特開 2023-47724 連続鋳造鋳片

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023047724

(43)【公開日】2023-04-06

(54)【発明の名称】連続鋳造鋳片

(51)【国際特許分類】

   B22D 11/115 20060101AFI20230330BHJP

   B22D 11/04 20060101ALI20230330BHJP

   B22D 11/11 20060101ALI20230330BHJP

【ＦＩ】

B22D11/115 B

B22D11/04 311J

B22D11/11 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021156814

(22)【出願日】2021-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(72)【発明者】

【氏名】永井 真二

(72)【発明者】

【氏名】岡田 信宏

(72)【発明者】

【氏名】望月 翔平

(72)【発明者】

【氏名】塚口 友一

【テーマコード（参考）】

4E004

【Ｆターム（参考）】

4E004AA09

4E004MB11

4E004MB12

4E004NB01

(57)【要約】

【課題】シェルに取り込まれる介在物や気泡の除去に必要な溶鋼流動のみならず、電磁撹拌装置と電磁ブレーキ装置の組み合わせにおいて浸漬ノズルからの吐出流を表面欠陥及び内部欠陥を低減できるよう安定的に制御し、鋳型内全体の流動を最適化できる指針を提供する。さらには、そのような指針に従って製造された鋳片を提供する。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、連続鋳造鋳片であって、連続鋳造鋳片の長辺側の表面から深さ１ｍｍから１２ｍｍの位置における凝固組織が以下の式（１）を満たすことを特徴とする連続鋳造鋳片が提供される。
－０．９０９×Ｄ１＋１２．９≦θ１≦－０．９０９×Ｄ１＋２２．９ （１）
θ１：一次デンドライト凝固組織が長辺側の表面から鋳片内部に向かう法線となす角度（°）の平均値
Ｄ１：長辺側の表面からの距離（ｍｍ）
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

連続鋳造鋳片であって、
前記連続鋳造鋳片の長辺側の表面から深さ１ｍｍから１２ｍｍの位置における凝固組織が以下の式（１）を満たすことを特徴とする連続鋳造鋳片。
－０．９０９×Ｄ１＋１２．９≦θ１≦－０．９０９×Ｄ１＋２２．９ （１）
θ１：一次デンドライト凝固組織が前記長辺側の表面から鋳片内部に向かう法線となす角度（°）の平均値
Ｄ１：前記長辺側の表面からの距離（ｍｍ）

【請求項2】

連続鋳造鋳片であって、
前記連続鋳造鋳片の短辺側の表面から深さ１ｍｍから１５ｍｍの位置における凝固組織が以下の式（２）を満たすことを特徴とする連続鋳造鋳片。
１．７９×Ｄ２－２６．８≦θ２≦１．７９×Ｄ２－６．７９ （２）
θ２：一次デンドライト凝固組織が前記短辺側の表面から鋳片内部に向かう法線となす角度（°）の平均値
Ｄ２：前記短辺側の表面からの距離（ｍｍ）

【請求項3】

連続鋳造鋳片であって、
前記連続鋳造鋳片の長辺側の表面から深さ１ｍｍから１２ｍｍの位置における凝固組織が以下の式（１）を満たし、
－０．９０９×Ｄ１＋１２．９≦θ１≦－０．９０９×Ｄ１＋２２．９ （１）
θ１：一次デンドライト凝固組織が前記長辺側の表面の法線となす角度（°）の平均値
Ｄ１：前記長辺側の表面からの距離（ｍｍ）
かつ、前記連続鋳造鋳片の短辺側の表面から深さ１ｍｍから１５ｍｍの位置における凝固組織が以下の式（２）を満たすことを特徴とする連続鋳造鋳片。
１．７９×Ｄ２－２６．８≦θ２≦１．７９×Ｄ２－６．７９ （２）
θ２：一次デンドライト凝固組織が前記短辺側の表面の法線となす角度（°）の平均値
Ｄ２：前記短辺側の表面からの距離（ｍｍ）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、連続鋳造鋳片に関する。

【背景技術】

【0002】

連続鋳造では、タンディッシュに一旦貯留された溶鋼を、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（以下、単に「シェル」とも称する）と呼ばれる。

【0003】

ところで、近年、例えば自動車向けの極低炭素鋼薄板、特に外装材においては極めて厳格な表面品質及び内部品質が求められている。このため、薄板（鋼板）の素材となる鋳片からは、鋼板の表面欠陥及び内部欠陥となりうる介在物や気泡を極力取り除く必要がある。ここで、介在物は溶鋼の精錬時に生成する。気泡は浸漬ノズルの閉塞を防止するために溶鋼とともに供給されるＡｒガスに由来するものである。介在物や気泡は溶鋼が凝固するまでに浮上させて取り除かれるが、一部は溶鋼の凝固に伴いシェルに捕捉されるおそれがある。さらに、溶鋼のスループットを高めると、鋳造方向の平均溶鋼流速（下降流）が増大し、気泡や介在物が浮上しにくくなるため、シェルへの捕捉確率が高くなる。

【0004】

溶鋼を交流磁界により撹拌することで、シェルに取り込まれる介在物や気泡を低減させる技術が知られている。しかし、鋳造速度がおおむね１．２ｍ／ｍｉｎより大きい操業では、浸漬ノズルからの吐出流が鋳型短辺に衝突した際に生成する反転流が増大する。この反転流は上昇流と下降流とに区分される。そして、この上昇流が交流磁界による撹拌流と衝突するため、撹拌によるシェルの洗浄効果が低下する。そこで、浸漬ノズルからの吐出流を制動する目的で、鋳型下部で静磁界を印加する技術も知られている。前者は電磁撹拌装置、後者は電磁ブレーキ装置とも称される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３５２７１２２号公報

【特許文献2】特許第５０４４９８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、電磁撹拌装置と電磁ブレーキ装置を併設してそれぞれを単純に稼働させればシェルに取り込まれる介在物や気泡を少なくすることができるわけではない。さらには、仮に、シェルに取り込まれる介在物や気泡が少なくなるような電磁撹拌装置及び電磁ブレーキ装置の磁場を規定しても、これらの装置の位置、浸漬ノズルの位置及び形状、鋳片の厚み、幅、鋳造速度が様々に変動するあらゆる操業において、鋳片の表面欠陥及び内部欠陥（すなわち、シェルに取り込まれる介在物や気泡）を少なくできる保証はない。特に吐出流制御に用いられる電磁ブレーキ装置は、電磁ブレーキ装置のコアの幅方向中央部で磁束密度が最大となる性質がある。このため、電磁ブレーキ装置の磁束強度を大きくしたときに浸漬ノズル吐出孔近傍に極端な制動力が働き、そこで生じた上昇流が電磁撹拌装置による攪拌流をかえって乱す（言い換えれば、鋳型内の偏流をかえって助長する）場合もある。また、浸漬ノズルとの組み合わせによっては、これ（攪拌流の乱れ）がさらに顕著となる恐れもある。

【0007】

特許文献１に開示された技術では、非金属介在物の低減を目的として、鋳片の長辺及び短辺の凝固組織の偏向角度（θ）を特定の範囲に制限している。具体的には、長辺面の表層下５～１０ｍｍにおける一次デンドライトの偏向角度θ１を１０°≦θ１≦４０°とし、短辺面の表層下１５～２５ｍｍにおける一次デンドライトの偏向角度θ２を０°≦θ２≦１５°に制限している。

【0008】

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、短辺側の溶鋼の流速を示す偏向角度θ２を表層下１５～２５ｍｍの範囲でしか制御していない。一方で、ノズル吐出孔からの溶鋼流が操業条件によって上昇流および下降流へどのように配分されるか等といった事象も鋳片の表面品質及び内部品質に大きく関わってくる。特許文献１では、このような事象を一切考慮していない。したがって、特許文献１に開示された技術は、流動最適化の観点からはかならずしも十分ではない。

【0009】

特許文献２に開示された技術では、極低炭素鋼の鋳片を連続鋳造する。この際、スループットを４～７ｔｏｎ／ｍｉｎとし、浸漬ノズルに吹き込む不活性ガスの流量を５～２０ＮＬ／ｍｉｎとし、鋳型内の溶鋼に交流磁界または交流磁界と静磁界を印加する。しかしながら、特許文献２には、鋳片の長辺側での流動に関する記載はあるが、短辺側における流動に関する記載が無い。このため、鋳型内の安定的な流動の形成に関して不十分である。

【0010】

本発明は、上記課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、シェルに取り込まれる介在物や気泡の除去に必要な溶鋼流動のみならず、電磁撹拌装置と電磁ブレーキ装置の組み合わせにおいて浸漬ノズルからの吐出流を表面欠陥及び内部欠陥を低減できるよう安定的に制御し、鋳型内全体の流動を最適化できる指針を提供する。さらには、そのような指針に従って製造された連続鋳造鋳片を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、連続鋳造鋳片であって、連続鋳造鋳片の長辺側の表面から深さ１ｍｍから１２ｍｍの位置における凝固組織が以下の式（１）を満たすことを特徴とする連続鋳造鋳片が提供される。
－０．９０９×Ｄ１＋１２．９≦θ１≦－０．９０９×Ｄ１＋２２．９ （１）
θ１：一次デンドライト凝固組織が長辺側の表面から鋳片内部に向かう法線となす角度（°）の平均値
Ｄ１：長辺側の表面からの距離（ｍｍ）

【0012】

本発明の他の観点によれば、連続鋳造鋳片であって、連続鋳造鋳片の短辺側の表面から深さ１ｍｍから１５ｍｍの位置における凝固組織が以下の式（２）を満たすことを特徴とする連続鋳造鋳片が提供される。
１．７９×Ｄ２－２６．８≦θ２≦１．７９×Ｄ２－６．７９ （２）
θ２：一次デンドライト凝固組織が短辺側の表面から鋳片内部に向かう法線となす角度（°）の平均値
Ｄ２：短辺側の表面からの距離（ｍｍ）

【0013】

本発明の他の観点によれば、連続鋳造鋳片であって、連続鋳造鋳片の長辺側の表面から深さ１ｍｍから１２ｍｍの位置における凝固組織が以下の式（１）を満たし、
－０．９０９×Ｄ１＋１２．９≦θ１≦－０．９０９×Ｄ１＋２２．９ （１）
θ１：一次デンドライト凝固組織が長辺側の表面の法線となす角度（°）の平均値
Ｄ１：長辺側の表面からの距離（ｍｍ）
かつ、連続鋳造鋳片の短辺側の表面から深さ１ｍｍから１５ｍｍの位置における凝固組織が以下の式（２）を満たすことを特徴とする連続鋳造鋳片が提供される。
１．７９×Ｄ２－２６．８≦θ２≦１．７９×Ｄ２－６．７９ （２）
θ２：一次デンドライト凝固組織が短辺側の表面の法線となす角度（°）の平均値
Ｄ２：短辺側の表面からの距離（ｍｍ）

【発明の効果】

【0014】

本発明の上記観点によれば、シェルに取り込まれる介在物や気泡の除去に必要な溶鋼流動のみならず、電磁撹拌装置と電磁ブレーキ装置の組み合わせにおいて浸漬ノズルからの吐出流を表面欠陥及び内部欠陥を低減できるよう安定的に制御し、鋳型内全体の流動を最適化できる指針を提供することができる。さらには、そのような指針に従った連続鋳造鋳片を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】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2】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。

【図3】鋳型設備の、図２に示すＡ－Ａ断面での断面図である。

【図4】鋳型設備の、図３に示すＢ－Ｂ断面での断面図である。

【図5】鋳型設備の、図３に示すＣ－Ｃ断面での断面図である。

【図6】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。

【図7】長辺側の表面におけるデンドライト角度と鋳片品質（表面品質）との相関を示すグラフである。

【図8】短辺側の表面におけるデンドライト角度と鋳片品質（表面品質及び内部品質）との相関を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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。

【0017】

＜１．連続鋳造機の構成＞
まず、本実施形態に係る鋳片を製造可能な連続鋳造機の全体構成について簡単に説明する。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。

【0018】

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。

【0019】

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～図５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。

【0020】

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。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として定義する。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。

【0021】

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（すなわち、長辺面外側）に電磁力発生装置が設置される。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。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６を参照して後述する。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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に対して上述した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。

【0030】

＜２．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。

【0031】

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。

【0032】

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（すなわち、長辺面の外側）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。

【0033】

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。

【0034】

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、例えば幅（すなわち、Ｘ軸方向の長さ）８００～２３００ｍｍ程度、あるいは１０００～１８００ｍｍ程度、厚み（すなわち、Ｙ軸方向の長さ）１５０～３００ｍｍ程度、あるいは２００～２７０ｍｍ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（例えば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（例えば２００～３００ｍｍ）と略同一のＹ軸方向の幅を有する。

【0035】

また、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１０００ｍｍよりも十分に大きいＺ軸方向の長さを有するように、当該鋳型板１１１、１１２を形成する。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。つまり、電磁撹拌装置１５０は、鋳型上部の長辺面外側に設置され、電磁ブレーキ装置１６０は、鋳型下部の長辺面外側に設置される。

【0042】

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、水平面内において撹拌流（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、このような撹拌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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

電磁撹拌コア１５２は、略直方体形状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。

【0046】

電磁撹拌コア１５２に対して、Ｘ軸方向を中心軸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。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。

【0047】

コイル１５３のそれぞれには、図示しない交流電源が接続される。当該交流電源によって、電磁撹拌コア１５２から鋳型内の溶鋼２に交流磁場を印加する。具体的には、隣り合うコイル１５３における電流の位相が適宜ずれるように当該コイル１５３に対して電流を印加することにより、溶鋼２に対して撹拌流を生じさせるような電磁力が付与され得る。なお、当該交流電源の駆動は、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１５３のそれぞれに印加する電流量や、コイル１５３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２に対して与えられる電磁力の強さが制御され得る。この交流電源の駆動方法としては、一般的な電磁撹拌装置において用いられている各種の公知の方法が適用されてよいため、ここではその詳細な説明を省略する。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。これらの吐出孔から溶鋼２が鋳型１１０内に吐出される。溶鋼２の吐出流は、短辺側に向かって進み、短辺側に形成されたシェルに衝突する。その後、吐出流は、上方向（すなわち、溶鋼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。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。さらに、吐出流に起因する上昇流の勢いが弱められるので、溶鋼の湯面変動が抑制される。したがって、湯面変動に起因するオシレーションマークの乱れ及びディプレッションを抑制することができ、鋳型内における鋳片の表面割れ及び結晶粒の粗大化を抑制することができる。したがって、鋳片の品質を向上させることができる。

【0051】

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内にその一部が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のケース１６１内の部位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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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、例えば電磁鋼板を積層することにより形成される。

【0055】

電磁ブレーキコア１６２の端部１６４に対して、Ｙ軸方向を中心軸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。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。各端部１６４について、それぞれ、複数のコイル１６３が、Ｙ軸方向に所定の間隔を有して並列されて設けられる。

【0056】

コイル１６３のそれぞれには、図示しない直流電源が接続される。当該直流電源によって、各コイル１６３に直流電流を印加することにより、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。つまり、各端部１６４が磁極となり、一方の端部１６４がＮ極、他方の端部１６４がＳ極となる。したがって、２つの磁極が長辺面に対向することとなる。さらに、２つの磁極間の空間１６４ａに対向する位置に浸漬ノズル６が配置される（図６参照）。なお、他方の長辺にも同様の電極ブレーキコア１６２が配置されるので、磁極は合計２対配置されることになる。また、当該直流電源の駆動は、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、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。この直流電源の駆動方法としては、一般的な電磁ブレーキ装置において用いられている各種の公知の方法が適用されてよいため、ここではその詳細な説明を省略する。

【0057】

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。

【0058】

なお、上述した例では、電磁ブレーキコア１６２は複数のコイル１６３（磁極）を有しているが、単独の磁極を有するものであってもよい。この場合、長辺の外側にそれぞれ１つの（すなわち１対の）磁極が配置される。磁極は、鋳型の長辺面外側に設けられ、幅方向（つまり、長辺面の長さ方向）の両端に亘って伸びることになる。この場合、浸漬ノズル周囲の磁束密度が高くなる傾向があるが、後述する式（１）、及び／または（２）が満たされれば本実施形態の効果は得られる。

【0059】

ただし、２つの端部１６４を有する場合、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が構成される場合、２つの磁極間の空間１６４ａに対向する位置に浸漬ノズル６が配置される。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の磁束密度が他の領域の磁束密度よりも低下するように、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。したがって、浸漬ノズルの吐出孔近傍で、静磁場による制動力を低減することができるので、過剰な上昇流の発生を抑制することができる。この結果、電磁ブレーキによって電磁撹拌の効果が損なわれにくくなり、ひいては、電磁ブレーキの効果及び電磁撹拌の効果をより高めることができる。したがって、より幅広い鋳造条件に対応することが可能となる。さらに、電磁撹拌の効果をより効果的に得られることから温度変動がさらに抑制される。さらに、上昇流に起因する湯面変動及び温度変動が抑制される。したがって、凝固シェルの不均一凝固が抑制され、ひいては、鋳片の表面品質が改善される。もちろん、この場合においても、後述する式（１）及び／または（２）が満たされる必要がある。

【0060】

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。すなわち、磁極の数は浸漬ノズル６の近傍で生じる上昇流の程度等に応じて適宜調整されればよく、特に上限値の制限はない。磁極が３つ以上存在する場合であっても、複数の磁極間の空間に対向する位置に浸漬ノズル６を配置することが好ましい。

【0061】

＜３．本発明者による検討＞
本実施形態は、シェルに取り込まれる介在物や気泡の除去に必要な溶鋼流動のみならず、電磁撹拌装置と電磁ブレーキ装置の組み合わせにおいて浸漬ノズルからの吐出流を表面欠陥及び内部欠陥を低減できるよう安定的に制御し、鋳型内全体の流動を最適化できる指針を提供する。言い換えれば、鋳型内の電磁撹拌装置、電磁ブレーキ装置、浸漬ノズル、及び鋳片サイズ等の様々な組み合わせにおいて、鋳片長辺側において電磁撹拌による気泡および介在物の洗浄効果を得ることができ、鋳片短辺側において浸漬ノズル吐出流を電磁ブレーキ装置により適正に制御し、上部の電磁撹拌を阻害せず、かつ、鋳片内部への介在物および気泡の侵入を抑制できる指針を提供する。

【0062】

このような指針として、本発明者は、鋳片の一次デンドライト凝固組織の偏向角度に着目した。一次デンドライト凝固組織が偏向するのは、一次デンドライトが凝固する際、一次デンドライトが周囲の溶鋼流れに影響されるからである。具体的には、溶鋼流れの上流に向かって一次デンドライトが偏向する。なお、本実施形態の「一次デンドライト」は、鋳片の長辺側の表面または短辺側の表面から延びるデンドライトであり、デンドライト凝固組織の「幹」に相当する部分を意味する。この偏向角度（以下、単にデンドライト角度とも称する）は、溶鋼流れが大きくなるほど大きくなる傾向がある。

【0063】

ここで、鋳片の生産性をより向上させるには鋳造速度を大きくする必要があり、鋳造速度の増加に従って鋳型内への溶鋼供給速度、すなわち浸漬ノズルからの吐出流が増大する。この吐出流は鋳型短辺に衝突して反転流を生成する。反転流は、上昇流と下降流に区分される。上昇流が多くなると、当該上昇流が鋳型内の湯面（メニスカス）を乱したり、電磁撹拌流を阻害したりする流動となり鋳片の表面品質を悪化させる。一方、下降流が多くなると、鋳片内部に介在物や気泡が多く潜り込むため、鋳片の内部品質を悪化させる。従って、生産性の向上には吐出流を適度に分散させることが極めて重要であり、適切に制御する指針（つまり上述した指針）が求められる。

【0064】

このような指針を求めるため、本発明者は、複数種類の鋳片を連続鋳造し、これらの鋳片を用いて鋳片品質とデンドライト角度との相関を予備調査した。ここで、デンドライト角度は、長辺側と短辺側の双方について求めた。

【0065】

まず、長辺側のデンドライト角度の求め方について説明する。鋳造後の鋳片を切断し、厚み、幅方向の横断サンプルを採取し研磨を行った後、凝固組織を現出するピクリン酸腐食液にてエッチングを行った。ついで、横断面を写真撮影し、鋳片の長辺側の表面から深さ１ｍｍから１２ｍｍまでの位置に存在する一次デンドライト凝固組織と鋳片表面の法線（鋳片内部に向かう法線）とのなす角度を測定した。深さ１ｍｍから１２ｍｍまでの位置を対象としたのは、この位置に生じる疵が鋳片の表面品質及び内部品質に影響を与えるからである。鋳片幅方向の測定位置としては、鋳片全幅に対し１／４位置、１／２位置、３／４位置のそれぞれを中心として幅方向に±１００ｍｍの範囲で少なくとも２０か所測定し、それぞれの幅位置における平均値を求めた。さらに、それらの平均値を長辺側のデンドライト角度とした。なお、デンドライト角度の正負は電磁撹拌の回転方向に基づいて決定した。すなわち、鋳造方向の上流側から幅方向を含む断面を見て電磁撹拌の回転方向が時計回りであれば、デンドライト角度についても時計回りを正とした。

【0066】

次に、短辺側のデンドライト角度の求め方について説明する。鋳造後の鋳片を切断し、厚み１／２位置において短辺を含む幅方向及び鋳造方向の縦断サンプルを採取し、研磨を行った後、凝固組織を現出するピクリン酸腐食液にてエッチングを行った。ついで、縦断面を写真撮影し、鋳片の短辺側の表面から深さ１ｍｍから１５ｍｍまでの位置に存在する一次デンドライト凝固組織と短辺側の表面の法線（鋳片内部に向かう法線）となす角度を測定した。深さ１ｍｍから１５ｍｍまでの位置を対象としたのは、この位置に生じる疵が鋳片の表面品質及び内部品質に影響を与えるからである。鋳造方向２００ｍｍの範囲で少なくとも２０か所測定し、平均値を求めた。なお、デンドライト角度の正負は鋳造方向に基づいて決定した。すなわち、短辺側の表面の法線に対して鋳造方向の上流側を正とした。

【0067】

また、鋳片品質は以下の手順で求めた。鋳片品質は表面品質と内部品質の両方を求め、これらを総合評価することで求めた。具体的には、鋳片を鋳造し、トーチカットした後の鋳片の表面を目視にて観察を行い、鋳片表面１ｍ^２当たりの疵個数を記録した。ついで、各鋳片の表層欠陥指数を求めた。具体的には、後述する発明例１における表層欠陥指数を１．０とし、各鋳片の表面１ｍ^２当たりの疵個数を発明例１における１ｍ^２当たりの疵個数で除算した値を各鋳片の表層欠陥指数とした。ついで、各鋳片を冷間圧延し、冷間圧延後のコイルの表面を目視にて観察した。この結果、表層欠陥指数が２．４以下であればコイル欠陥が合格レベルであった。このことから、表面品質に関して、表層欠陥指数が２．４以下の鋳片を〇、これより大きければ×とした。

【0068】

内部品質に関し、鋳造後の鋳片の横断面をピクリン酸でエッチングし、プリントに転写し表層から６０ｍｍまでの欠陥を観察した。そして、横断面１ｍ^２当たりの疵個数を記録した。ついで、各鋳片の内部欠陥指数を求めた。具体的には、後述する発明例１における内部欠陥指数を１．０とし、各鋳片の横断面１ｍ^２当たりの疵個数を発明例１における１ｍ^２当たりの疵個数で除算した値を各鋳片の内部欠陥指数とした。ついで、各鋳片を冷間圧延し、冷間圧延後のコイルにおける内部欠陥起因の欠陥発生状況をコイル表面の目視検査にて確認した。この結果、内部欠陥指数が２．３以下であればコイル欠陥が合格レベルであった。このことから、内部品質に関して、内部欠陥指数が合格レベルの２．３以下の鋳片を〇、これより大きければ×とした。結果を図７及び図８に示す。図７は長辺側の表面におけるデンドライト角度と鋳片品質（表面品質）との相関を示すグラフである。図８は短辺側の表面におけるデンドライト角度と鋳片品質（表面品質及び内部品質）との相関を示すグラフである。図７及び図８において、横軸は長辺側（または短辺側）の表面からの距離（ｍｍ）すなわち深さを示し、縦軸は長辺側（または短辺側）のデンドライト角度θ１、θ２を示す。

【0069】

一次デンドライト凝固組織が長辺側の表面の法線となす角度、すなわち長辺側のデンドライト角度θ１（°）は、鋳片の表層欠陥指数と相関がある。このため、図７では、表層欠陥指数の合否判定をプロットした。長辺側のデンドライト角度θ１（°）と鋳片表面品質の合否関係から、θ１＞－－０．９０９×Ｄ１＋２２．９（ここで、Ｄ１は長辺側の表面からの距離、すなわち表面からの深さ（ｍｍ））であると鋳片品質が不合格となる。これは、鋳型内電磁撹拌あるいは浸漬ノズル吐出反転流による流動が大きくなり、パウダー巻き込みの頻度が急激に増加するためである。一方で、θ１＜－０．９０９×Ｄ１＋１２．９であると鋳片品質が不合格となる。これは、溶鋼流動が小さいため、介在物や気泡が凝固シェルに捕捉される頻度が急激に増加するためである。これらの結果によれば、長辺側のデンドライト角度θ１が－０．９０９×Ｄ１＋１２．９≦θ１≦－０．９０９×Ｄ１＋２２．９を満たせば鋳片表面品質が良好となる。

【0070】

一次デンドライト凝固組織が短辺側の表面の法線となす角度、すなわち短辺側のデンドライト角度θ２（°）は、鋳片の表層欠陥指数及び内部欠陥指数と相関がある。このため、図８では、表層欠陥指数及び内部欠陥指数の合否判定をプロットした。短辺側のデンドライト角度θ２（°）と鋳片表面品質の合否関係から、θ２＞１．７９×Ｄ２－６．７９（ここで、Ｄ２は短辺側の表面からの距離、すなわち表面からの深さ（ｍｍ））であると鋳片表面品質が不合格となる。これは、吐出流が鋳片の短辺側のシェルに衝突して発生する上昇流が過大で長辺面での撹拌流の阻害要因となるからである。つまり、長辺面でのデンドライト角度が小さくなり、シェルに介在物や気泡が捕捉される頻度が急激に増加するためである。一方、θ２＜１．７９×Ｄ２－２６．８であると鋳片内部品質が不合格となる。これは、吐出流が鋳片の短辺側のシェルに衝突して発生する下降流が過大で、鋳片内部に多くの気泡や介在物が流入し、内部品質が急激に悪化するためである。これらの結果によれば、短辺側のデンドライト角度θ２が１．７９×Ｄ２－２６．８≦θ２≦１．７９×Ｄ２－６．７９を満たせば鋳片表面品質及び鋳片内部品質が良好となる。

【0071】

したがって、鋳片の表面からの距離、すなわち鋳片の厚み方向の深さに対して適正なデンドライト角度が変化する。長辺側の表面については、当該表面からの距離（深さ）が大きくなると、電磁撹拌装置とシェル界面（着目している位置）との距離が大きくなり、磁場強度が弱まる。このため、長辺側の表面からの距離とデンドライト角度の関係は負の傾きを持つ。

【0072】

短辺側の表面については、主に、浸漬ノズルからの吐出流が短辺側の鋳型に衝突することによりデンドライト角度が形成される。吐出流が短辺側の鋳型に衝突した後、湯面方向に流れる上昇流（ここでは負のデンドライト角度）とシェル下端方向に流れる下降流（ここでは正のデンドライト角度）となる。ここで、鋳型内の上部（シェル厚が比較的薄い部位）において上昇流、鋳型内の下部（シェル厚が比較的厚い部位）において下降流が形成されることが理想的である。また、これらの上昇流や下降流のいずれが大きすぎても、鋳片の表面品質や内部品質に悪影響を与える。これらのことから、短辺側の表面からの距離に対するデンドライト角度は正の傾きを持つ。

【0073】

したがって、以下の（条件１）及び（条件２）のうち、少なくとも一方、好ましくは両方が満たされることで、鋳片品質が良好となる。
（条件１）連続鋳造鋳片の長辺側の表面から深さ１ｍｍから１２ｍｍの位置における凝固組織が以下の式（１）を満たす。
－０．９０９×Ｄ１＋１２．９≦θ１≦－０．９０９×Ｄ１＋２２．９ （１）
θ１：一次デンドライト凝固組織が長辺側の表面から鋳片内部に向かう法線となす角度（°）の平均値
Ｄ１：長辺側の表面からの距離（ｍｍ）
(条件２)連続鋳造鋳片の短辺側の表面から深さ１ｍｍから１５ｍｍの位置における凝固組織が以下の式（２）を満たす。
１．７９×Ｄ２－２６．８≦θ２≦１．７９×Ｄ２－６．７９ （２）
θ２：一次デンドライト凝固組織が短辺側の表面から鋳片内部に向かう法線となす角度（°）の平均値
Ｄ２：短辺側の表面からの距離（ｍｍ）

【0074】

上述した条件１、２は普遍的な指針である。したがって、操業者は、上述した（条件１）及び（条件２）の少なくとも一方が満たされるように、電磁力発生装置の設置位置、浸漬ノズルの位置及び形状、鋳片の厚み、幅、鋳造速度等の諸条件を適宜調整すればよい。

【0075】

したがって、（条件１）及び（条件２）は、シェルに取り込まれる介在物や気泡の除去に必要な溶鋼流動のみならず、電磁撹拌装置と電磁ブレーキ装置の組み合わせにおいて浸漬ノズルからの吐出流を表面欠陥及び内部欠陥を低減できるよう安定的に制御し、鋳型内全体の流動を最適化できる指針となる。

【0076】

＜４．鋳片＞
以上説明した通り、本実施形態に係る鋳片は、上述した（条件１）及び（条件２）の少なくとも一方、好ましくは両方を満たす。このような鋳片は、表面品質及び内部品質のいずれも優れている。

【0077】

＜５．鋳片の製造方法＞
操業者は、上述した（条件１）及び（条件２）の少なくとも一方が満たされるように、電磁力発生装置の設置位置、浸漬ノズルの位置及び形状、鋳片の厚み、幅、鋳造速度等の諸条件を適宜調整すればよい。具体的には以下の指針に従って操業を行うことで、本実施形態に係る鋳片を製造することができる。

【0078】

鋳造速度が大きくなるほど浸漬ノズルの吐出孔からの溶鋼噴流（吐出流）が強くなる。この吐出流は鋳型短辺へ衝突し上昇流と下降流に分かれ鋳片品質へ悪影響を与えるが、鋳型内の電磁撹拌装置や電磁ブレーキ装置などにより制御できる。設備上、電磁撹拌強度が十分でなかったり、電磁ブレーキ装置が使用できなかったりする場合は、鋳造速度を低下させて鋳片品質を確保する。つまり、（条件１）及び（条件２）の少なくとも一方が満たされるようにする。電磁撹拌に関しては、磁場強度を大きくする程、撹拌流が顕著となり、長辺側のデンドライト角度θ１を大きくすることができる。

【0079】

電磁ブレーキに関しては、磁場強度を大きくする程、吐出孔からの溶鋼噴流（吐出流）を弱めることができる。これにより鋳型短辺に衝突し形成される上昇流および下降流を小さくすることができ、短辺のデンドライト角度θ２を適正範囲に収めることができる。つまり、（条件２）が満たされるように電磁ブレーキ装置を調整することができる。

【0080】

なお、電磁ブレーキ装置の配置について、磁極が一対のみであると磁場強度を大きくしていった際に吐出孔付近へ過大な静磁場が印加され、浸漬ノズル付近での極端な上昇流が形成し電磁撹拌を阻害する場合がある。このため、電磁ブレーキは幅方向に２対以上配置されていることが好ましい（すなわち電磁ブレーキ装置を図１～図６のように配置することが好ましい）。

【0081】

浸漬ノズルの吐出孔の角度（水平方向とのなす角度）は、小さいと吐出噴流（吐出流）が顕著な上昇流となり電磁撹拌を阻害し易く、長辺側のデンドライト角度θ１が小さくなりやすい。また、吐出孔角度が大きすぎると吐出噴流が下降流となり易く短辺側のデンドライト角度θ２が大きくなりやすく、内部品質が悪化しやすくなる。

【0082】

これらの影響は電磁撹拌、電磁ブレーキを含む鋳型内における溶鋼の流動解析によるシミュレーションによっても推測することができる。

【実施例0083】

次に、本実施形態の実施例を説明する。本実施例では、鋳型は銅製水冷式（水冷銅鋳型）で長さが９００ｍｍの矩形断面を有する。連続鋳造機の形式は垂直曲げ式とした。溶鋼の化学成分は、溶鋼の総質量に対して、質量％でＣが０．００１５％から０．００２％、Ｓｉが０．０１５％から０．０２％、Ｍｎが０．５％から０．６％、Ｐが０．０２％から０．０２５％、Ｓが０．００７％から０．００９％、Ｎが０．００２％から０．００３５％、Ｔｉが０．００５％から０．０１％、Ｎｂが０．００５から０．０１％、残部が鉄及び不純物とした。二次冷却の比水量は１．５～２．５Ｌ／ｋｇ－ｓｔｅｅｌとし鋳造を行った。浸漬ノズルのアルゴンガスの吹き込み量は７ＮＬ／ｍｉｎとした。電磁撹拌コアの上端は鋳型の上端から１００ｍｍとし、電磁撹拌コア上端から下端までの高さ（鋳造方向距離）は２５０ｍｍとした。電磁ブレーキコアの上端は鋳型の上端から５００ｍｍとし、電磁ブレーキコア上端から下端までの高さは２００ｍｍとした。浸漬ノズルの吐出孔は２孔とし、その向きは、水平面に対する角度を５～４５°の下向きとした。その他の条件は表１に記載した。

【0084】

ここで、長辺側のデンドライト角度θ１の測定法について述べる。鋳造後の鋳片を切断し、厚み、幅方向の横断サンプルを採取し研磨を行った後、凝固組織を現出するピクリン酸腐食液にてエッチングを行った。ついで、横断面を写真撮影し、鋳片の長辺側の表面から深さ１ｍｍから１２ｍｍまでの位置に存在する一次デンドライト凝固組織と鋳片表面の法線（鋳片内部に向かう法線）とのなす角度を測定した。鋳片幅方向の測定位置としては、鋳片全幅に対し１／４位置、１／２位置、３／４位置のそれぞれを中心として幅方向に±１００ｍｍの範囲で少なくとも２０か所測定し、それぞれの幅位置における平均値を求めた。さらに、それらの平均値を長辺側のデンドライト角度θ１とした。なお、鋳片の表面から深さ１～６ｍｍおよび７～１２ｍｍのそれぞれで最低一か所ずつ平均値を求めた。また、デンドライト角度θ１の正負は電磁撹拌の回転方向に基づいて決定した。すなわち、鋳造方向の上流側から幅方向を含む断面を見て電磁撹拌の回転方向が時計回りであれば、一次デンドライト凝固組織と鋳片表面の法線となす角度についても時計回りを正とした。

【0085】

次に、短辺側のデンドライト角度の求め方について説明する。鋳造後の鋳片を切断し、厚み１／２位置において短辺を含む幅方向及び鋳造方向の縦断サンプルを採取し、研磨を行った後、凝固組織を現出するピクリン酸腐食液にてエッチングを行った。ついで、縦断面を写真撮影し、鋳片の短辺側の表面から深さ１ｍｍから１５ｍｍまでの位置に存在する一次デンドライト凝固組織と短辺側の表面の法線（鋳片内部に向かう法線）となす角度を測定した。鋳造方向２００ｍｍの範囲で少なくとも２０か所測定し、平均値を求めた。これをデンドライト角度θ２とした。なお、鋳片の表面から深さ１～７ｍｍおよび８～１５ｍｍのそれぞれで最低一か所ずつ平均値を求めた。なお、デンドライト角度の正負は鋳造方向に基づいて決定した。すなわち、短辺側の表面の法線に対して鋳造方向の上流側を正とした。

【0086】

鋳片品質は以下の手順で求めた。鋳造後、トーチカットした鋳片の表面を目視にて観察を行い、鋳片表面１ｍ^２当たりの疵個数を記録した。ついで、各鋳片の表層欠陥指数を求めた。具体的には、発明例１における表層欠陥指数を１．０とし、各鋳片の表面１ｍ^２当たりの疵個数を発明例１における１ｍ^２当たりの疵個数で除算した値を各鋳片の表層欠陥指数とした。ついで、各鋳片を冷間圧延し、冷間圧延後のコイルの表面を目視にて観察した。コイルの表面の疵の発生状況と、表層欠陥指数との対比の結果、表層欠陥指数が２．４超であれば評価を×、２．４以下であれば評価を△、１．８以下であれば評価を〇とした。さらに表層欠陥指数が１．３未満であればコイル表面品質が非常に良好であり、特に優れた評価として◎とした。

【0087】

内部品質の評価は以下の方法で行った。すなわち、鋳造後の鋳片の横断面をピクリン酸でエッチングし、プリントに転写し表層から６０ｍｍまでの欠陥を観察した。そして、横断面１ｍ^２当たりの疵個数を記録した。ついで、各鋳片の内部欠陥指数を求めた。具体的には、後述する発明例１における内部欠陥指数を１．０とし、各鋳片の横断面１ｍ^２当たりの疵個数を発明例１における１ｍ^２当たりの疵個数で除算した値を各鋳片の内部欠陥指数とした。ついで、各鋳片を冷間圧延し、冷間圧延後のコイルにおける内部欠陥起因の欠陥発生状況をコイル表面の目視検査で確認した。コイルの欠陥発生状況と、内部欠陥指数との対比の結果、内部欠陥指数が２．３超であれば評価を×とし、２．３以下であれば合格レベルであり、評価を〇とした。さらに内部欠陥指数が１．６未満であればコイル品質が非常に良好であり、特に優れた評価として◎とした。表面と内部を併せた総合評価として、表層欠陥指数及び内部欠陥指数の評価がいずれも◎または〇または△（つまり△以上）であれば合格とした。

【0088】

【表1】

【0089】

発明例１～６はいずれも（条件１）、（条件２）を満たしていた。このため、発明例１～６では表層品質および内部品質に優れた鋳片が得られた。発明例７は本発明の（条件２）を満たすものである。表層により近い長辺のデンドライト角度が本発明より大きく、鋳型内へ添加されるモールドパウダーの巻き込みがやや増加したため発明例１～６に比べ表層品質は低下したものの、表面検査が厳格でない製品に対しては合格レベルであった。短辺のデンドライト角度については、本発明の範囲内であり内部欠陥指数は基準値以内となり、これらを総合して合格となった。

【0090】

比較例１では、長辺側のデンドライト角度θ１がいずれの位置においても（条件１）の範囲外であった。そのため凝固シェル表層に捕捉される気泡または介在物が増加し、表層欠陥指数が基準を超えた。また、表面から８～１５ｍｍ位置における短辺側のデンドライト角度θ２が（条件２）の上限値より大きく、鋳片内部へ流入する気泡および介在物が増加したため内部欠陥指数が基準を超えた。これらを総合して、不合格となった。

【0091】

比較例２では、長辺側の表面１～６ｍｍ位置でのデンドライト角度が（条件１）の下限値より小さかった。なお、比較例１と比較して表層欠陥指数は小さく、評価は△となっている。ただし、短辺側のデンドライト角度θ２は、いずれの位置においても（条件２）の範囲外であり、鋳片内部への溶鋼流動が著しく大きい。そのため、鋳片内部へ流入する介在物および気泡が増加し、内部欠陥指数が基準を超えた。これらを総合して不合格となった。

【0092】

比較例３では、長辺側のデンドライト角度がいずれの位置においても（条件１）の範囲外であった。そのため、比較例１と同様に凝固シェルに捕捉される気泡または介在物が増加し、表層欠陥指数が基準を超えた。また、短辺側のデンドライト角度θ２が、いずれの位置においても（条件２）の範囲外であり、短辺において鋳片下部から上部方向へ向かう流動が著しく大きくなった。このため、内部欠陥指数は基準以内であるものの、この流動により長辺の電磁撹拌流動が阻害されて長辺のデンドライト角度に影響を与えた。これらを総合して不合格となった。

【0093】

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。

【符号の説明】

【0094】

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 電磁撹拌装置
１５１ ケース
１５２ 電磁撹拌コア
１５３ コイル
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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】