JP4494604B2 - 金属薄帯の製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属薄帯の製造装置および金属薄帯の製造方法に関するものであり、更に詳しくは、高速で回転する冷却ロールへ金属の溶湯をストリップキャストする時の溶湯の供給速度を一定に維持することが可能な金属薄帯の製造装置および形成される厚さと幅が均一で酸化物を副生しない金属薄帯の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属の溶湯を急冷して帯状の鋳造物を製造することは既に行われているところであり多くの技術が提案され実用化されている。その中で、特開平５ー２２２４８８号、特開平６ー８４６２４号、特開平８ー２２９６４１号、特開２０００−７９４４９号の各公報の実施例に示されている方法、すなわち、溶湯をそのヘッドによってタンディッシュから冷却ロールに供給する方法では、厚さが０．０５ｍｍ以下のような極薄の金属薄帯は得られない。極薄の金属薄帯を得るためにタンディッシュのノズルのスロット幅を小さくすると、粘度の高い溶湯がスロットから流れ出さなくなるからである。
【０００３】
上記のような極薄の金属薄帯を得る装置、製造方法については以下に示すものを含め多くの技術が提案されている。
【０００４】
（従来例１）
特公昭５９−４２５８６号公報には、厚さ０．０５ｍｍ×５０ｍｍの金属薄帯を製造する装置として、（ａ）１００〜２０００ｍ／ｍｉｎの表面速度で移動する可動性冷却体、（ｂ）溶湯を融点以上に維持するための加熱手段を含み、スロット付きノズルと連絡している溜め、（ｃ）冷却表面に近接して配置され、冷却表面の運動方向に０．２ないし１ｍｍの幅を有するスロットを備えたノズル、（ｄ）溜めの中の溶湯をノズルから排出させる手段、を構成要素とする金属の連続ストリップ製造装置が公告されている。この装置は溶融スピン法として従来から知られている方法、すなわち、加圧オリフィスから溶湯を冷却ブロックに噴射させて冷却する方法によるものであり、加圧の方法として、不活性ガスによる加圧、溶湯の静水頭の利用が知られていることは、特公昭５９−４２５８６号公報にも述べられている。
【０００５】
そして、その発明の具体的な説明のなかでは、冷却表面が約７００ｍ／ｍｉｎの速度で動くことができるとき、スロットの幅は０．５〜０．８ｍｍとすることができ、溜めの中の金属は約０．５〜２ｐｓｉｇ（０．０３５〜０．１４１ｋｇ／ｃｍ² ）の圧力に加圧されるべきとされている。そして真空中で実施する場合には１００〜３０００ミクロンＨｇ、より好ましくは約２００〜約２０００ミクロンＨｇの範囲内で行うことが推奨されている。また、冷却固化の過程で金属の酸化物が形成されると、これらの微片が冷却ロールの表面に付着し、供給されてくる溶湯内に混入したり、形成される金属薄帯の表面を不均質化させるようになるので、これを防ぐためにノズルの前方となる冷却ロールの冷却表面に不活性ガスの吹き付けが行われる。そして、その製造例１は、真空下でのストリップキャストであるとの記述はなく、冷却ロールの冷却表面に不活性ガスの吹き付けが行われる装置を使用し、約７００ｒｐｍの速度で回転させた直径１６インチ（４０．６ｃｍ）の冷却ロール、すなわち、表面速度約８９５ｍ／ｍｉｎの冷却ロールに対して、１０００℃の温度に保持された溶融金属（Ｆｅ₄₀Ｎｉ₄₀Ｐ₁₄Ｂ₆ ）の溜めに、アルゴンガスで約０．７ｐｓｉｇ（０．０４９ｋｇ／ｃｍ² ）の圧力をかけて、溜めの下端部に設けられた幅０．９ｍｍ、長さ５１ｍｍのスロット状オリフィスから溶融金属を供給し、厚さ０．００５ｍｍ、幅５ｃｍのストリップが形成されている。
【０００６】
（従来例２）
特開平５ー４７５３８号公報には、真空チャンバー内で、先端が矩形スリットである噴出ノズルより軟磁性合金溶湯を噴出させ、噴出ノズルに接近して配置された冷却ロールで急冷を行う減圧液体急冷方法において、溶湯に加える噴出圧力を大気圧未満の圧力にする極薄軟磁性合金薄帯の製造方法が開示されており、更にまた、溶湯に加える噴出圧力と真空チャンバーの圧力との差圧を０．０２〜０．１０ＭＰａとすることが述べられている。そして、その実施例１においては、軟磁性合金溶湯を石英ノズルに設けた３．３×０．２ｍｍの矩形スリットから圧力約３×１０^-3Ｐａの真空チャンバー内の水冷の冷却ロール上へ間隔０．２ｍｍで噴出させて急冷薄帯を作製しており、溶湯に加える噴出圧力が大気圧より低いほど表面性のよい均一な薄帯が得られるとし、このような方法によれば、従来よりも低速の冷却ロールを使用して、しかも従来より広いスリット先端−冷却ロール間隔を使用して一定の膜厚の薄帯を安定に製造できるとしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１の製造例１に示されている装置は、真空中の操作とは読み取り難く、従って、ストリップキャストされる溶湯が固化する部分に不活性ガスを吹き付けるような手段を適用しない限り溶湯は酸化され易いほか、ルツボをアルゴンガスで約０．７ｐｓｉｇに加圧してノズルから溶湯を供給しているが、連続的な供給によってルツボ内の溶湯量は必然的に少なくなってくるので、ノズルからの溶湯の供給速度を一定に維持し難く、従って、得られる金属薄帯は厚さが不均等になり易いと言う問題がある。更には、金属が酸化されることを防ぐために冷却表面へ不活性ガスを吹き付けているが、単なる不活性ガスの吹き付けだけではストリップキャストが行われている場所の雰囲気を常に一定に制御することは困難である。
【０００８】
また、従来例２の製造方法は、実施例の説明の項に記述されているように、噴出ノズル内の溶湯に大気圧未満の一定の圧力を加える方法であり、この従来例２においても噴出時間の経過による噴出ノズル内の溶湯の湯面の高さの変化の影響は考慮されていない。更には、実施例１において溶湯に大気圧未満の圧力を加えて０．０２〜０．１０ＭＰａの差圧を得るために真空チャンバーは約３×１０^-3Ｐａの高真空を必要としている。また、従来よりも低速の冷却ロールを使用し得るとしているが、実施例１で膜厚１０μｍの薄帯を得る場合の冷却ロールの周速は２０〜８０ｍ／ｓｅｃの範囲にあり、必ずしも低速であるとは言えない領域である。
【０００９】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、金属の溶湯をタンディッシュまたはルツボのノズルから高速回転する冷却ロールの表面へ供給し急冷して金属薄帯を製造するに際し、ノズルから冷却ロールへの溶湯の供給速度を一定に維持することの可能な金属薄帯の製造装置、および厚さと幅が均一で酸化物を副生しない金属薄帯の製造方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題の解決手段を説明すれば、次の如くである。
【００１１】
本発明の金属薄帯の製造装置は、真空または不活性ガスの雰囲気下に金属の溶湯をタンディッシュのノズルから高速回転する単一の冷却ロールの表面へ供給し急冷して金属薄帯を形成させる金属薄帯の製造装置において、
隔壁によって画成され前記ノズルによって連通された、前記タンディッシュを含む金属の溶解室と、前記冷却ロールを含む溶湯の冷却固化室とを有する溶解鋳造室と、
前記タンディッシュ内の溶湯の湯面の高さを検出する検出手段と、
前記検出手段の出力に基づいて溶湯量の減少した前記タンディッシュへ溶湯を間欠的または連続的に補給する溶解炉体と、
前記タンディッシュ内の溶湯の自重による圧力すなわちヘッドをＰｈ、前記溶解室の圧力すなわち前記タンディッシュ内の溶湯へ印加される圧力をＰｍ、前記冷却固化室の圧力を一定のＰｃとして、
Ｐｈ ＋ Ｐｍ ＝ Ｐｋ（所定値）
Ｐｈ ＋ Ｐｍ ＞ Ｐｃ
Ｐｋ − Ｐｃ ＝ 一定
が成立するように、前記タンディッシュ内の溶湯のヘッドＰｈの変化に応じて前記溶解室の圧力Ｐｍを制御する手段とを備えた装置である。
【００１２】
このような金属薄帯の製造装置は、金属の溶湯をタンディッシュのノズルから高速回転する冷却ロールの表面へ供給し急冷して金属薄帯を製造するに際して、タンディッシュ内の溶湯のヘッドＰｈと溶解室の圧力Ｐｍとの和、すなわち、溶湯の供給圧力Ｐｋが常に所定の値にあり、かつ冷却固化室の圧力Ｐｃよりは高い圧力となるように、溶解室の圧力Ｐｍの圧力が制御されるので、溶湯はタンディッシュ内における湯面の高さとは無関係に、ノズルからは常に一定の供給速度で冷却ロールへ供給され、厚さが均等な金属薄帯を形成させる。また、このストリップキャストが真空下または真空排気した後に不活性ガスを所定の圧力まで導入した不活性ガスの雰囲気下に行われるので、冷却固化の過程にある溶湯が酸化されることはなく、酸化物等の異物の微片が冷却ロールへ付着するようなトラブルを発生させない。
【００１３】
本発明の金属薄帯の製造装置は、圧力の異なる溶解室と冷却固化室との間がタンディッシュの本体と隔壁との間でシールされている装置である。本発明の金属薄帯の製造装置はタンディッシュのノズルと隔壁との間で差圧がシールされていることを要するが、ノズルより径の大きいタンディッシュの本体と隔壁との間でシールされてもよく、このような金属薄帯の製造装置は安定かつ確実なシールを可能にする。本発明の金属薄帯の製造装置は、ノズルに設けられるスロットの幅または孔の径を０．２ｍｍ以上で１ｍｍ未満として、溶湯のヘッドＰｈと溶解室の圧力Ｐｍとの和Ｐｋと、冷却固化室の圧力Ｐｃとの差圧を３ｋＰａ以上で１００ｋＰａ未満の範囲内の一定の値に維持して溶湯をノズルから冷却ロールへ供給する手段が設けられている装置である。このような金属薄帯の製造装置は、粘度の高い溶湯をノズルから円滑に供給させ、かつ必要以上に供給させない。
【００１４】
本発明の金属薄帯の製造装置は、溶湯量の減少したタンディッシュへ溶湯を補給するための溶解炉体が溶解室内に設けられている装置である。このような金属薄帯の製造装置は、タンディッシュ内の溶湯の湯面の高さ、すなわち溶湯のヘッドＰｈの変化を抑制するので、制御される溶解室の圧力Ｐｍの変化を小さくし、ノズルからの溶湯の供給速度を一層安定化させるほか、溶解鋳造の１サイクル当りの全鋳造量を増大させる。
【００１５】
本発明の金属薄帯の製造方法は、真空または不活性ガスの雰囲気下に金属の溶湯をタンディッシュのノズルから高速回転する単一の冷却ロールの表面へ供給し急冷する金属薄帯の製造方法において、
金属を溶解し鋳造する溶解鋳造室を隔壁によって前記タンディッシュを含む金属の溶解室と前記冷却ロールを含む溶湯の冷却固化室とに画成して、前記溶解室と前記冷却固化室とを前記ノズルによって連通させ、
前記タンディッシュ内の溶湯の自重による圧力すなわちヘッドをＰｈ、前記溶解室の圧力すなわち前記タンディッシュ内の溶湯へ印加される圧力をＰｍ、前記冷却固化室の圧力を一定のＰｃとする時、
Ｐｈ ＋ Ｐｍ ＝ Ｐｋ（所定値）
Ｐｈ ＋ Ｐｍ ＞ Ｐｃ
Ｐｋ − Ｐｃ ＝ 一定
が成立するように、前記タンディッシュ内の溶湯量の減少に応じて前記溶解室に設けられた金属の溶解炉体から前記タンディッシュへ溶湯を間欠的または連続的に補給し、かつ、前記タンディッシュ内の溶湯のヘッドＰｈの変化に応じて前記溶解室の圧力Ｐｍを制御する方法である。
【００１６】
このような金属薄帯の製造方法は、金属の溶湯をタンディッシュのノズルから高速回転する冷却ロールの表面へ供給し急冷して金属薄帯を製造するに際して、タンディッシュ内の溶湯のヘッドＰｈと溶解室の圧力Ｐｍとの和、すなわち溶湯の供給圧力Ｐｋが常に所定の値にあり、かつ冷却固化室の圧力Ｐｃよりは高い圧力となるように溶解室の圧力Ｐｍの圧力を制御するので、溶湯はタンディッシュ内における溶湯面の高さとは無関係に、ノズルからは常に一定の供給速度で冷却ロールへ供給され、厚さと幅が均一な金属薄帯を形成させる。また、このストリップキャストを真空下または真空排気した後に不活性ガスを所定の圧力まで導入した不活性ガスの雰囲気下に行うので、冷却固化過程にある溶湯が酸化されることはなく、酸化物等の異物の微片が冷却ロールへ付着することによるトラブルを発生させない。
【００１７】
本発明の金属薄帯の製造方法は、ノズルに設けるスロットの幅または孔の径を０．２ｍｍ以上で１ｍｍ未満とし、溶湯のヘッドＰｈと溶解室の圧力Ｐｍとの和、すなわち溶湯の供給圧力Ｐｋと、冷却固化室の圧力Ｐｃとの差圧を３ｋＰａ以上で１００ｋＰａ未満の範囲内として、溶湯をノズルから冷却ロールへ供給する方法である。このような金属薄帯の製造方法は、粘度の高い溶湯をノズルから円滑に供給させ、かつ必要以上に供給させない。本発明の金属薄帯の製造方法は、タンディッシュ内の溶湯の減少に応じて、溶解室に設けられた金属の溶解炉体から溶湯を補給する方法である。このような金属薄帯の製造方法は、タンディッシュ内の溶湯の湯面の高さ、すなわち溶湯のヘッドＰｈの変化を抑制するので、制御される溶解室の圧力Ｐｍの変化を小さくし、ノズルからの溶湯の供給速度を一層安定化させるほか、溶解鋳造の１サイクル当りの全鋳造量を増大させる。
【００１８】
本発明の金属薄帯の製造装置は、真空または不活性ガスの雰囲気下に金属の溶湯をルツボのノズルから高速回転する単一の冷却ロールの表面へ供給し急冷して金属薄帯を形成させる金属薄帯の製造装置において、真空チャンバー内に溶湯の加圧が可能な密閉ルツボと冷却ロールとが設けられており、密閉ルツボにおける溶湯のヘッドをＰｈ’、溶湯への印加圧力をＰｍ’、真空チャンバー内の圧力を一定のＰｃ’として、
Ｐｈ’ ＋ Ｐｍ’ ＝ Ｐｋ’（所定値） （式３）
Ｐｈ’ ＋ Ｐｍ’ ＞ Ｐｃ’ （式４）
の２式が成立するように、密閉ルツボにおける溶湯のヘッドＰｈ’の変化に応じ溶湯への印加圧力Ｐｍ’を制御する手段が設けられている装置である。
【００１９】
このような金属薄帯の製造装置は、金属の溶湯をルツボのノズルから高速回転する冷却ロールの表面へ供給し急冷して金属薄帯を製造するに際して、密閉ルツボ内の溶湯のヘッドＰｈ’と溶湯への印加圧力Ｐｍ’との和、すなわち、溶湯の供給圧力Ｐｋ’が常に所定の値にあり、かつ真空チャンバー内の圧力Ｐｃ’よりは高い圧力となるように、溶湯への印加圧力Ｐｍ’が制御されるので、溶湯は密閉ルツボ内における湯面の高さとは無関係に、ノズルからは常に一定の供給速度で冷却ロールへ供給され、厚さと幅が均一な金属薄帯を形成させる。また、このストリップキャストが真空下または真空排気した後に不活性ガスを所定の圧力まで導入した真空下に行われるので、冷却固化過程にある溶湯が酸化されることはなく、酸化物等の異物の微片が冷却ロールへ付着することによるトラブルを発生させない。
【００２０】
本発明の金属薄帯の製造方法は、真空または不活性ガスの雰囲気下に金属の溶湯をルツボのノズルから高速回転する単一の冷却ロールの表面へ供給し急冷する金属薄帯の製造方法において、真空チャンバー内に溶湯の加圧が可能な密閉ルツボと冷却ロールとを設け、密閉ルツボにおける溶湯のヘッドをＰｈ’、溶湯への印加圧力をＰｍ’、真空チャンバー内の圧力を一定のＰｃ’とする時、
Ｐｈ’ ＋ Ｐｍ’ ＝ Ｐｋ’（所定値） （式３）
Ｐｈ’ ＋ Ｐｍ’ ＞ Ｐｃ’ （式４）
の２式が成立するように、密閉ルツボにおける溶湯のヘッドＰｈ’の変化に応じ溶湯への印加圧力Ｐｍ’を制御する方法である。
【００２１】
このような金属薄帯の製造方法は、金属の溶湯をルツボのノズルから高速回転する冷却ロールの表面へ供給し急冷して金属薄帯を製造するに際して、ルツボ内の溶湯のヘッドＰｈ’と溶湯への印加圧力Ｐｍ’との和、すなわち溶湯の供給圧力Ｐｋ’が常に所定の値にあり、かつ真空チャンバー内の圧力Ｐｃ’よりは高い圧力となるように溶湯への印加圧力Ｐｍを制御するので、溶湯はルツボ内における湯面の高さとは無関係に、ノズルからは常に一定の供給速度で冷却ロールへ供給され、厚さと幅が均一な金属薄帯を形成させる。また、このストリップキャストを真空下、または真空排気した後に不活性ガスを所定の圧力まで導入した不活性ガス雰囲気下に行うので、冷却固化過程にある溶湯が酸化されることはなく、酸化物等の異物の微片が冷却ロールへ付着することによるトラブルを発生させない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の金属薄帯の製造装置および金属薄帯の製造方法は、上述したように、金属を溶解し鋳造する溶解鋳造室を、隔壁によってタンディッシュを備えた金属の溶解室と単一の冷却ロールを備えた溶湯の冷却固化室とに画成すると共に、溶解室と冷却固化室とをタンディッシュのノズルによって連通させて、タンディッシュ内の溶湯のヘッドＰｈと溶解室の圧力Ｐｍとの和を冷却固化室の一定の圧力Ｐｃよりも大とし、かつタンディッシュ内の溶湯のヘッドＰｈと溶解室の圧力Ｐｍとの和であるＰｋを所定の値とするように、溶湯のヘッドＰｈの変化に応じて溶解室の圧力Ｐｍを調整する手段が設けられている装置であり、溶湯のヘッドＰｈの変化に応じて溶解室の圧力Ｐｍを調整する製造方法である。すなわち、溶湯のヘッドＰｈと溶解室の圧力Ｐｍとの和である溶湯の供給圧力Ｐｋ（所定値）と冷却固化室の圧力Ｐｃとの間に一定の差圧を与えてタンディッシュのノズルから冷却ロールの冷却面へ溶湯を供給させて金属薄帯をうる装置であり製造方法である。なお、ここに言う金属とは、急冷によって非晶質の薄帯が形成される金属および合金、および急冷によって均一な多結晶質の薄帯が形成される金属および合金を指す。
【００２３】
溶解鋳造室は、一旦、真空排気した後、所定の圧力まで不活性ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスのような不活性ガスが導入される。溶解室の圧力Ｐｍと冷却固化室の圧力Ｐｃとの間に一定の差圧を与えるには、各室をそれぞれ独立した真空ポンプで排気して不活性ガスを導入することにより可能である。不活性ガスの導入後の溶解室、冷却固化室は必ずしも大気圧よりも減圧であることを要しないが、溶解を真空下で行うことにより溶湯からの脱ガスが完全に行われ、冷却固化を真空下に行うことによって、冷却固化された薄帯と冷却ロール表面との間に気体が殆ど存在しなくなり摩擦係数が大となることから、冷却ロール上における薄帯の冷却開始点から剥離点までの抱き角度が増大して冷却が一層進行するようになる。大気下または例え減圧下であっても大気が残存しているような雰囲気では、溶湯は冷却ロールへのストリップキャスト時に表面積が大幅に増大されることから酸化を受けて異物を形成し易い。
【００２４】
そして、タンディッシュのノズルに設けた幅の狭いスロットや径の小さい孔から粘度の高い溶湯を供給させるために溶湯に一定の圧力を加えることを必要とするが、単位時間当り一定の溶湯量を継続して供給するには、単に溶湯に一定の圧力を加えるだけ、例えば溶解室の圧力Ｐｍを一定に維持するだけでは不十分である。何故ならば、溶湯を供給させることによりタンディッシュ内での溶湯の液面の高さは低下するが、金属の溶湯の密度を例えば７ｇ／ｃｍ³ とすると、約１５０ｍｍの液面低下はヘッドに換算して約１０ｋＰａの低下となるからであり、溶湯の供給圧力は湯面の低下に応じて低下することになる。すなわち、溶湯の供給圧力Ｐｋは溶湯のヘッドＰｈと溶解室の圧力Ｐｍとの和によって支配されるのであり、
Ｐｋ ＝ Ｐｈ ＋ Ｐｍ
溶湯の供給圧力Ｐｋを所定の値に維持するには、溶湯のヘッドＰｈの変化に応じて溶解室の圧力Ｐｍを調整するために、圧力計、圧力調整弁、圧力制御装置等の手段を必要とする。
【００２５】
更には、ノズルから溶湯を一定の供給速度で供給するには、溶湯の供給圧力Ｐｋと冷却固化室の圧力Ｐｃとの間に一定の差圧を与えることを要するが、冷却固化室の圧力Ｐｃは一定に維持されるので、差圧の大きさは溶解室に印加する圧力Ｐｍの大きさによって定まる。当然のことながら、差圧が小さ過ぎると溶湯は供給されにくくなり、差圧が大き過ぎると溶湯が必要以上に供給されて冷却ロールの冷却面上で溢れるようになる。なお、供給を開始させるためにやや過剰気味の供給圧力を必要とすることもあるが、一旦、供給が始まれば所定の差圧を与えるように溶解室の圧力Ｐｍが調整される。
また、金属の種類によっては溶湯の粘性挙動が異なり、例えばルツボでかなり低粘度とされた溶湯がタンディシュ内で粘度上昇する場合がある。このような場合には、ルツボからタンディシュへの出湯直後は、溶湯はノズルから冷却ロールへ勢いよく供給されるので、溶湯の供給圧力は小さくすることを必要とするが、粘度の上昇に伴って経時的に供給圧力を上昇させた後、所定の供給圧力Ｐｋを与えるように溶解室の圧力Ｐｍが調整される。
【００２６】
図１は上記の溶解鋳造室の代表例を概略的に示す縦断面図である。すなわち、溶解鋳造室Ｖは隔壁ＷによってタンディッシュＴを備えた圧力Ｐｍの溶解室Ｍと冷却ロールＲが設けられている圧力Ｐｃの冷却固化室Ｃとに画成されており、隔壁Ｗに設けられた開口Ｗｈに上方からタンディッシュＴが挿入されている。タンディッシュＴには金属の溶湯Ｌが収容されている。そして、タンディッシュＴの外周面に設けたフランジＦと隔壁Ｗの開口Ｗｈの周縁部との間にシーリング部材Ｏを介在させて溶解室Ｍと冷却固化室Ｃとの間がシールされており、溶解室Ｍと冷却固化室ＣとはタンディッシュＴのノズルＮによって連通されている。すなわち、ノズルＮに設けられたスロットまたは孔Ｓから溶湯Ｌが冷却ロールＲへ供給される。その供給によってタンディッシュＴ内の溶湯Ｌの湯面の高さは時間的に変位するが、その溶湯のヘッドをＰｈとする。そして、溶湯ＬのヘッドＰｈと溶解室Ｍの圧力Ｐｍとの和は溶湯Ｌの供給圧力Ｐｋとなるが、溶湯Ｌの供給圧力Ｐｋ（＝Ｐｈ＋Ｐｍ）が常に所定の値であるように溶解室Ｍの圧力Ｐｍが制御される。そして、溶湯の供給圧力Ｐｋと冷却固化室Ｃの一定の圧力ＰｃとはＰｋ＞Ｐｃとして、一定の差圧が与えられる。
【００２７】
図２は、溶湯Ｌの供給圧力Ｐｋが常に所定の値となるように、溶湯面の高さの変化に応じて溶解室Ｍの圧力Ｐｍを制御する場合における、溶湯ＬのヘッドＰｈの時間的な変化と、それに応じて変化させる溶解室Ｍの圧力Ｐｍとの関係の一例を示すグラフであり、横軸は溶湯供給の経過時間、縦軸は溶湯の供給圧力Ｐｋ、すなわち、溶湯のヘッドＰｈと溶解室３の圧力Ｐｍとの和である。図２に示すように、タンディッシュＴ内の溶湯面の高さが時間の経過と共に単純に低下し、そのヘッドＰｈが直線的に低下する場合には、溶湯の供給圧力Ｐｋを一定に保つように溶解室Ｍの圧力Ｐｍは直線的に増大される。そして、タンディッシュＴ内へ溶湯Ｌが補給される場合には、図２に示すように、溶湯ＬのヘッドＰｈは鋸歯状に変化するので、それに応じて溶解室Ｍの圧力Ｐｍも変化される。なお、タンディッシュＴ内の湯面の高さは上方から照射するレーザの反射光を捉える方法によって求めることが可能であり、そのほか、撮像センサで捉える画像を画像処理して求めてもよい。何れの場合も湯面の高さは溶湯のヘッドＰｈに換算される。
【００２８】
隔壁Ｗで画成された圧力Ｐｍの溶解室Ｍと圧力Ｐｃの冷却固化室Ｃとの圧力差は、両室を連通させるタンディッシュＴのノズルＮの外周と隔壁Ｗとの間でシールされてもよいが、径が大きいタンディッシュＴの本体Ｂと隔壁Ｗとの間でシールすることにより、より安定で確実なシールが得られる。図３はそのようなシール例を示す図であり、図３のＡは、タンディッシュＴの本体Ｂの上端部の外周に設けたフランジＦと隔壁Ｗの開口Ｗｈの周縁部との間にシーリング部材Ｏを介在させたシールを示し、図３のＢは同じく本体Ｂの下端部の外周に設けたフランジＦ’と隔壁Ｗとの間にシーリング部材Ｏ’を介在させたシールを示す断面図である。また、図３のＣはノズルＮの外周に設けたフランジＦ”と隔壁Ｗとの間にシーリング部材Ｏ”を介在させたシールを示す断面図である。
【００２９】
ノズルＮには冷却ロールＲの外周冷却面の走行方向と直角に細長の矩形状のスロットが設けられ、そのスロット幅すなわち矩形の短辺は０．２ｍｍないし１ｍｍ、好ましくは０．３ｍｍないし０．７ｍｍとされ、スロット長さすなわち矩形の長辺は５０ｍｍ以上、例えば３００ｍｍとされる。また、ノズルに丸孔を設ける場合（丸孔を冷却面の走行方向と直角に１列に並べるような場合も含まれる）には直径０．２ｍｍφないし１ｍｍφ、好ましくは０．３ｍｍφないし０．７ｍｍφとされる。勿論、丸孔以外の形状の孔であってもよい。なお、スロットまたは孔における溶湯の流路の長さはスロット幅または孔径に対して、短くとも２倍以上で４０倍未満とされる。
【００３０】
このようなスロットまたは孔から粘度の高い溶湯Ｌを供給するには、上述したように、溶湯ＬのヘッドＰｈと溶解室Ｍの圧力Ｐｍとの和、すなわち供給圧力Ｐｋを冷却固化室Ｃの圧力Ｐｃより大とすることが必要であり、３ｋＰａ以上で１００ｋＰａ未満の差圧が与えられる。差圧が３ｋＰａ未満ではスロットまたは孔から溶湯Ｌが供給されにくくなる。差圧を大きくし過ぎると溶湯Ｌが必要以上に供給されるようになるほか、表面が平滑で厚さと幅の均一な薄帯を得難くなるので、１００ｋＰａ以上の差圧は必要でない。差圧を大きくするとスロット内または孔内における溶湯Ｌの流れが乱流化するためと思考される。そのような観点からは、溶湯Ｌを一定の供給速度で供給して厚さと幅が均一で表面の平滑な金属薄帯を得るには、スロット幅を可及的に大にし、小さい差圧によって供給することが好ましい。
【００３１】
更には、溶解室ＭのタンディッシュＴ内の溶湯Ｌの量の減少に応じて溶湯Ｌを補給し得るように、溶解室Ｍ内にルツボを備えた溶解炉体を別途に設けてもよい。すなわち、溶解炉体で金属を溶解し、傾動軸の回りに傾動させてタンディッシュＴへ溶湯Ｌ補給する。
【００３２】
【実施例】
次に、本発明の金属薄帯の製造装置および金属薄帯の製造方法を実施例によって図面を参照して具体的に説明する。
【００３３】
（実施例）
図４は金属薄帯の製造装置における溶解鋳造室１の縦断面図である。溶解鋳造室１は隔壁２によってタンディッシュ３１が設けられている溶解室３と、銅製で水冷の冷却ロール４１が設けられている冷却固化室４とに画成されており、溶解室３には真空排気配管３８、不活性ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガス導入配管３９が接続され、冷却固化室４には真空排気配管４８、Ａｒガス導入配管４９が接続されている。また、隔壁２に設けられた開口２ｈに上方からタンディッシュ３１が挿入されており、保温用の誘導加熱コイル３７を備えたタンディッシュ３１にはＳｍ−Ｆｅ系の非晶質合金の温度１４００℃の溶湯３０が収容されている。そして、タンディッシュ３１の外周面に設けたフランジ３１ｆと隔壁２の開口２ｈの周縁部との間にシーリング部材３４を介在させて溶解室３と冷却固化室４との間がシールされており、溶解室３と冷却固化室４とはタンディッシュ３１のノズル３２によって連通されている。
【００３４】
更には、溶解室３内にはルツボ３５を備えた溶解炉体３６が設けられており、実線で示す位置で金属の溶解が行われ、図示を省略した機構によって一点鎖線で示すように傾動されて、溶湯量の減少したタンディッシュ３１内へ溶湯が補給される。前述した図２は溶湯を間欠的に補給した場合の溶湯のヘッドＰｈの鋸歯状の変化の一部を示すものである。
【００３５】
冷却固化室４にはタンディッシュ３１のノズル３２の直下に直径４００ｍｍφで水冷の冷却ロール４１が設けられており、ノズル３２の下端と冷却ロール４１の外周冷却面との間隔は０．５ｍｍとされている。そして冷却ロール４１は回転速度１６００ｒｐｍで矢印で示す方向へ回転されており、その周速度は３３．５ｍ／ｓｅｃと算出される。また、タンディッシュ３１のノズル３２には細長い矩形状のスロット３３が冷却ロール４１の冷却面の走行方向と直角に設けられ、そのスロット幅すなわち冷却面の走行方向である矩形の短辺は０．４ｍｍ、スロット長さすなわち矩形の長辺は５０ｍｍ、そしてスロット３３の内部の溶湯の流路長は８ｍｍとされている。
【００３６】
そして、冷却固化室４は真空排気して１×１０^-1Ｐａの圧力に維持し、冷却固化室４との間に５ｋＰａの差圧を与えるように供給圧力Ｐｋ（＝Ｐｈ＋Ｐｍ）を設定し、タンディッシュ３１内の溶湯３０のヘッドＰｈの変化に対応して、溶解室３の圧力Ｐｍを制御して、溶湯３０をノズル３２のスロット３３から冷却ロール４１の冷却面へ単位時間当り１４ｋｇ／ｍｉｎの溶湯が供給され、厚さと幅が長さ方向に均一で、表面の平滑な厚さ１０μｍ、幅５０ｍｍのＳｍ−Ｆｅ系非晶質合金の薄帯４０が連続する長尺のリボン状として得られた。
【００３７】
以上、本発明の金属薄帯の製造装置および金属薄帯の製造方法を実施の形態によって説明したが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３８】
例えば実施例の図４においては、溶解炉体３６を固定的に設ける場合を示したが、溶解炉体３６を台車上に移動可能に設置してもよい。また、溶湯の補給の方法として、図２においては溶湯を間欠的に補給する場合を示したが、タンディッシュ３１のノズル３２から冷却ロール４１への溶湯の供給量に応じて少量ずつ連続的に補給するようにしてもよい。
【００３９】
また本実施の形態においては、溶解室３にタンディッシュ３１を設け、タンディッシュ３１内の溶湯のヘッドＰｈと溶解室３の圧力Ｐｍとの和であるＰｋを所定値とする装置および製造方法を説明したが、同様な考え方に基づくものとして、真空チャンバー内に加圧の可能な密閉ルツボを設け、密閉ルツボ内の溶湯を加圧することにより所定の供給圧力で溶湯を供給するようにしてもよい。図５はそのような金属薄帯の製造装置を示す断面図である。すなわち真空チャンバー１’内に誘導加熱コイル３７’を備えた密閉ルツボ３１’が天井面との間をシーリング部材７でシールされた支持部材８によって懸吊されており、更には大気側の加圧Ａｒガス源９と配管９ｐによって連結されている。密閉ルツボ３１’内の溶湯３０’のヘッドＰｈ’と溶湯へのＡｒガスによる印加圧力Ｐｍ’との和である供給圧力Ｐｋ’を所定の値とし、真空チャンバー１’内の圧力Ｐｃ’との間に一定の差圧を与えて、密閉ルツボ３１’のノズル３２’のスロット３３’からその直下にある冷却ロール４１’へ溶湯を供給してもよい。
【００４０】
また本実施の形態においては、非晶質の軟磁性合金の溶湯を急冷して薄帯を製造する製造装置および製造方法を例示したが、本発明の金属薄帯の製造装置および金属薄帯の製造方法は、銅や銅合金、アルミニウム合金の溶湯を急冷して均一な多結晶質の金属薄帯を製造する場合にもそのまま適用され得る。
また本実施の形態においては、不活性ガスとしてアルゴンガスを例示したが、アルゴンガス以外にネオン（Ｎｅ）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガス、ないしは窒素（Ｎ₂ ）ガスも使用し得ることは言うまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の金属薄帯の製造装置および金属薄帯の製造方法は、以上に説明したような形態で実施され、次に述べるような効果を奏する。
【００４２】
本発明の金属薄帯の製造装置によれば、タンディッシュ内における湯面の高さとは無関係に、溶湯がノズルからは常に一定の供給速度で冷却ロールへ供給され、厚さと幅が均一な金属薄帯が形成されるので、トランス、磁気ヘッド、チョークコイル等に適した非晶質の軟磁性金属材料、または多結晶質の金属材料の工業的規模による製造を可能にする。そしてこのように得られる非晶質の軟磁性合金の薄帯は例えばトランスへ適用された時、従来のトランスよりもエネルギーロスを大幅に低下させる。また、ストリップキャストが真空下または不活性ガス雰囲気下に行われ、溶湯の酸化による酸化物等の異物の微片が冷却ロールへ付着するようなトラブルを発生させないので、非晶質の軟磁性金属材料、または多結晶質の金属材料の低コストによる製造を可能にする。
【００４３】
本発明の金属薄帯の製造装置によれば、タンディッシュのノズルより径の大きいタンディッシュの本体と隔壁との間でシールされているので、溶解室と冷却固化室との間の差圧を安定かつ確実にシールする。本発明の金属薄帯の製造装置によれば、ノズルに設けられるスロットの幅または孔の径を０．２ｍｍ以上で１ｍｍ未満として、タンディッシュからの溶湯の供給圧力Ｐｋと冷却固化室の圧力Ｐｃとの差圧を３ｋＰａ以上で１００ｋＰａ未満の範囲内の一定の値に維持して、溶湯をノズルから冷却ロールへ供給するので、溶湯がノズルから円滑に供給されて、厚さと幅が均一で表面の平滑な金属薄帯を与え、かつ冷却ロールから溢れる程に供給されることもない。本発明の金属薄帯の製造装置によれば、溶解室内に設けられた溶解炉体から溶湯量の減少したタンディッシュへ溶湯が補給されるので、溶湯のヘッドＰｈの変動を抑制して溶湯の供給を一層安定化させると共に、溶解鋳造の１サイクル当りの全鋳造量を増大させる。
【００４４】
本発明の金属薄帯の製造方法によれば、タンディッシュ内における湯面の高さとは無関係に、溶湯がノズルからは常に一定の供給速度で冷却ロールへ供給され、厚さと幅が均一な金属薄帯を形成させるので、トランス、磁気ヘッド、チョークコイル等に適した非晶質の軟磁性金属材料、または多結晶質の金属材料の工業的規模による製造することができる。また、ストリップキャストを真空下または不活性ガス雰囲気下に行い、溶湯の酸化による酸化物等の異物の微片が冷却ロールへ付着するようなトラブルを発生させないので、非晶質の軟磁性金属材料、または多結晶質の金属材料を低コストで製造することができる。
【００４５】
本発明の金属薄帯の製造方法によれば、ノズルに設けられるスロットの幅または孔の径を０．２ｍｍ以上で１ｍｍ未満とし、タンディッシュからの溶湯の供給圧力Ｐｋと冷却固化室の圧力Ｐｃとの差圧を３ｋＰａ以上で１００ｋＰａ未満の範囲内の一定の値に維持して、溶湯をノズルから冷却ロールへ供給するので、溶湯がノズルから円滑に供給されて、厚さと幅が均一で表面の平滑な金属薄帯が得られ、かつ冷却ロールから溢れる程に供給されることもない。本発明の金属薄帯の製造方法によれば、溶解室内に設けられた溶解炉体から溶湯量の減少したタンディッシュへ溶湯を補給するので、溶湯のヘッドＰｈの変動が抑制されて溶湯の供給が一層安定化されると共に、溶解鋳造の１サイクル当りの全鋳造量を増大させる。
【００４６】
本発明の金属薄帯の製造装置によれば、密閉ルツボ内における湯面の高さとは無関係に、溶湯がノズルからは常に一定の供給速度で冷却ロールへ供給され、厚さが均等な金属薄帯が形成されるので、トランス、磁気ヘッド、チョークコイル等に適した非晶質の軟磁性金属材料、または多結晶質の金属材料の工業的規模による製造を可能にする。また、ストリップキャストが真空下または不活性ガス雰囲気下に行われ、溶湯の酸化による酸化物等の異物の微片が冷却ロールへ付着するようなトラブルを発生させないので、非晶質の軟磁性金属材料または多結晶質の金属材料の低コストによる製造を可能にする。
【００４７】
本発明の金属薄帯の製造方法によれば、密閉ルツボ内における溶湯面の高さとは無関係に、溶湯がノズルからは常に一定の供給速度で冷却ロールへ供給され、厚さが均等な金属薄帯を形成させるので、トランス、磁気ヘッド、チョークコイル等に適した非晶質の軟磁性金属材料、または多結晶質の金属材料を工業的規模で製造することができる。また、ストリップキャストを真空下または不活性ガス雰囲気下に行い、溶湯の酸化による酸化物等の異物の微片が冷却ロールへ付着するようなトラブルを発生させないので、非晶質の軟磁性金属材料または多結晶質の金属材料を低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属の溶湯をストリップキャストする溶解鋳造室の代表例を概念的に示す縦断面図である。
【図２】タンディッシュ内の溶湯のヘッドＰｈと溶解室の圧力Ｐｍとの和Ｐｋを所定の値に維持するように、Ｐｈの変化に応じてＰｍを変化させる場合の一例を示すグラフである。
【図３】溶解室と冷却固化室との間の差圧のシールを示す図であり、Ａはタンディッシュ本体の上端部と隔壁とにおけるシール、Ｂはタンディッシュ本体の下端部と隔壁とにおけるシール、Ｃはタンディッシュのノズルと隔壁とにおけるシールである。
【図４】実施例１の金属薄帯の製造装置における溶解鋳造室の縦断面図である。
【図５】変形例としての、真空チャンバー内に密閉ルツボを設けた金属薄帯の製造装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１ 溶解鋳造室
２ 隔壁
３ 溶解室
４ 冷却固化室
３０ 溶湯
３１ タンディッシュ
３２ ノズル
３３ スロットまたは孔
３６ 溶解炉体
３７ 誘導加熱コイル
４１ 冷却ロール
Ｐｈ 溶湯のヘッド
Ｐｍ 溶解室の圧力
Ｐｃ 冷却固化室の圧力
Ｐｋ 溶湯の供給圧力

Claims (5)

1. 真空または不活性ガスの雰囲気下に金属の溶湯をタンディッシュのノズルから高速回転する単一の冷却ロールの表面へ供給し急冷して金属薄帯を形成させる金属薄帯の製造装置において、
   隔壁によって画成され前記ノズルによって連通された、前記タンディッシュを含む金属の溶解室と、前記冷却ロールを含む溶湯の冷却固化室とを有する溶解鋳造室と、
   前記タンディッシュ内の溶湯の湯面の高さを検出する検出手段と、
   前記検出手段の出力に基づいて溶湯量の減少した前記タンディッシュへ溶湯を間欠的または連続的に補給する溶解炉体と、
   前記タンディッシュ内の溶湯の自重による圧力すなわちヘッドをＰｈ、前記溶解室の圧力すなわち前記タンディッシュ内の溶湯へ印加される圧力をＰｍ、前記冷却固化室の圧力を一定のＰｃとして、
   Ｐｈ ＋ Ｐｍ ＝ Ｐｋ（所定値）
   Ｐｈ ＋ Ｐｍ ＞ Ｐｃ
   Ｐｋ − Ｐｃ ＝ 一定
   が成立するように、前記タンディッシュ内の溶湯のヘッドＰｈの変化に応じて前記溶解室の圧力Ｐｍを制御する手段とを備えた金属薄帯の製造装置。
2. 圧力の異なる前記溶解室と前記冷却固化室との間が前記タンディッシュの本体と前記隔壁との間でシールされている請求項１に記載の金属薄帯の製造装置。
3. 前記ノズルに設けられるスロットの幅または孔の径を０．２ｍｍ以上で１ｍｍ未満として、前記溶湯のヘッドＰｈと前記溶解室の圧力Ｐｍとの和Ｐｋと、前記冷却固化室の圧力Ｐｃとの差圧を３ｋＰａ以上で１００ｋＰａ未満の範囲内の一定の値に維持して溶湯を前記ノズルから前記冷却ロールへ供給する手段が設けられている請求項１または請求項２に記載の金属薄帯の製造装置。
4. 真空または不活性ガスの雰囲気下に金属の溶湯をタンディッシュのノズルから高速回転する単一の冷却ロールの表面へ供給し急冷する金属薄帯の製造方法において、
   金属を溶解し鋳造する溶解鋳造室を隔壁によって前記タンディッシュを含む金属の溶解室と前記冷却ロールを含む溶湯の冷却固化室とに画成して、前記溶解室と前記冷却固化室とを前記ノズルによって連通させ、
   前記タンディッシュ内の溶湯の自重による圧力すなわちヘッドをＰｈ、前記溶解室の圧力すなわち前記タンディッシュ内の溶湯へ印加される圧力をＰｍ、前記冷却固化室の圧力を一定のＰｃとする時、
   Ｐｈ ＋ Ｐｍ ＝ Ｐｋ（所定値）
   Ｐｈ ＋ Ｐｍ ＞ Ｐｃ
   Ｐｋ − Ｐｃ ＝ 一定
   が成立するように、前記タンディッシュ内の溶湯量の減少に応じて前記溶解室に設けられた金属の溶解炉体から前記タンディッシュへ溶湯を間欠的または連続的に補給し、かつ、前記タンディッシュ内の溶湯のヘッドＰｈの変化に応じて前記溶解室の圧力Ｐｍを制御することを特徴とする金属薄帯の製造方法。
5. 前記ノズルに設けるスロットの幅または孔の径を０．２ｍｍ以上で１ｍｍ未満とし、前記タンディッシュ内の溶湯のヘッドＰｈと前記溶解室の圧力Ｐｍとの和と、前記冷却固化室の圧力Ｐｃとの差圧を３ｋＰａ以上で１００ｋＰａ未満の範囲内として、溶湯を前記ノズルから前記冷却ロールへ供給する請求項４に記載の金属薄帯の製造方法。

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