(57)【要約】単一ベルト式又は双ベルト式の鋳造装置に使用するための鋳造ベルトが開示されている。前記鋳造ベルトは、好ましくは１〜２ｍｍの範囲の厚さを有し、例えばＡＡ５ＸＸＸ及びＡＡ６ＸＸＸ系の合金のようなアルミニウム合金から作られている。本発明に係る前記アルミニウム製鋳造ベルトは、例えばアルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛及びそれらの合金、特に、例えばＡｌ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ及びＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金系のようなアルミニウム合金などの非鉄金属及び軽金属を鋳造するのに適している。本発明に係る前記アルミニウム製鋳造ベルトを使用するベルト式鋳造装置及びその方法がまた、開示されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ストリップを連続的に鋳造する連続ベルト式鋳造装置であって、
少なくとも部分的に鋳造キャビティを規定する鋳造表面を備えた少なくとも１つの可動エンドレスベルトと、
前記鋳造キャビティを通って前記少なくとも１つのエンドレスベルトを進める手段と、
前記鋳造キャビティ内へ溶融金属を注入する手段と、
前記少なくとも１つのエンドレスベルトが前記鋳造キャビティを通過する際に前記少なくとも１つのエンドレスベルトを冷却する手段と、
を備え、
前記少なくとも１つのエンドレスベルトが、アルミニウム又はアルミニウム合金から作られている、
ことを特徴とする連続ベルト式鋳造装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの鋳造ベルトが、１〜２ｍｍの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アルミニウム合金が、ＡＡ５ＸＸＸ及びＡＡ６ＸＸＸ合金系からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記アルミニウム合金が、ＡＡ５７５４、ＡＡ５０５２及びＡＡ６０６１からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの鋳造ベルトが、少なくとも１００ＭＰａの降伏強さを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの鋳造ベルトが、１２０Ｗ／ｍ−Ｋより大きい熱伝導率を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記装置が、前記アルミニウム又はアルミニウム合金から作られる２つの前記エンドレスベルトを有する双ベルト式鋳造装置であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
ストリップの形態にて溶融金属を鋳造する方法であって、
アルミニウム又はアルミニウム合金から作られ、少なくとも部分的に鋳造キャビティを規定する鋳造表面を備えた少なくとも１つの鋳造ベルトを用意するステップと、
前記鋳造キャビティを通って前記少なくとも１つの鋳造ベルトを連続的に進めるステップと、
前記鋳造キャビティの入口部に前記溶融金属を供給するステップと、
前記少なくとも１つの鋳造ベルトが前記鋳造キャビティを通過する際に前記少なくとも１つの鋳造ベルトを冷却するステップと、
前記鋳造キャビティの出口部から得られる鋳造ストリップを連続的に集めるステップと、
を備えていることを特徴とする溶融金属を鋳造する方法。
【請求項９】
前記型に溶融金属を供給する前記ステップが、溶融したアルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、あるいはそれらの合金を供給することを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記鋳造キャビティに溶融金属を供給する前記ステップが、溶融したアルミニウム又はアルミニウム合金を供給することを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記鋳造キャビティに溶融金属を供給する前記ステップが、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ又はＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金を供給することを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記鋳造キャビティに溶融金属を供給する前記ステップが、Ａｌ−Ｍｇ又はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を供給することを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのベルトが前記鋳造キャビティを通って進められる前に、前記鋳造表面に離型剤を適用するステップを更に備えていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの鋳造ベルトとして１〜２ｍｍの範囲の厚さを有するベルトを用意することを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの鋳造ベルトとしてＡＡ５ＸＸＸ又はＡＡ６ＸＸＸ合金系のアルミニウム合金から作られるベルトを用意することを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記鋳造ベルトとして少なくとも１００ＭＰａの降伏強さを有するベルトを用意することを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの鋳造ベルトとして１２０Ｗ／ｍ−Ｋより大きい熱伝導率を有するベルトを用意することを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
連続鋳造装置に使用するのに適合した鋳造ベルトであって、  
少なくとも部分的に鋳造キャビティを規定する鋳造表面を備えた少なくとも１つの可動エンドレスベルトと、
前記鋳造キャビティを通って前記少なくとも１つのエンドレスベルトを進める手段と、
前記鋳造キャビティ内へ溶融金属を注入する手段と、
前記少なくとも１つのエンドレスベルトが前記鋳造キャビティを通過する際に前記少なくとも１つのエンドレスベルトを冷却する手段と、
を備え、
前記鋳造ベルトが、アルミニウム又はアルミニウム合金から作られている、
ことを特徴とする鋳造ベルト。
【請求項１９】
前記鋳造ベルトが、１〜２ｍｍの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１８に記載の鋳造ベルト。
【請求項２０】
前記鋳造ベルトに用いられる前記アルミニウム合金が、ＡＡ５ＸＸＸ及びＡＡ６ＸＸＸ合金系から選択される合金であることを特徴とする請求項１８に記載の鋳造ベルト。
【請求項２１】
前記鋳造ベルトが、少なくとも１００ＭＰａの降伏強さを有することを特徴とする請求項１８に記載の鋳造ベルト。
【請求項２２】
前記鋳造ベルトが、１２０Ｗ／ｍ−Ｋより大きい熱伝導率を有することを特徴とする請求項１８に記載の鋳造ベルト。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
この発明は、例えばアルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛及びそれらの合金などの非鉄金属及び軽金属の鋳造のために使用されるベルト式鋳造機に用いられる鋳造ベルトに関する。より詳しく言えば、本発明は、良好な熱的及び他の物理的特性を有する材料から作られる金属製鋳造ベルトに関する。
【０００２】
（背景技術）
双ベルト式鋳造機は、かなり以前から金属を鋳造するのに使用されてきた。この種の鋳造機では、トラック（race-track）の形態にて回転するエンドレスベルトが、上下に（或いは、場合によっては並んで）配置されており、一般に平らな平行に走行する各ベルトが、互いに密に隣接して配置され、それらの間に型（モールド：mold）を規定する。溶融金属が、一方の端部において前記型内に導かれ、前記金属は、移動するベルト表面によって前記型を通って引き出される。前記溶融金属からの熱は、ベルトを通じて移動され、この移動は、前記型の領域内のベルトの裏側に作用する、例えば散水（water spray）などの冷却手段によって促進される。その結果、前記金属は、前記型を通過する際に凝固し、固体金属製の平板（スラブ：slab）又はストリップ（strip）が、前記型の反対側の端部から出てくる。例えば、改良されたこの種の鋳造機が、本願と同一の譲受人に対して１９７７年２月２２日及び１９７７年１２月６日にそれぞれ発行された米国特許第４００８７５０号及び同第４０６１１７７号に記載されている。前記鋳造機はまた、本願と同一の譲受人に対して１９８０年３月１８日に発行された米国特許第４１９３４４０号、及び本願と同一の譲受人によってまた２００１年８月７日に出願された国際公報第０２／１１９２２号に記載されるように、高性能の冷却剤適用システムを使用する。これらすべての公報の開示事項は、引用することによりここに組み入れられる。
【０００３】
高性能の冷却剤適用システムを有するこれらの鋳造機は、鋳造ベルトの裏側に冷却剤の薄い高速の流れを作り出すことにより機能する。このことは、冷却剤とベルトとの間に高い最大熱移動係数をもたらす。前記ベルトは更に、プーリ間に単に支持されるというよりはむしろ、鋳造の重要部位において冷却剤の層の上に“浮かぶ（float)”。
【０００４】
この種の鋳造機に使用されるベルトは、通常、表面状態が調整された（テクスチュアされた：textured）鋼から作られる、あるいは、それほど多くはないが銅から作られる。このような材料は、例えば、本願と同一の譲受人に対して１９９７年６月１０日に発行された米国特許第５６３６６８１号に開示されている。更に、１９９０年４月１０日に発行され、ヘイゼレット・ストリップ・キャスティング社（Hazelett Strip-Casting Corporation）に譲渡された米国特許第４９１５１５８号は、セラミックコーティング用の裏板を備えた銅製ベルトを開示している。しかしながら、これらの材料から作られるベルト（特に、銅から作られるもの）は、製造するのに高価であり、また、銅製ベルトは、“塑性歪み（プラスチックセット：plastic set）”（すなわち、取扱い又は外部支持システムの欠如に起因する歪み）しやすい。更に、鋼製ベルトは、１つの種類の非鉄金属及び軽金属の合金を鋳造するためにのみ好適な熱伝導率を有する傾向があるのに対し、銅製ベルトは、別の種類の非鉄金属及び軽金属合金に好適な熱伝導率を有する。例えば、テクスチュアされた（例えば、ショットブラストされた）鋼製ベルトは、フィン状又はフォイル状合金（fin or foil alloy）など、多くの比較的短い凝固範囲を有するアルミニウム合金のために使用することができるのに対し、銅製ベルトは、表面が重要な用途に、例えば、標準より長い凝固範囲を有する自動車用アルミニウム合金のために必要である。銅製ベルトの高い熱流束（heat flux）機能を用いて、かかる自動車用合金を鋳造するための方法が、本願と同一の譲渡人に対して１９９７年４月１日に発行された米国特許第５６１６１８９号に開示されている。前記引用文献では、４．５ＭＷ／ｍ２という高い熱流束が好適であることが見出され、かかる熱流束は、標準的に銅製ベルトの使用を必要とする。他の長い凝固範囲を有する合金、例えば１９８９年５月にレオネ他（Leone et al.）によりアルカン・ベルト・キャスティング・ミニミル・プロセス(Alcan Belt Casting Mini-MIll Process)にて記述されたものは、好ましくは、（５ＭＷ／ｍ２を超える）更に高い熱流束にて鋳造される。
【０００５】
しかしながら、銅製ベルトのより高い熱伝導率のために、かかるベルトは、（低い熱移動領域に隣接して形成されるより高い熱移動領域に生じるインゴット（ingot）断面内の変化、すなわち、不均一な熱除去によって引き起こされる）“シェル歪み（shell distortion)”と呼ばれる鋳物欠陥が発生するため、軽量合金（light gauge alloy）を鋳造するのに使用することができない。従って、鋳造装置が、種々の非鉄金属合金を鋳造するのに使用される場合、鋳造作業間に鋼製から銅製へあるいはその逆に、ベルトを交換することが頻繁に必要である。このことは、時間がかかり費用がかかるとともに面倒である。上述したタイプの最新の鋳造機では、更に広範囲の処理量で操業することが望まれており、高い熱流束で容易に運転する必要がある。
【０００６】
更に、出願人らは、テクスチュアされた鋼製ベルトが、（回転するアトマイジングベル（atomizing bell）及びクリーニングボックスに対してブラシをかける）銅製ベルトに比べて、異なる離型剤適用システムの使用を必要とし、そのため、合金系を変更する場合には離型剤適用システムを変更することが必要であることを見出した。エー・アール・ワグナー（A.R.Wagner）に対して１９６８年１２月３日に発行された米国特許第３４１４０４３号は、前進するシングルユーズ・ストリップ（single-use strip）間に型が形成される鋳造方法を開示している。前記ストリップは、（同一のものとみなされない）溶融金属と同じ材料から作られるが、ストリップ材料は、最終生成物内に組み込まれる場合があり、それは、ベルト式鋳造機にとって明らかに許容できない。
【０００７】
従って、上述したタイプのベルト式鋳造機に使用されるベルトにおいて改良が必要である。
【０００８】
（発明の開示）
本発明の目的は、テクスチュアされた鋼及び／又は銅から作られる従来のベルトより、製作及び使用がより便利であるベルト式鋳造機のためのベルトを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、広範囲の合金タイプを鋳造するために、また、合金タイプ間でベルトを変更する必要がなく広範囲の熱除去速度の下で作動するために、使用することができる鋳造機用のベルトを提供することである。
【００１０】
本発明の１つの態様によれば、金属ストリップを連続的に鋳造する連続ベルト式鋳造装置であって、少なくとも部分的に鋳造キャビティを規定する鋳造表面を備えた少なくとも１つの可動エンドレスベルトと、前記鋳造キャビティを通って前記少なくとも１つのエンドレスベルトを進める手段と、前記鋳造キャビティ内へ溶融金属を注入する手段と、前記少なくとも１つのエンドレスベルトが前記鋳造キャビティを通過する際に前記少なくとも１つのエンドレスベルトを冷却する手段とを備え、前記少なくとも１つのエンドレスベルトが、アルミニウム又はアルミニウム合金から作られている前記連続ベルト式鋳造装置が提供される。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、ストリップの形態にて溶融金属を鋳造する方法であって、アルミニウム又はアルミニウム合金から作られ、少なくとも部分的に鋳造キャビティを規定する鋳造表面を備えた少なくとも１つの鋳造ベルトを用意するステップと、前記鋳造キャビティを通って前記少なくとも１つの鋳造ベルトを連続的に進めるステップと、前記鋳造キャビティの入口部に前記溶融金属を供給するステップと、前記少なくとも１つの鋳造ベルトが前記鋳造キャビティを通過する際に前記少なくとも１つの鋳造ベルトを冷却するステップと、前記鋳造キャビティの出口部から得られる鋳造ストリップを連続的に集めるステップとを備えている前記方法が提供される。
【００１２】
本発明のまた別の態様によれば、連続鋳造装置に使用するのに適合した鋳造ベルトであって、少なくとも部分的に鋳造キャビティを規定する鋳造表面を備えた少なくとも１つの可動エンドレスベルトと、前記鋳造キャビティを通って前記少なくとも１つのエンドレスベルトを進める手段と、前記鋳造キャビティ内へ溶融金属を注入する手段と、前記少なくとも１つのエンドレスベルトが前記鋳造キャビティを通過する際に前記少なくとも１つのエンドレスベルトを冷却する手段とを備え、前記鋳造ベルトが、アルミニウム又はアルミニウム合金から作られている前記鋳造ベルトが提供される。
【００１３】
本発明では、前記鋳造ベルトが、好ましくは、１〜２ｍｍの範囲の厚さを有し、好ましくは、ＡＡ５ＸＸＸ及びＡＡ６ＸＸＸ合金系から選択される金属から作られる。更に、本発明に係る前記鋳造ベルトは、好ましくは、少なくとも１００ＭＰａの降伏強さ、及び、１２０Ｗ／ｍ−Ｋより大きい熱伝導率を有する。
【００１４】
本発明に係る前記鋳造ベルトは、例えば、アルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛及びそれらの合金、特に、例えばＡｌ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ及びＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金系のようなアルミニウム合金などの非鉄金属及び軽金属を鋳造するために使用することができる。
【００１５】
アルミニウム製ベルトは、最新のベルト式鋳造機に要求される、可撓性を有するベルト式の鋳造作業に適した特有の性質を有することが予想外に見出された。かかる鋳造機では、ベルトは、厳しい熱応力の下で（永久変形なく）安定したままであることが要求され、冷却剤の層の上に“浮いている”場合でさえ、鋳造キャビティの上流の端部において入口湾曲部に従うよう求められる。このような性能を達成するために要求される特性の組み合わせは複雑であり、例えば、材料の熱伝導率、強度、引張応力及び熱膨張係数に依存する。
【００１６】
本発明は、アルミニウム合金製ベルトが、鋼製又は銅製のどちらのベルトより製作することが容易である（安価である）利点を有する。アルミニウム製ベルトは、典型的な銅製ベルトより “塑性歪み”を受けにくい。塑性歪みは、金属ストリップ（metal strip）又はベルトが、熱歪み力を受ける場合に永久変形を呈する傾向である。耐塑性歪みがあるベルトは、熱的に歪ませる応力が取り除かれると弾力的に元の形状に戻る。塑性歪みは、特定の剛性（ヤング率／密度）及び特定の強度（降伏強さ／密度）によって規定され、両方の高い値が、耐塑性歪みに有利であると考えられている。アルミニウム合金は、この点において銅より一般に優れている。特に、アルミニウム合金製ベルトは、耐塑性歪みを確保するために、１００ＭＰａを超える範囲の降伏強さを有することが好ましい。
【００１７】
アルミニウム製ベルトは、ある合金、例えばＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ又はＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎタイプのフィン状及びフォイル状合金などに改良した表面品質を与え、鋼製又は銅製のどちらのベルトより、より広範囲の可鋳性を提供できることが見出された。かかる合金はまた、しばしば“短い凝固範囲を有する合金（short freezing range alloy）”と呼ばれており、従来、ベルト鋳造中にある問題を呈していた。例えば、フィン状及びフォイル状合金は、テクスチュアされた、あるいはセラミックコーティングされた鋼製ベルト上に鋳造することができる。これらのベルト上に作られる鋳造スラブは、シェル歪みはないが、分離した表面偏析層（surface segregation layer）を有する。前記合金が銅製ベルト上に鋳造される場合には、表面品質は良好であるが、前記スラブの内部品質は、シェル歪みのために許容できない。フォイル状合金がアルミニウム製ベルト上に鋳造された場合には、得られるスラブは、表面偏析やシェル歪みがともになかった。アルミニウム製ベルトはまた、Ａｌ−Ｍｇ及びＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ自動車用合金が銅製ベルト上に鋳造される場合に見られるシェル歪み量を低減することにより、Ａｌ−Ｍｇ及びＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ自動車用合金における表面品質を改良することができる。
【００１８】
（発明を実施するための最良の形態）
図１及び図２は、例えば溶融したアルミニウム合金のような溶融金属をストリップの形態にて連続鋳造するための、双ベルト式の鋳造機１０を（簡略化した形態にて）示している。本発明は、決してそればかりではないが、例えば米国特許第４０６１１７７号及び同第４０６１１７８号に開示される鋳造ベルトに適用することができ、それらの開示事項は、引用することによりここに組み入れられる。本発明の原理は、単一ベルト式の鋳造システムの鋳造ベルトにも首尾良く実施できるものである。図１及び図２のベルト式連続鋳造機械の簡単な構造及び作動を、以下に説明する。
【００１９】
図１及び図２に示すように、鋳造機械１０は、循環する（エンドレスの：endless）、１対の可撓性を有する鋳造ベルト１２及び１４を有しており、これらの鋳造ベルトのそれぞれは、一端の上側プーリ１６及び下側プーリ１７と、他端の上側液体ベアリング１８及び下側液体ベアリング１９によって運行されている。各プーリは、前記機械の支持構造に回転可能に取り付けられ、好適な駆動手段によって駆動される。簡潔化の目的で、図１及び図２には前記支持構造及び駆動手段は図示されていない。鋳造ベルト１２及び１４は、それらが両者間に、つまり、ベルトの隣接する鋳造表面間に、（型とも呼ばれる）鋳造キャビティ２２を形作る領域を通って実質的に等しい速度で、互いに実質的に平行に、（好ましくは僅かな程度収束して）走行するように配置されている。鋳造されるべき金属ストリップの所望の厚さに応じて、鋳造キャビティ２２は、その幅を調節することができる。溶融金属は、入口部２５を通って矢印２４の方向に鋳造キャビティ２２内へ連続的に供給され、その間、ベルトは、例えば裏面への液体冷却剤２０の直接的な衝突により、その裏面側で冷却される。
【００２０】
図示した装置では、鋳造される溶融金属の経路は、鋳造キャビティの入口部２５から出口部２６にかけて僅かな程度の下向きの傾斜をもっているがほぼ水平である。
【００２１】
溶融金属は、鋳造キャビティ２２の入口部２５に配置された（図示しない）好適な樋（ローンダ：launder）又はトラフ（trough）により、鋳造キャビティ２２に供給される。例えば、本願の譲渡人に譲渡されている米国特許第５６３６６８１号に記載されている溶融金属インジェクタ（injector）が、鋳造機械１０に溶融金属を供給するのに用いられてもよい。図示されていないけれども、鋳造キャビティ２２の縁部での囲い（エンクロージャ：enclosure）を完全なものとするために、機械の各側部にエッジダムが備えられている。前記鋳造機械の作動においては、鋳造キャビティ２２の入口部２５に供給された溶融金属は、ベルト１２、１４の連続動作により、鋳造キャビティ２２を通ってその出口部２６に向かって進むことが理解されよう。鋳造キャビティ（移動型）２２に沿った移動期間中、金属からの熱は、ベルト１２、１４を通って伝達され、供給された冷却剤２０によってそこから除去される。そして、溶融金属は、ベルトの鋳造表面と接触して、その上側及び下側の表面から内部に向かって漸次凝固するようになる。溶融金属は、鋳造キャビティの出口部２６に至るまでに十分に凝固し、連続した固形体の鋳造されたストリップ３０（図２）の形態で、矢印２７により示される方向に、出口部２６から出て来る。前記ストリップの厚さは、ベルト１２及び１４の鋳造表面によって規定されるように、鋳造キャビティ２２の幅により定められる。鋳造ストリップ３０の幅は、鋳造ベルト１２、１４の幅に一致する。
【００２２】
本発明によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金が、双ベルト式の鋳造機械１０用の鋳造ベルト１２、１４のための材料として使用されており、特に、例えばアルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛又はそれらの合金のような非鉄金属及び軽金属の鋳造用に使用される。殆どのアルミニウム合金が、前記ベルトの材料に適しているが、Ａｌ−Ｍｇ（ＡＡ５ＸＸＸタイプ）又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ（ＡＡ６ＸＸＸタイプ）の合金は、できる限り広範な安定した熱流束の作動を提供するので特に適している。従って、これらの合金は、多様な製品タイプに使用される、及び／又は、ある範囲の鋳造速度を超えて運転される鋳造機械に使用するのに最も適している。特に、好ましい合金は、ＡＡ５７５４、ＡＡ５０５２及びＡＡ６０６１である。
【００２３】
一般に、容易に溶接可能であり、ひずみ硬化又は熱処理され、好適な規格（gauge）及び良好な降伏強さ（好ましくは少なくとも１００ＭＰａ）を有する、あらゆるアルミニウム合金を用いることができる。本発明のベルトは、通常１から２ｍｍの範囲の厚さで製作されるが、それより薄い又はそれより厚いベルトが特定の用途に提供されてもよい。
【００２４】
アルミニウム合金から作られる鋳造ベルトが、類似する金属を鋳造するのに使用できるという事実は驚くべきことである。以前、裏面への冷却によるアルミニウム製ベルトの熱歪みは、鋼及び銅の両方に比してアルミニウムの高い熱膨張に起因し溶融アルミニウムに影響を及ぼすことにより、鋳造インゴットの表面品質を低下させると本発明の発明者らによって信じられていた。しかしながら、例えば、ベルトの裏面に冷却ノズルから出るウェータージェット（好ましくは高速で流すこと）により供給されるように、ベルトの断面を通じて十分な冷却を有する場合には、アルミニウム合金製ベルトは、非鉄金属及び軽金属の鋳造用に効果的に、且つ安全に使用することができる。更に、離型剤の使用や好適なベルト張力が、高品質で安全な鋳造プロセスが存在することを可能にする。
【００２５】
更に驚くべきことに、通常、テクスチュアされた鋼製ベルト上に鋳造されるフィン状又はフォイル状合金を、アルミニウム合金製ベルトの上により良好な表面品質でより良く鋳造できることを見出した。典型的には、これらのフィン状及びフォイル状合金は、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ又はＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系から作られ、０．０６から２．２ｗｔ％の量のＦｅ、０．０５から１．０ｗｔ％の量のＳｉ、及び１．５ｗｔ％までのＭｎを含有し得る組成を有している。
【００２６】
更に、アルミニウム製ベルトは、異なる合金のために鋼製及び銅製のベルト間で交換する必要がなく、１種類のベルト上に、短い凝固範囲を有するＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ合金及び長い凝固範囲を有するＡｌ−Ｍｇ合金のような広範囲のアルミニウム合金を鋳造する機能を備えている。なお、本発明のベルト上に鋳造できるアルミニウム合金の種類を限定するものではない。
【００２７】
上述したように、本発明のアルミニウム合金製ベルトは、ベルトが変形される、軟化される、又は融解されるようになる温度を超えてベルトが加熱されることを抑制するために行われる冷却のため、類似する溶融金属を鋳造するのに使用することができる。図３は、金属鋳造中のベルト式鋳造機の鋳造ベルトの断面を示す。視覚化を容易にするために、ベルトの表面の不均一が、この図では誇張されている。図３では、溶融した非鉄金属及び／又は軽金属３２（例えば、アルミニウム合金）は、前記金属が薄いガス層４０によりベルトの鋳造表面３６から分離された状態にあることを別にすれば、ノズル３４の端部から移動する鋳造ベルト３８の鋳造表面３６上に注入される。前記ベルト表面はまた、離型剤の層４２、例えば前記ガス層から分離する液体ポリマーの層又は黒鉛粉末の層を有している。本発明では、液体離型剤の層の使用が好ましいが、本質的なものではない。前記離型剤の層は、断熱ガス層４０を形成するのに役立つ。鋳造表面３６に対して前記ベルト３８の反対側では、冷却水の層４４が、十分な冷却を達成するために前記ベルトと接触している。双ベルト式の鋳造機械の場合には、同一の構造が、溶融金属３２の上側部分にも存在するが、図３ではこの構造は示されていない。
【００２８】
前記鋳造表面３６は、ガス層４０により、また、非常に小さい程度においては離型剤の層４２により、高温の金属から極めて保護された状態にある。従って、前記ベルトの金属は、歪み又は溶融の問題が発生するほど高い温度に決してさらされない。冷却剤は、前記ベルトの熱い表面の温度が、好ましくは１２０℃より下にとどまること、また、前記ベルトを横切る温度降下が、好ましくは９０℃より小さいことを確保するために十分な熱除去をもたらすのであれば、あらゆる便利な手段によってベルトの裏側に適用される。例えば米国特許第４１９３４４０号に記述された冷却剤適用装置は、（この特許の開示事項が、引用することによりここに組み入れられる）非常に均一な態様で十分な冷却を付与することができる。
【００２９】
上述したように、アルミニウム合金は、鋼及び銅の熱伝導率の中間の熱伝導率を有する。ベルトの熱伝導率は、鋳造プロセスにとって重要な因子である。ベルトの熱伝導率が低い場合には、金属は鋳型内でよりゆっくりと冷却する。ベルトの熱伝導率が高い場合には、金属はより急速に冷却する。熱が溶融金属（熱流束）から引き出される割合は、ベルトの熱伝導率にある程度依存する。一般に、特定のタイプの合金においては、好適な製品品質をもたらす熱流束の範囲が存在する。この範囲のほぼ中間の熱流束を生じるベルトは、合金タイプを鋳造するのに最も好適であると考えられる。短い凝固範囲を有する合金において、アルミニウム合金から作られるベルトは、中間の熱流束を生じ、それ故に、このタイプの合金を鋳造するのに最も好適である。銅製及び鋼製のベルトは、所望の範囲の熱流束のどちらかの端部において有効に作動する傾向を有しており、従って、異なる組成の合金に対応するためにはベルトの交換が必要であるのに対し、アルミニウム合金製ベルトは、表示されたタイプの全ての合金に使用することができる。
【００３０】
ここに記述されるタイプのベルト式鋳造機では、臨界作動パラメータは、ベルトが永久に変形し、質の悪い鋳造物や鋳造ベルトを交換する必要性をもたらす前に維持することができる最大熱流束である。最大の維持可能な熱流束は、冷却剤とベルトとの間の熱移動に依存する。一般的に、熱移動係数は、場所に依存して１０から６０ｋＷ／ｍ−Ｋまで変化し得る。表１は、この範囲の熱移動係数及び同一の作動状態（ベルトの厚さを含む）の下で、異なる材料のベルトに関してできる限り維持可能な熱流束の範囲を記載する。典型的な鋼製ベルト、米国特許第４９１５１５８号に記述されるような銅製ベルト材、並びにＡｌ−Ｍｇ及びＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉタイプのアルミニウム合金製ベルトの値が、表に示されている。
【００３１】
アルミニウム製ベルトにおいて、好ましい熱伝導率は、１２０Ｗ／ｍ−Ｋより大きく、また、好ましい降伏強さは、１００ＭＰａより大きい必要がある。表１のアルミニウム合金はともに、これらの好ましい制限を超えている。この表に示すように、アルミニウム合金製ベルトは、鋼より広範な臨界熱流束の範囲を備えており、低い凝固範囲を有する合金の鋳造作業が最も行われる前記領域における銅の範囲の一部と重なり合う。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
当然、この性能は、コーティング、パーティング層（parting layer）、及び表面陽極酸化などのベルトに対する他の仕上げを適用することにより、更に変更（最大熱流束の減少）することができる。また、前記ベルトは、テクスチュアされた表面を備えていることが好ましい。
【００３４】
本発明は、以下の実施例を参照して更に説明される。この実施例は、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
【００３５】
実施例１
一般的なＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉフォイル状製品（ＡＡ１１４５）のために一般に使用されるアルミニウム合金が、双ベルト式のテストベッド（test bed）に、０．０６０インチの厚さを有するアルミニウム合金ＡＡ５７５４製ベルトにそれぞれ１０ｍｍの厚さで鋳造された。前記ベルトは、その表面に研磨用ベルトを適用することによりテクスチュアされ、溝を横方向に測定すると表面粗さＲａが約２５マイクロインチの粗さを有する実質的に長手方向に沿う溝を作り出す（表面粗さ値（Ｒａ）は、表面粗さの相加平均である）。比較例がまた、重度にテクスチャードされた（heavily textured）鋼製ベルトと軽度にテクスチャードされた（lightly textured）銅製ベルトとに鋳造された。鋼製及びアルミニウム製のベルト上に鋳造された材料の表面の顕微鏡写真が、図４ａ及び図４ｂに比較されており、鋼製ベルト（図４ａ）は、表面偏析層の生成を引き起こすのに対し、アルミニウム合金製ベルト（図４ｂ）は、表面偏析層の生成を引き起こさないことを示している。銅製及びアルミニウム合金製のベルト上に作り出される鋳造スラブの内部のＸ線写真が、図５ａ及び５ｂにそれぞれ比較されており、銅製ベルト（図５ａ）は、材料内にシェル歪み（明るいバンド(band）により囲まれた範囲として見える領域）が生じるのに対し、アルミニウム製ベルト（図５ｂ）は、シェル歪みが生じない。
【００３６】
実施例２
自動車用途に一般に使用されるアルミニウムＡｌ−Ｍｇ（ＡＡ５７５４）合金が、双ベルト式のテストベッドに、０．０６０インチの厚さを有するアルミニウム合金ＡＡ５７５４製ベルトにそれぞれ１０ｍｍの厚さで鋳造された。前記ベルトは、実施例１に記述されるようにテクスチュアされた。比較例がまた、軽度にテクスチャードされた銅製ベルト上に鋳造された。鋼製ベルト上に鋳造される場合、表面品質が極端に悪いような鋳造物は、鋼製ベルト上に作られなかった。銅製及びアルミニウム合金製のベルト上に作り出される鋳造スラブの内部のＸ線写真（厚さ方向のＸ線プリント）が、図６ａ及び図６ｂにそれぞれ比較されており、銅製ベルト（図６ａ）は、材料内にシェル歪み（Ｘ線において明るい斑点として見える領域）が生じるのに対し、アルミニウム製ベルト（図５ｂ）は、シェル歪みが生じない。光学イメージがまた、２つの鋳造物の表面から作られ、図７ａ及び７ｂに、銅製及びアルミニウム製のベルト上にそれぞれ作り出されるスラブについて比較されている。図７ａは、このタイプの鋳造機に銅製ベルトを使用することから得られるシェル歪みの特徴を示す円形の表面欠陥を示しているのに対し、図７ｂは、アルミニウム製ベルトを使用することから得られる欠陥のない表面を示している。
【００３７】
実施例３
自動車用途にまた一般的に使用されるアルミニウムＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ（ＡＡ６１１１）合金がまた、双ベルト式のテストベッドに、０．０６０インチの厚さを有するアルミニウム合金ＡＡ５７５４製ベルトにそれぞれ１０ｍｍの厚さで鋳造された。前記ベルトは、実施例１に記述されるようにテクスチャードされた。比較例がまた、軽度にテクスチャードされた銅製ベルト上に鋳造された。銅製ベルト上に鋳造される場合、表面品質が一般に悪いような鋳造物は、鋼製ベルト上に作られなかった。光学イメージが、２つの鋳造物の表面から作られ、図８ａ及び８ｂに、銅製及びアルミニウム製のベルト上にそれぞれ作り出されるスラブについて比較されている。図８ａは、このタイプの鋳造機に銅製ベルトを使用することから得られる表面品質が、図８ｂに示すように、アルミニウム製ベルトを使用することから得られるものよりさらに悪いことを示している。
【００３８】
本発明は幾つかの好ましい実施形態に関連して記述されているが、その記述は、本発明の説明のためのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきものではない。添付された特許請求の範囲によって規定されるように本発明の領域から逸脱することなく、種々の変更及び変形が当業者において行われる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明が適用し得る連続双ベルト式鋳造機械の簡略化した側面図である。
【図２】図１における前記鋳造機械の出口部分の拡大図である。
【図３】溶融金属が鋳造キャビティ内へ導かれる領域についての双ベルト式鋳造機械の拡大部分断面図である。
【図４ａ】フォイル状合金からなる鋳放しのスラブの表面偏析に関してアルミニウム製ベルトに対する鋼製ベルトの効果を示す顕微鏡写真である。
【図４ｂ】フォイル状合金からなる鋳放しのスラブの表面偏析に関してアルミニウム製ベルトに対する鋼製ベルトの効果を示すＸ線写真である。
【図５ａ】図４ａ及び図４ｂと同一のフォイル状合金からなる鋳放しのスラブの内部構造に関して銅製ベルトに対するアルミニウム製ベルトの効果を示すＸ線写真である。
【図５ｂ】図４ａ及び図４ｂと同一のフォイル状合金からなる鋳放しのスラブの内部構造に関して銅製ベルトに対するアルミニウム製ベルトの効果を示すＸ線写真である。
【図６ａ】Ａｌ−Ｍｇ合金からなる鋳放しのスラブの内部構造に関して銅製ベルトに対するアルミニウム製ベルトの効果を示すＸ線写真である。
【図６ｂ】Ａｌ−Ｍｇ合金からなる鋳放しのスラブの内部構造に関して銅製ベルトに対するアルミニウム製ベルトの効果を示すＸ線写真である。
【図７ａ】図６ａ及び図６ｂと同一の合金からなる鋳放しのスラブの表面構造に関して銅製ベルトに対するアルミニウム製ベルトの効果を示す光学写真である。
【図７ｂ】図６ａ及び図６ｂと同一の合金からなる鋳放しのスラブの表面構造に関して銅製ベルトに対するアルミニウム製ベルトの効果を示す光学写真である。
【図８ａ】Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金からなる鋳放しのスラブの表面構造に関して銅製ベルトに対するアルミニウム製ベルトの効果を示す光学写真である。
【図８ｂ】Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金からなる鋳放しのスラブの表面構造に関して銅製ベルトに対するアルミニウム製ベルトの効果を示す光学写真である。
【図１】
2007533459.tif 000004
【図２】
2007533459.tif 000005
【図３】
2007533459.tif 000006
【図４ａ】
2007533459.tif 000007
【図４ｂ】
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【図５ａ】
2007533459.tif 000009
【図５ｂ】
2007533459.tif 000010
【図６ａ】
2007533459.tif 000011
【図６ｂ】
2007533459.tif 000012
【図７ａ】
2007533459.tif 000013
【図７ｂ】
2007533459.tif 000014
【図８ａ】
2007533459.tif 000015
【図８ｂ】
2007533459.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月20日(2005.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ストリップを連続的に鋳造する連続ベルト式鋳造装置であって、
１〜２ｍｍの範囲の厚さを有し、少なくとも部分的に鋳造キャビティを規定する鋳造表面を備えた少なくとも１つの可動エンドレスベルトと、
前記鋳造キャビティを通って前記少なくとも１つのエンドレスベルトを進める手段と、
前記鋳造キャビティ内へ溶融金属を注入する手段と、
前記少なくとも１つのエンドレスベルトが前記鋳造キャビティを通過する際に前記少なくとも１つのエンドレスベルトを冷却する手段と、
を備え、
前記少なくとも１つのエンドレスベルトが、アルミニウム又はアルミニウム合金から作られている、
ことを特徴とする連続ベルト式鋳造装置。
【請求項２】
前記アルミニウム合金が、ＡＡ５ＸＸＸ及びＡＡ６ＸＸＸ合金系からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アルミニウム合金が、ＡＡ５７５４、ＡＡ５０５２及びＡＡ６０６１からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの鋳造ベルトが、少なくとも１００ＭＰａの降伏強さを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの鋳造ベルトが、１２０Ｗ／ｍ−Ｋより大きい熱伝導率を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記装置が、前記アルミニウム又はアルミニウム合金から作られる２つの前記エンドレスベルトを有する双ベルト式鋳造装置であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
ストリップの形態にて溶融金属を鋳造する方法であって、
アルミニウム又はアルミニウム合金から作られ、１〜２ｍｍの範囲の厚さを有し、少なくとも部分的に鋳造キャビティを規定する鋳造表面を備えた少なくとも１つの鋳造ベルトを用意するステップと、
前記鋳造キャビティを通って前記少なくとも１つの鋳造ベルトを連続的に進めるステップと、
前記鋳造キャビティの入口部に前記溶融金属を供給するステップと、
前記少なくとも１つの鋳造ベルトが前記鋳造キャビティを通過する際に前記少なくとも１つの鋳造ベルトを冷却するステップと、
前記鋳造キャビティの出口部から得られる鋳造ストリップを連続的に集めるステップと、
を備えていることを特徴とする溶融金属を鋳造する方法。
【請求項８】
前記型に溶融金属を供給する前記ステップが、溶融したアルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、あるいはアルミニウム、マグネシウム、銅又は亜鉛の合金を供給することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記鋳造キャビティに溶融金属を供給する前記ステップが、溶融したアルミニウム又はアルミニウム合金を供給することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記鋳造キャビティに溶融金属を供給する前記ステップが、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ又はＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金を供給することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記鋳造キャビティに溶融金属を供給する前記ステップが、Ａｌ−Ｍｇ又はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を供給することを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのベルトが前記鋳造キャビティを通って進められる前に、前記鋳造表面に離型剤を適用するステップを更に備えていることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの鋳造ベルトとしてＡＡ５ＸＸＸ又はＡＡ６ＸＸＸ合金系のアルミニウム合金から作られるベルトを用意することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記鋳造ベルトとして少なくとも１００ＭＰａの降伏強さを有するベルトを用意することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの鋳造ベルトとして１２０Ｗ／ｍ−Ｋより大きい熱伝導率を有するベルトを用意することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１６】
連続鋳造装置に使用するのに適合した鋳造ベルトであって、  
１〜２ｍｍの範囲の厚さを有し、少なくとも部分的に鋳造キャビティを規定する鋳造表面を備えた少なくとも１つの可動エンドレスベルトと、
前記鋳造キャビティを通って前記少なくとも１つのエンドレスベルトを進める手段と、
前記鋳造キャビティ内へ溶融金属を注入する手段と、
前記少なくとも１つのエンドレスベルトが前記鋳造キャビティを通過する際に前記少なくとも１つのエンドレスベルトを冷却する手段と、
を備え、
前記鋳造ベルトが、アルミニウム又はアルミニウム合金から作られている、
ことを特徴とする鋳造ベルト。
【請求項１７】
前記鋳造ベルトに用いられる前記アルミニウム合金が、ＡＡ５ＸＸＸ及びＡＡ６ＸＸＸ合金系から選択される合金であることを特徴とする請求項１６に記載の鋳造ベルト。
【請求項１８】
前記鋳造ベルトが、少なくとも１００ＭＰａの降伏強さを有することを特徴とする請求項１６に記載の鋳造ベルト。
【請求項１９】
前記鋳造ベルトが、１２０Ｗ／ｍ−Ｋより大きい熱伝導率を有することを特徴とする請求項１６に記載の鋳造ベルト。
【国際調査報告】
2007533459.tif 000017
2007533459.tif 000018