JP3796201B2 - 電磁攪拌装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造設備における鋳型内の溶鋼に電磁力を付与する電磁攪拌装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
連続鋳造設備においては、浸漬ノズルから鋳型内に溶鋼が注入され、鋳型底面から表面が凝固した状態で引き出されて、スラブが形成される。スラブ成形の際に鋳型内溶鋼の水平方向の温度が不均一であると、スラブに表面割れやシェル破断が生じやすくなるため、鋳型の長辺壁の外側上部に電磁攪拌装置を設置し、鋳型内の溶鋼に電磁力を付与することにより、主として溶鋼を水平方向に攪拌して溶鋼温度を均一にすることが提案、実用化されている。
【0003】
図18に示すように、鋳型1の互いに対向する一対の長辺壁2L、2Fの外側には、所定の高さ位置において、幅方向に沿ってリニアモータ用鉄心3がそれぞれ配置されている。
【0004】
各リニアモータ用鉄心3には、長辺壁2L、2Fに垂直な平面内でリニアモータ用コイル4が巻き付けられている。各リニアモータ用鉄心3のリニアモータ用コイル4は最低6つのコイルの組から構成されており、各コイルの組には、図示しない三相交流電源により120度ずつ位相のずれたU、V、W相電流が流れるようにされている。
【0005】
例えば、長辺壁2L側のリニアモータ用コイル4では、図面右端のコイルの組から左端のコイルの組に向けて順に正U相電流、逆W相電流、正V相電流、逆U相電流、正W相電流、逆V相電流がそれぞれ流れるようにされている。
【0006】
これは、図19のベクトル図で説明すると、リニアモータ用鉄心3の一端から他端に向けて正U相電流から60度ずつ位相を反時計回り方向に進め、逆V相電流まで一巡するように電流が流れる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来の電磁攪拌装置では、リニアモータ用鉄心3の一端から他端に向けて順に正U相電流、逆W相電流、正V相電流、逆U相電流、正W相電流、逆V相電流というように位相を60度ずつ進めて一巡させるいわゆる2極機、さらには、二巡させるいわゆる4極機、・・・といったリニアモータを構成するようにしていた。
【0008】
しかしながら、上記のようにいわゆる偶数極と言われる2極機、4極機、・・・とすると、6組、12組、・・・、6n組(nは自然数)というようにコイルの組の数を決める必要がある。そのため、鋳型1の長辺壁2L、2Fの幅等との関係で、リニアモータ用コイル4の配置設計、例えば各コイルの組間のピッチの設計等に制限が課されることがあった。
【0009】
また、例えば、長辺壁2L側のリニアモータ用コイル4での電流の位相関係(図18では、図面右端のコイルの組から左端のコイルの組に向かって正U相電流、逆W相電流、正V相電流、逆U相電流、正W相電流、逆V相電流)を定めた場合に、鋳型1を挟んで対向する長辺壁2F側のリニアモータ用コイル4での電流の位相関係をどのようにするかによって電流攪拌能力に差が生じる。
【0010】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、鉄心に巻き付けるコイルの配置設計の自由度を高め、さらには電磁攪拌能力を向上させることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁攪拌装置は、互いに対向する一対の長辺壁と、互いに対向する一対の短辺壁とにより構成される鋳型を備えた連続鋳造設備に用いられ、前記各長辺壁の外側に溶鋼を攪拌するためのリニアモータの鉄心が長辺壁の幅方向に沿って配置される構成とした電磁攪拌装置であって、前記各鉄心に対して、前記長辺壁に垂直な平面内で巻き付けられた(6n+3)組(nは自然数)のコイルの組と、前記コイルに電流を流す三相交流電源とを備え、前記(6n+3)組のコイルの組と前記三相交流電源のUVWの各相との結線を、それぞれ流す電流の位相を、前記鉄心の一端から他端に向けて、順に正U相電流(U相)、逆W相電流(−W相)、正V相電流(V相)、逆U相電流(−U相)、正W相電流(W相)、逆V相電流(−V相)、正U相電流(U相)として60度ずつ一定方向にずらした点に特徴を有する。
【0012】
また、本発明の電磁攪拌装置の他の特徴とするところは、前記(6n+3)組のコイルの組と前記三相交流電源のUVWの各相との結線を、それぞれ流す電流の位相を前記鉄心の一端から他端に向けて順に正U相電流(U相)、逆W相電流(−W相)、正V相電流(V相)、逆U相電流(−U相)、正W相電流(W相)、逆V相電流(−V相)、正U相電流(U相)として60度ずつ一定方向にずらし、かつ、他方の鉄心において、前記一方の鉄心の他端のコイルの組に前記鋳型を挟んで対向する端部のコイルの組と前記三相交流電源のUVWの各相との結線を、前記一方の鉄心の他端のコイルの組に流す電流の位相に対して前記一定方向に60度ずらした上で、前記(6n+3)組のコイルの組にそれぞれ流す電流の位相を当該他方の鉄心のもう一方の端部に向けて順に60度ずつ一定方向にずらした点にある。
【0013】
本発明の別の電磁攪拌装置は、互いに対向する一対の長辺壁と、互いに対向する一対の短辺壁とにより構成される鋳型を備えた連続鋳造設備に用いられ、前記各長辺壁の外側に溶鋼を攪拌するためのリニアモータの鉄心が長辺壁の幅方向に沿って配置される構成とした電磁攪拌装置であって、前記各鉄心に対して、前記長辺壁に垂直な平面内で巻き付けられた(6n+3)×m個のコイル(nは自然数、mは2以上の自然数)と、前記コイルに電流を流す三相交流電源とを備え、前記(6n+3)×m個のコイルの全て、或いは一部と前記三相交流電源との結線において、隣り合うm個のコイルを1組として各組に流す電流の位相を前記鉄心の一端側から他端側に向けて順に正U相電流(U相)、逆W相電流(−W相)、正V相電流(V相)、逆U相電流(−U相)、正W相電流(W相)、逆V相電流(−V相)、正U相電流(U相)として60度ずつ一定方向にずらす規則性を有する点に特徴を有する。
【0014】
なお、鋳型1を挟んで対向する鉄心に巻き付けられたコイルに流れる電流の位相の定義は、図20に示すように、一方の鉄心3に巻き付けられたコイル4と、他方の鉄心3に巻き付けられたコイル4を、短辺壁側から見て、例えばU相電流が共に同じ方向に周回することを同位相(位相差0度)と定義する。即ち、図20においては、両鉄心3に巻き付けられたコイル4に流れるU相電流が時計回りの時が同位相である。また、V相電流とW相電流についても、同様の定義である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の電磁攪拌装置の好適な実施の形態について説明する。
【0016】
図1には、本実施の形態の電磁攪拌装置の構成を示す。なお、上記従来例で述べたものと同一の構成要素には同一の符号を付して説明する。同図に示すように、鋳型1の互いに対向する一対の長辺壁2L、2Fの外側には、所定の高さ位置において、幅方向に沿ってリニアモータ用鉄心3がそれぞれ配置されている。
【0017】
各リニアモータ用鉄心3には、長辺壁2L、2Fに垂直な平面内でリニアモータ用コイル4が巻き付けられている。各リニアモータ用鉄心3のリニアモータ用コイル4は9組のコイルの組から構成されており、各コイルの組には、図示しない三相交流電源により120度ずつ位相のずれたU、V、W相電流が流れるようにされている。なお、1組のコイルの組は、単数のコイルにより構成されてもよいし、複数のコイルからなるコイル束により構成されてもよい。
【0018】
長辺壁2L側のリニアモータ用コイル4では、図面右端のコイルの組から左端のコイルの組に向けて順に正U相電流(U相)、逆W相電流(−W相)、正V相電流(V相)、逆U相電流(−U相)、正W相電流(W相)、逆V相電流(−V相)、正U相電流(U相)、逆W相電流(−W相)、正V相電流(V相)がそれぞれ流れるようにされている。すなわち、9組のコイルの組にそれぞれ流す電流の位相を図面右端のコイルの組から左端のコイルの組に向けて順に60度ずつ進めるようにしている。
【0019】
図19のベクトル図で説明すると、リニアモータ用鉄心3の図面右端から左端に向けてU相から60度ずつ位相を反時計回り方向に進め、−V相まで一巡したならば、さらにU相→−W相→V相と180度進めるように電流が流れるいわゆる3極機のリニアモータが構成されている。
【0020】
また、長辺壁2F側のリニアモータ用コイル4では、図面左端のコイルの組から右端のコイルの組に向けて順に逆U相電流(−U相)、正W相電流(W相)、逆V相電流(−V相)、正U相電流(U相)、逆W相電流(−W相)、正V相電流(V相)、逆U相電流(−U相)、正W相電流(W相)、逆V相電流(−V相)がそれぞれ流れるようにされている。すなわち、9組のコイルの組にそれぞれ流す電流の位相を図面左端のコイルの組から右端のコイルの組に向けて順に60度ずつ進めるようにしている。
【0021】
図19のベクトル図で説明すると、リニアモータ用鉄心3の図面左端から右端に向けて−U相から60度ずつ位相を反時計回り方向に進め、V相まで一巡したならば、さらに−U相→W相→−V相へと180度進めるように電流が流れるいわゆる3極機のリニアモータが構成されている。
【0022】
以上述べたように、リニアモータ用鉄心3の一端から他端に向けて順に60度ずつ位相を進めて一巡させ、さらに180度進めるいわゆる3極機、さらには、リニアモータ用鉄心3の一端から他端に向けて60度ずつ位相を進めて二巡させ、さらに180度進めるいわゆる5極機、・・・といったリニアモータを構成することにより、コイルの組の数を9組、15組、・・・、(6n+3)組とすることができる(nは自然数)。したがって、鋳型1の長辺壁2L、2Fの幅(長辺長さ)等に応じて上記3極機、5極機、・・・を採用することにより、リニアモータ用コイル4の配置設計の自由度を高めることができる。
【0023】
ここで、長辺壁2L側の図面左端のコイルの組に流す電流の位相(V相)に対して、鋳型1を挟んで対向する長辺壁2Fの図面左端のコイルの組に流す電流の位相を60度だけ進めるようにしている(−U相)。その結果、長辺壁2F側の図面右端のコイルの組に流す電流の位相(−V相)に対して、長辺壁2L側の図面右端のコイルの組に流す電流の位相が60度だけ進む関係となる(U相)。すなわち、図中矢印Rに示すように、鋳型1の周りを反時計回り方向に位相が60度ずつ進んで循環する構成とされている。かかる構成とすることにより、以下に述べるように、特に鋳型1の短辺壁付近における電磁攪拌能力を向上させることができる。
【0024】
以下、いわゆる5極機を例にして、長辺壁2L側のリニアモータ用コイル4での電流の位相関係と、長辺壁2F側のリニアモータ用コイル4での電流の位相関係との関係について説明する。
【0025】
図2に示すように、各リニアモータ用鉄心3のリニアモータ用コイル4は30個のコイル(No.1〜No.30)により構成されている。
【0026】
長辺壁2L側のリニアモータ用コイル4では、右端から2個ずつのコイルを1組(全部で15組)とし、右端のコイルの組から左端のコイルの組に向けて順に正U相電流(U相)、逆W相電流(−W相)、正V相電流(V相)、逆U相電流(−U相)、正W相電流(W相)、逆V相電流(−V相)と60度ずつ位相を進めていき、−V相まで二巡したならば、さらにU相→−W相→V相と180度進めるようにした5極機のリニアモータが構成されている。
【0027】
そして、上記長辺壁2L側のリニアモータ用コイル4に対して、長辺壁2F側のリニアモータ用コイル4における結線を変更して、各結線状態F1〜F12における幅方向(長辺方向)電磁力分布を測定した。
【0028】
結線状態F1では、長辺壁2L側のリニアモータ用コイル4での電流の位相関係とちょうど点対称となるようにされており、左端のコイルの組から右端のコイルの組に向けて順に正U相電流(U相)、逆W相電流(−W相)、正V相電流(V相)、逆U相電流(−U相)、正W相電流(W相)、逆V相電流(−V相)と60度ずつ位相を進めていき、−V相まで二巡したならば、さらにU相→−W相→V相と180度進めるようにした5極機のリニアモータが構成されている。
【0029】
そして、結線状態F2、F3、・・・、F12では、1コイルずつ位相関係を右方向にずらすようにされている。
【0030】
すなわち、結線状態F1、F3、F5、F7、F9、F11では、左端から2個ずつのコイルを1組(全部で15組)として、15組のコイルの組にそれぞれ流す電流の位相を左端から右端に向けて順に60度ずつ進めるようにされている。一方、結線状態F2、F4、F6、F8、F10、F12では、両端以外において、隣り合う2個のコイルを1組として各組に流す電流の位相を左端側から右端側に向けて順に60度ずつ一定方向に進める規則性を有する。
【0031】
図3〜14には、長辺壁2L側のリニアモータ用コイル4での電流の位相関係と、各結線状態F1〜F12の長辺壁2F側のリニアモータ用コイル4での電流の位相関係とにおける幅方向(長辺方向)電磁力分布の測定結果を示す。また、図15には、各結線状態F1〜F12での長辺壁2L、2Fの端部(短辺壁付近)における電磁力の比較結果を示す。
【0032】
図3〜7、11〜14に示すように、結線状態F1〜F5、F9〜F12では、少なくとも長辺壁2L、2Fのいずれかの側から鋳型1内の溶鋼に作用する電磁力が、長辺壁2L、2Rの端部(短辺壁付近)においてマイナスとなり、他の領域と逆転している。そのため、短辺壁付近で攪拌方向と逆の電磁力が作用してしまい、電磁攪拌能力が劣ってしまう。
【0033】
それに対して、図9に示すように、結線状態F7では、鋳型1内の溶鋼に作用する電磁力が長辺壁2L、2Fの端部(短辺壁付近)において他の領域と逆転することはなく、特に短辺壁付近での電磁攪拌能力を向上させることができる。
【0034】
ここで、結線状態F7では、上述したように、鋳型1の周りを反時計回り方向に位相が60度ずつ進んで循環する関係とされている(図1の矢印Rを参照)すなわち、長辺壁2L側の左端のコイルの組に流す電流の位相(V相)に対して、鋳型1を挟んで対向する長辺壁2F側の左端のコイルの組に流す電流の位相を60度だけ進めるようにしている(−U相)。その結果、長辺壁2F側の右端のコイルの組の位相(−V相)に対して、長辺壁2L側の右端のコイルの組の位相が60度だけ進む関係となる(U相)。そして、この関係があるときに、特に鋳型1の短辺壁付近における電磁攪拌能力を向上させられることが確認されたものである。
【0035】
また、図8、10に示すように、結線状態F6、F8では、長辺壁2L、2F側から鋳型1内の溶鋼に作用する電磁力にばらつきが生じるものの、結線状態F7の場合と同様に、長辺壁2L、2Fの端部(短辺壁付近)において他の領域と逆転することはなく、特に短辺壁付近での電磁攪拌能力を向上させることができる。
【0036】
図16には長辺壁2F側における幅方向流速分布を、図17には長辺壁2L側における幅方向流速分布を示す。いずれも、結線状態F1、F7の場合について比較したものであり、結線状態F1では、長辺壁2L、2Fの端部(短辺壁付近)において流速がマイナス(すなわち、逆向き)となっているのに対して、結線状態F7では、長辺壁2L、2Fの端部(短辺壁付近)においても流速がマイナスとなることはなく、結線状態F7の方が電磁攪拌能力が改善されていることが確認される。
【0037】
なお、上記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、上記実施の形態では、図1の矢印Rに示すように、鋳型1の周りを反時計回り方向に位相が60度ずつ進んで循環するようにしたが、時計回り方向に位相が60度ずつ進むようにしてもかまわない。
【0038】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、コイルの組数を(6n+3)組としたいわゆる3極機、5極機、・・・の電磁攪拌装置を提供することができ、鋳型の長辺壁の幅等に応じて、従来からあった2極機、4極機、・・・に限らず、上記3極機、5極機、・・・を採用することにより、鉄心に巻き付けるコイルの配置設計、例えばコイルの組間のピッチの設計等の自由度を高めることができる。
【0039】
さらに、鋳型の周りを電流の位相が60度ずつ一定方向にずれて循環する関係とすることにより、特に長辺壁の端部における電磁攪拌能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態の電磁攪拌装置の構成を示す図である。
【図2】長辺壁2L、2F側のリニアモータ用コイル4での電流の位相関係を説明するための図である。
【図3】結線状態F1での幅方向電磁力分布の測定結果を示す図である。
【図4】結線状態F2での幅方向電磁力分布の測定結果を示す図である。
【図5】結線状態F3での幅方向電磁力分布の測定結果を示す図である。
【図6】結線状態F4での幅方向電磁力分布の測定結果を示す図である。
【図7】結線状態F5での幅方向電磁力分布の測定結果を示す図である。
【図8】結線状態F6での幅方向電磁力分布の測定結果を示す図である。
【図9】結線状態F7での幅方向電磁力分布の測定結果を示す図である。
【図10】結線状態F8での幅方向電磁力分布の測定結果を示す図である。
【図11】結線状態F9での幅方向電磁力分布の測定結果を示す図である。
【図12】結線状態F10での幅方向電磁力分布の測定結果を示す図である。
【図13】結線状態F11での幅方向電磁力分布の測定結果を示す図である。
【図14】結線状態F12での幅方向電磁力分布の測定結果を示す図である。
【図15】各結線状態F1〜F12での長辺壁2L、2Fの端部(短辺壁付近)における電磁力の比較結果を示す図である。
【図16】結線状態F1、F7での長辺壁2F側における幅方向流速分布を示す図である。
【図17】結線状態F1、F7での長辺壁2L側における幅方向流速分布を示す図である。
【図18】従来例の電磁攪拌装置の構成を示す図である。
【図19】三相交流を説明するためのベクトル図である。
【図20】対向する鉄心に巻き付けられたコイルに流れる電流の位相を定義するための構成図である。
【符号の説明】
1 鋳型
2L、2R 長辺壁
3 リニアモータ用鉄心
4 リニアモータ用コイル
Claims (3)
- 互いに対向する一対の長辺壁と、互いに対向する一対の短辺壁とにより構成される鋳型を備えた連続鋳造設備に用いられ、前記各長辺壁の外側に溶鋼を攪拌するためのリニアモータの鉄心が長辺壁の幅方向に沿って配置される構成とした電磁攪拌装置であって、
前記各鉄心に対して、前記長辺壁に垂直な平面内で巻き付けられた(6n+3)組(nは自然数)のコイルの組と、
前記コイルに電流を流す三相交流電源とを備え、
前記(6n+3)組のコイルの組と前記三相交流電源のUVWの各相との結線を、それぞれ流す電流の位相を、前記鉄心の一端から他端に向けて、順に正U相電流(U相)、逆W相電流(−W相)、正V相電流(V相)、逆U相電流(−U相)、正W相電流(W相)、逆V相電流(−V相)、正U相電流(U相)として60度ずつ一定方向にずらしたことを特徴とする電磁攪拌装置。 - 前記(6n+3)組のコイルの組と前記三相交流電源のUVWの各相との結線を、それぞれ流す電流の位相を前記鉄心の一端から他端に向けて順に正U相電流(U相)、逆W相電流(−W相)、正V相電流(V相)、逆U相電流(−U相)、正W相電流(W相)、逆V相電流(−V相)、正U相電流(U相)として60度ずつ一定方向にずらし、かつ、他方の鉄心において、前記一方の鉄心の他端のコイルの組に前記鋳型を挟んで対向する端部のコイルの組と前記三相交流電源のUVWの各相との結線を、前記一方の鉄心の他端のコイルの組に流す電流の位相に対して前記一定方向に60度ずらした上で、前記(6n+3)組のコイルの組にそれぞれ流す電流の位相を当該他方の鉄心のもう一方の端部に向けて順に60度ずつ一定方向にずらしたことを特徴とする請求項1に記載の電磁攪拌装置。
- 互いに対向する一対の長辺壁と、互いに対向する一対の短辺壁とにより構成される鋳型を備えた連続鋳造設備に用いられ、前記各長辺壁の外側に溶鋼を攪拌するためのリニアモータの鉄心が長辺壁の幅方向に沿って配置される構成とした電磁攪拌装置であって、
前記各鉄心に対して、前記長辺壁に垂直な平面内で巻き付けられた(6n+3)×m個のコイル(nは自然数、mは2以上の自然数)と、
前記コイルに電流を流す三相交流電源とを備え、
前記(6n+3)×m個のコイルの全て、或いは一部と前記三相交流電源との結線において、隣り合うm個のコイルを1組として各組に流す電流の位相を前記鉄心の一端側から他端側に向けて順に正U相電流(U相)、逆W相電流(−W相)、正V相電流(V相)、逆U相電流(−U相)、正W相電流(W相)、逆V相電流(−V相)、正U相電流(U相)として60度ずつ一定方向にずらす規則性を有することを特徴とする電磁攪拌装置。
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