JP2014104496A - サイド堰及びこれを備えた双ドラム式連続鋳造機の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータなどの装置を用いることなく、地金の形成を防止することが可能なサイド堰及びこれを備えた双ドラム式連続鋳造機の運転方法を提供する。
【解決手段】サイド堰１４は、サイド堰ホルダ３１と、サイド堰ホルダ３１に収容された断熱材３２と、断熱材の表面に設けられたセラミックスプレート３３とを有し、且つ、湯溜まり部１６へ注湯された溶鋼１８から、湯溜まり部へ溶鋼の注湯を開始したときにセラミックスプレートの表面に生成されるサイド堰凝固シェルへ流入する熱流束をｑ_cとし、サイド堰凝固シェルからサイド堰へ流出する熱流束をｑ_sとすると、断熱材はｑｃ−ｑｓ＞０の条件を満たす材質のものとする。セラミックスプレートの厚さは、湯溜まり部へ溶鋼の注湯を開始してから冷却ドラムの回転を開始するまでの間にサイド堰凝固シェルが再溶融する厚さとする。冷却ドラムの回転はサイド堰凝固シェルが再溶融した後に開始する。
【選択図】図３

Description

本発明はサイド堰及びこれを備えた双ドラム式連続鋳造機の運転方法に関するものである。

双ドラム式連続鋳造機は、一対の冷却ドラムと、これら冷却ドラムの軸方向両端に当接する一対のサイド堰とを有しており、一対の冷却ドラムと一対のサイド堰とで囲まれた空間部が湯溜まり部となっている。そして、この湯溜まり部に溶鋼（鋳込み材）を注湯しながら、冷却ドラムを回転させると、湯溜まり部の溶鋼が冷却ロールの外周面で冷却されて凝固シェルとなり、これらの凝固シェルが冷却ドラムの隙間で冷却ドラムの圧下力によって圧着され冷却ドラムの下方へ引き抜かれることより、連続的に鋳片が鋳造される。

かかる双ドラム式連続鋳造機では、湯溜まり部へ溶鋼の注湯を開始したときに当該溶鋼が前記サイド堰で冷却されて凝固することにより、サイド堰の表面に凝固シェル（以下、これをサイド堰凝固シェルと称する）が生成され、このサイド堰凝固シェルが成長して地金と成る。そして、この地金がサイド堰の表面に付着している状態で冷却ドラムの回転を開始すると、次のような問題が生じる。

（１） 地金が冷却ドラムの外周面で生成された凝固シェルと結合すると、冷却ドラムの回転方向に引き込まれてサイド堰の表面から剥離するが、このときにサイド堰の表面が損傷する可能がある。
（２） 剥離した地金と結合した凝固シェルが冷却ドラムの下方に引き抜かれて鋳片（薄板）になると、当該鋳片の表面には湯じわ、かぶさり、割れ等が生じるため、鋳片の品質が悪化する。
（３） 剥離した地金が冷却ドラムの回転方向に引き込まれて冷却ドラムの隙間に噛み込まれると、冷却ドラムの隙間が一瞬開いて冷却ドラムの圧下力が低下するため、凝固シェルの圧着不良を招く原因となる。

そこで従来から、双ドラム式連続鋳造機のサイド堰には地金防止対策が施されてきた。かかるサイド堰の一例として、下記の特許文献１に開示されているサイド堰の例を図８に示す。図８に示すサイド堰１は、ケース２と、ケース２に収容された不定形耐火物３と、ベース部材４と、ベース部材４の表面に設けられたセラミックス当板５と、ベース部材４に埋設されたヒータ６とを有して成るものである。このサイド堰１ではセラミックス当板５及びベース部材４の熱容量が大きいため、サイド堰１の表面に生成されるサイド堰凝固シェルが成長して地金となるおそれがある。このため、ヒータ６によってサイド堰１を予熱することにより、サイド堰１の表面にサイド堰凝固シェルが生成されるを防止している。

その他の地金防止対策としては、振動装置によってサイド堰を振動させる方法や、サイド堰と接触する溶鋼に電流付加装置で電流を流すことにより当該溶鋼を加熱して流動させる方法などもある。

実開昭６３−９０５４８号公報

しかしながら、上記のようなヒータ、振動装置、電流付加装置などを用いた地金防止対策では、双ドラム式連続鋳造機の設備費やランニングコストが高くなり、双ドラム式連続鋳造機の運転も複雑化する。

従って本発明は上記の事情に鑑み、ヒータなどの装置を用いることなく、地金の形成を防止することが可能なサイド堰及びこれを備えた双ドラム式連続鋳造機の運転方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する第１発明のサイド堰は、一対の冷却ドラムと、前記一対の冷却ドラムの軸方向両端に当接する一対のサイド堰とを有し、前記一対の冷却ドラムと前記一対のサイド堰とで囲まれた空間部が湯溜まり部となっている双ドラム式連続鋳造機における前記サイド堰であって、
サイド堰ホルダと、前記サイド堰ホルダに収容された断熱材と、前記断熱材の表面に設けられたセラミックスプレートとを有しており、
前記湯溜まり部へ注湯された鋳込み材から、前記湯溜まり部へ鋳込み材の注湯を開始したときに前記セラミックスプレートの表面に生成されるサイド堰凝固シェルへ流入する熱流束をｑ_cとし、
前記サイド堰凝固シェルから温度が室温の前記サイド堰へ流出する熱流束をｑ_sとすると、
前記断熱材はｑｃ−ｑｓ＞０の条件を満たす材質のものであることを特徴とする。

また、第２発明のサイド堰は、第１発明のサイド堰において、
前記断熱材は下式の条件を満たす材質のものであることを特徴とする。

ここで、λ_r：断熱材の熱伝導率[W/mK]，ｒ_r：断熱材の密度[kg/m³]，Ｃｐ_r：断熱材の比熱[J/kgK]，λ_c：鋳込み材の熱伝導率[W/mK]，ｒ_c：鋳込み材の密度[kg/m³]，Ｃｐ_c：鋳込み材の比熱[J/kgK]，Ｔ_c：鋳込み材のバルク温度[℃]，Ｔ_cm：鋳込み材の融点[℃]，Ｔ_r0：断熱材の初期温度（室温）[℃]である。

また、第３発明のサイド堰は、第１又は第２発明のサイド堰において、
前記セラミックスプレートの厚さは、前記湯溜まり部へ鋳込み材の注湯を開始してから前記一対の冷却ドラムの回転を開始するまでの間に前記サイド堰凝固シェルが再溶融する厚さであることを特徴とする。

また、第４発明のサイド堰は、第３発明のサイド堰において、
前記セラミックスプレートの厚さは、２ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、第５発明の双ドラム式連続鋳造機の運転方法は、第１又は第２発明のサイド堰を備えた双ドラム式連続鋳造機の運転方法であって、
前記サイド堰凝固シェルが再溶融した後に前記一対の冷却ドラムの回転を開始することを特徴とする。

また、第６発明の双ドラム式連続鋳造機の運転方法は、第５発明の双ドラム式連続鋳造機の運転方法において、
前記セラミックスプレートの厚さを、２ｍｍ以下としたことを特徴とする。

第１発明のサイド堰によれば、一対の冷却ドラムと、前記一対の冷却ドラムの軸方向両端に当接する一対のサイド堰とを有し、前記一対の冷却ドラムと前記一対のサイド堰とで囲まれた空間部が湯溜まり部となっている双ドラム式連続鋳造機における前記サイド堰であって、サイド堰ホルダと、前記サイド堰ホルダに収容された断熱材と、前記断熱材の表面に設けられたセラミックスプレートとを有しており、前記湯溜まり部へ注湯された鋳込み材から、前記湯溜まり部へ鋳込み材の注湯を開始したときに前記セラミックスプレートの表面に生成されるサイド堰凝固シェルへ流入する熱流束をｑ_cとし、前記サイド堰凝固シェルから前記サイド堰へ流出する熱流束をｑ_sとすると、前記断熱材はｑ_c−ｑ_s＞０の条件を満たす材質のものであることを特徴としていることから、断熱材は室温にて断熱材単独で（即ち断熱材が直接）鋳込み材に接触したと仮定した場合に断熱材の表面に凝固シェルが生成されない材質のものであるため、注湯の初期にセラミックスプレートの表面に生成されたサイド堰凝固シェルは鋳込み材からの入熱によって再溶融する。従って、ヒータなどの装置を用いることなく、地金の形成を防止することができる。

第２発明のサイド堰によれば、第１発明のサイド堰において、前記断熱材は下式の条件を満たす材質のものであることを特徴としていることから、断熱材は室温にて断熱材単独で（即ち断熱材が直接）鋳込み材に接触したと仮定した場合に断熱材の表面に凝固シェルが生成されない材質のものであるため、注湯の初期にセラミックスプレートの表面に生成されたサイド堰凝固シェルは鋳込み材からの入熱によって再溶融する。従って、ヒータなどの装置を用いることなく、地金の形成を防止することができる。

第３発明のサイド堰によれば、第１又は第２発明のサイド堰において、前記セラミックスプレートの厚さは、前記湯溜まり部へ鋳込み材の注湯を開始してから前記一対の冷却ドラムの回転を開始するまでの間に前記サイド堰凝固シェルが再溶融する厚さであることを特徴としているため、注湯の初期にセラミックスプレートの表面に生成されたサイド堰凝固シェルを、冷却ドラムの回転を開始する前に確実に再溶融させることができる。

第４発明のサイド堰によれば、第３発明のサイド堰において、前記セラミックスプレートの厚さは、２ｍｍ以下であることを特徴としているため、注湯の初期にセラミックスプレートの表面に生成されたサイド堰凝固シェルの再溶融時間が短くなることから、冷却ドラムの回転待ち時間を短くすることができる。

第５発明の双ドラム式連続鋳造機の運転方法によれば、第１又は第２発明のサイド堰を備えた双ドラム式連続鋳造機の運転方法であって、前記サイド堰凝固シェルが再溶融した後に前記一対の冷却ドラムの回転を開始することを特徴としているため、注湯の初期にセラミックスプレートの表面に生成されたサイド堰凝固シェルの影響を確実に無くすことができる。

第６発明の双ドラム式連続鋳造機の運転方法によれば、第５発明の双ドラム式連続鋳造機の運転方法において、前記セラミックスプレートの厚さを、２ｍｍ以下としたことを特徴としていることから、注湯の初期にセラミックスプレートの表面に生成されたサイド堰凝固シェルの再溶融時間が短くなるため、冷却ドラムの回転待ち時間が短い効率的な運転を実施することができる。

（ａ）は本発明の実施の形態例に係るサイド堰を備えた双ドラム式連続鋳造機の正面図、（ｂ）は前記双ドラム式連続鋳造機の上面図である。 前記双ドラム式連続鋳造機の運転に関わる装置構成の概要を示すブロック図である。 本発明の実施の形態例に係るサイド堰の断面図（図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面拡大図）である。 本発明の断熱材と従来材（ベース部材）の必要過熱度の計算例を示す表である。 前記双ドラム式連続鋳造機の運転方法を示すタイムチャートである。 溶鋼接触時間と凝固シェル厚さとの関係を示すグラフである。 セラミックスプレート厚さと凝固シェル再溶融時間との関係を示すグラフである。 地金防止対策が施された従来例のサイド堰の断面図である。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。

まず、図１（ａ），図１（ｂ）及び図２に基づき、本発明の実施の形態例に係る双ドラム式連続鋳造機の全体的な構成の概要について説明する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施の形態例の双ドラム式連続鋳造機１１は、一対の冷却ドラム１２，１３と、これらの冷却ドラム１２，１３の軸方向の両端１２ａ，１３ａに当接する一対のサイド堰１４，１５とを有しており、一対の冷却ドラム１２，１３と一対のサイド堰１４，１５とで囲まれた空間部が湯溜まり部１６となっている。

冷却ドラム１２，１３は、同じ高さ位置で互いに平行に且つ隙間１７を保持した状態で配設されている。冷却ドラム１２，１３の回転軸１２ｂ，１３ｂには、図２に示す冷却ドラム駆動装置４３が接続されている。冷却ドラム駆動装置４３はドラム回転用のモータなどを有して成るものであり、図１（ａ）に矢印ａ₁，ａ₂で示す如く冷却ドラム１２，１３を互いに逆方向に回転させる。冷却ドラム１２，１３の隙間１７は、冷却ドラム１２の回転軸１２ｂに接続された油圧シリンダ２０によって冷却ドラム１２を水平方向に移動するこによって調整することができる。

サイド堰１４，１５の背面には複数の油圧シリンダ２２が接続され、これらの油圧シリンダ２２によってサイド堰１４，１５を水平に移動させることにより、冷却ドラム１２，１３に対するサイド堰１４，１５の当接状態を調整することができる。湯溜まり部１６には、図２に示すタンディッシュなどの注湯装置４２から、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように鋳込み材である溶鋼１８が注湯される。

かかる双ドラム式連続鋳造機１１では、注湯装置４２によって湯溜まり部１６に溶鋼１８を注湯しながら、冷却ドラム駆動装置４３によって冷却ドラム１２，１３を矢印ａ１，ａ２の如く回転させると、湯溜まり部１６の溶鋼１８が冷却ロール１２，１３の外周面で冷却されて凝固シェルとなり、これらの凝固シェルが冷却ドラム１２，１３の隙間１７で冷却ドラム１２，１３の圧下力によって圧着され冷却ドラム１２，１３の下方へ引き抜かれることより、連続的に鋳片２１が鋳造される。

次に、図１〜図７に基づき、サイド堰の構成と双ドラム式連続鋳造機の運転方法について詳細に説明する。
なお、サイド堰１４とサイド堰１５は同じ構成であため、図３にはサイド堰１４のみを示しており、以下ではサイド堰１４の構成について詳細に説明し、サイド堰１５の構成についての詳細な説明は省略する。

図３に示すように、サイド堰１４は、サイド堰ホルダ３１と、このサイド堰ホルダ３１に収容された断熱材（耐火物）３２と、この断熱材３２の表面に貼付されたセラミックスプレート３３とを有して成るものである。従って、サイド堰１４は、その表面に設けられたセラミックスプレート３３が冷却ドラム１２，１３の軸方向両端１２ａ，１３ａや湯溜まり部１６に溜まった溶鋼１８と接する（図１（ｂ））。このため、断熱材３２が比較的脆いものであったとしも、冷却ドラム１２，１３や溶鋼１８に対するサイド堰１４の耐摩耗性や摺動性などはセラミックスプレート３３によって確保することができる。

そして、詳細は後述するが、本実施の形態例ではサイド堰１４に地金が形成されるのを防止するため、セラミックスプレート３３の固定材として、断熱性に優れた材質の断熱材３２を用いている。即ち、断熱材３２は低熱伝導率、低密度、低比熱の熱物性を有するものである。このような断熱材３２の材料の一例として、例えばアルミナ・シリカ系の低密度の断熱ボードが挙げられる。

また、詳細は後述するが、セラミックスプレート３３の厚さは、湯溜まり部１６へ溶鋼１８の注湯を開始したときに当該溶鋼１８がサイド堰１４で冷却されてセラミックスプレート３３の表面に生成される凝固シェル（サイド堰凝固シェル）が、湯溜まり部１６へ溶鋼１８の注湯を開始してから冷却ドラム１２，１３が回転を開始するまでの間に再溶融する厚さとする。

セラミックスプレート３３を設ける範囲は、湯溜まり部１６の溶鋼１８が摺動するサイド堰１４の面以上であればよい。セラミックスプレート３３の材料としては、耐溶鋼摩耗性や摺動性に優れているファインセラミックスを用いることが望ましい。例えば、窒化珪素系のＢＮ（窒化ホウ素）を含有した材料が、セラミックスプレート３３の材料の一例として挙げられる。窒化珪素系のＢＮを含有した材料をセラミックスプレート３３の材料として用いて試験を行った結果、シール性に問題がないことを確認している。

＜断熱材の材質＞
ここで、サイド堰１４に地金が形成されるのを防止すること（即ちサイド堰凝固シェルを再溶融させること）が可能な断熱材３２の材質について詳述する。

湯溜まり部１６へ溶鋼１８の注湯を開始する直前のサイド堰１４（断熱材３２，セラミックスプレート３３）の温度、即ちサイド堰１４の初期温度は、溶鋼１８の融点（凝固温度）に比べて低く、室温である。このため、湯溜まり部１６へ溶鋼１８の注湯を開始すると、サイド堰１４に接した溶鋼１８が当該サイド堰１４で冷却されることにより、セラミックスプレート３３の表面にサイド堰凝固シェルが生成される。

そして、この注湯の初期にセラミックスプレート３３の表面に生成されたサイド堰凝固シェルが、その後更に成長して地金となるか否かは、湯溜まり部１６へ注湯された溶鋼１８からサイド堰凝固シェルへ流入する熱量（熱流束）と、サイド堰凝固シェルからサイド堰１４へ流出する熱量（熱流束）との関係によって決定される。

従って、断熱材３２の材料としては、断熱材３２単独で（即ち断熱材３２が直接）溶鋼１８に接触したと仮定した場合に断熱材３２の表面に凝固シェルが生成されない熱物性を有する材料を用いる。このような熱物性を有する材料を断熱材３２の材料として用いれば、注湯の初期にセラミックスプレート３３の熱容量分生成されたサイド堰凝固シェルを、溶鋼１８から当該サイド堰凝固シェルへの入熱により、時間の経過とともに溶解させて全て溶鋼状態に戻す（即ち再溶融させる）ことができる。

そこで、このような断熱材３２の熱物性の数式化に関し、以下の仮定を置く。
（１） 溶鋼１８の対流は考慮しない（最もサイド堰凝固シェルが生成され易い条件）。
（２） 溶鋼１８、サイド堰凝固シェル、サイド堰１４間の接触抵抗は考慮しない。
（３） 溶鋼１８、サイド堰凝固シェル、断熱材３２の熱物性の温度依存性は考慮しない。
（４） サイド堰凝固シェルの温度は溶鋼１８の凝固温度（融点）とする（微小厚さのサイド堰凝固シェルを仮定したため）。
（５） セラミックスプレート３３は湯溜まり部１６へ溶鋼１８の注湯を開始すると瞬時に溶鋼１８の凝固温度（融点）まで上昇すると仮定し、セラミックスプレート３３の内部の温度分布は無視する（注湯初期のセラミックスプレート３３の昇温分の熱量はサイド堰凝固シェルの生成に用いられる）。

サイド堰１４及び溶鋼１８が半無限平板、表面温度が一定の仮定より、湯溜まり部１６へ注湯された溶鋼１８からサイド堰凝固シェルへ流入する熱流束ｑ_c[W/m²]と、サイド堰凝固シェルからサイド堰１４へ流出する熱流束ｑ_s[W/m²]は、次式で表せる。

ここで、λ_r：断熱材３２の熱伝導率[W/mK]、ｒ_r：断熱材３２の密度[kg/m³]，Ｃｐ_r：断熱材３２の比熱[J/kgK]，α_r：断熱材３２の温度伝導率[m²/s]，π：円周率[-]，ｔ：時間[sec]，λ_c：溶鋼１８の熱伝導率[W/mK]、ｒ_c：溶鋼１８の密度[kg/m³]、Ｃｐ_c：溶鋼１８の比熱[J/kgK]，α_c：溶鋼１８の温度伝導率[m²/s]，Ｔ_c：溶鋼１８のバルク温度[℃]，Ｔ_cm：溶鋼１８の融点[℃]，Ｔ_r0：断熱材３２の初期温度（室温）[℃]である。
なお、溶鋼１８のバルク温度Ｔ_cは鋳込み温度、即ち湯溜まり部１６へ注湯されるときの溶鋼１８の温度である。従って、溶鋼１８のバルク温度Ｔ_cと融点Ｔ_cmの差（Ｔ_c−Ｔ_cm）が、溶鋼１８の過熱度ΔＴである。また、断熱材３２の初期温度Ｔ_r0は、湯溜まり部１６へ溶鋼１８が注湯される直前の温度であり、室温（例えば２０℃）である。

そして、サイド堰凝固シェルに対する溶鋼１８からの流入熱流束ｑ_cと、温度が室温（例えば２０℃）のサイド堰１４への流出熱流束ｑ_sとの熱収支（ｑ_c−ｑ_s）が、下記の（３）式の条件を満たせば、即ち断熱材３２が下記の（３）式の条件を満たす材質（熱物性）のものであれば、注湯の初期に生成されたサイド堰凝固シェルは再溶融することになる。
下記の（３）式を上記の（１−１）式，（１−２）式，（２−１）式及び（２−２）式を用いて整理すると、下記の（４）式が得られる。従って、サイド堰凝固シェルを再溶融させることが可能な断熱材３２の材料としては、下記の（４）式の条件を満たす材質（熱物性）の材料を選択すればよい。

例えば、アルミナ・シリカ系で密度が４００[kg/m³]程度の低密度の材料を断熱材３２の材料として用いた場合、その熱伝導率λ_rは０．１６[W/mK]、比熱Ｃｐ_rは１１００[J/kgK]であることから、溶鋼１８の過熱度ΔＴ（＝Ｔ_c−Ｔ_cm）が２６℃以上であれば、上記の（４）式を満たすことになる。従って、溶鋼１８の過熱度ΔＴが、例えば一般的な双ドラム式連続鋳造機における溶鋼の過熱度と同じ５０〜７０℃と同じであれば、上記の（４）式を満たす。
アルミナ・シリカ系で密度が４００[kg/m³]の材料を断熱材３２の材料として用いて試験を行った結果でも、サイド堰１４の表面に地金が形成されないことを確認している。
なお、（４）式を満たす熱物性の断熱材３２の材料を選定する際の溶鋼１８の過熱度ΔＴの条件としては、例えば３０〜７０℃とすることが望ましい。なお、これに限定するものではなく、溶鋼１８の過熱度ΔＴの条件は３０〜１００℃であってもよい。
図４の表には、本発明の断熱材と従来材（ベース部材）の必要過熱度の計算例を示す。鋳込み材（溶鋼）は低炭素鋼レベルの物性を用いた。従来材の物性は、代表的なベース部材の物性を用いた。必要過熱度は、本発明の断熱材が２６[℃]であるのに対して従来材（ベース部材）が４５２[℃]である。

＜双ドラム式連続鋳造機の運転方法とセラミックスプレートの厚さ＞
次に、双ドラム式連続鋳造機１１の運転方法とセラミックスプレート３３と厚さについて詳述する。

図２に示す示すように、双ドラム式連続鋳造機１１には、双ドラム式連続鋳造機１１の運転に関わる装置として、運転制御装置４１と、前述の注湯装置４２や冷却ドラム駆動装置４３などが装備されている。

運転制御装置４１は注湯装置４２へ注湯指令ｓ₁を出力し、冷却ドラム駆動装置４３へ冷却ドラム回転指令ｓ₂を出力する。注湯装置４２は運転制御装置４１から注湯指令ｓ₁を入力すると、湯溜まり部１６への溶鋼１８の注湯を開始し、所定の注湯流量の溶鋼１８を湯溜まり部１６へ注湯する。冷却ドラム駆動装置４３は運転制御装置４１から冷却ドラム回転指令ｓ₂を入力すると、冷却ドラム１２，１３の回転を開始し、所定の回転速度で冷却ドラム１２，１３を回転させる。

図５のタイムチャートに基づき、運転制御装置４１から注湯指令ｓ₁と冷却ドラム回転指令ｓ₂とを出力するタイミングについて説明する。なお、図５において、（ａ）には注湯指令ｓ₁を示し、（ｂ）には湯溜まり部１６に溜まった溶鋼１８のレベルである湯面レベルを示し、（ｃ）には冷却ドラム回転指令ｓ₂を示す。

まず、運転制御装置４１では図５（ａ）に示すように時刻ｔ₀において、注湯装置４２へ注湯指令ｓ₁を出力する。その結果、注湯装置４２では、時刻ｔ₀において湯溜まり部１６へ溶鋼１８の注湯を開始する。その結果、図５（ｂ）に示すように時刻ｔ₀から時間の経過とともに湯溜まり部１６の湯面レベルが上昇していく。
注湯の初期にはサイド堰１４のセラミックスプレート３３の表面にサイド堰凝固シェルが生成されるが、このサイド堰凝固シェルは溶鋼１８からの入熱によって再溶融する。図５に示す時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの時間Δｔ₁が、このときのサイド堰凝固シェルの再溶融時間である。この凝固シェル再溶融時間Δｔ₁は、伝熱解析、要素実験で求めることができる。

次に、運転制御装置４１では図５（ｃ）に示すように時刻ｔ₁よりも後の時刻ｔ₂において、冷却ドラム駆動装置４３へ冷却ドラム回転指令ｓ₂を出力する。その結果、冷却ドラム駆動装置４３では、時刻ｔ₂において冷却ドラム１２，１３の回転を開始する。即ち、前記サイド堰凝固シェルが再溶融した後に冷却ドラム１２，１３の回転を開始する。図５に示す時刻ｔ₀から時刻ｔ₂までの時間Δｔ₂が、このときの冷却ドラム１２，１３の回転待ち時間である。

図６には、断熱材３２の材料としてアルミナ・シリカ系で密度が４００[kg/m³]の材料を用い、セラミックスプレート３３の材料として窒化珪素系のＢＮを含有した材料を用い、溶鋼１８の過熱度ΔＴを５０℃とし、セラミックスプレート３３の厚さを変えて、注湯初期にセラミックスプレート３３の表面に生成されるサイド堰凝固シェルの厚さの経時変化を計算した結果の一例（セラミックスプレート３３の厚さが２[mm]，４[mm]，８[mm]の場合）を示している。
図６において、横軸の溶鋼接触時間[sec]は、０[sec]で湯溜まり部１６へ溶鋼１８の注湯を開始してからの経過時間であり、縦軸の凝固シェル厚さ[mm]は、注湯の初期にセラミックスプレート３３の表面に生成されるサイド堰凝固シェルの厚さである。
図６に示すように、サイド堰凝固シェルの厚さの最大値と、サイド堰凝固シェルの再溶融時間Δｔ₁（厚さが０[mm]になるまでの時間）は、セラミックスプレート３３の厚さが大きくなるほど増大する。

図７には、断熱材３２の材料としてアルミナ・シリカ系で密度が４００[kg/m³]の材料を用い、セラミックスプレート３３の材料として窒化珪素系のＢＮを含有した材料を用い、溶鋼１８の過熱度ΔＴを変えて、セラミックスプレート３３の厚さ[mm]（図７の横軸）と、注湯の初期にセラミックスプレート３３の表面に生成されるサイド堰凝固シェルの再溶融時間Δｔ₁[sec]（図７の縦軸）との関係を計算した結果の一例（溶鋼１８の過熱度ΔＴが３０[℃]，５０[℃]，７０[℃]の場合）を示している。
図７に示すように、セラミックスプレート３３の厚さの増加に伴い、サイド堰凝固シェルの再溶融時間Δｔ₁は二次曲線的に増加する。

図６及び図７に示す計算の結果、セラミックスプレート３３の厚さが２[mm]の場合には、溶鋼１８の過熱度ΔＴが５０[℃]であれば、凝固シェル再溶融時間Δｔ₁は６．２[sec]であり、溶鋼１８の過熱度ΔＴが３０[℃]であれば、凝固シェル再溶融時間Δｔ₁は８．３[sec]であった。
従って、溶鋼１８の過熱度ΔＴが３０〜７０[℃]の場合、セラミックスプレート３３の厚さが２[mm]であれば、冷却ドラム回転待ち時間Δｔ₂を例えば９[sec]にすることによって、確実にサイド堰凝固シェルの影響を無くすことができる。

通常の双ドラム式連続鋳造機では冷却ドラム回転待ち時間が１０[sec]以下であることから、本実施の形態例の双ドラム式連続鋳造機１１においても冷却ドラム回転待ち時間Δｔ₂を１０[sec]以下とすることが望ましい。
従って、本実施の形態例の双ドラム式連続鋳造機１１では、溶鋼１８の過熱度ΔＴが３０〜７０[℃]の場合、セラミックスプレート３３の厚さを２[mm]以下とすることが必須である。なお、セラミックスプレート３３の厚さの下限は、セラミックスプレートの加工能力によって決まる。

以上のように、本実施の形態例のサイド堰１４，１５によれば、サイド堰ホルダ３１と、サイド堰ホルダ３１に収容された断熱材３２と、断熱材３２の表面に設けられたセラミックスプレート３３とを有しており、断熱材３２は溶鋼１８からサイド堰凝固シェルへ流入する熱流束ｑ_cと、サイド堰凝固シェルから温度が室温（例えば２０℃）のサイド堰１４へ流出する熱流束とｑ_sとの関係が上記（３）式の条件を満たし、上記（４）式の条件を満たす材質のものであることを特徴としていることから、断熱材３２は断熱材３２単独で（即ち断熱材３２が直接）溶鋼１８に接触したと仮定した場合に断熱材３２の表面に凝固シェルが生成されない材質のものであるため、注湯の初期にセラミックスプレート３３の表面に生成されたサイド堰凝固シェルは溶鋼１８からの入熱によって再溶融する。従って、ヒータなどの装置を用いることなく、地金の形成を防止することができる。

また、本実施の形態例のサイド堰１４，１５によれば、セラミックスプレート３３の厚さは、湯溜まり部１６へ溶鋼１８の注湯を開始してから冷却ドラム１２，１３の回転を開始するまでの間にサイド堰凝固シェルが再溶融する厚さであることを特徴としているため、注湯の初期にセラミックスプレート３３の表面に生成されたサイド堰凝固シェルを、冷却ドラム１２，１３の回転を開始する前に確実に再溶融させることができる。

また、本実施の形態例のサイド堰によれば、セラミックスプレート３３の厚さを２[mm]以下とした場合、注湯の初期にセラミックスプレート３３の表面に生成されたサイド堰凝固シェルの再溶融時間Δｔ₁が短くなることから、冷却ドラム１２，１３の回転待ち時間Δｔ₂を短くすることができる。

また、本実施の形態例の双ドラム式連続鋳造機１１の運転方法によれば、サイド堰凝固シェル１４，１５が再溶融した後に冷却ドラム１２，１３の回転を開始することを特徴としているため、注湯の初期にセラミックスプレート３３の表面に生成されたサイド堰凝固シェルの影響を確実に無くすことができる。

また、本実施の形態例の双ドラム式連続鋳造機１１の運転方法によれば、セラミックスプレート３３の厚さを２[mm]以下とした場合、注湯の初期にセラミックスプレート３３の表面に生成されたサイド堰凝固シェルの再溶融時間ｔ₁が短くなるため、冷却ドラム１２，１３の回転待ち時間ｔ₂が短い効率的な運転を実施することができる。
なお、セラミックスプレート３３の厚さは薄い程よく、その耐久性についてもセラミックスプレート３３を堅い材料にすればよい。従って、セラミックスプレート３３の厚さの下限値は、その製造面から規制される。セラミックスプレート３３に関連した施工は、セラミックスプレート３３の加工と、セラミックスプレート３３の貼り付けの２工程となる。セラミックスプレート３３の加工に関しては０．２[ｍｍ]厚までの加工実績があり、セラミックスプレート３３の貼り付けに関しては、セラミックスプレート３３が破損しないように貼り付けを実施するには０．２ｍｍが限界であると考えられる。従って、かかる観点から、セラミックスプレート３３の厚さの下限値は０．２[ｍｍ]となる。

本発明はサイド堰及びこれを備えた双ドラム式連続鋳造機の運転方法に関するものであり、ヒータなどの装置を用いることなく、地金の形成を防止することが可能なサイド堰及びこれを備えた双ドラム式連続鋳造機の運転方法を実現する場合に適用して有用なものである。

１１ 双ドラム式連続鋳造機
１２ 冷却ドラム
１２ａ 軸方向の両端
１２ｂ 回転軸
１３ 冷却ドラム
１３ａ 軸方向の両端
１３ｂ 回転軸
１４，１５ サイド堰
１６ 湯溜まり部
１７ 隙間
１８ 溶鋼
２０ 油圧シリンダ
２１ 鋳片
２２ 油圧シリンダ
３１ サイド堰ホルダ
３２ 断熱材
３３ セラミックスプレート
４１ 運転制御装置
４２ 注湯装置
４３ 冷却ドラム駆動装置

Claims (6)

1. 一対の冷却ドラムと、前記一対の冷却ドラムの軸方向両端に当接する一対のサイド堰とを有し、前記一対の冷却ドラムと前記一対のサイド堰とで囲まれた空間部が湯溜まり部となっている双ドラム式連続鋳造機における前記サイド堰であって、
   サイド堰ホルダと、前記サイド堰ホルダに収容された断熱材と、前記断熱材の表面に設けられたセラミックスプレートとを有しており、
   前記湯溜まり部へ注湯された鋳込み材から、前記湯溜まり部へ鋳込み材の注湯を開始したときに前記セラミックスプレートの表面に生成されるサイド堰凝固シェルへ流入する熱流束をｑ_cとし、
   前記サイド堰凝固シェルから温度が室温の前記サイド堰へ流出する熱流束をｑ_sとすると、
   前記断熱材はｑｃ−ｑｓ＞０の条件を満たす材質のものであることを特徴とするサイド堰。
2. 請求項１に記載のサイド堰において、
   前記断熱材は下式の条件を満たす材質のものであることを特徴とするサイド堰。
   

   

   ここで、λ_r：断熱材の熱伝導率[W/mK]，ｒ_r：断熱材の密度[kg/m³]，Ｃｐ_r：断熱材の比熱[J/kgK]，λ_c：鋳込み材の熱伝導率[W/mK]，ｒ_c：鋳込み材の密度[kg/m³]，Ｃｐ_c：鋳込み材の比熱[J/kgK]，Ｔ_c：鋳込み材のバルク温度[℃]，Ｔ_cm：鋳込み材の融点[℃]，Ｔ_r0：断熱材の初期温度（室温）[℃]である。
3. 請求項１又は２に記載のサイド堰において、
   前記セラミックスプレートの厚さは、前記湯溜まり部へ鋳込み材の注湯を開始してから前記一対の冷却ドラムの回転を開始するまでの間に前記サイド堰凝固シェルが再溶融する厚さであることを特徴とするサイド堰。
4. 請求項３に記載のサイド堰において、
   前記セラミックスプレートの厚さは、２ｍｍ以下であることを特徴とするサイド堰。
5. 請求項１又は２に記載のサイド堰を備えた双ドラム式連続鋳造機の運転方法であって、
   前記サイド堰凝固シェルが再溶融した後に前記一対の冷却ドラムの回転を開始することを特徴とする双ドラム式連続鋳造機の運転方法。
6. 請求項５に記載する双ドラム式連続鋳造機の運転方法において、
   前記セラミックスプレートの厚さを、２ｍｍ以下としたことを特徴とする双ドラム式連続鋳造機の運転方法。

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