JP3955822B2 - 非晶質金属合金を調整可能な低密度雰囲気中で鋳造する装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属ストリップを溶融物から直接鋳造すること、さらに詳しくは実質的に連続の金属ストリップを形成するために非晶質金属合金を溶融物から直接急速凝固させることに関する。
発明の背景

非常に滑らかなストリップの鋳造は、在来装置によっては、焼き入れ（quenching）中に焼入表面（quench surface）と溶融金属との間にポケットとして取り込まれたガスがガス表面欠陥を形成するので困難であった。これらの欠陥は、他の因子と共に、焼入表面側のみならず、その反対側、即ち鋳造ストリップの自由表面側に相当の粗さをもたらす。ある場合には、表面欠陥は実際にストリップを通して延在し、その中に穴を形成している。さらに、鋳造金属ストリップの幅を横切るこれら表面欠陥の一様性も変動する可能性がある。

Narasimhanに発行された米国特許第４，１４２，５７１号明細書は、溶融金属の流れを急速に焼き入れして連続金属ストリップを形成する在来型装置および方法を開示する。金属は不活性雰囲気または部分真空中で鋳造することができる。

J. Bedellに発行された米国特許第３，８６２，６５８号明細書およびC. Carlsonに発行された米国特許第４，２０２，４０４号明細書は、鋳造金属フィラメントと焼入表面との接触を長くするために用いられる柔軟なベルトを開示する。

Ray等に発行された米国特許第４，１５４，２８３号明細書は、金属ストリップの真空鋳造がガスポケット欠陥の形成を減少させることを開示する。Ray等が教示する真空鋳造システムは、低圧鋳造雰囲気を生成させるために特殊なチャンバーおよびポンプを必要とする。加えて、鋳造ストリップを真空チャンバーから連続的に輸送するために補助手段が必要とされる。さらに、このような真空鋳造システムでは、ストリップは、典型的には周囲雰囲気中で鋳造するときに生ずる離脱を起こすどころか、焼入表面に過度に融着する傾向がある。

鈴木等に発行された米国特許第４，３０１，８５５号明細書は、溶融金属が加熱されたノズルから回転するロールの外周表面上に注加される金属リボンの鋳造装置を開示する。カバーがノズルの上流ロール表面を囲って、雰囲気が真空ポンプで抜かれるチャンバーを与える。カバー中の加熱要素が、ノズルから上流のロール表面を加温してそのロール表面から露滴およびガスを除去する。真空チャンバーは鋳造ロール表面に最も近い移動ガス層の密度を下げ、それによって鋳造リボン中におけるエアポケットの窪み形成を減少させる。加熱要素は、エアポケットの窪み形成をさらに減少させるために、ロール表面から水分および付着ガスを追い払う助けとなる。鈴木等が開示する装置は、金属を鋳造表面上に、その表面が真空チャンバーを出て行くまで注加しない。この方法によっては、急速に前進しているリボンを真空チャンバーから取り出す際に複雑な状況が伴われることは避けられない。リボンは実際には開放雰囲気中で鋳造されるが、そのことはリボンの品質におけるいかなる潜在的改善も相殺してしまう。

Mobley等に発行された米国特許第３，８６１，４５０号明細書は、金属フィラメントを製造する方法および装置を開示する。ディスク様の熱抜取り部材がそれらの縁表面を溶融プールの中に浸漬するように回転し、そしてその動いている表面が溶融物の中に入る臨界プロセス領域（critical process region）において非酸化性ガスが導入される。この非酸化性ガスは還元性ガスであることができ、その還元性ガスの大気中における燃焼がその臨界プロセス領域において還元性または非酸化性の生成物を生じさせる。１つの特定の態様において、炭素または黒鉛から構成されるカバーがディスクの一部分を囲み、そしてそのカバーに隣接する酸素と反応して非酸化性の一酸化炭素または二酸化炭素ガスを生成させる；それらガスは次いでディスク部分および溶融物の入口領域を包囲することができる。

Mobley等が教示する非酸化性ガスの導入は、酸化性ガスの付着層を破ってそれを非酸化性ガスで置換する。非酸化性ガスの制御された導入は、また、回転しているディスクが微粒固体材料不純物を溶融物の中に初期フィラメントが凝固する点まで引き入れるだろう臨界プロセス領域において、その微粒固体材料が溶融物表面上に集まるのを防止するバリヤーを提供する。最後に、酸化性ガスおよび浮遊汚染物の臨界プロセス領域からの排除は、回転ディスクからのフィラメントの放出点の安定性を、それらの間の付着性を減少させて自然な放出を促進することによって高める。

Mobley等は、しかし、ディスク表面における、および溶融物中における酸化の問題を扱っているだけである。Mobley等が教示する非酸化性ガスの流動している流れは、依然として、溶融プールの中に、回転ホイールの粘性引きずりによって引き込まれ、そして溶融物をディスク縁から引き離してフィラメントの形成を瞬間的に妨害する可能性がある。Mobley等によって与えられる特定の利点は、非酸化性ガスが溶融物プール内におけるフィラメントの実際の点における酸化を減少させることである。かくして、Mobley等は、ディスク表面を溶融物から分離および絶縁し、それによって局所化された焼き入れを減少させることがあり得るガスの連行を最小限に抑えることに失敗している。

H. Liebermannに発行された米国特許第４，２８２，９２１号および同第４，２６２，７３４号明細書は、同軸のガスジェットを使用して急速焼入非晶質金属ストリップ中の縁欠陥を減少させる装置および方法を開示する。H. Liebermannに発行された米国特許第４，１７７，８５６号および同第４，１４４，９２６号明細書は、レイノルズ数パラメーターを制御して急速焼入非晶質ストリップ中の縁欠陥を減少させる方法および装置を開示する。ガスの密度、従ってレイノルズ数は、真空の使用によって、およびより低分子量のガスを用いることによって調節される。

H. Liebermann等に発行された米国特許第４，８６９，３１２号明細書は、ガスポケットの取り込みによって引き起こされる表面欠陥を減少させる金属ストリップの鋳造装置および同方法を開示する。ノズル機構が溶融金属の流れを焼入表面の焼入領域内に堆積させて金属ストリップを形成する。焼入領域の上流で、その焼入領域に隣接する位置にある枯渇領域（depletion region）に還元性ガスが供給される。還元性ガスは発熱反応してその枯渇領域内に低密度の還元性雰囲気を与え、そしてストリップ中におけるガスポケットの形成を妨げることを助ける。

在来の方法は、しかし、金属ストリップの幅を横切る表面欠陥の変動を十分に減少させることはできなかった。従来技術には、本発明によって取り扱われ、そして克服される他の欠点も存在する。

発明の概要
１つの面において、連続金属ストリップを鋳造する方法が開示される。焼入表面を有するチル体（chill body）がある選択された速さで動き、そしてストリップを形成する溶融金属の流れが焼入表面の焼入領域上に配置される。焼入領域から上流で、その焼入領域に隣接する位置にある枯渇領域に還元性ガスが与えられる。還元性ガスは、互いにバッフルで分離されていることができる多重ノズルによって供給される。バルブが各ノズルを通るガスの流れを独立に制御する。還元性ガスは発熱反応せしめられてそれらの密度を下げ、そして各ゾーンの枯渇領域内に独立に低密度還元性雰囲気を与える。１つの好ましい態様において、金属ストリップは非晶質金属合金である。

第二の面において、ホイールの様な鋳造表面、溶融金属供給源、還元性ガス供給源、複数の独立に制御可能なガスノズルを含むガスマニホールド、および複数のガス流制御装置を含む装置系が開示される。この装置系は、枯渇領域中の色々な領域へのガス流を独立に調整するのを可能にすることによって、鋳造金属ストリップの厚さ分布（thickness profile）に改善された均一性を与える。この装置系は、また、有害なおよび有利なリボン表面の両特徴を制御できるようにする。

第三の面は、１つの開放側面を有するケーシング、およびそのケーシング内のバッフルで分離された幾つかの個別の区画室を含む装置を包含する。各個別区画室はガスノズルを含む。ガスノズルは還元性ガス供給源に独立に制御可能なノズルを経由して接続されている。この配置はガス流の各個別区画室への量を独立に制御するのを可能にし、それによって一連の個々の燃焼チャンバーを与える。これはストリップの厚さ分布および金属ストリップの特定区域全域の表面特徴のより精密な制御を可能にする。

もう１つの面は、金属ストリップ鋳造装置系中における焼入領域の色々な個別の区画へのガス流を制御する方法を含み、この面はセンサーを用いて鋳造金属ストリップの質を評価することを含む。この制御方法は、焼入領域の色々な個別区画中における還元性火炎雰囲気の自動調整を可能にする。

開示された技術は、有利なことに、焼入表面と金属との間での金属ストリップの鋳造中におけるガスポケットの形成および取り込みを最小限に抑え、かつストリップ厚さの均一性およびストリップの幅を横切る滑らかさの均一性を与える。

本発明には本明細書で説明されるだろう他の面が存在する。
本発明は、次の詳細な説明および添付図面を参照するとき、さらに完全に理解され、そしてさらなる利点が明らかになるであろう。

詳細な説明
本発明の目的のために、明細書および特許請求の範囲で使用される「ストリップ」は、横方向寸法が長さよりはるかに小さい細長体であると理解されるべきである。かくして、用語「ストリップ」は規則断面および不規則断面の両者のワイヤー、リボン、シート等を包含することを理解すべきである。ストリップの高さまたは厚さは、特に平面ストリップ（即ち、リボン、箔、テープ等々）のときは、通常その幅より小さく、そしてその幅は典型的には長さよりもはるかに小さい。

本発明は、性質が結局は結晶性か非晶質かのいずれかである金属ストリップを鋳造するのに適している。結晶性金属とは反対に、非晶質金属は長距離結晶構造を欠き、性質がガラス質である。理想的には、非晶質金属組成物は性質が少なくとも８０％は非結晶性、好ましくは少なくとも９０％、さらに好ましくは少なくとも９５％、最も好ましくは９８％が非結晶性である。結晶化度の程度は公知の技術によって確認することができる。非晶質金属としては、急速に凝固し、そして溶融金属の供給源から少なくとも約１０⁴℃／秒の速度で焼き入れされるものがある。このような急速凝固非晶質金属ストリップは、通常、改善された引張強さ；改善された延性；改善された耐蝕性；および向上した磁気的性質の内の１つまたは２つ以上のような改善された物理的性質を与える。

図１は、溶融金属が堆積されつつある焼入表面２２の一部分におけるガス境界層の速度分布２０を図解するものである。ガス境界層速度分布２０は、動いている焼入表面２２の外面を回って引っ張られている周囲空気を表す。最大ガス境界層速度は焼入表面２２に直に隣接して生じ、それは動いている焼入表面２２の速度に等しい。焼入表面２２は矢印“ａ”で示される方向に動いている。図１において分かるように、動いている焼入表面２２は周囲雰囲気から冷たい空気を枯渇領域２４の中および焼入領域２６の中に引き入れる；ここで、その後者は溶融金属の溶融物パッドル３０が堆積される焼入表面２２の領域である。熱い鋳造ノズル２８および溶融物パッドル３０によって発生せしめられた熱は、境界層ガスが焼入領域２６の中に連行される速度が速いために、焼入領域２６の周囲雰囲気密度を有意には低下させない。これは、非晶質金属ストリップを形成するのに必要とされる高冷却速度を達成するためには焼入表面の非常に大きい回転および／または線速度が必要とされることが理解されるとき、特に明白である。

焼入表面２２は、典型的には、支持体（substrate）―それは滑らかなチルド金属であることが多い―から成る。溶融物パッドル３０は、支持体表面を、金属合金組成、支持体組成、および支持体表面上におけるフィルムの存在を含めて色々な因子によって定められる程度まで濡らす。ガス境界層が溶融物−支持体界面において及ぼす圧力は、しかし、溶融物を支持体から局所的に引き離し、溶融物パッドル３０の下側に連行ガスポケット３２を形成するように作用する。これらのガスポケット３２は望ましくないものである。

溶融物パッドル３０の下に連行されたガスポケット３２の大きさまたは数を減少させるためには、ガス密度を低下させなければならないか、または支持体速度を低下させなければならないかのいずれかである。支持体速度を低下させることは、ストリップ３６の冷却速度が悪影響を受ける可能性があるから、一般的には実際的でない。従って、ガス密度を低下させなければならない。これは幾つかの可能な方法で成し遂げることができる。真空中での鋳造は、ストリップの下側におけるガスポケット３２を、ガス境界層を除去することによってなくすることが可能である。別法として、低密度ガスを境界層の中に押し入らせることが、溶融物パッドル３０の下に連行されるガスポケットの大きさおよび数を減少させる際に有効である。低密度ガス（例えば、ヘリウム）の使用が境界層ガス密度を低下させる１つのやり方である。別法として、低密度還元性ガスは還元性ガスを発熱反応、即ち燃焼させることによって与えることができる。ガスの発熱反応が進行すると、それにつれて反応によって与えられた熱もまた、燃焼したガスの密度を絶対温度の逆数として減少させる。枯渇領域２４の中のガスを溶融物パッドル３０の上流側で発熱反応させることによって、溶融物パッドル下の連行ガスポケット３２の大きさと数を実質的に減少させることができる。

図２は、点火および燃焼させることが可能なガスを用いて低密度還元性ガスを形成する従来技術の鋳造装置系の代表的な態様を図解するものである。鋳造ノズル２８が、溶融金属を回転している鋳造ホイール３４の焼入表面２２の上に堆積させてストリップ３６を形成する。枯渇は、ガス供給源３８、ガスバルブ４０、多重ホール４４ａ−４４ｋを含むガスマニホールド４２、および点火手段４６の使用によって達成される。ガスバルブ４０はホール４４ａ−４４ｋを通して送り出されるガスの容量と速度を調節する。ガス４８が燃焼を保証するのに十分な酸素と混合されてから、点火手段４６がガス４８を点火させて、枯渇領域２４の周りに、および溶融金属が堆積される焼入領域の周りに加熱された低密度還元性ガスを生成させる。点火手段４６として、例えばスパーク点火、ホットフィラメント、ホットプレート、またはしばしばガス４８を点火させるほど十分に熱い溶融金属鋳造ノズル自体を挙げることができる。

図３は、図２に示される従来技術鋳造装置系の一部分の代替図を示すものである。単一のバルブ４０がガス供給源３８から、ガスを多重ホール４４ａ−４４ｋに与えるマニホールド４２へのガスの流れを制御する。ガスバルブ４０は、調整可能であるが、ホール４４ａ−４４ｋを出て行く実質的に均一なガス流量を与える単一の制御点である。

再び図２に言及すると、ガスが点火されると、それは、望ましくは、鋳造ノズル２８およびストリップ３６に接触するように十分遠くに延びる火炎を形成する。火炎プルーム５０は火炎の端を越えて延在し、それは低密度ガスである。火炎プルーム５０は、典型的には、焼入領域２６の上流で始まる。このガス燃焼プロセスは周囲雰囲気から酸素を消費する。加えて、火炎プルーム５０内に存在する可能性のある未燃焼ガスは反応して、焼入表面２２の上、鋳造ノズル２８の上およびストリップ３６の上の酸化物を還元する。火炎プルーム５０の可視性はガス流の容易な最適化と制御を可能にし、そして火炎プルーム５０は焼入表面２２の運動によってホイール３４の外面の一部分の周りに効果的に引き入れられる。焼入表面２２はホイール、ベルト、その他任意の都合のよい表面であることができる。火炎プルーム５０は焼入領域２６の所に、その後の個別の距離にわたって存在する。火炎プルーム５０は、有利なことに、鋳造ノズル２８および冷えつつある間のストリップ３６の周りに非酸化性の保護雰囲気を与える。

図２−３の従来技術は、典型的には、多重ホール４４ａ−４４ｋを用いて発熱反応した還元性ガスを導入し、この場合これらホールを通るガス流は１つの共通の制御バルブ４０によって制御される。この結果、ストリップ３６の幅全体を横切って非可変性火炎雰囲気が与えられることになる。このような配置は、ガス流量を制御バルブ４０で調整することによってストリップ幅を横切るストリップの厚さ分布に均一に影響を及ぼすために使用することができる。そのストリップにもたらされる鋳造挙動および物理的性質は、幾らかはこの様式で影響を受ける可能性があるが、しかしこの技術分野ではさらなる改善が探求され、かつ望まれている。

本発明は、ガス流および得られる火炎をノズル集成装置の個別の区画で独立に制御し、かくして鋳造金属ストリップの個別の区画における性質に、他の区画に影響を及ぼすことなく独立に影響を及ぼすのを可能にする効果的な方法および装置を提供する。本発明のさらなる面および利点も説明される。

本明細書および特許請求の範囲で用いられる用語「火炎プルーム」および「低密度還元性雰囲気」は、１リットル当たり約１グラム未満のガス密度を有する、そして鋳造装置系が他の点では標準大気圧にある環境中に存在するときは、好ましくは１リットル当たり約０．５グラム未満のガス密度を有する還元性雰囲気を意味する。

所望の低密度還元性雰囲気を得るために、ガス４８は少なくとも８００Ｋの温度で発熱反応、即ち燃焼せしめられ、さらに好ましくは少なくとも約１２００Ｋの温度まで発熱反応せしめられる。一般に、より熱い燃焼ガスはより低い密度およびより大きい還元力を有することができ、従って堆積溶融金属中でのガスポケット３２の形成を最小限に抑えるのにより良好な可能性があるので、それらのより熱い燃焼ガスの方が好ましい。

取り込まれたガスポケット３２は、金属ストリップ３６上に表面平滑性を低下させる可能性があり、かつ金属ストリップ３６の他の性質に悪影響を及ぼす可能性がある表面欠陥を生じさせるので、それらガスポケット３２は望ましくない。極端な場合、ガスポケット３２はストリップ３６に貫通孔をもたらし得る。表面欠陥は材料の充填率（packing factor）を低下させるので、磁性金属ストリップ３６を磁心用に巻線するときは、非常に滑らかな表面仕上げが特に重要である。充填率は巻線磁心（wound core）の見掛け密度を示す体積分率または体積百分率であって、巻線磁心中の磁性材料の体積を総巻線磁心体積で割った商に等しい。充填率はパーセント（％）として表されることが多く、理想的な充填率は１００％である。欠陥を持たない滑らかな表面は、また、ストリップ３６の磁気的性質を最適化する際に、また、さもなければストリップの機械的強さを低下させるだろう局在応力集中を最小限に抑える際にも重要である。

ガスポケット３２は、また、堆積溶融金属を焼入表面２２から局所的に絶縁し、それによってこれら局所区域中での焼入速度を低下させる。その結果生じる不均一な焼き入れは、典型的には、ストリップ３６中に、不均一な強さ、延性および高い磁心損（core loss）または励磁力のような不均一な物理的および磁気的性質をもたらす。非晶質金属ストリップ３６を鋳造するとき、ガスポケット３２はストリップ３６の局在部分中に望ましくない結晶化を生じさせ得る。このガスポケット３２および局所結晶化は不連続点を生じさせるが、それらは磁性ドメイン壁の移動性を抑制し、それによって材料の磁気的性質を低下させる。かくして、本発明は、ガスポケット３２の連行を減少させることによって、改善された表面仕上げおよび改善された物理的および磁気的性質を有する高品質の金属ストリップ３６を提供することができる。例えば、少なくとも約８０％で、約９５％までの充填率を有する金属ストリップ３６が製造された。

図４および５は、ガス供給源３８をガスバルブマニホールド５２に接続して含む本発明による鋳造装置系の代替図を示す。ガスバルブマニホールド５２は多重ガスバルブ４０ａ−４０ｆを含む。これらの多重ガスバルブ４０ａ−４０ｆはバーナーマニホールド５４へのガスの流れを制御する。バーナーマニホールド５４は、各々が独立の供給ラインを持つ多重バーナーノズル５６ａ−５６ｆを収容できるようにされている。各バーナーノズル５６ａ−５６ｆはガスを独立に供給する。この特定の態様は６個の別々のバーナーノズル５６ａ−５６ｆを示しているが、所望の結果を達成するために任意の数のノズルを設けることができることを理解されるべきである。各ノズル間の間隔もまた色々であることができるのであって、均一な間隔であることは必要条件でない。

ガス４８の流れは、焼入表面２２と接線をなす、溶融金属が焼入表面２２の上に堆積される点において焼入表面２２と交差する仮想線５８から０〜９０°の角度で焼入表面２２の方に向けられることが好ましい。さらに好ましくは、ガス４８の流れは仮想線５８から２０〜７０°の角度で焼入表面２２の方に向けられるべきである。各バーナーノズル５６ａ−５６ｆは対応する点火手段を有することができる。点火手段は、例えばスパーク点火、ホットフィラメント、ホットプレートであってもよいし、或いは鋳造ノズル自体であってもよい。また、多重ノズルは単一の点火手段を共通に使うようにすることもできる。図４および５は鋳造ホイール３４を図解するものであるが、いかなるタイプの鋳造表面も使用できる。

１つの好ましい態様において、バーナーマニホールド５４は、ガスノズル５６ａ−５６ｆを収容するのに必要な大きさにされている１つの壁６２の上に多重通路６０を含む。バーナーマニホールド５４の反対側の壁６４は閉ざされている。一連のバッフル６６が形成されていて、バーナーマニホールド５４の内部を、各バーナーノズル５６ａ−５６ｆから流れてくるガスが隣接バーナーノズル５６ａ−５６ｆから流れて来るガスと混合しないようにする別々のチャンバーに分割している。

バーナーノズル５６ａ−５６ｆを通るガス流の方向に対して実質的に垂直で、壁６２に対して平行な少なくとも１組のディフューザープレート６８がバーナーマニホールド５４の内部に含まれている。このディフューザープレート６８の組みは典型的には小さい多重ホールを有する。ディフューザープレート６８の目的は、個々の燃焼ゾーン７０ａ−７０ｆ各々の幅を横切る圧力分布を一様にすることである。圧力分布をさらに一様にするために多重ディフューザープレート６８を取り付けてもよい。

ガス４８はガス供給源３８から独立に調整可能なバルブ４０ａ−４０ｆを通り、そして独立の管系を通ってガスノズル５６ａ−５６ｆまで流れる。ガス４８はガスノズル５６ａ−５６ｆを通って一次チャンバー７２ａ−７２ｆの中に流入する。ガス４８はディフューザープレート６８を通って二次チャンバー７８ａ−７８ｆの中に流入する。ガス４８は出口スロット７４を通り続ける。ガス４８は、それが燃焼を維持するのに十分な酸素と混合すると燃焼する。燃焼したガス４８は枯渇領域２４の中に、次いで溶融金属が焼入表面２２と接する焼入領域２６の中に流入する。

図４および５に示される配置は、枯渇領域２４の幅を横切る色々なゾーン７０ａ−７０ｆまでのガス流を独立に制御できるようにする。この独立制御の特徴は、ストリップ３６の１つの区域における不足量を、ストリップ３６の他の区域における厚さ分布に影響を及ぼすことなく校正するために調整するのを可能にする。

勿論、この配置は色々なやり方で変更することができ、それでもなお本発明の教示に従って諸機能を果たせるようにする。例えば、多重ノズル５６ａ−５６ｆは、１つまたは２つ以上の一次チャンバー７２ａ−７２ｆ内に存在することができ；制御バルブ４０ａ−４０ｆは、バーナーノズル５６ａ−５６ｆまたはバーナーマニホールド５４のケーシングの構造中に統合することができる。他の変更も可能である。

図６は本発明によるバーナーマニホールド５４の透視図を示す。火炎７６はバーナーマニホールド５４の出口スロット７４から延びている。出口スロット７４は、バーナーマニホールド５４の傾斜が付けられたコーナーに切られている。

図７は、バーナーマニホールド５４の（図６の切断面７−７に沿って取られた）破断立面図を示す。ガス４８は、バーナーノズル５６ｃを通って一次チャンバー７２ｃの中に流入する。ガス４８は、次に、ディフューザープレート６８中のホール８４を通って二次チャンバー７８ｃの中に流入する。ガス４８は次いで出口スロット７４を通って流れ、そしてそれが十分な酸素と混合すると引火する。火炎がバーナーマニホールド５４を出る方向は“ｆ”で示されるが、それは（前記で図２を参照して定義された）仮想線５８に対して角度αで配置されている。上記で議論した角度αは０〜９０°、さらに好ましくは２０〜７０°である。図７は、バーナーマニホールド５４の底面と一致する仮想線５８を示す。しかし、仮想線５８はバーナーマニホールド５４の底面と一致しなくてもよい。

図８はディフューザープレート６８の２つの図面を示す。図８の正面図において分かるように、ディフューザープレート６８は１３個のホール８４を有する。ディフューザープレート６８は図示される数よりも多いまたは少ないホール８４を有していてもよい。また、ホール８４の配置および大きさも図示されるものと異なっていていてもよい。ディフューザープレート６８の平面図も示される。

図９は、本明細書で説明される技術を制御するシステムの特定の態様を図解する。センサー８０は、鋳造金属ストリップ３６の品質（例えば、幅を横切る厚さおよびその均一性等々）を監視する。センサー８０は、例えばｘ−線センサーであることができるが、所望の品質を評価するのに適切ないかなるセンサー８０も使用することができる。センサー８０は鋳造ストリップ３６の品質を表す信号を発生し、その信号をコントローラー８２に送る。理想的には、センサー８０は鋳造金属ストリップ３６の横全幅を測定することが可能なことである。コントローラー８２は、例えばプログラム可能なコンピューター、専用回路または専用コントローラーであることができる。コントローラー８２は、制御信号をガスバルブマニホールド５２中のガスバルブ４０ａ−４０ｆに提供する。ガスバルブ４０ａ−４０ｆの位置、従ってガス流量は、コントローラー８２から受け取った信号に応答して調整される。制御信号は、例えば空気圧信号、機械的信号、電気信号、その他都合のよいいかなるタイプの信号であってもよい。さらに、コントローラー８２は、また、センサー８０および／または当該システムのある時間間隔にわたっての運転を記録するための設備を含んでいることができる。

還元性ガスは適正に選択することが重要である。燃焼したガスの燃焼生成物は、望ましくないことに焼入表面２２または鋳造ノズル２８の上に沈殿し、それによって金属ストリップ３６の鋳造および／または性質に悪影響を及ぼすことがあるかなりの量の液体または固体の相を生成させるべきではない。例えば、水素ガスは、水素の燃焼生成物は焼入表面２２上に凝縮していく可能性がある水であるので、普通の条件下では不満足に機能する。その結果、水素の火炎プルームは、ストリップ３６の焼入表面２２側でのガスポケット３２の形成を十分には低下させないことが多い。

還元性ガスは、酸素を強力に発熱性の反応で燃やし、消費するのみならず、鋳造表面における温度および圧力条件においてガス状態で留まる燃焼生成物も生成させるガスであるのが好ましい。一酸化炭素（ＣＯ）ガスが上記基準を満足するので好ましいガスである。一酸化炭素は、また、望ましい無水の還元性雰囲気を与える。しかし、少量の酸素、水素および／または各種炭化水素を含む色々な一酸化炭素ブレンドのような他のガスを使用してもよい。他のガスは、より高い火炎温度、より反応性（即ち、脱酸性）のガス、またはより低い費用のようなある種特定の利点を与えることができる。

また、焼入表面２２の上に沈殿し得るいかなる固体または液体物質の形成も実質的に防ぐためには、熱い低密度雰囲気の組成、および焼入表面２２における他のパラメーターのような幾つかの他の直接関係のある因子を調節することも有利である。このような沈殿は、それが溶融物パッドル３０と焼入表面２２との間に連行されるならば、表面欠陥を生じさせてストリップ３６の質を減ずることがあり得る。

焼入領域２６に最も近い位置にある低密度還元性ガス４８によって生成された熱は溶融金属の焼入れを低下させないことが望ましい。むしろ、発熱還元反応で生成した熱は、実際には、絶縁性の連行ガスポケット３２の存在を最小限に抑えることによって焼入速度の均一性を改善し、それによって鋳造ストリップ３６の質を改善する。

ガスの燃焼生成物として形成される低密度還元性雰囲気は、溶融物パッドル４８に最も近い位置にある領域を約１２００−１５００Ｋのオーダーの非常に高い温度まで加熱する効率的な手段をとなり、そして溶融物パッドルの周りに非常に低い密度のガスを与える。その高温は、また、還元反応の速度を増して焼入表面２２、鋳造ノズル２８およびストリップ３６の上での酸化をさらに最小限に抑える。鋳造ノズル２８における熱い還元性火炎の存在は、また、さもなければ鋳造ノズル２８をひび割れさせるかもしれない火炎内の熱勾配を低下させる。

従来述べられた条件を使用する急速焼入れは、準安定の均質な延性材料を得るために用いることができる。準安定性材料は長距離秩序が存在しないガラス質である。ガラス質金属合金のＸ−線回折図形は、無機酸化物ガラスに観察されるものと同様の拡散ハローしか示さない。このようなガラス質合金は、それら合金のリボンから複雑な形状を打ち抜くことのような後続の取り扱いを可能にするほど十分に延性であるためには、少なくとも５０％がガラス質でなければならない。ガラス質金属合金は、優れた延性を得るためには、好ましくは少なくとも８０％ガラス質、最も好ましくは実質的（または完全）にガラス質でなければならない。

本発明の材料は箔の形で製造されるのが有利であって、ガラス質であろうと、微晶質であろうと、鋳造物としての製品用途において使用することができる。或いはまた、ガラス質金属合金の箔は、複雑な形状の打ち抜きが意図されるときにより長いダイ寿命をもたらすために、好ましくはきめの細かい結晶相を得るように熱処理することができる。

特に有用な非晶質金属に、式：

で定義されるものがある：但し、上記の式において、下付き数字は原子パーセントであり；“Ｍ”はＦｅ、ＮｉおよびＣｏの内の少なくとも１種であり；“Ｙ”はＢ、ＣおよびＰの内の少なくとも１種であり；そして“Ｚ”はＳｉ、ＡｌおよびＧｅの内の少なくとも１種であり；但し、（ｉ）成分“Ｍ”の１０原子パーセントまでは、金属種Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＴａおよびＷの内の少なくとも１種により置換されていることができ、また（ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の１０原子パーセントまでは、非金属種Ｉｎ、Ｓｎ、ＳｂおよびＰｂの内の少なくとも１種により置換されていることができる。このような非晶質金属の変圧器磁心は、約５０および６０Ｈｚの分布周波数、さらにまたギガヘルツ範囲までの範囲にわたる周波数のための電圧変換およびエネルギー貯蔵用途での使用に適している。

焼入表面２２における独立に調整可能な還元性雰囲気の存在には独特の利点がある。第一に、ストリップの厚さ分布の個別区画が持つ独立の影響を成し遂げることができる。また、低密度還元性雰囲気がストリップ３６の酸化を最小限に抑える。加えて、低密度還元性雰囲気は焼入表面２２を酸素欠乏にして、その酸化を最小限に抑える。この低下した酸化は焼入表面２２の湿潤性を改善して、溶融金属が焼入表面２２の上に均一に堆積されるのを可能にする。焼入表面２２の中において銅系材料の場合、低下した酸化は焼入表面２２を熱で誘発される疲れ亀裂の核化とその成長に対してはるかに抵抗性にする。低密度還元性雰囲気は、また、鋳造ノズル２８の領域から酸素を枯渇させ、それによって、さもなければ酸化物微粒子の集積に因って詰まることであろう鋳造ノズル２８の目詰まりを減少させる。

本明細書で説明される技術を実行する鋳造装置系が実現できるもう１つの利点は、より狭いストリップを鋳造するときは個別のノズルを閉じることができることである。これはガスの有利な節約をもたらすことができる。これらのおよび他の利点は次の実施例から明らかになるだろう。

実施例
本発明による鋳造装置系を、鋳造しながらリボンの厚さ分布に対するその鋳造装置系の効果を調べた。

６個の独立に制御されるガスバルブ、ノズル、および幅が各々２インチである燃焼チャンバーを有するバーナーを図４−８どおりに組み立てた。このバーナーを用いてリボンの個別の区画におけるリボン厚さを、個別の区画のガス流だけを調整することによって、他の区画に有意に影響を及ぼすことなく制御する試みを行った。

まず、６個のノズル全てを通るガスの流れを、全てのノズルが等しいガス流量（約１０リットル／分−ノズル）を供給するように調整した。システムの調整は、独立に制御可能なゾーン中でガス流量を変化させずに、できるだけ良好な鋳造物を造るように行われた。達成できる最上の鋳造物が得られた。ｘ−線装置を用いて鋳造ストリップの幅を横切る厚さ分布を走査した。ｘ−線装置は、ストリップがｘ−線装置を通り越して移動するときにそのストリップの幅を横切って通過するように配置された。従って、得られた全ての厚さ分布の走査図は、実際にはストリップの対角断面を表す。

図１０は、ガスを同じ速度（約１０リットル／分）で供給する各々独立に制御可能なノズルにより得られた３つの厚さ分布の走査図を示す。縦座標（垂直座標軸）は所定の点におけるストリップの厚さを表し、また横座標（水平座標軸）はストリップの幅を横切る位置を示す。ｘ−線装置には、ストリップの縁を検知してこの装置がストリップ縁を確実に通らないようにする縁センサーが備え付けられていた。ｘ−線装置はストリップの一方の縁から他方の縁まで走査するように調整された。各走査図の中央の水平な直線は「理想的な」鋳造厚さ分布を示す。鋳造表面の内向き側（inboard side）はその頁の左側にあり、また鋳造表面の外向き側（outboard side）はその頁の右側にある。鋳造表面の内向き側は冷却媒体が入る鋳造表面の側である。鋳造表面の外向き側は冷却媒体が去る鋳造表面の側である。

図１０に示される３つの厚さ分布の傾向は、内向き側に比較的薄い分布を、そして外向き側に向かって増大している厚さを有するくさび型分布を示す。このくさび型分布は、バーナー集成装置の独立に制御可能なゾーンにおいてガス流量を異なるレベルに調整することなしでは校正することができなかった。２つの鋳造パラメーター、即ち積層因子（lamination factor：ＬＦ）および厚さ変動（thickness variation：ＴＶ）も測定した。積層因子（ＬＦ）は、金属によって充填される長方形断面の分率と定義することができる。より高いＬＦ値が望ましく、それは空間が金属で効率的に充填されることを示している。理想ＬＦ値は１．０である。厚さ変動（ＴＶ）は、ストリップの最大厚さ−対−ストリップの最小厚さの比と定義することができる。より低いＴＶ値が望ましく、それはストリップが均一な厚みのものであることを示している。理想ＴＶ値は１．０である。実測ＬＦは０．７９であり、また実測ＴＶは１．３５であった。

図１１Ａは、独立に制御可能なバーナーゾーンの各々への流量を調整した後に得られた３つの厚さ分布走査図を示す。内向きのほとんどのゾーンへのガス流量は２倍にされ、そして他の全てのゾーンへのガス流量は若干増加された。これら３つの走査された厚さ分布は、図１０に示される３つの走査厚さ分布とは有意に異なる。図１１Ａの３つの走査厚さ分布は「理想的な」厚さ分布をよりぴったり近づいてたどっている。独立に制御可能なゾーンへのガス流量を調整することの効果は非常に速やかであった。くさび型厚さ分布（図１０に図示）を有するどころか、その鋳造物は今や僅かに皿型の分布を有していた。実測ＬＦは０．８３、実測ＴＶは１．１６であった。これらパラメーターは、共に、独立に制御可能なバーナーゾーンを調整することによって改善されていた。また、くさび型分布はガス流量を調整することによって実質的に校正されることが分かった。

図１１Ｂは、独立に制御可能なバーナーゾーンのガス流量に対して上記調整を行った約６７秒後に得られた３つの厚さ分布走査図を示す。図１１Ｂの走査厚さ分布の傾向は、図１１Ａの走査厚さ分布の傾向と実質的に同様であると認めることができる。ＬＦおよびＴＶが再び測定された。ＬＦは０．８２、ＴＶは１．２６であった。これらの値は、それらが図１１Ａの走査中に測定されたときとからはごく小さい変化しかなかった。図１１Ａの走査厚さ分布は、実質的に定常状態の状態を表していると結論することができる。

周知の厚さ分布を誘発し、次いで校正する試みにおいて、以下において記載されるように、ガス流量に対して他の調整がなされた。図１１Ａの厚さ分布は、３つの他の調整を行った後に得られる他の厚さ分布を比較するためのベースライン状態として用いることができる。

図１２Ａは、２つの中央の独立に制御可能なノズルに対するガス流を止めた後に得られた３つの厚さ分布走査図を示す。図１１Ａに示される僅かに皿型の分布は悪くなった。実測ＬＦは０．７８、実測ＴＶは１．３１であった。これらのパラメーターはベースライン状態よりも悪くなった。

図１２Ｂは、ガス流量をベースライン値まで戻した後に得られた３つの厚さ分布走査図を示す。この調整をすることによって皿型分布が実質的に校正された。独立に制御可能なゾーンにおいてガス流量を調整することの効果は、可逆的であったと結論することができる。また、鋳造リボンは、ある特定のゾーン中で、そのゾーンへのガス流量を減少させることによってより薄くすることができることは明らかであった。

図１３は、中央の４つのゾーンへのガス流を止めた後に得られた３つの厚さ分布走査図を示す。その皿型分布はさらに悪くなった。実測ＬＦは０．８、実測ＴＶは１．３７であった。これらのパラメーターは共に悪くなっていた。この運転条件はブレークオウト（breakout）をもたらし、鋳造を停止させた。新しいベースライン鋳造状態を確立しなければならなかった。

図１４は、ブレークオウトに続いて新しい鋳造を始めた後に確立された新しいベースライン鋳造状態を表す３つのｘ−線厚さ分布走査図を示す。実測ＬＦは０．８６、実測ＴＶは１．２４であった。これらの分布は僅かなＤ−分布を有していた。

図１５Ａは、２つの外側ゾーンへのガス流を止めた後に得られた３つのｘ−線厚さ分布走査図を示す。これら２つのゾーンは鋳造リボンの縁の外側にあったが、厚さ分布には小さい効果しかないように思われる。しかし、Ｄ−分布の僅かな悪化が鋳造物に誘導された。実測ＬＦは０．８４、実測ＴＶは１．１８であった。これらの値は悪くなったものである。

図１５Ｂは、図１４の走査図が記録されたときに存在したガス流量へのおおよその復帰を示す。Ｄ−分布が僅かに校正された。この新しいベースライン鋳造状態は０．８５のＬＦおよび１．１５のＴＶをもたらした。

図１６Ａは、４つの外側ゾーンへのガス流を止めた後に得られた３つのｘ−線厚さ分布走査図を示す。特に外向き側に有意のＤ−分布が誘導された。実測ＬＦは０．７８、実測ＴＶは１．３１であった。

図１６Ｂは、ベースラインガス流状態への復帰を示す。Ｄ−分布はほとんど校正された。実測ＬＦは０．８３、実測ＴＶは１．２４であった。
図１７Ａは、内向き側へのガス流を増加させ、かつ外向き側へのガス流を減少させようにガス流量を調整した後に得られた３つのｘ−線厚さ分布走査図を示す。これは、より薄い外向き側とより厚い内向き側を有する僅かなくさび型分布を誘導した。この効果は外向き側でより顕著であった。ＬＦは０．８３、ＴＶは１．３１であった。

図１７Ｂは、ベースラインガス流量への復帰を示す。僅かなくさび型分布はほとんど校正された。ＬＦは０．８４、ＴＶは１．２２であった。
図１８Ａは、外向き側へのガス流を増加させ、かつ内向き側へのガス流を減少させようにガス流量を調整した後に得られた３つの厚さ分布走査図を示す。これは、より厚い外向き側とより薄い内向き側を有する僅かなくさび型分布を誘導した。実測ＬＦは０．８４、実測ＴＶは１．１６であった。

図１８Ｂは、ベースラインガス流量への復帰を示す。僅かなくさび型分布はほとんど校正された。実測ＬＦは０．８５、実測ＴＶは１．１７であった。
本発明による技術の実行は、皿型分布、Ｄ−分布およびくさび型分布を含めて鋳造において今日見いだされる幾つかの一般的な分布を誘導し、続いてそれらを校正する際に成功を収めることが確認された；あるものは他のものより有意に良好であった。この影響の効果は一般に非常に急速で、定常状態の状態に非常に速やかに達した。この影響の効果も可逆的であることが確認された。

溶融金属が堆積される焼入表面部におけるガス境界層の速度分布を示す。 従来技術の鋳造装置系の代表的態様を図解する。 図２の従来技術鋳造装置系の一部分を図解する。 本発明による鋳造装置系の破断平面図を示す。 本発明による鋳造装置系の側面図を示す。 本発明による鋳造装置系の透視図を示す。 本発明によるバーナー集成装置の破断側面図を示す。 ディフューザープレートの２つの図面を示す。 制御機能を実行している本発明による鋳造装置系を図解する。 本発明による鋳造ストリップの３つの例示厚さ分布を図解する。 本発明による鋳造ストリップの例示厚さ分布を図解する。 本発明による鋳造ストリップの例示厚さ分布を図解する。 本発明による鋳造ストリップの３つの例示厚さ分布を図解する。 本発明による鋳造ストリップの３つの例示厚さ分布を図解する。 本発明による鋳造ストリップの例示厚さ分布を図解する。 本発明による鋳造ストリップの例示厚さ分布を図解する。 本発明による鋳造ストリップの例示厚さ分布を図解する。 本発明による鋳造ストリップの例示厚さ分布を図解する。

Claims (33)

1. 金属ストリップを鋳造する方法であって：
   溶融金属を焼入表面の焼入領域上に堆積させてある一定の幅を有するストリップを形成し；
   上記焼入領域から上流で、その焼入領域に隣接する位置にある上記焼入表面の枯渇領域中で、上記ストリップの幅を横切っている複数の個別の区画にガスを供給し；
   上記供給ガスを各個別区画内で発熱反応させて上記枯渇領域内に１リットル当たり１グラム未満の密度を有する雰囲気を与え；そして
   上記反応を各個別区画内で独立に制御する
   工程を含む上記の方法。
2. ストリップの厚さの均一性をセンサーで測定し、そして該測定に基づいて個別区画の各々に対するガスの供給を調整する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. センサーがｘ−線装置である、請求項２に記載の方法。
4. ガスが還元性火炎雰囲気である、請求項１に記載の方法。
5. 還元火炎雰囲気の火炎温度が溶融金属の温度よりも低い、請求項４に記載の方法。
6. ガス供給が、ガスを、焼入表面と接線をなすように規定された、溶融金属が上記焼入表面上に堆積される点において上記焼入表面と交差する仮想線から０〜９０°の角度で上記焼入表面の方に向けることによって成し遂げられる、請求項１に記載の方法。
7. 角度が２０〜７０°である、請求項６に記載の方法。
8. 複数の個別区画が１つまたは２つ以上のバッフルの位置に対応する、請求項１に記載の方法。
9. 枯渇領域内の雰囲気が１リットル当たり０．５グラム未満の密度を有する、請求項１に記載の方法。
10. ガスが一酸化炭素である、請求項１に記載の方法。
11. 金属ストリップが非晶質金属のストリップである、請求項１に記載の方法。
12. 非晶質金属ストリップが次の化学的組成：
    

    

    （式中、下付き数字は原子パーセントであり；
    “Ｍ”はＦｅ、ＮｉおよびＣｏの内の少なくとも１種であり；
    “Ｙ”はＢ、ＣおよびＰの内の少なくとも１種であり；
    “Ｚ”はＳｉ、ＡｌおよびＧｅの内の少なくとも１種であり；そして
    成分“Ｍ”の１０原子パーセントまでは、金属種Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＴａおよびＷの内の少なくとも１種により置換されていることができ、また
    成分（Ｙ＋Ｚ）の１０原子パーセントまでは、非金属種Ｉｎ、Ｓｎ、ＳｂおよびＰｂの内の少なくとも１種により置換されていることができる。）
    を有する、請求項１１に記載の方法。
13. 供給ガスがディフューザープレートを通して流れる、請求項１に記載の方法。
14. 供給ガスを発熱反応させることが少なくとも８００Ｋの温度で成し遂げられる、請求項１に記載の方法。
15. 供給ガスを発熱反応させることが少なくとも１２００Ｋの温度で成し遂げられる、請求項１に記載の方法。
16. 鋳造表面；
    溶融金属供給源；
    鋳造ノズル；
    還元性ガス供給源；
    複数の独立に制御可能なガスノズル；および
    複数のガス流制御装置
    を含む金属ストリップの鋳造装置系であって、
    溶融金属を上記溶融金属供給源から上記鋳造表面の焼入領域上に堆積させてある一定の幅を有するストリップを形成し；
    上記焼入表面の枯渇領域中で、上記ストリップの幅を横切って延在する複数の個別の区画に還元性ガスを上記還元性ガス供給源から供給し、ここで該枯渇領域は上記焼入領域から上流で、その焼入領域に隣接する位置にあり；
    上記還元性ガスを各個別区画内で発熱反応させて上記枯渇領域内に還元性雰囲気を与え、ここで該還元性ガスは１リットル当たり１グラム未満の密度を有し；そして
    上記反応を各個別区画中で独立に制御する
    ことができるようにされている上記の鋳造装置系。
17. ストリップの厚さの均一性を監視し、その監視に基づいて還元性ガスの供給を調整することができるようにされている厚さセンサーをさらに含む、請求項１６に記載の装置系。
18. 厚さセンサーの出力が複数のガス流制御装置を修正できるようにされている、請求項１７に記載の装置系。
19. 厚さセンサーがｘ−線装置である、請求項１７に記載の装置系。
20. 枯渇領域内の雰囲気の温度が少なくとも８００Ｋである請求項１６に記載の装置系。
21. 枯渇領域内の雰囲気の温度が少なくとも１２００Ｋである、請求項１６に記載の装置系。
22. さらに、焼入表面と接線をなすように規定された、溶融金属がその焼入表面上に堆積される点において上記焼入表面と交差する仮想線から０〜９０°の角度で上記焼入表面において向けられた還元性ガスを供給できるようにされている請求項１６に記載の装置系。
23. 角度が２０〜７０°である、請求項２２に記載の装置系。
24. 複数の独立に制御可能なガスノズルがガスをバッフルによって互いに分離されている複数のチャンバーの中に供給する、請求項１６に記載の装置系。
25. 枯渇領域内の雰囲気が１リットル当たり０．５グラム未満の密度を有する、請求項１６に記載の装置系。
26. 還元性ガスが一酸化炭素である、請求項１６に記載の装置系。
27. 金属ストリップが非晶質金属のストリップである、請求項１６に記載の装置系。
28. 非晶質金属ストリップが次の化学的組成：
    

    

    （式中、下付き数字は原子パーセントであり；
    “Ｍ”はＦｅ、ＮｉおよびＣｏの内の少なくとも１種であり；
    “Ｙ”はＢ、ＣおよびＰの内の少なくとも１種であり；
    “Ｚ”はＳｉ、ＡｌおよびＧｅの内の少なくとも１種であり；そして
    成分“Ｍ”の１０原子パーセントまでは、金属種Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＴａおよびＷの内の少なくとも１種により置換されていることができ、また成分（Ｙ＋Ｚ）の１０原子パーセントまでは、非金属種Ｉｎ、Ｓｎ、ＳｂおよびＰｂの内の少なくとも１種により置換されていることができる。）
    を有する、請求項２７に記載の装置系。
29. 金属ストリップを鋳造する装置において：
    １つの出口スロットを有するケーシング；
    上記ケーシング内に個別の区画室を画成する複数のバッフル；および
    各個別区画室の中に延在するガスノズル
    を含む装置を含んでいることを改善点とする上記の装置。
30. ガスノズルを通して流れるガスに点火する点火装置をさらに含む、請求項２９に記載の装置。
31. 少なくとも１つのディフューザープレートをさらに含む、請求項２９に記載の装置。
32. 少なくとも１つの個別区画室がディフューザープレートを含んでいる、請求項３１に記載の装置。
33. 各個別区画室がディフューザープレートを含んでいる、請求項３１に記載の装置。

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