JP3817188B2 - スカム堰およびスカム堰を有した双ドラム式連続鋳造機による薄肉鋳片の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相対する一対の冷却ドラムの周面の一部に湯溜まり部を形成し、そこに注入した溶融金属を冷却・凝固せしめて、薄肉鋳片を製造する双ドラム式連続鋳造方式による薄肉鋳片の鋳造方法において、スカム堰を用いて薄肉鋳片を連続鋳造する鋳造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、溶湯等の溶融金属から最終形状に近い数ｍｍから数十ｍｍの肉厚鋳片を直接製造する方法が注目されている。この方法によれば、従来法のような圧延工程を省略できる、あるいは、圧延工程での負荷コストを軽減できるので、工程や設備の簡略化を図ることができる。
【０００３】
この種の連続鋳造方法としては、互いに逆方向に回転する一対の冷却ドラムの間に湯溜まり部を形成する双ドラム方式、冷却ドラムとベルトの間に湯溜まり部を形成するドラムベルト方式、一本の冷却ドラムの周面の一部に湯溜まりを形成する単ドラム方式がある。これらの方式においては、いずれも冷却ドラムの周囲に接する部分で、溶融金属の冷却・凝固が進行し、凝固シェルを生成する。従って、この凝固シェルを安定して成長せしめることが良好な表面性状を有する鋳片を製造することにおいてきわめて重要である。
【０００４】
双ドラム式連続鋳造装置では、図１に示すように、軸を水平にし互いに接近して並行に設置され、且つ、互いに逆方向に回転する一対の冷却ドラム２ａ、２ｂと、冷却ドラム２ａ、２ｂの両端面に圧着されたサイド堰３ａ、３ｂとを主要な構成部材としている。冷却ドラム２ａ、２ｂとサイド堰３ａ、３ｂとで形成された湯溜まり部７の上方にはシールチャンバー８が設けられ、シールチャンバー８内には不活性ガスが供給される。湯溜まり部７にタンディッシュ１１から浸漬ノズル９を介し溶融金属１を連続的に供給することにより、溶融金属１は冷却ドラム２ａ、２ｂとの接触部で凝固シェル４ａ、４ｂを形成し、凝固シェル４ａ、４ｂは冷却ドラム２ａ、２ｂの回転に伴って回転ドラム表面に同期して移動し、キッシングポイント６で両側の凝固シェルが圧着され薄肉鋳片５となる。
【０００５】
湯溜まり部７の溶融金属中には脱酸生成物その他の酸化物が含まれており、この酸化物は湯溜まり部６において浮上し、溶融金属１表面にスカムとして浮遊することとなる。鋳造を行うに際し、湯だまり部７に注入された溶融金属１の表面に浮遊する酸化物（スカム）が冷却ドラム２の表面と溶融金属１の表面との接触部１２に到達すると、冷却ドラム２ａ、２ｂの回転とともに、流れ込む溶融金属に付随して引き込まれ、鋳片の凝固シェル４の表面に付着して鋳片に取り込まれる場合がある。この結果、鋳造された薄肉鋳片に割れやスカム疵、さらに圧延、焼鈍、酸洗後の製品で割れが原因となったヘゲ、スカム疵、光沢むらが発生し、鋳片および製品の品質が損なわれる。
【０００６】
特開平６−３３９７５４号公報には、湯溜まり内に図１に示すようなスカム堰１０ａ、１０ｂを配し、スカム堰１０ａ、１０ｂとサイド堰３ａ、３ｂに囲まれたスペースに、スカムを溶融状態に保つフラックスを添加しながら溶湯１を注入し、溶融状のスカムを除去しながら鋳造を行う方法が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
溶融金属１の中の酸化物は、スカム堰１０ａ、１０ｂの間の空間に浮上するのみならず、スカム堰１０ａとドラム２ａとの間の空間にも浮上する。このような位置に浮上したスカムはスカム堰１０ａ、１０ｂによって捕獲することはできず、このようなスカムを巻き込むことによって欠陥が生じる。また、溶融状のスカムを除去することは困難である。本発明は、スカムの巻き込みに起因する鋳片表面の割れやスカム疵や製品板における光沢むらの発生を防止して、表面性状の優れた薄肉鋳片さらにこれを圧延して得られる表面性状の優れた鋼板を製造するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）一対の冷却ドラム２の周囲の一部とサイド堰３で形成した湯溜まり部７に溶融金属１を注入し、溶融金属１を冷却ドラム２の回転周面で冷却、凝固しながら薄肉鋳片５を連続鋳造する鋳造方法において溶融金属中に配置するスカム堰１０であって、溶融金属と反応あるいは溶解して溶融金属の表面張力を低下させる元素の化合物の含有量が３０ｍｏｌ％以下である材料を使用してなることを特徴とするスカム堰。
（２）前記溶融金属が溶鋼であり、表面張力を下げる元素がＢ、Ｎ、Ｓであることを特徴とする（１）に記載のスカム堰。
（３）一対の冷却ドラム２の周囲の一部とサイド堰３で形成した湯溜まり部７に溶融金属１を注入し、溶融金属１を冷却ドラム２の回転周面で冷却、凝固しながら薄肉鋳片５を連続鋳造する鋳造方法において溶融金属中に配置するスカム堰１０であって、溶融金属と反応あるいは溶解して溶融金属の表面張力を上昇させる元素の化合物を１０ｍｏｌ％以上含有する材料を使用してなることを特徴とするスカム堰。
（４）前記溶融金属が溶鋼であり、表面張力を上昇させる元素がＷ、Ｔｉであることを特徴とする（３）に記載のスカム堰。
（５）ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯの少なくとも１種類を主成分とする材料を使用してなることを特徴とする（１）〜（４）に記載のスカム堰。
（６）上記（１）〜（５）に記載のスカム堰１０を使用して薄肉鋳片を鋳造することを特徴とする双ドラム式連続鋳造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者は図１に示す双ドラム式連続鋳造機において種々の材質のスカム堰１０を用いて鋳造試験を行った。本発明はその結果を基になされたものである。鋳造中に湯溜り部７の溶鋼の湯面にスカムが浮上してくる。この状況下において、スカム堰１０にＢＮのように溶鋼と反応して表面張力を低下させるＢやＮが溶鋼中に溶解する成分を含有する材質のものを用いると、スカム堰近傍の溶鋼の表面張力を低下させる。すると、スカム堰近傍の湯面上にあるスカムは、スカム堰近傍からはじかれるようにスカム堰から離れていく。この結果、冷却ドラム２とスカム堰１０との間の湯面において、はじかれたスカムは、冷却ドラム２の回転とともに流れ込む溶鋼に付随して引き込まれる現象が観察される。即ち、スカム堰の材質として溶融金属の表面張力を低下させる元素を含有したものを用いることにより、スカム堰近傍の溶融金属の表面張力が低下し、湯溜まり部の溶融金属表面において、ドラムと溶融金属表面の接触部１２付近の溶融金属とスカム堰近傍の溶融金属との間に表面張力勾配が生じて、スカム堰から接触部１２に向かう表面流動が生じるためであると考えられる。この流動によってスカムが接触部１２に移動していくと推定される。
【００１０】
一方、スカム堰に表面張力を低減する元素を含まない場合には溶融金属の表面張力の低下が起こらず、冷却ドラム近傍の湯面上にあるスカムは、ドラムに向かって移動する現象が起こりにくくなる。この結果、スカムは湯溜まりの中央部に移動して集積し、ドラムに引き込まれてのスカムの巻き込みは激減する。
【００１１】
従って、スカム堰１０には表面張力を下げる作用の大きい元素（溶融金属が溶鋼である場合にはＢ、Ｎ、Ｓ）を含まないことが望ましいが、これら元素の化合物の含有量が３０ｍｏｌ％以下であれば実際上問題がないので、これらの含有量は３０ｍｏｌ％以下とした。化合物としてはセラッミックスに用いられるＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｂ₄Ｃ、ＭｏＳ₂等である。表面張力を低下させる元素の化合物の含有量は、１０ｍｏｌ％以下であればより好ましい。５ｍｏｌ％以下であればさらに好ましい。また、主成分としては溶融金属と反応しにくいＡｌ₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂，ＭｇＯであることが望ましい。
【００１２】
スカム堰１０に溶融金属の表面張力を上昇させる元素を含む場合には、元素が溶融金属中に溶解することによって溶融金属の表面張力が上昇して、スカム堰近傍の溶融金属の表面張力を上昇させる。すると、湯面上に浮遊するスカムがスカム堰１０に引き寄せられ、冷却ドラム２近傍の湯面上にあるスカムはドラム２から離れていく。この結果、スカムはスカム堰近傍に移動して集積し、ドラムに引き込まれてのスカムの巻き込みは激減する。これは、スカム堰近傍の溶融金属の表面張力が上昇し、ドラムと溶融金属表面の接触部１２付近の溶融金属とスカム堰近傍の溶融金属との間に表面張力勾配が生じて、ドラム界面からスカム堰に向かう表面流動が生じるためであると考えられる。この流動によってスカムがスカム堰側に移動していくと推定される。
【００１３】
従って、スカム堰１０を構成する材料には表面張力を上げる作用の大きい元素（溶融金属が溶鋼である場合にはＷ、Ｔｉ）を含むことが望ましく、これら元素の化合物を１０ｍｏｌ％以上含有すると効果が得られるので、含有量は１０ｍｏｌ％以上とした。表面張力を上げる作用を有する化合物としてはＷＯ、ＴｉＯ₂が望ましい。表面張力を上昇させる元素の化合物の含有量は、３０ｍｏｌ％以上であればより好ましい。５０ｍｏｌ％以上であればさらに好ましい。残部は表面張力の低下元素を含まず、溶融金属と反応しにくいＡｌ₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂，ＭｇＯを主体とすることが望ましい。
【００１４】
また、スカム堰１０をドラム端部以外の部分に限定することによって、ドラム端部では、スカムがドラム界面に引き込まれるので、湯溜まり中央部へのスカムの集積が減少し、これらスカムが湯面変動や波立ち等の鋳造状態の変動によって巻き込まれて発生するスカム疵を低減させることが可能となる。この際、中間成品である帯状鋼板から成品の薄鋼板を製造するには、例えば、成品となる薄鋼板の板幅寸法を一定に揃えるために、中間成品である帯状鋼板の幅方向の両端部をトリミングにより切り落して屑鋼とし、残部を成品の薄鋼板にする。従って、中間成品である帯状鋼板においては、多数の表面疵が幅方向の両端部のトリミング代内に存在していても、成品の品質上の支障にはならない。
【００１５】
本発明を用いることにより、たとえ湯溜まり部７の溶融金属中に存在する酸化物の量が多くても、鋳片に巻き込まれるスカムの量が大幅に低減する。従って、従来おこなっていたスカム量低減を目的とした溶鋼清浄化のための精錬や酸化防止のためのシールを軽減することが可能となる。
【００１６】
【実施例】
ＳＵＳ３０４鋼を図１に示す双ドラム連続鋳造機により表１に示す組成のスカム堰１０を用いて鋳造し、薄肉鋳片を製造した。鋳造条件は以下のとおりである。
鋳造ドラムの寸法：直径１３００ｍｍ、幅１０００ｍｍ
鋳造ドラムの構造：内部水冷式、表面Ｎｉメッキの銅製
鋳造鋼種 ：ＳＵＳ３０４
鋳造速度 ：６０ｍ／分
鋳片厚 ：３ｍｍ。
【００１７】
この鋳片に発生した割れおよびスカム疵の発生率を調査した。この鋳片は、幅２５ｍｍをトリミングした後、常法によって冷延、熱処理、酸洗を行い成品とした。その製品に発生したスカム疵および鋳片の割れが原因であるヘゲ疵の発生率、表面光沢を調査した。評点は、１：全くなし、２：認められる、３：著しく認められるである。
【００１８】
調査結果を表２に示す。Ｎｏ１〜１４は本発明の実施例である。鋳片ではスカム疵、割れは認められず、製品板でもスカム疵、ヘゲ疵は認められず、光沢むらも低減している。Ｎｏ１５、１６は比較材である。Ｎｏ１５は表面張力低下元素の含有量がはずれたものである。Ｎｏ１６は表面張力低下元素と表面張力上昇元素の両者を含有し、表面張力上昇元素の含有量がはずれたものである。比較材は鋳片にスカム疵が認められ、割れが生じていた。さらに製品板でもスカム疵、ヘゲ疵、光沢むらが認められた。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
【発明の効果】
本発明によると、双ドラム式連続鋳造による薄肉鋳片の製造において、湯溜り部の溶融金属の湯面に浮上しているスカムを、ドラム近傍から離れた位置に移動させて、ドラム表面への巻き込みを防止することが可能となり、鋳片の割れやスカム疵、製品板での光沢むらの発生を防止して、表面性状の優れた薄肉鋳片およびそれを圧延して得られる製品板を製造することができる。また、本発明によると、従来おこなっていたスカム量低減を目的とした溶湯清浄化のための精錬や酸化防止のためのシールを軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】双ドラム式の連続鋳造装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
１…溶融金属
２ａ、２ｂ…冷却ドラム（双ドラム）
３ａ、３ｂ…サイド堰
４ａ、４ｂ…凝固シェル
５…薄肉鋳片
６…キッシングポイント
７…湯溜まり
８…シールチャンバー
９…浸漬ノズル
１０ａ、１０ｂ…スカム堰
１１…タンディッシュ
１２ 接触部

Claims (6)

1. 一対の冷却ドラムの周囲の一部とサイド堰で形成した湯溜まり部に溶融金属を注入し、該溶融金属を該冷却ドラムの回転周面で冷却、凝固しながら薄肉鋳片を連続鋳造する鋳造方法において溶融金属中に配置するスカム堰であって、溶融金属と反応あるいは溶解して溶融金属の表面張力を低下させる元素の化合物の含有量が３０ｍｏｌ％以下である材料を使用してなることを特徴とするスカム堰。
2. 前記溶融金属が溶鋼であり、表面張力を下げる元素がＢ、Ｎ、Ｓであることを特徴とする請求項１に記載のスカム堰。
3. 一対の冷却ドラムの周囲の一部とサイド堰で形成した湯溜まり部に溶融金属を注入し、該溶融金属を該冷却ドラムの回転周面で冷却、凝固しながら薄肉鋳片を連続鋳造する鋳造方法において溶融金属中に配置するスカム堰であって、溶融金属と反応あるいは溶解して溶融金属の表面張力を上昇させる元素の化合物を１０ｍｏｌ％以上含有する材料を使用してなることを特徴とするスカム堰。
4. 前記溶融金属が溶鋼であり、表面張力を上昇させる元素がＷ、Ｔｉであることを特徴とする請求項３に記載のスカム堰。
5. ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯの少なくとも１種類を主成分とする材料を使用してなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスカム堰。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のスカム堰を使用して薄肉鋳片を鋳造することを特徴とする双ドラム式連続鋳造方法。

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