JP7131328B2 - 整流部材、注湯ノズル、双ロール式連続鋳造装置、及び、薄肉鋳片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に溶融金属を供給し、前記冷却ロールの周面に凝固シェルを形成・成長させて、薄肉鋳片を製造する双ロール式連続鋳造装置において、前記溶融金属プール部に前記溶融金属を注湯する際に使用される注湯ノズルの内部に配設される整流部材、この整流部材を備えた注湯ノズル、双ロール式連続鋳造装置、及び、薄肉鋳片の製造方法に関するものである。

金属の薄肉鋳片を製造する方法として、内部に水冷構造を有し、互いに逆方向に回転する一対の冷却ロールを備え、回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部にタンディッシュから溶融金属を供給し、前記冷却ロールの外周面に凝固シェルを形成・成長させ、一対の冷却ロールの外周面にそれぞれ形成された凝固シェル同士をロールキス点で圧着して所定の厚さの薄肉鋳片を製造する双ロール式連続鋳造装置が提供されている。このような双ロール式連続鋳造装置は、各種金属において適用されている。

上述の双ロール式連続鋳造装置においては、得られた薄肉鋳片に対して直接圧延を行うため、幅方向の板厚が不均一となると、薄肉鋳片の表面割れや圧延時の蛇行等を引き起こすおそれがある。よって、連続鋳造を安定して実施するためには、幅方向の板厚が均一な薄肉鋳片を製造する必要がある。

ここで、上述の双ロール式連続鋳造装置においては、一対の冷却ロール間に形成された溶融金属プール部が、冷却ロールの軸心に平行な長手方向（薄肉鋳片の幅方向）に延在する形状となる。
この溶融金属プール部に注湯ノズルを用いて溶融金属を供給する際に、冷却ロールの軸心に平行な長手方向（薄肉鋳片の幅方向）において、溶融金属の流動が不均一となると、溶融金属プール部の湯面高さが冷却ロールの軸心に平行な長手方向で変動し、薄肉鋳片の幅方向において板厚の不均一が生じることになる。なお、注湯ノズルは、外ノズルとこの外ノズルの内部に挿入される内ノズルとを備えた構造とされており、溶融金属は、内ノズルから外ノズルへと供給され、外ノズルの吐出口から溶融金属プール部へと供給される。

このため、例えば特許文献１－４には、溶融金属プール部に対して溶融金属を幅方向に均一に供給するための各種手段が提案されている。
特許文献１においては、注湯ノズルの内部に１個以上の段差を設け、注湯ノズル内に供給された溶融金属を幅方向に拡げる構成とされている。
特許文献２においては、注湯ノズルの内部に、貫通孔を有するバーを配設し、注湯ノズル内に供給された溶融金属を幅方向に均一に分散させる構成とされている。

特許文献３においては、注湯ノズルの内部に多孔質耐火物を配設し、注湯ノズル内に溶融金属を貯留して幅方向に拡げる構成とされている。
特許文献４においては、注湯ノズルの内部にフロート部を設け、注湯ノズル内に溶融金属を一定量貯留することで幅方向に拡げておき、この状態で注湯ノズルの吐出口から溶融金属を吐出する構成とされている。

特開昭６１－１６５２５７号公報 特開平１１－３４２４５５号公報 特開昭６４－００５６４８号公報 特開２０１７－０８０７９０号公報

双ロール式の連続鋳造は直接数ｍｍの板を製造するため、その後の圧下比を大きくすることができない。このことから、鋳造時の板厚分布が最終製品の板厚や形状に直結するため、鋳造時の板厚精度が重要である。そこで例えば特許文献１－４には、溶融金属プール部に対して溶融金属を幅方向に均一に供給するための各種手段が提案されてきた。
ところで、特許文献１に記載された手段では、注湯ノズルの内部で溶融金属が凝固してしまい、ノズル閉塞が生じやすく、長時間安定して鋳造を行うことができないおそれがあった。
また、特許文献２に記載された手段では、貫通孔部分に直接注湯された領域では、流動の抵抗が生じにくくなるため、溶融金属プール部の湯面高さが冷却ロールの軸心に平行な長手方向で変動してしまうおそれがあった。
さらに、特許文献３に記載された手段では、多孔質耐火物において目詰まりが生じ、ノズル閉塞が生じやすいといった問題があった。特に、Ａｌ脱酸鋼では、その傾向が顕著であった。
また、特許文献４に記載された手段では、注湯ノズルの構造が複雑であり、ノズルの製造コストが大幅に増加するといった問題があった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、双ロール式連続鋳造装置に用いられる注湯ノズルの内部に配設され、比較的簡単な構造で、外ノズルの吐出口からの溶融金属の吐出圧力を幅方向に均一化させることができ、幅方向の板厚が均一な薄肉鋳片を製造することが可能な整流部材、この整流部材を備えた注湯ノズル、双ロール式連続鋳造装置、及び、薄肉鋳片の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る整流部材は、回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に溶融金属を供給し、前記冷却ロールの周面に凝固シェルを形成・成長させ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、外ノズルとこの外ノズルの内部に挿入される内ノズルとを備え、前記溶融金属プール部に前記溶融金属を注湯する注湯ノズルの前記外ノズルの内部おいて、前記外ノズルの吐出口よりも上流側、かつ、内ノズル吐出口よりも下流側に配設される整流部材であって、前記整流部材は、その厚さ方向に貫通した貫通孔を有しており、前記溶融金属が前記貫通孔を通じて流通する構造とされており、前記貫通孔は、前記溶融金属が供給される側を向く第１面に開口する断面積Ａ１の第１貫通孔と、前記溶融金属が排出される側を向く第２面に開口する断面積Ａ２の第２貫通孔と、が連結された構造とされており、前記第１貫通孔の断面積Ａ１と前記第２貫通孔の断面積Ａ２との面積比Ａ１／Ａ２が１．５以上３．５以下の範囲内とされ、前記第１面における前記第１貫通孔の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ１）が６７．５％以下とされ、前記第２面における前記第２貫通孔の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ２）が１０％以上とされていることを特徴としている。

この構成の整流部材によれば、厚さ方向に貫通した貫通孔を有しており、この貫通孔は、前記溶融金属が供給される側を向く第１面に開口する断面積Ａ１の第１貫通孔と、前記溶融金属が排出される側を向く第２面に開口する断面積Ａ２の第２貫通孔と、が連結された構造とされているので、第１貫通孔と第２貫通孔との連結部において断面積が急激に減少し、貫通孔を通過する溶融金属の圧力損失が大きくなる。通常、外ノズル内の溶融金属の速度は、内ノズルのノズル孔から吐出した溶融金属が整流部材に衝突する位置から距離が近いほど速く、衝突位置から距離が遠いほど遅くなる傾向がある。外ノズル内の溶融金属の流速が速いほど外ノズルから溶融金属プール部への溶融金属の吐出圧力が大きくなる。溶融金属の吐出圧力が高い位置では、溶融金属が冷却ロールへ大きく駆け上がり、鋳片が厚くなるため、吐出圧力の不均一により板厚の不均一を生じる。溶融金属の流速が速いほど圧力損失は大きくなるため、本発明の整流部材を用いると、溶融金属の流速が速い内ノズルからの吐出流衝突部で大きく吐出圧力を低減でき、外ノズルから溶融金属プール部への幅方向の吐出圧力が低減・均一化して、冷却ロールへの駆け上がりの不均一が低減し、板厚を幅方向に均一化することができる。

そして、前記第１貫通孔の断面積Ａ１と前記第２貫通孔の断面積Ａ２との面積比Ａ１／Ａ２が１．５以上３．５以下の範囲内とされており、溶融金属の流速が速い位置で溶融金属の流速が遅い位置よりも大きな圧力損失を与えることができ、外ノズル内の溶融金属の流速の分布による溶融金属プール部への吐出圧力の不均一が低減し、板厚を幅方向に均一化することができる。

また、前記溶融金属が供給される側を向く第１面における前記第１貫通孔の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ１）が６７．５％以下とされているので、貫通孔の間の肉厚が確保され、整流部材の強度を確保することができる。
さらに、前記溶融金属が排出される側を向く第２面における前記第２貫通孔の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ２）が１０％以上とされているので、貫通孔の開口面積が確保され、貫通孔の閉塞を抑制することができる。
よって、幅方向の板厚が均一な薄肉鋳片を長時間安定して鋳造することが可能となる。

本発明に係る注湯ノズルは、回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に溶融金属を供給し、前記冷却ロールの周面に凝固シェルを形成・成長させ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、前記溶融金属プール部に前記溶融金属を注湯する注湯ノズルであって、外ノズルと、この外ノズルの内部に挿入される内ノズルと、を備え、前記外ノズルの内部において、前記外ノズルの吐出口よりも上流側、かつ内ノズル吐出口よりも下流側に、上述の整流部材が設置されていることを特徴としている。

この構成の注湯ノズルによれば、外ノズルと、この外ノズルの内部に挿入される内ノズルと、を備え、前記外ノズルの内部において、前記外ノズルの吐出口よりも上流側、かつ内ノズル吐出口よりも下流側に、上述の整流部材を配置しているので、外ノズルの吐出口からの吐出圧力を幅方向に均一化させることができる。これにより、注湯ノズルの吐出口から溶融金属プール部へと、幅方向に均一な圧力で溶融金属を供給でき、冷却ロールへの駆け上がりの不均一を低減し、幅方向の板厚が均一な薄肉鋳片を製造することが可能となる。

本発明に係る双ロール式連続鋳造装置は、回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に溶融金属を供給し、前記冷却ロールの周面に凝固シェルを形成・成長させて薄肉鋳片を製造する双ロール式連続鋳造装置であって、前記溶融金属プール部に前記溶融金属を注湯する注湯ノズルとして、上述の注湯ノズルを備えることを特徴としている。

この構成の双ロール式連続鋳造装置によれば、外ノズルと、この外ノズルの内部に挿入される内ノズルと、を備え、前記外ノズルの内部において、前記外ノズルの吐出口よりも上流側、かつ内ノズル吐出口よりも下流側に、上述の整流部材を配置した注湯ノズルを備えているので、注湯ノズルに供給された溶融金属が整流部材を通過する際の圧力損失によって、外ノズルの吐出口からの吐出圧力を幅方向に均一化させることができる。これにより、注湯ノズルの吐出口孔から溶融金属プール部へと、幅方向に均一な圧力で溶融金属を供給でき、冷却ロールへの駆け上がりの不均一を低減し、幅方向の板厚が均一な薄肉鋳片を製造することが可能となる。

本発明に係る薄肉鋳片の製造方法は、回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に溶融金属を供給し、前記冷却ロールの周面に凝固シェルを形成・成長させて薄肉鋳片を製造する薄肉鋳片の製造方法であって、上述の注湯ノズルを用いて、前記溶融金属プール部に前記溶融金属を注湯することを特徴としている。

この構成の薄肉鋳片の製造方法によれば、前記外ノズルの吐出口よりも上方に、上述の整流部材を配置した注湯ノズルを用いて、前記溶融金属プール部に前記溶融金属を注湯しているので、注湯ノズルに供給された溶融金属が整流部材を通過する際の圧力損失によって、外ノズルの吐出口から溶融金属プール部への吐出圧力を幅方向に均一化させることができる。これにより、注湯ノズルの吐出口から溶融金属プール部へと、幅方向に均一な圧力で溶融金属を供給でき、冷却ロールへの駆け上がりの不均一を低減し、幅方向の板厚が均一な薄肉鋳片を製造することが可能となる。

上述のように、本発明によれば、双ロール式連続鋳造装置に用いられる注湯ノズルの内部に配設され、比較的簡単な構造で、外ノズルの吐出口からの溶融金属プール部への吐出圧力を幅方向に均一化させることができ、幅方向の板厚が均一な薄肉鋳片を製造することが可能な整流部材、この整流部材を備えた注湯ノズル、双ロール式連続鋳造装置、及び、薄肉鋳片の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態である薄肉鋳片の製造方法に用いられる双ロール式連続鋳造装置の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態である注湯ノズルの概略説明図である。 本発明の実施形態である整流部材の概略説明図である。 第１貫通孔の断面積Ａ１と第２貫通孔の断面積Ａ２との面積比Ａ１／Ａ２と鋳片板厚変動率との関係を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態である整流部材、注湯ノズル、双ロール式連続鋳造装置、及び、薄肉鋳片の製造方法について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

本実施形態では、溶融金属として溶鋼を用いており、鋼材からなる薄肉鋳片１を製造するものとされている。なお、鋼種としては、例えば、０．００１～０．０１％Ｃ極低炭鋼、０．０２～０．０５％低炭鋼、０．０６～０．４％中炭鋼、０．５～１．２％高炭鋼、ＳＵＳ３０４鋼に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０鋼に代表されるフェライト系ステンレス鋼、３．０～３．５％Ｓｉ方向性電磁鋼、０．１～６．５％Ｓｉ無方向性電磁鋼等（なお、％は、質量％）が挙げられる。
また、本実施形態では、製造される薄肉鋳片１の幅が５００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下の範囲内、厚さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内とされている。

本実施形態である双ロール式連続鋳造装置１０は、図１に示すように、一対の冷却ロール１１、１１と、薄肉鋳片１を曲げるベンダーロール１２、１２と、薄肉鋳片１を支持するピンチロール１３、１３と、一対の冷却ロール１１、１１の幅方向端部に配設されたサイド堰１５と、これら一対の冷却ロール１１、１１とサイド堰１５とによって画成された溶鋼プール部１６に供給される溶鋼３を保持するタンディッシュ１８と、このタンディッシュ１８から溶鋼プール部１６へと溶鋼３を供給する注湯ノズル２０と、を備えている。

この双ロール式連続鋳造装置１０においては、溶鋼３が回転する冷却ロール１１，１１に接触して冷却されることにより、冷却ロール１１，１１の周面の上で凝固シェル５、５が成長し、一対の冷却ロール１１，１１にそれぞれ形成された凝固シェル５、５同士がロールキス点で圧着されることによって、所定厚みの薄肉鋳片１が鋳造される。

本実施形態である注湯ノズル２０においては、図２に示すように、外ノズル２１と、この外ノズル２１の内部に挿入される内ノズル２６と、を備えている。

外ノズル２１は、内ノズル２６が挿入される上部開口部が設けられた上部領域２１ａと、冷却ロール１１の長手方向に沿った底面形状を有する下部領域２１ｂと、上部領域２１ａと下部領域２１ｂとの連結する連結部２１ｃと、を備えている。下部領域２１ｂの長手方向側面には、溶鋼３の吐出口２２が設けられている。
ここで、外ノズル２１の下部領域２１ｂの長手方向長さ（冷却ロール１１の軸心に平行な長手方向に沿った方向の長さ）は、鋳造する薄肉鋳片１の幅の１５～８０％の範囲内に設定されている。

内ノズル２６は、図２に示すように、管状をなしており、外ノズル２１の上部から挿入されている。なお、この内ノズル２６のおいては、溶鋼の供給孔が底面部に形成されている場合、あるいは、下方の側壁部に形成されている場合がある。
ここで、内ノズル２６の外径が３８ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲内、内径が３０ｍｍ以上９０ｍｍ以下の範囲内、肉厚が４ｍｍ以上５５ｍｍ以下の範囲内とされている。

そして、本実施形態である注湯ノズル２０においては、上述の外ノズル２１の下部領域２１ｂの内部において、吐出口２２よりも上方に、本実施形態である整流部材３０が配置されている。
本実施形態である整流部材３０は、図３に示すように、厚さ方向に貫通した貫通孔３３を有しており、この貫通孔３３は、溶鋼が供給される側を向く第１面３１に開口する断面積Ａ１の第１貫通孔３４と、溶鋼が排出される側を向く第２面３２に開口する断面積Ａ２の第２貫通孔３５と、が連結された構造とされている。

そして、第１貫通孔３４の断面積Ａ１と第２貫通孔３５の断面積Ａ２との面積比Ａ１／Ａ２が１．５以上３．５以下の範囲内とされている。
また、溶鋼が供給される側を向く第１面３１における第１貫通孔３４の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ１）が６７．５％以下とされている。
さらに、溶鋼が排出される側を向く第２面３２における第２貫通孔３５の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ２）が１０％以上とされている。

本実施形態である整流部材３０においては、上述のように、断面積Ａ１の第１貫通孔３４と断面積Ａ２の第２貫通孔３５が連結された構造の貫通孔３３を備えていることから、この貫通孔３３を通過する溶鋼３に対して、外ノズル２１内の溶鋼流速が速い位置で十分な圧力損失が生じ、外ノズル２１の吐出口２２からの溶鋼プール部１６への吐出圧力が幅方向に均一化されることになる。

以下に、本実施形態である整流部材３０において、貫通孔３３の構造を上述のように規定した理由について説明する。
まず、一般に、管（貫通孔）における流体の圧力損失は、管長さ（孔長さ）Ｌ、管内径（孔径）ｄ、流体の密度ρ、流体の流速ｖ、管摩擦係数λを用いて、以下の（１）式で表される。

上記（１）式より、流速が速いほど圧力損失が大きくなるため、外ノズル２１の吐出口２２からの吐出圧力の均一化には圧力損失を大きくすることが重要である。管（貫通孔）の形状によって圧力損失を大きくするためには、管長さ（孔長さ）Ｌを大きくする、あるいは、管内径（孔径）ｄを小さくすることになる。
ここで、本実施形態である整流部材３０は、外ノズル２１の下部領域２１ｂの内部に配置されることから、管長さ（孔長さ）Ｌを大きくすることは困難である。また、ノズルの閉塞を抑制して、溶鋼を良好に流動させるためには、管内径（孔径）ｄのサイズにも制限がある。
そこで、溶鋼流量を確保しつつ、より大きな圧力損失を得る方法として、貫通孔３３の内部で、孔の断面積を変更することで、圧力損失を生じさせることが考えられる。

流体の進行方向において、管内径（孔径）を急激に縮小した場合には、急激に拡大した場合よりも圧力損失を大きくすることができる。このことから、本実施形態である整流部材３０においては、溶鋼が供給される側を向く第１面３１に開口する断面積Ａ１の第１貫通孔３４と、溶鋼が排出される側を向く第２面３２に開口する断面積Ａ２の第２貫通孔３５と、が連結された構造とし、第１貫通孔３４の断面積Ａ１が第２貫通孔３５の断面積Ａ２よりも大きくなるものとした。

ここで、本実施形態である整流部材３０において、溶鋼が排出される側を向く第２面３２に開口する断面積Ａ２を５０ｍｍ^２とし、溶鋼が供給される側を向く第１面３１に開口する断面積Ａ１を５０～２５４ｍｍ^２に変更した試験を行った。アルミ脱酸鋼（Ｆｅ－０．００１質量％Ｃ－０．０１質量％Ｓｉ－０．１５質量％Ｍｎ－０．００８質量％Ｐ－０．００５質量％Ｓ－０．０３質量％Ａｌ）の薄肉鋳片を、冷却ロールの直径１２００ｍｍ、鋳造幅８００ｍｍ、鋳片厚み２．０ｍｍの装置を用いて単位時間当たりの鋳造量を１．１ｔ／分として鋳造し、鋳造開始から４分後の位置から薄肉鋳片を採取した。採取した薄肉鋳片の幅方向鋳片厚みを１０ｍｍピッチで測定し、最大板厚から最小板厚を引いた鋳片厚みを平均板厚で割った指標である鋳片板厚変動率を評価した。図４に、横軸を第１貫通孔３４の断面積Ａ１と第２貫通孔３５の断面積Ａ２との面積比Ａ１／Ａ２とし、縦軸を鋳片板厚変動率とした結果を示す。

本実施形態においては、板厚変動率を５％以下にすることを求められている鋼種を対象としている。Ａ１／Ａ２が１．５未満である場合、あるいは、３．５を超える場合には、鋳片板厚変動率が５％超となり、幅方向の板厚が均一な薄肉鋳片を安定して鋳造できない。このため、本実施形態である整流部材３０においては、第１貫通孔３４の断面積Ａ１と第２貫通孔３５の断面積Ａ２との面積比Ａ１／Ａ２を１．５以上３．５以下の範囲内に設定している。
第１貫通孔３４の断面積Ａ１と第２貫通孔３５の断面積Ａ２との面積比Ａ１／Ａ２の下限は、１．９以上とすることが好ましい。また、Ａ１／Ａ２の上限は、２．６以下とすることが好ましい。
なお、図４は、各貫通孔のＡ１／Ａ２が全て同一である整流部材におけるデータであるが、実際には、整流部材の各貫通孔のＡ１／Ａ２は、１．５以上３．５以下であれば、全てが同一でなくてもよい。

また、第１面３１における第１貫通孔３４の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ１）が６７．５％を超える場合には、第１貫通孔３４同士の間の間隔が小さくなり、整流部材３０自体の強度が低下してしまい、使用時に破損してしまうおそれがある。このため、本実施形態である整流部材３０においては、第１面３１における第１貫通孔３４の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ１）を６７．５％以下に規定している。
なお、非定常な鋳造初期の整流部材の強度安定確保のため、第１面３１における第１貫通孔３４の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ１）は５０％以下とすることが好ましい。

さらに、第２面３２における第２貫通孔３５の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ２）が１０％より小さい場合には、第２貫通孔３５の断面積が確保できず、溶鋼を良好に流動させることが困難となるおそれがある。このため、本実施形態である整流部材３０においては、第２面３２における第２貫通孔３５の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ２）を１０％以上に規定している。
なお、第２面３２における第２貫通孔３５の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ２）は、小さすぎると鋳造量が多くなった場合に溶鋼の貫通孔通過流量が大きくなり貫通孔が詰まるリスクが高まるため、１９％以上とすることが好ましく、２５％以上とすることがさらに好ましい。

また、本実施形態である整流部材３０においては、圧力損失の確保、及び、強度の確保の観点から、第１貫通孔３４の長さを、整流部材３０の厚さ（すなわち、貫通孔３３の長さ）の１５％以上８５％以下の範囲内とすることが好ましい。

また、本実施形態である整流部材３０においては、上述のように、外ノズル２１の下部領域２１ｂの内部に配置されることから、第１面３１及び第２面３２の面積が４０００ｍｍ^２以上７００００ｍｍ^２以下の範囲内とされており、整流部材３０の厚さ（すなわち、貫通孔３３の長さ）が４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。

また、この整流部材３０は、使用に耐え得る十分な強度、耐熱性等を有する耐火物で構成されていることが好ましく、具体的には、ＣａＯ・ＺｒＯ_２質，Ａｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２，ＳｉＣ，Ｃ，ＢＮ等、あるいは、これらの混合物で構成することができる。
整流部材３０の材質は、使用状況に応じて、適宜選択することが好ましい。例えば、鋳造する材質（鋼種）に対する反応性等を考慮して選択することになる。これにより、貫通孔３３の閉塞や損耗を抑制することが可能となる。

次に、上述した双ロール式連続鋳造装置１０を用いた本実施形態である薄肉鋳片の製造方法について説明する。

一対の冷却ロール１１、１１とサイド堰１５によって形成された溶鋼プール部１６に、タンディッシュ１８から注湯ノズル２０を介して溶鋼３を供給するとともに、一対の冷却ロール１１、１１を回転方向Ｒに向けて、すなわち、一対の冷却ロール１１、１１同士が近接する領域が薄肉鋳片１の引抜方向（図１においては下方向）に向かうように、それぞれの冷却ロール１１、１１を回転させる。

すると、冷却ロール１１の周面には、凝固シェル５が形成される。そして、冷却ロール１１の周面の上で凝固シェル５が成長し、一対の冷却ロール１１、１１にそれぞれ形成された凝固シェル５、５同士がロールキス点で圧着されることにより、所定厚みの薄肉鋳片１が鋳造される。

ここで、本実施形態においては、タンディッシュ１８から内ノズル２６を介して外ノズル２１内に溶鋼３が供給される。
このとき、外ノズル２１の下部領域２１ｂの内部において、吐出口２２よりも上方に、本実施形態である整流部材３０が配置されているので、整流部材３０に設けられた貫通孔３３を通過する溶鋼３に対して圧力損失が生じ、溶鋼３の外ノズル２１からの吐出圧力が幅方向で均一化することになる。

以上のような構成とされた本実施形態である整流部材３０によれば、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔３３を有しており、この貫通孔３３は、溶鋼３が供給される側を向く第１面３１に開口する断面積Ａ１の第１貫通孔３４と、溶鋼３が排出される側を向く第２面３２に開口する断面積Ａ２の第２貫通孔３５と、が連結された構造とされているので、第１貫通孔３４と第２貫通孔３５との連結部において断面積が急激に減少し、貫通孔３３を通過する溶鋼３に対する圧力損失が大きくなる。これにより、注湯ノズル２０に供給された溶鋼３の流速分布によらず、外ノズル２１から溶鋼プール部１６への吐出圧力を幅方向に均一化することができる。

そして、第１貫通孔３４の断面積Ａ１と第２貫通孔３５の断面積Ａ２との面積比Ａ１／Ａ２が１．５以上３．５以下の範囲内とされており、溶鋼流速が速い位置で、溶鋼流速が遅い位置よりも大きな圧力損失を得ることができ、外ノズル２１内の流速分布によらず、外ノズル２１から溶鋼プール部１６への吐出圧力を幅方向に均一化することができる。

また、溶鋼３が供給される側を向く第１面３１における第１貫通孔３４の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ１）が６７．５％以下とされているので、第１貫通孔３４の間の肉厚が確保され、整流部材３０の強度を確保することができる。
さらに、溶鋼３が排出される側を向く第２面３２における第２貫通孔３５の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ２）が１０％以上とされているので、第２貫通孔３５の開口面積が確保され、第２貫通孔３５の閉塞を抑制することができる。

また、本実施形態である注湯ノズル２０によれば、外ノズル２１の下部領域２１ｂの内部において、吐出口２２よりも上方に、上述の整流部材３０が配置されているので、注湯ノズル２０に供給された溶鋼３を、整流部材３０の貫通孔３３を通過する際の圧力損失によって、外ノズル２１の吐出口２２から溶鋼プール部１６への溶鋼の吐出圧力を幅方向に均一化させることができる。これにより、吐出口２２から溶鋼プール部１６に対して、幅方向の冷却ロール１１への駆け上がりを均一化することができ、幅方向で湯面高さが一定となり、幅方向の板厚が均一な薄肉鋳片１を製造することが可能となる。

さらに、本実施形態である双ロール式連続鋳造装置１０及び薄肉鋳片の製造方法によれば、外ノズル２１の下部領域２１ｂの内部において、吐出口２２よりも上方に、上述の整流部材３０が配置された注湯ノズル２０を用いているので、注湯ノズル２０に供給された溶鋼３を、整流部材３０の貫通孔３３を通過する際の圧力損失によって、注湯ノズル２０に供給された溶鋼３の流速分布によらず、外ノズル２１から溶鋼プール部１６への吐出圧力を幅方向に均一化することができ、幅方向の板厚が均一な薄肉鋳片１を製造することが可能となる。

以上、本発明の実施形態である整流部材、注湯ノズル、双ロール式連続鋳造装置、薄肉鋳片の製造方法、について具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、図１に示すように、ベンダーロール及びピンチロールを配設した双ロール式連続鋳造装置を例に挙げて説明したが、これらのロール等の配置に限定はなく、適宜設計変更してもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく、実施した実験結果について説明する。
図１に示す双ロール式連続鋳造装置を用いて、下記の条件で、アルミ脱酸鋼（Ｆｅ－０．００１質量％Ｃ－０．０１質量％Ｓｉ－０．１５質量％Ｍｎ－０．００８質量％Ｐ－０．００５質量％Ｓ－０．０３質量％Ａｌ）の薄肉鋳片を製造した。
タンディッシュ容量：５ｔ
冷却ロールの直径：１２００ｍｍ
鋳造幅：８００ｍｍ
鋳造雰囲気：Ａｒ
鋳片厚み：２．０ｍｍ
鋳片幅：８００ｍｍ
単位時間当たりの鋳造量：１．１ｔ／分

ここで、注湯ノズルの内部に設置する整流部材として、表１に示す構造のものを用いた。
そして、鋳造時における注湯ノズルの閉塞の有無を確認した。また、鋳造終了後に整流部材を観察し、整流部材の破損の有無を確認した。さらに、鋳造した薄肉鋳片の板厚の変動を評価した。

板厚の変動は、鋳造開始から４分後の位置の薄肉鋳片の板幅方向の板厚を、マイクロメータを用いて１０ｍｍピッチで測定した。鋼種によって最大板厚と最小板厚の板厚差を平均板厚で割った指標である鋳片板厚変動率を５％以下にすることが求められることから、本実施例においては、鋳片板厚変動率が５％を超えたものを、板厚精度「×」、鋳片板厚変動率が５％以下のものを、板厚精度「〇」と評価した。評価結果を表１に示す。

第１貫通孔の断面積Ａ１と第２貫通孔の断面積Ａ２を同一とした比較例１においては、板厚精度が「×」となった。溶鋼の圧力損失が不十分であり、溶鋼を幅方向に均一化することができなかったためと推測される。
第１貫通孔の断面積Ａ１と第２貫通孔の断面積Ａ２との面積比Ａ１／Ａ２が４．０とされた比較例２においては、板厚精度が「×」となった。整流部材の強度を確保するために貫通孔の個数を少なくしたことから、溶鋼を幅方向に均一化することができなかったためと推測される。

第２面における第２貫通孔の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ２）が８．３％とされた比較例３，５においては、ノズル閉塞が認められた。このため、薄肉鋳片の板厚については評価しなかった。
第１面における前記第１貫通孔の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ１）が７８．２％とされた比較例４、及び、第１面における前記第１貫通孔の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ１）が６９．９％とされた比較例６においては、整流部材の破損が認められた。このため、薄肉鋳片の板厚については評価しなかった。

これに対して、第１貫通孔の断面積Ａ１と第２貫通孔の断面積Ａ２との面積比Ａ１／Ａ２が１．５以上３．５以下の範囲内とされ、第１面における第１貫通孔の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ１）が６７．５％以下、かつ、第２面における前記第２貫通孔の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ２）が１０％以上とされた本発明例１～１０においては、整流部材の破損、及び、ノズルの閉塞は認められず、安定して鋳造することができた。そして、板厚精度が「〇」であり、幅方向の板厚が均一な薄肉鋳片を製造することができた。

以上の結果から、本発明例の整流部材によれば、比較的簡単な構造で、外ノズルの吐出口から溶融金属プール部への溶融金属の吐出圧力を幅方向に均一化させることができ、幅方向の板厚が均一な薄肉鋳片を製造することが可能であることが確認された。

１ 薄肉鋳片
３ 溶鋼
２０ 注湯ノズル
２１ 外ノズル
２２ 吐出口
２６ 内ノズル
３０ 整流部材
３１ 第１面
３２ 第２面
３３ 貫通孔
３４ 第１貫通孔
３５ 第２貫通孔

Claims (4)

1. 回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に溶融金属を供給し、前記冷却ロールの周面に凝固シェルを形成・成長させ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、外ノズルとこの外ノズルの内部に挿入される内ノズルとを備え、前記溶融金属プール部に前記溶融金属を注湯する注湯ノズルの前記外ノズルの内部において、前記外ノズルの吐出口よりも上流側、かつ、内ノズル吐出口よりも下流側に配設される整流部材であって、
   前記整流部材は、その厚さ方向に貫通した貫通孔を有しており、前記溶融金属が前記貫通孔を通じて流通する構造とされており、
   前記貫通孔は、前記溶融金属が供給される側を向く第１面に開口する断面積Ａ１の第１貫通孔と、前記溶融金属が排出される側を向く第２面に開口する断面積Ａ２の第２貫通孔と、が連結された構造とされており、
   前記第１貫通孔の断面積Ａ１と前記第２貫通孔の断面積Ａ２との面積比Ａ１／Ａ２が１．５以上３．５以下の範囲内とされ、
   前記第１面における前記第１貫通孔の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ１）が６７．５％以下とされ、
   前記第２面における前記第２貫通孔の全開口面積の割合Ｒ（ΣＡ２）が１０％以上とされていることを特徴とする整流部材。
2. 回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に溶融金属を供給し、前記冷却ロールの周面に凝固シェルを形成・成長させ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、前記溶融金属プール部に前記溶融金属を注湯する注湯ノズルであって、
   外ノズルと、この外ノズルの内部に挿入される内ノズルと、を備え、
   前記外ノズルの内部において、前記外ノズルの吐出口よりも上流側、かつ内ノズル吐出口よりも下流側に、請求項１に記載の整流部材が設置されていることを特徴とする注湯ノズル。
3. 回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に溶融金属を供給し、前記冷却ロールの周面に凝固シェルを形成・成長させて薄肉鋳片を製造する双ロール式連続鋳造装置であって、
   前記溶融金属プール部に前記溶融金属を注湯する注湯ノズルとして、請求項２に記載の注湯ノズルを備えることを特徴とする双ロール式連続鋳造装置。
4. 回転する一対の冷却ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に溶融金属を供給し、前記冷却ロールの周面に凝固シェルを形成・成長させて薄肉鋳片を製造する薄肉鋳片の製造方法であって、
   請求項２に記載の注湯ノズルを用いて、前記溶融金属プール部に前記溶融金属を注湯することを特徴とする薄肉鋳片の製造方法。

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