(57)【要約】【課題】少ない生産コストで、生産性を向上できる双ロール式連続鋳造装置および鋳造方法を提供する。【解決手段】双ロール式連続鋳造装置は、アルミニウム及びアルミニウム合金を鋳造する。双ロール式連続鋳造装置は、円筒状の形状を有するロールシェルと、ロールシェルの内に配置されたロールコアと、ロールコアとロールシェルとの間に配置された冷媒を流すための冷媒流路と、を有する一対の冷却ロールを備える。アルミニウム及びアルミニウム合金の固相線温度ＴＳ（℃）、冷媒流路を流れる冷媒の温度ＴＢ（℃）、ロールシェルに用いる材料の熱伝導率λ（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）、一対の冷却ロールのうち一つの冷却ロールが冷却すべき単位表面積及び単位時間あたりの熱量Ｑ（Ｗ・ｍ−２・ｓ−１）とし、ロールシェルの厚みｄ（ｍ）が、ｄ＜λ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）を満たすことを特徴とする。【選択図】図１
2018164933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム及びアルミニウム合金を鋳造する双ロール式連続鋳造装置であって、
円筒状の形状を有するロールシェルと、該ロールシェルの内に配置されたロールコアと、該ロールコアと該ロールシェルとの間に配置された冷媒を流すための冷媒流路と、を有する一対の冷却ロールを備え、
アルミニウム及びアルミニウム合金の固相線温度ＴＳ（℃）、前記冷媒流路を流れる前記冷媒の温度ＴＢ（℃）、前記ロールシェルに用いる材料の熱伝導率λ（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）、前記一対の冷却ロールのうち一つの冷却ロールが冷却すべき単位表面積及び単位時間あたりの熱量Ｑ（Ｗ・ｍ−２・ｓ−１）とし、前記ロールシェルの厚みｄ（ｍ）が、ｄ＜λ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）を満たす、
ことを特徴とする双ロール式連続鋳造装置。
【請求項２】
前記ロールシェルの厚みｄが、１．０ｍｍ以上且つ２００ｍｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の双ロール式連続鋳造装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の双ロール式連続鋳造装置を用いて、アルミニウム及びアルミニウム合金を鋳造する鋳造方法であって、
前記一対の冷却ロールの間に注入したアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を前記一対の冷却ロールにより冷却し、凝固させる工程を有する、
ことを特徴とする鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双ロール式連続鋳造装置および鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
双ロール式連続鋳造法は、互いに反対方向に回転する一対の冷却ロールの間でアルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、アルミニウム合金等と称する）の溶湯を凝固させ、アルミニウム合金等の鋳造板を鋳造する鋳造法である。この鋳造法は、従来のＤＣ鋳造―熱間圧延法のように鋳塊の面削、再加熱、熱間圧延を実施する必要が無く、製造工程の短縮、省エネルギーという利点を有する。
【０００３】
しかしながら、従来の双ロール式連続鋳造法では、一般に板厚４〜８ｍｍ、鋳造速度１〜３ｍ／ｍｉｎ程度で実施されるため、例えば板厚を５ｍｍ、鋳造速度を２ｍ／ｍｉｎとすると、単位幅、単位時間あたりの生産量は１．６２ｔ・ｍ−１・ｈ−１であり、単位時間あたりの生産量（生産性）は、ＤＣ（Direct Chill）鋳造法の生産性と比較すると低い。そのため、双ロール式連続鋳造法の生産性の向上が望まれている。板厚及び板幅が一定の場合、双ロール式連続鋳造法の生産性は鋳造速度に比例するため、生産性を高めるには、鋳造速度を上げることが有効である。
【０００４】
双ロール式連続鋳造法に用いられる冷却ロールは、円筒状の形状を有するロールシェルと、ロールシェルの内に配置されたロールコアと、ロールコアとロールシェルとの間に配置された冷媒を流すための冷媒流路と、を有し、冷媒流路を循環する冷媒によって冷却される。従来の双ロール式連続鋳造法では、冷却ロールの抜熱能力が低いため、鋳造速度を上げると、ロールシェルを冷却するために必要な時間が確保できず、ロールシェルの温度は次第に高くなる。ロールシェルの温度が高すぎると、ロールシェルへのスティッキング（焼付き）が生じ、鋳造板の表面に鋳造方向と垂直方向に現れる帯状の表面欠陥が表れる虞がある。鋳造速度をさらに上げると、冷却ロールの間に供給されるアルミニウム合金等の溶湯の凝固が完了せず、鋳造板に未凝固部が生じたり、湯漏れが発生する虞がある。
【０００５】
このため、鋳造速度の高速化を達成でき、且つスティッキングの生じない冷却ロールの開発が望まれている。冷却ロールの抜熱量を高めるために、ロールシェルに熱伝導率の高い材質を用いることおよび冷媒が流れる冷媒流路に関して検討がなされている。
【０００６】
非特許文献１は、双ロール式連続鋳造法に用いる銅製のロールシェルを開示している。銅製のロールシェルは、熱伝導率が高いため、表面温度の上昇を抑えることができる。このため、銅製のロールシェルを用いれば、離型剤を使用しなくてもスティッキングを防止することができる。
【０００７】
特許文献１は、供給される冷媒と排出される冷媒をロールコア外周において合流させる合流升を有する冷却ロールを開示している。冷媒の循環を定期的に逆転させて、冷媒温度を均一化する方法を併用することで、ロールシェルの表面と溶湯間の熱伝達が安定するため、鋳造板の巾方向及び長手方向における板厚変動を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１８８４２２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】鋳造工学Ｖｏｌ．７９，Ｎｏ．９（２００７）５２３〜５２８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非特許文献１に開示の銅製のロールシェルは、鋼材で製作されたロールシェルと比較して硬度が低いため、表面が傷つき易く、ロールシェルの寿命が短い。そのため、生産コストが高くなるという問題がある。特許文献１に開示の冷却ロールでは、冷却ロールの温度の均一性は確保できるものの、抜熱能力自体の向上は困難であり、生産性向上の観点では従来技術を上回る効果は期待できない。
【００１１】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、少ない生産コストで、生産性を向上できる双ロール式連続鋳造装置および鋳造方法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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る双ロール式連続鋳造装置は、
アルミニウム及びアルミニウム合金を鋳造する双ロール式連続鋳造装置であって、
円筒状の形状を有するロールシェルと、該ロールシェルの内に配置されたロールコアと、該ロールコアと該ロールシェルとの間に配置された冷媒を流すための冷媒流路と、を有する一対の冷却ロールを備え、
アルミニウム及びアルミニウム合金の固相線温度ＴＳ（℃）、前記冷媒流路を流れる前記冷媒の温度ＴＢ（℃）、前記ロールシェルに用いる材料の熱伝導率λ（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）、前記一対の冷却ロールのうち一つの冷却ロールが冷却すべき単位表面積及び単位時間あたりの熱量Ｑ（Ｗ・ｍ−２・ｓ−１）とし、前記ロールシェルの厚みｄ（ｍ）が、ｄ＜λ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）を満たす、
ことを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係る鋳造方法は、
前記双ロール式連続鋳造装置を用いて、アルミニウム及びアルミニウム合金を鋳造する鋳造方法であって、
前記一対の冷却ロールの間に注入したアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を前記一対の冷却ロールにより冷却し、凝固させる工程を有する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、少ない生産コストで、生産性を向上できる双ロール式連続鋳造装置および鋳造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る双ロール式連続鋳造装置を示す図である。
【図２】実施の形態に係るロールシェルによりアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯から熱が奪われる様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本願発明者らは、双ロール式連続鋳造において鋳造速度を上げるために、ロールシェルの材質とロールシェルの厚みの関係について鋭意研究を重ねた。その結果、ロールシェルに用いる材質の熱伝導率と鋳造されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の固相線温度に応じてロールシェルの厚みを規定することで、ロールシェルの表面温度の上昇を抑え、鋳造速度を上げることを可能にすることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態に係る双ロール式連続鋳造装置を図面を参照しながら説明する。
【００１８】
本実施の形態に係る双ロール式連続鋳造装置１００は、図１に示すように、アルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、アルミニウム合金等と称する）の溶湯２００を貯蔵するタンディッシュ１１０と、アルミニウム合金等の鋳造板２１０を鋳造する上ロール（冷却ロール）１２０および下ロール（冷却ロール）１３０と、を有する。
【００１９】
タンディッシュ１１０は、上ロール１２０と下ロール１３０の間にアルミニウム合金等の溶湯２００を注入するものであり、上ロール１２０と下ロール１３０の間にアルミニウム合金等の溶湯２００を注入するノズル１４０を有する。タンディッシュ１１０は、ノズル１４０が上ロール１２０と下ロール１３０の間の近傍に位置するように配置される。
【００２０】
上ロール１２０と下ロール１３０は、円柱状の形状を有し、アルミニウム合金等の溶湯２００を凝固させ鋳造板２１０を鋳造するものである。上ロール１２０および下ロール１３０の直径は、例えば５００〜１５００ｍｍである。上ロール１２０および下ロール１３０の軸方向の長さは、例えば１０００〜３０００ｍｍである。上ロール１２０は、隙間を空けて下ロール１３０の上に配置される。上ロール１２０と下ロール１３０との隙間は、鋳造板２１０の厚みに応じて調整され、例えば５．０ｍｍである。図示しないモータなどにより、上ロール１２０は反時計回りに回転し、下ロール１３０は時計回りに回転する。これにより、鋳造した鋳造板２１０を送り出す。上ロール１２０は、円筒状の形状を有するロールシェル１５０Ａと、ロールシェル１５０Ａの内に配置されたロールコア１６０Ａと、ロールコア１６０Ａとロールシェル１５０Ａとの間に設けられた冷媒流路１７０Ａと、を有する。同様に、下ロール１３０は、ロールシェル１５０Ｂと、ロールコア１６０Ｂと、冷媒流路１７０Ｂと、を有する。ロールコア１６０Ａ、１６０Ｂは、それぞれ冷媒３００を供給する供給口１８０Ａ、１８０Ｂと、冷媒３００を排出する排出口１９０Ａ、１９０Ｂとを有する。供給口１８０Ａ、１８０Ｂから供給された冷媒３００は、冷媒流路１７０Ａ、１７０Ｂを通り、排出口１９０Ａ、１９０Ｂから排出される。
【００２１】
ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂは、冷媒流路１７０Ａ、１７０Ｂを通る冷媒３００により冷却される。ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂが冷却されることで、上ロール１２０と下ロール１３０との間に流入したアルミニウム合金等の溶湯２００から熱が奪われ、アルミニウム合金等が凝固し、鋳造板２１０が鋳造される。
【００２２】
ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの厚みｄの上限は、鋳造されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の固相線温度ＴＳ（℃）、冷媒流路１７０Ａ、１７０Ｂを流れる冷媒３００の温度ＴＢ（℃）、ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂのうち一つが冷却すべき単位表面積及び単位時間あたりの熱量Ｑ（Ｗ・ｍ−２・ｓ−１）、ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂを構成する材料の熱伝導率λ（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）とすると、λ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）である。鋳造されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の固相線温度ＴＳは、例えばＪｍａｔＰｒｏ（英国Sente Software社製）等の状態図計算ソフトウェアから算出されたり、示差熱分析等から実測される。厚みｄの上限をλ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）とした理由は後述する。厚みｄが、λ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）未満であることで、ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの表面温度の上昇を抑制でき、鋳造速度Ｖを上げてもスティッキングの発生を防ぐことができる。また、ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの厚みｄの上限は、冷媒流路１７０Ａ、１７０Ｂのためのスペースを確保するために、２００ｍｍ以下であることが好ましい。これに対し、厚みｄが、λ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）以上であると、表面温度の上昇を抑制できないため、鋳造速度Ｖを上げることができず、生産性が低くなり、製造コストの観点から不利となる。
【００２３】
ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの厚みｄの下限は、特に限定されないが、強度の観点から１．０ｍｍが好ましい。ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの厚みｄが、１．０ｍｍ以上であることで、ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの剛性を確保することができ、ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂに掛かる圧延荷重が大きかったとしても、変形を防ぐことができる。これにより、鋳造板の板厚精度を高めることができ、製品歩留が低下することを防ぐことができる。これに対し、厚みｄが１．０ｍｍ未満であると、鋳造板２１０から受ける圧延荷重に対してロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの剛性が確保できず、変形が生じ、鋳造板２１０の板厚精度および製品歩留が低下する虞がある。
【００２４】
次に、厚みｄの上限をλ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）とした理由を以下に示す。
【００２５】
まず、双ロール式連続鋳造装置１００を用いて鋳造する際、アルミニウム合金等の溶湯２００を冷却するために必要な熱量を以下に示す。鋳造板２１０の板厚ｔ（ｍ）、鋳造速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）、板幅１ｍとすると、単位幅及び単位時間あたりのアルミニウム合金等の鋳造板２１０の重量Ｗ（ｋｇ・ｍ−２・ｓ−１）は、鋳造板２１０の密度ρ（ｋｇ／ｍ３）を用いて、
Ｗ＝ｔ×１×Ｖ／６０×ρ＝ρｔＶ／６０                        ・・・（１）
と表せる。
【００２６】
溶湯２００の比熱をｃ１（Ｊｋｇ−１Ｋ−１）とすると、単位時間あたりの冷却すべき溶湯２００の熱容量Ｃ１（Ｗ／Ｋ）は、
Ｃ１＝ｃ１×Ｗ                                                ・・・（２）
鋳造板２１０の比熱をｃ２（Ｊ・ｋｇ−１・Ｋ−１）とすると、単位時間あたりの冷却すべき鋳造板２１０の熱容量Ｃ２（Ｗ／Ｋ）は、
Ｃ２＝ｃ２×Ｗ                                                ・・・（３）
と表せる。
【００２７】
上ロール１２０、下ロール１３０の入側でＴｍｅｌｔ（℃）に保持された溶湯２００を、上ロール１２０、下ロール１３０の出側にＴｓｔｒｉｐ（℃）で出現させる場合に冷却すべき単位表面積及び単位時間あたりの合計の熱量Ｑｔｏｔａｌ（Ｗｍ−２ｓ−１）は、鋳造するアルミニウム合金等の液相線温度ＴＬ、固相線温度ＴＳ、凝固潜熱Ｌを用いて、
Ｑｔｏｔａｌ＝Ｃ１×（Ｔｍｅｌｔ−ＴＬ）
＋（Ｃ１＋Ｃ２）／２×（ＴＬ−ＴＳ）＋Ｌ
＋Ｃ２×（Ｔｓ−Ｔｓｔｒｉｐ）                                  ・・・（４）
となる。ここで、最低限凝固が完了する場合を考えると、
ＴＳ＝Ｔｓｔｒｉｐ                                              ・・・（５）
であるため、式（４）は、以下のように簡略化できる。
Ｑｔｏｔａｌ＝Ｃ１×（Ｔｍｅｌｔ−ＴＬ）
＋（Ｃ１＋Ｃ２）／２×（ＴＬ−ＴＳ）＋Ｌ                        ・・・（６）
このとき、単位幅及び単位時間あたりの凝固潜熱Ｌ（Ｗ・ｍ−２・ｓ−１）は、単位重量あたりの凝固潜熱ｌ（Ｊ／ｋｇ）を用いて、
Ｌ＝ｌ×Ｗ                                                      ・・・（７）
と表せる。
双ロール式連続鋳造装置１００は、２つのロール（上ロール１２０、下ロール１３０）を用いて鋳造するため、片側のロールが冷却すべき単位表面積及び単位時間あたりの熱量  Ｑ（Ｗ・ｍ−２・ｓ−１）は、
Ｑ＝Ｑｔｏｔａｌ／２                                            ・・・（８）
となる。
【００２８】
具体的には、片側のロールが冷却すべき単位表面積及び単位時間あたりの熱量Ｑは、鋳造板２１０の板厚ｔを３ｍｍ、鋳造速度Ｖを１０ｍ／ｍｉｎとすると、ＪＩＳ３００３に定められた組成を有するアルミニウム合金（以下、３００３合金と称する）で３１１６６９Ｗ・ｍ−２・ｓ−１、ＪＩＳ５０５２に定められたアルミニウム合金（以下、５０５２合金と称する）で３３０７７４Ｗ・ｍ−２・ｓ−１、ＪＩＳ５０８２に定められたアルミニウム合金（以下、５０８２合金と称する）で３５０５５５Ｗ・ｍ−２・ｓ−１、およびＪＩＳ６０１６に定められた組成を有するアルミニウム合金（以下、６０１６合金と称する）で３３９２０２Ｗ・ｍ−２・ｓ−１である。
【００２９】
次に、上ロール１２０のロールシェル１５０Ａの単位表面積及び単位時間あたりの熱移動量Ｑ０について説明する。
図２に示すように、温度がＴＡ（℃）の鋳造板２１０と、温度がＴＢ（℃）の冷媒３００と、の間に厚みｄのロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂが配置され、鋳造板２１０から冷媒３００へ熱の移動が生じているとする。このとき、単位表面積及び単位時間あたりの定常的な熱移動量Ｑ０（Ｗ・ｍ−２・ｓ−１）は、板幅を１ｍとする総括熱抵抗Ｒ（Ｋ／Ｗ）を用いて、
Ｑ０＝（ＴＡ−ＴＢ）／Ｒ                                        ・・・（９）
と表すことができる。すなわち、Ｒは熱の通過し難さを示し、大きいほど、熱移動量Ｑ０は小さいことになる。また、式（９）より、鋳造板２１０と冷媒３００との温度差が大きいほど、熱移動量Ｑ０が大きくなることが分かる。
【００３０】
熱の移動を詳細に見ると、冷媒３００では対流による伝熱が生じており、ロールシェル１５０Ａ内では熱伝導によって熱が伝えられている。鋳造板２１０とロールシェル１５０Ａの表面の間の熱伝達係数ｈＡ、冷媒３００とロールシェル１５０Ａの表面の間の熱伝達係数ｈＢ、鋳造板２１０に接するロールシェル１５０Ａの表面の温度ＴＡ，Ｓ、冷媒３００に接するロールシェル１５０Ａの表面の温度ＴＢ，Ｓ、熱の移動が行われる断面積Ａとすると、ニュートンの冷却法則から、
Ｑ０／Ａ＝ｈＡ（ＴＡ−ＴＡ，Ｓ）                              ・・・（１０）
Ｑ０／Ａ＝ｈＢ（ＴＢ，Ｓ−ＴＢ）                              ・・・（１１）
また、ロールシェルの熱伝導率λとすると、フーリエの法則から、
Ｑ０／Ａ＝λ（ＴＡ，Ｓ−ＴＢ，Ｓ）／ｄ                        ・・・（１２）
【００３１】
式（１０）、（１１）、（１２）からＴＡ，ＳとＴＢ，Ｓを消去すると、
Ｑ０／Ａ＝（ＴＡ−ＴＢ）／（１／ｈＡ＋ｄ／λ＋１／ｈＢ）      ・・・（１３）
ここで、熱伝達係数ｈＡの逆数と熱伝達係数ｈＢの逆数との和を定数Ｃとすると、単位表面積及び単位時間あたりの熱移動量Ｑ０は、
Ｑ０＝（ＴＡ−ＴＢ）／（ｄ／λ＋Ｃ）                          ・・・（１４）
Ｃ＝１／ｈＡ＋１／ｈＢ                                        ・・・（１５）
となる。
【００３２】
２材質間の熱伝達を考える際、２材質間の間隙層や表面状態等により熱伝達係数ｈＡ、熱伝達係数ｈＢはいずれも影響を受けるが、本願発明者らの実験によって、双ロール式連続鋳造装置１００によって鋳造する場合、熱伝達係数ｈＡ、熱伝達係数ｈＢは、それぞれ１６０００Ｗ・ｍ−２・Ｋ−１、１００００Ｗ・ｍ−２・Ｋ−１と近似してよいことが見出された。したがって、熱伝達係数ｈＡの逆数と熱伝達係数ｈＢの逆数との和である定数Ｃは、ロールシェル１５０Ａの材質に影響されず、０．０００１６７ｍ２・Ｋ・Ｗ−１と与えられる。
【００３３】
式（１４）を変形し、定数Ｃを０．０００１６７ｍ２・Ｋ・Ｗ−１とすると、
ｄ＝λ（（ＴＡ−ＴＢ）／Ｑ０−１．６７×１０−４）            ・・・（１６）
が得られる。
ロールシェル１５０Ａが、式（８）で表された片側のロールが冷却すべき単位表面積及び単位時間あたりの熱量Ｑを抜熱するためには、
Ｑ＜Ｑ０                                                      ・・・（１７）
且つ、最低限凝固が完了する場合を考えると、
ＴＡ＝ＴＳ                                                    ・・・（１８）
を満たす必要がある。
式（１６）、（１７）、（１８）からＱ０を消去すると、
ｄ＜λ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）              ・・・（１９）
が得られる。
式（１９）が満たされることで、ロールシェル１５０Ａの表面温度の上昇を抑制でき、鋳造板２１０を安定して鋳造することができる。このような計算手法を用いれば、ロールシェル１５０Ａの材質が固有に持つ熱伝導率λ及び、鋳造するアルミニウム合金等の固相線温度ＴＳに対し、ロールシェル１５０Ａの表面温度の上昇を抑制できる最適な厚みｄを算出することができる。
【００３４】
ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの材質は、特に限定されないが、例えばクロムモリブデン鋼、ニッケル鋼、クロムニッケル鋼、ニッケルクロム合金、ケイ素鋼、タングステン鋼が用いられる。これらの中で、比較的低コストで硬度の高いクロムモリブデン鋼を用いることが好ましい。そうすることで、耐久性が高く、コストの低いロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂを作成することができる。量産時に数週間連続して鋳造が実施される場合、スティッキングをより抑制するために、ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの表面に必要に応じてグラファイトやタルク等の離型剤を塗布しても良く、またロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの表面に表面加工を施してもよく、メッキ膜を施しても良い。
【００３５】
次に、双ロール式連続鋳造装置１００を用いてアルミニウム合金等の鋳造板２１０を鋳造する鋳造方法について説明する。
【００３６】
まず、上ロール１２０と下ロール１３０との隙間を鋳造する鋳造板２１０の厚みに応じて調整する。次に、ロールコア１６０Ａ、１６０Ｂに冷媒３００を供給する。冷媒３００は、供給口１８０Ａ、１８０Ｂから流入し、冷媒流路１７０Ａ、１７０Ｂを通り、排出口１９０Ａ、１９０Ｂから排出される。ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂは、冷媒流路１７０Ａ、１７０Ｂを通る冷媒３００により冷却される。次に、モータ等により、上ロール１２０を反時計回りに回転させ、下ロール１３０を時計回りに回転させる。
【００３７】
次に、タンディッシュ１１０に所定の合金組成に調製されたアルミニウム合金等の溶湯２００を投入する。溶湯２００は、ノズル１４０から放出され、上ロール１２０と下ロール１３０の間に注入される。冷却されたロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂは、上ロール１２０と下ロール１３０との間に流入したアルミニウム合金等の溶湯２００から熱を奪う。これにより、アルミニウム合金等の溶湯２００が凝固し、鋳造板２１０が鋳造される。
【００３８】
本実施の形態に係る双ロール式連続鋳造装置１００によれば、ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの厚みｄをλ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）未満にすることで、ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの表面温度の上昇を抑制できる。これにより、鋳造速度Ｖが１０ｍ／ｍｉｎ以上であったとしても、スティッキングおよび湯漏れを防止でき、安定して良好な鋳造板２１０を鋳造することができる。この結果、少ない生産コストで、生産性を向上できる。
【実施例】
【００３９】
以下に、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
本実施例および比較例では、双ロール式連続鋳造機１００を用いてロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの材質および厚みｄを表１〜３に示す条件で、３０００系アルミニウム合金である３００３合金、５０００系アルミニウム合金である５０５２合金、５０２２合金、５０２３合金、５１８２合金、および６０００系アルミニウム合金である６０１６合金、６１１１合金、６１８１合金の鋳造板２１０を鋳造する例について実施した。
【００４１】
【表１】
2018164933.tif 000003
【００４２】
【表２】
2018164933.tif 000004
【００４３】
【表３】
2018164933.tif 000005
【００４４】
実施例１〜５２、比較例１〜２３では、生産性の向上を検証するために、従来型の双ロール式連続鋳造装置では達成できない生産性を設定した。実施した鋳造速度Ｖは、５ｍ／ｍｉｎ、１０ｍ／ｍｉｎ、または２５ｍ／ｍｉｎであり、鋳造板２１０の出側板厚ｔは、３ｍｍ、または１０．０ｍｍである。出側板厚ｔを３ｍｍとする場合、ロールギャップを２．８ｍｍ、出側板厚ｔを１０．０ｍｍとする場合、ロールギャップを９．５ｍｍに設定した。
【００４５】
ロールコア１６０Ａ、１６０Ｂの直径は、φ４００ｍｍとした。ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの温度を下げるため、ロールコア１６０Ａ、１６０Ｂに設けられた冷却水供給管に冷却水を導入した。アルミニウム合金の溶湯２００の温度を７００℃に保持しタンディッシュ１１０に注入した。その後、鋳造速度Ｖを所定の速度になるように、上ロール１２０および下ロール１３０の回転速度を調整し、ノズル１４０から上ロール１２０と下ロール１３０の間にアルミニウム合金の溶湯２００を注入した。アルミニウム合金の溶湯２００は冷却され、実施例１〜５２、比較例１〜２３の鋳造板２１０が得られた。
【００４６】
ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの厚みｄの上限（計算値）は、λ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）で与えられる。ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの熱伝導率λ、鋳造板２１０の固相線温度ＴＳと水温（冷媒３００の温度）ＴＢとの差ＴＳ−ＴＢは、表１〜３に示す通りである。なお、熱伝導率λは、ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの材質により定められる値である。１つのロールが冷却すべき単位表面積及び単位時間あたりの熱量Ｑは、実施例１で３１１６６９Ｗ・ｍ−２・ｓ−１である。実施例２〜５２、比較例１〜２３の熱量Ｑは、表１〜３に示した通りである。これらの値は、上述した式（８）により得られる。なお、液相線温度ＴＬ、固相線温度ＴＳは、アルミニウム合金ごとに定められた値であり、熱量Ｑを算出するために式（６）で用いるものである。
【００４７】
鋳造されるアルミニウム合金等の液相線温度ＴＬ、固相線温度ＴＳは、ＪｍａｔＰｒｏによって算出した。また、水温ＴＢは、ロールコア１６０Ａ、１６０Ｂに設けられた冷却水供給口にて実測した。
【００４８】
次に、表１〜３に示した条件にて鋳造した実施例１〜５２、比較例１〜２３についての評価結果を説明する。評価は、双ロール式連続鋳造装置１００から出てきた鋳造板２１０の上面とロールシェル１５０Ａの表面の状態を目視にて観察することにより実施された。鋳造板２１０の上面の表面の性状及びロールシェル１５０Ａの表面の性状が良好なものは合格「○」とした。鋳造板２１０またはロールシェル１５０Ａにスティッキングが生じたものは不合格「×Ｓ」とし、ロールシェル１５０Ａが変形して異音が発生したものは不合格「×Ｄ」とした。湯漏れが発生したものは不合格「×Ｙ」とした。
【００４９】
実施例１〜５２では、鋳造板２１０の上面の表面性状及びロールシェル１５０Ａの表面性状が良好であり、スティッキング等の表面欠陥が発生しない鋳造板２１０を鋳造できた。これは、厚みｄが１ｍｍ以上、λ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）未満であったためと考えられる。
【００５０】
一方、比較例２、５〜１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３では、スティッキングが生じた。これは、厚みｄがλ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）以上であったためと考えられる。比較例１、１２、１４、１６、１８、２０、２２は、ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂが変形し、鋳造中に異音が発生したため鋳造を停止した。厚みｄが１ｍｍ未満であったため、鋳造板２１０の温度が低下し、ロールシェルの厚みｄに対して圧延荷重が大きくなり過ぎ、鋳造板２１０から受ける圧延荷重に対してロールシェルの剛性が確保できなかったためと考えられる。比較例２、３は、上下ロール１２０、１３０の間において溶湯の凝固が完了せず、湯漏れが生じた。比較例２では、鋳造速度Ｖが大きく、厚みｄがλ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）以上であったためと考えられる。比較例３では、鋳造板２１０の板厚ｔが大きく、厚みｄがλ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）以上であったためと考えられる。
【００５１】
上記の結果から、実施例１〜５２に係る鋳造方法によれば、ロールシェル１５０Ａ、１５０Ｂの厚みｄが１ｍｍ以上、λ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）未満であることで、鋳造板２１０の上面の表面性状及びロールシェル１５０Ａの表面性状が良好であり、スティッキング等の表面欠陥が発生しない鋳造板２１０を鋳造できることが解った。厚みｄが１ｍｍ以上、λ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）であれば、鋳造速度Ｖが１０ｍ／ｍｉｎ以上、板厚ｔが３ｍｍ以上であっても鋳造できることが解った。鋳造速度Ｖが１０ｍ／ｍｉｎ、板厚ｔが３ｍｍである場合、単位幅、単位時間あたりの生産量は４．９ｔ・ｍ−１・ｈ−１である。従って、厚みｄが１ｍｍ以上、λ（（ＴＳ−ＴＢ）／Ｑ−１．６７×１０−４）未満であることで、少ない生産コストで、生産性を向上できることが解った。
【符号の説明】
【００５２】
１００  双ロール式連続鋳造装置
１１０  タンディッシュ
１２０  上ロール
１３０  下ロール
１４０  ノズル
１５０Ａ、１５０Ｂ  ロールシェル
１６０Ａ、１６０Ｂ  ロールコア
１７０Ａ、１７０Ｂ  冷媒流路
１８０Ａ、１８０Ｂ  供給口
１９０Ａ、１９０Ｂ  排出口
２００  溶湯
２１０  鋳造板
３００  冷媒
Ｑ  熱量
λ  熱伝導率
ＴＳ  固相線温度
ＴＬ  液相線温度
Ｌ  凝固潜熱
ＴＢ  水温
ｄ  厚み
Ｖ  鋳造速度
ｔ  板厚
Ｑ０  熱移動量
Ｒ  総括熱抵抗
ｈＡ、ｈＢ  熱伝達係数
Ａ  断面積
Ｃ  定数
【図１】
2018164933.tif 000006
【図２】
2018164933.tif 000007