JP3067941B2 - 溶融金属の流動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳型内溶融金属の流動
速度を調整する流動制御装置に関し、特に、連続鋳造鋳
型内の溶融金属の表層流の流速および方向を、水平方向
で可及的に一定かつ定方向にするための流動制御装置に
関する。

【０００２】

【従来技術】例えば連続鋳造では、タンデイッシュより
鋳型に溶鋼が注入され、鋳型において溶鋼は鋳型壁面か
ら次第に冷却されつつ引き抜かれる。同一高さの鋳型壁
面における温度が不均一であると、表面割れやシェル破
断を生じ易い。これを改善するために、従来は、リニア
モ−タを用いて、鋳型内で溶鋼をその上面と平行に、鋳
型壁面に沿って流動駆動する（例えば特開平１−２２８
６４５号公報）。

【０００３】特開平１−２２８６４５号公報に提示の溶
鋼の流動駆動はある程度の効果があるものの、注入ノズ
ルを介してタンデイッシュに流入する溶鋼の流れにより
鋳型壁面に沿った循環流動が乱される。この種の流動駆
動には、鋳型の長辺に沿って配列された複数個の磁極の
それぞれに電気コイルを巻回したリニアモ−タ型の電磁
石が用いられ、電気コイルは３相の各相毎に束ねられ、
１２０°位相のずれた３相電源の各相に、束ねられた単
位で接続され、３相電源の電圧および又は周波数をイン
バ−タやサイクロコンバ−タで調整され、これにより、
所要の駆動力および速度が得られる。

【０００４】図１１の（ａ）に、鋳型の上方から鋳型内
溶鋼の上面（メニスカス）を見おろした平面を示す。メ
ニスカスでは、注湯ノズルから鋳型内に流れ込む溶鋼流
により、ノズル２２に向かう表層流２３を生ずる。図１
１の（ｂ）に（ａ）図のＢ−Ｂ線拡大断面を、図１１の
（ｃ）にはＣ−Ｃ線断面を示す。ノズル２２から鋳型内
には（ｃ）に実線で示すように溶鋼が流れ込み、鋳型短
辺方向およびやや下方向に溶鋼流を生じ、これが鋳型短
辺に当って一部は上方に他は下方に流れ、上方に流れる
溶鋼流が表層流２３を生ずる。この表層流２３はメニス
カス上のパウダを巻き込み易い。一方、溶鋼が固体に変
わるときにＣＯなどの気体（気泡）が発生する。加え
て、鋳型内面の一部に溶鋼が滞留するとパウダが溶鋼に
残留し易くしかもブレ−クアウトの原因となる焼付きと
なり易い。これらを防止するため、表層に安定した整流
を形成させるのが良い。

【０００５】そこで従来は、鋳型長辺に沿ってニアモ−
タ３Ｆおよび３Ｌを配置し、溶鋼に電磁駆動力を与え
て、図１２の（ａ）に示すような、流速分布が均一な鋳
型内壁１に沿う循環流を溶鋼の表層に生起するのが良
い。表層部に図１２の（ａ）に示すような循環流が定速
度で安定して流れると、気泡の浮上が促進され、溶鋼中
へのパウダ巻き込みがなくなり、表層付近の鋳型内面が
きれいにぬぐわれて溶鋼の滞留がなくなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが図１３（ａ）
に示すように、モールドＭＤに溶鋼を注ぐタンディッシ
ュＴＤは、更に取鍋２９から注湯（溶鋼の注入）される
が、取鍋２９を交換するときにタンディッシュＴＤの溶
鋼レベルが一時低下し、これによりタンディッシュＴＤ
からモ−ルドＭＤへの注湯圧が取鍋２９の交換周期Ｘで
変動し、例えば図１３の（ｂ）に示すように鋳造速度が
変動する。鋳造速度が下がった時点の鋳片は歩止まりＱ
片（低品質材）と称され、格下げ品又は不良品となる。
上述の従来のリニアモ−タによる溶鋼表層駆動は、上述
の循環流を発生するが、注湯圧変動時の歩止まりＱ片の
発生を抑止する程に表層流を調整もしくは制御すること
ができない。

【０００７】本発明は、タンディッシュの操業状況の変
化に対応した表層流調整もしくは制御を行ない得る流速
制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の流動制御装置
は、溶融金属(MM)を取り囲む鋳型辺の一辺(5F)に沿う方
向に分布する複数個のスロット(BF1a〜)を有する電磁石
コア(4F)と各スロットに挿入された複数個の電気コイル
(CF1a〜)の組合せでなる第１組のリニアモ−タ(3F)；前
記一辺に対向するもう１つの辺(5L)に沿って分布する複
数個のスロット(BL1a〜)を有する電磁石コア(4L)と各ス
ロットに挿入された複数個の電気コイル(CL1a〜)の組合
せでなる第２組のリニアモ−タ(3L)； 第１組および第２組のリニアモ−タ(3F,3L)の電気コイ
ルに通電する通電手段(CC1,12a/CC2,12b/CC3,12c/CC4,1
2d)； 鋳型辺が取り囲む空間の溶融金属の上表面の複数の位置
のそれぞれで溶融金属表層部の流速(vs1〜vs4)を検出す
る流速検出手段(11a〜11d,18a)； 検出した流速(vs1〜vs4)を、予め設定した複数個の表層
部流速分布モ−ドそれぞれの成分流速(Ms,Mp,Ma,Mt)に
変換する流速変換手段(18c)； 変換した成分流速(Ms,Mp,Ma,Mt)のそれぞれを各モ−ド
の目標値(Mso,Mpo,Mao,Mto)と比較し、成分流速偏差(dM
s,dMp,dMa,dMt)を算出する補償量算出手段(18c)； 成分流速偏差(dMs,dMp,dMa,dMt)を、前記複数の位置そ
れぞれでの溶融金属表層部の流速偏差(dv1〜dV4)に逆変
換する逆変換手段(18c)；および、これらの流速(dv1〜d
V4)を零にするように、前記通電手段を介して前記第１
組および第２組のリニアモ−タ(3F,3L)の電流値を制御
する通電制御手段(18c)； を備える溶融金属の流動制御装置であって、 前記流速検
出手段(11a〜11d,18a)は、鋳型辺が取り囲む空間に溶融
金属を供給するノズル部材(22)の中心を通り前記一辺に
直交する仮想上の第１平面とノズル部材(22)の中心を通
り第１平面に直交する仮想上の第２平で鋳型辺が取り囲
む空間を４分割しこれらの分割した空間をノズル部材(2
2)を中心に時計廻りで第１空間，第２空間，第３空間お
よび第４空間とすると、第１空間，第２空間，第３空間
および第４空間のそれぞれで溶融金属表層部の流速を検
出する複数個の流速センサ(11a〜11d)を含み； 表層部流速分布モ−ドは、第１，第２空間では鋳型辺に
沿い同一方向、第３，第４空間でも鋳型辺に沿い同一方
向であるが第１，第２空間での方向とは逆方向の全空間
で流速の絶対値は同一の撹拌モ−ド，全空間で鋳型辺に
沿い同一方向で流速が同一の並進モ−ド，全空間で鋳型
辺に沿いかつノズル部材に向かう方向で流速が同一の加
速モ−ド、および、第１，第２空間では鋳型辺に沿いノ
ズル部材から離れる方向で第３，第４空間では鋳型辺に
沿いノズル部材に向かう方向で流速の絶対値が全空間で
同一のねじれモ−ド、の４者であり； 通電手段は、それぞれが第１組および第２組のリニアモ
−タの電気コイルの、第１〜第４空間領域に対向するも
のに通電する、第１〜第４電源回路(12a〜12d)を含む 。

【０００９】なお、カッコ内には、理解を容易にするた
めに、後述する実施例中の対応する要素の符号を、参考
までに付記した。

【００１０】

【作用】溶融金属表層部の各部の流速は、複数の所定方
向の流速(成分)のベクトル和であるので、溶融金属の上
表面の複数の位置のそれぞれでの溶融金属表層部の流速
(vs1〜vs4)は、複数個の表層部流速分布モ−ド(成分)の
組合せで表わすことができ、同様に目的とする流速分布
を複数個の表層部流速分布モ−ド(成分目標値)の組合せ
で表わすことができる。そして、操業状態に対応して表
層部流速分布を最善なものに変える場合には、操業状態
に対応して、該複数個の表層部流速分布モ−ド(成分目
標値)の組合せ（Mso,Mpo,Mao,Mto)を、最善の流速分布
(vs1〜vs4)をもたらすものに変えればよい。

【００１１】本発明の流動制御装置によれば、流速変換
手段(18c)が、表層部の実際の流速(検出値vs1〜vs4)を
該複数個の表層部流速分布モ−ド(成分)の成分値（Ms,M
p,Ma,Mt)に分解し、補償量算出手段(18c)が、目標値（M
so,Mpo,Mao,Mto)に対するこれらの成分値（Ms,Mp,Ma,M
t)の偏差(dMs,dMp,dMa,dMt)を算出し、逆変換手段(18c)
が、これらの成分偏差(dMs,dMp,dMa,dMt)を実際の流速
分布の偏差(dv1〜dv4)に逆変換して、通電制御手段(18
c)が、これらの流速偏差(dv1〜dv4)を零とするように、
すなわち(dv1〜dv4)を相殺補償する流速を表層各部に与
えるように、リニアモ−タが溶融金属に加える電磁力
を、制御する。これにより、溶融金属の表層部の流速分
布は、複数個の表層部流速分布モ−ド(成分目標値)の組
合せ（Mso,Mpo,Mao,Mto)で指定されたもの（Mso,Mpo,Ma
o,Mtoを実際の流速に逆変換したもの）となる。

【００１２】溶融金属の表層部の各部の流速を個別に調
整又は制御する場合には、ある部位の調整による流速変
化が他部には外乱として波及するので、各部の一意的な
調整又は制御では所望の流速分布が得られないとか、調
整又は収束に時間がかかるとかの問題があるが、本発明
の流動制御装置の場合には、目標値（Mso,Mpo,Mao,Mto)
を所望の流速分布をもたらすものに変更するだけで、自
動的かつすみやかに目標の流速分布がもたらされる。し
たがって流速分布の設定，変更，調整が容易であり、例
えば、取鍋(29)の交換により鋳型への注湯速度が低下し
ている間は撹拌モ−ド（図12の(ａ))を強くしてノズル
部材(2)からの注湯速度低下による表層流の低下をおぎ
なうことにより、歩留りＱ片の発生を回避するとかＱ片
長を短くするなどの、操業状態の変化に対応した駆動パ
タ−ンおよび又は駆動力の変更をタイミング良く適切に
行ないうる。

【００１３】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１４】

【実施例】図１に、本発明の一実施例の外観を示す。連
続鋳造鋳型の内壁１で囲まれる空間には溶鋼ＭＭが図示
しない注湯ノズル（図１１のノズル２２）を通して注入
され、溶鋼ＭＭのメニスカス（表面）はパウダＰＷで覆
われる。鋳型は水箱２に流れる冷却水で冷却され、溶鋼
ＭＭは鋳型に接する表面から次第に内部に固まって行き
鋳片ＳＢが連続的に引き抜かれるが、鋳型内に溶鋼が注
がれるので、鋳型内には常時溶鋼ＭＭがある。溶鋼ＭＭ
のメニスカスレベル（高さ方向ｚ）の位置に２個のリニ
アモ−タ３Ｆおよび３Ｌが設けられており、これらが溶
鋼ＭＭのメニスカス直下の部分（表層域）に電磁力を与
える。

【００１５】図２に、図１に示す内壁１を、リニアモ−
タ３Ｆ，３Ｌのコア４Ｆ，４Ｌ部で水平に破断した断面
を示す。図３には、図２の３Ａ−３Ａ線拡大断面を示
す。鋳型の内壁１は、相対向する長辺５Ｆ，５Ｌおよび
相対向する短辺６Ｒ，６Ｌで構成されており、各辺は銅
板７Ｆ，７Ｌ，８Ｒ，８Ｌに、非磁性ステンレス板９
Ｆ，９Ｌ，１０Ｒ，１０Ｌを裏当てしたものである。

【００１６】この実施例では、リニアモ−タ３Ｆ，３Ｌ
のコア４Ｆ，４Ｌは、鋳型長辺５Ｆ，５Ｌの実効長（溶
鋼ＭＭが接するｘ方向長さ）よりやや長く、それらの全
長にスロットが所定ピッチで３６個切られている。

【００１７】溶鋼ＭＭの上方には、流速センサ１１ａ〜
１１ｄが図示しない架台で支持されて吊り下げられてお
り、流速値が必要なタイミングで下げられて、溶鋼ＭＭ
の表層部の流速（表層流速）を測定する。各センサ１１
ａ〜１１ｄは、鋳型内の４分割された各空間（第１〜第
４空間）のそれぞれの流速を測定する。

【００１８】図４に、図２に示す電気コイルの相区分お
よびグル−プ区分を示し、図５には図２に示す全電気コ
イルの結線を示す。この結線は４極（Ｎ＝４）のもので
あり、電気コイルに３相交流を通電する。例えば、リニ
アモ−タ３Ｆの＃１，＃２グル−プの電気コイル（＃
１：ＣＦ１ａ〜ＣＦ１ｒ），（＃２：ＣＦ２ａ〜ＣＦ２
ｒ）は、図５ではこの順に、ｕ，ｕ，ｕ，Ｖ，Ｖ，Ｖ，
ｗ，ｗ，ｗ，Ｕ，Ｕ，Ｕ，ｖ，ｖ，ｖ，Ｗ，Ｗ，Ｗと表
わし、＃３，＃４グル−プの電気コイル（＃３：ＣＬ１
ａ〜ＣＬ１ｒ），（＃４：ＣＬ２ａ〜ＣＬ２ｒ）では、
この順に、ｕ，ｕ，ｕ，Ｖ，Ｖ，Ｖ，ｗ，ｗ，ｗ，Ｕ，
Ｕ，Ｕ，ｖ，ｖ，ｖ，Ｗ，Ｗ，Ｗ，と表わしている。そ
して「Ｕ」は３相交流のＵ相の正相通電（そのままの通
電）を、「ｕ」はＵ相の逆相通電（Ｕ相より１８０度の
位相ずれ通電）を表わし、電気コイル「Ｕ」にはその巻
始め端にＵ相が印加されるのに対し、電気コイル「ｕ」
にはその巻終り端にＵ相が印加されることを意味する。
同様に、「Ｖ」は３相交流のＶ相の正相通電を、「ｖ」
はＶ相の逆相通電を、「Ｗ」は３相交流のＷ相の正相通
電を、「ｗ」はＷ相の逆相通電を表わす。図５に示す端
子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１およびＵ２，Ｖ２，Ｗ２はリニアモ
−タ３Ｆの＃１グループ，＃２グル−プの電気コイルＣ
Ｆ１ａ〜ＣＦ１ｒ，ＣＦ２ａ〜ＣＦ２ｒの電源接続端子
であり、端子Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３およびＵ４，Ｖ４，Ｗ４
はリニアモ−タ３Ｌの＃３グル−プ，＃４グル−プの電
気コイルＣＬ１ａ〜ＣＬ１ｒ，ＣＬ２ａ〜ＣＬ２ｒの電
源接続端子である。リニアモ−タ３Ｆのコア４Ｆの各ス
ロットには、＃１グル−プの電気コイルＣＦ１ａ〜ＣＦ
１ｒおよび＃２グル−プの電気コイルＣＦ２ａ〜ＣＦ２
ｒが装着されている。同様に、リニアモ−タ３Ｌのコア
４Ｌの各スロットには、＃３グル−プの電気コイルＣＬ
１ａ〜ＣＬ１ｒおよび＃４グル−プの電気コイルＣＬ２
ａ〜ＣＬ２ｒが装着されている。

【００１９】なお、リニアモ−タ３Ｆ，３Ｌは、図１２
の（ａ）に矢印により示される方向の電磁力を溶鋼ＭＭ
に与えようとするものであるが、後述するように、直流
通電により溶鋼ＭＭに制動力を加える機能もある。

【００２０】ノズル２２から鋳型内への溶鋼注入によ
り、鋳型内溶鋼には図１１の（ｃ）に示す溶鋼流が生
じ、これにより図１１の（ａ）に示す表層流２３が生ず
る。図１１の（ｃ）および（ａ）には、ノズル２２を中
心に溶鋼流は対称に示しているが、実際には、ノズル２
２からの溶鋼注入が左右で非対称になることがあり、そ
の場合には表層流２３も非対称になる。溶鋼の表層の撹
拌は、図１２の（ａ）に示す態様が好ましく、大略で言
うとリニアモ−タ３Ｆおよび３Ｌで、図１１の（ａ）に
示す表層流を図１２の（ａ）に示す表層流に変えるよう
な電磁力を、溶鋼ＭＭに加えるが、溶鋼表層流は図１１
の（ａ）あるいは図１２の（ａ）に示す態様とは限らな
い。そこで溶鋼表層流の分析のために、この実施例で
は、現実の表層流が、図１２の（ａ）に示す撹拌モード
の表層流（成分ｓ），図１２の（ｂ）に示す並進モ−ド
の表層流（成分ｐ），図１２の（ｃ）に示す加速モ−ド
の表層流（成分ａ）および図１２の（ｄ）に示すねじれ
モ−ドの表層流（成分ｔ）のベクトル和と見なす。な
お、各モ−ドの中で、各表層流（４個の矢印）は、絶対
値（スカラ量）は同一と定めている。

【００２１】（ａ）撹拌モードの表層流 第１，第２空間では鋳型辺に沿い同一方向、第３，第４
空間でも鋳型辺に沿い同一方向であるが第１，第２空間
での方向とは逆方向の全空間で流速の絶対値は同一であ
る。なお、第１〜第４空間は図２に示すものである。

【００２２】（ｂ）並進モードの表層流 第１〜第４空間の全空間で鋳型辺に沿い同一方向で流速
が同一である。

【００２３】（ｃ）加速モードの表層流 第１〜第４空間の全空間で鋳型辺に沿いかつノズル部材
に向かう方向で流速が同一である。

【００２４】（ｄ）ねじれモードの表層流 第１，第２空間では鋳型辺に沿いノズル部材から離れる
方向で第３，第４空間では鋳型辺に沿いノズル部材に向
かう方向で流速の絶対値が全空間で同一である。

【００２５】再度図２を参照する。本実施例において、
モールドＭＤ内の溶鋼ＭＭの、第１〜第４空間のそれぞ
れの表層流の速度を、流速センサ１１ａ〜１１ｄのそれ
ぞれが検出する。図９および図１０に流速センサ１１ａ
の構造を示す。

【００２６】図９の（ａ）は流速センサ１１ａの、外ケ
−ス３９，４０を破断した側面図であり、（ｂ）は
（ａ）のＤ−Ｄ線断面を示す。流速センサ１１ａは、流
速測定時には先端が溶鋼ＭＭに浸される、モリブデンサ
ーメットで作られた板体３０を有する。この板体３０は
支持軸３１ｂを介して支持板３１ａで回動自在に支持さ
れている。支持板３１ａにはばね板３３の下端が固着さ
れており、ばね板３３の上端は固定板３７ａに固着され
ている。固定板３７ａは中空管４３と一体である。ばね
板３３の表，裏には歪ゲージ３５ａ，３５ｂが貼着され
ており、歪ゲ−ド３５ａ，３５ｂに接続された信号線３
６ａは中空管４３を通っている。中空管４３にはセンサ
保護用の外ケ−ス３９が固着されており、その下開口３
４をばね板３３が付通している。外ケ−ス３９は支持ア
−ムである外ケ−ス４０の先端に挿入されている。外ケ
−ス４０内の通風管４２は外ケ−ス３９の内空間に開い
ており、この通風管４２を通して冷却空気が外ケ−ス３
９に吹込まれる。冷却空気の一部は外ケ−ス３９から開
口３４を通して外部に出るが、他部は外ケ−ス３９から
開口３４を通して外ケ−ス４０に入り、外ケ−ス４０の
内空間を通って、外ケ−ス４０の支持基部（図示せず）
から外部に放出される。

【００２７】外ケ−ス４０を測定位置まで降下させる
と、板体３０の下端部が、図１０の（ａ）に示すよう
に、溶鋼ＭＭに浸り、表層流により押される。この力が
ばね板３３に加わり、ばね板３３が略歪ゲージ３５ａ，
３５ｂ部で曲り、これにより歪ゲージ３５ａ，３５ｂの
一方には圧縮応力が、他方には引張応力が作用する。こ
れらの歪ゲージ３５ａ，３５ｂは、図１０（および図
６）に示すように流速検出回路１８ａの動歪計１８１に
接続されており、動歪計１８１が歪ゲージ３５ａ，３５
ｂの検出信号の差分を表わす信号を発生する。差分信号
はフィルタ−１８２を通して低周波分のみがアンプ１８
３に与えられる。アンプ１８３は、差分信号を流速信号
Ｖｓ１（方向と速度）に変換して、入力インタ−フェイ
ス１８ｂ（図６）を介してＣＰＵ１８ｃ（図６）のＡ／
Ｄ変換入力ポ−トに与える。

【００２８】例えば、溶鋼ＭＭの流れが図１０において
矢印の方向であるとすると、板体３０には力Ｆ〔Ｎ〕が
加わる。この時、抵抗係数をＣｄ、溶鋼の比熱をρ、断
面積をＳ、更に流速をｖｓとすると、Ｆは次式であらわ
される。

【００２９】 Ｆ＝Ｃｄ×ρ×ｖ²×Ｓ／２ｇ ・・・（１） この力Ｆにより、板体３０が溶鋼ＭＭの流れる方向に押
され傾斜する。この力を歪ゲージが検出する。歪ゲージ
の検出値をεとすると、 ε＝ｋ×Ｆ×Ｌ ・・・（２） （１）式を（２）式に代入して、 ε＝ｋ×Ｃｄ×ρ×ｖｓ²×Ｓ／２ｇ×Ｌ ・・・（３） （３）式より ｖｓ＝√｛ε／（ｋ×Ｃｄ×ρ×Ｓ／２ｇ×Ｌ）｝ で示される。歪ゲ−ジから流速検出回路１８ａまでの電
気回路は、このような原理に従って流速ｖｓを算出しこ
れを表わす信号Ｖｓ１をＣＰＵ１８ｃに与える。他の流
速センサ１１ｂ〜１１ｄも、流速センサ１１ａと同一構
造および同一機能であり、同様に流速検出回路１８ａに
接続されており、それぞれ第２〜４空間の表層流の流速
Ｖｓ２〜Ｖｓ４（方向と速度）を表わす信号をＣＰＵ１
８ｃに与える。

【００３０】図６に、図２（および図４，図５）に示す
電気コイルのそれぞれに通電する電気回路の構成概要を
示す。また、図７には、図６に示す演算処理装置１８か
ら電源回路１２ａ〜１２ｄまでの、すなわち演算処理装
置１８から電気コイル＃１，＃２，＃３，＃４の各電源
接続端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２，Ｕ３，Ｖ
３，Ｗ３，Ｕ４，Ｖ４，Ｗ４までの電気回路をやや詳細
に示し、図８には、図７に示す電源回路１２ａおよび通
電制御器ＣＣ１の構成を示す。以下、各図に従って説明
する。

【００３１】本実施例において、モールドＭＤ内の第１
〜第４空間それぞれの表層流の速度（方向と大きさ）は
流速センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄで測定し
て、演算処理装置１８に与える。ここで、センサ１１ａ
〜１１ｄによって測定された流速をｖｓ１〜ｖｓ４とす
る。各流速センサ１１ａ〜１１ｄにおいて測定された流
速の測定値ｖｓ１〜ｖｓ４は、図６に示す演算処理装置
１８のＣＰＵ１８ｃに入力される。

【００３２】ＣＰＵ１８ｃは、次式に従がい、測定値ｖ
ｓ１〜ｖｓ４の集合を、図１２の（ａ）〜（ｄ）に示す
各モ−ドの成分値Ｍｓ（撹拌モ−ド流速），Ｍｐ（並進
モ−ド流速），Ｍａ（加速モ−ド流速）およびＭｔ（ね
じれモ−ド流速）に分解する。

【００３３】

【数４】

【００３４】そして、各モ−ドの成分値Ｍｓ，Ｍｐ，Ｍ
ａおよびＭｔの、ＣＰＵ１８ｃに設定されているそれぞ
れの目標値Ｍｓｏ，Ｍｐｏ，ＭａｏおよびＭｔｏに対す
る偏差 ｄＭｓ＝Ｍｓｏ−Ｍｓ， ｄＭｐ＝Ｍｐｏ−Ｍｐ， ｄＭａ＝Ｍｓａ−Ｍａ， ｄＭｔ＝Ｍｔｏ−Ｍｔ を算出する。なお、ＣＰＵ１８ｃは、それに接続された
図示しない操作，表示ボ−ドからオペレ−タが入力した
目標流速分布（上記測定値の４値対応）を、上記（４）
式に従って各モ−ドの成分目標値Ｍｓｏ，Ｍｐｏ，Ｍａ
ｏおよびＭｔｏに分解してレジスタに保持しており、こ
れらが目標値となる。

【００３５】ＣＰＵ１８ｃは次いで、下記（５）式に従
って、これらの偏差値の集合ｄＭｓ，ｄＭｐ，ｄＭａ，
ｄＭｔを合成して、偏差流速ｄｖ１〜ｄｖ４を算出す
る。すなわちモ−ド成分偏差を、測定値対応の偏差流速
ｄｖ１〜ｄｖ４に逆変換する。

【００３６】

【数５】

【００３７】これらの偏差流速ｄｖ１〜ｄｖ４が、＃１
〜＃４グル−プの電気コイルのそれぞれで補償すべき流
速である。ＣＰＵ１８ｃは次に、流動制御を開始してか
らここまでの偏差流速の積分値（これは現在の、リニア
モ−タ駆動状態、すなわちリニアモ−タで加えている電
磁力を表わす）のそれぞれを、算出したｄｖ１〜ｄｖ４
に加えて、得た値Ｖｉ１〜Ｖｉ４を新たな積分値として
セ−ブし（積分値レジスタの内容を更新し）、積分値Ｖ
ｉ１〜Ｖｉ４で表わされる流速をもたらすために必要
な、＃１〜＃４の電気コイルグル−プに接続された電源
回路１２ａ〜１２ｄの出力電圧Ｖｓ１〜Ｖｓ４，通電周
波数ｆ１〜ｆ４および直流電圧（直流バイアス）ＶＢ１
〜ＶＢ４を算出し、電源回路１２ａの通電制御器ＣＣ１
にはＶｓ１，ｆ１およびＶＢ１を指示し、電源回路１２
ｂの通電制御器ＣＣ２にはＶｓ２，ｆ２およびＶＢ２を
指示し、電源回路１２ｃの通電制御器ＣＣ３にはＶｓ
３，ｆ３およびＶＢ３を指示し、電源回路１２ｄの通電
制御器ＣＣ４にはＶｓ４，ｆ４およびＶＢ４を指示す
る。なお、ＣＰＵ１８ｃは、積分値宛てで電圧Ｖｓ，周
波数ｆおよび直流電圧ＶＢを書込んだデ−タマップ（別
称テ−ブル，メモリの一領域）があり、このデ−タマッ
プをアクセスすることにより、積分値Ｖｉ１〜Ｖｉ４に
対応したＶｓ１，ｆ１およびＶＢ１，Ｖｓ２，ｆ２およ
びＶＢ２，Ｖｓ３，ｆ３およびＶＢ３，ならびに、Ｖｓ
４，ｆ４およびＶＢ４を読出して、各通電制御器に出力
する。デ−タマップは、積分値が負（撹拌モ−ドの流れ
方向と逆方向）では周波数ｆ＝０、積分値の絶対値が大
きいに従ってＶｓ，ＶＢは高となり、積分値が正（撹拌
モ−ドの流れ方向）のときには積分値が大きいに従って
ｆは低、Ｖｓは高、ＶＢは低となるデ−タを格納してい
る。

【００３８】図１４に、ＣＰＵ１８ｃの、上述の、測定
値ｖｓ１〜ｖｓ４から、指令値Ｖｓ１〜Ｖｓ４，ｆ１〜
ｆ４およびＶＢ１〜ＶＢ４を生成するまでの演算過程を
示す。ＣＰＵ１８ｃは、算出したＶｓ１，ｆ１およびＶ
Ｂ１は通電制御器ＣＣ１に、Ｖｓ２，ｆ２およびＶＢ２
は通電制御器ＣＣ２に、Ｖｓ３，ｆ３およびＶＢ３は通
電制御器ＣＣ３に、Ｖｓ４，ｆ４およびＶＢ４は通電制
御器ＣＣ４に出力する（図６，図７）。

【００３９】図８に、リニアモ−タ３Ｆの＃１グル−プ
の電気コイルに通電を行なう通電制御器ＣＣ１および電
源回路１２ａの構成を示す。３相交流電源（３相電力
線）１７には直流整流用のサイリスタブリッジ１３１が
接続されており、その出力（脈流）はインダクタ１３２
およびコンデンサ１３３で平滑化される。平滑化された
直流電圧は３相交流形成用のパワ−トランジスタブリッ
ジ１４１に印加され、これが出力する３相交流のＵ相が
図４に示す電源接続端子Ｕ１に、Ｖ相が電源接続端子Ｖ
１に、またＷ相が電源接続端子Ｗ１に印加される。

【００４０】リニアモ−タ３Ｆの＃１グル−プの電気コ
イルＣＦ１ａ〜ＣＦ１ｒに与えられる所定のコイル電圧
指令値Ｖｓ１が通電制御器ＣＣ１において、位相角α算
出器２０ａに与えられ、位相角α算出器２０ａが、指令
値Ｖｓ１に対応する導通位相角α（サイリスタトリガ−
位相角）を算出し、これを表わす信号をゲ−トドライバ
１５ａに与える。ゲ−トドライバ１５ａは、各相のサイ
リスタを、各相のゼロクロス点から位相カウントを開始
して位相角αで導通トリガ−する。これにより、トラン
ジスタブリッジ１４ａには、指令値Ｖｓ１が示す直流電
圧が印加される。

【００４１】一方、通電制御器ＣＣ１において３相信号
発生器２０ｃは、周波数指令値ｆ１で指定された周波数
（この実施例では０〜２００Ｈｚ）でしかも直流バイア
ス指令ＶＢ１で指定された直流バイアス電圧を有する山
ピ−ク／谷ピ−ク間電圧が一定（ただしｆ＝０のときは
０）の３相交流信号を発生して比較器２０ｂに与える。
比較器２０ｂにはまた、三角波発生器２０ｄが、一定周
波数（高周波数，この実施例では３ＫＨｚ）を持つ定電
圧三角波を与える。比較器２０ｂは、Ｕ相信号のレベル
が正のときには、それが三角波発生器２０ｄが与える三
角波のレベル以上のとき高レベルＨ（トランジスタオ
ン）で、三角波のレベル未満のとき低レベルＬ（トラン
ジスタオフ）の信号を、Ｕ相の正区間（０〜１８０度）
宛て（Ｕ相正電圧出力用トランジスタ宛て）にゲ−トド
ライバ２０に出力し、Ｕ相信号のレベルが負のときに
は、それが三角波発生器２０ｄが与える三角波のレベル
以下のとき高レベルＨで、三角波のレベルを越えるとき
低レベルＬの信号を、Ｕ相の負区間（１８０〜３６０
度）宛て（Ｕ相負電圧出力用トランジスタ宛て）にゲ−
トドライバ１６ａに出力する。Ｖ相信号およびＷ相信号
に関しても同様である。ゲ−トドライバ１６ａは、これ
ら各相，正，負区間宛ての信号に対応してトランジスタ
ブリッジ１４ａの各トランジスタをオン，オフ付勢す
る。

【００４２】これにより、ｆ＝０でないときには、電源
接続端子Ｕ１には３相交流のＵ相電圧が出力され、電源
接続端子Ｖ１に３相交流のＶ相電圧が出力され、また電
源接続端子Ｗ１に３相交流のＷ相電圧が出力され、これ
らの電圧のレベルはコイル電圧指令値Ｖｓ１で定まる。
すなわち、ｆが０でないときには、コイル電圧指令値Ｖ
ｓ１で指定された電圧値、ｆ１で指定された周波数、な
らびにＶＢで指定された直流バイアスを有する３相交流
電圧が、図２および図４に示すリニアモ−タ３Ｆの＃１
グル−プの電気コイルＣＦ１ａ〜ＣＦ１ｒに印加され
る。

【００４３】通電制御器ＣＣ２〜ＣＣ４および電源回路
１２ｂ〜１２ｄの構成と機能は、ＣＣ１および１２ａの
それと同一であり、これらが＃２グル−プの電気コイル
ＣＦ２ａ〜ＣＦ２ｒ，＃３グル−プの電気コイルＣＬ１
ａ〜ＣＬ１ｒおよび＃４グル−プの電気コイルに同様
な、Ｖｓ２〜Ｖｓ４，ｆ２〜ｆ４およびＶＢ２〜ＶＢ４
で定まる３相交流電圧を印加する。

【００４４】以上により、この実施例では、４極構成の
リニアモ−タ３Ｆ，３Ｌに、ｆ＝０でないときには３相
交流が印加され、これらのリニアモ−タ３Ｆ，３Ｌによ
り、鋳型内壁１内の溶鋼ＭＭには、積分値Ｖｉ１〜Ｖｉ
４に対応する推力が加わりｆ＝０のときには制動力が加
わり、ノズル２２からの溶鋼の注入による流れは、オペ
レ−タが指定する目標流速分布に収束する。タンディッ
シュの操業状況の影響を受けて注湯ノズルからの溶鋼の
流入速度が変化しても、オペレ−タが指定する目標流速
分布に近い表層流が溶鋼にもたらされる。

【００４５】

【発明の効果】溶融金属の表層部の各部の流速を個別に
調整又は制御する場合には、ある部位の調整による流速
変化が他部には外乱として波及するので、各部の一意的
な調整又は制御では所望の流速分布が得られないとか、
調整又は収束に時間がかかるとかの問題があるが、本発
明の流動制御装置の場合には、目標値（Mso,Mpo,Mao,Mt
o)を所望の流速分布をもたらすものに変更するだけで、
自動的かつすみやかに目標の流速分布がもたらされる。
したがって流速分布の設定，変更，調整が容易であり、
例えば、取鍋(29)の交換により鋳型への注湯速度が低下
している間は撹拌モ−ド（図12の(ａ))を強くしてノズ
ル部材(2)からの注湯速度低下による表層流の低下をお
ぎなうことにより、歩留りＱ片の発生を回避するとかＱ
片長を短くするなどの、操業状態の変化に対応した駆動
パタ−ンおよび又は駆動力の変更を適切に行ないうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の鋳型部の外観と、中央縦
断面を示す斜視図である。

【図２】 図１に示すコア４Ｆ，４Ｌを水平に破断した
拡大横断面図である。

【図３】 図２の３Ａ−３Ａ線拡大断面図である。

【図４】 図２に示す電気コイルの相区分とグル−プ区
分を示す、図２相当の断面図である。

【図５】 図２に示す電気コイルの結線を示す電気回路
図である。

【図６】 本発明の一実施例の構成概要を示すブロック
図である。

【図７】 図６に示す電源回路１２ａ〜１２ｄを制御す
る制御系の構成概要を示すブロック図である。

【図８】 図７に示す電源回路１２ａと通電制御器ＣＣ
１の構成を示すブロック図である。

【図９】 （ａ）は図２に示す流速センサ１１ａの、外
ケ−スを破断して示す拡大側面図、（ｂ）は（ａ）に示
すＤ−Ｄ線断面図である。

【図１０】 （ａ）は図９に示す流速センサ１１ａの使
用状態を示す断面図、（ｂ）は、図６に示す流速検出回
路１８ａ内部の、流速センサ１１ａの検出信号より流速
信号を生成する回路要素を示すブロック図である。

【図１１】 （ａ）は鋳型内溶鋼のメニスカスにおける
表層流を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線拡大断
面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線拡大断面図である。

【図１２】 鋳型内溶鋼のメニスカスにおける表層流の
ベクトル成分を示す平面図であり、（ａ）は撹拌モード
成分を、（ｂ）は並進モード成分を、（ｃ）は加速モー
ド成分を、（ｄ）はねじれモード成分を示す。

【図１３】 （ａ）は鋳型ＭＤとそれに溶鋼を供給する
タンディッシュＴＤおよびそれに溶鋼を供給する取鍋２
９を示す縦断面図である。（ｂ）は、モールド流速の変
化を連速鋳造開始より終了までの期間で示したグラフで
ある。

【図１４】 図６に示すＣＰＵ１８ｃのデ−タ処理の一
部の概要を示すブロック図である。

【符号の説明】

１：鋳型の内壁 ２：水箱 ３Ｆ，３Ｌ：リニアモ−タ ＰＷ：パ
ウダ ＭＭ：溶鋼 ＳＢ：鋳
片 ４Ｆ，４Ｌ：コア ５Ｆ，５
Ｌ：長辺 ６Ｒ，６Ｌ：短辺 ７Ｆ，７
Ｌ：銅板 ８Ｒ，８Ｌ：銅板 ９Ｆ，９
Ｌ：非磁性ステンレス板 １０Ｒ，１０Ｌ：非磁性ステンレス板 ＣＦ１ａ〜ＣＦ１ｒ：＃１グル−プの電気コイル ＣＦ２ａ〜ＣＦ２ｒ：＃２グル−プの電気コイル ＣＬ１ａ〜ＣＬ１ｒ：＃３グル−プの電気コイル ＣＬ２ａ〜ＣＬ２ｒ：＃４グル−プの電気コイル U1,V1,W1：コア４Ｆの＃１グル−プ電源接続端子 U2,V2,W2：コア４Ｆの＃２グル−プ電源接続端子 U3,V3,W3：コア４Ｌの＃３グル−プ電源接続端子 U4,V4,W4：コア４Ｌの＃４グル−プ電源接続端子 １１ａ〜１１ｄ：流速センサ １２ａ〜
１２ｄ：電源回路 ２２：注湯ノズル １５ａ〜
１５ｄ：ゲ−トドライバ １６ａ〜１６ｄ：ゲートドライバ ２３：表
層流 ２５〜２８：表層流成分 ２４：流
出口 １７：三相交流信号発生器 １８：演
算処理装置 １８ｃ：ＣＰＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤 健 彦 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社 技術開発本部内 (56)参考文献 特開 平６−606（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−329594（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−104763（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−112643（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−100953（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−154623（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/115 B22D 11/04 311 B22D 11/10

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶融金属を取り囲む鋳型辺の一辺に沿う方
   向に分布する複数個のスロットを有する電磁石コアと各
   スロットに挿入された電気コイルの組合せでなる第１組
   のリニアモ−タ；前記一辺に対向するもう１つの辺に沿
   って分布する複数個のスロットを有する電磁石コアと各
   スロットに挿入された電気コイルの組合せでなる第２組
   のリニアモ−タ； 第１組および第２組のリニアモ−タの電気コイルに通電
   する通電手段； 鋳型辺が取り囲む空間の溶融金属の上表面の複数の位置
   のそれぞれで溶融金属表層部の流速を検出する流速検出
   手段； 検出した流速を、予め設定した複数個の表層部流速分布
   モ−ドそれぞれの成分流速に変換する流速変換手段； 変換した成分流速のそれぞれを各モ−ドの目標値と比較
   し、成分流速偏差を算出する補償量算出手段； 成分流速偏差を、前記複数の位置それぞれでの溶融金属
   表層部の流速偏差に逆変換する逆変換手段；および、 これらの流速偏差を零にするように、前記通電手段を介
   して前記第１組および第２組のリニアモ−タに電流値を
   制御する通電制御手段； を備える溶融金属の流動制御装置であって、 前記流速検出手段は、鋳型辺が取り囲む空間に溶融金属
   を供給するノズル部材の中心を通り前記一辺に直交する
   仮想上の第１平面とノズル部材の中心を通り第１平面に
   直交する仮想上の第２平で鋳型辺が取り囲む空間を４分
   割しこれらの分割した空間をノズル部材を中心に時計廻
   りで第１空間，第２空間，第３空間および第４空間とす
   ると、第１空間，第２空間，第３空間および第４空間の
   それぞれで溶融金属表層部の流速を検出する複数個の流
   速センサを含み； 表層部流速分布モ−ドは、第１，第２空間では鋳型辺に
   沿い同一方向、第３，第４空間でも鋳型辺に沿い同一方
   向であるが第１，第２空間での方向とは逆方向の全空間
   で流速の絶対値は同一の撹拌モ−ド，全空間で鋳型辺に
   沿い同一方向で流速が同一の並進モ−ド，全空間で鋳型
   辺に沿いかつノズル部材に向かう方向で 流速が同一の加
   速モ−ド、および、第１，第２空間では鋳型辺に沿いノ
   ズル部材から離れる方向で第３，第４空間では鋳型辺に
   沿いノズル部材に向かう方向で流速の絶対値が全空間で
   同一のねじれモ−ド、の４者であり； 通電手段は、それぞれが第１組および第２組のリニアモ
   −タの電気コイルの、第１〜第４空間領域に対向するも
   のに通電する、第１〜第４電源回路を含む； 溶融金属の流動制御装置。
2. 【請求項２】通電手段は、出力電流レベルが可調整の電
   源回路である、請求項１記載の溶融金属の流動制御装
   置。
3. 【請求項３】通電手段は、出力電流の周波数が可調整の
   電源回路である、請求項１または請求項２のいずれかに
   記載の溶融金属の流動制御装置。
4. 【請求項４】通電手段は、出力電流の直流成分が可調整
   の電源回路である、請求項１，請求項２または請求項３
   のいずれかに記載の溶融金属の流動制御装置。