JP4234827B2 - Metal strip casting method, strip casting apparatus for casting metal strip, and twin roll strip casting apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属ストリップ鋳造方法、金属ストリップを鋳造するストリップ鋳造装置、及び双ロールストリップ鋳造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
単一ロール鋳造装置の場合、溢流堰等の分配器により溶融金属を回転する冷却鋳造ロールの上部に当て、ストリップとして鋳造ロール表面上に凝固させて、鋳造ロールの一側に引きおろす。双ロール鋳造装置の場合、冷却され相互方向に回転される一対の水平な鋳造ロール間に溶融金属を導くことによって、動いている鋳造ロールの表面上に金属殻を凝固させ、それら金属殻を鋳造ロール間隙で合わせて、鋳造ロール間隙出口から凝固金属ストリップ成品として取り出す。本明細書では、「鋳造ロール間隙」という用語で、鋳造ロール同士が最接近する領域一般を指すものとする。溶融金属を、金属分配器と、金属分配器の下に位置して金属分配器から金属流を受けてそれを鋳造ロール間隙へと向かわせる金属供給ノズルとにより、鋳造ロール間隙へ導入することができる。
【0003】
鋳造ロール表面に金属酸化物が堆積するのを防ぐため、一般に清掃装置を用いて、鋳造ロール表面が溶融金属と接触する領域から離間した場所で鋳造ロール表面を清掃する。双ロール鋳造装置では、ブラシ又は清掃ベルト等の清掃装置を鋳造ロール長手方向外側面に当てることができるので、鋳造ロール間隙の手前で溶融金属に接触する前に鋳造ロール表面が連続的に清掃される。ブラシを組込んだ清掃装置の例は新日本製鐵株式会社と三菱重工業株式会社の特開平3−230849号、本出願人らのアメリカ特許第5,307,861号及びオーストラリア特許出願第24833/95号に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
双ロール鋳造装置で鋼ストリップの鋳造を多く経験した結果、鋳造ロール清掃を有効に行うことが良好な品質のストリップを得るのに絶対的に重要であること、及び、鋳造ロール上での酸化物形成は厳格な限度内に保たねばならないことが判明した。鋳造ロール表面での金属凝固時に均一熱流束に確実制御するには、酸化堆積物が薄いのが有利となり得る。鋳造ロール表面が溶融金属鋳造溜めに入るにつれて酸化堆積物が溶解し、鋳造表面と鋳造溜めの溶融金属との間に薄い液体界面層を確立して良好な熱流束を促進する助けとなる。しかしながら、あまり多くの酸化物が堆積すると、酸化物の溶解により非常に高い初期熱流束が生み出されるが、酸化物は再凝固して熱流束が急速に減少する。高い初期熱流束と急速な減少とが組合わさった結果、凝固する溶融金属に応力が生じてストリップに局部歪みが発生し、ストリップは「鰐皮」(crocodile skin)として公知の表面欠陥を呈する。
【0005】
連続ストリップ鋳造に関して基本的に起きる現象は、鋳造ロール上に凝固する金属殻が、鋳造ロール中央部よりも鋳造ロール端の方が薄くなりがちなことである。これにより、ストリップ端での液体持ち越し及び鋳造ロール間隙後の膨れが起き得る。双ロール鋳造装置の場合、これに対しては、鋳造ロールの冷間プロフィールを変更して鋳造ロール間隙を鋳造ロール端に向かうにつれて狭くなるようにすることによりある程度は対処できる。しかしながら、鋳造ロール形状は鋳造時に大幅に変化する。冷間鋳造ロールプロフィールと、熱的及び機械的負荷により制御される鋳造時の動態鋳造ロールプロフィールとは非常に異なっており、従って、特定の鋳造ロールプロフィールを選択することによるだけで鋳造ロール間隙に沿って変化する鋳造状態を正確に制御することは非常に困難である。更に又、双ロール鋳造装置での鋼ストリップ鋳造に関する我々の多数の経験から出てきているデータでは、縮む凝固殻と膨脹する鋳型又は鋳造ロールの大きさの変化により鋳造ロールと鋳造時の凝固殻との間に起きる相対動のためにストリップ端で凝固殻薄化が起き得ることが示されている。これにより界面熱抵抗が増加して、熱流束及び殻厚の著しい減少となり、この作用は鋳造ロールプロフィールの変更では容易に回避できない。本発明は、鋳造ロール表面と凝固殻との界面での熱伝達状態を制御することにより、より直接的な制御ができるようにしている。このようにすれば、鋳造ロール端側での高い熱流束を保持して凝固殻が薄くなる傾向に対抗することができる。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、回転する鋳造ロールの冷却表面に溶融金属を当て、鋳造ロール表面上で溶融金属を凝固させ、凝固した金属をストリップとして鋳造ロール表面から離す金属ストリップ鋳造方法において、清掃により鋳造ロール表面の金属酸化物の分布を変更させることにより、鋳造ロール表面と溶融金属との間の界面での熱伝達状態を鋳造ロールに沿って変更させて鋳造ロール表面端部での熱伝達を選択的に促進するようにしたことを特徴とする金属ストリップ鋳造方法が提供される。
【0007】
好ましくは、鋳造ロール表面端部での熱伝達の促進が、鋳造ロール表面端部での平均熱流束を鋳造ロール表面中央部での平均熱流束の90%以上にするのに充分なものである。「平均熱流束」という語は、金属凝固全体に亘って鋳造ロールに沿った特定位置での熱流束値の平均のことを指す。
【0008】
鋳造ロール表面と溶融金属との間の界面での熱伝達状態は、鋳造ロールに沿った酸化物状態を制御することにより変えることができる。
【0009】
その替わりに、又はそれに加えて、そのような状態は鋳造表面に可変テクスチャーを提供することにより変えることができる。
【0010】
鋳造ロール表面端部にガス等の物質を当てることにより、相応する熱伝達状態を変えることもできる。
【0011】
鋳造ロール表面での熱伝達状態を鋳造ロールに沿った酸化物状態を制御することにより変える場合には、本発明の方法は、鋳造ロール表面が溶融金属に接触している領域から離れた位置で鋳造ロール表面を清掃して金属酸化物を除去し、鋳造ロールに沿った清掃を変化させることにより鋳造ロール表面端部に鋳造ロール表面中央部よりも多くの酸化物が残るようにすることを含むことができる。
【0012】
溶融金属が鋼で、金属酸化物が酸化鉄粒子であってよい。その鋼が珪素、マンガン及びアルミニウムを含み、混入物もこれら金属の酸化物であってよい。
【0013】
鋳造ロール表面の清掃はブラッシングにより行うことができる。そのようなブラッシングは、鋳造ロールに沿って延び、鋳造ロール表面端部よりも鋳造ロール表面中央部の方をより有効にブラッシングできる1つ又は複数の細長ブラシにより行うことができる。鋳造ロール表面端部は、ブラッシングを受けない外縁を含むことができる。
【0014】
好ましくは、ブラッシングの有効性を鋳造ロール中央部から鋳造ロール表面端部へと鋳造ロールに沿って漸次変化させて、鋳造ロール表面端部に向かっての酸化物形成に勾配を付ける。
【0015】
鋳造表面上の凝固殻の熱流束は鋳造表面のテクスチャーにより著しく影響され得る。特に、比較的粗いテクスチャーよりも滑らかなテクスチャーの鋳造表面の方が高い熱流束を得ることができる。本出願人らのオーストラリア特許出願第45703/96号及び対応のアメリカ特許第5,720,336号で開示のように、凝固開始時にはほとんど液体である酸化物層により鋳造ロール表面が被われている場合には特にそうである。従って、鋳造ロール表面端部での高い熱流束値の維持は、鋳造ロール表面中央部よりも鋳造ロール表面端部の方が滑らかなような可変テクスチャーを有する鋳造表面を提供することにより達成できる。従って、本発明によれば、鋳造ロール表面端部が中央部よりも滑らかなテクスチャーを有するのが好ましい。そのような可変テクスチャーは、鋳造ロール表面の各部に深さの異なる周溝を機械仕上げすることにより達成できる。
【0016】
それに替えて、又はそれに加えて、テクスチャーを有する鋳造ロール端部での熱伝達状態を当該部分にヘリウムガス噴流を当てることにより変化させ、前記ガスがテクスチャーに載って熱流束を高めるようにすることができる。
【0017】
前記鋳造ロールは、鋳造ロール間隙上方に支持された高温金属の溜めから冷却鋳造ロール表面へと溶融金属が流下される双ロール鋳造装置の一対の平行円筒形鋳造ロールの一方とすることができる。その場合、鋳造ロール表面両方での熱伝達状態は本発明により変えることができる。
【0018】
本発明は、又、鋳造ロールと、鋳造ロールの鋳造表面上に溶融金属を供給する金属供給手段とで構成した金属ストリップを鋳造するストリップ鋳造装置において、ロール表面上での金属酸化物の分布を異ならせるようロール表面を清掃して、鋳造ロール表面と溶融金属との界面での熱伝達状態を鋳造ロールに沿って変化させることにより鋳造ロール表面端部での熱伝達を選択的に促進させるようにした、ロール清掃装置を特徴とする、金属ストリップを鋳造するストリップ鋳造装置も提供する。
【0019】
前記熱伝達状態の変化を引き起こす手段は、鋳造ロール表面が溶融金属と接触する領域から離れた位置で酸化物を除去することにより鋳造ロール表面を清掃する鋳造ロール清掃装置で構成し、鋳造ロール清掃装置が鋳造ロール表面中央部よりも鋳造ロール表面端部に多くの酸化物が残るように鋳造ロール表面を清掃できる。
【0020】
又は、熱伝達状態の変化を引き起こす手段を、鋳造ロール表面中央部よりも鋳造ロール表面端部の方が滑らかであるようにしたテクスチャーとすることができる。
【0021】
本発明は、更に又、間に鋳造ロール間隙を形成する一対の鋳造ロールと、溶融金属を鋳造ロール間隙に供給して鋳造ロール間隙に溶融金属の鋳造溜めを形成する金属供給ノズルと、鋳造ロール間隙から鋳造ロール周方向に離間した位置で酸化物を除去することにより鋳造ロールを清掃する一対の鋳造ロール清掃装置とで構成される双ロールストリップ鋳造装置において、各鋳造ロール清掃装置が、鋳造ロール表面中央部よりも鋳造ロール表面端部により多くの酸化物が残るように各鋳造ロール表面を清掃するのに有効であることを特徴とする双ロールストリップ鋳造装置にも及ぶ。
【0022】
鋳造ロール清掃装置は、鋳造ロールに沿って延びて前記位置で鋳造ロールに係合する細長ブラシで構成することができる。
【0023】
各鋳造ロール清掃装置は、鋳造ロール表面中央部が両ブラシによってブラッシングされ、鋳造ロール表面各端部がブラシのいずれか一方のみによりブラッシングされるように重なって配置された一対のブラシで構成することができる。
【0024】
鋳造ロール表面の各端部は、いずれのブラシとも係合しない外縁域を含むことができる。
【0025】
代替的な構成では、各鋳造ロール清掃装置は、鋳造ロール表面中央部に亘って延びる主ブラシと、鋳造ロール表面端部に係合して主ブラシよりも軽いブラッシングを提供する一対の側部ブラシとで構成することができる。
【0026】
前記又は各鋳造ロール清掃装置は、ストリッププロフィール計測に応じて鋳造時に制御して、鋳造ロール端部での熱流束を変えてストリップ厚の変化に対処することができる。
【0027】
本発明の金属ストリップ鋳造方法、金属ストリップを鋳造するストリップ鋳造装置、及び双ロールストリップ鋳造装置では、清掃により鋳造ロール表面の金属酸化物の分布を変更させることにより、鋳造ロール表面と溶融金属との間の界面での熱伝達状態を鋳造ロールに沿って変更し、鋳造ロール端側での熱伝達を促進するため、鋳造ロール端側で凝固殻が薄くなることを防止し、結果として良好な品質のストリップを得ることができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
本発明をより詳細に説明するため、添付図面を参照して特定の実施の形態を記述する。
【0029】
図1は、一対の鋳造ロール12を支持する主機械フレームで構成された双ロール鋳造装置を概略的に示している。鋳造作業時に溶融金属が取鍋13から、耐火取鍋出口シュラウド14を介し分配器15へ、そして金属供給ノズル16を介して鋳造ロール12の鋳造ロール間隙17へと供給される。このようにして鋳造ロール間隙17に供給された溶融金属は鋳造ロール間隙17上方に溜め30を形成し、この溜め30を鋳造ロール端で区画するのが、一対の流体圧シリンダユニット(図示せず)の作動により鋳造ロール12の段付き端へと保持される一対の側部閉止板18である。溜め30の上面(一般にメニスカスレベルと呼ばれる)が金属供給ノズル16の下端より上方にあってもよく、その場合には金属供給ノズル16下端が溜め30内に浸漬する。
【0030】
鋳造ロール12は水冷されるので、動いている鋳造ロール表面12a上に殻が凝固して鋳造ロール間隙17にて合わされて、鋳造ロール出口で凝固ストリップ品19を生み出す。この品は標準コイラ(図示せず)へ供給することができる。
【0031】
ここまで記述してきた双ロール鋳造装置は、本出願人らのオーストラリア特許第631728号及び本出願人らのアメリカ特許第5,184,668号に幾分詳細に説明・記述されている種類のものである。本発明の一部を構成しない適宜の構造的詳細についてはこれらの文献を参照することができる。
【0032】
鋳造装置には一対の鋳造ロール清掃装置21を備える。鋳造ロール清掃装置21は、鋳造ロール間隙17両側の鋳造ロール外端で鋳造ロール表面12aを清掃するよう作動できるように対の鋳造ロール12,12の各側に1つずつ配する。
【0033】
各鋳造ロール清掃装置21は、本発明による各鋳造ロール表面12aの可変清掃を提供するように操作可能に構成することができる。図2乃至4はこのような清掃装置を提供する3つの可能な構成を概略的に示している。
【0034】
図2に示した鋳造ロール清掃装置は、清掃すべき鋳造ロール12の長手方向に延び、周方向に離間した一対の円筒胴のブラシ31,32で構成されて、ブラシ31,32が重なるので、鋳造ロール12の中央部33がブラシ31,32の両方で清掃されるのに対し、鋳造ロール12の端部34が各々ブラシ31,32の一方のみで清掃される。ブラシ31,32は各軸35,36に取付けて適宜の回転手段(図示せず)で回転させることができる。
【0035】
図2に示したブラシ構成では、鋳造ロール12の二重にブラッシングされる中央部33と、単一のブラッシングのみ受ける端部34との間に比較的激しい変遷があり、従って、鋳造ロール表面12aの中央部33と端部34との境界では酸化物層の厚みに段がつく。酸化物層の変遷の勾配を比較的緩やかにし、ブラッシングの有効性を高めるために、ブラシ構成を図3に示すように修正することができる。この構成では、ブラシ37,38が図2の場合よりも重なりが多く、鋳造ロール端よりも内側にセットされている。この構成では、鋳造ロール12の広範な中央部33が二重ブラッシングを受け、この領域の他に、単一のブラッシングを受ける一対の域40と、ブラッシングを全く受けない2つの外端域41がある。従って、この構成では、よくブラッシングされる中央域から、全くブラッシングを受けない外端へと酸化物形成の変化が段階的となる。
【0036】
図4は、更なる構成の代替例を示し、単一胴ブラシ42が鋳造ロール12のほぼ全幅に亘って延び、及んでいない2つの鋳造ロール端43は一対の端胴ブラシ44によりブラッシングされる。端胴ブラシ44のブラシ作用は、矢印45に示すようにブラシを当てる角度を調節することにより、及び/又は当てる圧力を変えることにより、変更して、2つの鋳造ロール端43での酸化物層厚を制御できる。そのような調節は、例えばX線スキャンによるストリッププロフィール測定結果に応じて鋳造時に連続的に行うことができ、所望ストリッププロフィールを維持するよう端胴ブラシ44のフィードバック制御を提供できる。
【0037】
図5は、双ロール鋳造装置で鋼ストリップを鋳造する場合に経験する典型的な鋳造ロール表面温度プロフィールを示す。この図は、鋳造ロール間隙から270°の位置で測定した鋳造ロール一端から種々の距離で測定した鋳造ロール表面温度を示す。これは、縮む殻と膨脹する鋳造ロールの寸法的変化により鋳造ロールから凝固殻が分離することを少なくとも原因の一つとして生じる鋳造ロール端に向かっての非常に著しい温度降下をはっきりと示している。
【0038】
図6は、ブラッシングをした場合としない場合で、尚且つ、異なるテクスチャーの鋳造表面で測定したK因子の値を示している。上の方の線は、ピッチ180ミクロン、深さ20ミクロンの周溝のテクスチャーを用いて得られた値であり、下の方の線は、ピッチは同じく180ミクロンであるが、深さがはるかに大きい60ミクロンの溝で形成したテクスチャーの鋳造ロール表面で得られた値を示す。滑らかなテクスチャーの方がはるかに高いK因子を達成できることがわかる。図7、8及び9は、これらの結果を鋳造ロール端域でのK因子、熱流束及び殻厚に関してプロフィールの変更に移す仕方を示している。これらの図で、実線は、ピッチ180ミクロン、深さ60ミクロンの一定溝テクスチャーを持ち、鋳造ロール幅全体に一定のブラッシングを行った標準鋳造ロールで経験する各プロフィールを示す。二点鎖線は鋳造ロール端域に滑らかなテクスチャー(ピッチが180ミクロン、深さが20ミクロン)を用いて得られる改良されたプロフィールを示し、破線は、鋳造ロール端域をブラッシングしないで得られる改良されたプロフィールを示し、一点鎖線は上記したテクスチャー変更とブラッシング変更両方を用いて得ることができる劇的に改良されたプロフィールを示す。
【0039】
図8からわかるように、一定テクスチャーで均一ブラッシングの標準鋳造ロールでは鋳造ロール端での平均熱流束は鋳造ロール中央部での値の約80%に降下し(実線参照)、鋳造ロール端にピッチ180ミクロン、深さ20ミクロンの溝テクスチャーを提供することにより鋳造ロール端での熱流束値は鋳造ロール中央部の値の約90%となり(二点鎖線参照)、鋳造ロール端をブラッシングしないことにより鋳造ロール端での熱流束値は鋳造ロール中央部での値の約93%になり(破線参照)、テクスチャーの変更と鋳造ロール端をブラッシングしないことの両方を行うと、鋳造ロール中央部での値の97%以上となることができる(一点鎖線参照)。
【0040】
図10は、2つの異なるテクスチャーの鋳造ロール表面をヘリウムガスで遮蔽した効果を示すもので、対照としてアルゴンを遮蔽ガスとして用いたテストと比較している。これらの結果は、ヘリウムガスでの遮蔽がK因子を鋳造ロール全体に亘って平均で4mm/分1/2まで増加させることを示している。この効果は鋳造ロールをブラッシングしないことにより得られるのよりも大きい。従って、鋳造ロール端部にヘリウムガス噴流を当てることにより鋳造ロール端での温度及びK因子減少の顕著な抑制が達成できる。
【0041】
図11及び12は、テクスチャー変更及び端でのブラッシングなしにより達成される鋳造ロール端での熱伝達増加効果を予想するために行った計算結果を示す棒グラフである。図11は鋳造ロール表面温度減少に対する効果を、図12は鋳造ロール端でのK因子、熱流束及び殻厚の減少を予想している。
【0042】
図13及び14は、温度及びK因子減少を制御するために鋳造ロール端でのテクスチャー変更を行うことの有効性を証明するために行った試験の結果を示す。対照テストは全幅に亘って標準表面テクスチャーを有する鋳造ロールで行った。鋳造ロールに亘る粗度はRa5であった。鋳造ロール端での鋳造ロール表面温度減少は20%〜25%であった。計算したK因子、熱流束及び殻厚減少は25%〜30%であった。鋳造ロール端から60mm以内の域での鋳造ロール表面テクスチャーを変更してRa1以下のRaを持つようにした。鋳造試験により、これが鋳造ロール端での測定鋳造ロール表面温度減少を10%に減らすことが証明された(図13)。鋳造ロール端での計算されたK因子、熱流束及び殻厚減少は12%に減らされた(図14)。
【0043】
説明した装置及び結果は単に例示として示したものであり、これらに限定されるものではない。その他いろいろの鋳造ロール清掃装置が考えられるのは勿論である。例えば、図2及び3に示したブラシを前後に往復動可能にして、鋳造ロール中央部と端部との酸化物形成での更に段階的な移行を提供することができる。又、単一の振動ブラシにより鋳造ロール全体に亘って必要なブラッシングの段階的変化を提供することもできる。鋳造ロール全体に亘るブラッシングの有効性を変化させるために非円筒形プロフィールに剛毛を形成した胴ブラシを提供することも可能である。更に又、研磨材でのブラスト清掃等、他の清掃技術を用いることも可能である。
【0044】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の金属ストリップ鋳造方法、金属ストリップを鋳造するストリップ鋳造装置、及び双ロールストリップ鋳造装置によれば、清掃により鋳造ロール表面の金属酸化物の分布を変更させることにより、鋳造ロール表面と溶融金属との間の界面での熱伝達状態を鋳造ロールに沿って変更し、鋳造ロール端側での熱伝達を促進するため鋳造ロール端側で凝固殻が薄くなることを防止し、結果として良好な品質のストリップを得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】本発明により操作可能なブラシ構成を備えた双ロール鋳造装置の概略図である。
【図2】本発明により操作可能な第1のブラシ構成の概略図である。
【図3】本発明により操作可能な、改変したブラシ構成を示す。
【図4】本発明により操作可能な、別の種類のブラシ構成を示す。
【図5】双ロール鋳造装置の、温度減少値に対応する典型的な鋳造ロール表面温度プロフィールを示す。
【図6】凝固率を示すパラメータである観測K因子値についてブラシ清掃及びテクスチャーの効果を示す図である。
【図7】図6に示した観測効果から生じるK因子の予想変動を示す図である。
【図8】図6に示した観測効果から生じる熱流束の予想変動を示す図である。
【図9】図6に示した観測効果から生じる殻厚の予想変動を示す図である。
【図10】異なる鋳造ロール表面テクスチャーについて、観測K因子値でのヘリウムガス及びアルゴンガスの遮蔽効果を示す図である。
【図11】種々条件での鋳造ロール表面温度減少を計算して示した棒グラフである。
【図12】同様の種々条件でのK因子変化を計算して示した棒グラフである。
【図13】双ロール鋳造装置での実際の鋳造時に測定された鋳造ロール表面温度減少を示す棒グラフである。
【図14】図13に示した測定値から計算されるK因子減少を示す棒グラフである。
【符号の説明】
12 鋳造ロール
12a 鋳造ロール表面
21 鋳造ロール清掃装置
31 ブラシ
32 ブラシ
33 中央部
34 端部
37 ブラシ
38 ブラシ
41 外端域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal strip casting method, a strip casting apparatus for casting a metal strip, and a twin roll strip casting apparatus.
[0002]
[Prior art]
In the case of a single roll casting apparatus, the molten metal is applied to the upper part of the cooling casting roll rotating by a distributor such as an overflow weir, solidified as a strip on the surface of the casting roll, and drawn down to one side of the casting roll. In the case of a twin roll casting device, the metal shell is solidified on the surface of the moving casting roll by guiding the molten metal between a pair of horizontal casting rolls that are cooled and rotated in the mutual direction, and the metal shells are cast. Combined with the roll gap, it is taken out as a solidified metal strip product from the casting roll gap outlet. In this specification, the term “casting roll gap” refers to a general region where casting rolls are closest to each other. Molten metal can be introduced into the casting roll gap by means of a metal distributor and a metal supply nozzle located below the metal distributor and receiving a metal stream from the metal distributor and directing it to the casting roll gap. it can.
[0003]
In order to prevent metal oxide from depositing on the surface of the casting roll, the surface of the casting roll is generally cleaned using a cleaning device at a location away from the area where the casting roll surface contacts the molten metal. In the twin roll casting apparatus, a cleaning device such as a brush or a cleaning belt can be applied to the outer surface in the longitudinal direction of the casting roll, so that the surface of the casting roll is continuously cleaned before contacting the molten metal before the gap between the casting rolls. The Examples of cleaning devices incorporating brushes include: Nippon Steel Corporation and Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Japanese Patent Laid-Open No. 3-230849, US Patent Nos. 5,307,861 and Australian Patent Application No. 24833 / No. 95.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As a result of much experience in casting steel strips with twin roll casting equipment, it is absolutely important to effectively perform casting roll cleaning to obtain a good quality strip and oxide on the casting roll. It has been found that formation must be kept within strict limits. A thin oxide deposit can be advantageous to ensure a uniform heat flux during metal solidification on the casting roll surface. As the casting roll surface enters the molten metal casting pool, the oxide deposits dissolve and help establish a thin liquid interface layer between the casting surface and the molten metal in the casting pool to promote good heat flux. However, when too much oxide is deposited, dissolution of the oxide creates a very high initial heat flux, but the oxide resolidifies and the heat flux rapidly decreases. The combination of a high initial heat flux and a rapid decrease results in stress in the solidifying molten metal causing local distortion in the strip and the strip exhibits a surface defect known as a “crocodile skin”.
[0005]
The phenomenon that occurs basically with continuous strip casting is that the metal shell that solidifies on the casting roll tends to be thinner at the end of the casting roll than at the center of the casting roll. This can cause liquid carryover at the strip end and swelling after the casting roll gap. In the case of a twin roll casting apparatus, this can be addressed to some extent by changing the cold profile of the casting roll so that the casting roll gap becomes narrower toward the end of the casting roll. However, the casting roll shape changes significantly during casting. The cold casting roll profile is very different from the dynamic casting roll profile during casting controlled by thermal and mechanical loads, so it is only necessary to select a specific casting roll profile to reduce the casting roll gap. It is very difficult to accurately control the casting conditions that change along the way. Furthermore, the data that has emerged from our many experiences with steel strip casting in a twin roll casting machine shows that the size of the shrinking solidified shell and the expanding mold or casting roll can change the size of the cast roll and the solidified shell during casting. It has been shown that solidification shell thinning can occur at the end of the strip due to relative motion occurring between the two. This increases the interfacial thermal resistance resulting in a significant decrease in heat flux and shell thickness, which cannot be easily avoided by changing the casting roll profile. The present invention enables more direct control by controlling the heat transfer state at the interface between the casting roll surface and the solidified shell. In this way, it is possible to counter the tendency for the solidified shell to become thin while maintaining a high heat flux on the casting roll end side.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, applying a molten metal on the cooled surface of the casting roll rotating, solidifying the molten metal on the casting roll surfaces, the release to the metal strip casting method from the casting roll surface and solidified metal as a strip, by cleaning By changing the distribution of metal oxide on the surface of the casting roll, the heat transfer state at the interface between the surface of the casting roll and the molten metal is changed along the casting roll so that the heat transfer at the end of the casting roll surface is achieved. A metal strip casting method is provided which is characterized by being selectively promoted.
[0007]
Preferably, the promotion of heat transfer at the end of the casting roll surface is sufficient to make the average heat flux at the end of the casting roll surface 90% or more of the average heat flux at the center of the casting roll surface. . The term “average heat flux” refers to the average heat flux value at a particular location along the casting roll throughout the solidification of the metal.
[0008]
The heat transfer state at the interface between the casting roll surface and the molten metal can be changed by controlling the oxide state along the casting roll.
[0009]
Alternatively or in addition, such conditions can be changed by providing a variable texture on the casting surface.
[0010]
By applying a substance such as gas to the end of the casting roll surface, the corresponding heat transfer state can be changed.
[0011]
When changing the heat transfer state on the surface of the casting roll by controlling the oxide state along the casting roll, the method of the present invention is performed at a position away from the region where the surface of the casting roll is in contact with the molten metal. Including cleaning the casting roll surface to remove metal oxide and changing the cleaning along the casting roll to leave more oxide at the end of the casting roll than at the center of the casting roll surface. be able to.
[0012]
The molten metal may be steel and the metal oxide may be iron oxide particles. The steel contains silicon, manganese and aluminum, and contaminants may be oxides of these metals.
[0013]
The casting roll surface can be cleaned by brushing. Such brushing can be accomplished with one or more elongated brushes that extend along the casting roll and can brush the casting roll surface center more effectively than the casting roll surface end. The casting roll surface edge can include an outer edge that is not brushed.
[0014]
Preferably, the effectiveness of brushing is gradually changed along the casting roll from the casting roll center to the casting roll surface edge to grade the oxide formation towards the casting roll surface edge.
[0015]
The heat flux of the solidified shell on the casting surface can be significantly affected by the texture of the casting surface. In particular, a higher heat flux can be obtained with a cast surface having a smooth texture than with a relatively rough texture. As disclosed in Applicants' Australian Patent Application No. 45703/96 and corresponding US Pat. No. 5,720,336, the casting roll surface is covered by an oxide layer which is almost liquid at the start of solidification. This is especially the case. Therefore, maintaining a high heat flux value at the casting roll surface end can be achieved by providing a casting surface with a variable texture such that the casting roll surface end is smoother than the casting roll surface center. Therefore, according to this invention, it is preferable that the casting roll surface end part has a smoother texture than a center part. Such a variable texture can be achieved by machining peripheral grooves of different depths in each part of the casting roll surface.
[0016]
Alternatively or in addition, the heat transfer state at the end of the casting roll having the texture is changed by applying a helium gas jet to the part, and the gas is placed on the texture to increase the heat flux. Can do.
[0017]
The casting roll may be one of a pair of parallel cylindrical casting rolls of a twin roll casting apparatus in which molten metal flows down from a hot metal reservoir supported above the casting roll gap to the cooling casting roll surface. In that case, the heat transfer state on both the casting roll surfaces can be changed according to the invention.
[0018]
The present invention also provides a strip casting apparatus for casting a metal strip composed of a casting roll and a metal supply means for supplying molten metal onto the casting surface of the casting roll. Clean the roll surface to make it different, and selectively promote the heat transfer at the end of the casting roll surface by changing the heat transfer state along the casting roll surface along the casting roll surface. There is also provided a strip casting device for casting a metal strip, characterized by a roll cleaning device .
[0019]
The means for causing a change in the heat transfer state comprises a casting roll cleaning device that cleans the casting roll surface by removing oxide at a position away from a region where the casting roll surface is in contact with the molten metal. The apparatus can clean the casting roll surface such that more oxide remains at the casting roll surface end than at the casting roll surface center.
[0020]
Alternatively, the means for causing the change in the heat transfer state may be a texture in which the casting roll surface end is smoother than the casting roll surface center.
[0021]
The present invention further includes a pair of casting rolls forming a casting roll gap therebetween, a metal supply nozzle for supplying molten metal to the casting roll gap to form a molten metal casting pool in the casting roll gap, and a casting roll. in the pair of casting rolls cleaning device with a twin roll strip casting device that consists of cleaning the casting rolls by removing the oxide in a position spaced the casting roll peripheral direction from the gap, each casting roll cleaning device, the casting rolls The present invention also extends to a twin roll strip casting apparatus that is effective in cleaning the surface of each casting roll so that more oxide remains at the end of the casting roll surface than at the center of the surface.
[0022]
The casting roll cleaning device can be constituted by an elongated brush that extends along the casting roll and engages the casting roll at the position.
[0023]
Each casting roll cleaning device is composed of a pair of brushes arranged so that the center part of the casting roll surface is brushed by both brushes and each end part of the casting roll surface is brushed by only one of the brushes. Can do.
[0024]
Each end of the casting roll surface can include an outer edge region that does not engage any brush.
[0025]
In an alternative configuration, each casting roll cleaning device includes a main brush extending across the center of the casting roll surface and a pair of side brushes that engage the casting roll surface end to provide lighter brushing than the main brush. And can be configured.
[0026]
The or each casting roll cleaning device can be controlled at the time of casting according to the strip profile measurement to change the heat flux at the end of the casting roll to cope with the change in the strip thickness.
[0027]
In the metal strip casting method, the strip casting apparatus for casting a metal strip, and the twin roll strip casting apparatus of the present invention, the distribution of the metal oxide on the surface of the casting roll is changed by cleaning, whereby the surface of the casting roll and the molten metal are changed. The heat transfer state at the interface is changed along the casting roll, and the heat transfer at the casting roll end side is promoted to prevent the solidified shell from thinning at the casting roll end side, resulting in good quality You can get a strip of.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
For the purpose of illustrating the invention in more detail, specific embodiments are described with reference to the accompanying drawings.
[0029]
FIG. 1 schematically shows a twin roll casting apparatus constituted by a main machine frame that supports a pair of casting rolls 12. During the casting operation, molten metal is supplied from the
[0030]
As the casting
[0031]
The twin roll casting apparatus described so far is of the type described and described in somewhat greater detail in Applicants 'Australian Patent No. 631,728 and Applicants' US Patent No. 5,184,668. It is. Reference may be made to these documents for appropriate structural details that do not form part of the present invention.
[0032]
The casting apparatus includes a pair of casting
[0033]
Each casting
[0034]
The casting roll cleaning device shown in FIG. 2 is composed of a pair of cylindrical barrel brushes 31 and 32 extending in the longitudinal direction of the casting
[0035]
In the brush configuration shown in FIG. 2, there is a relatively intense transition between the doubly brushed
[0036]
FIG. 4 shows a further configuration alternative, in which a
[0037]
FIG. 5 shows a typical casting roll surface temperature profile experienced when casting a steel strip in a twin roll casting apparatus. This figure shows the casting roll surface temperature measured at various distances from one end of the casting roll measured at 270 ° from the gap between the casting rolls. This clearly shows a very significant temperature drop towards the end of the casting roll, which is caused at least in part by the separation of the solidified shell from the casting roll due to the dimensional change of the shrinking and expanding casting rolls. .
[0038]
FIG. 6 shows the K factor values measured with and without brushing and with different textured casting surfaces. The upper line is the value obtained using a circumferential groove texture with a pitch of 180 microns and a depth of 20 microns, and the lower line is also 180 microns in pitch, but much deeper The values obtained on the surface of a cast roll having a texture formed by a large 60 micron groove are shown. It can be seen that a smooth texture can achieve a much higher K factor. Figures 7, 8 and 9 show how these results can be transferred to profile changes with respect to K-factor, heat flux and shell thickness at the end of the casting roll. In these figures, the solid line shows each profile experienced with a standard casting roll having a constant groove texture with a pitch of 180 microns and a depth of 60 microns and with constant brushing across the entire casting roll width. The two-dot chain line shows the improved profile obtained using a smooth texture (pitch is 180 microns, depth is 20 microns) in the casting roll end area, and the dashed line is the improvement obtained without brushing the casting roll end area. The dash-dot line shows a dramatically improved profile that can be obtained using both the texture and brushing changes described above.
[0039]
As can be seen from FIG. 8, in a standard casting roll with a constant texture and uniform brushing, the average heat flux at the end of the casting roll drops to about 80% of the value at the center of the casting roll (see the solid line), and the pitch at the end of the casting roll By providing a groove texture of 180 microns and a depth of 20 microns, the heat flux value at the end of the casting roll is about 90% of the value at the center of the casting roll (see the two-dot chain line), and by not brushing the end of the casting roll The heat flux value at the end of the casting roll is about 93% of the value at the center of the casting roll (see broken line). If both the texture change and the casting roll end are not brushed, It can be 97% or more of the value (see dashed line).
[0040]
FIG. 10 shows the effect of shielding the surface of two different textured casting rolls with helium gas, compared to a test using argon as the shielding gas as a control. These results show that shielding with helium gas increases the K factor to an average of 4 mm / min 1/2 over the entire casting roll. This effect is greater than that obtained by not brushing the casting roll. Accordingly, by applying a helium gas jet to the end portion of the casting roll, significant suppression of temperature and K factor reduction at the end of the casting roll can be achieved.
[0041]
FIGS. 11 and 12 are bar graphs showing the results of calculations performed to predict the effect of increased heat transfer at the end of the cast roll achieved by texture modification and no brushing at the end. FIG. 11 shows the effect on the casting roll surface temperature reduction, and FIG. 12 predicts the reduction of the K factor, heat flux and shell thickness at the casting roll end.
[0042]
FIGS. 13 and 14 show the results of tests performed to demonstrate the effectiveness of making texture changes at the end of the casting roll to control temperature and K factor reduction. The control test was performed on a casting roll having a standard surface texture across the entire width. The roughness over the casting roll was Ra5. The casting roll surface temperature decrease at the end of the casting roll was 20% to 25%. The calculated K-factor, heat flux and shell thickness reduction were 25-30%. The casting roll surface texture in the region within 60 mm from the end of the casting roll was changed to have a Ra of Ra1 or less. Casting tests have demonstrated that this reduces the measured cast roll surface temperature reduction at the end of the cast roll to 10% (FIG. 13). The calculated K-factor, heat flux and shell thickness reduction at the end of the casting roll was reduced to 12% (FIG. 14).
[0043]
The apparatus and results described are given by way of example only and are not limiting. Of course, various other casting roll cleaning devices can be considered. For example, the brushes shown in FIGS. 2 and 3 can be reciprocated back and forth to provide a more gradual transition in oxide formation at the center and end of the casting roll. A single oscillating brush can also provide the necessary brushing grading across the entire casting roll. It is also possible to provide a barrel brush with bristles in a non-cylindrical profile to change the effectiveness of brushing across the casting roll. Furthermore, other cleaning techniques such as blast cleaning with an abrasive may be used.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the metal strip casting method, the strip casting apparatus for casting a metal strip, and the twin roll strip casting apparatus of the present invention, by changing the distribution of the metal oxide on the surface of the casting roll by cleaning, The heat transfer state at the interface between the casting roll surface and the molten metal is changed along the casting roll, and the heat transfer at the casting roll end side is promoted to prevent the solidified shell from thinning at the casting roll end side. As a result, it is possible to obtain an excellent effect that a strip of good quality can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a twin roll casting apparatus with a brush configuration operable according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a first brush configuration operable according to the present invention.
FIG. 3 shows a modified brush configuration operable according to the present invention.
FIG. 4 illustrates another type of brush configuration that can be operated in accordance with the present invention.
FIG. 5 shows a typical cast roll surface temperature profile corresponding to a temperature reduction value for a twin roll caster.
FIG. 6 is a diagram illustrating the effect of brush cleaning and texture on an observed K factor value that is a parameter indicating a solidification rate.
7 is a diagram showing the expected fluctuation of the K factor resulting from the observation effect shown in FIG.
FIG. 8 is a diagram showing an expected fluctuation of the heat flux resulting from the observation effect shown in FIG.
9 is a diagram showing an expected variation in shell thickness resulting from the observation effect shown in FIG. 6. FIG.
FIG. 10 is a diagram showing the shielding effect of helium gas and argon gas at observed K-factor values for different casting roll surface textures.
FIG. 11 is a bar graph showing a calculation of a decrease in casting roll surface temperature under various conditions.
FIG. 12 is a bar graph showing calculated K-factor changes under the same various conditions.
FIG. 13 is a bar graph showing a decrease in casting roll surface temperature measured during actual casting in a twin roll casting apparatus.
14 is a bar graph showing a decrease in K factor calculated from the measured values shown in FIG.
[Explanation of symbols]
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