JP5049299B2 - 鋳造金属スラブとの接触長が調節可能なベルト鋳造機 - Google Patents

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Description

本発明は、金属ストリップ(metal strips)の連続ベルト鋳造(belt casting)のための方法(プロセス)および装置、とくに、異なる冷却要件及び特徴を有する様々な溶融金属による金属ストリップのツインベルト鋳造に関する。
金属ストリップのツインベルト鋳造は、典型的には、通常は可撓性のある弾性のある鋼製バンドなどから成り、適切なローラおよび他の経路画定手段上を駆動される一対のエンドレスベルトの使用を含むため、鋳造キャビティを形成する、典型的には下方傾斜または水平な細長い空間の対向面に沿って一緒に走行する。溶融金属は、鋳造キャビティの上流側入口近傍のベルト間に導入され、金属はキャビティの下流側出口端から、固化したストリップまたはスラブとして排出される。
ツインベルト鋳造システムの1例は、1965年1月5日に発行されたRochesterらに係る特許文献1に見ることができる。特許文献1は、各ベルトが、テンションロール、ガイドロール、少なくとも一対のサイジングロール、およびパワーロールの周囲を次々に旋回される鋳造機について記載している。ベルトはガイドロールおよびサイジングロールによって鋳造キャビティを形成する位置に保持されるので、最後のサイジングロール後のキャビティは、パワーロール上に供給される前に分岐する。サイジングロールは、ガイドロールと組み合わせて、冷却および固化領域全体でベルトの対向側を押圧し、結果として生じる鋳造ストリップの所望の厚さに応じて、ベルト間の選択された所定の距離を(所望すれば調節可能に)保持する役割を果たす。
1965年2月2日に発行されたHazelettらの米国特許第3,167,830号では、上側および下側ベルトアセンブリがキャビティ長/位置に影響を及ぼすように互いに対して移動することができるツインベルト鋳造装置が記載される。これは、たとえばプール対直接ノズルフィードなどの動作の種類および厚さの融通性を可能にするために使用される。その融通性は、ベルトが実際にスラブを接触させて限定する全体長として測定される際、有効なキャビティ長に影響を及ぼさない。

1983年1月11日に発行されたWoodらに係る特許文献3は、荷重セルが縮小する金属スラブに適用される圧力を測定するのに使用され、その結果がキャビティに補正テーパを適用するのに利用されるツインベルト鋳造システムをさらに開示している。このテーパの調節は、キャビティ長に影響を及ぼさない。
さらに別の設計仕様が、1997年5月22日に公開されたBraunらに係る特許文献4に記載されている。この文献は、ベルトタイプライナーを有するように適合可能であることによって、一連の接続されたブロックによって支えられるベルト鋳造機として挙動するブロック鋳造機を記載している。キャビティのテーパは様々な金属需要を満たすように調節可能だが、鋳造ストリップとの接触長を変動させるシステムについては記載していない。
米国特許第3,163,896号明細書 米国特許第3,167,830号明細書 米国特許第4,367,783号明細書 国際公開第97/18049号パンフレット
様々な合金、たとえば、箔合金対キャンエンド用または自動車用合金は、相当異なる熱流速要件を有する、すなわち、高品質の鋳造スラブを確実に得るために、非常に異なる熱除去速度を要する。その結果、箔合金を鋳造するように設計された鋳造機は、比較的低い熱除去を要し、比較的長いキャビティを有する。キャンエンドまたは類似の合金に適した高い熱流束で同じ鋳造機が使用される場合、キャビティに沿って生じるスラブ冷却の量は多すぎ、スラブの出口温度は以降の処理(たとえば圧延)にとって低すぎる。キャビティの全体の集束が補償のために低減される場合、スラブの表面の品質は劣化する。よって、広範囲のアルミニウム合金について、鋳造機を出る鋳造スラブが、所望のシート製品を製造するさらなる圧延に適した所定の温度範囲内に属する温度を確保するように、略一定の処理量で動作可能なツインベルト鋳造機が未だに必要とされる。
本発明の例示的実施形態は、上側および下側ベルト支持機構によってそれぞれ支持される上側および下側の冷却エンドレス可撓性走行鋳造ベルトによって画定される平行、あるいは通常収束する鋳造キャビティに閉じ込められ、固化される溶融金属から、直接ストリップ形態に金属スラブ(metal slab)を連続的に鋳造するためのツインベルト鋳造システムに関する。該実施形態では、鋳造スラブと直接接触する鋳造ベルトの1部は、スラブ出口温度が所望の所定範囲内に属し、鋳造キャビティ特徴(たとえば、収束率)がすべての合金でスラブの高品質が確保されるほど十分に上流端で高く保持できるように、鋳造キャビティ内で機械的に変更することができる。これは、例示的実施形態によると、キャビティが並行または均等に収束しており、ベルトがその全長に沿ってスラブと接触している1つの位置と、ベルトおよび鋳造スラブ間の接触を断つのに十分なキャビティの中間領域で、平行または収束から異なる傾斜、たとえば、あまり収束しない、あるいは拡散する角度に切り替わるように調整される1つまたはそれ以上の別の位置との間で調節を可能にするベルト用の支持機構を設けることによって達成される。異なる傾斜の部分は、平行または拡散路にベルトを有することができる。該配置では、ベルトの第1の部分はその全長でスラブに接触したままであり、異なる傾斜の部分(たとえば、あまり収束的しない、あるいは拡散する部分)はスラブとは接触せず、そのためスラブから熱を除去する。
図示される1実施形態では、ベルトは、典型的には、冷却ブロックである支持ブロックによって担持される。1つ以上のこれらの支持ブロックは、傾斜可能なアセンブリに搭載されることによって、傾斜した支持ブロック上を走行するベルト部分を、ベルトが鋳造スラブに直接接触する平行または収束路から、ベルトと鋳造スラブとの間の接触が断たれる路まで付勢する位置に調節することができる。
本発明の実施形態は、ベルト用の一連の支持ローラを使用するツインベルト鋳造機にも適用される。支持ブロックに関して記載したのと同じように、支持ローラ群は、鋳造キャビティ内の所定位置で鋳造スラブと接触しないようにベルトの傾斜を調節する傾斜可能なアセンブリに搭載される。
上記のようにスラブと接触するキャビティの部分を低減すると、スラブから除去される熱の量が大幅に減るため、過冷却作用が防止される。鋳造のために低い熱流束を要する合金が処理されている場合、傾斜機構は、スラブと接触する鋳造キャビティの部分が増大するように旋回することによって、スラブが、高い熱流束を要する他の金属とほぼ同じ出口温度で鋳造キャビティを離れるように確保する。このため、鋳造キャビティの全長をスラブと接触させる必要がある場合がある。
よって、本発明の実施形態は、広範囲の金属合金(たとえばアルミニウム合金)の場合、鋳造機を出る鋳造スラブが、シート製品を製造するためのさらなる圧延に適した所定の範囲内の温度を保つように確保しつつ、略一定の処理能力で動作する鋳造機を提供する。つまり、様々な合金および出口温度要件に合ったパラメータが確定され得るため、それらの要件に応じて、鋳造領域の調節可能部分の位置を、鋳造運転に先立ち設定することができる。
鋳造キャビティの固定部は好ましくは収束し、最も好ましくは約0.015%〜0.025%(固化スラブの線収縮に相当)の収束率で収束するが、いったん固化が顕著に完了したら、ベルトの熱除去速度を大幅に低減するため、調節可能な部分は、固定部と同じ収束率を有する位置と、1.0%もの拡散率を有する他の部分との間で移動させることができる。
別の例示的実施形態は、固定長の対面部を設けた回転ベルトを有するツインベルト鋳造機を動作させて、異なる鋳造作業で異なる冷却要件を有する少なくとも2つの溶融金属から鋳造金属ストリップ製品を形成する方法を提供する。該方法は、各金属に対して、所定の特徴の鋳造製品を製造するのに必要な鋳造機内の鋳造キャビティの長さおよび収束率(平行な鋳造面を含んでよい)を確定すること、ならびに、各金属を鋳造する前に、対面部でツインベルトのうち少なくとも1つの路を調節して、鋳造される金属に対して確定された長さおよび収束率に相当する長さおよび収束率を有する上流側鋳造キャビティと、ベルトが金属と緩く接触し、かなりの冷却効果を発揮するのを止める下流側領域とを形成することを含む。これにより、鋳造製品の所望の特徴および所望の出口温度を犠牲にすることなく、固定長の対面部に設けられたベルトを有する鋳造機で多くの様々な金属を鋳造することができるという点において、鋳造装置がより万能になる。
図面を参照すると、本発明を適用することができる基本的なベルト鋳造機の例を、図1に示す。その鋳造機は、上側および下側エンドレスベルト10および11を形成する一対の弾性のある可撓性熱伝導金属バンドを含む。これらのベルトは矢印AおよびBの方向にループ状の経路で走行するため、それらが接近する横断領域(すなわち、固定長の対面部)において、ベルトは、液体金属入口端13から固体ストリップ排出出口端14まで延びる鋳造キャビティ12(平行またはわずかに収束する)を画定する。ベルト10および11は、大きな駆動ローラ15および16によってそれぞれ駆動され、周りを搬送されて、それぞれ17および18で示される湾曲した液層支持構造の周りを通った後、入口端13の方に戻る。支持搬送構造19および20が各ベルト10および11に対して設けられ、駆動ロール15および16は、十分既知の手段によって、適切に搬送され、適切なモータ駆動部に接続される。
溶融金属は、任意の適切な手段によって、たとえば、連続的に供給されたトラフまたは樋21から鋳造キャビティ12に供給される。キャビティ12内の液体金属はベルトに沿って移動するにつれ、ベルトとの接触で、外側から内側へ連続的に冷却され固化されていくため、固体の鋳造ストリップ(図示せず)が出口端14から連続的に排出される。ベルトを冷却するのに便利な手段は典型的には、水などの冷却体用のチャンバを含む一連の冷却「パッド」の形を取ることができ、複数の出力ノズルが、ベルトからわずかに間隔をおいて、各ベルトの裏面に対向する領域をカバーするように配置されるため、ノズル面を通ってベルトに対して垂直に噴射される液状冷却体のジェット流が面全体を外側方向に流れて、適切な排出手段へと戻る。この目的で好適なノズルは、参照により本明細書に組み込まれる1980年3月18日に発行されたThorburnらの米国特許第4,193,440号に記載されるような、6角形の輪郭の平坦なガイド面を有するノズルである。
図1の装置の下側ベルト支持形成部(本発明の例示的実施形態に従い変更されているが)を示す図2に示されるように、一連の冷却パッド25a、25b、25c、25d、および25eが、一連の隔壁26a、26b、26c、26d、および26eを介して支持キャリッジ20から支持される。隔壁26a、26b、26c、26d、および26e間の空間によって、冷却体を鋳造ベルト10、11と冷却ノズルとの間の空間から取り外すことができる(図4Aおよび図4Bでより詳細に図示)。冷却パッド25a、25b、25c、および25dはすべて隔壁によって直接支持され、端の冷却パッド25eは、剛性を確保するため片持ち支持部27によって部分的に支持される。この特定の実施形態では、3つの支持隔壁26a、26b、および26cはすべて、支持キャリッジ20と冷却パッド25aおよび25bとの間に頑丈に固定される。ただし、隔壁26dおよび26eは、その下端において、ブラケット29および旋回軸30によって支持される旋回可能なサブフレーム28に接続される。追加の隔壁31もサブフレーム28およびブラケット29に接続されて、これが隔壁25cの1端を支持する役割を果たす。小さな間隙32が隔壁26cと31との間に設けられて、機械的組立を可能にする。よって、図2に見られるように、冷却パッド25c、25d、および25eは、サブフレーム28によって支持されつつ、旋回軸30の周囲を傾斜することができる(矢印Cで示される)。パッド25c、25d、および25eの傾斜は、固定キャリッジ20の1端および旋回可能なサブフレーム28の他端に搭載されたテーパウェッジ、ネジジャッキ、または水圧ラム33によって達成される。旋回軸30は好ましくは、鋳造キャビティ12の中間長、すなわち、鋳造ストリップが通常固体(または自己支持できるくらいに十分固体)である地点辺りに配置される。典型的な設備では、鋳造キャビティ12の上流側領域は約0.02%の基本的な収束率で収束しており、下流側の傾斜領域は、上流側領域との整合から、鋳造キャビティの下流側領域の収束を低減させる、あるいは約0.4〜1.0%も拡散させる非整合まで移動させることができる。
傾斜支持部のさらなる詳細は、隔壁26e、26d、および31をより詳細に分離して示すサブフレーム28の斜視図である図3に示される。剛性を得るためリブ間にブレーシング34が設けられているのが分かる。この図では、冷却パッド25c、25d、および25eが省略されているが、使用時には、図2に示される隔壁の上端間に搭載される。
隔壁31および隔壁26cに冷却パッドを装着するには、特別な配慮を必要とする。隔壁25b(図2)は隔壁26bおよび26cに装着され、隔壁25cは隔壁31および26dに装着される。これは、旋回可能なサブフレーム28がキャリッジ20の固定部に対して移動する際に、隣接する冷却パッド25bおよび25cが自由に分離することを意味する。
図4Aおよび図4Bは、たとえば、上述の米国特許第4,193,440号に記載されるように、6角形の冷却ノズル40に覆われる冷却パッド25bおよび25cの上面の平面図である。ノズル40は、隣接する冷却パッド間の接合部上を延びる密集配置を達成するようにジグザグに搭載される。よって、冷却パッド25bと25cとの接合部では、ノズルの縁部が、パッド間の間隙Xにジグザグに覆いかぶさる、すなわち、間隙の一方の側のノズルからの縁部が、間隙の他方の側の2つの隣接する縁部間から突出する、またその逆も同様である。
図4Aはサブフレーム28がCの方向に回転する前の配置を示し、図4Bはその回転後の配置を示す。図4Bの間隙X’は図4Aの間隙Xよりわずかに広い(ただし、さほどではなく、すなわち、通常は1mm未満)ことが分かる。回転が起こるとパッド間の間隙は増すが、ノズル間に空く間隙41は図示されるようにジグザグである。これは、パッド間の接合部に覆いかぶさるベルト(これらの図面には示さず)が、ベルトをパッド間で撓ませることができる連続的直線の横方向の間隙と衝突しないことを意味する。その代わりに、ジグザグ状の間隙は、横方向で考えた場合、ベルト上の様々な地点が、他の地点が間隙を通過することにより支持されていないときでも折々に下から支持されるようにベルトを支持する。ベルトが接合部上を通過する際、支持されている地点および支持されていない地点はベルトの幅全体で交互に現れる。旋回可能なサブフレーム28が、接合部からより拡散的なキャビティを生成するように回転し、これらの2つのパッドの界面で隣接するノズル間の空間が開き始めると、ノズル40の表面は接合部の対向面で非平面状になる。ノズルの縁部上を通過するベルトの運動とノズルの縁部との干渉傾向を最小限にとどめるため、旋回軸30は実際可能な限り鋳造面から離れて(すなわち、図示されるようにキャリッジの下端に隣接して)配置される。
サブフレーム28の回転中、ローラ16はキャリッジの残りの部分に対して所定位置に居続ける。サブフレームが回転すると、ベルトによってたどられる経路の全長がわずかに減少するが、典型的には5m以上の総ベルト長と比較して、その減少は1mm未満である。このような変動は、この種の鋳造装置に設けられる種類のベルトテンショナ(図示せず)によって容易に調整される。たとえば、ローラ16は、水平に摺動可能なベアリングに搭載され、図2に示されるように、バネ手段などにより付勢されて、ベルトの張力によってのみ抵抗させることができる。
このように構成される装置は、鋳造される金属の冷却および熱流束特徴に適合するように、鋳造前にサブフレーム28の回転を変動させることによって、様々な熱流束要件を有する各種異なる金属を鋳造するために使用することができる。傾斜が必要であろうとなかろうと、特定の金属にとっての傾斜度は、実験に基づき、あるいは既知の金属冷却特性および鋳造条件からの算出によって決定することができる。
図2および3は図1の装置の下側ベルト用の傾斜可能な支持機構を示すが、同じ配置を上側ベルトにも同様に、もしくは下側ベルトの傾斜可能な支持を提供する代わりに設けることができると理解される。したがって、単独の、または両方のベルトを下流側領域で傾斜させることができる。単独のベルト、好ましくは図示されるように下側ベルトのみを傾斜可能にするだけで通常は十分である。
本発明を利用できるツインベルト鋳造装置の非常に簡易な形を示す包括側面図である。 本発明の実施形態を示すベルト鋳造機のベルト支持機構の概略的な断面図である。 旋回部または傾斜部を示す斜視図である。 旋回部の接続の詳細を示す平面図である。 旋回部の接続の詳細を示す平面図である。
符号の説明
10 エンドレスベルト、11 エンドレスベルト、12 鋳造キャビティ、3 入口端、14 出口端、15 駆動ローラ、16 駆動ローラ、17 液層支持構造、18 液層支持構造、19 支持搬送構造、20 支持搬送構造。

Claims (12)

  1. 溶融金属が、上側および下側ベルト支持機構によってそれぞれ強固に支持される上側および下側の冷却エンドレス可撓性走行鋳造ベルトにより上下方向に画定され、水平方向のスラブ鋳造用に配向された鋳造キャビティに閉じ込められ、固化される、溶融金属から直接ストリップ状金属スラブを連続的に鋳造する方法であって、
    前記鋳造キャビティ内に上流側固定鋳造領域が設けられていて、該上流側固定鋳造領域においては、前記上側および下側のベルト支持機構が前記2つのベルトを上流側固定経路内で走行させ
    前記鋳造キャビティ内に下流側鋳造領域が設けられていて、該下流側鋳造領域においては、前記2つのベルトのうち少なくとも1つのベルトのベルト支持機構が、前記鋳造キャビティの長さ方向の中間部に配置された旋回軸の周りに傾斜して、前記少なくとも1つのベルトの上流側固定路と整合する経路と前記上流側固定路と整合しない経路との間で、前記下流側鋳造領域内における前記2つのベルトのうちの前記少なくとも1つのベルトの下流側のベルト経路を調節
    鋳造される金属の組成および所望の出口温度に応じて、前記少なくとも1つのベルトの下流側のベルト支持機構および下流側ベルト路が、前記ベルトが前記鋳造キャビティ内の所定地点で前記金属スラブから分離するように調整されることを特徴とする方法。
  2. 調節可能な前記下流側鋳造領域が、鋳造の開始前に所定位置に固定されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 鋳造される金属がアルミニウム合金であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の方法。
  4. 前記上流側固定鋳造領域は、上下方向に0.015%〜0.025%の範囲のベルト間隔収束率を有し、前記下流側鋳造領域は、前記上流側固定鋳造領域と同じベルト間隔収束率を有するベルトを提供する位置と、前記上流側固定鋳造領域より低いベルト間隔収束率または上下方向に最大1%のベルト間隔拡散率を提供する位置との間で調節可能であることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1つに記載の方法。
  5. 前記上側および下側のベルト支持機構が冷却パッドを備えることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1つに記載の方法。
  6. 水平方向のスラブ鋳造用に配向された鋳造キャビティを両ベルト間で上下方向に画定し、それぞれが上側および下側ベルト支持機構によって強固に支持される一対の上側および下側の冷却エンドレス可撓性可動性鋳造ベルトと、
    溶融金属を前記鋳造キャビティの上流端に供給する手段と、
    前記鋳造キャビティの下流端から鋳造された金属スラブを除去する手段とを備えるストリップ状の金属スラブの連続鋳造装置であって、
    前記鋳造キャビティは、上流側固定鋳造領域と下流側鋳造領域とを備えていて、
    前記上流側固定鋳造領域においては前記上側および下側のベルト支持機構並びに前記ベルトが上流側固定路内で移動するの制限され、
    前記下流側鋳造領域においては、前記金属スラブを前記下流側鋳造領域の少なくとも部で前記ベルトと接触させないようにするため、前記2つのベルトのうち少なくとも1つベルトのベルト支持機構が、前記鋳造キャビティの長さ方向の中間部に配置された旋回軸の周りに傾斜して、前記少なくとも1つのベルトに、前記少なくとも1つのベルトの上流側固定経路と整合する経路と前記上流側固定経路と整合しない経路との間で可変である下流側のベルト経路を提供し
    さらに該鋳造装置は、前記下流側のベルト経路を変動させるために前記少なくとも1つのベルトの前記調節可能なベルト支持機構を移動させる手段を含むことを特徴とする鋳造装置。
  7. 前記少なくとも1つのベルトの前記調節可能なベルト支持機構を傾斜させる手段が設けられ、該手段は、水圧シリンダ、テーパウェッジ、およびネジジャッキから成る群から選択されることを特徴とする、請求項に記載の鋳造装置。
  8. 前記ベルト支持機構が冷却パッドであることを特徴とする、請求項または請求項に記載の鋳造装置。
  9. 前記冷却パッドは、前記ベルトに面する表面上に6角形の冷却ノズルを有し、前記冷却ノズルは、ジグザグ状に前記冷却パッド間の間隙に渡ることを特徴とする、請求項に記載の鋳造装置。
  10. 前記上流側固定鋳造領域は、上下方向に0.015%〜0.025%の範囲のベルト間隔収束率を有し、前記調節可能な下流側鋳造領域は、前記上流側固定領域と同じベルト間隔収束率を提供する位置と、上下方向に最大1%のベルト間隔拡散率を提供する位置との間で調節可能であることを特徴とする、請求項のいずれか1つに記載の鋳造装置。
  11. 溶融金属が、上側および下側の強固なベルト支持機構によってそれぞれ支持される上側および下側の冷却エンドレス可撓性走行鋳造ベルトにより上下方向に画定され、水平方向のスラブ鋳造用に配向された鋳造キャビティに閉じ込められ、固化される、溶融金属から直接ストリップ状に金属スラブを連続的に鋳造する方法であって:
    前記鋳造キャビティ内に、上流側固定収束鋳造領域と下流側鋳造領域とを設け、
    前記上流側固定収束鋳造領域においては、前記上側および下側のベルト支持機構並びに前記ベルトが固定収束路にあ
    前記下流側鋳造領域においては、前記ベルト支持機構および前記ベルトが、前記固定収束前記固定収束経路と比べて収束していない、あるいは上下方向に拡散しているの間で、前記鋳造キャビティの長さ方向の中間部に配置された旋回軸の周りに傾斜可能であり、
    鋳造される金属の組成および所望の出口温度に応じて、前記ベルトが前記鋳造キャビティ内の所定地点で鋳造された前記金属スラブから分離するように前記下流側のベルト支持機構および前記ベルトの経路を調節することを特徴とする方法。
  12. 水平方向のスラブ鋳造用に配向された鋳造キャビティを両ベルト間で上下方向に画定し、それぞれが上側および下側の強固なベルト支持機構によって支持される一対の上側および下側の冷却エンドレス可撓性走行鋳造ベルトと、
    溶融金属を前記鋳造キャビティの上流端に供給する手段と、
    前記鋳造キャビティの下流端から鋳造された金属スラブを除去する手段とを備えるストリップ状の金属スラブの連続鋳造装置であって、
    前記鋳造キャビティは、上流側固定収束鋳造領域と下流側鋳造領域とを備えていて、
    前記上流側固定収束鋳造領域においては、前記ベルト支持機構および前記ベルトが固定収束路にあ
    前記下流側鋳造領域においては、前記ベルト支持機構および前記ベルトが、鋳造された前記金属スラブを、前記下流側鋳造領域の少なくとも部で前記ベルトと接触させないようにするため、前記固定収束経路と、前記固定収束経路と比べて収束していない、あるいは上下方向に拡散しているの間で、前記鋳造キャビティの長さ方向の中間部に配置された旋回軸の周りに傾斜可能であり、
    さらに該鋳造装置は、前記調節可能なベルト支持機構を選択された路に移動させる手段を備えることを特徴とする鋳造装置。
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