(57)【要約】【課題】鋳片の品質をより向上させる。【解決手段】電磁撹拌装置と、電磁撹拌装置よりも下方に設置される電磁ブレーキ装置とを駆動させながら連続鋳造を行う連続鋳造方法であって、浸漬ノズルには、鋳型長辺方向における両側に溶融金属の吐出孔が一対設けられ、電磁ブレーキ装置は、鋳型における長辺鋳型板の各々の外側面にそれぞれ設置され、且つ、鋳型長辺方向における浸漬ノズルの両側に長辺鋳型板と対向して一対設けられるティース部を備える鉄芯と、ティース部の各々に巻回されるコイルと、を備え、電磁ブレーキ装置のコイルに対して直流電流を印加することにより磁界を発生させることによって、吐出流に対して吐出流を制動する方向の電磁力を付与し、浸漬ノズルと電磁ブレーキ装置のティース部との位置関係が所定の関係を満たす、連続鋳造方法が提供される。【選択図】図８
2020006410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁撹拌装置によって鋳型内の溶融金属に対して水平面内において旋回流を発生させるような電磁力を付与するとともに、前記電磁撹拌装置よりも下方に設置される電磁ブレーキ装置によって前記鋳型内への浸漬ノズルからの前記溶融金属の吐出流に対して前記吐出流を制動する方向の電磁力を付与しながら連続鋳造を行う連続鋳造方法であって、
前記浸漬ノズルには、前記鋳型の鋳型長辺方向における両側に前記溶融金属の吐出孔が一対設けられ、
前記電磁ブレーキ装置は、前記鋳型における一対の長辺鋳型板の各々の外側面にそれぞれ設置され、且つ、前記鋳型長辺方向における前記浸漬ノズルの両側に前記長辺鋳型板と対向して一対設けられるティース部を備える鉄芯と、前記ティース部の各々に巻回されるコイルと、を備え、
前記電磁ブレーキ装置の前記コイルに対して直流電流を印加することにより磁界を発生させることによって、前記吐出流に対して前記吐出流を制動する方向の電磁力を付与し、
前記鋳型長辺方向における前記浸漬ノズルの中心軸の各側において、前記鋳型長辺方向に沿って前記浸漬ノズルから前記鋳型の短辺鋳型板へ向かう方向を第１方向の正方向とし鉛直上向きの方向を第２方向の正方向とした場合に、前記浸漬ノズルと前記電磁ブレーキ装置の前記ティース部との位置関係は、下記式（１）及び下記式（２）により与えられる、
連続鋳造方法。
【数１】
2020006410.tif 000021
ただし、
ｘ０：前記吐出孔によって前記浸漬ノズルの内周面に形成された開口部の下端部の前記第１方向における座標
ｙ０：前記吐出孔によって前記浸漬ノズルの内周面に形成された開口部の下端部の前記第２方向における座標
ｘ１：前記ティース部の中央部の前記第１方向における座標
ｙ１：前記ティース部の中央部の前記第２方向における座標
ｘ２：前記ティース部の前記浸漬ノズル側端部の上端部の前記第１方向における座標
ｙ２：前記ティース部の前記浸漬ノズル側端部の上端部の前記第２方向における座標
α：前記吐出孔の下部の前記第１方向に対する傾斜角。
【請求項２】
前記鋳型長辺方向における前記浸漬ノズルの中心軸の各側において、前記浸漬ノズルと前記電磁ブレーキ装置の前記ティース部との位置関係は、下記式（３）及び下記式（４）により与えられる、
請求項１に記載の連続鋳造方法。
【数２】
2020006410.tif 000022
【請求項３】
前記鋳型長辺方向における前記浸漬ノズルの中心軸の各側において、前記浸漬ノズルと前記電磁ブレーキ装置の前記ティース部との位置関係は、下記式（５）及び下記式（６）により与えられる、
請求項２に記載の連続鋳造方法。
【数３】
2020006410.tif 000023
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造では、タンディッシュに一旦貯留された溶融金属（例えば、溶鋼）を、浸漬ノズルを介して鋳型内に上方から注入し、そこで外周面が冷却され凝固した鋳片を鋳型の下端から引き抜くことにより、連続的に鋳造が行われる。鋳片のうち外周面の凝固した部位は、凝固シェルと呼ばれる。
【０００３】
ここで、溶融金属中には、浸漬ノズルの吐出孔の詰まり防止のために溶融金属とともに供給される不活性ガス（例えばＡｒガス）のガス気泡や、非金属介在物等が含まれており、鋳造後の鋳片にこれらの不純物が残存していると、製品の品質を劣化させる原因となる。一般的に、これらの不純物の比重は溶融金属の比重よりも小さいため、連続鋳造中に溶融金属内で浮上して除去されることが多い。従って、鋳造速度を増加させると、この不純物の浮上分離が十分に行われなくなり、鋳片の品質は低下する傾向がある。このように、連続鋳造においては、生産性と鋳片の品質との間には、トレードオフの関係、すなわち、生産性を追求すると鋳片の品質が悪化し、鋳片の品質を優先すると生産性が低下する関係がある。
【０００４】
近年、自動車用外装材等の一部の製品に求められる品質は年々厳しくなっている。従って、連続鋳造では、品質を確保するために生産性を犠牲にして操業が行われている傾向にある。かかる事情に鑑みれば、連続鋳造においては、鋳片の品質を確保しつつ生産性をより向上させる技術が求められていた。
【０００５】
一方、鋳片の品質には、連続鋳造中における鋳型内での溶融金属の流動が大きく影響していることが知られている。従って、鋳型内の溶融金属の流動を適切に制御することにより、所望の鋳片の品質を保ちつつ、高速安定操業を実現する、すなわち生産性を向上させることが可能になる可能性がある。
【０００６】
鋳型内の溶融金属の流動を制御するために、当該鋳型内の溶融金属に電磁力を付与する電磁力発生装置を用いる技術が開発されている。なお、本明細書では、鋳型及び電磁力発生装置を含む鋳型周辺の部材群のことを、便宜的に鋳型設備ともいう。
【０００７】
具体的には、電磁力発生装置としては、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置が広く用いられている。ここで、電磁ブレーキ装置は、溶融金属に静磁場を印可することにより、当該溶融金属中に制動力を発生させて、当該溶融金属の流動を抑制する装置である。一方、電磁撹拌装置は、溶融金属に動磁場を印可することにより、当該溶融金属中にローレンツ力と呼ばれる電磁力を発生させ、当該溶融金属に対して、鋳型の水平面内において旋回するような流動パターンを付与する装置である。
【０００８】
電磁ブレーキ装置は、浸漬ノズルから噴出する吐出流の勢いを弱めるような制動力を溶融金属中に発生させるように設けられることが一般的である。ここで、浸漬ノズルからの吐出流は、鋳型の内壁に衝突することにより、上方向（すなわち、溶融金属の湯面が存在する方向）へ向かう上昇流及び下方向（すなわち、鋳片が引き抜かれる方向）へ向かう下降流を形成する。従って、電磁ブレーキ装置によって吐出流の勢いが弱められることにより、上昇流の勢いが弱められ、溶融金属の湯面の変動が抑制され得る。また、吐出流が凝固シェルに衝突する勢いも弱められるため、当該凝固シェルの再溶解によるブレイクアウトを抑制する効果も発揮され得る。このように、電磁ブレーキ装置は、高速安定鋳造を目的とした場合によく用いられている。更に、電磁ブレーキ装置によれば、吐出流によって形成される下降流の流速が抑制されるため、溶融金属中の不純物の浮上分離が促進され、鋳片の内部品質（以下、内質ともいう）を向上させる効果を得ることが可能になる。
【０００９】
一方で、電磁ブレーキ装置の短所としては、凝固シェル界面での溶融金属の流速が低速になるため、鋳片の表面品質が悪化する場合があることが挙げられる。また、吐出流によって形成される上昇流が湯面まで到達し難くなるため、湯面温度が低下することにより皮張りが発生し、内質欠陥を発生させることも懸念される。
【００１０】
電磁撹拌装置は、上記のように溶融金属に対して所定の流動パターンを付与する、すなわち、溶融金属内に旋回流を発生させる。これにより、凝固シェル界面での溶融金属の流動が促進されるため、上述したＡｒガス気泡や非金属介在物等の不純物が、凝固シェルに捕捉されることが抑制され、鋳片の表面品質を向上させることができる。一方、電磁撹拌装置の短所としては、旋回流が鋳型内壁に衝突することにより、上述した浸漬ノズルからの吐出流と同様に、上昇流及び下降流が発生するため、当該上昇流が湯面で溶融パウダー等を巻き込み、当該下降流が不純物を鋳型下方へ押し流すことにより、鋳片の内質を悪化させる場合があることが挙げられる。
【００１１】
以上説明したように、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置には、鋳片の品質（本明細書では、表面品質及び内質を意味する）を確保する観点から、それぞれ長所と短所が存在する。従って、鋳片の表面品質及び内質をともに向上させることを目的として、鋳型に対して電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置を両方設けた鋳型設備を用いて、連続鋳造を行う技術が開発されている。例えば、特許文献１には、鋳型の長辺鋳型板の外側面において、上部に電磁撹拌装置を設け、下方に電磁ブレーキ装置を設けた鋳型設備が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１３７０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ここで、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置は、単純に両方の装置を設置すれば簡単に両方の装置の長所が得られるというものではない。例えば上述した凝固シェル界面での溶融金属の流速に及ぼす影響からも分かるように、これらの装置は互いの効果を打ち消すように影響を及ぼす面も持ち合わせている。従って、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置を両方用いた連続鋳造では、これらの装置をそれぞれ単体で使用した場合よりも鋳片の品質が悪化してしまう場合も少なくない。
【００１４】
例えば、特許文献１と同様に、上部に電磁撹拌装置を設け、下方に電磁ブレーキ装置を設けた構成について考える。当該構成では、電磁ブレーキ装置により、吐出流を鋳型上方へ跳ね上げることが図られる。電磁ブレーキ装置により跳ね上げられた吐出流の流速が過剰に大きい場合には、鋳型上部における電磁撹拌による旋回流の形成が阻害される恐れがある。従って、この場合には、電磁撹拌による鋳片の表面品質の向上の効果を好適に得ることができない。一方、吐出流が電磁ブレーキ装置により跳ね上げられずに下降する場合には、電磁ブレーキによる鋳片の内質向上の効果を得ることが難しくなる。
【００１５】
このように、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置を両方用いる場合においては、鋳片の品質をより向上させるために、両者の長所が効果的に発揮されるように、両装置の構成や駆動方法等を工夫する必要がある。そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、鋳片の品質をより向上させることが可能な、新規かつ改良された連続鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、電磁撹拌装置によって鋳型内の溶融金属に対して水平面内において旋回流を発生させるような電磁力を付与するとともに、前記電磁撹拌装置よりも下方に設置される電磁ブレーキ装置によって前記鋳型内への浸漬ノズルからの前記溶融金属の吐出流に対して前記吐出流を制動する方向の電磁力を付与しながら連続鋳造を行う連続鋳造方法であって、前記浸漬ノズルには、前記鋳型の鋳型長辺方向における両側に前記溶融金属の吐出孔が一対設けられ、前記電磁ブレーキ装置は、前記鋳型における一対の長辺鋳型板の各々の外側面にそれぞれ設置され、且つ、前記鋳型長辺方向における前記浸漬ノズルの両側に前記長辺鋳型板と対向して一対設けられるティース部を備える鉄芯と、前記ティース部の各々に巻回されるコイルと、を備え、前記電磁ブレーキ装置の前記コイルに対して直流電流を印加することにより磁界を発生させることによって、前記吐出流に対して前記吐出流を制動する方向の電磁力を付与し、前記鋳型長辺方向における前記浸漬ノズルの中心軸の各側において、前記鋳型長辺方向に沿って前記浸漬ノズルから前記鋳型の短辺鋳型板へ向かう方向を第１方向の正方向とし鉛直上向きの方向を第２方向の正方向とした場合に、前記浸漬ノズルと前記電磁ブレーキ装置の前記ティース部との位置関係は、下記式（１）及び下記式（２）により与えられる、連続鋳造方法が提供される。
【００１７】
【数１】
2020006410.tif 000003
【００１８】
ただし、
ｘ０：前記吐出孔によって前記浸漬ノズルの内周面に形成された開口部の下端部の前記第１方向における座標
ｙ０：前記吐出孔によって前記浸漬ノズルの内周面に形成された開口部の下端部の前記第２方向における座標
ｘ１：前記ティース部の中央部の前記第１方向における座標
ｙ１：前記ティース部の中央部の前記第２方向における座標
ｘ２：前記ティース部の前記浸漬ノズル側端部の上端部の前記第１方向における座標
ｙ２：前記ティース部の前記浸漬ノズル側端部の上端部の前記第２方向における座標
α：前記吐出孔の下部の前記第１方向に対する傾斜角。
【００１９】
前記鋳型長辺方向における前記浸漬ノズルの中心軸の各側において、前記浸漬ノズルと前記電磁ブレーキ装置の前記ティース部との位置関係は、下記式（３）及び下記式（４）により与えられてもよい。
【００２０】
【数２】
2020006410.tif 000004
【００２１】
前記鋳型長辺方向における前記浸漬ノズルの中心軸の各側において、前記浸漬ノズルと前記電磁ブレーキ装置の前記ティース部との位置関係は、下記式（５）及び下記式（６）により与えられてもよい。
【００２２】
【数３】
2020006410.tif 000005
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、連続鋳造において、鋳片の品質をより向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係る連続鋳造機の一構成例を概略的に示す側断面図である。
【図２】同実施形態に係る鋳型設備のＹ−Ｚ平面での断面図である。
【図３】鋳型設備の、図２に示すＡ−Ａ断面での断面図である。
【図４】鋳型設備の、図３に示すＢ−Ｂ断面での断面図である。
【図５】鋳型設備の、図３に示すＣ−Ｃ断面での断面図である。
【図６】電磁ブレーキ装置によって溶鋼の吐出流に対して付与される電磁力の方向について説明するための図である。
【図７】数値解析シミュレーションによって得られた吐出流の跳ね上げ挙動の様子を模式的に示す図である。
【図８】溶鋼の吐出流の吐出時における主たる流れの軌道について説明するための図である。
【図９】凝固シェルの厚みが４ｍｍ又は５ｍｍとなる場合の、鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）と溶鋼湯面からの距離（ｍｍ）との関係を示す図である。
【図１０】スループット（ｔｏｎ／ｍｉｎ）及び電磁ブレーキの磁束密度（Ｔ）の組み合わせの各々についての鋳片の品質の評価結果を示す図である。
【図１１】値ｈ１及び値ｈ２の組み合わせの各々についての鋳片の品質の評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２６】
なお、本明細書に示す各図面では、説明のため、一部の構成部材の大きさを誇張して表現している場合がある。各図面において図示される各部材の相対的な大きさは、必ずしも実際の部材間における大小関係を正確に表現するものではない。
【００２７】
また、以下では、一例として、溶融金属が溶鋼である実施形態について説明する。ただし、本発明はかかる例に限定されず、本発明は、他の金属に対する連続鋳造に対して適用されてもよい。
【００２８】
＜１．連続鋳造機の構成＞
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る連続鋳造機１の構成及び連続鋳造方法について説明する。図１は、本実施形態に係る連続鋳造機１の一構成例を概略的に示す側断面図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態に係る連続鋳造機１は、連続鋳造用の鋳型１１０を用いて溶鋼２を連続鋳造し、スラブ等の鋳片３を製造するための装置である。連続鋳造機１は、鋳型１１０と、取鍋４と、タンディッシュ５と、浸漬ノズル６と、二次冷却装置７と、鋳片切断機８と、を備える。
【００３０】
取鍋４は、溶鋼２を外部からタンディッシュ５まで搬送するための可動式の容器である。取鍋４は、タンディッシュ５の上方に配置され、取鍋４内の溶鋼２がタンディッシュ５に供給される。タンディッシュ５は、鋳型１１０の上方に配置され、溶鋼２を貯留して、当該溶鋼２中の介在物を除去する。浸漬ノズル６は、タンディッシュ５の下端から鋳型１１０に向けて下方に延び、その先端は鋳型１１０内の溶鋼２に浸漬されている。当該浸漬ノズル６は、タンディッシュ５にて介在物が除去された溶鋼２を鋳型１１０内に連続供給する。
【００３１】
鋳型１１０は、鋳片３の幅及び厚さに応じた四角筒状であり、例えば、一対の長辺鋳型板（後述する図２等に示す長辺鋳型板１１１に対応する）で一対の短辺鋳型板（後述する図４等に示す短辺鋳型板１１２に対応する）を両側から挟むように組み立てられる。長辺鋳型板及び短辺鋳型板（以下、鋳型板と総称することがある）は、例えば冷却水が流動する水路が設けられた水冷銅板である。鋳型１１０は、かかる鋳型板と接触する溶鋼２を冷却して、鋳片３を製造する。鋳片３が鋳型１１０下方に向かって移動するにつれて、内部の未凝固部３ｂの凝固が進行し、外殻の凝固シェル３ａの厚さは、徐々に厚くなる。かかる凝固シェル３ａと未凝固部３ｂを含む鋳片３は、鋳型１１０の下端から引き抜かれる。
【００３２】
なお、以下の説明では、上下方向（すなわち、鋳型１１０から鋳片３が引き抜かれる方向）を、Ｚ軸方向とも呼称する。Ｚ軸方向のことを鉛直方向とも呼称する。また、Ｚ軸方向と垂直な平面（水平面）内における互いに直交する２方向を、それぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とも呼称する。また、Ｘ軸方向を、水平面内において鋳型１１０の長辺と平行な方向（すなわち、鋳型幅方向又は鋳型長辺方向）として定義し、Ｙ軸方向を、水平面内において鋳型１１０の短辺と平行な方向（すなわち、鋳型厚み方向又は鋳型短辺方向）として定義する。Ｘ−Ｙ平面と平行な方向のことを水平方向とも呼称する。また、以下の説明では、各部材の大きさを表現する際に、当該部材のＺ軸方向の長さのことを高さともいい、当該部材のＸ軸方向又はＹ軸方向の長さのことを幅ともいうことがある。
【００３３】
ここで、図１では図面が煩雑になることを避けるために図示を省略しているが、本実施形態では、鋳型１１０の長辺鋳型板の外側面に電磁力発生装置が設置される。そして、当該電磁力発生装置を駆動させながら連続鋳造を行う。当該電磁力発生装置は、電磁撹拌装置及び電磁ブレーキ装置を備えるものである。本実施形態では、当該電磁力発生装置を駆動させながら連続鋳造を行うことにより、鋳片の品質を確保しつつ、より高速での鋳造が可能になる。当該電磁力発生装置の構成については、図２〜図８を参照して後述する。
【００３４】
二次冷却装置７は、鋳型１１０の下方の二次冷却帯９に設けられ、鋳型１１０下端から引き抜かれた鋳片３を支持及び搬送しながら冷却する。この二次冷却装置７は、鋳片３の厚さ方向両側に配置される複数対の支持ロール（例えば、サポートロール１１、ピンチロール１２及びセグメントロール１３）と、鋳片３に対して冷却水を噴射する複数のスプレーノズル（図示せず）とを有する。
【００３５】
二次冷却装置７に設けられる支持ロールは、鋳片３の厚さ方向両側に対となって配置され、鋳片３を支持しながら搬送する支持搬送手段として機能する。当該支持ロールにより鋳片３を厚さ方向両側から支持することで、二次冷却帯９において凝固途中の鋳片３のブレイクアウトやバルジングを防止できる。
【００３６】
支持ロールであるサポートロール１１、ピンチロール１２及びセグメントロール１３は、二次冷却帯９における鋳片３の搬送経路（パスライン）を形成する。このパスラインは、図１に示すように、鋳型１１０の直下では垂直であり、次いで曲線状に湾曲して、最終的には水平になる。二次冷却帯９において、当該パスラインが垂直である部分を垂直部９Ａ、湾曲している部分を湾曲部９Ｂ、水平である部分を水平部９Ｃと称する。このようなパスラインを有する連続鋳造機１は、垂直曲げ型の連続鋳造機１と呼称される。なお、本発明は、図１に示すような垂直曲げ型の連続鋳造機１に限定されず、湾曲型又は垂直型など他の各種の連続鋳造機にも適用可能である。
【００３７】
サポートロール１１は、鋳型１１０の直下の垂直部９Ａに設けられる無駆動式ロールであり、鋳型１１０から引き抜かれた直後の鋳片３を支持する。鋳型１１０から引き抜かれた直後の鋳片３は、凝固シェル３ａが薄い状態であるため、ブレイクアウトやバルジングを防止するために比較的短い間隔（ロールピッチ）で支持する必要がある。そのため、サポートロール１１としては、ロールピッチを短縮することが可能な小径のロールが用いられることが望ましい。図１に示す例では、垂直部９Ａにおける鋳片３の両側に、小径のロールからなる３対のサポートロール１１が、比較的狭いロールピッチで設けられている。
【００３８】
ピンチロール１２は、モータ等の駆動手段により回転する駆動式ロールであり、鋳片３を鋳型１１０から引き抜く機能を有する。ピンチロール１２は、垂直部９Ａ、湾曲部９Ｂ及び水平部９Ｃにおいて適切な位置にそれぞれ配置される。鋳片３は、ピンチロール１２から伝達される力によって鋳型１１０から引き抜かれ、上記パスラインに沿って搬送される。なお、ピンチロール１２の配置は図１に示す例に限定されず、その配置位置は任意に設定されてよい。
【００３９】
セグメントロール１３（ガイドロールともいう）は、湾曲部９Ｂ及び水平部９Ｃに設けられる無駆動式ロールであり、上記パスラインに沿って鋳片３を支持及び案内する。セグメントロール１３は、パスライン上の位置によって、及び、鋳片３のＦ面（Ｆｉｘｅｄ面、図１では左下側の面）とＬ面（Ｌｏｏｓｅ面、図１では右上側の面）のいずれに設けられるかによって、それぞれ異なるロール径やロールピッチで配置されてよい。
【００４０】
鋳片切断機８は、上記パスラインの水平部９Ｃの終端に配置され、当該パスラインに沿って搬送された鋳片３を所定の長さに切断する。切断された厚板状の鋳片１４は、テーブルロール１５により次工程の設備に搬送される。
【００４１】
以上、図１を参照して、本実施形態に係る連続鋳造機１の全体構成について説明した。なお、本実施形態では、鋳型１１０に対して後述する構成を有する電磁力発生装置が設置され、当該電磁力発生装置を用いて連続鋳造が行われればよく、連続鋳造機１における当該電磁力発生装置以外の構成は、一般的な従来の連続鋳造機と同様であってよい。従って、連続鋳造機１の構成は図示したものに限定されず、連続鋳造機１としては、あらゆる構成のものが用いられてよい。
【００４２】
＜２．電磁力発生装置の構成＞
続いて、図２〜図８を参照して、上述した鋳型１１０に対して設置される電磁力発生装置の構成について詳細に説明する。
【００４３】
図２〜図５は、本実施形態に係る鋳型設備の一構成例を示す図である。図２は、本実施形態に係る鋳型設備１０のＹ−Ｚ平面での断面図である。図３は、鋳型設備１０の、図２に示すＡ−Ａ断面での断面図である。図４は、鋳型設備１０の、図３に示すＢ−Ｂ断面での断面図である。図５は、鋳型設備１０の、図３に示すＣ−Ｃ断面での断面図である。なお、鋳型設備１０は、Ｙ軸方向において、鋳型１１０の中心に対して対称な構成を有するため、図２、図４及び図５では、一方の長辺鋳型板１１１に対応する部位のみを図示している。また、図２、図４及び図５では、理解を容易にするため、鋳型１１０内の溶鋼２も併せて図示している。
【００４４】
図２〜図５を参照すると、本実施形態に係る鋳型設備１０は、鋳型１１０の長辺鋳型板１１１の外側面に、バックアッププレート１２１を介して、２つの水箱１３０、１４０と、電磁力発生装置１７０と、が設置されて構成される。
【００４５】
鋳型１１０は、上述したように、一対の長辺鋳型板１１１で一対の短辺鋳型板１１２を両側から挟むように組み立てられる。鋳型板１１１、１１２は銅板からなる。ただし、本実施形態はかかる例に限定されず、鋳型板１１１、１１２は、一般的に連続鋳造機の鋳型として用いられる各種の材料によって形成されてよい。
【００４６】
ここで、本実施形態では、鉄鋼スラブの連続鋳造を対象としており、その鋳片サイズは、幅（すなわち、Ｘ軸方向の長さ）８００〜２３００ｍｍ程度、厚み（すなわち、Ｙ軸方向の長さ）２００〜３００ｍｍ程度である。つまり、鋳型板１１１、１１２も、当該鋳片サイズに対応した大きさを有する。すなわち、長辺鋳型板１１１は、少なくとも鋳片３の幅８００〜２３００ｍｍよりも長いＸ軸方向の幅を有し、短辺鋳型板１１２は、鋳片３の厚み２００〜３００ｍｍと略同一のＹ軸方向の幅を有する。
【００４７】
また、詳しくは後述するが、本実施形態では、電磁力発生装置１７０による鋳片３の品質向上の効果をより効果的に得るために、Ｚ軸方向の長さが可能な限り長くなるように鋳型１１０を構成する。一般的に、鋳型１１０内で溶鋼２の凝固が進行すると、凝固収縮のために鋳片３が鋳型１１０の内壁から離れてしまい、当該鋳片３の冷却が不十分になる場合があることが知られている。そのため、鋳型１１０の長さは、溶鋼湯面から、長くても１０００ｍｍ程度が限界とされている。本実施形態では、かかる事情を考慮して、溶鋼湯面から鋳型板１１１、１１２の下端までの長さが１０００ｍｍ程度となるように、当該鋳型板１１１、１１２を形成する。
【００４８】
バックアッププレート１２１、１２２は、例えばステンレスからなり、鋳型１１０の鋳型板１１１、１１２を補強するために、当該鋳型板１１１、１１２の外側面を覆うように設けられる。以下、区別のため、長辺鋳型板１１１の外側面に設けられるバックアッププレート１２１のことを長辺側バックアッププレート１２１ともいい、短辺鋳型板１１２の外側面に設けられるバックアッププレート１２２のことを短辺側バックアッププレート１２２ともいう。
【００４９】
電磁力発生装置１７０は、長辺側バックアッププレート１２１を介して鋳型１１０内の溶鋼２に対して電磁力を付与するため、少なくとも長辺側バックアッププレート１２１は非磁性体（例えば、非磁性のステンレス等）によって形成され得る。ただし、長辺側バックアッププレート１２１の、後述する電磁ブレーキ装置１６０の鉄芯（コア）１６２（以下、電磁ブレーキコア１６２ともいう）のティース部１６４と対向する部位には、電磁ブレーキ装置１６０の磁束密度を確保するために、磁性体の軟鉄１２４が埋め込まれる。
【００５０】
長辺側バックアッププレート１２１には、更に、当該長辺側バックアッププレート１２１と垂直な方向（すなわち、Ｙ軸方向）に向かって延伸する一対のバックアッププレート１２３が設けられる。図３〜図５に示すように、この一対のバックアッププレート１２３の間に電磁力発生装置１７０が設置される。このように、バックアッププレート１２３は、電磁力発生装置１７０の幅（すなわち、Ｘ軸方向の長さ）、及びＸ軸方向の設置位置を規定し得るものである。換言すれば、電磁力発生装置１７０が鋳型１１０内の溶鋼２の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、バックアッププレート１２３の取り付け位置が決定される。以下、区別のため、当該バックアッププレート１２３のことを、幅方向バックアッププレート１２３ともいう。幅方向バックアッププレート１２３も、バックアッププレート１２１、１２２と同様に、例えばステンレスによって形成される。
【００５１】
水箱１３０、１４０は、鋳型１１０を冷却するための冷却水を貯水する。本実施形態では、図示するように、一方の水箱１３０を長辺鋳型板１１１の上端から所定の距離の領域に設置し、他方の水箱１４０を長辺鋳型板１１１の下端から所定の距離の領域に設置する。このように、水箱１３０、１４０を鋳型１１０の上部及び下部にそれぞれ設けることにより、当該水箱１３０、１４０の間に電磁力発生装置１７０を設置する空間を確保することが可能になる。以下、区別のため、長辺鋳型板１１１の上部に設けられる水箱１３０のことを上部水箱１３０ともいい、長辺鋳型板１１１の下部に設けられる水箱１４０のことを下部水箱１４０ともいう。
【００５２】
長辺鋳型板１１１の内部、又は長辺鋳型板１１１と長辺側バックアッププレート１２１との間には、冷却水が通過する水路（図示せず）が形成される。当該水路は、水箱１３０、１４０まで延設されている。図示しないポンプによって、一方の水箱１３０、１４０から他方の水箱１３０、１４０に向かって（例えば、下部水箱１４０から上部水箱１３０に向かって）、当該水路を通過して冷却水が流される。これにより、長辺鋳型板１１１が冷却され、当該長辺鋳型板１１１を介して鋳型１１０内部の溶鋼２が冷却される。なお、図示は省略しているが、短辺鋳型板１１２に対しても、同様に、水箱及び水路が設けられ、冷却水が流動されることにより当該短辺鋳型板１１２が冷却される。
【００５３】
電磁力発生装置１７０は、電磁撹拌装置１５０と、電磁ブレーキ装置１６０と、を備える。図示するように、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０は、水箱１３０、１４０の間の空間に設置される。当該空間内で、電磁撹拌装置１５０が上方に、電磁ブレーキ装置１６０が下方に設置される。なお、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０の高さ、並びに電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０のＺ軸方向における設置位置については、下記［２−２．電磁力発生装置の設置位置の詳細］で詳細に説明する。
【００５４】
電磁撹拌装置１５０は、鋳型１１０内の溶鋼２に対して、動磁場を印加することにより、当該溶鋼２に対して電磁力を付与する。電磁撹拌装置１５０は、自身が設置される長辺鋳型板１１１の幅方向（すなわち、Ｘ軸方向）の電磁力を溶鋼２に付与するように駆動される。図４には、電磁撹拌装置１５０によって溶鋼２に対して付与される電磁力の方向を、模擬的に太線矢印で示している。ここで、図示を省略している長辺鋳型板１１１（すなわち、図示する長辺鋳型板１１１に対向する長辺鋳型板１１１）に設けられる電磁撹拌装置１５０は、その自身が設置される長辺鋳型板１１１の幅方向に沿って、図示する方向とは逆向きの電磁力を付与するように駆動される。このように、一対の電磁撹拌装置１５０が、水平面内において旋回流を発生させるように駆動される。電磁撹拌装置１５０によれば、このような旋回流を生じさせることにより、凝固シェル界面における溶鋼２が流動され、凝固シェル３ａへの気泡や介在物の捕捉を抑制する洗浄効果が得られ、鋳片３の表面品質を良化させることができる。
【００５５】
電磁撹拌装置１５０の詳細な構成について説明する。電磁撹拌装置１５０は、ケース１５１と、当該ケース１５１内に格納される鉄芯（コア）１５２（以下、電磁撹拌コア１５２ともいう）と、当該電磁撹拌コア１５２に導線が巻回されて構成される複数のコイル１５３と、から構成される。
【００５６】
ケース１５１は、略直方体形状を有する中空の部材である。ケース１５１の大きさは、電磁撹拌装置１５０によって溶鋼２の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、すなわち、内部に設けられるコイル１５３が溶鋼２に対して適切な位置に配置され得るように、適宜決定され得る。例えば、ケース１５１のＸ軸方向の幅Ｗ４、すなわち電磁撹拌装置１５０のＸ軸方向の幅Ｗ４は、鋳型１１０内の溶鋼２に対して、Ｘ軸方向のいずれの位置においても電磁力を付与し得るように、鋳片３の幅よりも大きくなるように決定される。例えば、Ｗ４は１８００ｍｍ〜２５００ｍｍ程度である。また、電磁撹拌装置１５０では、コイル１５３からケース１５１の側壁を通過して溶鋼２に対して電磁力が付与されるため、ケース１５１の材料としては、例えば非磁性体ステンレス又はＦＲＰ（Fiber  Reinforced  Plastics）等の、非磁性で、かつ強度が確保可能な部材が用いられる。
【００５７】
電磁撹拌コア１５２は、略直方体形状を有する中実の部材であり、ケース１５１内において、その長手方向が長辺鋳型板１１１の幅方向（すなわち、Ｘ軸方向）と略平行になるように設置される。電磁撹拌コア１５２は、例えば電磁鋼板を積層することにより形成される。
【００５８】
電磁撹拌コア１５２に対して、Ｘ軸方向を巻回軸方向として導線が巻回されることにより、コイル１５３が形成される（すなわち、電磁撹拌コア１５２をＸ軸方向に磁化するようにコイル１５３が形成される）。当該導線としては、例えば断面が１０ｍｍ×１０ｍｍで、内部に直径５ｍｍ程度の冷却水路を有する銅製のものが用いられる。電流印加時には、当該冷却水路を用いて当該導線が冷却される。当該導線は、絶縁紙等によりその表層が絶縁処理されており、層状に巻回することが可能である。例えば、一のコイル１５３は、当該導線を２〜４層程度巻回することにより形成される。同様の構成を有するコイル１５３が、Ｘ軸方向に所定の間隔を有して並列されて設けられる。
【００５９】
複数のコイル１５３のそれぞれには、図示しない電源装置が接続される。当該電源装置によって、電流の位相が複数のコイル１５３の配列順に適宜ずれるように、当該複数のコイル１５３に対して交流電流が印加されることにより、溶鋼２に対して旋回流を生じさせるような電磁力が付与され得る。電源装置の駆動は、プロセッサ等からなる制御装置（図示せず）が所定のプログラムに従って動作することにより、適宜制御され得る。当該制御装置により、コイル１５３のそれぞれに印加される電流量や、コイル１５３のそれぞれに印加される交流電流の位相等が適宜制御され、溶鋼２に対して与えられる電磁力の強さが制御され得る。
【００６０】
電磁撹拌コア１５２のＸ軸方向の幅Ｗ１は、電磁撹拌装置１５０によって溶鋼２の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、すなわち、コイル１５３が溶鋼２に対して適切な位置に配置され得るように、適宜決定され得る。例えば、Ｗ１は１８００ｍｍ程度である。
【００６１】
電磁ブレーキ装置１６０は、鋳型１１０内の溶鋼２に対して静磁場を印加することにより、当該溶鋼２に対して電磁力を付与する。ここで、図６は、電磁ブレーキ装置１６０によって溶鋼２の吐出流に対して付与される電磁力の方向について説明するための図である。図６では、鋳型１１０近傍の構成の、Ｘ−Ｚ平面での断面を概略的に図示している。また、図６では、電磁撹拌コア１５２、及び後述する電磁ブレーキコア１６２のティース部１６４の位置を模擬的に破線で示している。
【００６２】
図６に示すように、浸漬ノズル６には、鋳型長辺方向（すなわちＸ軸方向）における両側に溶鋼２の吐出孔６１が一対設けられる。吐出孔６１は、短辺鋳型板１１２と対向し、浸漬ノズル６の内周面側から外周面側へ亘ってこの方向に進むにつれて下方に傾斜して設けられる。電磁ブレーキ装置１６０は、浸漬ノズル６の吐出孔６１からの溶鋼２の流れ（吐出流）を制動する方向の電磁力を、吐出流に対して付与するように駆動される。図６には、吐出流の方向を模擬的に細線矢印で示すとともに、電磁ブレーキ装置１６０によって溶鋼２に対して付与される電磁力の方向を模擬的に太線矢印で示している。電磁ブレーキ装置１６０によれば、このような吐出流を制動する方向の電磁力を生じさせることにより、下降流が抑制され、気泡や介在物の浮上分離を促進する効果が得られ、鋳片３の内質を良化させることができる。
【００６３】
電磁ブレーキ装置１６０の詳細な構成について説明する。電磁ブレーキ装置１６０は、ケース１６１と、当該ケース１６１内に格納される電磁ブレーキコア１６２と、当該電磁ブレーキコア１６２に導線が巻回されて構成される複数のコイル１６３と、から構成される。
【００６４】
ケース１６１は、略直方体形状を有する中空の部材である。ケース１６１の大きさは、電磁ブレーキ装置１６０によって溶鋼２の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、すなわち、内部に設けられるコイル１６３が溶鋼２に対して適切な位置に配置され得るように、適宜決定され得る。例えば、ケース１６１のＸ軸方向の幅Ｗ４、すなわち電磁ブレーキ装置１６０のＸ軸方向の幅Ｗ４は、鋳型１１０内の溶鋼２に対して、Ｘ軸方向の所望の位置において電磁力を付与し得るように、鋳片３の幅よりも大きくなるように決定される。図示する例では、ケース１６１の幅Ｗ４は、ケース１５１の幅Ｗ４と略同様である。ただし、本実施形態はかかる例に限定されず、電磁撹拌装置１５０の幅と電磁ブレーキ装置１６０の幅は異なっていてもよい。
【００６５】
また、電磁ブレーキ装置１６０では、コイル１６３からケース１６１の側壁を通過して溶鋼２に対して電磁力が付与されるため、ケース１６１は、ケース１５１と同様に、例えば非磁性体ステンレス又はＦＲＰ等の、非磁性で、かつ強度が確保可能な材料によって形成される。
【００６６】
電磁ブレーキコア１６２は、本発明に係る電磁ブレーキ装置の鉄芯の一例に相当する。電磁ブレーキコア１６２は、略直方体形状を有する中実の部材であってコイル１６３がそれぞれ巻回される一対のティース部１６４と、同じく略直方体形状を有する中実の部材であって当該一対のティース部１６４を連結する連結部１６５と、から構成される。電磁ブレーキコア１６２は、連結部１６５から、Ｙ軸方向であって長辺鋳型板１１１に向かう方向に突出するように一対のティース部１６４が設けられて構成される。電磁ブレーキコア１６２は、例えば、磁気特性の高い軟鉄を用いて形成されてもよいし、電磁鋼板を積層することにより形成されてもよい。
【００６７】
具体的には、ティース部１６４は、鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の両側に長辺鋳型板１１１と対向して一対設けられ、このような電磁ブレーキ装置１６０が、鋳型１１０における一対の長辺鋳型板１１１の各々の外側面にそれぞれ設置される。ティース部１６４の設置位置は、溶鋼２に対して電磁力を付与したい位置、すなわち浸漬ノズル６の一対の吐出孔６１からの吐出流がそれぞれコイル１６３によって磁場が印加される領域を通過するような位置に設けられ得る（図６も参照）。なお、ティース部１６４の浸漬ノズル６に対する相対的な設置位置については、下記［２−１．浸漬ノズルと電磁ブレーキ装置のティース部との位置関係の詳細］で詳細に説明する。
【００６８】
電磁ブレーキコア１６２のティース部１６４に対して、Ｙ軸方向を巻回軸方向として導線が巻回されることにより、コイル１６３が形成される（すなわち、電磁ブレーキコア１６２をＹ軸方向に磁化するようにコイル１６３が形成される）。当該コイル１６３の構造は、上述した電磁撹拌装置１５０のコイル１５３と同様である。
【００６９】
コイル１６３のそれぞれには、図示しない電源装置が接続される。当該電源装置によって、各コイル１６３に直流電流が印加されることにより、溶鋼２に対して吐出流の勢いを弱めるような電磁力が付与され得る。なお、当該電源装置の駆動は、プロセッサ等からなる制御装置（図示せず）が所定のプログラムに従って動作することにより、適宜制御され得る。当該制御装置により、各コイル１６３に印加する電流量等が適宜制御され、溶鋼２に対して与えられる電磁力の強さが制御され得る。
【００７０】
電磁ブレーキコア１６２のＸ軸方向の幅Ｗ０、ティース部１６４のＸ軸方向の幅Ｗ２、及びＸ軸方向におけるティース部１６４間の距離Ｗ３は、電磁撹拌装置１５０によって溶鋼２の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、すなわち、コイル１６３が溶鋼２に対して適切な位置に配置され得るように、適宜決定され得る。例えば、Ｗ０は１６００ｍｍ程度、Ｗ２は５００ｍｍ程度、Ｗ３は３５０ｍｍ程度である。
【００７１】
ここで、例えば上記特許文献１に記載の技術のように、電磁ブレーキ装置としては、単独の磁極を有し、鋳型幅方向に一様な磁場を生じさせるものが存在する。かかる構成を有する電磁ブレーキ装置では、幅方向に一様な電磁力が付与されることとなるため、電磁力が付与される範囲を詳細に制御することができず、適切な鋳造条件が限られるという欠点がある。
【００７２】
これに対して、本実施形態では、上記のように、２つのティース部１６４を有するように、すなわち２つの磁極を有するように、電磁ブレーキ装置１６０が構成される。かかる構成によれば、例えば、電磁ブレーキ装置１６０を駆動する際に、これら２つの磁極がそれぞれＮ極及びＳ極として機能し、鋳型１１０の幅方向（すなわち、Ｘ軸方向）の略中心近傍の領域において磁束密度が略ゼロとなるように、上記制御装置によってコイル１６３への電流の印加を制御することができる。この磁束密度が略ゼロである領域は、溶鋼２に対して電磁力がほぼ付与されない領域であり、電磁ブレーキ装置１６０による制動力から解放されたいわば溶鋼流れの逃げが確保され得る領域である。かかる領域が確保されることにより、より幅広い鋳造条件に対応することが可能となる。
【００７３】
上記のように、本実施形態では、上述した電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０を備える電磁力発生装置１７０を用いた連続鋳造方法を実施することができる。
【００７４】
本実施形態に係る連続鋳造方法では、電磁撹拌装置１５０によって鋳型１１０内の溶鋼２に対して水平面内において旋回流を発生させるような電磁力を付与するとともに、電磁撹拌装置１５０よりも下方に設置される電磁ブレーキ装置１６０によって鋳型１１０内への浸漬ノズル６からの溶鋼２の吐出流に対して当該吐出流を制動する方向の電磁力を付与しながら連続鋳造が行われる。具体的には、電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４に巻回されるコイル１６３に対して直流電流を印加することにより磁界を発生させることによって、吐出流に対して吐出流を制動する方向の電磁力が付与される。
【００７５】
さらに、本実施形態に係る連続鋳造方法では、浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４との位置関係が所定の関係を満たした上で連続鋳造が行われる。本実施形態では、このように浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４の位置関係が所定の関係を満たすことによって、鋳片３の品質をより向上させることが可能となる。
【００７６】
［２−１．浸漬ノズルと電磁ブレーキ装置のティース部との位置関係の詳細］
続いて、浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４との位置関係について詳細に説明する。
【００７７】
上述したように、電磁ブレーキ装置１６０及び電磁撹拌装置１５０を両方用いた連続鋳造では、電磁ブレーキ装置１６０によって溶鋼２の吐出流がどのように跳ね上げられるか（換言すると、吐出流の跳ね上げ挙動）が鋳片３の品質に大きな影響を与える。
【００７８】
そこで、本件発明者は、実際の操業での鋳造条件を模擬した数値解析シミュレーションを行うことによって、電磁ブレーキ装置１６０による吐出流の跳ね上げ挙動について詳細に調査した結果、以下に説明する各種の知見を見出した。
【００７９】
図７は、数値解析シミュレーションによって得られた吐出流の跳ね上げ挙動の様子を模式的に示す図である。図７では、各跳ね上げ挙動を示す吐出流の軌跡として、電磁ブレーキ装置１６０から電磁力を付与された前後において吐出流が辿った軌跡Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３がそれぞれ示されている。
【００８０】
なお、図７及び後述する図８では、理解を容易にするために、鋳型長辺方向（すなわち、Ｘ軸方向）における浸漬ノズル６の中心軸の一側のみを図示している。なお、鋳型設備１０は、鋳型長辺方向において、浸漬ノズル６の中心軸に対して対称な構成を有する。また、図７及び後述する図８では、鋳型長辺方向に沿って浸漬ノズル６から短辺鋳型板１１２へ向かう方向を正方向とするＸ’軸と、鉛直上向きの方向を正方向とするＹ’軸とを有するＸ’Ｙ’座標系が定義されている。Ｘ’Ｙ’座標系の原点は、溶鋼湯面と浸漬ノズル６の中心軸との交点に設定されている。Ｘ’軸方向及びＹ’軸方向は、本発明に係る第１方向及び第２方向の一例にそれぞれ相当する。また、Ｘ’座標及びＹ’座標は、本発明に係る第１方向における座標及び第２方向における座標の一例にそれぞれ相当する。
【００８１】
図７に例示される軌跡Ｔ１１は、電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４をＸ’−Ｙ’平面へ投影した領域の上辺において浸漬ノズル６側端部から比較的離れた位置に吐出流が入射する場合における吐出流の跳ね上げ挙動に相当する。
【００８２】
この場合、吐出流は、電磁ブレーキ装置１６０によって跳ね上げられ得るものの、溶鋼湯面まで上昇せずに短辺鋳型板の内壁に衝突する。この際、吐出流は比較的高温かつ高速であるので、凝固シェル３ａの再溶融によるブレイクアウトが生じ得る。
【００８３】
さらに、吐出流は、短辺鋳型板の内壁に衝突することにより、上方向へ向かう上昇流及び下方向へ向かう下降流を形成する。このような下降流によりガス気泡や非金属介在物等の不純物が鋳型下方へ押し流されることによって、鋳片３の内質が悪化し得る。また、この場合に形成される上昇流の流速は比較的大きいので、鋳型上部における電磁撹拌による旋回流の形成が阻害され、電磁撹拌による鋳片３の表面品質の向上の効果を好適に得ることができない恐れがある。
【００８４】
図７に例示される軌跡Ｔ１２は、電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４をＸ’−Ｙ’平面へ投影した領域の浸漬ノズル６側の辺に対して吐出流が入射する場合における吐出流の跳ね上げ挙動に相当する。
【００８５】
この場合、吐出流は、電磁ブレーキ装置１６０により浸漬ノズル６側へ押し返され、上方には跳ね上げられずに下降する。ゆえに、短辺鋳型板の内壁への吐出流の衝突は生じないものの、比較的多量の不純物が鋳型下方へ押し流されることによって、鋳片３の内質が著しく悪化し得るので、電磁ブレーキによる鋳片３の内質向上の効果を得ることが難しくなる。
【００８６】
図７に例示される軌跡Ｔ１３は、電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４をＸ’−Ｙ’平面へ投影した領域に対して吐出流が入射する位置及び方向が適切である場合における吐出流の跳ね上げ挙動に対応する。
【００８７】
この場合、吐出流は、電磁ブレーキ装置１６０によって跳ね上げられて、短辺鋳型板の内壁に衝突せずに溶鋼湯面まで上昇する。それにより、ブレイクアウトの発生が抑制されつつ、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０の両装置の長所が得られるので、鋳片３の品質をより向上させることができる。
【００８８】
このように、数値解析シミュレーションによれば、電磁ブレーキ装置１６０による吐出流の跳ね上げ挙動は、吐出流の吐出時における軌道（換言すると、電磁ブレーキ装置１６０により付与される電磁力の影響を受ける前における吐出流の軌道）に特に大きく影響されることが見出された。ゆえに、吐出流の吐出時における軌道を適切に設定することによって、吐出流の跳ね上げ挙動が適正化されて、鋳片３の品質をより向上させることが可能になると考えられる。
【００８９】
ここで、本件発明者は、溶鋼２の吐出流の吐出時における主たる流れの軌道が浸漬ノズル６の吐出孔６１の位置及び形状に依存することを数値解析シミュレーションによって見出した。
【００９０】
図８は、溶鋼２の吐出流の吐出時における主たる流れの軌道について説明するための図である。図８では、吐出流の吐出時における主たる流れの軌道が直線Ｌ１０によって示されている。
【００９１】
具体的には、数値解析シミュレーションによれば、吐出流の吐出時における主たる流れは、吐出孔６１によって浸漬ノズル６の内周面に形成された開口部の下端部Ｐ０を通り、下端部Ｐ０と吐出孔６１によって浸漬ノズル６の外周面に形成された開口部の下端部Ｐ０’との間の部分に沿った方向に延びて形成されることが見出された。これは、浸漬ノズル６内の溶鋼２の流れは乱流を形成しているものの、吐出時において溶鋼２には鉛直下向きに慣性力が掛かっていることに起因するものと考えられる。なお、本明細書では、吐出孔６１によって浸漬ノズル６の内周面に形成された開口部の下端部Ｐ０と吐出孔６１によって浸漬ノズル６の外周面に形成された開口部の下端部Ｐ０’との間の部分を、吐出孔６１の下部とも呼称する。
【００９２】
よって、吐出流の吐出時における主たる流れの軌道を示す直線Ｌ１０は、Ｘ’Ｙ’座標系において下記式（７）によって表される。
【００９３】
【数４】
2020006410.tif 000006
【００９４】
なお、式（７）において、αは、吐出孔６１の下部のＸ’軸方向に対する傾斜角（０°＜α＜９０°）である。また、ｂ０は、直線Ｌ１０のＹ’切片であり、下記式（８）によって表される。
【００９５】
【数５】
2020006410.tif 000007
【００９６】
なお、式（８）において、ｘ０は吐出孔６１によって浸漬ノズル６の内周面に形成された開口部の下端部Ｐ０のＸ’座標であり、ｙ０は吐出孔６１によって浸漬ノズル６の内周面に形成された開口部の下端部Ｐ０のＹ’座標である。
【００９７】
さらに、本件発明者は、電磁ブレーキ装置１６０による吐出流の跳ね上げ挙動を適正化するために吐出流の吐出時における軌道が満たすべき条件を数値解析シミュレーションによって見出した。
【００９８】
具体的には、数値解析シミュレーションによれば、吐出流の吐出時における主たる流れの軌道が電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４の浸漬ノズル６側端部の上端部Ｐ２より上方を通過し、かつ、ティース部１６４の中央部Ｐ１より下方を通過する場合に、吐出流の跳ね上げ挙動が適正化されることが見出された。
【００９９】
吐出流の吐出時における主たる流れの軌道が電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４の浸漬ノズル６側端部の上端部Ｐ２より上方を通過する場合は、図８に示すように直線Ｌ１０上においてＸ’座標が上端部Ｐ２のＸ’座標ｘ２と一致する点を点Ｐ４とすると、点Ｐ４のＹ’座標ｙ４から上端部Ｐ２のＹ’座標ｙ２を減じて得られる値ｈ２が下記式（９）を満たす場合に相当する。
【０１００】
【数６】
2020006410.tif 000008
【０１０１】
また、吐出流の吐出時における主たる流れの軌道がティース部１６４の中央部Ｐ１より下方を通過する場合は、図８に示すように直線Ｌ１０上においてＸ’座標が中央部Ｐ１のＸ’座標ｘ１と一致する点を点Ｐ３とすると、点Ｐ３のＹ’座標ｙ３から中央部Ｐ１のＹ’座標ｙ１を減じて得られる値ｈ１が下記式（１０）を満たす場合に相当する。
【０１０２】
【数７】
2020006410.tif 000009
【０１０３】
式（９）及び式（１０）に式（８）を代入することによって、下記式（１）及び下記式（２）が得られる。なお、下記式（１）及び下記式（２）における左辺は、それぞれ値ｈ１及び値ｈ２に相当する。
【０１０４】
【数８】
2020006410.tif 000010
【０１０５】
本実施形態に係る連続鋳造方法では、鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の中心軸の各側において、浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４との位置関係は、式（１）及び式（２）により与えられる。上記位置関係が式（１）及び式（２）により表される関係を満たした上で連続鋳造が行われることにより、ブレイクアウトの発生が抑制されつつ、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０の両装置の長所が得られるように、吐出流の跳ね上げ挙動を適正化することができる。ゆえに、鋳片３の品質をより向上させることができる。
【０１０６】
好ましくは、本実施形態に係る連続鋳造方法では、鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の中心軸の各側において、浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４との位置関係が下記式（３）及び下記式（４）により与えられる。上記位置関係が式（３）及び式（４）により表される関係を満たした上で連続鋳造が行われることにより、後述されるように、鋳片３の品質をより向上させる効果をより効果的に奏することができる。
【０１０７】
【数９】
2020006410.tif 000011
【０１０８】
より好ましくは、本実施形態に係る連続鋳造方法では、鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の中心軸の各側において、浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４との位置関係が下記式（５）及び下記式（６）により与えられる。上記位置関係が式（５）及び式（６）により表される関係を満たした上で連続鋳造が行われることにより、後述されるように、鋳片３の品質をより向上させる効果をより一層効果的に奏することができる。
【０１０９】
【数１０】
2020006410.tif 000012
【０１１０】
［２−２．電磁力発生装置の設置位置の詳細］
電磁力発生装置１７０においては、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０の高さ、並びに電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０のＺ軸方向における設置位置を適切に設定することにより、鋳片３の品質をさらに向上させることができる。ここでは、電磁力発生装置１７０における、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０の適切な高さ、並びに電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０のＺ軸方向における適切な設置位置について説明する。
【０１１１】
電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０においては、それぞれ、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２の高さが大きいほど、電磁力を付与する性能が高いと言える。例えば、電磁ブレーキ装置１６０の性能は、電磁ブレーキコア１６２のティース部１６４のＸ−Ｚ平面での断面積（Ｚ軸方向の高さＨ２×Ｘ軸方向の幅Ｗ２）と、印可する直流電流の値と、コイル１６３の巻き数と、に依存する。従って、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０をともに鋳型１１０に対して設置する場合には、限られた設置空間において、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２の設置位置、より詳細には電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２の高さの割合をどのように設定するかが、鋳片３の品質を向上させるために各装置の性能をより効果的に発揮させる観点から、非常に重要である。
【０１１２】
ここで、上記特許文献１にも開示されているように、従来、連続鋳造において電磁撹拌装置及び電磁ブレーキ装置を両方用いる方法は提案されている。しかしながら、実際には、電磁撹拌装置と電磁ブレーキ装置を両方組み合わせても、電磁撹拌装置又は電磁ブレーキ装置をそれぞれ単体で使用した場合よりも、鋳片の品質が悪化してしまう場合も少なくない。これは、単純に両方の装置を設置すれば、簡単に両方の装置の長所が得られるというものではなく、各装置の構成や設置位置等によっては、それぞれの長所を打ち消し合ってしまうことが生じ得るからである。上記特許文献１においても、その具体的な装置構成は明示されておらず、両装置のコアの高さも明示されていない。つまり、従来の方法では、電磁撹拌装置及び電磁ブレーキ装置を両方設けることによる鋳片の品質向上の効果を十分に得られない可能性がある。
【０１１３】
これに対して、本実施形態では、以下に説明するように、高速の鋳造であっても鋳片３の品質がより一層確保され得るような、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２の適切な高さの割合を規定する。これにより、上述した電磁力発生装置１７０の構成と併せて、鋳片３の品質を確保しつつ生産性を向上させる効果をさらに効果的に得ることが可能になる。
【０１１４】
ここで、連続鋳造における鋳造速度は、鋳片サイズや品種により大きく異なるが、一般的に０．６〜２．０ｍ／ｍｉｎ程度であり、１．６ｍ／ｍｉｎを超える連続鋳造は高速鋳造と言われる。従来、高い品質が要求される自動車用外装材等については、鋳造速度が１．６ｍ／ｍｉｎを超えるような高速鋳造では、品質を確保することが困難であるため、１．４ｍ／ｍｉｎ程度が一般的な鋳造速度である。そこで、ここでは、一例として、鋳造速度が１．６ｍ／ｍｉｎを超えるような高速鋳造においても従来のより遅い鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等以上の鋳片３の品質を確保することを具体的な目標として設定し、当該目標を満たし得るような、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２の高さの割合について、詳細に説明する。
【０１１５】
上述したように、本実施形態では、鋳型１１０のＺ軸方向の中央部に電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０を設置する空間を確保するために、鋳型１１０の上部及び下部に、それぞれ水箱１３０、１４０を配置する。ここで、溶鋼湯面よりも上方に電磁撹拌コア１５２が位置してもその効果を得ることができない。従って、電磁撹拌コア１５２は溶鋼湯面よりも下方に設置されるべきである。また、吐出流に対して効果的に磁場を印加するためには電磁ブレーキコア１６２は浸漬ノズル６の吐出孔付近に位置することが好ましい。上記のように水箱１３０、１４０を配置した場合には、一般的な配置では、浸漬ノズル６の吐出孔は下部水箱１４０よりも上方に位置することになるため、電磁ブレーキコア１６２も下部水箱１４０よりも上方に設置されるべきである。従って、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２を設置することにより効果が得られる空間（以下、有効空間ともいう）の高さＨ０は、溶鋼湯面から下部水箱１４０の上端までの高さとなる（図２参照）。
【０１１６】
本実施形態では、当該有効空間を最も有効に活用するために、電磁撹拌コア１５２の上端が溶鋼湯面と略同じ高さになるように、当該電磁撹拌コア１５２を設置する。このとき、電磁撹拌装置１５０の電磁撹拌コア１５２の高さをＨ１、ケース１５１の高さをＨ３とし、電磁ブレーキ装置１６０の電磁ブレーキコア１６２の高さをＨ２、ケース１６１の高さをＨ４とすると、下記数式（１１）が成立する。
【０１１７】
【数１１】
2020006410.tif 000013
【０１１８】
換言すれば、上記数式（１１）を満たしつつ、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１と電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２との割合Ｈ１／Ｈ２（以下、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２ともいう）を規定する必要がある。以下、高さＨ０〜Ｈ４についてそれぞれ説明する。
【０１１９】
（有効空間の高さＨ０について）
上述したように、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０においては、それぞれ、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２の高さが大きいほど、電磁力を付与する性能が高いと言える。従って、本実施形態では、両装置がその性能をより発揮できるように、有効空間の高さＨ０ができるだけ大きくなるように鋳型設備１０を構成する。具体的には、有効空間の高さＨ０を大きくするためには、鋳型１１０のＺ軸方向の長さを大きくすればよい。一方、上述したように、鋳片３の冷却性を考慮して、溶鋼湯面から鋳型１１０の下端までの長さは１０００ｍｍ程度以下であることが望ましい。そこで、本実施形態では、鋳片３の冷却性を確保しつつ、有効空間の高さＨ０をできるだけ大きくするために、溶鋼湯面から鋳型１１０の下端までが１０００ｍｍ程度になるように鋳型１１０を形成する。
【０１２０】
ここで、十分な冷却能力が得られるだけの水量を貯水し得るように下部水箱１４０を構成しようとすると、過去の操業実績等に基づいて、当該下部水箱１４０の高さは少なくとも２００ｍｍ程度は必要となる。従って、有効空間の高さＨ０は、８００ｍｍ程度以下である。
【０１２１】
（電磁撹拌装置及び電磁ブレーキ装置のケースの高さＨ３、Ｈ４について）
上述したように、電磁撹拌装置１５０のコイル１５３は、電磁撹拌コア１５２に、断面のサイズが１０ｍｍ×１０ｍｍ程度の導線を２〜４層巻回することにより形成される。従って、コイル１５３まで含めた電磁撹拌コア１５２の高さは、Ｈ１＋８０ｍｍ程度以上となる。ケース１５１の内壁と電磁撹拌コア１５２及びコイル１５３との間の空間を考慮すると、ケース１５１の高さＨ３は、Ｈ１＋２００ｍｍ程度以上となる。
【０１２２】
電磁ブレーキ装置１６０についても同様に、コイル１６３まで含めた電磁ブレーキコア１６２の高さは、Ｈ２＋８０ｍｍ程度以上となる。ケース１６１の内壁と電磁ブレーキコア１６２及びコイル１６３との間の空間を考慮すると、ケース１６１の高さＨ４は、Ｈ２＋２００ｍｍ程度以上となる。
【０１２３】
（Ｈ１＋Ｈ２が取り得る範囲）
上述したＨ０、Ｈ３、Ｈ４の値を上記数式（１１）に代入すると、下記数式（１２）が得られる。
【０１２４】
【数１２】
2020006410.tif 000014
【０１２５】
つまり、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２は、その高さの和Ｈ１＋Ｈ２が５００ｍｍ程度以下になるように構成される必要がある。以下、上記数式（１２）を満たしつつ、鋳片３の品質向上の効果が十分に得られるような、適切なコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２を検討する。
【０１２６】
（コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２について）
本実施形態では、電磁撹拌の効果がより確実に得られるような電磁撹拌コア１５２の高さＨ１の範囲を規定することにより、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の適切な範囲を設定する。
【０１２７】
上述したように、電磁撹拌では、凝固シェル界面における溶鋼２を流動させることにより、凝固シェル３ａへの不純物の捕捉を抑制する洗浄効果が得られ、鋳片３の表面品質を良化させることができる。一方、鋳型１１０の下方に向かうにつれて、鋳型１１０内での凝固シェル３ａの厚みは大きくなっていく。電磁撹拌の効果は、凝固シェル３ａの内側の未凝固部３ｂに対して及ぼされるものであるから、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１は、鋳片３の表面品質をどの程度の厚みまで確保する必要があるかによって決定され得る。
【０１２８】
ここで、表面品質が厳格な品種では、鋳造後の鋳片３の表層を数ミリ研削する工程が実施されることが多い。この研削深さは、２ｍｍ〜５ｍｍ程度である。従って、このような厳格な表面品質が求められる品種では、鋳型１１０内において凝固シェル３ａの厚みが２ｍｍ〜５ｍｍよりも小さい範囲において電磁撹拌を行っても、その電磁撹拌により不純物が低減されている鋳片３の表層は、その後の研削工程によって除去されてしまうこととなる。換言すれば、鋳型１１０内において凝固シェル３ａの厚みが２ｍｍ〜５ｍｍ以上となっている範囲において電磁撹拌を行わないと、鋳片３における表面品質向上の効果を得ることができない。
【０１２９】
凝固シェル３ａは、溶鋼湯面から徐々に成長し、その厚みは下記数式（１３）で示されることが知られている。ここで、δは凝固シェル３ａの厚み（ｍ）、ｋは冷却能力に依存する定数、ｘは溶鋼湯面からの距離（ｍ）、Ｖｃは鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）である。
【０１３０】
【数１３】
2020006410.tif 000015
【０１３１】
上記数式（１３）から、凝固シェル３ａの厚みが４ｍｍ又は５ｍｍとなる場合の、鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）と溶鋼湯面からの距離（ｍｍ）との関係を求めた。図９にその結果を示す。図９は、凝固シェル３ａの厚みが４ｍｍ又は５ｍｍとなる場合の、鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）と溶鋼湯面からの距離（ｍｍ）との関係を示す図である。図９では、横軸に鋳造速度を取り、縦軸に溶鋼湯面からの距離を取り、凝固シェル３ａの厚みが４ｍｍとなる場合、及び凝固シェル３ａの厚みが５ｍｍとなる場合における、両者の関係をプロットしている。なお、図９に示す結果を得る際の計算では、一般的な鋳型に対応する値として、ｋ＝１７とした。
【０１３２】
例えば、図９に示す結果から、研削される厚みが４ｍｍよりも小さく、凝固シェル３ａの厚みが４ｍｍまでの範囲で溶鋼２を電磁撹拌すればよい場合であれば、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１を２００ｍｍとすれば、鋳造速度３．５ｍ／ｍｉｎ以下での連続鋳造において電磁撹拌の効果が得られることが分かる。研削される厚みが５ｍｍよりも小さく、凝固シェル３ａの厚みが５ｍｍまでの範囲で溶鋼２を電磁撹拌すればよい場合であれば、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１を３００ｍｍとすれば、鋳造速度３．５ｍ／ｍｉｎ以下での連続鋳造において電磁撹拌の効果が得られることが分かる。なお、この鋳造速度の「３．５ｍ／ｍｉｎ」という値は、一般的な連続鋳造機において、操業上及び設備上可能な最大の鋳造速度に対応している。
【０１３３】
ここで、上述したように、一例として、鋳造速度が１．６ｍ／ｍｉｎを超えるような高速鋳造においても従来のより遅い鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等の鋳片３の品質を確保することを目標とする場合について考える。鋳造速度が１．６ｍ／ｍｉｎを超える場合に、凝固シェル３ａの厚みが５ｍｍになっても電磁撹拌の効果を得るためには、図９から、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１を少なくとも約１５０ｍｍ以上にしなければならないことが分かる。
【０１３４】
以上検討した結果から、本実施形態では、例えば、比較的高速である鋳造速度１．６ｍ／ｍｉｎを超える連続鋳造において、凝固シェル３ａの厚みが５ｍｍになっても電磁撹拌の効果が得られるように、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１が約１５０ｍｍ以上になるように、当該電磁撹拌コア１５２を構成する。
【０１３５】
電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２については、上述したように、当該高さＨ２が大きいほど電磁ブレーキ装置１６０の性能は高い。従って、上記数式（１２）から、Ｈ１＋Ｈ２＝５００ｍｍである場合において、上記の電磁撹拌コア１５２の高さＨ１の範囲に対応するＨ２の範囲を求めればよい。すなわち、電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２は、約３５０ｍｍとなる。
【０１３６】
これらの電磁撹拌コア１５２の高さＨ１及び電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２の値から、本実施形態におけるコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２は、例えば、下記数式（１４）となる。
【０１３７】
【数１４】
2020006410.tif 000016
【０１３８】
まとめると、本実施形態において、例えば、鋳造速度１．６ｍ／ｍｉｎを超える場合であっても従来のより低速の鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等以上の鋳片３の品質を確保することを目標とする場合には、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１と電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２が、上記数式（１４）を満たすように、当該電磁撹拌コア１５２及び当該電磁ブレーキコア１６２が構成される。
【０１３９】
なお、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の好ましい上限値は、電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２が取り得る最小値によって規定され得る。電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２が小さくなるほどコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２は大きくなるが、電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２が小さ過ぎれば、電磁ブレーキが有効に機能せず、電磁ブレーキによる鋳片３の内質向上の効果が得られ難くなるからである。電磁ブレーキの効果が十分に発揮され得る電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２の最小値は、鋳片サイズや品種、鋳造速度等の鋳造条件に応じて異なる。従って、電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２の最小値、すなわちコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の上限値は、例えば実機試験、又は実際の操業での鋳造条件を模擬した数値解析シミュレーション等に基づいて規定され得る。
【０１４０】
以上、電磁力発生装置１７０における、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０の適切な高さ、並びに電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０のＺ軸方向における適切な設置位置について説明した。なお、以上の説明では、上記数式（１４）に示す関係性を得る際に、上記数式（１２）からＨ１＋Ｈ２＝５００ｍｍとして、これらの関係性を得ていた。ただし、本実施形態はかかる例に限定されない。上述したように、装置の性能をより発揮するためにはＨ１＋Ｈ２はできるだけ大きい方が好ましいため、上記の例ではＨ１＋Ｈ２＝５００ｍｍとしていた。一方、例えば水箱１３０、１４０、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０を設置する際の作業性等を考慮して、Ｚ軸方向においてこれら部材の間に隙間が存在した方が好ましい場合も考えられる。このように作業性等の他の要素をより重視する場合には、必ずしもＨ１＋Ｈ２＝５００ｍｍでなくてもよく、例えばＨ１＋Ｈ２＝４５０ｍｍ等、Ｈ１＋Ｈ２を５００ｍｍよりも小さい値として、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２を設定してもよい。
【０１４１】
また、以上の説明では、鋳造速度が１．６ｍ／ｍｉｎを超える場合に、凝固シェル３ａの厚みが５ｍｍになっても電磁撹拌の効果を得るための条件として、図９から、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１の最小値約１５０ｍｍを求め、このときのコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の値である０．４３を、当該コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の下限値としていた。ただし、本実施形態はかかる例に限定されない。目標とする鋳造速度がより速く設定される場合には、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の下限値も変化し得る。つまり、実際の操業において目標とする鋳造速度において、凝固シェル３ａの厚みが研削工程で除去される厚みに対応する所定の厚みになっても電磁撹拌の効果が得られるような電磁撹拌コア１５２の高さＨ１の最小値を図９かから求め、そのＨ１の値に対応するコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２を、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の下限値とすればよい。
【０１４２】
一例として、作業性等を考慮してＨ１＋Ｈ２＝４５０ｍｍとし、より速い鋳造速度２．０ｍ／ｍｉｎにおいても従来のより低速の鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等以上の鋳片３の品質を確保することを目標とした場合における、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の条件を求めてみる。まず、図９かから、鋳造速度が２．０ｍ／ｍｉｎ以上である場合に、例えば凝固シェル３ａの厚みが５ｍｍになっても電磁撹拌の効果を得るための条件を求める。図９かを参照すると、鋳造速度が２．０ｍ／ｍｉｎのときには、溶鋼湯面からの距離が約１７５ｍｍの位置で、凝固シェルの厚みが５ｍｍになる。従って、マージンを考慮すれば、凝固シェル３ａの厚みが５ｍｍになっても電磁撹拌の効果が得られるような電磁撹拌コア１５２の高さＨ１の最小値は、２００ｍｍ程度と求められる。このとき、Ｈ１＋Ｈ２＝４５０ｍｍから、Ｈ２＝２５０ｍｍとなるため、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２に求められる条件は、下記数式（１５）で表される。
【０１４３】
【数１５】
2020006410.tif 000017
【０１４４】
つまり、本実施形態において、例えば、鋳造速度２．０ｍ／ｍｉｎにおいても従来のより低速の鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等以上の鋳片３の品質を確保することを目標とする場合には、少なくとも上記数式（１５）を満たすように、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２を構成すればよい。なお、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の上限値については、上述したように、実機試験、又は実際の操業での鋳造条件を模擬した数値解析シミュレーション等に基づいて規定すればよい。
【０１４５】
このように、本実施形態では、鋳造速度を増加させた場合であっても従来のより低速での連続鋳造と同等以上の鋳片の品質（表面品質及び内質）を確保することが可能なコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の範囲は、その目標とする鋳造速度の具体的な値、及びＨ１＋Ｈ２の具体的な値に応じて、変化し得る。従って、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の適切な範囲を設定する際には、実際の操業時の鋳造条件や、連続鋳造機１の構成等を考慮して、目標とする鋳造速度、及びＨ１＋Ｈ２の値を適宜設定し、そのときのコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の適切な範囲を、以上説明した方法によって適宜求めればよい。
【実施例】
【０１４６】
以上説明した本実施形態に係る連続鋳造方法による鋳片３の品質向上効果について確認するために行った実機試験１及び実機試験２の結果について説明する。各実機試験では、上述した本実施形態に係る電磁力発生装置１７０と同様の構成を有する電磁力発生装置を実際に操業に用いている連続鋳造機（図１に示す連続鋳造機１と同様の構成を有するもの）に設置し、各種鋳造条件を様々に変更しながら連続鋳造を行った。そして、鋳造後に得られた鋳片３について、表面品質及び内質を目視及び超音波探傷検査によってそれぞれ調査した。
【０１４７】
［実機試験１］
まず、実機試験１では、電磁ブレーキ装置１６０により発生させる磁界の磁束密度（電磁ブレーキの磁束密度）の大きさの適切な範囲を調査するために、鋳造条件のうち、鋳型幅、鋳造速度、電磁ブレーキの磁束密度、溶鋼湯面に対する浸漬ノズル６の底面の深さ、及びスループット（具体的には、浸漬ノズル６の一対の吐出孔６１から吐出される溶鋼２の流量の合計値）を様々に変更しながら連続鋳造を行った。主な鋳造条件は、以下の通りである。なお、溶鋼湯面に対するティース部１６４の上端の深さ、及び溶鋼湯面に対する浸漬ノズル６の底面の深さは、それぞれティース部１６４の上端及び浸漬ノズル６の底面のＹ’座標に相当する。
【０１４８】
（鋳片）
鋳片サイズ（鋳型のサイズ）：幅１０５０ｍｍ〜１６３０ｍｍ、厚み２５０ｍｍ
鋳造速度：０．８ｍ／ｍｉｎ〜２．６ｍ／ｍｉｎ
（電磁撹拌装置）
電磁撹拌コアのサイズ：幅（Ｗ１）１９２８ｍｍ、高さ（Ｈ１）２５０ｍｍ
コイルに印加する交流電流：６８０Ａ、１．５Ｈｚ
（電磁ブレーキ装置）
溶鋼湯面に対するティース部の上端の深さ：−５１６ｍｍ
ティース部のサイズ：幅（Ｗ２）５５０ｍｍ、高さ（Ｈ２）２００ｍｍ
ティース部間の距離（Ｗ３）：３７０ｍｍ
電磁ブレーキの磁束密度：０Ｔ〜０．４８Ｔ
（浸漬ノズル）
浸漬ノズルのサイズ：外径φ１５２ｍｍ、内径φ８７ｍｍ
溶鋼湯面に対する浸漬ノズルの底面の深さ（底面深さ）：−３９０ｍｍ〜−３２０ｍｍ
吐出孔の下部のＸ’軸方向に対する傾斜角（α）：４５°
スループット：１．８１ｔｏｎ／ｍｉｎ〜６．６０ｔｏｎ／ｍｉｎ
【０１４９】
なお、実機試験１では、溶鋼湯面に対する浸漬ノズル６の底面の深さ（底面深さ）が様々に変更されることによって、式（１０）により表される値ｈ１（＝ｙ３−ｙ１）は−１５８ｍｍ〜−８８ｍｍの範囲で変更され、式（９）により表される値ｈ２（＝ｙ４−ｙ２）は１７ｍｍ〜８７ｍｍの範囲で変更された。
【０１５０】
実機試験１の結果を図１０に示す。図１０はスループットＰ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）及び電磁ブレーキの磁束密度Ｑ（Ｔ）の組み合わせの各々についての鋳片３の品質の評価結果を示す図である。図１０では、鋳片の表面品質について、欠陥がほぼ発見されず又は欠陥は発見されたものの手入れが不要なレベルであり、且つ、鋳片の内質について、超音波探傷検査による大型の介在物（直径０．４ｍｍ程度）のスラブ１枚に対しての検出数が２０個未満であった場合には「○」を、鋳片の表面品質について、欠陥が発見され手入れが必要である場合、又は、鋳片の内質について、大型の介在物のスラブ１枚に対しての検出数が２０個以上であった場合には「×」を付すことにより表現している。
【０１５１】
図１０を参照すると、スループットＰと磁束密度Ｑの関係が下記式（１６）により表される関係を満たす場合に鋳片３の品質の評価結果が「○」となり、下記式（１６）により表される関係を満たさない場合に鋳片３の品質の評価結果が「×」となることが確認された。
【０１５２】
【数１６】
2020006410.tif 000018
【０１５３】
これは、スループットＰに対する磁束密度Ｑの相対的な大きさが溶鋼２の吐出流の跳ね上がり挙動に対して以下のように影響を与えることによるものと考えられる。スループットＰに対する磁束密度Ｑの相対的な大きさが過剰に大きい場合（具体的には、Ｑ≧０．０６Ｐ＋０．１２となる場合）、電磁ブレーキ装置１６０により跳ね上げられた吐出流の流速が過剰に大きくなりやすくなり、さらに電磁撹拌により撹拌されにくい浸漬ノズル６の近傍へ向けて吐出流が上昇しやすくなる。それにより、鋳型１１０上部における電磁撹拌による旋回流の形成が阻害され、電磁撹拌による鋳片３の表面品質の向上の効果が好適に得られにくくなる。一方、スループットＰに対する磁束密度Ｑの相対的な大きさが過剰に小さい場合（具体的には、Ｑ≦０．０６Ｐ−０．０７となる場合）、吐出流が電磁ブレーキ装置１６０により跳ね上げられずに下降しやすくなる。それにより、電磁ブレーキによる鋳片の内質向上の効果が好適に得られにくくなる。
【０１５４】
以上のように、実機試験１によれば、スループットＰと磁束密度Ｑの関係が式（１６）により表される関係を満たした上で連続鋳造を行うことが好ましいことが確認された。
【０１５５】
［実機試験２］
次に、実機試験２では、浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４との位置関係が鋳片３の品質に与える影響を調査するために、鋳造条件のうち、鋳型幅、鋳造速度、電磁ブレーキの磁束密度、溶鋼湯面から浸漬ノズル６の底面までの深さ、吐出孔６１の下部のＸ’軸方向に対する傾斜角α及びスループットを様々に変更しながら連続鋳造を行った。主な鋳造条件は、以下の通りである。なお、溶鋼湯面に対するティース部１６４の上端の深さ、及び溶鋼湯面に対する浸漬ノズル６の底面の深さは、それぞれティース部１６４の上端及び浸漬ノズル６の底面のＹ’座標に相当する。
【０１５６】
（鋳片）
鋳片サイズ（鋳型のサイズ）：幅１２９０ｍｍ又は１６５０ｍｍ、厚み２５０ｍｍ
鋳造速度：１．０ｍ／ｍｉｎ〜２．６ｍ／ｍｉｎ
（電磁撹拌装置）
電磁撹拌コアのサイズ：幅（Ｗ１）１９２８ｍｍ、高さ（Ｈ１）２５０ｍｍ
コイルに印加する交流電流：６８０Ａ、１．５Ｈｚ
（電磁ブレーキ装置）
溶鋼湯面に対するティース部の上端の深さ：−５１６ｍｍ
ティース部のサイズ：幅（Ｗ２）５５０ｍｍ、高さ（Ｈ２）２００ｍｍ
ティース部間の距離（Ｗ３）：３７０ｍｍ
電磁ブレーキの磁束密度：０．１５Ｔ〜０．４５Ｔ
（浸漬ノズル）
浸漬ノズルのサイズ：外径φ１５２ｍｍ、内径φ８７ｍｍ
溶鋼湯面に対する浸漬ノズルの底面の深さ（底面深さ）：−４２０ｍｍ〜−３２０ｍｍ
吐出孔の下部のＸ’軸方向に対する傾斜角（α）：３５°〜４５°
スループット：２．２６ｔｏｎ／ｍｉｎ〜６．９３ｔｏｎ／ｍｉｎ
【０１５７】
実機試験２では、スループットＰと磁束密度Ｑの関係が式（１６）により表される関係を満たすように鋳造条件を設定した。また、実機試験２では、溶鋼湯面に対する浸漬ノズル６の底面の深さ（底面深さ）が様々に変更されることによって、吐出孔６１によって浸漬ノズル６の内周面に形成された開口部の下端部Ｐ０のＸ’座標ｘ０及びＹ’座標ｙ０が様々に変更された。また、それに伴い、式（１０）により表される値ｈ１（＝ｙ３−ｙ１）及び式（９）により表される値ｈ２（＝ｙ４−ｙ２）が様々に変更された。なお、鋳型設備１０は、鋳型長辺方向（すなわち、Ｘ軸方向）において、浸漬ノズル６の中心軸に対して対称な構成を有するため、鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の中心軸の各側において、各鋳造条件についてのｘ０、ｙ０、α、ｈ１及びｈ２の値は共通する。
【０１５８】
実機試験２の結果を表１、表２及び図１１に示す。表１では、鋳型幅が１２９０ｍｍである鋳造条件の各々についての鋳片３の品質の評価結果が示されている。表２では、鋳型幅が１６５０ｍｍである鋳造条件の各々についての鋳片３の品質の評価結果が示されている。表１及び表２では、鋳片の表面品質について、目視により欠陥がほぼ発見されなかった場合には「○」を、欠陥は発見されたものの手入れが不要なレベルであった場合には「△」を、欠陥が発見され手入れが必要であった場合には「×」を付すことにより表現している。また、表１及び表２では、鋳片の内質について、超音波探傷検査により大型の介在物（直径０．４ｍｍ程度）が全く検出されなかった場合には「○」を、スラブ１枚に対して検出数が２０個未満であった場合には「△」を、スラブ１枚に対して検出数が２０個以上であった場合には「×」を付すことにより表現している。
【０１５９】
図１１は、値ｈ１及び値ｈ２の組み合わせの各々についての鋳片３の品質の評価結果を示す図である。具体的には、図１１は、表１及び表２に示される種々の鋳造条件について、値ｈ１及び値ｈ２の組み合わせに着目し、ｈ１−ｈ２平面上に鋳片３の品質の評価結果と対応する印をプロットしたものである。図１１では、鋳片３の表面品質の評価結果が「○」であり内質の評価結果が「○」であった場合に「○」を、鋳片３の表面品質の評価結果が「△」であり内質の評価結果が「○」であった場合に「△」を、鋳片３の表面品質の評価結果が「○」であり内質の評価結果が「△」であった場合に「□」を、鋳片３の表面品質の評価結果が「×」であった場合に「×」を、鋳片３の内質の評価結果が「×」であった場合に「＊」を付すことにより表現している。
【０１６０】
【表１】
2020006410.tif 000019
【０１６１】
【表２】
2020006410.tif 000020
【０１６２】
表１、表２及び図１１を参照すると、鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の中心軸の各側において、浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４との位置関係が式（１）及び式（２）により表される関係を満たす場合、鋳片３の表面品質及び内質の評価結果のいずれもが少なくとも「△」となることが確認された。一方、浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４との位置関係が上記の関係を満たさない場合、鋳片３の表面品質及び内質の評価結果の少なくとも一方が「×」となることが確認された。ゆえに、鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の中心軸の各側において、浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４との位置関係が式（１）及び式（２）により表される関係を満たした上で連続鋳造を行うことによって、鋳片３の品質をより向上させることができることが確認された。
【０１６３】
また、表１、表２及び図１１を参照すると、鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の中心軸の各側において、浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４との位置関係が式（３）及び式（４）により表される関係を満たす場合、鋳片３の表面品質の評価結果は少なくとも「△」であるものの内質の評価結果が「○」となることが確認された。ゆえに、鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の中心軸の各側において、浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４との位置関係が式（３）及び式（４）により表される関係を満たした上で連続鋳造を行うことによって、鋳片３の品質をより向上させる効果をより効果的に奏することができることが確認された。
【０１６４】
また、表１、表２及び図１１を参照すると、鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の中心軸の各側において、浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０とのティース部１６４の位置関係が式（５）及び式（６）により表される関係を満たす場合、鋳片３の表面品質及び内質の評価結果のいずれもが「○」となることが確認された。ゆえに、鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の中心軸の各側において、浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４との位置関係が式（５）及び式（６）により表される関係を満たした上で連続鋳造を行うことによって、鋳片３の品質をより一層向上させる効果をより効果的に奏することができることが確認された。
【０１６５】
＜３．まとめ＞
以上説明したように、本実施形態に係る連続鋳造方法では、電磁撹拌装置１５０によって鋳型１１０内の溶鋼２に対して水平面内において旋回流を発生させるような電磁力を付与するとともに、電磁撹拌装置１５０よりも下方に設置される電磁ブレーキ装置１６０によって鋳型１１０内への浸漬ノズル６からの溶鋼２の吐出流に対して当該吐出流を制動する方向の電磁力を付与しながら連続鋳造を行う。具体的には、電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４に巻回されるコイル１６３に対して直流電流を印加することにより磁界を発生させることによって、吐出流に対して吐出流を制動する方向の電磁力を付与する。また、鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の中心軸の各側において、浸漬ノズル６と電磁ブレーキ装置１６０のティース部１６４との位置関係が式（１）及び式（２）により与えられる。それにより、ブレイクアウトの発生が抑制されつつ、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０の両装置の長所が得られるように、吐出流の跳ね上げ挙動を適正化することができる。ゆえに、鋳片３の品質をより向上させることができる。
【０１６６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１６７】
１  連続鋳造機
２  溶鋼
３  鋳片
３ａ  凝固シェル
３ｂ  未凝固部
４  取鍋
５  タンディッシュ
６  浸漬ノズル
１０  鋳型設備
６１  吐出孔
１１０  鋳型
１１１  長辺鋳型板
１１２  短辺鋳型板
１２１、１２２、１２３  バックアッププレート
１３０  上部水箱
１４０  下部水箱
１５０  電磁撹拌装置
１５１  ケース
１５２  電磁撹拌コア
１５３  コイル
１６０  電磁ブレーキ装置
１６１  ケース
１６２  電磁ブレーキコア
１６３  コイル
１６４  ティース部
１６５  連結部
１７０  電磁力発生装置
【図１】
2020006410.tif 000024
【図２】
2020006410.tif 000025
【図３】
2020006410.tif 000026
【図４】
2020006410.tif 000027
【図５】
2020006410.tif 000028
【図６】
2020006410.tif 000029
【図７】
2020006410.tif 000030
【図８】
2020006410.tif 000031
【図９】
2020006410.tif 000032
【図１０】
2020006410.tif 000033
【図１１】
2020006410.tif 000034