JPH08252654A - 金属鋳造方法及び金属ストリップ連続鋳造方法 - Google Patents

金属鋳造方法及び金属ストリップ連続鋳造方法

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JPH08252654A
JPH08252654A JP8053129A JP5312996A JPH08252654A JP H08252654 A JPH08252654 A JP H08252654A JP 8053129 A JP8053129 A JP 8053129A JP 5312996 A JP5312996 A JP 5312996A JP H08252654 A JPH08252654 A JP H08252654A
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JP
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casting
metal
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metal strip
continuous
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JP8053129A
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Lazar Strezov
ストレッチョフ レイザー
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BHP Steel JLA Pty Ltd
IHI Corp
Original Assignee
BHP Steel JLA Pty Ltd
IHI Corp
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0622—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by two casting wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B22D11/0648—Casting surfaces
    • B22D11/0651—Casting wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳造溜めと鋳造鋳型との間の相対的振動を起
こす必要なしに熱伝達の改良を達成し、滑らかな鋳造鋳
型表面での熱伝達増加をなすことにより、鋳造金属の表
面構造精細化も達成する。 【解決手段】 一対の平行な鋳造ロール１６間のロール
間隙に、ロール間隙上方に配した金属供給ノズル１９を
介して溶湯を導入することにより、ロール間隙直上に鋳
造ロール１６表面に支持された溶湯の鋳造溜め３０を創
り出し、鋳造ロール１６を回転させてロール間隙から下
方に凝固金属ストリップを送給するタイプの金属ストリ
ップ連続鋳造方法において、鋳造ロール１６表面が５ミ
クロン以下の算術平均粗度（Ｒa）を有し、溶湯凝固プ
ロセスで鋳造ロール１６表面と溶湯との間各々に材料層
を介在させ、溶湯凝固プロセスで前記材料層の大部分が
液体であるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属鋳造方法及び
金属ストリップ連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】双ロール鋳造機で連続鋳造することによ
る金属ストリップ鋳造が公知である。この技術では、冷
却される一対の相反方向回転の水平鋳造ロール間に溶融
金属（以下、溶湯と称する）を導くことによって、動い
ている鋳造鋳型としてのロール表面に金属殻を形成し、
金属殻がロール間隙で合わされて、ロール間隙から下方
に送給される凝固ストリップ成品を生み出す。本明細書
では、「ロール間隙」という用語で、ロール同士が最も
近接する領域一般を指すものとする。溶湯は、取鍋から
小容器へと注がれ、そこからロール間隙上方に位置した
金属供給ノズルを介して溶湯が流れてロール間隙へと向
かわされ、ロール間隙直上の鋳造ロール表面により支持
された溶湯の鋳造溜めを形成する。通常この鋳造溜めの
端を構成するのは、鋳造溜め両端からの溢流をせき止め
るようロール端面に摺動係合して保持される側部堰であ
るが、電磁バリヤ等の代替手段も提案されている。
【０００３】双ロール鋳造は、冷却により急激に凝固す
る非鉄金属にはある程度の成功を収めているが、鉄系金
属の鋳造技術に適用するにはいろいろ問題がある。一つ
の大きな問題として、いかにして鋳造ロール表面上に金
属を充分急速且つ均一に冷却させるかということがあ
る。
【０００４】出願人の国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ９３
／０００５９３号は、鋳造ロール表面での金属冷却を劇
的に改良することが、鋳造溜めの溶湯と鋳造ロール表面
との間に相対的な振動運動を加えることとの連携でロー
ル表面にある程度の滑らか特性を確保する手段を採るこ
とにより達成できるということを開示している。この出
願で特に開示されているのは、特定の振動数及び振幅の
振動を加えることにより溶湯凝固プロセスに全く新しい
効果を達成することが可能であって、凝固する溶湯から
の熱伝達を改良できることである。その改良は、同じ鋳
造速度では鋳造金属厚を非常に大幅に増すことができ、
又は、同じストリップ厚では鋳造速度を非常に大幅に高
めることができるという劇的な改良である。その熱伝達
の改良は鋳造金属表面構造の非常に顕著な精細化と関連
している。
【０００５】出願人のオーストラリア特許出願第１７８
９６／９５号は、鋳造溜めの溶湯と鋳造鋳型表面との間
の有効な相対振動を鋳造溜めの溶湯へ音波を加えること
により引き起こすことができ、それにより、熱伝達増加
と凝固構造精細化が非常に低パワーレベル音域での音波
を加えることにより達成できることを開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】発明者は鋳造鋳型表面
と鋳造溜めの溶湯との界面で起きる熱伝達のメカニズム
を真摯に研究し、凝固時の熱流速の制御及び増進が、各
鋳造鋳型表面を金属凝固温度で少なくとも部分的に液体
である材料層により覆うことを確保することによって可
能であることを見知した。従って本発明によれば、鋳造
溜めと鋳造鋳型との間の相対的振動を起こす必要なしに
熱伝達の改良を達成できる。本発明により滑らかな鋳造
鋳型表面での熱伝達増加をなせば、鋳造金属の表面構造
精細化も達成することができる。
【０００７】以下の記述では、鋳造鋳型表面の滑らかさ
の量的尺度に言及する必要がある。本発明者の実験作業
に用いられ本発明の範囲を限定するのに有用な１つの特
定な尺度は、一般に記号Ｒaで示され算術平均粗度(Arit
hmetical Mean Roughness Value)として知られる標準尺
度である。この値は、プロフィールの中心線から測定長
さｌm以内の粗さプロフィールの全絶対距離の算術平均
値として定義される。プロフィールの中心線とはその線
のまわりで粗さが測定されるところの線であり、それと
その両側にあるプロフィール部分との間に含まれる面積
の合計が等しくなるよう粗さ−幅カットオフ(roughness
-width cut-off)の限度内でのプロフィールの全般の方
向に平行な線である。算術平均粗度は次のように定義で
きる。
【０００８】
【数１】
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、溶湯が
鋳造鋳型表面との接触で凝固する金属鋳造方法におい
て、鋳造鋳型表面が５ミクロン以下の算術平均粗度（Ｒ
a）を有し、溶湯凝固プロセスで鋳造鋳型表面と溶湯と
の間に材料層を介在させ、溶湯凝固プロセスで前記材料
層の大部分が液体であり、材料層の液体が前記鋳造鋳型
表面上に４０°以下の湿潤角を有することを特徴とする
金属鋳造方法が提供される。
【００１０】好ましくは、材料層厚は５ミクロン以下で
ある。
【００１１】本発明は、更に、溶湯の鋳造溜めを、動い
ている鋳造鋳型表面との接触で形成して、金属が鋳造溜
めから動いている鋳造鋳型表面に凝固するタイプの金属
ストリップ連続鋳造方法において、鋳造鋳型表面が５ミ
クロン以下の算術平均粗度（Ｒa）を有し、溶湯凝固プ
ロセスで鋳造鋳型表面と溶湯との間に材料層を介在さ
せ、溶湯凝固プロセスで前記材料層の大部分が液体であ
ることを特徴とする金属ストリップ連続鋳造方法が提供
される。
【００１２】材料層は完全に鋳造溜めから造ってもよい
し、若しくは、鋳造鋳型表面が鋳造溜めと接触する前の
位置で鋳造鋳型表面に加えた材料で構成してもよい。
【００１３】金属は鋼であってよく、その場合、鋳造溜
めは鉄・マンガン・珪素の酸化物を含み、材料層は鉄・
マンガン・珪素の酸化物の混合物であり、該混合物は溶
湯凝固プロセスでの混合物が少なくとも部分的に液体で
あるような混合割合とすることができる。
【００１４】鋳造溜めは更に酸化アルミニウムを含んで
いてもよく、材料層は鉄・マンガン・珪素・アルミニウ
ムの酸化物の混合物としてもよい。
【００１５】本発明の方法は双ロール鋳造機で実施する
ことができる。
【００１６】本発明によれば更に、一対の平行鋳造ロー
ル間のロール間隙に、ロール間隙上方に配した金属供給
ノズルを介して溶湯を導入することにより、ロール間隙
直上に鋳造ロール表面に支持された溶湯の鋳造溜めを創
り出し、鋳造ロールを回転させてロール間隙から下方に
凝固金属ストリップを送給するタイプの金属ストリップ
連続鋳造方法において、溶湯凝固プロセスで鋳造ロール
表面と溶湯との間各々に材料層を介在させ、溶湯凝固プ
ロセスで前記材料層の大部分が液体であることを特徴と
する金属ストリップ連続鋳造方法が提供される。
【００１７】好ましくは、鋳造ロールが回転して溶融溜
めと接触し始めるときに、鋳造溜めに含まれる材料が鋳
造ロールの表面各々に材料層を形成するようにする。
【００１８】鋳造ロール表面がクロム表面になるよう鋳
造ロールをクロムメッキしてもよい。
【００１９】金属は鋼であってよく、その場合、鋳造溜
めは、鉄・マンガン・珪素の酸化物で構成されたスラグ
を含んでよく、材料層はスラグから鋳造ロールに堆積し
た鉄・マンガン・珪素の酸化物の混合物で構成してよ
い。
【００２０】スラグは酸化アルミニウムも含んでいてよ
く、その場合、材料層は鉄・珪素・アルミニウムの酸化
物の混合物で構成されていてよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明をより充分に説明するた
め、現在までに行った実験的作業の結果を添付図面に関
連して説明する。
【００２２】図１及び図２は、４０ｍｍ×４０ｍｍのチ
ルブロックを溶融鋼の浴へと、双ロール鋳造機の鋳造鋳
型としての鋳造ロール表面での状態を密にシュミレート
するような速度で進める金属凝固試験道具(test rig)を
示している。チルブロックが溶融浴内を動くにつれて鋼
がチルブロック上に凝固してブロック表面に凝固鋼の層
を造る。この層の厚みをその領域中の諸点で計測して、
凝固速度の変動を、従って種々位置での熱伝達の有効速
度をマッピングできる。従って、全体凝固速度及び全熱
流束の計測が可能である。ストリップ表面の顕微鏡組織
を調べて凝固顕微鏡組織の変化を、観測した凝固速度の
変化及び熱伝達値の変化と互に関係付けることも可能で
ある。
【００２３】図１及び図２に示した試験道具を構成する
誘導加熱炉１は不活性雰囲気であるアルゴンガス内に溶
湯２を含む。浸漬パドル３が取付けられたスライダ４は
選択した速度で溶湯２内に進めることができ、後で、コ
ンピュータ制御したモータ５の作動により引込めること
ができる。
【００２４】浸漬パドル３を構成する鋼体６は銅基質７
を含み、銅基質７は厚みが１８ｍｍ、径が４６ｍｍのク
ロームメッキした銅円板である。それには、基質の温度
上昇を監視して熱流束の測定をするための熱電対を計装
する。
【００２５】図１及び図２で示された試験道具で実施さ
れた試験により立証されたことは、観測した凝固速度及
び熱流束値並びに凝固殻の顕微鏡組織が凝固中の殻／基
質界面における状態に大いに影響されること、及び、凝
固プロセス中に基質を部分的な液体層で覆うことを確保
することにより層を基質と凝固殻との間に介在させるこ
とによって、大いに増加した熱流束と凝固速度を達成で
きることである。試験により示されたことは、高い熱流
束と凝固速度が５ミクロン以下の算術平均粗度（Ｒa）
を有する滑らかな基質表面で達成できること、及び、こ
れが凝固金属の粒状組織の精細化となることである。
【００２６】凝固プロセスでは溶湯から基質（吸熱源）
への熱流に対する全抵抗は凝固殻及び殻／基質界面の熱
抵抗により司られる。凝固が３０分くらいで完了する従
来の連続鋳造片（スラブ、ブルーム又はビレット）条件
では熱伝達抵抗は凝固殻抵抗により支配される。しかし
ながら、発明者の実験作業では、凝固が１秒足らずで完
了する薄肉ストリップ鋳造条件では熱伝達抵抗が基質表
面での界面熱抵抗により支配される。
【００２７】熱伝達抵抗は次のように定義される。
【００２８】
【数２】Ｒ(t)＝ΔＴ(t)／Ｑ(t) 但し、Ｑ、ΔＴ及びｔは、それぞれ、熱流束、溶湯と基
質との温度差、及び時間である。
【００２９】図３は、試験道具中での典型的なＭ０６鋼
サンプルの凝固中に得られる熱抵抗値を示す。これによ
り示されることは、殻熱抵抗が全熱抵抗のほんの一部に
しか関わらず、全熱抵抗を支配しているのが界面熱抵抗
であることである。界面抵抗は初期には溶湯／基質界面
抵抗により決まり、後には殻／基質界面抵抗で決まる。
見て取れることは界面熱抵抗が経時的に大きく変化しな
いことであり、それが初期の溶湯／基質接触での溶湯／
基質熱抵抗により支配されるということを意味する。
【００３０】２成分システム（溶湯と基質）では、溶湯
／基質界面抵抗と熱流束はその基質上での溶湯の湿潤性
（wettability）により決まる。これを示すのが図４
で、湿潤性の減少に対応する湿潤角増加につれて、界面
抵抗が増加し、熱流束が減少する様子を示している。
【００３１】溶湯により基質を湿潤することの重要性を
示したのが、振動運動を加えることを開示した出願人の
前記国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ９３／０００５９３号
であり、振動運動を加えるのは基質の湿潤を促進するた
めと溶湯凝固の核密度を増加させるためである。その１
０頁に記述された数学的モデルは、充分な湿潤が必要で
あること及びこれを達成するためには振動エネルギが必
要だと考えられることに基づいている。この分析を実証
する実験作業において、基質が滑らかでなければ熱流束
の充分な改良が得られないということが示された。より
明細には、振動エネルギを加える場合であっても、基質
の充分な湿潤を得るためには基質が５ミクロン以下の算
術平均粗度（Ｒa）を持つ必要がある。同じ結果が本発
明にも当てはまり、従って、５ミクロン以下の算術平均
粗度（Ｒa）を持つ滑らかな鋳造鋳型表面が必要であ
る。
【００３２】基質上での溶湯湿潤性の重要性及び滑らか
な基質の必要性は、鉄の表面張力を減らすとして知られ
ているテルリウムを加えた溶湯の凝固結果により確認さ
れる。図５は、テルリウムを加えた溶湯から滑らかなク
ロム基質にステンレス鋼を凝固させて得られた最大熱流
束計測値を示している。テルリウムを加えることにより
熱流束が大いに影響され、０．０４％以上のテルリウム
を加えることで実際ほぼ２倍になることが見て取れる。
【００３３】図７は、テルリウムを加えることにより生
じる溶湯の表面張力変化に対する最大熱流束測定値を示
したものであり、表面張力の減少に対応して熱流束がほ
ぼ直線的に増加することが見て取れる。
【００３４】図６は、テルリウムを加えたステンレス鋼
を、加工した表面(textured surface)を持つクロム基質
上で凝固させることで得られる最大熱流束計測値を示し
ている。下側の線は１５０ミクロンピッチの平頂角錐を
有する加工した表面の結果を、上側の線は１００ミクロ
ンピッチの通常のリッジを有する加工した表面の結果を
示している。いずれの場合もテルリウムを加えたことに
より熱流束が影響されないことが見て取れる。加工した
表面の場合、核密度は表面テクスチャにより確立され、
熱流束が溶湯の湿潤性を高めることにより劇的に改良さ
れることがないのに対し、滑らかな基質の場合には充分
な改良が得られる。
【００３５】基質上での溶湯の湿潤性の重要性は、酸素
を加えることによる熱流束に対する効果により更に確か
められた。酸素は表面活性があり、テルリウム程ではな
いにしろ、鉄の表面張力を減らすものとして知られてい
る。図８は、酸素を加えた場合と加えない場合の、電解
鉄の凝固で得られる典型的な熱流束値を示している。酸
素を加えることにより、特に凝固プロセスの初期段階
で、熱流束が劇的に増加することが見て取れる。
【００３６】今まで述べてきた試験結果は厳密に制御さ
れた２成分溶湯・基質システムから得られた。通常は、
酸化物の形での第３の成分が溶湯／基質界面に存在す
る。これらの酸化物は溶湯表面でもっとも発生しやす
く、後に薄膜として基質表面に堆積する。ストリップ鋳
造機での鋳造の場合、そのような酸化物は一般に鋳造溜
めの上面に浮遊するスラグとして存在し、鋳造溜めに入
るときに鋳造鋳型表面に堆積する。双ロール鋳造機で鋼
鋳造する場合、熱抵抗に貢献し熱流束及び凝固速度の著
しい減少を引起こすと見なされている酸化物の形成を避
けるため鋳造ロールをブラシその他で清掃することが一
般に必要であると考えられている。
【００３７】基質上に形成された酸化物の効果を考察す
るため、ステンレス鋼溶湯内での連続的基質浸漬中で次
第に酸化皮膜が形成されるようにして、各浸漬での凝固
について熱流束計測を行った。図９はこれらの実験から
得られた結果を示す。最初は、酸化物形成が測定熱流束
値の漸進的な減少をもたらすが、酸化物層の厚みが約８
ミクロンを越えると、熱流束の非常に大きな初期増加、
次いで急激な減少が観測される。酸化物表面を調べると
溶融及び粗酸化物粒への併合の兆しがみられた。酸化物
層は主としてマンガン・珪素の酸化物で構成されている
ことがわかった。
【００３８】図１１に示したＭｎ−ＳｉＯ2相の図（グ
ラーサ;Glasser（1958））は、組成の全領域でなんらか
の液体が１３１５℃以上で存在すること、共晶域溶融が
１２５１℃から始まることができることを示している。
図９に示した如くはなはだしく酸化物を堆積させて基質
上にステンレス鋼を凝固させて得られる結果を数学的に
分析すると、図１０に示す如く、溶湯／基質接触の初期
段階で酸化物層の表面が充分な溶融温度に達し、７、８
ミリ秒の間、溶融したままであることが示される。この
期間は図９に示した熱流束増加期間に相応し、熱流束の
増加がこの期間における基質／溶湯界面での部分的な液
体層の存在に起因することを示している。
【００３９】溶湯／基質界面での湿潤性についての上述
の重要性を考慮すると、マンガン・珪素の酸化物の溶融
が湿潤性の改良をもたらして対応する時間での熱流束を
増加させたと結論づけられた。この結論を試験するた
め、Ｃｒ基質上で種々のマンガン・珪素の酸化物混合物
の湿潤性を測定した。これらの測定の結果を図１２に示
す。図１２に示されているように、１２５０℃〜１４０
０℃の典型的な温度において種々割合のＭｎＯとＳｉＯ
2との混合物は全て良好な湿潤角測定値を示した。７５
％ＭｎＯと２５％ＳｉＯ2との混合物が特に良好な湿潤
性をＣｒ基質上で示す。この結果は、ＭｎＯとＳｉＯ2
の混合物がその混合物の溶融温度で存在すればその溶融
混合物が基質界面での湿潤性を高めて全熱流束の劇的な
改良となるという考えと合致している。
【００４０】図１２に示された湿潤角測定値はいずれも
非常に良好な湿潤を呈していることが注目される。示さ
れている最高の湿潤角は４０°より少し小さく、大部分
はこれより遥かに小さい。これらの結果から、珪素とマ
ンガンの割合を適宜に選択することにより、非常に乏し
い湿潤性から４０°以下の非常に良好な湿潤性への劇的
な移行が可能である。
【００４１】鋼鋳造の場合、通常、溶湯はマンガンや珪
素に加えてアルミニウムを含んでおり、従って、Ｍｎ
Ｏ、ＳｉＯ2及びＡｌ2Ｏ3で構成される３相酸化物シス
テムである。従って、酸化物の溶融温度を知るために
は、図１３に示す如き３成分相図を考慮する必要があ
る。
【００４２】発明者の行った実験作業により、凝固で得
られる全熱流束は図１４に示す如く溶湯中のアルミニウ
ム含量が増加するにつれて減少することが判明した。熱
流束減少は図１５に示す如く凝固プロセスでのＡｌ2Ｏ3
の形成に起因する。
【００４３】上記の結果から、部分的な液体層、特にＭ
ｎＯとＳｉＯ2の層、が基質上にあれば、そしてＡｌ2Ｏ
3の形成を最小限にできれば、熱流束の増加が得られ得
るように思われる。
【００４４】このことを試験するため典型的なＭ０６鋼
（豪州規格名）の溶湯に吹き込む酸素の効果を調べた
が、その理由は酸素の存在がスラグ液相線温度に影響を
与えるからである。酸素は鉄に対して非常に強い親和性
を有し、遊離酸素の利用度を増加させる過渡効果は、平
衡状態で得られるよりも多くの酸化鉄を生み出すという
点である。このことには酸化物層の溶融温度を下げる効
果があり、その結果、酸化物層が鋳造条件中で液体であ
る傾向が強まる。遊離酸素が存在することによりＭｎＯ
とＳｉＯ2の生成が増加して共晶組成物に近い割合とな
り、このことにより典型的な鋳造温度での液体酸化物層
の形成も増進される。
【００４５】１６５０℃でマンガン含量を変化させた典
型的なＭ０６鋼のスラグ液相線温度についての溶湯中の
遊離酸素の効果を図１６に示した。これらの結果は、ス
ラグの液相線温度が、関連する鋳造温度での遊離酸素の
利用度を制御することにより最小にできることを示して
いる。これらの変化する条件のもとで凝固されたサンプ
ルの表面顕微鏡構造を調べた結果、ＭｎＯとＳｉＯ2の
形成が増進されたことが判明した。
【００４６】図１７は、全熱流束と脱酸生成物液相線温
度との関連を示している。脱酸生成物の液相線温度が減
少するにつれて全熱流束がほぼ直線的に増加することが
見て取れる。鋼溶湯では脱酸生成物はＦｅＯ、ＭｎＯ、
ＳｉＯ2及びＡｌ2Ｏ3で構成され、鋳造温度範囲全体に
わたってせいぜい液体／固体混合物である。発明者は酸
化物の液体割合と凝固プロセスでの全熱流束との間の非
常に重要な相関関係を見知した。図１８は、凝固プロセ
スで液体である脱酸生成物の割合に関連させて、鋼サン
プルの凝固で得られた全熱流束測定値を表している。こ
れらの試験で溶湯温度は１６２０℃であった。この温度
では、熱流束測定値とその温度で液体であった脱酸生成
物の割合とには非常に明確な関係があることが見て取れ
る。１９００℃〜１４００℃の溶湯温度正常作動範囲内
のその他温度でも斯かる相関関係が保たれる。
【００４７】上述の実験結果により立証されることは、
溶湯と凝固基質との間に少なくとも部分的に液体である
材料層を介在させることにより凝固プロセスでの熱流束
を著しく増加することができ、それが初期には基質上の
溶湯の湿潤性を改良し、後には基質／凝固殻界面の湿潤
性を改良するということである。鋼鋳造の場合、界面層
は、少なくとも部分的に溶融している酸化物混合物の形
での鋼脱酸生成物から形成してよい。ＦｅＯ、ＭｎＯ、
ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等の脱酸生成物の割合を調節するこ
とにより、鋳造温度で混合物の多量の溶融があるよう混
合物の液相線温度の減少が確保でき、溶湯凝固プロセス
で液体である混合物の割合と凝固時に得られる全熱流束
との間には重要な関係がある。混合物中の酸化物の割合
と混合物の液相線温度は凝固プロセスでの溶湯に酸素を
供給することにより影響を加えることができ、特に、液
相線温度を減少させて熱流束を増進させることができ
る。このことは、Ｍ０６等級鋼等のマンガン・珪素キル
ド鋼の鋳造において特に好都合となり得る。
【００４８】Ａ０６鋼（豪州規格名）等のアルミニウム
キルド鋼は連続ストリップ鋳造作業において特に問題で
ある。鋼品中のアルミニウムは脱酸生成物中にかなりの
量のＡｌ2Ｏ3を生み出す。この酸化物は固体粒子として
形成され、双ロール鋳造機の供給ノズルの細い通路を詰
まらせる可能性がある。それは鋳造ロール表面上に形成
される酸化物層中にも存在し、熱伝達劣化及び凝固プロ
セスでの全熱流束の低下を引き起こす。発明者は、これ
らの問題が、カルシウムを加えることによりＣａＯがで
き、それがＡｌ2Ｏ3との関連で液相を生み出して固体Ａ
ｌ2Ｏ3の沈殿を減少させることにより軽減できることを
見出した。これは供給ノズルの閉塞を減らすばかりでな
く本発明により基質の湿潤性を改良し、凝固プロセス中
で高い熱流束を達成可能とする。
【００４９】図１９はＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3混合物の相を示
し、５０．６５％ＣａＯの共晶組成物が１３５０℃の液
相線温度を有することが見て取れる。従って、カルシウ
ムを加えることを調節してこの共晶組成物付近のＣａＯ
−Ａｌ2Ｏ3混合物を生み出すようにすれば、それにより
酸化物層の液体割合が著しく増加し全熱流速が増進され
る。
【００５０】溶湯温度１５９５℃で滑らかな基質上でカ
ルシウムを加える量を変えることにより、多数のＡ０６
鋼サンプルについて凝固試験を行った。これらの試験の
結果を図２０及び図２１に示す。図２０は種々のカルシ
ウム含量について、凝固期間にわたっての熱流束測定値
を示している。より明細には、矢印で示した方向にＣａ
／Ａｌ組成を増やした５本の別々の曲線を示している。
図２１は、Ｃａ／Ａｌ含量に対する各凝固試験における
最大熱流束を示している。
【００５１】図２０及び図２１に描かれた結果は、Ｃａ
／Ａｌ含量を増やすことによりＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3混合物
を共晶付近とすることによって熱流束の著しい増加を得
ることができることを示している。
【００５２】発明者の行った実験作業により、ストリッ
プ冷却状態下で基質を覆うほぼ液体の酸化物層が非常に
薄く、大抵の場合、１ミクロン台又はそれ以下の厚みで
あることが判明した。図１及び図２で示された実験器具
で実施された試験では、鋳造後の基質及び鋳造サンプル
表面を調べた結果、基質も鋳造サンプル表面もマンガン
・珪素組成の粒子を有しており、これら粒子が液体層か
ら凝固したに相違ないことが明らかになった。各表面で
はこれらの粒子はサブミクロン(sub-micron)レベルであ
り、これは液体層厚が１ミクロン台又はそれ以下である
ということである。
【００５３】モデル計算により明らかなことは、層厚は
５ミクロンを越えるべきでなく、さもないと層の湿潤性
増加による熱流束改良が層厚による熱流束抵抗増加によ
って完全に相殺されてしまうということである。図２２
は、完全な湿潤性を仮定したモデル計算の結果を示して
いる。これは実験観察結果を裏付けるものであり、更に
は、酸化物層が５ミクロン以下、好ましくは、１ミクロ
ン台又はそれ以下であることを示している。
【００５４】図２３〜図２７は本発明に従って作動する
双ロール式連続ストリップ鋳造機を示す。この鋳造機は
工場床１２から立上がった主機フレーム１１で構成され
る。主機フレーム１１が支持する鋳造ロール台車１３は
アセンブリステーション１４と鋳造ステーション１５と
の間を水平移動可能である。鋳造ロール台車１３が担持
する一対の平行な鋳造ロール１６には、鋳造作業時に取
鍋１７からタンディッシュ１８と金属供給ノズル１９と
を介して溶湯が供給されて鋳造溜め３０を創り出す。鋳
造ロール１６は水冷されているので、動いているロール
表面１６Ａ上に殻が凝固してロール間隙でひとつに合わ
され、ロール出口でストリップ成品２０が造られる。こ
のストリップ成品２０は基準コイラ２１に送給され、後
に第２コイラ２２に移送し得る。容器２３が鋳造ステー
ション１５に隣接して主機フレーム１１に取付けられて
いるので、溶湯をタンディッシュ１８の溢れ口２４を通
し、又は、ストリップの甚だしい変形等、鋳造作業中に
重大な不都合が起きた場合にはタンディッシュ１８片側
の緊急プラグ２５を引抜くことにより、この容器２３に
移すことができる。
【００５５】鋳造ロール台車１３を構成する台車フレー
ム３１がホイール３２によりレール３３に載り、レール
３３は主機フレーム１１の一部に沿って延びているの
で、鋳造ロール台車１３全体がレール３３に沿って移動
可能に載っていることになる。台車フレーム３１が担持
する一対のロールクレードル３４内に鋳造ロール１６が
回転可能に取付けられる。ロールクレードル３４は、相
補的な摺動部材３５，３６を相互結合させることにより
台車フレーム３１に取付けられ、油圧シリンダ装置３
７，３８の影響のもとに鋳造ロール台車１３上を動い
て、鋳造ロール１６間のロール間隙を調節することがで
きると共にストリップ弱下横断線を形成する必要がある
場合に鋳造ロール１６を短時間で迅速に相互離反動させ
ることができるようにする。鋳造ロール台車１３全体を
レール３３に沿って移動させることができるよう作動す
る複動油圧ピストンシリンダ装置３９は鋳造ロール台車
１３の駆動ブラケット４０と主機フレーム１１との間に
接続されて、鋳造ロール台車１３をアセンブリステーシ
ョン１４から鋳造ステーション１５へ、又その逆へ移動
させることができるよう作動するようになっている。
【００５６】鋳造ロール１６は電動モータからの駆動軸
４１と台車フレーム３１上のトランスミッションとを介
して相反方向に回転される。鋳造ロール１６が有する銅
製周壁に形成され長手方向に延び周方向に離間した一連
の水冷通路には、回転グランド４３を介して供給ホース
４２に連結された駆動軸４１内の給水導管からロール端
を介して冷却水が供給される。２０００ｍｍ幅のストリ
ップ成品を生産できるようにするためには、鋳造ロール
１６は典型的には径を約５００ｍｍとし、長さを２００
０ｍｍまでとすることができる。
【００５７】取鍋１７は全く従来の構成であって、ヨー
ク４５を介し天井クレーンで支持されており、高温金属
受けステーションから定位置へと移すことができる。取
鍋１７に備えたストッパロッド４６をサーボシリンダで
作動させることによって、溶湯を取鍋１７から出口ノズ
ル４７と耐火シュラウド４８とを介してタンディッシュ
１８へと流すことができる。
【００５８】タンディッシュ１８も従来の構成であり、
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の耐火物で造られた広皿
状に形成される。タンディッシュ１８の一側は取鍋１７
からの溶湯を受け、又、前記溢れ口２４及び緊急プラグ
２５が備えられている。タンディッシュ１８の他側には
長手方向に離間した一連の金属出口開口５２が備えられ
ている。タンディッシュ１８下部が担持する取付ブラケ
ット５３はタンディッシュ１８を台車フレーム３１に取
付けるためのものであって、取付ブラケット５３に備え
た開口で台車フレーム３１の位置合わせペグ５４を受け
てタンディッシュ１８を正確に位置決めするようになっ
ている。
【００５９】金属供給ノズル１９はアルミナグラファイ
ト等の耐火材料で造られた細長体として形成され、下部
がテーパ状になっていて内方下向きにすぼまっているの
で、鋳造ロール１６間隙に突入できる。金属供給ノズル
１９には取付ブラケット６０が備えられていて金属供給
ノズル１９を台車フレーム３１上に支持し、金属供給ノ
ズル１９上部には、取付ブラケット６０上に位置する外
方突出の側部フランジ５５が形成される。
【００６０】金属供給ノズル１９は一連の、水平方向に
離間し全般に上下に延びる流路を有するものとすること
ができ、ロール全幅にわたる金属の適宜の低速放出流を
生み出し、初期凝固の起きるロール表面に直接当てるこ
となく溶湯をロール間隙へ送給することができる。若し
くは、ノズルが単一の連続長孔出口を有して、低速のカ
ーテン状の溶湯を直接ロール間隙へと送給するようにし
てもよく、且つ／又は、ノズルが鋳造溜め３０に浸漬さ
れていてもよい。
【００６１】鋳造溜め３０をロール端で境界づける一対
の側部閉止板５６は鋳造ロール台車１３が鋳造ステーシ
ョン１５にある場合にロール段付端５７へ保持される。
側部閉止板５６は窒化ほう素等の強い耐火材料で造ら
れ、ロール段付端５７の曲面に合ったスカロップ側端８
１を有する。側部閉止板５６を内に取付けできる板ホル
ダ８２は鋳造ステーション１５で一対の油圧シリンダ装
置８３の作動により可動であって、側部閉止板５６がロ
ール段付端５７に係合されて、鋳造作業時に鋳造ロール
１６上に形成される鋳造溜め３０の端部閉止部を構成す
る。
【００６２】鋳造作業時には、取鍋ストッパロッド４６
が作動されて、溶湯を取鍋１７からタンディッシュ１８
へと注いで金属供給ノズル１９を介し鋳造ロール１６へ
と流れさせる。ストリップ成品２０のきれいな頭端がエ
プロンテーブル９６の作動によって基準コイラ２１顎部
へと導かれる。エプロンテーブル９６は主機フレーム１
１上のピボット取付具９７から吊下がっており、きれい
な頭端が形成された後に油圧シリンダ装置９８の作動に
より基準コイラ２１の方へと旋回できる。ピストンシリ
ンダ装置１０１によって作動される上部ストリップガイ
ドフラップ９９に対してエプロンテーブル９６が作動で
き、ストリップ成品２０を一対の縦サイドロール１０２
間に閉じ込めることができる。頭端が基準コイラ２１顎
部にガイドされたら、基準コイラ２１を回転させてスト
リップ成品２０を巻取り、エプロンテーブル９６が逆方
向へ旋回動して非作動位置へ戻るようにし、基準コイラ
２１に直接巻取られているストリップ成品２０から離さ
れて単に主機フレーム１１から吊下げられた状態とす
る。結果としてのストリップ成品２０は後で第２コイラ
２２に送られて、鋳造機から運び出される最終巻取品と
なることができる。
【００６３】図２３〜図２７に示された種類の双ロール
鋳造機は、出願人のアメリカ特許第５，１８４，６６８
号及び第５，２７７，２４３号並びに国際特許出願第Ｐ
ＣＴ／ＡＵ／００５９３号により詳しく説明されてい
る。本発明により、鋳造温度で大部分液体である鋳造ロ
ール上の酸化被覆を脱酸生成物が生み出すように選ばれ
た組成の鋼溶湯を用いて鋼が斯かる装置で鋳造されてい
る。その結果、最適の結果を達成するための好ましいＭ
０６鋼組成が次のようであることが確認されている。 炭素 ０．０６重量％ マンガン ０．６重量％ 珪素 ０．２８重量％ アルミニウム ０．００２重量％以下 溶湯遊離酸素 ６０〜１００ｐｐｍ
【００６４】マンガン・珪素キルド鋼では溶湯遊離酸素
レベルが重要であることも見出されている。図２８は、
種々の遊離酸素レベルにおいて、溶湯温度範囲にわたっ
ての好適組成のＭ０６鋼中に存在する酸化物相を示して
いる。ＭｎＯ＋ＳｉＯ2を生み出す条件を維持し、Ａｌ2
Ｏ3又は固体ＳｉＯ2酸化物を生み出す条件を避けるのが
好ましい。従って、１６７５℃以下の溶湯温度から６０
〜１００ｐｐｍの範囲の溶湯遊離酸素レベルを持つこと
が好ましい。
【００６５】適宜のカルシウムを加えて最適結果を得る
ための最適Ａ０６組成が次のようであることも見出され
ている。 炭素 ０．０６重量％ マンガン ０．２５重量％ 珪素 ０．０１５重量％ アルミニウム ０．０５重量％
【００６６】ロールの被覆はもっぱら鋳造溜めからの酸
化物の形成により生み出してもよい。この場合、ストリ
ップ製造速度に合わせた所望の熱流束を達成し得る程度
の部分的液体層を充分に生み出すに至るまでには初期量
のストリップの製造の必要があり得る。つまり、開始初
期にスクラップ品を生み出してから安定した高い熱流束
状態を達成するということになり得る。
【００６７】鋳造ロール上での酸化物形成をあてにする
のではなく、溶湯を鋳造溜めに入れる直前に鋳造ロール
表面に適宜の酸化組成物を施すか又は鋳造溜めとの接触
で部分的に溶ける酸化物の永続被覆を鋳造ロールに施す
ことも本発明の範囲内で実行可能である。適切な低融点
被覆材料としては例えば酸化ロジウム、酸化カリウム及
び酸化ビスマスがある。
【００６８】本発明の適用は双ロール鋳造機に限定され
るものではなく、単一ロール鋳造機やベルト鋳造機で行
われる鋳造等のあらゆる連続ストリップ鋳造にも適用で
きる。チル鋳造鋳型表面との接触により金属を急激凝固
させねばならないその他の鋳造プロセスにも適用を見出
すことが可能である。
【００６９】
【発明の効果】上記した本発明の金属鋳造方法及び金属
ストリップ連続鋳造方法によれば、鋳造溜めと鋳造鋳型
との間の相対的振動を起こす必要なしに熱伝達の改良を
達成でき、滑らかな鋳造鋳型表面での熱伝達増加をなす
ことにより、鋳造金属の表面構造精細化も達成すること
ができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】双ロール鋳造機をシュミレートした状態で金属
凝固速度を測定する実験装置を示す図である。
【図２】図１の実験装置に組込まれた浸漬パドルを示す
図である。
【図３】実験装置での典型的な鋼サンプルの凝固プロセ
スで得られる熱抵抗を示す線図である。
【図４】界面層湿潤度と、熱流束測定値と、界面抵抗と
の関係を示す線図である。
【図５】テルリウムを溶湯に加えてステンレス鋼を凝固
させる場合に得られる熱流束の変動を示す線図である。
【図６】テルリウムを溶湯に加えてステンレス鋼を凝固
させる場合、基質表面テクスチャを変えることにより得
られる熱流束の変動を示す線図である。
【図７】テルリウムを溶湯に加えてステンレス鋼を凝固
させる場合、溶湯の表面張力を変えることにより得られ
る熱流束の変動を示す線図である。
【図８】酸素を加える場合と加えない場合の、電解鉄の
凝固によって得られる典型的な熱流束値を示す線図であ
る。
【図９】連続的な酸化浸漬中に酸化皮膜が次第に形成さ
れるようにした実験の結果を、熱流束の変動に関して示
す線図である。
【図１０】連続的な酸化浸漬中に酸化皮膜が次第に形成
されるようにした実験の結果を、酸化物表面温度の変動
に関して示す線図である。
【図１１】マンガン・珪素酸化物混合物の相を示す図で
ある。
【図１２】種々のマンガン・珪素酸化物混合物の湿潤角
測定値を示す図である。
【図１３】マンガン・珪素・アルミニウム酸化物混合物
の３成分相を示す図である。
【図１４】鋼溶湯からの凝固においてアルミニウム含量
を変える効果を示す図である。
【図１５】鋼溶湯からの凝固においてアルミニウム含量
を変える効果を、Ａｌ2Ｏ3の形成に着目して示す図であ
る。
【図１６】鋼溶湯のスラグ液相線温度に対する遊離酸素
の効果を示す図である。
【図１７】鋼サンプルの凝固で得られる全熱流束と鋼の
液相線温度との関連を示す線図である。
【図１８】鋼サンプルの凝固で得られる全熱流束と、凝
固プロセスで液体になる鋼脱酸生成物の割合との重要な
関係を示す図である。
【図１９】ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3混合物の相を示す図であ
る。
【図２０】Ａ０６鋼溶湯からのサンプルの凝固プロセス
にカルシウムを加えた結果を経時的に示す図である。
【図２１】Ａ０６鋼溶湯からのサンプルの凝固プロセス
にカルシウムを加えた結果をＣａ／Ａｌ含量の変動に関
して示す図である。
【図２２】表面層厚の効果のモデル計算結果を示す図で
ある。
【図２３】本発明に応じて作動可能な連続ストリップ鋳
造機の平面図である。
【図２４】図２３で示した連続ストリップ鋳造機の側部
立面図である。
【図２５】図２３のＸＸＶ−ＸＸＶ線における縦断面図
である。
【図２６】図２３のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線における縦断
面図である。
【図２７】図２３のＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線における
縦断面図である。
【図２８】マンガン・珪素キルド鋼溶湯中にある酸化物
相を示す図である。
【符号の説明】
１６ 鋳造ロール １９ 金属供給ノズル ２０ ストリップ成品 ３０ 鋳造溜め
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レイザー ストレッチョフ オーストラリア ニュー サウス ウェー ルズ 2289 アダムスタウン ハイツ マ リン ストリート ７

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 鋳造鋳型表面との接触で溶湯が凝固する
    金属鋳造方法において、鋳造鋳型表面が５ミクロン以下
    の算術平均粗度（Ｒa）を有し、溶湯凝固プロセスで鋳
    造鋳型表面と溶湯との間に材料層を介在させ、溶湯凝固
    プロセスで前記材料層の大部分が液体であり、材料層の
    液体が前記鋳造鋳型表面上に４０°以下の湿潤角を有す
    ることを特徴とする金属鋳造方法。
  2. 【請求項２】 材料層厚が５ミクロン以下である、請求
    項１に記載の金属鋳造方法。
  3. 【請求項３】 材料層厚が１ミクロン以下である、請求
    項２に記載の金属鋳造方法。
  4. 【請求項４】 溶湯の鋳造溜めを、動いている鋳造鋳型
    表面との接触で形成して、金属が鋳造溜めから動いてい
    る鋳造鋳型表面に凝固するタイプの金属ストリップ連続
    鋳造方法において、鋳造鋳型表面が５ミクロン以下の算
    術平均粗度（Ｒa）を有し、溶湯凝固プロセスで鋳造鋳
    型表面と溶湯との間に材料層を介在させ、溶湯凝固プロ
    セスで前記材料層の大部分が液体であることを特徴とす
    る金属ストリップ連続鋳造方法。
  5. 【請求項５】 材料層の液体が前記鋳造鋳型表面上に４
    ０°以下の湿潤角を有する、請求項４に記載の金属スト
    リップ連続鋳造方法。
  6. 【請求項６】 材料層厚が５ミクロン以下である、請求
    項４又は５に記載の金属ストリップ連続鋳造方法。
  7. 【請求項７】 材料層厚が１ミクロン以下である、請求
    項６に記載の金属ストリップ連続鋳造方法。
  8. 【請求項８】 材料層が完全に鋳造溜めから造られる、
    請求項４乃至７のいずれかに記載の金属ストリップ連続
    鋳造方法。
  9. 【請求項９】 金属が鋼であり、鋳造溜めが鉄・マンガ
    ン・珪素の酸化物を含み、材料層が鉄・マンガン・珪素
    の酸化物の混合物であり、該混合物は溶湯凝固プロセス
    で前記混合物の大部分が液体であるような混合割合であ
    る、請求項８に記載の金属ストリップ連続鋳造方法。
  10. 【請求項１０】 鋳造溜めが更に酸化アルミニウムを含
    み、材料層が鉄・マンガン・珪素・アルミニウムの酸化
    物の混合物で構成される、請求項９に記載の金属ストリ
    ップ連続鋳造方法。
  11. 【請求項１１】 一対の平行鋳造ロール間のロール間隙
    に、ロール間隙上方に配した金属供給ノズルを介して溶
    湯を導入することにより、ロール間隙直上に鋳造ロール
    表面に支持された溶湯の鋳造溜めを創り出し、鋳造ロー
    ルを回転させてロール間隙から下方に凝固金属ストリッ
    プを送給するタイプの金属ストリップ連続鋳造方法にお
    いて、鋳造ロール表面が５ミクロン以下の算術平均粗度
    （Ｒa）を有し、溶湯凝固プロセスで鋳造ロール表面と
    溶湯との間各々に材料層を介在させ、溶湯凝固プロセス
    で前記材料層の大部分が液体であることを特徴とする金
    属ストリップ連続鋳造方法。
  12. 【請求項１２】 材料層の液体が鋳造ロール表面上に４
    ０°以下の湿潤角を有する、請求項１１に記載の金属ス
    トリップ連続鋳造方法。
  13. 【請求項１３】 材料層厚が５ミクロン以下である、請
    求項１２に記載の金属ストリップ連続鋳造方法。
  14. 【請求項１４】 材料層厚が１ミクロン以下である、請
    求項１３に記載の金属ストリップ連続鋳造方法。
  15. 【請求項１５】 鋳造ロールが回転して鋳造溜めと接触
    し始めるときに、鋳造溜めに含まれる材料が鋳造ロール
    の表面各々に材料層を形成する、請求項１１乃至１４の
    いずれかに記載の金属ストリップ連続鋳造方法。
  16. 【請求項１６】 金属が鋼であり、鋳造溜めが、鉄・マ
    ンガン・珪素の酸化物で構成されたスラグを含み、材料
    層がスラグから鋳造ロールに堆積した鉄・マンガン・珪
    素の酸化物の混合物で構成される、請求項１５に記載の
    金属ストリップ連続鋳造方法。
  17. 【請求項１７】 スラグ中のマンガン・珪素の酸化物の
    割合は、材料層が液体マンガン及び酸化珪素相で構成さ
    れるような割合である、請求項１６に記載の金属ストリ
    ップ連続鋳造方法。
  18. 【請求項１８】 スラグがＭｎＯとＳｉＯ2とを、Ｍｎ
    Ｏが約７５％、ＳｉＯ2が約２５％の割合で含む、請求
    項１７に記載の金属ストリップ連続鋳造方法。
  19. 【請求項１９】 鋳造溜めに遊離酸素を供給してスラグ
    中の酸化鉄の形成とＭｎＯ及びＳｉＯ2の形成を高め
    る、請求項１５乃至１８のいずれかに記載の金属ストリ
    ップ連続鋳造方法。
  20. 【請求項２０】 鋼溶湯がマンガン・珪素キルド鋼であ
    る、請求項１６に記載の金属ストリップ連続鋳造方法。
  21. 【請求項２１】 鋼溶湯の全般的な組成が次のようであ
    る、請求項１６乃至２０のいずれかに記載の金属ストリ
    ップ連続鋳造方法。 炭素 ０．０６重量％ マンガン ０．６重量％ 珪素 ０．２８重量％ アルミニウム ０．００２重量％以下
  22. 【請求項２２】 スラグが酸化アルミニウムも含み、材
    料層が鉄・珪素・アルミニウムの酸化物の混合物で構成
    される、請求項１６に記載の金属ストリップ連続鋳造方
    法。
  23. 【請求項２３】 鋼溶湯が、カルシウムを有意に加えた
    アルミニウムキルド鋼である、請求項２２に記載の金属
    ストリップ連続鋳造方法。
  24. 【請求項２４】 鋼溶湯中のアルミニウムに対するカル
    シウムの重量割合が０．２〜０．３である、請求項２３
    に記載の金属ストリップ連続鋳造方法。
  25. 【請求項２５】 鋼溶湯の組成が次のようである、請求
    項２３又は２４に記載の金属ストリップ連続鋳造方法。 炭素 ０．０６重量％ マンガン ０．２５重量％ 珪素 ０．１５重量％ アルミニウム ０．０５重量％
  26. 【請求項２６】 鋳造ロールをクロムメッキして鋳造ロ
    ール表面をクロム表面にした、請求項１１乃至２５のい
    ずれかに記載の金属ストリップ連続鋳造方法。
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