JP3510101B2 - 溶融金属の流動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属を取り囲
む鋳型辺に配置した電気コイルにより溶融金属を撹拌駆
動し、更に制動手段によって、溶融金属下降流に制動磁
界を加える機能を合せ持つ溶融金属の流動制御装置に関
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。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し、電磁撹拌する提案（例えば特
開平１−２２８６４５号公報）、あるいは注湯ノズル３
０から鋳型内に流れ込む溶鋼下降流に制動を加えること
により、溶鋼中に含まれる介在物の低減を図る提案（例
えば特開平５−１７７３１７号公報）がある。

【０００３】図１０の（ａ）に、鋳型の垂直断面図を示
し、図１０の（ｂ）には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。図１０の
（ａ）の実線矢印で示すようにノズル３０から流出口１
９を通して鋳型内に溶鋼が流れ込み、鋳型短辺方向およ
びやや下方向に溶鋼流(１)，(２)，(３)，(４)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
る。上方に流れる溶鋼流(１)，(２)が、メニスカスでは
図１０の（ｂ）に実線矢印で示すように、ノズル３０に
向かう表層流を生ずる。この表層流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。

【０００４】そこで従来は、表層流(１)，(２)の起こす
表層流に対して、図９に示すように、鋳型長辺に沿って
鋳型の外側面に対向するリニアモ−タ３Ｆおよび３Ｌを
設け、図９の（ｂ）に点線矢印で示す方向の電磁駆動力
を溶鋼に与えて、図９の（ｃ）に２点鎖線矢印で示すよ
うな、鋳型内壁に沿う循環流を溶鋼の表層に生起しよう
としている。この循環流により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。

【０００５】−方、特開平５−１７７３１７号公報にて
提案されている方法では、鋳型長辺に沿ってメニスカス
近傍に電磁撹拌装置を配置し、かつ鋳型長辺に沿って鋳
型下端近傍に鋳型長辺の幅とほぼ等しい幅の一対の電磁
石を対向して設置し、その電気コイルには直流電流が流
される。その電磁石の発生する一定磁界（直流磁界）中
に流れる溶鋼にはフレミングの右手の法則に従がう起電
力が生じ、磁束を周回する電流が流れ、この電流と磁界
との相互作用により溶鋼に、その流れを止めようとする
制動力が働き、これが図１０の（ａ）に示す下方への溶
鋼流(３)，(４)を制動し、溶鋼流(３)，(４)に伴なう介
在物の下方への潜りこみを抑制する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一つの鋳型
の上部、すなわちメニスカス付近に電磁撹拌装置（リニ
アモ−タ）を配置し、鋳型の下部に電磁制動装置（電磁
ブレ−キ）を配置した場合に、溶鋼に対する両者の電磁
力が相互に作用し、湯面が不安定に振動する場合があ
る。例えば図８の（ａ）に、上部にリニアモ−タを配置
し、下部に電磁ブレ−キを配置した鋳型の拡大縦断面を
示す。該鋳型のリニアモ−タが鋳型内溶鋼に加える磁束
密度ＫＭ、及び電磁ブレ−キが鋳型内溶鋼に加える磁束
密度ＢＭを示し、磁束密度ＫＭと磁束密度ＢＭが電磁流
体相互干渉を起こす領域を、図８の（ａ）に２点鎖線の
円で示す。この電磁流体相互干渉は図８の（ｂ）に示す
様に、 ・リニアモ−タのみ動作させた場合には湯面の不安定振
動は発生しない， ・電磁ブレ−キのみ動作させた場合には湯面の不安定振
動は発生しない， ・リニアモ−タ及び電磁ブレ−キを動作させ、かつリニ
アモ−タの使用周波数をある値とした時にのみ、湯面の
不安定振動が発生する，ことが判った。

【０００７】（１）リニアモ−タが発生する電磁力Ｆｄ
は、 Ｆｄ＝Ｆ0＋Ｆac・ｓｉｎ（２ωｔ＋φd）・・・（１） 但し、Ｆ0：直流成分， Ｆac：リニアモ−タの通電電流の周波数の２倍の周波数
による交流成分， であり、通常はＦ0成分のみ考慮し、Ｆacは無視してい
る。

【０００８】（２）電磁ブレ−キが発生する電磁力Ｆｂ
は、 Ｆｂ＝Ｆｐ（ＢDC，ｕ） ・・・（２） 但し、Ｆｐ（ＢDC，ｕ）：直流成分， ＢDC：直流磁束密度， ｕ：流速， である。電磁力Ｆｂは、直流磁束密度ＢDCと流速ｕの関
数であり、Poisson式から導出した。

【０００９】（３）リニアモ−タ及び電磁ブレ−キの発
生する電磁力が同一空間にある場合、下記の如き電磁力
Ｆbdを発生する。

【００１０】 但し、Ｆｍ：リニアモ−タと電磁ブレ−キとの相互作用
によって新たに発生する電磁力。

【００１１】Ｆｍの持つ周波数は、（４）式に示すよう
にωｔであり、リニアモ−タの通電電流の周波数と同一
の周波数である。Ｆｍは１周期の時間平均値をとると零
となるので通常は無視される。

【００１２】（４）またＦｍは、 Ｆｍ＝ＪＫ＊ＢDC ＝ＪK0・ｓｉｎ（ωｔ＋φｍ）＊ＢDC・・・（４） であり、リニアモ−タと電磁ブレ−キの磁界が同一空間
に存在すると、リニアモ−タの通電電流の周波数の成分
の電磁力が発生することが判る。

【００１３】ところで、鋳型の相対向する長辺間の間隔
（内表面間距離）ａは、長辺に直交する方向の溶融金属
の特定の周波数の振動（代表的には溶鋼表面の波）に対
して相関々係にある。例えば、振動の周期Ｔ＝１／Ｆ
が、間隔ａの間を振動が伝播する時間ａ／ｖの２倍に合
致する（すなわちＴ＝２ａ／ｖである）と長辺で反射し
た振動が発生元の振動に重なって振動の増幅すなわち共
振を生ずる。ｖは、溶融金属表面に沿っての振動の伝播
速度である。このときの周波数Ｆを共振周波数という。

【００１４】図４に鋳型とその共振波形を模式的に示
す。図４に示す曲線は、鋳型内溶融金属表面のレベルを
示す。鋳型に溶鋼を満した状態で鋳型に振動を加えた場
合、例えば溶鋼の鋳型短辺方向の波立ちに着目すると、
この波立は、振動の波長ＷＬが間隔ａの２倍のとき、共
振により振幅が最大となり、図４の（ａ）に示す波は、
Ｔ／４後には、図４の（ｂ）に示す状態に、更にＴ／４
後には、（ｃ）に示す状態に、更にＴ／４後には（ｄ）
に示す状態になり、そして更にＴ／４後には（ａ）に示
す状態になる。すなわち溶融金属表面が大きく波立つ。
Ｔは振動の周期であり、振動の周波数をＦとすると、Ｔ
＝１／Ｆである。

【００１５】すなわち、リニアモ−タ及び電磁ブレ−キ
を同時に作動させた鋳型において、リニアモ−タの励磁
交流電流の周波数ｆが前記共振周波数と合致する場合に
は、上述のＦｍの効果による鋳型内溶融金属の振動が短
辺方向（長片に直交する方向）に共振を起し、溶鋼に大
きな波立ち（湯面変動）を生ずる（図４）。

【００１６】鋳型長辺方向にも共振周波数が存在する
が、長辺長さよりしてその共振周波数が低いので実質上
リニアモ−タで使用する励磁周波数の範囲外となる。実
際には短辺方向の波立ちが長辺方向にも影響する。

【００１７】図１４及び図１５は、リニアモ−タ及び電
磁ブレ−キを共に備えた鋳型において、両者を同時に作
動させた場合の湯面形状変化の一例を示す。縦軸は、鋳
型長辺内壁における溶鋼湯の盛り上がり高さを示し、横
軸は鋳型長辺の位置を示す。

【００１８】白色三角で示す線は、両電磁力印加後１２
０sec後の、ｘ軸位置０，＋２，＋１７ｃｍでの状態を
示し、黒色三角で示す線は、両電磁力印加後１４sec後
の、ｘ軸位置０，＋２，＋１７ｃｍでの状態を示す。ｘ
軸０の位置は、短辺の中心位置であり、ノズル３０は、
ｘ＝０，長辺方向位置＝０．５の位置にある。

【００１９】このようなＦｍによるメニスカスでの湯面
変動は、鋳型内壁に沿う整った溶鋼循環流を阻害し、メ
ニスカスから溶鋼中に介在物が侵入し、鋳片内部に捕捉
され、品質上の問題となる。

【００２０】以上は、長辺及び短辺よりなる、上方から
見て長方形である鋳型に関して説明したが、上記の「リ
ニアモ−タ及び電磁ブレ−キを動作させ、かつリニアモ
−タの使用周波数をある値とした時にのみ、湯面の不安
定振動が発生する」現象は、長方形の鋳型のみに発生す
るものではなく、例えば正方形で成る鋳型においても、
あるいは丸形で成る鋳型においても発生し得る。

【００２１】本発明は、溶融金属撹拌のための電磁力と
溶接金属制動のための磁界の相互作用による湯面動揺を
低減することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】（１）本発明は、鋳型(M
D)，これに溶融金属を注入するノズル，前記鋳型の外側
にある電気コイル(CF1〜36,CL1〜36/CS1〜24)、および
該電気コイルの近くにおいて鋳型内溶融金属に制動磁界
を加える制動手段(4,20VD)、を備える溶融金属の流動制
御装置において、 Ｆ＝１／√［２π（λ／２）／ｇ］， λ：前記鋳型の幅， ｇ：重力の加速度、 なる共振周波数Ｆ以上の周波数ｆの、前記鋳型内の溶融
金属に鋳型に沿うように電磁力を与えるための位相差が
ある交流電流を、前記電気コイルのそれぞれに通電する
電気コイル通電手段(20F1,20F2)、を備えることを特徴
とする。

【００２３】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の記号を、参
考までに付記した。

【００２４】このＦ＝１／√［２π（λ／２）／ｇ］以
上の周波数ｆは、間隔がλ／２の時の共振周波数以上で
あるので、間隔λの時の共振周波数Ｆλ＝１／√［２π
（２λ）／ｇ］の２倍以上の周波数であって、間隔λに
共振しない。したがって、大きな湯面振動を生じない。
すなわち湯面レベルが安定する。

【００２５】（２）鋳型(MD)は、溶融金属を取り囲む１
対の長辺(11F,11L)及び１対の短辺14R,14L)を持つ４辺
形の鋳型であり、前記λが前記１対の長辺間の間隔ａで
ある。したがって、リニアモ−タ通電手段(20F1,20F2)
は、 Ｆ＝１／√［２π（ａ／２）／ｇ］ ・・・
（５） ａ：前記１対の長辺間の間隔， ｇ：重力の加速度、 なるＦ以上の周波数ｆの、前記鋳型内の溶融金属に前記
長手方向に沿う推力を与えるための位相差がある交流電
流を、前記電気コイルのそれぞれに通電する。

【００２６】（３）前記電気コイル(CF1〜36,CL1〜36/C
S1〜24)はリニアモ−タ(3F,3L/3S)を構成する複数個で
あって、前記電気コイル通電手段(20F1,20F2)は電気コ
イルのそれぞれに全体として進行磁界を発生する交流電
流を通電する、上記（１）又は（２）記載の溶融金属の
流動制御装置。

【００２７】（４）前記電気コイル通電手段は、各電気
コイルに単相交流を印加する、上記（１），（２）又は
（３）記載の溶融金属の流動制御装置。

【００２８】（５）前記リニアモ−タは、２極の極数の
リニアモ−タである。

【００２９】リニアモ−タの通電電流の周波数を高くす
ると、これに伴って溶融金属に与える推力が低下する。
図１６に、周波数と推力の関係を示す。

【００３０】そこで本発明の実施例では、周波数を高く
することによる推力低下を、リニアモ−タの極数を下げ
ることにより補償した。すなわち、従来は４極のリニア
モ−タにｆ＝１．８Ｈｚの電流を通電していたが、これ
を２極のリニアモ−タにｆ＝３．４Ｈｚの電流を通電す
るものに変更した。これにより、リニアモ−タを４極の
ままとして電流の周波数を１．８Ｈｚから３．４Ｈｚに
変更すると、リニアモ−タの推力は図１６に示すように
ＤＦｎの低下を示すが、本発明によりリニアモ−タを４
極から２極に変更することにより、推力低下は図１６に
ＤＦｉとして示すやや少い低下に留まる。

【００３１】この理由を説明すると、１つの鋳型辺に沿
うリニアモ−タのスロット（電気コイルを巻回（挿入）
する溝）を配列ピッチをτｓ，スロット数をｎ，リニア
モ−タの鋳型辺に沿う長さをＬ，およびコイルに通電す
る交流の相数をＭ（通常Ｍ＝３），ポ−ルピッチをτ
ｐ，および極数をＮとすると、 Ｌ＝τｓ×ｎ ・・・（６） ＝τｐ×Ｎ ・・・（７） τｐ＝ｍ×τｓ ・・・（８） ｍ＝ｎ／Ｍ ・・・（９） なる関係にある。電磁力を大きくするには漏れインダク
タンス成分を小さくするのが良く、この為ポ−ルピッチ
τｐを大きくする。すなわち（８）式より配列ピッチτ
ｓを大きくする。Ｌは一定長であるので、（６），
（７）式よりｎ，Ｎは小となる。本発明では極数Ｎ＝２
とした。この様にポ−ルピッチτｐを大きくすると電磁
力は大きく、かつ溶鋼迄リニアモ−タの推力を溶鋼迄到
達させることが出来る。

【００３２】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。

【００３３】

【実施例】−第１実施例− 図１に、本発明の第１実施例のリニアモ−タ３Ｆ（第１
電磁石），リニアモ−タ３Ｌ（第２電磁石）及び電磁ブ
レ−キ４（第３電磁石）を備えた連続鋳造鋳型の縦断面
を示す。鋳型には、注湯ノズル３０を通して溶鋼が、上
方から下方（垂直方向ｚ）に向けて注入され、また溶鋼
ＭＭのメニスカス（表面）はパウダＰＷで覆われてい
る。鋳型ＭＤは図示しない水箱ならびに鋳型内水流路に
流れる冷却水で冷却され、溶鋼ＭＭは鋳型ＭＤ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ＭＭが注がれるので、
鋳型内には常時溶鋼ＭＭがある。鋳型の上部には電磁ブ
レ−キ４が設けられており、溶鋼下降流に対して電磁制
動力を与える。電磁ブレ−キ４の下方に鋳型長辺１１
Ｆ，１１Ｌの外側面に沿って、２個のリニアモ−タ３
Ｆ，３Ｌが設けられており、これらが、鋳型内溶鋼に、
水平面に平行な面上で旋回する旋回流となるように、電
磁推力を与える。

【００３４】図２に、図１に示す鋳型ＭＤのII−II線断
面を示す。図２中の、１１Ｆ及び１１Ｌは連続鋳造鋳型
の第１及び第２長片であり、１４Ｒおよび１４Ｌは長さ
ａを持つ第１および第２短片である。すなわち第１およ
び第２短片の長さａは鋳型の幅λと等しい。本実施例に
おいて使用した鋳型ＭＤの短辺長さａは、２８６ｍｍの
ものである。従って該鋳型の短辺長さａと短辺方向固有
共振波長ＷＬの関係は、図４に示すように、ａ＝ＷＬ／
２であるので、該鋳型の短辺方向の固有共振波長ＷＬ
は、 ＷＬ＝２ａ＝２×２８６＝５７２ｍｍ ・・・（１
０） である。

【００３５】これら長辺及び短辺が囲む空間に、注湯ノ
ズル３０を通して溶鋼が、図２紙面の表面から裏面に向
けて（垂直方向ｚで上方から下方に）、注入される。各
片（１１Ｆ，１１Ｌ，１４Ｒ，１４Ｌ）は銅板（１３
Ｆ，１３Ｌ，１５Ｒ，１５Ｌ）に非磁性体ステンレス板
（１２Ｆ，１２Ｌ，１６Ｒ，１６Ｌ）を裏当したもので
ある。この実施例では、鋳型内の溶鋼を、３相リニアモ
−タ３Ｆで長片１１Ｆに沿って左から右に（−ｙから＋
ｙの方向に）３相リニアモ−タ３Ｌで長片１１Ｌに沿っ
て右から左に（＋ｙから−ｙの方向に）駆動するため
に、鋳型（ＭＤ）内の溶鋼の上側面に対向してリニアモ
−タ３Ｆの電気コイル、及びリニアモ−タ３Ｌの電気コ
イルが、注湯ノズル３０を中心にして対向して配置され
ている。

【００３６】電磁石コア１７Ｆには３６個のスロットが
あり、スロットのそれぞれに電気コイルＣＦ１〜ＣＦ３
６が挿入されている。なお、電磁石コア１７Ｆおよび電
気コイルＣＦ１〜ＣＦ３６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。電磁石コア１７Ｆは内側面にスロットがあ
る櫛形であり、各スロットに電気コイルが挿入され、ス
ロット間が磁極でありその内側端面が、連続鋳造鋳型
（ＭＤ）内の溶鋼に対向している。

【００３７】電気コイルはコア１７Ｆに対して胴巻きで
ある。リニアモ−タ３Ｌもリニアモ−タ３Ｆと同様な構
造であり、電磁石コア１７Ｌには３６個のスロットがあ
り、スロットのそれぞれに電気コイルＣＬ１〜ＣＬ３６
が挿入されているが、発生する推力方向はリニアモ−タ
３Ｆと逆方向である。リニアモ−タ３Ｆ及び３Ｌは、図
９の（ｂ）の点線矢印で示す推力を溶鋼ＭＭに与えよう
とするものである。

【００３８】図３には図１のIII−III線拡大断面、すな
わち電磁ブレ−キ４を水平に破断した断面を示す。電磁
ブレ−キ４は、鋳型上部を上方から下方に通過する溶鋼
に対して電磁力を加え、溶鋼下降突出流に対して制動力
を与える。電磁ブレ−キ４は鋳型を水平に挾む様に配置
されており、電磁ブレ−キ４の電磁石は鋳型長片１１
Ｆ，１１Ｌの幅とほぼ等しい幅であり、その磁極４Ａ
Ｆ，４ＡＬを、鋳型長片１１Ｆ，１１Ｌを間に置いて対
向させて設け、該磁極の外周にコイル４ＣＦ，４ＣＬを
巻回してある。又、左右のヨ−ク４ＢＬ，４ＢＲにて左
右の磁極を結び、閉磁路を形成している。従って電磁ブ
レ−キ４は、磁極４ＡＦと４ＡＬ間に水平方向（図３の
ｘ軸方向）に磁界を印加し、溶鋼ＭＭはこの水平磁界中
を下降（ｚ軸方向）する。水平磁界を導体である溶鋼が
横切るので、この溶鋼には、その移動を止めようとする
電磁制動力が加わる。

【００３９】図５に、図２に示すリニアモ−タ３Ｆの第
１グル−プの電気コイルＣＦ１〜ＣＦ３６、及びリニア
モ−タ３Ｌの電気コイルＣＬ１〜ＣＬ３６の結線および
電源回路２０Ｆ１との接続態様を示す。

【００４０】図５に示すリニアモ−タ３Ｆ及び３Ｌの結
線は２極（Ｎ＝２）のものであり、電気コイルに３相交
流（Ｍ＝３）を通電する。例えば、リニアモ−タ３Ｆの
第１グル−プの電気コイルＣＦ１〜ＣＦ３６は、図５で
はこの順に、ｕ，ｕ，ｕ，ｕ，ｕ，ｕ，Ｖ，Ｖ，Ｖ，
Ｖ，Ｖ，Ｖ，ｗ，ｗ，ｗ，ｗ，ｗ，ｗ，Ｕ，Ｕ，Ｕ，
Ｕ，Ｕ，Ｕ，ｖ，ｖ，ｖ，ｖ，ｖ，ｖ，Ｗ，Ｗ，Ｗ，
Ｗ，Ｗ，Ｗと表わしている。

【００４１】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度の位相づれ通電）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Ｕ１１，Ｖ１１およびＷ１１は、第
１リニアモ−タ３Ｆの電気コイルＣＦ１〜ＣＦ３６の電
源接続端子であり、端子Ｕ１２，Ｖ１２およびＷ１２
は、第２リニアモ−タ３Ｌの電気コイルＣＬ１〜ＣＬ３
６の電源接続端子である。

【００４２】図６に、第１リニアモ−タ３Ｆの電気コイ
ルＣＦ１〜ＣＦ３６に３相交流を流す、電源回路２０Ｆ
１の構成を示す。３相交流電源（３相電力線）２１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３相交流形成用のパワ−トランジスタブリッジ２７
Ａ1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Ｕ１１及びＵ１２に、Ｖ相が電源
接続端子Ｖ１１及びＶ１２に、またＷ相が電源接続端子
Ｗ１１及びＷ１２に印加される。

【００４３】第１リニアモ−タ３Ｆの電気コイルＣＦ１
〜ＣＦ３６が、図５に点線矢印で示す推力を発生するコ
イル電圧指令値ＶdcＡ１がオペレ−タにより位相角α算
出器２４Ａ１に与えられ、位相角α算出器２４Ａ１が、
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、これを表わす信号をゲ−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。

【００４４】これにより、トランジスタブリッジ２７Ａ
１には、指令値ＶdcＡ１が示す直流電圧が印加される。

【００４５】一方、３相信号発生器３１Ａ１は、周波数
指令値Ｆdcで指定された周波数(この実施例では３．４
Ｈｚ）の、定電圧３相交流信号を発生して、比較器２９
Ａ１に与える。比較器２９Ａ１にはまた、三角波発生器
３０Ａ１が３ＫＨｚの、定電圧三角波を与える。比較器
２９Ａ１は、Ｕ相信号が正レベルのときには、それが三
角波発生器３０Ａ１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２８Ａ１に出力し、Ｕ相信号が負レベ
ルのときには、それが三角波発生器３０Ａ１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２８Ａ１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２８Ａ１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２７Ａ１の各トランジスタをオン，オフ付勢する。

【００４６】これにより、電源接続端子Ｕ１１及びＵ１
２には、３相交流のＵ相電圧、すなわち単相交流が出力
され、電源接続端子Ｖ１１及びＶ１２に同様なＶ相電
圧、すなわち１２０°位相がづれた単相交流が出力さ
れ、また電源接続端子Ｗ１１及びＷ１２に同様なＷ相電
圧、すなわち２４０°位相がづれた単相交流が出力さ
れ、これらの電圧の上ピ−ク／下ピ−ク間レベルは、コ
イル電圧指令値ＶdcＡ１で定まる。

【００４７】ここで周波数指令値Ｆdcについて説明す
る。鋳型が持つ、間隔ａ対応の固有共振周期Ｔ、及び固
有共振周波数Ｆは下式で示される。

【００４８】 Ｔ＝√（４πａ／ｇ） ・・・（１１） Ｆ＝１／Ｔ ・・・（１２） 前述（１）式の如く、本実施例で使用した鋳型の短辺長
さａは２８６ｍｍであり、鋳型短辺方向の固有共振波長
ＷＬは５７２ｍｍである。この固有共振波長ＷＬ＝５７
２ｍｍの周期Ｔは、 Ｔ＝√[(2×3.14×0.572)/9.8]≒０．６［秒］・・・
（１３） 従って固有共振周波数Ｆは、 Ｆ＝１／０．６≒１．７［Ｈｚ］ ・・・（１
４） である。従って若し、周波数指令値Ｆdcが、電源出力周
波数１．７Ｈｚ相当の値であると、この出力で励磁した
リニアモ−タを電磁ブレ−キと共に使用した際には、電
磁流体相互干渉により、湯面が波立つ。なお、従来は
１．８Ｈｚとしていた。

【００４９】そこで本実施例では、Ｆ＝１／√［２π
（ａ／２）／ｇ］により、リニアモ−タの通電電流の周
波数ｆを３．４Ｈｚとした。実際の長辺間隔ａは０．２
８６ｍであり、その共振周波数が１．７Ｈｚであるの
で、間隔ａ＝０．２８６ｍに共振する振動（波）を生じ
ない。すなわち例え電磁制動用電磁石を同時に作動させ
ても、電磁流体相互干渉による湯面の波立ちは発生しな
い。

【００５０】この実施例では周波数指令値Ｆdcにより
３．４Ｈｚの周波数を持つ３相電圧を出力する。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３．４Ｈｚの３相交流電圧が、図２および
図５に示す第１リニアモ−タ３Ｆの電気コイルＣＦ１〜
ＣＦ３６、及び第２リニアモ−タ３Ｌの電気コイルＣＬ
１〜ＣＬ３６に３相交流を流す。第２リニアモ−タ３Ｌ
の電気コイルＣＬ１〜ＣＬ３６の結線は第１リニアモ−
タ３Ｆのそれとは異なっているので、第１リニアモ−タ
３Ｆに比較して方向反対、大きさ同一である推力を溶鋼
に与える。

【００５１】図７に電磁ブレ−キ４の電気コイル結線、
および電源回路２０ＶＤの電気回路を示す。電磁ブレ−
キ４の電気コイル４ＣＦ及び４ＣＬには、直流電源２０
ＶＤより直流が供給され、鋳型内溶鋼に対し一定方向、
すなわち鋳型長辺に直交する方向に均一な水平磁界を印
加する。

【００５２】直流電源２０ＶＤの電力入力である３相交
流電源（３相電力線）２１は直流整流用のサイリスタブ
リッジ２２Ｄ1が接続されており、その出力（脈流）は
インダクタ２５Ｄ1およびコンデンサ２６Ｄ1で平滑化さ
れる。平滑化された直流電圧は図５の（ｂ）に示す電磁
ブレ−キの端子４Ｐ，４Ｍに印加される。

【００５３】電磁ブレ−キ４の電気コイル４ＣＦ，４Ｃ
Ｌが、溶鋼下降流を抑制する制動力を発生する為のコイ
ル電圧指令値ＶdcＤ３は、オペレ−タにより位相角α算
出器２４Ｄ１に与えられ、位相角α算出器２４Ｄ１が、
指令値ＶdcＤ３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２３Ｄ１に与える。ゲ−トドライバ２３Ｄ１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。

【００５４】これにより、電源回路２０ＶＤの端子ＶＤ
には、指令値ＶdcＤ３が示す直流電圧が出力される。

【００５５】−第２実施例− 図１１に、本発明の第２実施例の、第３リニアモ−タ３
Ｓ及び電磁ブレ−キ４（図示せず）を備えた連続鋳造鋳
型の横断面を示す。正方形で成る鋳型ＭＤには、図示し
ない注入ノズル３０を通して溶鋼が、上方から下方（垂
直方向ｚ）に向けて注入される。その鋳型の上部分に
は、図示しない電磁ブレ−キ４が設けられており、溶鋼
下降流に対して電磁制動力を与える。電磁ブレ−キ４の
下方には、第３リニアモ−タ３Ｓが鋳型ＭＤ各辺を取り
囲む形状で配置されており、これが溶鋼ＭＭに電磁力を
与える。リニアモ−タ３Ｓは第１実施例で使用したもの
と大略同様のものを、正方形で成る鋳型ＭＤを取り囲む
形状として取付けたもので、リニアモ−タ３Ｓの始端と
終端が連続した形となっている。鋳型ＭＤを取り囲む形
状の電磁石コア１７Ｓのスロットそれぞれに、鋳型ＭＤ
各辺当り６個、合計２４個のコイルＣＳ１〜ＣＦ２４を
胴巻きにしてあり、全体として２極リニアモ−タとして
作動する。

【００５６】図１２にコイル間結線及び電源回路２０Ｆ
１との接続態様を示す。該スロット間の突出部が磁極と
なり鋳型ＭＤ内側に向って突出しており、鋳型ＭＤ内の
溶鋼ＭＭに移動磁界を加え、該溶鋼に撹拌駆動推力を与
える。

【００５７】正方形で成る鋳型ＭＤの鋳型幅（一辺の長
さ）はλであるので、鋳型が持つ、鋳型幅λ対応の固有
共振周期Ｔ、及び固有共振周波数Ｆは下式で示される。

【００５８】 Ｔ＝√（４πλ／ｇ） ・・・（１５） Ｆ＝１／Ｔ＝１／√（４πλ／ｇ）・・・（１６） 従って若し、第３リニアモ−タ３Ｓを上記Ｆで励磁し、
かつ電磁ブレ−キ４と共に使用した際には、電磁流体相
互干渉により、湯面が波立ち易い。

【００５９】そこで本第２実施例では、Ｆ＝１／√［２
π（λ／２）／ｇ］により、リニアモ−タの励磁周波数
ｆを（１６）式で示す周波数Ｆの２倍の周波数とした。
従って鋳型幅λを持つ正方形鋳型ＭＤに共振する振動
（波）は生じない。すなわち例え電磁制動用電磁石４を
同時に作動させても、電磁流体相互干渉による湯面の波
立ちは発生しない。上述以外の部分は第１実施例と同様
であるので説明は省略する。

【００６０】−第３実施例−図１３に、本発明の第３実
施例の、第３リニアモ−タ３Ｓ及び電磁ブレ−キ４（図
示せず）を備えた連続鋳造鋳型の横断面を示す。円筒形
の鋳型ＭＤには、図示しない注入ノズル３０を通して溶
鋼が、上方から下方（垂直方向ｚ）に向けて注入され
る。鋳型ＭＤの上部分に装備された図示しない電磁ブレ
−キ４の下方に、正方形々状の第３リニアモ−タ３Ｓ
が、円筒形の鋳型ＭＤを取り囲む様に配置されており、
これが溶鋼ＭＭに電磁推力を与える。第３リニアモ−タ
３Ｓは第２実施例で使用したものと同様のものである。
鋳型ＭＤの上部分に装備された電磁ブレ−キ４は、溶鋼
下降流に対して電磁制動力を与える。

【００６１】円筒形の鋳型ＭＤの鋳型幅（鋳型の直径）
はλであるので、鋳型ＭＤが持つ、鋳型幅λ対応の固有
共振周期Ｔ、及び固有共振周波数Ｆは下式で示される。

【００６２】 Ｔ＝√（４πλ／ｇ） ・・・（１７） Ｆ＝１／Ｔ＝１／√（４πλ／ｇ）・・・（１８） 従って若し、第３リニアモ−タ３Ｓを上記Ｆで励磁し、
かつ電磁ブレ−キ４と共に使用した際には、電磁流体相
互干渉により、湯面が波立ち易い。

【００６３】そこで本第３実施例では、Ｆ＝１／√［２
π（λ／２）／ｇ］により、リニアモ−タの励磁周波数
ｆを（１８）式で示す周波数Ｆの２倍の周波数とした。
従って鋳型幅λを持つ円形鋳型に共振する振動（波）は
生じない。すなわち例え電磁制動用電磁石４を同時に作
動させても、電磁流体相互干渉による湯面の波立ちは発
生しない。上述以外の部分は第１実施例及び第２実施例
と同様であるので説明は省略する。

【００６４】なお、図１には、一本の注湯ノズル３０で
鋳型ＭＤに溶鋼を注入する態様を示したが、図１７に示
すように、２本の注湯ノズル３０ａ，３０ｂで、あるい
はそれ以上の数の注湯ノズルで、異なる深さに溶鋼を注
入するのが、メニスカスレベルの動揺を小さくする上
で、また、溶鋼下降流の制動効果を高くしかつリニアモ
−タによる溶鋼撹拌効果を高くする上で、好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例の制御対象の連続鋳造用
の長方形で成る鋳型，リニアモ−タ，注湯ノズル３０及
び電磁ブレ−キを示す縦断面図である。

【図２】 図１のII−II線断面を示し、鋳型及びリニア
モ−タの拡大横断面図である。

【図３】 図１のIII−III線断面を示し、電磁ブレ−キ
を水平に破断した拡大横断面図である。

【図４】 鋳型の長辺間隔ａに対する共振波長を示す模
式図であり、鋳型の垂直横断面での湯面レベルを誇張し
て示す。

【図５】 図２に示すリニアモ−タの電気コイルの結線
を示す電気回路図である。

【図６】 図２に示すリニアモ−タの電気コイルに３相
交流電圧を印加する第１電源回路を示す電気回路図であ
る。

【図７】 図２に示す電磁ブレ−キ用電磁石の電気コイ
ルの結線、及び電気コイルに直流電圧を印加する第２電
源回路を示す電気回路図である。

【図８】 （ａ）は電磁撹拌装置及び電磁ブレ−キを動
作させた時に鋳型中に発生する磁束密度分布と、電磁流
体相互干渉領域を示すグラフであり、（ｂ）は該鋳型の
操業状況を示す表である。

【図９】 （ａ）は、鋳型内溶鋼のメニスカスにおけ
る、注湯ノズルからの溶鋼注入により生ずる表層流を示
す平面図、（ｂ）はリニアモ−タ３Ｆ，３Ｌが溶鋼に加
える推力を点線矢印で示す平面図、（ｃ）は注湯ノズル
からの溶鋼注入により生ずる表層流とリニアモ−タの推
力により生ずる表層流とのベルトル和を２点鎖線矢印で
示す平面図である。

【図１０】 （ａ）は鋳型内溶鋼の断面図でノズルから
の注入溶鋼流を示し、（ｂ）は鋳型内溶鋼のメニスカス
における表層流（溶鋼注入によるもの）を示す平面図で
ある。

【図１１】 本発明の第２実施例の制御対象の連続鋳造
用の正方形で成る鋳型及び第３リニアモ−タ３Ｓを示す
横断面図である。

【図１２】 図１１に示す第３リニアモ−タ３Ｓの電気
コイルの結線を示す電気回路図である。

【図１３】 本発明の第３実施例の制御対象の連続鋳造
用の円筒形で成る鋳型及び第３リニアモ−タ３Ｓを示す
横断面図である。

【図１４】 電磁撹拌装置及び電磁ブレ−キを備えた鋳
型において、両者を同時に作動させた時に鋳型内壁での
湯面形状の変化（波立ち）を示すグラフである。

【図１５】 電磁撹拌装置及び電磁ブレ−キを備えた鋳
型において、両者を同時に作動させた時に鋳型内壁での
湯面形状の変化（波立ち）を示すグラフである。

【図１６】 リニアモ−タの極数および通電電流周波数
と、リニアモ−タが溶鋼に与える推力の関係を示すグラ
フである。

【図１７】 本発明の第１実施例の、他の１つの制御対
象の連続鋳造用の長方形で成る鋳型，注湯ノズル３０
ａ，３０ｂ，リニアモ−タ，及び電磁ブレ−キを示す縦
断面図である。

【符号の説明】

１：内壁 ２：外壁 ４：電磁ブレ−キ １７Ｆ：第１リニアモ−タ・コア １７Ｌ：第２リニアモ−タ・コア １７Ｓ：第３リニアモ−タ・コア １９：流出口 ３０，３０ａ，３０ｂ：注湯ノ
ズル ＣＦ１〜ＣＦ３６：第１リニアモ−タの電気コイル ＣＬ１〜ＣＬ３６：第２リニアモ−タの電気コイル ＣＳ１〜ＣＳ２４：第３リニアモ−タの電気コイル １３Ｆ，１３Ｌ，１５Ｌ，１５Ｒ：銅板 １２Ｆ，１２Ｌ，１６Ｌ，１４６：非磁性ステンレス板 ４ＡＦ，４ＡＬ：電磁ブレ−キ・コア ４ＢＦ，４ＢＬ：電磁ブレ−キ・ヨ−ク ４ＣＦ，４ＣＬ：電磁ブレ−キ・コイル １１Ｆ，１１Ｌ：長片 １４Ｒ，１４Ｌ：短片 ２０Ｆ１，２０ＶＤ：電源回路 ３Ｆ，３Ｌ，３Ｓ：リニアモ−タ ａ：短辺長さ Ｃ：ケ−シング Ｇ：空隙 ＭＤ：鋳型 ＭＭ：溶鋼（溶融金属） ＰＷ：パウダ ＳＢ：鋳片 U11,V11,W11／U12,V12,W12,4P,4M：電源接続端子 λ：鋳型幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/04 311 B22D 11/16 B22D 27/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳型，これに溶融金属を注入するノズル，
   前記鋳型の外側にある電気コイルおよび該電気コイルの
   近くで、その上方置いた鋳型内溶融金属に制動磁界を加
   える制動手段、を備える溶融金属の流動制御装置におい
   て、 Ｆ＝１／√［２π（λ／２）／ｇ］， λ：前記鋳型の幅， ｇ：重力の加速度、 なる共振周波数Ｆ以上の周波数ｆの、前記鋳型内の溶融
   金属に鋳型に沿うように電磁力を与えるための交流電流
   を、前記電気コイルに通電する電気コイル通電手段、を
   備えることを特徴とする溶融金属の流動制御装置。
2. 【請求項２】鋳型は、溶融金属を取り囲む１対の長辺及
   び１対の短辺を持つ４辺形の鋳型であり、前記λが前記
   １対の長辺間の間隔ａ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】前記電気コイルはリニアモ−タを構成する
   複数個であって、前記電気コイル通電手段は電気コイル
   のそれぞれに全体として進行磁界を発生する交流電流を
   通電する、請求項１又は請求項２記載の溶融金属の流動
   制御装置。
4. 【請求項４】前記電気コイル通電手段は、前記電気コイ
   ルに単相交流を印加する、請求項１，請求項２又は請求
   項３記載の溶融金属の流動制御装置。