JP6631162B2

JP6631162B2 - 複層鋳片の連続鋳造方法及び連続鋳造装置

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Publication number: JP6631162B2
Application number: JP2015213678A
Authority: JP
Inventors: 原田　寛; 寛原田; 悠衣伊藤; 真士阪本; 笹井　勝浩; 勝浩笹井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2035-10-30
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Description

本発明は、鋳片表層部と内部の濃度が異なる複層状の鋳片を鋳造する連続鋳造方法および連続鋳造装置に関する。

表層と内層の成分組成が異なる複層状の鋳片を製造する試みは古くから行われている。例えば、特許文献１に開示された方法があげられる。特許文献１には、長さの異なる二本の浸漬ノズルを鋳型内にある溶融金属のプールに挿入し、それぞれの吐出口を深さが異なる位置に設け、さらに異種の溶融金属間に直流磁場を利用して両金属の混合を防止しながら複層鋳片を製造する方法が開示されている。

しかしながら、上記方法では成分組成が異なる二種類の溶鋼を用いるため、二種類の溶鋼を同じタイミングで別々に溶製し、連続鋳造プロセスに搬送し、また、それぞれの溶鋼の中間保持容器として、タンディッシュをそれぞれ準備する必要がある。また、表層溶鋼と内層溶鋼で注入流量が大きく異なるため、１ヒート毎の必要溶鋼量が大きく異なり、通常の製鋼工場で実現するのは困難であった。

そこで、より簡便に鋳片の表層と内層の成分組成が異なる鋳片を鋳造する方法として、大きく分けて２つの方法が検討されている。ひとつは、鋳型内幅方向に一様な磁束密度分布を有する直流磁場を厚み方向に印加することで得られる電磁制動を利用して、その直流磁場帯の上方にワイヤー、あるいは連続鋳造用パウダーに何がしかの合金元素を含有させ連続的に供給することで鋳片表層を改質する方法が検討されている。

鋳型内にワイヤー等で元素を添加する方法を開示したものとして、例えば特許文献２があげられる。この方法では、鋳型内のメニスカス部よりも少なくとも２００ｍｍ下方に鋳型内溶鋼を遮断する直流磁場を設けるとともに、上方の溶鋼あるいは下部の溶鋼に所定元素を添加するとともに、元素を添加した溶鋼を撹拌することを特徴とする連続鋳造による複層鋼板の製造方法である。

連続鋳造用パウダーになにがしかの元素を含有させ連続的に供給する、あるいは、パウダー層の上方から連続的にパウダーと反応しにくい金属粉あるいは金属粒を供給することによって溶鋼に元素を添加する方法として、例えば、特許文献３に開示された方法があげられる。この方法では、合金元素を含有させた連鋳用パウダーを用い、連続鋳造鋳型内の上部に電磁撹拌装置を設置して鋳型内上部溶鋼の水平断面内で合金元素を溶解・混合する撹拌流を形成し、その下方に幅方向に直流磁場を鋳片の厚み方向に印加して溶鋼中に直流磁場帯を形成し、かつ、その直流磁場帯の下方に浸漬ノズルにより溶鋼を供給して鋳造することで、合金元素の鋳片表層部の濃度が内層に比べて高い複層状の鋳片を製造する方法である。

なお、非特許文献１には、直流磁場として０．２〜０．３Ｔの磁場を印加することで、表層／内層の分離が図れることが開示されている。

しかしながら、鋳型内では上部にパウダー層が存在し、かつ周囲から冷却され、さらに矩形断面形状となるため、過剰な撹拌を行うことができず、濃度の均一化が図りにくい。また、ストランド上部と下部に供給する溶鋼量を独立に制御しないため、上下プール間での溶鋼混合が避けられず、分離度の高い鋳片を製造しにくいという課題があった。

また、一つの取鍋、一つのタンディッシュにて連続鋳造用溶鋼を供給して形成する複層鋳片として従来知られていたものは、以上説明したとおり、表層の成分含有量が内層よりも高くなる成分組成のものであり、内層の成分含有量が表層よりも高くなる成分組成のものであって実現可能な方法については提案されていない。

Ｃが０．００３％以下で、更にＴｉあるいはＮｂを添加してＣとＮを固定した鋼はＩＦ鋼（Interstitial free鋼）と称せられ、自動車用鋼板等として広く用いられている。ＩＦ鋼は、冷間圧延後に溶融亜鉛めっきを施すことが多い。Ｔｉを用いてＣとＮを固定したＩＦ鋼は、溶融亜鉛めっきに際して加工性に有害なΓ相が生成しやすく、このために、溶融亜鉛めっき後の成形加工に際して、溶融亜鉛めっき相が粉となって剥がれ落ちる、いわゆるパウダリング現象が発生しやすい。鋳片表層部と内部の濃度が異なる複層鋳片であって、内層のＴｉ含有量がＩＦ鋼として必要な量を具備し、一方で表層のＴｉ含有量が少ない複層鋳片を製造することができれば、Ｔｉ添加のＩＦ鋼であってパウダリング現象の発生を防止できるので好ましい。

特開昭６３−１０８９４７号公報特開平３−２４３２４５号公報特開平８−２９０２３６号公報

E.Takeuchi, M.Zeze, H.Tanaka, H.Harada and S.Mizoguchi: Ironmaking and Steelmaking, 24(1997),257.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、一つの取鍋、一つのタンディッシュにて連続鋳造用溶鋼を供給し、鋳片内層部の合金元素濃度が表層部よりも高くなる複層状の連続鋳造鋳片を鋳造する連続鋳造方法および連続鋳造装置を提供することを目的としている。

本発明は、
（１）鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造する方法であって、タンディッシュの底部に、表層溶鋼用浸漬ノズルと内層溶鋼用浸漬ノズルを配置し、取鍋からタンディッシュ内に溶鋼が注入される位置を取鍋注入流位置とし、タンディッシュ幅方向において、取鍋注入流位置、表層溶鋼用浸漬ノズル位置、内層溶鋼用浸漬ノズル位置をこの順番で配置し、これら２つの浸漬ノズルの間にタンディッシュ堰を設置し、該タンディッシュ堰は溶鋼浸漬部に開口面積率が２０％以上７５％以下の開口を有し、
鋳型幅方向全幅にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を配置し、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、前記表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、内層溶鋼用浸漬ノズルから下側溶鋼プールに溶鋼を供給し、
前記タンディッシュ堰にて区分された取鍋溶鋼注入側を第１領域、その反対側を第２領域とし、第２領域側のタンディッシュ内溶鋼に対して所定の元素あるいはその合金を連続的に添加し濃度を調整することで、取鍋溶鋼ならびに取鍋溶鋼とは異なる成分組成からなる２種類の溶鋼をタンディッシュ内で保持しつつ、第１領域に収容された溶鋼を表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プールに供給し、第２領域に収容された溶鋼を内層溶鋼用浸漬ノズルから下側溶鋼プールに供給し、
当該２つの浸漬ノズルそれぞれから、それぞれの溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量を鋳型内に供給することを特徴とする複層鋳片の連続鋳造方法。
（２）下側溶鋼プールに供給する溶鋼量はタンディッシュのヘッドと内層溶鋼用浸漬ノズルのスライディングノズルの開度と溶鋼流量の関係を用いて、溶鋼界面位置を直流磁場帯内に制御しつつ、表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プールに供給する供給量については鋳型内湯面レベルが一定となるように制御することを特徴とする（１）記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
（３）前記直流磁場帯の上方の鋳型内湯面近傍において水平断面内で旋回流を形成することを特徴とする（１）又は（２）に記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
（４）前記第２領域において溶鋼に撹拌力を付与することを特徴とする（１）乃至（３）の何れか一項に記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
（５）鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造する装置であって、取鍋からの溶鋼を保持するタンディッシュの底部に、表層溶鋼用浸漬ノズルと内層溶鋼用浸漬ノズルとが、鋳造幅よりも短い間隔で併設され、取鍋からタンディッシュ内に溶鋼が注入される位置を取鍋注入流位置とし、タンディッシュ幅方向において、取鍋注入流位置、表層溶鋼用浸漬ノズル位置、内層溶鋼用浸漬ノズル位置をこの順番で配置し、これら２つの浸漬ノズルの間にタンディッシュ堰が設置されており、該タンディッシュ堰は溶鋼浸漬部に開口面積率が２０％以上７５％以下の開口を有し、タンディッシュ堰で区分された取鍋溶鋼注入反対側の領域の溶鋼に成分を添加する成分添加装置を有し、
鋳型内では湯面近傍において水平断面内で旋回流を形成する電磁撹拌装置と、その下方に鋳型幅方向全体にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を備え、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、前記表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、前記内層溶鋼用浸漬ノズルから下側溶鋼プールに溶鋼を供給する構造とすることを特徴とする複層鋳片の連続鋳造装置。

本発明により、取鍋は１つ、タンディッシュは１つで連続鋳造用溶鋼を供給し、タンディッシュで溶鋼の領域を２つに分け、一方の領域への成分添加により取鍋から供給される母溶鋼とは異なる成分組成の溶鋼に成分調整しつつ母溶鋼との混合をタンディッシュ内、鋳型内で安定して防止することができ、表層厚み、表層濃度が鋳片全幅にわたって均一で、かつ、鋳片の表層と内層の成分組成が異なり、内層のみに高歩留で成分が添加された複層鋳片の製造が可能となる。

本方法は添加する成分についての制約は少なく、Ｔｉ、ＳｉやＣだけでなく、Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｂ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｏに加えて、強脱酸、強脱硫元素であるＣａ，Ｍｇ，ＲＥＭ等、鋼中に含有する元素を添加することができ、鋳片の表層成分を変えることで鋼材の新たな機能を比較的簡便な方法で可能となった。

本発明の装置ならびに方法を模式的に示した図である。タンディッシュ内の溶鋼流動状況を示す概略断面図であり、（Ａ）は浸漬ノズルが１本でタンディッシュ堰を有しない従来の場合、（Ｂ）は浸漬ノズルが２本で間にタンディッシュ堰を有する本発明の場合である。タンディッシュ堰の開口形状の例を示す図であり、（Ａ）は上堰で（Ａ−１）は（Ａ−２）のＡ−Ａ矢視断面図であり、（Ｂ）はその他の開口形状を示す。直流磁場帯により、ストランドが２つに分割された際の凝固シェル形成、表層と内層の界面がどのように形成されるかを模式的に示した図である。タンディッシュ堰開口の開口面積率と（Ａ）内層分離度、（Ｂ）濃度均一性の関係について調査した結果である。上側溶鋼プール溶鋼供給量Ｑ₁と上側溶鋼プール凝固量Ｇ₁との比（Ｑ₁／Ｇ₁）と（Ａ）内層分離度、（Ｂ）濃度均一度との関係について調査した結果を示す図である。表層厚みの鋳片幅方向分布に及ぼす電磁撹拌装置による旋回流の影響を示した図である。

以下に本発明の好ましい実施の形態を図１、４に基づいて説明する。まず、特許文献１にあるように、メニスカス１７の下方の所定位置に直流磁場発生装置８を配置し、直流磁場帯１４を形成する。直流磁場帯１４においては、磁力線が鋳片の厚み方向に向かう直流磁場を印加し、磁束密度は鋳型幅方向にほぼ均一とする。このような直流磁場帯を形成することにより、直流磁場帯１４を通過しようとする溶鋼には電磁ブレーキがかかり、直流磁場帯１４上方の上側溶鋼プール１５と下方の下側溶鋼プール１６とが事実上遮断されることとなる。上側溶鋼プール１５で凝固した凝固シェルが鋳片の表層部２４を形成し、下側溶鋼プール１６で凝固した凝固シェルが鋳片の内層部２５を形成する。そして、直流磁場帯１４部分における凝固シェルの厚さＤが、鋳片の表層部２４の厚さに該当する。従って、直流磁場帯１４を配置するメニスカスからの高さＨは、目標とする表層部の厚さＤ、鋳型内における凝固係数Ｋ、鋳造速度Ｖ_Cに基づいて定めることとなる。

そのうえで、その直流磁場帯１４の上下それぞれに溶鋼を供給するために２本の浸漬ノズルを設置し、それぞれの溶鋼プールにおいて凝固する溶鋼量だけ、各浸漬ノズルから溶鋼を供給することで、表層と内層の成分組成が異なる鋳片が鋳造できる。ここで直流磁場帯とは直流磁場発生装置のコア高さと同じ範囲とする。理由はこの範囲内であれば均一な磁束密度の直流磁場が印加される。

直流磁場帯の磁束密度は、上側溶鋼プール１５と下側溶鋼プール１６との間の溶鋼の入れ替わりを最小限にすることのできる磁束密度を選択する。鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造するにあたり、それぞれの溶鋼量比を計算すると、表層厚みや鋳造幅によって変化するものの、スラブ鋳造の条件であれば、内層／表層＝４〜５と圧倒的に内層の流量が多い。従って、下側溶鋼プール１６へ溶鋼を供給する浸漬ノズルの吐出孔から流出した溶鋼流が、鋳型内溶鋼流動現象の大きな比率を占める。この吐出流は短辺凝固シェルに衝突して下側反転流と上側反転流を形成する。この上側反転流を抑制して直流磁場帯の通過を抑止できれば、上側溶鋼プールと下側溶鋼プールの溶鋼入れ替わりを最小限とできる。直流磁場帯の磁束密度が０．３Ｔ（テスラ）以上であれば、十分に溶鋼の入れ替わりを抑止することができる。この点は、前記非特許文献１にも記載のとおりである。

磁束密度の上限は高いほど好ましいが、超電導磁石によらず直流磁場を形成するうえではおよそ１．０Ｔが上限となる。鋳造条件に応じて０．３Ｔ〜１Ｔの範囲内で適正な磁束密度の磁場を印加すればよい。

本発明では、
[１]タンディッシュ２にて取鍋１から注入された溶鋼（以下、第１溶鋼２１）の一部を成分調整することで新たな溶鋼（以下、第２溶鋼２２）を作り出すこと、
[２]１つのタンディッシュ内で２種類の溶鋼：第１溶鋼２１、第２溶鋼２２を保持すること、
[３] 第１溶鋼２１、第２溶鋼２２をそれぞれ、ストランド内の上側溶鋼プール１５、下側溶鋼プール１６それぞれの位置で凝固によって消費される量だけ鋳型内に安定して供給すること
の３つが必要となる。

先ず、本発明では、[１]タンディッシュ２で第１溶鋼２１と成分組成の異なる第２溶鋼２２をつくる。

図１、図２（Ｂ）に示すように、タンディッシュ底部に浸漬ノズルを配置する順番を、取鍋注入流１３側から表層溶鋼用浸漬ノズル５を配置し、その下流側に内層溶鋼用浸漬ノズル６を配置し、加えて、この両者の浸漬ノズルの間にタンディッシュ堰４であって溶鋼浸漬部に開口１０を有する堰を設ける。タンディッシュ堰４によってタンディッシュを複数領域に、すなわち、取鍋からの第１溶鋼２１を受ける第１領域１１と、第１溶鋼２１にワイヤー等によって所定元素あるいはその合金を添加し成分調整を行う第２領域１２の２つの領域にわける。第１領域１１には、取鍋注入流１３位置と表層溶鋼用浸漬ノズル５が配置され、第２領域１２には内層溶鋼用浸漬ノズル６が配置される。表層溶鋼用浸漬ノズル５からは第１溶鋼２１を上側溶鋼プール１５へ注入する。内層溶鋼用浸漬ノズル６からは第２溶鋼２２を下側溶鋼プール１６へ注入する。

このようにすることで、タンディッシュ内の第１領域１１では取鍋注入流１３から表層溶鋼用浸漬ノズル５への溶鋼流が形成されるのに対し、タンディッシュ堰４で区画した第２領域１２は図１に示すように、第２領域１２に前述したように成分添加装置７によって所定の元素あるいは合金をワイヤー等によって連続的に添加して含有成分を調整し、第２溶鋼２２をつくる。その結果、１つのタンディッシュ内で２種類の溶鋼：第１溶鋼２１、第２溶鋼２２を保持することが可能となる。

さらに、所定の元素あるいはその合金をワイヤー等によって連続的に添加し成分調整を行う第２領域１２については、撹拌力を付与し濃度の均一化を図ると好ましい。そのためには、第２領域内のタンディッシュ底部からＡｒバブリング等により撹拌を付与することで均一混合を図ることができる。さらに好ましくは、ワイヤーを添加し撹拌を付与する領域とその後方に溶鋼を鎮静化する領域を設けることができればワイヤー添加時に巻き込まれた介在物等を浮上除去することが好ましい。このようにして、鋳型下部の下側溶鋼プール１６に供給する第２溶鋼２２が第２領域１２においてつくられる。なお、第２溶鋼２２への成分添加量は第２領域内に供給される溶鋼量に応じて調整することで濃度を調整することができる。

次に、本発明では、[２]第１溶鋼と第２溶鋼のタンディッシュ内での混合を防止し、２つの溶鋼を１つのタンディッシュで安定的に保持する。
タンディッシュ内の流動は図２（Ａ）に模式的に示すように、取鍋１から下向きに注入された取鍋注入流１３がタンディッシュ内では水平に流れ、タンディッシュ底部に設けた浸漬ノズル３０から下向きに流出する。即ち、タンディッシュ内の溶鋼流動は一方向の流れである。

本発明では前述のとおり、取鍋注入流１３側から表層溶鋼用浸漬ノズル５を配置し、その下流側に内層溶鋼用浸漬ノズル６を配置し、表層溶鋼用浸漬ノズル５と内層溶鋼用浸漬ノズル６の間にタンディッシュ堰４を設ける。タンディッシュ堰４の湯面１８より下部の溶鋼浸漬部分には開口１０を設け、この開口１０を通して第１領域１１と第２領域１２の溶鋼が流通可能となる。そして、鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造するにあたり、それぞれの溶鋼量比を計算すると、表層厚みや鋳造幅によって変化するものの、スラブ鋳造の条件であれば、内層／表層＝３〜７と圧倒的に内層の流量が多い。そのため、タンディッシュ堰４の開口１０を通過して第１領域１１から第２領域１２へ流れる溶鋼量が多く、逆にタンディッシュ堰４の開口１０を通過して第２領域１２から第１領域１１へと溶鋼が逆流することがない。従って、第１溶鋼と第２溶鋼のタンディッシュ内での混合を防止することが容易となる。

図３において、ドットハッチング部分がタンディッシュ堰４の溶鋼浸漬部分２６のうちの堰存在部分であり、ドットハッチング部の下部の空白部分が開口１０を示している。開口１０の設け方としては、図３（Ａ）に示すように堰の下方を開放していわゆる上堰とすることができる。また、図３（Ｂ）に示すような各種の開口を設けることとしても良い。堰の開口断面積を、堰配置位置における堰と平行な面におけるタンディッシュ溶鋼断面積で除した値（百分率）を、ここでは開口面積率（％）という。開口面積率を７５％以下とすることにより、第１領域１１と第２領域１２の溶鋼の混合を有効に抑制することができ、第２領域１２に添加した成分が第１領域１１の第２溶鋼２２に混合する可能性を低減することができる。一方、開口面積率が小さすぎると逆に成分不均一を生じることがあるが、開口面積率が２０％以上であれば問題なく鋳造を行うことができる。

本発明では、図１、４に模式的に示すように、鋳型幅全体にわたって形成される直流磁場帯１４によってストランドを上側溶鋼プール１５と下側溶鋼プール１６の２つに分割し、上側溶鋼プール１５には表層溶鋼用浸漬ノズル５から第１溶鋼２１を注入し、下側溶鋼プール１６には内層溶鋼用浸漬ノズル６から第２溶鋼２２を注入する。直流磁場帯１４の位置において、鋳片の表面側には上側溶鋼プール１５の溶鋼が凝固した凝固シェル（上側溶鋼プール凝固部分２４）が形成されている。直流磁場帯位置における凝固シェル断面積をＳ₁とする。この凝固シェル断面積Ｓ₁が、鋳造後鋳片の表層部面積Ｓ₁となる。鋳片表面積のうちの表層部面積Ｓ₁以外の部分が内層部面積Ｓ₂であり、Ｓ₁とＳ₂を足した値が鋳片断面積となる。上側溶鋼プールから凝固シェルとして下方に輸送される上側溶鋼プール凝固部分２４の単位時間輸送量Ｇ₁は、鋳造速度をＶ_Cとして、第１溶鋼、第２溶鋼の密度をρ₁、ρ₂とすると、
Ｇ₁＝ρ₁Ｓ₁Ｖ_C
また、下側溶鋼プールで凝固して下方に輸送される下側溶鋼プール凝固部分２５の単位時間輸送量Ｇ₂は、
Ｇ₂＝ρ₂Ｓ₂Ｖ_C
となる。合計鋳造量をＧとすると、
Ｇ＝Ｇ₁＋Ｇ₂
となる。

次に、表層溶鋼用浸漬ノズル５から上側溶鋼プール１５に供給する溶鋼量をＱ₁、内層溶鋼用浸漬ノズル６から下側溶鋼プール１６に供給する溶鋼量をＱ₂とする。合計溶鋼量Ｑを
Ｑ＝Ｑ₁＋Ｑ₂
とおく。タンディッシュから鋳型への溶鋼供給量合計（Ｑ）については、メニスカス位置が一定を保持するように湯面レベル制御によって調整するので、
Ｑ＝Ｇ
が確保される。本発明では、各浸漬ノズルから各溶鋼プールに供給する溶鋼量について、
Ｑ₁＝Ｇ₁
Ｑ₂＝Ｇ₂
とすることにより、直流磁場帯を経由しての溶鋼の混合を防止し、タンディッシュの第２領域で形成した第２溶鋼の成分のままで鋳片の内層部を形成し、第１領域における第１溶鋼の成分のままで鋳片の表層部を形成することができる。

そこで本発明では、[３]これら３者の溶鋼量Ｑ、Ｑ₁、Ｑ₂、を制御し、第１溶鋼と第２溶鋼とが直流磁場帯を通過して混合することのないように制御する。

具体的な制御方法について、図１、４を用いて説明する。

予め、適用する連続鋳造装置における鋳型内での凝固係数Ｋ（ｍｍ／ｍｉｎ^0.5）を確認しておく。メニスカス１７から直流磁場帯１４までの高さＨ、鋳造速度Ｖ_Cを定めることにより、直流磁場帯１４における凝固シェル厚さＤが
Ｄ＝Ｋ√（Ｈ／Ｖ_C）
として求まる。求まった直流磁場帯における凝固シェル厚さＤを用いて、直流磁場帯における凝固シェル断面積Ｓ₁が定まり、前述の
Ｇ₁＝ρ₁Ｓ₁Ｖ_C
によってＧ₁が定まるので、
Ｑ₁＝Ｇ₁
となるように、表層溶鋼用浸漬ノズル５からの溶鋼供給量Ｑ₁を定めればよい。

直流磁場帯１４の磁場形成範囲は、湯面からの高さＨを中心として上下に幅を有している。そのため、Ｑ₁とＱ₂のバランスが若干変動しても、上側溶鋼プール１５と下側溶鋼プール１６の境界２７が直流磁場帯１４の磁場範囲内に収まるのであれば、溶鋼界面位置を直流磁場帯内に制御でき、本発明の効果を十分に発揮することができる。湯面１７から直流磁場帯上限までの距離をＨ_H、直流磁場帯下限までの距離をＨ_Lとおく。上側と下側の溶鋼プール境界２７がＨ_H又はＨ_Lにあるとき、凝固シェル厚さはそれぞれ
Ｄ_H＝Ｋ√（Ｈ_H／Ｖ_C）
Ｄ_L＝Ｋ√（Ｈ_L／Ｖ_C）
となる。上側溶鋼プールでの凝固量Ｇ₁について、溶鋼プール境界がＨ_H又はＨ_Lにあるときの値をそれぞれＧ_1H、Ｇ_1Lとすると、
Ｇ_1H／Ｇ₁≒Ｄ_H／Ｄ＝√（Ｈ_H／Ｈ）
Ｇ_1L／Ｇ₁≒Ｄ_L／Ｄ＝√（Ｈ_L／Ｈ）
となる。そして、上側溶鋼プールへの溶鋼供給量Ｑ₁が、Ｇ_1H〜Ｇ_1Lの範囲に入っていれば、溶鋼界面２７位置を直流磁場帯内に制御でき、上側溶鋼プールと下側溶鋼プールとの溶鋼混合を抑えて十分に良好な品質とすることができる。

一定鋳造速度Ｖ_C（単位時間鋳造量＝Ｇ）にて引き抜きを行い、タンディッシュから鋳型内へ供給する溶鋼量がＱ（＝Ｇ）である状況で、まず、取鍋からタンディッシュに供給する溶鋼量がＱで一定となるように制御する。タンディッシュに供給する溶鋼量をＱとするための注入制御方法としては、取鍋重量を測定して時間当たり重量変化量がＱとなるように注入制御を行う方法、あるいはタンディッシュ内溶鋼ヘッドが目視できる状況であれば当該溶鋼ヘッドが一定となるように注入制御を行う方法のいずれかを用いることができる。その結果、タンディッシュ内溶鋼ヘッドは一定の高さで保持される。この状態で、下側溶鋼プール１６に供給される第２溶鋼の流量Ｑ₂を、
Ｑ₂＝Ｑ−Ｑ₁＝Ｑ−Ｇ₁
となるように一定に制御する。具体的には、タンディッシュ内ヘッドを一定に保持しながら、あらかじめ定めた、スライディングノズル３３ｂ開度と流量のテーブルを用いて、規定開度を一定に保持することでＱ₂を一定に制御する。これだけでは、鋳型内全体に供給する溶鋼量Ｑに対して不足しているため、第１溶鋼２１を上側溶鋼プール１５に供給する表層溶鋼用浸漬ノズル５のスライディングノズル３３ｃ流量調整において、鋳型内湯面レベルが一定となるように溶鋼供給量Ｑ₁を制御する。その結果、合計流量Ｑとストランド上下で消費される溶鋼量Ｑ₁、Ｑ₂それぞれを制御することができ、
Ｑ₁＝Ｇ₁
とすることができる。これにより、鋳型内の上側溶鋼プール１５では、供給される溶鋼量（Ｑ₁）と、凝固シェルとして排出される時間あたり輸送量（Ｇ₁）がバランスするとともに、下側溶鋼プール１６では、供給される溶鋼量（Ｑ₂）と凝固シェルとして排出される時間あたり輸送量（Ｇ₂）がバランスする。そのため、直流磁場帯を通過して混合する溶鋼流が生じないので、図１の第１溶鋼と第２溶鋼の界面を安定的に維持することができる。Ｑ₂とＱ₁のバランスによって決まる第１溶鋼と第２溶鋼の界面２７を直流磁場帯１４の範囲内に制御する。

この際、内層溶鋼用浸漬ノズル６の流量調整に用いるスライディングノズル３３ｂ開度と流量との関係が毎回一定ではない等の課題が考えられる。そこで、鋳造スタート時を活用して、スライディングノズル３３ｂの開度と流量特性の関係を把握し、特性を補正すればよい。まず、内層溶鋼用浸漬ノズルを経由しての第２溶鋼のみで鋳造を行う。その際においても、タンディッシュ内ヘッドを一定とし、かつ、鋳型内湯面レベルを一定に制御し、スライディングノズル３３ｂの開度と流量との関係を調整することで、流量補正が可能となる。

鋳型内への溶鋼供給量制御方法としてあるいは、まず表層溶鋼用浸漬ノズル５のスライディングノズル３３ｃ開度と溶鋼供給量の関係を予め求めておき、表層溶鋼用浸漬ノズル５からの溶鋼供給量Ｑ₁が上側溶鋼プール凝固量Ｇ₁となるようにスライディングノズル３３ｃ開度を定め、内層溶鋼用浸漬ノズル６のスライディングノズル３３ｂ流量調整については、鋳型内の湯面レベルが一定になるように制御することとしても良い。

これら３つの方法を今回新たに導入することで、取鍋は１つ、タンディッシュは１つであるが、タンディッシュでの成分添加により取鍋から供給される第１溶鋼とは異なる成分組成の第２溶鋼に成分調整しつつ、タンディッシュ内での第１溶鋼との混合を防止することができ、これら２つの溶鋼を鋳型内の異なる深さの位置に長さの異なる２つの浸漬ノズルを介してそれぞれの溶鋼量を供給しつつ、鋳型内においても２つの溶鋼の混合を防止することで、鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片の製造が可能となる。

なお、直流磁場帯１４によってストランドを上側溶鋼プール１５と下側溶鋼プール１６に分割するが、前述したように直流磁場帯１４よりも上の上側溶鋼プール１５に供給される溶鋼量は、直流磁場帯１４よりも下の下側溶鋼プール１６に供給される溶鋼量と比較して少ない。そのため、上側溶鋼プール１５では、十分な溶鋼攪拌ができないことがある。本発明では、鋳型内周方向全体にわたっての凝固を均一化する手段として、上側溶鋼プール１５における鋳型内湯面近傍に電磁撹拌装置９を設置し、水平断面内で旋回流を付与し、溶鋼流動ならびに凝固を周方向に均一化すると好ましい。

連続鋳造においては、一つのタンディッシュ２を用い、取鍋１を取り替えながら連続して次々と鋳造することが行われる。連々鋳と呼ばれる。一つの取鍋１からの溶鋼注入が終了すると、取鍋１からの注入を停止して当該取鍋１を取り外し、タンディッシュ２の上部に別の取鍋１を設置して、新たに取鍋１からタンディッシュ２への溶鋼注入を開始する。このような取鍋交換の際、タンディッシュ２への溶鋼注入が途絶えることになる。一方、取鍋交換中にも鋳片の引き抜きは継続するので、タンディッシュ２から鋳型３への溶鋼注入は継続する。従って、取鍋交換で取鍋１からの溶鋼注入が中断している間は、タンディッシュ２内の溶鋼量が減少し、タンディッシュ２の湯面１８位置（タンディッシュヘッド）が時間とともに低下することとなる。

タンディッシュヘッドが低下する際に、タンディッシュ２の第２領域１２の溶鋼が第１領域１１に逆流することがあると、成分添加によって溶鋼成分が増大している第２領域１２の溶鋼（第２溶鋼２２）が第１領域１１において第１溶鋼２１と混合してしまい、不都合である。

ここでは、タンディッシュの第１領域１１の湯面レベル面積をＳ_T1、第２領域１２の湯面レベル面積をＳ_T2と定める。それぞれの領域から各溶鋼プールへの溶鋼供給量はＱ₁、Ｑ₂である。取鍋１からタンディッシュ２への溶鋼注入が行われていない場合、第１領域１１と第２領域１２が遮断されているのであれば、第１領域１１、第２領域１２それぞれにおけるタンディッシュヘッドの低下速度は、それぞれＱ₁／Ｓ_T1、Ｑ₂／Ｓ_T2となる。実際には第１領域１１と第２領域１２を隔てるタンディッシュ堰４は開口１０を有し、タンディッシュヘッド低下時においても、両領域のタンディッシュヘッドが常に一定になるように、両領域間を溶鋼が移動する。Ｑ₁／Ｓ_T1＞Ｑ₂／Ｓ_T2であると、第１領域１１の溶鋼低減が速いので、タンディッシュヘッド低下時に第２領域１２から第１領域１１に溶鋼が移動することになり、第１領域１１で成分の混合が発生する。それに対して、Ｑ₁／Ｓ_T1≦Ｑ₂／Ｓ_T2であれば、タンディッシュヘッド低下時に第１領域１１から第２領域１２への溶鋼移動が発生するのみであり、第１領域１１における成分混合は発生しない。本発明において、第１領域１１から表層溶鋼、第２領域１２から内層溶鋼を注入するので、Ｑ₁≦Ｑ₂であり、Ｑ₁／Ｓ_T1≦Ｑ₂／Ｓ_T2となるようにタンディッシュ堰４の位置を定めることは容易である。

以上、述べた本発明の原理を検証するため、試験連鋳機を用いて鋳造試験を行った。試験連鋳機では、幅８００ｍｍ×厚１７０ｍｍの鋳片の鋳造が可能である。図１に示すように、鋳型内の湯面１７レベルから７５ｍｍ下方に電磁撹拌装置９のコア中心を設置し、鋳型内湯面近傍の水平断面内で最大０．６ｍ／ｓの旋回流を付与した。加えて、湯面レベルからＨ＝４００ｍｍ下方を中心に幅方向に均一な磁束密度分布を有する直流磁場を鋳片の厚み方向に印加することができる直流磁場発生装置８を設けた。この直流磁場発生装置８のコア厚みが２００ｍｍのため、湯面レベルからの高さがＨ_H＝３００ｍｍからＨ_L＝５００ｍｍの範囲内にわたってほぼ同じ磁束密度の直流磁場を最大０．５Ｔ印加することができる。従って、第１溶鋼供給量Ｑ₁とＧ₁との比（Ｑ₁／Ｇ₁）が、Ｇ_1H／Ｇ₁≒√（Ｈ_H／Ｈ）＝０．８７からＧ_1L／Ｇ₁≒√（Ｈ_L／Ｈ）＝１．１２の範囲内であれば、溶鋼界面位置を直流磁場帯内に制御できるので、本発明の効果を発揮することができる。

鋳型３の上方に設けるタンディッシュ２の仕様は以下の通りである。容量は１０ｔで、タンディッシュ２は、表層溶鋼用浸漬ノズル５と内層溶鋼用浸漬ノズル６の２つの浸漬ノズルを有し、２つの浸漬ノズルの間隔は４００ｍｍである。タンディッシュ内において、２つの浸漬ノズルの中間位置にタンディッシュ堰４を設置し、タンディッシュ堰４として図３（Ａ）に示すような上堰を用い、開口面積率を条件によって変えた。

鋳型内に溶鋼を供給する２つの浸漬ノズルの吐出孔位置は、鋳片幅方向には幅中心をはさんでそれぞれ１／４幅位置とした。また、深さ方向には、直流磁場発生装置８によって形成される直流磁場帯１４の上方に表層溶鋼用浸漬ノズル５の吐出口を設け、下方に内層溶鋼用浸漬ノズル６の吐出口を設置した。具体的には、表層溶鋼用浸漬ノズル５の吐出孔位置は湯面レベルから１５０ｍｍとし、内層溶鋼用浸漬ノズル６の吐出孔位置は湯面レベルから５５０ｍｍとした。ここで、鋳型内の凝固係数Ｋ値はおよそ２５ｍｍ／ｍｉｎ^0.5であることを確認しており、鋳造速度Ｖ_C＝１ｍ／分で鋳造した際の直流磁場発生装置８の中心までで形成される表層厚Ｄは約１６ｍｍである。この表層厚みから、直流磁場帯位置における凝固シェル断面積（鋳造後鋳片の表層部面積Ｓ₁）が定まり、この表層部面積Ｓ₁と鋳造速度から、上側溶鋼プールと下側溶鋼プールから下方に輸送される単位時間鋳造量がそれぞれＧ₁、Ｇ₂として定まり、Ｇ₁、Ｇ₂に等しくなるように第１溶鋼と第２溶鋼の流量（Ｑ₁、Ｑ₂）を規定することができる。

第１溶鋼２１と第２溶鋼２２の流量制御については、鋳造開始時に内層溶鋼用浸漬ノズル６のみで鋳造を行い、必要溶鋼流量を供給するための内層溶鋼用浸漬ノズル６のスライディングノズル３３ｂの開度を確認した。その後、タンディッシュヘッドが一定となるように、取鍋１からの注入量を一定に制御したうえで、内層溶鋼用浸漬ノズル６からの供給溶鋼量がＱ₂となるようにスライディングノズル３３ｂ開度を一定で制御した。さらに、第１溶鋼２１については、湯面レベルが一定となるように表層溶鋼用浸漬ノズル５のスライディングノズル３３ｃ開度調整を行い、結果として第１溶鋼２１の供給量がＱ₁となるように制御した。

取鍋１から供給する溶鋼成分が第１溶鋼２１成分であり、第１溶鋼２１は低炭Ａｌキルド鋼（Ｔｉ含有量：０質量％）である。取鍋から供給する第１溶鋼２１はタンディッシュ２の第１領域１１に供給され、その一部はタンディッシュ堰４の開口１０を経由して第２領域１２に供給される。第２領域内の第２溶鋼２２は第１溶鋼２１に対して、第２領域内に０．３ｍｍ厚の軟鋼板でかしめた鉄製ワイヤー（内部にＴｉ粒を含有：２１２ｇ／ｍ）をワイヤーフィーダーにて添加した。Ｑ₁＝Ｇ₁となる鋳造においては添加速度３．６ｍ／分で添加した。なお、この条件で上記Ｔｉ含有ワイヤーを添加すると、第２溶鋼に０．０５％Ｔｉを添加することに相当する。Ｑ₁とＧ₁が相違する鋳造（下記実験２）においては、第２溶鋼中へのＴｉ添加量が０．０５％となるようにワイヤーの添加速度を調整した。

鋳片内Ｔｉ濃度分布を調査するため、表層については表面から８ｍｍ位置（表層厚みの中心）、内層については表面から４０ｍｍ位置（鋳片１／４厚）について、両短辺中央、１／４幅位置の表裏面、１／２幅位置の表裏面、のそれぞれ８箇所、表層、内層あわせて合計１６箇所から分析試料を採取し濃度を調査した。また、表層厚については、分析試料を採取した部位について、分析試料を採取したほぼ同じ位置で全厚みにわたってサンプルを切り出し、ＥＰＭＡにて厚み方向の濃度分布を調査した。添加した元素の濃度が高くなっている厚みを求め、鋳片全厚からの差をとり、その厚みの１／２を表層厚みとした。短辺については、表面から４０ｍｍの範囲からサンプルを切り出し、ＥＰＭＡにて厚み方向の濃度分布を調査した。表層濃度から内層濃度に明瞭に勾配が形成されている領域を表／内層界面とし、表面から界面までの厚みを表層厚とした。

得られた分析結果については以下の指標で表内層の分離度、内層濃度の均一性を評価した。鋳片表層濃度Ｃ_O、鋳片内層濃度Ｃ_I、取鍋内濃度Ｃ_Lとタンディッシュ内に添加した濃度Ｃ_Tから決まる内層分離度Ｘ_Iと鋳片内層濃度の平均値Ｃ_Mと標準偏差σから求められる濃度均一度Ｙを以下の式を用いて求めた。
Ｘ_I＝(Ｃ_I−Ｃ_O)／(Ｃ_T −Ｃ_L ) −−−−（１）
Ｙ＝σ／Ｃ_M −−−−（２）

具体的な実験方法について説明する。前述した本発明の原理を検証するため、以下、３つの実験を行った。

まず、実験１として、タンディッシュ堰４の開口１０の形状と開口面積率を変化させる実験を行い、内層分離度Ｘ_I、濃度均一度Ｙに及ぼす影響を調査した。なお、鋳型内の直流磁場帯１４に印加する磁束密度を０．４Ｔとし、Ｑ₁＝Ｇ₁として直流磁場帯１４を通過する溶鋼の発生を抑止し、鋳型内電磁撹拌装置９による撹拌流速は０．４ｍ／ｓの条件とした。結果を図５に示すが、開口面積率が２０％未満では溶鋼温度が低い場合には、濃度の均一性の点で課題があった。一方、開口面積率７５％を超えると分離度が低下し、濃度の均一性も低下した。タンディッシュ２の第１領域１１と第２領域１２の間で第１溶鋼２１と第２溶鋼２２の混合が生じたことによる。逆に、タンディッシュ堰の開口面積率を調整し、開口面積率が２０％以上７５％以下とすると、内層分離度Ｘ_Iは０．９以上１以下、濃度均一度Ｙは０．１以下となり、内層分離度、濃度均一度ともに良好な鋳片をえることができた。

次に、実験２として、第１、第２溶鋼の流量バランスを変化させ、表層溶鋼用浸漬ノズル５からの溶鋼供給量Ｑ₁が、上側溶鋼プール１５で凝固する鋳造量Ｇ₁と相違する条件で鋳造し、内層分離度、濃度均一性に及ぼす影響を調査した。ここで、タンディッシュ堰４は開口面積率が４０％となるように調整、鋳型内の直流磁場帯１４に印加する直流磁場の磁束密度は０．４Ｔ、鋳型内電磁撹拌装置９による撹拌流速は０．４ｍ／ｓの条件で、Ｑ₁を変化して鋳造した。結果を図６に示すが、Ｑ₁／Ｇ₁＝０．８７〜１．１２の範囲に制御した条件では、溶鋼界面位置を直流磁場帯内に制御できるので、内層分離度Ｘ_Iは０．９以上１以下、濃度均一度Ｙは０．１以下となり、内層分離度、濃度均一度ともに良好な鋳片をえることができた。一方、Ｑ₁／Ｇ₁＜０．８７の条件では、上側溶鋼プールへの溶鋼供給量が不足して、直流磁場帯１４を通過して下側溶鋼プール１６から上側溶鋼プール１５へ溶鋼が移動するため、鋳片の表層にも添加元素が含有される結果となった。逆に、Ｑ₁／Ｇ₁＞１．１２の条件では、上側溶鋼プール１５への溶鋼供給量が過剰で、直流磁場帯１４を通過して上側溶鋼プール１５から下側溶鋼プール１６へ溶鋼が移動するため、下側溶鋼プール１６の添加元素含有量が低下することとなった。

さらに、実験３として、鋳型内に印加する磁束密度を０．４Ｔ、表内層界面２７位置を制動域内の４５０ｍｍ、タンディッシュ堰の開口は開口面積が４０％となるように調整した条件で、上側溶鋼プール１５における鋳型内電磁撹拌装置９の撹拌流速を変えて鋳造した。表層ノズル側短辺部の表層厚み、内層ノズル側短辺部の厚み、幅中央部の表層部の厚みを調査し、撹拌条件との関係を調査した。

図７には鋳型内電磁撹拌の有無による表層厚みの周方向分布の違いについて調査した結果を示した。電磁撹拌を印加しない条件では下部に溶鋼を供給するノズル側で溶鋼が停滞しやすく、表層厚みが厚くなる傾向がみられたが、０．３ｍ／ｓ以上の旋回流を湯面近傍で付与することで表層厚みの周方向分布を均一化することができ、好ましい。

この鋳造試験において、Ｑ₁＝３．６(ｋｇ／ｓ)、Ｑ₂＝１２．８(ｋｇ／ｓ)、Ｓ_T1＝０．８(ｍ²)、Ｓ_T2＝１．２(ｍ²)であった。そのため、Ｑ₁／Ｓ_T1≦Ｑ₂／Ｓ_T2が実現できている。従って、連々鋳の取鍋交換時に取鍋からの溶鋼中が中断し、タンディッシュヘッドが低下する場合においても、タンディッシュの第１領域１１から第２領域１２への溶鋼移動が発生するのみであり、第１領域１１の第１溶鋼２１に第２溶鋼２２が混合する事態は発生しない。

本方法は以上のような方法で第２溶鋼の成分調整を行うので、第２溶鋼に添加する成分についての制約は少なく、Ｔｉ、ＳｉやＣだけでなく、Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｂ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｏに加えて、強脱酸、強脱硫元素であるＣａ，Ｍｇ，ＲＥＭ等、鋼中に含有する元素を添加することができる。このため、鋳片の内層成分を変えることで鋼材の新たな機能を比較的簡便な方法で可能となる。

さらに、鋳型内に２つの溶鋼を供給するにあたり、場合によっては第１溶鋼２１の密度＜第２溶鋼２２の密度となるように複数の合金元素を添加することが好ましい。直流磁場帯をはさんで、第１溶鋼２１が上方、下方に第２溶鋼２２が配置されることとなるが下方の溶鋼密度が大の条件で安定であるが、逆の条件であれば密度差による対流が生じてしまうことによる。ここで、ρ：密度（ｋｇ／ｍ³）は以下の式で算出することができる。
ρ＝７０００−８．０（Ｔ−１８２３）−８０．０［％Ｃ］−８３．０［％Ｓｉ］−２１．２［％Ｍｎ］−６７．１［％Ｐ］−８４．０［％Ｓ］−１１３．０［％Ａｌ］−２９．０［％Ｔｉ］＋５．４［％Ｎｂ］−１４．６［％Ｃｒ］＋４．８［％Ｎｉ］＋３．６［％Ｃｕ］＋２３．０［％Ｍｏ］−４６．３［％Ｖ］
ただし、式中において［元素」は各元素の含有量（質量％）、Ｔは溶鋼温度（Ｋ）である。

図１に模式的に示した鋳造装置で極低炭素鋼（Ｔｉ含有量：０質量％）を鋳造する実験を行った。溶鋼の溶製は、転炉出鋼後、二次精錬にて脱ガス、成分調整した。取鍋溶鋼は２５０ｔであった。

容量５０ｔのタンディッシュ２底部に表層溶鋼用浸漬ノズル５と内層溶鋼用浸漬ノズル６の２つの浸漬ノズルを設けた。２つの浸漬ノズルの間隔は６００ｍｍである。その中間位置にタンディッシュ堰４として上堰を設置し、上堰の開口面積率は条件によって変更した。

鋳型内の湯面１７レベルから１００ｍｍ下方に電磁撹拌装置９のコア中心を設置し、鋳型内の上部溶鋼プール中に水平断面内で最大０．６ｍ／ｓの旋回流を形成した。かつ湯面レベルから４５０ｍｍ下方に幅方向に均一な磁束密度分布を有する直流磁場を鋳片の厚み方向に印加することができる直流磁場発生装置８を設けた。最大０．５Ｔの直流磁場が印加できる。この直流磁場発生装置８のコア厚みが２００ｍｍのため、湯面レベルから３５０〜５５０ｍｍの範囲内にわたってほぼ同じ磁束密度の直流磁場を最大０．５Ｔ印加することができる。そのため、直流磁場帯１４の範囲は湯面レベルからの高さがＨ_H＝３５０ｍｍからＨ_L＝５５０ｍｍの範囲となる。従って、第１溶鋼供給量Ｑ₁とＧ₁との比（Ｑ₁／Ｇ₁）が、Ｇ_1H／Ｇ₁≒√（Ｈ_H／Ｈ）＝０．８８からＧ_1L／Ｇ₁≒√（Ｈ_L／Ｈ）＝１．１１の範囲内であれば、溶鋼界面２７位置を直流磁場帯１４内に制御できるので、本発明の効果を発揮することができる。

鋳型内に溶鋼を供給する浸漬ノズルの位置については、まず、鋳片幅方向には幅中心をはさんでそれぞれ１／４幅位置とした。また、浸漬ノズルの吐出孔位置については、深さ方向には直流磁場発生装置によって形成される制動領域（直流磁場帯１４）の上側（表層溶鋼用浸漬ノズル５）部と、下側（内層溶鋼用浸漬ノズル６）にそれぞれ設置した。具体的には、表層溶鋼用浸漬ノズル５の吐出孔位置は湯面レベルから２００ｍｍとし、内層溶鋼用浸漬ノズル６の吐出孔位置は湯面レベルから６００ｍｍとした。

鋳造条件は、１２００ｍｍ幅、２５０ｍｍ厚、鋳造速度１．５ｍ／分で鋳造した。ここで、鋳型内の凝固係数Ｋ値はおよそ２５ｍｍ／ｍｉｎ^0.5であることを確認しており、鋳型内直流磁場発生装置８の中心までで形成される表層厚は約１４ｍｍである。この表層厚みから、直流磁場帯位置における凝固シェル断面積（鋳造後鋳片の表層部面積Ｓ₁）が定まり、この表層部面積Ｓ₁と鋳造速度から、上側溶鋼プールと下側溶鋼プールから下方に輸送される単位時間鋳造量がそれぞれＧ₁、Ｇ₂として定まり、Ｇ₁、Ｇ₂に等しくなるように第１溶鋼と第２溶鋼の流量（Ｑ₁、Ｑ₂）を規定することができる。

第１溶鋼と第２溶鋼の流量制御については、鋳造開始時に第２溶鋼のみで鋳造を行い、必要溶鋼流量を供給するための内層溶鋼用浸漬ノズル６のスライディングノズル３３ｂの開度を確認した。その後、タンディッシュヘッドが一定となるように、スライディングノズル３３ａ流量調整によって取鍋からの注入量を一定に制御したうえで、本発明例と一部の比較例について、内層溶鋼用浸漬ノズル６からの供給溶鋼量がＱ₂となるようにスライディングノズル開度を一定で制御した。さらに、第１溶鋼については、湯面レベル計３１で計測した湯面レベルが一定となるように表層溶鋼用浸漬ノズル５のスライディングノズル３３ｃ開度調整を行い、結果として第１溶鋼の供給量がＱ₁となるように制御した。

タンディッシュでの成分調整について説明する。前述したタンディッシュの第２領域１２内に０．３ｍｍ厚の軟鋼板でかしめた鉄製ワイヤー（外径１６ｍｍ、Ｔｉ粉含有量：４５２ｇ／ｍ）をワイヤーフィーダーにて添加速度６．６ｍ／分で添加した。ワイヤーの添加速度は、各実施例での第２溶鋼の流量Ｑ₂に対応して、第２溶鋼に０．０５％Ｔｉを添加することに相当する。

次に、本発明の原理を検証するために行った実験内容について説明する。
◆実験１：第１、第２溶鋼の流量バランスを変化させ、Ｑ₁／Ｇ₁が変化する条件で鋳造する。
◆実験２：タンディッシュ堰の開口面積率を変えて鋳造する。
◆実験３：鋳型内電磁撹拌装置の印加電流を変えて湯面近傍で形成する旋回流速を変えて鋳造する。
ここで、前述した実験において、鋳型内直流磁場発生装置８により０．５Ｔの直流磁場を印加した。

鋳片内Ｔｉ濃度分布を調査するため、表層については表面から７ｍｍ位置（表層厚みの中心）、内層については表面から６０ｍｍ位置（鋳片１／４厚）について、両短辺中央、１／４幅位置の表裏面、１／２幅位置の表裏面、のそれぞれ８箇所、表層、内層あわせて合計１６箇所から分析試料を採取し濃度を調査した。表層厚Ｄ_Rについては、分析試料を採取した部位について、分析試料を採取したほぼ同じ位置で全厚みにわたってサンプルを切り出し、ＥＰＭＡにて厚み方向の濃度分布を調査した。添加した元素の濃度が高くなっている厚みを求め、鋳片全厚からの差をとり、その厚みの１／２を表層厚みとした。短辺については、表面から４０ｍｍの範囲からサンプルを切り出し、ＥＰＭＡにて厚み方向の濃度分布を調査した。表層濃度から内層濃度に明瞭に勾配が形成されている領域を表／内層界面とし、表面から界面までの厚みを表層厚とした。

得られた分析結果については以下の指標で表内層の分離度、内層濃度の均一性を評価した。鋳片表層濃度Ｃ_O、鋳片内層濃度Ｃ_I、取鍋内濃度Ｃ_Lとタンディッシュ内に添加した濃度Ｃ_Tから決まる内層分離度Ｘ_Ｉと鋳片内層濃度の平均値Ｃ_Mと標準偏差σから求められる濃度均一度Ｙを以下の式を用いて求める。
Ｘ_Ｉ＝(Ｃ_I−Ｃ_O)／(Ｃ_T −Ｃ_L ) −−−−（１）
Ｙ＝σ／Ｃ_M −−−−（２）

実験１、実験２、実験３、それぞれの結果を表１、表２、表３に示した。

表１ではタンディッシュ堰として図３（Ａ）に示す上堰を用い、上堰の深さを調整し開口面積率を全体の４５％、鋳型内に印加する直流磁場の磁束密度は０．５Ｔ、鋳型内電磁撹拌装置による撹拌流速は０．４ｍ／ｓの条件で、第１溶鋼供給量Ｑ₁とＧ₁との比（Ｑ₁／Ｇ₁）を変化して鋳造した。界面位置（メニスカスから界面までの距離Ｈ_R）については、鋳片の表層厚Ｄ_Rを計測し、
Ｄ_R＝Ｋ√（Ｈ_R／Ｖ_C）
を逆算して求めた。

Ｑ₁／Ｇ₁＝０．８８〜１．１１の範囲として界面２７位置が直流磁場による制動域内に制御した本発明１，２，３の条件では分離度、均一度ともに良好な結果が得られた。一方、Ｑ₁／Ｇ₁＞１．１１にはずれた比較例１，２では、界面位置が直流磁場帯の下端位置に止まり、比較的良好な内層分離度、濃度均一性がえられたが、本発明と比較すると不十分であった。Ｑ₁／Ｇ₁＜０．８７にはずれた比較例３，４では、界面位置が直流磁場帯上端に止まり、内層分離度Ｘ_Ｉ、濃度均一度Ｙともに不良であった。

表２では鋳型内に印加する磁束密度を０．５Ｔ、Ｑ₁／Ｇ₁＝１（表／内層界面位置を制動域内の４５０ｍｍ）、鋳型内電磁撹拌装置による撹拌流速は０．４ｍ／ｓの条件で、タンディッシュ堰として図３（Ａ）に示す上堰を用い、開口面積率を変化して鋳造した。開口面積率が２０％〜７５％に調整した本発明４〜６では内層分離度、濃度均一度ともに良好な結果が得られたが、堰がない（開口面積率１００％）比較例５や開口面積率が８０％の比較例７、開口面積率が９０％の比較例８では内層分離度、濃度均一度ともに不十分であった。また、開口面積率が少なすぎる比較例６では均一性におとる条件もあり、不適であった。

表３では鋳型内に印加する磁束密度を０．５Ｔ、Ｑ₁／Ｇ₁＝１（表内層界面位置を制動域内の４５０ｍｍ）、図３（Ａ）に示すタンディッシュの上堰深さを開口面積率が４０％となるように調整した条件で、鋳型内電磁撹拌装置の撹拌流速を変えて鋳造した。表層溶鋼用浸漬ノズル５側短辺部の表層厚み、内層溶鋼用浸漬ノズル６側短辺部の厚み、幅中央部の表層部の厚みを調査し、撹拌条件との関係を調査した。鋳型内電磁撹拌による撹拌流を付与しない本発明９では品質上問題にはならないものの表層厚みの不均一がみられた。一方、鋳型内電磁撹拌装置による撹拌流を付与した本発明７、８ではいずれも表層溶鋼用浸漬ノズル５短辺厚、内層溶鋼用浸漬ノズル６短辺厚と幅中央部の表層厚みがほぼ同じであった。そのため、鋳型内電磁撹拌による撹拌流を付与することで表層厚みが鋳片周方向に均一になるため、好ましい。

１取鍋
２タンディッシュ
３鋳型
４タンディッシュ堰
５表層溶鋼用浸漬ノズル
６内層溶鋼用浸漬ノズル
７成分添加装置
８直流磁場発生装置
９電磁攪拌装置
１０開口
１１第１領域
１２第２領域
１３取鍋注入流
１４直流磁場帯
１５上側溶鋼プール
１６下側溶鋼プール
１７メニスカス（湯面）
１８湯面
２０溶鋼
２１第１溶鋼
２２第２溶鋼
２３凝固シェル
２４上側溶鋼プール凝固部分（表層部）
２５下側溶鋼プール凝固部分（内層部）
２６溶鋼浸漬部分
２７界面
２９鋳片
３０浸漬ノズル
３１湯面レベル計
３２制御装置
３３流量調整装置

Claims

鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造する方法であって、タンディッシュの底部に、表層溶鋼用浸漬ノズルと内層溶鋼用浸漬ノズルを配置し、取鍋からタンディッシュ内に溶鋼が注入される位置を取鍋注入流位置とし、タンディッシュ幅方向において、取鍋注入流位置、表層溶鋼用浸漬ノズル位置、内層溶鋼用浸漬ノズル位置をこの順番で配置し、これら２つの浸漬ノズルの間にタンディッシュ堰を設置し、該タンディッシュ堰は溶鋼浸漬部に開口面積率が２０％以上７５％以下の開口を有し、
鋳型幅方向全幅にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を配置し、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、前記表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、内層溶鋼用浸漬ノズルから下側溶鋼プールに溶鋼を供給し、
前記タンディッシュ堰にて区分された取鍋溶鋼注入側を第１領域、その反対側を第２領域とし、第２領域側のタンディッシュ内溶鋼に対して所定の元素あるいはその合金を連続的に添加し濃度を調整することで、取鍋溶鋼ならびに取鍋溶鋼とは異なる成分組成からなる２種類の溶鋼をタンディッシュ内で保持しつつ、第１領域に収容された溶鋼を表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プールに供給し、第２領域に収容された溶鋼を内層溶鋼用浸漬ノズルから下側溶鋼プールに供給し、
当該２つの浸漬ノズルそれぞれから、それぞれの溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量を鋳型内に供給することを特徴とする複層鋳片の連続鋳造方法。
下側溶鋼プールに供給する溶鋼量はタンディッシュのヘッドと内層溶鋼用浸漬ノズルのスライディングノズルの開度と溶鋼流量の関係を用いて、溶鋼界面位置を直流磁場帯内に制御しつつ、表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プールに供給する供給量については鋳型内湯面レベルが一定となるように制御することを特徴とする請求項１記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
前記直流磁場帯の上方の鋳型内湯面近傍において水平断面内で旋回流を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
前記第２領域において溶鋼に撹拌力を付与することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造する装置であって、取鍋からの溶鋼を保持するタンディッシュの底部に、表層溶鋼用浸漬ノズルと内層溶鋼用浸漬ノズルとが、鋳造幅よりも短い間隔で併設され、取鍋からタンディッシュ内に溶鋼が注入される位置を取鍋注入流位置とし、タンディッシュ幅方向において、取鍋注入流位置、表層溶鋼用浸漬ノズル位置、内層溶鋼用浸漬ノズル位置をこの順番で配置し、これら２つの浸漬ノズルの間にタンディッシュ堰が設置されており、該タンディッシュ堰は溶鋼浸漬部に開口面積率が２０％以上７５％以下の開口を有し、タンディッシュ堰で区分された取鍋溶鋼注入反対側の領域の溶鋼に成分を添加する成分添加装置を有し、
鋳型内では湯面近傍において水平断面内で旋回流を形成する電磁撹拌装置と、その下方に鋳型幅方向全体にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を備え、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、前記表層溶鋼用浸漬ノズルから上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、前記内層溶鋼用浸漬ノズルから下側溶鋼プールに溶鋼を供給する構造とすることを特徴とする複層鋳片の連続鋳造装置。