JPH02290652A - アルミニウム合金の双ロール鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は適長間隔をおいて一対のロールを配置し、この
ロール間にアルミニウム合金溶湯を供給してアルミニウ
ム合金板を鋳造するアルミニウム合金の双ロール鋳造方
法に関し、特にＭｇを３重量％以上含有するＡ７−Ｍｇ
合金等のように凝固範囲が広いアルミニウム合金からな
る板を鋳造するのに好適のアルミニウム合金の双ロール
鋳造方法に関する。

［従来の技術］ 幅が広いシート状のアルミニウム又はアルミニウム合金
板を得るために、双ロール方式の鋳造機が使用されてい
る。この鋳造機は、原料を溶融するための溶融炉、溶湯
を移送するための樋、鋳造用ノズル及び上下に適長間隔
をおいて配設された一対の回転ロール（双ロール）等に
より構成されている。

この双ロール方式の鋳造機においては、先ず、アルミニ
ウム又はアルミニウム合金原料を溶融炉において溶融す
る。次に、この溶湯を耐火材製の樋を介して鋳造用ノズ
ルに供給する。鋳造用ノズルはその先端部が双ロール間
の間隙部の近傍に配置されており、前記溶湯をこの双ロ
ール間に吐出する。双ロールはその内部を流通する冷却
水により冷却されており、溶湯はこの双ロール間に供給
され、双ロールにより冷却されて平板状に凝固する。こ
のようにして、アルミニウム又はアルミニウム合金の鋳
造板を連続的に鋳造している。得られた鋳造板は所定の
板厚まで圧延されて各用途に供されている。

従来、双ロール鋳造方法においては、鋳造されるアルミ
ニウム又はアルミニウム合金板の幅と板厚との比が極め
て大きいため、得られたアルミニウム又はアルミニウム
合金板の幅方向等で種々の不均一性が発生し、これに起
因して鋳造板に欠陥が発生する（■．Ｗｅｓｔｅｎｇｅ
ｎ　ａｎｄ　Ｋ．Ｎｅｓ　　″Ｔｗｉｎｒｏｌｌ　ｃａ
ｓｔｉｎｇ　ｏｆ　ａｌｕｍｌｎｌｕｍ　”　Ｌｌｇｈ
ｔ　Ｍｅｔａｌｓ＋９８４　ｐｐ．１１１１−１１２７
　Ａ　Ｐｕｂｌｌｃａｔｌｏｎ　ｏｆ　ＴｈｅＭｅｔａ
ｌｌｕｒｇｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　ＡＩＭＥ
）。

そして、これらの欠陥を抑制するために、種々の改善策
が提案されている。例えば、溶渦中に発生するガスに起
因する欠陥を防止するために、双ロールの対向方向が垂
直方向から傾斜するようにこの双ロールを配置し、鋳造
後のアルミニウム又はアルミニウム合金板が水平方向よ
り上向きに搬出されるように構成した鋳造機が提案（特
公昭５３−１５９Ｇ８号）されており、これにより、欠
陥がない１１００．２０＋４．５００５．５０５２及び
３００３アルミニウム合金板を鋳造できることが報告さ
れている。また、双ロールの全幅に亘って融液の流速を
均一化した鋳造ノズルを使用し、これにより、欠陥の発
生を防止せんとする技術も提案（特開昭Ｇ！−１４５Ｇ
号）されている。

［発明が解決しようとする課題コ しかしながら、上述の如く双ロールにより鋳造されるア
ルミニウム又はアルミニウム合金鋳造板の欠陥を解消す
べく種々の提案がなされているが、鋳造板の鋳造方向に
延在する筋状欠陥を皆無とすることは困難である。この
筋状欠陥は双ロール鋳造方法において高い頻度で発生し
、特にＡＩ−Ｍｇ系合金においては著しく高い頻度で発
生するため、その改善が要望されている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
筋状欠陥等の鋳造時に発生する欠陥を回避できるアルミ
ニウム合金の双ロール鋳造方法を提供することを目的と
する。

口課題を解決するための手段］ 本発明に係るアルミニウム合金の双ロール鋳造方法は、
アルミニウム合金の溶湯を鋳造用ノズル先端部から一対
の回転ロール間に吐出し、このロール間で前記溶湯を凝
固させてアルミニウム合金板を連続的に鋳造する工程を
有し、前記鋳造用ノズル先端部における幅方向中央部の
溶湯の流速を端部の溶湯の流速に比して５％以上速くし
たことを特徴とする。

［作用］ 従来、筋状欠陥の発生を防止するために、前述の如く、
溶湯中のガスに起因する欠陥に対しては上向き鋳造によ
ってガスを除去する方法が提案されており、その他の欠
陥に対してはノズル先端部の溶湯の吐出流の流速をノズ
ルの幅方向に亘って均一にすることにより欠陥を防止す
る等の方法が提案されている。即ち、従来は鋳造ノズル
の内部において溶湯の均一性を確保すればアルミニウム
又はアルミニウム合金鋳造板の品質の向上を図ることが
できるという認識により、上述の方法によって欠陥が発
生する原因を除去することに注力されている。

しかし、本願発明者等が鋳造板の品質を向上させるべく
鋭意実験研究した結果、双ロールの圧延効果により、溶
渦中の溶質元素が凝固時に板中心部に局部的に濃縮され
（センターラインセグリゲーション）、この濃縮現象に
より鋳造板の厚さ方向の中央部に濃縮部及び気泡等が発
生し、この濃縮部及び気泡により鋳造板に種々の欠陥が
発生するものであり、これは単なる上向き鋳造又は均一
流鋳造では解消できないことが判明した。

特に、Ａｘ−Ｍｇ合金の如く凝固範囲が広い合金の溶湯
から双ロール鋳造機により鋳造板を製造すると欠陥が発
生しやすいことが一般に知られている。これは、合金中
のＭｇの含有量が高い程、鋳造用ノズル先端部と固液界
面との間の溶湯部（ザンプ；　Ｓｕｍｐ）が深くなり、
Ｍｇ等の溶質元素の濃縮現象、換言すると溶質の排出現
象が発生しやすくなるためである。従って、溶湯中に存
在するガスに起因する筋状欠陥は、凝固籟囲が広い合金
系の場合においては、この排出現象の結果必然的に発生
するものである。

通常の工学的生産においては、アルミニウム合金溶渦中
のガス量が０．２０ｃｃ／　１００ｇ以下に管理されて
いる。しかしながら、これは溶湯凝固時のガスの固溶限
を遥かに超える数値である。このため、このように溶渦
中のガス量を規制しても、長時間（１時間以上）連続運
転を行うと、上述の濃縮現象の結果、溶湯の凝固に伴う
気泡が発生する。従って、前述の従来方法（特公昭５３
−１５９６８号）は突発的に発生した大きな気泡につい
ては効果を有しているものの、溶湯自体から発生するガ
スに起因する欠陥に対しては何ら効果を有するものでは
ない。

ガスに起因するアルミニウム合金鋳造板の欠陥は濃縮現
象により溶湯から排出された微小な気泡が少しずつ鋳造
板中に取込まれることにより形成されるものであるから
、気泡を無くすために原因系である溶渦中のガス含有量
を減少させることが考えられる。しかし、この方法は大
気圧との平衡上、実際に実現することは不可能である。

このため、微小気泡はザンブ内で必ず発生するものとし
て、この微小気泡を除去する手段が必須となる。

このためには、ノズル先端部に均一な平行流を形成する
（特開昭Ｇｌ−１４５１Ｅ号）のではなく、ザンブ内で
板幅方向中央部から端部に向かう溶湯の流れ成分を形成
して微小気泡をザンプの板幅方向の側方へ押し出す必要
がある。

本発明においては、鋳造用ノズル先端部における幅方向
中央部の溶湯の流速が端部の溶湯の流速に比して５％以
上速いため、ザンプ内に中央部から端部へ向かう流れ成
分が発生する。これにより、微小気泡がザンブの側方に
押し出されると共に、局部的に溶質が偏在する現象を回
避できる。従って、筋状欠陥及びその他の欠陥の発生を
回避することができる。

［実施例コ 第１図（ａ）は本発明の実施例方法に使用する鋳造用ノ
ズルを示す平面断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の
Ａ−Ａ線による縦断面図、第１図（ｃ）は第１図（ａ）
のＢ−Ｂ線による縦断面図、第１図（ｄ）は第１図（ａ
）のＣ−Ｃ線による縦断面図である。

ディストリビューションボックス１は偏平な箱状の形状
を脊し、その基端側の壁面には溶湯入口部２が開口され
ている。また、この壁面と対向する先端側の壁面には長
平方向の縁部から他方の縁部に亘る水平のスリットが開
口されている。更に、ディストリビューションボックス
１内には矩形のバッファプレート３がボックス１の土壁
及び側壁と接触するようにして配置されている。

ディストリビューシロンボックス１のスリットが設けら
れた先端側の壁面には、このスリットと整合する孔を有
する偏平角筒状のノズルチップ５が接続されている。こ
のノズルチップ５の内部空間はその厚さが一定であり、
幅がチップ先端側に向けて広がっている。そして、ノズ
ルチップ５の孔内にはノズルチップ５内の溶湯の流れ方
向を制御するためのティアドロツプ７及び孔の形状を所
定の形状に維持するためのスペーサ８が配設されている
。このティアドロップ７はノズルチップ５の中央部の流
れがノズルチップ５の先端縁に対して直角に近い角度で
進み、ノズルチップ５の端部の流れが前記先端縁に対し
て大きく傾斜して進むように設けられている。

上述の如《構成された鋳造用ノズルを使用して溶湯を双
ロール鋳造すると、溶湯入口部２を介してディストリビ
ューシタンボックス１内に流入した溶湯は、矢印で示す
ようにバッファプレート３の下方を通過してノズルチッ
プ５に供給される。

このとき、溶湯はバッファプレート３に当ってその幅方
向にも流れ、ノズルチップ５の側端部にも供給される。

そして、この溶湯はバッファプレート３を通過した後、
ノズルチップ５内をその先端側に向けて直線的に流れ、
その先端部から双ロール間に吐出される。

この場合、ティアドロップの配置態様が、第１図（ａ）
に示すように、ノズルチップ５の中央部は溶湯がノズル
チップ５の先端縁に対して直交して流れるように、また
、ノズルチップ５の両端部側では溶湯の流れ方向が前記
先端縁に対して傾斜するように設定されているので、ノ
ズル先端の中央部における溶湯の流速は両端部に比して
速くなる。換言すると、鋳造用ノズル先端における溶湯
の流量はその中央部で最も多く、両端部側で少なくなる
。このため、鋳造用ノズル先端部と固液界面との間のザ
ンプ内で板幅方向の中央部から端部に向う溶湯の流れ成
分が形成される。従って、この溶湯の流れにより溶質元
素の濃縮現象が抑制され、気泡等もこの流れ成分により
板幅方向の側方にすみやかに排出される。これにより、
凝固して得られた鋳造板においては、筋状欠陥等の欠陥
の発生を回避できる。

この効果を確認するために、以下の如く水モデル実験を
行った。即ち、上述の鋳造用ノズルの先端部を幅方向に
１０の領域に分割し、各領域に容器を取り付け、溶湯の
替わりに２９１／分の流量で水を通流させて所定時間に
容器に集められた液量を測定した。そして、各領域にお
ける液体の流速を算出した。第２図は横軸にノズル先端
部の位置をとり、縦軸にｌ　ｃｍ当りの流量をとってノ
ズル先端部の溶湯流速分布を示すグラフ図である。この
第２図から明らかなように、この鋳造用ノズルの先端部
における幅方向中央部の溶湯の流速は端部に比して１０
％強速くなっている。

この鋳造用ノズルを双ロール鋳造機に実際に装着し、Ｍ
ｇを５重量％含脊するアルミニウム合金板を鋳造した。

この鋳造板の厚さは７　ｍｍであり、板幅は約９０Ｌ＋
ｓである。この場合、鋳造の初期にガスに起因した欠陥
が発生することがあったが、３０９間程度連続して運転
することによりこの欠陥を除去することができた。

第３図（ａ）は上述の実施例と比較するために、ノズル
先端の中央部における溶湯の流速が両端部に比して遅く
なるように構成された鋳造用ノズルを示す平面断面図、
第３図（ｂ）は第３図（ａ）のＤ−Ｄ線による縦断面図
、第３図（Ｃ）は第３図（ａ）のＥ−Ｅ線による縦断面
図である。

この鋳造用ノズルは第１図（ａ）乃至（ｄ）で示すノズ
ルと略々同様の構成であり、バッファプレー｝３ａの形
状のみが異なっている。即ち、バッファプレート３ａは
矩形形状であり、その長手方向に３個の通流孔４が適長
間隔をおいて開孔されている。そして、このバッファプ
レート３ａはディストリビューシジンボックス１の土壁
及び下壁により支持されている。

この鋳造用ノズルを使用して溶湯を双ロール鋳造すると
、溶湯入口部２を介してボックス１内に流入した溶湯は
、矢印で示すようにバッファプレート３ａの両端部側方
及び通流孔４を通過してノズルチップ５に供給される。

第４図（ａ）は上述のノズルチップ５の内部の溶湯の流
れを示す模式的平面図、第４図（ｂ）は同じくそのバッ
ファプレー｝３ａを示す模式的側面図である。この鋳造
用ノズルに水モデル実験にて２０ｌ／分の水を供給した
場合、ノズルチップＳ内において、溶湯は図中矢印で示
すような流れを形成する。

次に、この鋳造用ノズルを装着した双ロール鋳造機を使
用して４重量％のＭｇを含有するアルミニウム合金板を
鋳造した。この鋳造板の板厚は６諺．であり、板幅は約
９　０　０　ｍｍである。第５図はこのときに双ロール
から搬出された鋳造直後の鋳造板の温度分布をサーモビ
ューアーで観察した結果を示す模式図である。この第５
図から明らかなように、鋳造直後の鋳造板はその中央部
が高温となっており、幅方向に関してこの中央部が最終
凝固部であることがわかる。このように、鋳造板に不均
一部が存在すると、溶湯中のガスに起因した気泡欠陥及
び最終凝固部の内部歪に起因する鋳造割れの発生の虞れ
がある。

第６図（ａ）もノズル先端における中央部の溶湯の流速
が両端部に比して遅くなるように構成された鋳造用ノズ
ルを示す平面断面図、第６図（ｂ）は第６図（ａ）のＦ
−Ｆ線による縦断面図、第６図（Ｃ）は第６図（ａ）の
Ｇ−Ｇ線による縦断面図、第６図（ｄ）は第６図（ａ）
のＨ−Ｈ線による縦断面図、第６図（ｅ）は第６図（ａ
）のＩ一■線による縦断面図である。

この鋳造用ノズルが第１図（ａ）乃至（ｄ）に示すノズ
ルと異なる点はバッファプレート３ｂの形状が異なるこ
とにある。即ち、この鋳造用ノズルに使用されたバッフ
１プレー｝３ｂは中央部においてディストリビューシジ
ンボックス１の土壁及び底壁と接続し、側部は端部側程
その幅が細くなっている。溶湯は第６図（ａ）乃至（ｄ
）中に矢印で示すように、バッファプレート１の両側部
下方を通過してノズルチップ５に供給される。

第７図は前述の実施例と同様にして測定したこの鋳造用
ノズル先端部の溶湯流速分布を示すグラフ図である。こ
の図から明らかなように、この鋳造用ノズルの先端部に
おける中央部の流速は端部に比して極めて遅くなってい
る。

この鋳造用ノズルを装着した双ロール鋳造機により、Ｍ
ｇを３．５重量％含有するアルミニウム合金板を製造し
た。この鋳造板の厚さは５ｍｍであり、板幅は約９００
１である。この結果、ガスに起因した筋状欠陥が発生し
、長時間連続運転してもこの欠陥を除去できなかった。

！８図（ａ）はノズル先端における溶湯の流速が幅方向
に亘って均一になるように構成された鋳造用ノズルを示
す平面断面図、第８図（ｂ）は同じくそのバッファプレ
ー｝３ｃを示す平面図である。

この鋳造用ノズルはディストリビューシ３ンボックス及
びノズルチップ５ａ内にガイド板９を設け、これにより
、溶湯をデイストリビューションボックスからノズルチ
ップ５ａの幅方向中央部にのみ供給するようにしたもの
である。

第９図は前述の実施例と同様にして測定したこの鋳造用
ノズルの先端部における流速分布を示すグラフ図である
。この図から明らかなように、この鋳造用ノズルの先端
部における流量は幅方向に亘って略々均一である。

この鋳造用ノズルを装着した双ロール鋳造機によりアル
ミニウム合金板の鋳造を行った。その結果、鋳造板の幅
方向中央部にガスに起因した筋状欠陥が発生し、長時間
運転を行っても、この欠陥を除去できなかった。

第１０図（ａ）はノズル先端の中央部における溶湯の流
速が両先端部に比して遅くなるように構成された鋳造用
ノズルのノズルチップを示す平面断面図、第１０図（ｂ
）は同じくそのバッファプレ−１−３ｄを示す平面図で
ある。

このノズルチップ５ｂは前述の実施例に使用したノズル
チップとは異なった形状をしており、ノズルチップ５ｂ
内の孔が平面視で矩形形状に形成されている。また、バ
ッファブレー｝３ｄにはその中央部に長手方向に延長す
るスリッ｝１０が開口されている。

第１１図は前述の実施例と同様にして測定したこの鋳造
用ノズルの先端部の流速分布を示すグラフ図である。但
し、鋳造用ノズルを通流すろ水の流量は５０１／分であ
る。この第１１図から明らかなように、流速分布は第２
図に示す本実施例方法の場合と逆の傾向にあるため、実
機による鋳造の結果も筋状欠陥の発生を防止できなかっ
た。

上述の如く、鋳造用ノズル先端の中央部における溶湯の
流速を端部に比して５％以上速くして双ロール鋳造を行
った実施例においては、筋状欠陥等の欠陥の発生を防止
することができた。一方、ノズル先端の溶湯の流速を幅
方向に亘って均一にして双ロール鋳造した鋳造板及びノ
ズル先端における中央部の流速を両端部に比して遅くし
て双口−ル鋳造した鋳造板においては、いずれも筋状欠
陥が発生していた。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、鋳造用ノズルの先
端部における幅方向中央部の溶湯の流速が端部に比して
５％以上速いから、ザンブにおいて中央部から端部へ向
かう流れが形成される。このため、気泡等はザンブの側
方から除去されるため、筋状欠陥が回避された極めて高
品質のアルミニウム合金鋳造板が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例方法に使用する鋳造用ノ
ズルを示す平面断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の
Ａ−Ａ線による縦断面図、第１図（Ｃ）は第１図（ａ）
のＢ−Ｂ線による縦断面図、第１図（ｄ）は第１図（ａ
）のＣ−Ｃ線による縦断面図、第２図は同じくそのノズ
ル先端部の溶湯流速分布を示すグラフ図、第３図（ａ）
はノズル先端の中央部における溶湯の流速が両端部に比
して遅くなるように構成された鋳造用ノズルを示す平面
断面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）のＤ一Ｄ線による
縦断面図、第３図（ｃ）は第３図（ａ）のＥ−Ｅ線によ
る縦断面図、第４図（ａ）は同じくそのノズルチップ部
の模式的平面図、第４図（ｂ）は同じくそのバッファプ
レートを示す模式的側面図、第５図は鋳造直後の鋳造板
の温度分布をサーモビューアーで観察した結果を示す模
式図、第６図（ａ）はノズル先端の中央部における溶湯
の流速が両端部に比して遅くなるように構成された鋳造
用ノズルを示す平面断面図、第６図（ｂ）は第６図（ａ
）のＦ−Ｆ線による縦断面図、第６図（Ｃ）は第６図（
ａ）のＧ−Ｇ線による縦断面図、第６図（ｄ）は第６図
（ａ）のＨ−Ｈ線による縦断面図、第６図（ｅ）は第６
図（ａ）のＩ−■線による縦断面図、第７図は同じくそ
のノズル先端部の溶湯流速分布を示すグラフ図、第８図
（ａ）はノズル先端における溶湯の流速が幅方向に亘っ
て均一になるように構成された鋳造用ノズルを示す平面
断面図、第８図（ｂ）は同じくそのバッファプレートを
示す平面図、第９図は同じくそのノズル先端部の溶湯流
速分布を示すグラフ図、第１０図（ａ）はノズル先端の
中央部における溶湯の流速が両端部に比して遅くなるよ
うに構成された鋳造用ノズルのノズルチップを示す平面
断面図、第１０図（ｂ）は同じくそのバッファプレート
を示す平面図、第１１図は同じくそのノズル先端部の溶
湯流速分布を示すグラフ図である。 １；ディストリビューションボックス、２；溶湯入口部
、３．３ａ，３ｂ．３ｃ，３ｄ；バッファプレート、４
；通流孔、５ｔ　５ａ，５ｂ；ノズルチップ、７；ティ
アドロップ、８；スペーサ、９；ガイド板、１０；スリ
ット イユ口 ！ 弔 図 第 図 第 図 （Ｑ） 第 図 第 図（１） （ｅ） 第 図（２） 第 図 （ａ） 第 図 イヱ［ 置 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム合金の溶湯を鋳造用ノズル先端部か
   ら一対の回転ロール間に吐出し、このロール間で前記溶
   湯を凝固させてアルミニウム合金板を連続的に鋳造する
   工程を有し、前記鋳造用ノズル先端部における幅方向中
   央部の溶湯の流速を端部の溶湯の流速に比して５％以上
   速くしたことを特徴とするアルミニウム合金の双ロール
   鋳造方法。