JPH03138050A - 急冷金属薄帯の製造における操業診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、液体急冷単ロール法によって広幅の急冷金属
薄帯を製造するための方法に関連し、特に操業過程にお
ける製板の異常を検知する操業診断方法に関する。

［従来の技術１ 近年、単ロール法や双ロール法などの液体急冷法によっ
て、溶融金属（合金を含む。以下同じ。）から非晶質金
属薄帯や結晶質金属薄帯などの急冷金属薄帯を直接製造
することが行われている。特に広幅の非晶質金属薄帯を
製造する場合には、冷却ロール面に近接して配置された
スリット状の開口スロットを有する注湯ノズルから溶融
合金を高速回転する冷却ロール直上に射出し、急冷凝固
させて薄帯を連続的に製造する単ロール法が多用されて
いる。

この単ロール法で欠陥の少ない非晶質金属薄帯を安定に
製造するには、溶融金属の温度・射出圧力、注湯ノズル
の先端形状、注湯ノズル・冷却ロール間の間隔及び冷却
ロールの速度・表面性状など多くの操業条件の管理が極
めて重要であることが知られている。このような操業条
件を適正なものとするためには、いかなる操業条件の下
で、製品欠陥や操業トラブルが発生するのかを詳細に把
握しておかなければならない。

しかし、単ロール法における製板速度は２０ないし３０
ｍ／秒と極めて高速である。したがって、注湯ノズル先
端あるいは注湯ノズル・冷却ロール間で製板上のトラブ
ルが生じて、急冷金属薄帯が破断したり、あるいは表面
性状などの急激な劣化が発生しても、その時間、場所及
び原因などを特定し、オンラインで採集している種々の
操業データを付合わせ、異常原因となった操業条件を見
出すことは困難である。

そのため有効な解決策を講するにも時間遅れの生じる問
題があり、適切な操業診断方法の開発が必要とされてい
た。

〔発明が解決しようとする課題１ 広幅の非晶質合金薄帯などの急冷金属薄帯を連続的に製
造するためには、溶解・注湯系、製板系、及び搬送・巻
取り系の全てにおいて安定な操業が行われなければなら
ない。とりわけ製板系は急冷金属薄帯の製造方法及び材
料特性を特徴づける中心的な部分であり、金属薄帯の製
造技術において最も重要なプロセスである。

本発明は、冷却ロール面に近接して配置されたスリット
状の開口部を有する注湯ノズルを介して、高速回転する
冷却ロール上に溶融金属を射出し、急冷凝固させて急冷
金属薄帯を製造する場合の製板系の安定操業を目的とし
て、製板操業におけるトラブルの適切な診断方法を提供
するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明において、広幅の急冷金属薄帯を安定に連続製造
操業するための診断方法として提案する技術手段は次の
通りである。

（ａ）注湯ノズルを底壁に備え溶融金属が連通ずるタン
ディツシュ内に保持した溶融金属の重量を計測する機構
を設ける。

（ｂ）この機構によって溶融金属重量を連続的に検出す
る。

（Ｃ）製板過程におけるタンディツシュ中に保持される
溶融金属重量の見掛は上の突発的な減少挙動によって、
製板異常を検知する。

特にこの診断方法の確度を高めるために、タンディツシ
ュ内溶融金属重量の検出機構としてタンディツシュの底
部に３個以上のロードセルを設けることが好ましい。

［作用］ 本発明は１００ｍｍ幅以上の非晶質合金薄帯を少な（と
も１０分以上にわたって製板し、連続的に巻取る操業実
験の中から得られたものである。

近年においては非晶質金属薄帯を連続的に製板すること
自体はさほど困難なことではない。しかしながら連続的
に製板することと連続的に巻取り、コイル状の非晶質金
属薄帯を作製することとは同義ではない。すなわち単な
る製板実験では極めて高速に多量の薄帯が作成されるた
め、長時間にわたって操業した場合、非晶質金属薄帯内
に形成された部分的なりラックは勿論のこと、瞬間的な
破断でさえもその存在を判別することは決して容易では
ない。しかしある張力のもとて非晶質金属薄帯を巻取っ
ている場合、瞬間的な破断てもあるいは部分的なりラッ
クが存在しても、自明なことであるが、巻取を持続する
ことはできない。すなわち連続巻取を前提にすると、製
板状況に対して極めて厳しい評価を下すことが必要であ
る。

本発明を得るに至ったいくつかの実験事実を具体的な実
験方法と共に述べる。

第１図に示したのは、本発明者らが特開昭６４−３４５
５２号公報に提案した溶融金属の注湯装置であり、本発
明に関わる単ロール法による非晶質金属薄帯の製造装置
の一例として好適に用いることができる。この製造装置
は、タンディツシュ１２への溶湯供給量を制御するスト
ッパ棒１４を有する、底注ぎ式の溶融金属保持炉１６と
、その下部に、該溶融金属保持炉１６から供給された溶
湯１ｏを冷却ロール１８に供給する注湯ノズル２０を有
するタンディツシュ１２とを備えた比較的微少量の溶融
金属を注湯する設備である。前記タンディツシュ１２内
の溶融金属重量なタンディツシュ１２ごとオンラインで
秤量測定する、例えばロードセル２２及び変換器２４と
、ロードセル２２の測定結果を基に、タンディツシュ内
の溶融金属量、すなわち溶融ヘッド高さが、例えば一定
の目標値になるように、前記ストッパ棒１４を連続的に
昇降させて、その開度を連続的にフィードバック制御す
るための比較演算器２６と、該比較演算器２６からの出
力に基づいて、前記ストッパ棒１４を連続的に昇降させ
るサーボモータ制御装置２８及びサーボモータ３０を設
けたものである。

このような構成によって、タンディツシュ１２への注湯
量をストッパ棒１４で連続的に調節することにより、タ
ンディツシュ１２の注湯ノズル２０から、０．１ないし
５　ｋ　ｇ　／　ｓの微少流量域で、精度高く注湯する
ことが可能となる。

さらに第１図に示した急冷金属薄帯製造装置の具体的な
操業方法を述べる。Ｆｅ７ａＭｒｚ　ＢＩＯＳｉｌｌの
組成（原子％）になる合金を高周波誘導溶解炉１６で溶
解し、溶湯温度を１３００℃に保持した。この溶湯を非
晶質金属薄帯の製造装置の約１１００℃に予熱したタン
ディツシュ１２内に注ぎ、タンディツシュ１２内の溶湯
重量が２０ｋｇを超過した時点でタンディツシュ１２と
注湯ノズル２０の間を閉止している図示省略したストッ
パを引き上げ、溶湯１０を約１３５０℃に予熱した注湯
ノズル２０内に注入した。その結果、開口スロットでの
ノズル詰まりを生ずることなく、また２７ｍ／秒で回転
する冷却ロール１８上に流出した溶湯流は０．３５ｍｍ
のノズル・ロール間ギャップ内でパドルブレークを生ず
ることなく、安定した製板が行われた。

タンディツシュ１２内の溶湯重量が操業中宮にほぼ３５
ｋｇになるように溶融金属保持炉１６のストッパ棒１４
の開度を調節して流量制御したところ、３０分間にわた
って連続的な製板・巻取が安定に行われたので、注湯を
停止して操業を終了させた。

上述したような非晶質金属薄帯の製板過程におけるタン
ディツシュ１２内の溶湯重量を、タンディツシュ１２の
底部に備えたロードセル２２でオンライン秤量計測した
ところ、第２図の操業データが得られた。ここで溶湯重
量の初期増加過程において瞬間的な重量減少が見られる
が、これはタンディツシュ１２と注湯ノズル２０を境す
るストッパ（図示せず）の引上げによる負荷の軽減であ
り、製板上のトラブルに起因するものではない。

第２図は非晶質金属薄帯の製板が極めて正常に行われた
場合の溶湯重量変化のデータである。しかしながら操業
前における製造装置の調整が不備であったり、装置の部
品に異常があると、製板操業にもトラブルが生じる。

製板における操業トラブルの第１は、注湯開始時のパド
ルブレークである。これはタンディツシュ１２から注湯
ノズル２０内に溶融金属が流入した時、開口スロット内
の溶融金属に過大な射出圧力が加わったり、また冷却ロ
ール面での溶融金属の濡れが悪い時に、冷却ロールの回
転方向から見て注湯ノズル先端の前後方向に溶融金属の
飛び出しが生じてパドルを不安定にする現象である。

引き続いて後リップ側に飛び出した溶融金属がノズル・
ロール間のパドルに吸い込まれたり、後リップに付着し
てそのまま凝固することもある。

この場合注湯ノズル先端では横方向及び下方向から余分
の力が加えられるので、タンディツシュ１２の溶湯重量
を秤量するロードセル２２には見掛は上の重量減少が観
察される。その例を第３図中の（ａ）部に示す。パドル
ブレークの程度が軽く、後リップ側に飛び出した溶融金
属がノズル・ロール間のパドルブレークが生じて、後リ
ップに付着しそのまま凝固する場合は、大きな重量減少
が生じ回復しないこともある。すなわち注湯開始時に置
けるタンディツシュ及びその中に保持される溶融金属重
量の見掛は上の突発的な減少挙動によってパドルブレー
クによる製板異常を極めて容易に検知することができる
。

次に製板の途中で遭遇するトラブルとして、前リップ底
面の付着物に起因するものがある。

すなわちパドルからの溶融金属や凝固過程の薄帯表面に
ある未凝固物の飛沫が前リップの底面に付着し、製板の
進行とともに次第に成長して、ついにはパドル部から出
てきたばかりの半溶融状態にある非晶質金属薄帯を自由
面側から傷つけ、クラックを作ったり、破断の原因を導
入する現象である。この場合も注湯ノズル先端の付着物
が冷却ロール面に密着して、ともに回転する非晶質金属
薄帯をするので、注湯ノズル先端では横方向及び下方向
から余分の力が加えられるから、タンディツシュ１２内
の溶湯重量を秤量するロードセル２２には見掛は上の重
量現象が観察される。その例を第３図の（ｂ）部に例示
した。すなわち製板過程におけるタンディツシュ及びそ
の中に保持される溶融金属重量の見掛は上の突発的な減
少挙動によって、前リップ底面の付着物による製板異常
を極めて容易に検知することができる。

ロードセル２２によって秤量計測されるタンディツシュ
１２及びタンディツシュ内の溶融金属１０の総重量は２
００ｋｇ以上にもなるので、製板異常による見掛は上の
重量減少を感度高く検出するには、第２図及び第３図に
示したように、タンディツシュ１２の重量を差し引いて
タンディツシュ内の溶融金属の重量のみを記録すること
が必要である。

そのために本発明では高精度でタンディツシュ内の溶融
金属重量を計測する機構を不可欠な設備とする。単にタ
ンディツシュ内の溶融金属重量の検出が射出圧力、換言
すれば溶融金属のヘッド高さを知ることのみを目的とす
るならば必ずしもロードセルである必要はな（、例えば
レーザ液面計などを用いて、タンディツシュ内の溶融金
属のヘッド高さを計測してもよい。しかしながら本発明
の操業診断においては、これらの方法では感度が不充分
であるので、ロードセルが最適である。

特にタンディツシュの底部に設けたロードセルを３個以
上とすることによって、安定で精度の高い計測、および
それにともなう確度の高い操業診断を実現する。第１図
では模式的に２個のロードセル２２を図示したが、タン
ディツシュの全荷重を安定に受けるためには少なくとも
３個のロードセルを用いることが好ましい。そこでタン
ディツシュ底面とロードセル上面との平行度を確保して
、３＠以上のロードセルを備えることを提案する。

次に、実施例に基づいて本発明を説明する。

［実施例］ Ｆ　ｅ７４３Ｂ１２Ｓ　ｉ　Ｂ　Ｃ１の組成（原子％）
になる合金を高周波誘導溶解炉１６で溶解し、溶湯温度
を１３００℃に保持した。この溶湯を第１図に示した非
晶質金属薄帯の製造装置の約ｔｔｏｏ℃に予熱したタン
ディッシ１１２（内径４００ｍｍ１内に注ぎ、タンディ
ツシュ１２内の溶湯重量が２０ｋｇを超過した時点でタ
ンディツシュ１２と注１ノズル２０を境する図示省略し
たストッパを引き上げ、溶’ｔｌＪ　１０を約１３５０
℃に予熱した注湯ノズル２０内に注入した。ノズルの先
端形状に関しては、開口スリットの幅を０．８　ｍ　ｍ
、前リップの底面厚みを４．０　ｍ　ｍ、及び後ろリッ
プの底面厚みを４．０　ｍ　ｍのものを使用したところ
、開口スロットでのノズル詰まりを生ずることな（、ま
た２５ｍ／抄で回転する冷却ロール１８上に流出した溶
湯流は０．３０ｍｍのノズル・ロール間ギャップ内でパ
ドルブレークを生じず、安定した製板が開始された。板
厚的２４μｍの非晶質金属薄帯が製造されたが、製板が
開始してから約１分はど経過した時、製板直後の非晶質
金属薄帯が切れ、巻取を続行することができなくなった
ので操業を中断した。この操業過程におけるロードセル
２２で秤量計測されたタンディツシュ内の溶湯重量デー
タを第４図に示す。製板開始約１分後にタンディツシュ
内の溶融金属重量の瞬間的な減少が明瞭に確認できる。

実験後の注湯ノズル先端及び破断した非晶質金属薄帯を
詳細に調べたところ、破断の原因は前リップ底面の付着
物による薄帯表面の擦りであることが判、った。すなわ
ち前リップ底面での付着物による製板異常を、タンディ
ツシュ内の溶融金属重量の瞬間的な減少挙動によって容
易に診断することができる。

［発明の効果］ 本°発明の操業診断方法を使用することにより、非晶質
金属薄帯のような単ロール法による急冷金属薄帯の製板
操業における製板異常をオンラインで容易に診断するこ
とができる。このようにして得た製板異常の有無のデー
タは、同時にオンラインで採取している製板条件のデー
タと合わせて解析することにより、安定な長時間の連続
製板を実現する操業条件を把握する上で極めて有用であ
り、工業的な意義は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をを実施する金属急冷薄帯製造装置模式
系統図、第２図、第３図、第４図はロードセル測定値の
チャートである。 ｌＯ・・・溶湯 １２・・・タンディツシュ １４・・・ストッパ捧 １６・・・溶融金属保持炉 １８・・・冷却ロール ２０・・・溶湯ノズル ２・・・ロードセル ４・・・変換器 ６・・・比較演算器 ８・・・サーボモータ制御装置 Ｏ・・・サーボモータ 出　　願　　人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　冷却ロール面に近接して配置されたスリット状の開
   口部を有する注湯ノズルを介して高速回転する冷却ロー
   ル上に溶融金属を射出し、急冷凝固させて急冷金属薄帯
   を製造するに際し、 タンディッシュ内の溶融金属重量を計測する機構を設け
   、該溶融金属重量を連続的に検出し、製板過程における
   該検出値の見掛け上の突発的な減少挙動によって製板異
   常を検知することを特徴とする急冷金属薄帯の製造にお
   ける操業診断方法。 ２　溶融金属重量を計測する機構として３個以上のロー
   ドセルを設けたことを特徴とする請求項１記載の急冷金
   属薄帯の製造における操業診断方法。