JP2004042128A - 双ロール連鋳機の鋳造ロール - Google Patents
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Abstract
【課題】２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを鋳造する際に、その厚みに応じて鋳造ロールによる凝固殻厚みを板幅方向に均一化させ、これにより品質の良いストリップを安定して製造できるようにする。
【解決手段】２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを連続鋳造する双ロール連鋳機の鋳造ロール１のロール表面に截頭四角錐形の凸部２を形成し、凸部２の形状が、鋼ストリップの厚みをｔ、凸部のピッチをｐ、凸部の高さをｈとしたとき
【数１】
０．１＜ｐ／（ｔ／２）＜０．３ ・・・（１）
であり、且つ
【数２】
０．００５＜（ｈ／ｔ）＜０．０５ ・・・（２）
を満足するようにする。
【選択図】 図１
【解決手段】２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを連続鋳造する双ロール連鋳機の鋳造ロール１のロール表面に截頭四角錐形の凸部２を形成し、凸部２の形状が、鋼ストリップの厚みをｔ、凸部のピッチをｐ、凸部の高さをｈとしたとき
【数１】
０．１＜ｐ／（ｔ／２）＜０．３ ・・・（１）
であり、且つ
【数２】
０．００５＜（ｈ／ｔ）＜０．０５ ・・・（２）
を満足するようにする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転する一対の鋳造ロール間で溶湯を冷却して２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを鋳造するのに適した双ロール連鋳機の鋳造ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
双ロール連鋳機は、一対の鋳造ロール間にプールされた溶湯を鋳造ロールで冷却することにより金属帯板を直接製造するものであり、構造が簡単で経済的な製造技術である。然るに、この双ロール連鋳機においては、溶湯が冷却される区間が短いことにより生産量を確保するためには溶湯を急冷する必要があることから、鋳造ロール表面に造形される凝固殻の割れを防止することと厚みを幅方向に一様にすることが技術的に困難である。
【０００３】
従来から知られている双ロール連鋳機では、振動される鋳型の内壁面と溶湯間に溶融ガラスの潤滑剤を流下させ、溶湯を緩冷却する方法がとられていた。このように緩冷却を行えば割れがない凝固殻が得られることが知られている。しかし緩冷却のため、鋳型で全厚み分の凝固を行うことはできない。従って鋳型から出た後の鋳片内部は未凝固状態にあり、鋳型以降の鋳片内部溶鋼は、その静圧に対して多数のローラ群により支持し、且つ冷却はローラ間からスプレーにより冷却され、鋳片全厚みに対する凝固作業が行われる。
【０００４】
然るに双ロール連鋳機では、鋳造ロール間の最狭隙部以降、特に最狭隙部の直後に前記のようなローラ群を配置することはスペース的に困難である。従って、鋳造ロール間の最狭隙部以降の鋳片冷却は実開昭５８−１５７２５０号公報に見られるような冷却シュを設けて実施されることになるが、このような冷却シュを出側に設けることは、鋳造初期に於ける溶湯の洩れによるかぶれが発生し易く実用上問題となる。
【０００５】
以上のような理由から、近年の双ロール連鋳機では一対の鋳造ロール間に注湯された溶湯のプールが鋳造ロールと接触する間に急速に冷却し、鋳造ロールの最狭隙部以降での冷却を不要にしても品質の良い鋳片が得られる双ロール連鋳機の鋳造技術の研究開発が進められている。
【０００６】
そして、２〜６ｍｍ厚の金属帯板を連続鋳造するに当たり、上記金属帯板の形状不良に対する検討が種々行われた結果、一対の鋳造ロール間にプールされた溶湯より凝固殻を形成させる過程において凝固殻形成時の抜熱が不均一になり、これが形状不良の原因となっていることが判明した。この問題の対策として、鋳造ロールと凝固殻との間にエアーギャップを設けるべくロール表面に凹凸肌面（ロールテクスチャー）を形成することが提案され、ロール表面に設けた凸部のピッチと溶湯の表面張力との観点より検証が行われた結果、次に示すような従来技術が提案された。
【０００７】
特公平７−２４９２４号公報による双ロール連鋳機は、ロール表面の目粗しを行い、ロール表面に形成される凝固殻に関して凝固する際の抜熱を均等に行わせて品質向上を図ることを目的としてなしたもので、ロール表面にショットブラストを施して凹凸を形成し、該凹凸が平均深さ４μｍで点状となるようにしてエアーギャップを形成している。
【０００８】
又、ＵＳＰ４２５０９５０には、上記と同様の目的で、
１）凸部ピッチ（ｄ）を０．０５ｍｍ〜１ｍｍとし、且つ０．０５ｄ２＜凸部上部面積（ｆ）＜０．５ｄ２
２）凸部ピッチ（ｄ）を０．２ｍｍ〜０．５ｍｍとし、更に０．１ｄ＜凸部高さ（ｈ）＜ｄ、更に、０．１ｄ２＜凸部上部面積（ｆ）＜０．２５ｄ２、機械加工する場合は、０．１５ｄ＜凸部高さ（ｈ）＜０．４ｄ
のロール表面粗さを開示し、凸部のピッチ面積に対する頂上部面積の割合を５０％以下と制限している。
【０００９】
又、特開平１１−１７９４９４号公報には、前記と同様の目的で、フォトエッチング或いはレーザ加工により形成する突起の高さＨは２０μｍ以上であり、突起の直径Ｄは０．２ｍｍ以上、１ｍｍ以下であり、突起の最近接間隔Ｗは０．２ｍｍ以上、１ｍｍ以下としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、双ロール連鋳機を用いて２ｍｍ厚以下、更には１ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを製造することが要求されるようになってきている。
【００１１】
しかし、従来から提案されている双ロール連鋳機は、２ｍｍ厚以上、例えば２ｍｍ厚〜６ｍｍ厚の厚い金属帯板の鋳造を対象としており、２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを連続鋳造することについては提案されていない。
【００１２】
従って、従来より提案されている凹凸のロールテクスチャーを備えた鋳造ロールを２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップの鋳造に用いても、鋳造ロールを出たところで再溶解、膨れを生じたり、或いは割れが生じる等の問題が生じて鋼ストリップを品質良く安定して製造することはできない。
【００１３】
更に、前記特公平７−２４９２４号公報によるサンドブラストでは、ロールテクスチャーの細かな調整は不可能であり、よって鋳造する鋼ストリップの厚さに応じた最適なロールテクスチャーを得ることはできない。
【００１４】
又、ＵＳＰ４２５０９５０では、凸部のピッチ面積に対する頂上部面積の割合を５０％以下としているが、このようにピッチ面積に対する頂上部面積の割合を５０％以下にしても鋳造する鋼ストリップの厚さに応じた最適なロールテクスチャーとすることについては記載されていない。
【００１５】
又、特開平１１−１７９４９４号公報では突起の直径Ｄを０．２ｍｍ以上としているが、直径０．２ｍｍ以上の突起は２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを鋳造するには大き過ぎ、２ｍｍ厚以下の鋼ストリップの鋳造には不適当である。
【００１６】
このように、従来から提案されている双ロール連鋳機は、２ｍｍ厚以上の金属帯板を鋳造するものが主体であって、２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを安定して鋳造するための技術に言及したものは存在しなかった。
【００１７】
本発明は、２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを鋳造する際に、その厚みに応じて鋳造ロールによる割れをなくし凝固殻厚みを板幅方向に均一化させ、それにより品質の良い鋼ストリップを安定して製造できるようにした双ロール式連鋳機の鋳造ロールを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを連続鋳造する双ロール連鋳機の鋳造ロールのロール表面に截頭四角錐形の凸部を形成し、該凸部の形状が、鋼ストリップの厚みをｔ、凸部のピッチをｐ、凸部の高さをｈとしたとき
【数４】
０．１＜ｐ／（ｔ／２）＜０．３ ・・・（１）
であり、且つ
【数５】
０．００５＜（ｈ／ｔ）＜０．０５ ・・・（２）
であることを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール、に係るものである。
【００１９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の鋳造ロールに形成する截頭四角錐形の凸部頭頭頂部に、中心部高さが０〜２００μｍ／ｍｍで各稜線方向に勾配を有する突状面を設けたことを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール、に係るものである。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の鋳造ロールが、Ｃ＝０．０８〜０．０６Ｗｔ％含有の包晶鋼のような割れ易い組成の鋼ストリップの鋳造に用いられることを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール、に係るものである。
【００２１】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の鋳造ロールにおいて、凸部の頭頂部幅をａとしたとき
【数６】
０．５＜（ａ／ｐ）２＜０．９ ・・・（３）
であることを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール、に係るものである。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の鋳造ロールが、Ｓｉ−Ｍｎ含有の低炭素鋼のような比較的割れ難い組成の鋼ストリップの鋳造に用いられることを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール、に係るものである。
【００２３】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の鋳造ロールのロール表面に備えられる截頭四角錐形の凸部が、機械加工により単一模様に刻設されていることを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール、に係るものである。
【００２４】
上記手段では以下のように作用する。
【００２５】
請求項１、２、３記載の発明によれば、２ｍｍ厚以下の鋼ストリップの鋳造において、鋳造ロールのロール表面に截頭四角錐形の凸部を形成し、該凸部の形状が、鋼ストリップの厚みをｔ、凸部のピッチをｐ、凸部の高さをｈとしたとき
【数７】
０．１＜ｐ／（ｔ／２）＜０．３ ・・・（１）
であり、且つ
【数８】
０．００５＜（ｈ／ｔ）＜０．０５ ・・・（２）
を満足するようにしたことにより、再溶解や膨れ、或いは割れ等が生じない良好な品質の鋼ストリップを製造することができる。従って、２ｍｍ厚以下の材料で、且つ鋳造鋼ストリップの組成がＣ＝０．０８〜０．０６Ｗｔ％の包晶鋼のような割れ易い材質の場合においても、式（１）、式（２）により割れのない良好な鋼ストリップを安定して鋳造できる。
【００２６】
請求項４、５記載の発明によれば、請求項１、２記載の条件に加えて、凸部の頭頂部幅をａとしたとき
【数９】
０．５＜（ａ／ｐ）２＜０．９ ・・・（３）
を満足するようにしたことにより、Ｓｉ−Ｍｎ含有の低炭素鋼のような比較的割れ難い組成の鋼ストリップの鋳造に用いて生産性能力を大幅に高められる。
【００２７】
請求項６記載の発明によれば、機械加工によって、ピッチ、高さ、頭頂部幅が調整可能な截頭四角錐形の凸部を形成できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
本発明者等は、２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを双ロール連鋳機にて鋳造する際に、鋼ストリップ厚みと鋳造ロールの表面粗さとの相関関係に着目して種々試験を実施し、検討及び検証を行った。その結果、
１） 凝固の初期には、エア接触による抜熱と、相対的に凸部の頭頂部の直接接触による抜熱が大きいこと。
２） そして、凝固初期には凸部の頭頂部に対する接触部を核として凝固を開始するため、凝固殻形成時に凸部のピッチ幅の凝固歪みが発生しない領域を生じ、それが略凸部のピッチと同等の凝固殻厚さの層を形成すること。
３） そして、その表裏両面での効果により、ある厚さまで凝固割れ防止効果が生じる。又、凸部のピッチが大きいと、薄い鋼ストリップでは凝固不十分による欠陥が発生すること。
が判明した。
【００３０】
これは、前記鋳型の内壁面と溶湯間に溶融ガラスの潤滑剤を流下させて鋳造するスラブの鋳造と異なり、鋳造厚みが薄いために潤滑剤を使えない鋼ストリップの鋳造において割れをなくすための必須技術条件であり、鋼ストリップの厚みと、凸部のピッチと、凸部の高さの相関関係について注目し検討を重ねた。
【００３１】
そして、上記鋼ストリップの厚みと、凸部のピッチと、凸部の高さの相関関係について検討するには、任意のピッチと任意の高さの凸部をロール表面に形成する必要がある。
【００３２】
このため、図１に示すように、先ず鋳造ロール１の表面に、バイト等による機械加工によって截頭四角錐形の単一模様の凸部２を刻設してテクスチャーを形成した。この凸部２の形成時、図２に示す均一外径に仕上げられた鋳造ロール１の外周面に、鋳造ロール１の回転とバイトの送りを同時に行って溝加工する操作を、一端側からと他端側から行い略９０゜で溝を交差させることにより、截頭四角錐形の凸部２を形成する。或いは、図３に示すように、鋳造ロール１の軸心と平行に溝加工する操作と鋳造ロール１を回転しながら周方向に溝加工する操作を行うことにより、截頭四角錐形の凸部２を形成するようにしてもよい。
【００３３】
図４に示す双ロール連鋳機の鋳造ロール１を用いて２ｍｍ厚以下の鋼ストリップ３を鋳造する際の鋼ストリップ３の厚みｔと、前記鋳造ロール１のロール表面に形成した凸部２のピッチｐとの関係について実験と解析を行ったところ、下記表１の結果を得た。表１は安定して割れがない鋼ストリップ３を鋳造することができた凸部２のピッチｐの範囲を表わしている。表１から、２ｍｍ厚以下の鋼ストリップ３の鋳造では、鋼ストリップ３の厚みｔと凸部２のピッチｐとは比例関係にあることが判明した。
【００３４】
【表１】
鋼ストリップの厚みｔ 凸部のピッチｐ より好ましい凸部のピッチｐ
２．０ｍｍ ０．１ 〜０．３ｍｍ ０．１２ 〜０．２ｍｍ
１．５ｍｍ ０．０７５〜０．２０ｍｍ ０．０９ 〜０．１５ｍｍ
１．０ｍｍ ０．０５ 〜０．１５ｍｍ ０．０６ 〜０．１０ｍｍ
０．５ｍｍ ０．０２５〜０．０７５ｍｍ ０．０３ 〜０．０５ｍｍ
０．１０ｍｍ ０．００５〜０．０１５ｍｍ ０．００６〜０．０１０ｍｍ
【００３５】
上記実験と解析から、２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップ３を安定して鋳造するには、以下の条件を満たす必要があることを見出した。
【００３６】
即ち、２ｍｍ厚以下の鋼ストリップ３を鋳造する時、ロール表面に図１に示す截頭四角錐形の凸部２を形成し、鋼ストリップ３の厚みをｔ、凸部２のピッチをｐとしたとき
【数１０】
０．１＜ｐ／（ｔ／２）＜０．３ ・・・（１）
を満足する凸部２の形状とする。
【００３７】
又、実験と解析を行った結果、２ｍｍ厚以下の鋼ストリップ３の鋳造では、鋼ストリップ３の厚みｔと凸部２の高さｈも比例関係にあり、更に、凸部２のピッチｐと凸部２の高さｈも比例関係にあることが判明した。
【００３８】
そしてこのことから、２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップ３を安定して鋳造するには、以下の条件を満たす必要があることを見出した。即ち、
【数１１】
０．００５＜（ｈ／ｔ）＜０．０５ ・・・（２）
を満足する凸部２の形状とする。
【００３９】
上記式（１）によると、鋼ストリップ３の厚みｔが小さい程凸部２のピッチｐは小さくなり、又、式（２）に示すように、凸部２のピッチｐが小さくなる程凸部２の高さｈは小さくなる。
【００４０】
２ｍｍ厚以下の鋼ストリップ３の鋳造において、式（１）、式（２）のように鋼ストリップ３の厚みｔに対応して、凸部２のピッチｐと凸部２の高さｈの関係を設定することにより、鋼ストリップ３の厚みに応じたエアギャップを凝固殻と鋳造ロール１表面との間に介在させることが可能となり、よって凝固殻が均等に冷却され凝固殻厚みが板幅方向に均一化されて、再溶解や膨れ、或いは割れと言った問題が生じない良好な品質の鋼ストリップ３を鋳造することができる。
【００４１】
上記式（１）、式（２）によれば、２ｍｍ厚以下の割れ易い材料、例えば特に鋳造ストリップの組成がＣ＝０．０８〜０．０６Ｗｔ％の包晶鋼に近い割れ易い材質の鋳造においても、割れのない良好な鋼ストリップ３を鋳造することができる。
【００４２】
又、鋳造ロール１外周面の截頭四角錐形の凸部２の頭頂部を、図１に示したように平面ではなく、図５に示すように４方向に傾斜した突状面４とすることができる。この突状面４は、中心部５の高さが０〜２００μｍ／ｍｍで各稜線６方向に向かう下り勾配を有している。又、図５の中心部５に平坦部を形成するようにしてもよい。
【００４３】
図５に示したように凸部２に突状面４を設けると、更に良好な均一凝固殻を形成することができる。その挙動を考察すると、凝固開始点についてみれば、鋳造ロール１外周の一定箇所（溶湯プールと鋳造ロール１外周との交差する稜線部）で凝固核の生成が開始するが、凝固核の形成状態は頭頂部が平面より凸状の頂点を設けた方が生成のバラツキがなく、安定して幅方向の各頂点に形成しやすい。更に、鋳造ロール１の回転が進むにつれ凝固核が成長し、各凝固核がつながることにより安定した凝固殻の生成ができる。
【００４４】
更に、前記したように機械加工にて側面形状が略台形になるように形成した截頭四角錐形の凸部２は、前記式（１）、式（２）の条件に加えて截頭四角錐形の凸部２の頭頂部幅を特定することができる。
【００４５】
即ち、凸部２の頭頂部幅をａとしたとき
【数１２】
０．５＜（ａ／ｐ）２＜０．９ ・・・（３）
を満足する凸部２の形状とする。
【００４６】
上記式（３）に示すように凸部２のピッチｐと頭頂部幅ａとは一次の比例関係となる。
【００４７】
式（３）のａ／ｐは大きいほど凝固歪みが大きくなるが、凝固生産能力は上昇する。そのため、比較的割れ難い材料、例えば特にＳｉ−Ｍｎ含有の低炭素鋼のような割れ難い材料では式（３）を適用することにより、生産能力を大幅に高めることができる。尚、式（３）のａ／ｐをａ／ｈに置き換えても同様の効果を示した。
【００４８】
従って、鋳造ストリップの組成がＣ＝０．０８〜０．０６Ｗｔ％の包晶鋼のような割れ易い材質の場合には、前記式（１）、式（２）を適用することにより割れの問題を生じない良好な鋳造が可能になり、又、前記以外の比較的割れ難い材質、例えばＳｉ−Ｍｎ含有の低炭素鋼等の場合には式（３）を適用することにより生産性を大幅に高めることができる。
【００４９】
又、鋳造ロール１のロール端部のクラウンや抜熱を部分的に強化したい場合がある。例えばロール端部と中央部とではロールの幅方向中央が溶鋼側にふくらみロールクラウンを生じる。そのため、機械加工による加工幅をロール幅方向に若干変化させて、前記凸部２の高さｈ、凸部２の頭頂部幅ａを変えることによりロール幅方向のクラウンを変えられることが分かった。
【００５０】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、截頭四角錐形の凸部の形状は図示例以外の形状であってもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１、２、３記載の発明では、２ｍｍ厚以下の鋼ストリップの鋳造において、鋳造ロールのロール表面に截頭四角錐形の凸部を形成し、該凸部の形状が、鋼ストリップの厚みをｔ、凸部のピッチをｐ、凸部の高さをｈとしたとき
【数１３】
０．１＜ｐ／（ｔ／２）＜０．３ ・・・（１）
であり、且つ
【数１４】
０．００５＜（ｈ／ｔ）＜０．０５ ・・・（２）
を満足するようにしたことにより、再溶解や膨れ、或いは割れ等が生じない良好な品質の鋼ストリップを製造することができる。従って、２ｍｍ厚以下の材料で、且つ鋳造ストリップの組成がＣ＝０．０８〜０．０６Ｗｔ％の包晶鋼のような割れ易い材質の場合においても、式（１）、式（２）により割れのない良好な鋼ストリップを安定して鋳造できる効果がある。
【００５２】
請求項４、５記載の発明では、請求項１、２記載の条件に加えて、凸部の頭頂部幅をａとしたとき
【数１５】
０．５＜（ａ／ｐ）２＜０．９ ・・・（３）
を満足するようにしたことにより、Ｓｉ−Ｍｎ含有の低炭素鋼のような比較的割れ難い組成の鋼ストリップの鋳造に用いて生産性能力を大幅に高められる効果がある。
【００５３】
請求項６記載の発明では、機械加工によって、ピッチ、高さ、頭頂部幅が調整可能な截頭四角錐形の凸部を形成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の双ロール連鋳機の鋳造ロールのロール表面に形成した截頭四角錐形の凸部の形状例を示す斜視図である。
【図２】鋳造ロールのロール表面に凸部を形成する方法の一例を示す側面図である。
【図３】鋳造ロールのロール表面に凸部を形成する方法の他の例を示す側面図である。
【図４】双ロール連鋳機の鋳造ロールにより鋼ストリップを鋳造している状態を示す正面図である。
【図５】本発明の双ロール連鋳機の鋳造ロールのロール表面に形成した截頭四角錐形の凸部の他の形状例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 鋳造ロール
２ 凸部
３ 鋼ストリップ
４ 突状面
５ 中心部
６ 稜線
ａ 凸部の頭頂部幅
ｈ 凸部の高さ
ｐ 凸部のピッチ
ｔ 鋼ストリップの厚み
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転する一対の鋳造ロール間で溶湯を冷却して２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを鋳造するのに適した双ロール連鋳機の鋳造ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
双ロール連鋳機は、一対の鋳造ロール間にプールされた溶湯を鋳造ロールで冷却することにより金属帯板を直接製造するものであり、構造が簡単で経済的な製造技術である。然るに、この双ロール連鋳機においては、溶湯が冷却される区間が短いことにより生産量を確保するためには溶湯を急冷する必要があることから、鋳造ロール表面に造形される凝固殻の割れを防止することと厚みを幅方向に一様にすることが技術的に困難である。
【０００３】
従来から知られている双ロール連鋳機では、振動される鋳型の内壁面と溶湯間に溶融ガラスの潤滑剤を流下させ、溶湯を緩冷却する方法がとられていた。このように緩冷却を行えば割れがない凝固殻が得られることが知られている。しかし緩冷却のため、鋳型で全厚み分の凝固を行うことはできない。従って鋳型から出た後の鋳片内部は未凝固状態にあり、鋳型以降の鋳片内部溶鋼は、その静圧に対して多数のローラ群により支持し、且つ冷却はローラ間からスプレーにより冷却され、鋳片全厚みに対する凝固作業が行われる。
【０００４】
然るに双ロール連鋳機では、鋳造ロール間の最狭隙部以降、特に最狭隙部の直後に前記のようなローラ群を配置することはスペース的に困難である。従って、鋳造ロール間の最狭隙部以降の鋳片冷却は実開昭５８−１５７２５０号公報に見られるような冷却シュを設けて実施されることになるが、このような冷却シュを出側に設けることは、鋳造初期に於ける溶湯の洩れによるかぶれが発生し易く実用上問題となる。
【０００５】
以上のような理由から、近年の双ロール連鋳機では一対の鋳造ロール間に注湯された溶湯のプールが鋳造ロールと接触する間に急速に冷却し、鋳造ロールの最狭隙部以降での冷却を不要にしても品質の良い鋳片が得られる双ロール連鋳機の鋳造技術の研究開発が進められている。
【０００６】
そして、２〜６ｍｍ厚の金属帯板を連続鋳造するに当たり、上記金属帯板の形状不良に対する検討が種々行われた結果、一対の鋳造ロール間にプールされた溶湯より凝固殻を形成させる過程において凝固殻形成時の抜熱が不均一になり、これが形状不良の原因となっていることが判明した。この問題の対策として、鋳造ロールと凝固殻との間にエアーギャップを設けるべくロール表面に凹凸肌面（ロールテクスチャー）を形成することが提案され、ロール表面に設けた凸部のピッチと溶湯の表面張力との観点より検証が行われた結果、次に示すような従来技術が提案された。
【０００７】
特公平７−２４９２４号公報による双ロール連鋳機は、ロール表面の目粗しを行い、ロール表面に形成される凝固殻に関して凝固する際の抜熱を均等に行わせて品質向上を図ることを目的としてなしたもので、ロール表面にショットブラストを施して凹凸を形成し、該凹凸が平均深さ４μｍで点状となるようにしてエアーギャップを形成している。
【０００８】
又、ＵＳＰ４２５０９５０には、上記と同様の目的で、
１）凸部ピッチ（ｄ）を０．０５ｍｍ〜１ｍｍとし、且つ０．０５ｄ２＜凸部上部面積（ｆ）＜０．５ｄ２
２）凸部ピッチ（ｄ）を０．２ｍｍ〜０．５ｍｍとし、更に０．１ｄ＜凸部高さ（ｈ）＜ｄ、更に、０．１ｄ２＜凸部上部面積（ｆ）＜０．２５ｄ２、機械加工する場合は、０．１５ｄ＜凸部高さ（ｈ）＜０．４ｄ
のロール表面粗さを開示し、凸部のピッチ面積に対する頂上部面積の割合を５０％以下と制限している。
【０００９】
又、特開平１１−１７９４９４号公報には、前記と同様の目的で、フォトエッチング或いはレーザ加工により形成する突起の高さＨは２０μｍ以上であり、突起の直径Ｄは０．２ｍｍ以上、１ｍｍ以下であり、突起の最近接間隔Ｗは０．２ｍｍ以上、１ｍｍ以下としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、双ロール連鋳機を用いて２ｍｍ厚以下、更には１ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを製造することが要求されるようになってきている。
【００１１】
しかし、従来から提案されている双ロール連鋳機は、２ｍｍ厚以上、例えば２ｍｍ厚〜６ｍｍ厚の厚い金属帯板の鋳造を対象としており、２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを連続鋳造することについては提案されていない。
【００１２】
従って、従来より提案されている凹凸のロールテクスチャーを備えた鋳造ロールを２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップの鋳造に用いても、鋳造ロールを出たところで再溶解、膨れを生じたり、或いは割れが生じる等の問題が生じて鋼ストリップを品質良く安定して製造することはできない。
【００１３】
更に、前記特公平７−２４９２４号公報によるサンドブラストでは、ロールテクスチャーの細かな調整は不可能であり、よって鋳造する鋼ストリップの厚さに応じた最適なロールテクスチャーを得ることはできない。
【００１４】
又、ＵＳＰ４２５０９５０では、凸部のピッチ面積に対する頂上部面積の割合を５０％以下としているが、このようにピッチ面積に対する頂上部面積の割合を５０％以下にしても鋳造する鋼ストリップの厚さに応じた最適なロールテクスチャーとすることについては記載されていない。
【００１５】
又、特開平１１−１７９４９４号公報では突起の直径Ｄを０．２ｍｍ以上としているが、直径０．２ｍｍ以上の突起は２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを鋳造するには大き過ぎ、２ｍｍ厚以下の鋼ストリップの鋳造には不適当である。
【００１６】
このように、従来から提案されている双ロール連鋳機は、２ｍｍ厚以上の金属帯板を鋳造するものが主体であって、２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを安定して鋳造するための技術に言及したものは存在しなかった。
【００１７】
本発明は、２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを鋳造する際に、その厚みに応じて鋳造ロールによる割れをなくし凝固殻厚みを板幅方向に均一化させ、それにより品質の良い鋼ストリップを安定して製造できるようにした双ロール式連鋳機の鋳造ロールを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを連続鋳造する双ロール連鋳機の鋳造ロールのロール表面に截頭四角錐形の凸部を形成し、該凸部の形状が、鋼ストリップの厚みをｔ、凸部のピッチをｐ、凸部の高さをｈとしたとき
【数４】
０．１＜ｐ／（ｔ／２）＜０．３ ・・・（１）
であり、且つ
【数５】
０．００５＜（ｈ／ｔ）＜０．０５ ・・・（２）
であることを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール、に係るものである。
【００１９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の鋳造ロールに形成する截頭四角錐形の凸部頭頭頂部に、中心部高さが０〜２００μｍ／ｍｍで各稜線方向に勾配を有する突状面を設けたことを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール、に係るものである。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の鋳造ロールが、Ｃ＝０．０８〜０．０６Ｗｔ％含有の包晶鋼のような割れ易い組成の鋼ストリップの鋳造に用いられることを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール、に係るものである。
【００２１】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の鋳造ロールにおいて、凸部の頭頂部幅をａとしたとき
【数６】
０．５＜（ａ／ｐ）２＜０．９ ・・・（３）
であることを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール、に係るものである。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の鋳造ロールが、Ｓｉ−Ｍｎ含有の低炭素鋼のような比較的割れ難い組成の鋼ストリップの鋳造に用いられることを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール、に係るものである。
【００２３】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の鋳造ロールのロール表面に備えられる截頭四角錐形の凸部が、機械加工により単一模様に刻設されていることを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール、に係るものである。
【００２４】
上記手段では以下のように作用する。
【００２５】
請求項１、２、３記載の発明によれば、２ｍｍ厚以下の鋼ストリップの鋳造において、鋳造ロールのロール表面に截頭四角錐形の凸部を形成し、該凸部の形状が、鋼ストリップの厚みをｔ、凸部のピッチをｐ、凸部の高さをｈとしたとき
【数７】
０．１＜ｐ／（ｔ／２）＜０．３ ・・・（１）
であり、且つ
【数８】
０．００５＜（ｈ／ｔ）＜０．０５ ・・・（２）
を満足するようにしたことにより、再溶解や膨れ、或いは割れ等が生じない良好な品質の鋼ストリップを製造することができる。従って、２ｍｍ厚以下の材料で、且つ鋳造鋼ストリップの組成がＣ＝０．０８〜０．０６Ｗｔ％の包晶鋼のような割れ易い材質の場合においても、式（１）、式（２）により割れのない良好な鋼ストリップを安定して鋳造できる。
【００２６】
請求項４、５記載の発明によれば、請求項１、２記載の条件に加えて、凸部の頭頂部幅をａとしたとき
【数９】
０．５＜（ａ／ｐ）２＜０．９ ・・・（３）
を満足するようにしたことにより、Ｓｉ−Ｍｎ含有の低炭素鋼のような比較的割れ難い組成の鋼ストリップの鋳造に用いて生産性能力を大幅に高められる。
【００２７】
請求項６記載の発明によれば、機械加工によって、ピッチ、高さ、頭頂部幅が調整可能な截頭四角錐形の凸部を形成できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
本発明者等は、２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを双ロール連鋳機にて鋳造する際に、鋼ストリップ厚みと鋳造ロールの表面粗さとの相関関係に着目して種々試験を実施し、検討及び検証を行った。その結果、
１） 凝固の初期には、エア接触による抜熱と、相対的に凸部の頭頂部の直接接触による抜熱が大きいこと。
２） そして、凝固初期には凸部の頭頂部に対する接触部を核として凝固を開始するため、凝固殻形成時に凸部のピッチ幅の凝固歪みが発生しない領域を生じ、それが略凸部のピッチと同等の凝固殻厚さの層を形成すること。
３） そして、その表裏両面での効果により、ある厚さまで凝固割れ防止効果が生じる。又、凸部のピッチが大きいと、薄い鋼ストリップでは凝固不十分による欠陥が発生すること。
が判明した。
【００３０】
これは、前記鋳型の内壁面と溶湯間に溶融ガラスの潤滑剤を流下させて鋳造するスラブの鋳造と異なり、鋳造厚みが薄いために潤滑剤を使えない鋼ストリップの鋳造において割れをなくすための必須技術条件であり、鋼ストリップの厚みと、凸部のピッチと、凸部の高さの相関関係について注目し検討を重ねた。
【００３１】
そして、上記鋼ストリップの厚みと、凸部のピッチと、凸部の高さの相関関係について検討するには、任意のピッチと任意の高さの凸部をロール表面に形成する必要がある。
【００３２】
このため、図１に示すように、先ず鋳造ロール１の表面に、バイト等による機械加工によって截頭四角錐形の単一模様の凸部２を刻設してテクスチャーを形成した。この凸部２の形成時、図２に示す均一外径に仕上げられた鋳造ロール１の外周面に、鋳造ロール１の回転とバイトの送りを同時に行って溝加工する操作を、一端側からと他端側から行い略９０゜で溝を交差させることにより、截頭四角錐形の凸部２を形成する。或いは、図３に示すように、鋳造ロール１の軸心と平行に溝加工する操作と鋳造ロール１を回転しながら周方向に溝加工する操作を行うことにより、截頭四角錐形の凸部２を形成するようにしてもよい。
【００３３】
図４に示す双ロール連鋳機の鋳造ロール１を用いて２ｍｍ厚以下の鋼ストリップ３を鋳造する際の鋼ストリップ３の厚みｔと、前記鋳造ロール１のロール表面に形成した凸部２のピッチｐとの関係について実験と解析を行ったところ、下記表１の結果を得た。表１は安定して割れがない鋼ストリップ３を鋳造することができた凸部２のピッチｐの範囲を表わしている。表１から、２ｍｍ厚以下の鋼ストリップ３の鋳造では、鋼ストリップ３の厚みｔと凸部２のピッチｐとは比例関係にあることが判明した。
【００３４】
【表１】
鋼ストリップの厚みｔ 凸部のピッチｐ より好ましい凸部のピッチｐ
２．０ｍｍ ０．１ 〜０．３ｍｍ ０．１２ 〜０．２ｍｍ
１．５ｍｍ ０．０７５〜０．２０ｍｍ ０．０９ 〜０．１５ｍｍ
１．０ｍｍ ０．０５ 〜０．１５ｍｍ ０．０６ 〜０．１０ｍｍ
０．５ｍｍ ０．０２５〜０．０７５ｍｍ ０．０３ 〜０．０５ｍｍ
０．１０ｍｍ ０．００５〜０．０１５ｍｍ ０．００６〜０．０１０ｍｍ
【００３５】
上記実験と解析から、２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップ３を安定して鋳造するには、以下の条件を満たす必要があることを見出した。
【００３６】
即ち、２ｍｍ厚以下の鋼ストリップ３を鋳造する時、ロール表面に図１に示す截頭四角錐形の凸部２を形成し、鋼ストリップ３の厚みをｔ、凸部２のピッチをｐとしたとき
【数１０】
０．１＜ｐ／（ｔ／２）＜０．３ ・・・（１）
を満足する凸部２の形状とする。
【００３７】
又、実験と解析を行った結果、２ｍｍ厚以下の鋼ストリップ３の鋳造では、鋼ストリップ３の厚みｔと凸部２の高さｈも比例関係にあり、更に、凸部２のピッチｐと凸部２の高さｈも比例関係にあることが判明した。
【００３８】
そしてこのことから、２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップ３を安定して鋳造するには、以下の条件を満たす必要があることを見出した。即ち、
【数１１】
０．００５＜（ｈ／ｔ）＜０．０５ ・・・（２）
を満足する凸部２の形状とする。
【００３９】
上記式（１）によると、鋼ストリップ３の厚みｔが小さい程凸部２のピッチｐは小さくなり、又、式（２）に示すように、凸部２のピッチｐが小さくなる程凸部２の高さｈは小さくなる。
【００４０】
２ｍｍ厚以下の鋼ストリップ３の鋳造において、式（１）、式（２）のように鋼ストリップ３の厚みｔに対応して、凸部２のピッチｐと凸部２の高さｈの関係を設定することにより、鋼ストリップ３の厚みに応じたエアギャップを凝固殻と鋳造ロール１表面との間に介在させることが可能となり、よって凝固殻が均等に冷却され凝固殻厚みが板幅方向に均一化されて、再溶解や膨れ、或いは割れと言った問題が生じない良好な品質の鋼ストリップ３を鋳造することができる。
【００４１】
上記式（１）、式（２）によれば、２ｍｍ厚以下の割れ易い材料、例えば特に鋳造ストリップの組成がＣ＝０．０８〜０．０６Ｗｔ％の包晶鋼に近い割れ易い材質の鋳造においても、割れのない良好な鋼ストリップ３を鋳造することができる。
【００４２】
又、鋳造ロール１外周面の截頭四角錐形の凸部２の頭頂部を、図１に示したように平面ではなく、図５に示すように４方向に傾斜した突状面４とすることができる。この突状面４は、中心部５の高さが０〜２００μｍ／ｍｍで各稜線６方向に向かう下り勾配を有している。又、図５の中心部５に平坦部を形成するようにしてもよい。
【００４３】
図５に示したように凸部２に突状面４を設けると、更に良好な均一凝固殻を形成することができる。その挙動を考察すると、凝固開始点についてみれば、鋳造ロール１外周の一定箇所（溶湯プールと鋳造ロール１外周との交差する稜線部）で凝固核の生成が開始するが、凝固核の形成状態は頭頂部が平面より凸状の頂点を設けた方が生成のバラツキがなく、安定して幅方向の各頂点に形成しやすい。更に、鋳造ロール１の回転が進むにつれ凝固核が成長し、各凝固核がつながることにより安定した凝固殻の生成ができる。
【００４４】
更に、前記したように機械加工にて側面形状が略台形になるように形成した截頭四角錐形の凸部２は、前記式（１）、式（２）の条件に加えて截頭四角錐形の凸部２の頭頂部幅を特定することができる。
【００４５】
即ち、凸部２の頭頂部幅をａとしたとき
【数１２】
０．５＜（ａ／ｐ）２＜０．９ ・・・（３）
を満足する凸部２の形状とする。
【００４６】
上記式（３）に示すように凸部２のピッチｐと頭頂部幅ａとは一次の比例関係となる。
【００４７】
式（３）のａ／ｐは大きいほど凝固歪みが大きくなるが、凝固生産能力は上昇する。そのため、比較的割れ難い材料、例えば特にＳｉ−Ｍｎ含有の低炭素鋼のような割れ難い材料では式（３）を適用することにより、生産能力を大幅に高めることができる。尚、式（３）のａ／ｐをａ／ｈに置き換えても同様の効果を示した。
【００４８】
従って、鋳造ストリップの組成がＣ＝０．０８〜０．０６Ｗｔ％の包晶鋼のような割れ易い材質の場合には、前記式（１）、式（２）を適用することにより割れの問題を生じない良好な鋳造が可能になり、又、前記以外の比較的割れ難い材質、例えばＳｉ−Ｍｎ含有の低炭素鋼等の場合には式（３）を適用することにより生産性を大幅に高めることができる。
【００４９】
又、鋳造ロール１のロール端部のクラウンや抜熱を部分的に強化したい場合がある。例えばロール端部と中央部とではロールの幅方向中央が溶鋼側にふくらみロールクラウンを生じる。そのため、機械加工による加工幅をロール幅方向に若干変化させて、前記凸部２の高さｈ、凸部２の頭頂部幅ａを変えることによりロール幅方向のクラウンを変えられることが分かった。
【００５０】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、截頭四角錐形の凸部の形状は図示例以外の形状であってもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１、２、３記載の発明では、２ｍｍ厚以下の鋼ストリップの鋳造において、鋳造ロールのロール表面に截頭四角錐形の凸部を形成し、該凸部の形状が、鋼ストリップの厚みをｔ、凸部のピッチをｐ、凸部の高さをｈとしたとき
【数１３】
０．１＜ｐ／（ｔ／２）＜０．３ ・・・（１）
であり、且つ
【数１４】
０．００５＜（ｈ／ｔ）＜０．０５ ・・・（２）
を満足するようにしたことにより、再溶解や膨れ、或いは割れ等が生じない良好な品質の鋼ストリップを製造することができる。従って、２ｍｍ厚以下の材料で、且つ鋳造ストリップの組成がＣ＝０．０８〜０．０６Ｗｔ％の包晶鋼のような割れ易い材質の場合においても、式（１）、式（２）により割れのない良好な鋼ストリップを安定して鋳造できる効果がある。
【００５２】
請求項４、５記載の発明では、請求項１、２記載の条件に加えて、凸部の頭頂部幅をａとしたとき
【数１５】
０．５＜（ａ／ｐ）２＜０．９ ・・・（３）
を満足するようにしたことにより、Ｓｉ−Ｍｎ含有の低炭素鋼のような比較的割れ難い組成の鋼ストリップの鋳造に用いて生産性能力を大幅に高められる効果がある。
【００５３】
請求項６記載の発明では、機械加工によって、ピッチ、高さ、頭頂部幅が調整可能な截頭四角錐形の凸部を形成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の双ロール連鋳機の鋳造ロールのロール表面に形成した截頭四角錐形の凸部の形状例を示す斜視図である。
【図２】鋳造ロールのロール表面に凸部を形成する方法の一例を示す側面図である。
【図３】鋳造ロールのロール表面に凸部を形成する方法の他の例を示す側面図である。
【図４】双ロール連鋳機の鋳造ロールにより鋼ストリップを鋳造している状態を示す正面図である。
【図５】本発明の双ロール連鋳機の鋳造ロールのロール表面に形成した截頭四角錐形の凸部の他の形状例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 鋳造ロール
２ 凸部
３ 鋼ストリップ
４ 突状面
５ 中心部
６ 稜線
ａ 凸部の頭頂部幅
ｈ 凸部の高さ
ｐ 凸部のピッチ
ｔ 鋼ストリップの厚み
Claims (6)
- ２ｍｍ厚以下の薄い鋼ストリップを連続鋳造する双ロール連鋳機の鋳造ロールのロール表面に截頭四角錐形の凸部を形成し、該凸部の形状が、鋼ストリップの厚みをｔ、凸部のピッチをｐ、凸部の高さをｈとしたとき
- 請求項１記載の鋳造ロールに形成する截頭四角錐形の凸部頭頂部に、中心部高さが０〜２００μｍ／ｍｍで各稜線方向に勾配を有する突状面を設けたことを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール。
- 請求項１又は２記載の鋳造ロールが、Ｃ＝０．０８〜０．０６Ｗｔ％含有の包晶鋼のような割れ易い組成の鋼ストリップの鋳造に用いられることを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール。
- 請求項１又は２記載の鋳造ロールにおいて、凸部の頭頂部幅をａとしたとき
- 請求項４記載の鋳造ロールが、Ｓｉ−Ｍｎ含有の低炭素鋼のような比較的割れ難い組成の鋼ストリップの鋳造に用いられることを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の鋳造ロールのロール表面に備えられる截頭四角錐形の凸部が、機械加工により単一模様に刻設されていることを特徴とする双ロール連鋳機の鋳造ロール。
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|---|---|---|---|---|
| DE102009060322A1 (de) | 2009-01-09 | 2010-07-15 | Mitsubishi-Hitachi Metals Machinery, Inc. | Doppelwalzen-Stranggussvorrichtung |
| US8122937B2 (en) | 2007-10-12 | 2012-02-28 | Nucor Corporation | Method of forming textured casting rolls with diamond engraving |
| CN113458349A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-01 | 山东理工大学 | 一种仿生结晶辊及应用该结晶辊的双辊铸轧系统 |
-
2002
- 2002-07-15 JP JP2002205832A patent/JP2004042128A/ja active Pending
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| CN113458349A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-01 | 山东理工大学 | 一种仿生结晶辊及应用该结晶辊的双辊铸轧系统 |
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