JP2021016866A - スカム堰、双ロール式連続鋳造装置、及び、薄肉鋳片の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粗大なスカムの巻き込みを抑制することができ、さらに、スカム堰の表面における地金の発生を抑制でき、安定して高品質な鋳片を鋳造することが可能なスカム堰、このスカム堰を備えた双ロール式連続鋳造装置、及び、薄肉鋳片の製造方法を提供する。【解決手段】回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に、注湯ノズルを介して溶融金属を供給し、前記冷却ロール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双ロール式連続鋳造装置において、前記溶融金属プール部内の前記注湯ノズルと前記冷却ロールとの間に配設されるスカム堰３０であって、前記溶融金属プール部において前記溶融金属内に浸漬される溶融金属浸漬部３０ａの少なくとも前記冷却ロール側を向く面に、溝部３２を有している。【選択図】図５

Description

本発明は、一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に、注湯ノズルを介して溶融金属を供給し、前記冷却ロール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双ロール式連続鋳造装置において、前記溶融金属プール部に配設されるスカム堰、このスカム堰を用いた双ロール式連続鋳造装置及び薄肉鋳片の製造方法に関するものである。

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し互いに逆方向に回転する一対の冷却ロールを備え、回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に溶融金属を供給し、前記冷却ロールの周面に凝固シェルを形成・成長させ、一対の冷却ロールの外周面にそれぞれ形成された凝固シェル同士をロールキス点で圧着して所定の厚さの薄肉鋳片を製造する双ロール式連続鋳造装置が提供されている。

上述の双ロール式連続鋳造装置において、鋳造を開始する際には、例えば特許文献１、２に示すように、冷却ロール間にダミーシートを挿入しておき、一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に溶融金属を供給し、ダミーシートに連結するように薄肉鋳片を形成した後、冷却ロールを回転させて、冷却ロール間からダミーシート及びこのダミーシートに連結された薄肉鋳片を引き出す構成とされている。

ここで、上述の溶融金属プール部においては、酸化物等が溶融金属プール部の湯面上に浮上して、スカムと称する皮膜状の異物が形成され、このスカムが冷却ロールの周面（詳細には、冷却ロールの周面と凝固シェルとの間、以降、単に冷却ロールの周面と記載する場合がある。）に断続的に巻き込まれるおそれがあった。巻き込まれたスカムは、薄肉鋳片の凝固冷却不均一を生じるので、薄肉鋳片の表面割れ、表面疵、鋳片品質の低下等の原因となる。
そこで、上述の双ロール式連続鋳造装置を用いて薄肉鋳片を鋳造する際に、湯面上のスカムが冷却ロールの周面に巻き込まれることを抑制する技術が提案されている。

例えば、特許文献３には、溶融金属プール部内の注湯ノズルと冷却ロールの間隙に、板形状のスカム堰を配設し、スカムの巻き込みを抑制する手段が開示されている。
注湯ノズルとメニスカス（溶鋼湯面と冷却ロール接触開始部位、凝固開始点）との間に、冷却ロールの軸方向に対して平行に、スカム堰を浸漬することにより、湯面に浮上したスカムを堰止めることが可能となる。なお、溶融金属は浸漬したスカム堰の下部を通って、メニスカスに達するので、湯面のスカム巻込みが大幅に防止され、健全な鋳片が製造される。

特開昭６３−２２４８４７号公報 特開平０７−２３２２４３号公報 特開平０４−１５８９５９号公報

ところで、例えば図１に示すように、冷却ロール１１とサイド堰１５によって形成された溶融金属プール部１６において、注湯ノズル１８と冷却ロール１１との間にスカム堰３０を配設した場合には、溶融金属プール部１６の湯面が、スカム堰３０と注湯ノズル１８との間の面積が広い領域（ａ）と、スカム堰３０と冷却ロール１１との間の面積が狭い領域（ｂ）とに分割される。ここで、スカム堰３０は、領域（ａ）の湯面上に浮上したスカムを堰き止め、冷却ロール１１への巻き込みを抑制する。
スカムの大部分は、面積が広い領域（ａ）において湯面上に浮上することから、スカム堰３０によってスカムの巻き込みが抑制されることになる。

しかしながら、一部のスカムは、領域（ｂ）、あるいは、スカム堰３０によって湯面が分割されていない幅端部の領域（ｃ）において浮上する場合がある。なお、領域（ｃ）に浮上したスカムの一部は、湯面流れによって領域（ｂ）に運ばれる。
ここで、領域（ｂ）において、メニスカス近傍に存在するスカムは速やかに冷却ロール１１に巻き込まれやすく、比較的メニスカスから離れた位置に存在するスカムはスカム堰３０の近傍に滞留しやすくなる。

このように、領域（ｂ）に存在するスカムは、冷却ロール１１の回転に伴って不規則に巻き込まれることになる。ここで、粗大なスカムが巻き込まれた場合には、激しい凝固不均一が生じ、鋳片表面割れ、へこみ、内部のポロシティ等の欠陥が発生するおそれがあった。
特に、生産量が多く鋳造時間が長い鉄鋼の鋳造では、領域（ｂ）におけるスカムの蓄積量が多くなりがちであり、その結果、粗大なスカムが巻き込まれるおそれがあり、鋳片の欠陥が生じやすい。

さらに、溶融金属プールにスカム堰を浸漬すると、スカム堰による抜熱により、地金がスカム堰に付着しやすい。スカム堰に付着する地金は、単に溶鋼が凝固したものでなく、スカムと溶鋼の凝固物が複合した高粘度の地金なので、一度生成すると再融解しにくい（以降、単に地金と記載する）。この地金は、湯面高さ変動時にスカム堰から剥離して冷却ロールのキス点に巻き込まれることがあり、瞬間的に冷却ロール間隔が開いてホットバンドが生じ、鋳片が破断する場合がある。したがって、スカム堰への地金付着を防止することも重要である。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、粗大なスカムの巻き込みを抑制することができ、さらに、スカム堰の表面における地金の発生を抑制でき、安定して高品質な鋳片を鋳造することが可能なスカム堰、このスカム堰を備えた双ロール式連続鋳造装置、及び、薄肉鋳片の製造方法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ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に、注湯ノズルを介して溶融金属を供給し、前記冷却ロール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双ロール式連続鋳造装置において、前記溶融金属プール部内の前記注湯ノズルと前記冷却ロールとの間に配設されるスカム堰であって、前記溶融金属プール部において前記溶融金属内に浸漬される溶融金属浸漬部の少なくとも前記冷却ロール側を向く面に、溝部を有していることを特徴としている。

この構成のスカム堰によれば、前記溶融金属プール部において前記溶融金属内に浸漬される溶融金属浸漬部の少なくとも前記冷却ロール側を向く面に溝部を有しているので、鋳造時に、この溝部に溶融金属及びスカムが侵入すると、溝部の側壁の先端部がスカムに接触する。溶融金属の流動に伴ってスカムが移動しようとする際に、溝部の側壁の先端部から集中的に応力が加わることで、スカムが容易に切断されることになる。よって、スカムが細かく切断された状態で冷却ロールに巻き込まれることになり、スカムの蓄積を抑制でき、粗大なスカムの巻き込みを抑制することが可能となる。
また、溝部によってスカム堰の断熱性が向上し、スカム堰の表面における地金の発生を抑制することが可能となる。

ここで、本発明のスカム堰においては、前記溝部の開口幅が７ｍｍ以下であることが好ましい。
この場合、溶融金属及びスカムは溝部の内部に完全には充填されずに、溝部の底部（特に角部）に空隙が形成され易くなるため、溶融金属の静圧が加わった状態で溝部の側壁の先端部に接触することなる。これにより、溝部の側壁の先端部からさらに集中的に応力が加わることで、スカムが容易に切断され易くなる。また、スカムがスカム堰から剥離しやすくなる。
また、溝部内に形成された空隙が断熱層となり、スカム堰への地金の付着をさらに抑制することが可能となる。

本発明の双ロール式連続鋳造装置は、回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に、注湯ノズルを介して溶融金属を供給し、前記冷却ロール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双ロール式連続鋳造装置であって、上述のスカム堰が、前記溶融金属プール部において前記冷却ロールと前記注湯ノズルとの間の空間に、前記溝部が前記冷却ロール側を向くように配置されていることを特徴としている。

この構成の双ロール式連続鋳造装置によれば、上述のスカム堰を備えているので、溝部によってスカムを切断することができ、切断されたスカムが冷却ロールに巻き込まれることになり、スカムの蓄積を抑制でき、粗大なスカムの巻き込みを抑制することが可能となる。
また、溝部によってスカム堰の断熱性が向上し、スカム堰の表面における地金の発生を抑制することが可能となる。

ここで、本発明の双ロール式連続鋳造装置においては、前記スカム堰を振動させる振動付与機構を備えていることが好ましい。
この場合、スカム堰に対して振動を付与することにより、溝部の側壁の先端部からの応力がさらに大きくなり、スカムが容易に切断されることになる。また、振動により、スカム堰からスカムを容易に剥離することができる。さらに、振動の周波数を調整することにより、切断後のスカムのサイズを調整することが可能となる。

さらに、本発明の双ロール式連続鋳造装置においては、前記振動付与機構は、前記冷却ロールに接触する回転体と、この回転体に接続された伝達部材と、を有し、前記冷却ロールの回転に伴って前記スカム堰に振動が付与される構造とされていることが好ましい。
この場合、前記冷却ロールの回転を利用してスカム堰に振動を付与することから、振動付与機構が比較的簡単な構成とすることができ、溶融金属から高温輻射熱を受ける使用環境でも、安定して使用することができる。

本発明の薄肉鋳片の製造方法は、回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に、注湯ノズルを介して溶融金属を供給し、前記冷却ロール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、上述のスカム堰を、前記溶融金属プール部において前記冷却ロールと前記注湯ノズルとの間の空間に、前記溝部が前記冷却ロール側を向くように配置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、上述のスカム堰を前記溶融金属プール部において前記冷却ロールと前記注湯ノズルとの間の空間に、前記溝部が前記冷却ロール側を向くように配置しているので、溝部によってスカムを切断することができ、切断されたスカムが冷却ロールに巻き込まれることになり、スカムの蓄積を抑制でき、粗大なスカムの巻き込みを抑制することが可能となる。
また、溝部によってスカム堰の断熱性が向上し、スカム堰の表面における地金の発生を抑制することが可能となる。

ここで、本発明の薄肉鋳片の製造方法においては、前記スカム堰を振動させることが好ましい。
この場合、スカム堰に対して振動を付与することにより、溝部の側壁の先端部からの応力がさらに大きくなり、スカムが容易に切断されることになる。また、振動により、スカム堰からスカムを容易に剥離することができる。さらに、振動の周波数を調整することにより、切断後のスカムのサイズを調整することが可能となる。

上述のように、本発明によれば、粗大なスカムの巻き込みを抑制することができ、さらに、スカム堰の表面における地金の発生を抑制でき、安定して高品質な鋳片を鋳造することが可能なスカム堰、このスカム堰を備えた双ロール式連続鋳造装置、及び、薄肉鋳片の製造方法を提供することができる。

スカム堰を配設した溶融金属プール部の上面説明図である。 本発明の実施形態である双ロール式連続鋳造装置の一例を示す説明図である。 図１に示す双ロール式連続鋳造装置の一部拡大説明図である。 図１に示す双ロール式連続鋳造装置の溶鋼プール部近傍の断面説明図である。 本発明の実施形態であるスカム堰の説明図である。（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。 スカム堰に形成された溝部及びスカムの拡大説明図である。 本発明の他の実施形態であるスカム堰の説明図である。 本発明の他の実施形態であるスカム堰の説明図である。

以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。以下の実施形態においては、鋳造する対象金属を鋼として説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

本実施形態では、溶融金属として溶鋼を用いており、鋼材からなる薄肉鋳片１を製造するものとされている。なお、鋼種としては、例えば０．００１〜０．０１％Ｃ極低炭鋼、０．０１〜０．１０％Ｃ低炭鋼、０．１０〜０．４％Ｃ中炭鋼、０．４〜１．２％Ｃ高炭鋼、ＳＵＳ３０４鋼に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０鋼に代表されるフェライト系ステンレス鋼、０．１〜６．５％Ｓｉ鋼等（なお、％は、質量％）が挙げられる。
また、本実施形態では、製造される薄肉鋳片１の幅が２００ｍｍ以上１８００ｍｍ以下の範囲内、厚さが０．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内とされている。

本実施形態である薄肉鋳片の製造方法に用いられる双ロール式連続鋳造装置１０について説明する。
図２に示す双ロール式連続鋳造装置１０は、一対の冷却ロール１１、１１と、薄肉鋳片１を支持するピンチロール１２，１２及び１３，１３と、一対の冷却ロール１１、１１の幅方向端部に配設されたサイド堰１５と、これら一対の冷却ロール１１、１１とサイド堰１５とによって画成された溶鋼プール部１６に供給される溶鋼３を保持するタンディッシュ１７と、このタンディッシュ１７から溶鋼プール部１６へと溶鋼３を供給する注湯ノズル１８と、を備えている。

ここで、図４に示すように、本実施形態である薄肉鋳片の製造装置１０においては、溶鋼プール部１６及び冷却ロール１１，１１の上方には、シールチャンバー２０が配設されており、シールチャンバー２０内が非酸化性雰囲気とされている。
また、溶鋼プール部１６には、溶鋼３が貯留されており、溶鋼面には、アルミナ皮膜等からなるスカムＸが形成されている。

このスカムＸが冷却ロール１１に巻き込むことを抑制するために、溶鋼プール部１６には、スカム堰３０が配設される。詳述すると、図３及び図４に示すように、スカム堰３０は、矩形平板状をなしており、注湯ノズル１８と冷却ロール１１、１１との間に配置され、その一部が溶鋼３内に浸漬されている。
なお、スカム堰３０は、図４に示すように、シールチャンバー２０のフレームに固定された支持アーム部２１によって支持され、溶鋼プール部１６に配置されている。なお、本実施形態では、支持アーム部２１は、シールチャンバー２０のフレームに揺動可能に接続されている。

図５に、本実施形態であるスカム堰３０の一例を示す。図５に示すスカム堰３０は、溶鋼３に浸漬される溶鋼浸漬部３０ａに、溝部３２を有している。
なお、溶鋼浸漬部３０ａとは、溶鋼プール部１６中の溶鋼３に浸漬される領域であり、定常部の湯面位置（目標湯面位置）を基準としたスカム堰３０の浸漬深さＤから規定すれば良い。ここで、浸漬深さＤは冷却ロールに向いた側のスカム面の浸漬方向の距離である。本実施形態では、スカム堰３０の浸漬深さＤは５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内が好ましい。５ｍｍ以上では、湯面変動で湯面が低下した際でもスカム堰が浸漬しないという懸念を小さくすることができ、一方、２０ｍｍ以下では、ノズル吐出流から受ける衝撃を小さくすることができるためである。なお、スカム堰３０の浸漬深さＤは１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内とすることがさらに好ましい。

ここで、スカム堰３０は、強度と耐熱性を有し、熱変形の少ない材料で構成されている。具体的には、アルミナ、ジルコニア等の酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物、黒鉛、および、これらの複合材料を用いることができる。例えば、アルミナグラファイト（ＡＧ）が入手しやすいため広く使用される。
また、スカム堰３０の厚さは、注湯ノズル１８からの溶鋼流動に対する強度を確保するために５ｍｍ以上とすることが好ましい。一方、軽量化の観点から、厚さの上限は２０ｍｍ以下とすることが好ましい。

溝部３２は、図５（ａ）に示すように、水平方向に延在（延びた状態で存在すること）するものでも良く、あるいは傾斜した方向に延在するものでも良い。但し、垂直方向に延在する溝では、スカムを切断できないため、本発明の対象外である。本実施形態では、水平方向に延在したものを有している。
また、本実施形態においては、図５（ｂ）に示すように、溝部３２は、延在方向に直交する断面形状が四角形状をなしている。

そして、本実施形態においては、振動付与機構４０によってスカム堰３０に振動が付与されるように構成されている。
この振動付与機構４０は、図４に示すように、冷却ロール１１に接触する回転体４１と、この回転体４１の軸部とスカム堰３０を支持する支持アーム部２１とを接続する伝達アーム部４２と、を備えている。
回転体４１の外周面には、径方向に凹凸を有しており、冷却ロール１１の回転に伴って回転体４１が回転することにより、回転体４１が振動し、この振動が伝達アーム部４２を介して支持アーム部２１に伝達され、スカム堰３０に振動が付与されるように構成されている。

次に、本実施形態であるスカム堰３０を備えた双ロール式連続鋳造装置１０による薄肉鋳片１の製造方法について説明する。

本実施形態である双ロール式連続鋳造装置１０においては、注湯ノズル１８を介して溶鋼プール部１６に溶鋼３が供給される。すると、溶鋼３が回転する冷却ロール１１，１１に接触して冷却されることにより、冷却ロール１１，１１の周面の上で凝固シェル５、５が成長し、一対の冷却ロール１１，１１にそれぞれ形成された凝固シェル５、５同士がロール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。

ここで、本実施形態においては、図２から図４に示すように、上述のスカム堰３０が、注湯ノズル１８と冷却ロール１１との間の溶鋼プール部１６内に配設される。このとき、スカム堰３０に形成された溝部３２が、溶鋼３に浸漬されるとともに、冷却ロール１１側を向くように配置される。
また、図４に示すように、スカム堰３０は、冷却ロール１１の回転軸と平行に延在するように配置される。これにより、スカム堰３０に形成された溝部３２は、冷却ロール１１の回転方向に対して交差する方向に延在するように配置されることになる。

鋳造時においては、スカム堰３０の溝部３２には、図６に示すように、スカムＸが侵入し、溝部３２の側壁の先端部ＹがスカムＸに接触する。そして、溶鋼３の流動に伴ってスカムＸが移動しようとする際に、溝部３２の側壁の先端部Ｙから集中的にスカムＸに応力が加わることで、スカムＸが切断されることになる。
また、図６に示すように、スカムＸが溝部３２の内部に完全には充填されずに、溝部３２の底部（特に底部の角部Ｚ）に空隙が形成される場合には、溶鋼３の静圧が加わった状態で溝部３２の側壁の先端部Ｙに接触することなる。このため、溝部３２の側壁の先端部Ｙからさらに集中的に応力が加わることで、スカムＸが容易に切断される。

さらに、振動付与機構４０によって、スカム堰３０に振動を付与することにより、溝部３２の側壁の先端部Ｙからの応力がさらに大きくなり、スカムＸが容易に切断されることになる。また、振動により、スカム堰３０からスカムＸを容易に剥離することができる。さらに、振動の周波数を調整することにより、切断後のスカムＸのサイズを小さくすることが可能となる。

そして、切断されたスカムＸが冷却ロール１１に巻き込まれることにより、スカムＸが冷却ロール１１とスカム堰３０との間の領域に蓄積されることが抑制され、粗大なスカムＸの巻き込みが抑制される。

ここで、上述のように溝部３２によってスカムＸを切断するために適した、溝部３２の開口幅Ｗ１、側壁の先端幅Ｗ２、溝部３２の深さｄ、溝部３２の位置、振動条件について、以下に説明する。

（溝部３２の開口幅Ｗ１）
スカム堰３０の溝部３２の開口幅Ｗ１を０．５ｍｍ以上とすることにより、溝部３２にスカムＸ及び溶鋼３が侵入しやすくなり、溝部３２の側壁の先端部ＹによってスカムＸを安定して切断し易くなる。
一方、溝部３２の開口幅Ｗ１を７ｍｍ以下とすることにより、溶鋼３が溝部３２の内部に完全に充填することを抑制し易くすることができ、溶鋼３の静圧によって溝部３２の側壁の先端部ＹからスカムＸへの応力が大きくなり、スカムＸを安定して切断し易くなる。
よって、本実施形態では、溝部３２の開口幅Ｗ１は、０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
なお、溝部３２の開口幅Ｗ１の上限は５ｍｍ以下であることがさらに好ましく、３ｍｍ以下であることがより好ましい。一方、溝部３２の開口幅Ｗ１の下限は１ｍｍ以上であることがさらに好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましい。

（溝部３２の側壁の先端幅Ｗ２）
スカム堰３０に複数の溝部３２が形成された場合において、図５に示すように、溝部３２と溝部３２との間の側壁の先端幅Ｗ２が規定されることになる。この側壁の先端幅Ｗ２には、特に制限はないが、溝部が複数の場合、先端幅Ｗ２により、スカム堰の浸漬深さＤに影響するため、３ｍｍ以下とすることが好ましい。

（溝部３２の深さｄ）
スカム堰３０の溝部３２の深さｄを０．５ｍｍ以上とすることにより、溶鋼３が溝部３２の内部に完全に充填することを抑制し易くできるので、溶鋼３の静圧によって溝部３２の側壁の先端部ＹからスカムＸへの応力が大きくなり、スカムＸを安定して切断し易くなる。
一方、スカム堰３０の溝部３２の深さｄの上限は、特に制限はないが、スカム堰３０の強度を確保するために、スカム堰３０の厚さの１／２以下とすることが好ましい。
なお、溝部３２深さｄの下限は１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがさらに好ましい。

（溝部３２の位置）
湯面に浮かぶスカムＸを切断することから、湯面位置にあることが必要である。溝部３２が１本でもスカムＸの切断効果は得られるが、複数あることが好ましい。操業では湯面変動するので、目標湯面位置を原点とした±１０ｍｍ（スカム面上の浸漬方向の距離）に複数本あることが好ましい。さらに、溶鋼３はスカム堰３０の浸漬部先端（下端）を潜って、湯面に向かって上昇するので、溶鋼浸漬部３０ａ全体に、溝部３２が形成されていることがさらに好ましい。

（振動条件）
スカム堰３０に対して振動を付与する際に、振動方向については特に規定しないが、上述の振動付与機構４０を用いた場合には、冷却ロール１１の軸線と平行に配置したスカム堰３０と冷却ロール１１間の距離が近接離間するように振動することになる。
また、振動数は、切断後のスカムＸの長さ（鋳造方向長さ）を１０ｍｍ以下とするために、鋳造速度Ｖｃ（ｍ／分）として、以下の式で算出される下限振動数ｆ_ｍｉｎ以上とすることが好ましい。なお、スカムの最大長さが１０ｍｍ以下としているのは、このサイズ以下であれば、表面割れがほとんど発生しないことを、本発明者が実験的に確認していることによる。
ｆ_ｍｉｎ（Ｈｚ）＝（１０００／６０／１０）×Ｖｃ
一方、振動数の上限（上限振動数ｆ_ｍａｘ）は、耐火物で構成されたスカム堰３０と機械の耐久性から５００Ｈｚ、好ましくは２００Ｈｚとすることが好ましい。
なお、振幅や振動数は、振動付与機構４０の回転体４１の外径や、回転体４１の外周面の凹凸高さを変えることで調整することができる。

以上のような構成の本実施形態においては、溶鋼プール部１６において溶鋼３内に浸漬される溶鋼浸漬部３０ａの冷却ロール１１側を向く面に溝部３２が形成されているので、溝部３２の内部に、冷却ロール１１とスカム堰３０との間の領域の湯面に浮上したスカムＸが侵入し、溝部３２の側壁の先端部ＹがスカムＸに接触する。そして、溶鋼３の流動に伴ってスカムＸが移動しようとする際に、溝３２部の側壁の先端部Ｙから集中的に応力が加わることで、スカムＸが容易に切断される。これにより、スカムＸが細かく切断された状態で巻き込まれることになり、冷却ロール１１とスカム堰３０との間の領域の湯面におけるスカムＸの蓄積を抑制でき、粗大なスカムＸの巻き込みを抑制することが可能となる。
また、溝部３２によってスカム堰３０の断熱性が向上し、スカム堰３０の表面における地金の発生を抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、溝部３２の開口幅Ｗ１を７ｍｍ以下とすることにより、溶鋼３及びスカムＸが溝部３２の内部に完全には充填されずに、溝部３２の底部（特に底部の角部Ｚ）に空隙が形成され易くなるため、溶鋼３の静圧により溝部３２の側壁の先端部ＹからスカムＸに対してさらに集中的に応力が加わることで、スカムＸが容易に切断され易くなる。また、スカムＸがスカム堰３０から剥離しやすくなる。
また、溝部３２内に形成された空隙が断熱層となり、スカム堰３０への地金の付着をさらに抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態において、スカム堰３０を振動させる振動付与機構４０によってスカム堰３０を振動させた場合には、溝部３２の側壁の先端部Ｙからの応力がさらに大きくなり、スカムＸをさらに容易に切断することができる。また、振動により、スカム堰３０からスカムＸを容易に剥離することができる。さらに、振動の周波数を調整することにより、切断後のスカムＸのサイズを調整することが可能となる。

また、本実施形態において、振動付与機構４０が、冷却ロール１１に接触する回転体４１と、この回転体４１の軸部とスカム堰３０を支持する支持アーム部２１とを接続する伝達アーム部４２と、を備えた構造とされている場合には、冷却ロール１１の回転を利用してスカム堰３０に振動を付与することができ、振動付与機構４０を比較的簡単な構成とすることが可能となる。これにより、溶鋼３から高温輻射熱を受ける使用環境でも、安定して使用することができる。

以上、本発明の実施形態であるスカム堰、双ロール式連続鋳造装置及び薄肉鋳片の製造方法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、図２に示すように、ピンチロールを配設した双ロール式連続鋳造装置を例に挙げて説明したが、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、本実施形態では、溝部の延在方向に直交する断面形状が四角形状のものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば、図７（ａ）に示すように半円形状としていてもよいし、図７（ｂ）に示すように三角形状としてもよいし、図７（ｃ）に示すように台形状としてもよく、加工性等を考慮して適宜選択すればよい。ただし、スカムに接する角部を有する形状が好ましい。なお、溝部の断面を三角形状あるいは台形状とした場合には、側壁の先端幅Ｗ２を０とし、側壁の先端が鋭角となった構造とすることも可能となる。

さらに、本実施形態では、溝部が水平方向に延在するものを用いて説明したが、これに限定されることはなく、スカム堰のうち冷却ロールの対向面において冷却ロールの回転方向に対して交差する方向に延在していてもよい。なお、溝部の延在方向は水平方向に対して±４５°の範囲内とすることが好ましい。
また、本実施形態では、スカム堰の幅全体に延在する溝部を形成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、幅方向に分割された複数の溝部を有してもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく、実施した実験結果について説明する。

Ｃ；０．０６質量％、Ｓｉ；１．６質量％、Ｍｎ；２．２質量％、Ｐ；０．０１質量％、Ｓ；０．００５質量％、Ａｌ；０．０５６質量％を含有する炭素鋼からなる薄肉鋳片を、上述の実施形態に示す双ロール式連続鋳造装置を用いて製造した。以下に、薄肉鋳片の製造方法の共通の条件を示す。

冷却ロールの直径：１２００ｍｍ
鋳造幅：８００ｍｍ
鋳造厚み：平均２．０ｍｍ
鋳造速度：平均５０ｍ／ｍｉｎ
鋳造雰囲気：Ａｒ＋Ｎ_２
鋳造量：１０トン
湯面レベル弧角：４０ｄｅｇ
溶鋼と冷却ロールドラムの接触弧長：４１９ｍｍ
溶鋼プール部の溶鋼温度：１５２２〜１５４２℃（上記溶鋼の液相線温度１５０２℃なので、過熱度は２０〜４０℃）

スカム堰は、窒化ホウ素（ＢＮ）製とし、幅７００ｍｍ、厚み１５ｍｍ、浸漬深さ（湯面レベル４０ｄｅｇのとき）２０ｍｍ（スカム面上の距離）とした。
そして、スカム堰の表面に、表１に示すように、溝部を有しているものを用いた。
また、スカム堰に振動を付与する際は、実施形態で説明した振動付与機構を用いて、表２に示す条件で実施した。振動の振幅や振動数は、回転体の外周面の凹凸高さや回転体の外径を変えて調整した。

以上のような条件で薄肉鋳片の鋳造を実施し、以下の項目について評価した。評価結果を表２に示す。

（鋳片表面に巻き込んだスカムの最大サイズ）
定常部の酸洗前鋳片１ｍの表面と裏面を目視観察し、両面に巻き込んだスカムのうち、鋳造方向の長さが最大のものの長さを測定した。

（薄肉鋳片の表面しわ）
定常部の薄肉鋳片１ｍを酸洗した後、表面と裏面を目視で観察し、薄肉鋳片１ｍ^２あたりのしわの発生長さを測定した。

（薄肉鋳片の表面割れ）
鋳片１ｍを酸洗した後、その表面と裏面とを観察し、目視、および、８倍ルーペを用いて、長さ１ｍｍ以上の割れを調査し、１ｍ^２あたりの割れの個数を測定した。

（スカム堰に付着した地金厚み）
鋳造終了後のスカム堰表面の付着地金の有無を調べ、付着している場合は最も厚い部位の厚みを測定した。

表１及び表２に、実施例の条件と評価結果を示す。Ｎｏ．１〜２１が本発明例であり、Ｎｏ．５１〜５３が比較例である。本発明例のうち、Ｎｏ．１〜１６は振動を付与しない条件であり、Ｎｏ．１７〜２１は、振動を付与した条件である。比較例では振動を付与しなかった。

溝の配置面は、冷却ロール側とノズル側があり、片面あるいは両面に配置した。
溝の配置位置は、スカム堰の幅方向と浸漬方向で示した。幅方向の配置は全幅を基本としたが、Ｎｏ．１４、１５、１６の様に、幅方向に分割し、溝の条件を変更した場合も試験した。
浸漬方向の位置は、定常湯面レベル４０ｄｅｇのときの湯面を原点として、浸漬部位をマイナスの数値、湯面より上部の非浸漬部位をプラスの数値で示した。数値はスカム面上の距離である。
浸漬方向の配置範囲は、溝（凹）部の上端と下端の位置で示しており、溝が複数配置されている場合は、最下部の溝の下端から、最上部の溝の上端の位置で表示した。
溝の形状や寸法は、溝（凹）部の断面形状を四角、三角、半円と表記し、さらにスカム堰表面における溝の開口幅Ｗ１、側壁の先端幅Ｗ２、溝の深さｄ、溝の本数を示した。

比較例Ｎｏ．５１は、溝部を有しておらず、両面ともに平滑なスカム堰を用いた。スカム切断効果が小さいため、巻き込んだスカム最大サイズは２５ｍｍと粗大であり、それに伴う表面しわや表面割れが多かった。溝部による断熱効果が無く、付着地金の最大厚みは２ｍｍを超えた。

比較例Ｎｏ．５２は、湯面より上部の非浸漬部のみに溝部を有し、溶鋼浸漬部には溝部を有しない例である。定常の湯面レベルでは溝部が溶鋼に浸漬しないため、スカム切断効果が得られず、スカム最大サイズは粗大であり、表面しわや表面割れも多かった。溝部による断熱効果が無く、付着地金の最大厚みは２ｍｍを超えた。

比較例Ｎｏ．５３は、スカム堰のノズル面側にのみ溝部を形成し、冷却ロール側には溝部を形成していない例である。冷却ロールに巻き込まれるスカムを切断する効果はないため、巻き込んだスカム最大サイズや表面しわ、表面割れの改善効果はみられなかった。溝部による断熱効果のため、地金付着は無かった。

これに対して、本発明例Ｎｏ．１〜２１は、本発明の条件を満足しており、溝部の側壁の先端部によるスカム切断効果が十分であったため、巻き込んだスカム最大サイズは２０ｍｍ未満であり、表面しわや表面割れも比較例より低減できた。また、溝部による断熱効果により、比較例Ｎｏ．５１〜５２よりも地金付着厚みは低減できた。

詳細には、本発明例Ｎｏ．１は冷却ロール面側の溶鋼浸漬部に、１本の溝を有した例であり、本発明例Ｎｏ．２〜２１は、複数の溝を有する例であるが、巻き込んだスカム最大サイズは２０ｍｍ未満であり、表面しわや表面割れも比較例より低減できた。また、溝部による断熱効果により、比較例Ｎｏ．５１〜５２よりも地金付着厚みは１ｍｍ未満に低減でき、あるいは地金付着を無くすことができた。

さらに、振動を付与した本発明例Ｎｏ．１７〜２０では、より大きなスカム切断効果を得ることができ、その結果、表面しわを１５０ｍｍ／ｍ^２以下に、表面割れを１個／ｍ^２以下に低減できた。

以上の結果から、本発明によれば、粗大なスカムの巻き込みを抑制することができ、さらに、スカム堰の表面における地金の発生を抑制でき、安定して高品質な鋳片を鋳造することが可能なスカム堰、このスカム堰を備えた双ロール式連続鋳造装置、及び、薄肉鋳片の製造方法を提供可能であることが確認された。

１ 薄肉鋳片
３ 溶鋼
５ 凝固シェル
１１ 冷却ロール
１６ 溶鋼プール部（溶融金属プール部）
３０ スカム堰
３０ａ 溶鋼浸漬部（溶融金属浸漬部）
３２ 溝部
４０ 振動付与機構
４１ 回転体
４２ 伝達アーム部（伝達部材）

Claims (7)

1. 回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に、注湯ノズルを介して溶融金属を供給し、前記冷却ロール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双ロール式連続鋳造装置において、前記溶融金属プール部内の前記注湯ノズルと前記冷却ロールとの間に配設されるスカム堰であって、
   前記溶融金属プール部において前記溶融金属内に浸漬される溶融金属浸漬部の少なくとも前記冷却ロール側を向く面に、溝部を有していることを特徴とするスカム堰。
2. 前記溝部の開口幅が７ｍｍ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。
3. 回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に、注湯ノズルを介して溶融金属を供給し、前記冷却ロール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双ロール式連続鋳造装置であって、
   請求項１又は請求項２に記載のスカム堰が、前記溶融金属プール部において前記冷却ロールと前記注湯ノズルとの間の空間に、前記溝部が前記冷却ロール側を向くように配置されていることを特徴とする双ロール式連続鋳造装置。
4. 前記スカム堰を振動させる振動付与機構を備えていることを特徴とする請求項３に記載の双ロール式連続鋳造装置。
5. 前記振動付与機構は、前記冷却ロールに接触する回転体と、この回転体に接続された伝達部材と、を有し、前記冷却ロールの回転に伴って前記スカム堰に振動が付与される構造とされていることを特徴とする請求項４に記載の双ロール式連続鋳造装置。
6. 回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に、注湯ノズルを介して溶融金属を供給し、前記冷却ロール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、
   請求項１又は請求項２に記載のスカム堰を、前記溶融金属プール部において前記冷却ロールと前記注湯ノズルとの間の空間に、前記溝部が前記冷却ロール側を向くように配置することを特徴とする薄肉鋳片の製造方法。
7. 前記スカム堰を振動させることを特徴とする請求項６に記載の薄肉鋳片の製造方法。

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