双ロール式連続鋳造圧延方法及びその装置
【課題】緻密な制御を必要とせず、装置の大型化やコストの増大の問題を抑制しながら、厚さが相対的に薄い金属板材を双ロール式連続鋳造圧延法で安定して良好に鋳造する。
【解決手段】所定寸法のロールギャップＧを介して相対向し相互に反対方向に回転する一対のロール１２，１３間に金属の溶湯を導入し、該溶湯を前記ロール表面１２ｄ，１３ｄで冷却して凝固させつつ前記ロール１２，１３で圧延して帯状の金属板材を得る双ロール式連続鋳造圧延方法において、前記一対のロール１２，１３として、その全長に亘って略一定寸法のロールギャップＧを形成し、かつ長さ方向の少なくとも一部の範囲において径ｒが長さ方向に沿って変化する形状の一対のロール１２，１３を用いる。
【解決手段】所定寸法のロールギャップＧを介して相対向し相互に反対方向に回転する一対のロール１２，１３間に金属の溶湯を導入し、該溶湯を前記ロール表面１２ｄ，１３ｄで冷却して凝固させつつ前記ロール１２，１３で圧延して帯状の金属板材を得る双ロール式連続鋳造圧延方法において、前記一対のロール１２，１３として、その全長に亘って略一定寸法のロールギャップＧを形成し、かつ長さ方向の少なくとも一部の範囲において径ｒが長さ方向に沿って変化する形状の一対のロール１２，１３を用いる。
【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圧延方法及びその装置に関し、金属板材の鋳造の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車車体の軽量化要求に伴い、フレームやパネル等の車体各部位へのアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽合金の適用が進められている。従来、このような軽合金の板材の製造方法として、半連続鋳造法（ＤＣ法）がよく知られている。これは、図７に示すように、板材原料を溶解することから始まり、スラブ鋳造、均質化処理、面削、加熱、熱間圧延、冷間圧延の各工程を経て、最終的に金属板材を得るものである。一方、原料を溶解した溶湯から金属板材を直接製造する連続鋳造圧延法（ＣＣ法）もよく知られている。
【０００３】
ＣＣ法の代表的なものの１つに、双ロール式連続鋳造圧延法がある（特許文献１参照）。これは、図８に示すように、所定寸法のロールギャップを介して相対向し相互に反対方向に回転する一対のロール間に金属の溶湯をノズルで導入し、該溶湯を前記ロール表面で冷却して凝固させつつ前記ロールで圧延して帯状の金属板材を得るものである。一般に、ＣＣ法は、ＤＣ法に比べて、工程が少なくて済み、コストや投入エネルギあるいは二酸化炭素の排出量の削減が図られ、急冷凝固により材料特性が向上するという利点がある。
【０００４】
ここで、図８には図示していないが、ロールには水冷機構が内蔵され、ロールはこの水冷機構によって冷却されている。そして、溶湯が前記ロールギャップを通過する前に、この水冷されているロールの表面に接触して冷却されると、各ロール側に凝固シェルが生成する。次に、この２つの凝固シェルがロールの回転に連れて合わさっていき、前記ロールギャップを通過する際に、ロール間の圧下荷重で圧着されて、前記ロールギャップで規定される厚さの板材が鋳造されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２６１４８７号公報（段落０００３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記圧下荷重は、凝固シェルがロールギャップを通過する際に該ロールギャップを押し広げようとする力、つまり一対のロールを離反させようとする離反力の反力として凝固シェルに作用するものである。したがって、鋳造しようとする板材の厚さが薄いほど、つまりロールギャップが狭いほど、凝固シェルの側からロールの側に作用する離反力が大きくなり、この離反力に打ち勝って所定寸法のロールギャップを保つため、つまり圧下荷重を実現するためには、例えばロールを支持するシリンダ等の装置の大型化やコストの増大を招くこととなる。本発明者の知見によれば、例えば厚さが４ｍｍ以下の金属板材を双ロール式連続鋳造圧延法で得ようとするときに問題が顕著化する。
【０００７】
この問題に対処するために、例えばロールの周速度や冷却の度合い等を制御して凝固シェルの厚さをできるだけ薄くすることが考えられるが、緻密な制御が要求されるばかりでなく、安定して良好な板材を得るためには、ある程度以上の厚さの凝固シェルが必要であり、凝固シェルの厚さを過度に薄くすることは現実的でない。
【０００８】
そこで、いったん一対のロールから引き抜かれた鋳造直後の板材（ａｓ−ｃａｓｔ材）をさらに別途冷間圧延等して引き伸ばし、厚さを薄くすることが考えられるが、そのために装置の大型化やコストの増大を招くこととなる。特に、マグネシウム合金の場合は、一般に、圧延による引き伸ばし比率が小さいため、圧延を多段階に亘って行わなければならず、装置の大型化やコストの増大の問題が一層大きくなる。
【０００９】
本発明は、双ロール式連続鋳造圧延法における前記のような不具合に対処するもので、緻密な制御を必要とせず、かつ装置の大型化やコストの増大の問題を抑制しながら、厚さが相対的に薄い金属板材を安定して良好に鋳造することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明では次のような手段を用いる。なお、以下の本発明の開示において、後述する発明の実施形態で用いられる符号を参考までに付記する。
【００１１】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、所定寸法のロールギャップＧを介して相対向し相互に反対方向に回転する一対のロール１２，１３間に金属の溶湯Ｘを導入し、該溶湯Ｘを前記ロール表面１２ｄ，１３ｄで冷却して凝固させつつ前記ロール１２，１３で圧延して帯状の金属板材Ｙを得る双ロール式連続鋳造圧延方法であって、前記一対のロール１２，１３として、その全長に亘って略一定寸法のロールギャップＧを形成し、かつ長さ方向の少なくとも一部の範囲において径ｒが長さ方向に沿って変化する形状の一対のロール１２，１３を用いることを特徴とする。
【００１２】
次に、本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の双ロール式連続鋳造圧延方法において、径ｒが変化する範囲が長さ方向の一部であるロール１２，１３を用いるとき、又は、径ｒが変化する度合いが変化するロール１２，１３を用いるときは、該ロール１２，１３で圧延して得られた金属板材Ｙを平板状に矯正することを特徴とする。
【００１３】
ここで、「径ｒが変化する度合い」とは、より具体的には、長さ方向の変化に対する径ｒの変化の割合である。
【００１４】
次に、本願の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の双ロール式連続鋳造圧延方法において、径ｒが変化することにより生成するロール表面１２ｄ，１３ｄの傾斜面又は湾曲面に垂直に作用する力Ｆのロール１２，１３の長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）の総和が零に設定されたロール１２，１３を用いることを特徴とする。
【００１５】
次に、本願の請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の双ロール式連続鋳造圧延方法において、前記一対のロール１２，１３を上下に配置し、径ｒが変化することにより生成するロール表面１２ｄ，１３ｄの傾斜面又は湾曲面がロール１２，１３の端部にあり、上側のロール１２の下部及び下側のロール１３の上部において、前記傾斜面又は湾曲面がロール１２，１３の端面側に向けて上向きであるロール１２，１３を用いることを特徴とする。
【００１６】
また、本願の請求項５に記載の発明は、所定寸法のロールギャップＧを介して相対向し相互に反対方向に回転する一対のロール１２，１３間に金属の溶湯Ｘを導入し、該溶湯Ｘを前記ロール表面１２ｄ，１３ｄで冷却して凝固させつつ前記ロール１２，１３で圧延して帯状の金属板材Ｙを得る双ロール式連続鋳造圧延装置１０であって、前記一対のロール１２，１３として、その全長に亘って略一定寸法のロールギャップＧを形成し、かつ長さ方向の少なくとも一部の範囲において径ｒが長さ方向に沿って変化する形状の一対のロール１２，１３が備えられていることを特徴とする。
【００１７】
次に、本願の請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の双ロール式連続鋳造圧延装置１０において、径ｒが変化する範囲が長さ方向の一部であるロール１２，１３が備えられているとき、又は、径ｒが変化する度合いが変化するロール１２，１３が備えられているときは、該ロール１２，１３で圧延して得られた金属板材Ｙを平板状に矯正する矯正装置１６が備えられていることを特徴とする。
【００１８】
ここで、「径ｒが変化する度合い」とは、より具体的には、長さ方向の変化に対する径ｒの変化の割合である。
【００１９】
次に、本願の請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の双ロール式連続鋳造圧延装置１０において、径ｒが変化することにより生成するロール表面１２ｄ，１３ｄの傾斜面又は湾曲面に垂直に作用する力Ｆのロール１２，１３の長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）の総和が零に設定されたロール１２，１３が備えられていることを特徴とする。
【００２０】
次に、本願の請求項８に記載の発明は、請求項５から７のいずれか１項に記載の双ロール式連続鋳造圧延装置１０において、前記一対のロール１２，１３が上下に配置され、径ｒが変化することにより生成するロール表面１２ｄ，１３ｄの傾斜面又は湾曲面がロール１２，１３の端部にあり、上側のロール１２の下部及び下側のロール１３の上部において、前記傾斜面又は湾曲面がロール１２，１３の端面側に向けて上向きであるロール１２，１３が備えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
まず、本願の請求項１、５に記載の発明によれば、双ロール式連続鋳造圧延方法又はその装置において、溶湯Ｘを冷却して凝固させつつ圧延する一対のロール１２，１３が、長さ方向の少なくとも一部の範囲において径ｒが長さ方向に沿って変化する形状とされているから、この径ｒの変化によりロール表面１２ｄ，１３ｄには傾斜面又は湾曲面が生成することとなる。
【００２２】
したがって、この傾斜面又は湾曲面においては、該傾斜面又は湾曲面に垂直に作用する力、すなわち凝固シェルＺ側からロール１２，１３側に作用する離反力Ｆが、ロール１２，１３の長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）と、ロール１２，１３の幅方向の成分（Ｆｃｏｓθ）とに分割され、これらのうち幅方向の成分（Ｆｃｏｓθ）のみが、ロール１２，１３の軸心１２ｃ，１３ｃと直交して、一対のロール１２，１３を離反させようとする力となる。なお、長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）は、ロール１２，１３の軸心１２ｃ，１３ｃと平行となって、一対のロール１２，１３を長さ方向に相互に逆向きに横移動させようとするスラスト力となる。
【００２３】
これに対し、径ｒの変化がない円柱状のロール１２，１３においては、ロール表面１２ｄ，１３ｄに垂直に作用する離反力Ｆが、そのままロール１２，１３の軸心１２ｃ，１３ｃと直交して、一対のロール１２，１３を離反させようとする力となる。
【００２４】
それゆえ、径ｒの変化があり、ロール表面１２ｄ，１３ｄに傾斜面や湾曲面が生成しているロール１２，１３は、径ｒの変化がなく、ロール表面１２ｄ，１３ｄに傾斜面や湾曲面が生成していないロール１２，１３に比べて、凝固シェルＺ側からロール１２，１３側に作用する離反力Ｆが同じでも、一対のロール１２，１３を離反させようとする力が弱められることとなる。
【００２５】
その結果、厚さが相対的に薄い金属板材Ｙを鋳造する場合でも、例えばロール１２を支持するシリンダ１４等の装置の大型化やコストの増大を招くことがなくなる。さらに、ロール１２，１３の周速度や冷却の度合い等を緻密に制御することも必要としない。またそれゆえ、凝固シェルＺの厚さが過度に薄くなったりせず、安定して良好な金属板材Ｙが得られることとなる。
【００２６】
しかも、ロール１２，１３の全長に亘ってロールギャップＧが略一定寸法に維持されているから、該ロールギャップＧで規定される厚さの金属板材Ｙが確実に鋳造されることとなる。
【００２７】
次に、本願の請求項２、６に記載の発明によれば、径ｒが変化する範囲が長さ方向の一部であるロール１２，１３を用いるとき、又は、径ｒが変化する度合いが変化するロール１２，１３を用いるとき、つまり、平板状でない金属板材Ｙが鋳造されるときは、該金属板材Ｙを平板状に矯正するから、汎用性のある平板状の金属板材Ｙが最終的に得られることとなる。
【００２８】
なお、鋳造された金属板材Ｙを平板状に矯正する装置（例えばレベラー矯正装置）１６は、一般に、連続鋳造圧延装置１０にもともと具備されているものであるから、これによる装置の大型化やコストの増大という問題は起らない。
【００２９】
次に、本願の請求項３、７に記載の発明によれば、径ｒの変化によりロール表面１２ｄ，１３ｄに生成した傾斜面又は湾曲面に垂直に作用する前記力Ｆのロール１２，１３の長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）、つまり前述したように、一対のロール１２，１３を長さ方向に相互に逆向きに横移動させようとするスラスト力の総和が零に設定されているから、各ロール１２，１３を前記スラスト力に抗して支持する必要がなくなる。
【００３０】
そして、本願の請求項４、８に記載の発明によれば、一対のロール１２，１３を上下に配置した水平引き抜き型（横型）の双ロール式連続鋳造圧延方法又はその装置において、ロールギャップＧがロール１２，１３の端部においてロール１２，１３の端面側に向けて上向きであるから、一対のロール１２，１３間に導入された溶湯Ｘがロール１２，１３の端面のロールギャップＧから垂れ落ちることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る水平引き抜き型（横型）の双ロール式連続鋳造圧延装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】一対のロールの形状が従来の円柱状であるときの離反力の説明図である。
【図３】一対のロールの形状が本発明に係る円錐状（第１実施形態）であるときの離反力の説明図である。
【図４】一対のロールの形状が本発明に係る傾斜面を有するときの説明図であって、（ａ）は第２実施形態、（ｂ）は第３実施形態、（ｃ）は第４実施形態である。
【図５】一対のロールの形状が本発明に係る傾斜面又は湾曲面を有するときの説明図であって、（ａ）は第５実施形態、（ｂ）は第６実施形態、（ｃ）は第７実施形態である。
【図６】本発明の実施形態に係る垂直引き抜き型（縦型）の双ロール式連続鋳造圧延装置の要部構成を示すブロック図である。
【図７】ＤＣ法とＣＣ法との違いを説明する概略工程図である。
【図８】凝固シェルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１に示すように、本実施形態に係る双ロール式連続鋳造圧延装置１０は、水平引き抜き型（横型）であって、一対のロール１２，１３が上下に配置され、所定寸法のロールギャップＧを介して相対向している。ロール１２，１３は、図示しない駆動装置により、矢印で示すように相互に反対方向に回転駆動される。ロール１２，１３は、鋼製の水冷式ロールであって、内部に水冷機構１２ａ，１３ａを内蔵している。
【００３３】
ここで、下側のロール１３は固定されているが、上側のロール１２はシリンダ１４に支持されており、上下に移動可能である。そして、上側のロール１２の上下方向の位置に応じてロールギャップＧの寸法が決定し、そのロールギャップＧの所定寸法がシリンダ１４によって保たれる。
【００３４】
前記ロールギャップＧを臨んでセラミックス製の耐火性ノズル１１が水平に配設されており、このノズル１１で一対のロール１２，１３間に金属の溶湯Ｘが導入される。導入された溶湯Ｘは、ロール１２，１３の表面で冷却されて凝固しつつロール１２，１３で圧延されて帯状の金属板材Ｙとなり、矢印で示すように水平方向に引き抜かれる。
【００３５】
この双ロール式連続鋳造圧延装置１０による金属板材Ｙの鋳造条件は、金属の種類等に応じて変動するが、例えば、ロール１２，１３の周速度が０．５〜１０ｍ／ｍｉｎ、圧下荷重Ａ（図２、図３参照）が１５ｋＮ／ｍｍ未満、ロールギャップＧが１０ｍｍ未満、溶湯Ｘの温度が６７０℃以上、等である。
【００３６】
一対のロール１２，１３から引き抜かれた鋳造直後の板材Ｙ（ａｓ−ｃａｓｔ材）は、熱処理装置１５及び矯正装置（金属板材Ｙを平板状に矯正するもの）１６を経てコイルに巻き取られるか切断されてシートで保管される。本実施形態では切断装置１７が備えられており、シートで保管された後、プレス成形されて、例えば断面形状がクランク形状の自動車車体のフレーム等に塑性加工される。
【００３７】
金属板材Ｙが６０００系のアルミニウム合金の場合は、前記塑性加工（プレス成形）の後、人工時効処理が行われる。その人工時効処理の条件は、例えば、１７０〜２００℃×８〜１８時間である。また、金属板材Ｙが６０００系のアルミニウム合金の場合は、前記熱処理装置１５で溶体化処理が行われる。その溶体化処理の条件は、例えば、５００〜５５０℃×１時間以上の後、水焼入れである。また、前記矯正装置１６ではレベラー矯正が行われる。
【００３８】
次に、金属板材Ｙが５０００系のアルミニウム合金の場合は、前記矯正装置１６によるレベラー矯正の後、前記塑性加工（プレス成形）の前に、焼き鈍しが行われる。その焼き鈍しの条件は、例えば、３４０℃以上である。また、金属板材Ｙが５０００系のアルミニウム合金の場合は、前記熱処理装置１５で均質化処理が行われることもある。その均質化処理の条件は、例えば、４８０〜５４０℃×４〜１０時間である。
【００３９】
次に、金属板材Ｙが３０００系のアルミニウム合金の場合は、５０００系のアルミニウム合金の場合と略同様である。ただし、均質化処理の条件が異なり、例えば、５３０〜６１０℃×４〜２４時間である。
【００４０】
次に、金属板材Ｙが１０００系のアルミニウム合金の場合も、５０００系のアルミニウム合金の場合と略同様である。ただし、均質化処理の条件が異なり、例えば、５００〜５６０℃×１〜１０時間である。
【００４１】
次に、金属板材ＹがＡＺやＡＭ等のマグネシウム合金の場合は、一対のロール１２，１３から引き抜かれた後、まずレベラー矯正が行われ、次いで、例えば、１００〜３５０℃の条件で焼き鈍しが行われ、その後、塑性加工（プレス成形）が行われる。したがって、この場合は、図１と比べて、熱処理装置１５や矯正装置１６の配置の順番が異なる。
【００４２】
なお、以上に加えて、適宜、金属板材Ｙの表面研磨処理を行ってもよい。
【００４３】
次に、本発明の特徴部分である一対のロール１２，１３の形状について説明する。
【００４４】
図８を参照して前述したように、一対のロール１２，１３間にノズル１１で導入された金属の溶湯ＸがロールギャップＧを通過する前に、水冷されているロール１２，１３の表面に接触して冷却されると、各ロール１２，１３側に凝固シェルが生成し、この２つの凝固シェルがロール１２，１３の回転に連れて合わさっていき、ロールギャップＧを通過する際に、ロール１２，１３間の圧下荷重Ａで圧着されて、ロールギャップＧで規定される厚さの板材Ｙが鋳造されることとなる。
【００４５】
ここで、図２に示すように、前記圧下荷重Ａは、凝固シェルＺがロールギャップＧを通過する際に該ロールギャップＧを押し広げようとする力、つまり一対のロール１２，１３を離反させようとする離反力Ｆの反力として凝固シェルＺに作用するものである。したがって、鋳造しようとする板材Ｙの厚さが薄いほど、つまりロールギャップＧが狭いほど、凝固シェルＺの側からロール１２，１３の側に作用する離反力Ｆが大きくなり、この離反力Ｆに打ち勝って所定寸法のロールギャップＧを保つため、つまり圧下荷重Ａを実現するためには、上側ロール１２を支持するシリンダ１４の大型化ひいてはコストの増大を招くこととなる。
【００４６】
なお、図２において、符号１２ｂ，１３ｂはロール１２，１３の軸であり、圧下荷重Ａは、シリンダ１４により上側ロール１２の軸１２ｂを下方に付勢することにより付与される。
【００４７】
そして、図２に示したように、一対のロール１２，１３の形状が、径ｒが長さ方向に沿って変化しない円柱状であるときは、ロール表面１２ｄ，１３ｄに垂直に作用する凝固シェルＺからの離反力Ｆが、そのままロール１２，１３の軸心１２ｃ，１３ｃと直交して、一対のロール１２，１３を離反させようとする力となる。
【００４８】
これに対し、本実施形態では、図３（第１実施形態）に示すように、一対のロール１２，１３の形状が、長さ方向の全部の範囲において径ｒが長さ方向に沿って変化する形状とされている。しかも、その径ｒの変化の度合い（長さ方向の変化に対する径ｒの変化の割合）が一定とされている。その結果、一対のロール１２，１３は、ロール表面１２ｄ，１３ｄが全範囲で傾斜面となって、円錐状を呈している。
【００４９】
したがって、この円錐状のロール１２，１３においては、ロール表面１２ｄ，１３ｄに垂直に作用する離反力Ｆが、ロール１２，１３の長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）と、ロール１２，１３の幅方向の成分（Ｆｃｏｓθ）とに分割され、これらのうち幅方向の成分（Ｆｃｏｓθ）のみが、ロール１２，１３の軸心１２ｃ，１３ｃと直交して、一対のロール１２，１３を離反させようとする力となる。
【００５０】
なお、長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）は、ロール１２，１３の軸心１２ｃ，１３ｃと平行となって、一対のロール１２，１３を長さ方向に相互に逆向きに横移動させようとするスラスト力となる。
【００５１】
それゆえ、図３に示した円錐状のロール１２，１３は、図２に示した円柱状のロール１２，１３に比べて、凝固シェルＺの側からロール１２，１３の側に作用する離反力Ｆが同じでも、一対のロール１２，１３を離反させようとする力が弱められることとなる。
【００５２】
その結果、図３に示した円錐状のロール１２，１３では、厚さが相対的に薄い金属板材Ｙを鋳造する場合でも、上側ロール１２を支持するシリンダ１４の大型化やコストの増大が抑制されることとなる。さらに、ロール１２，１３の周速度や冷却の度合い等を緻密に制御することも必要としない。またそれゆえ、凝固シェルＺの厚さが過度に薄くなったりせず、安定して良好な金属板材Ｙが得られることとなる。
【００５３】
しかも、図３に示した円錐状のロール１２，１３では、このロール１２，１３の全長に亘ってロールギャップＧが略一定寸法に維持されているから、該ロールギャップＧで規定される厚さの金属板材Ｙが確実に鋳造されることとなる。
【００５４】
前述したように、この第１実施形態では、ロール１２，１３の長さ方向の全部の範囲において径ｒが長さ方向に沿って変化し、かつその変化の度合いが一定であるから、ロール表面１２ｄ，１３ｄは、その全範囲で傾きが一定の傾斜面となる。その結果、この一対のロール１２，１３で鋳造される金属板材Ｙは平板状となり、矯正装置１６による平板状への矯正を省略することができる。
【００５５】
また、この第１実施形態では、ロール１２，１３の径の小さい部分と大きい部分とでは周速度が異なるから、鋳造時に板材Ｙにせん断歪が付与され、このせん断歪の付与によって、再結晶温度以上の熱処理時に再結晶粒を微細化できる（特に最表面部において）という利点がある。
【００５６】
さらに、この第１実施形態では、２つのロール１２，１３が相互に同形状であるから、ロール１２，１３の製作が容易化するという利点もある。
【００５７】
なお、図３において、ロールギャップＧが水平になるように、ロール１２，１３の軸心１２ｃ，１３ｃを傾斜させてもよい。これにより、一対のロール１２，１３間に導入された溶湯Ｘがロール１２，１３の端面（図例では右側の端面）のロールギャップＧから垂れ落ちることが防止される。
【００５８】
本実施形態では、一対のロール１２，１３の形状は、図４（ａ）に示すようなものでもよい（第２実施形態）。第１実施形態と異なる点は、一対のロール１２，１３の形状が、長さ方向の一部の範囲において径ｒが長さ方向に沿って変化する形状とされている点である。その他の構成及び作用は第１実施形態と同様である。
【００５９】
その結果、この一対のロール１２，１３で鋳造される金属板材Ｙは平板状でないから、矯正装置１６で金属板材Ｙを平板状に矯正することにより、汎用性のある平板状の金属板材Ｙを最終的に得る。
【００６０】
なお、鋳造された金属板材Ｙを平板状に矯正する装置（本実施形態ではレベラー矯正装置）１６は、一般に、連続鋳造圧延装置１０にもともと具備されているものであるから、これによる装置１０の大型化やコストの増大という問題は起らない。
【００６１】
また、図４（ａ）においては、ロール表面１２ｄ，１３ｄの一部の範囲に生成する傾斜面は、ロール１２，１３の中央部にあるが、ロール１２，１３の端部にあってもよい。また、傾斜面は複数あってもよく、さらに、その傾斜角度が相互に異なっていてもよい。
【００６２】
本実施形態では、一対のロール１２，１３の形状は、図４（ｂ）に示すようなものでもよい（第３実施形態）。第１実施形態と異なる点は、径ｒが長さ方向に沿って変化する度合い（長さ方向の変化に対する径ｒの変化の割合）が１回変化している点である。しかも、その結果生成する２つの傾斜面は、相互に逆向きで、傾斜角度が同じ、かつロール１２，１３の長さ方向の長さが同じとされている。その他の構成及び作用は第１実施形態と同様である（ただし、２つのロール１２，１３は形状が相互に異なる）。
【００６３】
その結果、このロール１２，１３においては、ロール表面１２ｄ，１３ｄに垂直に作用する離反力Ｆの長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）の総和が零に設定されている。したがって、一対のロール１２，１３を長さ方向に相互に逆向きに横移動させようとするスラスト力が相殺され、各ロール１２，１３を前記スラスト力に抗して支持する必要がなくなる。
【００６４】
その場合に、２つの傾斜面は、ロール１２，１３の端部まで及んであり、上側ロール１２の下部及び下側ロール１３の上部において、２つの傾斜面は、それぞれロール１２，１３の端面側に向けて上向きとされている。
【００６５】
その結果、このロール１２，１３においては、ロールギャップＧがロール１２，１３の端部においてロール１２，１３の端面側に向けて上向きであるから、一対のロール１２，１３間に導入された溶湯Ｘがロール１２，１３の端面のロールギャップＧから垂れ落ちることが防止される。
【００６６】
なお、下側ロール１３の長さを上側ロール１２の長さよりも長くすると、溶湯Ｘがロール１２，１３の端面のロールギャップＧから垂れ落ちることがより一層確実に防止される。
【００６７】
図４（ｃ）は第４実施形態を示す。第３実施形態と異なる点は、径ｒが長さ方向に沿って変化する度合い（長さ方向の変化に対する径ｒの変化の割合）が変化する回数が複数（図例では１１回、その結果生成する傾斜面の数が１２）である点である。その他の構成及び作用は第３実施形態と同様である。
【００６８】
その結果、この第４実施形態では、得られる板材Ｙは断面形状において凹凸が複数回繰り返され、変化の大きい形状であるから、鋳造時及び矯正時に板材Ｙに歪が付与される部分が多くなり、この歪付与の増加によって、再結晶温度以上の熱処理時に再結晶粒を微細化できるという効果が増大するという利点がある。
【００６９】
なお、図４（ｃ）においては、上側ロール１２に凸条を形成し、下側ロール１３に凹溝を形成したが、逆でもよい。
【００７０】
図５（ａ）は第５実施形態を示す。第４実施形態と異なる点は、各ロール１２，１３に、凸条と凹溝とを共に形成した点である。その他の構成及び作用は第４実施形態と同様である。
【００７１】
その結果、この第５実施形態では、２つのロール１２，１３が相互に同形状となって、ロール１２，１３の製作が容易化するという利点がある。なお、凸条の数、凹溝の数を複数としてもよい。
【００７２】
以上の第２〜５実施形態において、傾斜面の角部は、丸形状や台形形状でもよい。
【００７３】
図５（ｂ）は第６実施形態を示す。図４（ｂ）の第３実施形態と異なる点は、径ｒが長さ方向に沿って変化する度合い（長さ方向の変化に対する径ｒの変化の割合）が連続して変化し、その結果、ロール表面１２ｄ，１３ｄに湾曲面が生成している点である。その他の構成及び作用は第３実施形態と同様である。この第６実施形態では、矯正装置１６による平板状への矯正が容易化、円滑化するという利点がある。
【００７４】
図５（ｃ）は第７実施形態を示す。第６実施形態と異なる点は、下側ロール１３の長さが上側ロール１２の長さよりも長い点である。また、ロール１２，１３の端部において、ロールギャップＧが広くされている。その結果、鋳造された帯状の金属板材Ｙは、両側部が厚くなるので、図中符号ａで示すように両側部は切断する。その他の構成及び作用は第６実施形態と同様である。この第７実施形態では、凝固シェルＺがロールギャップＧが広くされたロール１２，１３の端部に容易に流動するので、厚さが相対的に薄い金属板材Ｙを鋳造する場合でも、上側ロール１２を支持するシリンダ１４の大型化やコストの増大がより一層抑制されるという利点がある。
【００７５】
本発明は、図６に示すように、一対のロール１２，１３が左右に水平に配置される垂直引き抜き型（縦型）の双ロール式連続鋳造圧延装置１０に適用することもできる。図中、符号１８は、溶湯を溜めるタンディッシュ、符号１９は、ロール１２，１３の両端面に押し当てられて、ロール１２，１３間の溶湯Ｘの漏れを防止する耐火性の側堰である。溶湯Ｘは、タンディッシュ１８から、ロール１２，１３と側堰１９，１９とで形成される空間に注湯される。ロール１２，１３で鋳造圧延された帯状の金属板材Ｙは、矢印で示すように下方に引き抜かれる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、双ロール式連続鋳造圧延法において、緻密な制御を必要とせず、かつ装置の大型化やコストの増大の問題を抑制しながら、厚さが相対的に薄い金属板材を安定して良好に鋳造することが可能な技術であるから、金属板材の鋳造の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 双ロール式連続鋳造圧延装置
１１ ノズル
１２，１３ ロール
１２ａ，１３ａ 水冷機構
１２ｂ，１３ｂ ロール軸
１２ｃ，１３ｃ ロール軸心
１２ｄ，１３ｄ ロール表面
１４ ロール支持シリンダ
１５ 熱処理装置
１６ 矯正装置
１７ 切断装置
１８ タンディッシュ
１９ 側堰
Ａ 圧下荷重
Ｆ 離反力
Ｆｃｏｓθ 幅方向の成分
Ｆｓｉｎθ 長さ方向の成分
Ｇ ロールギャップ
ｒ 径
Ｘ 溶湯
Ｙ 金属板材
Ｚ 凝固シェル
【技術分野】
【０００１】
本発明は双ロール式連続鋳造圧延方法及びその装置に関し、金属板材の鋳造の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車車体の軽量化要求に伴い、フレームやパネル等の車体各部位へのアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽合金の適用が進められている。従来、このような軽合金の板材の製造方法として、半連続鋳造法（ＤＣ法）がよく知られている。これは、図７に示すように、板材原料を溶解することから始まり、スラブ鋳造、均質化処理、面削、加熱、熱間圧延、冷間圧延の各工程を経て、最終的に金属板材を得るものである。一方、原料を溶解した溶湯から金属板材を直接製造する連続鋳造圧延法（ＣＣ法）もよく知られている。
【０００３】
ＣＣ法の代表的なものの１つに、双ロール式連続鋳造圧延法がある（特許文献１参照）。これは、図８に示すように、所定寸法のロールギャップを介して相対向し相互に反対方向に回転する一対のロール間に金属の溶湯をノズルで導入し、該溶湯を前記ロール表面で冷却して凝固させつつ前記ロールで圧延して帯状の金属板材を得るものである。一般に、ＣＣ法は、ＤＣ法に比べて、工程が少なくて済み、コストや投入エネルギあるいは二酸化炭素の排出量の削減が図られ、急冷凝固により材料特性が向上するという利点がある。
【０００４】
ここで、図８には図示していないが、ロールには水冷機構が内蔵され、ロールはこの水冷機構によって冷却されている。そして、溶湯が前記ロールギャップを通過する前に、この水冷されているロールの表面に接触して冷却されると、各ロール側に凝固シェルが生成する。次に、この２つの凝固シェルがロールの回転に連れて合わさっていき、前記ロールギャップを通過する際に、ロール間の圧下荷重で圧着されて、前記ロールギャップで規定される厚さの板材が鋳造されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２６１４８７号公報（段落０００３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記圧下荷重は、凝固シェルがロールギャップを通過する際に該ロールギャップを押し広げようとする力、つまり一対のロールを離反させようとする離反力の反力として凝固シェルに作用するものである。したがって、鋳造しようとする板材の厚さが薄いほど、つまりロールギャップが狭いほど、凝固シェルの側からロールの側に作用する離反力が大きくなり、この離反力に打ち勝って所定寸法のロールギャップを保つため、つまり圧下荷重を実現するためには、例えばロールを支持するシリンダ等の装置の大型化やコストの増大を招くこととなる。本発明者の知見によれば、例えば厚さが４ｍｍ以下の金属板材を双ロール式連続鋳造圧延法で得ようとするときに問題が顕著化する。
【０００７】
この問題に対処するために、例えばロールの周速度や冷却の度合い等を制御して凝固シェルの厚さをできるだけ薄くすることが考えられるが、緻密な制御が要求されるばかりでなく、安定して良好な板材を得るためには、ある程度以上の厚さの凝固シェルが必要であり、凝固シェルの厚さを過度に薄くすることは現実的でない。
【０００８】
そこで、いったん一対のロールから引き抜かれた鋳造直後の板材（ａｓ−ｃａｓｔ材）をさらに別途冷間圧延等して引き伸ばし、厚さを薄くすることが考えられるが、そのために装置の大型化やコストの増大を招くこととなる。特に、マグネシウム合金の場合は、一般に、圧延による引き伸ばし比率が小さいため、圧延を多段階に亘って行わなければならず、装置の大型化やコストの増大の問題が一層大きくなる。
【０００９】
本発明は、双ロール式連続鋳造圧延法における前記のような不具合に対処するもので、緻密な制御を必要とせず、かつ装置の大型化やコストの増大の問題を抑制しながら、厚さが相対的に薄い金属板材を安定して良好に鋳造することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明では次のような手段を用いる。なお、以下の本発明の開示において、後述する発明の実施形態で用いられる符号を参考までに付記する。
【００１１】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、所定寸法のロールギャップＧを介して相対向し相互に反対方向に回転する一対のロール１２，１３間に金属の溶湯Ｘを導入し、該溶湯Ｘを前記ロール表面１２ｄ，１３ｄで冷却して凝固させつつ前記ロール１２，１３で圧延して帯状の金属板材Ｙを得る双ロール式連続鋳造圧延方法であって、前記一対のロール１２，１３として、その全長に亘って略一定寸法のロールギャップＧを形成し、かつ長さ方向の少なくとも一部の範囲において径ｒが長さ方向に沿って変化する形状の一対のロール１２，１３を用いることを特徴とする。
【００１２】
次に、本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の双ロール式連続鋳造圧延方法において、径ｒが変化する範囲が長さ方向の一部であるロール１２，１３を用いるとき、又は、径ｒが変化する度合いが変化するロール１２，１３を用いるときは、該ロール１２，１３で圧延して得られた金属板材Ｙを平板状に矯正することを特徴とする。
【００１３】
ここで、「径ｒが変化する度合い」とは、より具体的には、長さ方向の変化に対する径ｒの変化の割合である。
【００１４】
次に、本願の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の双ロール式連続鋳造圧延方法において、径ｒが変化することにより生成するロール表面１２ｄ，１３ｄの傾斜面又は湾曲面に垂直に作用する力Ｆのロール１２，１３の長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）の総和が零に設定されたロール１２，１３を用いることを特徴とする。
【００１５】
次に、本願の請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の双ロール式連続鋳造圧延方法において、前記一対のロール１２，１３を上下に配置し、径ｒが変化することにより生成するロール表面１２ｄ，１３ｄの傾斜面又は湾曲面がロール１２，１３の端部にあり、上側のロール１２の下部及び下側のロール１３の上部において、前記傾斜面又は湾曲面がロール１２，１３の端面側に向けて上向きであるロール１２，１３を用いることを特徴とする。
【００１６】
また、本願の請求項５に記載の発明は、所定寸法のロールギャップＧを介して相対向し相互に反対方向に回転する一対のロール１２，１３間に金属の溶湯Ｘを導入し、該溶湯Ｘを前記ロール表面１２ｄ，１３ｄで冷却して凝固させつつ前記ロール１２，１３で圧延して帯状の金属板材Ｙを得る双ロール式連続鋳造圧延装置１０であって、前記一対のロール１２，１３として、その全長に亘って略一定寸法のロールギャップＧを形成し、かつ長さ方向の少なくとも一部の範囲において径ｒが長さ方向に沿って変化する形状の一対のロール１２，１３が備えられていることを特徴とする。
【００１７】
次に、本願の請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の双ロール式連続鋳造圧延装置１０において、径ｒが変化する範囲が長さ方向の一部であるロール１２，１３が備えられているとき、又は、径ｒが変化する度合いが変化するロール１２，１３が備えられているときは、該ロール１２，１３で圧延して得られた金属板材Ｙを平板状に矯正する矯正装置１６が備えられていることを特徴とする。
【００１８】
ここで、「径ｒが変化する度合い」とは、より具体的には、長さ方向の変化に対する径ｒの変化の割合である。
【００１９】
次に、本願の請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の双ロール式連続鋳造圧延装置１０において、径ｒが変化することにより生成するロール表面１２ｄ，１３ｄの傾斜面又は湾曲面に垂直に作用する力Ｆのロール１２，１３の長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）の総和が零に設定されたロール１２，１３が備えられていることを特徴とする。
【００２０】
次に、本願の請求項８に記載の発明は、請求項５から７のいずれか１項に記載の双ロール式連続鋳造圧延装置１０において、前記一対のロール１２，１３が上下に配置され、径ｒが変化することにより生成するロール表面１２ｄ，１３ｄの傾斜面又は湾曲面がロール１２，１３の端部にあり、上側のロール１２の下部及び下側のロール１３の上部において、前記傾斜面又は湾曲面がロール１２，１３の端面側に向けて上向きであるロール１２，１３が備えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
まず、本願の請求項１、５に記載の発明によれば、双ロール式連続鋳造圧延方法又はその装置において、溶湯Ｘを冷却して凝固させつつ圧延する一対のロール１２，１３が、長さ方向の少なくとも一部の範囲において径ｒが長さ方向に沿って変化する形状とされているから、この径ｒの変化によりロール表面１２ｄ，１３ｄには傾斜面又は湾曲面が生成することとなる。
【００２２】
したがって、この傾斜面又は湾曲面においては、該傾斜面又は湾曲面に垂直に作用する力、すなわち凝固シェルＺ側からロール１２，１３側に作用する離反力Ｆが、ロール１２，１３の長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）と、ロール１２，１３の幅方向の成分（Ｆｃｏｓθ）とに分割され、これらのうち幅方向の成分（Ｆｃｏｓθ）のみが、ロール１２，１３の軸心１２ｃ，１３ｃと直交して、一対のロール１２，１３を離反させようとする力となる。なお、長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）は、ロール１２，１３の軸心１２ｃ，１３ｃと平行となって、一対のロール１２，１３を長さ方向に相互に逆向きに横移動させようとするスラスト力となる。
【００２３】
これに対し、径ｒの変化がない円柱状のロール１２，１３においては、ロール表面１２ｄ，１３ｄに垂直に作用する離反力Ｆが、そのままロール１２，１３の軸心１２ｃ，１３ｃと直交して、一対のロール１２，１３を離反させようとする力となる。
【００２４】
それゆえ、径ｒの変化があり、ロール表面１２ｄ，１３ｄに傾斜面や湾曲面が生成しているロール１２，１３は、径ｒの変化がなく、ロール表面１２ｄ，１３ｄに傾斜面や湾曲面が生成していないロール１２，１３に比べて、凝固シェルＺ側からロール１２，１３側に作用する離反力Ｆが同じでも、一対のロール１２，１３を離反させようとする力が弱められることとなる。
【００２５】
その結果、厚さが相対的に薄い金属板材Ｙを鋳造する場合でも、例えばロール１２を支持するシリンダ１４等の装置の大型化やコストの増大を招くことがなくなる。さらに、ロール１２，１３の周速度や冷却の度合い等を緻密に制御することも必要としない。またそれゆえ、凝固シェルＺの厚さが過度に薄くなったりせず、安定して良好な金属板材Ｙが得られることとなる。
【００２６】
しかも、ロール１２，１３の全長に亘ってロールギャップＧが略一定寸法に維持されているから、該ロールギャップＧで規定される厚さの金属板材Ｙが確実に鋳造されることとなる。
【００２７】
次に、本願の請求項２、６に記載の発明によれば、径ｒが変化する範囲が長さ方向の一部であるロール１２，１３を用いるとき、又は、径ｒが変化する度合いが変化するロール１２，１３を用いるとき、つまり、平板状でない金属板材Ｙが鋳造されるときは、該金属板材Ｙを平板状に矯正するから、汎用性のある平板状の金属板材Ｙが最終的に得られることとなる。
【００２８】
なお、鋳造された金属板材Ｙを平板状に矯正する装置（例えばレベラー矯正装置）１６は、一般に、連続鋳造圧延装置１０にもともと具備されているものであるから、これによる装置の大型化やコストの増大という問題は起らない。
【００２９】
次に、本願の請求項３、７に記載の発明によれば、径ｒの変化によりロール表面１２ｄ，１３ｄに生成した傾斜面又は湾曲面に垂直に作用する前記力Ｆのロール１２，１３の長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）、つまり前述したように、一対のロール１２，１３を長さ方向に相互に逆向きに横移動させようとするスラスト力の総和が零に設定されているから、各ロール１２，１３を前記スラスト力に抗して支持する必要がなくなる。
【００３０】
そして、本願の請求項４、８に記載の発明によれば、一対のロール１２，１３を上下に配置した水平引き抜き型（横型）の双ロール式連続鋳造圧延方法又はその装置において、ロールギャップＧがロール１２，１３の端部においてロール１２，１３の端面側に向けて上向きであるから、一対のロール１２，１３間に導入された溶湯Ｘがロール１２，１３の端面のロールギャップＧから垂れ落ちることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る水平引き抜き型（横型）の双ロール式連続鋳造圧延装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】一対のロールの形状が従来の円柱状であるときの離反力の説明図である。
【図３】一対のロールの形状が本発明に係る円錐状（第１実施形態）であるときの離反力の説明図である。
【図４】一対のロールの形状が本発明に係る傾斜面を有するときの説明図であって、（ａ）は第２実施形態、（ｂ）は第３実施形態、（ｃ）は第４実施形態である。
【図５】一対のロールの形状が本発明に係る傾斜面又は湾曲面を有するときの説明図であって、（ａ）は第５実施形態、（ｂ）は第６実施形態、（ｃ）は第７実施形態である。
【図６】本発明の実施形態に係る垂直引き抜き型（縦型）の双ロール式連続鋳造圧延装置の要部構成を示すブロック図である。
【図７】ＤＣ法とＣＣ法との違いを説明する概略工程図である。
【図８】凝固シェルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１に示すように、本実施形態に係る双ロール式連続鋳造圧延装置１０は、水平引き抜き型（横型）であって、一対のロール１２，１３が上下に配置され、所定寸法のロールギャップＧを介して相対向している。ロール１２，１３は、図示しない駆動装置により、矢印で示すように相互に反対方向に回転駆動される。ロール１２，１３は、鋼製の水冷式ロールであって、内部に水冷機構１２ａ，１３ａを内蔵している。
【００３３】
ここで、下側のロール１３は固定されているが、上側のロール１２はシリンダ１４に支持されており、上下に移動可能である。そして、上側のロール１２の上下方向の位置に応じてロールギャップＧの寸法が決定し、そのロールギャップＧの所定寸法がシリンダ１４によって保たれる。
【００３４】
前記ロールギャップＧを臨んでセラミックス製の耐火性ノズル１１が水平に配設されており、このノズル１１で一対のロール１２，１３間に金属の溶湯Ｘが導入される。導入された溶湯Ｘは、ロール１２，１３の表面で冷却されて凝固しつつロール１２，１３で圧延されて帯状の金属板材Ｙとなり、矢印で示すように水平方向に引き抜かれる。
【００３５】
この双ロール式連続鋳造圧延装置１０による金属板材Ｙの鋳造条件は、金属の種類等に応じて変動するが、例えば、ロール１２，１３の周速度が０．５〜１０ｍ／ｍｉｎ、圧下荷重Ａ（図２、図３参照）が１５ｋＮ／ｍｍ未満、ロールギャップＧが１０ｍｍ未満、溶湯Ｘの温度が６７０℃以上、等である。
【００３６】
一対のロール１２，１３から引き抜かれた鋳造直後の板材Ｙ（ａｓ−ｃａｓｔ材）は、熱処理装置１５及び矯正装置（金属板材Ｙを平板状に矯正するもの）１６を経てコイルに巻き取られるか切断されてシートで保管される。本実施形態では切断装置１７が備えられており、シートで保管された後、プレス成形されて、例えば断面形状がクランク形状の自動車車体のフレーム等に塑性加工される。
【００３７】
金属板材Ｙが６０００系のアルミニウム合金の場合は、前記塑性加工（プレス成形）の後、人工時効処理が行われる。その人工時効処理の条件は、例えば、１７０〜２００℃×８〜１８時間である。また、金属板材Ｙが６０００系のアルミニウム合金の場合は、前記熱処理装置１５で溶体化処理が行われる。その溶体化処理の条件は、例えば、５００〜５５０℃×１時間以上の後、水焼入れである。また、前記矯正装置１６ではレベラー矯正が行われる。
【００３８】
次に、金属板材Ｙが５０００系のアルミニウム合金の場合は、前記矯正装置１６によるレベラー矯正の後、前記塑性加工（プレス成形）の前に、焼き鈍しが行われる。その焼き鈍しの条件は、例えば、３４０℃以上である。また、金属板材Ｙが５０００系のアルミニウム合金の場合は、前記熱処理装置１５で均質化処理が行われることもある。その均質化処理の条件は、例えば、４８０〜５４０℃×４〜１０時間である。
【００３９】
次に、金属板材Ｙが３０００系のアルミニウム合金の場合は、５０００系のアルミニウム合金の場合と略同様である。ただし、均質化処理の条件が異なり、例えば、５３０〜６１０℃×４〜２４時間である。
【００４０】
次に、金属板材Ｙが１０００系のアルミニウム合金の場合も、５０００系のアルミニウム合金の場合と略同様である。ただし、均質化処理の条件が異なり、例えば、５００〜５６０℃×１〜１０時間である。
【００４１】
次に、金属板材ＹがＡＺやＡＭ等のマグネシウム合金の場合は、一対のロール１２，１３から引き抜かれた後、まずレベラー矯正が行われ、次いで、例えば、１００〜３５０℃の条件で焼き鈍しが行われ、その後、塑性加工（プレス成形）が行われる。したがって、この場合は、図１と比べて、熱処理装置１５や矯正装置１６の配置の順番が異なる。
【００４２】
なお、以上に加えて、適宜、金属板材Ｙの表面研磨処理を行ってもよい。
【００４３】
次に、本発明の特徴部分である一対のロール１２，１３の形状について説明する。
【００４４】
図８を参照して前述したように、一対のロール１２，１３間にノズル１１で導入された金属の溶湯ＸがロールギャップＧを通過する前に、水冷されているロール１２，１３の表面に接触して冷却されると、各ロール１２，１３側に凝固シェルが生成し、この２つの凝固シェルがロール１２，１３の回転に連れて合わさっていき、ロールギャップＧを通過する際に、ロール１２，１３間の圧下荷重Ａで圧着されて、ロールギャップＧで規定される厚さの板材Ｙが鋳造されることとなる。
【００４５】
ここで、図２に示すように、前記圧下荷重Ａは、凝固シェルＺがロールギャップＧを通過する際に該ロールギャップＧを押し広げようとする力、つまり一対のロール１２，１３を離反させようとする離反力Ｆの反力として凝固シェルＺに作用するものである。したがって、鋳造しようとする板材Ｙの厚さが薄いほど、つまりロールギャップＧが狭いほど、凝固シェルＺの側からロール１２，１３の側に作用する離反力Ｆが大きくなり、この離反力Ｆに打ち勝って所定寸法のロールギャップＧを保つため、つまり圧下荷重Ａを実現するためには、上側ロール１２を支持するシリンダ１４の大型化ひいてはコストの増大を招くこととなる。
【００４６】
なお、図２において、符号１２ｂ，１３ｂはロール１２，１３の軸であり、圧下荷重Ａは、シリンダ１４により上側ロール１２の軸１２ｂを下方に付勢することにより付与される。
【００４７】
そして、図２に示したように、一対のロール１２，１３の形状が、径ｒが長さ方向に沿って変化しない円柱状であるときは、ロール表面１２ｄ，１３ｄに垂直に作用する凝固シェルＺからの離反力Ｆが、そのままロール１２，１３の軸心１２ｃ，１３ｃと直交して、一対のロール１２，１３を離反させようとする力となる。
【００４８】
これに対し、本実施形態では、図３（第１実施形態）に示すように、一対のロール１２，１３の形状が、長さ方向の全部の範囲において径ｒが長さ方向に沿って変化する形状とされている。しかも、その径ｒの変化の度合い（長さ方向の変化に対する径ｒの変化の割合）が一定とされている。その結果、一対のロール１２，１３は、ロール表面１２ｄ，１３ｄが全範囲で傾斜面となって、円錐状を呈している。
【００４９】
したがって、この円錐状のロール１２，１３においては、ロール表面１２ｄ，１３ｄに垂直に作用する離反力Ｆが、ロール１２，１３の長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）と、ロール１２，１３の幅方向の成分（Ｆｃｏｓθ）とに分割され、これらのうち幅方向の成分（Ｆｃｏｓθ）のみが、ロール１２，１３の軸心１２ｃ，１３ｃと直交して、一対のロール１２，１３を離反させようとする力となる。
【００５０】
なお、長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）は、ロール１２，１３の軸心１２ｃ，１３ｃと平行となって、一対のロール１２，１３を長さ方向に相互に逆向きに横移動させようとするスラスト力となる。
【００５１】
それゆえ、図３に示した円錐状のロール１２，１３は、図２に示した円柱状のロール１２，１３に比べて、凝固シェルＺの側からロール１２，１３の側に作用する離反力Ｆが同じでも、一対のロール１２，１３を離反させようとする力が弱められることとなる。
【００５２】
その結果、図３に示した円錐状のロール１２，１３では、厚さが相対的に薄い金属板材Ｙを鋳造する場合でも、上側ロール１２を支持するシリンダ１４の大型化やコストの増大が抑制されることとなる。さらに、ロール１２，１３の周速度や冷却の度合い等を緻密に制御することも必要としない。またそれゆえ、凝固シェルＺの厚さが過度に薄くなったりせず、安定して良好な金属板材Ｙが得られることとなる。
【００５３】
しかも、図３に示した円錐状のロール１２，１３では、このロール１２，１３の全長に亘ってロールギャップＧが略一定寸法に維持されているから、該ロールギャップＧで規定される厚さの金属板材Ｙが確実に鋳造されることとなる。
【００５４】
前述したように、この第１実施形態では、ロール１２，１３の長さ方向の全部の範囲において径ｒが長さ方向に沿って変化し、かつその変化の度合いが一定であるから、ロール表面１２ｄ，１３ｄは、その全範囲で傾きが一定の傾斜面となる。その結果、この一対のロール１２，１３で鋳造される金属板材Ｙは平板状となり、矯正装置１６による平板状への矯正を省略することができる。
【００５５】
また、この第１実施形態では、ロール１２，１３の径の小さい部分と大きい部分とでは周速度が異なるから、鋳造時に板材Ｙにせん断歪が付与され、このせん断歪の付与によって、再結晶温度以上の熱処理時に再結晶粒を微細化できる（特に最表面部において）という利点がある。
【００５６】
さらに、この第１実施形態では、２つのロール１２，１３が相互に同形状であるから、ロール１２，１３の製作が容易化するという利点もある。
【００５７】
なお、図３において、ロールギャップＧが水平になるように、ロール１２，１３の軸心１２ｃ，１３ｃを傾斜させてもよい。これにより、一対のロール１２，１３間に導入された溶湯Ｘがロール１２，１３の端面（図例では右側の端面）のロールギャップＧから垂れ落ちることが防止される。
【００５８】
本実施形態では、一対のロール１２，１３の形状は、図４（ａ）に示すようなものでもよい（第２実施形態）。第１実施形態と異なる点は、一対のロール１２，１３の形状が、長さ方向の一部の範囲において径ｒが長さ方向に沿って変化する形状とされている点である。その他の構成及び作用は第１実施形態と同様である。
【００５９】
その結果、この一対のロール１２，１３で鋳造される金属板材Ｙは平板状でないから、矯正装置１６で金属板材Ｙを平板状に矯正することにより、汎用性のある平板状の金属板材Ｙを最終的に得る。
【００６０】
なお、鋳造された金属板材Ｙを平板状に矯正する装置（本実施形態ではレベラー矯正装置）１６は、一般に、連続鋳造圧延装置１０にもともと具備されているものであるから、これによる装置１０の大型化やコストの増大という問題は起らない。
【００６１】
また、図４（ａ）においては、ロール表面１２ｄ，１３ｄの一部の範囲に生成する傾斜面は、ロール１２，１３の中央部にあるが、ロール１２，１３の端部にあってもよい。また、傾斜面は複数あってもよく、さらに、その傾斜角度が相互に異なっていてもよい。
【００６２】
本実施形態では、一対のロール１２，１３の形状は、図４（ｂ）に示すようなものでもよい（第３実施形態）。第１実施形態と異なる点は、径ｒが長さ方向に沿って変化する度合い（長さ方向の変化に対する径ｒの変化の割合）が１回変化している点である。しかも、その結果生成する２つの傾斜面は、相互に逆向きで、傾斜角度が同じ、かつロール１２，１３の長さ方向の長さが同じとされている。その他の構成及び作用は第１実施形態と同様である（ただし、２つのロール１２，１３は形状が相互に異なる）。
【００６３】
その結果、このロール１２，１３においては、ロール表面１２ｄ，１３ｄに垂直に作用する離反力Ｆの長さ方向の成分（Ｆｓｉｎθ）の総和が零に設定されている。したがって、一対のロール１２，１３を長さ方向に相互に逆向きに横移動させようとするスラスト力が相殺され、各ロール１２，１３を前記スラスト力に抗して支持する必要がなくなる。
【００６４】
その場合に、２つの傾斜面は、ロール１２，１３の端部まで及んであり、上側ロール１２の下部及び下側ロール１３の上部において、２つの傾斜面は、それぞれロール１２，１３の端面側に向けて上向きとされている。
【００６５】
その結果、このロール１２，１３においては、ロールギャップＧがロール１２，１３の端部においてロール１２，１３の端面側に向けて上向きであるから、一対のロール１２，１３間に導入された溶湯Ｘがロール１２，１３の端面のロールギャップＧから垂れ落ちることが防止される。
【００６６】
なお、下側ロール１３の長さを上側ロール１２の長さよりも長くすると、溶湯Ｘがロール１２，１３の端面のロールギャップＧから垂れ落ちることがより一層確実に防止される。
【００６７】
図４（ｃ）は第４実施形態を示す。第３実施形態と異なる点は、径ｒが長さ方向に沿って変化する度合い（長さ方向の変化に対する径ｒの変化の割合）が変化する回数が複数（図例では１１回、その結果生成する傾斜面の数が１２）である点である。その他の構成及び作用は第３実施形態と同様である。
【００６８】
その結果、この第４実施形態では、得られる板材Ｙは断面形状において凹凸が複数回繰り返され、変化の大きい形状であるから、鋳造時及び矯正時に板材Ｙに歪が付与される部分が多くなり、この歪付与の増加によって、再結晶温度以上の熱処理時に再結晶粒を微細化できるという効果が増大するという利点がある。
【００６９】
なお、図４（ｃ）においては、上側ロール１２に凸条を形成し、下側ロール１３に凹溝を形成したが、逆でもよい。
【００７０】
図５（ａ）は第５実施形態を示す。第４実施形態と異なる点は、各ロール１２，１３に、凸条と凹溝とを共に形成した点である。その他の構成及び作用は第４実施形態と同様である。
【００７１】
その結果、この第５実施形態では、２つのロール１２，１３が相互に同形状となって、ロール１２，１３の製作が容易化するという利点がある。なお、凸条の数、凹溝の数を複数としてもよい。
【００７２】
以上の第２〜５実施形態において、傾斜面の角部は、丸形状や台形形状でもよい。
【００７３】
図５（ｂ）は第６実施形態を示す。図４（ｂ）の第３実施形態と異なる点は、径ｒが長さ方向に沿って変化する度合い（長さ方向の変化に対する径ｒの変化の割合）が連続して変化し、その結果、ロール表面１２ｄ，１３ｄに湾曲面が生成している点である。その他の構成及び作用は第３実施形態と同様である。この第６実施形態では、矯正装置１６による平板状への矯正が容易化、円滑化するという利点がある。
【００７４】
図５（ｃ）は第７実施形態を示す。第６実施形態と異なる点は、下側ロール１３の長さが上側ロール１２の長さよりも長い点である。また、ロール１２，１３の端部において、ロールギャップＧが広くされている。その結果、鋳造された帯状の金属板材Ｙは、両側部が厚くなるので、図中符号ａで示すように両側部は切断する。その他の構成及び作用は第６実施形態と同様である。この第７実施形態では、凝固シェルＺがロールギャップＧが広くされたロール１２，１３の端部に容易に流動するので、厚さが相対的に薄い金属板材Ｙを鋳造する場合でも、上側ロール１２を支持するシリンダ１４の大型化やコストの増大がより一層抑制されるという利点がある。
【００７５】
本発明は、図６に示すように、一対のロール１２，１３が左右に水平に配置される垂直引き抜き型（縦型）の双ロール式連続鋳造圧延装置１０に適用することもできる。図中、符号１８は、溶湯を溜めるタンディッシュ、符号１９は、ロール１２，１３の両端面に押し当てられて、ロール１２，１３間の溶湯Ｘの漏れを防止する耐火性の側堰である。溶湯Ｘは、タンディッシュ１８から、ロール１２，１３と側堰１９，１９とで形成される空間に注湯される。ロール１２，１３で鋳造圧延された帯状の金属板材Ｙは、矢印で示すように下方に引き抜かれる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、双ロール式連続鋳造圧延法において、緻密な制御を必要とせず、かつ装置の大型化やコストの増大の問題を抑制しながら、厚さが相対的に薄い金属板材を安定して良好に鋳造することが可能な技術であるから、金属板材の鋳造の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 双ロール式連続鋳造圧延装置
１１ ノズル
１２，１３ ロール
１２ａ，１３ａ 水冷機構
１２ｂ，１３ｂ ロール軸
１２ｃ，１３ｃ ロール軸心
１２ｄ，１３ｄ ロール表面
１４ ロール支持シリンダ
１５ 熱処理装置
１６ 矯正装置
１７ 切断装置
１８ タンディッシュ
１９ 側堰
Ａ 圧下荷重
Ｆ 離反力
Ｆｃｏｓθ 幅方向の成分
Ｆｓｉｎθ 長さ方向の成分
Ｇ ロールギャップ
ｒ 径
Ｘ 溶湯
Ｙ 金属板材
Ｚ 凝固シェル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定寸法のロールギャップを介して相対向し相互に反対方向に回転する一対のロール間に金属の溶湯を導入し、該溶湯を前記ロール表面で冷却して凝固させつつ前記ロールで圧延して帯状の金属板材を得る双ロール式連続鋳造圧延方法であって、
前記一対のロールとして、その全長に亘って略一定寸法のロールギャップを形成し、かつ長さ方向の少なくとも一部の範囲において径が長さ方向に沿って変化する形状の一対のロールを用いることを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延方法。
【請求項２】
請求項１に記載の双ロール式連続鋳造圧延方法において、
径が変化する範囲が長さ方向の一部であるロールを用いるとき、又は、径が変化する度合いが変化するロールを用いるときは、該ロールで圧延して得られた金属板材を平板状に矯正することを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の双ロール式連続鋳造圧延方法において、
径が変化することにより生成するロール表面の傾斜面又は湾曲面に垂直に作用する力のロールの長さ方向の成分の総和が零に設定されたロールを用いることを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の双ロール式連続鋳造圧延方法において、
前記一対のロールを上下に配置し、
径が変化することにより生成するロール表面の傾斜面又は湾曲面がロールの端部にあり、上側のロールの下部及び下側のロールの上部において、前記傾斜面又は湾曲面がロールの端面側に向けて上向きであるロールを用いることを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延方法。
【請求項５】
所定寸法のロールギャップを介して相対向し相互に反対方向に回転する一対のロール間に金属の溶湯を導入し、該溶湯を前記ロール表面で冷却して凝固させつつ前記ロールで圧延して帯状の金属板材を得る双ロール式連続鋳造圧延装置であって、
前記一対のロールとして、その全長に亘って略一定寸法のロールギャップを形成し、かつ長さ方向の少なくとも一部の範囲において径が長さ方向に沿って変化する形状の一対のロールが備えられていることを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延装置。
【請求項６】
請求項５に記載の双ロール式連続鋳造圧延装置において、
径が変化する範囲が長さ方向の一部であるロールが備えられているとき、又は、径が変化する度合いが変化するロールが備えられているときは、該ロールで圧延して得られた金属板材を平板状に矯正する矯正装置が備えられていることを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の双ロール式連続鋳造圧延装置において、
径が変化することにより生成するロール表面の傾斜面又は湾曲面に垂直に作用する力のロールの長さ方向の成分の総和が零に設定されたロールが備えられていることを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延装置。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１項に記載の双ロール式連続鋳造圧延装置において、
前記一対のロールが上下に配置され、
径が変化することにより生成するロール表面の傾斜面又は湾曲面がロールの端部にあり、上側のロールの下部及び下側のロールの上部において、前記傾斜面又は湾曲面がロールの端面側に向けて上向きであるロールが備えられていることを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延装置。
【請求項１】
所定寸法のロールギャップを介して相対向し相互に反対方向に回転する一対のロール間に金属の溶湯を導入し、該溶湯を前記ロール表面で冷却して凝固させつつ前記ロールで圧延して帯状の金属板材を得る双ロール式連続鋳造圧延方法であって、
前記一対のロールとして、その全長に亘って略一定寸法のロールギャップを形成し、かつ長さ方向の少なくとも一部の範囲において径が長さ方向に沿って変化する形状の一対のロールを用いることを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延方法。
【請求項２】
請求項１に記載の双ロール式連続鋳造圧延方法において、
径が変化する範囲が長さ方向の一部であるロールを用いるとき、又は、径が変化する度合いが変化するロールを用いるときは、該ロールで圧延して得られた金属板材を平板状に矯正することを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の双ロール式連続鋳造圧延方法において、
径が変化することにより生成するロール表面の傾斜面又は湾曲面に垂直に作用する力のロールの長さ方向の成分の総和が零に設定されたロールを用いることを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の双ロール式連続鋳造圧延方法において、
前記一対のロールを上下に配置し、
径が変化することにより生成するロール表面の傾斜面又は湾曲面がロールの端部にあり、上側のロールの下部及び下側のロールの上部において、前記傾斜面又は湾曲面がロールの端面側に向けて上向きであるロールを用いることを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延方法。
【請求項５】
所定寸法のロールギャップを介して相対向し相互に反対方向に回転する一対のロール間に金属の溶湯を導入し、該溶湯を前記ロール表面で冷却して凝固させつつ前記ロールで圧延して帯状の金属板材を得る双ロール式連続鋳造圧延装置であって、
前記一対のロールとして、その全長に亘って略一定寸法のロールギャップを形成し、かつ長さ方向の少なくとも一部の範囲において径が長さ方向に沿って変化する形状の一対のロールが備えられていることを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延装置。
【請求項６】
請求項５に記載の双ロール式連続鋳造圧延装置において、
径が変化する範囲が長さ方向の一部であるロールが備えられているとき、又は、径が変化する度合いが変化するロールが備えられているときは、該ロールで圧延して得られた金属板材を平板状に矯正する矯正装置が備えられていることを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の双ロール式連続鋳造圧延装置において、
径が変化することにより生成するロール表面の傾斜面又は湾曲面に垂直に作用する力のロールの長さ方向の成分の総和が零に設定されたロールが備えられていることを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延装置。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１項に記載の双ロール式連続鋳造圧延装置において、
前記一対のロールが上下に配置され、
径が変化することにより生成するロール表面の傾斜面又は湾曲面がロールの端部にあり、上側のロールの下部及び下側のロールの上部において、前記傾斜面又は湾曲面がロールの端面側に向けて上向きであるロールが備えられていることを特徴とする双ロール式連続鋳造圧延装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１７９３１１（Ｐ２０１０−１７９３１１Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２１４９（Ｐ２００９−２２１４９）
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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