JPH0441050A - ツインドラム式薄帯連続鋳造用サイド堰の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ツインドラム方式の薄帯連続鋳造装置に関し
、特に該装置におけるサイド堰の構造に関する。

〔従来の技術〕

ツインドラム方式における薄帯連続鋳造装置において、
サイド堰は冷却ドラム間の溶鋼をシールするために必要
不可欠なものである。このサイド堰は、一般に実開昭６
３−９０５４３号公報に示されているように、ベース部
材とこのベース部材の冷却ドラム端面に対応する面に植
設されたセラミックスより構成されている。

このサイド堰の溶鋼シール性能を向上させる上で、冷却
ドラム端面と接するセラミックス面の熱変形を極力小さ
くしなければならない。この熱変形を誘発する要因とし
て、ベース部材の表裏の温度差に起因する反りが挙げら
れるが、これに対しては、実開昭６３−１３８９４６号
公報に見られるように、ベース部材内を貫通してヒータ
を設けて、加熱することによって熱変形を防止するとい
う手段も提案されている。

又、サイド堰ケース（鉄皮）の反りを防止するために実
開昭６３−１９６３４１号公報に見られるようにサイド
堰ケースを冷却するという手段も提案されている。

しかしながらこれら手段によって、ベース部材及び鉄皮
の温度差に起因する反りは解消できても、ベース部材と
鉄皮間に施工された断熱材の表裏の温度差に起因する反
りは解消できない。この反りが起こると、ベース部材が
突き上げられ、結果的に冷却ドラム端面と接するセラミ
ックス面が変形する。

この熱変形したサイド堰セラミック面を冷却ドラム端面
に押し当てると、冷却ドラム端面とセラミックス面に隙
間が生じ、鋳造中の湯差しに起因するパリの発生や湯漏
れの原因となる。

その対策として、サイド堰の冷却ドラム端面への押し付
は力を大きくすることが考えられるが、そうした場合、
冷却ドラムの回転による摺動でセラミックスの摩耗速度
が増大するため長時間鋳造が不可能になる。

又、実開昭６３−１５０７４１号公報に見られるように
、変形によって突出する部位のセラミックスの材質を軟
質化し、これを早期に摩耗させ、冷却ドラム端面との馴
染みを良くするという手段も提案されているが、突出す
る部位が常に同じであるという保証がなく、現実的では
ない。

また、特願平２−８６号明細書に、表層が軟質材料、裏
層が硬質材料からなる複層セラミックスの使用が言己述
されており、この表層によって変形により突出した部位
のセラミックスを早期に摩耗させ、冷却ドラムとの馴染
みを良くするという手段も提案されている。

しかし、この手段を用いた場合、表層材料と裏層材料の
熱膨張率差により、界面に熱応力が集中し、鋳造中に表
層と裏層が剥離する可能性が生じ、溶鋼シールができな
くなる恐れがある。表層と裏層が剥離しないようにする
には、各材料の熱膨張をほぼ同等にしなければならず、
組合せの材質が限定され、従って表層の早期な摩耗によ
る冷却ドラムとの馴染み性強化と、裏層の耐摩耗性によ
る長時間鋳造の両方を可能にすることが困難となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明はサイド堰における溶鋼シールの上記の課題を解
決するもので、冷却ドラムと接するセラミックス面の変
形を吸収するとともに長時間鋳造を可能にすることを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１の発明は、金枠に収容された断熱材と該断
熱材に植設されたベース部材と該ベース部材の冷却ドラ
ム端面に対応する面に植設されたセラミックスにより構
成されるツインドラム式薄帯連続鋳造用サイド堰におい
て、該セラミックスの表層が軟質材料からなり、またそ
の裏層が硬質材料からなり、更に該表層と裏層の中間層
が前記軟質材料と硬質材料の各成分の混合材料からなり
、前記軟質材料の混合割合が前記表層に接する面より前
記裏層に接する側に向けて減少する傾斜配合となってい
ることを特徴とするツインドラム式薄帯連続鋳造用サイ
ド堰の構造であり、又第２の発明は、前記サイド堰の該
セラミックスの表層が軟質材料と硬質材料の混合材料か
らなり、また裏層が前記硬質材料からなり、前記表層の
軟質材料の混合割合が前記表層の表面より前記裏層と接
する側に向けて減少する傾斜配合となっていることを特
徴とするツインドラム式薄帯連続鋳造用サイド堰の構造
であり、このように構成することによって、冷却ドラム
端面と接するサイド堰のセラミックスの熱変形を吸収す
るとともにこのセラミック面の最大変形に相当する該セ
ラミックス表層を易摩純性材料で形成して摩耗を促進し
、冷却ドラム端面との摺動面のなじみ性を早期に確保し
、以後安定的な長時間鋳造が可能になる。

〔作　用〕

溶鋼シールを目的としたサイド堰においては、ベース部
材と金枠（ケース鉄皮）間に施工された断熱材には温度
勾配が生じる。ここで、断熱材の長さをし、厚さをｈ１
熱膨張係数をα、断熱材表面と背面の温度差をΔＴとす
ると、断熱材表面と背面の膨張長さΔＬは次式で表され
る。

ΔＬ＝ＬＸαＸΔＴ 一方、断熱材表面がΔＬ伸びることによって生じる反り
の曲率半径をｒｌその時の弧角をθ、反りのサイズをＨ
とすると、 また、 で求まる。

つまり、このＨ分がベース部材を突き上げ、ひいては冷
却ドラムと接するセラミックス面を変形させることにな
る。

本発明では、上記Ｈ分に相当する厚みでセラミックスの
表層（軟質材料）を形成する。これによって、鋳造前段
階でサイド堰を冷却ドラムに強く押当てつ５該ドラムを
回転することにより、摺動摩耗によって生じた熱変形で
突出した部位を早期に摩耗させて、冷却ドラムとの馴染
みを良くすることができる。また、中間層或いは表層に
おいて軟質材料と硬質材料の混合割合を傾斜配分にした
ので層間の熱膨張率の差による熱応力発生を緩和し、層
間における剥離を防止するとともに裏層の硬質材料によ
る耐摩耗性を向上することができる。

前述のように、セラミックスの表層材料に要求される特
性は軟質であることに加え、加熱状態で冷却ドラムと接
することから耐酸化性や耐熱衝撃性が不可欠である。こ
のような特性を持つ材質としては、ＢＮが一般に知られ
ている。

また裏層材料に要求される特性は耐摩耗特性とともに、
表層と同様、冷却ドラムに接することから耐熱衝撃性が
必要である。さらには、セラミックス自身はもとより摺
動する相手の冷却ドラム端面を保護する上で適度の潤滑
性も要求される。このような特性を持つ材質として、特
に耐熱衝撃性、潤滑性の観点からのＢＮと、耐摩耗性を
有するＺｒＢ２．　Ａｌ１Ｎ、　ｓｉｃ、　５ｉＪ４等
の一種もしくは数種の複合体が適当である。

表層と裏層にはさみ込む中間層は、両層の成分を傾斜配
分したものからなり、その厚みと各層の成分の厚み方向
に対する最適濃度分布は内層に発生する熱応力が層の剥
離を起こさないという条件によって決定される。なお、
熱応力は定常熱伝導方程式及び表層と裏層成分の濃度分
布関数および物性値分布関数から求めることができる。

〔実施例〕

以下に図を用いて本発明の詳細な説明する。

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図ａはサイド
堰の平面図、第１図すは第１図のＡ−Ａ断面図である。

第１図ａ、ｂにおいて、サイド堰Ｓはサイド堰金枠１、
耐火キャスタブル等から成る断熱材２、高アルミナれん
が等から成り、ヒーター孔５を設けた（ここではセラミ
ックの熱変形を抑制するためにヒーターを内蔵させ→ベ
ース部材３、ＢＮ系複層セラミックス４から構成される
。

第２図及び第４図は複層セラミックスの詳細断面図であ
り、第２図の実施例は３層の場合を示す。

冷却ドラムに接する複層セラミックス４の表層すは断熱
材２の反り（断熱材２の表裏における温度差により発生
する）によって生ずる。セラミックスの変形に相当する
所定厚みを有し、軟質て・・且つ耐熱衝撃性に優れたＢ
Ｎ（例えば、９９ｗｔ％、残余１％）からなっている。

裏層８は硬質であるが潤滑性と耐熱衝撃性を付与するた
めに１０〜５０％のＢＮを含有しており、また耐摩耗性
を付与するために、２ｒＢ２．　Ａ　Ｉ　Ｎ、　ＳｉＣ
，５１３Ｎ４の１種もしくは２種以上を残余の成分とし
て含有する。中間層７は上記軟質材料と硬質材料の混合
材料からなり、第３図ａの実施例では表層：　Ｂ　Ｎ９
９ｗｔ％、裏層：Ｓ１３１Ｊ４９０ｗｔ％・ＢＮＩＱｗ
ｔ％におイテ、中間層は表層との接合面部分の成分がＢ
Ｎ９９ｗｔ％・Ｓｉ３Ｎ。

Ｑｗｔ％、裏層との接合面部分の成分がＢＮＩＱｗｔ％
。

５１３Ｎ４９０ｗｔ％であって、該両面部分の成分にな
るよう中間層の厚みに従って表層に接する面より順次Ｂ
Ｎは減少、Ｓｉ、Ｎ、は増加する傾斜配分で混合されて
いる。上記実施例のセラミックスの膨張率を第３図すに
示すが、中間層の膨張率は０．８〜６．０の間を直線状
に傾斜しており、同様にビッカース硬度も第３図Ｃに示
すように１０〜１１０の間を直線状に傾斜しているので
中間層において発生熱応力が小さく、剥離に至らない。

第４図の実施例は２層の場合であって、表層の成分６を
混合傾斜配分で構成したものであり、第５図ａに示すよ
うに表層６の表面部分をＢＮ含有量１００ｗｔ％（Ｓｉ
３Ｎ４Ｑｗｔ％）とし、裏層８との接合面部分を該裏層
８と同一成分、すなわち、ＢＮ含有量ＩＱｖｔ％、及び
、Ｓｉ、Ｎ４含有量９Ｑｗｔ％になるように傾斜配分し
たものである。このように、表層６に傾斜機能をもたせ
たことにより、第５図すに示すように、表層６の膨張率
は０．８〜６．０の間を直線状に傾斜しており、同様に
ビッカース硬度も第５図Ｃに示すように１０〜１１０の
間を直線状に傾斜している。

なお、上記表層６の厚みはセラミックスの変形に相当す
る所定厚み以上の厚みを有している。

以上のように傾斜機能を有するセラミックスの成分は目
的に応じて選定した表層、裏層のセラミックス成分によ
って決まり、また熱膨張や硬度がセラミックス成分の配
合によって決まるたｔ１所望特性に応じて前記セラミッ
クスの厚みや成分配合は決定される。

なお、本発明の複層セラミックスを製造する方法を例示
すれば、次の通りである。

（１）ＣＶＤ　（化学蒸着）法 ＣＶＤ法により表層と裏層のそれぞれの成分を順次変化
させて薄膜を成形し、該薄膜を成分に応じて順次積層し
て中間層を形成し、該中間層を表層と裏層の間にはさみ
、プレスで一体成形した後常圧焼結する。

（２）ＣＩＰ法 表層と裏層のセラミックス原料粉末を混合比Ｃ〜１００
％の範囲でその混合割合を順次変化させて粉末層を多数
つくり、次いでこの層を順次積重ねてＣＩＰにより成形
し、中間層をつくる。該中間層をあらかじめＣＩＰで成
形した表層と裏層の間にはさみ、再度ＣＩＰを施して一
体成形した後常圧焼結する。

次に比較例を第６図に示す。該複層セラミックスの成分
は第７図ａに示すように表層６：ＢＮ含有量９５ｗｔ％
、残余５ｗｔ％、裏層８：ＢＮ含有量４Ｑｗｔ％１ｓ１
３Ｎ４含有量５Ｑｗｔ％であるため、膨張率の差は第７
図すに示すように大きく、また同様にビッカース硬度の
差も第７図Ｃの如く大きいので、両層の接合面に大きな
熱応力集中が起り、剥離その他の問題を生ずる。

本発明は以上の複層セラミックスを植設したサイド堰よ
り成るが、該サイド堰を用いて鋳造の前段階でこれを冷
却ドラムに押当てた後、数回冷却ドラムを回転させてか
ら鋳造を開始したところ、セラミックスと冷却ドラム端
面との摺動面のなじみが良くなったた杓、パリや湯漏れ
は発生せず、安定した鋳造を行うことができた。これに
対し、比較例のサイド堰を用いて鋳造したところ、初期
段階で湯漏れが発生し、サイド堰の取替えが必要となっ
た。

〔発明の効果〕

本発明により、サイド堰のセラミックスと冷却ドラムと
の摺動面のなじみ性が良くなることによって、安定鋳造
が行えるばかりでなく、裏層セラミックスの優れた耐久
性により長時間鋳造が可能となり、工業的効果は甚大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１ｆ！Ｉａは本発明のサイド堰の平面図、第１図すは
第１図ａのＡ−Ａ断面図、第２図は本発明の複層セラミ
ックスの断面図、第３図ａは同セラミックスの厚さ方向
の成分濃度分布を示す図、第３図すは同セラミックスの
厚さ方向の膨張率を示す図、第３図Ｃは同セラミックス
の厚さ方向のビッカース硬度を示す図、第４図は本発明
の他の実施例の複合セラミックスの断面図、第５図ａは
同セラミックスの厚さの方向の成分濃度分布を示す図、
第５図すは同セラミックスの厚さ方向の膨張率を示す図
、第５図Ｃは同セラミックスの厚さ方向のビッカース硬
度を示す図、第６図は比較例の複合セラミックスの断面
図、第７図ａは同セラミックスの厚さ方向の成分濃度分
布を示す図、第７図すは同セラミックスの厚さ方向の膨
張率を示す図、第７図Ｃは同セラミックスの厚さ方向の
ビッカース硬度を示す図である。 １・・・サイド堰金枠、　　２・・・断熱材、３・・・
ベース部材、　　　　４・・・複層セラミックス、５・
・・ヒーター孔、 ７・・・中間層、 ６・・・表層、 ８・・・裏層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金枠に収容された断熱材と該断熱材に植設されたベ
   ース部材と該ベース部材の冷却ドラム端面に対応する面
   に植設されたセラミックスにより構成されるツインドラ
   ム式薄帯連続鋳造用サイド堰において、該セラミックス
   の表層が軟質材料からなり、またその裏層が硬質材料か
   らなり、更に該表層と裏層の中間層が前記軟質材料と硬
   質材料の各成分の混合材料からなり、前記軟質材料の混
   合割合が前記表層に接する面より前記裏層に接する側に
   向けて減少する傾斜配合となっていることを特徴とする
   ツインドラム式薄帯連続鋳造用サイド堰の構造。 ２、金枠に収容された断熱材と該断熱材に植設されたベ
   ース部材と該ベース部材の冷却ドラム端面に対応する面
   に植設されたセラミックスにより構成されるツインドラ
   ム式薄帯連続鋳造用サイド堰において、該セラミックス
   の表層が軟質材料と硬質材料の混合材料からなり、また
   裏層が前記硬質材料からなり、前記表層の軟質材料の混
   合割合が前記表層の表面より前記裏層と接する側に向け
   て減少する傾斜配合となっていることを特徴とするツイ
   ンドラム式薄帯連続鋳造用サイド堰の構造。