JP2000512556A - 薄い金属ストリップの連続鋳造ロールの表面に金属層を電解被覆する方法およびプラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ２本のロール間又は１本のロールを用いて薄い金属ストリップを連続鋳造するためのロールの鋳造表面を金属層で電気的に被覆する方法。鋳造表面の少なくとも一部を少なくとも１つのアノードに対面させた状態で堆積させるべき金属の塩を含む電解溶液中に浸漬し、鋳造表面と電解溶液とを相対移動させ、アノードと鋳造表面のへり部分との間に絶縁マスクを配置し、絶縁マスクによってへり部分およびその近傍に電流線が集中するのを防ぐ。また、２本のロール間又は１本のロールを用いて薄い金属ストリップを連続鋳造するためのロールの鋳造表面(3)を金属層で電気的に被覆するためのプラント。堆積させるべき金属の塩を含む電解液(2)を入れたタンク(1)と、鋳造表面(3)を少なくとも部分的にタンク(1)内に浸漬させ、鋳造表面(3)と電解液(2)とを相対移動させる手段と、鋳造表面(3)と対面するようにタンク(1)内に配置された少なくとも１つのアノード(4,4')と、鋳造表面をカソード電位まで上昇させるための手段とを有し、さらに、絶縁材料より成るマスク(7,7')を配置し、この絶縁マスクによって縁部分(12)とその近傍に電流線が集中するのを防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】 薄い金属ストリップの連続鋳造ロールの表面に 金属層を電解被覆する方法およびプラント 本発明は金属の連続鋳造法に関するものであり、特に鋼等の金属の薄いストリ ップを連続鋳造するための鋳型の移動壁を構成するロール外側表面のコンディシ ョニング(調整)法に関するものである。 ２本のロール間で液体金属から厚さ数ミリメートルの鋼ストリップを直接連続 鋳造する設備の鋳型は水平に維持された軸線を中心に互いに反対方向に回転する ２本のロールの側表とロール末端に押圧された２つの耐火側壁とによって区画さ れる鋳造空間を有している。このロールは直径が1,500mmにもなり、現在の実験プ ラントでは幅は約600・800nmである。しかし、最終的に工業的プラントに要求され る生産条件を満たすためにはこの幅は1,300・1,500mm程度にしなければならない。 このロールは一般に鋼のコアの周囲に銅または銅合金のスリーブが固定された もので構成され、コアとスリーブとの間またはスリーブ内に水を循環させること によってスリーブが冷却される。 液体金属と接触するこのスリーブの表面は、ブルーム、ビレットまたはスラブを 従来の連続鋳造法で鋳造するための鋳型の表面と同様に、厚さが一般に１・２mm 程度の金属層、通常はニッケルで被覆されている。このニッケル層によってスリー ブの熱伝達係数を最適値に調節でき(金属が銅と直接接触すると熱伝達係数は低 くなる)、金属は正しい冶金条件下で凝固する(凝固が急速に進行し過ぎると製品 表面に欠陥が生じる)。この調節はニッケル層の厚さおよび構造を変えることによ って行われる。ニッケル層はさらに銅に対する保護層を形成し、銅が過度の熱的ス トレスや機械的ストレスを受けるのを防ぐ役目をする。 このニッケル層はロールの使用中に摩耗し、残った層を部分的あるいは完全に 除去し、新しい層を堆積させることによって定期的に再生しなければならない。こ の再生操作は摩耗したむき出しの銅スリーブ全体を取り換えるよりは明らかに低 コストである。 ニッケルの堆積は下記方法で電気的に行うのが好ましい。 銅または銅合金、例えば銅／(１％)クロム／(0.1％)ジルコニウム合金で作られ た全体が中空の円筒形の新しいスリーブ(ニッケルを部分的あるいは完全に除去 したスリーブ)を心棒(アーバー)に取り付ける。心棒に取り付けることによって、 スリーブはニッケルメッキ／ニッケル除去作業場内の１つの処理ステーションか ら別の処理ステーションへ容易に運搬することができる。銅に対するニッケルの 接着性を改良するために各種の予備的表面処理(研磨、脱脂、酸洗など)を行った後 にスリーブをニッケル電気メッキステーションへ移動させる。電気メッキステー ションはニッケルメッキ溶液を入れたタンクで構成される。このタンク上に心棒 を水平に配置し、その軸線を中心に回転できるようにし、スリーブの下端部分をタ ンク内に浸漬し、心棒／スリーブ組立体を約10rpmの速度で回転することによって スリーブ全体を処理することができる。ニッケルを用いた電気メッキではスリー ブがカソードを構成し、アノードはタンク内に浸漬したタンアノードバスケット で構成できる。このチタンアノードバスケットは薄い膜によって閉じられており、 スリーブの表面に対面して配置され、中にはニッケルの球が入っている。スリーブ 末端の主要部分をニッケルで被覆することが望まれる場合(末端部分は鋳造中に 耐火側壁と接触して摩耗しやすい)には、スリーブの末端に対向するように別のア ノードバスケットを配置する。他の種類のアノード(可溶性または不溶性)を使用 することもできる。 変形例では、スリーブを静止させたままスリーブ上で電解液を移動させること ができる。必要なことはスリーブと電解液とを相対移動させてスリーブと電解液 との境界面を常に新しくすることである。 鋳造中、ニッケルメッキは非常に高い機械的ストレスおよび熱的ストレスに曝 される。しばしば、ニッケル被膜にはわずか数回の鋳造操作後にロールの縁部付近 に亀裂の発生が観察される。この亀裂はスリーブの縁部分から幅数センチメート ルの領域に見られる。この亀裂によって鋳造製品の冷却が不均一になるため、亀裂 によって鋳造製品の表面に欠陥が生じる可能性がある。特に、亀裂が脆弱部分とな ってニッケル被膜全体の急速な劣化が開始されることがある。さらにはニッケル 被膜を越えて亀裂が広がる結果、スリーブ全体が損傷することもある。亀裂が発生 した場合には、ロールの使用を即座に停止し、スリーブ上の被膜を完全に再生させ る必要が生じる。この操作には時間(数日間)がかかるので、２本のロール間で鋼を 鋳造する方法を工業的に利用するには、多数のスリ ーブを直ちに使用可能な状態で用意しておいて、鋳造設備を規則的に運転できる ようにする必要がある。しかし、スリーブに使用される材料は高価であり、切削加 工も困難であるため、スリーブは非常に高価な部品になるので、それを沢山用意し ておくことはプラントの使用コストを高くする。 本発明の目的は、縁部領域における亀裂の発生をできるだけ抑制あるいは防止 することによって、スリーブの金属被膜の熱化学的ストレスに対する挙動を向上 させ、スリーブの被膜を再生してから次に再生するまでの平均使用時間を延長す ることにある。 本発明の対象は、２本のロール間または１本のロールを用いて薄い金属ストリ ップを連続鋳造するためのロールの鋳造表面を金属層で電解被覆する方法であっ て、鋳造表面の少なくとも一部を少なくとも１つのアノードに対面させた状態で 堆積させるべき金属の塩を含む電解溶液に浸漬し、鋳造表面をカソードとし、鋳造 表面と電解溶液とを相対移動させ、アノードと鋳造表面のへり部分との間に絶縁 マスクを配置し、絶縁マスクによってへり部分およびその近傍に電流線が集中す るのを防ぐことを特徴とする方法にある。 本発明の他の対象は、２本のロール間又は１本のロールを用いて薄い金属スト リップを連続鋳造するためのロールの鋳造表面を金属層で電気的に被覆するため のプラントであって、堆積させるべき金属の塩を含む電解液を入れたタンクと、鋳 造表面を少なくとも部分的にタンク内に浸漬させて鋳造表面と電解液とを相対移 動させる手段と、鋳造表面と対面するようにタンク内に配置された少なくとも１ つのアノードと、鋳造表面をカソード電位まで上昇させる手段とを有し、鋳造表面 のへり部分とアノードとの間に絶縁材料より成るマスクを配置し、このマスクに よってへり部分に電流線が集中するのを防ぐことを特徴とするプラントにある。 上記マスクはほお円弧状をし、その湾曲中心は対面する鋳造表面のへり部分の 湾曲中心と同じであり、へり部分の延長上でへり部分から等距離"d"のところに配 置されて且つ互いに垂直な側面を有するコーナー型のカットアウトによって連結 された２つの端縁を有する。 以下の説明から理解されるように、本発明はスリーブの端縁部付近に絶縁マス クを配置して金属被膜の電着を行う。好ましい実施例では、マスクはスリーブの縁 部領域で電流線が均一に分散するようにデザインされ、それによってスリーブの 縁部領域における被 膜の厚さが所望の公称厚さに合った均一なものになる。 本出願人は、スリーブの縁部領域でニッケル被膜に亀裂が発生するまでの時間 と、この領域、特にへり部分の真横に位置する領域での被膜の厚さの均一性との間 に相関関係が存在することを見い出した。この現象を防止するための何らかの特 別な装置が存在しない場合、スリーブのへり部分の直近およびへり部分の真横に 位置するニッケル被膜の厚さが過剰になる現象が見られる。例えば、被膜の公称厚 さがスリーブの主要部分上で２mmである場合、へり部分の真横方向ではこの厚さ が７mm以上になることもある。この過剰な厚さはへり部分の直近に電流線が集中 することによるものである。この集中がスリーブ上のごく限られた部分上にのみ 存在するものであっても、電流線の集中によって水素が発生し、堆積物が形成され る際に気泡が混入する可能性があるので、上記のような急速な亀裂の発生を引き 起こす原因となる。さらに、電流線の集中はスリーブのへり部分とその他の部分と の間でニッケル被膜の結晶構造を不均一にし、それらの硬度およびきめを不均一 にする。 この過剰な厚さを減す１つの方法は、へり部分を鋭いエッジにするのではなく、 数mmの曲率半径を付けることにある。しかし、この曲率半径を１・２mm以上にする とロール末端と耐火性側方プレートとの間から液体金属が洩れる危険が過度に増 大するので、実際には不可能である。 もう１つの公知の解決手段は、「電流ロバー(current robber)」とよばれる装置 を用いて電流線を偏向する方法である。電流ロバーは金属導体で、へり部分の近傍 にへり部分に平行に配置され、電流がそれを通る。電流ロバーは、それが存在しな い場合にはスリーブのへり部分やその近傍に集中するはずの電流線の一部を自ら に向かって偏向させるが、この解決方法も単独では不十分である。さらに、電流ロ バーの配置および操作条件は注意深く設定しないと、エッジの真横方向に過剰な 厚さが残るだけでなく、ニッケル層中に正常な厚さに達しない場所ができる(これ は対応する領域からの電流線の偏向が過剰であったことを示す)ことになる。さら に、電気メッキが進行するにつれて電流ロバー上に堆積するニッケルが無視でき ない量になる。従って、このニッケルを回収することが必要になり、電流ロバー上 にニッケルを堆積させるために消費された電流は単なる損失となる。しかし、なに よりも、このニッケルの堆積によって電流ロバーの寸法が変化し、この 変化は非常に不均一であるため、電流ロバーの作用は操作の進行と共に大きく変 化し、その管理は極めて困難である。実際、所望の被覆厚さが２mmの場合、へり部分 には最低でも厚さ2.5mmの被膜が観察され、この値は十分に問題を解決するには依 然として高すぎる値である。このように、電流ロバーは連続鋳造ロールの被覆に独 特なニッケル堆積の十分な均一性を信頼性を持って達成することはできない。 本出願人は、スリーブのへり部分およびその直近に非常に均一にニッケルを堆 積させるための最も信頼性の高い方法は、絶縁マスク、好ましくは所定形状を有す る絶縁マスクをへり部分の近くに配置することであり、そうすることでスリーブ のエッジ領域で被膜に亀裂が発生するのを防ぐことができるということを見い出 した。 本発明は図面を参照した以下の記載からより明確に理解できよう。 図１は本発明方法を実施するように設計された２本のロール間で鋳造を行うた めのロールのスリーブの被覆プラントを末端方向から見た概略図で、図２のI-I線 による断面である。 図２は本発明のマスクの好ましい構造を説明する図で、上記被覆プランの図１ のII-II線による断面。 図１は本発明のプラントを断面で、電解溶液２(電解溶液の主成分はニッケル塩 である)を含むタンク１内にカソードとしての銅スリーブ３が配置され、タンク１ の底部には２つのアノード４、４'が銅スリーブ３と対向した位置に配置されてい る。スリーブ３は外側が円筒形で、外径が1500mmある。このスリーブ３は心棒５に 取り付けられている。心棒５のシャフト６は電着操作中、図示していない手段によ って回転駆動される。スリーブ３の少なくとも下側部分は電解溶液中に浸漬され ている。図示した実施例ではアノード４、４'は可溶性アノードで、ニッケル顆粒が 充填された湾曲したチタンアノードバスケットを構成しているが、これは単なる 実施例であって、アノードの数を変えたり、他の構造を有するアノード(例えば不 溶性アノード)にすることもできる。アノード４、４'はスリーブ３の幅よりも広い 範囲に亘って断面を越えて延びている。スリーブ３のエッジに対面してポリマー 等の絶縁材料で作られたマスク７、７'が配置されている(図１では７しか見えな い)、このマスクの機能はアノード４、４'から放出される電流線がスリーブ３のエ ッジ領域およびへり部分に直接到達するのを防ぎ、これらの部分でニッケル被膜 の厚さが過剰になるのを防止することに ある。これらマスク７、７'のスリーブ３に対する位置は、可動式ロッド８によって 象徴的に表される位置決め手段によって調節することができる。 図２はマスク７、７'の精密な構造を示す。図示した実施例では、マスクは断面が ほぼ正方形あるいは長方形である細長い物体で、全体の形状は円弧である。円弧の 湾曲中心はそれが対面するスリーブ３のへり部分の湾曲中心と一致する。マスク の上側縁部すなわちマスクの作用を受けるスリーブエッジに最も近い端縁部はコ ーナー型のカットアウト９、９'を有し、このカットアウトの２つの側面10、10'は 互いに直角且つほぼ等しい長さを有し、例えば約５mmである。マスク７、７'はロッ ド８によってカットアウト９、９'の外側縁部11、11'がそれぞれ対面するスリーブ ３のへり部分12から等距離"d"の所に来るように配置される。この距離"d"は、厚さ ２・３mmのニッケルを堆積させることが望まれる場合、最初は約５mmである。本発 明のこの実施例では、スリーブ３に対して垂直なマスク７、７'の各側面13、13'の 長さは最低50mmでなければならない。この条件でマスク７、７'は電流線を十分に 偏向させ、スリーブ３の縁部領域における電流線の分散均一性を最適化すること ができる。 ニッケル被膜の厚さが増加した場合には、必要に応じてマスク７、７'をスリー ブ３から徐々に遠ざけることができる。この運動は段階的又は連続的に行うこと ができ、それによってマスクと被膜との間にニッケル被膜を成長させるのに十分 な空間を常に確保することができる。 アノード４、４'およびマスク７、７'の正確な構成に応じて、スリーブ３の末端 の被覆は表面のより広い部分またはより狭い部分で均一に行われることになろう。 この部分を拡げるためには、垂直アノード21、21'、21"、例えばニッケル顆粒を充 填したアノードバスケット４、４'に類似したアノードバスケットであってスリー ブ３の末端に対面するアノードバスケットを上記従来技術にあるようにタンク１ 内に配置することができる。 被膜の厚さに所望の均一性を与えることができる限り、マスクの構成は例とし て挙げたものと異なってもよいことは明らかである。特に、正方形、長方形又はそ の他の断面を有する細長い物体で構成されるのではなく、プレート又はプレート の集合体で構成することができる。プレート又はプレート集合体の面の中でスリ ーブの方向を向く面は実施例の細長い物体と同様の構造を有するのが好ましい。 換言すれば、この表面はスリーブのへり 部分の延長上でへり部分から等距離"d"のところに配置された２つの平行なエッ ジを有していなければならない。これら２つのエッジはコーナー型のカットアウ トによって連結され且つ側面が互いに直角であるのが好ましい。 本発明マスクの作用を補足し、さらに精密にするために、電流ロバー(current r obber)を永続的又は一時的に使用してもよい。この電流ロバーはマスクに組み込 んでもマスクから独立させてもよい。 当然、本発明はニッケル以外の金属をスリーブに堆積させる場合にも適用可能で ある。同様に、被覆されたロールは２本のロール間で薄い(鋼、その他の材料からな る)金属ストリップを連続鋳造する装置だけでなく、単一ロールが金属浴の表面上 をなめるように移動して薄いストリップを連続鋳造する装置(単一ロール鋳造)に も使用することができる。本発明はさらに、スリーブおよびコアが単一の部品を構 成する固体ロールの鋳造表面の被覆にも適用できる。さらに、スリーブ又は中実ロ ールを電解浴に完全に浸漬可能な場合にも本発明を用いることは容易である。最 後に、既に述べたように、スリーブと電解液との間の相対移動をスリーブを静止状 態に維持し、そのまわりで電解液を移動させることで行うこともできる。特に、ス リーブを完全に電解液中に浸漬し、適切な方向を向いたジェットを用いてアノー ド間でスリーブの周囲に電解液を循環させて電解液を移動させることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，ＣＡ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＪＰ，ＫＲ，ＭＸ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＫ ，ＴＲ，ＵＡ，ＵＳ (72)発明者 クリスチャン アルリー フランス国 57070 ロンジュヴィル レ メス ブルヴァール サン サンフォリ エン 99 (72)発明者 エリック ジョリヴェ フランス国 78110 ル ヴェシネ アレ デ コトー ４ (72)発明者 ジャン―クロード カトンヌ フランス国 78170 ラ セル サン ク ル アヴニュ ギベール ３ (72)発明者 イアン ブルヴィエール フランス国 62330 イスベルグ リュ ジェラール ヴァランタン 16 【要約の続き】 るのを防ぐ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．２本のロール間または１本のロールを用いて薄い金属ストリップを連続鋳造 するためのロールの鋳造表面を、鋳造表面の少なくとも一部を少なくとも１つの アノードと対面させた状態で堆積させる金属の塩を含む電解溶液中に浸漬し且つ カソードとし、鋳造表面と電解溶液とを相対移動させてロールの鋳造表面に金属 層を電解被覆する方法において、 アノードと鋳造別の縁部分との間に絶縁マスクを配置し、絶縁マスクによって 縁部分およびその近傍に電流線が集中するのを防ぐことを特徴とする方法。 ２．金属層の厚さの増加と共にマスクを次第にへり部分から遠ざける請求項１に 記載の方法。 ３．堆積させるべき金属の塩を含む電解液(2)を入れたタンク(1)と、鋳造表面(3) を少なくとも部分的にタンク(1)内に浸漬させ、鋳造表面(3)と電解液(2)との間を 相対移動させる手段と、鋳造表面(3)と対面してタンク(1)内に配置された少なく とも１つのアノード(4,4')と、鋳造表面をカソード電位まで上昇させる手段とを 有する、2本のロール間又は1本のロールを用いて薄い金属ストリップを連続鋳造 するためのロールの鋳造表面(3)を金属層で電気的に被覆するためのプラントに おいて、 鋳造表面(3)のへり部分(12)とアノード(4,4')との間に絶縁材料より成るマス ク(7,7')を配置し、このマスク(7,7')でへり部分(12)に電流線が集中するのを防 ぐことを特徴とするプラント。 ４．マスク(7,7')がほぼ円弧状を有し、その湾曲中心は対面する鋳造表面(3)のへ り部分(12)の湾曲中心と同じであり、へり部分(12)の延長上のへり部分から距離" d"の所に互いに直角な側面(10,10')を有するコーナー形状のカットアウト(9,9') によって連結された２つの端縁(13,13')を有する請求項３に記載のプラント。 ５．マスク(7,7')が細長い物体からなる請求項４に記載のプラント。 ６．マスク(7,7')がプレート又はプレートの集合体からなる請求項４に記載のプ ラント。 ７．金属層が厚くなった時にマスク(7,7')をへり部分(12)から次第に遠ざけるた めの手段(8)を含む請求項３・６のいずれか一項に記載のプラント。 ８．鋳造表面(3)の末端に対面するように配置されたアノード(21,21')を有する 請求項３・７のいずれか一項に記載のプラント。 ９．電流ロバーを含む請求項１・８のいずれか一項に記載のプラント。 10．電流ロバーがマスク(7,7')に組み込まれている請求項９に記載のプラント。 11．鋳造表面(3)と電解液(2)とを相対移動させる手段が鋳造表面(3)を回転させ る手段である請求項３・１０のいずれか一項に記載のプラント。 12．鋳造表面(3)と電解液(2)とを相対移動させる手段が鋳造表面(3)の周囲で電 解液(2)を循環させる手段である請求項３・10のいずれか一項に記載のプラント。