JP3651538B2 - Metal strip manufacturing apparatus and method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は非晶質金属等の金属薄帯を製造する装置および製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
金属薄帯を製造する方法として、単一の冷却ロールを用いる単ロール法が現在最も普及している。図33は単ロール法を実施するための装置の要部を示しているが、冷却ロール101を高速で回転させつつその冷却面頂部に近接した溶湯ノズル102から溶融金属103を噴出することにより、溶融金属103を冷却ロール101の冷却面で急冷凝固させつつ、冷却ロールの回転方向(矢印A方向)に引き出すというものである。
【0003】
溶湯ノズル102から噴出した溶融金属103は溶湯ノズル102の先端と冷却ロール101の冷却面との間に溜まり(以下「パドル」)104を形成し、冷却ロール101の回転に伴ってパドル104から逐次溶融金属103が引き出され、冷却ロール101の表面上で急冷凝固し、薄帯105が連続的に形成される。
【0004】
単ロール法に供される材料が酸化されやすい組成からなる場合には、材料の酸化により溶湯ノズル102が詰まり、溶融金属の噴出が滞ることがあった。この問題点を解消するために、従来は薄帯の製造装置全体をチャンバ内に配置し、そのチャンバ内を不活性ガス雰囲気とすることにより、溶湯ノズル近傍の酸素濃度を低減して材料の酸化を防止する方法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
チャンバ内を不活性ガス雰囲気とする方法は、溶湯ノズル詰まりを防止する上では極めて有効な手段であるが、装置全体がチャンバ内にあるため作業性の点で難点がある。例えば、1チャージ毎にチャンバを開放して溶融母材を溶解炉またはるつぼに装填し、再度チャンバを密閉した後に不活性ガス雰囲気に置換するという煩雑な作業が必要である。また、チャンバ内を不活性ガス雰囲気に保持するための付帯設備のコストが大きいという問題もある。
【0006】
したがって本発明は、チャンバのような大がかりで、かつ作業性に劣る付帯設備を設けることなく溶湯ノズル近傍雰囲気の酸素濃度を低減することが可能な薄帯の製造装置、及び方法の提供を課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
溶湯ノズルの詰まりを防止するために溶湯ノズル近傍のみを不活性ガス雰囲気とすることにり酸素量を低減することができれば、従来のように薄帯製造装置全体を不活性ガス雰囲気下に置く必要はない。そして、溶湯ノズル近傍のみを不活性ガス雰囲気とする設備であれば、従来のチャンバに比べて作業性の向上、また、設備コスト低減を図ることが可能となる。
そこで本発明者等はこの点に着目し検討を行ったところ、溶融金属を噴出する溶湯ノズルの周囲に不活性ガスを供給するとともに、冷却ロールの回転による大気の溶湯ノズル周囲への巻き込みを防止する大気遮断板を適切な位置に配置することにより、溶湯ノズル周囲の酸素量を効率よく低減することができることを知見するにいたった。
【0008】
本発明は、以上の知見に基づきなされたものであり、溶融金属を冷却する冷却面を有する冷却ロールと、前記冷却面に溶融金属を噴出する溶湯ノズルと、前記冷却ロールの両側面側に配置されて前記冷却ロールの全周に渡って設けられ、冷却ロールの側面からの大気の巻き込みを遮断するロール側面大気遮断板と、前記溶湯ノズル周囲に不活性ガスを供給するガスフロー供給手段と、ロール表面大気遮断手段が具備され、前記ガスフロー供給手段が2つ、前記溶湯ノズルを基準として後方側であって、前記ロール表面大気遮断手段と溶湯ノズルの間に配置され、前記後方側に配置した2つのガスフロー供給手段が、一方のガスフロー供給手段のスリットとガスフローを溶湯ノズル先端に臨むように配置され、他方のガスフロー供給手段は溶湯ノズルと前記一方のガスフロー供給手段との間に配置され、前記一方のガスフロー供給手段からのガスフロー上に前記他方のガスフロー供給手段からのガスフローが供給されるものであり、前記ロール表面大気遮断手段が、溶湯ノズルを基準として後方側にあって、冷却ロールの表面に付着してくる大気のパドル部分への流入を遮断し、先端部を冷却ロールに接触するように配置されたことを特徴とする金属薄帯製造装置である。
【0009】
本発明において、ガスフロー供給手段は、溶湯ノズルを基準として前方側、後方側のいずれか一方、または両方に配置することができる。なお、本発明において、溶湯ノズルを基準として、ロール回転方向の側を「前方」、その逆を「後方」と定義する。溶湯ノズルの配置としては、後方側に2ヶ所設けるのが望ましく、特に後述の実施の形態でも説明するように、後方側に配置した2つのガスフロー供給手段は、一方のガスフロー供給手段のスリットとガスフローが溶湯ノズル先端に臨むように配置され、他方のガスフロー供給手段は溶湯ノズルと前記一方のガスフロー供給手段との間に配置され、前記一方のガスフロー供給手段からのガスフロー上に前記他方のガスフロー供給手段からガスフローを供給することがより望ましい。
【0010】
本発明において、ロール外周大気遮断板が具備され、該ロール外周大気遮断板が前記ロール側面大気遮断板の外周縁において冷却ロールの外周を取り囲むように配置されてなることが好ましい。気遮断板の具体的構造は、後述の実施の形態で示すこととする。
【0011】
また、本発明金属薄帯の製造方法は、溶湯ノズルから溶融金属を冷却ロールの冷却面に連続的に噴射して急冷凝固させることにより金属薄帯を製造する金属薄帯製造方法において、ロール側面側からの大気流入を遮断しつつ、不活性ガスを溶湯ノズル周囲に供給することを特徴とする。
本発明金属薄帯の製造方法においては、冷却ロールを回転する前から不活性ガスを供給することが望ましい。これは、後述の実施例で明らかなように、冷却ロール回転後に不活性ガスを供給する場合に比べて、冷却ロール回転前からガスフローを行った方が、酸素濃度の低下が速くなるからである。したがって、溶湯ノズル近傍雰囲気の酸素濃度を測定し、所定の酸素濃度に達した後に冷却ロールの回転を行うようにすれば生産効率上望ましい。
【0012】
本発明において、不活性ガスの供給条件としては、流速2〜100m/sec、流量5〜120l/secの条件下で行えばよい。それは、流速が2m/sec未満では溶湯ノズル近傍雰囲気の酸素量低減に効果がなく、一方100m/secを超えるとガスフローによる周囲からの大気の巻き込みが原因となり、酸素濃度低減効果が減じてしまうからである。また、流量が5l/sec未満ではやはり溶湯ノズル近傍雰囲気の酸素量低減に効果がなく、一方120l/secを超えても供給量に見合う効果が望めないからである。
【0013】
不活性ガスの供給は、溶湯ノズルを基準として後方側、前方側のいずれか一方、または両方から行うことができる。後方側から2系統のガスフロー、および前方側から1系統のガスフローを供給することが望ましい。 この場合、前記後方側からの2系統のガスフローのうち、一方は冷却ロールの接線方向から供給し、他方のガスフローは前記一方のガスフローの上方から供給すれば、酸素濃度低減効果が顕著となる。
【0014】
その場合、後方側からの2系統のガスフローのうち、前記一方のガスフロー(第1のガスフロー)は流速10〜35m/sec、流量5〜20l/sec、前記他方のガスフロー(第2のガスフロー)は流速2〜10m/sec、流量5〜20l/sec、前方側から供給されるガスフロー(第3のガスフロー)は流速10〜50m/sec、流量5〜20l/secとすることが望ましい。第1〜第3のガスフローのより望ましい範囲は、各々、第1のガスフロー;流速15〜25m/sec、流量5〜15l/sec、第2のガスフロー;流速3〜7m/sec、流量5〜15l/sec、第3のガスフロー;流速30〜45m/sec、流量5〜15l/secである。
【0015】
以上のガスフローは溶湯ノズルに近い位置での比較的局所的なものであるが、これを補完する意味で、冷却ロールの上・下方、及び/又は側方から、少なくとも冷却ロールを含む広範囲にわたってガスフローを供給することも有効である。本発明金属薄帯の製造方法に用いる不活性ガスとしては、N2、He、Ar、Kr、XeおよびRnのうちの1種または2種以上から選択されるが、後述の実施例から明らかなようにArが望ましい。
また、先の製造方法において、溶融金属を冷却する冷却面を有する冷却ロールと、前記冷却面に溶融金属を噴出する溶湯ノズルと、前記冷却ロールの両側面側に配置されて前記冷却ロールの全周に渡って設けられ、冷却ロールの側面からの大気の巻き込みを遮断するロール側面大気遮断板と、前記溶湯ノズル周囲に不活性ガスを供給するガスフロー供給手段と、ロール表面大気遮断手段が具備され、前記ガスフロー供給手段が2つ、前記溶湯ノズルを基準として後方側であって、前記ロール表面大気遮断手段と溶湯ノズルの間に配置され、前記後方側に配置した2つのガスフロー供給手段が、一方のガスフロー供給手段のスリットとガスフローを溶湯ノズル先端に臨むように配置され、他方のガスフロー供給手段は溶湯ノズルと前記一方のガスフロー供給手段との間に配置され、前記一方のガスフロー供給手段からのガスフロー上に前記他方のガスフロー供給手段からのガスフローが供給されるものであり、前記ロール表面大気遮断手段が、溶湯ノズルを基準として後方側にあって、冷却ロールの表面に付着してくる大気のパドル部分への流入を遮断し、先端部を冷却ロールに接触するように配置されたことを特徴とする金属薄帯製造装置を用いて溶湯ノズルから溶融金属を冷却ロールの冷却面に連続的に噴射して急冷凝固させることにより金属薄帯を製造することが好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下本発明金属薄帯製造装置の実施の形態を図1〜図8に基づき説明する。
図1は本発明金属薄帯製造装置の基本構成部(一部の大気遮断板を除く)を示す側面図、図2〜図4はガスフロー供給手段であるガスフローノズルの詳細を示す図、図5〜図8は各大気遮断板およびその配置位置を説明するための図である。
本実施の形態にかかる金属薄帯製造装置は、冷却ロール1、溶湯を保持するるつぼ3の下端部に連接される溶湯ノズル2、るつぼ3の外周に捲回・配置された加熱コイル4、不活性ガスをフローするための第1〜第4のガスフローノズル51〜54、溶湯ノズル近傍への大気流入を遮断することを目的とする大気遮断板61〜67から基本的に構成される。
【0017】
冷却ロール1は、図示しないモータにより矢印(反時計)方向へ回転駆動される。冷却ロール1の少なくとも表面は、炭素鋼、例えばJIS S45CなどのFe基合金、または真鍮(Cu−Zn合金)、あるいは純Cuで構成することが望ましい。冷却ロール1の少なくとも表面が真鍮あるいは純Cuであると、熱伝導性が高いことから、冷却効果が高く、溶湯の急冷に適している。冷却効果を向上させるためには、内部に水冷構造を設けることが望ましい。
【0018】
るつぼ3内で溶解された溶融金属は、下端部の溶湯ノズル2から噴出される。るつぼ3の上部は、供給管7を解してArガスなどのガス供給源8に接続されると共に、供給管7には、圧力調整弁9と電磁弁10とが組み込まれ、供給管7において圧力調整弁9と電磁弁10との間には圧力計11が組み込まれている。また、供給管7には補助管12が並列的に接続され、補助管12には圧力調整弁13、流量調整弁14、流量計15が組み込まれている。したがって、ガス供給源8からるつぼ3内にArガスなどのガスを供給して溶湯ノズル2から溶湯を冷却ロール1に噴出する。
【0019】
金属薄帯製造時には、冷却ロール1を高速で回転させつつ、その頂部付近、もしくは、頂部よりやや前方に近接配置したノズル2から溶湯を噴出することにより、冷却ロール1の表面で急速冷却して固化させつつ冷却ロール1の回転方向に帯状となして引き出す。溶湯ノズル2の溶湯吹き出し口は矩形状を有するが、吹出し幅(冷却ロール1の回転方向の幅)は、0.2〜0.8mm程度であることが望ましい。0.2mm未満であると溶湯の組成によっては溶湯ノズル詰まりが生じやすくなり、また、0.8mmを超えると十分な冷却が困難な場合があるからである。
【0020】
金属薄帯製造時の冷却ロール1と溶湯ノズル2との間隔は、0.2〜0.8mmの範囲で選択すればよい。0.2mm未満では溶湯の噴出が困難となり、溶湯ノズル2の破損を引き起こすおそれがあるからであり、また、0.8mmを超えると良好な性状の薄帯製造が困難となるからである。冷却ロール1と溶湯ノズル2との間隔が調整できるように、るつぼ3は図示しない昇降手段により昇降可能である。金属薄帯製造開始後から冷却ロール1は温度上昇により表面が熱膨張して径が拡大するため、冷却ロール1と溶湯ノズル2との間隔を製造開始後に徐々に大きくしていくことが均一板厚精度の高い薄帯を製造するためには望ましい。
【0021】
第1のガスフローノズル51は、溶湯ノズル2を基準として後方側に配置されている。第1のガスフローノズル51は、冷却ロール1の後方のほぼ接線方向から溶湯ノズル2の先端近傍(以下、パドル部分)にガスをフローするためのものである。図3に示すように第1のガスフローノズル51は幅5mmの比較的細いスリット510を有し、ある程度速い流速でガスをフローする。
【0022】
第2のガスフローノズル52は、第1のガスフローノズル51から供給されたガスフローを大気と遮断して大気が巻き込まれるのを防止するガスフローを供給するために、溶湯ノズル2と第1のガスフローノズル51との間に設置されている。第2のガスフローノズル52は、図2に示すように、第1のガスフローノズル51より広い20mmのスリット520を有し、第1のガスフローより遅い流速でガスフローを行う。
【0023】
第3のガスフローノズル53は、図4に示すように一端部側に20mm間隔でΦ2mmのガスフロー用スリット530を10ヶ所開けたΦ5mmの銅パイプを円弧状に巻回し、るつぼ3の上部外周に配置する。第3のガスフローノズル53は、溶湯ノズル2の上部から下部に向けて溶湯ノズル2を取り囲むようにガスを供給することによってパドル内部への大気の巻き込みを防止することを目的として設置したものである。
【0024】
第4のガスフローノズル54は、冷却ロール1の前方正面方向からの大気の流入を防止することを目的とするものである。第4のガスフローノズルの形状は第2のガスフローノズル52と同様であるが、スリット幅2.5mmと狭くしている。
以上の第1〜第4のガスフローノズルは、単独で用いることは勿論、複数を組み合わせて使用することができる。パドル部分の酸素低減効果は、後述の実施例に記載の通り、第1および第2のガスフローノズルが最も大きい。
【0025】
以上の第1〜第4のガスフローノズルは局所的なガスフローを主に目的としているが、図1に示すように、第5のガスフローノズル55、第6のガスフローノズル56のように冷却ロール1の径を含む広い範囲でガスフローを供給するガスフロー供給手段を設けることもできる。第5のガスフローノズル55、第6のガスフローノズル56からガスフローを行うことにより、第1〜第4のガスフローノズルによる酸素濃度低減効果をより高めることが可能となる。なお、第5のガスフローノズル55、第6のガスフローノズル56によるガスフローの供給量としては、各々、25〜100l/sec、20〜120l/secとすることが望ましい。
【0026】
以上の各ガスフローノズルには、図1の第1のガスフローノズル51について例示するように、圧力調整弁16が接続された接続管17を介してガス供給源を接続する。
【0027】
次に、大気遮断板について説明する。
ロール表面大気遮断板61は、冷却ロール1の表面に付着してくる大気のパドル部分への流入を遮断することを目的として設置するものであり、鋭角の先端部を有する板状構造を有し、その鋭角の先端部を冷却ロール1の表面に接触するよう配置する(図5参照)。したがって、冷却ロール1を高速で回転すると、冷却ロール1の表面に付着してパドル部分へ流入しようとする大気を、ロール表面大気遮断板61により掻き取るようにして遮断する。図1に示すように、第1および第2のガスフローノズル51、52を、このロール表面大気遮断板61と溶湯ノズル2との間に配置しているので、ロール表面大気遮断板61により大気を遮断した直後に不活性ガスフローが供給されることになり、パドル部分の酸素濃度低減効果を向上させる。なお、大気のパドル部分への流入をさらに効果的に遮断するために、ロール表面大気遮断板61を複数設けても良い。
【0028】
ロール後方大気遮断板62は、冷却ロール1の後方上部からの大気の流入を遮断することを目的として設置するものであり、冷却ロール1の幅より大きい幅を有する平板状構造を有する(図6参照)。
【0029】
ロール側面大気遮断板63は、冷却ロール1の側面からの大気の巻き込みを遮断することを目的として設置するものであり、冷却ロール1より大径の円板状を有し、冷却ロール1の両側面に接触、配置してある(図1、図6参照)。
【0030】
ロール外周大気遮断板64は、前記ロール側面大気遮断板63の外周縁において、冷却ロール1の外周を取り囲むように配置してある(図7参照)。ロール表面大気遮断板61による大気遮断効果をより向上することができる。
【0031】
ロール前方大気遮断板65は、冷却ロール1の両側面前方からの大気の流入を遮断することを目的として設置するものであり、前記ロール側面大気遮断板63から冷却ロール1の前方に延設される(図7参照)。
【0032】
ロール上方大気遮断板66は、冷却ロール1の上方からの大気の流入を遮断することを目的として設置するものであり、冷却ロール1の両側面に設置している前記ロール前方大気遮断板65の上縁に載置、固定してある(図8参照)。
【0033】
ロール正面大気遮断板67は、冷却ロール1の冷却面に対向する前方からの大気の流入を遮断することを目的として設置するものであり、前記ロール前方大気遮断板65の前端に固定してある(図8参照)。
【0034】
以上の各大気遮断板61〜67は、単独で用いることは勿論、複数で用いることもできる。全ての大気遮断板61〜67を設置すると冷却ロール1をほぼ取り囲むことになり、前記第1〜第4のガスフローノズル51〜54からのガスフローによって、パドル部分の酸素濃度低減効果を最も向上することができる。なお、以上の各大気遮断板61〜67を単独で用いる場合には、ロール表面大気遮断板61、ロール側面大気遮断板63の酸素量低減効果が最も顕著である。
【0035】
図1に示す薄帯製造装置は小容量のるつぼ3を用いているので、大量の金属薄帯を連続的に製造する場合には、図9に示す基本構成からなる金属薄帯製造装置に本発明のガスフロー、大気遮断板を適用することができる。すなわち、図9に示す金属薄帯製造装置は、溶融金属19は、溶解炉20に保持されており、この溶解炉20の底部流出口から流出管21を経由してタンディッシュ22に供給される。タンディッシュ22の底部には溶湯ノズル2が設けられており、この溶湯ノズル2から高速回転する冷却ロール1の表面に噴出され、凝固し、薄帯が形成される。この装置によると、タンディッシュ22内の溶融金属が減少した場合に、溶解炉20から逐次溶湯をタンディッシュ22に補充することができるので、連続生産に適する。
【0036】
本発明に適用して有効な材料としては、以下が掲げられる。
FebBxMy
ただし、Mは、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれた1種または2種以上の元素(Zr,Hf,,Nbのいずれかを必ず含む)であり、bは75原子%以上93原子%以下、xは0.5原子%以上18原子%以下、yは4原子%以上9原子%以下。
(Fe1-aZa)bBxMy
ただし、Zは、Ni,Coのうち1種または2種、Mは、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれた1種または2種以上の元素(Zr,Hf,,Nbのいずれかを必ず含む)であり、aは0.2以下、bは75原子%以上93原子%以下、xは0.5原子%以上18原子%以下、yは4原子%以上9原子%以下。
【0037】
FebBxMyXz
ただし、Mは、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれた1種または2種以上の元素(Zr,Hf,,Nbのいずれかを必ず含む)、XはCu,Ag,Cr,Ru,Rh,Irから選ばれた1種または2種以上の元素であり、bは75原子%以上93原子%以下、xは0.5原子%以上18原子%以下、yは4原子%以上9原子%以下、Zは5原子%以下。
【0038】
(Fe1-aZa)bBxMyXz
ただし、Zは、Ni,Coのうち1種または2種、Mは、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれた1種または2種以上の元素(Zr,Hf,,Nbのいずれかを必ず含む)、XはCu,Ag,Cr,Ru,Rh,Irから選ばれた1種または2種以上の元素であり、aは0.2以下、bは75原子%以上93原子%以下、xは0.5原子%以上18原子%以下、yは4原子%以上9原子%以下、Zは5原子%以下。
【0039】
FebBxMyX't
ただし、Mは、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれた1種または2種以上の元素(Zr,Hf,,Nbのいずれかを必ず含む)、X'はSi,Al,Ge,Gaから選ばれた1種または2種以上の元素であり、bは75原子%以上93原子%以下、xは0.5原子%以上18原子%以下、yは4原子%以上9原子%以下、tは4原子%以下。
【0040】
(Fe1-aZa)bBxMyX't
ただし、Zは、Ni,Coのうち1種または2種、Mは、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれた1種または2種以上の元素(Zr,Hf,,Nbのいずれかを必ず含む)、X'はSi,Al,Ge,Gaから選ばれた1種または2種以上の元素であり、aは0.2以下、bは75原子%以上93原子%以下、xは0.5原子%以上18原子%以下、yは4原子%以上9原子%以下、tは4原子%以下。
【0041】
FebBxMyXzX't
ただし、Mは、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれた1種または2種以上の元素(Zr,Hf,,Nbのいずれかを必ず含む)、XはCu,Ag,Cr,Ru,RhIrから選ばれた1種または2種以上の元素、X'はSi,Al,Ge,Gaから選ばれた1種または2種以上の元素であり、bは75原子%以上93原子%以下、xは0.5原子%以上18原子%以下、yは4原子%以上9原子%以下、Zは5原子%以下、tは4原子%以下。
【0042】
(Fe1-aZa)bBxMyXzX't
ただし、Zは、Ni,Coのうち1種または2種、Mは、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれた1種または2種以上の元素(Zr,Hf,,Nbのいずれかを必ず含む)、XはCu,Ag,Cr,Ru,RhIrから選ばれた1種または2種以上の元素、X'はSi,Al,Ge,Gaから選ばれた1種または2種以上の元素であり、aは0.2以下、bは75原子%以上93原子%以下、xは0.5原子%以上18原子%以下、yは4原子%以上9原子%以下、Zは5原子%以下、tは4原子%以下。
【0043】
本発明により以上の組成を有する非晶質の合金薄帯を得た後に、その結晶化温度以上(例えば、500〜600℃)に加熱して徐冷する熱処理を行えば、100〜200オングストロームの結晶からなる微細結晶組織を有する軟磁性合金薄帯を得ることができる。
【0044】
【実施例】
以上説明した金属薄帯製造装置を用いて不活性ガスフロー時間と酸素濃度の変動を調査した結果を説明する。なお、以下の実施例において、冷却ロール1は直径300〜350mmのものを用い、溶湯ノズル2の位置は、冷却ロール1の頂部の前方4mmの位置に設置した。
【0045】
(実施例1)
ガスフローノズル、大気遮断板を下記の条件とした場合の酸素濃度測定を行った。フローガスとしてN2を用い、冷却ロール1の回転数は1600rpm(周速度27.6m/sec)とした。また、酸素濃度の測定は、東レ(株)製のLC−700Hを用い、溶湯ノズル2の前方側の冷却ロール1の表面から0.3mmの位置にて行った。なお溶湯の噴出は行わずに測定した。結果を図10に示すが、N2ガス供給3分後の酸素濃度(wt.%、以下同じ)を4%程度まで低減できることがわかる。
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速19m/sec)
第2のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速4.8m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板
【0046】
以上と同様の条件にて、冷却ロール1の表面からの距離による酸素濃度の変動を調査した。結果を図11に示すが、冷却ロール1の表面から1mm程度までは0.4%以下と同程度であることから、N2ガス層は冷却ロール1の表面から1mm程度の厚さを有していると推測される。薄帯製造時の冷却ロール1の表面と溶湯ノズル2間のギャップは0.3mm程度であることから、実際の薄帯製造時にパドル周囲を低酸素濃度の不活性ガス雰囲気とすることができる。
【0047】
(実施例2)
ガスフローノズル、大気遮断板を下記の条件とした場合の酸素濃度測定を行った。他の条件は実施例1と同様である。結果を図12に示すが、実施例1と同程度の酸素量低減効果を確認することができた。
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速19m/sec)
第2のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速4.8m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板、ロール前方大気遮断板
ロール後方大気遮断板
【0048】
(実施例3)
ガスフローノズル、大気遮断板を下記の条件とした場合の酸素濃度測定を行った。他の条件は実施例1と同様である。結果を図13に示すが、実施例1と同程度の酸素量低減効果を確認することができた。
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速19m/sec)
第2のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速4.8m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板、ロール前方大気遮断板
ロール後方大気遮断板、ロール外周大気遮断板
【0049】
(実施例4)
ガスフローノズル、大気遮断板を下記の条件とした場合の酸素濃度測定を行った。他の条件は実施例1と同様である。結果を図14に示すが、第3のガスフローノズルからガスフローを行うことにより、実施例1〜3より酸素濃度を低減できることが確認された。
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速19m/sec)
第2のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速4.8m/sec)
第3のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速76.0m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板、ロール前方大気遮断板
ロール後方大気遮断板、ロール外周大気遮断板
【0050】
(実施例5)
ガスフローノズル、大気遮断板を下記の条件とした場合の酸素濃度測定を行った。他の条件は実施例1と同様である。結果を図15に示すが、ロール正面上遮断板66を付加する事により、実施例4より低い2%程度まで酸素濃度を低減できることが確認された。
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速19m/sec)
第2のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速4.8m/sec)
第3のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速76.0m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板、ロール前方大気遮断板
ロール後方大気遮断板、ロール外周大気遮断板、ロール正面上遮断板
【0051】
(実施例6)
ガスフローノズル、大気遮断板を下記の条件とした場合の酸素濃度測定を行った。他の条件は実施例1と同様である。結果を図16に示すが、酸素濃度を2%以下まで低減できることが確認された。
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速19.0m/sec)
第2のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速4.8m/sec)
第3のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速76.0m/sec)
第4のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速38.0m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板、ロール前方大気遮断板
ロール後方大気遮断板、ロール外周大気遮断板、ロール正面上遮断板
【0052】
(実施例7)
ガスフローノズル、大気遮断板を下記の条件とした場合の酸素濃度測定を行った。他の条件は実施例1と同様である。結果を図17に示すが、酸素濃度を1.5%程度まで低減できることが確認された。
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速19.0m/sec)
第2のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速4.8m/sec)
第3のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速76.0m/sec)
第4のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速38.0m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板、ロール前方大気遮断板
ロール後方大気遮断板、ロール外周大気遮断板、ロール正面上遮断板
ロール正面大気遮断板
【0053】
(実施例8)
以上の実施例1〜7では、N2ガスの供給を第1〜第4ガスフローノズルのうちの2以上のノズルで行ったが、本実施例では4つのノズルのうちの1つのみからN2ガスを供給することにより個々のノズルの酸素濃度低減効果を調査した。
ガスフローノズル、大気遮断板の条件は下記の通りである。
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速19.0m/sec)
第2のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速4.8m/sec)
第3のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速76.0m/sec)
第4のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速38.0m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板、ロール前方大気遮断板
ロール後方大気遮断板、ロール外周大気遮断板、ロール正面上遮断板
ロール正面大気遮断板
結果を図18に示すが、第1および第2ノズルの酸素濃度低減効果が大きいことが解る。なお、大気巻き込み板遮断板の設置が同条件の実施例7の結果と比較すれば解るように、単独のノズルでガスフローを供給する場合に比べて、複数のノズルを組み合わせることにより、酸素濃度低減効果が向上することが解る。
【0054】
(実施例9)
第1のガスフローノズルの流量、流速を変化させたときの酸素濃度の変動を調査した。ガスフローノズル、大気遮断板の条件は下記の通りである。
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量0〜16.4l/sec、流速0〜32.3m/sec)
第2のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速4.8m/sec)
第3のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速76.0m/sec)
第4のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速38.0m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板、ロール前方大気遮断板
ロール後方大気遮断板、ロール外周大気遮断板、ロール正面上遮断板
ロール正面大気遮断板
結果を図19に示す。N2ガスの流量、流速の増加にともない酸素濃度は低減する傾向にあるが、流量16.4l/sec、流速32.3m/secの条件では酸素濃度が上昇しており、ガス流量、流速が増大し過ぎると酸素濃度に悪影響を及ぼすものと推測される。
【0055】
(実施例10)
第2のガスフローノズルの流量、流速を変化させたときの酸素濃度の変動を調査した。ガスフローノズル、大気遮断板の条件は下記の通りである。
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速19.0m/sec)
第2のガスフローノズル(流量0〜16.4l/sec、流速0〜8.06m/sec)
第3のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速76.0m/sec)
第4のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速38.0m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板、ロール前方大気遮断板
ロール後方大気遮断板、ロール外周大気遮断板、ロール正面上遮断板
ロール正面大気遮断板
結果を図20に示す。N2ガスの流量、流速の増加にともない酸素濃度は低減し、流量10.7l/sec、流速4.75m/secで最も酸素濃度が低減した。しかし、その流量、流速を超えると酸素濃度が上昇する傾向にあり、第2のガスフローノズルにおいても、流量、流速が増大し過ぎると酸素濃度に悪影響を及ぼすものと推測される。
【0056】
(実施例11)
次に、第3のガスフローノズルの流量、流速を変化させたときの酸素濃度の変動を調査した。ガスフローノズル、大気遮断板の条件は下記の通りである。
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速19.0m/sec)
第2のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速4.8m/sec)
第3のガスフローノズル(流量0〜12.5l/sec、流速91.3m/sec)
第4のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速38.0m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板、ロール前方大気遮断板
ロール後方大気遮断板、ロール外周大気遮断板、ロール正面上遮断板
ロール正面大気遮断板
結果を図21に示す。第1、第2のガスフローノズルと比べると流量、流速による酸素濃度への影響は小さいものの、N2ガスの流量10.7l/sec、流速4.75m/secの条件までは流量、流速の増加にともない酸素濃度は低減する傾向にあるが、それを超える流量、流速条件では酸素濃度が上昇しており、やはりガスフロー流量、流速が増大し過ぎると酸素濃度に悪影響を及ぼすものと推測される。
【0057】
(実施例12)
次に、第4のガスフローノズルの流量、流速を変化させたときの酸素濃度の変動を調査した。ガスフローノズル、大気遮断板の条件は下記の通りである。
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速19.0m/sec)
第2のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速4.8m/sec)
第3のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速76m/sec)
第4のガスフローノズル(流量0〜10.7l/sec、流速0〜38.0m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板、ロール前方大気遮断板
ロール後方大気遮断板、ロール外周大気遮断板、ロール正面上遮断板
ロール正面大気遮断板
結果を図22に示す。流量10.7l/sec、流速4.75m/secの条件で最も酸素濃度を低減することができることが確認された。
【0058】
(実施例13)
Arガスの供給をロール回転前から行った場合とロール回転後に行った場合とで、酸素濃度の変動に差異があるか否かの調査を行った。ガスフローノズル、大気遮断板の条件は下記の通りである。
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速19.0m/sec)
第2のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速4.8m/sec)
第3のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速76m/sec)
第4のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速38.0m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板、ロール前方大気遮断板
ロール後方大気遮断板、ロール外周大気遮断板、ロール正面上遮断板
ロール正面大気遮断板
結果を図23に示すが、N2ガスの供給は、ロール回転後から行っても十分低い酸素濃度が得られるが、ロール回転以前から行った方が酸素濃度の低減がより迅速に行われることが解る。その理由は明らかでないが、遮断板内に酸素が多く残っている状態で冷却ロールを回転させると遮断板内の気流が乱されてしまうためと推測される。したがって、実際の製造工程においては、ロール停止状態からガスを供給し、その後にロールを回転すれば、製造工程の短縮に寄与することができる。
【0059】
(実施例14)
次に実際の薄帯製造作業手順を想定したときの酸素濃度測定結果を示す。なお、ガスフローノズル、大気遮断板の条件は下記の通りである。また、溶湯ノズル2内へ0.68kg/cm3のN2ガスフローも行った
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速19.0m/sec)
第2のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速4.8m/sec)
第4のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速38.0m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板、ロール前方大気遮断板
ロール後方大気遮断板、ロール外周大気遮断板、ロール正面上遮断板
ロール正面大気遮断板
【0060】
まず、ロールを停止した状態でN2ガスの供給を10分間行った。溶湯ノズル2は、この段階では噴出位置より上方の加熱位置にあり、また、酸素濃度測定は溶湯ノズル2より前方側に配置した。
N2ガスフローを開始してから10分経過後にるつぼ3内に挿入されるインゴットの加熱を想定し、加熱コイル4への加熱を開始した。これと同時に冷却ロール1の回転を開始した。ただし、この時の回転数は薄帯製造時に比べて少ない100rpmである。この低速の冷却ロール回転は、ろつぼ3の加熱に伴う冷却ロールの局部的な加熱を防止するためである。
【0061】
N2ガスフローを開始してから11.5分経過後に、噴出用N2ガス供給を停止した。これは、るつぼ3内のインゴットの溶け落ちを想定したものである。
N2ガスフローを開始してから14.5分経過後に冷却ロールの回転数を1600rpmに上げ、その0.5分後に溶湯ノズル2を噴出位置まで下降した。
この間の酸素濃度変動を図24に示すが、ガスフロー開始から10分経過後に酸素濃度が0.33%まで低減し、冷却ロール1の低速回転時には若干酸素濃度は上昇するが、1600rpm回転開始後に酸素濃度は再度低減し、15分経過後には0.27%まで低減できることが確認された。
【0062】
(実施例15)
実施例1〜14は、不活性ガスとしてN2ガスを用いて酸素濃度の変動を測定したが、本実施例では、不活性ガスとしてN2ガスおよびArガスを用いて、フローガスの種類による本発明への影響を調査した。
具体的条件は以下の通りである。
ガスフローノズル条件
第1のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速19.0m/sec)
第2のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速4.8m/sec)
第4のガスフローノズル(流量10.7l/sec、流速38.0m/sec)
大気遮断板条件
ロール表面大気遮断板、ロール側面大気遮断板、ロール前方大気遮断板
ロール後方大気遮断板、ロール外周大気遮断板、ロール正面上遮断板
ロール正面大気遮断板
適用合金組成
Fe84Nb7B9(at.%)、
酸素濃度測定
溶湯ノズルより前方側、冷却ロール表面から0.3mmの高さの位置
【0063】
ガスの供給、溶湯の噴出は、実施例14に倣い、冷却ロールが停止した状態からガスの供給を行い、ガスフロー開始後16.5分経過後から冷却ロールを100rpmで回転し、さらにその0.5分後からるつぼ3内のインゴットの加熱を開始した。加熱を3分行ったところで、冷却ロールの回転を1700rpm(周速31.1m/sec)に上げるとともに、溶湯の噴出を開始した。溶湯噴出時の酸素濃度は、0.248%であった。
【0064】
製造された薄帯の板厚、ピンホール(薄帯表裏面に貫通している孔)、表面粗さ(Ry)、さらには薄帯の自由表面およびロール面の結晶の析出状態をX線回折により測定した。また、得られた薄帯に熱処理(180℃/minで昇温、650℃で10分間保持後、放冷)を施し、透磁率(μ')、飽和磁束密度(Bs)、保磁力(Hc)を測定した。
【0065】
板厚およびピンホールの測定結果を図25に示す。
リボンの板厚は、Arガスを用いた方が1.5〜2.0μm程度厚くなっていることが解る。これは、供給したArまたはN2ガスがパドル部分に巻き込まれるが、パドルに巻き込まれた後の両者の熱膨張の違いによるものと解される。すなわち、パドル部分へ巻き込まれたガスは、巻き込みから凝固に至る極短時間で生じるが、N2ガスの方がArガスに比べて分子量が小さく、熱伝導率が高いため、巻き込まれたガスは短時間で溶湯により加熱され、大きく膨張する。これに対し、分子量の大きなArは熱伝導率が低く、巻き込まれたガスの内の、溶湯と接した周辺部のみが加熱、膨張することとなるため、N2ほど膨張は大きくならないものと推測される。
【0066】
このことを図示すれば図26となる。図26(a)はArガスを用いた場合のパドル104部分を示し、同(b)はN2ガスを用いた場合のパドル104部分を示す。Arガスを用いた場合には、パドル104内の気泡が小さいために、パドル内の凝固界面106がN2ガスを用いた場合に比べて溶湯ノズル2に近づき、パドル部分の冷却能が高くなる。したがって、Arガスを用いた方が薄帯の板圧が厚くなるものと推測される。
【0067】
ピンホールについては、N2ガスフローによる薄帯では製造の前半部分で発生したのに対し、Arガスフローによる薄帯では発生が皆無であることが観察された。ピンホールの発生要因の一つとして、板厚が掲げられる。すなわち、板厚が厚いほどピンホールの発生は抑制される傾向にあるが、Arガスフローによる薄帯は板厚が厚いことがピンホールの発生がなかった要因の一つと考えられる。
【0068】
図27に自由表面の長さ方向及び幅方向の表面粗さ(Ry)を、また図28にロール面の長さ方向及び幅方向の表面粗さ(Ry)を示す。なお、粗さは、長さ方向については測定位置を中心に12mmの範囲、幅方向については幅の中央部12mmの範囲についてのものである。
図27に示すように自由表面についてはArガス、N2ガスで粗さに差が生じていないが、図28に示すようにロール面については幅方向の粗さがArガスフローによる薄帯のほうがN2ガスフローによる薄帯に比べて粗さが小さくなっていることが解る。これは、前述したように、N2ガスに比べてArガスの方がパドル内における熱膨張が小さいことに起因するものと推察される。
【0069】
図29、図30に薄帯(未熱処理)の自由表面、ロール面の結晶の析出状態を示す。N2ガスフローによる薄帯には自由表面、ロール面の両面にbcc(200)配向ピークが観察されているのに対し、Arガスフローによる薄帯には結晶の析出が認められない。Arガスのほうが、パドル内における熱膨張が小さいために冷却ロールとパドルとの密着する面積が大きくなり、冷却能が高いためと推察される。なお、図中「S8」とは薄帯のスタート端から8mの位置を示している。
【0070】
図31に熱処理後の1kHz、10kHzにおける透磁率(μ')の測定結果を示すが、Arガスフローによる薄帯の方が、優れた透磁率を示すことが解る。また、図32に熱処理後の飽和磁束密度(Bs)、保磁力(Hc)を示すが、いずれもArガスフローによる薄帯の方が優れた特性を有していることがわかる。これは、Arガスフローによる薄帯の方がピンホールが少なく、かつ表面粗さが小さいこと、さらには熱処理前の状態で結晶の析出がないため、熱処理後の結晶粒径が均一になったことに基づくものと推察される。なお、熱処理後の組織を観察したところ、平均結晶粒径150オングストロームの微細な結晶組織となっていた。
【0071】
(実施例16)
実施例15と同様の条件により、Fe84Nb3.5Zr3.5B8Cu1(at.%)の組成を有する合金薄帯を製造し、得られた薄帯(薄帯No.1〜3)に熱処理(40℃/minで650℃まで昇温し、その後放冷)を施し、透磁率(μ')、飽和磁束密度(B10)、保磁力(Hc)を測定した。結果は以下の通りである。薄帯製造装置を不活性雰囲気としたチャンバー内に設置する従来の方法により製造した同組成の薄帯(薄帯No.4)の特性も合わせて示すが、本発明による薄帯は従来方法による薄帯と同レベルの磁気特性を得ることができることを確認した。
【0072】
【0073】
【発明の効果】
以上説明のように、本発明によると、チャンバのような大がかりで、かつ作業性に劣る付帯設備を設けることなく溶湯ノズル近傍雰囲気の酸素濃度を低減し、連続生産をすることが可能となった。
特に本発明において、ロール表面大気遮断板を備えるとともに、ロール側面大気遮断板を備えること、ガスフロー供給手段を2つ、溶湯ノズルを基準として後方側であって、ロール表面大気遮断手段と溶湯ノズルの間に配置し、しかも、一方のガスフロー供給手段のガスフローを溶湯ノズル先端に望むようにしてそのガスに他方のガスフロー供給手段からのガスを供給できるようにすることで、付帯設備を設けることなく溶湯ノズル近傍雰囲気の酸素濃度を低減できるという効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明金属薄帯製造装置の1実施の形態を示す側面図である。
【図2】 第1のガスフローノズルを示す図である。
【図3】 第3のガスフローノズルを示す図である。
【図4】 第2及び第4のガスフローノズルを示す図である。
【図5】 ロール表面大気遮断板の配置を示す図である。
【図6】 ロール後方大気遮断板及びロール側面大気遮断板の配置を示す図である。
【図7】 ロール外周大気遮断板及びロール前方大気遮断板の配置を示す図である。
【図8】 ロール正面上大気遮断板及びロール正面大気遮断板の配置を示す図である。
【図9】 本発明金属薄帯製造装置の他の実施形態を示す側面図である。
【図10】 実施例1における酸素濃度の変動を示すグラフである。
【図11】 実施例1における冷却ロール表面からの距離と酸素濃度の関係を示すグラフである。
【図12】 実施例2における酸素濃度の変動を示すグラフである。
【図13】 実施例3における酸素濃度の変動を示すグラフである。
【図14】 実施例4における酸素濃度の変動を示すグラフである。
【図15】 実施例5における酸素濃度の変動を示すグラフである。
【図16】 実施例6における酸素濃度の変動を示すグラフである。
【図17】 実施例7における酸素濃度の変動を示すグラフである。
【図18】 実施例8における酸素濃度の変動を示すグラフである。
【図19】 実施例9における酸素濃度の変動を示すグラフである。
【図20】 実施例10における酸素濃度の変動を示すグラフである。
【図21】 実施例11における酸素濃度の変動を示すグラフである。
【図22】 実施例12における酸素濃度の変動を示すグラフである。
【図23】 実施例13における酸素濃度の変動を示すグラフである。
【図24】 実施例14における酸素濃度の変動を示すグラフである。
【図25】 実施例15におけるリボン長さと板厚、ピンホール数の関係を示す図である。
【図26】 (a)Arガスを用いた場合のパドル部分の状態を示す図、(b)N2ガスを用いた場合のパドル部分の状態を示す図である。
【図27】 実施例15におけるリボン長さと薄帯自由表面の表面粗さの関係を示すグラフである。
【図28】 実施例15におけるリボン長さと薄帯ロール面の表面粗さの関係を示すグラフである。
【図29】 実施例15においてN2ガスを用いた薄帯のX線回折を示す図である。
【図30】 実施例15においてArガスを用いた薄帯のX線回折を示す図である。
【図31】 実施例15において得られた薄帯の透磁率(μ')を示すグラフである。
【図32】 実施例15において得られた薄帯の保持力(Bs)、保磁力(Hc)を示すグラフである。
【図33】 単ロール法による薄帯製造を示す図である。
【符号の説明】
1・・・冷却ロール
2・・・溶湯ノズル
3・・・るつぼ
4・・・加熱コイル
51・・・第1のガスフローノズル
52・・・第2のガスフローノズル
53・・・第3のガスフローノズル
54・・・第4のガスフローノズル
61・・・ロール表面大気遮断板
62・・・ロール後方大気遮断板
63・・・ロール側面大気遮断板
64・・・ロール外周大気遮断板
65・・・ロール前方大気遮断板
66・・・ロール正面上大気遮断板
67・・・ロール正面大気遮断板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and a manufacturing method for manufacturing a metal ribbon such as an amorphous metal.
[0002]
[Prior art]
As a method for producing a metal ribbon, a single roll method using a single cooling roll is currently most popular. FIG. 33 shows the main part of the apparatus for carrying out the single roll method. By rotating the
[0003]
The
[0004]
When the material used for the single roll method has a composition that is easily oxidized, the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The method of setting the inside of the chamber to an inert gas atmosphere is an extremely effective means for preventing clogging of the molten metal nozzle, but has a problem in terms of workability because the entire apparatus is inside the chamber. For example, a complicated operation of opening the chamber for each charge, loading the molten base material into a melting furnace or a crucible, sealing the chamber again, and replacing with an inert gas atmosphere is necessary. There is also a problem that the cost of incidental equipment for maintaining the inside of the chamber in an inert gas atmosphere is high.
[0006]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for manufacturing a ribbon that can reduce the oxygen concentration in the atmosphere near the molten metal nozzle without providing a large facility such as a chamber and inferior workability. To do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to prevent clogging of the molten metal nozzle, if the amount of oxygen can be reduced by making only the vicinity of the molten metal nozzle an inert gas atmosphere, it is necessary to place the entire ribbon production apparatus in an inert gas atmosphere as before. There is no. And if it is the installation which makes only the molten metal nozzle vicinity inert gas atmosphere, it will become possible to aim at the improvement of workability | operativity compared with the conventional chamber, and reduction of equipment cost.
Therefore, the present inventors focused attention on this point and conducted an examination. As a result, an inert gas was supplied around the molten metal nozzle for ejecting molten metal, and the entrainment of the atmosphere around the molten nozzle due to the rotation of the cooling roll was prevented. It has been found that the amount of oxygen around the molten metal nozzle can be efficiently reduced by arranging the air blocking plate to be disposed at an appropriate position.
[0008]
The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and is disposed on both sides of the cooling roll, a cooling roll having a cooling surface for cooling the molten metal, a molten metal nozzle for ejecting the molten metal to the cooling surface, and the like. A roll side air blocking plate that is provided over the entire circumference of the cooling roll and blocks air entrainment from the side of the cooling roll, and a gas flow supply means that supplies an inert gas around the molten metal nozzle, A roll surface atmospheric blocking means is provided, and the two gas flow supply means are arranged on the rear side with respect to the molten metal nozzle, and are arranged between the roll surface atmospheric blocking means and the molten nozzle and arranged on the rear side. The two gas flow supply means are slits of one gas flow supply means.And gas flowThe other gas flow supply means is arranged between the melt nozzle and the one gas flow supply means, and the other gas flow supply means is disposed on the gas flow from the one gas flow supply means. A gas flow is supplied from the gas flow supply means, and the roll surface air blocking means is on the rear side with respect to the molten metal nozzle, and to the paddle portion of the air adhering to the surface of the cooling roll. It is a metal strip manufacturing apparatus characterized by being arranged so that the inflow of water is cut off and the tip portion is in contact with the cooling roll.
[0009]
In the present invention, the gas flow supply means can be arranged on either the front side, the rear side, or both with respect to the molten metal nozzle. In the present invention, on the basis of the molten metal nozzle, the side in the roll rotation direction is defined as “front” and the opposite is defined as “rear”. As for the arrangement of the molten metal nozzles, there are two on the rear side.EstablishmentThe two gas flow supply means disposed on the rear side are preferably slits of one gas flow supply means, as will be described in particular in the embodiments described later.And gas flowAnd the other gas flow supply means is disposed between the melt nozzle and the one gas flow supply means, and the other gas flow supply means is disposed on the gas flow from the one gas flow supply means. It is more desirable to supply the gas flow from the gas flow supply means.
[0010]
In the present invention, it is preferable that a roll outer peripheral air blocking plate is provided, and the roll outer peripheral air blocking plate is disposed so as to surround the outer periphery of the cooling roll at the outer peripheral edge of the roll side air blocking plate.The specific structure of the air shielding plate will be shown in the embodiments described later.
[0011]
The method for producing a metal ribbon of the present invention is a method for producing a metal ribbon by continuously injecting molten metal from a molten metal nozzle onto a cooling surface of a cooling roll and rapidly solidifying it. An inert gas is supplied to the periphery of the molten metal nozzle while blocking inflow of air from the side.
In the method for producing the metal ribbon of the present invention, it is desirable to supply the inert gas before rotating the cooling roll. This is because, as will be apparent from the examples described later, the oxygen concentration decreases more quickly when the gas flow is performed before the cooling roll is rotated than when the inert gas is supplied after the cooling roll is rotated. is there. Therefore, it is desirable in terms of production efficiency if the oxygen concentration in the atmosphere near the molten metal nozzle is measured and the cooling roll is rotated after reaching a predetermined oxygen concentration.
[0012]
In the present invention, the inert gas may be supplied under conditions of a flow rate of 2 to 100 m / sec and a flow rate of 5 to 120 l / sec. If the flow velocity is less than 2 m / sec, there is no effect in reducing the amount of oxygen in the atmosphere near the molten metal nozzle, while if it exceeds 100 m / sec, the effect of reducing the oxygen concentration is reduced due to the entrainment of the atmosphere from the surroundings due to the gas flow. Because. Also, if the flow rate is less than 5 l / sec, there is no effect in reducing the oxygen amount in the atmosphere near the molten metal nozzle, while if it exceeds 120 l / sec, no effect commensurate with the supply amount can be expected.
[0013]
The inert gas can be supplied from one or both of the rear side and the front side with reference to the molten metal nozzle. It is desirable to supply two gas flows from the rear side and one gas flow from the front side. In this case, if one of the two gas flows from the rear side is supplied from the tangential direction of the cooling roll and the other gas flow is supplied from above the one gas flow, the effect of reducing the oxygen concentration is remarkable. It becomes.
[0014]
In that case, of the two gas flows from the rear side, the one gas flow (first gas flow) has a flow rate of 10 to 35 m / sec, a flow rate of 5 to 20 l / sec, and the other gas flow (second gas flow). Gas flow) is a flow rate of 2 to 10 m / sec, a flow rate of 5 to 20 l / sec, and a gas flow supplied from the front side (third gas flow) is a flow rate of 10 to 50 m / sec and a flow rate of 5 to 20 l / sec. It is desirable. The more desirable ranges of the first to third gas flows are as follows: first gas flow; flow
[0015]
The above gas flow is relatively local at a position close to the molten metal nozzle. However, in order to supplement this, the gas flow extends over a wide range including at least the cooling roll from above, below, and / or from the side. It is also effective to supply a gas flow. As an inert gas used in the method for producing a metal ribbon of the present invention, N2, He, Ar, Kr, Xe and Rn are selected from one or more of them, and Ar is desirable as will be apparent from the examples described later.
Further, in the previous manufacturing method, a cooling roll having a cooling surface for cooling the molten metal, a molten metal nozzle for ejecting the molten metal to the cooling surface, and both side surfaces of the cooling roll, the entire cooling roll is disposed. A roll side air blocking plate that is provided over the circumference and blocks air entrainment from the side surface of the cooling roll, a gas flow supply unit that supplies an inert gas around the molten metal nozzle, and a roll surface air blocking unit. The two gas flow supply means are arranged on the rear side with respect to the melt nozzle, and are arranged between the roll surface atmosphere blocking means and the melt nozzle, and are arranged on the rear side. Is the slit of one gas flow supply meansAnd gas flowThe other gas flow supply means is arranged between the melt nozzle and the one gas flow supply means, and the other gas flow supply means is disposed on the gas flow from the one gas flow supply means. A gas flow is supplied from the gas flow supply means, and the roll surface air blocking means is on the rear side with respect to the molten metal nozzle, and to the paddle portion of the air adhering to the surface of the cooling roll. Injecting molten metal continuously from the molten metal nozzle to the cooling surface of the cooling roll using a metal ribbon manufacturing apparatus characterized in that the inflow of the metal is cut off and the tip portion is arranged to contact the cooling roll. It is preferable to produce a metal ribbon by rapid solidification.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the metal ribbon manufacturing apparatus of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a side view showing a basic configuration part (excluding some atmospheric shielding plates) of a metal ribbon manufacturing apparatus of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are diagrams showing details of a gas flow nozzle as gas flow supply means, 5-8 is a figure for demonstrating each atmospheric | air barrier board and its arrangement position.
The metal ribbon manufacturing apparatus according to the present embodiment includes a
[0017]
The
[0018]
The molten metal melted in the
[0019]
At the time of metal strip production, the
[0020]
What is necessary is just to select the space | interval of the
[0021]
The first
[0022]
The second
[0023]
As shown in FIG. 4, the third
[0024]
The fourth
The above first to fourth gas flow nozzles can be used alone or in combination. The oxygen reduction effect of the paddle portion is the largest in the first and second gas flow nozzles as described in the examples below.
[0025]
The above first to fourth gas flow nozzles are mainly intended for local gas flow. However, as shown in FIG. 1, like the fifth
[0026]
A gas supply source is connected to each of the above gas flow nozzles via a connection pipe 17 to which a
[0027]
Next, the air blocking plate will be described.
The roll surface
[0028]
The roll rear
[0029]
The roll side
[0030]
The roll outer peripheral
[0031]
The roll front
[0032]
The roll upper
[0033]
The roll front
[0034]
Each of the above
[0035]
Since the ribbon manufacturing apparatus shown in FIG. 1 uses a
[0036]
The following materials are effective as materials applicable to the present invention.
FebBxMy
M is one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W (including any of Zr, Hf, and Nb), and b Is 75 atomic% to 93 atomic%, x is 0.5 atomic% to 18 atomic%, and y is 4 atomic% to 9 atomic%.
(Fe1-aZa)bBxMy
However, Z is one or two of Ni and Co, M is one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W (Zr, Hf , And Nb), a is 0.2 or less, b is 75 atom% or more and 93 atom% or less, x is 0.5 atom% or more and 18 atom% or less, and y is 4 atom% or more. 9 atomic% or less.
[0037]
FebBxMyXz
However, M is one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W (including Zr, Hf, and Nb), and X is Cu. , Ag, Cr, Ru, Rh, Ir, one or two or more elements selected, b is 75 atomic% or more and 93 atomic% or less, x is 0.5 atomic% or more and 18 atomic% or less, y Is 4 atomic% or more and 9 atomic% or less, and Z is 5 atomic% or less.
[0038]
(Fe1-aZa)bBxMyXz
However, Z is one or two of Ni and Co, M is one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W (Zr, Hf X is one or more elements selected from Cu, Ag, Cr, Ru, Rh, and Ir, a is 0.2 or less, and b is 75 atoms. % Is 93 atomic% or less, x is 0.5 atomic% or more and 18 atomic% or less, y is 4 atomic% or more and 9 atomic% or less, and Z is 5 atomic% or less.
[0039]
FebBxMyX 't
However, M is one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W (including Zr, Hf, and Nb), and X ′ is One or more elements selected from Si, Al, Ge, Ga, b is 75 atomic% to 93 atomic%, x is 0.5 atomic% to 18 atomic%, y is 4 atoms % To 9 atomic%, t is 4 atomic% or less.
[0040]
(Fe1-aZa)bBxMyX 't
Where Z is one or two of Ni and Co, and M is one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W (Zr, Hf X ′ is one or more elements selected from Si, Al, Ge, and Ga, a is 0.2 or less, and b is 75 atomic% or more 93 Atomic% or less, x is 0.5 atomic% or more and 18 atomic% or less, y is 4 atomic% or more and 9 atomic% or less, and t is 4 atomic% or less.
[0041]
FebBxMyXzX 't
However, M is one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W (including Zr, Hf, and Nb), and X is Cu. , Ag, Cr, Ru, RhIr, one or more elements selected from X, X ′ is one or more elements selected from Si, Al, Ge, Ga, and b is 75 atoms. % Is 93 atom% or less, x is 0.5 atom% or more and 18 atom% or less, y is 4 atom% or more and 9 atom% or less, Z is 5 atom% or less, and t is 4 atom% or less.
[0042]
(Fe1-aZa)bBxMyXzX 't
However, Z is one or two of Ni and Co, M is one or more elements selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W (Zr, Hf , And Nb), X is one or more elements selected from Cu, Ag, Cr, Ru, and RhIr, and X ′ is 1 selected from Si, Al, Ge, and Ga A or 0.2 or less, b is 75 to 93 atom%, x is 0.5 to 18 atom%, y is 4 to 9 atom% Hereinafter, Z is 5 atomic% or less, and t is 4 atomic% or less.
[0043]
If an amorphous alloy ribbon having the above composition is obtained according to the present invention and then subjected to a heat treatment of heating to its crystallization temperature or higher (eg, 500 to 600 ° C.) and slow cooling, 100 to 200 Å A soft magnetic alloy ribbon having a fine crystal structure composed of crystals can be obtained.
[0044]
【Example】
The result of investigating the variation of the inert gas flow time and the oxygen concentration using the metal ribbon manufacturing apparatus described above will be described. In the following examples, the
[0045]
Example 1
The oxygen concentration was measured when the gas flow nozzle and the air blocking plate were under the following conditions. N as flow gas2The rotation speed of the
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow rate 10.7l / sec, flow rate 19m / sec)
Second gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 4.8 m / sec)
Air blocking plate conditions
Roll surface air barrier plate, roll side air barrier plate
[0046]
Under the same conditions as above, the fluctuation of the oxygen concentration due to the distance from the surface of the
[0047]
(Example 2)
The oxygen concentration was measured when the gas flow nozzle and the air blocking plate were under the following conditions. Other conditions are the same as in the first embodiment. The results are shown in FIG. 12, and the effect of reducing the amount of oxygen similar to that in Example 1 could be confirmed.
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow rate 10.7l / sec, flow rate 19m / sec)
Second gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 4.8 m / sec)
Air blocking plate conditions
Roll surface air shield plate, roll side air shield plate, roll front air shield plate
Air barrier plate behind the roll
[0048]
(Example 3)
The oxygen concentration was measured when the gas flow nozzle and the air blocking plate were under the following conditions. Other conditions are the same as in the first embodiment. The results are shown in FIG. 13, and it was possible to confirm the same amount of oxygen reduction effect as in Example 1.
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow rate 10.7l / sec, flow rate 19m / sec)
Second gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 4.8 m / sec)
Air blocking plate conditions
Roll surface air shield plate, roll side air shield plate, roll front air shield plate
Roll air barrier plate, roll outer air barrier plate
[0049]
Example 4
The oxygen concentration was measured when the gas flow nozzle and the air blocking plate were under the following conditions. Other conditions are the same as in the first embodiment. The results are shown in FIG. 14, and it was confirmed that the oxygen concentration can be reduced from Examples 1 to 3 by performing the gas flow from the third gas flow nozzle.
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow rate 10.7l / sec, flow rate 19m / sec)
Second gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 4.8 m / sec)
Third gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 76.0 m / sec)
Air blocking plate conditions
Roll surface air shield plate, roll side air shield plate, roll front air shield plate
Roll air barrier plate, roll outer air barrier plate
[0050]
(Example 5)
The oxygen concentration was measured when the gas flow nozzle and the air blocking plate were under the following conditions. Other conditions are the same as in the first embodiment. The result is shown in FIG. 15, and it was confirmed that the oxygen concentration can be reduced to about 2% lower than that of Example 4 by adding the upper
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow rate 10.7l / sec, flow rate 19m / sec)
Second gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 4.8 m / sec)
Third gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 76.0 m / sec)
Air blocking plate conditions
Roll surface air shield plate, roll side air shield plate, roll front air shield plate
Roll rear air barrier plate, roll outer peripheral air barrier plate, roll front upper barrier plate
[0051]
(Example 6)
The oxygen concentration was measured when the gas flow nozzle and the air blocking plate were under the following conditions. Other conditions are the same as in the first embodiment. The results are shown in FIG. 16, and it was confirmed that the oxygen concentration can be reduced to 2% or less.
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 19.0 m / sec)
Second gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 4.8 m / sec)
Third gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 76.0 m / sec)
Fourth gas flow nozzle (flow rate 10.7l / sec, flow rate 38.0m / sec)
Air blocking plate conditions
Roll surface air shield plate, roll side air shield plate, roll front air shield plate
Roll rear air barrier plate, roll outer peripheral air barrier plate, roll front upper barrier plate
[0052]
(Example 7)
The oxygen concentration was measured when the gas flow nozzle and the air blocking plate were under the following conditions. Other conditions are the same as in the first embodiment. The results are shown in FIG. 17, and it was confirmed that the oxygen concentration can be reduced to about 1.5%.
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 19.0 m / sec)
Second gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 4.8 m / sec)
Third gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 76.0 m / sec)
Fourth gas flow nozzle (flow rate 10.7l / sec, flow rate 38.0m / sec)
Air blocking plate conditions
Roll surface air shield plate, roll side air shield plate, roll front air shield plate
Roll rear air barrier plate, roll outer peripheral air barrier plate, roll front upper barrier plate
Roll front air barrier plate
[0053]
(Example 8)
In Examples 1 to 7 above, N2The gas was supplied by two or more of the first to fourth gas flow nozzles, but in this embodiment, only one of the four nozzles is used for N.2The oxygen concentration reduction effect of each nozzle was investigated by supplying gas.
The conditions of the gas flow nozzle and the air blocking plate are as follows.
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 19.0 m / sec)
Second gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 4.8 m / sec)
Third gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 76.0 m / sec)
4th gas flow nozzle (flow rate 10.7l / sec, flow rate 38.0m / sec)
Air blocking plate conditions
Roll surface air shield plate, roll side air shield plate, roll front air shield plate
Roll rear air barrier plate, roll outer peripheral air barrier plate, roll front upper barrier plate
Roll front air barrier plate
The results are shown in FIG. 18, and it is understood that the oxygen concentration reduction effect of the first and second nozzles is great. In addition, as can be seen from the comparison of the result of Example 7 under the same conditions with the installation of the air entrainment plate blocking plate, the oxygen concentration is obtained by combining a plurality of nozzles as compared with the case where the gas flow is supplied by a single nozzle. It can be seen that the reduction effect is improved.
[0054]
Example 9
The variation of the oxygen concentration when the flow rate and flow rate of the first gas flow nozzle were changed was investigated. The conditions of the gas flow nozzle and the air blocking plate are as follows.
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow
Second gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 4.8 m / sec)
Third gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 76.0 m / sec)
Fourth gas flow nozzle (flow rate 10.7l / sec, flow rate 38.0m / sec)
Air blocking plate conditions
Roll surface air shield plate, roll side air shield plate, roll front air shield plate
Roll rear air barrier plate, roll outer peripheral air barrier plate, roll front upper barrier plate
Roll front air barrier plate
The results are shown in FIG. N2Although the oxygen concentration tends to decrease as the gas flow rate and flow rate increase, the oxygen concentration increases at the flow rate of 16.4 l / sec and the flow rate of 32.3 m / sec, and the gas flow rate and flow rate increase. If too much, it is estimated that the oxygen concentration is adversely affected.
[0055]
(Example 10)
Changes in the oxygen concentration when the flow rate and flow rate of the second gas flow nozzle were changed were investigated. The conditions of the gas flow nozzle and the air blocking plate are as follows.
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 19.0 m / sec)
Second gas flow nozzle (flow
Third gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 76.0 m / sec)
4th gas flow nozzle (flow rate 10.7l / sec, flow rate 38.0m / sec)
Air blocking plate conditions
Roll surface air shield plate, roll side air shield plate, roll front air shield plate
Roll rear air barrier plate, roll outer peripheral air barrier plate, roll front upper barrier plate
Roll front air barrier plate
The results are shown in FIG. N2As the gas flow rate and flow rate increased, the oxygen concentration decreased, and the oxygen concentration decreased most at a flow rate of 10.7 l / sec and a flow rate of 4.75 m / sec. However, when the flow rate and flow rate are exceeded, the oxygen concentration tends to increase. Even in the second gas flow nozzle, if the flow rate and flow rate are excessively increased, it is estimated that the oxygen concentration is adversely affected.
[0056]
(Example 11)
Next, the variation of the oxygen concentration when the flow rate and flow rate of the third gas flow nozzle were changed was investigated. The conditions of the gas flow nozzle and the air blocking plate are as follows.
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 19.0 m / sec)
Second gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 4.8 m / sec)
Third gas flow nozzle (flow rate 0-12.5l / sec, flow rate 91.3m / sec)
4th gas flow nozzle (flow rate 10.7l / sec, flow rate 38.0m / sec)
Air blocking plate conditions
Roll surface air shield plate, roll side air shield plate, roll front air shield plate
Roll rear air barrier plate, roll outer peripheral air barrier plate, roll front upper barrier plate
Roll front air barrier plate
The results are shown in FIG. Compared with the first and second gas flow nozzles, the flow rate and flow velocity have little effect on the oxygen concentration, but N2The oxygen concentration tends to decrease as the flow rate and flow rate increase until the gas flow rate of 10.7 l / sec and the flow rate of 4.75 m / sec. However, the oxygen concentration increases at higher flow rate and flow rate conditions. Therefore, it is presumed that the oxygen concentration is adversely affected if the gas flow rate and flow velocity are excessively increased.
[0057]
(Example 12)
Next, the variation of the oxygen concentration when the flow rate and flow rate of the fourth gas flow nozzle were changed was investigated. The conditions of the gas flow nozzle and the air blocking plate are as follows.
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 19.0 m / sec)
Second gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 4.8 m / sec)
Third gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow velocity 76 m / sec)
Fourth gas flow nozzle (flow
Air blocking plate conditions
Roll surface air shield plate, roll side air shield plate, roll front air shield plate
Roll rear air barrier plate, roll outer peripheral air barrier plate, roll front upper barrier plate
Roll front air barrier plate
The results are shown in FIG. It was confirmed that the oxygen concentration could be reduced most under the conditions of a flow rate of 10.7 l / sec and a flow rate of 4.75 m / sec.
[0058]
(Example 13)
An investigation was made as to whether or not there was a difference in fluctuations in oxygen concentration when Ar gas was supplied before roll rotation and after roll rotation. The conditions of the gas flow nozzle and the air blocking plate are as follows.
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 19.0 m / sec)
Second gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 4.8 m / sec)
Third gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow velocity 76 m / sec)
4th gas flow nozzle (flow rate 10.7l / sec, flow rate 38.0m / sec)
Air blocking plate conditions
Roll surface air shield plate, roll side air shield plate, roll front air shield plate
Roll rear air barrier plate, roll outer peripheral air barrier plate, roll front upper barrier plate
Roll front air barrier plate
The result is shown in FIG.2Even if the gas supply is performed after the roll rotation, a sufficiently low oxygen concentration can be obtained. However, it can be seen that the oxygen concentration is reduced more rapidly if the gas is supplied before the roll rotation. The reason is not clear, but it is presumed that if the cooling roll is rotated while a large amount of oxygen remains in the blocking plate, the airflow in the blocking plate is disturbed. Therefore, in the actual manufacturing process, if the gas is supplied from the roll stop state and then the roll is rotated, the manufacturing process can be shortened.
[0059]
(Example 14)
Next, an oxygen concentration measurement result when an actual thin strip manufacturing work procedure is assumed is shown. The conditions for the gas flow nozzle and the air blocking plate are as follows. Also, 0.68 kg / cm into the molten metal nozzle 2ThreeN2Gas flow was also performed
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 19.0 m / sec)
Second gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 4.8 m / sec)
4th gas flow nozzle (flow rate 10.7l / sec, flow rate 38.0m / sec)
Air blocking plate conditions
Roll surface air shield plate, roll side air shield plate, roll front air shield plate
Roll rear air barrier plate, roll outer peripheral air barrier plate, roll front upper barrier plate
Roll front air barrier plate
[0060]
First, N with the roll stopped2Gas supply was performed for 10 minutes. At this stage, the
N2Assuming heating of the ingot inserted into the
[0061]
N2After 11.5 minutes from the start of gas flow, N2The gas supply was stopped. This assumes that the ingot in the
N2After 14.5 minutes from the start of the gas flow, the number of revolutions of the cooling roll was increased to 1600 rpm, and 0.5 minutes later, the
FIG. 24 shows the oxygen concentration fluctuation during this period. The oxygen concentration is reduced to 0.33% after 10 minutes from the start of the gas flow, and the oxygen concentration slightly increases when the
[0062]
(Example 15)
Examples 1-14 are N as inert gas.2In the present example, N was used as an inert gas.2Using gas and Ar gas, the influence of the type of flow gas on the present invention was investigated.
Specific conditions are as follows.
Gas flow nozzle conditions
First gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 19.0 m / sec)
Second gas flow nozzle (flow rate 10.7 l / sec, flow rate 4.8 m / sec)
4th gas flow nozzle (flow rate 10.7l / sec, flow rate 38.0m / sec)
Air blocking plate conditions
Roll surface air shield plate, roll side air shield plate, roll front air shield plate
Roll rear air barrier plate, roll outer peripheral air barrier plate, roll front upper barrier plate
Roll front air barrier plate
Applicable alloy composition
Fe84Nb7B9(at.%),
Oxygen concentration measurement
A position at a height of 0.3 mm from the surface of the cooling roll, on the front side from the molten metal nozzle
[0063]
The gas supply and the molten metal jetting were performed in the same manner as in Example 14 except that the gas supply was performed from the state where the cooling roll was stopped, and the cooling roll was rotated at 100 rpm after 16.5 minutes had elapsed from the start of the gas flow. After 5 minutes, heating of the ingot in the
[0064]
X-ray diffraction of the thickness of the manufactured ribbon, pinholes (holes penetrating the front and back surfaces of the ribbon), surface roughness (Ry), and the precipitation state of crystals on the free surface and roll surface of the ribbon It was measured by. In addition, the obtained ribbon was subjected to heat treatment (heated at 180 ° C./min, held at 650 ° C. for 10 minutes and then allowed to cool), and magnetic permeability (μ ′), saturation magnetic flux density (Bs), coercive force (Hc ) Was measured.
[0065]
The plate thickness and pinhole measurement results are shown in FIG.
It can be seen that the ribbon thickness is about 1.5 to 2.0 μm thicker when Ar gas is used. This is the Ar or N supplied2The gas is caught in the paddle part, but it is understood that it is due to the difference in thermal expansion between the two after being caught in the paddle. That is, the gas entrained in the paddle part is generated in a very short time from entrainment to solidification, but N2Since gas has a smaller molecular weight and higher thermal conductivity than Ar gas, the entrained gas is heated by the molten metal in a short time and expands greatly. On the other hand, Ar having a large molecular weight has low thermal conductivity, and only the peripheral portion in contact with the molten metal in the entrained gas is heated and expanded.2It is estimated that the expansion does not increase as much.
[0066]
This is shown in FIG. FIG. 26A shows the
[0067]
N for pinholes2It was observed that there was no occurrence in the thin strip due to the Ar gas flow, whereas the thin strip due to the gas flow occurred in the first half of the production. Thickness is one of the factors that cause pinholes. That is, as the plate thickness increases, the generation of pinholes tends to be suppressed. However, it is considered that the thin strip due to the Ar gas flow is one of the factors that did not cause pinholes due to the large plate thickness.
[0068]
FIG. 27 shows the surface roughness (Ry) in the length direction and width direction of the free surface, and FIG. 28 shows the surface roughness (Ry) in the length direction and width direction of the roll surface. The roughness is in the range of 12 mm centering on the measurement position in the length direction, and in the range of 12 mm in the center of the width in the width direction.
As shown in FIG. 27, Ar gas, N2There is no difference in the roughness of the gas, but as shown in FIG.2It can be seen that the roughness is smaller than that of the ribbon by gas flow. This is because, as mentioned above, N2It is presumed that Ar gas has a smaller thermal expansion in the paddle than gas.
[0069]
29 and 30 show the crystal precipitation state of the free surface and roll surface of the ribbon (unheat-treated). N2In the ribbon due to gas flow, bcc (200) orientation peaks are observed on both the free surface and the roll surface, whereas no precipitation of crystals is observed in the ribbon due to Ar gas flow. It is presumed that Ar gas has a smaller thermal expansion in the paddle, so that the area where the cooling roll and the paddle are in close contact with each other is larger and the cooling capacity is higher. In the figure, “S8” indicates a position 8 m from the start end of the ribbon.
[0070]
FIG. 31 shows the measurement results of the magnetic permeability (μ ′) at 1 kHz and 10 kHz after the heat treatment, and it can be seen that the thin ribbon by Ar gas flow shows superior magnetic permeability. FIG. 32 shows the saturation magnetic flux density (Bs) and coercive force (Hc) after the heat treatment, and it can be seen that the ribbon by Ar gas flow has more excellent characteristics. This is because the thin ribbon by Ar gas flow has fewer pinholes and smaller surface roughness, and further, there is no precipitation of crystals in the state before heat treatment, so the crystal grain size after heat treatment becomes uniform. It is presumed to be based on this. In addition, when the structure | tissue after heat processing was observed, it became a fine crystal structure with an average crystal grain diameter of 150 angstroms.
[0071]
(Example 16)
Under the same conditions as in Example 15, Fe84Nb3.5Zr3.5B8Cu1An alloy ribbon having a composition of (at.%) Is manufactured, and the obtained ribbon (strip Nos. 1 to 3) is subjected to heat treatment (heated to 650 ° C. at 40 ° C./min and then allowed to cool). , Magnetic permeability (μ ′), saturation magnetic flux density (BTen) And the coercive force (Hc) were measured. The results are as follows. The properties of the ribbon (No. 4) of the same composition produced by the conventional method in which the ribbon production apparatus is installed in an inert atmosphere chamber are also shown. The ribbon according to the present invention is obtained by the conventional method. It was confirmed that the same magnetic properties as the ribbon could be obtained.
[0072]
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the oxygen concentration in the atmosphere in the vicinity of the molten metal nozzle can be reduced and continuous production can be performed without providing a large facility such as a chamber and inferior workability. .
In particular, in the present invention, a roll surface air blocking plate and a roll side air blocking plate are provided, two gas flow supply means are provided on the rear side with respect to the molten metal nozzle, and the roll surface atmospheric blocking device and the molten nozzle are provided. Gas flow supply means arranged betweenGas flow into the gas as desired at the tip of the melt nozzleGas from the other gas flow supply meansTheBy being able to supply, the effect that the oxygen concentration of the atmosphere in the vicinity of the molten metal nozzle can be reduced can be reliably obtained without providing any incidental equipment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an embodiment of a metal ribbon manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a first gas flow nozzle.
FIG. 3 is a diagram showing a third gas flow nozzle.
FIG. 4 is a diagram showing second and fourth gas flow nozzles.
FIG. 5 is a view showing an arrangement of roll surface air blocking plates.
FIG. 6 is a view showing an arrangement of a roll rear air blocking plate and a roll side air blocking plate.
FIG. 7 is a view showing the arrangement of a roll outer periphery air shielding plate and a roll front air shielding plate.
FIG. 8 is a view showing an arrangement of a roll front air blocking plate and a roll front air blocking plate.
FIG. 9 is a side view showing another embodiment of the metal ribbon manufacturing apparatus of the present invention.
10 is a graph showing fluctuations in oxygen concentration in Example 1. FIG.
11 is a graph showing the relationship between the distance from the surface of the cooling roll and the oxygen concentration in Example 1. FIG.
12 is a graph showing fluctuations in oxygen concentration in Example 2. FIG.
13 is a graph showing fluctuations in oxygen concentration in Example 3. FIG.
14 is a graph showing fluctuations in oxygen concentration in Example 4. FIG.
15 is a graph showing fluctuations in oxygen concentration in Example 5. FIG.
FIG. 16 is a graph showing changes in oxygen concentration in Example 6.
FIG. 17 is a graph showing changes in oxygen concentration in Example 7.
18 is a graph showing fluctuations in oxygen concentration in Example 8. FIG.
FIG. 19 is a graph showing changes in oxygen concentration in Example 9.
20 is a graph showing changes in oxygen concentration in Example 10. FIG.
FIG. 21 is a graph showing changes in oxygen concentration in Example 11.
22 is a graph showing a change in oxygen concentration in Example 12. FIG.
23 is a graph showing fluctuations in oxygen concentration in Example 13. FIG.
24 is a graph showing changes in oxygen concentration in Example 14. FIG.
25 is a graph showing the relationship between ribbon length, plate thickness, and number of pinholes in Example 15. FIG.
FIG. 26A is a diagram showing a state of a paddle portion when Ar gas is used, and FIG.2It is a figure which shows the state of the paddle part at the time of using gas.
FIG. 27 is a graph showing the relationship between the ribbon length and the surface roughness of the ribbon free surface in Example 15.
28 is a graph showing the relationship between the ribbon length and the surface roughness of the ribbon roll surface in Example 15. FIG.
FIG. 29 shows N in Example 15.2It is a figure which shows the X-ray diffraction of the thin strip using gas.
30 is a diagram showing X-ray diffraction of a ribbon using Ar gas in Example 15. FIG.
31 is a graph showing the magnetic permeability (μ ′) of the ribbon obtained in Example 15. FIG.
32 is a graph showing the coercive force (Bc) and coercive force (Hc) of the ribbon obtained in Example 15. FIG.
FIG. 33 is a diagram showing ribbon production by a single roll method.
[Explanation of symbols]
1 ... Cooling roll
2 ... Molten metal nozzle
3 ... crucible
4 ... Heating coil
51 ... 1st gas flow nozzle
52 ... Second gas flow nozzle
53 ... Third gas flow nozzle
54 ... Fourth gas flow nozzle
61 ... Roll surface air blocking plate
62 ... Roll rear air blocking plate
63 ... Roll side air blocking plate
64 ... Roll outer peripheral air blocking plate
65 ... Roll front air blocking plate
66 ... Air barrier plate on the front of the roll
67 ... Roll front air blocking plate
Claims (23)
前記ガスフロー供給手段が2つ、前記溶湯ノズルを基準として後方側であって、前記ロール表面大気遮断手段と溶湯ノズルの間に配置され、
前記後方側に配置した2つのガスフロー供給手段が、一方のガスフロー供給手段のスリットとガスフローを溶湯ノズル先端に臨むように配置され、他方のガスフロー供給手段は溶湯ノズルと前記一方のガスフロー供給手段との間に配置され、前記一方のガスフロー供給手段からのガスフロー上に前記他方のガスフロー供給手段からのガスフローが供給されるものであり、
前記ロール表面大気遮断手段が、溶湯ノズルを基準として後方側にあって、冷却ロールの表面に付着してくる大気のパドル部分への流入を遮断し、先端部を冷却ロールに接触するように配置されたことを特徴とする金属薄帯製造装置。A cooling roll having a cooling surface for cooling the molten metal, a molten metal nozzle for ejecting the molten metal to the cooling surface, and disposed on both sides of the cooling roll and provided over the entire circumference of the cooling roll, cooling A roll side surface air blocking plate for blocking air entrainment from the side surface of the roll, a gas flow supply means for supplying an inert gas around the molten metal nozzle, and a roll surface air blocking means,
Two gas flow supply means, on the rear side with respect to the melt nozzle, disposed between the roll surface air blocking means and the melt nozzle,
The two gas flow supply means arranged on the rear side are arranged so that the slit and gas flow of one gas flow supply means face the tip of the melt nozzle, and the other gas flow supply means is the melt nozzle and the one gas. The gas flow from the other gas flow supply means is supplied on the gas flow from the one gas flow supply means.
The roll surface air blocking means is arranged on the rear side with respect to the molten metal nozzle so as to block the flow of the air adhering to the surface of the cooling roll to the paddle part and to contact the tip part with the cooling roll. An apparatus for producing a thin metal strip,
溶融金属を冷却する冷却面を有する冷却ロールと、前記冷却面に溶融金属を噴出する溶湯ノズルと、前記冷却ロールの両側面側に配置されて前記冷却ロールの全周に渡って設けられ、冷却ロールの側面からの大気の巻き込みを遮断するロール側面大気遮断板と、前記溶湯ノズル周囲に不活性ガスを供給するガスフロー供給手段と、ロール表面大気遮断手段が具備され、前記ガスフロー供給手段が2つ、前記溶湯ノズルを基準として後方側であって、前記ロール表面大気遮断手段と溶湯ノズルの間に配置され、
前記後方側に配置した2つのガスフロー供給手段が、一方のガスフロー供給手段のスリットとガスフローを溶湯ノズル先端に臨むように配置され、他方のガスフロー供給手段は溶湯ノズルと前記一方のガスフロー供給手段との間に配置され、前記一方のガスフロー供給手段からのガスフロー上に前記他方のガスフロー供給手段からのガスフローが供給されるものであり、前記ロール表面大気遮断手段が、溶湯ノズルを基準として後方側にあって、冷却ロールの表面に付着してくる大気のパドル部分への流入を遮断し、先端部を冷却ロールに接触するように配置されたことを特徴とする金属薄帯製造装置を用い、
ロール側面側からの大気流入を前記ロール側面大気遮断板で遮断しつつ、前記2つのガスフロー供給手段から不活性ガスを溶湯ノズル周囲に供給することを特徴とする金属薄帯の製造方法。In a metal ribbon manufacturing method for manufacturing a metal ribbon by continuously injecting molten metal from a molten metal nozzle onto the cooling surface of a cooling roll and rapidly solidifying it,
A cooling roll having a cooling surface for cooling the molten metal, a molten metal nozzle for ejecting the molten metal to the cooling surface, and disposed on both sides of the cooling roll and provided over the entire circumference of the cooling roll, cooling A roll side surface air blocking plate that blocks air entrainment from the side surface of the roll, a gas flow supply unit that supplies an inert gas around the molten metal nozzle, and a roll surface atmospheric block unit, the gas flow supply unit comprising: Two, on the rear side with respect to the melt nozzle, disposed between the roll surface air blocking means and the melt nozzle,
The two gas flow supply means arranged on the rear side are arranged so that the slit and gas flow of one gas flow supply means face the tip of the melt nozzle, and the other gas flow supply means includes the melt nozzle and the one gas. The gas flow from the other gas flow supply means is supplied on the gas flow from the one gas flow supply means. A metal that is located on the rear side with respect to the molten metal nozzle and is arranged so as to block the inflow of the air adhering to the surface of the cooling roll to the paddle part and to contact the tip part with the cooling roll. Using a ribbon manufacturing device,
A method for producing a metal ribbon, wherein an inert gas is supplied from the two gas flow supply means to the periphery of the molten metal nozzle while blocking air inflow from the roll side surface by the roll side air blocking plate.
溶融金属を冷却する冷却面を有する冷却ロールと、前記冷却面に溶融金属を噴出する溶湯ノズルと、前記冷却ロールの両側面側に配置されて前記冷却ロールの全周に渡って設けられ、冷却ロールの側面からの大気の巻き込みを遮断するロール側面大気遮断板と、前記溶湯ノズル周囲に不活性ガスを供給するガスフロー供給手段と、ロール表面大気遮断手段が具備され、前記ガスフロー供給手段が2つ、前記溶湯ノズルを基準として後方側であって、前記ロール表面大気遮断手段と溶湯ノズルの間に配置され、
前記後方側に配置した2つのガスフロー供給手段が、一方のガスフロー供給手段のスリットとガスフローを溶湯ノズル先端に臨むように配置され、他方のガスフロー供給手段は溶湯ノズルと前記一方のガスフロー供給手段との間に配置され、前記一方のガスフロー供給手段からのガスフロー上に前記他方のガスフロー供給手段からのガスフローが供給されるものであり、前記ロール表面大気遮断手段が、溶湯ノズルを基準として後方側にあって、冷却ロールの表面に付着してくる大気のパドル部分への流入を遮断し、先端部を冷却ロールに接触するように配置されたことを特徴とする金属薄帯製造装置を用い、
ロール側面側からの大気流入を前記ロール側面大気遮断板で遮断しつつ、前記2つのガスフロー供給手段から不活性ガスを溶湯ノズル周囲に供給するとともに、ガスフローの一方は冷却ロールの接線方向から供給し、他方のガスフローは前記一方のガスフローの上方から供給することを特徴とする金属薄帯の製造方法。In a metal ribbon manufacturing method for manufacturing a metal ribbon by continuously injecting molten metal from a molten metal nozzle onto the cooling surface of a cooling roll and rapidly solidifying it,
A cooling roll having a cooling surface for cooling the molten metal, a molten metal nozzle for ejecting the molten metal to the cooling surface, and disposed on both sides of the cooling roll and provided over the entire circumference of the cooling roll, cooling A roll side surface air blocking plate that blocks air entrainment from the side surface of the roll, a gas flow supply unit that supplies an inert gas around the molten metal nozzle, and a roll surface atmospheric block unit, the gas flow supply unit comprising: Two, on the rear side with respect to the melt nozzle, disposed between the roll surface air blocking means and the melt nozzle,
The two gas flow supply means arranged on the rear side are arranged so that the slit and gas flow of one gas flow supply means face the tip of the melt nozzle, and the other gas flow supply means includes the melt nozzle and the one gas. The gas flow from the other gas flow supply means is supplied on the gas flow from the one gas flow supply means. A metal that is located on the rear side with respect to the molten metal nozzle and is arranged so as to block the inflow of the air adhering to the surface of the cooling roll to the paddle part and to contact the tip part with the cooling roll. Using a ribbon manufacturing device,
While the air inflow from the roll side is blocked by the roll side air blocking plate, the inert gas is supplied from the two gas flow supply means to the periphery of the melt nozzle, and one of the gas flows is from the tangential direction of the cooling roll. A method for producing a metal ribbon, wherein the gas flow is supplied and the other gas flow is supplied from above the one gas flow.
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