JPH0751810A - 双ロール式連続鋳造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、溶融金属を急速凝固・冷却させ、
微細な結晶粒をもち且つ加工性および表面性状に優れた
金属薄板を得る双ロール式連続鋳造方法および装置を提
供する。 【構成】 一対の冷却ロール１５ａ，１５ｂ間に注入し
た溶融金属を急冷凝固して薄肉鋳片を製造するに際し
て、鋳造した薄肉鋳片１９を押付けロールまたは圧下冷
却ロール２０により一方の冷却ロール１５ａに接触させ
た状態で走行させ、薄肉鋳片と冷却ロールとの間に１０
０ｍＷ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を有するヘリウムま
たはヘリウム，アルゴン，窒素のうちの２種以上の混合
ガスを介在させて薄肉鋳片を７００℃／秒以上の冷却速
度で急冷する。 【効果】 熱間圧延工程を経ることなく結晶粒の微細化
が達成され、加工性にも優れた鋳片が得られ、また表面
性状に優れた金属薄板を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄，非鉄金属あるいは
その合金等の溶融金属を鋳造後急速凝固・冷却させて、
微細な結晶粒をもち、加工性および表面性状に優れた金
属薄板を成形する双ロール式連続鋳造方法および装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】内側に向って回転する一対の冷却ロール
間に溶融金属を注入し、これを急冷凝固して金属薄板を
製造する双ロール式連続鋳造方法はベッセマー法として
知られており、この方法によるときは、従来のような多
段階にわたる熱延工程を必要とすることなく、また最終
形状にする圧延も軽度なもので済むために、工程および
設備の簡略化が可能となる。

【０００３】図６は、この双ロール式連続鋳造方法を実
施する装置の一例を示し、この鋳造装置は、互いに逆方
向に回転する一対の冷却ロール１５ａ，１５ｂを適当な
間隔で配置し、ロール軸方向両端をサイド堰２２ａ，２
２ｂで仕切って湯溜まり部１６を形成する。

【０００４】そして上方から湯溜まり部１６に溶融金属
を注入しながら互に内側に回転させると、注入された溶
融金属は冷却ロール１５ａ，１５ｂと接触し、抜熱され
てその結果それぞれの冷却ロール表面に凝固シェル１８
ａ，１８ｂが形成される。この凝固シェル１８ａ，１８
ｂは、成長しながら冷却ロール１５ａ，１５ｂの回転に
伴って接合し、さらにロールギャップ１７にて圧下され
て所定の厚さの薄板鋳片１９となり、冷却ロール１５
ａ，１５ｂの下方に送出されて金属薄板を製造する。

【０００５】この方式の場合、溶融金属が急冷凝固する
ので、湯溜まり部１６の凝固シェル１８ａ，１８ｂは微
細な結晶粒を形成している。しかしながら、ロールギャ
ップ１７から送出された薄肉鋳片１９は未だ高温状態に
あり、冷却ロール１５ａ，１５ｂと接触する鋳片表層部
と板厚中心部では温度差が大きくなっており、内部に未
凝固部分を含んでいる場合がある。

【０００６】この薄肉鋳片１９の内部の高温層が保有し
ている熱量は、薄肉鋳片１９がロールギャップ１７から
出た後表層部に熱伝導で伝わり、表層の温度が上昇すな
わち復熱することになり、薄肉鋳片１９が板厚全体にわ
たって結晶粒が粗大化する現象が確認されている。

【０００７】この結晶粒の粗大化は、一定の圧下を行う
熱間圧延工程を省略する本プロセスでは、従来の製造プ
ロセスである酸洗−冷間圧延−焼鈍工程を経て最終製品
にすると、表面欠陥を発生させる原因となることが知ら
れている。例えば、双ロール式連続鋳造で製造されたス
テンレス鋼の薄肉鋳片を熱間圧延を行わずにそのまま前
記従来の製造工程で製品にするとき、ローピングと呼ば
れる肌荒れや光沢むらが発生して、著しく商品価値を低
下させる。

【０００８】このような課題に対しては、ロールギャッ
プから送出された薄肉鋳片を７００℃／秒以上で急速冷
却して結晶粒を５０μｍ以下の粒径に維持すること、お
よび鋳造後の薄肉鋳片に対して圧下率５０％以上の熱間
圧延を施すことで結晶粒を微細化する等が考えられてい
る。

【０００９】例えば、特開昭５８−９７４６８号公報お
よび特開昭５９−１２７９５４号公報では、ピンチロー
ルにより薄肉鋳片に張力を与えて、一方の冷却ロールと
薄肉鋳片を密着させて急速冷却が行われているが、薄肉
鋳片の結晶粒の粗大化に起因するローピングと呼ばれる
肌荒れや光沢むらの発生、およびその抑制方法について
具体的な言及をするものではない。

【００１０】さらに特開平２−２４７０４９号公報で
は、押付けロールによって一方の冷却ロールに冷却ロー
ルギャップから送出された薄肉鋳片を接触させて急速冷
却する方法において、薄肉鋳片の冷却速度の限界が２０
０〜５００℃／秒であるために、圧下率４０％以下の熱
間圧延工程を併用することによりγ粒径の粒径が５０μ
ｍ以下となり、後工程で圧延したときにローピングや光
沢むらの欠陥を発生させることなく、優れた表面状態お
よび材質をもつ製品を得られるとされている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】例えば、特開昭５８−
９７４６８号および特開昭５９−１２７９５４号公報で
は、ピンチロールにより薄肉鋳片に張力を与えて、一方
の冷却ロールと薄肉鋳片を密着させて急速冷却が行われ
ているが、一方の冷却ロールと薄肉鋳片との間のギャッ
プ量や熱抵抗に関する調整について何も言及するもので
はなく、従って、薄肉鋳片の結晶粒経を５０μｍ以下に
するのに十分な７００℃／秒以上の冷却速度を達成でき
ない。

【００１２】また特開平２−２４７０４９号公報記載の
方法は、鋳造直後の高温状態にある薄肉鋳片を対して、
熱間圧延を施すことにより結晶粒の微細化を図る方法で
あり、押付けロールによる冷却ロールと薄肉鋳片間の抜
熱によって、７００℃／秒以上の冷却速度で薄肉鋳片を
急速冷却することができないために、熱間圧延設備が必
要となっており、高価な圧延設備の設置や圧延ロールの
メンテナンス等が必要であり、熱延工程の省略という双
ロール連続鋳造方法の本来の狙いを活かしたものではな
い。

【００１３】ところで本発明者の実験においても、特開
平２−２４７０４９号公報に記載のとおりに、ピンチロ
ールまたは押付けロールによる一方の冷却ロールと薄肉
鋳片との間の抜熱による薄肉鋳片の冷却速度は、７００
℃／秒を達成することが出来なかった。

【００１４】その原因の一つは、特に前記冷却ロール外
周表面に溶融金属の緩冷却効果を狙った凹状のディンプ
ル加工が施されている場合は、薄肉鋳片にディンプルが
転写されて凹凸状になっており、つまり一方の冷却ロー
ルと薄肉鋳片との間にはロール外周表面の凹状のディン
プル自体と、薄肉鋳片の凹凸性状により形成されるエア
ーギャップの多大な熱抵抗であることと、もう一つはロ
ールギャップにおける前記冷却ロールの外周表面温度が
４００℃前後であり、薄肉鋳片に対する抜熱能力が低い
ことが実験結果から明らかになった。

【００１５】本発明は以上の知見に基づき、一方の冷却
ロールと薄肉鋳片の間に熱抵抗を低減することから発明
されたものであり、一方の冷却ロールと薄肉鋳片の間の
ギャップに存在するガス媒体を１００ｍＷ／ｍ・Ｋ以上
の熱伝導率を有するガスに置換する方法によって薄肉鋳
片の７００℃／秒以上の冷却速度を達成するものであ
る。

【００１６】すなわち本発明は、ロールギャップから送
出される高温状態にある薄肉鋳片を一方の冷却ロールに
接触かつ走行させる間に、一方の冷却ロールの表面から
１００ｍＷ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するヘリウムガ
ス，またはヘリウム，アルゴン，窒素のうち２種類以上
の混合ガスを吐出することによって、ギャップ間に介在
させて７００℃／秒以上の冷却速度で急速冷却して結晶
粒を５０μｍ以下に維持することにより、双ロール式連
続鋳造方法の１つの利点である熱間圧延工程を経ること
なしで、従来の酸洗−冷間圧延−焼鈍工程で最終製品に
したときに表面欠陥のない、かつ伸びなど機械的な性質
の良好な製品をもつ薄肉鋳片を製造する方法および装置
を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の鋳造方法は、一
対の冷却ロール間に注入した溶融金属を急冷凝固して薄
肉鋳片を製造する双ロール式連続鋳造方法において、鋳
造した直後の薄肉鋳片を一方の冷却ロールに接触させた
状態で走行させ、前記薄肉鋳片と冷却ロールとの間に１
００ｍＷ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するヘリウムガ
ス、またはヘリウム，アルゴン，窒素のうちの２種以上
の混合ガスを介在させて薄肉鋳片を冷却することを特徴
とする双ロール式連続鋳造方法である。

【００１８】また本発明の鋳造装置は、一対の冷却ロー
ル間に注入した溶融金属を急冷凝固して薄肉鋳片を製造
する双ロール式連続鋳造装置において、一対の冷却ロー
ルのうち少なくとも一方の冷却ロールを、中央に固定軸
と、その外周に空洞部と、さらにその外周に放射状に複
数の噴気孔を設けた駆動ロールとより形成し、空洞部内
にはロールギャップから冷却ロールの下方向を指向する
ように突出する複数の仕切り板を取り付けて、この複数
の仕切り板によりガス溜まりを形成するとともに、前記
固定軸を介してガス溜まりに噴気用ガスの供給管を接続
し、さらに該冷却ロールの下方に冷却ロールを押圧する
単数または複数の押付けロールまたは薄肉鋳片に張力を
与えて薄肉鋳片を一方の冷却ロール周面に接触させるピ
ンチロールを設けたことを特徴とする双ロール式連続鋳
造装置である。

【００１９】

【作用】本発明者の実験によると、例えば前記のように
表面にディンプル加工した一対の冷却ロール間に溶融金
属を注入し、これを急冷凝固させて製造した薄肉鋳片の
表面には、ディンプル形状が転写され凹凸状になってお
り、薄肉鋳片の急速冷却による収縮が発生して平坦な表
面が得られない。この薄肉鋳片表面の凹凸性状が冷却ロ
ールや押付けロールと薄肉鋳片との間のエアーギャップ
量を増大させ、抜熱量を悪化させているために、薄肉鋳
片に対して７００℃／秒以上の冷却速度の達成ができな
いことが判った。

【００２０】そこで本発明では、双ロール式連続鋳造方
法において、鋳造した薄肉鋳片を一方の冷却ロールに接
触させた状態で走行させ、薄肉鋳片と冷却ロールとの間
に１００ｍＷ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するヘリウム
またはヘリウム，アルゴン，窒素の２種以上の混合ガス
を介在させることにより、薄肉鋳片を７００℃／秒以上
の冷却速度で急冷することを可能とする。

【００２１】下記表１に本発明で使用する雰囲気ガスお
よび空気の１０００Ｋ付近における熱伝導率を示す。こ
こで本発明において雰囲気ガスの熱伝導率を１００ｍＷ
／ｍ・Ｋ以上としたのは、この熱伝導率がアルゴンの熱
伝導率（４３．４５ｍＷ／ｍ・Ｋ）の２倍以上であれば
少なくとも薄肉鋳片を７００℃／秒で急速冷却する効果
があることが実験結果から判ったので、１００ｍＷ／ｍ
・Ｋ以上とした。

【００２２】また本発明で使用する雰囲気ガスとして、
ヘリウムのみを使用すれば熱伝導率は非常に高く従って
冷却効果も高いが、コストが高くなって操業費の高騰を
招くので、空気よりも若干熱伝導率は低いが、安価なア
ルゴン，窒素等の不活性ガスをヘリウムと混合使用する
ことにより、熱伝導率を最低１００ｍＷ／ｍ・Ｋ以上に
維持しながら操業費の高騰を抑えたものである。

【００２３】

【表１】

【００２４】また本発明の双ロール式連続鋳造装置で
は、薄肉鋳片を７００℃／秒以上の冷却速度で急冷する
ために、一方の冷却ロールの駆動ロールに放射状に複数
の噴気孔を設け、ガス供給管より上記の１００ｍＷ／ｍ
・Ｋ以上の熱伝導率を有するガスを送気し、このガスを
ガス溜まりを介して噴気孔より鋳片と接するロールギャ
ップ方向からロールの下方向に噴射するように構成す
る。

【００２５】このように薄肉鋳片を１００ｍＷ／ｍ・Ｋ
以上の熱伝導率のガス雰囲気に置くとともに、冷却ロー
ルの下方に設けた押付けロールまたはピンチロールによ
り鋳造した薄肉鋳片を冷却ロールに接触且つ走行させ
て、薄肉鋳片の冷却効果を高めるようにしたものであ
る。

【００２６】このように本発明では、双ロール式連続鋳
造装置により鋳造するに際して、双ロールの一方の冷却
ロールの駆動ロールから１００ｍＷ／ｍ・Ｋ以上の、例
えばヘリウムガスのように高い熱伝導率を有するガスを
噴射し、この雰囲気で鋳造した薄肉鋳片を冷却ロールに
押圧して７００℃／秒以上の冷却速度で急冷するので、
薄肉鋳片の冷却効率は向上して結晶が微細化され、加工
性にも優れ、ローピングや肌荒れ，光沢ムラ，皺等のな
い表面性状に優れた金属薄板を得ることができる。

【００２７】

【実施例】図１，図２，図３は本発明の鋳造方法を実施
する双ロール式連続鋳造装置に使用する冷却ロールの一
例を示し、図１は正面断面図，図２（ａ）は図１のＡ−
Ａ矢視断面図，図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ矢視断面図，
図３は図２（ｂ）に示すＣ部の拡大図である。

【００２８】冷却ロールは、中央に固定軸１と、その外
周に空洞部３と、さらにその外周に放射状に複数のガス
噴気孔１４を設け、かつサイド壁４と固定軸１間に設け
た軸受２により回転駆動するロール外輪６とより形成す
る。

【００２９】固定軸１には空洞部３内に複数の仕切り板
１０を取りつけ、この複数の仕切り板１０により空洞部
３の一部にガス溜まり１２を形成する。さらに固形軸１
内には、ガス供給支管１３ｂを介してガス溜まり１２に
噴気用ガスを供給する供給管１３ａを接続する。なお９
は歯車１１を介してロール外輪６を回転駆動する駆動モ
ータである。

【００３０】またロール外輪６内には、縦通する複数の
冷却水溝５が穿孔され、連絡管８ａ，８ｂを介して固定
軸１に設けた給排水管７ａ，７ｂに接続され、ロール外
輪６を冷却する。

【００３１】図４は第１の実施例を示し、本発明の双ロ
ール式連続鋳造装置を使用して薄肉鋳片を鋳造する方法
を示す略側面図である。

【００３２】本装置は、一対の冷却ロール１５ａ，１５
ｂを一定のロールギャップ１７を維持して配置し、この
一対の冷却ロールのうち少なくとも一方の冷却ロール，
例えば冷却ロール１５ａは、前記した冷却ロールと同一
構造の冷却ロールとし、固定軸１に突出して取り付けた
複数の仕切り板１０をほぼ水平方向から下方向を指向す
るように固定軸１を据えつける。

【００３３】このようにして形成した複数のガス溜まり
１２に対して、選択的にガスを送気することによって、
非酸化ガスを噴出する領域を可変で、また複数のガス溜
まり１２に送気するガスの熱伝導率を選択的に可変する
こともできる。

【００３４】さらに冷却ロール１５ａの下部周縁には、
この冷却ロール１５ａを下部から押圧する押付けロール
または圧下冷却ロール２０を設ける。なお本実施例では
押付けロールまたは圧下冷却ロール２０を１セットとし
ているが、必要により２セットまたはそれ以上設けても
よい。

【００３５】先ず湯溜まり部１６に溶融金属を注入しな
がら冷却ロール１５ａ，１５ｂを互に内側に回転させる
と、注入された溶融金属は冷却ロール１５ａ，１５ｂに
よって冷却されて凝固シェル１８ａ，１８ｂを形成し、
さらにロールギャップ１７にて圧下されて所定の厚さの
薄肉鋳片１９となる。

【００３６】この鋳造された薄肉鋳片１９は、押付けロ
ールまたは圧下冷却ロール２０にて押圧を与えながら、
冷却ロール１５ａに接触させた状態で走行させる。同時
に固定軸１内の単数または複数のガス供給管１３ａによ
って、ヘリウムガスまたはヘリウム，アルゴン，窒素の
２種以上を混合した混合ガスでかつ１００ｍＷ／ｍ・Ｋ
以上の熱伝導率を有するガスを送気する。

【００３７】このヘリウムガスまたは混合ガスは、複数
の仕切り板１０の範囲，すなわち一方の冷却ロール１５
ａのロールギャップ１７位置からほぼ真下の範囲の複数
のガス噴気孔１４を通じて、薄肉鋳片１９の表面に噴射
する。こうして薄肉鋳片１９と冷却ロール１５ａとの間
に高い熱伝導率を有するガスを介在させて薄肉鋳片を７
００℃／秒以上の冷却速度で急冷する。

【００３８】図５は本発明の第２の実施例を示し、本発
明の双ロール式連続鋳造装置を使用して薄肉鋳片を鋳造
する方法を示す略側面図である。

【００３９】本実施例は、一方の冷却ロール１５ａの下
方にピンチロール２１ａ，２１ｂを設け、薄肉鋳片１９
に張力を与えて薄肉鋳片１９を該冷却ロール１ａ周面に
接触させた状態で走行させる。同時に固定軸１内のガス
供給管１３ｂにヘリウムガスまたはヘリウム，アルゴ
ン，窒素の２種類以上を混合したガスでかつ１００ｍＷ
／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するガスを送気する。

【００４０】このヘリウムガスまたは混合ガスは、複数
のガス仕切り板１０の範囲、すなわち冷却ロール１５ａ
のロールギャップ１７位置からほぼ真下の範囲の複数の
ガス噴気孔１４を通じて、薄肉鋳片１９の表面に噴射す
る。こうした薄肉鋳片１９と冷却ロール１５ａとの間に
高い熱伝導率を有するガスを介在させて、薄肉鋳片を７
００℃／秒以上の冷却速度で急冷する。

【００４１】このようにして薄肉鋳片を、高い熱伝導率
を有する雰囲気ガスを介して冷却ロール１５ａに接触さ
せ、７００℃／秒以上の冷却速度で急冷することによ
り、鋳片の結晶が微細化され、加工性のよい薄肉鋳片を
得ることができる。また雰囲気ガスは非酸化であるの
で、薄肉鋳片の酸化を防止する効果もある。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の双ロール式
連続鋳造方法および装置によれば、冷却ロールの駆動ロ
ールから１００ｍＷ／ｍ・Ｋ以上の例えばヘリウムのよ
うに高い熱伝導率を有するガスを噴射し、この雰囲気で
薄肉鋳片を冷却ロールに押圧する単純かつ安価な手段に
より、鋳片を７００℃／秒以上の冷却速度で急冷するこ
とにより、従来の熱間圧延工程を経ることなく、この冷
却によって鋳片の復熱による鋳片表面温度の上昇を防ぎ
つつ結晶粒の微細化が達成され、かつ加工性にも優れた
鋳片が得られ、後工程の圧延後においても、ローピング
や肌荒れ，光沢ムラ，皺等のない表面性状に優れた金属
薄板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋳造方法を実施する双ロール式連続鋳
造装置に使用する冷却ロールの一例を示す正面断面図で
ある。

【図２】（ａ）図は図１のＡ−Ａ矢視断面図，（ｂ）図
は図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図３】図２（ｂ）に示すＣ部の拡大図であり、ロール
外輪のガス噴気孔の詳細を示す図面である。

【図４】本発明の第１の実施例の双ロール式連続鋳造装
置を使用して薄肉鋳片を鋳造する方法を示す側断面図で
ある。

【図５】本発明の第２の実施例の双ロール式連続鋳造装
置を使用して薄肉鋳片を鋳造する方法を示す側断面図で
ある。

【図６】従来の双ロール式連続鋳造装置の一例を示し、
（ａ）図は略側面図，（ｂ）図はその鳥瞰図である。

【符号の説明】

１ 固定軸 ２ 軸受 ３ 空洞部 ４ サイド壁 ５ 冷却水溝 ６ ロール外輪 ７ａ 給水管 ７ｂ 排水管 ８ａ，８ｂ 連絡管 ９ 駆動モータ １０ ガス仕切板 １１ 歯車 １２ ガス溜まり １３ａ，１３ｂ ガス供給管 １４ ガス噴気孔 １５ａ，１５ｂ 冷却ロール １６ 湯溜まり部 １７ ロールギャップ １８ｂ，１８ｂ 凝固シェル １９ 薄肉鋳片 ２０ 押付けロールまたは圧下冷却ロー
ル ２１ａ，２１ｂ ピンチロール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の冷却ロール間に注入した溶融金属
   を急冷凝固して薄肉鋳片を製造する双ロール式連続鋳造
   方法において、鋳造した直後の薄肉鋳片を一方の冷却ロ
   ールに接触させた状態で走行させ、前記薄肉鋳片と冷却
   ロールとの間に１００ｍＷ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有
   するヘリウムガス、またはヘリウム，アルゴン，窒素の
   うちの２種以上の混合ガスを介在させて薄肉鋳片を冷却
   することを特徴とする双ロール式連続鋳造方法。
2. 【請求項２】 一対の冷却ロール間に注入した溶融金属
   を急冷凝固し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、一対の冷却ロールのうち少なくとも一方
   の冷却ロールを、中央に固定軸と、その外周に空洞部
   と、さらにその外周に放射状に複数の噴気孔を設けた駆
   動ロールとより形成し、空洞部内にはロールギャップか
   ら冷却ロールの下方向を指向するように突出する複数の
   仕切り板を取り付けて、この複数の仕切り板によりガス
   溜まりを形成するとともに、前記固定軸を介してガス溜
   まりに噴気用ガスの供給管を接続し、さらに該冷却ロー
   ルの下方に冷却ロールを押圧する単数または複数の押付
   けロールまたは薄肉鋳片に張力を与えて薄肉鋳片を一方
   の冷却ロール周面に接触させるピンチロールを設けたこ
   とを特徴とする双ロール式連続鋳造装置。