JPH09262644A - 溶融金属および合金の少量供給制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体急冷法の溶融金属の供給制御において、
１０kg／分のオーダーの少量供給を、安価、かつ生産量
がトンのオーダーと長時間鋳造となる場合でも、これを
可能とする制御方法および装置を提供する。 【解決手段】 片側に注湯用の開口面積を任意に変更で
きる開口部を有した容器を取鍋とタンディッシュ間に設
置し、取鍋内の溶融金属を供給する際、溶融金属にこの
容器を経由させ、この容器の開口部を所定の面積に設定
することで溶融金属の一部をタンディッシュに供給し、
残部はこの容器に貯めることにより、溶融金属を少量づ
つタンディッシュに供給することを特徴とする溶融金属
の少量供給制御方法および装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属および合
金（以下、単に溶融金属と称す）を移動する冷却基板上
で急冷凝固して、線および薄い帯状の金属および合金
（以下、単に薄帯と称す）を得る液体急冷法において、
溶融金属の供給量を制御する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄帯を製造するための液体急冷法とし
て、例えば、１つの高速回転している冷却ロール上に溶
融金属を供給して薄帯を得る、いわゆる単ロール法や、
一対の高速回転している冷却ロール間に溶融金属を供給
して薄帯を得る双ロール法などがある。

【０００３】液体急冷法により薄帯を形成する方法の一
例として、図６に示す単ロール急冷凝固薄帯製造装置を
用いる場合を例にして説明する。図６において、溶融金
属４は、その湯面レベルが一定になるようにタンディッ
シュ３に給湯されている。このタンディッシュ３の底壁
には、内部に孔が設けられている羽口レンガ１３、中間
ノズル１４、ノズルホルダー１５が連結され、この孔が
接続されることで溶湯流路１６が形成されている。タン
ディッシュ３内の溶融金属４は、タンディッシュストッ
パー１９を上昇させることによって、溶湯流路１６、拡
大内部空間２０を経由してノズルチップ１７の内部に設
けた溶湯噴出用開口であるノズルスリット１８から冷却
ロール１０に向けて流出する。このとき、ノズルスリッ
ト１８から冷却ロール１０に向けて流出する溶融金属の
流量はタンディッシュ３内の溶湯静圧に応じて変化す
る。ノズルスリット１８から流出した溶融金属４は、冷
却ロール１０の表面で急速に冷却されて薄帯１２とな
る。なお、図６において、装置全体に関する理解を容易
にするため、冷却ロール１０はタンディッシュ３の縮尺
率よりも大きな縮尺率で描かれている。

【０００４】この様な単ロール法で通常製造される薄帯
の板厚は良好な特性を得ようとすると、０．１mm程度で
ある。この場合の冷却ロールの周速はおよそ５ｍ／秒
で、薄帯の板幅は広くてもせいぜい２００mm程度である
から、例えば鉄を主成分とすると、その溶融金属の供給
量はおよそ５０kg／分程度に制御しなければならない。

【０００５】液体急冷法により工業的規模で薄帯を生産
する場合、この溶融金属の供給量を少なく制御すること
が重要な課題となる。例えば、一般に採用されている鋼
などの連続鋳造法の場合、溶融金属を保持した取鍋から
タンディッシュを介して鋳型に溶融金属を供給する際の
溶融金属供給量は、例えば鋼の場合、数トン／分程度で
ある。そのため連続鋳造法では、融金属供給量の制御に
は、取鍋底部のノズル孔に取り付けたストッパーを用い
る方式を採用することで、容易に供給量を制御すること
が可能であった。

【０００６】これに対して、本発明で対象にしている液
体急冷法においては、１０kg／分のオーダーと、かなり
供給量を少なくしなければならない。前述のようなスト
ッパー方式で流量制御を行う場合、ストッパーとノズル
孔との隙間を、数mm以下にすれば、溶融金属の供給量を
１０kg／分のオーダーに抑えられると考えられるが、実
際には装置のガタなどが存在することから、このような
小さい隙間を維持するのはほとんど不可能でるためスト
ッパー方式を採用することは困難であった。

【０００７】このようなストッパー方式で供給を制御で
きるのは、せいぜい数１００kg／分程度である。よっ
て、液体急冷法により工業的に薄帯を製造するために
は、溶融金属の供給量を１０kg／分のオーダーに抑えら
れる制御方法および装置の開発が望まれていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】液体急冷法における溶
融金属の少量供給を実現するために、本出願人は特開昭
５９−４２１６１号公報記載の方法を提案した。この方
法は、サイホンの原理を応用した方法で、図７に示すよ
うに、取鍋２とタンディッシュ３の間に溶融金属４を通
過させるためのサイホン管２１を配し、サイホン管２１
の上部に取り付けた真空排気装置（図示せず）を用い
て、サイホン管２１の内部の空気を抜くと、サイホン管
２１の内部に溶融金属４が充填される。

【０００９】その後、昇降装置２２を用いて取鍋２を上
下することにより、タンディッシュ３への溶融金属４の
供給量を制御する方法である。この方法によって取鍋２
の上昇量を小さくすることにより、タンディッシュ３へ
の溶融金属４の少量供給が可能となった。

【００１０】しかしながら、この方法には製造コスト面
や生産性においてやや問題があり、さらに改善が必要と
されていた。つまり、用いるサイホン管の材質などに制
限があったことなどからコストが嵩んだり、サイホン管
の寿命の点からも問題があって、１チャージ当りの生産
量がトンのオーダーとなると、この方法を採用すること
は困難であった。

【００１１】本発明の目的は、液体急冷法の溶融金属の
供給制御において存在していたこのような問題を解決
し、例えば前記特開昭５９−４２１６１号公報記載のサ
イホン方式に代わる、１０kg／分のオーダーの少量供給
を、安価に、かつ生産量がトンのオーダーと長時間鋳造
となる場合でも、これを可能とする制御方法を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本出願人は、特開昭６０
−５６４４９号公報にて、タンディッシュへ供給する溶
融金属の量を一定化する方法を開示した。この方法は、
例えば前記特開昭５９−４２１６１号公報記載のサイホ
ン方式で、既に１０kg／分のオーダーに少量流量制御さ
れて供給されたタンディッシュ内の溶融金属のレベルを
一定とすることにより、製品の板厚を一定にすることを
実現するための方法で、揺動自在にした液体槽を取鍋と
タンディッシュ間に配置し、タンディッシュに供給され
る溶融金属の変動量をこの液体槽を揺動することにより
調整して、タンディッシュに供給される溶融金属の量を
一定化する方法である。

【００１３】この方法は、タンディッシュへの溶融金属
の少量供給を実現するために、例えば前述の特開昭５９
−４２１６１号公報記載のサイホン方式に代わる方法と
して考え出された方法ではないが、本発明者はこの方法
を応用し、さらに実験を重ねた結果、新たにタンディッ
シュへの溶融金属の少量供給を可能とする方法を見い出
し、本発明を完成するに至った。

【００１４】本発明は、以下の構成を要旨とする。 （１） 溶融金属および合金を、高速で移動する冷却基
板上で急冷凝固する液体急冷法で線および薄い帯状の金
属および合金を製造する際の溶融金属および合金の供給
制御方法において、片側に注湯用の開口面積を任意に変
更できる開口部を有した容器を取鍋とタンディッシュ間
に設置し、前記取鍋内から前記タンディッシュに溶融金
属および合金を供給する際に、前記取鍋から供給される
溶融金属および合金の一部を、前記の注湯用の開口部を
所定の面積に設定した容器を介して前記タンディッシュ
へ必要な量を供給すると同時に、残りの前記取鍋から供
給される過剰な溶融金属および合金は、前記容器に溜
め、前記容器に所定量溜まったら、前記取鍋からの溶融
金属または合金の供給を停止し、次に、前記容器中の溶
融金属および合金が少なくなったら、前記取鍋からの溶
融金属および合金の供給を再開する、一連の操作を、前
記取鍋中の溶融金属または合金が無くなるまで繰り返す
ことにより、前記取鍋中の溶融金属および合金を少量ず
つ、継続して前記タンディッシュに供給することを特徴
とする、溶融金属および合金の少量供給制御方法であ
る。

【００１５】（２） 溶融金属および合金を、高速で移
動する冷却基板上で急冷凝固する液体急冷法で線および
薄い帯状の金属および合金を製造する際の溶融金属およ
び合金の供給を制御する装置において、片側に注湯用の
開口面積を任意に変更できる開口部を有した容器を、溶
融金属および合金を供給する側の取鍋と、受給側のタン
ディッシュとの間に設置したことを特徴とする、溶融金
属および合金の少量供給制御装置である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明について、図１に
示す模式図を用いて説明する。図１に示すように、本発
明の装置は、溶融金属４を供給する側の取鍋２と受給側
のタンディッシュ３との間に、片側に注湯用の開口面積
を任意に変更できる開口部８を有した容器（以下、単に
注湯容器と称す）１を設置したもので、本発明の方法
は、この装置を用い、取鍋２から供給される溶融金属４
を、一旦この注湯容器１に受け、取鍋２から供給される
溶融金属４の一部の少量を、注湯容器１の端部にある注
湯用の開口部８から、注湯用ノズル８Ａを介してタンデ
ィッシュ３へ供給し、同時に、取鍋２から注湯容器１に
供給される過剰な溶融金属４は、注湯容器１に溜める。
この注湯容器１の開口部８は供給したい量に応じて、例
えばスライド式蓋７で開口面積を制御させるとよい。注
湯容器１は、支持架台９などに固定しておく。

【００１７】なお、開口部８は注湯容器１のどの位置に
あっても良く、例えば注湯容器１の側面の下方にあって
も、上方にあってもよい。開口部８の形状は溶融金属４
を何ら支障なく、注湯容器１からタンディッシュ３へ供
給できれば、これを限定するものではない。また、取鍋
２から注湯容器１への溶融金属４の供給は、例えば図１
のように取鍋２に取鍋ストッパー５およびロングノズル
６を設け、取鍋ストッパー５を解放することにより行
う。

【００１８】さらに、タンディッシュ３で受給した溶融
金属４は、高速で回転する冷却ロール１０の表面に供給
されて薄帯１２が得られる。また、注湯容器１の上部に
は、溶融金属４の表面でのスラグの発生を防止するよ
う、空気との接触を避けるために、例えば断気用蓋１１
を設けたり、さらには不活性ガスを断気用蓋１１と注湯
容器１の間に吹き込んでもよい。

【００１９】本発明について図２〜図５に示す模式図を
用いて、さらに具体的に説明する。図２〜図５は、本発
明の方法の時間経過に伴っての状態を示す模式図であ
る。図２には、取鍋２から溶融金属４を供給し始めたと
きの様子を示すが、この図に示すように、取鍋２からの
溶融金属４の供給は、取鍋ストッパー５を解放すること
によって開始される。

【００２０】取鍋ストッパー５が開放されると同時に、
溶融金属４はロングノズル６を通って注湯容器１に供給
される。そして、注湯容器１に供給された溶融金属４の
一部は、注湯容器１の片側にある、スライド式蓋７によ
って所定の開口面積に設定した注湯用の開口部８から注
湯用ノズル８Ａを介してタンディッシュ３へ供給され
る。

【００２１】このとき、取鍋２から供給される溶融金属
４の量は、ストッパー方式での制御限界から、１００kg
／分のオーダーである。また、注湯容器１の注湯用開口
部８から注湯用ノズル８Ａを介してタンディッシュ３へ
供給される溶融金属４の量は、１０kg／分のオーダーと
する。

【００２２】両者の差に相当する過剰な溶融金属４は、
注湯容器１内に溜める。つまり、取鍋２から供給される
溶融金属４のうち、およそ１割程度は注湯用開口部８か
ら注湯用ノズル８Ａを介してタンディッシュ３に供給
し、残りおよそ９割程度の溶融金属４は、注湯容器１に
溜める。

【００２３】こうすることにより、タンディッシュ３へ
の溶融金属４の少量供給が実現できる。しばらくの間こ
の状態を維持することにより、注湯容器１内には溶融金
属４が溜まっていく。もちろん、この間タンディッシュ
３への溶融金属４の少量供給は継続する。

【００２４】そして、溶融金属４を注湯容器１に所定の
量を溜めたら、図３に示すように、取鍋ストッパー５を
降ろし、取鍋２からの溶融金属４の供給を停止する。し
ばらくは取鍋２からの溶融金属４の供給を止めたまま
で、注湯容器１から、これまでと同じ量だけの溶融金属
４をタンディッシュ３へ、注湯用開口部８を介して供給
し、図４に示すように、注湯容器１内に溶融金属４が少
なくなったら、つまり、注湯容器１から１０kg／分のオ
ーダーの溶融金属４をタンディッシュ３に供給できなく
なる直前に、図５に示すように、取鍋ストッパー５を解
放し、取鍋２からの溶融金属４の供給を再開し、図２に
示すような状態に戻す。

【００２５】以上のような操作を、取鍋２内の溶融金属
４がなくなるまで継続して行うことにより、取鍋２内の
溶融金属４を全量、少量ずつタンディッシュ３へ供給す
ることが可能となる。なお、注湯用の開口部８から供給
される溶融金属４の量は、注湯容器１内の溶融金属４の
湯面高さに応じて、その都度、開口部８の開口面積をス
ライド式蓋７で調節することで細かく制御する方法も採
用できる。

【００２６】また、取鍋から溶融金属を供給する方法と
して、ロングノズルを用いる方法を例にとって述べた
が、本発明の方法においては、取鍋から溶融金属を供給
する方法については特に限定せず、この方法以外に、例
えば取鍋から傾注によって溶融金属を供給する方法も採
用できる。

【００２７】さらに、本発明の方法および装置において
は、タンディッシュと冷却ロールの位置関係についても
特に限定しない。つまり、冷却ロールに対してタンディ
ッシュを横に置く場合を用いて説明したが、タンディッ
シュの位置は冷却ロールの直上や斜めの位置になっても
構わない。但し、タンディッシュの位置が変わっても、
ノズルスリットが冷却ロールの面に対向するように、タ
ンディッシュの位置に応じてタンディッシュの羽口、中
間ノズル、ノズルホルダーなどの位置を変える必要があ
る。

【００２８】これまで、タンディッシュを用いる場合に
ついてのみ述べたが、タンディッシュを用いず、注湯容
器から冷却ロール上に直接、溶融金属を供給する場合も
本発明に含まれる。

【００２９】本発明で用いる注湯容器の構造は、例えば
厚い鋼板を用いて作製した容器の内部にモルタルやセメ
ントを、厚さが例えば２０mm程度になるように塗布した
ものなどが好ましい。モルタルやセメントの材質につい
ては特に限定しないが、耐熱性、耐火性に優れたもの好
ましい。この注湯容器を実際に使用する際は、バーナー
などにより内部のモルタルやセメントを充分乾燥、予熱
させて用いるとよい。なお、この注湯容器については、
後述の実施例にて詳しく述べる。

【００３０】本発明に適用し得る金属は、非晶質になり
易い合金や、圧延などの加工が困難な金属および合金の
場合に特に利点が大きいが、これらに限定されるもので
はなく、各種の溶融金属からの薄帯の製造に適用可能で
ある。

【００３１】また、本発明において採用される基本的な
製造装置は、既に述べたように溶融金属をノズルを介し
て冷却基板の上に噴出し、熱的接触によって急冷凝固さ
せる液体急冷装置のうち、いわゆる単ロール装置および
双ロール装置である。単ロール装置には、ドラムの内壁
を使う遠心急冷装置やエンドレスタイプのベルトを使う
装置や、これらの改良型、例えば補助ロールや、ロール
表面温度制御装置を付属させたもの、あるいは減圧下な
いし真空中または不活性ガス中での鋳造も含まれる。

【００３２】次に、本発明の方法において採用される鋳
造条件および具体的な鋳造の作業について説明する。溶
融金属の噴出圧力は０．０１〜３kg／cm² で、主にタン
ディッシュ内の湯面高さを用いて制御する。冷却ロール
の回転速度（表面速度）は５〜６０ｍ／秒の範囲であ
る。これらの条件は目的とする薄帯の板厚やその他の製
造条件に合わせて最適な値を選択する。

【００３３】

【実施例】図６に示すような単ロール薄帯製造装置を用
いて、Ｆｅ−Ｂ₁₂−Ｓｉ_6.5 −Ｃ₁ （原子％）合金薄帯
の製造を行った。合金の溶解は、図１に示すような、取
鍋ストッパーおよびロングノズル付きの取鍋を用いた。
溶解後の溶融合金は、図１に示すような注湯用容器を経
由させて、タンディッシュへと誘導した。なお、合金の
溶解は、取鍋内に取り付けた高周波誘導方式によった。

【００３４】用いた注湯容器の内部の寸法は、底部が７
００mm×２００mmの長方形状で、高さが４００mmであっ
た。この容器の材質は、底部にジルコン−ロウ石質の敷
レンガを配し、その上に側壁の最外郭を鉄皮とし、その
内側はジルコン−ロウ石キャスタブルとした。さらに、
この容器の内側にマグネシア質のコーティング材を塗布
し、注湯容器の底部には、前記コーティング材にて、お
よそ２０mmの傾斜を付けた。

【００３５】この容器のタンディッシュ側の側面中央部
には底部に接して、１５mm×３０mmの開口部を設け、そ
の開口部にアルミナ−カーボン質のスライド式の蓋を取
り付け、スライド式の蓋を上下させることで任意の開口
面積がが得られるようにした。鋳造実験前に、スライド
式の蓋を調整して、開口部が１５mm×８mmとなるように
設定した。このようにした注湯容器を、予め、注湯用開
口部から出た溶融合金がタンディッシュ内に収まるよう
な位置に配置し、支持架台に固定した。

【００３６】取鍋での合金の溶解を開始すると同時に、
注湯容器およびタンディッシュをガスバーナーを用いて
予熱した。合金が溶解した後、ガスバーナーでの予熱を
停止し、取鍋を注湯容器上に移動させて、取鍋ストッパ
ーを解放し、ロングノズルを介して溶融合金の供給を開
始した。

【００３７】なお、このとき、タンディッシュストッパ
ーは閉めたままとした。また、取鍋からの溶融合金の供
給量はおよそ６００kg／分とし、この程度の流量になる
ように、ロングノズル径および取鍋ストッパーの上昇ス
トローク長さなどを予め調整した。

【００３８】注湯容器をしばらくそのままにし、タンデ
ィッシュ内に供給された溶融合金の湯面高さが２５０mm
となったところで、タンディッシュストッパーを解放
し、溶融合金を回転する冷却ロール上に噴出した。取鍋
ストッパーを開放してから２０秒後に取鍋ストッパーを
閉め、取鍋からの溶融合金の供給を停止した。注湯容器
内の湯面が減少し、およそ５０mmとなったところで、再
び取鍋ストッパーを開放する。

【００３９】その後は、これまでの操作を取鍋内の溶融
金属がなくなるまで繰り返し、最後に、注湯容器内の湯
面高さが５０mm以下となったところで、スライド式の蓋
を１０mm上方スライドさせ注湯容器内の溶融金属が無く
なるまで、溶融金属をタンディッシュに供給した。そし
て、タンディッシュ内に溶融合金が無くなった時点で、
冷却ロールを止め、薄帯の製造を終了した。

【００４０】なお、その他の製造条件については下記の
通りであった。 注湯時の取鍋内溶融合金温度：１３５０℃ ノズル開口形状：１２０mm×０．７mmの矩形状スリット
を１．５mm間隔に２本並べた開口 鋳造時の冷却ロールの表面速度 ：２０m/s ノズルと冷却ロールとのギャップ：０．３mm

【００４１】結果として、幅がおよそ１２０mmの薄帯が
得られた。得られた薄帯から長手方向で間隔を均等とし
た５箇所の位置で、それぞれ長さ２０ｍのサンプルを採
取し、それらの重量を測定した。その結果、いずれのサ
ンプルともおよそ０．９５kgであった。

【００４２】採取した２０ｍのサンプルは、１秒間に製
造された薄帯の量であるから、タンディッシュに供給さ
れた溶融合金の量は、およそ５７kg／分であったことに
なる。得られた薄帯は、板厚がおよそ５０μｍで、磁気
的性質、機械的性質とも良好な薄帯であった。以上の結
果から、注湯容器を用いることにより、１０kg／分のオ
ーダーでの溶融合金の少量供給が可能となることがわか
った。

【００４３】

【発明の効果】本発明により、単ロール法などの液体急
冷法において、安価に、かつ生産量がトンのオーダーと
長時間鋳造となる場合でも、１０kg／分のオーダーでの
溶融金属の少量供給ができるようになったことから、薄
帯を安価に生産することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例を説明する模式図である。

【図２】図１に示す本発明装置の動きを説明する模式図
である。

【図３】図２に続く本発明装置の動きを説明する模式図
である。

【図４】図３に続く本発明装置の動きを説明する模式図
である。

【図５】図４に続く本発明装置の動きを説明する模式図
である。

【図６】単ロール急冷凝固薄帯製造装置を用いての鋳造
の様子を説明する模式図である。

【図７】従来の方法を説明する模式図である。

【符号の説明】

１ 開口面積を任意に変更できる開口部を有した容器 ２ 取鍋 ３ タンディッシュ ４ 溶融金属 ５ 取鍋ストッパー ６ ロングノズル ７ スライド式蓋 ８ 注湯用開口部 ８Ａ 注湯用ノズル ９ 支持架台 １０ 冷却ロール １１ 断気用蓋 １２ 薄帯 １３ 羽口レンガ １４ 中間ノズル １５ ノズルホルダー １６ 溶湯流路 １７ ノズルチップ １８ ノズルスリット １９ タンデイッシユストッパー ２０ 拡大内部空間 ２１ サイホン管 ２２ 昇降装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属および合金を、高速で移動する
   冷却基板上で急冷凝固する液体急冷法で線および薄い帯
   状の金属および合金を製造する際の溶融金属および合金
   の供給制御方法において、片側に注湯用の開口面積を任
   意に変更できる開口部を有した容器を取鍋とタンディッ
   シュ間に設置し、前記取鍋内から前記タンディッシュに
   溶融金属および合金を供給する際に、前記取鍋から供給
   される溶融金属および合金の一部を、前記の注湯用の開
   口部を所定の面積に設定した容器を介して前記タンディ
   ッシュへ必要な量を供給すると同時に、残りの前記取鍋
   から供給される過剰な溶融金属および合金は、前記容器
   に溜め、前記容器に所定量溜まったら、前記取鍋からの
   溶融金属または合金の供給を停止し、次に、前記容器中
   の溶融金属および合金が少なくなったら、前記取鍋から
   の溶融金属および合金の供給を再開する、一連の操作
   を、前記取鍋中の溶融金属または合金が無くなるまで繰
   り返すことにより、前記取鍋中の溶融金属および合金を
   少量ずつ、継続して前記タンディッシュに供給すること
   を特徴とする、溶融金属および合金の少量供給制御方
   法。
2. 【請求項２】 溶融金属および合金を、高速で移動する
   冷却基板上で急冷凝固する液体急冷法で線および薄い帯
   状の金属および合金を製造する際の溶融金属および合金
   の供給を制御する装置において、片側に注湯用の開口面
   積を任意に変更できる開口部を有した容器を、溶融金属
   および合金を供給する側の取鍋と、受給側のタンディッ
   シュとの間に設置したことを特徴とする、溶融金属およ
   び合金の少量供給制御装置。