金属融体の介在物除去方法、及び金属融体の介在物除去装置
【課題】溶鋼などの金属融体中における介在物を簡易に除去することが可能な、新規な方法及び装置を提供する。
【解決手段】円筒形の容器１１の外周面において回転運動発生コイル１２を設けるとともに、容器１１の外周面において軸方向運動発生コイル１３を設ける。回転運動発生コイル１２から生じたローレンツ力によって、容器１１内に容れられた金属融体Ｓに対して回転運動を生ぜしめ、軸方向運動発生コイル１３から生じたローレンツ力１３によって、金属融体Ｓに対して軸方向運動が生ぜしめ、金属融体Ｓ内に含まれる介在物を凝集及び肥大化させ、その後、除去する。
【解決手段】円筒形の容器１１の外周面において回転運動発生コイル１２を設けるとともに、容器１１の外周面において軸方向運動発生コイル１３を設ける。回転運動発生コイル１２から生じたローレンツ力によって、容器１１内に容れられた金属融体Ｓに対して回転運動を生ぜしめ、軸方向運動発生コイル１３から生じたローレンツ力１３によって、金属融体Ｓに対して軸方向運動が生ぜしめ、金属融体Ｓ内に含まれる介在物を凝集及び肥大化させ、その後、除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属融体の介在物除去方法、及び金属融体の介在物除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料の高純度化・薄肉化・細線化傾向の製品ニーズは年と共に強まっており、材料を高清浄化するために溶融金属中に存在する介在物を効果的に除去することが、材料製造プロセスで大きな課題となってきている。
【０００３】
製鋼分野においては次のような介在物の問題が存在している。線材では軸受け鋼あるいはばね鋼の耐久性向上が目標であり、そのためには介在物起因の応力集中が原因の割れによる寿命低下を防ぐ必要がある。また巨大な介在物が存在すると伸線中に断線を引き起こし操業トラブルとなる。薄板ではＤＩ（Drawm and Ironed）缶、リードフレーム材、シャドーマスク材などの板厚の薄肉化が進んでおり、深絞り時の破断が問題となっている。自動車用外板では表面処理工程で問題となるヘゲ、スリバーなど表面庇を低減することが必要となっている。厚板では溶接部の介在物起因の溶接割れの起点となる介在物の除去が求められている（非特許文献１）。
【０００４】
特に巨大化した介在物は最終製品に残留すると重大な製品欠陥を引き起こすため、大型の介在物を除去することが重要となっている。例えば最も製品品質が要求される超清浄鋼である、シャドーマスク材では５μｍ以下、軸受け鋼では１５μｍ以下が目標レベルである。
【０００５】
製鋼プロセスにおける介在物挙動は次の過程に分けられる。すなわち1）鋼中溶存酸素除去のために投入されるＡｌ、Ｔｉなどの脱酸剤の溶解、混合及び化学反応、2）脱酸生成物の核生成、3）介在物粒子の同士の近接・衝突、4）介在物粒子の凝集合体、融合及び成長、5）槽外への浮上分離、6）フラックス・耐火物等への捕捉、7）凝周過程での生成、凝固シェルヘの捕捉に分けられる。
【０００６】
脱酸剤を溶鋼中に添加すると核生成理論に伴い多数の微細な介在物が生成する。過去の実験結果によれば（非特許文献２及び３）、初期に生成する酸化物介在物核の形状は各種成分の濃度によって異なるが、主に３μｍ以下の微細な球形あるいは角状の粒子、放射状・デンドライド状の１０μｍ程度の大きさである。このような微小介在物の粒子の単独での除去は困難であるが、凝集して巨大化した介在物は溶鋼中において小さい介在物と比べて速い浮上速度を持つため、容易に浮上分離が可能である。そのため精錬プロセスでは攪拌による凝集促進が行われている。しかし、凝集して巨大化した介在物が浮上分離せずに鋳片まで達すると欠陥が生じ問題となる。
【０００７】
また、介在物の問題は上述した溶鋼中だけでなく、種々の溶融金属中においても問題となる。
【０００８】
このような溶融金属の攪拌法として、機械攪拌や電磁攪拌が挙げられる。機械攪拌は激しい攪拌が得られるので強攪拌が必要な合金に対しては有利だが、回転翼による溶融金属への汚染が問題となる。また、１５００℃を超える溶鋼などの高温溶融金属の攪拌を行う場合、機械攪拌では回転翼の耐熱性も問題となる。これに対し、電磁攪拌は溶融金属に対して非接触で強力な攪拌と溶融金属の保温ができる。さらに、この特徴のために機械攪拌よりも消耗品が少なく、耐久性が高い。また溶融金属中の介在物の凝集・分離に非常に適しており、期待が高まっている。
【０００９】
電磁攪拌には固定交流磁場、回転磁場及び移動磁場を利用する方法等が用いられている。
これらはそれぞれ変動磁場、回転磁場及び移動磁場中に置かれた溶融金属に誘起される誘導電流と印加した磁場自身により生じる電磁力を利用している。しかし、固定交流磁場による攪拌では電力消費が大きすぎたり、回転磁場では溶融金属が剛体回転に近い流れとなり混合が不十分になったり、移動磁場では液面が大きく変形してしまったりと様々な問題が生じている。
【００１０】
【非特許文献１】堀内秀雄、高清浄鋼製造技術の最近の進歩、第１２６．１２７回西山記念技術講座（１９８８）
【非特許文献２】国定ら、CAMP-ISIJ, 4(1991), p1234
【非特許文献３】秋吉ら、CAMP-ISIJ, 5(1992), p1312
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、溶鋼などの金属融体中における介在物を簡易に除去することが可能な、新規な方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の容器内に所定の金属融体を容れる工程と、
前記容器の外周面に沿って設けられた回転運動発生コイルによって、前記金属融体内に回転運動を生ぜしめる工程と、
前記容器の前記外周面に沿って設けられた軸方向運動発生コイルによって、前記金属融体内に軸方向運動を生ぜしめる工程と、
前記金属融体内の介在物を除去する工程とを具え、
前記金属融体内の前記介在物は、前記金属融体内に生ぜしめられた前記回転運動及び前記軸方向運動によって凝集及び肥大化され、この凝集及び肥大化された状態で除去するようにしたことを特徴とする、金属融体内の介在物除去方法に関する。
【００１３】
また、本発明は、
所定の容器内に所定の金属融体を容れるための容器と、
前記金属融体内に回転運動を生ぜしめるための、前記容器の外周面に沿って設けられた回転運動発生コイルと、
前記金属融体内に軸方向運動を生ぜしめるための、前記容器の前記外周面に沿って設けられた軸方向運動発生コイルとを具え、
前記金属融体内の介在物を、前記金属融体内に生ぜしめられた前記回転運動及び前記軸方向運動によって凝集及び肥大化し、この凝集及び肥大化された状態で除去するようにしたことを特徴とする、金属融体内の介在物除去装置に関する。
【００１４】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、金属融体を容れるべき容器の外周面に沿って、回転運動発生コイルを設けるとともに、前記容器の外周面において、前記容器の同じく外周面に沿って軸方向運動発生コイルを設けるようにし、好ましくはこれらコイルを独立に制御することにより、前記容器内の前記金属融体に対して、回転運動と軸方向運動とを生ぜしめるようにしている。この結果、前記金属融体内に存在している介在物の衝突が頻繁に発生するようになり、前記介在物の凝集肥大化が促進されるようになる。この結果、前記金属融体内の介在物を除去するに際しては、前述のような凝集肥大化された介在物を除去すれば良いので、前記介在物の除去を容易に行うことができるようになる。
【００１５】
本発明の一態様においては、前記回転運動発生コイルは、前記容器の前記外周面を周回するように配置し、前記容器の断面を横切るような磁場を生成するようにする。これによって、前記磁場と生成した誘導電流とに基づくローレンツ力により、前記容器内の金属融体内に簡易に回転運動を生ぜしめることができるようになる。
【００１６】
また、本発明の他の態様においては、前記軸方向運動発生コイルは、前記容器の外周面を周回するように配置し、隣接するコイル線同士が互いに対をなすとともに、互いに隣接するコイル線対間に逆向きの電流を流し、前記容器の前記金属融体内に互いに逆向きの磁場を生成するようにする。これによって、前記磁場と生成した誘導電流とに基づくローレンツ力により、前記容器内の前記金属融体内に簡易に軸方向運動を生ぜしめることができるようになる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様においては、前記回転運動発生コイルによる前記回転運動と、前記軸方向運動発生コイルによる前記軸方向運動とを制御し、前記容器の壁面近傍において前記金属融体に生ぜしめた下降流に起因した上昇流を前記容器の略中央部において生ぜしめ、前記金属融体の液面を平坦に保持するようにする。上記回転運動を生ぜしめることにより、前記金属融体の液面は前記略中央部では窪み、外周部では盛り上がるようになる。しかしながら、上述した上昇流を前記容器の前記略中央部で生ぜしめるようにすることにより、前記金属融体の前記略中央部での窪みを相殺し、前記外周部での盛り上がりを抑制して、前記金属融体の液面をほぼ平坦に保持できるようになる。この結果、前記金属融体のオーバーフローやスラグの巻き込み、さらには前記金属融体の再酸化などを抑制することができるようになる。
【００１８】
なお、上述した前記金属融体の前記下降流は、前記軸方向運動発生コイルに対し、前記容器の壁面近傍における表皮効果を生ぜしめるような高周波の電流を流すことによって簡易に形成することができる。
【００１９】
また、本発明の他の好ましい態様においては、前記金属融体内の前記介在物を、前記回転運動及び前記軸方向運動によって凝集及び肥大化した後、前記軸方向運動発生コイルを停止させて前記軸方向運動を停止するとともに、前記回転運動発生コイルのみを駆動させて前記回転運動のみを生ぜしめるようにする。この場合、前記介在物に対して、中心方向へ向けた向心力が作用するようになり、凝集及び肥大化した前記介在物を前記金属融体の略中心部に介在せしめることができるようになる。この結果、前記介在物を前記金属融体の略中心部から除去すれば、前記金属融体からの介在物除去を実行できることになり、前記介在物のその後の除去操作をより簡易化することができるようになる。
【００２０】
また、既にある程度凝集して肥大化した介在物同士をさらに衝突させて凝集及び肥大化させることができるようになるので、このようなさらに凝集及び肥大化した介在物を除去することにより、前記金属融体からの前記介在物の除去をより効率的及び効果的に実行できるようになる。
【００２１】
さらに、本発明のその他の好ましい態様においては、前記回転運動発生コイル及び前記軸方向運動発生コイルを独立に制御する。これによって、前記金属融体に対して回転運動及び軸方向運動を独立に制御して印加することができ、前記金属融体の撹拌の程度を自由に設定することができる。したがって、前記回転運動及び前記軸方向運動の自在な制御を通じて、上述した前記金属融体の液面平坦化及び介在物の略中心部への介在などを簡易に行うことができるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、溶鋼などの金属融体中における介在物を簡易に除去することが可能な、新規な方法及び装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、発明を実施するための最良の形態に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の介在物除去方法の一例を示す概略図である。図１に示す介在物除去装置１０は、円筒形の容器１１と、この容器１１の外周面に沿って（外周面を覆うようにして）設けられた回転運動発生コイル１２と、容器１１の外周面において、同じく外周面に沿って（外周面を覆うようにして）設けられた軸方向運動発生コイル１３とを具えている。容器１１内には、介在物除去に供すべき金属融体Ｓが容れられている。なお、回転運動発生コイル１２及び軸方向運動発生コイル１３は、図示しない冷却用オイルを満たした環状容器内に設置し、通電による過熱を防止するように構成されている。
【００２５】
回転運動発生コイル１２には所定の電源から電圧調整器を経て所定の周波数の電流を流し、軸方向運動発生コイル１３には周波数可変のインバータを経て任意周波数の電流を流して、それぞれのコイルに起因した回転運動及び軸方向運動を生ぜしめるような磁場を生成する。回転運動発生コイル１２及び軸方向運動発生コイル１３に印加すべき電流は互いに独立に制御することができ、これによって金属融体Ｓに対する前記回転運動及び前記軸方向運動を独立に制御して印加することができ、前記金属融体の撹拌の程度を自由に設定することができる。したがって、前記回転運動及び前記軸方向運動の自在な制御を可能とすることができ、以下に詳述するような種々の有利な効果を有するようになる。
【００２６】
図２は、回転運動発生コイル１２によって回転運動が生ぜしめられる態様を概略的に示す図であり、図３は、軸方向運動発生コイル１３によって軸方向運動が生ぜしめられる態様を概略的に示す図である。なお、図２は、図１に示す装置１０における容器１１を上方から見た場合の状態を示しており、図３は、図１に示す装置１０における容器１１を横方向断面に沿って見た場合の状態を示している。
【００２７】
図２に示すように、本例の装置１０においては、回転運動発生コイル１２によって容器１１内の金属融体Ｓを横切るような磁場Ｂを発生させる。このとき、容器１１内の金属融体Ｓには、図１に示すコイルの配置に起因して容器１１の金属融体Ｓ内に図示したような上下方向の誘導電流ｊｚが生じるようになる。したがって、磁場Ｂと誘導電流ｊｚとの相互作用により、金属融体Ｓ内には図示したようなローレンツ力Ｆｘｙが発生し、金属融体Ｓに回転運動を生ぜしめるようになる。（なお、今の場合は反時計方向の回転運動を生ぜしめるようにしている。）
【００２８】
なお、上述した磁場Ｂは、例えば容器１１の壁面近傍に表皮効果を生じないような低周波数の電流を流すことによって生成することができる。具体的には、装置の規模などに依存するものの２〜５０Ｈｚの周波数の電流を流すことによって上述した磁場Ｂを簡易に生成することができるようになる。
【００２９】
一方、図３に示すように、本例の装置１０においては、軸方向運動発生コイル１３の、隣接するコイル線同士が互いに対をなすとともに、互いに隣接するコイル線対間に逆向きの電流を流し、前記容器の前記金属融体内に互いに逆向きの磁場を生成するようにしている。具体的に、図３では、上側のコイル線対間と下側のコイル線対間とでそれぞれ逆向きの電流を流し、上側のコイル線対では図示したような右向きの磁場Ｂｒを生ぜしめ、下側のコイル線対では図示したような左向きの磁場Ｂｒを生ぜしめる。したがって、この磁場Ｂｒと誘導電流ｊｘｙとの相互作用によって、金属融体Ｓ内には図示したようなローレンツ力Ｆｚが発生し、金属融体Ｓ内に下降流、すなわち下向きの軸方向運動を生ぜしめることができるようになる。
【００３０】
なお、上述した下降流は、容器１１の壁面近傍でのみ生ぜしめるようにすることが好ましい。この場合、以下に詳述するように、容器１１の略中央部において、金属融体Ｓに対して前記下降流に起因した上昇流を生ぜしめることができ、金属融体Ｓの液面を平坦に維持することができるようになる。
【００３１】
上述した容器１１の壁面近傍での下降流は、上述したローレンツ力Ｆｚを容器１１の壁面近傍でのみ生成させることによって形成することができる。このようなローレンツ力Ｆｚは、例えば軸方向運動発生コイル１３に対して表皮効果を生ぜしめるような高周波の電流を流すことによって生成することができる。具体的には、装置の規模などに依存するものの１０〜１５００Ｈｚの周波数の電流を流すことによって上述したローレンツ力Ｆｚ、すなわち下降流を簡易に生成することができるようになる。
【００３２】
上述したようにして、容器１１内の金属融体Ｓに対して回転運動と軸方向運動を生ぜしめることにより、金属融体Ｓ内に含まれる介在物が頻繁に衝突するようになり、前記介在物の凝集肥大化が促進されるようになる。この結果、金属融体Ｓ内の前記介在物を除去するに際しては、前述のような凝集肥大化された介在物を除去すれば良いので、前記介在物の除去を容易に行うことができるようになる。
【００３３】
なお、図１に示す装置１０においては、回転運動発生コイル１２及び軸方向運動発生コイル１３の数はそれぞれ６個に設定しているが、実際の装置においては、コイル線の太さや発生させる磁場（ローレンツ力）の大きさなどに起因して、任意の数とすることができる。
【００３４】
また、金属融体Ｓ内に生ぜしめた回転運動及び軸方向運動を保持する時間は、金属融体Ｓ内に含まれる介在物が十分に凝集して肥大化するまで実施する必要がある。なお、この時間は、金属融体Ｓの種類や粘性、及びそれに含まれる介在物の種類や大きさなどに依存するが、通常は数分から数時間である。
【００３５】
さらに、金属融体Ｓ内に生ぜしめる前記回転運動の大きさ及び前記軸方向運動の大きさについても、金属融体Ｓ内に含まれる介在物が十分に凝集して肥大化するような大きさに設定する必要がある。したがって、回転運動発生コイル１２及び軸方向運動発生コイル１３内に流す電流の大きさや周波数を適宜に制御して、これらのコイルから発生する磁場や誘導電流の大きさ、すなわちローレンツ力の大きさなどを適宜に制御する必要がある。上述したように、回転運動発生コイル１２及び軸方向運動発生コイル１３に印加すべき電流は互いに独立に制御することにより、このような制御を簡易に行うことができるようになる。
【００３６】
また、本例においては、図３に示すように、容器１１の壁面近傍に金属融体Ｓに対して下降流を生ぜしめているので、金属融体Ｓに生ぜしめる回転運動を適宜に制御することによって、金属融体Ｓの液面を平坦に維持することができる。図４〜図６は、金属融体Ｓの液面が平坦に維持される際の様子を模式的に示す図である。
【００３７】
図４に示すように、金属融体Ｓに対して回転運動のみが生成している場合、その液面は容器１１の略中央部において窪み、外周部において盛り上がるようになる。一方、図５に示すように、金属融体Ｓに対して容器１１の壁面近傍で下降流のみが生じている場合、容器１１の略中央部では前記下降流に起因した上昇流が生じるようになり、金属融体Ｓの、容器１１の略中央部において盛り上がるようになる。したがって、図６に示すように、金属融体Ｓ内に前記回転運動及び前記上昇流が生じている場合は、容器１１の略中央部における、前記回転運動に起因した窪みが前記上昇流に起因した盛り上がりによって相殺されるとともに、容器１１の外周部における盛り上がりを抑制して、金属融体Ｓの液面を平坦に維持することができるようになる。
【００３８】
なお、上述したように、回転運動発生コイル１２及び軸方向運動発生コイル１３に印加すべき電流は互いに独立に制御することにより、前記回転運動及び前記下降流（上昇流）を自在に制御することができるので、上述した金属融体Ｓの液面をより簡易に平坦に維持することができるようになる。これによって、金属融体Ｓのオーバーフローやスラグの巻き込み、さらには金属融体Ｓの再酸化などを抑制することができるようになる。
【００３９】
さらに、本例においては、上述のように金属融体Ｓ内に回転運動及び軸方向運動を生ぜしめて、金属融体Ｓ内に含まれる介在物を凝集及び肥大化させた後に、前記軸方向運動を停止して、回転運動のみを生ぜしめるようにすることができる。この場合、前記凝集及び肥大化した介在物を、前記回転運動に起因した向心力によって容器１１の略中央部に介在させるようにすることができる。この場合、前記介在物を金属融体Ｓの略中心部から除去すれば、金属融体Ｓからの介在物除去を実行できることになり、前記介在物のその後の除去操作をより簡易化することができるようになる。
【００４０】
また、既にある程度凝集して肥大化した介在物同士をさらに衝突させて凝集及び肥大化させることができるようになるので、このようなさらに凝集及び肥大化した介在物を除去することにより、金属融体Ｓからの前記介在物の除去をより効率的及び効果的に実行できるようになる。
【００４１】
上述した回転運動の停止は、軸方向運動発生コイル１２から生じる磁場Ｂｒの発生、すなわち軸方向運動発生コイル１２に流す電流を停止させることによって実行することができる。したがって、この場合においても、回転運動発生コイル１２及び軸方向運動発生コイル１３に印加すべき電流は互いに独立に制御することにより、回転運動発生コイル１２を駆動させたまま、軸方向運動発生コイル１３の駆動を簡易に停止することができるようになる。
【００４２】
また、前記凝集及び肥大化した介在物は、上述した回転運動に伴う向心力で容器１１の略中心部に介在させることの他に、あるいはこのような操作に加えて、前記金属融体の液面フラックスに吸収させるようにすることもできる。この場合、前記液面フラックスへの吸収によって、前記介在物の除去を他の操作を用いることなく、簡易に行うことができる。
【００４３】
なお、液面フラックスによる吸収を用いない場合は、例えば前記介在物を金属融体Ｓの略中心部に介在させ、その後、金属融体Ｓを凝固させた後に、得られた凝固体の、前記介在物が介在している略中心部を研磨あるいは切削除去することによって、前記介在物を最終的に除去することができるようになる。一般に、前記介在物は、前記凝固体の表面部分に介在する場合が多いので、前記凝固体の表層部分のみを除去すれば、前記介在物の除去を行うことができる。
【００４４】
図７は、本発明の介在物除去装置の変形例を概略的に示す構成図である。図７においては、容器１１の下部に排出口１１Ａを設け、容器１１の流入口１１Ｂから金属融体Ｓを連続的に注入するとともに、上述した操作を施すことにより、金属融体Ｓ内の介在物を凝集及び肥大化させ、金属融体Ｓの液面フラックスに前記介在物を吸収させて分離し、前記介在物が分離された金属融体Ｓを排出口１１Ａから連続的に排出して外部に取り出すようにしている。図７に示す構成の装置によれば、介在物が除去された金属融体Ｓを簡易かつ効率的に取り出すことができるようになる。
【００４５】
図８は、本発明の介在物除去装置及び方法を汎用のビレット鋳造機に組み込んだ状態を示す構成図である。このような構成によれば、金属融体Ｓ内の介在物を液面フラックスで効率的に吸収除去しながら、前記ビレット鋳造機による鋳造を行うことができるようになる。
【００４６】
なお、本例における金属融体Ｓは、溶鋼の他、あらゆる金属融体から構成することができる。
【実施例】
【００４７】
本実施例においては、図１に示すような構成の装置を用いて介在物の凝集及び肥大化の確認を行った。
【００４８】
最初に、容器１１内においてＡｌ融体を準備し、これにＳｉＣ微粒子を２５体積％含有させ、超音波振動を印加することにより、前記ＳｉＣ微粒子を前記Ａｌ融体中に均一に分散させた。
【００４９】
次いで、回転運動発生コイル１２に対して５０Ｈｚ、７．５Ａの電流を流して、前記Ａｌ融体に対して回転運動を生ぜしめるとともに、軸方向運動発生コイル１３に対して１５５０Ｈｚ、１３Ａの電流を流して、前記Ａｌ融体に対して軸方向運動を生ぜしめた。
【００５０】
図９は、前記Ａｌ融体に対し、前記回転運動及び前記軸方向運動を生ぜしめた後に凝固させ、鏡面研磨後にその表面を顕微鏡で観察した様子を示す写真である。図９から明らかなように、Ａｌ融体に対する回転運動及び軸方向運動の印加時間が長くなるにつれて、介在物の凝集が進行していることが分かる。したがって、本発明の方法及び装置により、金属融体内の介在物を凝集肥大化させることができ、前記介在物の除去を簡易に行うことができることが分かる。
【００５１】
以上、発明の実施の形態に則して本発明を説明してきたが、本発明の内容は上記に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【００５２】
例えば、図１に示す装置構成はあくまで例示であり、その他の装置構成をも採用することができる。この場合、回転運動を生ぜしめるために生成すべき磁場も、図２に示す方法とは異なる方法で生成するようにすることができる。同じく、軸方向運動を生ぜしめるための磁場も、図３に示す方法とは異なる方法で生成するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の介在物除去装置の一例を示す概略図である。
【図２】図１に示す装置の、回転運動発生コイルによって回転運動が生ぜしめられる態様を概略的に示す図である。
【図３】図１に示す装置の、軸方向運動発生コイルによって軸方向運動が生ぜしめられる態様を概略的に示す図である。
【図４】金属融体に対して回転運動のみが生成している場合の、前記金属融体の液面状態を示す図である。
【図５】金属融体に対して下降流（軸方向運動）のみが生成している場合の、前記金属融体の液面状態を示す図である。
【図６】金属融体に対して、回転運動及び下降流に起因した上昇流が作用し、前記金属融体の液面が平坦に維持される様子を示す図である。
【図７】本発明の介在物除去装置の変形例を概略的に示す構成図である。
【図８】本発明の介在物除去装置及び方法を汎用のビレット鋳造機に組み込んだ状態を示す構成図である。
【図９】Ａｌ融体に対し、本発明に従って回転運動及び軸方向運動を生ぜしめた後に凝固させた際に、得られた凝固体の表面を顕微鏡で観察した様子を示す写真である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 介在物除去装置
１１ 容器
１２ 回転運動発生コイル
１３ 軸方向運動発生コイル
Ｓ 金属融体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属融体の介在物除去方法、及び金属融体の介在物除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料の高純度化・薄肉化・細線化傾向の製品ニーズは年と共に強まっており、材料を高清浄化するために溶融金属中に存在する介在物を効果的に除去することが、材料製造プロセスで大きな課題となってきている。
【０００３】
製鋼分野においては次のような介在物の問題が存在している。線材では軸受け鋼あるいはばね鋼の耐久性向上が目標であり、そのためには介在物起因の応力集中が原因の割れによる寿命低下を防ぐ必要がある。また巨大な介在物が存在すると伸線中に断線を引き起こし操業トラブルとなる。薄板ではＤＩ（Drawm and Ironed）缶、リードフレーム材、シャドーマスク材などの板厚の薄肉化が進んでおり、深絞り時の破断が問題となっている。自動車用外板では表面処理工程で問題となるヘゲ、スリバーなど表面庇を低減することが必要となっている。厚板では溶接部の介在物起因の溶接割れの起点となる介在物の除去が求められている（非特許文献１）。
【０００４】
特に巨大化した介在物は最終製品に残留すると重大な製品欠陥を引き起こすため、大型の介在物を除去することが重要となっている。例えば最も製品品質が要求される超清浄鋼である、シャドーマスク材では５μｍ以下、軸受け鋼では１５μｍ以下が目標レベルである。
【０００５】
製鋼プロセスにおける介在物挙動は次の過程に分けられる。すなわち1）鋼中溶存酸素除去のために投入されるＡｌ、Ｔｉなどの脱酸剤の溶解、混合及び化学反応、2）脱酸生成物の核生成、3）介在物粒子の同士の近接・衝突、4）介在物粒子の凝集合体、融合及び成長、5）槽外への浮上分離、6）フラックス・耐火物等への捕捉、7）凝周過程での生成、凝固シェルヘの捕捉に分けられる。
【０００６】
脱酸剤を溶鋼中に添加すると核生成理論に伴い多数の微細な介在物が生成する。過去の実験結果によれば（非特許文献２及び３）、初期に生成する酸化物介在物核の形状は各種成分の濃度によって異なるが、主に３μｍ以下の微細な球形あるいは角状の粒子、放射状・デンドライド状の１０μｍ程度の大きさである。このような微小介在物の粒子の単独での除去は困難であるが、凝集して巨大化した介在物は溶鋼中において小さい介在物と比べて速い浮上速度を持つため、容易に浮上分離が可能である。そのため精錬プロセスでは攪拌による凝集促進が行われている。しかし、凝集して巨大化した介在物が浮上分離せずに鋳片まで達すると欠陥が生じ問題となる。
【０００７】
また、介在物の問題は上述した溶鋼中だけでなく、種々の溶融金属中においても問題となる。
【０００８】
このような溶融金属の攪拌法として、機械攪拌や電磁攪拌が挙げられる。機械攪拌は激しい攪拌が得られるので強攪拌が必要な合金に対しては有利だが、回転翼による溶融金属への汚染が問題となる。また、１５００℃を超える溶鋼などの高温溶融金属の攪拌を行う場合、機械攪拌では回転翼の耐熱性も問題となる。これに対し、電磁攪拌は溶融金属に対して非接触で強力な攪拌と溶融金属の保温ができる。さらに、この特徴のために機械攪拌よりも消耗品が少なく、耐久性が高い。また溶融金属中の介在物の凝集・分離に非常に適しており、期待が高まっている。
【０００９】
電磁攪拌には固定交流磁場、回転磁場及び移動磁場を利用する方法等が用いられている。
これらはそれぞれ変動磁場、回転磁場及び移動磁場中に置かれた溶融金属に誘起される誘導電流と印加した磁場自身により生じる電磁力を利用している。しかし、固定交流磁場による攪拌では電力消費が大きすぎたり、回転磁場では溶融金属が剛体回転に近い流れとなり混合が不十分になったり、移動磁場では液面が大きく変形してしまったりと様々な問題が生じている。
【００１０】
【非特許文献１】堀内秀雄、高清浄鋼製造技術の最近の進歩、第１２６．１２７回西山記念技術講座（１９８８）
【非特許文献２】国定ら、CAMP-ISIJ, 4(1991), p1234
【非特許文献３】秋吉ら、CAMP-ISIJ, 5(1992), p1312
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、溶鋼などの金属融体中における介在物を簡易に除去することが可能な、新規な方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の容器内に所定の金属融体を容れる工程と、
前記容器の外周面に沿って設けられた回転運動発生コイルによって、前記金属融体内に回転運動を生ぜしめる工程と、
前記容器の前記外周面に沿って設けられた軸方向運動発生コイルによって、前記金属融体内に軸方向運動を生ぜしめる工程と、
前記金属融体内の介在物を除去する工程とを具え、
前記金属融体内の前記介在物は、前記金属融体内に生ぜしめられた前記回転運動及び前記軸方向運動によって凝集及び肥大化され、この凝集及び肥大化された状態で除去するようにしたことを特徴とする、金属融体内の介在物除去方法に関する。
【００１３】
また、本発明は、
所定の容器内に所定の金属融体を容れるための容器と、
前記金属融体内に回転運動を生ぜしめるための、前記容器の外周面に沿って設けられた回転運動発生コイルと、
前記金属融体内に軸方向運動を生ぜしめるための、前記容器の前記外周面に沿って設けられた軸方向運動発生コイルとを具え、
前記金属融体内の介在物を、前記金属融体内に生ぜしめられた前記回転運動及び前記軸方向運動によって凝集及び肥大化し、この凝集及び肥大化された状態で除去するようにしたことを特徴とする、金属融体内の介在物除去装置に関する。
【００１４】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、金属融体を容れるべき容器の外周面に沿って、回転運動発生コイルを設けるとともに、前記容器の外周面において、前記容器の同じく外周面に沿って軸方向運動発生コイルを設けるようにし、好ましくはこれらコイルを独立に制御することにより、前記容器内の前記金属融体に対して、回転運動と軸方向運動とを生ぜしめるようにしている。この結果、前記金属融体内に存在している介在物の衝突が頻繁に発生するようになり、前記介在物の凝集肥大化が促進されるようになる。この結果、前記金属融体内の介在物を除去するに際しては、前述のような凝集肥大化された介在物を除去すれば良いので、前記介在物の除去を容易に行うことができるようになる。
【００１５】
本発明の一態様においては、前記回転運動発生コイルは、前記容器の前記外周面を周回するように配置し、前記容器の断面を横切るような磁場を生成するようにする。これによって、前記磁場と生成した誘導電流とに基づくローレンツ力により、前記容器内の金属融体内に簡易に回転運動を生ぜしめることができるようになる。
【００１６】
また、本発明の他の態様においては、前記軸方向運動発生コイルは、前記容器の外周面を周回するように配置し、隣接するコイル線同士が互いに対をなすとともに、互いに隣接するコイル線対間に逆向きの電流を流し、前記容器の前記金属融体内に互いに逆向きの磁場を生成するようにする。これによって、前記磁場と生成した誘導電流とに基づくローレンツ力により、前記容器内の前記金属融体内に簡易に軸方向運動を生ぜしめることができるようになる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様においては、前記回転運動発生コイルによる前記回転運動と、前記軸方向運動発生コイルによる前記軸方向運動とを制御し、前記容器の壁面近傍において前記金属融体に生ぜしめた下降流に起因した上昇流を前記容器の略中央部において生ぜしめ、前記金属融体の液面を平坦に保持するようにする。上記回転運動を生ぜしめることにより、前記金属融体の液面は前記略中央部では窪み、外周部では盛り上がるようになる。しかしながら、上述した上昇流を前記容器の前記略中央部で生ぜしめるようにすることにより、前記金属融体の前記略中央部での窪みを相殺し、前記外周部での盛り上がりを抑制して、前記金属融体の液面をほぼ平坦に保持できるようになる。この結果、前記金属融体のオーバーフローやスラグの巻き込み、さらには前記金属融体の再酸化などを抑制することができるようになる。
【００１８】
なお、上述した前記金属融体の前記下降流は、前記軸方向運動発生コイルに対し、前記容器の壁面近傍における表皮効果を生ぜしめるような高周波の電流を流すことによって簡易に形成することができる。
【００１９】
また、本発明の他の好ましい態様においては、前記金属融体内の前記介在物を、前記回転運動及び前記軸方向運動によって凝集及び肥大化した後、前記軸方向運動発生コイルを停止させて前記軸方向運動を停止するとともに、前記回転運動発生コイルのみを駆動させて前記回転運動のみを生ぜしめるようにする。この場合、前記介在物に対して、中心方向へ向けた向心力が作用するようになり、凝集及び肥大化した前記介在物を前記金属融体の略中心部に介在せしめることができるようになる。この結果、前記介在物を前記金属融体の略中心部から除去すれば、前記金属融体からの介在物除去を実行できることになり、前記介在物のその後の除去操作をより簡易化することができるようになる。
【００２０】
また、既にある程度凝集して肥大化した介在物同士をさらに衝突させて凝集及び肥大化させることができるようになるので、このようなさらに凝集及び肥大化した介在物を除去することにより、前記金属融体からの前記介在物の除去をより効率的及び効果的に実行できるようになる。
【００２１】
さらに、本発明のその他の好ましい態様においては、前記回転運動発生コイル及び前記軸方向運動発生コイルを独立に制御する。これによって、前記金属融体に対して回転運動及び軸方向運動を独立に制御して印加することができ、前記金属融体の撹拌の程度を自由に設定することができる。したがって、前記回転運動及び前記軸方向運動の自在な制御を通じて、上述した前記金属融体の液面平坦化及び介在物の略中心部への介在などを簡易に行うことができるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、溶鋼などの金属融体中における介在物を簡易に除去することが可能な、新規な方法及び装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、発明を実施するための最良の形態に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の介在物除去方法の一例を示す概略図である。図１に示す介在物除去装置１０は、円筒形の容器１１と、この容器１１の外周面に沿って（外周面を覆うようにして）設けられた回転運動発生コイル１２と、容器１１の外周面において、同じく外周面に沿って（外周面を覆うようにして）設けられた軸方向運動発生コイル１３とを具えている。容器１１内には、介在物除去に供すべき金属融体Ｓが容れられている。なお、回転運動発生コイル１２及び軸方向運動発生コイル１３は、図示しない冷却用オイルを満たした環状容器内に設置し、通電による過熱を防止するように構成されている。
【００２５】
回転運動発生コイル１２には所定の電源から電圧調整器を経て所定の周波数の電流を流し、軸方向運動発生コイル１３には周波数可変のインバータを経て任意周波数の電流を流して、それぞれのコイルに起因した回転運動及び軸方向運動を生ぜしめるような磁場を生成する。回転運動発生コイル１２及び軸方向運動発生コイル１３に印加すべき電流は互いに独立に制御することができ、これによって金属融体Ｓに対する前記回転運動及び前記軸方向運動を独立に制御して印加することができ、前記金属融体の撹拌の程度を自由に設定することができる。したがって、前記回転運動及び前記軸方向運動の自在な制御を可能とすることができ、以下に詳述するような種々の有利な効果を有するようになる。
【００２６】
図２は、回転運動発生コイル１２によって回転運動が生ぜしめられる態様を概略的に示す図であり、図３は、軸方向運動発生コイル１３によって軸方向運動が生ぜしめられる態様を概略的に示す図である。なお、図２は、図１に示す装置１０における容器１１を上方から見た場合の状態を示しており、図３は、図１に示す装置１０における容器１１を横方向断面に沿って見た場合の状態を示している。
【００２７】
図２に示すように、本例の装置１０においては、回転運動発生コイル１２によって容器１１内の金属融体Ｓを横切るような磁場Ｂを発生させる。このとき、容器１１内の金属融体Ｓには、図１に示すコイルの配置に起因して容器１１の金属融体Ｓ内に図示したような上下方向の誘導電流ｊｚが生じるようになる。したがって、磁場Ｂと誘導電流ｊｚとの相互作用により、金属融体Ｓ内には図示したようなローレンツ力Ｆｘｙが発生し、金属融体Ｓに回転運動を生ぜしめるようになる。（なお、今の場合は反時計方向の回転運動を生ぜしめるようにしている。）
【００２８】
なお、上述した磁場Ｂは、例えば容器１１の壁面近傍に表皮効果を生じないような低周波数の電流を流すことによって生成することができる。具体的には、装置の規模などに依存するものの２〜５０Ｈｚの周波数の電流を流すことによって上述した磁場Ｂを簡易に生成することができるようになる。
【００２９】
一方、図３に示すように、本例の装置１０においては、軸方向運動発生コイル１３の、隣接するコイル線同士が互いに対をなすとともに、互いに隣接するコイル線対間に逆向きの電流を流し、前記容器の前記金属融体内に互いに逆向きの磁場を生成するようにしている。具体的に、図３では、上側のコイル線対間と下側のコイル線対間とでそれぞれ逆向きの電流を流し、上側のコイル線対では図示したような右向きの磁場Ｂｒを生ぜしめ、下側のコイル線対では図示したような左向きの磁場Ｂｒを生ぜしめる。したがって、この磁場Ｂｒと誘導電流ｊｘｙとの相互作用によって、金属融体Ｓ内には図示したようなローレンツ力Ｆｚが発生し、金属融体Ｓ内に下降流、すなわち下向きの軸方向運動を生ぜしめることができるようになる。
【００３０】
なお、上述した下降流は、容器１１の壁面近傍でのみ生ぜしめるようにすることが好ましい。この場合、以下に詳述するように、容器１１の略中央部において、金属融体Ｓに対して前記下降流に起因した上昇流を生ぜしめることができ、金属融体Ｓの液面を平坦に維持することができるようになる。
【００３１】
上述した容器１１の壁面近傍での下降流は、上述したローレンツ力Ｆｚを容器１１の壁面近傍でのみ生成させることによって形成することができる。このようなローレンツ力Ｆｚは、例えば軸方向運動発生コイル１３に対して表皮効果を生ぜしめるような高周波の電流を流すことによって生成することができる。具体的には、装置の規模などに依存するものの１０〜１５００Ｈｚの周波数の電流を流すことによって上述したローレンツ力Ｆｚ、すなわち下降流を簡易に生成することができるようになる。
【００３２】
上述したようにして、容器１１内の金属融体Ｓに対して回転運動と軸方向運動を生ぜしめることにより、金属融体Ｓ内に含まれる介在物が頻繁に衝突するようになり、前記介在物の凝集肥大化が促進されるようになる。この結果、金属融体Ｓ内の前記介在物を除去するに際しては、前述のような凝集肥大化された介在物を除去すれば良いので、前記介在物の除去を容易に行うことができるようになる。
【００３３】
なお、図１に示す装置１０においては、回転運動発生コイル１２及び軸方向運動発生コイル１３の数はそれぞれ６個に設定しているが、実際の装置においては、コイル線の太さや発生させる磁場（ローレンツ力）の大きさなどに起因して、任意の数とすることができる。
【００３４】
また、金属融体Ｓ内に生ぜしめた回転運動及び軸方向運動を保持する時間は、金属融体Ｓ内に含まれる介在物が十分に凝集して肥大化するまで実施する必要がある。なお、この時間は、金属融体Ｓの種類や粘性、及びそれに含まれる介在物の種類や大きさなどに依存するが、通常は数分から数時間である。
【００３５】
さらに、金属融体Ｓ内に生ぜしめる前記回転運動の大きさ及び前記軸方向運動の大きさについても、金属融体Ｓ内に含まれる介在物が十分に凝集して肥大化するような大きさに設定する必要がある。したがって、回転運動発生コイル１２及び軸方向運動発生コイル１３内に流す電流の大きさや周波数を適宜に制御して、これらのコイルから発生する磁場や誘導電流の大きさ、すなわちローレンツ力の大きさなどを適宜に制御する必要がある。上述したように、回転運動発生コイル１２及び軸方向運動発生コイル１３に印加すべき電流は互いに独立に制御することにより、このような制御を簡易に行うことができるようになる。
【００３６】
また、本例においては、図３に示すように、容器１１の壁面近傍に金属融体Ｓに対して下降流を生ぜしめているので、金属融体Ｓに生ぜしめる回転運動を適宜に制御することによって、金属融体Ｓの液面を平坦に維持することができる。図４〜図６は、金属融体Ｓの液面が平坦に維持される際の様子を模式的に示す図である。
【００３７】
図４に示すように、金属融体Ｓに対して回転運動のみが生成している場合、その液面は容器１１の略中央部において窪み、外周部において盛り上がるようになる。一方、図５に示すように、金属融体Ｓに対して容器１１の壁面近傍で下降流のみが生じている場合、容器１１の略中央部では前記下降流に起因した上昇流が生じるようになり、金属融体Ｓの、容器１１の略中央部において盛り上がるようになる。したがって、図６に示すように、金属融体Ｓ内に前記回転運動及び前記上昇流が生じている場合は、容器１１の略中央部における、前記回転運動に起因した窪みが前記上昇流に起因した盛り上がりによって相殺されるとともに、容器１１の外周部における盛り上がりを抑制して、金属融体Ｓの液面を平坦に維持することができるようになる。
【００３８】
なお、上述したように、回転運動発生コイル１２及び軸方向運動発生コイル１３に印加すべき電流は互いに独立に制御することにより、前記回転運動及び前記下降流（上昇流）を自在に制御することができるので、上述した金属融体Ｓの液面をより簡易に平坦に維持することができるようになる。これによって、金属融体Ｓのオーバーフローやスラグの巻き込み、さらには金属融体Ｓの再酸化などを抑制することができるようになる。
【００３９】
さらに、本例においては、上述のように金属融体Ｓ内に回転運動及び軸方向運動を生ぜしめて、金属融体Ｓ内に含まれる介在物を凝集及び肥大化させた後に、前記軸方向運動を停止して、回転運動のみを生ぜしめるようにすることができる。この場合、前記凝集及び肥大化した介在物を、前記回転運動に起因した向心力によって容器１１の略中央部に介在させるようにすることができる。この場合、前記介在物を金属融体Ｓの略中心部から除去すれば、金属融体Ｓからの介在物除去を実行できることになり、前記介在物のその後の除去操作をより簡易化することができるようになる。
【００４０】
また、既にある程度凝集して肥大化した介在物同士をさらに衝突させて凝集及び肥大化させることができるようになるので、このようなさらに凝集及び肥大化した介在物を除去することにより、金属融体Ｓからの前記介在物の除去をより効率的及び効果的に実行できるようになる。
【００４１】
上述した回転運動の停止は、軸方向運動発生コイル１２から生じる磁場Ｂｒの発生、すなわち軸方向運動発生コイル１２に流す電流を停止させることによって実行することができる。したがって、この場合においても、回転運動発生コイル１２及び軸方向運動発生コイル１３に印加すべき電流は互いに独立に制御することにより、回転運動発生コイル１２を駆動させたまま、軸方向運動発生コイル１３の駆動を簡易に停止することができるようになる。
【００４２】
また、前記凝集及び肥大化した介在物は、上述した回転運動に伴う向心力で容器１１の略中心部に介在させることの他に、あるいはこのような操作に加えて、前記金属融体の液面フラックスに吸収させるようにすることもできる。この場合、前記液面フラックスへの吸収によって、前記介在物の除去を他の操作を用いることなく、簡易に行うことができる。
【００４３】
なお、液面フラックスによる吸収を用いない場合は、例えば前記介在物を金属融体Ｓの略中心部に介在させ、その後、金属融体Ｓを凝固させた後に、得られた凝固体の、前記介在物が介在している略中心部を研磨あるいは切削除去することによって、前記介在物を最終的に除去することができるようになる。一般に、前記介在物は、前記凝固体の表面部分に介在する場合が多いので、前記凝固体の表層部分のみを除去すれば、前記介在物の除去を行うことができる。
【００４４】
図７は、本発明の介在物除去装置の変形例を概略的に示す構成図である。図７においては、容器１１の下部に排出口１１Ａを設け、容器１１の流入口１１Ｂから金属融体Ｓを連続的に注入するとともに、上述した操作を施すことにより、金属融体Ｓ内の介在物を凝集及び肥大化させ、金属融体Ｓの液面フラックスに前記介在物を吸収させて分離し、前記介在物が分離された金属融体Ｓを排出口１１Ａから連続的に排出して外部に取り出すようにしている。図７に示す構成の装置によれば、介在物が除去された金属融体Ｓを簡易かつ効率的に取り出すことができるようになる。
【００４５】
図８は、本発明の介在物除去装置及び方法を汎用のビレット鋳造機に組み込んだ状態を示す構成図である。このような構成によれば、金属融体Ｓ内の介在物を液面フラックスで効率的に吸収除去しながら、前記ビレット鋳造機による鋳造を行うことができるようになる。
【００４６】
なお、本例における金属融体Ｓは、溶鋼の他、あらゆる金属融体から構成することができる。
【実施例】
【００４７】
本実施例においては、図１に示すような構成の装置を用いて介在物の凝集及び肥大化の確認を行った。
【００４８】
最初に、容器１１内においてＡｌ融体を準備し、これにＳｉＣ微粒子を２５体積％含有させ、超音波振動を印加することにより、前記ＳｉＣ微粒子を前記Ａｌ融体中に均一に分散させた。
【００４９】
次いで、回転運動発生コイル１２に対して５０Ｈｚ、７．５Ａの電流を流して、前記Ａｌ融体に対して回転運動を生ぜしめるとともに、軸方向運動発生コイル１３に対して１５５０Ｈｚ、１３Ａの電流を流して、前記Ａｌ融体に対して軸方向運動を生ぜしめた。
【００５０】
図９は、前記Ａｌ融体に対し、前記回転運動及び前記軸方向運動を生ぜしめた後に凝固させ、鏡面研磨後にその表面を顕微鏡で観察した様子を示す写真である。図９から明らかなように、Ａｌ融体に対する回転運動及び軸方向運動の印加時間が長くなるにつれて、介在物の凝集が進行していることが分かる。したがって、本発明の方法及び装置により、金属融体内の介在物を凝集肥大化させることができ、前記介在物の除去を簡易に行うことができることが分かる。
【００５１】
以上、発明の実施の形態に則して本発明を説明してきたが、本発明の内容は上記に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【００５２】
例えば、図１に示す装置構成はあくまで例示であり、その他の装置構成をも採用することができる。この場合、回転運動を生ぜしめるために生成すべき磁場も、図２に示す方法とは異なる方法で生成するようにすることができる。同じく、軸方向運動を生ぜしめるための磁場も、図３に示す方法とは異なる方法で生成するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の介在物除去装置の一例を示す概略図である。
【図２】図１に示す装置の、回転運動発生コイルによって回転運動が生ぜしめられる態様を概略的に示す図である。
【図３】図１に示す装置の、軸方向運動発生コイルによって軸方向運動が生ぜしめられる態様を概略的に示す図である。
【図４】金属融体に対して回転運動のみが生成している場合の、前記金属融体の液面状態を示す図である。
【図５】金属融体に対して下降流（軸方向運動）のみが生成している場合の、前記金属融体の液面状態を示す図である。
【図６】金属融体に対して、回転運動及び下降流に起因した上昇流が作用し、前記金属融体の液面が平坦に維持される様子を示す図である。
【図７】本発明の介在物除去装置の変形例を概略的に示す構成図である。
【図８】本発明の介在物除去装置及び方法を汎用のビレット鋳造機に組み込んだ状態を示す構成図である。
【図９】Ａｌ融体に対し、本発明に従って回転運動及び軸方向運動を生ぜしめた後に凝固させた際に、得られた凝固体の表面を顕微鏡で観察した様子を示す写真である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 介在物除去装置
１１ 容器
１２ 回転運動発生コイル
１３ 軸方向運動発生コイル
Ｓ 金属融体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の容器内に所定の金属融体を容れる工程と、
前記容器の外周面に沿って設けられた回転運動発生コイルによって、前記金属融体内に回転運動を生ぜしめる工程と、
前記容器の前記外周面に沿って設けられた軸方向運動発生コイルによって、前記金属融体内に軸方向運動を生ぜしめる工程と、
前記金属融体内の介在物を除去する工程とを具え、
前記金属融体内の前記介在物は、前記金属融体内に生ぜしめられた前記回転運動及び前記軸方向運動によって凝集及び肥大化され、この凝集及び肥大化された状態で除去するようにしたことを特徴とする、金属融体内の介在物除去方法。
【請求項２】
前記回転運動発生コイルは、前記容器の前記外周面を周回するように配置し、前記容器の断面を横切る磁場を生成することを特徴とする、請求項１に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項３】
前記回転運動発生コイルに対し、前記容器の壁面近傍における表皮効果を生じないような低周波数の電流を流すことを特徴とする、請求項２に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項４】
前記電流の周波数が２〜５０Ｈｚであることを特徴とする、請求項３に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項５】
前記軸方向運動発生コイルは、前記容器の外周面を周回するように配置し、隣接するコイル線同士が互いに対をなすとともに、互いに隣接するコイル線対間に逆向きの電流を流し、前記容器の前記金属融体内に互いに逆向きの磁場を生成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項６】
前記軸方向運動発生コイルに対し、前記容器の壁面近傍における表皮効果を生ぜしめるような高周波の電流を流すことを特徴とする、請求項５に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項７】
前記電流の周波数が１０〜１５００Ｈｚであることを特徴とする、請求項６に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項８】
前記前記回転磁界発生コイルと前記軸方向移動磁界発生コイルとは、それぞれ独立に制御することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項９】
前記回転運動発生コイルにより、前記容器内において前記金属融体に反時計回りの回転運動を生ぜしめることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項１０】
前記軸方向運動発生コイルにより、前記容器内の壁面近傍において前記金属融体に下降流を生ぜしめることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項１１】
前記回転運動発生コイルによる前記回転運動と、前記軸方向運動発生コイルによる前記軸方向運動とを制御し、前記容器の前記壁面近傍において前記金属融体に生ぜしめた前記下降流に起因した上昇流を前記容器の略中央部において生ぜしめ、前記金属融体の液面を平坦に保持するようにしたことを特徴とする、請求項１０に記載の金属融体の介在物除去方法。
【請求項１２】
前記金属融体内の前記介在物を、前記回転運動及び前記軸方向運動によって凝集及び肥大化した後、前記軸方向運動発生コイルを停止させて前記軸方向運動を停止するとともに、前記回転運動発生コイルのみを駆動させて前記回転運動のみを生ぜしめ、凝集及び肥大化した前記介在物を前記金属融体の略中心部に介在せしめた後に除去するようにしたことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去方法。
【請求項１３】
前記金属融体は溶鋼であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去方法。
【請求項１４】
前記凝集及び肥大化した介在物は、前記金属融体の液面フラックスに吸収させて、前記金属融体より分離することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去方法。
【請求項１５】
前記容器の下部に排出口を設け、前記凝集及び肥大化した介在物が除去された前記金属融体を前記排出口から連続的に流出させて外部に取り出すことを特徴とする、請求項１４に記載の金属融体の介在物除去方法。
【請求項１６】
請求項１〜１３のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去方法を含むことを特徴とする、ビレット連続鋳造法。
【請求項１７】
所定の容器内に所定の金属融体を容れるための容器と、
前記金属融体内に回転運動を生ぜしめるための、前記容器の外周面に沿って設けられた回転運動発生コイルと、
前記金属融体内に軸方向運動を生ぜしめるための、前記容器の前記外周面に沿って設けられた軸方向運動発生コイルとを具え、
前記金属融体内の介在物を、前記金属融体内に生ぜしめられた前記回転運動及び前記軸方向運動によって凝集及び肥大化し、この凝集及び肥大化された状態で除去するようにしたことを特徴とする、金属融体内の介在物除去装置。
【請求項１８】
前記回転運動発生コイルは、前記容器の前記外周面を周回するように配置し、前記容器の断面を横切るような磁場を生成するように構成したことを特徴とする、請求項１７に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項１９】
前記回転運動発生コイルに対し、前記容器の壁面近傍における表皮効果を生じないような低周波数の電流を流すようにしたことを特徴とする、請求項１８に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項２０】
前記電流の周波数が２〜５０Ｈｚであることを特徴とする、請求項１９に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項２１】
前記軸方向運動発生コイルは、前記容器の外周面を周回するように配置し、隣接するコイル線同士が互いに対をなすとともに、互いに隣接するコイル線対間に逆向きの電流を流し、前記容器の前記金属融体内に互いに逆向きの磁場を生成するように構成したことを特徴とする、請求項１７〜２０のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項２２】
前記軸方向運動発生コイルに対し、前記容器の壁面近傍における表皮効果を生ぜしめるような高周波の電流を流すようにしたことを特徴とする、請求項２１に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項２３】
前記電流の周波数が１０〜１５００Ｈｚであることを特徴とする、請求項１９に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項２４】
前記前記回転磁界発生コイルと前記軸方向移動磁界発生コイルとは、それぞれ独立に制御するようにしたことを特徴とする、請求項１７〜２３のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項２５】
前記回転運動発生コイルにより、前記容器内において前記金属融体に反時計回りの回転運動を生ぜしめるようにしたことを特徴とする、請求項１７〜２４のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項２６】
前記軸方向運動発生コイルにより、前記容器内の壁面近傍において前記金属融体に下降流を生ぜしめるようにしたことを特徴とする、請求項１７〜２５のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項２７】
前記回転運動発生コイルによる前記回転運動と、前記軸方向運動発生コイルによる前記軸方向運動とを制御し、前記容器の前記壁面近傍において前記金属融体に生ぜしめた前記下降流に起因した上昇流を前記容器の略中央部において生ぜしめ、前記金属融体の液面を平坦に保持するようにしたことを特徴とする、請求項２６に記載の金属融体の介在物除去装置。
【請求項２８】
前記金属融体内の前記介在物を、前記回転運動及び前記軸方向運動によって凝集及び肥大化した後、前記軸方向運動発生コイルを停止させて前記軸方向運動を停止するとともに、前記回転運動発生コイルのみを駆動させて前記回転運動のみを生ぜしめ、凝集及び肥大化した前記介在物を前記金属融体の略中心部に介在せしめた後に除去するようにしたことを特徴とする、請求項１７〜２７のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去装置。
【請求項２９】
前記金属融体は溶鋼であることを特徴とする、請求項１７〜２８のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去装置。
【請求項３０】
前記凝集及び肥大化した介在物は、前記金属融体の液面フラックスに吸収させて、前記金属融体より分離することを特徴とする、請求項１７〜２９のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去装置。
【請求項３１】
前記容器の下部に排出口を設け、前記凝集及び肥大化した介在物が除去された前記金属融体を前記排出口から連続的に流出させて外部に取り出すようにしたことを特徴とする、請求項３０に記載の金属融体の介在物除去装置。
【請求項３２】
請求項１７〜３１のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去装置を含むことを特徴とする、ビレット連続鋳造装置。
【請求項１】
所定の容器内に所定の金属融体を容れる工程と、
前記容器の外周面に沿って設けられた回転運動発生コイルによって、前記金属融体内に回転運動を生ぜしめる工程と、
前記容器の前記外周面に沿って設けられた軸方向運動発生コイルによって、前記金属融体内に軸方向運動を生ぜしめる工程と、
前記金属融体内の介在物を除去する工程とを具え、
前記金属融体内の前記介在物は、前記金属融体内に生ぜしめられた前記回転運動及び前記軸方向運動によって凝集及び肥大化され、この凝集及び肥大化された状態で除去するようにしたことを特徴とする、金属融体内の介在物除去方法。
【請求項２】
前記回転運動発生コイルは、前記容器の前記外周面を周回するように配置し、前記容器の断面を横切る磁場を生成することを特徴とする、請求項１に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項３】
前記回転運動発生コイルに対し、前記容器の壁面近傍における表皮効果を生じないような低周波数の電流を流すことを特徴とする、請求項２に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項４】
前記電流の周波数が２〜５０Ｈｚであることを特徴とする、請求項３に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項５】
前記軸方向運動発生コイルは、前記容器の外周面を周回するように配置し、隣接するコイル線同士が互いに対をなすとともに、互いに隣接するコイル線対間に逆向きの電流を流し、前記容器の前記金属融体内に互いに逆向きの磁場を生成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項６】
前記軸方向運動発生コイルに対し、前記容器の壁面近傍における表皮効果を生ぜしめるような高周波の電流を流すことを特徴とする、請求項５に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項７】
前記電流の周波数が１０〜１５００Ｈｚであることを特徴とする、請求項６に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項８】
前記前記回転磁界発生コイルと前記軸方向移動磁界発生コイルとは、それぞれ独立に制御することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項９】
前記回転運動発生コイルにより、前記容器内において前記金属融体に反時計回りの回転運動を生ぜしめることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項１０】
前記軸方向運動発生コイルにより、前記容器内の壁面近傍において前記金属融体に下降流を生ぜしめることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項１１】
前記回転運動発生コイルによる前記回転運動と、前記軸方向運動発生コイルによる前記軸方向運動とを制御し、前記容器の前記壁面近傍において前記金属融体に生ぜしめた前記下降流に起因した上昇流を前記容器の略中央部において生ぜしめ、前記金属融体の液面を平坦に保持するようにしたことを特徴とする、請求項１０に記載の金属融体の介在物除去方法。
【請求項１２】
前記金属融体内の前記介在物を、前記回転運動及び前記軸方向運動によって凝集及び肥大化した後、前記軸方向運動発生コイルを停止させて前記軸方向運動を停止するとともに、前記回転運動発生コイルのみを駆動させて前記回転運動のみを生ぜしめ、凝集及び肥大化した前記介在物を前記金属融体の略中心部に介在せしめた後に除去するようにしたことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去方法。
【請求項１３】
前記金属融体は溶鋼であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去方法。
【請求項１４】
前記凝集及び肥大化した介在物は、前記金属融体の液面フラックスに吸収させて、前記金属融体より分離することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去方法。
【請求項１５】
前記容器の下部に排出口を設け、前記凝集及び肥大化した介在物が除去された前記金属融体を前記排出口から連続的に流出させて外部に取り出すことを特徴とする、請求項１４に記載の金属融体の介在物除去方法。
【請求項１６】
請求項１〜１３のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去方法を含むことを特徴とする、ビレット連続鋳造法。
【請求項１７】
所定の容器内に所定の金属融体を容れるための容器と、
前記金属融体内に回転運動を生ぜしめるための、前記容器の外周面に沿って設けられた回転運動発生コイルと、
前記金属融体内に軸方向運動を生ぜしめるための、前記容器の前記外周面に沿って設けられた軸方向運動発生コイルとを具え、
前記金属融体内の介在物を、前記金属融体内に生ぜしめられた前記回転運動及び前記軸方向運動によって凝集及び肥大化し、この凝集及び肥大化された状態で除去するようにしたことを特徴とする、金属融体内の介在物除去装置。
【請求項１８】
前記回転運動発生コイルは、前記容器の前記外周面を周回するように配置し、前記容器の断面を横切るような磁場を生成するように構成したことを特徴とする、請求項１７に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項１９】
前記回転運動発生コイルに対し、前記容器の壁面近傍における表皮効果を生じないような低周波数の電流を流すようにしたことを特徴とする、請求項１８に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項２０】
前記電流の周波数が２〜５０Ｈｚであることを特徴とする、請求項１９に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項２１】
前記軸方向運動発生コイルは、前記容器の外周面を周回するように配置し、隣接するコイル線同士が互いに対をなすとともに、互いに隣接するコイル線対間に逆向きの電流を流し、前記容器の前記金属融体内に互いに逆向きの磁場を生成するように構成したことを特徴とする、請求項１７〜２０のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項２２】
前記軸方向運動発生コイルに対し、前記容器の壁面近傍における表皮効果を生ぜしめるような高周波の電流を流すようにしたことを特徴とする、請求項２１に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項２３】
前記電流の周波数が１０〜１５００Ｈｚであることを特徴とする、請求項１９に記載の金属融体内の介在物除去方法。
【請求項２４】
前記前記回転磁界発生コイルと前記軸方向移動磁界発生コイルとは、それぞれ独立に制御するようにしたことを特徴とする、請求項１７〜２３のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項２５】
前記回転運動発生コイルにより、前記容器内において前記金属融体に反時計回りの回転運動を生ぜしめるようにしたことを特徴とする、請求項１７〜２４のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項２６】
前記軸方向運動発生コイルにより、前記容器内の壁面近傍において前記金属融体に下降流を生ぜしめるようにしたことを特徴とする、請求項１７〜２５のいずれか一に記載の金属融体内の介在物除去装置。
【請求項２７】
前記回転運動発生コイルによる前記回転運動と、前記軸方向運動発生コイルによる前記軸方向運動とを制御し、前記容器の前記壁面近傍において前記金属融体に生ぜしめた前記下降流に起因した上昇流を前記容器の略中央部において生ぜしめ、前記金属融体の液面を平坦に保持するようにしたことを特徴とする、請求項２６に記載の金属融体の介在物除去装置。
【請求項２８】
前記金属融体内の前記介在物を、前記回転運動及び前記軸方向運動によって凝集及び肥大化した後、前記軸方向運動発生コイルを停止させて前記軸方向運動を停止するとともに、前記回転運動発生コイルのみを駆動させて前記回転運動のみを生ぜしめ、凝集及び肥大化した前記介在物を前記金属融体の略中心部に介在せしめた後に除去するようにしたことを特徴とする、請求項１７〜２７のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去装置。
【請求項２９】
前記金属融体は溶鋼であることを特徴とする、請求項１７〜２８のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去装置。
【請求項３０】
前記凝集及び肥大化した介在物は、前記金属融体の液面フラックスに吸収させて、前記金属融体より分離することを特徴とする、請求項１７〜２９のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去装置。
【請求項３１】
前記容器の下部に排出口を設け、前記凝集及び肥大化した介在物が除去された前記金属融体を前記排出口から連続的に流出させて外部に取り出すようにしたことを特徴とする、請求項３０に記載の金属融体の介在物除去装置。
【請求項３２】
請求項１７〜３１のいずれか一に記載の金属融体の介在物除去装置を含むことを特徴とする、ビレット連続鋳造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１４４５０１（Ｐ２００７−１４４５０１Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４６１０８（Ｐ２００５−３４６１０８）
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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