JPH0796146B2 - 薄肉鋳片の連続鋳造方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、双ロール方式で優れた形状特性及び表面性状
の薄肉鋳片を製造する方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、鋼の連続鋳造の分野では薄肉鋳片の鋳造技術の開
発が進められており、双ロール方式，単ロール方式，双
ベルト方式，単ベルト方式，ロール−ベルト方式などの
各種の方式が提案され、その一部は工業生産のレベルま
で達している。しかし、未だ、生産性，鋳片品質の確保
等の点で、いずれも完成の域に至っているとは言い難
い。

薄肉鋳片の鋳造において古くから度々実験されているも
のとして、例えば垂直又は傾斜型の双ロール方式の連続
鋳造設備がある。この場合も、設備の耐久性、操業上の
問題と共に、鋳造された薄肉鋳片の品質上で解決すべき
問題がある。その一つとして、鋳片内部組織の不均質を
防止することがある。因に、内部組織が不均質の薄肉鋳
片を充分な熱処理なしで圧延した場合、冷延製品の表面
が平滑性を欠いたり、割れ発生等の欠陥が発生したり、
加工性に不足する状態になる。その結果、製品の商品価
値が著しく損なわれる。

双ロール方式の連続鋳造設備で薄肉鋳片を製造すると
き、機内における凝固の開始から完了までの時間は比較
的短いが、凝固完了直後の鋳片温度が1400℃前後と極め
て高いため、鋳片内部組織の均質化が不安定となりやす
く、スラブやビレット等の連続鋳造における二次冷却体
で行うスプレー冷却のような手段では、これらの組織の
不均質化現象を阻止することは難しい。

このような現象の発生を防止する手段として、冷却ロー
ルを使用して薄肉鋳片を接触させ、急速冷却する方法が
知られている。すなわち、気体の動圧，ピンチロールの
牽引力，押付けロールの圧力等によって、キッシングポ
イントから出て来た薄肉鋳片を一方の冷却ロールの周面
に一定の長さにわたって巻き付け、接触伝熱によって薄
肉鋳片の保有熱を冷却ロールにより急速に抜熱しようと
するものである。

たとえば、特公昭63-19258号公報では、キッシングポイ
ントより下流側の冷却ロールの周面に近接した位置で薄
肉鋳片に冷却用気体を噴射させると共に、この噴射位置
より下流側に配置されたピンチロールにより薄肉鋳片に
張力を与え、薄肉鋳片を冷却ロールの円周方向所定範囲
の表面に引き続き密着させている。これにより、薄肉鋳
片は、冷却ロールの周面を介した接触伝熱によって急冷
され、均一で黒色酸化被膜のない良質の製品が得られる
とされている。

また、特開昭63-68248号公報では、大径の主ロールと小
径の補助ロールを組み合わせたロール式連続鋳造設備が
開示されている。そして、キッシングポイントよりも下
流側にある主ロールの外周に、鋳造部のロールギャップ
と同じ間隔をもって小径の水冷式補助ロールを稠密に配
置している。これにより、キッシングポイントを出た後
の薄肉鋳片を支持する機能と、薄肉鋳片を冷却する能力
が向上する。そのため、凝固が完了していない薄肉鋳片
がキッシングポイントを出た後にブレークアウトするこ
とが回避され、薄肉鋳片の連続鋳造を円滑に行うことが
できるとされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

特公昭63-19258号公報の提案は、実施例に関する記載で
述べられているように、100μｍ程度の極めて薄い板材
を製造することを狙っている。そのため、一方の冷却ロ
ールの周面に薄肉鋳片が巻き付いて実質的なロール径が
増大しても、そのロール径の増加分は無視できる程度に
小さなものであり、双方の冷却ロールを同一の回転速度
で駆動させても周速差は微小であり、横割れ等の発生の
心配はあまりない。

ところが、たとえば1mm以上の比較的肉厚の薄肉鋳片を
同径，等速の一対の冷却ロールによって製造しようとす
るときには、その薄肉鋳片の厚みに起因して次のような
問題が生じる。すなわち、薄肉鋳片が巻き付いた一方の
冷却ロールは、薄肉鋳片の厚み分だけロール径が実質的
に増加したことになる。そこで、双方の冷却ロールを同
じ回転速度で駆動すると、薄肉鋳片が巻き付いた側の冷
却ロールは、他方の冷却ロールよりも周速度が大きくな
る。この周速差によって、未だ充分な強度を発現してい
ない薄肉鋳片の表面に剪断力が作用し、横割れ等の欠陥
が発生する原因となる。

他方、特開昭63-68248号公報記載の方法は、薄肉鋳片の
ブレークアウトを防止することを狙ったものである。し
かし、この方法においては、主ロールと補助ロールの周
速について具体的な説明がなく、主ロールと補助ロール
の周速差による横割れ等の発生防止について全く言及が
なく、この横割れ防止対策が講じられているとは言い難
い。

そこで、本発明は、凝固完了直後における一対の冷却ロ
ール間における実質的な周速度差をなくして、キッシン
グポイントから出てくる凝固完了直後の薄肉鋳片の表層
部に横割れを発生せず、且つ内部組織を均質化できる薄
肉鋳片の鋳造方法及び装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の連続鋳造方法は、その目的を達成するために、
周速度比を調整自在な一対の冷却ロールの間に形成した
湯溜り部に溶融金属を注入し、これを急冷・凝固させて
薄肉鋳片を鋳造する際、キッシングポイントから送り出
された直後の薄肉鋳片を一方の冷却ロールの周面に接触
走行させて冷却するようにした薄肉鋳片の鋳造方法にお
いて、該薄肉鋳片の肉厚に応じて冷却ロールの一方又は
双方の周速度を調整して、前記一方の冷却ロールに接し
ている薄肉鋳片の外面の周速度とこの薄肉鋳片の外面に
接する他方の冷却ロールの外周面における周速度を一致
させることを特徴とする。

また、本発明の連続鋳造装置は、湯溜り部を形成する一
対の冷却ロールと、該冷却ロールのキッシングポイント
から送り出された薄肉鋳片を一方の冷却ロールの周面に
押し付けながら走行させる押付けロールと、前記冷却ロ
ールのそれぞれを薄肉鋳片の肉厚に応じて互いに独立制
御して回転駆動させる駆動装置とを備えており、薄肉鋳
片と冷却ロールの接触面の周速度を一致させるように冷
却ロールの周速度が制御されることを特徴とする。

ここで、キッシングポイントから押付けロールまでの一
方の冷却ロールの周面に対向して、該周面に薄肉鋳片を
押圧する押圧手段を付加することができる。この押圧手
段としては、キッシングポイント側で冷却ロールに対す
る押圧力を大きくした複数の補助押付けロール、薄肉鋳
片の表面に液冷媒を噴射させるノズル等が使用される。

また、押付けロールとしては、内部又は外部に冷却手段
を備えているものが使用される。更に、キッシングポイ
ントから送り出された薄肉鋳片と接触する側の冷却ロー
ルを、他方の冷却ロールよりも大径にすることもでき
る。

〔作用〕

本発明においては、キッシングポイントを出た直後の薄
肉鋳片を、押付けロールによって一方の冷却ロールの周
面に押し付ける。冷却ロールの周面を介して接触伝熱に
よって、薄肉鋳片を急冷する。これによって、凝固完了
後の鋳片組織の不均質化が抑制される。このとき、薄肉
鋳片が押し付けられた側の冷却ロールは、薄肉鋳片の肉
厚分だけロール径が実質的に増加したことになる。

この状態で双方の冷却ロールを同一の回転速度で回転さ
せると、前述したように周速度差に起因した応力が薄肉
鋳片に発生する。そこで、該薄肉鋳片の厚みに応じて薄
肉鋳片が巻き付けられた側の冷却ロールの回転数を落と
し、その周速度を、他方の冷却ロールの周速度に一致さ
せる。

このとき、肉厚ｔの薄肉鋳片が巻き付けられる側の冷却
ロールのロール径をd₁，回転速度をv₁とし、他方の冷却
ロールのロール径をd₂，回転速度をv₂とするとき、回転
速度v₁及びv₂の間に、 v₁／v₂＝d₂／（d₁＋2t） ……（１） の関係を維持することが必要である。また、同じロール
径ｄの冷却ロールを使用する場合には、回転速度比を、 v₁／v₂＝１−2t/（ｄ＋2t） ……（２） に維持する。

このように薄肉鋳片が巻き付けられる側の冷却ロールの
回転速度を落とすことによって、薄肉鋳片の表面側の周
速度を、その表面に接する他方の冷却ロールの周速度に
一致させる。その結果、薄肉鋳片の表面と他方の冷却ロ
ールの周面との間に応力の発生がなく、横割れ等の欠陥
発生が防止され、特に１〜9mmの中間厚の薄肉鋳片の連
続鋳造に適用して顕著な効果を奏する。また、得られた
薄肉鋳片は急冷により組織が均質化され、表面性状にも
優れており、特にステンレス薄肉鋳片の製造に適し、後
工程である圧延工程での光沢ムラ等の表面性状欠陥や内
部欠陥を発生することがなく、また、加工性にも優れた
製品が得られる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、実施例により本発明の特徴
を具体的に説明する。

本実施例で使用した連続鋳造設備の概略を第１図に示
す。本実施例においては、一対の冷却ロール1a,1bを互
いに平行に配置し、その周面のロール軸方向両端部をサ
イド堰（図示せず）で仕切り、湯溜り部２を区画する。
この湯溜り部２に、タンディッシュ等の中間容器から注
湯ノズルを介して溶鋼を注入した。注入された溶鋼は、
冷却ロール1a,1bを介した抜熱によって冷却・凝固し、
それぞれの冷却ロール1a,1bの周面に凝固シェルとなっ
て成長する。

凝固シェルは、冷却ロール1a,1bの回転に伴ってキッシ
ングポイント３に向けて搬送され、キッシングポイント
３の近傍で張り合わされて一枚の薄肉鋳片４となる。キ
ッシングポイント３から出た後の薄肉鋳片４は、内部に
水冷機構をもつ押付けロール５によって、一方の冷却ロ
ール1aの周面に押し付けられながら走行する。このと
き、薄肉鋳片４は、冷却ロール1aの周面に密着した状態
にあるため、その保有熱は冷却ロール1aを介して抜熱さ
れる。その結果、薄肉鋳片４が急冷され、組織の不均質
化が抑制される。

このように薄肉鋳片４を冷却ロール1aに密着させた状態
でキッシングポイント３から送り出すとき、冷却ロール
1aの実質的なロール径が薄肉鋳片４の厚み分だけ増加し
たことになる。そこで、このロール径の実質的な変動に
基づく周速度差を相殺するため、冷却ロール1a,1bをそ
れぞれ別個の駆動装置6a,6bで駆動し、冷却ロール1aに
巻き付いた薄肉鋳片４の表面の周速がキッシングポイン
ト３において対向する冷却ロール1bの周速度と同一にな
るように、個々の駆動装置6a,6bを制御する。したがっ
て、キッシングポイント３において薄肉鋳片４内に円周
方向の応力が発生することがなくなり、比較的厚肉の薄
肉鋳片４を製造する場合にも、薄肉鋳片４に横割れを発
生させることなく、押付けロール５を使用して薄肉鋳片
４を急冷することができる。

なお、駆動装置6a,6bによる冷却ロール1a,1bの周速制御
は、薄肉鋳片４の厚みのプリセット，冷却ロール1a,1b
のロールギャップ検出値等のインプットによって行われ
る。また、押付けロール５の直径は、薄肉鋳片４が充分
に冷却されて、冷却ロール1aから剥離するときの許容歪
みを考慮して決められる。冷却ロール1aから剥離された
薄肉鋳片４は、ピンチロール７を経て圧延等の後工程に
搬送される。

キッシングポイント３から押付けロール５まで薄肉鋳片
４が走行する間に、薄肉鋳片４と冷却ロール1aとの間の
接触状態を向上させるため、第２図に示すように各種の
手段を採用することができる。

第２図（ａ）は、キッシングポイント３と押付けロール
５との間に、冷却ロール1aの周面に沿って複数の補助押
付けロール8a,8bを配置したものである。これら補助押
付けロール8a,8bによって、冷却ロール1aの周面に対す
る薄肉鋳片４の接触状態が改善される。このとき、最上
段の補助押付けロール8aによる押し力を、下流側にある
補助押付けロール8bの押し力よりも大きくすることが好
ましい。これにより、薄肉鋳片４の熱収縮に起因した引
張り力がキッシングポイント３域にある脆弱な薄肉鋳片
４に加わることが大幅に軽減される。

第２図（ｂ）は、冷却ロール1aで薄肉鋳片４を接触冷却
するときの冷却能力の不足を補い、且つ冷却ムラの発生
を防止するために、冷却ロール1a周面にある薄肉鋳片４
に対して液冷媒を吹き付けている状態を示す。この液冷
媒の吹付けにより、特に厚めの薄肉鋳片４を鋳造すると
き、より均一な冷却ができる。しかし、液冷媒がキッシ
ングポイント３を直撃しないように、ノズルチップ９の
選択が必要とされる。そこで、ノズルチップ９のノズル
孔を開口した側に複数のルーバ10を取り付け、ノズル孔
から噴射される液冷媒を、このルーバ10によって薄肉鋳
片４の表面に案内している。

第２図（ｃ）では、押付けロール５を外部冷却方式とし
ている。すなわち、押付けロール５の周面に冷却水ノズ
ル11を対向させ、この冷却水ノズル11から噴射された冷
却水で押付けロール５の周面を冷却している。この方式
によるとき、押付けロール５の小型化が図られ、振動等
の悪影響を冷却ロール1aに与えることが抑えられる。

第２図（ｄ）では、双方の冷却ロール1a,1bのうち薄肉
鋳片４の接触冷却に使用される冷却ロール1aを、他方の
冷却ロール1bよりもロール径の大きなものとしている。
この場合、薄肉鋳片４が接触冷却される長さを大きくと
ることが容易であり、鋳片押し付けのためのロール，液
冷媒ノズルの装着や維持が容易になる。

なお、以上に説明した第２図（ａ）〜（ｄ）の何れにあ
っても、冷却ロール1a,1bは、第１図に示すようにそれ
ぞれ別個の駆動装置6a,6bに接続されており、駆動装置6
a,6bの制御によって薄肉鋳片４の表面における周速度を
他方の冷却ロール1bの周速度に一致させている。

このように周速度を異ならせて冷却ロール1a,1bを回転
させながら薄肉鋳片４の鋳造を行う方法は、特に薄肉鋳
片４の厚みｔがロール径ｄの1/500を超えるようになっ
たとき、顕著な効果を発揮する。すなわち、t/dが1/500
以下では前述した（２）式で2t/（ｄ＋2t）≒０として
も実操業上に問題を生じない。しかし、t/dが1/500を超
えるようになると、この補正項を取り込んで冷却ロール
1a,1bの実質的な周速を一致させることが必要になる。

また、本発明は急速冷却が可能であり、冷却ロール間の
周速度差による横割れ発生の危険度の高い１〜9mmのス
テンレス薄鋳片の鋳造に適用して、顕著な効果を奏する
ものである。

次いで、具体的な操業データを示す。

SUS 304組成をもち温度1500℃のステンレス溶鋼を湯溜
り部２に注湯し、肉厚2mmで板幅800mmの薄肉鋳片４を鋳
造速度90m/分で鋳造した。使用した冷却ロール1a,1b
は、共にロール径が1200mmであった。そして、キッシン
グポイント３から出た薄肉鋳片４を、冷却ロール1aの周
面に沿って450mm走行させた後、周面から離間させて後
工程に搬送した。

このとき、冷却ロール1aの回転速度を24.0rpmに維持
し、冷却ロール1bの回転速度を24.1rpmに維持した。こ
れにより、薄肉鋳片４の表面と冷却ロール1b周面との間
の界面において、薄肉鋳片４表面及び冷却ロール1bの周
速度は、共に24m/分と一致していた。この状態で得られ
た薄肉鋳片４には、横割れ等の表面欠陥が発生しておら
ず、内部組織も均質であった。この薄肉鋳片４を圧延し
たとき、光沢ムラ等の表面欠陥や内部欠陥のない優れた
製品を得ることができた。

他方、冷却ロール1a,1bを同一回転速度で駆動し、他は
同じ条件下で薄肉鋳片４を鋳造したところ、得られた薄
肉鋳片４の表面にかなりの横割れが発生した。この横割
れは、薄肉鋳片４を圧延するときに板破断等を起こす原
因となるため、圧延に供せずスクラップ化した。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、キッシング
ポイントから出て来た薄肉鋳片を一方の冷却ロールの周
面に接触させて、薄肉鋳片の保有熱を冷却ロールを介し
て抜熱するとき、冷却ロールの回転速度を調整すること
によって、薄肉鋳片に周速度差に起因する応力が加わる
ことを防止している。これにより、薄肉鋳片に剪断力等
が働くことがなくなり、優れた形状特性をもつ製品が得
られる。また、製造された薄肉鋳片は、急冷されて組織
が均質化されており、後工程で圧延した場合に光沢ムラ
等の表面欠陥や割れ等の内部欠陥を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例で使用した設備構成の概略を示
し、第２図は一方の冷却ロールに対する薄肉鋳片の押圧
状態を改善するための手段を数例示す。 1a,1b:冷却ロール、2:湯溜り部 3:キッシングポイント、4:薄肉鋳片 5:押付けロール、6a,6b:駆動装置 7:ピンチロール、8a,8b:補助押付けロール 9:ノズルチップ、10:ルーバ 11:冷却水ノズル

フロントページの続き (72)発明者 山根 伍 東京都千代田区丸の内２丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 佐々木 邦政 広島県広島市西区観音新町４丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周速度比を調整自在な一対の冷却ロールの
   間に形成した湯溜り部に溶融金属を注入し、これを急冷
   ・凝固させて薄肉鋳片を鋳造する際、キッシングポイン
   トから送り出された直後の薄肉鋳片を一方の冷却ロール
   の周面に接触走行させて冷却するようにした薄肉鋳片の
   鋳造方法において、該薄肉鋳片の肉厚に応じて冷却ロー
   ルの一方又は双方の周速度を調整して前記一方の冷却ロ
   ールに接している薄肉鋳片の外面周速度とこの薄肉鋳片
   の外面に接する他方の冷却ロールの外周面における周速
   度を一致させることを特徴とする薄肉鋳片の連続鋳造方
   法。
2. 【請求項２】湯溜り部を形成する一対の冷却ロールと、
   該冷却ロールのキッシングポイントから送り出された薄
   肉鋳片を一方の冷却ロールの周面に押し付けながら走行
   させる押付けロールと、前記冷却ロールのそれぞれを薄
   肉鋳片の肉厚に応じて互いに独立制御して回転駆動させ
   る駆動装置とを備えており、薄肉鋳片と冷却ロールの接
   触面の周速度を一致させるように冷却ロールの周速度が
   制御されることを特徴とする薄肉鋳片の連続鋳造装置。
3. 【請求項３】請求項２記載のキッシングポイントから押
   付けロールまでの一方の冷却ロールの周面に対向して、
   該周面に薄肉鋳片を押圧する押圧手段を付加したことを
   特徴とする薄肉鋳片の連続鋳造装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の押圧手段が、複数の補助押
   付けロールであり、キッシングポイント側の補助押付け
   ロールの冷却ロールに対する押圧力を大きくしたことを
   特徴とする薄肉鋳片の連続鋳造装置。
5. 【請求項５】請求項３記載の押圧手段が、薄肉鋳片の表
   面に液冷媒を噴射させるノズルであることを特徴とする
   薄肉鋳片の連続鋳造装置。
6. 【請求項６】請求項２記載の押付けロールが、内部又は
   外部に冷却手段を備えていることを特徴とする薄肉鋳片
   の連続鋳造装置。
7. 【請求項７】請求項２記載の冷却ロールのうち、キッシ
   ングポイントから送り出された薄肉鋳片を押し付ける押
   付けロールと同じ側の冷却ロールの径を、他方の冷却ロ
   ールの径よりも薄肉鋳片の厚み分大径にしたことを特徴
   とする薄肉鋳片の連続鋳造装置。