JPH04356336A

JPH04356336A - 急冷金属薄帯の製造方法

Info

Publication number: JPH04356336A
Application number: JP15608691A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Shibuya; 清渋谷; Masakatsu Nara; 正功奈良; Toru Sato; 徹佐藤
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1992-12-10

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単ロール法等によって
製造される非晶質合金薄帯など急冷金属薄帯の製造方法
に関し、さらに詳しくは金属薄帯の表面性状の改善に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、単ロール方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）
を直接金属薄帯に加工する製造技術の開発が進められて
いる。このような直接製板技術における重要な要件は、
板厚の均一性や表面性状等に関する製板技術である。特
にここでは、トランスの鉄心材料として用いられるアモ
ルファス合金薄帯のように積層して用いる場合、表面性
状の優劣がトランスの特性（ここでは薄帯の占積率の低
下によるトランスの大型化をいう）を左右する。

【０００３】金属薄帯の表面性状劣化の原因は、冷却ロ
ール表面の境界層に乗ってくるエアーが冷却ロール上の
溶融金属の溜り部（以下パドルという）と冷却ロールの
間の境界に入り、そのエアーがそのまま薄帯に閉じ込め
られてしまうためである。エアーがこの境界層に入り込
むメカニズムは、パドルがある外力によって加振され、
冷却ロールとパドルとの濡れ角が変化し、入り込み易く
なる度に周期的にエアーの巻き込み部（以下エアーポケ
ット）ができる。これは薄帯に周期的な、一見魚の鱗状
の模様（以下フィッシュスケール）を形成する。この薄
帯表面性状を悪化させるパドル振動の種類は従来報告さ
れているものに２つあって、１つはエアーがパドルにぶ
つかることによってパドル膜が振動する運動学的原因（
キャピラリーウエーブ）のもの、他の１つはエアーがパ
ドルにぶつかり、溶鋼表面を不均一に酸化させ表面張力
が不均一になった結果振動する化学反応的原因（マラン
ゴニー・イフェクト）がある。

【０００４】これらの原因によるをパドル振動を防止す
る方法として従来の考え方は、パドルに衝突するエアー
を希薄にするか、低密度の不活性ガスもしくは還元性ガ
スと置換する等の方法をとることによって運動学的原因
と化学反応的原因の両方をなくそうとした。例えば、特
開昭５１−１０９２２１号公報の改良合金フィラメント
の製法には減圧チャンバー内での製法が開示されている
。しかし、実験室的もしくは少量の製造の場合には可能
であるが大量生産にはこの方法は設備及びランニングコ
ストの点で問題が多い。特開昭５９−２０９４５７号公
報の金属薄帯鋳造装置及び方法は、上記方法の設備的問
題を改良した低密度かつ高温の不活性ガスを用いる方法
が開示されている。しかし、効果のある低密度のヘリウ
ム、クリプトン、キセノンなどの不活性ガスは高価でや
はりランニングコストの問題が残っていた。特開昭６０
−３７２４９号公報、特表平１−５０１９２４号公報の
発熱性の還元性雰囲気における鋳造方法及び装置におい
ては安価な一酸化炭素を燃焼することによって低密度の
還元性ガスを用いてランニングコストの問題を解消した
。しかし、一酸化炭素は爆発の危険と人体に中毒症を起
こす危険なガスであるため安全上の問題は深刻なもので
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来技術においては設備上、ランニングコスト上、安全対
策上の問題等いろいろな欠点があった。本発明は、これ
らの問題を解決する急冷金属薄帯の製造方法を提供する
ことを課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転冷却ロー
ル面に溶融金属を射出し、急冷凝固させて連続的に薄帯
を製造する急冷金属薄帯の製造にあたり、ロール面上へ
射出される溶融金属流の近傍を所定ガス雰囲気に保持す
るチャンバーで被覆し、二酸化炭素を主成分とし、窒素
含有量を５０体積％以下、温度が０℃以上，２００℃以下、露点が冷却ロール表面温度以下のガスを溶融金属の凝固領域に吹付けてガス雰囲気を形
成させることを特徴とする急冷金属薄帯の製造方法であ
る。

【０００７】上述の二酸化炭素を主成分とするガスは、
製鋼工程において発生する転炉ガスもしくはコークス炉
ガスを燃焼し調湿したものを使用することができる。

【０００８】

【作用】本発明者らは、雰囲気ガスの効果を種々に実験
した結果、従来考えられていた低密度ガスではなく、む
しろ高密度ガスに属する二酸化炭素ガスが効果のあるこ
と、およびそのガス中の窒素ガスは負の効果を持ってい
ることを発見した。鉄鋼プロセスにおいては、転炉にお
ける溶鋼の酸素脱炭に変えて、二酸化炭素脱炭が行われ
ている例がある。このプロセスでは二酸化炭素は分解し
、酸素が炭素と反応するが、これと同時に一部鉄とも反
応しているわけで、同様なプロセスがパドル表面で起こ
っていると考えられる。これによりパドル表面は酸化被
膜によって粘性が増加し、パドル振動を減少しフィッシ
ュスケールがなくなるものと考えられる。このプロセス
から考察されることは、通常のエアー中酸素がパドルに
衝突し、なぜ不均一な酸化反応によるマランゴニー現象
といわれる弊害がでるかであるが、このとき、エアー中
の８０％を占める窒素が均一な酸化を阻害していると考
えられる。

【０００９】そこで、二酸化炭素中の窒素％とフィッシ
ュスケール減少効果の関係を調査した結果、図４に示す
ように５０体積％以下ならば問題にならないということ
が判明した。この範囲内の窒素ガスを含む二酸化炭素ガ
スは、生産上の廃ガスとしてどこでも多く、安価かつ安
全に入手することができ、廃ガスの有効利用となるので
好都合である。例えば、表１に示すように、転炉ガスに
は７〜８体積％、コークス炉ガスには４〜５体積％の窒
素が含まれているだけである。これに対して、高炉ガス
には５０〜６０体積％も窒素が含まれており、適切なガ
ス組成とはいえない。そこで、転炉廃ガス及びコークス
炉廃ガスを用いて実験したが、意外なことに、パドルの
安定が得られなかった。この理由を調査した結果、いず
れのガスにも水素の他にメタンのようなパラフィン系炭
化水素やエチレンのようなオレフィン系炭化水素が含ま
れているため、これらが廃ガスとして燃焼する際に二酸
化炭素と水になり、この水が冷却ロール面上で凝集し、
パドルでの小規模水蒸気爆発を起こして不安定にさせて
いたことが判明した。よって、使用可能なガス組成には
水蒸気の規制も必要であった。コンデンサーで露点を冷
却ロール表面温度以下に調湿したガスで実験した結果、
図３に示すような表面性状の良好な薄帯が得られた。

【００１０】

【表１】

【００１１】表１は鉄鋼プロセスで発生する副生ガスの
成分（体積％）を示している。上記ガスの温度は０℃以
上２００℃以下とする。その理由は、溶融金属が噴出さ
れる前、冷却ロール表面温度は冷却水温と平衡状態にあ
り、０℃以下にはならない。ガスの調湿を行ない露点を
考慮すると、ガスの温度は０℃〜２００℃の範囲が経済
的であるからである。

【００１２】

【実施例】図１は本発明を好適に実施する製造装置の説
明図である。注湯ノズル１から溶融金属が噴出され、冷
却ロール２との間で溶融パドル３を形成し、冷却ロール
からの抜熱により急冷凝固して薄帯４となる。冷却ロー
ル２上に付着している薄帯４は、エアーナイフ５から噴
出するエアーによって剥離される。パドル３の前後には
ガス噴射ノズル６及び雰囲気保持用カバー７が設置され
、二酸化炭素を主とする適正なガス組成の雰囲気とする
ことができる。

【００１３】図２には鉄鋼製造プロセスとの結合を示し
たもので、この例では転炉８のガス回収設備９と結合さ
せている。ガスを燃焼して調湿後コンプレッサー１０で
加圧し、タンク１１に貯蔵し適宜薄帯製造設備に供給す
ることが可能である。本例は鉄鋼プロセスとの結合例で
あるが他の生産設備においても二酸化炭素の廃ガスは多
くあり、この例に限らず結合して用いることができる。

【００１４】〔実施例１〕図１に示した装置により、下
記の条件で製板を行った。溶融金属：Ｆｅ８０・Ｂ１０・Ｓｉ９・Ｃ１（原子％）
溶融温度：１３００℃ 注湯ノズル：１５０ｍｍ幅スリット冷却ロール：水冷銅合金製冷却ロール周速：２５ｍ／ｓｅｃ雰囲気ガスとしては２０℃の二酸化炭素が９０体積％以
上、窒素が１０体積％以下のものを毎分０．３Ｎｍ３　
／ｍｉｎ．用いた。この結果、図３（ａ）に示すように
、薄帯は２０μｍ厚、１５０ｍｍ幅の表面性状、表面粗
さＲａ＝０．６μｍ以下の良好なものが得られた。

【００１５】〔比較例１〕雰囲気ガスを２０℃の二酸化
炭素が４０体積％、窒素６０体積％にし、それ以外の条
件を実施例１と同じにして実験した。その結果、図３（
ｂ）に示すようにフィッシュスケールが発生し、表面粗
さＲａ＝１．２μｍとなった。

【００１６】〔実施例２〕雰囲気ガスに転炉の１５０℃
の廃ガスを露点０℃以下に調湿したものを用いた。他は
実施例１と同じ条件で実験した。その結果、フィッシュ
スケールのない、表面粗さＲａ＝０．８μｍ以下の良好
な薄帯が得られた。

【００１７】〔比較例２〕雰囲気ガスに１５０℃の高炉
の廃ガスを露点０℃以下に調湿したものを用いた。他は
実施例１と同じ条件で実験した。その結果、フィッシュ
スケールが発生し表面清浄Ｒａ＝１．３μｍ程度の薄帯
しか得られなかった。

【００１８】〔比較例３〕雰囲気ガスにコークス炉の１
００℃の廃ガスを露点２０℃程度に調湿したものを用い
た。他は実施例１と同じ条件で実験した。その結果、パ
ドルが安定せず良好な薄帯が製造できなかった。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、表面性状良好な薄帯の
製造が効果的かつ安価で安全に行えるようになり、生産
性の向上に優れた効果を奏する。この結果、産業上の貢
献度は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を好適に実施する製造装置の説明図であ
る。

【図２】図１と鉄鋼プロセスとを結合した実施例のガス
系統図である。

【図３】薄帯の表面性状を示す写真であり、図３（ａ）
は本発明の実施例、図３（ｂ）は比較例、図３（ｃ）は
従来例である。

【図４】二酸化炭素％、窒素％と薄帯表面粗度との関係
グラフを示す。

【符号の説明】

１　　注湯ノズル２　　冷却ロール３　　パドル４　　薄帯５　　エアーナイフ６　　雰囲気ガス噴射ノズル７　　雰囲気保持用カバー８　　転炉９　　ガス回収設備１０　　コンプレッサー１１　　タンク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　回転冷却ロール面に溶融金属を射出し
、急冷凝固させて連続的に薄帯を製造する急冷金属薄帯
の製造にあたり、ロール面上へ射出される溶融金属流の
近傍を所定ガス雰囲気に保持するチャンバーで被覆し、
二酸化炭素を主成分とし、窒素含有量を５０体積％以下
、温度が０℃以上，２００℃以下、露点が冷却ロール表
面温度以下のガスを溶融金属の凝固領域に吹付けてガス
雰囲気を形成させることを特徴とする急冷金属薄帯の製
造方法。
【請求項２】　　前記二酸化炭素を主成分とするガスが
製鋼工程において発生する転炉ガスもしくはコークス炉
ガスを燃焼し調湿したものである請求項１記載の急冷金
属薄帯の製造方法。