(57)【要約】【課題】鋳造装置への溶融金属の流れを圧送、遮断または減速によって正確にかつ迅速に制御する方法を提供する。【解決手段】単向性磁界における電流に関するファラデー−アンペールの原理が、用いられ、ネオジム又はこれに類似の高エネルギー希土類元素材料からなる永久磁石により到達磁気がもたらされる。新磁石は、通常立方体として示されるが経済的に適したものより何倍も大きい非磁性間隙にわたる極めて強い単向性磁界Ｂを発生させる様々な強力構成体に配置される。間隙には溶融金属の流れを加圧しかつ移動させるための導管が収容され、互いに同一である複数の鋳物を作るために制御された断続的な溶融金属の所定流が、互いに同一である一組の個々の鋳型へ供給される。冶金用バルブの操作の必要性又は冶金炉に関する高価な傾斜機構の必要性が除去される。重力による流入を可能にするには低すぎる既存の炉は本発明の実施形態により利用可能になる。
2006510491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳物物品の製造装置の中への溶融金属の流れを制御する装置であって、
入口、出口、および作用区域を有しており、耐熱性があり、かつ、溶融金属の腐食作用が抑制される加圧用導管と、
溶融金属の前記流れを実質的に垂直に貫きかつ横切って直流電流をそれらの間に流すように配置されている少なくとも１対の電極と、
希土類元素からなる少なくとも１個の永久新磁石とを備えてなり、
前記新磁石が、前記加圧用導管の前記作用区域に対して実質的に垂直な北−南単向性磁束を印加する磁気的に軟質の強磁性材料からなる回路の中に配置されており、
前記磁束が、溶融金属の前記流れと直流の前記流れとの両方に対して実質的に垂直な方向にある鋳物物品の製造装置の中への溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項２】
溶融金属の流れを制御する装置であって、
非磁性材料から形成され、その中における溶融金属の流れを制御するのに適した通路を有している導管と、
前記導管の反対両側面に配置された新磁石からなり、前記通路の中における溶融金属の流れＭに対してほぼ垂直な方向に前記通路を通って広がるきわめて強い磁界Ｂをもたらすための第１および第２の組立体と、
前記導管の反対両側面に取り付けられた第１および第２の電極とを備えてなり、
前記両電極が、前記通路の内部における溶融金属との電気伝導性連絡のために配置されており、
前記第１および第２の電極が、電気回路の中において、前記第１および第２の電極にそれぞれ正および負の電圧をもたらすための直流の電源と接続するのに適したものであり、前記電気回路の中において、直流電流Ｉを、前記のきわめて強い磁界Ｂに対してほぼ垂直な方向に、かつ、溶融金属の流れＭに対してほぼ垂直な方向に、溶融金属を通して流すのに適したものであり、
新磁石からなる前記第１および第２の組立体が、前記導管の反対両側面にそれぞれ配置された、磁気的に軟質の強磁性材料からなる第１および第２の磁極部を含んでおり、
前記第１磁極部が、前記磁界Ｂに対してほぼ垂直に方位付けられた磁極面を有し、さらに、前記導管の第１側面に近接しかつ対向して配置されており、
前記第１組立体が、前記第１磁極部における前記磁極面の北磁極分極をもたらすために、前記第１磁極部に隣接して北磁極で配置された複数の第１新磁石を含んでおり、
前記第２磁極部が、前記磁界Ｂに対してほぼ垂直に方位付けられた磁極面を有し、さらに、前記第１側面の反対側にある前記導管の第２側面に近接しかつ対向して配置されており、
前記第２組立体が、前記第２磁極部における前記磁極面の南磁極分極をもたらすために、前記第２磁極部に隣接して南磁極で配置された複数の第２新磁石を含んでおり、
前記第１組立体の周りに配置され、磁気的に軟質の強磁性材料からなる第１包囲体と、
前記第２組立体の周りに配置され、磁気的に軟質の強磁性材料からなる第２包囲体とをさらに備えている溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項３】
溶融金属の流れを制御する装置であって、
非磁性材料から形成され、その中における溶融金属の流れを制御するのに適した通路を有している導管と、
前記導管の反対両側面に配置された新磁石からなり、前記通路の中における溶融金属の流れＭに対してほぼ垂直な方向に前記通路を通って広がるきわめて強い磁界Ｂをもたらすための第１および第２の組立体と、
前記導管の反対両側面に取り付けられた第１および第２の電極とを備えてなり、
前記両電極が、前記通路の内部における溶融金属との電気伝導性連絡のために配置されており、
前記第１および第２の電極が、電気回路の中において、前記第１および第２の電極にそれぞれ正および負の電圧をもたらすための直流の電源と接続するのに適したものであり、前記電気回路の中において、直流電流Ｉを、前記のきわめて強い磁界Ｂに対してほぼ垂直な方向に、かつ、溶融金属の流れＭに対してほぼ垂直な方向に、溶融金属を通して流すのに適したものであり、
新磁石からなる前記第１および第２の組立体が、前記導管の反対両側面にそれぞれ配置された、磁気的に軟質の強磁性材料からなる第１および第２の磁極部を含んでおり、
前記第１磁極部が、長形のものであり、かつ、直流電流Ｉの流れの前記方向に対してほぼ平行に方位付けられており、
前記長形第１磁極部が、溶融金属の流れＭの前記方向に対してほぼ横断する方向にも方位付けられており、
前記長形第１磁極部が、前記導管の第１側面に近接しかつ対向して配置された長形磁極面を有し、さらに、直流電流Ｉの流れの前記方向に対してほぼ平行に方位付けられているとともに、溶融金属の流れＭの前記方向に対してほぼ横断する方向にも方位付けられており、
前記第１組立体が、前記長形第１磁極部における前記長形磁極面の北磁極分極をもたらすために、前記長形第１磁極部に隣接してそれらの北磁極で配置された複数の第１新磁石を含んでおり、
前記第２磁極部が、長形のものであり、かつ、直流電流Ｉの流れの前記方向に対してほぼ平行に方位付けられており、
前記長形第２磁極部が、溶融金属の流れＭの前記方向に対してほぼ横断する方向にも方位付けられており、
前記長形第２磁極部が、前記導管の第２側面に近接しかつ対向して配置された長形磁極面を有し、さらに、直流電流Ｉの流れの前記方向に対してほぼ平行に方位付けられているとともに、溶融金属の流れＭの前記方向に対してほぼ横断する方向にも方位付けられており、
前記第２組立体が、前記長形第２磁極部における前記長形磁極面の南磁極分極をもたらすために、前記長形第２磁極部に隣接してそれらの南磁極で配置された複数の第２新磁石を含んでいる溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項４】
前記第１組立体が、前記長形第１磁極部に対して平行に延びている長形新磁石を含んでおり、
前記第２組立体が、前記長形第２磁極部に対して平行に延びている長形新磁石を含んでいる請求項３記載の溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項５】
前記第１組立体が、前記長形第１磁極部の端部に隣接する北磁極を有している新磁石もまた含んでおり、
前記第２組立体が、前記長形第２磁極部の端部に隣接する南磁極を有している新磁石もまた含んでいる請求項３記載の溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項６】
溶融金属の流れを制御する装置であって、
非磁性材料から形成され、その中における溶融金属の流れを制御するのに適した通路を有している前記導管と、
前記導管の反対両側面に配置された新磁石からなり、前記通路の中における溶融金属の流れＭに対してほぼ垂直な方向に前記通路を通って広がるきわめて強い磁界Ｂをもたらすための第１および第２の組立体と、
前記導管の反対両側面に取り付けられた第１および第２の電極とを備えてなり、
前記両電極が、前記通路の内部における溶融金属との電気伝導性連絡のために配置されており、
前記第１および第２の電極が、電気回路の中において、前記第１および第２の電極にそれぞれ正および負の電圧をもたらすための直流の電源と接続するのに適したものであり、前記電気回路の中において、直流電流Ｉを、前記のきわめて強い磁界Ｂに対してほぼ垂直な方向に、かつ、溶融金属の流れＭに対してほぼ垂直な方向に、溶融金属を通して流すのに適したものであり、
第１および第２の新磁石組立体がそれぞれ、８個の新磁石を含んでおり、
前記第１および第２の組立体が、前記導管の反対両側面にそれぞれ配置されており、
前記第１新磁石組立体が、前記導管の第１側面に近接しかつ対向して配置されたそれらの北磁極を有している４個の新磁石の内側層を含んでおり、
前記第１新磁石組立体が、前記内側層における４個の新磁石におけるそれぞれの南磁極に隣接して配置されたそれらの北磁極を有している４個の新磁石の外側層を含んでおり、
前記第２新磁石組立体が、前記導管の第２側面に近接しかつ対向して配置されたそれらの南磁極を有している４個の新磁石の内側層を含んでおり、
前記第２新磁石組立体が、前記内側層における４個の新磁石におけるそれぞれの北磁極に隣接して配置されたそれらの南磁極を有している４個の新磁石の外側層を含んでおり、
前記第１および第２の新磁石組立体の周りに配置され、前記第１および第２の新磁石組立体をまとめて保持するための非磁性保持体と、
前記第１および第２の新磁石組立体を取り囲み、かつ、前記導管もまた取り囲む、磁気的に軟質の強磁性材料からなるフレームとをさらに備えている溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項７】
前記第１および第２の新磁石組立体のそれぞれにおける８個の新磁石が、立方体状の構成であり、
前記第１および第２の新磁石組立体が、立方体状の全体構成である請求項６記載の溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項８】
溶融金属の流れを制御する装置であって、
非磁性材料から形成され、その中における溶融金属の流れを制御するのに適した通路を有している前記導管と、
前記導管の反対両側面に配置された新磁石からなり、前記通路の中における溶融金属の流れＭに対してほぼ垂直な方向に前記通路を通って広がるきわめて強い磁界Ｂをもたらすための第１および第２の組立体と、
前記導管の反対両側面に取り付けられた第１および第２の電極とを備えてなり、
前記両電極が、前記通路の内部における溶融金属との電気伝導性連絡のために配置されており、
前記第１および第２の電極が、電気回路の中において、前記第１および第２の電極にそれぞれ正および負の電圧をもたらすための直流の電源と接続するのに適したものであり、前記電気回路の中において、直流電流Ｉを、前記のきわめて強い磁界Ｂに対してほぼ垂直な方向に、かつ、溶融金属の流れＭに対してほぼ垂直な方向に、溶融金属を通して流すのに適したものであり、
新磁石からなる前記第１および第２の組立体が、前記導管の反対両側面にそれぞれ配置された、磁気的に軟質の強磁性材料からなる第１および第２の磁極部を含んでおり、
前記第１磁極部が、前記導管の第１側面に近接しかつ対向して配置された磁極面を有しており、
前記第２磁極部が、前記第１側面の反対側にある前記導管の第２側面に近接しかつ対向して配置された磁極面を有しており、
前記第１磁極部が、その磁極面から延伸している複数の表面を有しており、
前記第１磁極部の前記表面が、前記第１磁極部の前記磁極面に対してほぼ垂直に方位付けられており、
前記第１組立体が、前記第１磁極部における前記磁極面について北磁極性をもたらすために、前記第１磁極部のそれぞれの表面に隣接する北磁極を有している複数の新磁石を含んでおり、
前記第２磁極部が、その磁極面から延伸している複数の表面を有しており、
前記第２磁極部の前記表面が、前記第２磁極部の前記磁極面に対してほぼ垂直に方位付けられており、
前記第２組立体が、前記第２磁極部における前記磁極面について南磁極性をもたらすために、前記第２磁極部のそれぞれの表面に隣接する南磁極を有している複数の新磁石を含んでいる溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項９】
前記第１および第２の磁極部が、正三角柱であり、
前記第１および第２の組立体がそれぞれ、３個の新磁石を含んでいる請求項８記載の溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項１０】
前記第１および第２の磁極部が、正三角形として構成された外縁を有し、
前記第１組立体が、前記第１磁極部の前記外縁に隣接して配置された北磁極のある正三角形状構成を有している新磁石を含んでおり、
前記第２組立体が、前記第２磁極部の前記外縁に隣接して配置された南磁極のある正三角形状構成を有している新磁石を含んでいる請求項９記載の溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項１１】
前記第１および第２の磁極部が、直方体であり、
前記第１および第２の組立体がそれぞれ、４個の新磁石を含んでいる請求項８記載の溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項１２】
前記第１および第２の磁極部が、正四角柱であり、
前記第１および第２の組立体がそれぞれ、４個の新磁石を含んでいる請求項８記載の溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項１３】
前記第１および第２の磁極部が、正方形の外縁を有し、
前記第１組立体が、前記第１磁極部の前記正方形外縁に隣接して配置された北磁極のある新磁石を含んでおり、
前記第２組立体が、前記第２磁極部の前記正方形外縁に隣接して配置された南磁極のある新磁石を含んでいる請求項１２記載の溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項１４】
前記第１および第２の磁極部が、断面六角形の形状であり、
前記第１および第２の組立体がそれぞれ、６個の新磁石を含んでいる請求項８記載の溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項１５】
前記第１および第２の磁極部が、六角形の外縁を有し、
前記第１組立体が、前記第１磁極部の前記六角形外縁に隣接して配置された六角形の北磁極のある新磁石を含んでおり、
前記第２組立体が、前記第２磁極部の前記六角形外縁に隣接して配置された六角形の南磁極のある新磁石を含んでいる請求項１４記載の溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項１６】
溶融金属の流れを制御する装置であって、
非磁性材料から形成され、その中における溶融金属の流れを制御するのに適した通路を有している前記導管と、
前記導管の反対両側面に配置され、前記通路の中における溶融金属の流れＭに対してほぼ垂直な方向に前記通路を通って広がるきわめて強い磁界Ｂをもたらすための第１および第２の新磁石と、
前記導管の反対両側面に取り付けられた第１および第２の電極とを備えてなり、
前記両電極が、前記通路の内部における溶融金属との電気伝導性連絡のために配置されており、
前記第１および第２の電極が、電気回路の中において、前記第１および第２の電極にそれぞれ正および負の電圧をもたらすための直流の電源と接続するのに適したものであり、前記電気回路の中において、直流電流Ｉを、前記のきわめて強い磁界Ｂに対してほぼ垂直な方向に、かつ、溶融金属の流れＭに対してほぼ垂直な方向に、溶融金属を通して流すのに適したものであり、
新磁石からなる前記第１および第２の組立体が、前記導管の反対両側面にそれぞれ配置された、磁気的に軟質の強磁性材料からなる第１および第２の磁極部を含んでおり、
前記第１および第２の磁極部が、円筒形であり、
前記第１および第２の新磁石が、前記第１および第２の円筒形磁極部をそれぞれ取り囲んでいる環状リングであり、
前記第１新磁石が、その半径方向の厚みを通る方向に磁化されており、かつ、前記第１円筒形磁極部に隣接する内部北磁極を有しており、さらに、前記第２新磁石が、その半径方向の厚みを通る方向に磁化されており、かつ、前記第２円筒形磁極部に隣接する内部南磁極を有している溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項１７】
前記第１および第２の磁極部が、円形の外縁を有し、
円形の新磁石が、前記第１磁極部の前記円形外縁に隣接する北磁極を有し、
別の円形の新磁石が、前記第２磁極部の前記円形外縁に隣接する南磁極を有している請求項１６記載の溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項１８】
非磁性材料から形成された加圧用導管を用意し、
前記加圧用導管を、その前記加圧用導管の作用区域にわたって、ほぼ一定の高さとほぼ一定の幅とが備わるように設け、
前記幅は前記高さよりも大きく、
前記作用区域の上方に少なくとも１個の新磁石を配置し、
前記作用区域の下方に少なくとも１個の新磁石を配置し、
前記作用区域の上方に配置された前記新磁石が、前記作用区域を通る方向にその磁束を向けるために磁気回路Ｂの中に方位付けられた北磁極面を有しており、
前記作用区域の下方に配置された前記新磁石が、前記加圧用導管の前記作用区域の上方に配置された前記新磁石の磁束に対して加算関係に、前記作用区域を通る方向にその磁束を向けるために前記磁気回路Ｂの中に方位付けられた南磁極面を有しており、
前記加圧用導管の前記作用区域における１側面に、正の電位を有している直流電極を配置し、正の電位を有している前記直流電極から前記加圧用導管の前記作用区域における反対側面に、負の電位を有している直流電極を配置し、前記両電極が、前記加圧用導管の前記作用区域の内部における溶融金属Ｍとの電気伝導性連絡のために配置されているステップを備えている溶融金属の流れを制御する方法。
【請求項１９】
前記両電極が、前記溶融金属Ｍを通過する磁束の方向での溶融金属Ｍとの電気伝導性連絡におけるそれらの高さよりも長い、前記溶融金属Ｍの流れの方向での溶融金属Ｍとの電気伝導性連絡における長さを有している請求項１８記載の溶融金属の流れを制御する装置。
【請求項２０】
前記両電極を、前記加圧用導管の前記作用区域における溶融金属に電気伝導性連絡をするために露出されている電極の部分を有する、前記加圧用導管の前記作用区域における対向両壁面の内部に納まった非電気伝導性電極保持体に取り付ける溶融金属の流れを制御する方法。
【請求項２１】
前記電極保持体が、前記加圧用導管の壁面における外側部分の内部に納まっており、
前記電極のそれぞれが、前記加圧用導管の前記作用区域の内部における溶融金属Ｍとの電気伝導性連絡のために、その電極保持体から内方へ突出する部分を有している請求項２０記載の溶融金属の流れを制御する方法。
【請求項２２】
長さが等しい一対の長形新磁石であって、それぞれがその新磁石の全長にわたって広がっている磁極分極された長形磁極面を有している一対の長形新磁石を用意し、
前記長形新磁石を、加圧用導管の作用区域の上方に配置される前記長形新磁石の一方と前記加圧用導管の作用区域の下方に配置される前記長形新磁石の他方とが垂直に間隔配置される平行関係に配置し、
前記加圧用導管の前記作用区域を通過する磁束回路Ｂにおいてそれらの磁束を磁気加算関係に向けるために、前記長形新磁石の磁極分極された磁極面を方位付けし、さらに
前記長形新磁石を、前記加圧用導管の前記作用区域の内部における溶融金属の流れに対してほぼ垂直に延伸しているそれらの長手方向に配置し、それによって、その高さよりも１０倍以上大きい流れ幅がある加圧用通路を有している溶融金属ポンプをもたらすステップを備えている溶融金属の流れを制御する方法。
【請求項２３】
非磁性材料から形成された加圧用導管を用意し、
前記加圧用導管を、その加圧用導管の作用区域にわたって、ほぼ一定の高さとこの高さよりも大きいほぼ一定の幅とが備わるように設け、
前記幅は前記高さよりも大きく、
前記作用区域の上方に少なくとも１個の新磁石を配置し、
前記作用区域の下方に少なくとも１個の新磁石を配置し、
前記作用区域の上方に配置された前記新磁石が、前記作用区域を通る方向にその磁束を向けるために磁気回路Ｂの中に方位付けられた北磁極面を有しており、
前記作用区域の下方に配置された前記新磁石が、前記加圧用導管の前記作用区域の上方に配置された前記新磁石の磁束に対して加算関係に、前記作用区域を通る方向にその磁束を向けるために前記磁気回路Ｂの中に方位付けられた南磁極面を有しており、
前記加圧用導管の前記作用区域における１側面に、正の電位を有している直流電極を配置し、
正の電位を有している前記直流電極から前記加圧用導管の前記作用区域における反対側面に、負の電位を有している直流電極を配置し、
前記両電極が、前記加圧用導管の前記作用区域の内部における溶融金属Ｍとの電気伝導性連絡のために配置されており、
４個の流れ感知用電極を、前記加圧用導管の前記作用区域の内部における溶融金属Ｍとの電気伝導性連絡のために配置し、
前記流れ感知用電極のうちの２個が、前記作用区域の内部における溶融金属Ｍの流れに対して上流に配置されており、
前記流れ感知用電極のうちの２個が、前記作用区域の内部における溶融金属Ｍの流れに対して下流に配置されており、
前記流れ感知用電極が、前記作用区域の内部における溶融金属Ｍの流れに対して上流および下流に対称的に配置されているとともに、前記作用区域の内部における溶融金属Ｍの流れに対して左右に対称的に配置されており、さらに
前記感知用電極からの電気出力値を組み合わせるとともに平均化し、好ましくないｅ．ｍ．ｆ．を無効にすることで、発生しかつ組み合わされた制御ｅ．ｍ．ｆ．を、前記加圧用導管の前記作用区域の内部における溶融金属Ｍを通して供給される直流電流Ｉについての計器または制御部の中へゆがんで供給されないようにするステップを備えている溶融金属の流れを制御する方法。
【請求項２４】
もろい材料である黒鉛から形成された加圧用導管を用意し、
熱耐性と機械的および電気的な衝撃や応力に耐える性質とが備わっている適切な堅牢材料から形成されたジャケットの中に前記黒鉛を囲み込むことによってその黒鉛を保護し、さらに
前記ジャケットの中に、前記黒鉛を損傷および望ましくない配管応力から、かつ、前記ジャケットの内部に起きる機械的および電気的な衝撃および応力から絶縁するための電気的非伝導性材料を介在させるステップを備えている溶融金属の流れを制御する方法。
【請求項２５】
セラミックから形成された加圧用導管を用意し、
熱耐性と機械的および電気的な衝撃や応力に耐える性質とが備わっている適切な堅牢材料から形成されたジャケットの中に前記セラミックを囲み込むことによってそのセラミックを保護し、さらに
前記ジャケットの中に、前記セラミックを損傷および望ましくない配管応力から、かつ、前記ジャケットの内部に起きる機械的および電気的な衝撃および応力から絶縁するための電気的非伝導性材料を介在させるステップを備えている溶融金属の流れを制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の鋳造の分野に関するものであり、とりわけ、鋳造によって、例えば連続鋳造機によって金属物品を製造する際における溶融金属の電磁的移送に関するものである。本発明は、また、例えば、測定され、計量され、制御され、かつ／または前もって定められた量の溶融金属を、実質的に同一である一連または一組の鋳物を作るための一連の同一鋳型が含まれている鋳造装置の中へ周期的に移送することによって、金属物品を製造する際における溶融金属の電磁的移送に関するものである。本発明を具体化するための新規な方法、システムおよび装置には、溶融金属の流れを電磁的に移送し、遮断し、測定しかつ制御するための到達磁界を有している永久磁石が使用される。
【背景技術】
【０００２】
商用量の溶融金属の制御流に関する要望は、供給過剰かまたは供給不足かのいずれかを防止するために、さまざまな種類の鋳造装置における金属の鋳造において重要なものである。例えば、連続的な制御流は、溶融金属の流速をその溶融金属を連続状に供給する鋳造装置または鋳造機の速度に一致させるためには有利である。従来技術では、高価な傾注炉、樋、およびサーボ機構により制御されたストッパーロッドが使用されている。しかしながら、従来技術では制御信号への反応が比較的遅く、そのためにメンテナンスはコストが高い。さらにまた、連続鋳造操作のそれぞれの停止には、より多量の溶融金属の投棄および再溶融が伴うかもしれない。
【０００３】
米国特許第５，３７７，９６１号においてＳｍｉｔｈらは、回路基板の上にはんだの小滴を噴出するための装置を開示した。彼らの装置は、１９世紀の初期に遡るＭｉｃｈａｅｌ ＦａｒａｄａｙとＡｎｄｒｅ−Ｍａｒｉｅ  Ａｍｐｅｒｅの原理に基づいて、操作された。誘導起電力に関するファラデーの３次元３本指の法則は、発電機ローターの巻線においてもまた、よい例となっている。この原理は、また、アンペール−ローレンツ（Ａｍｐｅｒｅ−Ｌｏｒｅｎｔｚ）の法則としても知られている。
【特許文献１】米国特許第５３７７９６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エル．アール．ブレーク（Ｌ．Ｒ．Ｂｌａｋｅ）氏とディー．エー．ワット（Ｄ．Ａ．Ｗａｔｔ）氏とは、先に言及した彼らの別々の論文において、原子炉の炉心を通る冷却液としての溶融ナトリウムまたは溶融カリウムを圧送するために使用される同様な原理のポンプについて説明している。これらのポンプでは、電磁石は、きわめて大きく、高価で、また、おびただしい電流が必要であった。そのようなきわめて軽い液体金属を１分当り２，０００ガロン圧送するために、およそ１００，０００アンペアが必要であった（ワット氏の前記論文の第９８ページおよび第９５ページ）。
【０００５】
米国特許第５，００９，３９９号においてバイコブスキー（Ｂｙｋｈｏｖｓｋｙ）氏らは、ファラデーの法則を用いた。彼らの加圧帯域は、溶融金属が渦を巻きやすくする、円盤状で軸方向に薄い円筒空洞であった。可動部品のない電磁「ソレノイド」が、その円筒空洞の薄い範囲を通る単向性磁気の供給源であった。
【０００６】
電磁石および普通の永久磁石が、それらの磁気回路に配されたたとえ小さい非磁性間隙であってもその障害物によって、それらの磁束密度を激減させた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明を具体化するための本発明者の方法、システムおよび装置は、加圧用導管を通して溶融金属の実質量の流れを電磁的に推進し、移送し、遮断し、測定しかつ／または制御するために適用することができる。このような溶融金属の流れは、適切な任意の鋳造装置へ向けるかまたはその中へ入れることができ、例えば、連続する制御流を図１および図１Ａに例示的に示されたような連続鋳造機の中へ入れることができる。また、たとえば、このような流れは、測定され、計量され、制御されかつ／または前もって定められた溶融金属の量を、一連または一組の同一鋳物を製造するための一連の同一鋳型が含まれている適切な鋳造装置の中へ周期的に移送するものであってもよい。
【０００８】
ファラデー−アンペールの原理は、電気的エネルギーがポンプとして最も特徴的に使用するための機械的エネルギーに変換されるモーターモードにおいて用いられる。この操作モードは、ブレーキまたはスロットルとして作用するために、簡単に逆転させることができる。
【０００９】
磁気回路の中における大きい間隙を塞ぐために不可欠な磁気励起を獲得する電磁石の法外なコストおよび並外れた体積は、例えばネオジムのような希土類元素を含んでいる磁性材料からなる高エネルギー永久「新磁石」を使用することによって、回避される。本発明者が計算したところによると、希土類元素含有高エネルギー永久新磁石の最も有効な形態と等価の性能がある電磁石の最も有効な形態のコイル自体、つまりマグネットワイヤー巻線は、その新磁石によって占められた体積の約１３０倍を占めるであろう。さらにまた、この新磁石が廃熱を発生しないのに対し、電磁石は、その巻線の電気抵抗を通過する大電流のためにかなりの熱を発生するであろう。
【００１０】
示されかつ説明されたように特定形態の組立体の中に位置決めされ、方位付けられかつ配置されたこの新磁石の「到達」性能によって、溶融金属の商用量の流れを、初めて経済的に実現することができるよう正確に制御することができる。このような正確な制御によって、溶融金属流の始動、停止または調整がほとんど瞬時に可能になる。可動部品はまったく存在していない。溶融金属流の区域は、不活性雰囲気によって包囲されるかあるいは保護されており、したがって、この溶融金属流は、その雰囲気との乱流状接触および腐食性接触が回避される。
【００１１】
この方法、システムおよび装置には電磁流量計が含まれていてもよい。この流量計は、機械的エネルギーが電気的エネルギーに変換される発電モードにおいてファラデーの原理を用いる。したがって、電気的センサーの出力は、溶融金属の速度を示しており、また、圧送力を制御するために用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図面において、符号Ｂの付された白抜き矢印は、単向性磁束の軸を有しているきわめて強い磁界を表している。符号Ｉの付けられた白抜き矢印は、いくつかの図において「＋」から「−」へ流れていることが示された直流の軸を表している。符号Ｍの付された白抜き矢印は、圧送モードにおける溶融金属流の方向を表しており、また、白抜き矢印Ｐは、凍結製品の移動を表している。
【００１３】
対応している参照符号と参照文字とは、さまざまな図において対応している要素、部材および／または構成要素を表示している。
【００１４】
説明された電磁ポンプ３２，３２Ｇ（図２、図４）の目的は、鋳型または鋳造機へ向かうかまたはこれらの中へ移動する溶融金属の流れを促しあるいは抑制することである。
【００１５】
本発明の実施形態は、例えば、ベルト型連続鋳造機３０（図１）または３０’（図１Ａ）とともに用いられるのが好都合である。このような機械は、連続鋳造の分野において知られており、１つ以上の可撓性エンドレスベルト２２または２２’，２４または２４’を可動鋳型空洞Ｃの壁面として利用している。このような鋳造用ベルトは、可動であり、終わりが無く、薄く、可撓性があり、熱伝導性があり、さらに、普通は水によって液体冷却される。２つのベルトを使用する機械では、上部鋳造ベルト２２または２２’が上部運び台ＵまたはＵ’の周りに回転し、下部鋳造ベルト２４または２４’が下部運び台ＬまたはＬ’の周りに回転する。これら２つのベルトは、矢印３４で表されたように楕円経路の周りを同期して回転し、溶融金属は、新たに生じる鋳物製品Ｐを形成するために、これら２つの回転鋳造ベルト同士の間に形成された可動鋳型空洞Ｃにおいて、それら同士の間で凝固する。
【００１６】
連続鋳造機の分野で知られたように、横方向に間隔を置いて配置された一対の縁部囲い枠２５（図１および図１Ａでは一方だけが見える）もまた回転し、さらに自由回転ローラー２３によって適切に案内される。これらの縁部囲い枠によって、間隔を置いて配置された一対の可動鋳型空洞Ｃの側面が画定されている。
【００１７】
例示的な１つの実施形態として、溶解炉ないし均熱炉２８（図１、図１Ａ）の中に供給された溶融金属Ｍは、自己加熱手段（図示略）が設けられていている又は設けられていない電磁ポンプ３２（図１、図１Ａ、図２、図３、図３Ａ）の中へ流入する。この電磁ポンプ３２は、ポンプを満たすことに留意することなく炉２８から所望の高さまで排液することができるように、溶融金属の液面２９よりも低い高さにある。内部断熱管３６によって金属Ｍが鋳造機３０へ向かって上方へ搬送される。図１では、金属Ｍは、連続鋳造機３０の上流入口端部４２の中へ流入する金属を分散させるためのタンディッシュすなわち分散器３８の中に向かって、上方へ圧送される。                                        
【００１８】
溶融金属Ｍを電磁ポンプ３２によって鋳造機３０’の中へ送り込むための、本発明における別の例示的実施形態が、図１Ａに示されており、ここで、図１の内部断熱管３６は、短く、またＬ字形の管３６’を形成するために曲がっている。上方へ圧送された溶融金属Ｍは、１つ（またはそれ以上）の自由で無制限の放物線状経路の中において、適度に不活性な環境雰囲気３１を通って移動する１つ以上の非拘束ジェット噴流２７の形態で上方へ動かされる。この噴流（これらの噴流）２７は、それらの放物線状経路の最高点Ｖをわずかに越える位置で、最終的に溶融金属の開放貯留槽４０の中へ注入される。図１Ａにおいて、開放貯留槽４０は、上部運び台Ｕ’を下部運び台Ｌ’に対していくぶん下流側に位置決めすることによって設けられている。上方へ圧送しかつ開放貯留槽の中へ２７（図１Ａ）を注入するこのジェット噴流法には、高溶融温度の金属が注入されるときに耐火性導管３６または３６’がもろく砕けやすくなる場合において汚染されるのを防止する利点がある。それゆえ、可動鋳型空洞Ｃおよび製品Ｐの中における溶融金属Ｍの汚染源が排除される。ジェット噴流２７によって上方へ動かされ始める耐熱性材料の砕けやすい粒子または薄片が、拘束されていない流れが前記最高点Ｖに到達する前に、自由落下するか、その流れから分かれる。
【００１９】
一般設計考慮事項  大量の溶融金属の流れを促しまたは制御するための本発明者の装置３２（図２）および３２Ｇ（図４）は、そのモーターモードではファラデー−アンペールの原理に従って稼働して、圧力導管４８（図２）または４８Ｇ（図４）の通路４３における溶融金属の電気的エネルギーを機械的運動エネルギーに変換する。この装置３２または３２Ｇは、最も特徴的にはポンプであるが、それは、電気的に容易に可逆的なものであるので、ブレーキまたはスロットルとして、または反対方向圧送のために使用することができる。
【００２０】
間隙４４または４４Ｇは、磁性材料の経済性のためと磁気漏洩を最小限にするためとの両方の理由で、できるだけ小さくすべきである。現在までの本発明者の実験目的については、約３８ｍｍ（約１．５インチ）の間隙４４（図２Ａ、図３および図３Ａ）および間隙４４Ｇ（図１１）が、実現可能であり、功を奏している。これらの間隙４４および４４Ｇには、非磁性材料が含まれており、また、これらの間隙は、後で説明される一対の磁極同士の間に位置している。巨大な電磁石はたいてい、６１（図２）で鎖線によって示された２ループ型磁気回路におけるような間隙４４をまたぐために、または６１Ｇ（図４）で鎖線によって示された１ループ型磁気回路におけるような間隙４４Ｇをまたぐために必要とされるであろう。そのような巨大な電磁石は、示されたようなさまざまな特定の強力な形態の中に配置されかつ組み立てられた、本発明者が「新磁石」（図２、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１７）とも称する永久「到達」磁石５６を使用することによって、回避される。これらの磁石５６は、例えばネオジムまたはサマリウムのような「希土類」化学元素が含まれている永久磁性材料からなっている。「希土類」元素とは、５７から７１までの原子番号の付けられた化学元素のランタニド系元素の１ついう。このような永久新磁石材料の望ましい好適な諸特性は、以下でさらに詳しく説明する。
【００２１】
要約すると、このような「到達」永久磁石は、この明細書では「新磁石」とも称されるが、それらがもたらす磁気の強さに関して、また、それらの磁界Ｂを比較的広い空隙、空間間隙、または非磁性の間隙、すなわち、非強磁性材料の間隙にわたって到達させる独特のエネルギー性能に関して顕著であり、そのような間隙にわたって広がる強度の磁界Ｂをさらにもたらす。それらの到達性能は、非磁性材料の１つ以上の間隙が備わっている磁気回路における普通の磁石の作用に対してきわめて優れている。（この明細書では、常磁性材料が非磁性材料として扱われる。）
本発明者のこの好適な新磁石の別の説明および定義は以下で示す。
【００２２】
本発明の第１実施形態の構成  本発明の第１実施形態は、図２、図２Ａ、図３および図３Ａにおいて、電磁ポンプ３２の形態で示されている。このポンプは、約３８ｍｍ（約１．５インチ）の非磁性間隙４４にわたって広がっている約２６平方センチメートル（約４平方インチ）の区域を通して約７，０００〜７，５００ガウス（約０．７〜０．７５テスラ）の磁束密度を及ぼすことができる。ポンプ３２の中心部は、通路４３が備わっている、まっすぐな薄壁状加圧用導管４８である。この加圧用導管４８は、例えば、その作用区域５０を通じて細くてまっすぐな実質的に一定断面の通路４３が備わっている、比較的薄壁状かつ平坦状であるのが好ましい。通路４３は、約５．５ｍｍ（約０．２２インチ）の高さ６７（図３）と約５１ｍｍ（約２インチ）の幅６６（図３Ａ）とがあるように示されている。したがって、通路４３には、約２．８平方センチメートル（約０．４４平方インチ）の断面積がある。加圧用導管４８は、ここでは水平なものとして描かれているが、この装置３２，５０の任意の方位で作用することができる。導管４８は、管３６（図１）を通って移動する溶融金属Ｍの熱、腐食および浸食に堪える非磁性材料からなっている。より低い溶融点の金属を圧送するためには、ケイ酸カルシウムが適しており、また、導管４８を形成するためには、オーステナイト系ステンレス鋼のような非磁性金属が適している。
【００２３】
加圧用導管４８には、磁束密度Ｂを有している磁束５４（図３Ａ）の単向性磁界の通路に配された圧送用通路４３が備わっている。この磁界５４は、平坦な作用区域５０の狭い（薄い）範囲を通って垂直に向いている。このポンプ３２では、その磁界は２対の新磁石５６によって供給されるが、これらの新磁石のそれぞれは、この実施形態では、例えば一辺が約５１ｍｍ（約２インチ）の長さを示す立方体である。磁極部５８が備わっている第１対の磁石５６は、間隙４４の上方に示されている（図２Ａ、図３および図３Ａ）。この間隙４４は、単向性磁束５４の軸Ｂに対して平行な方向において測定されるように示されている（図３Ａ）。磁極部５８が備わっている第２対の新磁石５６は、間隙４４の下方に示されている。これらの先細の磁極部５８は、後でいっそう詳しく説明する例えば機械鋼のような鉄軟磁性（強磁性）材料から形成されている。それぞれの磁石対は、図２Ａにおけるようなねじ５２によってフレーム６０に固定された、例えばアルミニウムのような適切な非磁性材料から形成された四方型のシェルまたはジャケット５９によって、その磁極部５８とともに保持されている。これら２つのシェル５９は、第１対および第２対の新磁石５６をそれらのそれぞれの先細磁極部５８とともにそれぞれしっくりと抱持するように構成されている。磁極部５８のそれぞれの側面における傾斜面は、より大きい収束角によって漏洩磁束の望ましくない増大が引き起こされるため、この磁極部の長手軸に対して約３０°の角度よりも大きくならないように保たれている。磁極部５８の２つだけの側面における約３０°の収束角が図２に示されている。
【００２４】
通常は長方形である第１鉄軟磁性（強磁性）フレーム６０は、これらの新磁石組立体を取り囲むとともに、２つのループが備わりこれらがともに間隙４４にわたって広がっている磁気回路６１を形成する。例えば約０．２重量パーセントの炭素を含有している機械鋼は、磁気的に「軟質の」もの、すなわち、強磁性のものであって、磁極部５８およびフレーム６０を作るために適している。機械鋼は例えば、２ループ型磁気回路６１における１つのループに含まれているブリッジ片６２の製造にもまた適している。ブリッジ片６２は、このポンプ装置３２の全体から加圧用導管４８，５０を取り外すことができるように、ボルト６４によって取り外し可能に締め付け固定されている。
【００２５】
上部および下部の磁極部５８にはそれぞれ、上部および下部の磁極面８７が備わっている（図２Ａ）。これらの磁極面は、間隔を置いた平行関係に配置されているとともに、非磁性間隙４４を画定している。これら上部および下部の平行な平坦磁極面は、正方形であって、一辺の長さが約５１ｍｍ（約２インチ）であり、それによって、それぞれに約２７平方センチメートル（約４平方インチ）の磁極面面積が備わっている。これらの磁極面は、導管４８の平坦な作用区域５０（図３および図３Ａ）の上部および下部の平行な平坦面にぴったり接するとともにしっくりと嵌合する。上部および下部の磁極面８７の磁気極性はそれぞれ、北（Ｎ）および南（Ｓ）である。
【００２６】
上述したように、平行で平坦なこれらの磁極面同士の間における垂直方向の空間によって、２ループ型磁気回路６１の中に非磁性間隙４４（図２Ａ、図３および図３Ａ）が確立される。約３８ｍｍ（約１．５インチ）の間隙は、作用区域５０の上部平行平坦面と下部平行平坦面との間の垂直距離と実質的に同じである。
【００２７】
図２に示されたように、強磁性フレーム６０には、ボルト６３によって上部横軸部材６０ｂおよび下部横軸部材６０ｃにそれぞれ取り外し可能に締め付け固定された細長い直立部材６０ａが含まれている。これらの横軸部材は、他のボルト６３によって、上部直立部材６０’および下部直立部材６０”に、これら同士の間隔にわたってボルト止めされたブリッジ片６２とともに、それぞれ取り外し可能に締め付け固定されている。
【００２８】
図３Ａでは、垂直磁界Ｂの磁束線が、複数の十字５４によって、断面に表されている。これらの十字によって、磁束５４のパターン（分布）が表されている。
【００２９】
これらの十字５５によって、磁束パターン５４の弱い余白部が表されている。直流電力Ｉは溶融金属を横断するように低電位で発生する。図３では、この電流Ｉは、大きい極性符号のプラス（＋）とマイナス（−）とで方向が表されている。この直流Ｉは、加圧用導管４８の電気的非伝導性平坦部５０における溶融金属を通り、かつ、その流路４３の約５．５ｍｍ（約０．２２インチ）の狭い垂直寸法６７の内部においてその流路４３にわたって、かつ、約５１ｍｍ（約２インチ）の広い寸法６６にわたって、流れる。この電流Ｉは、それぞれに電気接続柱５１（図３および図３Ａ）がある２つの長形電極６８（図３Ａ）によって、溶融金属へ送られる。
【００３０】
この直流の大きさ（アンペア数）は、圧送用流量を制御するために適切に制御される。電流Ｉが増大すると流量が増大し、逆の場合も同じである。電流Ｉが逆流すると、圧送の方向が逆転するので、溶融金属の流れが逆転する。
【００３１】
この電流Ｉは加圧用導管４８の内側で、金属Ｍの流れの方向と磁界Ｂの方向との両方に対して直角に溶融金属Ｍを横切る。電極６８の溶融金属接触部分は、向かいあった導管４８の狭い両側面にある長形孔５７の中に挿入されている。電極６８の外側部分は、向かいの導管４８の狭い両側面壁に搭載されている取り外し可能な２つのＨ字状電極保持体４７における長形ソケット６９の中に取り込まれている。これらの保持体４７は、非導電性で非磁性であり、また、保持体におけるねじ穴４９’と導管４８におけるねじ逃げ穴４９”とにねじ合うねじ４９によって、導管４８に固定されている。
【００３２】
電極６８は、例えば黒鉛のような炭素質材料から作られているのが好ましい。圧送される溶融金属とは化学的に異なっている金属の電極６８は、電気分解作用によって速く溶解しがちであろう。圧送された金属と同じ金属からなる電極は、電気分解による溶解を受けない。内部冷却通路のある金属電極６８は、鎖線輪郭で示された管類４６（図２）とそのような内部通路に連通するニップル５３とを通って流れる水のような循環冷却液によって、冷却することができる。この冷却によって、金属電極６８の溶解が防止されるだけでなく、溶融金属からの凝固した保護キャップをそれぞれの電極の露出面上に凍結をもたらすこともできる。加圧用導管４８が、例えばオーステナイト系ステンレス鋼のような適切な電気伝導性非磁性金属から形成されていると、直流横流Ｉをもたらすのと同じ電源を用いて電気抵抗加熱作用でその加圧用導管を予熱し、それによって、始動時点での凍結を防止することができる。加圧用導管４８についてこのような金属を使用すると、金属電極６８を前記導管の外側まで溶接しまたはロウ付けすることができるとともに、その壁面をまったく貫通しなくすることができる。
【００３３】
作動中は、加圧用導管４８，５０の流路に沿った安定した圧送用圧力が存在する。電流Ｉの突然の逆転によって、圧力の方向が直ちに逆転する。この逆転は、例えば、連続状に適切に配置され次いで溶融金属のそれぞれの同一充填を受けるために静止状に保持される一連の同一可動鋳型の中で互いに同一である一連の別物体を作るための溶融金属流の反復的な始動および停止の際に、金属の流れを減速したりあるいは急停止させたりするのに有用である。
【００３４】
本発明における別の実施形態は、例えば増強型電磁ポンプとして示されている。この増強型ポンプ３２Ｇ（図４）は、図７〜図１１に示されたような５個集中型磁石構造体８０Ｎにおける永久新磁石５６のｘ−ｙ−ｚ組立体を用いる点で、ポンプ３２とは異なっている。類似しているが逆さになった別の５個集中型組立体８０Ｓは後に説明される。これらの集中型組立体８０Ｎおよび８０Ｓによって、磁束密度Ｂ’は、ポンプ３２の場合のそれを上回って、約１００パーセントまで増大される。これらは、それによって、圧送用通路４３Ｇが備わっている加圧用導体４８Ｇに配置された非磁性間隙４４Ｇ（図１１）にわたって、約１４，０００〜約１５，０００ガウス（約１．４〜約１．５テスラ）の増大磁束密度Ｂ’を発揮する。
【００３５】
加圧用導管４８Ｇ（図４、図５および図６）の中央部分には平坦な作用区域５０Ｇが備わっている。この平坦な作用区域５０Ｇは、前記の平坦な作用区域５０（図３および図３Ａ）に比べて長いものであり、それによって、それぞれの磁極部８６に接している１０個の協働新磁石５６（５個ずつがそれらのそれぞれの集中型組立体８０Ｎおよび８０Ｓの中にある）を、平坦区域５０Ｇに対して導管４８Ｇに適切に隣接するように配置することができる。この導管には、比較的薄い壁厚であって平坦であるのが好ましい狭い通路４３があり、この通路は例えば、高さ６７Ｇ（図４）が約８ｍｍ（約０．３１５インチ）であって、幅６６（図４）が約５１ｍｍ（約２インチ）である、狭くて真っ直ぐな実質的に一定の断面形状をしている。したがって、通路４３は４平方センチメートル（約０．６３平方インチ）の断面積を有している。導管４８Ｇは、ここでは水平なものとして描かれているが、装置３２Ｇ，４８Ｇの任意の方位を用いることができる。磁界Ｂ’の増強された磁束５４Ｇは、平坦な作用区域５０Ｇの薄い範囲を通って垂直に向けられている。図５では、磁界Ｂ’の磁束線５４Ｇのパターン（分布）は、複数の小さい十字によって断面に表されている。これらの十字５５によって、磁束５４Ｇの弱い余白部が表されている。
【００３６】
先に、本発明を具体化するための装置は水平に対して任意の好都合な方向に向けられた溶融金属のための通路４３で実現することができる、ということを説明した。いくつかの図においては、図示の便宜上、溶融金属通路４３の水平な方位が示されている。
【００３７】
図７〜図１０には、中心に置かれた強磁性磁極部８６とともに集中的構造に配置された５個の立方体状の永久新磁石５６の組立体８０Ｎが示されている。図７は相互に直交するｘ−ｘ軸、ｙ−ｙ軸およびｚ−ｚ軸を示しており、ｚ−ｚ軸は図の明瞭さのために垂直に方位付けられている、という点に留意すべきである。中央の磁極部８６は、ほとんど立方体であるが、この組立体８０Ｎから下方へ突出する北磁極８７を設けるために、ｚ−ｚ軸方向にいくらか細長い。したがって、この磁極部８６の北磁極性正方形面８７は、加圧用導管４８Ｇの作用区域５０Ｇに平らに接してかつしっくりと納まっている。技術的に言えば、磁極部８６は、正方形上部端面と正方形下部端面と４つの長方形側面とを有している平行六面体の直方体である。その磁界がｚ−ｚ軸に一致している上部の立方体新磁石５６は、磁極部８６の正方形上部端面に平らに接して納まっている。その正方形北磁極下面は、大きさと形状とが、接触している磁極部８６の正方形上面と一致している。
【００３８】
ｘ−ｘ軸と磁気的に一致している２個の立方体状新磁石５６にはそれぞれ、磁極部８６の両側面に平らに接して納まっている北磁極面がある。これらの北磁極面はそれぞれ、磁極部８６の側壁面と幅が一致しており、それらの上面はその磁極部の上面と面一にされている。他の２個の立方体状新磁石５６は、ｙ−ｙ軸と磁気的に一致している。それらの北磁極面は、磁極部８６における他の２つの対向面に平らに接して納まっている。これらの北磁極面はそれぞれ、磁極部８６の側壁面と幅が一致しており、それらの上面はその磁極部の上面と面一にされている。
【００３９】
この構成体における起磁力の北磁極側半分は、５個の新磁石５６（図７〜図１１、さらに図４）が組み立てられた５個集中型配列体８０Ｎによって供給される。この組立体８０Ｎは、片持ち型強磁性Ｃ字形フレーム６０Ｇの内部に配置されている（図４）。このフレーム６０Ｇは、磁気的に軟質の、すなわち強磁性の機械鋼（約２重量パーセントの炭素含有量）から作られており、また、このフレームによって磁気回路６１Ｇが確立されている。図４におけるＣ字形フレーム６０Ｇの左側面は開放されていて、加圧用導管４８Ｇをその関連構成要素とともに容易に取り外すことができるようになっている。
【００４０】
このＣ字形フレーム６０Ｇには、長形の直立部材７１が含まれており、この直立部材には、その上端に固定された調節用肩ブロック８２が備わっている。この肩ブロックを貫通して、止めナット７８を有する締め付け調節ねじ８３がねじ止めされており、取り外し可能な上部締め付け部材８２が後に説明される上部強磁性ポット８８の上面に確実に押し付けられるようになっている。直立部材７１の下端に固定された長形の足部材８１が、後に説明される強磁性下部ポット８８の下側に延びている。
【００４１】
図７には、先に説明したように、５個の新磁石５６がそれらの磁極部８６と組み立てられて示されている。不活性充填用ブロック８４（図９および図１０）は、図の明瞭さのために図７および図８では省略されている。これらの不活性充填用ブロックは、新磁石５６と同じ大きさの立方体であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）から構成されている。明確な図示のために、図９および図１０における１２個の充填用ブロック８４は破線によって示されている。
【００４２】
図９から、この集中型磁石組立体８０Ｎは事実上２つの層からなっていることがわかる。上側の層には、８個の不活性立方体８４によって囲まれた１個の新磁石立方体５６が含まれている。図１０では、下側の層には４個の新磁石立方体５６と４個の不活性立方体８４とによって囲まれた中央磁極部８６が含まれている、ということがわかる。前記新磁石は、上述のとおり、中央磁極部８６の４側面に隣接している。これら４個の立方体は、その磁極部における４つの垂直稜に隣接している。したがって、１８個の構成要素によって組立体８０Ｎが構成されている。
【００４３】
この構成体における起磁力の南磁極側半分は、図１１に示された集中型磁石組立体８０Ｓによって供給される。この組立体８０Ｓは北磁極側組立体８０Ｎと実質的に同じであるが、組立体８０Ｓは、図１１に見られるものからひっくり返っているため、その磁極部８６は、組立体８０Ｓの上側層にあり、その南磁極面８７のために上側層の上方へ突出して、導管４８Ｇの下部作用面５０Ｇ（図１１）に平らに接してかつしっくりと納まっている。また、組立体８０Ｓにおける５個の新磁石にはそれぞれ、南磁極部８６に接触している南磁極面がある。
【００４４】
配列体８０Ｎおよび８０Ｓはそれぞれ、例えば機械鋼の板材から作られた、磁気的に軟質である鉄製の上部および下部のポットすなわち包囲体または保持体８８（図４、図１１）によって、拘束されている。これらのポット８８は、フレーム６０Ｇからの磁気回路６１Ｇからこの集中型組立体における５個の新磁石５６の外面まで続いている。これらのポット８８は、それらの磁極部８６に接する磁極面に対向している新磁石５６の磁極面に接している。磁気回路６１Ｇの部分を設けるのに加えて、これらのポット８８は、それらの強い相互磁気反発力に抗して、拘束新磁石を物理的に保持している。これらのポット８８は、磁束が適切に導かれるのであれば、どこでも閉じられている必要がない。
【００４５】
保持体４７（図６）における長形ソケット６９に取り込まれた長形電極６８と、冷却液管類４６（図４）の備わった冷却用接続体５３とは、ポンプ３２に関して先に説明されたそれらと類似している。溶融金属を貫くそれらの対向電極６８（図６では１つだけが見える）によって、プラス符号およびマイナス符号で表された方向に直流Ｉが発生する。電流Ｉは、非磁性加圧用導管４８Ｇの作用区域５０Ｇの広い範囲６６（図４および図６）にわたって、約８ｍｍ（約０．３１５インチ）の狭い垂直範囲６７Ｇの中を流れる（図４および図１１）。
【００４６】
例えばアルミニウムから作られた非磁性の熱伝導性冷却用パンケーキ状セル７４（図１１、図１２および図１３）が、磁石配列体８０Ｎと加圧用導管４８Ｇとの間に挿入されている。別のこのような冷却用セル７４が、磁石配列体８０Ｓに関して同じように挿入されている。積層されたそれぞれの冷却用セル７４には、管類７２およびニップル７３（図１２）を通って流れる液体冷却剤が供給されて、通路４３Ｇにおける溶融金属の近傍の熱から新磁石５６が保護される。水のような冷却剤が通路７６を通ってそれぞれのプレート７７へ流れ込み、希土類元素からなる新磁石５６が充分に冷却されて、それらの磁気が失われないようにされる。例えばアルミニウムから作られた、通路７６を被覆するための非磁性熱伝導の薄いプレート７５が存在している。被覆プレート７５のそれぞれは、その隣接プレート７７に接着されかつ密封止されている。
【００４７】
新磁石材料  新磁石５６についての現在最も好ましい本発明者の磁性材料は、総称的にネオジム−鉄−ホウ素、すなわちＮｄ−Ｆｅ−Ｂとして知られ、普通はＮｄＦｅＢで記載される、鉄（Ｆｅ）、ネオジム（Ｎｄ）およびホウ素（Ｂ）の３要素（３元）化合物に基づくものである。ＮｄＦｅＢが含有されている永久磁石は商業的に入手することができる。ＮｄＦｅＢを含有しているこれらの永久到達新磁石によって、約２５〜約３５ＭＧＯｅ（メガ−ガウス−エールステッド）の範囲にある最大エネルギー積が示される。
【００４８】
本発明者の想像するところでは、将来は、例えば、鉄−サマリウム−ニトリドのような３元化合物のような他の到達永久磁石材料および、前記範囲内と前期範囲外とにおける最大エネルギー積ＭＧＯｅを有しているとともに図１４に示されたものと同様なＢ−Ｈ特性を有しており、さらに本発明の実施形態に用いるのに適している未知の３元化合物永久磁石材料が、商業的に入手することができるようになるであろう。さらに、前記範囲内と前期範囲外とにおける最大エネルギー積ＭＧＯｅを有しているとともに、本発明の実施形態に用いるのに適しているＢ−Ｈ特性を有している未知の４要素（４元）永久磁石材料もまた、商業的に入手することができるようになるであろう。
【００４９】
図１４において、ループ１００（象限ｉにおけるもの）の右端点１０２の高さが、本発明者の発明の実施形態で用いるための適切な新磁石材料の最大飽和磁化Ｂsを表している。この最大飽和磁化Ｂsは、新磁石５６が製造業者によって初めて磁化されたときに確立される。新磁石５６が製造業者の電磁石から取り外されると、先に加えられた高圧磁化力Ｈエールステッド（水平軸に沿って測定された）は、事実上ゼロになる。ゼロの磁化力というこの条件下では、残留する（すなわち、自己保持された）磁束密度Ｂrガウスは、新磁石のヒステリシスループ１００がＢ軸と交わる垂直なＢ軸に沿った点１０４によって表されている。このＢr値は、新磁石の残留磁気誘導値として知られている。本発明者の発明の目的に関しては、残留磁気誘導値Ｂrは、約８，０００〜約１０，０００ガウス（約０．８〜約１．０テスラ）の範囲における残留磁束密度に等しいかまたはそれより大きいものであるのが好ましい。残留磁気誘導値Ｂrのこの高い値およびこれよりも高い値は、本発明の構成用実施形態に用いられるのが好ましい新磁石材料で達成することができる。約１０，０００〜約１２，０００ガウス（約１．０〜約１．２テスラ）の範囲における残留磁気誘導値Ｂrがある新磁石を用いるのがいっそう好ましく、約１２，０００ガウス（約１．２テスラ）を超えるＢrがある新磁石を用いるのが最も好ましい。
【００５０】
ほとんど同一の高い残留磁気誘導値は、これまでの長い期間、安価に入手可能であってその近似ヒステリシスループ（Ｂ−Ｈ曲線）が図１４における１２０で示されている永久磁石材料であるアルニコ５でも達成することができる。このほっそりしたアルニコ５ループは、モスコウィッツ（Ｍｏｓｋｏｗｉｔｚ）氏による上掲の参考文献の図６−３に示されたアルニコ５ヒステリシスループから測定された約１２，８００ガウス（約１．２８テスラ）の残留磁気誘導値ＢrでＢ軸と交わっている。アルニコ５磁石材料のこの残留磁気誘導値は、新磁石材料のそれとそれほどかけ離れていないが、しかしながら、アルニコ５磁石は、本発明の実施形態において用いるためには、後に説明するように、実際的なものでも、適切なものでもない。
【００５１】
新磁石、例えばＮｄＦｅＢ新磁石の適合性は、それらの高い残留磁気誘導値Ｂr（図１４）からだけ生じるのではなく、いっそう重要なことには、それらの消磁曲線１０６の部分１１２における小さい勾配ΔＢ／ΔＨによって示されたような、それらの低い微分反透磁率からもまた生じる。消磁曲線１０６のこの部分１１２は、Ｂ−Ｈ座標の第２象限「ｉｉ」における円１１０の内側に位置している。この消磁曲線部分１１２は、消磁曲線１０６が＋Ｂ軸目盛におけるその値で＋Ｂ軸に交わる第１点１０４から、この消磁曲線１０６が−Ｈ軸目盛におけるその値で−Ｈ軸（マイナスＨ軸）に交わる第２点１０８まで延びている。小さい勾配ΔＢ／ΔＨはこの明細書では、２つの点１０４および１０８の間におけるこの曲線に沿った測定中間値、すなわち、図１４に約１．１５であるとして示されているその「中間点微分反透磁率」として測定されたような、曲線部分１１２の勾配であるとして定義されている。
【００５２】
磁気回路（例えば、６１（図２）で示され、また、６１Ｇ（図４）で示されたようなもの）における非磁性間隙４４（図３および図３Ａ）または４４Ｇ（図１１）を通して、きわめて強い磁界Ｂを発生させる高エネルギー永久新磁石５６におけるこの独特の到達性能は、このような磁石が、内部で―付随的にではあるが本質的に―それ自体の非磁性間隙として、すなわち、強磁性材料を含有しない間隙として機能するということを考慮するかまたは思案することによって、理解することができる。言い換えると、このような磁石は、まるで、それが、磁束密度の方向に測定された、新磁石５６自体の累積長にほとんど対応している内部仮想間隙を有しているかのように、機能する。それゆえ、例えば間隙４４または４４Ｇのような、外部における実際の物理的非磁性間隙を追加しても、磁気回路６１（図２）または６１Ｇ（図４）における図３Ａおよび図５の複数の小さい十字によって断面に示された磁束５４の大幅な減少は起きることがなく、すなわち、そのような磁気回路における比較的長いそのような間隙にわたって発生する磁界Ｂの強度の大幅な減少は起きることがない。
【００５３】
本発明者の発明の目的に関しては、空気または真空の透磁率は定義によって１であるのに対し、消磁曲線１０６に沿った中間点１１２での勾配は、約４以下であるのが好ましく、約１．２未満であるのがいっそう好ましい。図１４では、点１１２での勾配は、約１．１であるとして示されているが、この値は、本発明者の経験では、商業的に入手することのできるＮｄＦｅＢ新磁石によってもたらされる。この勾配の小ささは、磁気的な「硬質さ」、すなわち長続きする固有の残留磁気が反映されたものである。１にかなり近いこの好ましい勾配は、Δエールステッド当りのΔガウスで測定された微分反透磁率と称されている。
【００５４】
所望の到達特性に追従しがちである好ましい新磁石５６パラメーターの実際に適したパラメーターは、最大エネルギー積と称されており、それは、中間点１１２での残留磁気誘導値Ｂrに、新磁石５６の残留磁気誘導値ＢrをＢ軸における点１０４から中間点１１２まで減少させるのに必要な消磁用エールステッドの量を掛けた積である。この積は、共通商用名称であるメガ−ガウス−エールステッド（ＭＧＯｅ）として表現されている。図１４において一定の尺度で描かれたように、そのように描かれた新磁石には、少なくとも約２５メガ−ガウス−エールステッドのエネルギー積があるであろう。かなり経済的に入手可能なＭＧＯｅの最大値、例えば少なくとも約３０ＭＧＯｅから約３５ＭＧＯｅまであるいはそれ以上の値が備わった新磁石を用いることは好ましい。これに対して、アルニコ５は適していない。
【００５５】
円１１０（図１４）の内部に示されたアルニコ５に関する消磁曲線１２２は、約３０ΔＢ／ΔＨの勾配でほとんど垂直に下降し、また、この消磁曲線１２２は、約１，０００エールステッド未満の値が備わっている点１２６でＨ軸と交わっている。これに対して、適切な新磁石には、その勾配ΔＢ／ΔＨが１にかなり近く、点１０４と点１０８との間を延びていて、勾配がかなり小さく、普通は比較的まっすぐな線である消磁曲線１０６がある。
【００５６】
図１６では、２つの曲線によって、アルニコ５で得られた磁束密度（ｙ軸）と到達新磁石とが対比されている。独立変数（ｘ軸）は、それらのそれぞれの磁気回路における非磁性間隙の幅または長さである。所定間隙の影響は、磁石組立体の相異なる大きさおよび構成について異なっており、ここで、その間隙はこの明細書で説明された装置に対応したプロットで示されている。
【００５７】
本発明の実施形態に用いることのできる入手可能な商用磁石５６は、約２０ＭＧＯｅの最大エネルギー積と約９，０００ガウス（０．９テスラ）の残留磁気誘導値Ｂrとが備わっているとともにほとんど１に近い約１．０８の中間点微分反透磁率が備わっているコバルトとサマリウムとの混合物（Ｃｏ5Ｓｍ）からなっている。さらに、用いることのできる入手可能な商用磁石には、コバルト−サマリウム材料（Ｃｏ17Ｓｍ2）が含まれており、かつ、約２２〜約２８ＭＧＯｅの最大エネルギー積と約９，０００ガウス（約０．９テスラ）〜約１１，０００ガウス（約１．１テスラ）の残留磁気誘導値Ｂrとが備わっているとともにほとんど１に近い約１．１５以下〜約１．０の範囲内における中間点微分反透磁率が備わっている。
【００５８】
非磁性間隙４４Ｇに獲得することのできる磁束密度の限界は、それを担持するための磁極部８６の性能である。機械鋼と同じようなほとんど純粋の鉄については、磁気飽和は約２．１テスラで生じると言われている。もしもこの鉄の約３分の１がコバルトの等価合金部によって置き換えられると、この限界は約２．４テスラまで生じると言われている（上掲のダグラス（Ｄｏｕｇｌａｓ）氏の論文における第７６１〜第７６３ページを参照）。しかしながら、本発明者の経験では、これらの限界は、およそ７０パーセントよりもいっそう近い非磁性間隙４４Ｇにおいては到達しないが、それは実質的な漏洩磁束が新磁石自体のまわりで生じるためである。この磁気漏洩は非磁性間隙４４Ｇの磁気抵抗のためである。
【００５９】
直方体磁極部への入力は、例えば、このような磁極部のそれぞれの側面がそれぞれの新磁石５６の関連磁極面に隠れてぴったりと隣接している１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つまたはそれ以上の側面からもまた、もたらすことができる。一般に、磁気入力を受ける磁極部の側面の数が多ければ多いほど好ましい。３つの対称側面に２つの端面が加えられた磁極部９１の場合については、その磁極部は三角形状の断面のものであろう（図１３Ａ）。三角形エンドキャップ型新磁石５６１を追加することができ、また、磁極部９１の他方端部はその北磁極面８７である。６つの側面に２つの端面が加えられた場合については、磁極部９２は六角形断面のものであろう（図１３Ｂ）。六角形エンドキャップ型新磁石５６”を追加することができる。磁極部９２の他方端部８７はその北磁極面である。
【００６０】
極端な場合として、図１３Ｃに示されたように、その半径方向の厚み全体を通る方向に磁化された環状磁石リング９４によって、円筒形磁極部９３（断面ではその半分が示されている）が取り囲まれている。その円筒軸に沿った長手方向に磁化された円筒形キャップ９７は、この磁石組立体からなっている。磁極部９３の他方軸端８７はその北磁極面である。図１３Ａ、図１３Ｂおよび図１３Ｃに示された非正方形断面形状のいずれも、通路４３または４３Ｇを通る正方形磁界を発生させることがなく、それゆえ、加えられたその磁界のいくつかの縁は通路４３または４３Ｇの幅寸法６６の外側にあり、また、いくつかの縁は電極の上流側および下流側にある。しかしながら、このような非正方形磁界は、通路４３または４３Ｇにおける圧送動作の終わり頃に溶融金属の渦巻き状漏洩を引き起こさないが、これは、まっすぐで平行な対向電極同士の間を流れる電流Ｉによって、流路にわたる均一な圧送力の結果、通路４３または４３Ｇにわたって広がっているほとんど正方形または長方形の区域が覆われるからである。
【００６１】
図１７には、２つの長形磁極部９５からなり、その磁極部のそれぞれに４つの長形側面が備わっている組立体が示されている。それぞれの磁極部における３つの側面には、３本の長い新磁石９６によって磁束が供給されており、４番目の側面は長形磁極面８７である。このような長い磁極面８７は、例えばきわめて広い寸法６６の圧送用通路とともに用いるためには、金属流に対して横方向に方位付けすることができる。分解関係に示された小さい新磁石５６は、所望であればそれぞれの長形磁極部９５について５つの新磁石を形成するために、それぞれの磁極部９５の端部に加えることができるが、このことは、それぞれの長い磁極部の２つの端部における磁束漏洩を無視することができる場合に限られる。
【００６２】
一般的に言えば、適切な経済的結果および実用的結果を得るためには、本発明を具体化するための電磁ポンプ設計は、新磁石の大きい磁気エネルギーと到達性能とによって、非磁性間隙４４、４４Ｇおよび４４Ｊ（図１９）にわたって広がるとともに、この間隙の内部に配置された加圧用導管を通過するきわめて強い磁界Ｂを供給し、磁気漏洩および遊離磁束を最小限にするように構成されるであろう。したがって、例えば、この非磁性間隙４４、４４Ｇおよび４４Ｊは、適度に実際的である限り、最小限にされる。
【００６３】
磁極の方位が同じである、隣接するいくつかの新磁石要素は、一緒に組み立てて、事実上１つの磁石として扱うことができる。例えば、それぞれの稜に沿った長さが１インチである８個の立方体状新磁石を、それぞれの稜に沿った長さが２インチである１個の立方体状構成体に組み立てることができる。一般的に言えば、これらの新磁石は、そのように組み立てられると互いに反発するので、それらの相互反発力に抗するように拘束しなければならない。
【００６４】
流れ感知  当業界において知られている鋳造機におけるさまざまな型の金属液面感知装置のうちいずれか１つによって、鋳造装置の中における溶融金属の液面すなわち上限を表すための信号が送られる。そのような信号は、電流Ｉをもたらすための直流電源についての制御部へ送ることができるものであるのが好ましく、この電源は、その鋳造金属の中に生じる空隙すなわちまくれ込みを溢れさせることなくまたは許容することなく、その鋳造機または鋳型の液面すなわち上限に合致する圧送速度を制御するために、この電流の大きさ（アンペア数）を制御するものである。連続鋳造機の中における溶融金属液面に関する信号を発生するための１つの好適な近接コイル装置は、ステン−ブイ．−リンダー（Ｓｔｅｎ  Ｖ．Ｌｉｎｄｅｒ）氏に付与された米国特許第４，１３８，８８８号公報に記載されている。
【００６５】
それぞれにコネクター１３６および１３８（図３Ａおよび図５）のある、１対以上の小さい追加組込型受動感知用電極１３２および１３４（図３Ａ）が、溶融金属流Ｍ（図５、図３Ａ、図３、図２、図４）と接触するために、流体加圧用導管の壁を貫いて突出している。
【００６６】
磁束が導管を貫通する箇所では、その導管の中を移動する溶融金属により、その磁束およびその流れの両方に対して直角にｅ．ｍ．ｆ．が発生するが、これは、その発生モードにおいてファラデーの原理に従うものであり、それによって、機械的エネルギーが電気的エネルギーに変換される。信号は、２つの電極１３２同士の間と他の２つの電極１３４同士の間とを通過する流れの流量に比例している。これらの受動感知用電極１３２および１３４（図５および図３Ａ）によって、溶融金属を動かす磁界５４または５４Ｇの比較的弱い縁５５または５５Ｇを横切る通路が画定されている。作用区域５０および５０Ｇの上流および下流に配置された２対の電極センサー１３２および１３４が示されている。これら２対の電極からの電気的出力値は組み合わされて平均化される。これらのセンサーからの平均電気的出力値は、直流Ｉの手動制御を可能にするのに適している計器（図示略）へ送られるか、または直流制御部（図示略）の中へ送られて、ポンプ３２または３２Ｇが安定的にかつ正確に制御されるか、さもなければ、その装置３２または３２Ｇがブレーキまたはスロットルとして作動される。それゆえ、溶融金属の入力値を連続鋳造機の速度に一致させるための本発明における実施形態の有利な性能が実現される。
【００６７】
いずれかの電極対１３２または１３４は、制御の目的のためには充分なものであろうが、必然的に変動する直流発生電流であって、電極６８の近傍とこの変動する電流の関連変動磁界との間における直流発生電流により、感知用電極対１３２または１３４の間に望ましくないｅ．ｍ．ｆ．が発生する、ということに留意すべきである。しかしながら、この直流発生用電極６８に対する感知用電極の対称的な上流−下流配置によって、互いに打ち消し合うには望ましくないｅ．ｍ．ｆ．が生じ、その結果、発生しかつ組み合わされた制御ｅ．ｍ．ｆ．を計器または直流電流制御部の中へ送るのが妨害されることはない。
【００６８】
ｅ．ｍ．ｆ．の発生のために縁領域５５または５５Ｇを、ファラデーの原理にしたがってその発生モードにおいて用いる代わりに、磁界Ｂに対して平行な方向に溶融金属流を通過する磁界をもたらすためにその縁領域よりも上流または下流に適切に配置された分離した磁石を用いることができる。この場合には、先に特定されたそれらと同様の１対の感知用電極だけで充分である。
【００６９】
図１８および図１９には、本発明を具体化するための電磁ポンプ３２Ｊが示されている。第１および第２の強力型立方体状磁石組立体１８０Ｎおよび１８０Ｓのそれぞれには、それぞれの稜に沿った長さが約５１ｍｍ（約２インチ）である８個の新磁石５６が含まれている。したがって、それぞれの強力型立方体状磁石組立体１８０Ｎおよび１８０Ｓは、それぞれの稜に沿った長さが約１０２ｍｍ（約４インチ）であり、全磁極面８７の面積が約１０４平方センチメートル（約１６インチ）である。これらの磁極面８７は、パンケーキ状冷却層７４に平らに接して納まっており、これらのパンケーキ状冷却体は、導管４８Ｊの作用区域の対向面５０Ｊに平らに接して納まっている。
【００７０】
大きい強磁性フレーム１６０が、これら２つの磁石組立体を取り囲んでいる。このフレームには、上部横部材１６０ｂ、下部横部材１６０ｃおよび２つの直立部材１６０ａおよび１６０ｄが含まれている。これらのフレーム部材は、例えば図２における機械ねじ６３の構成に類似している取り外し可能な機械ねじ（図示略）によって、互いに適切に固定されているので、フレーム１６０を容易に分解することができる。
【００７１】
これらの直立部材１６０ａおよび１６０ｄは、磁束の漏洩が最小になるように、これら２つの磁石組立体から比較的離れて配置されている。さらに、示されたように、対向磁極面８７同士の間における非磁性間隙４４Ｊは、約３８ｍｍ（約１．５インチ）である。
【００７２】
これら２つの磁石組立体１８０Ｎおよび１８０Ｓをそれらの新磁石５６同士の間における相互反発力に抗するように互いに保持するために、これらは、例えばアルミニウムから作られ、破線輪郭で示されたそれぞれの非磁性保持体ケーシングの内部に拘束されている。
【００７３】
通路４３は、約８ｍｍの高さ６７と約１０２ｍｍ（約４インチ）の幅６６とを備えている。
【００７４】
溶融金属流Ｍを横切って直流電流Ｉを供給するための対向電極対（図示略）は、先に説明したように適切に取り付けられており、また、これらのそれぞれには、約１０２ｍｍ（約４インチ）の長さがある。
【００７５】
試験装置のプロトタイプ
都合のよい試験装置のプロトタイプには、ウッド合金（Ｗｏｏｄ’ｓ  ｍｅｔａｌ）として伝統的に知られたものに類似しているビスマス合金が用いられる。この金属は、都合のよいことに、７０℃（１５９°Ｆ）という比較的低い温度で溶融する。この合金には、１０．５ｇ／ｃｍ3（０．３８ｌｂｓ／ｉｎ3）の比重がある。
【００７６】
再現可能な実験が、図１５における立面図に示された試験装置１５０で行われた。ポンプ３２によって、溶解用容器１５２から、管１５４を介して、また、溶融金属を推進するための一定断面積の通路４３を備えたまっすぐな薄壁型加圧用導管４８を介して、水頭測定用コラム１５６へ金属が圧送された。バルブ１５８が開かれると、その金属は、容器１５２から管１５４および１６０を介して同容器へ戻るように自由に循環される。
【００７７】
ポンプ３２によって圧送された溶融ウッド合金の温度は約９３℃（２００°Ｆ）であった。加圧用導管４８は、ケイ酸カルシウムのブロックから機械加工されたものであり、図３における導管４８と同様の形状であった。導管４８の中の通路４３は、約５．６ｍｍ（約０．２２インチ）の高さと約５１ｍｍ（約２インチ）の幅６６を備え、したがって、約２．８平方センチメートル（約０．４４平方インチ）の断面積があった。
【００７８】
図１５および図２における２つの先細の磁極部５８を通る矢印Ｂによって示された方向に、約２６平方センチメートル（約４平方インチ）の区域にわたる約３８ｍｍ（約１．５インチ）の間隙を通して、約７，０００ガウス（約０．７テスラ）の単向性磁束密度が及ぼされた。この磁界は、図２および図２Ａにおいて大部分が破線で示されたように配置された、商業的に入手することのできる高エネルギー新磁石である４個のＮｄＦｅＢ―２個が一方の磁極部５８の上方に配置され、２個が他方の磁極部５８の下方に配置された―によってもたらされた。これら４個の到達新磁石５６のそれぞれは、それぞれの稜において約５１ｍｍ（約２インチ）の長さがある立方体であった。このポンプの内部における溶融金属に、それぞれが約２．４平方センチメートルの表面積を有し、間隔を置いて配置された平行な銅電極６８同士の間に、０〜５００アンペアの制御可能な直流電流が、図２、図２Ａ、図３および図３Ａにおける矢印Ｉで示された方向に印加された。この５００アンペアの直流電流は、１０ボルトの電圧を及ぼすことのできる溶接機によって印加されたが、これらの電極同士の間には４ボルト未満の電圧が印加された。以下に示す試験の間において、電極６８同士と溶融金属にわたる電圧降下は、５００アンペアで約０．５ボルトであった。
【００７９】
流れおよび水頭が測定される前に、外部から断熱された導管４８に加えて外部から断熱された管１５４および１６０を暖めるために、溶融金属が、矢印１６１および１５９に示すように、２〜３分循環された。器具測定用ゲージ圧によって測定されたようなゼロ圧力水頭、すなわち、大気圧に対する圧力に対応している溶融金属の高さは、溶解用容器１５２における溶融金属１６５の自由液面の高さ１６４「ＰｒＨｄ0」であった。この溶融金属の表面１６４における定常大気圧は、遊び嵌め用カバー１６６によって確保された。ポンプがオフになると、この液面１６４は、オープントップ型の圧力水頭測定用コラム１５６（その断熱材は、図の明瞭さのために示されていない）における液体金属の表面の高さでもあった。ポンプがオンになり、かつ、バルブ１５８が開かれると、コラム１５６における液体金属の液面はあまり上昇しなかったが、そのわずかな上昇（簡略化のために、この明細書ではさらに区別されていない）は、管１６０における摩擦の背圧および乱流に主として起因するものであった。したがって、循環流（矢印１６１および１５９）の流量は、１秒当たり約０．３リットル、または１時間当たり約１１メートルトンとして、測定された。
【００８０】
その後、バルブ１５８が閉じられて、流れのないときすなわち遮断時における有効圧力水頭Ｈｔが測定された。このポンプによって及ぼすことのできるこの最高圧力水頭Ｈｔを測定するために、コラム１５６の中におけるウッド合金の表面にアルミニウムのブロック１６８が浮かべられた。それに取り付けられた細いワイヤ１７２が、オープントップ型コラム１５６の頂部に取り付けられた滑車１７４に巻かれたが、このワイヤは、釣り合い錘１７０へつなぎ止めるために、下方へ延びている。この釣り合い錘の垂直位置から、簡単な計算で、そのコラムの中におけるウッド合金の高さが明らかにされた。
【００８１】
バルブ１５８が閉じられたとき、すなわち流れがない際に得られる液体金属の垂直な柱状面の揚程は、ゼロ圧力水頭ＰｒＨｄ0でのその高さ、すなわち、溶解用容器１５２の液体表面１６４での溶融金属液面１６４（ＰｒＨｄ0）に対して３７０ｇ／ｃｍ2つまり０．３６バールのいわゆる圧力水頭である垂直距離「Ｈｔ」を上回る３５０ｍｍであった。この圧力水頭は、３５．０センチメートルの揚程高さＨｔに溶融金属１６５の比重１０．５ｇ／ｃｍ3を掛けることで算出された。
【００８２】
この溶融金属の流量は、先に説明したように電磁的に感知され、また、そのように生じ  た信号によって、その圧送流量を先に説明したように１秒当たり約０．３リットルで実  質的に一定に維持するために、その圧送流量が制御された。
【００８３】
この実験およびその材料ならびにパラメーターは、本発明を説明する目的のためだけに説明されており、また、本発明の範囲を限定するものではなく、さまざまな方法、材料およびパラメーターとともにさまざまな装置に具体化される。
【００８４】
本発明を具体化するための電磁ポンプは、溶融銅を、既存の低置型固定炉から、従来の傾注炉の高さ、すなわち、揚程３メートル以上の高さ、つまり、例えば図１および図１Ａに示されたような連続鋳造機へ供給するのに適した高さまで汲み上げるために用いることができる。このような方法では、傾注炉は、そのような鋳造機の中への溶融金属の注入量を維持すること及び計量することは、もはや必要でない。
【００８５】
補遺
溶融金属の流れの制御方法は、
もろい材料である黒鉛から形成された作用区域のある加圧用導管を用意し、
熱耐性と機械的な衝撃や応力に耐える性質とが備わっている適切な堅牢材料から形成されたジャケットの中に前記黒鉛を囲み込むことによってその黒鉛を保護し、さらに
前記黒鉛の周りに配置された前記ジャケットの中に、前記黒鉛を損傷および望ましくない配管応力からかつ前記ジャケットの内部に起きる機械的および電気的な衝撃および応力から絶縁するための電気的非伝導性材料を挿入する
諸ステップを備えている。
【００８６】
いくらかもろい材料であるセラミックから形成された加圧用導管を設けることによる溶融金属の流れの制御方法。
【００８７】
熱耐性と機械的な衝撃や応力に耐える性質とが備わっている適切な堅牢材料から形成されたジャケットの中に前記セラミックを囲み込むことによってそのセラミックを保護することと、前記セラミックの周りに配置された前記ジャケットの中に、前記セラミックを損傷および望ましくない配管応力からかつ前記ジャケットの内部に起きる機械的および電気的な衝撃および応力から絶縁するための電気的非伝導性材料を介在させること。
【００８８】
本発明の現在好ましい特定の実施形態がこの明細書において詳しく説明されてきたが、新磁石要素の組立体に関する多くの形状およびパターンは、この明細書において説明されたそれらに加えて有用な結果をもたらすために用いることができる、ということを理解すべきである。さらに一般的には、本発明の実施形態におけるいくつかの例はこの明細書では例示の目的のために説明されてきた、ということを理解すべきである。これらの開示は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されることを意図するものではないが、それは、これらの方法および装置を、特定の連続鋳造設備に関連して、または実質的に同じ一組の鋳型の中へ連続的に注入するために、有用なものに適合するために、説明された方法および装置を、連続鋳造の分野および溶融金属の輸送の分野における当業者によって、特許請求の範囲の権利範囲から逸脱することなく、細部において変化させることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明を具体化するための電磁ポンプであって、溶融金属を、炉から、このような電磁ポンプと相まって利点をもたらすために使用することのできる鋳造装置の１例としての連続ベルト鋳造機まで上方へ圧送するように構成された電磁ポンプを示している立面図である。
【図１Ａ】図１と同様であるが、同ポンプから同連続鋳造機への導管は大部分、省略して示す図である。図１Ａにおいて、溶融金属は、保護用不活性雰囲気の中を移動する、自由で制約されない放物線アーチ状のジェット噴流の形態で上方へ推進されるように示されている。
【図２】本発明を具体化するための溶融金属ポンプの斜視図である。このポンプ装置は、上方かつ上流から下方へ斜めに見ている視点から見たものである。主として破線の輪郭で示されたものは、４個の高エネルギー永久新磁石であり、図２Ａにいっそうはっきりと示されるように、そのうちの２個は溶融金属流Ｍの上方で一対の構成をなし、他の２個は溶融金属流Ｍの下方で一対の構成をなしている。各対の磁石は、図２および図２Ａにおいて、磁極面が溶融金属流Ｍを向くようにされたそれぞれの先細磁極部とともに組み立てられて示されている。
【図２Ａ】図２に示されたポンプの正面立面図である。図の明瞭さのために、図２Ａには、非磁性のシェルまたはジャケットの中に保持された磁極部と軟質の強磁性フレームとが備わった新磁石組立体だけが示されている。
【図３】上方かつ上流から下方へ斜めに見ている視点から見たような図２の溶融金属ポンプ装置の中における加圧用導管と関連諸構成要素との斜視図である。
【図３Ａ】図２におけるポンプの加圧用導管と、上方かつ上流から下方へ斜めに見たような関連諸構成要素との分解斜視図である。この図は、ポンプ電極と速度感知用電極とに関連した諸要素を示している。単向性磁束Ｂの垂直線は小さい十字によって表されている。
【図４】上方から下流へ斜めに見た、本発明を具体化するための集中型高磁束密度溶融金属ポンプの斜視図である。部分的な切り取りによって、上部冷却室と圧送用導管の薄壁部とが現れている。図の明瞭さのために、高エネルギー新磁石の上部組立体および下部組立体とこれらのそれぞれの磁極部とは、この図では描かれていない。
【図５】図４に示された溶融金属ポンプの加圧用導管の平面図である。単向性磁束の垂直線は、一般に断面に認められ、また、小さい十字によって表されている。
【図６】図４におけるのと同じ視点から見た、図４に示された集中型高磁束密度溶融金属ポンプの加圧用導管の分解断面斜視図である。さらに、４つの速度感知用電極が示されている。
【図７】図４、図５および図６に示された溶融金属ポンプに使用されている５個集中型高磁束密度新磁石組立体の斜視図である。図７は、図４および図６におけるのと同じ視点から見たものである。図の明瞭さのために、図９および図１０に示された不活性充填剤ブロックは、図７および図８から省略されている。
【図８】図７に示された新磁石組立体の分解斜視図である。
【図９】図７の新磁石組立体の斜視図であり、破線の輪郭で磁性的に不活性な支持型充填剤ブロックを示しており、このブロックは、図７に示された組立体に含まれているが、図の明瞭さのために、図７からは省略されているものである。
【図１０】図９に示された組立体における諸要素の分解斜視図である。
【図１１】図４、図６および図１２の装置における平面１１−１１に沿う立面断面図である。
【図１２】図１１および図１３における平面１２−１２に沿う平面断面図であり、新磁石を熱から保護するラミネート型冷却ユニットを示すためのものである。
【図１３】図１２における位置１３−１３から見た、図１２に示された諸要素の部分側面図である。
【図１３Ａ】周囲に３個の磁石が備わった三角形磁極部の斜視図である。
【図１３Ｂ】周囲に６個の磁石が備わった六角形磁極部の斜視図である。その端の磁石は分解関係に示されている。
【図１３Ｃ】単一のリング状磁石における円形磁極部と分解状に示されたその端の磁石との斜視図である。
【図１４】アルニコ５パーセント永久磁石材料と比較した、希土類元素含有の高エネルギー永久新磁石材料における磁化および脱磁のヒステリシスループを示している。
【図１５】都合のよい試験設備の立面図である。
【図１６】比較的大きい非磁性間隙を通して及ぼされた「到達」新磁石の、同じ非磁性間隙を通してアルニコ磁石によって及ぼされた吸引力の望ましくない急激な減少と比較した到達吸引力性能を示している。
【図１７】長い３入力磁気構成体図における上方からの斜視図である。その端面磁石は分解関係に示されている。
【図１８】それぞれが８個の新磁石からなる２つの立方体状組立体が含まれている、本発明における別の実施形態を示している斜視図である。これら２つの立方体状組立体同士の間にその加圧用導管と２つのパンケーキ状冷却器とが配置されて示されている。
【図１９】図１８の実施形態の正面立面図である。図１９は、新磁石の前記２つの立方体状組立体に関連した直方体の強磁性体フレームを示している。このフレームは、図の明瞭さのために、図１８からは省略されている。
【符号の説明】
【００９０】
Ｃ  空洞
Ｂ  単向性磁束の軸を有する磁界
Ｍ  溶融金属
Ｐ  製品
Ｕ、Ｕ'  上部運び台
Ｌ、Ｌ'  下部運び台
Ｉ  電流
２２、２２’、２４，２４’ 鋳造ベルト
２３  自動回転ローラー
２５  縁部囲い枠
２７  ジェット噴流
２８  均熱炉
２９  液面
３０  ベルト型連続鋳造機
３０’ベルト型連続鋳造機
３１  環境雰囲気
３２、３２Ｇ、３２Ｊ  電磁ポンプ
３４  矢印
３６、３６’導管
３８  分散器
４２  上流入口端部
４３  通路
４４、４４Ｇ  間隙
４７  電極保持体
４８、４８Ｇ、４８Ｊ  圧力導管
４９  ねじ
５０、５０Ｇ  作用区域
５１  電気接続柱
５２  ねじ
５３  ニップル
５４、５４Ｇ  磁束
５５  磁束
５６  磁石
５８  磁極部
５９  ジャケット
６０、１６０  フレーム
６０a、１６０a  直立部材
６０ｂ、１６０b  上部横部材
６０ｃ、１６０c  下部横部材
１６０d  直立部材
６０Ｇ  フレーム
６１、６１Ｇ  磁気回路
６２  ブリッジ片
６３  ボルト
６４  ボルト
６６  幅寸法
６７Ｇ  高さ
６８  電極
６９  ソケット
７４  熱伝導性冷却用パンケーキ状セル
８０Ｎ、８０Ｓ、１８０Ｎ、１８０Ｓ  組立体
８１  足部材
８２  調整用肩ブロック
８４  不活性立方体
８６  磁極部
８７  磁極面
８８  強磁性ポット
９１  磁極部
９２  磁極部
９３  磁極部
９５  磁極部
９６  磁石
１３２、１３４  感知用電極
１３６、１３８  コネクター
１５２  溶解用容器
１５４  管
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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