JP4922945B2 - 金属をストリップ鋳造するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属製のストランド、特に長方形のストランドを最終寸法に近く鋳造するための方法に関し、この場合液状金属を回動する搬送ベルト上に鋳造し、引続きインライン圧延工程が行なわれ、ならびにそれを実施する装置にも関する。

ストリップ鋳造の場合、液状金属は、水平方向で可動に設けられた供給容器内の開口部を通って、水平方向で回動するベルトの上面に、そこで凝固させるために鋳造される。凝固した後、このように鋳造されたストリップはロールスタンドかまたは圧延ラインへ直接送られる。

特許文献１において、金属製の長方形のストランド、特に鋼を最終寸法に近く鋳造するための方法と、材料供給容器を備えた、接続しているストランドのインライン圧延が記載されている。前記材料供給容器の出口ノズルを経由して、液状金属は搬送ベルトのベルト車間部分上に装填され、そこで液状金属は凝固し、かつ変形させるためにロールスタンドに順に渡される。以下の工程を備えている。
ａ）鋳造開始前
ａａ）搬送ベルト上に液状金属を装填する点を大まかに決める。
ａｂ）搬送ベルトの搬送速度を所望の圧延肉厚とロールスタンドの圧延速度に依存して調節する。
ｂ）鋳造時
ｂａ）搬送ベルト上にある金属ストランドが完全に凝固する位置を検出する。
ｂｂ）圧延材料の温度をロールスタンドの領域内で検出する。
ｂｃ）完全に凝固する位置と圧延材料の温度を，材料供給容器を離れる液状金属を搬送ベルト上に装填する時点の実際の位置のための制御量として使用する。

この前記文献からは、さらに金属製の長方形のストランド、特に鋼を最終寸法に近く鋳造するための装置と、出口ノズルを備えた金属供給容器、水平に配置された搬送ベルト、及びこの搬送ベルトに後続して設けられた少なくとも一つのロールスタンドを備えた、続くインライン圧延機が知られている。この場合、材料供給容器は移動要素と接続しており、この移動要素と共に、材料供給容器は搬送ベルトの主軸に対して水平方向でかつ同軸で、水平なストランドの搬送方向あるいは逆方向に移動可能であり、材料供給容器はアクチュエータに接続しており、このアクチュエータは制御ユニットと通常の技術で連結しており、この制御ユニットには、ストランドの凝固位置を検出するための測定部材と圧延材の温度を検出するための部材が接続している。

従って、従来技術に対して、金属の搬送ベルト上への装填位置は、局所的に固定されているか、あるいは局所的にばらついている。

装填位置が局所的に固定されている場合、ここでは製造の多様性が制約の多さに影響を受けることが短所である。寸法あるいは金属品質の変更が少ない製品だけは製造することができる。液状金属の搬送ベルト上への装填点を可変にすることにより改善は達せられた。しかしながら、このような方法あるいはこのような装置の場合、冷却部がフレームの条件に合わないという短所がある。ストリップ鋳造の際の冷却様式と、冷却部の位置あるいは空間的配設は、例えば熱導出が搬送ベルトに所的に過熱するように、搬送ベルトに影響を与え、局所的な過熱の結果として搬送ベルトが故障することがわかった。さらに効果的な熱搬送は、鋳造されるストリップの十分な凝固が全く達せられない程にわずかである。
欧州特許第１０７７７８２号明細書

本発明の根底をなす課題は、製品領域または製造の多様性が拡張される方法および装置を提供することである。このことは先に挙げた短所を避けるために、様々な金属と品質の鋳造、様々な製造肉厚及び幅、ならびに幅広いバリエーションと鋳造速度を含んでいる。

この課題は、本発明によれば、請求項１の上位概念による方法において、ノズル（１１）がノズルセグメント（１２〜２０）にまとめられること、ノズルセグメント（１２〜１５）内のノズル（１１）が、様々な圧力を備えていること、および 個々のノズルセグメント（１２〜１５）内の冷却媒体あるいは冷却水の流量が変更されることにより解決される。

方法の別の実施形態は、これに関する従属請求項にからもたらされる。

さらに本発明は本発明による方法を実施するための装置に関する。

装置の他の実施形態はこれに関する従属請求項からもたらされる。

本発明による方法の決定的な長所は、冷却の強度が最大の熱運搬に対応して、最大の熱効果が液状金属の第一接触の位置において搬送ベルトを用いて獲得され、かつ下流へ減少するように設計されている。最適に適合した冷却装置あるいは冷却機構と接続状態にある搬送ベルトへの液状金属の装填位置が局部的にばらつくことにより、製造の多様性の自在性が得られる。

液状金属が搬送ベルトと接触状態になる場所は、様々な金属品質、質量流量等のような一定の限界条件の下で、鋳造方向で変更しなければならない。そのために冷却強度は、冷却領域が局所的に変化することにより調節される。従って、最大の冷却強度を備えた搬送ベルトの領域は、供給容器からの液状金属の流出位置と関係している。

本発明による方法と本発明による装置により、製造領域を拡張するための効果的な冷却区間あるいは熱導出の自在性が達せられる。したがって、より多くのあるいはより少ない強く冷却されるべき材料を様々な装填量で鋳造することができる。

第一の実施形態では、ノズルが多数の独立したユニットで統合される。各ノズルユニットには、個々の圧力が調節される水供給機構が所属している。このような装置の場合、冷却媒体が搬送ベルトの上側のベルト車体間部分の下面に対して吹付けられる圧力は、液状金属が搬送ベルトの上側のベルト車体間部分の上面に装填される位置において最大である。搬送方向において、圧力は後続のノズルユニット内で例えば徐々に下げられる。液状金属の装填位置における最大圧力により、ここでは最大の冷却効果が得られることが達せられる。

第一の実施形態において、圧力は個々のノズルユニット内で変化する。

第二の実施形態の場合、個々のノズルユニットにおける冷却媒体が、搬送ベルトの上側のベルト車体間部分の下面に吹付けられる圧力は一定のままである。この場合個々のノズルユニットは、ノズルユニットが最大の冷却効果、従って最大の冷却媒体流でもって常にそこに設けられているように配設されており、それによって液状金属は搬送ベルトに装填される。このためにノズルユニットは局所的に移動されるかあるいはずらされる。

搬送ベルトの端部において凝固したストリップを保持するために、さらに搬送ベルト速度と金属量／時間のパラメータが変更される。凝固に必要な効果的冷却時間長は凝固完了長さに合わせられる。

この過程は以下のような様々な状況で行われ、その際搬送ベルトへの液状金属の一様な供給が前提とされる。

鋳造工程時の効果的冷却時間長の短縮
事例１：ユニットＺ／Ｉと搬送ベルトの間の相対速度は一定に維持する。搬送ベルトの速度ｖ_Ｔｒは、ユニットＺ／Ｉの水平方向速度分だけ上げなければならない。

ｖ_{Ｔｒ ｎｅｗ}＝ｖ_{Ｔｒ ａｌｔ}＋ｖ_{Ｔｒ Ｚ／Ｉ}

この場合、ｖ_Ｔｒは搬送ベルトの速度であり、ｖ_{Ｔｒ Ｚ／Ｉ}はユニットＺ／Ｉの速度である。

質量流量ｍは一定に維持される。ユニットＺ／Ｉが端部位置に達した際、搬送ベルト速度ｖ_Ｔｒは最初の値に再度下げられる。

事例２：搬送ベルト速度ｖ_Ｔｒは一定に維持する。金属供給は以下のｍの分だけ絞られる。

ｍ＝ｄ×ｂ×ｒｈｏ×ｖ_{ＥinheitＺ／Ｉ}in（t/min）

この際、ｍは質量流量を、ｄはストリップの肉厚を、ｂはストリップの幅を、ｒｈｏは液状金属の密度を、そしてｖはユニットＺ／Ｉの速度を表わす。

ユニットＺ／Ｉが端部位置に達した際、質量流量ｍは最初の値に再度上げられる。

鋳造工程時の効果的冷却時間長の延長
事例３：ユニットＺ／Ｉと搬送ベルトの間の相対速度は一定に維持する。搬送ベルトの速度ｖ_Ｔｒは、ユニットＺ／Ｉの水平方向速度分だけ下げなければならない。

ｖ_{Ｔｒ ｎｅｗ}＝ｖ_{Ｔｒ ａｌｔ}−ｖ_{Ｔｒ Ｚ／Ｉ}

質量流量ｍは一定に維持される。ユニットＺ／Ｉが端部位置に達した際、搬送ベルト速度ｖ_Ｔｒは最初の値に再度上げられる。

事例４：搬送ベルト速度ｖ_Ｔｒは一定に維持する。金属供給は以下のｍの分だけ増加される。

ｍ＝ｄ×ｂ×ｒｈｏ×ｖ_{ＥinheitＺ／Ｉ}in（t/min）

ユニットＺ／Ｉが端部位置に達した際、質量流量ｍは最初の値に再度下げられる。

以下に示すように、説明する過程は図で示してある。

例えば代表的な搬送ベルト速度 ｖ_Ｔｒ： ４０ｍ／ｍｉｎ
ｖ_{ＥinheitＺ／Ｉ}：１０ｍ／ｍｉｎ

事例１： ｖ_Ｔｒ＝５０ｍ／ｍｉｎ

事例３： ｖ_Ｔｒ＝３０ｍ／ｍｉｎ

例えば代表的な設備の装填量

ｍ＝０．０１２ｍ×１．３ｍ×７．６ｔ／ｍ^３×４０ｍ／ｍｉｎ＝４．７ｍ／ｍｉｎ

ｖ_{ＥinheitＺ／Ｉ}＝１０ｍ／ｍｉｎ → Δｍ＝１．２

事例２： ｍ＝３．５ｔ／ｍｉｎ

事例４： ｍ＝５．９ｔ／ｍｉｎ

本発明の実施例を極めて概略的な図を基に詳しく説明する。

図１ａ，１ｂ，１ｃには、搬送ベルト３の上方の液状金属２のための金属供給容器１が設けられている。搬送ベルト３は二つのローラ４及び５を介して方向転換される。金属供給容器１内の開口部６から、液状金属２が搬送ベルト３の上側のベルト車間部分８の上面７に達する。ローラ４及び５の回転運動により、液状金属２は搬送方向９で図示していない圧延機まで案内される。

この場合、液状金属２は、ローラ５の領域内の搬送ベルト３から出るときには、十分な強度のストランド凝固殻を形成しなければならない。搬送ベルト３を冷却するために、従ってさらに液状金属２を冷却するためにも、搬送ベルト３の上側のベルト車間部分８の下面１０の領域内にノズル１１が設けられている。ノズル１１からは、水あるいはそのような物と同じ冷却媒体が上側のベルト車間部分８の下面１０に吹付けられる。

ノズル１１は例えば四つのノズルセグメント１２，１３，１４，１５内に設けられている。ノズルセグメント１２，１３，１４，１５は各々、個々の圧力が調節される水供給部（図示していない）を備えている。これによりノズルセグメント１２，１３，１４，１５の各々に異なる圧力をかけることが可能になる。そこで冷却水あるいは冷却媒体の高い圧力により、どこに最も大きな熱量を導出しなければならないかがわかる。この場所は液状金属２が上面７に衝突する位置に相当する。図１ａにおいて、この場所は左側にある。従ってノズルセグメント１２には例えば８バールの圧力がかかる。搬送方向９でわかるように排出されるべき熱量は少ないので、ノズルセグメント１３には例えば６バールの減少した圧力が、ノズルセグメント１４には４バールの圧力が、そしてノズルセグメント１５には３バールの圧力がかかる。

液状金属２が上面７に衝突する場所の手前に設けられたノズルセグメント（図１ｂにおけるノズルセグメント及び図１ｃにおけるノズルセグメント）には、減少した圧力がかかる。

圧力は常に個々に調節可能であり、かつ金属品質、質量流量などのような先に挙げた限界条件により影響を受ける。

図２ａ，２ｂ，２ｃに示した本発明による装置において、冷却水あるいは冷却媒体は一定の圧力の下で個々のノズルセグメント１６，１７，１８，１９，２０に供給される。この場合、供給はノズルセグメント１６，１７，１８，１９，２０に関しては中心で行われるか、あるいは一つ一つに関しては中心から離れて行われる。ノズルセグメント１６，１７，１８，１９，２０のノズルは、この場合、ノズルセグメント１６，１７，１８，１９，２０の冷却効果が異なるように設計されている。このことは例えば冷却媒体の装填量がまちまちであることにより達せられる。

本発明によれば、冷却効果の高いノズルセグメント１６，１７，１８，１９，２０は、液状金属２が搬送ベルト３に達する場所に設けられる。この場所は変化するので、ノズルセグメント１６，１７，１８，１９，２０は交換するかあるいは移動させることができる。図２ａでは、左側のノズルセグメント１６の高い冷却効果が達せられる。搬送方向９において、後続するノズルセグメント１７，１８，１９，２０の冷却効果は低下している。

図２ｂにおいて、液状金属２のための装填位置は搬送方向９でずれている。高い冷却効果を得るために、図２ａから周知のノズルセグメント１６は同様に搬送方向でずれている。

冷却効果における一様な勾配を得るために、後続のノズルセグメント１７，１８，１９，２０は、各々貯蔵場所（Stellplatz）の周囲で右側へ移動される。図２ｃでは別の貯蔵場所の周囲の移動が示してある。

先に記載したパラメータである搬送速度と、金属量／時間の変化にあって、効果的な冷却時間長は凝固完了長さに合わせられる。

金属供給容器が位置（１ａ）に設けられている、ノズルセグメントの圧力調節部を備えたストリップ鋳造設備を示す図である。 金属供給容器が位置（１ｂ）に設けられている、ノズルセグメントの圧力調節部を備えたストリップ鋳造設備を示す図である。 金属供給容器が位置（１ｃ）に設けられている、ノズルセグメントの圧力調節部を備えたストリップ鋳造設備を示す図である。 金属供給容器が位置（２ａ）に設けられている、交換可能なノズルセグメントを備えたストリップ鋳造設備を示す図である。 金属供給容器が位置（２ｂ）に設けられている、交換可能なノズルセグメントを備えたストリップ鋳造設備を示す図である。 金属供給容器が位置（２ｃ）に設けられている、交換可能なノズルセグメントを備えたストリップ鋳造設備を示す図である。

１ 金属供給容器
２ 液状金属
３ 搬送ベルト
４ ローラ
５ ローラ
６ 開口部
７ 上面
８ 上側のベルト車間部分
９ 搬送方向
１０ 下面
１１ ノズル
１２〜２０ ノズル−セグメント

Claims (6)

1. 金属製のストランドを最終寸法に近く鋳造するための方法であって、液状金属（２）を回動する搬送ベルト（３）上に鋳造し、引続きインライン圧延工程が行なわれる方法であって、この方法が以下の工程、すなわち
   ローラ（４，５）の間で鋳造方向で、搬送ベルト（３）の上側のベルト車間部分（８）上に液状金属を局部的に可変に装填する工程、および
   ノズル（１１）を用いて冷却媒体あるいは冷却水を上側のベルト車間部分（８）の下面（１０）へ吹付けることにより搬送ベルト（３）の上側のベルト車間部分（８）を冷却する工程を備えており、
   ノズル（１１）がノズルセグメント（１２，１３，１４，１５）にまとめられる方法において、
   相応するノズルセグメント（１２，１３，１４，１５）には、液状金属が上側のベルト車間部分（８）の上面（７）に装填される場所において最大の冷却水圧力がかかることにより、搬送ベルト（３）が、この場所において最大に冷却されるか、あるいは最大の熱量が導出されること、および
   圧力が後続するノズルセグメント（１２，１３，１４，１５）において低下することを特徴とする方法。
2. 金属製のストランドを最終寸法に近く鋳造するための方法であって、この場合、液状金属（２）を回動する搬送ベルト（３）上に鋳造し、引続きインライン圧延工程が行なわれる方法であって、この方法が以下の工程、すなわち
   ローラ（４，５）の間で鋳造方向で、搬送ベルト（３）の上側のベルト車間部分（８）上に液状金属の局部的に可変に装填する工程、および
   ノズル（１１）を用いて冷却媒体あるいは冷却水を上側のベルト車間部分（８）の下面（１０）へ吹付けることにより搬送ベルト（３）の上側のベルト車間部分（８）を冷却する工程を備えており、
   ノズル（１１）がノズルセグメント（１６，１７，１８，１９，２０）にまとめられる方法において、
   相応するノズルセグメント（１６，１７，１８，１９，２０）には、液状金属が上側のベルト車間部分（８）の上面（７）に装填されるこの場所において、冷却媒体あるいは冷却水の最大の流量が当たることにより、搬送ベルト（３）が、この場所において最大に冷却されるか、あるいは最大の熱量が導出されること、および
   後続するノズルセグメント（１６，１７，１８，１９，２０）内の流量が減ること、および
   ノズルセグメント（１６，１７，１８，１９，２０）内のノズル（１１）が同じ圧力を有していることを特徴とする方法。
3. 液状金属の質量流量ｍが一定に維持されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 搬送ベルトの搬送速度ｖ_Ｔｒが一定に維持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
5. 金属供給が減少されるか、あるいは増加されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
6. 搬送ベルトの搬送速度ｖ_Ｔｒが下げられるか、あるいは上げられることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。

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