(57)【要約】【課題】溶融金属を電磁力の作用により攪拌することによる鋳型の寿命の低下を防止することができるようにする。【解決手段】コア４１Ａに巻回されているコイル４２Ａに流す電流の位相に対し、コア４１Ｂに巻回されているコイル４２Ｋに流す電流の位相を１８０度ずらすことにより、溶鋼５に付与する磁界を分散させて鋳型２内の磁束密度の分布を可及的に均一にし、鋳型２が局部的に発熱するのを防止することができるようにする。【選択図】　　　図１
2004042064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳片を連続鋳造する鋳型の中空部に満たされている溶融金属を攪拌する電磁撹拌装置において、
上記鋳型の中空部の一側面に配設される第１のコアと、
上記第１のコアに巻回される第１のコイル〜第ｎのコイルからなる第１のコイル群と、
上記第１のコアと同様の形状を有し、上記鋳型の中空部を介して上記第１のコアと対向する他側面に配設される第２のコアと、
上記第１のコイル群と同様の構成で第２のコアに巻回される第１のコイル〜第ｎのコイルからなる第２のコイル群とを有し、
上記第１のコイル群の第１のコイルに流す電流と、上記第２のコイル群の第１のコイルに流す電流に、所定の位相差をもたせるようにしたことを特徴とする電磁攪拌装置。
【請求項２】
上記第１のコイル群の第１のコイルと、上記第２のコイル群の第１のコイルに流す電流との位相差が１２０度〜２４０度の範囲の何れかになるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電磁攪拌装置。
【請求項３】
鋳片を連続鋳造する鋳型の中空部の一側面に、第１のコイル〜第ｎのコイルからなる第１のコイル群が配設された第１のコアを取り付け、他側面に第１のコイル〜第ｎのコイルからなる第２のコイル群が配設された第２のコアを取り付けて、上記第１及び第２コイル群で発生する電磁力で上記中空部に満たされている溶融金属を攪拌する電磁撹拌方法において、
上記第１のコイル群の第１のコイルに流す電流と、上記第２のコイル群の第１のコイルに流す電流に、所定の位相差をもたせるようにしたことを特徴とする電磁攪拌方法。
【請求項４】
上記第１のコイル群の第１のコイルと、上記第２のコイル群の第１のコイルに流す電流との位相差が１２０度〜２４０度の範囲の何れかになるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の電磁攪拌方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁攪拌装置及び電磁攪拌方法に関し、特に、鋳型内に満たされている溶融金属を攪拌して鋳片を連続鋳造するために用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼業の分野では、鋳型上部に満たされている溶融金属を電磁力の作用により攪拌して鋳片（スラブ）を連続鋳造することが一般的に行われている。
【０００３】
このように、溶融金属を電磁力の作用により攪拌する際には、鋳型の中空部を介して対向するように配設された一組のコアと、上記一組のコアそれぞれに同様の構成で巻回された複数のコイルとを有する一組のリニアモータからなる電磁攪拌装置が広く用いられている。
【０００４】
そして、上記電磁攪拌装置として用いられる従来のリニアモータでは、例えば各リニアモータを同一の構成にして設計を簡素化するために、上記一組のコアのうち、一方のコアに巻回されているコイルに流す電流の位相と、上記一方のコアに巻回されているコイルと同様の位置関係で他方のコアに巻回されているコイルに流す電流の位相とを同じにして、上記鋳型上部に満たされている溶融金属を攪拌するようにしていた。
【０００５】
具体的に説明すると、図５に示すように、例えば一方のコア１４１Ａに巻回されているコイル１４２Ａに流す電流の位相と、他方のコア１４１Ｂに巻回されているコイル１４２Ｋに流す電流の位相とが同じになるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような状態で電磁攪拌装置を作動させて鋳片を連続鋳造すると、鋳型２００の所定の領域（例えば鋳型２００の短辺側内壁面２００Ｄから上記短辺側内壁面間距離の０．２５倍の長さ離れた領域２００Ｅ）における発熱量が、他の領域よりも極端に大きくなってしまう。このため、鋳型２００の発熱量が局所的に異常に高温になってしまう虞があった。
【０００７】
このように、鋳型２００の発熱量が場所によって大きく異なってしまうと、上記発熱量の大きい領域２００Ｅにおける磨耗が、他の領域よりも速く進行してしまい、鋳型２００の寿命が低下してしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明は上述の問題点にかんがみ、溶融金属を電磁力の作用により攪拌することによる鋳型の寿命の低下を防止することができるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁攪拌装置は、鋳片を連続鋳造する鋳型の中空部に満たされている溶融金属を攪拌する電磁撹拌装置において、上記鋳型の中空部の一側面に配設される第１のコアと、上記第１のコアに巻回される第１のコイル〜第ｎのコイルからなる第１のコイル群と、上記第１のコアと同様の形状を有し、上記鋳型の中空部を介して上記第１のコアと対向する他側面に配設される第２のコアと、上記第１のコイル群と同様の構成で第２のコアに巻回される第１のコイル〜第ｎのコイルからなる第２のコイル群とを有し、上記第１のコイル群の第１のコイルに流す電流と、上記第２のコイル群の第１のコイルに流す電流に、所定の位相差をもたせるようにしたことを特徴としている。
また、本発明の他の特徴とするところは、上記第１のコイル群の第１のコイルと、上記第２のコイル群の第１のコイルに流す電流との位相差が１２０度〜２４０度の範囲の何れかになるようにしたことを特徴としている。
【００１０】
本発明の電磁攪拌方法は、鋳片を連続鋳造する鋳型の中空部の一側面に、第１のコイル〜第ｎのコイルからなる第１のコイル群が配設された第１のコアを取り付け、他側面に第１のコイル〜第ｎのコイルからなる第２のコイル群が配設された第２のコアを取り付けて、上記第１及び第２コイル群で発生する電磁力で上記中空部に満たされている溶融金属を攪拌する電磁撹拌方法において、上記第１のコイル群の第１のコイルに流す電流と、上記第２のコイル群の第１のコイルに流す電流に、所定の位相差をもたせるようにしたことを特徴としている。
また、本発明の他の特徴とするところは、上記第１のコイル群の第１のコイルと、上記第２のコイル群の第１のコイルに流す電流との位相差が１２０度〜２４０度の範囲の何れかになるようにしたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の電磁攪拌装置及び電磁攪拌方法の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態の電磁攪拌装置を配設した連続鋳造装置の概略構成を示した図である。具体的に、図１（ａ）は水平断面の模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ´方向
における側断面の模式図である。
図１において、本実施の形態の連続鋳造装置１は、鋳型２と、浸漬ノズル３と、電磁攪拌装置４とを有している。
【００１３】
鋳型２は、溶鋼（溶融金属）５を冷却して所定の形状に凝固させ、所定の幅と厚さを有する板状の鋼片（スラブ）を連続鋳造するための型である。図１（ａ）に示すように、鋳型２の中空部における水平断面の形状は長方形であり、図１（ａ）に示した鋳型２の中空部の横（長辺）方向が鋼片の幅方向、縦（短辺）方向が鋼片の厚み方向となる。
【００１４】
このような構成の鋳型２は、バックプレート６により支持され、短辺側（鋼片の幅方向）で対向して配設されている短辺部２Ａと、長辺側（鋼片の厚み方向）で対向して配設されている長辺部２Ｂとを有している。そして、短辺部２Ａの位置を調節することにより、鋳型２の中空部の長辺方向（鋳造幅方向）の長さを調節することができるようになっている。
【００１５】
一方、鋳型２の長辺部２Ｂの位置も調節することができ、上記長辺部２Ｂの位置を調節するとともに、上記短辺部２Ａを所望の大きさのものに取り替えることにより、鋳型２の中空部の短辺方向（鋼片の厚み方向）の長さを調節することができるようになっている。
【００１６】
このような構成の鋳型２の内部には、鋳型２の中空部の高さ方向に浸漬ノズル３が配設されている。この浸漬ノズル３は、その側壁部に鋳型２の短辺側内壁面に向かって斜め下向きに開口している２つの吐出口３Ａを有しており、この吐出口３Ａから鋳型２の下方に向けて溶鋼５が吐出されるようになっている。
【００１７】
なお、本実施の形態の浸漬ノズル３は、鋳型２の中空部の高さ方向における位置を調節することができるようになっている。さらに、吐出口３Ａが詰まってしまうことを防止するために、アルゴンガス（Ａｒガス）などの不活性ガスを吹き込みながら溶鋼５を吐出するようにしている。
【００１８】
電磁攪拌装置４は、浸漬ノズル３から吐出されて鋳型２の上部に満たされた溶鋼５（未凝固部分）に対して電磁力を作用させて、鋳型２の内壁面方向に攪拌力７を付与し、溶鋼３を攪拌する装置である。
【００１９】
具体的に説明すると、この電磁攪拌装置４はリニアモータであり、鋳型２の水平断面における長辺側で鋳型２の中空部を介して対向するように配設される１組の櫛形形状のコア４１Ａ、４１Ｂと、上記コア４１Ａ、４１Ｂに巻回される複数のコイル４２Ａ〜４２Ｔとを有している。
【００２０】
そして、例えば、第１のコアであるコア４１Ａに巻回される第１のコイル群としてのコイル４２Ａ〜４２Ｊと、第２のコアであるコア４１Ｂに巻回される第２のコイル群としてのコイル４２Ｋ〜４２Ｔとが、鋳型２の短辺方向（鋼片の厚み方向）で精密に対向するように配設されている。
【００２１】
このような構成の電磁攪拌装置４では、コア４１Ａに巻回されているコイル４２Ａ〜４２Ｊに流す電流の位相に対し、コア４１Ｂに巻回されているコイル４２Ｋ〜４２Ｔに流す電流の位相を１８０度ずらすようにしている。
【００２２】
具体的に説明すると、コア４１Ａで隣り合って巻回されているコイルに流す電流の位相を６０度ずつ進ませるようにするとともに、上記コア４１Ａに巻回されているコイル４２Ａ〜４２Ｊに流れる電流の位相と、上記コイル４２Ａ〜４２Ｊと同じ位置関係でコア４１Ｂに巻回されているコイル４２Ｋ〜４２Ｔに流れる電流の位相とが１８０度ずれるように、三相交流電源にコイル４２Ａ〜４２Ｔを接続するようにしている。
【００２３】
図２に、各コイル４２Ａ〜４２Ｔに流す電流の位相の関係を示す。
図２において、Ｕ相に対して６０度位相が進んでいる相は−Ｗ相である。同様に、Ｕ相に対して１２０度位相が進んでいる相はＶ相、１８０度位相が進んでいる相は−Ｕ相、２４０度位相が進んでいる相はＷ相、３００度位相が進んでいる相は−Ｖ相である。
【００２４】
例えば、図１（ａ）に示すように、コア４１Ａに巻回されている第１のコイルであるコイル４２ＡにＵ相の電流を流すときには、第２のコイルであるコイル４２Ｂに−Ｗ相が流れるようにする。以下同様に、コイル４２ＣにＶ相、コイル４２Ｄに−Ｕ相、コイル４２ＥにＷ相、コイル４２Ｆに−Ｖ相、コイル４２ＧにＵ相、コイル４２Ｈに−Ｗ相、コイル４２ＪにＶ相の交流電流が流れるように、コイル４１Ａ〜４１Ｊを三相交流電源に結線する。
【００２５】
一方、コア４１Ｂに巻回されている第１のコイルであるコイル４２Ｋには、コア４１Ａに巻回されている第１のコイルであるコイル４２Ａに流すＵ相と１８０度の位相差を有する−Ｕ相の電流を流すようにする。
そして、コア４１Ｂに巻回されている第２のコイルであるコイル４２Ｌには、コア４１Ａに巻回されている第２のコイルであるコイル４２Ａに流す−Ｗ相と１８０度の位相差を有するＷ相の電流を流すようにする。
【００２６】
以下同様に、コイル４２Ｍに−Ｖ相、コイル４２ＮにＵ相、コイル４２Ｐに−Ｗ相、コイル４２ＱにＶ相、コイル４２Ｒに−Ｕ相、コイル４２ＳにＷ相、コイル４２Ｔに−Ｖ相の電流が流れるように、コイル４２Ａ〜４２Ｔを三相交流電源に結線する。
【００２７】
そして、上述した電流をコイル４２Ａ〜４２Ｔに流すことにより、鋳型２の長辺側内壁面に沿って互いに逆向きとなるような移動磁界を発生させ、溶鋼５に攪拌力７を付与する。
【００２８】
図３及び図４に本実施の形態の電磁攪拌装置４を用いて鋳型２に満たされている溶鋼５を攪拌したときの連続鋳造装置１の解析結果を示す。
【００２９】
図３は、電磁攪拌装置４を用いて鋳型２に満たされている溶鋼５を攪拌したときの鋳型２の水平断面方向における磁束密度８の分布の様子を示した図である。具体的に説明すると、図３（ａ）は、従来の方法で三相交流電源と結線された電磁攪拌装置を用いた場合の図であり、図３（ｂ）は、上述したようにして三相交流電源と結線された本実施の形態の電磁攪拌装置４を用いた場合の図である。
【００３０】
また、図４は、コア４１Ａに巻回されているコイル４２Ａ〜４２Ｊに流れる電流と、コア４１Ａに巻回されているコイル４２Ａ〜４２Ｊと同じ位置関係でコア４１Ｂに巻回されているコイル４２Ｋ〜４２Ｔに流れる電流との位相差を変えたときの、鋳型２内の最大発熱密度と鋳型２内の全発熱量の値を表形式で示した図である。
【００３１】
図４において、最大発熱密度は鋳型２内で最も発熱量が大きい箇所における発熱量を表し、上記位相差が０度（従来の電磁攪拌装置）のときの値を１として規格化した値を示している。また、全発熱量は、鋳型２内の全発熱量を表し、この全発熱量についても上記位相差が０度（従来の電磁攪拌装置）のときの値を１として規格化した値を示している。
【００３２】
図３に示すように、本実施の形態の電磁攪拌装置４を用いれば、コイル４２Ａ〜４２Ｔに電流を流すことによってコア４１Ａ、４１Ｂから発生する磁界が分散し、鋳型２内の磁束密度８が一様に分布するようになることが分かる。
【００３３】
そして、図４に示すように、本実施の形態の電磁攪拌装置４を用いれば、上記最大発熱密度が従来の０．６４倍になり、鋳型２が全体に亘って均一に発熱することが分かる。
【００３４】
このように、本実施の形態では、コア４１Ａに巻回されているコイル４２Ａ〜４２Ｊに流れる電流の位相と、コア４１Ａに巻回されているコイル４２Ａ〜４２Ｊと同じ位置関係でコア４１Ｂに巻回されているコイル４２Ｋ〜４２Ｔに流れる電流の位相とが１８０度ずれるような電流を、コイル４２Ａ〜４２Ｔに通電して溶鋼５を攪拌するようにしたので、上記最大発熱量を従来に比べて大幅に低減することができる。
これにより、鋳型２の磨耗量が場所によって大きく異なってしまうということを防止することができ、鋳型２の寿命を従来よりも格段に長くすることができる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、コイル４２ＡにＵ相の電流を流す場合を例示したが、コイル４２Ａに流す電流の位相は、Ｕ相以外の−Ｗ相、Ｖ相、−Ｕ相、Ｗ相、−Ｖ相の何れであってもよい。そして、Ｕ相以外の電流をコイル４２Ａに流す場合も、図２に示した関係に従って他のコイル４２Ｂ〜４２Ｔに流す電流の相を決定すればよい。
【００３６】
また、本実施の形態では、リニアモータ（電磁攪拌装置４）が３極機の場合を例示したが、リニアモータ（電磁攪拌装置４）が有する極数は３極に限定されない。
【００３７】
さらに、本実施の形態のように、コア４１Ａに巻回されているコイル４２Ａに流れる電流と、コア４１Ｂに巻回されているコイル４２Ｋに流れる電流の位相差を１８０度にすれば、従来よりも３０パーセント以上、上記最大発熱密度を低減させることができ好ましい。
【００３８】
しかしながら、図４に示したように、上記位相差を１２０度または２４０度にした場合であっても、各コア４１Ａ、４１Ｂから発生する磁界を分散させることができるので、従来よりも２０パーセント程度上記最大発熱密度を低減することができる。
【００３９】
したがって、上記位相差を１２０度または２４０度にした場合についても上述した本実施の形態と同様の効果が得られ、本発明の範疇に含まれる。
【００４０】
具体的に説明すると、上記位相差を１２０度にする場合には、例えば、コア４１Ａ側のコイル４２Ａ〜４２Ｊに図１（ａ）に示した位相を有する電流を流し、コア４１Ｂ側のコイル４２Ｋ〜４２Ｔには以下のような位相を有する電流を流すようにする。
【００４１】
すなわち、コイル４２ＫにＶ相、コイル４２Ｌに−Ｕ相、コイル４２ＭにＷ相、コイル４２Ｎに−Ｖ相、コイル４２ＰにＵ相、コイル４２Ｑに−Ｗ相、コイル４２ＲにＶ相、コイル４２Ｓに−Ｕ相、コイル４２ＴにＷ相の電流を流すようにする。
【００４２】
同様に、上記位相差を２４０度にする場合には、例えば、コア４１Ａ側のコイル４２Ａ〜４２Ｊには図１（ａ）に示した位相を有する電流を流し、コア４１Ｂ側のコイル４２Ｋ〜４２Ｔには以下のような位相を有する電流を流すようにする。
【００４３】
すなわち、コイル４２ＫにＷ相、コイル４２Ｌに−Ｖ相、コイル４２ＭにＵ相、コイル４２Ｎに−Ｗ相、コイル４２ＰにＶ相、コイル４２Ｑに−Ｕ相、コイル４２ＲにＷ相、コイル４２Ｓに−Ｖ相、コイル４２ＴにＵ相の交流電流を流すようにする。
【００４４】
また、本実施の形態では、三相交流電源を使用してコア４１Ａ、４１Ｂから発生する磁界を分散させるようにした場合について説明したが、他の交流電源を使用してコア４１Ａ、４１Ｂから発生する磁界を分散させるようにしてもよい。この場合、コア４１Ａに巻回されているコイルに流す電流と、コア４１Ａに巻回されているコイルと同じ位置関係でコア４１Ｂに巻回されているコイル４２Ｋ〜４２Ｔに流す電流の位相差は、１２０度、１８０度、２４０度以外の値をとり得ることになることは言うまでもない。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、鋳片を連続鋳造する鋳型の中空部の一側面に、第１のコイル〜第ｎのコイルからなる第１のコイル群が配設された第１のコアを取り付け、他側面に第１のコイル〜第ｎのコイルからなる第２のコイル群が配設された第２のコアを取り付けて、上記第１及び第２コイル群で発生する電磁力で上記中空部に満たされている溶融金属を攪拌するに際し、上記第１のコイル群の第１のコイルに流す電流と、上記第２のコイル群の第１のコイルに流す電流に、所定の位相差をもたせるようにし、上記鋳型の中空部に満たされている溶融金属に対して、磁界を分散させて与えるようにしたので、上記鋳型内に生じる磁束密度の分布を可及的に均一にすることができる。これにより、上記鋳型の発熱量が場所によって大きく異なることを防止し、上記鋳型の磨耗量が場所によって大きく異なってしまうことを防止することができる。したがって、鋳型の寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示し、連続鋳造装置の概略構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態を示し、電磁攪拌装置に流す電流の位相の関係を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態を示し、電磁攪拌装置を用いて溶鋼を攪拌したときの鋳型の水平断面方向における磁束密度の分布の様子を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態を示し、鋳型内の最大発熱密度と全発熱量の値を表形式で示した図である。
【図５】従来の技術を示し、連続鋳造装置の概略構成を示した水平断面の模式図である。
【符号の説明】
１　連続鋳造装置
２　鋳型
３　浸漬ノズル
４　電磁攪拌装置
５　溶鋼
４１Ａ、４１Ｂ　コア
４２Ａ〜４２Ｔ　コイル
【図１】
2004042064.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004042064.tif 000006
【図５】
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