JP2655143B2 - 薄い金属連続素材の製造方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、厚さが20mmを下回り例えば鋼から成る、薄
い金属連続素材の製造方法および装置であって、冷却さ
れていないがエネルギポテンシャルが低い精練された金
属プロフィル（押出材）がその横断面の少なくとも１つ
の面にて溶湯と接触してこれを結晶化し、その際に接触
時間の長さにより金属連続素材の厚さを調整する、薄い
金属連続素材の製造方法および装置に関する。

例えば鋼である金属の連続鋳造の場合に溶湯が、冷却
された表面で結晶化される際には、冷却された表面と、
結晶化された加工材との間に接続が形成されない。した
がって連続鋳造では、工程結果を破壊しないために使用
鋳型が鋳造加工材と結合するのを回避する。

しかし連続鋳造技術は、到達可能な連続素材の厚さに
より限界を与えられその際に最小の連続素材厚が考慮さ
れ、増加する連続素材厚は考慮されない。従来技術の場
合には、対応する幅の連続素材において“上方へ向か
う”到達可能な連続素材厚は約300mmでありその際に300
mm×2,100mmの横断面寸法がジャンボ連続素材と称され
る。できるだけ薄い連続素材を目標とする方向（“下方
へ向かう”連続素材厚の変化）において連続鋳造技術の
限界は一方では連続鋳造永久型の中への鋳造加工材の鋳
込み状態により与えられる。何故ならば浸漬式溶湯吐出
技術はこの場合に寸法が原因で不可能であるからであ
る。他方では、実施するのは成功すると予測されるが生
産段階にまで発展させ完成させるには多大の費用を要す
る、薄い金属連続素材の連続鋳造に対する多くの提案が
これまでに公知となっている。

背景技術 冷却された表面での結晶化を使用した前述の連続鋳造
方法はWaldemar Schwarzmaier博士著“連続鋳造”（シ
ュトゥットガルト所在のBerliner Union出版社刊）の44
頁および45頁に記載され公知である。

薄い金属連続素材を製造するための冒頭に記載の方法
はCH特許第301042号明細書により公知である。更にErha
rd Herrmann博士著“連続鋳造ハンドブック”（ジュッ
セルドルフ所在のAlumimiun出版社，第１版,1958年刊）
の105頁に記載のように1951年に連続鋳造に代わる手段
に対する試験が行なわれこれについて“Development of
Continuous Casting of Steel"誌第21巻（1954年刊506
頁ないし508頁にM.P.Newbyが報告している。3.2mmの厚
さの帯状鋼材が1600℃の溶銑浴槽の中を浸漬時間0.5sec
かつ180m/minの速度で貫通して引抜かれる。この場合に
厚さ6.4mmすなわち２倍になる。しかしながら帯状鋼材
の核心部の温度は1100℃に達するにすぎない。この結果
から、浸漬時間が横断面の最小寸法の自乗で増加するの
で、4.8mmの帯状鋼材においては浸漬時間が１秒を上回
ると見積らなければならないという教訓を得た。

これ以外に特開昭52−50928号公報、特開昭61−92770
号公報、特開昭60−191655号公報、特開昭61−86065号
公報に、この分野の技術が開示されている。

技術的課題 最近になって試験により、帯状鋼材の核心部で前記の
温度1100℃に達せずまた溶湯が帯状鋼材の中に拡散しな
いことが分った。厚さが4.8mmの場合には両加工材の間
の接続さえも形成されない。

したがって本発明の課題は、例えば、厚さが20mmを下
回る鋼から成る、薄い金属連続素材の製造方法であっ
て、最終製品（板材，帯材，管，プロフィル）に近い製
品の製造を可能にし冷間および熱間成形費用を最小にす
るだけでなく、構造が均一である製品を経済的な量で製
造することができる、薄い金属連続素材の製造方法を提
供することにある。

上記特開昭52−50928号公報には、芯部材断面の代表
寸法ａの関数として、浸漬時間を0.5a〜15aとする技術
思想が開示されている。しかし、具体的に芯部材断面の
代表寸法ａがどの範囲のときに芯部材と折出金属部分が
しっかりと融着するかという点については全く開示され
ていない。これを決定することは、単なる設計変更の水
準を超えるものである。なぜならば、一般的に言って、
ａが0.1mm程度であるときの技術はａが5mm程度以上のと
きの技術とは、質的に変化してしまうからである。この
ようなときには単なる設計変更では対処できないことは
鉄鋼業界の基本的認識である。

本発明は実験に基づいて、この適用限界を明らかにす
るものである。

問題点を解決するための手段 上記問題は、冒頭に記載の方法に基いて本発明によ
り、厚さが0.1mmないし1.4mmに選定された金属プロフィ
ルが溶湯と接触しその際に最大許容接触時間に相応し
て、金属プロフィルと、これに（相境界なしに）付着し
ている結晶と溶湯加工材とから成る、約６ないし10倍の
連続全素材厚を有する金属連続素材が溶湯から引抜かれ
ることにより解決される。

本発明は0.1〜1.4mmの鋼材から出発して、それの６〜
10倍まで大きくするものである。

私達は、出発材料が0.1〜1.4mmでなければ中心部材と
析出金属部分との間のしっかりとした結合は得ることが
できないことを究明した。また、このような寸法である
ので、溶湯の中を移動させることが可能となる。さらに
厚い出発部材から出発して20倍まで大きくするときは、
中心部と析出部は融着せず、融着するのは６〜10倍まで
であることをも究明した。

本発明は薄い金属連続素材に関するものである。線材
と薄い金属連続素材では、断面の幾何学的形状が異なる
ので、熱伝導特性等が異なり、それらの技術的知見は互
いに利用することができない。例えば一方で可能である
ことが、他方では可能であるとは限られず、仮に可能で
あるとしても、それは、技術的に予見できたとは必ずし
も言えない。本発明は実験に基づき適用限界を明示して
いる。この適用限界内では、中心部分と析出金属部分の
しっかりとした結合が保証される。

発明の利点 この方法は主に３つの利点を有する。

ａ） 金属プロフィルの厚さが小さいので、接触した溶
湯が初めに急冷するにもかかわらず内部まで加熱され
る。

ｂ） 得られる金属連続素材の組織が均一である。すな
わち溶湯が金属プロフィルの中に深く拡散し後に圧延に
より、十分に均一な構造が得られる。

ｃ） 材料循環が、連続全素材の厚さが10倍の場合に10
％に限られるのでこの方法は経済的である。

さらに、薄い金属プロフィルの大きな束はより容易に
扱うことができる。更に、多くの薄い金属プロフィルか
らいわゆる層状加工材を製造することができる。更にこ
の方法に要する発展手段は比較的僅かでありこの方法は
比較的簡単な装置で実施できる。この方法の場合の大き
な利点は、例えば板状や帯状の場合に圧延に適切な自然
エッジが形成されこれが圧延工程を助ける点である。全
体的に見て、本発明による方法においては（例えば鋼等
の）液状製品から仕上り製品への変換に要する費用は最
小である。

他の１つの利点は、この方法を非連続的にでも連続的
にでも容易に実施することができる点である。

特に強調すべき利点は、連続鋳造と異なり、冷却され
ていない金属体と溶湯との間の接触時間を変えるだけで
金属連続素材の厚さを設定または調整することができる
点である。連続鋳造の場合にはこのために連続鋳造永久
型の狭幅面プレートの調整のために費用の比較的大きい
装置を使用するので連続鋳造の際にまず初めのうちは厚
さを変えることができない。薄い金属プロフィルの場合
には更に、金属プロフィルを成形するために使用する溶
湯用の加工材は完全に同種である必要はない。

発明の実施形態 薄い金属連続素材を連続的に製造するために本発明の
別の１つの実施例においては、決められた横断面と固体
状の組織状態とを有する金属プロフィル連続素材が、類
似の種類の溶湯の中へ導入され所定の時間にわたり溶湯
に囲まれてこれを貫通して引抜かれその際にこの金属プ
ロフィル連続素材の内部は最大で固相温度に加熱され引
続いて、溶湯に囲まれている金属プロフィル連続素材は
溶湯の外で、制御される冷却工程にかけられる。

特に大きい１つの利点は、金属プロフィル連続素材が
下から上へ動かされて溶湯を貫通することである。この
ようにして横断面の周りに付着した溶湯加工材の厚さは
均一となる。

本発明の１つの発展形においては金属プロフィル連続
素材は多くのサイクルにてその都度の１つの溶湯の中を
貫通して引抜かれる。この工程は、特に厚い金属連続素
材の製造に用いられる。

長い接触時間に相応して、本発明の別の１つの特徴に
おいては金属プロフィル連続素材が所定の道に沿って溶
湯の中を貫通して動かされる。

更に本発明により、種々の加工材層から成る、薄い金
属連続素材を成形することができる。このために金属連
続素材が多くのサイクルにてその都度異なる溶湯浴槽容
器の中を貫通して動かされる。

連続鋳造の他の１つのこれまでの欠点は鋳造速度にあ
った。冷却されない金属体または、冷却されない金属プ
ロフィル連続素材の引抜き速度を相応に高めることによ
り本発明においては連続全素材を、溶湯から取出した後
ただちに熱間成形工程及び／又は冷間成形工程にかける
ことができる。

本発明を実施する有利な装置は、金属プロフィル連続
素材のための入口と、連続全素材のための出口とを有す
る溶湯容器を設けることと、溶湯流入口を設けること
と、金属プロフィル連続素材用の入口及び／又は出口が
溶湯に対して密閉されていることにより構成される。

溶湯容器の中の溶湯の温度調整は、溶湯容器に加熱及
び／又は冷却素子を設けることにより可能となる。

次に本発明を実施例に基いて図を用いて説明する。第
１図は溶湯容器の垂直横断面図、第２図は冷却されてい
ない金属体または、冷却されていない金属プロフィル連
続素材の横断面図、第３図は第２図に示されている金属
プロフィル連続素材を基にして得られた連続全素材の横
断面図、第４図は横断面が厚い金属プロフィル連続素材
の横断面図、第５図は第４図に示されている連続全素材
の横断面図、第６図は別の溶湯容器の垂直横断面図であ
る。

例えば鋼から成る薄い金属製連続素材の製造工程は溶
湯容器１にて行なわれ溶湯は加熱及び／又は冷却素子２
によりその都度所望の温度に調整されるので溶湯４のエ
ネルギポテンシャルを前述のように高くすることが可能
である。場合に応じて溶湯４を電磁かくはん装置３によ
りかくはんして溶湯４内の温度を均一化する。

冷却されていない金属プロフィル（押出材）５は、予
熱されて到来した場合にも低いエネルギポテンシャルを
有する。連続工程には、前もって決められている断面5b
と、固体状の組織状態とを有する、冷却されていない金
属プロフィル連続素材5aが用いられる。溶湯４および金
属プロフィル５または金属プロフィル連続素材5aは通常
の場合には、本質的に一致する分析結果を有する。溶湯
４を貫通して引抜く際に、金属プロフィル５または金属
プロフィル連続素材5aの内部5cは最高で固相温度に加熱
されるように接触時間は保持される。第１図に示されて
いる例においては金属プロフィル５として矩形の断面5b
すなわち帯状断面が仮定されている。金属プロフィル連
続素材5aは下から入口1aを通過して上方に向かって溶湯
４の中を貫通して動かされる。出口1bを離れた後、連続
全素材６は、酸化に対して保護する大気の中に冷たくな
るまでまたは成形機械の中へ入るまで保持され成形機械
にて連続全素材６は熱間成形加工及び／又は冷間成形加
工される。連続全素材６の厚さは、前述のように多くの
サイクルにより更に増加させることができその際に金属
連続素材はサイクルとサイクルの間に同様に、不活性ガ
スが充填されている空間の中で冷却される。この冷却
は、各サイクルの後に溶湯加工材を（相境界なしに）金
属連続素材に付着するために限界内に保持されなくては
ならない。この場合に、個々の溶湯容器１の中で異なる
加工材料から成る溶湯４すなわちいわゆる層状加工材を
製造することもできる。この場合に消費される溶湯４は
連続して、相応の金属的静圧力により流入溶湯７により
補足されその際に溶湯レベル7aは調整される。溶湯４
が、耐火材から成る溶湯容器１の入口1aを通過して流出
しないように、押圧装置8aを有する耐火密閉部材８およ
び、例えばアルゴン等の不活性ガスが大きい圧力にて導
入されている、耐火密閉部材８を囲む圧力容器９が設け
られている。このために圧力容器９はガス流入口10を有
しリップパッキン11が、ガス漏れに対して入口1aに設け
られている。

金属プロフィル連続素材5aの横断面5bは矩形に選定し
てあるが、試験により分ったように広幅面における、連
続全素材の厚さ12に対して自然エッジ13が形成される。
自然エッジ13は、金属製連続材を圧延する際に非常に有
利である。

種々の溶湯用加工材を使用する場合にも、溶湯４が拡
散により連続全素材６の柔かい内部5cの中に浸透するこ
とにより相境界のない加工材構造が得られる。

前述の工程は、すでに述べたように多数回繰返すこと
ができその際にその都度、最も遅くとも圧延工程後に新
しい溶湯が、既に凝固しているかまたは凝固過程中の層
の表面に相境界なしに付着する。

第６図に示されている代わりの実施例は、前述のよう
な溶湯容器１を示している。出口1bの個所で容器底部14
はロール15および16の分だけ湾曲している（図の右半
部）かまたはロール16が容器底部14を形成する。ロール
15と16とは互いに逆方向で駆動することができる。湾曲
部を有する容器底部の場合にはそれぞれのロールは金属
製であり場合に応じて冷却させる。他方の場合（図の左
半部）にはロール15はセラミック製かまたは、熱を伝達
しにくい加工材から成る。双方の場合にロール15および
16は熱間成形工程を行なうことができる。非常に重要な
のはこの場合には、第１図の実施例とは逆に金属プロフ
ィル５または金属プロフィル連続材5aが上から下への方
向で案内されることである。第６図に示されている実施
例の場合にも、連続鋳造における伝導的熱導出とは異な
り、比較的冷たい金属体のエネルギポテンシャルを容量
的に使用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パルシャート，ロタール ドイツ連邦共和国、デ‐ 4030 ラーテ ィンゲン ５、アン・デァ・デレン ２ エー (56)参考文献 特開 昭52−50928（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−191655（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−92770（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面が清浄にされ鋼から成る金属プロフィ
   ルの少くとも一方の面を溶湯容器（１）中の金属溶湯に
   浸漬させ、上記溶湯をその金属プロフィル上に僅かに折
   出させて、厚さが20mm以下の薄い金属連続素材を製造す
   る方法であって、金属が折出した金属連続素材の全厚さ
   が、上記金属プロフィルと上記溶湯金属の温度を考慮し
   てかつ上記僅かに折出した金属が再溶融することがない
   ように上記浸漬の時間を設定することにより、調節さ
   れ、その後に上記溶湯容器中の溶湯（４）から上記金属
   連続素材（６）が引き出される方法において、上記金属
   プロフィル（５）が厚さ0.1〜1.4mmであって、金属プロ
   フィル（５）とその上に折出した金属からなる金属連続
   素材（６）の全厚さが元の金属プロフィル（５）の厚さ
   の約６から10倍になるまで、上記金属プロフィル連続素
   材を溶湯（４）に浸漬させることを特徴とする薄い金属
   連続素材を製造する方法。
2. 【請求項２】上記金属プロフィルが所定の断面形状と所
   定の構造状態を有する金属プロフィル（５）であって、
   それをその金属と同種の金属の溶湯（４）の中に入れ、
   所定の時間でその中を通し、その全周面に溶融金属を付
   け、金属プロフィルその中（5c）までその金属の固相の
   最高温度まで加熱し、その後に、溶融金属（４）が付着
   している金属連続素材を上記溶湯（４）の外部で制御し
   ながら冷却することを特徴とする請求項１記載の薄い金
   属連続素材を製造する方法。
3. 【請求項３】上記金属プロフィル（５）が金属溶湯
   （４）の中を底面から上面に向って運動することを特徴
   とする請求項１または２記載の薄い金属連続部材１を製
   造する方法。
4. 【請求項４】上記金属プロフィル（５）が同一の金属溶
   湯に複数回浸漬されることを特徴とする請求項１から３
   に記載の薄い金属連続素材を製造する方法。
5. 【請求項５】上記金属プロフィル（５）が金属溶湯の中
   を所定の経路で運動することを特徴とする請求項１から
   ４記載の薄い金属連続素材を製造する方法。
6. 【請求項６】上記金属プロフィル（５）を異なった金属
   溶湯（４）の中に複数回浸漬させることを特徴とする請
   求項１から５に記載の薄い金属連続素材を製造する方
   法。
7. 【請求項７】金属連続素材が上記金属溶湯から出た直後
   に熱間成形と冷間成形またはそのいずれか一方の工程に
   送られることを特徴とする請求項１から６記載の薄い金
   属連続素材を製造する方法。