(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径方向に複数の放射状のスリット、および該スリットで区切られた良導電金属製のセグメントを有する金属るつぼにおいて、前記スリットは金属るつぼの内周側で狭くし、外周側で広くなるようにして、内周側で狭くしたスリット部の内周側から外周側への長さは少なくとも該金属るつぼに印加される誘導磁界の周波数と金属るつぼの物性値で決まる浸透深さの４倍に相当する長さで形成したことを特徴とする金属るつぼ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、導電性の被溶解材料を交番磁界内に置いて電磁誘導作用により誘導加熱するとともに、被溶解材料に側面から電磁力を与えて、被溶解材料がるつぼ側面に非接触で溶解し、上方から挿入する減圧ノズルまたは、るつぼ底部の略中心に設けた流出口から出湯して鋳造する溶解装置の金属るつぼ、または凝固物を機械的に引き下げてインゴットを生成する連続鋳造装置の金属るつぼに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来例の断面構成図を示す。この図５において、１は内部に水冷孔を有する縦長の良導電金属製のセグメント２を周方向に絶縁物３を介して積層して構成し、該絶縁物３によって周方向に放射状のスリット４を形成した、有底の金属るつぼ、５は金属るつぼ１の外周に巻回した誘導コイル、６は被溶解材料が溶解した溶湯、７は溶湯下部の凝固体、８は金属るつぼ１の底板を示す。この構成において、誘導コイル５に高周波電流を通電することにより生じた磁束の一部は、金属るつぼ１のセグメント２に鎖交してセグメント２の外周近くを周回する誘導電流を発生させてセグメント２を誘導加熱し、前記磁束の別の一部はスリット４を通過して金属るつぼ１内に進入して被溶解材料と鎖交してこの被溶解材料を誘導加熱して溶湯６にする。この溶湯６内を周回する電流と、セグメント２を周回する電流とは対向する場所では互いに逆向きに流れるので反発力を生じて溶湯６と金属るつぼ１とを非接触に保つ。
【０００３】
しかし、溶湯６の底部には溶湯内を周回する電流は誘起しておらず、また、金属るつぼ１の底板８には周回電流が誘起していないので、金属るつぼ１の底部近辺の側壁面および底部では被溶解材料は金属るつぼ１と接触して凝固体７になっている。
なお、隣り合うセグメント３間のスリット４の幅はるつぼの内側から外側まで同じである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成では誘導コイルに高周波電流を通電して発生した磁束は金属るつぼに鎖交して誘導電流を発生させて、その誘導電流によりセグメントの部分では磁束がるつぼ内に進入しないように遮蔽するので、るつぼ内にはスリットを通過した磁束のみが進入する。そこで、スリットの幅を広くして被溶解材料と鎖交する磁束と誘導コイルにより発生する全磁束との比率を増加させると溶解効率は向上するが、スリットに対向する溶湯の部分では電磁反発力が大きくなり溶湯の動きが乱れ安定してるつぼとの非接触状態を保てなくなる。従って、従来の構成ではスリット幅は０．３〜１．０ｍｍに抑えて溶湯の安定を保つようにしているので所望の溶解能力を得るための磁束をるつぼ内に生成するためにはセグメント内の渦電流損も大きくなり誘導コイルへの入力電力を大きくする必要があった。
【０００５】
この発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、溶湯が安定してるつぼとの非接触状態を保ち、かつ、被溶解材料と鎖交する磁束と誘導コイルにより発生する全磁束との比率を増加させて溶解効率を向上させた金属るつぼを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、半径方向に複数の放射状のスリット、および該スリットで区切られた良導電金属製のセグメントを有する金属るつぼにおいて、前記スリットは金属るつぼの内周側で狭くし（以下このスリット部を狭スリット部と称す）、外周側で広くなるようにして、内周側で狭くした狭スリット部の内周側から外周側への長さは（以下狭スリット部長さと称す）少なくとも該金属るつぼに印加される誘導磁界の周波数と金属るつぼの物性値で決まる浸透深さの４倍に相当する長さで形成したことを特徴とする。
【０００７】
セグメントに流れる渦電流は表皮効果により表面近傍を流れ表面で最大値となり表面から内部に向かって指数関数的に減少する。ここで、セグメントの表面から内部に向かう距離ｘでの電流密度Ｉは、表面に流れる電流密度（最大値）をＩ0 とするとＩ＝Ｉ0 ｅ-x/d（ここでｅは自然対数の底数、ｄは浸透深さと呼ばれており電流密度Ｉを表面（ｘ＝０）から内部に無限大（ｘ＝∞）まで積分した電流値が、表面からｄまで一様に流れた電流値に相当するとの仮定から生まれた値であるが誘導加熱には重要な数値である。なお、浸透深さｄは一様な磁界中に置かれた平板の内部の磁界の分布を求める式から求められるが詳細は省略する（図２参照））となる。
【０００８】
内周側で狭くした狭スリット部長さを前記浸透深さの２倍（２ｄ）とすると、前記長さの中心の所はｘ＝ｄとなりその部分のセグメントに流れる電流値Ｉは前式よりＩ0 ×３７％となり、前記長さの上下で電流が逆向きになるためこの長さでは渦電流の一部分の電流しか周回しない（図３（ｂ）参照）。そのために、この部分での溶湯とセグメントの周回電流とによる電磁反発力が弱まり溶湯の安定した浮揚が保てなくなる。次に、内周側で狭くした狭スリット部長さを４ｄとすると、前記長さの中心の所はｘ＝２ｄとなりその部分のセグメントに流れる電流値はＩ0 ×１４％となるので渦電流の殆どをこの部分に周回させることができる（図３（ａ）参照）。
【０００９】
よって上記構成により、溶湯と対向する前記狭スリット部のスリット幅を所定値にするとともに、前記狭スリット部の内周側から外周側への長さを該金属るつぼに印加される誘導磁界の周波数と金属るつぼの物性値で決まる浸透深さの４倍に相当する長さ以上にすることによりセグメントの内周側のコーナーまで電流を周回させて、スリットに対向する溶湯の電磁反発力の乱れを抑制するとともに、前記スリット幅が浸透深さの４倍に相当する長さからセグメントの外周側までのスリット幅を広げることにより、セグメントの横断面積が減少してセグメントに鎖交する磁束の量が減少するので被溶解材料と鎖交する磁束と誘導コイルにより発生する全磁束との比率が増加して溶解効率を向上させることが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態の主要部の縦断面構成図を示す。この図１において、従来例と同一の符号を付けた部材はおおよそ同一の機能を有するのでその説明は省略する。この図１において、１０は、内部に水冷孔を有し、断面が扇形で外周側を周方向幅が狭くなるようにカットした縦長の良導電金属製のセグメント２０を周方向に絶縁物３０を介して積層して構成し、該絶縁物３０によって半径方向に放射状のスリット４０を形成した金属るつぼ、５は金属るつぼ１０の外周に巻回した誘導コイル、６は被溶解材料が溶解した溶湯、７は溶湯下部の凝固体、８は金属るつぼ１０の底板を示す。この構成において、誘導コイル５に高周波電流を通電することにより生じた磁束の一部は、金属るつぼ１０のセグメント２０に鎖交してセグメント２０の外周近くを周回する誘導電流を発生させてセグメント２０を誘導加熱し、前記磁束の別の一部はスリット４０を通過して金属るつぼ１０内に進入して被溶解材料と鎖交してこの被溶解材料を誘導加熱して溶湯６にする。この溶湯６内を周回する電流と、セグメント２０を周回する電流とは対向する場所では互いに逆向きに流れるので反発力を生じて溶湯６と金属るつぼ１０とを非接触に保つ。
【００１２】
しかし、溶湯６の底部には溶湯内を周回する電流は誘起しておらず、また、金属るつぼ１０の底板８には周回電流が誘起していないので、金属るつぼ１０の底部近辺の側壁面および底部では被溶解材料は金属るつぼ１０と接触して凝固体７になっている。
図３は図１のセグメント２０の拡大横断面を示し、（ａ）はＡ≧４ｄの場合の図、（ｂ）はＡ＝２ｄの場合の図を示す。この図３において、スリット４０は、Ａの長さ寸法を持ち、狭い幅寸法Ｂでなるるつぼ内周側の狭スリット部分と、広い幅寸法Ｃでなるるつぼ外周側の部分とからなる。２０ａはセグメント２０の外周側を周回する電流を示し、寸法Ａは（ａ）の場合、セグメント２０に鎖交する磁束の周波数と、セグメント２０の物性値とで決められる電流の浸透深さｄの４倍を越える長さになっており、外周側の幅はセグメント２０内に穿孔された冷却水孔に対して機械的な強度が保たれる範囲になっている。
【００１３】
（ｂ）は寸法Ａが前記浸透深さｄの２倍になっており、セグメント２０内を周回する渦電流はＡ寸法の部分にはあまり周回しないことを示している。
図中矢印で示した磁束はセグメントの隙間からるつぼ内に進入し、セグメントの部分ではセグメント内に進入して、るつぼ内には進入しないことを仮想的に示したものである。
【００１４】
図４はこの発明の別の実施の形態の主要部の構成図を示す。この図４において、１００は、内部に水冷孔を有し、断面が扇形で、るつぼ内の溶湯と凝固体との境界に対向する位置より下部を周方向幅が狭くなるようにカットすることによって上部のスリット幅よりもスリット幅が広くなるようにした縦長の良導電金属製のセグメント２００を周方向に絶縁物３００を介して積層して構成し、該絶縁物３００が半径方向に放射状のスリット４００を形成した金属るつぼ、５は金属るつぼ１００の外周に巻回した誘導コイルを示す。
【００１５】
この図４が従来例の図５と異なる点は溶湯と凝固体との境界に対向する金属るつぼ１００の壁面より若干下側の位置から下部までのスリット４００の幅をその位置より上部のスリット４００の幅より幅広にした点である。
なお、このスリット幅を上部と下部とで変える発明は図３（ａ）のセグメント間の幅を上部ではＢにして下部ではＣに近づけるようにカットして適用しても良い。
【００１６】
【発明の効果】
この発明によれば、溶湯に対向するスリット幅を所定値に保ちながらセグメントの横断面積を減少させてセグメントの磁気抵抗を増加させているのでセグメントに鎖交する磁束の量が減少して誘導コイルで発生する全磁束に対する金属るつぼ内に進入する磁束の比率が高くなり溶解効率が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態の主要部分の構成図
【図２】        電流の浸透深さを示す図
【図３】        図１のセグメント３０の拡大横断面を示し、（ａ）はＡ＝４ｄの場合の図、（ｂ）はＡ＝２ｄの場合の図
【図４】        この発明の別の実施の形態の主要部分の構成図
【図５】        従来例の断面構成図
【符号の説明】
１０、１００      金属るつぼ
２０、２００      セグメント
３０、３００      絶縁物
４０、４００      スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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