(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本のロール間または１本のロールを用いて薄い金属ストリップを連続鋳造するためのロールの鋳造表面上に金属層を電解被覆する方法であって、鋳造表面の少なくとも一部を堆積させる金属の塩を含む電解液中に浸漬し、少なくとも１つのアノードと対面させ、鋳造表面をカソードとし、上記アノードと上記鋳造表面のエッジの部分との間に絶縁マスクを配置してエッジの部分およびその近傍に電流線が集中するのを防ぎ、鋳造表面と電解液とを相対移動させて、ロールの鋳造表面上に金属層を電解被覆する方法において、
上記金属層が厚くなるにつれて絶縁マスクを鋳造表面のエッジの部分から徐々に遠ざけることを特徴とする方法。
【請求項２】
堆積させる金属の塩を収容した電解液(2)を入れたタンク(1)と、鋳造表面(3)を少なくとも部分的にタンク(1)内に浸漬させ、鋳造表面(3)と電解液(2)との間を相対移動させる手段と、鋳造表面(3)と対面してタンク(1)内に配置された少なくとも１つのアノード(4,4′)と、鋳造表面をカソード電位まで上昇させる手段と、エッジの部分(12)に電流線が集中するのを防ぐために、鋳造表面(3)のエッジの部分(12)とアノード(4,4′)との間に配置した絶縁材料から成るマスク(7,7′)とを有する、２本のロール間又は１本のロールを用いて薄い金属ストリップを連続鋳造するためのロールの鋳造表面(3)に金属層を電気的に被覆するための装置において、
上記マスク(7,7′)が円弧の形状を有し、この円弧の曲率中心はマスク(7,7′)と対面した鋳造表面(3)のエッジの部分(12)の中心にあり、マスク(7,7′)の断面は正方形であり、鋳造表面(3)のエッジの部分(12)と対面するマスク(7,7′)の２つの側面（10，10′）はマスク(7,7′)の一つのコーナーを断面で正方形に切り取って(9,9′)形成され、上記２つの側面（10，10′）は鋳造表面(3)のエッジの部分(12)から同じ距離「d」の所にあることを特徴とする装置。
【請求項３】
上記のマスク(7,7′)が細長い物体からなる請求項２に記載の装置。
【請求項４】
上記のマスク(7,7′)がプレート又はプレートの集合体からなる請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
上記の金属層が厚くなるにつれてマスク(7,7′)をエッジの部分(12)から次第に遠ざける手段(8)をさらに含む請求項２〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
上記アノード(21,21′)が鋳造表面(3)の端面と対面して配置されている請求項２〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
鋳造表面(3)と電解液(2)とを相対移動させる手段が鋳造表面(3)を回転させる手段である請求項２〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
鋳造表面(3)の全体を電解液(2)中に浸漬した場合に、鋳造表面(3)と電解液(2)とを相対移動させる手段が鋳造表面(3)の周囲で電解液(2)を循環させる手段である請求項２〜７のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属の連続鋳造法に関するものであり、特に鋼等の金属の薄いストリップを連続鋳造するための鋳型の移動壁を構成するロール外側表面のコンディショニング（調整）法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２本のロール間で液体金属から厚さ数ミリメートルの鋼ストリップを直接連続鋳造する設備の鋳型は水平に維持された軸線を中心に互いに反対方向に回転する２本のロールの側表とロール末端に押圧された２つの耐火側壁とによって区画される鋳造空間を有している。このロールは直径が1,500mmにもなり、現在の実験プラントでは幅は約600〜800mmである。しかし、最終的に工業的プラントに要求される生産条件を満たすためにはこの幅は1,300〜1,500mm程度にしなければならない。このロールは一般に鋼のコアの周囲に銅または銅合金のスリーブが固定されたもので構成され、コアとスリーブとの間またはスリーブ内に水を循環させることによってスリーブが冷却される。
【０００３】
液体金属と接触するこのスリーブの表面は、ブルーム、ビレットまたはスラブを従来の連続鋳造法で鋳造するための鋳型の表面と同様に、厚さが一般に１〜２mm程度の金属層、通常はニッケルで被覆されている。このニッケル層によってスリーブの熱伝達係数を最適値に調節でき（金属が銅と直接接触すると熱伝達係数は低くなる）、金属は正しい冶金条件下で凝固する（凝固が急速に進行し過ぎると製品表面に欠陥が生じる）。この調節はニッケル層の厚さおよび構造を変えることによって行われる。ニッケル層はさらに銅に対する保護層を形成し、銅が過度の熱的ストレスや機械的ストレスを受けるのを防ぐ役目をする。
【０００４】
このニッケル層はロールの使用中に摩耗し、残った層を部分的あるいは完全に除去し、新しい層を堆積させることによって定期的に再生しなければならない。この再生操作は摩耗したむき出しの銅スリーブ全体を取り換えるよりは明らかに低コストである。
【０００５】
ニッケルの堆積は下記方法で電気的に行うのが好ましい。銅または銅合金、例えば銅／（１％）クロム／（0.1％）ジルコニウム合金で作られた全体が中空の円筒形の新しいスリーブ（ニッケルを部分的あるいは完全に除去したスリーブ）を心棒（アーバー）に取り付ける。心棒に取り付けることによって、スリーブはニッケルメッキ／ニッケル除去作業場内の１つの処理ステーションから別の処理ステーションへ容易に運搬することができる。銅に対するニッケルの接着性を改良するために各種の予備的表面処理（研磨、脱脂、酸洗など）を行った後にスリーブをニッケル電気メッキステーションへ移動させる。電気メッキステーションはニッケルメッキ溶液を入れたタンクで構成される。このタンク上に心棒を水平に配置し、その軸線を中心に回転できるようにし、スリーブの下端部分をタンク内に浸漬し、心棒／スリーブ組立体を約10rpmの速度で回転することによってスリーブ全体を処理することができる。ニッケルを用いた電気メッキではスリーブがカソードを構成し、アノードはタンク内に浸漬したタンアノードバスケットで構成できる。このチタンアノードバスケットは薄い膜によって閉じられており、スリーブの表面に対面して配置され、中にはニッケルの球が入っている。スリーブ末端の主要部分をニッケルで被覆することが望まれる場合（末端部分は鋳造中に耐火側壁と接触して摩耗しやすい）には、スリーブの末端に対向するように別のアノードバスケットを配置する。他の種類のアノード（可溶性または不溶性）を使用することもできる。
【０００６】
変形例では、スリーブを静止させたままスリーブ上で電解液を移動させることができる。必要なことはスリーブと電解液とを相対移動させてスリーブと電解液との境界面を常に新しくすることである。
【０００７】
鋳造中、ニッケルメッキは非常に高い機械的ストレスおよび熱的ストレスに曝される。しばしば、ニッケル被膜にはわずか数回の鋳造操作後にロールの縁部の付近に亀裂の発生が観察される。この亀裂はスリーブのエッジの部分から幅数センチメートルの領域に見られる。この亀裂によって鋳造製品の冷却が不均一になるため、亀裂によって鋳造製品の表面に欠陥が生じる可能性がある。特に、亀裂が脆弱部分となってニッケル被膜全体の急速な劣化が開始されることがある。さらにはニッケル被膜を越えて亀裂が広がる結果、スリーブ全体が損傷することもある。亀裂が発生した場合には、ロールの使用を即座に停止し、スリーブ上の被膜を完全に再生させる必要が生じる。この操作には時間（数日間）がかかるので、２本のロール間で鋼を鋳造する方法を工業的に利用するには、多数のスリーブを直ちに使用可能な状態で用意しておいて、鋳造設備を規則的に運転できるようにする必要がある。しかし、スリーブに使用される材料は高価であり、切削加工も困難であるため、スリーブは非常に高価な部品になるので、それを沢山用意しておくことはプラントの使用コストを高くする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、縁部の領域における亀裂の発生をできるだけ抑制あるいは防止することによって、スリーブの金属被膜の熱化学的ストレスに対する挙動を向上させ、スリーブの被膜を再生してから次に再生するまでの平均使用時間を延長することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の対象は、２本のロール間または１本のロールを用いて薄い金属ストリップを連続鋳造するためのロールの鋳造表面を金属層で電解被覆する方法であって、鋳造表面の少なくとも一部を少なくとも１つのアノードに対面させた状態で堆積させるべき金属の塩を含む電解液中に浸漬し、鋳造表面をカソードとし、鋳造表面と電解液とを相対移動させ、アノードと鋳造表面のエッジの部分との間に絶縁マスクを配置し、絶縁マスクによってエッジの部分およびその近傍に電流線が集中するのを防ぐことを特徴とする方法にある。
【００１０】
本発明の他の対象は、２本のロール間又は１本のロールを用いて薄い金属ストリップを連続鋳造するためのロールの鋳造表面を金属層で電気的に被覆するためのプラントであって、堆積させるべき金属の塩を含む電解液を入れたタンクと、鋳造表面を少なくとも部分的にタンク内に浸漬させて鋳造表面と電解液とを相対移動させる手段と、鋳造表面と対面するようにタンク内に配置された少なくとも１つのアノードと、鋳造表面をカソード電位まで上昇させる手段とを有し、鋳造表面のエッジの部分とアノードとの間に絶縁材料より成るマスクを配置し、このマスクによってエッジの部分に電流線が集中するのを防ぐことを特徴とするプラントにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
上記マスクはほぼ円弧状をし、その湾曲中心は対面する鋳造表面のエッジの部分の湾曲中心と同じであり、エッジの部分の延長上でエッジの部分から等距離″d″のところに配置されて且つ互いに垂直な側面を有するコーナー型のカットアウトによって連結された２つの端縁を有する。
【００１２】
以下の説明から理解されるように、本発明はスリーブの縁部の付近に絶縁マスクを配置して金属被膜の電着を行う。好ましい実施例では、マスクはスリーブの縁部の領域で電流線が均一に分散するようにデザインされ、それによってスリーブの縁部の領域における被膜の厚さが所望の公称厚さに合った均一なものになる。
【００１３】
本出願人は、スリーブの縁部の領域でニッケル被膜に亀裂が発生するまでの時間と、この領域、特にエッジ部分の真横に位置する領域での被膜の厚さの均一性との間に相関関係が存在することを見い出した。この現象を防止するための何らかの特別な装置が存在しない場合、スリーブのエッジの部分の直近およびエッジの部分の真横に位置するニッケル被膜の厚さが過剰になる現象が見られる。例えば、被膜の公称厚さがスリーブの主要部分上で２mmである場合、エッジの部分の真横方向ではこの厚さが７mm以上になることもある。この過剰な厚さはエッジの部分の直近に電流線が集中することによるものである。この集中がスリーブ上のごく限られた部分上にのみ存在するものであっても、電流線の集中によって水素が発生し、堆積物が形成される際に気泡が混入する可能性があるので、上記のような急速な亀裂の発生を引き起こす原因となる。さらに、電流線の集中はスリーブのエッジの部分とその他の部分との間でニッケル被膜の結晶構造を不均一にし、それらの硬度およびきめを不均一にする。
【００１４】
この過剰な厚さを減す１つの方法は、エッジの部分を鋭いエッジにするのではなく、数mmの曲率半径を付けることにある。しかし、この曲率半径を１〜２mm以上にするとロール末端と耐火性側方プレートとの間から液体金属が洩れる危険が過度に増大するので、実際には不可能である。
【００１５】
もう１つの公知の解決手段は、「電流ロバー（current robber）」とよばれる装置を用いて電流線を偏向する方法である。電流ロバーは金属導体で、エッジ部分の近傍にエッジの部分に平行に配置され、電流がそれを通る。電流ロバーは、それが存在しない場合にはスリーブのエッジの部分やその近傍に集中するはずの電流線の一部を自らに向かって偏向させるが、この解決方法も単独では不十分である。さらに、電流ロバーの配置および操作条件は注意深く設定しないと、エッジの真横方向に過剰な厚さが残るだけでなく、ニッケル層中に正常な厚さに達しない場所ができる（これは対応する領域からの電流線の偏向が過剰であったことを示す）ことになる。さらに、電気メッキが進行するにつれて電流ロバー上に堆積するニッケルが無視できない量になる。従って、このニッケルを回収することが必要になり、電流ロバー上にニッケルを堆積させるために消費された電流は単なる損失となる。しかし、なによりも、このニッケルの堆積によって電流ロバーの寸法が変化し、この変化は非常に不均一であるため、電流ロバーの作用は操作の進行と共に大きく変化し、その管理は極めて困難である。実際、所望の被覆厚さが２mmの場合、エッジの部分には最低でも厚さ2.5mmの被膜が観察され、この値は十分に問題を解決するには依然として高すぎる値である。このように、電流ロバーは連続鋳造ロールの被覆に独特なニッケル堆積の十分な均一性を信頼性良く達成することはできない。
【００１６】
本出願人は、スリーブのエッジの部分およびその直近に非常に均一にニッケルを堆積させるための最も信頼性の高い方法は、絶縁マスク、好ましくは所定形状を有する絶縁マスクをエッジの部分の近くに配置することであり、そうすることでスリーブのエッジの領域で被膜に亀裂が発生するのを防ぐことができるということを見い出した。
本発明は図面を参照した以下の記載からより明確に理解できよう。
【００１７】
図１は本発明のプラントを断面で、電解液２（電解液の主成分はニッケル塩である）を含むタンク１内にカソードとしての銅のスリーブ３が配置され、タンク１の底部には２つのアノード４、４’が銅のスリーブ３と対向した位置に配置されている。スリーブ３は外側が円筒形で、外径が1500mmある。このスリーブ３は心棒５に取り付けられている。心棒５のシャフト６は電着操作中、図示していない手段によって回転駆動される。スリーブ３の少なくとも下側部分は電解液中に浸漬されている。図示した実施例ではアノード４、４’は可溶性アノードで、ニッケル顆粒が充填された湾曲したチタンアノードバスケットを構成しているが、これは単なる実施例であって、アノードの数を変えたり、他の構造を有するアノード（例えば不溶性アノード）にすることもできる。アノード４、４’はスリーブ３の幅よりも広い範囲に亘って断面を越えて延びている。スリーブ３のエッジに対面してポリマー等の絶縁材料で作られたマスク７、７’が配置されている（図１では７しか見えない）、このマスクの機能はアノード４、４’から放出される電流線がスリーブ３のエッジの領域およびエッジの部分に直接到達するのを防ぎ、これらの部分でニッケル被膜の厚さが過剰になるのを防止することにある。これらマスク７、７’のスリーブ３に対する位置は、可動式ロッド８によって象徴的に表される位置決め手段によって調節することができる。
【００１８】
図２はマスク７、７’の精密な構造を示す。図示した実施例では、マスクは断面がほぼ正方形あるいは長方形である細長い物体で、全体の形状は円弧である。円弧の湾曲中心はそれが対面するスリーブ３のエッジの部分の湾曲中心と一致する。マスクの上側の端縁すなわちマスクの作用を受けるスリーブのエッジに最も近い端縁はマスクのコーナーをカットアウト９、９’して形成されている。このカットアウトの２つの側面10、10’は互いに直角且つほぼ等しい長さを有し、例えば約５mmである。マスク７、７’はカットアウト９、９’の外側の端縁11、11’がそれぞれ対面するスリーブ３のエッジ部分12から等距離″d″の所に来るようにロッド８によって配置される。この距離″d″は、厚さ２〜３mmのニッケルを堆積させることが望まれる場合、最初は約５mmである。本発明のこの実施例では、スリーブ３に対して垂直なマスク７、７’の各側面13、13’の長さは最低50mmでなければならない。この条件でマスク７、７’は電流線を十分に偏向させ、スリーブ３の縁部の領域における電流線の分散均一性を最適化することができる。
【００１９】
ニッケル被膜の厚さが増加した場合には、必要に応じてマスク７、７’をスリーブ３から徐々に遠ざけることができる。この運動は段階的又は連続的に行うことができ、それによってマスクと被膜との間にニッケル被膜を成長させるのに十分な空間を常に確保することができる。
【００２０】
アノード４、４’およびマスク７、７’の正確な構成に応じて、スリーブ３の末端の被覆は表面のより広い部分またはより狭い部分で均一に行われることになろう。この部分を拡げるためには、垂直アノード21、21’、21”、例えばニッケル顆粒を充填したアノードバスケット４、４’に類似したアノードバスケットであってスリーブ３の末端に対面するアノードバスケットを上記従来技術にあるようにタンク１内に配置することができる。
【００２１】
被膜の厚さに所望の均一性を与えることができる限り、マスクの構成は例として挙げたものと異なってもよいことは明らかである。特に、正方形、長方形又はその他の断面を有する細長い物体で構成されるのではなく、プレート又はプレートの集合体で構成することができる。プレート又はプレート集合体の面の中でスリーブの方向を向く面は実施例の細長い物体と同様の構造を有するのが好ましい。換言すれば、この表面はスリーブのエッジの部分の延長上でエッジの部分から等距離″d″のところに配置された２つの平行なエッジを有していなければならない。これら２つのエッジはコーナー型のカットアウトによって連結され且つ側面が互いに直角であるのが好ましい。
【００２２】
本発明のマスクの作用を補足し、さらに精密にするために、電流ロバー（current  robber）を永続的又は一時的に使用してもよい。この電流ロバーはマスクに組み込んでもマスクから独立させてもよい。
【００２３】
当然、本発明はニッケル以外の金属をスリーブに堆積させる場合にも適用可能である。同様に、被覆されたロールは２本のロール間で薄い（鋼、その他の材料からなる）金属ストリップを連続鋳造する装置だけでなく、単一ロールが金属浴の表面上をなめるように移動して薄いストリップを連続鋳造する装置（単一ロール鋳造）にも使用することができる。本発明はさらに、スリーブおよびコアが単一の部品を構成する固体ロールの鋳造表面の被覆にも適用できる。さらに、スリーブ又は中実ロールを電解液浴に完全に浸漬可能な場合にも本発明を用いることは容易である。最後に、既に述べたように、スリーブと電解液との間の相対移動をスリーブを静止状態に維持し、そのまわりで電解液を移動させることで行うこともできる。特に、スリーブを完全に電解液中に浸漬し、適切な方向を向いたジェットを用いてアノード間でスリーブの周囲に電解液を循環させて電解液を移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明方法を実施するように設計された２本のロール間で鋳造を行うためのロールのスリーブの被覆プラントを末端方向から見た概略図で、図２のI-I線による断面。
【図２】本発明のマスクの好ましい構造を説明する図で、上記被覆プランの図1のII-II線による断面。
【図１】
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【図２】
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