(57)【要約】【課題】交流磁場の分布を調整することによってプラズマアークの鋳鋼片表面への入射角を常に一定にし、鋳鋼片の幅方向の任意の位置において均一な溶融処理を行う。【解決手段】表層処理装置１は、鋳鋼片Ｈとの間にプラズマアークＰを発生させるプラズマトーチＴを備える。交流磁場発生装置（電磁コイル２１、２２）により、プラズマトーチＴと鋳鋼片Ｈの間に、プラズマアークＰを鋳鋼片Ｈの幅方向Ａに往復移動させる交流の磁場Ｍｔと、その下方に磁場Ｍｔとは逆向きの交流の磁場Ｍｈとを発生させる。幅方向Ａに往復移動したプラズマアークＰを、鋳鋼片Ｈに到達する手前で逆向きの磁場Ｍｈによる電磁力で曲げ戻して、プラズマアークＰの鋳鋼片Ｈへの入射角を制御することができる。【選択図】図３
2008284582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鋼片との間にプラズマアークを発生させるプラズマトーチを備えた表層処理装置において、
前記プラズマトーチと前記鋳鋼片の間に、前記プラズマアークを前記鋳鋼片の幅方向に往復移動させる交流磁場と、当該交流磁場の下方に前記交流磁場とは逆向きの交流磁場とを発生させる交流磁場発生装置を有することを特徴とする、鋳鋼片の表層処理装置。
【請求項２】
前記交流磁場発生装置は、前記プラズマトーチによって発生するプラズマアークの前後に配置された一対の電磁コイルと、
前記一対の電磁コイルに同方向の交流電流を供給する交流電源とを有することを特徴とする、請求項１に記載の鋳鋼片の表層処理装置。
【請求項３】
前記一対の電磁コイルは、上下方向に移動可能であることを特徴とする、請求項２に記載の鋳鋼片の表層処理装置。
【請求項４】
前記交流磁場発生装置は、前記プラズマトーチによって発生するプラズマアークの前後にそれぞれ上下に並列配置された片側４本ずつの電磁コイルと、前記電磁コイルに交流電流を供給する交流電源とを有し、
前記プラズマトーチ側の２対の電磁コイルと前記鋳鋼片側の２対の電磁コイルとは互いに逆向きの交流磁場を形成するものであることを特徴とする、請求項１に記載の鋳鋼片の表層処理装置。
【請求項５】
前記プラズマトーチ側の２対の電磁コイルと前記鋳鋼片側の２対の電磁コイルには、異なった交流電源から交流電流が供給されることを特徴とする、請求項４に記載の鋳鋼片の表層処理装置。
【請求項６】
鋳鋼片との間にプラズマアークを発生させるプラズマトーチを備え、プラズマアークによって鋳鋼片の表層を処理する表層処理方法において、
前記プラズマトーチと前記鋳鋼片の間に、前記プラズマアークを前記鋳鋼片の幅方向に往復移動させる交流磁場と、その下方に前記交流磁場とは逆向きの交流磁場とを発生させることにより、前記プラズマアークの前記鋳鋼片への入射角を制御することを特徴とする、鋳鋼片の表層処理方法。
【請求項７】
前記交流磁場と、前記交流磁場とは逆向きの交流磁場は、前記プラズマアークの前後に配置された一対の電磁コイルに対して、同方向の交流電流を供給することによって発生させることを特徴とする、請求項６に記載の鋳鋼片の表層処理方法。
【請求項８】
前記一対の電磁コイルを上下方向に移動させて前記プラズマアークの前記鋳鋼片への入射角をさらに制御することを特徴とする、請求項７に記載の鋳鋼片の表層処理方法。
【請求項９】
前記プラズマトーチによって発生するプラズマアークの前後にそれぞれ片側４本ずつの電磁コイル上下に並列配置し、前記交流磁場と、前記交流磁場と逆向きの交流磁場は、これらコイルのうち前記プラズマトーチ側の２対の電磁コイルと前記鋳鋼片側の２対の電磁コイルに対して、互いに逆向きの交流電流を供給することによって発生させることを特徴とする、請求項６に記載の鋳鋼片の表層処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鋼の連続鋳造鋳片や、圧延途中の鋼片などの鋳鋼片の表層を、プラズマによって加熱したり、溶融処理するための表層処理装置および表層処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば連続鋳造後の鋳片や圧延途中の鋼片の表層を改質する処理には、プラズマ加熱装置が用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
プラズマ加熱装置は、例えば搬送される鋳片に対向配置された、トーチを陰極、鋳片を陽極とする直流プラズマのプラズマトーチを備え、当該プラズマトーチと鋳片との間にプラズマアークを発生させ、そのプラズマアークの熱によって鋳片を加熱して溶融し、その表層を例えば改質処理するようになっている。
【０００４】
鋳鋼片の表層を溶融処理する場合には、鋳鋼片に対し、プラズマアークによって均一に加熱、溶融させ、可能な限り鋳鋼片の表層を均一に溶融処理する必要がある。すなわち、特許文献１等に示す技術を用いて幅の広い鋳鋼片を加熱する場合、鋳鋼片の幅方向全体にプラズマアークを当てて、鋳鋼片を加熱する必要がある。このため、交流磁場の電磁力を用いてプラズマアークを鋳鋼片の幅方向に往復移動させて鋳片を加熱することが提案されている（特許文献２参照）。このように交流磁場の電磁力を用いてプラズマアークを往復移動させる方法は、プラズマトーチをスキャンさせる方法に比べて、機械的な部品点数を少なくできる点で優れている。なお本願において「鋳鋼片」とは、「鋳片」と「鋼片」を総称したものであり、「鋳片」とは鋳造後の鋼材を、「鋼片」とは鋳片を圧延した後の鋼材を意味している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９５５１２号公報
【特許文献２】特開昭５４−１４２１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記の従来技術では、例えば図１３に示すように、鋳鋼片Ｈの搬送方向Ｂに対してプラズマトーチＴの前後に、それぞれ２本ずつの互いに平行な、例えば金属線からなる電流通路５１、５２、５３、５４を設けて、図中の太矢印に示すような交流磁場Ｍを発生させ、当該交流磁場Ｍによる電磁力で、プラズマアークを図１３の紙面に直交する方向に往復移動させる。なお、図に示す電流方向は、ある一瞬の状態を示すものであり、交流電流であるために、時間の経過に伴い方向が入れ替わるが、常に電流通路５１と５２に流れる電流が同じ方向であり、電流通路５３と５４に流れる電流はその逆向きである。
【０００７】
このようにしてプラズマアークを鋳片Ｈの幅方向に往復移動させる際、移動の両端部では、図１４に示すように、プラズマアークＰが鋳片Ｈの表面に対して斜め方向に入射する。かかる場合、プラズマトーチＴ直下での入射幅ａと比較すると、端部での入射幅ｂの方がより大きくなるため、端部での入射熱の密度はプラズマトーチＴ直下よりも低くなる。また斜めに入射することによりプラズマガスが拡散するので、入射熱量は単純に入射部の面積の比率だけでは導き出せなくなる。したがって、一定のプラズマ出力で且つプラズマアークＰを等速に往復移動させると、鋳片Ｈの幅方向Ａの位置によってプラズマアークＰの入熱量が異なり、部分的に処理不良が発生したり、均一な処理ができないおそれが生ずる。
【０００８】
このように、プラズマアークＰが鋳片Ｈの幅方向Ａ位置によって異なる角度で入射される場合、溶融する鋳片表層の溶融深さを均一にするには、位置により印加する交流磁場の波形や振動数を変化させなければならない。しかも、鋳片の種類や処理速度、プラズマ出力等の処理条件に応じて、それぞれ異なる交流磁場の調整を行う必要がある。そのため、複数の処理条件について予め処理試験を行い、適正な交流磁場の波形や振動数を設定しなければならず、多大な手間がかかる。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、交流磁場の分布を調整することによってプラズマアークの鋳鋼片表面への入射角を常に一定にし、鋳鋼片の幅方向の任意の位置において均一な溶融処理を行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するため、本発明は、鋳鋼片との間にプラズマアークを発生させるプラズマトーチを備えた表層処理装置において、前記プラズマトーチと前記鋳鋼片の間に、前記プラズマアークを前記鋳鋼片の幅方向に往復移動させる交流磁場と、その下方に前記交流磁場とは逆向きの交流磁場とを発生させる交流磁場発生装置を有することを特徴としている。
【００１１】
このように本発明においては、プラズマアークを往復移動させる交流磁場、及び被処理部材である鋳鋼片の手前でそれとは逆向きの交流磁場、の両方を発生させる交流磁場発生装置を有しているので、例えばプラズマアークを鋳鋼片の幅方向に沿って左側に移動させたときに、鋳鋼片に入射する直前でプラズマアークを右方向に曲げ戻すことができる。つまり、プラズマアークが傾いた状態で鋳鋼片に入熱しないように、鋳鋼片への入射角を調整することができる。したがって、プラズマアークを幅方向に移動させても、プラズマトーチの直下に入熱するときと同様に常にほぼ直角の入射角を保って入熱し、表層処理を行うことができる。なおここで「ほぼ直角」の入射角を保って入熱するとしたのは、必ずしも厳密に直角である必要はなく、直角、若しくはその不可避的な誤差範囲は本発明のかかる作用によって得られるものだからである。したがって、以下、本発明の作用に関してプラズマアークが直角の入射角を保って鋳鋼片へ入熱する旨の記載があっても、それは必ずしも厳密に直角であることだけに限定されるものではない。
【００１２】
前記交流磁場発生装置は、前記プラズマトーチによって発生するプラズマアークの前後に配置された一対の電磁コイルと、前記一対の電磁コイルに同方向の交流電流を供給する交流電源とで構成してもよい。これによって、簡単な構造で、プラズマアークを往復移動させる交流磁場及び曲げ戻す磁場の両方を発生させることができる。かかる場合、前記一対の電磁コイルを、上下方向に移動可能としてもよい。
【００１３】
さらに前記交流磁場発生装置は、前記プラズマトーチによって発生するプラズマアークの前後にそれぞれ上下に並列配置された片側４つずつの電磁コイルと、前記電磁コイルに交流電流を供給する交流電源からなり、前記プラズマトーチ側の２対の電磁コイルと前記鋳鋼片側の２対の電磁コイルとが互いに逆向きの交流磁場を形成するものとしてもよい。このような構造とすれば、プラズマアークを往復移動させる交流磁場と、鋳鋼片付近でプラズマアークを曲げ戻す磁場とを、異なる電磁コイルによって形成するので、より容易に、また精密にプラズマアークの入射角を調整することができる。
【００１４】
また前記の場合、前記プラズマトーチ側の２対の電磁コイルと前記鋳鋼片側の２対の電磁コイルとに対して、異なった交流電源から交流電流が供給されるようにしてもよい。これによって、プラズマアークの振れ幅及び入射角の各々に関して微調整ができるので、さらに精密な表層処理が可能である。
【００１５】
また別な観点によれば、本発明は、鋳鋼片との間にプラズマアークを発生させるプラズマトーチを備え、プラズマアークによって鋳鋼片の表層を処理する表層処理方法であって、前記プラズマトーチと前記鋳鋼片の間に、前記プラズマアークを前記鋳鋼片の幅方向に往復移動させる交流磁場と、その下方に前記交流磁場とは逆向きの交流磁場との双方を発生させることにより、前記プラズマアークの前記鋳鋼片への入射角を制御することを特徴としている。
【００１６】
かかる場合、前記交流磁場と、前記交流磁場とは逆向きの交流磁場は、前記プラズマアークの前後に配置された一対の電磁コイルに対して、同方向の交流電流を供給することによって発生させるようにしてもよい。また前記一対の電磁コイルを上下方向に移動させて前記プラズマアークの前記鋳鋼片への入射角をさらに制御するようにしてもよい。
また前記プラズマトーチによって発生するプラズマアークの前後にそれぞれ片側４本ずつの電磁コイル上下に並列配置し、前記交流磁場と、前記交流磁場とは逆向きの交流磁場は、これらコイルのうち前記プラズマトーチ側の２対の電磁コイルと前記鋳鋼片側の２対の電磁コイルに対して、互いに逆向きの交流電流を供給することによって発生させるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、表層処理を施す鋳鋼片に対するプラズマアークの入射角度を調整し、常に鋳鋼片の表面にほぼ直角に入射させることができるので、鋳鋼片全体に対して均一な入熱状態で表層処理することができ、高品質の製品を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる表層処理装置１の構成の概略を正面からみた模式図であり、図２は同じく平面からみた模式図である。
【００１９】
表層処理装置１は、水平方向に搬送される鋳片Ｈの搬送ライン上に設けられている。表層処理装置１は、例えば搬送される鋳片Ｈの上方に配置された１本または複数本のプラズマトーチＴを有している。プラズマトーチＴは、複数本の場合には鋳片Ｈの幅方向Ａに沿って並列に配置されるが、プラズマトーチＴ自体の本数は任意である。プラズマトーチＴは、直流電源２からの電圧の印加によって、鋳片Ｈとの間に直流プラズマによるプラズマアークＰを形成させる。プラズマアークＰには、鋳片Ｈ側からプラズマトーチ側に電流が流れている。プラズマトーチＴの出力制御は、制御装置３によって制御される。なおプラズマアークＰを生成するためのプラズマガスとしては、非酸化性ガス、例えば窒素ガスやアルゴンガスが好ましい。
【００２０】
プラズマトーチＴの下方であって、かつ鋳片Ｈの搬送方向Ｂの前後、すなわちプラズマトーチＴによって形成されるプラズマアークＰの搬送方向Ｂの前後には、交流磁場発生装置としての線状の電磁コイル２１、２２が、対向して平行に設けられている。これらの電磁コイル２１、２２は、交流電源５からの交流電流の供給によって、プラズマアークＰに周期的にローレンツ力を作用させて、プラズマアークＰを、供給される交流の周波数に応じて鋳片Ｈの幅方向Ａに往復移動させる。
【００２１】
図３（Ａ）は、図２のＣ−Ｃ方向から見た拡大断面を示しており、電磁コイル２１、２２は、プラズマトーチＴの中心軸線に対して対称位置に配置され、図１に示す交流電源５から交流電流が供給されると、電磁コイル２１、２２には、各々同一方向に電流が流れる。これにより、電磁コイル２１、２２の上側と下側に、図３（Ａ）の矢印に示すように、左右逆方向の磁場Ｍｔ、Ｍｈが発生する。図３（Ｂ）はこのときの磁束密度の分布を示す。なお図は瞬間の電流の方向を示しており、時間の経過に伴って方向が入れ替わる。交流電源５の出力は、主制御装置４によって制御される。
【００２２】
本実施の形態にかかる表層処理装置１は、以上のような構成を有しており、直流電源２からの電圧を印加すると、プラズマトーチＴと鋳片Ｈとの間に直流プラズマによるプラズマアークＰが形成され、また電磁コイル２１、２２に交流電源５から交流電流が供給されると、プラズマアークＰは電磁力を受けて鋳片Ｈの幅方向Ａに往復移動する。
【００２３】
図４は、本実施の形態によるプラズマアークＰの移動状態を示す。交流電流が電磁コイル２１、２２に流れると、図３に示したように、電磁コイル２１、２２の上側と下側では逆向きの磁場Ｍｔ、Ｍｈが形成される。したがって、図４に示すように、プラズマトーチＴ付近で例えば図の左方向へ移動する力を受けたプラズマアークＰは、鋳片Ｈに近づくと反対の右側へ戻される力を受ける。したがって、プラズマトーチＴから鋳片Ｈ表面までの距離に応じて、電磁コイル２１、２２の交流磁場によるプラズマアークＰの戻り量を調整することにより、鋳片Ｈの表面に対してプラズマアークＰをほぼ直角に入射させることができる。この入射角の調整は、電磁コイル２１、２２の設置位置により行うことができる。すなわち、プラズマの出力量やプラズマトーチＴと鋳片Ｈとの距離等に応じて、電磁コイル２１、２２の設置高さを上下方向に移動させることにより、磁力分布を制御し、鋳片Ｈへの入射角を調整する。
【００２４】
このように、常にプラズマアークＰを鋳片Ｈに対して垂直方向に入射させることにより、プラズマアークＰの入射幅ａが、幅方向Ａの位置に関係なく常に一定となる。この状態で鋳片Ｈへの入熱を均一にするには、プラズマアークＰの移動による鋳片Ｈ表面の幅方向Ａにおける各位置の滞在時間を等しくすればよいので、常にプラズマアークＰの移動速度が一定になるように、電磁コイル２１、２２に対して交流電源５が供給する交流は、例えば三角波等の単純な波形の磁場を形成するものでもよい。したがって、様々な溶融処理条件に対して、プラズマアークＰの出力と磁場の強さのみを調整することにより対処できる。そのため、制御が容易であるうえ、事前にサンプルの処理試験を行って各種設定を決める必要がなく、大幅に手間が軽減できる。しかも、極めて単純な構成であり、狭いスペースでも実施可能である。
【００２５】
上記実施の形態は、プラズマトーチＴが複数本ある場合でも同様に実施可能である。なおこの種の装置に使用されるプラズマトーチＴによって発生するプラズマアークＰの水平方向の移動幅は通常１００ｍｍ程度であるから、鋳片Ｈの幅が１００ｍｍを超える場合には、プラズマトーチＴを複数本配置し、それぞれのプラズマトーチＴを同様に往復移動させて表層処理を行う。
【００２６】
なお、処理対象である鋳片Ｈへの入射角を制御するにあたっては、目視の他、例えばＣＣＤカメラで表面部分を撮像してその画像処理データを用いる等の方法により好適に制御することができる。
【００２７】
図５及び図６は、本発明の異なる実施の形態を示す。図５は、表層処理装置１１の構成の概略を正面からみた模式図であり、図６は同じく平面からみた模式図である。
【００２８】
表層処理装置１１は、搬送される鋳片Ｈの上方に配置された複数（図では７本）のプラズマトーチＴ１〜Ｔ７を、鋳片Ｈの幅方向Ａに沿って並列に有している。これらのプラズマトーチＴ１〜Ｔ７は、直流電源２からの電圧の印加によって、各々鋳片Ｈとの間に直流プラズマによるプラズマアークＰを形成させる。各プラズマアークＰには、鋳片Ｈ側からプラズマトーチＴ１〜Ｔ７側に電流が流れている。プラズマトーチＴ１〜Ｔ７の着火本数、並びに出力の制御は制御装置３によって制御される。
【００２９】
プラズマトーチＴ１〜Ｔ７の下方であって、かつ鋳片Ｈの搬送方向Ｂの前後、すなわちプラズマトーチＴ１〜Ｔ７によって形成されるプラズマアークＰの搬送方向Ｂの前後には、交流磁場発生装置としての電磁コイル２３、２４、２５、２６が相互に平行となるように設けられている。これらの電磁コイル２３、２４、２５、２６は、交流電源１５、１６からの交流電流の供給によって、各プラズマアークＰに周期的にローレンツ力を作用させて、各プラズマアークＰを、供給される交流の周波数に応じて鋳片Ｈの幅方向Ａに往復移動させる。
【００３０】
電磁コイル２３、２４、２５、２６（図７参照）は、プラズマトーチＴ１〜Ｔ７の両側に対称に配置され、電磁コイル２３と２４、電磁コイル２５と２６は、それぞれ同型同大のループ状の形状を有している。電磁コイル２３、２４と電磁コイル２５、２６とは、それぞれ交流電源１５、１６から交流電流が供給されると、逆向きの磁場を同期して発生させる。電磁コイル２３の磁場強度及び方向は電磁コイル２４と同一であり、電磁コイル２５の磁場強度及び方向は電磁コイル２６と同一である。電磁コイル２３、２４の交流電源１５と、電磁コイル２５、２６の交流電源１６の出力及び位相制御は、主制御装置４が行なう。
【００３１】
図７（Ａ）は、図６のＤ−Ｄ方向から見た拡大断面を示しており、電磁コイル２３と２４、電磁コイル２５と２６は、プラズマトーチＴ１の中心軸線に対してそれぞれ対称位置に配置されている。そして図５に示したように、交流電源１５、１６から電磁コイル２３、２４、２５、２６交流電流が供給されると、電磁コイル２３、２４と電磁コイル２５、２６には、各々逆向きの電流が流れる。これにより、電磁コイル２３、２４の間と電磁コイル２５、２６の間に、図７（Ａ）の矢印に示すように、左右逆方向の磁場Ｍｔ、Ｍｈを発生させる。図７（Ｂ）はこのときの磁束密度の分布を示す。なお図は瞬間の電流の方向を示しており、時間の経過に伴い方向が入れ替わる。
【００３２】
図８は、本実施の形態によるプラズマアークＰの移動状態を示す。交流電流が流れると、電磁コイル２３、２４、２５、２６による影響で、図７に示したように、プラズマトーチＴ１付近と鋳片Ｈ付近では逆向きの磁場Ｍｔ、Ｍｈが形成される。したがって、前述の図４の実施形態と同様、図８に示すように、プラズマトーチＴ１付近で例えば図の左方向に移動する力を受けたプラズマアークＰは、鋳片Ｈに近づくと反対の右側へ戻される力を受ける。
【００３３】
本実施形態においては、プラズマアークＰを左右に移動させるための磁場Ｍｔを発生する電磁コイル２３、２４と、鋳片Ｈの表面付近でプラズマアークＰを逆方向に戻すための磁場Ｍｈを発生する電磁コイル２５、２６とを別体として設けているので、プラズマアークＰの入射角をより正確に微調整することができる。プラズマアークＰのプラズマ流の速度は、プラズマトーチＴを出た直後が最も速く、次第に減速していく。そのため、プラズマトーチＴ１に近い部分ではプラズマアークＰを移動させるために磁場Ｍｔを強くして十分な湾曲を与え、鋳片Ｈ付近では磁場Ｍｈを若干弱くした逆方向の力を与えて曲げ戻すことにように調整することが好ましい。本実施の形態においては、電磁コイル２３〜２６の設置位置を変更することなく、電磁コイル２３、２４及び電磁コイル２５、２６へ供給される電流をそれぞれ独立して制御することによって、自由に磁場の調整を行うことができる。したがって、本実施形態は、プラズマ電流や、プラズマトーチＴと鋳片Ｈとの距離、雰囲気中の酸素や窒素濃度の変化等に応じて、簡単な調整により自在に適応できる。
【００３４】
このように、プラズマアークＰを曲げ戻して常に鋳片Ｈに対して直角に入射するように容易に調整できるので、プラズマアークＰの入射幅ａが、幅方向Ａの位置に関係なく常に一定となる。そのため、この状態で鋳片Ｈへの入熱を均一にするには、プラズマアークＰの移動速度が一定になるように、三角波等の単純な波形の磁場を形成することでもよいため、制御が容易である。
【００３５】
さらに、本実施の形態においては、プラズマアークＰを移動させるための磁場Ｍｔと曲げ戻すための磁場Ｍｈとを独立して制御できるので、プラズマアークＰの左右の振れ幅を自在に調整することができる。したがって、鋳片Ｈの幅が変動しても、容易に対応できる。
【００３６】
前記した各実施の形態の表層処理装置は，例えば鋳片Ｈを加熱したり、鋳片Ｈに炭素などの添加物を供給して，表層溶融改質処理を行う際に使用される。また本発明は，鋳片Ｈに炭素以外の添加元素やその合金を添加して行われる表層改質処理にも適用できる。さらに本発明の処理対象は、鋳片に限られず，鋼片であってもよい。
【実施例１】
【００３７】
上記の表層処理装置により、鋳片に対してプラズマ加熱溶融による表層改質処理を行った。サンプルとした鋳片は、厚さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ５００ｍｍの０．２％質量Ｃ鋼であり、その表層を３ｍｍ／ｓ及び５ｍｍ／ｓの搬送速度で溶融処理した。プラズマトーチの数は１本とし、プラズマ電流を３００Ａ及び５００Ａで実施した。
【００３８】
図９は、本実施例における表層処理装置の部分断面図である。プラズマトーチＴの先端と鋳片Ｈとの距離ｈを１００ｍｍとし、鋳片ＨからプラズマトーチＴまでの距離ｈの１／４の高さｈ１、３／４の高さｈ２の位置において、磁束密度の正負の最大値をそれぞれ６ｍＴ及び１０ｍＴと設定した。プラズマトーチＴの中心軸から搬送方向Ｂに対して前後方向対称位置に、同じ向きに７１０Ａの電流が流れる電磁コイルを１本ずつ、計２本配置した。前記中心軸から各電磁コイルまでの水平距離ｄは、４０ｍｍである。電磁コイルの鋳片Ｈの表面からの垂直方向の高さｈ３が３８．３ｍｍのときに、前記所定の磁束密度を有する磁場が得られた。なお、図９は瞬間の電流の方向を示しており、時間の経過に伴い方向が入れ替わる。磁場を発生する交流電流の波形は、図１０に示すような三角波とし、周波数を１００Ｈｚとした。
【００３９】
また、同じ材料で従来の方法により表面改質処理を行った。従来例は、交流磁場を１００Ｈｚの正弦波とし、プラズマトーチと鋳片の間の中間高さ（１／２ｈ）において磁束密度の最大値を３ｍＴとして実施した。さらに、同じ材料で、交流磁場の波形を台形波とした場合についても実施した。台形波については、磁場が一定値となる部分の比率、すなわち図１１の波形の幅Ｆに対する幅Ｅの値を、１０％から９０％まで１０％ピッチで変化させた波形についてそれぞれ実施した。
【００４０】
上記の各条件でそれぞれ表面改質処理を行った後、各材料の溶融処理部の側面を調査した。
【００４１】
本発明の実施例によれば、処理部の中央部の溶融深さが５ｍｍ、全処理幅１００ｍｍの１／４、３／４の位置の溶融深さも５ｍｍであり、幅方向全体にわたって溶融深さが均一であった。
【００４２】
これに対し、従来例のうち交流磁場を正弦波とした場合、処理部の状態は、幅方向中央の溶融深さが６ｍｍで最も深く、端部に向かうに従って次第に浅くなり、全処理幅１００ｍｍの１／４、３／４の位置では、溶融深さが４ｍｍであった。
【００４３】
また、従来例のうち交流磁場が台形波の場合には、幅方向全体の溶融深さが均一になるときの台形波の条件が、プラズマ電流の大きさによって異なった。すなわち、プラズマ電流が３００Ａの場合には台形波の磁場一定部の比率が５０％、５００Ａの場合には磁場一定部の比率が７０％のときに、最も均一に処理され、その溶融深さは５ｍｍであった。しかし、この場合、プラズマ出力が異なると最適な磁場の波形が異なるため、プラズマ出力毎に予め実験により最適な波形を調べておかなければならない。従って、余分な時間やコストを要した上、台形波の制御には、複雑な制御機構を要した。従って、制御が容易な三角波でも均一な溶融深さが得られた本発明の実施例が好適である。
【実施例２】
【００４４】
実施例１と同様の材料を用いて同様の条件で、電磁コイルの配置が異なる実施例について、プラズマ加熱溶融による表層改質処理を行った。
【００４５】
図１２は、本実施例における表層処理装置の部分断面図である。実施例１と同様に、プラズマトーチＴの先端と鋳片Ｈとの距離ｈを１００ｍｍとし、鋳片ＨからプラズマトーチＴまでの距離ｈの１／４の高さｈ１、３／４の高さｈ２において、磁束密度の正負の最大値をそれぞれ６ｍＴ及び１０ｍＴと設定した。プラズマトーチＴの中心軸から搬送方向Ｂに対して前後方向対称位置に、各４本ずつの電磁コイルを配置した。前記中心軸から各電磁コイルまでの水平距離ｄは、４０ｍｍである。各電磁コイルの垂直方向の高さｈ４、ｈ５、ｈ６、ｈ７は、それぞれ５ｍｍ、４５ｍｍ、５５ｍｍ、９５ｍｍとした。左右対称位置の電磁コイルには同じ向きの電流を供給した。最もプラズマトーチＴ寄りの電磁コイルと最も鋳片Ｈ寄りの電磁コイルには同じ方向の電流を供給し、その間に配置された電磁コイルには、それらと逆向きの電流を供給した。プラズマトーチＴ寄りの４本の電磁コイルに４３０Ａ、鋳片Ｈ寄りの４本の電磁コイルに２６０Ａの電流を流したときに、前記所定の磁場が得られた。なお、図１２は瞬間の電流の方向を示しており、時間の経過に伴い方向が入れ替わる。磁場を発生する交流電流の波形は、実施例１と同様に三角波とした。
【００４６】
この条件で表面改質処理を行った後、各材料の溶融処理部の側面を調査したところ、実施例１と同様に、処理部の中央部の溶融深さが５ｍｍ、全処理幅１００ｍｍの１／４、３／４の位置の溶融深さも５ｍｍであり、幅方向全体にわたって溶融深さが均一であった。なお、本実施例の場合には、磁場の調整が、電磁コイルに供給する電流によって制御できるため、一旦設置した電磁コイルの高さを変更する必要がない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、鋳鋼片を幅方向に対して均一に表層処理する際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１の実施の形態にかかる表層処理装置の構成の正面からみた概略を示す模式図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる表層処理装置の構成の平面からみた概略を示す模式図である。
【図３】第１の実施の形態における磁場の状態を示す説明図であり、（Ａ）は図２のＣ−Ｃ方向から見た拡大断面による磁場の説明図、（Ｂ）は磁束密度の分布図である。
【図４】図３の交流磁場によるプラズマアークの移動状態を正面から見た説明図である。
【図５】第２の実施の形態にかかる表層処理装置の構成の正面からみた概略を示す模式図である。
【図６】第２の実施の形態にかかる表層処理装置の構成の平面からみた概略を示す模式図である。
【図７】第２の実施の形態における磁場の状態を示す説明図であり、（Ａ）は図６のＤ−Ｄ方向から見た拡大断面による磁場の説明図、（Ｂ）は磁束密度の分布図である。
【図８】図７の交流磁場によるプラズマアークの移動状態を正面から見た説明図である。
【図９】実施例１を示す断面図である。
【図１０】実施例で用いた三角波の波形図である。
【図１１】従来例で用いた台形波の波形図である。
【図１２】実施例２を示す断面図である。
【図１３】従来例の磁場の状態を示す説明図であり、（Ａ）は断面による磁場の説明図、（Ｂ）は磁束密度の分布図である。
【図１４】図１３の交流磁場によるプラズマアークの移動状態を正面から見た説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、１１    表層処理装置
２    直流電源
３    制御装置
４    主制御装置
５、１５、１６    交流電源
２１、２２、２３、２４、２５、２６    電磁コイル
Ａ    幅方向
Ｂ    搬送方向
Ｈ    鋳片
Ｍｔ、Ｍｈ    磁場
Ｐ    プラズマアーク
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７    プラズマトーチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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