JPH07227647A - 長尺アルミニウム鋳塊の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 高速水平移動する長尺アルミニウム薄板上の
１区域に、板面上で板幅方向の両端部に接する溶湯保持
枠を設け、移動する該薄板上にアルミニウム溶湯を注入
しながら、板の移動方向とは反対側（上流側）の溶湯と
板との接触境界部に高エネルギー密度ビームを照射して
溶湯と板とに濡れを生じさせ、板の移動方向（下流側）
では溶湯表面を不活性ガスにてシールドし、同時に該薄
板の裏側を強制冷却する。 【効果】 酸化物が存在せずまた疵も無く外観品質が良
好な表面を有するアルミニウムおよびアルミニウム合金
圧延板用の長尺鋳塊を高能率低コストでかつ高品質に製
造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルミニウムおよびアル
ミニウム合金圧延板用の鋳塊を高能率低コストでかつ高
品質に製造する方法に関する。なお、本明細書において
はアルミニウムとは純アルミニウムおよびアルミニウム
合金を意味するものとする。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム板の製造は超厚の鋳塊を何
回も繰り返し圧延して薄板を得る方法が一般的である。
この薄板を得る方法の生産効率を上げるために溶湯を直
接薄板の形状に鋳造する方法が知られているが、溶湯を
直接冷却ロール等に接触させて強制冷却するため凝固表
面に疵や粗大な酸化皮膜ができるといった表面欠陥が生
じ、これがその後の圧延・仕上げ・表面処理の各工程に
おいて板表面の品質を劣化させる原因となるという問題
があった。

【０００３】これに対し本発明者は薄板で四周を囲みそ
の中に溶湯を注入すると共に板と溶湯とに濡れを生じさ
せて板と溶湯を一体化して溶湯漏れや界面欠陥等の不具
合を防止し表面品質に優れた鋳塊を得る方法を提案した
（特開平３−８１０４７号）。しかし、この方法では確
かに表面品質の優れた鋳塊が得られるものの板と溶湯の
濡れを生じさせるためのスペースを確保する必要がある
という構成上の理由から超厚の鋳塊にならざるを得ず上
記生産効率上の問題解決には至っていなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記の欠点
を解消し内面および表面品質に優れ、かつ高能率低コス
トで長尺鋳塊を製造する方法を提供することを目的とし
たものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は不活性ガ
スシールド下で高速移動中の水平薄板上に溶湯を注ぎ板
・溶湯界面に処理を施して溶湯と板とを濡れ・凝固一体
化させるものである。すなわち本発明は、高速水平移動
する長尺アルミニウム薄板上の１区域に、板面上で板幅
方向の両端部に接する溶湯保持枠を設け、移動する該薄
板上にアルミニウム溶湯を注入しながら、板の移動方向
とは反対側（上流側）の溶湯と板との接触境界部に高エ
ネルギー密度ビームを照射して溶湯と板とに濡れを生じ
させ、板の移動方向（下流側）では溶湯表面を不活性ガ
スにてシールドし、同時に該薄板の裏側を強制冷却して
なる長尺アルミニウム鋳塊の製造方法である。

【０００６】以下、図面を参照しながら説明する。図１
は本発明の方法を示す模式図であり、図１（ａ）は側面
から見た図、（ｂ）は平面から見た図であり、太矢印は
アルミニウム薄板の移動方向を示す。

【０００７】ここで、長尺アルミニウム薄板の高速水平
移動する速度は濡れ処理速度と溶湯補給速度により決ま
り特に限定されないが、高能率を上げ生産性を向上させ
現行のＤＣ法以上の生産性を得るために１０〜１００ｍ
／分が好ましい。なお長尺アルミニウム薄板の移動方向
は溶湯が薄板上に接し均一な凝固が行われるなら多少斜
めであっても良い。長尺アルミニウム薄板のサイズとし
ては、板厚はできるだけ薄い方がコスト上望ましいが、
濡れを生じさせるための高エネルギー密度ビームの照射
により孔空き等の損害防止上からは通常０．２〜２ｍｍ
が望ましい。また板幅、長さは特に限定されるものでは
なく例えば板幅２０００ｍｍ程度までの広幅コイルが好
ましく適用できる。

【０００８】またアルミニウム薄板および溶湯の合金組
成は特に限定されるものではなく通常の鋳塊の製作が可
能なものであればよい。薄板と溶湯の組み合わせは同じ
合金系同士でも、また異なった合金系の組み合わせでも
良く、特に限定されない。また、溶湯の合金として従来
はＤＣ鋳造が困難であったＡｌ−Ｌｉ合金を使用するこ
とも可能となる。

【０００９】板幅方向の両端部に接する溶湯保持枠のサ
イズ（長さ、高さ）は薄板の移動速度、強制冷却速度お
よび溶湯注入量に応じたものとなり、適宜実験等により
決定されるものであるが、例えば長さ１ｍ高さ３０ｍｍ
のものが好ましく適用することができる。溶湯保持枠の
材質としては銅・アルミニウム等の金属を水冷したも
の、あるいは耐火物等の窯業品を用いることができる。
又、溶湯保持枠に表面から気体が噴出するようにして溶
湯及びアルミニウム薄板との移動に伴う接触をスムーズ
に行うようにしても良い。

【００１０】アルミニウム溶湯の注入口は板幅方向で１
箇所に限定されず複数箇所でも良い。注入量は溶湯保持
枠の長手方向の面積その他運転条件に応じたものとなる
が、例えば１００ｋｇ／分が好ましく適用できる。

【００１１】溶湯表面をシールドする非酸化性の不活性
ガスの種類はＡｒ，Ｈｅ，Ｎ₂ 等が好ましく適用でき
る。この時のガスの温度は常温でもまた低温でも構わな
い。ガスの流量は溶湯表面をシールドして酸化防止がで
きれば良いのであって特に制限は無いが、例えば１０リ
ットル／分・ｃｍ² くらいが良い。

【００１２】板の移動方向とは逆に流れることにより形
成される溶湯先端部と板との境界は溶湯注入量、板の移
動速度および溶湯の粘性とのバランスにより決まる。従
って適正板厚の維持と溶湯の上流への漏出防止のために
これらの量を制御することが必要である。あるいは別の
制御法として、両端の保持枠に直交し板幅全体にわたる
直交保持枠を設け、この直交保持枠と板面との隙間を変
えることによっても制御可能である。

【００１３】溶湯と板との接触境界部に照射する高エネ
ルギー密度ビーム源の種類は特に限定されないが交流ま
たは直流ＴＩＧアーク、プラズマアーク、レーザービー
ム等が利用できる。高エネルギー密度ビーム源の数は板
幅に応じて一つあるいは複数使用する。また高エネルギ
ー密度ビーム源を板幅方向にオシレートしても良い。ビ
ームの照射方向はアルミニウム薄板の移動方向に略平行
で斜め上からが好ましい。アークの種類は正弦波波形の
もの、サイリスタによるもの、トランジスターによるも
のあるいはインバーターによるものが使用できる。また
レーザーはＹＡＧ又はＣＯ₂ レーザーが望ましい。交流
及び直流ＴＩＧアーク又は交流プラズマアークの点弧は
薄板と溶湯との境界線近傍をアーククリーニングする程
度だけでなく薄板の極表面層を溶融させる程度まで行っ
てもよい。アーク又はレーザービームの上からは不活性
ガスを放流してアルミニウム薄板及び溶湯表面をシール
ドすることが好ましい。

【００１４】板の裏側を強制冷却する方法は特に限定さ
れないが空冷や水冷または霧状の水・空気混合気体の吹
き付け冷却などが好ましく適用できる。又、水冷ジャケ
ットや冷却ロール等と接触させても良い。

【００１５】鋳塊板の厚みは特に制限は無いが、あまり
厚いと能率的ではないため通常は２０〜３０ｍｍが好ま
しい。

【００１６】こうして得られた鋳造板は、冷却条件を制
御して例えば４００℃前後の高温の状態にしてそのまま
熱間仕上げ圧延を行って完成出荷品としても良く、また
コイルに巻取り冷間圧延等の通常の工程を経て製品とし
ても良い。

【００１７】

【作用】本発明で表面および内部品質に優れた凝固板が
得られる理由は以下の通りと考えられる。

【００１８】まず表面品質では本発明では一方の表面
（下面）に良好な表面を有する薄板を配し、これをその
まま鋳造板の表面に活用するため通常の鋳塊に認められ
る粗大な酸化皮膜や表面凹凸がなく良好な表面が得られ
るためである。

【００１９】また他方の表面（上面）では不活性ガスシ
ールド下で水平凝固を連続的に形成させるため、その表
面酸化膜は通常の鋳塊に較べ著しく薄いものになり、か
つ表面の平坦度も滑らかなものが得られるためである。
この際の冷却は主として上面のシールドガス側よりも下
面の薄板側での強力冷却に支配されるため上面での凝固
程度は少なく、従って上面で凝固潜熱の放出に伴う表面
での部分的な再溶融も生じないため滑らかな凝固面が得
られるものと考えられる。

【００２０】側面はアルミニウム薄板で保護されず、ま
たガスシールドが弱いため酸化防止が充分ではなく、そ
の結果、通常の製造法による鋳塊と同様の表面品質にな
るが、側面部はトリミング等により最終的には切り捨て
を行うため通常は支障がない。

【００２１】次に、内部品質では薄板表面を水等で直接
強制冷却するため急速凝固が生じ、かつその厚みも最大
でせいぜい２０〜３０ｍｍ程度のため厚さ方向全体とし
ては１００℃／秒程度以上の高速凝固が生じるため、晶
出物および結晶粒が微細になり高品質な組織の鋳塊にな
るためと考えられる。

【００２２】薄板表面に酸化物があると濡れが生じず、
そのため一体化しない。これを解決するために本発明で
は薄板と溶湯とに高密度エネルギー照射を施す。これに
より一体化濡れが可能な理由は以下の通りと考えられ
る。すなわち高密度エネルギー源のうちＴＩＧアーク又
はプラズマアークをアルミニウム薄板と溶湯表面との境
界線近傍にて点弧するとアークのクリーニング作用によ
りアルミニウム薄板表面の酸化皮膜は破壊され、かつ不
活性ガスでシールドされているため再酸化が防止されて
濡れを生じるようになる。なお表面酸化膜を除去した状
態で溶湯と接することが重要であることから、予め酸洗
またはアルカリ洗浄により表面酸化膜を除去した薄酸化
膜厚の板を使用するのがより好ましい。また、レーザー
はエネルギー密度が極端に高いため容易にアルミニウム
薄板の極表面層のみを溶かすことができるため濡れを生
じさせることができる。ただし過度にエネルギー密度が
高い場合あるいはアルミニウム薄板の移動速度が遅い場
合には貫通してしまう恐れがあるため、操業条件に応じ
てエネルギー密度を適宜設定すると良い。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図をもとに説
明する。ＪＩＳＡ１１００アルミニウム板の幅２０００
ｍｍ、板厚１ｍｍのコイル１を速度３０ｍ／分で図１に
示すように板幅方向の両端部に接する溶湯保持枠２，
２’の領域を水平に通過させる際に温度７００℃のＪＩ
ＳＡ１１００組成のアルミニウム溶湯３を薄板１の上に
厚みが１０ｍｍになるように注入しながらその溶湯表面
４をアルゴンガス５を流してシールドした。これと同時
に薄板１の移動方向とは反対側での溶湯３と薄板１との
接触境界部６でＴＩＧアーク７（電流２５０Ａ、電圧２
０Ｖ）にて表面酸化物を除去し溶湯３と薄板１とを一体
化した。この際、薄板１の裏側に冷却水８を吹き付けて
薄板の温度が４００℃になるように強制冷却した。こう
して得た長尺鋳造板をそのまま通常の熱間圧延及び冷間
圧延を行って板厚２ｍｍの板を得た。この圧延過程で板
の表面上に特に異常は認められなかった。またこの板を
アルマイト処理してそのアルマイト性を調べた。その結
果アルマイト性は特に異常は認められず良好であった。

【００２４】

【効果】以上実施例からも判るように本発明によると、
酸化物が存在せずまた疵も無く外観品質が良好な表面を
有するアルミニウムおよびアルミニウム合金圧延板用の
鋳塊を高能率低コストでかつ高品質に製造できることが
可能になった。

【００２５】また上記のように急速凝固による長尺鋳造
板のため高生産性を上げられまた直接中程度の板を製造
するため加熱・圧延工程を省力できることから高能率低
コストの製造が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋳造状態を示す模式図であり、（Ａ）
は側面図、（Ｂ）は平面図である。

【符号の説明】

１‥‥‥アルミニウム薄板 ２、２’‥‥‥溶湯保持枠 ３‥‥‥アルミニウム溶湯 ４‥‥‥溶湯表面 ５、５’‥‥‥不活性ガスシールド ６‥‥‥アルミニウム薄板・アルミニウム溶湯接触境界
部 ７‥‥‥高エネルギー密度ビーム ８‥‥‥強制冷却水

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速水平移動する長尺アルミニウム薄板
   上の１区域に、板面上で板幅方向の両端部に接する溶湯
   保持枠を設け、移動する該薄板上にアルミニウム溶湯を
   注入しながら、板の移動方向とは反対側（上流側）の溶
   湯と板との接触境界部に高エネルギー密度ビームを照射
   して溶湯と板とに濡れを生じさせ、板の移動方向（下流
   側）では溶湯表面を不活性ガスにてシールドし、同時に
   該薄板の裏側を強制冷却してなる長尺アルミニウム鋳塊
   の製造方法。