JPH10180423A

JPH10180423A - 薄板の連続鋳造方法

Info

Publication number: JPH10180423A
Application number: JP34759496A
Authority: JP
Inventors: Naotada Yoshida; 直嗣吉田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 1998-07-07

Abstract

(57)【要約】【課題】双ロール横注ぎ法において、鋳造開始時の固着
シェルの発生を未然に防止し、薄板連続鋳造の操業安定
性を確保しながら、表面が良質な鉄系合金の薄板を製造
すること。【解決手段】湯溜まり部から連続的に供給される鉄系合
金の溶湯を、回転するロールの表面で急冷凝固させて薄
板を連続鋳造する双ロール横注ぎ連続鋳造方法におい
て、鋳造の初期に、鉄系合金の溶湯に溶解して発熱する
金属粉体を溶湯中に添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶湯から直接、鉄
系合金の薄板を鋳造する双ロール横注ぎ連続鋳造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】双ロールを用いた連続鋳造法（以下、双
ロール連鋳法ともいう。）は、上注ぎ法と横注ぎ法に分
類される。上注ぎ法は、２本のロールを互いに水平に配
置し、２本のロールの間に上方から給湯する方法であ
り、横注ぎ法は、２本のロールを垂直方向に配置し、水
平方向から給湯する方法である。

【０００３】その内の横注ぎ法は、下記の（１）〜
（３）の特長がある。

【０００４】（１）湯溜まり部から水平方向に給湯して
鋳造を行うために、湯溜まり部の湯面制御が容易であ
り、広幅で均一な給湯が可能である。また、溶湯ヘッド
が小さいために操業が容易である。

【０００５】（２）設備の高さが低いので作業性がよ
く、設備のメンテナンスが容易である。

【０００６】（３）鋳造後の薄板の搬送方向が水平方向
なので、薄板の自重による負荷応力が小さい。したがっ
て、割れや破断を起こさせることなく、高温強度の低い
金属の薄板を安定して鋳造することができる。

【０００７】双ロールを用いた連続鋳造方法は、上注ぎ
法、横注ぎ法ともに熱延工程を省略できるために、スラ
ブに鋳造し熱間圧延する従来の連続鋳造法に比べて製造
コストが低い。しかし、双ロール連鋳法は、従来の連続
鋳造法に比べて鋳造後の下工程での圧延率が小さいの
で、鋳造時の板厚変動や表面性状に対してより高度な品
質管理が要求される。このために、良質な薄板を得るた
めの双ロール連鋳法の検討が多くなされている。

【０００８】双ロール連鋳法における鋳造温度は、操業
安定性を確保し、薄板の品質を決定するための重要な因
子の一つである。

【０００９】双ロール連鋳法の場合には、低温で鋳造す
るのが好ましいが、一般には高温で鋳造されている。低
温での鋳造が可能な場合には、次のような利点がある。
それは、薄板に等軸晶帯を形成させることが容易なた
め、中心偏析を軽減させ、割れ感受性の高い合金の凝固
割れを防止できる。さらに、エネルギーコストの低減や
溶解炉の耐火物を長寿命化できる等の利点である。とこ
ろが、低温で鋳造すると、鋳造開始直後に三重境界部と
称する溶湯、耐火物およびロールの境界部分で溶湯が凝
固する現象が起こる。三重境界部で凝固したものは、耐
火物に固着するために固着シェルと呼ばれている。特
に、鋳造開始直後は、溶湯表面の輻射放熱やロールおよ
び底部堰等の耐火物による抜熱が起こるので、三重境界
部で溶湯が凝固し固着が生じやすい。

【００１０】双ロール横注ぎ連鋳法における鋳造開始時
の固着シェルの生成を図２、図３および図４を用いて説
明する。図２は、湯溜まり部の端部の断面を表す図であ
る。固着シェル１４が生成しやすいのは、底部堰３、下
ロール２および溶湯７の三重境界部１２である。図３
は、下ロール２の胴長が上ロール１より長い装置を側面
から見た図である。図４は、上下ロール１、２の胴長が
等しい装置を側面から見た図である。

【００１１】どのタイプの双ロール横注ぎ連鋳装置であ
っても、サイド堰１３、上下ロール１、２および溶湯７
の三重境界部１２に固着シェル１４は生成する。

【００１２】いったん固着シェルが生成すると、下記の
（１）〜（３）のような問題が生じる。

【００１３】（１）ロール表面に固着シェルが生成する
と薄板の厚さむらが生じる。

【００１４】（２）耐火物から脱落した固着シェルが、
薄板に巻き込まれ、かみこみ疵と称する致命的な表面欠
陥を生じる。

【００１５】（３）固着シェルが脱落する際、耐火物の
一部が欠損するので、耐火物の寿命が短くなる。

【００１６】このように、鋳造開始時の固着シェルの生
成は、薄板の品質と薄板連続鋳造の操業安定性に著しい
支障を引き起こす。

【００１７】鋳造初期の固着シェルの発生を防止するた
めに、次のような対策が採られている。

【００１８】特開平３−１５５４３８号公報には、上注
ぎ法において、サイドダムと接触する溶湯の凝固を防止
する技術が開示されている。この技術は、ロール表面の
サイドダムに近い部分に、溶湯と接触した際に発熱する
被覆材料を塗布しながら鋳造することにより、被覆材料
が薄板製品の端縁部となる溶湯と反応して溶湯の温度を
局部的に上昇させ、サイドダム近傍で製品の端縁部が極
端に冷却されるのを予防するものである。しかし、この
方法では、双ロールの端縁部の計４カ所に均等に被覆材
料を塗布する必要があり、そのバランスを制御すること
が非常に難しい。更に、連続鋳造中は、常時、薄板の端
縁部に被覆材料が混入するために製品品質が劣化し、製
品端縁部を除去せねばならず、歩留まりが低下する。

【００１９】また、鋳造開始から定常状態に至る期間を
短縮し、製品歩留まりを向上させる方法として、下記の
ような上注ぎ法が提案されている。

【００２０】特開昭６３−２４２５０号公報に記載され
ている方法は、予めロールギャップ部に挿入された薄板
引き抜き用のダミーバーの上部に、融点降下元素を添加
した易溶性金属材料を挿入した状態で鋳造を開始し、注
入される溶湯の保有熱で易溶性金属材料を溶融させ、短
時間で湯溜まり部を形成し、直ちに連続鋳造を開始する
ものである。しかしこの方法は、注入した溶湯が易溶性
金属材料と十分に反応する前にロールと接触し冷却され
ること、易溶性金属材料の昇温時に注入溶湯の保有熱が
奪われること、溶湯を注入し始めてからロールを回転さ
せるために、初期溶湯の湯溜まり部内での滞留時間が長
いこと等の理由により、低温鋳造時にはロール、サイド
堰および溶湯の三重境界部で固着シェルが生成する。

【００２１】一方、横注ぎ法に対する固着シェル防止法
については、従来から報告されていない。また、前述し
た特開平３−１５５４３８号公報や特開昭６３−２４２
５０号公報に記載されている上注ぎ法に対して提案され
ている方法は、水平方向に並んだロールの間に湯溜まり
部が形成され、ロールに対して垂直方法に溶湯が供給さ
れる方式のため、湯溜まり部の形状が異なる横注ぎ法へ
の適用は難しい。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、横注ぎ法において、鋳造開始時の固着シェ
ルの発生を防止し、安定して表面が良質な鉄系合金の薄
板を鋳造することである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の連
続鋳造方法にある。

【００２４】『湯溜まり部から連続的に供給される鉄系
合金の溶湯を、回転するロールの表面で急冷凝固させて
薄板を連続鋳造する双ロール横注ぎ連続鋳造方法におい
て、鋳造の初期に、鉄系合金の溶湯に溶解して発熱する
金属粉体を溶湯中に添加する薄板の連続鋳造方法。』本
発明の横注ぎ法（以下、本発明方法ともいう。）は、下
記の技術思想により、固着シェルの発生を防止するとと
もに表面が良質な薄板を連続的に鋳造するものである。

【００２５】固着シェルの生成しやすい鋳造初期を高
温鋳造し、その後の定常状態を低温鋳造すれば、安定操
業できるとともに高品質の薄板を得ることができる。

【００２６】鉄系合金の溶湯に溶解し発熱作用のある
金属粉体を鋳造初期に溶湯に添加することにより鋳造初
期の溶湯温度を高くすることができる。定常状態になっ
た後は、金属粉体の供給を止めることにより、低温鋳造
を行うことができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明方法を具体的に説明する。

【００２８】図１は、本発明方法を実施するために用い
る双ロール横注ぎ薄板連続鋳造装置の概略断面図であ
る。この装置は、上ロール１、下ロール２、底部堰３、
タンディッシュ４、金属粉体供給手段５等を備えてい
る。

【００２９】横注ぎ法における湯溜まり部は、上ロール
１、下ロール２、底部堰３、およびサイド堰１３で囲ま
れる近辺で形成される。図１の装置では、上ロール１の
胴長は、薄板１０の幅と同じであり、下ロール２の胴長
は上ロール１より長い構成である。サイド堰１３は、底
面が下ロール２の周面と摺動し、側面が上ロール１の外
端面と摺動すると同時に底部堰３の外側部に密着する構
造となっている。

【００３０】溶湯７は、炉６から、タンディッシュ４に
注入され、タンディッシュ４と直結した湯溜まり部に供
給され、上下ロール１、２の周面で凝固した後、上下ロ
ール１、２の最近接点で圧接され、薄板１０となる。

【００３１】溶湯７に溶解して溶湯７を加熱する金属粉
体１１は、鋳造の初期に、金属粉体供給手段５から湯溜
まり部の溶湯７に添加される。ここで、鋳造の初期と
は、炉６から溶湯７の注入を開始する直前から、タンデ
ィッシュ４の湯面が所定のレベル９に達し、定常の連続
鋳造状態になるまでの時間を意味する。

【００３２】鋳造の初期に、湯溜まり部の溶湯７に金属
粉体１１を添加することにより、溶湯７と金属粉体１１
が溶解して発熱する。そのために、鋳造初期の溶湯７の
温度が上昇し、溶湯、耐火物（底部堰、サイド堰）およ
びロールの三重境界部１２における固着シェルの発生が
起こらない。湯面７が所定のレベル９に達し、定常の連
続鋳造が開始されれば、耐火物の温度が上昇し、溶湯７
の抜熱が徐々に減少するので、金属粉体１１の添加は不
要となる。定常の連続鋳造中の溶湯７は、金属粉体１１
が添加されないので、温度が上昇することはなく、溶湯
７自身の温度を保ったままの低温鋳造で連続的に鋳造で
きる。

【００３３】このように、本発明方法は、鋳造初期は高
温鋳造とし、定常期では、低温鋳造とすることにより、
鋳造初期の固着シェルの発生を防止し、かつ表面が良質
な薄板の製造を可能とする。

【００３４】次に、金属粉体の種類および供給方法につ
いて説明する。

【００３５】金属粉体には、鉄系合金の溶湯に溶解する
と発熱し、溶湯の温度を上昇させる作用のある金属を用
いる。ここでいう鉄系合金とは、炭素鋼、低合金鋼、ス
テンレス鋼やＦｅ−Ｎｉ合金等のＦｅあるいはＮｉを主
成分とする合金を意味している。金属粉体の例として
は、Ｓｉ、Ａｌ等の粉体が挙げられ、これらを単独で用
いるか、溶鋼表面に保温層を形成するために一般に保温
剤として使用されるＳｉとＣａＳｉ₂の混合粉末を用い
てもよい。また、Ｓｉ、ＡｌあるいはＣａＳｉ₂の粉末
の２種類以上を混合させて用いてもよい。

【００３６】これらの金属粉体を溶湯に溶解させること
によって、溶湯の温度が上昇するのは、次の理由によ
る。溶湯に常温のＳｉ粉末を添加する場合、溶湯の保有
する熱により、Ｓｉの温度がＳｉの融点まで上昇し、Ｓ
ｉが融解し、融解したＳｉが溶湯と混合する。この際の
溶融Ｆｅ（または溶融Ｎｉ）と溶融Ｓｉの混合による発
熱量は非常に大きい。この発熱量は、常温のＳｉの温度
上昇と融解に消費される吸熱量を補償し、なお余剰す
る。余剰分の熱量が溶湯全体の温度を上昇させるのであ
る。

【００３７】金属粉体の粒度は、効率よく溶湯に溶け込
ませるためにできるだけ微細な方がよく、１００メッシ
ュ以下の粒径とするのが望ましい。

【００３８】金属粉体の供給方法は、鋳造初期に、所定
速度で粉体を添加できるよう、スクリューフィーダ等を
用いる連続添加方式とするのが望ましい。

【００３９】金属粉体は、鋳造初期の溶湯の温度が、溶
湯の液相線基準で過熱度５０℃以上の温度を保てるよう
な量を添加するのが望ましい。過熱度５０℃未満では、
鋳造初期の溶湯が周囲の耐火物からの抜熱により凝固し
てしまい、固着シェルの発生を防止できない。

【００４０】金属粉体の添加量は、例えばステンレス鋼
を鋳造する場合に金属粉体としてＳｉを用いた場合は、
タンディシュの湯面が所定のレベルに達するまでの溶湯
量Ｌ（ｋｇ）に対して、Ｓｉは、０．００５〜０．０５
×Ｌ（ｋｇ）程、鋳造初期に添加するのが望ましい。

【００４１】Ｓｉ粉体の添加によるステンレス鋼の溶湯
の温度上昇は、溶湯量Ｌに対する粉体添加量０．０１Ｌ
当り（重量比１％当り）約２０℃である。図５は、１４
５０℃のＳＵＳ３０４溶湯に対して、２５℃のＳｉ粉体
を添加した場合のＳＵＳ３０４の温度上昇量を熱化学計
算により求めた結果を示したものである。Ｓｉ粉体の添
加量が重量比で１％増加するにつれてＳＵＳ３０４の温
度が約２０℃上昇していることが分かる。

【００４２】例えば、融点１４５０℃のＳＵＳ３０４溶
湯の炉内での温度が１５１０℃（過熱度６０℃）のと
き、鋳造初期の溶湯がタンディッシュ注入直後に周囲の
耐火物により抜熱され１４７０℃（過熱度２０℃）にな
ったとすると、その鋳造初期の溶湯５０ｋｇに対し常温
Ｓｉを１ｋｇ添加した場合は、溶湯の温度が約４０℃上
昇し、１５１０℃（過熱度６０℃）程度となる。鋳造を
開始して、鋳造定常期になった際のステンレス鋼の溶湯
の温度は、１４９０℃（過熱度４０℃）程度に下がる。

【００４３】また、鋳造する合金種がステンレス鋼以外
の前述の鉄系合金であっても、添加する金属粉体がＳｉ
粉末以外の前述の金属粉末であっても同様の発熱作用が
得られる。一例として、融点１４４０℃のＦｅ−４５％
Ｎｉ合金溶湯の炉内での温度が１４９０℃（過熱度５０
℃）、タンディッシュ注入直後の温度が１４５０℃（過
熱度１０℃）である場合に、鋳造初期の溶湯５０ｋｇに
対し常温のＳｉとＡｌの混合粉体を２ｋｇ添加すると、
溶湯の温度が約８０℃上昇し、１５３０℃（過熱度９０
℃）程度となる。また、鋳造を開始して、鋳造定常期に
なった際のＦｅ−４５％Ｎｉ合金の溶湯の温度は、１４
７０℃（過熱度３０℃）程度に下がる。

【００４４】金属粉体の添加は、タンディッシュへの溶
湯の供給手段やタンディッシュの湯面レベル検知手段と
連動して、金属粉体供給手段を作動させるのが好まし
い。

【００４５】定常の連続鋳造が行われるようになれば、
溶湯の流路の耐火物の蓄熱、雰囲気温度の上昇により、
溶湯の熱損失が小さくなるので発熱源である金属粉体の
供給は不要となる。

【００４６】湯面が所定のレベルに達した後の定常期で
の湯溜まり部内の溶湯の温度は、溶湯の液相線基準で過
熱度１０℃以上、７０℃以下の温度とするのが望まし
い。過熱度１０℃未満では、定常時といえども溶湯が周
囲の耐火物からのわずかな抜熱により凝固してしまい、
固着シェルの発生を防止できない恐れがある。過熱度が
７０℃を超えると、割れ感受性の強い合金種で凝固割れ
が発生する恐れがある。

【００４７】金属粉体を保持しておく容器内で「棚つ
り」と称する金属粉体の停滞が生じないように、バイブ
レータを設置し、供給中は振動させるのが好ましい。ま
た、金属粉体は、容器内の酸素と反応し、発火する恐れ
があるので、容器内の雰囲気は、Ａｒ、Ｎ₂等の不活性
ガスにしておくのが好ましい。

【００４８】金属粉体を添加して鋳造した鋳造初期の薄
板は、目的とする化学組成から外れる場合は、切断除去
するのが好ましい。

【００４９】

【実施例】

（実施例１）図１に示す双ロール横注ぎ連続鋳造装置を
用いて、本発明方法を実施し、厚さ２．０ｍｍ×幅７０
０ｍｍのＳＵＳ３０４の薄板を鋳造した。その際、固着
シェルの発生の有無と薄板の表面欠陥の有無を調査し
た。

【００５０】上ロール１の直径は１２００ｍｍ、胴長は
７００ｍｍ、下ロール２の直径は１２００ｍｍ、胴長は
１０００ｍｍであり、上下ロールはそれぞれ内部を水冷
した。鋳造速度は０．８５ｍ／ｓとした。

【００５１】溶湯７は、タンディッシュ４の直上に配置
された炉６で種々の温度に調整した後タンディッシュ４
内に供給した。また、溶湯の上部のシールにはＮ₂ガス
を用い、１５リットル／ｍｉｎの流量で溶湯上部に供給
した。

【００５２】溶湯へ添加する金属粉体１１には、純度９
９％、粒度２００メッシュのＳｉ粉体、ＳｉとＣａＳｉ
₂を重量比で７０：３０の割合で混合した粒度１００メ
ッシュの混合粉体、ＳｉとＡｌを重量比で７０：３０の
割合で混合した粒度２００メッシュの混合粉体の３種類
を用いた。金属粉体１１は、タンディッシュ４内への溶
湯７の注湯開始と同時に供給を開始し、タンディッシュ
４内の湯面８が定常レベル９に達する直前に、供給を停
止した。

【００５３】表１に鋳造条件、固着シェルの発生状況や
薄板の品質等の調査結果を示した。また、本発明方法の
効果を確かめるために、金属粉体を添加せずに鋳造を実
施した結果についても併せて示した。

【００５４】

【表１】

【００５５】本発明方法で鋳造した例では、鋳造初期の
固着シェルの発生がなく、注湯開始１５秒以降の定常域
も安定した鋳造ができ、鋳造された薄板は、かみこみ
疵、割れ、しわ疵等の表面欠陥も皆無であった。

【００５６】一方、表１の比較例で示すように、金属粉
体を添加せずに鋳造した場合は、鋳造初期の固着シェル
や薄板表面にかみこみ疵が発生した。

【００５７】（実施例２）図１に示す双ロール横注ぎ連
続鋳造装置を用いて、厚さ２．０ｍｍ×幅７００ｍｍの
４５ｗｔ％のＮｉを含有し残部が実質的にＦｅの組成で
あるＦｅ−Ｎｉ合金の薄板を鋳造した。

【００５８】鋳造速度は、０．８５ｍ／ｓとした。溶湯
７は、タンディッシュ４直上に配置された炉６からタン
ディッシュ４内に供給した。

【００５９】溶湯へ添加する金属粉体１１には、粒度３
５０メッシュのＳｉ粉体とＳｉとＡｌを重量比で７０：
３０の割合で混合した粒度１００メッシュの混合粉体の
２種類を用いた。金属粉体１１は、タンディッシュ４内
への溶湯７の注湯開始の１秒前に供給を開始し、タンデ
ィッシュ４内の湯面８が定常レベル９に達する直前に供
給を止めた。

【００６０】表１に鋳造条件、固着シェルの発生状況や
薄板の品質等の調査結果を示した。本発明方法で鋳造し
た例では、鋳造初期の固着シェルの発生がなく、鋳造定
常域も安定した鋳造ができた。また、鋳造された薄板
は、実施例１と同様に表面品質が良好であった。

【００６１】

【発明の効果】本発明方法は、鋳造開始時の固着シェル
の発生を未然に防止し、薄板連続鋳造の操業安定性を確
保しながら、表面が良質な薄板を鋳造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法に用いる双ロール横注ぎ方式の薄
板連続鋳造装置の一例を示す図である。

【図２】三重境界部での固着シェルの生成状況を示す概
略図である。

【図３】下ロール２の胴長が上ロール１より長い装置に
おける三重境界部での固着シェルの生成状況を示す概略
図である。

【図４】上下ロール１、２の胴長が等しい装置における
三重境界部での固着シェルの生成状況を示す概略図であ
る。

【図５】１４５０℃のＳＵＳ３０４溶湯に対して、２５
℃のＳｉ粉体を添加した場合のＳＵＳ３０４の温度上昇
を示す図である。

【符号の説明】

１：上ロール２：下ロール３：底部堰４：タンディッシュ５：金属粉体供給手段６：溶湯供給手段７：溶湯８：初期の湯面レベル９：定常時の湯面レベル１０：薄板１１：金属粉体１２：三重境界部１３：サイド堰

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】湯溜まり部から連続的に供給される鉄系合
金の溶湯を、回転するロールの表面で急冷凝固させて薄
板を連続鋳造する双ロール横注ぎ連続鋳造方法におい
て、鋳造の初期に、鉄系合金の溶湯に溶解して発熱する
金属粉体を溶湯中に添加することを特徴とする薄板の連
続鋳造方法。