JP2945267B2 - 非晶質金属薄帯製造用ノズル - Google Patents

非晶質金属薄帯製造用ノズル

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JP2945267B2 JP6609594A JP6609594A JP2945267B2 JP 2945267 B2 JP2945267 B2 JP 2945267B2 JP 6609594 A JP6609594 A JP 6609594A JP 6609594 A JP6609594 A JP 6609594A JP 2945267 B2 JP2945267 B2 JP 2945267B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】単ロール急冷法による非晶質金属
薄帯の製造装置に関し、詳しくは、高速回転する冷却ロ
ールの表面上に、溶融金属を噴射するノズルに係わる。
【0002】
【従来の技術】溶融金属を高速回転する冷却ロールの表
面上に連続的に供給して非晶質金属薄帯を連続的に製造
する設備においては、タンディッシュからの溶融金属を
通過させ、冷却ロール表面上に湯溜り(以下、パドルと
いう)を形成させる溶融金属噴射用スリットと、該スリ
ットを囲む直方体状の耐火材とで形成されたノズルが一
般に使用されている。ところが、上記ノズルでは、高速
回転する冷却ロールが連れ廻わる低温雰囲気ガス(主と
して空気)により、ロールの回転方向でみて該ノズルの
溶融金属を通過させる噴射用スリットより上流側の耐火
材壁(以下、長辺側壁という)あるいは該ノズル短辺側
の耐火材壁(以下、短辺側壁という)が冷却される現象
が起こり、問題視されていた。すなわち、上記長辺側壁
は、連れ廻り低温雰囲気ガスの不均一衝突に起因して温
度分布が不均一になり、上記短辺側壁は、連れ廻り低温
雰囲気ガスがその表面に沿って横切るように流れるた
め、他の壁に比べて著しい温度低下を招くのである。こ
れらの不均一温度分布は、上記長辺側壁においては、噴
射用スリット内を通過する溶融金属の不均一抜熱を招
き、部分的にその通過流路の縮小や、ひどい時には部分
詰りを生じ、非晶質金属薄帯の製造継続を困難とし、短
辺側壁においては、局所冷却のため該短辺側壁近傍の該
スリット内を通過する溶融金属の固化が生じ、該スリッ
ト端部のノズル詰りにより、目標とする板幅が確保でき
なくなる。
【0003】その対策として、上記長辺側壁に対して
は、特開昭57−159246号公報で開示されたよう
に、ノズル先端近傍の耐火材内部にその長辺に沿って通
電発熱体を埋設し、加熱する技術がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ノ
ズル長辺側壁の加熱に関する特開昭57−159246
号公報記載の方法では、埋設すべき通電発熱体はノズル
放散熱量から推定して少なくとも数kW程度の投入電力
が必要である。この電力を投入可能で、且つ溶融金属の
温度程度(通常1200℃以上)まで加熱できる、つま
り、耐熱製のある通電発熱体は、3mm以上の外径を必
要とするセラミック製の加工しにくく、機械的衝撃に対
し弱いもの、例えばシリコニット発熱体、炭化珪素発熱
体しかなく、取扱いが不便である。また、ノズルとの完
全な電気的絶縁を行うため、実用上は絶縁材でくるむ必
要があり、ノズル先端耐火材の狭い部分に施設すること
は困難な場合が多い。
【0005】また、該発熱体はノズル耐火材に内蔵され
ているが、そのノズル耐火材自体の不慮の破損事故によ
り、共に使用できなくなることが多く、コストがかか
る。さらに、通電のための電気配線を必要とするが、溶
損事故を生じないように、極めて工夫のいる配線ルート
の確保が必要である。一方、上記ノズル短辺側壁に関し
ては、有効な対策は未だ見い出せない状況にある。
【0006】本発明は、かかる状況に鑑み、ノズルの使
用中に、その長辺側及び/又は短辺側壁に均一な温度分
布を与える非晶質金属薄帯製造用ノズルを提供すること
を目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】発明者は、前記問題点を
解決するため、ノズル先端に取付けた使い捨てノズルの
構造を変更することに着眼し、鋭意努力を重ね、本発明
をなすに至った。すなわち、本発明は、タンディッシュ
からの溶融金属を通過させ、該溶融金属を高速回転する
冷却ロール表面上に供給する噴射用スリットと、該スリ
ットを囲む直方体形状の耐火材とで形成した非晶質金属
薄帯製造用ノズルにおいて、上記耐火材の中に、該耐火
材の下面から上方に向けて空気層を形成する断熱用スリ
ットを備えたことを特徴とする非晶質薄帯製造用ノズル
である。また、本発明は、上記断熱用スリットを、上記
噴射用スリットより冷却ロール回転方向上流側の上記耐
火材長辺側壁の中で、且つ該噴射ノズルの近傍に設けた
ことを特徴とする請求項1記載の非晶質金属薄帯製造用
ノズルであり、上記断熱用スリットを、上記耐火材の短
辺側壁の中に設けたことを特徴とする請求項1又は2記
載の非晶質金属薄帯製造用ノズルであることが好まし
い。
【0008】
【作用】本発明では、タンディッシュからの溶融金属を
通過させ、該溶融金属を高速回転する冷却ロール表面上
に供給する噴射用スリットと、該スリットを囲む直方体
形状の耐火材とで形成した非晶質金属薄帯製造用ノズル
において、上記耐火材の中に、該耐火材の下面から上方
に向けて空気層を形成する断熱用スリットを備えるよう
にしたので、該ノズルチップ使用中に、その耐火材温度
を迅速に高温で均一の定常状態まで上昇させ、維持でき
るようになる。その結果、製造した非晶質金属薄帯の板
厚のバラツキが減少し、板厚も目標値を達成できるよう
になった。また、本発明では、上記断熱用スリットを、
上記噴射用スリットより冷却ロール回転方向上流側の上
記耐火材長辺側壁の中で、且つ該噴射ノズルの近傍に設
けたり、上記断熱用スリットを、上記耐火材の短辺側壁
の中に設けるようにして、上記効果を一段と促進させ
た。以下、図1〜4に基づき、本発明の内容を具体的に
説明する。
【0009】まず、図2(冷却ロールの中央部で切断し
た図)に示すように、高速回転する冷却ロール1の表面
上に溶融金属2を連続的に供給するためのノズル3は、
その先端下面と高速回転する冷却ロール1表面との間隔
を、一般に1mm以下に設定する。一方、冷却ロール1
は、薄帯4の非晶質化に必要な溶融金属2の冷却速度を
確保するため、通常外周面速度25〜50m/sの速さ
で回転される。その冷却ロール1の高速回転により、該
冷却ロール1表面上には、連れ廻り空気5と称する空気
境膜が不可避的に20μm〜1mm程度の厚さで生じて
しまう。従って、非晶質金属薄帯4の製造用ノズル3
は、該薄帯4の製造中常に上記連れ廻り空気5により、
強制対流冷却されていることになる。
【0010】この強制対流冷却をする空気5は、上記冷
却ロール1の回転方向上流側からノズル3の長辺側壁7
にぶつかり、該壁7と吐出溶融金属に遮断され、ノズル
上方と長辺方向に流れるが、ノズル上方流れはノズル自
体と溶融金属流路8が存在するため、逃げ難い。よっ
て、長辺側壁に沿って選択的に流れが生じ、該長辺方向
に流れた空気5は、ノズル端部から周囲空間に拡散す
る。
【0011】一方、従来から用いているノズル3の代表
的な構造を図3に示す。該ノズル3は、図示していない
中間ノズルの先端部又は溶融金属保持容器に取外し自在
に設けられ、通常耐火物製で精巧な加工を必要とする。
通常は、石英質等高価な素材を用い、機械加工により製
作されるため、幅200〜250mmの薄帯4を製造す
る場合は、全体幅250〜300mm、高さ20〜30
mm、奥行き30〜40mmの直方体状で、省コストの
点で小さ目のノズル3が望まれる。該ノズル3は、薄帯
4製造開始前に予熱され、その温度は900℃以上にな
っている。予熱の際、冷却ロール1はノズル3先端から
遠く離れた位置にあるため、たとえ該冷却ロール1が高
速で回転してようとも、ノズル3が連れ回り空気5によ
り冷却されることはない。しかしながら、該ノズル3
は、鋳造中上記連れ廻り空気5により十分に冷却される
のである。ノズル3を例えば外部加熱できれば、上記連
れ回り空気5によるノズル3の冷却を防止できるが、狭
い側面にヒータを装入することは困難であるし、小型ヒ
ータの選定はとりも直さずコストがかかることになる。
ノズルを大型化すると、予熱に長時間を要するし、先述
したようにノズルの製作コストが高くなる。
【0012】図1が、本発明に係るノズル3の構造であ
る。一言でいうと、本発明は、ノズル3自体を、防熱部
10と、移動し難い空気層を挟んで、保熱部15とに分
割することである。具体的には、該ノズル3長辺方向
に、冷却ロール1表面と相対して該ノズル3の耐火材下
面側から、幅0.5〜2mmの断熱用スリット11を、
少なくとも冷却ロール1回転方向の上流側に位置するノ
ズル3の長辺側壁に溶融金属の噴射用スリット9長さ程
度施している。そのため、該ノズル3は、強制対流空気
に冷却される部位(防熱部10)と、その内側の断熱用
スリット11中のほとんど移動しない空気断熱層により
断熱される部位(保熱部15)に分割できる。したがっ
て、このノズル3を用いて溶融金属2を噴射すると、溶
融金属2が冷却されたノズル3の長辺側壁7より抜熱さ
れることなく、冷却ロール1表面上に供給され、ノズル
3内での溶融金属2の部分詰まり、流出量の低下、ノズ
ル3長辺方向での不均一分布等を生じることが無くな
る。
【0013】また、ノズル3長辺方向への上記強制対流
空気の流れを解析すると、ノズル3短辺側鉛直面8は、
2面とも冷却されるため、長辺側壁7の中央部付近に比
べ、耐火材の温度降下は激しい。この弊害は、ノズル3
短辺側壁8から上記中央部方向に向けて溶融金属2が凝
固し、部分的なノズル詰まりを生じることであり、その
結果、所望幅の非晶質金属薄帯4の製造ができなくな
る。
【0014】この問題を解決するため、本発明では、ノ
ズル3短辺側壁8に沿い、且つ該壁の中に、ノズル耐火
材の下面側から幅0.5〜2mmの断熱用スリット12
を少なくとも溶融金属の噴射用スリット9と同程度の長
さ施した。それにより、ノズル3の短辺側壁8も強制対
流空気に冷却される部位と、その内側の断熱用スリット
12中のほとんど移動しない空気断熱層により断熱され
る部位とに分割できる。その結果、溶融金属2は、冷却
されたノズル3の耐火材により抜熱されることなく冷却
ロール1表面上に供給され、ノズル3内での溶融金属2
の詰まり、流出量の低下等を生じることはなくなる。
【0015】
【実施例】図2に示す装置を用い、幅250mm、厚み
35μmのFe−Si−B系合金の非晶質金属薄帯4を
製造した。この溶融合金2は、図2に図示していないタ
ンディッシュからノズル本体を通り、図示したノズル3
から高速回転する冷却ロール表面1上に噴射された。そ
の際、1回の製造時間は20分であり、冷却ロール1の
回転速度は、外周面で30m/secで行なった。
【0016】溶融合金2を鋳造中におけるノズル3耐火
材の温度を計測するため、ノズル3の短辺側壁8及び長
辺側壁7(冷却ロールの回転方向上流側)に、断熱用ス
リット11、12内側の耐火材壁面にシース外径0.5
mmのK型シース熱電対14を押し当てた。その一例を
図4に示す。図4は、ノズル3長辺側壁7に平行な断熱
用スリット11に関して描いたものであるが、短辺側に
関しても同様の方法を講じた。
【0017】本実施例では、断熱用スリットを下記の7
通りの組み合わせで設け、さらに比較例として設けない
場合を試みた。なお、溶融合金2の鋳造温度は1300
℃で、各例とも10回づつ行った。 実施例1 冷却ロール回転方向上流のノズル長辺側壁の中に断熱用
スリットを設けた。 実施例2 冷却ロール回転方向下流のノズル長辺側壁の中に断熱用
スリットを設けた。 実施例3 実施例1と2の位置に、断熱用スリットを同時に設け
た。 実施例4 ノズルの両端面(短辺側壁の中)に断熱用スリットを設
けた。 実施例5 実施例1と実施例4の位置に、断熱用スリットを同時に
設けた。 実施例6 実施例2と実施例3の位置に、断熱用スリットを設け
た。 実施例7 実施例1、実施例2と実施例4の位置に、断熱用スリッ
トを同時に設けた。 これらの実施結果を、ノズル3耐火材温度(鋳造開始直
後;10sec後と定常状態;10分後)、定常時の薄
帯板厚、該板厚の偏差、ノズル長辺方向でのノズル詰ま
り、短辺方向でのノズル詰まりにつき整理し、表1に一
括して示す。
【0018】
【表1】
【0019】表1より明らかなように、上記実施例のい
ずれの場合も、ノズル3耐火材の温度は、比較例に比べ
鋳造初期から高温に推移し、放散熱が著しく低減され
た。また、ノズル長辺側壁7からの抜熱が低減されたこ
とにより、噴射用スリット内で溶融合金2が流れ易い状
態を維持できたので、板厚偏差が低減され、よって、板
厚も目標板厚に近いか、ほぼ同じとなった。さらに、ノ
ズル詰まりも大幅に軽減され、特に、ノズル3短辺側詰
まりが著しく改善された。実施例の中では、実施例2の
成績が若干悪かった。
【0020】非晶質金属薄帯4を実際に製造する場合
は、リールに巻取ながら行なうのが公知である。そこ
で、本発明を本操業において適用したが、板厚偏差±4
μmまで、精度のよい巻取り中心位置制御(蛇行制御)
が必要なかった。従って、本発明により、薄帯4の蛇行
制御装置も省略できる場合が考えられ、製造コストの低
減も期待できる。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は、非晶質金
属薄帯製造用ノズルに断熱用スリットを設けるようにし
たので、薄帯製造中に、ノズル耐火材の温度を迅速に高
温の定常状態まで上昇維持できるようになった。また、
それに伴い、製造した該薄帯の板厚偏差が低減され、平
均板厚も目標値をほぼ達成できるようになり、溶融金属
によるノズル詰りも大幅に軽減された。
【0022】さらに、該薄帯を製造する際に、蛇行制御
装置を省略することも期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るノズルの1例を説明する図であ
り、(a)は正面、(b)は(a)のA−A矢視、
(c)は(a)のB−B矢視である。
【図2】薄帯製造装置の概念を示す斜視図である。
【図3】従来のノズルの1例を説明する図であり、
(a)は正面、(b)は(a)のA−A矢視、(c)は
(a)のB−B矢視である。
【図4】ノズルの耐火材温度を測温する熱電対位置を説
明する図であり、(a)は正面、(b)は(a)のA−
A矢視、(c)は(a)のB−B矢視である。
【符号の説明】
1 冷却ロール 2 溶融金属(溶融合金) 3 ノズル 4 非晶質金属薄帯(薄帯) 5 連れ廻り空気 7 長辺側壁 8 短辺側壁 9 噴射用スリット 10 防熱部 11 長辺側の断熱用スリット 12 短辺側の断熱用スリット 14 熱電対 15 保熱部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森脇 三郎 千葉市中央区川崎町1番地 川崎製鉄株 式会社 千葉製鉄所内 (56)参考文献 特開 平6−182503(JP,A) 特開 平6−269907(JP,A) 特開 平7−256404(JP,A) 実開 平1−60752(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22D 11/06 380 B22D 11/06 360

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タンディッシュからの溶融金属を通過さ
    せ、該溶融金属を高速回転する冷却ロール表面上に供給
    する噴射用スリットと、該スリットを囲む直方体形状の
    耐火材とで形成した非晶質金属薄帯製造用ノズルにおい
    て、 上記耐火材の中に、該耐火材の下面から上方に向けて空
    気層を形成する断熱用スリットを備えたことを特徴とす
    る非晶質薄帯製造用ノズル。
  2. 【請求項2】 上記断熱用スリットを、上記噴射用スリ
    ットより冷却ロール回転方向上流側の上記耐火材長辺側
    壁の中で、且つ該噴射ノズルの近傍に設けたことを特徴
    とする請求項1記載の非晶質金属薄帯製造用ノズル。
  3. 【請求項3】 上記断熱用スリットを、上記耐火材の短
    辺側壁の中に設けたことを特徴とする請求項1又は2記
    載の非晶質金属薄帯製造用ノズル。
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