JPH09164454A

JPH09164454A - 薄板連続鋳造装置

Info

Publication number: JPH09164454A
Application number: JP32866595A
Authority: JP
Inventors: Naotada Yoshida; 直嗣吉田; Yoshihisa Shirai; 善久白井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1995-12-18
Publication date: 1997-06-24

Abstract

(57)【要約】【課題】薄板の連続鋳造装置を提供する。【解決手段】上下２本の冷却ロールを各ロールの軸が水
平方向、軸芯の高さが異なるように垂直縦方向又は斜め
縦方向に配置し、ロール間に供給した溶融金属から直接
薄板を鋳造する双ロール横注ぎ連続鋳造装置であって、
表面が金属質の上ロール、表面がセラミックス質の下ロ
ールを備えた装置。【効果】薄板の上下面の凝固組織の不均一による微小割
れ及び光沢差を防止し、表面性状が良好な薄板を連続鋳
造することができる。下ロールの表面摩耗を防止して上
記効果を長時間維持することができ、操業及び品質が安
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属（以下、
溶湯または湯という）から直接薄板を鋳造する双ロール
法の薄板連続鋳造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】双ロールを用いる薄板連続鋳造方法では
熱延工程を省略することができるため、従来の連続鋳造
方法に比べて製造コストを低減することができるという
メリットがあり、種々の方法が提案されている。

【０００３】双ロール法は、２本のロールの配置および
ロール間への給湯方向により、２本のロールを横方向に
配置しロールの上部から給湯する双ロール上注ぎ法（２
本のロール配置が水平方向に対して傾斜した斜め上注ぎ
法を含む）および２本のロールを縦方向に配置し横方向
から給湯する双ロール横注ぎ法（２本のロール配置が垂
直方向に対して傾斜した斜め横注ぎ法を含む）等に分類
される。

【０００４】横注ぎ法は、下記〜のような特徴を有
する。

【０００５】タンディッシュと接続したノズルから横
方向に給湯するために、タンディッシュ内の湯面制御が
容易であり、広幅の均一給湯が可能である。また、溶湯
ヘッドが小さいため、操業が容易である。

【０００６】設備の高さが低い。

【０００７】薄板の搬送が水平方向であるために、薄
板の自重による負荷応力が小さい。従って、高温強度の
低い材料を、薄板の割れや破断なしに安定して鋳造する
ことができる。

【０００８】また、ロールを用いる薄板連続鋳造方法で
は、従来の方法に比べて鋳造後の下工程の圧延率が小さ
いため、板厚変動や表面性状に対し高度の品質が要求さ
れる。このため、良質な薄板の製造方法や製造装置、特
に薄板品質に重要な影響を及ぼすロール表面について
は、材質および表面形状等が種々検討されている。たと
えば、本発明者等は、表面性状に優れた薄板を得るため
の下記のような薄板連続鋳造用ロールを出願した。

【０００９】特願平6-293111号のロールは、その表面は
下層めっき層と表層めっき層の２層構造、下層めっき層
は厚さ１０〜５０μｍのＮｉ系合金、表面めっき層は厚
さ５〜３０μｍのＣｒからなり、めっき層表面の平均粗
さが３〜１５μｍのものである。

【００１０】特願平7-82463 号のロールは、耐火物製ノ
ズルと摺動するロール表面に、その表面粗さが１μｍ以
上の耐熱金属、サーメットまたはセラミックスの溶射被
膜を形成させたものである。

【００１１】「鉄と鋼」（Vol.71,No.10,A245-248,198
5) には、上ロールとして Mildsteel を、下ロールとし
てStainless steel を、それぞれ用いる異径双ロールに
よる横注ぎ法が示されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は前記双ロ
ール横注ぎ法の特長を活かすべく、この方法による薄板
品質の向上方法について研究開発を進めてきた。その結
果、上記出願に示されるような冷却ロールを横注ぎ法に
適用してもなお、次の(1) 及び (2)のような問題点があ
ることがわかった。

【００１３】(1)２本のロールの冷却条件、すなわち溶
湯の接触時間、ロール形状、表面性状および冷却水流量
等の条件を同一にしても、各ロール表面で生成する凝固
シェルの成長速度に違いが生じる。

【００１４】(2)下ロールは、上ロールに比べ摩耗が激
しい。

【００１５】本発明者等の研究によれば、上記(1) の問
題点は、上下ロールの非対称性、特に上下の各ロール表
面における溶湯とロールとの接触開始点の相違に起因し
ている。

【００１６】すなわち、上ロール側では、溶湯とロール
との接触開始点が溶湯メニスカスとロールとが接触する
点であるために、接触開始点に雰囲気ガスが介在する。
したがって、回転するロールとともにロール表面の速度
境界層に相当する雰囲気ガス膜が溶湯内に引き込まれ、
そのガス膜がロールと溶湯（あるいは凝固シェル）との
間の熱抵抗となり、凝固シェルの成長が遅れる。

【００１７】一方、下ロール側では、接触開始点が耐火
物製ノズルでシールされているため、雰囲気ガスが介在
せず、ガス膜熱抵抗が生じない。したがって、上ロール
側に比べて凝固シェルの成長速度が大きい。

【００１８】上記のような凝固シェルの成長速度の違い
による問題点は、次のとおりである。

【００１９】薄板上下面の凝固シェルの成長速度の相違
は、凝固時の冷却速度が異なるため生じるものであり、
上下面の凝固シェルの厚さの相違だけでなく、上下面の
凝固組織の粗さおよび結晶粒径の相違をも伴う。薄板上
下面での結晶粒径の相違は冷延製品の表面に光沢の差を
生じさせる原因となり、著しく薄板の表面品質を損ね
る。

【００２０】また、上下面の冷却条件が大きく異なると
薄板内部の温度勾配が板厚中心に対して非対称となり、
上下面の凝固収縮差および熱収縮差による割れ等の欠陥
を生じさせる恐れもある。

【００２１】このような、横注ぎ法における上下各ロー
ル表面での凝固冷却挙動の差異は、表面に２層めっき構
造を有する前記特願平6-293111号の冷却ロールや表面に
溶射被膜を有する特願平7-82463 号の冷却ロールの場合
のような表面材質や表面粗さの如何にかかわらず、上下
ロールの表面状態が同一であれば必ず起こりうる現象で
ある。

【００２２】前記(2) の摩耗は、下ロールが耐火物製ノ
ズルと摺動しているために起こる現象である。

【００２３】この下ロールの摩耗による問題点は、次の
とおりである。

【００２４】表面に２層めっき構造を有する前記特願平
6-293111号の冷却ロールや表面に溶射被膜を有する特願
平7-82463 号の冷却ロールのように、ロール表面に特定
の表面粗さを施して薄板の表面性状を改善する効果を得
る場合、ロール表面の摩耗により、その効果を長時間維
持することができない。これは、前記「鉄と鋼」の報告
に示される金属ロールの場合においても同様である。

【００２５】さらに双ロール法においては、薄板表面品
質がロールの表面状態に大きく依存するために定期的に
ロールの交換を行う必要がある。上ロールに比べ下ロー
ルの劣化が激しいと、下ロールのみを交換するサイクル
が短くなるために非効率的であるだけでなく、生産性の
低下およびコスト増を伴う。

【００２６】このように、双ロール横注ぎ法においては
上下ロールの非対称性により、上下２本のロールの表面
材質を同一とする限り、上下ロール間での凝固速度の差
および摩耗速度の差が生じる。

【００２７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものである。本発明の目的は、表面性状が良好で両
面均等な組織の薄板を製造するとともに、下ロールの摩
耗を防止して安定した鋳造を実現することができる双ロ
ール横注ぎ薄板連続鋳造装置を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明は、次の薄板連続
鋳造装置を要旨とする。

【００２９】上下２本の冷却ロールを各ロールの軸が水
平方向、軸芯の高さが異なるように垂直縦方向または斜
め縦方向に配置し、ロール間に供給した溶融金属から直
接薄板を鋳造する双ロール横注ぎ連続鋳造装置であっ
て、表面が金属質の上ロール、表面がセラミックス質の
下ロールを備えたことを特徴とする双ロール横注ぎ薄板
連続鋳造装置。

【００３０】本発明者らは、横注ぎ法における上下ロー
ルの非対称性に着目し、個々のロールに最適な表面条件
を見いだした。すなわち、雰囲気ガスを介在した溶湯メ
ニスカスが溶湯接触開始点である上ロールおよび摺動す
る耐火物製ノズルによりシールされた溶湯接触開始点を
もつ下ロールのそれぞれ最適なロールを見いだすこと
で、表面性状が良質な薄板を長時間安定して得ることに
成功した。

【００３１】

【発明の実施の形態】図１および図２に基づいて本発明
装置の構成例を説明する。

【００３２】図１は、双ロール横注ぎ法（同径ロール、
水平横注ぎ）を用いる薄板連続鋳造装置を示す側面方向
の概略縦断面図である。この装置は、上ロール１、下ロ
ール２、耐火物製ノズル７およびタンディッシュ８を備
えている。この場合、上ロール１および下ロール２は同
径、いずれも軸方向は水平、これらの上下方向の配置は
垂直縦方向である。タンディッシュ８内の溶湯６は、下
ロール２と摺動して溶湯６のシール機能も有する耐火物
製ノズル７により、回転する冷却上ロール１と同下ロー
ル２との間に供給され、冷却および圧接されて薄板５と
なる。

【００３３】図２は、双ロール横注ぎ法（異径ロール、
斜め横注ぎ）を用いる薄板連続鋳造装置を示す側面方向
の概略縦断面図である。この装置の構成および薄板５の
製造過程は図１の場合と同じであるが、この場合上ロー
ル１の径は下ロール２の径よりも小さい異径である。こ
れらの配置方向は、図示のとおり垂直方向に対して斜め
縦方向に傾斜している。

【００３４】本発明装置は、上記のような双ロール横注
ぎ連続鋳造装置において、上ロール１にはその表面３が
金属質のもの、下ロール２にはその表面４がセラミック
ス質のものを備えた装置である。

【００３５】図１および図２において、符号５U は薄板
５の上面、５L は薄板５の下面、９は雰囲気ガスおよび
１０は溶湯６のメニスカス（溶湯６と上ロール１との接
触開始点）である。

【００３６】横注ぎ法においては、上ロールの表面が金
属質および下ロールの表面がセラミックス質のロールが
最適であり、これらを組合せて使用することにより、薄
板の上下面に凝固組織の粗さの差がなく、表面性状に優
れた薄板を長時間安定して製造することが可能である。
以下にその作用を説明する。

【００３７】薄板の上下各面において、凝固シェルの厚
さや凝固組織の粗さ等の組織の差異を生じさせず、上下
各面均等に凝固させるには、前記横注ぎ法の非対称性に
対応した凝固冷却条件を選択することが重要である。

【００３８】本発明における上下各ロールの表面材質
は、種々の表面材質としたロールを適用して得られたＳ
ＵＳ３０４ステンレス鋼薄板の凝固組織を調査し、凝固
定数および凝固組織の粗さを比較した結果に基づくもの
である。これを表１〜表３により説明する。

【００３９】凝固定数ｋは、凝固時間ｔ（ｓ）とロール
表面から成長した柱状晶厚さｄ（ｍｍ）との関係式：ｄ
＝ｋ×（ｔ／６０）^0.5より求めた。凝固組織の粗さの
評価には、薄板表面から０．３ｍｍでのデンドライト２
次アーム間隔（μｍ）を用いた。

【００４０】表１に、上ロール表面の望ましい金属質お
よび比較材、その条件及びその場合に得られた薄板上面
の凝固組織の粗さを示す。表２に、下ロール表面の望ま
しいセラミックス質および比較材、その条件及びその場
合に得られた薄板下面の凝固組織の粗さを示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】表１および表２に示すように、上ロール表
面材質を金属メッキとし、下ロール表面材質をセラミッ
クス溶射とした上下ロールの組合わせで、薄板上下面で
均等な凝固組織が得られることがわかる。

【００４４】上ロール表面の材質として具備すべき必要
条件は、溶湯との濡れがよく、雰囲気ガス膜が回転する
ロールとともに溶湯内に引き込まれにくいこと、あるい
は熱伝導率が高く、ガス膜が溶湯と溶湯（あるいは凝固
シェル）との間に介在しても凝固遅れを引き起こさない
ことである。これらの条件を満たすのが表１に示すよう
な金属質である。

【００４５】特に上ロールにおいて、表層下のロール母
材を保護するために厚さ３ｍｍ以下のＮｉめっき、ある
いは薄板との接触による疵防止のために厚さ５〜３０μ
ｍのＣｒの表層硬質めっきを施工してもよい。更に、め
っき層境界部の熱応力緩和のためには、ロール母材また
はロール母材上の下層めっきと表層硬質めっきとの間
に、更に厚さ１０〜５０μｍのＮｉ系合金の中間層めっ
きを施した多層めっき構造とするのが望ましい。

【００４６】下ロール表面の材質として具備すべき必要
条件は、上ロール表面の材質に比べて熱伝導率が低く緩
冷却が可能なこと、および耐火物製ノズルと摺動しても
摩耗しにくいことである。これらの条件を満たすのが表
２に示すようなセラミックス質である。

【００４７】セラミックス質としては、特に、ZrO₂、Al
₂O₃、Cr₂O₃、SiO₂、BNおよびSi₃N₄のようなセラミッ
クス単体またはこれらの混合物を溶射施工したものが望
ましい。溶射層の施工厚さは、上ロール側に生成する凝
固シェルと同等の冷却条件を得ることができるように５
０〜５００μｍの範囲で決定する。

【００４８】表３に、表１と表２に示す条件において使
用前後のロール径（薄板の鋳込幅に対応する表面部分の
両端および中央部の平均値）の変化から求めた各ロール
の摩耗速度を示す。

【００４９】

【表３】

【００５０】表３に示すように、上ロール表面を金属
質、下ロール表面をセラミックス質とした組合せでは下
ロール表面の摩耗が軽減されるため、ロール表面の摩耗
速度も上下でほぼ均等である。

【００５１】次に、その他の望ましい条件について説明
する。

【００５２】上下各ロールの径および胴長並びに母材材
質は問わないが、母材材質としては、冷却水などによる
効果的な内部冷却を行うために銅合金を用いるのが望ま
しい。

【００５３】下ロール表面材質の熱伝導率に対する上ロ
ール表面材質の熱伝導率の比は、５以上であることが望
ましい。下ロール表面材質を前記の溶射セラミックスと
した場合、その熱伝導率は２Ｗ／ｍＫ以下であるので、
上ロール表面材質は熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以上の金属
めっき質とするのが望ましい。

【００５４】薄板表面の割れ等の欠陥を防止するため
に、上下ロールの表面粗さＲａの範囲はそれぞれ３〜１
５μｍ、１．５〜６．０μｍとするのが望ましい。

【００５５】本発明装置は、斜め横注ぎ、水平横注ぎお
よび２本のロールの異径または同径を問わず、さらに２
本のロールの配置関係やロールの寸法を問わず、一方の
ロールでは溶湯の接触開始位置が雰囲気ガスと接する自
由表面を持ち、もう一方のロールでは溶湯の接触開始位
置が耐火物製ノズルと摺動する方式の双ロール薄板連続
鋳造法にはすべて適用できる。

【００５６】本発明装置を用いる場合の効果は、対象材
がステンレス鋼、炭素鋼、高合金および非鉄金属の場合
においても同様である。

【００５７】

【実施例】

（実施例１）図２に示す構成の双ロール横注ぎ連続鋳造
装置を用いて、厚さ１．７ｍｍ×幅２５０ｍｍのＳＵＳ
３０４ステンレス鋼を鋳造速度５０ｍ／ｍｉｎで製造
し、表面割れ、上下面の凝固組織の均等性、ロール周面
の損傷などを調査した。

【００５８】上ロールには、厚さ２０ｍｍの銅合金製ス
リーブを母材とし、厚さ２ｍｍのＮｉメッキを施した
後、ショットブラストにより表面粗さＲａ：１０μｍの
粗面加工を施したものを用いた。

【００５９】下ロールには、厚さ２０ｍｍの銅合金製ス
リーブを母材とし、下地処理として厚さ５０μｍのＮｉ
めっきおよび厚さ５０μｍのＮｉ−Ｃｒ溶射を施し、さ
らに厚さ１２０μｍの92wt％ZrO₂−８wt％Y₂O₃の溶射層
を施工した後、バフ研摩により表面粗さＲａ：３μｍに
調整したものを用いた。

【００６０】上ロールの寸法は直径５００ｍｍ、胴長２
５０ｍｍ、下ロールの寸法は直径６００ｍｍ、胴長４０
０ｍｍ、上下ロールの冷却はいずれも内部水冷とした。
耐火物製ノズルには溶融シリカを用いて溶湯の底部およ
び側部をシールした。

【００６１】鋳造された薄板は健全で微小割れは皆無で
あり、ほぼ上下面の凝固組織は均等であった。ロール周
面の損傷や薄板の焼き付きもなく、安定した鋳造が可能
であった。

【００６２】（実施例２）本発明例として、図１に示す
構成の双ロール横注ぎ連続鋳造装置を用いて、厚さ１．
５ｍｍ×幅２５０ｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス鋼を鋳
造速度５０ｍ／ｍｉｎで製造し、表面割れ、上下面の凝
固組織の均等性、ロール周面の損傷などを調査した。

【００６３】上ロールには、厚さ２ｍｍのＮｉめっきを
施した厚さ２０ｍｍの銅合金製スリーブを母材とし、シ
ョットブラストにより表面粗さＲａ：６μｍに粗面加工
を施した後、さらに厚さ３０μｍのＮｉ−Ｗ、厚さ１０
μｍのＣｒの各硬質メッキを施工したものを用いた。

【００６４】下ロールには、厚さ２０ｍｍの銅合金製ス
リーブを母材とし、下地処理として厚さ５０μｍのＮｉ
めっきおよび厚さ５０μｍのＮｉ−Ｃｒ溶射を施し、更
に厚さ１２０μｍの75wt％ Al₂O₃−25wt％ZrO₂の溶射層
を施工した後、バフ研摩により表面粗度Ｒａ：４μｍに
調整したものを用いた。

【００６５】上ロールの寸法は直径６００ｍｍ、胴長２
５０ｍｍ、下ロールの寸法は直径６００ｍｍ、胴長４０
０ｍｍ、上下ロールの冷却はいずれも内部水冷とした。
耐火物製ノズルには溶融シリカを用いて溶湯の底部およ
び側部をシールした。

【００６６】鋳造された薄板は実施例１と同様に健全、
上下面の凝固組織の粗さはほぼ均等であり、酸洗した薄
板の上下面の光沢差もなかった。ロール周面の損傷や薄
板の焼き付きもなく、安定した鋳造が可能であった。

【００６７】さらに、上下ロールの表面材質を表１およ
び表２と同条件で種々変化させた試験を行い、前記の凝
固定数、凝固組織の粗さ、薄板の表面性状およびロール
表面の摩耗速度を調査した。ロールの条件および結果を
表４に示す。

【００６８】

【表４】

【００６９】表４に示すとおり、凝固定数、凝固組織の
粗さおよびロール表面の摩耗速度は、前記表１〜表３に
示す結果と同じ傾向であった。

【００７０】すなわち、上ロール表面材質としてＮｉめ
っきまたは更に表層めっきを施した金属質を用いた場
合、および下ロール表面材質としてZrO₂−Y₂O₃またはAl
₂O₃−ZrO₂の溶射層を施工したセラミックス質を用いた
場合に得られた薄板では、上下面の凝固定数および凝固
組織の粗さがほぼ一致し、微小割れ等の表面欠陥も認め
られなかった。しかし、他の組合わせ、例えば、上下と
もに同表面材質のロールを使用した場合に得られた薄板
では、下面側（表２参照）に比べ上面側（表１参照）の
凝固定数が小さく、かつ凝固組織が粗くなっており、一
部の薄板には上下面の収縮差による微小割れ等の表面欠
陥が生じていた。

【００７１】ロール径の変化から求めたロール表面の摩
耗速度は特に下ロール表面材質として金属質を用いた場
合に顕著であり、３〜数１０μｍ／ｈｒとなった。

【００７２】しかし、下ロール表面材質としてZrO₂−Y₂
O₃または Al₂O₃−ZrO₂の溶射層を施工したセラミックス
質を用いた場合の摩耗速度は、０．３μｍ／ｈｒ以下に
抑えられた。また、上ロール表面材質としてＮｉめっき
または更に表層めっきを施工した金属質を用いた場合、
および下ロール表面材質としてZrO₂−Y₂O₃または Al₂O₃
−ZrO₂の溶射層を施工したセラミックス質を用いた場合
には、上下ロールの摩耗速度がほぼ同等となり、上下面
の凝固組織の粗さが均等で表面性状に優れた薄板を長時
間安定して鋳造することができた。

【００７３】（実施例３）図１に示す構成の双ロール横
注ぎ連続鋳造装置を用いて、厚さ１．４ｍｍ×幅２５０
ｍｍの60wt％Ｆｅ−40wt％Ｎｉ合金の薄板を鋳造速度５
０ｍ／ｍｉｎで製造し、表面性状を調査した。その他の
条件は実施例２の本発明例と同じとした。

【００７４】鋳造された薄板は実施例１および実施例２
の本発明例と同様に、微小割れが皆無であり、表面性状
に優れた薄板の製造が可能であった。

【００７５】

【発明の効果】本発明装置によれば、上下ロールの冷却
速度および凝固速度が均等となる効果により、薄板の上
下面の凝固組織の不均一による微小割れおよび光沢差を
防止し、表面性状が良好な薄板を連続鋳造することがで
きる。

【００７６】表面がセラミックス質である下ロールを備
えることにより、表面の摩耗を防止して上記効果を長時
間維持することができ、操業及び品質が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】双ロール横注ぎ法（同径ロール、水平横注ぎ）
を用いる本発明の薄板連続鋳造装置の例を示す側面方向
の概略縦断面図である。

【図２】双ロール横注ぎ法（異径ロール、斜め横注ぎ）
を用いる本発明の薄板連続鋳造装置の例を示す側面方向
の概略縦断面図である。

【符号の説明】

１：上ロール、２：下ロール、３：上ロール表
面、４：下ロール表面、５：薄板、 5U：薄
板上面、5L：薄板下面、６：溶湯、７：耐火物製
ノズル、８：タンディッシュ、９：雰囲気ガス、10：溶
湯のメニスカス（溶湯と上ロールとの接触開始点）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下２本の冷却ロールを各ロールの軸が水
平方向、軸芯の高さが異なるように垂直縦方向または斜
め縦方向に配置し、ロール間に供給した溶融金属から直
接薄板を鋳造する双ロール横注ぎ連続鋳造装置であっ
て、表面が金属質の上ロール、表面がセラミックス質の
下ロールを備えたことを特徴とする双ロール横注ぎ薄板
連続鋳造装置。