(57)【要約】【課題】  冷却ローラ間に溶融金属を供給するノズルの案内部の損傷を防止する。【解決手段】  一対の冷却ローラ間に溶融金属を供給するノズル５２は、四方を閉塞して溶融金属を送出すスリット５８を形成する基部５３と、一対の冷却ローラに接するとともにスリット５８から送出された溶融金属の幅方向の両端を閉塞して冷却ローラ間に案内する案内部６０，６２を備えており、案内部６０，６２は、一対の冷却ローラで冷却されて固化する一対の固化金属層同士が接触するよりも早いタイミングで、案内部６０，６２で冷却される金属が固化するだけの熱伝導度を有している。【選択図】  図２
2005324212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を隔てて対向する一対の冷却ローラ間に溶融金属を供給するノズルであり、
四周（上下左右）を閉塞して溶融金属を送出すスリットを形成する基部と、
一対の冷却ローラに接するとともにスリットから送出された溶融金属の幅方向の両端を閉塞して冷却ローラ間に案内する案内部を備えており、
その案内部は、一対の冷却ローラで冷却されて固化する一対の固化金属層同士が接触するよりも早いタイミングで、案内部で冷却される金属が固化するだけの熱伝導度を備えていることを特徴とするノズル。
【請求項２】
前記案内部を冷却する冷却装置が付加されていることを特徴とする請求項１のノズル。
【請求項３】
前記基部は熱伝導度の低い材質で構成され、前記案内部は熱伝導度の高い材質で構成されていることを特徴とする請求項１又は２のノズル。
【請求項４】
間隙を隔てて対向する一対の冷却ローラ間に溶融金属を供給するノズルであり、
四周（上下左右）を閉塞して溶融金属を送出すスリットを形成する基部と、
一対の冷却ローラに接するとともにスリットから送出された溶融金属の幅方向の両端を閉塞して冷却ローラ間に案内する案内部を備えており、
前記基部と前記案内部が炭素複合材で一体に形成されていることを特徴とするノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、間隙を隔てて対向する一対の冷却ローラ間に溶融金属を供給し、一対の冷却ローラで溶融金属を冷却しながら圧縮することによって、金属シートを連続鋳造する技術に関する。特に、冷却ローラ間に溶融金属を供給するために利用するノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
間隙を隔てて対向する一対の冷却ローラ間に、溶融状態又は半溶融状態（半固化状態）の金属を供給し、供給した金属を一対の冷却ローラで冷却しながら圧縮することによって金属シートを連続して鋳造する技術が知られている。この明細書では、溶融状態又は半溶融状態の金属を総称して溶融金属という。冷却ローラを利用する連続鋳造技術では、一対の冷却ローラ間に溶融金属を供給するノズルを利用する。
溶融金属は、ノズルを通過する間は溶融状態に維持されていることが好ましい。このために、ノズルは断熱性の高い材質（熱伝導度の低い材質）で形成される。特許文献１に、熱伝導度の低い材質でノズルを構成する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平８−３０９４９２号公報
【０００３】
例えばアルミニウムのように粘性が低い溶融金属を供給するノズルは、図7の（２）に例示するように、溶融金属を送出すスリットＴを形成する基部Ｓと、基部Ｓよりもローラ側に位置している案内部Ｕ，Ｕ’を備えている。スリットＴは長細く、一対の冷却ローラ間の間隙に対応して幅方向に伸びている。ノズルの基部Ｓは、スリットＴの幅方向（ここではそれを左右方向ということがある）と厚み方向（上下方向ということがある）の四周から閉塞することによって、スリットＴを形成する。案内部Ｕ，Ｕ’は、図７の（１）に示すように、基部ＳよりもローラＶ，Ｗ側に位置しており、一対の冷却ローラＶ，Ｗに接するとともに、スリットＴから送出された溶融金属の幅方向（左右方向）の両端を閉塞して溶融金属を冷却ローラ間に案内する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一対の冷却ローラＶ，Ｗ間に供給された溶融金属は、各冷却ローラＶ，Ｗに接触することによって冷却されて固化する。図７（１）のＤ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線における固化の様子を図８に示す。
図７（１）のＤ−Ｄ線では、図８（Ｄ）に示すように、冷却ローラＶ，Ｗとの接触部分に薄い固化層ｘｓ、ｘｔが発達しているが、大部分では溶融金属ｙが観測される。案内部Ｕ，Ｕ’の断熱性が高いために、案内部Ｕ，Ｕ’に接触している部分では固化層が発達しない。
図７（１）のＥ−Ｅ線では、図８（Ｅ）に示すように、固化層ｘｓ、ｘｔの厚みが増しており、溶融金属ｙが薄くなっている。
図７（１）のＦ−Ｆ線では、図８（Ｆ）に示すように、固化層ｘｓ、ｘｔの厚みがさらに増しており、溶融金属ｙが非常に薄くなっている。この状態でも、熱伝導度が低い案内部Ｕ，Ｕ’に接触している部分からは固化層が発達しない。図８（Ｆ）に示す状態となると、一対の冷却ローラＶ，Ｗで圧縮されている溶融金属ｙは逃げ場を求めて、矢印ａ１，ａ２に示すように、案内部Ｕ，Ｕ’を内側から外側に向けて拡張させようとする。案内部Ｕ，Ｕ’が断熱性の高いセラミック等で構成されていると、案内部Ｕ，Ｕ’の靭性が低いために、案内部Ｕ，Ｕ’が損傷してしまう。従来のノズルでは、案内部が損傷しやすい。
本発明では、冷却ローラ間に溶融金属を供給するノズルの案内部の損傷を防止することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（課題を解決するための一つの手段）
本発明のノズルは、間隙を隔てて対向する一対の冷却ローラ間に溶融金属を供給するために利用される。本発明のノズルは、四周（上下左右）を閉塞して溶融金属を送出すスリットを形成する基部と、一対の冷却ローラに接するとともにスリットから送出された溶融金属の幅方向の両端を閉塞して冷却ローラ間に案内する案内部を備えている。
本発明のノズルでは、案内部が、一対の冷却ローラで冷却されて固化する一対の固化金属層同士が接触するよりも早いタイミングで、案内部で冷却される金属が固化するだけの熱伝導度を備えている。
【０００６】
（その作用と効果）
冷却ローラ間に案内された溶融金属は、冷却ローラの外周面と接触することによって冷却され、冷却ローラとの接触面から固化層が成長する。
本発明のノズルでは、案内部の熱伝導度が高く、その案内部が冷却ローラの外周面と接触することによって冷却されるために、案内部に接する金属も冷却され、案内部との接触面からも固化層が成長する。
一対の冷却ローラで冷却されて固化する一対の固化金属層同士が接触するよりも早いタイミングで、案内部に接する金属が固化するために、溶融金属は四周から固化層で取囲まれた状態で圧縮されていく。溶融金属が圧縮されることによって一対の案内部を拡張しようする力が生じるが、その力は、溶融金属を四周から取囲む固化層の壁で吸収され、案内部に作用する力が低下する。
本発明のノズルによると、案内部の損傷を防止することができ、金属シートを安定して連続的に鋳造することが可能となる。
【０００７】
案内部は、一対の冷却ローラで冷却されて固化する一対の固化金属層同士が接触するよりも早いタイミングで、案内部で冷却される金属が固化するだけの熱伝導度を備えている必要があるが、供給する溶融金属よりも融点が高い金属を用いることが好ましい。アルミニウムを連続鋳造する場合には、鋼を利用することができる。あるいは、炭素複合材を利用することもできる。炭素複合材は、融点が高く、熱伝導度が高く、靭性が高く、しかも溶融金属やローラとの摩擦係数が低く、極めて好ましい。
【０００８】
（課題を解決するための好ましい手段）
案内部を冷却する冷却装置が付加されていることが好ましい。
（その作用と効果）
案内部を、水冷式又は空冷式等の冷却装置によって冷却すると、案内部に接触する溶融金属の固化が促進され、案内部の損傷を確実に防止することができる。
【０００９】
（課題を解決するための好ましい手段）
ノズルの基部は熱伝導度の低い材質で構成し、ノズルの案内部は熱伝導度の高い材質で構成することが好ましい。
（その作用と効果）
スリットを通過するまでは、溶融金属がノズル内部で固化しないことが好ましい。ノズルの基部が熱伝導度の低い材質で構成されていると、溶融金属がノズル内部で固化することが防止される。一方、スリットから送出された後は、案内部と接触する溶融金属が順調に固化することが好ましい。ノズルの案内部が熱伝導度の高い材質で構成されていると、案内部と接触する溶融金属が順調に固化する。
ノズルの基部は熱伝導度の低い材質で構成し、ノズルの案内部は熱伝導度の高い材質で構成すると、溶融金属はスリットをスムースに通過するとともに、スリットから送出された後は冷却ローラとの接触面と案内部との接触面から順調に固化し、溶融金属を四周から固化層で取囲むことができる。案内部材の損傷を防止することができる。
【００１０】
（課題を解決するための一つの手段）
間隙を隔てて対向する一対の冷却ローラ間に溶融金属を供給するノズルの全部を炭素複合材で一体に形成することができる。即ち、四周（上下左右）を閉塞して溶融金属を送出すスリットを形成する基部と、一対の冷却ローラに接するとともにスリットから送出された溶融金属の幅方向の両端を閉塞して冷却ローラ間に案内する案内部の双方を炭素複合材で一体に形成することもできる。
（その作用と効果）
炭素複合材は、融点が高く、耐熱性が高く、しかも高熱でも弾力性に優れており、靭性が高い。一対のローラで溶融金属を圧縮する力が案内部を拡張させる力となっても、その靭性によって案内部が損傷することを防止することができる。炭素複合材は、溶融金属や冷却ローラとの摩擦係数が低く、溶融金属をスムースに冷却ローラ間に供給することができる。
炭素複合材は熱伝導度が高いために請求項１のノズルにも該当することが多い。何らかの理由で炭素複合材からなる案内部に溶融金属が直接接触する状態で溶融金属を圧縮することになり、一対のローラで溶融金属を圧縮する力が案内部を拡張させる力となっても、炭素複合材で構成されている案内部は、その靭性によって損傷することがない。
炭素複合材は熱伝導度が高いために、スリットを通過するまでの間に溶融金属が冷却され、溶融金属がノズル内部で固化することが懸念される。しかしながら、問題のないことが確認されている。
スリットを通過するまでの間に溶融金属が冷却されて溶融金属がノズル内部で固化してしまう可能性は、連続鋳造装置の運転開始時に起こる。運転開始時には、ノズルが冷却されているからである。
冷却されているノズルに溶融金属を通過させ始めたときに溶融金属がノズルによって冷却されて溶融金属がノズル内部で固化してしまうことを防止するためには、ノズルを熱伝導度の低い（断熱性が高い）材質で構成するのが有利である。実際に、ノズル基部を金属で構成すると、金属製ノズルに溶融金属を通過させ始めたときに溶融金属が金属製ノズルによって冷却されて溶融金属が金属製ノズルの内部で固化してしまう。しかしながら、炭素複合材でノズル基部を構成しても、その問題は生じない。炭素複合材は強度と靭性に優れており、ノズルを構成する壁の厚みを薄くすることができる。壁の厚みを薄くする結果、炭素複合材製ノズルの熱容量は低い。熱容量の低い炭素複合材製ノズルに溶融金属を通過させ始めると、溶融金属が固化温度にまで冷却される以前に炭素複合材製ノズルの温度が金属の融点以上に上昇する。この結果、ノズルを炭素複合材で構成すると、運転開始時に冷却されたノズルに溶融金属を通過させ始めたときでも、溶融金属が炭素複合材製ノズルによって冷却されて炭素複合材製ノズルの内部で固化してしまうことがない。
炭素複合材を利用すると、ノズルの基部と案内部の両者を炭素複合材で一体に成形することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明を実施するための最良の形態を列記する。
（形態１）ノズルは、例えばアルミのように粘性が低い溶融金属を供給する。
（形態２）冷却ローラの内部には、冷却水が流れる冷却水通路が設けられている。
（形態３）一対の冷却ローラは間隙を隔てて上下に配置されている。
（形態４）ノズルは、一対の冷却ローラ間の間隙の直前に水平に配置されている。
（形態５）ノズルの案内部の上面は上側の冷却ローラの外周に沿うように湾曲しており、ノズルの案内部の下面は下側の冷却ローラの外周に沿うように湾曲している。
（形態６）案内部の内部に、冷却水通路が設けられている。
（形態７）案内部の外部に、冷風を吹付ける冷却ファンが設けられている。
（形態８）ノズル基部はセラミックで構成され、案内部は金属で構成されている。
（形態９）ノズル基部はセラミックで構成され、案内部は炭素複合材で構成されている。
（形態１０）ノズル基部も案内部も金属で構成され、運転開始時にだけノズル基部を加熱する加熱手段が設けられている。
（形態１１）ノズル基部も案内部もカーボンコンポジットで構成されている。
【実施例】
【００１２】
（第１実施例）
図１は本発明に係る第１実施例の金属シート製造装置２の概要を模式的に示している。
本実施例の金属シートの製造装置２は、溶解炉３０から溶融金属３２を供給する。溶解炉３０から供給された溶融金属３２は、始めに保持炉４０へ送出される。
保持炉４０は耐熱性・断熱性の高いセラミックによって作られており、溶解炉３０から供給された溶融金属３２を保持する。保持炉４０内部に保持されている溶融金属３２は、保持炉４０の下部に接続されたダンディシュ５０に供給される。保持炉４０内に保持された溶融金属３２はダンディシュ５０へ送出される。この溶融金属３２のタンディッシュ５０への送出流量は、保持炉４０内に設置された流量コントロールバルブＶによって制御される。
【００１３】
ダンディシュ５０は耐熱性・断熱性の高いセラミックによって作られており、保持炉４０から供給される溶融金属３２を貯えることができる。
ダンディシュ５０の下流側は、水平に配置されたノズル５２となっており、図２に示すように、ノズル５２の先端にはスリット５８が開口している。スリット５８は、対向する一対の冷却ローラ１２，２２間の間隙の直前に配置され、スリット５８の上側と下側に冷却ローラ１２，２２が配置されている。
冷却ローラ１２と冷却ローラ２２の間には、所定の距離の間隙が設けられている。スリット５８の高さは、冷却ローラ１２、２２間の間隙の高さより大きく、スリット５８の幅は、冷却ローラ１２、２２の幅とほぼ同じである。ノズル５２は冷却ローラ１２，２２の側方に配置されており、スリット５８から供給される溶融金属３２が冷却ローラ１２，２２の外周面に到達する。
【００１４】
冷却ローラ１２，２２にはそれぞれ図示されないモータが接続されている。モータによって、冷却ローラ１２，２２は、間隙に供給される溶融金属が間隙に送込まれる向きに回転する。即ち、冷却ローラ１２は、図１において反時計回りに回転し、冷却ローラ２２は、時計回りに回転する。
冷却ローラ１２，２２の回転軸端部には、それぞれ圧下制御装置が接続されている。圧下制御装置によって、冷却ローラ１２、２２は、間隙を増減する方向に移動可能である。即ち、冷却ローラ１２，２２は、図１において上下方向に移動可能であり、冷却ローラ１２、２２間の間隙は増減可能である。
上側の冷却ローラ１２の内部には冷却水通路１４が設けられており、図示されない冷却水バルブから所定の流量の冷却水が供給される。下側の冷却ローラ２２の内部には冷却水通路２４が設けられており、図示されない冷却水バルブから所定の流量の冷却水が供給される。このため冷却ローラ１２，２２の外周面に到達した金属は、その部分から固化が進んでいく。
【００１５】
ノズル５２先端のスリット５８から冷却ローラ１２，２２間の間隙に向けて送出された溶融金属３２は、冷却ローラ１２，２２の回転によって間隙に送込まれる。間隙に送込まれた溶融金属３２は、冷却ローラ１２，２２によって圧下されながら、冷却ローラ１２，２２に接する部分から冷却される。溶融金属３２は中心部まで全て固化することによって金属シート３６となって冷却ローラ１２，２２の間隙から送出される。
【００１６】
図２は、ノズル５２先端の部分拡大斜視図である。ノズル５２先端にはスリット５８が開口している。ノズル５２の基部５３は、４枚のセラミック板５４，５５，５６，５７で構成されており、これら４枚のセラミック板によってスリット５８が形成されている。
スリット５８よりも下流側には、案内部６０，６２が設けられている。案内部６０，６２はボルト６４等によって、それぞれノズル５２のセラミック板５４，５６に接続されている。
案内部６０，６２の上側の湾局面は、上側の冷却ローラ１２に接触し、案内部６０，６２の下側の湾局面は、下側の冷却ローラ２２に接触する。これにより、案内部６０，６２と冷却ローラ１２，２２で溶融金属を囲い込み、スリット５８から送出された溶融金属が両サイドに流出することを防止し、望ましいシート幅を確保し、また、溶融金属が冷却ローラ１２，２２間の間隙と別方向に流出することを防止する。
スリット５８の高さ５８ｈは約１５ｍｍとされ、案内部６０，６２の先端高さ６０ｈ，６２ｈは約５ｍｍとされている。高さ約１５ｍｍのスリット５８から送出された溶融金属３２は、案内部６０，６２の先端に達すると約５ｍｍとなる。
【００１７】
ノズル５２の基部５３は断熱性の高いセラミックによって形成されており、溶融金属３２がスリット５８を通過するまでは固化することを防止している。一方、案内部６０，６２は熱伝導度の高い銅、鋼等の金属によって形成されており、上下の湾局面で接触する冷却ローラ１２，２２に容易に熱が移動する。
【００１８】
ノズル５２の先端のスリット５８から供給された溶融金属が、冷却ローラ１２，２２間の間隙を通過するのにしたがって固化していく様子を、図３と図４を参照して説明する。図３はノズル５２と冷却ローラ１２，２２の側面図であり、Ａ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線での固化の様子が、図４の断面図に示されている。
図３のＡ−Ａ線では、図４（Ａ）に示すように、冷却ローラ１２，２２との接触部分に薄い固化層ｘｓ，ｘｔが見られるが、大部分で溶融金属ｙが観測される。固化層ｘｓ，ｘｔの両端では、案内部６０，６２との接触部分で固化層ｘｕが観測される。これは案内部６０，６２が熱伝導度の高い金属によって形成されており、上下の湾局面で接触する冷却ローラ１２，２２に熱を奪われて低温となって溶融金属を固化させるためである。
図３のＢ−Ｂ線では、図４（Ｂ）に示すように、固化層ｘｓ，ｘｔが厚みを増し、溶融金属ｙが薄くなる。案内部６０，６２に接触している部分では固化層ｘｕが発達している。
図３のＣ−Ｃ線では、図４（Ｃ）に示すように、固化層ｘｓ，ｘｔの厚みがさらに増し、溶融金属ｙが非常に薄くなる。案内部６０，６２と接触する部分では固化層ｘｕがさらに発達し、固化層ｘｓ，ｘｔ，ｘｕが一体となって溶融金属ｙを取り囲んでいる。この間も冷却ローラ１２，２２が圧延を継続しており、溶融金属ｙは長手方向に逃げ場を求めよて案内部６０，６２を内側から拡張しようとするが、四方を取り囲む固化層ｘｓ，ｘｔ，ｘｕの壁で吸収されて案内部６０，６２に作用する力が低下する。
【００１９】
本実施例のノズルは、案内部が熱伝導度の高い金属で構成されているため、案内部の熱が接触する冷却ローラに奪われる。このため案内部と接触する溶融金属が側方から固化し、溶融金属を四方から取り囲む固化層を発達させる。取り囲まれた溶融金属は長手方向に拡張することができず、案内部の破損が防止される。
【００２０】
なお、案内部を、次の冷却装置によって冷却することも可能である。
（１）図５（１）のＧ−Ｇ線の断面図（２）に示すように、案内部の内部に設けられた冷却水通路６６によって冷却水を循環させる水冷式の冷却装置。
（２）図６に示すように、案内部の外部から冷却ファン６８によって冷風を吹付けて冷却する空冷式の冷却装置。
いずれの冷却装置によっても、案内部と接触する部分において溶融金属の固化がさらに促進され、案内部の破損を確実に防止することができる。
【００２１】
（第２実施例）
第２実施例では、図７（２）に示すように、ノズルの基部と案内部が一体に形成されている。
第２実施例のノズルの基部と案内部は、カーボンコンポジットによって形成されている。カーボンコンポジットとは、炭素繊維で強化した炭素成形体であり、炭素繊維と炭素マトリックスから成る複合材である。代表的な製造方法では、炭素マトリックスに樹脂またはピッチを使用し、樹脂またはピッチに炭素繊維を混合させて焼成してカーボンコンポジットを製造する。
カーボンコンポジットは融点が高く、耐熱性が高く、しかも高熱でも強度が高く弾力性に優れており、靭性が高い。耐熱性が高いため、基部も案内部も溶融金属の高温に耐えることができる。また高熱でも強度が高く弾力性に優れているため、冷却ローラ間の間隙を進んで薄くなった金属の大部分が固化して溶融金属が非常に薄くなったときに、溶融金属が逃げ場を求めて内側から案内部材を拡張させても、破損することがない。
また、カーボンコンポジットは、溶融金属や冷却ローラとの摩擦係数が低く、スムースに溶融金属を冷却ローラ間に供給することができる。
カーボンコンポジットは熱伝導度が高いため、何らかの理由で案内部に溶融金属が直接接触する状態で溶融金属を圧縮することになり、冷却ローラで溶融金属を圧縮する力が案内部を拡張させる力となっても、案内部はその靭性によって損傷することがない。
【００２２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】金属シート製造装置の概要を模式的に示す図。
【図２】ノズルの先端の部分拡大斜視図。
【図３】ノズルと冷却ローラを示す図。
【図４】溶融金属が冷却ローラ間の間隙で固化していく様子を説明する図。
【図５】水冷式の冷却装置を例示する図。
【図６】空冷式の冷却装置を例示する図。
【図７】従来の技術でのノズルと冷却ローラを示す図。
【図８】従来の技術での溶融金属が冷却ローラ間の間隙で固化していく様子を説明する図。
【符号の説明】
【００２４】
２  ：金属シート製造装置、
１２，２２：冷却ローラ
３０：溶解炉、
３２：溶融金属、
４０：保持炉、
５０：タンディッシュ、
５２：ノズル、
５３：基部、
５４，５５，５６，５７：セラミック板、
５８：スリット、
６０，６２：案内部
【図１】
2005324212.tif 000003
【図２】
2005324212.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005324212.tif 000007
【図６】
2005324212.tif 000008
【図７】
2005324212.tif 000009
【図８】
2005324212.tif 000010