JPH03155439A - 急冷金属薄帯の製造装置 - 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、溶融金属を急冷凝固させて連続的に金属薄帯
を直接製造する、急冷金属薄帯の製造装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

非晶質又は結晶質の金属薄帯を製造する代表的な方法と
して、単ロール法が挙げられる。

金属薄帯は、例えば単ロール法によれば流出ノズルの出
口スロットから溶融金属を高速回転する冷却ロール上に
流出させることにより連続的に製造される。このような
急冷金属薄帯の製造装置の出口スロットの開口端は極め
て狭（、このため急冷金属薄帯の製造操業初期に出口ス
ロット内へ溶融金属飛沫が飛び込み凝固′してしまうと
、出口スロットが部分的又は全面的に閉塞して、いわゆ
るノズル詰りか生じ、その後の円滑な急冷金属薄帯の製
造を続行することができな（なってしまう。

また注湯開始時に出口スロットに向って溶融金属の奔流
が飛び込んで（ると、ノズルと冷却ロール表面の間に形
成される湯溜まりの破壊、すなわちパドルブレークが生
じて、安定な急冷金属薄帯の製造が困難になる。

このようなノズル詰り及びパドルブレークの抑制を図る
急冷金属薄帯の製造装置について以下に述べる。

ノズル詰まりによるトラブルを防止するために工業的に
は流出ノズルやタンディツシュの予熱が行われている。

すなわち流出ノズルやタンディツシュを７００ないし１
０００℃の高温に予熱した後、流出ノズル内へ溶融金属
を注入することが一般的に行われてきた。しかし十分な
予熱が行われた場合でも、出口スロット内への溶融金属
飛沫の飛散、付着と、それに引き続く溶湯の流入との間
に時間遅れが生じると、ノズル詰まりに至ったのである
。

このようなノズル詰まりを防止するために、特開昭５８
−１２２１５７号公報では高温の溶融金属をタンディツ
シュに注湯して保定した後、最適温度の溶融金属を注湯
することによってタンディツシュ及びノズルの予熱不足
を補償し、また溶融金属の落下に伴う動圧を利用する方
法が提案されている。

しかし、実操業においては、流出ノズル内へ溶融金属飛
沫が少量飛散し、出口スロット内で凝固してノズル詰ま
りになることもしばしば経験されてきた。また、ストッ
パを開放したときに溶湯の奔出流によってパドルブレー
クを生じるなど、出口スロットからの流出が不安定にな
る問題があった。

また特開昭６１−２８９９５３号公報及び特開昭６１−
２９６９４１号公報では、流出ノズルの内部に多孔板を
設け、溶湯流の均一化を図る方法が提案されている。

しかし多孔板の貫通孔は、ストレートに出口スロットに
向っているので流出ノズル内への少量の溶湯飛散がノズ
ル詰まりをもたらす欠点は依然として残っていた。

［発明が解決しようとする課題］ 急冷金属薄帯の製造操業初期におけるノズル詰まりの原
因は、基本的には流出ノズル内又は出口スロット内にお
ける溶融金属飛沫の温度低下にほかならない。この温度
低下の理由の多くは、タンディツシュや流出ノズルへの
熱流出であるから、ノズル詰まりの防止には流出ノズル
等の予熱が不可欠である。

しかし、流出ノズル等の予熱を行ったとしても、出口ス
ロットの開口部は極めて狭いので、出口スロットに少量
の溶融金属飛沫が飛び込むと、急激な温度低下となって
凝固し、その結果ノズル詰まりに到る傾向があった。

すなわち出口スロットに注入される溶融金属量がストッ
パの開放初期に少量であることから温度低下が著しいの
であり、したがって十分な量の金属溶湯が連続的に供給
されるならばノズル詰まりを防止することができるはず
である。

一方、過剰の溶融金属が十分すぎる動圧を持って出口ス
ロットに供給されると、パドルブレークとなり、安定な
製板を開始することができない。

ストッパの解放時に生じる奔出流が出口スロットに直接
供給されると、溶湯の動圧は顕著に増大するのであり、
したがって奔出流を抑制できるならばパドルブレークを
防止することができる。

本発明は、ストッパの開放初期に溶融金属の飛沫が出口
スロット内へ飛び込むことを防ぎ、また大量の溶融金属
の出口スロットへの流れがスロット開口方向に対してほ
ぼ直角になるように、流出ノズルに連続的に供給させる
ことにより、従来技術が残していた問題の解決を図るも
のである。

すなわち、本発明は、ノズル詰まりやパドルブレークな
どを抑制し、安定した急冷金属薄帯の製造を行うことが
できる急冷金属薄帯の製造装置を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段１ 本発明は、高速回転す、る冷却ロールに面する出口スロ
ットを備え、この出口スロットと連なる溶湯溜めの上方
開口でストッパによる閉塞、開放を可能としてタンディ
ツシュと組合わせた急冷金属薄帯製造用の金属溶湯の流
出ノズルを有し、溶湯溜めに向う金属溶湯の奔出流動に
伴う溶融金属飛沫の出口スロット内への飛散付着を遮り
、また出口スロットへの溶湯流がスロット開口方向に対
してほぼ直角になるように、出口スロットに対応する部
分を閉塞し、同時に局部的開口部を有する邪魔板片を、
溶湯溜め内に配置したことを特徴とする急冷金属薄帯の
製造装置である。

また、溶湯溜め内の邪魔板片における開口部が出口スロ
ットの長手方向両端部側あるいは幅方向両端部側に、も
しくは長平方向両端部側と幅方向両端部側の両方あるこ
とを特徴とする急冷金属薄帯の製造装置である。

さらに、溶湯溜め内の邪魔板片における開口部が貫通セ
ル構造あるいはオープンボアの多孔質構造であることを
特徴とする急冷金属薄帯の製造装置である。

また、邪魔板片における開口部をすくなくとも出口スロ
ットの幅方向両端部に設けた場合にはその長手方向の開
口ピッチが２０〜８０ｍｍであることが望ましい。

さらに、邪魔板片における開口部を出口スロットの幅方
向両端部側及び長手方向両端部側に設けた場合には、全
開口面積の６０〜８０％を長平方向両端部側に配分する
のが良い。

第１図に、本発明の急冷金属薄帯の製造装置の１例を示
す。図中番号ｌはタンディツシュ、２はストッパ、３は
注湯バイブ、４は流出ノズル、５はノズルヒータ、６は
邪魔板片、７は出口スロット、８は冷却ロール、９は溶
湯溜めである。

流出ノズル４は、第２図に示すように底壁には出口スロ
ット７を備え、この出口スロット７と連なる溶湯溜め９
内に邪魔板片６を配置し、溶湯溜め９の上方開口におい
て、タンディツシュ１の内部と連通ずる。ストッパ２は
、上記溶湯溜め９の上方開口において溶湯溜め９の閉塞
、開放を司る。

ここで、流出ノズル４の出口スロット７を囲繞するノズ
ルチップの材質としては、窒化珪素、窒化硼素、窒化珪
素・窒化硼素複合体、サイアロン・窒化硼素複合体や溶
融石英などを有利に用いることができる。また出口スロ
ットの開口幅は、０．３〜１．５　ｍ　ｍ程度を選ぶこ
とができ、また出口スロットの長平方向の長さは製造す
る急冷金属薄帯の板幅と同一に選ぶことができる。

〔作用〕

本発明では流出ノズル４の溶湯溜め９内に邪魔板片６を
配置したことが特徴である。この邪魔板片６としては、
耐熱性を有する多くのセラミックスを使用することがで
き、例えば窒化珪素、ムライト、石英、コージェライト
等を用いることが好適である。邪魔板片における開口部
は単純な開口でもよいが、不規則なオープンボアの多孔
質成形体よりなるもの、あるいは厚み方向にほぼ真直に
平行配列した貫通セル構造のものをより有利に用いるこ
とができる。

この邪魔板片６は、溶湯溜め９に向う金属溶湯の奔出流
動に伴い、溶融金属飛沫が出口スロット７の壁面へ飛散
付着するのを遮るために、第１図に示したように出口ス
ロットに対応する部分では閉じている必要がある。これ
によって、出口スロット７内への溶融金属飛沫の飛び込
みによるノズル詰まりを防止することができる。

溶湯溜め９は出口スロット７へ溶融金属を導（ことが役
割であるから、邪魔板片６には開口部が必要である。し
かしながら、出口スロット７の直上に開口部があると、
ストッパを開放したときに動圧を持った溶湯の奔出流に
よってパドルブレークを生じる等、出口スロットからの
流出が不安定になる問題があった。この問題を回避する
一つの手段は、出口スロットへの溶湯流がスロット開口
方向に対してほぼ直角になるように邪魔板片の開口部を
配置することによって、溶融金属の流れを調整すること
である。

第２図に流出ノズル４の一例の断面図を示した。より具
体的には溶湯溜め９内の邪魔板片６における分流路の開
口部１，１の位置は、第２図に示すように出口スロット
７の長平方向両端部側あるいは幅方向両端部側もしくは
長平方向両端部側と幅方向両端部側の両方に設けること
が有利である。このような開口部１１の配置によって、
ストッパ２を開放したときに溶湯溜め９内に流入する溶
融金属流１０は出口スロット７に直接衝突することはな
（、溶湯溜め９の底壁に落下して横方向に流動し、その
後スロット７の開口方向に対してほぼ直角に、換言すれ
ば横方向から出口スロット７内に流れ込むことになる。

この場合溶湯の落下に伴う動圧は溶湯溜め９内において
既に吸収されているから、パドルブレークは発生しに（
いことになる。

この開口部１１には不規則なオープンボアの多孔質成形
体よりなるもの、あるいは厚み方向にほぼ真直に平行配
列した貫通セル構造のものをより有利に適用することが
できる。これらの開口部を通過する際に溶湯流が整流さ
れるので、出口スロット上での溶湯の揺動がより一層解
消されるからである。したがって、ストッパ２の開放初
期に発生が懸念される流出ノズルと冷却ロール間で生ず
るパドルブレークを皆無にすることができ、その結果安
定した急冷金属薄帯の製造操業を行うことが可能となる
。

第３図に、邪魔板片６の全体形状を分流路開口部１１の
貫通セルの開口形状およびその配列の例とともに示す。

第３図（ａ）〜（ｅ）は、開口部を出口スロットの長平
方向両端部に設けた例であり、（ｆ）、（ｇ）は出口ス
ロットの幅方向両端部に設けた例であり、（ｈ）は長平
方向両端部側と幅方向両端部側の両方に設けた例である
。なお、貫通セルの開口形状と配列は、これらの例にの
み限定されるものではない。分流路開口部１１の寸法は
、貫通セルのサイズと開口率（開口面積率で定義される
）とによって定義され、分流路を備えた邪魔板片６の寸
法は、予熱温度や溶融金属の粘性、介在物の多少等を考
慮して任意に選択することができる。例えば、Ｆｅ−Ｂ
−Ｓｉ系非晶質合金薄帯を製造する場合、開口部の寸法
としてセルサイズ２ｍｍ、開口率７０％でノズル詰まり
もな（、幅１００ｍｍの安定した急冷金属薄帯の製造操
業を行うことができた。

ところで、幅１００ｍｍを超える非晶質合金薄帯を製造
するための広幅ノズルの場合には、さらに問題点があっ
て、邪魔板片６の各開口部１１から流下する各溶融金属
流の出口スロットの長手方向のピッチと出口スロット上
で合流する時間との関係が重要となり、最適でない場合
、以下の３ケースの問題を発生する。

第３図（ｈ）を例にとり説明する。

第１のケースは、開口部１１のピッチ１２が大きく、溶
融金属流の速度もそれほど大きくないために合流時間が
大きい場合で、溶融金属は、溶湯溜め９の底壁に落下し
、出口スロットと直角の横方向の流動となるが、開口部
１１の間隔を大きくすると出口スロットが広幅のため、
合流するまでに時間がかかり、出口スロットに沿って幅
方向に流れている間にノズルチップからの抜熱により合
流前にノズル詰りを発生する。

第２のケースは、開口部１１のピッチ１２が小さ（合流
時間も小さい場合で、開口部がフィルタのようになり、
各開口部を流れる溶湯流は小さく、出口スロット７を通
過するだけの熱量と動圧を持つことができなくなり、結
局ノズル詰まりとなる。

第３のケースは、開口部１１のピッチを大きくしたまま
で合流時間を小さくする場合であるが、結果として、溶
融金属流の速度を大きくすることとなり、合流時の衝突
速度が大きな動圧に変換され、その箇所でパドルブレー
クを発生する。

そこで、これらの問題が発生しない条件を実験と解析を
重ねて追求したところ、溶融金属の流動速度Ｖは、１〜
２　ｍ　／　ｓ　ｅ　ｃで、出口スロットに溶融金属が
出始めてから合流するまでの最適時間ｔは０゜０２〜０
．０４秒の必要があることが分かった。

これらの条件から邪魔板片に設ける開口部の出ロスロッ
ト長手方向のピッチｐは ｐ＝ＶＸｔ ＝　２０〜８０・ｍｍ とする必要がある。

さらに、邪魔板片のスロット長手方向両端部側と、幅方
向両端部側の開口面積の配分は厚みと品質が幅方向で均
一な広幅の薄帯を製造するうえで重要であり、長手方向
両端部側の面積を、全開口面積の６０〜８０％とすると
好適である。

［実施例］ 実施例Ｉ Ｆ　ｅ７７ＭｎＩ　Ｂ１（ＩＳ　ｉ　１２の組成（原子
％）になる合金を高周波誘導溶解炉で溶解し、溶湯温度
を１３１０℃に保持した。この溶湯を第１図に示した急
冷金属薄帯の製造装置の約ｉ　ｏｏｏ℃に予熱したタン
ディツシュ１　（寸法：４００ｍｍ径）内に注ぎ、タン
ディツシュ１内の溶湯重量が２０ｋｇを超過した時点で
ストッパ２を引上げ、溶湯を約１３５０℃に予熱した流
出ノズル４内に一気に注入し、ムライト製の邪魔板片６
（開口スロットの直上３０ｍｍＸ　１４０ｍｍを閉鎖、
開口部のセル形状：正方形、セルサイズ（正方形の一辺
の長さ）２ｍｍ、開口率７０％、厚さ１０ｍｍ）の開口
部（開口スロットの長手方向に配置）を通過させた。そ
の結果、溶湯は顕著に整流化され、出口スロット７（長
さ１００ｍｍ、間隔０．６　ｍ　ｍ　）へは滑らかな溶
湯流が横方向から連続的に供給され、ノズル詰まりは生
じなかった。また、出口スロット７から冷却ロール８上
に流出した溶湯流は０、４　ｍ　ｍのノズル・ロール間
ギャップ内でパドルブレークを全く生じることな（，２
６μｍ厚みの非晶質合金薄帯が安定に製造された。

実施例２ 第１図に示すような配置で２５０ｍｍ幅の薄帯製造実験
を下記の条件で行った。

溶融金属；　ＦｅａｏＢｔｏｓ　ｉ９　Ｃ１（原子％）
溶融温度；１３００℃ 注湯ノズル；２５０ｍｍ幅スリット 邪魔板片開口部間隔；３０ｍｍ、 邪魔板片両端開口面積；７０％ 邪魔板片材質；ムライト 冷却ロール；水冷銅合金製 冷却ロール周速；　２５．ｍｍ／ｓ　ｅ　ｃこの結果、
ノズル詰まり及びパドルブレークもなく、薄帯は２ＯＬ
Ｌｍ厚、２５０ｍｍ幅の良好なものを安定して製造する
ことができた。

比較例１ 実施例１において邪魔板片をいれないことを除きその他
は同じ製造条件で薄帯を製造した。

その結果、激しいパドルブレークが発生し、製造を継続
することができなかった。

比較例２ 実施例１において、邪魔板片を３ｍｍ角の穴のあいたセ
ラミックフィルターにした他は同じ条件で製造した結果
、ノズル詰まりを発生し、薄帯の製造ができなかった。

比較例３ 実施例１において、邪魔板片開口間隔を１２５ｍｍにし
たこと以外は、同一条件で製造した結果、溶融金属流が
合流する出口ノズル中央部で小さなパドルブレークを発
生し、これが薄帯の筋状欠陥として残った。

［発明の効果］ 本発明の急冷金属薄帯の製造装置は、溶湯溜め内に邪魔
板片を配置することにより、ノズル詰まりやパドルブレ
ークの発生無しに、円滑な急冷金属薄帯の製造が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の急冷金蔵薄帯製造装置の全体縦断面図
、第２図は実施例の流出ノズルの縦断面図、第３図は邪
魔板片の全体形状の例を示す平面図である。 １・・・タンディツシュ ２・・・ストッパ ３・・・注？易パイプ ４・・・流出ノズル ５・・・ヒータ ６・・・邪魔板片 ７・・・出口スロット ８・・・冷却ロール ９・・・溶湯溜め

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　冷却ロールに対面する出口スロットとこれに連設し
   た溶湯溜めとから成る流出ノズル を、タンデイッシュ底部にストッパを介在させて取付け
   た急冷金属薄帯の製造装置において、 前記溶湯溜め内部に邪魔板片を配設し、該 邪魔板片は、タンデイッシュからストッパの隙間を通っ
   て奔出流動する溶融金属飛沫が出口スリット内へ飛散付
   着するのを遮る位置に取付けられ、かつ、溶湯流を前記
   スロット開口の流出方向に直角方向に分流させる分流路
   を備えた邪魔板であることを特徴とする急冷金属薄帯の
   製造装置。 ２　前記分流路の開口を前記出口スロットの長手方向両
   端部側に設けたことを特徴とする請求項１記載の急冷金
   属薄帯の製造装置。 ３　前記分流路の開口を前記出口スロットの幅方向両端
   部側に設けたことを特徴とする請求項１記載の急冷金属
   薄帯の製造装置。 ４　前記分流路の開口を前記スロットの長手方向両端部
   側及び幅方向両端部側に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装置。 ５　前記分流路の開口が貫通セル構造又はオープンボア
   の多孔質構造であることを特徴とする請求項２ないし４
   のいずれかに記載の急冷金属薄帯の製造装置。 ６　前記分流路のスロット長手方向の開口ピッチが２０
   ｍｍ〜８０ｍｍであることを特徴とする請求項３又は４
   に記載の急冷金属薄帯の製造装置。 ７　前記分流路のスロット長手方向両端部側の開口面積
   が全開口面積の６０〜８０％であることを特徴とする請
   求項４記載の急冷金属薄帯の製造装置。