JPH0461734B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は適長間隔をおいて一対のロールを配置
し、このロール間にアルミニウム合金溶湯を供給
してアルミニウム合金板を鋳造するアルミニウム
合金の双ロール鋳造方法に関し、特にMgを３重
量％以上含有するAl−Mg合金等のように凝固範
囲が広いアルミニウム合金からなる板を鋳造する
のに好適のアルミニウム合金の双ロール鋳造方法
に関する。

〔従来の技術〕

幅が広いシート状のアルミニウム又はアルミニ
ウム合金板を得るために、双ロール方式の鋳造機
が使用されている。この鋳造機は、原料を溶融す
るための溶融炉、溶湯を移送するための樋、鋳造
用ノズル及び上下に適長間隔をおいて配設された
一対の回転ロール（双ロール）等により構成され
ている。

この双ロール方式の鋳造機においては、先ず、
アルミニウム又はアルミニウム合金原料を溶融炉
において溶融する。次に、この溶湯を耐火材製の
樋を介して鋳造用ノズルに供給する。鋳造用ノズ
ルはその先端部が双ロールの間隙部の近傍に配置
されており、前記溶湯をこの双ロール間に吐出す
る。双ロールはその内部を流通する冷却水により
冷却されており、溶湯はこの双ロール間に供給さ
れ、双ロールにより冷却されて平板状に凝固す
る。このようにして、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金の鋳造板を連続的に鋳造している。得ら
れた鋳造板は所定の板厚まで圧延されて各用途に
供されている。

従来、双ロール鋳造方法においては、鋳造され
るアルミニウム又はアルミニウム合金板の幅と板
厚との比が極めて大きいため、得られたアルミニ
ウム又はアルミニウム合金板の幅方向等で種々の
不均一性が発生し、これに起因して鋳造板に欠陥
が発生する（H.Westengen and K.Nes“Twin
roll casting of aluminium”Light Metals
1984 pp.1111−1127 Ａ Publication of The
Metallurgical Society of AIME）。

そして、これらの欠陥を抑制するために、種々
の改善策が提案されている。例えば、溶湯中に発
生するガスに起因する欠陥を防止するために、双
ロールの対向方向が垂直方向から傾斜するように
この双ロールを配置し、鋳造後のアルミニウム又
はアルミニウム合金板が水平方より上向きに搬出
されるように構成した鋳造機が提案（特公昭53−
15968号）されており、これにより、欠陥がない
1100，2014，5005，5052及び3003アルミニウム合
金板を鋳造できることが報告されている。また、
双ロールの全幅に亘つて融液の流速を均一化した
鋳造ノズルを使用し、これにより、欠陥の発生を
防止せんとする技術も提案（特開昭61−1456号）
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の如く双ロールにより鋳造
されるアルミニウム又はアルミニウム合金鋳造板
の欠陥を解消すべく種々の提案がなされている
が、鋳造板の鋳造方向に延在する筋状欠陥を皆無
とすることは困難である。この筋状欠陥は双ロー
ル鋳造方法において高い頻度で発生し、特にAl
−Mg系合金においては著しく頻度で発生するた
め、その改善が要望されている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので
あつて、筋状欠陥等の鋳造時に発生る欠陥を回避
できるアルミニウム合金の双ロール鋳造方法を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るアルミニウム合金の双ロール鋳造
方法は、アルミニウム合金の溶湯を鋳造用ノズル
先端部から一対の回転ロール間に吐出し、このロ
ール間で前記溶湯を凝固させてアルミニウム合金
板を連続的に鋳造する工程を有し、前記鋳造用ノ
ズル先端部の吐出口を幅方向に10等分した場合
に、その中央部の２ブロツクにおける溶湯の平均
流速を、幅方向両端部の各２ブロツクにおける溶
湯の平均流速に比して５％以上速くしたことを特
徴とする。

〔作 用〕

従来、筋状欠陥の発生を防止するために、前述
の如く、溶湯中のガスに起因する欠陥に対しては
上向き鋳造によつてガスを除去する方法が提案さ
れており、その他の欠陥に対してはノズル先端部
の溶湯の吐出流の流速をノズルの幅方向に亘つて
均一にすることにより欠陥を防止する等の方法が
提案されている。即ち、従来は鋳造ノズルの内部
において溶湯の均一性を確保すればアルミニウム
又はアルミニウム合金鋳造板の品質の向上を図る
とができるという認識により、上述の方法によつ
て欠陥が発生する原因を除去することに注力され
ている。

しかし、本願発明者等が鋳造板の品質を向上さ
せるべく鋭意実験研究した結果、双ロールの圧延
効果により、溶湯中の溶質元素が凝固時に板中心
部に局部的に濃縮され（センターラインセグリゲ
ーシヨン）、この濃縮現象により鋳造板の厚さ方
向の中央部に濃縮部及び気泡等が発生し、この濃
縮部及び気泡より鋳造板に種々の欠陥が発生する
ものであり、これは単なる上向き鋳造又は均一流
鋳造では解消できないことが判明した。

特に、Al−Mg合金の如く凝固範囲が広い合金
の溶湯から双ロール鋳造機により鋳造板を製造す
ると欠陥が発生しやすいことが一般に知られてい
る。これは、合金中のMgの含有量が高い程、鋳
造用ノズル先端部と固液界面との間の溶湯部（ザ
ンプ；Sump）が深くなり、Mg等の溶質元素の
濃縮現象、換言すると溶質の排出現象が発生しや
すくなるためである。従つて、溶湯中に存在する
ガスに起因する筋状欠陥は、凝固範囲が広い合金
系の場合においては、この排出現象の結果必然的
に発生するものである。

通常の工学的生産においては、アルミニウム合
金溶湯中のガス量が0.20c.c.／100g以下に理されて
いる。しかしながら、これは溶湯凝固時のガスの
固溶限を遥かに超える数値である。このため、こ
のように溶湯中のガス量を規制しても、長時間
（１時間以上）連続運転を行うと、上述の濃縮現
象の結果、溶湯の凝固に伴う気泡が発生する。従
つて、前述の従来方法（特公昭53−15968号）は
突発的に発生した大きな気泡については効果を有
しているものの、溶湯自体から発生するガスに起
因する欠陥に対しては何ら効果を有するものでは
ない。

ガスに起因するアルミニウム合金鋳造板の欠陥
は濃縮現象により溶湯から排出された微小な気泡
が少しずつ鋳造板中に取込まれることにより形成
されるものであるから、気泡を無くすために原因
系である溶湯中のガス含有量を減少させることが
考えられる。しかし、この方法は大気圧との平衡
上、実際に実現することは不可能である。このた
め、微小気泡はザンプ内で必ず発生するものとし
て、この微小気泡を除去する手段が必須となる。
このためには、ノズル先端部に均一な平行流を形
成する（特開昭61−1456号）のではなく、ザンプ
内で板幅方向中央部から端部に向かう溶湯の流れ
成分を形成して微小気泡をザンプの板幅方向の側
方へ押し出す必要がある。

本発明においては、鋳造用ノズル先端部におけ
る幅方向中央部の溶湯の流速が端部の溶湯の流速
に比して５％以上速いため、ザンプ内に中央部か
ら端部へ向かう流れ成分が発生する。これによ
り、微小気泡がザンプの側方に押し出されると共
に、局部的に溶質が偏在する現象を回避できる。
従つて、筋状欠陥及びその他の欠陥の発生を回避
することができる。なお、本明細書において、鋳
造用ノズル先端部における幅方向中央部とは、こ
のノズル先端部において溶湯の吐出口を幅方向に
10等分した場合に、その中央の２ブロツクの部分
をいい、端部とは、その幅方向両端部の各２ブロ
ツクの部分をいう。

〔実施例〕

第１図ａは本発明の実施例方法に使用する鋳造
用ノズルを示す平面断面図、第１図ｂは第１図ａ
のＡ−Ａ線による縦断面図、第１図ｃは第１図ａ
のＢ−Ｂ線による縦断面図、第１図ｄは第１図ａ
のＣ−Ｃ線による縦断面図である。

デイストリビユーシヨンボツクス１は偏平な箱
状の形状を有し、その基端側の壁面には溶湯入口
部２が開口されている。また、この壁面と対向す
る先端側の壁面には長手方向の縁部から他方の縁
部に亘る水平のスリツトが開口されている。更
に、デイストリビユーシヨンボツクス１内には矩
形のバツフアプレート３がボツクス１の上壁及び
側壁と接触するようにして配置されている。

デイストリビユーシヨンボツクス１のスリツト
が設けられた先端側の壁面には、このスリツトと
整合する孔を有する偏平角筒状のノズルチツプ５
が接続されている。このノズルチツプ５の内部空
間はその厚さが一定であり、幅がチツプ先端側に
向けて広がつている。そして、ノズルチツプ５の
孔内にはノズルチツプ５内の溶湯の流れ方向を制
御するためのテイアドロツプ７及び孔の形状を所
定の形状に維持するためのスペーサ８が配設され
ている。このテイアドロツプ７はノズルチツプ５
の中央部の流れがノズルチツプ５の先端縁に対し
て直に近い角度で進み、ノズルチツプ５の端部の
流れが前記先端縁に対して大きく傾斜して進むよ
うに設けられている。

上述の如く構成された鋳造用ノズルを使用して
溶湯を双ロール鋳造すると、溶湯入口部２を介し
てデイストリビユーシヨンボツクス１内に流入し
た溶湯は、矢印で示すようにバツフアプレート３
の下方を通過してノズルチツプ５に供給される。
このとき、溶湯はバツフアプレート３に当つてそ
の幅方向にも流れ、ノズルチツプ５の側端部にも
供給される。そして、この溶湯はバツフアプレー
ト３を通過した後、ノズルチツプ５をその先端側
に向けて直線的に流れ、その先端部から双ロール
間に吐出される。

この場合に、溶湯はデイストリビユーシヨンボ
ツクス１の幅方向中央の溶湯入口部２からその内
部に入り、バツフアプレート３に当たつてその一
部がボツクス１の幅方向に広がりつつバツフアプ
レート３の下方を通過してノズルチツプ５に供給
される。このため、デイストリビユーシヨンボツ
クス１からノズルチツプ５に供給される溶湯の流
速は、その幅方向中央部にて速くなり、幅方向両
端部にて比較的遅くなる。従つて、ノズル先端部
における幅方向中央部の溶湯の流速が両端部の溶
湯の流速に比して速くなる。換言すると、鋳造用
ノズル先端における溶湯の流量はその中央部で最
も多く、両端部側で少なくなる。このため、鋳造
用ノズル先端部と固液界面との間のザンプ内で板
幅方向の中央部から端部に向う溶湯の流れ成分が
形成される。従つて、この溶湯の流れにより溶質
元素の濃縮現象が抑制され、気泡等もこの流れ成
により板幅方向の側方にすみやかに排出される。
これにより、凝固して得られた鋳造板において
は、筋状欠陥等の欠陥の発生を回避できる。

この効果を確認するために、以下の如く水モデ
ル実験を行つた。即ち、上述の鋳造用ノズルの先
端部を幅方向に10の領域に分割し、各領域に容器
を取り付け、溶湯の替わりに29l／分の流量で水
を通流させて所定時間に容器に集められた液量を
測定した。そして、各領域における液体の流速を
算出した。第２図は横軸にノズル先端部の位置を
とり、縦軸に１cm当りの流量をとつてノズル先端
部の溶湯流速分布を示すグラフ図である。この第
２図から明らかなように、この鋳造用ノズルの先
端部における幅方向中央部の溶湯の流速は端部に
比して10％強速くなつている。

この鋳造用ノズルを双ロール鋳造機に実際に装
着し、Mgを５重量％含有するアルミニウム合金
板を鋳造した。この鋳造板の厚さは７mmあり、板
幅は約900mmである。この場合、鋳造の初期にガ
スに起因した欠陥が発生することがあつたが、30
分間程度連続して運転することによりこの欠陥を
除去することができた。

第３ａは上述の実施例と比較するために、バツ
フアプレート３ａの形状を変えてノズル先端の中
央部における溶湯の流速が両端部に比して遅くな
るように構成された鋳造用ノズルを示す平面断面
図、第３図ｂは第３図ａのＤ−Ｄ線による縦断面
図、第３図ｃは第３図ａのＥ−Ｅ線による縦断面
図である。

この鋳造用ノズルは第１図ａ乃至ｄで示すノズ
ルと略々同様の構成であり、バツフアプレート３
ａの形状のみが異なつている。即ち、バツフアプ
レート３ａは矩形形状であり、その長手方向に３
個の通流孔４が適長間隔をおいて開孔されてい
る。そして、このバツフアプレート３ａはデイス
トリビユーシヨンボツクス１の上壁及び下壁によ
り支持されている。

この鋳造用ノズルを使用して溶湯を双ロール鋳
造ると、溶湯入口部２を介してボツクス１内に流
入した溶湯は、矢印で示すようにバツフアプレー
ト３ａの両端部側方及び通流孔４を通過してノズ
ルチツプ５に供給される。

第４図ａは上述のノズルチツプ５の内部の溶湯
の流れを示す模式的平面図、第４図ｂは同じくそ
のバツフアプレート３ａを示す模式的側面図であ
る。この鋳造用ノズルに水モデル実験にて20l／
分の水を供給した場合、ノズルチツプ５内におい
て、溶湯は図中矢印で示すような流れを形成す
る。

次に、この鋳造用ノズルを装着した双ロール鋳
造機を使用して４重量％のMgを含有するアルミ
ニウム合金板を鋳造した。この鋳造板の板厚は６
mmであり、板幅は約900mmである。第５図はこの
ときに双ロールから搬出された鋳造直後の鋳造板
の温度分布をサーモビユーアーで観察した結果を
示す模式図である。この第５図から明らかなよう
に、鋳造直後の鋳造板はその中央部が高温となつ
ており、幅方向に関してこの中央部が最終凝固部
であることがわかる。このように、鋳造板に不均
一部が存在すると、溶湯中のガスに起因した気泡
欠陥及び最終凝固部の内部歪に起因する鋳造割れ
の発生の慮れがある。

第６図ａもバツフアプレート３ｂの形状を調節
してノズル先端における中央部の溶湯の流速が両
端部に比して遅くなるように構成された鋳造用ノ
ズルを示す平面断面図、第６図ｂは第６図ａのＦ
−Ｆ線による縦断面図、第６図ｃは第６図ａのＧ
−Ｇ線による縦断面図、第６図ｄは第６図ａのＨ
−Ｈ線による縦断面図、第６図ｅは第６図ａの
−線による縦断面図である。

この鋳造用ノズルが第１図ａ乃至ｄに示すノズ
ルと異なる点はバツフアプレート３ｂの形状が異
なることにある。即ち、この鋳造用ノズルに使用
されたバツフアプレート３ｂは中央部においてデ
イストリビユーシヨンボツクス１の上壁及び底壁
と接続し、側部は端部側程その幅が細くなつてい
る。溶湯は第６図ａ乃至ｄ中に矢印で示すよう
に、バツフアプレート１の両側部下方を通過して
ノズルチツプ５に供給される。

第７図は前述の実施例と同様にして測定したこ
の鋳造用ノズル先端部の溶湯流速分布を示すグラ
フ図である。この図から明らかなように、この鋳
造用ノズルの先端部における中部の速は端部に比
して極めて遅くなつている。

この鋳造用ノズルを装着した双ロール鋳造機に
より、Mgを3.5重量％含有するアルミニウム合金
板を製造した。この合金板の厚さは５mmであり、
板幅は約900mmである。この結果、ガスに起因し
た筋状欠陥が発生し、長時間連続運転してもこの
欠陥を除去できなかつた。

第８図ａはバツフアプレート３ｃの形状を調節
してノズル先端における溶湯の流速が幅方向に亘
つて均一になるように構成された鋳造用ノズルを
示す平面断面図、第８図ｂは同じくそのバツフア
プレート３ｃを示す平面図である。

この鋳造用ノズルはデイストリビユーシヨンボ
ツクス及びノズルチツプ５ａ内にガイド板９を設
け、これにより、溶湯をデイストリビユーシヨン
ボツクスからノズルチツプ５ａの幅方向中央部に
のみ供給するようにしたものである。即ち、溶湯
はガイド板９に挟まれた領域のみを流れ、デイス
トリビユーシヨンボツクスからノズルチツプ５ａ
内にその幅方向中央部から導入される。また、本
例はノズルチツプ５ａ内にテイアドロツプが設ら
れていない。

第９図は前述の実施例と同様にして測定したこ
の鋳造用ノズルの先端部における流速分布を示す
グラフ図である。この図から明らかなように、こ
の鋳造用ノズルの先端部における流量は幅方向に
亘つて略々均一である。

この鋳造用ノズルを装着した双ロール鋳造機に
よりアルミニウム合金板の鋳造を行つた。その結
果、鋳造板の幅方向中央部にガスに起因した筋状
欠陥が発生し、長時間運転を行つても、この欠陥
を除去できなつた。

第１０図ａはバツフアプレート３ｄの形状を変
えてノズル先端の中央部における溶湯の流速が両
先端部に比して遅くなるように構成された鋳造用
ノズルのノズルチツプを示す平面断面図、第１０
図ｂは同じくそのバツフアプレート３ｄを示す平
面図である。

このノズルチツプ５ｂは前述の実施例に使用し
たノズルチツプとは異なつた形状をしており、ノ
ズルチツプ５ｂ内の孔が平面視で矩形形状に形成
されている。また、バツフアプレート３ｄにはそ
の中央部に長手方向に延長するスリツト１０が開
口されている。

第１１図は前述の実施例と同様にして測定した
この鋳造用ノズルの先端部の流速分布を示すグラ
フ図である。但し、鋳造用ノズルを通流する水の
流量は50l／分である。この第１１図から明らか
なように、流速分布は第２図に示す本実施例方法
の場合と逆の傾向にあるため、実機による鋳造の
結果も筋状欠陥の発生を防止できなかつた。

上述の如く、鋳造用ノズル先端の中央部におけ
る溶湯の流速を端部に比して５％以上速くして双
ロール鋳造を行つた実施例においては、筋状欠陥
等の欠陥の発生を防止することができた。一方、
ノズル先端の溶湯の流速を幅方向に亘つて均一に
して双ロール鋳造した鋳造板及びノズル先端にお
ける中央部の流速を両端部に比して遅くして双ロ
ール鋳造した鋳造板においては、いずれも筋状欠
陥が発生していた。

なお、溶湯の流速を幅方向について制御るため
の具体的方法は種々考えられるが、上述の実施例
（第１図）のように、デイストリビユーシヨンボ
ツクス内のバツフアプレートの形状を調節する方
法が好ましい。このほかに、テイアドロツプの形
状（例えば長さ等）を変更して流速制御を行う方
法も考えられるが、ノズル部が大きくなりすぎる
ため、実用性が低い。また、テイアドロツプによ
る流れの制御は、乱流を生じ易く、酸化物巻き込
みの原因になるため、好ましくない。従つて、テ
イアドロツプは本実施例のように整流効果を得る
ために使用することが好ましい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、鋳造用ノ
ズルの先端部における幅方向中央部の溶湯の流速
が端部に比して５％以上速いから、ザンプにおい
て中央部から端部へ向かう流れが形成される。こ
のため、気泡等ザンプの側方から除去されるた
め、筋状欠陥が回避された極めて高品質のアルミ
ニウム合金鋳造板が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の実施例方法に使用する鋳造
用ノズルを示す平面断面図、第１図ｂは第１図ａ
のＡ−Ａ線による縦断面図、第１図ｃは第１図ａ
のＢ−Ｂ線による縦断面図、第１図ｄは第１図ａ
のＣ−Ｃ線による縦断面図、第２図は同じくその
ノズル先端部の溶湯流速分布を示すグラフ図、第
３図ａはノズル先端の中央部における溶湯の流速
が両端部に比して遅くなるように構成された鋳造
用ノズルを示す平面断面図、第３図ｂは第３図ａ
のＤ−Ｄ線による縦断面図、第３図ｃは第３図ａ
のＥ−Ｅ線による縦断面図、第４図ａは同じくそ
のノズルチツプ部の模式的平面図、第４図ｂは同
じくそのバツフアプレートを示す模式的側面図、
第５図は鋳造直後の鋳造板の温度分布をサーモビ
ユーアーで観察した結果を示す模式図、第６図ａ
はノズル先端の中央部における溶湯の流速が両端
部に比して遅くなるように構成された鋳造用ノズ
ルを示す平面断面図、第６図ｂは第６図ａのＦ−
Ｆ線による縦断面図、第６図ｃは第６図ａのＧ−
Ｇ線による縦断面図、第６図ｄは第６図ａのＨ−
Ｈ線による縦断面図、第６図ｅは第６図ａの−
線による縦断面図、第７図は同じくそのノズル
先端部の溶湯流速分布を示すグラフ図、第８図ａ
はノズル先端における溶湯の流速が幅方向に亘つ
て均一になるように構成された鋳造用ノズルを示
す平面断面図、第８図ｂは同じくそのバツフアプ
レートを示す平面図、第９図は同じくそのノズル
先端部の溶湯流速分布を示すグラフ図、第１０図
ａはノズル先端の中央部における溶湯の流速が両
端部に比して遅くなるように構成された鋳造用ノ
ズルのノズルチツプを示す平面断面図、第１０図
ｂは同じくそのバツフアプレートを示す平面図、
第１１図は同じくそのノズル先端部の溶湯流速分
布を示すグラフ図である。 １；デイストリビユーシヨンボツクス、２；溶
湯入口部、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ；バツフ
アプレート、４；通流孔、５，５ａ，５ｂ；ノズ
ルチツプ、７；テイアドロツプ、８；スペーサ、
９；ガイド板、１０；スリツト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アルミニウム合金の溶湯を鋳造用ノズル先端
   部から一対の回転ロール間に吐出し、このロール
   間で前記溶湯を凝固させてアルミニウム合金板を
   連続的に鋳造する工程を有し、前記鋳造用ノズル
   先端部の吐出口を幅方向に10等分した場合に、そ
   の中央部の２ブロツクにおける溶湯の平均流速
   を、幅方向両端部の各２ブロツクにおける溶湯の
   平均流速に比して５％以上速くしたことを特徴と
   するアルミニウム合金の双ロール鋳造方法。