JP5168211B2 - Rapidly solidifying ribbon casting nozzle - Google Patents
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Description
本発明は、電力トランス、高周波トランス等に用いる非晶質合金薄帯の鋳造に好適な急冷凝固薄帯鋳造用ノズルに関する。 The present invention relates to a rapidly solidified ribbon casting nozzle suitable for casting an amorphous alloy ribbon used in a power transformer, a high-frequency transformer, and the like.
従来、非晶質合金薄帯(以下、薄帯ということがある)を鋳造する方法としては、回転する冷却ロール表面に、近接させたノズルから溶融合金を噴出させることにより、溶融合金を急冷凝固させ連続的に非晶質合金薄帯を得る単ロール法が一般的に用いられている。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装置にて巻取って回収する。この単ロール法において製造される非晶質薄帯で重要なことは、板厚の均一性と共に表面性状である。この表面性状は、単板での非晶質合金薄帯の磁気特性だけでなく、電力トランス等にはコアのように積層して使用されるため、コア特性をも左右する。薄帯性状を支配する重要な製造因子は、ノズル形状、ノズルと冷却ロール表面との間の距離(以下、ギャップ)、溶融合金のノズルからの噴出圧、及び冷却ロール表面の移動速度であり、なかでも安定した鋳造を実現するために、ノズル形状についてはこれまで種々の提案がされている。 Conventionally, as a method of casting an amorphous alloy ribbon (hereinafter sometimes referred to as a ribbon), the molten alloy is rapidly solidified by ejecting the molten alloy from a nozzle close to the surface of a rotating cooling roll. A single roll method is generally used in which an amorphous alloy ribbon is continuously obtained. When manufacturing on an industrial scale, this rapidly solidified amorphous ribbon is usually wound up and collected by a winding device. What is important in the amorphous ribbon produced in this single roll method is the surface property as well as the uniformity of the plate thickness. This surface property affects not only the magnetic properties of the amorphous alloy ribbon on a single plate but also the core properties because it is used like a core for power transformers. The important manufacturing factors governing the ribbon properties are the nozzle shape, the distance between the nozzle and the chill roll surface (hereinafter referred to as the gap), the jet pressure from the nozzle of the molten alloy, and the moving speed of the chill roll surface, In particular, various proposals have been made for the nozzle shape in order to realize stable casting.
例えば、特許文献1に記載の技術では、前リップにおけるロール表面の進行方向の幅と、ノズルのスリット幅との関係を規定している。また、特許文献2に記載の技術では、ノズルのスリット幅と、前リップ及び後リップにおける底面の厚みとを規定している。
For example, in the technique described in
さらに、特許文献3に記載の技術では、ノズルの幅方向の両側にあるノズル壁をノズル内部側に傾斜させ、溶融合金が噴出されている溜まり部分(以下、パドル)を直接観測できるようにしている。そして、観測結果に基づいて、ノズルと冷却ロール表面とのギャップや溶融合金の射出圧を調整している。
Furthermore, in the technique described in
単ロール法では、表面性状の良好な非晶質薄帯を得るためには、前述のギャップを小さくする必要がある。 In the single roll method, in order to obtain an amorphous ribbon having good surface properties, it is necessary to reduce the gap described above.
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載のノズルの形状では、小さなギャップで非晶質合金薄帯を製造する際に、薄帯にキズが生じることを十分には防止できない。
However, the shape of the nozzles described in
また、特許文献3に記載の技術では、パドルに異常が発生した場合、パドルの異常は急激に進行するため、観測した後にギャップや射出圧を調整しても間に合わないことがある。さらには、ギャップや射出圧を変更すると、鋳造される薄帯において表面形状などの特性が変化することがあり、薄帯を安定して鋳造することができない。
Further, in the technique described in
本発明は前述の問題点に鑑み、単ロール法において、電力トランス、高周波用トランス等に用いられる磁気特性の良好な非晶質合金薄帯を安定して鋳造することができる急冷凝固薄帯鋳造用ノズルを提供することを目的としている。 In view of the above-mentioned problems, the present invention provides a rapidly solidified ribbon casting that can stably cast an amorphous alloy ribbon having good magnetic properties used in a power transformer, a high-frequency transformer, etc. in a single roll method. The purpose is to provide a nozzle.
本発明は、上記問題を解決するために鋭意検討した結果、以下の構成を要旨とする。
(1)冷却ロールの回転方向の前方に位置する前リップと、前記冷却ロールの回転方向の後方に位置し、前記前リップとの間に溶融合金が通流するスリットを形成する後リップと、を有し、前記スリットが延びる方向に垂直な平面であって前記スリットの前記溶融合金の排出口を通る基準面に対し、少なくとも前記前リップの前記溶融合金の排出側の端面は、前記前リップと前記スリットとの境界から、前記冷却ロールから離間する方向に傾斜しており、前記端面と前記基準面とがなす角度は、5°〜45°であることを特徴とする急冷凝固薄帯鋳造用ノズル。
(2)前記前リップ、及び後リップの厚さが少なくとも0.2mmであることを特徴とする(1)に記載の急冷凝固薄帯鋳造用ノズル。
(3)前記スリットの厚みが0.3mm〜2mmであることを特徴とする(1)又は(2)に記載の急冷凝固薄帯鋳造用ノズル。
(4)(1)〜(3)の何れかに記載の急冷凝固薄帯鋳造用ノズルから溶融合金を回転している冷却ロールに噴射する工程と、前記冷却ロールの表面において前記溶融合金を凝固させる工程と、を有することを特徴とする非晶質薄帯の製造方法。
The present invention is summarized as follows as a result of intensive studies to solve the above problems.
(1) a front lip located in front of the rotation direction of the cooling roll, and a rear lip located in the rear direction of rotation of the cooling roll and forming a slit through which the molten alloy flows between the front lip, And at least an end surface of the front lip on the discharge side of the molten alloy is a plane perpendicular to the direction in which the slit extends and passes through the discharge port of the molten alloy of the slit. And the slit is inclined in a direction away from the cooling roll, and the angle formed by the end surface and the reference surface is 5 ° to 45 °, and rapidly solidified ribbon casting Nozzle.
(2) The rapidly solidified ribbon casting nozzle according to (1), wherein the thickness of the front lip and the rear lip is at least 0.2 mm.
(3) The rapidly solidified ribbon casting nozzle according to (1) or (2), wherein the slit has a thickness of 0.3 mm to 2 mm.
(4) A step of injecting a molten alloy from the rapidly solidified ribbon casting nozzle according to any one of (1) to (3) onto a rotating cooling roll, and solidifying the molten alloy on the surface of the cooling roll. And a step for producing the amorphous ribbon.
本発明によれば、薄帯破断を発生させることなく安定的に長時間の連続鋳造が可能となり、また表面性状も良好な非晶質合金薄帯の製造が可能となる。 According to the present invention, it is possible to stably carry out continuous casting for a long time without causing a ribbon breakage, and it is possible to produce an amorphous alloy ribbon having a good surface property.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、非晶質合金薄帯を鋳造する単ロール法の概要を説明する図である。
図1に示すように、高速回転している冷却ロール5の円周面に、ノズル4の開口面を接近させている。タンディッシュ1内のストッパー3を上げると、溶融合金2は、冷却ロール5の円周面に噴出される。噴出された溶融合金2は冷却ロール表面上で急冷凝固し、非晶質合金薄帯6が得られる。非晶質合金薄帯6は、冷却ロール5に近接して設けた巻取ロール7に巻き取られる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining the outline of a single roll method for casting an amorphous alloy ribbon.
As shown in FIG. 1, the opening surface of the
図2は、本実施形態に係るノズル4の詳細な構造の一例を示す図である。
図2に示すように、ノズル4には、溶融合金2が通流するスリット43が形成されている。そして、スリット43よりも冷却ロール5の回転方向(進行方向)の前方に位置する部分である前リップ41の溶融合金2の排出側の端面44が傾斜面となっている。つまり、スリット43が延びる方向(溶融合金2が通流する方向)に垂直な平面であってスリット43の排出口46を通る基準面45が、冷却ロール5の溶融合金2が噴射される部分の表面とほぼ平行になるが、端面44は基準面45から角度θ(θ>0°)だけ冷却ロール5から離間する方向に傾斜している。一方、スリット43よりも冷却ロール5の回転方向(進行方向)の後方に位置する部分である後リップ42の溶融合金2の排出側の端面は基準面45とほぼ平行になっている。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a detailed structure of the
As shown in FIG. 2, the
ここで、前リップに傾斜を付けた理由について説明する。本発明者らは、鋳造時のノズル部分の詳細な観察を行い、薄帯破断の発生原因を調査した。その結果、薄帯の製造開始時には、ノズルから噴射された溶融合金の一部が飛散して前リップ底面に付着する現象が観察された。また、付着物は製造時のパドルの乱れによっても形成され、これらの付着物は薄帯の製造の進行に伴い成長していた。 Here, the reason why the front lip is inclined will be described. The inventors of the present invention performed detailed observation of the nozzle portion during casting and investigated the cause of occurrence of the ribbon breakage. As a result, at the start of production of the ribbon, a phenomenon was observed in which a part of the molten alloy sprayed from the nozzle was scattered and adhered to the bottom surface of the front lip. In addition, deposits were also formed due to disturbance of the paddle at the time of manufacture, and these deposits grew as the production of the ribbons progressed.
付着物が発生しても、それだけでは薄帯に影響が及ぶことはないが、付着物が成長して薄帯に接触すると、薄帯にキズが生じ、このキズが部分的なものであっても、キズを起点として薄帯破断が発生していた。 Even if the deposit occurs, it will not affect the ribbon, but if the deposit grows and contacts the ribbon, the ribbon will be scratched. However, the ribbon rupture started from scratches.
また、付着物が大きい場合は冷却ロールに接触し、薄帯にキズが生じるだけでなくノズルの破壊も生じた。 In addition, when the deposit was large, it contacted the cooling roll and not only scratched the ribbon but also destroyed the nozzle.
従来のノズルを用いる場合、付着物が接触しないようにギャップを大きく保持しない限りは、これらの現象を回避することはできない。しかし、ギャップを大きくした分、溶融金属に空気を巻き込みやすくなり、薄帯の表面性状が劣化し、薄帯の特性が劣化してしまう。 When the conventional nozzle is used, these phenomena cannot be avoided unless the gap is kept large so that deposits do not come into contact with each other. However, as the gap is increased, air is easily entrapped in the molten metal, so that the surface properties of the ribbon are deteriorated and the properties of the ribbon are deteriorated.
そこで、溶融合金の噴出圧を増加することも考えられるが、板厚が厚くなり部分的に結晶化し、脆くなるばかりでなく磁気特性も劣化する。 Therefore, it is conceivable to increase the jet pressure of the molten alloy. However, the plate thickness becomes thicker and partially crystallized, resulting in not only brittleness but also deterioration of magnetic properties.
このような理由から、本実施形態では、前リップに傾斜を付けている。すなわち、本実施形態においては、前リップ41の端面44が基準面45から角度θだけ傾斜している。そして、このような傾斜が設けられているため、付着物21が発生しても、付着物21が非晶質合金薄帯6に接触しにくい。これにより、ギャップを小さくして空気を巻き込まないようにしながら、安定して表面性状および磁気特性の良好な非晶質合金薄帯を鋳造することができる。
For this reason, in this embodiment, the front lip is inclined. That is, in the present embodiment, the
なお、端面44を傾斜面とせずに、前リップ41のギャップを後リップ42のギャップよりも大きくしただけでは、前リップ41側に溶融合金2が溢れやすくなり、パドルが不安定となってしまう。そのため、薄帯を安定して鋳造することができない。
If the gap of the
ここで、角度θは、5°〜45°であることが望ましい。角度θが5°未満であると、ギャップを小さくした場合に、付着物が薄帯と接触することがある。一方、45°を超えると、前リップ41の先端部分に対する熱衝撃の負荷が大きくなり、前リップ41が欠損することがある。さらには後リップ42との位置合わせの精度を確保しにくくなることもある。したがって、角度θは5°〜45°であることが望ましい。また、破断をより確実に防止するためには、角度θは7°〜45°であることがさらに望ましく、さらに望ましい角度θは10°〜45°である。
Here, the angle θ is desirably 5 ° to 45 °. When the angle θ is less than 5 °, the deposit may come into contact with the ribbon when the gap is reduced. On the other hand, if it exceeds 45 °, the load of the thermal shock on the tip portion of the
また、前リップ41及び後リップ42の厚さW1、W2は、0.2mm以上であることが望ましい。前リップ41及び後リップ42の厚さW1、W2が0.2mm未満であると、各リップを精度良く加工することが困難になることがある。さらに、特に先端部分においては、熱衝撃の負荷が大きくなり、前リップ41及び後リップ42が欠損することがある。なお、前リップ41及び後リップ42の厚さが大きいとコストが多くかかるため、実用的な観点から、前リップ41及び後リップ42の厚さW1、W2は、0.2mm〜20mmであることがさらに望ましい。
The thicknesses W 1 and W 2 of the
なお、図3に示すように、後リップ42の先端部が突起状になっていてもよい。このような構成によれば、材料のコストを低減することができる。この場合、先端部の厚さW4は0.2mm以上であることが望ましい。また、図4に示すように、前リップ41及び後リップ42の先端部が突起状になっていてもよい。この場合も先端部の厚さW3、W4は0.2mm以上であることが望ましい。
In addition, as shown in FIG. 3, the front-end | tip part of the
また、溶融合金2を冷却ロール5に噴射し、パドルの形状を安定させるために、スリット厚さWは、0.3mm〜2mmであることが望ましい。スリット厚さWが0.3mm未満であると、スリット43内を溶融合金2が通流しにくくなり、安定して薄帯を鋳造することが困難になることがある。また、スリット厚さWが2mmを超えると、ギャップを小さくしてもパドルの形状が不安定なものとなって、安定した表面性状を維持することが困難になることがある。なお、より安定して薄帯を鋳造するためには、スリット厚さWは0.5mm〜1.5mmであることがさらに望ましい。
Further, in order to inject the
なお、端面44は平面である必要はなく、端面44と基準面45との間隔がスリット43から離間するほど大きくなっていればよい。つまり、端面44が曲面であってもよい。ただし、ノズル4をセラミックス製とする場合は、加工効率上、平面とすることが望ましい。また、後リップの端面も傾斜を付けることが考えられるが、加工が多くなるだけであり、傾斜を付加しても、しなくても構わない。
The
以下、本発明の実施例について説明する。
図1に示した装置において、ノズル4として窒化珪素製であり端面の傾斜の角度が6°の前リップを備えたもの(サンプルNo.1)を用いた。このとき、前リップ及び後リップの厚さは、10mmであり、スリット厚さを0.85mmとした。そして、組成が原子%でFe:80.5%、Si:6.5%、B:12.0%、C:1.0%の溶融合金2をタンディッシュ1に供給し、ストッパー3を引き上げて、直径1198mm、ロール幅250mmの冷却ロール5に向けてスリット厚さ0.85mm、スリット幅170mmの矩形スリット状のノズル4の排出口46から溶融合金2を噴射した。なお、噴射する際に、冷却ロール5の周速は21m/sとし、ギャップを200μmとした。
Examples of the present invention will be described below.
In the apparatus shown in FIG. 1, the
以上のような条件により、板幅が170mm、板厚が約30μmの非晶質合金薄帯を鋳造し、破断発生率を調査した。また、同じ窒化珪素製であり端面の傾斜角度θが12°、26°、45°の前リップを備えたもの(サンプルNo.2〜4)についても同様に実験を行い、それぞれの条件で鋳造された非晶質合金薄帯の破断発生率も調査した。なお、破断発生率は、鋳造回数に対して、破断が発生した鋳造回数の割合である。 Under the above conditions, an amorphous alloy ribbon having a plate width of 170 mm and a plate thickness of about 30 μm was cast, and the fracture occurrence rate was investigated. In addition, the same experiment was carried out on the same silicon nitride made with front lips with 12 °, 26 °, and 45 ° end face inclination angles θ (sample Nos. 2 to 4), and cast under the respective conditions. The fracture rate of the amorphous alloy ribbon was also investigated. The fracture occurrence rate is the ratio of the number of castings at which fractures occur to the number of castings.
また、比較例として、同じ窒化珪素製であり端面の傾斜角度θが0°のもの(サンプルNo.5)についても同様に実験を行い、破断発生率を調査した。それぞれの測定結果を以下の表1に示す。 In addition, as a comparative example, an experiment was similarly performed on the same silicon nitride made of the same silicon nitride and having an end surface inclination angle θ of 0 ° (sample No. 5), and the fracture occurrence rate was investigated. The respective measurement results are shown in Table 1 below.
表1に示すように、傾斜角度θが0°のノズルを用いた場合は、ギャップを200μmに設定すると、ほぼ100%破断が生じた。これに対して、傾斜角度θが12°、26°、45°のノズルを用いた場合は、破断が全く発生しなかった。また、傾斜角度θが6°のノズルを用いた場合は、破断発生率が10%となり、破断が少なかった。 As shown in Table 1, when a nozzle having an inclination angle θ of 0 ° was used, fracture was almost 100% when the gap was set to 200 μm. On the other hand, no breakage occurred when using nozzles with inclination angles θ of 12 °, 26 °, and 45 °. Further, when a nozzle having an inclination angle θ of 6 ° was used, the fracture occurrence rate was 10%, and the fracture was small.
また、何れのサンプルにおいても表面性状および磁気特性については良好な結果が得られた。 In addition, good results were obtained with respect to surface properties and magnetic properties in any sample.
以上のように本実施例によれば、200μmのギャップにより非晶質合金薄帯を鋳造した場合においても、薄帯破断がほとんど発生せず、表面性状の優れた非晶質合金薄帯を安定して鋳造することができるといえる。これにより、磁気特性の良好な非晶質合金薄帯を安定して鋳造することができるといえる。 As described above, according to this example, even when an amorphous alloy ribbon is cast with a gap of 200 μm, the ribbon fracture hardly occurs and the amorphous alloy ribbon with excellent surface properties is stabilized. It can be said that it can be cast. Thus, it can be said that an amorphous alloy ribbon having good magnetic properties can be stably cast.
1 タンディッシュ
2 溶融合金
3 ストッパー
4 ノズル
5 冷却ロール
6 非晶質合金薄帯
7 巻取ロール
21 付着物
41 前リップ
42 後リップ
43 スリット
44 端面
45 基準面
46 排出口
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記冷却ロールの回転方向の後方に位置し、前記前リップとの間に溶融合金が通流するスリットを形成する後リップと、
を有し、
前記スリットが延びる方向に垂直な平面であって前記スリットの前記溶融合金の排出口を通る基準面に対し、少なくとも前記前リップの前記溶融合金の排出側の端面は、前記前リップと前記スリットとの境界から、前記冷却ロールから離間する方向に傾斜しており、
前記端面と前記基準面とがなす角度は、5°〜45°であることを特徴とする急冷凝固薄帯鋳造用ノズル。 A front lip located in front of the rotation direction of the cooling roll ;
A rear lip located behind the cooling roll in the rotational direction and forming a slit through which the molten alloy flows between the front lip;
Have
At least the end surface on the discharge side of the molten alloy of the front lip is a plane perpendicular to the direction in which the slit extends and passes through the molten alloy discharge port of the slit. Is inclined in a direction away from the cooling roll from the boundary of
The angle between the end face and the reference plane is 5 ° to 45 °, and the rapidly solidified ribbon casting nozzle.
前記冷却ロールの表面において前記溶融合金を凝固させる工程と、
を有することを特徴とする非晶質薄帯の製造方法。 Injecting a molten alloy from the rapidly solidified ribbon casting nozzle according to any one of claims 1 to 3 onto a rotating cooling roll;
Solidifying the molten alloy on the surface of the cooling roll;
A method for producing an amorphous ribbon characterized by comprising:
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