(57)【要約】【課題】鋳肌の状態が良好なスラブを鋳造することができるようにする。【解決手段】鋳型２内の溶湯１２の湯面上でプラズマトーチ７を水平方向に旋回させるとともに、電磁攪拌により水平方向に旋回する流れを鋳型２内の溶湯１２の少なくとも湯面に生じさせる。【選択図】図４
2014140864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタンまたはチタン合金を溶解させた溶湯を断面矩形で無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなるスラブを連続的に鋳造する連続鋳造方法であって、
前記鋳型内の前記溶湯の湯面上でプラズマトーチを水平方向に旋回させるとともに、電磁攪拌により水平方向に旋回する流れを前記鋳型内の前記溶湯の少なくとも湯面に生じさせることを特徴とするチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法。
【請求項２】
前記スラブの長辺の長さをＬとし、前記スラブの長辺の中央を０とする座標軸ｘを長辺方向に設けたときに、前記鋳型の長辺側の鋳壁近傍において−２Ｌ／５≦ｘ≦２Ｌ／５の範囲に位置する前記溶湯の湯面におけるｘ軸方向の流速の平均値の絶対値を３００ｍｍ／ｓｅｃ以上にすることを特徴とするチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法。
【請求項３】
前記鋳型の長辺側の鋳壁近傍が、前記鋳型の長辺側の鋳壁から１０ｍｍ離れた位置であることを特徴とする請求項２に記載のチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法。
【請求項４】
前記溶湯の前記ｘ軸方向の流速の絶対値の位置および時刻による変動に関する標準偏差σを５０ｍｍ／ｓｅｃ≦σ≦８５ｍｍ／ｓｅｃの範囲に収めることを特徴とする請求項２又は３に記載のチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法。
【請求項５】
前記プラズマトーチの旋回方向とは逆方向に旋回する流れを前記溶湯の少なくとも湯面に生じさせることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタンまたはチタン合金からなるスラブを連続的に鋳造する、チタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空アーク溶解や電子ビーム溶解によって溶融させた金属を無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、鋳塊を連続的に鋳造することが行われている。
【０００３】
特許文献１には、チタンまたはチタン合金を不活性ガス雰囲気中でプラズマアーク溶解して鋳型内に注入して凝固させる、自動制御プラズマ溶解鋳造方法が開示されている。不活性ガス雰囲気中で行われるプラズマアーク溶解においては、真空中で行われる電子ビーム溶解とは異なり、純チタンだけでなく、チタン合金も鋳造することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０７７３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、鋳造された鋳塊の鋳肌に凹凸や傷があると、圧延前に表面を切削する等の前処理が必要となり、歩留り低減や作業工数の増加の原因となる。そこで、鋳肌に凹凸や傷が無い鋳塊を鋳造することが求められる。
【０００６】
ここで、プラズマアーク溶解により、例えば２５０×７５０ｍｍ、２５０×１０００ｍｍ、２５０×１５００ｍｍといったサイズの薄スラブを連続鋳造する場合には、プラズマトーチの加熱範囲に限界があるため、断面矩形の鋳型に沿ってプラズマトーチを水平方向に移動させて、鋳型近傍の初期凝固部の成長を抑制する必要がある。
【０００７】
ところが、鋳型の長辺側ではプラズマトーチの滞留時間が長いために、初期凝固部への入熱が大きく、凝固シェルが薄くなる。一方、鋳型の短辺側やコーナー部では、プラズマトーチの滞留時間が短いために、初期凝固部への入熱が不足し凝固シェルが成長する（厚くなる）。これにより、薄スラブの位置によって凝固挙動が不均一となり、鋳肌性状の悪化につながる。
【０００８】
本発明の目的は、鋳肌の状態が良好なスラブを鋳造することが可能なチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明におけるチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法は、チタンまたはチタン合金を溶解させた溶湯を断面矩形で無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなるスラブを連続的に鋳造する連続鋳造方法であって、前記鋳型内の前記溶湯の湯面上でプラズマトーチを水平方向に旋回させるとともに、電磁攪拌により水平方向に旋回する流れを前記鋳型内の前記溶湯の少なくとも湯面に生じさせることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、プラズマトーチの旋回移動に加えて、電磁攪拌により水平方向に旋回する流れを鋳型内の溶湯の少なくとも湯面に生じさせる。これにより、鋳型の長辺側に滞留していた熱い溶湯が鋳型の短辺側やコーナー部に移流されるので、鋳型の長辺側での初期凝固部の溶融、および、鋳型の短辺側やコーナー部での初期凝固部の成長が緩和される。よって、スラブ全体にわたって均一に凝固させることができるから、鋳肌の状態が良好なスラブを鋳造することができる。
【００１１】
また、本発明におけるチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法においては、前記スラブの長辺の長さをＬとし、前記スラブの長辺の中央を０とする座標軸ｘを長辺方向に設けたときに、前記鋳型の長辺側の鋳壁近傍において−２Ｌ／５≦ｘ≦２Ｌ／５の範囲に位置する前記溶湯の湯面におけるｘ軸方向の流速の平均値の絶対値を３００ｍｍ／ｓｅｃ以上にしてよい。上記の構成によれば、鋳型の長辺側の鋳壁近傍において−２Ｌ／５≦ｘ≦２Ｌ／５の範囲に位置する溶湯の湯面におけるｘ軸方向の流速の平均値の絶対値を３００ｍｍ／ｓｅｃ以上にすることで、鋳型の長辺側に滞留していた熱い溶湯を鋳型の短辺側やコーナー部に好適に移流させることができる。
【００１２】
また、本発明におけるチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法において、前記鋳型の長辺側の鋳壁近傍が、前記鋳型の長辺側の鋳壁から１０ｍｍ離れた位置であってよい。上記の構成によれば、鋳型の長辺側の鋳壁から１０ｍｍ離れた位置において、溶湯の湯面におけるｘ軸方向の流速の平均値の絶対値を３００ｍｍ／ｓｅｃ以上にすることで、鋳型の長辺側に滞留していた熱い溶湯を鋳型の短辺側やコーナー部に好適に移流させることができる。
【００１３】
また、本発明におけるチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法においては、前記溶湯の前記ｘ軸方向の流速の絶対値の位置および時刻による変動に関する標準偏差σを５０ｍｍ／ｓｅｃ≦σ≦８５ｍｍ／ｓｅｃの範囲に収めてよい。上記の構成によれば、溶湯のｘ軸方向の流速の絶対値の位置および時刻による変動に関する標準偏差σを５０ｍｍ／ｓｅｃ≦σ≦８５ｍｍ／ｓｅｃの範囲に収めることで、溶湯とスラブとが接触する接触領域におけるスラブの表面温度の変動幅の最大値を、スラブ全周にわたって４００℃以下にすることができる。
【００１４】
また、本発明におけるチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法においては、前記プラズマトーチの旋回方向とは逆方向に旋回する流れを前記溶湯の少なくとも湯面に生じさせてよい。上記の構成によれば、プラズマトーチの旋回方向とは逆方向に旋回する流れを溶湯の少なくとも湯面に生じさせることで、スラブの表面温度の変動幅を小さくすることができる。これにより、スラブ全体にわたって均一に凝固させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法によると、鋳型の長辺側での初期凝固部の溶融、および、鋳型の短辺側やコーナー部での初期凝固部の成長が緩和される。よって、スラブ全体にわたって均一に凝固させることができるから、鋳肌の状態が良好なスラブを鋳造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】連続鋳造装置を示す斜視図である。
【図２】連続鋳造装置を示す断面図である。
【図３】表面欠陥の発生メカニズムを表す説明図である。。
【図４】鋳型を上方から見たモデル図である。
【図５】鋳型の上面図である。
【図６】鋳型の上面図である。
【図７】スラブの表面温度の時間変動を示す概念図である。
【図８】鋳型とスラブとの接触領域のモデル図である。
【図９】通過熱流束とスラブ表面温度との関係を示す図である。
【図１０】プラズマトーチの移動パターンおよび湯面入熱分布を示す図である。
【図１１】電磁攪拌のパターンおよびローレンツ力分布を示す図である。
【図１２】データの抽出位置とプラズマトーチの位置とを示す図である。
【図１３】データの抽出位置の各々におけるスラブの表面温度を示す図である。
【図１４】データの抽出位置の各々における温度変動幅を示す図である。
【図１５】データの抽出位置の各々におけるスラブの表面温度を示す図である。
【図１６】データの抽出位置の各々における温度変動幅を示す図である。
【図１７】データの抽出位置の各々におけるスラブの表面温度を示す図である。
【図１８】データの抽出位置の各々における温度変動幅を示す図である。
【図１９】ライン上での流速の大きさを示す図である。
【図２０】ライン上での流速の大きさを示す図である。
【図２１】ライン上での流速の大きさを示す図である。
【図２２】ライン上での流速の大きさを示す図である。
【図２３】相当コイル電流と溶湯の平均流速、流速の標準偏差、温度変動幅の最大値との関係を示す図である。
【図２４】溶湯の平均流速と温度変動幅の最大値との関係、および、溶湯の流速の標準偏差と温度変動幅の最大値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
（連続鋳造装置の構成）
本実施形態によるチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法は、プラズマアーク溶解させたチタンまたはチタン合金の溶湯を断面矩形で無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなるスラブを連続的に鋳造する連続鋳造方法である。この連続鋳造方法を実施するチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造装置（連続鋳造装置）１は、斜視図である図１、および、断面図である図２に示すように、鋳型２と、コールドハース３と、原料投入装置４と、プラズマトーチ５と、スターティングブロック６と、プラズマトーチ７と、を有している。連続鋳造装置１のまわりは、アルゴンガスやヘリウムガス等からなる不活性ガス雰囲気にされている。
【００１９】
原料投入装置４は、コールドハース３内にスポンジチタンやスクラップ等のチタンまたはチタン合金の原料を投入する。プラズマトーチ５は、コールドハース３の上方に設けられており、プラズマアークを発生させてコールドハース３内の原料を溶融させる。コールドハース３は、原料が溶融した溶湯１２を注湯部３ａから鋳型２内に注入する。鋳型２は、銅製であって、無底で断面形状が矩形に形成されており、角筒状の壁部の少なくとも一部の内部を循環する水によって冷却されるようになっている。スターティングブロック６は、図示しない駆動部によって上下動され、鋳型２の下側開口部を塞ぐことが可能である。プラズマトーチ７は、鋳型２内の溶湯１２の上方に設けられており、図示しない移動手段により溶湯１２の湯面上で水平移動されながら、鋳型２内に注入された溶湯１２の湯面をプラズマアークで加熱する。
【００２０】
以上の構成において、鋳型２内に注入された溶湯１２は、水冷式の鋳型２との接触面から凝固していく。そして、鋳型２の下側開口部を塞いでいたスターティングブロック６を所定の速度で下方に引き下ろしていくことで、溶湯１２が凝固した角柱状のスラブ１１が下方に引抜かれながら連続的に鋳造される。
【００２１】
ここで、真空雰囲気での電子ビーム溶解では微少成分が蒸発するために、チタン合金の鋳造は困難であるが、不活性ガス雰囲気でのプラズマアーク溶解では、純チタンだけでなく、チタン合金も鋳造することが可能である。
【００２２】
なお、連続鋳造装置１は、鋳型２内の溶湯１２の湯面に固相あるいは液相のフラックスを投入するフラックス投入装置を有していてもよい。ここで、真空雰囲気での電子ビーム溶解では、フラックスが飛散するのでフラックスを鋳型２内の溶湯１２に投入するのが困難である。これに対して、不活性ガス雰囲気でのプラズマアーク溶解では、フラックスを鋳型２内の溶湯１２に投入することができるという利点を有する。
【００２３】
（操業条件）
ところで、チタンまたはチタン合金からなるスラブ１１を連続鋳造した際に、スラブ１１の表面（鋳肌）に凹凸や傷があると、次工程である圧延過程で表面欠陥となる。そのため、圧延する前にスラブ１１表面の凹凸や傷を切削等で取り除く必要があり、歩留まりの低下や作業工程の増加など、コストアップの要因となる。そのため、表面に凹凸や傷が無いスラブ１１を鋳造することが求められる。
【００２４】
ここで、図３に示すように、チタンからなるスラブ１１の連続鋳造においては、プラズマアークや電子ビームにより加熱される溶湯１２の湯面近傍（湯面から湯面下１０〜２０ｍｍ程度までの領域）においてのみ鋳型２とスラブ１１（凝固シェル１３）の表面とが接触しており、これより深い領域ではスラブ１１が熱収縮することで、鋳型２との間にエアギャップ１４が発生する。そして、図３（ａ）に示すように、初期凝固部１５（溶湯１２が鋳型２に触れて最初に凝固する部分）への入熱が過多の場合、凝固シェル１３が薄すぎるために強度不足により凝固シェル１３の表面が引きちぎられる「ちぎれ欠陥」が発生する。一方、図３（ｂ）に示すように、初期凝固部１５への入熱が不足すると、成長した（厚くなった）凝固シェル１３上に溶湯１２が被ることで「湯被り欠陥」が発生する。したがって、溶湯１２の湯面近傍における初期凝固部１５への入抜熱状況が鋳肌の性状に大きな影響を与えると推定され、溶湯１２の湯面近傍の入抜熱状態を適切に制御することで良好な鋳肌のスラブ１１が得られると考えられる。
【００２５】
ここで、プラズマアーク溶解により、例えば２５０×７５０ｍｍ、２５０×１０００ｍｍ、２５０×１５００ｍｍといったサイズのスラブ１１を連続鋳造する場合には、プラズマトーチ７の加熱範囲に限界がある。そこで、本実施形態においては、鋳型２を上方から見たモデル図である図４に示すように、プラズマトーチ７を溶湯１２上で水平に旋回させている。図４（ａ）は、１本のプラズマトーチ７を旋回させた場合の軌道を示している。一方、図４（ｂ）、図４（ｃ）は、２本のプラズマトーチ７を旋回させた場合の軌道を示している。図４（ｂ）において、２本のプラズマトーチ７の旋回方向は同じであるが、図４（ｃ）において、２本のプラズマトーチ７の旋回方向は異なっている。
【００２６】
ところが、プラズマトーチ７を旋回させると、鋳型２の長辺側ではプラズマトーチ７の滞留時間が長いために、初期凝固部１５への入熱が大きく、凝固シェル１３が薄くなる。一方、鋳型２の短辺側やコーナー部では、プラズマトーチ７の滞留時間が短いために、初期凝固部１５への入熱が不足し凝固シェル１３が成長する（厚くなる）。これにより、スラブ１１の位置によって凝固挙動が不均一となり、鋳肌性状の悪化につながる。
【００２７】
そこで、本実施形態においては、鋳型２の側方に配置した図示しない電磁攪拌装置（ＥＭＳ）で鋳型２内の溶湯１２の少なくとも湯面を電磁誘導により攪拌している。ＥＭＳは、コイル鉄心にＥＭＳコイルを巻回したものである。このＥＭＳによる溶湯１２の攪拌は、水平方向に旋回する流れを溶湯１２の湯面もしくは湯面近傍に生じさせるものである。
【００２８】
これにより、鋳型２の長辺側に滞留していた熱い溶湯１２が鋳型２の短辺側やコーナー部に移流されるので、鋳型２の長辺側での初期凝固部１５の溶融、および、鋳型２の短辺側やコーナー部での初期凝固部１５の成長が緩和される。よって、スラブ１１全体にわたって均一に凝固させることができるから、鋳肌の状態が良好なスラブ１１を鋳造することができる。
【００２９】
ここで、鋳型２とスラブ１１との接触領域におけるスラブ１１の表面温度ＴＳの平均値が８００℃＜ＴＳ＜１２５０℃の範囲であれば、鋳肌の状態が良好なスラブ１１を得ることができることがわかっている。そこで、本実施形態においては、鋳型２の上面図である図５に示すように、スラブ１１の長辺の長さをＬとし、スラブ１１の長辺の中央を０とする座標値ｘを長辺方向に設けたときに、鋳型２の長辺側の鋳壁近傍において−２Ｌ／５≦ｘ≦２Ｌ／５の範囲に位置する溶湯１２の湯面におけるｘ軸方向の流速の平均値Ｖｍの絶対値を３００ｍｍ／ｓｅｃ以上にしている。ここで、鋳型２の長辺側の鋳壁近傍とは、鋳型２の長辺側の鋳壁から１０ｍｍ離れた位置である。
【００３０】
これにより、鋳型２の長辺側に滞留していた熱い溶湯１２を鋳型２の短辺側やコーナー部に好適に移流させることができる。
【００３１】
また、後述するように、溶湯１２のｘ軸方向の流速Ｖｘの絶対値の位置および時刻による変動に関する標準偏差σを５０ｍｍ／ｓｅｃ≦σ≦８５ｍｍ／ｓｅｃの範囲に収めている。
【００３２】
これにより、溶湯１２とスラブ１１とが接触する接触領域におけるスラブ１１の表面温度の変動幅の最大値を、スラブ１１全周にわたって４００℃以下にすることができる。
【００３３】
なお、溶湯１２の少なくとも湯面における旋回流の方向は、プラズマトーチ７の旋回方向と一致していてもよいし、逆方向であってもよいが、プラズマトーチ７の旋回方向とは逆方向に溶湯１２の少なくとも湯面を旋回させることで、スラブ１１の表面温度の変動幅を小さくすることができる。
【００３４】
（シミュレーション）
次に、数値シミュレーションにより、スラブ１１全周にわたって鋳肌が良好なスラブ１１を得るためのプラズマトーチ７の移動パターンおよび電磁攪拌のパターンについて検討した。
【００３５】
まず、鋳型２の上面図である図６に示すように、鋳型２の長辺部および短辺部・コーナー部をそれぞれ設定した。鋳型２の長辺部および短辺部・コーナー部におけるスラブ１１の表面温度の時間変動の概念図を図７に示す。
【００３６】
プラズマトーチ７の移動のみで、電磁攪拌を行わない場合のスラブ１１の表面温度の時間変動を図７（ａ）に示す。長辺部ではプラズマトーチ７による加熱時間が長いために熱い溶湯１２が滞留する。一方、短辺部・コーナー部では、プラズマトーチ７の滞留時間が短いために、温度変動が大きい。次に、プラズマトーチ７の移動に加えて電磁誘導を行った場合のスラブ１１の表面温度の時間変動を図７（ｂ）に示す。長辺部に滞留した熱い溶湯１２を短辺部・コーナー部に移流させることで、スラブ１１全体にわたって温度の変動幅が同程度になっていることがわかる。
【００３７】
次に、鋳型２とスラブ１１との接触領域におけるスラブ１１の表面温度ＴＳの平均値について評価した。鋳型２とスラブ１１との接触領域のモデル図を図８に示す。接触領域１６は、湯面から湯面下１０〜２０ｍｍ程度までのハッチングで図示された、鋳型２とスラブ１１とが接触している領域である。接触領域１６においては、スラブ１１の表面から鋳型２への通過熱流束ｑが生じる。Ｄは凝固シェル１３の厚みである。
【００３８】
通過熱流束ｑとスラブ１１の表面温度ＴＳとの関係を図９に示す。鋳型２とスラブ１１との接触領域１６におけるスラブ１１の表面温度ＴＳの平均値が８００℃＜ＴＳ＜１２５０℃の範囲であれば、ちぎれ欠陥や湯被り欠陥のない鋳肌の良好なスラブ１１を得ることができることがわかる。また、接触領域１６におけるスラブ１１の表面から鋳型２への通過熱流束ｑの平均値が５ＭＷ／ｍ２＜ｑ＜７．５ＭＷ／ｍ２の範囲であれば、ちぎれ欠陥や湯被り欠陥のない鋳肌の良好なスラブ１１を得ることができることがわかる。
【００３９】
次に、プラズマトーチ７の移動パターンおよび電磁攪拌のパターンを異ならせて、スラブ１１の表面温度を評価した。２本のプラズマトーチ７の移動パターンおよび湯面入熱分布を図１０に示す。鋳型２の内周サイズは２５０×１５００ｍｍであり、プラズマトーチ７の出力はそれぞれ７５０ｋＷである。また、プラズマトーチ７の移動速度は５０ｍｍ／ｍｉｎであり、プラズマトーチ７の移動周期は３０ｓｅｃである。また、溶解量は１．３ｔｏｎ／ｈｏｕｒである。プラズマトーチ７は鋳型２の鋳壁から６２．５ｍｍほど内側で旋回される。
【００４０】
また、電磁攪拌のパターンおよびローレンツ力分布を図１１に示す。図１１（ａ）は電磁攪拌による旋回方向がプラズマトーチ７の旋回方向と同方向の場合であり、図１１（ｂ）は電磁攪拌による旋回方向がプラズマトーチ７の旋回方向と逆方向の場合である。電磁誘導による攪拌力は、コイル電流を変化させることで調整した。なお、コイル電流値が大きいほど攪拌力は大きくなる。
【００４１】
ここで、データの抽出位置とプラズマトーチ７の位置とを図１２のように設定した。即ち、２本のプラズマトーチ７の各々の中心位置について位置Ａ〜Ｈを設定するとともに、鋳型２の内周に沿ってコーナー（１）〜（４）、長辺１／４（１），（２）、長辺１／２（１），（２）、長辺３／４（１），（２）、短辺（１），（２）の計１２か所をデータの抽出位置として設定した。そしてｃａｓｅ１〜５の５種類のパターンでスラブ１１の表面温度を評価した。ｃａｓｅ１〜５を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2014140864.tif 000003
【００４３】
電磁攪拌を行っていないＣａｓｅ１と、プラズマトーチ７の旋回方向と同方向に電磁攪拌させたＣａｓｅ３とについての、データの抽出位置の各々におけるスラブ１１の表面温度を図１３に示す。また、Ｃａｓｅ１とＣａｓｅ３とについての、データの抽出位置の各々における温度変動幅を図１４に示す。図１３から、電磁攪拌により、鋳型２の長辺部におけるスラブ１１の表面温度のみが大幅に低下していることがわかる。そして、電磁攪拌により、スラブ１１全周にわたってスラブ１１の表面温度の値がほぼ同じ領域内で変動しているのがわかる。また、図１４から、電磁攪拌により、鋳型２の短辺部・コーナー部でのスラブ１１の表面温度の変動幅が小さくなっているのがわかる。そして、電磁攪拌により、データの抽出位置に依らず、スラブ１１の表面温度の変動幅が同程度であることがわかる。
【００４４】
次に、電磁攪拌の攪拌力が異なるＣａｓｅ２〜４についての、データの抽出位置の各々におけるスラブ１１の表面温度を図１５に示す。また、Ｃａｓｅ２〜４についての、データの抽出位置の各々における温度変動幅を図１６に示す。図１６から、電磁攪拌の攪拌力を増大させると、データの抽出位置によってスラブ１１の表面温度の変動幅にばらつきが生じることがわかる。これは、溶湯１２の流れが乱れることによるものと推定される。
【００４５】
次に、プラズマトーチ７の旋回方向と同方向に電磁攪拌させたＣａｓｅ３と、プラズマトーチ７の旋回方向と逆方向に電磁攪拌させたＣａｓｅ５とについての、データの抽出位置の各々におけるスラブ１１の表面温度を図１７に示す。また、Ｃａｓｅ３とＣａｓｅ５とについての、データの抽出位置の各々における温度変動幅を図１８に示す。図１８から、電磁攪拌の旋回方向をプラズマトーチ７の旋回方向と逆方向にすることで、スラブ１１の表面温度の変動幅が更に小さくなり、全領域においてほぼ目標範囲に収まることがわかる。
【００４６】
次に、Ｃａｓｅ１〜５の各条件において、溶湯１２の流速を評価した。評価においては、図５に示す、鋳型２の長辺側の鋳壁から１０ｍｍ離れたｘ座標が−２Ｌ／５から２Ｌ／５までの範囲に設定したライン２１上およびライン２２上での流速のｘ軸方向の絶対値を用いた。そして、プラズマトーチ７の中心が位置Ａ〜Ｈに来たときの流速を出力した。なお、本シミュレーションにおいては、計算上の湯面流速として、計算モデルの最上部要素の値を出力して評価を行っている。Ｃａｓｅ２におけるライン２１上での流速の大きさを図１９（ａ）に示す。また、Ｃａｓｅ２におけるライン２２上での流速の大きさを図１９（ｂ）に示す。Ｃａｓｅ２の場合、ライン２１上の流速は位置や時刻でのばらつきが少なく、安定した流れが得られていることがわかる。一方、Ｃａｓｅ２の場合、ライン２２上の平均流速は２３６ｍｍ／ｓｅｃであり、流速が小さく鋳型２の短辺部・コーナー部への溶湯１２の移流が不十分であることがわかる。
【００４７】
次に、Ｃａｓｅ３におけるライン２１上での流速の大きさを図２０（ａ）に、Ｃａｓｅ３におけるライン２２上での流速の大きさを図２０（ｂ）にそれぞれ示す。ライン２２上の平均流速は３０５ｍｍ／ｓｅｃである。さらに、Ｃａｓｅ４におけるライン２１上での流速の大きさを図２１（ａ）に、Ｃａｓｅ４におけるライン２２上での流速の大きさを図２１（ｂ）にそれぞれ示す。ライン２２上の平均流速は２７１ｍｍ／ｓｅｃである。電磁攪拌の攪拌力が大きくなるにつれて、流速のばらつきが大きくなり、流れが乱れることがわかる。
【００４８】
次に、Ｃａｓｅ５におけるライン２１上での流速の大きさを図２２（ａ）に、Ｃａｓｅ５におけるライン２２上での流速の大きさを図２２（ｂ）にそれぞれ示す。ライン２２上の平均流速は３１６ｍｍ／ｓｅｃである。プラズマトーチ７の旋回方向とは逆方向に電磁攪拌することで、安定した旋回流が得られていることがわかる。
【００４９】
次に、Ｃａｓｅ１〜５のすべてのＣａｓｅにおける相当コイル電流と溶湯１２の平均流速との関係を図２３（ａ）に示す。攪拌力を上げすぎると平均流速が低下することがわかる。また、すべてのＣａｓｅにおける相当コイル電流と溶湯１２の流速の標準偏差との関係を図２３（ｂ）に示す。攪拌力を上げると流れが乱れることがわかる。また、すべてのＣａｓｅにおける相当コイル電流と温度変動幅の最大値との関係を図２３（ｃ）に示す。
【００５０】
次に、溶湯１２の平均流速と温度変動幅の最大値との関係を図２４（ａ）に示す。また、溶湯１２の流速の標準偏差と温度変動幅の最大値との関係を図２４（ｂ）に示す。図５に示すライン２１およびライン２２において、ｘ軸方向の溶湯１２の平均流速Ｖｍが３００ｍｍ／ｓｅｃ以上であり、溶湯１２のｘ軸方向の流速Ｖｘの標準偏差σが５０ｍｍ／ｓｅｃ≦σ≦８５ｍｍ／ｓｅｃの範囲に収まることで、鋳肌の状態が良好なスラブ１１を得ることができることがわかる。
【００５１】
（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係るチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法によると、プラズマトーチ７の旋回移動に加えて、電磁攪拌により水平方向に旋回する流れを鋳型２内の溶湯１２の少なくとも湯面に生じさせる。これにより、鋳型２の長辺側に滞留していた熱い溶湯１２が鋳型２の短辺側やコーナー部に移流されるので、鋳型２の長辺側での初期凝固部１５の溶融、および、鋳型２の短辺側やコーナー部での初期凝固部１５の成長が緩和される。よって、スラブ１１全体にわたって均一に凝固させることができるから、鋳肌の状態が良好なスラブ１１を鋳造することができる。
【００５２】
また、鋳型２の長辺側の鋳壁近傍において−２Ｌ／５≦ｘ≦２Ｌ／５の範囲に位置する溶湯１２の湯面におけるｘ軸方向の流速の平均値の絶対値を３００ｍｍ／ｓｅｃ以上にすることで、鋳型２の長辺側に滞留していた熱い溶湯１２を鋳型２の短辺側やコーナー部に好適に移流させることができる。
【００５３】
また、鋳型２の長辺側の鋳壁から１０ｍｍ離れた位置において、溶湯１２の湯面におけるｘ軸方向の流速の平均値の絶対値を３００ｍｍ／ｓｅｃ以上にすることで、鋳型２の長辺側に滞留していた熱い溶湯１２を鋳型２の短辺側やコーナー部に好適に移流させることができる。
【００５４】
また、溶湯１２のｘ軸方向の流速の絶対値の位置および時刻による変動に関する標準偏差σを５０ｍｍ／ｓｅｃ≦σ≦８５ｍｍ／ｓｅｃの範囲に収めることで、溶湯１２とスラブ１１とが接触する接触領域におけるスラブ１１の表面温度の変動幅の最大値を、スラブ１１全周にわたって４００℃以下にすることができる。
【００５５】
また、プラズマトーチ７の旋回方向とは逆方向に旋回する流れを溶湯１２の少なくとも湯面に生じさせることで、スラブ１１の表面温度の変動幅を小さくすることができる。これにより、スラブ１１全体にわたって均一に凝固させることができる。
【００５６】
（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５７】
１  連続鋳造装置
２  鋳型
３  コールドハース
３ａ  注湯部
４  原料投入装置
５  プラズマトーチ
６  スターティングブロック
７  プラズマトーチ
１１  スラブ
１２  溶湯
１３  凝固シェル
１４  エアギャップ
１５  初期凝固部
１６  接触領域
２１，２２  ライン
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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