JPH02503170A - 金属ストリツプの直接鋳造方法及び装置 - 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】 金属ストリップの直接鋳造方法及び装置これは、放棄された１９８６年７月１５ 日付は特許照笑８８５７１８号の一部継続出願である１９８８年２月１６日付は 同時係属出願特許照第１５５７１０号の一部継続出願である。

発明の背景 発明の分野 本発明は金属のシート又はストリップ（以下ストリップと呼ぶ）の連続鋳造（ｃ ａｓｔｉｎｇ）に関し、特に冷却された鋳造用表面上において溶融金属の供給源 から薄い金属ストリップを引き出すことによって薄い金属ストリップを高速で直 接鋳造する改良された方法に関する。

先行技術 連続基板上に溶融金属を薄いストリップに直接鋳造することが望ましいことであ るのは永く認識されてきたが、これまで一般的に商業生産に受は入れることので きる速度でかかる方法によって若しくはかかる方法の操業によって商業的に受は 入れ得る製品の生産は不可能と考えられてきＩ；。かかる方法は、エネルギー、 人件費及び装置費を大幅に節約し最終製品の価格をかなり低下させ、又在庫管理 並びにストリップの生産に使用されるインゴット、厚板及び板材を取り扱うだめ の装置と設備の相当な減少を可能とする。

連続基板上において金属ストリップを直接鋳造するための商業的に受容し得る方 法の關発についての努力には、鋳造ストリップを凝固させて引き出すために、動 き且つ冷却された鋳造用表面（冷し金）　（ｃｈｉｌｌ）と溶融物とを接触させ る種々の装置が含まれる。これらの努力は以下の事項を含んでいる。即ち、英国 特許第６６３０号に示されるように、連続工程で凝固させ冷し金から凝固したス トリップを引き出すために動いている冷し金工に実質的に一定の流量で溶融物を 流すこと；例えば英国特許第２０．５１８号及び米国特許第３．５２２．８３６ 号に示されるように、動いている冷し金と接触する凸面メニスカスを形成するよ うに制限された出口を通ってタンディツシュより溶融物を誘導すること；米国特 許第９９３．９０４号及び日本国公開特許出照笑５８−４１６５６号に示される ように、動いている冷し金と接触するように容器又はタンディツシュの緑又は壁 から溶融物を濡出させること：例えば米国特許第４，２１２．３４４号に示され るように、両面が圧延され且つ冷却されたストリップを引き出すために一対の間 隔をあけられ反対方向に回転する冷却ロールのエラグ部内に溶融物を流入させる こと；米国特許第３．５４０゜５１７号及び第３．８１７．９０１号に開示され たように、ストリップ又はフィラメントを引き出すｔ；めに駆動される円柱状冷 し金を部分的に溶融物内に浸漬させること：例えば米国特許第３．８２３．７６ ２号に示されるように、両面が冷却され圧延された連続ストリップを引き出すた めに一対の反対方向に回転する円柱状冷し金を部分的に溶融物内に浸漬すること 、である。

溶融物と接触し溶融物から溶融金属を引き出す連続して駆動される冷し金を使用 した従来のストリップの連続又は直接鋳造方法（以下総称して溶融物引き出し法 と呼ぶ）の総てにおいて、金属は冷し金を経て熱を奪われるので冷し金と接触す ると直ちに薄皮が形成される。この薄皮は、ストリップが形成されるまで冷し金 が溶融物中を動くと共に厚さが増大する。上述のいずれの溶融物引き出しシステ ムにおいても、均一な製品を形成するために、このストリップ凝固過程中におけ る凝固中の金属と冷し金との間の熱伝達の正確な制御が！！要である。

溶融物と冷し金との最初の接触の際形成された薄皮は冷し金にしっかりと接合し 、この緊密に接合された接触により溶融物から冷し金への最大の熱伝導が生ずる 。凝固していく薄皮の厚さが徐々に増加すると、接合が破れるまで、奪熱による 凝固中のストリップの収縮が生じ、これによって、取り去られる熱量の相当な減 少が生ずる。

高品質の直接鋳造ストリップ製品の製造は、制御された熱伝達率及び冷却面から の鋳造品の均一な剥離に大いに影響される。例えば、熱伝達率が大きすぎるとき は、凝固した薄皮が所望の若しくは所要の厚さに達するより前に剥離が生じ、再 溶融又は破断が発生する。不均一な剥離は、次の冷間圧延作業を困難又は不可能 とするほど大きなゲージ厚さの変動を生ずるであろう。更に、冷し金と接触しな い生産品の頂面には、表面ひび割れが発生する可能性がある。

連続又は直接引き出し式ストリップ鋳造作業において溶融物と冷し金との間の熱 伝達を正確に制御しようする種々の試みが行なわれてきた。

これらの試みの中には、冷し金の表面に刻み目を付け（米国特許第３゜３４５． ７３８号）、これにより凝固したストリップの底面に対して尖った刻み目による 網目又は格子を形成する。この特許は、尖った刻み目が冷し金からの凝固ストリ ップの制御された又は均一な剥離を提供しより一様な冷却率とストリップ厚さと を生じさせることを示している。

熱伝達率を制御しそして冷し金からストリップをより均一に剥離しようとする別 の試みが米国特許第３．５４０，５１７号に開示されている。

この特許によれば、溶融物が冷し金と接触するより前に冷し金に耐火性微粒子材 料の薄い皮膜を形成することによって、溶融物と冷し金との間の直接接触が回避 される。耐火性微粒子は水スラリー状又はその他の速乾性溶液としてスプレィに よる等で連続基板上に塗布することができる。

スラリーには結合剤が加えられ又は加えられなくともよい。微粒子原料は、例え ばアルミナ、シリコン酸化物、マグネシア又は破砕した耐火粘土粒子とすること ができ、凝固中の溶融物と冷し金との間に接触領域を無くすことを意図したもの である。しかし、この技術ではかなりの数の耐火材微粒子が製品の表面に付着し 及び／又は埋め込まれるという結果が必ず発生し、一様な鋳造厚さ又は粒子分布 は常に達成できない。

連続ストリップ鋳造工程において溶融物と冷し金との間の熱伝達率を制御するた めのその他の先行技術が米国特許第４．２５０．９５０号に説明されている。こ の特許に述べらるように、「技術水準」の方法は、（１）　　熱を遮断又は保護 する層により冷し金を被覆すること、又は（２）冷し金の表面を機械的に粗面と すること、のいずれかを含む。断熱被覆技術はスプレィ又はプラズマスプレィの いずれかを含み、被覆材は溶融物との各接触後に堆積されねばならないことを述 べている。被覆技術の欠点として、不均一な被覆及び微粒子の取り込みによる表 面の汚染を含むことが述べられている。

米国特許第４．２５０．９５０号に説明された機械的に粗面にされた冷却面技術 は、冷し金と溶融物との間の接触領域を制御することにより熱伝達を加減できる として述べている。冷し金はショットピーニング又は溝付は加工により粗面にさ れる。前述の米国特許第３．３４１，７３８号においては溝付けは処理にとって 有効でないと述べられているが、この初期の特許は間隔が０．２５インチ（約６ ．３５ｍｍ）の溝を用いた点が注意されるが、米国特許第４．２５０．９５０号 に説明された現在の技術では粗い溝として０．５ｍｍ　（０，０２インチ）以上 の間隔をあけられｔ；溝を考えている。先行技術に使用された溝の機能は米国特 許第４．２５０．９５０号に説明され、この特許の交差する溝は凝固する溶融物 の表面と冷し金との間における発生ガス及び／又は空気の捕捉を避けるものであ る。これらの気体は、形成中のストリップと冷し金との間に捕捉されたとき一様 でない剥離及び不均一な熱伝達を起こす傾向がある。粗面にされ又は溝の付けら れた冷し金表面のこの作用は、一般に理解され且つ技術的に受は入れられたと信 じられる。

溶融物と接触する金属面を連続的に汚れがなく且つ艶消しの状態にしておくよう に、冷し金を連続的に研摩することも又知られている。例えば、ファン及びフィ ードラ−によりメタロジカルトランスアクション（Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ 　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ）　Ａ、　Ｖｏｌ、１２Ａ、　ｐ、１１０７〜１１ １２（１９８１年６月）において説明されたように、円柱状冷し金表面からの鋳 造ストリップの剥離後で且つこの面が再び溶融物と接触するよりも以前に、例え ば、回転ワイヤーブラシがこの面と接触し清浄化するために使用される。この技 術は、より均一な熱伝達を形成することにより、平滑な冷し金においてもあるい は粗面にされた、例えば溝付きの冷し金においても、製造されｔ；製品の品質を 向上させ得るが、この方法は完全には満足すべきものではなかった。更に、連続 駆動されるステンレス鋼のワイヤーブラシ又はその他の攻撃的な研摩手段による 冷し金の急激な摩耗により、冷し金が高張力鋼で形成されるかあるいは銅又はア ルムニウムのような柔らかい材料で形成されるかのいずれであろうとも、冷し金 ロール表面の再仕上げ又はロールの交換のためにしばしば操業中止が必要となる 。

知られているように、直接鋳造処理の開始時には完全に清浄で艶消しの冷却面が 形成されていても、冷却面と接触する溶融物の高温により冷却面は急速に酸化さ れる。このことは、通常のように、ストリップの剥離後冷却面が再び溶融物と接 触するより以前に、相当の距離にわたり關放大気中を冷し金が動く場合に特に然 りである。冷し金の地金の酸化に加えて、冷し金上に形成された天然酸化物の層 又は皮膜は少なくも溶融物の酸化物の小さなパーセンテージを含み得る。

冷却面上の酸化物又はその他の物質の堆積又は蓄積が溶融物と冷し金との間の熱 伝達を低下させることは永く認識されており、これが、幾つかの処理方法におい てこのような物質を除去するために研摩手段を備えた理由である。

ストリップの鋳造中、冷却面上に固有に作られた天然酸化物皮膜は均一、一様な 皮膜でなく、従って皮膜の厚さ及び状態に依存した不均一な熱伝達率が生ずる。

また更に、この皮膜は全体として緻密で密度の高い皮膜でなく、内側層は高密度 であるが外側層は低密度であり且つ祖な粒子を含んで形成され、この粒子は、は げ落ちて冷し金上のストリップ鋳造品の表面に付着し得る。

ストリップの連続又は直接鋳造作業においては表面欠陥及び厚さの変動を避ける ために溶融物と冷却面との間の一様な熱伝達が重要であることは永く認識されて きたとは言え、又多くの努力がかかる均一な熱伝達を達成することに向けられて きたとは言え、先行技術の方法は商業的なストリップの連続又は直接鋳造操業に おいて希望される程には均一な熱伝達を一般的に達成できなかった。従って、ス トリップを連続引き出し間により均一な熱伝達を形成することによりて、金属ス トリップを直接鋳造する改良された方法を提供することが本発明の目的である。

別の目的は、鋳造ストリップを引き出すように溶融物と接触して動いている連続 冷し金上で溶融物から直接鋳造により製造される金属ストリップのゲージ厚さを 制御するための改良された方法を提供することである。

別の目的は、鋳造される金属の溶融物からストリップを引き出し凝固させる連続 冷却面を使用しそして冷し金の地金と溶融物との間に薄くて緻密な天然酸化物界 面を確立し維持しこれによって溶融物と冷し全問の熱伝達率を制御し、前記金属 酸化物層は溶融物引き出し過程中に出現した天然酸化物の緻密で平滑な層であり そして冷却面の地金上にしつかり付着しているような、改良された溶融物引き出 し式ストリップ鋳造方法を提供することである。

以上及びその他の特徴及び利点は、鋳造される金属溶融物が連続的に動いている 冷し金と接触状態にもたらされ冷し全表面上で均一厚さのストリップに凝固し、 凝固後に取り出されるストリップは実質的に完成品であるような本発明により達 成された。冷し金は内部冷却された鋳造用ホイールとすることができ、ここでは 本発明をかかる冷し金を使用する方法を特に参照し説明するが、その他の形状の 冷し金も又使用し得ることが理解されよう。

本発明に従って、鋳造される金属溶融物は、実質的に一定の速度で溶融物からス トリップを凝固させ引き出すように予め定められた速度で駆動される冷し金と接 触させられる。ここでは、冷し金が溶融物容器の一方の壁を効果的に形成するよ うに位置付けられた方法を参照して本発明を説明するが、前述のようにその他の 配列を使用し得ることが理解されよう。例えば、冷し金を溶融物の表面より下に 部分的に沈め、あるいは冷し金を溶融物容器の端面に接近し設置して溶融金属を 冷し金と接触するように濡出させることもできる。別の可能な配置では、導管又 はノズルを使用して供給源から溶融物を動いている冷し全表面と接触すように導 くこともできる。

溶融物から冷し金への熱伝達は、冷却面上の酸化物皮膜を維持している間に一様 で所望の伝達率で達成される。これは、溶融物と冷し金の地金との間に一貫した 緻密な平滑な酸化物界面を確立することにより達成され、この酸化物界面は主と して冷却面の地金の酸化物及び溶融物の主な金属と合金の酸化物から構成される 。均一な界面は、鋳造ストリップの剥離後であって溶融物の表面への再導入より 以前における冷却面の連続的な払拭又はブラシ掛けにより達成され、これによっ て粗の酸化物粒子及び溶融物に付着しているいかなる粒子も冷し金から連続的に 除去される。ブラシ掛は又は払拭作用は酸化物皮膜を軽く磨き際化物界面を平滑 面とする。酸化物は冷却面全体にわたり実質的に均一な密度のものである。更に 、この軽い贋き作用は酸化物の厚さを実質的に均一な熱伝達率が生ずる範囲内に 維持することができる。しかし、磨き作用は密に付着している酸化物界面を除去 しこれによって冷却面地金を露出させ、摩耗させあるいは破損させるに十分なほ どの研摩作用ではないことが重要である。酸化物皮膜の厚さを増減させ所望の厚 さを維持するように磨き作用を調整することによって熱伝達率を制御することが でき、これによって効果的なストリップの厚さ制御が達せられる。

図面の簡単な説明 本発明の上述及びその他の特徴と利点は、添付図面を参照し行う以下の詳細な説 明から明らかになるであろう。

５ｇ１図は本発明を具体化した溶融物引き出し方法による金属ストリップの直接 鋳造装置の一部断面とした図式的な立面図、第２図は第１図の線２−２において 得られる断面図、第３図は第１図に示された装置の一部の拡大断面分解図、第４ 図は第３図の線４−４において得られた断面図、そして第５図は本発明の方法を 実施した装置の一部の別の１１Ｉ造を示す第４図と同様な図面である。

好ましい実施例の説明 詳細に図面を参照して説明すれば、本発明の実施に使用するのに適した溶融物引 き出し式ストリップ鋳造装置が第１図に図式的に示され全体として番号ｌＯで表 される。本装置は冷却された円柱状外面１４を有する鋳造用ホイール又はドラム の形式の冷し金１２を備え、外面１４上において金属ストリップ１６が鋳造され る。タンディツシュ組立体１８が、一様な深さで内部に収納された溶融金属２０ を冷却面１４と接触するように供給する位置に、鋳造用ホイール１２にごく接近 して支持されている。

鋳造用ホイール１２は、表面１４を経て急速に熱を取り出すように循環する水又 はその他の流体で内部冷却され、鋳造用表面１４がタンディツシュ１８内の溶融 物中を通って上向きに回転するとき、周囲の鋳造用表面１４と接触する溶融物２ ０を急冷し凝固させる。内部冷却鋳造用ホイールは例えば米国特許第２．３４８ ．１７８号より知られ、第２図り二図式的に示されるように一対の端部７ランジ ２２．２４及び外周リム２６より作られた中空のドラムから成ることができ、そ のリムの外面が冷却面又は鋳造用面１４を規定する。中空ドラム内に支持された 中央ハブ２８は、ハブ２８と外側リム２６との間の環状空間３４にそれぞれ連通 している軸方向及び半径方向に延びている入口通路３０．３２、並びに冷却用流 体の出口を形成し環状空間３４と連通している半径方向及び軸方向に延びている 連絡用通路３６．３８を有する。

円柱状リム２６は望ましい熱伝導率及び摩耗特性を持った適宜の適当な金属で構 成される。銅、鋼及びアルミニウム、並びにこれら金属の合金が第１図に示され た形式の装置における金属ストリップの高速鋳造に効果的に使用される材料の例 である。冷却面１４は実質的に平滑であるが、第５図を参照して後でより完全に 説明され且つ例えば米国特許第４゜０５．９５０号及び第３．３４５．７３８号 及びフランス国特許第１，３６４．７１７号に示されるように、面上に形成され た間隔が密で浅い溝３９の模様を有することが好ましい。

軸受４０のような適当な手段が鋳造用ホイール１２をタンディツシュ１８の近く で強固な支持フレーム上の固定された水平軸の回りに回転できるように支持し、 又第１図に図式的に示された可変速モーター及び減速歯車機構４２並びに駆動用 チェーン４４のような適当な駆動手段が冷し金をその軸回りで駆動する。

図示の実施例においては、タンディツシュ１８は冷し金に接近して配された開口 端部を有し、更に回転する冷却面１４と接触している溶融物の深さを実質的に一 定に保つためにタンディツシュを通る溶融金属の流量を調整するために横断壁又 はダムが備えられている。全体として４６で示されたセラミックの樋又は湯道の ような適当な手段が、好ましくは実質的に一定の流量でタンディツシュに溶融金 属を供給する。又、矢印５０で示された均一で幅の狭い気体噴流を溶融物からス トリップ１６が出現する点の近くでストリップ１６の表面上に向けるようにエヤ ーナイフ組立体４８が備えられている。この出願の譲受人に譲渡された同時係属 出照笑８３８．６５９号に詳細に開示され説明された方法で、噴流５０はストリ ップ１６の頂面の形状の調整を助け、且つ溶融物２０の表面に浮いているドロス 、酸化物、スラグ又はこれらの類似物が、出現してくるストリップの頂部に接触 し付着することに防止する。代替的に、加熱された頂部ロール（図示せず）を、 冷却面１４と共に動き出現してくるストリップの頂部の液状表面部分とだけ接触 するように使用することができる。

酸素との親和力の高いアルミニウムのような成る種の金属の鋳造の場合には、タ ンディツシュ１８内の溶Ｍ物２０の自由表面の上方に不活性ガスの雰囲気を形成 することが望ましい。これは、タンディツシュ用のカバー又はシールドを設け、 シールドの下に不活性ガスを噴射しタンディツシュの囲いから空気を追い出すこ とにより達成される。エヤーナイフ４８が使用されるときは、出現してくるスト リップの表面上に吐出される気体噴流５０により不活性ガスを供給してもよい。

外周リム２６から熱を奪うＩ；めに大量の冷却用流体が冷し金を通って通常循環 されるが、外面１４は溶融物２０と接触したとき比較的高温に加熱され、この表 面は開放大気中の酸素の存在により急速に酸化される傾向がある。過去において は、表面１４上に形成されたこの酸化物は、冷し全外面の少なくも鋳造作業中に 溶融物と接触する領域における酸化物の堆積を防止するために、研摩又はワイヤ ブラシ掛けにより除去されていた。例えば、鋼製の冷却面上で３０００シリーズ のアルミニウム合金を鋳造するときは、鋼の表面は溶融金属との接触に次いで酸 化が始まると急に暗責色に変わり、又１０００シリ一ズ合金の鋳造では更に灰黒 色の酸化物を作るであろう。酸化物皮膜の出現の変動は、天然酸化物の厚さが増 加したとき及び酸化物及び鋳造金属の粒子が皮膜中に取り込まれたとき、肉眼で 観察できるようになる。

溶融物引き出し式ストリップ直接鋳造方法において冷却面に形成され撹乱されな い天然酸化物は、最終的に総厚さが実質的に安定するであろうというこ、とが見 出だされた。例えば、アルミニウムのストリップの直接鋳造に使用される鋼冷却 面は、当初主として鉄の酸化物からなる天然酸化物皮膜を形成するであろう。こ の酸化物の厚さが厚くなると、緻密でしっかりと付着した層が鋼冷却面に隣接し て発達し、皮膜厚さの残りの部分は緻密さが少なく且つアルミニウム及びその合 金の酸化物の成分が増加し更により多くのスケール及び剥片を含む。その結果、 こうしてできた酸化物皮膜は、鋳造中の皮膜外側部分の不均一な剥離及び分離の Ｉ；め、少なくも部分的には一様な皮膜でなく且つ均一な表面特性を有さない。

更に皮膜の緻密でない部分の剥片又は粒子は鋳造ストリップの表面に付着し易く そして表面内部に埋まり易く、これによりストリップの表面特性を不均一にする 。

ストリップの直接鋳造方法において発達する撹乱されない天然酸化物ｔＬｇＸの 厚さは、鋳造する金属と冷し金の地金の双方により変わるのは言うまでもない。

更に、維持し得る緻密な界面の最大厚さも同様に変化する。例えば、鋼のストリ ップの鋳造は、融点がより低いアルミニウムの鋳造の場合よりも冷却面のより急 速な酸化を生ずるであろう。ストリップ鋳造中に冷却面上に形賦される天然酸化 物皮膜の厚さが徐々に増大することによって、皮膜厚さが安定するまでは、鋳造 されるストリップの厚さは徐々に減少するであろう。しかし、冷却面上の撹乱さ れない酸化物皮膜の表面の特性と厚さの変動、及びこれによる皮膜の熱伝導率の 変動はストリップのゲージ厚さ及び表面特性の変動により立証されるであろう。

冷却面上に発達した天然酸化物皮膜の外側部分のみを除去し、冷し金に隣接した より緻密な酸化物層をそのまま残すことによって、均一な天然酸化物界面が冷し 金と鋳造されるストリップとの間に確立されそして維持されることが発見された 。その結果、実質的により均一な熱伝達率を鋳造用表面上に形成でき、従って溶 融物引き出し鋳造方法を通じてより一様なストリップ表面特性が得られる。この 界面は、表面Ｉ４の経路内のストリップの剥離点と冷し金がタンディツシュ内の 溶融物２０と再び接触する点との間の位置で、表面１４を軽く磨くように連続的 に払拭又はブラシ掛けを行うことにより確立することができる。

冷却面から天然酸化物皮膜の外側の緻密でない部分を除去する際、溶融金属と接 触する冷却面の全領域上に残っている緻密な酸化物が均一で実質的に平滑又は磨 かれ、そして鋳造ストリップの表面上に取りあげられ又は均一な熱伝達と鋳造用 表面からのストリップの剥離とを妨害するかもしれない遊離粒子が実質的に無い 状態で残されることが重要である。

この平滑な磨かれた酸化物界面は剥離剤として作用し、冷し金からのストリップ の均一な剥離を保証し、更にストリップの厚さをより一様にする。

所望の天然酸化物界面を維持するように冷し金を軽く磨くための種々の装置及び 材料が試験された。第１図及び第２図に示された駆動回転ブラシ装置は、酸化物 粒子の粗の外層を除去すること、及び冷却面上に残っている緻密な天然酸化物界 面を平滑で清浄な表面に形成することに非常に効果的であることが確かめられた 。円柱状ブラシの回転は自然の清浄作用を生じさせ、磨いている媒体、即ちブラ シのブリストル（ｂｒｉｓｔｌｅ）上の酸化物粒子の蓄積を防止する。更に、回 転している冷却面との接触又は冷却面への圧力を増加又は減少させるように回転 ブラシ６０の位置を調整することにより、酸化物界面の厚さを所望の如く加減で き、これするのが好ましく、これにより運転中に酸化物の厚さを容易に調整し得 る制御が提供される。可変速度駆動装置は動力手段と組み合わせられてブラシ支 持位置を調整し長い連続運転のための広い調整範囲を提供する。

実験的に種々のブラシ材料が試用されたが、今知られている最も有効な磨き用媒 体は、非常に細かい研摩材微粒子を含ませた比較的柔軟な合成繊維である。特に 、３０重量％の５００グリツド（ｇｒｉｔ）のシリコンカーバイド粒子を含んだ ナイロンブリストルを有する市販の円柱状ブラシが、アルミニウム鋳造中の鋼製 冷却面上における所望の平滑な酸化物皮膜の確立と制御とに非常に効果的である ことが見出だされた。３２０グリツド（ｇｒｉｔ）の粒子を含んだ同様なブラシ は長時間の連続運転に使用でき、望ましいものであった。回転ブラシのブリスト ル６２は切り揃えられ、その自由端は円柱状ブラシの外面を正確に規定し、ブラ シ位置は調整され、運転中、ブリストルの端部のみが冷却面に軽く触れ、又は「 キス」するようにされる。しかし、この接触はブリストルの端部を軽く曲がらせ るのに十分であるのが好ましい。これに関連して、ブラシ６０と冷し金１２との 接触は、図解の目的のみの第１図においては誇張されている点に注意されたい。

第５図に示された形式の溝付き冷却面１４を有する鋳造用ホイール１２を使用す るときは、円柱状冷し金の表面に沿い軸方向に規定間隔をあけられた溝が１ｃｍ 当ｔ；り約ｌＯ乃至約４０本形成され、溝の深さは約０．０２５乃至約０−６０ ｍｍである。上述のナイロン・シリコンカーバイドのブラシがこのような溝付き 冷却面と共に使用されるときは、ブラシのブリストル端部と冷し金との接触は、 溝の外側又は高くなった部分（ランド）上に磨かれた酸化物面を作るがプリスト ルは溝の根元内には入らずこの部分から粗の酸化物粒子の総てを除去するに十分 な圧力であるように維持される。使用中、このような冷却面は交互に明暗になっ た線が目に見え、明るい線はランド上の磨かれた酸化物領域であり暗い部分は溝 の根元の部分である。しかし、第５図から明らかなように、溶融物２０が冷却面 と接触するとき、通常、表面張力により液状金属が溝の根元部分まで入り込むこ とは防がれる。ストリップ１６は溝の根元付近の磨かれていない酸化物皮膜とは 接触しないので、この部分を磨くことは不必要である。しかし、平滑な冷却面が 使用される場合は、溶融物と接触する冷却面の全領域にわたって平滑で軽く磨か れた天然酸化物界面が広がることが重要である。又、溝付き冷却面が使用される 場合も、酸化物が溝に蓄積されず且つ溝を満たさないことが重要であり、本発明 により酸化物皮膜を制御するために上述のシリコンカーバイドを含んだナイロン ブラシの使用は溝を効果的に開いた状態に保持するのに非常に有効であることが 見出だされた。

炭素鋼の冷却面上でアルミニウムストリップを鋳造するための図示形式の装置の 運転の際は、冷却面に対する磨き用ブラシの位置は天然酸化物皮膜を多く又は少 なく除去するように調整することができる。天然酸化物界面は直ぐに冷却面上に 蓄積され始め、もし酸化物の厚さと表面状態とが本発明により調整されないなら ば、ストリップの厚さの調整及び表面品質がすぐに悪化し始めるまで、酸化物の 厚さが増加し続けるであろうということが見出だされた。しかし、粗の外側の酸 化物粒子が除去されるように暦き用ブラシを正確に位置決めし駆動することによ って、酸化物界面の厚さは過剰な堆積を防ぐように制御することができる。酸化 物界面の厚さは溶融金属と冷し金との間の熱伝達率に直接影響し、従って形成さ れるストリップの厚さに直接影響するので、酸化物界面の厚さの調整はストリッ プの効果的な形状及びゲージ厚さの制御を生じさせる。

鋳造されるストリップの全幅にわたり酸化物皮膜を実質的に均一の厚さに維持す ることが本発明にとって重要である。本発明に使用される形式の内部冷却式冷し 金ホイールの設計及び構成について多くの理論的及び実験的の研究が行なわれた が、冷却面の軸方向に沿って又は鋳造ストリップの幅を横切って、完全に一様な 冷却温度を常に維持することはできない。従って、ストリップの所望横断断面形 状を作るために、酸化物の厚さを変えるようにストリップの一方の側における冷 却面上の圧力を幾分か増加又は減少させるために、ブラシの一方の端部を意図的 に調整することが時々必要となり又は望まれる。このように意図的に作られた不 均一は普通は僅かであるが、ここで使用される用語「実質的に均一な厚さ」はこ のような故意に作られた不均一を含むことを意味すると理解すべきである。

平滑な磨かれた酸化物界面は剥離剤として作用し、形成されたストリップの冷却 面からの均一な剥離が得られる。これは、ストリップの頂面特性の見地から並び にストリップの厚さ変化を除去又は大きく減少させるという見地から、ストリッ プの品質を非常に改善する。更に、本方法は直接鋳造されたアルミニウムのスト リップの頂面の長手方向ひび割れの問題を実質的に無くすことが多くの試験によ り示された。

鋳造ストリップは、１つから相当の数までのストリップのコイルの鋳造を含む生 産運転を通じて、実質的に均一な厚さのものであることがいかなる商業的ストリ ップ鋳造運転においても！！要である。本発明は、ある期間中持続して冷却面上 の酸化物皮膜を実質的に均一に維持するようにして、この均一なゲージ厚さを可 能とする。回転ブラシ用の簡単な市販の可変速駆動装置の使用により酸化物の厚 さを容易に且つ正確に制御し、ブラシの摩耗その他の条件変化を補償し、運転中 所望の実質的に均一な酸化物厚さを維持できる。

シリコンカーバイドを含んだナイロンブリストルの回転ブラシは、溶融物引き出 し式ストリップ鋳造作業における冷却面上の天然酸化物界面の確立と調整に非常 に効果的であり且つ信頼し得ることが確かめられたが、他の材料及び技術もこの 界面の維持に使用することができる。例えば、回転ブラシのブリストルとして他 の合成材料を使用でき、又この合成材料製プリストルに他の研摩剤を含ませるこ とができる。更に、硬い研摩剤を含まない又は硬い研摩剤で被覆されない天然材 料製又は合成材料製ブリストルも又使用でき、これらは銅若しくはアルミニウム 又はこれら金属の合金のような比較的柔らかい材料で形成された冷却面を使用し たときに好ましいものである。しかし、上に示しｔ：ように、使用される研摩用 材料は、直接鋳造中に冷却面上に形成される天然酸化物の粗の粒子を除去できる と同時に締まったより緻密な天然界面を残すことが重要である。更に、この界面 は鋳造される溶融金属と接触する実質的に平滑な表面を示すべきである。

本発明により冷却面上の天然酸化物界面を確立し維持するために好成績で試験さ れた材料及び技術の例には、馬毛及びその他の天然材料ブリストルを有する静止 式及び回転式のブラシ、並びに静止式のフェルト製パッドが含まれる。これら種 々の材料及び装置は上述の先行技術による鋳造ストリップに容易に認識し得る改 善を生じせしめたが、長時間にわたりこれらの装置及び材料を使用した場合には 、研摩剤を含ませた合成樹脂製ブリストルのブラシによる場合よりも運転中の鋳 造工程の信頼し得る制御は困難であった。

図示された形式の内部冷却式鋳造用ホイールが溶融アルミニムからアルミニウム ストリップを直接鋳造するために使用された。この鋳造用ホイールは１０２０合 金炭素鋼で作られｔ；外周リム２６を備え、外側鋳造用表面は１インチ（約２５ ．４ｍｍ）当たり４４本の概ね外周方向に延びている溝を有し、直径２Ｌ６３５ インチ（約７０１．９ｍｍ）、幅４２インチ（約１０６６．８ｍｍ）であった。

この使用された鋳造用ホイールを装置から外し、試験用に炭素鋼リムから標本（ 複数）を切り取った。

これらの標本は鋳造用表面の縁から中央の近くまでの鋳造用表面にわたる部分か ら採取された。鋳造用ホイール上の実際の鋳造部分の跡は目で見える酸化された 表面によって決められた。標本を脱脂しそして金属顕微鏡用の標本準備中におけ る酸化防止のためにニッケルめっきした。

標本の金属顕微鏡検査は次のことを示した。即ち、肉眼で酸化物が観察されない 鋳造跡の外側のリムの縁においては、２０００倍までの倍率では溝及びランドの いずれにおいても一様な又は連続した酸化物フィルムは検出されなかった。ラン ド即ち溝と溝との間の溶融金属と接触した表面部分における観察可能に酸化され Ｉ；鋳造跡の領域内には、多相（ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ）酸化物が存在し、一方 、溝の側壁にある酸化物は主に鉄酸化物よりなる単相（ｓｉｎｇｌｅ　ｐｈａｓ ｅ）酸化物であった。鋳造帯を横切るランド部分の酸化物の金属顕微鏡写真では 、青黒色から茶灰色までの色彩の相異が観察されｊ；が、実質的には同じく見え ｔ；。

実際に測定された酸化物の厚さは、鋳造条件下で生長するとして示された初めの 計算値より大きかった。更に、予期されないことであったが酸化物の厚さの局部 的変動が観察された。これらの変動は主としてランド表面上の小さな割れ目にお ける比較的薄いスポットという形態であり、これは鋳造中において凝固する金属 との接触を最小にする可能性がある。

これらの微小な割れ目は、鋳造用ホイールがよく磨かれた一様で平滑な鋳造用表 面を示すように整えられたとしても、注意深い観察から見出だされた。述べられ た微小な割れ目部分を除くランドの大部分には厚い酸化物皮膜が広がっていｔ： 。最大及び最小の測定値が記録された。酸化物の最大厚さの測定値の平均は１２ ．４００オングストロームであり、又酸化物の最小厚さの測定値の平均は１．４ ５０オングストロームであった。ここで使用された用語「実質的に均一な厚さ」 はこのような避けられない局部的な厚さ変動を有する酸化物皮膜を含んで示すこ とを理解すべきである。

同じ鋳造用ホイールのリムの鋳造帯からの１つ４インチ（約１０１゜６ｍｍ）部 分で行なわれた次の試験も又溝及びランド部分における酸化物の組成と厚さの調 査を含んでいた。この標本のランド部分の幅は０゜００９インチ（約０．２２９ ｍｍ）から０．０１０インチ（約０．２５４ｒｏｍ）であった。この試験結果よ り、溝の中に入っていた酸化物は主として鉄酸化物の単相皮膜であっｔ；ことが 確かめられた。又、この試験は表面のランド部分の多相酸化物の厚さは溝内の酸 化物の厚さの約％でありそして約４倍以上均−であることを示した。

上述の鋳造用ホイールと同様な第２の鋳造用ホイールが、アルミニウム合金３１ ０５のストリップを直接鋳造するために多数回の運転をするために使用された。

このような運転の１つにおいて加熱された頂部ロールがタンディツシュより出て くるストリップの頂面上の溶融金属と接触するように置かれ、前述の形式のシリ コンカーバイドを含んだナイロンブラシが冷却面を軽く磨くために使用された。

運転条件が平衡に達したとき、即ち、タンディツシュからの溶融金属の流量、鋳 造用ホイールの回転数及び頂部ロールの回転数が安定したとき、本装置は幅３０ インチ（約７６２．０ｍｍ）のストリップを１８．５分間に５０００ポンド（約 ２２６８ｋｇ）連続生産するように運転された。ストリップは、横断断面が実質 的に均一の厚さであり且つストリップの上下の面は両方とも商業的な品質のもの であることが見出だされた。

今説明した鋳造ストリップからのサンプルが、ストリップの横断断面形状、即ち ストリップの幅を横切る方向におけるストリップ厚さの変動、及びストリップの 形、即ちストリップの長さ方向に沿った厚さの変動、を調査するために測定され た。横断断面形状の測定はストリップを横切る方向に２インチ（約５０．８ｍｍ ）間隔で行われ、ストリップの平均厚さ０．０４２インチ（約１．０６７ｍｍ） から僅か±０．００２インチ（約±０．０５１ｍｍ）の偏差を示しただけであっ た。ストリップの形の測定はｌフィート（約３０４．８ｍｍ）間隔で行なわれ、 こちらも又平均厚さから僅か０．００２インチ（約０．０５１　ｍｍ）の偏差を 示しｔ；だけであった。この運転中の鋳造速度は毎分２５０フイー）（約７６゜ ２ｍ）から２０５フイート（約６２．５ｍ）に変動した。生産された３１０５ア ルミニウム合金のストリップのコイルの約半分を、ストリップの各側から１イン チ（約２５．４ｍｍ）除去するようにスリットされ、次いで毎分５００フイート （約１５４．２ｍ）の速度でコールドミルで圧延された。

鋼製の鋳造用表面上でアルミニウム合金を鋳造を行うことを特に参照したが、そ の他の金属又は合金の鋳造が別の特性を持った酸化物皮膜を作るであろうことを 知るべきである。同様に、銅又はアルミニウムのようなその他の金属で作られＩ ；冷却面上に形成される天然酸化物は、鋼の冷却面上で形成されたブラシ掛は及 び磨きの技法とは異なった技法を必要とするであろう。更に、異なった天然酸化 物皮膜及び代替物は所望の均一な酸化物界面を維持するｔ；めに多かれ少なかれ 研摩ブラシ掛は及び磨きを要するであろう。従って、本発明の好ましい寅箆例を 開示し詳細に説明したが、種々の変更を為し得ることは明らかであり、本発明は 説明された実施例に限定されるものでなく、出業者に明白であり且つ本発明の精 神及び範囲内にある総ての変更を含むものであることを理解すべきである。

／％：　４ 国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．鋳造すべき金属の溶融物を準備し、連続的に駆動される金属の冷却面を準備 し、動いている金属冷却面上に溶融物の層を流し、凝固する溶融物層を冷却面に 一時的に付着させそして凝固した層を収縮させこれを冷却面から剥離させるため に、冷却面を経て溶融物層から熱を取り、そして剥離した凝固層を金属の連続ス トリップとして引き出す諸段階から成る溶融金属をストリップに直接鋳造する方 法であって、溶融物からの熱と大気とに曝された結果として前記金属冷却面の表 面上における天然酸化物の層の発達を許容することによって前記溶融物層と前記 冷却面との間に天然酸化物の界面を確立し、そして、金属ストリップの剥離に続 いて天然酸化物界面を磨くために、実質的にストリップ鋳造作業全体を通じて駆 動ブラシ掛け要素と前記天然酸化物層とを連続的に係合させことによって、前記 溶融物と接触する前記冷却面の領域を完全に被覆する平滑な層に前記天然酸化物 界面を維持し、平滑な天然酸化物界面を与えるために発達した天然酸化物層の外 側部分のみを除去するが冷却面にしっかり付着している天然酸化物の平滑で連続 した緻密な層を残しこれによって金属冷却面の摩耗を避けるような方法で前記磨 き作業が達成され、前記天然酸化物層は冷却面の幅を横切る方向に実質的に均− でありそして実質的に鋳造運転を通じて前記実質的に均−な厚さに維持されるこ とから成る方法。
2. ２．前記ブラシ掛け要素は駆動される回転ブラシから成り、前記方法は、該回転 ブラシの位置を前記冷却面に対して調整しこれによって前記天然酸化物界面の厚 さを制御するように、該回転ブラシと前記酸化物層との間の接触を変える段階を 更に含む請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．前記駆動される回転ブラシは合成樹脂材料で形成されたブリストルを有する 請求の範囲第２項に記載の方法。
4. ４．前記ブリストルは微細の粉砕された研摩材料を含む請求の範囲第３項に記載 の方法。
5. ５．前記ブリストルは、シリコンカーバイドを含んだナイロン製ブリストルであ る請求の範囲第２項に記載の方法。
6. ６．前記回転ブラシの回転速度を変えこれによって前記酸化物層の厚さを制御す る段階を更に含む請求の範囲第５項に記載の方法。
7. ７．前記回転ブラシは、天然繊維ブリストルを有するブラシから成る請求の範囲 第２項に記載の方法。
8. ８．前記天然繊維ブリストルは馬毛から成る請求の範囲第８項に記載の方法。
9. ９．前記金属冷却面は、円柱状の内部冷却された金属の鋳造用ドラムの外面から 成る請求の範囲第１項に記載の方法。
10. １０．鋳造される溶融金属はアルミニウムである請求の範囲第１項に記載の方法 。
11. １１．前記金属冷却面と接触しこれを磨く段階は、前記冷却面上の前記天然酸化 物と、微細に粉砕された研摩材料を含む合成樹脂製ブリストルを有する駆動回転 ブラシとを連続的に係合する段階から成り、前記ブラシは緻密な酸化物層を除去 することなく酸化物層から粗の酸化物粒子を効果的に除去しこれによって金属冷 却面の摩耗を避ける請求の範囲第１０項に記載の方法。
12. １２．前記回転ブラシの位置を前記冷却面に対して調整しこれによって前記天然 酸化物界面の厚さを制御する段階を含む請求の範囲第１１項に記載の方法。
13. １３．前記ブリストルはシリコンカーバイドを含んだナイロン製ブリストルであ る請求の範囲第１１項に記載の方法。
14. １４．前記回転ブラシの回転速度を変えこれによって前記酸化物層の厚さを制御 する段階を更に含む請求の範囲第１２項に記載の方法。
15. １５．前記回転ブラシは天然繊維製ブリストルを有するブラシから成る請求の範 囲第１０項に記載の方法。
16. １６．前記回転ブラシの位置を前記冷却面に対して調整しこれによって前記天然 酸化物界面の厚さを制御する段階を更に含む請求の範囲第１５項に記載の方法。
17. １７．前記天然繊維製ブリストルは馬毛から成る請求の範囲第１６項に記載の方 法。