带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置制造方法
带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种能够抑制发热量、容易维护、现实中容易使用的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，该连续铸造用铸模装置不论将要获得的产品大小如何都能够实现廉价和小型化。所述连续铸造用铸模装置的特征在于，包括：铸模，对接收的熔液进行冷却而形成铸造品；和搅拌装置，对所述铸模中的熔液施加磁场，同时在该状态下使电流在熔液中流动，所述铸模构成为：具有纵向设置的圆筒状铸模主体，所述铸模主体的中心部分构成纵向铸造空间，所述搅拌装置构成为，具有：磁场装置，具有包含永久磁体的上部磁铁；和一对电极，包含设置在入口一侧的第一电极和设置在出口一侧的第二电极。
【专利说明】带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及连续铸造设备中的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，所述连续铸造设备用于生产Al、Cu、Zn或者它们中的至少两种的合金、或者Mg合金等导体(导电体)的非铁金属或者其他金属的铸锭或铸板等。
【背景技术】
[0002]以往，在连续铸造用铸模中，采用有如以下所述的熔液搅拌方式。即，为了提高铸板或铸锭等的质量，在这些熔液固化的工序中，即当熔液通过铸模内时，利用电磁线圈从铸模的外部向铸模内部的熔液施加移动磁场，从而对即将发生固化的熔液进行搅拌。该搅拌以气体的去除和组织的均匀化为主要目的。但是，存在以下各种问题:即，因为在靠近高温熔液的位置配置电磁线圈，所以不但需要进行电磁线圈的冷却和复杂的维护，还理所当然地需要消耗多的电力，进而伴随着该电力消耗，电磁线圈自身也不免发热，而这些热也必须得到冷却，由此，装置本身的价格变得高昂等等。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本专利文献特开平9 - 99344号公报
【发明内容】
[0006]本发明为了解决上述问题而作出，其目的在于提供一种能够抑制发热量、容易维护、现实中容易使用的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，该连续铸造用铸模装置不论将要获得产品的大小如何都能够实现廉价和小型化。
[0007]本发明的实施方式的带有搅拌装置的连续铸造用模具装置通过冷却导电性材料处于液相状态的熔液而取出固相状态的铸造品，其特征在于，包括:
[0008]铸模，对接收的熔液进行冷却而形成铸造品；以及搅拌装置，对所述铸模中的熔液施加磁场，同时在该状态下使电流在熔液中流动，
[0009]所述铸模构成为:
[0010]具有纵向设置的圆筒状铸模主体，所述铸模主体的中心部分构成具有熔液流入的上方入口和取出产品的下方出口的纵向铸造空间，
[0011]在所述铸模空间的所述入口配置有呈环状且发挥过渡板作用的过渡板体，允许熔液从所述过渡板体的中央部分的孔流入所述铸造空间，
[0012]所述搅拌装置构成为，具有:
[0013]磁场装置，具有上部磁铁，所述上部磁铁与所述过渡板体的底板相隔地设置在所述底板的上方，使磁力线在所述铸造空间内纵向穿过，包含永久磁体；以及
[0014]一对电极，在熔液进入所述铸造空间内的状态下使电流流过该熔液，使流过的电流与所述磁力线交叉而产生电磁力，包含设置在所述入口一侧的第一电极和设置在所述出口一侧的第二电极。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1(a)是表示本发明的一个实施方式整体的纵剖面示意图；图1(b)是表示作为其一个结构部件的磁场装置的纵剖面图；
[0016]图2(a)是表示作为其一个结构部件的过渡板体的俯视图；图2(b)是表示其沿11(b)-11(b)线的剖面图；
[0017]图3(a)是表示其盖体的纵剖面图；图3(b)是表示其盖体的仰视图；
[0018]图4(a)是上部磁铁的部分纵剖面侧视图；图4(b)是表示作为其一个结构部件的下侧罩的俯视图；
[0019]图5(a)是作为上部磁铁的一个结构部件的磁体(磁轭体和永久磁体)的纵剖面图；图5(b)是作为上部磁铁的一个结构部件的磁体(磁轭体和永久磁体)的仰视图；
[0020]图6是不同实施方式中的磁体的仰视图；
[0021]图7是另一不同实施方式中的磁体的仰视图；
[0022]图8是另一其他实施方式中的磁体的仰视图；
[0023]图9是表示本发明的其他实施方式整体的纵剖面示意图；
[0024]图10(a)是其侧部磁铁的俯视图；图10(b)是其沿X(b)_X(b)线的剖面图；
[0025]图11是表示本发明的另一其他实施方式整体的纵剖面示意图。
【具体实施方式】
[0026]为了深入理解本发明的实施方式，简单说明现有的连续铸造设备中的以电气为动力的电磁搅拌装置。
[0027]以往，从被称作中间包的熔液容纳箱中倒出定量的非铁金属的熔液M，将其浇注至下方的铸模。在铸模内循环有铸模冷却用的冷却水。由此，高温的熔液从与铸模接触的瞬间开始，从外周侧(铸模侧)开始凝固。位于铸模中央部的熔液远离低温的铸模壁，因此凝固当然迟于外周部的熔液。因此，在铸模内，熔液的液体(液相)状态的熔液与固体(固相)状态的铸造物二者以通过界面接触的状态同时存在。于是，在一般情况下，当熔液较为急速地凝固时，气体残留在变为固体的铸造物(产品)内，从而导致产品的质量下降。因此，通过搅拌凝固前的熔液来促进气体的去除。为了进行该搅拌，以往使用以电气为动力的电磁搅拌装置。
[0028]但是，如上所述，当使用这种电磁搅拌装置时，存在各种问题。
[0029]为了解决这样的问题，本发明人之前提出了在日本专利文献特开2013 - 103229号公报中记载的发明(在先发明)。在该在先发明中，电流纵向流过熔液且横向上施加磁场，而且，二者大致垂直，由此，遵守弗莱明定则的电磁力使熔液M旋转(搅拌)或振动。在该在先发明中，当产品(铸锭、铸板等)P的横向宽度(直径、长度(差渡)等)增大时，能够通过与其对应地增强磁场产生装置的磁场来进行应对。即，无论产品P是直径在数十厘米的铸锭还是长度达到数米的铸板，只需使用具有与其直径或长度对应的磁场强度的永久磁铁即可。然而，本发明人为了生产出优于现有装置的装置而每日不懈努力探索。其中一个目的在于，想要提供一种避免大型化、成本低且制造和维护容易的装置。也就是说，想要提出一种小型装置，即使产品P的横向宽度(直径、长度等)增大，即使不使用与该产品P的横向宽度成正比例对应的磁场强度的大型永久磁铁装置，也能够搅拌、振动熔液而获得高质量的产品。这样，如果能够使各装置小型化，则能够合并设置多个装置，一次制造出多个产品。可以说这样的课题为本发明人所独有，其他本领域技术人员尚无人专门致力于本课题。为了解决上述问题，进行了大量实验，以判断利用磁场强度小于与所述长度成正比的磁场强度的永久磁铁能否使熔液在实际中旋转、振动。作为其中一个实验，如图1(a)所示，在铸模2的相当于上方端面部分的位置配置上部磁铁(包含永久磁铁)4a，使电流在该状态下流过电极5a、5b之间。本领域技术人员绝不会为了使熔液M旋转、振动而采用该结构。这是因为乍看之下，磁场方向与电流方向共同沿着同一方向(上下方向)，因此，本领域技术人员会直观地认为，不会遵守弗莱明定则产生电磁力，熔液M不会旋转、振动。但是，本发明人针对这样的结构作为众多实验之一进行了实验。在进行该实验之后，背离了该【技术领域】中具有大量知识的大部分本领域技术人员的预想，铸模2内的熔液M以充分的速度旋转、振动。此现象的具体机理尚不明确，但熔液M发生了旋转、振动确定了从结果上讲，产生了遵守弗莱明定则的电磁力。也就是说，本领域技术人员在进行实验前会认为在电极5a、5b之间流动的电流的方向与来自上部磁铁4a的磁力线ML的方向相同，它们之间并不相交，然而实际上会交叉，从而产生了遵守弗莱明定则的电磁力。也就是说，只有进行了实验的本发明人才会得知利用如图1(a)所示的结构也会使熔液M旋转、振动，而未进行实验的普通本领域技术人员绝不会知晓此事实。也就是说，本发明是基于上述本发明人独自进行的实验结果而作出的，因而是未进行这种实验的普通本领域技术人员绝不能获得的发明。进一步说，普通本领域技术人员会直观地认为在这样的结构中，熔液M不会旋转、振动，从而积极地排除这样的结构，因此，可以说普通本领域技术人员绝不会获得本发明。
[0030]以下，对这样完成的本发明的实施方式进行说明。此外，在以下说明的本发明的实施方式中，想要改进作为取出产品的铸锭或铸板等，提供具有更高质量的铸锭或铸板，进而不使用电磁铁而使用永久磁铁，而且，使用未必与产品P的长度成正比例的小磁场强度的小型永久磁铁作为所使用的永久磁铁。进而，还考虑到以下情况:因为用于制造铸锭或铸板的模具装置处于非常高温的环境，所以即使使用永久磁铁，永久磁铁也会由于熔液M的热而变成高温，从而变得无法实现作为磁铁的功能。因此，在本发明的实施方式中，为了防止即使将永久磁铁配置在水套外，永久磁铁也会由于热而功能下降，新采用用于冷却永久磁铁的单独结构。
[0031]实施方式I
[0032]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。此外，附图的比例尺在各图中不一定相同。
[0033]如图1(a)所示，本发明的实施方式的装置具有:熔液供给装置1，用于供给Al、Cu、Zn或者它们中的至少两种的合金、或者Mg合金等导体(导电体)的非铁金属或者其他金属的熔液M ;铸模(模具)2，从熔液供给装置I接收熔液；以及搅拌装置3，用于搅拌铸模2内的熔液M。
[0034](I)熔液供给装置I
[0035]熔液供给装置I具有接收来自钢水包(未图示)等的熔液M的中间包(熔液容纳箱)1A。中间包(熔液容纳箱)IA中贮存熔液M,去除夹杂物，而将熔液M从下部漏斗状地变窄的熔液供给管部IAl以固定的供给速度供给至铸模2。如后所述，所述熔液供给管部IAl与铸模2的过渡板体3A的中央环状壁3A2以液密状态连接。
[0036](2)铸模 2
[0037]由图1(a)也可知，在本实施方式中，铸模2构成为取出作为产品P的圆柱状铸锭。该铸模2的内部成为用于使熔液M固化的铸造空间20，该铸造空间20的上部是作为原料的熔液M流入的入口 EN，下部是产品P的出口 EX。
[0038]该铸模2具有:大致圆筒状(横剖面呈环状)的铸模主体2a、配设在该铸模主体2a的上端附近的内侧的所述过渡板体3A、以及埋入到铸模主体2a的内周面的用于对产品表面进行整形的筒体2C。
[0039]所述铸模主体2a具有作为形成在周侧壁内的空间的水套2d。该水套2d在所述铸模主体2a的周侧壁内构成横剖面呈环状的空间，具有冷却水的流入口和流出口(都未图示)。也就是说，冷却水从流入口流入到水套2d内，冷却水在水套2d内循环，对熔液M进行冷却，然后冷却水从流出口排出。通过该水套2d，铸模主体2a内的熔液M快速冷却。水套2d可以采用各种公知的结构，因而在此省略其详细说明。
[0040]进而，该铸模主体2a的顶部是纵剖面呈山形的凸周部2e，如后所述，凸周部2e与盖体4b的槽4bl啮合，彼此以大的接触面积接触，从而提高导热性。
[0041]另外，安装在该铸模主体2a上的所述过渡板体3A由耐火材料构成，具有所述入口EN0图2 (a)示出了该过渡板体3A的俯视图，图2(b)示出了该过渡板体3A的沿图2 (a)的11(b)-11(b)线的剖面图。由这些图2(a)、图2(b)可知，在该过渡板体3A中，在中心开有孔3A1 (所述入口 EN)的底板3A0的中央部分和周边部分分别立起有中央环状壁(中央框状壁)3A2和周边环状壁(周边框状壁)3A3，由该中央环状壁3A2和周边环状壁3A3所包围的空间成为用于容纳后述的上部磁铁4a的上部磁铁容纳空间3A4。从其他角度来看，可以说由过渡板体3A使铸模主体2a的原来大小的入口(第一入口)ΕΝ0变窄而成为狭窄的入口(第二入口)EN，允许熔液M从该狭窄入口 EN流入。
[0042]该周边环状壁3A3的顶部也是剖面呈山形的凸周部3A31，如后所述，凸周部3A31与所述盖体4b的槽4bl (图3(a))啮合，彼此以大的接触面积接触，从而带来良好的导热性。该过渡板体3A起到所谓的过渡板(铸模的上方部分的盖)的功能。也就是说，该过渡板体3A的尤其是底板3A0起到所谓的过渡板的功能。
[0043]所述筒体2C埋入所述铸模主体2a的内周面。该筒体2C用于防止高温的熔液M直接与铸模主体2a接触。另外，该筒体2C由碳构成，具有使产品P的表面外皮光滑的功能。也就是说，该筒体2C同时具有保护铸模主体2a不受热损害的功能和改善产品P的外皮的功能。
[0044](3)搅拌装置3
[0045]搅拌装置3利用遵守弗莱明左手定则的电磁力(洛伦茨力)搅拌、振动固化前的熔液M。该搅拌装置3具有用于对铸模主体2a内的熔液M产生磁场的磁场装置4和用于使电流在所述熔液M中流动的电极对5。
[0046](3)-1磁场装置4
[0047]特别是由图1(b)可知，磁场装置4具有环状的上部磁铁4a和呈下吊状态地安装上部磁铁4a的相同环状的盖体4b。也就是说，上部磁铁4a通过螺栓4c等以下吊状态固定于盖体4b而构成磁场装置4。该磁场装置4如图1 (a)所示通过螺栓4e可装卸地固定于铸模2。也就是说，能够从铸模2容易地卸下磁场装置4，以进行维护、更换。该磁场装置4与内置在水套2d中的磁场装置不同，不会受到尺寸方面的制约。另外，与内置在水套2d中的情况相比，即使产品P的长度增大，该磁场装置4也能够配置得更靠近熔液M。
[0048]图3 (a)、图3 (b)特别示出了所述盖体4b。图3 (a)是盖体4b的纵剖面图，图3 (b)是盖体4b的仰视图。由这些图可知，盖体4b在中央部分具有孔4b0，在下面形成有圆周状的多个槽4bl。这些槽4bl与铸模主体2a的凸周部2e和周边环状壁3A3的凸周部3A31分别啮合，彼此以大的接触面积接触。于是，铸模主体2a和与其相邻的过渡板体3A通过铸模主体2a的水套2d被冷却。因此，与它们啮合的盖体4b和悬挂于盖体4b的上部磁铁4a (永久磁体42)被冷却，从而保持作为磁场装置的功能。
[0049]此外，由上述说明可知，只要盖体4b与铸模主体2a(和过渡板体3A)以大的接触面积接触，也可以不限于上述结构而采用其他结构。例如，使盖体4b的槽4bl的周期更短，槽4bl的凹凸更细致，与该槽4bl啮合的凸周部2e和凸周部3A31的周期也与其一致地变短，从而能够增大相互的接触面积。另外，作为更简单的结构，也可以代替通过凹凸进行的啮合,彼此以锥面接触,从而增加接触面积。进而，也可以在盖体4b与铸模主体2a和过渡板体3A之间设置焊接的角焊缝之类的辅助部件来增加二者之间的接触面积。
[0050]此外，为了冷却盖体4b，只要盖体4b与铸模主体2a啮合，则盖体4b与过渡板体3A无需一定啮合。
[0051]由图1(a)可知，所述上部磁铁4a在上下方向上对熔液M施加磁场。在图1(a)中，示出了来自上部磁铁4a的磁力线ML朝向下方进入熔液M的状态。
[0052]图4 (a)特别示出了该上部磁铁4a。图4 (a)是上部磁铁4a的纵剖面图。该上部磁铁4a具有磁体40和从下方覆盖该磁体40的罩43。磁体40具有作为环状平板的基体的磁轭体41和以下吊状态安装在磁轭体41的下面的永久磁体42。
[0053]由作为俯视图的图4(b)可知，所述罩43制成中央具有孔43a的环状，在内周侧和外周侧分别立起有内周侧环状壁43b和外周侧环状壁43c，由这些内周侧环状壁43b和外周侧环状壁43c包围的环状空间成为永久磁体容纳室43d。在该永久磁体容纳室43d中，隔开间隙地容纳所述永久磁体42。
[0054]图5 (a)、图5 (b)示出了由所述罩43从下方覆盖的所述磁体40。该图5 (a)是纵剖面侧视图，该图5(b)是仰视图。特别是由图5(a)可知，磁轭体41制成中心部分具有孔41a的环状。在环状的磁轭体41的下面以下吊状态固定有所述永久磁体42。该永久磁体42构成为多个矩形体形状的磁铁42a、42a、…的集合体。特别是由图5(a)可知，下部磁化为第一极(在此为N极)，上部磁化为第二极(在此为S极)。由此，磁力线ML在图中向下射出。此外,各磁铁42a的磁化方向也可以与上述相反。如上所述的磁铁42a、42a、…相对于磁轭体41 一体固定而构成所述磁体40。如图4(a)所不,从上方载置、固定于所述罩43,构成所述上部磁铁4a。这样构成的上部磁铁4a如前述一样，隔开间隙地容纳在图1(a)的上部磁铁容纳空间3A4中。
[0055]此外，作为所述永久磁体42，除了在图5(a)、图5(b)中示出的磁体之外，可以使用其他各种磁体。也就是说，在图1(a)中，只要能够在上下方向上发出磁力线ML即可。图6至图8分别示出了不同的例子。可以代替图5(a)、图5(b)中的多个矩形体形状的磁铁42a而使用如图6所示的圆柱体形状的多个磁铁42al，或者如图7所示的横剖面大致呈扇形柱状的、即切除了扇形的基端部分的柱状的多个磁铁42a2。另外，可以如图8所示利用一个环状的磁铁42a3代替如图5 (a)、图5 (b)所示的利用多个磁铁42a构成永久磁体42的结构，来构成永久磁体42。
[0056]此外，在图1(a)中，也可以根据需要设置用于对磁体40(上部磁铁4a)进行空气冷却的空气配管(未图示)。
[0057](3) -2 电极对 5
[0058]接下来，对搅拌装置3中的电极对5进行说明。由图1 (a)可知，该电极对5具有棒状的电极5a和棍状的电极5b。
[0059]所述棒状的电极5a的一端浸泡在中间包(熔液容纳箱)IA内的熔液M中。辊状的电极5b的辊5bl设置为压接于取出的产品(铸锭)P的表面而进行电导通。由此，这些电极5a、5b为通过熔液M和产品(铸锭)P而相互电导通的状态。由此,如同追加的详细说明所述，电流流动。该辊状的电极5b在此实施方式中为多个，但可为一个，或者也可以为三个以上。在多个的情况下，可以如图1(a)所示，以包围产品(铸锭)P的外周的方式呈放射状地配置。
[0060]更详细地，在图1(a)中，所述辊状的电极5b设置为相对于装置系统位置固定的状态。也就是说，在前端具有可旋转的导电性辊5bl。该辊5bl设置为压接于作为以固相状态压出的铸造品(铸锭或铸板)的产品P的外表面的状态，伴随着产品P向下方伸出而通过产品P旋转。也就是说，当向下方压出产品P时，产品P在与辊5bl保持接触的状态下，一边使辊5bI旋转，一边向图1(a)的下方伸出。此外，这些电极5a、5b与电源控制盘7连接，而能够调整电压电流频率等。也就是说，例如通过电源控制盘7，可以选择直流或低频的交流，例如I至5Hz的交流电流作为流动的电流。
[0061]由此，例如由电源控制盘7在所述一对电极5a、5b之间施加直流电压时，直流电流经由熔液M和产品P在一对电极5a、5b之间流动。如上所述，构成为能够控制在一对电极5a、5b之间流动的电流量。由此，能够利用与所述磁力线ML的关系，选择可最高效地搅拌液相状态的熔液M的电流。另外，例如由所述电源控制盘7在一对电极5a、5b之间施加I至5Hz左右的低频的交流电压时，熔液M不向一个方向旋转，而发生振动。通过该振动，除去熔液M中的夹杂物。
[0062]接下来，对具有上述结构的装置的操作进行说明。
[0063]在图1 (a)中，从中间包(熔液容纳箱)IA的熔液供给管部IAl定量供应的熔液M从过渡板体3A的中央环状壁3A2 (入口 EN)进入铸模2的上部。铸模2通过水套2d内的水循环被冷却，从而流入铸模2的熔液M快速冷却凝固。在此，铸模2内的熔液M为上部的液体(液相)与下部的固体(固相)在界面ITO相接触的两相结构。熔液M在通过铸模2的同时成型为与铸模形状相一致的圆柱状(或者方块状)，从而连续形成作为产品P的铸锭(或铸板)。
[0064]这样，熔液M固化，但是在固化前，熔液M在上部磁铁4a产生的磁场的存在下，通过直流电流流过电极5a、5b之间而旋转,通过低频交流电流流过而振动。这在之前已进行简单描述，但也得到了本发明人的实验确认。由此，熔液M在质量得到改善后进行固化，从而实现产品化。
[0065]这样，熔液M进行旋转、振动，其机理认为如下所述。熔液M旋转、振动只能是来自上部磁铁4a的磁力线ML与在所述电极5a、5b之间流动的电流相交叉，从而产生了遵守弗莱明左手定则的电磁力。来自上部磁铁4a的磁力线ML认为如图1(a)所示。也就是说，不认为磁力线穿过除此以外的路径。另外，认为在电极5a、5b之间流动的电流I不只是流过以最短的点连接两个电极5a、5b的路径，而是如图1(a)所示，穿过多条路径进行流动。这认为是由于如上所述，从熔液M实际旋转、振动来看，电流I与磁力线ML相交叉。由此，电流I与磁力线ML相交叉从而产生遵守弗莱明左手定则的电磁力，熔液M进行旋转或振动。
[0066]由此，在本发明的实施方式中，利用配置在铸模2的端面部分的上部磁铁4a对固化前的熔液M施加磁场。因此，即使铸模2的横向宽度，即想要获得的产品P像铸板那样具有长度达数米的大小，也能够与其无关地施加磁场，获得遵守所述弗莱明左手定则的电磁力，从而可靠地使熔液M旋转、振动。也就是说，无论想要获得的产品P是像铸锭那样的小型产品，还是像铸板那样的大型产品，都会与其无关，作为上部磁铁4a无需特别使用大型的产生强力磁场的磁场装置。与此相对，在横向施加磁场的现有装置中，如之前所说明的，必须使用与将要获得的产品P的长度相对应的磁场强度的磁场装置。如此大磁场强度的磁场装置实际上是极其大型的装置。因此，有时难以在实际中应用这种极强磁场的磁场装置或大型的磁场装置。而且，在实际应用时，有时会非常昂贵和笨重，从而难以实现用于生产多个铸锭或铸板的装置。
[0067]此外，在上述实施方式中，作为下部电极5b，示出了在前端具有辊5bl的电极，但无需一定具有辊5bl。只要连续压出产品P也保持产品P与电极5b的电导通状态即可，可以采用各种结构。例如，可以使用具有预定长度的弹性材料作为电极5b。在图1(a)中，例如可以使用弹性材料，利用其回复力使前端压接至所述铸造品P，允许铸造品P在该状态下向下方伸长即可。
[0068]实施方式2
[0069]图9示出了本发明的不同实施方式。该实施方式示出了在水套2d内设置侧部磁铁45的例子。该侧部磁铁45以在水套2d内可上下调节的方式设置。图10(a)、图10(b)中示出了该侧部磁铁45。图10(a)是俯视图，图10(b)是沿X(b)-X(b)线切开的纵剖面图。由图10 (a)、图10(b)可知,该侧部磁铁45构成为环状，内侧磁化为第一极(在此为N极)，外侧磁化为第二极(在此为S极)。或者，也可以与此相反地进行磁化。由此，磁力线MLs朝向中心射出。另外，也可以利用横剖面呈圆弧状的多个侧部磁铁片来构成侧部磁铁45。
[0070]在该图9的实施方式中，由于来自上部磁铁4a的磁力线ML与电流I相交叉产生的电磁力F与由于来自侧部磁铁45的磁力线MLs与电流I相交叉产生的电磁力Fs协同动作，从而使熔液M旋转、振动。
[0071]在该实施方式中，由图9可知，来自该侧部磁铁45的磁力线MLs也与在电极5a、5b之间流动的电流相交叉，产生遵守弗莱明定则的电磁力Fs。该电磁力Fs也成为使熔液M搅拌、振动的力。
[0072]另外，由图11可知，当侧部磁铁45在水套23内提升到图9的上方时，来自侧部磁铁45的磁力线MLs与来自上部磁铁4a的磁力线ML相互作用(排斥)，因此，如图所示，各自的磁力线MLs、ML的朝向发生变化。也就是说，当侧部磁铁45的位置上下变化时，能够改变上部磁铁4a和侧部磁铁45的磁力线ML、MLs的朝向。由此，当同时使用上部磁铁4a和侧部磁铁45作为主要的磁场装置时，可以利用来自它们的各磁力线ML、MLs协同动作地使熔液M旋转、振动。另外，当使用上部磁铁4a作为主要的磁场装置时，可以利用侧部磁铁45的磁力线MLs改变上部磁铁4a的磁力线ML的方向，利用改变的上部磁铁4a的磁力线ML来使熔液M旋转、振动。无论在哪一种情况下，通过这样在水套23内上下调节侧部磁铁45的高度，能够高效地使熔液M旋转、振动。也就是说，在实际中，虽然不能目视熔液M中的磁力线ML、MLs和电流I，但是通过上下调节侧部磁铁45，磁力线ML(MLs)与电流I的交叉方式发生变化，由此，能够实现熔液M最猛烈地旋转、振动的状态。
[0073]此外，侧部磁铁45也可以设置在水套23外。
[0074]根据如上所说明的本发明的实施方式，能够获得如下所述的效果。
[0075]在本发明的实施方式中，不在铸模2的侧周面部分(或者周侧壁内)而在端面部分设置永久磁铁(上部磁铁4a)。如上所述，该结构是本领域技术人员所绝不会采用的结构。当在侧周面部分设置侧部磁铁时，如果产品P的宽度(长度)大到像铸板那样，则必须采用更强力的大型磁铁。另外，通常在铸模2的内侧设置有作为过渡环的筒体2C。进而，铸模2自身的厚度也增加，从而与筒体2C的厚度相加，从侧部磁铁到内部的熔液M的距离也越大。由此，当想要利用侧部磁铁对熔液M施加磁场时，必须使用磁场强度大的磁铁，即尺寸极大的磁铁作为侧部磁铁。上述大型化在很多情况下，例如当获取多个产品P时，即需要同时设置多个装置等时，必须加以避免。在本发明的实施方式中，在铸模2的端面部分设置上部磁铁4a，因此，不需要使用磁场强度与产品P的尺寸(大型化)直接成正比例的永久磁铁作为上部磁铁4a。这是因为即使不具有那样大的磁场强度，磁力线ML也能够从端面部分到达内部的熔液M。也就是说，根据本发明的实施方式，不需要使用具有与将要获得的产品P的长度成正比例的磁场强度的强力、大型的磁铁作为使用的永久磁铁。因此，能够实现装置整体的小型化。
[0076]另外，在本发明的实施方式中，永久磁铁(上部磁铁4a)不设置在水套2d内，而设置在铸模2的端面部分，因此，不像设置在水套2d内时那样存在尺寸上的限制，从而在采用永久磁铁时具有更加的灵活性。而且，采用能够利用水套2d冷却上部磁铁4a的结构，因此能够确保作为磁场装置的功能。
[0077]当然，在本发明的实施方式中，搅拌即将凝固的熔液M而使熔液M产生运动、振动等，因此能够实现除气效果和组织的均匀化、精细化。
[0078]进而，在本发明的实施方式中，利用遵守弗莱明左手定则的电磁力来搅拌熔液M，因此，利用在熔液M中流动的小电流与从上部磁铁4a发出的磁场的协同动作来进行搅拌，因此，与利用弧焊的原理等通过使大电流断续地流动进行的熔融搅拌不同，可以期待稳定持续的可靠搅拌，可以获得噪声小、持续性好的装置。
[0079]进而，现在产业界中要求实现量产设备。在考虑到量产时，实现尽可能小型的铸模是必不可少的。在本发明的实施方式中，能够实现装置的小型化，因此能够构筑可获取多个产品的高效生产设备。也就是说，在现有的电磁式搅拌中，一次生产的铸板或铸锭的数量可应对生产多个产品的情况。但是现在，想要同时生产超过100个铸锭。现有的电磁搅拌装置无法应对该要求。
[0080]但是，在本发明的装置中，使用永久磁铁作为磁场产生装置。因此，与流过大电流的电磁搅拌装置相比，能够实现极紧凑化。而且，该永久磁铁不是设置在铸模的横向上，而是设置在长度方向(铸模的端面部分)上。由此，能够使装置小型化，能够充分实现量产设备用的铸模装置。
[0081]另外，因为是永久磁铁式，所以作为磁场产生装置，能够获得具有不发热、省电、节能、零维护等效果的装置。
[0082]此外，以上针对获得铸锭作为产品的情况进行了说明，当然也能够构成为获得铸板的装置。显然，在该情况下，在上述实施方式中将在俯视图或横剖面图中呈圆形、圆环状的结构部件制成矩形、框形框状即可。
【权利要求】
1.一种带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，通过冷却导电性材料处于液相状态的熔液而取出固相状态的铸造品，其特征在于，包括: 铸模，对接收的熔液进行冷却而形成铸造品；以及搅拌装置，对所述铸模中的熔液施加磁场，同时在该状态下使电流在熔液中流动， 所述铸模构成为: 具有纵向设置的圆筒状的铸模主体，所述铸模主体的中心部分构成具有熔液流入的上方入口和取出产品的下方出口的纵向的铸造空间， 在所述铸模空间的所述入口配置有呈环状且发挥过渡板作用的过渡板体，允许熔液从所述过渡板体的中央部分的孔流入所述铸造空间， 所述搅拌装置构成为具有: 磁场装置，具有上部磁铁，所述上部磁铁与所述过渡板体的底板相隔地设置在所述底板的上方，使磁力线在所述铸造空间内纵向穿过，所述上部磁铁包含永久磁体；和 一对电极，在熔液进入所述铸造空间内的状态下使电流流过该熔液，使流过的电流与所述磁力线交叉而产生电磁力，包含设置在所述入口 一侧的第一电极和设置在所述出口 一侧的第二电极。
2.如权利要求1所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述铸模主体构成为在周侧壁内形成作为冷却用的水流过的空间的水套。
3.如权利要求1或2所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述磁场装置构成为所述上部磁铁安装于盖体，所述盖体在接触而能够进行热传导的状态下安装于所述铸模主体。
4.如权利要求3所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 在相互接触的所述盖体的接触面与所述铸模主体的接触面分别形成有啮合用的凹凸，在相互的接触面形成的啮合用的所述凹凸啮合的状态下，所述盖体与所述铸模主体接触。
5.如权利要求4所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 分别形成于所述盖体与所述铸模主体的啮合用的所述凹凸形成为环状。
6.如权利要求3所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述盖体与所述铸模主体相互以平面接触。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述上部磁铁包括环板状的磁轭体和安装于所述磁轭体的所述永久磁体。
8.如权利要求7所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述永久磁体呈下吊状态地安装于所述磁轭体。
9.如权利要求8所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述上部磁铁包括罩，所述罩隔开间隙从下方覆盖所述永久磁体。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述永久磁体由一个环状的永久磁铁构成，或者由环状配置的多个永久磁铁构成。
11.如权利要求1至10中任意一项所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述各永久磁铁由矩形体、圆柱体、圆锥体、圆锥台体、扇形体切除了一部分的变形扇型体中的任意一种构成。
12.如权利要求1至11中任意一项所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述磁场装置中的所述上部磁铁以与所述过渡板体之间隔开间隙的状态安装于所述铸模主体。
13.如权利要求1至12中任意一项所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述过渡板体构成为，在环状的所述底板的中央部分和周边部分立起有中央框状壁和周边框状壁，包括上部磁铁容纳空间，所述上部磁铁容纳空间由所述中央框状壁和周边框状壁夹持，隔开间隙地容纳所述上部磁铁。
14.如权利要求1至13中任意一项所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述第一电极能够设置为与所述铸模主体中的液相状态的熔液电导通，所述第二电极能够设置为与从所述铸模主体取出的固相状态的产品电导通。
15.如权利要求1至14中任意一项所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 进一步包括在所述铸模主体中的所述铸造空间内使磁力线横向穿过的侧部磁铁，所述侧部磁铁朝向所述铸造空间的侧磁极与所述上部磁铁的所述永久磁体朝向所述铸造空间的磁极是相同磁极。
【文档编号】B22D11/041GK104338912SQ201410367644
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2013年8月8日
【发明者】高桥谦三 申请人:高桥谦三
【专利摘要】本发明提供一种能够抑制发热量、容易维护、现实中容易使用的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，该连续铸造用铸模装置不论将要获得的产品大小如何都能够实现廉价和小型化。所述连续铸造用铸模装置的特征在于，包括：铸模，对接收的熔液进行冷却而形成铸造品；和搅拌装置，对所述铸模中的熔液施加磁场，同时在该状态下使电流在熔液中流动，所述铸模构成为：具有纵向设置的圆筒状铸模主体，所述铸模主体的中心部分构成纵向铸造空间，所述搅拌装置构成为，具有：磁场装置，具有包含永久磁体的上部磁铁；和一对电极，包含设置在入口一侧的第一电极和设置在出口一侧的第二电极。
【专利说明】带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及连续铸造设备中的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，所述连续铸造设备用于生产Al、Cu、Zn或者它们中的至少两种的合金、或者Mg合金等导体(导电体)的非铁金属或者其他金属的铸锭或铸板等。
【背景技术】
[0002]以往，在连续铸造用铸模中，采用有如以下所述的熔液搅拌方式。即，为了提高铸板或铸锭等的质量，在这些熔液固化的工序中，即当熔液通过铸模内时，利用电磁线圈从铸模的外部向铸模内部的熔液施加移动磁场，从而对即将发生固化的熔液进行搅拌。该搅拌以气体的去除和组织的均匀化为主要目的。但是，存在以下各种问题:即，因为在靠近高温熔液的位置配置电磁线圈，所以不但需要进行电磁线圈的冷却和复杂的维护，还理所当然地需要消耗多的电力，进而伴随着该电力消耗，电磁线圈自身也不免发热，而这些热也必须得到冷却，由此，装置本身的价格变得高昂等等。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本专利文献特开平9 - 99344号公报
【发明内容】
[0006]本发明为了解决上述问题而作出，其目的在于提供一种能够抑制发热量、容易维护、现实中容易使用的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，该连续铸造用铸模装置不论将要获得产品的大小如何都能够实现廉价和小型化。
[0007]本发明的实施方式的带有搅拌装置的连续铸造用模具装置通过冷却导电性材料处于液相状态的熔液而取出固相状态的铸造品，其特征在于，包括:
[0008]铸模，对接收的熔液进行冷却而形成铸造品；以及搅拌装置，对所述铸模中的熔液施加磁场，同时在该状态下使电流在熔液中流动，
[0009]所述铸模构成为:
[0010]具有纵向设置的圆筒状铸模主体，所述铸模主体的中心部分构成具有熔液流入的上方入口和取出产品的下方出口的纵向铸造空间，
[0011]在所述铸模空间的所述入口配置有呈环状且发挥过渡板作用的过渡板体，允许熔液从所述过渡板体的中央部分的孔流入所述铸造空间，
[0012]所述搅拌装置构成为，具有:
[0013]磁场装置，具有上部磁铁，所述上部磁铁与所述过渡板体的底板相隔地设置在所述底板的上方，使磁力线在所述铸造空间内纵向穿过，包含永久磁体；以及
[0014]一对电极，在熔液进入所述铸造空间内的状态下使电流流过该熔液，使流过的电流与所述磁力线交叉而产生电磁力，包含设置在所述入口一侧的第一电极和设置在所述出口一侧的第二电极。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1(a)是表示本发明的一个实施方式整体的纵剖面示意图；图1(b)是表示作为其一个结构部件的磁场装置的纵剖面图；
[0016]图2(a)是表示作为其一个结构部件的过渡板体的俯视图；图2(b)是表示其沿11(b)-11(b)线的剖面图；
[0017]图3(a)是表示其盖体的纵剖面图；图3(b)是表示其盖体的仰视图；
[0018]图4(a)是上部磁铁的部分纵剖面侧视图；图4(b)是表示作为其一个结构部件的下侧罩的俯视图；
[0019]图5(a)是作为上部磁铁的一个结构部件的磁体(磁轭体和永久磁体)的纵剖面图；图5(b)是作为上部磁铁的一个结构部件的磁体(磁轭体和永久磁体)的仰视图；
[0020]图6是不同实施方式中的磁体的仰视图；
[0021]图7是另一不同实施方式中的磁体的仰视图；
[0022]图8是另一其他实施方式中的磁体的仰视图；
[0023]图9是表示本发明的其他实施方式整体的纵剖面示意图；
[0024]图10(a)是其侧部磁铁的俯视图；图10(b)是其沿X(b)_X(b)线的剖面图；
[0025]图11是表示本发明的另一其他实施方式整体的纵剖面示意图。
【具体实施方式】
[0026]为了深入理解本发明的实施方式，简单说明现有的连续铸造设备中的以电气为动力的电磁搅拌装置。
[0027]以往，从被称作中间包的熔液容纳箱中倒出定量的非铁金属的熔液M，将其浇注至下方的铸模。在铸模内循环有铸模冷却用的冷却水。由此，高温的熔液从与铸模接触的瞬间开始，从外周侧(铸模侧)开始凝固。位于铸模中央部的熔液远离低温的铸模壁，因此凝固当然迟于外周部的熔液。因此，在铸模内，熔液的液体(液相)状态的熔液与固体(固相)状态的铸造物二者以通过界面接触的状态同时存在。于是，在一般情况下，当熔液较为急速地凝固时，气体残留在变为固体的铸造物(产品)内，从而导致产品的质量下降。因此，通过搅拌凝固前的熔液来促进气体的去除。为了进行该搅拌，以往使用以电气为动力的电磁搅拌装置。
[0028]但是，如上所述，当使用这种电磁搅拌装置时，存在各种问题。
[0029]为了解决这样的问题，本发明人之前提出了在日本专利文献特开2013 - 103229号公报中记载的发明(在先发明)。在该在先发明中，电流纵向流过熔液且横向上施加磁场，而且，二者大致垂直，由此，遵守弗莱明定则的电磁力使熔液M旋转(搅拌)或振动。在该在先发明中，当产品(铸锭、铸板等)P的横向宽度(直径、长度(差渡)等)增大时，能够通过与其对应地增强磁场产生装置的磁场来进行应对。即，无论产品P是直径在数十厘米的铸锭还是长度达到数米的铸板，只需使用具有与其直径或长度对应的磁场强度的永久磁铁即可。然而，本发明人为了生产出优于现有装置的装置而每日不懈努力探索。其中一个目的在于，想要提供一种避免大型化、成本低且制造和维护容易的装置。也就是说，想要提出一种小型装置，即使产品P的横向宽度(直径、长度等)增大，即使不使用与该产品P的横向宽度成正比例对应的磁场强度的大型永久磁铁装置，也能够搅拌、振动熔液而获得高质量的产品。这样，如果能够使各装置小型化，则能够合并设置多个装置，一次制造出多个产品。可以说这样的课题为本发明人所独有，其他本领域技术人员尚无人专门致力于本课题。为了解决上述问题，进行了大量实验，以判断利用磁场强度小于与所述长度成正比的磁场强度的永久磁铁能否使熔液在实际中旋转、振动。作为其中一个实验，如图1(a)所示，在铸模2的相当于上方端面部分的位置配置上部磁铁(包含永久磁铁)4a，使电流在该状态下流过电极5a、5b之间。本领域技术人员绝不会为了使熔液M旋转、振动而采用该结构。这是因为乍看之下，磁场方向与电流方向共同沿着同一方向(上下方向)，因此，本领域技术人员会直观地认为，不会遵守弗莱明定则产生电磁力，熔液M不会旋转、振动。但是，本发明人针对这样的结构作为众多实验之一进行了实验。在进行该实验之后，背离了该【技术领域】中具有大量知识的大部分本领域技术人员的预想，铸模2内的熔液M以充分的速度旋转、振动。此现象的具体机理尚不明确，但熔液M发生了旋转、振动确定了从结果上讲，产生了遵守弗莱明定则的电磁力。也就是说，本领域技术人员在进行实验前会认为在电极5a、5b之间流动的电流的方向与来自上部磁铁4a的磁力线ML的方向相同，它们之间并不相交，然而实际上会交叉，从而产生了遵守弗莱明定则的电磁力。也就是说，只有进行了实验的本发明人才会得知利用如图1(a)所示的结构也会使熔液M旋转、振动，而未进行实验的普通本领域技术人员绝不会知晓此事实。也就是说，本发明是基于上述本发明人独自进行的实验结果而作出的，因而是未进行这种实验的普通本领域技术人员绝不能获得的发明。进一步说，普通本领域技术人员会直观地认为在这样的结构中，熔液M不会旋转、振动，从而积极地排除这样的结构，因此，可以说普通本领域技术人员绝不会获得本发明。
[0030]以下，对这样完成的本发明的实施方式进行说明。此外，在以下说明的本发明的实施方式中，想要改进作为取出产品的铸锭或铸板等，提供具有更高质量的铸锭或铸板，进而不使用电磁铁而使用永久磁铁，而且，使用未必与产品P的长度成正比例的小磁场强度的小型永久磁铁作为所使用的永久磁铁。进而，还考虑到以下情况:因为用于制造铸锭或铸板的模具装置处于非常高温的环境，所以即使使用永久磁铁，永久磁铁也会由于熔液M的热而变成高温，从而变得无法实现作为磁铁的功能。因此，在本发明的实施方式中，为了防止即使将永久磁铁配置在水套外，永久磁铁也会由于热而功能下降，新采用用于冷却永久磁铁的单独结构。
[0031]实施方式I
[0032]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。此外，附图的比例尺在各图中不一定相同。
[0033]如图1(a)所示，本发明的实施方式的装置具有:熔液供给装置1，用于供给Al、Cu、Zn或者它们中的至少两种的合金、或者Mg合金等导体(导电体)的非铁金属或者其他金属的熔液M ;铸模(模具)2，从熔液供给装置I接收熔液；以及搅拌装置3，用于搅拌铸模2内的熔液M。
[0034](I)熔液供给装置I
[0035]熔液供给装置I具有接收来自钢水包(未图示)等的熔液M的中间包(熔液容纳箱)1A。中间包(熔液容纳箱)IA中贮存熔液M,去除夹杂物，而将熔液M从下部漏斗状地变窄的熔液供给管部IAl以固定的供给速度供给至铸模2。如后所述，所述熔液供给管部IAl与铸模2的过渡板体3A的中央环状壁3A2以液密状态连接。
[0036](2)铸模 2
[0037]由图1(a)也可知，在本实施方式中，铸模2构成为取出作为产品P的圆柱状铸锭。该铸模2的内部成为用于使熔液M固化的铸造空间20，该铸造空间20的上部是作为原料的熔液M流入的入口 EN，下部是产品P的出口 EX。
[0038]该铸模2具有:大致圆筒状(横剖面呈环状)的铸模主体2a、配设在该铸模主体2a的上端附近的内侧的所述过渡板体3A、以及埋入到铸模主体2a的内周面的用于对产品表面进行整形的筒体2C。
[0039]所述铸模主体2a具有作为形成在周侧壁内的空间的水套2d。该水套2d在所述铸模主体2a的周侧壁内构成横剖面呈环状的空间，具有冷却水的流入口和流出口(都未图示)。也就是说，冷却水从流入口流入到水套2d内，冷却水在水套2d内循环，对熔液M进行冷却，然后冷却水从流出口排出。通过该水套2d，铸模主体2a内的熔液M快速冷却。水套2d可以采用各种公知的结构，因而在此省略其详细说明。
[0040]进而，该铸模主体2a的顶部是纵剖面呈山形的凸周部2e，如后所述，凸周部2e与盖体4b的槽4bl啮合，彼此以大的接触面积接触，从而提高导热性。
[0041]另外，安装在该铸模主体2a上的所述过渡板体3A由耐火材料构成，具有所述入口EN0图2 (a)示出了该过渡板体3A的俯视图，图2(b)示出了该过渡板体3A的沿图2 (a)的11(b)-11(b)线的剖面图。由这些图2(a)、图2(b)可知，在该过渡板体3A中，在中心开有孔3A1 (所述入口 EN)的底板3A0的中央部分和周边部分分别立起有中央环状壁(中央框状壁)3A2和周边环状壁(周边框状壁)3A3，由该中央环状壁3A2和周边环状壁3A3所包围的空间成为用于容纳后述的上部磁铁4a的上部磁铁容纳空间3A4。从其他角度来看，可以说由过渡板体3A使铸模主体2a的原来大小的入口(第一入口)ΕΝ0变窄而成为狭窄的入口(第二入口)EN，允许熔液M从该狭窄入口 EN流入。
[0042]该周边环状壁3A3的顶部也是剖面呈山形的凸周部3A31，如后所述，凸周部3A31与所述盖体4b的槽4bl (图3(a))啮合，彼此以大的接触面积接触，从而带来良好的导热性。该过渡板体3A起到所谓的过渡板(铸模的上方部分的盖)的功能。也就是说，该过渡板体3A的尤其是底板3A0起到所谓的过渡板的功能。
[0043]所述筒体2C埋入所述铸模主体2a的内周面。该筒体2C用于防止高温的熔液M直接与铸模主体2a接触。另外，该筒体2C由碳构成，具有使产品P的表面外皮光滑的功能。也就是说，该筒体2C同时具有保护铸模主体2a不受热损害的功能和改善产品P的外皮的功能。
[0044](3)搅拌装置3
[0045]搅拌装置3利用遵守弗莱明左手定则的电磁力(洛伦茨力)搅拌、振动固化前的熔液M。该搅拌装置3具有用于对铸模主体2a内的熔液M产生磁场的磁场装置4和用于使电流在所述熔液M中流动的电极对5。
[0046](3)-1磁场装置4
[0047]特别是由图1(b)可知，磁场装置4具有环状的上部磁铁4a和呈下吊状态地安装上部磁铁4a的相同环状的盖体4b。也就是说，上部磁铁4a通过螺栓4c等以下吊状态固定于盖体4b而构成磁场装置4。该磁场装置4如图1 (a)所示通过螺栓4e可装卸地固定于铸模2。也就是说，能够从铸模2容易地卸下磁场装置4，以进行维护、更换。该磁场装置4与内置在水套2d中的磁场装置不同，不会受到尺寸方面的制约。另外，与内置在水套2d中的情况相比，即使产品P的长度增大，该磁场装置4也能够配置得更靠近熔液M。
[0048]图3 (a)、图3 (b)特别示出了所述盖体4b。图3 (a)是盖体4b的纵剖面图，图3 (b)是盖体4b的仰视图。由这些图可知，盖体4b在中央部分具有孔4b0，在下面形成有圆周状的多个槽4bl。这些槽4bl与铸模主体2a的凸周部2e和周边环状壁3A3的凸周部3A31分别啮合，彼此以大的接触面积接触。于是，铸模主体2a和与其相邻的过渡板体3A通过铸模主体2a的水套2d被冷却。因此，与它们啮合的盖体4b和悬挂于盖体4b的上部磁铁4a (永久磁体42)被冷却，从而保持作为磁场装置的功能。
[0049]此外，由上述说明可知，只要盖体4b与铸模主体2a(和过渡板体3A)以大的接触面积接触，也可以不限于上述结构而采用其他结构。例如，使盖体4b的槽4bl的周期更短，槽4bl的凹凸更细致，与该槽4bl啮合的凸周部2e和凸周部3A31的周期也与其一致地变短，从而能够增大相互的接触面积。另外，作为更简单的结构，也可以代替通过凹凸进行的啮合,彼此以锥面接触,从而增加接触面积。进而，也可以在盖体4b与铸模主体2a和过渡板体3A之间设置焊接的角焊缝之类的辅助部件来增加二者之间的接触面积。
[0050]此外，为了冷却盖体4b，只要盖体4b与铸模主体2a啮合，则盖体4b与过渡板体3A无需一定啮合。
[0051]由图1(a)可知，所述上部磁铁4a在上下方向上对熔液M施加磁场。在图1(a)中，示出了来自上部磁铁4a的磁力线ML朝向下方进入熔液M的状态。
[0052]图4 (a)特别示出了该上部磁铁4a。图4 (a)是上部磁铁4a的纵剖面图。该上部磁铁4a具有磁体40和从下方覆盖该磁体40的罩43。磁体40具有作为环状平板的基体的磁轭体41和以下吊状态安装在磁轭体41的下面的永久磁体42。
[0053]由作为俯视图的图4(b)可知，所述罩43制成中央具有孔43a的环状，在内周侧和外周侧分别立起有内周侧环状壁43b和外周侧环状壁43c，由这些内周侧环状壁43b和外周侧环状壁43c包围的环状空间成为永久磁体容纳室43d。在该永久磁体容纳室43d中，隔开间隙地容纳所述永久磁体42。
[0054]图5 (a)、图5 (b)示出了由所述罩43从下方覆盖的所述磁体40。该图5 (a)是纵剖面侧视图，该图5(b)是仰视图。特别是由图5(a)可知，磁轭体41制成中心部分具有孔41a的环状。在环状的磁轭体41的下面以下吊状态固定有所述永久磁体42。该永久磁体42构成为多个矩形体形状的磁铁42a、42a、…的集合体。特别是由图5(a)可知，下部磁化为第一极(在此为N极)，上部磁化为第二极(在此为S极)。由此，磁力线ML在图中向下射出。此外,各磁铁42a的磁化方向也可以与上述相反。如上所述的磁铁42a、42a、…相对于磁轭体41 一体固定而构成所述磁体40。如图4(a)所不,从上方载置、固定于所述罩43,构成所述上部磁铁4a。这样构成的上部磁铁4a如前述一样，隔开间隙地容纳在图1(a)的上部磁铁容纳空间3A4中。
[0055]此外，作为所述永久磁体42，除了在图5(a)、图5(b)中示出的磁体之外，可以使用其他各种磁体。也就是说，在图1(a)中，只要能够在上下方向上发出磁力线ML即可。图6至图8分别示出了不同的例子。可以代替图5(a)、图5(b)中的多个矩形体形状的磁铁42a而使用如图6所示的圆柱体形状的多个磁铁42al，或者如图7所示的横剖面大致呈扇形柱状的、即切除了扇形的基端部分的柱状的多个磁铁42a2。另外，可以如图8所示利用一个环状的磁铁42a3代替如图5 (a)、图5 (b)所示的利用多个磁铁42a构成永久磁体42的结构，来构成永久磁体42。
[0056]此外，在图1(a)中，也可以根据需要设置用于对磁体40(上部磁铁4a)进行空气冷却的空气配管(未图示)。
[0057](3) -2 电极对 5
[0058]接下来，对搅拌装置3中的电极对5进行说明。由图1 (a)可知，该电极对5具有棒状的电极5a和棍状的电极5b。
[0059]所述棒状的电极5a的一端浸泡在中间包(熔液容纳箱)IA内的熔液M中。辊状的电极5b的辊5bl设置为压接于取出的产品(铸锭)P的表面而进行电导通。由此，这些电极5a、5b为通过熔液M和产品(铸锭)P而相互电导通的状态。由此,如同追加的详细说明所述，电流流动。该辊状的电极5b在此实施方式中为多个，但可为一个，或者也可以为三个以上。在多个的情况下，可以如图1(a)所示，以包围产品(铸锭)P的外周的方式呈放射状地配置。
[0060]更详细地，在图1(a)中，所述辊状的电极5b设置为相对于装置系统位置固定的状态。也就是说，在前端具有可旋转的导电性辊5bl。该辊5bl设置为压接于作为以固相状态压出的铸造品(铸锭或铸板)的产品P的外表面的状态，伴随着产品P向下方伸出而通过产品P旋转。也就是说，当向下方压出产品P时，产品P在与辊5bl保持接触的状态下，一边使辊5bI旋转，一边向图1(a)的下方伸出。此外，这些电极5a、5b与电源控制盘7连接，而能够调整电压电流频率等。也就是说，例如通过电源控制盘7，可以选择直流或低频的交流，例如I至5Hz的交流电流作为流动的电流。
[0061]由此，例如由电源控制盘7在所述一对电极5a、5b之间施加直流电压时，直流电流经由熔液M和产品P在一对电极5a、5b之间流动。如上所述，构成为能够控制在一对电极5a、5b之间流动的电流量。由此，能够利用与所述磁力线ML的关系，选择可最高效地搅拌液相状态的熔液M的电流。另外，例如由所述电源控制盘7在一对电极5a、5b之间施加I至5Hz左右的低频的交流电压时，熔液M不向一个方向旋转，而发生振动。通过该振动，除去熔液M中的夹杂物。
[0062]接下来，对具有上述结构的装置的操作进行说明。
[0063]在图1 (a)中，从中间包(熔液容纳箱)IA的熔液供给管部IAl定量供应的熔液M从过渡板体3A的中央环状壁3A2 (入口 EN)进入铸模2的上部。铸模2通过水套2d内的水循环被冷却，从而流入铸模2的熔液M快速冷却凝固。在此，铸模2内的熔液M为上部的液体(液相)与下部的固体(固相)在界面ITO相接触的两相结构。熔液M在通过铸模2的同时成型为与铸模形状相一致的圆柱状(或者方块状)，从而连续形成作为产品P的铸锭(或铸板)。
[0064]这样，熔液M固化，但是在固化前，熔液M在上部磁铁4a产生的磁场的存在下，通过直流电流流过电极5a、5b之间而旋转,通过低频交流电流流过而振动。这在之前已进行简单描述，但也得到了本发明人的实验确认。由此，熔液M在质量得到改善后进行固化，从而实现产品化。
[0065]这样，熔液M进行旋转、振动，其机理认为如下所述。熔液M旋转、振动只能是来自上部磁铁4a的磁力线ML与在所述电极5a、5b之间流动的电流相交叉，从而产生了遵守弗莱明左手定则的电磁力。来自上部磁铁4a的磁力线ML认为如图1(a)所示。也就是说，不认为磁力线穿过除此以外的路径。另外，认为在电极5a、5b之间流动的电流I不只是流过以最短的点连接两个电极5a、5b的路径，而是如图1(a)所示，穿过多条路径进行流动。这认为是由于如上所述，从熔液M实际旋转、振动来看，电流I与磁力线ML相交叉。由此，电流I与磁力线ML相交叉从而产生遵守弗莱明左手定则的电磁力，熔液M进行旋转或振动。
[0066]由此，在本发明的实施方式中，利用配置在铸模2的端面部分的上部磁铁4a对固化前的熔液M施加磁场。因此，即使铸模2的横向宽度，即想要获得的产品P像铸板那样具有长度达数米的大小，也能够与其无关地施加磁场，获得遵守所述弗莱明左手定则的电磁力，从而可靠地使熔液M旋转、振动。也就是说，无论想要获得的产品P是像铸锭那样的小型产品，还是像铸板那样的大型产品，都会与其无关，作为上部磁铁4a无需特别使用大型的产生强力磁场的磁场装置。与此相对，在横向施加磁场的现有装置中，如之前所说明的，必须使用与将要获得的产品P的长度相对应的磁场强度的磁场装置。如此大磁场强度的磁场装置实际上是极其大型的装置。因此，有时难以在实际中应用这种极强磁场的磁场装置或大型的磁场装置。而且，在实际应用时，有时会非常昂贵和笨重，从而难以实现用于生产多个铸锭或铸板的装置。
[0067]此外，在上述实施方式中，作为下部电极5b，示出了在前端具有辊5bl的电极，但无需一定具有辊5bl。只要连续压出产品P也保持产品P与电极5b的电导通状态即可，可以采用各种结构。例如，可以使用具有预定长度的弹性材料作为电极5b。在图1(a)中，例如可以使用弹性材料，利用其回复力使前端压接至所述铸造品P，允许铸造品P在该状态下向下方伸长即可。
[0068]实施方式2
[0069]图9示出了本发明的不同实施方式。该实施方式示出了在水套2d内设置侧部磁铁45的例子。该侧部磁铁45以在水套2d内可上下调节的方式设置。图10(a)、图10(b)中示出了该侧部磁铁45。图10(a)是俯视图，图10(b)是沿X(b)-X(b)线切开的纵剖面图。由图10 (a)、图10(b)可知,该侧部磁铁45构成为环状，内侧磁化为第一极(在此为N极)，外侧磁化为第二极(在此为S极)。或者，也可以与此相反地进行磁化。由此，磁力线MLs朝向中心射出。另外，也可以利用横剖面呈圆弧状的多个侧部磁铁片来构成侧部磁铁45。
[0070]在该图9的实施方式中，由于来自上部磁铁4a的磁力线ML与电流I相交叉产生的电磁力F与由于来自侧部磁铁45的磁力线MLs与电流I相交叉产生的电磁力Fs协同动作，从而使熔液M旋转、振动。
[0071]在该实施方式中，由图9可知，来自该侧部磁铁45的磁力线MLs也与在电极5a、5b之间流动的电流相交叉，产生遵守弗莱明定则的电磁力Fs。该电磁力Fs也成为使熔液M搅拌、振动的力。
[0072]另外，由图11可知，当侧部磁铁45在水套23内提升到图9的上方时，来自侧部磁铁45的磁力线MLs与来自上部磁铁4a的磁力线ML相互作用(排斥)，因此，如图所示，各自的磁力线MLs、ML的朝向发生变化。也就是说，当侧部磁铁45的位置上下变化时，能够改变上部磁铁4a和侧部磁铁45的磁力线ML、MLs的朝向。由此，当同时使用上部磁铁4a和侧部磁铁45作为主要的磁场装置时，可以利用来自它们的各磁力线ML、MLs协同动作地使熔液M旋转、振动。另外，当使用上部磁铁4a作为主要的磁场装置时，可以利用侧部磁铁45的磁力线MLs改变上部磁铁4a的磁力线ML的方向，利用改变的上部磁铁4a的磁力线ML来使熔液M旋转、振动。无论在哪一种情况下，通过这样在水套23内上下调节侧部磁铁45的高度，能够高效地使熔液M旋转、振动。也就是说，在实际中，虽然不能目视熔液M中的磁力线ML、MLs和电流I，但是通过上下调节侧部磁铁45，磁力线ML(MLs)与电流I的交叉方式发生变化，由此，能够实现熔液M最猛烈地旋转、振动的状态。
[0073]此外，侧部磁铁45也可以设置在水套23外。
[0074]根据如上所说明的本发明的实施方式，能够获得如下所述的效果。
[0075]在本发明的实施方式中，不在铸模2的侧周面部分(或者周侧壁内)而在端面部分设置永久磁铁(上部磁铁4a)。如上所述，该结构是本领域技术人员所绝不会采用的结构。当在侧周面部分设置侧部磁铁时，如果产品P的宽度(长度)大到像铸板那样，则必须采用更强力的大型磁铁。另外，通常在铸模2的内侧设置有作为过渡环的筒体2C。进而，铸模2自身的厚度也增加，从而与筒体2C的厚度相加，从侧部磁铁到内部的熔液M的距离也越大。由此，当想要利用侧部磁铁对熔液M施加磁场时，必须使用磁场强度大的磁铁，即尺寸极大的磁铁作为侧部磁铁。上述大型化在很多情况下，例如当获取多个产品P时，即需要同时设置多个装置等时，必须加以避免。在本发明的实施方式中，在铸模2的端面部分设置上部磁铁4a，因此，不需要使用磁场强度与产品P的尺寸(大型化)直接成正比例的永久磁铁作为上部磁铁4a。这是因为即使不具有那样大的磁场强度，磁力线ML也能够从端面部分到达内部的熔液M。也就是说，根据本发明的实施方式，不需要使用具有与将要获得的产品P的长度成正比例的磁场强度的强力、大型的磁铁作为使用的永久磁铁。因此，能够实现装置整体的小型化。
[0076]另外，在本发明的实施方式中，永久磁铁(上部磁铁4a)不设置在水套2d内，而设置在铸模2的端面部分，因此，不像设置在水套2d内时那样存在尺寸上的限制，从而在采用永久磁铁时具有更加的灵活性。而且，采用能够利用水套2d冷却上部磁铁4a的结构，因此能够确保作为磁场装置的功能。
[0077]当然，在本发明的实施方式中，搅拌即将凝固的熔液M而使熔液M产生运动、振动等，因此能够实现除气效果和组织的均匀化、精细化。
[0078]进而，在本发明的实施方式中，利用遵守弗莱明左手定则的电磁力来搅拌熔液M，因此，利用在熔液M中流动的小电流与从上部磁铁4a发出的磁场的协同动作来进行搅拌，因此，与利用弧焊的原理等通过使大电流断续地流动进行的熔融搅拌不同，可以期待稳定持续的可靠搅拌，可以获得噪声小、持续性好的装置。
[0079]进而，现在产业界中要求实现量产设备。在考虑到量产时，实现尽可能小型的铸模是必不可少的。在本发明的实施方式中，能够实现装置的小型化，因此能够构筑可获取多个产品的高效生产设备。也就是说，在现有的电磁式搅拌中，一次生产的铸板或铸锭的数量可应对生产多个产品的情况。但是现在，想要同时生产超过100个铸锭。现有的电磁搅拌装置无法应对该要求。
[0080]但是，在本发明的装置中，使用永久磁铁作为磁场产生装置。因此，与流过大电流的电磁搅拌装置相比，能够实现极紧凑化。而且，该永久磁铁不是设置在铸模的横向上，而是设置在长度方向(铸模的端面部分)上。由此，能够使装置小型化，能够充分实现量产设备用的铸模装置。
[0081]另外，因为是永久磁铁式，所以作为磁场产生装置，能够获得具有不发热、省电、节能、零维护等效果的装置。
[0082]此外，以上针对获得铸锭作为产品的情况进行了说明，当然也能够构成为获得铸板的装置。显然，在该情况下，在上述实施方式中将在俯视图或横剖面图中呈圆形、圆环状的结构部件制成矩形、框形框状即可。
【权利要求】
1.一种带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，通过冷却导电性材料处于液相状态的熔液而取出固相状态的铸造品，其特征在于，包括: 铸模，对接收的熔液进行冷却而形成铸造品；以及搅拌装置，对所述铸模中的熔液施加磁场，同时在该状态下使电流在熔液中流动， 所述铸模构成为: 具有纵向设置的圆筒状的铸模主体，所述铸模主体的中心部分构成具有熔液流入的上方入口和取出产品的下方出口的纵向的铸造空间， 在所述铸模空间的所述入口配置有呈环状且发挥过渡板作用的过渡板体，允许熔液从所述过渡板体的中央部分的孔流入所述铸造空间， 所述搅拌装置构成为具有: 磁场装置，具有上部磁铁，所述上部磁铁与所述过渡板体的底板相隔地设置在所述底板的上方，使磁力线在所述铸造空间内纵向穿过，所述上部磁铁包含永久磁体；和 一对电极，在熔液进入所述铸造空间内的状态下使电流流过该熔液，使流过的电流与所述磁力线交叉而产生电磁力，包含设置在所述入口 一侧的第一电极和设置在所述出口 一侧的第二电极。
2.如权利要求1所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述铸模主体构成为在周侧壁内形成作为冷却用的水流过的空间的水套。
3.如权利要求1或2所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述磁场装置构成为所述上部磁铁安装于盖体，所述盖体在接触而能够进行热传导的状态下安装于所述铸模主体。
4.如权利要求3所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 在相互接触的所述盖体的接触面与所述铸模主体的接触面分别形成有啮合用的凹凸，在相互的接触面形成的啮合用的所述凹凸啮合的状态下，所述盖体与所述铸模主体接触。
5.如权利要求4所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 分别形成于所述盖体与所述铸模主体的啮合用的所述凹凸形成为环状。
6.如权利要求3所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述盖体与所述铸模主体相互以平面接触。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述上部磁铁包括环板状的磁轭体和安装于所述磁轭体的所述永久磁体。
8.如权利要求7所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述永久磁体呈下吊状态地安装于所述磁轭体。
9.如权利要求8所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述上部磁铁包括罩，所述罩隔开间隙从下方覆盖所述永久磁体。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述永久磁体由一个环状的永久磁铁构成，或者由环状配置的多个永久磁铁构成。
11.如权利要求1至10中任意一项所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述各永久磁铁由矩形体、圆柱体、圆锥体、圆锥台体、扇形体切除了一部分的变形扇型体中的任意一种构成。
12.如权利要求1至11中任意一项所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述磁场装置中的所述上部磁铁以与所述过渡板体之间隔开间隙的状态安装于所述铸模主体。
13.如权利要求1至12中任意一项所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述过渡板体构成为，在环状的所述底板的中央部分和周边部分立起有中央框状壁和周边框状壁，包括上部磁铁容纳空间，所述上部磁铁容纳空间由所述中央框状壁和周边框状壁夹持，隔开间隙地容纳所述上部磁铁。
14.如权利要求1至13中任意一项所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 所述第一电极能够设置为与所述铸模主体中的液相状态的熔液电导通，所述第二电极能够设置为与从所述铸模主体取出的固相状态的产品电导通。
15.如权利要求1至14中任意一项所述的带有搅拌装置的连续铸造用铸模装置，其特征在于， 进一步包括在所述铸模主体中的所述铸造空间内使磁力线横向穿过的侧部磁铁，所述侧部磁铁朝向所述铸造空间的侧磁极与所述上部磁铁的所述永久磁体朝向所述铸造空间的磁极是相同磁极。
【文档编号】B22D11/041GK104338912SQ201410367644
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2013年8月8日
【发明者】高桥谦三 申请人:高桥谦三
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