JPH044060B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属薄板の直接製造方法とその製造
装置に関し、特に本発明の溶融金属の定常層流
を、下端が溶湯溜中に浸漬される傾斜板を介して
静かにかつ連続的に供給することにより、表面性
状の優れた金属薄板を直接製造する方法とその装
置に関するものである。 〔従来の技術〕 平行装置にかかる一対の水冷ロール（水冷ロー
ル）を用いて溶融金属から直接金属薄板を製造す
る方法および装置として、従来、特公昭60−
11584号 公報、特開昭55−100850号公報、特開
昭60−130455号公報、あるいは特開昭61−7050号
公報などに開示された技術が提案されている。 これら先行技術のうちの例えば前記特公昭60−
11584号公報に記載の連続鋳造設備によれば、流
量の制御が難しく流量が少ない場合には水冷ロー
ル幅の金属層流で流し込もうとしても表面張力に
より流の形状が狭くなる現象が生じ易く、水冷ロ
ール間の湯溜部において流の衝撃力が局部に集中
して湯面変動が大きく、そのために湯流れの乱れ
が大きくなり、得られた薄板の表面に多数の湯じ
わを発生し、しかもロールから排出された直後の
薄板の温度分布が不均一であるために高温部にお
いて割れの発生が避けられないという欠点があ
る。また従来行なわれていた非晶質合金の製造方
法によると幅広シートを製造することが困難であ
つたが、前記特開昭55−100850号記載の方法によ
れば、基板端部にノズルより溶湯金属流を衝突さ
せて幅広の溶融金属流を生成させた後にロールに
より急冷凝固させて幅広シートを製造することが
できる旨記載されている。しかしながら、この方
法によつては、例えば板厚が30μm、板幅が30mm
という極めて薄い非晶質金属シートしか製造でき
ないという問題点がある。 また、前記特開昭60−130455号及び特開昭61−
7050号記載の発明によれば、金属溶湯はロールの
胴周面に向けてノズルに供給されるため、溶湯の
一部がロールの胴周面との衝突によつて飛沫とな
つて、製造される急冷薄板の表面に凝固付着する
ことにより、前記薄板表面の平滑度が十分均一で
ないという問題点がある。 〔発明が解決しようとする課題〕 ところで、本発明者らは、先に、上記各従来技
術の問題点を克服する技術として、特願昭60−
176906号として出願した金属薄板の連続製造装置
を提案した。 ところが、この技術の場合、 金属溶湯が傾斜板上から湯溜部の湯面に斜め
に落入するので、雰囲気ガスを溶湯中に巻き込
むことが多く、それが凝固シエル中に気孔とし
てトラツプされ、ひいては鋳片中のポロシテイ
ー欠陥となるケースを多く発見した、 溶湯の落下衝撃が多少ともあるので、湯面と
くにメニスカスが波打ち、ロール胴周面上で凝
固開始点が変動し、しかもそのために凝固シエ
ルの厚みがロール軸方向によつて代わり、凝固
収縮の不均一を招いて鋳片割れを発生すること
があつた、 溶湯が落入するために、その温度の高い溶湯
落下流が溶湯溜の深くにまで達して、それが凝
固シエルに作用して再溶解して凝固不均一を招
く現象が見られた、 のである。 そこで、本発明の目的は、かような従来技術の
かかえる問題点、並びに上記先行技術の課題を克
服する技術の確立を目指すところにある。 〔課題を解決するための手段〕 上掲の目的に適合する本発明者らが開発した技
術の要旨は、 平行近接配置にかかる一対の水冷ロール相互間
上部に形成される溶湯溜に、溶融金属容器下部に
取付けられるノズルとその延在位置に配置される
傾斜板とを介して、金属溶湯を供給し、この溶湯
を各ロール周面で冷却させながら凝固シエルを生
成、成長させ、これを引き抜いて薄板を製造する
方法において、前記、溶湯溜への溶融金属の供給
を、 平行近接配置にかかる一対の水冷ロール相互間
上部に形成される溶湯溜に、溶融金属容器下部に
取付けられるノズルとその延在位置に配置される
傾斜板とを介して、金属溶湯を供給し、この溶湯
を各ロール周面で冷却させながら凝固シエルを生
成、成長させ、これを引き抜いて薄板を製造する
方法において、 前記、溶湯溜への溶融金属の供給を、 前記ノズル下端を、前記溶湯溜中に浸漬した状
態に支持する傾斜板の上部傾斜面に当接させると
共に、このノズル下端の周側壁のうち該傾斜板の
下方向に面する側に設けた開口から末広がり扇状
に吐出させ、 この傾斜板上を流下する間に、板面上で均一な
流量分布を有する定常層流を予め形成しながら、
そのまま湯面に対して斜めに連続的に流入させる
ことを特徴とする金属薄板の直接製造方法であ
り、 そして、この方法の実施に当たつては、 平行近接配置にかかる一対の水冷ロール相互間
上部に形成れる溶融溜に、溶融金属容器下部に取
付けられるノズルとその延在位置にロール軸方向
と平行に設置される傾斜板とを介て、金属溶湯を
供給し、この溶湯を各ロール周面で冷却させなが
ら凝固シエルを生成、成長させ、これを引き抜い
て薄板を製造する装置において、 前記各水冷ロール周面頂部位置の相対高さを異
ならしめ、その相対位置高さの低い方の該水冷ロ
ール上に、傾斜板を傾斜配置すると共に、この傾
斜板の下流側端部を前記溶湯溜の溶湯中に斜めに
没入浸漬させ、 一方、前記傾斜板の上流側端部の近傍には、前
記ノズル下端部を当接支持し、 そして、このノズルには、その下端の周側壁の
うち前記傾斜板の下方向に面する側に開口を設け
たことを特徴とする金属薄板の直接製造装置、が
好適に用いられる。 次に、本発明の構成をさらに詳細に説明する。 この発明の特徴は、下端部が溶湯溜中に斜めに
没入浸漬される状態にある傾斜板を使うこと、と
くにノズルからの溶湯流をこの傾斜板上に吐出さ
せることで予め均一な定常層流を形成し、このよ
うにして形成されている層流を、そのまま落下さ
せることなく溶湯溜中の湯面に向かつて静かに流
し込むようにしたところにある。 このことについて、本発明者らは次のように考
えた。さて、「鉄と鋼」Vol.68（1982）P.1938に
は、水をノズルより平板の表面に垂直に噴射落下
させると衝突点を中心にある周辺領域内では薄い
液膜が放射状に広がる層流が得られることを指摘
し、かかる層流の流動特性について述べている。 そこで本発明者等は、上記論文を参考にし、最
初にグリセリンと水の混合物であつて溶鋼の粘性
と比重の比に等しくしたものと、同様に粘性だけ
を溶鋼の粘性に等しくしたものを使用して、傾斜
板の上半分にノズル下端部より落下衝突させる実
験を行つたところ、傾斜面上を流下するグリセリ
ン―水混合物は衝突直後乱れを生じて層流は形成
されなかつた。 次に、前記ノズルの水平切り口を有する下端部
を傾斜面に当接させて前記同様の実験を行つたと
ころ、前記傾斜面において層流が生成することが
観察された。 そこで、今度は溶鋼についても前記と同じ実験
を試みた。その結果、傾斜面では、前記水―グリ
セリン混合物と同様に層流が得られたが、この層
流を傾斜板の下方部端辺より水冷ロール相互間の
上部に供給して、溶湯溜を形成させるようにして
急冷凝固させて薄板を製造したところ、薄板の両
側辺部に湯じわおよび割れが見られた。この原因
を調べた結果、傾斜板の下方部端辺から流下する
溶鋼の流量分布が均一ではなく、溶鋼流量が両側
端部では中央部のそれよりも著しく多いことが判
つた。 この原因を究明した結果、溶鋼流の一部が傾斜
板上端方向へ回流した後、その流れ方向は傾斜板
の両側辺方向へ転じ、さらに傾斜板下方向に変え
ながら流下するため、溶鋼流の流量分布は溶鋼流
の両側端部が著しく多くなることを知見した。 本発明者等は、上記流量分布が不均一になる原
因を除くため、ノズル下端部の周側壁のうち前記
傾斜板の傾斜下方向に対応する部分の周壁のみに
開口部を形成させて、上記と同一の実験を行つ
た。 その結果、傾斜面における層流の流量分布がほ
ぼ均一になり、得られた薄板の表面には湯じわが
殆ど見られなくなつた。またロールより排出され
た直後の薄板の温度分布は極めて均一になつたた
め微細な表面割れも全く見られなかつた。 ところで、本発明者等は特開昭55−100850号記
載の方法を用いて、溶融金属を基板端部に衝突さ
せた後、水冷ロールの上向間〓部に供給して、水
冷ロールの回転表面ならびに間〓部において急冷
凝固させて水冷ロール下向き間〓部から急冷凝固
金属を排出させたが、表面性状の良い金属薄板を
製造することができなかつた。 次に本発明を図面を参照して説明する。 第１図は、本発明で用いる装置のうち、溶融金
属容器１の下部に垂設されるノズル２、耐火物製
傾斜板３、および水冷ロール５，５′の配置を示
す縦断側面図であり、第２図は前記第１図に示す
装置を傾斜板３の傾斜下方向からみた一部破断正
面図である。 第１および第２図において、ノズル２の下端部
は傾斜板３の傾斜面の上部近傍に当接していてそ
の吐出口は傾斜下向を指向している。すなわち、
第３図ａ，ｂに示すように、ノズル２の下端部周
側壁９のうち傾斜板３の傾斜下方向に面する側１
０，１０′に開口４が形成されている。なお、第
１図に示すように、傾斜板３の下端部１２の下方
には内部水冷ロール５，５′のうちの、特にロー
ル周面頂部位置の相対高さの低い方のロール５が
位置しており、この水冷ロール５，５′の回転軸
線Ｘ―X′の方向は傾斜板３の下端部１２の方向
と平行である。 溶融金属容器１に収容されている溶融金属６は
ノズル２中を流下して傾斜板３の傾斜面に衝突
し、そこで方向を転じて前記開口４から、第２図
に示すように、末広がりの扇状に吐出される。こ
の際、吐出された溶融金属６は傾斜板３の傾斜面
上で広幅の定常層流となつて傾斜板３の傾斜下方
向へ向かつて次第に流下する。 傾斜板３の下端部１２に到達した定常層流は、
この下端部１２から水冷ロール５，５′のロール
キス部の上部間〓部（溶湯溜）に供給される。前
記ロールキス部上に位置する間〓部における水冷
ロール５，５′の回転軸線Ｘ―X′と直角な両側端
には、水冷ロール５，５′の両側端面に摺動自在
に側堰１１，１１′が配置されているので、前記
上向間〓部に供給される溶融金属６は、前記上向
間〓部内において溶融金属の溶湯溜７となる。 本発明によれば、傾斜板３の下流側の下端部１
２を、前記溶湯溜７中に斜めに没入浸漬する形態
に位置決めすることにより、この傾斜板３上に吐
出されることにより形成される溶融金属６の定常
層流はそのまま静かにかつその層流状態のまま合
流するように溶湯溜７に流入するから、湯面とく
にメニスカス部および内部に乱れ（波立ち）が発
生せず、（すなわち、落下するのではないから溶
湯溜７の表面および内部が撹乱されず）、静かに
連続的に供給される。そして、注入金属溶湯は溶
湯溜７から水冷ロール５，５′に接する部分が冷
却されてシエルとなり、ロール〓間を通過する際
までに成長肥厚化して、水冷ロール５，５′の下
向間〓部から金属薄板８となつて排出される。 以上説明したように、本発明において広幅の定
常層流が容易に形成される理由は次のとおりであ
る。すなわち、ノズル２の下端部に形成される開
口４の形状を、第３図ａの縦断面図および第３図
ａのＡ―A′線に沿つて切つた水平断面図である
第３図ｂによつて詳細に説明すると、ノズル２の
下端部においては開口４の両側壁１０，１０′の
間隔をノズル２の内径に等しいかあるいは短かく
する。 このような構成とすることによつて、ノズル２
内を流下する溶融金属６は、傾斜板３の傾斜面に
衝突して方向を転じ、開口４より吐出された後
は、傾斜板上端方向への回流が一切なくなる。か
くして開口４から吐出される溶融金属６は、本発
明者等が前述した水モデル実験により解明したよ
うに、常に下向きに末広がり扇状に流下し、しか
も傾斜板３の傾斜面を所定距離流下する間に広幅
の実質的に均一な流量分布を有する定常層流とな
る。 このようにして形成される定常層流を流下方向
に直角な線に沿つて切つた仮想縦断面の各部の厚
さは、実質的に均一であり、また少なくともこの
傾斜板上にある定常層流の表面は殆んど波立ちあ
るいは乱れなどは見られない。 さらにまた、前記表面波立ちあるいは乱れの殆
んどない定常層流は、下部が溶湯溜７に没入浸漬
された傾斜面上を流下して溶湯溜７の湯面に落下
することなく斜めに流入して、前記溶湯溜７内の
溶融金属と連続的な態様で合流し、しかもその合
流の際には、落下させる場合（本発明者らの先行
提案の技術）に比べると、溶湯溜７内の最上表面
層のみで合流が生じるだけであり、溶湯溜７の下
層部までには前記定常融合流の影響は及ばない。
特に、水冷ロールの胴周面（凝固面）と接触して
急冷され、生成した凝固シエルが、従来技術など
のように溶湯溜７内の深くまで流入した高温の溶
融金属流などによる衝撃を受けることなく、それ
故に生成した凝固シエルに亀裂を生じさせたりあ
るいは剥慮するようなことが全くなくなる。 本発明において使用するノズル２および傾斜板
３の材質は、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、ジ
ルコン、ムライト、シリカ、あるいはマグネシア
製のものを使用することができる。傾斜板３の傾
斜面は平面状、ゆるやかな凸面状あるいはゆるや
かな凹面状であり、前記傾斜面の勾配は全体的に
みて30゜以下の範囲内であり、5゜〜20゜のときが好
適である。 なお、本発明装置における前記水冷ロール５，
５′は、各ロールの周面頂部位置の相対高さを異
ならしめることが必要である。そのためには、ロ
ール軸位置を上下方向にずらしたり、大径ロール
と小径ロールを組合わせることで、ロール周面の
頂部位置が相対的に上下にずれることとなる。こ
のようにロール位置が上下方向にずれると、溶湯
溜７と傾斜板３の配置が容易になる効果がある。 すなわち、このようにロールの相対位置高さを
変えると、図面に示すところから明らかなよう
に、低い位置のロール５側に傾斜板３を配設する
ことができるので、ロールの相対位置高さが同一
の場合に比較すると設備化が容易となる。 また、このようなロール相対位置高さを変える
ことについては、異径の水冷ロールを用いること
によつてもまた可能でありこの水冷ロール５，
５′周面頂部位置の相対レベルを変えることがで
きる〔第５図ａ，ｂ〕。この場合、ロール軸心位
置を同一水準にしてもレベル差が生じるので、傾
斜板３の配置が一層容易となる。 さらに、第４図および第５図ｂの例では、低位
側の水冷ロール５の上部表面に当接するように、
耐火物製の湯溜堰１３をそれぞれ設けたケースで
あり、水冷ロール５は湯溜堰１３の下端面に接触
しながら湯漏れが生じないように摺動回転するよ
うに支持する。この湯溜堰１３を設ける理由は、
次のように説明される。すなわち、湯溜堰１３を
設けないと溶湯溜７の量が少なくなり、湯面の上
下変動が敏感に生じ、その結果溶湯溜７の表面お
よび内部に乱れが生じやすくなる。一方、湯溜堰
１３を設けることにより溶湯溜７の量を多くする
ことができる結果、湯面変動による溶湯溜７の表
面および内部の乱れを最小限に抑制することがで
きる。 本発明によれば、ノズル２の開口４より傾斜板
３の傾斜面上に吐出された溶融金属６が傾斜面を
定常層流となつて流下して、水冷ロール５，５′
の相互間に形成される溶湯溜７内へ供給される間
に、溶融金属６が露出されるため、何らかの雰囲
気制御をしなければ空気と接触することになり、
金属の種類によつては、前記定常層流表面が酸化
されることになる。かくして生成される金属酸化
物が一部溶融金属６中に巻き込まれて、製造され
る金属薄板内に介在することになるので、薄板の
表面性状を劣化させるだけでなく機械特性も劣化
することになる。 従つて、酸化され易い金属薄板を本発明により
製造する場合には、溶融金属６がノズル２の開口
４から吐出され、水冷ロール５，５′相互間の溶
湯溜７に至り、さらにロール下部より薄板となつ
て排出されるまでの間の諸手段を不活性あるいは
還元性雰囲気中で行うことが有利である。例え
ば、溶融状態でN₂を吸収し易い金属であつて、
金属窒化物が薄板の諸特性を損なう恐れのあると
きは、N₂を含まない雰囲気ガス中で薄板の製造
を行う必要があり、この際には例えばアルゴンガ
ス雰囲気で行うことが有利である。 本発明によれば、溶融温度が高い金属の薄板を
製造する場合には、傾斜板３の傾斜面の温度およ
び／または溶融金属６の定常層流の温度を所定温
度に保持するため、傾斜板３の中に加熱手段を設
けるか、および／または傾斜板３の傾斜面上を流
下する定常層流にバーナー、赤外線、レーザー等
の加熱手段を設ける。これにより溶融金属の温度
低下を抑制することができる。 本発明によれば、傾斜板３上に開口４より吐出
された溶融金属(6)は末広り扇状に広がつて定常層
となる。この際の定常層流の幅を200〜500mmとな
すことは比較的容易であるが、それ以上の所望の
広幅の定常層流となし、この定常層流から広幅薄
板を製造するためには傾斜板３上の流下方向に直
角方向の一直線上にノズル２を２個あるいはそれ
以上を並列させることによつて所望広幅の薄板を
製造することができる。 本発明によれば、開口４より末広がり扇状に吐
出された溶融金属６が傾斜板３の傾斜面上で定常
層流となるまでには、流下距離が必要であり、こ
の距離は溶融金属６の吐出温度、傾斜板３の表面
勾配および溶融金属６との濡れ性、その他によつ
て影響される。従つて、本発明によれば、ノズル
２の下端部が傾斜板３の表面に当接する位置は、
吐出された溶融金属６が傾斜板３の傾斜面上で均
一な流量分布を有する定常層流となり得るに必要
な流下距離を有する傾斜板３の傾斜面長さとする
必要がある。 本発明の方法によれば、双ロールの下向き間〓
部より排出された直後の薄板の幅方向の温度分布
の状態をテレビカメラによるサーモセンサーによ
り調べたところ、温度分布は800℃と極めて均一
であることがわかつた。なお従来の方法によるも
のの温度分布は800〜1150℃の間で大きくバラツ
キがみられ不均一であつた。 〔実施例〕 この実施例において使用した金属薄板の製造装
置は下記の如くであつた。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば次のような
効果が期待できる。 (1) 傾斜板を使い、かつその下流側端部を溶湯溜
の湯面中に投入浸漬させているから、a.ガスの
トラツプがないので内部品質の優れた鋳板が得
られる、b.メニスカスが安定するので凝固シエ
ルがきれいに成長する、c.凝固シエルの再溶解
がなくシエルの成長が促進される、という効果
がある。 さらにこの技術を用いると、 (2) 板形状が良好となるので、板厚の局部的変動
がなくなり、ロール面の損傷がなくなる。 (3) 湯じわならびに割れなどが極めて少なく板表
面性状が良好である。 (4) 板の表面粗さが極めて小さく、かつ均一であ
る。 (5) 水冷ロールから排出直後の板の高温における
温度分布が均一であるため、冷却後に割れが発
生することがない。 (6) 本発明により製造される薄板は焼鈍なしで冷
間圧延を施すことができ、このようにして得ら
れる冷延板の表面性状は従来の方法によるもの
に比し極めて良好である。 (7) 薄板表面および内部が均質になるため、機械
的性質、耐食性などの品質のバラツキがなくな
る。 (8) 高速で広幅薄板を鋳造する場合でも、スリツ
ト状ノズルを使用する必要がないため、ノズル
詰りがなくなり、また流れの乱れが生じなくな
り、この結果例えば粘性の高い鋼の薄板も製造
することができる。従つて本発明によれば広範
な種類の金属薄板を製造することが可能とな
る。 (9) ノズルの本数を増やすことにより板形状の均
一な広幅の薄板を製造することができる。 本発明は、簡単な装置ならびに操作によつて従
来の造塊―圧延方法ならびに従来の双ロール方法
に比して、経済的に表面性状の良好な金属薄板を
量産することが出来る結果、工業的な利用価値が
極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の製造装置の縦断面図、第２
図は、第１図の一部破断正面図、第３図ａは、ノ
ズル下端部ならびに傾斜板の縦断面図、第３図ｂ
は、ノズル下部の第３図ａのＡ―A′線に沿つて
切つた装置の横断面図、第４図は、堰１３を具え
るタイプの本発明製造装置の縦断面図、第５図ａ
は、第１図の装置において直径がそれぞれ異なる
水冷ロールを用いた場合の縦断面図、第５図ｂ
は、異径水冷ロールに湯溜堰を設けた場合の装置
の縦断面図、第６図は、板幅と板厚との関係を示
す図、第７図ａ，ｂは、それそれ金属薄板の表面
組織（倍率２倍）を示す顕微鏡写真、第８図ａ，
ｂは、それぞれ金属薄板の最大表面粗さRmaxと
平均表面粗さRaを示すチヤートである。 １…タンデイツシユ、２…ノズル、３…傾斜
板、４…開口、５，５′…水冷ロール、６…溶融
金属、７…溶湯溜、８…金属薄板、９…ノズル下
端部周側壁、１０，１０′…ノズル開口部の側壁、
１１，１１′…側堰、１２…傾斜板下端部、１３
…湯溜堰。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平行近接配置にかかる一対の水冷ロール相互
   間上部に形成される溶湯溜に、溶融金属容器下部
   に取付けられるノズルとその延在位置に配置され
   る傾斜板とを介して、金属溶湯を供給し、この溶
   湯を各ロール周面で冷却させながら凝固シエルを
   生成、成長させ、これを引き抜いて薄板を製造す
   る方法において、 前記、溶湯溜への溶融金属の供給を、 前記ノズル下端を、前記溶湯溜中に浸漬した状
   態に支持する傾斜板の上部傾斜面に当接させると
   共に、このノズル下端の周側壁のうち該傾斜板の
   下方向に面する側に設けた開口から末広がり扇状
   に吐出させ、 この傾斜板上を流下する間に、板面上で均一な
   流量分布を有する定常層流を予め形成しながら、
   そのまま湯面に対して斜めに連続的に流入させる
   ことを特徴とする金属薄板の直接製造方法。 ２ 平行近接配置にかかる一対の水冷ロール相互
   間上部に形成される溶湯溜に、溶融金属容器下部
   に取付けられるノズルとその延在位置にロール軸
   方向と平行に設置される傾斜板とを介して、金属
   溶湯を供給し、この溶湯を各ロール周面で冷却さ
   せながら凝固シエルを生成、成長させ、これを引
   き抜いて薄板を製造する装置において、 前記各水冷ロール周面頂部位置の相対高さを異
   ならしめ、 その相対位置高さの低い方の該水冷ロール上
   に、傾斜板を傾斜配置すると共に、この傾斜板の
   下流側端部を前記溶湯溜の溶湯中に斜めに没入浸
   漬させ、 一方、前記傾斜板の上流側端部の近傍には、前
   記ノズル下端部を当接支持し、 そして、このノズルには、その下端の周側壁の
   うち前記傾斜板の下方向に面する側に開口を設け
   たことを特徴とする金属薄板の直接製造装置。