JP2011062708A - 双ロール式溶湯圧延用鋳造ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】鋳造ノズル先端で一部凝固しても鋳造トラブルを引き起こすことなく、安定して溶湯圧延することを可能とする双ロール式溶湯圧延用鋳造ノズルを提供すること。
【解決手段】アルミニウムまたはマグネシウムの溶湯３を一対の回転ロール２間に供給し、回転ロール２間で溶湯３を凝固させて鋳造板３０を連続的に鋳造する双ロール式溶湯圧延において、回転ロール２間に溶湯３を供給するための鋳造ノズル１である。鋳造ノズル１の内面１５は、溶湯３と同種の材料よりなる鋳造板との静止摩擦係数が、０．３以下である。鋳造ノズル１の内面には、黒鉛、ＢＮ、ＣａＣＯ₃、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ₂の１種あるいは２種以上よりなるコーティング剤を塗布してあることが好ましい。溶湯３は、２０００系、３０００系、５０００系、７０００系のいずれかのアルミニウム合金であることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、双ロール式溶湯圧延において溶湯を供給するための鋳造ノズルに関する。

アルミニウム板（「アルミニウム」とはアルミニウムまたはアルミニウム合金を総称する）またはマグネシウム板（「マグネシウム」とはマグネシウムまたはマグネシウム合金を総称する）を製造する方法として、双ロール式溶湯圧延法がある。双ロール式溶湯圧延法は、内部が冷却された一対の鋳造用ロールを配置し、そのロール間に所望の金属の溶湯を供給しながらロールを回転させ、ロール間から板状の鋳塊を連続的に鋳造する方法である。一対のロール間に溶湯を導くために、ロール間の上流側には、ロール間に向かって開口する鋳造ノズルが配設されている（特許文献１）。

後述する図１、図２にも示すごとく、鋳造ノズルは、ロールセンターに近い位置で開口するように、先端部の厚みを極力薄くしてある。そのため、鋳造ノズル先端部の内部の溶湯流路も狭く、溶湯が凝固して詰まりやすい。
特に、ノズル内面と溶湯とが濡れやすいと、ノズルからの冷却を強く受けて凝固しやすくなる。そのため、鋳造ノズルには、保温性の高い耐火物を使用するとともに、溶湯との接触面に例えばＢＮを塗布することが提案されている（特許文献２、特許文献３）。
また、内面の粗さを制限して濡れを防止する方法も提案されている（特許文献４）。

特開２００４−１９５５３０公報 実開平７−３３４４４公報 特開２００８−１６１８７５公報 特開平１０−２２５７５０公報

従来、鋳造ノズル内の凝固防止方法としては、上記のように保温性の高い材料と、濡れ性を阻害するコーティングなどの方法がとられてきた。
一方、近年では鋳造の生産性を高めるためや、鋳造後の圧延工程での負荷を軽減するため、薄肉材への要求が強くなり、ノズル先端の開口をさらに小さくする必要がでてきた。

また、溶湯圧延を行う対象としては、アルミニウムの場合には、従来は純Ａｌや３００３を中心とした凝固温度範囲の狭い合金が多かった。しかし、最近では３０００系に種々の元素が添加された合金や５０００系など凝固温度範囲の広い合金を鋳造する必要もでてきた。

このような背景のもと、上記の従来方法では、ノズル先端内部での溶湯の凝固詰まりを十分に防止することができなくなってきた。そして、例えば、上記の凝固温度範囲の広い合金を鋳造する場合には、ノズル先端部近傍で溶湯の一部が凝固して固液共存層を形成し、その固液共存層とノズル内面との接触によって内面のコーティング層が剥離したり、さらにはコーティング層が剥離して濡れやすくなった部分からさらに凝固が進行してノズル先端を破損させるという問題がでてきた。

この問題を解決するには、鋳造ノズルに供給される溶湯の温度を高くする、鋳造ロールからの抜熱を少なくするなどの鋳造条件面での方法もあるが、要求される品質を満足するには条件面での対策をとれないことも多い。また、溶湯温度の高温化やロール抜熱の減少は特に凝固温度範囲の広い合金ではロール出側からの湯漏れもしくは不完全な凝固の問題を引き起こすこともある。
以上のような問題は、アルミニウム板の場合だけに限らず、マグネシウム板を双ロール式溶湯圧延機法により製造する場合にも起こりうる。

本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、鋳造ノズル先端で一部凝固しても鋳造トラブルを引き起こすことなく、安定して溶湯圧延することを可能とする双ロール式溶湯圧延用鋳造ノズルを提供しようとするものである。

本発明は、アルミニウムまたはマグネシウムの溶湯を一対の回転ロール間に供給し、該回転ロール間で上記溶湯を凝固させて鋳造板を連続的に鋳造する双ロール式溶湯圧延において、上記回転ロール間に上記溶湯を供給するための鋳造ノズルであって、
該鋳造ノズルの内面は、上記溶湯と同種の材料よりなる鋳造板との静止摩擦係数が、０．３以下であることを特徴とする双ロール式溶湯圧延用鋳造ノズルにある（請求項１）。

本発明において注目すべき点は、上記のごとく、双ロール式溶湯圧延用の鋳造ノズルの内面と、鋳造板との静止摩擦係数に着目し、その値を０．３以下に制限した点にある。
すなわち、鋳造ノズル内部の溶湯流路において溶湯の固液共存層が形成された場合には、その固液共存層が鋳造ノズル内面に接触する。このときの両者の間の摩擦係数を一定の範囲にすることによって、ノズル先端破損等の問題を効果的に回避することが可能となる。

摩擦係数については、実際のノズル内面と固液共存層との間の摩擦の条件を設定することが本来有効なものである。しかし、固液共存層を対象とすることは現実的には困難である。本発明では、種々の検討の結果、上記のごとく、上記鋳造板で代替させることが可能であることを見出した。

摩擦係数を定めるための鋳造板としては、実際に処理する溶湯と全く同じ材質の鋳造板が最も好ましいが、上記「同種の材料」とは、厳密に全く同じ成分でない場合を含む概念である。具体的には、アルミニウムが製造対象の場合には、摩擦係数測定用の鋳造板は、いわゆるアルミニウム（アルミニウムまたはアルミニウム合金）であれば許容され、マグネシウムが製造対象の場合には、摩擦係数測定用の鋳造板は、いわゆるマグネシウム（マグネシウムまたはマグネシウム合金）であれば許容される。好ましくは、同じ材質系の範囲内で選択するのがよい。例えば、アルミニウムの場合には、２０００系アルミニウム合金の溶湯を鋳造する鋳造ノズルに対しては、摩擦係数測定用の鋳造板は、同じ材質でなくても２０００系に属する材質のアルミニウム合金の鋳造板を用いることがより好ましい。

そして、本発明では、鋳造ノズル内面と上記鋳造板との間の静止摩擦係数を０．３以下とする。これにより、鋳造ノズル先端で溶湯の一部が凝固しても、コーティング層を設けてある場合でもこれが剥離することがなく、ノズル内凝固に伴う問題が発生しない。また、ノズル内凝固を気にすることなく、適正な条件での溶湯圧延が可能となる。

上記鋳造ノズルの内面の滑り性を良好にして静止摩擦係数を低くすればするほどノズル内凝固に伴う問題は発生しにくくなる。一方、必要以上に鋳造ノズル内面の滑り性を良好とすることはコストアップを引き起こし好ましくない。この点を考慮し、本発明では、上記静止摩擦係数は、０．３を上限とし、これ以下とする。

実施例１における、鋳造ノズルの配置状態を示す説明図。 実施例１における、鋳造ノズルの先端部の構造を示す拡大説明図。 実施例１における、鋳造ノズルの先端部の別例の構造を示す説明図。

本発明において、上記鋳造ノズルの内面には、黒鉛、ＢＮ、ＣａＣＯ₃、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ₂の１種あるいは２種以上よりなるコーティング剤を塗布してあることが好ましい（請求項２）。
上記静止摩擦係数を０．３以下にするためには、鋳造ノズルの材質そのものによって工夫することも可能であるが、鋳造ノズルの内面に滑り性が良好、かつ耐熱性の良好な材質を塗布する方が好ましい。この場合には、鋳造ノズルの材質は特に問われないため、例えば、ケイ酸カルシウム系などの耐火物系であれば問題ない。

鋳造ノズルの内面に塗布するコーティング剤の種類としては、上述したごとく、ＢＮ、ＣａＣＯ₃、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ₂が好ましい。これらは、１種だけでもよいし、２種以上を用いてもかまわない。
ただし、コーティング剤を塗布したら乾燥させ、１０００メッシュ以上の研磨紙などで研磨後摩擦力を測定し、静止摩擦係数が０．３以下となるように、積極的に面性状を調整することが必要である。

また、上記溶湯は、２０００系、３０００系、５０００系、７０００系のいずれかのアルミニウム合金である場合に、特に本発明が有効である（請求項３）。３０００系、５０００系アルミニウム合金としては、例えば、３００４、３００９、５０５２、５０５６、５０８２、５０８３などを挙げることができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる双ロール式溶湯圧延用鋳造ノズルにつき、図１、図２を用いて説明する。
本例の双ロール式溶湯圧延用鋳造ノズル１は、図１に示すごとく、アルミニウムの溶湯３を一対の回転ロール２間に供給し、該回転ロール２間で上記溶湯３を凝固させて鋳造板４を連続的に鋳造するための双ロール式溶湯圧延機１００において、回転ロール２間に上記溶湯３を供給するための鋳造ノズルである。
そして、本例の鋳造ノズル１の内面 は、溶湯３と同種の材料よりなる鋳造板との静止摩擦係数が、０．３以下である。
以下、これを詳説する。

図１に示すごとく、鋳造ノズル１は、本体部分１０の外形状が、先端に近づくにつれて薄くなる断面楔状の形状を有する。鋳造ノズル１の内部には、その後端から先端に貫通する溶湯流路１５０が形成されている。鋳造ノズル１の後端には、その上流側の溶湯供給路１９が接続され、そこを流れてきた溶湯３が鋳造ノズル１の後端から溶湯流路１５０に流入するように構成されている。

また、溶湯流路１５０は、鋳造ノズル１の先端近傍における幅寸法Ｄが５ｍｍに設定されている。なお、同図の紙面を貫通する方向の鋳造ノズル１の幅寸法は約３００ｍｍである。

そして、本例では、本発明の実施例として、上記鋳造ノズル１の内面１５の摩擦係数を本発明の範囲に調整したノズルＡと、摩擦係数が本発明の範囲から外れたノズルＢ及びノズルＣを準備して、実際に双ロール式溶湯圧延に使用し、その性能を評価した。

＜ノズルＡ＞
ノズルＡは、鋳造ノズル１の本体部分１０を、ケイ酸カルシウムを主成分とする耐火材料で製作した。そして、図１、図２に示すごとく、鋳造ノズル１の内面１５は、その全長全面に、水で溶いたＢＮを塗布して乾燥させ、コーティング層１４を形成し、１０００メッシュの耐水研磨紙で１回目の研磨を行った。そして、別途準備したＪＩＳ２０１４よりなる鋳造板との静止摩擦係数μを測定した。また、表面粗さＲａも測定した。

静止摩擦係数μは、上記鋳造板を、ノズルＡの内面１５の平坦部に載せ、同ノズルを傾斜させた際にアルミ板が滑り出す角度で評価した。
例えば、滑り出し角度をθとすると、静止摩擦係数μは、式（１）により求めることができる。
μ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ ・・・式（１）

上記１回目の研磨後に測定した静止摩擦係数μは０．３２であり、表面粗さＲａは２.０μｍであった。そのため、再度、上記と同様にＢＮ塗布（コーティング層１４の形成）、乾燥、研磨をもう１回行った。そして、再度上記鋳造板との静止摩擦係数μ及び表面粗さＲａを測定した。その結果、静止摩擦係数μは０．２５、表面粗さＲａは１.５μｍであった。この状態を、ノズルＡの内面１５の最終的な面性状とした。

＜ノズルＢ＞
ノズルＢは、上記ノズルＡと同様に、ＢＮ塗布、乾燥を１回だけ行ってコーティング層１４を形成し、研磨を行わないで内面１５を仕上げた。ノズルＢの内面１５は、上記と同様の測定方法による静止摩擦係数μが０．３５であった。

＜ノズルＣ＞
ノズルＣは、ＢＮの塗布は行わず、上記耐火材料よりなる本体部１０を露出させた状態で、研磨だけを行った。ケイ酸カルシウムを主成分とする材料で製作した。ノズルＣの内面１５は、上記と同様の測定方法による静止摩擦係数μが０．３７であった。

＜溶湯圧延＞
図１、図２に示すごとく、双ロール式溶湯圧延機１００における直径４８５ｍｍの回転ロール２間の上流に順次上記ノズルＡ〜Ｃを配置し、実際に溶湯圧延を行った。溶湯３の材質は、ＪＩＳ２０１４とした。鋳造条件は、溶湯温度７００℃、回転ロール２のギャップＧは３ｍｍ、回転ロール２の周速度は１．５ｍ／分を基本条件とした。この条件の場合には、図１、図２に示すごとく、鋳造ノズル１内において溶湯の一部が凝固した固液共存層３０の形成が開始される。

上記基本条件での溶湯圧延の結果、ノズルＡを用いた場合は問題なく鋳造できたが、他の溶湯圧延ではノズル内凝固でノズルが破損した。
さらに、ノズルＢを用いた溶湯圧延でノズル内凝固を避けるために溶湯温度の高温化と溶湯圧延速度を増加したところ、凝固が不完全となって湯漏れが生じた。

以上の結果から、上記静止摩擦係数μを制御することが、鋳造ノズルのトラブル抑制に有効であることがわかった。

なお、本例では、図１、図２に示すごとく、コーティング層１４を設ける例として、鋳造ノズル１の内面１５の全長全面に設ける例を示した。これは、コーティング層１４を設ける場合に、内面１５の一部だけを選択して設けるよりも全長全面に設ける方が比較的容易であるためである。だたし、コーティング層１４を設ける範囲としては、溶湯が固液共存状態となった溶湯と接する領域であるノズル先端近傍のみでよい。そのため、例えば、図３に示すごとく、コーティング層１４を設ける場合に、鋳造ノズル１の先端部近傍のみに設けてもよい。この際、溶湯の固液共存状態の領域を確実にカバーするために、コーティング層１４を設ける長手方向の寸法Ｌは、鋳造ノズル１の先端近傍における幅寸法Ｄよりも大きいことが好ましい。

１ 双ロール式溶湯圧延用鋳造ノズル
１５ 内面
３ 溶湯
３０ 固液共存層
４ 鋳造板

Claims (3)

1. アルミニウムまたはマグネシウムの溶湯を一対の回転ロール間に供給し、該回転ロール間で上記溶湯を凝固させて鋳造板を連続的に鋳造する双ロール式溶湯圧延において、上記回転ロール間に上記溶湯を供給するための鋳造ノズルであって、
   該鋳造ノズルの内面は、上記溶湯と同種の材料よりなる鋳造板との静止摩擦係数が、０．３以下であることを特徴とする双ロール式溶湯圧延用鋳造ノズル。
2. 請求項１において、上記鋳造ノズルの内面には、黒鉛、ＢＮ、ＣａＣＯ₃、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ₂の１種あるいは２種以上よりなるコーティング剤を塗布してあることを特徴とする双ロール式溶湯圧延用鋳造ノズル。
3. 請求項１または２において、上記溶湯は、２０００系、３０００系、５０００系、７０００系のいずれかのアルミニウム合金であることを特徴とする双ロール式溶湯圧延用鋳造ノズル。

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