JP4290522B2 - 薄帯鋳片および薄帯鋳片製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、単ドラム式、または双ドラム式の連続鋳造装置を用いてステンレス薄帯鋳片を低コストで且つ能率よく製造する方法および該方法により製造された薄帯鋳片に関するものである。

図４はステンレス薄帯鋳片を製造する双ドラム式連続鋳造装置を示す縦断面図であり、矢印方向に回転する一対の冷却ドラム１、１の両端面には一対のサイド堰２（手前側は図示しない）が押付けられて湯溜り部３が形成されており、湯溜り部３に供給された溶鋼ｍは冷却ドラムの周面で一対の凝固シェルｓ、ｓを形成し、一対の凝固シェルｓ、ｓはドラムキス点ｋｐで圧着されて薄帯鋳片ｔとなる。

このようにして製造される鋳片は板厚が一定であることが必要であり、板厚を一定にするためには、ドラムキス点ｋｐにおけるドラム間隙およびシェル厚が一定であることが必要である。しかしながら、ドラムキス点ｋｐにおけるシェル厚は湯溜り部の湯面レベルやドラム冷却能によって変化するため、ドラム間隙を一定にすると、シェル厚が所定値よりも薄い場合は、鋳片は溶鋼を挟んだ状態となってバルジングが発生し、シェル厚が所定値よりも厚い場合は、ドラム回転が困難になる。

そのため、通常は湯面レベルを一定に制御し、冷却ドラムを、その反力が一定となるように凝固シェルに弾力的に押付け、鋳片板厚が所定値となるようにドラム速度を制御している。しかしながら、シェル厚を一定にできないため、シェル厚が所定値よりも厚い場合は、ドラム速度が速くなって鋳造時間が短くなり、逆にシェル厚が所定値よりも薄い場合は、ドラム速度が遅くなって鋳造時間が長くなる。

鋳造時間が短くなると鋳造が早く終了するので、能率向上およびコスト削減のために、複数チャージを連続して行う連々鋳の場合は、精練が間に合わなくなる場合があり、この場合は鋳造を一旦中止しなければならない。鋳造を一旦中止すると、鋳造開始時に必要なドラム間隙へのスタート栓（ダミーシート）の挿着や注入ノズルおよびサイド堰の予熱などが再度必要となり、能率およびコスト面において大きな損害となる。一方、鋳造時間が長くなると能率が低下する他に、精錬終了後の待ち時間が長くなるため溶鋼温度が低下し、湯溜り部の溶鋼表面に皮張りが発生したり、サイド堰に地金が発生し、これらがシェルに巻き込まれて鋳片の表面品質を損なう。

シェル厚のバラツキを小さくする方法として、湯溜り部を２種類以上の不活性ガスを用いてシールするとともに、該シールガスの混合比またはガス温度を調整することにより、ドラム周面と凝固シェル間のガスギャップにおけるシールガスの熱伝導率を変化させ、溶鋼からドラムへの熱流束を調整する方法が、例えば特許文献１により知られているが、このような制御方法は制御応答性が悪いため期待する効果が得られない。

特開平７−２７６００４号公報

本発明は単ドラム式、または双ドラム式の連続鋳造装置を用いたステンレス薄帯鋳片の製造において、ドラム周面に形成される凝固シェルの厚みのバラツキを小さくすることにより、鋳造時間を安定させ連々鋳を安定して行うことを課題とする。

本発明は上記課題を解決するために、湯溜り部を溶鋼に可溶な窒素ガスを用いてシールするとともに溶鋼中の窒素濃度を高くし、ドラム周面と凝固シェル間のガスギャップにおける窒素ガスの溶鋼中への侵入を抑制することにより侵入量のバラツキを小さくし、該侵入量のバラツキを小さくすることによりガスギャップ量のバラツキを小さくし、該ガスギャップ量のバラツキを小さくすることによりシェル厚のバラツキを小さくするものであり、その要旨は次のとおりである。

（１）一対の冷却ドラム間に形成された湯溜り部にステンレス鋼の溶鋼を連続的に供給して薄帯鋳片を製造する連続鋳造方法において、前記冷却ドラムは、その周面に、平均表面粗さ８０μm以下の窪みが形成されており、前記湯溜り部を、濃度が８０％以上の窒素ガスによりシールするとともに、該湯溜り部内の溶鋼の窒素濃度を３５０ｐｐｍ以上とすることを特徴とする薄帯鋳片製造方法。
（２）前記湯溜り部内の溶鋼の窒素濃度を４２０ｐｐｍ以上とすることを特徴とする前記（１）記載の薄帯鋳片製造方法。
（３）前記溶鋼に窒素ガスの吹込み処理を行うことを特徴とする前記（１）または（２）記載の薄帯鋳片製造方法。

本発明によれば一本の冷却ドラム上、または一対の冷却ドラム間に形成された湯溜り部にステンレス鋼の溶鋼を連続的に供給して薄帯鋳片を製造する連続鋳造方法において、湯溜り部を窒素ガスによりシールするとともに、該湯溜り部内の溶鋼の窒素濃度を３５０ppm以上とすることにより、ガスギャップ量及びシェル厚の変動を防止することができる。これにより、鋳造速度の変動を防止して表面品質の良い鋳片を製造でき、また、連々鋳を安定して行うことができる。また、ガスギャップを一定にすることができるので、ドラム周面に窪みを設けた場合は、窪みに溶鋼を適度に入り込ませることで鋳片割れをより確実に防止することができる。

図１は本発明を実施するための双ドラム式連続鋳造装置を示す縦断面図であり、矢印方向に回転する一対の冷却ドラム１、１の両端面には一対のサイド堰２（手前側は図示しない）が押付けられて湯溜り部３が形成されており、湯溜り部３にはタンディッシュ４内のステンレス鋼の溶鋼ｍがノズル５を介して注入される。湯溜り部３の上方は溶鋼ｍの酸化を防止するためにシールチャンバー６が設けられ、該チャンバー内には溶鋼ｍに可溶な窒素ガスが８０％以上の濃度で充満されており、残りのガスはアルゴン等の非酸化性ガスである。湯溜り部３に供給された溶鋼ｍは冷却ドラム１、１の周面で一対の凝固シェルｓ、ｓを形成し、一対の凝固シェルｓ、ｓはドラムキス点ｋｐで圧着されて薄帯鋳片ｔとなる。

本発明により製造された薄帯鋳片は板厚が１〜７ｍｍ程度と薄いため、凝固シェルの形成状態により、その表面性状が著しく影響を受け、シェル厚の不均一などにより鋳片表面に割れなどの表面欠陥が生じることがある。このような問題を解決するために、通常は、冷却ドラム周面にショットブラスト、レーザー、フォトエッチなどにより、多数の窪みを設け、窪みによって冷却ドラムと凝固シェルとの間に断熱層となるガスギャップを形成し、冷却ドラムの抜熱量を小さくして溶鋼の緩慢な冷却を行うことで、シェル厚の均一化を図り鋳片割れを防止している。本発明はこの方法を採用することにより、前記ガスギャップを安定して形成し、シェル厚の均一化を安定して図り、鋳片割れを安定して防止することができる。

また、シールチャンバー６内に溶鋼に可溶な窒素ガスを供給することにより、ガスギャップに閉じ込められた窒素ガスが凝固シェルに溶け込むので、窪に溶鋼が適度に入り込んで鋳片表面に凸転写が形成され、凸転写の周縁から凝固を開始させ凝固シェル厚みを均一化することでシェル厚の均一化を図り、鋳片割れをより確実に防止することができる。

図２は、図１の装置を用いた鋳造中において、溶鋼ｍが冷却ドラム１に接触して凝固を開始した瞬間の状態を示しており、ガスギャップｇ内の窒素ガスは高温の溶鋼m及び凝固シェルｓにより加熱されて熱膨張し、溶鋼ｍはガスギャップｇ内の窒素ガスを吸収しながら凝固していく。その結果、凝固シェルｓには、ガスギャップｇ内ガスの熱膨張による浮き上げ方向ｕ１の力及び凝固収縮による浮き上げ方向ｕ２の力と溶鋼ｍの窒素ガス吸収による冷却ドラムへの押付け方向dの力が働くので、双方の力のバランスが壊れると凝固シェルｓと冷却ドラム１との接触状態が変化する。

接触状態が変化するとドラム冷却能が変化しシェル厚が変化する。すなわち、シェル浮き上げ方向ｕ１、ｕ２の力が優勢の場合は、凝固シェルｓは冷却ドラム１から剥がされる結果、ドラム〜シェル間の熱流束が小さくなり、ドラム冷却能は見かけ上、小さくなってシェル厚は薄くなる。一方、シェル押し付け方向dの力が優勢の場合は、シェルｓは冷却ドラム１に押付けられる結果、ドラム〜シェル間の熱流束が大きくなり、ドラム冷却能は見かけ上、大きくなってシェル厚は厚くなる。

ここで凝固収縮によるシェル浮き上げ方向ｕ２の力はほぼ一定と考えられるため、凝固シェルｓと冷却ドラム１との接触状態のバラツキ、つまり、シェル厚のバラツキに及ぼす影響は、ガスギャップｇ内ガスの熱膨張によるシェル浮き上げ方向ｕ１の力と、溶鋼ｍの窒素ガス吸収によるドラムへの押付け方向ｄの力のバラツキの寄与が大きい。溶鋼ｍの窒素ガス吸収によるドラムへの押付け方向ｄの力はガスギャップ内のガス量に依存し、また、ガス比熱を一定と考えれば、ガスギャップ内ガスの熱膨張によるシェル浮き上げ方向ｕ１の力もガスギャップ内のガス量に依存する。

ガスギャップ内のガス量は溶鋼中の窒素濃度に依存し、溶鋼中の窒素濃度が低い場合は、溶鋼の窒素ガス吸収能が高くなって溶鋼の窒素ガス吸収量が多くなるので、ガスギャップ内ガス量のバラツキも大きくなるが、溶鋼中の窒素濃度が高い場合は、溶鋼の窒素ガス吸収能が低くなって溶鋼の窒素ガス吸収量が少なくなるので、ガスギャップ内ガス量のバラツキも小さくなる。ガスギャップ内ガス量のバラツキが小さくなると、該ガスギャップ内ガス量に依存するガスギャップ内ガスの熱膨張によるシェル浮き上げ方向ｕ１の力及び溶鋼の窒素ガス吸収によるドラムへの押付け方向ｄの力の双方のバラツキも小さくなり、該ガスギャップ量のバラツキによって生じるシェル厚のバラツキを小さくすることができる。

図３は、図１に示す装置を用いてシールチャンバー内に窒素ガスを供給しチャンバー内の窒素ガス濃度を８０％以上にして、ドラム速度制御による板厚制御を実施し、ステンレス薄帯鋳片を製造した場合の、溶鋼中の窒素濃度とドラム〜シェル間の熱流束（冷却能）の計画値に対する変化率の関係を示している。熱流束は単位時間、単位面積当たりの抜熱量であり、変化率がプラス側であると冷却能が大きくなってシェル厚が厚目になり、変化率がマイナス側であると冷却能が小さくなってシェル厚が薄目になる。図において、溶鋼中窒素濃度が３５０ｐｐｍ未満であると熱流束の変化率（バラツキ）が大きいが、溶鋼中窒素濃度が３５０ｐｐｍ以上であると鋳造速度変化率が急激に減少しており、溶鋼中窒素濃度が４２０ｐｐｍ超であると、変化率は更に一段と減少している。

溶鋼中窒素濃度が３５０ｐｐｍ以上であると熱流束の変化率が±１０％以下となり、鋳造を中断することなく連々鋳を行うことができ、また、溶鋼冷却による地金発生の問題もない。そのため、溶鋼冷却による地金発生の問題がなく連々鋳を安定して行うためには、溶鋼中窒素濃度を３５０ｐｐｍ以上とすることが必要であり、地金発生の問題をより確実に防止して、かつ連々鋳をより安定して行うためには、溶鋼中窒素濃度を４００ｐｐｍ以上とすることが望ましい。この場合の熱流束変動は±７％以内となる。溶鋼中窒素濃度が１０００ｐｐｍを超えると材質が硬化する問題が発生するので溶鋼中窒素濃度の上限は１０００ｐｐｍ以下が望ましい。

溶鋼に窒素を添加する方法は、公知の方法を採用することができる。例えば、ＡＯＤ炉精錬の末期において二重管羽口の内管または外管から窒素ガスを吹き込むか、取鍋精錬においてアルゴンガスを吹き込むランスパイプや底吹きノズルを用いて窒素ガスを吹き込んでもよい。

シールチャンバー内に供給する窒素ガスは、市販のものを使用することができ、濃度については、窒素８０％以上が望ましい。窒素濃度が８０％未満だと溶鋼のガスギャップ内ガスの吸収効果が熱膨張により打ち消され、ガスギャップが大きくなってシェル厚が薄くなり、鋳造速度が遅くなる。また、ガスギャップが大きくなると、ドラム周面の窪に溶鋼が入り込まなくなり、鋳片表面に凸転写が形成されないため、凸転写の周縁から凝固を開始させることでシェル厚の均一化を図り、鋳片割れを防止することができない場合がある。

以上の説明では、一対の冷却ドラムを用いた装置例によって説明したが、本発明は一本の冷却ドラムを用いた単ドラム式や１本の冷却ドラムと１本のベルトを用いたドラム・ベルト式の連続鋳造装置にも適用することができる。本発明では窒素濃度を溶鋼および鋳片において規定したが、製品板における窒素濃度も溶鋼および鋳片と同じ値である。
[実施例]

図１に示した装置において、冷却ドラム周面にショットブラストにより平均表面粗さ８０μmの窪みを形成し、シールチャンバー内の窒素ガス濃度を９５％（残りＡｒ）として、厚み２．０mm、幅１３３０mmのＳＵＳ３０４ステンレス鋼の薄帯鋳片を製造した。
本発明例では、溶鋼の窒素濃度を３５０ｐｐｍ以上とした結果、鋳造時間が精練時間よりも僅かに長い結果となり、連々鋳の鍋待ち時間（次鍋到着〜次鍋鋳造開始が５ 〜１０分であったので、鋳造時間短縮による連々鋳の中断、及び溶鋼温度低下による鋳片表面欠陥の発生もなかった。
これに対して溶鋼の窒素濃度が２５６ｐｐｍであった比較例では、鋳造時間が所定時間よりも大幅に短くなり、精練が鋳造に間に合わない結果となり、連々鋳を中断する事態が発生した。

本発明を実施例するたの双ドラム式連続鋳造装置を示す縦断面図。 溶鋼とドラム周面との接触状態を説明する図。 溶鋼中窒素濃度と熱流束の計画値に対する変化率の関係を示す図。 双ドラム式連続鋳造法による薄帯鋳片の製造を説明する図。

符号の説明

１…冷却ドラム
２…サイド堰
３…湯溜り部
４…タンディッシュ
５…ノズル
６…シールチャンバー
ｍ…溶鋼
ｓ…凝固シェル
ｋｐ…ドラムキス点
ｔ…薄帯鋳片
ｇ…ガスギャップ
ｕ１…シェル凝固収縮によるシェル浮き上げ方向
ｕ２…ガス膨張によるシェル浮き上げ方向
ｄ…ガス吸収によるシェル押付け方向

Claims (3)

1. 一対の冷却ドラム間に形成された湯溜り部にステンレス鋼の溶鋼を連続的に供給して薄帯鋳片を製造する連続鋳造方法において、前記冷却ドラムは、その周面に、平均表面粗さ８０μm以下の窪みが形成されており、前記湯溜り部を、濃度が８０％以上の窒素ガスによりシールするとともに、該湯溜り部内の溶鋼の窒素濃度を３５０ｐｐｍ以上とすることを特徴とする薄帯鋳片製造方法。
2. 前記湯溜り部内の溶鋼の窒素濃度を４２０ｐｐｍ以上とすることを特徴とする請求項１記載の薄帯鋳片製造方法。
3. 前記溶鋼に窒素ガスの吹込み処理を行うことを特徴とする請求項１または２記載の薄帯鋳片製造方法。

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