JPH10511313A - 帯状金属板の連続的製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、金属的に純粋な表面を有する帯状ブランクが溶融金属浴の中を貫通案内され、コーティングは溶融金属浴を出ると直ちにローラにより平滑化される例えば鋼等から成る帯状金属板の連続的製造方法及び装置に関する。室温より大幅に高いとりわけ２００℃より高い予熱温度への帯鋼ブランクの的確な予熱を可能にし、しかもその際、大きい装置コストは不要であり、帯鋼ブランクの再酸化の危険が無い方法及びこの方法を実施する装置を提供するために本発明により、前記帯状ブランクが、室温より大幅に高い温度とりわけ２００℃より高い温度で予熱されて前記溶融金属浴の中に導入され、前記予熱は前記溶融金属浴との間接的熱交換により無酸素雰囲気の中で行われ、前記溶融金属浴に新たに供給された溶融金属が、前記予熱のための熱損失に相応する高められた温度を有することが提案される。

Description

【発明の詳細な説明】 帯状金属板の連続的製造方法及び装置 本発明は、請求項１の前段に記載の例えば鋼等から成る帯状金属板の連続的製 造方法及びこの方法を実施する装置に関する。 ヨーロッパ特許第ＥＰ０３１１６０２Ｂ１号明細書から例えば２０ｍｍより薄 い厚さの鋼等から成る薄肉の金属連鋳材の製造方法が公知である。この方法では 、室温を有し表面において金属的に純粋な帯鋼（帯鋼ブランク）が垂直方向で下 方から上方へ向かって及び逆に向かって溶融金属の中を貫通案内される。溶融金 属は、帯鋼ブランクと同種又は異なる材料から成る。帯状ブランクの溶融金の中 での滞留時間は溶融金属の温度に依存して、金属結晶の結晶化と溶融金属の帯鋼 ブランクの表面への付加が行われ、しかもその際、帯状ブランク自身が溶融した り既に付加された材料が再び溶融されることが無いように定められる。このよう にして帯鋼半製品が製造され、この帯状半製品の厚さは帯状ブランクの元の厚さ の約６〜１０倍に相当する。凝固が通常の連続鋳造と異なり外部から内部へ向か って発生するのではなく、逆の方向で発生するので、この形の半製品製造は逆鋳 造とも呼称される。 ＷＯ９４２９０４８から公知の別の逆鋳造では薄肉の帯鋼が、鋼浴の中を下方 から上方へ向かって貫通した後に再び溶融金属から出た直後に平滑化圧延ローラ 対により表面を平滑化される。平滑化圧延ローラに続いて、このようにして形成 された帯鋼は、不活性ガスが充填されている冷却ゾーンを貫通し、冷却ゾーンの 中で帯鋼は、改善された材料特性を達成するために制御されて冷却される。 逆鋳造の場合、通常、できるだけ大量の材料を帯状ブランクに結晶化させるこ とに努力が払われるので、帯鋼ブランクは通常は室温で溶融金属の中に導入され る。しかしとりわけ、異なる材料層（複合材料）を有する金属帯材を製造する場 合にはできるだけ厚いコーティング厚さを達成することは必ずしも努力に値しな い。約３〜６倍の帯鋼ブランク厚を有する製品を通常のように製造する代りに複 合材料の場合には大幅に薄い層厚が望まれる。これは基本的に、溶融金属と帯状 ブランクとの間の接触時間が大幅に低減されることにより達成される。しかしこ れは欠点を有する、すなわち欠点は、結晶化された材料と帯状ブランクとの間の 接合が著しく不充分であることにある。すなわち、所要の信頼度で融着が実現さ れないのである。帯鋼ブランクの表面での成長率を低減し、しかし同時に結晶化 材料と帯状ブランクとの間の良好な溶接を保証するために帯状ブランクを予熱す ることが可能である、何故ならばこれにより帯状ブランクの冷却能力とひいては 帯状ブランクの結晶化潜在能力を低減できるからである。このような処理方法は とりわけ（例えばステンレススチールによりコーティングされた炭素鋼による） 多層材料を製造するのに利用される。 基本的には溶融金属の中への進入の前に帯鋼ブランクをその都度に所望の温度 に予熱することは、溶融金属容器に、連続加熱炉の形の相応する予熱炉が別個の 装置として前置接続されることにより実現できる。このような炉は化石エネルギ ー担体（例えばガス又は石油）により又は電気エネルギー（例えば誘導炉）によ っても加熱できる。プラズマバーナの使用も可能である。 このような解決法は比較的大きい付加的な装置コストがかかる、その理由はと りわけ、帯状ブランクの前送り速度が比較的高いことにある。通常はこの前送り 速度は１０〜１００ｍ／ｍｉｎの領域内にある。その上、溶融金属の中に導入さ れた帯鋼ブランクが金属的に純粋な表面を有しなければならないとの要求が課せ られる。これはとりわけ、予熱された帯状ブランクを酸素流入から保護されなけ ればならないことを意味する、何故ならばさもないと急速な再酸化が発生するか らである。酸化された表面領域は、結晶化された材料との所要の融着を劣化する 。 本発明の課題は、室温より大幅に高い（とりわけ２００℃より高い）予熱温度 への帯状ブランクの予熱を可能にし、しかもその際、これを実現するために大き い装置コストは不要であり、帯状ブランクの表面の再酸化の危険を除去する方法 及びこの方法を実施する装置を提供することにある。 上記課題は冒頭に記載の形式の方法において請求項１の特徴部分に記載の特徴 により解決される。本発明の方法の有利な実施の形態は従属項２〜９に記載され ている。この方法を実施する本発明の１つの装置は、請求項１０に記載の特徴を 有する。請求項１１〜１８の特徴によりこの装置は改善できる。 本発明の方法では、使用される帯状ブランクは金属的に純粋な表面を形成した 後にかつ溶融金属浴の中への導入の前に、室温より大幅に高い温度に加熱される 。この予熱は少なくとも２００℃であり、有利には少なくとも３００℃であり、 特に有利には少なくとも４００℃である。必要な場合には予熱は大幅により高い 温度であることが可能である。加熱は間接的な熱交換により行われ、結晶化に使 用される溶融金属の熱を利用して行われる。しかしこれを実現するために溶融金 属と帯状ブランクとの接触は不要である。再酸化を防止するために少なくとも加 熱ゾーンの領域内には無酸素雰囲気が存在する。この雰囲気は例えば適当な真空 度の真空の形成により維持されることが可能である。しかし大部分の場合にはよ り有利には保護ガス雰囲気が使用される。保護ガスとして不活性なガス、例えば アルゴン及び場合に応じて窒素が使用される。予熱された帯状ブランクは次いで 公知のように溶融金属の中を貫通案内され、これにより溶融金属が帯状ブランク の表面に結晶化されて連行される。溶融金属の中の浸漬区間の長さを考慮し、溶 融温度を考慮して帯状ブランクの前送り速度を相応して調整することにより帯状 ブランクの所望のコーティング厚を調整設定できる。溶融金属浴から出た後に好 適には、結晶化されたコーティング層が直ちに平滑化される。溶融金属浴から帯 状ブランクの予熱のために必要な熱量が取出されるので、この熱取出しを溶融金 属 浴に新たに供給される溶融金属の温度を調整設定する際に考慮しなければならな い。すなわち溶融金属温度は、予熱が別個に前置接続されている加熱装置（例え ば連続加熱炉）の中で行われる場合に比してより高く調整設定されなければなら ない。 特に有利にはこの方法は、通常の炭素鋼から成る帯状ブランクのコーティング のために使用される。溶融金属の材料は同種の材料から成ってもよい。しかしと りわけ好適には、溶融金属浴の材料とは別の材料から成る溶融金属が使用される 。とりわけ、より高く合金された材料の使用が推奨される。使用される帯状ブラ ンクの厚さはできるだけ３ｍｍより薄くなければならず、有利には２ｍｍより薄 く、特に有利には１ｍｍより薄くなければならない。使用材料が薄い程、加熱は より急速に行われる。これは予熱区間をより短く保持することが可能となるか、 又は同一の長さでより高い予熱温度が到達可能であることを意味する。 帯状ブランクが下方から上方へ向かって溶融金属浴の中を貫通案内される動作 が好ましい。しかし、逆方向の動作を行うことも可能であり、帯状ブランクを側 方から溶融金属浴の中に導入し再び側方から導出することも可能である。帯状ブ ランクが下方から上方へ向かって溶融金属浴の中を貫通案内される場合、帯状ブ ランクが溶融金属の中に進入する個所で、溶融金属が外部に流出しないことが保 証されなければならない。出口個所は狭いスリットの形を有し、スリットは帯状 ブランクの横断面によりほぼ充填される。すなわち、それらの断面はほぼ等しい 。進入ゾーンの近傍では、帯状ブランクから作用される冷却効果に起因して温度 勾配が大幅に大きい。帯状ブランク入口の周囲の中の溶融金属のこの領域は、メ ニスカスと一般的に呼称される。この個所に大きいコストをかけて密封手段を設 けることを回避するために、新たに供給される溶融金属の温度の設定を、帯状ブ ランクの予熱の結果としての熱放出を考慮して、溶融金属浴が帯状ブランクの溶 融金属の中へ進入する個所の近傍領域内に、液相線温度Ｔ_liqと固相線温度Ｔ_sol との間に位置する等温線が生じるように行われると有利である。これら条件の下 で密封は問題無く実現できる。 次に本発明が図面に基づいて詳細に説明される。 図１は本発明の装置の１つの実施の形態の縦断面図、図２は鋼から成る金属板 及びプレートの熱輻射による冷却速度が材料の厚さ及び表面温度に対して示され ている線図である。 図１には本発明の装置の１つの有利な実施の形態が概略的に示されている。寸 法間の比、とりわけ帯状ブランクの長さ対厚さの比は実際の比に対応しない。 本装置は溶融金属容器９を備え、溶融金属容器の底部は密封装置１０により形 成されている。勿論、溶融金属容器９に固有の底部を設け、その固有の底部の中 に密封装置１０を組込むこともできる。密封装置１０は、コーティングする帯状 ブランク１の横断面幾何学的形状に対応するほぼ直方体の内室を有する平らなハ ウジングから成る。密封装置１０の広幅側面壁は参照番号１１により示されてい る。密封装置１０の内室は下方と上方で開いており、内室は、帯状ブランク１の ための狭幅の貫通案内チャネルを形成している。少なくとも広幅壁１１は、使用 する溶融金属１４に対して耐性の耐火材から成る。有利にはこの耐火材はこの耐 火材ができるだけ高い熱伝導率を有するように選択されなければならない、何故 ならば広幅壁１１はいわば熱交換器の輻射加熱面として用いられるからである。 基本的には広幅壁１１を溶融金属容器９の全幅にわたり延在させ、これにより極 端な場合には、帯状ブランク１の長手エッジが側を通過する狭幅側面が不要とな ることも可能である。密封装置１０の下方には遮蔽箱６が密にフランジ接続され ている。この遮蔽箱６はガス導入用接続ノズル８を有し、ガス導入用接続ノズル ８を介して、高圧の不活性なガス（矢印７）が遮蔽箱６の内部に導入されること が可能である。本発明の１つの有利な実施の形態では、不活性なガスの導入の際 に不必要に大きい漏洩損失が発生しないように帯状ブランク１のための貫通スリ ットの領域内に遮蔽箱６に特別の密封システムが設けられている。この密封シス テムは例えば図の左側部分の中に示されているように薄板密封部材４の形で形成 されているか、又は図の右側部分に示されているように一対の（有利には硬質ゴ ムから成る）密封ロール３の形で形成されている。帯状ブランク１を溶融金属容 器９の中に収容されている溶融金属１４の中に導入するために、帯状ブランク１ に垂直方向で下方から上方へ向いている対応する前送り運動が駆動ロール対２， ５を介して付与される。溶融金属１４は、密封装置１０の下部の近傍に位置し広 幅側壁１１へ向いている出口開口を有する複数の溶融金属入口ノズル１３を通っ て、溶融金属容器９の中に導入される。これは対応する矢印により示されている 。溶融金属１４との直接的接触により広幅側壁１１は、相応する温度に加熱され る。これは貫通案内チャネル１２が、導入する帯状ブランク１２のための加熱チ ャネルになることを意味する。広幅側壁１１の強力な熱輻射により帯状ブランク １は非常に急速に加熱される。この効果は図２の線図に基づいて容易に推測でき る。 図２は鋼から成る線条状又はプレート状の半製品が熱放射により冷却される際 の冷却速度を、対象物の表面温度及び厚さに依存して示す。この線図は逆に、所 定の形状に成形されている室温の対象物が熱放射源により図示の表面温度で加熱 される場合の加熱速度を知るためにも利用できる。この線図から、１ｍｍの厚さ の帯鋼が例えば１４２６℃の輻射温度において約２５０℃／ｓの速度で加熱され ることが分かる。従って、貫通案内チャネルとひいては加熱区間とがａ＝１ｍの 長さを有し、帯状ブランクの前送り速度が６０ｍ／ｓである場合、帯状ブランク の溶融金属１４の中への進入までに約２５０℃の加熱が、広幅側壁の輻射温度が 約１４２６℃であり帯厚が１ｍｍである場合には到達可能である。従って、チャ ネルの長さａを適切に形成することにより、調整設定する予熱温度を制御できる 。帯状ブランクの厚さが低減されると、同一のチャネル長においてより高い温度 が調整設定される。このようにして図２に対応して、約１４２５℃の輻射温度と ０． ８ｍの帯状ブランク厚とにおいて貫通案内チャネル２の中での１ｓの滞留時間の 場合には、（６０ｍ／ｓの前送り速度と１ｍのチャネル長に相応して）約３１６ ℃の温度が得られる。 溶融金属１４の中へ進入してからすぐに溶融金属の結晶化が開始し、結晶は成 長して、参照番号１６により示されているコーティング層になる。形成されたコ ーティング層の表面を平滑化するために好適には平滑化ローラ対１５が溶融金属 浴の直接上に設けられている。平滑化された表面を有するコーティング層を有す る帯材は１７により示されている。達成可能なコーティング層１６の厚さは予熱 温度以外に帯状ブランク１と溶融金属１４との接触時間の長さに実質的に依存す る。接触時間は前送り速度と、帯状ブランク１の浸漬区間ｂの長さとに依存する 。帯状ブランク１の溶融金属１４の中への進入領域の中に形成される前述のメニ スカスは１８により示されている。破線によりいくつかの等温線が示されている 。液相線温度を有する等温線はＴ_liqとして示されている。多くの場合、貫通案 内チャネル１２の帯状ブランク１の出口領域内の内法幅を、チャネル長ａにわた る残りの領域内に比して狭く形成すると好適である。チャネル長ａは少なくとも ０．５ｍ、好適には少なくとも１ｍでなければならない、何故ならばこれにより 充分に高い予熱温度が充分に高い前送り速度において到達可能となるからである 。 本発明により帯状ブランクへの薄肉コーティングも母材への確実な溶接で実現 でき、しかもその際、スペースをとる別個の加熱装置を設けることは不要である 。 すなわち帯状ブランクの予熱は、溶融金属の中への入口の直接的近傍で使用溶 融金属との間接的熱交換により行われる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 金属的に純粋な表面を有する帯状ブランクが溶融金属浴の中を浸漬長 ｂで貫通案内され、前記帯状ブランクの速度が前記浸漬長ｂと前記溶融金属の温 度とに依存して制御されて、結晶と溶融金属との形で前記帯状ブランクの表面に 沈積するコーティング層の所望の全厚が達成され前記コーティング層は溶融金属 浴を出ると直ちにローラにより平滑化される、帯状金属板の連続的製造方法にお いて、 前記帯状ブランクが、室温より大幅に高い温度とりわけ２００℃より高い温度 に予熱されて前記溶融金属浴の中に導入され、前記予熱は前記溶融金属浴との間 接的熱交換により無酸素雰囲気の中で行われ、前記溶融金属浴に新たに供給され た溶融金属が、前記予熱のための熱損失に相応する高められた温度を有すること を特徴とする帯状金属板の連続的製造方法。 ２． ブランクが下方から上方へ向かって溶融金属浴を貫通して案内される ことを特徴とする請求項１に記載の帯状金属板の連続的製造方法。 ３． 無酸素の環境が、不活性なガス、例えばアルゴン又は窒素の僅かな正 圧により維持される雰囲気により形成されることを特徴とする請求項１又は請求 項２に記載の帯状金属板の連続的製造方法。 ４． 予熱が少なくとも３００℃、有利には少なくとも４００℃に到達する まで行われることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１つの請 求項に記載の帯状金属板の連続的製造方法。 ５． 帯状ブランクのために、通常の炭素鋼から成る材料が使用されること を特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１つの請求項に記載の帯状 金属板の連続的製造方法。 ６． 溶融金属浴として、帯状ブランクと同種の材料の溶融金属が使用され ることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１つの請求項に記載 の帯状金属板の連続的製造方法。 ７． 溶融金属浴として、帯状ブランクの材料に対してより高く合金されて いる鋼材料の溶融金属が使用されることを特徴とする請求項１から請求項６のう ちのいずれか１つの請求項に記載の帯状金属板の連続的製造方法。 ８． ３ｍｍより薄い、有利には２ｍｍより薄い、特に有利には１ｍｍより 薄い帯状ブランクが使用されることを特徴とする請求項１から請求項７のうちの いずれか１つの請求項に記載の帯状金属板の連続的製造方法。 ９． 新たに供給される溶融金属の温度が、帯状ブランクを予熱するための 熱放出を考慮して溶融金属浴が、溶融金属の中への前記帯鋼ブランクの進入個所 の領域すなわちメニスカスの領域の中で、液相線温度Ｔ_liqと固相線温度Ｔ_solと の間に位置する等温線を有するように、調整されることを特徴とする請求項１か ら請求項８のうちのいずれか１つの請求項に記載の帯状金属板の連続的製造方法 。 １０． 溶融金属容器（９）と、前記溶融金属容器（９）の外壁の領域に設け られた密封装置（１０）を具備し、前記密封装置（１０）を貫通して帯鋼ブラン ク（１）が溶融金属（１４）の中に導入され前記溶融金属（１４）から導出され ることが可能であり、さらに前記帯状ブランク（１）を前送りするための前送り 装置すなわち駆動ロール（２，５）と、結晶化されたコーティングを平滑化する 圧延装置すなわち平滑化ローラ対（１５）を具備することを特徴とする請求項１ に記載の方法を実施する装置において、 前記密封装置（１０）が、前記帯鋼ブランク（１）の搬送方向で深く前記溶融 金属（１４）の中に突出しほぼ直方体である平らなハウジングの形で形成され、 前記ハウジングの前記ブランク（１）の平面に平行に延在する広幅側壁（１１） が耐火材から成り、輻射加熱平面として前記帯鋼ブランク（１）を僅かな間隔を 置いて包囲し、これにより平な貫通案内チャネル（１２）を形成し、前記貫通案 内チャネル（１２）の領域内の無酸素雰囲気を維持する装置が前記密封装置（１ ０）に接続されていることを特徴とする装置。 １１． 密封装置（１０）が溶融金属容器（９）の底部領域内に配置され、搬 送装置すなわち駆動ロール対（２，５）が垂直に上方へ向かって帯鋼ブランクを 送るように配向されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。 １２． 密封装置（１０）が、有利には高い熱伝導率を有する耐火材から形成 されていることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の装置。 １３． 溶融金属（１４）の供給装置が溶融金属容器（９）の底部領域内で例 えば、広幅側壁（１１）の下部へ向いている出口方向を有する溶融金属入口ノズ ル（１３）の形で形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。 １４． 無酸素雰囲気を維持する装置が不活性のガスによる遮蔽装置として形 成されていることを特徴とする請求項１０から請求項１３のうちのいずれか１つ の請求項に記載の装置。 １５． 不活性のガスによる遮蔽装置が、貫通案内チャネル（１２）の個所の 帯状ブランク（１）のための進入領域にかぶさっている遮蔽箱（６）を具備し、 前記遮蔽箱（６）にガス接続ノズル（８）を介して僅かに正圧下の不活性ガスが 供給可能であり、前記遮蔽箱（６）の中に帯鋼ブランク（１）がスリット状開口 を介して導入可能であることを特徴とする請求項１４に記載の装置。 １６． 遮蔽箱（６）のスリット状開口が、薄板密封装置（４）又は一対の弾 性ロールすなわち密封ロール（３）とりわけ一対の硬質ゴムロールにより、外部 に対して密封されていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。 １７． 密封装置（１０）が少なくとも０．５ｍとりわけ少なくとも１ｍの長 さａだけ溶融金属（１４）の中に突出していることを特徴とする請求項１０から 請求項１６のうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。 １８． 貫通案内チャネル（１２）の個所の帯鋼ブランク（１）の出口領域内 の内法幅が、溶融金属流出を防止するために残りの領域内に比して前記貫通案内 チャネル（１２）の長さａにわたりより狭いことを特徴とする請求項１０から請 求項１７のうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。