JP2024034910A - 磁場装置および溶湯駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率良く大きな駆動力で溶湯を駆動可能な磁場装置、および当該磁場装置を用いた溶湯駆動方法を提供する。
【解決手段】実施形態の磁場装置１は、中心軸の周りに回転駆動される回転体２と、回転体２上に固定され、上面がＮ極に磁化された磁石３と、回転体２上に固定され、上面がＳ極に磁化された磁石４と、を備え、磁石３と磁石４は幅よりも長さの方が長い溝部Ｇを形成するように対向配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁場装置および溶湯駆動方法に関し、より詳しくは、回転体に固定された異種極の複数の磁石を有し、一方の磁極の最大磁束から他方の磁極の最大磁束まで短時間で変化させて大きな磁束変化を引き起こす磁場装置、および当該磁場装置を用いた溶湯駆動方法に関する。

従来、磁石を回転駆動させて溶湯を駆動する磁場装置が知られている。特許文献１および２には、回転体の上に４つの永久磁石を９０度間隔で固定した磁場装置が記載されている。これらの永久磁石は、上下面側が磁極とされており、且つ、隣り合う永久磁石は互いの極性が異なるように磁化されている。特許文献１では、磁場装置は渦室の下方に配置されている。特許文献２では、メインバスの側方に配置された溶湯駆動槽の上方に磁場装置が配置されている。

図７を参照して従来の磁場装置を説明する。この磁場装置は、回転軸５０の周りに回転する回転体２０と、この回転体２０の上に固定された２つの直方体状の永久磁石３０および４０とを備えている。磁石３０は上面がＮ極に、下面がＳ極になるように磁化されている。磁石４０は上面がＳ極に、下面がＮ極になるように磁化されている。

磁石３０から出た磁力線は、炉または渦室内の溶湯を貫き、溶湯を貫通した磁束が磁石４０に入る。回転体２０が回転することにより溶湯を貫通する磁力線が移動する。これにより、溶湯に渦電流が発生し、溶湯は磁石の回転方向と同じ方向に回転することになる。このような永久磁石を利用した磁場装置は、電磁石を用いるものに比べて消費電力や発熱が少ない等の利点がある。

特許第５７６６５７２号 特許第５８１３６９３号

従来の磁場装置において、溶湯を駆動する力は永久磁石の磁力に依存するため、ネオジム磁石等の磁力が強い希土類磁石を用いることが有利である。しかし、希土類磁石の原料となるレアアースは、国際情勢等により調達することが困難な場合がある。他方、比較的安価で入手し易いフェライト磁石を用いることが考えられるが、磁力が弱いため従来の構成では十分な溶湯駆動力を得ることが困難であった。

本発明は、上記認識に基づいてなされたものであり、効率良く大きな駆動力で溶湯を駆動可能な磁場装置、および当該磁場装置を用いた溶湯駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る磁場装置は、
中心軸の周りに回転駆動される回転体と、
前記回転体上に固定され、上面がＮ極に磁化された第１の磁石と、
前記回転体上に固定され、上面がＳ極に磁化された第２の磁石と、を備え、
前記第１の磁石と前記第２の磁石は、幅よりも長さの方が長い溝部を形成するように対向配置されている。

また、前記磁場装置において、
前記溝部は前記回転体の中心を通るようにしてもよい。

また、前記磁場装置において、
前記溝部は前記回転体の一方の端から前記回転体の他方の端まで延在するようにしてもよい。

また、前記磁場装置において、
前記溝部の幅は、前記溝部の長さの１／１０以下であるようにしてもよい。

また、前記磁場装置において、
前記回転体には、前記第１および第２の磁石以外に磁石が設けられていないようにしてもよい。

また、前記磁場装置において、
前記回転体は円盤形状であり、前記溝部は前記回転体の中心を通り、前記第１および第２の磁石は略半円形であるようにしてもよい。

また、前記磁場装置において、
前記第１および第２の磁石は、前記回転体の中心を挟んで平行配置された棒状の磁石であるようにしてもよい。

また、前記磁場装置において、
前記第１および第２の磁石の長さは、前記回転体の直径に略等しいようにしてもよい。

本発明の第２の態様に係る磁場装置は、
中心軸の周りに回転駆動される回転体と、
前記回転体の上に固定され、上面がＮ極に磁化された第１の磁石と、
前記回転体の上に固定され、上面がＳ極に磁化された第２の磁石と、を備え、
前記第１の磁石と前記第２の磁石は、互いに接触して境界線を形成するように配置されている。

また、前記磁場装置において、
前記境界線は前記回転体の中心を通るようにしてもよい。

また、前記磁場装置において、
前記境界線は前記回転体の一方の端から前記回転体の他方の端まで延在するようにしてもよい。

また、前記磁場装置において、
前記第１および第２の磁石は略半円形磁石または棒状の磁石であるようにしてもよい。

また、前記磁場装置において、
前記回転体には、前記第１および第２の磁石以外に磁石が設けられていないようにしてもよい。

また、前記磁場装置において、
前記第１の磁石および前記第２の磁石はフェライト磁石であるようにしてもよい。

本発明に係る溶湯撹拌方法は、
本発明の第１または第２の態様に係る磁場装置を、前記第１および第２の磁石の磁力線が炉または渦室内の溶湯を貫通するように設置し、
前記回転体を回転させることにより前記溶湯を撹拌する。

本発明によれば、効率良く大きな駆動力で溶湯を駆動可能な磁場装置、および当該磁場装置を用いた溶湯駆動方法を提供できる。

第１の実施形態に係る磁場装置の平面図（上側）および側面図（下側）である。 磁場装置（回転体）を回転させたときの、磁場装置上方のある点における磁束の時間変化を示すグラフである。 第２の実施形態に係る磁場装置の平面図（上側）および側面図（下側）である。 第３の実施形態に係る磁場装置の平面図（上側）および側面図（下側）である。 実施形態に係る磁場装置を用いた溶湯駆動システムの第１の例の一部断面図である。 実施形態に係る磁場装置を用いた溶湯駆動システムの第２の例の一部断面図である。 従来の磁場装置を示す平面図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図においては、同等の機能を有する構成要素に同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各構成要素の厚みと平面寸法との関係、各構成要素間の厚みの比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件および物理的特性、並びにそれらの程度を特定する、たとえば、「平行」、「直交」、「等しい」等の用語や寸法、物理的特性の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

以下、磁場装置１の３つの実施形態についてそれぞれ説明する。
（第１の実施形態）
図１を参照して、第１の実施形態に係る磁場装置について説明する。図１は、本実施形態に係る磁場装置１の平面図（上側）および側面図（下側）を示している。

磁場装置１は、回転体２と、磁石３と、磁石４と、回転軸５とを備えている。

回転体２は、本実施形態では円盤形状であり、磁石３および磁石４が固定される載置面２ａを有している。回転体２の中心には回転軸５が設けられている。回転軸５はモータ（図示せず）により回転駆動され、それにより、回転体２は載置面２ａと直交する中心軸の周りに回転する。なお、回転体２は、たとえば、炭素鋼（ＳＳ材）から構成される。

なお、載置面２ａは必ずしも平面でなくてもよく、たとえば、凹凸を有する面または曲面に、磁石３および磁石４を格納可能な凹部が設けられたものであってもよい。

また、回転体２の平面形状は円形に限らず、多角形、星形、矩形、楕円形などであってもよい。円形以外の形状の場合、回転軸５は回転体２の重心に設けられる。

また、回転体２は必ずしも板状でなくてもよい。たとえば、回転体２は、円柱体であり、その底面（上面）に磁石３および磁石４が固定されてもよい。

本実施形態では、図１に示すように、磁石３および磁石４は、回転体２の載置面２ａ上に固定されている。磁石３および磁石４は非磁性のカバー（図示せず）で被覆されていてもよい。磁石３は上面がＮ極に、下面がＳ極に磁化されている。磁石４は上面がＳ極に、下面がＮ極に磁化されている。なお、「上面」は駆動対象の溶湯に対向する面のことであり、必ずしも鉛直方向上側の面を意味するものではない。

磁石３および磁石４は、フェライト磁石等の永久磁石である。フェライト磁石は比較的安価で軽量であるため、磁場装置１のコストを低減するとともに磁場装置の軽量化を図ることができる。また、フェライト磁石等の焼結磁石は、保磁力Ｈｃが高いため、磁力線を遠くに飛ばすことができる。したがって、磁石３，４の高さを抑えることができ、磁場装置１を低背化することができる。なお、本発明において磁石の種類は特に限定されるものでなく、磁石３および磁石４は、ネオジム磁石等のレアアースを用いた磁石であってもよい。

図１に示すように、本実施形態において、磁石３および磁石４は略半円形である。磁石３および磁石４は、溝部Ｇを除いて、回転体２の載置面２ａを覆っている。

なお、磁石３，４は、１枚の略半円形状の永久磁石であってもよいし、あるいは、複数の矩形の磁石を貼り合わせて略半円形状に構成されたものであってもよい。

磁石３および磁石４は、溝部Ｇを形成するように対向配置されている。溝部Ｇは幅Ｗよりも長さＬ１の方が長い。本実施形態では、溝部Ｇは、回転体２の一方の端から他方の端まで延在する。溝部Ｇが長く延在するほど（すなわち、半円形の磁石３および磁石４の弦の長さが長いほど）、回転体２が回転する際、磁場装置１の上方において磁束変化の及ぶ範囲を広くすることができる。

なお、溝部Ｇは、幅Ｗよりも長さＬ１の方が長い溝として形成されていれば、厳密に回転体２の端まで形成されていなくてもよい。

図１に示すように、溝部Ｇは回転体２の中心（重心）を通る。これにより、溝部Ｇの長さが最大化され、回転体２の回転時において磁束変化の及ぶ範囲を広くすることができる。なお、本願において回転体の「中心」は、回転体の中心点に限らず、中心点を含む領域（中心領域）であってもよい。また、溝部Ｇは「中心」以外の領域を通ってもよい。

溝部Ｇの幅Ｗは、詳しくは後述するが、溶湯を通る磁束の時間変化率（ｄφ／ｄｔ）を大きくするために、小さいことが望ましい。たとえば、幅Ｗは長さＬ１の１／１０以下である。

なお、溝部Ｇの内部に、非磁性体の部材（回転体２の突起など）が存在してもよい。たとえば、溝部Ｇと同じ大きさのリブ（図示せず）が回転体２上に設けられ、磁石３，４が当該リブに接するように固定されてもよい。

＜磁力の時間変化＞
次に、図２を参照して、磁場装置１（回転体２）を回転させたときの磁束の時間変化について説明する。図２は、磁場装置１上方の固定された点Ｐにおける磁束φの時間変化を示すグラフである。ここでは、回転体２が一定の回転速度で反時計回り（図１の回転方向ＲＤ）に回転する場合を例に説明する。なお、回転体２が時計回りに回転する場合でも磁束の時間変化は同様になる。また、図２の点線は従来の磁場装置における磁束の時間変化を示している。従来の磁場装置の磁石３０，４０の幅（磁極幅）は溝部Ｇの幅Ｗと同じであるとしている。

時刻０は図１の状態を示しており、この状態において点Ｐは磁石３の中央領域の上方に位置する。このとき、磁石３の磁束＋Φ_ｍが点Ｐを通過している。その後、時刻ｔ_１までの間、点Ｐの磁束はほぼ＋Φ_ｍである。時刻ｔ_１において、溝部Ｇの一方端（半円形の磁石３の直線部分）が点Ｐに達する。また、時刻ｔ_２において、溝部Ｇの他方端（半円形の磁石４の直線部分）が点Ｐに達する。図２に示すように、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの間に点Ｐを通る磁束は＋Φ_ｍから－Φ_ｍまで大きく変化する。

なお、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの時間は溝部Ｇの幅Ｗに基づく。すなわち、回転体２の回転速度が一定の条件において、溝部Ｇの幅Ｗが小さくなるにつれて時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの時間は短くなる。その結果、磁束の時間変化率は大きくなる。

その後、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３までの間、点Ｐの磁束はほぼ－Φ_ｍである。時刻ｔ_３において溝部Ｇ（図１の平面図における溝部Ｇの下側部分）が点Ｐに達する。時刻ｔ_３は、磁石４が点Ｐから離れる時刻である。図２に示すように、時刻ｔ_３から時刻ｔ_４までの間に点Ｐを通る磁束は－Φ_ｍから＋Φ_ｍまで大きく変化する。時刻ｔ_４において溝部Ｇは点Ｐを離れ、磁石３が点Ｐに達する。その後、時刻ｔ_４と時刻ｔ_５の真ん中の時刻において、時刻０と同じ状態（図１に示す位置関係）に戻る。

上記から分かるように、点Ｐを通る磁束は上記の変化を周期的に繰り返す。図２において、第２周期の時刻ｔ_５、ｔ_６、ｔ_７およびｔ_８は、第１周期の時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３およびｔ_４にそれぞれ対応する。時刻ｔ_４と時刻ｔ_５の真ん中の時刻が時刻０に対応する。

上記のように、磁場装置１の上方において、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの時間に点Ｐを通る磁束は、＋Φ_ｍから－Φ_ｍまで変化する。同様に、時刻ｔ_３から時刻ｔ_４までの時間に点Ｐを通る磁束は、－Φ_ｍから＋Φ_ｍまで変化する。よって、溝部Ｇが点Ｐを通過する時間に、磁場装置の上方に存在する溶湯を貫通する磁束の時間変化率ｄφ／ｄｔは、式（１）で表される。
ｄφ／ｄｔ＝２Φ_ｍ／Ｔ ・・・（１）
ここで、Ｔは、溝部Ｇが点Ｐを通過する時間であり、たとえば、時間ｔ_２－ｔ_１または時間ｔ_４－ｔ_３である。

レンツの法則により、点Ｐにおいて溶湯には、式（１）の磁束の時間変化率に比例する誘導起電力Ｖ_ｅｍｆが発生する。この誘導起電力Ｖ_ｅｍｆにより溶湯中に誘導電流が流れ、誘導電流の周りに二次磁場（磁界）が発生する。発生した磁場と磁場装置１の磁場（一次磁場）とが反発または吸引することで溶湯が駆動される。

従来の磁場装置（図７）の場合、図２の点線に示すように、磁束の時間変化は、磁石３０および磁石４０のいずれか一方のみにより引き起こされる。すなわち、磁束の時間変化は単体の磁石により引き起こされる。このため、磁束の変化量はΦ_ｍとなる。

これに対し、本実施形態の磁場装置１では、磁石３と磁石４が形成する溝部Ｇにおいて磁束を変化させるようにしたので、磁束の時間変化量は２Φ_ｍとなり、従来の磁場装置よりも大きくすることができる。すなわち、磁場装置１では、磁束の時間変化は異種極の磁石により引き起こされ、磁束は＋Φ_ｍから－Φ_ｍまで（または、－Φ_ｍから＋Φ_ｍまで）大きく変化する。これにより、誘導起電力Ｖ_ｅｍｆが大きくなる。その結果、溶湯に発生する渦電流が大きくなり、溶湯駆動力を大きくすることができる。

たとえば、溝部Ｇの幅Ｗが従来の磁場装置の磁石３０，４０の幅と同じ場合、本実施形態によれば、磁束の時間変化量が約２倍になることから、溶湯駆動力を約２倍にすることができる。さらに、幅Ｗを半分の大きさにすれば、溶湯駆動力を約４倍にすることができる。

このように本実施形態によれば、溶湯駆動力を大幅に向上させることができる。したがって、フェライト磁石等の比較的磁力の弱い磁石を用いる場合、あるいは磁力の強い磁石を比較的少量用いる場合であっても、十分に大きな駆動力で炉または渦室等の溶湯を駆動することができる。

なお、図１に示すように、回転体２には、２つの磁石３および磁石４以外に磁石が設けられていない。これにより、磁石３の上面のＮ極から出た磁力線が上方に高く飛んでから磁石４の上面のＳ極に戻るようにでき、より多くの溶湯を磁力線が貫通するようにすることができる。これに対し、磁石３および磁石４以外に磁石を設けた場合、磁石３のＮ極から出た磁力線の一部が他の磁石に向かうため、回転体２の上方の磁束が減少する。したがって、本実施形態では、回転体２には２つの磁石３および磁石４以外に磁石が設けられていない。ただし、磁場装置１と駆動対象の溶湯とが比較的近い位置にある場合や、複数の溝部を設けることで効率的な溶湯駆動が可能な場合は、磁石３および磁石４以外の磁石を回転体２に設けてもよい。本段落の記載内容は、以下に説明する第２および第３の実施形態についても当てはまる。

なお、溝部Ｇは、上記のような直線形状に限らず、たとえば、複数の直線状の溝部が連結した屈曲形状であってもよい。その他、溝部Ｇは、Ｓ字状、波形形状、蛇行形状等の曲線、あるいは、曲線と直線の組み合わせの形状であってもよい。

また、溝部Ｇの幅は長さ全体にわたって一定でなくてもよい。たとえば、回転体２の中心から端部にいくにつれて溝部Ｇの幅が狭くなるようにしてもよい。あるいは、回転体２の中心と端部との中間領域において溝部Ｇの幅が狭くなるようにしてもよい。

（第２の実施形態）
次に、図３を参照して、第２の実施形態に係る磁場装置を説明する。第２の実施形態と第１の実施形態との間の相違点の一つは磁石の形状である。第１の実施形態では半円形状の磁石を使用したのに対し、第２の実施形態では棒状の磁石を使用する。以下、第１の実施形態との相違点を中心に第２の実施形態に係る磁場装置１Ａを説明する。

磁場装置１Ａは、図３に示すように、回転体２と、棒状の磁石３Ａおよび４Ａと、回転軸５とを備えている。回転体２と回転軸５は第１の実施形態と同じであるので説明を省略する。

磁石３Ａは上面がＮ極に、下面がＳ極に磁化されている。磁石４Ａは上面がＳ極に、下面がＮ極に磁化されている。なお、磁石３Ａ，４Ａは細長い略直方体状であるが、上面および下面が磁極になっている点で、通常の棒磁石（一端がＮ極に磁化され、他端がＳ極に磁化されている。）とは異なる。

図３に示すように、回転体２上に磁石３Ａと磁石４Ａが溝部Ｇを形成するように平行に配置されている。溝部Ｇは幅Ｗよりも長さＬ２の方が長い。

図３に示すように、溝部Ｇは、回転体２の中心を通り、回転体２の一方の端から他方の端まで延在する。すなわち、磁石３Ａ，４Ａの長さＬ２は、回転体２の直径に略等しい。これにより、溝部Ｇの長さが最大化され、回転体２の回転時において磁束変化の及ぶ範囲を広くすることができる。

溝部Ｇの幅Ｗは、詳しくは後述するが、溶湯を通る磁束の時間変化率（ｄφ／ｄｔ）を大きくするために、小さいことが望ましい。たとえば、幅Ｗは長さＬ２の１／１０以下である。

磁石３Ａおよび磁石４Ａは、フェライト磁石等の永久磁石である。なお、磁石３Ａ，４Ａの幅は所要の磁場強度が得られる程度に確保されており、たとえば、図３に示すように溝部Ｇの幅Ｗ以上である。なお、磁石３および磁石４は、ネオジム磁石等のレアアースを用いた磁石であってもよい。

上記のように、第２の実施形態では、溝部Ｇを形成するように棒状の磁石３Ａおよび磁石４Ａを平行に配置している。これにより、第１の実施形態の場合と同様に、回転体２を回転させたときの磁束変化量を大きくすることができ、その結果、溶湯駆動力を大きくすることができる。

また、第２の実施形態では、磁石３Ａ，４Ａの外側端部（溝部Ｇを形成する端部の反対側の端部）においても磁束の変化を引き起こすため、より効率的に溶湯を駆動することができる。

さらに、第２の実施形態では棒状の磁石を用いるため、半円形の磁石を用いる第１の実施形態に比べて磁石の使用量を減らすことができる。よって、磁場装置の製造コストをさらに低減することができる。加えて、磁石の使用量が減るため、さらなる軽量化を図ることができる。その結果、磁場装置を製造工場から使用される場所に輸送するコストや設置工事に要するコストや手間を低減することができる。

（第３の実施形態）
次に、図４を参照して、第３の実施形態に係る磁場装置を説明する。第３の実施形態と第１および第２の実施形態との間の相違点の一つは溝部の有無である。第１および第２の実施形態では２つの磁石を溝部が形成されるように配置したのに対し、第３の実施形態では２つの磁石を接触配置するため溝部が形成されない。以下、第１および第２の実施形態との相違点を中心に第３の実施形態に係る磁場装置１Ｂを説明する。

磁場装置１Ｂは、図４に示すように、回転体２と、棒状の磁石３Ａおよび４Ａと、回転軸５とを備えている。回転体２と回転軸５は第１の実施形態と同じであるので説明を省略する。

磁石３Ａと磁石４Ａは、互いに接触して境界線ＢＬを形成するように配置されている。本実施形態において、図４に示すように、略直方体状の２つの磁石３Ａおよび磁石４Ａは互いの側面が接触するように配置されている。境界線ＢＬは、第１および第２の実施形態で説明した溝部Ｇの幅を狭くしていった場合の極限に相当する。境界線ＢＬは、回転体２が回転駆動された際に、境界線ＢＬの上方に存在する溶湯を貫く磁束を＋Φ_ｍから－Φ_ｍまで（あるいは－Φ_ｍから＋Φ_ｍまで）極めて急峻に変化させる。

したがって、第３の実施形態によれば、第２の実施形態に比べてさらに効率良く溶湯を駆動することができる。すなわち、磁石の種類および大きさが同じならば、より大きな溶湯駆動力を得ることができる。

境界線ＢＬは、回転体２の中心を通り、回転体２の一方の端から他方の端まで延在する。すなわち、磁石３Ａ，４Ａの長さＬ２は、回転体２の直径に略等しい。これにより、回転体２の回転時において磁束変化の及ぶ範囲を可及的に広くすることができる。

上記のように、第３の実施形態では、互いに接触して境界線ＢＬを形成するように磁石３Ａおよび磁石４Ａを配置している。これにより、第１および第２の実施形態で説明した溝部Ｇよりも、回転体２を回転させたときの磁束の時間変化率ｄφ／ｄｔを大きくすることができる。そのため、第１および第２の実施形態に比べて溶湯駆動力を大きくすることができる。

また、第３の実施形態では、磁石３Ａ，４Ａの外側端部（すなわち、境界線ＢＬを形成する端部と反対側の端部）においても磁束の変化を引き起こすため、より効率的に溶湯を駆動することができる。

さらに、第３の実施形態では棒状の磁石を用いるため、半円形の磁石を用いる第１の実施形態に比べて磁石の使用量を減らすことができる。よって、磁場装置の製造コストをさらに低減し、さらなる軽量化を図ることができる。

なお、境界線ＢＬを形成する本実施形態で使用する磁石は棒状の磁石に限られない。たとえば、棒状の磁石３Ａ，４Ａに代えて、第１の実施形態で説明したような略半円形の磁石を用いてもよい。この場合、２つの略半円形の磁石の弦に相当する部分が接触して境界線ＢＬを形成する。

また、境界線ＢＬは、上記のような直線形状に限らず、たとえば、複数の直線状の溝部が連結した屈曲形状であってもよい。その他、境界線ＢＬは、Ｓ字状、波形形状、蛇行形状等の曲線、あるいは、曲線と直線の組み合わせの形状であってもよい。

また、上記のように磁石３Ａと磁石４Ａの側面の全領域が互いに接触して境界線を形成する場合に限られず、側面の一部の領域が接触して境界線が形成されてもよい。たとえば、磁石３Ａと磁石４Ａの側面の一部に凹部が設けられる場合、凹部において境界線は形成されないが、凹部以外の領域で互いの側面が接触し境界線が形成される。

＜溶湯撹拌システム１００＞
図５を参照して、磁場装置１を用いた溶湯駆動システムの第１の例として溶湯撹拌システム１００を説明する。

溶湯撹拌システム１００は、溶湯撹拌装置１１０と、溶湯撹拌装置１１０の上に配置された炉１２０とを備えている。炉１２０は、溶湯Ｍを貯留する炉であり、たとえば保持炉、溶解炉である。

溶湯撹拌装置１１０は、前述の磁場装置１と、回転軸５に接続され回転体２を回転駆動する駆動装置９と、磁場装置１および駆動装置９を格納し、耐火物からなる筐体１１１とを有する。なお、磁場装置１は、磁場装置１Ａまたは１Ｂであってもよい。駆動装置９はモータであるが、原動機であってもよい。

磁場装置１は、回転体２の載置面２ａ（磁石３，４の上面）が炉１２０の底壁と対向するように炉１２０の下方に配置されている。これにより、図１に示すように、磁石３の上面のＮ極から出た磁力線ＭＬは炉１２０の底壁を下から上に貫通して炉１２０内の溶湯Ｍを通った後、炉１２０の底壁を上から下に貫通して磁石４の上面のＳ極に入る。回転体２が駆動装置９により回転駆動されることで、溶湯Ｍを貫通する磁場が移動する。それにより、溶湯Ｍは回転体２と同じ方向に回転され撹拌される。

前述のように、溝部Ｇ（または境界線ＢＬ）において、溶湯を貫く磁束は急激に大きく変化するため、フェライト磁石等の磁力が比較的弱い磁石を用いた場合であっても、溶湯Ｍを十分に大きな駆動力で撹拌することができる。

なお、本願発明に係る磁場装置を利用した溶湯撹拌システムは上記の例に限られない。たとえば、磁場装置１は、炉１２０の上方や側方に配置されてもよい。磁場装置１が炉の上方に配置される場合、回転体２の載置面２ａが溶湯Ｍの湯面に対向するように磁場装置１は配置される。また、磁場装置１が炉の側方に配置される場合、回転体２の載置面２ａが炉の側壁に対向するように磁場装置１は配置される。

＜溶湯撹拌システム１００Ａ＞
次に、図６を参照して、磁場装置１を用いた溶湯駆動システムの第２の例として溶湯撹拌システム１００Ａを説明する。本例では、磁場装置１を用いて溶湯ポンプが構成される。なお、溶湯撹拌システム１００と同じ構成要素については適宜説明を省略する。

溶湯撹拌システム１００Ａは、炉１２０と、炉１２０内に配置された溶湯ポンプ１３０とを備えている。溶湯ポンプ１３０は、炉１２０内の溶湯Ｍに、少なくとも下部（ポンプ室ＰＲ）が浸るように配置される。

溶湯ポンプ１３０は、磁場装置１と、回転軸５に接続され回転体２を回転駆動する駆動装置９と、磁場装置１および駆動装置９を格納し、耐火物からなる筐体１３１とを有する。なお、磁場装置１は、磁場装置１Ａまたは１Ｂであってもよい。

筐体１３１の上部には、磁場装置１および駆動装置９が格納されている。この例では、駆動装置９は筐体１３１内に設けられた設置壁１３１ｃ上に設置されている。設置壁１３１ｃには貫通孔が設けられており、この貫通孔に回転軸５が挿通されている。磁場装置１は、設置壁１３１ｃと隔離壁１３１ｄとの間に設けられた収納空間に、回転体２の載置面２ａ（磁石３のＮ極および磁石４のＳ極）が隔離壁１３１ｄと対向するように吊り下げられた状態で配置される。

筐体１３１の下部には、ポンプ室ＰＲが設けられている。ポンプ室ＰＲは、吸入口１３１ａおよび吐出口１３１ｂを介して外部と連通している。

回転体２が駆動装置９により回転駆動されると、ポンプ室ＰＲ内の溶湯は、磁場装置１の移動磁場によって回転しながら加速され、その後、回転の接線方向に沿って設けられた吐出口１３１ｂから勢いよく外部に吐出される。溶湯の吐出に応じて、吸入口１３１ａから炉１２０内の溶湯がポンプ室ＰＲに吸入される。前述のように磁場装置１の溝部Ｇ（または境界線ＢＬ）によってポンプ室ＰＲ内の溶湯を貫く磁束は急激に大きく変化する。このため、フェライト磁石等の磁力が比較的弱い磁石を用いた場合であっても、ポンプ室ＰＲ内の溶湯を十分に大きな駆動力で回転駆動させることができ、その結果、溶湯ポンプ１３０の吐出量を増大させることができる。

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１，１Ａ，１Ｂ 磁場装置
２，２０ 回転体
３，４，３Ａ，４Ａ，３０，４０ 磁石
５，５０ 回転軸
９ 駆動装置
１００ 溶湯撹拌システム
１１０ 溶湯撹拌装置
１１１ 筐体
１２０ 炉
１３０ 溶湯ポンプ
１３１ 筐体
１３１ａ 吸入口
１３１ｂ 吐出口
１３１ｃ 設置壁
１３１ｄ 隔離壁
Ｇ 溝部
ＢＬ 境界線
Ｌ１，Ｌ２ 長さ
Ｍ 溶湯
ＭＬ 磁力線
ＰＲ ポンプ室
ＲＤ 回転方向
Ｗ 幅

Claims (15)

1. 中心軸の周りに回転駆動される回転体と、
   前記回転体上に固定され、上面がＮ極に磁化された第１の磁石と、
   前記回転体上に固定され、上面がＳ極に磁化された第２の磁石と、を備え、
   前記第１の磁石と前記第２の磁石は、幅よりも長さの方が長い溝部を形成するように対向配置されている、磁場装置。
2. 前記溝部は前記回転体の中心を通る、請求項１に記載の磁場装置。
3. 前記溝部は前記回転体の一方の端から前記回転体の他方の端まで延在する、請求項１に記載の磁場装置。
4. 前記溝部の幅は、前記溝部の長さの１／１０以下である、請求項１に記載の磁場装置。
5. 前記回転体には、前記第１および第２の磁石以外に磁石が設けられていない、請求項１に記載の磁場装置。
6. 前記回転体は円盤形状であり、前記溝部は前記回転体の中心を通り、前記第１および第２の磁石は略半円形である、請求項１に記載の磁場装置。
7. 前記第１および第２の磁石は、前記回転体の中心を挟んで平行配置された棒状の磁石である、請求項１に記載の磁場装置。
8. 前記第１および第２の磁石の長さは、前記回転体の直径に略等しい、請求項７に記載の磁場装置。
9. 中心軸の周りに回転駆動される回転体と、
   前記回転体の上に固定され、上面がＮ極に磁化された第１の磁石と、
   前記回転体の上に固定され、上面がＳ極に磁化された第２の磁石と、を備え、
   前記第１の磁石と前記第２の磁石は、互いに接触して境界線を形成するように配置されている、磁場装置。
10. 前記境界線は前記回転体の中心を通る、請求項９に記載の磁場装置。
11. 前記境界線は前記回転体の一方の端から前記回転体の他方の端まで延在する、請求項９に記載の磁場装置。
12. 前記第１および第２の磁石は略半円形磁石または棒状の磁石である、請求項９に記載の磁場装置。
13. 前記回転体には、前記第１および第２の磁石以外に磁石が設けられていない、請求項９に記載の磁場装置。
14. 前記第１の磁石および前記第２の磁石はフェライト磁石である、請求項１～１３のいずれかに記載の磁場装置。
15. 請求項１または請求項９に記載の磁場装置を、前記第１および第２の磁石の磁力線が炉または渦室内の溶湯を貫通するように設置し、
    前記回転体を回転させることにより前記溶湯を撹拌する、溶湯撹拌方法。

Images