JPH07115131B2 - 双ロール式鋳造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、溶湯から直接アルミニウム合金等の薄板を鋳
造・圧延する双ロール式鋳造装置に関し、更に詳述すれ
ば、鋳造ロールの冷却能を改善した双ロール式鋳造装置
に関する。

［従来の技術］ 双ロール式鋳造装置は、シェル内面を水冷された１対の
ロールを相互に適長間隔をおいて配設し、ノズルを介し
てこのロール間に溶湯を供給する。そして、この溶湯を
ロールにより冷却して凝固させると共に、圧延して直接
アルミニウム合金の薄板を製造する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、双ロール方式によりアルミニウム合金鋳
造板を製造すると、例えば、Al−Mg系合金等に中心偏析
（Center Line Segregation）が発生し、この鋳造欠陥
は鋳造速度が速くなるほど顕著になることが知られてい
る［“Center Line Segregation in Twin Roll Cast Al
uminum Alloy Siab"Light Metals1982,Publication of
The Metallurgical Society of AIME（第873頁乃至888
頁）］。

なお、この中心偏析の外に、双ロール式鋳造装置により
製造された鋳造板にはレベル・ライル及びサーフェイス
・ライン・パターン等の欠陥も存在する。

従来、これらの欠陥のうち、特に、中心偏析は凝固温度
範囲が広いAl−Mg系合金等を双ロール式鋳造により鋳造
しようとすると、必ず発生してしまう。これは以下の理
由による。即ち、通常の厚肉鋳塊においても、最終凝固
部には溶質元素の濃度偏析が生じるが、特に、双ロール
方式による鋳造の場合は、凝固が完了する以前に、内部
に未凝固溶湯を有する状態の鋳造板に対して圧延による
圧下がかかるため、凝固完了直前の濃度偏析部が後方に
押し戻され、溶質元素の濃度偏析が極めて著しくなる。
この結果、板厚中央部に極端な濃度偏析が生じて中心偏
析欠陥が発生する。これは、従来、双ロール式鋳造技術
においては、本質的に生じてしまうものと考えられてい
た。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
アルミニウム合金鋳造板の中心偏析を実質上問題ないレ
ベルにまで低減することができる双ロール式鋳造装置を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る双ロール式鋳造装置は、シェル内面を水冷
された１対のロールを相互に適長間隔をおいて配設し、
このロール間に溶湯を供給し、ロールにより溶湯を冷却
して凝固させる双ロール式鋳造装置において、前記ロー
ルはシェル厚が35mm以上60mm以下であることを特徴とす
る。

［作用］ 本発明においては、シェル厚が35乃至60mmの１対のロー
ルに接触して溶湯が冷却されるから、溶湯の冷却効率上
最適の熱容量を有するロールにより溶湯が極めて高効率
で冷却される。このため、鋳造板の中心部も速やかに冷
却されて凝固するので、中心偏析が軽減される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。第１図は本発明の実施例に係る双ロール式鋳造
装置の溶湯注入部を示す断面図である。１対のロール1,
2はその軸方向を平行にし、相互に適長間隔をおいて上
下に対向するように配設されている。ロール1,2は、一
定のシェル厚ｔを有する円筒状をなし、その内周面には
冷却水が通流する冷却部材３が固定されている。この冷
却部材３内を冷却水が通流することにより、ロール1,2
のシェルが冷却される。

ロール1,2は矢印方向に回転駆動されるようになってお
り、ロール1,2が最短距離で対向する位置よりもロール
1,2の回転方向の上流側の位置には、筒状のノズル４が
配置されている。このノズル４は溶湯鍋等の溶湯供給源
に連結されており、このノズル４を介してアルミニウム
合金の溶湯５がロール1,2間の間隙に注入される。

この溶湯５はロール1,2により冷却されて凝固し、鋳造
板７が得られる。なお、溶湯５とロール1,2又は鋳造板
７との間には固液共存相６が存在する。

本発明は上述の如く構成される双ロール式鋳造装置にお
いて、ロール1,2のシェル厚を35乃至60mmに設定したこ
とを特徴とする。

以下、その理由について説明する。Al−Mg系合金等の凝
固温度範囲が広い合金は中心部に濃度偏析が生じやす
い。しかしながら、このような合金においても、冷却速
度を極めて速くすれば、濃度偏析を防止することができ
る。従って、双ロール式鋳造法においても、アルミニウ
ム合金溶湯５は鋳造用ロール1,2の接触により冷却され
るため、冷却速度を上げることを目的として鋳造用ロー
ル1,2に銅製のシェルを使用したり、ロール内を流れて
いる冷却水の水温を下げるという試みがなされた。しか
しながら、従来、何れの方法でも中心偏析を軽減するこ
とができなかった。

本願発明者等は、この原因について究明すべく種々実験
研究を重ねた結果、以下の知見を得た。

即ち、アルミニウム合金溶湯の凝固時の熱拡散（冷却）
の律速過程は、従来、冷却水とロールシェルとの間であ
ると考えられていたが、本願発明者等は冷却水とシェル
との間ではなく溶湯とロールシェルとの間の熱伝達が凝
固時の熱拡散を律速していることに想到した。

薄いシェル厚のロールを使用し低温の冷却水を流した場
合、溶湯を供給しない非鋳造時にはシェル自体はよく冷
える。このため、アルミニウム合金溶湯がロールに接触
すると、その表面層は急激に凝固するが、ロールのシェ
ルは薄くて熱容量が小さいため、ロールシェルの表面が
容易に100℃以上に加熱されてしまい、ロールシェルと
冷却水との界面に水蒸気膜が形成されて両者間が断熱状
態となる。従って、この場合、鋳造板の板厚方向の中央
部は徐冷したのと同様の状態となり、濃度偏析が極めて
激しくなる。

これに対して、厚いシェルを使用した場合は、冷却水に
よるシェルの冷却能は小さいが、シェル自体の熱容量が
大きいため、前述の水蒸気膜による断熱状態に到達する
前に凝固が完了する。このため、シェル厚が厚いロール
を使用すれば、板厚の中央部まで速い冷却速度で凝固さ
せることができる。

本願発明者等は、かかる観点に立って、本発明を完成さ
せるに至ったものである。上述の如く、鋳造板の板厚方
向中央部まで高冷却速度で冷却させるのに充分なシェル
の熱容量を確保するために、シェル厚を35mm以上にす
る。シェル厚が35mm未満の場合には、シェルとアルミニ
ウム合金溶湯との間が水蒸気膜により断熱状態となり易
く、中心偏析が著しくなる。従って、シェル厚は35mm以
上であることが必要である。

また、シェル厚の上限は60mmとする。シェル厚が60mmを
超えると、逆に熱容量が大き過ぎ、ロール１回転の間の
冷却時間（鋳造完了から次順のアルミニウム合金溶湯と
接触するまでの時間）内に、シェル内面の冷却部材３に
よる冷却の効果がシェル外面にまで到達せず、シェル表
面（外面）が十分に冷却されない状況となる。その結
果、鋳造板７の表面の凝固が遅れ、表面品質が低下す
る。従って、ロールのシェル厚は60mm以下とすることが
必要である。なお、アルミニウム合金溶湯の冷却速度及
びシェルの冷却条件を一層厳密にコントロールしようと
する場合には、シェル厚は40mm以上50mm以下にすること
が望ましい。

シェルの材質は熱容量が大きくなるように比熱が大きい
ものである方が好ましい。また、双ロール式鋳造設備
は、ロール1,2が鋳造板７を圧延する機能も有している
設備であるため、ロールシェルにはこのような鋳造板の
圧延に耐えられる程度の硬度が必要である。このような
理由で、ロールシェルには耐熱鋼等を使用することが望
ましい。また、冷却時間については、約90cm径のロール
の場合には1.5分以上の冷却時間をとることが望まし
い。上述の範囲に規定したシェル厚の場合には、通常の
アルミニウム合金鋳造板の鋳造条件の範囲内（約80乃至
180cm/分のロール周速度）であれは冷却時間については
全く問題がない。

以下、本発明の実施例に係る鋳造装置の鋳造ロールを使
用して実際に鋳造板を製造した結果について説明する。

耐熱特殊鋼を使用して、直径が約900mm、厚さが25mm、4
5mm、55mm及び70mmになるように加工したシェルを、冷
却水が循環する構造を有するコアに焼きばめしてロール
を得た。そして、このロールを使用してAl−４重量％Mg
合金の鋳造板を鋳造した。鋳造板の厚さは6mmであり、
ロール周速度は100cm/分である。また、水温が30℃の冷
却水を300l/分の流量で流した。なお、ロールへ潤滑剤
をスプレー被着させることはしなかった。

このようにして製造された鋳造板の中心偏析の状態及び
表面品質とロールシェル厚との関係を下記第１表に示
す。

但し、中心偏析の評価は、鋳造方向に沿う鋳造板の断面
を研磨仕上し、リン酸液でエッチングした後、中心偏析
の長さを測定し、鋳造板の100mm当たりの領域を検査対
象域として、偏析の長さの総計が50mm以上の場合を×、
20mm以上で50mm未満の場合を△、20mm未満の場合を○で
現した。

また、表面品質は、鋳造板表面にシミ欠陥が多数ある場
合を×、シミ欠陥がある場合を△、表面欠陥がない場合
を○として現した。

なお、このシミ欠陥は鋳造方向に伸びた約１乃至5cmの
偏析であり、著しい場合には割れとなる。この第１表か
ら、本発明にて規定した範囲内のシェル厚（45mm、55m
m）を有するロールを使用した場合は、中心偏析等の内
部品質及び表面品質が極めて優れていることが明らかで
ある。

［発明の効果］ 本発明によれば、シェル厚を35乃至60mmにしたから、適
切な熱容量が得られ、鋳造板の中心部まで高い冷却速度
で冷却され、中心偏析が著しく軽減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る鋳造装置の溶湯注入部を
示す断面図である。 1,2;ロール、4;ノズル、5;溶湯、7;鋳造板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シェル内面を水冷された１対のロールを相
   互に適長間隔をおいて配設し、このロール間に溶湯を供
   給し、ロールにより溶湯を冷却して凝固させる双ロール
   式鋳造装置において、前記ロールはシェル厚が35mm以上
   60mm以下であることを特徴とする双ロール式鋳造装置。