JP4690993B2

JP4690993B2 - 非晶質薄帯の巻取ロール切り替え方法および切り替え装置

Info

Publication number: JP4690993B2
Application number: JP2006276619A
Authority: JP
Inventors: 茂克尾崎; 武今井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2026-10-10
Also published as: CN101522329A; JP2008093679A; CN101522329B

Description

本発明は、急冷ロールを用いて鋳造された非晶質薄帯を２台以上の複数の巻取ロールからなる巻取装置を用いてオンラインで巻取る方法および装置に関する。

非晶質薄帯を製造するための急冷凝固法には単ロール法および双ロール法等があるが、最も一般的な方法は単ロール法である。この単ロール法は溶融金属を高速回転している冷却ロール表面に噴出させ、この冷却ロール上で急冷凝固させて連続的に非晶質薄帯を得る方法である。工業的規模で製造する際には、通常この急冷凝固された非晶質薄帯を巻取る等して回収することが必要となる。これまで非晶質薄帯を鋳造直後にオンラインで巻き取る巻取方法には種々の方法ならびに装置が提案されているが、一般的には巻取ロールを用いて巻取ロールの回転により巻取る方法および装置が採用されている。例えば、特許文献１には、磁性を有する非晶質薄帯を表面に磁性を帯びた巻取ロールを用いて非晶質薄帯先端捕捉時の巻取ロール表面速度の範囲を冷却ロール表面速度の９０％以上１００％未満とする巻取方法が提案されている。しかし、１個の巻取ロールのみを用いて巻取ることは設備上その巻取重量に制約があること、また鋳造速度、巻取速度、張力等の巻取条件をバランスさせる必要があるため、通常は複数の巻取ロールを用いて巻取が行なわれる。
また、複数の巻取ロールを用いる巻取装置としては表面に磁性を帯びた２台以上の巻取ロールからなるカローゼル方式の巻取装置等がある。

複数の巻取ロールで連続して鋳造薄帯を巻取る場合には、巻取ロールの切り替えが必要となるが、表面に磁性を帯びた巻取ロールで瞬時に別の巻取ロールに切り替えて非晶質薄帯を安定して巻取ることは困難とされていた。そこで、特許文献２では、巻取中の薄帯パスラインに、高速回転する次の巻取ロールを下方より進入させて薄帯に巻取ロールを接触させ、２つの巻取ロール間の限定した位置で切断し、次の巻取ロールに巻き付ける方法が提案されている。この提案は、切断位置と次の巻取ロールとの距離Ｌ１と、次の巻取ロールと冷却ロールとの距離Ｌ２との関係を、Ｌ１≧Ｌ２／２０、とし、更に薄帯速度と巻取ロール速度差を±２ｍ／秒以内として切り替える方法である。

しかしながら、上記特許文献２で開示された方法では、切断後の非晶質薄帯の先端が次の巻取ロールに捕捉されるが、切り替え直後に非晶質薄帯が破断する等、依然として巻取が継続できない場合が発生しており、確実に巻取ロールを切り替えられないでいた。

特開平８−３１８３５２号公報特開平１１−２８５５２号公報

本発明は、表面に磁性を帯びた複数の巻取ロールを備えた巻取装置を用い、非晶質合金薄帯を巻取るに際し、簡便かつ安価で、しかも薄帯の破断なく確実に巻取ロールを切り替えることができる非晶質薄帯の巻取ロール切り替え方法および装置を提供する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は、（１）急冷ロールを用いて鋳造した磁性を有する非晶質薄帯を、表面に磁性を帯びた２台以上の巻取ロールを用いて巻取る方法において、巻取ロールを切り替える際に、次の巻取ロールに前記非晶質薄帯を接触させ、巻取ロールと次の巻取ロールの間で薄帯を切断し、切断した非晶質薄帯先端を次の巻取ロールに巻き込むまでに、次の巻取ロール周方向の前記非晶質薄帯との接触位置から非晶質薄帯を巻き込むまでの位置で、次の巻取ロールに近接させて設置したガイド装置により切断した前記非晶質薄帯の先端を次の巻取ロール表面に押し付けた後に非晶質薄帯を巻き込み巻取ロールを切り替えることを特徴とする非晶質薄帯の切り替え方法、（２）急冷ロールを用いて鋳造した磁性を有する非晶質薄帯を、表面に磁性を帯びた２台以上の巻取ロールで巻取る巻取装置であって、巻取ロールを切り替える際に、鋳造した非晶質薄帯を次の巻取ロールに接触させた後に非晶質薄帯を切断する切断機構を有し、かつ、次の巻取ロール周方向の非晶質薄帯との接触位置から非晶質薄帯を巻き込むまでの位置に、次の巻取ロールに近接し、切断した非晶質薄帯の先端を巻取ロール表面に押し付けるためのガイド装置を設けたことを特徴とする非晶質薄帯の切り替え装置、（３）急冷ロールを用いて鋳造した磁性を有する非晶質薄帯を、表面に磁性を帯びた２台以上の巻取ロールで巻取る巻取装置であって、巻取ロールを切り替える際に、鋳造した非晶質薄帯を押さえつけ次の巻取ロールに接触させる押さえロールを非晶質薄帯の進行方向に複数有し、かつ、前記複数の押さえロールの間に前記非晶質薄帯を切断する刃を設け、次の巻取ロール周方向の非晶質薄帯との接触位置から非晶質薄帯を巻き込むまでの位置に、次の巻取ロールに近接し、切断した非晶質薄帯の先端を巻取ロール表面に押し付けるためのガイド装置を設けたことを特徴とする（２）記載の非晶質薄帯の切り替え装置、である。

本発明は、表面に磁性を帯びた２台以上の巻取ロールからなる巻取装置において、巻取ロールを切り替える際に、切断した非晶質薄帯先端を次の巻取ロールに巻き込むまでの間に、次の巻取ロール周方向の前記非晶質薄帯との接触位置から非晶質薄帯を巻き込むまでの位置で、切断した前記非晶質薄帯の先端をガイド装置により次の巻取ロール表面に押し付けた後に巻き込むことで、切り替え直後に発生していた非晶質薄帯の破断等のトラブルを防止し、確実に切り替えを可能とする非晶質薄帯の巻取ロール切り替え方法および切り替え装置を提供することができる。

本発明を、図面を以って説明する。図１は、２台の巻取ロールを備えたカローゼル方式を採用した場合の本発明による非晶質薄帯の巻取ロール切り替え装置の概略構成例を示す模式図である。図２は巻取中の非晶質薄帯を押さえロールにより（図１〜６では２個の押さえロールを非晶質薄帯の進行方向に並べた例を示す）次の巻取ロールに接触させた状態を示す模式図、図３は非晶質薄帯を切断刃で切断した状態を示す模式図、図４は非晶質薄帯を切断した後、次の巻取ロールが非晶質薄帯先端を捕捉し、ガイド装置により非晶質薄帯先端を巻取ロール表面に押し付けた後薄帯先端部を巻き込み、巻取開始状態を示す模式図、図５は押さえロールおよびガイド装置が退避した状態を示す模式図である、図６は次の巻取ロールで巻取を開始した状態を示す模式図である。図１〜６を以って巻取ロール切り替えの工程を説明する。

図１では、タンディッシュ１内の溶融金属２を、ノズル３を介して高速回転している冷却ロール４の表面に噴射、急冷凝固して非晶質薄帯Ｃとし、冷却ロール４に近接して設けたカローゼル方式の巻取装置５で巻き取っている。このカローゼル方式の巻取装置５は対向する位置にそれぞれ設けた巻取ロール６、７で交互に巻き取る構造を有しており、一方の巻取ロール６で或る一定量巻き取った後、対向する別の巻取ロール７に巻取を切り替えて巻取作業を行うものである。これら巻取ロール６、７は、永久磁石を各ロール表面に埋め込み、この磁石の力で薄帯Ｃの先端を捕捉し、その後は巻取ロールの回転により巻取る機能を有している。
次の巻取ロール７には図２に示すように周方向の非晶質薄帯との接触位置Ｍから非晶質薄帯を巻き込むまでの位置Ｒに巻取ロール７に近接させてガイド装置１４を設置している。このガイド装置１４は巻取開始時やカローゼル式巻取装置５が巻取ロール切り替え後に回転している場合には図８に示すように設備に干渉しないように巻取ロール６、７の軸方向の退避位置Ｆに退避し、巻取ロールの位置で定常的に巻取を継続したところで図７に示すように巻取ロール７に近接したガイド位置Ｅに移動するように移動機構１７を有している。本例では巻取ロール軸方の移動例を示したが、巻取ロール表面に対し垂直方向に移動するなど設備に干渉しなければ移動機構は限定しない。ガイド装置１４は図３に示す非晶質薄帯先端部分Ｔを巻取ロール７の表面に押えるためにガイドロール１５とガイドロール１５通過後の非晶質薄帯先端部分Ｔを次の巻取ロール７の巻き込み部Ｒに導入するためのガイド板１６で構成している（図１参照）。このガイドロール１５とガイド板１６は巻取ロール表面に埋め込んだ永久磁石の影響されないようにアルミ等の非磁性材料がより好ましいが、磁性材料を使用しても良い。ガイドロール１５と巻取ロール７との間隙Ｇ１およびはガイド板１６の間隙Ｇ２は１ｍｍ以上２００ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上１００ｍｍ以下とする。間隙Ｇ１を前記範囲とした理由は、間隙Ｇ１が２００ｍｍ以上になると非晶質薄帯先端部分Ｆを巻取ロール７に押さえつける効果が少なくなり、また１ｍｍ以下では非晶質薄帯先端部分Ｔがガイドロール１５、ガイド板１６を通過することが困難となることを実験的に見出したことによる。また、ガイドロール１５、ガイド板１６の幅は非晶質薄帯幅以上の幅を有していれば良く、ロール径、板厚は特に限定するものではないが強度不足や設備への干渉を生じさせないようにする必要がある。本例では非晶質薄帯先端部分Ｔを巻取ロール７の表面に押えるためのガイド装置１４としてガイドロール１５とガイド板１６を用いたが、非晶質薄帯先端部分Ｔを巻取ロール７に押さえつける形状、たとえは図９に示すようなガイドロール、半円柱、三角柱、四角柱、ガイド板等の形状を単独で設置してもよく（非晶質薄帯の入り側の間隙が広く徐々に狭まる構造が好ましい）、前記形状のものを組み合わせて複数設置してもよい。但し、予め実験等により適正な間隙を設定しておく。

図１の巻取装置５の上方には別に設けた駆動機構（図示せず）と連結する切断装置８を配設する。この切断装置８は、アーム９の先端に非晶質薄帯の進行方向に配置した２個の押さえロール１１、１２と、これら押さえロール１１、１２のほぼ中間に位置し、かつ薄帯パスラインＰに対し上方から進入する方向に、切断刃１３を内蔵した切断機構１０を接続してある。前記２個の押さえロール１１、１２は巻取ロール６、７の回転軸と平行な回転軸を有し、巻取ロール６、７と同一の幅を有している。この押さえロール１１、１２の幅は非晶質薄帯Ｃを安定的に押さえるために薄帯幅以上の幅を有していれば良く、押さえロールの径は切断刃１３のストローク以下とすれば良い。また、前記切断装置８は、薄帯Ｃを切断する時点で巻取ロール６に近接するように円弧状に回動するように構成している。本例では切断装置８は円弧状に回動させているが、その他上下方向に駆動させて巻取ロール６に近接するような装置としても良い。

図１の巻取工程において、定常な状態では巻取ロール６は対向する次の巻取ロール７が、冷却ロール４の表面と巻取ロール６で作るパスラインＰ中の非晶質薄帯Ｃの表面と接する手前で待機した状態で非晶質薄帯Ｃを巻き取っている。ここで巻取ロール７はパスラインＰ（非晶質薄帯Ｃ）の移動速度のほぼ等しい表面速度でパスラインＰの移動方向に回転している。次の巻取ロール７には周方向の非晶質薄帯との接触位置から非晶質薄帯を巻き込むまでの位置に巻取ロール７に近接してガイド装置１４が待機している。このガイド装置１４は定常な状態では図８に示す退避位置Ｆから、図７に示すガイド位置Ｅに移動する。

次いで、図２に示すように、巻取ロール６が或る一定量の非晶質薄帯Ｃを巻き取った時点で、巻取ロール６と次の巻取ロール７間の上方から切断装置８をＡの位置からＢの位置に円弧状に回動させ、切断機構１０に内蔵された２個の押さえロール１１、１２で非晶質薄帯Ｃを押さえ、次の巻取ロール７に非晶質薄帯Ｃを巻取りロール周長の１／２以下、好ましくは少なくとも５０ｍｍ以上接触させる。この時、押さえロールを複数個配置（本例では押さえロール１１、１２の２個）することにより、巻取ロール６の巻取量に関わらず、更には、冷却ロール４の大きさに関わらず（通常使用において、研削、研磨を実施するため冷却ロール４の径は減少する）、押さえロール１１、１２で作る非晶質薄帯切断部のパスラインＰ‘は常に一定の位置関係となる。

更に、図３に示すように、非晶質薄帯Ｃに接触させた押さえロール１１、１２間に設けた切断刃１３を別に設けた切断刃上昇、下降機構（図示せず）を作動させて、切断刃を下降させて非晶質薄帯Ｃに接触させ切断するが、非晶質薄帯のパスラインＰ‘が常に一定の位置関係のため、非晶質薄帯と切断刃１３との関係も一定となり非晶質薄帯の切断が安定する。

切断した非晶質薄帯Ｃは、図３に示すように、次の巻取ロール７表面に磁力によって先端を捕捉する。
ここで非晶質薄帯Ｃを巻取ロール周長の１／２以下接触させた理由は、冷却ロール周長の１／２より多く接触させるためには、アーム９の下降だけでなく伸縮機構も必要とるなど設備が複雑化し、設備が高価となるためである。また、好ましい長さとして５０ｍｍ以上接触させることとした理由は、表面に磁力を帯びた巻取ロール（表面での磁力が１０００Ｇ以上）では５０ｍｍ以上非晶質薄帯を接触させれば１００％非晶質薄帯の先端部の捕捉が可能であることを実験的に見出したからである。

このとき捕捉した非晶質薄帯の先端部分Ｔは図３に示すように空気抵抗により折り返される。この先端部分Ｔを図４に示すようにガイド装置１４により、巻取ロール７にガイドロール１５にて押し付け、さらにガイド板１６により巻取ロール７に押し付けた非晶質薄帯を巻き込み部Ｒに導き非晶質薄帯先端を巻き込む。
本発明者らは非晶質帯切断および先端捕捉を安定して実現したにも拘らず、鋳造速度や板厚等を変更した場合に非晶質薄帯が破断し、巻き替えを失敗する原因を探求していたが、高速ビデオを設置して切り替え時の状態を解析した結果、この非晶質薄帯先端部分Ｔの折り返しの形状が起因することを見出した。すなわち、この折り返された先端部Ｔの形状が大きく膨らむ場合に、非晶質薄帯の巻き込み部Ｒにて非晶質薄帯の破断が生じることを見出した。そのためこの先端部をガイドロール１５により巻取ロール７に押し付けることで非晶質薄帯先端部分Ｔの折り返し部が膨らむことを防止し、さらにガイド板１６により巻取ロール７に押し付けた非晶質薄帯を巻き込み部Ｒに導くことにより、いかなる条件においても薄帯破断を生じることなく切り替えられることが判明した。

次の巻取ロール７に非晶質薄帯先端が巻き込まれた後、図５に示すように切断装置８は退避して元の位置に戻り、ガイド装置１４も図８に示すように設備に干渉しないように退避位置Ｆに退避する。図６に示すように巻取ロール７で巻取を開始すると、非晶質薄帯を巻取った巻取ロール６は巻取ロール交換装置（図示せず）によって抜き取り、新たな巻取ロールを装着する。非晶質薄帯を巻取った巻取ロール６は搬送装置（図示せず）により搬送し次の工程に送る。新たな巻取ロール装着後、この巻取ロール７の位置は回転して巻取ロール６の位置で定常的に巻き取るように構成しており、これら一連の工程を繰り返して巻取を続行することとなる。

本発明の実施例として原子％でＦｅ：８０．５％、Ｂ：１５．０％、Ｓｉ：３．０％、Ｃ１．０％、残部が不可避的不純物からなる非晶質薄帯を鋳造し、図１に示す装置にて鋳造速度および板厚を変更して巻取ロールの切り替えを行なった。鋳造に用いたノズルの開口形状は１７０ｍｍ×０．８５ｍｍとし、銅合金からなる内部水冷方式の冷却ロールの表面に噴出させて非晶質薄帯とした。なお、冷却ロールは直径φ１１９８ｍｍ、幅２５０ｍｍ、肉厚１９ｍｍとした。また、巻取ロールは直径φ６００ｍｍ、幅３７５ｍｍ、表面から５ｍｍでの磁力が３５０Ｇ以上で、接触長さは３０ｃｍとした。ガイド装置は図７に示すようにガイドロールとガイド板を組み合わせた構造とし、ガイドロールはアルミ製で幅２００ｍｍ、ロール径φ６０ｍｍ、巻取ロールとの間隙を１５ｍｍとした。ガイド板は２００ｍｍ、長さ３００mmのアルミ製で、ガイド板出口のガイド板と巻取ロールとの間隙を５ｍｍとした。
比較例として、特許文献２に示される方法でＬ１＝３０ｃｍ、Ｌ２＝５ｍとし、その他を本発明例と同じ鋳造条件にて前記非晶質薄帯を製造し、巻取および巻取ロールの切り替えを試みた。
本発明例および比較例とも巻取ロールへの巻取厚みは約２００ｍｍとし、鋳造速度および板厚を変化させて切り替えを行なった。結果を表１に示す。

本発明例のＮｏ．１〜１０においては鋳造速度および板厚が変動しても巻取ロールの切り替えは問題なく可能であるが、比較例のＮｏ．１１〜２０では鋳造速度が遅い場合には板厚にかかわらず切り替えは可能であるが、鋳造速度が速くなり、また板厚が厚くなると非晶質薄帯の切断及び先端補足は良好であるが、非晶質薄帯巻き込み時に破断が発生し巻取ロールの切り替えが不可となる。

本発明による非晶質薄帯の巻取ロール切り替え装置を示す模式図（側面図）。本発明による巻取ロール切り替え状態を示す模式図（側面図）。本発明による巻取ロール切り替え時における非晶質薄帯の切断状態を示す模式図（側面図）。本発明による切り替えられた巻取ロールによる非晶質薄帯の巻取直後の巻取状態を示す模式図（側面図）。本発明による切り替えられた巻取ロールによる巻取状態を示す模式図（側面図）。本発明による切り替えられた巻取ロールによる巻取続行の状態を示す模式図（側面図）。本発明によるガイド装置のガイド位置を示す模式図。本発明によるガイド装置の退避位置を示す模式図。本発明によるガイド装置の別の形態例を示す模式図。

符号の説明

１タンディッシュ
２溶融金属
３ノズル
４冷却ロール
５カローセル式巻取装置
６巻取ロール
７巻取ロール
８切断装置
９アーム
１０切断機構
１１押さえロール
１２押さえロール
１３切断刃
１４ガイド装置
１５ガイドロール
１６ガイド板
１７ガイド位置の移動機構
Ｃ非晶質薄帯
Ｐパスライン
Ｐ‘ パスライン
Ａ切断装置の待機位置
Ｂ切断装置の稼働位置
Ｅガイド装置のガイド位置
Ｆガイド装置の退避位置
Ｇ１ガイドロールと巻取ロールとの間隙
Ｇ２ガイド板と巻取ロールとの間隙
Ｍ巻取ロール７と非晶質薄帯との接触位置
Ｒ非晶質薄帯巻き込み部
Ｔ切断後の非晶質薄帯先端部分

Claims

急冷ロールを用いて鋳造した磁性を有する非晶質薄帯を、表面に磁性を帯びた２台以上の巻取ロールを用いて巻取る方法において、巻取ロールを切り替える際に、次の巻取ロールに前記非晶質薄帯を接触させ、巻取ロールと次の巻取ロールの間で薄帯を切断し、切断した非晶質薄帯先端を次の巻取ロールに巻き込むまでに、次の巻取ロール周方向の前記非晶質薄帯との接触位置から非晶質薄帯を巻き込むまでの位置で、次の巻取ロールに近接させて設置したガイド装置により切断した前記非晶質薄帯の先端を次の巻取ロール表面に押し付けた後に非晶質薄帯を巻き込み巻取ロールを切り替えることを特徴とする非晶質薄帯の切り替え方法。
急冷ロールを用いて鋳造した磁性を有する非晶質薄帯を、表面に磁性を帯びた２台以上の巻取ロールで巻取る巻取装置であって、巻取ロールを切り替える際に、鋳造した非晶質薄帯を次の巻取ロールに接触させた後に非晶質薄帯を切断する切断機構を有し、かつ、次の巻取ロール周方向の非晶質薄帯との接触位置から非晶質薄帯を巻き込むまでの位置に、次の巻取ロールに近接し、切断した非晶質薄帯の先端を巻取ロール表面に押し付けるためのガイド装置を設けたことを特徴とする非晶質薄帯の切り替え装置。
急冷ロールを用いて鋳造した磁性を有する非晶質薄帯を、表面に磁性を帯びた２台以上の巻取ロールで巻取る巻取装置であって、巻取ロールを切り替える際に、鋳造した非晶質薄帯を押さえつけ次の巻取ロールに接触させる押さえロールを非晶質薄帯の進行方向に複数有し、かつ、前記複数の押さえロールの間に前記非晶質薄帯を切断する刃を設け、次の巻取ロール周方向の非晶質薄帯との接触位置から非晶質薄帯を巻き込むまでの位置に、次の巻取ロールに近接し、切断した非晶質薄帯の先端を巻取ロール表面に押し付けるためのガイド装置を設けたことを特徴とする請求項２記載の非晶質薄帯の切り替え装置。