JPH11179494A - 薄肉鋳片連続鋳造用冷却ドラム及び冷却ドラムを用いた薄肉鋳片 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却ドラムを用いた薄肉鋳片連続鋳造におい
て表面品質良好な鋳片を安定して鋳造する。 【解決手段】 冷却ドラム２の周面に多数の突起１が形
成されており、突起１の高さＨは２０μｍ以上であり、
突起１の直径Ｄは０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であ
り、突起１の最近接間隔Ｗは０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ
以下である。この構成により、鋳片の割れを防止しつつ
鋳片表面の凹凸高さを十分に平坦にして、表面手入れの
不要な品質良好な鋳片を安定して鋳造することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶融金属から薄肉鋳
片を連続鋳造する装置の冷却ドラムおよびその冷却ドラ
ムを用いて連続鋳造された薄肉鋳片に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】板厚が１ｍｍから１０ｍｍ程度の薄肉鋳
片（以下、主に鋳片という）を連続鋳造する装置とし
て、一対の冷却ドラム（以下、主にドラムという）を備
えた双ドラム式連続鋳造装置や、１個のドラムを備えた
単ドラム式連続鋳造装置や、ドラムとベルトを備えたド
ラム−ベルト式連続鋳造装置などが知られている。

【０００３】これらの連続鋳造装置を用いて鋳造された
鋳片は薄肉で最終製品に近い形状であるため、鋳片の段
階で割れや亀裂などの表面欠陥を防止して皆無に近くす
ることが不可欠となる。なぜならば、鋳片が薄肉ゆえに
表面欠陥を研削などの手入れによって除去することは困
難であり、たとえ除去できたとしても歩留りが大幅に悪
化するなどの問題が生じるからである。

【０００４】ところが、薄肉鋳造では凝固シェルが急冷
されるため、急冷に伴う熱収縮応力によって鋳片表面に
割れや亀裂等の欠陥が発生し易いという弱点が何れの薄
肉連続鋳造装置にも存在する。

【０００５】そこで、鋳片の表面欠陥を安定的に防止す
るための種々の工夫が提案されている。例えば特公平４
−３３５３７号公報にはドラムの周面に円形または楕円
形の窪みを多数形成する方法が開示されている。また特
開平３−１７４９５６号公報にはドラムの周面をローレ
ット加工やサンドブラスト加工によって粗面化する方法
が開示されている。また特開平６−３０４７１５号公報
にはベルトによって薄肉鋳片を鋳造する方法に関して、
ベルトの表面に断熱性のコーティングを施した上に多数
の凹部ないし凸部を形成する方法が開示されている。

【０００６】これらの方法は何れも、ドラムやベルトに
窪みや突起を多数形成することによってドラムと溶鋼の
間に空気層を導入し、ドラム周面と溶鋼との実効接触面
積を減少させることによって凝固シェルの冷却を緩和
し、熱収縮などによる応力を減少させて割れや亀裂など
を防止して健全な表面性状の鋳片を得るという方法であ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特公平４−３
３５３７号公報や特開平３−１７４９５６号公報に開示
されているようにドラム周面に窪みを形成すると、ドラ
ム周面に溶鋼が接触する際に窪みに溶鋼が差し込むた
め、鋳片表面には凸状の突起が形成される。このような
突起を有する鋳片はそのままでは製品とななり難く、ま
た後工程で圧延等の加工を施した場合にスケールの巻き
込みや線ヘゲなどの圧延疵となる。

【０００８】本発明者が鋭意検討の結果、鋳片表面の凹
凸高さが１５μｍ以下であれば、後工程で前述の圧延疵
が発生しないことが判明した。

【０００９】鋳片表面の凸状突起の高さを低くするため
にはドラム周面の窪みを浅く形成させるとよいが、この
場合にはドラムと溶鋼の間の空気層が減少するために凝
固シェルの冷却を緩和する作用が小さくなり、鋳片表面
の割れを防止しきれない場合が発生した。

【００１０】また特開平６−３０４７１５号公報に開示
されているようにベルトの表面に高さ５０〜１５０μ
ｍ、直径１．０〜２．０ｍｍの凸部を形成させると、鋳
片の表面には凹状の窪みが形成される。このような窪み
もまた、その凹凸高さが著しい場合には前述と同様に製
品としては許容し難く、また後工程での圧延疵の発生原
因となり得る。特に特開平６−３０４７１５号公報の開
示に従って直径１．０〜２．０ｍｍの凸状突起を施工し
た場合には凹状の窪みは著しく、また鋳片表面の割れも
完全に解消しきれない。

【００１１】そこで本発明は、薄肉連続鋳造方法におい
て鋳片表面の割れを皆無化し、かつ鋳片表面の凹凸高さ
を１５μｍ以下とすることで、表面手入れの必要の無い
良好な表面品質の鋳片を安定して得ることを課題とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による薄肉鋳片連
続鋳造用の冷却ドラムは、図１に示す斜視図（一部断面
図）のように冷却ドラム２の表面に多数の突起１が形成
されており、突起の高さＨは２０μｍ以上であり、突起
の直径Ｄは０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、突起
の最近接間隔Ｗは０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である
ことを特徴とする。また本発明による薄肉鋳片は表面に
多数の突起１が形成された冷却ドラム２を用いて連続鋳
造された薄肉鋳片であって、鋳片表面の凹凸高さが１５
μｍ以下であることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に示すように、本発明による
冷却ドラム２の表面には多数の突起１が形成されてい
る。突起１は冷却ドラム２と一体であってもよく、また
メッキなどにより複数の層が形成されていてもよい。し
かし、突起１が受ける熱疲労や摩耗などに対する耐久性
の観点から、冷却ドラム２と突起１は一体であることが
望ましい。

【００１４】なお、突起１はフォトエッチングやレーザ
ー加工など公知の手法によって施工することができる。

【００１５】突起１の寸法は、突起の高さＨ、突起の直
径Ｄ、突起の最近接間隔Ｗによって規定される。突起１
の形状は如何なる形状であっても本発明の作用効果に対
して概ね影響しないが、突起１の耐久性を考慮すると円
柱状ないし楕円柱状であるのが望ましく、突起の先端面
３は後述するように平坦な鋳片表面を得るために平坦で
あることが望ましい。なお、突起１が楕円柱状の場合は
長径と短径の平均値を突起の直径Ｄと定義する。

【００１６】以下に図２から図６に基づいて本発明の実
施形態と作用効果について説明する。図２は本発明に基
づく冷却ドラム２の周面に凝固シェル５が生成し始めた
様子を模式的に示した図である。図２では突起１を４つ
含む冷却ドラム２の周面近傍を切り出した形で上方から
斜視しており、各々の突起１は縦半分の断面を示してい
る。冷却ドラム２の上方には凝固シェル５が生成してお
り、凝固シェルの表面６と冷却ドラム２とのギャップに
は図示していないガスが存在し、ガスギャップを形成し
ている。凝固シェル５の上方には図示していない溶鋼が
存在している。なお、突起の先端面３と凝固シェルの表
面６は実際にはほぼ接触していると考えられるが、図面
では理解を容易にするために若干離している。

【００１７】図２の時点よりさらに前の溶鋼が冷却ドラ
ム２に接近したときは、凝固シェル５は生成しておら
ず、溶鋼は表面張力によってほぼ平坦となっていると考
えられる。溶鋼が冷却ドラム２に接触するときは、溶鋼
は最初に突起の先端面３に接触して突起部の凝固シェル
７が最初に形成される。このとき凝固シェル７は溶鋼の
圧力によって突起の先端面３に押しつけられるため、突
起の周縁４の近傍においては接触が密なために凝固シェ
ル５は急激に成長して肥大し、溶鋼の圧力よって冷却ド
ラム２の側に押されてリング状の隆起部８が形成され
る。このときリング状の隆起部８は突起の周縁４と密着
するため、充分に冷却されており剛性が高い。そのため
リング状の隆起部８は冷却ドラム２の側に突出するよう
に変形することはなく、主として溶鋼側（図２では上
方）に成長することになり、図２に示すように突起部の
凝固シェル７はカルデラ型となる。

【００１８】一方、突起部の凝固シェル７以外の部分に
おける溶鋼の圧力は、ガスギャップＧのガス圧力及び溶
鋼の表面張力と拮抗するため、溶鋼は概ね平坦な形状を
保ち、冷却ドラム２と直接に接触することはない。そし
て溶鋼はガスギャップＧ内でのガスの接触伝熱や放射伝
熱などによって抜熱されるため、概ね平坦な形状のまま
凝固して平坦な凝固シェル５を形成する。このとき仮に
凝固シェル５の一部分が冷却ドラムの平坦面２Ａに接近
しても、接近した部分は熱収縮によって冷却ドラム２か
ら離間するので、元の形状に戻ることになる。また、ガ
スギャップＧ内のガスの対流による伝熱の均一化効果に
より凝固シェル５は均一に凝固する。

【００１９】このように、突起１が形成された冷却ドラ
ム２によって凝固シェル５が生成する場合は、溶鋼はそ
の殆どの部分が冷却ドラム２と接触しておらず間接的な
抜熱であるため、凝固シェルの表面６は溶鋼状態での形
状を反映して概ね平坦となる。また、突起の先端面３と
接触する突起部の凝固シェル７の部分は突起の先端面３
の平坦な形状が転写されるために平坦である。そして唯
一、突起の周縁４と対応する部分がリング状の隆起部８
として僅かに残存するのみとなる。

【００２０】また、凝固シェル５はその殆どの部分が間
接的な抜熱によって緩冷却されるため熱収縮応力が小さ
く、さらにガスギャップＧ内のガスの対流によって抜熱
が均一化されるため凝固が均一となり、鋳片表面に割れ
や亀裂等が発生し難くなる。

【００２１】図３は、窪み９が形成された従来の冷却ド
ラム１３の周面に凝固シェル５が生成した様子を模式的
に示した図である。図３も図２と同様に窪み９を４つ含
む部分を切り出した形で上方から斜視しており、各々の
窪み９は縦半分を断面で示している。凝固シェル５の上
方には図示していない溶鋼が存在している。凝固シェル
の表面６と冷却ドラムの平坦面１３Ａは実際にはほぼ接
触していると考えられるが、図面では理解を容易にする
ため若干離している。

【００２２】溶鋼は先ず冷却ドラムの平坦面１３Ａによ
って抜熱されて凝固シェル５が生成する。窪みの周縁１
０の近傍は溶鋼との接触が密になるために著しく抜熱さ
れて凝固シェルの肥大部１１が形成される。このとき凝
固シェル５は冷却ドラムの平坦面１３Ａの側へは突出で
きないので、溶鋼側（図３では上方）に成長することに
なる。

【００２３】一方、窪み９と対応する位置の溶鋼は抜熱
が少ないので、凝固し難い。そのため、この未凝固部に
溶鋼圧力が加わると凝固シェル５は窪み９側へ突出し、
凸部１２が形成される。このとき、凸部１２は冷却ドラ
ム２に接近することによって冷却され熱収縮するが、凸
部周辺の凝固シェルの肥大部１１の方がより冷却されて
おりより収縮しているので、凸部１２は元の形状に戻る
ことはない。さらにまた、窪み９にガスが閉じこめられ
るためにガスは対流せず、伝熱は均一化されない。

【００２４】このように、窪み９が形成された冷却ドラ
ム２によって凝固シェル５が生成する場合は、窪み９に
溶鋼が必然的に差し込むため、凝固シェル５に凸部１２
が形成されることになる。

【００２５】また、凝固シェル５は冷却ドラムの平坦面
１３Ａから直接的に抜熱される一方、凸部１２はその周
辺と比べて極端に緩冷却されるため、窪みの周縁１０の
近傍で過大な熱収縮応力が働き、さらにガスギャップＧ
内のガスは対流しないため抜熱が不均一となって凝固が
不均一となり易いため、鋳片表面の割れや亀裂などが発
生し易くなる。

【００２６】以上を鑑みると、突起１が形成された冷却
ドラム２を用いて凝固シェルの表面６を十分に平坦化す
るためには突起の最近接間隔Ｗを適切に選択する必要が
あり、また割れや亀裂などを防止するためには突起の高
さＨと突起の最近接間隔Ｗに基づくガスギャップ量と突
起の直径Ｄに基づく突起部の凝固シェル７の大小を適切
に選択する必要があることがわかる。

【００２７】図４は、突起の高さＨと鋳片表面に発生し
た割れ発生長さおよび鋳片表面での最大凹凸高さとの関
係を示した図である。突起の高さＨが本発明の範囲であ
る２０μｍ以上であれば鋳片表面には割れは発生せず、
また鋳片表面の最大凹凸高さを圧延疵の発生を完全に防
止できる範囲である１５μｍ以内に納めることができ
る。突起の高さＨがゼロ、即ち冷却ドラム２の周面が平
坦に近づくにつれて鋳片表面割れの発生量は激増し、ド
ラム周面に負の突起、即ち窪みを形成すると再び割れは
減少する。しかし、この場合には鋳片表面の最大凹凸高
さが１５μｍを超えるため、圧延疵が発生して好ましく
ない結果となる。

【００２８】なお、突起の高さＨの上限は機能上からは
制限されないが、突起１の施工性や耐久性を考慮する
と、２００μｍ以下に納めるのが現実的と言える。

【００２９】図５は突起の直径Ｄと鋳片表面に発生した
割れ発生長さおよび鋳片表面での最大凹凸高さとの関係
を示した図である。突起の直径Ｄが本発明の範囲である
０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下にある場合には、鋳片表
面割れは発生せず、また鋳片表面の凹凸高さも目標値を
十分クリアする。突起の直径Ｄが本発明の範囲を逸脱す
ると、鋳片表面に割れが発生する。

【００３０】図６は突起の最近接間隔Ｗと鋳片表面に発
生した割れ発生長さおよび鋳片表面での最大凹凸高さと
の関係を示した図である。突起の最近接間隔Ｗが本発明
の範囲である０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下にある場合
には、鋳片表面割れは発生せず、また鋳片表面の凹凸高
さも目標値を十分クリアする。突起の最近接間隔Ｗが本
発明の範囲を下回ると鋳片表面に割れが発生し、本発明
の範囲を上回ると鋳片表面に割れが発生し、さらに鋳片
表面の最大凹凸高さが圧延疵防止範囲を逸脱する。

【００３１】

【実施例】以下に本発明の効果を表１に記載の実施例に
基づいて説明する。鋳造機は双ドラム式連続鋳造機を用
いた。鋳型である冷却ドラムは直径１２００ｍｍ、幅１
０００ｍｍであった。これによりＡＩＳＩ３０４ステン
レス鋼を６４ｍ／分の鋳造速度で鋳造し、３ｍｍ厚の薄
肉鋳片を得た。冷却ドラムの表面にはＮｉメッキを１ｍ
ｍ厚み施工し、メッキの最外層に表１に示す寸法の突起
をフォトエッチングによって施工した。

【００３２】

【表１】

【００３３】次に得られた結果について表１を基に説明
する。実験番号２，３，４，５，７，８，１３，１４は
本発明に基づいて冷却ドラムに突起を設けた例であり、
鋳片表面に割れは発生せず、鋳片表面の凹凸も微少で圧
延疵の防止範囲を十分クリアするものであった。

【００３４】一方、実験番号１，６，９，１０，１１，
１２，１５．１６，１７は本発明の範囲を逸脱するもの
であり、また実験番号１８，１９，２０はドラム周面に
突起を施工しなかった例であり、何れも品質良好な鋳片
を安定して鋳造できなかった。実験番号１は突起の高さ
が過小であった例であり、実験番号６は突起の直径が過
小であった例であり、実験番号９，１０，１１は突起の
直径が過大であった例であり、実験番号１２は突起の最
近接間隔が過小であった例であり、何れも鋳片表面に割
れが発生した。実験番号１５は突起の最近接間隔が過大
であった例であり、実験番号１６は突起の直径ならびに
最近接間隔が何れも過小であった例であり，実験番号１
７は突起の直径ならびに最近接間隔が何れも過大であっ
た例であり，何れも鋳片表面割れと著しい凹凸が発生し
た。また一方、実験番号１８はドラム周面に凹凸を全く
施工しなかった例であり、著しい割れが発生した。実験
番号１９，２０はドラム周面に窪みを施工した例であ
り、割れ防止ないし凹凸高さ低減の何れかが未達であっ
た。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、薄
肉連続鋳造方法において鋳片表面の割れを皆無にでき、
かつ後工程における鋳片表面の手入れの必要の無い良好
な表面品質の鋳片を安定して得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による冷却ドラムの周面近傍の斜視図
（一部断面図）。

【図２】本発明による冷却ドラムの周面に生成し始めた
凝固シェルの模式図。

【図３】従来の冷却ドラムの周面に生成し始めた凝固シ
ェルの模式図。

【図４】冷却ドラム周面の突起の高さと鋳片表面の割れ
並びに最大凹凸高さとの関係を示す図。

【図５】冷却ドラム周面の突起の直径と鋳片表面の割れ
並びに最大凹凸高さとの関係を示す図。

【図６】冷却ドラム周面の突起の最近接間隔と鋳片表面
の割れ並びに最大凹凸高さとの関係を示す図。

【符号の説明】

１…冷却ドラム周面の突起 ２…本発明の冷却ドラム ２Ａ…冷却ドラムの平坦面 ３…突起の先端面 ４…突起の周縁 ５…凝固シェル ６…凝固シェルの表面 ７…突起部の凝固シェル ８…リング状の隆起部 ９…窪み １０…窪みの周縁 １１…凝固シェルの肥大部 １２…凸部 １３…従来の冷却ドラム Ｈ…突起の高さ Ｄ…突起の直径 Ｗ…突起の最近接間隔 Ｇ…ガスギャップ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年１月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄肉鋳片連続鋳造用の冷却ドラムであっ
   て、該冷却ドラムは周面に多数の突起が形成されている
   ことを特徴とする薄肉鋳片連続鋳造用冷却ドラム。
2. 【請求項２】 前記冷却ドラムは突起の高さが２０μｍ
   以上であることを特徴とする請求項１に記載の薄肉鋳片
   連続鋳造用冷却ドラム。
3. 【請求項３】 前記冷却ドラムは突起の直径が０．２ｍ
   ｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１
   に記載の薄肉鋳片連続鋳造用冷却ドラム。
4. 【請求項４】 前記冷却ドラムは突起の最近接間隔が
   ０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴とする
   請求項１に記載の薄肉鋳片連続鋳造用冷却ドラム。
5. 【請求項５】 前記冷却ドラムの突起が円柱状ないし楕
   円柱状であることを特徴とする請求項１に記載の薄肉鋳
   片連続鋳造用冷却ドラム。
6. 【請求項６】 周面に多数の突起が形成された冷却ドラ
   ムを用いて連続鋳造された薄肉鋳片であって、該薄肉鋳
   片の表面の最大凹凸高さが１５μｍ以下であることを特
   徴とする薄肉鋳片。