JPH0741378B2

JPH0741378B2 - 発熱性の還元炎雰囲気における改良された鋳造

Info

Publication number: JPH0741378B2
Application number: JP61502331A
Authority: JP
Inventors: リーバーマン，ハワード・ホースト
Original assignee: アライド・コーポレーション
Priority date: 1984-10-17
Filing date: 1986-04-11
Publication date: 1995-05-10
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: EP0300996A1; NO875098L; DE3686892T2; JPH01501924A; KR940011764B1; CN1007217B; EP0300996B1; DE3686892D1; BR8607354A; CN85104024A; WO1987006166A1; US4588015A; EP0300996A4; NO170137B; NO875098D0; CA1224324A; KR880701147A; NO170137C

Description

【発明の詳細な説明】本願発明の背景技術 1.発明の分野この発明は、溶融金属から直接金属ストリップを鋳造す
ることに関係し、とりわけ、実質的に連続的な金属を形
成するために、溶融金属から直接的に火炎雰囲気におい
て急速な固体化を行うことに関するものである。

2.先行技術の記述 M.Narashimhanに由来する米国特許第4,142,571号は、連
続的な金属ストリップを形成するために溶融金属の流動
物を急冷するための伝統的な装置及び方法を開示してい
る。金属は不活性雰囲気中か半真空中で鋳造され得る。
J.Bedellに由来する米国特許第3,862,658号及びC.Carls
onに由来する米国特許第4,202,404号は鋳造金属フィラ
メントと冷却表面との接触を長くするための柔軟なベル
トを開示している。

急冷中に冷却表面と溶融金属の間にトラップされたガス
穴（gas pocket）がガス穴欠陥を形成するため、とても
なめらかなストリップの鋳造は難かしかった。これらの
欠陥は他の要素と共に、冷却表面だけでなく反対側であ
る鋳造ストリップの自由表面にかなりの流れを生じさせ
る。ある場合には、表面の欠陥はそこに貫通した穴を形
成しながら、実際にストリップの間を通過してしまう。

R.Ray他による米国特許第4,154,283号は、金属ストリッ
プの真空鋳造がガス穴の形成を減少させることを開示し
ている。Ray他による真空鋳造法は、低圧の鋳造雰囲気
をつくるための特殊なチャンバーとポンプを必要とす
る。その他に、真空チャンバーから鋳造ストリップを連
続的に運ぶために補助手段が必要とされる。さらに、そ
のような真空鋳造法においては、包囲した雰囲気では典
型的に生じるように、ストリップは割れる代わりに急冷
表面に過剰に溶けてしまう傾向がある。

H.Suzuki他による米国特許第4,301,855号はそこで溶融
金属が熱せられたノズルから回転ロールの外側周辺表面
に注がれる鋳造金属リボンのための装置を開示してい
る。真空ポンプにより雰囲気が真空になっているチャン
バーを供給するため、ノズルの上流のロール表面をカバ
ーが包囲している。カバーにあるヒーターがロール表面
から小滴やガスを除くため、ノズルから上流のロール表
面を熱する。真空チャンバーは鋳造ロール表面に隣接し
た移動ガス層の密度を低くする。これによって、鋳造リ
ボンのガス穴くぼみの形成を減少させる。ヒーターは、
ガス穴くぼみの形成をさらに減らすために、ロール表面
から水蒸気と付着ガスを除くことを助ける。

Suzuki他によって開示された装置は、鋳造表面が真空チ
ャンバーを出るまで鋳造表面に金属を注がない。この方
法により、真空チャンバーから急速に出てくるリボンを
移す際の複雑さが避けられる。リボンは、その品質の改
善を派生させながら、開放雰囲気に鋳造される。

Mobleyによる米国特許第3,861,450号は、金属フィラメ
ントを製造するための方法と装置を開示している。ディ
スクのような吸熱メンバーがエッジ表面を溶融金属プー
ルに浸し、非酸化性ガスが、動いている表面が溶融金属
に入る場所である臨界的領域に導入される。特別な具体
例においては、ディスク部及び溶融金属の入り口部分を
囲む非酸化性一酸化炭素及び二酸化炭素ガスをつくるた
めに、炭素または黒鉛から成るカバーがディスク部を囲
み、カバーに接する酸素と反応するようになっている。

Mobley他によって開示された非酸化性ガスの導入は、非
酸化性ガスと一緒の酸化性ガスの密着層を分裂させとっ
て代える。非酸化性ガスのコントロールされた導入は、
最初のフィラメントが固体化するまで、回転ディスクが
溶融金属中の不純物をひきつける臨界的領域において、
溶融金属表面の特殊固体物質が集められるのを防止す
る。最終的に、酸素ガスと臨界領域からの浮遊不純物の
除去は、フィラメントと回転ディスクの固着を減少さ
せ、自発的な開放を促進させることによって回転ディス
クからのフィラメントの開放の安定性を増加させる。

Mobley他は、しかしながら、ディスク表面と溶融金属の
酸化の問題点だけを指摘している。Mobleyによって開示
された非酸化性ガスの流れは、回転輪のねばり気のある
けん引によって溶融金属プールに導入され、また、瞬間
的にフィラメントの形成を防止するためディスクエッジ
と溶融金属を分離させる。Mobley他によって提案された
特別な利点は、溶融金属プール内においてフィラメント
形成の実際時の酸化を非酸化性ガスが減少させることで
ある。このようにして、Mobley他は、溶融金属からディ
スク表面を分離させ得るガスの吸着を最小限にすること
に失敗した。

H.Liebermannによる米国特許第4,282,921号及び米国特
許第4,262,734号は、アモルファスストリップの急冷に
おけるエッジ欠陥を減少させるためガスジェットが用い
られる装置と方法を開示している。H.Libermannによる
米国特許第4,177,856号及び米国特許第4,144,926号はア
モルファスストリップの急冷におけるエッジ欠陥を減少
させるためにレイノルズナンバーをコントロールする方
法と装置を開示している。気体密度とそのレイノルズナ
ンバーは、真空及びより低分子量のガスの導入により操
作される。

従来の方法は、しかしながら、ガスポケットのトラップ
によって起こる鋳造金属ストリップの表面欠陥を適切に
減少させることはできなかった。真空鋳造はある意味で
有効であるが、真空鋳造を用いるときには、急冷表面へ
の鋳造ストリップの過剰な溶融及び真空チャンバーから
の鋳造ストリップの取り出しの困難さが低降伏と製造コ
ストの増加をもたらす。その結果、確実な品質と一定の
断面積を有するなめらからなストリップを効率よく製造
する商業的に受け入れられるプロセスを提供することは
従来の方法では不可能であった。

発明の概要本発明は、なめらかな金属ストリップを効率よく鋳造
し、その中にガスポケット欠陥を形成すること実質的に
防ぐための装置及び方法を提供する。一般的に述べられ
ているように、本発明の装置は急冷表面を有する移動可
能な冷却体を包含する。ノズル手段は、ストリップを形
成するために溶融金属の流れを、急冷表面の急冷領域に
導入する。また、ガス供給手段は、本質的には一酸化炭
素と酸素から成るガス混合物を提供する。点火手段は、
消耗領域が実質的に隣接し急冷領域から上流にある火炎
雰囲気を減少させながら、低密度を供給する発熱反応を
起こす混合ガスを点火する。コントロール手段は、そこ
では還元炎が実質的に自由酸素を含まない燃焼ガス組成
を有する消耗領域において、適合された還元炎雰囲気を
形成する最初のガスの混合を制御する。

この発明と一致して、連続金属ストリップを鋳造するた
めの方法も提供される。急冷表面を有する冷却体はある
選定されたスピードで移動され、溶融金属の流れは、ス
トリップを形成するため急冷表面の急冷領域に導入され
る。本質的に一酸化炭素及び酸素から成る最初のガス混
合物が供給され、また、実質的に隣接している急冷表面
より上流に位置する燃焼領域において火炎雰囲気を減圧
させながら、低い密度を提供する発熱反応を生じさせる
ために、点火される。最初のガス混合は、消耗領域にお
いては実質的に酸素を含有しない隣接した還元炎雰囲気
をつくるため、制御される。

本発明の方法と装置は、ストリップを鋳造する間に急冷
表面に対してガス穴が形成されトラップされるのを有利
に最少限にする。その結果、この発明は複雑な真空鋳造
装置の必要性をなくし、包囲された雰囲気中での実行が
可能となる。燃焼領域における減少ガスの発熱反応は驚
くべきほどに溶融金属のより良質で均一な冷却及び焼入
れを提供する。発熱反応ガスによる発熱は、溶融金属と
急冷表面の接触を減少させる働きをする、ガス穴形成を
防止する低密度減圧雰囲気を提供する。より均一な急冷
はその結果鋳造ストリップの改良された物理的特性を提
供する。特に、ストリップの急冷表面側での表面欠陥の
減少は材料の体積率（packing factor）を増加させ、早
い時期での機械的欠陥を引き起こす片よった応力集中を
減少させる。鋳造ストリップの自由表面側のなめらかさ
（すなわち冷却体の急冷表面と接触しない側）もまた、
この発明の方法と装置によって改良される。このなめら
かさの改良は、さらに材料の体積率（packing factor）
を増加させる。スモルファス金属ストリップの製造にお
いては、低密度の減圧雰囲気によって提供されるより均
一な急冷は、アモルファス状態のより確実で均一な形成
を提供する。磁性材料から成るストリップの製造におい
ては、ストリップ表面の不連続性の数と大きさが減少さ
れ、その結果磁性特性が改良される。

トラップされたガス穴に起因する表面欠陥が減少され、
ストリップを貫通するガス穴が生まれる機会がより減少
する。驚くべきことに、とても薄いストリップ（厚さに
おいて約15μｍ以下）が製造される。これらのとても薄
いストリップは色々な応用において非常に望ましい。例
えば、インダクター、リアクターや高周波電磁装置のよ
うな磁性装置において、薄膜材料は実質的にパワー損失
を減少させる。

ハンダ付けにおいては、より薄いハンダ片の使用は実質
的にハンダ付け接合の強度を改善する。

さらに、トラップされるガス穴の減少は溶融金属と急冷
表面の熱伝導接触を著しく増加させる。急速に固体化さ
れたより薄いストリップが製造される。そのような薄い
ストリップは現存する商業的的応用製品に従来使われて
いる材料により容易に代用され得る。このような薄いス
トリップの構成は、驚くべきことに、コストの減少と共
により短時間で単一急冷段階での急速固体化により供給
され得る。

このようにして、本発明は、急冷表面に接触するストリ
ップ表面のガス穴欠陥を効率的に最小限にし、物理的特
性を統一にしたなめらかな表面を有するストリップを製
造する。真空鋳造に関連する複雑な装置や手続きが省か
れる。この発明は極めて薄くなおかつ余分の厚さを持っ
た金属ストリップを直接溶融金属から、より低コストで
高い降伏点を持たせて効率的に鋳造する。このような極
薄でかつ余分の厚さを持つストリップは磁性装置のよう
な応用製品の利用に特に適してしおり、より大きな効果
と経済性をもって従来の材料に代用され得る。

図面の簡単な説明本発明は、発明のより好ましい実施例並びに詳細な記述
及び同伴する図面上の後述する詳細な記述についての引
用がなされた場合に、より充分に理解され、さらなる利
点が明らかになるであろう。

第１図は急速鋳造金属ストリップのための代表的な先行
技術の装置を示す。

第２図は、継ぎ目なしの鋳造ベルト（５）を有する発明
の図式的実施例を示す。

第３図は、鋳造ノズルと並列的に配置されるガス供給手
段を有する発明の実施例を示す。

第４図は、回転鋳造輪を有する発明の実施例を示す。

第５図は、冷却表面と鋳造ストリップの接触を延長する
ための柔軟なベルトを有する発明の実施例を示す。

第６図は、溶融金属が置かられる冷却表面部分のガス速
度側面図を示す。

第７図は、Be-Cu台上の空気中でのストリップの急冷表
面側の写真を示す。

第８図は、Be-Cu台上の一酸化炭素減圧火炎でのストリ
ップ鋳造の急冷表面側の写真を示す。

第９図は、CO及びO₂から成る最初の混合ガス中のCOの体
積分率に対する燃焼ガス組成及び最大燃焼温度（計算及
び実測）の変化を代表的に表わすグラフである。

第10図は、CO及び包囲ガスから成る最初の混合ガス中の
COの体積分率に対する燃焼ガス組成及び最大燃焼温度
（計算及び実測）の変化を代表的に表わすグラフであ
る。

第11図は、過剰酸素を含有するCO火炎上でのストリップ
鋳造の冷却表面側を代表的に示す写真である。

第12図は、実質的に酸素を含まないCO火炎上でのストリ
ップ鋳造の冷却表面側を代表的に示す写真である。

好ましい実施例の記述本発明の目的、明細書及びクレームにおいて、ストリッ
プとは、長さに対して直角方向が非常に短かい細長体を
いう。したがって、ストリップはワイヤ、リボン、シー
ト及び規則的及び不規則的な断面積のものを包含する。

本発明は、結晶性またはアモルファス金属から成る鋳造
金属ストリップに適用され、また溶融金属から最低10⁴
℃／秒の速さで急速に固体化及び焼入れられる金属スト
リップを製造に特に適している。このような急速に固体
化されたストリップは、改良された引張応力、延性及び
磁性特性のような改良された物理的特性を有している。

第１図は、連続金属ストリップも急速鋳造するための代
表的な先行技術の装置を示している。るつぼ（２）に含
まれる溶融金属合金は発熱要素（３）によって加熱され
る。不活性ガスによるつるぼの加圧は、るつぼの底のノ
ズル（４）を通って溶融金属を流れ出し回転輪のような
移動冷却体（１）の上に溶融金属を付着せしめる。固体
化された移動ストリップ（６）は、急冷輪から離れ去る
点の後で、適当な巻き手段上へ進行される。

冷却表面５（物体）は、高熱伝導性を有する好ましい材
料である。好ましい材料は、鉄鋼、ステンレス及びBe-C
uのようなCu基合金を包含する。最低約10⁴℃／秒の冷却
速度を達成するため、輪（１）は内部から冷却され、約
100〜4000m/秒範囲の速さで進行する冷却表面を提供す
るよう回転される。好ましくは、冷却表面速さは約200
〜3000m/秒の範囲である。典型的には、鋳造ストリップ
の厚さは25〜1000μｍの範囲である。

第２図は本発明の代表的な装置を示す。移動可能な冷却
体は、継ぎ目なし鋳造ベルト（７）は、冷却された鋳造
冷却表面（５）を有する。ノズル（４）のようなノズル
手段は、溶融金属の流れを、ストリップ（６）を形成す
るため冷却表面（５）の冷却領域（14）上に付着せしめ
る。ノズル（４）は出口部分（26）に位置するオリフィ
ス（22）を有する。消耗領域は、ガスノズル供給手段
（８）を包含し、ガス供給部（12）は還元ガス（24）を
ガス供給部（12）から急冷領域（14）に隣接して、上流
に位置する消耗領域（13）に供給する。還元ガスは消耗
領域（13）内で発熱反応し、その中に低密度で還元雰囲
気を提供する。ノズル（８）は、消耗領域（13）部及び
その周遍で還元ガス（24）と適切に直面するように位置
づけられている。そして、還元ガス（24）は実質的に消
耗領域（13）に流出する。バルブ（16）はノズル（８）
を通って体積と速度を規制する。第２図に示されるよう
にガスノズル（８）は急冷領域（14）の上流に位置し、
急冷表面の移動方向に実質的に方向づける。選択的に
は、ガスノズル（８）は第３図に代表的に示されるノズ
ル（４）と並列して位置することもできる。

低密度還元雰囲気という語は、明細書及びクレームでこ
れについて使われているように、1g/l以下好ましくは0.
5g/l以下のガス密度を有する還元雰囲気を意味する。

望ましい低密度還元雰囲気を得るためにはガス（24）は
最低約800゜Kで発熱反応され、より好ましくは最低約130
0゜Kで発熱反応される。一般的に、より熱い減少ガス
は、より低い密度を持ち、冷却表面（５）と付着溶融金
属の間にトラップされたガス穴の形成を最少限にし得る
ため、好ましい。

トラップされたガス穴は、表面のなめらかさを減少させ
るリボン表面の欠陥をつくるため望ましくない。極端な
場合、ガス穴はストリップ（６）を貫通した穴を生む可
能性がある。表面欠陥は材料のかさ密度を減少させるた
め、磁性コアを形成するため磁性金属ストリックをとり
巻くときにとてもなめらかな表面仕上がりは特に重要で
ある。かさ密度は巻かれたコア状態における実際の磁性
材料の体積率（磁性材料の体積をコア容積の総量で割っ
たもの）であり、しばしばパーセントで表現される。欠
陥のないなめらかな表面もまた、ストリップ（６）の磁
性特性を最大限に活用し、またストリップの機械的強度
を減少させる片よった応力集中を最少限にする上で重要
である。ガス穴もまた危冷表面（５）から付着溶融金属
を分離させ片よった領域における冷却速度を減少させ
る。その結果、不均一な急冷がストリップ（６）の不均
一な強度、延性及び磁性特性のような不均一な物理的特
性をつくる。

例えば、アモルファス金属ストリップを鋳造する際に、
ガス穴はストリップの片よった部分における望ましくな
い結晶化を許してしまう。ガス穴及び片よった結晶化は
磁区の移動性を防害する不連続性を生じさせ、それによ
って材料の磁性特性を減少させる。

このようにして、トラップされたガス穴を減少させるこ
とにより、本発明は改良された表面仕上げと改良された
物理的特性を有する高品質金属ストリップを生み出す。
例えば、金属ストリップは最低約80％から約95％までの
かさ密度を持って製造される。

ガス穴が減少されるメカニズムは第６図を参照してより
容易に説明される。冷却表面（５）及び溶融金属の流れ
のたまり（18）近くのガス境界層速度の側面図が図式的
に（20）に示されている。最大のガス境界層速度は冷却
表面（５）に近接したところですぐに発生し、冷却表面
の移動速度に等しい。このように、移動する冷却速度
（５）は普通包囲雰囲気から冷却空気を引き込み消耗領
域（13）の中へ、また、溶融金属その上に付着する冷却
表面領域である冷却領域（14）の中へとり込む。相対的
に冷めたい空気選択して冷却表面にとり込むため、熱い
鋳造ノズルの存在と溶融金属は、その密度を有意義に減
少させるための片よった雰囲気を十分には加熱しない。

溶融金属のたまり（18）は、金属合金成分、基体構成成
分及び表面フィルムの存在を含む様々な要因によって決
められる範囲まで、基体表面を濡らす。溶融金属一基体
接触面のガス境界層によって作用される圧力は、しかし
ながら、溶融金属を基体から部分的に分離させ、リボン
の下側の“離陸”領域（44）のように現われるトラップ
されたガス穴を形成する。ガス境界層沈滞圧力P_S（層が
固い壁をたたくときの圧力）は、P_S＝1/2ρV²で与えら
れる。ここで、ρ＝ガス密度Ｖ＝基体速度である。した
がって、溶融金属パドルの下にトラップされたガス穴の
大きさ及び数の減少において、ガス境界層の密度の減少
又は基体速度は重要である。例えば、真空鋳造によって
ガス境界層を除くことはストリップの下側離陸領域を完
全に除くことができる。別の方法として、境界層におけ
る低密度ガスが用いられ得る。低分子量ガス（Heのよう
な）を選択することは境界層のガス密度を減らす１つの
方法である。しかしながらこのような形で安全で経済的
に使用できる低分子量ガスの種類は極めて限られてい
る。本発明は、境界層ガス密度を減少させる経済的で安
全な手段を提供する。本発明に合致して、境界層ガス密
度は減少ガスの発熱反応によって低下される。減小ガス
の発熱反応が進行するにつれて、反応によって発生する
熱は、絶対温度の逆数に比例して、ガスの密度を低下せ
しめる。溶融金属パドル（18）の上流に位置する消耗領
域（13）における減少ガスを発熱反応させることによっ
て、溶融金属のパドルの下のトラップされたガス穴の大
きさと数は実質的に減少される。しかしながら、冷却表
面（５）中に沈殿し得る固体又は液体の生成を実質的に
減少させるには、熱くて低密度雰囲気の成分及び急冷表
面（５）のパラメータのような適当なファクターを規制
することが重要である。そのような沈殿物は、もし溶融
金属パドルと冷却表面の間にトラップされると、基体欠
陥生成し、ストリップ品質を低下し得る。

驚くべきことに、急冷領域（14）に大よそ位置する低密
度還元ガスによって発生された熱は溶融金属の焼入れを
低下させない。むしろ、還元反応によって発生した熱
は、隔離され、トラップされたガス穴の存在を最小限に
することによって急冷速度の均一性を実際に改善し、そ
れによって鋳造ストリップの品質を改善する。適切な減
少ガスは、一酸化炭素及びその混合ガスを含む。

冷却表面（５）に位置する還元雰囲気の存在は極めて有
利である。特に還元雰囲気はストリップ（６）の酸化を
防ぐ。それに加えて還元雰囲気は冷却表面の酸素を減ら
し、その上の酸化を最少にする。酸化の減少は冷却表面
の濡れ性を改善し、溶融金属を冷却表面（５）に均一に
蒸着させることができる。冷却表面（５）がCu基合金の
場合酸化の減少は、冷却表面での熱的に誘因される疲労
クラックの生成、成長に対する抵抗を非常に強くする。
還元雰囲気もまたノズル（４）冷域から酸素を除去する
ことによってノズルオリフィス（22）の詰まり、特に酸
化物粒子による詰まりを減少させる。選択的に、第２図
によって代表されるように、ストリップ（６）の選択さ
れた部分にそった還元雰囲気をさらに供給するために追
加ガスノズル（32）を設置してもよい。

第４図は還元ガスがそこにおいて還元炎雰囲気から点火
され燃焼されることが可能な発明の具体例である。ノズ
ル（４）はストリップ（６）を形成するために回転鋳造
輪（１）の冷却表面（５）上に溶融金属を蒸着させる。
この具体例における消耗手段は、ガス供給器（12）、ガ
スノズル（８）及び点火手段（30）で構成される。バル
ブ（16）はガスノズル（８）を通って供給されるガスの
容量及び速度を規制し、ワイパーブラシ（42）は冷却表
面（５）上での酸化を助ける働きをする。ガス（24）が
十分な酸素と混合した後で、点火手段（30）は、消耗領
域（13）周辺及び液融金属が蒸着される冷却表面領域
（14）の周辺に加熱された低密度還元雰囲気をつくる。
適当な点火手段は火花点、ホットフィラメント、ホット
プレート及びそれに類するものを包含する、例えば第４
図の具体例においては、そこで接触する減少ガスを自動
的に点火する適当な点火手段としてホット鋳造ノズルが
その役割をはたしている。

その結果としての火炎雰囲気は急冷領域（14）の上流か
ら始まる火炎柱（28）を形成しそこから酸素を消費す
る。それに加えて、柱内の燃焼されていない減少ガスは
冷却表面（５）、ノズル（４）及びストリップ（６）上
の酸素を減少させる反応をする。柱（28）が見えること
はガスの流れの選択とコントロールを容易にし、拡張し
た減少火炎雰囲気を供給するために輪（１）の回転によ
って輪の外側周辺に柱（28）が効率よく導かれる。その
結果熱い還元雰囲気が冷却表面周辺上に、その分離をつ
くるために位置される。延長された火炎柱はストリップ
（６）が冷却される間ストリップ周辺に非酸化保護雰囲
気を提供する。選択的にさらにストリップの酸化を防止
するための追加の還元雰囲気（36）を供給するために、
追加のガスノズル（32）及び点火手段（34）が設置され
得る。熱い還元火炎柱の供給によって得られるさらなる
有利点は、ストリップの自由表面側（冷却表面に接触し
ない側）のなめらかさを十分に改良することである。実
験によると、ストリップが本発明の還元火炎柱において
形成される場合パックファクタのような標準的なテクニ
ックによって測定される急速固体化金属ストリップの平
均表面あらさは十分に減少されている。

還元ガスの適切な選択は重要である。燃焼されたガスの
燃焼生成物は、冷却表面（５）又はノズル（４）中で凝
結し得る液体又は固体物を形成すべきでない。例えば、
水素ガスはその燃焼生成物が冷却表面（５）中へ濃縮さ
れる水であるため、通常の条件では不満足であった。そ
の結果、水素火炎柱はストリップ（６）の急冷表面側で
のガス穴の形成を適切に減少せしめない。それ故還元ガ
ス（24）は、強い発熱反応において燃焼したり酸素を消
費したりするばかりでなく、鋳造時にガス状を保つ燃焼
生成物を形成するような気体が好ましい。一酸化炭素
（CO）ガスは、上記のような条件を満たし、さらにまた
望ましい無水性の還元雰囲気を提供する好ましいガスで
ある。

還元炎雰囲気は、1300〜1500゜Kの範囲の非常に高い温度
まで、溶融パドル（18）に近接する雰囲気を加熱する効
率よい手段を提供する。そのような温度は溶融金属（1
8）周辺に極めて低いガス密度を提供する。高温はまた
急冷表面（５）、ノズル（４）及びストリップ（６）の
酸化をさらに最小にするために還元反応を活発化させ
る。ノズル（４）での高温還元炎の存在もまたノズルに
そこでの割れを生じさせる温度こう配を低下させる。

このようにして、還元雰囲気を導入する本発明は、鋳造
ストリップの両面のあらさを改良する冷却表面周辺の加
熱された低密度雰囲気を効率よく生成し、冷却表面
（５）、ストリップ（６）及び鋳造ノズル（４）の酸化
を効率よく防止する。

本発明の特別な態様においては、ガス供給手段（12）は
本質的に一酸化炭素及び酸素よりなる点火前の混合ガス
をつくりだす。点火手段（30）は、第４図に代表的に示
されるように発熱反応を生むためにガスを点火する。こ
の反応は、高温を生む出し、鋳造輪（１）によって供給
される移動冷却体の表面上の冷却領域（14）に実質的に
隣接して、上流に位置する消耗領域（13）の熱的に導び
かれた、低密度の還元炎雰囲気を発達させる。温度セン
サー（50）とバルブ（16）に接続されたレギュレーター
（52）の結合のような制御手段は消耗領域（13）及び冷
却領域（14）での適合された還元炎雰囲気を生み出すた
めの最初の混合ガス成分をコントロールする。この適合
された還元炎雰囲気は自由酸素を実質的に含有しない燃
焼ガス成分を有する。すなわち、火炎（28）にある燃焼
されたガスは実質的に未反応の未結合酸素から自由であ
る。

一酸化炭素と酸素からなる最初の混合ガスは2600℃以上
の火炎温度をつくり出し、したがって消耗領域（13）及
び鋳造領域（14）での非常に低いガス密度をつくる。こ
れらの高い火炎温度はしかしながら、O₂分子を非常に反
応しやすいイオン性Ｏへ分解する。その結果、望ましい
効果を得るには、最初の混合ガス中の一酸化炭素分率は
酸素ガスの最低４倍は必要である。

さらに追加の本発明の態様においては、ガス供給手段
（12）は本質的に一酸化炭素、酸素及び非反応性ガスか
らなる最初の混合ガスを製造する。例えば、ガス供給手
段（12）は、CO,O₂及びN₂から本質的になる最初の混合
ガスを供給するために、包囲ガスと混合する供給手段
（８）からのCOガスを選定された流量速度で提供する。
希釈されたガスの存在は火炎温度を有利に低下させ、O₂
分子の高活性化Ｏイオンへの分解を減少させる。その結
果、酸素の容量パーセント（Vol.％）に対する一酸化炭
素の容量パーセント（Vol％）は、２対１の割合に近づ
きながら減少され得る。そして、鋳造ストリップの周辺
の還元雰囲気において化学的に望ましい状態をつくり出
している。好ましくは、最初の混合ガス中のCO vol％は
O₂ガスのそれの最低2.5倍必要とされる。

上述したように、望ましい最初の混合ガスはつくるため
の便利な方法は、本質的にCO,O₂及びN₂からなる組成ガ
スを生成するためにCOガスを包囲ガスと混合することで
ある。本発明のこの具体例においては、最初の混合ガス
のCO量の範囲は約38〜70vol％である。下限は火炎雰囲
気か利用性のある、減少性を有し、実質的に自由酸素を
含まないことを保証する。上限は、火炎雰囲気を絶やさ
ないことを保証する。

鋳造ストリップの品質を決める上で火炎雰囲気中でのガ
スの化学が重要であるから、火炎化学を鋭く監視するこ
とが重要である。火炎組成の直接的な測定は、しかしな
がら難かしい。

本発明は、第４図に代表的に示される熱電対（50）のよ
うな温度センサーを含む火炎化学を効率よく監視するた
めの制御手段を有利に提供する。供給手段はまた例え
ば、必要に応じてガス供給器（12）からのCOガスの流量
を増やしたり、減らしたりするためにバルブ（16）を適
合させる適合手段（52）を含む。望ましい鋳造の状態は
最初の混合ガス中に供給されるCO量を関数として火炎温
度の変化を観察することによって発達させ得る。特に熱
電対（50）は、その中で最初の混合ガスが火炎温度の一
致した相対的な減少を生み出す、一酸化炭素のさらなる
val.％の相対的増加をもたらすCO流量を決めるために、
火炎温度を感受し監視する。そのような条件の存在か
ら、高温火炎雰囲気中での状態が未反応酸素から実質的
に自由である鋳造状態の確立を信頼できる程度に推測し
得る。

上述のような条件下での急冷は、準安定で均一な展延性
の材料を供給することができる。準安定材料は、長範囲
での規則性を有しないガラス状の材料があり得る。ガラ
ス状金属合金のＸ線回折パターンは、拡散した光跡を示
すだけで、無機酸化ガラスで観察されるものと類似して
いる。そのようなガラス状合金は、合金のリボンからの
押圧複雑形状のような続いておこる処理が可能な十分な
展延性を有すべき最低50％ガラス状態でなければならな
い。好ましくはガラス状金属は、優れた展延性を得るに
は、最低80％はガラス状であり、また最も好ましくは実
質的にガラス状（あるいは全体的にガラス状）でなけれ
ばならない。

準安定相は、また、構成成分の固溶状態であり得る。本
発明の合金の場合、結晶性合金の製造技術に導入される
従来の製造技術下では、そのような準安定固溶相は通常
実現されない。固体固溶合金のＸ線回折パターンは、結
晶の望まれる微細粒径のためある広いピークと共に結晶
合金を特徴づける鋭い回折ピークを示す。そのような準
安定材料は、また上述した条件下で製造されるとき展延
性を有する。

上述したような条件下での急冷は、また、平衡なミクロ
の結晶性合金を生み出す。ここで使われるミクロ結晶性
合金という単語は、10μｍ以下の粒径を有する、急速固
体化された合金を意味する。好ましくは、そのような合
金は約0.01μｍから10μｍまでの、最も好ましくは１μ
ｍから５μｍまでの粒径を有する。

ミクロ結晶性合金は、最低約10³℃／秒の速度で、好ま
しくは最低約10⁵℃／秒の速度で望ましい成分を冷却す
ることによって形成される。ミクロ結晶性合金技術とし
てよく知られている様々な急速焼入れ技術は準結晶性の
粉粒、ワイヤ、リボンまたはシートを製造する上で役に
立つ。典型的には、特別な成分が選択される。希望され
る形状におかれた必要な要素の粉や細粒が溶解され、均
質化される。そして、溶融合金は、急速回転シリンダー
のような冷却表面上や水のような適当な流動性媒体中
で、急速に焼入れされる。

本発明の材料は、材料がガラス質であろうと固溶体であ
ろうと、フォイル（又はリボン）形状に有利に製造さ
れ、また、鋳放しの応用製品に使用され得る。選択的
に、ガラス状金属合金のフォイルは結晶相を得るために
熱処理され得、また好ましくは、押圧複雑形状にしたと
きにより長寿命になるように、細粒化される。

第５図で示されるように、本発明は、ストリップ（６）
と冷却表面（５）を冷却接触を延長するために、選択的
に柔軟な継ぎ目なしベルト（38）を包含し得る。延長さ
れた接触は、ストリップのより均一で延長された冷却期
間を提供することによってストリップ（６）の急冷を改
善する。ガイド輪（40）は冷却表面（５）に沿って望ま
しい巻き込み部分においてベルト（38）を置く。また、
動力手段は、冷却表面（５）に関連した巻き込みにおい
て、ベル部が冷却表面の速度と実質的に同一の速度で動
くように、ベルト（38）を動かす。好ましくは、ベルト
（38）は、冷却表面（５）と直接接触し、また、摩擦力
で引くように、ストリップ（６）のヘリ部分を包み込
む。この摩擦による引き込みは、ベルト動かすことによ
って、必要な動力手段を提供する。

現存する商業的製品に現在使われている製品に容易に代
用し得るため、急速固体化金属のより薄いストリップを
形成するための装置や手続きを発達させるかなりの努力
がはらわれてきている。

本発明は、容融金属の流れと冷却体表面との接触を有意
義に改良するので、容融金属からの改良された熱伝導が
存在する。改良された熱伝導は、結局、より品質のよい
薄いストリップをつくるためのより均一でより急速な容
融金属の固体化を供給する。すなわち、約15μｍから約
70μｍ以上までの範囲の厚さを有するストリップをつく
る。

同様に、急速固体化金属のより薄いストリップを形成す
るためのかなりの努力がはらわれてきている。約15μｍ
以下の好ましくは約８μｍ以下の厚さのとても薄いスト
リップが色々な商業製品においては望ましい。ハンダ付
け製品においては、例えば、ハンダ付けに通常用いられ
るフィラー金属は、基板金属に比較して劣った機械的特
性を有する。

高周波数（10KHz以上）を有する磁気製品においては、
磁性装置の電力損失は磁性材料の厚さ（ｔ）に比例す
る。飽和反応器のようなその他の磁性製品においては、
材料が急速に飽和されるとき電力損失は磁性材料の厚さ
の２乗（t²）に比例する。このようにして、薄いリボン
は反応器の電力損失を減らす。これに加えて、薄いリボ
ンは飽和するまでの時間を少なくし、その結果、反応器
からのより短かくより鋭いアウトプットパルスが得られ
る。そしてまた薄いリボンは薄板当りの誘導電圧を減ら
し、それ故薄板間の絶縁がより少なくてすむ。

線型誘導加速器に用いられるインダクションにおいて
は、損失はやはりt²に比例し、より薄いリボンは電力損
失を減らす。そしてまた、薄いリボンはより容易に速く
飽和し、より短かいパルス加速器をつくるために用いる
ことができる。それに加えて、より薄いリボンは薄板間
の少ない飽和を必要とする。

薄いリボンのさらなる利点は、任意の直径に巻かれたと
きストリップはより少ない曲げ応力を生じることであ
る。過剰の曲げ応力は、磁歪現象によって磁気特性を低
下させる。

本発明の装置及び方法は、非常に薄に金属ストリップを
形成する上でとりわけ役に立つ。本発明はガス穴欠陥の
数と深さを有意義に減らすので、そのような欠陥が鋳造
ストリップを貫通する程大きくなることはない。その結
果、ストリップを貫通する程大きな欠陥が形成する可能
性が少ないので非常に薄いストリップが鋳造される。こ
のようにして、本発明は、約15μｍ厚さ以下に鋳造され
るような非常に薄い金属ストリップの鋳造に適用され得
る。好ましくは、鋳造ストリップは12μｍの厚さ又はそ
れ以下の厚さを有する。より好ましくは、鋳造ストリッ
プの範囲は７〜12μｍである。これに加えて、薄い金属
ストリップは、最低1.5mm、好ましくは最低10mmの広い
幅長を持つ。

次に示す例は、本発明のより完全な理解のために挙げら
れる。本発明の原理を説明するために目に見えるように
設定された特殊な技術、条件、材料、配合及び報告され
たデータは、見本であり、本発明の範囲を限定すべきも
のではない。合金の化学組成は、原子％を意味する下付
き数字にそって公称の組成として表わされている。

例１強制的に従来の方法により冷却された、平らな炭素鋼基
体がNi基及びFe基ガラス状金属の準備のために用いられ
る。鋳造輪は、直径38cm、幅5cmの米国特許第4,307,771
号で記述されたものと類似した内部冷却構造を有する。
これは890rpmのスピードで、18m/sの円周表面速度に対
応して回転される。基体は、鋳造方向から約10°はずれ
た傾きをもつから回りのブラシ輪によって動く間連続的
に条件づけられている。それぞれ1.5mm幅をもつ第１リ
ップと第２リップによって区画される0.4mm幅と25mm長
さの溝状オリフィス（リップの番号はチルロールの回転
の向きにつけられている）は、第２のリップ並びに第１
のリップと鋳造輪表面のギャプの間のギャップが0.20mm
になるように、鋳造輪の周囲表面の動く方向に垂直に据
えつけられている。Ni₆₈Cr₇Fe₃B₁₄Si₈（サブスクリプト
は原子分率）の組成を有する融点約1000℃のNi基合金が
加圧されたるつぼからノズルに供給される。そのるつぼ
内にある金属は1300℃の温度約3.5psig（24kpa）の圧力
下で保持されている。圧力はアルゴンブランケット手段
によって加えられる。容融金属は6.6Kg/分の速度で細長
い穴のオリフィスを通して追い出される。これは冷却ロ
ールの表面上に、2.54cm幅、0.033mm厚さに固体化され
る。Ｘ線回折試験によるとストリップはアモルファス構
造を有することが確認された。リボンは下側にトラップ
された空気穴の適切な総数を有することが示された。暗
色の酸化の軌跡がリボンの鋳造の間に基体表面に生じ、
リボンと基体の固着を制限する。

例２酸化を防止し、リボン基体の執着を促進するため、溶融
金属パドル上流のリボン鋳造進路に一酸化炭素火炎を直
入させる他は、例１で用いられた装置、進行条件、金属
及び合金を採用することによって、例１の手続きがくり
返された。火炎とコンディショニングブラシの結合され
た運行によって、基体の酸化が減少され粘着が増加され
良好な幾何学的均一性を有するリボンが製造された。最
良の結果は、一酸化炭素火炎と金属パドルの後部の間の
距離が2cm以下のとき得られた。ストリップの長方向と
垂直方向からカットされた引張試験片は、等しい強度と
伸びを示した。ストリップは実質的に等方性の引張特性
を有していた。

例３ここで記述された製品を得るために、下表Ｉで要約され
る装置、運行条件、金属及び合金を採用して、例１と同
様の手続きがくり返された。

表Ｉ合金（原子％） Fe₈₁B_13.5C₂Si_3.5 鋳造輪直径（cm） 38 鋳造輪幅（cm）５鋳造輪 rpm 890 ノズルオリフィス幅（mm） 2.5 ノズルオリフィス長さ（mm） 0.4 第１リップの幅（mm） 1.5 第２リップの幅（mm） 1.5 鋳造輪と第１リップのギャップ 0.20 鋳造輪と第２リップのギャップ 0.20 金属の融点（℃） 1150 るつぼに適用される圧力（kpa） 24 るつぼ内の金属の温度約（℃） 1350 ストリップの厚さ（mm） 0.02 ストリップの幅（mm） 25 ストリップの構造アモルファス鉄基リボンが、リボンの長方向に適用された80アンペア
/mの場合で、365℃、２時間不活性ガス中で焼鈍され
た。Fe基アモルファスリボンの下側のミクロ写真が第７
図に示されている。包含され空気穴はやや大きく延ばさ
れていることに注意されたい。

例４酸化を防止し、リボン基体の執着を促進するため、溶融
金属パドルの上流のリボンの鋳造進路に一酸化炭素火炎
を直入する他は、同様の装置、運行条件及び合金を採用
して例３の手続きがくり返された。一酸化炭素火炎を用
いて製造された鉄基アモルファスリボンの下側を示すミ
クロ写真が第８図に示されている。第７図に示されたも
のに比較して、一酸化炭素火炎を用いた鉄基リボン鋳造
物の下側に含まれる空気穴の十分な減少に注目された
い。上述したパックファクターと同様にフェロ磁性リボ
ンの磁性特性もまた改良されている。Ni基アモルファス
リボンの下側の同様の改良点もまた観察された。

このようにして、従来方法による鋳造材に対して、リボ
ン表面のなめらかさ、光択及び展延性の著しい改良が実
験によって示された。鉄溶融物による銅基体への本来的
な濡れ性は鉄基基体に対する濡れ性程大きくないが、一
酸化炭素火炎の使用は、Cu基体が高品質の欠陥のないス
トリップの製造のための有効な材料となる場合に溶融Cu
基体の濡れ性を増加させる。このような欠陥のない鋳造
性は非常に薄いリボンの製造を可能にする。（約７μｍ
の厚さのオーダーで）これに加えて、一酸化炭素火炎で
の鋳造により提供された溶融金属−基体接触は、全般的
な急冷速度を改良し、通常のものより厚いものを構成す
る成分によるリボンの製造を可能にする。

例５火炎の最高温度が計算され、限られた実験結果と比較さ
れた。酸素分子とイオンの濃度は、この種のガスの化学
的に活性な性質のため計算された。

あらかじめ決められたCO-O₂及びCO−空気成分は、トー
チ組立体の混合ヘッドを通って商業用の純ガスを流出す
ることによって製造された。あらかじめ混合されたそれ
ぞれのガスは、35kpa（5psi）の圧力、500c.c./秒まで
の流速で内径15mmの燃焼チューブ内に供給された。移動
可能なpt/pt-13Rh（Ｒタイプ）の0.5mm直径ワイヤから
なる熱電対が、火炎温度を測定するために、アナログ表
示の2160Aディジタル温度計に連結された。それぞれの
事前に混合されたガス成分の最大火炎温度が測定され、
熱電対によって燃焼チューブ内のガン反応帯を注意深く
走査しながら記録された。放射、熱電対導入による熱伝
導等のような熱損失源は考慮されなかった。他の測定で
は熱電対は、空気中の拘束されない（Ｏ火炎の直径を通
して約4cm/秒で横切られた。火炎温度を提供するのに加
えて、ローカルな火炎の化学を測定するために、合成温
度側面図も使用された。

第９図は、最初の混合ガス成分をに対する、計算された
CO-O₂火炎、燃焼ガス勢化学を図式的に表わしたもので
ある。“M"は実験により測定された、最大火炎温度デー
タ点を示す。第９図に代表的に示されているように、火
炎の燃焼ガス成分は、最初の混合ガスが最低約80vol％
のCOを含むときに、約ゼロの自由未反応酸素（O,O₂）を
有する。燃焼火炎を維持するため、しかしながら、最初
の混合ガス中のCO量は約95vol％以下、好ましくは92vo
l.％以下にすべきである。第９図はまた、燃焼ガス中の
実質的にゼロの自由酸素条件は、最初の混合ガス中のCO
vol％の増加が火炎温度を減少させる体制にほぼ対応す
る。

第10図のグラフは、最初の混合ガス中のCOの相対量に対
する計算によるCO−空気火炎、燃焼ガスの熱化学を図式
的に表わしたものである。“M"はここでも最大火炎温度
の測定されたデータ点を示している。CO−空気火炎と共
に、火炎の燃焼ガス組成は、最初の混合ガスが約38〜70
vol.％のCO量を含むとき、実質的に自由酸素量が０とな
る。燃焼ガス中の未結合酸素量が実質的に０となる条件
は、ここでも、最初の混合ガス中におけるCO vol％が火
炎温度の減少を生む状況に対応する。

例６ Fe₇₈B₁₇Si₉合金が約20m/秒の冷却表面速度の直径38cm B
e-Cu冷却体上にアモルファスストリップに鋳造された。
溶融金属温度は約1623kであり、溶融金属の鋳造圧力は
約19kpaであった。鋳造ノズルは幅約0.38mm長さ約5cmの
細長い穴のオリフィスを有していた。ノズルは、ノズル
オリフィスと冷却表面の間が約0.15mmの鋳造ギャップを
生じるように位置する冷却輪の直上中心部から約1.6mm
下流に設置された。

２つの異なるCO火炎化学がみられる実験が試みられた。
１つのCO火炎（CO流通22c.c./sec）は過剰の酸素を含有
し（コラム１）他方のCO火炎（CO流速38c.c./sec）は実
質的に自由酸素を含まなかった。（コラム２）２つの出来あかった鋳造ストリップの代表的な電力損失
値と励磁力値が表２に示されている。このデータの比較
により、燃焼ガス化学において自由酸素を含まない最良
のCO火炎は電力損失と励磁力を有利に減少させることが
明白である。

例７ Fe-B-Si-C合金が冷却表面速度が約18m/secとなるように
回転される直径38cmのBe-Cu冷却輪からアモルファス合
金に急速に固体化された。溶融金属温度は約1623kであ
り、鋳造圧力は約24kpaであった。鋳造ノズルの細長い
穴のオリフィスは幅約0.38cmであり長さ約5cmであっ
た。ノズルは輪の直上中心部から約3.2mm下流に設置さ
れ鋳造ギャップは約0.13mmであった。

実験では、ストリップは３つの異なった条件下で鋳造さ
れた。最初の条件では、合金は低い温度火炎無しの包囲
空気で鋳造された。（コラム１）２番目の条件では、合
金は実質的に自由酸素を含有しないCO火炎で鋳造され
た。（コラム２）第３の条件では、合金は過剰な酸素を
含む非常に高温のCO火炎で鋳造された。得られた鋳造ス
トリップの特徴点は表３に要約されている。

データの比較から、過剰な酸素を含むCO火炎により非常
に高温下では鋳造ストリップの磁性特性が低下されてい
ることが明らかである。燃焼ガス中に自由酸素を含まな
いCO火炎下での鋳造ストリップは最良の磁性特性を有し
ていた。

例３以上のとおり、本願発明をむしろ詳細に過ぎるほどに記
載したが、このような詳細な記述に拘束される必要はな
く、種々の変形や改良が、添付されたクレームによって
限定される発明の範囲内で、当然想起されることは、当
該技術分野に習熟した者にとって自明のことである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】次のａ〜ｅを包含するストリップ鋳造装置 a.その上に冷却表面を有する移動可能冷却体 b.前記ストリップを形成するための前記表面上の急冷領
域に溶融金属の流れを被着するためのノズル手段 c.一酸化炭素及び酸素を含む最初の混合ガスを提供する
ガス供給手段 d.実質的に前記急冷領域に近接しかつその上流に位置す
る消耗領域において低密度還元炎雰囲気を提供する発熱
反応を生ずるように前記最初の混合ガスを点火するため
の点火手段 e.前記消耗領域において、実質的に自由酸素を含有しな
い燃焼ガス組成を有する適合された還元炎を生み出すた
めに前記最初の混合ガスを制御するためのコントロール
手段であって、前記コントロール手段は次の（ｉ）及び（ii）を包含す
る；（ｉ）火炎温度を感受するための温度感受手段（ii）前記混合ガス中の一酸化炭素の容量％の相対的増
加が対応する前記火炎温度の相対的低下を生ずる鋳造状
態をもたらすように前記コントロール手段を調整させる
ための調整手段。
【請求項２】前記コントロールされた最初の混合ガス中
の一酸化炭素の容量％が酸素のそれの最低約４倍である
特許請求の範囲第１項に記載される装置。
【請求項３】前記最初の混合ガスが本質的に一酸化炭
素、酸素及び一種またはそれ以上の非反応性希釈ガスか
ら成る特許請求の範囲第１項に記載される装置。
【請求項４】前記非反応性希釈ガスが窒素ガスからなる
特許請求の範囲第３項に記載される装置。
【請求項５】前記コントロールされた最初の混合ガス中
の一酸化炭素の容量％が酸素の容量％の最低2.5倍であ
る特許請求の範囲第３項に記載される装置。
【請求項６】前記コントロール手段が本質的に約38〜70
容量％の一酸化炭素と包囲空気からなる最初の混合ガス
を供給する特許請求の範囲第３項に記載される装置。
【請求項７】次のａ〜ｅの手段を含むストリップ鋳造法 a.冷却表面を有する冷却体を動かし、 b.前記ストリップを形成するために溶融金属の流れを前
記表面の急冷領域に導入し、 c.本質的に一酸化炭素及び酸素を含む最初の混合ガスを
供給し、ｄ、前記急冷領域に実質的に近接しかつ上流に位置する
消耗領域において、低密度の還元炎雰囲気を提供する発
熱反応を生じさせるために前記最初の混合ガスを点火
し、 e.前記消耗領域において、実質的に自由酸素を含有しな
い適合された還元炎雰囲気を生み出すために最初の混合
ガスをコントロールし、このコントロールは次の（ｉ）
及び（ii）を包含する；（ｉ）前記火炎温度を感受すること、（ii）前記混合ガス中の一酸化炭素の容量％の相対的増
加が、対応する前記火炎温度の相対的低下をもたらす体
制を提供する前記混合ガスの組成を適合すること。
【請求項８】前記コントロール段階（ｅ）が、本質的に
一酸化炭素、酸素及び非反応性ガスからなる最初の混合
ガスを供給するものである特許請求の範囲第７項に記載
される方法。
【請求項９】前記コントロール段階（ｅ）が、本質的に
約38〜70容量％の一酸化炭素と包囲空気の組成からなる
最初の混合ガスを提供する、特許請求の範囲第８項に記
載される方法。