熔液搅拌装置及具有该熔液搅拌装置的连续铸造装置系统的制作方法

本发明涉及熔液搅拌装置以及具有该熔液搅拌装置的连续铸造装置系统。

背景技术：

以往，将具有导电性(传导性)的金属的熔液，即：非铁金属(例如，al、cu、zn或si、或者它们中的至少两种的合金，或者mg合金等)的熔液或非铁金属以外的金属的熔液连续铸造来获得产品(圆棒状的铸锭等)。

在这种连续铸造中，通常采用例如通过流槽来从熔炼炉引导熔液使之流入模具(铸模)中的方法。

但是，本发明人对以往的制造方法具有以下所述的独特观点。

即，首先，当熔液进入模具时，熔液在空气中下落的同时会夹带空气。因此，无法避免产品的品质低下的情况。

此外，在从模具获得的产品为大型产品的情况下(尤其是横截面积大时)，在产品的周边部分和中央部分，熔液的冷却速度大不相同。即，在产品的周边部分，熔液急速冷却，而在中央部分中，熔液冷却得比周边部分慢。由此，产品的周边部分和中央部分的金属的晶体组织大不相同。由此，无法避免产品的机械特性大幅受损的情况。

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

以往，本发明人以外的本领域技术人员并未特别对产品的品质、生产效率提出大的不满或问题。因此，本发明人以外的本领域技术人员并未意识到从产品的品质、生产效率方面来看必须对制造装置、制造方法进行技术改进这一问题。但是，如上所述，在本领域技术人员中，也只有本发明人才提出如上所述的独特的问题(技术问题)。即，作为技术人员，本发明人提出了应该以更高效率提供比现有产品更优良的产品。

用于解决技术问题的手段

本发明的实施方式的熔液搅拌装置是

一种熔液搅拌装置，用于对将流入连续铸造装置的模具中的熔液、或所述模具中的熔液进行搅拌，其中所述连续铸造装置使导电性金属的熔液流入所述模具以连续成型产品，所述熔液搅拌装置构成为，

包括：筒形壳体，浸入于熔液中且上方开放；和管件，收纳于所述壳体中，所述壳体具有外筒及收纳于所述外筒中的内筒，在所述外筒和所述内筒之间形成有供冷却用空气流通的间隙，在所述内筒贯穿设有使所述内筒的内部和所述间隙连通的通气孔，从而构成从所述内筒经由所述通气孔直至所述间隙的冷却空气通道，

在所述内筒的内部收纳有磁场装置，该磁场装置呈插入有所述管件的状态，所述磁场装置以来自所述磁场装置的磁力线贯穿所述内筒及所述外筒并到达熔液、或者在熔液中通过的磁力线贯穿所述内筒及所述外筒并到达所述磁场装置的强度被磁化，

所述熔液搅拌装置还具有第一电极，所述第一电极贯穿所述内筒及所述外筒，且一端暴露于所述内筒内，另一端暴露于所述外筒外从而能够与熔液相接触，所述第一电极的所述一端与在所述管件内通过的引线体以导通状态电连接，

所述熔液搅拌装置还具有安装在所述外筒的第二电极，所述第二电极在所述外筒上的安装位置被设定在下述位置，即：在所述第二电极与所述第一电极之间借助熔液流动的电流与所述磁力线交叉而产生使熔液绕纵轴旋转驱动的洛伦兹力的位置。

本发明的实施方式的熔液搅拌装置是，

一种熔液搅拌装置，用于对将流入连续铸造装置的模具中的熔液、或所述模具中的熔液进行搅拌，其中所述连续铸造装置使导电性金属的熔液流入所述模具以连续成型产品，所述熔液搅拌装置构成为，

包括：筒形壳体，浸入于熔液中且上方开放；和管件，收纳于所述壳体中，在所述管件的下端与所述壳体的底面的内侧之间形成连通用的连通间隙，通过该连通间隙，所述管件的内部与所述壳体的内部相连通，从而形成冷却空气通道，

在所述内筒的内部收纳有磁场装置，该磁场装置呈插入有所述管件的状态，所述磁场装置以来自所述磁场装置的磁力线贯穿所述壳体并到达熔液、或者在熔液中通过的磁力线贯穿所述壳体并到达所述磁场装置的强度被磁化，

所述熔液搅拌装置还具有第一电极，所述第一电极贯穿所述壳体，且一端暴露于所述壳体内，另一端暴露于所述壳体外从而能够与熔液相接触，所述第一电极的所述一端与在所述管件内通过的引线体以导通状态电连接，

所述熔液搅拌装置还具有安装在所述壳体的第二电极，所述第二电极在所述壳体上的安装位置被设定在下述位置，即：在所述第二电极与所述第一电极之间借助熔液流动的电流与所述磁力线交叉而产生使熔液绕纵轴旋转驱动的洛伦兹力的位置。

本发明的实施方式的连续铸造装置系统包括：

上述的任一熔液搅拌装置；流槽，从熔炼炉引导熔液；和模具，以熔液流入口与所述流槽的底面相连通的状态安装，所述熔液搅拌装置被组装成下端侧插入所述流槽中的熔液导出路径内的状态。

附图说明

图1为示出作为本发明的第一实施方式的连续铸造装置的整体结构的局部纵剖说明图。

图2为对图1的装置中的熔液搅拌装置纵剖而成的纵剖说明图。

图2a为示出对应于图2的实施方式的第七实施方式的连续铸造装置的整体结构的局部纵剖说明图。

图2b为示出图2a的实施方式中的电流流路的说明图。

图3为说明图1的装置中的熔液搅拌装置的动作的动作说明图。

图4为示出作为本发明的第二实施方式的连续铸造装置的整体结构的局部纵剖说明图。

图5为说明图4的装置中的熔液搅拌装置的动作的动作说明图。

图6为示出作为本发明的第三实施方式的连续铸造装置的整体结构的局部纵剖说明图。

图7为说明图6的装置中的熔液搅拌装置的动作的动作说明图。

图8a为图1、图2的装置中的熔液搅拌装置的磁场装置的纵剖说明图。

图8b为图1、图2的装置中的熔液搅拌装置的磁场装置的俯视说明图。

图9a为图1、图2的装置中的熔液搅拌装置的磁场装置的变形例的纵剖说明图。

图9b为图1、图2的装置中的熔液搅拌装置的磁场装置的变形例的俯视说明图。

图10a为图4、图5的装置中的熔液搅拌装置的磁场装置的纵剖说明图。

图10b为图4、图5的装置中的熔液搅拌装置的磁场装置的俯视说明图。

图11a为图6、图7的装置中的熔液搅拌装置的磁场装置的纵剖说明图。

图11b为图6、图7的装置中的熔液搅拌装置的磁场装置的俯视说明图。

图11c为图6、图7的装置中的熔液搅拌装置的磁场装置的仰视说明图。

图12为示出作为本发明的第四实施方式的连续铸造装置的整体结构的局部纵剖说明图。

图13为对图12的装置中的熔液搅拌装置纵剖而成的纵剖说明图。

图13a为示出对应于图12的实施方式的第八实施方式中的连续铸造装置的整体结构的局部纵剖说明图。

图14为说明图12、图13的装置中的熔液搅拌装置的动作的动作说明图。

图15为说明在作为本发明的第五实施方式的连续铸造装置中使用的熔液搅拌装置的结构及动作的结构动作说明图。

图16为说明在作为本发明的第六实施方式的连续铸造装置中使用的熔液搅拌装置的结构及动作的结构动作说明图。

图17为通过切换图1的拆卸了熔液搅拌装置的状态及保持使用熔液搅拌装置的状态而获得的连续的一个试制品的局部纵剖说明图。

图18为示出图17的试制品的一部分的纵剖说明图。

图19为示出图17的试制品的不同部分的纵剖说明图。

图20为示出图17的试制品的另一不同部分的纵剖说明图。

图21为示出图18的试制品的一部分的制造过程的纵剖说明图。

图22为示出图19的试制品的一部分的制造过程的纵剖说明图。

图23为示出图20的试制品的一部分的制造过程的纵剖说明图。

图24为示出用于说明另一不同的实验的试制品的制造过程的纵剖说明图。

图25为示出图24的制造过程中的熔液(液体)、半凝固层部分、试制品(固体)的温度分布的温度分布说明图。

图26为示出从对应于图24的试制品取出的试样(第一试验片)的位置关系的纵剖说明图。

图27为示出从所取出的各试样(第一试验片)进一步取出的试样(第二试验片)在各试样(第一试验片)中的位置关系的纵剖说明图。

图28为示出所取出的试样(第二试验片)的锌浓度的图表。

具体实施方式

图1示出作为本发明的第一实施方式的连续铸造装置的整体结构，并示出获得作为产品p的圆棒状的铸锭的情况。从图1可知，该装置以如下方式构成，即，使来自al、cu、zn或它们中的至少两种的合金、或者mg合金等的传导体(导电体)的非铁金属或者其他金属的熔炼炉(未图示)的熔液m通过流槽2流入模具1中，最终获得产品p。在本发明的第一实施方式中，为了提高最终获得的产品p的品质，设置熔液搅拌装置3。即，保持以规定的方法将熔液搅拌装置3浸入于流槽2的末端部分中的熔液m中的状态。通过该熔液搅拌装置3，如后文中详细说明的那样，从图1(第一实施方式)可知，借助洛伦兹力一边驱动熔液m在熔液搅拌装置3的周围旋转，一边将熔液m送至模具1中。在与此相关的发明中简要说明其他实施方式时，构成为：通过熔液搅拌装置，借助洛伦兹力，一边使图4(第二实施方式)中的模具1中的熔液m、图6(第3实施方式)中的流槽2中与模具1中的双方的熔液m旋转驱动一边将其送至模具1中，以获得提高了品质的产品p。

以下，对本发明的第一实施方式进行详细说明。

在图1中，通过流槽2向模具1引导来自熔炼炉(未图示)的熔液m。即，模具1以连通状态安装在流槽2的前端(末端)。更详细地，模具1的熔液流入口以连通状态安装在流槽2的底面，熔液搅拌装置1以其下端侧插入流槽2中的熔液导出路径内的状态进行组装。

熔液m从流槽2到达模具1，并在该处被冷却以获得品质得以改善的所谓固相状态的产品p。该产品p的上方存在尚未完全冷却的所谓液相状态的熔液m。即，从图1可知，在模具1中，上部为液相状态的熔液m，下部为固相状态的产品p，它们形成向下方凸出的抛物面状的界面i而相互接触。

熔液搅拌装置3通过期望的手段以浮起的状态保持在上述流槽2中。熔液搅拌装置1可相对于流槽2及模具1在图1中上下调节位置。因此，在图1中，呈熔液搅拌装置3的下端少许进入模具1中的状态，但是还可将熔液搅拌装置3保持为全部都位于流槽2中的状态等。在图2中示出该熔液搅拌装置3的纵剖说明图，在图3中示出其放大图来作为动作说明图。

尤其，从图3可知，熔液搅拌装置3具有：双层结构且上方开放的大致筒形壳体6；具有收纳于该壳体6中的永磁体18的磁场装置7；和具有附设于壳体6的一对电极(第一电极24、第二电极25)的电极部8。上述熔液搅拌装置3被构成为具有空气冷却结构，上述空气冷却结构着眼于熔液m的高温性，利用压缩空气进行空气冷却。通过该空气冷却，例如，磁场装置7的永磁体18能够保持发挥其能力。

更详细地，尤其在图3中，上述壳体6具有均用耐火材料制成上方开放的筒形的外筒11及内筒12。在外筒11与内筒12之间形成有用于冷却用压缩空气流动的间隙14。此外，为了使该冷却用空气流通，在内筒12的底部以形成同心圆的方式穿设多个通气孔12a，使得内筒12的内部与上述间隙14相连通。由此，形成了从内筒12c通过上述通气孔12a到达上述间隙14、并进一步到达大气的冷却空气通道。即，从图3可知，冷却用压缩空气，如箭头ar1所示，在内筒12的内部从上方流入，到达底部，并从上述通气孔12a到达上述间隙14的底部，然后在该间隙14中上升，最终释放到大气中。在此期间，压缩空气在流路中进行热交换以冷却磁场装置7等。熔液搅拌装置3通过上述外筒11中的凸缘部分可固定于期望的外部的固定装置。并且，该熔液搅拌装置3在流槽2及模具1中的浸入深度能够适当调节。由此，能够在现场根据使用的熔液m的物性等调节上述浸入深度，从而能够更合适地搅拌熔液m。

从图3可知，该磁场装置7以插入有不锈钢制成的管件16的状态被收纳于内筒12中。磁场装置7的细节在图8a、图8b中示出。即，磁场装置7构成为一体型结构的筒形永磁体18，并在中心轴部分具有供上述管件16贯穿的贯穿孔18a。永磁体18的中心侧被磁化为s极，外周侧被磁化为n极。(磁化的方向当然也可与上述方向相反。在这种情况下，根据需要，可通过后述的外部电源控制盘27来改变电流的流动方向。)由此，从图3可知，磁力线ml从该磁场装置7以放射状发出并在流槽2中的熔液m中经过。此外，磁场装置7的结构不限于图8a、图8b所示的结构，只要能够如图3所示放射出磁力线ml即可。例如，图9a、图9b中示出其一例。这些图中的永磁体18具有在上下方向上呈长棒状的多个永磁片19。在图9a、图9b中示出各永磁片19的磁化的方式。这些各永磁片19以俯视观察时呈同心圆状的方式排列，从而构成磁场装置7。如上所述，如从图3中可知，上述磁场装置7以插入有上述管件16的状态被收纳于上述内筒12中。由此，上述磁场装置7以放射状发出磁力线ml，该磁力线ml到达流槽2中的熔液m并在其中经过。当上述压缩空气在上述内筒12内流动时，一边冷却磁场装置7等一边到达上述通气孔12a。

从图3可知，在上述不锈钢制成的上述管件16的内部，收纳有作为引线体发挥作用的、由铜等导电性材料制成的导向杆22。在该导向杆22的下端以电导通状态安装有由钨或石墨等制成的第一电极24。该第一电极24以液密状态(至少是熔液密状态)贯穿于上述内筒12及上述外筒11，且其前端(下端)暴露于外部，以便能够与流槽2中的熔液m相接触。

与上述第一电极24成对的、由石墨等构成例如环状的第二电极25以能够装拆自如地插入的状态安装在上述外筒11的外周面。由此，当将熔液搅拌装置3浸入上述流槽2的熔液m中的状态时，如图3所示，电流i经由熔液m而从第二电极25流向第一电极24。由此，上述磁场装置7发出的磁力线ml与在第一电极24及第二电极25之间流动的电流i相交叉而产生洛伦兹力。由此，如图1所示，流槽2中的熔液m被旋转驱动。此外，根据需要，上述第二电极25例如在损耗时等可更换为另一电极。

由于流槽2中的熔液m被旋转驱动、即被搅拌，所以能够获得如下优点。

首先，存在于内部的杂质在熔液m中上升，并积聚在表面部分，从而提高除了表面部分以外的熔液m、即流入模具1中的熔液m的品质。由此，在模具1获得的产品p的品质得以提高。

并且，熔液m由于在流槽2中被搅拌，所以能够一边旋转一边流入模具1中。由此，熔液m在模具1中也旋转。即，熔液m在模具1中也被间接性旋转驱动。通过这种模具1中的旋转，熔液m以内部部分与外部部分之间的温度得以平均的状态固化。由此，如上所述，与除去熔液m中的杂质相配合，能够获得更高品质的产品p。像这种品质提高的机制还适合于以下说明的其他实施方式或变形例。

返回图1进行说明，上述第一电极24与第二电极25与外部电源控制盘27相连接，从而能够提供期望的直流电流。可通过外部电源控制盘27对供给电流量进行增减调节，并且还可转换极性。通过极性的转换，能够使流槽2、模具1中的熔液m的旋转方向相反。可在现场一边观察熔液m的搅拌状态一边进行这种控制，由此，可按照使用的各熔液m的特性来各自控制，从而不受制于使用的熔液m的特性，能够获得更高品质的产品p。而且，这种控制通过在外部电源控制盘27的简单操作就能够进行，因此在现场的可利用性极高。

在上述模具1的内部，例如从图1可知，形成有使冷却水循环的循环路径1a。将该循环路径1a之中与上述产品p相向的多个位置作为与外部贯穿的冷却水口1b。产品p在被从这些冷却水口1b排出的冷却水冷却的同时制造而成。因此，如上所述，由于熔液m在模具1中也被旋转驱动，所以能够实现温度均匀化，以获得更高品质的产品p。此外，如图1所示，上述界面i的形状为向下凸出的抛物面状，其原因在于，熔液m的外部部分与内部部分的冷却速度不同。随着产品p大型化，即，随着横截面的直径增大，界面i的抛物面的顶点附近的曲线变得更陡。并且，产品p的拉拔速度越大，则同样地，上述曲线变得更陡。由此，外部部分与内部部分的冷却速度之差更大。由此，无法避免产品p的内部品质参差不齐的现象。但是，如上所述，在模具1中也通过搅拌熔液m实现了温度均匀化，因此与在流槽2中还进行了杂质去除相配合，能够获得更高品质的产品。

在以上的说明中，能够理解出本发明的第一实施方式的动作，在以下也简单说明。

如图3所示，来自图1的外部电源控制盘27的电流i在一对电极(第一电极24、第二电极25)之间流过。该电流i与磁力线ml相互交叉而产生洛伦兹力f。如图1所示，流槽2中的熔液m(及模具1中的少量熔液m)借助该洛伦兹力f而被旋转驱动。由此，熔液m一边旋转一边流入模具1中，在模具1中也随着旋转而被来自冷却水口1b的冷却水冷却并固化，形成产品p。在此，通过增减来自外部电源控制盘27的电流量，能够增减流槽2中及模具1中的熔液m的旋转速度。即，虽然从熔炼炉(未图示)流过来的熔液m的品质、性质、成分等总是不同，但根据使用的熔液m的品质、性质等来增减上述电流量，能够不受制于熔液m的物性而获得更合适品质的产品p。并且，通过以小增量改变上述电流i的流动方向，能够在极短时间内改变流槽2中的熔液m的旋转方向，从而能够成为所谓的振动状态，由此，进一步促进杂质的去除。

接着，对本发明的第二实施方式进行说明。

尤其，从图4可知，本发明的第二实施方式通过搭载于熔液搅拌装置3a的永磁体18a(参照图5)来使模具1中的固化前的熔液m旋转驱动而不是使流槽2中的熔液m旋转驱动。从上述本发明的第一实施方式中的说明可知，显然，搅拌模具1中的熔液m，也能够获得与本发明的第一实施方式的情况大致相同的作用效果。

以下，主要说明与本发明的第一实施方式的不同之处。图4的本发明的第二实施方式所搭载的熔液搅拌装置3a在图5中示出纵剖放大动作说明图。关于在该图5中所示的熔液搅拌装置3a与图3所示的熔液搅拌装置3不同之处，从两图的比较就能够容易地看出，仅在于磁力线ml的发出方向，其他结构大致相同。即，图5的磁场装置7a的永磁体18a向图中下方发出磁力线ml。该磁场装置7a的细节在图10a、图10b中示出。图10a为纵剖视图，图10b为俯视图。从这些图可知，外形与图8a、图8b大致相同，但磁化的方式不同，圆筒状体的上部被磁化为s极，下部被磁化为n极。

从图5可知，磁场装置7a发出的磁力线ml与在一对电极(第一电极24、第二电极25)之间流动的电流i在磁场装置7a的外筒11的底面外侧相交叉。由此，通过产生的洛伦兹力f，模具1中的熔液m如图4所示被旋转驱动。

如上所述，在本发明的第二实施方式中，上述以外的结构及动作与本发明的第一实施方式的大致相同，因此省略详细说明。

接着，对本发明的第三实施方式进行说明。

关于本发明的第三实施方式，尤其从图6可知，通过搭载在熔液搅拌装置3b的永磁体18b1、18b2(参照图7)，对流槽2中的熔液m与模具1中的固化前的熔液m这两方的熔液m一同直接进行旋转驱动。由于对流槽2中的熔液m与模具1中的熔液m一同直接进行搅拌，因此显然能够获得与上述本发明的第一实施方式及本发明的第二实施方式的情况大致相同或更好的作用效果。

更详细地，在图7中示出图6的熔液搅拌装置3b的纵剖放大动作说明图。上述图7所示的熔液搅拌装置3b(第三实施方式)被构成为同时拥有图3所示的熔液搅拌装置3(第一实施方式)及图5所示的熔液搅拌装置3b(第二实施方式)双方的功能。从图7可知，其具体的结构为：都是圆筒形的第一永磁体18b1和第二永磁体18b2隔着由非磁性材料制成的间隔件30以上下层叠的状态固定为一体，从而构成磁场装置7b，这些细节在图11a(纵剖说明图)、图11b(俯视图)、图11c(仰视图)中示出。从图11a、图11b可知，第一永磁体18b1与如图9a、图9b中所示相同地，由多个永磁片19构成，且内侧成为s极，外侧成为n极。并且，从图11a、图11c可知，第二永磁体18b2与如图10a、图10b所示的相同地，上侧被磁化为n极，下侧被磁化为s极。这些第一永磁体18b1和第二永磁体18b2以夹有间隔件30的方式构成为一体。

从图7可知，磁场装置7b的永磁体18b1发出的磁力线ml与在一对电极(第一电极24、第二电极25)之间流过的电流i在外筒11的侧面外侧相交叉。并且，磁场装置7b的第二永磁体18b2发出的磁力线ml与在一对电极(第一电极24、第二电极25)之间流过的电流i在磁场装置7a的外筒11的侧面外侧相交叉。通过由此产生的两种洛伦兹力f，如图6所示，在流槽2中的磁场装置7b的外周面外侧、以及在模具1中的底面外侧分别进行旋转驱动。

在上述本发明的第三实施方式中，上述以外的结构及动作与本发明的第一及第二实施方式的情况大致相同，因此省略详细说明。

在以上说明的本发明的第一至第三实施方式中，使壳体6为具有外筒11和内筒12的双层结构，并在两者之间形成有间隙14，此处供冷却用压缩空气流通。但是，也可通过使外筒11和内筒12彼此紧密接触而无间隙地重叠以提高壳体6的强度。在这种情况下，另外确保冷却用空气的流路。实现了该技术思想的本发明的第四至第六实施方式在图12至图16中示出。在这些实施方式中，从管件16c送入冷却用压缩空气。

下面，首先，对本发明的第四实施方式进行说明。

本发明的第四实施方式在图12至图14中示出。尤其从图14可知，在该实施方式中，通过搭载在熔液搅拌装置3c的永磁体18c，来使模具1中的固化前的熔液m旋转驱动。在本发明的第四实施方式中，利用与图8a、图8b中所示相同的永磁体。该图14(本发明的第四实施方式)的熔液搅拌装置3c与图3(本发明的第一实施方式)的熔液搅拌装置3的不同之处在于，壳体6c由外筒11c和内筒12c以无间隙的方式重合而构成这一点、以及从构成得稍微粗的管件16c送入冷却用压缩空气这一点。该内筒12c也可通过绝热部件构成从而作为绝热筒发挥作用。该管件16c的下端与内筒12c的底面之间形成有连通用的连通间隙。由此，通过该连通间隙，上述管件的内部与上述壳体的内部相连通而形成冷却空气通道；通过该连通间隙，上述管件的内部与上述内筒的内部相连通而形成冷却空气通道。由此，如箭头ar2所示，被送入管件16c的压缩空气从管件16c的下端到达管件16c与内筒12c之间的间隙14c，而后反转上升并向外部排出。永磁体18c等通过该反转上升的压缩空气而被冷却。

该第四实施方式中的其他结构及动作与上述的实施方式相同，因此在此省略详细说明。

接着，对本发明的第五实施方式进行说明。

与图4的本发明的第二实施方式相同地，本发明的第五实施方式是对模具1中的熔液m直接驱动的结构。图15中示出作为主要部分的熔液搅拌装置3d。在本发明的第四实施方式中，使用与图10a中所示相同的永磁体18d所形成的磁场装置7d。其他结构及动作与图14及图5的大致相同，因此省略详细说明。

接着，对本发明的第六实施方式进行说明。

与图6的本发明的第三实施方式相同地，本发明的第六实施方式是对流槽2中的熔液m及模具1中的熔液m直接驱动的结构。图16中示出作为主要部分的熔液搅拌装置3e。在本发明的第六实施方式中，使用与图11a所示相同的第一永磁体18e1、第二永磁体18e2所形成的磁场装置7e。其他结构与图14及图7的大致相同，因此省略详细说明。

接着，对本发明的第七实施方式进行说明。

在图2a中示出本发明的第七实施方式，壳体6d中的外筒11d由导电性材料构成，该导电性材料因通电而发热并能够达到接近熔液温度的数百度等。并且，该导电性材料的电阻大于所使用的熔液m的电阻。作为导电性材料，可使用石墨等各种材料，只要具有耐火性且对所使用的熔液具有抗蚀力的材质即可。

并且，电极部8d之中的上部的第二电极25d与图2的第二电极25相比设置在上方的位置，使得在实际使用时不与熔液m相接触。

其他结构与图2的实施方式实际上相同。

在本发明的第七实施方式中，如上所述，通过对外筒11d通电能够使其自体发热。通过这种自体发热，例如可成为数百度。由此，若在实际使用之前，通过通电使其处于高温状态，则在实际使用时能够立即浸入熔液中使用，从而能够尽可能地减少时间浪费。即，根据该实施方式，无需等待数小时即能够将熔液搅拌装置3d浸入熔液中来使其实际动作。

图2b为示出上述熔液搅拌装置3d中的电流路径的说明图。从该图2b的箭头ard可知，来自外部电源控制盘27的正极端子27a的电流从第二电极25d流过石墨等的外筒11d，接着流过电阻相对较低的熔液m后，到达第一电极24，并返回外部电源控制盘27的负极端子27b。

图13a示出本发明的第八实施方式。

与图13所示的装置相比，在本发明的第八实施方式中示出如下一例，即，将熔液搅拌装置3e的电极部8e的第二电极25e与图2b的实施方式相同地设在上方，壳体6e中的外筒11e由石墨等导电性材料构成。其他与图2b的实施例大致相同，因此省略详细说明。

根据以上说明的各实施方式，能够获得如下优点：

(1)由于直接搅拌熔液，因此搅拌效率极高。

(2)即使是大型铸锭，也能够高效率地应对。

(3)在大型铸锭的情况下，组合多个熔液搅拌装置即可。

(4)模具中的铸锭到上述界面的深度根据产品的拉拔速度、尺寸等不同。在这种情况下，可通过调节熔液搅拌装置的流槽、向模具中的浸入深度来更合适地搅拌熔液。

(5)熔液搅拌装置能够紧凑地构成，由此，在设置时不需要大的空间。

(6)由此，容易应用在现有的模具装置等中。

(7)能够使产品(铸锭)的晶体组织微细化。

(8)能够使产品(铸锭)的晶体组织均匀。

(9)能够提高产品的生产速度。例如，能够增产10～30％左右。

(10)由于在内部搅拌熔液，因此能够防止熔液的氧化，从而提高产品的品质。

如上所述，本发明的实施方式的连续铸造装置能够获得各种优点。下面，对这些优点之中的产品的生产速度(生产率)的提高进一步进行说明。

通常，在连续铸造中，产品的生产率取决于产品的拉拔速度。若提高拉拔速度，则生产率提高。但是，当将拉拔速度提高到一定速度以上时，产品的内部会产生纵向延伸的一个或多个裂痕。该裂痕的存在可通过例如切割冷却后的产品并观察产品的内部来确认。

像这样，在以往，即使试图提高生产率，由于对拉拔速度的提高存在限制，因此也无法充分实现生产率的提高。

但是，根据本发明的实施方式的连续铸造装置，即使将拉拔速度提高到以往的连续铸造装置中的速度以上，也能够获得内部不存在裂痕的优质产品。这一点从上述说明也能够理解出，本发明人进行了以下说明的实验并实际制造出试制品，确认了这一点。

另外，作为判断产品的品质是否优秀的基准，有晶体组织的微细化程度。即，高品质的产品是指晶体组织更加微细化的产品。为了使晶体组织微细化，只要急速冷却熔液即可。即，若不进行急速冷却，则晶体组织无法微细化。

在连续铸造的过程中，在模具的上方部分中，通过熔液的冷却已固化的固相部分sp(参照图21等sp1)、以及即将固化的液相部分lp(参照图21等lp1)形成界面并上下相邻地存在。此外，在两者的界面部分出现固相与液相的中间性质的半凝固层部分(固液相区间：mushyzone)mz(参照图21等mz1)。该半凝固层部分mz为从液相向固相过渡的过程的过渡层。

本发明人通过制造大量产品并切割这些产品来进行观察而独自得到了如下结论：当急速进行冷却时，该半凝固层部分mz呈薄的状态，当缓慢进行冷却时，呈厚的状态。因此，反之，可以说该半凝固层部分mz较薄时，固相部分sp中的晶体组织的品质微细而优质，当较厚时，固相部分sp中的晶体组织的品质粗糙而劣质。即，可以说只要看半凝固层部分mz的厚度，就可知产品的内部的晶体组织是精细优良还是粗糙不良。

但是，根据本发明的实施方式的连续铸造装置，即使拉拔速度提高到现有的连续铸造装置中的速度以上，上述半凝固相部分mz也不会变厚。因为根据本发明的实施方式的连续铸造装置，熔液以搅拌状态供给至模具中，并且由此使得在模具中凝固之前的熔液得到搅拌，这在现有的连续铸造装置中并未进行且原本就是不可能的。即，根据本发明的实施方式的连续铸造装置，即使提高生产效率，也能够获得优质的产品。这通过本发明人进行的以下实验得到确认。

实验1

实验概要

上述液相部分lp和上述半凝固层部分mz在此后完全固化且即将仅变成固相部分sp。在本发明人进行的实验中，如能够目视确认那样，出现了在最终获得的试制品tp中会消失而仅在制造过程中出现的上述液相部分lp及半凝固层部分mz。即，试制品tp全部以固体(固相)获得，这是当然的，但当制造过程的某一时刻观察时，试制品tp包括曾为液相部分lp的第一固体部分sp(mz)、曾为半凝固层部分mz的第二固体部分sp(mz)、早已为固体的第三固体部分sp(sp)这三个固体部分。在本实验中，能够在试制品tp中目视掌握这三个固体部分，从而能够容易地判定试制品tp的品质。

即，通常，完成的产品全部为固相部分sp，上述液相部分lp和半凝固层部分mz消失，液相部分lp与半凝固层部mz无法目视确认。但是，在本实验中，对制造过程的某一时刻进行了特殊处理，使得在完成的整体为固体的产品(试制品)中，在上述某一时刻，如图18所示，能够目视识别曾为液相部分lp的部分、曾为半凝固层部分mz的部分、早已为固相部分sp的部分。

实验的详细情况

(1)关于本发明人为了确认上述的本发明的连续铸造装置的效果、即生产率的提高而进行的、试制品(铝的圆柱状铸锭(圆形铸锭))的制造实验进行说明。在该制造实验中，使用了本发明的实施方式的连续铸造装置以及从本发明的实施方式的连续铸造装置拆卸了熔液搅拌装置3的连续铸造装置(改良前的连续铸造装置)。

即，本发明人在使用图1的本发明的实施方式的连续铸造装置制造试制品tp时，对拆卸了图1的熔液搅拌装置3的状态(改良前的连续铸造装置)和原样使用熔液搅拌装置3的状态(本发明的实施方式的连续铸造装置)进行切换，制造出了图17所示的连续的一个试制品tp。在图17中，为了便于理解，将试制品tp的局部剖开(剖切)而示出。即，试制品tp的内部通过在制造后进行纵剖而能够进行观察。此外，代替图1的熔液搅拌装置3，使用图4、图6、图12、图15及图16的本发明的实施方式的连续铸造装置，也能够获得与图17同样的试制品tp，这是显然的。

在图17所示的试制品tp中，第一试制品部100为由上述改良前的连续铸造装置制造出的部分，第二试制品部200为用本发明的实施方式的连续铸造装置制造出的部分。此外，上述第一试制品部100包括在箭头ar方向上以较慢的拉拔速度(铸造速度)拉拔而获得的缓慢低速拉拔部分50a、和以比它快的拉拔速度(铸造速度)拉拔而获得的第一高速拉拔部分50b。对此，第二试制品部200具有以与上述第一高速拉拔部分50b相同的拉拔速度(铸造速度)拉拔而获得的第二高速拉拔部分60b。

在下文中也说明，如从上述第一高速拉拔部分50b和上述第二高速拉拔部分60b之间的比较可知，通过改良前的连续铸造装置获得的第一高速拉拔部分50b中存在裂痕c，但通过本发明的连续铸造装置获得的第二高速拉拔部分60b中未确认到裂痕的存在。即，通过本发明人进行的实验，能够确认：根据本发明的连续铸造装置，即使拉拔速度(铸造速度)为高速，也能够获得在内部无裂痕的铸造品。即，能够在连续铸造中提高生产率。

以下，对上述制造实验进行详细说明。作为实验，进行了以下三种实验：用于获得第一试制品部100中的上述低速拉拔部分50a的实验a、用于获得上述第一高速拉拔部分50b的实验b、用于获得第二试制品部200中的上述第二高速拉拔部分60b的实验c。

通过上述实验a、实验b、实验c分别获得的是：上述低速拉拔部分50a、第一高速拉拔部分50b、第二高速拉拔部分60b。这些低速拉拔部分50a、第一高速拉拔部分50b、第二高速拉拔部分60b分别在图18、图19、图20中放大示出。此外，图18、图19、图20分别为试制品(固体)tp的局部剖视图，从这些图18、图19、图20能够确认连续铸造装置的制造过程中的各某一时刻的模具1的内部状态为图21、图22、图23中的固体、半凝固层部分、液体三种相并存的状态。这是因为所获得的试制品(产品)tp原样地表现出了制造过程中的某一时刻的状态。因此，在以下，将图21、图22、图23用作示出产品的制造过程中的某一时刻的模具内部的状态的说明图来进行说明。

(2)-1首先，对制造图17所示的第一试制品部100(50a、50b)的实验a、b进行说明。试制品tp中的低速拉拔部分50a及第一高速拉拔部分50b的详细情况在图18及图19中示出。

利用从图1的连续铸造装置拆除了熔液搅拌装置3的改良前的连续铸造装置进行拉拔，制造出作为产品(铸造品)的试制品部100时，最初拉拔速度(铸造速度)为低速，之后切换为高速。即，通过最初的低速拉拔，获得了图17的低速拉拔部分50a，之后通过切换为高速，获得了第一高速拉拔部分50b。

上述低速拉拔时的条件1(实验a)及上述高速拉拔时的条件2(实验b)如下。此外，从示出试制品tp的图18、图19中得知，如示出制造过程中的各自的某一时刻的图21及图22所示在这些条件1及条件2的情况下出现的、积液(sump)深度(液相部分lp的最大深度)d1、d2及半凝固层部分(mushyzone)mz的厚度t1、t2如下。

实验a(条件1及结果)

材料：铝

添加物：锌

圆形铸锭的直径φ＝355mm

拉拔速度(铸造速度)v1＝75mm/min

积液深度(液相部分lp的最大深度)(图21)d1＝171.5mm

半凝固层部分(mushyzone)的厚度(图21)t1＝4mm

即，通过改良前的连续铸造装置以上述条件1来进行的低速下的拉拔。在以条件1进行拉拔的某一时刻，向液相部分lp1添加了锌。所添加的锌在液相部分lp1的铝中瞬间扩散制成合金，并起到造影剂的作用。仅在上述添加后的某一规定的时间以上述条件1进行拉拔。通过上述实验a，获得了图17及图18的低速拉拔部分50a。对获得该低速拉拔部分50a的机制后续说明。

从图21中获知上述条件1下的实验a中的模具1的内部状态如下。即，当观察某一时刻的模具1中的产品的最上部(顶部)的纵剖面时，如图21所示。在图21中，下侧出现已经固化的固相部分sp1，上侧出现从即将固化的液相部分lp1。此外，上述两个相的界面部分出现半凝固相部分(mushyzone)mz1。如图21所示，积液深度(液相部分lp1的最大深度)d1＝171.5mm，半凝固相部分(mushyzone)mz1的厚度t1＝4mm。从图21可知，在拉拔速度(铸造速度)为低速的情况下，液相部分lp1中未发现裂痕(空洞)的产生。与此相伴地，从图17所示的试制品tp可知，最终形成无裂痕的上述低速拉拔部分50a。

实验b(条件2及结果)

材料：铝

添加物：锌

圆形铸锭的直径φ＝355mm

拉拔速度(铸造速度)v2＝109mm/min

积液深度(液相部分lp的最大深度)(图22)d2＝282.2mm

半凝固层部分(mushyzone)的厚度(图22)t2＝5.5mm

在利用改良前的连续铸造装置以上述条件1进行拉拔之后，同样地，通过与上述改良前的连续铸造装置在上述条件2下以比之前快的高速进行拉拔。与上述相同地，在以该条件2进行拉拔的某一时刻，向液相部分lp2添加锌。与上述相同地，所添加的锌以高速向液相部分lp2的铝中扩散制成合金，并起到造影剂的作用。通过该实验b，获得了图17及图22的第一高速拉拔部分50b。对获得该第一高速拉拔部分50b的机制后续说明。

在上述条件2下的实验b中，模具1的最上部(顶部)的纵剖面如图22所示。在图22中，下侧出现已经固化的固相部分sp2，上侧出现即将固化的液相部分lp2。此外，上述两个相的界面部分出现半凝固相部分(mushyzone)mz2。如图22所示，积液深度(液相部分lp的最大深度)d2＝282.2mm，半凝固层部分(mushyzone)mz2的厚度t2＝5.5mm。从图22可知，当拉拔速度(铸造速度)为高速时，能够看到液相部分lp2中产生裂痕(空洞)。与此相伴地，形成图17所示的包括裂痕的上述第一高速拉拔部分50b。

(2)-2接着，对制造图17的第二试制品部200的实验c进行说明。

用图1的本发明的连续铸造装置进行拉拔，制造作为产品(铸造品)的试制品200时的拉拔速度(铸造速度)为与制造上述第一试制品部100中的第一高速拉拔部分50b时相同的高速拉拔速度(铸造速度)。由此，获得了图17的上述第二高速拉拔部分60b。

上述高速拉拔时的条件3(实验c)如下。并且，该条件3的情况下出现的积液深度(液相部分lp的最大深度)d3、半凝固层部分(mushyzone)的厚度t3如下。

(实验c)(条件3及结果)

材料：铝

添加物：锌

圆形铸锭的直径φ＝355mm

拉拔速度(铸造速度)v3＝102mm/min

积液深度(液相部分lp的最大深度)(图23)d3＝276.2mm

半凝固层部分(mushyzone)的厚度(图23)t3＝4mm

通过本发明的连续铸造装置以上述条件3进行拉拔。在以该条件3进行拉拔的某一时刻，与上述相同地，向液相部分lp3中添加锌。与上述相同地，所添加的锌在液相部分lp的铝中高速扩散制出某种合金，并起到造影剂的作用。通过该实验c，获得了图17及图20的第二高速拉拔部分60a。对于获得该第二高速拉拔部分50b的机制后续说明。

上述条件3下的实验c的过程在图23中示出。在图23中，下侧出现已经固化的固相部分sp3，上侧出现即将固化的液相部分lp3。此外，上述两个相的界面部分出现了半凝固相部分(mushyzone)mz3。如图23所示，积液深度(液相部分lp3的最大深度)d3＝276.2mm，半凝固相部分(mushyzone)mz3的厚度t3＝4mm。并且，从图23可知，尽管拉拔速度(铸造速度)为高速，但液相部分lp3中未发现裂痕(空洞)的产生。即，在以该条件3制造产品的情况下，与未产生裂痕的上述条件1的情况相比，虽然积液深度增大，但半凝固相部分(mushyzone)mz3的厚度几乎不增加。根据半凝固相部分(mushyzone)mz3未变厚的情况，能够预期即使通过本发明的装置以高速进行拉拔铸造，也能够使材料中的热传递高速化，从而能够在维持晶体组织的均匀化及微细化、以及产品的机械强度的情况下提高生产率。而且实际上，如图20所示，能够形成无裂痕的上述低速拉拔部分60a。

根据以上说明可知，如前文段落[0046]的(9)中所说明，根据本发明的连续铸造装置，与改良前的连续铸造装置相比，能够将产品的拉拔速度提高约30％左右。

进一步，在以下说明本发明的主旨、概要及进一步的实验。

通常，呈圆棒形状或棱柱形状等的各种铸锭的金属产品通过对原材料的金属进行熔炼、调节成分之后凝固成规定的形状的工序来获得。此时，最终产品的品质、例如机械特性、晶体组织的均匀化、微细化等由凝固时的积液(连续铸造中的产品的顶部的未凝固状态的液体部分)中的状态来决定。

熔融金属的凝固由热传递引起，固体中的热传递为液体中的两倍，因此容器或者连续铸造的模具中的熔液从外周部朝向中心进行凝固。在连续铸造的情况下，例如，从图1可知，在产品的顶部部分中以液体与固体共存的状态进行凝固。

提高产品品质的关键点在于，例如，尽可能减少图1中的液体部分及半凝固层部分，但是由于液体和固体的热传导率不同，因此达成这一目的非常困难。

因此，本发明人着眼于液体的热传导率低于固体的热传递率的这一情况，通过向金属的熔液中施加磁场和电流而进行搅拌，来提高拉拔速度(铸造速度)，使得即使在积液变深时也不产生裂痕。

以下，针对通过本发明尤其是提高冷却速度以提高品质的情况，关于将本发明适用于各种铸锭(圆形铸锭(圆棒状的铸锭)或棱柱形状的铸锭等)的连续铸造的情况进行说明。

在连续铸造工序中，例如，从图1可知，始终出现向下凸出的圆锥形状(纵剖面中为向下凸出的抛物线状)的积液。

以下，可用牛顿冷却定律来说明热传递。

即，若设定传递的热量为q、时间为t、表面积为s、高温侧温度为th、低温侧温度为tl、温度系数为α，则：

-dq/dt＝α·s(th-tl)。

即，与高温侧温度th和低温侧温度tl之差成比例的温度梯度越大，热传递越顺利。

另外，虽然随着搅拌热传递增加，但是考虑的是在有无搅拌下的温度差的不同。

图24示出通常的连续铸造中的模具内部的熔液(液体)变成产品(固体)这一过程中的某一时间点上的纵剖说明图。

在图25中示出上述图24中的用长圆cir包围的部分的热状态。表示温度的实线sl为不进行搅拌的连续铸造的情况，虚线bl为本发明的进行搅拌的情况。换言之，实线sl表示对熔液不进行搅拌的情况下的温度分布，虚线bl表示对熔液进行搅拌的情况下的温度分布。但是，与实线sl的后述的点b相比的外侧(图中右侧)表示进行和不进行搅拌这两种情况下的共同的温度分布。并且，不进行搅拌的情况下，半凝固层部分mz为半凝固层部分mz1(厚度l1)，进行了搅拌的情况下，为比半凝固层部分mz1薄的半凝固层部分mz2(厚度l2＝l1-l11)。并且，图25也示出，如下文中所述，半凝固层部分mz1的内侧的点a和外侧的点b之间的温度差为δtn，半凝固层部分mz2的内侧表面的点c和外侧表面的点b之间的温度差为δtm。

即，从实线sl可知，在不进行搅拌的情况下，中心线cl的部分表示最高温度th1，随着朝向外周而缓慢降低，并降低至液体部分lp和半凝固层部分mz1之间的边界线上的点a的温度。在半凝固层部分mz的内部，冷却速度比液体部分lp快，温度降低至半凝固层部分mz1和固体部分sp之间的边界线上的点b的温度。在固体部分sp，温度急剧降低，在图25中达到温度tl。

另一方面，从虚线bl可知，在进行了搅拌的情况下，液体(熔液)内部的温度分布大致均匀，因此从中心线cl至半凝固层部分mz2的内侧几乎不产生温度梯度。即，在这种情况下，中心线cl部分的温度也成为比原先温度th1低的温度th2。而且通过搅拌，如上所述，半凝固层部分mz2的厚度l2比厚度t1薄了厚度t11。该温度th2持续至半凝固层部分mz2的内侧的点c。在半凝固层部分mz2内，温度从点c降低至上述点b。此后，与上述不进行搅拌的情况相同，温度为tl。

在此，从半凝固层部分mz来看，不进行搅拌的情况下的厚度为厚度l1，进行搅拌的情况下的厚度为厚度l2(＝l1-l11)。即，厚度l1＞l2。并且，半凝固层部分mz的内侧表面和外侧表面的温度差在不进行搅拌的情况下为温度差δtn，在进行搅拌的情况下为温度差δtm。因此，当对不进行搅拌的情况和进行搅拌的情况下的温度梯度进行比较时，δtn/l1＜δtm/l2。将其与牛顿冷却定律进行对照可知，存在冷却的情况下的冷却速度明显快。

当考虑各种铸锭(圆棒形状、棱柱形状等)的品质时，优选液体部分lp的温度分布均匀，并且优选冷却以高速一气呵成。

即，在本发明中，关于在连续铸造时出现的产品顶部的液相部分lp，并不通过自然冷却来进行冷却，而是通过强制性地搅拌来进行冷却，以便成为液相部分lp的中心部分和周边部分的温度差尽可能小的状态，并且使半凝固层部分mz的厚度薄。由此可知，根据本发明，能够在谋求晶体的均匀化及微细化且机械特性提高等的同时、即：在谋求产品的高品质化的同时，谋求生产率的大幅提高。

此外，当获得作为连续铸造的试制品tp的圆柱状铸锭时，向上述积液中投入了锌(zn)来作为化学示踪剂。在图26中示出固化后将该试制品纵剖而成的情况。图中，投入上述zn时，曾为液体的部分为sp(lp)，曾为半凝固层部分的部分为sp(mz)，早就为固体的部分为sp。

从该试制品tp中，从在图26中示出位置的部位挖取了a-e五个第一试验片(圆柱)。即，从试制品tp中，在垂直于图26的纸面的方向挖取了五个第一试验片a-e。此外，从图27可知，对各个第一试验片a-e各定了五个测定点(测定点mp1至测定点mp5)，并且从这些测定点以与纸面垂直的方式进一步挖取五个第二试验片。即，从第一试验片a获得五个第二试验片a1-a5，从第一试验片b获得五个第二试验片b1-b5。相同地，从第一试验片c、d、e分别各获得五个第二试验片c1-c5、d1-d5、e1-e5。由此共获得25个第二试验片。

此外，在图27的各第一试验片a-e中，第二试验片a1-a5、b1-b5、……的排列中心线ca、cb、...的方向如图26所示。即，从图26可知，各中心线ca、cb、……为沿着曾为半凝固层部分mz的部分sp(mz)的厚度方向的方向。

测定上述共25个第二试验片a1-a5、b1-b5、……中的作为上述化学示踪剂的锌的浓度，并获得了浓度ca1-ca5、cb1-cb5、……、ce1-ce5。此外，从下式求出第一试验片a-e中的上述测定点mp1至测定点mp5中的锌的浓度的平均值a1，a2，……a5。

a1＝(ca1+cb1+cc1+cd1+ce1)/5

a2＝(ca2+cb2+cc2+cd2+ce2)/5

·

·

a5＝(ca5+cb5+cc5+cd5+ce5)/5

即，从上式求出了上述测定点mp1至测定点mp5的锌的浓度的平均值a1，a2，……。

将上述锌的浓度的平均值a1，a2，……a5在图28中进行绘制。从该图28可知，半凝固层部分mz的厚度为约2mm。

重复这样的实验，制作多个与上述图28对应的图表。即，在连续铸造中，对拉拔速度(铸造速度)进行各种改变，并从在当时获得的试制品tp得到多个与上述图28对应的图表。这些图表几乎与图28所示的相同。即，在通过本发明的实施方式一边搅拌熔液一边获得产品的情况下，半凝固层部分mz的厚度未出现变厚情况。即，根据本发明的实施方式的装置，即使提高产品的拉拔速度(铸造速度)也未出现产品的品质降低的情况。

另外，利用扫描电子显微镜(sem)观察了观察端面suf2，上述观察端面suf2是通过对与图26所示的剖切出的试制品tp的端面suf1相比降低了dep(7英寸)的端面进行化学机械抛光(cmp)而获得的。该观察在通过对上述拉拔速度(铸造速度)进行各种改变而获得的试制品tp中进行。其结果，观察到：在通过本发明的实施方式的装置来搅拌熔液而获得的试制品tp中，即使提高拉拔速度(铸造速度)，也未出现晶体组织变粗糙的情况。