JPH09507433A - 薄板圧延鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 薄板を高生産速度で生産するための、並列圧延鋳造装置(40)の方法。この方法では、ロール速度、チップ位置、ロール間隙、湯流入温度、流出鋼材(46)の張力など、様々な運転パラメータを同時に調整する。反復的に薄板のゲージを次第に減少させ、一方でロール(38)の速度を増加し、チップ(36)をロールバイト(37)から引き戻す。上述した調整を組み合わせて、送りチップ(36)に注入される湯の温度は次第に低下させ、高速で確実に正しい凝固が行われるようにする。ピンチロール(52)一式が、特定のゲージ厚さで流出薄板(46)上で閉じて薄板に抗力をかけ、確実に適切なコイル巻き取り張力が得られるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 薄板圧延鋳造法 発明の分野 本発明は、金属薄板の圧延、特に並列圧延装置における金属薄板の鋳造方法に 関する。 発明の背景 二個のロールを使用した並列圧延鋳造は、凝固/塑性変形技術を組み合わせた 点で、他の連続鋳造工程とは別にすることができる。連続成形鋳造などの主な競 合工程はすべて凝固のみを使用し、凝固後鋳造物は別の塑性変形工程に送られる 。一方、並列圧延鋳造は一対の相反転する冷温ロールの間にあるバイトに湯(溶 解金属)を流し込み、金属がロールに触れると凝固が始まる。ロールニップの手 前、つまりロール間の最小間隙地点より手前で凝固するので、金属が固形板とし てロールを出る前に、変形つまり熱間圧延される。熱間圧延工程は表面仕上がり に優れ、金属と冷温ロールとの間の熱接触がよいために凝固が早いことから、組 織が微細で、コンピュータハードディスクなどの特定の用途に好まれる。 並列圧延鋳造技術については多数の特許が発行され、かなりの数の調査が行わ れている。並列圧延鋳造装置に関するこれまでの特許には、GilmoreのU.S.特許N o.3,817,317、およびHickamのNo.4,054,173の2件がある。 "Continuous Casters for Aluminum Mini-Sheet Mills -- An Alcoa Perspectiv e(アルミニウム小型ミル用連続圧延装置 -- アルコア社の観点)"(1988)の図8に 示されているように、並列圧延鋳造は従来の方法に関連した1つまたは複数の工 程を省いているが、並列圧延鋳造は他と比較すると生産性の限界に問題があった 。生産性の限界についてはいくつかの解決策が実験的作業に基づいて提示されて きているが、以前の技術では正確に発表されていない。 一般的に、並列圧延鋳造装置ではより薄い薄板を生産する傾向にあり、この装 置は鋼材全体の凝固がより早いことによって、更に高速で圧延できる。他にも、 薄板の厚さが並列圧延鋳造装置に及ぼす影響を調査した研究がある。薄板ゲージ で並列圧延装置を始動する際に伴う問題があることから、比較的厚いゲージで鋳 造を開始し、次第にゲージの厚さを減らしていく必要がある、ということがわか っている。ゲージ厚さを減らすには、ロール同士の間隔を狭める。これは通常、 下部ロールを持ち上げることによって行う。ロールが互いに近づき、鋼材ゲージ が薄くなるにつれて、ロールの速度を増加することができる。 このような実験中に、ある程度の生産性の向上が明らかに実現されている。し かし、実験薄板の幅が通常150mmまたは約6インチに限られており、速度は10m/分 まで、あるいは最高でも15m/分までしか報告されていない。一方、工業用の並列 圧延鋳造装置による作業では、幅100インチに近い薄板を扱うこともあり、ライ ン速度もさらに速い場合がある。今日まで、このような実験室の設定で得られた 有望な結果を、実際の鋳造ラインにある工業用並列圧延鋳造装置に発展、統合す ることは、誰もできないと信じられてきた。たとえば、極薄の板を鋳造する際の 大きな問題の一つは、ロール頂点での極度に小さい許容差を確実に保つことがで きないことである。望ましいロール頂点からわずかにずれると、厚さ6mmの薄板 の鋳造には許容できるが、同じずれが、薄い1mmの薄板の鋳造にはまったく許容 できないこともある。また、実際の生産用サイズのロールで精密なロール頂点の 許容差を確保することは、非常に難しいことがわかっている。 よって、並列圧延鋳造装置の生産性を向上する必要性、特に実験結果を実際の 工業用装置に変換する際の問題を解決する必要性がある。 発明の概要 本発明は、高品質の薄いゲージの薄板を高速生産するために、僅かに修正した 並列圧延鋳造装置を運転する上での、実践的なフレームワークを提供する。この 発明では、ロールバイト内での湯の凝固「フリーズフロント（固結面）」または 「フリーズプレーン（固結面）」 の位置を制御するために、並列圧延鋳造装置の様々な運転パラメータを調整する 。一般的に述べると、ロールの間隙が狭まると、ロール間で凝固する金属により 生成する分離力が増大する。分離力の量は、ロールニップ、つまりロール軸を通 る中心面に対する固結面の位置によって影響を受ける。ロールの間隙が小さくな ると、板の削減率が増加し、そのために分離力が大きくなる。ある時点で、下部 ロールの位置を調整する油圧システムが分離力を克服できなくなり、これらの運 転パラメータにおける最小ゲージ厚さに達する。分離力を抑え、かつロールが互 いに近づくようにするために、本発明では、少なくとも３つの運転パラメータを 別個に、または一緒に調整する。これらの運転パラメータは：ロールの速度、ロ ール間に流し込む湯温、ロールニップに対する送りチップの位置、つまり「セッ トバック」である。 本発明の並列圧延鋳造装置は、洗滌樋、予熱器、ガス抜き器、フィルターに接 続した炉と保持室と、二個のロールに近接したヘッドボックス/チップアセンブ リから構成されている。このチップアセンブリでは、2枚の板状の耐熱性チップ 半々が互いに間隙を持ち、その間隙が直接二個のロール間に位置しており、湯を ロールバイトに導入している。チップ位置の水平方向、垂直方向の調整は、ブラ シレスDCモーターで行う。鋳 造装置の各ロールは、遊星歯車減速機を通じて、別個の電気モーターで駆動する 。各ロールには特有の内部冷却システムがあり、これが各ロールの外周および幅 に沿って冷却の均一性を最大限にしている。ロールの間隔は、下部ロール軸受け ブロックの下にあり、油圧サーボバルブによって作動する、1組の油圧負荷シリ ンダで構成された油圧系統によって一定に保持される。並列ロール間の間隙は、 内部位置検出器でシリンダ位置を測定して決定する。ロール間の分離力は、各負 荷シリンダの液体供給ラインと通信するアナログ液圧計でモニターする。流入湯 温、送りチップ位置、ロールの間隙、分離力、およびその他のパラメータは、工 業用制御システムで常時モニターし制御する。 薄板を鋳造するためには、定常状態が比較的簡単に得られやすい大きなロール 間隙にて、並列圧延鋳造装置を始動する。定常状態に到達したら、ロール間隙お よびその薄板ゲージをステップ毎に減少させ、望ましい状態ではそのたびに運転 条件が定常状態に到達する。まず最初に、分離力の限界に達するまで、あるいは 下部ロールをこれ以上動かすと送りチップに接触するというところまで、ロール の間隙を小さくする。送りチップが邪魔になる場合、かつ分離力が限界に達して いない場合は、チップを指定量分ずつロール間隙から上方へ遠ざけ、ロールの間 隙を更に少し減少させる。チ ップをロールバイトから遠ざけても、分離力が増加する。特定速度、特定のロー ル間隙に対する分離力に到達するまで、ロール間隙の減少およびチップの位置変 更という手順を代わる代わる行いながら続ける。 固結面をロールニップに向かって前方、つまり、下流方向に移動して分離力を 下げるために、ロールの速度を増加させる。定常状態に達した後、分離力の限界 に再び達するまで、ロール間隙の減少とチップの位置変更という反復手順を続け る。分離力の限界に再び達すると、その時点で速度がさらに減少する。やがて、 好ましい鋳造ゲージ、つまり最小可能ゲージ(現在は約1mm)に達し、この時点で これ以上の変更を中止し、鋳造装置は高速で鋼材を鋳造することができる。 薄板鋳造条件に対してロールの速度が極端に速いので、ロールを出る鋳造薄板 の引張強度は極端に落ちる。これは、ロールの速度が増加するにつれて固結面が 次第に前方ロールニップに向かって前方に移動し、チップのセットバックを調整 しても、かなり前方に移動するので、鋼材の流出側が高温となり引張強度が下が るためである。薄板にかかる張力を最小限に抑えて、金属が要求運転速度でロー ルニップを進むようにしなければならない。 本発明では、湯のヘッドボックス手前に予熱器を採用している。これは、湯の 流入温度を調整するために 使用する(従って、流出温度にも影響する)。予熱器の前には融解炉または保持室 があり、湯がまだ流れうる程度の比較的低い温度に設定する。ゲージ減少サイク ルの始動時、ロールが最低速度で動いている時に、予熱器を作動して湯の温度を 上昇させ、低速ロールで固結面の最適な位置決めが行えるようにする。言い換え れば、湯が冷たすぎると、固結面が早くできててしまい、発生した分離力が非常 に高く、時には過剰になることもある。後に、ゲージ減少サイクルで予熱器が次 第にオフに切り替わり、最終鋳込速度での固結面生成がロールニップよりも十分 上流側になるような値まで湯の温度を下げるので、流出薄板の引張強度があらか じめ設定したレベルか、それ以上になる。 予熱器によって、流出薄板の引張強度を十分高く確保し、鋳込み速度が上昇し ても良好な連続流し込みができるが、それにもかかわらず、流出側の薄板の引張 強度は、コイル巻き取りリールに対する抵抗張力には十分ではない。最終コイル は通常、しっかり巻き取られて、巻き取った内部が動かないようにし、コールド ミルでさらに処理しやすくする。この結果、コイルを堅く巻き取るための巻き取 り機の十分な張力を、これ以上支持できなくなる地点まで薄板ゲージが減少した 後、並列圧延鋳造装置と巻き取り機との間にあるピンチロールアセンブリが油圧 で閉じて、薄板にかかる巻 き取り機の張力に抵抗し、一方で、鋳造ロールニップで適切な作動張力を維持す る。ピンチロールは、最初に鋳造ラインを通して鋼材を流し込む際に使用され、 巻き取り機が薄板に張力をかける時に解除される。そして、更に速い鋳込み速度 で、鋳造薄板に「ドラッグ(抗力)」を効果的にかけるために、再使用される。 図面に関する簡単な説明 図1は本発明の並列圧延鋳造ライン全体の側面図である。 図2は並列圧延鋳造装置および周辺構成部品の側面図である。 図2aは負荷シリンダー油圧系統および内部モニターセンサの詳細図である。 図3は送りチップおよび固液フェーズインターフェースの相対的位置を示した ロールバイトの詳細図である。 図4はゲージ減少手順を示した流れ図である。 望ましい実施例の説明 鋳造薄板のゲージを減少する方法に関した本発明の原理は、ここで説明してい る特定の並列圧延鋳造装置だけに限定せず、様々な構造の並列圧延鋳造装置に同 等に適用することができる。 鋳造ライン 図1について述べると、並列圧延鋳造ライン20が示 されており、これは上流側先端の融解炉22で始まり、下流側末端のコイル巻き取 り機24で終わる。原材料は融解炉22で融解し、保持室26に入る。ここで望ましい 湯温を保つ。本発明の並列圧延鋳造ライン20は様々なアルミニウム合金の鋳造に 特に適している。しかしながら、ここで実施されている発明の概念は、アルミニ ウム合金だけに限らない。保持室26の後、一定成分、一定温度、一定量の融解ア ルミニウムはガス抜き器28、フィルター30、予熱器32を通過し、並列圧延鋳造装 置40の手前にある「ヘッドボックス」34に流入する。ライン20に沿って進む鋳造 工程は、25に概略図を示した工業用制御システム25によって監視制御するのが望 ましい。ここで説明している発明の工程に従えば、鋳造薄板のゲージ減少を工業 用鋳造ラインに導入することができ、毎時1メートルの薄板幅につき最低3.7トン という生産性が実現する。 ヘッドボックス34はプレーナ注入ノズル、つまり送りチップ36に接続し、これ が金属を鋳造装置40の並列ロール38の間に流し込む。チップの幅で鋳造薄板の幅 が決定する。並列圧延鋳造装置40は一般的に、前述したロール38で構成され、こ れは大型で頑丈なフレーム42の中に固定したベアリングの上でピボット状に取り 付けられ支えられている。各鋳造ロール38は、遊星歯車減速機(ここには示して いない)を通して別個の電気 モーターで駆動する。油圧シリンダ44を使用して、フレーム42全体を傾けてもよ い。並列圧延鋳造装置40を15度傾け、ヘッドボックスの高さを制御することによ って、ノズル出口圧が調整でき、送りチップ36から内部水冷ロール38a,bへの鋼 材の流れが平滑になる。 湯は、ロール38間のバイト37で鋳造され、その結果生じた凝固鋼材46が内部冷 却されたガイドアウトロール48上に移動し、薄板空冷却装置50とピンチロール52 の間を通過する。始動時に、ピンチロール52は薄板の先端上で油圧によって閉じ 、張力が薄板に掛かって、並列ロール38の間隙で正常な運転状態を維持する。薄 板はその後エッジトリマ54、シヤー56を通過し、ブレークオーバーロール58を越 えてマンドレル60に達する。そこで芯62上でコイル状に巻かれる。コイルが最大 直径に達すると、ローラーの付いたコイルカープラテン(ここには示していない) がコイルを外す。コイル変更手順中、シアー56は薄板46を分断し、その先端を連 続して切断する。古いコイルの終端が巻き取られると、マンドレルが崩れ、巻き 取りリールとコイルカーが、中心線の薄板46から互いに逆方向に同時に横送りさ れる。両方の装置が横送りされると、芯62にあらかじめロードされているベルト ラッパー(ここには示されていない)が、薄板の中心線に芯を位置決めする。次に 巻き取りリールは芯まで横送りされ、マンドレルは拡 大してシア56は切断を止める。薄板46の先端はテーブルに沿ってベルトラッパー 内に送られ、そこで芯の回りに巻き取られる。数回巻いた後、ライン張力が巻き 取り機24によって確立し、ベルトラッパーはジョーを開いて、「外」の位置に戻 る。 並列圧延鋳造装置 図2でよくわかるように、並列圧延鋳造装置40は一般に、2本の別々に駆動され る水平のロール、つまり上部ロール38aおよび下部ロール38bから構成され、これ らは、内部で水冷され、フレーム42内で15度の傾きをもって互いに上下の位置を 取っている。鋳造装置のフレーム42は2つの重い鋳鋼ハウジングを十の字につな いで固定している。フレーム42アセンブリは、運転中はピボット式に作動する油 圧シリンダーによって傾き、ロール変更時は垂直に戻る。ロール38は、ステンレ ススチールのオーバーレイと鍛造合金スチールシェルを持つ鍛鋼の芯から構成さ れる。鋳造装置のロールシェルは、芯表面にある機械加工された外周の溝を流れ る水に接触することで冷却される。このような内部冷却ロールは、この技術分野 ではよく知られている。以前の試みとは違って、この望ましいロール冷却システ ムによって高度に適用可能なロールが実現し、ロール設定を、極度に薄い薄板を 鋳造する際に必須とされる、微小の許容差に設定することが可能となった。 ロール間隙の制御 上部ロール38aはフレーム42に対して固定されているが、下部ロール38bは、一 対の大型油圧負荷シリンダーで上部ロールに近付けたり遠ざけたりすることがで きる。このシリンダーの一つの一般的な図を64に示した。図2aにあるように、各 油圧負荷シリンダー64は油圧サーボバルブ66によって作動し、圧力変換器68を供 給ライン69との間に置いてラインとデータ通信する。負荷シリンダー64は下部ロ ール軸受けブロックの下にあり、サーボバルブ66への電子入力によって制御され る。磁気ひずみセンサなど、各負荷シリンダー内にある線形位置検出器70が、シ リンダーの位置を正確に監視し、その位置をロールの間隙距離に変換する。ロー ル38は、ウエッジブロックなど他の装置によって作動することもでき、その相対 的位置と分離力は他の方法でも決定できる。 間隙制御システムは両方の油圧負荷シリンダー64を制御し、鋳造装置のロール 38上で分離力のバランスをとり、一定のプリセットのロール間隙値、一定のシリ ンダー内圧力を保持する。磁気ひずみセンサタイプの線形位置検知器70は各シリ ンダー64内の中心に位置し、位置のフィードバックを供給する。各サーボバルブ 66ラインの圧力変換器68は、鋳造装置のロールの分離状態を正確にモニターする 。中央の工業用制御システム 25へのフィードバック信号は両方とも、閉ループ制御を行うために使われる。鋳 造装置のロール38は最初、自動ゼロ機能によって「ゼロ」となる。これはロール が近づいてプリセットの圧力しきい値が適用される機能である。次に負荷シリン ダーの位置検出器70からの測定値が保存され、正確な間隙制御を行うために使用 される。ロール間隙は最初はオペレータが設定し、電子油圧系統がこれを一定に 保持し、鋳造装置のハウジング内の伸びを補正する。 2種類の運転モードが選択できる。始動時および初期のゲージ減少中は、一定 間隙モードが必要である。薄いゲージで作動する時は、定圧モードへ平滑に移行 する。一定間隙モードでは、油圧負荷シリンダー64内の線形位置検出器70が制御 システム25にフィードバックを供給し、これがサーボバルブ66を通してシリンダ ーに計量供給される油圧液量を調整して、間隙を一定の距離に保つ。この運転モ ードは、むしろ厚いゲージに適している。というのは、片方または両方のロール 38の偏心距離が、最終薄板のゲージ許容差に関する限り、問題にはならないから である。しかし、ゲージを減らすと、ロールの偏心率が最終薄板の許容差に比較 的大きな影響力をもってくる。このため、より薄い場合はロール鋳造装置40が定 圧モードに切り替わり、圧力変換器68が検出する圧力に応じて、下部ロール38b が上部ロール38aに対して少し近づいたり遠ざかったりする。この運転モードを 説明すると、片方のロール38の隆起部または偏心部がロールバイト37に入ると、 圧力変換器68の感知する圧力が増大し、制御システム25にデータが入って、シス テムが下部ロール38bを上部ロール38aから遠ざけて圧力を下げる。 理想的には、線形位置検出器70、圧力変換器68、サーボバルブ66および制御シ ステム25間の感知及びフィードバックループは、連続的な工程である。しかし、 実際の応用ではフィードバックを一連の連続的頻繁なサンプル、望ましくは毎秒 複数のサンプルに限る。並列圧延鋳造装置40のゲージ減少サイクルを管理するた めに適切な望ましい制御システム25には、商標AutomaxのReliance Electricがあ る。このシステムは通常、複数の32ビットプロセッサで構成され、配電系統及び 電源モジュールインターフェースラック(PMI)が供給されている。 送りチップの調整 送りチップアセンブリでは、セラミックファイバーチップ36がメタルチップホ ルダーによって支えられており、チップアセンブリは、チップテーブル72によっ て鋳造装置40内に支えられている。迅速な変更装置が、チップホルダーをテーブ ル72に対して固定している。チップテーブル72は成形スチールテーブルで、機械 加 工されたスチールの往復台上に据え付けられている。このテーブル72の概略図を 76で示した、一対のブラシレスDCサーボモーターで位置決めされる。このモータ ーは運転中必要に応じて、チップ36の両側で個々の調整を行う。チップテーブル 72はブラシレスDCモーターが位置決めするスライドによって、鋳造装置のフレー ム42に取り付けられている。ブラシレスDCモーター76による水平方向及び垂直方 向の調整と位置決めは、それぞれ矢印78と80で示したが、制御システム25からの 指令のもとに行われモニターされる。 鋳造薄板46のゲージ減少工程中、下部ロール38bは、油圧負荷シリンダー64に よって上部ロール38aに近付く。図３にあるように、送りチップ36とロール38と の間にはほんのわずかの間隙しかなく、下部ロールが動く時にこの間隙を保持し なければならない。このため、間隙を調整する際に、水平面と垂直面の両方で送 りチップ36を移動する必要がある。サーボモーター76を使って、チップ36のセッ トバックと作動高さを両側とも調整する。基準信号がソフトウェアの「ルックア ップ」テーブルを基に発生する。送りチップ36の動きは、工業用制御システム25 が精密に制御する。鋳造作業を行う前に、送りチップ36と鋳造ロール38の相対的 位置を決定し、あるいは較正する。この結果、送りチップ36装置または下部ロー ル38bの動きはすべて監視され、 これらの構造物の詳細な幾何学的知識と組み合わせて、下部ロールが送りチップ 36と近づいているかどうかを制御システム25が判断できるようにする。衝突する 前に、送りチップ36の動きが始まる。オペレータには制御システム25上に送りチ ップ位置の画面が表示される。 圧延鋳造メカニズム 次に図2及び3に移ると、送りチップ36の出口がロール38の中心線のやや先にあ る。この距離はSで示したが、これを通常「セットバック」と呼ぶ。ロール38の 中心線を通る面82は、距離Gのロールニップ84で表したロール38間の最小間隙の 部分を通っている。セットバックSの結果、湯がロールニップ84を越える厚さで 凝固し、ロール38が46で金属を最終薄板厚さに変形する。このようにして、アル ミニウムの凝固と熱間圧延を1ステップで行う。この工程によって、精密な寸法 の、表面外観にすぐれ品質の高い、「熱間処理された」内部構造を持つ薄板46が できあがる。この凝固と熱間圧延の組合せでかなりのロール分離力が生まれる。 すでに述べたように、ロール38間の分離力は、工業用制御システム25とデータ交 換を行う、負荷シリンダー64内の圧力変換器によって感知される。 特に図3に関して述べると、凝固領域が固体フェーズ88と液体フェーズ92間に 存在し、その中に液体-固体フェーズ領域90を含んでいる。説明する便宜上、完 全に凝固する線に「固結面」86を定義した。図面でわかるように、固結面86は内 部冷却されたロール38上の一地点に近接した、湯の上部と下部で始まり、湯の断 面を通して温度が上昇するために湯の流れる方向、つまり前方に広がっていく。 ロールニップ84での上部ロール38a上の点から直接上流方向に垂線まで線を引き 、そこから固結面86と上部ロールの表面とが交わる点まで延ばすと、「流れの部 分」(Xで表す)を底辺、「高さ」がYの三角形ができる。この三角形は、凝固点か らロールニップ84での熱間圧延の点までの、金属の固体フェーズの厚さの変化を 表している。 固体金属の最大減少率の概略値は、方程式100x(G/(G＋2Y))で簡単に求めるこ とができる。この図は、設定したロール間隙Gにおいて、距離Xが小さくなるほど 、つまり固結面86がロールニップ84に近付くほど、減少率も低くなり、従って分 離力も低くなる、ということを表している。逆に、距離Xが同じであってもロー ル38間の距離Gが小さくなると、減少率は大きくなり、その結果分離力が上昇す る。 前者の場合、回転ロール38の速度を上げると、固結面86はさらに下流方向つま りロールニップ84に向かって移動し、分離力は低下する。一方、後者の場合、ロ ールを互いに近付けると鋳造薄板46の厚さが小さくなり、ロール上の分離力が増 加する。 回転するロール38間の固結面86の位置には数々の要因が影響する。最も重要な 要因のいくつかは、送りチップ36を出る金属の温度、金属または合金の種類、ロ ール38の回転速度、湯のヘッドボックス34のメタロスタティックヘッド、ロール シェルの伝熱係数、シェルの厚さ、およびロールの内部冷却率である。ゲージ減 少サイクルを簡便化するための特定の運転条件を予測するために、二次元の伝熱 数学モデルが形成されている。このモデルは、薄板の幅が均一であることを想定 し、鋳造装置のロールシェル内の温度分布および鋳造鋼材の流出側温度を予測す るために、前進差分技術を利用している。鋳造工程上のいくつかの未知パラメー タを推定し、半経験的伝熱モデルを運転時間5分以下でIBM-PC上で走らせる。こ の数学モデルの詳細な説明については、1993年7月4日〜8日に行われた、オース トラリア、メルボルン大学化学エンジニアリング学部でのシンポジウムに基づい て発行された、"Aluminum Cast House Technology(アルミニウム鋳造ハウステク ノロジー)"に掲載されている。この記事は"The influence of Casting Gauge on the Hunter Roll Casting Process(ハンターロール鋳造工程への鋳造ゲージの 影響)"，pp．333-347，P．Vangala，et alと題している。下記に詳細を述べるが 、この数学モデルに基づく予測を工業用制御システム25で使用して、鋳造薄板46 のゲージ減少手順を計画することができる。 離型剤噴射 高速鋳造に重要なもう一つのパラメータは、ロール表面と凝固金属薄板46との 間の離型剤の適切なタイプと量を適用することである。高速では、専用離型剤を 加えた極微量5-6%のコロイド黒鉛溶液を、通常の鋳造工程よりも最高10倍の量で ロール表面に噴射する。噴射量は各ノズル94にある計量ニードルの位置で制御す る。 ピンチロール ピンチロール52は始動時およびコイル交換時に、薄板46を通すのに使用する。 また、ピンチロール52は薄い薄板を鋳造中、ロールニップ84と巻き取り機24との 間に張力差を与える。特に、固く巻き取るための巻き取り機の張力にもはや耐え られない地点まで、薄板の厚さが低下した後、ピンチロール52を油圧で閉め、ロ ールニップ84での適切な運転状態を保持し、一方で、巻き取り機24での適切な巻 き取り張力を保持する。ピンチロール52は耐磨耗カートリッジベアリング内にあ る。下部ロールは固定されており、上部ロールは油圧シリンダーで上下する。上 部ロールの動きは、ラックピニオンの調整で均等化され、両ロールとも水冷され ている。 ゲージ減少サイクル中の工程反復 図4は、本発明の並列圧延鋳造装置40を使用したゲージ減少中のイベントの、 望ましい順序を表している。鋳造ライン20の中や周辺に設置した様々なセンサ、 変換器からの感知入力データに基づいて、工業用制御システム25がイベントを監 視、始動する。制御システムの構成として、たとえば、信号、スイッチ、押しボ タン、ゲージなどを持つ中央オペレータのステーション、および、前述したよう に、全体の鋳造ライン20を自動で運転および/または維持するための、Reliance Electric AutomaxのようなコンピュータシステムとカラーCRTディスプレーが考 えられる。 最初に、動作ブロック98で、比較的厚いゲージ、たとえば6〜10ミリメートル で圧延鋳造が始まり、運転状態は定常状態に達する。デシジョンブロック100で は、制御システムが、送りチップ36とロール38間のクリアランスがあるかどうか を決定する。クリアランスがある場合、制御システム25は、並列圧延鋳造装置40 がデシジョンブロック102で最大ロール分離力に達したかどうかを判断する。(注 意すべきことは、この反復を最大分離力に設定する必要はないが、この値を小さ く設定すると、必要な反復回数が増えるということである。)並列圧延鋳造装置4 0が最大分離力を下回り、デシジョンブロック102から"no"の結果が出る場合、制 御システム25は望ましい。薄板の厚さが到達したかど うかを、デシジョンブロック104内で判断する。すでに述べたように、負荷シリ ンダー64内にある位置変換器70で、ロールニップ84での鋼材の厚さを表示させて 、ロール間隙をモニターする。しかしながら、最終薄板の厚さは、ロールニップ 距離とは異なる場合があり、これはやはり制御システム25にフィードバックを供 給する下流側のセンサ（ここには示していない）によって検出することができる 。これらの薄板厚さセンサの片方または両方を使って、望ましい厚さに到達した かどうかを判断することができる。適切な薄さが("yes"の結果)得られた場合は 、鋳造装置40は運転を続け、一方で図4に動作ブロック106で示した論理ループが 終了する。望ましいゲージに到達した後、薄板幅の変更、合金の変更、ロールの 定期保守、その他主要な操作上の変更が生じるまでは、鋳造ライン20を何日間、 何週間でも、運転してもよい。 上述したイベントの最終手順が始まる前に、薄板ゲージを、初期値から望まし い厚さ、たとえば1ミリメートルに減らさなければならない。制御システム25が 動作ブロック100において、チップ36とロール38間にクリアランスがあること、 またデシジョンブロック102で、鋳造装置40が最大分離力限度を下回って運転し ていることを判断すると、動作ブロック108でゲージの減少が行われる。クリア ランスがあり、かつ鋳造装 置40が最大分離力以下で作動している場合は、ピンチロール52を閉じるか否かを 決定した後で、鋳造装置の下部ロール38bが持ち上がって、動作ブロック108で示 したように、薄板46の厚さを減らす。 論理ループがデシジョンブロック100に戻り、送りチップ36とロール38間のク リアランスの有無を再度点検する前に、ゲージは僅かな量または段階でのみ減少 する。また、クリアランスがあれば、制御システム25は再び、最大分離力が到達 したかどうかをデシジョンブロック102で点検する。この時点で、デシジョンブ ロック104が判断したように望ましいゲージに到達していない場合は、動作ブロ ック108でゲージがさらに減少する。ブロック100、102、または104での３つの決 定結果のいずれかが変わるまで、このイベントの順序が続く。 たとえば、デシジョンブロック100で、送りチップ36とロール38間にクリアラ ンスがもはやないということを判断すると、"no"の結果によって、ブロック110 で示した動作が始まる。つまり、セットバックを増加させ、かつ/またはチップ の高さを上げる。制御システム25は次に、一番上のデシジョンブロック100に戻 ってクリアランスを点検する。もちろん、クリアランスはすでに調整されて、制 御システムは最大ロール分離力が到達したかどうかを、デシジョンブロック102 で点検することができる。分離力試験に合格した後、制御システムはまず、流入 湯温を下げるべきかどうかを決定し、次に、望ましいゲージに到達したかどうか を判断し、そうでなければゲージを減らす。鋳造装置40が最大分離力に到達する まで、必要に応じてこの全体の論理ループのサブループが継続し、ゲージを減少 し、その合間に送りチップ位置を調整する。 デシジョンブロック102で決定したように最大分離力に到達すると、制御シス テム25は、湯の流入温度を調整すべきかを点検した後、動作ブロック112で示し たように、ロール速度を増加する。すでに述べたように、ロール速度が増加する と、固結面86がロールニップ84に向かって、つまり下流方向に移動する。これは 図3でわかりやすく示されている。この固結面86の動きによって、凝固の初期時 点での鋼材の厚さと、ロールニップ84での厚さの比率が小さくなり、従って、分 離力が小さくなり、凝固金属の圧縮、熱間圧延される量が比例して少なくなる。 このため、次の反復ループはデシジョンブロック100とデシジョンブロック102を 通過し、デシジョンブロック104でもう一度望ましいゲージを点検する。並列圧 延鋳造装置40が、デシジョンブロック102で決定したように最大分離力に再び到 達するまで、この工程が続き、ゲージの減少かつ/または送りチップ36の位置決 めが行われる。この時点で、 動作ブロック112にあるように、ロール速度が再び少量だけ増加する。 もう一度図3に戻ると、ある固結面86の位置では、比例して大量の金属が凝固 し、薄いゲージで熱間圧延される。これは、ある固結面の位置では、同じ厚さの 金属が圧縮されるが、薄いゲージでは鋼材の全体の厚さが小さくなる、という事 実による。その結果、最大分離力に到達して、ロール速度が増加する前に、厚い 鋼材は大幅にゲージが削減される。つまり、制御システム25は、最初にゲージ減 少手順を何回も行い、ゲージが薄くなるほど、ロール速度が変化する間のステッ プ数が小さくなる。詳しい例を挙げると、６ミリメートルの薄板46を圧延し、ロ ール速度変更が必要になる前に、厚さを3ミリメートルまで減らすとする。その 後でもう一度ロール速度変更が必要になる前に、厚さを2ミリメートルまで落と す。ゲージ減少ステップを続けてさらに小さくし、1ミリという目標ゲージ厚に 到達する。 図4の主な部分について上述した内容は、イベントの望ましい順序を表したも のであるが、湯の流入温度を一定に保つために、ゲージ減少サイクル中に、ロー ルバイト37内で固結面86を最適な位置にすることが、不可能ではなくとも難しい ことがわかっている。特に、ロールが低速で、ゲージの厚い鋼材46から始めた場 合、 湯を融点以上のあらかじめ設定した高い温度で維持し、固結面86がロールバイト 37内の十分前方にくるようにして、過剰なロールの分離力を生成する可能性のあ る不十分な冷却および凝固を防ぐことが必要である。しかしながら、ゲージ減少 サイクル中、この湯が高温に保たれると、やがてロール速度が大きくなって、チ ップのセットバックSに関係なく固結面86が最適な位置に保持されない。固結面8 6をロールニップ84内で前方に進ませてしまうと、鋳造金属は熱間圧延されず、 更に悪い場合には流出薄板46が、巻き取り機24または中間ピンチロール52が引っ 張る力に耐えるだけの十分な引張強度を持たないことになる。たとえば、適切な 金属の一つであるアルミニウム1100合金は、華氏550度以上で引張強度が極度に 低下する。 このような状況を避けるために、融解炉22または保持室26の湯温を、始動中に 最低速度で必要とされた設定温度よりも低い、別の設定値に設定する。図１にあ る予熱器32を利用して、湯温をこの二つ目の設定レベルから最初の設定レベルま で引き上げる。ゲージ減少サイクルが進むにつれて、予熱器32の作動は次第に下 がり、最後にオフになって、送りチップ36からロールバイト37に注ぐ湯温をゆっ くりと下げる。あまり効率的ではないが、最初に設定したレベルで湯温を維持し 、予熱を加えるよりも、補足冷却を行って二つ目の設定 温度まで下げることができる。 予熱器32は別個の装置として示されているが、これを除去し、代わりにガス抜 き器28またはフィルター30の中に組み込むことができる。内部加熱器を持つガス 抜き器の一例が、ニューヨーク、タリータウンのSnif Aluminum Refining社のSn if Sheer R-10システムである。本発明での使用するための内部加熱器を持つ、 使用に適したセラミックチューブフィルターは、一例として、日本のTKRコーポ レーションが製造している。これらの装置は、送りチップ36などの冷温耐熱部品 が早期に冷却してしまうのを補正するために、鋳造装置の工程の始動を温度面で 調整準備するように設計されている。しかしながら、これらの装置は、耐熱要素 の温度上昇後は不要となり、加熱器はオフになる。 流入湯温の低下を、図４の動作ブロック116で示した。これは、分離力の点検 の後、デシジョンブロック114の後で始まっている。このデシジョンブロック114 の位置は、速度増大ステップ112の前にあり、流出薄板46の引張強度を落として 並列ロール38の下流側で破壊を生じさせるような、高温での極度の速度増大を防 ぐ。 この温度低下のタイミングと程度は、様々な運転状態でのロールバイト37での 温度分布を正確に把握することで決定するのが望ましい。これらの目的で、前述 した二次元の数学モデルが、ロールバイト37での温度 分布、ことに重要なのは圧延された薄板46の流出温度を予測するに十分である、 と証明されている。望ましいシステムでは、湯温を下げるためのタイミング手順 が、圧延鋳造工程の前に行われるため、制御システムは、ルックアップテーブル を基に湯の流入温度を調整するだけでよい。もちろん、湯温を下げるための特殊 なタイミング手順は、鋳造する金属の種類やその他の条件など、各鋳造作業間で 変化する様々な要因によって左右される。同様に、鋳造作業中の条件が、湯温を 低下させるためのタイミング手順に影響することもある。このような要因には、 冷却された並列ロール38、ロールの回転速度、及び送りチップ36のセットバック があるが、それだけに限らない。一つの実施例では、数学モデルを使って、鋳造 作業中の様々な運転条件に関する一連のルックアップテーブルを作成するので、 工業用制御システム25は運転中の時間の無駄な工程を省くことができる。 図4にあるデシジョンループは、流出薄板46に抗力を適用するために、下流の ピンチロール52を作動させる必要があるかを判断する。すでに述べたように、ロ ールニップ84で厚さが薄くなるにつれ、コイル巻き取り機24によって適用される 引っ張り力に耐えられなくなる。そのため、ある厚さで下流のピンチロール52を 作動して流出薄板46上で閉め、コイル巻き取り機24と の張力を維持しながら、一方で、ロールニップ84での張力レベルを、運転条件に 十分なレベル、かつ、この位置での薄板の引張強度を越えないレベルに保つ。も ちろん、流出薄板46が内部的に冷却されたガイドアウトロール48上を通過すると 、引張強度は、巻き取り機24の力には耐えられなくても、少なくともピンチロー ル52の力に耐えられるレベルにまで増加する。しかしながら、ロールニップ84で は、流出薄板46の温度が、引張強度を低下させるレベルまで上昇するので、この ピンチロールの作動が必要となる。 したがって、デシジョンブロック104で望ましいゲージに到達したかどうかに ついて点検を行った後、デシジョンブロック118は、前述のセンサが検出したゲ ージ厚さ、および直接検出した温度、または予測された薄板の流出温度の推定値 に基づいて、ピンチロールを閉じるかどうかを決定する。これらのパラメータに よって、制御システム25は、ロールニップ84での流出薄板46の引張強度が、薄板 の破壊が著しい地点まで下がっているかどうかを判断する。この時点で、デシジ ョンブロック118が"yes"の結果を出すと、動作ブロック120でピンチロール52が 閉り始める。デシジョンブロック118の"yes"または"no"の結果が出た後、薄板ゲ ージはさらに減少する。ゲージを減少するステップ108の前にある、ピンチロー ルのデシジョンブロック118 のタイミングによっては、流出薄板46の引張強度が不十分で、コイル巻き取り機 24の引っ張り力に耐えられないという地点より下までゲージが減少する可能性は ない。代わりに、ピンチロール52が最初に閉り、次にゲージがさらに減少する。 この発明は望ましい実施例の面から述べたが、この分野で通常の技術を持つ人 にとって明かな他の実施例もまた、本発明の範囲内にある。したがって、本発明 の適用範囲は、次の請求の範囲に言及することによってのみ定義されるものであ る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｎ Ｌ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (71)出願人 ファータ グループ エッセ．ピ．ア. イタリー国 10044 ピアネッツア（トリ ノ）エンネ 24 カッパエムメ 12 スト ラーダ スタータル （番地なし) (72)発明者 ロマノウスキイ、クリストファー エー. アメリカ合衆国 92352 カリフォルニア 州 レーク アロウヘッド ノース フェ アウエイ ドライヴ 291 (72)発明者 デュヴュヴュリ、アパラオ アメリカ合衆国 92506 カリフォルニア 州 リヴァーサイド ホレース ストリー ト 2765 (72)発明者 キャリー、ウイリアム エドワード アメリカ合衆国 37221 テネシー州 ナ ッシュヴィル テンプル リッジ ドライ ヴ 1209 (72)発明者 マリソン、ウイリアム マック アメリカ合衆国 38201 テネシー州 マ ッケンジー ハンター クロース 312

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．薄板の圧延鋳造方法であって、 １組の並列ロール間の間隙を第一の距離に設定し、第一の速度でロールを回転 させ、 送りチップからロール間のロールバイトに、第一の温度を持つ金属の湯を流し 込み、 片方または両方のロールを互いに近付けて、ロール間隙を第二の距離まで減ら し、 凝固金属が並列ロール間に与える分離力を検出し、 送りチップと回転ロール間の相対位置を計算し、 回転ロールに対する送りチップの位置を調整して、互いに接触しないようにし 、 ロールの回転速度を増加させて、ロール間の凝固金属が与える分離力を低減さ せる 工程を含む薄板の圧延鋳造方法。 ２．初期ウォームアップの工程後に送りチップへ注入される湯温を調整する工程 を含む請求項１記載の方法。 ３．第二のあらかじめ設定した温度で湯の供給を維持し、 送りチップの前で湯温を第一のあらかじめ設定した温度まで上げ、なお前記調 整工程は、第一設定温度を第二設定温度に下げることを含む、請求項２記載の方 法。 ４．並列ロールの流出側の鋳造薄板に対して、巻き取 り張力を掛け、 薄板のゲージ減少中に巻き取り張力を下回る値まで、流出側薄板上の張力を低 減して、この地点での鋼材の破壊を防ぐ工程を含む、請求項１記載の方法。