外部可変コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが設け
られている。前記各分割コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ
は、先の実施例に示した前記可変コイル１２と同様、そ
れらのインダクタンスを変化させることができるもので
ある。 上記電磁遮蔽装置２０では、電磁コイル２により発生す
る磁場を先の実施例のものと同様、磁場遮蔽用コイル１
２により所要領域において遮蔽でき、しかもその磁場遮
蔽効果を制御することができるが、さらに、その磁場遮
蔽効果を鋳塊の引き出し方向に対してより細かに、ある
いは段階的に制御することが可能である。これにより、
鋳塊の断面形状を所望の形状となるようより的確な制御
を行なうことができる。 なお、本実施例においては、本発明（請求項４記載の発
明）に係る電磁鋳造装置を水平鋳造に適用した例に付い
て示したが、先の実施例の如き一般的な電磁鋳造（鉛直
方向に鋳塊を引き出す鋳造）に適用しても勿論良く、そ
の場合においても上記同様の効果を奏することができる
。 また、上記第３図、第４図に示した電磁鋳造装置２０で
は、前記各分割コイルＩＩＡ、ＩＩＢ。 １１Ｃがそれぞれ磁場遮蔽用コイル１２Ａ、１２Ｂ、１
２Ｃを備え、各分割コイルＩＩＡ、ＩＩＢ。 １１Ｃの磁場遮蔽効果を制御し得る構成としたが、前記
各分割コイルＩＩＡ、ＩＩＢ、ＩＩＣに前記磁場遮蔽用
コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを設けない構成とするこ
とも可能である（この場合が、請求項３記載の装置であ
る）。 すなわち、その場合には、各分割コイルＩＩＡ〜ＩＩＣ
の磁場遮蔽効果を上記の如く任意に変化させて制御する
ことはできないが、各分割コイル１１Ａ、ＩＩＢ、ＩＩ
Ｃとしてそれぞれ磁場遮蔽効果の異なるものを用いるこ
とにより、単一の磁場遮蔽用コイル１１を用いた場合よ
り、鋳塊引き出し方向に対する鋳塊の断面形状を良好に
制御し得るものとなる。さらに、上記実施例においては
、磁場遮蔽用コイル１２を鋳塊の引き出し方向に対して
分割した構成に付いて説明したが、この磁場遮蔽用コイ
ル１２を鋳塊の周方向に分割してもよい。その場合には
、鋳塊周方向における所定箇所、例えば角部あるいは辺
部のアール（丸み）等に付いての制御が可能となる。勿
論、このように磁場遮蔽用コイル１２を鋳塊周方向に分
割した場合でも、第５図の如く各分割コイルに対して外
部可変コイルを設けることにより、鋳塊断面形状を鋳造
中の鋳造条件に対応させて任意に制御することが可能と
なる。 第５図に示す電磁鋳造装置３０は、先に示した電磁鋳造
装置１０を、鋳型を併用する電磁鋳造法（ＣＲＥＭ）に
適用した例！示したものである。 符号３１で示すものが鋳型であり、その他上記電磁鋳造
装置１０と同じ構成要素には同一符号を付してその説明
を省略する。。 鋳型併用の電磁鋳造法は、溶湯１ａに電磁コイル２から
の電磁気力を働かせることにより溶湯１ａ（正確には鋳
型的凝固殻）と鋳型壁との接触圧を低減させ、それによ
り鋳肌改善等を図るものである。本発明に係る電磁鋳造
法法および電磁鋳造装置は、このような鋳型併用の電磁
鋳造に適用してもよい。 なお、本発明に係る上記各実施例においては、前記金属
１をアルミニウム（アルミニウム合金）として説明した
が、本発明の対象となる金属はアルミニウム（合金）に
限定されるものではなく、例えば鋼、銅等の従来の電磁
鋳造の対象とされるその他の金属の電磁鋳造においても
同様に適用可能である。 １発明の効果】 以上説明したとおり、本発明の請求項１に係る電磁鋳造
方法によれば、鋳造すべき金属の合金種が変更されたと
き等、鋳造条件が変化した場合でも、磁場遮蔽用コイル
のインダクタンスを変更することにより、磁場遮蔽効果
を鋳造条件に合致するように容易に変更することができ
る。したがって、従来の電磁鋳造装置の如く鋳造条件が
変更される度に磁場遮蔽スクリーンを交換したりあるい
は移動させたりする必要がなく、装置の簡略化が図れか
つ磁場遮蔽スクリーンの交換手間等も排除できることに
加え、鋳造中の微妙な鋳造条件の変動にも良好に対応し
て、高品質な鋳塊を得ることができる。 また、請求項２に係る電磁鋳造装置によれば、上記請求
項１に係る鋳造方法を実現することができる。その際、
磁場遮蔽用コイルのインダクタンスを外部可変コイルに
より変化させるようにしたので、装置構成および制御操
作の簡略化が実現される。 請求項３に係る電磁鋳造装置によれば、磁場遮蔽用コイ
ルの分割部位毎に磁場遮蔽効果を設定することが可能で
あり、鋳塊の部位に応じた磁気遮蔽効果を得て微妙な鋳
塊形状にも対応できるものとなる。 さらに、請求項４に係る電磁鋳造装置によれば、上記請
求項３の装置における各分割コ・イルのインダクタンス
をそれぞれ任意に設定することが可能となるから、合金
種の変更あるいは鋳造中の変動等により鋳造条件が変化
した場合にも上記請求項３による効果を有効に得ること
ができる、等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の請求項２に記載した発明の一実施例を
示すもので、電磁鋳造装置を鋳塊と共に示す概略構成図
、第２図は当実施例に係る磁場遮蔽用コイルを鋳塊と共
に示す斜視図、第３図および第４図は本発明の請求項４
に記載した発明の一実施例を示すもので、第３図は電磁
鋳造装置の概略構成図、第４図は第３図における磁場遮
蔽用コイルの拡大図、第５図は本発明に係る電磁鋳造装
置の他の構成例を示したもので電磁鋳造装置の概略構成
図、第６図は従来の電磁鋳造装置の一例を示す概略構成
図である。 ｌａ・・・・・・金属溶湯、　　　２・・・・・・電磁
コイル、ｌＯ・・・・・・電磁鋳造装置、 １１・・・・・・電磁遮蔽用コイル、 １１Ａ、ＩＩＢ、ＩＩＣ・・・・・・分割コイル、１２
　　（１２Ａ、１２Ｂ、１２ｃ）・・・・・・外部可変
コイル、 ２０・・・・・・電磁鋳造装置。 出願人　スカイアルミニウム株式会社 第３図 第４図 ２″ 第５図 第６図 乙

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳造すべき金属溶湯に電磁コイルにより電磁気力
   を働かせることにより溶湯柱自身に保持力を発生させて
   前記金属の連続鋳造または半連続鋳造を行なう電磁鋳造
   方法において、 前記電磁コイルにより生ずる磁場内の所定位置に、該電
   磁コイルの発生する交番磁界により誘導電流を生じて前
   記電磁コイルにより発生した前記磁場を遮蔽する磁場遮
   蔽用コイルを設置すると共に、前記磁場遮蔽用コイルの
   インダクタンスを変化させることにより該磁場遮蔽用コ
   イルの磁場遮蔽効果を制御し、これにより所要断面形状
   の鋳塊を得ることを特徴とする電磁鋳造方法。
2. （２）鋳造すべき金属溶湯に電磁コイルにより電磁気力
   を働かせ、前記金属溶湯自身に保持力を発生させること
   により前記金属溶湯を連続鋳造または半連続鋳造する電
   磁鋳造装置において、 前記電磁コイルと略同軸的に設けられ、前記電磁コイル
   により生じる交番磁界により誘導電流を生じて前記電磁
   コイルにより発生した磁場を遮蔽する磁場遮蔽用コイル
   と、 該磁場遮蔽用コイルと閉回路を形成する外部可変コイル
   と、 を備えることを特徴とする電磁鋳造装置。
3. （３）鋳造すべき金属溶湯に電磁コイルにより電磁気力
   を働かせ、前記金属溶湯自身に保持力を発生させること
   により前記金属溶湯を連続鋳造または半連続鋳造する電
   磁鋳造装置において、 前記磁場遮蔽用コイルは、複数の分割コイルにより構成
   されていることを特徴とする電磁鋳造装置。
4. （４）請求項３記載の電磁鋳造装置において、前記各分
   割コイルは、これら各分割コイルと閉回路を形成する外
   部可変コイルを備えていることを特徴とする電磁鋳造装
   置。