JPH07100217B2 - 薄板製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、薄板製造装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来の薄板製造装置を第６図により説明すると、内部冷
却されている二つのロール1,2を水平に配設し、該ロー
ル1,2上にバレルシール板とサイドシール板で囲まれた
容器３を設け、容器３内に溶湯４を供給すると共にロー
ル1,2を図中矢印ｂで示すように互いに対向部を下向き
に回転し、溶湯４をロール1,2で冷却してロール1,2表面
に凝固殻５を形成し、表面に凝固殻５を形成しつつある
溶湯４をロール1,2の回転によりロール1,2間から引出し
その後徐々に凝固殻５を成長させて薄板６を製造してい
た。

しかし上記の薄板製造装置では、溶湯４は、粘性が低い
ためロール1,2と容器３の間ａに入り込み、外部へ漏れ
たり、或いはロール1,2と容器３の間ａに入り込んだ溶
湯４が凝固してできたバリがはがれてロール1,2間の凝
固殻５を形成しつつある溶湯４内に入り込み、凝固殻５
の生長を悪化し且つ不均一にさせて、凝固殻５が途中で
切れてしまういわゆるブレイクアウトを起こしたり、或
いは製造された薄板６の強度が弱くなる原因となってい
た。

又、ロール1,2と容器３の間に溶湯４が入り込むことに
より容器３の損傷を引起していた。

そこで斯かる問題点を解決するために近年、第７図に示
すように、容器３内部にロール1,2の軸線方向に延びる
内部冷却可能な多角形状の攪拌棒７を図示しない駆動装
置によって回転自在に設け、容器３の外側を囲むように
冷却媒体を流通させる冷却管から成る冷却装置８を配設
して、容器３内に供給された溶湯を冷却装置８を用いて
固液共存温度域まで冷却し、次に攪拌棒７を回転させ固
液共存温度域まで冷却された溶湯に機械的攪拌を与えて
微細結晶粒を含む、粘性の高い半凝固スラリーを形成し
た後、該半凝固スラリーを前記と同様にロール1,2間で
冷却し薄板６を製造するようにして、粘性の高い半凝固
スラリーが容器３とロール1,2の間に入り込むことを防
止し、外部への半凝固スラリーのもれをなくし、又強度
が高く良質な薄板６を製造すると共に、容器３の破損等
を防止し得る薄板製造装置が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記した薄板製造装置では、例えば、溶
湯を固液共存温度域まで冷却するのに容器３の外側に冷
却装置８を設けているため、溶湯は容器３の外側に近い
程冷却が早く進行し、攪拌される溶湯の温度即ち攪拌温
度は常に容器３の外側に近い程低くなるので溶湯４全体
の攪拌温度が安定しない。このように攪拌温度が安定し
ないまま半凝固スラリーを形成すると、例えば攪拌温度
が低い場合には、形成される半凝固スラリー中の微細結
晶粒の固相率が増大し半凝固スラリーの粘性が高くなり
すぎて流動性が著しく悪化し、反対に攪拌温度が高い場
合には半凝固スラリーの固相率が減少し粘性が低く流動
性が良好になる等半凝固スラリーの粘性が一定しないた
め、ロール1,2間には半凝固スラリーが安定して供給さ
れにくくなり、ロール1,2間から引出された薄板６の形
状が悪化してしまうという問題があった。

本発明は、上述の実情に鑑み、冷却装置を容器の外側に
設けた場合でも良好な形状の薄板を製造し得るようにし
た薄板製造装置を提供することを目的とするものであ
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、溶湯の流入量調節装置を備えた攪拌装置に、
該攪拌装置内部の固液共存温度域まで冷却された溶湯を
機械的に攪拌して半凝固スラリーを形成する回転自在な
撹攪棒を取付け、前記攪拌装置の下流に内部冷却し得る
ようにした一対の無端状の移動鋳型を配設し、又、前記
攪拌装置に攪拌装置内部の温度を検出する温度検出器を
設け、前記攪拌棒に回転数検出器を取付け、前記移動鋳
型に圧延荷重を検出する荷重計を或いは前記移動鋳型又
は攪拌棒の一方に駆動電流を検出する電流計を接続し、
更に前記荷重計或いは電流計からの圧延荷重或いは駆動
電流と温度検出器からの温度を入力して半凝固スラリー
の固相率を求める第１の演算器と、該演算器からの固相
率と前記回転数検出器からの攪拌棒の回転数を入力して
注湯量を求め前記流入量調節装置に指令を送る第２の演
算器を設け、薄板製造装置としたものである。

［作用］ 従って、本発明では、第１の演算器は荷重計からの圧延
荷重或いは電流計からの駆動電流と温度検出器からの攪
拌装置内部の温度を入力して半凝固スラリーの固相率を
求め、第２の演算器は第１の演算器からの固相率と回転
数検出器からの攪拌棒の回転数を入力し注湯量を求め流
入量調節装置に指令を送り、流入量調節装置は第２の演
算器からの指令を受けると開度が変わり半凝固スラリー
の固相率及び攪拌棒の回転数に応じた最適な注湯量にし
て半凝固スラリーの粘性を適正化するので、移動鋳型間
には半凝固スラリーが安定して供給され、良好な形状の
薄板が製造される。

［実 施 例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図乃至第３図は本発明の一実施例の説明図である。

タンディッシュ９の下流に攪拌装置10を設け、タンディ
ッシュ９と攪拌装置10を真空チャンバ11内に収納すると
共に、攪拌装置10の下流に内部冷却可能な一対の無端状
の移動鋳型、例えばロール1,2を水平に配設する。

前記タンディッシュ９は真空チャンバ11に取付けたシリ
ンダ50及び該シリンダ50先端に取付けた弁体49から成る
流入量調節装置を備えており攪拌装置10への溶湯４の供
給量（注湯量）を調節し得るようになっている。

前記攪拌装置10は、水平に二つの円筒状の攪拌室12,13
を形成するケーシング14を有し、該ケーシング14の攪拌
室12,13のそれぞれに攪拌室12,13の軸線方向に延びる内
部冷却可能な攪拌棒15,16を後述するように回転自在に
設け、攪拌室12,13の下流中間部に仕切板18及び熱電対
等の非接触式の温度検出器48を設け、ケーシング14の外
側に冷却媒体を流通させる冷却管から成る冷却装置17を
配設している。（第１図） 前記攪拌棒15,16は、軸部19,20を軸受21,22を介して薄
板製造装置のハウジング或いは真空チャンバ11の外壁に
回転自在に支承すると共に、攪拌装置10と軸部19,20と
の貫通部をシール24,25により溶湯もれをシールし、
又、軸部19,20の一端をカップリング26,27を介して減速
器28に接続する。該減速器28にカップリング29を介して
モータ30等の駆動装置を接続し、軸部20の他端にパルス
ジェネレータ等の回転数検出器51を取付ける。（第２
図） 又前記ロール１は、軸部31を軸受32を用いて回転自在に
支承し、該軸受32を真空チャンバ11と一体のハウジング
23に取付け、ガタ殺し用のスプリング33で固定する。

前記ロール２は軸部34を軸受35を用いて回転自在に支承
し、該軸受35を前記ハウジング23に形成した水平方向に
延びる長穴36にスライド可能に取付け、軸受35のロール
１と反対側に荷重計37a,37b（荷重計に代えて電流計を
後述の駆動装置或いは攪拌棒15,16の駆動装置に設ける
ようにしても良いが、以後荷重計として説明する）を取
付け、該荷重計37a,37bと軸受35をロッドが水平方向に
延びるシリンダ38でロール１と反対側から押さえ付ける
と共にロール１側からガタ殺し用のスプリング39で固定
する。

前記ロール1,2は固定しない駆動装置に接続し回転駆動
されるようになっている。（第３図） 更に、前記荷重計37a,37bが検出したロール２に掛かる
荷重P₁,P₂を入力して両者を加算し或いは平均値を取っ
て圧延荷重を求める加算器40を設け、加算器40からの圧
延装置と前記温度検出器48からの攪拌装置10内温度を入
力して両者から固相率を求める第１の演算器41を設け、
演算器41からの固相率と前記回転数検出器51からの攪拌
棒15,16の回転数を入力して両者から攪拌装置10へ注湯
量を求める第２の演算器42を設け、演算器42からの注湯
量と設定器43からの注湯量の設定値を入力して両者の偏
差を取って該偏差分だけ前記設定値を修正した回転数を
信号として、シリンダ50のサーボ弁52に指令する減算器
44を設ける。（第１図） 尚、45はタンディッシュ９に溶湯４を供給するため真空
チャンバ11内に搬入し得るようにしたレードル、46は微
細結晶粒、47は半凝固スラリーである。

薄板６を製造する場合には、真空チャンバ11内を真空排
気した後、レードル45からタンディッシュ９に溶湯４を
供給し、又、撹拌棒15,16を内部冷却しつつ図中矢印ｃ
で示すように互いに対向部を上向きに回転し且つ冷却装
置17の冷却管に冷却媒体を供給して撹拌室12,13内部を
溶湯４が固液共存する温度域まで徐々に冷却するように
し、更にロール1,2を内部冷却しつつ図中矢印ｄで示す
ように互いに対向部を下向きに回転する。

レードル45からタンディッシュ９に供給された溶湯４は
後述するようにタンディッシュ９内に一部が滞溜すると
共に弁体49を通って攪拌装置10に供給される。攪拌装置
10に供給された溶湯４は攪拌棒15,16の回転により図中
矢印ｅで示すように攪拌室12,13内部に導かれて徐々に
固液共存温度域まで冷却されて固体結晶のほぼ規則的な
骨組構造からなるデンドライト形態となり、更に攪拌棒
15,16で機械的に攪拌されることによりデンドライト形
態が破壊されて均質変形の可能な微細結晶粒46を含む粘
性及び表面張力の大きい半凝固スラリー47となりその後
仕切り板18により導かれてロール1,2間に供給される。
ロール1,2間に供給された半凝固スラリー47はロール1,2
により冷却されてロール1,2表面に凝固殻５を形成し、
表面に凝固殻５を形成した半凝固スラリー47はロール1,
2の回転によりロール1,2間から引出され、その後均一に
凝固殻５を生長して行き、又、微細結晶粒46を中心に内
部からも凝固して行き強度が高く均質な薄板６となる。

又、真空チャンバ11を設けてタンディッシュ９及び攪拌
装置10を空気から隔離することにより、薄板６内に酸素
が溶存せず、より高品質で強度の高い薄板６を製造し得
る。

このように、溶湯４を半凝固スラリー47にして薄板６を
製造すると、高強度の薄板６が得られることが確認され
ている。

このとき、容器３内では、容器３の外側に設けた冷却装
置17により容器３の外側に近い程冷却が早く進行し、攪
拌される溶湯４の温度即ち攪拌温度は常に容器３の外側
に近い程低くなるので溶湯４全体の攪拌温度が安定しな
い。該攪拌温度が安定しないまま半凝固スラリー47を形
成すると、攪拌温度が低い場合には、形成される半凝固
スラリー47中の微細結晶粒46の固相率が増大し、半凝固
スラリー47の粘性が高くなりすぎて流動性が著しく悪化
し、反対に攪拌温度が高い場合には半凝固スラリー47の
固相率が減少し粘性が低く流動性が良好になるため、ロ
ール1,2間には半凝固スラリー47が安定して供給されに
くくなり、ロール1,2間から引出された薄板６の形状が
悪化してしまう。

上記のような薄板６の形状の悪化を防止するため攪拌装
置10への注湯量を次のように制御する。

即ち、薄板製造装置の起動時には、設定器43に運転状況
に応じた注湯量を設定値として入力して該設定値の信号
を減算器44を介してサーボ弁52に入力することによりシ
リンダ50の伸縮を行い弁体49の開度を調節して設定値ど
うりの注湯量にする。

それ以降は、半凝固スラリー47中の微細結晶粒46の固相
率が増大すると、半凝固スラリー47の粘性が高くなり流
動性が悪化してロール1,2間の圧延荷重が増大し、反対
に前記固相率が減少すると、半凝固スラリー47の粘性が
低くなり流動性が良好となってロール1,2間の圧延荷重
が減少することを利用し、荷重計37a,37bで検出したロ
ール２に掛る荷重P₁,P₂を加算器40に送り、加算器40はP
₁,P₂から圧延荷重を計算して演算器41に送り、演算器41
は加算器40からの圧延荷重と温度検出器48からの攪拌装
置10内の温度を入力して第４図のT₁,T₂,T₃等の各温度に
応じた圧延荷重と固相率との関係を表わす線図に示され
るデータ等に基いて固相率を求め、演算器42は演算器41
からの固相率と回転数検出器51からの攪拌棒15,16の回
転数（固相率が同一でも攪拌速度が異なると半凝固スラ
リーの粘度は変化する）を入力して第５図のN₁,N₂,N₃等
の各回転数に応じた固相率と注湯量との関係を表わす線
図に示されるデータ等に基いて注湯量を求め、減算器44
は演算器42からの注湯量と設定器43からの注湯量の設定
値を入力して両者の偏差を取り該偏差分だけ前記設定値
を修正した注湯量を信号としてサーボ弁52に指令を送
り、サーボ弁52は該指令を受けてシリンダ50の伸長量を
変更し弁体49の開度を調節して注湯量を変更する。

このように注湯量を制御することにより、攪拌棒15,16
の回転数が少く形成された半凝固スラリー47の固相率が
大きい場合には注湯量を多くして半凝固スラリー47の粘
性を下げ、反対に攪拌棒15,16の回転数が多く形成され
た半凝固スラリー47の固相率が小さい場合には注湯量を
少くして半凝固スラリー47の粘性を上げることができる
ので、ロール1,2間には半凝固スラリー47が安定して供
給され、従って形状の良好な薄板６が製造できる。

尚、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、
攪拌装置は必ずしもタンディッシュと別個に設ける必要
はなくタンディッシュ或いはバレルシール板とサイドシ
ール板から成る容器内に攪拌棒及び冷却装置を設け攪拌
装置を兼ねるようにしても良いこと、ロールに代えて無
端状に連ねたブロック鋳型及びスチールベルトからなる
移動鋳型を使用し得ること、前記した如く固相率は荷重
計を設けてロールに掛る圧延荷重を基に求めるようにす
る代りに電流計を設けてロールに掛る回転抵抗即ちロー
ルの駆動電流を基に求めるように或いは同様の理由から
攪拌棒の駆動電流を基に求めるようにし得ること、その
他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得
ることは勿論である。

［発明の効果］ 上記したように、本発明の薄板製造装置によれば、形成
された半凝固スラリーの固相率及び攪拌速度に応じた最
適な注湯量を求めて流入量調節装置を作動させ、半凝固
スラリーの粘性を適正化するようにしたので移動鋳型間
には半凝固スラリーが安定して供給され形状の良好な薄
板を製造し得る等の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は第１図の
II−II矢視図、第３図は第１図のIII−III矢視図、第４
図は温度に応じた圧延荷重と固相率の関係を表わす線
図、第５図は攪拌棒の回転数に応じた固相率と注湯量の
関係を表わす線図、第６図は従来例の説明図、第７図は
他の従来例の説明図である。 図中1,2はロール、４は溶湯、５は凝固殻、６は薄板、
９はタンディッシュ、10は攪拌装置、15,16は攪拌棒、1
7は冷却装置、30は駆動装置、37a,37bは荷重計、40は加
算器、41,42は演算器、43は設定器、44は減算器、46は
微細結晶粒、47は半凝固スラリー、48は温度検出器、49
は弁体、50はシリンダ、51は回転数検出器、52はサーボ
弁を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶湯の流入量調節装置を備えた攪拌装置
   に、該攪拌装置内部の固液共存温度域まで冷却された溶
   湯を機械的に攪拌して半凝固スラリーを形成する回転自
   在な攪拌棒を取付け、前記攪拌装置の下流に内部冷却し
   得るようにした一対の無端状の移動鋳型を配設し、又、
   前記攪拌装置に攪拌装置内部の温度を検出する温度検出
   器を設け、前記攪拌棒に回転数検出器を取付け、前記移
   動鋳型に圧延荷重を検出する荷重計を或いは前記移動鋳
   型又は攪拌棒の一方に駆動電流を検出する電流計を接続
   し、更に前記荷重計或いは電流計からの圧延荷重或いは
   駆動電流と温度検出器からの温度を入力して半凝固スラ
   リーの固相率を求める第１の演算器と、該演算器からの
   固相率と前記回転数検出器からの攪拌棒の回転数を入力
   して注湯量を求め前記流入量調節装置に指令を送る第２
   の演算器を設けたことを特徴とする半凝固スラリーから
   の薄板製造装置。