JPS5935864A - 電磁的金属鋳造方法及びその装置 - 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】 本発明は製品によシ良い構造とよシ良い表面状態とを付
与すべく磁界を作用させることを特徴とする金属鋳造法
に係る。

鋼鉄、アルミニウム及びアルミニウム合金などの金属を
型込め（ｍｏｕｌａｇｅ）又は垂直式連続鋳造（ｃｏｕ
ｌｅｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｅ　ｖｅｒｔｉｃａｌｅ　）に
よシビレット、プレート又はインゴットの形に鋳造する
方法は既に知られている。

型込めの場合は所定量の液体金属を世に充填し型壁面と
の熱交換によって型内の金属を凝固させる。

垂直式連続鋳造の場合は一般に組直対称軸をもち、両端
が開放されておシ且つ側面が流体によシ冷却されている
凰の中に溶融金属を流し７込む。このような型に接触す
ると金属は凝固して表皮（ｃｒｏｕｔｅ）を形成する。

この表皮の厚みは型内におけるインゴット形成の進展に
伴い漸増し、やがて世下端部での厚みがまだ液体状の中
央部を保持する程十分に厚くなる。インビットは型から
出た後インビット壁面に直接水を噴き付けて冷却するが
、このようにすれば金属塊全体がかなシ短時間の中に凝
固する。

どちらの方法を用いても得られるインゴットは極めて不
均質である。何故ならこのようなインゴットは型との接
触によシ急速に凝固して形成されされた中央ゾーンとを
同時に有しているからである。これら両ゾーンは夫々異
なる速度で結晶化したため構造も組成も全く異なる。更
に、型との接触によって形成されたインゴットの表皮に
は一般にむらがある。加えて、これらのインゴットは後
の変形加工段階で欠陥が生じないよう変質部を除去すべ
く表皮側多処理（ｓｃａｌｐａｇｅ又はｅｃｒｏｕｔａ
ｇｅ　）にもかけなければならないことが多い。

このような理由から尚業者は鋳造による製品の品質向上
を主眼として前述の表面と構造とに関する不均一性の解
決法を追求してきた。その手段として注目されたのが形
成中のインビットの液体部分に作用する磁界、よシ特定
的には回転磁界の使用である。

例えば米国特許第２，９６３，７５８号には玄武岩粒子
の成長を抑制する方法が開示されている。これは溶融金
属をインゴットの冷却熱勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔｔｈｅ
ｒｍｌｑｕｅ　ｄｅ　ｒｅｆｒｏｉｄＩｓｓｅｍｅｎｔ
　）方向マ）゛磁界の作用下におきこの赤続磁界を前記
勾配方向のほぼ直交方向、τ変化させるという方法であ
るが、この磁界を得るためには多相電流源に接続された
大極ステータを具備しなければならず、従って装置の構
造がかなシ複雑になｐ、しかも粒子サイズ（ｔａｉ　１
ｉｅｄｅｓ　ｇｒａｉｎｓ）に関する効果しか発揮しな
い。

米国特許第３，１５３，８２０号には凝固現象を制御す
ることにより鋳造金属の構造と物理的及び化学的均一性
とを向上させる装置が開示されている。この装置は別個
に機能する複数の外部攪拌器を具備しておシこれら攪拌
器の間にまじって数個の電磁石と電気機械的振動変換器
とが金属塊の外側で互に一定の間隔をおいて金属冷却部
近傍に配置されている。そしてこれら攪拌器が金属内部
に集中した多数の攪拌力場を発生させる。このような装
置はかなシ複雑な構造をもつ種々の機器を備えてお夛、
金属内部の偏析現象抑制という点では効果的でおるが表
面状態の問題に関しては無用である。

以上の理由から本出願人は鋳造技術を改良してよシ均質
な構造を得ると同時に、表面削り処理を経ないで直接変
形作業工程にかけ得るような表面状態を得るべく、簡単
力構造で絶大の効果を発揮する装置を用いる鋳造法を研
究し開発した。

本発明の鋳造法は同一直線上（同一方向、ｃｏｌｉｎ５
ａｉｒｅｓ）の定常磁界と可変磁界とを凝固中の金属近
傍に同時に作用させてこの金属内に放射状振動を発生さ
せるというものでおる。

この場合定常磁界は直流の流れるコイルを少くとも１つ
用いて発生させる。このコイルは水平面で切断した断面
が型の上方断面と類似した輪郭をもつようなフレーム上
に電線を巻装することによって形成し型の上方に配置す
る。直流が流れると該コイルは型の対称軸と平行に即ち
はは垂直に下方又は上方へ一様に方向付けられた均質磁
界を発生する。この磁界の力線は、該コイルに合致する
輪郭を有し且つ型への液体金属供給を行なうに十分なス
ペースを中央部に備えた鉄芯をコイル内部に配置するこ
とによって変化させることができる。

可変磁界は前記コイルと類似の形態をもつ環状誘導子に
よって発生させる。但、この場合は振動数Ｎの周期的電
流（交流）を流す。該誘導子は型の上方、前記直流コイ
ル上方か、又は該コイルと型との間に配置するが、型と
同じレベルに配置してもよい。その場合、直流コイルが
２つある時にはこれらコイル相互間に配置する。周期的
電流の作用によｐ該誘導子は定常磁界と同一線上の可変
磁界を発生し、その結果金属中に誘導電流が誘起従って
これらベクトルは全体で複数の同心円を形成する。

これら同一線上の磁界の作用が結合すると二重起源（ｏ
ｒｉｇｉｎｅ　ｄｏｕｂｌｅ　）をもつ振動が金属中に
発生する。一方の起源は定常磁界と誘起電流とが電流密
度ベクトルと定常磁界方向ベクトルとで構成された面に
直交する力を発生させることにある。

この力は水平面上に位置し鉦の軸へ向かう方向をもつ。

この力の強さは可変磁界と同一の振動数Ｎをもって周期
的に変化しその結果金属中に振動を発生させる。

他方の起源はいずれも振動数がＮである可変磁界と誘起
電流との相互作用により別の半径方向（放射状）力が生
じることにある。この力も可変性であるがその振動数は
２Ｎである。

このようにして金属は夫々Ｎ及び２Ｎの振動数で変化す
る２ｓ類の半径方向力の作用下におかれ、その結果液体
金属全体に振動が広がる。

このシステムに何らかの幾何学的欠陥があると！＄＆、
、、□□□え、。ｆｆｅｔ’４’ｂｏｒｄ　）　−１１
、工し得その結果垂直振動が生じるがこの振動は半径方
向振動に比べれば大したことはない。

可変磁界誘導子に流れる周期的電流は完全な正弦曲線形
状を有し得るが他のいずれの形状であってもよい。

振動数は５乃至ｉ　ｏｏｏｏｏヘルツの範囲内の値であ
ってよいが、５乃至１００ヘルツを低振動数、それよυ
大きい値を中振動数として区別するのが好ましい。

振動数が小さい場合は可変磁界の表皮効果（ｅｆｆｅｔ
ｄｅ　ｐｅａｕ　）が減少する。即ち誘起電流が、金属
質量全体に振動を広けるべく咳電流と定常磁界との間に
十分な相互作用が生じるよう金属の厚みに作用する。こ
れを強制振動が作用すると言う。逆に可変磁界の振動数
が増大するとこの表皮効果も増大し、これに応じて誘起
電流と定常磁界との間の相互作用が減少する。従って適
切な効果を得るためには発生した振動が液体金属、形成
中の樹枝状結晶又は固体金属塊の固有振動と共鳴し得る
必要がおる。しかるにこれら固有振動は鋳造物のサイズ
と鋳造速度と金属の性質と冷却条件とに依存する。従っ
て種々の操作条件に応じて電流の振動数を選択しなけれ
ばならないことになるが、これは計算又は適切な検出装
置を用いて推定し得る。

振動数が小さければ技術も操作方法もより簡単であシ且
つ振動に起因したノイズによって生じる会害の程度も比
較的微小であることは明白であろう〇 一変形例として本発明の方法を鋼鉄の連続鋳造に使用す
る場合は凝固中の金属部分に沿って交互に配置した一連
のコイルと誘導子とを用いて定常磁界と可変磁界とを発
生させるとよい。この場合は前記インゴット部分の長さ
が比較的長いことがあるためコイル数と誘導子数とを増
すことにより十分な磁界効果を得るのである。この効果
を更に増大すべく、可変磁界の振動数が１００ヘルツ未
満の場合は凝固の進行に伴い振動数が減少していくよう
一連の誘導子に給電するのが好ましい。このようにすれ
ば表皮効果がそれだけ減衰し振動がインゴット内部に広
がるからである。−例として、型と同一レベルに５０ヘ
ルツの磁界を供給する誘導子を配置し、その下に一連の
誘導子をコイルと１つずつ交互になるよう配置してこれ
ら誘導子に例えば２０ヘルツ、１０ヘルツ、５ヘルツと
いった具合に異なる振動数を順次与えるようにしてもよ
い。

以下添付図面に基づき本発明をよシ詳細に説明するＯ 第１図は水２の循環によって冷却されている製１を示し
ている。この瓜によシ液体金属３からインゴット４が形
成されるのである。本発明では定常磁界を生じるコイル
５の１に温を具備した。該磁界の磁力線は芯６によって
変化し得る。型のレベルには可変磁界を生じる誘導子７
が配置されておシ、これら両磁界の作用が結合すると矢
印８で示された伝搬方向に従い液体金属内に振動が広が
る。

第２図には方向８に従って振動する液体金属の様子を示
した。

本発明がより良く理解されるよう次に非限定的実施例を
挙げる。

０．１重量％のＡＴ５Ｂを加えて予精製処理した２０２
４タイプのアルミニウム合金を断面３００Ｘ８００澗の
プレート状に連続鋳造した。

第１部分は従来の鋳塊鋳型内で形成した。次に同一の速
度・冷却条件下で鋳造を続けたが、この第２部分の場合
は金属自由面近傍に０．０４テス２の定常磁界と振動数
５０ヘルツの可変磁界とを作用させた。該定常磁界は２
４ボルトの電圧下で１７５００アンペアター／の直流が
流れる環状コイルによ多発生し、骸可変磁界はこのコイ
ルの下方で凰と同一のレベルに配置され７５ボルトの電
圧下で３８００アンペアターンの交流が流れる別の環状
コイルによ多発生したものである。

プレートのこれら２部分から採取した試料の表面を顕微
鏡的検査にかけた結果、本発明の方法を適用した場合は
粒子数が８倍になることが判明した。

更に、第１部分に現われた表面の欠陥、例えば剥離（ｚ
ｒｈａｃｈｅｍｅｎｔ　）、酸化物膜（ｐｅａｕ　ｄ’
ｏｘｙｄｅ　）等は第２部分では殆んど見られなかった
。

本発明は型込め又は連続鋳造による製品の表面状態と構
造とを改善するためであれば如何なる用途にも使用し得
、特にアルミニウム産業で使用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従い可変磁界と定常磁界との作用下に
おかれる連続鋳造用鋳型の軸を通る縦断面図、第２図は
該屋内の金属を上から見た平面図である。 １・・・盤、 ２・・・水、 ３・・・液体金属、 ４・・・インゴット、 ５・・・コイル、 ６・・・芯、 ７・・・肪導子。 出願人　　了り工三−転・へ９や各 １５− ＦＩＧ、　Ｉ ＦＩＧ−２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）放射状に振動を起こしそれによって金属粒子を微
   細化すべく、鋳塊鋳型内で凝固中の金属に定常磁界と周
   期的可変磁界とを同時に作用させる金属鋳造法でお９、
   該可変磁界が単に時間的に周期的なだけで方向は常に一
   定しておシ且つ前記定常磁界と鋳塊鋳型の垂直対称軸と
   に対し同方向であることを特徴とする方法。 （２）定常磁界が０．５テスラ未満の値を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （３）定常磁界が鉄芯の存在によって変化することを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載の方法。 （４）可変磁界が５乃至１０００　Ｑ　Ｑヘルツの範囲
   内の振動数を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の方法。 （５）前記振動数が１００ヘルツより大きい場合は液体
   金属、形成中の樹枝状結晶又は固体金属塊の固有振動数
   と共鳴するような値を選択することを特徴とする特許請
   求の範囲第４項に記載の方法。 （６）　　定常磁界が少くとも１つの環状コイルによっ
   て発生することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の方法。 （力　可変磁界が少くとも１つの猿状銹導子によって発
   生することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   方法。 （８）夫々定常磁界と可変磁界とを発生させる一連のコ
   イルと誘導子とが凝固中の金属に沿って交互に配置され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第６項又は第７項に
   記載の方法。 （９）一連の誘導子が１００ヘルツよシ小さい振動数の
   可変磁界を発生する場合は凝固の進展に伴い振動数が減
   少するようこれら誘導子に給電することを特徴とする特
   許請求の範囲第８項に記載の方法。