JP3687289B2 - 取鍋に装着する電磁撹拌機の単位極構成 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、取鍋に装着する電磁撹拌機の極構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２（Ａ）と（Ｂ）に、リニアモータ方式（ＬＩＭ式）の電磁撹拌機の極構成を、図３の（Ａ）から（Ｆ）には、半円形式の倒立台形の取鍋６に、ほぼ平行に階段状の鉄心１が複数個組まれ、これらの鉄心に垂直にコイル２ｃが、または取鍋６の外皮７の傾きに沿ってコイル２ａが配列され、 各極に三相電源を通じると移動磁界が発生するように配置されている。
図２（Ａ）に示すように耐火物で構成された取鍋の両側に、または図２（Ｂ）と図３（Ａ）〜（Ｆ）に示すように電磁撹拌機が片側に配置される。
比較的大型の溶解装置では、溶解炉で溶解した金属、あるいは合金の溶湯を鋳型に鋳込む際に、溶解炉の溶湯を鋳型まで運び鋳込むための中間容器として取鍋６を使用する。
取鍋は、外壁である外皮が通常鋼板、ステンレス鋼、または撹拌機の対向部のみをステンレス鋼としたものが作られ、また溶湯９と接する内壁部８は通常耐火物製のレンガで内張りされて断熱構造にされ、保持している溶湯が容易に冷却し凝固しない構造にされている。
しかしながら、取鍋は溶解炉中の溶湯を収容し、鋳型まで運び鋳込むためのものであり、特別の撹拌手段が装着される以前の取鍋としては撹拌手段を持たなかったために、溶解炉からの出湯温度が低い場合、あるいは取鍋内での溶湯の保持時間が長い場合には、溶湯が局部的に冷却して凝固したり、溶湯中の合金成分の質量の違いによる不均質化つまり予期しない濃度分布による偏析を生じていた。上記のような局部的な凝固や濃度分布の発生による偏析を防止するため、取鍋６内の溶湯９を撹拌する種々の手段が講じられている。
これら手段の１つである電磁撹拌装置は、取鍋の外周に配置した鉄心１に巻回したコイル２ａ、２ｃに交番電流を通電して溶湯中に侵入する交番磁界を発生させて、渦電流の作用により溶湯を撹拌するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の取鍋の有する欠点としては、極形状、コイル位置などにより、溶湯内の磁束密度Ｂ、電源容量Ｑなどが大幅に変化し、これらを所望の設計基準を満たすように設定することが困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記のように、溶湯内の磁束密度Ｂ、電源容量Ｑなどが大幅に変化して、これらを所望の設計基準を満たすように設定することが困難だった単位極構成を次のようにして決定する。
取鍋に配置する電磁撹拌機の単位極構成は、図２（Ａ）に示すように平面図として示す両側対向式の場合と、図２（Ｂ）に示すように斜視図による片側配置方式の場合と、図３（Ａ）に平面図として示す半円方式の各々の場合がある。
しかし、本願考案の単位極構成では、取鍋の深さ、取鍋の長辺の長さ、傾斜角などの可変条件は電磁撹拌機の深さと、取鍋の長辺の長さ、あるいは半径、傾斜角に応じて電磁撹拌機の深さと、数量を変更すればよいので、単位極構成としては平面図としてのポールの突出量をＤ₀とし、ポールの先端からコイルの中心までの距離をＤ₁、各コイルの鉄心に平行な幅と鉄心に垂直な幅を共にＤ₂、ポールの鉄心に平行な幅をＤ₃とし、これらの数値を比の値として示すことにより、殆ど全ての実存する取鍋と電磁撹拌機について実際に対応して決定できる。
このような条件のもとに、
（１）溶湯内の検査点のＢを最大にする。なお、Ｂは溶湯内の任意の位置における磁束密度である。
（２）電源容量Ｑを最小にする。
（３）Ｂ／Ｑを最大にする。
（４）磁気効率Ｂ²／Ｑを最大にする。
以上、（１）から（４）のいずれかを選択することにより、 長方形断面を有する各種形状の取鍋に装着する電磁撹拌機の寸法を設定できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の前述の単位電磁撹拌機のポールとコイルのみを図１に示す。
ポールの水平方向の幅をＤ₃、コイルの水平方向と溶湯に向かっての幅をＤ₂とし、ポールの先端からコイル中心位置までの距離をＤ₁、ポールの突出量をＤ₀としての関係を、各場合により次のように設定する。
Ｄ₀：Ｄ₁：Ｄ₂：Ｄ₃＝１：ｋ₁：ｋ₂：ｋ₃と表すと、
（１）溶湯内のＢを最大にする場合、
0.7≦ｋ₁≦0.8、 0.3≦ｋ₂≦0.4、0.55≦ｋ₃≦0.65
（２）電源容量Ｑを最小にする場合、
0.15≦ｋ₁≦0.3、0.25≦ｋ₂≦0.35、0.35≦ｋ₃≦0.5
（３）電源容量に対する溶湯内の磁束密度の比Ｂ／Ｑを最大にする場合、
0.2≦ｋ₁≦0.3、 0.3≦ｋ₂≦0.4、 0.45≦ｋ₃≦0.55
（４）磁気効率Ｂ²／Ｑを最大にする場合、
0.2≦ｋ₁≦0.3、 0.3≦ｋ₂≦0.4、 0.5≦ｋ₃≦0.6
【０００６】
前述の極構成は、磁界解析のシミュレーションにより各場合の最適な極構成を求めたものである。
最適値と、それ以外の任意の構成をケース１、ケース２として比較し、最適値が発明の構成になっていることを示す。

【０００７】
【発明の効果】
極構成をＤ₀：Ｄ₁：Ｄ₂：Ｄ₃＝１：ｋ₁：ｋ₂：ｋ₃にすることにより、
Ｂ、Ｂ／Ｑ、Ｂ²／Ｑの最大化と、Ｑの最小化ができ、これらを目標とするとき電磁効率の良い設計が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態としての、電磁撹拌機の極構成を示す平面図である。
【図２】従来技術におけるリニアモータ（ＬＩＭ）式電磁撹拌機を示すもので、同図（Ａ）は両側対向式を示す平面図で、同図（Ｂ）は片側式の配置を示す斜視図である。
【図３】同図は従来技術における半円形式電磁撹拌機を示す図であり、同図（Ａ）は撹拌機のみを示す上面図、同図（Ｂ）から（Ｅ）はそれぞれ撹拌機と取鍋の位置関係を示す側面図で、同図（Ｆ）は極構成を示す上面図である。
【符号の説明】
１：鉄心
２：コイル
５：ポールの先端
１１：環状部
１２：ポール
Ｄ₀：ポールの突出量
Ｄ₁：ポールの突出端からコイルの中心までの距離
Ｄ₂：コイルの幅
Ｄ₃：ポールの水平方向の幅
ｋ₁、ｋ₂、ｋ₃：定数

Claims (4)

1. 鉄心の内周から炉体の外周に向かって突出するポールの突出量をＤ0、ポールの先端から各コイルの中心までの距離をＤ1、各コイルの水平方向の幅をＤ2、各ポールの水平方向の幅をＤ3とし、
   Ｄ0：Ｄ1：Ｄ2：Ｄ3＝１：ｋ1：ｋ2：ｋ3とするとき、
   ｋ1、ｋ2、ｋ3が、0.7≦ｋ1≦0.8、0.3≦ｋ2≦0.4、0.55≦ｋ3≦0.65となる組み合わせとしたことを特徴とする取鍋に装着する電磁撹拌機の単位極構成。
2. 請求項１記載の電磁撹拌機の極構成において、
   前記のｋ1、ｋ2、ｋ3を0.15≦ｋ1≦0.3、 0.25≦ｋ2≦0.35、0.35≦ｋ3≦0.5の組み合わせとしたことを特徴とする取鍋に装着する電磁撹拌機の単位極構成。
3. 請求項１記載の電磁撹拌機の極構成において、
   前記のｋ1、ｋ2、ｋ3を、0.2≦ｋ1≦0.3、 0.3≦ｋ2≦0.4、 0.45≦ｋ3≦0.55の組み合わせとしたことを特徴とする取鍋に装着する電磁撹拌機の単位極構成。
4. 請求項１記載の電磁撹拌機の極構成において、
   前記のｋ1、ｋ2、ｋ3を、0.2≦ｋ1≦0.3、 0.3≦ｋ2≦0.4、0.5≦ｋ3≦0.6の組み合わせとしたことを特徴とする取鍋に装着する電磁撹拌機の単位極構成。

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