JP6623826B2 - 電磁力発生装置、連続鋳造方法及び連続鋳造機 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造中に溶融金属に対して電磁力を付与する電磁力発生装置、当該電磁力発生装置を用いた連続鋳造方法、及び当該電磁力発生装置が設置された連続鋳造機に関する。

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。

ここで、溶融金属中にはガス気泡や非金属介在物が含まれており、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。

一方、鋳型内における溶融金属の流れに注目すると、鋳型内には、浸漬ノズルの吐出孔から噴出された溶融金属が鋳型内壁に衝突することにより、上方（すなわち、湯面方向）に向かう上昇流と、下方（すなわち、鋳片の引き抜き方向）に向かう下降流が形成される。当該下降流の流速が大きい場合には、不純物が浮上できず、製品品質が劣化する可能性が高まる。従って、製品品質の向上を目的として、溶融金属内の下降流速を抑えながら連続鋳造を行う方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、連続鋳造において、鋳型の長辺面に電磁力発生装置を設け、当該電磁力発生装置により、鋳型の長辺面に沿った上向きの電磁力（駆動力）を鋳型内の溶融金属に与える技術が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、連続鋳造において、鋳型の長辺面及び短辺面の４面の全てに電磁力発生装置を設け、当該電磁力発生装置により、当該４面にそれぞれ沿った上向きの駆動力を、鋳型内の溶融金属に与える技術が開示されている。

また、例えば、特許文献３には、連続鋳造において、鋳型の長辺面及び短辺面の４面全てに電磁力発生装置を設け、溶融金属に与えられる上向きの駆動力が鋳型のコーナー部において増加するように、当該電磁力発生装置を駆動させる技術が開示されている。

また、例えば、特許文献４には、連続鋳造において、鋳型の長辺面に電磁力発生装置を設け、当該電磁力発生装置により、浸漬ノズルの吐出孔からの溶融金属の吐出流に対して上向きの駆動力を与える技術が開示されている。

また、例えば、特許文献５、６には、連続鋳造において、鋳型の両短辺側であって鋳型よりも下方の位置に電磁力発生装置を設け、当該電磁力発生装置により、鋳片の短辺面に沿った上向きの駆動力を、溶融金属に与える技術が開示されている。

特許文献１〜６に記載の技術によれば、いずれも、溶融金属内に存在する下降流に対して、電磁力発生装置によって上向きの駆動力が付与される。従って、下降流速を抑えることができ、介在物量の少ない、より高品質な鋳片を得ることができる可能性がある。

特開昭５９−１０１２６２号公報 特開昭６１−１４０３５６号公報 特開昭６２−２２７５６１号公報 特開２０００−６１５９９号公報 特開昭６１−２６９９６０号公報 特開２００５−２０５４４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、電磁力発生装置によって生じた長辺面に沿った上昇流が、湯面に到達した後、鋳型厚み中心近傍と短辺近傍において下降流を形成し得る。また、特許文献２、３に記載の技術では、電磁力発生装置によって生じた４面にそれぞれ沿った上昇流又はコーナー部における上昇流が、湯面に到達した後、鋳型中央近傍において下降流を形成し得る。このように、特許文献１〜３に記載の技術では、電磁力発生装置によって発生させた上昇流により、更なる下降流が生じてしまい、結果として不純物を十分に浮上分離できない可能性がある。更に、特許文献３に記載の技術では、鋳型のコーナー部により大きな上昇流が生じるため、コーナー部の湯面が他の領域よりも盛り上がり、コーナー部と他の領域とで凝固開始位置（高さ）の差が大きくなってしまい、表面品質が劣化する恐れがある。

また、特許文献４に記載の技術は、吐出流の方向を上向きに変更することを意図するものである。吐出流の方向が上向きに変更された場合には、湯面の変動が大きくなり、パウダの巻き込み等によって鋳片の表面品質が劣化する可能性がある。また、高速な吐出流を上向きに撹拌するためには、強力な出力を有する電磁力発生装置が必要であるため、電磁力発生装置も大型となり、連続鋳造機の構成によっては、当該電磁力発生装置を所望の位置に設置することが困難である場合がある。

また、特許文献５、６に記載の技術では、鋳型の両短辺面側であって鋳型よりも下方の位置に電磁力発生装置が設けられる。ここで、連続鋳造機では、通常、鋳型の長辺面両側の下方（すなわち、鋳片の両長辺面）に、鋳型から引き抜かれた鋳片を搬送するための支持ロールが設けられる。従って、上記位置に電磁力発生装置を設置する場合には、鋳片の長辺面両側にそれぞれ設けられる支持ロールの間に、当該電磁力発生装置を設置する必要がある。当該支持ロールの間の距離は、すなわち鋳片の厚みに対応するため、当該電磁力発生装置には、比較的小型であることが求められる。電磁力発生装置が小型であれば、それだけ、溶融金属に付与可能な駆動力も小さくなる。しかしながら、特許文献５、６に記載の技術では、電磁力発生装置の構成については特に言及されていない。また、下降流速を抑えるために必要な溶融金属に付与すべき駆動力についても、詳細には議論されていない。従って、特許文献５、６に記載の技術においては、これらの文献に記載されている位置に設置可能な小型の電磁力発生装置によって、品質を改善できるほどの駆動力を実際に溶融金属に付与可能であるかどうか、不明確な点がある。

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、より確実に鋳片品質を確保することが可能な、新規かつ改良された電磁力発生装置、連続鋳造方法及び連続鋳造機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、垂直曲げ型の連続鋳造機のパスラインの垂直部において、鋳型から引き抜かれた鋳片の厚み方向両側に設けられる長辺ロールの間に収まるように、前記鋳片の短辺面と対向する位置に設置され、前記鋳片内部の未凝固部である溶融金属に対して、鋳造方向と逆向きに、最大値が２８０〜１６００（Ｎ／ｍ^３）の範囲である駆動力を付与可能に構成される、電磁力発生装置が提供される。

なお、当該電磁力発生装置は、最大値が４００〜８８０（Ｎ／ｍ^３）の範囲である前記駆動力を付与可能に構成されてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、当該電磁力発生装置を用いて、前記駆動力を付与しながら連続鋳造を行う連続鋳造方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、当該電磁力発生装置を備える、連続鋳造機が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、垂直曲げ型の連続鋳造機のパスラインの垂直部において、鋳型から引き抜かれた鋳片の厚み方向両側に設けられる長辺ロールの間に収まるように、前記鋳片の短辺面と対向する位置に設置される電磁力発生装置を用いて、前記鋳片内部の未凝固部である溶融金属に鋳造方向と逆向きの駆動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、前記電磁力発生装置は、前記垂直部の終端位置において前記溶融金属内に生じている下降流速の大きさの上限値が、下記数式（１０１）に示す前記溶融金属内での介在物の浮上速度Ｕの大きさよりも小さくなるように駆動される、連続鋳造方法が提供される。

ここで、上記数式（１０１）において、
ｇ：重力加速度
ρ_ｌ：前記溶融金属の密度
ρ：前記介在物の密度
ｄ：鋳片の品質に影響を及ぼす前記介在物の直径の最小値
μ：前記溶融金属の粘性係数
である。

なお、当該連続鋳造方法においては、前記溶融金属は溶鋼であり、前記介在物はアルミナであり、前記介在物の直径ｄは、０．６（ｍｍ）であり、前記介在物の前記浮上速度Ｕは、１１．８（ｃｍ／ｓ）であってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、垂直曲げ型の連続鋳造機のパスラインの垂直部において、鋳型から引き抜かれた鋳片の厚み方向両側に設けられる長辺ロールの間に収まるように、前記鋳片の短辺面と対向する位置に設置される電磁力発生装置を用いて、前記鋳片内部の未凝固部である溶融金属に鋳造方向と逆向きの駆動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、前記電磁力発生装置は、前記駆動力が付与されることによって前記溶融金属内に生じる、前記鋳片の短辺面の凝固シェル界面における上昇流の流速の大きさが、１〜８（ｃｍ／ｓ）の範囲になるように駆動される、連続鋳造方法が提供される。

なお、当該連続鋳造方法においては、前記電磁力発生装置は、前記上昇流の流速の大きさが、２〜５（ｃｍ／ｓ）の範囲になるように駆動されてもよい。

本発明によれば、連続鋳造において、より確実に鋳片品質を確保することが可能になる。

本実施形態に係る連続鋳造機の概略構成を示す側断面図である。 本実施形態に係る連続鋳造機の、鋳型の幅方向と平行な方向での断面を模式的に示す図である。 本実施形態に係る連続鋳造機の、鋳型の下方の垂直部における水平断面を模式的に示す図である。 本実施形態に係る電磁力発生装置の概略構成を示す断面図である。 位相差が１２０度の３相交流電流について説明するための説明図である。 電磁場解析シミュレーションによって得られた、電磁力発生装置によって溶鋼内に生じた電磁力（すなわち、電磁力発生装置によって溶鋼に与えられた駆動力）の分布を示す図である。 流体解析シミュレーションによって得られた、電磁力発生装置によって溶鋼に駆動力が付与された場合における、溶鋼内の下降流速の分布を示す図である。 介在物の直径ｄと介在物の浮上速度Ｕとの関係の一例を示すグラフ図である。

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。

なお、本明細書に示す各図面では、説明のため、一部の構成部材の大きさを誇張して表現している場合がある。各図面において図示される各構成部材の相対的な大きさは、必ずしも実際の構成部材間における大小関係を正確に表現するものではない。

また、以下では、一例として、溶融金属が溶鋼である場合について説明する。ただし、本発明はかかる例に限定されず、本発明は、他の金属に対する連続鋳造に対して適用されてもよい。

（１．電磁力発生装置及び連続鋳造機の構成）
本発明の一実施形態に係る電磁力発生装置、及び当該電磁力発生装置が設置された連続鋳造機の構成について説明する。

（１−１．連続鋳造機の構成）
まず、図１−図３を参照して、本実施形態に係る連続鋳造機の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る連続鋳造機の概略構成を示す側断面図である。図２は、本実施形態に係る連続鋳造機の、鋳型の幅方向と平行な方向での断面を模式的に示す図である。図３は、本実施形態に係る連続鋳造機の、鋳型の下方の垂直部における水平断面を模式的に示す図である。なお、図２及び図３では、電磁発生装置については、その設置位置のみを概略的に示しており、その詳細な構成については図示を省略している。電磁発生装置の構成については、図４を用いて改めて詳細に後述する。

なお、以下の説明では、上下方向（鉛直方向）をＺ軸方向とも呼称する。また、Ｚ軸方向と垂直な平面（水平平面）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軸方向を鋳型の長辺方向として定義し、Ｙ軸方向を鋳型の短辺方向として定義する。

図１−図３を参照すると、本実施形態に係る連続鋳造機１０は、鋳型１１０と、浸漬ノズル１２０と、電磁力発生装置１３０と、支持ロール１４１、１４２と、を備える。ただし、簡単のため、図１では、これらの構成のうち、鋳型１１０と支持ロール１４１のみを図示している。

浸漬ノズル１２０は、タンディッシュ（図示せず）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１５０に浸漬されている。当該浸漬ノズル１２０は、タンディッシュに貯留されている溶鋼１５０を、上方から鋳型１１０内に連続供給する。

具体的には、浸漬ノズル１２０は、鋳型１１０の幅方向における略中央に、その先端から所定の長さの領域が溶鋼１５０内に浸漬するように配置される。浸漬ノズル１２０の先端近傍の側壁には、溶鋼１５０の吐出孔１２１が１対設けられる。当該１対の吐出孔１２１は、浸漬ノズル１２０の中心軸まわりに互いに１８０度ずれた位置にそれぞれ設けられており、鋳型１１０の短辺面とそれぞれ対向している。連続鋳造中には、当該吐出孔１２１から溶鋼１５０が鋳型１１０内に供給されるが、このとき、鋳型１１０の上部からはパウダ１５１が溶鋼１５０の湯面上に供給される。溶鋼１５０によって溶解したパウダ１５１は、溶鋼１５０と鋳型１１０の内壁との間の潤滑、浮上してきた介在物の吸着、及び溶鋼１５０の保温等の機能を果たす。

鋳型１１０は、鋳片１６０の幅及び厚さに応じた四角筒状を有する。図１−図３では詳細な図示を省略しているが、鋳型１１０は、例えば、一対の長辺鋳型板で一対の短辺鋳型板を両側から挟むようにして組み立てられる。当該一対の短辺鋳型板の位置は幅方向に移動可能に構成されており、製造する鋳片１６０の幅に応じて適宜調整され得る。

鋳型１１０は、鋳型板と接触する溶鋼１５０を冷却して、鋳片１６０を製造する。鋳片１６０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１６０ｂの凝固が進行し、外殻の凝固シェル１６０ａの厚さは、徐々に厚くなる。かかる凝固シェル１６０ａと未凝固部１６０ｂを含む鋳片１６０は、鋳型１１０の下端から引き抜かれる。

鋳型１１０の下方には、鋳片１６０の両長辺面に周面がそれぞれ当接するように設けられ、当該鋳片１６０を厚み方向に挟持する支持ロール１４１が、当該鋳片１６０の長手方向に沿って複数設けられる。支持ロール１４１は、鋳型１１０の下端から引き抜かれた鋳片１６０を支持しながら搬送する支持搬送手段として機能する。支持ロール１４１により鋳片１６０を厚さ方向両側から支持することで、搬送中における凝固途中の鋳片１６０の長辺面におけるブレークアウトやバルジングを防止することができる。

支持ロール１４１は、鋳片１６０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の直下では鉛直方向に延伸し、次いで鉛直方向から水平方向に向かって曲線状に湾曲して、最終的には水平方向に延伸する。当該パスラインが鉛直方向に（すなわち、垂直に）延伸している部分を垂直部、湾曲している部分を湾曲部、水平方向に延伸している部分を水平部とも呼称する。連続鋳造機１０は、このような、垂直部、湾曲部及び水平部がこの順に連なって形成されるパスラインを有する、垂直曲げ型の連続鋳造機である。なお、以下の説明では、鋳型１１０内の湯面から垂直部の下端までの長さを垂直部長さＤ_Ｖとも呼称する。例えば、Ｄ_Ｖは２．５（ｍ）程度である。

また、同じく鋳型１１０の下方には、鋳片１６０の両短辺面に周面がそれぞれ当接するように設けられ、当該鋳片１６０を幅方向に挟持する支持ロール１４２が、当該鋳片１６０の長手方向に沿って複数設けられる。当該支持ロール１４２により、鋳片１６０が幅方向両側から支持されることで、搬送中における鋳片１６０の短辺面におけるブレークアウトやバルジングが防止され得る。なお、以下では、支持ロール１４１、１４２を区別するために、鋳片１６０の長辺面に設けられる支持ロール１４１のことを長辺ロール１４１とも呼称し、鋳片１６０の短辺面に設けられる支持ロール１４２のことを短辺ロール１４２とも呼称する。

上記パスラインの水平部の終端には、鋳片切断機（図示せず）が配置されており、当該パスラインに沿って搬送された鋳片１６０は、当該鋳片切断機によって所定の長さに切断される。このようにして、所定の厚み、幅及び長さの鋳片１６０が、連続的に鋳造される。

ここで、連続鋳造中において鋳型１１０及び鋳片１６０内の未凝固部１６０ｂ（すなわち、溶鋼１５０）に生じている流れに注目すると、浸漬ノズル１２０の吐出孔１２１から噴出された溶鋼１５０の吐出流が鋳型１１０の短辺面に衝突することにより、溶鋼１５０においては、上昇流と下降流が形成され得る。当該下降流に従って鋳型１１０の下方に向かって流れた溶鋼１５０のうちの一部は、鋳型１１０の短辺による冷却により温度が低下し、そのまま熱対流により短辺の凝固シェル１６０ａに沿って下降していく。一方、比較的高温な溶鋼１５０を多く含む部分は、熱対流により鋳型１１０内を幅方向の中央に向かって上昇していく。この鋳型１１０内を幅方向の中央に向かって上昇する流れは、幅方向の中央近傍で対面側の短辺からの同様の流れと衝突し、上下流が形成される。このようにして、連続鋳造時には、鋳型１１０の両方の短辺近傍、及び幅方向の中心の、３系統の下降流が形成される。なお、図２では、以上説明した溶鋼１５０の流動を、概略的に矢印で示している。

この下降流、特に短辺近傍の下降流（短辺下降流）によって溶鋼１５０中の介在物が沈降することにより、当該介在物が不純物となり、鋳片１６０の品質の劣化を招く。具体的には、溶鋼１５０内の介在物は、ある程度の深さ位置において自身の浮力によって上昇を開始する。このとき、この介在物が浮上する速度の大きさが下降流速の大きさよりも大きければ、当該介在物は湯面に到達し、除去され得る。しかしながら、下降流速の大きさが介在物の浮上速度の大きさよりも大きければ、当該介在物は湯面まで浮上することができず、不純物として鋳片１６０内に取り込まれてしまうこととなる。

そこで、本実施形態では、鋳片１６０の短辺に対向する位置に電磁力発生装置１３０を設置する。電磁力発生装置１３０は、鋳片１６０内の未凝固部１６０ｂ（すなわち、溶鋼１５０）に対して電磁力を付与することにより、当該溶鋼１５０に対して所定の方向に駆動力を与える機能を有する。本実施形態では、連続鋳造中に当該電磁力発生装置１３０によって鋳片１６０内の短辺下降流に対して上向きの駆動力を与える。これにより、溶鋼１５０内における介在物の浮上を促進することができ、鋳片１６０の品質を向上させることが可能となる。

ただし、電磁力発生装置１３０を比較的高い位置（例えば、鋳型１１０の短辺面上）に設置した場合には、上向きの駆動力が与えられることにより生じ得る溶鋼１５０の上昇流が湯面に到達し、湯面を変動させ、パウダ１５１を巻き込んでしまう可能性があるため、鋳片１６０の品質向上を実現できない恐れがある。一方、電磁力発生装置１３０を比較的低い位置（例えば、パスラインの垂直部よりも下方）に設置した場合にも、やはり、鋳片１６０の品質を向上させることができない可能性がある。何故ならば、垂直曲げ型の連続鋳造機１０において、介在物が浮上を開始した位置が既に湾曲部に到達していた場合には、浮上した介在物が鋳片１６０の上側長辺面に集積してしまうため、当該介在物は除去され得ないこととなるからである。つまり、垂直曲げ型の連続鋳造機１０において介在物を除去するためには、当該介在物が垂直部に位置している間に、当該介在物の浮上速度の大きさが下降流速の大きさよりも大きくなっている必要がある。

従って、本実施形態では、電磁力発生装置１３０を、パスラインの垂直部において、鋳片１６０の短辺面と対向する位置に設置する。ただし、上記のように、パスラインにおいて鋳片１６０の短辺面と対向する位置には短辺ロール１４２が設けられているため、電磁力発生装置１３０は、図２及び図３に示すように、短辺ロール１４２を介して鋳片１６０の短辺面と対向するように設置され得る。例えば、短辺ロール１４２を保持する保持部材によって、電磁力発生装置１３０も併せて保持することができる。

電磁力発生装置１３０の高さ方向の設置位置としては、上記のように当該電磁力発生装置１３０がパスラインの垂直部に位置していればよく、その具体的な位置は任意であってよい。ただし、短辺下降流の流速は、溶鋼１５０の深さ方向に分布を有するため、電磁力発生装置１３０の高さ方向の設置位置に応じて、溶鋼１５０に対して与えるべき駆動力の適切な値も変化し得る。より詳細には、浸漬ノズル１２０の吐出孔１２１からの高さ方向の距離に応じて短辺下降流の流速は異なると考えられるため、浸漬ノズル１２０の吐出孔１２１と電磁力発生装置１３０との高さ方向の位置関係に応じて、適切な駆動力は変化し得る。詳しくは、下記（２．電磁力発生装置の駆動条件）で後述するが、電磁力発生装置１３０の駆動条件を決定する際には、当該電磁力発生装置１３０の高さ方向の設置位置にも留意すべきである。

以上、本実施形態に係る連続鋳造機１０の概略構成について説明した。以上説明したように、本実施形態では、連続鋳造中に、電磁力発生装置１３０によって、溶鋼１５０に対して上向きの駆動力を付与する。これにより、溶鋼１５０内の短辺下降流の流速が抑えられるため、介在物の浮上除去が促進され、より高品質な鋳片を得ることができる。このとき、本実施形態では、鋳型１１０よりも下方において当該上向きの駆動力を与えるため、上記特許文献１〜４に記載の技術に比べて、当該駆動力によって生じた上昇流が湯面に与える影響をより小さくすることができ、より確実に鋳片１６０の品質を確保することが可能になる。

また、詳しくは後述するが、本実施形態では、当該上向きの駆動力の最大値が２８０〜１６００（Ｎ／ｍ^３）の範囲に含まれるように電磁力発生装置１３０の駆動を制御する。ここで、一般的に、連続鋳造機１０には、溶鋼１５０内の気泡等が凝固シェル１６０ａの界面に捕捉され欠陥となって現れることを防ぐために、鋳型１１０内の溶鋼１５０を電磁力により撹拌する、電磁撹拌装置が設けられることがある。例えば、一般的な電磁撹拌装置において溶鋼１５０に対して与えられる駆動力は、平均的に４０００〜１００００（Ｎ／ｍ^３）程度である。このように、本実施形態において溶鋼１５０に対して与えられる上向きの駆動力は、一般的な電磁撹拌装置から想定される駆動力に比べて非常に小さい。従って、当該上向きの駆動力によって生じた上昇流が湯面に与える影響を更に小さくすることができ、更に確実に鋳片１６０の品質を確保することが可能となる。

また、上記のようにより小さい駆動力を溶鋼１５０に付与すればよいため、本実施形態に係る電磁力発生装置１３０には、あまり大きな出力は要求されず、そのため、当該電磁力発生装置１３０を一般的な電磁撹拌装置に比べてより小型に構成することができる。従って、上記のように、当該電磁力発生装置１３０を、所望の位置、すなわち、鋳片１６０の厚み方向両側にそれぞれ設けられる長辺ロール１４１の間に設置することが可能になる。ここで、上記特許文献５、６に記載の技術では、電磁力発生装置の大きさについては詳細に検討されておらず、当該電磁力発生装置に求められる出力によっては、これらの文献に記載されている位置に当該電磁力発生装置を実際に設置できるか不明確な点がある。これに対して、本実施形態によれば、上記のように比較的小さな出力を有すればよいため、電磁力発生装置１３０を小型に構成することができ、より確実に所望の位置に設置することができる。このように、本実施形態は、上記特許文献５、６に記載の技術に比べて、実施可能性がより担保されていると言える。

（１−２．電磁力発生装置の構成）
次に、図４を参照して、電磁力発生装置１３０の構成について説明する。図４は、本実施形態に係る電磁力発生装置１３０の概略構成を示す断面図である。図４では、電磁力発生装置１３０の、鋳型１１０の幅方向に対応する断面を概略的に示している。また、図４では、説明のため、鋳型１１０及び鋳片１６０（溶鋼１５０）の一部も併せて図示している。なお、簡単のため、鋳片１６０については、凝固シェル１６０ａ及び未凝固部１６０ｂの区別を省略して図示している。また、以下では、電磁力発生装置１３０の各構成部材の形状について説明する際に、Ｚ軸方向の長さを高さ、Ｘ軸方向の長さを幅、Ｙ軸方向の長さを厚みとも呼称することとする。

図４を参照すると、電磁力発生装置１３０は、ケース１３１と、当該ケース１３１内に格納される鉄芯コア１３３と、当該鉄芯コア１３３に導線が巻回されて構成されるコイル１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃと、から構成される。

ケース１３１は、略直方体形状を有する中空の部材である。電磁力発生装置１３０を鋳片１６０の厚み方向両側にそれぞれ設けられる１対の長辺ロール１４１の間に設置するために、ケース１３１は、少なくともその厚みが、当該鋳片１６０の厚みよりも小さくなるように形成される。

電磁力発生装置１３０では、コイル１３５ａ〜１３５ｃからケース１３１の側壁を通過して溶鋼１５０に対して電磁力を付与するため、ケース１３１の材料としては、非磁性体ステンレスや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。なお、非磁性体ステンレスを用いた場合には、誘導加熱によりケース１３１自体が発熱する可能性があるため、当該ケース１３１に冷却ジャケット等の冷却装置を設置することが好ましい。

なお、上述したように、電磁力発生装置１３０は、短辺ロール１４２を介して鋳片１６０と対向するように設置される。一般的に支持ロール１４１、１４２は鋼製であるが、少なくとも電磁力発生装置１３０の設置位置の近傍（例えば、電磁力発生装置１３０の設置位置から０．５（ｍ）の範囲内）に存在する短辺ロール１４２については、磁性体である鋼ではなく、ケース１３１と同様に、非磁性体（例えば非磁性体ステンレス等）によって形成する必要がある。より望ましくは、短辺ロール１４２は、非磁性かつ非導電性の材料（例えばセラミックス等）によって形成され得る。これは、短辺ロール１４２が非磁性体ステンレスのような、非磁性かつ導電性の材料によって形成される場合には、短辺ロール１４２中に渦電流が発生し、電磁力発生装置１３０が発生した磁界を打ち消す反磁界が発生し得るからである。この場合には、この反磁界の影響を低減するために、電磁力発生装置１３０を、低周波電流によって駆動させる必要がある。あるいは、上記のように短辺ロール１４２を非磁性かつ非導電性の材料によって形成すれば、この現象の発生を回避することができる。

鉄芯コア１３３は、略平板状の基材部と、当該基材部の平面から当該平面と略垂直な方向に突出する３つのティース部を有する。これら３つのティース部のそれぞれに導線が巻き線されることにより、３つのコイル１３５ａ〜１３５ｃが形成される。鉄芯コア１３３は、ケース１３１内において、基材部の平面が鋳片１６０の短辺面と対向するように、かつ、ティース部が当該基材部から当該鋳片１６０の短辺面に向かって突出するように、配設される。

鉄芯コア１３３は、電磁鋼板を積層することにより形成される。鉄芯コア１３３の具体的な形状は、例えば、高さｈ＝６００（ｍｍ）、幅ｗ＝４４０（ｍｍ）、基材部の幅ｗ_ｖ＝１２０（ｍｍ）、ティース部の高さｔ＝１２０（ｍｍ）、ティース部間の間隔ｄ_ｔ＝１２０（ｍｍ）である。また、鉄芯コア１３３の厚みは、ケース１３１に収まるように適宜設定される。上述したように、ケース１３１の厚みは鋳片１６０の厚みよりも小さくなるように構成されるため、鉄芯コア１３３の厚みもまた、鋳片１６０の厚みに応じて決定され得る。例えば、鋳片１６０の厚みが２４０（ｍｍ）である場合には、鉄芯コア１３３の厚みは約１６０（ｍｍ）であってよい。

ただし、これらの具体的な形状に係る数値は、あくまで一例である。例えば、鉄芯コア１３３の高さ及び厚みは、溶鋼１５０に対して駆動力を付与する範囲に関係し得る。また、ティース部の形状は、コイル１３５ａ〜１３５ｃの特性、すなわち付与する駆動力の大きさに関係し得る。従って、鉄芯コア１３３の形状は、溶鋼１５０内の所望の範囲に所望の大きさの電磁力を発生可能なように、かつ、電磁力発生装置１３０の厚みが鋳片１６０の厚みよりも小さくなるように、適宜設定されてよい。

コイル１３５ａ〜１３５ｃを構成する導線としては、例えば断面が９（ｍｍ）×９（ｍｍ）で、内部に内径５（ｍｍ）程度の冷却水路を有する銅線が用いられる。電流印加時には、当該冷却水路を用いて銅線が冷却される。当該銅線は、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。本実施形態では、コイル１３５ａ〜１３５ｃとも、巻き数３０で２層巻回した、６０ターンのコイルとして作成した。巻き線した銅線の高さｔ_ｃは例えば２０（ｍｍ）、巻き線する長さ（すなわち、コイル１３５ａ〜１３５ｃの長さ）ｗ_ｃは、例えば３００（ｍｍ）である。ただし、コイル１３５ａ〜１３５ｃに用いられる導線の種類、及び当該導線の具体的な巻き数等は、かかる例に限定されず、所望の大きさの駆動力を溶鋼１５０に対して付与可能であるように、適宜設定されてよい。

コイル１３５ａ〜１３５ｃには、図示しない電源が接続される。当該電源によって、隣り合うコイル１３５ａ〜１３５ｃにおける電流の位相が適宜ずれるようにコイル１３５ａ〜１３５ｃに対して電流を印加することにより、３つのティース部に移動磁界を発生させ、対象である溶鋼１５０内に電磁力を発生させる（すなわち、溶鋼１５０に駆動力を付与する）。なお、電源の駆動は、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１３５ａ〜１３５ｃのそれぞれに印加する電流量や、コイル１３５ａ〜１３５ｃのそれぞれに電流を印加するタイミング等が適宜制御され、溶鋼１５０に対して与えられる駆動力の強さが制御され得る。

本実施形態では、溶鋼１５０に対して上向きの駆動力を与えるように電磁力発生装置１３０を駆動させる。具体的には、例えば、電磁力発生装置１３０を駆動する際には、図５に示すような、位相差が１２０度の３相交流電流を、コイル１３５ａ〜１３５ｃに印加する。図５は、位相差が１２０度の３相交流電流について説明するための説明図である。ティース部に移動磁界を発生させるためには、例えば、コイル１３５ａに電流＋Ｕ、コイル１３５ｂに電流＋Ｖ、コイル１３５ｃに電流＋Ｗを印加すればよい。あるいは、コイル１３５ａに電流＋Ｕ、コイル１３５ｂに電流−Ｗ、コイル１３５ｃに電流＋Ｖを印加するようにすれば、その位相差が６０度となり、前述の１２０度よりも小さくなるため、導体（すなわち、溶鋼１５０）中の電磁力の分布がより連続的に滑らかとなり、電磁撹拌に好適となる。

ただし、以上説明したコイル１３５ａ〜１３５ｃに対する電流の印加方法はあくまで一例である。本実施形態では、溶鋼１５０に対して所望の大きさの駆動力を上向きに与えるように電磁力発生装置１３０を駆動させればよく、コイル１３５ａ〜１３５ｃのそれぞれに印加する電流量や、その電流の印加のタイミング等は、所望の出力が得られるように適宜設定されてよい。

（２．電磁力発生装置の駆動条件）
本実施形態では、上述したように、連続鋳造中に、電磁力発生装置１３０によって溶鋼１５０に対して上向きの駆動力を与え、溶鋼１５０内に生じている短辺下降流の流速を抑制する。この際、鋳片１６０の品質向上を実現するためには、電磁力発生装置１３０を適切な条件で駆動する必要がある。以下では、このような、高品質な鋳片１６０を得るための電磁力発生装置１３０の駆動条件について詳細に説明する。

なお、電磁力発生装置１３０の駆動条件の規定の仕方は、いくつか考えられる。ここでは、一例として、駆動力による規定方法、下降流速による規定方法、及び上昇流速による規定方法についてそれぞれ説明する。本実施形態では、これらのうちのいずれかによって規定される駆動条件によって電磁力発生装置１３０を駆動することにより、鋳片１６０の品質を向上させることができる。なお、これらの規定方法は、いずれも、「介在物の浮上を妨げるような下降流速を発生させない」ことを目的としており、当該目的を達成するための電磁力発生装置１３０の駆動条件を、それぞれ異なる観点から規定したものであると言える。そのため、これらの規定は互いに関連しており、一の規定に従って電磁力発生装置１３０が駆動された場合には、基本的には、他の規定も満たすように当該電磁力発生装置１３０が駆動される関係にある。つまり、各規定に従った駆動条件は、実質的には同様のことを意味し得る。

（２−１．駆動力による規定方法）
電磁力発生装置１３０によって溶鋼１５０に対して与える上向きの駆動力の大きさによって、当該電磁力発生装置１３０の駆動条件を規定することができる。

上述したように、短辺下降流は、浸漬ノズル１２０の吐出孔１２１からの吐出流が鋳型１１０の短辺面に衝突することにより発生する。本発明者らは、溶鋼１５０内に短辺下降流を生じさせる要因として、この吐出流の慣性による流れ以外に、溶鋼１５０内の温度分布（温度差）に起因する体積力が存在すると考えた。具体的には、連続鋳造中における溶鋼１５０内には、温度分布が存在するため、周囲よりも温度が低い溶鋼１５０には、その温度差により、下向きに体積力が作用する。従って、溶鋼１５０内では、吐出流が鋳型１１０の短辺面に衝突することによって生じた下降流の流速が、当該体積力によってより加速されていると考えられる。よって、短辺下降流の流速を抑えるためには、電磁力発生装置１３０によって溶鋼１５０に対して付与する上向きの駆動力には、少なくとも当該体積力よりも大きいことが求められる。

当該体積力は、例えば以下のようにして求めることができる。連続鋳造時、鋳型１１０の短辺面の凝固シェル１６０ａ近傍の溶鋼１５０は、ほぼ凝固が始まる液相線温度まで温度が低下している。一方、浸漬ノズル１２０から給湯される溶鋼温度は、液相線温度から１０〜５０℃程度高い値である。この温度差ΔＴは溶鋼過加熱度又はスーパーヒートと呼ばれる。ΔＴは、通常３０℃程度であるため、凝固シェル１６０ａ近傍の溶鋼１５０に作用する温度差による体積力Ｆ_ｖは、下記数式（１）から、約２２６（Ｎ／ｍ^３）と算出される。ここで、下記数式（１）において、ｇは重力加速度、ρ_ｌは溶鋼１５０の密度、βは溶鋼１５０の体膨張係数である。ここでは、ｇ＝９．８（ｍ／ｓ^２）、ρ_ｌ＝７０００（ｋｇ／ｍ^３）、β＝１．１１×１０^−４（１／Ｋ）とした。

つまり、溶鋼１５０における短辺下降流の流速を抑えるためには、上述した体積力（約２２６（Ｎ／ｍ^３））に吐出流の慣性による成分を加味しても、少なくとも１０００（Ｎ／ｍ^３）程度の駆動力を上向きに付与すれば十分であると考えられる。つまり、本実施形態では、電磁力発生装置１３０の駆動条件は、例えば少なくとも１０００（Ｎ／ｍ^３）程度の上向きの駆動力が溶鋼１５０に対して付与されるように、当該電磁力発生装置１３０を駆動することであると規定することができる。

ここで、上述したように、一般的な電磁撹拌装置において溶鋼１５０に対して与えられる駆動力は、平均的に４０００〜１００００（Ｎ／ｍ^３）程度である。従って、ここで見積もった１０００（Ｎ／ｍ^３）という駆動力は、一般的に溶鋼１５０を撹拌する際に付与される駆動力の範囲に比べて、非常に小さいと言える。これは、溶鋼１５０中の介在物の多くは溶鋼１５０よりも密度が小さいため、下降流に対して比較的小さな上向きの駆動力を作用させるだけでも、当該介在物は自身の浮力により上昇運動へ転じやすく、飛躍的に浮上分離されやすくなることを意味している。このことは、本発明において本発明者らが得た新たな知見の１つである。このように、より小さな上向きの駆動力を与えるだけで介在物の除去が促進されることを見い出したからこそ、電磁力発生装置１３０を小型化することができ、上記のように鋳片１６０の厚み方向両側の長辺ロール１４１間に設置することが可能になるのである。

本発明者らは、以上検討した駆動力の値の妥当性を確認するために、電磁場解析シミュレーション及び流体解析シミュレーションを行い、電磁力発生装置１３０によって約１０００（Ｎ／ｍ^３）以上の上向きの駆動力が与えられた場合における溶鋼１５０の挙動について、解析を行った。

当該電磁場解析シミュレーション及び当該流体解析シミュレーションにおける条件（以下、Ｓｉｍ条件ともいう）は、以下の通りである。なお、電磁力発生装置１３０の構成は、図２−図４を参照して説明したものと同様である。ただし、電磁力発生装置１３０が短辺ロール１４２を介して鋳片１６０と対向することを考慮して、これらのシミュレーションでは、鋳片１６０から短辺ロール１４２の直径の分だけ離れた位置に、電磁力発生装置１３０を設置している。具体的には、短辺ロール１４２の直径は８０（ｍｍ）とした。また、短辺ロール１４２は、非磁性ステンレスとして扱った。

（Ｓｉｍ条件）
鋳型幅：１２００（ｍｍ）
鋳型厚み：２４０（ｍｍ）
鋳造速度：１．７（ｍ／ｍｉｎ）
電磁力発生装置の高さ方向の設置位置：吐出孔から電磁力発生装置の上端までの高さ方向の距離が１１５０（ｍｍ）
電磁撹拌装置の駆動電流：３００（Ａ）、３．０（Ｈｚ）の交流電流

シミュレーションの結果を図６及び図７に示す。図６は、電磁場解析シミュレーションによって得られた、電磁力発生装置１３０によって溶鋼１５０内に生じた電磁力（すなわち、電磁力発生装置１３０によって溶鋼１５０に与えられた駆動力）の分布を示す図である。図７は、流体解析シミュレーションによって得られた、電磁力発生装置１３０によって溶鋼１５０に駆動力が付与された場合における、溶鋼１５０内の下降流速の分布を示す図である。なお、これらのシミュレーションにおいては、鋳片１６０の幅方向においては、当該幅方向中心を挟んで左右対称な結果となるため、図６及び図７では、いずれも、鋳片１６０の厚み方向の中心断面におけるシミュレーション結果を、幅方向の中心から片側の範囲のみ図示している。また、図６及び図７では、位置関係を示すために、電磁力発生装置１３０の鉄芯コア１３３を併せて図示している。

図６を参照すると、電磁力発生装置１３０と対向する位置では、鋳片１６０の内部に最大で２０００（Ｎ／ｍ^３）近い電磁力が上向きに発生していることが分かる。当該結果は、上記Ｓｉｍ条件の場合には、上記で検討した駆動力である約１０００（Ｎ／ｍ^３）を超える、介在物に対して浮上力を付与するには十分な駆動力が付与され得ることを示している。

図７を参照すると、図６において大きな電磁力が作用している領域において、短辺下降流が堰き止められ、上向きの流れが発生していることが確認できる。このように、図６及び図７に示す結果から、上記で検討したように、約１０００（Ｎ／ｍ^３）よりも大きな駆動力を与えることにより、電磁力発生装置１３０によって短辺下降流の流速が抑えられ得ることが確認できた。

しかしながら、図７に示す結果をより詳細に考察すると、電磁力発生装置１３０によって生じた上昇流が、鋳片１６０の短辺からより内側の領域において、対流するようにして下降流に転じていることが分かる。この場合には、電磁力発生装置１３０によって１度上昇した介在物が、この内側に生じた下降流によって再び沈降してしまい、十分に除去されない可能性がある。

ここで、電磁力発生装置１３０によって生じた上昇流の流速が大きいほど、この内側に生じる下降流の流速は大きくなる。従って、電磁力発生装置１３０によって溶鋼１５０に対して与える上向きの駆動力が大き過ぎる場合には、当該駆動力によって生じる更なる下降流によって介在物の浮上が妨げられる可能性が大きくなる。つまり、当該駆動力は、単純に約１０００（Ｎ／ｍ^３）よりも大きければよいという訳ではなく、その最適範囲には上限値が存在し得る。図７に示す結果は、当該駆動力が過剰である場合の一例であり、約２０００（Ｎ／ｍ^３）という上向きの駆動力は、介在物を除去するためには大き過ぎることを示していると言える。

更に、実際には、例えば鋳造速度や鋳型１１０の幅等の操業条件に応じて、吐出流が鋳型１１０の短辺面に衝突する速度は変化し得るため、電磁力発生装置１３０によって抑制する対象である短辺下降流の流速も変化し得る。また、短辺下降流の流速は深さ方向に分布を有するため、電磁力発生装置１３０の高さ方向の設置位置（より詳細には、吐出孔１２１から電磁力発生装置１３０までの高さ方向の距離）によっても、電磁力発生装置１３０によって抑制すべき短辺下降流の流速は異なっている。つまり、電磁力発生装置１３０によって溶鋼１５０に与える上向きの駆動力の適切な値の範囲は、操業条件や電磁力発生装置１３０の設置位置等に応じて変化し得る。上述した１０００（Ｎ／ｍ^３）という値も、操業条件等によっては、必ずしも最適ではない可能性がある。

従って、実際に電磁力発生装置１３０を搭載した連続鋳造機１０によって連続鋳造を行う際には、介在物を除去するために電磁力発生装置１３０によって溶鋼１５０に与える上向きの駆動力の最適範囲は、操業条件や電磁力発生装置１３０の設置位置に応じて適宜設定されることが好ましい。具体的には、当該駆動力の最適範囲は、例えば実際の操業条件及び電磁力発生装置１３０の設置位置を模擬したシミュレーションの結果や、同様の操業条件及び電磁力発生装置１３０の設置位置によって行った連続鋳造の実績データ等に基づいて、適宜設定することができる。例えば、下記実施例に示す条件であれば、後述するように、電磁力発生装置１３０によって溶鋼１５０に対して与える上向きの駆動力の最大値が、２８０〜１６００（Ｎ／ｍ^３）の範囲内であることが好ましく、４００〜８８０（Ｎ／ｍ^３）の範囲内であることがより好ましい。これらの駆動力が実現され得る具体的な電磁力発生装置１３０の駆動方法（駆動電流の与え方等）をシミュレーションによって求め、当該駆動方法に従って電磁力発生装置１３０を駆動すればよい。

（２−２．下降流速による規定方法）
電磁力発生装置１３０の駆動条件の他の規定方法として、溶鋼１５０内に生じている下降流の流速に注目することにより、当該駆動条件を規定することができる。

上述したように、溶鋼１５０内の下降流速が大きければ、介在物の浮上が妨げられ、当該介在物が除去され得ないこととなる。介在物除去の観点から許容され得る具体的な下降流速の値を求めることができれば、その値よりも大きな下降流速を生じさせないように電磁力発生装置１３０を駆動させることにより、高品質な鋳片１６０を得ることができる。本発明者らは、この介在物除去の観点から許容され得る下降流速の上限値を、介在物の浮上速度との関係から規定することとした。

具体的には、溶鋼１５０内を浮上する介在物の浮上速度は、下記数式（２）に示すストークスの式によって算出することができる。ここで、Ｕは介在物の流動抵抗と浮力が平衡状態となった場合の浮上速度（すなわち、介在物が浮上する際の終端速度）、ｇは重力加速度、ρ_ｌは溶鋼１５０の密度、ρは介在物の密度、ｄは介在物の直径（粒径）、μは溶鋼１５０の粘性係数である。また、下記数式（２）では、浮上速度Ｕを、浮上する方向を正として定義している。

溶鋼１５０内に生じている下降流によって下方に流された介在物は、ある程度の深さ位置において自身の浮力によって上昇を開始する。そして、この浮上する際の終端速度、すなわち上記数式（２）から求められる介在物の浮上速度Ｕの大きさが、下降流速の大きさよりも大きければ、介在物は溶鋼１５０内を浮上して湯面に到達し得ることとなる。換言すれば、高品質な鋳片１６０を得るためには、溶鋼１５０内で生じる下降流速の大きさを、上記数式（２）から求められる介在物の浮上速度Ｕの大きさよりも小さくすればよい。

ただし、上述したように、垂直部よりも下側において下降流速の大きさが介在物の浮上速度Ｕの大きさよりも小さくなったとしても、当該介在物は除去され得ない。従って、介在物を除去するためには、垂直部終端位置において、下降流速の大きさが介在物の浮上速度Ｕの大きさよりも小さくなっている必要がある。

つまり、本実施形態では、電磁力発生装置１３０の駆動条件は、垂直部終端位置において溶鋼１５０内に生じている下降流の流速の大きさが、上記数式（２）から算出される介在物の浮上速度Ｕの大きさよりも小さくなるように、当該電磁力発生装置１３０を駆動することであると規定することができる。このとき、電磁力発生装置１３０によって元来抑制する対象である短辺下降流の流速はもちろんのこと、図７を参照して説明した、電磁力発生装置１３０によって溶鋼１５０に駆動力を与えることによって短辺面からより内側の領域に新たに生じる下降流の流速についても、考慮する必要がある。つまり、電磁力発生装置１３０は、短辺下降流の流速、及び電磁力発生装置１３０による駆動力の付与によって新たに生じる短辺面からより内側の領域における下降流の流速が、いずれも、上記数式（２）から算出される介在物の浮上速度Ｕの大きさよりも小さくなるように、駆動される。

なお、上記数式（２）から介在物の浮上速度Ｕを具体的に算出する際には、重力加速度ｇ、溶鋼１５０の粘性係数μ、介在物の密度ρ及び溶鋼１５０の密度ρ_ｌとしては、文献値や実験等によって得られた値を用いればよい。例えば、重力加速度ｇ及び溶鋼１５０の粘性係数μとしては、文献値である、ｇ＝９．８（ｍ／ｓ^２）、μ＝５．０×１０^−３（Ｐａ・ｓ）を用いることができる。また、例えば、介在物の密度ρとしては、除去の対象としている介在物についての文献値を用いることができる。また、例えば、溶鋼１５０の密度ρ_ｌとしては、連続鋳造中の溶鋼１５０の温度を加味した文献値を用いることができる。

また、介在物の直径ｄとしては、鋳片１６０の品質を著しく悪化させ得る最小の値を用いればよい。上記数式（２）から、介在物の直径ｄが大きくなるほど浮上速度Ｕも大きくなるため、鋳片１６０の品質に影響し得る最小の直径を有する介在物の浮上速度の大きさよりも下降流速の大きさを小さくすれば、より大きな直径を有する介在物も浮上し得るからである。

一例として、溶鋼１５０の温度が１５５０度であり、対象としている介在物がアルミナであるとする。この場合、介在物の密度ρは約３９９０（ｋｇ／ｍ^３）であり、溶鋼１５０の密度ρ_ｌは約７０００（ｋｇ／ｍ^３）とみなすことができる。これらの値を上記数式（２）に代入し、介在物の直径ｄと介在物の浮上速度Ｕとの関係を求めた結果を、図８に示す。図８は、介在物の直径ｄと介在物の浮上速度Ｕとの関係の一例を示すグラフ図である。図８では、横軸に介在物の直径ｄを取り、縦軸に介在物の浮上速度Ｕを取り、両者の関係をプロットしている。

ここで、各種の実験や実際の操業における実績データ等により、一般的に、鋳片１６０の品質を著しく悪化させ得る介在物の直径は約０．６（ｍｍ）以上であることが知られている。ｄ＝０．６（ｍｍ）である介在物の浮上速度Ｕは、上記数式（２）から、Ｕ＝１１．８（ｃｍ／ｓ）と求めることができる。従って、より高品質な鋳片１６０を得るためには、例えば、垂直部終端位置における溶鋼１５０内における下降流速の大きさが１１．８（ｃｍ／ｓ）よりも小さくなるように、電磁力発生装置１３０を駆動すればよい。なお、このような下降流速を実現するための具体的な電磁力発生装置１３０の駆動方法（駆動電流の与え方等）については、上述した駆動力の最適範囲と同様に、実際の操業条件や電磁力発生装置１３０の設置位置を加味したシミュレーションの結果、所望の下降流速が実現できた駆動方法を採用すればよい。

なお、上述した介在物の密度ρ、溶鋼の密度ρ_ｌ、及び介在物の直径ｄの具体的な数値はあくまで一例である。本実施形態において介在物の浮上速度Ｕを求める際には、これらの値としては、実際の操業条件に則した値が適宜用いられればよい。

（２−３．上昇流速による規定方法）
電磁力発生装置１３０の駆動条件の他の規定方法として、当該電磁力発生装置１３０による駆動力の付与によって溶鋼１５０内に生じる、上昇流の流速に注目することにより、当該駆動条件を規定することができる。

図７に示すように、電磁力発生装置１３０によって上向きの駆動力を付与することにより、短辺下降流を上昇流に転じさせることができる。しかしながら、上述したように、この上昇流は、短辺面からより内側の領域において新たな下降流となり得る。当該上昇流の流速が大きくなればこの新たな下降流の流速も大きくなるため、当該上昇流の流速が過剰である場合には、当該新たな下降流によって介在物の浮上が阻害されてしまう可能性が高まる。

従って、電磁力発生装置１３０によって上向きの駆動力を付与することにより生じる上昇流について、介在物除去の観点から許容され得る具体的な流速の値の範囲を求めることができれば、その範囲を逸脱するような上昇流速を生じさせないように電磁力発生装置１３０を駆動させることにより、高品質な鋳片１６０を得ることができる。つまり、本実施形態では、電磁力発生装置１３０の駆動条件は、当該電磁力発生装置１３０によって上向きの駆動力を付与することにより生じる上昇流の流速が、介在物除去の観点から許容され得る所定の範囲に収まるように、当該電磁力発生装置１３０を駆動することであると規定することができる。

高品質な鋳片１６０を得るための具体的な上昇流速の値の範囲は、上述した駆動力の最適範囲と同様に、実際の操業条件や電磁力発生装置１３０の設置位置を加味したシミュレーション（例えば、電磁場解析シミュレーション及び流体解析シミュレーション）の結果や実績データに基づいて決定すればよい。ここで、上記（２−２．下降流速による規定方法）と同様に、上昇流によって生じる新たな下降流の流速が上記数式（２）から得られる介在物の浮上速度Ｕよりも小さければ、当該介在物を除去することができる。従って、電磁力発生装置１３０によって生じた上昇流に起因する更なる下降流の流速が上記数式（２）から得られる介在物の浮上速度Ｕよりも小さくなるような、当該上昇流の流速の範囲を、当該上昇流の流速の最適範囲として、シミュレーション結果等に基づいて求めればよい。

一例として、上記Ｓｉｍ条件において、電磁力発生装置１３０の駆動条件を様々に変更しながら電磁場解析シミュレーションと流体解析シミュレーションの結果から検討を重ねた結果、電磁力発生装置１３０によって短辺下降流に駆動力が与えられた結果生じる、鋳片１６０の短辺面の凝固シェル１６０ａ界面における上昇流の流速の大きさが１〜８（ｃｍ／ｓ）程度であれば、介在物の沈降を効果的に抑制できることが分かった。また、当該上昇流の流速の大きさが２〜５（ｃｍ／ｓ）程度であれば、介在物の沈降を更に効果的に抑制できることが分かった。従って、高品質な鋳片１６０を得るためには、シミュレーション上これらの上昇流が実現できた駆動方法（駆動電流の与え方等）によって電磁力発生装置１３０を駆動して、連続鋳造を行えばよい。

以上説明した本実施形態に係る連続鋳造方法を、鉄鋼プラントにおける実際の垂直曲げ型の連続鋳造機に適用し、本発明の効果を確認するための実験を行った。当該実験では、垂直曲げ型の連続鋳造機に対して、図２−図４を参照して説明した位置と同様の位置に、電磁力発生装置を設置した。また、当該電磁力発生装置の具体的な構成も、図２−図４を参照して説明したものと同様である。

当該連続鋳造機を用いて、電磁力発生装置によって溶鋼に対して上向きの駆動力を付与しながら、実際に連続鋳造を行った。その際、電磁力発生装置に与える駆動電流の条件を変更しながらそれぞれ連続鋳造を行い、得られた鋳片の欠陥率を評価した。欠陥率は、超音波探傷試験によって評価した。なお、当該実験における他の条件は以下の通りである。

（条件）
鋳型幅：１２００（ｍｍ）
鋳型厚み：２４０（ｍｍ）
鋳造速度：１．７（ｍ／ｍｉｎ）
電磁力発生装置の高さ方向の設置位置：吐出孔から電磁力発生装置の上端までの高さ方向の距離が１１５０（ｍｍ）

結果を下記表１に示す。表１では、駆動電流の条件と、その条件での連続鋳造によって得られた鋳片の欠陥率とを対応付けて示している。欠陥率については、電磁力発生装置を適用しない場合の欠陥率と比べて、欠陥率が±５％以内のものを「＝」、欠陥率が１０％以上低下したものを「＋」、欠陥率が２０％以上低下したものを「＋＋」、欠陥率が１０％以上悪化したものを「−」で表している。

更に、表１に示す各条件に対応する条件の下で電磁場解析シミュレーションを行い、各条件において溶鋼中に生じる電磁力を評価した。その結果を下記表２に示す。表２では、電磁場解析シミュレーションの結果から、鋳片の厚み方向中心の断面内における電磁力（駆動力）（Ｎ／ｍ^３）の最大値を、駆動電流の条件と対応付けて示している。

表１及び表２に示す結果から、本実施形態に係る電磁力発生装置を設置し、適切な駆動力を溶鋼に付与することにより（すなわち、電磁力発生装置を適切に駆動することにより）、より高品質な鋳片を得ることが可能となることが確認できた。

具体的には、表１及び表２を参照すると、少なくとも上記（条件）において高品質な鋳片を得るためには、電磁力発生装置によって溶鋼に与える駆動力の最大値が２８０〜１６００（Ｎ／ｍ^３）となるように電磁力発生装置を駆動しながら、連続鋳造を行うことが好ましいことが分かる。この駆動力を実現するように電磁力発生装置を駆動することにより、少なくとも欠陥率が１０（％）以上低減された鋳片を得ることが可能となる。

また、少なくとも上記（条件）において更に高品質な鋳片を得るためには、電磁力発生装置によって溶鋼に与える駆動力の最大値が４００〜８８０（Ｎ／ｍ^３）となるように電磁力発生装置を駆動しながら、連続鋳造を行うことがより好ましいことが分かる。この駆動力を実現するように電磁力発生装置を駆動することにより、少なくとも欠陥率が２０（％）以上低減された鋳片を得ることが可能となる。

（３．補足）
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。

１０ 連続鋳造機
１１０ 鋳型
１２０ 浸漬ノズル
１２１ 吐出孔
１３０ 電磁力発生装置
１３１ ケース
１３３ 鉄芯コア
１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ コイル
１４１ 長辺ロール（支持ロール）
１４２ 短辺ロール（支持ロール）
１５０ 溶鋼
１６０ 鋳片
１６０ａ 凝固シェル
１６０ｂ 未凝固部

Claims (8)

1. 垂直曲げ型の連続鋳造機のパスラインの垂直部において、鋳型から引き抜かれた鋳片の厚み方向両側に設けられる長辺ロールの間に収まるように、前記鋳片の短辺面と対向する位置に設置され、
   前記鋳片内部の未凝固部である溶融金属に対して、鋳造方向と逆向きに、最大値が２８０〜１６００（Ｎ／ｍ^３）の範囲である駆動力を付与可能に構成される、
   電磁力発生装置。
2. 最大値が４００〜８８０（Ｎ／ｍ^３）の範囲である前記駆動力を付与可能に構成される、
   請求項１に記載の電磁力発生装置。
3. 前記請求項１又は２に記載の電磁力発生装置を用いて、前記駆動力を付与しながら連続鋳造を行う、
   連続鋳造方法。
4. 請求項１又は２に記載の電磁力発生装置を備える、
   連続鋳造機。
5. 垂直曲げ型の連続鋳造機のパスラインの垂直部において、鋳型から引き抜かれた鋳片の厚み方向両側に設けられる長辺ロールの間に収まるように、前記鋳片の短辺面と対向する位置に設置される電磁力発生装置を用いて、前記鋳片内部の未凝固部である溶融金属に鋳造方向と逆向きの駆動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、
   前記電磁力発生装置は、前記垂直部の終端位置において前記溶融金属内に生じている下降流速の大きさの上限値が、下記数式（１０１）に示す前記溶融金属内での介在物の浮上速度Ｕの大きさよりも小さくなるように駆動される、
   連続鋳造方法。
   ここで、上記数式（１０１）において、
   ｇ：重力加速度
   ρ_ｌ：前記溶融金属の密度
   ρ：前記介在物の密度
   ｄ：鋳片の品質に影響を及ぼす前記介在物の直径の最小値
   μ：前記溶融金属の粘性係数
   である。
6. 前記溶融金属は溶鋼であり、前記介在物はアルミナであり、前記介在物の直径ｄは、０．６（ｍｍ）であり、
   前記介在物の前記浮上速度Ｕは、１１．８（ｃｍ／ｓ）である、
   請求項５に記載の連続鋳造方法。
7. 垂直曲げ型の連続鋳造機のパスラインの垂直部において、鋳型から引き抜かれた鋳片の厚み方向両側に設けられる長辺ロールの間に収まるように、前記鋳片の短辺面と対向する位置に設置される電磁力発生装置を用いて、前記鋳片内部の未凝固部である溶融金属に鋳造方向と逆向きの駆動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、
   前記電磁力発生装置は、前記駆動力が付与されることによって前記溶融金属内に生じる、前記鋳片の短辺面の凝固シェル界面における上昇流の流速の大きさが、１〜８（ｃｍ／ｓ）の範囲になるように駆動される、
   連続鋳造方法。
8. 前記電磁力発生装置は、前記上昇流の流速の大きさが、２〜５（ｃｍ／ｓ）の範囲になるように駆動される、
   請求項７に記載の連続鋳造方法。