JPS626740A - 溶鋼の薄板連鋳法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、双ロール式連鋳機を用いて溶鋼から直接的に
薄鋼板を連続鋳造する方法に関する。

〔従来の技術〕

互いに反対方向に回転する一対の内部冷却ロールを鋳片
の厚みに相当する間隙をあけて並行に対向配置し、この
間隙上部のロール円周面上にロール円周面を底面とする
湯溜りを形成させ、この湯溜りの中に溶湯を連続的に注
入しながら、この湯溜り中の湯を１回転するロール円周
面で冷却しつつ該間隙を経て薄板にまで直接的に連続鋳
造する。

いわゆる双ロール式連鋳機が知られている。このような
双ロール連鋳機を鋼の連鋳に適用して、溶鋼から直接的
に薄鋼板を製造しようとする提案もなされている。

このような双ロール式連鋳機による鋼の薄板連鋳につい
ては数々の発明提案がなされてはいるものの、従来にお
いてこれが実操業された例が少なく、このために実績デ
ータが不足しているのが実情である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者らは、双ロール式連鋳機による鋼の薄板連鋳の
開発に取り組み、実験機によって稼動実績を積み重ねて
きたところ、綱の薄板連鋳には次のような解決しなけれ
ばならない問題があることが判明した。それは、鋳造さ
れた薄板鋳片の中央部の粒状晶層内の粒間に、小さい空
隙（本明細書ではこれをポロシティ−と呼ぶことにする
）が生ずるという問題である。いったんこのポロシティ
−が発生すると、これは後の圧延工程でも圧着しがたい
ために製品欠陥として残る。

第１図〜第３図は、内部冷却ロール（ロール円周面が金
属製）を使用した双ロール式連鋳機で鋳造した鯛の薄板
鋳片（板厚１０１以下）に生じるポロシティ−の発生状
況を図解したものであり、第１図は鋳造された薄板の鋳
造方向に沿うた断面（双ロールの軸と直角方向の断面）
を表し、第２図は第１図の一部分を拡大した図、そして
、第３図は第２図の一部分をさらに拡大した図である０
図示のように、普通の稼動条件においては、板の両表面
から内部に向けてデンドライト１の発達したシェル部２
に挟まれて８粒状晶層３が存在した鋳造組織となる。そ
して１通常の場合、シェル部２はよく発達した部分（厚
い部分）と発達しない部分（薄い部分）が操り返され、
薄い部分に挟まれた粒状晶層３の内部にポロシティ−４
が発生し。

厚い部分に挟まれた部分ではこれが発生しない。

このポロシティ−４は第３図の拡大図に見られるように
９粒状晶５の粒子間の空隙である。

このポロシティ−の発生原因を究明し、その発生を防止
しないことには双ロール式連鋳機による鋼の直接薄板の
連鋳の実操業は実現しえないと言９ても過言ではない。

本発明はこの問題の解決を目的としてなされたものであ
る。

〔問題点を解決する手段〕

本発明は、互いに反対方向に回転する一対の内部冷却ロ
ールを平行に対向配置し、且つこのロール対の最近接部
の上方にロール円周面を底面とする湯溜りを形成してな
る双ロール式連鋳機の該湯溜りに溶鋼を注入し、該ロー
ル対の間隙から鋼の薄板状鋳片を連続鋳造するさいに、
その鋳片の板厚中央部に前記のポロシティ−が発生する
のを防止する方法として。

冷却媒体と接触する真円周面と溶鋼と接触することにな
る表内周面とをもつ部分のロール円周部材がメタル部分
と非メタル部分とからなり、少なくとも該表内周面に非
メタル材料層を設けた緩冷却ロールを使用したうえ、稼
動中におけるこの非メタル材料層の熱伝達係数を０．０
５ｃａｌ／ｃｊ、ｓｅｃ、　を以下とし、そして。

稼動中における該ロール対の相互間に加わる圧下刃の変
動を検出しつづけ、この検出信号に基づいて、該圧下刃
の変動値が所定の範囲に収まるように該ロールの回転数
を制御する。

ことを特徴とする溶鋼の薄板連鋳法を提供するものであ
る。

以下に本発明の内容を具体的に説明する。

本発明者らは、前記のポロシティ−の発生原因は、内部
冷却ロール円周面で形成される凝固シェルの熱歪みに原
因があることをつきとめることができた。すなわち、ロ
ール円周面上で凝固したシェルはロール円周面の冷熱に
よって熱収縮を起こし、この熱収縮によって、ロール円
周面との間に僅かの間隙を成る程度規則的な間隔をあけ
て生じるようになる。この間隙を生ずると冷却が不十分
となるのでこの部分の凝固シェルはその発達速度が遅く
なり、その結果として薄いシェル部分を形成する。他方
、板厚中心部は最終凝固するさいに収縮するので２　こ
の収縮量を圧下をかけてキャンセルすることが必要とな
るが、Ｉいシェル部分と厚いシェル部分が形成されると
、ロール間の最狭間隙部で圧下をかけても、シェルの薄
い部分の厚み中心部では、シェルの厚い部分に妨害され
て圧下が及ばなくなる。したがって、このシェルの薄い
部分の板厚中心部にポロシティ−が発生するのである。

一方、あまり過大な圧力をかけると板の表面に割れが生
じたり、ロール円周面の被膜が破壊されるという問題が
生ずる。

本発明は、凝固シェルとロール円周面との間で発生する
凝固シェルの熱歪みに基づく間隙の発生を一種の断熱層
を内部冷却ロールの円周面に介在させることによって防
止し、シェル厚を均一化し且つロール対間の圧下刃を制
御することによって該ポロシティ−発生の抑制および板
の割れ発生の抑制さらにはロール円周面被膜の剥離防止
を図ったものである０種々実験を重ねた結果、シェルが
均一化された場合に板厚中心部の凝固収縮をキャンセル
しポロシティ−を残存させないためには。

４０ｋｇｆ／ｍ−幅以上の圧下刃が必要であり、板の割
れ防止およびロール円周面被膜の剥離防止のためには２
００ｋｇｆ／＋ｗ−幅以下の圧下刃でなければならない
ことが判明した。

ロール最外層に形成する非メタル材料層からなる低熱伝
導性物質の被膜としては、金属酸化物の層または窒化物
の層であるのが好ましいことがわかった。金属酸化物の
層の場合は、１５１μ慣〜５−■の厚みをもつ層とし、
金属酸化物としては例えばＺ　ｒ　Ｏｔ＋　Ａ　ｊ！　
ｇｏｓまたはＣｒｙ’ｓから選ばれる。

窒化物の層の場合もやはり１５１μ−〜５■の厚みをも
つ層とするのがよく、窒化物としては例えばＢＮまたは
５ｊｘＮａから選ばれる。前記のような化合物の数種を
組み合わせた層であってもよい。

金属酸化物または窒化物はセラミックスの層として被覆
されてもよいが、金属とセラミックスとの混合物（サー
メット）として被覆、されてもよい。

また非メタル材料層を形成するさいには、ロールを構成
するメタル材料の表面に予め適度の熱膨張係数をもつ合
金等の下地層を溶射などによって形成しておき、この下
地層の上に非メタル材料層を形成するのがよい、この下
地層の存在は非メタル材料層とロールメタル層の熱膨張
係数の差を緩和するのに役立つ、下地層の厚みは本発明
における非メタル材料層の厚みには含まれない。

非メタル材料の材質や形態は、既述のものに特に限定さ
れないが９重要なことは、耐熱性を有し且つロール母材
の金属と充分な付着強度をもっこと、そしてロール母材
金属に比べて著しく熱伝導性が低く、熱伝達性が低いこ
とである。この被膜の熱伝達性については、稼動中にお
ける被膜の熱伝達係数が０．０５ｃａｌ／ａＪ、ｓｅｃ
、　’Ｃ以下となるようなものであればよい。

したがって本発明においては、双ロール式連鋳機のロー
ルとして、冷却媒体と接触する富岡周面と溶鋼と接触す
ることになる表内周面とをもつ部分のロール円周部材が
メタル部分と非メタル部分とからなり、且つこの非メタ
ル部分を該表内周面に設けた緩冷却ロールを使用するこ
と、そしてこの非メタル部分の熱伝達係数を０．０５ｃ
ａｌ／ｄ　、ｓｅｃ。

℃）以下にしてこの非メタル部分の表面に凝固シェルを
形成させつつ連続鋳造すること、がポロシティ−を発生
させないうえで１重要な一つの要件となる。

熱伝達係数の測定は例えば次のようにして行うことがで
きる０本発明に従うロール円周部材と同じ材質のメタル
でブロックを作り１　このブロックの一表面にロール円
周部材と同じ非メタル材料の被膜を形成させる。そのブ
ロックをスーパーヒート１０〜３０℃の溶鋼中に所定の
時間（約５秒以下）浸漬する。そのさい、ブロックは被
膜を施した面から一次元熱伝導となるように充分な大き
さとする。第８図に示すように、ブロック内の適当な位
置に熱電対を挿入し、温度上昇を記録する。浸漬後の各
時間Ｔにおける溶鋼およびブロック内の各位置χの温度
は次の＋１１〜（３）で表される。

ｉ）　　０≦χ≦χ１においては ｄＴ　　　　　ｄ”？ ｉｉ　）　　χ−χ１においては。

ｉｉｉ　）　　χ１　≦χ≦χ２においては。

ｄＴ　　　　　ｄ”Ｔ ただし、Ｔ；温度、　　ｔ；時間、　　χ；厚み方向の
距離、　　α；熱拡散率（−に／ｐｃ）、　　　ρ；重
密度Ｃ；比熱、　　　　ｈｉ熱伝達係数、Ｔ１；界面温
度＋　　　Ｔ’　　；、初期温度、であり、各添字ｌは
ブロックを、そして添字２は溶鋼（或いはシェル）を表
す。

（１１〜（３）式を初期条件（ｔ・０）としてＯ≦χ≦
χ。

でｔ＝ｔ、’　、　　χ直　≦χ≦χ２でＴ−Ｔ、’　
、境界条件としてχ＝０でＴ＝７１’　＋　　Ｚ　＝１
　＋　でＴ＝Ｔｚｏのもとに数値的に解き、ブロック内
での温度上昇測定値に合うようにｈの値を定める。これ
が求める熱伝達係数りの値となる。尚、この計算の際に
被膜の厚みは無視される。

非メタル部分の被膜厚みについては、数多くの実験の結
果＋５ｍｍを越えるようになると、この層の内部に熱歪
みが発生し易くなり、これが発生するとこの被膜の破壊
や剥離の原因となること、そして、３μ−より薄いと本
発明で意図する緩冷却効果が全くないことがわかった。

また、１５０　μｍ程度としても充分な緩冷却効果が得
られない場合も生じた。従って、この被膜の厚みとして
は前記のどの材料の場合でも１５１μｍｌ〜５１の範囲
とするのがよい。

本発明法における他方の要件である回転数制御は、稼動
中における該ロール対の相互間に加わる圧下刃の変動を
検出しつづけ、この検出信号に基づいて、この圧下刃の
変動値が所定の範囲に収まるようにロールの回転数を制
御すればよい、すなわち、ロール回転数制御のための指
示値として。

ロール対に加わる圧下刃を使用する。この圧下刃は所定
の板厚にまで凝固シェルを圧延する力であり、そ、の変
動は、主にロール対の最近接部を通過する凝固シェルの
厚みの変動に対応する。圧下刃の検出はロール対の一方
のロールをロードセルを介して設置することによって検
出することができ。

このロードセルで検出された圧下力値が所定の範囲内に
収まるようにロール電動機の回転数を制御する。この場
合、圧下力検出信号から演算を経てこの演算値をモータ
ーの回転速度制御信号として使用するコンピューター制
御を実施するのがよい。

すなわち、圧下刃が大き過ぎる場合にはロール回転速度
を速め、溶鋼が冷却される時間を縮めることによりシェ
ル厚を薄＜シ、ロール圧下方を低下せしめる。圧下刃が
小さすぎる場合はその逆である。この圧下力制御によっ
てロール間に過小あるいは過大な圧下刃が加わることが
防止されるのでポロシティ−の残存や板割れの発生が抑
制され。

ロール円周面に形成する非メタル材料層の損傷や破壊も
未然に防止することができる。

以下さらに２図面に従って９本発明法を具体的に説明す
る。

第４図は２本発明にしたがう双ロール式連鋳機の例の要
部を示しており、互いに反対方向に回転する一対の内部
冷却ロール６　ａ　＋　６　ｂを平行に対向配置し、且
つこのロール対６　ａ　＋　６　ｂの最近接部の上方に
ロール円周面を底面とする湯溜り７を形成し。

この湯溜り７に注入された溶鋼をロール対６　ａ　＋　
６　ｂの間隙を経て薄板状鋳片Ｐとして連続的に鋳造す
るようにした双ロール式連鋳機を示している。湯溜り７
は、ロール対６ａ、６ｂの溶鋼と接触することになるロ
ール円周面Ｒを底面とし、ロール対６ａ、６ｂの両サイ
ド面Ｓに接して囲った耐火性のサイドダム８ａｔ８ｂを
側壁として形成されているが、このサイドダムはロール
円周面Ｒの上に立ち上げてもよい。このロール円周面Ｒ
の最外面に本発明では既述の非メタル材料からなる低熱
伝導性物質の被膜が形成しである。

ロール対６ａ、６ｂの回転軸９ａ、９ｂは、その中に冷
却水通水管路を設けた二重管構造を有している。

その内管１０ａ、　１０ｂにポンプ１１によって冷却水
が通水すれ、ロール対６ａ、６ｂのロール円周面Ｒの内
側から冷却したあと、内管１０ａ、　１０ｂと外管との
間隙通路から系外に排出される。

第５図はロール円周面Ｒの裏側の冷却水通路１２を図解
的に示したものである。この冷却水通路１２はロール円
周面Ｒの裏面に沿ってスパイラル状に形成され２回転軸
９ａ、９ｂの内管１０ａ、　１０ｂからこの通路１２に
冷却水が供給され、この通路を循環したあと、冷却済み
の水は回転軸９ａ、９ｂの内管１０ａ、　１０ｂと外管
との間隙からロール外に排出されるようになっている。

第６図は、ロール円周面Ｒ部分（例えば第５図のＡ部分
）の稼動中の状態を拡大して示した略断面図である。溶
鋼と接触することになる表円周面Ｒと冷却水と接触する
真円周面Ｂとの間の距離がロール面の厚みＴとなるが、
この厚みＴのうち。

その真円周面Ｂの側は金属層１３（例えば耐熱ｗ４）で
構成され１表内周面Ｒの側が非メタル材料からなる低熱
伝導性物質の被膜１４で構成されている。

なお、第６図は稼動中の部分を概念的に示しているので
、真円周面Ｂは前記の冷却水通路１２内の冷却水１５と
接触し９表円周面Ｒは前記の湯溜り７内の溶鋼１６また
は形成された凝固シェル１７と接触している０本発明に
おいては非メタル材料からなる低熱伝導性物質の被膜１
４を設けることによって１この被膜１４の上に形成され
た凝固シェル１７が被膜１４と離れるようなことを防止
したものである。金属層１３が凝固シェル１７と直接的
に接触するようなロールを使用した場合には、第１図〜
第３図で説明したようにポロシティ−４が発生ずること
になる。

第７図は、ロール対６ａ、６ｂ間の圧下力検出と回転数
制御の仕方を図解的に示したものである。ロール対６ａ
、６ｂの回転軸９ａ　、　９ｂを支持する軸受２０ａ。

２０ｂの上端および下端を上フレーム２１および下フレ
ーム２２にスライド可能に設置する。一方のロール６ａ
の側方へのスライド移動を抑制する側フレーム２３を設
置し、このフレーム２３と軸受２０ａとの間にロードセ
ル２４を介在させる。そして、他方のロール６ｂは、側
フレーム２５に穿設した雌捻子に螺合する雄捻子３２を
つけたハンドル２６に、バネ２７を介して連結される。

ハンドル２６を回転すると、軸受２０ａ、２０ｂ間に挿
入されたスペーサー３１によってロール対６ａ　、　６
ｂの間隙が調整でき、稼動中はバネ２７によって押圧を
受けながら鋳片の厚みに相当する所定の間隙が維持され
る。成る距離の間隙に予め設定して稼動した場合に、ロ
ール対６ａ、６ｂ間に加わる圧下刃の変動はロードセル
２４に加わる圧力の変動として検出される。この検出信
号は演算器（マイクロコンピュータ）２８に入力され１
回転軸９ａ、９ｂに回転力を付与する電動機２９の変速
機３ｏに回転数制御信号を出力し、ロードセル２４で検
出される値が所定の域値内に収まるようなロール対６ａ
、６ｂの回転数を制御する。バネ２７は、これに代えて
エアーシリンダーや油圧シリンダーなどを使用してロー
ル６ｂをバックアップしてもよい。またこれらを組み合
わせて使用してもよい。そのさい、捻子３２は必ずしも
備える必要はない。

これにより、圧下刃が基準値より大きい場合。

すなわち板厚が設定値より厚い場合には、ロール対６ａ
、６ｂの回転速度を増加させてロール円周面Ｒと接触す
る時間を短縮し、ロール対６ａ、６ｂの最狭間隙を通過
するときのシェル厚みを薄クシて圧下刃を下げ、逆に、
圧下刃が小さすぎる場合には。

ロール対６ａ、６ｂの回転速度を下げ、シェル厚を厚く
して圧下刃を上げることが自動的にできる。

実施例１ 金属層１３が肉厚１５ｍｍの鋼（Ｓ４０Ｃ）で形成され
たロール（直径４００ｍｍ　Ｘ幅１００■）　の円周面
にＮｉ基合金が薄く溶射され、その上にＣｒｔＯｓが２
００　μ−の厚さに溶射されて被膜１４がロール円周面
Ｒに形成された内部冷却ロールを使用した。第４図のよ
うにしてサイドダム８ａ、８ｂを配置して形成された湯
溜り７に５ＵＳ３０４の溶鋼５０ｋｇを１５００℃で注
入しながら、ロール対６ａ、６ｂを回転させ、その最近
接部から連続的に薄板として鋳造した。ロールの／ｓｌ
　＋７クアツプはバネと油圧シリンダーを直列につなし
）で行った。圧下刃の設定はロール間隔が４ＩＩＩＩの
とき５０ｋｇｆ／ｍｍ幅とした。ロードセル２４で計測
された鋳造中の圧下刃は５０±５　ｋｇｆ／ｍｍ幅の範
囲内でありこの範囲内とするためにロールの回転数は３
〜５ｒｐ−の範囲で制御された。湯溜り７の底面を形成
しているロール円周面の円周方向の長さは１７４ｍｍ（
ロール幅方向の長さはロール幅１００ｍｍと等しし１）
であった、得られた薄板の板厚は約４蒙■であった。

本文に説明した試験法によって、被膜１４の熱伝達係数
を求めた。その結果、被膜１４の熱伝達係数は０、（１
４３ｃａｌ／　ａｉ　、ｓｅｃ、　’Ｃであったう得ら
れた薄板断面の凝固組織を調査したところシェルの厚さ
の標準偏差は０．１２ｍｍとムラが少なく板厚中心部に
ポロシティ−の残存は認められなかった。また板の割れ
は認められず、ロール円周面の被膜も剥離していなかっ
た。

比較例 ロールの回転数を４　ｒｐｍの一定としてその回転数制
御を実施しなかった以外は、実施例１と実質上同じ条件
で５ＵＳ３０４の薄板を製造した。稼動中にロードセル
２４によって圧下刃を計測したが、その計測値は３０〜
２５０　ｋ、ｆ／■−幅の範囲で変動した。これは鋳造
の非定常や湯面レベルの変動によるシェル厚の変化によ
るものであると考えられる。ロードセルによる圧下刃の
計測値が４０ｋｇｆ／■−幅未満であった時点に相当す
る鋳片の板厚中心部には１００μ−程度のポロシティ−
の残存が認められた。また、圧下刃が２００　ｋｇｆＩ
ａｍ幅を越えた位置では板割れが発生し、ロール円周面
のＣｒ５Ｏｓ層の一部が破壊されているのが認められた
。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属表面ロールを使用したときに得られる薄板
鋳片の断面を示す図、第２図は第１図の部分拡大図、第
３図は第２図の部分拡大図、第４図は本発明の実施例装
置の要部を示す斜視図、第５図は本発明に従う内部冷却
ロールの冷却水通路の例を示す切り欠き図、第６図は溶
鋼と接触することになる内部冷却ロールの表面構造を示
す略断面図、第７図はロール回転数制御の仕方を説明す
るための機器配置系統図、第８図は本発明に従う熱伝達
係数を測定法を説明するための図である。 １・・デンドライト、　　２・・凝固シェル。 ３・・粒状晶層、　　４・・ポロシティ−９５・・粒状
晶、　　６ａ、６ｂ・・ロール対、　　７・・湯溜り、
　　８ａ、８ｂ・・サイドダム、　　９ａ、９ｂ・・回
転軸、　　１２・・冷却水通路、１３　　・・ロール面
の金属層、１４・・非メタル材料からなる低熱伝導性物
質の被膜、１７　　・・被膜１４の上に形成された凝固
シェル、　　２０ａ、２０ｂ　　・・軸受。 ２１．２２．２３．２５　　・・フレーム、２４・・ロ
ードセル。 ２７・・バネまたはエアーシリンダーもしくは油圧シリ
ンダー（またはそれらの組み合わせ）。 ２８　　・・演算器（マイクロコンピュータ）。 ２９・・ロールの電動機、　　　３０・・変速器。 ３１・・スペーサー、３２　　・・ネジ。 Ｐ・・薄板状鋳片 Ｒ・・溶鋼と接触することになるロール（表）円周面、
Ｂ・・冷却水と接触するロール裏円周面。 第１図　　　　　　第２図 １＃！４　図 第５図 第６図 Ｆ１ 第８図 １１頁の続き シ発　明　者　　西　　野　　　　　忠　　日立市幸町
３−１−１５発明者　和訳　遠志　日立市久慈町４０２
６株株式会社日立製作所日立工場内 式会社日立製作所日立研究所内 手続補正書 昭和６０年９月１７日

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）、互いに反対方向に回転する一対の内部冷却ロー
   ルを平行に対向配置し、且つこのロール対の最近接部の
   上方にロール円周面を底面とする湯溜りを形成してなる
   双ロール式連鋳機の該湯溜りに溶鋼を注入し、該ロール
   対の間隙から薄板状鋳片を連続鋳造する溶鋼の薄板連鋳
   法において、 冷却媒体と接触する裏円周面と溶鋼と接触することにな
   る表円周面とをもつ部分のロール円周部材がメタル部分
   と非メタル部分とからなり、少なくとも該表円周面に非
   メタル材料層を設けた緩冷却ロールを使用したうえ、稼
   動中におけるこの非メタル材料層の熱伝達係数を０．０
   ５ｃａｌ／ｃｍ＾２、ｓｅｃ．℃）以下とし、そして、 稼動中における該ロール対の相互間に加わる圧下刃の変
   動を検出しつづけ、この検出信号に基づいて、該圧下刃
   の変動値が所定の範囲に収まるように該ロールの回転数
   を制御する、 ことを特徴とする溶鋼の薄板連鋳法。
2. （２）、稼動中における該ロール対の相互間に加わる圧
   下刃の変動値が４０〜２００ｋｇｆ／ｍｍ幅の範囲であ
   る特許請求の範囲第１項記載の薄板連鋳法。
3. （３）、非メタル材料層は、金属酸化物の層である特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の薄板連鋳法。
4. （４）、金属酸化物の層は、１５１μｍ〜５ｍｍの厚み
   をもつ層である特許請求の範囲第３項記載の薄板連鋳法
   。
5. （５）、金属酸化物はＺｒＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３また
   はＣｒ＿２Ｏ＿３から選ばれたものである特許請求の範
   囲第３項または第４項記載の薄板連鋳法。
6. （６）、非メタル材料層は、窒化物の層である特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の薄板連鋳法。
7. （７）、窒化物の層は、１５１μｍ〜５ｍｍの厚みをも
   つ層である特許請求の範囲第６項記載の薄板連鋳法。
8. （８）、窒化物は、ＢＮまたはＳｉ＿３Ｎ＿４である特
   許請求の範囲第６項または第７項記載の薄板連鋳法。