特許 7200722 湾曲型連続鋳造装置における鋳型内流動制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-26

(45)【発行日】2023-01-10

(54)【発明の名称】湾曲型連続鋳造装置における鋳型内流動制御方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 11/115 20060101AFI20221227BHJP

   B22D 11/11 20060101ALI20221227BHJP

   B22D 11/10 20060101ALI20221227BHJP

【ＦＩ】

B22D11/115 B

B22D11/11 D

B22D11/10 330E

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019021263

(22)【出願日】2019-02-08

(65)【公開番号】P2020127953

(43)【公開日】2020-08-27

【審査請求日】2021-10-08

(73)【特許権者】

【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】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】原田 寛

(72)【発明者】

【氏名】池田 圭太

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 悠衣

(72)【発明者】

【氏名】高山 拓也

(72)【発明者】

【氏名】山本 華乃子

【審査官】祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０４３７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０４２０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１８０４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０６６６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１８２５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６４－０５３７４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｄ １１／１１５

Ｂ２２Ｄ １１／１１

Ｂ２２Ｄ １１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

湾曲型連続鋳造装置における鋳型内流動制御方法であって、
水平断面内で旋回流を形成する電磁攪拌装置を鋳型内湯面位置に設置し、さらにその下側に幅方向に一様な磁束密度分布を有する直流磁界を鋳型厚み方向に付与する直流磁界発生装置（以下「電磁ブレーキ」ともいう。）を併せて設置し、
鋳型短辺に向けて溶融金属を吐出する吐出孔を有する浸漬ノズルを設け、前記浸漬ノズルの吐出孔下端は前記直流磁界発生装置のコア上端よりも上方に位置し、
注入流量Ｑ（ｋｇ／ｓ）、浸漬ノズル吐出孔の浸漬深さＬ（ｍ）、電磁攪拌装置のコア厚Ｄ（ｍ）ならびに推力Ｆ（Ｐａ／ｍ）の関係が下記（１）式を満足するとともに、
電磁ブレーキの磁束密度Ｂ（Ｔ）、ノズル吐出孔平均流速Ｖ（ｍ／ｓ）、ノズル吐出孔内径Ｘ（ｍ）の関係が下記（２）式を満足することを特徴とする湾曲型連続鋳造装置における鋳型内流動制御方法。ここで、σ：溶鋼の電気伝導度（Ｓ／ｍ）、ρ：溶鋼密度（ｋｇ／ｍ³）である。
Ｆ／（Ｑ×Ｄ／Ｌ）≧８０（Ｐａ・ｓ／ｋｇ／ｍ） ・・・・・（１）
(σＢ²Ｘ)／(ρＶ) ≧ ０．４ （－） ・・・・・（２）

【請求項2】

さらに、電磁攪拌装置の推力Ｆ（Ｐａ／ｍ）及び電磁ブレーキの磁束密度Ｂが下記（３）式、（４）式を満足することを特徴とする請求項１に記載の湾曲型連続鋳造装置における鋳型内流動制御方法。
５０００≦Ｆ≦１５０００ （Ｐａ／ｍ） ・・・・・（３）
Ｂ ≦ １．０ （Ｔ） ・・・・（４）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、湾曲型連続鋳造装置における鋳型内流動制御方法および鋳型内流動制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

最近のスラブ連続鋳造装置においては、鋳型直下に２ないし３ｍの垂直部を有する垂直曲げ型連続鋳造装置が多く採用されている。鋳型直下の垂直部で気泡及び非金属介在物を浮上分離させ、鋳片表皮下での気泡と非金属介在物問題を解決するためである（例えば非特許文献１第４３４頁参照）。鋳型直下の垂直部の下端において、鋳片を曲げて湾曲形状とする。湾曲部から水平部に移行する位置において鋳片を曲げ戻し、水平に引き抜く形式である。

【0003】

垂直曲げ型連続鋳造装置においては、垂直部の下端で鋳片を曲げ変形するため、鋳片の表面には曲げ変形が加えられる。曲げ変形量は、鋳片厚みが厚いほど大きくなる。そのため、割れ感受性の高い鋼種の鋳造を行う場合、あるいは３００ｍｍ厚みをこえる鋳片の製造を行う場合には、垂直曲げ型ではなく、湾曲型連続鋳造装置が用いられる。湾曲型連続鋳造装置においては、鋳型の部分から湾曲形状であるため、鋳型直下において鋳片が曲げ変形を受けず、垂直曲げに起因するような鋳片表面疵が生成しないからである。

【0004】

連続鋳造用の溶鋼は、取鍋からタンディッシュを経由し、タンディッシュ底部に設けた浸漬ノズルから鋳型内に供給される。浸漬ノズルの底部付近の側面には溶鋼を吐出する吐出孔が設けられ、吐出孔は吐出方向が鋳型長辺面に平行であり、吐出流は鋳型短辺に向けて吐出される。鋳型短辺に衝突した吐出流は、短辺に沿って上昇する上昇流と、下降する下降流を形成する。下降流は未凝固溶鋼の深い位置まで到達するため、下降流とともに運ばれる気泡や非金属介在物も未凝固溶鋼の深い位置まで到達する。特に湾曲型の連続鋳造装置においては、鋳型直下に垂直部を有していないため、未凝固溶鋼の深い位置に到達した気泡や非金属介在物がその後上昇するに際して、上面側の凝固シェルに捕獲され、そのまま鋳片内に留まって鋳片内質欠陥の原因となるため好ましくない。

【0005】

鋳片表面品位を改善するために、鋳型部に電磁攪拌装置を設け、電磁攪拌装置を鋳片長辺背面に対向して設置する方法がよく行われる（例えば特許文献１、２参照）。鋳型内の長辺付近の未凝固溶鋼に互いに逆方向の推進力を付与することで、湯面位置の未凝固溶鋼中に水平断面内で旋回流を付与することができる。

【0006】

鋳片内質向上を図るため、浸漬ノズルの吐出孔から流出する吐出流の流速を低減する目的で、鋳型内に電磁ブレーキ（直流磁界発生装置）を配置する方法が知られている。特に、鋳型内の幅方向全体にわたって磁束密度が均一な電磁ブレーキを厚み方向に付与する方式が一般的であり、その際、電磁制動効果を有効に発揮するため、ノズル吐出流が磁場帯を横切る配置とする必要があることがよく知られている。なお、電磁ブレーキの一態様として、浸漬ノズル吐出孔を上下に挟むように２段の電磁石を配置し、下段の電磁ブレーキでノズル吐出流が短辺に衝突した後の下降流を、上段の電磁ブレーキで湯面位置溶鋼流速を制動する技術が知られている（非特許文献１第４６３頁参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００６－０４３７６３号公報

【文献】特開２０１６－１６８６０３号公報

【非特許文献】

【0008】

【文献】第５版鉄鋼便覧 第１巻 製銑・製鋼 第４３４、４６３頁

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

鋳型内で電磁攪拌装置と電磁ブレーキ（幅方向に一様な磁束密度分布を有する直流磁界を鋳型厚み方向に付与する直流磁界発生装置）を併用しようとする場合、電磁攪拌装置の下方に電磁ブレーキを配置する。浸漬ノズルの吐出孔を設置する位置としては、浸漬ノズルの吐出孔からの吐出流が電磁ブレーキが形成する磁場帯を横切るように、電磁攪拌装置よりも下方の電磁ブレーキ配置位置に吐出孔を配置することが必要となる。その結果、浸漬ノズルの吐出孔配置位置は、湯面位置から深い位置となる。一方、湾曲型連続鋳造装置においては、湯面位置から深くなるに従って鋳片が湾曲するため、浸漬ノズルと長辺凝固シェル間の距離が狭まることとなり、浸漬ノズルの浸漬深さを深くするにも限界がある。

【0010】

前述のように、電磁ブレーキの一態様として、浸漬ノズル吐出孔を上下に挟むように２段の電磁石を配置し、下段の電磁ブレーキでノズル吐出流が短辺に衝突した後の下降流を、上段の電磁ブレーキで湯面位置溶鋼流速を制動する技術が知られている。ところが、浸漬ノズル吐出孔と電磁ブレーキの配置を以上のような態様として連続鋳造を行ったところ、下段の電磁ブレーキでは、ノズル吐出流が短辺に衝突した後の下降流を十分に制動することができず、電磁ブレーキを配置したにもかかわらず、浸漬ノズルからの吐出流に起因する下降流により、鋳片の内質が十分に改善されないことが判明した。そのため、湾曲型連続鋳造装置において表面品位と内部品位の両立は難しいとされてきた。

【0011】

本発明は、湾曲型連続鋳造装置において表面品位と内部品位の両立を実現することのできる、鋳型内流動制御方法および鋳型内流動制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
［１］湾曲型連続鋳造装置における鋳型内流動制御方法であって、
水平断面内で旋回流を形成する電磁攪拌装置を鋳型内湯面位置に設置し、さらにその下側に幅方向に一様な磁束密度分布を有する直流磁界を鋳型厚み方向に付与する直流磁界発生装置（以下「電磁ブレーキ」ともいう。）を併せて設置し、
鋳型短辺に向けて溶融金属を吐出する吐出孔を有する浸漬ノズルを設け、前記浸漬ノズルの吐出孔下端は前記直流磁界発生装置のコア上端よりも上方に位置し、
注入流量Ｑ（ｋｇ／ｓ）、浸漬ノズル吐出孔の浸漬深さＬ（ｍ）、電磁攪拌装置のコア厚Ｄ（ｍ）ならびに推力Ｆ（Ｐａ／ｍ）の関係が下記（１）式を満足するとともに、
電磁ブレーキの磁束密度Ｂ（Ｔ）、ノズル吐出孔平均流速Ｖ（ｍ／ｓ）、ノズル吐出孔内径Ｘ（ｍ）の関係が下記（２）式を満足することを特徴とする湾曲型連続鋳造装置における鋳型内流動制御方法。ここで、σ：溶鋼の電気伝導度（Ｓ／ｍ）、ρ：溶鋼密度（ｋｇ／ｍ³）である。
Ｆ／（Ｑ×Ｄ／Ｌ）≧８０（Ｐａ・ｓ／ｋｇ／ｍ） ・・・・・（１）
(σＢ²Ｘ)／(ρＶ) ≧ ０．４ （－） ・・・・・（２）
［２］さらに、電磁攪拌装置の推力Ｆ（Ｐａ／ｍ）及び電磁ブレーキの磁束密度Ｂが下記（３）式、（４）式を満足することを特徴とする請求項１に記載の湾曲型連続鋳造装置における鋳型内流動制御方法。
５０００≦Ｆ≦１５０００ （Ｐａ／ｍ） ・・・・・（３）
Ｂ ≦ １．０ （Ｔ） ・・・・（４）

【発明の効果】

【0014】

本発明は湾曲型連続鋳造装置において鋳型内湯面位置に電磁攪拌を適用することで良好な表面品質を達成しながら、電磁ブレーキを適用することで内部品質が良好な鋳片を提供することができる。薄板用材料だけでなく厚板、鋼管用スラブ鋳造に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の鋳型内流動制御装置を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面断面図である。

【図2】浸漬ノズル吐出流と電磁ブレーキの関係を示す図であり、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）はＢ－Ｂ矢視断面図である。

【図3】浸漬ノズル吐出流と電磁ブレーキの関係を示す図であり、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）はＢ－Ｂ矢視断面図である。

【図4】電磁攪拌推力に関する（１）式左辺と、吐出流が鋳型短辺に衝突する部位との関係を示す図であり、（Ａ）は吐出流と鋳型短辺との関係を示す平面図、（Ｂ）はグラフである。

【図5】電磁ブレーキの位置での下降流位置を示す鋳片断面図であり、（Ａ）は電磁ブレーキのみ、（Ｂ）は電磁攪拌と電磁ブレーキを併用した場合を示す。

【図6】電磁攪拌推力に関する（１）式左辺と電磁ブレーキのコア中心高さ断面における最大電流密度との関係を示す図である。

【図7】電磁攪拌推力に関する（１）式左辺と流量比との関係を示す図である。

【図8】電磁ブレーキ制動力に関する（２）式左辺と流量比との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

鋳型の湯面位置に電磁攪拌装置を配置し、その下方に電磁ブレーキ（幅方向に一様な磁束密度分布を有する直流磁界を鋳型厚み方向に付与する直流磁界発生装置）を配置した場合であって、浸漬ノズルの吐出孔を電磁ブレーキの静磁場範囲（コア範囲）に配置しようとすると、前述のように、鋳型内における浸漬ノズルの浸漬深さが非常に深くなる。湾曲型連続鋳造装置においては、長辺凝固シェルが鋳型内において湾曲していることから、浸漬ノズルの浸漬深さが深すぎると、浸漬ノズルと長辺凝固シェル間の距離が狭まることとなり、浸漬ノズルの浸漬深さを深くするにも限界がある。

【0017】

一方、浸漬ノズルの浸漬深さを浅くするため、浸漬ノズル吐出孔位置を電磁ブレーキの配置位置よりも上方に配置して連続鋳造を行ったところ、前述のとおり、ノズル吐出流が短辺に衝突した後の下降流を十分に制動することができず、電磁ブレーキを配置したにもかかわらず、浸漬ノズルからの吐出流に起因する下降流により、鋳片の内質が十分に改善されないことが判明した。

【0018】

そこでまず、浸漬ノズル吐出孔位置を電磁ブレーキの配置位置よりも上方に配置したときに、下降流に対して電磁ブレーキが十分に作動しない原因について検討を行った。

【0019】

電磁ブレーキを用いる通常の連続鋳造においては、図２（Ａ）に示すように、浸漬ノズル４の吐出孔５が電磁ブレーキ７の静磁場範囲８内に配置されているので、吐出孔５から吐出され短辺３へ向かう吐出流１１は、その全体が静磁場範囲８内に位置している。吐出流１１には、静磁場範囲８内の静磁場２１を横切って導電性の溶融金属が移動することによって誘導起電力２２が生成され、この誘導起電力２２によって誘導電流２３が流れるので、吐出流１１に制動力が働き、電磁ブレーキが作動することとなる。誘導起電力２２によって誘導電流２３が流れるためには、電流が閉ループを形成できることが必要である。図２（Ｂ）の断面において、吐出流１１の周囲に充填されている溶融金属が誘導電流の閉ループ形成場所となるので、誘導電流２３が形成され、電磁ブレーキが作動できる。

【0020】

一方、図３（Ａ）に示すように、浸漬ノズル４の吐出孔５位置が電磁ブレーキ７のコア上端９よりも上方に配置されている場合、吐出孔５から吐出した吐出流１１は、短辺シェル１６に衝突して下降流１２を形成し、この下降流１２がはじめて、電磁ブレーキ７の静磁場範囲８内に入ることとなる。静磁場範囲８内の下降流１２は静磁場２１を横切って導電性の溶融金属が移動するので、誘導起電力２２が生成する。下降流１２は短辺シェル１６に沿って下降する。鋳型内の電磁ブレーキ配置位置においてはまだ凝固した短辺シェル１６厚が薄い。そのため、下降流中の誘導起電力２２によって誘導電流閉ループを形成しようとしても、下降流１２に接する短辺シェル１６には十分な電流が流れ得ないため、誘導電流２３が十分に生成し得ないのではないかと着想した。そこで、この着想に基づき、電磁流体解析を行った。

【0021】

電磁ブレーキ７と浸漬ノズル４の吐出孔５との位置関係が図３（Ａ）に示すような関係にある場合について、電磁流体解析を行ったところ、誘導電流の発生が不十分であることが確認できた。

【0022】

次に、図１に示すように、鋳型１内の湯面位置１７に電磁攪拌装置６を配置し、電磁攪拌によって鋳型内の水平断面内で溶融金属の旋回流１４を形成させたとき、浸漬ノズル４の吐出孔５からの吐出流１１が旋回流１４によってどのような影響を受けるかについて検討した。電磁攪拌装置のコア高さ範囲内に浸漬ノズル４の吐出孔５を配置すると、電磁攪拌による旋回流１４と浸漬ノズル４からの吐出流１１が直接干渉するため、電磁攪拌装置６の下方に浸漬ノズル４の吐出孔５を設置する。その条件でまず電磁流体解析を行い検討した。吐出孔５から短辺３に向かう吐出流１１は、図１（Ａ）に模式的に示すように、電磁攪拌装置６により水平断面内で形成される旋回流１４の影響により、鋳片の厚み方向に偏向され、短辺３位置における吐出流１１の衝突位置が、短辺厚み中央ではなく、ノズル吐出流が対角線上のコーナーに向かって吐出するようになることがわかった。

【0023】

攪拌流と注入流の関係に影響を与える条件について、特許文献１の記載が知られている。同文献によると、電磁攪拌装置の推力Ｆ（Ｐａ／ｍ）と浸漬ノズルの浸漬深さＬ（ｍ）、電磁攪拌コイルのコア厚Ｄ（ｍ）（高さ方向）、注入流量Ｑ（ｋｇ／ｓ）との関係が、
Ｚ＝Ｆ／（Ｑ×Ｄ／Ｌ） （１）’
の値によって影響を受ける。ここで電磁攪拌装置６の推力Ｆについて具体的には、鋳型内壁面から１５ｍｍの位置に真鍮板を設置し、電磁攪拌装置６を駆動させ真鍮板に作用する力を歪みゲージ等を用いて測定した値を意味し、単位はＰａ／ｍである。コア厚Ｄは電磁攪拌コイルのコア厚（高さ方向）であり、浸漬深さＬは電磁攪拌装置６のコア上端から吐出孔５の上端までの高さであり、いずれも図１に示した通りである。通常は、電磁攪拌装置６のコア上端を湯面位置１７位置と一致させている。注入流量Ｑの単位はｋｇ／ｓで表示している。

【0024】

そこで、種々の条件において電磁流体解析を行い、吐出流１１が短辺３に衝突する位置について評価した。短辺衝突位置について、短辺３の長辺２側の端部を「０」とし、短辺３の厚み中央部を「０．５」としている。図４（Ａ）に示すように、吐出流が吐出流１１Ａのように短辺厚み中央に衝突する場合は短辺衝突位置が０．５、吐出流１１Ｂのように衝突する場合は短辺衝突位置が０．２、吐出流１１Ｃ、吐出流１１Ｄのように衝突する場合はいずれも短辺衝突位置が０となる。次に、上記式（１）’式を横軸とし、吐出流１１が短辺３に衝突する短辺衝突位置を縦軸として、結果をプロットした。図４（Ｂ）に示すように、横軸の値（Ｆ／（Ｑ×Ｄ／Ｌ））が０のときに吐出流は短辺の厚み中央に衝突し、横軸の値が大きくなるにつれて吐出流は短辺の中央から長辺の側へと移動する。そして、横軸の値が８０となると、短辺衝突位置が０であって、吐出流１１は短辺３と長辺２が接するコーナー位置に到達していることがわかる。以上より、以下の式（１）を満足することで、注入流量によらず浸漬ノズル４からの吐出流１１を長辺側に偏向することができ、主流の衝突位置がコーナーから長辺側にシフトできることを知見した。
Ｆ／（Ｑ×Ｄ／Ｌ）≧８０（Ｐａ・ｓ／ｋｇ／ｍ） ・・・・・・（１）

【0025】

上記式（１）左辺の分子は攪拌流の慣性力を示す指標である。一方、分母は電磁攪拌コイルのコア下端における吐出流１１に起因した流れの程度を示すものである。Ｄ／Ｌ＝１の場合、ノズル吐出孔上端とコア下端が一致する場合であり、Ｄ／Ｌ≧１の場合が攪拌流と吐出流が直接干渉することになる。逆に、Ｄ／Ｌが小さくなる、すなわち、吐出孔がコア下端から離れるに従い、電磁攪拌コイルのコア下端での吐出流の影響は小さくなる。本発明で好ましくは、吐出孔５の上端が電磁攪拌コイルのコア下端よりも下方に配置されるので、Ｄ／Ｌ＜１となる。（１）式の左辺はノズル吐出流と攪拌流の流動の強さの比を示したものであり、この値が大きいほど攪拌流の影響が大であること、逆に小さければノズル吐出流の影響が大であることを示している。具体的には推力ならびに注入流量に応じて浸漬深さとコア厚の関係を調整し、左辺の数値を８０Ｐａ・ｓ／ｋｇ／ｍ以上とすることで注入流量によらず浸漬ノズルからの吐出流を長辺側に偏向することができ、主流の衝突位置がコーナーから長辺側にシフトできる（図４（Ｂ））。

【0026】

電磁攪拌装置６を設けない場合、吐出流１１は短辺３の厚み中央に衝突するため、図５（Ａ）（前述の図３（Ｂ）と同じ）に記載のように、下降流１２は短辺シェル１６に押し付けられ、誘導起電力２２が生じても誘導電流の閉ループ形成が困難であり、十分な誘導電流が流れない。それに対して、電磁攪拌装置６を設け、吐出孔５の上方に電磁攪拌による旋回流１４を付与した場合、下降流１２の位置が、短辺の厚み中央から長辺側に移動して図５（Ｂ）に示すようになる。図５（Ｂ）の例では、鋳片の厚み方向で、下降流１２が長辺シェル１８と接する反対側は溶融金属１９と接している。その結果として、下降流１２中に生成する誘導起電力２２による誘導電流２３の閉ループが、下降流１２の周囲の溶融金属１９中に形成し得ることが期待される。

【0027】

そこで、上記式（１）の左辺の値を種々変更したとき、吐出孔の下方に配置した電磁ブレーキ内を通過する下降流１２に生成される誘導電流２３の挙動と、その結果として下降流が制動される挙動がどのように変化するのかを検討した。

【0028】

上記電磁流体解析に用いた諸元に加え、吐出孔５の下方に電磁ブレーキ７を配置した場合について、同じく電磁流体解析を行った。電磁ブレーキ７の磁束密度Ｂは０．４Ｔであり、電磁ブレーキ７のコア厚（高さ方向）は２００ｍｍである。一般的に用いられる電磁ブレーキのコア厚みは２００～３００ｍｍであり、電磁ブレーキのコア厚みが長い方が制動効果が増すことになるが、上記範囲内であれば同等の制動効果が得られるため、本発明においては電磁ブレーキのコア厚は特段限定しない。横軸を図４（Ｂ）と同様に上記式（１）左辺とし、縦軸を最大電流密度とした図を図６に示す。最大電流密度とは、電磁ブレーキのコア厚み中心の水平断面内において最大の電流密度を意味している。図６から明らかなように、電磁攪拌を作動させていない、横軸の値（式（１）左辺）がゼロにおいて最大電流密度は極小であり、横軸の値（式（１）左辺）が大きくなるほど、最大電流密度が増大し、式（１）左辺が８０でほぼ飽和することがわかった。即ち、前述の想定のとおり、電磁攪拌によって吐出孔５の上方に形成した旋回流１４に起因して、吐出孔５からの吐出流１１が短辺３の厚み中央から長辺２側に偏向した結果として、吐出孔５の下方に配置した電磁ブレーキ７内を下降流１２が通過するに際して、誘導電流２３による制動が十分に期待できることがわかった。

【0029】

電磁ブレーキ７の下方に、均一なプラグ流が形成されていることを示す指標として、磁場帯から５０ｍｍ下方の水平断面で下降流速の最大値１３と鋳造速度１５との比（以下「流速比」という。）を定義した（図３（Ａ）参照）。流速比が小さく、１に近くなるほど、プラグ流に近い均一流れが形成されていることになる。

【0030】

同じく電磁流体解析の結果に基づいて、横軸を（１）式の左辺とし、縦軸を流速比として、関係を調査した。結果を図７に示すが、電磁攪拌装置の推力Ｆならびに注入流量Ｑに応じて浸漬深さＬとコア厚Ｄの関係を調整し、（１）’式の数値を８０以上として（１）式とすることで注入流量によらず流速比が１、すなわち、均一な下降流が得られていることがわかった。前述のとおり、流速分布について詳細に解析したところ、（１）式を満足することで、浸漬ノズル４の吐出孔５からの吐出流１１を長辺側に偏向することができ、主流の衝突位置がコーナーから長辺側にシフトしていることがわかった。加えて前述のとおり、その際のコア高さ中心断面にみられ最大電流密度も、（１）式左辺の数値の増加とともに増加していることが確認でき、（１）式左辺の値を８０以上とすることで約５倍の電流密度が得られることがわかっており、この作用により、電磁ブレーキ内を下降する下降流に電磁ブレーキが十分に作動し、電磁ブレーキ下方において均一な下降流が実現したものと考えられる。

【0031】

次に、本発明を実施する上での、電磁ブレーキの条件について説明する。

【0032】

幅方向に一様な磁束密度分布を有する直流磁界を鋳型厚み方向に付与する直流磁界発生装置（電磁ブレーキ）（「均一電磁ブレーキ」ともいう。）の下方で下降流の断面内分布を一様化するための条件について、電磁流体解析によって検討した。均一電磁ブレーキの磁束密度Ｂ（Ｔ），ノズル吐出孔平均流速Ｖ（ｍ／s）、ノズル吐出孔内径Ｘ（ｍ）とし、横軸を下記（２）式左辺（(σＢ²Ｘ)／(ρＶ)）、縦軸を前記と同じ流速比として、結果を図８に示した。その結果、以下の（２）式を満足することで下降流の断面内分布が均一化することがわかった。ここで、σ：溶鋼の電気伝導度（Ｓ／ｍ）、ρ：溶鋼密度（ｋｇ／ｍ³）である。また、（１）式左辺の値が１００となる条件を採用して評価を行っている。
(σＢ²Ｘ)／(ρＶ) ≧ ０．４ （－） ・・・・（２）
以上の結果に基づき、上記（２）式を採用することとした。
なお、前述の図７の評価において、上記（２）式左辺の値が０．７となる条件を採用して評価を行っている。

【0033】

さらに、本発明の好ましい条件について説明する。

【0034】

電磁攪拌装置６は、鋳型１内の湯面位置１７に配置する。電磁攪拌装置６が「湯面位置１７に配置する」とは、電磁攪拌装置の電磁攪拌コイルのコアの上端と下端との間に、湯面位置１７が位置していることを意味する。
電磁攪拌装置６の攪拌推力Ｆに関しては、攪拌推力Ｆが５０００Ｐａ／ｍ以上になると、攪拌流速が２０ｃｍ／ｓ以上の流速を付与することができる。そのため好ましくは、推力が５０００Ｐａ／ｍ以上の攪拌推力を付与する。なお、攪拌推力の上限値については、電源装置やコイルの冷却装置が膨大となること、銅板や銅板変形のために銅板背面に設置するステンレス板内に誘導される電流によるロスも増大するため、常用としては攪拌推力１５０００Ｐａ／ｍ以下で用いる。即ち、下記（３）式を好ましい条件とした。
５０００≦Ｆ（Ｐａ／ｍ）≦１５０００ ・・・・・・（３）

【0035】

なお、均一電磁ブレーキの磁束密度Ｂとしては、高いほど好ましいが湾曲型連続鋳造装置において均一電磁ブレーキを適用するに際し、磁極間距離は３００ｍｍ程度となるため、電磁石を用いる場合、最大１Ｔが上限とし、下記（４）式を好ましい条件とした。
Ｂ ≦ １．０Ｔ ・・・・・・（４）

【0036】

上記本発明の湾曲型連続鋳造装置における鋳型内流動制御方法を実現するための鋳型内流動制御装置は、水平断面内で旋回流を形成する電磁攪拌装置を鋳型内湯面近傍に設置し、さらにその下側に幅方向に一様な磁束密度分布を有する直流磁界を鋳型厚み方向に付与する直流磁界発生装置と併せて設置し、鋳型短辺に向けて溶融金属を吐出する吐出孔を有する浸漬ノズルを設け、前記浸漬ノズルの吐出孔下端は前記直流磁界発生装置のコア上端よりも上方に位置し、電磁攪拌装置の推力Ｆ（Ｐａ／ｍ）ならびに直流磁界発生装置の磁束密度Ｂが上記（３）式（４）式を満足することを特徴とする。

【実施例】

【0037】

転炉での精錬と還流式真空脱ガス装置での処理ならびに合金添加により極低炭素鋼を溶製した。この溶鋼を湾曲半径１０．５ｍの湾曲型連続鋳造装置にて厚み３６０ｍｍ、幅１８００ｍｍのスラブに鋳造した。鋳型１内に電磁攪拌装置６を設け、コア厚Ｄ（ｍ）（高さ方向）や推力Ｆ（Ｐａ／ｍ）が異なる幾つかの電磁攪拌コイルを用意し、コア上端が鋳型内湯面位置となるように設置した。幅方向に一様な磁束密度分布を有する直流磁界を鋳型厚み方向に付与する直流磁界発生装置（電磁ブレーキ７）はコア厚（高さ方向）が０．２ｍであって、コア高さ中心を湯面位置下方０．５ｍ位置にセットした。厚み中心の磁束密度Ｂは最大０．６Ｔの磁場が印加できる。

【0038】

鋳造速度は０．８～１．２ｍ／ｍｉｎでノズル内にＡｒガスを３Ｎｌ／ｍｉｎ流した。浸漬ノズル４の吐出孔５は下向き２５°一定として、吐出孔５の浸漬深さＬ（ｍ）ならびにノズル吐出孔内径Ｘおよび吐出孔平均流速Ｖを変化させて鋳造した。ここで、吐出孔内径Ｘは、吐出孔面積と同じ面積を有する円の直径とし、ノズル吐出孔平均流速については、注入流量Ｑをノズル左右のノズル吐出孔面積の２倍（ななめ下向きに吐出するためその垂直断面積）で除した値を平均流速Ｖとした。電磁攪拌装置の推力Ｆは、鋳型内壁面から１５ｍｍの位置に真鍮板を設置し、電磁攪拌装置を駆動させ真鍮板に作用する力を歪みゲージ等を用いて測定した値を意味し、単位はＰａ／ｍである。

【0039】

鋳片の気泡・介在物個数については、全幅×鋳造方向長さ２００ｍｍのサンプルを鋳片から切り出し、評価を行った。
鋳片表面品質については、上面、下面それぞれ、全幅×長さ２００ｍｍの表面内における気泡・介在物を表面から１０ｍｍ深さまで１ｍｍおきに研削し、１００μｍ以上の気泡・介在物個数を調査した。
鋳片内層については、上面側４０ｍｍ～８０ｍｍ（集積帯）について表面と同様に気泡・介在物個数を調査した。
表面、内層ともに、各実施例における欠陥個数を比較例３の欠陥個数で除することにより、表層欠陥個数指数、内層欠陥個数指数とした。
加えて、鋳造条件として、前記（１）式～（３）式で示したパラメータとの関係を調査し、結果を表１にまとめた。なお、電磁ブレーキの磁束密度Ｂは最大が０．６Ｔであるため、いずれの条件でも（４）式を満たしていることから、表１には記載していない。本発明から外れる数値に下線を付している。

【0040】

【表1】

【0041】

表１の結果から明らかなように、本発明で述べた装置ならびに方法によって、表層欠陥、内層欠陥のみられない良好な鋳片を製造できることがわかった。
それに対し、比較例１は電磁ブレーキを作動させておらず、電磁ブレーキの磁束密度Ｂ＝０であって（２）式を満足せず、内層欠陥個数指数が不良である。比較例２は電磁攪拌を作動させておらず推力Ｆ＝０であって（１）式を満足せず、表面欠陥個数指数、内層欠陥個数指数ともに不良である。比較例３は電磁ブレーキ、電磁攪拌ともに作動させていないため、表面欠陥個数指数、内層欠陥個数指数ともに不良である。

【符号の説明】

【0042】

１ 鋳型
２ 長辺
３ 短辺
４ 浸漬ノズル
５ 吐出孔
６ 電磁攪拌装置
７ 電磁ブレーキ
８ 静磁場範囲
９ コア上端
１１ 吐出流
１２ 下降流
１３ 下降流速の最大値
１４ 旋回流
１５ 鋳造速度
１６ 短辺シェル
１７ 湯面位置
１８ 長辺シェル
１９ 溶融金属
２１ 静磁場
２２ 誘導起電力
２３ 誘導電流

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】