JP7389340B2 - 薄肉鋳片連続鋳造用冷却ドラム、薄肉鋳片の製造装置、及び、薄肉鋳片の製造方法 - Google Patents
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Description
また、一つの冷却ドラムを備えた単ドラム式連続鋳造装置や冷却ドラムとベルトとを備えたドラムベルト式連続鋳造装置も提供されている。
スリーブ体は、熱伝導性に優れた金属(例えば銅又は銅合金)で構成されており、内部に冷却水路が形成されている。
めっき層は、上述のスリーブ体を保護する目的で形成されたものであり、ニッケルやコバルト等の硬質金属で構成されている。
この薄肉鋳片の形状に関する問題を解決するため、例えば特許文献1には、冷却ドラムに幅中央部が径方向内方に凹んだクラウンを付与することによって熱膨張を相殺する方法が開示されている。
しかしながら、冷却ドラム内部の冷却水量を調整する方法は装置が複雑になってコスト増となる。またさらに、冷却水路や冷却水量を細かく区分して調整しても、区画の界面での冷却差が避けられないため、幅方向にわたる溶融金属や冷却水の僅かな温度変化を補償する作用に限界がある。
しかしながら、スリーブ体の肉厚を幅方向に変化させると、スリーブ体の中央部の熱膨張が両端部より大きくなって 両端部に圧縮応力が加わり、スリーブの寿命を著しく損ねるため、スリーブ体の肉厚の幅方向の変化代には自ずと限界があり、薄肉鋳片の幅方向にわたる冷却速度を十分に均一化することができなかった。
すなわち、冷却ドラムのクラウン上で凝固シェルが形成される際に、凝固シェルは温度低下に伴って収縮するが、幅方向に対称すなわち両端から中央向けて収縮するため、鼓状の凝固シェルの両端部は冷却ドラムの周面から浮き上がってガスギャップが生じ、冷却ドラムへの抜熱が弱まり、冷却ドラムの両端部の冷却速度は幅中央部に比べて小さくなる。このとき、クラウンの凹弧状部において抜熱が顕著に弱まるため、クラウンの凹弧状部で凝固シェルの成長が特に遅滞し、薄肉鋳片の表面割れやしわなどの欠陥が発生する。
そこで、特許文献6においては、スリーブ体の外周面に施されるめっき層の厚みを幅方向の中央部が厚く両端部に向けて薄くなる構造とし、薄肉鋳片の幅方向にわたる冷却速度を調整する方法が開示されている。
また、幅方向の冷却能力に差をつけすぎると、めっき層とスリーブ体の界面に過剰な熱歪が発生し、当該界面の剥離や割れが発生するおそれがあった。
よって、薄肉鋳片の表面割れやしわの発生を抑制できるとともに、めっき層とスリーブ体との界面の剥離を抑制でき、薄肉鋳片を安定して連続鋳造することができる。
また、第1クラウンのクラウン量Aと第2クラウンのクラウン量Bとの比B/Aを5以下とした場合には、幅端部における冷却過多を抑えることができ、幅端部における割れや剥離の発生を抑制することができ、薄肉鋳片連続鋳造用冷却ドラムの使用寿命の延長を図ることができる。
この場合、スリーブ体の外周面に第3クラウンを形成することにより、この第3クラウンのクラウン量によって、めっき層の厚さの幅方向分布を調整することができ、めっき層とスリーブ体との界面の剥離をさらに抑制することが可能となる。
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。
ドラム本体21は、例えば鋼材で構成されており、冷却水の導入路21c及び排出路21dが形成されている。
スリーブ体23の内部には、図2に示すように、概略冷却ドラム20の幅方向に延在する冷却水路24が形成されている。本実施形態では、図3に示すように、複数の冷却水路24が周方向に等間隔に形成されている。
なお、この冷却水路24は、それぞれドラム本体21に形成された導入路21c及び排出路21dに連通するように構成されている。
そして、本実施形態である冷却ドラム20においては、図4に示すように、めっき層28の外周面には、幅中央部から幅端部に向かうに従い漸次径方向外側に突出するように湾曲した第1クラウンが形成されている。
ここで、最も径方向外方位置と最も径方向内方位置との径方向差をクラウン量とした場合に、第1クラウンのクラウン量Aは、50μm以上500μm以下(0.05mm以上0.5mm以下)の範囲内とすることが好ましい。
ここで、最も径方向外方位置と最も径方向内方位置との径方向差をクラウン量とした場合に、第2クラウンのクラウン量Bは、100μm以上2000μm以下(0.1mm以上2.0mm以下)の範囲内とすることが好ましい。
また、本実施形態においては、めっき層28に形成された第1クラウンのクラウン量Aと冷却水路24に形成された第2クラウンのクラウン量Bとの比B/Aが5以下であることが好ましい。
本実施形態では、図5に示すように、スリーブ体23を内側部材23aと外側部材23bで構成するものとした。そして、内側部材23aの外周面と外側部材23bの内周面に、概略幅方向に延在する溝をNC加工等によって形成し、これら内側部材23aと外側部材23bとを焼き嵌めすることにより、図6に示すように冷却水路24を構成する。これにより、幅中央部から幅端部に向かうに従い漸次径方向外側に突出するように湾曲した第2クラウンを有する冷却水路24を形成することが可能となる。
よって、薄肉鋳片1の表面割れやしわの発生を抑制できるとともに、めっき層28とスリーブ体23との界面の剥離を抑制でき、薄肉鋳片1を安定して連続鋳造することができる。また、冷却ドラム20の使用寿命の延長を図ることができる。
この場合、スリーブ体23に形成した第3クラウンのクラウン量によって、めっき層28の厚さの幅方向分布を調整することができ、めっき層28とスリーブ体23との界面の剥離をさらに抑制することが可能となる。
冷却ドラムの直径:600mm
冷却ドラムの幅:1000mm
薄肉鋳片の厚み:2.0mm
鋳造速度:50m/分
また、スリーブ体は銅製とし、めっき層は純度99mass%以上のニッケルめっきとした。
得られた薄肉鋳片から、鋳造長さ10mのサンプルを採取し、酸洗後に表裏面全面を観察し、単位面積当たりの割れ個数で評価した。評価結果を表1に示す。
薄肉鋳片の鋳造を100回実施した後に、超音波探傷によってめっき層とスリーブ体との界面状態を調査した。評価結果を表1に示す。
比較例2においては、幅中央部でのめっき層の厚さを2.0mmとし、冷却水路及びスリーブ体にクラウンを形成しなかったため、薄肉鋳片の表面割れが多く発生した。
比較例4においては、スリーブ体にクラウンを形成したが冷却水路にクラウンを形成しておらず、薄肉鋳片の表面割れが多く発生した。また、スリーブ体のクラウン量を400μm(0.4mm)としたため、めっき層とスリーブ体との接合界面の幅端部に剥離が確認された。
また、めっき層のクラウン量Aと冷却水路のクラウン量Bとの比B/Aが5以下とされた本発明例1-4,6-8においては、めっき層とスリーブ体との接合界面での剥離の発生を抑制することができた。
10 薄肉鋳片の製造装置
20 薄肉鋳片連続鋳造用冷却ドラム
23 スリーブ体
24 冷却水路
28 めっき層
Claims (4)
- 薄肉鋳片を連続鋳造する際に用いられる薄肉鋳片連続鋳造用冷却ドラムであって、
内部に冷却水路が形成されたスリーブ体と、前記スリーブ体の外周側に形成されためっき層と、を備えており、
前記めっき層の外周面には、幅中央部から幅端部に向かうに従い漸次径方向外側に突出するように湾曲した第1クラウンが形成されており、
前記スリーブ体に形成された前記冷却水路は、幅方向に向けて延在するとともに、幅中央部から幅端部に向かうに従い漸次径方向外側に突出するように湾曲した第2クラウンが形成されており、
前記第1クラウン及び前記第2クラウンにおいて、最も径方向外方位置と最も径方向内方位置との径方向差をクラウン量として、前記第1クラウンのクラウン量Aと前記第2クラウンのクラウン量Bとの比B/Aが5以下であることを特徴とする薄肉鋳片連続鋳造用冷却ドラム。 - 前記スリーブ体の外周面には、幅中央部から幅端部に向かうに従い漸次径方向外側に突出するように湾曲した第3クラウンが形成されてい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。
- 回転する一対の冷却ドラム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、前記冷却ドラム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装置であって、
前記冷却ドラムとして、請求項1または請求項2に記載の薄肉鋳片連続鋳造用冷却ドラムを備えることを特徴とする薄肉鋳片の製造装置。 - 回転する一対の冷却ドラム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、前記冷却ドラム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、
前記冷却ドラムとして、請求項1または請求項2に記載の薄肉鋳片連続鋳造用冷却ドラムを用いることを特徴とする薄肉鋳片の製造方法。
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