JP3437895B2

JP3437895B2 - 溶融金属の流動制御装置

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Publication number: JP3437895B2
Application number: JP19185896A
Authority: JP
Inventors: 崎敬介藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-07-22
Filing date: 1996-07-22
Publication date: 2003-08-18
Anticipated expiration: 2016-07-22
Also published as: JPH1034296A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳型内の溶融金属
を、撹拌用電気コイルで交流磁界を加えることにより撹
拌駆動する流動制御装置に関し、特に、該交流磁界が溶
融金属のメニスカス（上表面）に作用することによるメ
ニスカスの動揺を抑制するための、メニスカス部の交流
磁界の抑制に関する。

【０００２】

【従来の技術】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。また溶融金属がパウダ塊などの異物や
ガスを含んだまま凝固するとそれらが内部欠陥となる。
更には、溶融金属の動きがない状態では鋼中成分の偏析
を生ずる。これらを改善するために、従来は、溶融金属
の凝固境界よりやや高い位置に鋳型を周回する様に配置
した電磁撹拌用の電気コイルにより、溶鋼に高さ方向に
流れる交流磁束を加え、ピンチ効果と、交流であること
によるピンチ力の振動によって、溶鋼に鋳型中心に向か
う水平駆動力を与えることが行なわれている。このよう
な電磁コイルを装備した鋳型は、電磁モ−ルドと呼ばれ
ている。溶鋼の水平駆動は、該水平断面での溶鋼温度分
布を均一化し、異物やガスの浮上をうながし、また鋼中
成分の分布を均一化する。

【０００３】図８に、鋳型１の周囲に配置した電磁撹拌
用電気コイル４と、発生する磁束及び力等を模式的に示
す。電気コイル４は、鋳型１を水平に周回して巻いてあ
り、単相交流電源により励磁される。図に２点鎖線で示
すル−プは、電気コイル４が発生するある瞬間の磁束１
７であり、この磁束１７は鋳型１中の溶鋼ＭＭを上から
下に（＋ｚから−ｚ方向に）貫いている。従って溶鋼Ｍ
Ｍ中には、この磁束１７（交流磁束）の変化（レベル＆
方向）を阻止しようとする渦電流１８が誘起する。その
電流方向を図中に矢印、及び丸印で示す。電気コイル４
から印加される磁界（磁束１７）と、渦電流１８はフレ
ミングの左手の法則に従う力、すなわち図中で実線矢印
で示すピンチ力１４を発生する。

【０００４】溶鋼ＭＭはピンチ力１４により鋳型１中央
に流動駆動され、この結果上方及び中央下に向う溶鋼渦
（図の実線で示すル−プ）１５が形成される。励磁交流
の電流方向が交番し、磁束１７の方向が逆になってもピ
ンチ力１４の方向は変わらない。ただしピンチ力は、交
流の振幅に対応して強弱振動する。このようなピンチ力
は、溶鋼ＭＭの、磁束１７が及ぶ箇所に発生し、メニス
カスＳＦをｚ方向に横切る磁束は、メニスカスＳＦに、
その中央（鋳型開口の中心）に外縁の溶鋼を集めるよう
な作用を及ぼし、磁束１７が交流であるので、この作用
が強弱振動する。

【０００５】したがってメニスカスＳＦをｚ方向に横切
る磁束が強いと、メニスカスＳＦに波打ちや傾斜を生ず
る。

【０００６】ところで一般的に電磁撹拌用電気コイル
は、鋳型の高さ方向ｚで、溶鋼が凝固しはじめる位置
（初期凝固位置）あるいはそのやや上方に配置される
（図９の（ａ））。これは、鋼中成分の偏析（製品の縦
割れ又は横割れ生じ易い）を防止する為には、凝固が始
まる部位において均一に溶鋼を撹拌する撹拌流を起こす
必要がある為である。したがって、電磁撹拌用電気コイ
ルは、鋳型内溶鋼の上面（メニスカス）よりも下方であ
るが、該電気コイルが発生する交流磁界はメニスカスに
も及ぶ。比較的に小断面の鋳型を用いる連続鋳造におい
ては、初期凝固位置がメニスカスに近いので、電磁撹拌
用電気コイルはメニスカスと比較的接近する。このよう
な場合には、該電気コイルが発生する交流磁界が強くメ
ニスカスに作用する。

【０００７】この交流磁界によるメニスカスに加わる水
平駆動力が鋳型中心に向かう方向であるので、メニスカ
スが一部では盛り上り、一部では下に窪み、かつ水平駆
動力が振動するので、メニスカスが波打つことになる。

【０００８】メニスカスは、潤滑，保温等のためのパウ
ダで覆われており、メニスカスの波打ちや傾斜は溶融金
属内部へのパウダの混入（巻込み）を生じ易い。パウダ
を巻込んだまま凝固すると、それは内部欠陥となる。表
面にパウダ塊が付いたまま凝固すると、それは表面欠陥
となる。

【０００９】そこで特開平４−２２０１４９号公報に
は、電磁撹拌用電気コイルの磁界がメニスカスに及ぶの
を防止するために、漏斗状の強磁性体のスクリ−ン（磁
性体スクリ−ン）を電磁撹拌用電気コイルの上端部と鋳
型との間に介挿し、電磁界を遮蔽することを提案してい
る。この強磁性体のスクリ−ンが、電磁撹拌用電気コイ
ルが発生してメニスカスを高さ方向に横切る磁束を遮断
する。すなわち電磁撹拌用コイルが発生する磁界は、メ
ニスカスレベル前後で遮断される。

【００１０】図９の（ａ）に、従来技術で使用される、
電磁撹拌用電気コイル４及び強磁性体かつ導電体のスク
リ−ン７を備えた鋳型１を縦断面で示す。図９の（ｂ）
は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面を示す。鋳型１を周回して電
磁撹拌用電気コイル４が配置され、電気コイル４は、電
磁撹拌用通電装置５から供給される単相交流により励磁
されている。従って鋳型１内部の溶鋼ＭＭを上下に貫く
方向に磁束が発生し、溶鋼ＭＭにピンチ力を与えてい
る。メニスカスＳＦ付近におけるピンチ力を減少させ、
メニスカスにおける湯面乱れ（波打ちや傾斜）を減少さ
せるために、メニスカスＳＦ付近に強磁性体かつ導電体
のスクリ−ン（シ−ルド）７を配置し、メニスカスＳＦ
付近での、電磁撹拌用電気コイル４からの磁束を吸収
し、熱エネルギ−として消費（磁気遮蔽）していた。

【００１１】また、銅などの導電体筒（導電体スクリ−
ン）をメニスカスの外縁を取り囲むように配置する場合
もある。メニスカスを高さ方向に横切る磁束は導電体筒
と鎖交し、該磁束が交流磁束であるので、導電体筒にそ
れを周回する交流電流が誘起し、これがジュ−ル熱とな
って導電体筒で消費される。つまりメニスカス部に加わ
る磁界が導電体筒で吸収され、メニスカスに加わる電磁
力が低減し、メニスカスの波打ちや傾斜が小さくなる。
あるいはなくなる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のスクリ
−ンの、電磁界を吸収しジュ−ル熱として消費する効果
は、電磁撹拌用コイルが発生する磁界強度に実質上一対
一に対応する。電磁撹拌用コイルの通電レベルは操業条
件（例えば鋳造速度，冷却速度）に応じて制御するのが
好ましいが、撹拌を強くするためにコイル電流を大きく
するとスクリ−ンによるエネルギ−消費が増大し、コイ
ル電流を上げるに従がい、撹拌効果は低く、スリ−ンが
過熱する。スクリ−ンの存在にもかかわらず波打ちを生
じ、それを抑制する必要がある場合には、コイル電流を
下げる他はない。したがって、電磁撹拌にウェイトを置
くとスクリ−ンは比較的に磁界遮断効果が低いものとし
たいが、メニスカスの波打ちの抑制にウェイトを置く
と、スクリ−ンを比較的に磁界遮断効果が高いものとす
るかあるいは電磁撹拌のためのコイル電流を小さく抑え
たい。

【００１３】しかし、スクリ−ンを設置した後には、電
磁撹拌の強度と波打ち抑止の相対関係の調整は不可能で
ある。

【００１４】また、スクリ−ンが電磁界を吸収して熱エ
ネルギ−として放散することにより電磁界を抑制するの
で、電気エネルギ−の無駄が多い。すなわち本来目的で
ある溶鋼の撹拌駆動に使用される以外に、供給電力の多
くが熱エネルギ−として消費されてしまう。

【００１５】本発明は、電磁撹拌用の電気コイルが発生
する交流磁界がメニスカスに波及するのを抑制しかつこ
の抑制を調整可とすることを第１の目的とし、電磁撹拌
に伴なう電力損失を低減することを第２の目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

１．本発明は、鋳型(1)を周回する、鋳型内溶融金属
(MM)の撹拌用電気コイル(4)、および、該電気コイル(4)
に交流を流す励磁通電手段(5)を備える溶融金属の流動
制御装置において、前記撹拌用電気コイル(4)よりも高
い位置において、撹拌用電気コイル(4)が発生し前記溶
融金属(MM)のメニスカスに波及する磁束ル−プと鎖交す
る回生用電気コイル(8)；および、この回生用電気コイ
ル(8)に回生電流を通電するための回生通電手段(9)；を
備えることを特徴とする。なお、理解を容易にするため
にカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素
又は対応事項に付した記号を、参考までに付記した。

【００１７】これによれば、メニスカスに波及する交流
磁界によりその強度に比例する電圧が回生用電気コイル
(8)に誘起される。回生通電手段(9)が、この誘起電圧に
対して通電ル−プを形成すると、誘起電圧のレベルに比
例し通電ル−プの抵抗値に反比例するレベルの電流が回
生用電気コイル(8)に流れ、該抵抗値×（電流レベルの
２乗）のエネルギ−が該通電ル−プで消費される。この
エネルギ−消費量に対応する分、メニスカスに波及する
交流磁界が抑制される。

【００１８】回生通電手段(9)により、例えば、前記抵
抗値を調整することにより、および／又は、前記通電ル
−プの繰返しのオン（閉）／オフ（開）のデュ−ティ
〔オン期間／（オン期間＋オフ期間）〕を調整すること
により、回生用電気コイル(8)の磁界遮蔽効果（の原因
となる回生用電気コイルの電流値）を調整することがで
きる。

【００１９】あるいは、回生通電手段(9)が、回生用電
気コイル(8)を、撹拌用電気コイル(4)に電力を供給する
ための電源に対して、繰返しのオン（接続）／オフ（遮
断）を行ない、そのデュ−ティ〔オン期間／（オン期間
＋オフ間）〕を調整することにより、回生用電気コイル
(8)の磁界遮蔽効果を調整することができる。この場合
には、回生用電気コイル(8)が発生（吸収）した電力が
電源に戻される。溶鋼の撹拌駆動に伴なう電力消費のう
ちの、一部が回生用電気コイル(8)および回生通電手段
(9)を介して電源に戻され（電力回生）、その分、無駄
な電力消費が低減する。

【００２０】

【発明の実施の形態】

２．更に、回生用電気コイル(8)の回生電流レベルを
制御するための手段(10)；を備える。これによれば、手
段(10)にて、上述のように、回生用電気コイル(8)の磁
界遮蔽効果（の原因となる回生用電気コイルの電流値）
を調整することができる。

【００２１】３．鋳型(1)を周回する、鋳型内溶融金
属(MM)の撹拌用電気コイル(4)、および、該電気コイル
(4)に交流を流す励磁通電手段(5)を備える溶融金属の流
動制御装置において、前記撹拌用電気コイル(4)よりも
高い位置において、撹拌用電気コイル(4)が発生し前記
溶融金属(MM)のメニスカスに波及する磁束ル−プと鎖交
する回生用電気コイル(8)；該回生用電気コイル(8)に回
生電流を通電するための回生通電手段(9)；前記溶融金
属(MM)のメニスカス形状を検出するための計測手段(11a
〜11c,12)；および、該計測手段(11a〜11c,12)により検
出したメニスカス形状に対応して前記回生通電手段(9)
を介して回生電流レベルを制御するコントロ−ラ(13)；
を備えることを特徴とする、溶融金属の流動制御装置。

【００２２】これによれば、メニスカス形状に対応して
回生用電気コイル(8)の磁界遮蔽効果（の原因となる回
生用電気コイルの電流値）が定まる。コントロ−ラ(13)
が、メニスカス形状が波打ちあるいは傾斜が大きいとき
には回生電流レベルを大きくするように回生通電手段
(9)を制御することにより、鋳型の湯面レベルあるいは
鋳型への溶鋼注入速度の変化などにより、電磁撹拌によ
るメニスカスの波打ちあるいは傾斜が顕在化する場合、
それが自動的に抑制される。

【００２３】４．本発明の一実施例（図６）では、計
測手段(11a〜11c,12)は、メニスカスを撮影するカメラ
(11a〜11c)、および、該カメラが撮影した画像を処理し
メニスカス形状を判定する画像処理装置（12)、を含む
ものとした。

【００２４】５．上述の、電力消費の無駄を抑制する
ため、回生通電手段(9)は、撹拌用電気コイル(4)に電力
を供給するための電源(20)と回生用電気コイル(8)との
間を接続する電力回生通電装置(図5の9)とした。

【００２５】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。

【００２６】

【実施例】

−第１実施例− 図１の（ａ）に、本発明をビレット製造用の連続鋳造鋳
型に適用した一実施例の構成を縦断面で示し、図１の
（ｂ）に、（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す。鋳型１は、ビ
レット製造用の小型の連続鋳造鋳型である。鋳型１の、
溶融金属ＭＭが入る内空間を区画する各辺は、銅板でな
る内壁２に、非磁性ステンレス板でなる外壁３を裏当て
したものである。鋳型１の各辺には冷却水が通る配管が
あるが、その図示は省略した。鋳型１には図示しない注
入ノズルを通して溶鋼ＭＭが、図１の（ａ）の垂直方向
ｚで上方から下方に注湯される。鋳型１に注湯された溶
鋼ＭＭは、電磁撹拌用電気コイル４が発生する交流磁界
によってピンチ効果による力を受け、水平駆動される。
すなわち、鋳型内面への溶鋼の焼付の防止，鋳造製品の
成分均一化、異物の浮上促進などのために溶鋼ＭＭが撹
拌駆動される。

【００２７】メニスカス（溶鋼の上表面）ＳＦは、鋳型
壁面に沿う溶鋼ＭＭの滑らかな流下を促すためのパウダ
ＰＷで覆われているが、過剰に電磁力を加えて撹拌流を
大きくすると、メニスカスが動揺してパウダが溶鋼中に
混ざり込んでパウダを噛んだ製品となる等の不具合を生
ずる。そこでメニスカスＳＦに及ぶ電磁撹拌用電気コイ
ル４からの磁束を遮蔽し、該磁界が発生する渦流による
メニスカスＳＦの波打ちを減少させるために、電力回生
用電気コイル８が電磁撹拌用電気コイル４の上方、か
つ、メニスカスのやや上方に設置されている。この電力
回生用電気コイル８は、基本的には電磁撹拌用電気コイ
ル４と同種の電気コイルである。図１の（ａ）中に示し
た矢印は、電気エネルギ−の流れの方向を示す。

【００２８】溶融金属ＭＭは鋳型１を降下している間
に、鋳型壁面に接する側面から次第に凝固して、順次に
内部に凝固が進む。電磁撹拌用電気コイル４は、溶鋼Ｍ
Ｍが、その内部に凝固が進む直前の半溶融鋼ＭＳの状態
となるレベルよりやや上方に配置されており、半溶融鋼
ＭＳの状態となる直前で溶鋼を水平駆動する。内部まで
凝固した鋳片ＳＢは、ピンチロ−ルにより連続的に下方
に引き抜かれる。

【００２９】図１の（ｂ）に示す様に、本実施例では鋳
型１内の溶鋼ＭＭを取り囲むように電磁撹拌用電気コイ
ル４が配置され、その上方に同様に電力回生用電気コイ
ル８が、電磁撹拌用電気コイル４と対向する様に配置さ
れている。

【００３０】図２に示すように、電磁撹拌用電気コイル
４は、冷却されかつ耐熱カバ−で被覆されているが、冷
却構造およびカバ−は図示を省略している。図中の矢印
は、電気エネルギ−の流れる方向を示す。電磁撹拌用通
電装置５が、電源２０の３相交流を単相交流に変換して
電磁撹拌用電気コイル４に印加する。この単相交流出力
は、作業者の指令により、コントロ−ラ６を介してその
周波数及び電圧を変更することが出来る。電磁撹拌用電
気コイル４は単相交流で励磁されるので、鋳型１内部の
溶鋼ＭＭを上下方向に貫く交番磁束を発生し、溶鋼ＭＭ
にはこれと直交する方向の渦電流が生ずる。渦電流，交
番磁束に従って溶鋼ＭＭには、鋳型の中心に向かうピン
チ力が働き、溶鋼ＭＭには水平動が発生する。上記交番
磁束は電磁撹拌用通電装置５が発生する単相交流の周波
数及び電圧に応じて変化するので、これらを調整すれ
ば、鋳型１内の溶鋼ＭＭに与える水平駆動力を調整する
ことができる。すなわち電磁撹拌の強さを調整しうる。

【００３１】図３に、電磁撹拌用電気コイル４に単相交
流を供給する電磁撹拌用通電装置５の構成を示す。電磁
撹拌用通電装置５は、外部電源２０の３相交流(周波数
は例えば５０Ｈｚ)を電磁撹拌に適した周波数(例えば
３．５Ｈｚ)及び電圧の単相交流に変換する。

【００３２】コントロ−ラ６には、作業者が周波数およ
び電圧を指定するための操作盤（図示せず）が備わって
おり、コントロ−ラ６は、指定された周波数を表わす周
波数指令値ＦdcＡ１および指定された電圧を表わすコイ
ル電圧指令値ＶdcＡ１を通電装置５に出力（設定）す
る。通電装置５は、コントロ−ラ６より与えられたコイ
ル電圧指令値ＶdcＡ１により単相交流電圧の電圧レベル
を決定し、周波数指令値ＦdcＡ１により単相交流電圧の
周波数を設定する。電磁撹拌用通電装置５は、こうして
電圧レベル，周波数が決定された単相交流電圧を電磁撹
拌用電気コイル４が接続された出力端Ｐ，Ｑに出力す
る。

【００３３】図３を参照すると、３相交流電源（例えば
５０Ｈｚの３相電力線）２０には、直流整流用のサイリ
スタブリッジ２２Ａ１が接続されており、その出力（脈
流）はインダクタ２５Ａ１およびコンデンサ２６Ａ１で
平滑化される。平滑化された直流電圧は単相交流形成用
のパワ−トランジスタブリッジ２７Ａ１に印加され、こ
れが出力端Ｐ，Ｑに単相交流を出力する。

【００３４】コイル電圧指令値ＶdcＡ１は位相角算出器
２４Ａ１に、周波数指令値ＦdcＡ１は交流信号発生器３
１Ａ１に与えられる。位相角算出器２４Ａ１は、コイル
電圧指令値指令値ＶdcＡ１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、これをゲ−トドラ
イバ２３Ａ１に与える。ゲ−トドライバ２３Ａ１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２７Ａ１には、指令値ＶdcＡ
１が示す直流電圧が印加される。一方、信号発生器３１
Ａ１は、周波数指令値ＦdcＡ１で指定された周波数の、
単相交流信号を発生して、比較器２９Ａ１に与える。比
較器２９Ａ１にはまた、三角波発生器３０Ａ１が３ＫＨ
ｚの、定電圧三角波を与える。

【００３５】比較器２９Ａ１は、単相交流信号を全波整
流してこれを三角波発生器３０Ａ１が与える三角波と比
較して、前者が後者のレベル以上のとき高レベルＨ、前
者が後者のレベル未満のとき低レベルＬの第１信号と、
第１信号の反転信号である第２信号を生成し、単相交流
信号（１周期２π）の前半周期（０〜π）の間は、第１
信号および第２信号を、トランジスタブリッジ２７Ａ１
の正半波出力用の第１対のトランジスタのそれぞれの導
通制御信号としてゲ−トドライバ２８Ａ１に出力し、後
半周期（π〜２π）の間は、トランジスタブリッジ２７
Ａ１の負半波出力用の第２対のトランジスタのそれぞれ
の導通制御信号としてゲ−トドライバ２８Ａ１に出力す
る。ゲ−トドライバ２８Ａ１は、これらの導通制御信号
に従って、第１対および第２対の各トランジスタをオ
ン，オフ付勢する。

【００３６】これにより、出力端Ｐ／Ｑ間には、単相交
流電圧が出力され、この電圧の上ピ−ク／下ピ−ク間レ
ベルはコイル電圧指令値ＶdcＡ１で定まる。この単相電
圧の周波数はこの実施例では周波数指令値ＦdcＡ１によ
り定まる。すなわち、コイル電圧指令値ＶdcＡ１で指定
されたピ−ク電圧値（推力）の、周波数がＦdcＡ１(例
えば３．５Ｈｚ)の単相交流電圧が、図１及び図２に示
す電磁撹拌用電気コイル４に印加される。

【００３７】鋳型１の上部に設置されている電力回生用
電気コイル８は、メニスカスに作用する磁束を遮蔽し、
この時電力回生用電気コイル８に発生した電力を再び３
相交流電源（３相電力線）２０に戻す、すわわち電力回
生を行なうためのものである。

【００３８】図４に、電力回生用電気コイル８と電源２
０との関係を示す。電力回生用電気コイル８は、基本的
には電磁撹拌用電気コイル４と同様なものであり、冷却
されかつ耐熱カバ−で被覆されているが、冷却構造およ
びカバ−は図示を省略している。図４に示す様に、電力
回生用電気コイル８は電力回生用通電装置５に接続して
いる。図中の矢印は、電気エネルギ−の流れる方向を示
す。電磁撹拌用電気コイル４が発生する交流磁束の一部
が電力回生用電気コイル８を通過するので、コイルに誘
起電圧が発生する。この周波数は、電磁撹拌用通電装置
５が発生する交流電圧の周波数（例えば３．５Ｈｚ）と
同じである。

【００３９】この誘起電圧は、電力回生用通電装置９に
より、３相交流電源（３相電力線）２０の周波数（例え
ば５０Ｈｚ）及び位相に同期した３相交流に変換されて
電源２０に出力される。すなわち、電源２０に戻され
る。

【００４０】図５に、電力回生用通電装置９の構成を示
す。作業者がコントロ−ラ１０に遮蔽指令値ＶdcＡ２を
入力し、コントロ−ラ１０は、この指令値を電力回生用
通電装置９に出力（設定）する。電力回生用通電装置９
は、コントロ−ラ１０からの指令値に基づいて電力回生
のレベル（すなわち電磁遮蔽の強度（程度））を決定す
る。

【００４１】図５を参照すると、電力回生用電気コイル
８が誘起した単相交流は、直流整流用のサイリスタブリ
ッジ２２Ａ２に印加され、遮蔽指令値ＶdcＡ２に対応す
る位相角でサイリスタが導通トリガ−されることによ
り、遮蔽指令値ＶdcＡ２対応のレベルの直流に整流され
てコンデンサ２６Ａ２に充電される。すなわち、単相交
流が整流されてインダクタ２５Ａ２およびコンデンサ２
６Ａ２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２７Ａ２に印
加され、これが出力する３相交流のＵ相が図５に示す電
源接続端子Ｕに、Ｖ相が電源接続端子Ｖに、またＷ相が
電源接続端子Ｗに印加される。

【００４２】３相交流電源（３相電力線）２０に電力回
生するレベル、すなわち電磁遮蔽レベルを決定するため
の遮蔽指令値ＶdcＡ２が位相角算出器２４Ａ２に与えら
れ、位相角α算出器２４Ａ２が、遮蔽指令値ＶdcＡ２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２３Ａ２に
与える。ゲ−トドライバ２３Ａ２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２７Ａ２には、指令値ＶdcＡ２に対応するレベ
ルの直流電圧が印加される。

【００４３】一方、３相信号発生器３１Ａ２には、３相
交流電源（３相電力線）２０の各相の電圧が印加され
る。３相信号発生器３１Ａ２は、各相の電圧を、ピ−ク
値が設定値となるサイン波に校正して各相基準信号と
し、逆潮流検出器３２Ａ２がＯＮ信号（出力可）を与え
ている間、各相基準信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１を比較器２９
Ａ２に与え、逆潮流検出器３２Ａ２がＯＦＦ信号（出力
不可）を与えている間は、各相基準信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ
１の出力を停止する。

【００４４】比較器２９Ａ２にはまた、三角波発生器３
０Ａ２が３ＫＨｚの、定電圧三角波を与える。比較器２
９Ａ２は、Ｕ相基準信号Ｕ１が正レベルのときには、そ
れが三角波発生器３０Ａ２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２８Ａ２に出力し、Ｕ１相信号
が負レベルのときには、それが三角波発生器３０Ａ２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２８Ａ２に出力する。Ｖ相信号Ｖ１およびＷ相
信号Ｗ１に関しても同様である。ゲ−トドライバ２８Ａ
２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２７Ａ２の各トランジスタをオン，
オフ付勢する。これにより３相電源２０の各相に同期し
た３相交流が電力回生用通電装置９から３相電源２０に
出力される。

【００４５】電力回生用通電装置９が発生する３相交流
が３相電源２０のものと位相ずれを生ずると、３相電源
２０から電力回生用通電装置９に電力が流入する（逆潮
流）。

【００４６】これはエラ−（異常）であり、３相電源ラ
インの相平衡がくずれる。このような異常を防止するた
めに逆潮流検出器３２Ａ２が用いられている。

【００４７】逆潮流検出器３２Ａ２は、電力回生用電源
装置９／３相電源２０間の接続ラインの３相交流の相平
衡の正誤を監視しており、正常な相平衡のときにはＯＮ
信号を信号発生器３１Ａ２に与え、これにより、電力回
生用通電装置９から電源２０に電力が与えられる（電力
回生）。

【００４８】相平衡がくずれるときには逆潮流検出器３
２Ａ２がＯＦＦ信号を信号発生器３１Ａ２に与える。こ
れに応答して信号発生器３１Ａ２が各相基準信号Ｕ１，
Ｖ１，Ｗ１の出力を停止するので、トランジスタブリッ
ジ２７Ａ２のトランジスタのすべてがオフに拘束され、
トランジスタブリッジ２７Ａ２／電源２０間は遮断とな
る（回生電力の出力停止）。ただし、電源２０の３相交
流の相平衡を継続して逆潮流検出器３２Ａ２が監視して
おり、これが正常に戻るとＯＦＦ信号が消え、ＯＮ信号
が発生するので、トランジスタブリッジ２７Ａ２は、電
源２０の３相交流に同期して、回生電力の出力を開始す
る。

【００４９】遮蔽指令値ＶdcＡ２の値を変化させると、
サイリスタブリッジ２２Ａ２のサイリスタの導通位相角
が変わるので、電力回生の程度（電気コイル８が発生す
る電圧に対する出力負荷）が変化し、メニスカスに作用
する磁界に対する遮蔽効果が変化する。すなわち遮蔽指
令値ＶdcＡ２の値を操作することにより、溶融金属のメ
ニスカスにおける湯面乱れ（メニスカスの波打ち）の状
態、かつ操業に応じた、遮蔽効果の調整を行なうことが
出来る。

【００５０】図７に、撹拌用電気コイル４が発生する磁
束と回生用電気コイル８との相関を示す。撹拌用電気コ
イル４が発生し、メニスカスＳＦに影響を及ぼす磁束１
７は電力回生用電気コイル８と鎖交（磁気結合）してい
るので、電力回生用電気コイル８には、磁束１７が交流
磁束であるので誘導電圧を発生し、電気コイル８の電流
ル−プが閉じされていると、誘導電流１８が流れる。こ
の誘導電流１８は、印加された励磁々束１７を減殺する
磁束１９を発生する。すなわち励磁々束１７を低減する
（磁気遮蔽効果）。すなわち溶融金属撹拌用電気コイル
４が発生し溶融金属ＭＭのメニスカスＳＦに向かう磁束
は、電力回生用電気コイル８で遮蔽され、メニスカスＳ
Ｆに及ぶ磁界強度が低くなり、メニスカスＳＦにおける
湯面乱れ（メニスカスの波打ち）が低減する。

【００５１】先に説明した電磁撹拌用通電装置５は、電
圧指令値ＶdcＡ１を変更して溶鋼ＭＭに与える水平駆動
力（ピンチ力）の強さ（撹拌力）を調整することがで
き、かつ、周波数指令値ＦdcＡ１を変更して水平駆動力
の振動周波数（ピンチ力の強弱振動の周波数）を調整す
ることができる。そして上述のように、遮蔽指令値Ｖdc
Ａ２を変更することにより、溶鋼ＭＭのメニスカスに作
用する水平駆動力（をもたらす磁界）の強さ（減衰量）
を調整しうる。電圧指令値ＶdcＡ１の変更による撹拌力
の調整は、メニスカスの波打ち，傾斜に影響し、遮蔽指
令値ＶdcＡ２の変更によるメニスカスの波打ち，傾斜の
調整（抑制の程度の調整）は撹拌力に影響を及ぼすが、
オペレ−タは、撹拌力と、メニスカスの波打ち，傾斜の
抑制の一方を優先する調整ならびに両者をバランスさせ
る調整のいずれも実施することができる。従来は、メニ
スカスの磁気遮蔽のために損失となった電力の少くとも
一部が電源２０に戻されるので、すなわち通電装置９に
より電力回生が行なわれるので、電力損失が低減する。

【００５２】−第２実施例− 図６に、第２実施例の構成を示す。鋳型１，撹拌用の電
気コイル４，それに通電する撹拌用通電装置５，回生用
の電気コイル８および回生用通電装置９の構成および機
能は、上述の第１実施例のものと同一構成および同一機
能である。この第２実施例においては、ＣＣＤカメラ１
１ａ〜１１ｄが、メニスカスの斜め上方に装備されてい
る。ＣＣＤカメラ１１ａ〜１１ｄはメニスカスＳＦの状
態を監視するためのものであり、メニスカスの、鋳型内
壁面と接する領域すなわち外縁を撮影している。なお、
カメラ１１ｄは図６には現われていないが、図６の紙面
に関してカメラ１１ｂと略対称な位置にある。

【００５３】ＣＣＤカメラ１１ａ〜１１ｄの撮影画像
は、画像デ−タ処理装置１２により画像処理され、メニ
スカスの湯面乱れ（波立ち）の検出が行なわれる。画像
デ−タ処理装置１２に送られた画像デ−タは、鋳型各辺
部のメニスカスの外縁を強調し背景を抑制する画像処理
を施した後、外縁のみを切出すために２値化し、切出し
た外縁（直線又は曲線で現われる）の曲り（ｚ方向の凹
凸）および傾斜（水平面に対する）を算出して波立ちの
定量化を行なう。これは、それぞれが鋳型の各辺に接す
る４個の外縁に分割して、それぞれに対して行なう。そ
してそれぞれに対して求めた評価値を合算して、その時
点の湯面乱れ量とする。そして、予め画像デ−タ処理装
置１２に記憶してあるメニスカスの波立ち程度に対応し
た複数の閾値と比較して、波立ちランクデ−タに変換し
て、これをコントロ−ラ１３に転送する。

【００５４】コントロ−ラ１３は、オペレ−タ操作盤の
手動／自動選択スイッチが「自動」に設定されている
と、それに内蔵する変換テ−ブルをアクセスして波立ち
ランクデ−タを遮蔽指令値ＶdcＡ２に変換して電力回生
用通電装置９の位相角算出器２４Ａ２に与える。該変換
テ−ブルの波立ちランクデ−タ／遮蔽指令値ＶdcＡ２の
変換特性は、波立ちランクデ−タが大きい値（波立ちが
大きい）であるほど、遮蔽指令値ＶdcＡ２（が指定する
位相角）が小さい値（交流半波の間でサイリスタがオン
となる区間が広い）となるように定められており、これ
により、波立ちが大きいほど、回生用電気コイル８によ
る電力回生量（磁界減衰量）が大きくなり、波立ちが強
く抑制される。「手動」に設定されているときには、オ
ペレ−タ操作盤にオペレ−タが設定した遮蔽指令値Ｖdc
Ａ２を電力回生用通電装置９の位相角算出器２４Ａ２に
与えるが、上述のように算出した遮蔽指令値ＶdcＡ２を
オペレ−タ設定の遮蔽指令値ＶdcＡ２と比較して後者が
前者より小さい（波立ちが大きい）と、コントロ−ラ１
３は、波立ちが大きいことを表わす警報を発生する。な
お、コントロ−ラ１３は、オペレ−タ操作盤にオペレ−
タが設定した電圧指令値ＶdcＡ１および周波数指令値Ｆ
dcＡ１を撹拌用通電装置５に与える。

【００５５】上述の第１実施例および第２実施例のいず
れも、回生用通電装置９は、回生用電気コイル８が発生
する電力を電源２０に戻す電力回生タイプのものであ
り、電源２０に対して回生電力を戻す分、電磁撹拌に伴
なう電力損失が少い。

【００５６】この回生電力を電源２０に戻す回路を省略
することにより、電力損失低減効果はなくなるが、回生
用通電装置９はきわめて簡単な構成のものとしうる。例
えば、通電装置９を、比較的に電力容量が大きい可変抵
抗器として、これを電気コイル８に接続してもよい。こ
の場合、可変抵抗器で電気コイル８が短絡されるので、
可変抵抗器の抵抗値に逆対応する遮蔽効果が得られ、こ
の遮蔽効果を、可変抵抗器（の抵抗値を調整することに
より）で調整しうる。また、通電回路９のサイリスタブ
リッジ２２Ａ２の出力端に接続された平滑回路（２５Ａ
２，２６Ａ２）以降の電気回路を削除して、サイリスタ
ブリッジ２２Ａ２の出力端に抵抗器を接続してもよい。
これらの変形例では、きわめて簡易な電気回路で、遮蔽
効果の調整をしうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１実施例の構成を示すブ
ロック図であり、電磁モ−ルドは縦断面を示す。（ｂ）
は（ａ）の鋳型１及び回生用電気コイル８の部分の横断
面図である。

【図２】図１に示す電磁撹拌用電気コイル４と電源２
０の関係を示すブロック図である。

【図３】図２に示す電磁撹拌用通電装置５の構成を示
す電気回路図である。

【図４】図１に示す電力回生用電気コイル８と電源２
０との関係を示すブロック図である。

【図５】図４に示す電力回生用電源装置９の構成を示
す電気回路図である。

【図６】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図
であり、電磁モ−ルドは縦断面を示す。

【図７】図１および図６に示す撹拌用電気コイル４が
発生する磁束と回生用電気コイル８との関係を示す、電
磁モ−ルドの縦断面に相当する、ブロック図である。

【図８】電磁撹拌用電気コイル４により発生するピン
チ力１４を示す、従来の電磁ル−ルドの縦断面に相当す
る、ブロック図である。

【図９】（ａ）は従来の、スクリ−ン（シ−ルド）７
を備えた電磁モ−ルドの縦断面図であり、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ線横断面図である。

【符号の説明】

１：連続鋳造鋳型２：内壁（銅板）３：外壁（非磁性ステンレス板）４：電磁撹拌用電気コイル５：電磁撹拌用通電
装置６：電磁撹拌用コントロ−ラ７：スクリ−ン８：電力回生用電気コイル９：電力回生用通電
装置１０：電力回生用コントロ−ラ１１ａ〜１１ｄ：Ｃ
ＣＤカメラ１２：画像処理装置１３：コントロ−ラ１４：ピンチ力１５：溶鋼渦１６：励磁電流１７：励磁々束１８：誘起電流１９：誘起磁束２０：３相交流電源(３相電力線) ＭＭ：溶融金属（溶
鋼）ＭＳ：半溶融鋼ＰＷ：パウダＰ，Ｑ：単相交流出力端ＳＢ：鋳片ＳＦ：メニスカスＵ，Ｖ，Ｗ：電源接
続端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/115 B22D 11/11 B22D 11/16 104 B22D 11/04 311

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳型を周回する、鋳型内溶融金属の撹拌用
電気コイル、および、該電気コイルに交流を流す励磁通
電手段を備える溶融金属の流動制御装置において、前記撹拌用電気コイルよりも高い位置において、撹拌用
電気コイルが発生し前記溶融金属のメニスカスに波及す
る磁束ル−プと鎖交する回生用電気コイル；および、こ
の回生用電気コイルに回生電流を通電するための回生通
電手段；を備えることを特徴とする、溶融金属の流動制
御装置。
【請求項２】更に、回生用電気コイルの回生電流レベル
を制御するための手段；を備える、請求項１記載の、溶
融金属の流動制御装置。
【請求項３】鋳型を周回する、鋳型内溶融金属の撹拌用
電気コイル、および、該電気コイルに交流を流す励磁通
電手段を備える溶融金属の流動制御装置において、前記撹拌用電気コイルよりも高い位置において、撹拌用
電気コイルが発生し前記溶融金属のメニスカスに波及す
る磁束ル−プと鎖交する回生用電気コイル；該回生用電
気コイルに回生電流を通電するための回生通電手段；前
記溶融金属のメニスカス形状を検出するための計測手
段；および、該計測手段により検出したメニスカス形状に対応して前
記回生通電手段を介して回生電流レベルを制御するコン
トロ−ラ；を備えることを特徴とする、溶融金属の流動
制御装置。
【請求項４】計測手段は、メニスカスを撮影するカメ
ラ、および、該カメラが撮影した画像を処理しメニスカ
ス形状を判定する画像処理装置、を含む、請求項３記載
の、溶融金属の流動制御装置。
【請求項５】回生通電手段は、撹拌用電気コイルに電力
を供給するための電源と回生用電気コイルとの間を接続
する電力回生通電装置である、請求項１，請求項２，請
求項３又は請求項４記載の、溶融金属の流動制御装置。