JP2004505774A - 金属ストリップの連続ベルト鋳造におけるベルトの冷却ガイド装置 - Google Patents

Abstract

双ベルト鋳造機の鋳造ベルトを冷却しガイドする装置及び方法である。冷却ガイド装置は、鋳造ベルトの背面に対面する支持面を有し該支持面内に鋳造ベルトをほぼ完全に横切るように横方向に配置された連続スロットを備えた少なくとも１つの横長ノズルを含んでいる。連続スロットは、ベルトを横方向から見たとき実質的に均一な厚さと流速の連続フィルムの形態で鋳造ベルトの背面に冷却液を吐出することができる。この装置は、ベルトの横方向に均一な冷却を可能にする。

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、金属ストリップ製品を連続的に鋳造するために用いられる装置、特にアルミニウム合金又は類似の金属を鋳造するために用いられる双ベルト鋳造機における鋳造ベルトの冷却とガイドとに関する。また、本発明は、そのような冷却ガイド機構を備えたベルト鋳造装置に関する。
【０００２】
背景技術
双ベルト鋳造によって金属ストリップ製品、特にアルミニウム及びアルミニウム合金からなる金属ストリップ製品を製造することは公知である。この種の鋳造には、一対のエンドレスベルト、通常は可撓性を有し硬質弾性の鋼又は銅等から成るエンドレスベルトが、適切なローラと他の通路形成手段とサポートとにわたって回転駆動可能に使用される。これらのベルトでは、該ベルトのほぼ平坦な部分が対面して可動鋳造面とし、該鋳造面の間に鋳型が形成されている。溶融金属は、インジェクター又はその他の供給器によって鋳型の入口端に連続的に注入され、その金属は鋳型を通過する間に冷却され、所望の厚さの連続した金属ストリップとして取り出される。一般的に、冷却装置は各ベルトに設けられて、鋳型内で金属を凝固させるために必要な冷却効果を与える。そのような冷却装置は、冷却液（例えば、水又は適切な添加剤を添加した水）を各ベルトの背面、例えば鋳型の領域における鋳造面と反対側の面に与え、冷却液を所望の冷却効果を与えた後に引き抜き、そして通常は再使用するように機能することができる。また、この種の装置において、鋳型に入る前の各ベルトの鋳造面に、液体のベルトドレッシング（ｂｅｌｔ ｄｒｅｓｓｉｎｇ）、例えばオイル等を塗布することがよく行われている。これは溶融金属からベルトへの熱伝達率を制御するのに役立ち、溶融金属がベルトに固着するのを防止する。
【０００３】
この種の双ベルト鋳造装置は、例えば、１９７７年２月２２日にＳｉｖｉｌｏｔｔｉらに発行された米国特許第４００８７５０号、１９７７年１２月６日にＳｉｖｉｌｏｔｔｉらに発行された米国特許第４０６１１７８号、１９７７年１２月６日にＳｉｖｉｌｏｔｔｉに発行された米国特許第４０６１１７７号、及び１９８０年３月１８日にＴｈｏｒｂｕｒｎらに発行された米国特許第４１９３４４０号に開示されている。これらの特許による教示は、参照して本明細書に組み込む。上記の米国特許第４１９３４４０号（’４４０特許）には、中央にオリフィスを備えた六角形状の表面を有するバネ付勢の冷却ノズルを配列して成るベルト用のほぼ平坦な支持体を含んでおり、冷却水をそのノズルから圧力下でベルトが鋳型を通過する間にその背面に接触するように流しているベルトの冷却ガイド手段の配置が開示されている。六角形状のノズルは、良好な支持及び良好な冷却効果の両方を与えるために、相互に近接に配列して実質的には連続した平面を形成できることを意味している。しかし、それらのノズルは、完全に接触していないので、使用済みの冷却液が通過できる小さな隙間が残っている。
【０００４】
１９７４年３月２６日にＩｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｄｅ Ｒｅｃｈｅｒｃｈｅｓ Ｄｅ Ｌａ Ｓｉｄｅｒｕｒｇｉｅ Ｆｒａｎｃａｉｓｅに発行された米国特許第３７９９２３９号には、４本のエンドレスバンドの間に形成された鋳型を含む垂直型の連続鋳造の方法が開示されている。上記バンドの内側直線部は、直線部に隣接し直線部の全幅及び全長にわたって延びて近接した狭いチャンバーの上端から入れられ、下端から出される液体冷却剤によって冷却される。そのチャンバーの入口及び出口は、冷却剤の明らかな乱れをなくして冷却剤が確実にチャンバーに入りチャンバーから出るようにアーチ状の表面によって境界をなしている。
【０００５】
１９６２年７月３日にＨａｚｅｌｅｔｔ Ｓｔｒｉｐ−Ｃａｓｔｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに発行された米国特許第３０４１６８６号には、例えば鋳造の溶融金属に用いられる、表面からの大量の熱の取り出しに適した液体冷却剤の高速移動層を提供する方法及び装置が開示されている。その方法は、液体冷却剤を複数の平行な射出流に噴射すること、その射出流を鋳造ベルトの表面から離れたガイド表面に対してわずかの角度をもって衝突させてベルト表面の近傍で拡がらせること、ガイド表面を覆って伝う冷却剤の初期層を形成するために射出流をガイド表面の横方向に発散させること、ガイド表面と鋳造ベルトとの間の空間全体に渡って移動する冷却剤の自由移動シートとして冷却剤の初期層をガイド表面から取り出すこと、そして鋳造ベルトの表面を伝る液体冷却剤の高速移動層を形成するために冷却剤の自由移動シートを鋳造ベルトの表面に対してわずかの角度をもって衝突させることを含む。
【０００６】
上述の装置及び方法の少なくとも幾つかは非常に有効であったが、いくつかの困難性が、特に、この種の装置が従来の製品よりも薄いストリップ製品（例えば、従来の鋳造品が１０〜３０ｍｍであるのに比べて４〜１０ｍｍの薄さのストリップ製品）を製造し、及び／又は、より広い凝固範囲を有する合金（例えば、凝固範囲の狭い合金では２０℃までであるのに比べて、４０〜５０℃の凝固範囲を有する合金）から製造される場合に浮上してきた。凝固範囲の広い合金は、鋳型内での良好な凝固に加えて良好な表面性状及び内部品質を得るためには、凝固範囲の狭い合金に比べてより高速にかつ均一に冷却されなくてはならない。このような薄いストリップ製品や凝固範囲の広い合金から製造される製品は、自動車業界において特に注目されている。しかし、これらの合金と厚みを得る鋳造は、従来の鋳造冷却システムによって提供できる条件よりも一層制御された鋳造条件が要求される。
【０００７】
したがって、鋳造装置の使用中にこれらの問題点が回避できるように、ベルトの冷却ガイド装置および方法を改良する必要がある。
【０００８】
発明の開示
本発明の目的は、特に薄いストリップ製品又は凝固範囲の広い合金を鋳造するときに、鋳造ストリップ製品の内部及び表面の不規則性及びベルトの変形が回避され又は最小となるように、従来のベルト鋳造装置を改良することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、ベルト鋳造機のベルトの冷却をベルトの横方向でより均一にすることである。
【００１０】
本発明の他の目的は、ベルト鋳造機において、鋳造されたストリップ製品の内部及び表面の不規則性を生じることなく、さらにベルト変形が回避しながら達成できる冷却速度（熱流）を改良することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、ベルト鋳造装置で利用可能な改良されたベルトの冷却ガイド手段を提供することである。
【００１２】
本発明は、少なくともその主な態様において、双ベルト鋳造を用いて薄い金属ストリップ製品や凝固範囲の広い合金の製品を製造するとき、特に液体ベルトドレッシングが鋳造面に塗布される場合には、溶融金属が可動鋳造面と最初に接触する鋳造鋳型の直近の領域では、ベルトには横方向における冷却に非常に高い均一性が必要であるという知見に基づいている。この冷却の均一性は、上述のような装置で従来得られていた均一性に比べて高い。その結果、液体分離層（液体ベルトドレッシング）が用いられたとき、溶融金属が鋳型に最初に注入される領域では、液体ベルトドレッシングの全て又は一部が揮発し、金属からベルトへの熱伝達に大きな影響を与える絶縁性ガス層が形成される。揮発性と絶縁性ガス層との均一性は、ベルト温度の均一性、即ちベルトの冷却の均一性に依存している。
【００１３】
本発明では、要求される横方向の高い温度均一性、そして望ましくは高い冷却速度を実現するために、冷却液は、この領域のベルト背面側にベルトの横方向から見たとき均一な厚さと流速の連続フィルムの形態で吐出されるのが好ましい。そのようなフィルムは、１つ又は複数の分離した吐出口を有する幾つかの個別の小ノズルや、或いはベルトの横方向に配列された多数の小口を有する擬似直線ノズルよりも、むしろ横向きに配置した連続冷却スロットを有する冷却ノズルによって形成することができる。より好ましくは、連続スロットの冷却液下流を、可能なら少なくとも最初の連続スロットの上流も除去する手段が設けられる。吸引システムは、理想的には冷却液の除去手段と一緒に用いられて、使用済みの冷却液を除去するだけでなく冷却ノズルの支持面に対するベルトの位置を安定させる安定化力を提供する。水を射出する圧力と吸引システムによって発生する力とは、ベルト上で互いに反対方向に作用して、冷却ノズルの支持面からベルトまでを所望の距離に維持するように平衡に達して、それによりベルトが保持されてその位置が安定化される。また、所望の距離を維持することは、冷却液の厚みと流速の均一性を維持するのに役立つ。
【００１４】
したがって、本発明の１つの態様によれば、一対の回転可能に支持されたエンドレスベルトと、ベルトのほぼ平坦な部分が対面している可動鋳造面の間に形成された鋳造鋳型と、鋳造鋳型の入口からその鋳造鋳型内に溶融金属を注入する鋳造インジェクターとを備えた双ベルト鋳造機の鋳造ベルトのためのベルト冷却ガイド装置が提供され、上記平坦な部分は、鋳造面の反対側に背面を有しており、上記鋳造鋳型は、一端に溶融金属の入口と他端に凝固したシート状の製品の出口とを備えている。この冷却ガイド装置は、鋳造ベルトの背面に対面した支持面を有する少なくとも１つの横長ノズルと、この領域のベルト背面側にベルトの横方向から見たとき均一な厚さと流速の連続フィルムの形態で冷却液を吐出するために鋳造ベルトをほぼ完全に横切って横方向に配置された支持面内の連続スロットと、連続スロットから離れた位置で冷却液を除去するための排液口と、排液口を吸引するために排液口と協働する真空システムと、から構成される。横長スロットはその全長にわたって連続しているので、スロットからの冷却液の流れが遮られることがない。
【００１５】
この装置は、鋳造ベルトの直下に現存する機器に挿入して組み込んで製造することができ、またベルト鋳造機の一部分として組み込むことができる。
【００１６】
また、本発明は、鋳造ベルトの背面に位置して機能するこのような冷却ガイド装置を、少なくとも１方、好ましくは両方の鋳造ベルトに組み込んだ該上述のような双ベルト鋳造機に関する。
【００１７】
本発明の他の態様によれば、ノズルは、上記ベルトの幅に対応する長さを有して鋳造ベルトの背面を支持する支持面と、冷却液をスロットの一端から他端まで厚さと流速とが一定の連続フィルムの形態で吐出するために支持面の長さと実質的に同じ長さにされた支持面内の横長の連続スロットと、上記連続スロットと離間した冷却液を除去するための排液口と、を備えたベルト冷却ガイド装置用のノズルが提供される。
【００１８】
本発明のさらに他の態様では、金属の鋳造に用いられる双ベルト鋳造機の鋳造ベルトを冷却しガイドする方法が提供され、その方法は、鋳造ベルトが支持面上の鋳造鋳型を通過するときに鋳造ベルトの背面に冷却液を供給することと、供給後に冷却液を背面の近傍から除去することを含んでおり、鋳造ベルトが最初に鋳造鋳型に入る領域において、ベルトが支持面に対して所望の位置に維持され、冷却液がベルトの横方向から見たとき均一な薄さと流速とを有する連続フィルムの形態で提供される。
【００１９】
冷却液は、好ましくはベルトを完全に横切って延びる連続スロットを通して供給され、その液体は、好ましくはスロットから離れた位置でベルトの横方向に配置された横長の排液口を通して真空を作用させることにより背面の近傍から除去される。また、液体ベルトドレッシングは、鋳型に入る前にベルトの鋳造面に塗布されるのが好ましい。
【００２０】
本明細書で用いられる「連続スロット」とは、（鋳造ベルトに対して）ノズルの横方向の一端から他端まで障害物がないノズルの支持面内の横長オリフィスを意味する。このスロットは、ノズル内部に配置したチャンバー内に開口しており、チャンバーは、一般的にその内側（冷却液の入口）で、入口通路から液体冷却液が供給されるマニホールドを形成して、そのチャンバーは、スロットの長さと同じ幅であり、また、冷却液が圧力下で入口管を経てチャンバー内に導入されて、均等な圧力で、開口したスロットへ吐出され、かつ冷却液がスロットの全長に沿ったどの点においても流れるのに、十分な容積を有している。
【００２１】
各スロットノズルのスロットの（ベルトの進行方向の）幅は、冷却液に不可避的に存在する粒体による目詰まりの問題を起こすことなく可能な限り小さくするのが好ましい。その幅は、好ましくは０．１２５〜０．１５ｍｍ（０．００５〜０．００６インチ）の範囲である。冷却液は、ノズルに供給される前にフィルターで濾過し、スロットで捕獲される可能性のある粒子、例えば粒径が０．１２５ｍｍより大きい粒子を除去するのが好ましい。
【００２２】
ノズルは、又は複数のノズルが使用されている時には第一のノズルは、鋳造鋳型の入口の直近に設けられるのが好ましい。
【００２３】
「鋳造鋳型の入口の直近」とは、ベルトが鋳造鋳型の入口を通過して進行したときに横方向のスロット備えた冷却ノズルがベルトの最初の冷却手段であり、そして、鋳造プロセスの通常の操作を確実にするために、ベルトの背面側で溶融金属がベルトと最初に接触する地点の手前の位置から該接触する地点を過ぎた距離まで冷却ノズルが延びて溶融金属からの十分な熱を取り出し始めることができることを意味している。
【００２４】
好ましくは、各ベルトには上述のスロットを備えた少なくとも２つのノズルが、好ましくは２つないし４つのノズルが順々に配列され、鋳造鋳型に沿って入口から出口に向かって、溶融金属の凝固が（好ましくは鋳造鋳型の入口直近に位置する第一のノズルの）冷却効率の横方向の変動の影響を非常に受けやすい領域を覆うのに有効な距離だけ延びている。この有効な距離は、ベルト鋳造機ごとに異なり、また、個々のベルト鋳造機の場合でも金属組成、鋳造の厚さ、鋳造速度、ベルトの特性及びベルトドレッシング等によって異なるが、およそ少なくとも６．６ｃｍ（２．６インチ）で少なくとも２つのスロットノズルが組み込まれる。必要であれば、各ベルトの全ての冷却及びガイドは、鋳造鋳型の長さ方向に沿って順々に配列したスロットノズルによって提供できるが、これは、通常には好ましいものではない。金属が冷却効率の変化に対して非常に敏感な領域を通って進行てしまったならば、それ以降の冷却の働きを（例えば、上述の米国特許第４１９３４４０号に開示されたような）従来の冷却ガイド手段に受け持たせることができ、この従来の冷却ガイド手段は、冷却中に収縮する金属に対して連続的な支持と冷却とを提供するために、キャビティ集合体を受容するように弾性的に搭載することが容易である。そのような従来の冷却ガイド手段の第一列目は、好ましくは、スロットノズルから従来のノズルまでの冷却及び支持において円滑な移行を提供するように構成されるべきである。
【００２５】
本発明の各スロットノズルは、好ましくはその上流端及び下流端で、使用済みの冷却液を受容してベルト近傍から吸引によってその冷却液を除去するための排液口（好ましくは、ベルト用の支持面内の横方向の溝）によって境界をなしている。各排液口は、隣接する上流側のノズルのスロットよりも（ベルトの進行方向の）幅が広くされている（通常は少なくとも１０倍の幅）ので、使用済みの冷却液をベルトの背面から急速かつ完全に取り出すことができる。もちろん、各排液口の幅は、熱伝達が冷却液の流速の減少によって中断されたり、十分な支持の欠如によって排液口にまたがるベルトが撓むほどに大きくすべきでない。一般的に排液口は、１．５〜３ｍｍの幅を有するのが好ましい。
【００２６】
本発明のスロットノズルは、鋳造ベルトの冷却を与えるだけでなく、範囲を広げて、ベルトのガイドとしても機能する。つまり、ノズルは、ベルトに物理的な支持を提供し、また、真空又は吸引の手段により、機械的又は熱的な力によって引き起こされるベルトの位置の摂動に対抗してベルトを保持するように機能する。よってベルトは、ノズルの支持面に引っ張られて、上述のような冷却液の流れを許容する平衡状態「離間」（分離）に達する。この保持動作は、装置から冷却液を除去するために装置に作用させた吸引に部分的に起因するが、スロットノズルの表面上を流れる冷却液によって形成されるベルヌーイ効果にも起因する。ノズルは、例えば、スロットの領域内のノズル、又は上流方向と下流方向の支持面端縁部のノズルの支持面を適切な形状にすることによって、この効果を最も発揮するように設計することができる。
【００２７】
本発明の装置は、特に、溶融金属と接する前にベルトの鋳造面に液体ベルトドレッシング（例えば、揮発性オイル）が塗布されるベルト鋳造機で用いるのに適している。しかし、本発明は、この種の液体ベルトドレッシングを使用することなく操作することができる。
【００２８】
本発明は、合金を薄く鋳造するとき或いは凝固範囲の広い合金を鋳造する場合であっても、均一な冷却の欠如によって引き起こされる鋳造製品の内部及び／又は表面の欠陥が形成されるのを阻止することができる。
【００２９】
発明を実施するための最良の形態
添付の図面を参照すると、ベルト鋳造装置１０の１例が簡略化して図１に示されている。この鋳造装置１０は、回転可能で弾性的な可撓性を有する熱伝導性の上側及び下側のエンドレスベルト１１、１２から成る一対の鋳造ベルトを備え、該鋳造ベルトは、矢印方向に長円形状又は環状の通り路を動くように配置され、そして、鋳造ベルトは、鋳造ベルトが互いに対面する領域の横断中に、選択的にいくらか下方に傾斜させて移動させるが、溶融金属の入口１５から凝固したストリップ製品の出口１６まで延びる鋳造鋳型１４を形成している。エンドレスベルト１１、１２は、鋳造鋳型を通過して出口１６から出た後、大きな駆動ローラ１７、１８によって回転駆動され、そして湾曲したガイド構造部１９、２０（以下、ホーバー式ベアリングという）の周囲に沿って通過した後に入口１５に戻る。駆動ローラ１７、１８は、適切な駆動モータ（図示せず）に連結されている。
【００３０】
溶融金属は、例えば１９９７年９月３０日にＳｕｌｚｅｒらに発行された米国特許第５６７１８００号に記載されたような公知のインジェクター２１によって鋳造鋳型１４内に注入される。鋳型１４内の溶融金属がベルトに沿って移動するとき、鋳造ベルトは、金属を凝固させるために連続的に冷却されて、そして、凝固した鋳造ストリップ製品（図示せず）が出口１６から出てくる。この目的のために、鋳造ベルトが鋳型１４を通過するときにその背面を冷却する手段が提供されている。
【００３１】
例えば、米国特許第４１９３４４０号に開示された従来の装置においては、冷却手段は、多数の平坦面状の六角形面を有するのノズル構造体によって構成され、各鋳造ベルトの背面、例えば溶融金属と接触して成形する鋳造面と反対側にある鋳型１４内の各鋳造ベルトの領域の表面を、該ベルトから少し間隔をあけて覆うように配置されている。ノズルの集合体は、鋳型を通過する鋳造ベルトの部分に対して、支持と冷却の両方を提供する。各ノズルは、近接するベルトの背面に対して冷却液（例えば、水や水溶液）を垂直に噴射する少なくとも１つのオリフィスを備えており、そして噴射された冷却液は、ノズルの支持面（平坦面）上を外方に流れる。このようにして、液体冷却液が鋳造ベルトとノズル面の集合体との間を高流速層として維持されるので、支持面は、鋳造ベルトの背面と直接的に接触（金属−金属接触）しないだろう。
【００３２】
冷却装置のノズルユニットは、冷却液を吐出する第一マニホールドとしても機能する基本構造物に搭載することができる。例えば、基本構造物は、ノズルユニットのステム（内端部）を受容する通路を備えた重い鋼製の支持板を含むことができる。通常は、冷却液をノズル面間に設けられた小さい隙間を通してノズル面の集合体から引き抜くために、関連する機構も提供される。ノズルは、基本構造物に弾性的に搭載することができて、キャビティ集合体が利用される鋳造過程で、鋳造鋳型内で鋳造ベルトと金属との接触を促進するようにベルトが制限された運動をするのを可能にしている。
【００３３】
図２の好ましい実施形態に示されるように、本発明において、関連する鋳造ベルト１２の横方向に延びており横長スロット３１を備えた少なくとも１つのノズル３０を介して、少なくとも幾らかの冷却液が導入される。図には２つのノズル３０が示されているが、これは１つだけでもよく、しかし通常は２つないし４つであり、そしてノズル３０は、順々にベルト１２の長手方向（矢印Ａで示される）の横向きに配列され、基本的にはベルトの片側から反対側にまで完全に延びて、ベルトの背面と対面している。スロット３１は、ノズル３０のほぼ平坦な支持面３２に設けられ、そして鋳造鋳型１４の溶融金属の入口１５（図１参照）の直近に配置されているので、スロットを通して導入された冷却液が、鋳造ベルトが鋳造鋳型を通ってベルトの進行方向に移動するときに鋳造ベルト１２の背面と接触する最初の冷却液になる。隣接したノズルの支持面は、冷却液の排液部として機能する隙間３３（図２にはそのような隙間が１つだけ示されている）によって相互に離間されている。
【００３４】
スロット３１は、支持面の中央に位置するのが好ましく、またスロットの全長（ベルトの横方向）にわたって一定の隙間であることが望ましい。一般的に、スロットは、隙間を通る冷却液の流れが横方向に同じ長さで配置された従来の一連の点状吐出口ノズル（例えば六角形状ノズル）よって提供される流れと同等になるように、スロットを十分に狭く設計するのが好ましい。しかし、本発明のスロットは、その隙間を冷却液中に存在する破片粒子のほぼ全てが通過できるように、十分な広幅で形成されており、さもなければ、スロットは、その一部分を固体粒子によって塞がれて、そして鋳造ベルトの横方向で不均一な液体の流れが形成され、それによって鋳造ベルトの横方向で不均一な冷却がなされるであろう。実際、スロットは、通常は０．１２５ｍｍ（０．００５インチ）より大きい幅にするべきで、好ましくは０．１２５〜０．１５ｍｍ（０．００５から０．００６インチ）の範囲の幅にするべきであり、その結果、スロットの断面領域は、従来のノズル列の点状吐出口の列と同等であることに基づいて予想されるものよりも幾分大きくなる。
【００３５】
粒径０．００５インチ以上の粒子が冷却装置内に入るのを防止するために、その冷却液には、冷却装置に入る前に濾過機構（図示せず）が提供されるのが好ましい。この目的を達成するために、適当な種類の従来の濾過機構を用いることができる。また、冷却液の供給及び循環装置内で錆の粒子が形成されるのを防止するために、冷却液中に防錆剤等が用いられるのが好ましい。
【００３６】
各スロット３１から放出することによって冷却液の均一な流れになり、その結果、均一な冷却液のフィルムが鋳造ベルト１２の背面上に形成される。これは、ベルトの横方向で非常に均一かつ一様な冷却に、鋳造鋳型１４から出てきた鋳造ストリップ製品の内部及び表面の不規則性を回避することができるという結果を与える。ベルト進行方向における均一性は、スロット及び排液口の寸法及び間隔によって制御され、また、その均一性は、連続した単調な冷却を（金属スラブの部分的な再加熱を行うことなく）達成することを確実にするのに十分である。
【００３７】
冷却の横方向での高い均一性が（単に好ましいというよりは）不可欠とされる装置の領域は、（ベルト進行方向において）溶融金属が最初に鋳造ベルトと接触して（液体ドレッシングを用いた場合には）液体ドレッシングの揮発が起こる位置から、均一な凝固が鋳造ストリップの表面性状及び内部品質にとってもはや重要ではない位置までの、鋳造鋳型の前方部分に限定されることが判明した。鋳型の前方部分より下流側では、さらに冷却が必要とされるが、この下流領域には従来の冷却を用いることができる。したがって、図２に示すように、スロットノズル３０の直後には、米国特許第４１９３４４０号に開示されているような弾性的に搭載された複数の六角形状ノズル３４によるベルトの支持及び冷却を提供することができて、このノズル３４は、冷却液を噴射する中央開口部３５と、排液用の隙間３６と六角形の支持面３７の下側に排液用の通路（図示せず）とを含む冷却液の取り出しシステムと、を有する。その一方、スロットノズル自体は、金属がほんの部分的に凝固する鋳造鋳型内の入口部分において、弾性的な搭載の必要性が低いという主たる理由により、一般的には鋳造装置に弾性的に搭載されてない（すなわち、剛体的に搭載されている）。
【００３８】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明にかかるスロットノズルの配置についての２枚の概略図であり、図３Ａは上面図で、図３Ｂは対応する縦断面図である。これらの図は、２つの直線状ノズル３０の集合体であり、（図３Ａの矢印Ｃで示された）ノズル支持面を横切る液体の流れのパターンが図示され、ベルトの進行方向に関する方向だけは大きな矢印Ｂで示されている。この集合体は、基本部分４０と挿入体４１とから構成され、これらにより、冷却液がベルト１２の背面１２Ａ（鋳造面１２Ｂの反対側）に接触するように流出する２つのスロット４２（図２のスロット３１に相当する）を形成される。挿入体４１は、冷却液を収集するための排液用の隙間を形成する溝４３（図２の隙間３３に相当する）を含んでいる。
【００３９】
基本部分４０は、下方の冷却液供給チャンバー（全体は図示せず）の上面４４にねじ４５で複数の間隔で取付けられ、ねじの頭部は、基本部分の座ぐり穴に嵌入されている。また、挿入体４１もまた、ねじ４７によって基本部分に取付けられ、ねじの頭部は溝４３の中に包含されている。
【００４０】
各スロット４２のすぐ後ろは、スロットと同じ長さでスロットと平行に伸びるマニホールド４９であり、そして各スロットは、さらに下部に横たわる冷却液供給チャンバー（図示せず）と接続した通路４８を通して定期的に冷却液が供給される。通路４８の間隔とマニホールド４９の寸法は、スロット４２に均一な冷却液圧が与えられるようなものである。
【００４１】
本発明において各スロット４２の長さは、関係するベルトの幅に依存するが、しかし本発明が適用される種類のほとんどのベルト鋳造装置では、その長さは、少なくとも５００ｍｍが好ましく、さらに少なくとも１０００ｍｍがより好ましい。
【００４２】
冷却液供給チャンバーの下には、真空下で操作する冷却液の排液チャンバー（これも図示せず）がある。ノズルの支持面４６から排出される使用済みの冷却液は、排液溝４３とノズル集積体のそばの空間とに集められ、供給チャンバーを通り抜ける通路５０、５１を通して排液チャンバーに運ばれる。
【００４３】
冷却液供給チャンバーと排液チャンバーはどのような適切な設計でもよいが、上記の米国特許４０６１１７７号に記載されているように都合よく設計される。
【００４４】
図３Ａおよび図３Ｂに図示された集合体に関して、ノズル３０の支持面４６の高さおよび隙間４２の幅の精度は、本体４０と挿入体４１の微小な誤差の機械仕上げによって確実にされる。着脱可能な挿入体を用いることは、外さなければ除去できないようなスロットの目詰まりを解消するのに役立つとともに、必要な場合には隙間を変更することができる。
【００４５】
図３Ａおよび図３Ｂは２つの直線ノズルの集合体の一例を示すが、図３の破線５２で示したように、さらなる集合体を隣接して加えることができるのは、図から明らかである。代わりとして、六角形状ノズル３４（図２または米国特許第４１９３４４０号に示したノズル、または他のタイプの冷却液ノズル）は、図３Ａおよび図３Ｂに図示した集合体の（下流側の）近くに配置できる。
【００４６】
図３Ａおよび図３Ｂに示された直線ノズルの実施形態では、スロット４２は、まっすぐでその側面は平行に図示され、またノズルの平坦な支持面４６と鋭い直角につながっている。代わりの実施形態では、スロットの側面は、曲面、収束面および分散面が組み合わされ、上面といくらかの傾斜や曲率でつながっている。便宜上、これらの実施形態のすべては「平坦な表面構造」を有するものとして呼ばれる。
【００４７】
図４の、他の実施形態の縦断面においては、スロット４２は、ノズル３０の支持面内の溝部６０内でそれぞれ終端することを示している。矩形（しかし、それに限定されない）の断面を備えて示された溝部は、ノズルの支持表面に沿って連続してスロット４２の全長にわたって伸びている。溝部の目的は、磨耗を最小にし、ノズル上にベルトが接触することによる損傷のリスクおよびスロット出口の閉塞や、そのほかの付随的な損傷を減少することである。この溝部を備えた構造は、鋳造ベルトとノズルとの間の冷却液の連続移動フィルムが残存していても、鋳造ベルトがノズルから離れて動くのに好都合であることもわかる。これにより、他の構造で可能なことに比べて離間距離の調整能の点でより自由な操作が可能となる。
【００４８】
図５は、さらなる実施形態を示しており、ここでスロット４２は図３と同様に終端しているが、ノズルの支持表面４６は７０に示すように、ノズルの各々の側部で冷却液の排液用間隔４３に隣接した距離の間で下向きに傾斜している。傾斜は図中では誇張して描かれているが、好ましくはノズルの周縁部から水平方向に２．５〜３．５ｍｍ（０．１〜０．１５インチ）ほど内側に延びている。傾斜は、約０．１２５ｍｍほど下側に延びているのが好ましい。この傾斜構造の目的は、詳細は後述されるが、鋳造ベルトとノズル表面との間に延びる隙間を通過する水平方向の冷却液の流れがベルトの安定性を補助する付加的な部分的な真空を形成することによって、状態を形成することである。
【００４９】
図３Ａ及び図３Ｂに記述されたどのようなスロットの変形にも傾斜構造を用いることができ、そして溝部を備えた構造（図４）と傾斜構造とは、同時に用いることもできることに留意すべきである。
【００５０】
１つの直線状ノズルから成る本発明の他の実施形態は、図６Ａ及び図６Ｂに示されている。ノズルの支持面は、図３Ａ及び図３Ｂに図示されているのと同様に平坦な上部構造であるが、どの他形状のスロットやどの表面変形も、等しく用いることができる。ノズル３０は、冷却液供給チャンバー（全ては図示せず）の上面にボルト８１で固定された底部部分８０と、２つの上部部材８２によって形成された上方部分（全ては図示せず）と、で構成されている。２つの上部部材８２と底部部材とは、ボルト８３の挿通によって共結合されている。上部部材は、底部部分と嵌合して必要な高さを得るように、そしてボルト８３によってさらに調整可能な２つの上部部材の近接面の間に隙間８４を提供するように、正確に機械加工される。冷却液は、冷却液供給チャンバーからボルト８１内の通路を通って又は代わりの分離した供給口を通ってノズルへと供給され、そして底部部分８０と上部部材８２とによって形成されスロットの全長にわたって延びるマニホールド８４の中に供給される。ノズルから流出した冷却液は、図３Ａ及び図３Ｂにおけるノズル集合体の端部での場合と同様に通路８５を通って取り除かれる。
【００５１】
３つのノズル構造（上面平坦構造、溝構造、傾斜構造）における荷重−離間距離の代表的な特性曲線を、六角形状ノズルの代表的な特性曲線と比較して図７に示す。特性曲線は、「離間」として参照されるノズルと鋳造ベルトとの間の最小隙間の厚み（水のフィルム）に対する鋳造ベルトへの荷重をプロットしたものである。鋳造ベルトにかかる支配的な荷重は、通常は冷却液排液チャンバー内の真空によって生じるものであり、鋳造ベルトをノズルに対して押しつけて通常の離間距離または「操作中の離間距離」とするのに役立つ傾向がある。鋳造ベルトを通る熱の勾配に起因する曲げや、あるいはホーバー式ベアリング（又は他のガイド機構）から出た鋳造ベルトの曲げのような、他の荷重源からの荷重が鋳造ベルトに作用して、この操作点から真空方向の荷重により離間距離を小さくしたり、または真空に対抗する荷重により離間距離を大きくしたりして、鋳造ベルトを動揺させようとする。これらの離間距離の変動対する鋳造ベルトの抵抗は、操作点における荷重−離間距離曲線の傾きによって示され、ここで、傾きが増加することは、動揺する力を付与したときに生じる離間距離の変化量が小さくなることを意味する。傾きが急であることは、鋳造ベルトの位置と熱の伝達を安定化する冷却液の流れとを安定にするのに役立つので、ノズルにとって非常に望ましい特性である。
【００５２】
真空に対抗する方向の動揺力が非常に大きくなると、荷重−離間距離の関係に重要な特性が付加される。第一は、鋳造ベルトをノズルから引き離そうとするのに対して可能な限り大きな抵抗性を有することである。この特性は、鋳造ベルトとノズル表面との間に生じるベルヌーイ効果によって真空荷重が増大されると、高めることができる。第２は、完全に充填された移動冷却液の隙間が破壊する前で、冷却がさらに表面に衝突する射出流に独特なものになる前では、冷却液フィルムを可能な限り大きい離間距離に保つことができる能力である。
【００５３】
真空を増加させる動揺力は、離間距離を減少させる傾向があり、その力が大きくなりすぎると、鋳造ベルトをノズル上に接触させて冷却液の流れを遮断することが起こりうる。このような状況は、弾性ノズルの使用によって制限することができる。
【００５４】
図７では、（米国特許第４１９３４４０号に記載された）六角形状ノズルの荷重−離間距離の特性が曲線９０で示され、上部平坦構造（図３Ａ、図３Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂ）の特性が曲線９１で、溝構造（図４）の特性が曲線９２で、そして傾斜構造（図５）の特性が曲線９３で示される。これらの曲線から、鋳造ベルト位置の動揺に対する抵抗性を表す操作点での曲線の傾きは、傾斜構造が最も大きく、六角形状ノズル、次が上部平坦構造の順で小さくなり、溝構造が最も小さいことが分かる。しかし、これらの曲線は、大きな離間距離と高い冷却能の維持に対する許容度が、溝構造、上部平坦構造及び傾斜構造の順で上記とは逆になっていることも示している。六角形状ノズルは、この順序の逆転には完全に従わず、上部平坦構造と同様の許容度を有している。したがって、
直線状ノズルでは、製造での妥協点があり、より高い冷却速度を可能になる最高のベルト安定性を有する設計の方向に傾いているのが好ましい。
【００５５】
図８は、ベルト−冷却液間の熱伝達効率（ＨＴＣ）の相対変化について、図４に示したタイプの直線状ノズルと（米国特許第４１９３４４０号に記載された）従来の六角形状ノズルとを、冷却液出口上のノズル中央部、ノズル表面の排液口端縁、そしてそれらの間のほぼ中間点の３箇所で比較したものを示している。この図は、従来の六角形状ノズルの冷却液の噴射点から除去点までのＨＴＣ変化は、本発明の直線状（スロット）ノズルのＨＣＴ変化よりも実質的に大きいことを示している。したがって、たとえ直線状ノズルが六角形状ノズルと類似の荷重−離間距離特性を示したとしても、ＨＴＣの変化が小さいことによって直線状ノズルは、全体として優れた性能を有する。よって、溝部を有するノズル（図４）は、大きな隙間又は離間距離を保持しなくてはならない場合、例えばホーバー式ベアリング上における鋳造ベルトのたわみの直近などでは有利であるが、全ての効果を考慮すると、傾斜端縁を有する直線状ノズルは、一般に全体性能が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が利用される双ベルト鋳造装置を、結合された駆動手段及び支持手段を省略して簡略化した概略側面図である。
【図２】図１に図示される種類の装置の下側ベルトの支持面の部分上面図であって、本発明の一形態による冷却ガイド装置と従来の冷却手段と下側ベルトの一部とを示している。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、本発明にかかるスロットノズルの実施形態の部分平面図及び垂直断面図であり、これらの図は相互に位置合わせされており、また図３Ｂは図３ＡのＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかるスロットノズルについての縦断面図である。
【図５】本発明の図４で図示した他の実施形態にかかるスロットノズルについての縦断面図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは本発明にかかる別のノズル設計図を示すベルト鋳造機の一部の部分平面図及び垂直断面図であり、これらの図は相互に位置合わせされており、また図６Ｂは図６ＡのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図７】本発明にかかる装置と比較のための従来装置とにおける、ベルト離間距離に対するベルト荷重の関係を示すグラフである。
【図８】本発明にかかるノズルと比較のための従来装置とにおける熱伝達係数の変化を示すグラフである。

Claims (48)

1. 一対の回転可能に支持されたエンドレスベルトと、
   ベルトのほぼ平坦な部分が対面している可動鋳造面の間に形成された鋳造鋳型であって、上記平坦な部分が鋳造面の反対側に背面を有しており、上記鋳造鋳型が一端に溶融金属の入口と他端に凝固したシート状の製品の出口とを有する当該鋳造鋳型と、
   冷却ガイド装置が、鋳造鋳型の入口からその鋳造鋳型内に溶融金属を注入する鋳造インジェクターと、を含む双ベルト鋳造機の鋳造ベルトのためのベルト冷却ガイド装置であって、
   鋳造ベルトの背面に対面した支持面を有する少なくとも１つの横長ノズルと、ベルトの背面側にベルトの横方向から見たとき均一な厚さと流速の連続フィルムの形態で冷却液を吐出するために鋳造ベルトをほぼ完全に横切って横方向に配置された支持面の連続スロットと、連続スロットから離れた位置で冷却液を除去するための排液口と、排液口を吸引するために排液口と協働する真空システムと、から成る冷却ガイド装置。
2. 鋳造装置を通るベルトの進行方向に向かって見た上記少なくとも１つのノズルのうち第一のノズルが、鋳造鋳型の入口の直近に配置されている請求項１記載の冷却ガイド装置。
3. 排液口が、鋳造ベルトをほぼ完全に横切るように配置された支持面内の横長の隙間である請求項１記載の冷却ガイド装置。
4. スロットが、その全長にわたって一定の幅である請求項１記載の冷却ガイド装置。
5. スロットが、鋳造ベルトの進行方向において約０．１２５ｍｍより大きい幅を有する請求項１記載の冷却ガイド装置。
6. スロットが、鋳造ベルトの進行方向において０．１２５〜０．１５ｍｍの範囲の幅を有する請求項１記載の冷却ガイド装置。
7. 冷却液がスロットを通過する前に、冷却液から粒子を濾過するためのフィルターを備えた請求項１記載の冷却ガイド装置。
8. ノズルが、スロットの全長にほぼわたってスロットに連通する横長のチャンバーと、該チャンバーに冷却液を供給する少なくとも１つの通路と、を含む請求項１記載の冷却ガイド装置。
9. 鋳造ベルトをほぼ完全に横切るように配置された横長の連続スロットを有する支持面を備えて、ベルトの背面にさらに冷却液を吐出するための少なくとも１つの付加的な横長ノズルを含む請求項１記載の冷却ガイド装置。
10. 鋳造装置を通るベルトの進行方向に順々に配列された１つないし３つの上記付加的な横長ノズルを有する請求項９記載の冷却ガイド装置。
11. ノズルが鋳造鋳型の溶融金属の入口の直近のベルトの背面に設けられている請求項１記載の冷却ガイド装置。
12. 支持面が、鋳造ベルトの１つをほぼ完全に横切るように設けられた連続した横長の溝部を含み、該溝部が、スロットよりも広幅であって、スロットが、溝部内で終端する外端を有する請求項１記載の冷却ガイド装置。
13. 支持面が平坦である請求項１記載の冷却ガイド装置。
14. 支持面が、ノズルの外縁においてベルトの背面から離れるように傾斜されている請求項１記載の冷却ガイド装置。
15. 傾斜が、上記ノズルの外縁からスロットに向かって２．５〜３．５ｍｍの距離だけ内側に延びている請求項１４記載の冷却ガイド装置。
16. ノズルが、ベルトの背面に隣接して剛体的に搭載されている請求項１記載の冷却ガイド装置。
17. 点状冷却ノズルの配列が、スロットを備えた上記ノズルの下流側に設けられている請求項１記載の冷却ガイド装置。
18. 一対の回転可能に支持されたエンドレスベルトと、
    ベルトのほぼ平坦な部分が対面している可動鋳造面の間に形成された鋳造鋳型であって、上記平坦な部分が鋳造面の反対側に背面を有しており、上記鋳造鋳型が一端に溶融金属の入口と他端に凝固したシート状の製品の出口とを有する鋳造鋳型と、
    鋳造鋳型の入口からその鋳造鋳型内に溶融金属を注入する鋳造インジェクターと、を含む双ベルト鋳造機であって、
    該鋳造機が鋳造ベルトの少なくとも１つのための冷却ガイド装置を含み、
    該冷却ガイド装置が、１つの鋳造ベルトの背面と連結する支持面を備えた少なくとも１つの横長ノズルであってベルトの背面側にベルトの横方向において均一な厚さと流速の連続フィルムの形態で冷却液を吐出するために鋳造ベルトをほぼ完全に横切って横方向に配置された支持面の連続スロットを有する当該ノズルと、連続スロットから離れた位置で冷却液を除去するための排液口と、排液口を吸引するために排液口と協働する真空システムと、を備えている双ベルト鋳造機。
19. 鋳造装置を通るベルトの進行方向に向かって見た上記少なくとも１つのノズルのうち第一のノズルが、鋳造鋳型の入口の直近に配置されている請求項１８記載の双ベルト鋳造機。
20. 排液口が、鋳造ベルトをほぼ完全に横切るように配置された支持面内の横長の隙間である請求項１８記載の双ベルト鋳造機。
21. スロットが、その全長にわたって一定の幅である請求項１８記載の双ベルト鋳造機。
22. スロットが、鋳造ベルトの進行方向において約０．１２５ｍｍより大きい幅を有する請求項１８記載の双ベルト鋳造機。
23. スロットが、鋳造ベルトの進行方向において０．１２５〜０．１５ｍｍの範囲の幅を有する請求項１８記載の双ベルト鋳造機。
24. 冷却液がスロットを通過する前に、冷却液から粒子を濾過するためのフィルターを備えた請求項１８記載の双ベルト鋳造機。
25. ノズルが、スロットの全長にほぼわたってスロットと連通する横長のチャンバーと、該チャンバーに冷却液を供給する少なくとも１つの通路と、を含む請求項１８記載の双ベルト鋳造機。
26. 鋳造ベルトをほぼ完全に横切るように配置された横長の連続スロットを有する支持面を備えて、ベルトの背面にさらに冷却液を吐出するための少なくとも１つの付加的な横長ノズルを含む請求項１８記載の双ベルト鋳造機。
27. 鋳造装置を通ってベルトの進行方向に順々に配列された１つないし３つの上記付加的な横長ノズルを有する請求項２６記載の双ベルト鋳造機。
28. ノズルが鋳造鋳型の溶融金属の入口の直近のベルトの背面に設けられている請求項１８記載の双ベルト鋳造機。
29. 支持面が、鋳造ベルトの１つをほぼ完全に横切るように設けられた連続した横長の溝部を含み、該溝部がスロットよりも広幅であって、スロットが、溝部で終端する外端を有する請求項１８記載の双ベルト鋳造機。
30. 支持面が平坦である請求項１８記載の双ベルト鋳造機。
31. 支持面が、ノズルの外縁においてベルトの背面から離れるように傾斜されている請求項１８記載の双ベルト鋳造機。
32. 傾斜が、上記ノズルの外縁からスロットに向かって２．５〜３．５ｍｍの距離だけ内側に延びている請求項３１記載の双ベルト鋳造機。
33. ノズルが、ベルトの背面に隣接して剛体的に搭載されている請求項１８記載の双ベルト鋳造機。
34. 点状冷却ノズルの配列が、スロットを備えたノズルの下流側に設けられている請求項１８記載の双ベルト鋳造機。
35. ベルト冷却ガイド装置のためのノズルであって、
    鋳造ベルトの背面を支持するための支持面で、ベルトの幅に対応する長さを有する当該支持面と、
    ベルトの背面側にベルトの横方向から見たとき均一な厚さと流速の連続フィルムの形態で冷却液を吐出するために鋳造ベルトをほぼ完全に横切って横方向に配置された支持面内の連続スロットと、
    連続スロットから離れた位置で冷却液を除去するための排液口と、
    を含むノズル。
36. 排液口が、鋳造ベルトをほぼ完全に横切るように配置された支持面内の横長の隙間である請求項３５記載のノズル。
37. スロットが、その全長にわたって一定の幅である請求項３５記載のノズル。
38. スロットが、鋳造ベルトの進行方向において約０．１２５ｍｍより大きい幅を有する請求項３５記載のノズル。
39. スロットが、鋳造ベルトの進行方向において０．１２５〜０．１５ｍｍの範囲の幅を有する請求項３５記載のノズル。
40. ノズルが、スロットの全長にほぼわたってスロットと連通する横長のチャンバーと、該チャンバーに冷却液を供給する少なくとも１つの通路と、を含む請求項３５記載のノズル。
41. ベルトの背面にさらに冷却液を吐出するための横長の連続スロットを有する少なくとも１つの付加的な支持面を含む請求項３５記載のノズル。
42. 支持面が、鋳造ベルトの１つをほぼ完全に横切るように設けられた連続した横長の溝部を含み、該溝部がスロットよりも広幅であって、スロットが溝部で終端する外端を有する請求項３５記載のノズル。
43. 支持面が平坦である請求項３５記載のノズル。
44. 支持面が、ノズルの外縁においてベルトの背面から離れるように傾斜されている請求項３５記載のノズル。
45. 傾斜が、上記ノズルの外縁からスロットに向かって２．５〜３．５ｍｍの距離だけ内側に延びている請求項４４記載のノズル。
46. 金属鋳造に用いる双ベルト鋳造機の鋳造ベルトを冷却する方法であって、
    鋳造ベルトが支持面上の鋳造鋳型を通過するときに鋳造ベルトの背面に冷却液を供給することと、供給後に冷却液を背面の近傍から除去することと、を含み、
    鋳造ベルトが最初に鋳造鋳型に入る領域において、ベルトが、支持面に対して所望の位置に維持され、冷却液が、ベルトの横方向から見たとき均一な厚さと流速とを有する連続フィルムの形態で提供される冷却方法。
47. 冷却液が、ベルトを完全に横切って延びる連続スロットを通して供給され、冷却液が、スロットから離れた位置でベルトの横方向に配置された横長の排液口を通して真空を作用させることにより背面の近傍から除去される請求項４６記載の冷却方法。
48. 液体ベルトドレッシングが、鋳型に入る前にベルトの鋳造面に塗布される請求項４６又は４７記載の冷却方法。

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