JPS5849347B2 - 溶融金属からの直接製板装置における溶融金属の注湯方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融金属からの直接製板装置における溶融金属
の注湯方法に係り、晦融金属（合金を含む、以下同じ）
の保持容器から、冷却面が連続的に移動する冷却体への
注湯方法の改良に関するものである。

溶融金属から直接に連続して薄板や薄帯を製造すること
ができれば、造塊一熱延一冷延などの従来工程が省略可
能となるので、製造コストを飛躍的に低減させることが
出来る。

特に近年のようにエネルギーコストの高騰の著しい現状
では、この直接製板法の開発が急がれている。

また、これらの省エネルギー、低コスト化のためのみな
らず、最近開発された或る種の新金属材料では、本質的
にこの直接製板法によらなければ工業生産が出来ないこ
とが判明した。

その一つは非品質合金薄帯（ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ａ
ｌｌｏｙ ｒｉｂｂｏｎ ）であって、１０’Ｋ／Ｓ程
度の超高速冷却速寒で急冷凝固させること力不可欠であ
るが、従来の技術では到底達或できないものである。

また一方では、結晶質であっても、脆いために従来の熱
延や冷延が全く不可能であったり、あるいは圧延が出来
ても工業生産では多大の費用を要するような材料では、
やはり直接製板法が不可欠である。

また急冷凝固によって生じる微細結晶組織、微細析出組
織、固溶絹織、および非平衡相組織を現出させて、その
特異な特性を利用する材料においても、この直接製板法
は特に有効である。

上述のような画期的な特徴を有する直接製板技術の開発
のために、近年多くの装置や方法が提案されている。

代表的なプロセスの例を第１図に示したが、（ａ）片ロ
ール、（ｂ）必ずしも径の等しくない双ロール、（ｃｌ
連続ベルト、（ｄ）ドラム内面などのよ５Ｋ、冷却向が
連続的に移動する冷却水に溶融金属をノズルから噴出さ
せるものである。

また、これらの変形として、ｅ鼎湯の溜り部を有する双
ロール、（ｆ）下注ぎ双ロールなども提案されている。

これらの手段によって工業的に大量の溶融金属を薄帯に
するためには、何れの手段においても溶融金属を保持す
る容器と、尋融金属を少量づつ噴出させるノズルを分離
させる必要がある。

第２図は通常知られている陪融金属の冷却体への給湯、
注湯方式を示したものである。

（ａ）はストッパー１０を備えた溶融金属保持容器１（
以下容器と称す）内に収容されている溶融金属５を湿度
や成分の調整をした後、ストッパー１０を開けてノズル
２Ｋ給湯し、所定量の溶融金属をノズル先端３から噴出
させるものであるが、この方法ではストッパー摺り合わ
せ部で焼け付きが生じ、ストッパーとストツ′ゝ一台座
が高温融着をおこしたり、あるいは摺り合わせが充分で
ないと湯こぼれか生じて、洩れて出た溶融金属がノズル
先端に詰まったりする故障が絶えない。

またも）の方法では、容器１から搬送管１１を経てノズ
ル２に到るまでを、容器内の圧力を高めて給湯・注湯す
るので、（ａ）の場合に問題となったストッパーを使用
しない点では優れているが、その反面には搬送管１１を
長くする必要がある。

この搬送管が長くなれば途中で溶融金属が凝固するおそ
れがあるので、予め充分に予熱してお〈必要が生じ搬送
中にも加熱するのが通例である。

この加熱には困難な技術を必要とする外に、経費が嵩む
ことになり、しかも搬送管が長くなると、これを構成す
る耐火材料に高度の耐熱衝撃性、耐食性、高温強疲性が
要求されるが、これらを満足する材料を得ることが困難
でありかつ高価であるという難点が存在している。

本発明者らは、上述のような直接製板法における給湯・
注湯の難点を克服するために種々の試み・実験をおこな
った結果、ストッパーを使用することなく、しかも搬送
管部の短い注湯方式を見出した。

本発明はこの知見に基づいてなされたものである。

本発明は、従来の金属薄帯あるいは金属薄板の直接製造
法におげる晦融金属の給湯・注湯法の欠点を除去・改善
した注湯方法を提供することを目的とするものであって
、前記特許請求の範囲記載の手設によって、この目的を
達或するに到ったのである。

即ち、本発明は溶融金属を収容する容器を傾転させて、
この容器に直属して設けられたノズルから、溶融金属を
冷却面が連続的に移動する冷却体の表面上に噴出させ、
直接に金属薄帯または金属薄板を製造するための溶゜融
金属の注湯方法であって、特に容器からノズル先端に到
る間の所定の位置に、搬送管のくびれ部からなる溶融金
属停留部を設け、溶融金属保持容器を傾転してから溶融
金属をノズル先端より噴出させるまでの間、この溶融金
属停留部で溶融金属の流れの先端を停留させることによ
って、ストッパーを用いずしかも搬送管の短い注湯方式
としたものであり、かつ上記晦融金属の流れを停留させ
るために容器内圧力を制御して安定させる手段を提供し
たものである。

次に本発明方法の構戒を具体的な実施態様に基づいて、
図面を参照しつつ詳細に説明する。

本発明には直接製板法で製造できる総ての金属材料を対
象とするものである。

第３図に本発明の注湯方法の実施態様の１例を示す。

まｆ（ａ）に示すようにノズル部２、溶解原料または溶
湯の搬入口７、および容器内圧力制御用開口部８を有す
る溶融金属保持容器１に、醇融金属を搬入口７から装入
する。

また溶融金属を収容する容器に高周波加熱コイルなどの
発熱体を内蔵させて加熱機能を付与した場合には、搬入
口７かも溶解原料を装入して溶解することも可能である
。

溶融金属５の組成や湿度の調整を行なった後、（ｂ）に
示すように容器１を傾転させてノズル２に給湯し、さら
にノズル先端３から溶湯を噴出させ、（Ｃ）に示すよう
に配置されているローラーなどの冷却体４で急冷凝固さ
せて薄帯とする。

本発明においては上述のようにノズル２を具備する容器
１を傾転させて、ノズル２に給湯し、ノズル先端３から
冷却体４０表同上に注湯することを、直接製板法の基本
的な手段とする。

この方法は、前述した従来方法に比べて、ストッパーを
用いないことおよび噴出までの給湯・注漫の経路である
搬送管が短いと言った特徴を有するために、これらに起
因したトラブルを防止することが出来るので、工業的な
利点が大きい。

しかしながら第３図から判るように、容器１の傾転を始
めてから容器１と冷却体４との相対位置調整が完了する
までの間、ノズル先端３から溶湯が噴出飛散することに
なるので作業性は極めて悪く、特に溶鋼などのような高
融点金属を対象とする場合には、実際上このような作業
方法を採用することが出来ない。

そこで本発明においては、傾転中に溶湯がノズル先端部
３に達するまでの途中の適当な位置で、溶湯を一時的に
停留させるようにした。

即ち第３図に示すように、ノズル先端３と容器１０間の
適当な溶湯搬送経路位置に、経路の断面が局所的に狭く
なった所謂くびれ部を設けて、ここで溶湯の流れの先端
を一時的に停留させることにした。

このような停留が生じるためには、容易にわかるように
、このくびれ部すなわち溶融金属停留部９において、溶
鋼の静水圧とノズル先端３に通じる外気圧とが等しくな
っている必要がある。

ここで容器内圧力すなわち容器１内で溶湯５の自由表面
が接している圧力をＰ（ｄｙ′ｎ／ｃｒｎ２）とし、溶
融金属停留部９から測った溶湯自由表面の高さをｈ（ｃ
ｒＩ１）とすると Ｐ＝Ｐｏ−ρｇｈ ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・ （１）となっていることが必要である。

ここで、Ｐｏは外気圧（ｄｙｎ／ｃｍ２）、ρは溶湯密
［Ｉ（．！ｉ／／Ｃｍ３）、ｇは重力定数（ ９ ８
０ｃｍ／ Ｂｅｃ２）である。

ところが第３図ｄに示すように、溶融金属停留部９のく
びれ部で停留している溶湯前面は、ｈがくびれ部の径に
比べて充分に大きい場合（本発明では、これが充たされ
ている）には、その形状が球面Ａ，Ｃ（＜びれ部が円管
（孔）の場合）や円筒面Ｂ（くびれ部断面が直方形の場
合）をとるので、これに起因する表面張力の影響が加わ
る。

従って、溶湯の表面張力をσ（ｅｒｇ／Ｃｍ２）、溶融
金属停留部９のくびれ部断面の代表径（円管の場合は半
径、直方形の場合は短辺とする）をＲ（ｃｆｎ）とする
と、このくびれ部で溶湯の流れが停留するためには の範囲に容器内圧力Ｐを制御しておけば良い。

代表的な溶融金属として溶鋼（σ雰１８００ｅｒｇ／ｃ
ｍ２）の場合について説明すれば、第４図に制御すべき
容器内圧力範囲（−１−ＪＰ ）を図示する。

容器内圧力Ｐが設定値Ｐ。

−ρｇｈ をＡＰ以上に超えると、溶湯は停留部から洩
れ出てノズル先端３に達する。

一方ＡＰ以上に低くなると停留部から外気の気泡が溶湯
内に侵入する。

現状の容器内圧力の制御技術では、ＡＰが約０．０ ０
５ｋ９／Ｃｍ２以下の制御は不可能であるので、くび
れ部の代表径Ｒは１ＣＩｎ以下にする必要がある。

一方、Ｒを小さくとるとＰの制御域は拡大して制御が容
易になるが、壁部などの破損物や混入物の通過に際して
目づまりなどの故障が生じ易いし、さらに醇湯停留部の
保温が不充分な場合には、凝固シェルが形成されてやは
り目づまりが発生する。

このようなトラブルはＲが２．５肌以下になると著しく
なるので、本発明では晦湯停留部の代表径Ｒを２． ５
ｍ７ｒＬ〜１０＃！扉とする。

上述のような手段によって、容器の傾転開始から容器と
冷却体との相互位置設定が完了するまでの間、一時的に
溶湯の流れを容器内圧力の制御によって晦湯停留部で停
止させておき、容器と冷却体の相互位置設定が完了した
後に、容器内圧力を高めて溶湯をノズル内に給湯し噴出
させて注湯することが出来る。

このようにして高融点金属においても注湯の作業性は著
しく改良される。

容器内圧力Ｐの制御のためには、溶湯停留部から測った
溶湯表面の高さｈを、制御用入力として計測する必要が
ある。

このためには現在公知である任意の湯口高さ探知法を用
いることが出来る。

さらに簡便な方法としては第３図に示すように、容器の
傾転角αから容易に算出できる。

溶湯を一時的に停留させるくびれ部の断面形状は、代表
径Ｒが前述の範囲内であれば任意の価でよいが、晦湯と
の接触面積が最も小さい円管状が好ましい。

溶湯の流量を大きくする必要が生じた場合には、Ｒを無
制限に大きくとることが出来ないので、くびれ部の導入
口の数を複数個にすれば良い。

また前述のように、このくびれ部で晦湯の凝固が生じ易
いので、これを防止するために周辺を加熱するのが好ま
しい。

例えば第５図ｄに示すように、発熱体１５を溶融金属停
留部９のくびれ部の外周辺に埋め込んでおくようにする
のが良い。

またバーナーで直接に外部から加熱することも好ましい
。

次に対象とする金属が鉄を主戒分とする場合には、溶鋼
自由表面と接する外気が空気などの酸化性雰囲気である
場合には溶鋼表面が酸化され、また溶鋼中に酸素が混入
して得られた薄帯の特性を劣化させる場合が多いし、更
に表面にスラグが形成され、これが容器やノズルの耐火
材料を侵食して、寿命を縮めるのみならず晦湯の流れを
阻害する。

これらのトラブルを防止するために、第５図に示すよう
に、予めノズル先端部３に不活性ガス導入アタプタ−１
２を設置し、これを通じてアルゴンなどのその金属に対
する不活性ガス１３を導入しておくのが良い。

今この導入口での（ノズル先端部での）不活性ガスの圧
力をＰ′としておくと、ω）のように傾転から（ｃ）の
ように位置設定に到る間、 となるように ｐ／ またはＰの倒れか、あるいは両
者を同時に制御するようにすると、溶湯は溶湯停留部で
停留した状態で、不活性ガスの気泡１４が第５図ｂ＋ｃ
のように溶湯中に侵入上昇する。

この場合には前述の（２）式に示したような、技術的に
一層困難な制御をする必要はないので工業的にはメリッ
トが大きい。

位置調整が完了した時点で、ｐ／を徐々に外気圧（通常
は大気圧）に近付けた後、不活性ガス導入アダプター１
２を取り除き、Ｐを高めてノズルからの注湯な開始する
ようにする。

当然のことながら、Ｐ′ を外気圧に調整する期間およ
びアタブターを除去して溶湯な噴出させるまでの期間は となるように、容器内圧力Ｐを制御する必要があるが、
この場合の制御は、容器の傾転がｈが一定の条件下で終
了してから行なえば良いので、換言すればＰ′を徐々に
外気圧にまで変動させる外乱に、Ｐを調整させるだけで
あるので極めて容易になるのである。

またＰ′ を当初から外気圧にしておけば（Ｐを予め減
圧しておく）、一層簡便になることは言うまでもないこ
とである。

この場合においても、第５図ｅに示すように、不活性ガ
ス導入アタプタ−１２に発熱体１６を内蔵させて、予め
充分に加熱しておいて、ノズル先端部３をこれによって
間接的に加熱することは、ノズル先端部での凝固による
目づまりを防止する上で有効である。

本発明は、溶融金属を連続的に移動する冷却体に噴出さ
せて金属薄帯や金属薄板を得る直接製板装置における溶
融金属の注湯方法の改善であって、上述のような手段に
よって晦湯を容器からノズル部に給湯し、ノズル先端部
から冷却体表面上に注湯する手段である。

即ち容器に直接附設された、溶湯を噴出させるノズル部
に、溶融金属停留部を設けて鼎融金属の内外からの圧力
を制御することによって、注湯に当って容器を所定位置
に設定するまでの間の溶漫の漏洩を防止するものであっ
て、本発明の手段を用いることによって、従来必要とし
ていた容器附属のストッパーや長い搬送管などを必要と
せず、従って溶湯の搬送中に生じ易かった目づまりなど
の欠点も解決され、コストの低減、操業の安定や作業の
安全を確保するに至った効果には顕著なものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶融金属から直接に薄板・薄帯を製造する装置
の代表的な例の説明図、第２図は溶融金属の冷却体への
通常の給湯・注湯方式の説明図、第３図は本発明の注湯
方法を実施例で示した説明図、第４図は制御すべき容器
内圧力範囲を示した説明図、第５図はノズル先端部に設
置した不活性ガス導入アタプターの概略図面である。 １・・・・・・溶融金属保持容器、２・・・・・・ノズ
ル本体、３・・・・・・ノズル先端、４， ４／， ４
／／・・・・・・冷却体、５・・・・・・醇融金属、６
・・・・・・薄帯、７・・・・・・溶解原料醇湯搬入口
、８・・・・・・容器内圧力コントロール用開口部、９
．・・・・・溶融金属停留部、１０・・・・・・ストッ
パー、１１・・・・・・搬送管、１２・・・・・・不活
性ガス導入アダプター１３・・・・・・不活性ガス、１
４・・・・・・気泡、１５・・・・・・溶融金属停留部
の加熱体、１６・・・・・・アタプター加熱体０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高速で回転するローラーやドラム、あるいは高速で
   移動する−ＳＯ−ルトなどの冷却面が連続的に移動する
   冷却体に、溶融金属をノズルから噴出させて急速冷却凝
   固させ、直接に金属薄帯あるいは金属板を製造する際に
   、晦融金属の注入を冶融金属を収容した容器を傾転させ
   附設されているノズルから噴出させる注湯方法において
   、上記溶融金属を収容する容器からノズル先端に至る搬
   送管の一部に溶融金属停留部を設け、上記容器を傾転し
   てからノズル先端より晦融金属を噴出させるまでの間、
   上記溶融金属停留部において、洛融金属の流れの先端を
   停留させておくことを特徴とする溶融金層からの直接製
   板装置における溶融金属の注湯方法。 ２ 溶融金属を収容する容器からノズル先端に到る搬送
   管の一部に設けられる溶融金属停留部が、円管状の場合
   は直径５〜２０ｍｍ、直方形状の場合は短辺が２．５〜
   １ ０ ｒｎｗであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の溶融金属からの直接製板装置における溶融
   金属の注湯方法。 ３ 遅くとも溶融金属を収容する容器の傾転開始時から
   、上記容器内の圧力Ｐ（ｄｙｎｅ／Ｃｒｎ２）を、溶融
   金属停留部から計った醇融金属の自由表面の高さｈ（Ｃ
   Ｉｎ）の変化に対応させて となるように制御して、溶融金属停留部に溶融金属を一
   時的に停留させることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の陪融金属からの直接製板装置における溶融金属
   の注湯方法。 ４ 溶融金属停留部を予め加熱しておくことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の溶融金属からの直接製板
   装置における溶融金属の注湯方法。 ５ 遅くとも溶融金属を収容する容器の傾転開始時から
   、Ｐ’（ ｄｙｎｅ ／ａｎ２）の圧力を有するアルゴ
   ンなどの不活性ガスをノズル先端部に取り付けた不活性
   ガス導入アダプターから導入し、上記容器の傾転完了ま
   での間は Ｐ′≧Ｐ＋ρｇｈ となるようにＰ′ またはＰ１あるいは両者を制御して
   陪融金属が溶融金属停留部からノズル側に洩れないよう
   にした後 となるように ｐ／ を大気圧に近付けつつＰを制御し
   て ｐ／ を大気圧とした後、上記不活性ガス導入アタ
   プターを除去し、つづいてＰを高めて溶融金属を晦融金
   属停留部からノズル先端部に導入し、さらに先端開口部
   から噴出させることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の溶融金属からの直接製板装置における溶融金属の
   注湯方法。 ６ 不活性ガス導入アタプターに発熱体を組み入れて、
   該アダプターを加熱することによって、ノズル先端部を
   予熱することを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   溶融金属からの直接製板装置における溶融金属の注湯方
   法。