(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に収納される導電性溶融物に作用する移動磁界を発生する多相交流によって励磁される移動磁界発生装置と、
前記移動磁界発生装置に接続される２次巻線を有するトランスと、
前記トランスの第１の１次巻線に第１の周波数の多相交流を供給する第１の交流電源装置と、
前記トランスの第２の１次巻線に第１の周波数より低周波数である第２の周波数の多相交流を供給する第２の交流電源装置と、を具備する導電性溶融物の流動制御装置であって、
前記第１の交流電源装置が出力する多相交流の第１の周波数が容器内の導電性溶融物中に発生する移動電磁力が最強となる最適周波数より高であり、
前記第２の交流電源装置が出力する多相交流の第２の周波数が前記最適周波数より低であり、
前記第１の交流電源装置が出力する多相交流によって容器内の導電性溶融物に惹起される移動電磁力の移動方向と、前記第２の交流電源装置が出力する多相交流によって容器内の導電性溶融物に惹起される移動電磁力の移動方向が互いに逆向きである導電性溶融物の流動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は導電性溶融物の流動制御装置に係わり、特に、攪拌性能を損なわずに設備費を低減することの可能な導電性溶融物の流動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶鉱炉で溶融された溶鋼を連続鋳造機によってビレットに鋳造する際には鋳型内における溶鋼の滞留を防止するために電磁攪拌が適用されていることは周知である。
図１は電磁攪拌用コイルを具備する鋳型の斜視図であって、例えば円筒形である鋳型１０の外周に電磁攪拌用コイル１１が胴巻に設置されている。
【０００３】
図２は電磁攪拌用コイル１１を破線に沿って切断した水平断面図、図３は図２のＸ−Ｘ切断線でコイル１１を切断した垂直断面図であって、電磁攪拌用コイル１１全体は筐体１１１内に格納されている。鋳型１０には円筒状のコア１１２が嵌め込まれているが、コア１１２の内周には等間隔に２４個のスロットが設けられている。このスロットとコア１１２の外周に配置された巻芯１１３の間には１２個のコイル１１４が巻回されている。
【０００４】
この１２個のコイル１１４を連続する３つのコイルを１組とする４グループに区分し、各グループの第１のコイルに３相交流のＵ相を、第２のコイルにＶ相を、第３のコイルにＷ相を供給すると、鋳型１０内に１方向、例えば時計回転方向に回転する回転磁界が発生し、時計回転方向の電磁力により鋳型１０内の溶鋼は回転攪拌される。
【０００５】
しかしながら、１方向の攪拌だけでは充分な攪拌効果が得られないために、低周波数励磁と逆相の高周波数励磁とを重畳させることが提案されている。
図４は電磁力分布の説明図であって、（イ）は励磁周波数を高とした場合の電磁力分布を、（ロ）は励磁周波数を低とした場合の電磁力分布を示す。
即ち、高周波数励磁では鋳型１０内の外縁部に強い磁界が生じるものの、中心部に向かって電磁力強度は急激に弱くなる。これに対して低周波数励磁では電磁力強度は中心部に向かって徐々に弱くなる。
【０００６】
従って、（ハ）に示すようにコイルを低周波数電流とこの低周波数電流と逆相の高周波数電流とを重畳した電流によって励磁した場合には、鋳型１０内の溶鋼の外縁部を時計回りに、中心部を反時計回りに回転させることが可能となり攪拌効果は向上する。
即ち、電磁攪拌において攪拌効果を向上させるためには低周波数電流とこの低周波数電流と逆相の高周波数電流とを重畳した電流をコイルに供給可能な電源装置を使用することが必要となる。また、電磁攪拌用コイル１１を励磁する電流の周波数は可変であることが望ましいので、電源装置としてはＡＣ／ＡＣコンバータが使用されることが一般的である。しかし低周波数成分と逆相の高周波成分とが重畳された電流を直接出力することのできるＡＣ／ＡＣコンバータは特別注文品となり高価となることは避けることができない。
【０００７】
そこで電源装置の価格を抑制するために、本出願人は、コイルを低周波数励磁用と高周波数励磁用に区分けし、それぞれを低周波数電源装置と高周波数電源装置の２つの電源装置で励磁する移動磁界発生装置をすでに提案している（特開平９−１３１０４６号公報参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案に係る移動磁界発生装置にあっては、以下の課題をさらに解決することが望まれている。
（１）コイルを２つに区分し、それぞれ別個の電源装置に接続する必要があるためコイル周辺の配線が複雑となる。
（２）低周波数あるいは高周波数で励磁されるコイルは、全コイルの半分であるため溶融内に生じる磁界は不均一となり、攪拌が不均一となることは避けられない。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、攪拌性能を損なわずに設備費を低減することの可能な導電性溶融物の流動制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る導電性溶融物の流動制御装置は、容器に収容される導電性溶融物に作用する移動磁界を発生する多相交流により励磁される移動磁界発生装置と、移動磁界発生装置に接続される２次巻線を有するトランスと、トランスの第１の１次巻線に第１の周波数の多相交流を供給する第１の交流電源装置と、トランスの第２の１次巻線に第１の周波数より低周波数である第２の周波数の多相交流を供給する第２の交流電源装置と、を具備し、第１の交流電源装置から供給される高周波数の多相交流と、第２の交流電源装置から供給される低周波数の多相交流とはトランスにおいて重畳されてコイルに供給され、容器内に移動磁界を発生する。第２の発明に係る導電性溶融物の流動制御装置は、第１の交流電源装置が出力する多相交流の第１の周波数が容器内の導電性溶融物内に発生する移動電磁力が最強となる最適周波数より高であり、第２の交流電源装置が出力する多相交流の第２の周波数が最適周波数より低であり、第１の交流電源装置が出力する多相交流によって容器内の導電性溶融物に惹起される移動電磁力の移動方向と、第２の交流電源装置が出力する多相交流によって容器内の導電性溶融物に惹起される移動電磁力の移動方向とが互いに逆向きであり、導電性溶融物の中心部と外縁部が互に逆方向に移動する。
【００１１】
本発明にあっては、第１の交流電源装置から供給される高周波数の多相交流と、第２の交流電源装置から供給される低周波数の多相交流とはトランスにおいて重畳されてコイルに供給され、容器内に移動磁界を発生する。
【００１２】
本発明にあっては、第１の周波数が容器内の導電性溶融物内に発生する移動電磁力が最強となる最適周波数より高に、第２の周波数が最適周波数より低に選択される。
【００１３】
本発明にあっては、導電性溶融物の中心部と外縁部が互に逆方向に移動する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図５は本発明に係る導電性溶融物の流動制御装置の構成図であって、鋳型１０に胴巻された電磁攪拌用コイル１０は３相トランス５３の２次巻線５３２に接続される。なお、電磁攪拌用コイル１０の構成は既述した図２および図３に示すものと同一とする。
【００１５】
そして１２個のコイルを連続する３つのコイルを１組とする４グループに区分し、各グループの第１のコイルに３相トランス５３の２次巻線から供給される３相交流のＵ相を、第２のコイルにＶ相を、第３のコイルにＷ相を接続する。
３相トランス５３は２つの１次巻線５３１1 および５３１2 を有しており、第１の１次巻線５３１1 は高周波数電源装置５１に、第２の１次巻線５３１2 は低周波数電源装置５２に接続される。
【００１６】
高周波数電源装置５１および低周波数電源装置５２は制御装置５０によって統括的に制御される。
制御装置５０は、高周波数電源装置５１および低周波数電源装置５２に対し励磁電流の周波数指令値ならびに電圧指令値を出力する。
図６は高周波数電源装置５１および低周波数電源装置５２として使用されるいわゆるＡＣ／ＡＣコンバータの構成図である。
【００１７】
ＡＣ／ＡＣコンバータはサイリスタブリッジ部６１、平滑部６２、トランジスタブリッジ部６３および制御部６４から構成される。
サイリスタブリッジ部６１は３相交流源６０から供給される３相交流を直流に整流する機能を有する。なお、サイリスタの点弧角を制御することにより直流電圧を制御することが可能である。制御装置５０から供給される電圧指令値は制御部６４内の点弧角算出部６４１に入力され、電圧指令値に対応した点弧角が算出される。点弧角算出部６４１から出力される点弧角信号は第１のゲートドライバ６４２を介してサイリスタのゲートに供給されてサイリスタの点弧角が制御され、サイリスタブリッジ部６１から出力される直流の電圧が制御される。
【００１８】
サイリスタブリッジ部６１から出力される直流は平滑部６２を構成するリアクトル６２１およびコンデンサ６２２によって平滑される。
トランジスタブリッジ部６３は直流を所定の周波数の交流に変換する機能を有する。即ち、制御装置から供給される周波数指令値は周波数指令値に対応する周波数の３相信号を発生する３相信号発生部６４３、および周波数指令値に対応する周波数の三角波発生部６４４に供給される。比較部６４５で３相信号と三角波とを比較することにより生成されるいわゆるパルス幅変調されたゲート信号は、第２のゲートドライバ６４６を介してトランジスタブリッジ部６３のベースに供給される。従って、トランジスタブリッジ部６３からは周波数指令値に対応する周波数の３相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が出力される。
【００１９】
上記のＡＣ／ＡＣコンバータを適用した高周波数電源装置５１および低周波数電源装置５２から出力される高周波数の３相交流および低周波数の３相交流は、それぞれ３相トランス５３の第１の１次巻線５３１1 および第２の１次巻線５３１2 に供給される。そして、高周波数電源装置５１から出力される高周波数の３相交流と低周波数電源装置５２から出力される低周波数の３相交流とは３相トランス５３において磁気的に重畳され、３相トランス５３の２次巻線５３２からは高周波数の３相交流および低周波数の３相交流を重畳した波形の電流が出力される。
【００２０】
なお、高周波数の３相交流および低周波数の３相交流を相互に逆相に加算するためには以下の３つの方法がある。
１．第１の１次巻線５３１1 および第２の１次巻線５３１2 を同一方向に巻回し、高周波数電源装置５１を第１の１次巻線５３１1 の巻始め端子に、低周波数電源装置５２を第２の１次巻線５３１2 の巻終わり端子に接続する。
２．第１の１次巻線５３１1 および第２の１次巻線５３１2 を互いに逆方向に巻回し、高周波数電源装置５１を第１の１次巻線５３１1 の巻始め端子（または、巻終わり端子）に、低周波数電源装置５２を第２の１次巻線５３１2 の巻始め端子（または、巻終わり端子）に接続する。
３．制御装置５０によって高周波数電源装置５１から出力される３相交流と、低周波数電源装置５２から出力される３相交流とが互いに逆相となるように制御する。
【００２１】
３相トランス５３の２次巻線５３２は電磁攪拌用コイル１１に接続されるため、電磁攪拌用コイル１１は高周波数の３相交流および低周波数の３相交流を互いに逆相に重畳した波形を有する電流によって励磁される。
従って、鋳型内の溶鋼は外縁部と中心部で相互に逆方向に回転するため、攪拌効果を高めることが可能となる。
【００２２】
なお、高周波数電源装置５１および低周波数電源装置５２で生成される３相交流の周波数は攪拌効果を向上するために強い回転電磁力が得られる周波数を選択することが必要である。上記実施例において説明した溶鋼の場合には鋳型は銅製であり、単一周波数で励磁した場合に最も強い回転電磁力を惹起する周波数は１０Ｈｚ程度であるので、高周波数電源装置５１に対する周波数指令値を３０Ｈｚ程度に、低周波数電源装置５２に対する周波数指令値を３Ｈｚ程度に設定することが適当である。
【００２３】
上記実施形態の説明においては、鋳型および電磁攪拌用コイルは円筒形状であるとしたが矩形であったもさしつかえはない。また電磁攪拌用コイルを構成するコイルの数も１２個に限定されるものではない。
【００２４】
【発明の効果】
第１の発明に係る導電性溶融物の流動制御装置によれば、外縁部の導電性溶融物を移動させる高周波数の３相交流と、中心部の導電性溶融物を移動させる低周波数の３相交流とは３相トランスにおいて磁気的に重畳されるため、導電性溶融物の移動が均一とすることができるだけなく、３相交流電源装置の価格の上昇を抑制することができる。
【００２５】
第２の発明に係る導電性溶融物の流動制御装置によれば、第１の周波数が最適周波数より高に、第２の周波数が最適周波数より低に選択されるとため、導電性溶融物の外縁部および中心部を強力に攪拌することが可能となる。
第３の発明に係る導電性溶融物の流動制御装置によれば導電性溶融物の中心部と外縁部を互いに逆方向に移動させることにより、導電性溶融物を一層強力に攪拌することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁攪拌用コイルを具備する鋳型の斜視図である。
【図２】電磁攪拌用コイルの水平断面図である。
【図３】電磁攪拌用コイルの垂直断面図である。
【図４】電磁力分布の説明図である。
【図５】本発明に係る導電性溶融物の流動制御装置の構成図である。
【図６】ＡＣ／ＡＣコンバータの構成図である。
【符号の説明】
１０…鋳型
１１…電磁攪拌用コイル
５０…制御装置
５１…高周波数電源装置
５２…低周波数電源装置
５３…３相トランス
５３１1 …第１の１次巻線
５３１2 …第２の１次巻線
５３２…２次巻線
【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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