JPH0377751A - 非晶質合金薄帯の製造用ノズル装置 - 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１ 本発明は液体急冷法によって広幅の非晶質合金薄帯を製
造するためのノズル装置であって、非晶質合金薄帯を巻
取りを含めて長時間に亘って安定的に製造することので
きる装置に関する。

〔従来の技術］ 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）から直接非晶質
合金薄帯を製造することが行われている。特に広幅の非
晶質合金薄帯を製造する場合には、スリット状の注湯ノ
ズルから溶融合金を高速回転する冷却ロール上に射出し
、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
合金薄帯を安定に製造するには、注湯ノズル先端形状、
注湯ノズルと冷却ロールとの間の間隔および冷却ロール
の速度や表面性状など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。

特開昭５３−５３５２５号公報では、注湯ノズルの先端
形状に関して、注湯スリット幅０．２ないしｌ　ｍｍ、
前リップ（溶融金属が流出し、薄帯が製造される方向側
のリップ）の厚みをスリット幅の１．５ないし３倍、お
よび後リップ（前リップの反対側のリップ）の厚みをス
リット幅の１倍以上とし、さらに注湯ノズルと冷却ロー
ル表面との間の間隔をスリット幅の０．１ないし１倍に
制御することが非晶質合金薄帯の連続的な製造において
重要であると提案している。

このようにノズル先端形状の数値限定をする理由は次の
ようであるとされている。第２図はロール７表面に近接
して設けられている流出ノズル４の断面図である。第２
図に示すように溶融金属の溜まり（バドルＪＩ２を固化
前面Ｉ６、後リップ１３１５よび前リップ１４の間でｍ
械的に支持し。

制御することが連続的にストリップ１５を鋳造する上で
重要であるからと述べている。

しかしながら、本発明者らの単ロール法による鋳造実験
では、安定な連続製板が行われている時に、バドル１２
が後リップ１３や前リップ１４に機械的な支持を受ける
状況は認められなかった。

むしろ前リップ１４によるバドル１２の必要以上の支持
は安定製板を阻害し１時にはノズル４の破損をもたらす
ことになった。

また特開昭５６−５６７５８号公報は注湯ノズルの先端
゛形状に関して、注湯ノズルの開口幅を１．５ないし６
ｍｍとし、さらに注湯ノズルと冷却ロール表面との間の
間隔をスリット幅の０．００５ないし０．６倍にするこ
とを提案している。しかしながらこのような広い開口部
を有する注湯ノズルでは安定製板に問題があり、長時間
の操業を持続することが困難であった。

実開昭５７−１５６２５７号公報は注湯ノズルの先端形
状に関して、開口スリットから２　ｍｍＨ遠の前リップ
底面に０．３　ｍ　ｍ以上の段差を有する段付き後退部
分を設け、安定製板の確保に努めてている６しかしなが
ら広幅の非晶質合金薄を長時間にわたって連続的に製造
する操業を行ったところ、このような前リップ底面に段
差を設けただけでは安定製板を持続するには不十分であ
ることが判った。

さらに国際公開ＷＯ３４１０３８５２号公報では、スリ
ットの幅を０．２ないし１ｍｍ、後リップの厚みを３ｍ
ｍ以上および前リップの厚みを３ないし１０ｍｍとし、
注湯ノズルのリップと冷却ロール表面間の間隔を前リッ
プよりも後リップの位置でより広くとる製造装置を提案
している。しかしながらこの装置では、寸法関係が必ず
しも適切とはいえず、安定な製板を連続的に維持するこ
とができなかった。

〔発明が解決しようとする課題ｊ 以上述べたように、広幅の非晶質合金薄帯を連続的に製
造するためにこれまでもいくつかの提案が行われている
が、長時間安定操業を確実に行うことができるような、
満足すべきものではなかった。

本発明はこのような問題を解決した非晶質合金薄帯の製
造用ノズル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 本発明は上記目的を達成し、広幅の非晶質合金薄帯を安
定に連続製造するための製造装置である。

本発明は、溶融合金をスリット状の注湯ノズルを介して
高速回転する冷却ロール上に射出し、急冷凝固させて非
晶質合金を製造する非晶質合金薄帯の製造用ノズル装置
において、 注湯スリットの幅を０．５〜１．５　ｍ　ｍ、前リップ
の底面厚みを０．２〜１．５　ｍ　ｍ、後リップの底面
厚みを０．２〜５ｍｍ としたことを特徴とする。

上記非晶質合金薄帯の製造用ノズル装置において、さら
に前リップの底面から２ｍｍ以上の高さにおける前リッ
プの厚みは少なくとも１．５　ｍ　ｍ以上とするのが強
度上好ましい。

〔作用ｊ 本発明は１００ｍｍ幅以上の非晶質合金薄帯を少なくと
も１０分以上にわたって製板し、かつこれを連続的に巻
取る工業的な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合金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リ、コイル状の非晶質合
金薄帯を作゛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
質合金薄帯内に形成された部分的なりラックは勿論のこ
と、瞬間的な破断てさえもその存在を判断することは決
して容易でない、しかしある張力のもとて非晶質合金薄
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１巻取
りを持続することはできない、すなわち連続巻取りを前
提にする場合、製板状況に対して極めて厳しい評価を下
すこととなるのである。

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図は７ａ方向に高速移動して
いるロール７の表面に溶融金属を供給しているノズル４
の断面を示している。

非晶質合金薄帯の安定な製板中における注湯ノズル４の
先端での溶融金属の溜まり（パドル）１２の形状を詳細
に調べたところ、第１図に示すように溶融金属流はスリ
ット６の開口から冷却ロール７の面に向ってほぼ真直に
射出されて、ロール７の表面で凝固し製板が進行してい
た。すなわち特開昭５３−５３５２５号公報に示されて
いる第２図のような、バドルＩ２が固化前面１６、後リ
ップ１３および前リップ１４の間で機械的に支持される
状況は観察されなかった。従って、本発明者等の操業条
件では、前リップ１４や後リップ１３の底面の厚みは、
さほど大きな値は必要ないことがわかった。

第３図に本発明の非晶質合金薄帯の製造装置の１例を示
す、タンデイツシュＩは、注湯バイブ３から溶湯を供給
され、ストッパ２を開放したとき、溶湯溜め８を介して
流出ノズル４がら溶湯を冷却ロール７上に供給する。５
はノズルヒータ、６は出口スリットである。流出ノズル
４は底壁には出口スリット６を備え、溶湯溜め８の上方
開口でストッパ２を備え、タンデイツシュ１の内部と連
通している。ストッパ２は、溶湯溜め８の閉塞、開放を
司る。

第１図は出口スリット６の拡大図である。出口スリット
６は本発明においては特に規定する部分に関するもので
ある。

本発明の限定理由を以下に説明する。

注湯ノズルのリップ厚みの下限は主に高温でのｉ械的強
度の必要性から定められる。−数的な注湯ノズルには耐
熱性、機械的強度および組織の微細さなどの要求から、
溶融石英、窒化珪素もしくは窒化硼素の焼結体、または
窒化珪素・窒化硼素の複合焼結体、さらにサイアロン等
のファインセラミックス材料が多く用いられている。従
って、あまりに微細な加工を施すことは困難である。

方、スリット開口部としては製板する薄帯の表面性状を
よくするために、ノズル先端面において確実な形状を確
保しなければならない。

これらの必要性から前リップの底面の厚みＷｌおよび後
リップの底面の厚みＷ３の下限を０．２ｍｍに限定する
。

次に、前リップの底面の厚みＷｘの上限は安定な製板を
持続するための条件として定められた。

すなわち広幅の非晶質合金薄帯を長時間にわたって製造
する場合、未凝固物の極く一部が飛散して前リップの底
面に付着する現象が観察された。この付着物は製板開始
時の溶湯流の乱れによっても形成され、時にはノズル底
面の大きな付着物が冷却ロール面に接触してノズルを破
壊することもあるがこれは注湯開始時の工夫で対処する
ことができた。

しかしなから製板の進行と共に成長する付着物が製板さ
れたばかりの非晶質合金薄帯を傷付け、クラックを作っ
たり、破断の原因を導入する現象は操業条件の工夫で防
止することはできなかった。

第４図は前リップの厚みを３ｍｍにした場合に、前リッ
プ底面に形成された付着物の顕微鏡写真の１例を示した
ものである。このような付着物が製板と共に成長して、
冷却ロール面に密着した非晶質合金薄帯の表面を引掻く
程になると、第５図に薄帯の断面拡大写真を示すような
引掻き疵（凹凸）を薄帯表面に形成する。このような凹
凸部分が非晶質合金薄帯に形成されると、過厚部分が結
晶化して、脆くなるので連続的な巻取りを維持すること
ができない。

さらに、この付着物は製板が長時間に及ぶと１ｍｍ以上
にも肥大することがあり、ノズル破損や冷却ロール面を
傷付ける原因になった。製板過程における付着物の形成
現象について詳細な観察を行ったところ、前リップ底面
のスリット開口部の直近には付着物の生成することはな
かった。開口部のスリット幅およびノズル・ロール間ギ
ャップを種々変更して実験を試みたところ、製板時間が
１０分を越えても付着物の形成される位置のスリット開
口部からの距離が１．５　ｍ　ｍ以下になることはなか
った。そこで前リップ底面の厚みを１．５ｍｍ以下にし
たところ、前リップ底面に付着物が形成されることはな
くなった。これが前リップ底面の厚みを１．５ｍｍ以下
に限定した理由である。

なお、溶融金属の射出圧力やノズル先端とロール間のギ
ャップの条件によっては、パドルが前リップによって機
械的に支持され、前述したまうに安定製板が阻害された
り、ノズルの破損をもたらすこともあるので、これを避
けるために前リップ厚みをノズルのスリット幅の１．５
倍未満とするのが一層好ましい。

前リップの厚みｗｌを１．５　ｍ　ｍ以下の厚さにすれ
ば機械的な強度が不足して製板中に溶湯流と共に前リッ
プがノズル前方に破損してしまうおそれがある。そこで
前リップにおいてノズル底面から２ｍｍ以上の高さＨに
おける前リップの厚みＷ２は少なくとも１．５　ｍ　ｍ
以上にすることによって。

ｍ械的強度を確保する６ 次に後リップの底面の厚みＷ３の限定について説明する
。前述したように安定した製板かなされている場合には
、パドルが同化前面、後リップおよび前リップの間で機
械的に支持される状況は観察されない、従って、後リッ
プの厚みはさほど大きな値は必要なく、その下限は０．
２　ｍ　ｍに限定した。

後リップ厚みの上限は製板上の必要性から決められたも
のではない。安定な製板においてノズルとロールとの間
のギャップは極めて重要な操業因子であり、多くの場合
製板前および製板中にも、ノズルとロール間の間隔を光
学的な方法で測定し制御する。この場合に、ノズル底面
の厚みがあまりに大きくなると測定精度が低下する。そ
こで本発明においては、後リップ底面の厚み上限を５ｍ
ｍに限定する。

本発明においては注湯スリットの開口幅Ｗを０、５　ｍ
　ｍないし１．５　ｍ　ｍに限定した。これはスリット
の幅が０．５　ｍ　ｍよりも小さいとノズル詰まりが生
じて製板が不可能であり、一方スリット幅を１．５　ｍ
　ｍよりも大きくすると、ノズルとロールとの間のギャ
ップを小さくしてもスリット開口部からの注湯量が過大
となり、安定な製板を維持するための最適な板厚である
約１５ないし５０ＬＬｍの確保が困難になるからである
。

単に非晶質合金薄帯を製作するだけならば、厚み５０μ
ｍ以上の薄帯も製板が可能であるが、本発明の目的とす
る長時間の安定な製板および連続巻取りを前提にすると
、板厚の大きな非晶質合金薄帯における機械的な脆さは
致命傷になる。

次に実施例に基づいて本発明を説明する。

［実施例］ 実施例１ Ｆ　ｅ７ＢＭ　ｎ　Ｉ　Ｂ　ＩＱｓ　ｉ　１１の組成（
原子％）を有する合金を高周波誘導溶解炉で溶解し、溶
湯温度を１３００℃に保持した。この溶湯を第３図に示
した非晶質合金薄帯の製造装置に供給した。すなわち、
約１１００℃に予熱した内径４００ｍｍのタンデイツシ
ュｌ内に溶湯を注ぎ、タンデイツシュｌ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、約１３
５０℃に予熱した流出ノズル４内に溶湯を注入した。

出口スリット６は、 開口スリットの幅：０．７ｍｍ。

前リップの底面厚み：０．７ｍｍ、 後リップの底面厚み＋２．５ｍｍ とした。操業結果、ノズル詰りを生ずることなく、また
２５ｍ／抄で矢印７ａ方向へ回転する冷却ロール７上に
流出した溶湯流は、０．３５　ｍ　ｍのノズル・ロール
間ギャップ内でパドルブレークを生じることもなく、安
定した製板が行われた。

タンデイツシュｌ内の溶湯重量が操業中常にほぼ４０ｋ
ｇになるように流量制御したところ、３０分間にわたっ
て連続的な製板およびその巻取りを安定的に行うことが
できた。その後、注湯を停止して操業を終了させた。

実施例２ Ｆ　ｅ７ｇＢ１２ｓ　ｉ　Ｂ　ＣＩ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１３
００℃に保持した。この溶湯を第３図に示した非晶質合
金薄帯の製造装置の約ｔｔｏｏ℃に予熱したタンデイツ
シュｌ　（内径４００　ｍ　ｍ　）内に注ぎ、タンデイ
ツシュｌ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１．２ｍｍ、 前リップの底面厚みを１．０　ｍ　ｍ、後リップの底面
厚みを４．０　ｍ　ｍ、底面からの高さ２ｍｍの位置に
おける前リップ厚みを３ｍｍ としたところ、出口スリット６でのノズル詰りを生ずる
ことなく、また２５ｍ／秒で回転する冷却ロール７上に
流出した溶湯流は、０．２５ｍｍのノズルとロールとの
間のギャップ内でパドルブレークを生ずることなく、安
定な製板が行われた。

また製板中にノズルの破損することはなく、板厚的２７
ｕｍの表面性状の優れた非晶質合金薄帯が製造された。

タンデイツシュｌ内の溶湯重量が操業中常にほぼ３５ｋ
ｇになるように流量制御したところ、３０分間にわたっ
て連続的な製板および巻取り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。

実施例３ 注湯ノズルの先端形状に関して、 開口スリットの幅をＯ；　５　ｍ　ｍ、前リップの底面
厚みを０．４　ｍ　ｍ、後リップの底面厚みを２．０　
ｍ　ｍ、底面からの高さ２ｍｍの位置における前リップ
厚みを３ｍｍ とした他は、実施例２と同様に処理したところ、出口ス
リット６でのノズル詰りを生ずることなく、また２５ｍ
／秒で回転する冷却ロール７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。また
製板中にノズルが破損することもなく、板厚的１９μｍ
の表面性状の優れた非晶質合金薄帯を製造することがで
きた。

タンデイツシュｌ内の溶湯重量が操業中常にほぼ４０ｋ
ｇになるように流量制御したところ、３０分間にわたっ
て連続的な製板および巻取りが安定に行われた。その後
、注湯を停止して操業を終了した。

比較例１ 注湯ノズルの開口スリットの幅を０．２　ｍ　ｍとする
他は、実施例２と同様に処理したところ、出口スリット
６でのノズル詰りか生じて、製板を開始することができ
なかった。

比較例２ ノズルの先端形状に関して開口スリットの幅を０、６　
ｍ　ｍ、前リップの底面厚みを２．０　ｍ　ｍ　、後リ
ップの底面厚みを４．０　ｍ　ｍ　、および底面からの
高さ２ｍｍの位置における前リップ厚みを３ｍｍとする
ほかは、実施例２と同様に処理したところ、出口スリッ
ト６でのノズル詰りは生ずることなく、また２５ｍ／秒
で回転する冷却ロール７上に流出した溶湯流は、０．４
０ｍｍ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、製板が開始された。板厚的２２μｍの非晶質
合金薄帯が製造されたが、製板が開始してから約２分程
経過した時、製板直後の非晶質合金薄帯が切れ、巻取り
を続行することができなくなったので、操業を中断した
。

〔発明の効果１ 本発明の非晶質合金薄帯の製造装置は、注湯ノズルの先
端形状を規定することにより、ノズル詰りゃノズル破損
の発生なしに、また非晶質合金薄帯の破断もなく、安定
に長時間の連続製板および巻取りが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の説明図、第２図は従来技術の説明図、
第３図は単ロール注の説明図、第４図は前リップ底面の
付着物の走査電子顕微鏡写真、第５図は非晶質合金薄帯
の表面にできた引掻き傷の部分の断面写真である。 ■・・・タンデイツシュ ３・・・ン主ン場バイブ ５・・・ノズルヒータ ７・・・冷却ロール １２・・・溶融合金 １４・−・前リップ Ｉ６・・・同化前面 ２・・−ストッパ ４・・−流出ノズル ６・・・出口スリット ８・・・溶湯溜め １３・・・後リップ １５・・・非晶質合金薄帯

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　高速回転する冷却ロール上にスリット状の注湯ノズ
   ルを介して溶融合金を射出し、該溶融合金を急冷凝固さ
   せて非晶質合金を製造する非晶質合金薄帯の製造用ノズ
   ル装置において、注湯ノズルのスリットの幅を０．５な
   いし１．５ｍｍ、前リップの底面厚みを０．２ないし１
   ．５ｍｍ、および後リップの底面厚みを０．２ないし５
   ｍｍとしたことを特徴とする非晶質合金薄帯の製造用ノ
   ズル装置。 ２　前リップの底面から２ｍｍ以上の高さにおける前リ
   ップの厚みを少なくとも１．５ｍｍ以上としたことを特
   徴とする請求項１記載の非晶質合金薄帯の製造用ノズル
   装置。