JP2010214392A - Electromagnetic stirring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、連続鋳造設備に設置され、鋳片の未凝固溶鋼を撹拌する3相リニア型の電磁撹拌装置に関する。 The present invention relates to a three-phase linear electromagnetic stirring device that is installed in a continuous casting facility and stirs unsolidified molten steel of a slab.
連続鋳造設備において、鋳片の品質向上を目的として電磁撹拌装置を鋳型部もしくは二次冷却帯部に適用することが広く知られている。そして、電磁撹拌装置のうち、移動磁界を利用する3相リニア型の電磁撹拌装置においては、特許文献1に記載されるように、リニア型鉄心に各相コイルが巻かれた構造のものが一般的である。また、特許文献2には、複数ストランドに適用する場合、各ストランドにおける撹拌力を均一化する目的でコイル群の巻数比をストランド毎に変えることが開示されている。 In a continuous casting facility, it is widely known that an electromagnetic stirring device is applied to a mold part or a secondary cooling zone part for the purpose of improving the quality of a slab. Of the electromagnetic stirring devices, a three-phase linear type electromagnetic stirring device that uses a moving magnetic field generally has a structure in which each phase coil is wound around a linear type iron core as described in Patent Document 1. Is. Patent Document 2 discloses that when applied to a plurality of strands, the winding ratio of the coil group is changed for each strand for the purpose of uniformizing the stirring force in each strand.
しかしながら、特許文献1、2に記載された発明では、相互インダクタンスの関係から、リニア型鉄心に巻かれたコイルのうち、リニア型鉄心の両端側にそれぞれ配置される端部のコイルのインピーダンスは、端部のコイルを除いた残りのコイルのインピーダンスより小さくなる。その結果、コイルに3相平衡電源(120度ずつ各相の位相がずれて電圧値が等しい電源)を接続して通電した場合、端部のコイルを含む相の電流は大きくなり、端部のコイルを除いた残りのコイルのみを含む相の電流は小さくなる。一方、コイルで発生する磁界による撹拌力は、電源周波数に依存するため、最も強力な撹拌力を得る目的で、電磁撹拌装置の電源はインバータ電源等の周波数可変の3相交流電源が適用されるのが一般的である。ここで、周波数可変の3相交流電源の容量は、3相の電流がバランスしていない場合、最大電流が流れる相の電流の値で決まってしまうため、3相の電流がバランスしていない場合は必要以上に大きな容量の電源を準備する必要があり、設備がコストアップするという問題がある。また、端部のコイルを含む相のコイル電流が大きく、端部のコイルを除いた残りのコイルのみを含む相のコイルの電流が小さいため、結果的に溶鋼に作用する撹拌力のリニア型鉄心の長手方向の撹拌力分布が不均一になり、均一な溶鋼撹拌効果が得られないという問題がある。 However, in the inventions described in Patent Documents 1 and 2, from the mutual inductance relationship, among the coils wound around the linear iron core, the impedance of the end coil respectively disposed on both ends of the linear iron core is: It becomes smaller than the impedance of the remaining coils excluding the end coil. As a result, when a three-phase balanced power source (a power source having an equal voltage value with a phase shift of 120 degrees each) is connected to the coil, the current of the phase including the end coil increases, The current of the phase including only the remaining coils excluding the coils becomes small. On the other hand, since the stirring force due to the magnetic field generated by the coil depends on the power supply frequency, a variable-frequency three-phase AC power source such as an inverter power source is applied as the power source of the electromagnetic stirring device for the purpose of obtaining the strongest stirring force. It is common. Here, the capacity of the three-phase AC power source with variable frequency is determined by the value of the phase current through which the maximum current flows when the three-phase current is not balanced. There is a problem that it is necessary to prepare a power supply having a larger capacity than necessary, which increases the cost of the equipment. In addition, since the coil current of the phase including the end coil is large and the current of the phase coil including only the remaining coil excluding the end coil is small, the linear iron core of the stirring force acting on the molten steel as a result The distribution of the stirring force in the longitudinal direction becomes non-uniform, and there is a problem that a uniform molten steel stirring effect cannot be obtained.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、3相のコイルに流れる電流の均一化を図って周波数可変の3相交流電源の容量を小さくすると共に、リニア型鉄心の長手方向の撹拌力分布を均一にすることが可能な3相リニア型の電磁撹拌装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the current flowing in the three-phase coil is made uniform to reduce the capacity of the variable-frequency three-phase AC power source, and the stirring force distribution in the longitudinal direction of the linear iron core. It is an object of the present invention to provide a three-phase linear electromagnetic stirring device that can make the temperature uniform.
前記目的に沿う本発明に係る電磁撹拌装置は、連続鋳造される溶鋼を間にして、並べて配置される複数の磁極を有し、対向して配置されるリニア型鉄心と、該リニア型鉄心にそれぞれ巻回されたU相、V相、及びW相のコイルと、該コイルに3相電流を供給する周波数が可変の3相交流電源とを有する電磁撹拌装置において、
前記リニア型鉄心の両端側にそれぞれ配置される端部の単位コイルの巻き数NOを、該端部の単位コイルを除いた残りの単位コイルの巻き数NIより多くして、前記コイルに流れる電流の均一化を図っている。
ここで、連続鋳造される溶鋼とは、鋳型部内の溶鋼又は二次冷却帯部を通過する鋳片の中央部に残留する溶鋼を指す。
An electromagnetic stirrer according to the present invention that meets the above-mentioned object has a plurality of magnetic poles arranged side by side with a continuously cast molten steel in between, and a linear type iron core that is arranged oppositely, and the linear type iron core. In an electromagnetic stirrer having a wound U-phase, V-phase, and W-phase coil, and a three-phase AC power source with a variable frequency for supplying a three-phase current to the coil
The number of turns N O of the end unit coils arranged on both ends of the linear iron core is made larger than the number of turns N I of the remaining unit coils excluding the end unit coils, and the coils The current flowing is made uniform.
Here, the continuously cast molten steel refers to molten steel in the mold part or molten steel remaining in the center of the slab passing through the secondary cooling zone.
本発明に係る電磁撹拌装置において、前記U相のコイル、前記V相のコイル、及び前記W相のコイルは、いずれも1の単位コイルから又は複数の単位コイルが直列あるいは並列に接続されて構成することができる。 In the electromagnetic stirrer according to the present invention, the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil are all configured from one unit coil or a plurality of unit coils connected in series or in parallel. can do.
本発明に係る電磁撹拌装置において、前記端部の単位コイルの巻き数NOに対する前記残りの単位コイルの巻き数NIの比NO/NIは1.1以上で1.42以下とすることができる。 In the electromagnetic stirrer according to the present invention, the ratio N O / N I of the number N I of turns of the remaining unit coils to the number N O of turns of the unit coils at the end is 1.1 or more and 1.42 or less. be able to.
本発明に係る電磁撹拌装置においては、リニア型鉄心の端部の単位コイルの巻き数NOを、残りの単位コイルの巻き数NIより多くして、各相のコイルに流れる電流の均一化を図るので、電磁撹拌装置の3相交流電源の容量を小さくすることができ、電磁撹拌装置(3相交流電源)のコストダウンが可能になる。また、各相のコイルに流れる電流が均一化することで、溶鋼に作用するリニア型鉄心の長手方向の撹拌力分布が均一になり、均一な溶鋼撹拌流を発生させて円滑な溶鋼撹拌を行うことができる。 In the electromagnetic stirring device according to the present invention, the number of turns N O of the unit coil at the end of the linear iron core is made larger than the number of turns N I of the remaining unit coils to equalize the current flowing through the coils of each phase. Therefore, the capacity of the three-phase AC power source of the electromagnetic stirring device can be reduced, and the cost of the electromagnetic stirring device (three-phase AC power source) can be reduced. In addition, since the current flowing through the coils of each phase is made uniform, the distribution of the stirring force in the longitudinal direction of the linear iron core acting on the molten steel becomes uniform, and a uniform molten steel stirring flow is generated to perform smooth molten steel stirring. be able to.
本発明に係る電磁撹拌装置において、U相のコイル、V相のコイル、及びW相のコイルが、いずれも1の単位コイルから又は複数の単位コイルが直列あるいは並列に接続されて構成される場合、溶鋼撹拌を行う領域の寸法に合わせて最適な電磁撹拌装置を作製できる。 In the electromagnetic stirrer according to the present invention, the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil are all configured from one unit coil or a plurality of unit coils connected in series or in parallel. An optimum electromagnetic stirring device can be produced in accordance with the size of the region where the molten steel is stirred.
本発明に係る電磁撹拌装置において、端部の単位コイルの巻き数NOに対する残りの単位コイルの巻き数NIの比NO/NIが1.1以上で1.42以下の場合、従来の電磁撹拌装置において、端部の単位コイルを含む相のコイルに流れる電流が、残りの単位コイルを含む相のコイルに流れる電流に対して1.2〜2倍の範囲で大きくても、各相のコイルに流れる電流の均一化を図ることができる。 In the electromagnetic stirrer according to the present invention, when the ratio N O / N I of the number N I of remaining unit coils to the number N O of unit coils at the end is 1.1 or more and 1.42 or less, In the electromagnetic stirring device, the current flowing through the phase coil including the unit coil at the end is larger in a range of 1.2 to 2 times the current flowing through the phase coil including the remaining unit coil. The current flowing through the phase coils can be made uniform.
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1(A)、(B)に示すように、本発明の一実施の形態に係る電磁撹拌装置10は、連続鋳造設備で連続鋳造される溶鋼が間に来るように、例えば、鋳型12を間にして、並べて配置される複数の磁極13(図1では7つ)を有し、対向して配置されるリニア型鉄心14、15と、リニア型鉄心14に巻回され、対となる2つの単位コイル16、17が直列に接続されたU相、対となる2つの単位コイル18、19が直列に接続されたV相、対となる2つの単位コイル20、21が直列に接続されたW相の計6個の単位コイル16〜21と、リニア型鉄心15に巻回され、対となる2つの単位コイル22、23が直列に接続されたU相、対となる2つの単位コイル24、25が直列に接続されたV相、対となる2つの単位コイル26、27が直列に接続されたW相の計6個の単位コイル22〜27と、単位コイル16〜27に、120度ずつ位相がずれたU相、V相、W相の3相電流を供給する周波数が可変の3相交流電源(図示せず)とを有している。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention.
As shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B), an
鋳型12は、平面視して長方形状の空間部が内側に形成されるように、空間部の短辺側で対向して配置される短辺銅板29、30と、空間部の長辺側で短辺銅板29、30を両側から挟んで対向して配置される長辺銅板31、32とを有している。そして、短辺銅板29、30はそれぞれ短辺側バックプレート33、34により支持され、長辺銅板31、32はそれぞれ長辺側バックプレート35、36により支持されている。また、リニア型鉄心14、15は、長辺側バックプレート35、36の背面側で、鋳型12内に浸漬ノズル37を介して注入される溶鋼38の湯面(メニスカス)の下方位置に相当する高さ位置に、リニア型鉄心14、15の磁極13の端面が長辺銅板31、32と平行な同一平面上に並ぶように水平配置されている。なお、長辺側バックプレート35、36は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼で形成されている。
The casting
そして、3相交流電流を流したときに、単位コイル16にU相、単位コイル21に−W相、単位コイル18にV相、単位コイル17に−U相、単位コイル20にW相、単位コイル19に−V相、単位コイル22にU相、単位コイル27に−W相、単位コイル24にV相、単位コイル23に−U相、単位コイル26にW相、単位コイル25に−V相の3相交流電流が流れるように、単位コイル16〜27が3相交流電源と結線されている。なお、−U相はU相と180度位相が異なる交流が流れる相であることを、−V相はV相と180度位相が異なる交流が流れる相であることを、−W相はW相と180度位相が異なる交流が流れる相であることをそれぞれ表している。
When a three-phase alternating current is passed, the
各単位コイル16〜27に流れる3相電流の位相変化に伴い、鋳型12内において、リニア型鉄心14側では単位コイル16から単位コイル19に向けて(リニア型鉄心14の長手方向に)移動する移動磁界が、リニア型鉄心15側では単位コイル22から単位コイル25に向けて(リニア型鉄心15の長手方向に)移動する移動磁界がそれぞれ発生する。そして、これらの移動磁界の移動方向は互いに逆方向なので、鋳型12内には移動磁界の移動する方向(リニア型鉄心14、15の長手方向に)に電磁力(撹拌力)が生じ、鋳型12内の溶鋼38に矢印の方向に溶鋼撹拌流39が発生する。
Along with the phase change of the three-phase current flowing through the unit coils 16 to 27, the linear
ここで、リニア型鉄心14の両端側にそれぞれ配置される端部の単位コイル16、19の巻き数NOを、端部の単位コイル16、19を除いた残りの単位コイル17、18、20、21の巻き数NIより多くし、リニア型鉄心15の両端側にそれぞれ配置される端部の単位コイル22、25の巻き数NOを、端部の単位コイル22、25を除いた残りの単位コイル23、24、26、27の巻き数NIより多くしている。
Here, the number of turns N O of the end unit coils 16 and 19 respectively disposed on both ends of the
これにより、相互インダクタンスの影響を受けても、リニア型鉄心14(15)にそれぞれ巻かれた単位コイル16〜21(22〜27)のうち、リニア型鉄心14(15)の両端側にそれぞれ配置される端部の単位コイル16、19(22、25)のインピーダンスと、端部の単位コイル16、19(22、25)を除いた残りの単位コイル17、18、20、21(23、24、26、27)のインピーダンスを均一化することができ、各単位コイル16〜21(22〜27)に流れる電流の均一化を図ることができる。その結果、リニア型鉄心14、15の長手方向の撹拌力分布が均一になり、溶鋼撹拌流39は均一になって円滑な溶鋼撹拌を行うことができる。
Thereby, even if it receives to the influence of mutual inductance, it arrange | positions at the both ends of the linear type iron core 14 (15) among the unit coils 16-21 (22-27) wound around the linear type iron core 14 (15), respectively. And the remaining unit coils 17, 18, 20, 21 (23, 24) excluding the end unit coils 16, 19 (22, 25). , 26, 27) can be made uniform, and the current flowing through each of the unit coils 16-21 (22-27) can be made uniform. As a result, the distribution of the stirring force in the longitudinal direction of the
なお、残りの単位コイル17、18、20、21(23、24、26、27)の巻き数NIに対する端部の単位コイル16、19(22、25)の巻き数NOの比NO/NIは1.1以上で1.42以下である。このため、各単位コイルが同一の巻き数の場合、相互インダクタンスの影響で端部の単位コイルを含む相のコイルに流れる電流が、残りの単位コイルを含む相のコイルに流れる電流に対して1.2〜2倍の範囲で大きくなっても、端部のコイル16、19(22、25)の巻き数NOを1.1〜1.42倍だけ大きくすることで、各単位コイル16〜21(22〜27)に流れる電流の均一化を図ることができる。
The ratio N O number of turns N O unit coils end against the number of turns N I of the remaining unit coils 17,18,20,21 (23,24,26,27) 16,19 (22, 25) / N I is 1.42 or less 1.1 or more. Therefore, when each unit coil has the same number of turns, the current flowing in the phase coil including the unit coil at the end due to the mutual inductance is 1 for the current flowing in the phase coil including the remaining unit coils. Even if it becomes large in the range of 2 to 2 times, by increasing the number of turns N O of the end coils 16, 19 (22, 25) by 1.1 to 1.42 times, each
続いて、本発明の一実施の形態に係る電磁撹拌装置10を鋳型部に設置した場合の作用について、従来技術と比較しながら説明する。
図2に、従来技術に係る電磁撹拌装置40に設けられたリニア型鉄心41を示す。リニア型鉄心41は、並べて配置される7つの磁極13aを有し、リニア型鉄心41には、対となる2つの単位コイル42、43が直列に接続されたU相、対となる2つの単位コイル44、45が直列に接続されたV相、対となる2つの単位コイル46、47が直列に接続されたW相の計6個の単位コイル42〜47が巻回されている。そして、単位コイル42に3相交流電流のU相を流したときに、単位コイル47に−W相、単位コイル44にV相、単位コイル43に−U相、単位コイル46にW相、単位コイル45に−V相の3相交流電流が流れるように、単位コイル42〜47が図示しない3相交流電源と結線されている。なお、単位コイル42〜47の巻き数はすべて同一である。
Next, the operation when the
In FIG. 2, the linear
各単位コイル42〜47の巻き数が同一の場合、相互インダクタンスの影響で、端部の単位コイル42、45のインピーダンスが低下し、単位コイル42、45をそれぞれ含むU相とV相のコイルに流れる電流は、残りの単位コイル46、47を含むW相のコイルに流れる電流に比べて大きくなる。このため、相互インダクタンスの影響を無視して各単位コイル42〜47に理論的に流れる電流を1とすると、例えば、単位コイル42、43、44、45に流れる電流は1.2、単位コイル46、47に流れる電流は0.6となる。その結果、U相とV相の単位コイル42、43、44、45により生じる電磁力による撹拌力が大きく、W相の単位コイル46、47により生じる撹拌力が小さいため、結果的に溶鋼に作用する撹拌力のリニア型鉄心41の長手方向の撹拌力分布が不均一になり、均一な溶鋼撹拌効果が得られない。
When the number of turns of each of the unit coils 42 to 47 is the same, the impedance of the end unit coils 42 and 45 decreases due to the influence of the mutual inductance, so that the U-phase and V-phase coils including the unit coils 42 and 45 respectively. The flowing current is larger than the current flowing through the W-phase coil including the remaining unit coils 46 and 47. For this reason, assuming that the current that theoretically flows in each of the unit coils 42 to 47 is 1 while ignoring the influence of the mutual inductance, for example, the current that flows in the unit coils 42, 43, 44, 45 is 1.2, and the unit coil 46 , 47 is 0.6. As a result, the stirring force generated by the electromagnetic force generated by the U-phase and V-phase unit coils 42, 43, 44, 45 is large, and the stirring force generated by the W-phase unit coils 46, 47 is small. The distribution of the stirring force in the longitudinal direction of the
一方、図3に示すように、本実施の形態に係る電磁撹拌装置10に設けられたリニア型鉄心15では、端部の単位コイル22、25の巻き数を、単位コイル23、24、26、27の巻き数より多くしている(図3の例では、例えば1.2倍としている)。これにより、相互インダクタンスの影響を受けた際に、単位コイル22、25のインダクタンスが増大し、結果としてインピーダンスが増大して、すべての単位コイル22〜27のインピーダンスが均一化する。その結果、U相、V相、W相の各コイル22〜27に流れる電流も均一化し、リニア型鉄心15の長手方向の撹拌力分布が均一になり、均一な溶鋼撹拌効果が得られる。
そして、従来技術に係る電磁撹拌装置40に使用する3相交流電源の容量は、最大電流が流れるU相(V相)を流れる電流値で決まるが、本実施の形態に係る電磁撹拌装置10に使用する3相交流電源の容量は、U相(V相、W相)に流れる電流の値により決まり、電磁撹拌装置10で使用する3相交流電源の容量を小さくすることができ、電磁撹拌装置(3相交流電源)のコストダウンを図ることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, in the linear
And although the capacity | capacitance of the three-phase alternating current power supply used for the
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、本実施の形態では、2個の単位コイルを直列に接続してU相、V相、及びW相の各コイルを構成したが、2個の単位コイルを並列に接続してU相、V相、及びW相の各コイルを構成することができる。
また、鋳型の寸法に合わせてリニア型鉄心の長さを選定し、リニア型鉄心にそれぞれ巻回するU相、V相、及びW相の各単位コイルの個数を1、又は3以上とすることができる。そして、各相の単位コイルの個数を3以上とした場合、3以上の単位コイルは直列に接続しても、並列に接続してもよい。
更に、電磁撹拌装置のリニア型鉄心を、二次冷却帯部において、通過する鋳片に残留する溶鋼を間にして対向して配置することもできる。
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the configuration described in the above-described embodiment, and the matters described in the scope of claims. Other embodiments and modifications conceivable within the scope are also included.
For example, in the present embodiment, two unit coils are connected in series to configure each of the U-phase, V-phase, and W-phase coils. However, two unit coils are connected in parallel to form a U-phase, V-phase and W-phase coils can be configured.
The length of the linear type iron core is selected according to the dimensions of the mold, and the number of unit coils of U phase, V phase, and W phase wound around the linear type iron core is set to 1 or 3 or more. Can do. When the number of unit coils for each phase is 3 or more, the 3 or more unit coils may be connected in series or in parallel.
Furthermore, the linear iron core of the electromagnetic stirrer can be disposed opposite to the molten steel remaining in the passing slab in the secondary cooling zone.
10:電磁撹拌装置、12:鋳型、13、13a:磁極、14、15:リニア型鉄心、16〜27:単位コイル、29、30:短辺銅板、31、32:長辺銅板、33、34:短辺側バックプレート、35、36:長辺側バックプレート、37:浸漬ノズル、38:溶鋼、39:溶鋼撹拌流、40:電磁撹拌装置、41:リニア型鉄心、42〜47:単位コイル
10: electromagnetic stirrer, 12: mold, 13, 13a: magnetic pole, 14, 15: linear iron core, 16-27: unit coil, 29, 30: short side copper plate, 31, 32: long side copper plate, 33, 34 : Short side back plate, 35, 36: long side back plate, 37: immersion nozzle, 38: molten steel, 39: molten steel stirring flow, 40: electromagnetic stirring device, 41: linear iron core, 42 to 47: unit coil
Claims (3)
前記リニア型鉄心の両端側にそれぞれ配置される端部の単位コイルの巻き数NOを、該端部の単位コイルを除いた残りの単位コイルの巻き数NIより多くして、前記コイルに流れる電流の均一化を図ることを特徴とする電磁撹拌装置。 A linear iron core having a plurality of magnetic poles arranged side by side with molten steel being continuously cast in between, and a U-phase, a V-phase, and a W wound around the linear iron core, respectively. In an electromagnetic stirrer having a phase coil and a three-phase AC power source with variable frequency for supplying a three-phase current to the coil,
The number of turns N O of the end unit coils arranged on both ends of the linear iron core is made larger than the number of turns N I of the remaining unit coils excluding the end unit coils, and the coils An electromagnetic stirrer characterized by equalizing flowing current.
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