JP2004114076A

JP2004114076A - 急冷鋳造装置

Info

Publication number: JP2004114076A
Application number: JP2002279229A
Authority: JP
Inventors: Masanori Tsuda; 津田　正徳; Yasuhiro Nakai; 中井　泰弘
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: JP4726385B2

Abstract

【課題】簡易な構造で金属薄帯の冷却速度のばらつきを抑え、均質な金属薄帯を製造できる急冷鋳造装置を提供する。
【解決手段】溶解炉から出湯された溶湯５２と接触し冷却凝固させて金属薄帯５７を生成する冷却ロール２と、冷却ロール２の溶湯５２との接触部位４ａを加熱させるヒータ７とを備えていることを特徴とする急冷鋳造装置１を提供する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属又は合金の薄帯の製造に用いられる急冷鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば磁石材料，水素吸蔵合金などの粉末製造用素材となる金属薄帯を製造するための急冷鋳造装置が知られている。
この一例を図５に基づき、金属薄帯の製造工程に沿って説明する。急冷鋳造装置５０において、５１は溶解炉であって、誘導加熱により金属を溶解、混合して溶湯を生成するものである。この溶解炉５１で溶解された所定の組成の金属は、所定の湯温の溶湯５２となって出湯され、樋５３に導かれてタンディッシュ５４に注湯される。そして、タンディッシュ５４内で一時的に貯湯された溶湯５２が、溶湯流出口５５で回転する冷却ロール５６に接触し、急冷凝固されて金属薄帯５７が生成される（メルトドラッグ法）。金属薄帯５７は冷却ロール５６と連れ回った後に、冷却ロール５６から剥離して回収箱５８に回収される。これらの一連の工程は、高清浄な溶解雰囲気とされた真空槽５９内で行われる。
【０００３】
このような急冷鋳造装置の中には、例えば冷却ロール５６で連れ回される際に、金属薄帯５７の反りによる冷却ロール５６からの浮きを抑えたもの（例えば、特許文献１，２参照）や、真空層５９内で完全に冷却するために別途冷却用ラインを設けたもの（例えば、特許文献３参照）があり、金属薄帯５７を均等に速く冷却してその品質を高めるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−０９６３４２号公報
【特許文献２】
特開２００１−０９６３４３号公報
【特許文献３】
特開２００１−１６２３５６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の急冷鋳造装置では、例えば装置自体の始動時等、金属薄帯の製造初期において、金属薄帯の形状が安定しない場合がある。このように形状が安定しない状態で製造された金属薄帯は、面方向及び厚さ方向共に不揃いであるため、その冷却速度が不均一となって組成が不均質になったり、高温のまま真空槽外に取り出されて酸化したりしてしまう。このため、金属薄帯のロット単位での品質が低下するという問題がある。
また、冷却ロールに接触し付着した溶湯は、その面方向、厚さ方向で冷却速度が一定ではない。例えば厚さ方向では、溶湯のロール面側は直接冷却ロールに接触するため急冷凝固する（冷却速度が速い）が、同時に冷却ロールへの接触が悪化するため、ロール面側を通じて冷却される自由凝固面側（ロール面側の反対側）の抜熱が遅くなる傾向にある。このため、厚さ方向で冷却速度の違う金属薄帯が生成され、上記同様に金属薄帯の品質が低下するという問題がある。さらに、自由凝固面側の抜熱が遅れることにより、ロール面側が再加熱されるおそれもある。
そして、上述した急冷鋳造装置の中には、金属薄帯を冷却ロールに押し付ける押圧ロール等を備え、冷却ロールと合わせて金属薄帯を押圧すると共に両面から均等に冷却するものがあるが、金属薄帯を効果的に冷却するためには押圧ロールにも冷却経路を設ける等の必要があり、装置自体が複雑になると共にコストが増加してしまうという問題がある。
【０００６】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構造で製造初期の金属薄帯の冷却速度のばらつきを抑え、さらに、冷却ロールの溶湯との接触部位を加熱することにより、冷却ロールと溶湯との接触を良好にし溶湯の自由凝固面側も所定の冷却速度とすることで、均質な金属薄帯を製造できる急冷鋳造装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、溶解炉から出湯された溶湯と接触し冷却凝固させて金属薄帯を生成する冷却手段と、該冷却手段の溶湯との接触部位を加熱させる加熱手段とを備えていることを特徴とする急冷鋳造装置を提供する。
【０００８】
この急冷鋳造装置によれば、加熱手段により冷却手段の溶湯との接触部位を所定の温度まで加熱させることができる。冷却手段は、その溶湯との接触部位が所定の温度となったとき（製造安定時）に溶湯が良好に付着し、良質な金属薄帯を製造できるようになっているため、金属薄帯の製造初期において、冷却手段の溶湯との接触部位の温度が製造安定時と比べて低い場合には、溶湯がはじかれるように冷却され、接触熱伝導性が損なわれて冷却性能が悪化する。これを、加熱手段を用いて冷却手段の溶湯との接触部位を接触熱伝導が良くなる温度まで加熱させることで、冷却手段の溶湯との接触部位に溶湯が良好に付着し、溶湯の自由凝固面側の冷却速度が遅くならない。これにより、溶湯の冷却が均等に促進されて良質な金属薄帯を製造することが可能となる。
また、金属薄帯の製造が進んでも、加熱手段により冷却手段を製造安定時の状態に維持することができるため、溶湯が良好に付着し、溶湯の冷却が均等に促進されて良質な金属薄帯を製造することができる。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、前記加熱手段が、前記冷却手段の冷媒を加熱することを特徴とする請求項１に記載の急冷鋳造装置を提供する。
この急冷鋳造装置によれば、加熱手段により冷却手段の冷媒を加熱し、冷却手段の溶湯との接触部位を所定の温度まで加熱させることができる。これにより、金属薄帯の製造において、溶湯を冷却手段に良好に付着させることができ、溶湯の冷却が均等に促進されて良質な金属薄帯を製造することが可能となる。
【００１０】
請求項３に記載した発明は、前記加熱手段が、前記冷却手段の溶湯との接触部位の近傍を加熱することを特徴とする請求項１に記載の急冷鋳造装置を提供する。
この急冷鋳造装置によれば、加熱手段により冷却手段の溶湯との接触部位の近傍を加熱することで、溶湯との接触部位を所定の温度まで効率よく加熱させることができる。これにより、金属薄帯の製造において、溶湯を冷却手段に良好に付着させることができ、溶湯の冷却が均等に促進されて良質な金属薄帯を製造することが可能となる。
【００１１】
請求項４に記載した発明は、前記加熱手段により、冷却手段の溶湯との接触部位が、水分を離脱可能な温度に加熱されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の急冷鋳造装置を提供する。
この急冷鋳造装置によれば、金属薄帯の製造において、加熱手段により冷却手段の溶湯との接触部位が加熱され、冷却手段に付着している水分を離脱させて溶湯の汚染を抑えることが可能となる。
【００１２】
請求項５に記載した発明は、前記冷却手段により、冷却手段の溶湯との接触部位が、溶湯を良好に付着させる温度に加熱されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の急冷鋳造装置を提供する。
この急冷鋳造装置によれば、金属薄帯の製造において、加熱手段により冷却手段の溶湯との接触部位が加熱され、溶湯を冷却手段に良好に付着させて良質な金属薄帯を製造することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第一の実施の形態を、図３を援用して図１に基づいて説明する。なお、図３と同一部位に同一符号を付して説明を省略する。
図１に示す急冷鋳造装置１の冷却ロール（冷却手段）２は、アーム３により回転自在に支持され、左回り（矢印Ｈ方向）に駆動するものである。冷却ロール２の右側方には、樋５３を介して前記溶解炉５１から溶湯５２が注湯されるタンディッシュ５４が隣接配置され、冷却ロール２の外周面４がタンディッシュ５４内の溶湯５２に接触し掻き揚げることで、溶湯５２を急冷凝固させ金属薄帯５７が生成されるようになっている。ここで、樋５３及びタンディッシュ５４は、溶湯５２の汚染及び湯温低下を極力抑えるために、溶湯５２との接触部分が例えばアルミナ等のセラミック製の耐火物で内張りされている。
【００１４】
そして、金属薄帯製造時の一連の工程は、真空排気後にアルゴンガス等の不活性ガスを導入する等、高清浄な溶解雰囲気とされた真空槽５９内で行われることとなり、金属薄帯の純度及び品質を高めるようになっている。
生成された金属薄帯５７は真空槽５９に設けられた前記回収箱５８に回収され、図示省略の他の工程で粉末化されて例えば磁石材料、水素吸蔵合金などの素材とされる。
【００１５】
冷却ロール２は、その内部に図示しない冷却経路が設けられ、その冷却経路を冷媒が循環することで、冷却ロール２の外周面４を所定の温度に設定可能となっている。ここで、所定の温度とは冷却ロール２の外周面４に接触する溶湯５２を冷却可能な温度であり、溶湯５２の温度を約１５００℃の場合には１０００℃以下とされている。
【００１６】
また、冷却ロール２にはその冷却経路と接続される配管５が設けられ、冷媒は冷却経路及び配管５内を矢印Ｒ方向で循環し、例えば配管５途中に設けられた放熱部６で冷却されるようになっている。さらに、配管５途中には例えば誘導加熱コイルにより構成されるヒータ（加熱手段）７が設けられている。このヒータ７は、配管５を循環する冷媒を３００℃以上まで加熱するものであり、冷却ロール２は、ヒータ７によって加熱された冷媒を循環させることで、外周面４を溶湯５２との接触部位（タンディッシュ５４と隣接する部位）４ａを含めて約３００℃に加熱可能となっている。
【００１７】
冷却ロール２の外周面４は、その温度が１００℃以上（望ましくは３００℃以上）となったときに溶湯５２が良好に付着し、良質な金属薄帯５７を安定して製造できるようになっている。溶湯５２を冷却可能な温度は１０００℃以下であるため、冷却ロール２の外周面４が約３００℃に加熱されても溶湯５２を十分冷却することが可能である。なお、この実施の形態における冷媒には、通常の冷却水ではなく油や低融点金属等が用いられている。また、８はヒータ７の配電線であり、真空槽５９の外部の高周波電源９に向かって配策されている。
【００１８】
次に、作用について説明する。
まず、真空槽５９内が高清浄な溶解雰囲気、つまり真空排気した雰囲気、又は真空排気後に高純度アルゴンガスや高純度水素ガス等の任意の不活性ガスを導入した雰囲気になった後に、溶解炉５１内に塊状や粉状等の原料金属が投入され、誘導加熱による溶解が開始される。溶解した原料金属は炉内で十分に撹拌され、真空精錬もしくは任意のガス雰囲気を利用した精錬が行われて高純度な溶湯５２が生成される。
【００１９】
一方、冷却ロール２においては、予めヒータ７により加熱された冷媒が冷却経路を循環し、冷却ロール２の外周面４及び接触部位４ａが、金属薄帯が安定して製造される約３００℃に加熱される。このとき、冷却ロール２の外表面４に付着している水分を離脱させることができる。
【００２０】
そして、溶解炉５１の溶湯５２が樋５３を介してタンディッシュ５４に注湯されると同時に冷却ロール２が周速約１ｍ／ｓの一定速度で駆動し、金属薄帯の製造が開始される。
タンディッシュ５４に注湯された溶湯５２は、溶湯流出口５５より冷却ロール２の外周面４（接触部位４ａ）に接触し付着しながら掻き上げられていく。
このとき、冷却ロール２の外周面４に接触した溶湯５２は外周面４にはじかれるように凝固せず、外周面４との接触熱伝達が極端に低下することはない。このため、溶湯５２の熱は冷却ロール２へ均等に速やかに伝達され、つまり溶湯５２の冷却が均等に促進されて、良質な金属薄帯５７が生成される。
【００２１】
また、冷却ロール２の外周面４が加熱されることで、外周面４に付着している水分が離脱すると共に脱ガス効果もあり、溶湯５２の汚染が抑えられて金属薄帯５７の純度が高まる。
生成された金属薄帯５７は、冷却ロール２に連れ回された後に遠心力により剥離し、放物線を描いて前記回収箱５８に回収されていく。
【００２２】
冷却ロール２を循環し溶湯の熱を吸収した冷媒は、配管５の放熱部６で一旦冷却された後にヒータ７により所定の温度に加熱され、再度冷却ロール２を循環する。したがって、金属薄帯の製造が進んでも、冷却ロール２の外周面４の温度は常に金属薄帯が安定して製造される約３００℃に保たれることとなり、安定した品質の金属薄帯５７が連続して製造される。
【００２３】
上述した第一の実施の形態によれば、冷却ロール２の冷媒を加熱するヒータ７により、金属薄帯の製造初期に冷却ロール２の外表面４を加熱させることができるため、冷却ロール２の外周面４に溶湯５２を良好に付着させることができ、良質な金属薄帯５７を製造することができる。したがって、製造初期の金属薄帯を破棄する等の必要がなく、ロット単位の品質を無駄なく高めることができる。
また、ヒータ７により冷却ロール２の外周面４を所定の温度に保つことで、溶湯の自由凝固面側の冷却速度を落とさずに冷却することができるため、良質な金属薄帯５７を製造することができる。
【００２４】
次に、この発明の第二の実施の形態を、図３を援用して図２に基づいて説明する。なお、図３と同一部位に同一符号を付して説明を省略する。
図２に示す急冷鋳造装置１１の冷却ロール（冷却手段）１２はアーム１３により回転自在に支持され、左回り（矢印Ｈ方向）に駆動するものである。冷却ロール１２の右側方には、樋５３を介して前記溶解炉５１から溶湯５２が注湯されるタンディッシュ５４が隣接配置され、冷却ロール１２の外周面１４がタンディッシュ５４内の溶湯５２に接触し掻き揚げることで、溶湯５２を急冷凝固させ金属薄帯５７が生成されるようになっている。
そして、金属薄帯製造時の一連の工程は、高清浄な溶解雰囲気とされた真空槽５９内で行われることとなり、生成された金属薄帯５７は真空槽５９内の前記回収箱５８に回収される。
【００２５】
冷却ロール１２は、前記冷却ロール２と同様、その内部に図示しない冷却経路が設けられ、その冷却経路を冷媒（例えば冷却水）が循環することで、冷却ロール１２の外周面１４を所定の温度に冷却可能となっている。
また、冷却ロール１２の溶湯５２との接触部位１４ａの上流側近傍、つまりタンディッシュ５４の下側近傍には、例えば誘導加熱コイルにより構成されるヒータ（加熱手段）１７が、冷却ロール１２の外周面１４と近接配置されている。このヒータ１７は冷却ロール１２の外周面１４を３００℃以上まで加熱するものであり、これにより冷却ロール１２の外周面１４の溶湯５２との接触部位１４ａ（タンディッシュ５４と隣接する部位）を約３００℃に加熱可能となっている。
【００２６】
冷却ロール１２の外周面１４は、その温度が１００℃以上（望ましくは３００℃以上）となったときに溶湯５２が良好に付着し、良質な金属薄帯５７を安定して製造できるようになっている。なお、１８はヒータ１７の配電線であり、真空槽５９の外部の高周波電源１９に向かって配策されている。
【００２７】
次に、作用について説明する。
まず、真空槽５９内が高清浄な溶解雰囲気になった後に、溶解炉５１内に原料金属が投入され溶解が開始される。そして、溶解した原料金属が十分に撹拌されて高純度な溶湯５２が生成される。
そして、溶解炉５１の溶湯５２が樋５３を介してタンディッシュ５４に注湯されると同時に冷却ロール１２が一定速度で駆動し、金属薄帯の製造が開始される。
【００２８】
一方、冷却ロール１２の駆動と同時にヒータ１７による加熱が開始され、駆動する冷却ロール１２の溶湯５２との接触部位１４ａが約３００℃に加熱される。このとき、ヒータ１７が接触部位１４ａの上流側近傍に配置されていると共に冷却ロール１２の外周面１４と近接配置されているため、接触部位１４ａを集中的に効率よく加熱させることができる。また、外周面１４に付着している水分を離脱させることもできる。
【００２９】
タンディッシュ５４に注湯された溶湯５２は、溶湯流出口５５より冷却ロール１２の外周面１４（接触部位１４ａ）に接触し付着しながら掻き上げられていく。このとき、冷却ロール１２の外周面１４に接触した溶湯５２は外周面１４にはじかれるように凝固せず、外周面１４との接触熱伝達が極端に低下することがないため、良質な金属薄帯５７が生成される。また、冷却ロール１２の外周面１４に付着している水分が離脱すると共に脱ガス効果もあり、金属薄帯５７の純度が高まる。
生成された金属薄帯５７は、冷却ロール１２に連れ回された後に遠心力により剥離し、放物線を描いて前記回収箱５８に回収されていく。
【００３０】
冷却ロール１２の外周面１４は冷媒により冷却されているが、外周面１４の溶湯との接触部位１４ａは、その上流側近傍がヒータ１７によって加熱されるため、金属薄帯の製造が進んでも常に金属薄帯が安定して製造される約３００℃に保たれることとなり、安定した品質の金属薄帯５７が連続して製造される。
【００３１】
上述した第二の実施の形態によれば、冷却ロール１２の溶湯５２との接触部位１４ａ近傍を加熱するヒータ１７により、金属薄帯の製造初期に冷却ロール１２の溶湯５２との接触部位１４ａを集中的に効率よく加熱させることができるため、冷却ロール１２の外周面１４に溶湯５２を良好に付着させることができ、良質な金属薄帯５７を製造することができる。また、金属薄帯の製造が進んでも、ヒータ１７による加熱により安定した品質の金属薄帯を連続して製造することができる。したがって、製造初期の金属薄帯を破棄する等の必要がなく、全体的な品質を無駄なく高めることができる。
また、ヒータ１７により冷却ロール１２の外周面１４を所定の温度に保つことで、溶湯の自由凝固面側の冷却速度を落とさずに冷却することができるため、良質な金属薄帯５７を製造することができる。
【００３２】
なお、この発明は上記各実施の形態に限られるものではなく、例えば、溶湯５２を掻き上げることができればロール以外の冷却手段を採用してもよい。
また、冷却ロール２，１２の溶湯５２の接触部位を約３００℃に加熱するようにしたが、これを約１００℃としても、溶湯５２を冷却ロール２に良好に付着させることが可能であり、冷却ロール２，１２の水分を離脱させることができる。しかも、ヒータ７，１７に使用する電力を抑えることができる。
【００３３】
そして、第二の実施の形では、冷却ロール１２の駆動と同時にヒータ１７による加熱を開始しているが、第一の実施の形態のように、冷却ロール１２の外周面１４全体を予め加熱しておくようにしてもよい。また、冷媒として油や低融点金属等を用いるようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
この発明の急冷鋳造装置によれば、以下の効果が得られる。
（１）　加熱手段により冷却手段の溶湯が接触する部位を所定の温度まで加熱させるのみで、金属薄帯の製造において、冷却手段の溶湯との接触部位に溶湯を良好に付着させることができ、溶湯の冷却が均等に促進されて良質な金属薄帯を製造することが可能となる。
（２）　加熱手段により冷却手段の冷媒を加熱し、冷却手段の溶湯との接触部位を所定の温度まで加熱させることができる。これにより、金属薄帯の製造において、溶湯を冷却手段に良好に付着させることができ、溶湯の冷却が均等に促進されて良質な金属薄帯を製造することが可能となる。
（３）　加熱手段により冷却手段の溶湯との接触部位の近傍を加熱することで、溶湯との接触部位を所定の温度まで効率よく加熱させることができる。これにより、金属薄帯の製造において、溶湯を冷却手段に良好に付着させることができ、溶湯の冷却が均等に促進されて良質な金属薄帯を製造することが可能となる。
（４）金属薄帯の製造において、加熱手段により冷却手段の溶湯との接触部位が加熱され、冷却手段に付着している水分を離脱させて溶湯の汚染を抑えることが可能となるため、金属薄帯の純度を高めることができる。また、溶湯を冷却手段に良好に付着させることも可能であるため、金属薄帯を良質化できる。
（５）金属薄帯の製造において、加熱手段により冷却手段の溶湯との接触部位が加熱され、溶湯を冷却手段に良好に付着させて良質な金属薄帯を製造することが可能となるため、金属薄帯を良質化できる。また、冷却手段に付着している水分を離脱させて溶湯の汚染を抑えることも可能であるため、金属薄帯の純度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一の実施の形態の冷却ロールの正面説明図である。
【図２】この発明の第二の実施の形態の冷却ロールの正面設明図である。
【図３】従来の急冷鋳造装置の正面説明図である。
【符号の説明】
１，１１　急冷鋳造装置
２，１２　冷却ロール（冷却手段）
４，１４　外周面
４ａ，１４ａ　接触部位
５　配管
７，１７　ヒータ（加熱手段）
５１　溶解炉
５２　溶湯
５４　タンディッシュ
５７　金属薄帯
５９　真空槽

Claims

溶解炉から出湯された溶湯と接触し冷却凝固させて金属薄帯を生成する冷却手段と、該冷却手段の溶湯との接触部位を加熱させる加熱手段とを備えていることを特徴とする急冷鋳造装置。
前記加熱手段が、前記冷却手段の冷媒を加熱することを特徴とする請求項１に記載の急冷鋳造装置。
前記加熱手段が、前記冷却手段の溶湯との接触部位の近傍を加熱することを特徴とする請求項１に記載の急冷鋳造装置。
前記加熱手段により、冷却手段の溶湯との接触部位が、水分を離脱可能な温度に加熱されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の急冷鋳造装置。
前記冷却手段により、冷却手段の溶湯との接触部位が、溶湯を良好に付着させる温度に加熱されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の急冷鋳造装置。