(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属に含まれている介在物を除去する介在物除去装置であって、
前記溶融金属が通過する主流路と、当該主流路に対して概ね垂直となるように配置された多穴管状部が内部に設けられたＵ字型流路部と、を有する溶融金属の流路を備え、
前記Ｕ字型流路部の外側に、当該Ｕ字型流路部を流れる前記溶融金属に対して高周波磁場を印加する高周波磁場印加手段を更に備え、
前記高周波磁場印加手段によって印加される前記高周波磁場は、
印加する当該高周波磁場の周波数をＦ（Ｈｚ）とし、前記溶融金属の導電率をσ（Ｓ／ｍ）とし、前記多穴管の穴の等価円直径をＤ（ｍ）としたとき、
１．０１×１０６×（σ×Ｄ２）−１≦Ｆ≦１．２４×１０７×（σ×Ｄ２）−１
を満足することを特徴とする介在物除去装置。
【請求項２】
前記Ｕ字型流路部の入口に、前記主流路に概ね垂直に着脱可能に配置され、前記溶融金属の流れを前記主流路から前記Ｕ字型流路部へ誘導する主流路堰を備えていることを特徴とする請求項１に記載の介在物除去装置。
【請求項３】
前記主流路に設けられたｎ個（ｎ≧２）の前記主流路堰と、
前記主流路堰の配置方向に対して隣り合う前記主流路堰の間に位置し、かつ、前記Ｕ字型流路部の底部の隙間の流路に概ね垂直に配置され、前記底部の隙間の流路を遮断する（ｎ−１）個の底部堰と、
を備え、前記溶融金属の流れ方向に接続されたｎ個の前記Ｕ字型流路部を形成することを特徴とする請求項２に記載の介在物除去装置。
【請求項４】
前記多穴管の穴の寸法は、等価円直径で、５ｍｍ〜２５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の介在物除去装置。
【請求項５】
前記Ｕ字型流路部は、前記主流路と着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の介在物除去装置。
【請求項６】
前記主流路が概ね水平に、前記Ｕ字型流路部が概ね鉛直方向に設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の介在物除去装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の介在物除去装置による、溶融金属に含まれている介在物を除去する介在物除去方法であって、
（ａ）流路に沿って前記溶融金属を通過させる工程と、
（ｂ）前記溶融金属の流れの方向を変化させる工程と、
（ｃ）流れの方向が変化した前記溶融金属を複数の経路に分流させる工程と、
（ｄ）分流された前記溶融金属に高周波磁場を印加して前記溶融金属に含有される介在物を前記複数の経路の内壁に移動させて捕捉する工程と、
（ｅ）前記高周波磁場が印加された上記溶融金属を次の工程に送る工程と、
を備えていることを特徴とする介在物除去方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属中の介在物を除去する介在物除去装置及び介在物除去方法に関する。特に、浮上分離や濾過により除去できない微小介在物を効率良く除去するとともに、簡便に設置可能で、かつ、装置を構成する各部材や各手段の交換が可能な介在物除去装置及び介在物除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料の高品質、高信頼性の要求から、金属材料の鋳造工程における介在物の分離除去が必要不可欠である。従来、鋳造工程における介在物の分離除去方法として、浮上分離、濾過等の技術が実用化されている。
【０００３】
浮上分離による介在物の分離除去方法は、溶融金属と介在物の密度差により浮上させて分離するものであるが、数十ミクロン以下のサイズの介在物は浮上速度が小さく、浮上しないのが現状である。また、濾過による介在物の分離除去方法は、濾過媒体の細孔の大きさで、捕捉できる介在物の大きさが決まってしまう。そのため、溶湯処理量や閉塞の観点から現実的な細孔の大きさには下限があり、必ずしも対象とする微小介在物を除去できるとは限らなかった。
【０００４】
そこで、新しい技術として電磁力を利用して溶融金属中の介在物を所定の方向に移動させて捕捉、除去する方法が種々提案されている。電磁力を利用して介在物を捕捉する方法として、例えば以下の方法が提案されている。
【０００５】
特許文献１では、連続鋳造において、ノズルあるいはホットトップ部に高周波磁場を印加し介在物をノズル内壁あるいはホットトップ部内壁に捕捉する方法が提案されている。
【０００６】
また、特許文献２では、流動拘束媒体（格子状フィルター、細管束、細孔を有するフィルター、小型耐火物片からなる充填層）中の溶融金属に回転誘導磁界を作用させ、電磁力により溶融金属がマクロ的に回転方向に流動しようとするのを、流動拘束媒体により流動を拘束し、溶融金属が流動しようとする方向とは逆向きに介在物を移動させて補足する方法が提案されている。
【０００７】
また、非特許文献１では、交流磁場と細管束を用いた溶融金属中の非金属介在物の除去方法について基本理論が説明されている。
【特許文献１】特許第３１２７７３６号公報
【特許文献２】特許第３３５７８８６号公報
【非特許文献１】山尾文孝、佐々健介、岩井一彦、浅井滋生、「鉄と鋼」、８３（１９９７）１、ｐ．３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、電磁力を利用する方法の実際の鋳造工程への適用を考えた場合、除去効果が不十分であったり、捕捉した介在物の処理方法に問題があったり、装置構成が複雑であったり等の理由により、実際の鋳造工程への導入は困難であるものばかりである。
【０００９】
例えば、上述した特許文献１の方法では、ノズルにおいて、一般にノズル内は非常に大きな流速であるから、電磁力が介在物を壁面に移動させようとする力よりも溶湯の流れが介在物を押し流す力が勝り、介在物除去効率が著しく低下するという問題があった。また、スライディングゲート等による流量調整によりノズル内の流速は変動することが考えられるが、この時一旦壁面に捕捉された介在物が脱落し再び溶湯中に巻き込まれてしまい、脱落した介在物を再度捕捉する手段もなくそのまま鋳型内に流入し、鋳塊中に混入してしまうという問題もあった。
【００１０】
また、ホットトップ部において、高周波磁場の表皮厚さ領域は鋳型内の断面積に比べ非常に小さいため、溶湯流動による介在物の移動を考慮したとしても介在物除去効率としては低いものになってしまう。また、鋳型内の溶湯流動の変動や凝固条件の変動により、捕捉された介在物が脱落したり、凝固殻に付着して鋳塊中に巻き込まれたりするという問題もあった。
【００１１】
また、上述した特許文献２の方法では、ノズルの途中に装置を設置する場合、特許文献１の理由と同様に、溶湯流速が非常に大きいために介在物除去効率が著しく低下してしまうという問題があった。解決策として、流動拘束媒体部分の流路総断面積を大きくして流速を小さくすることが考えられるが、重力の影響を大きく受けるこのような構成においては、流速を減少させることは容易ではない。また、ノズルから流動拘束媒体にかけての流路総断面積の拡大においては、流動拘束媒体内において溶湯流速に偏りが生じ易く、均一な溶湯流れが形成されず、介在物の除去効率を低下させる要因となってしまう。
【００１２】
また、介在物が流動拘束媒体内に蓄積した場合には流動拘束媒体の交換が必要となるが、その点についてはまったく考慮されていない。このような装置を単に溶融金属流路に直線的に配置した場合、連続鋳造途中に装置内流路が閉塞した時の対処が非常に困難となってしまうという問題がある。また、鋳造休止時に交換するにしても、非常に大掛かりな施工が必要となり実現性に乏しい。また、ノズル内の溶湯流速の変動の影響を大きく受け、捕捉した介在物が脱落した場合にはそのまま鋳型内溶湯中に巻き込まれることになってしまう。
【００１３】
また、上述した非特許文献１の方法では、溶融金属に交流磁場を印加するとき、表皮効果により電磁力の作用する領域が溶融金属表層部に限定される。また、非導電性の細束管を使用することで、個々の流路内の溶融金属にほぼ均等に交流磁場が作用するため、全体として電磁力作用領域の占める割合を増加させることができ、介在物除去効率が向上するが、実工程に導入するためにはすでに述べたとおり、設置方法、交換方法、などが重要な事項であり、本文献においてはそれらについての提案はなされていない。
【００１４】
また、上述したように、実工程に導入可能な電磁力を利用した溶融金属中の介在物の除去方法は未だ確立されてはいない。
【００１５】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、浮上分離や濾過により除去できない微小介在物を効率良く除去するとともに、簡便に設置可能で、かつ、装置を構成する各部材や各手段の交換が可能な介在物除去装置及び介在物除去方法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】
【００１６】
上述した従来の問題点を解決すべく下記の発明を提供する。
本発明の第１の態様にかかる介在物除去装置は、溶融金属に含まれている介在物を除去する介在物除去装置であって、前記溶融金属が通過する主流路と、当該主流路に対して概ね垂直となるように配置された多穴管状部が内部に設けられたＵ字型流路部と、を有する溶融金属の流路を備え、前記Ｕ字型流路部の外側に、当該Ｕ字型流路部を流れる前記溶融金属に対して高周波磁場を印加する高周波磁場印加手段を更に備え、前記高周波磁場印加手段によって印加される前記高周波磁場は、印加する当該高周波磁場の周波数をＦ（Ｈｚ）とし、前記溶融金属の導電率をσ（Ｓ／ｍ）とし、前記多穴管の穴の等価円直径をＤ（ｍ）としたとき、
１．０１×１０６×（σ×Ｄ２）−１≦Ｆ≦１．２４×１０７×（σ×Ｄ２）−１
を満足することを特徴とする。 
【００１７】
この手段により、多穴管を使用するため、多穴管内を流れる個々の流路の溶融金属に対して高周波磁場を作用させることができ、介在物除去能力を向上させることができる。また、高周波コイルはＵ字型流路部の外側に配置されるため、設置および移動が可能である。
また、上述した高周波磁場の条件により、介在物の除去効率が向上する。一般に、周波数が低いほど電磁力作用領域は大きくなるが溶融金属の流動に与える影響が大きくなり、電磁力による介在物の移動を阻害する。周波数を高くするにつれて表層における電磁力は大きくなり介在物を移動させる力が大きくなるが、電磁力作用領域は小さくなり、除去効率が低下する。これらのことから、溶融金属および介在物の種別に応じて、最適な多穴管の穴の寸法および高周波磁場の周波数を選定することが重要である。
【００１８】
本発明の第２の態様にかかる介在物除去装置は、本発明の第１の態様にかかる介在物除去装置において、前記Ｕ字型流路部の入口に、前記主流路に概ね垂直に着脱可能に配置され、前記溶融金属の流れを前記主流路から前記Ｕ字型流路部へ誘導する主流路堰を備えていることを特徴とする。
【００１９】
この手段により、Ｕ字型流路部の凹部（湯溜まり部）の内部に多穴管を配置し、多穴管の主流路側に主流路堰を設け、Ｕ字型流路部の外側から高周波磁場を印加するというように、簡単な構成となっており、設置が容易である。また、主流路堰は取り外しが可能で、交換が容易である。
【００２０】
したがって、以上のことから、装置の設置が容易で、優れた介在物除去効果が得られるとともに、介在物捕捉部材の交換が可能で常に高い介在物除去効果を保つことができる。その結果、介在物の少ない清浄な鋳塊を得ることができる。
【００２１】
本発明の第３の態様にかかる介在物除去装置は、本発明の第２の態様にかかる介在物除去装置において、前記主流路に設けられたｎ個（ｎ≧２）の前記主流路堰と、当該主流路堰の配置方向に対して隣り合う前記主流路堰の間に位置し、かつ、前記Ｕ字型流路部の底部の隙間の流路に概ね垂直に配置され、前記底部の隙間の流路を遮断する（ｎ−１）個の底部堰と、を備え、前記溶融金属の流れ方向に接続されたｎ個の前記Ｕ字型流路部を形成することを特徴とする。
【００２２】
この手段により、主流路堰と底部堰を多穴管の上下に（Ｕ字型流路部内で多穴管を上下方向に配置した場合に）複数箇所設置して高周波磁界内にて溶湯を複数回往復させることにより、即ち、介在物の捕捉に必要な時間を長くすることにより、複数のコイルを設置することなく一つの装置でタンデム設置と同等の除去効率を実現することができる。
【００２３】
本発明の第４の態様にかかる介在物除去装置は、本発明の第１から３のいずれか１つの態様にかかる介在物除去装置において、前記多穴管の穴の寸法は、等価円直径で、５ｍｍ〜２５ｍｍの範囲であることを特徴とする。
【００２４】
等価円直径を５ｍｍ〜２５ｍｍの範囲にすることにより、介在物の除去効率が向上する。ここで、等価円直径とは、穴断面と断面積が等価な円の直径をいう。これは、等価円直径が５ｍｍ未満においても適切な周波数を選定することで介在物の除去は可能であるが、捕捉された介在物による多穴管の閉塞の危険が増すため、望ましくないためである。また、等価円直径が２５ｍｍより大きい場合も介在物の除去は可能であるが、前述のように表皮効果によって電磁力作用領域の占める割合が小さくなるため除去効率は著しく低下するためである。
【００２７】
本発明の第５の態様にかかる介在物除去装置は、本発明の第１から４のいずれか１つの態様にかかる介在物除去装置において、前記Ｕ字型流路部は、前記主流路と着脱可能に構成されていることを特徴とする。 
【００２８】
この手段により、Ｕ字型流路部および多穴管は取り外しが可能で、捕捉された介在物がＵ字型流路部や多穴管を閉塞させる前に交換することが容易となり、常に高い介在物除去効果を保つことができる。その結果、介在物の少ない清浄な鋳塊を得ることができる。
【００２９】
本発明の第６の態様にかかる介在物除去装置は、本発明の第１から５のいずれか１つの態様にかかる介在物除去装置において、前記主流路が概ね水平に、前記Ｕ字型流路部が概ね鉛直方向に設けられていることを特徴とする。 
【００３０】
この手段により、Ｕ字型流路部、多穴管、主流路堰、高周波コイルなどの介在物捕捉部材の交換がきわめて容易となり、常に高い介在物除去効果を保つことができる。その結果、介在物の少ない清浄な鋳塊を得ることができる。
【００３１】
本発明の第１の態様にかかる介在物除去方法は、上述した本発明の第１から６のいずれか１つの態様にかかる介在物除去装置による、溶融金属に含まれている介在物を除去する介在物除去方法であって、（ａ）流路に沿って前記溶融金属を通過させる工程と、（ｂ）前記溶融金属の流れの方向を変化させる工程と、（ｃ）流れの方向が変化した前記溶融金属を複数の経路に分流させる工程と、（ｄ）分流された前記溶融金属に高周波磁場を印加して前記溶融金属に含有される介在物を前記複数の経路の内壁に移動させて捕捉する工程と、（ｅ）前記高周波磁場が印加された上記溶融金属を次の工程に送る工程と、を備えていることを特徴とする。 
【００３２】
この手段により、複数の経路に分流された溶融金属に対して効果的に高周波磁場を作用させることができ、介在物除去能力を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、多穴管が内部に設けられたＵ字型流路部を使用するため、多穴管内を流れる個々の流路の溶融金属に対して高周波磁場を作用させることができ、介在物除去能力を向上させることができる。また、装置構成が簡単で、介在物捕捉部材の交換がきわめて容易となり、常に高い介在物除去効果を保つことができる。その結果、介在物の少ない清浄な鋳塊を得ることができる。
【００３４】
また、介在物除去装置を鋳型周辺の溶湯流動の変動の影響を受けにくい上流に配置することにより、変動による捕捉介在物の脱落の危険は極めて小さく、安定した介在物除去処理が可能である。また、溶融金属の主流路にＵ字型流路部をタンデムに複数個設置して高周波コイル内にて溶湯を複数回往復させることにより、即ち、介在物の捕捉に必要な時間を長くすることにより、介在物の除去効率を向上させることができる。
【００３５】
また、本装置の上流側もしくは下流側の溶湯移送部の溶湯高さをモニターすることにより、連続鋳造の途中に多穴管の閉塞が生じた場合でも瞬時に把握することが可能である。
【００３６】
したがって、以上のことから、装置の設置が容易で、優れた介在物除去効果が得られるとともに、介在物捕捉部材の交換が可能で常に高い介在物除去効果を保つことができる。その結果、介在物の少ない清浄な鋳塊を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
この発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと同等なもので置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【００３８】
図１は、本発明を適用可能な介在物除去装置１０の断面模式図の一例である。図１では、溶融金属の流路が概ね水平である場合を示し、多穴管の穴の断面寸法および形状がすべての穴で同一である場合を示している。図１に示すように、介在物除去装置１０は、溶融金属８０が水平方向（ｘ方向）に流れる溶融金属の主流路（以下、単に主流路とする）１１の途中に湯溜まり部（凹部）１２が配置されているものである。図１において、湯溜まり部１２は、Ｕ字型の流路部である。
【００３９】
また、湯溜まり部１２の外周に巻きつけられるように、溶融金属８０に対して高周波磁場を印加する高周波コイル１４が配置されている。また、湯溜まり部１２の底部１２ａには、残湯排出口１６が配置され、湯溜まり部１２に残った不必要な溶融金属８０を取り除くようになっている。
【００４０】
また、湯溜まり部１２の内部には、多穴管１３の長手方向が鉛直方向（ｙ方向）となるように、かつ、湯溜まり部１２の底部１２ａの近傍に所定の隙間（以下、底部空間路と呼ぶ）１７を残して、多穴管１３が埋め込まれている。また、多穴管１３の上部の水平方向の中心位置近傍に、主流路堰１５が、主流路１１に対して概ね垂直に、主流路１１を遮断するように配置されている。ここで、主流路堰１５より上流側の（図１中の主流路堰１５より左側の）主流路１１を上流側水平流路１１ａと呼び、主流路堰１５より下流側の（図１中の主流路堰１５より右側の）主流路１１を下流側水平流路１１ｂと呼ぶ。
【００４１】
上述した湯溜まり部１２、多穴管１３及び主流路堰１５によって、主流路１１を通る溶融金属８０は、図１の白抜き矢印８５に示すように、上流側水平流路１１ａ、主流路堰１５より上流側の（図１中の主流路堰１５より左側の）多穴管１３の穴（以下、上流側多穴管流路と呼ぶ）１３ａ、底部空間路１７、主流路堰１５より下流側の（図１中の主流路堰１５より右側の）多穴管１３の穴（以下、下流側多穴管流路と呼ぶ）１３ｂ、及び下流側水平流路１１ｂを順に通る、溶融金属８０のＵ字型流路１９を形成する。
【００４２】
多穴管１３の材質は、溶融金属の温度に耐えうる材質である。良導電性である場合には、多穴管１３自体に誘導電流が発生し、多穴管１３が加熱されるとともに溶融金属８０に作用する高周波磁場が弱まる。このような場合でも介在物の除去は可能であるが、より効率的な除去においては導電性の低い耐火物が望ましい。また、多穴管１３は、複数この貫通する穴を有した柱状の管である。
【００４３】
次に、多穴管１３の穴の断面形状及び配置について説明する。図２は、多穴管１３の長手方向に対して垂直な方向の断面模式図の一例である。図２（ａ）は、多穴管１３の外形が四角柱で、多穴管１３の穴の断面形状が円形である場合の穴の配列を示した図である。図２（ｂ）は、多穴管１３の外形が円柱で、多穴管１３の穴の断面形状が円形である場合の穴の配列を示した図である。図２（ｃ）は、多穴管１３の外形が四角柱で、多穴管１３の穴の断面形状が四角形である場合の穴の配列を示した図である。図２（ｄ）は、多穴管１３の外形が六角柱で、多穴管１３の穴の断面形状が三角形である場合の穴の配列を示した図である。
【００４４】
上述したように、多穴管１３の外形は円柱状であっても多角柱状であっても、その他の形状であっても良い。また、多穴管１３の穴の断面形状は円形であっても多角形であっても、その他の形状であっても良い。多穴管１３の穴の配置は正方格子や三角格子その他でも良い。
【００４５】
また、多穴管１３の長さは、介在物の捕捉に必要な時間の観点からは長い方が除去効率を向上させることができる。装置の設置スペースその他の制約を受けるため無制限に長くはできないものの、望ましくは１００ｍｍ以上である。
【００４６】
また、等価円直径を５ｍｍ〜２５ｍｍの範囲にすることにより、介在物の除去効率が向上する。これは、等価円直径が５ｍｍ未満においても適切な周波数を選定することで介在物の除去は可能であるが、捕捉された介在物による多穴管１３の閉塞の危険が増すため、望ましくないためである。また、等価円直径が２５ｍｍより大きい場合も介在物の除去は可能であるが、前述のように表皮効果によって電磁力作用領域の占める割合が小さくなるため除去効率は著しく低下するためである。
【００４７】
また、溶融金属８０および介在物の種別に応じて、最適な多穴管１３の穴の寸法および高周波コイル１４によって印加される高周波磁場の周波数を選定することが重要である。多穴管１３穴の断面形状を円形と仮定し、その直径をＤ（ｍ）、表皮厚さをδ（ｍ）として、Ｄとδの適切な関係を考える。
【００４８】
一般に、Ｄが２δ以下の場合、表皮効果が弱まると共に誘導電流が低下し電磁力が小さくなる。また、Ｄがδよりもはるかに大きい場合は、電磁力は表面のみに作用するので溶融金属８０の大部分には電磁力が作用せず、介在物の除去効率は著しく低下する。
【００４９】
そこで、介在物の除去効率をηとしたとき、ηはＤ＝２δのとき最大となり、Ｄ＞２δのときは、全断面積中に占める表皮厚さ領域の断面積の比で見積もることができる。すなわち、Ｄ＞２δのとき、
η＝４×｛（δ／Ｄ）−（δ／Ｄ）２｝  ・・・・・・（１）
と表現される。介在物の除去効率（η）とＤ／δとの関係式（１）をグラフ化した図が図３である。図３では、横軸にＤ／δを、縦軸にηを取っている。ここで、実用的な除去率としてη≧０．５を考えると、Ｄ／δの上限はおよそ７であることから、
２  ≦  Ｄ／δ  ≦  ７  ・・・・・・（２）
が適切な範囲と考えられる。
【００５０】
一方、表皮厚さ（δ）は、δ=（πμσＦ）−０．５であるから（μは透磁率で１．２６×１０−６Ｈ／ｍ、Ｆ（Ｈｚ）は印加する高周波磁場の周波数、σ（Ｓ／ｍ）は溶融金属８０の導電率）、これを関係式（２）に代入し、Ｆについて解くと、
１．０１×１０６×（σ×Ｄ２）−１≦Ｆ≦１．２４×１０７×（σ×Ｄ２）−１  ・・（３）
が導かれる。
【００５１】
したがって、関係式（３）を満足するような磁場を印加することにより、介在物の除去効率を向上させることができる。
【００５２】
上述したように、湯溜まり部１２の内部に多穴管１３を配置し、多穴管１３の上部に主流路堰１５を設け、湯溜まり部１２の外側から高周波磁場を高周波コイル１４によって印加するというように、簡単な構成となっており、設置が容易である。また、高周波コイル１４は湯溜まり部１２の外側に配置されるため、下部空間からの設置および移動が可能である。また、多穴管１３および主流路堰１５はその上部空間より取り外しが可能で、交換が容易である。
【００５３】
また、多穴管１３を使用するため、多穴管１３の内部を流れる個々の流路の溶融金属８０に対して高周波磁場を作用させることができ、介在物除去能力を向上させることができる。また、介在物除去装置１０を鋳型周辺の溶湯流動の変動の影響を受けにくい上流に配置することにより、変動による捕捉介在物の脱落の危険は極めて小さく、安定した介在物除去処理が可能である。
【００５４】
また、介在物除去装置１０の上流側もしくは下流側の溶湯移送部の溶湯高さをモニターすることにより、連続鋳造の途中に多穴管１３の閉塞が生じた場合でも瞬時に把握することが可能である。
【００５５】
したがって、以上のことから、装置の設置が容易で、優れた介在物除去効果が得られるとともに、介在物捕捉部材（ここでは、多穴管１３、高周波コイル１４及び主流路堰１５である）の交換が可能で常に高い介在物除去効果を保つことができる。その結果、介在物の少ない清浄な鋳塊を得ることができる。
【００５６】
次に、本発明を適用可能な図１とは別な介在物除去装置の一例を、図４から図６を参照して説明する。
【００５７】
図４は、穴の断面寸法が水平方向の位置で異なる多穴管を使用した介在物除去装置２０の断面模式図の一例である。図５は、穴の断面寸法が水平方向及び鉛直方向の位置で異なる多穴管を使用した介在物除去装置３０の断面模式図の一例である。図６は、２個の主流路堰と１個の底部堰を使用した介在物除去装置４０の断面模式図の一例である。以下、図１に示した介在物除去装置１０と異なる点について説明する。また、同じ符号の部材は介在物除去装置１０と同様である。
【００５８】
図４に示す介在物除去装置２０において、介在物除去装置１０と異なる点は、多穴管１３の替わりに、多穴管２３を配置したところである。多穴管２３は、上流側多穴管流路２３ａとなる主流路堰１５より上流側の（図４中の主流路堰１５より左側の）多穴管２３の穴の断面寸法と、下流側多穴管流路２３ｂとなる主流路堰１５より下流側の（図４中の主流路堰１５より右側の）多穴管２３の穴の断面寸法とが異なっている。ここでは、上流側多穴管流路２３ａとなる多穴管２３の穴の断面寸法のほうが、下流側多穴管流路２３ｂとなる多穴管２３の穴の断面寸法より大きい場合である。
【００５９】
上述した湯溜まり部１２、多穴管２３及び主流路堰１５によって、主流路１１を通る溶融金属８０は、図４の白抜き矢印８５に示すように、上流側水平流路１１ａ、上流側多穴管流路２３ａ、底部空間路１７、下流側多穴管流路２３ｂ、及び下流側水平流路１１ｂを順に通る、溶融金属８０のＵ字型流路２９を形成する。
【００６０】
上述したように、多穴管２３の穴の寸法または形状を異なるものにすることにより、介在物の捕捉能力に違いを持たせることができ、フィルタリングにおける粗濾過と精密濾過のような効果を発現させることができる。
【００６１】
図５に示す介在物除去装置３０において、介在物除去装置１０と異なる点は、多穴管１３の替わりに、多穴管３３を配置したところである。多穴管３３は、上流側多穴管流路３３ａとなる主流路堰１５より上流側の（図５中の主流路堰１５より左側の）多穴管３３の穴の断面寸法と、下流側多穴管流路３３ｂとなる主流路堰１５より下流側の（図５中の主流路堰１５より右側の）多穴管３３の穴の断面寸法とが異なっている。
【００６２】
更に、上流側多穴管流路３３ａの上流部（図５中の上部）３４ａの多穴管３３の穴の断面寸法と、上流側多穴管流路３３ａの下流部（図５中の下部）３４ｂの多穴管３３の穴の断面寸法とが異なっている。また、下流側多穴管流路３３ｂの上流部（図５中の上部）３５ａの多穴管３３の穴の断面寸法と、下流側多穴管流路３３ｂの下流部（図５中の下部）３５ｂの多穴管３３の穴の断面寸法とが異なっている。
【００６３】
ここでは、上流側多穴管流路３３ａの上流部３４ａの多穴管３３の穴の断面寸法、上流側多穴管流路３３ａの下流部３４ｂの多穴管３３の穴の断面寸法、下流側多穴管流路３３ｂの下流部３５ｂの多穴管３３の穴の断面寸法、下流側多穴管流路３３ｂの上流部３５ａの多穴管３３の穴の断面寸法の順に小さくなっている場合である。
【００６４】
上述した湯溜まり部１２、多穴管３３及び主流路堰１５によって、主流路１１を通る溶融金属８０は、図５の白抜き矢印８５に示すように、上流側水平流路１１ａ、上流側多穴管流路３３ａの上流部３４ａ、上流側多穴管流路３３ａの下流部３４ｂ、底部空間路１７、下流側多穴管流路３３ｂの下流部３５ｂ、下流側多穴管流路３３ｂの上流部３５ａ、及び下流側水平流路１１ｂを順に通る、溶融金属８０のＵ字型流路３９を形成する。
【００６５】
上述したように、多穴管３３の穴の寸法または形状を異なるものにすることにより、介在物の捕捉能力に違いを持たせることができ、フィルタリングにおける粗濾過と精密濾過のような効果を発現させることができる。
【００６６】
図６に示す介在物除去装置４０において、介在物除去装置１０と異なる点は、多穴管４３の上部に、主流路堰１５ａ及び主流路堰１５ｂが、主流路１１に対して概ね垂直に、主流路１１を遮断するように、概ね平行に配置されているところである。また、水平方向の主流路堰１５ａ及び主流路堰１５ｂの中間位置における多穴管４３の下部に、底部堰１８が、底部空間路１７に対して概ね垂直に、底部空間路１７を遮断するように配置されているところである。また、湯溜まり部１２の底部１２ａには、底部堰１８より上流側（図６中の底部堰１８より左側）及び下流側（図６中の底部堰１８より右側）にそれぞれ残湯排出口１６ａ及び１６ｂが配置されているところである。
【００６７】
上述した湯溜まり部１２、多穴管４３、主流路堰１５ａ、主流路堰１５ｂ、及び底部堰１８によって、主流路１１を通る溶融金属８０は、図６の白抜き矢印８５に示すように、上流側水平流路１１ａ、主流路堰１５ａより上流側の（図６中の主流路堰１５ａより左側の）多穴管４３の穴である多穴管流路４３ａ、底部堰１８より上流側の（図６中の底部堰１８より左側の）底部空間路１７ａ、主流路堰１５ａより下流側の（図６中の主流路堰１５ａより右側でかつ底部堰１８より左側の）多穴管４３の穴である多穴管流路４３ｂ、及び中間水平流路１１ｃを順に通る溶融金属８０のＵ字型流路４９ａと、中間水平流路１１ｃ、主流路堰１５ｂより上流側の（図６中の主流路堰１５ｂより左側でかつ底部堰１８より右側の）多穴管４３の穴である多穴管流路４３ｃ、底部堰１８より下流側の（図６中の底部堰１８より右側の）底部空間路１７ｂ、主流路堰１５ｂより下流側の（図６中の主流路堰１５ｂより右側の）多穴管４３の穴である多穴管流路４３ｄ、及び下流側水平流路１１ｂを順に通る溶融金属８０のＵ字型流路４９ｂと、を形成する。
【００６８】
上述したように、主流路堰１５ａ及び１５ｂと底部堰１８を多穴管４３の上下に設置して高周波コイル１４内にて溶湯を２回往復させることにより、即ち、介在物の捕捉に必要な時間を長くすることにより、２個の高周波コイル１４を設置することなく一つの装置で、タンデム設置と同等の除去効率を実現することができる。
【００６９】
また、本発明の実施形態に係る介在物除去方法は、例えば上述の介在物除去装置を用いて、以下の工程を備えた方法である。すなわち、（ａ）流路に沿って前記溶融金属を通過させる工程と、（ｂ）前記溶融金属の流れの方向を変化させる工程と、（ｃ）流れの方向が変化した前記溶融金属を複数の経路に分流させる工程と、（ｄ）分流された前記溶融金属に高周波磁場を印加して前記溶融金属に含有される介在物を前記複数の経路の内壁に移動させて捕捉する工程と、（ｅ）前記高周波磁場が印加された上記溶融金属を次の工程に送る工程と、を備えている。よって、複数の経路に分流された溶融金属に対して効果的に高周波磁場を作用させることができ、介在物除去能力を向上させることができる。
【実施例】
【００７０】
本実施例では、溶解炉にて所定量の銅を溶解し、樋を介して鋳型に鋳込む装置において、上述した図１の介在物除去装置１０及び図４の介在物除去装置２０を設置した場合について、あるいは、設置しなかった場合について、介在物の除去効果を調査した。
【００７１】
深さ２５０ｍｍ×幅１５０ｍｍの寸法の主流路１１の途中に、深さ２００ｍｍ×長さ３５０ｍｍの湯溜まり部１２を設置し、湯溜まり部１２の外周に高周波コイル１４を巻き付けた。また、湯溜まり部１２の湯溜まり部１２の内部には、多穴管１３の長手方向が鉛直方向（ｙ方向）となるように、かつ、底部空間路１７を残して、多穴管１３が埋め込まれている。
【００７２】
また、多穴管１３の上部の水平方向の中心位置近傍に、主流路堰１５が、主流路１１に対して概ね垂直に、主流路１１を遮断するように配置されている。上述した湯溜まり部１２、多穴管１３及び主流路堰１５によって、溶融金属８０のＵ字型流路１９を形成している。
【００７３】
また、１２５０℃で溶解した無酸素銅の溶融金属８０に、介在物として−３２５メッシュの炭化クロム粒子を溶解炉に予め０．５ｍａｓｓ％になるよう配合し、分散させた。高周波コイル１４による交流磁場を印可したＵ字型流路１９に溶融金属８０を０．５ｋｇ／ｓｅｃの通過量となるよう流通させ、鋳型に鋳込んだ。
【００７４】
また、１２５０℃で溶解したＣｕ−８Ｓｎ−０．０３Ｐ（ｍａｓｓ％）合金、Ｃｕ−２Ｆｅ−０．１Ｚｎ−０．０２Ｐ（ｍａｓｓ％）合金、Ｃｕ−２．５Ｎｉ−０．５Ｓｉ−０．０３Ｍｎ（ｍａｓｓ％）合金およびＣｕ−０．２Ｃｒ（ｍａｓｓ％）合金の溶融金属８０に、介在物として−３２５メッシュの炭化クロム粒子を溶解炉に予め０．５ｍａｓｓ％になるよう配合し、分散させた。高周波コイル１４による交流磁場を印可したＵ字型流路１９に溶融金属８０を０．５ｋｇ／ｓｅｃの通過量となるよう流通させ、鋳型に鋳込んだ。
【００７５】
上述した介在物除去装置１０及び介在物除去装置２０の上流側及び下流側における溶融金属８０中の介在物の量の変化を測定し、測定した結果を表１に示す。尚、実施例として、下記の条件Ａ、条件Ｂ及び条件Ｃに基づいた結果を示した。また、比較例として条件Ｄの結果も示した。ここで、介在物の量は、鋳塊の断面を研磨し、光学顕微鏡観察により、１ｃｍ２あたりの粒子の個数を数えた。
【００７６】
【表１】
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条件Ａは、図１に示した介在物除去装置１０を樋に設置し、高周波コイル１４による高周波磁場の周波数を３ｋＨｚとした場合である。溶湯材質を無酸素銅とし、多穴管１３の穴の直径を５ｍｍまたは１０ｍｍまたは２５ｍｍまたは３５ｍｍとし、多穴管１３の穴の数を上流側多穴管流路１３ａと下流側多穴管流路１３ｂでそれぞれ１００個または２５個または４個または２個とし、多穴管１３の長さを１００ｍｍとした。また、溶湯材質をＣｕ−８Ｓｎ−０．０３Ｐ（ｍａｓｓ％）合金またはＣｕ−２Ｆｅ−０．１Ｚｎ−０．０２Ｐ（ｍａｓｓ％）合金とし、多穴管１３の穴の直径を１０ｍｍとし、多穴管１３の穴の数を上流側多穴管流路１３ａと下流側多穴管流路１３ｂでそれぞれ２５個とし、多穴管１３の長さを１００ｍｍとした。
【００７７】
条件Ｂは、図１に示した介在物除去装置１０を樋に設置し、高周波コイル１４による高周波磁場の周波数を１０ｋＨｚとした場合である。溶湯材質を無酸素銅とし、多穴管１３の穴の直径を５ｍｍまたは１０ｍｍまたは２５ｍｍとし、多穴管１３の穴の数を上流側多穴管流路１３ａと下流側多穴管流路１３ｂでそれぞれ１００個または２５個または４個とし、多穴管１３の長さを１００ｍｍとした。また、溶湯材質をＣｕ−２．５Ｎｉ−０．５Ｓｉ−０．０３Ｍｎ（ｍａｓｓ％）合金またはＣｕ−０．２Ｃｒ（ｍａｓｓ％）合金とし、多穴管１３の穴の直径を５ｍｍとし、多穴管１３の穴の数を上流側多穴管流路１３ａと下流側多穴管流路１３ｂでそれぞれ１００個とし、多穴管１３の長さを１００ｍｍとした。
【００７８】
条件Ｃは、図４に示した介在物除去装置２０を樋に設置した場合で、多穴管２３の上流側多穴管流路２３ａの穴の直径を１０ｍｍとし、上流側多穴管流路２３ａの穴の数を２５個とし、多穴管２３の下流側多穴管流路２３ｂの穴の直径を５ｍｍとし、下流側多穴管流路２３ｂの穴の数を１００個とし、多穴管２３の長さを１００ｍｍとし、高周波コイル１４による高周波磁場の周波数を１０ｋＨｚとした。
条件Ｄは、介在物除去装置を樋に設置しなかった場合である。
【００７９】
表１に示すように、介在物除去装置１０及び介在物除去装置２０を設置した場合（条件Ａ、条件Ｂ及び条件Ｃの場合）のうち、上述の関係式（３）を満足する条件においては、設置しなかった場合（条件Ｄの場合）に比較して、溶湯材質の種別にかかわらず介在物が大幅に低減されることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明を適用可能な介在物除去装置１０の断面模式図の一例である。
【図２】多穴管１３の長手方向に対して垂直な方向の断面模式図の一例である。
【図３】介在物の除去効率（η）とＤ／δとの関係式（１）をグラフ化した図である。
【図４】穴の断面寸法が水平方向の位置で異なる多穴管を使用した介在物除去装置２０の断面模式図の一例である。
【図５】穴の断面寸法が水平方向及び鉛直方向の位置で異なる多穴管を使用した介在物除去装置３０の断面模式図の一例である。
【図６】２個の主流路堰と１個の底部堰を使用した介在物除去装置４０の断面模式図の一例である。
【符号の説明】
【００８１】
１０    介在物除去装置
１１    溶融金属の主流路
１１ａ    上流側水平流路
１１ｂ    下流側水平流路
１２    湯溜まり部（凹部）
１３    多穴管
１３ａ    上流側多穴管流路
１３ｂ    下流側多穴管流路
１４    高周波コイル
１５    主流路堰
１６    残湯排出口
１７    底部空間路
１９    Ｕ字型流路
８０    溶融金属
【図１】
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【図２】
0005117241.tif 000004
【図３】
0005117241.tif 000005
【図４】
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【図５】
0005117241.tif 000007
【図６】
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