JPH078418B2

JPH078418B2 - 急冷金属薄帯の製造装置

Info

Publication number: JPH078418B2
Application number: JP12407190A
Authority: JP
Inventors: 清渋谷; 徹佐藤; 正功奈良; 延行森戸
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1989-08-10
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPH03155439A

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
て狭く、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
ノズル詰りが生じ、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くなってしまう。

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
が飛び込んでくると、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イッ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イッシュを700ないし10000
℃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イッシュに注
湯して保定した後、最適温度の溶融金属を注湯すること
によってタンデイッ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、タンデイッ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〕

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イッ
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
しくは長手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ポ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％を長手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１はタンデイッシュ、２はストッパ、３は
注湯パイプ、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、その出口スロット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、タンデイッシュ１の内部と連通する。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、0.3〜1.5mm程度を選ぶことができ、ま
た出口スロットの長手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、不規則なオープポアの多孔質
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へ溶融金属を導くことが役
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る。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11の位置は、第２図に示すように出口スロット７の
上手方向両端部側あるいは幅方向両端部側もしくは長手
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く、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、バドルブレークは発生しにくいことに
なる。

この開口部11には不規則なオープポ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塞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手方
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）は長手方
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く、幅1
00mm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が小さく合流時間
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〜
2m/sec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口スロッ
ト長手方向のピッチｐはｐ＝Ｖ×ｔ＝20〜80mm 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１ Fe₇₇Mn₁B₁₀Si₁₂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1000
℃に予熱したタンデイッシュ１（寸法:400mm径）内に注
ぎ、タンデイッシュ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30mm×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）2m
m、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0.6m
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0.4mm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
ことなく、26μｍ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;Fe₈₀B₁₀Si₉C₁（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:25mm/sec 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20μｍ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……タンディッシュ２……ストッパ３……注湯パイプ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

フロントページの続き (72)発明者森戸延行千葉県千葉市川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (56)参考文献特開平２−34258（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、溶湯流を前記スリット開口
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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項５】前記分流路の開口が貫通セル構造又はオー
プンポ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。
【請求項６】前記分流路のスロット長手方向の開口ピッ
チが20mm〜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。
【請求項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。