JP7284403B2 - 双ロール式連続鋳造装置および双ロール式連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、双ロール式連続鋳造装置および双ロール式連続鋳造方法に関する。

双ロール式連続鋳造方法は、溶湯を直接薄板状の鋳片に鋳造する方法である。この鋳造方法に用いられる双ロール式連続鋳造装置においては、回転する一対の冷却ロール（双ロール）と、このロールの両端面に当接される一対のサイド堰によって形成される鋳型内に溶湯（例えば、溶鋼等の溶融金属）を供給し、鋳型内に所定の湯面レベルの溶融金属プールを形成する。この溶融金属プール内の溶湯を冷却ロールの表面との接触部分において冷却して凝固シェルを形成および成長させ、この凝固シェルを一対の冷却ロールの最接近部に形成されるロールギャップにおいて圧接および一体化することにより、帯状の鋳片が鋳造される。この場合、凝固シェルは、溶融金属が冷却ロールに接触した点から凝固を開始し、成長を続けてロールキス点で所定の厚さの凝固シェルとなり、このシェルを圧下して一定の厚さの鋳片となる。

双ロール式連続鋳造方法において、溶融金属を双ロールとサイド堰とにより形成される鋳型内に注入すると、冷却ロールの周面に結晶核が生成し、その一部が溶湯内の温度勾配に平行に成長する。その結果、凝固組織として柱状晶組織が形成される。この際、柱状晶組織の凝固シェルの表面に対する傾きを制御することが重要である。例えば、特許文献１には、柱状晶組織として凝固シェルの表面（すなわち、鋳造方向）に対して垂直に成長するのが好ましく、無方向性電磁鋼板の双ロール式連続鋳造方法において、板面に垂直な方向に〈１００〉方位が揃った柱状晶組織を有する鋳片を製造することにより、磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板が製造できることが開示されている。

ここで、柱状晶組織の傾きは、柱状晶先端における溶融金属の流速によって決まる。双ロール式連続鋳造方法では、ロール型の鋳型が回転するため、相対的に冷却ロールの表面に対する柱状晶先端での溶融金属の流動が発生し、柱状晶組織が凝固シェルの表面に対して傾斜する。これに対して、柱状晶組織の傾きを抑えるためには、鋳造速度を遅くすることで、冷却ロールに対する柱状晶先端での溶融金属の流動を抑制する、すなわち、冷却ロールに対する溶融金属の相対速度を低下させると良いと考えられる。

また、柱状晶組織の傾きを制御する方法として、例えば、特許文献２では、溶鋼と冷却ロールの接触を制御することで凝固シェルの成長を制御し、併せてロール回転速度を変えることで柱状晶組織の傾き角度を制御することが開示されている。

特願昭６１－８４０９１号 特開平５－２７７６５７号公報

しかしながら、柱状晶組織の傾きを抑えるために鋳造速度を遅くすると、生産性が低下するとともに、凝固シェルの成長が進むため、鋳造される帯状の鋳片の板厚が増加する。そのため、所望の鋳片の板厚が得られない場合がある。

また、特許文献２の方法では、柱状晶組織の傾きを垂直、すなわち、鋳造方向に平行に近づけるほど鋳造速度が遅くなり、上記と同様に、生産性が低下するとともに、鋳造される帯状の鋳片の板厚が増加する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、双ロール式連続鋳造装置およびこの装置を用いた双ロール式連続鋳造方法において、凝固シェルの柱状晶組織の傾きを抑制することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、互いに反対方向に回転する一対の冷却ロールと、前記冷却ロールの長さ方向における両端面に摺接する一対のサイド堰と、一対の前記冷却ロールと一対の前記サイド堰とにより形成される溶融金属プール内に溶融金属を供給する鋳造ノズルと、を備え、前記溶融金属プール内の溶融金属から帯状の鋳片を鋳造する双ロール式連続鋳造装置であって、前記鋳造ノズルは、その先端部に、下記式（１）の条件を満足するように前記溶融金属を吐出可能な吐出孔を有し、
０ ≦ （１－ｗ_１ｔ_１／２ｗ_２ｔ_２）Ｖ ≦ ３０ ・・・（１）
（ただし、ｗ１は鋳造幅、ｔ１は鋳造板厚、ｗ２は前記吐出孔の幅、ｔ２は前記吐出孔の厚み、Ｖは鋳造速度である。）
前記鋳造ノズルの前記溶融金属プールの湯面に対する浸漬角度θが下記式（２）を満足し、かつ、前記湯面と前記冷却ロールの表面との接触位置から前記鋳造ノズルの前記溶融金属への浸漬位置までの水平方向の距離Ｌが下記式（３）を満足するように、前記鋳造ノズルが設置されることを特徴としている。
θ ≧ ９０－φ ・・・（２）
Ｒ（ｃｏｓ（９０－θ）－ｃｏｓφ）－Ｒ（ｓｉｎφ－ｓｉｎ（９０－θ））／ｔａｎθ ≦ Ｌ ≦ １／２×Ｒ（１－ｃｏｓφ） ・・・（３）
（ただし、式（２）および（３）において、φは前記湯面の接触弧角であり、Ｒは前記冷却ロールの半径である。）

本発明に係る双ロール式連続鋳造装置によれば、柱状晶先端に冷却ロールの回転速度に近い流速を与え、柱状晶先端における溶融金属の冷却ロールの表面に対する相対速度を小さくすることにより、柱状晶組織を鋳造方向に対して垂直な方向に成長させることが可能となる。

別な観点による本発明は、互いに反対方向に回転する１対の冷却ロールと、前記冷却ロールの長さ方向における両端面に摺接する一対のサイド堰とにより形成した溶融金属プール内に、鋳造ノズルから供給された溶融金属を凝固させて帯状の鋳片を連続鋳造する双ロール式連続鋳造方法であって、前記鋳造ノズルは、下記式（１）の条件を満足するように前記溶融金属を吐出可能な吐出孔を有し、
０ ≦ （１－ｗ_１ｔ_１／２ｗ_２ｔ_２）Ｖ ≦ ３０ ・・・（１）
（ただし、ｗ１は鋳造幅、ｔ１は鋳造板厚、ｗ２は前記吐出孔の幅、ｔ２は前記吐出孔の厚み、Ｖは鋳造速度である。）
前記鋳造ノズルの前記溶融金属プールの湯面に対する浸漬角度θが下記式（２）を満足し、かつ、前記湯面と前記冷却ロールの表面との接触位置から前記鋳造ノズルの前記溶融金属への浸漬位置までの水平方向の距離Ｌが下記式（３）を満足するように、前記鋳造ノズルを設置して鋳造することを特徴としている。
θ ≧ ９０－φ ・・・（２）
Ｒ（ｃｏｓ（９０－θ）－ｃｏｓφ）－Ｒ（ｓｉｎφ－ｓｉｎ（９０－θ））／ｔａｎθ ≦ Ｌ ≦ １／２×Ｒ（１－ｃｏｓφ） ・・・（３）
（ただし、式（２）および（３）において、φは前記湯面の接触弧角であり、Ｒは前記冷却ロールの半径である。）

本発明に係る双ロール式連続鋳造方法によれば、柱状晶先端に冷却ロールの回転速度に近い流速を与え、柱状晶先端における溶融金属の冷却ロールの表面に対する相対速度を小さくすることにより、柱状晶組織を鋳造方向に対して垂直な方向に成長させることが可能となる。

本発明によれば、双ロール式連続鋳造装置およびこの装置を用いた双ロール式連続鋳造方法において、冷却ロールの表面に対する柱状晶先端での溶融金属の相対速度を低下させることで、凝固シェルの柱状晶組織の傾きを抑制することができる。

柱状晶先端における溶融金属の冷却ロールに対する相対速度と、柱状晶組織の凝固シェルの表面に対する傾角との関係の一例を示すグラフである。 双ロール式連続鋳造における鋳造速度と鋳造板厚との関係の一例を示すグラフである。 本発明の好適な実施形態に係る双ロール式連続鋳造装置の構成の一例を概略的に示す斜視図である。 図３の双ロール式連続鋳造装置の構成を示す溶融金属プールの湯面側から見た平面図である。 図３の双ロール式連続鋳造装置の構成を示す正面図である。 鋳造ノズルを湯面に対して垂直に設置した場合の溶融金属の流れを示す説明図である。 本発明の好適な実施形態に係る鋳造ノズルの設置方法を示す説明図である。 本実施形態に係る双ロール式連続鋳造装置における溶融金属の流れを示す説明図である。 本実施形態に係る鋳造ノズルの設置位置を示す説明図である。 式（１）における各寸法を模式的に示す説明図である。 本発明の好適な実施形態に係る双ロール式連続鋳造方法における鋳造速度と、冷却ロールに対する溶融金属の相対速度との関係の一例を示すグラフである。 本発明の好適な実施形態に係る双ロール式連続鋳造方法における鋳造板厚と鋳造速度との関係の一例を示すグラフである 実施例における接触弧角と湯面の寸法との関係を示す説明図である。 実施例における柱状晶組織の傾角の定義を模式的に示す説明図である。 実施例１における鋳造ノズルの設置例を模式的に示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（柱状晶組織が傾斜する原因の検討）
初めに、双ロール式連続鋳造方法において柱状晶組織が凝固シェルの表面に対して傾斜する原因について、本発明者らが検討した結果を説明する。

上述したように、柱状晶組織の傾きは、柱状晶先端における溶融金属の流速によって決まる。図１に、柱状晶先端における溶融金属の冷却ロールに対する相対速度（ｍｐｍ：ｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）と、鋳造方向に垂直な方向に対する柱状晶組織の傾角（°）との関係の一例を示し、図２に、双ロール式連続鋳造における鋳造速度（ｍｐｍ）と鋳造板厚（ｍｍ）との関係の一例を示す。図２には、定常操業時（溶融金属プールの湯面レベルが一定の状態での鋳造時）における接触弧角が６０°である場合であって、冷却ロールのロール径がφ６００ｍｍ、φ８００ｍｍ、φ１０００ｍｍ、φ１２００ｍｍの場合の例を示している。

双ロール式連続鋳造方法では、ロール型の鋳型が回転するため、相対的に冷却ロールの表面に対する柱状晶先端での溶融金属の流動が発生し、柱状晶組織が凝固シェルの表面に対して傾斜する。図１に示すように、相対速度が増加するほど柱状晶組織の傾角も大きくなることから、柱状晶組織の傾きを抑えるためには、鋳造速度を低下させると良いと考えられる。ただし、図２に示すように、鋳造速度が低下すると、鋳造板厚が増加する。双ロール式連続鋳造方法により製造される薄板状の鋳片の厚みは、通常、１．０ｍｍ～２．５ｍｍであることから、鋳造速度を過度に低下させることはできない。

ここで、柱状晶組織の傾角は、鋳片の材質にもよるが、通常、１５°以下であることが好ましい。図１から、柱状晶組織の傾角を１５°以下に抑えるためには、溶融金属の冷却ロールに対する相対速度を３０ｍｐｍ以下とする必要がある。鋳造速度が溶融金属の冷却ロールに対する相対速度に等しいと仮定すると、柱状晶組織の傾角を１５°以下に抑えるためには、鋳造速度を３０ｍｐｍ以下とする必要がある。

しかし、図２のハッチング部に示したように、一般に用いられる鋳造ノズルを使用した場合、ロール径がφ６００ｍｍ～φ１２００ｍｍのいずれの冷却ロールを用いたとしても、鋳造板厚を１．０ｍｍ～２．５ｍｍとし、かつ、鋳造速度を３０ｍｐｍ以下とすることはできない。

そこで、本発明者らが鋭意検討したところ、柱状晶先端に冷却ロールの回転速度に近い流速を与え、柱状晶先端における溶融金属の冷却ロールの表面に対する相対速度を小さくする（好ましくは、ゼロに近くする）ことにより、柱状晶組織を鋳造方向に対して垂直な方向に成長させることができることを見出した。また、柱状晶先端における溶融金属に冷却ロールの回転速度に近い流速を与えるためには、溶融金属を鋳造ノズルから冷却ロールの接線方向に吐出させると良いことも見出した。

以下、上述した知見に基づいて成された本発明の好適な実施形態に係る双ロール式連続鋳造装置およびこの装置を用いた双ロール式連続鋳造方法を詳述する。

（双ロール式連続鋳造装置の構成）
まず、図３～図１０を参照しながら、本実施形態に係る双ロール式連続鋳造装置の構成について説明する。図３は、本実施形態に係る双ロール式連続鋳造装置の構成の一例を概略的に示す斜視図である。図４は、図３の双ロール式連続鋳造装置の構成を示す溶融金属プールの湯面側から見た平面図であり、図５は、図３の双ロール式連続鋳造装置の構成を示す正面図である。図６は、鋳造ノズルを湯面に対して垂直に設置した場合の溶融金属の流れを示す説明図である。図７は、本実施形態に係る鋳造ノズルの設置方法を示す説明図である。図８は、本実施形態に係る双ロール式連続鋳造装置における溶融金属の流れを示す説明図である。図９は、本実施形態に係る鋳造ノズルの設置位置を示す説明図である。図１０は、式（１）における各寸法を模式的に示す説明図である。

図３～図５に示すように、本実施形態に係る双ロール式連続鋳造装置１は、一対の冷却ロール１１（１１ａ、１１ｂ）と、一対のサイド堰１２（１２ａ、１２ｂ）と、鋳造ノズル１４と、を主に備え、これら一対の冷却ロール１１と一対のサイド堰１２とにより形成された溶融金属プール１３内の溶湯から帯状の鋳片（金属ストリップ）Ｓを鋳造する。

一対の冷却ロール１１ａ、１１ｂは互いに反対方向に（冷却ロール１１ａ、１１ｂのそれぞれが溶融金属プール１３に向かうように）回転し、双ロール式連続鋳造装置１は、レードルまたはタンディッシュ等から供給されて鋳造ノズル１４から溶融金属プール１３に注入された溶融金属を連続鋳造する。双ロール式連続鋳造装置１においては、回転する一対の冷却ロール１１間に溶融金属が注入され、各冷却ロール１１ａ、１１ｂの表面からの抜熱により、各冷却ロール１１ａ、１１ｂの表面に凝固シェルが形成される。２枚の凝固シェルは、一対の冷却ロール１１ａ、１１ｂ間のギャップＧにおける間隔が最も小さい点（ロールキス点）で圧着され、１枚の帯状の鋳片（ストリップ）Ｓになる。

冷却ロール１１は、溶湯との接触による加熱に伴う熱変形が少ないこと、加熱・冷却の繰り返しで疲労破壊しないこと、溶融金属を凝固させるための熱的条件が安定していることが要求される。こうした条件を満足させるために、冷却ロール１１は、例えば、ステンレス鋼－銅合金－ニッケルめっきの３層構造とし、内部に冷却水路を設けることが好ましい。

また、鋳造ノズル１４は、溶湯と接触することから、使用に耐え得る十分な強度、耐熱性等を有する耐火物で構成されていることが好ましい。この耐火物の材質としては、ＣａＯ・ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｉＣ、Ｃ（グラファイト）、ＢＮ等の単成分から作製された耐火物であってもよく、あるいは、上記の成分の複合成分から作製された耐火物であってもよい。

ここで、図６に示すように、双ロール式連続鋳造装置における一般的な鋳造ノズル１６は、一対の冷却ロール１１間の中央に配置される。この場合、鋳造ノズル１６から吐出された溶融金属は、図６の矢印Ｆ１に示すように、一対の冷却ロール１１間の中央を鋳造方向に向かって下降した後、反転して冷却ロール１１の表面付近（表層）を、冷却ロール１１の回転方向Ｒ１と逆方向に向かって駆け上がるように流動する。すなわち、冷却ロール１１の回転方向Ｒ１に対して逆方向の溶融金属の流動が生じ、溶融金属の冷却ロール１１の表面に対する相対速度が大きくなり、柱状晶組織が凝固シェルの表面に対して傾斜する。

これに対して、本実施形態では、図７に示すように、鋳造ノズル１４の溶融金属プール１３の湯面Ｍに対する浸漬角度θが下記式（２）を満足し、かつ、湯面Ｍと冷却ロール１１の表面との接触位置Ｔから鋳造ノズル１４の溶融金属への浸漬位置Ｄまでの水平方向（湯面Ｍの幅方向）の距離Ｌが下記式（３）を満足するように、鋳造ノズル１４が設置される。
θ ≧ ９０－φ ・・・（２）
Ｒ（ｃｏｓ（９０－θ）－ｃｏｓφ）－Ｒ（ｓｉｎφ－ｓｉｎ（９０－θ））／ｔａｎθ ≦ Ｌ ≦ １／２×Ｒ（１－ｃｏｓφ） ・・・（３）

ただし、式（２）および（３）において、φは湯面Ｍの接触弧角であり、Ｒは冷却ロール１１の半径である。

ここで、溶融金属の吐出方向は、溶融金属プール１３内で、冷却ロールの接線方向を向くと良く、図７に示すように、接触弧角φは、φ ≧ ９０－θを満足することから、式（２）が導出される。

また、式（３）における距離Ｌの下限は、以下のようにして導出される。柱状晶組織を鋳造方向に対する傾角を小さくする（望ましくは、鋳造方向に対してほぼ垂直な方向に成長させる）ためには、冷却ロール１１の回転方向Ｒ１に対して逆方向の溶融金属の流動を抑制し、溶融金属の冷却ロール１１の表面に対する相対速度を小さくすることが重要である。これを実現するためには、以下の条件（Ａ）および（Ｂ）を同時に満たすように、鋳造ノズル１４を設置することが必要となる。
（Ａ）鋳造ノズル１４からの溶融金属の吐出方向が、溶融金属プール１３内で、冷却ロール１１との接線方向を向くようにする。
（Ｂ）鋳造ノズル１４から吐出された溶融金属が、直接冷却ロール１１に衝突しないような吐出角度とする。言い換えると、鋳造ノズル１４の冷却ロール１１側の面の延長線（鋳造ノズル１４から吐出された溶融金属の流動方向）が冷却ロール１１と接触しないようにする。

上記条件（Ａ）および（Ｂ）を満足することにより、図８の矢印Ｆ２に示すように、冷却ロール１１の表面付近（表層）では、冷却ロール１１の回転方向と柱状晶先端での溶融金属の流動方向とが一致することから、冷却ロール１１とその表層を流動する溶融金属との相対速度が低下し、柱状晶組織の傾きを抑制することができる。なお、溶融金属プール１３内では必ず溶融金属の上昇流が発生することから、図８に示すように、冷却ロール１１の表層を通過した溶融金属は、一対の冷却ロール１１間の中央付近で上昇するように流動する。

上述した条件（Ａ）および（Ｂ）を満足する距離Ｌの下限は、鋳造ノズル１４の冷却ロール１１側の面の延長線が冷却ロール１１の表面と接するときの浸漬位置Ｄと接触位置Ｔとの距離Ｌ_ｍｉｎとなる。鋳造ノズル１４から吐出された溶融金属が冷却ロール１１の表面と接する接点Ｃと接触位置Ｔとの鉛直方向の距離をｋ、接点Ｃと浸漬位置Ｄとの水平方向の距離をｍとすると、距離Ｌ_ｍｉｎは以下の式（３－１）で表される。
Ｌ_ｍｉｎ ＝ Ｒ｛ｃｏｓ（９０－θ）－ｃｏｓφ｝－ｍ ・・・（３－１）

また、距離ｋは、以下の式（３－２）または（３－３）で表される。
ｋ ＝ Ｒ｛ｓｉｎφ－ｓｉｎ（９０－θ）｝ ・・・（３－２）
ｋ ＝ ｍ×ｔａｎθ ・・・（３－３）

式（３－２）および（３－３）より、距離ｍは、以下の式（３－４）で表される。
ｍ ＝ Ｒ｛ｓｉｎφ－ｓｉｎ（９０－θ）｝／ｔａｎθ ・・・（３－４）

式（３－４）を式（３－１）に代入すると、距離Ｌ_ｍｉｎは、以下の式（３－５）で表される。
Ｌ_ｍｉｎ ＝ Ｒ（ｃｏｓ（９０－θ）－ｃｏｓφ）－Ｒ（ｓｉｎφ－ｓｉｎ（９０－θ））／ｔａｎθ ・・・（３－５）

距離Ｌが下限値Ｌ_ｍｉｎ未満であると、鋳造ノズル１４から吐出された溶融金属流が冷却ロール１１の表面に形成された凝固シェルを再溶解するため、鋳造ができなくなる恐れがある。

次に、式（３）における距離Ｌの上限は、以下のようにして導出される。上述したように、溶融金属プール１３内では必ず溶融金属の上昇流が発生する。このとき、鋳造ノズル１４から吐出した溶融金属の流れと冷却ロール１１とが離れすぎていると、上記条件（Ａ）および（Ｂ）を満足したとしても、冷却ロール１１の表層と鋳造ノズル１４との間で上昇流が発生してしまい、柱状晶先端での溶融金属の冷却ロール１１に対する相対速度が増加し、柱状晶組織の傾きを抑制する効果を得ることができない。

そこで、冷却ロール１１の表層と鋳造ノズル１４との間で上昇流が発生しないようにするための条件として、本発明者らが検討したところ、図９に示すように、鋳造ノズル１４の浸漬位置Ｄは、溶融金属プール１３の湯面Ｍの幅方向において、湯面Ｍと冷却ロール１１の表面との接触位置Ｔから湯面の幅の１／４の長さまでの範囲内であることを必要であることがわかった。

したがって、一対の冷却ロール１１間のギャップＧがゼロであると仮定すると、距離Ｌの上限は、鋳造ノズル１４の浸漬位置Ｄが、溶融金属プール１３の湯面Ｍの幅方向において、湯面Ｍと冷却ロール１１の表面との接触位置Ｔから湯面Ｍの幅の１／４の長さとなるときの浸漬位置Ｄと接触位置Ｔとの距離Ｌ_ｍａｘとなる。この距離Ｌ_ｍａｘは、以下の式（３－６）で表される。
Ｌ_ｍａｘ ＝ １／２×Ｒ（１－ｃｏｓφ） ・・・（３－６）

以上説明したように、上記式（３－５）および（３－６）から、式（３）が導出される。

距離Ｌが上限値Ｌ_ｍａｘ超であると、すなわち、湯面Ｍの幅の１／４の長さを超える範囲に鋳造ノズル１４を浸漬させると、たとえ上記条件（Ａ）および（Ｂ）を満足したとしても、鋳造ノズル１４から吐出した溶融金属の流れと冷却ロール１１とが離れすぎてしまい、柱状晶組織の傾きを抑制する効果は得られない。

また、本実施形態に係る双ロール式鋳造装置１に設けられる鋳造ノズル１４は、その先端部に、下記式（１）の条件を満足するように溶融金属を吐出可能な吐出孔１４ａを有する。
０ ≦ （１－ｗ_１ｔ_１／２ｗ_２ｔ_２）Ｖ ≦ ３０ ・・・（１）

ただし、ｗ１は鋳造幅であり、ｔ１は鋳造板厚であり、ｗ２は吐出孔の幅であり、ｔ２は吐出孔の厚みであり、Ｖは鋳造速度である。

式（１）は、以下のようにして導出される。柱状晶組織の鋳造方向に垂直な方向に対する柱状晶組織の傾角（°）は、鋳造直後で１５°以下に抑えることが好ましく、そのためには、図１から、溶融金属の冷却ロール１１に対する相対速度を３０ｍｐｍ以下とする必要がある。図１０に示すように、鋳造速度をＶ（ｍｐｍ）、鋳造板厚をｔ_１（ｍｍ）、鋳造幅をｗ_１（ｍｍ）、吐出孔１４ａの厚みをｔ_２、（ｍｍ）、吐出孔１４ａの幅をｗ_２（ｍｍ）とすると、溶融金属プール１３への溶融金属の供給量（鋳造ノズル１４からの吐出量）と、溶融金属プール１３からの溶融金属のロールキス点Ｋでの排出量とが等しくなる（すなわち、湯面Ｍのレベルが一定となる定常操業となる）とき、鋳造ノズル１４の吐出孔１４ａから吐出される溶融金属の流速ｖは、以下のように求められる。

溶融金属プール１３への溶融金属の供給量（インプット量）は、ｗ_２ｔ_２ｖとなる。また、溶融金属プール１３からの溶融金属のロールキス点Ｋでの排出量（アウトプット量）は、１個の冷却ロール１１当たりｗ_１ｔ_１Ｖとなり、一対の冷却ロール１１は２個の冷却ロール１１ａ、１１ｂからなることから、２ｗ_１ｔ_１Ｖとなる。ここで、定常操業時にはインプット量とアウトプット量が等しくなることから、以下の式（１－１）が成立する。
ｗ_２ｔ_２ｖ ＝ ２ｗ_１ｔ_１Ｖ ・・・（１－１）

よって、定常操業時における吐出孔１４ａから吐出される溶融金属の流速ｖは、以下の式（１－２）で表される。
ｖ ＝ （ｗ_１ｔ_１／２ｗ_２ｔ_２）Ｖ ・・・（１－２）

ここで、溶融金属の冷却ロール１１に対する相対速度はＶ－ｖで与えられる。柱状晶組織の傾角を１５°以下とするためには、上記相対速度が３０ｍｐｍ以下（０ｍｐｍ以上）である、すなわち、以下の式（１）を満足することが必要となる。
０ ≦ （１－ｗ_１ｔ_１／２ｗ_２ｔ_２）Ｖ ≦ ３０ ・・・（１）

以上説明した本実施形態に係る双ロール式連続鋳造装置１によれば、鋳造後の柱状晶組織の鋳造方向に垂直な方向に対する傾角を１５°以下とすることができる。

（双ロール式連続鋳造方法の流れ）
次に、上述した構成を有する本実施形態に係る双ロール式連続鋳造装置１を運転することにより実施される本実施形態に係る双ロール式連続鋳造方法の流れについて説明する。

本実施形態に係る双ロール式連続鋳造方法では、まず、レードルまたはタンディッシュ（いずれも図示せず。）等から、鋳造ノズル１４を用いて、冷却ロール１１とサイド堰１２とにより形成された溶融金属プール１３に溶融金属の供給を開始する。溶融金属プール１３に供給された溶融金属が回転する冷却ロール１１の表面と接触することにより、各冷却ロール１１ａ、１１ｂの表面からの抜熱に伴い、各冷却ロール１１ａ、１１ｂの表面に凝固シェルが形成される。双ロール式連続鋳造装置１は、各冷却ロール１１の表面に形成された２枚の凝固シェルを、一対の冷却ロール１１ａ、１１ｂ間のギャップＧにおける間隔が最も小さい点（ロールキス点Ｋ）で圧接および一体化することにより、帯状の薄板鋳片Ｓを連続鋳造する。

ここで、本実施形態に係る双ロール式連続鋳造方法では、鋳造ノズル１４から溶融金属プール１３へ溶融金属を供給する際、上述した式（１）を満足するように溶融金属を吐出可能な吐出孔１４ａを有する鋳造ノズル１４を、式（２）と式（３）を同時に満足するように設置して鋳造する。これにより、柱状晶先端に冷却ロールの回転速度に近い流速を与え、柱状晶先端における溶融金属の冷却ロールの表面に対する相対速度を小さくする（好ましくは、ゼロに近くする）ことができる。その結果、柱状晶組織を鋳造方向に対してほぼ垂直な方向に成長させることができる。

次に、図１１および図１２を参照しながら、本実施形態に係る双ロール式連続鋳造方法の操業例について説明する。図１１は、吐出孔１４ａの幅ｗ_２を４００ｍｍ、吐出孔１４ａの厚みｔ_２を５ｍｍとしたときの鋳造速度Ｖ（ｍｐｍ）と、冷却ロール１１に対する溶融金属の相対速度（ｍｐｍ）との関係を示すグラフである。図１２は、吐出孔１４ａの幅ｗ_２を４００ｍｍ、吐出孔１４ａの厚みｔ_２を５ｍｍとしたときの鋳造板厚ｔ_１（ｍｍ）と鋳造速度Ｖ（ｍｐｍ）との関係を示すグラフである。なお、図１２のハッチングは、本実施形態に係る双ロール式連続鋳造方法において、鋳造板厚ｔ_１を１．５ｍｍ～２．５ｍｍとし、かつ、柱状晶組織の傾角を１５°以下に抑えるために必要な鋳造速度Ｖ（ｍｐｍ）を示している。

図１１に示すように、例えば、鋳造板厚ｔ_１が２．５ｍｍの薄板鋳片Ｓを製造する場合、相対速度を３０ｍｐｍに抑えたまま鋳造速度を６０ｍｐｍまで増速することができることがわかる。また、図１２に示すように、例えば、φ１２００ｍｍの冷却ロール１１を用い、柱状晶組織の傾角を１５°以下に抑えたまま鋳造板厚ｔ_１が２．５ｍｍの薄板鋳片Ｓを製造することができることがわかる。

以上説明した本実施形態に係る双ロール式連続鋳造方法によれば、鋳造後の柱状晶組織の鋳造方向に垂直な方向に対する傾角を１５°以下とすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上述した本発明の好適な実施形態の効果を確認するため、以下のように双ロール式連続鋳造の操業試験を行った。具体的には、鋳造ノズルのサイズおよび設置位置を種々変更し、鋳片の柱状晶組織の傾きを調査した。なお、鋳造ノズルには、Ａｌ_２Ｏ_３とＣとを含む複合成分（Ａｌ_２０_３＋Ｃ系成分）で作製した耐火物を用いた。鋳造ノズルの先端の吐出孔が、溶融金属プールの湯面から深さ２０ｍｍとなるように鋳造ノズルを浸漬させ、以下の表１に示す位置に鋳造ノズルの先端が位置するように、鋳造ノズルを設置した。なお、接触弧角が４０°、５０°、６０°のときの湯面の寸法を図１３に示した。

鋳造する鋼種は、アルミ脱酸鋼（Ｃ：０．００１質量％、Ｓｉ：０．０１質量％、Ｍｎ：０．１５質量％、Ｐ：０．００８質量％、Ｓ：０．００５質量％、Ａｌ：０．０３質量％、残部はＦｅ及び不可避的不純物である。）とした。

また、鋳造条件としては、タンディッシュ容量を５ｔ、冷却ロールの直径を１２００ｍｍ、鋳造幅を８００ｍｍ、鋳造雰囲気をＡｒ雰囲気、鋳造板厚を２．５ｍｍ、鋳造幅を８００ｍｍ、単位時間当たりの鋳造量を１．１ｔ／分とした。なお、鋳造板厚が２．５ｍｍとなるように、湯面の接触弧角および溶融金属の流速で制御した。接触弧角は、鋳造時にカメラで湯面を監視し、湯面画像から判断した。

鋳造後、鋳造方向の１／２幅の部分で鋳片を切断した後に腐食させ、柱状晶組織の傾角を測定した。柱状晶組織の傾角θｓ（°）は、図１４のように定義し、１／４幅の部分で２０箇所の柱状晶組織の傾角θｓを測定し、平均化した値を柱状晶傾角として表１に示した。また、図１５に、実施例１における鋳造ノズルの設置例を示す。また、本実施例の評価（合否判定）としては、柱状晶組織の傾角θｓが１５°以下の場合を○、１５°を超える場合を×とした。

表１に示すように、上述した式（１）、（２）および（３）をすべて満足する実施例１～８では、いずれも柱状晶組織の傾角θｓが１５°以下となり、柱状晶組織の傾きを抑制する効果が得られていた。

一方、従来のように鋳造ノズルの浸漬角度を９０°（垂直）に設置し、かつ、湯面と冷却ロールの表面との接触位置から鋳造ノズルの浸漬位置までの距離Ｌが式（３）の上限値を超える比較例１～４、溶融金属の相対速度が式（１）の上限値を超える比較例５～６、および、鋳造ノズルの浸漬角度θが式（２）の下限値未満である比較例７では、いずれも柱状晶組織の傾角θが１５°超となり、柱状晶組織の傾きを抑制する効果が得られなかった。また、距離が式（３）の下限値未満である比較例８では、冷却ロールの表面に形成された凝固シェルが鋳造ノズルから吐出された溶融金属によって再溶解したため、鋳造を停止した。

本発明は、溶融金属を直接薄板状の鋳片（ストリップ）に鋳造するストリップキャスティング技術に有用である。

１ 双ロール式連続鋳造装置
１１（１１ａ、１１ｂ） 冷却ロール
１２（１２ａ、１２ｂ） サイド堰
１３ 溶融金属プール
１４ 鋳造ノズル
１４ａ 吐出孔
Ｓ 帯状の鋳片（ストリップ）
Ｍ （溶融金属プールの）湯面
Ｔ 湯面の冷却ロールの表面との接触位置
Ｄ 鋳造ノズルの溶融金属への浸漬位置

Claims (2)

1. 互いに反対方向に回転する一対の冷却ロールと、前記冷却ロールの長さ方向における両端面に摺接する一対のサイド堰と、一対の前記冷却ロールと一対の前記サイド堰とにより形成される溶融金属プール内に溶融金属を供給する鋳造ノズルと、を備え、前記溶融金属プール内の溶融金属から帯状の鋳片を鋳造する双ロール式連続鋳造装置であって、
   前記鋳造ノズルは、その先端部に、下記式（１）の条件を満足するように前記溶融金属を吐出可能な吐出孔を有し、
   ０ ≦ （１－ｗ_１ｔ_１／２ｗ_２ｔ_２）Ｖ ≦ ３０ ・・・（１）
   （ただし、ｗ１［ｍｍ］は鋳造幅、ｔ１［ｍｍ］は鋳造板厚、ｗ２［ｍｍ］は前記吐出孔の幅、ｔ２［ｍｍ］は前記吐出孔の厚み、Ｖは鋳造速度［ｍｐｍ］である。）
   前記鋳造ノズルの前記溶融金属プールの湯面に対する浸漬角度θ［°］が下記式（２）を満足し、かつ、前記湯面と前記冷却ロールの表面との接触位置から前記鋳造ノズルの前記溶融金属への浸漬位置までの水平方向の距離Ｌ［ｍｍ］が下記式（３）を満足するように、前記鋳造ノズルが設置されることを特徴とする、双ロール式連続鋳造装置。
   θ ≧ ９０－φ ・・・（２）
   Ｒ（ｃｏｓ（９０－θ）－ｃｏｓφ）－Ｒ（ｓｉｎφ－ｓｉｎ（９０－θ））／ｔａｎθ ≦ Ｌ ≦ １／２×Ｒ（１－ｃｏｓφ） ・・・（３）
   （ただし、式（２）および（３）において、φ［°］は前記湯面の接触弧角であり、Ｒ［ｍｍ］は前記冷却ロールの半径である。）
2. 互いに反対方向に回転する１対の冷却ロールと、前記冷却ロールの長さ方向における両端面に摺接する一対のサイド堰とにより形成した溶融金属プール内に、鋳造ノズルから供給された溶融金属を凝固させて帯状の鋳片を連続鋳造する双ロール式連続鋳造方法であって、
   前記鋳造ノズルは、下記式（１）の条件を満足するように前記溶融金属を吐出可能な吐出孔を有し、
   ０ ≦ （１－ｗ_１ｔ_１／２ｗ_２ｔ_２）Ｖ ≦ ３０ ・・・（１）
   （ただし、ｗ１［ｍｍ］は鋳造幅、ｔ１［ｍｍ］は鋳造板厚、ｗ２［ｍｍ］は前記吐出孔の幅、ｔ２［ｍｍ］は前記吐出孔の厚み、Ｖは鋳造速度［ｍｐｍ］である。）
   前記鋳造ノズルの前記溶融金属プールの湯面に対する浸漬角度θ［°］が下記式（２）を満足し、かつ、前記湯面と前記冷却ロールの表面との接触位置から前記鋳造ノズルの前記溶融金属への浸漬位置までの水平方向の距離Ｌ［ｍｍ］が下記式（３）を満足するように、前記鋳造ノズルを設置して鋳造することを特徴とする、双ロール式連続鋳造方法。
   θ ≧ ９０－φ ・・・（２）
   Ｒ（ｃｏｓ（９０－θ）－ｃｏｓφ）－Ｒ（ｓｉｎφ－ｓｉｎ（９０－θ））／ｔａｎθ ≦ Ｌ ≦ １／２×Ｒ（１－ｃｏｓφ） ・・・（３）
   （ただし、式（２）および（３）において、φ［°］は前記湯面の接触弧角であり、Ｒ［ｍｍ］は前記冷却ロールの半径である。）
   

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