JPH0318537B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は回転しているロール表面に溶融金属を
ノズルを介して噴出し金属薄板を連続して鋳造す
る連続鋳造装置に関する。

〔発明の背景〕

従来の金属板の連続鋳造装置には第１図又は第
２図に示す様な装置があつた。第１図は回転する
ロールが１個である片ロール法と呼ばれる方法に
よる金属板の連続鋳造装置である。ノズル本体１
中の原料２をワークコイル３によつて加熱し、加
熱され溶融された溶融金属４を回転しているロー
ル５の表面に噴出する。噴出はノズル本体１中に
ガス圧をかけて行うものである。噴出された溶融
金属４は冷却凝固し金属板６を連続して形成する
ことになる。

第２図は回転するロールが２個であり、第１図
のロールに対し更に成形ロール７を設置した装置
である。この成形ロール７は金属板６の面精度を
良くするためのものである。

第３図及び第４図は、第１図又は第２図で用い
られている従来のノズル本体１の正面断面図及び
ノズル本体１の底面図を示すものである。ノズル
本体１の開口８は長方形の形状を有し、長辺は鋳
造しようとする金属板の幅を決定し、短辺は同厚
さを決定するのが一般的である。

以上の従来の鋳造装置において鋳造される金属
板はビレツト・ブルームと呼ばれ、その形状は厚
さ及び幅が約10mm以上のものに限定される。そし
て、自動車用鋼板、ステンレス鋼板、真鍮板、銅
板、アルミ板などにおいて厚さが１mm以下の薄板
は前記ブルームを圧延、焼鈍し、圧延の工程を繰
り返し行ない薄板化して製造している。

よつて、金属薄板（厚さが約１mm以下のものを
いう）を連続鋳造によつて製造できれば前記工程
を省略することができ省エネ、低コストという観
点から非常に有利である。

〔背景技術の問題点〕

しかし、従来金属薄板の連続鋳造装置が全く存
在しないのは種々の問題があるためである。そ
の１つは、金属薄板の面精度（均一な厚さ及び
幅）が得られないという問題である。この問題点
に対しては従来技術として特公昭57−398615公報
がある。この従来技術は、注湯ノズルから流下し
た溶融金属を広幅化するために、注湯ノズルの下
に斜板に溶融金属を流下させ、広幅化するために
斜板に対してガスジエツトノズルを設置し、ガス
流を溶融金属流に噴出することによつて広幅化す
るものである。しかし、この従来技術では均一な
厚さの溶湯流れが得られないため、均一な厚さの
金属薄板を得ることができなかつた。よつて、金
属薄板の面精度の問題は依然として尤も大きな問
題である。また、従来の連続鋳造装置において
は、0.5mm程度の薄板を製造する場合にノズル詰
まりを起し連続鋳造が行なえないという問題も存
在した。

〔発明の目的〕

本発明は溶融金属流れの厚さを均一にし、均一
の厚さを有する金属薄板を連続して鋳造すること
のできる金属薄板連続鋳造装置を提供することを
目的とする。

〔発明の着想〕

発明者は金属薄板の面精度をよくするために、
特に厚さを均一にするために、金属原料にステン
レス鋼、銅合金などを用いて種々の実験を行なつ
た。まず、通常のロールと通常のノズルを用い
て、ロール回転速度、溶融金属噴出圧力、噴出量
などについて検討した。その結果、以下に示すこ
とが明らかとなつた。

(1) 金属薄板の厚さはロール回転速度を遅くする
と厚くなり、さらに厚さの均一性が悪化する。

(2) ロール回転速度を遅くするとノズルから噴出
された溶融金属はロール回転方向と逆方向にも
一部が飛散してしまう。よつてノズル先端とロ
ール表面の間に形成される溶融金属プールが不
安定になり、厚さの均一な薄板が得られないも
のとなる。またこのとき鋳造の歩留りも悪いも
のとなる。

(3) 金属板の厚さには限界があり、所定以上の厚
さでは溶融金属は金属板の幅方向に流れてしま
い、厚さが不一均になる。

(4) 金属薄板の厚さを小さくするにはノズル先端
の開口の寸法を小さくする必要があるが、小さ
くすると溶融金属が詰まり連続鋳造ができなく
なつてしまう。

以上のことから、従来のノズルでは不均一厚さ
の金属薄板が製造できないことが分つた。そこ
で、さらに詳しい情報を得るために、前記従来の
ロール、ノズルによつて連続鋳造する場合の溶融
金属の挙動、例えば溶融金属プール、溶融金属の
凝固過程を高速度カメラで投影し解析した。

この高速度撮影の解析結果を第５図乃至第８図
において説明する。

第５図は前記第３図乃至第４図に示す従来のノ
ズル１から噴出される溶融金属の挙動を示す。こ
のように従来のノズル１から噴出される溶融金属
４は垂直下に落下する。第６図は第５図のノズル
１により、回転するロール５の表面に溶融金属を
噴出した場合の噴出挙動を高速度カメラで撮影し
たものを模式的に示したものである。溶融金属４
はロール５の回転方向と逆方向にも一部が飛散す
る。これは溶融金属４の噴出量とロール５の回転
速度のバランスが悪いためである。すなわち、噴
出量に対しロール回転速度が遅いために生ずるも
のである。このような飛散現象が発生すると、ノ
ズル１の先端とロール５の表面間にできる溶融金
属プールが不安定になり、その結果均一な厚さの
金属薄板が製造できないことはもちろんのこと、
金属薄板の歩留りも悪くなる。

以上の現象を防止するためには、ロール５の回
転速度を速くすればよい。しかし、金属薄板の厚
さはロール５の回転速度に依存するし、ロール５
の回転速度が増加すると金属薄板の厚さは減少
し、逆にロール５の回転速度が遅くなると厚さが
増加する。このため、ロール５の回転速度を速く
すると所望の厚さの金属薄板が鋳造できなくなつ
てしまう。

そこでロール回転速度を速くせずに前記した現
象を防止するための種々の条件を見当した結果、
ノズル１から噴出される溶融金属をロール５の
回転方向へ傾斜して噴出させること、及びノズ
ル１のセツテイング位置をロール５の回転軸中心
真上よりもロール回転方向側（図中右側）へずら
すこと、又は第７図のようにノズル１の開口の
ストロークＬを長くして溶融金属の噴出をロール
ブランク回転方向へ傾斜させることによれば、ロ
ール５の回転方向と逆方向への溶融金属の飛散を
防止できることがわかつた。

しかしながら、金属薄板の面精度を抑するに
は、ロール５の表面からノズル１の先端までの間
隔を厳密に設定しなければならない。したがつ
て、前記のノズル１を傾斜させる方法ではノズ
ル１の開口８におけるロール５表面との間隔が、
傾斜した分だけ均一にならないものであり、好ま
しくないものである。また、の開口ストローク
Ｌを長くする方法では、ノズルを傾斜させる必要
がない点ではに比べ有利であるが、ストローク
Ｌが長いため溶融金属が詰りノズル詰りを起して
しまつて連続鋳造ができないものである。なお、
ノズル詰りを防止するには第８図のようにストロ
ークＬを短くすればよいが、これでは噴射した溶
融金属は従来の第５図と同様に垂直に落下してし
まうものである。

この結果、均一な厚さを有する金属薄板を製造
するにはノズルの構造が重要であることがわかつ
た。

〔発明の概要〕

従つて、本発明の金属薄板連続鋳造装置におけ
るノズルは ノズル本体の内部底面（ノズル先端部に該当す
る）に開口を有するものであり、この内部底面は
ロール回転方向において前記開口に向つて傾斜面
を形成しており、この傾斜面のうちロール回転方
向前傾斜面とロール接線との角度が、ロール回転
方向後側傾斜面とロール接線との角度よりも大き
いものとなつているものである。

以上の構造により噴出される溶融金属は前側及
び後側の傾斜面に沿つて噴出されるため、ノズル
直下に噴出されるものではなくロール回転方向に
向つて斜めに噴出される。これにより溶融金属は
ロール回転方向と逆方向に飛散することが防止さ
れてノズル先端とロール表面の間にできる溶融金
属プールも安定したものとなる。

〔実施例〕

＜第１実施例＞ 本発明の第１実施例を第９図において説明す
る。ノズル本体１の内部底面に開口８を有し、こ
の内部底面はロール５の回転方向において開口８
に向つて傾斜面を形成している。そしてロール回
転方向前側傾斜面とロール５の接線との角度αが
ロール回転方向後側傾斜面とロール５の接線との
角度α′よりも大きいものとなつている。本実施例
は第７図に示すような開口ストロークＬを有する
ものではなく、溶融金属はノズル詰りを起すこと
はない。そして噴出された溶融金属はロール５の
回転方向側に傾斜して噴出するものである。第１
０図は本実施例のノズル１を用いた場合のロール
５上の溶融金属ブランクの流れを示したものであ
る。

この第１実施例のノズルを用い、金属薄板の原
料にステンレス鋼（SUS304鋼）50ｇを使つて以
下に示す鋳造条件で金属薄板を鋳造した。ノズル
は石英製で開口の寸法は１mm×10mm、傾斜面の角
度は、αが45度、α′が30度とした。ロールは直径
300mmの合金工具鋼（SKD−61鋼）を用いた。ロ
ールの回転速度は４ｍ／ｓ、溶融金属噴出温度は
1490℃、溶融金属噴出圧力は0.7Kg／cm²とした。
その結果、厚さ0.5mm、幅13mmの金属薄板が鋳造
できた。溶融金属はロールの回転方向へ斜めに噴
出されるため、ロールの回転速度が遅くてもロー
ルの回転方向と逆方向へ飛散することはまつたく
ない。従つて面精度の良好な均一の厚さを有する
金属薄板が連続して鋳造できる。

＜第２及び第３実施例＞ 本発明はノズル本体の内面内部底面の形状によ
つて成立するものであり、ノズルの外部形状は第
１１図のまたは第１２図のような形状であつても
かまわない。

第１３図において以上の実施例によるノズルと
従来装置のノズルを用いた場合を比較して、ロー
ル回転速度と溶融金属噴出量の関係を示したもの
である。図中の斜線の範囲はロール回転方向と逆
方向に溶融金属が飛散しない適正鋳造範囲であ
る。これにより前記実施例のノズルを用いること
によつて従来のノズルの約２倍の溶融金属量を噴
出しても適正製造が可能であることがわかる。

＜第４実施例＞ 以上の実施例は鋳造する金属薄板６′の厚さ寸
法を決定するノズルの構造について考慮したもの
であるが、第１７図乃至１９図に示す第４実施例
は金属薄板６′の幅寸法をも決定するためのノズ
ル構造を考慮したものである。

まず、従来における金属薄板６′の幅寸法につ
いて説明する。第１４図は従来の形状を有するノ
ズル（第３図及び第４図）における溶融金属の噴
出量と鋳造される金属薄板の厚さ及び幅寸法を表
わしたものである。この従来例においてロール回
転速度は3.9ｍ／ｓであり、ノズル先端からロー
ル表面までの間隙寸法は0.5mmである。ノズル開
口の短辺は0.5mmであり長辺は５mmである。同図
から分かるように鋳造される金属薄板の厚さ（図
中〇印）は約0.5mmであつて一定であるが、幅
（図中●印）は溶融金属の噴出量増加に伴つて増
加している。第１５図は、この幅の増加する現象
をロール回転方向正面から模式的に表わしたもの
である。そして第１６図は、鋳造された前記金属
薄板６′の横断面図を写真から模式的に写したも
のである。この横断面図において、金属薄板６′
の両縁は厚さが小さく、均一な厚さとなつていな
い。したがつて、この両端部分は使用できず、歩
留りが悪くなる。また、この両端は切断しなけれ
ばならないので、切断工程を含むことになり金属
薄板の鋳造はコスト高になるものであつた。

そこで、第１７図に示すようにノズル開口の縁
のロール回転方向後側及び横側がロール５の表面
近傍まで突出して伸び、開口の縁の前側における
ロール５表面との間隙の形状寸法を金属薄板６′
の断面形状寸法と同一にするものである。すなわ
ち、ノズル底部に鋳造する金属薄板の厚さＴ及び
幅Ｗと略同一形状の間隙を設けたものである。な
お、第１８図は第１７図の縦断面図を示す。また
第１９図は第１７図の正面図を示す。

第１７図に示す第４実施例のノズルを用い、金
属薄板原料にCu−12％Al合金50ｇを使つて金属
薄板を鋳造した。ノズル１は黒鉛製で厚さＴ＝１
mm、幅Ｗ＝10mmとしロール回転方向の肉厚は25mm
とした。溶融金属噴出温度は1250℃、噴出圧力は
１Kg／cm²と高くした。そしてノズル内部底面の傾
斜面の角度は、αを80度、α′を30度とした。さら
に、ノズル開口の縁のロール回転方向後側がロー
ル表面近傍まで突出して伸し、ロール表面との間
を0.2mmとした。その結果厚さ0.98mm、幅9.8mmの
金属薄板が鋳造できた。また、同様に金属薄板の
材料にステンレス鋼を使い、セラミツク製ノズル
で金属薄板を鋳造してみたが、面精度の良好な金
属薄板が鋳造できた。

以上のように本実施例のノズルにより金属薄板
を鋳造すると、溶融金属はノズル１及びロール５
に四方から接触されているため冷却凝固も四方か
ら進行する。これにより厚さ及び幅寸法の均一な
金属薄板が製造できる。なお第２０図は本実施例
のノズルで鋳造した金属薄板の横断面図を示す。

前述したように第４実施例におけるノズル構造
において溶融金属が早期に冷却凝固されるため、
成形ロールを設けて金属薄板の面精度を向上する
場合には、すでに金属薄板が冷却されすぎている
場合を考慮して、加熱器を設けることが望まし
い。第２１図は第４実施例による金属薄板連続鋳
造装置と成形ロール７を示す。成形ロール７は金
属薄板の要求面精度によつて設置しなくてもよい
ものであるが、特に良好な面精度が要求される金
属薄板の場合は成形ロールで金属薄板を圧延する
場合がある。この圧延の際には、圧延を行う圧下
力を小さくするために金属薄板が熱間状態にある
間に行うのが望ましい。したがつて成形ロール７
はノズル１に対しできるだけ接近させた方がよ
い。しかし、この接近する距離は成形ロール７が
ノズル１に接触しないよう一定の物理的限度があ
る。さらに、前述したように第４実施例のノズル
構造においては、溶融金属が早期に冷却凝固され
るため、成形ロールの圧延時の際にはすでに金属
薄板６′は冷却されすぎている場合がある。そこ
で第２２図に示すように加熱器１０を設け金属薄
板６′の冷却を防止しようとするものである。

すなわち、ロール５表面において熱間状態の金
属薄板６′を成形するための成形ロール７を前記
ロール５に対し所定の間隔を保つて設け、ノズル
１と成形ロール７との間に、金属薄板６′の温度
効果を防止する加熱器１０を設ける。この加熱器
１０は、例えばバーナでもよいし、またロール５
を下側から加熱するものであつてもよい。

これにより、ノズル１と成形ロール７との間の
距離が長くなつても、金属薄板は冷却されないた
め成形ロール７を任意の位置にセツトすることが
できる。

なお、成形ロールを設けることによる効果は、
金属薄板の面精度向上以外にも、金属薄板が圧下
力により加工塑性を受けるので、金属薄板に発生
した柱状晶が破壊された組織になり金属薄板の強
度上有利となる。

またロール５と成形ロール７の間の間隙は、金
属薄板が成形ロールにかみ込まれる前の金属薄板
の厚さよりも小さくしておくことはもちろんであ
り、必要であれば金属薄板の厚さをセンサーで測
定し、測定した厚さからロール５と成形ロール７
の間隙を自動的に調整できるようにしてもよい。

第２１図に示す実施例によつて、金属薄板の鋳
造を行つた。ノズルは第１７図で示すノズルを用
い、金属薄板の原料にはCu−12％Al合金50ｇを
使つた。ロール５は直径300mm、成形ロール７は
直径120mmのSKD−11鋼で、ロール５と成形ロー
ル７の間隙は0.9mmとした。その結果、厚さ0.9mm
幅10.5mmの金属薄板が鋳造できた。この金属薄板
の幅方向の断面を研摩し組織を顕微鏡観察したと
ころ、柱状晶が破壊された組織となつていた。

本実施例にかかる装置は大気中、真空中、不活
性ガス中のいずれにおいて使用してもよい。これ
らの選択は金属薄板の材料の酸化程度によつて行
えばよい。また、ロール５及び成形ロール７の材
質は鉄系、銅系、セラミツク系などが考えられる
が圧下力に耐える材質であればいずれでもよい。

〔発明の効果〕

本発明によればノズルから噴出される溶融金属
流れの厚さを均一にし、均一の厚さを有する金属
薄板を連続して鋳造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来における金属板の連続
鋳造装置を表わす概略側面図、第３図は第１図又
は第２図において使用されるノズルの縦断面図、
第４図は第３図の底面図、第５図は第３図のノズ
ルから溶融金属が噴出されている状態図、第６図
は第５図の噴出された溶融金属のロール表面にお
ける挙動を示す側面図、第７図及び第８図は本発
明者が実験をしたノズルの縦断面図、第９図は第
１発明の第１実施例にかかるノズルの縦断面図、
第１０図は第９図におけるノズルから噴出された
溶融金属のロール表面における挙動を示す側面
図、第１１図及び第１２図は本発明の第２及び第
３実施例を示すノズルの縦断面図、第１３図は本
発明の第１実施例の効果を表わすグラフ、第１４
図は従来のノズルにおける溶融金属の噴出量と鋳
造される金属薄板の厚さ及び幅の関係を表わすグ
ラフ、第１５図は第１４図に結果を示した従来の
ノズルから噴出される溶融金属の状態を表わす平
面図、第１６図は第１５図の噴出された溶融金属
の横断面図、第１７図は本発明の第４実施例にお
けるノズルの形状を表わす斜視図、第１８図は第
１７図の縦断面図、第１９図は第１７図の正面
図、第２０図は第１７図により鋳造される金属薄
板の横断面図、第２１図は成形ロール７を備えた
金属板の連続鋳造装置を表わす斜視図、第２２図
は第４実施例の全体を表わす金属薄板連続鋳造装
置の側面図である。 １……ノズル、２……原料、３……ワークコイ
ル、４……溶融金属、５……ロール、６……金属
板、６′……金属薄板、７……成形ロール、８…
…開口、９……スリーブ、１０……加熱器、Ａ…
…プール、Ｃ……厚肉部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転しているロール表面に溶融金属をノズル
   を介して噴出し、金属薄板を連続して鋳造する装
   置において、 ノズル本体の内部底面に開口を有するものであ
   り、この内部底面はロール回転方向において前記
   開口に向つて傾斜面を形成しており、ロール回転
   方向前側傾斜面とロール接線との角度がロール回
   転方向後側傾斜面とロール接線との角度よりも大
   きいものであることを特徴とする金属薄板連続鋳
   造装置。