(57)【要約】本発明は溶融金属を連続鋳造機の対向する鋳造面の間に形成されるモールドに供給するフィーダーを提供する。フィーダーは、突き出た先端部であって、溶融金属と接触する内面と、概して平坦な外面と、内面と外面との間で延在する、突き出た先端部の外側端末における端面とを備えた下部壁を少なくとも含む突き出たノズル先端部を含む。内面は、概して平坦で、好ましくは８°以下の傾斜で、先端部の端末に向けて動くと考えられる外面の方向に傾斜している。端面は、概して平坦で、内面の先端部端末から離れる方向に対し、例えば１５〜８０°のような８８°より小さい鋭角で、内面から外面に延在する。フィーダーは、鋳造中の金属酸化物破壊により生じる表面欠陥を低減した金属板物品を鋳造する。
2008531285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造機の対向する鋳造面の間に形成されるモールドに溶融金属を供給するフィーダーであって、該フィーダーは、
突き出た先端部であって、溶融金属が接触する内面と、外面と、内面と外面との間で延在する、突き出た先端部の外側端末における端面と、を備える少なくとも１つの壁を含む突き出た先端部を有するノズルを含み、
内面と端面とは線状部分で接続し、８８°より小さい挟角を形成し、かつ前記少なくとも１つの壁が、前記線状部分に隣接する部分で０．５〜３ｍｍの厚さを有することを特徴とするフィーダー。
【請求項２】
前記挟角が、１５°〜８５°であることを特徴とする請求項１に記載のフィーダー。
【請求項３】
前記挟角が、１５°〜８０°であることを特徴とする請求項１に記載のフィーダー。
【請求項４】
前記挟角が、１５°〜７５°であることを特徴とする請求項３に記載のフィーダー。
【請求項５】
前記挟角が、３０°〜７０°の範囲より選択されることを特徴とする請求項３に記載のフィーダー。
【請求項６】
前記厚さが、１ｍｍ±０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のフィーダー。
【請求項７】
先端部が、金属を運ぶ流路を介して互いに対向する、前記金属と接触する内面を備えた、互いに整列する２つの前記壁を有することを特徴とする請求項３に記載のフィーダー。
【請求項８】
前記先端部の前記壁が、前記外側端末に向かって延在する方向において、互いに逸れることを特徴とする請求項７に記載のフィーダー。
【請求項９】
前記壁が、先端部の長手方向軸から約８°の角度で逸れることを特徴とする請求項８に記載のフィーダー。
【請求項１０】
鋳造空洞を介して互いに対向する１組のエンドレス鋳造表面と、
鋳造表面を同じ速度で同じ方向に動かす手段と、
前記鋳造空洞の一端で前記鋳造空洞に溶融金属を導入するフィーダーと、
を含む連続鋳造機であって、
前記フィーダーは、突き出た先端部であって、溶融金属と接触する内面と、外面と、内面と外面との間に延在する、突き出た先端部の外側端末における端面と、を備えた少なくとも１つの壁を含む突き出た先端部を有するノズルを含み、
前記内面と前期端面とは線状部分で接続し、８８°より小さい挟角を形成し、前記少なくとも１つの壁は、前記線状部分に隣接する部分で０．５〜３ｍｍの厚さを有し、前記線状部分は鋳造中、隣接する１つの前記鋳造表面から０．５〜３ｍｍの間隔で保持されることを特徴とする連続鋳造機。
【請求項１１】
前記挟角が１５°〜８５°であることを特徴とする請求項１０に記載の連続鋳造機。
【請求項１２】
前記挟角が１５°〜８０°であることを特徴とする請求項１０に記載の連続鋳造機。
【請求項１３】
前記挟角が１５°〜７５°であることを特徴とする請求項１２に記載の連続鋳造機。
【請求項１４】
前記挟角が３０°〜７０°であることを特徴とする請求項１２に記載の連続鋳造機。
【請求項１５】
前記間隔が１ｍｍ±０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１０に記載の連続鋳造機。
【請求項１６】
先端部が、金属を運ぶ流路を介して互いに対向する、前記金属と接触する内面を備えた、互いに整列する２つの前記壁を有することを特徴とする請求項１２に記載の連続鋳造機。
【請求項１７】
前記先端部の前記壁が、前記外側端末に向かって延在する方向において、互いに逸れることを特徴とする請求項１６に記載の連続鋳造機。
【請求項１８】
前記壁が、先端部の長手方向軸から約８°の角度で逸れることを特徴とする請求項１７に記載連続鋳造機。
【請求項１９】
溶融金属を連続ストリップ鋳造し、鋳造金属ストリップ物品を製造する方法であって、空気と接触すると酸化物層を形成する溶融金属を、突き出たノズル先端部を有するノズルから少なくとも１つの動く鋳造表面に供給し、溶融金属が先端部の端末と鋳造表面との間に金属酸化物の表面コーティングを有するメニスカスを形成する工程を含み、
前記溶融金属は、線状部分で接続して８８°より小さい挟角を形成する内面と端面とを有する先端部より供給し、前記少なくとも１つの壁は線状部分に隣接する部分で０．５〜３ｍｍの厚さを有し、前記線状部分を、鋳造中、隣接する１つの前記鋳造表面から０．５〜３ｍｍの間隔で配置することを特徴とする製造方法。
【請求項２０】
線状部分で接続して１５°〜８０°の範囲より選択される挟角を有する、金属と接触する内面と端面とを備えた先端部を設けることにより、溶融金属と先端部との最終接触を先端部の所定の位置に制限し、溶融金属が前記接続する線状部分から前記鋳造面に流れることを特徴とする請求項１９に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好ましくはアルミニウムおよびアルミニウム合金における、溶融金属の連続鋳造に関する。とりわけ、本発明は、溶融金属を連続鋳造機の鋳造空洞（または、鋳造キャビティー、casting cavity）に導入する方法およびこの目的で用いる金属フィーダーの設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばツインベルト式鋳造機、ツインロール式鋳造機または回転ブロック式鋳造機（rotating block caster）を用いた、金属の連続鋳造が多年に亘り行われている。これらの種類の連続鋳造機は２つの対向する連続して回転する鋳造面の間に形成される水平または僅かに下方に傾斜した鋳造空洞を通常有する。鋳造空洞の一方の端部に溶融金属を導入し、回転する鋳造面によって鋳造空洞内に引き込まれる際に溶融金属が冷却され凝固する。そして凝固金属のインゴット、スラブまたはストリップが鋳造空洞の反対側の端部より現れる。
【０００３】
鋳造表面間に溶融金属の流れを導入する、いくつかの形態の溶融金属フィーダーにより溶融金属を鋳造空洞に導入する。フィーダーは上部開放型(open-topped)のトラフ（trough）の形態でよく、溶融金属は開放型の注ぎ口(open spout)または湯道により鋳造空洞に向かい（以下、「プールフィード(pool feeding)」と称する。）、またはより好ましくは、溶融金属が、終端から現れるまで溶融金属を取り囲み、制限するノズルを用いる。
【０００４】
ＤＣ（ダイレクトチル）鋳造機および連続ストリップ鋳造機で製造した鋳造後のインゴットは、いろいろな種類の表面欠陥を有する金属スラブまたはストリップを製造する。ＤＣ鋳造では、このような欠陥は、しばしばスカルピング（または、皮剥ぎ、scalping）により取り除く。しかしながら、連続ストリップ鋳造ではスカルピングは実用的または経済的ではない場合があり、最初から最小限の表面欠陥を有する物品が供給されるのが望ましい。
【０００５】
表面欠陥は、金属を供給するシステムの耐火材料との反応、および不均一な局所的な冷却を含む多くのメカニズムにより生じ得る。そして表面欠陥の寸法および数が減少するように多くの改善がなされている。
【０００６】
別の一般的なメカニズムは、湯境(cold shut)を形成する表面酸化物の巻込み（または、エントレインメント、entrainment）を含む。このような欠陥は、金属フィーダーから出て、動く鋳造表面に接触する溶融金属のメニスカス表面(meniscus surface)に形成する不可避的な表面酸化物により生じる。動く鋳造表面に沿って引きずられることから酸化物フィルムが引っ張られ、割れて、比較的大きな、視認できる不規則な表面欠陥を生ずる。この表面欠陥は鋳造物品の外観に影響を及ぼすだけでなく、圧延性の問題を引き起こす構造的な脆弱性をも、生じ得る。これら欠陥は、箔、缶、自動車用板材のような表面の重要な用途にとっては、とりわけ重大であり、鋳造の速度を制限し得る。
【０００７】
例えば米国特許公報第５，６３６，６８１号（１９９７年６月１０日発行）、米国特許公報第６，７２５，９０４号（２００４年４月２７日）のようにフィーダーの構造および連続鋳造の鋳造空洞に金属を導入する方法を開示する多くの既知の参考文献がある。これらの特許公報は、鋳造空洞への乱流のない金属フローを生じさせることを意図したフィーダーの設計を開示する。
【０００８】
２００３年１２月１７日に権利化されたＨａｚｅｌｅｔｔ−Ｓｔｒｉｐ−Ｃａｓｔｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（発明者Ｖａｌｅｒｉｅ  Ｇ．  Ｋａｇａｎ）の欧州特許第０  ９０２  ２７１号は、ベルトに金属を「注ぐ（または、注湯する、ｐｏｕｒ）」、金属供給装置（metal delivery device）を備えたベルト式鋳造装置を開示する。この供給装置の先端部(tip)は、ベルトから離して配置し、供給装置の金属と接触する内面と直角に配置した終端部表面で終端している。
【０００９】
１９８７年３月１０日発行のＨａｚｅｌｅｔｔ−Ｓｔｒｉｐ−Ｃａｓｔｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（発明者Ｒｏｂｅｒｔ  Ｗ．Ｈａｚｅｌｅｔｔ他）の米国特許第４，６４８，４３８号は、ベルト式鋳造機と先端部の端末が「角形(squared)」で、鋳造面に対して直角に配置する金属供給装置とを開示している。
【００１０】
以下は、内部が、先に向けてテーパーが付いている先端部を有するストリップ鋳造機の例である。
【００１１】
１９７３年１１月２７日発行のＰｒｏｌｉｚｅｎｚ  ＡＧ（発明者Ｉｖａｎ  Ｇｙｏｎｇｙｏｓ）の米国特許３，７７４，６７０号、１９９７年８月２６日発行のＨｕｎｔｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏ．，  Ｉｎｃ．（発明者Ｄｅｎｉｓ  Ｍ．Ｓｍｉｔｈ）の米国特許第５，６６０，７５７号および２００１年１月１６日発行のＡｌｕｍｉｎｕｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ（発明者Ｎａｉ−Ｙｉ−Ｌｉ他）米国特許６，１７３，７５５号。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、溶融金属、とりわけ溶融アルミニウムおよび溶融アルミニウム合金の連続鋳造を改良することであり、特に鋳造物品の表面欠陥の低減、さらにとりわけ鋳造表面への酸化物の混入を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１つの要旨では、連続鋳造機の対向する鋳造面の間に形成されるモールドに溶融金属を供給するフィーダーを提供する。フィーダーは、突き出た先端部であって、溶融金属と接触する内面と、外面と、内面と外面との間で延在する、突き出た先端部の外側端末(outer extremity)における端面とを備えた少なくとも１つの壁を含む突き出た先端部を有するノズルを含む。内面と端面とは線状部分(または、直線部、line)で接続し、８８°より小さい挟角(included angle)を形成し、またノズルの壁は線状部分の隣接部分で０．５〜３ｍｍの厚さを有する。
【００１４】
本発明の別の実施形態では、中主空洞を介し互いに対向する１組のエンドレス鋳造面と、この１組の鋳造面を同じ方向に同じ速度で動かす手段と、鋳造空洞の一端から鋳造空洞に溶融金属を導入するフィーダーとを含む連続鋳造機を提供する。フィーダーは、突き出た先端部であって、溶融金属と接触する内面と、外面と、内面と外面との間で延在する、突き出た先端部の外側端末における端面とを備えた少なくとも１つの壁を含む突き出た先端部を有するノズルを含む。内面と端面とは線状部分で相互に接続し、８８°より小さい挟角を形成する。ノズルの壁は線状部分の隣接部分で０．５〜３ｍｍの厚さを有し、線状部分は鋳造中、隣接する鋳造表面から０．５〜３ｍｍの間隔で保持されている。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態では、溶融金属を連続鋳造し鋳造金属ストリップ物品を形成する方法を提供する。この方法は、空気と接触すると酸化物層を形成する溶融金属を、突き出たノズル先端部を有するノズルから少なくとも１つの動く鋳造表面に供給(feeing)する工程を含み、この結果、溶融金属は、先端部の端末と鋳造表面との間に金属酸化物の表面コーティングを有するメニスカスを形成する。溶融金属は、線状部分で相互に接続し、８８°より小さい挟角を形成する内面と端面とを備えた壁を有する先端部より供給する。壁は線状部分に隣接する部分で０．５〜３ｍｍの厚さを有している。先端部は、鋳造中、線状部分が０．５〜３ｍｍの範囲で隣接する鋳造表面から離れるように配置する。
【００１６】
本発明は、優れた表面品質を有する連続的に鋳造したストリップ物品を得ることに関する。発明者らは鋳造技術および装置の通常の改良を行うことにより表面品質を改良することで、鋳造方向に直角に鋳造物品を横切り延在する周期的な表面のスジ(surface striation)の存在に気がついた。発明者らは、これらのスジが少なくとも部分的には、鋳造用先端部と鋳造面との間に形成するメニスカスの振動に起因することを見出した。アルミニウムのような反応性金属を鋳造する場合、メニスカスは金属酸化物層により被覆され、メニカスの振動により金属酸化物層の破壊を起こすことが可能である。そして、下にある露出した金属は、空気との反応により急速に新しい酸化物層を成長させるが、しかし酸化物層は鋳造表面で引っ張られることから、この破壊は、鋳造製品の表面に視認できる欠陥を形成する。メニスカスの振動は、連続鋳造機、少なくともアルミニウムおよびアルミニウム合金あるいは他の反応性金属の鋳造に用いるベルト鋳造機、にとって固有のものであり、完全になくすことは不可能であると理論付けた。従って、本願発明者らは、別のアプローチ、即ちその規則的で外観が良好であることから、表面欠陥として明確に現れない小さく規則的な間隔のスジを有する鋳造物品を形成するように振動の均一性の向上を行った。特に、例えば５０〜２００Ｈｚのような少なくとも５０Ｈｚのメニスカスの振動が、受容できる外観を得るために必要であることを見出した。
【００１７】
メニスカスは、その表面に対し直角に振動する傾向がある。すなわち、より丸くなり、そしてノズルから鋳造表面に延在する領域では、１つの振動で表されるこのようなサイクル毎に、丸くなくなる傾向がある。
【００１８】
発明者らは、メニスカスの振動の周波数は、例えば、ノズルと鋳造ベルトの間の小さいギャップでの空気圧のような外力の付加およびメニスカス領域への変動磁場の印加とのような多様なパラメータにより影響され得ることを見出した。しかしながら、発明者らは、メニスカスの振動数を増加させる最も効果的な方法は、設計の改良と鋳造表面に溶融金属を注入するのに用いるノズルの配置によることを見出した。
【００１９】
鋳造ノズルの設計について、従来のノズルは、対向する金属が接触する内面の間の溶融金属の流路(channel)を規定する１組の突き出た壁を用いる。流路は、金属が接触する内面と直角に延在する平坦な端面で突き出た壁が終端するノズルの先端部に、出口を有する。壁は、また、小さいギャップを有し、鋳造面に平行に延在する外面も有する。このような種類のノズルを用いると、メニスカスの振動が遅く、不安定であったばかりでなく、振動が金属をノズルの壁の端面に接触させ、酸化物ウィスカ（または、ホイスカ、whisker）の形成および増加をもたらし、これにより更なる接着と振動との干渉が発生することが判った。発明者らは、この影響は、端面を数°以上の角度で「カットバックする（cutting-backing）」ことにより最小化または除去し得ることを見出した。これは、端面が後方方向に、金属と接触する内面と接触する線状部分から傾斜を生じ、８８°より小さい、より好ましくは８５°より小さい、さらに好ましくは８０度より小さい、最も好ましくは７５°より小さく挟角（ノズル壁の材料内の角度）を形成し得することを意味する。より小さい角度は、これまでのところノズルを製造するのに実用的ではない（製造上の制限が克服されるならば、望ましい効果は明確ではあるけれども）。より望ましいより低いカットバック角度の限度は３０°である。より好ましいより低い角度は４５°である。最も好ましくは、ノズル壁の端面は、その全長に亘り平坦であり、すなわち内壁および外壁の交差部から、側面から側面までノズルを横切って平坦である。これは、スジをより規則的に、特に鋳造空洞の幅方向に横切って、形成するのに利点となる。
【００２０】
前述の接触する線状部分（挟角の頂点）はメニスカスの所謂「テイクオフポイント（または、離陸点、take off point)」（すなわち溶融金属とノズルとの接触がなくなり鋳造表面と接触する前の僅かな間、表面張力により支持されるポイント）を形成する。このような線状部分（すなわち、通常、平面同士が鋭角に接触する方向の急激な変化）を備えることは不可欠である。本発明の動作原理(theory of operation)に関して制限がなければ、この位置の線状部分および鋭角は、金属が先端部から出てくる位置を決定し、金属がノズル壁の端面上に逸れないことは明らかである。金属の振動は、代わりにテイクオフラインに局所化し、そこで振動は、金属が流れると、酸化物層を規則的および周期的に破壊し、これにより規則的で細かいスジが最終製品にもたらされる。
【００２１】
また、原理的な制限がなければ、メニスカスの振動の振幅は、鋳造速度（すなわち、鋳造ベルトの速度）とともに増加するようである。振動のより大きな振幅は、メニスカスがノズル端面へ「逸れる(wander)」リスクを増加させる。そこで、「カットバック（cut back）」角度は、望ましくは、鋳造速度が増加するとともに減少させてもよい（すなわち、端面の内面に対する角度は、望ましくは、例えば１５°〜８０°のようにより小さくすべきである。）。高速鋳造では、角度は好ましくは、７５°以下にすべきであり、７０°、あるいは更に６５°がより好ましい上限である。
【００２２】
理想的には、少なくともアルミニウムとアルミニウム合金については、メニスカスは５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数で振動を起こすべきである。周波数の範囲は、密度、粘度および表面張力のような、金属の物性に依存するが、しかしこれらの物性が顕著に変化する場合のみである。アルミニウム合金間の変化は極めて少ないが、しかしベース金属が変わると（例えばアルミニウムから銅に）振動に顕著に影響するような著しい変化を生じる。
【００２３】
本発明では、「テイクオフポイント」と鋳造面との間隔は、明確に限定すべきである。この間隔が大きすぎる場合、メニスカスが先端部の端面壁に逸れて、金属がノズルの下を逆方向に流れ得ることから、メニスカスを安定に保持することが、困難または不可能となる。この流れの特性は、鋳造が早まるよりむしろ液体が多く注がれるようである。しかしながら、間隔は、テイクオフポイントと鋳造面との間にメニスカスが形成できるように十分に大きくなければならない。最小の距離は、構築方法および先端部を鋳造面から僅かに間隔を空ける必要性とにより、先端部に配置する拘束(restriction)により制御する。好ましい間隔（テイクオフラインから鋳造面まで）は、約１ｍｍ±０．５ｍｍである。しかしながら、本発明は通常ノズルの壁の厚さ（通常、約１ｍｍまたは３２分の１インチ）および約３ｍｍ以下の間隔にも効果がある。
【００２４】
溶融金属は、従来のヘッドボックス(head box)またはタンディッシュから、密閉型ノズル(closed nozzle)または蓋なしノズル（、または開放型ノズル、open topped nozzle）に供給することが可能である。本発明は、両方の種類のノズルを用いてもよいが、しかし密閉型ノズルの方が好ましい。
【００２５】
ノズルが密閉型の場合、ノズルを形成する２つの壁は、平坦で全長に渡り平行でもよく、または端部が「張り出し(flared)」もしくは「逸れ(divergent)」ていてもよい。すなわち、溶融金属を供給する端末側に隣接した壁が通常８°以下の角度で外方向に傾いている。これにより壁は、先端部の端末の小さな角度により、壁を鋳造面に向け収束することができる。
【００２６】
本発明は、水平連鋳および垂直連鋳の両方を、すなわちツインベルト鋳造機、回転ブロック鋳造機、および更には双ロール鋳造機(twin-roll caster)でさえ（双ロール鋳造機は、好ましくは、本発明を用いる場合は高速で操作される。）、用いてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
上述したように、ストリップ物品（しばしば、シート、板、スラブ、インゴット、ビレット、層(layer)等と称される）を形成するための金属の連続鋳造は、何年間にも亘り、多くの異なる種類の連続鋳造機で行われている。例えば、ツインベルト鋳造機が詳細に、１９９７年１２月６日発行のＡｌｃａｎ  Ｒｅｓｅｒｃｈ  ａｎｄ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｌｉｍｉｔｅｄ（発明者Ｏｌｉｖｏ  Ｇｉｕｓｅｐｐｅ  Ｓｉｖｉｌｏｔｔｉ）の米国特許第４，０６１，１７７号に開示されており、この種の（他の種類も同様に）鋳造機は本発明を実施するのに適している。この特許開示は、参照することにより本明細書に取り込まれ、そして簡潔かつ簡素な説明を以下に示す。
【００２８】
図示するツインベルト鋳造機１０は、上部および下部エンドレス回転金属ベルト１２および１４を有し、接近した間隔の動く対向した、エンドレス回転金属ベルトの鋳造表面１６、１８は、エンドレス回転ベルトが規定する空洞入口２１から空洞出口２２までの鋳造空洞（鋳造モールド）２０を通じて、本質的に互いに平行に配置されている。エンドレス回転金属ベルトは鋳造空洞の入口と出口との間の適切な楕円または他のループ状のリターンパス(looped return)を介して回転していることから、回転金属ベルトはガイドされている。上部ベルト１２は、円筒状駆動ロール２４の周りを通り、必要に応じ適宜、アイドラーローラー(idler roller)等の列により更に支持してもよい上部パスおよび、そして半円筒状ベアリング２５の周りを通る。下部ベルトも本質的には同じであるいがしかし、駆動ロール２６と直上に位置する半円筒状ベアリングと同様の半円筒状ベアリング２７とを含む、鏡像関係にある経路(mirror image path)である。外側端末（末端）３６に溶融金属出口(outlet)３５を備えた突き出た先端部３４を有するノズル３２を含むフィーダー３０（図１に不図示であるが、図２に示す）により、溶融金属が鋳造空洞に導入される。従って、溶融金属は、フィーダー３０より矢印Ａ（図１）で示す方向に、鋳造機に入り、溶融金属は、鋳造空洞２０内で凝固し、矢印Ｂで示す方向に、鋳造空洞の出口において鋳造機から鋳造ストリップ物品が現れる。鋳造ベルトの反対側（内側）表面１７，１９は通常、例えば２３に示すように、冷却水ジェットを用いて冷却される。
【００２９】
図２は、鋳造空洞２０の入口２１に隣接する鋳造機の端部の拡大図である。ベルト１２および１４は一点鎖線で示されている。前述したように、例えば１９９７年６月１０日発行のＡｌｃａｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｉｍｉｔｅｄの米国特許第５，６３６，６８１号（参照することにより本明細書に組み込まれる）に開示されるような種類でもよい、溶融金属フィーダー３０を備える。フィーダー３０は、金属供給ノズル３２の先端部３４が、ベルト鋳造機の２つの可動ベルト１２と１４との間に突き出るように、金属供給ノズル３２を所定の位置に保持する上部および底部ノズルマウント３８を含む。マウント３８は鋳造機構造体にボルト締めされ（図示せず）、上流の開口４０が、溶融金属を鋳造機に供給するのに用いるタンディッシュまたはフィードボックス（図示せず）の同様の開口と一致できるように、ノズル３２を支持する。弾力性を有する耐火物シール（図示せず）をノズルの上流側側面４１とタンディッシュまたはフィードボックスとの間に用いる。ノズル３２は、例えば米国特許第５，６３６，６８１号に示されるような耐火材料から作られ、先端部３４は、図示するように僅かに逸れた形状を有する。ワイヤーメッシュまたは金属帯の形態を有するスペーサー４６を、ノズルの外面と鋳造ベルトの隣接部との間に設け、ノズルとベルトの間の所定の制御された間隔を維持する。ノズルは、上流側の開口から溶融金属出口３５まで導く、溶融金属搬送流路を介し、互いに対向する溶融金属が接触する内面５５を有する耐火壁５３を含む。この壁は、線状部分６５で内面５５と接続する端面５６を有する。この壁は、また鋳造ベルト１２および１４と対向する外面５４も有する。
【００３０】
本発明は、主として溶融金属のノズル先端部３４領域の鋳造空洞への供給に関する。図３、４を参照しより詳細に説明する。
【００３１】
図３は、従来のノズル先端部３４を示す。下部鋳造ベルト１４に隣接する、ノズル先端部の下部壁５３のみを示している。ノズル先端部の上部壁および上部鋳造ベルトは、この下部部分の鏡像として認識することができる。図示する先端部は、通常隣接する鋳造ベルト１４の表面と平行に延在する外面５４と、溶融金属と接触する内面５５と、内面５５に対し（小さな矩形で示してあるように）直角に配置される狭い端面５６とを有する。溶融金属の供給および鋳造では、メニスカス５８（すなわち支持されていない金属表面）が、ノズル先端部３４と隣接する鋳造ベルト１４との間のギャップを繋ぐ。アルミニウムおよびアルミニウム合金のような反応性金属（すなわち、空気と接触すると自発的に酸化物を形成する金属）では、メニスカスは酸化物層６０により覆われている。鋳造空洞を通りベルト１４は移動することから、酸化物層６０は摩擦によりベルトに沿って引っ張られ、メニスカス領域において応力を受ける。メニスカスにおいて酸化物層は周期的に裂けて、露出した金属は直ちに新しい酸化物層を形成することが見出される。結果として生じる酸化皮膜の破壊と再成長は、鋳造物品に表面欠陥に生じる。本発明の発明者らは、酸化物皮膜を頻繁に、かつ不規則ではなく制御した状態で破壊することにより、不可避な酸化物の破壊の表面品質への影響を低減または排除できることを見出している。
【００３２】
とりわけ、発明者らは、少なくとも５０Ｈｚの制御可能な周波数でメニスカスを自由振動(freely oscillate)させることにより、酸化物層の破壊の影響が制御および低減されることを見出している。例えば図４に示す、本発明に従い設計および使用するノズル先端部はこのような規則的な振動および酸化物の破壊の発生を可能にすることを見出している。この先端部において、内面５５と端面５６との間の角度α（以下、「カットバック角（cut back angle）」と言い、また「挟角(included angle)」とも言う。）は８８°より小さい鋭角であり、好ましくは１５°〜８５°、より好ましくは１５°〜８０°、さらに好ましくは３０°〜８０°、よりさらに好ましくは３０°〜７５°である。このような角度が用いられると、メニスカス５８は自由に振動でき、如何なる外的影響を受けず、溶融金属の物理的特性、溶融金属と移動する基体（鋳造ベルト）および先端部とベルトとの間隔（図４に示す間隔「Ｓ」）により決まる「固有(natural)」振動数を有する。正確に規定する先端部とベルトとの間隔Ｓと組み合わせて鋭角のカットバック角αを用いることは、鋳造ベルト１２の鋳造面６１と、ノズル先端部の内面５５と端面５６とが交差する線状部分６５（以下、「テイクオフポイント(take-off point)」または「テイクオフライン(take-off line)」と言う）との間のメニスカスの形状が確実に制御されることを意味し、この結果、振動の周波数は安定する。鋭角のカットバック角度の使用は、溶融金属とノズルとの接触の最終点を先端部の所定の位置、すなわち交差した線状部分（または、交差線、line of intersection)６５に制限することを確実にする。この点において、溶融金属表面は支持された状態（ノズルによる支持）から支持されていない状態（メニスカスの形態）に変わり、溶融金属表面の酸化物フィルムは、メニスカスが振動することから、この線に沿って繰り返し破壊される。酸化物の破壊は、振動の周波数と同じ一定の周波数を有し、小さく定期的な割れを起こし、従って金属表面に規則的で最小の欠陥を生じる。
【００３３】
カットバック角度が鋭角でない場合（例えば、通常のノズルのように９０°の場合）、振動の際にメニスカス５８は、先端部の端面５６と接触し得る。この接触は、先端部の端面に、直ちに酸化物のウィスカを形成し、この結果、メニスカスの交差した線状部分６５より下部の端面５６への付着を生じる。この付着は、変化しやすく、メニスカスの一定の自由振動を妨げる。従って、酸化物層の割れは不規則で遅延し、この結果表面欠陥が大きくなる。
【００３４】
メニスカスの振動の振幅は、鋳造速度と関係があるようである。すなわち、より大きな振幅は、より速い鋳造速度で認められる。より大きな振幅は、メニスカスがノズルで安定するのをより困難にすることから、より速い鋳造速度では角度αを低くすることが望ましく、速い鋳造速度では、通常、７５°以下の角度が望ましい。一方、カットバック角度が１５°未満の場合、必要な剛性および強度特性を有するノズル先端部を製造することが困難となる。
【００３５】
間隔Ｓ（メニスカスが鋳造面６１に接触する点における「テイクオフポイント」６５と鋳造ベルトの鋳造面６１との間の距離）は、鋳造工程の特性に影響を与える。ほとんどの合金および鋳造の実施において、間隔Ｓは、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲にすべきである。間隔Ｓは、下部壁５３の先端部での厚さを含み、そのためこの厚さもまた、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲にする必要がある。最も好ましい間隔Ｓの距離は、１ｍｍ±０．５ｍｍである。この距離は、例えばアルミナ−シリケートのファイバーボード（例えば「Ｆｉｂｅｒｆｒａｘ（登録商標）」）により、硬化剤(rigidizer)で僅かに圧縮した先端部が厚さ１ｍｍを有する側壁５３を作ることで実施可能である。この材料は、僅かに圧縮され、熱膨張により使用中に僅かに厚さが変化するために、側壁５３と鋳造面との間に僅かなギャップを有し間隔Ｓを約１ｍｍに維持することが可能である。上記の材料は、その薄さにも関らず、十分な強度および剛性を有し、また比較的低い望ましい熱伝導性も有する。
【００３６】
本発明を、本発明の技術的範囲を制限することを意図していない、以下の実施例を参照することにより、より詳細に示す。
【実施例１】
【００３７】
固定したフィーダー先端部から動く水冷ベルトへの金属フローの状態をシミュレートするように、スライドする底部を有する上部開放型のボックスを用い、単一のモールド面（水冷）で、異なるフィーダーの先端部角度の影響を調べた。用いた装置を概略的に図５（平面図）および図６（垂直縦断面図）に示す。
【００３８】
溶融金属をボックス７０に注ぎ、所定の速度および所定の溶融金属温度で底板７１を水平方向に引張り、溶融金属が、動く底板の方に漸次凝固する鉄板のモールド７３上の動く底板の端部７２から溶融金属７５を流した。動く底板（薄いスライドを形成する）は、連続鋳造に用いるフィーダーの先端部と同じ材料から作られ、右側端部の形状を図７Ａ〜７Ｄに示すように変えて、このような変化が、メニスカスが破壊するライン（meniscus break line）および他のインゴットの表面欠陥のように、凝固金属に与える影響を調べた。底板を引き抜く速度を変え、異なる金属流速および先端部からモールド表面への条件をシミュレートした。図７Ａの形状は、７５°のカットバック角度を有する本発明に対応する。図７Ｂは、１２０°のカットバック角度を有し、すなわち、本発明の範囲外である。図７Ｃは、複合した表面を有するがしかし、内側コーナー（「テイクオフポイント」）は１２０°である。テイクオフポイントを形成しないことから、第２の角度はメニスカスに影響を与えない。図７Ｄは湾曲した外面を有し、その結果、明確な内側のコーナーまたは「テイクオフポイント」はない。図７Ｂ、７Ｃおよび７Ｄの全ての条件で、凝固連接部(juncture)にて望ましくない酸化物の割れを生じたが、しかし図７Ａの条件、先端部の逃げ角(undercut angle)が７５°の角度は良い結果を示した。図７Ａを同じ設計で、鋭い上部エッジにより得た逃げ角６０°と３０°は全て良い結果を示した。
【実施例２】
【００３９】
様々なカットバック角を有する金属供給ノズルを用いた、パイロット規模の鋳造機で一連の鋳造を行った。鋳造は、アルミニウム合金ＡＡ５７５４の１０ｍｍ厚さの鋳造を速度８〜１０ｍ／分の速度で、銅ベルト上で行った。鋳造したストリップの表面を観察し写真を撮った。結果を図８〜１２に示し、以下の表１にまとめる。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
カットバック角９３°と８８°は、本発明の角度の範囲外であり、このような角度の先端部を用いた鋳造板は、許容できない、しわ(fold)または縞模様（banding）を示した。間隔３０ｍｍ、このような縞(band)の典型的な値、は約４〜６Ｈｚに相当する。８８°より小さいカットバック角はこのような顕著な縞はなく、しかしながらより微細な、より規則的な、１００Ｈｚより大きい周波数に相当する間隔約１ｍｍの表面模様を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明を実施可能な種類のツインベルト鋳造機（溶融金属供給装置なし）の部分側面断面図である。
【図２】溶融金属供給装置および本発明を実施可能な種類のツインベルト鋳造機の隣接部分の断面図である。
【図３】従来のノズルの一部分ならびに隣接する鋳造ベルトおよび溶融金属の流れの断面図であり、溶融金属メニスカスの形成を示している
【図４】本発明にかかるノズルの一部分を示している点を除き、図３と同様の図である。
【図５】実施例に示すテスト装置の平面図である。
【図６】図５に示すテスト装置の断面図である。
【図７Ａ】実施例１で用いる先部の断面を示す図である
【図７Ｂ】実施例１で用いる先部の断面を示す図である
【図７Ｃ】実施例１で用いる先部の断面を示す図である
【図７Ｄ】実施例１で用いる先部の断面を示す図である
【図８】内面と端面との間の角度が９３°である、従来のノズルを用いたアルミニウム合金ストリップ鋳造品の表面マクロ写真を示す。
【図９】内面と端面との間の角度が８８°である、本発明にかかるノズルを用いたアルミニウム合金ストリップ鋳造品の表面マクロ写真を示す。
【図１０】内面と端面との間の角度が７８°である、本発明にかかるノズルを用いたアルミニウム合金ストリップ鋳造品の表面マクロ写真を示す。
【図１１】内面と端面との間の角度が４８°である、本発明にかかるノズルを用いたアルミニウム合金ストリップ鋳造品の表面マクロ写真を示す。
【図１２】内面と端面との間の角度が３３°である、本発明にかかるノズルを用いたアルミニウム合金ストリップ鋳造品の表面マクロ写真を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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