JP2021526463A - 連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置及び方法 - Google Patents

連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置及び方法 Download PDF

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Abstract

本発明の連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置及び方法において、単一材質の生産に用いる連続鋳造、圧延、熱処理手段と複合ストリップの連続、規模化生産とを立派に結びつけ、複合板の生産性を大幅に高めた。本発明は異なる厚み規格の片面又は両面の複合板を生産可能であり、基層又は複層材料の選択可能な範囲が広く、炭素鋼、ステンレス鋼、特殊合金鋼、チタン、銅等を含む。本発明は複合板の連続鋳造圧延を実現し、エネルギー消費を節約し、コストを低減する。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼鉄冶金生産分野に関し、特に、連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置及び方法に関し、異なる材料で組み合わせた金属複合板製品を生産することができる。
現代の科学技術及び国民経済の発展につれて、ユーザは材料の性能に対してますます厳しい要求をして、単一の金属材料は実際の使用過程における多方面に亘る性能要求を満たすことが困難であり、機能性と構造性を兼ね備える金属複合材料が機運に乗じて生まれ、ユーザの個性化するニーズを満たすうえで重要な役割を果たしており、ますます多くのユーザに注目され使用されるようになる。比較的よくある複合ストリップを製造する方法及び設備は以下のような種類がある。
１．爆発複合：２つの異なる金属材料の接触面を清浄化し、界面に爆薬を入れて、爆発による瞬間高温によりそれを溶接させ、その結合が不十分であり、複合強度が比較的低く、枚葉、小ロット生産に適合する。
２．圧延複合：ステンレス鋼と炭素鋼の複合表面を清浄化し、両者を揃えて積重ねた後、四周を真空引きして溶接し、それから、加熱・圧延を経て複合を完成させる製造方法であって、その結合が十分であり、複合強度が高いが、生産性が低く、枚葉、小ロット生産に適合する。
３．遠心鋳造複合：炭素鋼の溶鋼とステンレス鋼の溶鋼を順に遠心機に入れ、炭素鋼の溶鋼とステンレス鋼の溶鋼により前後に環状複合管等を凝固して、その後、矯正、加熱、圧延等の工程を行う。
現在、比較的理想的な複合工程は圧延複合法であり、該方法で生産した複合板界面が完全な冶金結合を実現し、結合の強度が高く、製品の性能に優れているが、スラブ組立効率が低く、そのスラブ組立プロセスは複数の工程を含み、連続化、自動化及び規模化生産を実現し難く、コストが比較的高い。近年、複合板連続鋳造圧延、薄帯連続鋳造等の複合板の連続生産工程及び方法が幾つか現れており、例えば、特許ＣＮ１７１４９５７Ａには異なる金属材料の複合板、帯の生産方法及び設備が紹介されており、同一台の連続鋳造機において、２〜３台の炭素鋼又はステンレス鋼の溶鋼鋳型を用いて同時に作動することで、異なる金属材料の片面、両面複合板、帯の連続鋳造と連続圧延を実現し、その鋳型は上下左右に同期して循環移動する４本の鋼帯からなり、従来の鋳型の形式を変えた。その複層と基層の金属のいずれも鋳型中の液状金属が凝固してなる。
特許ＣＮ１０１７８０５３２Ａには液相複合スラブ連続鋳造方法が紹介されており、基層金属液、複層金属液をそれぞれ鋳造ロールとサイドシール板で形成されたロール鋳型の溶融池に注入することで、溶融池が中間仕切板で基層溶融池と複層溶融池に分割され、鋳型に形成された複合スラブは矯正や定尺を経た後形成される。その欠点は複層、基層がともに溶鋼で同時に凝固してなり、その結合面を制御し難く、２種類の溶鋼の混合が発生しないことを保持するだけでなく、２種類の材料が適宜な温度で結合することも保証しなければならない。
特許ＣＮ１０４２４９１３５Ａには複合ストリップの双ロール式薄帯製造方法が紹介されており、双ロール式薄帯連続鋳造の溶融池に中間ストリップを送り込むことで、金属液が鋳造ロールと中間ストリップの冷却作用で速く凝固され、片面又は両面の複合ストリップを形成する。類似に、特許ＣＮ１０３４９５６１８Ａには金属複合板の鋳造圧延複合生産装置及び方法が紹介されており、複合される母材を薄帯連続鋳造機の溶融池に送り込むことで、溶融池内の複合しようとする金属液体が母材表面に凝固され、鋳型から出た後二次冷却、均し、圧延を経て、複合ストリップを得る。この２つの方法のいずれも薄帯連続鋳造技術を基礎として、製造した製品は薄い規格のストリップをメインとし、凝固してなる複層の厚みは限りが有り、厚い規格の複層がある複合ストリップの製造に適さない。
特許ＣＮ１０２０３９３０９Ａには双ロール双ベルト式複合構造薄帯連続鋳造圧延方法が紹介されており、２本の母帯が鋳造ロールに取り巻かれ、鋳造ロールと母帯で溶融池を形成し、溶融池中の金属溶液が凝固した後、２つの金属母帯と共同で複合鋳造帯を形成し、圧延機による圧延を経た後複合薄帯を形成する。該方法では複層金属は鋼帯であり、基層は溶鋼が凝固することで形成される。
特許ＣＮ１０５２１５３０７Ａには２層複合板の生産工程及び設備が紹介されており、２つのタンディッシュ、２つの鋳型により異なる材料が前後凝固して複合板を製造する方法を実現する。第一鋳型に凝固された鋳造スラブが第二鋳型に入り、第二種の材料をその表面に付着して凝固させ、二次冷却、圧延等の工程を経て片面複合板を生産した。
特許ＣＮ１１４１９６２Ａには逆凝固複合ストリップの連続生産方法が紹介されており、母帯は巻出し、脱スケール、鈍化を経た後、２００〜１０００℃で予熱し、晶析槽内の溶融金属に入って、連続して熱複合化をする。
上記特許のいずれも複合板の生産性を高め、連続生産を実現するために開発された新しい技術であり、それぞれにはある不足も存在する。
[発明の詳細な説明]
本発明は連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置及び方法を提出し、複合板の生産性を高め、生産コストを低減することができる。
本発明の連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置及び方法であって、その装置部分及び具体的なステップは下記の通りである。
連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置において、アンコイラ、ピンチローラ、ショットブラストマシン、溶接設備、溶接ピンチローラ、誘導加熱装置及びガイドローラからなる母材供給設備を備える。
前記の母材供給設備は２つ設けられ、２本の母材ストリップを異なるラインのアンコイラ、ピンチローラ、ショットブラストマシン、溶接設備、溶接ピンチローラ、誘導加熱装置及びガイドローラにより、母材と溶鋼との複合化を実現するための鋳型に搬送され、母材ストリップが鋳型内部の両側壁に沿って鋳型の上方から入って下方から通り抜け、鋳型内部の別の両側壁にサイドシール板でシールされ、鋳型の上方に溶鋼を鋳造するためのタンディッシュが設けられ、タンディッシュ内の溶鋼が鋳型に流れ込み、鋳型内の母材ストリップに接触し、初歩的な溶融複合を形成する。
前記の母材ストリップが初歩的に溶融複合されて複合スラブを形成し、その後、鋳型の下方から通り抜け、鋳型下方の出口に設置された噴水冷却付きの２次冷却帯により冷却され、２次冷却帯の後に均しローラが設けられており、この均しローラの後に複合スラブを異なるサイズ規格の複合ストリップに製造するための圧延機が設けられており、圧延機の後に複合ストリップ用のオンライン冷却装置が設けられており、オンライン冷却装置の出口に矯正機が配置され、矯正された複合ストリップが設置された定尺切断機により定尺切断され、又は巻き取り機に巻き取られる。
上記の連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置に基づく連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する方法において、
１）．厚みが２〜２５ｍｍの母材ストリップはアンコイラによって巻き出され、厚みが２６〜１００ｍｍの母材ストリップは直接ピンチローラを介してショットブラストマシンに送られて表面クリーニングが行われ、ブラスト加工された母材ストリップは溶接設備に入って母材ストリップの前後首尾を溶接することで、母材ストリップの連続供給を実現するステップと、
２）．溶接後の母材ストリップは、溶接ピンチローラを介して誘導加熱装置に送り込まれて加熱され、誘導加熱装置内に窒素ガス又はアルゴンガスを通過させて保護を行い、加熱温度が１００〜１２００℃であり、厚みによってその加熱速度が１〜５０℃／ｓであり、母材ストリップが炭素鋼、ステンレス鋼、特殊合金鋼、チタン、銅等の金属であるため、加熱する目的は、母材ストリップと後続のステップにおける基層金属溶湯との結合をより易くして、母材表面の金属の溶融を促進するためであるステップと、
３）．加熱後の母材ストリップは、ガイドローラを介して一定の速度で鋳型に送り込まれて、母材ストリップは鋳型内部の両側壁に沿って鋳型の上方から入って下方から通り抜け、通り抜ける時の速度が０．１〜３０ｍ／ｍｉｎであり、同時に、タンディッシュ中の基層金属溶湯も鋳型に注ぎ込み、鋳型表面にアルゴンガスを吹き付けて基層金属溶湯の酸化を減らし、基層金属溶湯の温度が母材ストリップの融点より３０〜１５０℃高く、基層金属溶湯が炭素鋼、ステンレス鋼、特殊合金鋼、チタン、銅等の金属溶液であり、高温の基層金属溶湯が相対的に低温の母材ストリップの表面に接触し、母材ストリップ表面に軽微な溶融を生じさせ、且つ基層金属溶湯が相対的に低温の母材ストリップに接触すると、その表面に凝固することになり、溶融複合を実現し、その後、基層金属溶湯が相対的に低温の母材板帯と鋳型の共同冷却の作用で次第に凝固し、最終的に複合スラブを形成し、その中で、鋳型の片側の内壁から取り抜けた１本の母材ストリップが片面の複合スラブを形成可能であり、鋳型の両側の内壁から取り抜けた２本の母材ストリップが両面の複合スラブを形成可能であるステップと、
４）．鋳型内に形成された複合スラブが鋳型の下方から鋳型を出た後、２次冷却帯に入り、該２次冷却帯でスラブの上下表面に冷却水を噴き、完全に凝固していない複合スラブをさらに凝固させると共に、急速冷却することで表面凝固による結晶粒の粗大化を防止するステップと、
５）．さらに、冷却後の複合スラブが均しローラにより均された後に圧延機に入り、０．５〜１００ｍｍの異なる厚み規格の複合ストリップに圧延され、圧延過程の中で、複合ストリップの複合界面が更に高温圧縮変形され、複合界面組織には回復と再結晶が発生し、高温での結晶粒の成長及び元素の拡散により界面の二次複合を促進したステップと、
６）．圧延後の複合ストリップは製品の性能要求に応じてオンライン冷却装置を選んでオンライン冷却を行うことができ、製品の厚みによってオンライン冷却速度が１〜６０℃／ｓであり、冷却終了温度が５０〜６００℃であるステップと、
７）．冷却後の複合板は矯正機に入って矯正され、矯正後、実際のニーズに応じて定尺切断機で定尺切断を行い、又は巻き取り機に巻き取られるステップと、
を含む。
本発明の連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置及び方法を使用して次のような効果を奏する。
1) 本発明の連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置及び方法は、単一材質の生産に用いる連続鋳造、圧延、熱処理手段と複合ストリップの連続、規模化生産とを立派に結びつけ、複合板の生産性を大幅に高めた。
2) 本発明の連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置及び方法は、異なる厚み規格の片面又は両面の複合板を生産可能であり、基層又は複層材料の選択可能な範囲が広く、炭素鋼、ステンレス鋼、特殊合金鋼、チタン、銅等を含む。
3) 本発明の連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置及び方法は、複合板連続鋳造圧延を実現し、エネルギー消費を節約し、コストを低減する。
図１は、本発明の連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置及び方法における装置部分の具体的な構造を示す図である。
以下、図及び実施例を参照して本発明の連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置及び方法について更に説明する。
実施例１：両面複合板
１）複層材料に用いる厚みが２０ｍｍのステンレス鋼３１６Ｌはアンコイラによって巻き出された後、ピンチローラを介してショットブラストマシンに送られて表面クリーニングが行われ、ブラスト加工されたステンレス鋼３１６Ｌ鋼板は溶接設備に入って先行コイルの終端と後行コイルの先端との溶接を完了することで、複層ステンレス鋼３１６Ｌの連続供給を実現する。
２）溶接後の複層ステンレス鋼３１６Ｌ鋼板が溶接ピンチローラを介して誘導加熱装置に送り込まれて加熱され、加熱温度が８５０℃であり、誘導加熱装置内に窒素ガスを通過させて保護を行い、加熱速度が１０℃／ｓである。
３）加熱後の複層ステンレス鋼３１６Ｌ鋼板をガイドローラにより３ｍ／ｍｉｎで鋳型の広面内壁に沿って鋳型から通り抜け、鋳型の広面の間隔が３００ｍｍである。タンディッシュ中の炭素鋼Ｑ２３５Ｂ溶鋼がノズルを通じて鋳型に注ぎ込まれ、流し込む温度が１６１０℃であり、鋳型の表面にアルゴンガスを吹きつけて溶鋼の酸化を減らし、炭素鋼Ｑ２３５Ｂ溶鋼がステンレス鋼３１６Ｌ表面に接触して凝固し、ステンレス鋼の表面が軽微に溶融し、複層と基層の初歩的な溶融複合を実現し、形成した基層炭素鋼Ｑ２３５Ｂ複層ステンレス鋼３１６Ｌの両面複合板の厚さが３００ｍｍ（２０＋２６０＋２０ｍｍ）である。
４）鋳型内に形成された両面複合スラブが、鋳型を出た後に２次冷却帯に入り、２次冷却帯でスラブの上下表面に冷却水を噴き、完全に凝固していない基層材料をさらに凝固させると共に、急速冷却することで表面凝固による結晶粒の粗大化を防止する。
５）２次冷却帯で冷却された後の複合スラブが１１２０℃で圧延機に入って厚み３０ｍｍ（２＋２６＋２ｍｍ）の両面複合板に圧延され、圧延終了温度が１０００℃である。圧延後の複合板がオンラインで冷却され、冷却開始温度が９５０℃であり、冷却終了温度が５４０℃であり、冷却速度が２５℃／ｓである。
６）冷却後の複合板が矯正機に入って矯正され、矯正後の複合板が定尺切断機で所要の寸法に切断される。
実施例２：片面複合板
１）複層材料に用いる厚みが３０ｍｍのステンレス鋼３０４はピンチローラを介してショットブラストマシンに送られて表面クリーニングが行われ、ブラスト加工されたステンレス鋼３１６Ｌ鋼板は溶接設備に入って先行コイルの終端と後行コイルの先端との溶接を完了し、複層３０４の連続供給を実現する。
２）溶接後の複層ステンレス鋼３０４鋼板は溶接ピンチローラを介して送入誘導加熱装置に送り込まれて加熱され、加熱温度が７５０℃であり、誘導加熱装置内に窒素ガスを通過させて保護を行い、加熱速度が８℃／ｓである。
３）加熱後の複層ステンレス鋼３０４鋼板はガイドローラにより１．５ｍ／ｍｉｎで鋳型の広面の内壁に沿って鋳型から通り抜け、鋳型の広面の間隔が２８０ｍｍである。タンディッシュ中の炭素鋼ＡＨ３６溶鋼がノズルを通じて鋳型に注ぎ込まれ、流し込む温度が１６００℃であり、鋳型の表面にアルゴンガスを吹きつけて溶鋼の酸化を減らす。鋳型内の溶鋼が複層冷鋼板と広、狭面鋳型の共同冷却の作用で表面に凝固し始める。炭素鋼ＡＨ３６溶鋼がステンレス鋼３０４の表面に接触して凝固し、ステンレス鋼３０４の表面が軽微に溶融し、複層と基層の初歩的な溶融複合を実現し、形成した基層炭素鋼ＡＨ３６複層ステンレス鋼３０４の片面複合板の厚さが２８０ｍｍ（３０＋２５０ｍｍ）である。
４）鋳型内に形成された片面複合スラブが、鋳型を出た後に２次冷却帯に入り、２次冷却帯でスラブの上下表面に冷却水を噴き、完全に凝固していない基層材料をさらに凝固させると共に、急速冷却することで表面凝固による結晶粒の粗大化を防止する。
５）２次冷却帯で冷却された後の複合スラブが１０５０℃で圧延機に入って厚み１４ｍｍ（１．５＋１２．５ｍｍ）の片面複合板に圧延され、圧延終了温度が９８０℃である。圧延後の複合板がオンラインで冷却され、冷却開始温度が９２０℃であり、冷却終了温度が４００℃であり、冷却速度が３０℃／ｓである。
６）冷却後の複合板が矯正機に入って矯正され、矯正後の複合板が定尺切断機で所要の寸法に切断される。
本発明の連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置及び方法において、単一材質の生産に用いる連続鋳造、圧延、熱処理手段と複合ストリップの連続、規模化生産とを立派に結びつけ、複合板の生産性を大幅に高めた。本発明は異なる厚み規格の片面又は両面の複合板を生産可能であり、基層又は複層材料の選択可能な範囲が広く、炭素鋼、ステンレス鋼、特殊合金鋼、チタン、銅等を含む。本発明は複合板の連続鋳造圧延を実現し、エネルギー消費を節約し、コストを低減する。
１ アンコイラ
２ ピンチローラ
３ ショットブラストマシン
４ 溶接設備
５ 溶接ピンチローラ
６ 誘導加熱装置
７ ガイドローラ
８ 鋳型
９ タンディッシュ
１０ ２次冷却帯
１１ 均しローラ
１２ 圧延機
１３ オンライン冷却装置
１４ 矯正機
１５ 定尺切断機
１６ 巻き取り機
Ａ 母材ストリップ
Ｂ 複合スラブ
Ｃ 複合ストリップ

Claims (2)

  1. アンコイラ（１）、ピンチローラ（２）、ショットブラストマシン（３）、溶接設備（４）、溶接ピンチローラ（５）、誘導加熱装置（６）及びガイドローラ（７）からなる母材供給設備を備える連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置において、
    前記母材供給設備は２つ設けられ、２本の母材ストリップ（Ａ）を異なるラインのアンコイラ（１）、ピンチローラ（２）、ショットブラストマシン（３）、溶接設備（４）、溶接ピンチローラ（５）、誘導加熱装置（６）及びガイドローラ（７）により母材と溶鋼との複合を実現するための鋳型（８）に搬送することで、母材ストリップが鋳型内部の両側の壁に沿って鋳型の上方から入って下方から通り抜け、鋳型内部の別の両側壁にサイドシール板でシールされ、鋳型の上方に溶鋼を鋳造するためのタンディッシュ（９）が設けられ、タンディッシュ内の溶鋼が鋳型に流れ込み、鋳型内の母材ストリップに接触し、初歩的な溶融複合を形成し、
    前記母材ストリップ（Ａ）が初歩的に溶融複合されて複合スラブ（Ｂ）を形成し、その後、鋳型（８）の下方から通り抜け、鋳型下方の出口に設置された噴水冷却付きの２次冷却帯（１０）により冷却され、２次冷却帯の後に均しローラ（１１）が設けられ、この均しローラの後に複合スラブを異なるサイズ規格の複合ストリップ（Ｃ）に製造するための圧延機（１２）が設けられ、圧延機の後に複合ストリップ用のオンライン冷却装置（１３）が設けられ、オンライン冷却装置の出口に矯正機（１４）が配置され、矯正された複合ストリップが設置された定尺切断機（１５）により定尺切断され、又は巻き取り機（１６）に巻き取られることを特徴とする、連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置。
  2. 上記請求項１に記載の連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する装置に基づく連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する方法において、
    １）．厚みが２〜２５ｍｍの母材ストリップ（Ａ）はアンコイラ（１）によって巻き出され、厚みが２６〜１００ｍｍの母材ストリップは直接ピンチローラ（２）を介してショットブラストマシン（３）に送られて表面クリーニングが行われ、ブラスト加工された母材ストリップは溶接設備（４）に入って先行コイルの母材ストリップの終端と後行コイルの母材ストリップの先端を溶接することで、母材ストリップの連続供給を実現するステップと、
    ２）．溶接後の母材ストリップは、溶接ピンチローラ（５）を介して誘導加熱装置（６）に送り込まれて加熱され、誘導加熱装置内に窒素ガス又はアルゴンガスを通過させて保護を行い、加熱温度が１００〜１２００℃であり、厚みによってその加熱速度が１〜５０℃／ｓであり、母材ストリップが炭素鋼、ステンレス鋼、特殊合金鋼、チタン、銅等の金属であるため、加熱する目的は、母材ストリップと後続のステップにおける基層金属溶湯との結合をより易くし、母材表面金属の溶融を促進するためであるステップと、
    ３）．加熱後の母材ストリップは、ガイドローラ（７）を介して０．１〜３０ｍ／ｍｉｎで鋳型（８）に送り込まれて、母材ストリップは鋳型内部の両側壁に沿って鋳型の上方から入って下方から通り抜け、通り抜ける時の速度が０．１〜３０ｍ／ｍｉｎで一定に保たれ、同時に、タンディッシュ（９）中の基層金属溶湯も鋳型に注ぎ込み、鋳型表面にアルゴンを吹き付けて基層金属溶湯の酸化を減らし、基層金属溶湯の温度が母材ストリップの融点より３０〜１５０℃高く、基層金属溶湯が炭素鋼、ステンレス鋼、特殊合金鋼、チタン、銅等の金属溶液であり、高温の基層金属溶湯が相対的に低温の母材ストリップ表面に接触し、母材ストリップ表面に軽微な溶融を生じさせ、基層金属溶湯が相対的に低温の母材ストリップに接触すると、その表面に凝固することになり、溶融複合を実現し、その後、基層金属溶湯が相対的に低温の母材ストリップと鋳型の共同冷却の作用で次第に凝固し、最終的に複合スラブ（Ｂ）を形成し、その中で、鋳型の片側の内壁から通り抜けた１本の母材ストリップが片面の複合スラブを形成可能であり、鋳型の両側の内壁から通り抜けた２本の母材ストリップが両面の複合スラブを形成可能であるステップと、
    ４）．鋳型内に形成された複合スラブ（Ｂ）が鋳型の下方から鋳型を出た後に、２次冷却帯（１０）に入り、該２次冷却帯でスラブ上下表面に冷却水を噴き、完全に凝固していない複合スラブをさらに凝固させると共に、急速冷却することで表面凝固による結晶粒の粗大化を防止するステップと、
    ５）．さらに、冷却後の複合スラブ（Ｂ）が均しローラ（１１）により均された後に圧延機（１２）に入り、０．５〜１００ｍｍの異なる厚み規格の複合ストリップ（Ｃ）に圧延され、圧延過程の中で、複合ストリップの複合界面が更に高温圧縮変形され、複合界面組織には回復と再結晶が発生し、高温での結晶粒の成長及び元素の拡散により界面の二次複合を促進したステップと、
    ６）．圧延後の複合ストリップ（Ｃ）は製品の性能要求に応じてオンライン冷却装置（１３）を選んでオンライン冷却を行うことができ、製品の厚みによってオンライン冷却速度が１〜６０℃／ｓであり、冷却終了温度が５０〜６００℃であるステップと、
    ７）．冷却後の複合板（Ｃ）は矯正機（１４）に入って矯正され、矯正後、実際のニーズに応じて定尺切断機（１５）で定尺切断され、又は巻き取り機（１６）に巻き取られるステップと、を含むことを特徴とする、連続鋳造圧延の方式で金属複合板を製造する方法。
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