(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属溶湯の周囲を囲繞するコイルを設け、このコイルにはＰＷＭインバータを接続し、当該ＰＷＭインバータには信号発生器を接続してなり、この信号発生器には前記金属溶湯への電磁攪拌作用をなす信号と、電磁振動作用をなす信号と、ピンチ力の作用をなす信号から選択された２種以上の信号を重畳した信号を発生させて前記コイルを介して前記金属溶湯に電磁プロセス処理をなさしめる電磁プロセッシングシステムであって、前記コイルは互いに接近して配置した複数の電磁誘導コイルを、それぞれ異なるインバータに接続し、該インバータは、いずれもＰＷＭインバータであり、複数の前記ＰＷＭインバータからの出力電流の発信周波数及び電流位相を同期化させると共に、電流レベルをインバータごとに調整可能にした複数の電磁誘導コイルの同期化制御装置を有することを特徴とする電磁プロセッシングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁プロセッシングシステムに係り、特に金属溶湯に電磁誘導作用を働かせて製鋼プロセスや微粒子金属製造プロセスなどを行う場合に利用される電磁プロセッシングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電磁誘導作用により、金属溶湯に対して、攪拌を発生させたり、金属粒子を励振させて結晶の微粒子化を行い、あるいは特に連続鋳造装置で溶湯と型枠との型離れが容易になるようなピンチ力を発生させることなどが行われている。
【０００３】
例えば、溶鋼の連続鋳造設備では、溶鋼を注入する連続鋳造鋳型の外側にこの鋳型を囲んで電磁コイルを配し、上述の働きを電磁誘導作用により行うに際し、電磁コイルに流す電流を種々な形態にすることにより、様々な品質改善をすることが行われている。そして、近年では、電磁コイルに印加する電流として、２つの異なる波形の電流を重畳することにより、より細かい作用を行わせる技術が公開されている。
【０００４】
例えば、特開平８−１５５６０３号公報には、電磁力を付与しながら溶融金属の連続鋳造を行う方法において、電磁コイルに周波数の異なる２種類の交流電流を重畳して付与することにより、溶融金属のメニスカスを盛り上がらせるピンチ力を作用させるとともに、誘導電流によりメニスカスの温度も上昇させる方法が公開されている。
【０００５】
また特開平８−１５５６１１号公報には、電磁力を付与しながら溶融金属の連続鋳造を行う方法において、電磁コイルに通電する電流波形を、振幅に周期的に強弱をつけた交流波形と、電流値に周期的に強弱を付けた直流波形の組み合わせあるいは、振幅に強弱を付けた交流波形と、電流値ー定の直流波形を組み合わせて通電することにより、大きなピンチ力を付与するとともに、メニスカスの流動を抑制する方法が公開されている。
【０００６】
また特開平１１−１８８４６７号公報には、電磁力を付与しながら溶融金属の連続鋳造を行う方法において、少なくとも１周期の交流波形を遷移期と定常期が連続したものにして、かつ交流波形として過渡応答における行き過ぎ量をなくしたものにして印加することにより、電流の印加時に電磁力の流体慣流によるメニスカスの盛り上がりの発生を防止する方法が公開されている。
【０００７】
更に、特開２０００−６４７号公報には、電磁力を付与しながら溶融金属の連続鋳造を行う方法において、電磁コイルに通電する交流電流の波形が複数の小波形からなる集合波形として、この集合波形の振幅または波形を緩やかに、かつ周期的に変化させることにより、初期凝固を安定して進行させ、メニスカスの流動を抑制する方法及び装置が公開されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これらの公開された、電磁コイルに印加する電流として、２つの異なる波形の電流を重畳した電流を使用する方法、装置はいずれもピンチ力及び、ピンチ力と密接な関係のあるメニスカスのみに関連したものであり、電磁プロセッシングの持つ広範囲の機能から見ると極めて狭い範囲の機能に限られている欠点があった。
【０００９】
本発明は、溶融金属の電磁プロセッシングを行う場合に、１式のシステムにより、電磁プロセッシングが持っている広範囲な機能を全て発揮することが可能なシステム及び装置を提供することを目的とする。
【００１０】
特に本発明は、電磁力を付与しながら溶鋼の連続鋳造を行う場合に、電磁プロセッシング処理の持つ広範囲な性能の全てを発揮することが可能なシステムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属溶湯の周囲を囲繞するコイルを設け、このコイルにはＰＷＭインバータを接続し、当該ＰＷＭインバータには信号発生器を接続してなり、この信号発生器には前記金属溶湯への電磁攪拌作用をなす信号と、電磁振動作用をなす信号と、ピンチ力の作用をなす信号から選択された２種以上の信号を重畳した信号を発生させて前記コイルを介して前記金属溶湯に電磁プロセス処理をなさしめる電磁プロセッシングシステムであって、前記コイルは互いに接近して配置した複数の電磁誘導コイルを、それぞれ異なるインバータに接続し、該インバータは、いずれもＰＷＭインバータであり、複数の前記ＰＷＭインバータからの出力電流の発信周波数及び電流位相を同期化させると共に、電流レベルをインバータごとに調整可能にした複数の電磁誘導コイルの同期化制御装置を有することを特徴とする電磁プロセッシングシステムである。
【００１３】
このような構成により、例えば、図７のように、ＰＷＭインバータの高速変調機能により、溶鋼への電磁攪拌作用をなす低周波電流、電磁振動作用をなす直流磁界を与える交流電流と、ピンチ力作用をなす交流電流を重畳した電流を電磁コイルに印加することにより、溶鋼に電磁攪拌作用、電磁振動作用と、ピンチ力作用を付与することができる。
【００１４】
また、図８のように、ＰＷＭインバータの高速変調機能により、溶鋼への電磁振動作用をなす直流磁界を与える交流電流と、ピンチ力作用をなす交流電流を重畳した電流を電磁コイルに印加することにより、溶鋼に電磁振動作用とピンチ力作用を付与することができる。
これにより、電磁力を付与しながら溶鋼の連続鋳造を行う場合に、電磁プロセッシング処理の持つ広範囲な機能の全てを発揮することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電磁プロセッシングシステムを連続鋳造設備に適用した好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本実施形態に係る電磁プロセッシングシステムを具備した連続鋳造設備の構成図を示している。連続鋳造設備は上下方向にー定の振動を付与される水冷構造の鋳型１を備えている。この鋳型１は鋳造方向に沿ってスリットが形成されており、その中心部には溶鋼を注入する浸漬ノズル２が配設されている。鋳型１内にノズル２を介して溶鋼３が注入されるものとなっている。そして、鋳型１の周囲を取り囲み、鋳型１内の溶鋼３に電磁力を付与する電磁コイル４が装備されている。浸漬ノズル２から供給される溶鋼３は溶鋼の湯面を所定のレベルに維持されながら連続鋳造が行われ、鋳片５が得られる。鋳造に際して鋳型１内にて溶鋼３の湯面にパウダー６を投入するようになっており、図示しない鋳型内面のスリットを利用して型離れが良好になるように調整される。なお、７は凝固シェルである。
【００１６】
上述した鋳型１の周囲に配置された電磁コイル４にはＰＷＭインバータ８が接続されている。ＰＷＭインバータ８には信号波発生器９が接続されている。信号波発生器９は溶鋼３への電磁攪拌作用をなす低周波電流信号と、電磁振動作用をなす直流磁界を与える交流電流信号と、ピンチ力作用をなす交流電流信号から選択された２種以上の電流を重畳した信号波を発生させるものである。
【００１７】
このＰＷＭインバータ８と信号波発生器（電流同期化出力回路）９の具体的構成を図２及び図３に示す。実施形態では２つのＰＷＭインバータ８−１，８−２を用いている。これらのインバータ８は、三相ダイオード全波整流器１０と逆変換器２１とを有する。図示のように三相ダイオード全波整流器１０-１、１０-２は、いずれも商用三相交流電源Ｅ−１、Ｅ−２を使用した基本回路構成となっている。また、インバータ８−１、８−２は、逆変換器２１がいずれも素子に絶縁型バイポーラトランジスタＱ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４及びＱ２１，Ｑ２２，Ｑ２３，Ｑ２４によるブリッジ回路構成としたものである。
【００１８】
ＰＷＭインバータ８−１、８−２を駆動する信号発生器９は、ディジタル制御回路２２−１，２２−２は、共通の基準信号波発生回路１９から与えられる基準信号によって駆動されるものであり、それぞれ信号波作成回路２３−１,２３−２、三角波比較回路２４−１，２４−２及びゲートパルス発生回路２５−１，２５−２によって構成した。
【００１９】
信号波作成回路２３−１,２３−１から出力する信号波ｆ−１，ｆ−２の周波数及び位相は基準信号波Ｆに同期し、それぞれの電流レベルは、可変抵抗器からなるレベル設定器２６−１，２６−２及び電磁誘導コイル２０−１を流れる電流Ｉ−１，電磁誘導コイル２０−２を流れる電流Ｉ−２によって、それぞれ調整される。前記電流Ｉ−１，Ｉ−２は、変流器２７−１，２７−２によって検出し、信号波作成回路２３−１，２３−２にそれぞれフィードバックさせた。
【００２０】
そして作成した信号波ｆ−１，ｆ−２は、三角波比較回路２４−１，２４−２に与える。この三角波比較回路２４−１，２４−２におけるキャリア周波数は４ｋＨｚ（２５０μ秒毎）とした。ゲートパルス発生回路２５−１の出力信号ｓ１１，ｓ１２，ｓ１３，ｓ１４及びゲートパルス発生回路２５−１の出力信号ｓ２１，ｓ２２，ｓ２３，ｓ２４を、それぞれ対応する逆変換器２１の絶縁型バイポーラトランジスタＱ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４及びＱ２１，Ｑ２２，Ｑ２３，Ｑ２４それぞれのゲートｇ１１，ｇ１２，ｇ１３，ｇ１４及びｇ２１，ｇ２２，ｇ２３，ｇ２４に与えるようにした。
【００２１】
図４は、本発明におけるＰＷＭインバータ８により変調した、溶鋼３への電磁攪拌作用をなす低周波電流の例を示す概略説明図であり、２０〜５０ｍｓのパルス長を持つ。
図５は、本発明におけるＰＷＭインバータ８により変調した、溶鋼３への電磁振動作用をなす直流磁界を与える交流電流の例を示す概略説明図であり、波長は数ｍｓである。
【００２２】
図６は、本発明におけるＰＷＭインバータ８により変調した、溶鋼３へのピンチ力作用をなす交流電流の例を示す概略説明図であり、波長は数ｍｓである。
図７は、本発明における、ＰＷＭインバータ８の高速変調機能により、溶鋼３への電磁攪拌作用をなす低周波電流、電磁振動作用をなす直流磁界を与える交流電流と、ピンチ力作用をなす交流電流を重畳した電流の例を示す概略説明図であり、図中Ｌは数１０ｍｓ、周波数は数１００ＨＺ以上である。
【００２３】
図８は、本発明における、ＰＷＭインバータ８の高速変調機能により、溶鋼３への電磁振動作用をなす直流磁界を与える交流電流と、ピンチ力作用をなす交流電流を重畳した例を示す概略説明図であり、図中Ｌは数１０ｍｓ、Ｌ間の周波数は数１００ＨＺ以上である。
【００２４】
以上のように、本発明においては、電磁コイル４に、図４、図５、図６に示す電流に加え、図７に示す重畳電流、図８に示す重畳電流、前記電磁攪拌作用をなす低周波電流と前記電磁振動作用をなす交流電流を重畳した電流（図示せず）、又は、前記電磁攪拌作用をなす低周波電流と前記ピンチ力作用をなす交流電流を重畳した電流（図示せず）を印加することが可能である。
【００２５】
なお、これらの重畳電流を電磁コイルに印加する際には、連続鋳造作業の進行に応じてタイムシェアリングにて、夫々の特性が発揮できるように重畳電流を選択するのが好ましい。
【００２６】
以上のように構成したから、１種類の電磁コイル４により、電磁攪拌作用、電磁振動作用及びピンチ力作用の２つ以上を任意に組み合わせて実施することが可能である。
【００２７】
なお、上記実施例では、互いに接近して配置した複数の電磁誘導コイルを、それぞれ異なるＰＷＭインバータに接続し、複数の前記ＰＷＭインバータから出力する交流電流の発信周波数及び電流位相を同期化させると共に、電流レベルをインバータごとに調整可能にしたが、電磁コイル４を１個使用して構成することができる。
また、上記実施例では、溶融金属として溶鋼について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、他の金属例えばアルミニウム等にも適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、金属溶湯の周囲を囲繞するコイルを設け、このコイルにはＰＷＭインバータを接続し、当該ＰＷＭインバータには信号発生器を接続してなり、この信号発生器には前記金属溶湯への電磁攪拌作用をなす信号と、電磁振動作用をなす信号と、ピンチ力の作用をなす信号から選択された２種以上の信号を重畳した信号を発生させて前記コイルを介して前記金属溶湯に電磁プロセス処理をなさしめる電磁プロセッシングシステムであって、前記コイルは互いに接近して配置した複数の電磁誘導コイルを、それぞれ異なるインバータに接続し、該インバータは、いずれもＰＷＭインバータであり、複数の前記ＰＷＭインバータからの出力電流の発信周波数及び電流位相を同期化させると共に、電流レベルをインバータごとに調整可能にした複数の電磁誘導コイルの同期化制御装置を有する構成としたので、溶融金属の電磁プロセッシングを行う場合に、１式のシステムにより、電磁プロセッシングが持っている広範な機能を全て発揮することが可能である。特に本発明は、電磁力を付与しながら溶鋼の連続鋳造を行う場合に、電磁プロセッシング処理の持つ広範な機能の全てを発揮することが可能であり、極めて高い工業的効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用する溶鋼の連続鋳造装置例を示す縦断面概要説明図である。
【図２】  実施形態に係るＰＷＭインバータと信号発生器の具体的構成を示す回路図である。
【図３】  ＰＷＭインバータの回路構成を示す図である。
【図４】  本実施形態におけるＰＷＭインバータにより変調した、溶鋼への電磁攪拌作用をなす低周波電流の例を示す概略説明図である。
【図５】  本実施形態におけるＰＷＭインバータにより変調した、溶鋼への電磁振動作用をなす直流磁界を与える交流電流の例を示す概略説明図である。
【図６】  本実施形態におけるＰＷＭインバータにより変調した、溶鋼へのピンチ力作用をなす交流電流の例を示す概略説明図である。
【図７】  本実施形態における、ＰＷＭインバータの高速変調機能により、溶鋼への電磁攪拌作用をなす低周波電流、電磁振動作用をなす直流磁界を与える交流電流と、ピンチ力作用をなす交流電流を重畳した電流の例を示す概略説明図である。
【図８】  本実施形態における、ＰＷＭインバータの高速変調機能により、溶鋼への電磁振動作用をなす直流磁界を与える交流電流と、ピンチ力作用をなす交流電流を重畳した例を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１………鋳型、２………浸漬ノズル、３………溶鋼、４………電磁コイル、
５………鋳片、６………パウダー、７………凝固シェル、
８………ＰＷＭインバータ、９………信号発生器。
【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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