(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造鋳型中への溶鋼の供給が終了した後に、鋳片の末端部に対してモールドパウダーを投入する投入ステップと、
マイクロ波発振器から発振されたマイクロ波を、投入された前記モールドパウダーの上部空間に対して照射することで、当該モールドパウダーを加熱する加熱ステップと、
を有し、
前記モールドパウダーは、酸化カルシウム及び酸化ケイ素を主成分とし、炭素を含有しないモールドパウダーであり、
前記加熱ステップにおいて、前記マイクロ波の最低出力Ｐを、以下の式（１）により与えられる値として、前記マイクロ波を照射する、連続鋳造方法。
【数１】
0006604149.tif 000006
ここで、上記式（１）において、
Ｐ：マイクロ波の最低出力［Ｗ］
ｍ：投入されたモールドパウダーの質量［ｇ］
Ｃｐ：投入されたモールドパウダーの比熱［Ｊ・ｇ−１・Ｋ−１］
ｄＴ／ｄｔ：操業に求められる昇温速度［Ｋ／ｓ］
ε：モールドパウダーの放射率
σ：ステファン・ボルツマン係数［Ｗ・ｍ−２・Ｋ−４］
Ｓ：連続鋳造鋳型の断面積［ｍ２］
Ｔ：加熱を開始するモールドパウダーの温度［Ｋ］
である。
【請求項２】
前記鋳片の末端部が、前記連続鋳造鋳型の下端よりも上方に位置する場合に、前記連続鋳造鋳型の少なくとも一部を、前記マイクロ波をシールドする金属壁の一部として利用する、請求項１に記載の連続鋳造方法。
【請求項３】
前記モールドパウダーが２００℃以上１３００℃以下の温度範囲にある際に、前記マイクロ波を照射する、請求項１又は２に記載の連続鋳造方法。
【請求項４】
前記マイクロ波発振器から発振され、前記モールドパウダーの上部空間に対して照射される入射マイクロ波強度と、前記モールドパウダーに吸収されずに反射して前記マイクロ波発振器に戻ってくる反射マイクロ波強度と、を測定し、測定した前記入射マイクロ波強度及び前記反射マイクロ波強度に基づいてマイクロ波の反射率を算出しながら、前記マイクロ波を照射する、請求項１〜３の何れか１項に記載の連続鋳造方法。
【請求項５】
前記入射マイクロ波強度と前記反射マイクロ波強度とを測定し、前記反射率を算出する反射率算出ステップと、
算出された前記反射率に応じて、前記マイクロ波発振器から発振される前記マイクロ波の強度を制御する強度制御ステップと、
を含み、
前記強度制御ステップでは、算出された前記反射率が所定の閾値以上に増加した場合に、前記反射マイクロ波強度の検出限界値となるまで、前記マイクロ波発振器から発振される前記マイクロ波の強度を低下させる、請求項４に記載の連続鋳造方法。
【請求項６】
前記入射マイクロ波強度と前記反射マイクロ波強度とを測定し、前記反射率を算出する反射率算出ステップと、
算出された前記反射率に応じて、前記マイクロ波発振器から発振される前記マイクロ波の強度を制御する強度制御ステップと、
を含み、
前記強度制御ステップでは、算出された前記反射率が所定の閾値以上に増加した場合に、前記マイクロ波発振器のスイッチング素子を断続的に開閉させ、前記開閉の周期を長くすることで、前記反射マイクロ波の平均出力が前記反射マイクロ波強度の検出限界値となるまで、前記マイクロ波を間欠的に発振させる、請求項４に記載の連続鋳造方法。
【請求項７】
前記強度制御ステップでは、算出された前記反射率が５％以上となった場合に、前記マイクロ波発振器の制御を行う、請求項５又は６に記載の連続鋳造方法。
【請求項８】
前記強度制御ステップでは、算出された前記反射率が、前記マイクロ波の照射開始時の前記反射率に対して１．１１倍以上となった場合に、前記マイクロ波発振器の制御を行う、請求項請求項５又は６に記載の連続鋳造方法。
【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】
鋳片を連続的に鋳造する連続鋳造プロセスでは、一般的に、鋳片の鋳造終了後、鋳片の末端の中央部に引け巣と呼ばれるへこみが生じ、歩留まり低下の要因となる。そこで、このような引け巣の生成を抑制して、鋳片の歩留まりを向上させるために、鋳片の末端を保温したり加熱したりすることが行われている。
【０００３】
例えば以下の特許文献１では、鋳片の末端部に対してモールドパウダーを保温材として投入し、モールドパウダーによる保温を行ったり、モールドパウダーが化学反応することによる反応熱を利用して鋳片の末端部を加熱したりする技術が開示されている。
【０００４】
また、以下の特許文献２及び特許文献３では、溶鋼の末端付近に電極を配置し、電極を用いた電気加熱により溶鋼の末端部を加熱する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２０６８０１号公報
【特許文献２】特開平１０−９９９６２号公報
【特許文献３】特開２００２−１６００４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術は、モールドパウダーの化学反応に依存した保温・加熱処理となっているために、冷却のスピードや鋳片温度の制御が困難であり、効果的に引け巣を低減することができなかった。
【０００７】
また、上記特許文献２及び特許文献３に開示されている技術では、電極を高温の溶鋼に接近させるため、鋳型内の溶鋼への電極の溶け込みや、発生するアークによる湯面の激しい変動が生じることがある。その結果、溶鋼の成分変化や鋳片内部へのスラグ巻き込みが生じ、鋳片の品質不良を引き起こすことがあった。
【０００８】
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、鋳片の品質不良を引き起こすことなく、引け巣をより効果的に低減することが可能な、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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、連続鋳造鋳型中への溶鋼の供給が終了した後に、鋳片の末端部に対してモールドパウダーを投入する投入ステップと、マイクロ波発振器から発振されたマイクロ波を、投入された前記モールドパウダーの上部空間に対して照射することで、当該モールドパウダーを加熱する加熱ステップと、を有し、前記モールドパウダーは、酸化カルシウム及び酸化ケイ素を主成分とし、炭素を含有しないモールドパウダーであり、前記加熱ステップにおいて、前記マイクロ波の最低出力Ｐを、以下の式（１）により与えられる値として、前記マイクロ波を照射する、連続鋳造方法が提供される。
【００１１】
鋳片の末端部が、連続鋳造鋳型の下端よりも上方に位置する場合に、連続鋳造鋳型の少なくとも一部を、マイクロ波をシールドする金属壁の一部として利用してもよい。
【００１４】
【数１】
0006604149.tif 000002
【００１５】
ここで、上記式（１）において、
Ｐ：マイクロ波の最低出力［Ｗ］
ｍ：投入されたモールドパウダーの質量［ｇ］
Ｃｐ：投入されたモールドパウダーの比熱［Ｊ・ｇ−１・Ｋ−１］
ｄＴ／ｄｔ：操業に求められる昇温速度［Ｋ／ｓ］
ε：モールドパウダーの放射率
σ：ステファン・ボルツマン係数［Ｗ・ｍ−２・Ｋ−４］
Ｓ：連続鋳造鋳型の断面積［ｍ２］
Ｔ：加熱を開始するモールドパウダーの温度［Ｋ］
である。
【００１６】
モールドパウダーが２００℃以上１３００℃以下の温度範囲にある際に、マイクロ波を照射してもよい。
【００１７】
マイクロ波発振器から発振され、モールドパウダーの上部空間に対して照射される入射マイクロ波強度と、モールドパウダーに吸収されずに反射してマイクロ波発振器に戻ってくる反射マイクロ波強度と、を測定し、測定した入射マイクロ波強度及び反射マイクロ波強度に基づいてマイクロ波の反射率を算出しながら、マイクロ波を照射してもよい。
【００１８】
入射マイクロ波強度と反射マイクロ波強度とを測定し、反射率を算出する反射率算出ステップと、算出された反射率に応じて、マイクロ波発振器から発振されるマイクロ波の強度を制御する強度制御ステップと、を含み、強度制御ステップでは、算出された反射率が所定の閾値以上に増加した場合に、反射マイクロ波強度の検出限界値となるまで、マイクロ波発振器から発振されるマイクロ波の強度を低下させてもよい。
【００１９】
入射マイクロ波強度と反射マイクロ波強度とを測定し、反射率を算出する反射率算出ステップと、算出された反射率に応じて、マイクロ波発振器から発振されるマイクロ波の強度を制御する強度制御ステップと、を含み、強度制御ステップでは、算出された反射率が所定の閾値以上に増加した場合に、前記マイクロ波発振器のスイッチング素子を断続的に開閉させ、前記開閉の周期を長くすることで、前記反射マイクロ波の平均出力が前記反射マイクロ波強度の検出限界値となるまで、マイクロ波発振器からマイクロ波を間欠的に発振させてもよい。
【００２０】
強度制御ステップでは、算出された反射率が５％以上となった場合に、マイクロ波発振器の制御を行ってもよい。
【００２１】
強度制御ステップでは、算出された反射率が、マイクロ波の照射開始時の反射率に対して１．１１倍以上となった場合に、マイクロ波発振器の制御を行ってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば、鋳片の品質不良を引き起こすことなく、引け巣をより効果的に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】連続鋳造プロセスにおいて発生する引け巣について説明するための説明図である。
【図２】モールドパウダーにマイクロ波を照射する実験について説明するための説明図である。
【図３Ａ】モールドパウダーの温度とマイクロ波の照射時間との関係を示したグラフ図である。
【図３Ｂ】モールドパウダーの温度と加熱効率との関係を示したグラフ図である。
【図４】モールドパウダーにマイクロ波を照射する実験について説明するための説明図である。
【図５】溶鋼の熱流束と加熱時間との関係を示したグラフ図である。
【図６】本発明の実施形態に係るモールドパウダー加熱装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図７Ａ】同実施形態に係るモールドパウダー加熱装置における金属壁の他の構成を模式的に示した説明図である。
【図７Ｂ】同実施形態に係るモールドパウダー加熱装置における金属壁の他の構成を模式的に示した説明図である。
【図８】引け巣の抑制効果について説明するための説明図である。
【図９】同実施形態に係るモールドパウダー加熱装置が有するマイクロ波照射装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図１０】同実施形態に係るモールドパウダー加熱装置が有する演算処理装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図１１】同実施形態に係るモールドパウダー加熱装置が有するマイクロ波照射装置の他の構成を模式的に示した説明図である。
【図１２】同実施形態に係るモールドパウダー加熱装置が有する演算処理装置の他の構成の一例を示したブロック図である。
【図１３】モールドパウダーの反射率の変化についてのシミュレーション条件を説明するための説明図である。
【図１４】同実施形態に係る連続鋳造方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１５】同実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（連続鋳造プロセスで発生する引け巣について）
本発明の実施形態に係る連続鋳造方法について説明するに先立ち、連続鋳造プロセスで発生する引け巣について、図１を参照しながら簡単に説明する。図１は、連続鋳造プロセスにおいて発生する引け巣について説明するための説明図である。
【００２６】
液体状態の鋼である溶鋼を連続鋳造鋳型（以下、単に「鋳型」ともいう。）に供給していった場合、鋳型の方が溶鋼よりも低温にあるため、溶鋼は鋳型に近い部分から凝固していって、鋳片となっていく。ここで、鉄を含む金属は、通常、液体状態よりも固体状態において密度が大きくなるため、溶鋼が凝固していく際には、鋳造体（すなわち、鋳片）の容積が小さくなっていく収縮が生じる。その結果、比較的冷却速度が小さくなる鋳型の中央部に存在する溶鋼は、周囲に存在する凝固収縮した部分に引っ張られ、鋳片の末端の中央部には、図１に示したようなロート状に陥入した部分が生じることとなる。このようなロート状に陥入した部分のことを引け巣という。図１に示したような引け巣が発生してしまうと、鋳片として利用可能な長さが引け巣の分だけ減少することとなるため、歩留まりが低下してしまう。そこで、連続鋳造プロセスにおける歩留まりを向上させるためには、効果的に引け巣を低減することが重要となる。
【００２７】
引け巣の発生は、鋳片の末端部において、中央部の冷却速度が周辺部（鋳型に近い部分）の冷却速度よりも小さくなることが原因の一つである。そのため、引け巣の発生を抑制するためには、鋳片の末端部を保温・加熱することによって、冷却速度の偏りを抑制すればよいと考えられる。このような観点のもと、上記特許文献１〜特許文献３では、鋳片の末端部を保温・加熱する方法が各種開示されている。
【００２８】
しかしながら、先だって言及したように、上記特許文献１〜特許文献３に開示されている技術では、効果的に引け巣を低減することができなかったり、鋳片の品質不良が生じたりすることがあった。そこで、本発明者らは、鋳片の末端部に投入されたモールドパウダーを、マイクロ波を用いて効率的に加熱することで、鋳片の末端部の効果的な保温・加熱を実現し、鋳片の品質不良を生じさせることなく効果的に引け巣を低減するという観点に想到し、以下で詳述するような更なる検討を実施した。
【００２９】
（マイクロ波によるモールドパウダーの加熱処理についての検討）
以上のような観点のもと、本発明者らは、マイクロ波によるモールドパウダーの加熱処理について、詳細に検討した。以下では、図２〜図５を参照しながら、マイクロ波を用いたモールドパウダーの加熱処理について、詳細に説明する。図２は、モールドパウダーにマイクロ波を照射する実験について説明するための説明図である。図３Ａは、モールドパウダーの温度とマイクロ波の照射時間との関係を示したグラフ図であり、図３Ｂは、モールドパウダーの温度と加熱効率との関係を示したグラフ図である。図４は、モールドパウダーにマイクロ波を照射する実験について説明するための説明図であり、図５は、溶鋼の熱流束と加熱時間との関係を示したグラフ図である。
【００３０】
本発明者らは、まず、図２に示した装置を利用して、モールドパウダーのマイクロ波加熱特性を調査した。調査に利用した装置は、図２に示したように、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させることが可能なマイクロ波発振器と、マイクロ波の進行制御を行うサーキュレータと、パワーモニタと、を有している。
【００３１】
ここで、サーキュレータは、例えば磁石を利用したマイクロ波の進行制御を行うことで、サーキュレータに入力されるマイクロ波を、マイクロ波発振器から出力された入射波と、モールドパウダー側から戻ってきた反射波とに分離する。サーキュレータは、反射マイクロ波をアイソレータの側へと導波して、反射マイクロ波をアイソレータ内に設けられたダミー負荷（例えば、水など）に吸収させる。
【００３２】
また、パワーモニタは、マイクロ波発振器から発振されたマイクロ波（入射マイクロ波）の強度を測定するとともに、モールドパウダー側から戻ってきたマイクロ波（反射マイクロ波）の強度を測定する装置である。
【００３３】
本検証では、実際の操業に用いられるモールドパウダーを約８０ｇ利用し、かかるモールドパウダーを坩堝に充填したうえで、常圧・大気雰囲気下のマイクロ波加熱チャンバー内に設置した。この検証では、Ｃ（炭素）を含有している発熱型のモールドパウダーと、酸化カルシウム及び酸化ケイ素を主成分とし、かつ、Ｃを含有していない非発熱型のモールドパウダーの双方を、それぞれモールドパウダーとして利用した。
【００３４】
なお、本検証では、マイクロ波加熱チャンバーの上部から熱電対を挿入し、マイクロ波照射に伴うモールドパウダーの中心温度を測定した。
【００３５】
出力１．５ｋＷの一定値でマイクロ波を照射し、Ｃを含有していないモールドパウダーと、Ｃを３％添加したモールドパウダーと、をそれぞれ加熱した際の中心温度の変化を、図３Ａに示した。また、Ｃを含有していないモールドパウダーについて、投入したマイクロ波エネルギーに対する、温度上昇に使われたエネルギーの割合を、以下の式（１１）に基づき算出して加熱効率ＨＥとし、図３Ｂに示した。
【００３６】
【数２】
0006604149.tif 000003
【００３７】
ここで、上記式（１１）において、
ｍ：モールドパウダーの質量［ｇ］
Ｃｐ：モールドパウダーの比熱［Ｊ・ｇ−１・Ｋ−１］
ΔＴ：温度変化量（温度上昇量）［Ｋ］
Ｐ：マイクロ波出力［Ｗ］
Δｔ：マイクロ波の照射時間［秒］
ε：モールドパウダーの放射率
σ：ステファン・ボルツマン係数［Ｗ・ｍ−２・Ｋ−４］
Ｔ：モールドパウダーの温度［Ｋ］
Ｓ：モールドパウダーの上部面積［ｍ２］
である。
【００３８】
ここで、上記式（１１）において、（ｍ×Ｃｐ×ΔＴ）に対応する部分が、モールドパウダーの温度上昇に関する部分であり、（ε×σ×Ｔ４×Ｓ×Δｔ）に対応する部分が、輻射によるモールドパウダーからの放熱に関する部分である。なお、本発明で対象とするような２００℃以上の高温におけるモールドパウダーからの放熱は、熱伝達よりも、温度の４乗に比例する輻射によるものが支配的であるため、熱伝達に関する項は無視した。
【００３９】
まず、図３Ａに着目する。図３Ａにおいて、縦軸は、モールドパウダーの温度（中心温度）であり、横軸は、マイクロ波の照射時間である。図３Ａから明らかなように、Ｃを含有している発熱型のモールドパウダーは、室温〜１０００℃まで、ほぼ一定の昇温速度で加熱されていることがわかる。一方、Ｃを含有していない非発熱型のモールドパウダーは、室温〜２００℃までは、発熱型のモールドパウダーよりもゆっくりと昇温していくが、中心温度が２００℃を超えると、発熱型のモールドパウダー以上の昇温速度で急激に中心温度が上昇していることがわかる。
【００４０】
図３Ａに示したような挙動を示す、Ｃを含有しない非発熱型のモールドパウダーについて、上記式（１１）に基づく加熱効率を算出すると、図３Ｂに示したような結果が得られた。図３Ｂから明らかなように、Ｃを含有していないモールドパウダーは、常温では加熱効率は１０％以下となっており、加熱効率が低いことが分かる。一方、中心温度が２００℃を超えると、加熱効率は室温の２倍を超え、急上昇を始める。更にマイクロ波による加熱を継続すると、中心温度が１３００℃まで、加熱効率が室温の８倍以上と非常に高い値を示すことが明らかとなった。
【００４１】
従って、Ｃを含有していない、非発熱型のモールドパウダーの温度が２００℃から１３００℃の間であれば、モールドパウダーは、マイクロ波の照射直後に急速昇温する。逆に、マイクロ波を停止すれば直ちに放熱により温度が低下するため、応答性良くモールドパウダーの温度を非接触で制御可能となる。
【００４２】
一方、Ｃを含有する、発熱型のモールドパウダーの場合、図３Ａにおいて室温〜１０００℃までほぼ一定の昇温速度であり、その傾きは、Ｃを含有しない非発熱型のモールドパウダーの２００℃から１３００℃における傾きよりも小さい。すなわち、Ｃを含有する発熱型のモールドパウダーにマイクロ波を照射したとしても、２００℃〜１３００℃におけるＣを含有しない非発熱型のモールドパウダーほどは、応答性良く温度を制御できないことが明らかとなった。
【００４３】
ここで、引け巣を低減するためには、鋳片の末端部の温度を、凝固の終盤まで溶鋼の固相線温度以上に保っておくことが重要となる。そのため、モールドパウダー投入直後は、溶鋼の固相線温度付近まで急激にモールドパウダー温度を上昇させることが求められる。一方、鋳造終了から完全凝固までの時間が長くなると生産性が低下するため、鋳片の下部が凝固してきた段階で、生産量に応じて、マイクロ波の出力を低下させる。その後、引け巣が生じる程度に鋳片の末端部の温度が低下した場合には、再びマイクロ波を照射し、固相線温度付近まで急激にモールドパウダー温度を上昇させることで、引け巣の生成を抑制できる。これらのマイクロ波の照射と停止のタイミングは、引け巣の抑制による鋳片歩留まり改善と生産性のバランスによって決定できる。そのため、加熱が必要なタイミングで急激な温度上昇が可能な応答性が求められるのである。
【００４４】
連続鋳造プロセスで用いられる連続鋳造機では、モールドパウダーの下に溶鋼が位置しているため、Ｃを含有しないモールドパウダーの温度を応答性良く制御できれば、溶鋼からの伝熱も応答性良く制御でき、ひいては、溶鋼温度も応答性良く制御できると考えられる。そこで、本発明者らは、以下に説明するような検討を更に行った。
【００４５】
図４に模式的に示したように、黒鉛坩堝内の溶鋼上にモールドパウダーを載置した上で、溶鋼−モールドパウダーの界面から約１５ｍｍ下方に、黒鉛坩堝に接しないように熱電対を設置するとともに、溶鋼−モールドパウダーの界面から約５ｍｍ上方に、熱電対を設置した。その後、このような黒鉛坩堝を、図２に示した加熱装置内に設置し、加熱装置内への設置後７分経過したときから、１０分経過するまでの間に、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射した。マイクロ波の出力は、１．５ｋＷとした。
【００４６】
得られた熱電対の測定値を利用して、以下の式（１３）及び式（１５）に基づいて、溶鋼−モールドパウダー間の熱流束を算出した。なお、以下の式（１３）及び式（１５）で定まる熱流束ｑは、溶鋼からモールドパウダーへと向かう方向が正方向となっている。
【００４７】
【数３】
0006604149.tif 000004
【００４８】
ここで、上記式（１３）及び式（１５）において、
ｑ：熱流束［Ｗ／ｍ２］
Ｈ：総括熱伝達係数
Ｔ１：モールドパウダー温度［Ｋ］
Ｔ２：溶鋼温度［Ｋ］
Δｘ１：モールドパウダー温度測定点から界面までの距離［ｍ］
Δｘ２：溶鋼温度測定点から界面までの距離［ｍ］
ｋ１：モールドパウダーの熱伝導率［Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１］
ｋ２：溶鋼の熱伝導率［Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１］
である。
【００４９】
得られた熱流束ｑを、図５に示した。図５において、縦軸は、溶鋼からモールドパウダーへと向かう熱流束の大きさであり、横軸は、加熱時間である。また、図５には、実際の測定値から得られた熱流束の結果に加えて、マイクロ波を照射しない場合の溶鋼からモールドパウダーへの熱流束を、シミュレーションにより算出し、破線で示している。このシミュレーション結果が、マイクロ波を照射せずに加熱を行った場合の、溶鋼からモールドパウダーへの熱流束に対応している。
【００５０】
図５から明らかなように、マイクロ波を照射した直後に溶鋼の熱流束が有意に低下し、マイクロ波の照射停止直後に、熱流束が再び大きくなっていることがわかる。溶鋼からモールドパウダーへと向かう熱流束の大きさが低下しているということは、溶鋼からパウダーへ伝わる熱量が減少していること、すなわち、溶鋼からの放熱が抑制されていることを意味する。この結果から、マイクロ波によりモールドパウダーを加熱することで、溶鋼はマイクロ波を吸収しないにも関わらず、溶鋼の熱流束を応答性良く制御できることが明らかになった。また、熱流束の変化量は照射するマイクロ波の出力に比例するため、より大きな出力のマイクロ波を照射すれば、より短時間でより大きく熱流束を変化させることが可能である。
【００５１】
なお、上記のような検証の終了後、黒鉛坩堝内で凝固した鋳片を観察したところ、モールドパウダーを溶鋼上に載置し、かつ、マイクロ波を照射した場合には、引け巣の深さは２ｍｍであった。一方、モールドパウダーを溶鋼上に載置し、かつ、マイクロ波を照射しなかった場合には、引け巣の深さは５ｍｍであり、モールドパウダーを溶鋼上に載置せず、かつ、マイクロ波を照射した場合には、引け巣の深さは９ｍｍであった。かかる結果から、モールドパウダーを溶鋼上に載置して、かつ、マイクロ波を照射することで、鋳片の末端部に生じる引け巣を抑制出来ていることがわかる。
【００５２】
ここで、モールドパウダーを加熱する際のマイクロ波の出力は、以下のように決めることができる。
すなわち、図３Ｂに示したＣを含有しない非発熱型のモールドパウダーの加熱効率は、中心温度２００℃〜１３００℃の範囲で、４０％〜９０％であった。一方で、加熱効率は、先だって説明した式（１１）で表わされる。従って、加熱に要する昇温速度（換言すれば、操業に求められる昇温速度でもある。）をｄＴ／ｄｔ［Ｋ／ｓ］とすれば、モールドパウダーを加熱する際のマイクロ波の所要最低出力Ｐは、加熱効率＝４０％という値を利用して、以下の式１７で求めることができる。
【００５３】
【数４】
0006604149.tif 000005
【００５４】
ここで、上記式（１７）において、
Ｐ：マイクロ波の最低出力［Ｗ］
ｍ：投入されたモールドパウダーの質量［ｇ］
Ｃｐ：投入されたモールドパウダーの比熱［Ｊ・ｇ−１・Ｋ−１］
ｄＴ／ｄｔ：操業に求められる昇温速度［Ｋ／ｓ］
ε：モールドパウダーの放射率
σ：ステファン・ボルツマン係数［Ｗ・ｍ−２・Ｋ−４］
Ｓ：連続鋳造鋳型の断面積［ｍ２］
Ｔ：加熱を開始するモールドパウダーの温度［Ｋ］
である。
【００５５】
例えば、一般的な連続鋳造機の生産量５ｔ／分においては、鋳片の断面（幅１０００ｍｍ、厚み２５０ｍｍ）を覆うのに必要なパウダー投入量は２．５ｋｇであり、鋳造終了後、末端部が完全に凝固し鋳片を引き抜くまでに要する時間は、３０分程度である。従って、操業に要する昇温速度は、少なくともｄＴ／ｄｔ＝５℃／秒程度であれば、末端部の凝固より十分早く、モールドパウダーを加熱することができる。また、モールドパウダーの比熱を０．９７［Ｊ／ｇＫ］とし、モールドパウダーの放射率を０．６とし、加熱を開始するモールドパウダーの温度を２００℃とすれば、この条件での所要最低出力Ｐは、上記式（１７）から、３０．６ｋＷとなる。
【００５６】
本発明者らは、以上のような知見に基づいて更なる検討を行った結果、以下で説明するような連続鋳造方法に想到したのである。
なお、図３Ａ、図３Ｂ及び図５に示した結果は、実験室レベルの規模での測定結果であるが、実際の操業に用いられる連続鋳造鋳型の内部においても、同様の挙動を示すと考えられる。これは、モールドパウダーのマイクロ波吸収特性は、モールドパウダーに固有の物性値である誘電率に依存し、装置の大きさには依らないと考えられるからである。
【００５７】
（使用するマイクロ波について）
続いて、本発明の実施形態に係る連続鋳造方法で用いられるマイクロ波について、簡単に説明する。
【００５８】
マイクロ波は、一般的には、波長１ｍｍ〜１ｍ、周波数３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの電磁波をいう。しかしながら、以下で詳述するような連続鋳造方法で着目しているように、マイクロ波を加熱手段として用いる（いわゆるマイクロ波加熱を行う）場合には、マイクロ波とは、いわゆるＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ−Ｓｃｉｅｎｃｅ−Ｍｅｄｉｃａｌ）バンドに属する周波数帯域の電磁波を指す。
【００５９】
以下で説明する本発明の実施形態では、電磁波の周波数は特に限定されず、例えば、ＩＳＭバンドである２．４５ＧＨｚ帯（２．４０ＧＨｚ〜２．５０ＧＨｚ）、５．８ＧＨｚ帯（５．７２５ＧＨｚ〜５．８７５ＧＨｚ）、及び、２４ＧＨｚ帯（２４．０ＧＨｚ〜２４．２５ＧＨｚ）に属する周波数、又は、北米におけるＩＳＭバンドである９１５ＭＨｚ帯（９０２ＭＨｚ〜９２８ＭＨｚ）等を適宜選択することが可能である。しかしながら、マイクロ波の被加熱物内部への浸透はマイクロ波の波長に比例するため、上記のマイクロ波では、９１５ＭＨｚ帯、２．４５ＧＨｚ帯の浸透深さが大きく、モールドパウダーから構成される層の奥深くまで到達することができる。また、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚという周波数のマイクロ波は、装置が安価である点や、発振器１台で数十ｋＷまでの大出力の放射が可能である点などから、ｋＷクラスの大出力が求められる本発明の設備コストとしても、安価に導入することができる。このため、本発明に用いるマイクロ波発振器としては、９１５ＭＨｚ、又は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振可能なものが好ましい。
【００６０】
（第１の実施形態）
＜連続鋳造方法について＞
次に、上記知見に基づき完成された、本発明の第１の実施形態に係る連続鋳造方法について、図６〜図１４を参照しながら詳細に説明する。
図６は、本実施形態に係るモールドパウダー加熱装置の構成を模式的に示した説明図である。図７Ａ及び図７Ｂは、本実施形態に係るモールドパウダー加熱装置における金属壁の他の構成を模式的に示した説明図である。図８は、引け巣の抑制効果について説明するための説明図である。図９は、本実施形態に係るモールドパウダー加熱装置が有するマイクロ波照射装置の構成を模式的に示した説明図である。図１０は、本実施形態に係るモールドパウダー加熱装置が有する演算処理装置の構成の一例を示したブロック図である。図１１は、本実施形態に係るモールドパウダー加熱装置が有するマイクロ波照射装置の他の構成を模式的に示した説明図である。図１２は、本実施形態に係るモールドパウダー加熱装置が有する演算処理装置の他の構成の一例を示したブロック図である。図１３は、モールドパウダーの反射率の変化についてのシミュレーション条件を説明するための説明図である。図１４は、本実施形態に係る連続鋳造方法の流れの一例を示した流れ図である。
【００６１】
本実施形態に係る連続鋳造方法では、上記知見に基づき、連続鋳造鋳型中に溶鋼が供給されて鋳片の鋳造が終了した後に、鋳片の末端部に対してモールドパウダー（好ましくは、Ｃを含有しない非発熱型のモールドパウダー）を投入する。その後、マイクロ波発振器から発振されたマイクロ波を、投入されたモールドパウダーの上部空間に対して照射することで、モールドパウダーを加熱する。
【００６２】
先だって説明したように、モールドパウダーに対してマイクロ波を照射することで、モールドパウダーの温度を応答性良く制御することが可能となる。鋳型中では、モールドパウダーの下方に鋳片の末端部が存在しており、モールドパウダーの温度を応答性良く制御することで、下方の鋳片の末端部の温度も応答性良く制御することが可能となる。鋳片の末端部の温度を制御する（換言すれば、鋳片の末端部を保温及び加熱する）ことができれば、鋳片の末端部における中央部の冷却速度と、鋳型近傍の冷却速度と、の偏差を抑制でき、鋳片の末端部における溶鋼の側面からの凝固を抑制することが可能となる。その結果、末端部の湯面の静穏を保ったまま、鋳片の品質不良を生じさせることなく、引け巣を効果的に抑制することが可能となる。
【００６３】
［モールドパウダー加熱装置の構成について］
以下では、まず、図６を参照しながら、本実施形態に係る連続鋳造方法で用いられるモールドパウダー加熱装置の構成について説明する。
本実施形態に係る連続鋳造方法では、鋳造終了後、溶融金属の凝固殻がブレークアウトを生じない程度に形成された後に、モールドパウダーを鋳片の末端部に投入し、マイクロ波を照射してモールドパウダーを加熱することで、湯面の保温、加熱を行う。かかる操業に用いられるのが、図６に示したようなモールドパウダー加熱装置１０である。
【００６４】
かかるモールドパウダー加熱装置（以下、単に「加熱装置」ともいう。）１０は、図６に示したように、マイクロ波照射装置１００と、演算処理装置２００と、を主に備える。加熱装置１０から出射されるマイクロ波は、導波管の内部を伝播して、図６に示したように、モールドパウダーの上部の空間Ｓへと放射される。上部の空間Ｓへと放射されたマイクロ波は、空間を伝播しながら、モールドパウダー中に浸透していき、モールドパウダーを加熱する。
【００６５】
マイクロ波照射装置１００は、後述する演算処理装置２００の制御のもとで、モールドパウダーの上部の空間Ｓに対して、所定強度のマイクロ波を照射する。これにより、マイクロ波照射装置１００から照射されたマイクロ波は、導波管の内部を伝播して、モールドパウダーに対して選択的に吸収される。
【００６６】
かかるマイクロ波照射装置１００の詳細な構成については、以下で改めて説明する。
【００６７】
演算処理装置２００は、モールドパウダーの温度を測定する各種の温度計（図示せず。）からの温度測定結果、又は、マイクロ波照射装置１００によって測定された、モールドパウダーの上部の空間Ｓに対して射出される入射マイクロ波強度及びモールドパウダーには吸収されずに上部の空間Ｓから戻ってくる反射マイクロ波強度の測定結果、に基づいて、マイクロ波照射装置１００の制御を行う。
【００６８】
温度測定結果に応じてマイクロ波照射装置１００の制御を行う演算処理装置２００の構成や、入射マイクロ波強度及び反射マイクロ波強度の測定結果に応じてマイクロ波照射装置１００の制御を行う演算処理装置２００の構成については、以下で改めて説明する。
【００６９】
ここで、図６に示したような、導波管の端部（マイクロ波の射出端）とモールドパウダーとの間の離隔距離Ｌは、少なくともマイクロ波の波長以上の大きさとすることが好ましい。離隔距離Ｌをマイクロ波の波長以上の大きさとすることで、上部の空間Ｓの全体にマイクロ波を導波させることが可能となる。なお、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の波長は、約１２ｃｍである。
【００７０】
また、図６に模式的に示したように、マイクロ波をシールドする金属壁３００を、鋳片の末端部を覆うように配設することで、マイクロ波照射装置１００から照射されるマイクロ波を、モールドパウダーの上部の空間Ｓに閉じ込めることが好ましい。この際、マイクロ波をより効率良く上部の空間Ｓに閉じ込めるために、図６に模式的に示したように、金属壁３００を、モールドパウダー及び鋳片の端部と接触させることが好ましい。
【００７１】
かかる金属壁３００は、マイクロ波を反射させることが可能な素材を用いて形成すればよく、その形状についても特に限定されるものではない。また、金属壁３００は、中実な構造であってもよいし、例えば金網のような空隙を有する構造であってもよい。
【００７２】
かかる金属壁３００は、図６に示したように、モールドパウダーの上方から配設してもよいし、図７Ａに示したように、モールドパウダーの側方から配設するようにしてもよい。また、図７Ｂに示したように、鋳片の末端部が、鋳型の下端よりも上方に位置する場合には、鋳型の少なくとも一部を、金属壁３００の一部として利用してもよい。
【００７３】
このようなモールドパウダー加熱装置１０を利用して、鋳片の末端部に投入されたモールドパウダーを加熱することで、鋳片の末端部における側面からの溶鋼の凝固が抑制されて、図８に模式的に示したように、引け巣が抑制される。
【００７４】
［モールドパウダーの温度に応じてマイクロ波照射の制御を行う場合］
図３Ａ及び図３Ｂに示したように、モールドパウダーの温度が２００℃〜１３００℃である間にマイクロ波を照射することで、より応答性良く溶鋼の温度を制御することが可能である。そこで、本実施形態に係る連続鋳造方法では、モールドパウダーの温度を各種の温度計を用いて測定しながら、マイクロ波照射の制御を行っても良い。
【００７５】
このような制御が行われる加熱装置１０の構成の一例を、図９に模式的に示した。
かかる加熱装置１０が備えるマイクロ波照射装置１００は、図９に示したように、マイクロ波発振器１０１と、サーキュレータ１０３と、自動整合器１０７と、マイクロ波照射部材１０９と、を主に備え、これらの機器が導波管１１１により接続されている。なお、図９では、マイクロ波照射部材１０９や導波管１１１等といった各部材を支持する支持機構は、図示していない。
【００７６】
マイクロ波発振器１０１は、周波数３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚのマイクロ波を発振可能な機器である。このマイクロ波発振器１０１は、ｋＷクラスの出力を有するマイクロ波を発振可能な機器であることが好ましい。このマイクロ波発振器１０１により、例えば９１５ＭＨｚや２．４５ＧＨｚ帯に属する周波数のマイクロ波が、後述するサーキュレータ１０３へと出力されることとなる。このマイクロ波発振器１０１は、公知のものを適宜選択して使用することが可能である。かかるマイクロ波発振器１０１は、後述する演算処理装置２００によって、マイクロ波発振のオン／オフや、発振するマイクロ波の強度等が制御されている。
【００７７】
サーキュレータ１０３は、例えば磁石を利用したマイクロ波の進行制御を行うことで、サーキュレータ１０３に入力されるマイクロ波を、マイクロ波発振器１０１から出力された入射波と、後述する自動整合器１０７側から戻ってきた反射波とに分離する。サーキュレータ１０３は、分離した入射マイクロ波を後述する自動整合器１０７側へと導波するとともに、反射マイクロ波を、アイソレータ１０５の側へと導波する。これにより、反射マイクロ波は、アイソレータ１０５内に設けられたダミー負荷（例えば、水など）に吸収され、マイクロ波発振器１０１側に戻らないようにすることができる。このようなサーキュレータ１０３を設けることにより、本実施形態に係るマイクロ波照射装置１００では、安定したマイクロ波の出力を行うことができる。このサーキュレータ１０３は、公知のものを適宜選択して使用することが可能である。
【００７８】
自動整合器１０７は、入射側のインピーダンスと、負荷側（すなわち、モールドパウダー側）のインピーダンスとの整合を取ることで負荷側からの反射波を低減し、反射波をほぼゼロとする機器である。この自動整合器１０７は、反射電界の位相及び強度を測定し、インピーダンス整合を自動で行うことで、上記のような反射波の低減を実現する。自動整合器１０７を設けて負荷側のインピーダンスにあわせた自動整合処理を実現することで、後述するマイクロ波照射部材１０９から、マイクロ波エネルギーを、安定して効率良くモールドパウダーに照射することが可能となる。
【００７９】
マイクロ波照射部材１０９は、モールドパウダーの上部の空間Ｓに対してマイクロ波を照射する部材である。モールドパウダーの上部空間Ｓにマイクロ波が照射されることで、連続鋳造鋳型の内部に投入されたモールドパウダーに対してマイクロ波を吸収させることが可能となる。このマイクロ波照射部材１０９には、マイクロ波照射部材１０９の先端から連続鋳造鋳型内に存在する粉塵等が逆流してこないように、窒素、アルゴン等の不活性ガスが所定の流量・流速となるように供給されていてもよい。この場合、マイクロ波照射部材１０９内に供給される不活性ガスは、連続鋳造鋳型の内部の温度低下を防止するために、加熱されたガスとすることが好ましい。また、マイクロ波照射部材１０９と自動整合器１０７とを連結する導波管１１１には、連続鋳造鋳型内に存在する粉塵等が自動整合器１０７に流入しないように、防塵板が設けられることが好ましい。
【００８０】
かかる防塵板は、マイクロ波の吸収が少なく、高温でも利用可能である無機材料セラミックスを用いて形成されることが好ましい。防塵板に用いられる無機材料セラミックスは、マイクロ波の吸収特性に関与する誘電損失係数εｒ”が、０．０２未満であることが好ましい。誘電損失係数εｒ”を０．０２未満とすることで、マイクロ波吸収による無機材料セラミックスの自己発熱を抑制することが可能となる。このような無機材料セラミックスの例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ、化学式：Ｓｉ３Ｎ４・Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）等がある。これらの無機材料セラミックスを単独で使用して防塵板を製造してもよく、これらの無機材料セラミックスを混合して防塵板を製造してもよい。
【００８１】
以上のようなマイクロ波照射部材１０９としては、各種の導波管を利用することが可能であるが、導波管以外にも、各種のアンテナや同軸ケーブルなどを利用することも可能である。
【００８２】
導波管１１１は、マイクロ波を導波して所望の箇所へと導く管である。この導波管１１１の形状については、マイクロ波の導波特性等を考慮して適宜決定すればよく、導波管１１１自体についても、使用するマイクロ波の周波数や出力強度等に応じて、公知のものを適宜選択することができる。
【００８３】
また、モールドパウダーの温度を測定可能な位置には、予め、放射温度計等の公知の温度計４００が設置されている。かかる温度計４００によるモールドパウダーの温度の測定結果は、パウダー温度情報として、演算処理装置２００へと随時出力される。
【００８４】
演算処理装置２００は、温度計４００から出力されたパウダー温度情報を参照して、モールドパウダーの温度が２００℃〜１３００℃である間、マイクロ波照射装置１００からマイクロ波を照射させる。具体的には、演算処理装置２００は、マイクロ波発振器１０１に対して所定の制御情報を出力することで、所定強度のマイクロ波を発振させる。
【００８５】
かかる演算処理装置２００は、図１０に示したように、温度情報取得部２０１と、マイクロ波発振器制御部２０３と、記憶部２０５と、を主に備える。
【００８６】
温度情報取得部２０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。温度情報取得部２０１は、温度計４００から出力される、モールドパウダーの温度に関するパウダー温度情報を取得する。温度情報取得部２０１は、取得したパウダー温度情報を、後述するマイクロ波発振器制御部２０３へと出力する。温度計４００は、モールドパウダーの温度を連続的に測定して、パウダー温度情報を生成する。従って、温度情報取得部２０１は、温度計４００から出力されるパウダー温度情報を随時取得して、マイクロ波発振器制御部２０３へと出力する。
【００８７】
マイクロ波発振器制御部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。マイクロ波発振器制御部２０３は、温度情報取得部２０１から出力されたパウダー温度情報に応じて、マイクロ波発振器１０１の発振制御を行う。より詳細には、マイクロ波発振器制御部２０３は、パウダー温度情報に記載されているモールドパウダーの温度が２００℃〜１３００℃の範囲に含まれている場合に、マイクロ波を発振させるための制御情報を、マイクロ波発振器１０１に対して出力する。
【００８８】
また、マイクロ波発振器制御部２０３は、記憶部２０５等に格納されていたり、連続鋳造プロセスを管理している上位サーバから取得したりした、連続鋳造プロセスの操業条件に基づいて、上記式（１７）によりマイクロ波の所要最低出力Ｐを算出し、所要最低出力Ｐ以上の強度となるように、マイクロ波発振器１０１の制御を行う。
【００８９】
記憶部２０５は、例えば本実施形態に係る演算処理装置２００が備えるＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部２０５には、本実施形態に係る演算処理装置２００が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、又は、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部２０５は、温度情報取得部２０１、マイクロ波発振器制御部２０３等が、自由にデータのリード／ライト処理を行うことが可能である。
【００９０】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【００９１】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【００９２】
以上のような構成を有するマイクロ波照射装置１００及び演算処理装置２００が互いに連携することで、マイクロ波照射装置１００からは、モールドパウダーの温度が２００℃〜１３００℃である間、所定強度のマイクロ波が照射される。その結果、モールドパウダーを効率良く加熱することが可能となり、鋳片の末端部に生じる引け巣を抑制することが可能となる。
【００９３】
［マイクロ波の反射率に応じてマイクロ波照射の制御を行う場合］
図３Ａ及び図３Ｂに示した結果から明らかなように、モールドパウダーは、温度が２００℃〜１３００℃である間はマイクロ波を効率良く吸収して、急速に昇温する。かかる挙動から明らかなように、加熱効率の良い２００℃〜１３００℃の間は、モールドパウダーに吸収されずにマイクロ波照射装置１００に戻ってくるマイクロ波の割合は低く、２００℃未満、又は、１３００℃超の温度域では、マイクロ波照射装置１００に戻ってくるマイクロ波の割合は高くなる。
【００９４】
そこで、モールドパウダーに向けて照射されるマイクロ波の強度（以下、「入射マイクロ波強度」という。）と、モールドパウダーに吸収されずにマイクロ波照射装置１００に戻ってくるマイクロ波の強度（以下、「反射マイクロ波強度」という。）を常時測定し、これらの測定結果を利用して、モールドパウダーに吸収されずに戻ってくるマイクロ波の割合を反射率として算出することで、モールドパウダーの温度を直接測定することなく、マイクロ波照射装置の制御を行うことが可能となる。
【００９５】
実際の操業では、連続鋳造鋳型の内部に供給される溶鋼は、温度が約１５００℃以上と高温であるため、常温で投入されたモールドパウダーの温度は、直ちに２００℃以上まで上昇して、反射率が小さい状態へと移行すると考えられる。そこで、例えば、モールドパウダーが投入された直後からマイクロ波の照射を開始し、反射率が所定の閾値以上となった場合に、モールドパウダーの温度が１３００℃超となったと推定し、マイクロ波の出力を発振可能な最低出力まで低下させればよい。また、反射率が再び所定の閾値未満に低下した場合には、モールドパウダーの温度が１３００℃以下となったと推定し、マイクロ波を所定の出力に戻すなどといった制御を行うことも可能となる。また、マイクロ波の照射時間に不足が生じる場合には、鋳片の移動を一時的に停止させてもよい。
【００９６】
このような制御が行われる加熱装置１０の構成の一例を、図１１に模式的に示した。
かかる加熱装置１０が備えるマイクロ波照射装置１００は、図１１に示したように、マイクロ波発振器１０１と、サーキュレータ１０３と、強度測定器の一例であるパワーモニタ１１３と、マイクロ波照射部材１０９と、を主に備え、これらの機器が導波管１１１により接続されている。なお、図１１においても、マイクロ波照射部材１０９や導波管１１１等といった各部材を支持する支持機構は、図示していない。
【００９７】
ここで、図１１におけるマイクロ波発振器１０１、サーキュレータ１０３、マイクロ波照射部材１０９及び導波管１１１は、図９に示したマイクロ波発振器１０１、サーキュレータ１０３、マイクロ波照射部材１０９及び導波管１１１と同様の機能を有し、同様の効果を奏するものである。従って、以下では詳細な説明は省略する。
【００９８】
パワーモニタ１１３は、強度測定器の一例であり、マイクロ波発振器１０１から発振され上部空間Ｓへ照射される入射マイクロ波強度と、モールドパウダーに吸収されずに反射しマイクロ波発振器１０１側に戻ってくる反射マイクロ波強度と、を測定する。パワーモニタ１１３によって測定された入射マイクロ波強度及び反射マイクロ波強度に関する情報は、マイクロ波強度情報として、演算処理装置２００に出力される。なお、このパワーモニタ１１３は、公知のものを適宜選択して使用することが可能である。
【００９９】
演算処理装置２００は、パワーモニタ１１３から出力されたマイクロ波強度情報を参照して、上記のような反射率を算出するとともに、算出した反射率に基づき、マイクロ波照射装置１００の制御を行う。すなわち、演算処理装置２００は、算出した反射率が所定の閾値未満である間は、マイクロ波照射装置１００からマイクロ波を照射させ、算出した反射率が所定の閾値以上となったタイミングで、マイクロ波照射装置１００からのマイクロ波の照射を停止させたり、マイクロ波の照射強度を十分に弱めたりさせる。
【０１００】
かかる演算処理装置２００は、図１２に示したように、強度情報取得部２１１と、反射率算出部２１３と、マイクロ波発振器制御部２１５と、記憶部２１７と、を主に備える。
【０１０１】
強度情報取得部２１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。強度情報取得部２１１は、マイクロ波照射装置１００のパワーモニタ１１３から出力される、入射マイクロ波強度及び反射マイクロ波強度に関するマイクロ波強度情報を取得する。強度情報取得部２１１は、取得したマイクロ波強度情報を、後述する反射率算出部２１３へと出力する。マイクロ波照射装置１００のパワーモニタ１１３は、入射マイクロ波強度及び反射マイクロ波強度に関する情報を連続的に測定して、マイクロ波強度情報を生成する。従って、強度情報取得部２１１は、パワーモニタ１１３から出力されるマイクロ波強度情報を随時取得して、反射率算出部２１３へと出力する。
【０１０２】
反射率算出部２１３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。反射率算出部２１３は、強度情報取得部２１１から出力されたマイクロ波強度情報を利用して、モールドパウダーからのマイクロ波の反射率を算出する。より詳細には、反射率算出部２１３は、マイクロ波強度情報に含まれる、入射マイクロ波強度の値と、反射マイクロ波強度の値と、を利用して、下記式２１により反射率（単位：％）を随時算出する。反射率算出部２１３は、算出した反射率の値に関する情報を、後述するマイクロ波発振器制御部２１５へと出力する。
【０１０３】
反射率＝（反射マイクロ波強度／入射マイクロ波強度）×１００  ・・・（式２１）
【０１０４】
マイクロ波発振器制御部２１５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。マイクロ波発振器制御部２１５は、反射率算出部２１３によって算出された反射率の値に基づいて、マイクロ波発振器の発振制御を行う。より詳細には、マイクロ波発振器制御部２１５は、反射率が所定の閾値未満である場合には、マイクロ波発振器１０１からのマイクロ波発振を継続させる。そのために、マイクロ波発振器制御部２１５は、マイクロ波の発振を継続する旨を表わす制御情報を、マイクロ波発振器１０１に対して出力する。
【０１０５】
この際、マイクロ波発振器制御部２１５は、後述する記憶部２１７等に格納されていたり、連続鋳造プロセスを管理している上位サーバから取得したりした、連続鋳造プロセスの操業条件に基づいて、上記式（１７）によりマイクロ波の所要最低出力Ｐを算出し、所要最低出力Ｐ以上の強度となるように、マイクロ波発振器１０１の制御を行う。
【０１０６】
また、マイクロ波発振器制御部２１５は、反射率が所定の閾値以上である場合には、マイクロ波発振器１０１からのマイクロ波発振を停止させる。そのために、マイクロ波発振器制御部２１５は、マイクロ波の発振を停止する旨を表わす制御情報を、マイクロ波発振器１０１に対して出力する。
【０１０７】
なお、マイクロ波発振器制御部２１５は、反射率が所定の閾値以上である場合に、マイクロ波発振器１０１からのマイクロ波発振を停止させるのではなく、パワーモニタ１１３において検出される反射マイクロ波強度が当該パワーモニタ１１３の検出限界値となるまで、マイクロ波発振器１０１から発振されるマイクロ波の強度を低下させてもよい。発振されるマイクロ波の強度をこのような状況まで低下させることで、マイクロ波発振器１０１では、マイクロ波が発振可能なぎりぎりの状況まで、装置に供給されるエネルギーが抑制された状態となる。マイクロ波発振器１０１からのマイクロ波発振を完全に停止させてしまうと、次回マイクロ波の発振を開始する際には、マイクロ波発振器１０１の立ち上げ操作が行われることとなり、安定的なマイクロ波発振を実現するまでにタイムラグが生じる可能性もある。しかしながら、反射マイクロ波強度がパワーモニタ１１３の検出限界値となるまでマイクロ波発振器１０１から発振されるマイクロ波の強度を低下させることにより、余剰なマイクロ波エネルギーがモールドパウダーに供給されることを抑制しつつ、マイクロ波発振器１０１の次回起動時におけるタイムラグをなくすことが可能となる。
【０１０８】
ここで、パワーモニタ１１３の検出限界値を与える程度の強度の具体的な値は、特に限定されるものではないが、例えば、マイクロ波発振器１０１の定格値の１０％程度の値を挙げることができる。
【０１０９】
なお、上記の説明では、マイクロ波発振器制御部２１５が、マイクロ波発振器１０１から連続的にマイクロ波を発振させるとともに、反射率に応じてマイクロ波の出力強度を制御する場合について説明したが、マイクロ波発振器制御部２１５は、マイクロ波発振器１０１から間欠的（パルス的）にマイクロ波を発振させるように制御を行ってもよい。より詳細には、マイクロ波発振器制御部２１５は、マイクロ波発振器１０１の発振制御機構として設けられたスイッチング素子を断続的に開閉させることで、マイクロ波発振器１０１からマイクロ波をパルス状に発振させ、パルス状に出力されたマイクロ波の平均出力がパワーモニタ１１３の検出限界値となるまでスイッチング素子を開閉させる周期を長くしてもよい。
【０１１０】
なお、マイクロ波発振器制御部２１５がマイクロ波発振器１０１の発振制御を行う基準となる閾値は、操業に用いられる非発熱型のモールドパウダーのマイクロ波加熱特性を事前に検証することで、適宜設定すればよい。このような事前の検証として、操業に用いられるモールドパウダーをマイクロ波により実際に加熱してもよいし、操業に用いられるモールドパウダーの比誘電率を実際に測定した上で、有限要素法による電磁場解析等のシミュレーションを実施してもよい。これらの検証により設定される閾値の具体例は、特に限定されるものではないが、例えば、反射率＝５％という具体的な値、又は、算出される反射率がマイクロ波照射開始時における反射率の１．１１倍になったという変化量を、閾値とすることができる。反射率が上記閾値以上となることで、モールドパウダーの温度が１３００℃以上となったことを、容易に把握することが可能となる。
【０１１１】
なお、閾値の具体例として挙げた反射率＝５％、及び、反射率の変化量＝１．１１倍という値は、操業に用いられるモールドパウダーの比誘電率を実際に測定した上で、市販の有限要素法プログラムによる電磁場解析を行うことで、得られた値である。より詳細には、図１３に模式的に示したような実際の操業に用いられる鋳型と同様の大きさを有するモデルを考え、溶鋼と鋳型とマイクロ波反射体とで囲まれた空間内において、溶鋼上に設けられたモールドパウダーに対して、空間の上部に設けられた導波管からマイクロ波が照射される場合を想定した。
【０１１２】
なお、かかるシミュレーションにおいて、照射されるマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚとし、出力は、１．５ｋＷとした。また、上記の電磁場解析結果は、マイクロ波の周波数や出力を上記の条件から変えた場合であっても同様であり、電磁場解析結果から得られる閾値の値も同様であった。
【０１１３】
マイクロ波発振器制御部２１５は、以上のような基準に基づいて随時マイクロ波発振器１０１の制御情報を生成・出力することで、マイクロ波発振器１０１におけるマイクロ波の発振を制御する。
【０１１４】
なお、マイクロ波発振器制御部２１５は、マイクロ波発振器１０１からのマイクロ波の発振を継続する場合に、マイクロ波発振器１０１からのマイクロ波の出力強度が常に一定となるように制御を行ってもよいが、マイクロ波の出力強度を反射率に応じて動的に変化させるように制御を行ってもよい。図３Ａ及び図３Ｂに示したようなマイクロ波加熱特性は、マイクロ波の出力強度（すなわち、入射マイクロ波強度）が一定値であっても、また、動的に変化した場合であっても、同様の挙動を示す。しかしながら、入射マイクロ波強度を動的に変化させる（より詳細には、反射率の値が小さな値を示している場合ほど、入射マイクロ波強度が大きくなるように制御する）ことで、上部空間Ｓへのマイクロ波の照射時間を短縮し、より早くモールドパウダーを加熱することが可能となる。
【０１１５】
記憶部２１７は、例えば本実施形態に係る演算処理装置２００が備えるＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部２０７には、本実施形態に係る演算処理装置２００が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、又は、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部２０７は、強度情報取得部２１１、反射率算出部２１３、マイクロ波発振器制御部２１５等が、自由にデータのリード／ライト処理を行うことが可能である。
【０１１６】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１１７】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１１８】
次に、図１４を参照しながら、以上のような反射率に基づくモールドパウダーの加熱方法の流れの一例を、簡単に説明する。
【０１１９】
本実施形態に係る加熱方法では、連続鋳造鋳型内に溶鋼が供給され、メニスカス部に非発熱型のモールドパウダーが投入された後、マイクロ波照射装置１００から所定強度のマイクロ波の照射が開始される（ステップＳ１０１）。ここで、マイクロ波照射装置１００は、マイクロ波の照射を開始するとともに、マイクロ波の入射強度及び反射強度をパワーモニタ１１３により連続的にモニタし（ステップＳ１０３）、測定した強度を表わすマイクロ波強度情報を、演算処理装置２００に出力する。
【０１２０】
演算処理装置２００の強度情報取得部２１１は、マイクロ波照射装置１００のパワーモニタ１１３から連続的に出力されるマイクロ波強度情報を随時取得して、反射率算出部２１３へと出力する。反射率算出部２１３は、強度情報取得部２１１から随時伝送されるマイクロ波強度情報を利用して、マイクロ波の反射率を連続的に算出し（ステップＳ１０５）、マイクロ波発振器制御部２１５へと出力する。
【０１２１】
マイクロ波発振器制御部２１５は、反射率算出部２１３から出力される反射率の値を利用した閾値判断を随時実施して、算出された反射率が所定の閾値以上に増加したか否かを判断する（ステップＳ１０７）。
【０１２２】
算出された反射率が所定の閾値未満であった場合には、マイクロ波発振器制御部２１５は、マイクロ波発振器１０１に対してマイクロ波の発振を継続させる旨の制御情報を出力する。その結果、マイクロ波照射装置１００は、所定強度のマイクロ波の発振を継続することとなり、加熱装置１０全体としては、ステップＳ１０３へと戻って処理が継続されることとなる。
【０１２３】
一方、算出された反射率が所定の閾値以上であった場合には、マイクロ波発振器制御部２１５は、マイクロ波発振器１０１に対して、マイクロ波の発振を停止する旨の制御情報、又は、マイクロ波の発振強度を低下させる旨の制御情報を出力する（ステップＳ１０９）。これにより、温度が１３００℃超となっているモールドパウダーに対して過剰なマイクロ波エネルギーが供給されることを防止することができる。
【０１２４】
その後、マイクロ波発振器制御部２１５は、随時算出される反射率を参照して、反射率が所定の閾値未満となったか否かを判断する（ステップＳ１１１）。
【０１２５】
反射率が所定の閾値未満となったと判断されなかった場合には、マイクロ波発振器制御部２１５は、ステップＳ１０９に戻って、マイクロ波発振器１０１に対して、マイクロ波の発振を停止する旨の制御情報、又は、マイクロ波の発振強度を低下させる旨の制御情報を出力する。
【０１２６】
一方、反射率が所定の閾値未満となったと判断された場合には、マイクロ波発振器制御部２１５は、マイクロ波の発振強度を所定強度まで増加させる旨の制御情報を生成して、マイクロ波発振器１０１へと出力する（ステップＳ１１３）。その結果、マイクロ波照射装置１００は、所定強度のマイクロ波の発振を再開することとなり、加熱装置１０全体としては、ステップＳ１０３へと戻って処理が継続されることとなる。
【０１２７】
以上、図１４を参照しながら、反射率に基づくモールドパウダーの加熱方法の流れの一例を、簡単に説明した。
【０１２８】
（ハードウェア構成について）
次に、図１５を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１５は、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０１２９】
演算処理装置２００は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置２００は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。
【０１３０】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、又はリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置２００内の動作全般又はその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。
【０１３１】
バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。
【０１３２】
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置２００の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。更に、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、演算処理装置２００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１３３】
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１３４】
ストレージ装置９１３は、演算処理装置２００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種のデータなどを格納する。
【０１３５】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置２００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、又は、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄ）又は電子機器等であってもよい。
【０１３６】
接続ポート９１７は、機器を演算処理装置２００に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、演算処理装置２００は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。
【０１３７】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線もしくは無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、社内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。
【０１３８】
以上、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【０１３９】
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、本発明はかか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、各種の変更例または修正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】
【０１４０】
１０    加熱装置
１００    マイクロ波照射装置
１０１    マイクロ波発振器
１０３    サーキュレータ
１０５    アイソレータ
１０７    自動整合器
１０９    マイクロ波照射部材
１１１    導波管
１１３    パワーモニタ
２００    演算処理装置
２０１    温度情報取得部
２０３，２１５    マイクロ波発振器制御部
２０５，２１７    記憶部
２１３    反射率算出部
３００    金属壁
４００    温度計
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
0006604149.tif 000016
【図９】
0006604149.tif 000017
【図１０】
0006604149.tif 000018
【図１１】
0006604149.tif 000019
【図１２】
0006604149.tif 000020
【図１３】
0006604149.tif 000021
【図１４】
0006604149.tif 000022
【図１５】
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