上引式连续铸造设备和上引式连续铸造方法
【专利摘要】本发明涉及上引式连续铸造设备和上引式连续铸造方法。所述上引式连续铸造设备在上引用于从保持在保持炉中的熔融金属的熔融金属表面导出熔融金属的导出部时让所述熔融金属凝固，并由此使所述熔融金属成形，所述上引式连续铸造设备包括用于向被保持的熔融金属施加非接触力的装置，所述被保持的熔融金属是已由所述导出部从所述熔融金属表面导出但尚未凝固的熔融金属。
【专利说明】上弓I式连续铸造设备和上弓I式连续铸造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种上引式连续铸造设备和一种上引式连续铸造方法。
【背景技术】
[0002]本申请的发明人已在日本特开专利申请公报N0.2012-61518中提出一种自由铸造方法作为不需要任何模具的革新的连续铸造方法。如日本特开专利申请公报N0.2012-61518中所不,在将起动器浸入熔化的金属(熔融金属)的表面(即，熔融金属表面)之后，上引起动器，以使得一部分熔融金属追随起动器并由起动器通过熔融金属的表面膜和/或表面张力导出。注意，能通过经由配置在熔融金属表面附近的形状限定部件导出熔融金属并冷却所导出的熔融金属来连续地铸造具有期望截面形状的金属铸件。
[0003]在通常的连续铸造方法中，在纵长方向上的形状以及截面形状由模具限定。在该连续铸造方法中，特别地，由于凝固的金属(即，金属铸件)需要通过模具内部，故所铸造的金属铸件具有使其在纵长方向上呈直线形状延伸的形状。与此相比，用于自由铸造方法中的形状限定部件仅限定金属铸件的截面形状，而不限定在纵长方向上的形状。此外，由于形状限定部件能沿平行于熔融金属表面的方向(即，沿水平方向)移动，故能产生在纵长方向上具有各种形状的金属铸件。例如，日本特开专利申请公报N0.2012-61518公开了一种在纵长方向上具有曲折形状或螺旋形状而不是直线形状的中空金属铸件(例如，管子)。
【发明内容】
[0004]然而，本发明人已发现以下问题。
[0005]在日本特开专利申请公报N0.2012-61518中公开的自由铸造方法中，金属铸件的截面形状通过使形状限定部件与熔融金属(被保持的熔融金属)相接触来限定——所述熔融金属已追随被上引的起动器并已从熔融金属表面被上引但尚未凝固，由此向熔融金属(被保持的熔融金属)施加外力。结果，在被保持的熔融金属上施加有局部负荷。因此，日本特开专利申请公报N0.2012-61518中公开的自由铸造方法中存在的一个问题是，需要缓慢地上引起动器以防止被保持的熔融金属由于局部负荷而被撕开。
[0006]本发明鉴于上述问题而作出，并且本发明的一个目的是提供能通过在不利用接触式形状限定部件的情况下向被保持的熔融金属施加外力并由此减小施加在被保持的熔融金属上的局部负荷来提高起动器的上引速度的上引式连续铸造设备和上引式连续铸造方法。
[0007]本发明的第一示例性方面是一种上引式连续铸造设备，所述上引式连续铸造设备在上引用于从保持在保持炉中的熔融金属的熔融金属表面导出熔融金属的导出部时让所述熔融金属凝固，并由此使所述熔融金属成形，所述上引式连续铸造设备包括用于向被保持的熔融金属施加非接触力的装置，所述被保持的熔融金属是已由所述导出部从所述熔融金属表面导出但尚未凝固的熔融金属。结果，由于能在不利用形状限定部件的情况下施加外力，故减小了施加在被保持的熔融金属上的局部负荷并由此提高了起动器的上引速度。
[0008]优选向所述被保持的熔融金属施加电磁力。
[0009]向所述被保持的熔融金属施加的所述电磁力优选沿与该被保持的熔融金属的上引方向垂直的方向施加。
[0010]向所述被保持的熔融金属施加的所述电磁力优选沿与该被保持的熔融金属的上引方向相同的方向施加。
[0011 ] 所述上引式连续铸造设备优选包括电磁力施加单元，所述电磁力施加单元通过向所述被保持的熔融金属施加所述电磁力来限定要铸造的金属铸件的截面形状，并且所述电磁力施加单元优选包括向所述被保持的熔融金属馈送电流的电流输出单元和向所述被保持的熔融金属施加磁场的磁场施加单兀。
[0012]所述磁场施加单元优选产生沿与所述被保持的熔融金属的上引方向垂直的方向的所述磁场并向所述被保持的熔融金属施加所产生的磁场。
[0013]所述磁场施加单元的N极和S极优选配置成以所述被保持的熔融金属介于其间的状态彼此对向。
[0014]所述磁场施加单元优选是永磁体。
[0015]所述磁场施加单元优选是电磁体。
[0016]所述电流输出单元优选使电流从所述导出部经所述被保持的熔融金属流向保持在所述保持炉中的熔融金属，或者从保持在所述保持炉中的熔融金属经所述被保持的熔融金属流向所述导出部。
[0017]所述上引式连续铸造设备优选包括电磁力施加单元,所述电磁力施加单元通过向所述被保持的熔融金属施加所述电磁力来限定要铸造的金属铸件的截面形状，并且所述电磁力施加单元优选以交替方式向要被上引的所述被保持的熔融金属施加沿与所述被保持的熔融金属的上引方向垂直的第一方向的磁场和沿相反方向的磁场。
[0018]所述电磁力施加单元优选至少包括:一对转子，所述一对转子配置成以所述被保持的熔融金属介于其间的状态彼此对向，并且构造成沿所述被保持的熔融金属的上引方向旋转；和一对磁体，所述一对磁体配置成围绕所述一对转子的外周面。此外，所述一对磁体优选沿所述一对转子的周向以交替方式分别具有不同极性的磁极。
[0019]所述一对磁体优选是永磁体。
[0020]所述电磁力施加单元优选通过改变所述一对转子的转数、所述磁场的强度和所述磁场的方向中的至少一者来改变要铸造的金属铸件的截面形状。
[0021]所述电磁力施加单元优选包括多对电磁体,所述多对电磁体沿所述被保持的熔融金属的上引方向配置成以所述被保持的熔融金属介于其间的状态彼此对向。此外，所述多对电磁体中的每对电磁体优选产生与相邻的一对电磁体具有不同磁场方向的交替磁场并向所述被保持的熔融金属施加所产生的磁场。
[0022]所述电磁力施加单元优选通过周期性地改变流过多对线圈的电流的方向来产生所述交替磁场，所述多对线圈中的每对线圈构成所述多对电磁体中相应的一对电磁体。
[0023]所述电磁力施加单元优选通过改变流过各自构成所述多对电磁体中相应的一对电磁体的多对线圈的电流的大小来改变要铸造的金属铸件的截面形状。
[0024]所述上引式连续铸造设备优选还包括配置在所述熔融金属表面附近的形状限定部件，所述形状限定部件构造成通过向所述被保持的熔融金属施加外力来限定要铸造的金属铸件的截面形状。
[0025]本发明的另一示例性方面是一种上引式连续铸造方法，所述上引式连续铸造方法用于在上引用于从保持在保持炉中的熔融金属的熔融金属表面导出熔融金属的导出部时让所述熔融金属凝固，并由此使所述熔融金属成形，所述上引式连续铸造方法包括向被保持的熔融金属施加电磁力并由此限定要铸造的金属铸件的截面形状，所述被保持的熔融金属是已由所述导出部从所述熔融金属表面导出但尚未凝固的熔融金属。结果，由于能在不利用形状限定部件的情况下施加外力，故减小了施加在被保持的熔融金属上的局部负荷并由此提高了起动器的上引速度。
[0026]优选通过向所述被保持的熔融金属馈送电流并向所述被保持的熔融金属施加磁场来向所述被保持的熔融金属施加电磁力。
[0027]优选沿与所述被保持的熔融金属的上引方向垂直的方向向所述被保持的熔融金属施加磁场。
[0028]优选通过将磁体的N极和S极配置成以所述被保持的熔融金属介于其间的状态彼此对向来产生所述磁场。
[0029]产生所述磁场的磁体优选是永磁体。
[0030]产生所述磁场的磁体优选是电磁体。
[0031]优选使电流从所述导出部经所述被保持的熔融金属流向保持在所述保持炉中的熔融金属，或者从保持在所述保持炉中的熔融金属经所述被保持的熔融金属流向所述导出部。
[0032]优选以交替方式向要被上引的所述被保持的熔融金属施加沿与所述被保持的熔融金属的上引方向垂直的第一方向的磁场和沿相反方向的磁场。
[0033]优选至少设置有一对转子和一对磁体，所述一对转子配置成以所述被保持的熔融金属介于其间的状态彼此对向并构造成沿所述被保持的熔融金属的上引方向旋转，所述一对磁体配置成围绕所述一对转子的外周面。此外，所述一对磁体优选沿所述一对转子的周向以交替方式分别具有不同极性的磁极。
[0034]所述一对磁体优选是永磁体。
[0035]优选通过改变所述一对转子的转数、所述磁场的强度和所述磁场的方向中的至少一者来改变要铸造的金属铸件的截面形状。
[0036]优选设置有多对电磁体，所述多对电磁体沿所述被保持的熔融金属的上引方向配置成以所述被保持的熔融金属介于其间的状态彼此对向。此外，所述多对电磁体中的每对电磁体优选产生与相邻的一对电磁体具有不同磁场方向的交替磁场并向所述被保持的熔融金属施加所产生的磁场。
[0037]优选通过周期性地改变流过多对线圈的电流的方向来产生所述交替磁场，所述多对线圈中的每对线圈构成所述多对电磁体中相应的一对电磁体。
[0038]优选通过改变流过各自构成所述多对电磁体中相应的一对电磁体的多对线圈的电流的大小来改变要铸造的金属铸件的截面形状。
[0039]优选在由所述保持炉保持的熔融金属的熔融金属表面附近还配置有形状限定部件，所述形状限定部件构造成通过向所述被保持的熔融金属施加外力来限定要铸造的金属铸件的截面形状。
[0040]根据本发明，由于能在不利用接触式形状限定部件的情况下施加外力，故能减小施加在被保持的熔融金属上的局部负荷并由此能提高起动器的上引速度。
[0041]根据下文给出的详细说明和附图，将更充分地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，附图仅通过图示的方式给出，且因此不应视为限制本发明。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1是示出根据第一示例性实施例的自由铸造设备的构成示例的剖视图；
[0043]图2是示出根据第一示例性实施例的自由铸造设备的一部分的透视图；
[0044]图3是示出根据第一示例性实施例的自由铸造设备的一部分的扩大剖视图；
[0045]图4是示出根据第一示例性实施例的自由铸造设备的修改示例的剖视图；
[0046]图5是设置在图4所示的自由铸造设备中的形状限定部件108的俯视图；
[0047]图6是示出根据第二示例性实施例的自由铸造设备的构成示例的剖视图；
[0048]图7是用于说明根据第二示例性实施例的自由铸造设备的操作的图；
[0049]图8是用于说明根据第二示例性实施例的自由铸造设备的操作的图；
[0050]图9是示出根据第二示例性实施例的自由铸造设备的第一修改示例的一部分的扩大剖视图；
[0051]图10是示出根据第二示例性实施例的自由铸造设备的第一修改示例的一部分的扩大剖视图；
[0052]图11是示出根据第二示例性实施例的自由铸造设备的第二修改示例的剖视图；以及
[0053]图12是用于说明相关技术中的问题的图。
【具体实施方式】
[0054]下文参照附图详细说明本发明适用的具体示例性实施例。然而，本发明并不限于下文所示的示例性实施例。此外，以下描述和附图被适当简化以使说明清楚。
[0055]<第一示例性实施例>
[0056]首先，将参照图1说明根据第一示例性实施例的自由铸造设备(上引式连续铸造设备)。图1是示出根据第一示例性实施例的自由铸造设备的构成示例的剖视图。如图1所示，根据第一示例性实施例的自由铸造设备包括熔融金属保持炉(保持炉)101、磁场施加单元102、支杆103、致动器104、冷却喷嘴105、导出部106和电流输出单元107。注意，磁场施加单元102和电流输出单元107构成电磁力施加单元110。
[0057]熔融金属保持炉101容纳诸如铝或其合金的熔融金属M1，并将熔融金属维持在预定温度下。在图1所示的示例中，由于熔融金属保持炉101在铸造过程中不被补充熔融金属，故熔融金属Ml的表面(即，熔融金属表面)随着铸造过程进行而降低。替换地，熔融金属保持炉101可在铸造过程中按需被补充熔融金属，以使得熔融金属表面保持在一固定液位。毋容置疑，熔融金属Ml可以是除铝以外的金属或合金。
[0058]导出部106包括浸入熔融金属Ml中的起动器(导出部件)ST和例如沿竖直方向驱动起动器ST的上引机PL。
[0059]如图1所不，在溶融金属Ml粘附于浸入的起动器ST之后,溶融金属Ml追随起动器ST并由起动器ST上引，同时通过其表面膜和/或表面张力维持其外形。然后，熔融金属Ml从磁场施加单元102旁边通过。注意，追随起动器ST (或随着由起动器ST导出的熔融金属Ml凝固而形成的铸造金属M3)并通过熔融金属Ml的表面膜和/或表面张力从熔融金属表面被上引的熔融金属称为“被保持的熔融金属M2”。此外，铸造金属M3和被保持的熔融金属M2之间的界面是凝固界面。
[0060]起动器ST例如由陶瓷或不锈钢制成。注意，起动器ST的表面可覆盖有诸如盐晶体膜的保护膜(未示出)。这样，抑制了在起动器ST和熔融金属Ml之间的熔融结合，由此提高了起动器ST和铸造金属M3之间的剥离性。结果，起动器ST能重复利用。此外，起动器ST可在其表面上具有凹凸形状。这促进了保护膜在起动器ST的表面上的附着(析出)，从而更进一步提高了起动器ST和铸造金属M3之间的剥离性。同时，还能提高在熔融金属导出时起动器ST和熔融金属Ml之间在上引方向上的结合力。
[0061]磁场施加单元102向被保持的熔融金属M2施加磁场。例如，磁场施加单元102产生沿与被保持的熔融金属M2的上引方向(竖直方向)垂直的方向(水平方向)的磁场并向被保持的熔融金属M2施加所产生的磁场。
[0062]更具体地，磁场施加单元102包括诸如永磁体和电磁体的磁体，并配置在熔融金属表面附近。在本示例性实施例中，说明了磁场施加单元102包括一对圆柱形永磁体且其中一个磁体的N极配置成与另一个磁体的S极以被保持的熔融金属M2介于其间的状态对向的示例。结果，向被保持的熔融金属M2施加沿与被保持的熔融金属M2的上引方向垂直的方向定向的磁场。
[0063]电流输出单元107电连接在例如导出部106和熔融金属保持炉101之间，并向被保持的熔融金属M2馈送电流。更具体地，电流输出单元107使电流从导出部106经铸造金属M3、被保持的熔融金属M2和熔融金属Ml流向熔融金属保持炉101，或者使电流从熔融金属保持炉101经熔融金属Ml、被保持的熔融金属M2和铸造金属M3流向导出部106。
[0064]注意，通过利用磁场施加单元102向被保持的熔融金属M2施加磁场并通过利用电流输出单元107向被保持的熔融金属M2馈送电流来向被保持的熔融金属M2施加电磁力。换言之，包括磁场施加单元102和电流输出单元107的电磁力施加单元110通过向被保持的熔融金属M2施加磁场并向其馈送电流来向被保持的熔融金属M2施加电磁力。在下文中参照图2给出更详细的说明。
[0065]图2是示出根据本示例性实施例的自由铸造设备的一部分的透视图。在图2所示的示例中，构成磁场施加单元102的一对永磁体配置成以被保持的熔融金属M2介于其间的状态在图中所示的XYZ直角坐标系的X轴方向上彼此对向。更具体地，构成磁场施加单元102的一对永磁体中的一个永磁体(图中位于近侧的永磁体)的N极和另一个永磁体(图中位于远侧的永磁体)的S极配置成以被保持的熔融金属M2介于其间的状态彼此对向。结果，向被保持的熔融金属M2施加沿X轴上的正方向定向的磁场。
[0066]此外，在图2所示的示例中，从电流输出单元107输出的电流从导出部106经铸造金属M3、被保持的熔融金属M2和熔融金属Ml流向熔融金属保持炉101。亦即，电流正在被保持的熔融金属M2中沿Z轴上的负方向流动。
[0067]在此状态下，在被保持的熔融金属M2中根据弗莱明左手定则沿Y轴上的正方向施加电磁力。结果，被保持的熔融金属M2例如朝Y轴上的正方向变形。更具体地，被保持的熔融金属M2的沿水平方向的截面形状(下文称为“水平截面”)朝Y轴上的正方向变形。
[0068]亦即，电磁力施加单元110通过向被保持的熔融金属M2施加电磁力来限定要铸造的铸造金属M3的外形(更具体地，要铸造的铸造金属M3的水平截面的外径)。
[0069]注意，电磁力施加单元110能通过改变向被保持的熔融金属M2施加的磁场的强度和/或方向以及向被保持的熔融金属M2馈送的电流的大小和/或方向而调节向被保持的熔融金属M2施加的电磁力的强度和/或方向来使被保持的熔融金属M2成形为任意形状。这样，电磁力施加单元110能自由地限定铸造金属M3的截面形状。例如，电磁力施加单元110能铸造如图2所示的具有圆形的水平截面形状的铸造金属M3。
[0070]注意，尽管利用一对永磁体被用作磁场施加单元102的示例说明了图1和2所示的示例，但本发明并不限于这些示例。替换地，可设置一对电磁体作为磁场施加单元102。此外，可设置多对永磁体或电磁体作为磁场施加单元102。这些情况下，所述多对永磁体或电磁体可设置成围绕被保持的熔融金属M2的侧面。
[0071]再参照图1，支杆103支承磁场施加单元102。注意，支杆103连接到致动器104。
[0072]致动器104具有使磁场施加单元102经支杆103沿上/下方向(竖直方向)和沿水平方向移动的功能。这样，能使磁场施加单元102随着熔融金属表面由于铸造过程的进行而降低而向下移动。此外，由于磁场施加单元102能沿水平方向移动，故能自由地改变铸造金属M3在纵长方向上的形状。
[0073]冷却喷嘴(冷却单元)105在起动器ST和/或铸造金属M3上喷射冷却气体(例如氧、氮和氩)，并由此冷却起动器ST和/或铸造金属M3。通过在利用连接到起动器ST的上引机PL上引铸造金属M3的同时用冷却气体冷却起动器ST和/或铸造金属M3，位于凝固界面附近的被保持的熔融金属M2接连凝固并连续地形成铸造金属M3。
[0074]接下来将参照图1说明根据本示例性实施例的自由铸造方法。
[0075]首先，使起动器ST下降并浸入熔融金属Ml中。
[0076]接下来，起动器ST开始以预定速度被上引。注意，即使当起动器ST被拉引离开熔融金属表面时，熔融金属Ml也追随起动器ST并通过表面膜和/或表面张力从熔融金属表面上引(导出)。被上引的熔融金属Ml形成被保持的熔融金属M2。如图1所示，被保持的熔融金属M2形成在磁场施加单元102附近。结果，被保持的熔融金属M2成形为给定形状。
[0077]接下来，用从冷却喷嘴105喷射的冷却气体冷却起动器ST和铸造金属M3。结果，被保持的熔融金属M2从上侧朝下侧接连凝固，使得铸造金属M3生长。这样，能连续地铸造出铸造金属M3。
[0078]如上所述，根据本示例性实施例的自由铸造设备通过向被保持的熔融金属M2施加电磁力来限定要铸造的铸造金属M3的截面形状。这样，由于根据本示例性实施例的自由铸造设备能在不利用任何形状限定部件的情况下向被保持的熔融金属施加外力，故能减小施加在被保持的熔融金属上的局部负荷并且由此能提高起动器的上引速度。
[0079](与相关技术的差异)
[0080]下文参照图3和12详细说明根据本示例性实施例的自由铸造设备和相关技术之间的差异。图3是示出根据本示例性实施例的自由铸造设备的一部分的扩大剖视图。注意，图3示出在沿X轴方向看时图2所示的自由铸造设备。图12是用于说明相关技术中的问题的图。
[0081]首先，在图12所示的相关技术中，仅通过使形状限定部件108与被保持的熔融金属M2相接触而向被保持的熔融金属M2施加外力来使被保持的熔融金属M2成形为给定形状。结果，在被保持的熔融金属M2上施加有局部负荷，由此使被保持的熔融金属M2易于撕开。更具体地，例如，在被保持的熔融金属M2与形状限定部件108相接触的被保持的熔融金属区域A内施加有局部负荷。因此，存在被保持的熔融金属M2会在被保持的熔融金属区域A被撕开的可能性。此外，在上引方向从竖直方向倾斜的被保持的熔融金属区域B内，位于被保持的熔融金属区域B下方的全部被保持的熔融金属M2的重力和向被保持的熔融金属区域A施加的水平力的合力作为拉力被施加。因此，存在被保持的熔融金属M2会在被保持的熔融金属区域B被撕开的可能性。
[0082]与此相对，在根据本示例性实施例的自由铸造设备中，通过在不利用相关技术的接触式形状限定部件的情况下——即在不使任何物体与被保持的熔融金属M2相接触的情况下——向被保持的熔融金属M2施加电磁力来使被保持的熔融金属M2成形为给定形状。结果，局部负荷不易施加在被保持的熔融金属M2上，从而使被保持的熔融金属M2不易被撕开。因此，能提高起动器ST的上引速度。
[0083]注意，如图3所示，电磁力在与被保持的熔融金属M2中的电流路径垂直的方向上产生。因此，如图3所示，即使当被保持的熔融金属M2在纵长方向上具有弯曲形状时，电磁力也不会用作上引力。此外，代替局部地施加在被保持的熔融金属M2上的电磁力，可在被保持的熔融金属M2的宽范围上施加电磁力。由于这些原因，可以肯定地说即使在施加电磁力时被保持的熔融金属M2也不易被撕开。
[0084](根据第一示例性实施例的自由铸造设备的修改示例)
[0085]接下来，在下文中参照图4和5说明根据本示例性实施例的自由铸造设备的修改示例。图4是示出图1所示的自由铸造设备的修改示例的剖视图。与图1所示的自由铸造设备相比，图4所示的自由铸造设备还包括外形限定部件108a。图4所示的自由铸造设备的其它构型与图1所示的自由铸造设备相似，且因此省略其说明。
[0086]外形限定部件108a例如由陶瓷或不锈钢制成，并配置在熔融金属表面附近。在图4所示的示例中，外形限定部件108a配置成使得外形限定部件108a与熔融金属表面相接触。然而，外形限定部件108a可配置成使得其下侧主面(熔融金属表面侧)与熔融金属表面不接触。具体地，外形限定部件108a可配置成使得在下侧主面和熔融金属表面之间形成有预定间隙(例如，约0.5mm)。
[0087]与电磁力施加单元110相似，外形限定部件108a限定要铸造的铸造金属M3的外形(更具体地，要铸造的铸造金属M3的水平截面的外径)。
[0088]图5是外形限定部件108a的俯视图。注意，图4所示的外形限定部件108a的截面对应于沿图5的线1-1截取的截面。如图5所示，外形限定部件108a在从上部看时具有例如矩形形状，并在中央具有圆形开口。该开口用作供熔融金属通过的熔融金属通过部108b。这样，形状限定部件108由外形限定部件108a和熔融金属通过部108b构成。
[0089]再参照图4，外形限定部件108a经支杆109连接到致动器。致动器104具有使外形限定部件108a经支杆109沿上/下方向(竖直方向)和沿水平方向移动的功能。这样，能使外形限定部件108a随着熔融金属表面由于铸造过程的进行而降低而向下移动。此外，由于外形限定部件108a能沿水平方向移动，故能自由地改变铸造金属M3在纵长方向上的形状。
[0090]如上所述，图4所示的自由铸造设备除电磁力施加单元110外还包括形状限定部件108，以使得该自由铸造设备能以高精度限定铸造金属M3的截面形状。例如，图4所示的自由铸造设备首先利用形状限定部件108来使被保持的熔融金属M2粗略成形，然后利用电磁力施加单元110来使被保持的熔融金属M2成形为最终形状。这样一来，图4所示的自由铸造设备能以高精度限定铸造金属M3的截面形状。因此，图4所示的自由铸造设备能以高精度铸造出铸造金属M3。
[0091]注意，在图4所示的示例中，由于被保持的熔融金属M2利用电磁力施加单元110和形状限定部件108两者而成形为给定形状，故减小(分散)了由形状限定部件108施加在被保持的熔融金属M2上的局部负荷。因此，图4所示的自由铸造设备能提高起动器ST的上引速度。
[0092]<第二示例性实施例>
[0093]图6是示出根据第二示例性实施例的自由铸造设备的构成示例的剖视图。与图1所示的自由铸造设备相比，图6所示的自由铸造设备包括代替电磁力施加单元110(磁场施加单元102和电流输出单元107)的电磁力施加单元201。图6所示的自由铸造设备的其它构型与图1所示的自由铸造设备相似，且因此省略其说明。
[0094]电磁力施加单元201以交替方式向要上引的被保持的熔融金属M2施加沿与被保持的熔融金属M2的上引方向垂直的第一方向的磁场和沿相反方向的磁场。下文给出这一点的详细说明。
[0095]在图6所示的示例中，电磁力施加单元201包括一对转子和一对磁体(例如,永磁体)。所述一对磁体配置成围绕所述一对转子的外周面。所述一对转子配置成以被保持的熔融金属M2介于其间的状态彼此对向并构造成沿被保持的熔融金属M2的上引方向旋转。此外，所述一对磁体沿所述一对转子的周向以交替方式分别具有不同极性的磁极。注意，即使当所述一对转子旋转时，所述一对磁体的对向表面上的磁极也始终彼此相反。例如，当对向表面上的磁极中的一个磁极为N极时，对向表面上的磁极中的另一个磁极为S极。
[0096]图7是用于说明图6所示的自由铸造设备的操作的图。在图7所示的示例中，电磁力施加单元201使转子伴随着被保持的熔融金属M2的上引动作以互锁方式旋转，并由此向被保持的熔融金属M2施加竖直向上的电磁力。更具体地，电磁力施加单元201首先使转子伴随着被保持的熔融金属M2的上引动作以互锁方式旋转，并由此以交替方式产生沿与被保持的熔融金属M2的上引方向垂直的第一方向的磁场和沿相反方向的磁场。亦即，电磁力施加单元201产生沿与被保持的熔融金属M2的上引方向垂直的方向的交替磁场。此外，电磁力施加单元201向要上引的被保持的熔融金属M2施加沿与被保持的熔融金属M2的上引方向垂直的方向定向的交替磁场。更具体地，电磁力施加单元201以交替方式施加沿与被保持的熔融金属M2的上引方向垂直的第一方向和相反方向的所产生的磁场，同时通过使转子旋转来使磁场沿被保持的熔融金属M2的上引方向移动。每次向被保持的熔融金属M2施加磁场时，在被保持的熔融金属M2中产生涡电流并在使得所形成的电磁体被电磁力施加单元201吸引的方向上形成电磁体。注意，由于转子正沿被保持的熔融金属M2的上引方向旋转，故被保持的熔融金属M2追随转子并沿竖直向上的方向被吸引。这样，向被保持的熔融金属M2施加竖直向上的电磁力。
[0097]图8也是用于说明图6所示的自由铸造设备的操作的图。如图8所示，电磁力施加单元201能通过改变转子的转数、磁场的强度、磁场的方向等而调节向被保持的熔融金属M2施加的电磁力的强度和/或方向来使被保持的熔融金属M2成形为任意形状。这样，电磁力施加单元201能自由地限定铸造金属M3的截面形状。
[0098]如上所述，根据本示例性实施例的自由铸造设备能产生与第一示例性实施例相当的有利效果。此外，根据本示例性实施例的自由铸造设备能通过向被保持的熔融金属M2施加竖直向上的电磁力来抵消正被上引的被保持的熔融金属M2的重力。因此，根据本示例性实施例的自由铸造设备能使被保持的熔融金属M2不易被撕开。
[0099](根据第二示例性实施例的自由铸造设备的第一修改示例)
[0100]图9和10是示出图6所示的自由铸造设备的第一修改示例的扩大剖视图。与图6所示的自由铸造设备相比，图9和10所示的自由铸造设备包括代替电磁力施加单元201的电磁力施加单元202。图9和10所示的自由铸造设备的其它构型与图6所示的自由铸造设备相似，且因此省略其说明。
[0101]在图9所示的示例中，电磁力施加单元202包括多对电磁体，所述多对电磁体沿被保持的熔融金属M2的上引方向配置成以被保持的熔融金属M2介于其间的状态彼此对向。所述多对电磁体中的每对电磁体产生与相邻的一对(多对)电磁体具有不同磁场方向的交替磁场，并向被保持的熔融金属M2施加所产生的磁场。例如，当给定的一对电磁体产生沿第一方向的磁场时，相邻的一对(多对)电磁体产生沿与第一方向相反的方向的磁场。此夕卜，当给定的一对电磁体产生沿与第一方向相反的方向的磁场时，相邻的一对(多对)电磁体产生沿第一方向的磁场。注意，电磁力施加单元202通过周期性地改变流过构成所述多对电磁体的多个线圈的电流的方向来产生与所述多对电磁体对应的多个交替磁场。
[0102]对于上述构型，与电磁力施加单元201相似，电磁力施加单元202能以交替方式向被保持的熔融金属M2施加沿与被保持的熔融金属M2的上引方向垂直的第一方向的磁场和沿相反方向的磁场，同时使磁场沿被保持的熔融金属M2的上引方向移动。结果，与电磁力施加单元201相似，电磁力施加单元202能向被保持的熔融金属M2施加竖直向上的电磁力。
[0103]注意,如图10所示，电磁力施加单元202能通过改变流过各自构成所述多对电磁体中相应的一对电磁体的多个线圈的电流的大小等而调节向被保持的熔融金属M2施加的电磁力的强度和/或方向来使被保持的熔融金属M2成形为任意形状。电磁力施加单元202能自由地限定铸造金属M3的截面形状。
[0104](根据第二示例性实施例的自由铸造设备的第二修改示例)
[0105]图11是示出图6所示的自由铸造设备的第二修改示例的剖视图。与图6所示的自由铸造设备相比，图11所示的自由铸造设备还包括外形限定部件108a。图11所示的自由铸造设备的其它构型与图6所示的自由铸造设备相似，且因此省略其说明。
[0106]图11所示的自由铸造设备除电磁力施加单元201外还包括形状限定部件108，以使得该自由铸造设备能以高精度限定铸造金属M3的截面形状。例如，图11所示的自由铸造设备首先利用形状限定部件108来使被保持的熔融金属M2粗略成形，然后利用电磁力施加单元201来使被保持的熔融金属M2成形为最终形状。这样一来，图11所示的自由铸造设备能以高精度限定铸造金属M3的截面形状。因此，图11所示的自由铸造设备能以高精度铸造出铸造金属M3。
[0107]注意，在图11所示的示例中，由于被保持的熔融金属M2利用电磁力施加单元201和形状限定部件108两者而成形为给定形状，故减小了由形状限定部件108施加在被保持的熔融金属M2上的局部负荷。因此，图11所示的自由铸造设备能提高起动器ST的上引速度。
[0108]如上所述，上述根据第一和第二示例性实施例的自由铸造设备通过向被保持的熔融金属M2施加电磁力来限定要铸造的铸造金属M3的截面形状。这样，由于上述根据第一和第二示例性实施例的自由铸造设备能在不利用形状限定部件的情况下向被保持的熔融金属施加外力，故能减小施加在被保持的熔融金属上的局部负荷并且由此能提高起动器的上引速度。
[0109]尽管在上述示例性实施例中说明了铸造具有圆形的截面形状的金属铸件的示例，但本发明并不限于这些示例。本发明也能适用于铸造具有除圆形以外的截面形状(如棱形)的金属铸件的情形。
[0110]注意，本发明并不限于上述示例性实施例，且能作出各种修改而不脱离本发明的精神和范围。例如，上述构成示例可组合并同时使用。
[0111]根据这样描述的发明将显而易见的是，本发明的实施例能以许多方式变化。这些变化不应视为脱离了本发明的精神和范围，并且对本领域的技术人员来说将显而易见的所有这些修改都意图包括在所附权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种上引式连续铸造设备，所述上引式连续铸造设备在上引用于从保持在保持炉中的熔融金属的熔融金属表面导出熔融金属的导出部时让所述熔融金属凝固，并由此使所述熔融金属成形，所述上引式连续铸造设备包括用于向被保持的熔融金属施加非接触力的装置，所述被保持的熔融金属是已由所述导出部从所述熔融金属表面导出但尚未凝固的熔融金属。
2.根据权利要求1所述的上引式连续铸造设备，其中，向所述被保持的熔融金属施加电磁力。
3.根据权利要求2所述的上引式连续铸造设备，其中，向所述被保持的熔融金属施加的所述电磁力沿与该被保持的熔融金属的上引方向垂直的方向施加。
4.根据权利要求2所述的上引式连续铸造设备，其中，向所述被保持的熔融金属施加的所述电磁力沿与该被保持的熔融金属的上引方向相同的方向施加。
5.根据权利要求3所述的上引式连续铸造设备，还包括电磁力施加单元，所述电磁力施加单元通过向所述被保持的熔融金属施加所述电磁力来限定要铸造的金属铸件的截面形状，其中 所述电磁力施加单元包括: 电流输出单元，所述电流输出单元向所述被保持的熔融金属馈送电流；和 磁场施加单元，所述磁场施加单元向所述被保持的熔融金属施加磁场。
6.根据权利要求5所述的上引式连续铸造设备，其中，所述磁场施加单元产生沿与所述被保持的熔融金属的上引方向垂直的方向的所述磁场并向所述被保持的熔融金属施加所产生的磁场。
7.根据权利要求5或6所述的上引式连续铸造设备，其中，所述磁场施加单元的N极和S极配置成以所述被保持的熔融金属介于其间的状态彼此对向。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的上引式连续铸造设备，其中，所述磁场施加单元是永磁体。
9.根据权利要求5至7中任一项所述的上引式连续铸造设备，其中，所述磁场施加单元是电磁体。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的上引式连续铸造设备，其中，所述电流输出单元使电流从所述导出部经所述被保持的熔融金属流向保持在所述保持炉中的熔融金属，或者从保持在所述保持炉中的熔融金属经所述被保持的熔融金属流向所述导出部。
11.根据权利要求4所述的上引式连续铸造设备，还包括电磁力施加单元，所述电磁力施加单元通过向所述被保持的熔融金属施加所述电磁力来限定要铸造的金属铸件的截面形状，其中 所述电磁力施加单元以交替方式向要被上引的所述被保持的熔融金属施加沿与所述被保持的熔融金属的上引方向垂直的第一方向的磁场和沿相反方向的磁场。
12.根据权利要求11所述的上引式连续铸造设备，其中 所述电磁力施加单元至少包括: 一对转子，所述一对转子配置成以所述被保持的熔融金属介于其间的状态彼此对向，所述一对转子构造成沿所述被保持的熔融金属的上引方向旋转；和 一对磁体，所述一对磁体配置成围绕所述一对转子的外周面，并且 所述一对磁体沿所述一对转子的周向以交替方式分别具有不同极性的磁极。
13.根据权利要求12所述的上引式连续铸造设备，其中，所述一对磁体是永磁体。
14.根据权利要求12或13所述的上引式连续铸造设备，其中，所述电磁力施加单元通过改变所述一对转子的转数、所述磁场的强度和所述磁场的方向中的至少一者来改变要铸造的金属铸件的截面形状。
15.根据权利要求11所述的上引式连续铸造设备，其中 所述电磁力施加单元包括多对电磁体，所述多对电磁体沿所述被保持的熔融金属的上引方向配置成以所述被保持的熔融金属介于其间的状态彼此对向，并且 所述多对电磁体中的每对电磁体产生与相邻的一对电磁体具有不同磁场方向的交替磁场并向所述被保持的熔融金属施加所产生的磁场。
16.根据权利要求15所述的上引式连续铸造设备，其中 所述电磁力施加单元通过周期性地改变流过多对线圈的电流的方向来产生所述交替磁场，所述多对线圈中的每对线圈构成所述多对电磁体中相应的一对电磁体。
17.根据权利要求15或16所述的上引式连续铸造设备，其中，所述电磁力施加单元通过改变流过各自构成所述多对电磁体中相应的一对电磁体的多对线圈的电流的大小来改变要铸造的金属铸件的截面形状。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的上引式连续铸造设备，还包括配置在所述熔融金属表面附近的形状限定部件，所述形状限定部件构造成通过向所述被保持的熔融金属施加外力来限定要铸造的金属铸件的截面形状。
19.一种上引式连续铸造方法，所述上引式连续铸造方法用于在上引用于从保持在保持炉中的熔融金属的熔融金属表面导出熔融金属的导出部时让所述熔融金属凝固，并由此使所述熔融金属成形，所述上引式连续铸造方法包括向被保持的熔融金属施加电磁力并由此限定要铸造的金属铸件的截面形状，所述被保持的熔融金属是已由所述导出部从所述熔融金属表面导出但尚未凝固的熔融金属。
20.根据权利要求19所述的上引式连续铸造方法，其中，通过向所述被保持的熔融金属馈送电流并向所述被保持的熔融金属施加磁场来向所述被保持的熔融金属施加电磁力。
21.根据权利要求20所述的上引式连续铸造方法，其中，沿与所述被保持的熔融金属的上引方向垂直的方向向所述被保持的熔融金属施加磁场。
22.根据权利要求20或21所述的上引式连续铸造方法，其中，通过将磁体的N极和S极配置成以所述被保持的熔融金属介于其间的状态彼此对向来产生所述磁场。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的上引式连续铸造方法，其中，产生所述磁场的磁体是永磁体。
24.根据权利要求20至22中任一项所述的上引式连续铸造方法，其中，产生所述磁场的磁体是电磁体。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的上引式连续铸造方法，其中，电流从所述导出部经所述被保持的熔融金属向保持在所述保持炉中的熔融金属馈送，或者从保持在所述保持炉中的熔融金属经所述被保持的熔融金属向所述导出部馈送。
26.根据权利要求19所述的上引式连续铸造方法，其中，以交替方式向要被上引的所述被保持的熔融金属施加沿与所述被保持的熔融金属的上引方向垂直的第一方向定向的磁场和沿相反方向定向的磁场。
27.根据权利要求26所述的上引式连续铸造方法，其中 至少设置有一对转子和一对磁体，所述一对转子配置成以所述被保持的熔融金属介于其间的状态彼此对向并构造成沿所述被保持的熔融金属的上引方向旋转， 所述一对磁体配置成围绕所述一对转子的外周面，并且 所述一对磁体沿所述一对转子的周向以交替方式分别具有不同极性的磁极。
28.根据权利要求27所述的上引式连续铸造方法，其中，所述一对磁体是永磁体。
29.根据权利要求27或28所述的上引式连续铸造方法，其中，通过改变所述一对转子的转数、所述磁场的强度和所述磁场的方向中的至少一者来改变要铸造的金属铸件的截面形状。
30.根据权利要求26所述的上引式连续铸造方法，其中 设置有多对电磁体，所述多对电磁体沿所述被保持的熔融金属的上引方向配置成以所述被保持的熔融金属介于其间的状态彼此对向，并且 所述多对电磁体中的每对电磁体产生与相邻的一对电磁体具有不同磁场方向的交替磁场并向所述被保持的熔融金属施加所产生的磁场。
31.根据权利要求30所述的上引式连续铸造方法，其中，通过周期性地改变流过多对线圈的电流的方向来产生所述交替磁场，所述多对线圈中的每对线圈构成所述多对电磁体中相应的一对电磁体。
32.根据权利要求30或31所述的上引式连续铸造方法，其中，通过改变流过各自构成所述多对电磁体中相应的一对电磁体的多对线圈的电流的大小来改变要铸造的金属铸件的截面形状。
33.根据权利要求19至32中任一项所述的上引式连续铸造方法，其中，在由所述保持炉保持的熔融金属的熔融金属表面附近还配置有形状限定部件，所述形状限定部件构造成通过向所述被保持的熔融金属施加外力来限定要铸造的金属铸件的截面形状。
【文档编号】B22D11/11GK104338913SQ201410369566
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】棚桥文纪, 生田浩之, 杉浦直晋 申请人:丰田自动车株式会社