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電磁撹拌装置及び電磁撹拌方法

国内特許コード P04A004284
整理番号 U2001P200
掲載日 2004年8月13日
出願番号 特願2002-023074
公開番号 特開2003-220323
登録番号 特許第4134310号
出願日 平成14年1月31日(2002.1.31)
公開日 平成15年8月5日(2003.8.5)
登録日 平成20年6月13日(2008.6.13)
発明者
  • 谷口 尚司
  • 上野 和之
  • 大久保 光浩
  • 安藤 努
  • 舞嶽 孝二
出願人
  • 国立大学法人東北大学
発明の名称 電磁撹拌装置及び電磁撹拌方法
発明の概要 融体を非接触で、その全体に亘って均一かつ強力に撹拌することのできる、新規な電磁撹拌装置及び電磁撹拌方法を提供する。円筒形の容器1の外周面において回転磁界発生コイルを設けるとともに、容器1の外周面において、軸方向に沿って軸方向移動磁界発生コイル3を設ける。Rコイル2によって、容器1内に容れられた融体に対して回転運動が生ぜしめられ、Lコイル3によって、前記融体に対して軸方向運動が生ぜしめられる。そして、前記回転運動と前記軸方向運動とが重畳されて、前記融体に対して強力な流速運動が生ぜしめられ、前記融体を強力かつ均一に撹拌することができる。
従来技術、競合技術の概要
従来の金属融体の非接触攪拌を実施する装置は、(1)固定磁界式誘導電気炉、(2)回転(円周)方向移動磁界による電磁攪拌装置、(3)軸方向移動磁界による電磁攪拌装置、(4)永久磁石の回転による攪拌装置の4つに分類できる。
【0003】
(1)は金属の加熱・溶解と攪拌を目的とするが、金属融体の上下に2つの旋回流が形成され、融体全体に亘る攪拌ができないという問題がある。(2)は連続鋳造における鋳片未凝固部の電磁攪拌等に利用されているが、容器内の金属融体の攪拌に適用すると、液面が回転によって大変形するために大きな電力を投入できないという欠点がある。また回転運動のみでは融体が剛体回転に近い挙動をするため、融体の混合が十分ではない。これらの問題は邪魔板の設置によって回避し得るが、邪魔板の溶損が新たな問題となる。
【0004】
(3)はASEA-SKF炉の攪拌方法を利用したものであるが、精錬材としてのスラグが偏って、湯面が露出するという問題がある。また、規模が大きいため、汎用性に劣るという問題もある。(4)は、近年フランスのVives教授によって提案された攪拌法であり、永久磁石を螺旋状に配置した回転筒を容器周囲で回転させ、融体の回転方向と軸方向に同時に駆動力を発生させることによって、液面の変形を抑制しつつ大きな攪拌を得ることをねらっている。しかしながら、本発明による実験の結果、融体の回転運動に比して軸方向の運動には大きな抵抗があり、十分な効果は得られないことが判明している。
産業上の利用分野
本発明は、非接触で融体を強力且つ均一に撹拌することができるとともに、前記融体の表面の変形を抑制することのできる電磁撹拌装置及び電磁撹拌方法に関し、特に、(1)合金製造(特に密度が大きく異なる合金成分を均一に混合する場合)、(2)金属基粒子分散複合材料製造、(3)金属中介在物の徹底的分離による超清浄金属素材製造、(4)高精錬機能による高純度金属素材製造、などの金属製造分野において使用することのできる電磁撹拌装置及び電磁撹拌方法に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 所定の容器と、
前記容器の外周面に沿って設けられた回転磁界発生コイルと、
前記容器の前記外周面において、前記容器の軸方向に沿って設けられた軸方向移動磁界発生コイルとを具え、
前記回転磁界発生コイルと前記軸方向磁界発生コイルとは互いに異なる磁気回路を構成するとともに、前記容器内の融体に対してそれぞれ回転運動及び軸方向運動を生ぜしめることを特徴とする、電磁撹拌装置。
【請求項2】 前記回転磁界発生コイルと前記軸方向移動磁界発生コイルとは、それぞれ独立に制御することを特徴とする、請求項1に記載の電磁撹拌装置。
【請求項3】 前記回転磁界発生コイル及び前記軸方向移動磁界発生コイルは、前記容器内に容れられた融体を覆うようにして設けることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電磁撹拌装置。
【請求項4】 前記回転磁界発生コイルは、前記容器の前記外周面に沿って設けられた複数のコイルからなることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一に記載の電磁攪拌装置。
【請求項5】 前記軸方向移動磁界発生コイルは、前記容器の外周面を周回するとともに、前記容器の前記軸方向に沿って設けられた複数のコイルからなることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一に記載の電磁攪拌装置。
【請求項6】 所定の容器内に所定の融体を容れる工程と、
前記容器の外周面に沿って設けられた回転磁界発生コイルによって、前記融体に回転運動を生ぜしめる工程と、
前記容器の前記外周面において、前記容器の軸方向に沿って設けられた軸方向移動磁界発生コイルによって、前記融体に軸方向運動を生ぜしめる工程とを含み、
前記回転磁界発生コイルによる前記回転運動と、前記軸方向移動磁界発生コイルによる前記軸方向移動とは、互いに異なる磁気回路を通じて生ぜしめることを特徴とする、電磁撹拌方法。
【請求項7】 前記回転磁界発生コイルと前記軸方向移動磁界発生コイルとは、それぞれ独立に制御することを特徴とする、請求項6に記載の電磁撹拌方法。
【請求項8】 前記回転磁界発生コイルは、前記容器の前記外周面に沿って設けられた複数のコイルからなることを特徴とする、請求項6又は7に記載の電磁攪拌方法。
【請求項9】 前記軸方向移動磁界発生コイルは、前記容器の外周面を周回するとともに、前記容器の前記軸方向に沿って設けられた複数のコイルからなることを特徴とする、請求項6~8のいずれか一に記載の電磁攪拌方法。
【請求項10】 前記回転磁界発生コイルによる前記回転運動と、前記軸方向移動磁界発生コイルによる前記軸方向運動との重畳によって、前記容器の外周部において前記融体に対して下降流を生じさせ、前記容器の中央部において上昇流を生じさせることにより、前記融体の液面を平坦に保持するようにしたことを特徴とする、請求項6~9のいずれか一に記載の電磁撹拌方法。
産業区分
  • 混合分離
  • 冶金、熱処理
  • 鋳造
  • 加熱冷却
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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