JPS6044157A - 電磁撹拌装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は連続鋳造機に付設される電磁攪１乍装置に関す
る。

未凝固鋳片、即ち内部に未凝固の要項が在る状態の鋳片
に対し、静磁界又は移動磁界を作用させ、これによって
未凝固部分に誘導された電流又は直接通電された電流と
前記磁界とによってローレンツ力を生ぜしめ、これによ
り未凝固溶鋼を攪拌し、攪拌流によって凝固進行中の結
晶を破壊し、また溶鋼温度を均一化して等軸晶を発達さ
せることによってマクロ偏析を解消せんとする電磁攪拌
装置が連続鋳造機に付設される。

このような電磁攪拌装置は鋳型の大きさ、構造等により
、種々異なる方式のものが用いられている。例えばビレ
ント連続鋳造機に用いるチューブラ型の小断面鋳型の場
合には誘導電動機の固定子と同様の構造をもった回転磁
場方式の電磁攪拌装置が用いられる。これに対してブル
ーム連続鋳造機、スラグ連続鋳造機等大断面の鋳片のた
めの組立型鋳型を用いたものでは鋳型を囲繞する誘導電
動機型のものは付帯装置が大型化するので、実用的でな
く、鋳型の長辺側にのみ設置するリニア誘導電動機型の
ものが用いられている。第１図ばその１例を示し、鋳型
Ｉの長辺部２，２に組込むようにして電磁攪拌装置１０
が設番ノられている（図面には一方のみが現れている）
。第２図はその鉄心２０及びコイル４０．４１．　’４
２．４３．４４．４５の配置を示す模式図であり、鉄心
２０の鋳片に対向する面に形成されたスロット３０．３
１．３２．３３．３４．３５．３６には横方向に長く縦
方向に短い偏平な６つのコイル４０、４１・・・４４．
４５が軸心方向を鋳片の厚み方向として縦に並べて嵌着
されている。このコイル４０．．４１・・・１１４．４
５の配置は上から順にＶ、Ｗ、Ｕの相順（三相の位相の
順序はＵ、　Ｖ、　Ｗとして２組分設けらられており、
相隣コイルは同一スロット３０に納められる。また電流
通流方向は上から順にＶ、　−Ｖ。

−Ｗ、ｗ；’　Ｕ、−Ｕとしている。

この配置は、コイルが２組、つまり２極間隔分しか備え
ていないものであるが、無限長の＋、４ニア誘導電動機
と同様の設計思想に基づいて定められており、その進行
波磁流分布Ｉは下記（１）式にて示される。

１　＝　Ｉ　ａ　ｃｏｓ　（ｗｔ−ｋｘ）＝　Ｉａ　ｃ
ｏｓ　（ｋｘ）　・ｃｏｓ　ｗｔ＋　Ｉｎ　ｓｉｎ　（
ｋ、ｘ）　・ｓｒｎ　ｗｔ＝Ｒｅａｌ　（Ｉｎ　（ｃｏ
ｓ　（ｋｘ）　−ｊ　ｓｉｎ　（ｋｘ）　）　ｅｊｗｔ
）・・・（１１ 但し、ｋ：π／τ τ：ｌ極間隔 Ｗ：２πｆ ｆ：印加交流の周波数 Ｉｏ　二進行波電流最大値 ｔ：時間 Ｘ：装置中心からの距離 第３図は第２図に示す鉄心２０の７つのスロット３０、
’３１・・・３５．３６の夫々につき（１１式で示され
る電流成分を、Ｗ相の位相を０°として直交２成分に分
けて図示したものであり、第３図（イ）はＷ相成分を、
また第３図（ロ）はそれに直交する成分を示している。

さてこのようなコイル配置及び通電による場合は、例え
ばＵ相電流による磁束は第２図に破線で示すようにＵ相
のコイル４２．４５を収納したスロソ）３２．３６間の
鉄心部分（磁極）を通る。従ってＵ相コイル４２．４５
に通電する電流はこの磁極の断面積又は幅寸法Ｃにて定
まる飽和磁束に制約されることになり十分な電磁力又は
溶鋼攪拌力を得られないという難点がある。

いま断面積３００×４００１１１１１１２のブルーム連
続鋳造機の場合について鋳型厚を３０ｍｍ　、リニア誘
導電動機の長さく２τ）を５００ｍｍ以下、リニア誘導
電動機の前面から溶鋼までの距離を１２０１とすると、
溶鋼の十分な攪拌のためには５０００　Ｎ　／　ｍ　３
の電磁力を必要とするところ、有限要素法を用いた電磁
力磁場の計算及び１／１０モデルによる磁場測定にヨレ
ば２００ＯＮ／ｍ３しか得られないことが判明した。

そこで第４図に示すように磁極の断面積又は幅寸法を大
きくすることが考えられる。第４図に示すものは２τの
長さを３等分してなる短節巻構造としている。このよう
な構造による場合は前述の磁束飽和に関しての影響は少
なくなるが前述の条件下で３０００　Ｎ　／　ｍ　’の
電磁力しか得ることができず十分であるとは言えない。

　本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、
コイル配置の工夫により前述した如き偏平比の小さい鋳
型においても十分な電磁力が得られる小形の電磁攪拌装
置を提供することを目的とする。

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第５図は本発明の電磁攪拌装置１１を鋳型３と共に示す
模式図、第６図は第５図のＶｌ−ＶＴ線による断面とし
て表したものであり、第１図のものとは異なりコイル４
６．４７．’４８の並置方向を横方向として熔ＷｉＡの
攪拌を矢符で示す如く鋳型３の周方向に行うようにして
いる。但し、第１図同様コイル４６゜４７、４８の並置
方向を縦方向としてもよい。

本発明の電磁攪拌装置１１は第６図の断面図に示す如く
コイル４６．４７．４８の配置に特徴を有している。即
ち鉄心２１にはその長手方向中央部に設けた中央スロッ
ト３７と両端部を切欠して形成した輪部スロット３８．
３９を備え、これらのスロット３７．３８間及び３７．
３９間に磁極５０．５１を形成しており、磁極５０を囲
んＵ相コイル４６をスロット３７．３１３に亘って収納
し、また磁極５１を囲んで■相コイル４７をスロソ）３
７．３９に亘って収納し、Ｕ相コイル４６．ｖ相コイル
４７を囲繞するようにしてＷ相コイル４８をスロソ）３
８．３９に亘って収納しである。そして第６図に示すよ
うに３つのコイル４６．４７．４８の電流位相はＵ相コ
イル４６とＶ相コイル４７とがこの装置の中心に対して
非対象的となり、またＷ相コイル４８はＵと−Ｗとが、
またーＶとＷとが同一スロット３８．３９に各位置する
ように定めである。

なお、Ｗ相コイル４ＢはＵ相、Ｖ相コイル４６．４７に
比して軸方向寸法を大とし、従ってこれを収納するスロ
ット部分も深くしているが、これは端部での進行波電流
分布の形状改善を意図したものである。

斯かるコイル配置及び電流位相とした場合の進行波電流
分布は次のようになる。いまＷ相の位相を０とすると各
相の電流分布は Ｉυ＝Ｉａｃｏｓ（２πｆｔ−１２０°）＝Ｉ６ｃｏｓ
（２πｆｔ−２／３　π）　−（２１１ｖ＝Ｉ６　ｃｏ
ｓ　（２πｆｔ＋　１２０°）＝Ｉｎｃｏｓ（２ｔｔｆ
ｔ＋２／３π）−（３ンＩｋｊ　＝　Ｉｎ　ｃＯｓ　（
２７ｔｆｔ）　−（４１従って １０　＝　１ｇ　’ｃｏｓ　（２πｆｔ）　ｃｏｓ　（
２／３π）＋１０　ｓｉｎ　（２πｆｔ＞　ｓｉｎ　（
２／３π）＝　Ｉｏ／２ｃｏｓ　（２πｆｔ） ＋／Ｔ／２１ｏ　ｓｉｎ　＜２πｆ　ｔ）−ｆ５）ＩＶ
　＝Ｉ６　ｃｏｓ　（２πｆｔ）　、ｃｏｓ　（２／３
π）−Ｉｏｓｉｎ（２πｆｔ）　ｓｉｎ　（２／３π）
＝　−１０／２　ＣＯ３（２ｙｒｆｔ）−５／２１　ｏ
　ｓｉｎ　（２ｙｔｆｔ）　−（ａ）＝なる。

いま各スロット３７．３８．３９についてみればスロノ
　ト３８は ＩＩ　−ＩＷ　＝Ｉｏ　ｃｏｓ　（２ｙｒｆｔ　２／３
　ｆｒ）−Ｉ。　ｃｏｓ（２πｆｔ） ＝−２Ｉｎ　ｓｉｎ　（２πｆｔ　−１／３　７ｎ・　
ｓｉｎ　（−１／３　π） ＝ｆ　ｉ　ｏ　’ｓｉｎ　＜　２πｆｔ−１／３π）＝
／Ｔ／２１　ａ　（ｓｉｎ　（２πｆｔ）−５ｃＯｓ　
（２πｆｔ）　） スロット３７は ＩＶ−１０＝ＩＯｃｏ５．（２πｆｔ＋　２／３　π）
−Ｉｇｃｏｓ（２πｆｔ−２／３　π）＝−２Ｉｎｓｉ
ｎ　（２ｙｒｆｔ） ・　ｓｉｎ　（２／３　π） ＝　−５１ｏ　ｓｉｎ　（２ｙｒｆｔ）スロット３９は ＩＮ　−ＩＶ　＝　Ｉｏｃｏｓ　（２πｆｔ）−Ｉａｃ
ｏｓ（２πｆｔ＋　２／３　π）＝−２Ｉｎ　ｓｉｎ　
（２ｙｃｆｔ＋　１／３　ｙｒ）・　ｓｉｎ　（−１／
３　π） ＝ｎ　Ｉ　ｎ　ｓｉｎ　＜２　πｆｔ＋　１／３π）＝
５／２１　ａ　（ｓｉｎ　（２πｆｔ）＋（Ｔ　ｃｏｓ
　（２πｆｔ）　） 第７図は上記計算の結果に基づき上側の（イ）にＷ相と
直交する成分、即ちｃｏｓ（２πｆｔ）と直交する５ｉ
ｎ（２πｆｔ）に係る成分の進行波電流成分を、下側の
（ロ）にＷ相成分（ｃｏｓ（２πｆｔ）の成分〕をとっ
て示しである。この分布から明らかな如く装置１１中心
に対して奇関数成分〔第７図（ロ）に示すＷ相成分〕で
は端スロ７　）３８．３９間距離が極間隔長τに相当す
るのに対し装置中心に対する偶関数成分（第７図（イ）
に示ずＷ相に直交する成分〕では端スロッ）３８．３９
間距離は極間隔長τよりも大となっている。

さてこのような構成とじた場合には前同様の計算及び１
／１０モデルによる実測にて５６００’Ｎ／ｍ　３の電
磁力を得ることができた。

本願発明者等は第５．６図に示す構造の外に第８図、第
９図、第１０図に示すコイル配置及びこれらに対する通
電位相のものでも同すノが奏されることを知見した。第
８図、第９図の構造は第５，６図のものと基本的に同様
である。即ち部８図のものは端スロットを設けることな
く、鉄心２２の端部にＵ、ｖ相コイルの一辺及びＷ相コ
イルを配したものである。第９図のものば端スロットも
中央スロット３フ同様に完全な溝状に形成したものであ
る。

第１０図のものは３相交流に゛替えてａ相、ｂ相の２相
交流を用いる場合の構造を示し、ｂ相コイル４９を２つ
用い、ａ相コイル４９′をその外側に囲繞するように配
している。

いまＩｂ　＝　Ｉｏｃｏｓ　（２πｆｔ）とするとＩａ
＝−Ｉｎｓｉｎ　（２ｙｃｆｔ）となるからＩａとＩｂ
とは直交する成分となりこれらの進行波電流分布を各別
に示すと、第７図（イ）、（ロ）に示すようになり、こ
れにおいても装置中心に対する偶関数成分（ｂ相成分）
と同じく奇関数成分（ａ相成分）とは極間隔長が異る。

これらの構造及び通電位相に共通する点はスロット間の
幅寸法Ｃを大として、パつまり磁極断面積を大として磁
束飽和の影響を少くしていることに加え、進行波電流分
布の装置中心に対する偶関数成分の極間隔長と、奇関数
成分の極間隔長とが相違している点である。

次に本発明の他の実施例につき説明する。第１１図はそ
の模式的平面図である。この実施例では第５．６図に示
した電磁攪拌装置１１と同様の鉄心構造と、コイル配置
とした電磁攪拌装置ユニット１２゜１２’を鋳型４の両
長辺に対向させである。−側の電磁攪拌装置ユニソ目２
はこれに通流する電流位相も第５．６図に示すものと同
様であるが対辺の電磁攪拌装置ユニット１２′は通電位
相を相異させている。

即ち攪拌流を図示の如く反時計回りとすると、一方の電
磁攪拌装置ユニット１２はこの流れの方向に−Ｗ、Ｕ、
Ｌ−ｕ、ｖ、−ｖ、ｗであるのに対し他方の電磁攪拌装
置ユニット１２′はＷ、　−Ｕ、　Ｕ。

−Ｖ、Ｖ、−Ｗとしている。換言すればＷ相（奇関数成
分）を同相に、またＵ、■相（偶関数成分）を逆相とし
て通電している。

両側の電磁攪拌装置ユニ）１２．１２’による攪拌流の
方向を同一とするためには電磁攪拌装置ユニット１２．
１２’と鋳型４中心対象とした通電位相とすることとす
ればよいと考えられるがそのような通電、つまり奇関数
成分が逆相、偶関数成分が同相となる如き通電では十分
な攪拌流が得られない。

これに対して第１１の如き通電を行う場合は０．４７ｍ
／秒（デンドライト偏向角による測定）の高流速が得ら
れた。

以上詳述した如く、本発明に係る電磁攪拌装置はリニア
誘導電動機型の連続鋳造機用電磁攪拌装置において、進
行波電流分布の装置中心に対する偶関数成分の極間隔と
、奇関数成分の極間隔とを相違せしめるべきコイル配置
としているので大きな電磁力を生じせしめることができ
、偏平比が小さな鋳片にあってもマクロ偏析、センター
ポロシティ等の内部欠陥を改善できる等鋳片品質の向上
に優れた効果を奏する。

なお本発明装置は小型でしかも高電磁力であるのでブル
ーム用連続鋳造機に限らずあらゆる種類の連続鋳造機に
使用できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電磁攪拌装置を示す模式図、第２図はそ
の鉄心及びコイルの配置を示す模式図、第３図はその電
流成分を示すグラフ、第４図は従来装置を改善した電磁
攪拌装置を示す模式的断面図、第５図は本発明の実施状
態を示す模式図、第６図はその断面図、第７図はそのス
ロット部とそれに対応する電流成分を示す図、第８図、
第９図。 第１０図は他の本発明装置を示す図、第１１図は本発明
の他の実施例を示す模式図である。 ３・・・鋳型　１１．１２．１２’・・・電磁攪拌装置
４６、４７．４８．４９．４９’・・・コイル　５（１
，５１・・・磁極時　許　出願人　住友金属工業株式会
社代理人　弁理士　河　野　登　夫 【 第　１　図 算　Ｚ　図 第　３　図 第　４　図 算　５　図 算　Ｇ　圀 卒　ワ　国 スーし 算　８　■ ７ 募　９　図 纂　１０　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　リニア誘導電動機型の連続銃造機用電磁攪拌装置
   において、進行波電流分布の装置中心に対する偶関数成
   分の極間隔と、奇関数成分の極間隔とを相違せしめるべ
   きコイル配置としたことを特徴とする電磁攪拌装置。 ２、　リニア誘導電動機型の連続鋳造機用型ｆｔｉ攪拌
   装置において、進行波電流分布のそ分中心に対する偶関
   数成分の極間隔と、奇関数成分の極間隔とを相違せしめ
   るべきコイル配置とした電磁攪拌装置ユニットを連続鋳
   造機の鋳型の両側に対設し、両ユニ・ノドの偶関数成分
   の極性を逆相、奇関数成分の極性を同相として夫々のコ
   イルの通電を行うべく′なしであることを特徴とする電
   磁攪拌装置。