(57)【要約】【課題】  鋳片幅方向で凝固完了位置に大きな差が生じた場合でも、鋳片幅方向に均一な中心偏析の改善が可能となる、連続鋳造鋳片の製造方法及び連続鋳造機を提供する。【解決手段】  複数対の圧下ロールからなる軽圧下帯４を備えた連続鋳造機１を用い、鋳片９の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点から前記軽圧下帯にて鋳片の圧下を開始して、鋳片に圧下力を付与しながら軽圧下帯の範囲内で凝固完了させて連続鋳造鋳片を製造するに際し、鋳造中に鋳片幅方向の凝固完了位置１２を検出し、検出した凝固完了位置の情報に基づき、凝固完了位置が鋳造方向に伸張している部分に対して、前記軽圧下帯に設置した静磁場印加装置１４から鋳片厚み方向の静磁場を印加することを特徴とする、鋳片の製造方法及び連続鋳造機。【選択図】            図１
2009195937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数対の圧下ロールからなる軽圧下帯を備えた連続鋳造機を用い、鋳片の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点から前記軽圧下帯にて鋳片の圧下を開始して、鋳片に圧下力を付与しながら軽圧下帯の範囲内で凝固完了させて連続鋳造鋳片を製造するに際し、鋳造中に鋳片幅方向の凝固完了位置を検出し、検出した凝固完了位置の情報に基づき、凝固完了位置が鋳造方向に伸張している部分に対して、前記軽圧下帯にて鋳片厚み方向の静磁場を印加することを特徴とする、連続鋳造鋳片の製造方法。
【請求項２】
複数対の圧下ロールからなる、鋳片に圧下力を付与するための軽圧下帯と、
鋳片の幅方向の凝固完了位置を検出するための凝固完了位置検知手段と、
該凝固完了位置検知手段による検出結果に基づいて凝固完了位置が鋳造方向に伸張している部分を求めるための凝固完了位置形状演算手段と、
前記軽圧下帯に配置された、鋳片の厚み方向に静磁場を印加するための静磁場印加装置と、
該静磁場印加装置を、前記凝固完了位置形状演算手段から入力される信号に基づいて凝固完了位置が鋳造方向に伸張している部分に設置するための静磁場印加位置制御手段と、
を具備することを特徴とする連続鋳造機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中心偏析の軽微な鋼の連続鋳造鋳片を製造することのできる、連続鋳造鋳片の製造方法及び連続鋳造機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造においては、鋳片中心部の凝固末期の未凝固相には十分な量の溶鋼が存在しないために、鋳片中心部に空隙が形成されたり或いは負圧が生じたりすると、最終凝固部であるデンドライト樹間の濃化溶鋼が流動し、それが鋳片中心部に集積して凝固し、所謂「中心偏析」を形成することが知られている。
【０００３】
この中心偏析は、鋼製品の品質を劣化させる。例えば、石油輸送用や天然ガス輸送用のラインパイプ材においては、サワーガスの作用により中心偏析を起点として水素誘起割れ（「ＨＩＣ」ともいう）が発生し、また、飲料用の缶製品に用いられる深絞り材においては、成分の偏析により加工性に異方性が出現する。
【０００４】
そのために、鋳造工程から圧延工程に至るまで、鋳片の中心偏析を低減する対策が多数提案されている。そのなかで、安価に且つ効果的に鋳片の中心偏析を低減する手段として、連続鋳造機内で、凝固末期の鋳片を鋳片の凝固収縮量に見合った圧下量で徐々に圧下する方法（以下、「軽圧下」と呼ぶ）が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
この軽圧下技術は、凝固収縮量に見合った圧下量で鋳片を徐々に圧下して未凝固相の体積を減少させ、デンドライト樹間の濃化溶鋼の流動を起こさないようにして中心偏析を防止する技術である。従って、鋳片の凝固完了位置（「クレータエンド位置」ともいう）を、軽圧下を実施するためのロール群からなる軽圧下帯の範囲内に制御することが必要になる。
【０００６】
ところで、スラブ鋳片（以下、単に「鋳片」とも記す）においては、その断面が扁平形状であるため、凝固完了位置は鋳片幅方向で必ずしも均一でない。しかも、鋳型内の溶鋼流動の変化や二次冷却スプレーノズルの詰り状況の変化などによって、時間によってもその形状が刻々と変動することが知られている。
【０００７】
凝固完了位置が鋳片の幅方向で異なると、軽圧下帯における圧下量が鋳片幅方向の各位置で異なってしまうため、圧下されにくく圧下量の少ない位置、つまり凝固完了位置が鋳造方向に伸張した位置では、十分な中心偏析改善効果が得られず、軽圧下を実施しても中心偏析を抑制できない場合が生ずる。鋳片の幅方向において、例えば幅中央部が早期に凝固完了した場合には、軽圧下しても、完全凝固した幅中央部の変形抵抗が大きいために幅中央部以外の部位には圧下力が働かず、所望する圧下量が付与できなくなる。これは、軽圧下装置は設備スペースや設備コストの制限から、一般的に完全凝固した鋳片を圧下するほどの耐荷重は有しておらず、鋳片短辺以外の鋳片幅方向の一部が完全凝固して圧下荷重が規定荷重以上になった場合には、設備保護のために、皿バネ或いは油圧設定によって圧下ロールを逃がす構造となっているからである。
【０００８】
このように、鋳片幅方向で凝固の遅い部分、つまり、最終凝固位置の伸張した部分には、軽圧下が行われず、その結果、その部分の中心偏析が悪化する。
【０００９】
そこで、この最終凝固位置が伸張した部分を消滅させて、鋳片幅方向に軽圧下力を働かせることを目的として、特許文献２には、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとを具備する凝固完了位置検知装置を用いて、鋳片幅方向の凝固完了位置を検出し、検出された凝固完了位置のなかの最も伸張していない部分と最も伸張した部分との鋳造方向の差が基準範囲内となるように、鋳型内の溶鋼流動を調整するか、または、二次冷却帯の幅切り量を調整するか、少なくとも何れかの一方を実施しながら、軽圧下帯で鋳片を圧下することが提案されている。
【特許文献１】特開昭５４−１０７８３１号公報
【特許文献２】特開２００６−１９８６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献２には以下の問題点がある。
【００１１】
即ち、特許文献２では、鋳片幅方向における凝固完了位置の差が２ｍ以内であれば鋳片幅方向で軽圧下力がほぼ均等に働くとしているが、凝固完了位置の差が２ｍ程度の場合には、凝固完了位置が伸張した部分の中心偏析は、それ以外の部分に比べて悪化する。また、特許文献２では、鋳型内の溶鋼流動を調整するか、または、二次冷却帯の幅切り量を調整することで、鋳片幅方向における凝固完了位置の差を２ｍ以内にするとしており、鋳造条件が定常状態であれば十分に凝固完了位置の差を２ｍ以内に調整可能であるが、非定常状態の場合、例えば浸漬ノズルの吐出孔の一方が詰ったことにより凝固完了位置に差が生じた場合や、二次冷却スプレーノズルが詰ったことにより凝固完了位置に差が生じた場合などでは、凝固完了位置の差が大きくなりすぎて、特許文献２による鋳型内の溶鋼流動を調整するか、または、二次冷却帯の幅切り量を調整する方法のみでは、凝固完了位置の差を所定値以内に調整することが困難である。従って、このような場合には、凝固完了位置が伸張した部分の中心偏析は悪化する。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、鋳片幅方向で凝固完了位置に大きな差が生じた場合でも、鋳片幅方向に均一な中心偏析の改善が可能となる、連続鋳造鋳片の製造方法及び連続鋳造機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者等は、上記課題を解決するべく、鋭意検討・研究を行った。
【００１４】
その結果、凝固完了位置検知装置によって検出される凝固完了位置の鋳片幅方向の形状に応じて、二次冷却帯において、幅切りのみならず、鋳片の幅方向全体で二次冷却水量を変更すれば、鋳片幅方向の凝固完了位置の形状を均一化できることが、伝熱計算上からは可能であることが分かった。しかしながら、この方法を実施するためには、鋳造方向及び鋳片幅方向に設置された多数のスプレーノズルからの二次冷却水量を、各スプレーノズルでそれぞれ独立して制御する必要があり、そのためには、設備改造コストが多大であるのみならず、各スプレーノズルの制御が極めて煩雑となることから、実用化は困難であるとの結論に至った。
【００１５】
そこで、鋳片を軽圧下しながら凝固させる際に、鋳片幅方向の凝固完了位置が均一でなく、鋳片幅方向において一部が凝固完了した場合であっても、凝固完了位置が鋳造方向に伸張した部分の中心偏析を軽減するための方策を検討した。その結果、鋳片を軽圧下しながら凝固させる際に、鋳片に軽圧下力を付与すると同時に、オンラインで凝固完了位置の幅方向形状を把握し、凝固完了位置が鋳造方向に伸張した部分に、溶鋼の流動を抑制可能な静磁場を印加することで、凝固完了位置が鋳造方向に伸張した部分の中心偏析が改善され、鋳片全幅にわたって中心偏析の軽微な鋳片を得ることができるとの知見が得られた。
【００１６】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、複数対の圧下ロールからなる軽圧下帯を備えた連続鋳造機を用い、鋳片の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点から前記軽圧下帯にて鋳片の圧下を開始して、鋳片に圧下力を付与しながら軽圧下帯の範囲内で凝固完了させて連続鋳造鋳片を製造するに際し、鋳造中に鋳片幅方向の凝固完了位置を検出し、検出した凝固完了位置の情報に基づき、凝固完了位置が鋳造方向に伸張している部分に対して、前記軽圧下帯にて鋳片厚み方向の静磁場を印加することを特徴とするものである。
【００１７】
また、第２の発明に係る連続鋳造機は、複数対の圧下ロールからなる、鋳片に圧下力を付与するための軽圧下帯と、鋳片の幅方向の凝固完了位置を検出するための凝固完了位置検知手段と、該凝固完了位置検知手段による検出結果に基づいて凝固完了位置が鋳造方向に伸張している部分を求めるための凝固完了位置形状演算手段と、前記軽圧下帯に配置された、鋳片の厚み方向に静磁場を印加するための静磁場印加装置と、該静磁場印加装置を、前記凝固完了位置形状演算手段から入力される信号に基づいて凝固完了位置が鋳造方向に伸張している部分に設置するための静磁場印加位置制御手段と、を具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、鋳片に軽圧下力を付与しつつ凝固完了させる際に、凝固完了位置が鋳造方向に伸張している部分に、静磁場を印加して当該部分における溶鋼の流動を抑制するので、凝固完了位置が鋳造方向に伸張している部分の中心偏析が抑制され、その結果、鋳片幅方向の凝固完了位置に鋳造方向の大きな差が生じた場合でも、鋳片幅方向にわたって中心偏析の軽微な鋳片を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態例を示す図であって、本発明に係るスラブ連続鋳造機の側面概略図である。
【００２０】
図１において、１はスラブ連続鋳造機、２は溶鋼を凝固するための鋳型、３は鋳造される鋳片を支持するための鋳片支持ロールであり、スラブ連続鋳造機１の鋳型２に注入された溶鋼は、鋳型２によって冷却されて鋳型２と接触する部位に固相部１０を形成し、周囲を固相部１０とし、内部を未凝固相である液相部１１とする鋳片９は、鋳型２の下方に、対抗して配置された複数対の鋳片支持ロール３に支持されつつ、鋳型２の下方に引き抜かれる。鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール３の間隙には、鋳片９の表面に向けて冷却水を吹き付けるエアーミストスプレーノズルや水スプレーノズルなどのスプレーノズル（図示せず）が配置されて、二次冷却帯が鋳型下方に設置されており、鋳片９は鋳造方向下流側に引き抜かれながら二次冷却帯で冷却され、中心部まで完全に凝固する。この中心部まで完全に凝固した位置が凝固完了位置１２である。凝固が完了した鋳片９は、鋳片支持ロール３の下流側に設置された鋳片切断機７で所定の長さに切断され、鋳片９Ａとして搬送用ロール８によって搬出される。
【００２１】
二次冷却帯の下流側には、軽圧下帯４が配置されている。軽圧下帯４は、鋳片支持ロール３の対向するロール間の間隔（「ロール間隔」と称す）が鋳造方向下流に向って徐々に狭くなるように設定され、鋳造される鋳片９に対して圧下力を付与することのできる鋳片支持ロール３の群が存在する部位である。
【００２２】
本発明においては、軽圧下を開始する時点は鋳片９の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点であり、且つ、軽圧下帯４の範囲内で凝固を完了させる必要があり、従って、これらの条件を満足させるために、伝熱計算などに基づき鋳片引抜速度または二次冷却水量を調整する。これは、鋳片厚み中心部の固相率が０．４を越えてから軽圧下を開始しても、それ以前に濃化溶鋼の流動が発生する可能性があり、これにより中心偏析が発生して、軽圧下の効果を十分に発揮することができなく、一方、凝固完了位置１２が軽圧下帯４を越えて下流側に伸張した場合には、圧下力が働かず、中心偏析の改善効果が得られないからである。
【００２３】
この軽圧下帯４を用いて、凝固末期の鋳片９を圧下し、凝固収縮に基づく濃化溶鋼の流動を抑え、鋳片９の中心偏析を改善する。この軽圧下帯４におけるロール間隔の勾配は、圧下速度が０．６〜１．５ｍｍ／ｍｉｎの範囲になる程度に設定すればよい。圧下速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎ未満では、中心偏析を軽減する効果が少なく、一方、圧下速度が１．５ｍｍ／ｍｉｎを超えると、濃化溶鋼が鋳造方向とは逆方向に絞り出され、鋳片中心部には負偏析が生成される虞があるからである。また、総圧下量は２〜６ｍｍ程度とすれば十分である。
【００２４】
この軽圧下帯４には、隣り合う鋳片支持ロール３の間隙に、鋳片９の幅方向左右にそれぞれ１基づつ、静磁場印加装置１４が設置されている。図２に、静磁場印加装置１４の設置状況を示す。静磁場印加装置１４は、鋳片９を挟んで相対する一対の磁極１４ｃと、磁極１４ｃのＮ極とＳ極とをつなぐリターンヨーク１４ｂと、このリターンヨーク１４ｂを周回する、磁極１４ｃを磁化するための励磁コイル１４ａと、励磁コイル１４ａに接続する直流電源装置（図示せず）と、で構成され、直流電源装置から供給される直流電源により、相対する磁極１４ｃ間で鋳片９を貫通する静磁場が印加されるようになっている。尚、静磁場印加装置１４は、図１では２本の鋳片支持ロール３の間隔毎に配置されており、このように、数本の鋳片支持ロール３の間隔毎に配置してもよいが、中心偏析の低減のためには、軽圧下帯４の全ての鋳片支持ロール３の間隙に配置することが望ましい。この場合、静磁場印加装置１４が一箇所のみでは効果が少ないので、鋳造方向に少なくとも二箇所は設置することが必要である。また、静磁場を印加するにあたって、上記の電磁石以外に永久磁石を利用してもよい。
【００２５】
それぞれの静磁場印加装置１４は、それぞれの位置調整用アクチュエーター１６と連結されており、それぞれの位置調整用アクチュエーター１６によって独立して、鋳片幅方向に移動可能となっている。この位置調整用アクチュエーター１６は、静磁場印加位置制御装置１５と接続しており、静磁場印加位置制御装置１５から入力される信号によって作動するようになっている。一方、静磁場印加位置制御装置１５は、後述する静磁場印加位置判定装置６と接続しており、静磁場印加位置判定装置６から入力される信号に基づいて、位置調整用アクチュエーター１６に信号を送信する。静磁場印加位置制御装置１５及び位置調整用アクチュエーター１６は、静磁場印加装置１４の設置位置を決定するための静磁場印加位置制御手段としての役割を有している。また、静磁場印加位置判定装置６も、その一部は静磁場印加位置制御手段として機能する。尚、磁極１４ｃの形状は、鋳片の鋳造方向に相当する長さを４０ｍｍ、鋳片の幅方向に相当する長さを１００〜３００ｍｍ程度とし、隣り合う鋳片支持ロール３の間隙に十分に納まる寸法とする。このように、磁極１４ｃを隣り合う鋳片支持ロール３の間隙に配置することにより、効率良く静磁場を印加できるが、鋳片支持ロール３の間隙に配置することは必須ではなく、鋳片支持ロール３の上方に配置しても構わない。
【００２６】
また更に、本発明に係るスラブ連続鋳造機１には、図１に示すように、鋳片９の凝固完了位置１２を検出するための凝固完了位置検知手段として、凝固完了位置検知装置５が設置されている。また、この凝固完了位置検知装置５の検出信号に基づき、凝固完了位置１２の鋳片幅方向の分布を求めるとともに、求めた分布から凝固完了位置１２が鋳造方向に伸張している部分を求め、更に、静磁場の印加が必要な位置を判定するための静磁場印加位置判定装置６が設置されている。この静磁場印加位置判定装置６は、凝固完了位置形状演算手段としての機能も有している。
【００２７】
本発明で使用する凝固完了位置検知装置５は、鋳片９における縦波超音波の伝播時間から鋳片９の固相部１０の厚みを測定し、これによって凝固完了位置１２を検出する検知装置であるが、縦波超音波の伝播速度は、鋼種による依存性や鋳片厚みの影響が大きく、これらの校正を行わないと、精度良く固相部１０の厚みを測定することができない。そこで、本発明で使用する凝固完了位置検知装置５では、横波超音波は液相部１１を透過しないということに基づいて測定される凝固完了位置１２の位置を利用して、縦波超音波の測定結果を校正する。
【００２８】
つまり、横波超音波センサーによる透過信号が、消失状態から出現した時点、或いは、検出状態から消失した時点は、鋼種や鋳造条件に拘わらず、凝固完了位置１２と横波超音波センサーの配置位置とが一致するという絶対値計測ができるので、凝固完了位置１２を横波超音波センサーの配置位置とした条件下において、縦波超音波の伝播時間から凝固完了位置１２を算出する計算式を校正することにより、相対的な測定精度に優れている、縦波超音波の伝播時間を用いた凝固完了位置１２の推定方法を、絶対的な精度にも優れた検知手段として使用可能となる。
【００２９】
この凝固完了位置検知装置５は、鋳片９を挟んで対向配置させた横波超音波送信器１７及び横波超音波受信器１８からなる横波超音波センサーと、鋳片９を挟んで対向配置させた縦波超音波送信器１９及び縦波超音波受信器２０からなる縦波超音波センサーと、横波超音波送信器１７及び縦波超音波送信器１９へ電気信号を与えて鋳片９に超音波を送出するための電気回路である超音波送信部２１と、横波超音波受信器１８にて受信した受信信号を処理するための横波透過強度検出部２２及び凝固完了位置到達検出部２３と、縦波超音波受信器２０にて受信した受信信号を処理するための縦波伝播時間検出部２４及び凝固完了位置演算部２５と、を備えている。横波超音波送信器１７及び縦波超音波送信器１９にて送出された超音波は鋳片９を透過し、横波超音波受信器１８及び縦波超音波受信器２０でそれぞれ受信され、電気信号に変換される。尚、図１では、横波超音波センサー及び縦波超音波センサーが軽圧下帯４に設置されているが、この設置位置は軽圧下帯４に限るものでなく、二次冷却帯である限り何れであっても構わない。
【００３０】
横波超音波センサー及び縦波超音波センサーは、例えば鋳片９の幅方向に移動可能な架台に取り付けられていて、送信器と受信器とが同期して移動することで、鋳片９の幅方向各位置における凝固完了位置１２を検出できるようになっている。この場合、横波超音波センサー及び縦波超音波センサーが同期して移動する構造になっている。
【００３１】
横波透過強度検出部２２は、横波超音波受信器１８により受信された横波超音波信号の強度を検出する装置であり、凝固完了位置到達検出部２３は、横波透過強度検出部２２にて検出された横波超音波の透過信号の変化から、凝固完了位置１２が横波超音波送信器１７及び横波超音波受信器１８の配置位置よりも鋳造方向の上流側か、或いは下流側かを判定する装置である。また、縦波伝播時間検出部２４は、縦波超音波受信器２０にて受信した受信信号から鋳片９を透過する縦波超音波の伝播時間を検出する装置であり、凝固完了位置演算部２５は、縦波伝播時間検出部２４で検出された縦波超音波の伝播時間から凝固完了位置１２を演算して求める装置である。ここで、横波透過強度検出部２２、凝固完了位置到達検出部２３、縦波伝播時間検出部２４及び凝固完了位置演算部２５は、計算機にて演算される。
【００３２】
尚、横波超音波受信器１８及び縦波超音波受信器２０とこの計算機との間には、超音波信号増幅器や波形を計算機に取り込むためのＡ／Ｄ変換器などが必要であるが、図中では省略している。また、図１に示す凝固完了位置検知装置５においては、横波超音波送信器１７と縦波超音波送信器１９とが一体的に構成され、同様に、横波超音波受信器１８と縦波超音波受信器２０とが一体的に構成されている。
【００３３】
ここで、凝固完了位置検知装置５の動作を説明する。先ず、横波透過強度検出部２２の動作について図３を参照して説明する。
【００３４】
図３は、横波透過強度検出部２２の動作を示す図で、送信信号の１発分に対応した受信信号波形を示している。図３中の最初の波は、送信信号が電気的に横波超音波受信器１８に漏れ込んだものであり、２番目の波が横波超音波の透過信号である。
【００３５】
横波超音波の透過信号が現れる時間位置は、鋳片９の厚み、鋳片９のおよその温度、及び横波超音波の伝播速度から、大まかに既知であるので、その位置の信号だけを取り出すゲートを設け、そのゲート内の信号の最大値を求めるようにする。この処理は、受信信号の波形をＡ／Ｄ変換で計算機内に取り込むことにより、計算処理で容易に実現することができる。信号の最大値の取り方としては、０Ｖを基準にした絶対値でも、また、ピークトゥーピーク値でも何れでもよい。尚、実際には、送信信号は数１０Ｈｚ〜数１００Ｈｚの周期で繰り返されるので、その一つ一つの波形を平均化してから横波超音波の透過強度を求めたり、一つ一つの波形の透過強度を平均化したりして、ノイズによる揺らぎの影響を少なくすることが有効である。
【００３６】
次ぎに、凝固完了位置到達検出部２３の動作について図４を参照して説明する。図４は、凝固完了位置到達検出部２３の動作の１例を示す図で、連続鋳造操業の数１０分間にわたって鋳造条件を変化させながら、横波透過強度検出部２２から送られてくる横波超音波の透過信号の強度を検出したチャート図である。
【００３７】
図４に示すように、連続鋳造操業の鋳造条件の変化に応じて横波超音波の透過信号の強度は変化する。図４中のＡ及びＢの範囲では透過信号の強度は非常に小さくなっており、凝固完了位置１２が、横波超音波送信器１７及び横波超音波受信器１８の配置位置よりも鋳造方向の下流側に存在する状態を表している。
【００３８】
凝固完了位置到達検出部２３では、透過信号の強度が所定の判定しきい値を横切った時点で、凝固完了位置１２が横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定する。この判定しきい値は、予め定めた固定値でも、或いは横波超音波の透過信号が現れない時間領域の信号レベルからノイズレベルを求め、その値を用いた変動しきい値でも、どちらでも構わない。凝固完了位置到達検出部２３は、このようにして凝固完了位置１２が横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定すると、凝固完了位置演算部２５へタイミング信号を送出する。
【００３９】
次ぎに、縦波伝播時間検出部２４の動作について図５を参照して説明する。図５は、縦波伝播時間検出部２４の動作を示す図で、送信信号の１発分に対応した受信信号の波形を示す図である。図５中の最初の波は、送信信号が電気的に縦波超音波受信器２０に漏れ込んだものであり、２番目の波が縦波超音波の透過信号である。
【００４０】
縦波伝播時間検出部２４は、送信信号の送出タイミングから縦波超音波の透過信号の出現タイミングまでの時間を検出する。縦波超音波の透過信号の検出方法としては、図５に示すように、しきい値以上になる時点としても、或いはゲート内の最大値となる時点としても、どちらでもよい。この処理は、横波透過強度検出部２２と同様に、受信信号の波形をＡ／Ｄ変換で計算機内に取り込むことにより、計算処理で容易に実現することができる。また実際には、送信信号は数１０Ｈｚ〜数１００Ｈｚの周期で繰り返されるので、その一つ一つの波形を平均化してから縦波超音波の伝播時間を求めたり、一つ一つの波形の伝播時間を平均化したりして、ノイズによる揺らぎの影響を少なくすることが有効である。
【００４１】
最後に、凝固完了位置演算部２５の動作について図６を参照して説明する。図６は、凝固完了位置演算部２５の動作を示す図で、縦波超音波の伝播時間から凝固完了位置１２を算出する近似式を図示したものである。凝固完了位置１２が縦波超音波送信器１９及び縦波超音波受信器２０の配置位置よりも鋳造方向の下流側になるほど、液相部１１の厚みが増大するため、伝播時間は長くなる。従って、伝播時間と、鋳型２内の溶鋼湯面１３から凝固完了位置１２までの距離とはおよそ比例関係になり、図６のような関係を示す。そこで、伝播時間から凝固完了位置１２を求めるには、多項式の近似式、例えば下記の（１）式に示す一次式などを用いればよい。
【００４２】
ＣＥ＝ａ1×Δｔ＋ａ0 …（１）
但し、（１）式において、ＣＥは鋳型内の溶鋼湯面１３から凝固完了位置１２までの距離、Δｔは縦波超音波の伝播時間、ａ1及びａ0は多項式の係数である。
【００４３】
図６中、Ａで示す線は、縦波超音波に基づく鋳型内の溶鋼湯面１３から凝固完了位置１２までの距離の校正前の近似式を表している。
【００４４】
しかしながら、縦波超音波の伝播速度は鋼種などによって異なるため、当該鋼種などによって係数ａ0を更正する必要がある。そこで、以下にその更正方法を説明する。
【００４５】
凝固完了位置到達検出部２３から凝固完了位置１２の通過判定のタイミング信号が凝固完了位置演算部２５に送出されると、凝固完了位置演算部２５では、その時点における縦波超音波の伝播時間（Δｔ1）を求め、更に、鋳型内の溶鋼湯面１３から凝固完了位置１２までの距離（ＣＥ）が、横波超音波センサーの配置位置と合致するように、下記の（２）式を用いて（１）式の係数（ａ0）を修正する。
【００４６】
ａ0＝ＣＥ1−ａ1×Δｔ1 …（２）
但し、（２）式において、ＣＥ1は鋳型内の溶鋼湯面１３から横波超音波センサーの配置位置までの距離、Δｔ1は凝固完了位置１２が横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定した時点の縦波超音波の伝播時間である。
【００４７】
これによって、凝固完了位置１２を求める近似式は校正され、例えば図６中にＢで示す校正後となる。校正後は、Ｂで示す校正後の近似式を用いて、縦波超音波の伝播時間に基づいて精度良く凝固完了位置１２を鋳造中にオンラインで検知することが可能となる。
【００４８】
校正する時点は、新たな鋼種を鋳造する毎の１回だけでも、また、連続鋳造の操業中に横波超音波センサーの配置位置を凝固完了位置１２が横切る毎に、或いは、操作員の判断による適当な時期の何れでもよい。
【００４９】
次いで、静磁場印加位置判定装置６の動作を説明する。静磁場印加位置判定装置６は、凝固完了位置検知装置５の凝固完了位置演算部２５の演算結果に基づき、凝固完了位置１２の鋳片幅方向における形状を演算する、凝固完了位置形状演算手段としての凝固完了位置形状演算部２６と、この凝固完了位置形状演算部２６によって演算された凝固完了位置１２の形状に基づき、鋳片９の幅方向及び鋳造方向で静磁場の印加が必要な範囲、つまり、凝固完了位置１２が鋳造方向に伸張して、鋳片中心部に液相部１１が残存し、静磁場を印加することにより残存する液相部１１の流動を抑制する必要のある範囲を決定する、静磁場印加位置制御手段としての静磁場印加領域判定部２７と、を備えている。
【００５０】
このうち、凝固完了位置形状演算部２６は、凝固完了位置演算部２５で演算された鋳片幅方向各位置における凝固完了位置１２に関する情報と、それが計測された鋳片幅方向位置の情報とに基づき、鋳片９の全幅にわたる凝固完了位置１２の形状を演算する。
【００５１】
静磁場印加領域判定部２７は、以下のようにして静磁場印加の必要な領域を決定する。即ち、図７に示すような凝固完了位置１２の形状であった場合に、鋳片の短辺以外で幅方向の領域において、一部分でも完全凝固している位置から鋳造方向下流側であって、未凝固相である液相部１１が残留する領域（図７の斜線の範囲）を静磁場印加領域として判定する。静磁場印加領域判定部２７は、この静磁場印加領域として判定した領域に静磁場が印加されるように、静磁場印加位置制御装置１５に対して出力する。この場合、伸張した凝固完了位置１２の中心位置と、静磁場印加装置１４の中心位置とが一致するように、静磁場印加位置制御装置１５に対して出力する。また、凝固完了位置１２の伸張した部分が鋳片幅方向で３箇所以上存在する場合には、伸張の度合いの大きい順に静磁場印加装置１４を配置するように、静磁場印加位置制御装置１５に対して出力する。
【００５２】
このようにして構成されるスラブ連続鋳造機１において、以下のようにして鋳片９Ａを製造する。
【００５３】
浸漬ノズル（図示せず）を介して鋳型２に溶鋼を鋳造する。鋳型２に鋳造された溶鋼は鋳型２で冷却されて固相部１０を形成し、内部に液相部１１を有する鋳片９として、鋳片支持ロール３に支持されつつ下方に連続的に引き抜かれる。鋳片９は鋳片支持ロール３を通過する間、二次冷却帯で冷却され、固相部１０の厚みを増大して、軽圧下帯４に至る。そして、軽圧下帯４において適宜な圧下量で圧下され、やがて中心部までの凝固を完了する。
【００５４】
その際に、凝固完了位置検知装置５及び静磁場印加位置判定装置６により凝固完了位置１２の鋳片幅方向の位置を検出する。そして、検出した凝固完了位置１２の鋳片幅方向の形状に応じて、静磁場印加位置判定装置６は静磁場の印加領域を決定し、その信号に基づいて位置調整用アクチュエーター１６により静磁場印加装置１４を移動させ、そして所定の位置に配置した静磁場印加装置１４から鋳片９へ静磁場を印加する。
【００５５】
尚、予め伝熱計算などに基づいて、凝固完了位置１２の伸張した部分であっても、凝固完了位置１２は軽圧下帯４の範囲内であり、且つ、軽圧下帯４による圧下が開始される時点は、鋳片９の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点となるように、鋳造条件が設定されているが、凝固完了位置検知装置５による検出結果がこれと異なる場合には、鋳片引抜速度や二次冷却水量を調整して、上記条件を満足させる。凝固が完了した鋳片９を、鋳片切断機７で所定の長さに切断し、鋳片９Ａとして搬送用ロール８によって次工程に搬出する。
【００５６】
一般的に、鋳片９の凝固完了位置１２の幅方向形状は、二次冷却帯における「幅切り」などの影響から、前述した図７のような形状になりやすいが、本発明では、凝固完了位置１２の幅方向形状に応じて静磁場を印加するので、凝固完了位置１２が鋳造方向に伸張した部分であっても中心偏析を軽減することができる。尚、二次冷却における「幅切り」とは、連続鋳造機の二次冷却帯において意図的にスラブ鋳片長辺面のコーナー近傍に冷却水を噴霧せずに冷却する手法である。
【００５７】
静磁場の印加によって鋳片９の中心偏析が軽減するのは、以下の理由による。
【００５８】
静磁場の印加された環境のなかで、電気伝導性の良好な液体が静磁場の磁束に対して垂直に流動すると、液体中には誘導電流が発生し、この誘導電流と印加される静磁場との相互作用により、流動方向とは逆向きの電磁力が液体に働き、流動を抑制することが知られている。即ち、鋳片９を挟んで相対する磁極１４ｃを配置し、この磁極１４ｃから鋳片９の厚み方向に磁場強度Ｂの静磁場を印加させた状態で、鋳片内部の液相部１１が鋳造方向や幅方向に速度Ｖで移動すると、下記の（３）式に基づく起電力Ｅが発生する。
【００５９】
Ｅ＝Ｖ×Ｂ …（３）
この起電力Ｅにより、液相部１１には渦電流Ｉ（Ｉ＝σ×Ｅ）が発生し、この渦電流Ｉと磁場強度Ｂとの相互作用により、液相部１１の流動方向とは逆方向に、下記の（４）式で示す体積力Ｆが働く。但し、σは比電気抵抗（ｍ／Ω）である。
【００６０】
Ｆ＝−Ｉ×Ｂ＝−σ×Ｖ×Ｂ2 …（４）
（４）式からも明らかなように、体積力Ｆは、液相部１１つまり溶鋼の流速と静磁場の強度とに比例する。この体積力Ｆによって、溶鋼の流動が抑制され、中心偏析が軽減される。尚、最終凝固部では液相部１１の厚みは薄く、従って、最終凝固部における液相部１１の移動方向は、鋳片表面と平行な方向、つまり、静磁場の磁束と直行する方向となる。
【００６１】
以上説明したように、本発明によれば、鋳片９を軽圧下しながら、鋳造中に常に凝固完了位置１２を検出し、その検出結果に基づき、凝固完了位置１２が鋳造方向に伸張した部位に軽圧下帯４にて静磁場を印加するので、凝固完了位置１２が鋳造方向に伸張した部位であっても、未凝固溶鋼の流動が抑制され、中心偏析を鋳片幅方向で均一に低減でき、高品質の鋳片９Ａを安定して製造することができる。
【００６２】
尚、図１に示す凝固完了位置検知装置５では、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとが同一位置に配置されているが、同一位置に配置する必要はなく、鋳片幅方向の同一位置に設置するならば、鋳造方向に離れた位置であっても構わない。
【００６３】
ここで、鋳片幅方向の同一位置とは、凝固完了位置１２の鋳造方向の変化がほとんど無いと見なせる範囲内を意味するものとする。スラブ連続鋳造機１では、凝固完了位置１２が鋳片９の幅方向で異なる場合があるので、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとで検出する凝固完了位置１２が同一であるか、或いは、凝固完了位置１２に鋳造方向の変化が生じたとしても変化の差がほとんど無いと見なせる幅方向の範囲内に横波超音波センサー及び縦波超音波センサーを配置する必要がある。具体的には、凝固完了位置１２の鋳片幅方向の形状を平坦と見なせる場合には、数１００ｍｍ離れていてもよく、逆に、凝固完了位置１２の鋳片幅方向の形状が大きく変化している場合には、数１０ｍｍ以内とする必要がある。これは、この目的に用いられる超音波の波長が数１０ｍｍであり、且つセンサーの大きさが数１０ｍｍ程度であることから、回折の影響も考慮すると、数１０ｍｍ以内であれば同一位置と見なすことができるからである。
【００６４】
また、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとを同一位置に配置する場合、必ずしも縦波超音波と横波超音波とを同一位置で発生・検出させる電磁超音波センサーを使用する必要はなく、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとの配置間隔が、数１０ｍｍ以内であるならば、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとを別々に配置しても構わない。
【実施例１】
【００６５】
以下、本発明の実施例を説明する。化学成分組成が、Ｃ：０．１５質量％、Ｓｉ：０．１５質量％、Ｍｎ：１．０質量％、Ｐ：０．０１５質量％、Ｓ：０．００５質量％、Ｔｉ：０．０１質量％、sol.Ａｌ：０．０３質量％である中炭素鋼を溶製し、図１に示すスラブ連続鋳造機を用いて、鋳片引抜速度を１．５ｍ／ｍｉｎとし、幅：２１００ｍｍ、厚み：２５０ｍｍのスラブ鋳片に鋳造した。
【００６６】
軽圧下帯におけるロール間隔の絞り込み勾配を１ｍｍあたり０．５３ｍｍとして鋳片を圧下するとともに、軽圧下帯において、凝固完了位置検知装置により検出される凝固完了位置の鋳片幅方向形状に応じて、凝固完了位置が鋳造方向に伸張した部分に静磁場を印加した。静磁場印加装置は、鋳型下端から２６〜３２ｍ範囲のロール間に約２ｍ間隔で４箇所、凝固完了位置が鋳造方向に最も伸張した部分に静磁場印加装置の中心位置が一致するように配置し、５０００ガウスの磁場強度で静磁場を印加した。
【００６７】
また、比較のために、静磁場を印加せず、軽圧下帯におけるロール間隔の絞り込み勾配を１ｍｍあたり０．５３ｍｍとして、上記鋼種を同一鋳造条件で鋳造した。
【００６８】
鋳造した鋳片から鋳片全幅試料を採取し、鋳片の中心偏析を調査した。中心偏析の調査は、鋳片中心部から鋳片幅方向に１００ピッチで５ｍｍ直径のドリルで切り粉を採取し、燃焼式炭素分析計によって炭素濃度（Ｃ）を求め、鋳片の１／４厚み位置から採取した切り粉の炭素分析値（Ｃ0）との比である、炭素の偏析度（Ｃ／Ｃ0）を調査した。
【００６９】
図８に、調査した炭素の偏析度（Ｃ／Ｃ0）の鋳片幅方向分布に併せて、当該鋳片鋳造時における凝固完了位置検知装置により検出された凝固完了位置の鋳片幅方向形状（クレータエンド形状）を示す。図８からも明らかなように、凝固完了位置が鋳片幅方向で不均一であるにも拘わらず、本発明例では炭素の偏析度（Ｃ／Ｃ0）が幅方向に均一化されていることが分かる。これに対して、比較例では、凝固完了位置が鋳造方向に伸張した部分において炭素の偏析度（Ｃ／Ｃ0）が悪化した。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係るスラブ連続鋳造機の側面概略図である。
【図２】図１に示す静磁場印加装置の設置状況を示す図である。
【図３】横波透過強度検出部の動作を示す図である。
【図４】凝固完了位置到達検出部の動作の１例を示す図である。
【図５】縦波伝播時間検出部の動作を示す図である。
【図６】凝固完了位置演算部の動作を示す図である。
【図７】凝固完了位置の幅方向形状の１例を示す図である。
【図８】炭素の偏析度（Ｃ／Ｃ0）の鋳片幅方向分布に併せて、凝固完了位置の鋳片幅方向形状を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  スラブ連続鋳造機
２  鋳型
３  鋳片支持ロール
４  軽圧下帯
５  凝固完了位置検知装置
６  静磁場印加位置判定装置
７  鋳片切断機
８  搬送用ロール
９  鋳片
１０  固相部
１１  液相部
１２  凝固完了位置
１３  溶鋼湯面
１４  静磁場印加装置
１４ａ  励磁コイル
１４ｂ  リターンヨーク
１４ｃ  磁極
１５  静磁場印加位置制御装置
１６  位置調整用アクチュエーター
１７  横波超音波送信器
１８  横波超音波受信器
１９  縦波超音波送信器
２０  縦波超音波受信器
２１  超音波送信部
２２  横波透過強度検出部
２３  凝固完了位置到達検出部
２４  縦波伝播時間検出部
２５  凝固完了位置演算部
２６  凝固完了位置形状演算部
２７  静磁場印加領域判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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