(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造用の鋳型と、
前記鋳型内への浸漬ノズルからの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する電磁ブレーキ装置と、
前記電磁ブレーキ装置への電力の供給を制御する制御装置と、
を備える、鋳型設備であって、
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有する鉄芯と、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各々の前記鋳型長辺方向における一側の前記コイルは、第１回路において互いに直列に接続され、
前記電磁ブレーキ装置の各々の前記鋳型長辺方向における他側の前記コイルは、第２回路において互いに直列に接続され、
前記制御装置は、前記第１回路及び前記第２回路の各回路にそれぞれ印加される電圧及び電流を各回路の間で独立に制御可能であり、前記第１回路における前記コイルに印加される電圧及び前記第２回路における前記コイルに印加される電圧に基づいて前記一対の吐出孔の間での前記吐出流の偏流を検出し、検出結果に基づいて前記第１回路に流れる電流及び前記第２回路に流れる電流を制御する
ことを特徴とする鋳型設備。
【請求項２】
前記制御装置は、前記鋳型長辺方向における一側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第１回路に生じる起電力と、前記鋳型長辺方向における他側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第２回路に生じる起電力との差に基づいて前記偏流を検出し、前記偏流を検出した場合、前記第１回路に生じる起電力と前記第２回路に生じる起電力との前記差が小さくなるように、前記第１回路に流れる電流及び前記第２回路に流れる電流を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の鋳型設備。
【請求項３】
前記鋳型内の前記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し、前記電磁ブレーキ装置よりも上方に設置される電磁撹拌装置をさらに備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳型設備。
【請求項４】
電磁ブレーキ装置によって鋳型内への浸漬ノズルからの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有する鉄芯と、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各々の前記鋳型長辺方向における一側の前記コイルは、第１回路において互いに直列に接続され、
前記電磁ブレーキ装置の各々の前記鋳型長辺方向における他側の前記コイルは、第２回路において互いに直列に接続され、
前記第１回路及び前記第２回路の各回路にそれぞれ印加される電圧及び電流は、各回路の間で独立に制御可能であり、
前記第１回路における前記コイルに印加される電圧及び前記第２回路における前記コイルに印加される電圧に基づいて前記一対の吐出孔の間での前記吐出流の偏流を検出する偏流検出工程と、
検出結果に基づいて前記第１回路に流れる電流及び前記第２回路に流れる電流を制御する電流制御工程と、
を含むことを特徴とする連続鋳造方法。
【請求項５】
前記偏流検出工程において、前記鋳型長辺方向における一側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第１回路に生じる起電力と、前記鋳型長辺方向における他側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第２回路に生じる起電力との差に基づいて前記偏流を検出し、
前記偏流が検出された場合、前記電流制御工程において、起電力の大きい側の回路の電流値を上昇させるか、又は、起電力の小さい側の回路の電流値を下降させるかの少なくともいずれかによって前記第１回路に生じる起電力と前記第２回路に生じる起電力との前記差が小さくなるように、前記第１回路に流れる電流及び前記第２回路に流れる電流を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の連続鋳造方法。
【請求項６】
前記連続鋳造は、前記電磁ブレーキ装置よりも上方に設置される電磁撹拌装置によって前記鋳型内の前記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、前記電磁ブレーキ装置によって前記鋳型内への前記浸漬ノズルからの前記溶融金属の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ながら行われる
ことを特徴とする請求項４又は５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、鋳型設備及び連続鋳造方法に関する。
本願は、２０１８年７月１７日に、日本に出願された特願２０１８−１３４４０８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【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】
例えば、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、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置を備える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、内部品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。【００１１】
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、鋳片の内部品質を悪化させる場合があることが挙げられる。【００１２】
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、表面品質及び内部品質を意味する）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部品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。
また、特許文献２には、鋳型における一対の短辺鋳型板の各々の外側にそれぞれ別々の電磁ブレーキ装置を配置する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】日本国特開２００８−１３７０３１号公報
【特許文献２】日本国特開平４−９２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に例示されるような電磁力発生装置を用いた連続鋳造では、吐出ノズルの閉塞に起因する吐出流の偏流が発生し、鋳片の品質が悪化してしまう場合があることが判明した。【００１５】
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】
【００１６】
（１）本発明の第一の態様は、連続鋳造用の鋳型と、前記鋳型内への浸漬ノズルからの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する電磁ブレーキ装置と、前記電磁ブレーキ装置への電力の供給を制御する制御装置と、を備える鋳型設備である。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る。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有する鉄芯と、前記ティース部の各々に巻回されるコイルと、を備える。前記電磁ブレーキ装置の各々の前記鋳型長辺方向における一側の前記コイルは、第１回路において互いに直列に接続される。前記電磁ブレーキ装置の各々の前記鋳型長辺方向における他側の前記コイルは、第２回路において互いに直列に接続される。前記制御装置は、前記第１回路及び前記第２回路の各回路にそれぞれ印加される電圧及び電流を各回路の間で独立に制御可能であり、前記第１回路における前記コイルに印加される電圧及び前記第２回路における前記コイルに印加される電圧に基づいて前記一対の吐出孔の間での前記吐出流の偏流を検出し、検出結果に基づいて前記第１回路に流れる電流及び前記第２回路に流れる電流を制御する。【００１７】
（２）上記（１）に記載の鋳型設備では、前記制御装置は、前記鋳型長辺方向における一側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第１回路に生じる起電力と、前記鋳型長辺方向における他側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第２回路に生じる起電力との差に基づいて前記偏流を検出し、前記偏流を検出した場合、前記第１回路に生じる起電力と前記第２回路に生じる起電力との前記差が小さくなるように、前記第１回路に流れる電流及び前記第２回路に流れる電流を制御してもよい。【００１８】
（３）上記（１）又は（２）に記載の鋳型設備では、前記鋳型内の前記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し、前記電磁ブレーキ装置よりも上方に設置される電磁撹拌装置をさらに備えてもよい。【００１９】
（４）本発明の第二の態様は、電磁ブレーキ装置によって鋳型内への浸漬ノズルからの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有する鉄芯と、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各々の前記鋳型長辺方向における一側の前記コイルは、第１回路において互いに直列に接続され、前記電磁ブレーキ装置の各々の前記鋳型長辺方向における他側の前記コイルは、第２回路において互いに直列に接続され、前記第１回路及び前記第２回路の各回路にそれぞれ印加される電圧及び電流は、各回路の間で独立に制御可能である。この連続鋳造方法は、前記第１回路における前記コイルに印加される電圧及び前記第２回路における前記コイルに印加される電圧に基づいて前記一対の吐出孔の間での前記吐出流の偏流を検出する偏流検出工程と、検出結果に基づいて前記第１回路に流れる電流及び前記第２回路に流れる電流を制御する電流制御工程と、を含む。【００２０】
（５）上記（４）に記載の連続鋳造方法では、前記偏流検出工程において、前記鋳型長辺方向における一側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第１回路に生じる起電力と、前記鋳型長辺方向における他側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第２回路に生じる起電力との差に基づいて前記偏流を検出し、前記偏流が検出された場合、前記電流制御工程において、起電力の大きい側の回路の電流値を上昇させるか、又は、起電力の小さい側の回路の電流値を下降させるかの少なくともいずれかによって前記第１回路に生じる起電力と前記第２回路に生じる起電力との前記差が小さくなるように、前記第１回路に流れる電流及び前記第２回路に流れる電流を制御してもよい。【００２１】
（６）上記（４）又は（５）に記載の連続鋳造方法では、前記連続鋳造は、前記電磁ブレーキ装置よりも上方に設置される電磁撹拌装置によって前記鋳型内の前記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、前記電磁ブレーキ装置によって前記鋳型内への前記浸漬ノズルからの前記溶融金属の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ながら行われてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば、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】
【００２３】
【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】電磁ブレーキ装置における各コイルの電気的な接続関係について説明するための図である。
【図８】浸漬ノズルの吐出孔への非金属介在物の付着により一対の吐出孔の間で開口面積の差が生じている場合における吐出流の様子を模式的に示す図である。
【図９】熱流動解析シミュレーションによって得られた、一対の吐出孔の間で開口面積の差が生じていない場合における鋳型内の溶鋼の温度及び流速の分布を模式的に示す図である。
【図１０】熱流動解析シミュレーションによって得られた、一対の吐出孔の間で開口面積の差が生じている場合における鋳型内の溶鋼の温度及び流速の分布を模式的に示す図である。
【図１１】電磁場解析シミュレーションによって得られた、閉塞側の回路に流れる電流の電流値を固定したときの健全側の回路に流れる電流の電流値と健全側及び閉塞側に生じる磁束の磁束密度の各々との関係を示す図である。
【図１２】電磁場解析シミュレーションによって得られた、閉塞側の回路に流れる電流の電流値を固定したときの健全側の回路に流れる電流の電流値と健全側及び閉塞側に生じる磁束の磁束密度の比との関係を示す図である。
【図１３】電磁場解析シミュレーションによって得られた、鋳型内に生じる渦電流及び反磁界の分布を模式的に示す図である。
【図１４】凝固シェルの厚みが４ｍｍ又は５ｍｍとなる場合の、鋳造速度と溶鋼湯面からの距離との関係を示す図である。
【図１５】実機試験における吐出流の流動状態の時間変化に起因して各回路に生じる起電力（逆起電力）の差の推移を示す図である。
【図１６】実機試験における各回路に流れる電流の電流値の推移を示す図である。
【図１７】実機試験における健全側の第１回路に流れる電流の電流値とピンホール個数密度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明者らは、特許文献１に例示されるような、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置を備える電磁力発生装置を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がある理由について検討した。
連続鋳造の操業の過程において、溶鋼中に含まれている非金属介在物が浸漬ノズルの吐出孔に付着することによって、吐出孔の開口面積は時間の経過に伴って変化する。ここで、浸漬ノズルには、鋳型の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ており、各吐出孔への非金属介在物の付着は一対の吐出孔の間で不均一に進行することが多い。ゆえに、一対の吐出孔の間で、開口面積の差が生じる場合がある。その場合、一対の吐出孔の間で、吐出流の流量及び流速が相違する偏流が生じる。それにより、電磁ブレーキ装置により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズルの両側で非対称となる。よって、鋳型内の溶融金属の流動を適切に制御することが困難となるので、鋳片の品質が悪化するおそれがある。ゆえに、上述した電磁力発生装置のように少なくとも電磁ブレーキ装置を備える電磁力発生装置を用いて鋳型内の溶融金属の流動を制御する場合、浸漬ノズルの吐出孔への非金属介在物の付着に起因する鋳片の品質の悪化を抑制することができる。
【００２５】
特に、特許文献１に例示される電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置を備える電磁力発生装置を用いる場合、浸漬ノズルの吐出孔への非金属介在物の付着に起因する鋳片の品質の悪化の問題がより顕著である。具体的には、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く、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ことが判明した。
【００２６】
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では、浸漬ノズルの吐出孔からの吐出流は、電磁ブレーキ装置により鋳型上方へ跳ね上げられて鋳型上部において電磁撹拌される。ゆえに、偏流が生じることにより電磁ブレーキ装置により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における両側で非対称となった場合には、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おそれがある。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だけでなく、鋳片の品質がかえって悪化してしまうおそれがある。
【００２７】
そこで、本発明者らは、コイルに印加される電圧に基づいて吐出流の偏流を検出して各回路の電流を制御することで、鋳片の品質をより向上させる技術思想に想到した。
【００２８】
上述の新たな知見に基づきなされた本発明について、添付図面を参照しながら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。
【００２９】
＜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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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１３を参照して後述する。
【００３５】
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の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。
【００３６】
二次冷却装置７に設けられるロールは、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
＜２．電磁力発生装置の構成＞
続いて、図２〜図１３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。なお、本明細書では、電磁力発生装置１７０が電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０を備える例について説明するが、本発明は、このような例に限定されない。例えば、電磁力発生装置１７０の構成から電磁撹拌装置１５０が省略されてもよい。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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Ｚ方向の長さは、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
（電磁攪拌装置）
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
（電磁ブレーキ装置）
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。
【００６３】
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の内部品質を良化させることができる。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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）。
【００６９】
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のティース部１６４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。
【００７０】
コイル１６３のそれぞれには、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。ここで、図７は、電磁ブレーキ装置１６０における各コイル１６３の電気的な接続関係について説明するための図である。図７では、電磁ブレーキ装置１６０における各コイル１６３に直流電流が印加された場合に鋳型１１０内に生じる磁束の向きを模擬的に太線矢印で示している。なお、図７では、ケース１６１の図示は省略されている。
【００７１】
図７に示すように、鋳型設備１０は、電源装置と各コイル１６３とが接続される電気回路として、第１回路１８１ａ及び第２回路１８１ｂを備える。
【００７２】
第１回路１８１ａでは、一対の電磁ブレーキ装置１６０の各々の鋳型長辺方向における一側のコイル１６３ａが互いに直列に接続される。また、第１回路１８１ａにおいて、一対のコイル１６３ａに対して電源装置１８２ａが直列に接続されており、電源装置１８２ａにより一対のコイル１６３ａに電流が印加される。一方、第２回路１８１ｂでは、一対の電磁ブレーキ装置１６０の各々の鋳型長辺方向における他側のコイル１６３ｂが互いに直列に接続される。また、第２回路１８１ｂにおいて、一対のコイル１６３ｂに対して電源装置１８２ｂが直列に接続されており、電源装置１８２ｂにより一対のコイル１６３ｂに電流が印加される。
【００７３】
第１回路１８１ａにおいて、一対のコイル１６３ａに直流電流が印加されると、一対の電磁ブレーキコア１６２の各々の鋳型長辺方向における一側のティース部１６４ａが一対の磁極として機能するように磁化される。ゆえに、一対のコイル１６３ａにより発生する磁界によって鋳型１１０内の鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の一側に鋳型短辺方向に沿った磁束が生じる。一方、第２回路１８１ｂにおいて、一対のコイル１６３ｂに直流電流が印加されると、一対の電磁ブレーキコア１６２の各々の鋳型長辺方向における他側のティース部１６４ｂが一対の磁極として機能するように磁化される。ゆえに、一対のコイル１６３ｂにより発生する磁界によって鋳型１１０内の鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の他側に鋳型短辺方向に沿った磁束が生じる。ここで、第１回路１８１ａ及び第２回路１８１ｂの各々を流れる電流の向きは、鋳型１１０内の鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の両側にそれぞれ生じる磁束が互いに逆方向となるような向きになっている。
【００７４】
鋳型設備１０は、さらに、電圧センサ１８３ａ，１８３ｂと、増幅器１８５と、制御装置１８７と、を備える。
【００７５】
電圧センサ１８３ａ，１８３ｂは、第１回路１８１ａ及び第２回路１８１ｂの各回路におけるコイル１６３に印加される電圧を検出し、検出値を増幅器１８５へ出力する。例えば、電圧センサ１８３ａは、第１回路１８１ａにおいて、一方のコイル１６３ａに対して並列に接続される。また、電圧センサ１８３ｂは、第２回路１８１ｂにおいて、一方のコイル１６３ｂに対して並列に接続される。
【００７６】
増幅器１８５は、電圧センサ１８３ａ，１８３ｂによる検出値を増幅して制御装置１８７へ出力する。それにより、電圧センサ１８３ａ，１８３ｂによる検出値の差が比較的小さい場合であっても、第１回路１８１ａ及び第２回路１８１ｂの各回路におけるコイル１６３に印加される電圧に差異があるか否かを適切に判定することができる。なお、このような判定は、後述するように、浸漬ノズル６の一対の吐出孔６１の間での吐出流の偏流を検出するために、制御装置１８７によって用いられる。
【００７７】
制御装置１８７は、電磁ブレーキ装置１６０への電力の供給を制御する。例えば、制御装置１８７は、演算処理装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ
Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、データ等を記憶するＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）装置等のデータ格納用記憶装置等で構成される。
【００７８】
制御装置１８７は、具体的には、電源装置１８２ａ及び電源装置１８２ｂの駆動を制御することにより、第１回路１８１ａ及び第２回路１８１ｂの各回路にそれぞれ印加される電圧及び電流を各回路の間で独立に制御可能である。より具体的には、制御装置１８７は、第１回路１８１ａ及び第２回路１８１ｂの各回路におけるコイル１６３に印加される電流の電流値をそれぞれ制御する。それにより、鋳型１１０内に生じる磁束が制御され、溶鋼２に対して与えられる電磁力が制御される。
【００７９】
また、制御装置１８７は、第１回路１８１ａ及び第２回路１８１ｂの各回路におけるコイル１６３に印加される電圧に基づいて、浸漬ノズル６の一対の吐出孔６１の間での吐出流の偏流を検出する。具体的には、制御装置１８７は、増幅器１８５から出力される情報を用いて、吐出流の偏流を検出する。
【００８０】
なお、制御装置１８７による制御の詳細については、下記［２−１．制御装置が行う制御の詳細］で詳細に説明する。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
本実施形態に係る連続鋳造方法では、電磁ブレーキ装置１６０よりも上方に設置される電磁撹拌装置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。さらに、本実施形態に係る連続鋳造方法は、下記［２−１．制御装置が行う制御の詳細］で詳細に説明するように、吐出流の偏流を検出する偏流検出工程と、第１回路１８１ａに流れる電流及び第２回路１８１ｂに流れる電流を制御する電流制御工程とを含む。
【００８６】
なお、電磁力発生装置１７０の構成から電磁撹拌装置１５０が省略される場合、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は付与されないものの、連続鋳造は、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行われる。
【００８７】
［２−１．制御装置が行う制御の詳細］
次に、鋳型設備１０の制御装置１８７が行う制御の詳細について詳細に説明する。
【００８８】
本実施形態では、制御装置１８７は、浸漬ノズル６の一対の吐出孔６１の間での吐出流の偏流を検出し、検出結果に基づいて第１回路１８１ａに流れる電流及び第２回路１８１ｂに流れる電流を制御する。具体的には、制御装置１８７は、吐出流の偏流を検出した場合、吐出流の偏流が抑制されて一対の吐出孔６１の間での吐出流の流量及び流速が均一化されるように、第１回路１８１ａに流れる電流及び第２回路１８１ｂに流れる電流を制御する。
【００８９】
上述したように、連続鋳造の操業の過程において、吐出流の偏流は、溶鋼中に含まれている非金属介在物が浸漬ノズル６の各吐出孔６１に不均一に付着することに起因して一対の吐出孔６１の間で開口面積の差が生じることによって生じる。図８は、浸漬ノズル６の吐出孔６１への非金属介在物２０１の付着により一対の吐出孔６１の間で開口面積の差が生じている場合における溶鋼２の吐出流の様子を模式的に示す図である。図８では、各吐出孔６１からの吐出流の流量及び流速の大きさを、矢印の大きさによって模擬的に示している。
【００９０】
図８に示すように、例えば、浸漬ノズル６の鋳型長辺方向の一側の吐出孔６１には非金属介在物２０１は付着しておらず、他側の吐出孔６１に非金属介在物２０１が付着しているとする。なお、以下では、非金属介在物２０１が付着していない一側の吐出孔６１を健全側の吐出孔６１と呼び、非金属介在物２０１が付着している他側の吐出孔６１を閉塞側の吐出孔６１と呼ぶ。この場合、閉塞側の吐出孔６１の開口面積は、健全側の吐出孔６１の開口面積よりも小さくなる。それにより、閉塞側の吐出孔６１からの吐出流の流量及び流速は、健全側の吐出孔６１からの吐出流の流量及び流速よりも小さくなる。上記のように、各吐出孔６１への非金属介在物２０１の付着が各吐出孔６１の間で不均一に進行することによって、吐出流の流量及び流速が相違する偏流が生じる。
【００９１】
一対の吐出孔６１の間で開口面積の差が生じていない場合、吐出流の偏流は生じず、電磁ブレーキ装置１６０により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の両側で略対称となる。一方、一対の吐出孔６１の間で開口面積の差が生じている場合、吐出流の偏流が生じることによって、電磁ブレーキ装置１６０により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の両側で非対称となる。
【００９２】
図９及び図１０は、熱流動解析シミュレーションによって得られた、一対の吐出孔６１の間で開口面積の差が生じていない場合、及び生じている場合の各々における鋳型１１０内の溶鋼２の温度及び流速の分布を模式的に示す図である。図９及び図１０では、溶鋼２の温度分布がハッチングの濃淡によって示されている。ハッチングが薄いほど温度が高いことを意味する。また、図９及び図１０では、溶鋼２の流速分布が速度ベクトルを表す矢印によって示されている。
【００９３】
図９の結果に対応する熱流動解析シミュレーションでは、浸漬ノズル６のモデルにおいて、一対の吐出孔６１の各々の開口面積を互いに略一致する値に設定した。一方、図１０の結果に対応する熱流動解析シミュレーションでは、浸漬ノズル６のモデルにおいて、健全側に相当する一側の吐出孔６１の開口面積と比較して、閉塞側に相当する他側の吐出孔６１の開口面積を略３分の１に設定した。その他のシミュレーション条件は、図９及び図１０の各結果に対応する熱流動解析シミュレーションの間で共通し、具体的には、下記のように設定された。また、図９及び図１０の各結果に対応する熱流動解析シミュレーションでは、電磁ブレーキ装置１６０により鋳型１１０内の鋳型長辺方向における両側にそれぞれ生じる磁束の磁束密度を３０００Ｇａｕｓｓとし、電磁撹拌装置１５０を駆動させていない条件を用いた。
【００９４】
（鋳片）
鋳片サイズ（鋳型のサイズ）：幅１６２５ｍｍ、厚み２５０ｍｍ
鋳造速度：１．６ｍ／ｍｉｎ
（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
（浸漬ノズル）
浸漬ノズルのサイズ：内径φ８７ｍｍ、外径φ１５２ｍｍ
溶鋼湯面に対する浸漬ノズルの底面の深さ（底面深さ）：３９０ｍｍ
吐出孔の横断面のサイズ：幅７４ｍｍ、高さ９９ｍｍ
吐出孔の水平方向に対する傾斜角：４５°
【００９５】
図９に示す熱流動解析シミュレーションの結果によれば、一対の吐出孔６１の間で開口面積の差が生じていない場合、吐出流の偏流は生じず、鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の両側で吐出流の流量及び流速の分布は略一致することが確認された。また、電磁ブレーキ装置１６０により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の両側で略対称となることが確認された。
【００９６】
一方、図１０に示す熱流動解析シミュレーションの結果によれば、一対の吐出孔６１の間で開口面積の差が生じている場合、吐出流の偏流が生じ、閉塞側の吐出孔６１からの吐出流の流量及び流速が健全側の吐出孔６１からの吐出流の流量及び流速よりも小さくなることが確認された。また、電磁ブレーキ装置１６０により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の両側で非対称となることが確認された。
【００９７】
ここで、電磁ブレーキ装置１６０により吐出孔６１からの吐出流に対して付与される制動力Ｆは、下記の式（１）によって表される。
【００９８】
【数１】
0006915747.tif 000002
【００９９】
なお、式（１）において、σは溶鋼２の導電率を示し、Ｕは吐出流の速度ベクトルを示し、Ｂは電磁ブレーキ装置１６０により鋳型１１０内に生じる磁束の磁束密度ベクトルを示す。
【０１００】
式（１）によれば、吐出流に対して付与される制動力の大きさは、鋳型１１０内に生じる磁束の磁束密度の大きさと相関を有することがわかる。ゆえに、鋳型１１０内に生じる磁束の磁束密度を鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の一側と他側との間で独立して制御することによって、吐出流に対して付与される制動力を鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の一側と他側との間で独立して制御することができる。よって、例えば、鋳型１１０内の鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の一側（つまり、健全側）に生じる磁束の磁束密度のみ増大させることによって、健全側の吐出流に対して付与される制動力を閉塞側と比較して効果的に増大させることができる。それにより、吐出流の偏流が抑制されることが期待される。
【０１０１】
なお、式（１）によれば、吐出流に対して付与される制動力の大きさは、吐出流の速度とも相関を有することがわかる。ゆえに、健全側の吐出流の速度は閉塞側と比較して大きいので、健全側の吐出流に対して付与される制動力は閉塞側と比較して大きくなる。それにより、各吐出孔６１から吐出される吐出流の挙動は、偏流が抑制される方向に進む。しかしながら、このような吐出流の速度に応じて生じる自動的な制動力のみによって偏流が抑制される効果は十分ではない。
【０１０２】
ここで、電磁ブレーキ装置１６０により鋳型１１０内に生じる磁束の磁束密度を鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の一側と他側との間で独立して制御するための従来の技術として、特許文献２に開示された一対の短辺鋳型板の各々の外側にそれぞれ別々の電磁ブレーキ装置を配置する技術がある。この場合、各電磁ブレーキ装置の電磁ブレーキコアは、具体的には、鋳型短辺方向に鋳型１１０を挟むように長辺鋳型板１１１と対向して一対設けられるティース部と、短辺鋳型板１１２の外側面を跨いで一対のティース部を連結する連結部とを備える。そして、このような電磁ブレーキ装置が、鋳型１１０における鋳型長辺方向の両側にそれぞれ設置される。しかしながら、この場合、鋳型設備の重量が増大しやすくなるという問題が生じる。連続鋳造は、一般に、振動装置によって鋳型１１０を振動させながら行われる。ゆえに、鋳型設備の重量が増大する場合、振動装置への負荷が増大してしまう。また、短辺鋳型板１１２の外側面には、一般に、連続鋳造中に鋳型の幅を変更するための幅可変装置が設置されている。ゆえに、短辺鋳型板１１２の外側面を跨ぐ形状の電磁ブレーキコアを幅可変装置と干渉しないように設置することは困難である。
【０１０３】
一方、本実施形態に係る各電磁ブレーキ装置１６０の電磁ブレーキコア１６２は、図７に示すように、短辺鋳型板１１２の外側面を跨がない形状を有するので、上記のような問題を回避することができる。ただし、電磁ブレーキコア１６２において、鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の両側に一対設けられるティース部１６４は連結部１６５によって接続されているので、各コイル１６３により発生する磁界によって生じる磁束の一部によって、電磁ブレーキコア１６２内を一方のティース部１６４から連結部１６５を通過して他方のティース部１６４へ向かう磁気回路が形成される。それにより、図７に示すように、一対の電磁ブレーキコア１６２を通る連続した磁気回路Ｃ１０が形成される。ゆえに、鋳型１１０内の鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の一側（健全側）に生じる磁束の磁束密度のみ増大させた場合に、鋳型１１０内の鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の他側（閉塞側）に生じる磁束の磁束密度も少なからず増大してしまうと予想された。
【０１０４】
ここで、本発明者らは、電磁場解析シミュレーションによって、上述のように電磁ブレーキコア１６２が配置された本実施形態に係る電磁ブレーキ装置１６０を用いて、鋳型１１０内に生じる磁束の磁束密度を鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の一側と他側との間で適切に独立して制御し得ることを見出した。
【０１０５】
図１１は、電磁場解析シミュレーションによって得られた、閉塞側の回路に流れる電流の電流値を固定したときの健全側の回路に流れる電流の電流値と健全側及び閉塞側に生じる磁束の磁束密度の各々との関係を示す図である。図１２は、電磁場解析シミュレーションによって得られた、閉塞側の回路に流れる電流の電流値を固定したときの健全側の回路に流れる電流の電流値と健全側及び閉塞側に生じる磁束の磁束密度の比（磁束密度比）との関係を示す図である。本明細書において、磁束密度比は、具体的には、閉塞側に生じる磁束の磁束密度に対する健全側に生じる磁束の磁束密度の比率を意味する。図１１及び図１２の結果に対応する電磁場解析シミュレーションでは、健全側の回路である第１回路１８１ａ及び閉塞側の回路である第２回路１８１ｂの双方について、電流値の初期値を３５０Ａに設定した。その後、閉塞側の第２回路１８１ｂの電流値を３５０Ａに固定した状態で、健全側の第１回路１８１ａの電流値を５００Ａ、７００Ａ、１０００Ａに順次上昇させた。本シミュレーションでは、このような場合における鋳型１１０内の健全側及び閉塞側の各々に生じる磁束の磁束密度を調査した。なお，本電磁場解析シミュレーションは，シミュレーション条件として鋳型１１０内の溶鋼２が静止している条件を用いた静磁場解析である。
【０１０６】
図１１によれば、健全側の第１回路１８１ａの電流値を上昇させた場合、鋳型１１０内の閉塞側に生じる磁束の磁束密度は若干増大するものの概ね維持され、鋳型１１０内の健全側に生じる磁束の磁束密度のみが効果的に増大することがわかる。また、図１２によれば、健全側の第１回路１８１ａの電流値を５００Ａ以上の値に上昇させることによって、健全側及び閉塞側に生じる磁束の磁束密度の比を１．２以上に増大させ得ることがわかる。ここで、後述する実機試験の結果により示されるように、健全側及び閉塞側に生じる磁束の磁束密度の比を１．２以上にすることによって、吐出流の偏流を効果的に抑制することができる。よって、図１１及び図１２の結果によれば、鋳型１１０内に生じる磁束の磁束密度を鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の一側と他側との間で適切に独立して制御できることがわかる。
【０１０７】
ところで、吐出流の偏流を抑制するための制御において、吐出流の偏流を検出する必要がある。偏流を検出するための従来の方法として、例えば、溶鋼湯面の近傍に設置された渦流レベル計の検出値を利用した技術、及び鋳型板に設置された熱電対の検出値を利用した技術がある。
【０１０８】
渦流レベル計の検出値を利用した技術では、具体的には、複数の渦流レベル計が鋳型１１０内の溶鋼湯面直上において水平方向に互いに異なる位置に設置され、各渦流レベル計によって当該各渦流レベル計の設置位置における溶鋼湯面の高さが検出される。そして、各渦流レベル計の検出値に基づいて、溶鋼湯面の高さ方向の変動の大きさの水平方向についての分布を検出することによって、吐出流の偏流が検出される。しかしながら、この方法では、多くの渦流レベル計を設置する必要が生じるので、設備コストが増大するという問題が生じる。さらに、各渦流レベル計間の校正を行う手間が生じるので、操業コストが増大するという問題が生じる。
【０１０９】
また、鋳型板に設置された熱電対の検出値を利用した技術では、具体的には、複数の熱電対が鋳型板において互いに異なる位置に設置され、各熱電対によって当該各熱電対の設置位置における温度が検出される。そして、各熱電対の検出値に基づいて、鋳型１１０内の溶鋼２の温度の分布を推定することによって、吐出流の偏流が検出される。しかしながら、この方法では、鋳型板の内壁と凝固シェル３ａとの間に空気の層や溶融パウダーの層が介在することにより熱電対の検出値が変動することに起因して、吐出流の偏流の検出精度が悪化するという問題が生じる。
【０１１０】
ここで、本発明者らは、上記のような問題を回避しつつ、吐出流の偏流を検出する方法を見出した。本実施形態に係る制御装置１８７は、そのような方法として、第１回路１８１ａにおけるコイル１６３ａに印可される電圧及び第２回路１８１ｂにおけるコイル１６３ｂに印可される電圧に基づいて吐出流の偏流を検出する。以下、このような本実施形態における吐出流の偏流の検出方法の詳細を説明する。
【０１１１】
電磁ブレーキ装置１６０の各コイル１６３に電流が印可されると、上述したように、鋳型１１０内に磁束が生じる。さらに、鋳型１１０内において磁束が生じることによって、鋳型１１０内に渦電流が生じる。そして、鋳型１１０内に生じる渦電流によって、さらに磁界が生じる。以下、このように、鋳型１１０内に生じる渦電流によって生じる磁界を反磁界と呼ぶ。図１３は、電磁場解析シミュレーションによって得られた、鋳型１１０内に生じる渦電流及び反磁界の分布を模式的に示す図である。図１３では、鋳型１１０内に生じた渦電流が矢印によって示されている。
【０１１２】
図１３によれば、各コイル１６３によって生じた磁界を弱める反磁界を発生させる方向に渦電流が生じていることがわかる。具体的には、鋳型１１０内の健全側では、第１回路１８１ａのコイル１６３ａによって紙面表面側から裏面側へ向かう方向に磁界が生じており、図１３に示すように、渦電流によってその磁界を弱めるように紙面裏面側から表面側へ向かう方向に反磁界Ｍ１が生じている。一方、鋳型１１０内の閉塞側では、第２回路１８１ｂのコイル１６３ｂによって紙面裏面側から表面側へ向かう方向に磁界が生じており、図１３に示すように、渦電流によってその磁界を弱めるように紙面表面側から裏面側へ向かう方向に反磁界Ｍ２が生じている。
【０１１３】
ここで、鋳型１１０内に生じる渦電流ｊは、下記式（２）によって表される。
【０１１４】
【数２】
0006915747.tif 000003
【０１１５】
また、鋳型１１０内に生じる反磁界の磁束Φは、下記式（３）によって表される。
【０１１６】
【数３】
0006915747.tif 000004
【０１１７】
なお、式（３）において、Ｃは反磁界の磁束Φを囲む閉曲線を示し、ｄｌは当該閉曲線の線素を示す。
【０１１８】
上記のように、反磁界が生じることによって、電磁ブレーキ装置１６０の各回路には、逆起電力が生じる。具体的には、電磁ブレーキ装置１６０の各回路を流れる電流について、反磁界を弱める磁界をコイル１６３により発生させる方向の成分を増大させるように逆起電力が生じる。
【０１１９】
ここで、電磁ブレーキ装置１６０の各回路に生じる逆起電力Ｖは、下記式（４）によって表される。
【０１２０】
【数４】
0006915747.tif 000005
【０１２１】
なお、式（４）において、ｔは時間、ｎは各回路における各コイル１６３の巻き数を示す。
【０１２２】
吐出流の偏流が生じる場合、上述したように、健全側の吐出流の流量及び流速は、閉塞側と比較して大きくなる。この際、健全側の吐出流の流動状態の時間変化は、閉塞側と比較して大きくなる。具体的には、健全側の吐出流の流量及び流速の時間変化は、閉塞側と比較して大きくなる。ゆえに、式（３）及び式（４）によれば、健全側の第１回路１８１ａに生じる起電力は、閉塞側の第２回路１８１ｂと比較して大きくなる。よって、第１回路１８１ａと第２回路１８１ｂとの間で、逆起電力の差が生じる。
【０１２３】
本実施形態に係る制御装置１８７は、このように生じる各回路間での逆起電力の差に着目し、具体的には、鋳型長辺方向における一側の吐出孔６１からの吐出流の流動状態の時間変化に起因して第１回路１８１ａに生じる起電力（上記の逆起電力）と、鋳型長辺方向における他側の吐出孔６１からの吐出流の流動状態の時間変化に起因して第２回路１８１ｂに生じる起電力（上記の逆起電力）との差に基づいて、吐出流の偏流を検出する。例えば、制御装置１８７は、第１回路１８１ａにおけるコイル１６３ａに印可される電圧（以下、第１回路１８１ａの電圧とも呼ぶ）及び第２回路１８１ｂにおけるコイル１６３ｂに印可される電圧（以下、第２回路１８１ｂの電圧とも呼ぶ）の差に基づいて、吐出流の偏流を検出する。ここで、第１回路１８１ａの電圧及び第２回路１８１ｂの電圧の差は、第１回路１８１ａに生じる逆起電力と第２回路１８１ｂに生じる逆起電力との差の指標に相当する。具体的には、制御装置１８７は、第１回路１８１ａの電圧及び第２回路１８１ｂの電圧の差が閾値を超えた場合に、吐出流の偏流が生じていると判定する。当該閾値は、例えば、第１回路１８１ａの電圧及び第２回路１８１ｂの電圧の差を適切に検出し得るような値に、電圧センサ１８３ａ，１８３ｂの検出誤差又は増幅器１８５による信号の増幅率のばらつき等に基づいて、適宜設定される。
【０１２４】
連続鋳造では、基本的に、吐出流の偏流が生じていない場合を想定し、第１回路１８１ａ及び第２回路１８１ｂを流れる電流の電流値は同一の値に設定されている。ゆえに、偏流が生じていない場合、各回路に生じる逆起電力は略同一であるので、第１回路１８１ａの電圧及び第２回路１８１ｂの電圧は互いに略一致する。一方、偏流が生じている場合、各回路間で逆起電力の差が生じるので、第１回路１８１ａの電圧及び第２回路１８１ｂの電圧の差が生じる。よって、本実施形態によれば、吐出流の偏流を適切に検出することができる。
【０１２５】
なお、吐出流の流量が比較的小さい場合には、式（３）及び式（４）からもわかるように、各回路に生じる逆起電力が比較的小さくなるので、第１回路１８１ａの電圧及び第２回路１８１ｂの電圧の差が比較的小さくなる。それにより、吐出流の偏流が制御装置１８７により検出されない場合があるが、そのような場合には、偏流が鋳型１１０内の健全側と閉塞側での吐出流の挙動の相違に与える影響も比較的小さいので、偏流に起因して鋳片３の品質が低下するという問題は生じにくい。
【０１２６】
そして、本実施形態に係る制御装置１８７は、上述したように、吐出流の偏流を検出した場合に、各回路の電流を制御する。具体的には、制御装置１８７は、偏流を検出した場合、鋳型長辺方向における一側の吐出孔６１からの吐出流の流動状態の時間変化に起因して第１回路１８１ａに生じる起電力（上記の逆起電力）と、鋳型長辺方向における他側の吐出孔６１からの吐出流の流動状態の時間変化に起因して第２回路１８１ｂに生じる起電力（上記の逆起電力）との差が小さくなるように、第１回路１８１ａに流れる電流及び第２回路１８１ｂに流れる電流を制御する。
【０１２７】
例えば、制御装置１８７は、第１回路１８１ａが健全側の回路に相当する場合、第１回路１８１ａに生じる逆起電力は、第２回路１８１ｂに生じる逆起電力と比較して大きくなっている。この場合、制御装置１８７は、健全側の第１回路１８１ａの電流値を上昇させることによって、鋳型１１０内の健全側に生じる磁束の磁束密度を増大させることができるので、健全側の吐出孔６１からの吐出流の流量及び流速を低減することができる。それにより、第１回路１８１ａに生じる逆起電力を低減することができるので、第１回路１８１ａに生じる逆起電力と第２回路１８１ｂに生じる逆起電力との差を小さくすることができる。この際、制御装置１８７は、具体的には、第１回路１８１ａに生じる逆起電力と第２回路１８１ｂに生じる逆起電力との差が基準値以下になった場合に、健全側の第１回路１８１ａの電流値の上昇を停止させる。それにより、吐出流の偏流が生じた場合に、偏流を適切に抑制することができる。上記基準値は、例えば、鋳片３の品質を要求される品質に維持し得る程度に吐出流の偏流を抑制し得るような値に適宜設定される。
【０１２８】
なお、制御装置１８７は、閉塞側の第２回路１８１ｂの電流値を下降させることによって、第１回路１８１ａに生じる逆起電力と第２回路１８１ｂに生じる逆起電力との差が小さくなるように、第１回路１８１ａに流れる電流及び第２回路１８１ｂに流れる電流を制御してもよい。このように、制御装置１８７は、起電力の大きい側の回路の電流値を上昇させるか、又は、起電力の小さい側の回路の電流値を下降させるかの少なくともいずれかによって、第１回路１８１ａに生じる逆起電力と第２回路１８１ｂに生じる逆起電力との差が小さくなるように、第１回路１８１ａに流れる電流及び第２回路１８１ｂに流れる電流を制御することができる。
【０１２９】
上記のように、本実施形態では、制御装置１８７は、第１回路１８１ａにおけるコイル１６３ａに印可される電圧及び第２回路１８１ｂにおけるコイル１６３ｂに印可される電圧に基づいて吐出流の偏流を検出する。それにより、設備コストの増大、操業コストの増大及び偏流の検出精度の悪化を抑制しつつ、吐出流の偏流を適切に検出することができる。また、各電磁ブレーキ装置１６０の電磁ブレーキコア１６２は、一対の長辺鋳型板１１１の各々の外側にそれぞれ配置され、短辺鋳型板１１２の外側面を跨がない形状を有しており、制御装置１８７は、偏流の検出結果に基づいて第１回路１８１ａに流れる電流及び第２回路１８１ｂに流れる電流を制御する。それにより、鋳型設備１０の重量の増大及び電磁ブレーキコア１６２と幅可変装置との干渉を抑制しつつ、偏流を適切に抑制することができる。ゆえに、浸漬ノズル６の吐出孔６１へ非金属介在物が付着することにより一対の吐出孔６１の間で開口面積の差が生じた場合であっても、電磁ブレーキ装置１６０により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズルの両側で非対称になることを抑制することができる。よって、鋳型１１０内の溶鋼２の流動を適切に制御することができるので、鋳片３の品質をより向上させることができる。
【０１３０】
［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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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）。
【０１３６】
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（５）が成立する。
【０１３７】
【数５】
0006915747.tif 000006
【０１３８】
換言すれば、上記数式（５）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。
【０１３９】
（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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
（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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
（Ｈ１＋Ｈ２が取り得る範囲）
上述したＨ０、Ｈ３、Ｈ４の値を上記数式（５）に代入すると、下記数式（６）が得られる。
【０１４４】
【数６】
0006915747.tif 000007
【０１４５】
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（６）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。
【０１４６】
（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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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（７）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。
【０１５０】
【数７】
0006915747.tif 000008
【０１５１】
上記数式（７）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１４にその結果を示す。図１４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１４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１４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。
【０１５２】
例えば、図１４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。
【０１５３】
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１４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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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（６）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。
【０１５６】
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（８）となる。
【０１５７】
【数８】
0006915747.tif 000009
【０１５８】
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（８）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。
【０１５９】
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の内部品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。
【０１６０】
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（８）に示す関係性を得る際に、上記数式（６）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。
【０１６１】
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１４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１４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。
【０１６２】
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１４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１４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（９）で表される。
【０１６３】
【数９】
0006915747.tif 000010
【０１６４】
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（９）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。
【０１６５】
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（表面品質及び内部品質）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】
【０１６６】
以上説明した本実施形態による吐出流の偏流を抑制するための制御を行った場合における鋳片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の結果について説明する。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、吐出流の偏流を抑制するための制御を行い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について調査し、鋳片３の品質の指標としてピンホール個数密度（個／ｍ２）を算出した。【０１６７】
本実機試験では、模擬的に吐出流の偏流を生じさせるために、閉塞側に相当する他側の吐出孔６１の開口面積を健全側に相当する一側の吐出孔６１の開口面積と比較して略３分の１に設定した浸漬ノズル６を用いた。主な鋳造条件は、以下の通りである。また、本実機試験では、鋳片３の材質を低炭素鋼とし、電磁撹拌装置１５０のコイル１５３に印加される電流の電流値を４００Ａとした。【０１６８】
（鋳片）
鋼種：低炭素鋼
鋳片サイズ（鋳型のサイズ）：幅１６３０ｍｍ、厚み２５０ｍｍ
鋳造速度：１．６ｍ／ｍｉｎ
（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
（浸漬ノズル）
浸漬ノズルのサイズ：内径φ８７ｍｍ、外径φ１５２ｍｍ
溶鋼湯面に対する浸漬ノズルの底面の深さ（底面深さ）：３９０ｍｍ
吐出孔の横断面のサイズ：幅７４ｍｍ、高さ９９ｍｍ
吐出孔の水平方向に対する傾斜角：４５°【０１６９】
本実機試験では、上述したように、まず、吐出流の偏流が生じている状況を再現し、その後、各回路間での逆起電力の差を小さくするように、健全側の第１回路１８１ａの電流値を上昇させていった。そして、製造された鋳片３において互いに異なる時刻に鋳型１１０を通過した各部分について、ピンホール個数密度を算出した。【０１７０】
図１５は、実機試験における吐出流の流動状態の時間変化に起因して各回路に生じる起電力（逆起電力）の差の推移を示す図である。図１６は、実機試験における各回路に流れる電流の電流値の推移を示す図である。【０１７１】
図１５に示すように、試験開始後の鋳造時刻（例えば、時刻Ｔ１）において、各回路間で逆起電力の差が生じている。また、図１６に示すように、試験開始後の鋳造時刻（例えば、時刻Ｔ１）において、健全側の第１回路１８１ａ及び閉塞側の第２回路１８１ｂの電流値は、ともに３５０Ａに設定されている。その後、時刻Ｔ２において、健全側の第１回路１８１ａの電流値を一定の速度で上昇させ始めた。それに伴い、図１５に示すように、時刻Ｔ２において、各回路間での逆起電力の差が減少し始めた。なお、健全側の第１回路１８１ａの電流値は、時刻Ｔ２以後の時刻Ｔ３において５００Ａであり、時刻Ｔ３以後の時刻Ｔ４において７００Ａであった。その後、鋳造時刻が時刻Ｔ３，Ｔ４と進むにつれて各回路間での逆起電力の差が順次減少していき、時刻Ｔ５において、各回路間での逆起電力の差が基準値以下となり、健全側の第１回路１８１ａの電流値の上昇は停止した。なお、健全側の第１回路１８１ａの電流値は、時刻Ｔ５以後において１０００Ａに維持された。【０１７２】
本実機試験の結果を図１７に示す。図１７は、実機試験における健全側の第１回路１８１ａに流れる電流の電流値とピンホール個数密度との関係を示す図である。ピンホール個数密度は、鋳片３表層における単位面積当たりのピンホールの個数であり、ピンホール個数密度が小さいほど鋳片３の品質が良好であることを示す。具体的には、ピンホール個数密度が８（個／ｍ２）以下であることが好ましい。【０１７３】
図１７によれば、健全側の第１回路１８１ａが上昇するにつれて、ピンホール個数密度が減少していることがわかる。ゆえに、各回路間での逆起電力の差が減少するにつれて、ピンホール個数密度が減少していることが確認された。これは、各回路間での逆起電力の差が減少するほど吐出流の偏流が抑制されることによって、電磁ブレーキ装置１６０により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズル６の両側で対称となる挙動に近づくことに起因するものと考えられる。このような結果から、本実施形態による吐出流の偏流を抑制するための制御によれば、偏流を適切に抑制することによって、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。【０１７４】
また、図１７によれば、鋳片３において健全側の第１回路１８１ａの電流値がそれぞれ５００Ａ、７００Ａ、１０００Ａとなる時刻Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５に鋳型１１０を通過した各部分について、ピンホール個数密度が８（個／ｍ２）以下となることが確認された。よって、図１２及び図１７によれば、例えば健全側及び閉塞側に生じる磁束の磁束密度の比を１．２以上にすることによって、吐出流の偏流が効果的に抑制され、鋳片３の品質が効果的に向上されることが確認された。【０１７５】
ここで、上記では、吐出流の偏流が検出された場合に、健全側の第１回路１８１ａの電流値を上昇させる例を説明したが、健全側の第１回路１８１ａの電流値を上昇させることに加えて閉塞側の第２回路１８１ｂの電流値を下降させることがより好ましい。閉塞側の第２回路１８１ｂの電流値を下降させることにより鋳型１１０内の閉塞側に生じる磁束の磁束密度を低下させることができるので、閉塞側の吐出孔６１からの吐出流の流量及び流速を増大させることができる。それにより、健全側の吐出孔６１からの吐出流の流量及び流速をより効果的に低下させることができるので、吐出流の偏流をより効果的に抑制することができる。【０１７６】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
本発明によれば、鋳片の品質をより向上させることが可能な鋳型設備及び連続鋳造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【０１７８】
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
１８１ａ  第１回路
１８１ｂ  第２回路
１８２ａ，１８２ｂ  電源装置
１８３ａ，１８３ｂ  電圧センサ
１８５  増幅器
１８７  制御装置
【図１】
0006915747.tif 000011
【図２】
0006915747.tif 000012
【図３】
0006915747.tif 000013
【図４】
0006915747.tif 000014
【図５】
0006915747.tif 000015
【図６】
0006915747.tif 000016
【図７】
0006915747.tif 000017
【図８】
0006915747.tif 000018
【図９】
0006915747.tif 000019
【図１０】
0006915747.tif 000020
【図１１】
0006915747.tif 000021
【図１２】
0006915747.tif 000022
【図１３】
0006915747.tif 000023
【図１４】
0006915747.tif 000024
【図１５】
0006915747.tif 000025
【図１６】
0006915747.tif 000026
【図１７】
0006915747.tif 000027