JP5369808B2 - 連続鋳造装置及び連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造に係る技術であって、磁場による鋳型内の溶鋼流動を制御する技術に関する。

近年、自動車用鋼板、缶用鋼板などの高級鋼製品の品質要求が厳格化しており、鋳片段階からの高品質化が必要とされる。そして、スラブ連続鋳造機により鋳造される鋼のスラブ鋳片（以下、単に「鋳片」とも記す）に要求される品質の１つとして、鋳片表層の介在物量が少ないことが挙げられる。鋳片表層に捕り込まれる介在物には、下記の（１）〜（３）などがある。これらは何れも鉄鋼製品において表面欠陥となるため、鋳片表層に捕り込まれる量を少なくすることが重要である。

（１）アルミニウムなどによる溶鋼の脱酸工程で発生し、溶鋼中に懸濁している脱酸生成物
（２）タンディッシュや浸漬ノズルで溶鋼内に吹き込まれるＡｒガス気泡
（３）鋳型内溶鋼湯面上に散布したモールドパウダーが溶鋼中に巻込まれて懸濁したもの
また、同時に、生産性の向上を図る必要もある。連続鋳造において、生産性を向上させるということは、鋳造速度の向上、即ち、鋳型内に注入される溶鋼量を増加させることである。その際の問題の一つとして、浸漬ノズルからの吐出流速の増大による鋳型内溶鋼流速の増大がある。

ここで、通常の連続鋳造方法においては、浸漬ノズルは、鋳型長辺方向中央に配置され、浸漬ノズルの２つ吐出孔から吐出されて鋳型内に注入された溶鋼流は、それぞれ鋳型の各短辺に向かう。そして各溶鋼流は鋳型短辺へ衝突して分岐し、上下二方向へ向かう流れに分かれる。このうち、上へ向かった溶鋼流（上昇反転流）は溶鋼表面で鋳型長辺方向中央へ向かう流れとなる。この溶鋼表面流速が大きくなると、溶鋼表面に浮遊させているモールドパウダーが溶鋼中へ巻き込んでしまい、それが凝固シェルに捕捉されてしまうと製品欠陥の要因となる。一方、下へ向かった溶鋼流（下降反転流）は溶鋼中の介在物等を鋳型内溶鋼深部へ運び、浮上し切れなかった介在物は製品欠陥の要因となる。

また、鋳型内の溶鋼流動は、鋳造条件が同一であっても、浸漬ノズル内部へのＡｌ_２Ｏ_３等の付着や浸漬ノズルの溶損等により、経時的に変化する。特に、２つの吐出孔へのＡｌ_２Ｏ_３等の付着量が異なる場合、左右の吐出流量バランスが崩れ、一方からの吐出流量が増大（偏流現象）する。この偏流現象によって、鋳型内の流動が左右非対称になり、上記の溶鋼表面流速が極端に大きくなるという問題がある。
そして、高品質な鋳片を得るために、鋳型内に静磁場を印加し、溶鋼流動を制御する方法が種々提案されている。

例えば、特許文献１には、静磁場によって溶鋼流速を制動する技術が開示されている。このとき、特許文献２に記載のように、鋳型長辺方向中央近傍の磁場強度を小さくする方法や、特許文献３に記載のように、鋳型長辺方向中央近傍の磁場強度を大きくする方法もある。
また、特許文献４では、上記静磁場を発生する電磁石の鉄心を、鋳型長辺方向に沿って複数に分割している。そして、分割した各鉄心を移動させて各鉄心と鋳型との距離をそれぞれ調整することで、各電磁石による磁場強度の調整を行う。

特許第２７２６０９６号公報 特開２００３−１１７６３６号公報 特開平１０−２６３７６３号公報 特許第３１１６７４２号公報

特許文献１に記載の方法は、鋳型長辺方向に沿って均一に静磁場を付与している。このため、浸漬ノズルからの吐出流による上昇流を制動すべく磁場を強印加することで、上昇流全体を制動することは出来る。しかしながら、磁場を強印加すると、吐出流の影響が比較的小さい鋳型長辺方向中央近傍では溶鋼流速が極端に遅くなってしまい、凝固シェルへの非金属介在物や気泡の捕捉が増大する懸念がある。逆に、鋳型長辺方向中央近傍での溶鋼流速を所定速度にするために磁場を弱印加にすると、上昇流の制動が不十分となる。
また、特許文献２及び特許文献３に記載の方法では、鋳型長辺方向に沿った磁場が変化した分布を発生できるが、その分布は固定であり、鋳造速度やスラブ幅等の条件の変化に対応できない。

特に、鋳型長辺方向で溶鋼流の偏流が発生した場合には、その偏流に応じて左右不均一な磁場印加が出来ないため、当該偏流に対応した制動制御を実施出来ない。
また、特許文献４の技術では、鋳型長辺方向に沿って電磁石の鉄心を分割することで、鋳型長辺方向の磁場分布を変更可能となる。しかしながら、電磁石を分割するほど、各電磁石で発生可能な磁力が小さくなり、分割しない場合と比較して、鋳型に付与する静磁場全体の強度が小さくなる。また、磁場分布を変更するために、各電磁石の鉄心を進退させるアクチュエータが必要であるため、動的な応答に遅れが生じたり、磁場分布の調整が面倒であったりする。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、簡易に、偏流に対応した鋳型長辺方向に沿った磁場の強度分布を調整可能とすることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、鋳型に対し溶鋼を注入する浸漬ノズルを配置すると共に、上記鋳型の長辺方向に沿って配置されて鋳型全幅に静磁場を発生可能な第１電磁石を備える連続鋳造装置において、
上記第１電磁石を、上記鋳型の長辺方向において上記浸漬ノズルの配置位置若しくはその近傍で２つに分割すると共に、それぞれ独立して磁場の強度を変更可能とし、
上記分割した各第１電磁石と鋳型との間に、それぞれ上記長辺方向に配列する２以上の第２電磁石を設け、各第２電磁石を、それぞれ独立して磁場の極性及び強度を変更可能としたことを特徴とするものである。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記分割した各第１電磁石の強度、及び複数の第２電磁石の各磁場の極性及び強度を制御する電磁石制御手段を備え、当該電磁石制御手段は、上記第２電磁石の配置位置の高さにおける上記長辺方向に沿った溶鋼の流速が均一化するように、上記各第１電磁石の強度、及び各第２電磁石の磁場の極性及び強度を調整することを特徴とするものである。

次に、請求項３に記載した発明は、請求項２に記載した構成に対し、上記電磁石の配置位置の高さにおける上記長辺方向に沿った溶鋼の流速分布を推定する流速推定手段を備え、
上記電磁石制御手段は、
流速推定手段が推定する溶鋼の流速分布に基づき、２つの第１電磁石がそれぞれ磁場を印加可能な溶鋼の流速分布の各平均値に基づいて各第１電磁石の強度を制御する第１電磁石制御手段と、
各第１電磁石が磁場を印加可能な溶鋼の各流速分布に基づき、各第１電磁石の前に配置する複数の第２電磁石の極性及び強度を制御する第２電磁石制御手段と、
を備えることを特徴とするものである。

次に、請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した構成に対し、流速推定手段は、鋳型長辺方向の温度分布に基づき流速分布を推定することを特徴とするものである。
次に、請求項５に記載した発明は、鋳型に浸漬ノズルから溶鋼を注入すると共に、上記鋳型の長辺方向に沿って配列した個別に磁場強度を調整可能な２個の第１電磁石によって鋳型全幅に静磁場を発生し、
更に、上記各第１電磁石と鋳型との間に上記長辺方向に沿って２以上の第２電磁石を配置し、各第２電磁石を、それぞれ独立して磁場の極性及び強度を調整して、上記長辺方向に沿った溶鋼の流速を均一化することを特徴とする連続鋳造方法を提供するものである。
ここで、本明細書中、鋳型の幅方向と鋳型の長辺方向とは同義である。また、本発明が適用可能な鋳型は、平面視、長方形形状に限定されるもので無い。例えば、鋳型長辺の中央部が膨らんだ異形鋳型などであっても適用可能である。

請求項１及び請求項５に係る発明によれば、２つの第１電磁石によって基本とする所定の大きさの静磁場強度を、鋳型長辺方向全幅に亘って確保することが出来る。更に、２つの第１電磁石の強度を独立して調整することで、偏流現象が発生する場合であっても、偏流を抑制する方向に制動を掛けることが出来る。
その上で、磁場を強印加したい位置では、第２電磁石を第１電磁石と同極性として磁場を印加することで、基本とする静磁場強度よりも磁場強度を強め、磁場を弱印加したい位置では、第２電磁石を第１電磁石と逆極性として磁場を印加することで、基本とする静磁場強度よりも磁場強度を弱めることが可能となる。

この結果、基本とする所定の大きさの静磁場強度を基準として、偏流を抑えるように鋳型長辺方向に沿って所望の磁場強度分布を発生させることが可能となる。また、第１電磁石に対し、各第２電磁石の極性を調整するだけで、基本とする静磁場強度を強くしたり、弱くしたり出来、さらに第２電磁石で発生する強度を調整するだけで、鋳型に印加する強度の変更量を簡単に調整することが可能である。
ここで、各第１電磁石に対する第２電磁石を２個以上とすることで、少なくとも鋳型長辺方向中央部側と鋳型短辺側との磁場強度を変化させることが可能となる。すなわち、平面視で、浸漬ノズルに近い位置と浸漬ノズルから遠い位置の磁場強度を変化させることが可能となる。

また、請求項２に係る発明によれば、動的に、鋳型長辺方向に沿った磁場強度分布を調整可能となる。
また、請求項３に係る発明によれば、偏流も加味して、長辺に沿った溶鋼の流速の分布に応じて、磁場強度を調整して最適な制動力を付与することで、効果的な流動制御が行える。
また、請求項４に係る発明によれば、確実に長辺に沿った溶鋼の流速の分布を推定可能となる。

長辺方向に沿った温度分布の例を示す図である。 長辺方向に沿った温度分布パターンを示す図である。 温度パターンと不良発生指数の関係を示す図である。 鋳型に関する模式的平面図である。 図４における模式的側面図である。 磁場強度の調整例を示す図である。

次に、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（発明に至る経緯について）
本発明者らは様々な検討を行い、鋳型幅方向に沿った静磁場の強度分布を比較的大きく変えることが出来れば、鋳型幅方向の溶鋼の流速を最適な流速に調整出来ると考えた。例えば、溶鋼流のうち上記上昇流に着目した場合、溶鋼流速の大きい位置では静磁場強度を上げて、モールドパウダーの巻き込みを抑制し、流速のある程度小さい位置では、静磁場強度を下げることで凝固界面流速を確保して凝固シェルヘの介在物や気泡の捕捉を抑制できる。また、鋳型幅方向で溶鋼の偏流が起こった場合でも、大流量側を強印加、小流量側を弱印加することで、偏流の影響を最小限に抑えることが可能となると考えた。
すなわち、流速に応じて静磁場を幅方向に分布を付与して印加することにより、鋳型全幅で均一な流速分布を得ることが出来、その結果、鋳片表層品質が向上できる可能性があると考えた。

具体的には、まず、鋳型内の幅方向流動不均一の大きな原因となる偏流の抑制に着目し、鋳型幅中央を中心とし、鋳型長辺の幅方向半分に静磁場を印加できる第１電磁石を幅方向に２台配置し、左右の印加強度を変えることで左右非対称の偏流を抑止できると考えた。このようにして浸漬ノズル位置を境とした左右のマクロ的な偏流を抑止した上で、各鋳型半幅分の領域内の流動を均一化するために、各第１電磁石と鋳型の間に、それぞれ鋳型の幅方向に沿って複数の分布制御用の第２電磁石を配置する。そして、磁場を強印加する位置では第１電磁石と第２電磁石を同極性として磁場を印加し、弱印加する位置では第１電磁石に対し第２電磁石を逆極性の磁場として磁場を印加することで、鋳型幅方向に磁場強度分布をつけることが可能となり、流動に応じて磁場強度を調整して最適な制動力を付与することで、効果的な流動制御が行えると考えた。

効果検証のため、実機の１／４サイズの低融点合金（Ｂｉ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｃｄ合金：融点７０℃）での実験装置を用いて、鋳型内流速を測定した。流速の測定には棒を浸漬し、その棒にかかるトルクを計測することで測定した。なお制動対象を上昇反転流に起因した湯面の流れとした。
まず、磁場を印加しない場合と、２つの第１電磁石（以下、半幅用電磁石とも呼ぶ）に同じ電流を流して、鋳型幅方向に均一に静磁場を印加した場合とについて実験を行った。その結果、鋳型内溶湯の湯面の流速は、静磁場を印加することで低減することを確認した。また、鋳型幅方向では、鋳型短辺近傍に比べ浸漬ノズル近傍の流速の低減の割合が大きくなっていた。

また、流速測定後に鋳型を水冷して凝固シェルを生成させ、その厚みを測定すると、浸漬ノズルと鋳型との間に位置する凝固シェルの厚みが静磁場を印加しない場合より厚くなっていたことから、その部分の流速が極端に小さくなり、溶湯が滞留していたと推察される。実操業においては、その部分に介在物や気泡が捕捉されやすくなり、品質が悪化する可能性が考えられた。また、静磁場の強度を低下させて実験したところ、鋳型短辺近傍の流速があまり低減せず、実操業においては、モールドパウダーの巻込みを抑制できない可能性が考えられた。

そこで、上記第１電磁石（半幅用電磁石とも呼ぶ）と鋳型との間の距離を広げ、その半幅用電磁石と鋳型の間に、鋳型幅の１／６の幅を持つ第２電磁石（以下、分布用電磁石とも呼ぶ）を鋳型幅方向に３個づつ配列、すなわち左右で合計６個して、各電磁石で極性、磁場強度を独立に制御できるようにして実験を行った。鋳型内の流速を測定しながら、各電磁石の極性、磁場強度をそれぞれ調整したところ、鋳型幅方向のどの位置においてもほぼ一定の流速に制御できた。また、その条件での凝固シェル厚の鋳型幅方向での均一度も磁場を印加しない場合、幅方向に均一に静磁場を印加した場合よりも向上した。

また、例えば浸漬ノズルの吐出孔の一方が付着物等により流路が狭くなることで偏流が発生した場合を想定し、意図的に浸漬ノズルの左右の吐出孔サイズを変更した実験もおこなった。流速を測定しながら、半幅用電磁石の左右強度を調整する（吐出孔サイズが大きい側の印加強度を強める）ことによって、左右流れがほぼ対称に制御することができることを確認した。さらには、分布用電磁石の各電磁石の極性、及び磁場強度をそれぞれ調整することで、溶鋼流を、鋳型幅方向のどの位置においてもほぼ一定の流速に制御できた。すなわち、偏流が発生した場合でも幅方向に均一な流速に流動制御ができることが解った。

更に、幅方向均一な流速を得るための流動制御を行うにあたって、鋳型長辺銅板に対し、幅方向に沿って所定間隔毎に測温素子を配置して、鋳型長辺銅板温度の幅方向分布を測定した。なお、温度分布は、溶鋼の流速分布に比例する。
そして、実機における鋳造において、種々の鋳造条件で鋳型内幅方向の銅板温度プロファイルを調査した結果、以下のことが分かった。
ノズル詰まりによる偏流が発生した場合、図１に示すように左右の温度分布に明らかな差が見られた。図１の場合、左側の吐出孔が閉塞気味であり、右側の吐出孔からの噴流が強く、短辺へ衝突した後の上昇反転流が強いがために、溶鋼表面での流速が増大した結果、右側の銅板温度が左側に比べて高くなったと推定される。すなわち、左右の銅板温度を比較することで、幅方向に沿った偏流の発生を検知できることが分かる。

また、左右の温度分布がほぼ対称である場合について調査したところ、その分布は、図２に示すように、概ね下記の３つのパターンのいずれかに分類できることを確認した。
Ａパターン：幅中央に比べて、短辺側の温度が高い場合
Ｂパターン：幅方向にほぼ均一な温度分布である場合
Ｃパターン：幅中央部の温度が両側短辺側よりも高い場合
そして、上記のパターン別に製品の薄板鋼板のモールドパウダー性欠陥およびアルゴンガス気泡性欠陥による製品不良発生率を調査した。図３にその結果を示す。なお、図３中、製品不良発生指数（縦軸）は、０から５と大きくなるに従い、品質が不良であることを示す。

この図３から分かるように、Ｂパターンが最も有効であることが分かる。その理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。
Ａパターン；噴流の短辺衝突による上昇反転流が強く、そのため溶鋼表面流速が過大であり湯面上のモールドパウダーが巻き込まれ易い。
Ｂパターン；幅方向にほぼ均一な流速が得られ、パウダー巻き込みも少なく、凝固界面の流速も確保されているため、アルゴンの捕捉も少ない。
Ｃパターン；流動が不足しており、凝固界面への流動による洗浄効果が低いために、気泡・介在物が凝固シェルに補足されやすい。
これらの結果から、鋳造条件による溶鋼流動条件の変化と対応して変化する銅板温度プロフィールにより、パターンＢになるような流動制御を施すことが重要であることが分かった。すなわち、鋳型幅方向の流速が均一に近づくように流動制御することが好ましいことが分かる。

（構成）
次に、本実施形態の構成について図面を参照しつつ説明する。
図４は、本実施形態における連続鋳造装置における、鋳型周りの構成を示す模式的平面図である。図５、その側面図である。
鋳型１は、図４に示すように、対向する一対の長辺１ａと、対向する一対の短辺１ｂとを備える。
その鋳型１内に、不図示のタンディッシュから浸漬ノズル２を介して溶鋼１０を注入可能となっている。上記浸漬ノズル２は、平面視において鋳型１内の中央位置に対し、軸を上下にした状態で差し込まれる。その浸漬ノズル２の下部側面には２つの吐出孔２ａが開口し、その２つの吐出孔２ａは、鋳型１内の溶鋼１０に浸漬していると共に、平面視で、吐出方向が左右の鋳型１の短辺１ｂにそれぞれ向いている。なお、上記吐出孔２ａの吐出方向は、側面視で、例えば水平方向であったり、水平方向よりも下側に傾いていたり上側に傾いていたりする。

上記鋳型１の長辺１ａ外側に対し、２対の第１電磁石３、及び各第１電磁石３に対応して配列した複数対の第２電磁石４を配置する。
２対の第１電磁石３は、それぞれ鋳型１の対向する長辺１ａを挟んで対向配置している。２対の第１電磁石３は、鋳型１幅方向に配列している。各第１電磁石３は、鋳型１の長辺１ａのほぼ半分の長さとなっている。そして、各第１電磁石３は、鋳型１長辺１ａに沿って鉄心が延在しており、その鉄心に個別にコイルが巻回している。これによって、２対の第１電磁石３によって、鋳型１の長辺全幅に対し静磁場を印加可能となっている。ここで、本実施形態では、側面視で、鋳型１幅方向中央部に浸漬ノズル２が位置するので、２対の第１電磁石３（半幅用電磁石）の長さを等しくしている。浸漬ノズル２の配置位置が鋳型１幅方向中央部からずれている場合には、それに応じて２対の第１電磁石３の長さを設定すればよい。但し、２対の第１電磁石３で鋳型１全幅に静磁場を印加可能とする。

また、各第１電磁石３と鋳型１との間に、それぞれ複数の第２電磁石４を配置する。上記複数対の第２電磁石４は、上記鋳型１の対向する長辺１ａを挟んでそれぞれ対向配置すると共に、上記長辺１ａに沿って配列し、それぞれ独立して磁場の極性及び強度を変更可能となっている。すなわち、複数の第２電磁石４のコイルはそれぞれ独立している。
本実施形態では、各第１電磁石３毎に３台の第２電磁石４（分布用電磁石）を配置した場合を例示している。すなわち、合計で６台の第２電磁石４が、鋳型１幅方向に沿って配置する。

分布用電磁石４の鋳型１幅方向の台数は、半幅用電磁石１台当たり２台以上であれば特に制限はない。ただし、台数が多くなると電磁石１台ごと寸法が小さくなるため巻き線の巻き数が少なくなり、必要な磁場強度を印加できなくなる場合もある。このため、予め分布用電磁石の台数を、必要な電磁石寸法、磁場強度と電流の供給能力とから決めておく必要がある。
符号５は、上記各電磁石３，４のコイルに電流（電力）を供給する電源５である。その電源５から各電磁石３，４のコイルに電流を供給する各供給路の途中には、それぞれ対応する電磁石３，４に供給する電流の向き及び電流量を調整する電流調節部６Ａ、６Ｂを備える。

各電流調節部６Ａ、６Ｂは、コントローラ７からの指令に応じて各電磁石３，４に供給する電流の向き及び電流量を調整する。供給する電流の向きによって電磁石３，４の極性が決定する。
ここで、電磁石３，４を設置する鋳造方向の位置は目的によって変更すればよく、例えば、モールドパウダーの巻き込みを抑制するのであればメニスカス近傍に設定する。鋳片厚み方向の深い位置への異物の捕捉を抑制するのであれば、浸漬ノズル２の浸漬位置より下部に設定する。或いは、吐出流を直接制動するのであれば、浸漬ノズル２の吐出孔２ａの位置に設置する。また、同時に複数段配置することで、同時に上記効果を複数得ることも可能となる。

図５は、浸漬ノズル２の吐出口から吐出した溶鋼流のうち、鋳型１の短辺１ｂに衝突した後の上昇反転流Ｘを対象とする場合の配置例である。
また、流速推定手段として、鋳型１幅方向の銅板温度の測定のために測温素子として複数の熱電対８を備える。複数の熱電対８は、メニスカスから５０ｍｍ下の位置に、各分布用電磁石４の中心および分布用電磁石４間に位置するようにして、幅方向に沿って１列に設置した。
熱電対８の信号は、変換器にて起電力信号を電流信号に変換された後、電流信号としてコントローラ７に出力される。
コントローラ７は、流速分布推定手段７Ａ、第１電磁石制御手段７Ｂと第２電磁石制御手段７Ｃを備える。

流速分布推定手段７Ａは、センサからの信号に基づき鋳型１幅方向の流速分布を検出する。本実施形態の流速分布推定手段７Ａは、幅方向に沿っては配置された上記複数の熱電対８からの電気信号に基づき、鋳型１の長辺銅板温度の幅方向温度分布を取得する。この幅方向温度分布そのもの、若しくは所定のゲインを乗算して、溶鋼１０の幅方向の流速分布とする。この流速分布は、幅方向中央を境として、左右の流速分布を個別に演算しても良い。

また、第１電磁石制御手段７Ｂは、流速分布推定手段７Ａが推定した幅方向の流速分布に基づき、２つの第１電磁石３がそれぞれ磁場を印加可能な溶鋼１０の流速分布の各平均値に基づいて各第１電磁石３の強度を制御する。具体的には、第１電磁石制御手段７Ｂは、幅方向中央を境として、左右の流速分布若しくは温度分布の各平均値を算出し、その左右の平均値の差ΔＴｒｌを算出する。そして、平均値の差ΔＴｒｌが所定閾値以内に収まるように、図６（ａ）のように、２つの第１電磁石３の印加強度を調整する。すなわち、相対的に平均値が大きい第１電磁石３の印加強度を、相対的に平均値が小さい他方の第１電磁石３の印加強度よりも大きく調整する。平均値の差ΔＴｒｌが所定閾値以内に収まるように、２つの第１電磁石３の印加強度を調整する制御は、フィードバック制御でも良いし、フィードフォワード制御でも良い。また、上記所定閾値は、鋼材の品質グレードに応じて設定する。すなわち、品質ブレードが高いほど上記所定閾値を小さく設定する。

この第１電磁石制御手段７Ｂの処理によって、偏流現象による鋳型１幅方向の左右のマクロ的な流速の変化を抑えることが出来る。
また、第２電磁石制御手段７Ｃは、各第１電磁石３が磁場を印加可能な溶鋼１０の各流速分布に基づき、各第１電磁石３の前に配置する複数の第２電磁石４の極性及び強度を制御する。具体的には、第２電磁石制御手段７Ｃは、各第１電磁石３の磁場印加領域つまり、半幅領域毎の流速分布若しくは温度分布に基づき、幅方向に沿った分布が均一となるように、各第２電磁石４の極性及び強度を制御する。例えば、半幅内の鋼板温度の最大温度差若しくは流側差が、予め規定された閾値以内になるように調整する。調整は、相対的に流速（温度）が大きい位置では第２電磁石４を第１電磁石３と同極性の磁場を印加して磁場強度を増大させて流速の制動を大きくする。反対に、流速が小さくなる位置では、第２電磁石４を第１電磁石３とは逆極性の磁場を印加して磁場強度を低減させる。

なお、溶鋼の流速の程度によっては、第１電磁石３で発生する静磁場を調整した後に、第１電磁石３と対向する各第２電磁石４については、第１電磁石３と磁極を同一方向にすると共に、電流量だけを流速の分布に応じて調整するようにしても良い。例えば、第１電磁石３で発生する基準とする静磁場を低めに設定した後に、各第２電磁石４で発生する磁場強度をそれぞれ調整するように制御しても良い。

例えば、第２電磁石制御手段７Ｃは、図６（ｂ）のように、上昇反転流に起因する湯面の流動を対象とする場合には、半幅領域毎に、短辺１ｂ側の第２電磁石４の磁極を、第１電磁石３の磁極と同一となるように設定すると共に、幅方向中央側の第２電磁石４の磁極を、第１電磁石３の磁極と逆向きとなるように設定する。また、その間に位置する各第２電磁石４の磁極は、その位置の上昇反転流の流速分布に応じて適宜、第１電磁石３の磁極と同一若しくは逆向きとなるように設定したり、磁力を発生しないように設定したりする。また、溶鋼流の流速に応じて、各第２電磁石４への電流量を調整する事で、溶鋼１０の流速を所望の範囲に制御する。これによって、鋳型１幅方向に沿った上昇反転流に起因した湯面の流動の均一化を図る。
ここで、偏流に応じて左右の第１電磁石３の強度を異にしている場合には、対応する第１電磁石３の磁場強度に応じて、第２電磁石４の磁場強度を調整する。

（効果）
これにより、鋳型１内幅方向で溶鋼流を制動し、所望の溶鋼流動に制御することで、高品質の鋼を得ることができる。
以上のように、本実施形態では、２つの第１電磁石３で半幅毎に基本となる電磁場を印加した状態とすると共に、２つの第１電磁石３による磁場強度を個別に調整することで、左右の吐出口からの溶鋼１０の吹出速度が違うことのよる偏流が発生しても、容易に対応可能となる。

その上で、推定する溶鋼流の大きさに応じて、その位置に対向する第２電磁石４の磁極の向きで、大きく流速の制動を変化させた後に、さらに各第２電磁石４で印加する磁場強度を調整することで、さらに制動を微調整することが可能である。このように、鋳型１幅方向で溶鋼流の各位置での制動を、簡易かつ微調整することも容易となる。
このように、本実施形態によれば、連続鋳造鋳型１内の溶鋼流動に応じた制御を行うことができ、欠陥の起因となるモールドパウダーの巻き込みや、介在物や気泡の鋳片への捕捉を抑制できるため、高品質の鋼板が得られ、工業上有益な効果がもたらされる。

ここで、上記実施形態では、流速推定手段として鋳型１の各所の温度分布から鋳型１幅方向の流速の分布を推定する場合を例示した。但し、流速推定手段はこれに限定しない。
上記流速推定手段は、例えば、溶鋼１０の湯面の幅方向の高さ分布から、鋳型１幅方向の流速の分布を推定する。このときは湯面が高い位置を流速が大きいと推定する。また、溶鋼流の鋳型１幅方向の流速の分布を推定する方法は、これに限定されず、他の公知の方法を採用しても良い。
また、上記実施形態では、各第１電磁石３に対向して配列する第２電磁石４の数が各３台の場合を例示した。第２電磁石４の配列数は２台でも良いし、４台以上であっても良い。台数が多くなるほど、鋳型１幅方向に沿った磁場強度の分布を微調整可能となるが、各第２電磁石４で発生可能な磁場強度は小さくなる。

以上のような構成の連続鋳造機において、以下のように本発明を実施して確認した。
幅１２００〜１８００ｍ、厚み２５０ｍｍの鋳片を製造できる連続鋳造機において、炭素濃度３０ｐｐｍ以下の極低炭素鋼を鋳造した。溶鋼１０のスループットは４〜６トン／分とした。タンディッシュからの浸漬ノズル２は下端近傍に鋳型１の短辺方向に向いた一対の吐出孔２ａを持つものを用いた。
溶鋼流動制御に関わる電磁石として、半幅用電磁石（第１電磁石３）の磁束密度を最大１８００Ｇａｕｓｓのものを使用し、各分布用電磁石（第２電磁石４）として、磁束密度可変範囲が、−６００（逆極性）〜＋６００（正極性）のものを使用した。

また、本実施形態では、制御対象の溶鋼流を上昇反転流とした。
ここで、本連鋳機は２ストランドを有しており、片方は本発明を適用した流動制御を実施し、片方は流動制御装置を有しない通常の鋳型１を用いた。
そして、得られた鋳片を圧延し、表面欠陥検査に供した。表面欠陥検査の結果は、幅１６００ｍｍを溶鋼１０のスループット４トン／分として、磁場印加のないストランドで鋳造した場合を１．０とした場合における欠陥指数とした。欠陥原因特定は、一部の欠陥部の断面を調査することで実施した。その結果を表１に示す。表１中の表面欠陥指数は、１．０を基準として、１．０よりも大きいほど不良を示し、１．０より小さいほど良好を示す。

表１から分かるように、本発明を適用した場合には、スラブの幅及び溶鋼１０のスループットに応じて、鋳型１幅方向に沿った溶鋼流の速度を制御し、溶鋼１０の表面流速を安定させることでモールドパウダーの巻き込み・気泡介在物の補足を抑制でき、きわめて優れた表面品質を達成でることが分かる。

１ 鋳型
１ａ 長辺
１ｂ 短辺
２ 浸漬ノズル
２ａ 吐出孔
３ 第１電磁石
４ 第２電磁石
７ コントローラ
７Ａ 流速分布推定手段
７Ｂ 電磁石制御手段
７Ｃ 電磁石制御手段
８ 熱電対

Claims (5)

1. 鋳型に対し溶鋼を注入する浸漬ノズルを配置すると共に、上記鋳型の長辺方向に沿って配置されて鋳型全幅に静磁場を発生可能な第１電磁石を備える連続鋳造装置において、
   上記第１電磁石を、上記鋳型の長辺方向において上記浸漬ノズルの配置位置若しくはその近傍で２つに分割すると共に、それぞれ独立して磁場の強度を変更可能とし、
   上記分割した各第１電磁石と鋳型との間に、それぞれ上記長辺方向に配列する２以上の第２電磁石を設け、各第２電磁石を、それぞれ独立して磁場の極性及び強度を変更可能としたことを特徴とする連続鋳造装置。
2. 上記分割した各第１電磁石の強度、及び複数の第２電磁石の各磁場の極性及び強度を制御する電磁石制御手段を備え、当該電磁石制御手段は、上記第２電磁石の配置位置の高さにおける上記長辺方向に沿った溶鋼の流速が均一化するように、上記各第１電磁石の強度、及び各第２電磁石の磁場の極性及び強度を調整することを特徴とする請求項１に記載した連続鋳造装置。
3. 上記電磁石の配置位置の高さにおける上記長辺方向に沿った溶鋼の流速分布を推定する流速推定手段を備え、
   上記電磁石制御手段は、
   流速推定手段が推定する溶鋼の流速分布に基づき、２つの第１電磁石がそれぞれ磁場を印加可能な溶鋼の流速分布の各平均値に基づいて各第１電磁石の強度を制御する第１電磁石制御手段と、
   各第１電磁石が磁場を印加可能な溶鋼の各流速分布に基づき、各第１電磁石の前に配置する複数の第２電磁石の極性及び強度を制御する第２電磁石制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載した連続鋳造装置。
4. 流速推定手段は、鋳型長辺方向の温度分布に基づき流速分布を推定することを特徴とする請求項３に記載した連続鋳造装置。
5. 鋳型に浸漬ノズルから溶鋼を注入すると共に、上記鋳型の長辺方向に沿って配列した個別に磁場強度を調整可能な２個の第１電磁石によって鋳型全幅に静磁場を発生し、
   更に、上記各第１電磁石と鋳型との間に上記長辺方向に沿って２以上の第２電磁石を配置し、各第２電磁石を、それぞれ独立して磁場の極性及び強度を調整して、上記長辺方向に沿った溶鋼の流速を均一化することを特徴とする連続鋳造方法。

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