JP2632823B2 - ストリップ材料の鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は熔融金属から金属シートまたは金属ストリッ
プを鋳造する方法に関するものである。さらに具体的に
いえば、本発明はメルトドラッグ（melt drag）法によ
って得られる厚さをこえる厚さをもち、かつ熔融金属の
表面張力に基づく熔融物において固有の厚さよりも一般
的に薄い、比較的幅広の多結晶質金属ストリップを鋳造
する方法に関するものである。

本発明は大きい急冷速度において0.51−13mm（20−50
0ミル）の厚さを持ちかつ類似で均質の結晶性微構造の
上面と下面をもつ、多結晶性金属ストリップの鋳造方法
に関するものである。

関連技術の説明 メルトドラッグ法によって金属ストリップを形成する
金属迅速固化が米国特許3,522,836;3,605,863;4,479,52
8および4,484,614のような多くの特許に記載されてい
る。この方法はタンデイッシュ・ノズル出口において熔
融金属のメニスカスを形成し、そのメニスカスを通して
冷表面を引くことから一般的に成る。熔融金属はそれに
よってその冷表面と接触し、そのとき固化して薄い金属
ストリップを形成する。

メルトドラッグ法は熔融流を攪錬し、形成中のストリ
ップを０速度からスピンニング・ホイール速度へほとん
ど瞬間的に加速することを含む。この加速はこの流れの
たまり（stream puddle）からストリップを本質上引張
る工程においておこる。形成されるストリップが固化さ
れそれが形成されるにつれて引かれるときに熔融金属が
この工程においてとり残される。メルトドラッグまたは
メルト・エキストラクションは一つの傾瀉型の方法であ
る。

理解を明確にするために、本発明は、傾瀉法とはちが
って、詰っているペーストをそれがチューブからにじみ
出る同じ速度で移動する表面の上へチューブから噴出さ
せることと同じかそれに対応するものと考えることがで
きる。加速の要素はとり除かれる。

本発明においては、熔融状金属は急冷用表面との接触
時に形成された固体ストリップへ接着しかつその上に乗
っている。

固体金属成長の動力学は速度のおそいものである。固
体の成長は時間の平方根に比例する速度で進行する。ス
トラップの厚さを倍にするには４倍の時間がかかる。従
って、回転する円形の冷表面に依存する方法は厚いスト
リップを形成するには実際的でなくなる。冷却中に、重
力が熔融状金属を移動させる。

ナラシマン（米国特許4,142,371）はタンデイッシュ
中の薄いスリット状の排出開口を通して非晶質ストリッ
プをつくり出し、100から2000m/分の速度で移動するベ
ルト状の移動冷却体の上へ熔融金属を沈積させる装置を
開示している。他のメルトドラッグと同じく、熔融物の
傾瀉および加速が含まれる。ナラシマンは0.051−0.20m
m（0.002−0.008インチ）の厚さの薄いストリップを製
造した。

スミスの米国特許第4,290,476も熔融体の傾瀉および
加速に依存している。スミスの装置は平坦底面をもつタ
ンデイッシュ・ノズルを含み、その底面は第一リップの
前縁と側縁をリップの底において含むものであり；リッ
プの底にあるすべての点は冷表面から第一リップから少
くとも同じだけ、ただし約1mm以下の大きさで離れてい
る。この冷表面は少くとも約200m/分の予定速度におい
て通常移動することが述べられている。

本発明の方法は従来のリボンと比べてより厚くかつよ
り均質の表面特性をもつ金属ストリップを生ずる方法を
誘導するものである。

平坦物体上へ沈積される熔融金属はその熔融物の表面
張力に基づく固有の厚さをもつ。本発明までは、メルト
・ドラグ法のテープ様ストリップより厚いがしかし表面
張力に基因する熔融状金属の固有の正常な厚さより薄い
ストリップを直接鋳造する経済的方法は存在しなかっ
た。

選択的厚さのストリップの直接鋳造を可能にすること
によってコストのかかる圧延と焼鈍のサイクルを省略ま
たは最小化する点において節約が直ちに実現できる。

図面の簡単な説明 図１は図５のタンデイッシュの横断後面図である。

図２は溝型冷却表面を描く、本発明による、タンデイ
ッシュ、急冷用表面、およびスキージー（squeegee）ロ
ール、の断面図である。

図３はタンデイッシュから沈積された熔融金属と一緒
の、線BBに沿った図２の溝型急冷用表面の断面図であ
る。

図４は溝型急冷用表面の中へ平らにスキージーされた
熔融金属と一緒に示される、線CCに沿う図２の溝型急冷
用表面の断面図である。

図５は、タンデイッシュと冷却表面によって主として
規定され溝型断面空間をもつ溝型空間との図である。固
定ローラー装置も描かれている。

発明の要約 本発明は金属ストリップ、さらに具体的には0.51−13
mm（（20−500ミル（0.02−0.5インチ））の厚さストリ
ップを高い急冷速度での鋳造する方法を開示するもので
ある。

本発明はストリップ材料、特に多結晶性ストリップ材
料を鋳造する新しい改善された方法を提供するものであ
る。その方法は熔融金属を受け入れかつ保持するための
オリフイスをもち、かつ熔融金属が通過して急冷用表面
へ供給される排出開口をもつタンデイッシュと相対に移
動し得る平坦冷却表面を提供することから成る。タンデ
イッシュと冷却表面との間で、溝型断面空間は、表面の
固化がおこり熔融金属が溝の形の容積を占めかつ薄い棒
状生成物を形成する十分な時間の間、鋳造熔融金属をか
こむのに役立つ。溝型断面空間の全容積はタンデイッシ
ュが急冷用表面の長さと相対的に移動するときにタンデ
イッシュと急冷用表面とによって囲まれる。

詳細な説明 図面を特に参照すると、図２および５は熔融金属を溝
型空間の中へ鋳込む本発明の方法を一般的に描いてい
る。熔融体の流れの二つの方法を性扼することにより、
熔融金属は均一な棒状形の容積へ実質的にかこわれる。

図５においては、タンデイッシュ１は急冷用表面２の
上に位置するよう示されている。タンデイッシュ１は熔
融金属が通過して急冷用表面と接触し溝型空間4Sを満た
す熔融金属排出開口３をもっている。

図２および５は特に、熔融金属５が排出開口３を通し
て排出されることを描いている。スキージー前の熔融金
属5Aは表面張力によって丸みをもち、冷却ロール７で以
てスキージーしたのちは均一に滑らかな金属5Bとして示
されている。

図１から５においては、溝型空間4Sが急冷用表面の中
で置かれている。図５はセグメント化ベルトとして溝型
冷却表面２を描いている。タンデイッシュ１はフランジ
2Aの上にまたがっている。

本発明はメルトドラグ法に比べ、より厚くかつ形状付
与された多結晶質ストリップが鋳造され得る点において
改善を与えるものである。

好ましくは冷却ロールの形のスキージー機を設けて熔
融体を溝型空間の中で直ちに平滑化またはスキージーす
ることが特に有利であることが発見されたのである。こ
のローラーは、好ましくは冷却表面の立上がり側面の上
に静止しかつまたがっているが、急冷を促進し、上面を
多結晶性に関して、平坦冷却表面と接触している熔融物
の側面の多結晶性表面と同等化する。

急冷用表面は金属の平らなあるいは溝型のある長さで
あることができ、あるいはベルトとしてつくることがで
き、例えば、小さい複合断面で構成することができる。
銅が急冷用表面として好ましいが、その他の熱伝導性物
質を使うことができる。急冷用表面は熔融金属との接触
から熱を吸収できるものでなければならない。より連続
的な運転の場合には、伝導による冷却を急冷用表面中を
通りあるいはその下側へ、流体冷却すなわち水冷却を使
うことによって増大することができる。冷凍された流体
またはガスもまた有利に使用できる。明らかであるとお
り、その種の冷却は冷却用スキージー機、例えばロール
を含めて、ここで述べる急冷用表面全部へ適用できる。

急冷用表面は好ましくは2.5m/秒以下、好ましくは約1
m/秒の速度でタンデイッシュと相対的に移動される。理
想的な移動速度は熔融物がタンデイッシュを離れる速度
である。

この方法は金属の表面張力によって指定される厚さよ
り薄い厚さのストリップの製造を可能にする。熔融金属
はその金属の表面張力に基づく固有の厚さをもつが、し
かし、本発明によって熔融物から形成されるストリップ
は急冷用表面との接触時に形成された固体の表面下層を
もつ。この固体層の上に熔融層が固化下層へ濡れた状態
で運ばれる。この熔融層は直ちに熱間圧延され、薄く滑
らかに冷やすよう実際にスキージーを行ない、上面を固
化させる。このような二面冷却は表面が比較的均質な微
構造のものであるより滑らかなストリップを得ることを
可能にする。

この熱圧延は、鋳造される金属が大きい熱勾配をもつ
ために、さらに特定的にいえば、固化された表面下層以
外に湿潤または熔融状の上面をもつもので、可能とな
る。通常は、鋳造直後の熱金属の熱間圧延はその鋳造物
をだめにする。

熱間圧延または二本ロール系は従来問題が多くこの工
業において広くは実用されなかった。本発明の方法は熱
間圧延をより単純でしかも効果的な方式で有用なものと
させ、実質上類似の上面と底面をもつより均質な生成物
を生じる。

本発明を実施する際には、溝型領域は支持材料の中で
形成される。これは、彫った溝をもつ一体物の急冷用表
面を使用することによって便利に達成することができ、
あるいは平坦棒状物と急冷用表面２の両側の縁、シムま
たはフランジ2Aでその上に、タンデイッシュが乗ってい
るものと、から組み立てることができる。有利には、急
冷用表面は銅セグメント・ベルトであることができ、間
に存在する溝型急冷用表面を規定する２本のシムベルト
（shimming belt）をもつ。シムベルトを置く特に有効
な方式は銅セグメント冷却表面ベルトの外側の３個のロ
ーラーの周りである。タンデイッシュを次にシム上に、
かつタンデイッシュのまわりおよびその上のシムベルト
により運ばれる迂回三角通路内に乗せて置くことができ
る。ストリップの固化後にシムベルトを冷却表面から持
ち上げる。この方法ではより短いシムベルトを使用でき
る。

ストリップ金属の厚みを変えるために、異なる厚みの
シムまたはフランジを施こすことができる。

好ましい具体化においては、タンデイッシュ排出開口
は、熔融金属がストリップに鋳造されるときそのストリ
ップの縁が圧延後またはスキージー後までシム用材料と
の実質的な接触を実際におこさないように選ばれる。こ
の手順は収縮、そり、などを含む、激烈な熱移動に関連
するいくつかの材料問題をさせることができる。単純な
銅帯金材料を有用なシミング・ベルトにつくることがで
きる。

このシム材料は急冷用表面へボルト締めしたりねじ込
むのではなく冷却表面へ向けてゆるく保持されるのが好
ましい。熔融金属から吸収される熱はボルト締めしてい
るときには曲がったり反る傾向があり、したがって強固
でない接合が好ましく、最適固定度は容易に調べること
ができる。

冷却表面としての回転する溝型ベルトが好ましい。こ
のベルトは2.5m/秒以下、好ましくは約1m/秒の速度で移
動する。

図５においては、タンデイッシュの床は実質上中央で
かつタンデイッシュ前端の方へ、排出開口３としての役
目のオリフィスをもっている。排出開口３の長さ方向の
ひろがりは鋳造されるべきストリップの大約の幅に近
い。この排出開口を通る金属の均一の流れは、タンデイ
ッシュ中の熔融金属の量を維持しタンデイッシュまたは
冷却表面が移動するにつれて排出開口３を流れ出させる
十分な金属自重（metallostatic）落差圧を及ぼさせる
ことによって、提供される。

タンテイッシュは耐火煉瓦のような断熱材で構成され
るのが有利である。その他の耐熔融金属物質も使用して
もよく、例証としては黒鉛、炭化珪素のような炭化物、
アルミナまたはジルコニアが含まれる。

本発明の方法は従来技術のストリップより厚い棒状製
品を生じる。この棒状製品は多結晶性であり、現在実施
されている圧延操作よりも少ない圧延処理と低いエネル
ギー消費で以てシート状製品へ圧延することができる。

本発明によって熔融体から金属ストリップを鋳造する
方法は、平らな急冷用表面を提供し；熔融金属を受け入
れて保持し、かつ、タンデイッシュが急冷用表面を相対
的に移動するにつれて熔融金属が通過して急冷用表面へ
供給される排出開口をもつタンデイッシュを提供し；タ
ンデイッシュが急冷用表面の長さ方向で移動するときに
その急冷用表面とタンデイッシュとによって容積が規定
される溝型断面空間を提供する、各段階から成る。次
に、ある量の熔融金属をタンデイッシュ中に導入し、そ
の熔融金属は、タンデイッシュが急冷用表面の長さ方向
で移動するにつれて、金属が排出開口を通り溝型空間の
中へタンデイッシュから流れるような表面張力をもって
いる。最後に、金属導入後において、金属の薄い棒状ス
トリップが溝型空間の容積内で鋳込まれるよう、タンデ
イッシュが急冷表面と相対的に移動される。

タンデイッシュの運動は急冷用表面と相対的であるの
で、もちろん、いずれか一方または両方が相対的移動を
提供するよう動くことができる。鋳造ストリップのスキ
ージーは急冷用表面をもつロールを使って達成できる。
その種のロール処理またはスキージーは鋳造熔融体が熱
収縮を受け下方にある急冷用表面またはベルト基板から
はがれる時点で達成されるべきである。

ストリップ材料を鋳造するための上記の方法は、両者
の間に一つの溝を規定する立上がり側壁部をもつ細長い
平らな金属から成る溝型冷却用表面を提供することによ
って実施できる。排出開口を中にもつ、熔融金属を受け
入れて保持するためのタンデイッシュを提供することが
でき、それが急冷用表面と相対的に移動するにつれて熔
融金属が急冷用表面へ供給される。熔融金属の貯槽がタ
ンデイッシュ内に、タンデイッシュから熔融物の流れを
おこさせるのに十分なガス圧あるいは金属自重落差圧で
提供されるべきである。注入開始後１秒以内で排出開口
において少なくとも0.018kg/cm²（1/4ポンド／平行イン
チ）が十分な落差圧である。追加する熔融金属は、鋳造
操作全体にわたって排出開口において実質上一定の圧力
を保つのに十分な速度でタンデイッシュ中へ注入されね
ばならない。

別法として、図５において典型的に示されているよう
な、両者間で一つの溝を規定する立上がり側壁部をも
つ、好ましくはベルト形態の、細長く平らな熱伝導性材
料から成る溝型急冷用表面を設けることができる。排出
開口を中にもつ、熔融金属を受け入れて保持するための
タンデイッシュを設けることができ、それを通して、タ
ンデイッシュが急冷用表面と相対的に移動するにつれて
熔融金属を急冷用表面へ供給することができる。急冷用
表面の溝にまたがって急冷用表面の立上がり側壁部の上
に静止し乗っているスキージー機７または冷却ロールを
追加的に設けることが有利である。ある量の熔融金属を
次にタンデイッシュへ導入することができる。金属導入
後、好ましくは0.51−13mm（0.02−0.5インチ）の厚さ
の薄い金属ストリップが溝型急冷用表面の溝の中で鋳込
まれるよう、タンデイッシュを急冷用表面と相対的に移
動させることができる。鋳造されたストリップは次に、
溝型急冷用表面の溝の中で鋳込まれた金属の熔融状上面
にスキージーを施すようにロール処理される。

本発明の原理、好ましい具体化、および操作方式を上
記明細書中で述べてきた。ここでほごされたいと考える
発明はしかし、開示した特定の形態へ制限するつもりで
はない。これらは制約ではなく例証と見做すべきもので
あるからである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−156553（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−72756（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−77750（ＪＰ，Ａ) 独国特許185110（ＤＥ，Ｃ)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ストリップ材料の鋳造方法であって、 ａ） 両者間に一つの溝を規定する立上がり側壁部を有
   する平で細長い熱伝導性材料からなる溝型急冷用表面を
   提供し、 ｂ） 熔融金属を受容しかつ保持するためのタンデイッ
   シュであってその下面を貫通している排出開口を熔融金
   属が通過して急冷用表面に供給されうるタンデイッシュ
   を提供し、 ｃ） ある量の熔融金属を該タンデイッシュ中に導入
   し、 ｄ） 該タンデイッシュを該急冷用表面に対して相対的
   に動かし、 ｅ） 該タンデイッシュの下面を該急冷用表面の立上が
   り側壁部と連絡するようにおいて、下面と急冷用表面と
   の間に制限されたスペースを形成し、 ｆ） 該タンデイッシュを該急冷用表面に対して相対的
   に動かしながら、排出開口を通して熔融金属を供給して
   該スペースを満たすことによって、一定量の熔融金属を
   該溝型急冷用表面へ供給して、均一な幅と厚さの液体層
   を形成し、 ｇ） スキージーを準備し、 ｈ） 該スキージーを該急冷用表面の溝にまたがりなが
   ら急冷用表面の立上がり側壁部に静止した状態で載せ
   て、該液体層の表面と接触させる 各工程を含むことを特徴とするストリップ材料の鋳造方
   法。
2. 【請求項２】タンデイッシュは静止しており、急冷用表
   面の移動が相対的移動を提供することを特徴とする請求
   項１に記載の方法。
3. 【請求項３】提供される急冷用表面がベルトであること
   を特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】ベルトが約1m/秒の速度で移動することを
   特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】ベルトが、熔融金属がタンデイッシュを離
   れる速度と実質的に等しい速度で移動することを特徴と
   する請求項３に記載の方法。
6. 【請求項６】排出開口における少なくとも1700Pa（1/4
   ポンド／平方インチ）の金属自重落差圧がタンデイッシ
   ュに熔融金属を導入の後１秒以内に発現するような量
   で、タンデイッシュへ導入すべき熔融金属を導入するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】鋳造作業の間中にわたって排出開口におい
   て実質上一定の圧力を維持するのに十分な速度で、タン
   デイッシュの中へ熔融金属を追加導入することを特徴と
   する請求項６に記載の方法。
8. 【請求項８】スキージーを冷却したロールを使って行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 【請求項９】鋳造ストリップは0.05−13cm（0.02−５イ
   ンチ）の厚さであることを特徴とする請求項１に記載の
   方法。