(57)【要約】  本発明は、液体冷媒によって冷却される循環鋳型を使用するストリップ連続鋳造のための方法及び装置に関する。本発明は、冷媒が液体金属又はイオン性液体であることを特徴とする。好適には、冷媒は、乱流で、循環鋳型に属する冷却装置を流過する。
2009533225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体冷媒によって冷却される循環鋳型を使用するストリップ連続鋳造のための方法において、冷媒が液体金属又はイオン性液体であることを特徴とする、方法。
【請求項２】
冷媒が、鉛、すず、ビスマス、ガリウム、インジウム、又はこれらの合金から成るグループから選択されている、請求項１記載の方法。
【請求項３】
冷媒が、摂氏において、摂氏での鋳造材料の融点の６０％以下の融点を有している、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
循環鋳型の領域における冷媒の流れの方向が、鋳造ストリップの移動方向とは逆の流れである、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
冷却される表面の近傍における冷媒の流れが乱流で流れる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
冷却される表面の近傍における冷媒の流れが、高い乱流と共に流れる、請求項５記載の方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法のための冷却装置において、冷却媒体のための貯蔵タンク（１２）が設けられており、加熱装置及びポンプ（１３）が設けられており、鋳造金属のストリップを間接的に冷却するために貯蔵タンク（１２）を冷却装置（４）と接続した管と、冷媒を冷却装置から貯蔵タンクへ搬送する逆流管（６）に配置された熱交換機とが設けられていることを特徴とする、冷却装置。
【請求項８】
冷却装置（４）が、ウイング、流体チャネルの断面の寸法及び／又は形状の変化、逸らせ板等の内部構造物を有しており、冷媒を乱流状態にする及び／又は冷却される表面の近傍における冷媒の所定の流れパターンを提供する、請求項７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストリップを間接的に冷却することを備えた全ての種類の金属のストリップ連続鋳造、及び請求項１の導入部分によるこのような冷却方法のための装置に関する。
【０００２】
このような装置及び方法は、例えば仏国特許第２２８９２７１号明細書、英国特許第２３１０１５５号明細書、米国特許第５４１１０７５号明細書、米国特許第４６７１３４０号明細書、及び特開昭６３−１９２５４１号公報に開示されており、この場合、水が冷媒として使用されている。出願人からの欧州特許第１４５２２５２号明細書のようなその他の文献は、ストリップ連続鋳造を扱っており、液体金属及びイオン性液体等のより新規な冷媒の使用を開示している。
【０００３】
ストリップ連続鋳造方法は、様々な形式で、２つ又は１つのベルトを備えて、より近年の場合には全くベルトを備えずに、しかしながら外套面の間にギャップを形成する２つの回転するドラムを備えて、より新規な形式では１つのドラム及びベルト又はドラムのみを備えて存在する。全てのこれらの変化態様は、いわゆる循環鋳型を有しており、詳細な説明及び請求の範囲において、"ストリップ連続鋳造"という用語で呼ばれており、発明はそれらの全てをカバーしている。
【０００４】
２つのドラムの場合には、鋳造金属は、特別な供給装置によってこのギャップ内に供給され、このギャップの領域において、少なくともその表面において固化し、成形された金属ストリップ（又はシート）を処理しやすい状態にするのに十分である。冷却は間接的にのみ生じ、これは、水がベルトの上側又はドラムの内側外套面に噴霧されるが、ストリップに直接噴霧されることはないことを意味する。これらの方法変化態様の他に、キャビティを備えた１つのホイールと、このキャビティを閉鎖する１つのベルトとにおいて鋳造する可能性が存在し（ロータリマシン）、この場合、ホイールは水スプレーによって内側から冷却され、ベルトは外側においてやはり水スプレーによって冷却される。単ロールキャスタの場合、鋳造溶湯は、キャビティを備えない１つのホイールの上部に提供され、ホイールが内側から冷却され、これにより、冷却はストリップの一方の側からのみ開始する。双ロールキャスタの他に、この方法も将来のために有望である。
【０００５】
原理的に言えば、連続的な鋳造方法としてストリップ鋳造の導入は、半完成の又はほとんど完成した製品を製造する極めて有効な方法である。製品は、シート又はストリップ、薄いストリップ、ワイヤ及びロッドである。鋳造材料は、鋼等の鉄金属及び銅、アルミニウム、ニッケル等の非鉄金属及びこれらの合金である。
【０００６】
この方法において、経済的であるために必要な極めて高い鋳造速度に到達するためにほぼゼロ摩擦を得るために循環鋳型（システム）が使用される。
【０００７】
通常、これらの方法において冷媒として水が使用される。冷媒としての水は、低い気化温度の結果として低い作動温度のような幾つかの極めて重要な欠点を有しており、水が高温のケーシング金属に直接に接触すると爆発する危険性もある。低い温度への著しい冷却は、循環鋳型に高い温度勾配を生ぜしめ、短い運転時間の後の亀裂形成の結果として、循環鋳型の寿命を減じる。
【０００８】
ロータリストリップ鋳造機のような、幾つかのストリップ連続鋳造装置において、水によるベルト側部における著しい冷却はストリップの収縮を生ぜしめ、このことは、ストリップと鋳型との間の空隙の形成につながる。この空隙は、熱の取出しをブロックし、より低い鋳造速度につながり、偏析、シェルの曲がり、表面亀裂、及び連続的に鋳造ストリップのセル寸法変化等の鋳造欠陥につながる。高い鋳造速度は、著しい冷却を要求するが、極めて低い温度までではない。
【０００９】
冷媒として水を使用することは、小さな処理窓のために、プロセスがあまり安定していないことを意味する。すなわち、水の低い蒸発温度が、冷却するための表面の表面温度に応じて熱伝達数の著しい変化の原因となり、鋳造金属の供給速度の小さい変化さえもが、冷却速度、ひいては製品の冶金学的特性の著しい変化を生じる。
【００１０】
冷媒としての水の使用は、循環鋳型における高い温度勾配を意味し、これは、鋳型の寿命を制限し、表面亀裂が生じると、これらの亀裂は鋳造製品において見られ、したがって、全ての量がこのようなシステムによって製造されることができないか又はこのようなシステムにおける鋳型の寿命があまり長くない。
【００１１】
冷媒としての水の使用に本来的に関連した上述された欠点は、公知の方法の利点を損失することなく既存のストリップ連続鋳造方法の既存の否定的な事実を回避する、単純で、信頼できるストリップ連続鋳造方法及び装置の必要性が存在することを示している。
【００１２】
この目的を達成するために、本発明は、冷却媒体として液体金属又はイオン性液体の、好適には乱流における使用を提案する。これは、冷却性質及び特性が明確であり、制御可能であることを保証する。
【００１３】
イオン性液体又はデザイナー液体は、概して１００℃よりも低い融点を有する有機陽イオン及びほぼ無機の陰イオンから成る塩のグループに対する名称である。これらは、方法の最大作業温度において分解しない又は所与の環境において鋳造装置と反応しない限り、本発明と共に使用されることができる。以下の説明において、これらは、ほとんどの場合、表現的に言及されていないが、常に"液体金属"又は"冷媒"という用語が使用された場合には含まれている。ちなみに、多くの液体としての水は、少量のイオンを含んでいるが、イオン性液体ではない。
【００１４】
鋳造される金属と冷媒として使用される金属とを区別するために、鋳造される金属は"鋳造金属"、冷媒として使用される金属は"液体金属"と呼ばれ、僅かに人工的だが実用的な区別である。
【００１５】
鋳造金属又は合金の凝固が間接冷却の影響によって生じる。間接冷却は、本発明によれば、鉛、すず、ビスマス、ガリウム、インジウム又はこれらの合金、及び鋳造金属又は合金の凝固温度よりも低いその他の液体金属又は合金を使用する。
【００１６】
液体金属を用いるストリップ鋳造における間接冷却の特徴は極めて一定の、容易な制御可能な冷却動作を保証する。冷却強度は、冷媒流量及び冷媒供給温度を変化させることによって調整されることができる。これは、鋳型におけるより低い温度勾配につながる、鋳型の冷却側におけるより高い温度を実現する（より低い応力は鋳造金属の側における鋳型のより少ない亀裂を生ぜしめるので、寿命がより長くなる）。ストリップと循環鋳型との間の空隙の形成は、ロータリタイプ及びシングルホイールプロセスにおいて回避されることができる。
【００１７】
これは、断面に沿った鋳造ストリップのより均一な品質、より高い鋳造速度につながり、表面亀裂の形成が回避されることができる。製造されたストリップ、薄いストリップ、ロッド又はワイヤは、冷媒温度及び冷媒流量を調整することによって制御されることができる。したがって、凝固及びその後の冷却の間に亀裂を形成する傾向がある合金でさえ、冷媒として液体金属を使用した場合は優れた品質で鋳造されることができる。さらに、冷媒としての水の使用の結果の爆発の危険性は完全に排除される。
【００１８】
概して、これらのシステムが、液体金属を用いて循環鋳型を冷却するための適切な装置と、冷媒をプロセス温度にまで加熱しかつストリップから放散熱を得た後に冷媒を再び冷却するための装置と、閉鎖された冷媒ループを保証するための装置とを備えるように適応された場合、この液体金属冷媒を用いてストリップ連続鋳造のための慣用の循環鋳型システムを運転することが可能である。
【００１９】
冷媒が、摂氏において、摂氏における鋳造材料の融点よりも低い又はこの融点の６０％に等しい融点を有していると好ましい。
【００２０】
循環鋳型の領域における冷媒の流れ方向が鋳造ストリップの移動方向に対して逆流であるとさらに好ましい。
【００２１】
本発明による方法のための冷却装置は、冷却媒体のための貯蔵タンクと、加熱装置と、ポンプとを有しており、管が貯蔵タンクを鋳造金属のストリップを間接的に冷却するための冷却装置に接続しており、冷媒を冷却装置から貯蔵タンクに搬送する逆流管に配置された熱交換機を備えている。
【００２２】
好適には、冷却装置は、冷媒を乱流状態にして最終的に適切な流れパターンを提供するために、ウイング、流体チャネルの断面の寸法及び／又は形状の変化、逸らせ板等の内部構造物を有している。
【００２３】
本発明は、添付された図面を参照しながらより詳細に説明される。
【００２４】
図１は、単に概略的に、本発明による双ロール型鋳造機を示している。
【００２５】
図２は、閉鎖された冷媒ループの一部を示している。
【００２６】
図３は、図４の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面を示している。
【００２７】
図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面を示している。
【００２８】
図１において、垂直ストリップ鋳造のための双ロール鋳造機械が主に示されており、ロールを冷却するために必要な装置と共に用いられている。一般的な双ロール鋳造機との相違は、ロールの軸受が、ロールが好適には両端部において開放しており、ガーダ９が実質的に回転軸線に対して平行なドラムを貫通して延びることを許容するように配置されているということである。このガーダ９はドラムのそれぞれの側において軸受台１０に固定されている。冷媒のための供給管２及び逆流管６が設けられている。
【００２９】
図２は、冷媒貯蔵タンク１２と、図１における供給管２に結合された冷媒ポンプ１３と、冷媒の逆流管６とを備えた冷媒供給装置を示している。逆流は外部熱交換機１４を通過し、この外部熱交換機において、放散熱が二次的な冷却サイクルに伝達され、次いで再び零倍貯蔵タンクに伝達される。
【００３０】
図３は、図１における右側のドラムの中央における断面である、図４の断面図ＩＩＩ−ＩＩＩを示している。ここでは、双ロールシェルのための冷却装置の配置がより詳細に示されている。冷却装置は、分配チャンバ３に接続された供給管２から成り、分配チャンバ３は、規定された圧力損失、ひいてはドラムの長さに沿った冷媒の均一な分配を保証する。分配チャンバを通過した後、冷媒は熱交換機４を流過し、この熱交換器において冷媒は高温のドラムシェル１からストリップの放散熱を取り上げる。熱交換機４を出ると、冷媒は収集チャンバ５に流入し、この収集チャンバにおいて、冷媒は収集され、逆流管６内に供給され、逆流管は、ドラムから、図２に示された外部熱交換機１４に接続されている。
【００３１】
熱交換機１４において、放散熱が二次冷却システムに伝達され、加熱仕事のためのミルにおける他の場所で使用される。最後に、冷媒は冷媒貯蔵タンク１２に戻る。もちろん、ドラム、ベルト又は同様のものの異なる領域において十分な冷却を提供するために２つ又はそれ以上の一次及び／又は二次冷却システムを提供することが可能であり、いくつかの用途においては有利である。
【００３２】
冷媒はタンク１２に貯蔵され、ポンプ１３によって供給管２内に送り込まれる。このポンプは、冷媒貯蔵タンクに浸漬されることができるか、管によって接続されたタンクの外側にあることができ、図２に示されている。ポンプのこれらの種々異なる可能な据付けは、使用されるポンプのタイプと、所要の冷媒流量とに依存する。ポンプは、所要の冷媒流量の値、ポンプ効率、投資コスト及び冷媒自体に応じて、機械式ポンプ又は電磁ポンプであることができる。金属鋳造の当業者にとって、ポンプの選択及びポンプの据え付けは、発明及びプラントの詳細を知っており、問題ない。
【００３３】
図３を参照すると、内部熱交換機４は液圧式ピストン７によってキャスタシェル１の内面に押し付けられる。内部熱交換機４の回転はガーダ８及び９によって防止されている。液圧式ピストン７はガーダ９によって支持されている。付加的な設備が、種々異なる操作段階の間の熱膨張を考慮するために使用される。
【００３４】
内部熱交換機は、極めて高い熱伝達係数につながる冷媒の極めて高い乱流を許容する設備を備えて設計されており、冷却面の様々な部分の近傍において好適な流体パターンを提供する。
【００３５】
図４は、図３の長手方向断面ＩＶ−ＩＶを示しており、図１の右側のドラムを示している。ドラムのシェル１は中空の軸１１に固定されており、ドラムの位置は軸受１６に固定されていることが分かる。ドラムの回転を保証するために、歯車１７が提供されているが、ドラムの駆動は、別の形式で据え付けられることもできる。
【００３６】
１８において、シェルに対する内部熱交換機４の締め付けのための手段が設けられている。これは、１つの特別なパッキングリングによって行われることができ、このパッキングリングは、液圧式ピストン７によって、熱交換機４の円周とドラムの内側との間に押し付けられる。より複雑な設計は、熱交換機４の円周に沿って２つのパッキングリングを互いに約５ｍｍのある距離で配置することであり、これにより、２つのパッキングリングの間の小さなチャンバは不活性ガスで充填されることができ、これにより、金属を冷却する液体が熱交換機４から漏れ出すことを阻止する。あらゆる場合において、パッキングリングは、より高い温度を許容しかつキャスタシェルと熱交換器４との摩擦によって急速に摩耗しない材料から形成されるべきである。シェルの内面の熱膨張に締付け装置を適応させるために、ばね又は空圧式ピストン又は同様のものが提供されることができる。
【００３７】
ドラムのシェルは、Elbrodur B 95 のような銅合金から成るか、又は２つの中空のシェルを含み、外側のシェルがElbrodur B 95のような銅合金又は高温のストリップからの高い熱引出しを許容するその他の銅合金から形成されており、内側のシェルは、ドラムに所要の剛性を提供する薄い鋼シェルである。シェルは、より長い寿命を保証するために、外面及び内面において耐摩耗性材料の上層を有することができる。
【００３８】
冷媒のための貯蔵タンクには、タンク内の不活性雰囲気を保証するために不活性ガス入口１５が設けられている。ヘリウム、アルゴン、及び幾つかの状況において、冷媒の化学的性質に依存して、窒素等の、このような不活性ガスは、冷媒の循環を開始する前に、管及び冷却領域から空気を追い出すために使用されることができる。さらに、ある運転時間の後に、使用された消費された冷媒の再生を許容する冷媒リフレッシュ装置を据え付けることが有利である。
【００３９】
垂直及び水平の鋳造方向（又はあらゆるその他の所望の角度）のために本発明による冷却システムを使用することが可能である。本発明は、鋼等の鉄金属のストリップ連続鋳造のために及び銅、アルミニウム及びその他の非鉄金属及びそれらの合金のために適用可能である。大きな問題なく本発明に従って既存のプラントを適応させることが可能である。そのために、ドラム又はベルトの内面に沿って冷媒が出ていくのを阻止する適切な閉じ込め手段を取り付けることだけが必要である。このケーシングの材料は、冷媒の温度及び化学的影響及び、冷媒の密度及び流れから生じる動的な力に耐えなければならない。本発明を知る金属鋳造の当業者にとって、所要の材料の選択は容易である。
【００４０】
液体金属の好適な流れパターン及び所要の乱流を保証するために、ウイング、流体チャネルの断面の寸法及び／又は形状の変更、逸らせ板等の内部構造物が提供される。流体熱力学の当業者にとって、本発明を知ることによって、内部構造物を備えたこのようなケーシングの配置を設計することは容易である。
【００４１】
装置の凍結を回避するために使用される冷媒に応じて、冷媒が流れる全て又は少なくともほとんどの管及び装置を加熱することが好適である。さらに、管及び装置は、傾斜した位置に取り付けられるべきである。これは、ポンプの故障時に、冷媒が、その重量によって、加熱を有する貯蔵タンク内に再び流入することを保証する。
【００４２】
本発明による冷却概念の利点は、より容易かつ良好な冷却制御である。なぜならば、熱伝達数が、冷媒としての水を用いて冷却するものと比較して極めて一定であるからである。さらに、利点は、循環鋳型のより長い寿命、より高い鋳造速度、表面欠陥のない滑らかな鋳造ストリップ表面、鋳造ストリップの不均一な表面下層がない又は無視できる、粒子構造及び偏析が、冷媒温度を調節することによって及び冷媒流量によって制御されることができ、鋳造ストリップ、ロッド又はワイヤのインラインローリングが可能であり、再加熱のための安全なエネルギコストである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】単に概略的に、本発明による双ロール型鋳造機を示している。
【図２】閉鎖された冷媒ループの一部を示している。
【図３】図４の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面を示している。
【図４】図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面を示している。
【符号の説明】
【００４４】
２  供給管、  ３  分配チャンバ、  ４  熱交換器、  ５  収集チャンバ、  ６  逆流管、  ７  液圧式ピストン、  ８，９  ガーダ、  １０  軸受台、  １２  冷媒貯蔵タンク、  １３  冷媒ポンプ、  １４  外部熱交換器、  １５  不活性ガス入口、  １６  軸受、  １７  歯車、  １８  締付け手段
【図１】
2009533225.tif 000003
【図２】
2009533225.tif 000004
【図３】
2009533225.tif 000005
【図４】
2009533225.tif 000006
【国際調査報告】
2009533225.tif 000007
2009533225.tif 000008
2009533225.tif 000009