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連続鋳造（ストランド鋳造とも呼ばれる）は、溶融金属を半製品であるビレット、ブルーム、またはスラブに凝固させ、仕上げ圧延工場で後工程の圧延を行うプロセスです。1950年代に連続鋳造が導入される以前は、鋼は固定された鋳型に流し込まれてインゴットが作られていました。それ以来、連続鋳造は歩留まり、品質、生産性、コスト効率の向上を目指して進化してきました。製品の連続的かつ標準化された生産は本質的にコストが低いため、より高品質の金属部品を低コストで生産することが可能になり、さらに自動化によってプロセスに対する制御性も向上します。このプロセスは、鋼の鋳造（鋳造トン数ベース）に最も頻繁に使用されています。 アルミニウムと銅も連続鋳造されます。
ベッセマー転炉で有名なヘンリー・ベッセマー卿は、1857年に2つの逆回転ローラーの間で金属を鋳造する技術の特許を取得した。このシステムの基本的な仕組みは、近年、鋼帯の鋳造に応用されている。
溶融金属は炉から取鍋に注ぎ込まれます。合金化や脱ガスなどの取鍋処理を経て、適切な温度に達した後、取鍋は鋳造機の上部へと運ばれます。通常、取鍋は鋳造機の回転タレット上のスロットに収まります。一方の取鍋は「鋳造中」の位置（鋳造機に金属を供給する位置）にあり、もう一方の取鍋は「鋳造後」の位置で準備され、最初の取鍋が空になると鋳造位置に切り替えられます。
取鍋から、溶融金属は耐火性の覆い（パイプ）を通ってタンディッシュと呼ばれる保持槽に移送されます。タンディッシュは、取鍋の切り替え中に鋳造機に金属を供給するための貯蔵庫として機能し、溶融金属の緩衝材としての役割を果たすとともに、流れを滑らかにし、鋳型への金属供給量を調整し、金属を洗浄します（下記参照）。
通常は、「タンディッシュボード」と呼ばれる使い捨ての耐火性作業用ライニング材が使用されます。
タンディッシュから別のシュラウドを通して、底が開いた銅製の鋳型の上部に金属が排出されます。鋳型の深さは、鋳造速度と断面サイズに応じて、 0.5メートルから2メートル（20インチから79インチ）まで変化します。鋳型は、直接接触する高温の金属を凝固させるために水冷されます。これが主要な冷却プロセスです。また、金属が鋳型の壁に付着するのを防ぐために、鋳型は垂直方向（またはほぼ垂直な曲線経路）に振動します。鋳型内の金属には、付着を防ぎ、金属中に存在する可能性のあるスラグ粒子（酸化物粒子やスケールなど）を捕捉してプールの上部に持ち上げ、浮遊するスラグ層を形成するために、潤滑剤（金属と接触すると溶ける粉末または液体）が添加されます。シュラウドは、高温の金属が鋳型内のスラグ層の表面より下から排出されるように設定されているため、水中入口ノズル（SEN）と呼ばれます。場合によっては、タンディッシュと鋳型の間にシュラウドを使用しないこともあります（オープンポア鋳造）。この場合、タンディッシュ底部にある交換可能な計量ノズルから金属が鋳型に供給されます。連続鋳造レイアウトによっては、同じタンディッシュから複数の鋳型に金属を供給するものもあります。
鋳型内では、中心部よりも先に鋳型壁に近い薄い金属層が凝固し、その後、ストランドと呼ばれる成形された金属が鋳型の底部からスプレーチャンバーへと排出されます。ストランドの壁内部の金属の大部分はまだ溶融状態です。ストランドは、間隔を狭めて配置された水冷式ローラーによって直ちに支持されます。これらのローラーは、ストランド内部でまだ凝固中の液体の静水圧（静水圧と比較）に対抗してストランドの壁を支えます。凝固速度を上げるため、ストランドはスプレーチャンバーを通過する際に大量の水を噴霧されます。これが二次冷却プロセスです。ストランドの最終的な凝固は、ストランドがスプレーチャンバーを出た後に行われる場合があります。
連続鋳造機の設計は、ここで多様化する可能性があります。これは「湾曲エプロン」鋳造機の説明です。垂直型も使用されます。湾曲エプロン鋳造機では、ストランドは金型から垂直に（またはほぼ垂直な湾曲経路で）出て、スプレーチャンバーを通過する際に、ローラーによって徐々に水平方向に湾曲されます。垂直鋳造機では、ストランドはスプレーチャンバーを通過する間、垂直のままです。湾曲エプロン鋳造機の金型は、機械の基本設計に応じて、直線または湾曲にすることができます。
真の水平鋳造機では、鋳型軸は水平であり、鋼の流れは液状から薄いシェル、そして固化へと水平方向に進みます（曲がりはありません）。このタイプの機械では、鋳型内での固着を防ぐために、ストランドまたは鋳型の振動が使用されます。
スプレーチャンバーを出た後、ストランドは（垂直鋳造機以外で鋳造された場合は）矯正ロールと引き抜きロールを通過します。引き抜き後には、金属の高温状態を利用して最終的なストランドを予備成形するために、熱間圧延スタンドが設けられる場合があります。最後に、ストランドは機械式せん断機または移動式酸素アセチレントーチによって所定の長さに切断され、識別用のマーキングが施された後、ストックパイルまたは次の成形工程へと運ばれます。
多くの場合、金属線は追加のローラーやその他の機構を通過し、そこで金属は平坦化、圧延、または押し出されて最終形状に成形される。
1980年代半ば以降の技術開発により、鋳造可能な厚さは縮小し、当初は厚さ約50mmのトランスファーバー（薄板とも呼ばれる）[ 1 ]、そして最近では厚さ2mmの薄板鋳造へと縮小した[ 2 ] 。
アルミニウムと銅は水平方向に鋳造することができ、融点が低いため、特に帯状の形状の場合、ニアネットシェイプに鋳造しやすい。
連続鋳造機の始動には、ダミーバー（基本的に湾曲した金属梁）をスプレーチャンバーに通して鋳型の底部を塞ぐことから始まります。金属は鋳型に注ぎ込まれ、固まったらダミーバーと共に引き抜かれます。その後、不要な停止と再起動（ターンアラウンドと呼ばれる）を避けるために、金属の供給が確実に行われることが極めて重要です。鋳造機が停止して再起動するたびに、新しいタンディッシュが必要になります。タンディッシュ内の未鋳造金属は排出できず、「スカル」状に固まってしまうためです。ターンアラウンドを避けるには、溶鉱炉（ある場合）を含む溶解工場が金属の温度を厳密に管理する必要があります。金属の温度は、合金添加物、スラグ被覆、脱スラグ、金属を受け入れる前の取鍋の予熱など、さまざまなパラメータによって大きく変動する可能性があります。ただし、タンディッシュ内の金属量を減らすことで鋳造速度を低下させることもできます（ただし、これによりタンディッシュの摩耗が増加する可能性があります）。また、鋳造機に複数のストランドがある場合は、上流工程の遅延に対応するために、1つまたは複数のストランドを停止させることもできます。一定回数の加熱後にタンディッシュの温度が高くなりすぎた場合、または交換不可能な部品（薄板鋳造機の浸漬式入口ノズルなど）の耐用年数に達した場合は、生産工程に定期修理を組み込むことができます。
現在、多くの連続鋳造工程は完全にコンピュータ制御されています。取鍋シュラウド、タンディッシュ、鋳型に設置された複数の電磁式、熱式、または放射線式センサーが、溶融金属のレベルまたは重量、流量、および温度を検知し、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）が引き抜きロールの速度制御によってストランドの引き抜き速度を設定できます。鋳型への金属の流れは、次の3つの方法で制御できます。
鋳造速度全体は、取鍋スライドゲートを介してタンディッシュ内の金属量を調整することで制御できます。PLCは、鋳型の振動速度、鋳型粉末の供給速度、およびストランド内の冷却スプレーの水流量も設定できます。コンピュータ制御により、重要な鋳造データを他の製造センター（特に製鋼炉）に送信できるため、製品の「オーバーフロー」や「アンダーラン」を回避するために、各センターの作業速度を調整できます。
自動化が進むことで、収縮がなく偏析も少ない鋳造品を製造できるようになった一方で、金属が事前に清浄でない場合や、鋳造工程中に「汚れる」場合は、連続鋳造は役に立たない。溶融金属が汚れる主な原因の一つは酸化であり、これは溶融金属の温度（ 鋼の場合は最高1700℃）で急速に進行する。また、ガス、スラグ、未溶解合金などの介在物も存在する可能性がある。酸化を防ぐため、金属はできる限り大気から隔離される。これを実現するために、露出した溶融金属表面は、シュラウドで覆われるか、取鍋、タンディッシュ、鋳型の場合は合成スラグで覆われる。タンディッシュでは、溶融金属よりも密度が低い介在物（気泡、他のスラグや酸化物、未溶解合金など）が表面に浮上し、スラグ層に捕捉されることもある。鋳造工程の開始時にタンディッシュと鋳型に初めて溶融金属が充填される際、溶融金属は酸素でひどく汚染されているため、最初に製造された製品は通常、隔離されるか、最高品質の材料を必要としない顧客に振り向けられる。
アップキャスティングは、金属（銅や銀など）の種（金属棒など）から連続した製品を形成することでこの問題を解決します。[ 4 ] [ 5 ]
連続鋳造で発生する可能性のある大きな問題は、溶融金属の破断です。何らかの理由で、ストランドの固体シェルが破損し、内部のまだ溶融している金属がこぼれ出て機械を汚染します。ほとんどの工業環境では、この事象はストランドの停止につながり、通常はストランド装置内からこぼれた材料を取り除いたり、損傷した機械を交換したりする長いターンアラウンドが必要となるため、非常にコストがかかります。破断は通常、シェル壁が薄すぎてその上の液体柱を支えられないことが原因であり、この状態には、多くの場合熱管理に関連するいくつかの根本原因があります。[ 6 ]金型またはストランド冷却スプレーへの冷却水の流れが不適切だと、凝固中の金属から熱が十分に除去されず、固体シェルが厚くなりすぎる可能性があります。金属の引き抜き速度が速すぎると、強化された冷却スプレーを使用しても、シェルが必要な厚さに凝固する時間がない可能性があります。同様に、流入する溶融金属が熱すぎると、最終的な凝固が予想よりも遅い時点でストランドのさらに下流で発生する可能性があります。この点が矯正ロールより下にある場合、矯正中に加わる応力によってシェルが破損する可能性があります。また、凝固の最初の数秒間に金型内で発生するシェルの物理的な不規則性や損傷の結果として、ブレイクアウトが発生することもあります。金型内の過剰な乱流は、異常に成長する不規則なシェルパターンを引き起こしたり、シェル内にスラグ滴を閉じ込めて壁の強度を低下させたりする可能性があります。[ 7 ] よくあるのは、シェルが金型の表面に付着して裂けることです。最新の計測金型とコンピュータ制御システムは通常これを検知し、鋳造機を一時的に減速して、壁が金型内で支えられている間に再凝固して修復できるようにします。[ 8 ] 裂け目が金型の出口付近で発生した場合、または予想外に深刻な場合は、シェルが金型壁から出た後にブレイクアウトで破損する可能性があります。流入する金属がひどく過熱している場合は、ブレイクアウトのリスクを冒すよりも鋳造機を停止する方が望ましい場合があります。さらに、金属への鉛の汚染（初期の鋼装入物に含まれるカウンターウェイトや鉛蓄電池が原因）は、鋳型壁と鋼材の間に薄い膜を形成し、熱除去とシェル成長を阻害し、割れのリスクを高める可能性がある。
もう一つ問題となるのは、炭素沸騰です。鋼に溶け込んだ酸素が、同じく鋼中に存在する炭素と反応して一酸化炭素の泡を発生させます。沸騰という名称が示すように、この反応は非常に速く激しく、大量の高温ガスを発生させるため、鋳造機のような密閉された空間で発生すると特に危険です。酸素は、鋼にケイ素またはアルミニウムを添加して「不活性化」することで除去できます。添加されたケイ素またはアルミニウムは反応して酸化ケイ素（シリカ）または酸化アルミニウム（アルミナ）を形成します。しかし、鋼中のアルミナが多すぎると、鋳造ノズルが詰まり、鋼の供給が停止してしまいます。
計算流体力学をはじめとする流体流動解析技術は、特にタンディッシュにおける新しい連続鋳造工程の設計において広く活用されている。これは、溶融金属から介在物や乱流を除去しつつ、金属が過度に冷却される前にすべての金属が鋳型に到達することを保証するためである。タンディッシュや鋳型内の流動条件をわずかに調整するだけで、製品の不良率が大きく左右される可能性がある。
スターターバー（ダミーバーとも呼ばれる）は、保管のために柔軟性のある自由端部分と、金型を塞ぐための実質的に剛性のある端部部分とを備えている。スターターバーは、セグメントに分割され、端と端が連結された平面状の背骨の片側に固定された個別のブロックで構成されている。スターターバーが鋳造経路に対応する湾曲した形状で自立できるように、テーパー状のブロック形状の調整可能なスペーサーがバーのブロック間に配置されている。スターターバーの端部のより柔軟な背骨により、ブロックが支持されていない状態で扇状に広がる間、スターターバーは鋳造経路よりも小さい半径で湾曲させることができる。保管位置で柔軟な端部を支えるための保管用ランプが設けられている。鋳造を開始する前に、スターターバーは油圧アクチュエータを使用して鋳造機を通して（鋳造とは逆方向に）送り込まれる。金型の底まで送り込まれたら、金型の充填プロセスを継続してスムーズな起動を確保することができる。
直接ストリップ鋳造は、溶融状態から直接金属シートを製造する連続鋳造プロセスであり、大幅な二次加工の必要性を最小限に抑えます。低炭素鋼板の場合、これは比較的新しいプロセスであり、2000年代初頭以降に商業的に成功を収めました。[ 9 ] [ 10 ]
ツインベルト連続鋳造は、一定の長方形断面を持つ金属棒または金属帯を大量生産する連続鋳造プロセスです。ツインベルト連続鋳造では、上下の鋳造面として張力をかけた平行な炭素鋼ベルトからなる移動式鋳型を使用します。ベルトと共に移動し、所望の鋳造幅に応じて間隔を空けて配置された長方形の鋼または銅ブロックのチェーンが鋳型の側面を形成します。
溶融金属は、タンディッシュから鋳造ベルト間に配置されたノズルを通して、ツインベルト連続鋳造機に導入されます。金属はベルトとの直接接触によって冷却され、ベルト自体は高圧循環水によって冷却されます。ベルト鋳造面には、必要な金型界面特性を与え、付着を防止するために、様々なコーティングを施すことができます。
ツインベルト式連続鋳造機で鋳造された金属は、熱間圧延機と同期して直接供給されます。鋳造と圧延工程を一体化することで、中間鋳造や再加熱工程を含む他の鋳造プロセスに比べて、エネルギーとコストを大幅に削減できます。
ツインベルト連続鋳造機で鋳造される金属：銅（棒、帯、陽極）、アルミニウム（帯）、亜鉛（帯）、鉛（帯）
生産量と速度：ツインベルト連続鋳造の生産量は最大毎時60トン、速度は最大毎分14メートルです。
ツインベルト連続鋳造は、ニアネットシェイプ鋳造プロセスであり、二次的な圧延や成形工程の必要性を大幅に削減します。例えば、銅陽極板を鋳造する場合、鋳造されたスラブは圧延されず、直接せん断されて個別の陽極板になります。
冷却ベルトは通常、低炭素鋼で作られており、鋳造機内で張力をかけて保持することで、平坦性と精度を確保しています。「冷たい」ベルトが金型領域に入ると、鋳造ゾーンで加熱され、熱膨張による強い力が加わります。幅広の帯鋼を鋳造する場合、座屈を防ぎ、金型入口でのベルトの熱変形を軽減するために、これらの力を制御する必要があります。これらの力は、金型に入る前にベルトを予熱するか、金型に入った後に磁気的に安定化させることで制御できます。
ベルト予熱：幅広帯状鋳造の場合、ベルト予熱システムを使用することで、 鋳造金型に入る直前にベルトを150℃以上に加熱し、冷間成形による歪みを軽減できます。 誘導加熱コイルをベルト幅全体に配置して、各ベルトを予熱します。高温予熱は、熱による歪みを防ぐだけでなく、ベルト表面の水分を除去する効果もあります。
磁気安定化：幅広の鋼帯を鋳造する際、金型領域内に高強度磁気ベルトバックアップサポートロールを使用することで、局所的な熱歪みの発生を抑制できます。移動するベルトは、磁化された回転フィンによってサポートロールに押し付けられ、ベルトが平面に保たれます。
ツインベルト式連続鋳造機では、溶融金属が鋳型領域を通過するにつれて鋳型表面上で徐々に凝固し、凝固する外面の間に溶融金属の溜まりが形成されます。ベルトのコーティング、表面テクスチャ、ガス層の改質は、鋳造金属からベルトへの熱伝達率を微調整するために使用されます。薄板の場合、鋳型の30%の地点で全厚凝固が起こり、大型棒の場合は、出口からの水噴霧冷却とローラー支持が必要となる鋳型出口から最大2m先まで全厚凝固が起こります。
密閉式プール供給：アルミニウムなどの特定の金属を鋳造する場合、完全密閉型の「射出」式金属供給システムを採用することができます。このシステムでは、金属はわずかな圧力で密閉された鋳型キャビティに注入されます。金属の流れは、タンディッシュ内の所定の液面レベルを維持することによって制御されます。供給口、すなわちノズルは、通常、熱的に安定しており、流れる金属から放出されるガスを透過するセラミック材料で作られています。
開放式プール供給：銅、亜鉛、鉛などの金属を鋳造する場合、開放式プール供給システムがよく用いられます。この場合、上部のベルトプーリーは下部のプーリーよりも下流側にオフセットされます。金属は開放型のトラフまたはタンディッシュを通って、ベルトの合流点に形成された溶融金属のプールに流れ込みます。酸化を防ぐために、遮熱ガスが使用される場合もあります。
金型テーパー：ツインベルト鋳造機は、他の移動金型鋳造機とは異なり、4つの金型面すべてが独立しています。これにより、金型面をテーパー状にして、鋳造品が収縮する際に接触を維持できます。ベルトの裏側に連続的に供給される高速冷却水がベルトに衝突し、ベルトに力を加えます。この力は、ベルトが収縮するストリップまたはスラブの表面に押し付けられ、金型全体を通してベルトが鋳造品と密着した状態を維持します。金型の各面は、ダムブロックのエンドレスチェーンによって形成され、調整可能なスプリング式ガイドによって鋳造ストリップに保持されます。
溶融金属レベル制御：高速鋳造に対応し、溶融金属レベルをできるだけ高く維持するために、非接触式電磁式溶融金属レベル計を使用して鋳造機内の溶融金属レベルを検知することができます。
アルミニウムまたは銅の帯状鋳造：市販のツインベルト式連続帯状鋳造機は、鋳造時の 厚さが10～35mm、幅が最大2035mmまでの製品を製造できます 。鋳造された帯状材は、直接熱間圧延機に供給され、通常1～3mmの 厚さに圧延されます。
銅棒の鋳造：鋳造時の寸法は、 厚さ35～75mm、 幅50～150mmです。鋳造された棒は、熱間圧延機に直接投入された後、通常は直径8mmの棒に圧延され、伸線加工 に使用されます。
銅陽極鋳造：陽極ラグ型と移動式油圧シャーを内蔵した特殊なダムブロックをツインベルト式鋳造機に追加し、ネットシェイプの銅陽極を連続鋳造します。陽極の幅は約1メートル（ラグ部を除く）、厚さは16mmから 45mmまで 対応可能です。このプロセスの最大の利点は、鋳造後の陽極のサイズと表面品質が均一であることです。このプロセスで鋳造された陽極は、鋳造後に特別な準備作業を必要としません。
金型長さ ：金型長さは、帯状鋳造機の場合は約2000mm、 銅棒鋳造機の場合は最大3700mmまでです。