JP7273303B2 - 連続鋳造方法及び鋳型設備 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造方法、及び連続鋳造における鋳型設備に関する。

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。鋳片のうち外周面の凝固した部位は、凝固シェルと呼ばれる。

ここで、溶融金属中には、浸漬ノズルの吐出孔の詰まり防止のために溶融金属とともに供給される不活性ガス（例えばＡｒガス）のガス気泡や、非金属介在物等が含まれており、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。従って、鋳造速度を増加させると、この不純物の浮上分離が十分に行われなくなり、鋳片の品質は低下する傾向がある。このように、連続鋳造においては、生産性と鋳片の品質との間には、トレードオフの関係、すなわち、生産性を追求すると鋳片の品質が悪化し、鋳片の品質を優先すると生産性が低下する関係がある。

近年、自動車用外装材等の一部の製品に求められる品質は年々厳しくなっている。従って、連続鋳造では、品質を確保するために生産性を犠牲にして操業が行われている傾向にある。かかる事情に鑑みれば、連続鋳造においては、鋳片の品質を確保しつつ生産性をより向上させる技術が求められていた。

一方、鋳片の品質には、連続鋳造中における鋳型内での溶融金属の流動が大きく影響していることが知られている。従って、鋳型内の溶融金属の流動を適切に制御することにより、所望の鋳片の品質を保ちつつ、高速安定操業を実現する、すなわち生産性を向上させることが可能になる可能性がある。

鋳型内の溶融金属の流動を制御するために、当該鋳型内の溶融金属に電磁力を付与する電磁力発生装置を用いる技術が開発されている。なお、本明細書では、鋳型及び電磁力発生装置を含む鋳型周辺の部材群のことを、便宜的に鋳型設備ともいう。

具体的には、電磁力発生装置としては、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置が広く用いられている。ここで、電磁ブレーキ装置は、溶融金属に静磁場を印可することにより、当該溶融金属中に制動力を発生させて、当該溶融金属の流動を抑制する装置である。一方、電磁撹拌装置は、溶融金属に動磁場を印可することにより、当該溶融金属中にローレンツ力と呼ばれる電磁力を発生させ、当該溶融金属に対して、鋳型の水平面内において旋回するような流動パターンを付与する装置である。

電磁ブレーキ装置は、浸漬ノズルから噴出する吐出流の勢いを弱めるような制動力を溶融金属中に発生させるように設けられることが一般的である。ここで、浸漬ノズルからの吐出流は、鋳型の内壁に衝突することにより、上方向（すなわち、溶融金属の湯面が存在する方向）へ向かう上昇流及び下方向（すなわち、鋳片が引き抜かれる方向）へ向かう下降流を形成する。従って、電磁ブレーキ装置によって吐出流の勢いが弱められることにより、上昇流の勢いが弱められ、溶融金属の湯面の変動が抑制され得る。また、吐出流が凝固シェルに衝突する勢いも弱められるため、当該凝固シェルの再溶解によるブレイクアウトを抑制する効果も発揮され得る。このように、電磁ブレーキ装置は、高速安定鋳造を目的とした場合によく用いられている。更に、電磁ブレーキ装置によれば、吐出流によって形成される下降流の流速が抑制されるため、溶融金属中の不純物の浮上分離が促進され、鋳片の内部品質（以下、内質ともいう）を向上させる効果を得ることが可能になる。

一方で、電磁ブレーキ装置の短所としては、凝固シェル界面での溶融金属の流速が低速になるため、鋳片の表面品質が悪化する場合があることが挙げられる。また、吐出流によって形成される上昇流が湯面まで到達し難くなるため、湯面温度が低下することにより皮張りが発生し、内質欠陥を発生させることも懸念される。

電磁撹拌装置は、上記のように溶融金属に対して所定の流動パターンを付与する、すなわち、溶融金属内に旋回流を発生させる。これにより、凝固シェル界面での溶融金属の流動が促進されるため、上述したＡｒガス気泡や非金属介在物等の不純物が、凝固シェルに捕捉されることが抑制され、鋳片の表面品質を向上させることができる。一方、電磁撹拌装置の短所としては、旋回流が鋳型内壁に衝突することにより、上述した浸漬ノズルからの吐出流と同様に、上昇流及び下降流が発生するため、当該上昇流が湯面で溶融パウダー等を巻き込み、当該下降流が不純物を鋳型下方へ押し流すことにより、鋳片の内質を悪化させる場合があることが挙げられる。

以上説明したように、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置には、鋳片の品質（本明細書では、表面品質及び内質を意味する）を確保する観点から、それぞれ長所と短所が存在する。従って、鋳片の表面品質及び内質をともに向上させることを目的として、鋳型に対して電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置を両方設けた鋳型設備を用いて、連続鋳造を行う技術が開発されている。例えば、特許文献１には、鋳型の長辺鋳型板の外側面において、上部に電磁撹拌装置を設け、下方に電磁ブレーキ装置を設けた鋳型設備が開示されている。

特開２００８－１３７０３１号公報

ここで、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置は、単純に両方の装置を設置すれば簡単に両方の装置の長所が得られるというものではない。例えば上述した凝固シェル界面での溶融金属の流速に及ぼす影響からも分かるように、これらの装置は互いの効果を打ち消すように影響を及ぼす面も持ち合わせている。従って、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置を両方用いた連続鋳造では、これらの装置をそれぞれ単体で使用した場合よりも鋳片の品質が悪化してしまう場合も少なくない。

例えば、特許文献１と同様に、上部に電磁撹拌装置を設け、下方に電磁ブレーキ装置を設けた構成について考える。当該構成では、電磁ブレーキ装置により、吐出流は鋳型上方へ跳ね上げられることとなる。電磁ブレーキ装置による電磁力が大きく、この跳ね上げられた吐出流の流速が大きい場合には、鋳型上部における電磁撹拌による旋回流の形成が阻害される恐れがある。従って、この場合には、電磁撹拌による鋳片の表面品質の向上の効果を好適に得ることができない。電磁撹拌の効果を好適に得るためには、より小さい電磁力を発生させるように電磁ブレーキ装置を駆動させる必要があるが、その場合には、電磁ブレーキによる鋳片の内質向上の効果を得ることが難しくなる。

このように、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置を両方用いる場合においては、鋳片の品質をより向上させるために、両者の長所が効果的に発揮されるように、両装置の構成や駆動方法等を工夫する必要がある。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、鋳片の品質をより向上させることが可能な、新規かつ改良された連続鋳造方法及び鋳型設備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、電磁撹拌装置によって、鋳型内の溶融金属に対して水平面内において旋回流を発生させるような電磁力を付与するとともに、前記電磁撹拌装置よりも下方に設置される電磁ブレーキ装置によって、前記鋳型内への浸漬ノズルからの前記溶融金属の吐出流に対して前記吐出流を制動する方向の電磁力を付与しながら行う連続鋳造方法であって、前記電磁撹拌装置は、鋳型長辺方向を巻回軸方向としてコアに導線を巻回することによって形成され鋳型長辺方向に並べられて設置される複数のコイルを有し、隣り合う２つの前記コイルによって構成される１対のコイルごとに同じ位相の交流電流を印加しつつ、前記１対のコイルごとに印加される交流電流の前記位相が前記複数のコイルの配列順に順次ずれるように、前記複数のコイルに対して交流電流を印加することにより、前記旋回流を発生させるような電磁力を付与し、前記電磁ブレーキ装置は、０．２Ｔよりも大きい磁束密度の磁界を発生させることにより、前記吐出流を制動する方向の電磁力を付与する、連続鋳造方法が提供される。

また、当該連続鋳造方法においては、前記鋳型の長辺鋳型板の外側面において、前記長辺鋳型板の上端から下端の間に収まるように、前記鋳型を冷却するための冷却水を貯水する第１の水箱と、前記電磁撹拌装置と、前記電磁ブレーキ装置と、前記鋳型を冷却するための冷却水を貯水する第２の水箱と、が、上方から下方に向かってこの順に設置されるとともに、前記電磁撹拌装置のコア高さＨ１、及び前記電磁ブレーキ装置のコア高さＨ２が、下記数式（１０１）に示す関係を満たしてもよい。

また、当該連続鋳造方法においては、前記電磁撹拌装置のコア高さＨ１、及び前記電磁ブレーキ装置のコア高さＨ２が、下記数式（１０３）に示す関係を満たしてもよい。

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、連続鋳造用の鋳型と、前記鋳型の長辺鋳型板の外側面に設置され、前記鋳型内の溶融金属に対して水平面内において旋回流を発生させるような電磁力を付与する電磁撹拌装置と、前記鋳型の長辺鋳型板の外側面において前記電磁撹拌装置よりも下方に設置され、前記鋳型内への浸漬ノズルからの溶融金属の吐出流に対して前記吐出流を制動する方向の電磁力を付与する電磁ブレーキ装置と、を備え、前記電磁撹拌装置は、鋳型長辺方向を巻回軸方向としてコアに導線を巻回することによって形成され鋳型長辺方向に並べられて設置される複数のコイルを有し、前記旋回流を発生させるような電磁力を付与する際に、隣り合う２つの前記コイルによって構成される１対のコイルごとに同じ位相の交流電流を印加しつつ、前記１対のコイルごとに印加される交流電流の前記位相が前記複数のコイルの配列順に順次ずれるように、前記複数のコイルに対して交流電流を印加可能に構成され、前記電磁ブレーキ装置は、前記吐出流を制動する方向の電磁力を付与する際に、０．２Ｔよりも大きい磁束密度の磁界を発生可能に構成される、鋳型設備が提供される。

また、当該鋳型設備は、前記鋳型を冷却するための冷却水を貯水する第１の水箱及び第２の水箱、を更に備え、前記鋳型の長辺鋳型板の外側面において、前記長辺鋳型板の上端から下端の間に収まるように、前記第１の水箱、前記電磁撹拌装置、前記電磁ブレーキ装置、及び前記第２の水箱が、上方から下方に向かってこの順に設置され、前記電磁撹拌装置のコア高さＨ１、及び前記電磁ブレーキ装置のコア高さＨ２が、下記数式（１０５）に示す関係を満たしてもよい。

また、当該鋳型設備においては、前記電磁撹拌装置のコア高さＨ１、及び前記電磁ブレーキ装置のコア高さＨ２が、下記数式（１０７）に示す関係を満たしてもよい。

以上説明したように本発明によれば、連続鋳造において、鋳片の品質をより向上させることが可能になる。

本実施形態に係る連続鋳造機の一構成例を概略的に示す側断面図である。 本実施形態に係る鋳型設備のＹ－Ｚ平面での断面図である。 鋳型設備の、図２に示すＡ－Ａ断面での断面図である。 鋳型設備の、図３に示すＢ－Ｂ断面での断面図である。 鋳型設備の、図３に示すＣ－Ｃ断面での断面図である。 電磁ブレーキ装置によって溶鋼に対して付与される電磁力の方向について説明するための図である。 電磁撹拌装置におけるコイルへの交流電流の印加方法について説明するための図である。 電磁撹拌装置のコイルに対して印加される交流電流の位相について説明するための図である。 コイルに対する交流電流の印加方法が異なる場合における、電磁撹拌装置の一構成例を示す図である。 電磁場解析シミュレーションの結果である、１スロットの構成を有する電磁撹拌装置によって鋳型内の溶鋼に付与されるローレンツ力密度ベクトルの分布を示す図である。 電磁場解析シミュレーションの結果である、２スロットの構成を有する電磁撹拌装置によって鋳型内の溶鋼に付与されるローレンツ力密度ベクトルの分布を示す図である。 電磁撹拌装置において、１スロットの構成及び２スロットの構成における電磁力の大きさの違いについて説明するための図である。 電磁撹拌装置において、１スロットの構成及び２スロットの構成における電磁力の大きさの違いについて説明するための図である。 凝固シェルの厚みが４ｍｍ又は５ｍｍとなる場合の、鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）と溶鋼湯面からの距離（ｍｍ）との関係を示す図である。

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部材の相対的な大きさは、必ずしも実際の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実施形態について説明する。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．連続鋳造機の構成）
図１を参照して、本発明の一実施形態に係る連続鋳造機の構成、及び連続鋳造方法について説明する。図１は、本実施形態に係る連続鋳造機の一構成例を概略的に示す側断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る連続鋳造機１は、連続鋳造用の鋳型１１０を用いて溶鋼２を連続鋳造し、スラブ等の鋳片３を製造するための装置である。連続鋳造機１は、鋳型１１０と、取鍋４と、タンディッシュ５と、浸漬ノズル６と、二次冷却装置７と、鋳片切断機８と、を備える。

取鍋４は、溶鋼２を外部からタンディッシュ５まで搬送するための可動式の容器である。取鍋４は、タンディッシュ５の上方に配置され、取鍋４内の溶鋼２がタンディッシュ５に供給される。タンディッシュ５は、鋳型１１０の上方に配置され、溶鋼２を貯留して、当該溶鋼２中の介在物を除去する。浸漬ノズル６は、タンディッシュ５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２に浸漬されている。当該浸漬ノズル６は、タンディッシュ５にて介在物が除去された溶鋼２を鋳型１１０内に連続供給する。

鋳型１１０は、鋳片３の幅及び厚さに応じた四角筒状であり、例えば、一対の長辺鋳型板（後述する図２等に示す長辺鋳型板１１１に対応する）で一対の短辺鋳型板（後述する図４等に示す短辺鋳型板１１２に対応する）を両側から挟むように組み立てられる。長辺鋳型板及び短辺鋳型板（以下、鋳型板と総称することがある）は、例えば冷却水が流動する水路が設けられた水冷銅板である。鋳型１１０は、かかる鋳型板と接触する溶鋼２を冷却して、鋳片３を製造する。鋳片３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３ｂの凝固が進行し、外殻の凝固シェル３ａの厚さは、徐々に厚くなる。かかる凝固シェル３ａと未凝固部３ｂを含む鋳片３は、鋳型１１０の下端から引き抜かれる。

なお、以下の説明では、上下方向（すなわち、鋳型１１０から鋳片３が引き抜かれる方向）を、Ｚ軸方向とも呼称する。Ｚ軸方向のことを鉛直方向とも呼称する。また、Ｚ軸方向と垂直な平面（水平面）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、水平面内において鋳型１１０の長辺と平行な方向（すなわち、鋳型幅方向）として定義し、Ｙ軸方向を、水平面内において鋳型１１０の短辺と平行な方向（すなわち、鋳型厚み方向）として定義する。Ｘ－Ｙ平面と平行な方向のことを水平方向とも呼称する。また、以下の説明では、各部材の大きさを表現する際に、当該部材のＺ軸方向の長さのことを高さともいい、当該部材のＸ軸方向又はＹ軸方向の長さのことを幅ともいうことがある。

ここで、図１では図面が煩雑になることを避けるために図示を省略しているが、本実施形態では、鋳型１１０の長辺鋳型板の外側面に電磁力発生装置が設置される。そして、当該電磁力発生装置を駆動させながら連続鋳造を行う。当該電磁力発生装置は、電磁撹拌装置及び電磁ブレーキ装置を備えるものである。本実施形態では、当該電磁力発生装置を駆動させながら連続鋳造を行うことにより、鋳片の品質を確保しつつ、より高速での鋳造が可能になる。当該電磁力発生装置の構成及び鋳型１１０に対する設置位置等については、図２～図５を参照して後述する。

二次冷却装置７は、鋳型１１０の下方の二次冷却帯９に設けられ、鋳型１１０下端から引き抜かれた鋳片３を支持及び搬送しながら冷却する。この二次冷却装置７は、鋳片３の厚さ方向両側に配置される複数対の支持ロール（例えば、サポートロール１１、ピンチロール１２及びセグメントロール１３）と、鋳片３に対して冷却水を噴射する複数のスプレーノズル（図示せず）とを有する。

二次冷却装置７に設けられる支持ロールは、鋳片３の厚さ方向両側に対となって配置され、鋳片３を支持しながら搬送する支持搬送手段として機能する。当該支持ロールにより鋳片３を厚さ方向両側から支持することで、二次冷却帯９において凝固途中の鋳片３のブレイクアウトやバルジングを防止できる。

支持ロールであるサポートロール１１、ピンチロール１２及びセグメントロール１３は、二次冷却帯９における鋳片３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の直下では垂直であり、次いで曲線状に湾曲して、最終的には水平になる。二次冷却帯９において、当該パスラインが垂直である部分を垂直部９Ａ、湾曲している部分を湾曲部９Ｂ、水平である部分を水平部９Ｃと称する。このようなパスラインを有する連続鋳造機１は、垂直曲げ型の連続鋳造機１と呼称される。なお、本発明は、図１に示すような垂直曲げ型の連続鋳造機１に限定されず、湾曲型又は垂直型など他の各種の連続鋳造機にも適用可能である。

サポートロール１１は、鋳型１１０の直下の垂直部９Ａに設けられる無駆動式ロールであり、鋳型１１０から引き抜かれた直後の鋳片３を支持する。鋳型１１０から引き抜かれた直後の鋳片３は、凝固シェル３ａが薄い状態であるため、ブレイクアウトやバルジングを防止するために比較的短い間隔（ロールピッチ）で支持する必要がある。そのため、サポートロール１１としては、ロールピッチを短縮することが可能な小径のロールが用いられることが望ましい。図１に示す例では、垂直部９Ａにおける鋳片３の両側に、小径のロールからなる３対のサポートロール１１が、比較的狭いロールピッチで設けられている。

ピンチロール１２は、モータ等の駆動手段により回転する駆動式ロールであり、鋳片３を鋳型１１０から引き抜く機能を有する。ピンチロール１２は、垂直部９Ａ、湾曲部９Ｂ及び水平部９Ｃにおいて適切な位置にそれぞれ配置される。鋳片３は、ピンチロール１２から伝達される力によって鋳型１１０から引き抜かれ、上記パスラインに沿って搬送される。なお、ピンチロール１２の配置は図１に示す例に限定されず、その配置位置は任意に設定されてよい。

セグメントロール１３（ガイドロールともいう）は、湾曲部９Ｂ及び水平部９Ｃに設けられる無駆動式ロールであり、上記パスラインに沿って鋳片３を支持及び案内する。セグメントロール１３は、パスライン上の位置によって、及び、鋳片３のＦ面（Ｆｉｘｅｄ面、図１では左下側の面）とＬ面（Ｌｏｏｓｅ面、図１では右上側の面）のいずれに設けられるかによって、それぞれ異なるロール径やロールピッチで配置されてよい。

鋳片切断機８は、上記パスラインの水平部９Ｃの終端に配置され、当該パスラインに沿って搬送された鋳片３を所定の長さに切断する。切断された厚板状の鋳片１４は、テーブルロール１５により次工程の設備に搬送される。

以上、図１を参照して、本実施形態に係る連続鋳造機１の全体構成について説明した。なお、本実施形態では、鋳型１１０に対して後述する構成を有する電磁力発生装置が設置され、当該電磁力発生装置を用いて連続鋳造が行われればよく、連続鋳造機１における当該電磁力発生装置以外の構成は、一般的な従来の連続鋳造機と同様であってよい。従って、連続鋳造機１の構成は図示したものに限定されず、連続鋳造機１としては、あらゆる構成のものが用いられてよい。

（２．電磁力発生装置）
（２－１．電磁力発生装置の構成）
図２～図５を参照して、上述した鋳型１１０に対して設置される電磁力発生装置の構成について詳細に説明する。図２～図５は、本実施形態に係る鋳型設備の一構成例を示す図である。

図２は、本実施形態に係る鋳型設備１０のＹ－Ｚ平面での断面図である。図３は、鋳型設備１０の、図２に示すＡ－Ａ断面での断面図である。図４は、鋳型設備１０の、図３に示すＢ－Ｂ断面での断面図である。図５は、鋳型設備１０の、図３に示すＣ－Ｃ断面での断面図である。なお、鋳型設備１０は、Ｙ軸方向において、鋳型１１０の中心に対して対称な構成を有するため、図２、図４及び図５では、一方の長辺鋳型板１１１に対応する部位のみを図示している。また、図２、図４及び図５では、理解を容易にするため、鋳型１１０内の溶鋼２も併せて図示している。

図２～図５を参照すると、本実施形態に係る鋳型設備１０は、鋳型１１０の長辺鋳型板１１１の外側面に、バックアッププレート１２１を介して、２つの水箱１３０、１４０と、電磁力発生装置１７０と、が設置されて構成される。

鋳型１１０は、上述したように、一対の長辺鋳型板１１１で一対の短辺鋳型板１１２を両側から挟むように組み立てられる。鋳型板１１１、１１２は銅板からなる。ただし、本実施形態はかかる例に限定されず、鋳型板１１１、１１２は、一般的に連続鋳造機の鋳型として用いられる各種の材料によって形成されてよい。

ここで、本実施形態では、鉄鋼スラブの連続鋳造を対象としており、その鋳片サイズは、幅（すなわち、Ｘ軸方向の長さ）８００～２３００ｍｍ程度、厚み（すなわち、Ｙ軸方向の長さ）２００～３００ｍｍ程度である。つまり、鋳型板１１１、１１２も、当該鋳片サイズに対応した大きさを有する。すなわち、長辺鋳型板１１１は、少なくとも鋳片３の幅８００～２３００ｍｍよりも長いＸ軸方向の幅を有し、短辺鋳型板１１２は、鋳片３の厚み２００～３００ｍｍと略同一のＹ軸方向の幅を有する。

また、詳しくは後述するが、本実施形態では、電磁力発生装置１７０による鋳片３の品質向上の効果をより効果的に得るために、Ｚ軸方向の長さが可能な限り長くなるように鋳型１１０を構成する。一般的に、鋳型１１０内で溶鋼２の凝固が進行すると、凝固収縮のために鋳片３が鋳型１１０の内壁から離れてしまい、当該鋳片３の冷却が不十分になる場合があることが知られている。そのため、鋳型１１０の長さは、溶鋼湯面から、長くても１０００ｍｍ程度が限界とされている。本実施形態では、かかる事情を考慮して、溶鋼湯面から鋳型板１１１、１１２の下端までの長さが１０００ｍｍ程度となるように、当該鋳型板１１１、１１２を形成する。

バックアッププレート１２１、１２２は、例えばステンレスからなり、鋳型１１０の鋳型板１１１、１１２を補強するために、当該鋳型板１１１、１１２の外側面を覆うように設けられる。以下、区別のため、長辺鋳型板１１１の外側面に設けられるバックアッププレート１２１のことを長辺側バックアッププレート１２１ともいい、短辺鋳型板１１２の外側面に設けられるバックアッププレート１２２のことを短辺側バックアッププレート１２２ともいう。

電磁力発生装置１７０は、長辺側バックアッププレート１２１を介して鋳型１１０内の溶鋼２に対して電磁力を付与するため、少なくとも長辺側バックアッププレート１２１は非磁性体（例えば、非磁性のステンレス等）によって形成され得る。ただし、長辺側バックアッププレート１２１の、後述する電磁ブレーキ装置１６０の鉄芯（コア）１６２（以下、電磁ブレーキコア１６２ともいう）の端部１６４と対向する部位には、電磁ブレーキ装置１６０の磁束密度を確保するために、磁性体の軟鉄１２４が埋め込まれる。

長辺側バックアッププレート１２１には、更に、当該長辺側バックアッププレート１２１と垂直な方向（すなわち、Ｙ軸方向）に向かって延伸する一対のバックアッププレート１２３が設けられる。図３～図５に示すように、この一対のバックアッププレート１２３の間に電磁力発生装置１７０が設置される。このように、バックアッププレート１２３は、電磁力発生装置１７０の幅（すなわち、Ｘ軸方向の長さ）、及びＸ軸方向の設置位置を規定し得るものである。換言すれば、電磁力発生装置１７０が鋳型１１０内の溶鋼２の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、バックアッププレート１２３の取り付け位置が決定される。以下、区別のため、当該バックアッププレート１２３のことを、幅方向バックアッププレート１２３ともいう。幅方向バックアッププレート１２３も、バックアッププレート１２１、１２２と同様に、例えばステンレスによって形成される。

水箱１３０、１４０は、鋳型１１０を冷却するための冷却水を貯水する。本実施形態では、図示するように、一方の水箱１３０を長辺鋳型板１１１の上端から所定の距離の領域に設置し、他方の水箱１４０を長辺鋳型板１１１の下端から所定の距離の領域に設置する。このように、水箱１３０、１４０を鋳型１１０の上部及び下部にそれぞれ設けることにより、当該水箱１３０、１４０の間に電磁力発生装置１７０を設置する空間を確保することが可能になる。以下、区別のため、長辺鋳型板１１１の上部に設けられる水箱１３０のことを上部水箱１３０ともいい、長辺鋳型板１１１の下部に設けられる水箱１４０のことを下部水箱１４０ともいう。

長辺鋳型板１１１の内部、又は長辺鋳型板１１１と長辺側バックアッププレート１２１との間には、冷却水が通過する水路（図示せず）が形成される。当該水路は、水箱１３０、１４０まで延設されている。図示しないポンプによって、一方の水箱１３０、１４０から他方の水箱１３０、１４０に向かって（例えば、下部水箱１４０から上部水箱１３０に向かって）、当該水路を通過して冷却水が流される。これにより、長辺鋳型板１１１が冷却され、当該長辺鋳型板１１１を介して鋳型１１０内部の溶鋼２が冷却される。なお、図示は省略しているが、短辺鋳型板１１２に対しても、同様に、水箱及び水路が設けられ、冷却水が流動されることにより当該短辺鋳型板１１２が冷却される。

電磁力発生装置１７０は、電磁撹拌装置１５０と、電磁ブレーキ装置１６０と、を備える。図示するように、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０は、水箱１３０、１４０の間の空間に設置される。当該空間内で、電磁撹拌装置１５０が上方に、電磁ブレーキ装置１６０が下方に設置される。なお、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０の高さ、並びに電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０のＺ軸方向における設置位置については、下記（２－３．電磁力発生装置の設置位置の詳細）で詳細に説明する。

電磁撹拌装置１５０は、鋳型１１０内の溶鋼２に対して、動磁場を印加することにより、当該溶鋼２に対して電磁力を付与する。電磁撹拌装置１５０は、自身が設置される長辺鋳型板１１１の幅方向（すなわち、Ｘ軸方向）の電磁力を溶鋼２に付与するように駆動される。図４には、電磁撹拌装置１５０によって溶鋼２に対して付与される電磁力の方向を、模擬的に太線矢印で示している。ここで、図示を省略している長辺鋳型板１１１（すなわち、図示する長辺鋳型板１１１に対向する長辺鋳型板１１１）に設けられる電磁撹拌装置１５０は、その自身が設置される長辺鋳型板１１１の幅方向に沿って、図示する方向とは逆向きの電磁力を付与するように駆動される。このように、一対の電磁撹拌装置１５０が、水平面内において旋回流を発生させるように駆動される。電磁撹拌装置１５０によれば、このような旋回流を生じさせることにより、凝固シェル界面における溶鋼２が流動され、凝固シェル３ａへの気泡や介在物の捕捉を抑制する洗浄効果が得られ、鋳片３の表面品質を良化させることができる。

電磁撹拌装置１５０の詳細な構成について説明する。電磁撹拌装置１５０は、ケース１５１と、当該ケース１５１内に格納される鉄芯（コア）１５２（以下、電磁撹拌コア１５２ともいう）と、当該電磁撹拌コア１５２に導線が巻回されて構成される複数のコイル１５３と、から構成される。

ケース１５１は、略直方体形状を有する中空の部材である。ケース１５１の大きさは、電磁撹拌装置１５０によって溶鋼２の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、すなわち、内部に設けられるコイル１５３が溶鋼２に対して適切な位置に配置され得るように、適宜決定され得る。例えば、ケース１５１のＸ軸方向の幅Ｗ４、すなわち電磁撹拌装置１５０のＸ軸方向の幅Ｗ４は、鋳型１１０内の溶鋼２に対して、Ｘ軸方向のいずれの位置においても電磁力を付与し得るように、鋳片３の幅よりも大きくなるように決定される。例えば、Ｗ４は１８００ｍｍ～２５００ｍｍ程度である。また、電磁撹拌装置１５０では、コイル１５３からケース１５１の側壁を通過して溶鋼２に対して電磁力が付与されるため、ケース１５１の材料としては、例えば非磁性体ステンレス又は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。

電磁撹拌コア１５２は、略直方体形状の本体部と、当該本体部から突設される複数のティース部１５４と、を有する中実の部材であり、ケース１５１内において、その長手方向が長辺鋳型板１１１の幅方向（すなわち、Ｘ軸方向）と略平行になるように設置される。電磁撹拌コア１５２は、例えば電磁鋼板を積層することにより形成される。

電磁撹拌コア１５２に対して、Ｘ軸方向を巻回軸方向として導線が巻回されることにより、コイル１５３が形成される（すなわち、電磁撹拌コア１５２をＸ軸方向に磁化するようにコイル１５３が形成される）。当該導線としては、例えば断面が１０ｍｍ×１０ｍｍで、内部に直径５ｍｍ程度の冷却水路を有する銅製のものが用いられる。電流印加時には、当該冷却水路を用いて当該導線が冷却される。当該導線は、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。例えば、一のコイル１５３は、当該導線を２～４層程度巻回することにより形成される。同様の構成を有するコイル１５３が、Ｘ軸方向に所定の間隔を有して並列されて設けられる。

具体的には、電磁撹拌コア１５２の略直方体形状の本体部がＸ軸方向に延伸するように設置され、当該本体部から鋳型１１０に向かって水平方向に突出するように複数のティース部１５４が設けられる。これら複数のティース部１５４はＸ軸方向に互いに所定の間隔を有して並べられて設けられる。そして、当該複数のティース部１５４の間の領域にＸ軸方向を巻回軸方向としてそれぞれ導線が巻回され、複数のコイル１５３が形成される。ティース部１５４の幅（すなわち、Ｘ軸方向の長さ）Ｗｔ、及びコイル１５３の幅（すなわち、コイル１５３のＸ軸方向の長さであって、Ｘ軸方向における隣り合うティース部１５４間の距離に対応する）Ｗｃは、電磁撹拌コア１５２の幅Ｗ１の大きさ、及び鋳片３の品質を向上させ得るような所望の撹拌力が得られること等を考慮して、適宜設定される。例えば、ティース部１５４の幅Ｗｔは３０ｍｍ～１２０ｍｍ程度であり、コイル１５３の幅Ｗｃは２０ｍｍ～１２０ｍｍ程度である。

複数のコイル１５３のそれぞれには、図示しない電源装置が接続される。当該電源装置によって、電流の位相が複数のコイル１５３の配列順に適宜ずれるように、当該複数のコイル１５３に対して交流電流が印加されることにより、溶鋼２に対して旋回流を生じさせるような電磁力が付与され得る。電源装置の駆動は、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１５３のそれぞれに印加される電流量や、コイル１５３のそれぞれに印加される交流電流の位相等が適宜制御され、溶鋼２に対して与えられる電磁力の強さが制御され得る。なお、複数のコイル１５３に対する交流電流の印加方法の詳細については後述する。

電磁撹拌コア１５２のＸ軸方向の幅Ｗ１は、電磁撹拌装置１５０によって溶鋼２の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、すなわち、コイル１５３が溶鋼２に対して適切な位置に配置され得るように、適宜決定され得る。例えば、Ｗ１は１８００ｍｍ程度である。

なお、図示する構成例では、電磁撹拌コア１５２はティース部１５４を有しているが、第１の実施形態はかかる例に限定されない。第１の実施形態では、電磁撹拌コア１５２にはティース部１５４は設けられなくてもよい。この場合には、電磁撹拌コア１５２は、略直方体形状に構成され、当該電磁撹拌コア１５２に対して、Ｘ軸方向に互いに所定の間隔を有して導線がそれぞれ巻回されることにより、Ｘ軸方向に互いに所定の間隔を有して並べられる複数のコイル１５３が形成される。

電磁ブレーキ装置１６０は、鋳型１１０内の溶鋼２に対して静磁場を印加することにより、当該溶鋼２に対して電磁力を付与する。ここで、図６は、電磁ブレーキ装置１６０によって溶鋼２に対して付与される電磁力の方向について説明するための図である。図６では、鋳型１１０近傍の構成の、Ｘ－Ｚ平面での断面を概略的に図示している。また、図６では、電磁撹拌コア１５２、及び後述する電磁ブレーキコア１６２の端部１６４の位置を模擬的に破線で示している。

図６に示すように、浸漬ノズル６には、短辺鋳型板１１２に対向する位置に一対の吐出孔が設けられ得る。電磁ブレーキ装置１６０は、浸漬ノズル６の当該吐出孔からの溶鋼２の流れ（吐出流）を抑制する方向の電磁力を、当該溶鋼２に対して付与するように駆動される。図６には、吐出流の方向を模擬的に細線矢印で示すとともに、電磁ブレーキ装置１６０によって溶鋼２に対して付与される電磁力の方向を模擬的に太線矢印で示している。電磁ブレーキ装置１６０によれば、このような吐出流を抑制する方向の電磁力を生じさせることにより、下降流が抑制され、気泡や介在物の浮上分離を促進する効果が得られ、鋳片３の内質を良化させることができる。

電磁ブレーキ装置１６０の詳細な構成について説明する。電磁ブレーキ装置１６０は、ケース１６１と、当該ケース１６１内に格納される電磁ブレーキコア１６２と、当該電磁ブレーキコア１６２に導線が巻回されて構成される複数のコイル１６３と、から構成される。

ケース１６１は、略直方体形状を有する中空の部材である。ケース１６１の大きさは、電磁ブレーキ装置１６０によって溶鋼２の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、すなわち、内部に設けられるコイル１６３が溶鋼２に対して適切な位置に配置され得るように、適宜決定され得る。例えば、ケース１６１のＸ軸方向の幅Ｗ４、すなわち電磁ブレーキ装置１６０のＸ軸方向の幅Ｗ４は、鋳型１１０内の溶鋼２に対して、Ｘ軸方向の所望の位置において電磁力を付与し得るように、鋳片３の幅よりも大きくなるように決定される。図示する例では、ケース１６１の幅Ｗ４は、ケース１５１の幅Ｗ４と略同様である。ただし、本実施形態はかかる例に限定されず、電磁撹拌装置１５０の幅と電磁ブレーキ装置１６０の幅は異なっていてもよい。

また、電磁ブレーキ装置１６０では、コイル１６３からケース１６１の側壁を通過して溶鋼２に対して電磁力が付与されるため、ケース１６１は、ケース１５１と同様に、例えば非磁性体ステンレス又はＦＲＰ等の、非磁性で、かつ強度が確保可能な材料によって形成される。

電磁ブレーキコア１６２は、略直方体形状を有する中実の部材であってコイル１６３が設けられる一対の端部１６４と、同じく略直方体形状を有する中実の部材であって当該一対の端部１６４を連結する連結部１６５と、から構成される。電磁ブレーキコア１６２は、連結部１６５から、Ｙ軸方向であって長辺鋳型板１１１に向かう方向に突出するように一対の端部１６４が設けられて構成される。一対の端部１６４が設けられる位置は、溶鋼２に対して電磁力を付与したい位置、すなわち浸漬ノズル６の一対の吐出孔からの吐出流がそれぞれコイル１６３によって磁場が印加される領域を通過するような位置に設けられ得る（図６も参照）。電磁ブレーキコア１６２は、例えば、磁気特性の高い軟鉄を用いて形成されてもよいし、電磁鋼板を積層することにより形成されてもよい。

電磁ブレーキコア１６２の端部１６４に対して、Ｙ軸方向を巻回軸方向として導線が巻回されることにより、コイル１６３が形成される（すなわち、電磁ブレーキコア１６２をＹ軸方向に磁化するようにコイル１６３が形成される）。当該コイル１６３の構造は、上述した電磁撹拌装置１５０のコイル１５３と同様である。

コイル１６３のそれぞれには、図示しない電源装置が接続される。当該電源装置によって、各コイル１６３に直流電流が印加されることにより、溶鋼２に対して吐出流の勢いを弱めるような電磁力が付与され得る。なお、当該電源装置の駆動は、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、各コイル１６３に印加する電流量等が適宜制御され、溶鋼２に対して与えられる電磁力の強さが制御され得る。

電磁ブレーキコア１６２のＸ軸方向の幅Ｗ０、端部１６４のＸ軸方向の幅Ｗ２、及びＸ軸方向における端部１６４間の距離Ｗ３は、電磁撹拌装置１５０によって溶鋼２の所望の範囲に対して電磁力を付与し得るように、すなわち、コイル１６３が溶鋼２に対して適切な位置に配置され得るように、適宜決定され得る。例えば、Ｗ０は１６００ｍｍ程度、Ｗ２は５００ｍｍ程度、Ｗ３は３５０ｍｍ程度である。

ここで、例えば上記特許文献１に記載の技術のように、電磁ブレーキ装置としては、単独の磁極を有し、鋳型幅方向に一様な磁場を生じさせるものが存在する。かかる構成を有する電磁ブレーキ装置では、幅方向に一様な電磁力が付与されることとなるため、電磁力が付与される範囲を詳細に制御することができず、適切な鋳造条件が限られるという欠点がある。

これに対して、本実施形態では、上記のように、２つの端部１６４を有するように、すなわち２つの磁極を有するように、電磁ブレーキ装置１６０が構成される。かかる構成によれば、例えば、電磁ブレーキ装置１６０を駆動する際に、これら２つの磁極がそれぞれＮ極及びＳ極として機能し、鋳型１１０の幅方向（すなわち、Ｘ軸方向）の略中心近傍の領域において磁束密度が略ゼロとなるように、上記制御装置によってコイル１６３への電流の印加を制御することができる。この磁束密度が略ゼロである領域は、溶鋼２に対して電磁力がほぼ付与されない領域であり、電磁ブレーキ装置１６０による制動力から解放されたいわば溶鋼流れの逃げが確保され得る領域である。かかる領域が確保されることにより、より幅広い鋳造条件に対応することが可能となる。

なお、図示する構成例では、電磁ブレーキ装置１６０は磁極を２つ有するように構成されているが、本実施形態はかかる例に限定されない。電磁ブレーキ装置１６０は、３つ以上の端部１６４を有し、３つ以上の磁極を有するように構成されてもよい。この場合、各端部１６４のコイル１６３に印加する電流量がそれぞれ適宜調整されることにより、電磁ブレーキに係る溶鋼２への電磁力の印加を更に詳細に制御することが可能となる。

（２－２．電磁撹拌装置における交流電流の印加方法）
電磁撹拌装置１５０におけるコイル１５３への交流電流の印加方法について説明する。図７は、電磁撹拌装置１５０におけるコイル１５３への交流電流の印加方法について説明するための図である。図７では、電磁撹拌装置１５０が鋳型１１０に対して設置された構成を上方向から見た様子を概略的に示している。なお、図７では、簡単のため、ケース１５１の図示を省略するとともに、鋳型１１０を簡易的に図示している。また、図２～図５では一方の電磁撹拌装置１５０の図示を省略していたが、図７では、鋳型１１０を厚み方向に挟むように設置される一対の電磁撹拌装置１５０をともに図示している。

上述したように、複数のコイル１５３に対して、電流の位相が当該複数のコイル１５３の配列順に適宜ずれるように、交流電流が印加される。図８は、電磁撹拌装置１５０のコイル１５３に対して印加される交流電流の位相について説明するための図である。本実施形態では、電磁撹拌装置１５０の電源装置は、互いに位相が１２０度ずつずれた３相交流電流（＋Ｕ、＋Ｖ、＋Ｗ）をコイル１５３に対して印加可能に構成される。電流の向きまで考慮すると、当該電源装置は、＋Ｕ、－Ｗ、＋Ｖ、－Ｕ、＋Ｗ、－Ｖの、６０度ずつ位相がずれた６種類の交流電流をコイル１５３に対して印加することができる。図８では、これら６種類の交流電流の位相を概略的に図示している。図８において、円周上の位置が各交流電流間の位相を表しており、例えば、－Ｗは、＋Ｕよりも６０度だけ位相が遅れていることを示している。

図７に示すように、Ｘ軸方向に並べられて設けられる複数のコイル１５３に対して、コイル１５３の配列順に位相が６０度ずつ順次ずれるように、交流電流が印加される。この際、隣り合う２つのコイル１５３ごとに位相が６０度ずつ順次ずれるように、交流電流が印加される。具体的には、隣り合うある２つのコイル１５３に対して＋Ｕの交流電流が印加されるとすると、その隣の２つのコイル１５３には－Ｗの交流電流が印加され、更にその隣の２つのコイル１５３には＋Ｖの交流電流を印加する。以下、同様に、２つのコイル１５３ごとに、順次－Ｕ、＋Ｗ、－Ｖの交流電流がそれぞれ印加される。その隣のコイル１５３から先に並ぶコイル１５３には、同様に、２つのコイル１５３ごとに、順次＋Ｕ、－Ｗ、＋Ｖ、－Ｕ、＋Ｗ、－Ｖの交流電流がそれぞれ印加される。図７及び上述した図４では、各コイル１５３の上に、各コイル１５３に対して印加される交流電流の種類を示す記号を模擬的に記載している。

複数のコイル１５３に対してこのような位相差で交流電流が印加されることにより、鋳型１１０の長辺鋳型板近傍の溶鋼２には、見掛け上、鋳型幅方向に沿って移動する磁界が生じることとなる。このとき、図７に示すように、複数のコイル１５３に対して印加される交流電流は、一対の電磁撹拌装置１５０について、その位相のずれ方が逆方向となるように設定される。図７に示す例であれば、Ｙ軸正方向側に設置される電磁撹拌装置１５０では、Ｘ軸正方向からＸ軸負方向に向かって、＋Ｕ、－Ｗ、＋Ｖ、－Ｕ、＋Ｗ、－Ｖの順に交流電流が印加されているが、Ｙ軸負方向側に設置される電磁撹拌装置１５０では、Ｘ軸負方向からＸ軸正方向に向かって、＋Ｕ、－Ｗ、＋Ｖ、－Ｕ、＋Ｗ、－Ｖの順に交流電流が印加されている。

交流電流の印加方法をこのように設定することにより、一方の長辺鋳型板近傍において溶鋼２に生じる移動磁界の方向が、他方の長辺鋳型板近傍において溶鋼２に生じる移動磁界の方向とは逆方向になる（図７に示す例であれば、Ｙ軸正方向側に位置する長辺鋳型板近傍において溶鋼２に生じる移動磁界の方向はＸ軸負方向からＸ軸正方向に向かう方向であり、Ｙ軸負方向側に位置する長辺鋳型板近傍において溶鋼２に生じる移動磁界の方向はＸ軸正方向からＸ軸負方向に向かう方向である）。このように、対向する長辺鋳型板近傍の溶鋼２に対して、それぞれ逆向きに移動磁界が印加されることにより、一対の電磁撹拌装置１５０によって溶鋼２に対して与えられる電磁力の向きも互いに逆方向となり、溶鋼２においては、水平面内において旋回流が発生することとなる。

ここで、以上説明したように、本実施形態においては、移動磁界を発生させるために、複数のコイル１５３の配列順に位相が２つのコイル１５３ごとに順次ずれるように、当該複数のコイル１５３に対して交流電流が印加される。一方、移動磁界を発生させるためには、複数のコイル１５３の配列順に位相が１つのコイル１５３ごとに順次ずれるように、当該複数のコイル１５３に対して交流電流が印加されてもよい。

図９は、このような、コイル１５３に対する交流電流の印加方法が異なる場合における、電磁撹拌装置２５０の一構成例を示す図である。図９では、図７と同様に、電磁撹拌装置２５０が鋳型１１０に対して設置された構成を上方向から見た様子を概略的に示している。図９に示すように、電磁撹拌装置２５０では、複数のコイル１５３の配列順に位相が１つのコイル１５３ごとに順次ずれるように、当該複数のコイル１５３に対して交流電流が印加される。なお、図９に示す電磁撹拌装置２５０は、本実施形態に係る電磁撹拌装置１５０に対して、コイル１５３に対する交流電流の印加方法が異なるだけであり、その他の構成は同様であるため、ここではその構成の詳細な説明は省略する。

本発明者らは、図７に示す本実施形態に係る電磁撹拌装置１５０の構成（２つのコイル１５３ごとに位相がずれるように交流電流が印加される構成。以下、便宜的に２スロットの構成ともいう）と、図９に示す本実施形態とは異なる電磁撹拌装置２５０の構成（１つのコイル１５３ごとに位相がずれるように交流電流が印加される構成。以下、便宜的に１スロットの構成ともいう）と、について、図２～図５に示す電磁力発生装置１７０のように電磁ブレーキ装置１６０とともに用いる場合に、高速鋳造時における鋳片３の品質の観点から、どちらの構成がより適しているか、検討を行った。その結果、２スロットの構成を適用した方が、高速鋳造時においてもより高品質な鋳片３を得ることができるとの知見を得た。本実施形態は、かかる知見に基づくものであり、電磁ブレーキ装置１６０及び電磁撹拌装置１５０をともに備えた電磁力発生装置１７０において、電磁撹拌装置１５０の好適な構成として２スロットの構成を適用することにより、鋳片３の品質をより向上させ得るものである。以下、本発明者らが検討した結果について詳細に説明する。

電磁力発生装置１７０において、生産性を向上させた場合（すなわち、鋳造速度を増加させた場合）であっても鋳片の内質を確保するためには、電磁ブレーキ装置１６０によって溶鋼２に対して付与される電磁力をより強くする必要がある。鋳造速度を増加させた場合であっても鋳片の内質を確保するためには、電磁ブレーキ装置１６０によって下降流の勢いを弱め、ガス気泡等の浮上分離をより促進することが求められるからである。なお、過去の連続鋳造の操業実績データ等から、例えば鋳造速度を比較的高速である１．８ｍ／ｍｉｎ以上にまで増加させた場合には、良好な内質の鋳片を得るためには、電磁ブレーキ装置１６０によって発生させる電磁力の磁束密度を、０．２Ｔよりも大きくすることが好ましく、０．２５Ｔ以上とすることがより好ましく、０．３Ｔ以上とすることが更に好ましいとの知見が得られている。

一方、このようにより強い電磁力を発生し得るように電磁ブレーキ装置１６０を駆動させた場合には、当該電磁ブレーキ装置１６０の上方に設置される電磁撹拌装置１５０にも、より強い電磁力を発生可能であることが求められる。電磁ブレーキ装置１６０の機能により浸漬ノズル６からの吐出流が鋳型上方に跳ね上げられることとなり、この跳ね上げられた吐出流により、電磁撹拌の効果が弱められる恐れがあるからである。つまり、電磁ブレーキ装置１６０によって跳ね上げられた吐出流の影響を受けても、安定的に旋回流を生じさせ得るような、より強い撹拌力を発生し得る電磁撹拌装置１５０が求められる。

そこで、本発明者らは、１スロットの構成を有する電磁撹拌装置２５０、及び２スロットの構成を有する電磁撹拌装置１５０によって鋳型１１０内の溶鋼２に付与される電磁力を、電磁場解析シミュレーションによって調査した。電磁場解析シミュレーションの条件は以下の通りである（コイル１５３に印加する交流電流のパターンが異なること以外の条件は、電磁撹拌装置１５０、２５０で同様である）。

鋳片サイズ（鋳型１１０のサイズ）：幅１６００ｍｍ、厚み２５０ｍｍ
電磁撹拌コア１５２のサイズ：幅１７７５ｍｍ、高さ２５０ｍｍ、厚み２５０ｍｍ
電磁撹拌コア１５２の高さ方向の位置：上端が溶鋼湯面と同じレベル
ティース部１５４の数：１３個
ティース幅Ｗｔ：７５ｍｍ
コイル幅Ｗｃ：７５ｍｍ
コイル１５３における巻き線：３０ターン
コイル１５３に印加する交流電流：６８０Ａ、３．０Ｈｚ

電磁場解析シミュレーションの結果を、図１０及び図１１に示す。図１０は、電磁場解析シミュレーションの結果である、１スロットの構成を有する電磁撹拌装置２５０によって鋳型１１０内の溶鋼２に付与されるローレンツ力密度ベクトルの分布を示す図である。図１１は、電磁場解析シミュレーションの結果である、２スロットの構成を有する電磁撹拌装置１５０によって鋳型１１０内の溶鋼２に付与されるローレンツ力密度ベクトルの分布を示す図である。ここで、ローレンツ力密度ベクトルとは、溶鋼２の単位体積当たりに作用する電磁力（Ｎ／ｍ^３）をベクトル量として表したものである。なお、図１０及び図１１ともに、上段に、電磁撹拌コア１５２の高さ方向中心位置（すなわち、溶鋼湯面からの深さが１２５ｍｍの位置）での水平断面におけるローレンツ力密度ベクトルの分布を示しており、下段に、鋳型１１０の長辺面の壁面近傍のＸ－Ｚ断面におけるローレンツ力密度ベクトルの分布を示している。

図１０及び図１１を参照すると、図７及び図９に示す構成を有する電磁撹拌装置１５０、２５０において、同一の条件（電流値及び周波数）の交流電流を印加した場合には、２スロットの構成を有する電磁撹拌装置１５０の方が、より強い電磁力が得られることが分かる。この結果は、２スロットの構成を有する電磁撹拌装置１５０の方が、溶鋼２に対してより強い撹拌力を与えることができることを表しており、電磁ブレーキ装置１６０と併用する場合には、１スロットの構成を有する電磁撹拌装置２５０よりも、２スロットの構成を有する電磁撹拌装置１５０の方が適していることを示している。

１スロットの構成よりも２スロットの構成の方が電磁力が大きくなる理由は、以下のように説明できる。図１２及び図１３は、電磁撹拌装置において、１スロットの構成及び２スロットの構成における電磁力の大きさの違いについて説明するための図である。図１２では、１スロットの構成を有する電磁撹拌装置２５０における電磁撹拌コア１５２の一部を抜き出して図示している。図１３では、２スロットの構成を有する電磁撹拌装置１５０における電磁撹拌コア１５２の一部を抜き出して図示している。なお、図１２及び図１３では、説明のため、便宜的に、複数のコイル１５３ａ～１５３ｆ及び複数のティース部１５４ａ～１５４ｇに対して、それぞれ異なる符号を付しているが、これらは、上述したコイル１５３及びティース部１５４と同様のものである。

まず、図１２を参照して、１スロットの構成における電磁力について説明する。１スロットの構成では、例えば図示するように、複数のコイル１５３ａ～１５３ｆに対して、＋Ｕ、－Ｗ、＋Ｖ、－Ｕ、＋Ｗ、－Ｖの交流電流が、順次印加される。＋Ｕの交流電流の位相を０度とすれば、－Ｗの交流電流の位相は＋６０度、＋Ｖの交流電流の位相は＋１２０度、－Ｕの交流電流の位相は＋１８０度、＋Ｗの交流電流の位相は＋２４０度、－Ｖの交流電流の位相は＋３００度と表すことができる。

このとき、複数のティース部１５４ａ～１５４ｇは、複数のコイル１５３ａ～１５３ｆへの交流電流の印加方法に応じて磁化されることとなるが、例えば＋Ｕの交流電流（位相：０度）が印加されているコイル１５３ａと－Ｗの交流電流（位相：＋６０度）が印加されているコイル１５３ｂの間に位置するティース部１５４ｂは、両者の位相の間、すなわち＋３０度の位相を有して変化する磁界を溶鋼２に対して生じさせることとなる。同様に、ティース部１５４ｃ～ティース部１５４ｆは、それぞれ、＋９０度、＋１５０度、＋２１０度、＋２７０度の位相を有して変化する磁界を溶鋼２に対して生じさせることとなる。

つまり、１スロットの構成を有する電磁撹拌装置２５０では、あるティース部１５４が溶鋼２に対して付与する磁界と、その隣のティース部１５４が溶鋼２に対して付与する磁界は、その位相が６０度ずれたものとなる。

次に、図１３を参照して、２スロットの構成における電磁力について説明する。２スロットの構成では、例えば図示するように、複数のコイル１５３ａ～１５３ｆに対して、＋Ｕ、＋Ｕ、－Ｗ、－Ｗ、＋Ｖ、＋Ｖの交流電流が、順次印加される。＋Ｕの交流電流の位相を０度とすれば、－Ｗの交流電流の位相は＋６０度、＋Ｖの交流電流の位相は＋１２０度と表すことができる。

このとき、１スロットの構成の場合と同様に、複数のティース部１５４ａ～１５４ｇによって生じる磁界の位相について考察すると、例えば＋Ｕの交流電流（位相：０度）が印加されているコイル１５３ａと、同じく＋Ｕの交流電流（位相：０度）が印加されているコイル１５３ｂの間に位置するティース部１５４ｂは、両者と同じ位相、すなわち０度の位相を有して変化する磁界を溶鋼２に対して生じさせることとなる。そして、＋Ｕの交流電流（位相：０度）が印加されているコイル１５３ｂと、－Ｗの交流電流（位相：６０度）が印加されているコイル１５３ｃの間に位置するティース部１５４ｃは、両者の位相の間、すなわち＋３０度の位相を有して変化する磁界を溶鋼２に対して生じさせることとなる。同様に、ティース部１５４ｄ～ティース部１５４ｆは、それぞれ、＋６０度、＋９０度、＋１２０度の位相を有して変化する磁界を溶鋼２に対して生じさせることとなる。

つまり、２スロットの構成を有する電磁撹拌装置１５０では、あるティース部１５４が溶鋼２に対して付与する磁界と、その隣のティース部１５４が溶鋼２に対して付与する磁界は、その位相が３０度ずれたものとなる。

このように、２スロットの構成を有する電磁撹拌装置１５０の方が、１スロットの構成を有する電磁撹拌装置２５０よりも、隣り合うティース部１５４間における、溶鋼２に対して与える磁界の位相の間隔が小さい。つまり、２スロットの構成を有する電磁撹拌装置１５０の方が、より滑らかな移動磁界を溶鋼２に対して与えることができる。また、同位相の交流電流が印加されるコイル１５３によって挟まれるティース部１５４（図１３に示す例であれば、ティース部１５４ｂ、１５４ｄ、１５４ｆ）は、互いに異なる位相の交流電流が印加されるコイル１５３によって挟まれるティース部１５４よりも強く磁化され得る。以上の理由から、２スロットの構成を有する電磁撹拌装置１５０の方が、より強い電磁力を発生させることができると考えられる。

電磁撹拌装置２５０のように、比較的弱い電磁力しか発生できない場合には、当該電磁撹拌装置２５０での電磁撹拌による鋳片３の表面品質向上の効果を好適に得るためには、電磁撹拌が阻害されないように、比較的弱い電磁力を発生させるように電磁ブレーキ装置１６０を駆動させる必要がある。この場合、特に高速鋳造においては、電磁ブレーキ装置１６０による鋳片３の内質向上の効果を好適に得ることが難しくなり、結果的に鋳片３の品質を充分に向上させることが困難になる恐れがある。

これに対して、電磁撹拌装置１５０によってより強い電磁力を発生させることができれば、比較的強い電磁力を発生させるように電磁ブレーキ装置１６０を駆動させた場合であっても、充分な撹拌力を得ることができる。従って、鋳造速度を増加させた場合であっても、電磁ブレーキ装置１６０による鋳片３の内質向上の効果と電磁撹拌装置１５０による鋳片３の表面品質向上の効果をともに得ることができ、鋳片３の品質をより向上させることが可能になるのである。

なお、以上では、電磁撹拌コア１５２がティース部１５４を有する場合を例に挙げて説明したが、上述したように、第１の実施形態では、電磁撹拌コア１５２にはティース部１５４は設けられなくてもよい。電磁撹拌コア１５２にティース部１５４が設けられない場合であっても、上記の説明においてティース部１５４が存在していた領域に対応する、電磁撹拌コア１５２におけるコイル１５３の間の領域は、ティース部１５４が設けられる場合と同様に磁化されるため、以上説明した、２スロットの構成によってより強い電磁力を発生させることが可能になるという作用効果が、同様に得られる。

（２－３．電磁力発生装置の設置位置の詳細）
以上説明したように、電磁撹拌装置１５０を２スロットの構成とすることにより、鋳片３の品質をより向上させることが可能になる。一方、電磁力発生装置１７０においては、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０の高さ、並びに電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０のＺ軸方向における設置位置を適切に設定することにより、鋳片３の品質をより一層向上させることができる。ここでは、電磁力発生装置１７０における、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０の適切な高さ、並びに電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０のＺ軸方向における適切な設置位置について説明する。

電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０においては、それぞれ、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２の高さが大きいほど、電磁力を付与する性能が高いと言える。例えば、電磁ブレーキ装置１６０の性能は、電磁ブレーキコア１６２の端部１６４のＸ－Ｚ平面での断面積（Ｚ軸方向の高さＨ２×Ｘ軸方向の幅Ｗ２）と、印可する直流電流の値と、コイル１６３の巻き数と、に依存する。従って、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０をともに鋳型１１０に対して設置する場合には、限られた設置空間において、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２の設置位置、より詳細には電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２の高さの割合をどのように設定するかが、鋳片３の品質を向上させるために各装置の性能をより効果的に発揮させる観点から、非常に重要である。

ここで、上記特許文献１にも開示されているように、従来、連続鋳造において電磁撹拌装置及び電磁ブレーキ装置を両方用いる方法は提案されている。しかしながら、実際には、電磁撹拌装置と電磁ブレーキ装置を両方組み合わせても、電磁撹拌装置又は電磁ブレーキ装置をそれぞれ単体で使用した場合よりも、鋳片の品質が悪化してしまう場合も少なくない。これは、単純に両方の装置を設置すれば、簡単に両方の装置の長所が得られるというものではなく、各装置の構成や設置位置等によっては、それぞれの長所を打ち消し合ってしまうことが生じ得るからである。上記特許文献１においても、その具体的な装置構成は明示されておらず、両装置のコアの高さも明示されていない。つまり、従来の方法では、電磁撹拌装置及び電磁ブレーキ装置を両方設けることによる鋳片の品質向上の効果を十分に得られない可能性がある。

これに対して、本実施形態では、以下に説明するように、高速の鋳造であっても鋳片３の品質がより一層確保され得るような、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２の適切な高さの割合を規定する。これにより、上述した電磁撹拌装置１５０の構成と併せて、鋳片３の品質を確保しつつ生産性を向上させることが可能になる。

ここで、連続鋳造における鋳造速度は、鋳片サイズや品種により大きく異なるが、一般的に０．６～２．０ｍ／ｍｉｎ程度であり、１．６ｍ／ｍｉｎを超える連続鋳造は高速鋳造と言われる。従来、高い品質が要求される自動車用外装材等については、鋳造速度が１．６ｍ／ｍｉｎを超えるような高速鋳造では、品質を確保することが困難であるため、１．４ｍ／ｍｉｎ程度が一般的な鋳造速度である。そこで、ここでは、一例として、鋳造速度が１．６ｍ／ｍｉｎを超えるような高速鋳造においても従来のより遅い鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等以上の鋳片３の品質を確保することを具体的な目標として設定し、当該目標を満たし得るような、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２の高さの割合について、詳細に説明する。

上述したように、本実施形態では、鋳型１１０のＺ軸方向の中央部に電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０を設置する空間を確保するために、鋳型１１０の上部及び下部に、それぞれ水箱１３０、１４０を配置する。ここで、溶鋼湯面よりも上方に電磁撹拌コア１５２が位置してもその効果を得ることができない。従って、電磁撹拌コア１５２は溶鋼湯面よりも下方に設置されるべきである。また、吐出流に対して効果的に磁場を印加するためには電磁ブレーキコア１６２は浸漬ノズル６の吐出孔付近に位置することが好ましい。上記のように水箱１３０、１４０を配置した場合には、一般的な配置では、浸漬ノズル６の吐出孔は下部水箱１４０よりも上方に位置することになるため、電磁ブレーキコア１６２も下部水箱１４０よりも上方に設置されるべきである。従って、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２を設置することにより効果が得られる空間（以下、有効空間ともいう）の高さＨ０は、溶鋼湯面から下部水箱１４０の上端までの高さとなる（図２参照）。

本実施形態では、当該有効空間を最も有効に活用するために、電磁撹拌コア１５２の上端が溶鋼湯面と略同じ高さになるように、当該電磁撹拌コア１５２を設置する。このとき、電磁撹拌装置１５０の電磁撹拌コア１５２の高さをＨ１、ケース１５１の高さをＨ３とし、電磁ブレーキ装置１６０の電磁ブレーキコア１６２の高さをＨ２、ケース１６１の高さをＨ４とすると、下記数式（１）が成立する。

換言すれば、上記数式（１）を満たしつつ、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１と電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２との割合Ｈ１／Ｈ２（以下、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２ともいう）を規定する必要がある。以下、高さＨ０～Ｈ４についてそれぞれ説明する。

（有効空間の高さＨ０について）
上述したように、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０においては、それぞれ、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２の高さが大きいほど、電磁力を付与する性能が高いと言える。従って、本実施形態では、両装置がその性能をより発揮できるように、有効空間の高さＨ０ができるだけ大きくなるように鋳型設備１０を構成する。具体的には、有効空間の高さＨ０を大きくするためには、鋳型１１０のＺ軸方向の長さを大きくすればよい。一方、上述したように、鋳片３の冷却性を考慮して、溶鋼湯面から鋳型１１０の下端までの長さは１０００ｍｍ程度以下であることが望ましい。そこで、本実施形態では、鋳片３の冷却性を確保しつつ、有効空間の高さＨ０をできるだけ大きくするために、溶鋼湯面から鋳型１１０の下端までが１０００ｍｍ程度になるように鋳型１１０を形成する。

ここで、十分な冷却能力が得られるだけの水量を貯水し得るように下部水箱１４０を構成しようとすると、過去の操業実績等に基づいて、当該下部水箱１４０の高さは少なくとも２００ｍｍ程度は必要となる。従って、有効空間の高さＨ０は、８００ｍｍ程度以下である。

（電磁撹拌装置及び電磁ブレーキ装置のケースの高さＨ３、Ｈ４について）
上述したように、電磁撹拌装置１５０のコイル１５３は、電磁撹拌コア１５２に、断面のサイズが１０ｍｍ×１０ｍｍ程度の導線を２～４層巻回することにより形成される。従って、コイル１５３まで含めた電磁撹拌コア１５２の高さは、Ｈ１＋８０ｍｍ程度以上となる。ケース１５１の内壁と電磁撹拌コア１５２及びコイル１５３との間の空間を考慮すると、ケース１５１の高さＨ３は、Ｈ１＋２００ｍｍ程度以上となる。

電磁ブレーキ装置１６０についても同様に、コイル１６３まで含めた電磁ブレーキコア１６２の高さは、Ｈ２＋８０ｍｍ程度以上となる。ケース１６１の内壁と電磁ブレーキコア１６２及びコイル１６３との間の空間を考慮すると、ケース１６１の高さＨ４は、Ｈ２＋２００ｍｍ程度以上となる。

（Ｈ１＋Ｈ２が取り得る範囲）
上述したＨ０、Ｈ３、Ｈ４の値を上記数式（１）に代入すると、下記数式（２）が得られる。

つまり、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２は、その高さの和Ｈ１＋Ｈ２が５００ｍｍ程度以下になるように構成される必要がある。以下、上記数式（２）を満たしつつ、鋳片３の品質向上の効果が十分に得られるような、適切なコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２を検討する。

（コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２について）
本実施形態では、電磁撹拌の効果がより確実に得られるような電磁撹拌コア１５２の高さＨ１の範囲を規定することにより、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の適切な範囲を設定する。

上述したように、電磁撹拌では、凝固シェル界面における溶鋼２を流動させることにより、凝固シェル３ａへの不純物の捕捉を抑制する洗浄効果が得られ、鋳片３の表面品質を良化させることができる。一方、鋳型１１０の下方に向かうにつれて、鋳型１１０内での凝固シェル３ａの厚みは大きくなっていく。電磁撹拌の効果は、凝固シェル３ａの内側の未凝固部３ｂに対して及ぼされるものであるから、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１は、鋳片３の表面品質をどの程度の厚みまで確保する必要があるかによって決定され得る。

ここで、表面品質が厳格な品種では、鋳造後の鋳片３の表層を数ミリ研削する工程が実施されることが多い。この研削深さは、２ｍｍ～５ｍｍ程度である。従って、このような厳格な表面品質が求められる品種では、鋳型１１０内において凝固シェル３ａの厚みが２ｍｍ～５ｍｍよりも小さい範囲において電磁撹拌を行っても、その電磁撹拌により不純物が低減されている鋳片３の表層は、その後の研削工程によって除去されてしまうこととなる。換言すれば、鋳型１１０内において凝固シェル３ａの厚みが２ｍｍ～５ｍｍ以上となっている範囲において電磁撹拌を行わないと、鋳片３における表面品質向上の効果を得ることができない。

凝固シェル３ａは、溶鋼湯面から徐々に成長し、その厚みは下記数式（３）で示されることが知られている。ここで、δは凝固シェル３ａの厚み（ｍ）、ｋは冷却能力に依存する定数、ｘは溶鋼湯面からの距離（ｍ）、Ｖｃは鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）である。

上記数式（３）から、凝固シェル３ａの厚みが４ｍｍ又は５ｍｍとなる場合の、鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）と溶鋼湯面からの距離（ｍｍ）との関係を求めた。図１４にその結果を示す。図１４は、凝固シェル３ａの厚みが４ｍｍ又は５ｍｍとなる場合の、鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）と溶鋼湯面からの距離（ｍｍ）との関係を示す図である。図１４では、横軸に鋳造速度を取り、縦軸に溶鋼湯面からの距離を取り、凝固シェル３ａの厚みが４ｍｍとなる場合、及び凝固シェル３ａの厚みが５ｍｍとなる場合における、両者の関係をプロットしている。なお、図１４に示す結果を得る際の計算では、一般的な鋳型に対応する値として、ｋ＝１７とした。

例えば、図１４に示す結果から、研削される厚みが４ｍｍよりも小さく、凝固シェル３ａの厚みが４ｍｍまでの範囲で溶鋼２を電磁撹拌すればよい場合であれば、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１を２００ｍｍとすれば、鋳造速度３．５ｍ／ｍｉｎ以下での連続鋳造において電磁撹拌の効果が得られることが分かる。研削される厚みが５ｍｍよりも小さく、凝固シェル３ａの厚みが５ｍｍまでの範囲で溶鋼２を電磁撹拌すればよい場合であれば、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１を３００ｍｍとすれば、鋳造速度３．５ｍ／ｍｉｎ以下での連続鋳造において電磁撹拌の効果が得られることが分かる。なお、この鋳造速度の「３．５ｍ／ｍｉｎ」という値は、一般的な連続鋳造機において、操業上及び設備上可能な最大の鋳造速度に対応している。

ここで、上述したように、一例として、鋳造速度が１．６ｍ／ｍｉｎを超えるような高速鋳造においても従来のより遅い鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等の鋳片３の品質を確保することを目標とする場合について考える。鋳造速度が１．６ｍ／ｍｉｎを超える場合に、凝固シェル３ａの厚みが５ｍｍになっても電磁撹拌の効果を得るためには、図１４から、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１を少なくとも約１５０ｍｍ以上にしなければならないことが分かる。

以上検討した結果から、本実施形態では、例えば、比較的高速である鋳造速度１．６ｍ／ｍｉｎを超える連続鋳造において、凝固シェル３ａの厚みが５ｍｍになっても電磁撹拌の効果が得られるように、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１が約１５０ｍｍ以上になるように、当該電磁撹拌コア１５２を構成する。

電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２については、上述したように、当該高さＨ２が大きいほど電磁ブレーキ装置１６０の性能は高い。従って、上記数式（２）から、Ｈ１＋Ｈ２＝５００ｍｍである場合において、上記の電磁撹拌コア１５２の高さＨ１の範囲に対応するＨ２の範囲を求めればよい。すなわち、電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２は、約３５０ｍｍとなる。

これらの電磁撹拌コア１５２の高さＨ１及び電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２の値から、本実施形態におけるコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２は、例えば、下記数式（４）となる。

まとめると、本実施形態において、例えば、鋳造速度１．６ｍ／ｍｉｎを超える場合であっても従来のより低速の鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等以上の鋳片３の品質を確保することを目標とする場合には、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１と電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２が、上記数式（４）を満たすように、当該電磁撹拌コア１５２及び当該電磁ブレーキコア１６２が構成される。

なお、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の好ましい上限値は、電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２が取り得る最小値によって規定され得る。電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２が小さくなるほどコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２は大きくなるが、電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２が小さ過ぎれば、電磁ブレーキが有効に機能せず、電磁ブレーキによる鋳片３の内質向上の効果が得られ難くなるからである。電磁ブレーキの効果が十分に発揮され得る電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２の最小値は、鋳片サイズや品種、鋳造速度等の鋳造条件に応じて異なる。従って、電磁ブレーキコア１６２の高さＨ２の最小値、すなわちコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の上限値は、例えば下記実施例２に示すような実機試験、又は実際の操業での鋳造条件を模擬した数値解析シミュレーション等に基づいて規定され得る。

以上、電磁力発生装置１７０における、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０の適切な高さ、並びに電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０のＺ軸方向における適切な設置位置について説明した。なお、以上の説明では、上記数式（４）に示す関係性を得る際に、上記数式（２）からＨ１＋Ｈ２＝５００ｍｍとして、これらの関係性を得ていた。ただし、本実施形態はかかる例に限定されない。上述したように、装置の性能をより発揮するためにはＨ１＋Ｈ２はできるだけ大きい方が好ましいため、上記の例ではＨ１＋Ｈ２＝５００ｍｍとしていた。一方、例えば水箱１３０、１４０、電磁撹拌装置１５０及び電磁ブレーキ装置１６０を設置する際の作業性等を考慮して、Ｚ軸方向においてこれら部材の間に隙間が存在した方が好ましい場合も考えられる。このように作業性等の他の要素をより重視する場合には、必ずしもＨ１＋Ｈ２＝５００ｍｍでなくてもよく、例えばＨ１＋Ｈ２＝４５０ｍｍ等、Ｈ１＋Ｈ２を５００ｍｍよりも小さい値として、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２を設定してもよい。

また、以上の説明では、鋳造速度が１．６ｍ／ｍｉｎを超える場合に、凝固シェル３ａの厚みが５ｍｍになっても電磁撹拌の効果を得るための条件として、図１４から、電磁撹拌コア１５２の高さＨ１の最小値約１５０ｍｍを求め、このときのコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の値である０．４３を、当該コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の下限値としていた。ただし、本実施形態はかかる例に限定されない。目標とする鋳造速度がより速く設定される場合には、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の下限値も変化し得る。つまり、実際の操業において目標とする鋳造速度において、凝固シェル３ａの厚みが研削工程で除去される厚みに対応する所定の厚みになっても電磁撹拌の効果が得られるような電磁撹拌コア１５２の高さＨ１の最小値を図１４から求め、そのＨ１の値に対応するコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２を、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の下限値とすればよい。

一例として、作業性等を考慮してＨ１＋Ｈ２＝４５０ｍｍとし、より速い鋳造速度２．０ｍ／ｍｉｎにおいても従来のより低速の鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等以上の鋳片３の品質を確保することを目標とした場合における、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の条件を求めてみる。まず、図１４から、鋳造速度が２．０ｍ／ｍｉｎ以上である場合に、例えば凝固シェル３ａの厚みが５ｍｍになっても電磁撹拌の効果を得るための条件を求める。図１４を参照すると、鋳造速度が２．０ｍ／ｍｉｎのときには、溶鋼湯面からの距離が約１７５ｍｍの位置で、凝固シェルの厚みが５ｍｍになる。従って、マージンを考慮すれば、凝固シェル３ａの厚みが５ｍｍになっても電磁撹拌の効果が得られるような電磁撹拌コア１５２の高さＨ１の最小値は、２００ｍｍ程度と求められる。このとき、Ｈ１＋Ｈ２＝４５０ｍｍから、Ｈ２＝２５０ｍｍとなるため、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２に求められる条件は、下記数式（５）で表される。

つまり、本実施形態において、例えば、鋳造速度２．０ｍ／ｍｉｎにおいても従来のより低速の鋳造速度で連続鋳造を行った場合と同等以上の鋳片３の品質を確保することを目標とする場合には、少なくとも上記数式（５）を満たすように、電磁撹拌コア１５２及び電磁ブレーキコア１６２を構成すればよい。なお、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の上限値については、上述したように、実機試験、又は実際の操業での鋳造条件を模擬した数値解析シミュレーション等に基づいて規定すればよい。

このように、本実施形態では、鋳造速度を増加させた場合であっても従来のより低速での連続鋳造と同等以上の鋳片の品質（表面品質及び内質）を確保することが可能なコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の範囲は、その目標とする鋳造速度の具体的な値、及びＨ１＋Ｈ２の具体的な値に応じて、変化し得る。従って、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の適切な範囲を設定する際には、実際の操業時の鋳造条件や、連続鋳造機１の構成等を考慮して、目標とする鋳造速度、及びＨ１＋Ｈ２の値を適宜設定し、そのときのコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の適切な範囲を、以上説明した方法によって適宜求めればよい。

以上説明した２スロットの構成を有する電磁撹拌装置１５０を用いた場合における鋳片３の品質向上効果について確認するために、実機試験を行った結果について説明する。上述した本実施形態に係る電磁力発生装置１７０と同様の構成を有する電磁力発生装置を、実際に操業に用いている連続鋳造機（図１に示す連続鋳造機１と同様の構成を有するもの）に設置し、鋳造速度、電磁ブレーキ装置１６０によって付与する磁界の磁束密度の大きさ、及びコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の値を様々に変更しながら連続鋳造を行った。そして、鋳造後に得られた鋳片について、表面品質及び内質を目視及び超音波探傷検査によってそれぞれ調査した。なお、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２については、電磁撹拌コアの高さＨ１を２５０ｍｍで固定し、電磁ブレーキコアの高さＨ２を２００ｍｍ（すなわち、Ｈ１／Ｈ２＝１．２５）、２５０ｍｍ（すなわち、Ｈ１／Ｈ２＝１．００）、及び１２５ｍｍ（すなわち、Ｈ１／Ｈ２＝２．００）の３水準で変更することにより、その値を変更した。連続鋳造の条件は、以下の通りである。

（鋳型）
鋳片サイズ（鋳型のサイズ）：幅１６００ｍｍ、厚み２５０ｍｍ
（電磁撹拌装置）
電磁撹拌コアのサイズ：幅１７７５ｍｍ、高さ２５０ｍｍ、厚み２５０ｍｍ
電磁撹拌コアの高さ方向の位置：上端が溶鋼湯面と同じレベル
ティース部の数：１３個
ティース幅Ｗｔ：７５ｍｍ
コイル幅Ｗｃ：７５ｍｍ
コイルにおける巻き線：３０ターン
コイルに印加する交流電流：６８０Ａ、１．５Ｈｚ
（電磁ブレーキ装置）
電磁ブレーキコアのサイズ：幅１７７５ｍｍ、高さ２００ｍｍ、２５０ｍｍ、１２５ｍｍの３水準、厚み２５０ｍｍ

なお、本実施例では、比較のため、電磁撹拌装置として１スロットの構成を有するものを用いた場合についても、連続鋳造を行い、その鋳造後に得られた鋳片の品質を同様の方法によって調査した。１スロットの構成を有する電磁撹拌装置を用いた場合における鋳型設備の構成は、図２－図５に示す鋳型設備１０において、電磁撹拌装置１５０が図９に示す電磁撹拌装置２５０に置き換えられたものに対応する。

結果を表１～表３に示す。表１～表３は、それぞれ、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２が、１．２５の場合、１．００の場合及び２．００の場合についての結果を示している。また、表１～表３においては、鋳片の品質について、欠陥がほぼ発見されなかった場合には「○」を、欠陥は発見されたものの手入れが不要なレベルであった場合には「△」を、欠陥が発見され手入れが必要であった場合には「×」を、欠陥が多く発見され品質厳格材としては使用不可であった場合には「××」を付すことにより表現している。

まず、表１を参照して、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２＝１．２５の場合における実機試験の結果について説明する。この場合、電磁撹拌装置の構成（１スロットの構成又は２スロットの構成）にかかわらず、電磁ブレーキ装置による磁束密度が０．１５Ｔ以下の場合には、鋳造速度が２．０ｍ／ｍｉｎまで増加すると、表面品質及び内質がともに「×」以下となり、良好な鋳片品質を得ることができなかった。内質について評価が「×」以下となった理由は、鋳造速度が比較的速いにもかかわらず電磁ブレーキ装置による電磁力が小さ過ぎることにより、下降流の勢いを効果的に弱めることができなかったからであると考えられる。一方、表面品質について評価が「×」以下となった理由は、鋳造速度が比較的速く、かつ、電磁ブレーキ装置による電磁力が比較的小さい場合には、鋳型内壁、すなわち凝固シェル界面に向かう浸漬ノズルからの吐出流の勢いを当該電磁ブレーキ装置によって効果的に弱めることができないため、ガス気泡等が当該凝固シェルに捕捉されることを好適に抑制できないからであると考えられる。

従って、上記の結果は、鋳造速度が比較的速い場合において、鋳片の表面品質及び内質をともに良化するためには、電磁ブレーキ装置による電磁力をより大きくする必要があることを示唆している。ただし、電磁ブレーキ装置による電磁力を大きくした場合には、上述したように、電磁撹拌装置による撹拌力が小さいと、撹拌が効果的に行われず、良好な表面品質を得ることは困難となる。

この観点から、表１の結果について更に考察すると、２スロットの構成の電磁撹拌装置を用いた場合には、電磁ブレーキ装置による磁束密度を０．２Ｔ以上（０．２０Ｔ、０．３５Ｔ又は０．４５Ｔ）に増加させた場合に、比較的高速な鋳造速度１．８ｍ／ｍｉｎにおいても表面品質及び内質ともに良好な鋳片を得ることができた。特に、電磁ブレーキ装置による磁束密度を０．４５Ｔとした場合には、更に高速な鋳造速度２．０ｍ／ｍｉｎにおいても表面品質及び内質ともに良好な鋳片を得ることができた。この結果は、本実施形態のように２スロットの構成の電磁撹拌装置を用いることにより、より強い撹拌力を得ることが可能となるため、電磁ブレーキ装置による電磁力をより強くした場合であっても電磁撹拌の効果を得ることが可能となり、電磁撹拌の効果及び電磁ブレーキの効果をともに好適に得ることができたことを示している。

一方、１スロットの構成の電磁撹拌装置を用いた場合であって、鋳造速度２．０ｍ／ｍｉｎの場合には、電磁ブレーキ装置による磁束密度を０．２Ｔ以上（０．２０Ｔ、０．３５Ｔ又は０．４５Ｔ）に増加させると、内質については、磁束密度の増加に応じて徐々に改善が見られたが、表面品質については、磁束密度の値にかかわらず改善が見られなかった。この結果は、１スロットの構成の電磁撹拌装置を用いた場合には、比較的弱い撹拌力しか得ることができないため、電磁ブレーキ装置による電磁力を強くした場合に、電磁撹拌の効果を好適に得ることができず、表面品質を効果的に良化することができないことを示している。

次に、表２を参照すると、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２を１．００とすることにより、すなわち、電磁ブレーキコアの高さＨ２を大きくすることにより、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２＝１．２５の場合に比べて、鋳片の内質が向上することが分かった。この結果は、電磁ブレーキコアのサイズが大きくなることにより、鋳型内の溶鋼において電磁ブレーキの効果が作用する領域がより大きくなったためであると考えられる。

次に、表３を参照すると、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２を２．００とすることにより、すなわち、電磁ブレーキコアの高さＨ２を小さくすることにより、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２＝１．２５の場合に比べて、鋳片の内質向上の効果が得られ難くなることが分かった。具体的には、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２＝２．００の場合には、電磁ブレーキ装置による磁束密度が０．１５Ｔ、鋳造速度が１．８ｍ／ｍｉｎ、２．０ｍ／ｍｉｎの場合における内質が、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２＝１．２５の場合に比べて悪化していた。この結果は、電磁ブレーキコアのサイズが小さくなることにより、鋳型内の溶鋼において電磁ブレーキの効果が作用する領域がより小さくなったためであると考えられる。

本実施形態に係る電磁力発生装置１７０におけるコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の調整による鋳片品質の向上効果について確認するために、実機試験を行った結果について説明する。上記実施例１と同様に、図２～図５に示す本実施形態に係る電磁力発生装置１７０と同様の構成を有する電磁力発生装置を、実際に操業に用いている連続鋳造機（図１に示す連続鋳造機１と同様の構成を有するもの）に設置し、鋳造速度、及びコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の値を様々に変更しながら連続鋳造を行った。そして、鋳造後に得られた鋳片の表面品質及び内質を目視及び超音波探傷検査によってそれぞれ調査した。連続鋳造の条件は、上記実施例１と同様である。

なお、本実施例では、比較のため、電磁撹拌装置のみを設置した場合についても、連続鋳造を行い、その鋳片の品質を同様の方法によって調査した。電磁撹拌装置のみを設置した場合における鋳型設備の構成は、図２～図５に示す鋳型設備１０において電磁ブレーキ装置１６０が取り除かれたものに対応する。また、電磁撹拌装置のみを設置した場合については、鋳造速度を１．６ｍ／ｍｉｎ、電磁撹拌装置の電磁撹拌コアの高さＨ１を２００ｍｍとした。

結果を、下記表４に示す。表４では、鋳片の品質については、電磁撹拌装置のみを設置した場合に得られた鋳片の品質を基準として、電磁撹拌装置のみを設置した場合よりも良い品質が得られた場合には「○」、電磁撹拌装置のみを設置した場合と同程度の品質が得られた場合には「△」、電磁撹拌装置のみを設置した場合よりも悪い品質が得られた場合には「×」を付すことにより表現している。

本実施例では、鋳造速度を２．０ｍ／ｍｉｎまで増加させた場合であっても、より低速（具体的には、鋳造速度１．６ｍ／ｍｉｎ）での電磁撹拌装置のみを用いた連続鋳造よりも優れた鋳片の品質（表面品質及び内質）を確保することが可能なコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の範囲を調査した。表４に示す結果から、本実施例における鋳造条件においては、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の値を約０．８０～約２．３３にすることにより、鋳造速度を２．０ｍ／ｍｉｎまで増加させた場合であっても、より低速での電磁撹拌装置のみを用いた連続鋳造よりも優れた鋳片の品質を確保することが可能になることが分かった。換言すれば、本実施例の結果から、本実施形態に係る電磁力発生装置１７０を適用し、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の値を約０．８０～約２．３３にすることにより、鋳片の品質を確保しつつ、鋳造速度を２．０ｍ／ｍｉｎまで増加させ、生産性を向上させることが可能になることが示された。また、同様に、表４に示す結果から、本実施例における鋳造条件においては、コア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の値を約１．００～約２．００にすることにより、鋳造速度を２．２ｍ／ｍｉｎまで増加させた場合であっても、より低速での電磁撹拌装置のみを用いた連続鋳造よりも優れた鋳片の品質を確保することが可能になることが分かった。

（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。

例えば、本実施形態に係る電磁力発生装置の構成は、図２～図５に示す例に限定されない。本実施形態では、電磁力発生装置が、長辺鋳型板の外側面において上方に電磁撹拌装置が設置され下方に電磁ブレーキ装置が設置されるとともに、当該電磁撹拌装置が鋳型幅方向を磁化方向とするように形成されるコイルについて２スロットの構成を有するように構成されれば、生産性を向上させた場合であっても鋳片の品質を確保する効果を得ることが可能であり、その他の構成は任意であってよい。例えば、鋳型設備における水箱の設置位置は図示した例に限定されない。また、電磁力発生装置におけるコア高さ割合Ｈ１／Ｈ２の範囲も、必ずしも上述した範囲でなくてもよい。ただし、上述したように、鋳型設備及び電磁力発生装置を、上記（２－３．電磁力発生装置の設置位置の詳細）や実施例２において説明したように構成することにより、鋳片の品質をより一層向上させることが可能となるため、鋳型設備及び電磁力発生装置については、かかる構成を採用することがより好ましい。

１ 連続鋳造機
２ 溶鋼
３ 鋳片
３ａ 凝固シェル
３ｂ 未凝固部
４ 取鍋
５ タンディッシュ
６ 浸漬ノズル
１０ 鋳型設備
１１０ 鋳型
１１１ 長辺鋳型板
１１２ 短辺鋳型板
１２１、１２２、１２３ バックアッププレート
１３０ 上部水箱
１４０ 下部水箱
１５０、２５０ 電磁撹拌装置
１５１ ケース
１５２ 電磁撹拌コア
１５３、１５３ａ～１５３ｆ コイル
１５４、１５４ａ～１５４ｇ ティース部
１６０ 電磁ブレーキ装置
１６１ ケース
１６２ 電磁ブレーキコア
１６３ コイル
１６４ 端部
１６５ 連結部
１７０ 電磁力発生装置

Claims (8)

1. 電磁撹拌装置によって、鋳型内の溶融金属に対して水平面内において旋回流を発生させる電磁力を付与するとともに、前記電磁撹拌装置よりも下方に設置される電磁ブレーキ装置によって、前記鋳型内への浸漬ノズルからの前記溶融金属の吐出流に対して前記吐出流を制動する方向の電磁力を付与しながら行う連続鋳造方法であって、
   前記電磁撹拌装置は、鋳型長辺方向を巻回軸方向としてコアに導線を巻回することによって形成され鋳型長辺方向に並べられて設置される複数のコイルを有し、隣り合う２つの前記コイルによって構成される１対のコイルごとに同じ位相の交流電流を印加しつつ、前記１対のコイルごとに印加される交流電流の前記位相が前記複数のコイルの配列順に順次ずれるように、前記複数のコイルに対して交流電流を印加することにより、前記旋回流を発生させる電磁力を付与し、
   前記電磁ブレーキ装置は、０．２Ｔよりも大きい磁束密度の磁界を発生させることにより、前記吐出流を制動する方向の電磁力を付与し、
   前記電磁ブレーキ装置は、前記鋳型の幅方向の各端部のそれぞれに磁極を有する、
   連続鋳造方法。
2. 前記鋳型の長辺鋳型板の外側面において、前記長辺鋳型板の上端から下端の間に収まるように、前記鋳型を冷却するための冷却水を貯水する第１の水箱と、前記電磁撹拌装置と、前記電磁ブレーキ装置と、前記鋳型を冷却するための冷却水を貯水する第２の水箱と、が、上方から下方に向かってこの順に設置されるとともに、前記電磁撹拌装置のコア高さＨ１、及び前記電磁ブレーキ装置のコア高さＨ２の合計が、５００ｍｍ以下である、
   請求項１に記載の連続鋳造方法。
3. 前記鋳型の長辺鋳型板の外側面において、前記長辺鋳型板の上端から下端の間に収まるように、前記鋳型を冷却するための冷却水を貯水する第１の水箱と、前記電磁撹拌装置と、前記電磁ブレーキ装置と、前記鋳型を冷却するための冷却水を貯水する第２の水箱と、が、上方から下方に向かってこの順に設置されるとともに、前記電磁撹拌装置のコア高さＨ１、及び前記電磁ブレーキ装置のコア高さＨ２が、下記数式（１０１）に示す関係を満たす、
   請求項１又は２に記載の連続鋳造方法。
   

   
4. 前記電磁撹拌装置のコア高さＨ１、及び前記電磁ブレーキ装置のコア高さＨ２が、下記数式（１０３）に示す関係を満たす、
   請求項１又は２に記載の連続鋳造方法。
   

   
5. 連続鋳造用の鋳型と、
   前記鋳型の長辺鋳型板の外側面に設置され、前記鋳型内の溶融金属に対して水平面内において旋回流を発生させる電磁力を付与する電磁撹拌装置と、
   前記鋳型の長辺鋳型板の外側面において前記電磁撹拌装置よりも下方に設置され、前記鋳型内への浸漬ノズルからの溶融金属の吐出流に対して前記吐出流を制動する方向の電磁力を付与する電磁ブレーキ装置と、
   を備え、
   前記電磁撹拌装置は、鋳型長辺方向を巻回軸方向としてコアに導線を巻回することによって形成され鋳型長辺方向に並べられて設置される複数のコイルを有し、前記旋回流を発生させる電磁力を付与する際に、隣り合う２つの前記コイルによって構成される１対のコイルごとに同じ位相の交流電流を印加しつつ、前記１対のコイルごとに印加される交流電流の前記位相が前記複数のコイルの配列順に順次ずれるように、前記複数のコイルに対して交流電流を印加可能に構成され、
   前記電磁ブレーキ装置は、前記吐出流を制動する方向の電磁力を付与する際に、０．２Ｔよりも大きい磁束密度の磁界を発生可能に構成され、
   前記電磁ブレーキ装置は、前記鋳型の幅方向の各端部のそれぞれに磁極を有する、
   鋳型設備。
6. 前記鋳型を冷却するための冷却水を貯水する第１の水箱及び第２の水箱、を更に備え、 前記鋳型の長辺鋳型板の外側面において、前記長辺鋳型板の上端から下端の間に収まるように、前記第１の水箱、前記電磁撹拌装置、前記電磁ブレーキ装置、及び前記第２の水箱が、上方から下方に向かってこの順に設置され、
   前記電磁撹拌装置のコア高さＨ１、及び前記電磁ブレーキ装置のコア高さＨ２の合計が、５００ｍｍ以下である、
   請求項５に記載の鋳型設備。
7. 前記鋳型を冷却するための冷却水を貯水する第１の水箱及び第２の水箱、を更に備え、 前記鋳型の長辺鋳型板の外側面において、前記長辺鋳型板の上端から下端の間に収まるように、前記第１の水箱、前記電磁撹拌装置、前記電磁ブレーキ装置、及び前記第２の水箱が、上方から下方に向かってこの順に設置され、
   前記電磁撹拌装置のコア高さＨ１、及び前記電磁ブレーキ装置のコア高さＨ２が、下記数式（１０５）に示す関係を満たす、
   請求項５又は６に記載の鋳型設備。
   

   
8. 前記電磁撹拌装置のコア高さＨ１、及び前記電磁ブレーキ装置のコア高さＨ２が、下記数式（１０７）に示す関係を満たす、
   請求項５又は６に記載の鋳型設備。
   

   

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