JPWO2020017224A1 - 鋳型設備及び連続鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
この鋳型設備は、鋳型と、電磁ブレーキ装置と、制御装置と、を備える鋳型設備である。浸漬ノズルには溶融金属の吐出孔が一対設けられ、前記電磁ブレーキ装置は、一対設けられるティース部を有する鉄芯と、前記ティース部の各々に巻回されるコイルと、を備え、一側の前記コイルは、第1回路において互いに直列に接続され、他側の前記コイルは、第2回路において互いに直列に接続され、前記制御装置は、前記第1回路及び前記第2回路の各回路にそれぞれ印加される電圧及び電流を各回路の間で独立に制御可能であり、前記第1回路における前記コイルに印加される電圧及び前記第2回路における前記コイルに印加される電圧に基づいて前記一対の吐出孔の間での吐出流の偏流を検出し、検出結果に基づいて前記第1回路に流れる電流及び前記第2回路に流れる電流を制御する。
Description
本発明は、鋳型設備及び連続鋳造方法に関する。
本願は、2018年7月17日に、日本に出願された特願2018−134408号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、2018年7月17日に、日本に出願された特願2018−134408号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
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。
例えば、鋳型内の溶融金属の流動を制御するための電磁力発生装置として、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置を備える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、内部品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、鋳片の内部品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、表面品質及び内部品質を意味する)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部品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。
また、特許文献2には、鋳型における一対の短辺鋳型板の各々の外側にそれぞれ別々の電磁ブレーキ装置を配置する技術が開示されている。
また、特許文献2には、鋳型における一対の短辺鋳型板の各々の外側にそれぞれ別々の電磁ブレーキ装置を配置する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1や特許文献2に例示されるような電磁力発生装置を用いた連続鋳造では、吐出ノズルの閉塞に起因する吐出流の偏流が発生し、鋳片の品質が悪化してしまう場合があることが判明した。
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鋳型設備及び連続鋳造方法を提供することにある。
(1)本発明の第一の態様は、連続鋳造用の鋳型と、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、前記電磁ブレーキ装置への電力の供給を制御する制御装置と、を備える鋳型設備である。前記浸漬ノズルには、前記鋳型の鋳型長辺方向における両側に前記溶融金属の吐出孔が一対設けられる。前記電磁ブレーキ装置は、前記鋳型における一対の長辺鋳型板の各々の外側面にそれぞれ設置され、且つ、前記鋳型長辺方向における前記浸漬ノズルの両側に前記長辺鋳型板と対向して一対設けられるティース部を有する鉄芯と、前記ティース部の各々に巻回されるコイルと、を備える。前記電磁ブレーキ装置の各々の前記鋳型長辺方向における一側の前記コイルは、第1回路において互いに直列に接続される。前記電磁ブレーキ装置の各々の前記鋳型長辺方向における他側の前記コイルは、第2回路において互いに直列に接続される。前記制御装置は、前記第1回路及び前記第2回路の各回路にそれぞれ印加される電圧及び電流を各回路の間で独立に制御可能であり、前記第1回路における前記コイルに印加される電圧及び前記第2回路における前記コイルに印加される電圧に基づいて前記一対の吐出孔の間での前記吐出流の偏流を検出し、検出結果に基づいて前記第1回路に流れる電流及び前記第2回路に流れる電流を制御する。
(2)上記(1)に記載の鋳型設備では、前記制御装置は、前記鋳型長辺方向における一側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第1回路に生じる起電力と、前記鋳型長辺方向における他側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第2回路に生じる起電力との差に基づいて前記偏流を検出し、前記偏流を検出した場合、前記第1回路に生じる起電力と前記第2回路に生じる起電力との前記差が小さくなるように、前記第1回路に流れる電流及び前記第2回路に流れる電流を制御してもよい。
(3)上記(1)又は(2)に記載の鋳型設備では、前記鋳型内の前記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し、前記電磁ブレーキ装置よりも上方に設置される電磁撹拌装置をさらに備えてもよい。
(4)本発明の第二の態様は、電磁ブレーキ装置によって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しながら連続鋳造を行う連続鋳造方法であって、前記浸漬ノズルには、前記鋳型の鋳型長辺方向における両側に前記溶融金属の吐出孔が一対設けられ、前記電磁ブレーキ装置は、前記鋳型における一対の長辺鋳型板の各々の外側面にそれぞれ設置され、且つ、前記鋳型長辺方向における前記浸漬ノズルの両側に前記長辺鋳型板と対向して一対設けられるティース部を有する鉄芯と、前記ティース部の各々に巻回されるコイルと、を備え、前記電磁ブレーキ装置の各々の前記鋳型長辺方向における一側の前記コイルは、第1回路において互いに直列に接続され、前記電磁ブレーキ装置の各々の前記鋳型長辺方向における他側の前記コイルは、第2回路において互いに直列に接続され、前記第1回路及び前記第2回路の各回路にそれぞれ印加される電圧及び電流は、各回路の間で独立に制御可能である。この連続鋳造方法は、前記第1回路における前記コイルに印加される電圧及び前記第2回路における前記コイルに印加される電圧に基づいて前記一対の吐出孔の間での前記吐出流の偏流を検出する偏流検出工程と、検出結果に基づいて前記第1回路に流れる電流及び前記第2回路に流れる電流を制御する電流制御工程と、を含む。
(5)上記(4)に記載の連続鋳造方法では、前記偏流検出工程において、前記鋳型長辺方向における一側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第1回路に生じる起電力と、前記鋳型長辺方向における他側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第2回路に生じる起電力との差に基づいて前記偏流を検出し、前記偏流が検出された場合、前記電流制御工程において、起電力の大きい側の回路の電流値を上昇させるか、又は、起電力の小さい側の回路の電流値を下降させるかの少なくともいずれかによって前記第1回路に生じる起電力と前記第2回路に生じる起電力との前記差が小さくなるように、前記第1回路に流れる電流及び前記第2回路に流れる電流を制御してもよい。
(6)上記(4)又は(5)に記載の連続鋳造方法では、前記連続鋳造は、前記電磁ブレーキ装置よりも上方に設置される電磁撹拌装置によって前記鋳型内の前記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、前記電磁ブレーキ装置によって前記鋳型内への前記浸漬ノズルからの前記溶融金属の前記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われてもよい。
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となる。
本発明者らは、特許文献1に例示されるような、電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置を備える電磁力発生装置を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がある理由について検討した。
連続鋳造の操業の過程において、溶鋼中に含まれている非金属介在物が浸漬ノズルの吐出孔に付着することによって、吐出孔の開口面積は時間の経過に伴って変化する。ここで、浸漬ノズルには、鋳型の鋳型長辺方向における両側に溶融金属の吐出孔が一対設けられており、各吐出孔への非金属介在物の付着は一対の吐出孔の間で不均一に進行することが多い。ゆえに、一対の吐出孔の間で、開口面積の差が生じる場合がある。その場合、一対の吐出孔の間で、吐出流の流量及び流速が相違する偏流が生じる。それにより、電磁ブレーキ装置により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズルの両側で非対称となる。よって、鋳型内の溶融金属の流動を適切に制御することが困難となるので、鋳片の品質が悪化するおそれがある。ゆえに、上述した電磁力発生装置のように少なくとも電磁ブレーキ装置を備える電磁力発生装置を用いて鋳型内の溶融金属の流動を制御する場合、浸漬ノズルの吐出孔への非金属介在物の付着に起因する鋳片の品質の悪化を抑制することができる。
連続鋳造の操業の過程において、溶鋼中に含まれている非金属介在物が浸漬ノズルの吐出孔に付着することによって、吐出孔の開口面積は時間の経過に伴って変化する。ここで、浸漬ノズルには、鋳型の鋳型長辺方向における両側に溶融金属の吐出孔が一対設けられており、各吐出孔への非金属介在物の付着は一対の吐出孔の間で不均一に進行することが多い。ゆえに、一対の吐出孔の間で、開口面積の差が生じる場合がある。その場合、一対の吐出孔の間で、吐出流の流量及び流速が相違する偏流が生じる。それにより、電磁ブレーキ装置により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズルの両側で非対称となる。よって、鋳型内の溶融金属の流動を適切に制御することが困難となるので、鋳片の品質が悪化するおそれがある。ゆえに、上述した電磁力発生装置のように少なくとも電磁ブレーキ装置を備える電磁力発生装置を用いて鋳型内の溶融金属の流動を制御する場合、浸漬ノズルの吐出孔への非金属介在物の付着に起因する鋳片の品質の悪化を抑制することができる。
特に、特許文献1に例示される電磁ブレーキ装置及び電磁撹拌装置を備える電磁力発生装置を用いる場合、浸漬ノズルの吐出孔への非金属介在物の付着に起因する鋳片の品質の悪化の問題がより顕著である。具体的には、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く、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ことが判明した。
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では、浸漬ノズルの吐出孔からの吐出流は、電磁ブレーキ装置により鋳型上方へ跳ね上げられて鋳型上部において電磁撹拌される。ゆえに、偏流が生じることにより電磁ブレーキ装置により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における両側で非対称となった場合には、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おそれがある。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だけでなく、鋳片の品質がかえって悪化してしまうおそれがある。
そこで、本発明者らは、コイルに印加される電圧に基づいて吐出流の偏流を検出して各回路の電流を制御することで、鋳片の品質をより向上させる技術思想に想到した。
上述の新たな知見に基づきなされた本発明について、添付図面を参照しながら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。
<1.連続鋳造機の構成>
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態に係る連続鋳造機1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1の一構成例を概略的に示す側断面図である。
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態に係る連続鋳造機1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1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、鋳型幅方向又は鋳型長辺方向)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、鋳型厚み方向又は鋳型短辺方向)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については、図2〜図13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の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。
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.電磁力発生装置の構成>
続いて、図2〜図13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。なお、本明細書では、電磁力発生装置170が電磁撹拌装置150及び電磁ブレーキ装置160を備える例について説明するが、本発明は、このような例に限定されない。例えば、電磁力発生装置170の構成から電磁撹拌装置150が省略されてもよい。
続いて、図2〜図13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。なお、本明細書では、電磁力発生装置170が電磁撹拌装置150及び電磁ブレーキ装置160を備える例について説明するが、本発明は、このような例に限定されない。例えば、電磁力発生装置170の構成から電磁撹拌装置150が省略されてもよい。
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Z方向の長さは、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)のティース部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[2−2.電磁力発生装置の設置位置の詳細]で詳細に説明する。
(電磁攪拌装置)
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。
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。
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。
(電磁ブレーキ装置)
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の吐出流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のティース部164の位置を模擬的に破線で示している。
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の吐出流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のティース部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、鋳型長辺方向(すなわちX軸方向)における両側に溶鋼2の吐出孔61が一対設けられる。吐出孔61は、短辺鋳型板112と対向し、浸漬ノズル6の内周面側から外周面側へ亘ってこの方向に進むにつれて下方に傾斜して設けられる。電磁ブレーキ装置160は、浸漬ノズル6の吐出孔61からの溶鋼2の流れ(吐出流)を制動する方向の電磁力を、吐出流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制動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の内部品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、本発明に係る電磁ブレーキ装置の鉄芯の一例に相当する。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がそれぞれ巻回される一対のティース部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ティース部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ティース部164が設けられて構成される。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。
具体的には、ティース部164は、鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の両側に長辺鋳型板111と対向して一対設けられ、このような電磁ブレーキ装置160が、鋳型110における一対の長辺鋳型板111の各々の外側面にそれぞれ設置される。ティース部164の設置位置は、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61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のティース部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のティース部164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、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。ここで、図7は、電磁ブレーキ装置160における各コイル163の電気的な接続関係について説明するための図である。図7では、電磁ブレーキ装置160における各コイル163に直流電流が印加された場合に鋳型110内に生じる磁束の向きを模擬的に太線矢印で示している。なお、図7では、ケース161の図示は省略されている。
図7に示すように、鋳型設備10は、電源装置と各コイル163とが接続される電気回路として、第1回路181a及び第2回路181bを備える。
第1回路181aでは、一対の電磁ブレーキ装置160の各々の鋳型長辺方向における一側のコイル163aが互いに直列に接続される。また、第1回路181aにおいて、一対のコイル163aに対して電源装置182aが直列に接続されており、電源装置182aにより一対のコイル163aに電流が印加される。一方、第2回路181bでは、一対の電磁ブレーキ装置160の各々の鋳型長辺方向における他側のコイル163bが互いに直列に接続される。また、第2回路181bにおいて、一対のコイル163bに対して電源装置182bが直列に接続されており、電源装置182bにより一対のコイル163bに電流が印加される。
第1回路181aにおいて、一対のコイル163aに直流電流が印加されると、一対の電磁ブレーキコア162の各々の鋳型長辺方向における一側のティース部164aが一対の磁極として機能するように磁化される。ゆえに、一対のコイル163aにより発生する磁界によって鋳型110内の鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の一側に鋳型短辺方向に沿った磁束が生じる。一方、第2回路181bにおいて、一対のコイル163bに直流電流が印加されると、一対の電磁ブレーキコア162の各々の鋳型長辺方向における他側のティース部164bが一対の磁極として機能するように磁化される。ゆえに、一対のコイル163bにより発生する磁界によって鋳型110内の鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の他側に鋳型短辺方向に沿った磁束が生じる。ここで、第1回路181a及び第2回路181bの各々を流れる電流の向きは、鋳型110内の鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の両側にそれぞれ生じる磁束が互いに逆方向となるような向きになっている。
鋳型設備10は、さらに、電圧センサ183a,183bと、増幅器185と、制御装置187と、を備える。
電圧センサ183a,183bは、第1回路181a及び第2回路181bの各回路におけるコイル163に印加される電圧を検出し、検出値を増幅器185へ出力する。例えば、電圧センサ183aは、第1回路181aにおいて、一方のコイル163aに対して並列に接続される。また、電圧センサ183bは、第2回路181bにおいて、一方のコイル163bに対して並列に接続される。
増幅器185は、電圧センサ183a,183bによる検出値を増幅して制御装置187へ出力する。それにより、電圧センサ183a,183bによる検出値の差が比較的小さい場合であっても、第1回路181a及び第2回路181bの各回路におけるコイル163に印加される電圧に差異があるか否かを適切に判定することができる。なお、このような判定は、後述するように、浸漬ノズル6の一対の吐出孔61の間での吐出流の偏流を検出するために、制御装置187によって用いられる。
制御装置187は、電磁ブレーキ装置160への電力の供給を制御する。例えば、制御装置187は、演算処理装置であるCPU(Central Processing Unit)、CPUが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶するROM(Read
Only Memory)、CPUの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶するRAM(Random Access Memory)、データ等を記憶するHDD(Hard Disk Drive)装置等のデータ格納用記憶装置等で構成される。
Only Memory)、CPUの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶するRAM(Random Access Memory)、データ等を記憶するHDD(Hard Disk Drive)装置等のデータ格納用記憶装置等で構成される。
制御装置187は、具体的には、電源装置182a及び電源装置182bの駆動を制御することにより、第1回路181a及び第2回路181bの各回路にそれぞれ印加される電圧及び電流を各回路の間で独立に制御可能である。より具体的には、制御装置187は、第1回路181a及び第2回路181bの各回路におけるコイル163に印加される電流の電流値をそれぞれ制御する。それにより、鋳型110内に生じる磁束が制御され、溶鋼2に対して与えられる電磁力が制御される。
また、制御装置187は、第1回路181a及び第2回路181bの各回路におけるコイル163に印加される電圧に基づいて、浸漬ノズル6の一対の吐出孔61の間での吐出流の偏流を検出する。具体的には、制御装置187は、増幅器185から出力される情報を用いて、吐出流の偏流を検出する。
なお、制御装置187による制御の詳細については、下記[2−1.制御装置が行う制御の詳細]で詳細に説明する。
電磁ブレーキコア162のX軸方向の幅W0、ティース部164のX軸方向の幅W2、及びX軸方向におけるティース部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つのティース部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。
上記のように、本実施形態では、上述した電磁撹拌装置150及び電磁ブレーキ装置160を備える電磁力発生装置170を用いた連続鋳造方法を実施することができる。
本実施形態に係る連続鋳造方法では、電磁ブレーキ装置160よりも上方に設置される電磁撹拌装置150によって鋳型110内の溶鋼2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、電磁ブレーキ装置160によって鋳型110内への浸漬ノズル6からの溶鋼2の吐出流に対して当該吐出流を制動する方向の電磁力を付与しながら連続鋳造が行われる。さらに、本実施形態に係る連続鋳造方法は、下記[2−1.制御装置が行う制御の詳細]で詳細に説明するように、吐出流の偏流を検出する偏流検出工程と、第1回路181aに流れる電流及び第2回路181bに流れる電流を制御する電流制御工程とを含む。
なお、電磁力発生装置170の構成から電磁撹拌装置150が省略される場合、鋳型110内の溶鋼2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は付与されないものの、連続鋳造は、電磁ブレーキ装置160によって鋳型110内への浸漬ノズル6からの溶鋼2の吐出流に対して当該吐出流を制動する方向の電磁力を付与しながら行われる。
[2−1.制御装置が行う制御の詳細]
次に、鋳型設備10の制御装置187が行う制御の詳細について詳細に説明する。
次に、鋳型設備10の制御装置187が行う制御の詳細について詳細に説明する。
本実施形態では、制御装置187は、浸漬ノズル6の一対の吐出孔61の間での吐出流の偏流を検出し、検出結果に基づいて第1回路181aに流れる電流及び第2回路181bに流れる電流を制御する。具体的には、制御装置187は、吐出流の偏流を検出した場合、吐出流の偏流が抑制されて一対の吐出孔61の間での吐出流の流量及び流速が均一化されるように、第1回路181aに流れる電流及び第2回路181bに流れる電流を制御する。
上述したように、連続鋳造の操業の過程において、吐出流の偏流は、溶鋼中に含まれている非金属介在物が浸漬ノズル6の各吐出孔61に不均一に付着することに起因して一対の吐出孔61の間で開口面積の差が生じることによって生じる。図8は、浸漬ノズル6の吐出孔61への非金属介在物201の付着により一対の吐出孔61の間で開口面積の差が生じている場合における溶鋼2の吐出流の様子を模式的に示す図である。図8では、各吐出孔61からの吐出流の流量及び流速の大きさを、矢印の大きさによって模擬的に示している。
図8に示すように、例えば、浸漬ノズル6の鋳型長辺方向の一側の吐出孔61には非金属介在物201は付着しておらず、他側の吐出孔61に非金属介在物201が付着しているとする。なお、以下では、非金属介在物201が付着していない一側の吐出孔61を健全側の吐出孔61と呼び、非金属介在物201が付着している他側の吐出孔61を閉塞側の吐出孔61と呼ぶ。この場合、閉塞側の吐出孔61の開口面積は、健全側の吐出孔61の開口面積よりも小さくなる。それにより、閉塞側の吐出孔61からの吐出流の流量及び流速は、健全側の吐出孔61からの吐出流の流量及び流速よりも小さくなる。上記のように、各吐出孔61への非金属介在物201の付着が各吐出孔61の間で不均一に進行することによって、吐出流の流量及び流速が相違する偏流が生じる。
一対の吐出孔61の間で開口面積の差が生じていない場合、吐出流の偏流は生じず、電磁ブレーキ装置160により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の両側で略対称となる。一方、一対の吐出孔61の間で開口面積の差が生じている場合、吐出流の偏流が生じることによって、電磁ブレーキ装置160により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の両側で非対称となる。
図9及び図10は、熱流動解析シミュレーションによって得られた、一対の吐出孔61の間で開口面積の差が生じていない場合、及び生じている場合の各々における鋳型110内の溶鋼2の温度及び流速の分布を模式的に示す図である。図9及び図10では、溶鋼2の温度分布がハッチングの濃淡によって示されている。ハッチングが薄いほど温度が高いことを意味する。また、図9及び図10では、溶鋼2の流速分布が速度ベクトルを表す矢印によって示されている。
図9の結果に対応する熱流動解析シミュレーションでは、浸漬ノズル6のモデルにおいて、一対の吐出孔61の各々の開口面積を互いに略一致する値に設定した。一方、図10の結果に対応する熱流動解析シミュレーションでは、浸漬ノズル6のモデルにおいて、健全側に相当する一側の吐出孔61の開口面積と比較して、閉塞側に相当する他側の吐出孔61の開口面積を略3分の1に設定した。その他のシミュレーション条件は、図9及び図10の各結果に対応する熱流動解析シミュレーションの間で共通し、具体的には、下記のように設定された。また、図9及び図10の各結果に対応する熱流動解析シミュレーションでは、電磁ブレーキ装置160により鋳型110内の鋳型長辺方向における両側にそれぞれ生じる磁束の磁束密度を3000Gaussとし、電磁撹拌装置150を駆動させていない条件を用いた。
(鋳片)
鋳片サイズ(鋳型のサイズ):幅1625mm、厚み250mm
鋳造速度:1.6m/min
(電磁ブレーキ装置)
溶鋼湯面に対するティース部の上端の深さ:516mm
ティース部のサイズ:幅(W2)550mm、高さ(H2)200mm
(浸漬ノズル)
浸漬ノズルのサイズ:内径φ87mm、外径φ152mm
溶鋼湯面に対する浸漬ノズルの底面の深さ(底面深さ):390mm
吐出孔の横断面のサイズ:幅74mm、高さ99mm
吐出孔の水平方向に対する傾斜角:45°
鋳片サイズ(鋳型のサイズ):幅1625mm、厚み250mm
鋳造速度:1.6m/min
(電磁ブレーキ装置)
溶鋼湯面に対するティース部の上端の深さ:516mm
ティース部のサイズ:幅(W2)550mm、高さ(H2)200mm
(浸漬ノズル)
浸漬ノズルのサイズ:内径φ87mm、外径φ152mm
溶鋼湯面に対する浸漬ノズルの底面の深さ(底面深さ):390mm
吐出孔の横断面のサイズ:幅74mm、高さ99mm
吐出孔の水平方向に対する傾斜角:45°
図9に示す熱流動解析シミュレーションの結果によれば、一対の吐出孔61の間で開口面積の差が生じていない場合、吐出流の偏流は生じず、鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の両側で吐出流の流量及び流速の分布は略一致することが確認された。また、電磁ブレーキ装置160により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の両側で略対称となることが確認された。
一方、図10に示す熱流動解析シミュレーションの結果によれば、一対の吐出孔61の間で開口面積の差が生じている場合、吐出流の偏流が生じ、閉塞側の吐出孔61からの吐出流の流量及び流速が健全側の吐出孔61からの吐出流の流量及び流速よりも小さくなることが確認された。また、電磁ブレーキ装置160により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の両側で非対称となることが確認された。
ここで、電磁ブレーキ装置160により吐出孔61からの吐出流に対して付与される制動力Fは、下記の式(1)によって表される。
なお、式(1)において、σは溶鋼2の導電率を示し、Uは吐出流の速度ベクトルを示し、Bは電磁ブレーキ装置160により鋳型110内に生じる磁束の磁束密度ベクトルを示す。
式(1)によれば、吐出流に対して付与される制動力の大きさは、鋳型110内に生じる磁束の磁束密度の大きさと相関を有することがわかる。ゆえに、鋳型110内に生じる磁束の磁束密度を鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の一側と他側との間で独立して制御することによって、吐出流に対して付与される制動力を鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の一側と他側との間で独立して制御することができる。よって、例えば、鋳型110内の鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の一側(つまり、健全側)に生じる磁束の磁束密度のみ増大させることによって、健全側の吐出流に対して付与される制動力を閉塞側と比較して効果的に増大させることができる。それにより、吐出流の偏流が抑制されることが期待される。
なお、式(1)によれば、吐出流に対して付与される制動力の大きさは、吐出流の速度とも相関を有することがわかる。ゆえに、健全側の吐出流の速度は閉塞側と比較して大きいので、健全側の吐出流に対して付与される制動力は閉塞側と比較して大きくなる。それにより、各吐出孔61から吐出される吐出流の挙動は、偏流が抑制される方向に進む。しかしながら、このような吐出流の速度に応じて生じる自動的な制動力のみによって偏流が抑制される効果は十分ではない。
ここで、電磁ブレーキ装置160により鋳型110内に生じる磁束の磁束密度を鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の一側と他側との間で独立して制御するための従来の技術として、特許文献2に開示された一対の短辺鋳型板の各々の外側にそれぞれ別々の電磁ブレーキ装置を配置する技術がある。この場合、各電磁ブレーキ装置の電磁ブレーキコアは、具体的には、鋳型短辺方向に鋳型110を挟むように長辺鋳型板111と対向して一対設けられるティース部と、短辺鋳型板112の外側面を跨いで一対のティース部を連結する連結部とを備える。そして、このような電磁ブレーキ装置が、鋳型110における鋳型長辺方向の両側にそれぞれ設置される。しかしながら、この場合、鋳型設備の重量が増大しやすくなるという問題が生じる。連続鋳造は、一般に、振動装置によって鋳型110を振動させながら行われる。ゆえに、鋳型設備の重量が増大する場合、振動装置への負荷が増大してしまう。また、短辺鋳型板112の外側面には、一般に、連続鋳造中に鋳型の幅を変更するための幅可変装置が設置されている。ゆえに、短辺鋳型板112の外側面を跨ぐ形状の電磁ブレーキコアを幅可変装置と干渉しないように設置することは困難である。
一方、本実施形態に係る各電磁ブレーキ装置160の電磁ブレーキコア162は、図7に示すように、短辺鋳型板112の外側面を跨がない形状を有するので、上記のような問題を回避することができる。ただし、電磁ブレーキコア162において、鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の両側に一対設けられるティース部164は連結部165によって接続されているので、各コイル163により発生する磁界によって生じる磁束の一部によって、電磁ブレーキコア162内を一方のティース部164から連結部165を通過して他方のティース部164へ向かう磁気回路が形成される。それにより、図7に示すように、一対の電磁ブレーキコア162を通る連続した磁気回路C10が形成される。ゆえに、鋳型110内の鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の一側(健全側)に生じる磁束の磁束密度のみ増大させた場合に、鋳型110内の鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の他側(閉塞側)に生じる磁束の磁束密度も少なからず増大してしまうと予想された。
ここで、本発明者らは、電磁場解析シミュレーションによって、上述のように電磁ブレーキコア162が配置された本実施形態に係る電磁ブレーキ装置160を用いて、鋳型110内に生じる磁束の磁束密度を鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の一側と他側との間で適切に独立して制御し得ることを見出した。
図11は、電磁場解析シミュレーションによって得られた、閉塞側の回路に流れる電流の電流値を固定したときの健全側の回路に流れる電流の電流値と健全側及び閉塞側に生じる磁束の磁束密度の各々との関係を示す図である。図12は、電磁場解析シミュレーションによって得られた、閉塞側の回路に流れる電流の電流値を固定したときの健全側の回路に流れる電流の電流値と健全側及び閉塞側に生じる磁束の磁束密度の比(磁束密度比)との関係を示す図である。本明細書において、磁束密度比は、具体的には、閉塞側に生じる磁束の磁束密度に対する健全側に生じる磁束の磁束密度の比率を意味する。図11及び図12の結果に対応する電磁場解析シミュレーションでは、健全側の回路である第1回路181a及び閉塞側の回路である第2回路181bの双方について、電流値の初期値を350Aに設定した。その後、閉塞側の第2回路181bの電流値を350Aに固定した状態で、健全側の第1回路181aの電流値を500A、700A、1000Aに順次上昇させた。本シミュレーションでは、このような場合における鋳型110内の健全側及び閉塞側の各々に生じる磁束の磁束密度を調査した。なお,本電磁場解析シミュレーションは,シミュレーション条件として鋳型110内の溶鋼2が静止している条件を用いた静磁場解析である。
図11によれば、健全側の第1回路181aの電流値を上昇させた場合、鋳型110内の閉塞側に生じる磁束の磁束密度は若干増大するものの概ね維持され、鋳型110内の健全側に生じる磁束の磁束密度のみが効果的に増大することがわかる。また、図12によれば、健全側の第1回路181aの電流値を500A以上の値に上昇させることによって、健全側及び閉塞側に生じる磁束の磁束密度の比を1.2以上に増大させ得ることがわかる。ここで、後述する実機試験の結果により示されるように、健全側及び閉塞側に生じる磁束の磁束密度の比を1.2以上にすることによって、吐出流の偏流を効果的に抑制することができる。よって、図11及び図12の結果によれば、鋳型110内に生じる磁束の磁束密度を鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の一側と他側との間で適切に独立して制御できることがわかる。
ところで、吐出流の偏流を抑制するための制御において、吐出流の偏流を検出する必要がある。偏流を検出するための従来の方法として、例えば、溶鋼湯面の近傍に設置された渦流レベル計の検出値を利用した技術、及び鋳型板に設置された熱電対の検出値を利用した技術がある。
渦流レベル計の検出値を利用した技術では、具体的には、複数の渦流レベル計が鋳型110内の溶鋼湯面直上において水平方向に互いに異なる位置に設置され、各渦流レベル計によって当該各渦流レベル計の設置位置における溶鋼湯面の高さが検出される。そして、各渦流レベル計の検出値に基づいて、溶鋼湯面の高さ方向の変動の大きさの水平方向についての分布を検出することによって、吐出流の偏流が検出される。しかしながら、この方法では、多くの渦流レベル計を設置する必要が生じるので、設備コストが増大するという問題が生じる。さらに、各渦流レベル計間の校正を行う手間が生じるので、操業コストが増大するという問題が生じる。
また、鋳型板に設置された熱電対の検出値を利用した技術では、具体的には、複数の熱電対が鋳型板において互いに異なる位置に設置され、各熱電対によって当該各熱電対の設置位置における温度が検出される。そして、各熱電対の検出値に基づいて、鋳型110内の溶鋼2の温度の分布を推定することによって、吐出流の偏流が検出される。しかしながら、この方法では、鋳型板の内壁と凝固シェル3aとの間に空気の層や溶融パウダーの層が介在することにより熱電対の検出値が変動することに起因して、吐出流の偏流の検出精度が悪化するという問題が生じる。
ここで、本発明者らは、上記のような問題を回避しつつ、吐出流の偏流を検出する方法を見出した。本実施形態に係る制御装置187は、そのような方法として、第1回路181aにおけるコイル163aに印可される電圧及び第2回路181bにおけるコイル163bに印可される電圧に基づいて吐出流の偏流を検出する。以下、このような本実施形態における吐出流の偏流の検出方法の詳細を説明する。
電磁ブレーキ装置160の各コイル163に電流が印可されると、上述したように、鋳型110内に磁束が生じる。さらに、鋳型110内において磁束が生じることによって、鋳型110内に渦電流が生じる。そして、鋳型110内に生じる渦電流によって、さらに磁界が生じる。以下、このように、鋳型110内に生じる渦電流によって生じる磁界を反磁界と呼ぶ。図13は、電磁場解析シミュレーションによって得られた、鋳型110内に生じる渦電流及び反磁界の分布を模式的に示す図である。図13では、鋳型110内に生じた渦電流が矢印によって示されている。
図13によれば、各コイル163によって生じた磁界を弱める反磁界を発生させる方向に渦電流が生じていることがわかる。具体的には、鋳型110内の健全側では、第1回路181aのコイル163aによって紙面表面側から裏面側へ向かう方向に磁界が生じており、図13に示すように、渦電流によってその磁界を弱めるように紙面裏面側から表面側へ向かう方向に反磁界M1が生じている。一方、鋳型110内の閉塞側では、第2回路181bのコイル163bによって紙面裏面側から表面側へ向かう方向に磁界が生じており、図13に示すように、渦電流によってその磁界を弱めるように紙面表面側から裏面側へ向かう方向に反磁界M2が生じている。
ここで、鋳型110内に生じる渦電流jは、下記式(2)によって表される。
また、鋳型110内に生じる反磁界の磁束Φは、下記式(3)によって表される。
なお、式(3)において、Cは反磁界の磁束Φを囲む閉曲線を示し、dlは当該閉曲線の線素を示す。
上記のように、反磁界が生じることによって、電磁ブレーキ装置160の各回路には、逆起電力が生じる。具体的には、電磁ブレーキ装置160の各回路を流れる電流について、反磁界を弱める磁界をコイル163により発生させる方向の成分を増大させるように逆起電力が生じる。
ここで、電磁ブレーキ装置160の各回路に生じる逆起電力Vは、下記式(4)によって表される。
なお、式(4)において、tは時間、nは各回路における各コイル163の巻き数を示す。
吐出流の偏流が生じる場合、上述したように、健全側の吐出流の流量及び流速は、閉塞側と比較して大きくなる。この際、健全側の吐出流の流動状態の時間変化は、閉塞側と比較して大きくなる。具体的には、健全側の吐出流の流量及び流速の時間変化は、閉塞側と比較して大きくなる。ゆえに、式(3)及び式(4)によれば、健全側の第1回路181aに生じる起電力は、閉塞側の第2回路181bと比較して大きくなる。よって、第1回路181aと第2回路181bとの間で、逆起電力の差が生じる。
本実施形態に係る制御装置187は、このように生じる各回路間での逆起電力の差に着目し、具体的には、鋳型長辺方向における一側の吐出孔61からの吐出流の流動状態の時間変化に起因して第1回路181aに生じる起電力(上記の逆起電力)と、鋳型長辺方向における他側の吐出孔61からの吐出流の流動状態の時間変化に起因して第2回路181bに生じる起電力(上記の逆起電力)との差に基づいて、吐出流の偏流を検出する。例えば、制御装置187は、第1回路181aにおけるコイル163aに印可される電圧(以下、第1回路181aの電圧とも呼ぶ)及び第2回路181bにおけるコイル163bに印可される電圧(以下、第2回路181bの電圧とも呼ぶ)の差に基づいて、吐出流の偏流を検出する。ここで、第1回路181aの電圧及び第2回路181bの電圧の差は、第1回路181aに生じる逆起電力と第2回路181bに生じる逆起電力との差の指標に相当する。具体的には、制御装置187は、第1回路181aの電圧及び第2回路181bの電圧の差が閾値を超えた場合に、吐出流の偏流が生じていると判定する。当該閾値は、例えば、第1回路181aの電圧及び第2回路181bの電圧の差を適切に検出し得るような値に、電圧センサ183a,183bの検出誤差又は増幅器185による信号の増幅率のばらつき等に基づいて、適宜設定される。
連続鋳造では、基本的に、吐出流の偏流が生じていない場合を想定し、第1回路181a及び第2回路181bを流れる電流の電流値は同一の値に設定されている。ゆえに、偏流が生じていない場合、各回路に生じる逆起電力は略同一であるので、第1回路181aの電圧及び第2回路181bの電圧は互いに略一致する。一方、偏流が生じている場合、各回路間で逆起電力の差が生じるので、第1回路181aの電圧及び第2回路181bの電圧の差が生じる。よって、本実施形態によれば、吐出流の偏流を適切に検出することができる。
なお、吐出流の流量が比較的小さい場合には、式(3)及び式(4)からもわかるように、各回路に生じる逆起電力が比較的小さくなるので、第1回路181aの電圧及び第2回路181bの電圧の差が比較的小さくなる。それにより、吐出流の偏流が制御装置187により検出されない場合があるが、そのような場合には、偏流が鋳型110内の健全側と閉塞側での吐出流の挙動の相違に与える影響も比較的小さいので、偏流に起因して鋳片3の品質が低下するという問題は生じにくい。
そして、本実施形態に係る制御装置187は、上述したように、吐出流の偏流を検出した場合に、各回路の電流を制御する。具体的には、制御装置187は、偏流を検出した場合、鋳型長辺方向における一側の吐出孔61からの吐出流の流動状態の時間変化に起因して第1回路181aに生じる起電力(上記の逆起電力)と、鋳型長辺方向における他側の吐出孔61からの吐出流の流動状態の時間変化に起因して第2回路181bに生じる起電力(上記の逆起電力)との差が小さくなるように、第1回路181aに流れる電流及び第2回路181bに流れる電流を制御する。
例えば、制御装置187は、第1回路181aが健全側の回路に相当する場合、第1回路181aに生じる逆起電力は、第2回路181bに生じる逆起電力と比較して大きくなっている。この場合、制御装置187は、健全側の第1回路181aの電流値を上昇させることによって、鋳型110内の健全側に生じる磁束の磁束密度を増大させることができるので、健全側の吐出孔61からの吐出流の流量及び流速を低減することができる。それにより、第1回路181aに生じる逆起電力を低減することができるので、第1回路181aに生じる逆起電力と第2回路181bに生じる逆起電力との差を小さくすることができる。この際、制御装置187は、具体的には、第1回路181aに生じる逆起電力と第2回路181bに生じる逆起電力との差が基準値以下になった場合に、健全側の第1回路181aの電流値の上昇を停止させる。それにより、吐出流の偏流が生じた場合に、偏流を適切に抑制することができる。上記基準値は、例えば、鋳片3の品質を要求される品質に維持し得る程度に吐出流の偏流を抑制し得るような値に適宜設定される。
なお、制御装置187は、閉塞側の第2回路181bの電流値を下降させることによって、第1回路181aに生じる逆起電力と第2回路181bに生じる逆起電力との差が小さくなるように、第1回路181aに流れる電流及び第2回路181bに流れる電流を制御してもよい。このように、制御装置187は、起電力の大きい側の回路の電流値を上昇させるか、又は、起電力の小さい側の回路の電流値を下降させるかの少なくともいずれかによって、第1回路181aに生じる逆起電力と第2回路181bに生じる逆起電力との差が小さくなるように、第1回路181aに流れる電流及び第2回路181bに流れる電流を制御することができる。
上記のように、本実施形態では、制御装置187は、第1回路181aにおけるコイル163aに印可される電圧及び第2回路181bにおけるコイル163bに印可される電圧に基づいて吐出流の偏流を検出する。それにより、設備コストの増大、操業コストの増大及び偏流の検出精度の悪化を抑制しつつ、吐出流の偏流を適切に検出することができる。また、各電磁ブレーキ装置160の電磁ブレーキコア162は、一対の長辺鋳型板111の各々の外側にそれぞれ配置され、短辺鋳型板112の外側面を跨がない形状を有しており、制御装置187は、偏流の検出結果に基づいて第1回路181aに流れる電流及び第2回路181bに流れる電流を制御する。それにより、鋳型設備10の重量の増大及び電磁ブレーキコア162と幅可変装置との干渉を抑制しつつ、偏流を適切に抑制することができる。ゆえに、浸漬ノズル6の吐出孔61へ非金属介在物が付着することにより一対の吐出孔61の間で開口面積の差が生じた場合であっても、電磁ブレーキ装置160により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズルの両側で非対称になることを抑制することができる。よって、鋳型110内の溶鋼2の流動を適切に制御することができるので、鋳片3の品質をより向上させることができる。
[2−2.電磁力発生装置の設置位置の詳細]
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の品質をさらに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の品質をさらに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のティース部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、上述した電磁力発生装置170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効果をさらに効果的に得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(5)が成立する。
換言すれば、上記数式(5)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。
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。
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(5)に代入すると、下記数式(6)が得られる。
上述したH0、H3、H4の値を上記数式(5)に代入すると、下記数式(6)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(6)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。
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(7)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(7)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(6)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(8)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(8)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の内部品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(8)に示す関係性を得る際に、上記数式(6)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(9)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(9)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(表面品質及び内部品質)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。
以上説明した本実施形態による吐出流の偏流を抑制するための制御を行っ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行った実機試験の結果について説明する。実機試験では、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、吐出流の偏流を抑制するための制御を行いながら連続鋳造を行った。そして、鋳造後に得られた鋳片3について調査し、鋳片3の品質の指標としてピンホール個数密度(個/m2)を算出した。
本実機試験では、模擬的に吐出流の偏流を生じさせるために、閉塞側に相当する他側の吐出孔61の開口面積を健全側に相当する一側の吐出孔61の開口面積と比較して略3分の1に設定した浸漬ノズル6を用いた。主な鋳造条件は、以下の通りである。また、本実機試験では、鋳片3の材質を低炭素鋼とし、電磁撹拌装置150のコイル153に印加される電流の電流値を400Aとした。
(鋳片)
鋼種:低炭素鋼
鋳片サイズ(鋳型のサイズ):幅1630mm、厚み250mm
鋳造速度:1.6m/min
(電磁ブレーキ装置)
溶鋼湯面に対するティース部の上端の深さ:516mm
ティース部のサイズ:幅(W2)550mm、高さ(H2)200mm
(浸漬ノズル)
浸漬ノズルのサイズ:内径φ87mm、外径φ152mm
溶鋼湯面に対する浸漬ノズルの底面の深さ(底面深さ):390mm
吐出孔の横断面のサイズ:幅74mm、高さ99mm
吐出孔の水平方向に対する傾斜角:45°
鋼種:低炭素鋼
鋳片サイズ(鋳型のサイズ):幅1630mm、厚み250mm
鋳造速度:1.6m/min
(電磁ブレーキ装置)
溶鋼湯面に対するティース部の上端の深さ:516mm
ティース部のサイズ:幅(W2)550mm、高さ(H2)200mm
(浸漬ノズル)
浸漬ノズルのサイズ:内径φ87mm、外径φ152mm
溶鋼湯面に対する浸漬ノズルの底面の深さ(底面深さ):390mm
吐出孔の横断面のサイズ:幅74mm、高さ99mm
吐出孔の水平方向に対する傾斜角:45°
本実機試験では、上述したように、まず、吐出流の偏流が生じている状況を再現し、その後、各回路間での逆起電力の差を小さくするように、健全側の第1回路181aの電流値を上昇させていった。そして、製造された鋳片3において互いに異なる時刻に鋳型110を通過した各部分について、ピンホール個数密度を算出した。
図15は、実機試験における吐出流の流動状態の時間変化に起因して各回路に生じる起電力(逆起電力)の差の推移を示す図である。図16は、実機試験における各回路に流れる電流の電流値の推移を示す図である。
図15に示すように、試験開始後の鋳造時刻(例えば、時刻T1)において、各回路間で逆起電力の差が生じている。また、図16に示すように、試験開始後の鋳造時刻(例えば、時刻T1)において、健全側の第1回路181a及び閉塞側の第2回路181bの電流値は、ともに350Aに設定されている。その後、時刻T2において、健全側の第1回路181aの電流値を一定の速度で上昇させ始めた。それに伴い、図15に示すように、時刻T2において、各回路間での逆起電力の差が減少し始めた。なお、健全側の第1回路181aの電流値は、時刻T2以後の時刻T3において500Aであり、時刻T3以後の時刻T4において700Aであった。その後、鋳造時刻が時刻T3,T4と進むにつれて各回路間での逆起電力の差が順次減少していき、時刻T5において、各回路間での逆起電力の差が基準値以下となり、健全側の第1回路181aの電流値の上昇は停止した。なお、健全側の第1回路181aの電流値は、時刻T5以後において1000Aに維持された。
本実機試験の結果を図17に示す。図17は、実機試験における健全側の第1回路181aに流れる電流の電流値とピンホール個数密度との関係を示す図である。ピンホール個数密度は、鋳片3表層における単位面積当たりのピンホールの個数であり、ピンホール個数密度が小さいほど鋳片3の品質が良好であることを示す。具体的には、ピンホール個数密度が8(個/m2)以下であることが好ましい。
図17によれば、健全側の第1回路181aが上昇するにつれて、ピンホール個数密度が減少していることがわかる。ゆえに、各回路間での逆起電力の差が減少するにつれて、ピンホール個数密度が減少していることが確認された。これは、各回路間での逆起電力の差が減少するほど吐出流の偏流が抑制されることによって、電磁ブレーキ装置160により跳ね上げられる吐出流の挙動が鋳型長辺方向における浸漬ノズル6の両側で対称となる挙動に近づくことに起因するものと考えられる。このような結果から、本実施形態による吐出流の偏流を抑制するための制御によれば、偏流を適切に抑制することによって、鋳片3の品質をより向上させることができることが確認された。
また、図17によれば、鋳片3において健全側の第1回路181aの電流値がそれぞれ500A、700A、1000Aとなる時刻T3、T4、T5に鋳型110を通過した各部分について、ピンホール個数密度が8(個/m2)以下となることが確認された。よって、図12及び図17によれば、例えば健全側及び閉塞側に生じる磁束の磁束密度の比を1.2以上にすることによって、吐出流の偏流が効果的に抑制され、鋳片3の品質が効果的に向上されることが確認された。
ここで、上記では、吐出流の偏流が検出された場合に、健全側の第1回路181aの電流値を上昇させる例を説明したが、健全側の第1回路181aの電流値を上昇させることに加えて閉塞側の第2回路181bの電流値を下降させることがより好ましい。閉塞側の第2回路181bの電流値を下降させることにより鋳型110内の閉塞側に生じる磁束の磁束密度を低下させることができるので、閉塞側の吐出孔61からの吐出流の流量及び流速を増大させることができる。それにより、健全側の吐出孔61からの吐出流の流量及び流速をより効果的に低下させることができるので、吐出流の偏流をより効果的に抑制することができる。
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、本発明は係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、各種の変更例又は応用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。
本発明によれば、鋳片の品質をより向上させることが可能な鋳型設備及び連続鋳造方法を提供することができる。
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
61 吐出孔
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 ティース部
165 連結部
170 電磁力発生装置
181a 第1回路
181b 第2回路
182a,182b 電源装置
183a,183b 電圧センサ
185 増幅器
187 制御装置
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
61 吐出孔
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 ティース部
165 連結部
170 電磁力発生装置
181a 第1回路
181b 第2回路
182a,182b 電源装置
183a,183b 電圧センサ
185 増幅器
187 制御装置
Claims (6)
- 連続鋳造用の鋳型と、
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、
前記電磁ブレーキ装置への電力の供給を制御する制御装置と、
を備える、鋳型設備であって、
前記浸漬ノズルには、前記鋳型の鋳型長辺方向における両側に前記溶融金属の吐出孔が一対設けられ、
前記電磁ブレーキ装置は、前記鋳型における一対の長辺鋳型板の各々の外側面にそれぞれ設置され、且つ、前記鋳型長辺方向における前記浸漬ノズルの両側に前記長辺鋳型板と対向して一対設けられるティース部を有する鉄芯と、前記ティース部の各々に巻回されるコイルと、を備え、
前記電磁ブレーキ装置の各々の前記鋳型長辺方向における一側の前記コイルは、第1回路において互いに直列に接続され、
前記電磁ブレーキ装置の各々の前記鋳型長辺方向における他側の前記コイルは、第2回路において互いに直列に接続され、
前記制御装置は、前記第1回路及び前記第2回路の各回路にそれぞれ印加される電圧及び電流を各回路の間で独立に制御可能であり、前記第1回路における前記コイルに印加される電圧及び前記第2回路における前記コイルに印加される電圧に基づいて前記一対の吐出孔の間での前記吐出流の偏流を検出し、検出結果に基づいて前記第1回路に流れる電流及び前記第2回路に流れる電流を制御する
ことを特徴とする鋳型設備。 - 前記制御装置は、前記鋳型長辺方向における一側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第1回路に生じる起電力と、前記鋳型長辺方向における他側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第2回路に生じる起電力との差に基づいて前記偏流を検出し、前記偏流を検出した場合、前記第1回路に生じる起電力と前記第2回路に生じる起電力との前記差が小さくなるように、前記第1回路に流れる電流及び前記第2回路に流れる電流を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の鋳型設備。 - 前記鋳型内の前記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し、前記電磁ブレーキ装置よりも上方に設置される電磁撹拌装置をさらに備える
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の鋳型設備。 - 電磁ブレーキ装置によって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しながら連続鋳造を行う連続鋳造方法であって、
前記浸漬ノズルには、前記鋳型の鋳型長辺方向における両側に前記溶融金属の吐出孔が一対設けられ、
前記電磁ブレーキ装置は、前記鋳型における一対の長辺鋳型板の各々の外側面にそれぞれ設置され、且つ、前記鋳型長辺方向における前記浸漬ノズルの両側に前記長辺鋳型板と対向して一対設けられるティース部を有する鉄芯と、前記ティース部の各々に巻回されるコイルと、を備え、
前記電磁ブレーキ装置の各々の前記鋳型長辺方向における一側の前記コイルは、第1回路において互いに直列に接続され、
前記電磁ブレーキ装置の各々の前記鋳型長辺方向における他側の前記コイルは、第2回路において互いに直列に接続され、
前記第1回路及び前記第2回路の各回路にそれぞれ印加される電圧及び電流は、各回路の間で独立に制御可能であり、
前記第1回路における前記コイルに印加される電圧及び前記第2回路における前記コイルに印加される電圧に基づいて前記一対の吐出孔の間での前記吐出流の偏流を検出する偏流検出工程と、
検出結果に基づいて前記第1回路に流れる電流及び前記第2回路に流れる電流を制御する電流制御工程と、
を含むことを特徴とする連続鋳造方法。 - 前記偏流検出工程において、前記鋳型長辺方向における一側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第1回路に生じる起電力と、前記鋳型長辺方向における他側の前記吐出孔からの前記吐出流の流動状態の時間変化に起因して前記第2回路に生じる起電力との差に基づいて前記偏流を検出し、
前記偏流が検出された場合、前記電流制御工程において、起電力の大きい側の回路の電流値を上昇させるか、又は、起電力の小さい側の回路の電流値を下降させるかの少なくともいずれかによって前記第1回路に生じる起電力と前記第2回路に生じる起電力との前記差が小さくなるように、前記第1回路に流れる電流及び前記第2回路に流れる電流を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載の連続鋳造方法。 - 前記連続鋳造は、前記電磁ブレーキ装置よりも上方に設置される電磁撹拌装置によって前記鋳型内の前記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、前記電磁ブレーキ装置によって前記鋳型内への前記浸漬ノズルからの前記溶融金属の前記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われる
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の連続鋳造方法。
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