JP7031518B2 - 電磁ブレーキ装置 - Google Patents
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鋳型630は、タンディッシュ610と間隔を有して、タンディッシュ610の下方に配置される。鋳型630は、例えば、2つの短辺部631、632と、2つの長辺部633、634と、を有する。2つの短辺部631、632は、鋳型630の幅方向(X軸方向)において相互に対向するように間隔を有して配置される。2つの長辺部633、634は、鋳型630の厚み方向(Y軸方向)において相互に対向するように間隔を有して配置される。2つの長辺部633、634と2つの短辺部631、632とにより囲まれる領域は、中空の直方体形状の領域になる。この領域が、鋳型630の内部の領域になる。
まず、第1の実施形態を説明する。図1は、電磁ブレーキ装置100の構成の一例を鋳型630と共に示す図である。図1(a)は、Z軸方向に垂直な方向に切った場合の電磁ブレーキ装置100の概略構成の一例を示す。図1(b)は、X軸方向に垂直な方向に切った場合の電磁ブレーキ装置100の概略構成の一例を示す。
電磁石110、120は、Y軸方向において鋳型630の長辺部633、634を介して相互に対向するように間隔を有して配置される。電磁石110と、120は、連続鋳造設備の軸(鋳型630の軸)を回転軸として略2回対称となる位置に配置される。ここで、連続鋳造設備の軸(鋳型630の軸)は、図1(a)において鋳型630の内部の矩形の中心を通り、Z軸方向に延びる軸である。電磁石110は、コイル111と、鉄心112とを有する。電磁石120は、コイル121と、鉄心122とを有する。
図1(a)に示すように、鉄心112の先端面P11のX軸方向の長さは、基端面P12のX軸方向の長さを下回り、且つ、鉄心112の何れの位置を第1の位置としても、当該第1の位置における、鉄心112のX軸方向の長さは、第2の位置における、鉄心112のX軸方向の長さ以下になる。ここで、鉄心112の先端面P11は、鉄心112のY軸方向の両端面のうち、鋳型630(の長辺部633)に近い方の面である。一方、鉄心112の基端面P12は、鉄心112のY軸方向の両端面のうち、鋳型630(の長辺部633)から遠い方の面である。また、第2の位置は、鉄心112の位置であって、第1の位置よりも基端面P12側にある位置である。
また、図1(b)に示すように、鉄心112の先端面P11のZ軸方向の長さは、基端面P12のZ軸方向の長さを下回り、且つ、鉄心112の何れの位置を第3の位置としても、当該第3の位置における、鉄心112のZ軸方向の長さは、第4の位置における、鉄心112のZ軸方向の長さ以下になる。ここで、第4の位置は、鉄心112の位置であって、第3の位置よりも基端面P12側にある位置である。
そこで、次に、この漏れ磁束の低減に関して説明する。図2は、漏れ磁束による磁力線の一例を概念的に示す図である。
図1(a)に示すように、鉄心112、122は、先端側鉄心部112a、122aと基端側鉄心部112b、122bとに段差がある。このため、基端側鉄心部112b、122bの、X軸の正の方向側の端部側の領域における磁束は、鉄心112、122の外部よりも透磁率が高い先端側鉄心部112a、122aの方向に向かう。一般に、磁束による磁力線FLは、図2に示すように、曲率(曲率半径R)を有し、鉄心112、122へと直進せずに漏れた磁束の磁力線FLもこの曲率を有する。ここで、このような磁束による磁力線FLの或る位置における曲率半径をR、磁力線FLの当該位置における主法線方向の単位ベクトルをn、空気の透磁率をμ0、磁束密度をBとすると、磁力線FLの張力Tは、以下の(1)式で表される。
T=(1/R)(B2/μ0)n ・・・(1)
鉄心112、122の先端面P11、P21のX軸方向の長さX1が、鋳型630の最大鋳造幅X2以上(X1≧X2)になるようにするのが好ましく、鉄心112、122の先端面P11、P21のX軸方向の長さX1が、鉄心112、122のY軸方向の間隔(鉄心112、122の先端面P11、P21のY軸方向における距離(間隔))Y1との加算値以上(X1≧X2+Y1)になるようにするのがより好ましい。鉄心112、122の先端面P11、P21から発生する磁束を、前述した曲率半径Rを有した状態で、鋳型630の中心寄りに向かわせることができ、X軸の正の方向側の端部から離れていく磁束を減らすことができるからである。尚、図1、図4、図5において、X1~X5は、一方の鉄心(図1では鉄心112)に対してのみ示し、他方の鉄心(図1では鉄心122)に対しての図示を省略する。
また、本実施形態では、鉄心112、122の先端面P11、P21のZ軸方向の長さが、基端面P12、P22のZ軸方向の長さを下回り、且つ、鉄心112の何れの位置を第3の位置としても、当該第3の位置における、鉄心112のZ軸方向の長さは、当該第3の位置よりも基端面P12、P22側の第4の位置における、鉄心112のZ軸方向の長さ以下になるように電磁ブレーキ装置100を構成する。従って、鉄心112、122を通る磁束の総量をより多くすることができる。これにより、溶鋼中の磁束密度を高くすることができ、溶鋼に作用させる電磁力をより大きくすることができる。
次に、第2の実施形態を説明する。前述した第1の実施形態では、鉄心112、122を階段状に構成することにより、鉄心112、122の先端面P11、P21のX軸方向・Z軸方向の長さが、基端面P12、P22のX軸方向・Z軸方向の長さを下回り、且つ、鉄心112の何れの位置を第1の位置・第3の位置としても、当該第1の位置・第3の位置における、鉄心112のX軸方向・Z軸方向の長さは、当該第1の位置・当該第3の位置よりも基端面P12、P22側の第2の位置・第4の位置における、鉄心112のX軸方向・Z軸方向の長さ以下になるようにする場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、鉄心を直線テーパ(線形テーパ)状に構成することにより鉄心の先端面のX軸方向・Z軸方向の長さが、基端面のX軸方向・Z軸方向の長さを下回り、且つ、鉄心の何れの位置を第1の位置・第3の位置としても、当該第1の位置・第3の位置における、鉄心のX軸方向・Z軸方向の長さは、当該第1の位置・当該第3の位置よりも基端面側の第2の位置・第4の位置における、鉄心のX軸方向・Z軸方向の長さ以下になるようにする場合について説明する。このように本実施形態と第1の実施形態は、電磁ブレーキ装置の電磁石の鉄心の形状が異なることによる構成が主として異なる。従って、本実施形態の説明において、第1の実施形態と同一の部分については、図1~図3、図6に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
電磁石410、420は、Y軸方向において鋳型630の長辺部633、634を介して相互に対向するように間隔を有して配置される。電磁石410と、420は、連続鋳造設備の軸(鋳型630の軸)を回転軸として略2回対称となる位置に配置される。電磁石410は、コイル411と、鉄心412とを有する。電磁石420は、コイル421と、鉄心422とを有する。
図4(a)に示すように、鉄心412の先端面P31のX軸方向の長さは、基端面P32のX軸方向の長さを下回り、且つ、鉄心412の何れの位置を第1の位置としても、当該第1の位置における、鉄心412のX軸方向の長さは、当該第1の位置よりも基端面P32側の第2の位置における、鉄心112のX軸方向の長さ以下になる。ここで、鉄心412の先端面P31は、鉄心412のY軸方向の両端面のうち、鋳型630(の長辺部633)に近い方の面である。一方、鉄心412の基端面P32は、鉄心412のY軸方向の両端面のうち、鋳型630(の長辺部633)から遠い方の面である。具体的に本実施形態では、鉄心412をZ軸方向に沿って見た場合の鉄心412の形状が、X軸方向の両側のそれぞれにおいて、基端面P32から先端面P31に向かって一定の傾斜角で先細りとなるように傾斜する直線テーパ状になるようにする。
また、図4(b)に示すように、鉄心412の先端面P31のZ軸方向の長さは、基端面P32のZ軸方向の長さを下回り、且つ、鉄心412の何れの位置を第3の位置としても、当該第3の位置における、鉄心412のZ軸方向の長さは、当該第3の位置よりも基端面P32側の第4の位置における、鉄心112のZ軸方向の長さ以下になる。具体的に本実施形態では、鉄心412をX軸方向に沿って見た場合の鉄心412の形状が、Z軸方向の両側のそれぞれにおいて、基端面P32から先端面P31に向かって一定の傾斜角で先細りとなるように傾斜する直線テーパ状になるようにする。
鉄心412は、軟磁性材料を用いて構成される。例えば、鉄心412は、複数の電磁鋼板を積み重ねることにより構成される。
コイル411は、鉄心412に対して巻き回される。
次に、第3の実施形態を説明する。本実施形態では、鉄心を曲線テーパ状に構成することにより、鉄心の先端面のX軸方向・Z軸方向の長さが、基端面のX軸方向・Z軸方向の長さを下回り、且つ、鉄心の何れの位置を第1の位置・第3の位置としても、当該第1の位置・第3の位置における、鉄心のX軸方向・Z軸方向の長さは、当該第1の位置・当該第3の位置よりも基端面側の第2の位置・第4の位置における、鉄心のX軸方向・Z軸方向の長さ以下になるようにする場合について説明する。このように本実施形態と第1、第2の実施形態は、電磁ブレーキ装置の電磁石の鉄心の形状が異なることによる構成が主として異なる。従って、本実施形態の説明において、第1、第2の実施形態と同一の部分については、図1~図4、図6に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
電磁石510、520は、Y軸方向において鋳型630の長辺部633、634を介して相互に対向するように間隔を有して配置される。電磁石510と、520は、連続鋳造設備の軸(鋳型630の軸)を回転軸として略2回対称となる位置に配置される。電磁石510は、コイル511と、鉄心512とを有する。電磁石520は、コイル521と、鉄心522とを有する。
図5(a)に示すように、鉄心512の先端面P51のX軸方向の長さは、基端面P52のX軸方向の長さを下回り、且つ、鉄心512の何れの位置を第1の位置としても、当該第1の位置における、鉄心512のX軸方向の長さは、当該第1の位置よりも基端面P52側の第2の位置における、鉄心512のX軸方向の長さ以下になる。ここで、鉄心512の先端面P51は、鉄心512のY軸方向の両端面のうち、鋳型630(の長辺部633)に近い方の面である。一方、鉄心512の基端面P52は、鉄心512のY軸方向の両端面のうち、鋳型630(の長辺部633)から遠い方の面である。具体的に本実施形態では、鉄心512をZ軸方向に沿って見た場合の鉄心512の形状が、X軸方向の両側のそれぞれにおいて、基端面P52から先端面P51に向かって先端面P51に近い位置であるほど急峻な傾きで(X軸方向の単位長さの変化に対するY軸方向の長さの変化の割合が大きくなるように)先細りとなるように傾斜する曲線テーパ状になるようにする。
X=a-a/h[b/(aln3)×ln(2-(Y-h)/h)-1](Y-h)
aは、先端面P51のX軸方向の中心から、先端面P51のX軸方向の端までの長さである。bは、基端面P52のX軸方向の中心(XY座標の原点とする)から、基端面P52のX軸方向の端までの長さである。hは、先端面P51のX軸方向の中心と基端面P52のX軸方向の中心とを結んだ距離である。X、Yは、それぞれX軸、Y軸の値である。また、lnは、自然対数を示す。尚、XY座標の原点は、例えば、連続鋳造設備の軸(鋳型630の軸)の位置とすることもできるが、ここでは式の簡素化のために上述のようにした。また、前述した式において、X、Yの符号を変更することにより、鉄心512、522をZ軸方向に沿って見た場合の鉄心512、522のX軸方向の両端の曲線の形状を表現することができる。さらに、前述した式で、XをZに変数変換することで、XY平面と同様にZY平面において、同様の曲線を与えることができる。
鉄心512は、軟磁性材料を用いて構成される。例えば、鉄心512は、複数の電磁鋼板を積み重ねることにより構成される。
コイル511は、鉄心512に対して巻き回される。
以上のように本実施形態では、鉄心512をZ軸方向に沿って見た場合の鉄心512の形状が、基端面P52から先端面P51に向かって先端面P51に近い位置であるほど急峻な傾きで先細りとなるように傾斜する曲線テーパ状になるようにする。従って、鉄心512、522の、X軸方向の両端部付近からの磁束を、鋳型630のX軸方向の中央寄りにより一層向かわせ易くすることができる。よって、第1の実施形態で説明した効果をより一層高めることができる。
鉄心112、122、412、422、512、522の先端面P11、P21、P31、P41、P51、P61のX軸方向・Z軸方向の長さが、基端面P12、P22、P32、P42、P52、P62のX軸方向・Z軸方向の長さを下回り、且つ、鉄心112、122、412、422、512、522の何れの位置を第1の位置・第3の位置としても、当該第1の位置・第3の位置における、鉄心112、122、412、422、512、522のX軸方向・Z軸方向の長さは、当該第1の位置・当該第3の位置よりも基端面P12、P22、P32、P42、P52、P62側の第2の位置・第4の位置における、鉄心のX軸方向・Z軸方向の長さ以下になるようにする構成は、第1~第3の実施形態で説明した構成に限定されない。例えば、第1~第3の実施形態では、2つの電磁石110、120、410、420、510、520の鉄心112、122、412、422、512、522を同じ形状および大きさとした。しかしながら、2つの電磁石の鉄心の形状および大きさの少なくとも何れか一方を異ならせてもよい。また、例えば、鉄心をZ軸方向に沿って見た場合の鉄心の形状が、基端面から先端面に向かって先端面に近い位置であるほど急峻な傾きで先細りとなるように傾斜する曲線テーパ状になるようにし、鉄心をX軸方向に沿って見た場合の鉄心の形状が、基端面から先端面に向かって先端面に近い位置であるほど緩やかな傾きで先細りとなるように傾斜する曲線テーパ状になるようにしてもよい。
尚、これまでの説明において、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向は、それぞれ、第2の方向、第1の方向、第3の方向の一例である。
Claims (11)
- 連続鋳造設備の鋳型の内部の溶鋼の下向きの流速を低減させるための電磁ブレーキ装置であって、
前記鋳型を介して第1の方向において相互に対向する位置に配置される2つの電磁石と、支持フレームと、を有し、
前記2つの電磁石は、鉄心と、当該鉄心に対して巻き回されるコイルとを有し、
前記支持フレームは、軟磁性材料を用いて構成され、前記鉄心と磁気的に結合した状態で、前記第1の方向および第2の方向により定まる仮想的な平面において、前記鋳型および前記電磁石を取り巻くように周回し、
前記鉄心の先端面の第2の方向の長さは、前記鉄心の基端面の第2の方向の長さを下回り、且つ、前記鉄心の何れの位置を第1の位置としても、当該第1の位置における、前記鉄心の第2の方向の長さは、当該第1の位置よりも前記基端面側の第2の位置における、前記鉄心の第2の方向の長さ以下であり、
前記第1の方向は、前記鋳型の厚み方向であり、
前記第2の方向は、前記鋳型の幅方向であり、
前記鉄心の先端面は、前記鉄心の第1の方向の両端面のうち、前記鋳型に近い方の面であり、
前記鉄心の基端面は、前記鉄心の前記第1の方向の両端面のうち、前記鋳型から遠い方の面であることを特徴とする電磁ブレーキ装置。 - 前記鉄心を第3の方向に沿って見た場合に、前記鉄心の形状が、前記第2の方向の両側のそれぞれにおいて、前記鉄心の先端面が階段の上端面となり、前記鉄心の基端面が下端面となる階段形状であり、
前記第3の方向は、前記鋳型の高さ方向であることを特徴とする請求項1に記載の電磁ブレーキ装置。 - 前記鉄心を第3の方向に沿って見た場合に、前記鉄心の形状が、前記第2の方向の両側のそれぞれにおいて、前記基端面から前記先端面に向かって先細りとなるように傾斜するテーパ状であり、
前記第3の方向は、前記鋳型の高さ方向であることを特徴とする請求項1に記載の電磁ブレーキ装置。 - 前記鉄心を前記第3の方向に沿って見た場合に、前記鉄心の形状が、前記第2の方向の両側のそれぞれにおいて、前記基端面から前記先端面に向かって、一定の傾斜角で先細り、または、前記先端面に近い位置であるほど前記第2の方向の単位長さの変化に対する前記第1の方向の長さの変化が大きくなるように傾斜するテーパ状であることを特徴とする請求項3に記載の電磁ブレーキ装置。
- 前記鉄心の先端面の第3の方向の長さは、前記鉄心の基端面の第3の方向の長さを下回り、且つ、前記鉄心の何れの位置を第3の位置としても、当該第3の位置における、前記鉄心の第3の方向の長さは、当該第3の位置よりも前記基端面側の第4の位置における、前記鉄心の第3の方向の長さ以下であり、
前記第3の方向は、前記鋳型の高さ方向であることを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の電磁ブレーキ装置。 - 前記鉄心を前記第2の方向に沿って見た場合に、前記鉄心の形状が、前記第3の方向の両側のそれぞれにおいて、前記鉄心の先端面が階段の上端面となり、前記鉄心の基端面が下端面となる階段形状であることを特徴とする請求項5に記載の電磁ブレーキ装置。
- 前記鉄心を前記第2の方向に沿って見た場合に、前記鉄心の形状が、前記第3の方向の両側のそれぞれにおいて、前記基端面から前記先端面に向かって先細りとなるように傾斜するテーパ状であることを特徴とする請求項5に記載の電磁ブレーキ装置。
- 前記鉄心を前記第2の方向に沿って見た場合に、前記鉄心の形状が、前記第3の方向の両側のそれぞれにおいて、前記基端面から前記先端面に向かって、一定の傾斜角で先細り、または、前記先端面に近い位置であるほど前記第3の方向の単位長さの変化に対する前記第1の方向の長さの変化が大きくなるように傾斜するテーパ状であることを特徴とする請求項7に記載の電磁ブレーキ装置。
- 前記鉄心の先端面の前記第2の方向の長さは、前記鋳型の最大鋳造幅以上であることを特徴とする請求項1~8の何れか1項に記載の電磁ブレーキ装置。
- 前記2つの電磁石が有する前記鉄心の前記第1の方向の間隔は、前記コイルの、前記鋳型に最も近い位置にある部分と、前記支持フレームとの間の前記第2の方向の距離以下であることを特徴とする請求項1~9の何れか1項に記載の電磁ブレーキ装置。
- 前記コイルの、前記鋳型から最も遠い位置にある部分と、前記支持フレームとの間の前記第2の方向の距離は、前記2つの電磁石が有する前記鉄心の前記第1の方向の間隔以上であることを特徴とする請求項1~10の何れか1項に記載の電磁ブレーキ装置。
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