JPH0623493A - 薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムとその加工装置 - Google Patents

薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムとその加工装置

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JPH0623493A
JPH0623493A JP4178413A JP17841392A JPH0623493A JP H0623493 A JPH0623493 A JP H0623493A JP 4178413 A JP4178413 A JP 4178413A JP 17841392 A JP17841392 A JP 17841392A JP H0623493 A JPH0623493 A JP H0623493A
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JP
Japan
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drum
ion beam
cooling
laser beam
dimples
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JP4178413A
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English (en)
Inventor
Jun Sasaki
純 佐々木
Kenji Sugiyama
賢司 杉山
Katsuhiro Minamida
勝宏 南田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高エネルギービームを用いることにより、穴
深さの大きなディンプルが制御性よく加工され且つ耐摩
耗性が高い薄肉鋳片鋳造用冷却ドラム及びその加工装置
を提供することを目的とする。 【構成】 レーザ光により加工された凹凸(ディンプ
ル)とイオンビームまたはイオンビームと蒸着源により
処理された表層をもつ薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムと、真
空容器内にドラムを回転及び移動する機構と移動可能な
光学系装置、イオンビーム源及び蒸着源を設け、薄肉鋳
片鋳造用冷却ドラムの表層部を真空中で加工する装置で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄肉鋳片鋳造用冷却ド
ラムおよびその加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】連続鋳造の分野では、コストの切下げ、
新材料の創出等を目的として最終製品の形状に近い薄肉
鋳片を溶融金属から直接的に製造する技術の開発が強く
望まれている。この要求に応えるべく、内部冷却水冷機
構を備えた一対の冷却ドラムを使用するツインドラム方
式、一本の冷却ドラムを使用する単ドラム方式、冷却ド
ラムとベルトとの間に湯だまり部を形成するドラム・ベ
ルト方式等の各種方法がこれまで提案され、その一部は
工業生産のレベルまで達している。
【0003】しかし、これら薄肉鋳片は、旧来の連続鋳
造設備によって製造されるスラブと比較して後続の工程
で圧延される度合が小さい。よって薄肉鋳片の肉厚変
動、表面割れ等は最終製品表面の欠陥となって残り、商
品価値を著しく損なう危険が大きい為、その表面性状を
高く安定して維持することが重要である。良好な表面品
質をもつ薄肉鋳片を安定して製造するには、種々の方法
が提案されている。例えば、特開昭60−184449
号公報では冷却ドラムの周面上に溶鋼とのエアギャップ
を形成するように凹凸(ディンプル)を設けることが提
案されている。このエアギャップによって冷却ドラムの
抜熱能力が小さくなり、溶融金属の緩慢な冷却が行われ
る。この結果、凝固シェルの厚みが板幅方向で均一化さ
れて形状特性の優れた薄肉鋳片は製造可能となるが、ド
ラムの摩耗が進行してゆくとディンプルの穴深さは減少
し、最後にはディンプルが消滅する。よって、摩耗の進
行に対してもディンプルの消滅までの寿命を延長させる
ためには、ディンプルの深さが大きく、かつ材料が高耐
摩耗性をもつドラムが求められている。
【0004】しかし、従来のディンプル加工法であるエ
ッチング法によりディンプルを形成したドラムは、加工
できるディンプルの穴径や穴深さに制約が多く所望の穴
径、穴深さが得られないという問題がある。さらに材料
耐摩耗性向上のためにメッキ等の被覆表面処理を施した
ドラムでは、メッキ等の皮膜がディンプルを塞いでしま
う恐れもあり、また使用中の厳しい熱環境等により被覆
処理層の剥離が生じてしまうという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、薄肉鋳片鋳
造用冷却ドラムの穴径、穴深さが自由度高く高効率で加
工され、耐摩耗性に優れて且つ厳しい熱環境においても
処理層の剥離無い薄肉鋳片鋳造用冷却ドラム及びその製
造方法を提供せんとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、ドラム表面がレーザ光の照射により形成された表
面凹凸を有し、かつその処理を行った同一の真空チャン
バー中で一度も大気に触れさせること無しにイオンビー
ム或はイオンビームと蒸着との併用を行うことによって
イオンビームを用いる処理の効果を向上させるように改
質された表層部で覆われた薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムに
あり、または真空容器内にドラム駆動機構を設けると共
に、レーザ光伝達・集光光学系装置およびイオンビーム
源、更に必要により蒸着源を移動可能に設けた薄肉鋳片
鋳造用冷却ドラムの加工装置にある。
【0007】本発明を以下に詳細に説明する。
【0008】
【作用】薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムに求められるのは、
その表面上に穴深さの大きなディンプルが500μm以
下の穴径で最適な配置をもって加工されていることであ
る。穴径が500μmを越えると穴の部分で鋳片の冷却
むらを生じるからである。レーザ光を用いたディンプル
加工方法は、ディンプルの穴径、穴深さが入射するレー
ザ光のエネルギー、パルス幅、ビーム径によって精密に
制御でき且つ、加工可能な穴深さはエッチングよりもき
わめて大きい。
【0009】また穴位置は光学系によるレーザ光のスキ
ャンにより容易に位置制御性良く加工できるものであ
り、その光学系は真空容器のなかに設置することにより
レーザ穴加工とイオンビーム表面処理という二つの処理
を同一の真空容器内で効率よく行うことが出来る。例え
ば穴径100μmのとき薄板鋳片鋳造用冷却ドラムのデ
ィンプルとして必要なのは70μm以上の穴深さだがエ
ッチングではこの深さの加工は上限に近い。
【0010】それに対してレーザ鋼を用いた加工では深
さ100μm以上の穴も容易に加工することが出来る。
ドラム表面に加工したディンプルの断面形状を図3
(a)、図3(b)に示す。図3(a)に示したディン
プルはレーザ光で加工しただけのもので、レーサ光によ
ってドラム表面が加熱、溶融し、一部は蒸発する。この
現象によってレーザ光照射部分直下の溶融物は排除され
ディンプルの底13が出来る。図3(b)に示したのは
レーザ光でディンプル加工した後でイオンビームまたは
イオンビームと蒸着元素の組合せにより処理層12が出
来た様子を示すものである。
【0011】イオンビーム処理は制御性のよい薄層処理
であり、図3(b)に示すようにディンプルを塞ぐこと
なく処理が行える。イオンビーム処理は、ビーム照射の
効果により処理層内の元素を原子レベルで混合して傾斜
組成を持った処理層を形成するものであるため、薄板鋳
片鋳造用冷却ドラムのような激しい熱環境での使用に於
いても剥離が原理的に無い。
【0012】このような要求に対して適しているイオン
ビームの元素は化合物を形成して改質層を作り易い元素
であり、例えばTi,Cr,Co,Zr,Mo,Hf,
Ta,W等であり、蒸着との併用を行う際にはこれらの
金属元素に加えて金属と化合物を形成する元素である窒
素、炭素、ほう素等である。例えば、ロール表層にTi
等のイオンを照射注入すると、粒子線照射効果と化合物
形成による表層部の結晶構造、組成が変化して表面硬度
や凝着性が変化するために摩耗が少なくなる効果が認め
られる。これらの元素は一種のみで無く二種以上を照射
すれば、各々が重畳したよりよい効果が得られる。
【0013】また処理を行うイオンビームの条件とし
て、加速エネルギーは50eV以上3MeV 以下、ドーズ量
は5×1016イオン/cm2 以上1×1019イオン/cm2
以下が適当である。これ以下のエネルギーではビーム照
射の効果が低すぎ、これ以上のエネルギーはイオンビー
ム発生装置が大きくなりすぎて実用的ではない。ドーズ
量についてはこれ以下の値では効果がなくこれ以上の値
では処理に時間がかかりすぎ実用的ではない。
【0014】次に本発明であるドラムの加工を実施する
装置の基本構成を図1に示す。被加工ドラムを10、真
空容器を20、ドラム回転・移動機構を33、レーザ光
をLB、イオンビームをIB、蒸着元素をEVとして示
す。真空容器20は、被加工ドラムの搬入出用の蓋2
1,22を備えている。レーザ光を伝達・集光する光学
系装置OP1 ,OP2 とイオンビーム源B−IB1 ,B
−IB2 、蒸着源B−EV1 ,B−EV2 は被加工ドラ
ムの軸と平行に設けられた移動機構41,51に設置さ
れて、ドラム表面全域に渡って移動する。
【0015】30はドラム駆動装置の支持台、31,3
2はドラム支持軸、33はドラム駆動装置、40は光学
系装置の移動用駆動装置及び50はイオン源等の移動用
駆動装置である。被加工ドラム10に対しレーザ光L
B、イオンビームIB、及び蒸着元素EVによって処理
を行う概念図を図2に示す。真空度を10-1〜10-8To
rrに保った真空容器20のなかで被加工ドラム10を連
続回転させ、ドラム上部より入射したレーザ光LBを伝
達・集光光学系装置OP1 ,OP2 によってドラム表面
に微細なディンプルを順次あけていく。この際、レーザ
光LBの照射位置はドラムが一回転したときにある幅だ
けドラムの長手方向に移動する。
【0016】なお図2はレーザ光LB、イオンビームI
B、蒸着元素EVを各々2組で処理を行う場合を示して
おり、図1の装置を用いたときの例である。図2中のL
1-1はひとつのレーザ光LB1 によって作られた最初の
ディンプルの列であり、同様にL2-2 はもうひとつのレ
ーザ光LB2 によって作られた最初のディンプルの列で
ある。レーザ光LB1 ,LB2 によりイオンビームまた
はイオンビームと蒸着が作用している領域に隣接する列
1-2 ,L2-2 のディンプル穿孔を行っている間に既に
穿孔されたL1-1 ,L2-1 のディンプルの列にイオンビ
ームIB1 ,IB2 またはイオンビームIB1 ,IB2
と蒸着元素EV1 ,EV2 の併用により表面のイオンビ
ーム処理を行う。
【0017】この様な複数組のLB,IB,EVは、高
生産性を得るためのものである。このときドラムとレー
ザ光、イオンビーム、蒸着元素とはその相対位置がドラ
ムの軸と平行に変化するのであればドラムまたはレーザ
光、イオンビーム、蒸着元素のいずれかが停止していて
もよい。レーザ光を伝達・集光する光学系装置とイオン
ビーム源または電子ビーム源、イオンビーム源と蒸着源
をひとつの真空容器内に持つ装置を用いることにより、
装置間のドラムの組かえの手間、真空排気の時間を減じ
て効率よく加工を行うことが出来るものである。
【0018】
【実施例】試験を実施する本発明の薄板鋳片鋳造用冷却
ドラムの形状及びその加工時の条件を以下に示す。 ドラム形状;φ1200mm、長さ800mm ドラム材質;ニッケル (加工条件) 回転数;1.66RPM 真空度;10-4torr レーザ光波長;1.06μm(YAGレーザ) レーザ光パルス幅;0.1msec レーザ光出力;200mJ ビーム径 (ドラム1) イオンビーム加速電圧;70kV、 イオン種;Tiイオン ドーズ量;5×1017ions/cm2 (ドラム2) イオンビーム加速電圧;30kV、 イオン種;窒素イオン 蒸着金属;クロム 蒸着膜厚;3μm 以上の条件で加工したドラムにはディンプル形状として
内径200μm、深さ500μmのディンプルをつくっ
た。このドラム1、ドラム2およびイオンビーム処理を
行わなかった比較用ドラムで各々薄板鋳片の鋳込みを実
施すると電子ビーム加工のみでイオンビーム処理を行わ
なかったドラムにより鋳込んだ場合での摩耗による寿命
に対して、イオンビーム処理を行ったドラム1、ドラム
2は摩耗による寿命を各々1.5倍、2倍とすることが
出来る。
【0019】
【発明の効果】この様に本発明によれば、激しい熱環境
に対しても耐摩耗性が高く、長期間の操業が可能となる
薄肉鋳片圧延用冷却ドラム、および、ひとつの真空容器
中で高エネルギービームを用いてディンプルを製作する
ことにより効率よく薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムを製造す
ることが出来る装置を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のドラム加工装置の一例を示す一部断面
側面図である。
【図2】本発明の装置によりドラムを加工・処理する状
態を示す斜視図である。
【図3】(a)および(b)は、加工・処理されたディ
ンプルの拡大断面図で、(a)はレーザ光で加工した状
態を示し、(b)は更にイオンビーム処理した状態を示
す。
【符号の説明】
10…加工を行うドラム 11…ドラム表面 12…イオンビームによる処理層 13…ディンプルの底部 20…真空容器 21…真空容器2の蓋 22…真空容器2の蓋 30…ドラム駆動装置の支持台 31…ドラムの支持軸 32…ドラムの支持軸 33…ドラムの駆動装置 40…レーザ光を伝達・集光する光学系装置の移動用駆
動装置 41…レーザ光を伝達・集光する光学系装置の移動機構 50…イオン源またはイオン源と蒸着源の移動用駆動装

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ドラム表面がレーザ光の照射により形成
    された表面凹凸を有すると共に、イオンビームで改質さ
    れた表層部で覆われたことを特徴とする薄肉鋳片鋳造用
    冷却ドラム。
  2. 【請求項2】 ドラム表面がレーザ光の照射により形成
    された表面凹凸を有すると共に、イオンビーム及び蒸着
    の併用によって改質された表層部で覆われたことを特徴
    とする薄肉鋳片鋳造用冷却ドラム。
  3. 【請求項3】 真空容器内にドラム駆動機構を設けると
    共に、該駆動機構に設置されたドラムの表面にレーザ光
    とイオンビームを照射する移動可能なレーザ光伝達・集
    光光学系装置およびイオンビーム源を設けたことを特徴
    とする薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムの加工装置。
  4. 【請求項4】 ドラム駆動機構がドラム回転機構を含む
    請求項3記載の加工装置。
  5. 【請求項5】 ドラム駆動機構がドラム回転及び移動機
    構を含む請求項3記載の加工装置。
  6. 【請求項6】 真空容器内にドラム駆動機構を設けると
    共に、該駆動機構に設置されたドラムの表面にレーザ光
    とイオンビームを照射する移動可能なレーザ光伝達・集
    光光学系装置、イオンビーム源および蒸着源を設けたこ
    とを特徴とする薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムの加工装置。
  7. 【請求項7】 ドラム駆動機構がドラム回転装置を含む
    請求項6記載の加工装置。
  8. 【請求項8】 ドラム駆動機構がドラム回転及び駆動機
    構を含む請求項6記載の加工装置。
JP4178413A 1992-07-06 1992-07-06 薄肉鋳片鋳造用冷却ドラムとその加工装置 Pending JPH0623493A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108817710A (zh) * 2018-07-20 2018-11-16 江南工业集团有限公司 一种薄壁壳体激光焊接装夹装置和操作方法
CN109365993A (zh) * 2018-11-27 2019-02-22 江苏大学 一种轧辊激光毛化加工设备及其加工方法

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