JPH05329590A

JPH05329590A - 鋳片鋳造用冷却ドラム

Info

Publication number: JPH05329590A
Application number: JP4139016A
Authority: JP
Inventors: Motoi Kido; 基城戸; Katsuhiro Minamida; 勝宏南田; Atsushi Sugibashi; 敦史杉橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1993-12-14

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザビームを照射して表面にディンプルが
形成された鋳片鋳造用冷却ドラムに関し、上記冷却ドラ
ムにディンプルを形成する際、複数のレーザビームを組
み合わせて単位模様を構成することにより、加工される
ディンプルの径部寸法と深さ寸法を容易に保証すること
を目的とする。【構成】１つまたは互いに集合したレーザ加工跡を各
単位模様２とし、該各単位模様が前記冷却ドラムの周面
全体で一様に形成された冷却ドラム。単位模様における
開口部の長手方向の寸法３が８０μｍ以上５００μｍ以
下で、該単位模様の深さ４が７０μｍ以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造における鋳片
鋳造用冷却ドラムに関し、特に該冷却ドラム表面にレー
ザビームを照射されディンプルが形成された単ドラム方
式，双ドラム方式，ドラム−ベルト方式等の鋳片鋳造用
冷却ドラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造の分野において、製品の最終形
状に近い肉厚の薄い鋳片（以後、薄肉鋳片という）を溶
鋼から直接的に製造する技術の開発が強く望まれてい
る。薄肉鋳片を鋳造する場合、厚肉鋳片を鋳造する場合
と比べて冷却ドラムで溶鋼がかなり急激に冷やされるの
で、鋳造された鋳片に肉厚の変動または表面割れ等が引
き起こされる。従って、これらの欠陥を引き起こさない
ような冷却ドラムを作る必要がある。

【０００３】例えば、特開昭６０−第１８４４４９号で
は、冷却ドラムの周面全体に均一な凹凸（またはディン
プル）を設けて「空気溜まり」を形成し、冷却ドラム周
面に「空気層」を作ることが提案されている。これは、
「空気溜まり」により冷却ドラムの抜熱能力を小さくし
て溶鋼を緩慢に冷却することによって、形成される「凝
固シェル」の厚みを板幅方向で均一化し、肉厚変動およ
び表面割れのない薄肉鋳片を鋳造可能にしている。

【０００４】

【発明が解決しょうとする課題】しかし、凹凸を設けた
冷却ドラムを用いて鋳造を行うと鋳片表面へ凹凸状の跡
（転写跡）が転写される。この転写跡の凹凸はその後の
圧延により平滑にされるので支障を及ぼさないが、転写
跡の一部に粗大粒が存在すると「あざ」となって残り、
鋳造された製品の商品価値を損ねてしまう。

【０００５】また、凹凸を設けた冷却ドラムを用いて溶
鋼を鋳込むと、溶鋼の「湯溜まり」に「表面波」が発生
し、鋳造される鋳片表面に横皺を形成したり、光沢ム
ラ，粗大結晶組織等の欠陥を引き起こしたりする。その
ため、鋳込作業の際には「表面波」を発生させない細心
の注意が必要になる。

【０００６】たとえば「あざ」が発生する原因は、上記
「空気溜まり」によって「緩冷却」される部分（粗大粒
形成部分）と、冷却ドラムと直に接して「急冷却」され
る部分（微小粒形成部分）とにおいて凝固した溶鋼の結
晶粒径に差があり、これら粒径差によるが光の反射率の
違いから「あざ」となって現れるからである。これは冷
却ドラム周面に形成された凹凸が溶鋼の冷却速度分布に
対して大きいことに起因する。

【０００７】一方「表面波」が発生する原因は、「凝固
シェル」が形成される際、冷却ドラム界面における溶鋼
の進行方向で「急冷却」される部分と「緩冷却」される
部分との境界が局部的領域で概連続的に構成されるため
である。この境界は、たとえば、冷却ドラム周面に凹凸
が間隔をおいて規則的に設けられていたり、凹凸部で形
成されるべき表面張力が得られず結果的にそこが「急冷
却」部分となることによって、「急冷却」部分が連鎖的
に形成されるために構成される。

【０００８】このように「あざ」および「表面波」の問
題は、冷却ドラムに形成する凹凸に起因していることが
分かる。そして、係る問題を解決するためには形成する
凹凸の大きさ，形状，配置を考慮する必要があることが
わかる。

【０００９】従来、上記のような冷却ドラムを得るため
に用いられる手法は主に湿式エッチングである。エッチ
ングは、マイクロエレクトロニクスの分野等ではかなり
の微細加工を達成しているが、この冷却ドラムの加工に
おいては、加工する凹凸の径を小さくすると共にその深
さも必要とするので加工寸法に限界がある。実際、上記
した凹凸部で形成されるべき表面張力を保証するために
必要な凹凸部の深さは約７０μｍであり、この深さ寸法
を得るための凹凸部の径寸法は最小で約３００μｍとな
ってしまう。言い換えると、凹凸部の径寸法を３００μ
ｍ以下にすると凹凸部の深さが得られず表面張力を保証
することが不可能となってしまう。

【００１０】加えてエッチングは、凹凸の大きさや形状
および配置に関して係る各寸法を柔軟に変えることが難
しい。またエッチングは、その加工に用いる薬品処理に
係る周辺設備等を含め、最近取り立たされている環境へ
の課題も懸念される。

【００１１】その他にショットプラスト，放電加工，機
械加工等も凹凸の加工に用いられている。しかし、ショ
ットプラストはエッチングと同様に加工寸法の限界，寸
法制御，加工精度等の問題がある。放電加工および機械
加工においては微細加工が可能であるが、冷却ドラムに
対して加工する凹凸の数が非常に多いので、電極の交換
等を含めて時間的な面で工業上不適当または不可能であ
る。

【００１２】そこで本発明の目的は、「レーザビーム」
を照射することによって周面に凹凸、すなわちディンプ
ルが形成された冷却ドラムを提供することである。

【００１３】ここで「レーザビーム」による加工は、形
成するディンプルに対してその溶融加工能力がレーザ出
力値で規定されるので、ディンプルの径寸法と深さ寸法
とは互いに相反的な関係となり、特に所望のディンプル
径寸法に対してディンプル深さ寸法を保証することが難
しい。

【００１４】従って本発明の目的は、特に、上記寸法に
係る問題を解決し、所望のディンプル径寸法に対してそ
の深さ寸法が適当に保証されたディンプルを備えた冷却
ドラムを提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の鋳片鋳造用の冷却ドラムは、第１の実施態様として、
レーザビームを照射して周面にディンプルが形成された
鋳片鋳造用冷却ドラムであって、複数個の湾曲弧状の線
１が組み合わされて形成された開口部形状２を備えてい
る。また第２の実施態様として、レーザビームを照射し
て周面にディンプルが形成された鋳片鋳造用冷却ドラム
であって、一部重合して集合した加工跡を各単位模様と
し、各単位模様が周面全体に形成されている。そしてこ
れらの開口部の最長寸法３が８０μｍ以上５００μｍ以
下で、開口部の深さ４が７０μｍ以上が好ましい。

【００１６】

【作用】複数のレーザビームによって加工された開口部
または単位模様を基に、各種形態のディンプルが冷却ド
ラム周面に複雑に形成され得る。

【００１７】また、複数のレーザビームによって加工さ
れた開口部は、その開口部面積に必要とされる深さが保
証される。なぜなら、開口部を形成するために用いられ
る各レーザビームは、深さに関してそれぞれレーザビー
ム当たりの加工能力が予め分かっているので、このレー
ザビームを集合して組み合わせて開口部の面積が大きく
なっても、その深さは保証されるからである。

【００１８】これにより、冷却ドラム周面に形成する適
当なディンプルを小さいものから大きいものまで柔軟に
加工できる。また、エネルギ出力の小さいレーザ発振器
を組み合わせて各種形状のディンプルが形成できると共
に、係る加工装置の大きさが小型化される。

【００１９】

【実施例】図２は、本発明に係る冷却ドラムに単位模様
を形成する加工装置の一実施例を示す。

【００２０】ディンプル加工装置２０は、２台のレーザ
発振器２１，２２と、これらから発振されたレーザ光２
３，２４の発散角を調整するビームエキスパンダ２５，
２６と、各ビームエキスパンダによって調整されたレー
ザビーム２７，２８の光路を形成するガルバノ・ミラー
２９−３１（以後、ミラーという），三角ミラー３２，
３３および集光レンズ３４を含む光学系３５と、レーザ
光の発振タイミングを制御する加工制御器３６とを備え
て構成されている。

【００２１】冷却ドラム５０は、その回転軸５１を中心
に一定速度ωで回転しており、その回転ωが回転制御器
５２によって維持されている。本加工装置２０は、所定
の速度で回転する冷却ドラム５０の回転軸方向へその表
面と一定距離ａを保ちながら所定の定速度ｖで移動する
掃引装置５３に懸架されている。その速度ｖは掃引制御
器５４により維持されているので、結果的に各レーザビ
ームは冷却ドラム５０の周面を螺旋状に走査する。勿
論、本加工装置２０と冷却ドラム５０間における配置関
係は、冷却ドラム５０自身が回転しながらその回転軸方
向に移動する形態でもよい。

【００２２】本加工装置の各レーザ発振器２１，２２は
２台の同じＹＡＧレーザを用いているが、他のレーザ装
置、たとえば炭酸ガスレーザ等の連続発振型のガスレー
ザ、またはルビーレーザ等のパルス発振型の固体レーザ
でも良いし、またこれらを組み合わせて用いても可能で
ある。レーザ光は、加工制御器３６がレーザ発振器２
１，２２内のＱスイッチ３７，３８にレーザ励起信号３
９，４０を与えることにより各々パルス的に発生され
る。たとえば加工制御器３６は、レーザ励起信号３９，
４０をランダムに選択し、所定の時間間隔で同時または
順次出力する。また、所定周期の励起信号に変調をかけ
て所定の時間差を与えたレーザ励起信号を与え、レーザ
の発振タイミングをばらつかせることにより、回転する
冷却ドラム５０に照射するレーザビームの位置を冷却ド
ラムの回転方向に変え、形成するディンプルの位置を分
散させることもできる。

【００２３】ビームエキスパンダ２５，２６は、このよ
うに複数のレーザ装置を用いた場合、１つの集光レンズ
３４で各々の焦点を適切に構成するために設けられてい
る。各レーザ発振器２１，２２からのレーザ光は、ビー
ムエキスパンダ２５，２６により各発散角が調整されて
レーザビーム２７，２８となる。

【００２４】ミラー２９は、その反射角に従ってレーザ
ビーム２７の光路を変え、三角ミラー３２を介してレー
ザビームをミラー３１へ導く。ミラー３１は、ミラー３
０により同様に導かれたレーザビーム２８と共有され、
レーザビーム２７，２８を１組のビームとしてその光路
を集光レンズ３４へ入射角α₁，α₂で入射させる。こ
の各入射角α₁，α₂は、各レーザビームが冷却ドラム
の同一部分４１で互いに重合して集束するようように設
定される。

【００２５】更に、ミラー３１はその角度位置を動かす
機械的または電気的な駆動部（図示せず）を備えてい
る。従って、ミラー３１は、その角度を振動周期ｆおよ
び振動角φで変えることができるので、レーザビーム２
７，２８の反射角をその振動角φの範囲で変位させるこ
とができる。これにより各レーザビームが集光レンズ４
６へ入射する入射角α₁，α₂が変わり、冷却ドラムに
レーザビームが集束する位置４１を冷却ドラムの回転軸
方向５１に分散させる。

【００２６】このように、レーザビームが集束する位置
４１は、冷却ドラムの回転方向および回転軸方向に変え
ることができるが、その各制御値は冷却ドラムの回転速
度ωと掃引装置の掃引速度ｖとから導かれる。

【００２７】このように、２本のレーザビームは集束レ
ンズ４６により１組のビームとなって冷却ドラム表面に
重合して集束され、図３（ｃ）に示すような単位模様の
ディンプルを形成する。各レーザビーム２３，２４は単
位模様の一部を形成するので、上記加工制御器３６がレ
ーザ励起信号３９，４０によって励起するレーザを選択
すると、各レーザビームが組み合わされて複数の形状パ
ターン（ａ）−（ｃ）が構成され得る。

【００２８】本実施例のディンプル加工装置により、波
長１．０６μｍの２台のＹＡＧレーザを用いて５００パ
ルス／秒、パルス幅０．１ｍｓｅｃ、１００ｍＪ／パル
スとし、集光レンズは焦点距離５０ｍｍのものを使用し
て冷却ドラムを加工する実験を行った。先ず、各レーザ
発振器１台の場合は共に、ディンプル径１５０μｍ、デ
ィンプル深さ１００μｍのディンプルが形成された。

【００２９】次に、ミラー２９，３０の角度を変えて各
々のレーザビームが照射面で３０μｍ重なるようにし、
レーザビームを同時に照射したところ、単位模様の長手
方向の寸法が２７０μｍ、短方向の寸法が１５０μｍ、
深さが１００μｍのディンプルが形成された。つまり、
ディンプル径を約２倍にしてもディンプル深さが保証さ
れた。

【００３０】上記例に従って、更に多くのレーザ発振器
を用いて単位模様を構成することも当然可能である。こ
れをたとえば４台としたときの単位模様の一例を図４に
示す。

【００３１】また、各々レーザ出力等の特性が異なるレ
ーザ装置を複数台組み合わせて単位模様を作ることも可
能である。

【００３２】単位模様の大きさは、鋳造される鋳片の溶
鋼，厚さ，温度等の鋳造条件に基づき、冷却ドラムがそ
の周面に均一な空気層を形成するように設計されて寸法
決めされる。たとえば上述した「あざ」の問題に対して
は、「粗大粒」つまり粒径差を小さくするように、ディ
ンプル寸法，配置および冷却ドラム周面におけるディン
プルの密度や面積比等が考慮される。同様に「表面波」
の問題に対しては、冷却ドラム周面に「急冷却」される
部分と「緩冷却」される部分との境界が形成されないよ
うに、ディンプル配置および冷却ドラム周面におけるデ
ィンプル密度や面積比、更にディンプルで形成されるべ
き表面張力を保証するためにディンプルの径と深さとの
関係が考慮される。

【００３３】このように形成するディンプルの大きさ，
形状，配置等が検討され単位模様の大きさが検討され
る。その指針としては実験よりたとえば以下の範囲が現
在、工業的に好ましい。 (1)単位模様の開口部の最長寸法が約５０μｍ以上約５
００μｍ以下 (2)単位模様の開口部の深さが約７０μｍ以上である。また単位模様の形は特に規定されない。

【００３４】このような設計に係る要求に対して、レー
ザビームによる加工であれば、レーザビームはその径を
波長の約３倍まで絞れるので、従来の加工装置では達成
し得なかった小さい寸法でディンプル加工することが可
能であり、また単位模様を構成して所望の大きさのディ
ンプルを加工することも可能である。よって、本発明の
冷却ドラムによれば、これら設計に係る要求を満足させ
ることができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明により、「レーザビーム」を照射
することによって周面にディンプルが形成された冷却ド
ラムが提供された。そして、そのディンプルを単位模様
とすることにより、形成されるディンプルにおいて、所
望のディンプル径寸法に対してその深さ寸法が適当に保
証された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る冷却ドラム周面の一実施態様を示
す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけ
る線分Ｉ−Ｉ’の断面図である。

【図２】本発明に係る冷却ドラムに単位模様を形成する
加工装置の一実施例を示す図である。

【図３】図２の加工装置により形成される単位模様を示
す図であって、（ａ）−（ｃ）は平面図、（ｄ）は
（ｃ）の断面図である。

【図４】本発明に係る冷却ドラムに形成される単位模様
の一例（ａ）−（ｃ）を平面図と断面図で示した図であ
る。

【符号の説明】

２０…ディンプル加工装置２１，２２…レーザ発振器２３，２４…レーザ光２５，２６…ビームエキスパンダ２７，２８…レーザビーム２９，３０，３１…ガルバノ・ミラー３２，３３…三角ミラー３４…集光レンズ３６…加工制御器３７，３８…Ｑスイッチ５０…冷却ドラム５２…冷却ドラム回転制御器５４…掃引制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビームを照射して周面にディンプ
ルが形成された鋳片鋳造用冷却ドラムであって、複数個の湾曲弧状（１）の線が組み合わされて形成され
た開口部形状（２）を備えた鋳片鋳造用冷却ドラム。
【請求項２】レーザビームを照射して周面にディンプ
ルが形成された鋳片鋳造用冷却ドラムであって、一部重合して集合した加工跡を各単位模様とし、該各単
位模様が周面全体に形成された鋳片鋳造用冷却ドラム。
【請求項３】前記開口部の最長寸法（３）が８０μｍ
以上５００μｍ以下で、該開口部の深さ（４）が７０μ
ｍ以上である請求項第１項から第２項のいずれか１つに
記載の冷却ドラム。