(57)【要約】【課題】連続鋳造において、鋳片の表面品質を向上させる。【解決手段】連続鋳造用の鋳型と、前記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電磁力を付与する電磁撹拌装置と、を備える鋳型設備であって、前記電磁撹拌装置は、コイルが巻回される鉄芯を有しており、前記電磁撹拌装置の前記鉄芯よりも上方には、当該鉄芯の上部を覆う非磁性かつ５．８×１０７×０．２［Ｓ／ｍ］以上の導電率を有するカバー部材が設けられている、鋳型設備が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造用の鋳型と、
前記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電磁力を付与する電磁撹拌装置と、
を備える鋳型設備であって、
前記電磁撹拌装置は、コイルが巻回される鉄芯を有しており、
前記電磁撹拌装置の前記鉄芯よりも上方には、当該鉄芯の上部を覆う非磁性かつ５．８×１０７×０．２［Ｓ／ｍ］以上の導電率を有するカバー部材が設けられている、
鋳型設備。
【請求項２】
前記カバー部材は、前記電磁撹拌装置の前記鉄芯の上面と対向して板状に形成されており、
前記カバー部材の上下方向の厚みは、下記式（１）により表される電磁波の浸透深さの０．１倍以上である、
請求項１に記載の鋳型設備。
δ＝（２／（２πｆ×σ×μ））１／２  ・・・（１）
ただし、
δ：前記浸透深さ［ｍ］
ｆ：前記電磁撹拌装置の前記コイルに印加される電流の周波数［Ｈｚ］
σ：前記カバー部材の導電率［Ｓ／ｍ］
μ：前記カバー部材の透磁率［Ｈ／ｍ］
【請求項３】
前記カバー部材は、Ｃｕを９６．０質量％以上含有する、
請求項１又は２に記載の鋳型設備。
【請求項４】
前記カバー部材は、Ｃｕを９９．９質量％以上含有し、
前記カバー部材の上下方向の厚みは、８ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、
前記電磁撹拌装置の前記コイルに印加される電流の周波数は、１．５Ｈｚ以上４．５Ｈｚ以下である、
請求項３に記載の鋳型設備。
【請求項５】
前記電磁撹拌装置よりも下方に設置され、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電磁力を付与する電磁ブレーキ装置をさらに備える、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋳型設備。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋳型設備を用いて行う連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型設備及び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期待される。
【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】
例えば、特許文献１に開示されているように、鋳型内の溶融金属の流動を制御するための電磁力発生装置として、電磁撹拌装置が広く用いられている。電磁撹拌装置は、鋳型内に移動磁界を発生させることにより、鋳型内の溶融金属にローレンツ力と呼ばれる電磁力を付与し、当該溶融金属に対して水平面内において旋回するような流動パターン（すなわち、鉛直軸回りの旋回流）を生じさせる装置である。電磁撹拌装置によって旋回流を生じさせることにより、凝固シェル界面での溶融金属の流動が促進されるため、上述したガス気泡や非金属介在物等の不純物が凝固シェル内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。さらに、鋳型内の溶融金属に旋回流が生じることによって、鋳型内における溶融金属の温度が均一化されるため、初期凝固位置が安定化されることにより、鋳片の内部における割れの発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２３８２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、電磁撹拌装置の短所として、旋回流が鋳型内壁に衝突することにより、上下方向への溶鋼の流れである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。旋回流が鋳型内壁に衝突することにより生じる上下方向への溶鋼の流れのうち、特に、上昇流は、鋳型内の上部における電磁撹拌装置による旋回流の形成を阻害するものであり、電磁撹拌装置が本来目的とする鋳片の表面品質の向上を妨げる要因となる。ゆえに、電磁撹拌装置による旋回流の形成を促進させることによって、鋳片の表面品質がより向上することが期待される。
【００１０】
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、鋳片の表面品質を向上させることが可能な、新規かつ改良された鋳型設備及び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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、連続鋳造用の鋳型と、前記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電磁力を付与する電磁撹拌装置と、を備える鋳型設備であって、前記電磁撹拌装置は、コイルが巻回される鉄芯を有しており、前記電磁撹拌装置の前記鉄芯よりも上方には、当該鉄芯の上部を覆う非磁性かつ５．８×１０７×０．２［Ｓ／ｍ］以上の導電率を有するカバー部材が設けられている、鋳型設備が提供される。
【００１２】
前記カバー部材は、前記電磁撹拌装置の前記鉄芯の上面と対向して板状に形成されており、前記カバー部材の上下方向の厚みは、下記式（１）により表される電磁波の浸透深さの０．１倍以上であってもよい。
δ＝（２／（２πｆ×σ×μ））１／２  ・・・（１）
ただし、
δ：前記浸透深さ［ｍ］
ｆ：前記電磁撹拌装置の前記コイルに印加される電流の周波数［Ｈｚ］
σ：前記カバー部材の導電率［Ｓ／ｍ］
μ：前記カバー部材の透磁率［Ｈ／ｍ］
【００１３】
前記カバー部材は、Ｃｕを９６．０質量％以上含有してもよい。
【００１４】
前記カバー部材は、Ｃｕを９９．９質量％以上含有し、前記カバー部材の上下方向の厚みは、８ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、前記電磁撹拌装置の前記コイルに印加される電流の周波数は、１．５Ｈｚ以上４．５Ｈｚ以下であってもよい。
【００１５】
前記電磁撹拌装置よりも下方に設置され、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電磁力を付与する電磁ブレーキ装置をさらに備えてもよい。
【００１６】
また、上記の鋳型設備を用いて行う連続鋳造方法が提供されてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、連続鋳造において、鋳片の表面品質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の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】同実施形態に係る鋳型設備の図２に示すＡ−Ａ断面での断面図である。
【図４】同実施形態に係る鋳型設備の図３に示すＢ−Ｂ断面での断面図である。
【図５】電磁撹拌装置によって鋳型内の溶鋼に対して付与される電磁力を示す模式図である。
【図６】電磁撹拌装置によって鋳型内に生じる溶鋼の流れを示す模式図である。
【図７】電磁撹拌コアから周囲に発せられる電磁波がカバー部材によって反射される様子を示す模式図である。
【図８】カバー部材の導電率を変化させた場合におけるローレンツ力密度と湯面からの距離との関係を示す図である。
【図９】電磁波の浸透深さと電磁撹拌装置のコイルに印加される電流の周波数との関係を示す図である。
【図１０】カバー部材の厚みを変化させた場合におけるローレンツ力密度と湯面からの距離との関係を示す図である。
【図１１】電磁撹拌コアの上下方向の中央位置での電磁力に対する湯面近傍での電磁力の比率と電磁波の浸透深さに対するカバー部材の厚みの比率との関係を示す図である。
【図１２】電磁撹拌コアの上下方向の中央位置での電磁力に対する湯面近傍での電磁力の比率と電磁波の浸透深さに対するカバー部材の厚みの比率との関係を示す図である。
【図１３】第１の変形例に係る鋳型設備のＹ−Ｚ平面での断面図である。
【図１４】第２の変形例に係る鋳型設備のＹ−Ｚ平面での断面図である。
【図１５】第３の変形例に係る鋳型設備のＹ−Ｚ平面での断面図である。
【図１６】第３の変形例に係る鋳型設備の図１５に示すＣ−Ｃ断面での断面図である。
【図１７】実機試験１の結果におけるピンホール指数と鋳造速度との関係を示す図である。
【図１８】実機試験２の結果におけるピンホール指数と鋳造速度との関係を示す図である。
【図１９】実機試験３の結果におけるピンホール指数と鋳造速度との関係を示す図である。
【図２０】実機試験４の結果におけるピンホール指数と鋳造速度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
＜１．連続鋳造機＞
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
なお、以下の説明では、上下方向（すなわち、鉛直方向）を、Ｚ軸方向とも呼称する。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）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）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。
【００２７】
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としての電磁撹拌装置が設置される。そして、当該電磁撹拌装置を駆動させながら連続鋳造が行われる。それにより、鋳片の表面品質を確保しつつ、より高速での鋳造が可能になる。当該電磁撹拌装置を含む鋳型設備の構成については、図２〜図６を参照して後述する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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と呼称される。なお、本発明は、図１に示す連続鋳造機１等の垂直曲げ型の連続鋳造機に限定されず、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。本実施形態では、後述するように、連続鋳造機１において鋳型１１０及び電磁撹拌装置１５０を備える鋳型設備１０が設置され、当該電磁撹拌装置１５０を用いて連続鋳造が行われることによって、鋳片の表面品質の向上が実現される。ゆえに、連続鋳造機１における鋳型設備１０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。
【００３６】
＜２．鋳型設備の構成＞
続いて、図２〜図６を参照して、鋳型１１０及び電磁撹拌装置１５０を備える鋳型設備１０の構成について説明する。
【００３７】
図２〜図４は、本実施形態に係る鋳型設備１０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。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及び図４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及び図４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。
【００３８】
図２〜図４に示すように、本実施形態に係る鋳型設備１０は、鋳型１１０と、電磁撹拌装置１５０と、カバー部材１７０とを備える。ここで、カバー部材１７０は、電磁撹拌装置１５０の鉄芯１５２よりも上方に設けられており、当該鉄芯１５２の上部を覆い、非磁性かつ５．８×１０７×０．２［Ｓ／ｍ］以上の導電率を有する。詳細には、図２〜図４に示す例では、電磁撹拌装置１５０は、鋳型１１０の長辺鋳型板１１１の外側面を覆うバックアッププレート１２１の外側に設置されており、カバー部材１７０は、バックアッププレート１２１の外周面から外側に突設される強度部材１８０（鋳型設備１０を補強するための部材）の上面に載置されている。
【００３９】
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。
【００４０】
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程度のＹ軸方向の幅を有する。
【００４１】
また、本実施形態では、電磁撹拌装置１５０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。
【００４２】
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。後述するように電磁撹拌装置１５０による鋳型１１０内の溶鋼２に対する電磁力の付与は、長辺側バックアッププレート１２１を介して行われるため、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。
【００４３】
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及び図４に示すように、この一対のバックアッププレート１２３の間に電磁撹拌装置１５０が設置される。このように、バックアッププレート１２３は、電磁撹拌装置１５０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、電磁撹拌装置１５０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。
【００４４】
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、冷却水を貯水する水箱まで延設されている。図示しないポンプによって、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。また、短辺鋳型板１１２に対しても、同様に、冷却水が通過する水路が設けられ、当該水路内を冷却水が流動することにより当該短辺鋳型板１１２が冷却される。なお、水箱の設置位置は、特に限定されないが、例えば、強度部材１８０に代えて設置されてもよく、強度部材１８０の設置位置と異なる位置に強度部材１８０とは別に設置されてもよい。
【００４５】
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、水平面内において旋回流を発生させる電磁力を付与する。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。
【００４６】
以下、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に巻回される複数のコイル１５３とを有する。
【００４７】
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Ｗ２、すなわち電磁撹拌装置１５０のＸ軸方向の幅Ｗ２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、Ｗ２は１８００ｍｍ〜２５００ｍｍ程度である。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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交流電流の電流値、周波数及び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。
【００５２】
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。また、電磁撹拌コア１５２は、例えば、その上端が溶鋼湯面と一致するように設置され、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１は、例えば、１５０ｍｍ〜２５０ｍｍ程度である。
【００５３】
カバー部材１７０は、上述したように、電磁撹拌コア１５２（つまり、電磁撹拌装置１５０の鉄芯）よりも上方に設けられており、当該電磁撹拌コア１５２の上部を覆う。具体的には、カバー部材１７０は、電磁撹拌コア１５２の上面と対向して板状に形成されている。換言すると、カバー部材１７０は、電磁撹拌コア１５２の上方において当該電磁撹拌コア１５２の上面に対して平行に（つまり、水平方向に）延在している。例えば、図２〜図４に示す例では、カバー部材１７０は、略一定の上下方向の厚みを有する平板状の部材である。カバー部材１７０の水平面への投影面積は、少なくとも電磁撹拌コア１５２の上面を覆い得る程度の面積以上であればよく、具体的には、電磁撹拌コア１５２の上面の面積以上であればよい。
【００５４】
後述するように、カバー部材１７０は、電磁撹拌コア１５２から周囲に発せられる電磁波を反射するために設けられる。ゆえに、カバー部材１７０の物性は、電磁波を反射する機能に適したものとなっている。具体的には、カバー部材１７０は、上述したように、非磁性かつ５．８×１０７×０．２［Ｓ／ｍ］以上の導電率を有する。
【００５５】
上記のように、本実施形態では、上述した鋳型設備１０を用いた連続鋳造方法を実施することができる。具体的には、本実施形態に係る連続鋳造方法では、上述した鋳型設備１０を用いて、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電磁力を付与しながら連続鋳造が行われる。
【００５６】
ところで、従来の技術では、上述したように、電磁撹拌装置１５０によって発生する旋回流が鋳型内壁に衝突することにより生じる上昇流に起因して、鋳型１１０内の上部における電磁撹拌装置１５０による旋回流の形成が阻害されるという問題があった。以下、図５及び図６を参照して、このような問題について説明する。
【００５７】
図５は、電磁撹拌装置１５０によって鋳型１１０内の溶鋼２に対して付与される電磁力を示す模式図である。具体的には、図５では、長辺鋳型板１１１の内壁面近傍に生じる電磁力を模擬的に矢印で示している。なお、図５における電磁力を示す矢印の太さが太いほど、当該矢印と対応する電磁力の大きさが大きいことを示す。
【００５８】
図５に示すように、電磁撹拌装置１５０によって鋳型１１０内の溶鋼２に対して付与される電磁力の大きさは、上下方向（つまり、Ｚ軸方向）に関しては、電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置において最大となる。このことは、電磁撹拌装置１５０により長辺鋳型板１１１の内壁面上に発生する磁束密度の鋳型厚み方向の成分が、上下方向に関して電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置において最大となることによるものである。
【００５９】
図６は、電磁撹拌装置１５０によって鋳型１１０内に生じる溶鋼２の流れを示す模式図である。具体的には、図６では、長辺鋳型板１１１の内壁面近傍における溶鋼２の流れを模擬的に矢印で示している。なお、図６における溶鋼２の流れを示す矢印の太さが太いほど、当該矢印と対応する溶鋼２の流速が大きいことを示す。
【００６０】
図６に示すように、電磁撹拌装置１５０により生じる電磁力に沿った方向に流れる溶鋼２の流速は、上下方向に関しては、電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置において最大となる。ゆえに、長辺鋳型板１１１の内壁面近傍において、電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置に生じる流れＦ１１が短辺鋳型板１１２に衝突することにより、上昇流及び下降流が形成される。そして、このように生じた上昇流が湯面に到達した後、湯面近傍において電磁撹拌装置１５０により生じる電磁力に沿った方向の溶鋼２の流れＦ２１に対して逆方向の流れＦ１２となる。よって、湯面近傍において、互いに逆方向の流れＦ２１と流れＦ１２との衝突地点において、溶鋼２の流れが淀んでしまう（つまり、流速が略０となってしまう）ので、電磁撹拌装置１５０による旋回流の形成が阻害される。それにより、電磁撹拌装置１５０が本来目的とする鋳片３の表面品質の向上が妨げられてしまっていた。
【００６１】
そこで、本実施形態では、上記の問題を解決するために、従来の技術と異なり、鋳型設備１０にカバー部材１７０が設けられている。それにより、鋳型１１０内の上部における電磁撹拌装置１５０による旋回流の形成が阻害されることが抑制され、ひいては、鋳片３の表面品質を向上させることが実現される。このようなカバー部材１７０により生じる作用については、後述にて説明する。
【００６２】
＜３．鋳型設備の作用＞
続いて、図７〜図１２を参照して、鋳型設備１０の作用について説明する。
【００６３】
上述したように、本実施形態に係る鋳型設備１０では、電磁撹拌コア１５２から周囲に発せられる電磁波を反射するために、カバー部材１７０が設けられる。図７は、電磁撹拌コア１５２から周囲に発せられる電磁波がカバー部材１７０によって反射される様子を示す模式図である。具体的には、図７では、電磁撹拌コア１５２から周囲に発せられた電磁波を模擬的に矢印で示している。
【００６４】
電磁波は、導電体に当たると反射される性質を有している。具体的には、電磁波の周波数が高いほど、又は、導電体の導電率が高いほど、電磁波が反射されやすくなる。ここで、電磁撹拌装置１５０のコイル１５３に印加される電流の周波数は比較的低くなっている（具体的には、通常１０［Ｈｚ］以下となっている）ので、電磁撹拌コア１５２から周囲に発せられる電磁波は反射されにくい。なお、図２〜図４に示す例では、電磁撹拌コア１５２よりも上方に強度部材１８０が設置されているが、電磁撹拌コア１５２の上方に従来設けられている強度部材１８０等の部材は、ステンレス製であることが多い。ステンレスの導電率は、比較的低い（具体的には、１×１０６［Ｓ／ｍ］程度）ので、電磁撹拌コア１５２から周囲に発せられる電磁波を強度部材１８０等の部材により反射する効果は僅かである。ゆえに、従来の技術のように鋳型設備１０にカバー部材１７０が設けられていない場合、図７において二点鎖線矢印により示すように、電磁撹拌コア１５２から周囲に発せられる電磁波の大部分は、反射されずに強度部材１８０を通過してしまっていた。
【００６５】
ここで、本実施形態に係る鋳型設備１０において、電磁撹拌コア１５２の上部を覆うカバー部材１７０は、非磁性である。磁性を有する部材は、電磁波を吸収しやすいので、当該部材により電磁波を反射する効果は僅かである。ゆえに、カバー部材１７０を非磁性にすることにより、電磁撹拌コア１５２から周囲に発せられる電磁波をカバー部材１７０により反射しやすくすることができる。さらに、カバー部材１７０は、５．８×１０７×０．２［Ｓ／ｍ］以上の導電率を有している。このように、カバー部材１７０の導電率は、強度部材１８０等のステンレス製の部材よりも十分に高くなっているので、図７において太線矢印により示すように、電磁撹拌コア１５２から周囲に発せられる電磁波をカバー部材１７０により適切に反射することができ、課題解決に十分である。
【００６６】
鋳型設備１０に設けられるカバー部材１７０としては、加工のしやすさ等の観点からは、Ｃｕを主成分とする（具体的には、Ｃｕを９６．０質量％以上含有する）ことが好ましい。なお、カバー部材１７０の物性は、少なくとも非磁性かつ５．８×１０７×０．２［Ｓ／ｍ］以上の導電率を有していればよいので、カバー部材１７０の成分は、特に限定されず、例えば、Ａｕを主成分とするもの、Ａｇを主成分とするもの、又は、Ａｌを主成分とするもの等であってもよい。また、カバー部材１７０として、超伝導体が用いられてもよい。
【００６７】
上記のように、本実施形態に係る鋳型設備１０では、カバー部材１７０を利用することによって、電磁撹拌コア１５２から周囲に発せられる電磁波を反射することができるので、電磁撹拌装置１５０による旋回流の形成を促進させることが期待される。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、カバー部材１７０による電磁波を反射する効果について、以下に説明する知見を見出した。
【００６８】
以下で説明する数値解析シミュレーションの条件は次の通りである。なお、以下の数値解析シミュレーションでは、電磁撹拌コア１５２の上端の上下方向の位置を溶鋼湯面と一致させている。ゆえに、電磁撹拌コア１５２の下端が湯面から１５０ｍｍ下方に位置している。
【００６９】
鋳片３の幅（すなわち、Ｘ軸方向の長さ）：１６００［ｍｍ］
鋳片３の厚み（すなわち、Ｙ軸方向の長さ）：２５０［ｍｍ］
電磁撹拌コア１５２の上下方向の長さ（つまり、高さＨ１）：１５０［ｍｍ］
電磁撹拌装置１５０のコイル１５３に印加される電流：６００［Ａ］、３．０［Ｈｚ］
【００７０】
以下で説明する数値解析シミュレーションでは、各種条件を変化させて、電磁撹拌装置１５０により鋳型１１０内の溶鋼２に付与される電磁力（つまり、旋回流を発生させる電磁力）を示す指標として鋳型１１０内に生じるローレンツ力密度［Ｎ／ｍ３］を評価した。具体的には、ローレンツ力密度［Ｎ／ｍ３］として、長辺鋳型板１１１の内壁面から５ｍｍ離れた位置での溶鋼２に生じる電磁力を鋳型幅方向（つまり、Ｘ軸方向）に平均化した値を評価した。
【００７１】
図８を参照して、カバー部材１７０の導電率と電磁撹拌装置１５０により鋳型１１０内の溶鋼２に付与される電磁力との関係について説明する。
【００７２】
図８は、カバー部材１７０の導電率を変化させた場合におけるローレンツ力密度と湯面からの距離との関係を示す図である。具体的には、図８は、カバー部材１７０の導電率を、純銅の導電率である５．８×１０７［Ｓ／ｍ］が１００％に対応するものとして、０％（つまり、カバー部材１７０がない場合）、２０％、４０％、６０％、８０％及び１００％にそれぞれ変化させた場合のシミュレーション結果に相当する。また、図８のシミュレーションでは、カバー部材１７０の上下方向の厚みを１０［ｍｍ］としている。なお、図８では、湯面からの距離が、上方向を正方向とし下方向を負方向として示されている。
【００７３】
図８に示すように、カバー部材１７０を設けた場合（つまり、カバー部材１７０の導電率が２０％、４０％、６０％、８０％又は１００％の場合）には、カバー部材１７０がない場合（つまり、カバー部材１７０の導電率が０％の場合）と比較して、ローレンツ力密度が増大する傾向があることがわかる。具体的には、カバー部材１７０の導電率が高くなるにつれて、湯面近傍に生じるローレンツ力密度が増大する（つまり、湯面近傍での電磁力が増大する）ことがわかる。特に、カバー部材１７０の導電率が４０％以上の場合、湯面近傍での電磁力は、電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置（つまり、湯面から７５ｍｍ下方の位置）における電磁力と同程度以上となり、カバー部材１７０の導電率が６０％以上の場合、湯面近傍での電磁力は、電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置（つまり、湯面から７５ｍｍ下方の位置）における電磁力よりも大きくなることがわかる。従って、カバー部材１７０の導電率は、５．８×１０７×０．４［Ｓ／ｍ］以上とするのが好ましく、５．８×１０７×０．６［Ｓ／ｍ］以上とするのがより好ましい。
【００７４】
ここで、カバー部材１７０により電磁波が反射される原理は、以下のように考えることができる。まず、カバー部材１７０に電磁波が入射することによって、カバー部材１７０中に渦電流が生じる。そして、カバー部材１７０に入射する電磁波を弱める磁束がカバー部材１７０中に生じた渦電流によって生じる結果として、カバー部材１７０に入射する電磁波が反射される。
【００７５】
ゆえに、カバー部材１７０による電磁波を反射する効果を十分に得るためには、カバー部材１７０の上下方向の厚みを十分に厚くする必要があると考えられる。ここで、本件発明者は、数値解析シミュレーションの結果から、カバー部材１７０の上下方向の厚み（以下、単に、カバー部材１７０の厚みとも呼ぶ。）を下記式（１）により表される電磁波の浸透深さδ［ｍ］に対して十分に厚くすることが重要であることを見出した。なお、浸透深さは、導体中において、発生する渦電流の電流密度が当該導体の表層における電流密度の略１／３となる位置の表層からの深さを意味する。
【００７６】
δ＝（２／（２πｆ×σ×μ））１／２  ・・・（１）
【００７７】
なお、式（１）において、ｆは電磁撹拌装置１５０のコイル１５３に印加される電流の周波数［Ｈｚ］を示し、σはカバー部材１７０の導電率［Ｓ／ｍ］を示し、μはカバー部材１７０の透磁率［Ｈ／ｍ］を示す。
【００７８】
詳細には、本件発明者は、電磁波の浸透深さに対するカバー部材１７０の厚みの比率が大きいほど、カバー部材１７０による電磁波を反射する効果が大きくなることを見出した。ここで、式（１）によれば、カバー部材１７０の導電率が高いほど、電磁波の浸透深さは小さくなる。ゆえに、カバー部材１７０の導電率が高いほど、電磁波の浸透深さに対するカバー部材１７０の厚みの比率が大きくなるので、カバー部材１７０による電磁波を反射する効果が大きくなるので、湯面近傍に生じる電磁力が増大する。このことは、上記で説明した図８のシミュレーション結果と整合する。
【００７９】
図９は、電磁波の浸透深さと電磁撹拌装置１５０のコイル１５３に印加される電流の周波数との関係を示す図である。具体的には、図９は、カバー部材１７０の導電率を、５．８×１０７［Ｓ／ｍ］とし、カバー部材１７０の透磁率を真空の透磁率である４π×１０−７［Ｈ／ｍ］とし、式（１）を用いて計算した結果に相当する。
【００８０】
図９に示すように、コイル１５３に印加される電流の周波数が大きくなるにつれて、電磁波の浸透深さは小さくなる。例えば、コイル１５３に印加される電流の周波数が３．０［Ｈｚ］である場合には、電磁波の浸透深さは３８．２［ｍｍ］となる。
【００８１】
図１０を参照して、カバー部材１７０の厚みと電磁撹拌装置１５０により鋳型１１０内の溶鋼２に付与される電磁力との関係について説明する。
【００８２】
図１０は、カバー部材１７０の厚みを変化させた場合におけるローレンツ力密度と湯面からの距離との関係を示す図である。具体的には、図１０は、カバー部材１７０の厚みを、０ｍｍ（つまり、カバー部材１７０がない場合）、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ及び２０ｍｍにそれぞれ変化させた場合のシミュレーション結果に相当する。また、図１０のシミュレーションでは、カバー部材１７０の導電率を５．８×１０７［Ｓ／ｍ］としている。なお、図１０では、図８と同様に、湯面からの距離が、上方向を正方向とし下方向を負方向として示されている。
【００８３】
図１０に示すように、カバー部材１７０を設けた場合（つまり、カバー部材１７０の厚みが２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ又は２０ｍｍの場合）には、カバー部材１７０がない場合（つまり、カバー部材１７０の厚みが０ｍｍの場合）と比較して、ローレンツ力密度が増大する傾向があることがわかる。具体的には、カバー部材１７０の厚みが厚くなるにつれて、湯面近傍に生じるローレンツ力密度が増大する（つまり、湯面近傍での電磁力が増大する）ことがわかる。特に、カバー部材１７０の厚みが４ｍｍ以上の場合、湯面近傍での電磁力は、電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置（つまり、湯面から７５ｍｍ下方の位置）における電磁力と同程度以上となることがわかる。
【００８４】
図１１及び図１２を参照して、電磁波の浸透深さに対するカバー部材１７０の厚みの比率と電磁撹拌装置１５０により鋳型１１０内の溶鋼２に付与される電磁力との関係について説明する。
【００８５】
図１１及び図１２は、電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置での電磁力に対する湯面近傍での電磁力の比率（図面中の「湯面近傍での電磁力／中央位置での電磁力」と対応）と電磁波の浸透深さに対するカバー部材１７０の厚みの比率（図面中の「カバー部材の厚み／浸透深さ」と対応）との関係を示す図である。
【００８６】
図１１は、カバー部材１７０の厚みを変化させることによって電磁波の浸透深さに対するカバー部材１７０の厚みの比率を変化させた場合のシミュレーション結果に相当する。具体的には、図１１は、カバー部材１７０の厚みを０ｍｍ（つまり、カバー部材１７０がない場合）、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ及び２０ｍｍにそれぞれ変化させた場合における電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置での電磁力に対する湯面近傍での電磁力の比率をプロットしたものである。また、図１１のシミュレーションでは、カバー部材１７０の導電率を５．８×１０７［Ｓ／ｍ］としている。
【００８７】
また、図１２は、カバー部材１７０の導電率を変化させることによって電磁波の浸透深さに対するカバー部材１７０の厚みの比率を変化させた場合のシミュレーション結果に相当する。具体的には、図１２は、カバー部材１７０の導電率を、５．８×１０７［Ｓ／ｍ］が１００％に対応するものとして、０％（つまり、カバー部材１７０がない場合）、２０％、４０％、６０％、８０％及び１００％にそれぞれ変化させた場合における電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置での電磁力に対する湯面近傍での電磁力の比率をプロットしたものである。また、図１２のシミュレーションでは、カバー部材１７０の厚みを１０［ｍｍ］としている。
【００８８】
図１１及び図１２の結果によれば、電磁波の浸透深さに対するカバー部材１７０の厚みの比率が０．１以上である場合、電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置での電磁力に対する湯面近傍での電磁力の比率が略０．９８以上となることがわかる。つまり、カバー部材１７０の上下方向の厚みを電磁波の浸透深さの０．１倍以上にすることによって、湯面近傍での電磁力を電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置における電磁力と同程度以上にすることができる程度にカバー部材１７０による電磁波を反射する効果を得ることができることがわかる。
【００８９】
さらに、図１１及び図１２の結果によれば、電磁波の浸透深さに対するカバー部材１７０の厚みの比率が０．１５以上である場合、電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置での電磁力に対する湯面近傍での電磁力の比率が略１．００以上となることがわかる。つまり、カバー部材１７０の上下方向の厚みを電磁波の浸透深さの０．１５倍以上にすることによって、湯面近傍での電磁力を電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置における電磁力よりも大きくすることができる程度にカバー部材１７０による電磁波を反射する効果を得ることができることがわかる。
【００９０】
本件発明者は、後述にて説明する実機試験を行うことによって、カバー部材１７０の上下方向の厚みを電磁波の浸透深さの０．１倍以上にすることによって、鋳片３の表面品質を効果的に向上させることができることを見出した。このことは、上記のように、カバー部材１７０の上下方向の厚みを電磁波の浸透深さの０．１倍以上にすることによって、湯面近傍での電磁力を電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置における電磁力と同程度以上にすることができる程度にカバー部材１７０による電磁波を反射する効果を得ることができることによるものと考えられる。
【００９１】
さらに、本件発明者は、後述にて説明する実機試験を行うことによって、カバー部材１７０の上下方向の厚みを電磁波の浸透深さの０．１５倍以上にすることによって、鋳片３の表面品質をより効果的に向上させることができることを見出した。このことは、上記のように、カバー部材１７０の上下方向の厚みを電磁波の浸透深さの０．１５倍以上にすることによって、湯面近傍での電磁力を電磁撹拌コア１５２の上下方向の中央位置における電磁力よりも大きくすることができる程度にカバー部材１７０による電磁波を反射する効果を得ることができることによるものと考えられる。
【００９２】
＜４．変形例＞
続いて、図１３〜図１６を参照して、各種変形例に係る鋳型設備について説明する。
【００９３】
上記で図２〜図６を参照して説明した鋳型設備１０は、あくまでも本発明に係る鋳型設備の一例に過ぎず、本発明に係る鋳型設備は、以下で説明する各種変形例のように、鋳型設備１０に対して構成要素の追加、削除又は変更を適宜行ったものであってもよい。
【００９４】
図１３は、第１の変形例に係る鋳型設備１０ａのＹ−Ｚ平面での断面図である。
【００９５】
図１３に示すように、鋳型設備１０ａでは、上述した鋳型設備１０と比較して、カバー部材１７０が強度部材１８０の下方に設置されている点が異なる。それにより、カバー部材１７０を電磁撹拌装置１５０の直上に配置することができるので、電磁撹拌コア１５２とカバー部材１７０との間の距離を縮めることができる。ゆえに、カバー部材１７０による電磁波を反射する効果をより向上させることができる。
【００９６】
図１４は、第２の変形例に係る鋳型設備１０ｂのＹ−Ｚ平面での断面図である。
【００９７】
図１４に示すように、鋳型設備１０ｂでは、上述した鋳型設備１０と比較して、カバー部材１７０が電磁撹拌装置１５０のコイル１５３の内側に設置されている点が異なる。それにより、カバー部材１７０を電磁撹拌コア１５２に隣接させることができる。ゆえに、カバー部材１７０による電磁波を反射する効果をさらに向上させることができる。
【００９８】
図１５は、第３の変形例に係る鋳型設備１０ｃのＹ−Ｚ平面での断面図である。図１６は、第３の変形例に係る鋳型設備１０ｃの図１５に示すＣ−Ｃ断面での断面図である。
【００９９】
図１５及び図１６に示すように、鋳型設備１０ｃでは、上述した鋳型設備１０と比較して、鋳型１１０内の溶鋼２の流動を制御するための電磁力発生装置として電磁撹拌装置１５０に追加してさらに電磁ブレーキ装置１６０が設けられる点が異なる。
【０１００】
電磁ブレーキ装置１６０は、電磁撹拌装置１５０よりも下方に設置され、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、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電磁力を付与する。電磁ブレーキ装置１６０によれば、溶鋼２の吐出流を制動する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の表面品質及び内質を含む品質を良化させることができる。
【０１０１】
以下、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内に格納される鉄芯（コア）１６２（以下、電磁ブレーキコア１６２ともいう）と、当該電磁ブレーキコア１６２に巻回される複数のコイル１６３とを有する。
【０１０２】
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Ｗ５、すなわち電磁ブレーキ装置１６０のＸ軸方向の幅Ｗ５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Ｗ５は、ケース１５１の幅Ｗ２と略同様である。ただし、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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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とを含む。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。
【０１０５】
具体的には、ティース部１６４は、Ｘ軸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。
【０１０６】
また、電磁ブレーキ装置１６０の磁束密度を確保するために、長辺側バックアッププレート１２１の、電磁ブレーキコア１６２のティース部１６４と対向する部位には、磁性体の軟鉄１２４が埋め込まれる。
【０１０７】
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。
【０１０８】
複数のコイル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に印加され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。
【０１０９】
電磁ブレーキコア１６２におけるティース部１６４のＸ軸方向の幅Ｗ３及びティース部１６４間のＸ軸方向の距離Ｗ４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、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、Ｗ３は５００ｍｍ程度、Ｗ４は３５０ｍｍ程度である。また、電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２は、例えば、２００ｍｍ程度である。
【０１１０】
電磁ブレーキ装置１６０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、Ｘ軸方向（すなわち、鋳型幅方向）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。
【０１１１】
上記のように、第３の変形例では、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０を用いた連続鋳造方法を実施することができる。具体的には、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電磁力を付与しながら連続鋳造が行われる。それにより、鋳片３の表面品質をより効果的に向上させることができる。
【実施例】
【０１１２】
上記で説明した鋳型設備１０を用いた連続鋳造に関して、各種鋳造条件と鋳片３の表面品質との関係について確認するために行った実機試験１〜４の結果について説明する。
【０１１３】
各実機試験では、基本的に、上述した鋳型設備１０と同様の構成を有する鋳型設備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、表面品質を示す指標として、ピンホール指数を評価した。ピンホール指数は、表層が２ｍｍ研削された鋳片３の表面において、目視で確認された直径０．１ｍｍ以上のピンホールの個数密度を指数化したものであり、ピンホール指数が小さいほど、鋳片３の表面品質が高いと言える。
【０１１４】
なお、後述するように、各実機試験において、比較例として、鋳型設備１０と異なりカバー部材１７０が設けられない条件についても同様に試験を行った。また、後述するように、実機試験３では、電磁力発生装置として電磁撹拌装置１５０に追加してさらに電磁ブレーキ装置１６０が設けられる鋳型設備を用いて連続鋳造を行った。
【０１１５】
［実機試験１］
実機試験１における主な鋳造条件は、具体的には、以下の通りである。なお、カバー部材１７０としては、Ｃｕを９９．９質量％以上含有する平板状の部材を用いた。
【０１１６】
鋳片３の幅（すなわち、Ｘ軸方向の長さ）：１６００［ｍｍ］
鋳片３の厚み（すなわち、Ｙ軸方向の長さ）：２５０［ｍｍ］
鋼種：極低炭素鋼
電磁撹拌コア１５２の上下方向の長さ（つまり、高さＨ１）：２００［ｍｍ］
電磁撹拌装置１５０のコイル１５３に印加される電流：６００［Ａ］、３．０［Ｈｚ］
【０１１７】
実機試験１の結果を表１及び図１７に示す。図１７は、実機試験１の結果におけるピンホール指数と鋳造速度との関係を示す図である。
【０１１８】
なお、表１において、「板厚」はカバー部材１７０の上下方向の厚みを示しており、「ＥＭＳ周波数」は電磁撹拌装置１５０のコイル１５３に印加される交流電流の周波数を示しており、「浸透深さ」は上記で説明した式（１）を用いて算出される電磁波の浸透深さを示しており、「板厚／浸透深さ」は電磁波の浸透深さに対するカバー部材１７０の厚みの比率を示している。なお、後述する表２〜４においても、「板厚」、「ＥＭＳ周波数」、「浸透深さ」及び「板厚／浸透深さ」は、表１と同様の内容を意味する。
【０１１９】
実機試験１では、「板厚」が０［ｍｍ］である条件１〜４が、鋳型設備１０と異なりカバー部材１７０が設けられない比較例に相当する。
【０１２０】
【表１】
2020175416.tif 000003
【０１２１】
実機試験１の結果によれば、鋳造速度の増加に伴ってピンホール指数が増大する傾向があることがわかる。しかしながら、カバー部材１７０が設けられる条件５〜１６では、カバー部材１７０が設けられない条件１〜４と比較して、ピンホール指数が小さくなっていることがわかる。具体的には、カバー部材１７０の厚みが大きくなるほど、ピンホール指数が効果的に小さくなっている。このことは、電磁撹拌コア１５２から周囲に発せられる電磁波がカバー部材１７０によって反射し、電磁撹拌装置１５０による旋回流の形成が促進されることにより、鋳片３の表面品質が向上されたことによるものと言える。
【０１２２】
［実機試験２］
実機試験２は、実機試験１と比較して、電磁撹拌装置１５０のコイル１５３に印加される電流の周波数を低下させて連続鋳造を行った試験である。
【０１２３】
実機試験２における主な鋳造条件は、具体的には、以下の通りである。なお、カバー部材１７０としては、Ｃｕを９９．９質量％以上含有する平板状の部材を用いた。
【０１２４】
鋳片３の幅（すなわち、Ｘ軸方向の長さ）：１６００［ｍｍ］
鋳片３の厚み（すなわち、Ｙ軸方向の長さ）：２５０［ｍｍ］
鋼種：極低炭素鋼
電磁撹拌コア１５２の上下方向の長さ（つまり、高さＨ１）：２００［ｍｍ］
電磁撹拌装置１５０のコイル１５３に印加される電流：６００［Ａ］、１．５［Ｈｚ］
【０１２５】
実機試験２の結果を表２及び図１８に示す。図１８は、実機試験２の結果におけるピンホール指数と鋳造速度との関係を示す図である。
【０１２６】
実機試験２では、「板厚」が０［ｍｍ］である条件１〜４が、鋳型設備１０と異なりカバー部材１７０が設けられない比較例に相当する。
【０１２７】
【表２】
2020175416.tif 000004
【０１２８】
実機試験１及び実機試験２の結果を比較すると、電磁撹拌装置１５０のコイル１５３に印加される電流の周波数の低下に伴ってピンホール指数が増大する傾向があることがわかる。しかしながら、実機試験１及び実機試験２の結果によれば、電磁波の浸透深さに対するカバー部材１７０の厚みの比率が０．１以上である条件では、ピンホール指数が２．０以下となっていることがわかる。例えば、電磁波の浸透深さに対するカバー部材１７０の厚みの比率が０．０７である実機試験２の条件８ではピンホール指数が２．６８である一方で、電磁波の浸透深さに対するカバー部材１７０の厚みの比率が０．１０である実機試験１の条件８ではピンホール指数が１．６８となっている。ピンホール指数が２．０以下である鋳片３の品質は、鋳片３の品質に起因する格落ちがほとんどない良好な品質に相当する。このことは、カバー部材１７０の上下方向の厚みを電磁波の浸透深さの０．１倍以上にすることによって、電磁撹拌コア１５２から周囲に発せられる電磁波をカバー部材１７０によって効果的に反射するができることにより、鋳片３の表面品質を効果的に向上することができると言える。
【０１２９】
［実機試験３］
実機試験３は、実機試験１及び実機試験２と異なり、電磁力発生装置として電磁撹拌装置１５０に追加してさらに図１５及び図１６を参照して説明した電磁ブレーキ装置１６０が設けられる鋳型設備を用いて連続鋳造を行った試験である。
【０１３０】
実機試験３における主な鋳造条件は、具体的には、以下の通りである。なお、カバー部材１７０としては、Ｃｕを９９．９質量％以上含有する平板状の部材を用いた。
【０１３１】
鋳片３の幅（すなわち、Ｘ軸方向の長さ）：１６３０［ｍｍ］
鋳片３の厚み（すなわち、Ｙ軸方向の長さ）：２５０［ｍｍ］
鋼種：極低炭素鋼
電磁撹拌コア１５２の上下方向の長さ（つまり、高さＨ１）：２５０［ｍｍ］
電磁撹拌装置１５０のコイル１５３に印加される電流：６８０［Ａ］、１．５［Ｈｚ］
電磁ブレーキコア１６２の上下方向の長さ（つまり、高さＨ２）：２００［ｍｍ］
電磁ブレーキ装置１６０により鋳型１１０内の鋳型厚み方向の中心位置に発生する磁束密度の鋳型厚み方向の成分の最大値：３．０［Ｔ］
【０１３２】
実機試験３の結果を表３及び図１９に示す。図１９は、実機試験３の結果におけるピンホール指数と鋳造速度との関係を示す図である。
【０１３３】
実機試験３では、「板厚」が０［ｍｍ］である条件１〜４が、鋳型設備１０と異なりカバー部材１７０が設けられない比較例に相当する。
【０１３４】
なお、表３において、「ＥＭＢｒ」は電磁ブレーキ装置１６０により鋳型１１０内の鋳型厚み方向の中心位置に発生する磁束密度の鋳型厚み方向の成分の最大値を示している。
【０１３５】
【表３】
2020175416.tif 000005
【０１３６】
実機試験３の結果によれば、実機試験１及び実機試験２の結果と比較して、鋳造速度の増加に伴ってピンホール指数が増大する傾向が弱まっていることがわかる。つまり、鋳造速度及びカバー部材１７０の厚みが共通する条件下では、電磁力発生装置として電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０の双方を用いて連続鋳造を行った場合、電磁力発生装置として電磁撹拌装置１５０のみを用いて連続鋳造を行った場合と比較して、ピンホール指数が小さくなっていることがわかる。このことは、電磁ブレーキ装置１６０により生じる電磁力（具体的には、溶鋼２の吐出流を制動する電磁力）によって下降流が抑制され、気泡や介在物の浮上分離を促進する効果が得られることにより、鋳片３の表面品質がより効果的に向上されたことによるものと言える。
【０１３７】
［実機試験４］
実機試験４は、実機試験１〜実機試験３と異なり、電磁波の浸透深さに対するカバー部材１７０の厚みの比率が０．１５以上となるように、各種鋳造条件を様々に異ならせて連続鋳造を行った試験である。
【０１３８】
実機試験４における主な鋳造条件は、具体的には、以下の通りである。なお、カバー部材１７０としては、Ｃｕを９９．９質量％以上含有する平板状の部材を用いた。
【０１３９】
鋳片３の幅（すなわち、Ｘ軸方向の長さ）：９８０〜１６００［ｍｍ］
鋳片３の厚み（すなわち、Ｙ軸方向の長さ）：２５０［ｍｍ］
鋼種：極低炭素鋼
電磁撹拌コア１５２の上下方向の長さ（つまり、高さＨ１）：２００［ｍｍ］
電磁撹拌装置１５０のコイル１５３に印加される電流：６００［Ａ］、１．５〜４．５［Ｈｚ］
【０１４０】
実機試験４の結果を表４及び図２０に示す。図２０は、実機試験４の結果におけるピンホール指数と鋳造速度との関係を示す図である。
【０１４１】
なお、表４において、「鋳片幅」は鋳片３の幅（すなわち、Ｘ軸方向の長さ）を示している。
【０１４２】
【表４】
2020175416.tif 000006
【０１４３】
実機試験４の結果によれば、電磁波の浸透深さに対するカバー部材１７０の厚みの比率が０．１５以上である全条件において、ピンホール指数が１．５以下となっていることがわかる。例えば、表４を参照すると、全条件の中で鋳造速度が最も大きな値（具体的には、１．６［ｍ／ｍｉｎ］）をとる条件４，８，１２，１６，２０，２４，２８，３２，３６においても、ピンホール指数が１．５以下となっていることがわかる。ピンホール指数が１．５以下である鋳片３の品質は、鋳片３の品質に起因する格落ちが皆無となる最も良好な品質に相当する。このことは、カバー部材１７０の上下方向の厚みを電磁波の浸透深さの０．１５倍以上にすることによって、電磁撹拌コア１５２から周囲に発せられる電磁波をカバー部材１７０によってさらに効果的に反射するができることにより、鋳片３の表面品質をさらに効果的に向上することができることによるものと言える。
【０１４４】
上記のように、実機試験４の結果によれば、カバー部材１７０としてＣｕを９９．９質量％以上含有するものを用い、カバー部材１７０の上下方向の厚みを８ｍｍ以上１５ｍｍ以下にした上で、さらに電磁撹拌装置１５０のコイル１５３に印加される電流の周波数を１．５Ｈｚ以上４．５Ｈｚ以下にすることにより、ピンホール指数を１．５以下にすることが適切に実現されることがわかる。
【０１４５】
＜５．まとめ＞
以上説明したように、本実施形態に係る鋳型設備は、連続鋳造用の鋳型１１０と、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電磁力を付与する電磁撹拌装置１５０とを備える。また、電磁撹拌装置１５０の鉄芯である電磁撹拌コア１５２よりも上方には、当該鉄芯の上部を覆う非磁性かつ５．８×１０７×０．２［Ｓ／ｍ］以上の導電率を有するカバー部材１７０が設けられている。それにより、電磁撹拌コア１５２から周囲に発せられる電磁波をカバー部材１７０によって反射することができる。ゆえに、電磁撹拌装置１５０による旋回流の形成を促進させることができるので、鋳片３の表面品質を向上させることができる。
【０１４６】
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】
【０１４７】
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
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  鋳型設備
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
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  カバー部材
１８０  強度部材
【図１】
2020175416.tif 000007
【図２】
2020175416.tif 000008
【図３】
2020175416.tif 000009
【図４】
2020175416.tif 000010
【図５】
2020175416.tif 000011
【図６】
2020175416.tif 000012
【図７】
2020175416.tif 000013
【図８】
2020175416.tif 000014
【図９】
2020175416.tif 000015
【図１０】
2020175416.tif 000016
【図１１】
2020175416.tif 000017
【図１２】
2020175416.tif 000018
【図１３】
2020175416.tif 000019
【図１４】
2020175416.tif 000020
【図１５】
2020175416.tif 000021
【図１６】
2020175416.tif 000022
【図１７】
2020175416.tif 000023
【図１８】
2020175416.tif 000024
【図１９】
2020175416.tif 000025
【図２０】
2020175416.tif 000026