JP2014050855A - スカム堰、薄肉鋳片の製造方法、薄肉鋳片の製造装置及び薄肉鋳片 - Google Patents

Abstract

【課題】等軸晶の比率が高く、曲げ等によって割れが発生しにくい薄肉鋳片を製造することが可能なスカム堰、薄肉鋳片の製造方法、薄肉鋳片の製造装置、及び、この薄肉鋳片の製造装置で製造された薄肉鋳片を提供する。
【解決手段】回転する一対の冷却ドラム１１，１１と一対のサイド堰１５によって形成された溶鋼溜まり部１６に、浸漬ノズル１９を介して溶鋼３を供給し、冷却ドラム１１の周面に凝固シェル５を形成・成長させて薄肉鋳片１を製造する薄肉鋳片の製造方法で用いられるスカム堰２０であって、炭素を３ｍａｓｓ％以上１５ｍａｓｓ％以下、フェライト鉄との格子整合度が６％以下である凝固核生成促進物質を５ｍａｓｓ％以上９７ｍａｓｓ％以下、前記凝固核生成促進物質を含む金属酸化物を５５ｍａｓｓ％以上９５ｍａｓｓ％以下、を含む材料で構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対の冷却ドラムと一対のサイド堰によって形成された溶鋼溜まり部に、浸漬ノズルを介して溶鋼を供給して薄肉鋳片を製造する薄肉鋳片の製造方法で用いられるスカム堰、このスカム堰を用いた薄肉鋳片の製造方法、薄肉鋳片の製造装置及び薄肉鋳片に関するものである。

上述のように、金属の薄肉鋳片を製造する方法として、例えば、特許文献１、２に示すように、内部に水冷構造を有する冷却ドラムを備え、回転する一対の冷却ドラムと一対のサイド堰とによって形成された溶鋼溜まり部に溶鋼を供給し、前記冷却ドラムの周面に凝固シェルを形成・成長させ、一対の冷却ドラムにそれぞれ形成された凝固シェル同士をドラムキス点で圧着し、所定の厚みの薄肉鋳片を製造する双ドラム式連続鋳造方法が提供されている。

ここで、上述の溶鋼溜まり部においては、酸化物等が溶鋼表面に浮上して、いわゆるスカムが発生することが知られている。このスカムが冷却ドラムの凝固開始点に到達した場合には、冷却ドラムの回転に伴って、冷却ドラムと凝固シェル間に巻き込まれ、凝固不均一を引き起こす結果、薄肉鋳片の表面欠陥等が発生してしまう。また、冷却ドラムの凝固開始点において溶鋼面の変動が生じた場合には、凝固が安定しなくなるおそれがあった。
そこで、特許文献３，４に開示されているように、溶鋼溜まり部にスカム堰を配設することによって、スカムの巻き込みや凝固開始点における溶鋼面の変動を抑制する技術が提案されている。

ここで、スカム堰は、一対の冷却ドラムの間に配設されていることから、予熱を十分に行うことが困難である。そして、溶鋼溜まり部には１５００℃超の溶鋼が供給され、スカム堰はこの溶鋼中に浸漬されて使用されることから、スカム堰には、優れた耐熱性及び耐熱衝撃性が要求される。そこで、従来のスカム堰は、一般的に、ＢＮ（窒化ボロン）が使用されている。
また、特許文献３に開示されているように、スカム堰には、耐食性、粒度、強度、容積安定性（低熱変形性）といった特性も求められている。そこで、特許文献３においては、黒鉛と金属酸化物からなるスカム堰が提案されている。

特開平０４−３０００４９号公報 特開２００２−１１３５５５号公報 特開２００３−０３９１３９号公報 特開２００３−２６６１５４号公報

ところで、上述の双ドラム式連続鋳造方法においては、溶鋼から直接数ｍｍ厚の薄肉鋳片を製造できることから、熱間圧延等の工程を省略することが可能となる。そこで、例えば、Ｃｕ含有鋼（〜２ｍａｓｓ％Ｃｕ）、Ａｌ含有鋼（０．１〜４ｍａｓｓ％Ａｌ）、Ｐ含有鋼（〜０．１５ｍａｓｓ％Ｐ）、Ｓｉ含有鋼（〜４ｍａｓｓ％Ｓｉ）等の脆性材料、難熱延材の製造に、特に適している。

ここで、上述の双ドラム式連続鋳造方法においては、冷却ドラムと溶鋼との間にモールドフラックス等を介在させていないことから、溶鋼の冷却速度が大きく、製造された薄肉鋳片においては柱状晶組織が発達しやすい傾向にある。
柱状晶組織が発達した薄肉鋳片においては、曲げ応力が作用すると、柱状晶の粒界において割れが発生しやすい。このため、薄肉鋳片の搬送時、巻き取り時に割れや破断が発生したり、冷間圧延時にエッジ割れや破断が発生したりするおそれがある。上述の脆性材料、難熱延材においては、この傾向が特に顕著となる。このため、薄肉鋳片を製造することによって熱間圧延を省略したにもかかわらず、その後の加工等で割れてしまい、製造歩留まりを向上させることができなかった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、等軸晶の比率が高く、曲げ等によって割れが発生しにくい薄肉鋳片を製造することが可能なスカム堰、薄肉鋳片の製造方法、薄肉鋳片の製造装置、及び、この薄肉鋳片の製造装置で製造された薄肉鋳片を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るスカム堰は、回転する一対の冷却ドラムと一対のサイド堰によって形成された溶鋼溜まり部に、浸漬ノズルを介して溶鋼を供給し、前記冷却ドラムの周面に凝固シェルを形成・成長させて薄肉鋳片を製造する薄肉鋳片の製造方法で用いられるスカム堰であって、炭素を３ｍａｓｓ％以上１５ｍａｓｓ％以下、フェライト鉄との格子整合度が６％以下である凝固核生成促進物質を５ｍａｓｓ％以上９７ｍａｓｓ％以下、前記凝固核生成促進物質を含む金属酸化物を５５ｍａｓｓ％以上９５ｍａｓｓ％以下、を含む材料で構成されていることを特徴としている。

この構成のスカム堰においては、フェライト鉄との格子整合度が６％以下である凝固核生成促進物質を含有しているので、スカム堰と溶鋼とが接触した部分において、スカム堰の表面に初晶フェライト鉄の凝固核が生成する。この凝固核が溶鋼の流動によって溶鋼中に分散されることによって、等軸晶が発達することになり、等軸晶比率の高い薄肉鋳片を製造することが可能となる。よって、曲げ等によって割れが発生しにくい薄肉鋳片を製造することが可能となる。
ここで、凝固核生成促進物質の含有量が５ｍａｓｓ％未満の場合には、スカム堰の表面に、凝固核生成促進物質が十分に露出せず、凝固核の生成を促進できなくなるおそれがある。このため、凝固核生成促進物質の含有量を５ｍａｓｓ％以上としている。

また、この構成のスカム堰においては、前記凝固核生成促進物質を含む金属酸化物を５５ｍａｓｓ％以上９５ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、耐溶損性を確保することができるとともに、耐熱衝撃性を確保することができる。なお、上述の凝固核生成促進物質として金属酸化物を含む場合には、凝固核生成促進物質である金属酸化物と他の金属酸化物を含めた金属酸化物全体の含有量が５５ｍａｓｓ％以上９５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされていればよい。
さらに、炭素を３ｍａｓｓ％以上１５ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、耐熱衝撃性を確保できるとともに、強度及び耐溶損性を確保することができる。

ここで、前記凝固核生成促進物質として、ＴｉＮ、ＴｉＣ、β型ＳｉＣ、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｒｅｍ_２Ｏ_３から選択される１種又は２種以上を含有することが好ましい。
これらの物質は、フェライト鉄との格子整合度が６％以下であることから、確実に凝固核の生成を促進でき、薄肉鋳片における等軸晶の比率を高くすることが可能となる。具体的には、フェライト鉄との格子整合度は、ＴｉＮが３．９％、ＴｉＣが５．９％、β型ＳｉＣが６．０％、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３が１．４％、ＭｇＯが２．８％、Ｒｅｍ_２Ｏ_３が５．０％とされている。なお、β型ＳｉＣは、直接通電法（アチソン法）で製造された一般的なα型ＳｉＣとは結晶構造が異なるものである。

また、前記凝固核生成促進物質として、ＴｉＮ、ＴｉＣから選択される１種又は２種以上と、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｒｅｍ_２Ｏ_３から選択される１種又は２種以上と、を併せて含有することが好ましい。
この場合、凝固核の生成がさらに促進されるため、薄肉鋳片における等軸晶の比率をさらに高くすることが可能となる。

また、前記凝固核生成促進物質及び前記金属酸化物の最大粒径が１００μｍ以下、平均粒径が５０μｍ以下であることが好ましい。
この場合、スカム堰から凝固核生成促進物質及び金属酸化物が脱落して薄肉鋳片に巻き込まれた場合であっても、薄肉鋳片の表面欠陥となることを抑制できる。よって、鋳造を長時間安定して実施することができる。

本発明に係る薄肉鋳片の製造方法は、回転する一対の冷却ドラム一対のサイド堰によって形成された溶鋼溜まり部に、浸漬ノズルを介して溶鋼を供給し、前記冷却ドラムの周面に凝固シェルを形成・成長させて薄肉鋳片を製造する薄肉鋳片の製造方法であって、前記溶鋼溜まり部に、上述のスカム堰を配置し、前記浸漬ノズルと前記スカム堰との間で測定される溶鋼の過熱度を３℃以上３０℃以下の範囲内に設定するとともに、前記スカム堰の表面における前記溶鋼の流速を１０ｃｍ／ｓｅｃ以上とすることを特徴としている。

この構成の薄肉鋳片の製造方法によれば、フェライト鉄との格子整合度が６％以下である凝固核生成促進物質を５ｍａｓｓ％以上含有する材料で構成されたスカム堰を用いており、このスカム堰の表面における前記溶鋼の流速が１０ｃｍ／ｓｅｃ以上とされているので、スカム堰の表面に生成した凝固核を溶鋼中に分散させることができ、薄肉鋳片における等軸晶の比率を高くすることが可能となる。
なお、溶鋼溜まり部には、サイド堰、浸漬ノズル等も配設されることになるが、これらの表面では溶鋼の流速が確保することが困難である。このように表面の溶鋼流速が低い部位に凝固核を生成させた場合、凝固核がその表面で成長して地金となり、薄肉鋳片に巻き込まれて欠陥が生じたり、鋳造トラブルが発生したりするおそれがある。このため、本発明においては、溶鋼の流速を確保できるスカム堰の表面において凝固核の生成を促進するように構成している。
また、過熱度を３℃以上３０℃以下と低くすることにより、等軸晶化が促進され、薄肉鋳片における等軸晶の比率をさらに高くすることが可能となる。なお、過熱度は、例えば、放射温度計や熱電対等によって測定することができる。また、溶鋼溜まり部における温度低下量を把握しておき、浸漬ノズルへ溶鋼を供給するタンディッシュ等の溶鋼温度で管理することも可能である。

ここで、前記スカム堰と前記冷却ドラムとの間の雰囲気をＡｒとすることが好ましい。
Ａｒガスは、窒素やＨｅといった他の不活性ガスに比べて熱伝導率が低い。よって、前記冷却ドラムと凝固シェルとの間の空隙に、熱伝導率の低いＡｒガスを介在させることにより、冷却ドラムによる抜熱を抑えて柱状晶の発達を抑制することができる。

本発明に係る薄肉鋳片の製造装置は、回転する一対の冷却ドラムと一対のサイド堰によって形成された溶鋼溜まり部に、浸漬ノズルを介して溶鋼を供給し、前記冷却ドラムの周面に凝固シェルを形成・成長させて薄肉鋳片を製造する薄肉鋳片の製造装置であって、前記溶鋼溜まり部には、上述のスカム堰が配設されていることを特徴としている。

この構成の薄肉鋳片の製造装置によれば、溶鋼溜まり部に、フェライト鉄との格子整合度が６％以下である凝固核生成促進物質を５ｍａｓｓ％以上含有する材料で構成されたスカム堰が配設されているので、スカム堰の表面に生成した凝固核を溶鋼中に分散させることができ、薄肉鋳片における等軸晶の比率を高くすることが可能となる。

本発明に係る薄肉鋳片は、Ｃ；０．００１ｍａｓｓ％以上０．０５５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ；０．１０ｍａｓｓ％以上４．１５ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ；０．０７ｍａｓｓ％以上０．６０ｍａｓｓ％以下、Ｐ；０．１５ｍａｓｓ％以下、Ｓ；０．０１ｍａｓｓ％以下、Ａｌ；０．０２ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ；０．２０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ；３．０ｍａｓｓ％以下、を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなり、鋳片厚みに対する等軸晶の厚み比率が２５％以上とされていることを特徴としている。

この構成の薄肉鋳片においては、上述の組成の鋼からなり、割れが生じやすいものであるが、鋳片厚みに対する等軸晶の厚み比率が２５％以上とされているので、曲げ応力が負荷された際に結晶粒界で割れが発生することを抑制できる。よって、薄肉鋳片の鋳造中のコイラーまでの搬送途中や巻き取り時に割れや破断が発生したり、冷間圧延時にエッジ割れや破断が発生したりすることを抑制できる。

上述のように、本発明によれば、等軸晶の比率が高く、曲げ等によって割れが発生しにくい薄肉鋳片を製造することができる。

本発明の実施形態であるスカム堰を備えた薄肉鋳片の製造装置を示す説明図である。 図１における溶鋼溜まり部の拡大説明図である。

以下に、本発明の実施形態であるスカム堰、これを用いた薄肉鋳片の製造方法及び薄肉鋳片の製造装置、並びに、この薄肉鋳片の製造装置を用いて製造された薄肉鋳片について、添付した図面を参照して説明する。

まず、本実施形態である薄肉鋳片１について説明する。本実施形態である薄肉鋳片１は、凝固時の初晶がフェライト鉄である鋼材で構成されており、鋳片厚みに対する等軸晶の厚み比率が２５％以上とされている。
具体的には、本実施形態である薄肉鋳片１は、Ｃ；０．００１ｍａｓｓ％以上０．０５５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ；０．１０ｍａｓｓ％以上４．１５ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ；０．０７ｍａｓｓ％以上０．６０ｍａｓｓ％以下、Ｐ；０．１５ｍａｓｓ％以下、Ｓ；０．０１ｍａｓｓ％以下、Ａｌ；０．０２ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ；０．２０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ；３．０ｍａｓｓ％以下、を含む鋼材で構成されている。以下に、各元素を上述のように規定した理由について説明する。

（Ｃ）
Ｃは、鋼材の強度を向上させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｃの含有量を０．００１ｍａｓｓ％未満とすることは、精錬コストが大幅に上昇するため好ましくない。一方、Ｃの含有量が０．０５５ｍａｓｓ％を超えると加工性が劣化するため好ましくない。そこで、Ｃの含有量を０．００１ｍａｓｓ％以上０．０５５ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。

（Ｓｉ）
Ｓｉは、脱酸剤として作用する元素であり、特に、Ａｌ添加前の予備脱酸として添加される。また、電磁鋼の主成分として添加される。ここで、Ｓｉの含有量が０．１０ｍａｓｓ％未満では、脱酸効果を十分に奏功せしめることができない。一方、Ｓｉの含有量が４．１５ｍａｓｓ％を超えると、靭性が低下し、鋳片の横割れ等が発生するおそれがある。そこで、Ｓｉの含有量を０．１ｍａｓｓ％以上４．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。

（Ｍｎ）
Ｍｎは、強度を向上させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｍｎの含有量が０．０７ｍａｓｓ％未満では、強度を十分に向上させることができない。一方、Ｍｎの含有量が０．６０ｍａｓｓ％を超えると靭性が低下するため好ましくない。そこで、Ｍｎの含有量を０．０７ｍａｓｓ％以上０．６０ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。

（Ｐ）
Ｐは、いわゆる固溶強化元素であり、鋼の強度を向上させる作用効果を有する。ここで、Ｐの含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超えると、偏析した部位で鋳片割れが生じやすくなるため好ましくない。そこで、Ｐの含有量を０．１５ｍａｓｓ％以下に設定している。なお、下限は特に規定しないが、合理的なコストとの兼ね合いから、０．００２ｍａｓｓ％以上とすることが好ましい。

（Ｓ）
Ｓは、加工性及び靭性を低下させる有害元素である。そこで、上限を０．０１ｍａｓｓ％以下に限定している。なお、下限は特に規定しないが、精錬コストとの兼ね合いから、０．００１ｍａｓｓ％以上とすることが好ましい。

（Ａｌ）
Ａｌは、脱酸剤として作用する元素である。また、比重を軽くする作用効果も有する。ここで、Ａｌの含有量が０．０２ｍａｓｓ％未満では、脱酸剤として効果を十分に奏功せしめることができない。一方、Ａｌの含有量が４．０ｍａｓｓ％を超えると靭性が低下するため好ましくない。そこで、Ａｌの含有量を０．０２ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。

（Ｔｉ）
Ｔｉは、鋼の強度を向上させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｔｉの含有量が０．２０ｍａｓｓ％を超えると、粗大なＴｉＮが生じ、靭性が低下する。そこで、Ｔｉの含有量を０．２０ｍａｓｓ％以下に設定している。なお、下限は特に規定せず０ｍａｓｓ％でもよいが、強度向上の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｔｉの含有量を０．０１ｍａｓｓ％以上とすることが好ましい。

（Ｃｕ）
Ｃｕは、鋼の強度を向上させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｃｕの含有量が３．０ｍａｓｓ％を超えると、靭性が低下し、鋳片の横割れが生じるおそれがある。そこで、Ｃｕの含有量を３．０ｍａｓｓ％以下に設定している。なお、下限は特に規定せず０ｍａｓｓ％でもよい。

ここで、上述の組成範囲とされた鋼材は、割れが発生しやすく、熱延が困難であることから、本実施形態である薄肉鋳片の製造方法によって、例えば、厚みが０．８ｍｍ〜５．２ｍｍの範囲内とされた薄肉鋳片１として製造される。

次に、本実施形態であるスカム堰２０、このスカム堰２０を備えた薄肉鋳片の製造装置１０について、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態である薄肉鋳片の製造装置１０は、図１に示すように、一対の冷却ドラム１１、１１と、薄肉鋳片１を曲げるベンダーロール１２、１２と、薄肉鋳片１を支持するピンチロール１３、１３と、一対の冷却ドラム１１、１１の幅方向端部に配設されたサイド堰１５と、これら一対の冷却ドラム１１、１１とサイド堰１５とによって画成された溶鋼溜まり部１６に対して溶鋼３を供給するタンディッシュ１８及び浸漬ノズル１９と、を備えている。
そして、溶鋼溜まり部１６には、本実施形態であるスカム堰２０が配設されている。詳述すると、図２に示すように、スカム堰２０は、浸漬ノズル１９と冷却ドラム１１、１１との間に配置され、一部が溶鋼３内に浸漬されている。なお、本実施形態では、スカム堰２０は、矩形平板状をなしており、溶鋼３への浸漬深さＤが５ｍｍ以上とされている。

このスカム堰２０は、炭素を３ｍａｓｓ％以上１５ｍａｓｓ％以下、フェライト鉄との格子整合度が６％以下である凝固核生成促進物質を５ｍａｓｓ％以上、前記凝固核生成促進物質を含む金属酸化物を５５ｍａｓｓ％以上９５ｍａｓｓ％以下、を含む材料で構成されている。以下に、各成分を上述のように規定した理由について説明する。

（炭素）
炭素の含有量が３ｍａｓｓ％未満であると、耐熱衝撃性が不足するため、スカム堰２０の使用時、特に鋳造開始時に割れが発生するおそれがある。一方、炭素の含有量が１５ｍａｓｓ％を超えると、強度が低下するとともに溶損量が増加するため、スカム堰２０の寿命が短くなるおそれがある。以上のことから、炭素の含有量を３ｍａｓｓ％以上１５ｍａｓｓ％以下の範囲に設定している。

（凝固核生成促進物質）
フェライト鉄との格子整合度が６％以下である凝固核生成促進物質は、スカム堰２０と溶鋼３とが接触した部分において、スカム堰２０の表面に初晶フェライト鉄の凝固核を生成させ、薄肉鋳片１における等軸晶比率を向上させるものである。この凝固核生成促進物質の含有量が５ｍａｓｓ％未満の場合には、スカム堰２０の表面に凝固核生成促進物質が十分に露出せず、凝固核の生成を促進できなくなるおそれがある。以上のことから、凝固核生成促進物質の含有量を５ｍａｓｓ％以上としている。なお、上述のように、炭素を３ｍａｓｓ％含有することから、凝固核生成促進物質の含有量の上限は９７ｍａｓｓ％となる。

（金属酸化物）
また、凝固核生成促進物質を含む金属酸化物の含有量が５５ｍａｓｓ％未満の場合には、耐溶損性が低下し、スカム堰２０が早期に劣化するおそれがある。また、金属酸化物の含有量が９５ｍａｓｓ％を超える場合には、耐熱衝撃性が低下し、スカム堰２０に割れが生じるおそれがある。以上のことから、凝固核生成促進物質を含む金属酸化物の含有量を５５ｍａｓｓ％以上９５ｍａｓｓ％以下の範囲に設定している。

ここで、上述の凝固核生成促進物質として、ＴｉＮ、ＴｉＣ、β型ＳｉＣ、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｒｅｍ_２Ｏ_３から選択される１種又は２種以上を含有することが好ましい。
また、上述の凝固核生成促進物質として、ＴｉＮ、ＴｉＣから選択される１種又は２種以上と、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｒｅｍ_２Ｏ_３から選択される１種又は２種以上と、を併せて含有することがさらに好ましい。

また、このスカム堰２０においては、前記凝固核生成促進物質及び前記金属酸化物の最大粒径は１００μｍ以下、平均粒径が５０μｍ以下とされており、炭素粒子の最大粒径が３００μｍ以下、平均粒径が１００μｍ以下とされている。

次に、本実施形態であるスカム堰２０を備えた薄肉鋳片の製造装置１０による薄肉鋳片の製造方法について説明する。
一対の冷却ドラム１１、１１を回転方向Ｒに向けて、すなわち、一対の冷却ドラム１１、１１同士が近接する領域が鋳片の引抜方向（図１においては下方向）に向かうように、それぞれの冷却ドラム１１、１１を回転させる。

そして、一対の冷却ドラム１１、１１とサイド堰１５とによって画成された溶鋼溜まり部１６に、タンディッシュ１８から浸漬ノズル１９を介して溶鋼３が供給される。
なお、浸漬ノズル１９からの吐出流は、浸漬されたスカム堰２０に向かうように配置されている。これにより、スカム堰２０の表面における溶鋼３の流速が１０ｃｍ／ｓｅｃ以上とされている。
また、スカム堰２０と冷却ドラム１１との間の雰囲気がＡｒガス雰囲気とされており、冷却ドラム１１と凝固シェル５との間にＡｒガスを介在させている。
さらに、浸漬ノズル１９とスカム堰２０との間で測定される溶鋼３の過熱度を３℃以上３０℃以下の範囲内に設定している。

溶鋼３が回転する冷却ドラム１１に接触して冷却されることにより、冷却ドラム１１の周面の上で凝固シェル５が成長し、一対の冷却ドラム１１、１１にそれぞれ形成された凝固シェル５、５同士がドラムキス点で圧着されることによって、所定厚みの薄肉鋳片１が鋳造される。
このとき、溶鋼溜まり部１６に浸漬されたスカム堰２０により、溶鋼溜まり部１６に貯留された溶鋼３の上部に浮遊する介在物（スカム）が冷却ドラム１１側へと混入することが防止され、薄肉鋳片１へのスカムの巻き込みが抑制される。また、スカム堰２０により、冷却ドラム１１の凝固開始点における溶鋼面の変動が抑制される。

以上のような構成とされた本実施形態のスカム堰２０、薄肉鋳片の鋳造方法及び薄肉鋳片の鋳造装置によれば、スカム堰２０が凝固核生成促進物質を５ｍａｓｓ％以上含む材料で構成されていることから、スカム堰２０の表面において初晶フェライト鉄の凝固核の生成が促進される。この凝固核は、浸漬ノズル１９からの溶鋼流によって溶鋼３中に分散し、等軸晶が発達する。よって、等軸晶の比率が高く、曲げ等によって割れが発生しにくい薄肉鋳片１を製造することが可能となる。具体的には、鋳片厚みに対する等軸晶の厚み比率が２５％以上とされた薄肉鋳片１を製造することができる。

また、本実施形態であるスカム堰２０においては、前記凝固核生成促進物質を含む金属酸化物を５５ｍａｓｓ％以上９５ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、耐溶損性を確保することができるとともに、耐熱衝撃性を確保することができる。さらに、本実施形態であるスカム堰２０においては、炭素を３ｍａｓｓ％以上１５ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、耐熱衝撃性を確保できるとともに、強度及び耐溶損性を確保することができる。

また、本実施形態では、凝固核生成促進物質として、フェライト鉄との格子整合度が６％以下であるＴｉＮ、ＴｉＣ、β型ＳｉＣ、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｒｅｍ_２Ｏ_３から選択される１種又は２種以上を含有しているので、確実に凝固核の生成を促進することが可能となる。
さらに、凝固核生成促進物質として、ＴｉＮ、ＴｉＣから選択される１種又は２種以上と、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｒｅｍ_２Ｏ_３から選択される１種又は２種以上と、を併せて含有しているので、凝固核の生成がさらに促進され、薄肉鋳片１における等軸晶の比率を確実に高くすることが可能となる。

また、本実施形態では、凝固核生成促進物質及び金属酸化物の最大粒径が１００μｍ以下、平均粒径が５０μｍ以下とされているので、スカム堰２０から凝固核生成促進物質及び金属酸化物が脱落して薄肉鋳片１に巻き込まれた場合であっても、薄肉鋳片１の表面欠陥となることを抑制できる。さらに、本実施形態では、炭素粒子の最大粒径が３００μｍ以下、平均粒径が１００μｍ以下とされているので、炭素粒子が脱落した場合でも、薄肉鋳片１の表面欠陥となることを抑制できる。なお、凝固核生成促進物質及び金属酸化物は、炭素粒子に比べて硬いことから、炭素粒子よりも粒径を小さく設定している。

また、本実施形態においては、浸漬ノズル１９からの吐出流は、浸漬されたスカム堰２０に向かうように配置され、スカム堰２０の表面における溶鋼３の流速が１０ｃｍ／ｓｅｃ以上とされているので、スカム堰２０の表面に生成した凝固核を溶鋼３中に分散させることができ、薄肉鋳片１における等軸晶の比率を高くすることが可能となる。

さらに、本実施形態においては、スカム堰２０と冷却ドラム１１との間の雰囲気をＡｒガス雰囲気とし、冷却ドラム１１と凝固シェル５との間に熱伝導率が比較的低いＡｒガスを介在させているので、冷却ドラム１１からの抜熱が抑制され、柱状晶の発達を抑えることができ、等軸晶の比率を高くすることが可能となる。
また、本実施形態においては、浸漬ノズル１９とスカム堰２０との間で測定される溶鋼３の過熱度を３℃以上３０℃以下の範囲内に設定しているので、等軸晶化が促進され、薄肉鋳片１における等軸晶の比率をさらに高くすることが可能となる。

また、本実施形態である係る薄肉鋳片１は、Ｃ；０．００１ｍａｓｓ％以上０．０５５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ；０．１０ｍａｓｓ％以上４．１５ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ；０．０７ｍａｓｓ％以上０．６０ｍａｓｓ％以下、Ｐ；０．１５ｍａｓｓ％以下、Ｓ；０．０１ｍａｓｓ％以下、Ａｌ；０．０２ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ；０．２０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ；３．０ｍａｓｓ％以下、を含む鋼材からなり、割れ等が生じやすい組成であるが、鋳片厚みに対する等軸晶の厚み比率が２５％以上とされているので、曲げ応力が負荷された際に結晶粒界で割れが発生することを抑制できる。よって、薄肉鋳片１の鋳造中のコイラーまでの搬送途中や、巻き取り時に割れや破断が発生したり、冷間圧延時にエッジ割れや破断が発生したりすることを抑制できる。

以上、本発明の実施形態であるスカム堰、薄肉鋳片の製造方法、薄肉鋳片の製造装置及び薄肉鋳片について具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、ベンダーロール及びピンチロールを配設したもので説明したが、これらのロール等の配置に限定はなく、適宜設計変更してもよい。また、タンディシュ、浸漬ノズル等の構成は、本実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更してもよい。

本実施形態では、Ｃ；０．００１ｍａｓｓ％以上０．０５５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ；０．１０ｍａｓｓ％以上４．１５ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ；０．０７ｍａｓｓ％以上０．６０ｍａｓｓ％以下、Ｐ；０．１５ｍａｓｓ％以下、Ｓ；０．０１ｍａｓｓ％以下、Ａｌ；０．０２ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ；０．２０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ；３．０ｍａｓｓ％以下、を含む鋼材を対象としたが、これに限定されることはなく、他の鋼材を対象としてもよい。

また、本実施形態では、凝固核生成促進物質として、ＴｉＮ、ＴｉＣ、β型ＳｉＣ、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｒｅｍ_２Ｏ_３を例示したが、これに限定されることはなく、フェライト鉄との格子整合度が６％以下である他の物質であってもよい。
スカム堰と冷却ドラムとの間の雰囲気をＡｒガスとしたもので説明したが、これに限定されることはなく、他のガス雰囲気としてもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく、スカム堰を構成する耐火材の組成を変更して実施した比較実験結果について説明する。
ここで、後述するすべての耐火材において、炭素粒子の最大粒径は３００μｍ以下、平均粒径１００μｍ以下、酸化物、炭化物、窒化物の最大粒径は１００μｍ以下、平均粒径５０μｍ以下とした。

図１及び図２に示す薄肉鋳片の製造装置において、表１及び表２に示す組成のスカム堰を用いて、Ｃ；０．０５ｍａｓｓ％、Ｓｉ；０．１５ｍａｓｓ％、Ｍｎ；０．６ｍａｓｓ％、Ｐ；０．１ｍａｓｓ％、Ｓ；０．００７ｍａｓｓ％、Ａｌ；０．０３８ｍａｓｓ％、Ｃｕ；１．５ｍａｓｓ％を含有する鋼材からなる薄肉鋳片を、以下の条件で鋳造した。

冷却ドラムの直径 ： １２００ｍｍ
鋳造速度 ： 平均５０ｍ／ｍｉｎ
鋳造幅 ： １３００ｍｍ
スカム堰浸漬深さ ： １５ｍｍ
スカム堰／冷却ドラム間の流速 ： ２０ｃｍ／ｓｅｃ以上
ノズル側のスカム堰に面した溶鋼の流速 ： １５ｃｍ／ｓｅｃ以上
溶鋼プール内の過熱度 ： ２５℃目標、２０〜３０℃の範囲内
鋳造雰囲気 ： Ａｒ
鋳造厚み ： 平均３．０ｍｍ
鋳造量 ： １０ｔｏｎ

ここで、表３及び表４に、フェライト鉄との格子整合度が６％以下である凝固核生成促進物質の合計質量％をｐとして表示した。なお、ｐは、以下の式で算出した。
ｐ＝%TiN+%TiC+%β-SiC+%MgO・Al₂O₃+%MgO+%Rem₂O₃
また、表３及び表４に、金属酸化物の合計質量％をｑとして表示した。なお、ｑは、以下の式で算出した。
ｑ＝%Al₂O₃+%SiO₂+%ZrO₂+（他の酸化物）+%MgO・Al₂O₃+%MgO+%Rem₂O₃

（薄肉鋳片の等軸晶の比率）
得られた薄肉鋳片の等軸晶の比率を測定した。鋳片１／４幅、１／２幅、３／４幅部の断面の凝固組織を観察し、各位置の（等軸晶厚み）／（鋳片全厚み）×１００（％）を算出し、３ヶ所の平均値を代表値とした。評価結果を表３，４に示す。

（スカム堰の耐溶損性の評価）
鋳造終了後のスカム堰を回収し、片面における鋳造後の溶損深さの最大値が０．５ｍｍ以上の場合を×、０．５ｍｍ未満の場合を○とした。評価結果を表３，４に示す。

（スカム堰の耐熱衝撃性の評価）
鋳造終了後のスカム堰を回収し、スカム堰の表面に、長さ３ｍｍ以上の亀裂が見られた場合を×、それ以外の場合を○とした。なお、亀裂は、特にスカム堰先端の角部に発生することが多い。評価結果を表３，４に示す。

炭素含有量が３％未満とされた比較例２８においては、耐熱衝撃性が不十分であり、鋳造終了後のスカム堰に亀裂が生じた。
炭素含有量が１５％超とされた比較例２９においては、鋳造中に脱炭が進行してしまい、鋳造終了後のスカム堰の溶損深さが０．５ｍｍ以上であった。
核生成促進物質の合計量ｐが５ｍａｓｓ％未満とされた比較例３０〜３８においては、等軸晶の比率が２５％に達しなかった。
金属酸化物の合計量ｑが５５ｍａｓｓ％未満とされた比較例３９においては、耐溶損性が不十分であった。
金属酸化物の合計量ｑが９５ｍａｓｓ％超とされた比較例４０においては、耐熱衝撃性が不十分であった。

これに対して、本発明例１〜２７においては、等軸晶の比率が高く、かつ、耐溶損性、耐熱衝撃性に優れていた。
また、本発明例２０〜２７は、（ａ）ＴｉＮ、ＴｉＣから選択される物質の１種または２種以上と、（ｂ）ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｒｅｍ_２Ｏ_３から選択される物質の１種または２種以上とを併せて添加した耐火物を用いたものである。
ｐ（凝固核生成促進物質の合計質量％）が同一のものと比較すると、上記（ａ）から選択される物質のみ、あるいは上記（ｂ）から選択される物質のみを添加した場合よりも、（ａ）と（ｂ）からそれぞれ選択した物質を併せて添加した場合に、等軸晶の比率が増加していることが確認される。

具体的には、ｐ＝５ｍａｓｓ％とされた本発明例１，５，７，１１，１３，１５の等軸晶の比率が３０％未満であるのに対して、本発明例２０，２１，２５の等軸晶の比率は３６％以上とされている。また、ｐ＝６０ｍａｓｓ％とされた本発明例１８の等軸晶の比率が６７％であるのに対して、本発明例２４，２７の等軸晶の比率は７４％以上とされている。

次に、スカム堰を構成する耐火材の組成を固定し、各種鋼種に対する効果を評価した。
スカム堰を構成する耐火物の組成は、実施例１の本発明例２に示したＣ；１０ｍａｓｓ％、Ａｌ_２Ｏ_３；７５ｍａｓｓ％、ＴｉＮ；１１ｍａｓｓ％、ＴｉＯ_２；４ｍａｓｓ％を含有するものとした。なお、スカム堰の原料の粒径を表５，６に示すように規定した。

また、鋼種の組成は、表５，６に示すように規定した。
本発明例１０１〜１０４は、銅含有高リン低炭素鋼で、雰囲気と溶鋼プール過熱度を変更した。
本発明例１０５〜１０７と、比較例１２０，１２１は、高Ａｌ鋼で、過熱度を変更した。
本発明例１０８〜１１４と、比較例１２２〜１２４は、高Ｓｉ鋼で、雰囲気や過熱度、流速、耐火物原料粉末の粒径を変更した。
本発明例１１５〜１１９と、比較例１２５、１２６は、高Ｓｉ、高Ｐ、高Ａｌ、高Ｃｕを含有する非常に脆化し易い鋼種で、雰囲気や過熱度を変更した。
なお、表２に示した条件以外の、他の鋳造条件は実施例１と同様とした。

（溶鋼の流速）
鋳造時における溶鋼の流速を測定した。表７，８には、スカム堰と冷却ドラム間、あるいはスカム堰の浸漬ノズル側に面した溶鋼の流速のいずれか低い方の流速を記した。なお、湯面モニター画像で溶鋼表面に浮遊するスカムの移動速度より算出した。

（地金付着の評価）
鋳造後のスカム堰を観察し、最大長さ５ｍｍ以上の地金が、スカム堰（浸漬ノズル側の面、冷却ドラム側の面のいずれも可）に付着していた場合を×、４ｍｍ以下の場合を○とした。評価結果を表７，８に示す。

（操業性の評価）
鋳造中に地金を冷却ドラム間に巻込み、ドラムキス点を通過する際に冷却ドラム間が開いて、未凝固部を含んだ局部的な鋳片高温部が発生した場合を×、未発生の場合は○とした。評価結果を表７，８に示す。

（鋳片横割れ）
コイラー巻取り後、室温まで冷却してから鋳片を巻き戻し、横割れの有無を調査した。鋳片長さ１ｍあたり１個以上の場合を×、１個未満の場合を○とした。評価結果を表７，８に示す。

（冷延板の割れ）
横割れの無い部位を、６７％の圧下率で冷間圧延し、長さ１００ｍｍ以上の横割れが発生した場合を×、未発生の場合を○とした。評価結果を表７，８に示す。

（冷延板の表面疵）
冷延板表面を目視観察し、長さ５ｍｍ以上の表面疵が長さ１ｍあたり３個以上発生した場合を×、１個以上３個未満発生した場合を○、１個未満の場合を◎と評価した。評価結果を表７，８に示す。

比較例１２２は、ノズル側のスカム堰に面した溶鋼の流速が１０ｃｍ／秒未満だったため、スカム堰に地金が付着し、操業中に剥離して冷却ドラム間に巻き込まれたため、局部的高温部が発生した。
比較例１２０、１２５は、溶鋼溜まり部の過熱度が３０℃を超えたため、等軸晶の比率が２５％未満であり、そのため、鋳片横割れと冷延板の割れが発生し、いずれの評価も×であった。
比較例１２１、１２６は、溶鋼溜まり部の過熱度が３℃未満だったため、スカム堰表面に地金が付着しており、地金付着の評価は×であった。そして、操業中に地金を巻き込んで、未凝固部を含んだ局部的高温部が発生したため、操業性は×であった。
比較例１２３、１２４は、耐火物原料の粒径が規定範囲を超えており、鋳造中に脱落し鋳片に巻込まれた粗大な粒子が原因となって、冷延板に長さ５ｍｍ以上の表面疵が発生したため、冷延板表面疵が×であった。

これに対して、本発明例１０１−１１９においては、大きな地金の付着がなく、操業性も良好であった。また、等軸晶の比率も高く、鋳片の横割れ、冷延板の割れ、冷延板の表面疵の評価も良好であった。

以上の結果から、本発明に係るスカム堰、薄肉鋳片の製造方法及び薄肉鋳片の製造装置によれば、等軸晶の比率を向上させることができ、割れ等の発生を抑制可能な高品質な薄肉鋳片を製造できることが確認された。

１ 薄肉鋳片
３ 溶鋼
５ 凝固シェル
１０ 薄肉鋳片の製造装置
１１ 冷却ドラム
１５ サイド堰
１６ 溶鋼溜まり部
１９ 浸漬ノズル
２０ スカム堰

Claims (8)

1. 回転する一対の冷却ドラムと一対のサイド堰によって形成された溶鋼溜まり部に、浸漬ノズルを介して溶鋼を供給し、前記冷却ドラムの周面に凝固シェルを形成・成長させて薄肉鋳片を製造する薄肉鋳片の製造方法で用いられるスカム堰であって、
   炭素を３ｍａｓｓ％以上１５ｍａｓｓ％以下、フェライト鉄との格子整合度が６％以下である凝固核生成促進物質を５ｍａｓｓ％以上９７ｍａｓｓ％以下、前記凝固核生成促進物質を含む金属酸化物を５５ｍａｓｓ％以上９５ｍａｓｓ％以下、を含む材料で構成されていることを特徴とするスカム堰。
2. 前記凝固核生成促進物質として、ＴｉＮ、ＴｉＣ、β型ＳｉＣ、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｒｅｍ_２Ｏ_３から選択される１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のスカム堰。
3. 前記凝固核生成促進物質として、ＴｉＮ、ＴｉＣから選択される１種又は２種以上と、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｒｅｍ_２Ｏ_３から選択される１種又は２種以上と、を併せて含有することを特徴とする請求項１に記載のスカム堰。
4. 前記凝固核生成促進物質及び前記金属酸化物の最大粒径が１００μｍ以下、平均粒径が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスカム堰。
5. 回転する一対の冷却ドラム一対のサイド堰によって形成された溶鋼溜まり部に、浸漬ノズルを介して溶鋼を供給し、前記冷却ドラムの周面に凝固シェルを形成・成長させて薄肉鋳片を製造する薄肉鋳片の製造方法であって、
   前記溶鋼溜まり部に、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスカム堰を配置し、
   前記浸漬ノズルと前記スカム堰との間で測定される溶鋼の過熱度を３℃以上３０℃以下の範囲内に設定するとともに、
   前記スカム堰の表面における前記溶鋼の流速が１０ｃｍ／ｓｅｃ以上とすることを特徴とする薄肉鋳片の製造方法。
6. 前記スカム堰と前記冷却ドラムとの間の雰囲気をＡｒとすることを特徴とする請求項５に記載の薄肉鋳片の製造方法。
7. 回転する一対の冷却ドラムと一対のサイド堰によって形成された溶鋼溜まり部に、浸漬ノズルを介して溶鋼を供給し、前記冷却ドラムの周面に凝固シェルを形成・成長させて薄肉鋳片を製造する薄肉鋳片の製造装置であって、
   前記溶鋼溜まり部には、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスカム堰が配設されていることを特徴とする薄肉鋳片の製造装置。
8. Ｃ；０．００１ｍａｓｓ％以上０．０５５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ；０．１０ｍａｓｓ％以上４．１５ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ；０．０７ｍａｓｓ％以上０．６０ｍａｓｓ％以下、Ｐ；０．１５ｍａｓｓ％以下、Ｓ；０．０１ｍａｓｓ％以下、Ａｌ；０．０２ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ；０．２０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ；３．０ｍａｓｓ％以下、を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなり、
   鋳片厚みに対する等軸晶の厚み比率が２５％以上とされていることを特徴とする薄肉鋳片。

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