(57)【要約】【課題】３相交流電源の容量を小さくし、リニア型鉄心の長手方向の撹拌力分布を均一にする３相リニア型の電磁撹拌装置を提供する。【解決手段】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１３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、１５にそれぞれ巻回されたＵ相、Ｖ相、及びＷ相のコイルと、各相のコイルに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１０において、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の巻き数ＮＯを、残りの単位コイル１７、１８、２０、２１、２３、２４、２６、２７の巻き数ＮＩより多くして、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のコイルに流れる電流の均一化を図っている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ることを特徴とする電磁撹拌装置。
【請求項２】
請求項１記載の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されていることを特徴とする電磁撹拌装置。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の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以下であることを特徴とする電磁撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４２０６５号公報
【特許文献２】特開２００６−２８９４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る電磁撹拌装置を鋳型部に設置した場合の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＰ−Ｐ矢視断面図である。
【図２】従来技術に係る電磁撹拌装置の作用を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る電磁撹拌装置の作用を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【符号の説明】
【００２４】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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