JP2017144470A - 鋳造装置および鋳造方法並びにそれに用いられる金属板表面平滑化具 - Google Patents

Abstract

【課題】表面性状に優れた金属板を鋳造することができる鋳造装置および鋳造方法並びにそれらに用いられる金属板表面平滑化具を提供する。【解決手段】金属の溶湯を冷却して金属板を鋳造する金属板の鋳造装置は、金属の溶湯を移動させながら冷却する移動式の底壁と、底壁の側方を仕切る一対の側壁と、底壁と側壁によって囲まれる湯だまりに金属の溶湯を供給する溶湯供給部と、溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも上流側に設けられた後堰部材と、後堰部材における底壁側の端部から溶湯の移動方向に設置され、湯だまりの幅方向にわたって延び、湯だまり内の溶湯の高さよりも低い高さを有する、表面平滑化具としての浸漬部材と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、鋳造装置および鋳造方法並びにそれに用いられる金属板表面平滑化具に関し、特に、表面性状に優れた金属板を鋳造可能な鋳造装置および鋳造方法並びにそれに用いられる金属板表面平滑化具に関する。

従来より、金属の溶湯を冷却して厚さが５ｍｍ〜３０ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ以上の金属厚板を鋳造する金属板の鋳造装置が知られている（特許文献１）。特許文献１の鋳造装置は、冷却能を有する底板と、底板の上方に設けられた回転ロールと、回転ロールの押圧により変形可能な側壁とで囲まれる湯だまり内に、金属の溶湯を注湯する。注湯された金属が完全に凝固する前に、回転ロールによって底板に向かう方向に金属の表面を側壁と共に圧下した状態で、冷却する。このような方法により、金属の溶湯を上下方向から均等に冷却して凝固させることができ、厚みの厚いものであっても、回転ロールの当たる面（上面）の表面性状に優れた金属板を鋳造している。

特開２０１４−１８０６７３号公報

しかしながら、上記製造装置を用いた鋳造方法においては、材料によっては，特に金属板の下面にリップルマーク等が生じることから、より表面性状に優れた金属板を鋳造可能な技術の開発が求められている。厚板鋳造の場合、内部まで冷却し凝固させるために、冷却能の高い底板を使い、移動速度は遅いほうが良いが、その分リップルマークが生じやすくなる。リップルマークは圧延時に亀裂の端緒となり、圧延後もその痕が残ってしまう（成分の偏在）問題がある。その為、表面切削を行うが、材料の歩留りが低下する問題があった。

従って、本発明の目的は、下面の表面性状に優れた金属板、更には両面の表面性状に優れた金属厚板を鋳造可能な鋳造装置および鋳造方法並びにそれに用いられる金属板表面平滑化具を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の一態様によれば、金属の溶湯を冷却して金属板を鋳造する金属板の鋳造装置であって、金属の溶湯を移動させながら冷却する移動式の底壁と、底壁の側方を仕切る一対の側壁と、底壁と側壁によって囲まれる湯だまりに金属の溶湯を供給する溶湯供給部と、溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも上流側に設けられた後堰部材と、後堰部材における底壁側の端部から溶湯の移動方向に設置され、湯だまりの幅方向にわたって延び、湯だまり内の溶湯の高さよりも低い高さを有する、表面平滑化具としての浸漬部材と、を備える、金属板の鋳造装置を提供する。このような鋳造装置によれば、特に金属板の表面を平滑化する表面平滑化具としての浸漬部材を設けることで、下面の表面性状に優れた金属厚板を鋳造することができる。特にリップルマークの生じやすい金属であっても、リップルマークの発生を効果的に抑制することができる。ここで金属厚板とは、厚さが５〜３０ｍｍ、特に１０ｍｍ以上の金属又は合金製の板材をいう。

前記鋳造装置は更に、溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも下流側において、湯だまり内の溶湯に上方から接触して溶湯を冷却する回転ロールを備えていても良い。このような構成により、溶湯を上下方向から冷却して凝固させることで、厚みの厚いものであっても、回転ロールの当たる面（上面）の表面性状も優れた金属厚板を鋳造できる。

本発明の別の一態様によれば、金属の溶湯を移動させながら冷却する移動式の底壁と、底壁の側方を仕切る一対の側壁と、底壁と側壁によって囲まれる湯だまりに金属の溶湯を供給する溶湯供給部と、溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも上流側に設けられた後堰部材と、後堰部材における底壁側の端部から溶湯の移動方向に設置され、湯だまりの幅方向にわたって延び、湯だまり内の溶湯の高さよりも低い高さを有する、表面平滑化具としての浸漬部材と、を備える金属板の鋳造装置を用いて金属の溶湯を冷却して金属板を鋳造する金属板の鋳造方法であって、移動式の底壁と、底壁の側方を仕切る一対の側壁とによって囲まれる湯だまりに、金属の溶湯を供給するステップと、底壁を移動させることで金属の溶湯を移動させながら冷却するステップと、を含む、金属板の鋳造方法を提供する。このような鋳造方法によれば、特に金属板の表面を平滑化する表面平滑化具としての浸漬部材を設けることで、下面の表面性状に優れた金属厚板を製造することができる。特にリップルマークの生じやすい金属であっても、リップルマークの発生を効果的に抑制することができる。ここで金属厚板とは、厚さが５〜３０ｍｍ、特に１０ｍｍ以上の金属又は合金製の板材をいう。

本発明の別の一態様によれば、金属の溶湯を移動させながら冷却する移動式の底壁と、底壁の側方を仕切る一対の側壁と、底壁と側壁によって囲まれる湯だまりに金属の溶湯を供給する溶湯供給部と、溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも上流側に設けられた後堰部材と、後堰部材における底壁側の端部から溶湯の移動方向に設置され、湯だまりの幅方向にわたって延び、湯だまり内の溶湯の高さよりも低い高さを有する、表面平滑化具としての浸漬部材と、溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも下流側において、湯だまり内の溶湯に上方から接触して溶湯を冷却する回転ロールと、を有する金属板の鋳造装置を用いて金属の溶湯を冷却して金属板を鋳造する金属板の鋳造方法であって、移動式の底壁と、底壁の側方を仕切る一対の側壁とによって囲まれる湯だまりに、金属の溶湯を供給するステップと、底壁を移動させることで金属の溶湯を移動させながら冷却するステップと、湯だまりへの溶湯の供給位置よりも下流側において底壁の上方に設けられた回転ロールを湯だまり内の溶湯に接触させて溶湯を冷却するステップと、を含む、金属板の鋳造方法を提供する。このような鋳造方法によれば、特に金属板の表面を平滑化する表面平滑化具としての浸漬部材を設けることで、下面の表面性状に優れた金属厚板を製造することができる。特にリップルマークの生じやすい金属であっても、リップルマークの発生を効果的に抑制することができる。また回転ロールを設けているため、溶湯を上下方向から冷却して凝固させることで、厚みの厚いものであっても、回転ロールの当たる面（上面）の表面性状にも優れた金属厚板を鋳造できる。ここで金属厚板とは、厚さが５〜３０ｍｍ、特に１０ｍｍ以上の金属又は合金製の板材をいう。

前記鋳造方法において更に、表面平滑化具としての浸漬部材の高さは、２ｍｍ〜１０ｍｍであり、湯だまり内の溶湯の移動方向に沿った浸漬部材の長さは、５ｍｍ〜１００ｍｍであってもよい。このような浸漬部材の形状により、リップルマークをより確実に抑制することができる。

前記鋳造方法はさらに、金属板として、５〜４５ｍａｓｓ％の錫を含有するＡｌ−Ｓｎ合金板を製造してもよい。このように、特にリップルマークの生じやすい５〜４５ｍａｓｓ％の錫を含有するＡｌ−Ｓｎ合金板においても、リップルマークの発生を効果的に抑制することができる。

本発明のさらに別の一態様によれば、金属の溶湯を冷却して金属板を鋳造する金属板の鋳造装置において、鋳造される金属板の表面を平滑化するために用いられる金属板表面平滑化具であって、鋳造装置は、金属の溶湯を移動させながら冷却する移動式の底壁と、底壁の側方を仕切る一対の側壁と、底壁と側壁によって囲まれる湯だまりに金属の溶湯を供給する溶湯供給部と、溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも上流側において底壁上に設けられた後堰部材と、を備え、当該鋳造装置において、後堰部材における底壁側の端部から溶湯の移動方向に設置され、湯だまりの幅方向にわたって延び、湯だまり内の金属の溶湯の高さよりも低い高さを有する浸漬部材として設けられた、金属板表面平滑化具を提供する。このような金属板表面平滑化具によれば、下面の表面性状に優れた金属厚板を鋳造することができる。特にリップルマークの生じやすい金属であっても、リップルマークの発生を効果的に抑制することができる。ここで金属厚板とは、厚さが５〜３０ｍｍ、特に１０ｍｍ以上の金属又は合金製の板材をいう。

本発明によれば、表面性状に優れた金属板を鋳造可能な鋳造装置および金属板の鋳造方法並びにそれらに用いられる金属板表面平滑化具を提供することができる。

実施の形態の鋳造装置の概略斜視図 鋳造装置の平面図 鋳造装置の縦断面図（図２の２Ａ−２Ａ線に沿った断面図） メニスカスを説明するための縦断面図（ａ）浸漬板なし、（ｂ）浸漬板あり 実施例（パターン１）の実験条件・結果を示す図 比較例（パターン２）の実験条件・結果を示す図 比較例（パターン３）の実験条件・結果を示す図 （ａ）比較例で鋳造した金属板の下面の写真、（ｂ）実施例で鋳造した金属板の下面の写真、（ｃ）回転ロール４０を備えない鋳造装置によって鋳造した金属板の上面の写真、（ｄ）回転ロール４０を備える鋳造装置によって鋳造した金属板の上面の写真

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向（例えば、ｘ、ｙ、ｚ）や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」および、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。なお、本明細書におけるｘ方向は長さ方向とも称し、ｙ方向は幅方向とも称し、ｚ方向は高さ方向とも称してもよい。

本発明者らは、鋭意検討した結果、金属板の鋳造を行う金属板製造装置、製造方法において、後堰部材に接して、又は、後堰部材に対して溶湯が間に入り込まない程度の間隙で、浸漬部材を設けることで、表面性状に優れた金属板を鋳造できることを見出し、実施の形態の発明に至ったものである。このことにより下面（鋳造材の長手方向と幅方向に平行な面であって底壁に接する面）の表面性状に優れた金属板を鋳造することができる。

すなわち、実施の形態の発明においては、後堰部材と、金属の溶湯を移動させる底壁との境界部に表面平滑化具としての浸漬部材を設けたので、当該境界部に生じうる金属の溶湯のメニスカスの変動を抑制することができる。このため、当該メニスカスに起因すると考えられる鋳造金属板の表面におけるリップルマーク（金属板の表面に作られる周期的な波状の模様）の発生を抑制することができたものと思われる。これにより、金属板表面を平滑化することができ、表面性状に優れた金属板を鋳造することができる。

従来の金属板鋳造装置では、液相線よりも温度が下がると流動性が急速に悪化する材料、例えばアルミ錫合金（Ａｌ−Ｓｎ合金）などを鋳造したときに、金属板表面（特に下面）にリップルマークが生じる場合がある。Ａｌ−Ｓｎ合金などで厚板を作成するには、底板の冷却能が低いと巣が入りやすくなるため、冷却能の高い底板（例えば銅系）を使用する必要があるが、そのような底板を使用した場合にはリップルマークが発生しやすくなる。これに対して、実施の形態の鋳造装置および鋳造方法では、リップルマークが発生しやすいＡｌ−Ｓｎ合金等でも、金属板表面におけるリップルマークの発生が抑制された金属板を鋳造することができる。以下に図面を用いて本発明の詳細を説明する。

本発明の概念に基づく鋳造装置は、金属の溶湯を冷却して金属板を鋳造する鋳造装置であり、移動式の底壁と、一対の側壁と、溶湯供給部と、後堰部材と、浸漬部材と、を備える。移動式の底壁は、金属の溶湯を移動させながら冷却する部材である。一対の側壁は、底壁の側方を仕切る部材である。溶湯供給部は、底壁と側壁によって囲まれる湯だまりに金属の溶湯を供給する部材である。後堰部材は、溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも上流側に設けられた部材である。「溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも上流側に設けられた」とは、金属溶湯が湯だまりから漏れ出さないように、湯だまり中の溶湯の移動方向の上流側に設けることであり、溶湯を後堰部材に沿わして湯だまりに注湯、すなわち、供給してもよく、溶湯供給部が後堰部材を兼ねてもよい。浸漬部材は、後堰部材における底壁側の端部から溶湯の移動方向に設置され、湯だまりの幅方向にわたって延び、湯だまり内の溶湯の高さよりも低い高さを有する、金属板の表面を平滑化する表面平滑化具としての部材である。このように、特に金属板の表面を平滑化する表面平滑化具としての浸漬部材を設けたことで、下面のリップルマークの発生が抑制された金属厚板を鋳造できる。

金属板上面の平滑化については、冷却能を有する表面が平滑な押圧具を用いれば、金属が完全に凝固する前に、金属の表面を側壁と共に金属板の厚み方向に圧下することで、上面の表面性状に優れた板材を鋳造できる。例えば、特許文献１（特開２０１４−１８０６７３）の図１５、図１６、図１７、図１８、図２０のように、平板状や、回転する凸板状のような冷却能を有する押圧具を用いても良い。押圧具を底壁の移動と同期させて押圧するのが好ましく、複数個の押圧具を用いて交互に押圧するのが好ましい。押圧具が回転するベルトであっても良い。

冷却能を有する押圧具の中でも特に、冷却能を有するロールを用いて、未凝固面にロールをかけることが好ましく、連続的に安定した板厚で上面の表面性状が良好な厚板が製造できる。以下、本発明の上記態様を実施するための実施の形態として、冷却能を有するロールを備えた鋳造装置１０に関する説明を行う。

＜実施の形態＞
図１〜図３に示す本実施の形態の鋳造装置１０は、冷却能を有する移動式の底壁２０と、底壁２０の上面２１に配置され互いに離間して一方向に延在する一対の側壁３０とを含む型枠と、型枠内に金属の溶湯Ｍ１（図２、図３）を供給する溶湯供給部５０とを備えている。鋳造装置１０はさらに、型枠内に供給した溶湯Ｍ１の上面を冷却するための冷却用の回転ロール４０を備えている。回転ロール４０は、一対の側壁３０を挟んで底壁２０の上面２１と対向して配置されている。回転ロール４０の回転軸４０Ｃは底壁２０と平行でかつ後堰部材５５の前縁に平行に配置されている。かつ鋳造装置１０はさらに、溶湯供給部５０の先端から底壁２０の上面２１まで延びる後堰部材５５と、後堰部材５５の一端から底壁２０上に突出する表面平滑化具としての浸漬部材５７とを備えている。浸漬部材５７は、鋳造される金属板の下面を平滑化する表面平滑化具として機能する。突出するとは、すなわち後堰部材５５に接して、又は、後堰部材５５に対して溶湯が間に入り込まない程度の間隙で、浸漬部材５７が設置されることである。

本実施の形態の鋳造装置１０は、底壁２０と、一対の側壁３０と、回転ロール４０と、後堰部材５５と、表面平滑化具としての浸漬部材５７とから形成された湯だまり１２を有している。本明細書における「湯だまり１２」とは、金属板の鋳造方向（図１、図２のｘ方向）に対して垂直に切った断面で囲まれている部分であり、金属板を鋳造するための鋳造空間（プール）を指す。

底壁２０は、耐熱性の材料（少なくとも溶湯と接触しても著しく損傷（溶損）しない耐熱性を有している材料）から形成された板状体であり、本実施の形態では、ｘ方向に伸びた長方形となっている。底壁２０は、金属の溶湯Ｍ１を移動させながら冷却する機能を有し、底壁２０の移動方向は、金属の溶湯Ｍ１の移動方向と同方向である（移動方向Ｔとする。）。底壁２０は溶湯Ｍ１を下面から冷却し、凝固させることが必要である。底壁２０は、複数の底板が並置されたものであっても良く、また、その内部又は下部から媒体により冷却されるようにされていることが好ましい。

一対の側壁３０は、一方向（ｘ方向）に延在し、ｙ方向において互いに離間している（図１、図２）。本実施の形態のように、側壁３０の一端（−ｘ方向の端部であり、本明細書では「先端」と称する）近傍において、対向する側壁３０同士をつなぐように、ｙ方向に伸びる前堰３２を設けてもよい。前堰３２は設置される位置によるが、後述する側壁３０と同じく変形可能な材料であってもよい。

側壁３０は、圧縮可能な耐火材料から形成されている。具体的には、セラミック等の耐火物の繊維材料（例えば、アルミナ、シリカ等）から成り、通気性のある圧縮可能部材から形成することができる。側壁３０は、回転ロール４０により付与された荷重により回転ロール４０の外形に追随した形状に変形されるためである。尚、金属が完全に凝固する前の金属の上面を押圧しないかあるいはロール等の押圧具で押圧するにおいても側壁３０を同時に押圧しないのであれば、側壁３０の材料は圧縮可能である必要はない。

回転ロール４０は、底壁２０と対向して配置されている。回転ロール４０は鋳造板の板厚に合わせて上下方向に移動可能とされている。回転ロール４０は、湯だまり１２内の金属の溶湯Ｍ１に上方から接触し、溶湯Ｍ１を冷却する機能を有することが好ましく、冷却媒体を内部に循環させても良い。また回転ロール４０は、鋳造される金属板の上面を平滑にする機能も有する。したがって表面は平滑なものが好ましい。材料によっては、表面割れを防ぐために平行溝、交差溝、ディンプル等があってもよく、また、後工程での圧延を考慮して鼓状であっても良い。鋳造される金属板の厚みは、回転ロール４０の下端の高さ位置によって規制される。本実施の形態では、鋳造時に回転ロール４０が金属を応力Ｆで圧下するものである（図３）。よって、鋳造装置１０には、回転ロール４０に荷重をかけるバネ等の荷重付与手段（図示せず）が含まれている。

本実施の形態では、回転ロール４０の回転軸４０Ｃがｙ方向と平行になるように回転ロール４０を配置している。回転ロール４０はこの回転軸４０Ｃを中心に回転可能である。本実施の形態では、回転ロール４０の回転軸４０Ｃと一致するシャフト４１を設けている。

湯だまり１２に溶湯を供給する溶湯供給部５０は、例えば、樋やノズル等を含んでもよい。樋やノズルにより、溶湯を湯だまり１２に注ぎ入れ易くなる。

上述のように、湯だまり１２を構成するために後堰部材５５が設けられる。後堰部材５５は、底壁２０に対して垂直であっても、傾斜していてもよい。

本実施の形態の鋳造装置１０はさらに、表面平滑化具を有する。より具体的には、後堰部材５５の湯だまりを形成する面から溶湯の移動方向Ｔに向かって突出する表面平滑化具としての浸漬部材５７を設けている。浸漬部材５７は、後堰部材５５の湯だまりを形成する面に接する、又は、その面に接していなくとも湯が入り込まない程度の間隙があっても良い。浸漬部材５７はまた、底壁２０の移動を妨げない程度に底壁２０の上面２１に対して摺動、又は、溶湯Ｍ１が入り込まない程度の間隙があってもよい。このような配置により、浸漬部材５７と底壁２０の間に金属の溶湯Ｍ１が流れ込むことが防止されている。

本実施の形態の表面平滑化具としての浸漬部材５７は、湯だまり１２の幅方向（Ｙ方向）全長にわたって延びる直方体形状を有しており、一対の側壁３０に接触、又は、溶湯が入りこまない程度の間隙を有している。浸漬部材５７は、所定の長さ（ｘ方向）、幅（ｙ方向）、高さ（ｚ方向）を有する。また、浸漬部材５７の高さＡは、湯だまり１２内の金属の溶湯Ｍ１の高さＣよりも低く設定されている（図３）。浸漬部材５７の幅方向は、湯だまり１２の全幅に渡っていることが好ましい。鋳造される金属板の全幅に渡ってリップルマークが抑制されるからである。長さについても一定である必要はなく、幅方向になだらかに変化するものであってもよい。浸漬部材５７の形状としては、凹型でも凸型でも波型であっても、急激に変化せず連続に変化する形状であればよい。すなわち尖った凹部、凸部を有さないことが好ましい。尖った凹部、凸部を有さないことで、そのような凹部、凸部で生じがちな筋状のマークの発生を抑制できるからである。

表面平滑化具としての浸漬部材５７のｘ方向の長さは限定されないが、長くなると、底壁２０で冷却する距離が短くなるため、その分、回転ロール４０を後方に配置すればよい。また、浸漬部材５７の長さをある程度の長さよりも短くすることで、浸漬部材５７上に金属凝固物が堆積しないようにすることができる。一方、リップルマーク抑制の効果の観点からは、ある程度の長さを有する浸漬部材５７を用いることが好ましい。浸漬部材５７の高さは、低くても、高くても良いが、溶湯面（溶湯Ｍ１の上面）より下で、溶湯Ｍ１内に浸漬していればよい。浸漬部材５７の高さが低くとも、底壁２０からの断熱作用があり、浸漬部材５７を介して溶湯Ｍ１が凝固しなければ良い。

浸漬部材５７の材質は問わない。底壁２０からの断熱作用を保持し、浸漬部材５７を介して溶湯Ｍ１が凝固しなければよい。浸漬部材５７は、断熱材で構成されてもよく、また、溶湯が入り込まない程度の空洞が内部に形成されてもよい。さらには、浸漬部材５７にヒータが内蔵されているものでもよい。浸漬部材５７の上面の形状は、どのような形状でも良く、溶湯Ｍ１等が凝固堆積しなければ良い。浸漬部材５７の上面は必ずしも平坦である必要はなく、高さが一定でなく傾斜を有する形状であっても、曲面であっても、溶湯が入り込まない程度の凸凹や隙間を有しても良い。浸漬部材５７の前面（ｘ方向）の形状も、直線である必要はなく、曲面でも、波打っていても良い。

このような表面平滑化具としての浸漬部材５７を設けたので、後堰部材５５と底壁２０の境界部に生じうる金属の溶湯のメニスカスの変動を抑制することができる。これにより、メニスカスに起因する金属板表面のリップルマークの発生を抑制することができる。これらの効果を具体的に説明するために、以下に、図１〜図３に示した鋳造装置１０を用いた金属板の鋳造について詳述する。

（工程１：回転ロール４０の配置）
最初に、回転ロール４０が側壁３０と接触しないようにｚ方向に離した状態で、回転ロール４０を底壁２０の先端の上方（ｚ方向）に配置する。次に、回転ロール４０を底壁２０に近付ける。

側壁３０は変形可能（例えば圧縮変形可能）な材料から形成されているので、回転ロール４０を底壁２０に近づけたときに、図３に示すように、側壁３０は回転ロール４０によって変形（圧縮）され、回転ロール４０の外形に沿うように凹む。回転ロール４０の下端の位置は、鋳造する金属板の厚みに応じた高さ位置に設定される。

（工程２：溶湯の供給）
次に、図３に示すように、溶湯供給部５０から湯だまり１２に向けて溶湯Ｍ１を供給する。溶湯供給部５０から流れ出た溶湯Ｍ１は、表面平滑化具としての浸漬部材５７の上方に注湯されて、湯だまり１２に進入する。溶湯Ｍ１は、浸漬部材５７の上面に沿って移動する（移動方向Ｔ）。浸漬部材５７は断熱材で構成されているため、浸漬部材５７上では溶湯Ｍ１の冷却が抑制される。その後、溶湯Ｍ１は底壁２０上に到達する。溶湯Ｍ１は底壁２０上を移動するにつれて、底壁２０によって冷却されて徐々に凝固する。

溶湯Ｍ１は底壁２０によって冷却されるため、底壁２０側の溶湯Ｍ１は、断熱材である浸漬部材５７を通過した直後から凝固し始める。一方、溶湯Ｍ１の表面は比較的冷却されにくいため、溶融状態を保ったまま、回転ロール４０の近傍にまで到達し得る。図３に示すように、通常、溶湯Ｍ１（溶融状態）と、溶湯が完全に凝固した部分（凝固層Ｍ３）との間には、半凝固の部分（半凝固層Ｍ２）が存在している。そして、溶湯Ｍ１および半凝固層Ｍ２（条件によってはいずれか一方の場合もある）が回転ロール４０に接触すると、表面側の溶湯Ｍ１および半凝固層Ｍ２は回転ロール４０によって冷却されて、完全に凝固する。

よって、溶湯Ｍ１が湯だまり１２の出口に到達する（回転ロール４０の下端位置を超える）頃には、溶湯Ｍ１はほぼ無くなり（又は完全に無くなり）、多くの部分が（又は全てが）半凝固層Ｍ２と凝固層Ｍ３とになる。この状態の金属を「非溶湯部」と称する。なお、図３に示される凝固状態は模式的に表したものである。

（工程３：回転ロール４０による圧下）
溶湯の供給を続けたまま（すなわち、回転ロール４０より上流側（ｘ方向）に存在する溶湯の液面を維持したまま）、図３に示すように、回転ロール４０を回転させる。回転は連れまわりであってもよく、駆動回転させてもよく、底壁２０とロール周速を同期させて駆動回転させてもよい。回転ロール４０の外面４０Ｓは、側壁３０および凝固層Ｍ３と接触しているため、それらを介して底壁２０が−ｘ方向（移動方向Ｔ）に力を受ける。このとき、底壁２０がｘ方向に移動自在にされているため、底壁２０は移動方向Ｔに移動する。その結果、非溶湯部は、回転ロール４０の直下に向かって−ｘ方向に移動する（図３）。底壁２０と回転ロール４０との間隔は、回転ロール４０の直下に向かって徐々に狭くなるため、非溶湯部は回転ロール４０によって徐々に圧下される。これにより、金属板Ｍの上面が平滑化される。

（工程４：金属板の取り出し）
金属板Ｍが所定の長さになったら、溶湯Ｍ１の供給を止める。そして、金属板Ｍが湯だまり１２から完全に出たら、回転ロール４０の回転を止める。そして、底壁２０の上で十分に冷却した後、金属板Ｍを底壁２０と側壁３０とから取り外す。これにより、上面が比較的平滑で、下面もリップルマークのない金属板Ｍを鋳造することができる。

表面平滑化具としての浸漬部材５７によりリップルマークの発生が抑制される理由につき以下推察する。
表面平滑化具としての浸漬部材５７を設けない場合、後堰部材５５と底壁２０の境界部において溶湯Ｍ１のメニスカスが発生する（図４（ａ））。図４（ａ）に示すように、後堰部材５５と底壁２０の境界部には、溶湯Ｍ１のメニスカスによる空洞Ｓ１が形成されている。このような現象は金属の材質、特にＡｌ−Ｓｎ合金などのように、液相線から下回る温度になると流動性が急速に悪化するという金属の材質に由来すると考えられる。底壁２０により溶湯を移動させながら冷却しているため、冷却されて流動性が低くなった下方側の部分が引っ張られることで、後堰部材５５と溶湯Ｍ１の間のメニスカスの形状に周期的な変動が生じ、リップルマークが形成されると推測される。特に厚い板を作る場合は、移動速度を遅くする必要があり、この場合にメニスカスの近傍が凝固しやすくなって、鋳造される金属板表面に大きなリップルマークが生じ易くなる傾向が顕著である。これに対して、リップルマークの発生が抑制される理由は明らかではないが、表面平滑化具としての浸漬部材５７を設けた場合に、メニスカスの周期的な変動の程度を抑制することができ、鋳造される金属板表面にリップルマークが生じ易くなる傾向も減少させることができるものと考えられる（図４（ｂ）参照）。

上述したように、本実施の形態の鋳造装置１０は、移動式の底壁２０と、一対の側壁３０と、溶湯供給部５０と、後堰部材５５と、表面平滑化具としての浸漬部材５７と、を備える。移動式の底壁２０は、金属の溶湯Ｍ１を移動させながら冷却する。一対の側壁３０は、底壁２０の側方を仕切る。溶湯供給部５０は、底壁２０と側壁３０によって囲まれる湯だまり１２に金属の溶湯Ｍ１を供給する。後堰部材５５は、溶湯供給部５０による溶湯Ｍ１の供給位置よりも上流側に設けられている。表面平滑化具としての浸漬部材５７は、後堰部材５５における底壁２０側の端部から溶湯Ｍ１の移動方向Ｔに向かって突出し、湯だまり１２の幅方向全長にわたって延び、湯だまり１２内の溶湯Ｍ１の高さよりも低い高さを有する。このような構成を有することにより、後堰部材５５と底壁２０の境界部に生じうる金属の溶湯Ｍ１のメニスカスの変動を浸漬部材５７によって抑制することができ、当該メニスカスに起因すると考えられる鋳造金属板の表面に生じるリップルマークの発生を抑制することができるものと思われる。このため、鋳造される金属板表面を平滑化することができ、下面の表面性状に優れた金属板Ｍを鋳造することができる。また、１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の厚い板厚であっても、リップルマークの発生を抑制した金属板Ｍを鋳造することができる。

当該鋳造装置１０において、浸漬部材５７は、鋳造される金属板Ｍの下面を平滑化する金属板表面平滑化具として機能する。このような表面平滑化具としての浸漬部材５７を設けることによって、表面性状に優れた金属板Ｍを鋳造することができる。

上述した本実施の形態による鋳造方法は、金属の溶湯Ｍ１を供給（注湯）するステップ（第１のステップ）と、供給した溶湯Ｍ１を冷却するステップ（第２のステップ）とを含む。第１のステップは、移動式の底壁２０と、底壁２０の側方を仕切る一対の側壁３０とによって囲まれる湯だまり１２に金属の溶湯Ｍ１を供給する。第２のステップは、底壁２０を移動させることで金属の溶湯Ｍ１を移動させながら冷却する。第２のステップはさらに、溶湯Ｍ１の供給位置よりも上流側において後堰部材５５を設ける。さらに、後堰部材５５における底壁２０側の端部から溶湯Ｍ１の移動方向Ｔに向かって突出し、湯だまり１２の幅方向にわたって延び、湯だまり１２内の金属の溶湯Ｍ１の高さよりも低い高さを有する、金属板の表面を平滑化する表面平滑化具としての浸漬部材５７を設けている。このような本実施の形態の鋳造方法によれば、上述した鋳造装置１０を用いて金属板Ｍを鋳造する際の効果と同様の効果を奏することができる。

また本実施の形態の鋳造装置１０では、湯だまり１２への溶湯Ｍ１の供給位置よりも下流側において底壁２０の上方に設けられた回転ロール４０により、湯だまり１２内の溶湯Ｍ１に接触して溶湯Ｍ１を冷却している。これにより、溶湯Ｍ１を上下方向から冷却して凝固させることで、厚みの厚いものであっても、下面のみならず回転ロール４０の当たる面（上面）も表面性状に優れた金属厚板を鋳造することができる。

また本実施の形態の鋳造装置１０では、溶湯供給部５０は、表面平滑化具としての浸漬部材５７の上方に溶湯Ｍ１を供給する。このような注湯形態によれば、後堰部材５５と底壁２０の境界部に金属の溶湯Ｍ１をより確実に注湯することができ、リップルマークの発生を抑制するという効果をより確実に得ることができる。

本実施の形態の鋳造装置は、任意の金属材料の板材を鋳造するのに用いてよい。好ましい金属として、Ａｌ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｕおよびそれらの合金のような比較的融点の低い金属を挙げることができる。具体的には、新幹線等の車両に使用されるＭｇ金属板材の圧延原料、アルミニウム軸受け材、放射線防護用の鉛板の圧延原料等、様々な用途を例示できる。アルミ錫合金において、中でも５〜４５ｍａｓｓ％の錫を含有するＡｌ−Ｓｎ合金、更に２０ｍａｓｓ％以上の錫を含有するＡｌ−Ｓｎ合金は、液相線を下回る温度になると流動性が悪化する。特に４０ｍａｓｓ％以上の錫を含有するＡｌ−Ｓｎ合金は液相線を下回る温度になると急速に流動性が悪化する。本実施の形態の鋳造装置はこのような流動性が悪化する材料の合金の厚板の鋳造においてリップルマークの発生を抑制できる点で有用である。上記Ａｌ−Ｓｎ合金とは、５ｍａｓｓ％以下のＣｕ、Ｓｉ、Ｍｇ等の元素が単独、または、合計量が５ｍａｓｓ％以下の複数の元素を含むもの（すなわちＡｌとＳｎの合計ｍａｓｓ％が９５％以上）を含む。

以下に、各部材に好適な材料を説明する。

（底壁２０、回転ロール４０）
底壁２０、回転ロール４０の材質は、熱伝導性が高く、鋳造材料と反応、固着等しなければ限定されず、例えば鉄系、銅系などの金属から形成することができる。Ａｌ−Ｓｎ合金板の鋳造では、底壁２０、回転ロール４０に銅系合金を使用すれば、効率よく冷却できるため、巣の発生を抑制することができる。

（側壁３０）
側壁３０は、圧縮可能な耐火材料から形成されている。具体的には、セラミック等の耐火物の繊維材料（例えば、アルミナ、シリカ等）から成り、通気性のある圧縮可能部材から形成することができる。そのような材料として例えば、イソウール（登録商標）ボード、又は、イソウール（登録商標）ペーパボード等があげられる。

（後堰部材５５）
後堰部材５５は、断熱性を有する部材、例えばイソウール（登録商標）ボード、鉄板等で裏打ちした不織布、又は、イソウール（登録商標）ペーパボード等から形成することができる。

（浸漬部材５７）
表面平滑化具としての浸漬部材５７も、後堰部材５５と同様に断熱性を有する部材（イソウール（登録商標）ボード、不織布、イソウール（登録商標）ペーパボード等）で形成することでき、鉄板などで裏打ちしてもよい。浸漬部材５７の材料としては、金属の溶湯Ｍ１を冷却するための底壁２０よりも断熱性の高い材料であることが好ましい。

実際の生産を想定して以下の条件で実験を行った。アルミ錫合金においてはリップルマークが出やすく、特にＡｌ−４０ｍａｓｓ％Ｓｎの金属板ではリップルマークが出やすいため、Ａｌ−４０％ｍａｓｓＳｎを対象として、実施の形態に開示した鋳造装置１０を用いて鋳造を行った（パターン１）。また、比較例として、表面平滑化具としての浸漬部材５７を設けない鋳造装置を用いて、同材料の金属板を鋳造した（パターン２、３）。そして、得られた金属板の下面の外観（リップルマークの発生の有無）を評価した。図５は、パターン１に関する実験条件および結果を示し、図６は、パターン２に関する実験条件および結果を示し、図７は、パターン３に関する実験条件および結果を示す。図８（ａ）、図８（ｂ）は、金属板下面のリップルマークあり／なしの外観の一例を示す。

（パターン１〜３に共通する製造条件）
実際の生産を想定して以下の条件で行った。
回転ロール４０は銅製で直径３００ｍｍ、幅６００ｍｍの水冷ロールを用いた。
底壁２０は銅製のものを用いた（約３０ｍｍ厚）。
側壁３０には、厚み３０ｍｍ×長さ４００ｍｍ×高さ１００ｍｍのイソウール（登録商標）ブランケットを並べた。側壁３０の高さは溶湯Ｍ１の高さよりも高く（溶湯Ｍ１の高さの＋１０〜３０ｍｍ）なる物を用い、底壁２０の両端部（底壁２０の短手方向の両側部）に沿って延在するよう設置した。側壁３０同士の間隔を４００ｍｍとなるように設定した。これにより、鋳造する金属板の幅を４００ｍｍに設定した。
回転ロール４０の水冷は、回転ロール４０中の冷却路に水道水を循環させて行った。ロール温度は、ロール頂点を測温したが各実験中５０℃以下に保たれていた。
底壁２０を冷却するための冷却管としては幅１００ｍｍ高さ３０ｍｍの軟鋼性缶を用い、供給チューブを介して水道水を缶に通水した。底壁２０の移動速度は、１ｍ／ｍｉｎとした。回転ロール４０直下から後堰部材５５までの距離（凝固距離）は、２００ｍｍとした。

（パターン１の製造条件）
溶湯Ｍ１の供給位置よりも上流側において、底壁２０まで接触して鉛直方向に延びる後堰部材５５を設けた。後堰部材５５は、イソウール（登録商標）シートを鉄板に貼ったものから成り、両端が側壁３０に接する長さと、側壁３０と略同じ高さとした。

後堰部材５５における底壁２０との接触端部から、溶湯Ｍ１および底壁２０の移動方向Ｔに延びる表面平滑化具としての浸漬部材５７を設けた。浸漬部材５７の形状としては直方体を使用し、湯だまり１２の幅方向全長にわたるとともに、高さＡと長さＢについては図５（ｂ）に示す通りのものを用いた。また、溶湯Ｍ１の高さＣについても、図５（ｂ）に示す通りの高さに変えて実験を行った。
Ａｌ−４０％ｍａｓｓ％合金の溶湯Ｍ１を、成分が分離しない７００℃以下にて、るつぼから樋（溶湯供給部５０）を介して液面が一定高さになるように注湯した。

（パターン２の製造条件）
パターン１と同様に、溶湯Ｍ１をるつぼから桶（溶湯供給部６０）を介して注湯する一方、表面平滑化具としての浸漬部材５７を設けずに、後堰部材６５の角度により、リップルマークが解消できないか確認した。
前述したように、後堰部材６５の一端には浸漬部材を設けず、（底壁２０に対する）後堰部材６５の角度を変えて製造を行った。角度については図６（ｂ）に示す通り、３０度、６０度、７５度、９０度とした。溶湯Ｍ１の高さＣは一律、２０ｍｍとした。

（パターン３の製造条件）
溶湯供給部７０として、後堰部材７５と一体になった桶を用いて、溶湯Ｍ１を添わして注湯することにより、リップルマークが解消できないか確認した。パターン２と同様に、後堰部材７５の一端には浸漬部材を設けず、（底壁２０に対する）後堰部材７５の角度を変えて製造を行った。角度については図７（ｂ）に示す通り、３０度、６０度とした。パターン２と同様に、溶湯Ｍ１の高さＣは一律、２０ｍｍとした。

(結果)
図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すように、浸漬させた表面平滑化具としての浸漬部材５７を設けたパターン１では、浸漬部材５７を設けないパターン２、３と異なり、全幅４００ｍｍ幅にわたってリップルマークの発生を防止することができた。
一方、後堰部材６５、７５の角度を変える場合（パターン２、３）や、溶湯Ｍ１を添わして注湯する場合（パターン３）も、メニスカスの発生に影響を与えることを予想し、パターン２、パターン３の実験を行ったが、リップルマークの発生を抑制することは出来なかった。リップルマークの発生の判断は、図８に示す例を基準に目視により行った。

なお、図５（ｂ）に示すように、浸漬部材５７の高さＡと溶湯Ｍ１の高さＣが同じである場合（１０ｍｍ）にはリップルマークが発生している。これより、浸漬部材５７の高さＡが湯だまり１２における溶湯Ｍ１の高さＣよりも低ければ、つまり浸漬部材５７が溶湯Ｍ１内に浸漬していると、リップルマークの発生を抑制できる効果があることがわかる。また、図５（ｂ）において、浸漬部材５７の長さが１００ｍｍの場合には、浸漬部材５７上に金属の凝固物が堆積した。これは、浸漬部材５７の長さが溶湯Ｍ１の移動速度に対して長いため、溶湯Ｍ１が浸漬部材５７上を移動する際に一部自然冷却して凝固し、堆積したことによるものと考えられる。

当該実験結果より、湯だまり１２における溶湯Ｍ１の高さよりも低い高さを有する表面平滑化具としての浸漬部材５７を設けることで、リップルマークの生じない表面性状の優れた金属板を製造できることがわかる。特に、錫を４０ｍａｓｓ％含有するアルミ錫合金は、液相線を下回る温度になると流動性が急速に悪化する材料であり、従来のように表面平滑化具としての浸漬部材５７を設けない場合には、リップルマークが生じていた。しかしながら、本実施の形態の表面平滑化具としての浸漬部材５７を有する鋳造装置１０を用いて金属板を鋳造することにより、リップルマークの生じない表面性状に優れた金属板を鋳造することができた。鋳造した金属板を１ｍｍに圧延して得られた金属板は、通常のインゴットから圧延して作製された金属板より組織は微細であった。滑り軸受けに用いた場合、従来の滑り軸受け材料（ホワイトメタル等）に比べ、高圧下における耐久性が高い。このため、大型の船舶、車両のエンジンや、発電機用の軸受けに好適に利用できる。

すなわち、本実施例では、表面平滑化具としての浸漬部材５７の高さＡは、２ｍｍ−１０ｍｍであり、湯だまり１２内の溶湯Ｍ１の移動方向Ｔに沿った浸漬部材５７の長さは、５ｍｍ−１００ｍｍである。このような寸法を有する浸漬部材５７を用いることで、リップルマークの発生をより確実に抑制することができる。

次に上面の平面性状に及ぼす回転ロール４０の効果を確認するため、以下の実験を行った。結果を図８（ｃ）、図８（ｄ）に示す。図８（ｃ）は、鋳造装置１０において回転ロール４０を金属溶湯面に接しない様に上方に引き上げそれ以外は上記と同様に鋳造した金属板の上面の写真であり、図８（ｄ）は、回転ロール４０を用いて、鋳造装置１０によって回転ロール４０を使用して鋳造した金属板の上面の写真である。条件は、金属板の厚みを２０ｍｍ、底壁２０の移動速度を１ｍ／ｍｉｎ、金属の材料はＡｌ−４０ｍａｓｓ％Ｓｎであった。図８（ｃ）、図８（ｄ）に示すように、回転ロール４０を用いることにより、金属板の表面（上面）を平滑化できていることがわかる。

以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されない。例えば、実施の形態では、移動式の底壁２０としてプレート状の底板を用いる場合について説明したが、このような場合に限らず例えば、移動式の底壁２０の代りに、大径の回転ロールを採用し、大径回転ロールの外周面にて溶湯Ｍ１を冷却してもよい。すなわち、「双ロール鋳造方式」を採用してもよい。

なお、上述のように、回転ロール４０を設けて、底壁２０とともに溶湯Ｍ１を上下方向から冷却する場合について説明したが、このような場合に限らない。回転ロール４０を設けずに、底壁２０により下面側からのみ溶湯Ｍ１を冷却するようにしてもよい。このような場合であっても、本実施の形態のような浸漬部材５７を設けることで、鋳造される金属板Ｍの下面におけるリップルマークの発生を抑制し、平滑化することができる。

また実施の形態では、溶湯供給部５０における溶湯Ｍ１を流す傾斜面の先端において鉛直方向に延びる後堰部材５５を新たに設ける場合について説明したが、このような場合に限らず、溶湯供給部５０の先端が後堰部材５５を兼ねるような場合であってもよい。すなわち、溶湯供給部５０と後堰部材５５を一体的に形成してもよい。さらには、溶湯供給部５０、後堰部材５５および表面平滑化具としての浸漬部材５７を一体的に形成してもよい。

また実施の形態では、表面平滑化具としての浸漬部材５７の形状として、長さ、高さ、幅が一定で傾斜のない直方体形状の場合について説明したが、このような場合に限らずその他の形状であってもよい。例えば、高さが一定でなく傾斜を有する形状であってもよい。また、表面平滑化具としての浸漬部材５７は中実のものに限らず、金属の溶湯Ｍ１を通過させない程度の空隙を有するものであってもよい。

本発明は、金属の溶湯を冷却して金属板を鋳造する鋳造装置および鋳造方法並びにそれに用いられる金属板表面平滑化具であれば適用可能である。Ａｌ−Ｓｎ系の本発明の鋳造板で作製したＡｌ高Ｓｎ合金は加工後すべり軸受けに使用され、大型の船舶、車両のエンジンや、発電機用の軸受けに好適に利用できる。

１０ 鋳造装置
１２ 湯だまり
２０ 底壁
３０ 側壁
４０ 回転ロール
５０ 溶湯供給部
５５ 後堰部材
５７ 浸漬部材
Ｍ１ 溶湯

Claims (7)

1. 金属の溶湯を冷却して金属板を鋳造する金属板の鋳造装置であって、
   金属の溶湯を移動させながら冷却する移動式の底壁と、
   底壁の側方を仕切る一対の側壁と、
   底壁と側壁によって囲まれる湯だまりに金属の溶湯を供給する溶湯供給部と、
   溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも上流側に設けられた後堰部材と、
   後堰部材における底壁側の端部から溶湯の移動方向に設置され、湯だまりの幅方向にわたって延び、湯だまり内の溶湯の高さよりも低い高さを有する、表面平滑化具としての浸漬部材と、を備える、金属板の鋳造装置。
2. 溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも下流側において、湯だまり内の溶湯に上方から接触して溶湯を冷却する回転ロールをさらに備える、請求項１に記載の金属板の鋳造装置。
3. 金属の溶湯を移動させながら冷却する移動式の底壁と、
   底壁の側方を仕切る一対の側壁と、
   底壁と側壁によって囲まれる湯だまりに金属の溶湯を供給する溶湯供給部と、
   溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも上流側に設けられた後堰部材と、
   後堰部材における底壁側の端部から溶湯の移動方向に設置され、湯だまりの幅方向にわたって延び、湯だまり内の溶湯の高さよりも低い高さを有する、表面平滑化具としての浸漬部材と、を備える金属板の鋳造装置を用いて金属の溶湯を冷却して金属板を鋳造する金属板の鋳造方法であって、
   移動式の底壁と、底壁の側方を仕切る一対の側壁とによって囲まれる湯だまりに、金属の溶湯を供給するステップと、
   底壁を移動させることで金属の溶湯を移動させながら冷却するステップと、を含む、金属板の鋳造方法。
4. 金属の溶湯を移動させながら冷却する移動式の底壁と、
   底壁の側方を仕切る一対の側壁と、
   底壁と側壁によって囲まれる湯だまりに金属の溶湯を供給する溶湯供給部と、
   溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも上流側に設けられた後堰部材と、
   後堰部材における底壁側の端部から溶湯の移動方向に設置され、湯だまりの幅方向にわたって延び、湯だまり内の溶湯の高さよりも低い高さを有する、表面平滑化具としての浸漬部材と、
   溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも下流側において、湯だまり内の溶湯に上方から接触して溶湯を冷却する回転ロールと、を有する金属板の鋳造装置を用いて金属の溶湯を冷却して金属板を鋳造する金属板の鋳造方法であって、
   移動式の底壁と、底壁の側方を仕切る一対の側壁とによって囲まれる湯だまりに、金属の溶湯を供給するステップと、
   底壁を移動させることで金属の溶湯を移動させながら冷却するステップと、
   湯だまりへの溶湯の供給位置よりも下流側において底壁の上方に設けられた回転ロールを湯だまり内の溶湯に接触させて溶湯を冷却するステップと、
   を含む、金属板の鋳造方法。
5. 表面平滑化具としての浸漬部材の高さは、２ｍｍ〜１０ｍｍであり、湯だまり内の溶湯の移動方向に沿った浸漬部材の長さは、５ｍｍ〜１００ｍｍである、請求項３又は４に記載の金属板の鋳造方法。
6. 金属板として、５〜４５ｍａｓｓ％の錫を含有するＡｌ−Ｓｎ合金板を製造する、請求項３乃至５のいずれかの請求項に記載の金属板の鋳造方法。
7. 金属の溶湯を冷却して金属板を鋳造する金属板の鋳造装置において、鋳造される金属板の表面を平滑化するために用いられる金属板表面平滑化具であって、
   鋳造装置は、金属の溶湯を移動させながら冷却する移動式の底壁と、底壁の側方を仕切る一対の側壁と、底壁と側壁によって囲まれる湯だまりに金属の溶湯を供給する溶湯供給部と、溶湯供給部による溶湯の供給位置よりも上流側において底壁上に設けられた後堰部材と、を備え、
   当該鋳造装置において、後堰部材における底壁側の端部から溶湯の移動方向に設置され、湯だまりの幅方向にわたって延び、湯だまり内の金属の溶湯の高さよりも低い高さを有する浸漬部材として設けられた、金属板表面平滑化具。