JP6766688B2 - 連続鋳造機 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造機に関する。

特許文献１には、鋼材用鋳片の連続鋳造方法が記載されている。特許文献１の連続鋳造方法では、メニスカス下３ｍ及びクレーターエンド近傍で、横方向撹拌の可能なスターラーを電源周波数を商用又は低周波（２〜３０Ｈｚ）に選定し、未凝固鋳片に含まれる溶鋼を撹拌する。

特許文献２には、鋳片の未凝固圧下方法が記載されている。特許文献２の未凝固圧下方法では、鋳片の連続鋳造において、鋳型内で電磁撹拌を施し、さらに鋳片の中心固相率が０〜０．１となる未凝固域で未凝固溶鋼の電磁撹拌を施す。次いで、鋳片の中心固相率が０．１〜０．４となる未凝固域で、少なくとも１対のロールにより未凝固部厚さの５０〜９０％の圧下量を与える。なお、特許文献２の未凝固圧下方式における、未凝固溶鋼の電磁撹拌は、回転移動方式により行われる。

特許文献３には、未凝固部の溶鋼を撹拌するための電磁力を付与する移動磁界を発生する電磁撹拌装置として、第一の電磁撹拌装置と、第二の電磁撹拌装置とを備えた連続鋳造機が記載されている。ここで、特許文献１の連続鋳造機では、第一の電磁撹拌装置が通常の撹拌を行い、第二の電磁撹拌装置が偏析成分濃化溶鋼を鋳片幅方向に撹拌し希釈するように構成されている。

特公昭６４−４８６８号公報 特許第３１１９２０３号公報 特許第５０８３２４１号公報

ところで、連続鋳造機により鋳片を鋳造する際、移動する鋳片は、その外側から凝固して、鋳片における板厚方向の中央側かつ幅方向の中央側の部分（以下、中央部分という。）が遅れて凝固する。すなわち、連続鋳造機により鋳片を鋳造する過程では、鋳片は、中央部分に溶鋼の未凝固部を含んだ状態で移動する。また、中心固相率が０．３〜０．７で溶鋼のマクロ流動が局所的に発生すると、板厚方向の中央部分におけるＰ（リン）、Ｍｎ（マンガン）等の不純物の濃度が鋳片における他の部分（例えば、外側の部分）に比べて高くなり、中央部分が偏析した状態となる。このような状態は、中心偏析と呼ばれている。加えて、この中心偏析は、中央部分の組織が柱状晶の場合に極端に悪化する場合があることが知られている。

本発明は、鋳片の中心偏析を低減することができる連続鋳造機の提供を目的とする。

本発明に係る連続鋳造機は、内部に未凝固部を含む鋳片の移動経路に配置され、鋳片に矩形波の電磁力をかけて、前記鋳片の未凝固部を電磁撹拌する第１撹拌装置と、前記第１撹拌装置よりも前記移動経路における鋳片の移動方向の下流側に配置され、前記第１撹拌装置により前記矩形波の電磁力がかけられた前記鋳片に前記矩形波と周期及び向きが同じでデューティ比の異なる矩形波の電磁力をかけて、前記鋳片の未凝固部を電磁撹拌する第２撹拌装置と、を備えている。

本発明に係る連続鋳造機を用いれば、鋳片の移動経路における複数の位置で、矩形波の電磁力が鋳片にかけられることにより、鋳片の未凝固部が鋳片の幅方向に対して交互に又は間欠的に電磁撹拌されて、鋳片が鋳造される。そして、本発明に係る連続鋳造機を用いて鋳造される鋳片は、鋳片の移動経路における鋳片に電磁力をかける複数の位置の少なくとも何れかの位置で鋳片に連続的な一定の電磁力がかけられて鋳造される鋳片に比べて、中央部分における上面等軸晶率が増加する。その結果、本発明に係る連続鋳造機を用いて鋳造される鋳片は、中心偏析が低減される。

本発明に係る連続鋳造機を用いれば、鋳造される鋳片の中心偏析を低減することができる。

第１実施形態の連続鋳造機を示す概略図（正面図）である。 第１実施形態の連続鋳造機を構成する第１撹拌装置の矩形波の電磁波と、第２撹拌装置の矩形波の電磁波との関係を示すタイミングチャートである。 鋳片の中心部分に生じる中心偏析を説明するための図であって、鋳片の幅方向に切った鋳片の断面における等軸晶帯の位置と、等軸晶帯の一部を拡大して等軸晶帯に形成された偏析粒とを表す模式図である。 第２実施形態の連続鋳造機を構成する第１撹拌装置の矩形波の電磁波と、第２撹拌装置の矩形波の電磁波との関係を示すタイミングチャートである。 実施例（実施例１〜１１）の連続鋳造機及び比較例（比較例１及び２）の連続鋳造機を用いて鋳片を鋳造する条件と、各条件により鋳造された鋳片の測定結果（上面等軸晶率及び最大偏析厚み）とを示す表である。 実施例（実施例１〜１１）の連続鋳造機及び比較例（比較例１及び２）の連続鋳造機を用いて鋳造された鋳片における、上面等軸晶率と、鋳片の幅方向最大偏析厚みとの関係を示すグラフである。 実施例（実施例１〜１１）の連続鋳造機及び比較例（比較例１及び２）の連続鋳造機を用いて鋳造された鋳片における、平均溶鋼流速（第１撹拌装置を通過する際の鋳片の幅方向中央での溶鋼流速及び第１撹拌装置を通過する際の鋳片の幅方向中央での溶鋼流速の平均流速）と、上面等軸晶率との関係を示すグラフである。 変形例の連続鋳造機を説明するための概略図（正面図）である。破線内Ｐ１及びＰ２は第１撹拌装置を配置してもよい領域、破線内Ｐ３及びＰ４は第２撹拌装置を配置してもよい領域を示す。

≪概要≫
以下、本発明を実施するための形態（実施形態）について、２つの実施形態（第１実施形態及び第２実施形態）を例示して説明する。次いで、実施例について説明する。

≪第１実施形態≫
以下、第１実施形態について説明する。まず、本実施形態の連続鋳造機１０（図１参照）の構成について説明する。次いで、本実施形態の連続鋳造機１０を用いた鋳片Ｓ（図１参照）の鋳造方法について説明する。次いで、本実施形態の効果について説明する。なお、本実施形態は、後述する実施例における実施例５（図５の表参照）に相当する。

＜構成＞
本実施形態の連続鋳造機１０は、鋳片Ｓを鋳造する機能を有する。連続鋳造機１０は、図１に示されるように、搬送部２０と、鋳型３０と、第１撹拌装置４０と、第２撹拌装置５０と、大圧下ロール６０と、を含んで構成されている。以下、図１の連続鋳造機１０は、正面側から見た状態を示すものとして説明する。図１において、＋Ｙ方向は装置高さ方向上側（又は高さ方向上側）、−Ｙ方向は装置高さ方向下側（又は高さ方向下側）を意味し、＋Ｘ方向は装置幅方向右側、−Ｘ方向は装置幅方向左側を意味し、＋Ｚ方向は装置奥行き方向奥側、−Ｚ方向は装置奥行き方向手前側を意味する。すなわち、「正面側から見た状態」とは、装置奥行き方向手前側から見た状態を意味する。

［搬送部］
本実施形態の搬送部２０は、鋳片Ｓを冷却しながら、鋳片Ｓを鋳片Ｓの移動方向（図１中の矢印Ａ方向）に沿って搬送する機能を有する。搬送部２０は、図１に示されるように、複数のロール２２と、冷却装置２４と、を含んで構成されている。

各ロール２２は、それぞれ軸周りに回転可能とされている。複数のロール２２は、正面側から見ると、２列に並べられている。各列は、正面側から見て、左上側から中央下側に亘り左下側に向けて凸状に湾曲し、中央下側から右下側に亘り幅方向右側に延びるように、互いに沿っている。なお、各列の間は、鋳造される鋳片Ｓの移動経路とされている。そして、搬送部２０は、後述する鋳型３０を通過した溶鋼を、複数のロール２２のうち最も上側の一対のロール２２の間から受け入れて、鋳片Ｓを移動経路に沿って搬送するようになっている。

また、冷却装置２４は、正面側から見ると、左上側から中央下側に亘って２列に並べられている複数のロール２２の各列に沿って配置され、移動経路を移動する鋳片Ｓに冷却水を浴びせて、鋳片Ｓを冷却するようになっている。そのため、搬送部２０は、後述する鋳型３０から受け渡された溶鋼を徐々に冷却しながら搬送するようになっている。なお、搬送部２０に受け渡された溶鋼は、その外側から徐々に凝固しながら、内部に未凝固部（溶鋼が凝固していない状態の部分）を含む鋳片Ｓとなって、移動経路を移動するようになっている。

［鋳型］
鋳型３０は、図示を省略したタンディッシュ（溶鋼を貯蔵する容器）から排出された溶鋼を、鋳型３０の内面に接した溶鋼の側面（液面）を凝固させて、搬送部２０に受け渡す機能を有する。鋳型３０を下側から見ると、鋳型３０には、矩形状に貫通している貫通孔（図示省略）が形成されている。そのため、鋳型３０は、その内側を通過し断面が矩形状の溶鋼を搬送部２０に受け渡すようになっている。なお、タンディッシュには、図示を省略した取鍋から排出された溶鋼が受け渡されるようになっている。以下、本明細書では、鋳片Ｓの鋳造時における、鋳型３０内の溶鋼の液面をメニスカスＭという。

［第１撹拌装置］
第１撹拌装置４０は、鋳片Ｓに矩形波の電磁力をかけて、鋳片Ｓの内部の未凝固部を電磁撹拌する機能を有する。本実施形態の第１撹拌装置４０は、図１に示されるように、正面側から見ると、移動経路（及び搬送部２０）の上側（及び右側）の位置であって、移動経路における左上側から中央下側に亘り左下側に向けて凸状に湾曲している部分の略中央に配置されている。具体的には、第１撹拌装置４０は、正面側から見ると、その中心４０Ａの位置がメニスカスＭから鋳片Ｓの移動経路に沿って１０．０ｍ下流側となるように配置されている。なお、第１撹拌装置４０が配置されている位置は、移動経路において、内部（中央部分）に未凝固部を含む鋳片Ｓが移動する位置とされている。なお、明細書において、「未凝固部を電磁撹拌する」とは、未凝固部内の溶鋼を電磁撹拌することを意味する。

本実施形態の第１撹拌装置４０は、長尺状とされている。そして、第１撹拌装置４０は、その長手方向を装置奥行き方向に沿わせた状態で配置されている。また、第１撹拌装置４０は、移動経路を移動する鋳片Ｓの幅方向全域に亘って矩形波の電磁力をかけるようになっている。具体的には、第１撹拌装置４０は、図２に示されるように、鋳片Ｓの鋳造時において、期間ｔ_１ａとして１５（ｓ）間、装置奥行き方向奥側に向く矩形状の電磁力を発生し、次いで期間ｔ_１ｂとして５（ｓ）間、電磁力の発生を停止し、次いで期間ｔ_１ｃとして１５（ｓ）間、装置奥行き方向手前側に向く矩形状の電磁力を発生し、次いで期間ｔ_１ｄとして５（ｓ）間、電磁力の発生を停止する動作を繰り返すようになっている。すなわち、本実施形態の第１撹拌装置４０は、電磁力を発生している時間が電磁力を発生していない時間よりも長い。また、第１撹拌装置４０により鋳片Ｓにかけられる電磁力の周期Ｔ１は、期間ｔ_１ａと、期間ｔ_１ｂと、期間ｔ_１ｃと、期間ｔ_１ｄとの和、すなわち、４０（ｓ）とされている。ここで、期間ｔ_１ａと、期間ｔ_１ｃとの和を矩形波のパルス幅τ１と定義すると、第１撹拌装置４０により鋳片Ｓにかけられる電磁力のデューティ比τ１／Ｔ１は、０．７５である。本明細書では、装置奥行き方向奥側に向く矩形状の電磁力を発生し、次いで一定期間、電磁力の発生を停止し、次いで一定期間、装置奥行き方向手前側に向く矩形状の電磁力を発生し、次いで一定期間、電磁力の発生を停止する動作を繰り返すモードを、交番モードという。なお、図２のグラフでは、装置奥行き方向奥側に向く矩形状の電磁力を正の値とし、装置奥行き方向手前側に向く矩形状の電磁力を負の値としている（以下同様）。

［第２撹拌装置］
第２撹拌装置５０は、鋳片Ｓに矩形波の電磁力をかけて、鋳片Ｓの内部の未凝固部を電磁撹拌する機能を有する。本実施形態の第２撹拌装置５０は、図１に示されるように、正面側から見ると、移動経路の上側の位置、かつ、移動経路における左上側から中央下側に亘り左下側に向けて凸状に湾曲している部分であって、第１撹拌装置４０よりも下流側に配置されている。具体的には、第２撹拌装置５０は、正面側から見ると、その中心５０Ａの位置がメニスカスＭから鋳片Ｓの移動経路に沿って一例として１５．０ｍ下流側（第１撹拌装置５０の中心４０Ａの位置から移動経路に沿って５．０ｍ下流側）となるように配置されている。すなわち、第２撹拌装置５０が配置されている位置は、移動経路において、内部に未凝固部を含む鋳片Ｓが移動する位置であって、第１撹拌装置４０よりも移動経路に沿う下流側の位置とされている。

本実施形態の第２撹拌装置５０は、第１撹拌装置４０と同じ形状とされている。そして、第２撹拌装置５０は、その長手方向を装置奥行き方向に沿わせた状態で配置されている。第２撹拌装置５０は、鋳片Ｓの鋳造時において、移動経路を移動する鋳片Ｓの幅方向全域に亘って、交番モードの矩形波の電磁力をかけるようになっている（図２のグラフ参照）。具体的には、第２撹拌装置５０は、図２に示されるように、鋳片Ｓの鋳造時において、期間ｔ_２ａとして１２．９（ｓ）間、装置奥行き方向奥側に向く矩形状の電磁力を発生し、次いで期間ｔ_２ｂとして７．１（ｓ）間、電磁力の発生を停止し、次いで期間ｔ_２ｃとして１２．９（ｓ）間、装置奥行き方向手前側に向く矩形状の電磁力を発生し、次いで期間ｔ_２ｄとして７．１（ｓ）間、電磁力の発生を停止する動作を繰り返すようになっている。すなわち、本実施形態の第２撹拌装置５０は、電磁力を発生している時間が電磁力を発生していない時間よりも長い。また、第２撹拌装置５０により鋳片Ｓにかけられる電磁力の周期Ｔ２は、期間ｔ_２ａと、期間ｔ_２ｂと、期間ｔ_２ｃと、期間ｔ_２ｄとの和、すなわち、４０（ｓ）とされている。ここで、期間ｔ_２ａと、期間ｔ_２ｃとの和を矩形波のパルス幅τ２と定義すると、第２撹拌装置５０により鋳片Ｓにかけられる電磁力のデューティ比τ２／Ｔ２は、約０．６５である。

以上のとおりであるから、第２撹拌装置５０により鋳片Ｓにかけられる電磁力の周期Ｔ２は、一例として、第１撹拌装置４０により鋳片Ｓにかけられる電磁力の周期Ｔ１と同じとされている。また、第２撹拌装置５０のパルス幅τ２は、第１撹拌装置４０のパルス幅τ１の０．８６倍、別言すれば、パルス幅τ２は、パルス幅τ１の８６％とされている。すなわち、本実施形態では、パルス幅τ２は、パルス幅τ１の０．８５倍以上１．１５倍以下の範囲、別言すれば、パルス幅τ１の８５％以上１１５％以下の範囲とされている。

また、図２に示されるように、第２撹拌装置５０が発生する電磁力は、第１撹拌装置４０が発生する電磁力に対して位相が異なっている。具体的には、第２撹拌装置５０は、第１撹拌装置４０の電磁力がかけられた鋳片Ｓの未凝固部に対して、移動する鋳片Ｓにおける第１撹拌装置４０により電磁力がかけられた部分に向き及び周期が同じでデューティ比が異なる矩形波の電磁力がかかるように設定されている。本実施形態では、デューティ比τ１／Ｔ１が０．７５、デューティ比τ２／Ｔ２が約０．６５であることから、本実施形態の第２撹拌装置５０は、鋳片Ｓの未凝固部における第１撹拌装置４０により電磁撹拌された部分に、第１撹拌装置５０よりも短い期間に第１撹拌装置５０が当該部分にかけた電磁力と同じ向きの電磁力をかけて当該部分を電磁撹拌するようになっている。別言すれば、本実施形態の第２撹拌装置５０は、移動する鋳片Ｓに対して、第１撹拌装置４０の電磁力に一部同期する電磁力をかけて、鋳片Ｓの未凝固部を電磁撹拌するようになっている。なお、第２撹拌装置５０の電磁力における、第１撹拌装置４０の電磁力に対する位相に相当する時間Δｔ（図２のグラフ参照）は、第１撹拌装置４０の中心４０Ａの位置と第２撹拌装置５０の中心５０Ａの位置との移動経路に沿う間隔を、移動経路を移動する鋳片Ｓの移動速度（ｍ／ｍｉｎ）、すなわち、鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）で除した値とされている。

［大圧下ロール］
大圧下ロール６０は、移動経路に沿って移動する鋳片Ｓを鋳片Ｓの厚み方向から挟んで圧下する機能を有する。大圧下ロール６０は、図１に示されるように、装置奥行き方向に沿って配置されている一対のロールで構成されている。大圧下ロール６０を構成する一対のロールは、設定された一定の対向間隔で離れた状態で、軸周りに回転可能とされている。ここで、大圧下ロール６０は、圧下装置の一例である。

大圧下ロール６０は、図１に示されるように、移動経路における第２撹拌装置５０よりも鋳片Ｓの移動方向下流側に配置されている。具体的には、大圧下ロール６０は、第２撹拌装置５０の中心５０Ａの位置から大圧下ロール６０の最近接位置（一対のロール同士が最も近くに向かい合う位置）までの移動経路に沿った間隔が一例として２（ｍ）とされる位置に配置されている。すなわち、本実施形態の大圧下ロール６０は、移動経路に沿う第１撹拌装置４０の中心４０Ａの位置と第２撹拌装置５０の中心５０Ａの位置との間隔よりも、移動経路に沿う第２撹拌装置５０の中心４０Ａの位置との間隔が短い位置に配置されている。

本実施形態の大圧下ロール６０は、移動経路に沿って移動する鋳片Ｓを鋳片Ｓの厚み方向から挟んで圧下することにより、移動経路に沿って大圧下ロール６０を通過する前の鋳片Ｓの厚みを、一例として１０（ｍｍ）以上２０（ｍｍ）以下の範囲で薄くするようになっている（圧下量が１０（ｍｍ）以上２０（ｍｍ）以下となるように圧下する）。

以上が、本実施形態の連続鋳造機１０の構成についての説明である。

＜鋳片Ｓの鋳造方法＞
次に、本実施形態の連続鋳造機１０を用いた鋳片Ｓの鋳造方法について、図面を参照しつつ説明する。

まず、オペレータは、図示を省略した移動装置を用いて溶鋼が収容されている取鍋（図示省略）を、連続鋳造機１０にセットする。そして、オペレータが連続鋳造機１０を作動させると、連続鋳造機１０は取鍋の底の開閉蓋を開放する。その結果、取鍋から排出された溶鋼は、タンディッシュを通過して鋳型３０に送り込まれる。

また、連続鋳造機１０の作動に伴い、搬送部２０の冷却装置２４は鋳片Ｓの移動経路に向けて冷却水の放出を開始する。さらに、図２に示されるように、第１撹拌装置４０は、交番モードの矩形波の電磁力を発生させる。また、第２撹拌装置５０は、交番モードであって、第１撹拌装置４０が発生させる電磁力の矩形波に一部同期し、第１撹拌装置４０が発生させる電磁力の矩形波と向き及び周期が同じで、デューティ比が異なる（本実施形態の場合はデューティ比が小さい）矩形波の電磁力を発生させる。

鋳型３０に送り込まれた溶鋼は、鋳型３０から搬送部２０に受け渡され、移動経路に沿って移動する。この際、溶鋼は、冷却装置２４から放出される冷却水が浴びせられて、その外側から徐々に凝固しながら、内部に未凝固部を含む鋳片Ｓとなって、移動経路を移動する。また、移動経路を移動しながら、第１撹拌装置４０を通過する鋳片Ｓは、第１撹拌装置４０により、図２に示される交番モードの矩形波の電磁力がかけられる。その結果、鋳片Ｓの未凝固部は、装置奥行き方向の定められた方向に沿って電磁撹拌される。

次いで、第１撹拌装置４０により交番モードの矩形波の電磁力がかけられ、第２撹拌装置５０を通過する鋳片Ｓは、第２撹拌装置５０により、第１撹拌装置４０にかけられた電磁力と一部同期した交番モードの矩形波の電磁力がかけられる。その結果、第１撹拌装置４０により電磁撹拌された鋳片Ｓの未凝固部は、装置奥行き方向の定められた方向（第１撹拌装置４０を通過する際の方向と同じ方向）に沿ってさらに電磁撹拌される。

次いで、第２撹拌装置５０により電磁力がかけられた鋳片Ｓは、大圧下ロール６０により鋳片Ｓの厚み方向から挟まれて圧下されながら、大圧下ロール６０を通過する。その結果、鋳片Ｓにおける未凝固部は、大圧下ロール６０により移動方向の上流側に押し出される。未凝固部が押し出された鋳片Ｓは、大圧下ロール６０の通過に伴い薄くされて、本実施形態の鋳片Ｓの鋳造方法が終了する。なお、大圧下ロール６０を通過した鋳片Ｓは、さらに移動方向の下流側に移動して、図示を省略した切断機により定められた長さに切断される（鋳片Ｓがスラブとなる）。

以上が、本実施形態の鋳片Ｓの鋳造方法についての説明である。

＜効果＞
次に、本実施形態の効果（第１〜第３の効果）について説明する。

［第１の効果］
第１の効果とは、第１撹拌装置４０及び第２撹拌装置５０により、鋳片Ｓに矩形波の電磁力をかけて、未凝固部を電磁撹拌することによる効果である。以下、第１の効果について、本実施形態を、以下に説明する比較形態と比較しつつ、図面を参照して説明する。なお、比較形態の説明において、本実施形態で用いた部品等と同じ部品等を用いる場合、図示しなくてもその部品等の符号をそのまま用いて行う。

比較形態の連続鋳造機（図示省略）は、本実施形態の連続鋳造機１０（図１参照）と同じ構造とされている。ただし、比較形態の連続鋳造機は、第１撹拌装置４０及び第２撹拌装置５０が、鋳片Ｓに一定の大きさで正の値の電磁力を連続でかけて、未凝固部を電磁撹拌する点のみが異なる。以下、本明細書では、鋳片Ｓに一定の大きさの電磁力を連続でかけて、鋳片Ｓの未凝固部を電磁撹拌するモードを、連続モードという。なお、比較形態は、後述する比較例１（図５の表参照）に相当する。

比較形態の連続鋳造機を用いた鋳片Ｓについて、上面等軸晶率（％）、最大偏析厚み（ｍｍ）及び最大ポロシティ体積（ｃｍ^３／ｇ）を評価した。鋳片Ｓの品質の観点では、上面等軸晶率（％）は高い方がよく、最大偏析厚み（ｍｍ）は低い方がよく、最大ポロシティ体積（ｃｍ^３／ｇ）は低い方がよい。

ここで、上面等軸晶率（％）とは、鋳片Ｓにおける幅方向の断面において、鋳片Ｓの厚みの中心とされる幅方向の仮想線（図３の一点鎖線ＣＬ）よりも上面側の等軸晶帯（図３参照）での等軸晶の割合（百分率）をいう。上面等軸晶率（％）は、鋳片Ｓの幅方向の断面全体において、ピクリン酸及び塩化第２銅から成る水溶液を使って現出する凝固組織を目視観察し、凝固組織の厚み（等軸晶厚み）を測定して求めた。

また、最大偏析厚み（ｍｍ）とは、鋳片Ｓにおける幅方向の断面において、等軸晶帯に形成された偏析粒の鋳片Ｓの厚み方向の厚みのうち最大値をいう（図３参照）。

また、ポロシティ体積は（ｃｍ^３／ｇ）とは、下記の式（１）で表されるＶｐをいう。
式（１） Ｖｐ＝（１／ρ）−（１／ρ_０）
ここで、ρ_０は、鋳片Ｓの移動方向において、鋳片Ｓの厚みの１／４の厚みの部分でポロシティのない部分における鋳片Ｓの密度ρを平均化した値である。また、ρは、鋳片Ｓの厚みの１／２の厚みの部分でポロシティがある部分における鋳片Ｓの密度を、鋳片Ｓの幅方向の断面においてそれぞれ測定した値であり、最大ポロシティ体積は、幅方向における最大値を示している。なお、ρはＪＩＳ Ｚ８８０７の測定原理に従う市販の比重測定装置によって測定した。

そして、比較形態の連続鋳造機を用いた鋳片Ｓについて、上面等軸晶率（％）、最大偏析厚み（ｍｍ）及び最大ポロシティ体積（ｃｍ^３／ｇ）を評価したところ、以下のとおりとなった。すなわち、比較形態の場合、上面等軸晶率は２０．６（％）、最大偏析厚みは０．４５（ｍｍ）、最大ポロシティ体積は４．１×１０^−４（ｃｍ^３／ｇ）であった（図５の表の比較例１を参照）。

これに対して、本実施形態の連続鋳造機１０を用いた鋳片Ｓについて、上面等軸晶率（％）、最大偏析厚み（ｍｍ）及び最大ポロシティ体積（ｃｍ^３／ｇ）を評価したところ、上面等軸晶率は２６．５（％）、最大偏析厚みは０．３５（ｍｍ）、最大ポロシティ体積は２．５×１０^−４（ｃｍ^３／ｇ）であった（図５の表の実施例５を参照）。すなわち、本実施形態の場合、比較形態の場合に比べて、上面等軸晶率（％）が高く、最大偏析厚み（ｍｍ）が低く、最大ポロシティ体積が低い。別言すれば、本実施形態の鋳片Ｓは、比較形態の鋳片Ｓに比べて、品質の観点で優れているといえる。

以上のように本実施形態と比較形態との評価の結果に差異が生じた理由は、以下のとおりと推考される。すなわち、本実施形態の場合、図２に示されるように、鋳片Ｓの未凝固部における第１撹拌装置４０により矩形波の電磁力がかけられた部分に、第２撹拌装置５０により第１撹拌装置４０による矩形波と同じ向きでデューティ比の異なる矩形波の電磁力がかけられて、未凝固部が電磁撹拌される。そのため、第１撹拌装置４０を通過する鋳片Ｓの未凝固部内の等軸晶を含む溶鋼は、第１撹拌装置４０を通過する期間において、まず矩形波の電磁力がかかっている期間（図２における期間ｔ_１ａ）に装置奥行き方向奥側（手前側）に沿って移動し、次に矩形波の電磁力がかかっていない期間（図２における期間ｔ_１ｂ）に慣性力により装置奥行き方向奥側（手前側）移動し、次に矩形波の電磁力がかかっている期間（図２における期間ｔ_１ｃ）に装置奥行き方向手前側（奥側）に沿って移動し、次に矩形波の電磁力がかかっていない期間（図２における期間ｔ_１ｄ）に慣性力により装置奥行き方向手前側（奥側）に沿って移動する動作を、周期的に繰り返す。なお、この場合、未凝固部内の溶鋼が電磁力により周期的に移動することに伴い、溶鋼に含まれる等軸晶も周期的に移動する動作を繰り返す。そのため、未凝固部内の溶鋼が、電磁力による一方向への移動と、慣性力による（減速した状態での）移動と、電磁力による他方向への移動とを交互に繰り返すことで、未凝固部内において、等軸晶が鋳片Ｓの表層から中心に向かって成長する柱状晶に衝突し易くなる（衝突頻度が増える）。その結果、等軸晶の起源となる柱状晶の先端部が切断されて、等軸晶厚みが増加すると考えられる。また、本実施形態の場合、第１撹拌装置４０による柱状晶の等軸晶化の作用が、第２撹拌装置５０によっても行われる。このような作用は、常に同じ方向に連続的に等軸晶を循環させる比較形態の場合では生じ難いと考えられる。以上が、本実施形態と比較形態との評価の結果に差異が生じた理由についての推考である。なお、本実施形態及び後述する実施例１〜１１の場合、パルス幅τ２はパルス幅τ１の８５％以上１１５％以下の範囲となっている（図５参照）。

したがって、本実施形態の連続鋳造機１０で鋳造された鋳片Ｓは、比較形態の連続鋳造機で鋳造された鋳片Ｓに比べて、中央部分における上面等軸晶率（％）が高い。これに伴い、本実施形態の鋳片Ｓは、比較形態の鋳片Ｓに比べて、最大偏析厚み（ｍｍ）が小さい。また、本実施形態の鋳片Ｓは、比較形態の鋳片Ｓに比べて、最大ポロシティ体積（ｃｍ^３／ｇ）も低い。なお、本実施形態の鋳片Ｓは、最大偏析厚み（ｍｍ）が小さいことから、中心偏析が低減される。

［第２の効果］
第２の効果とは、第２撹拌装置５０が、鋳片Ｓの未凝固部における第１撹拌装置４０により電磁撹拌された部分に、第１撹拌装置５０が当該部分にかけた電磁力と同じ向きの電磁力をかけて、当該部分を電磁撹拌することの効果である。

本実施形態の場合、鋳片Ｓの未凝固部における第１撹拌装置４０により電磁撹拌された部分には、第２撹拌装置５０により同じ向きの電磁力がかけられて電磁撹拌される。そのため、第１撹拌装置４０により電磁撹拌された部分の等軸晶は、第２撹拌装置５０による電磁力により同じ向きに加速される。このような作用は、例えば、第２撹拌装置５０が、鋳片Ｓの未凝固部における第１撹拌装置４０により電磁撹拌された部分に、第１撹拌装置５０が当該部分にかけた電磁力と逆向きの電磁力をかける場合には期待できない。

したがって、本実施形態の連続鋳造機１０で鋳造された鋳片Ｓは、第２撹拌装置５０が、鋳片Ｓの未凝固部における第１撹拌装置４０により電磁撹拌された部分に、第１撹拌装置５０が当該部分にかけた電磁力と逆向きの電磁力をかける場合に比べて、中央部分における上面等軸晶率が高い。

［第３の効果］
第３の効果とは、第１撹拌装置４０及び第２撹拌装置５０により、鋳片Ｓに矩形波の電磁力をかけて、未凝固部を電磁撹拌したうえで、鋳片Ｓの移動経路における第１撹拌装置４０と第２撹拌装置５０との間隔よりも、移動経路における第２撹拌装置５０との間隔が短い位置に、大圧下ロール６０が配置されていることの作用である。

本実施形態の大圧下ロール６０は、鋳片Ｓの移動経路に沿う第１撹拌装置４０と第２撹拌装置５０との間隔よりも、移動経路に沿う第２撹拌装置５０との間隔が短い位置に、配置されている。そのため、本実施形態の場合、大圧下ロール６０が鋳片Ｓの移動経路に沿う第１撹拌装置４０と第２撹拌装置５０との間隔よりも移動経路に沿う第２撹拌装置５０との間隔が長い位置に配置されている場合に比べて、未凝固部の割合（後述する中心ｆｓ）が大きい状態の鋳片Ｓを圧下する。しかも、本実施形態の場合、前述の第１の作用又は第２の作用を奏することにより、移動経路に沿って第２撹拌装置５０を通過した後の鋳片Ｓの上面等軸晶率（％）を高い状態にすることができる。これに伴い、本実施形態の場合、第２撹拌装置５０を通過した後の鋳片Ｓの等軸晶帯におけるポロシティ体積を低減した状態にすることができる。

したがって、本実施形態の連続鋳造機１０により鋳造された鋳片Ｓは、ポロシティ体積が低減される。

以上が、本実施形態の効果についての説明である。また、以上が、第１実施形態についての説明である。

≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態について説明する。

＜構成＞
本実施形態の連続鋳造機（図示省略）は、第１実施形態の連続鋳造機１０（図１参照）と同じ構造とされている。ただし、本実施形態の連続鋳造機は、第１撹拌装置４０及び第２撹拌装置５０が発生する電磁力の波形のみが異なる。なお、本実施形態は、後述する実施例における実施例１０（図５の表参照）に相当する。

具体的には、第１撹拌装置４０は、図４のグラフに示されるように、鋳片Ｓの鋳造時において、期間ｔ_１ａとして２３（ｓ）間、装置奥行き方向奥側に向く矩形状の電磁力を発生し、次いで期間ｔ_１ｂとして１０（ｓ）間、電磁力の発生を停止する動作を繰り返すようになっている。すなわち、本実施形態の第１撹拌装置４０は、電磁力を発生している時間が電磁力を発生していない時間よりも長い。また、第１撹拌装置４０により鋳片Ｓに２回に亘ってかけられる電磁力の周期Ｔ１は、期間ｔ_１ａと、期間ｔ_１ｂとの和、すなわち、３３（ｓ）とされている。ここで、期間ｔ_１ａを矩形波のパルス幅τ１と定義すると、第１撹拌装置４０により鋳片Ｓにかけられる電磁力のデューティ比τ１／Ｔ１は、約０．７０である。本明細書では、装置奥行き方向奥側に向く矩形状の電磁力を発生し、次いで一定期間、電磁力の発生を停止する動作を繰り返すモードを、並進モードという。

また、第２撹拌装置５０は、鋳片Ｓの鋳造時において、移動経路を移動する鋳片Ｓの幅方向全域に亘って、並進モードの矩形波の電磁力をかけるようになっている（図４のグラフ参照）。そして、本実施形態の第２撹拌装置５０は、鋳片Ｓの未凝固部における第１撹拌装置４０により電磁撹拌された部分の一部に、第１撹拌装置５０が当該部分にかけた電磁力と同じ向きの電磁力をかけて、当該部分を電磁撹拌するようになっている。具体的には、第２撹拌装置５０は、図４に示されるように、鋳片Ｓの鋳造時において、期間ｔ_２ａとして２０（ｓ）間、装置奥行き方向奥側に向く矩形状の電磁力を発生し、次いで期間ｔ_２ｂとして１３（ｓ）間、電磁力の発生を停止する動作を繰り返すようになっている。すなわち、本実施形態の第２撹拌装置５０は、電磁力を発生している時間が電磁力を発生していない時間よりも長い。また、第２撹拌装置５０により鋳片Ｓにかけられる電磁力の周期Ｔ２は、期間ｔ_２ａと、期間ｔ_２ｂとの和、すなわち、３３（ｓ）とされている。ここで、期間ｔ_２ａを矩形波のパルス幅τ２と定義すると、第２撹拌装置５０により鋳片Ｓにかけられる電磁力のデューティ比τ２／Ｔ２は、約０．６１である。

以上のとおりであるから、第２撹拌装置５０により鋳片Ｓにかけられる電磁力の周期Ｔ２は、一例として、第１撹拌装置４０により鋳片Ｓにかけられる電磁力の周期Ｔ１と同じとされている。また、第２撹拌装置５０のパルス幅τ２は、第１撹拌装置４０のパルス幅τ１の約０．８６倍、別言すれば、パルス幅τ２は、パルス幅τ１の約８６％とされている。すなわち、本実施形態では、パルス幅τ２は、パルス幅τ１の０．８５倍以上１．１５倍以下の範囲、別言すれば、パルス幅τ１の８５％以上１１５％以下の範囲とされている。

また、図４に示されるように、第２撹拌装置５０が発生する電磁力は、第１撹拌装置４０が発生する電磁力に対して位相が異なっている。具体的には、第２撹拌装置５０の電磁力における、第１撹拌装置４０の電磁力に対する位相は、移動する鋳片Ｓにおける第１撹拌装置４０により電磁力がかけられた部分に同じ向きであって、同じ周期でデューティ比が異なる矩形波の電磁力がかかるように設定されている。本実施形態では、デューティ比τ１／Ｔ１が約０．７０、デューティ比τ２／Ｔ２が約０．６１であることから、本実施形態の第２撹拌装置５０は、鋳片Ｓの未凝固部における第１撹拌装置４０により電磁撹拌された部分に、第１撹拌装置５０よりも短い期間に第１撹拌装置５０が当該部分にかけた電磁力と同じ向きの電磁力をかけて、当該部分を電磁撹拌するようになっている。別言すれば、本実施形態の第２撹拌装置５０は、移動する鋳片Ｓに対して、第１撹拌装置４０の電磁力に一部同期する電磁力をかけて、鋳片Ｓの未凝固部を電磁撹拌するようになっている。なお、第２撹拌装置５０の電磁力における、第１撹拌装置４０の電磁力に対する位相に相当する時間Δｔ（図４のグラフ参照）は、第１撹拌装置４０の中心４０Ａの位置と第２撹拌装置５０の中心５０Ａの位置との移動経路に沿う間隔を、移動経路を移動する鋳片Ｓの移動速度（ｍ／ｍｉｎ）、すなわち、鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）で除した値とされている。

＜鋳片Ｓの鋳造方法＞
本実施形態の連続鋳造機による鋳片Ｓの鋳造方法は、第１撹拌装置４０及び第２撹拌装置５０が鋳片Ｓにかける電磁力の波形が異なる点以外、第１実施形態の場合と同じである。なお、本実施形態の場合、未凝固部内の等軸晶を含む溶鋼が、電磁力による一方向への移動と、慣性力による（減速した状態での）移動とを間欠的に繰り返すことで、未凝固部内において、等軸晶が鋳片Ｓの表層から中心に向かって成長する柱状晶に衝突し易くなる（衝突頻度が増える）と考えられる。その結果、等軸晶の起源となる柱状晶の先端部が切断されて、等軸晶厚みが増加すると考えられる。

＜効果＞
本実施形態は、第１実施形態の場合と同様の作用により、第１実施形態と同様の効果を奏する。

以上が、第２実施形態についての説明である。

≪実施例≫
次に、実施例及び比較例について図面を参照しつつ説明する。

＜評価の概要＞
実施例１〜１１と、比較例１及び２とについて、図５の表の条件で、鋳片Ｓを鋳造して、上面等軸晶率（％）、最大偏析厚み（ｍｍ）及び最大ポロシティ体積（ｃｍ^３／ｇ）を評価した。なお、各実施例及び各比較例で用いた連続鋳造機は、第１実施形態の連続鋳造機１０を用いて行った。その際、各実施例及び各比較例における、電磁撹拌の条件に合うように、第１撹拌装置４０及び第２撹拌装置５０の電磁力の波形を設定した。なお、すべての実施例のうち、実施例１、３、５、７、９及び１１は前述の第１実施形態に含まれる形態であり、これら以外の実施例、すなわち、実施例２、４、６、８及び１０は前述の第２実施形態に含まれる形態である。

＜図５の表についての説明＞
ここで、図５の表について説明する。各実施例及び各比較例における、鋳造された鋳片Ｓの厚みを鋳片厚（ｍｍ）、鋳造された鋳片Ｓの幅を鋳片幅（ｍｍ）とした。また、中心ｆｓとは、中心固相率であり、鋳片Ｓの板厚方向の中央部における凝固部の割合（百分率）を意味する。例えば、中心ｆｓが０．１の場合、鋳片Ｓにおける凝固部の割合が１０％で未凝固部の割合が９０％であることを意味する。

電磁撹拌の欄には、オン、オフが記載されている。オンは各撹拌装置４０、５０が電磁力を発生している時間を意味し、オフは各撹拌装置４０、５０が電磁力の発生を停止している時間を意味する。

また、電磁撹拌の欄には、第１撹拌装置４０の項目及び第２撹拌装置５０の項目にそれぞれ溶鋼流速（ｍ／ｓ）が記載されている。ここで、各溶鋼流速（ｍ／ｓ）は、鋳片Ｓの移動方向において、各撹拌装置４０、５０が配置されている位置での最大の流速（ｍ／ｓ）である。各溶鋼流速（ｍ／ｓ）は、直接測定することができない物理量であることから、鋳造後の鋳片Ｓの横断面に対してEPMA（Electron Probe Micro Analyzer）による面分析を行い、高橋らの論文（鉄と鋼 61（1975）p.50）の式（下記の式（２）、式（３）及び式（４））に基づいて算出して求めた。
式（２） ｕ＝７５００・Ｓ_ｈ／（１−Ｓ_ｈ）・Ｖ
式（３） Ｓ_ｈ＝（Ｋ_ｅ−１）／（Ｋ_０−１）
式（４） Ｋ_ｅ＝Ｃ_ｐ／Ｃ_０
ここで、Ｋ_ｅは実効分配係数、Ｃ_ｐは鋳片深さ方向位置でのＥＰＭＡ測定による各元素濃度、Ｃ_０は溶鋼の溶質濃度、Ｋ_０は平衡分配係数でＫ_０ ^Ｃ＝０．１９、Ｋ_０ ^Ｓｉ＝０．７７、Ｋ_０ ^Ｍｎ＝０．２３、Ｋ_０ ^Ｓ＝０．０５である。
なお、平均溶鋼流速（ｍ／ｓ）とは、第１撹拌装置４０及び第２撹拌装置５０での未凝固部内の同じ向きの溶鋼流速（ｍ／ｓ）の平均である。

第１と第２との関係における間隔の欄には３（ｍ）〜７（ｍ）の何れかの値が記載されている。ここでいう間隔とは、鋳片Ｓの移動経路に沿う、第１撹拌装置４０の中心４０Ａの位置と第２撹拌装置５０の中心５０Ａの位置との間隔を意味する。

なお、比較例１及び２では各撹拌装置４０、５０による電磁撹拌を連続モードとしているが、比較例１の場合は電磁力の向きが装置奥行き方向手前側から奥側の方向に、比較例２の場合は電磁力の向きが装置奥行き方向奥側から手前側の方向に向いている。

＜評価方法＞
図５の表に示される、実施例１〜１１と、比較例１及び２とについて、図５の表の条件で、鋳片Ｓを鋳造して、上面等軸晶率（％）、最大偏析厚み（ｍｍ）及び最大ポロシティ体積（ｃｍ^３／ｇ）を求めた。その後、本評価では、求めた３つの値から、以下のように評価した。上面等軸晶率の評価では、２２．０（％）以上を良好とした。最大偏析厚みの評価では、０．４（ｍｍ）以下を良好とした。最大ポロシティ体積の評価では、３．０×１０^ー４（ｃｍ^３／ｇ）以下を良好とした。そして、総合評価では、以上の３つの評価においてすべて良好となった場合のみを合格とし、１つでも良好でなかった場合を不合格とした。

＜評価の結果＞
図５の表によれば、実施例１〜１１は、総合評価においてすべて合格であった。これに対して、比較例１及び２は、総合評価において何れも不合格であった。なお、比較例１及び２は、何れも上記３つの評価すべてで良好でなかった。

＜考察＞
以上のとおり、実施例１〜１１は、比較例１及び２に比べて、鋳造された鋳片Ｓの品質が優れているといえる。

また、図６のグラフは、図５の表に基づいて、各実施例及び各比較例について、上面等軸晶率（％）に対する最大偏析厚み（ｍｍ）をプロットしたものである。ここで、図６のグラフにおける○内の数字が１の点は比較例１の場合であり、○内の数字が２の点は比較例２の場合である。これら以外の数字（１〜１１）は、それぞれ実施例１〜１１の場合である。図６のグラフから、上面等軸晶率（％）が高くなることに伴い、最大偏析厚み（ｍｍ）が薄くなる傾向にあるといえる。また、各実施例は、各比較例に比べて、上面等軸晶率（％）が高い。これらの観点から、各実施例は、第１及び第２の作用を奏すると考えられる。

また、図７のグラフは、図５の表に基づいて、各実施例及び各比較例について、平均溶鋼流速（ｍ／ｓ）に対する上面等軸晶率（％）をプロットしたものである。図７の表によれば、平均溶鋼流速（ｍ／ｓ）が速いほど、上面等軸晶率（％）が高い。そしてすべての実施例は、比較例１及び２よりも、平均溶鋼流速（ｍ／ｓ）が速く、上面等軸晶率（％）が高い。以上のことから、実施例１〜１１は、比較例１及び２に比べて、溶鋼流速（ｍ／ｓ）を速くすることができると考えられる。これらの観点から、実施例１〜１１は、前述の第１の作用を奏すると考えられる。

以上の考察を加味して図５の表の条件及び評価の結果を勘案すると、移動経路に沿う第１撹拌装置４０と第２撹拌装置５０との間隔に関係なく、実施例１〜１１は、比較例１及び２に比べて、鋳造された鋳片Ｓの品質が優れているといえる。また、鋳造される鋳片Ｓの厚み（ｍｍ）、鋳片Ｓの幅（ｍｍ）、鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）、溶鋼過熱度（℃）等に関係なく、実施例１〜１１は、比較例１及び２に比べて、鋳造された鋳片Ｓの品質が優れているといえる。

以上のとおり、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的範囲には前述した実施形態以外の形態も含まれる。例えば、本発明の技術的範囲には、下記のような形態も含まれる。

第１及び第２実施形態並びに実施例では、周期Ｔ１及びＴ２並びにデューティ比τ１／Ｔ１及びτ２／Ｔ２を実施例１〜１１のように例示して説明した。しかしながら、第２撹拌装置５０が第１撹拌装置４０が発生させる電磁力の矩形波と向き及び周期が同じでデューティ比の異なる矩形波の電磁力をかければ、実施例１〜１１の例示と異なっていてもよい。

また、第１及び第２実施形態並びに実施例では、時間Δｔ（図２のグラフ参照）は、第１撹拌装置４０の中心４０Ａの位置と第２撹拌装置５０の中心５０Ａの位置との移動経路に沿う間隔を、鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）で除した値であるとして説明した。しかしながら、第２撹拌装置５０が第１撹拌装置４０が発生させる電磁力の矩形波と向き及び周期が同じでデューティ比の異なる矩形波の電磁力をかければ、時間Δｔは、第１撹拌装置４０の中心４０Ａの位置と第２撹拌装置５０の中心５０Ａの位置との移動経路に沿う間隔を鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）で除した値でなくてもよい。

また、第１及び第２実施形態並びに各実施例では、連続鋳造機１０を正面側から見ると、各撹拌装置４０、５０は移動経路の上側の位置に配置されているとして説明した（図１参照）。しかしながら、各撹拌装置４０、５０が鋳片Ｓの移動方向において大圧下ロール６０よりも上流側に配置され、かつ、各撹拌装置４０、５０が鋳片Ｓに矩形波の電磁力をかけて、未凝固部を電磁撹拌することができる構成であれば、各撹拌装置４０、５０の位置は移動経路の上側でなくてもよい。すなわち、各実施形態では、図８に示されるように、第１撹拌装置４０が破線内Ｐ１に、第２撹拌装置５０が破線内Ｐ３に配置されているが、第１撹拌装置４０が破線内Ｐ２に、第２撹拌装置５０が破線内Ｐ４に配置されていてもよい。また、第１撹拌装置４０が破線内Ｐ１に、第２撹拌装置５０が破線内Ｐ４に配置されていてもよい。また、第１撹拌装置４０が破線内Ｐ２に、第２撹拌装置５０が破線内Ｐ３に配置されていてもよい。

１０ 連続鋳造機
４０ 第１撹拌装置
５０ 第２撹拌装置
６０ 大圧下ロール（圧下装置の一例）
Ｔ２ 周期
τ２／Ｔ２ デューティ比

Claims (3)

1. 内部に未凝固部を含む鋳片の移動経路に配置され、鋳片に矩形波の電磁力をかけて、前記鋳片の未凝固部を電磁撹拌する第１撹拌装置と、
   前記第１撹拌装置よりも前記移動経路における鋳片の移動方向の下流側に配置され、前記第１撹拌装置により前記矩形波の電磁力がかけられた前記鋳片に前記矩形波と周期及び向きが同じでデューティ比の異なる矩形波の電磁力をかけて、前記鋳片の未凝固部を電磁撹拌する第２撹拌装置と、
   を備えた連続鋳造機。
2. 前記デューティ比は、前記第１撹拌装置により前記鋳片にかけられる前記矩形波のデューティ比の０．８５倍以上、１．１５倍以下とされている、
   請求項１に記載の連続鋳造機。
3. 前記第２撹拌装置よりも前記移動方向の下流側に配置され、鋳片を前記鋳片の厚み方向から挟んで圧下する圧下装置を備え、
   前記圧下装置は、前記移動経路に沿う前記第１撹拌装置と前記第２撹拌装置との間隔よりも、前記移動経路に沿う前記第２撹拌装置との間隔が短い位置に配置されている、
   請求項１又は２に記載の連続鋳造機。