JPH0686847U - 急冷薄帯製造用冷却ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】板厚２５μｍ以上の厚肉アモルファス金属リボ
ンを安定的に製造する。 【構成】熱伝導率の大きい銅合金等を冷却スリーブ１３
とし、その内面に線速度１０ｍ／秒以上の冷却水噴流を
衝突させるスプレーノズル９を備えた。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、溶融金属を急冷凝固させることにより厚肉アモルファス金属リボン を製造するのに有利な冷却ロールに関するものである。

【０００２】

【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から直接金 属リボンを製造する装置が知られている。 一般に、このような装置にあっては、高速回転する冷却ロールは種々の手段に より冷却されるが、約１４００℃と高温の溶湯による冷却ロールの熱膨張を防止 することはできない。

【０００３】 例えば、この熱膨張が発生すると、注湯ノズルと冷却ロールとの間のギャップ が変化するため均一な厚みの薄帯を得ることができないとか、冷却不足によって アモルファス金属リボンが部分脆化するという問題がある。 したがって、冷却ロールの熱膨張量をできるだけ少なくかつ均一にし、また高 い抜熱能力を持つ冷却ロールとすることが重要な課題の１つである。

【０００４】 そこで、特公昭６０−５１９３３号公報では、円周に沿って互いに間隔をとっ て配列された複数の冷却用流体を通すための溝管を冷却面近くに配置した鋳造ホ イールが提案されている。 しかしこの鋳造ホイールは、複数の部品がボルト締め等により構成されており 、この場合ボルトの存在する近くでは拘束による半径方向の熱膨張ムラができる 。また、冷却用流体の線速度を大きくしようとすると大量の流体を供給する必要 があり、装置が大型化してしまうという問題があった。

【０００５】 これに対して、特開昭５７−１４４４４号公報では上記問題点を解決するもの として、半径方向の熱膨張量が全周にわたって一様となる構造の冷却ドラムが提 案されている。このドラムはドラム本体に冷却水ヘッダーを有し、鋳造リング内 部に円周方向にスリット溝を持ち、冷却水を循環している。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上記特開昭５７−１４４４４号公報等に開示されている従来技術では、アモル ファス金属の溶湯を急冷凝固して、特に、１００ｍｍ以上の広幅のリボンを製造 する場合に、十分な冷却速度が得られず、リボンが部分脆化するという問題があ る。さらに、最近、板厚２５μｍ以上の厚肉アモルファス金属リボンのニーズが 高まっており、このような厚肉リボンを製板するためにはより一層の冷却速度の 向上が望まれる。

【０００７】 また、ヘッダ方式の円周方向スリット構造を有する冷却ロールでは中央部の冷 却水の突出流量が大きく、冷却むらが発生し、幅方向の熱膨張差、いわゆるヒー トクラウンが問題となる。 本考案は上記問題点を解決した急冷薄帯製造用冷却ロールを提供するものであ る。すなわち、従来方式と比較して高い冷却速度を有し、かつ幅方向の均一な冷 却を実現するもので、広幅の厚肉のアモルファス金属リボンを安定的に製造する ことを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案は、高速回転する冷却ロール上に注湯ノズルを介して溶融金属を射出し 、この溶融金属を急冷凝固させて板厚２５μｍ以上の厚肉アモルファス金属リボ ンを製造する冷却ロールにおいて、上記冷却ロールの鋳造面に高熱伝導性の金属 製冷却スリーブを有し、この冷却スリーブ内面に線速度１０ｍ／秒以上の冷却用 流体噴流を生成する手段を備えたことを特徴とする。この場合に、上記冷却スリ ーブの厚みが３〜１０ｍｍであり、その材質が銅もしくは銅合金、モリブデンも しくはその合金、又はニッケルもしくはその合金とすることが好ましい。

【０００９】 なお、冷却流体噴流を生成する手段としては水噴射ノズルを備え、ノズルが、 内径１〜５ｍｍであって、ノズルの先端と冷却スリーブ内面との間隔が３〜２０ ｍｍとすることが好ましい。 また、本考案は、次の具体的な構成を有する。これを図１及び図２を用いて説 明する。図３は本考案ロールの構成を示す説明図で、図３（ｃ）は回転軸３の外 周に嵌設された第１のスリーブ８の外面の展開図、図３（ｂ）は第１のスリーブ ８の外周に嵌設された第２のスリーブ１２の外面の展開図、図３（ａ）は図３（ ｂ）のＡ−Ａ矢視位置における部分断面図である。図４は本考案における冷媒の 流路を示す説明図で、図中の実線矢印は流入冷媒、点線矢印は排出冷媒を示す。

【００１０】 本考案は、高速回転する冷却ロール上に、注湯ノズルを介して溶融金属を射出 し、溶融金属を急冷凝固させて急冷金属薄帯を製造する冷却ロールにおいて、次 の（ａ）〜（ｄ）の技術的手段を備えたことを特徴とする急冷薄帯製造用冷却ロ ールである。 （ａ）それぞれ回転軸内に穿設され、軸内端部が回転軸の表面に開口する冷媒流 入路１及び冷媒排出路２を備えた回転軸３ （ｂ）回転軸３の外周に嵌設されたスリーブであって、冷媒流入路１の前記開口 に対向する位置に貫設された複数の流入口４と、この流入口４に連通し、スリー ブの周方向に等間隔かつスリーブの軸と同方向にスリーブの外周に削設された複 数の流入溝５と、冷媒排出路２の前記開口に対向する位置に貫設された排出口６ と、この排出口６に連通し、前記流入溝５の間に、スリーブの周方向に等間隔か つスリーブの軸方向に、スリーブの外周に削設された複数の排出溝７とを備えた 第１のスリーブ８ （ｃ）第１のスリーブ８の外周に嵌設されたスリーブであって、第１のスリーブ ８の流入溝５に対応する位置の外周に貫設された複数のノズル９と、第１のスリ ーブ８の排出溝７に対向する位置に貫設された複数の流出口１０と、ノズル９相 互の間及び流出口１０相互の間のスリーブ外周に設けられた複数の補強リブ１１ とを備えた第２のスリーブ１２ （ｄ） 第２のスリーブ１２の外周に燐嵌めされた冷却スリーブ１３。

【００１１】 上記冷却ロールにおいて、ノズルを、内径１〜５ｍｍとし、その先端と冷却ス リーブ内面との間隔を３〜２０ｍｍとすると好適である。

【００１２】

【作用】

よく知られた半無限温度計算式（１）にを用いた計算結果を図６に示す。 Ｔ＝Ｔ₀ ＋（Ｔａ−Ｔ₀ ）ｅｒｆｃ（ｘ／２ａｔ^-0.5） …（１） ここに、Ｔ：パドル内温度（リボン温度） Ｔ₀ ：初期ロール表面温度 Ｔａ：ロール界面温度 ｘ：界面からの距離 ａ：熱拡散率 ｔ：時間 ｅｒｆｃ：誤差関数 である。図６には板厚２５μｍ以上の厚肉アモルファス金属リボンを製造するの に必要な冷却速度及び冷却ロールの表面温度（リボン温度）を示す。アモルファ ス化１００％を得るために、溶鋼温度（凝固時はシェル温度）をガラス転移温度 Ｔｇ４５０℃以下として、必要な冷却ロール表面温度Ｔａを求めると、１００℃ 以下が必要となる。この時の臨界冷却速度は５×１０⁵ ℃／秒とした。

【００１３】 図８には冷却水と冷却スリーブとの界面の熱伝達率に対する冷却ロール表面温 度を示す。冷却ロール表面温度Ｔａを１００℃以下とするには、熱伝達率は１ｃ ａｌ／ｃｍ² ｓ℃以上が必要である。 一方、図７に冷却水線速度と熱伝達率の関係を示す。上記熱伝達率１ｃａｌ／ ｃｍ² ｓ℃以上を得るためには従来の管内乱流方式では限界があり、衝突噴流が 有効である。

【００１４】 以上から、板厚２５μｍ以上の厚肉アモルファス金属リボンを製造する装置に おいては、高熱伝導性の金属製冷却スリーブの内面に冷却用流体（冷却水）を線 速度１０ｍ／秒以上の衝突噴流を用いて吹き出すことが必要である。 冷却スリーブは厚みを３〜１０ｍｍとすることが好ましい。３ｍｍ未満では、 鋳造時の一様な熱膨張が得られず熱変形が起り、急冷薄帯の厚みむらが生ずるお それがあり、１０ｍｍを超えると冷却速度の低下が大きく、アモルファス金属リ ボンの局部脆化が激しくなり、特に２５μｍ以上の密着曲げできるアモルファス 金属リボンが得られないためである。

【００１５】 冷却スリーブの材質は高熱伝導性の金属とし、銅若しくは銅合金、モリブデン 若しくはその合金又はニッケル若しくはその合金を用いる。 本考案の具体的装置の作用を図３及び図４を用いて説明する。 冷媒は、回転軸３に穿設された冷媒流入路１、冷媒流入路１の回転軸３内端部 の回転軸３表面の開口、この開口に対向して第１のスリーブ８に貫設された複数 の流入口４、複数の流入口４に連通し、第１のスリーブ８の円周方向に等間隔か つ第１のスリーブ８の軸と同方向に第１のスリーブ８の外周に削設された複数の 流入溝５を通り、第２のスリーブ１２に流入溝５に対応する位置の外周に貫設さ れた複数のノズル９より噴出され、冷却スリーブ１３の内面に衝突して冷却スリ ーブ１３を冷却する。

【００１６】 冷却スリーブ１３を冷却した冷媒は、第２のスリーブ１２に貫設された複数の 流出口１０、流出口１０の位置に対応しており、第１のスリーブ８の外周に、前 記流入溝５の間に、第１のスリーブ８の円周方向に等間隔かつ第１のスリーブの 軸方向に削設された複数の排出溝７、第１のスリーブに貫設され排出溝７が連通 している排出口６、回転軸３内端部の回転軸表面の開口が排出口６に対応してい る冷媒排水路２を通って排出される。

【００１７】 本考案のロールにおいては、冷媒が第２のスリーブ１２の外周に均等に配設さ れたノズル９より噴出され冷却スリーブ１３の内面に衝突するので、衝突噴流に よる高い乱流熱伝達効果が得られ、かつその効果は冷却スリーブ１３の表面で均 一である。 補強リブ１１は、第２のスリーブ１２の外周に焼嵌めされた冷却スリーブの変 形を防ぐとともに、冷媒の流れを均一にして冷却効果を均一にする。なお、その 断面は図３に示す矩形のほか、円形、楕円形、菱形等でもよい。

【００１８】 また、本考案においては冷媒が冷却ロール内部を前記の如く偏りなく流通して 冷却しているので、冷却ロールの半径方向の熱膨張が防がれ、厚さの均一な急冷 薄帯を得ることができる。 ノズル９は内径を１〜５ｍｍとし、かつその先端と冷却スリーブ１３の内面と の間隔を３〜２０ｍｍとすることがその効果を高めるために好ましい。

【００１９】 ノズル９の内径が１ｍｍ未満では、圧力損失が大きく所定の線速度が得られず 、また、ごみ等が詰まり保守上実用的でないおそれがあり、５ｍｍを超えると所 定の線速度が得られないおそれがある。 ノズル９の先端と冷却スリーブ１３の内面との間隔は、３ｍｍ未満では衝突面 積が小さく不均一な冷却になるおそれがあり、２０ｍｍを超えると衝突速度が小 さく衝突噴流の効果が少く、所定の熱伝達率が得られず冷却不足となるおそれが ある。

【００２０】 本考案の冷却ロールに用いる冷媒としては、水のほか、例えばチラー（エチレ ングリコール、アンモニア等）も用いられる。 本考案の各部材の材質は上記冷媒に侵蝕されるものが用いられ、回転軸、第１ のスリーブ、第２のスリーブ及び補強リブには、ステンレス、真チュウ等が使用 可能で、冷却スリーブには高熱伝導性の金属、特に、銅若しくはは銅合金、ある いはモリブデン又はニッケル若しくはその合金が好ましい。

【００２１】

【実施例】

図５に本考案の実施例の厚肉アモルファス金属リボン製造装置の全体図を示す 。ノズル２１から矢印２６方向に回転する冷却ロール２２に溶湯が供給される。 溶湯は冷却ロール上で急冷され、アモルファス金属リボン２４となる。スクレー パ２３はこのアモルファス金属リボンを剥離させて、コイラ２５に巻取る。

【００２２】 図５中の冷却ロール２２の１例を図１、２に示す。図１は一部切欠側面図で、 その切欠部のＢ矢視、Ｃ矢視の位置は、図２及び図３中に示されている。図２は 一部切欠正面図で、その切欠部Ｄ−Ｄ矢視、Ｅ−Ｅ矢視は図１中に記入されてい る。 回転軸３に焼ばめされた鉄製の冷却スリーブ１２は２重スリーブ構造になって いる。冷媒流入路１と冷媒排出路２はこのスリーブの部分に連通している。また 、鋳造面には上記鉄製スリーブの外径にさらに、高熱伝導性の金属、例えば、銅 製の冷却スリーブ１３が焼ばめしてある。冷媒流入路１には、スプレーノズル９ が取り付けられている。冷媒流入路１のスプレーノズル９は冷却水を冷却スリー ブ１３の内面に吹きつけ、噴流の衝突による熱伝達効果を高めている。スプレー ノズル９は、線速度１０ｍ／秒以上の噴流を生ずるように設計されている。

【００２３】 図２に図１のＤ−Ｄ矢視図及びＥ−Ｅ矢視図を示した。冷媒流入路１と冷媒排 出路２は円周方向にお互いに間隔をとって隣接しており、その間には補強リブ１ １が設けてある。この補強リブ１１は薄い冷却スリーブ１３の変形を防ぐと共に 、給水、排水の循環流れを円滑にするものである。図中では４角の補強リブ１１ を記載しているが、形状は丸、楕円、菱形であってもかまわない。

【００２４】 図１、図２に示すように、給水、排水は回転軸３の両端の複数の孔から供給さ れ、冷却スリーブ１２の内部の溝により円周方向、幅方向に分配されている。こ れらは回転軸を中心に均等に放射状に分配されている。スプレーノズル９の径を １〜５ｍｍとし、かつ冷却スリーブ１３の内面とスプレーノズル９との間隔を３ 〜２０ｍｍとした。スプレーノズル９は冷却効果を高めるため、噴流が冷却スリ ーブ１３に衝突するように配設している。上記寸法の限定理由はスプレーノズル 径が１ｍｍ未満では圧力損失が大きく、１０ｍ／秒の線速度が得られず、所期の 冷却効果を満足せずまたごみ等が詰り、保守上実用的でなく、ノズル径が５ｍｍ を越えると所定の線速度が得られないからである。

【００２５】 冷却スリーブ１３の内面とスプレーノズル９との間隔は３ｍｍ未満では噴流衝 突面の有効面積が小さく不均一冷却になり、２０ｍｍを越えると衝突噴流の効果 が乏しくなり所定の熱伝達率が得られず冷却不足となる。 以上の実施例の説明では冷却用流体を冷却水としているが、冷却能力のある流 体であれば、水に限定するものではない。例えば、チラー（エチングリコール、 アンモニア等）でもよい。

【００２６】 この冷却ロールを用いて下記の製造条件でＦｅ₇₈Ｂ₁₃Ｓｉ₉ （ａｔ％）成分の アモルファス金属リボンを作製し、板厚５０μｍ、幅２００ｍｍの板厚が均一で かつ密着曲げ可能な急冷薄帯を作製することができた。 （製造条件） ロール周速 ２０ｍ／ｓｅｃ ロール外径 ８００ｍｍ ロール幅 ３００ｍｍ ノズル 内径５ｍｍ×３２個 冷却スリーブ 銅合金 厚み１０ｍｍ 溶解量 １００ｋｇ 冷却水量 ２００ｍ³ ／ｈ 補強リブ 長さ３０×幅１２×高さ４０ｍｍ

【００２７】

【考案の効果】

本考案の冷却ロールにより、広幅で厚肉のアモルファス金属リボンを安定的に 製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の冷却ロールの一部切欠側面図である。

【図２】本考案の冷却ロールの一部切欠正面図である。

【図３】本考案の冷却ロールの構成を示す説明図であ
る。

【図４】本考案の冷却ロールにおける冷媒の流路を示す
説明図である。

【図５】本考案の冷却ロールの全体図である。

【図６】板厚とリボン温度の関係を示すグラフである。

【図７】冷却水線速度とスリーブ、水界面の熱伝導率と
の関係を示すグラフである。

【図８】熱伝導率とロール表面温度との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１ 冷媒流入路 ２ 冷媒排出
路 ３ 回転軸 ４ 流入口 ５ 流入溝 ６ 排出口 ７ 排出溝 ８ スリーブ ９ スプレーノズル １０ 流出口 １１ 補強リブ １２ スリーブ １３ 冷却スリーブ ２１ ノズル ２２ 冷却ロール ２３ スクレー
パ ２４ リボン ２５ コイラ

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速回転する冷却ロール上に注湯ノズル
   を介して溶融金属を射出し、該溶融金属を急冷凝固させ
   て板厚２５μｍ以上の厚肉アモルファス金属リボンを製
   造する冷却ロールにおいて、該冷却ロール鋳造面に高熱
   伝導性の金属製冷却スリーブを有し、該冷却スリーブ内
   面に線速度１０ｍ／秒以上の冷却用流体噴流を生ずる噴
   流生成手段を備えたことを特徴とする急冷薄帯製造用冷
   却ロール。
2. 【請求項２】 前記冷却スリーブの厚みが３〜１０ｍｍ
   であり、その材質が銅若しくは銅合金、モリブデン若し
   くはその合金又はニッケル若しくはその合金である請求
   項１記載の急冷薄帯製造用冷却ロール。
3. 【請求項３】 高速回転する冷却ロール上に注湯ノズル
   を介して溶融金属を射出し、該溶融金属を急冷凝固させ
   て急冷金属薄帯を製造する冷却ロールにおいて、 それぞれ回転軸内に穿設され、該軸内端部が回転軸の表
   面に開口する冷媒流入路（１）及び冷媒排出路（２）を
   備えた回転軸（３）と；回転軸（３）の外周に嵌設され
   たスリーブであって、冷媒流入路（１）の前記開口に対
   向する位置に貫設された複数の流入口（４）と、該流入
   口（４）に連通し、スリーブの周方向に等間隔かつスリ
   ーブの軸と同方向にスリーブの外周に削設された複数の
   流入溝（５）と、冷媒排出路（２）の前記開口に対向す
   る位置に貫設された排出口（６）と、該排出口（６）に
   連通し、前記流入溝（５）の間に、スリーブの周方向に
   等間隔かつスリーブの軸方向に、スリーブの外周に削設
   された複数の排出溝（７）とを備えた第１のスリーブ
   （８）と；第１のスリーブ（８）の外周に嵌設されたス
   リーブであって、第１のスリーブ（８）の流入溝（５）
   に対応する位置の外周に貫設された複数のノズル（９）
   と、第１のスリーブ（８）の排出溝（７）に対向する位
   置に貫設された複数の流出口（１０）と、ノズル（９）
   相互の間及び流出口（１０）相互の間のスリーブ外周に
   設けられた複数の補強リブ（１１）とを備えた第２のス
   リーブ（１２）と；第２のスリーブ（１２）の外周に燐
   嵌めされた冷却スリーブ（１３）と；を有することを特
   徴とする急冷薄帯製造用冷却ロール。
4. 【請求項４】 ノズルが、内径１〜５ｍｍであって、該
   ノズルの先端と冷却スリーブ内面との間隔が３〜２０ｍ
   ｍである請求項３記載の急冷薄帯製造用冷却ロール。