JPS5953145B2 - 溶融金属から直接幅広薄帯板を製造する方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融金属から直接幅広薄帯板を製造する方法
と装置に関するものである。

従来金属材料の幅広い薄板あるいは薄板は、旧来法例え
ば溶解−造塊一焼鈍一熱間圧延一中間焼鈍一冷間圧延等
の工程を経て製造されており、また近時は連続鋳造方法
、例えば溶解一連続鋳造一焼鈍一冷間圧延等の工程を経
て製造されている。

しかしながら旧来法は工程が複雑であるばかりでなく、
設備費が多大であり、製造される金属材料帯板単位重量
当りに使用されるエネルギーが膨大であり、かつ仕上歩
留が悪いという欠点があり、一方連続鋳造方法は前記旧
来法の工程を短縮し、エネルギー消費も大幅に低減させ
ることができることから急速に普及しているが、設備に
要する費用が多大であり、また作業に精密な制御と熟練
を必要とする等の欠点がある。

ところで、溶融金属から金属繊維を製造する方法も種々
提案されている。

これらの方法は溶融金属をノズルから噴出させつつ、そ
の流体をガス冷却する手段（１）、液体中で冷却する手
段（２）、あるいは金属表面に耐着させて冷却する手段
（３）によって金属繊維を製造する方法であり、またそ
れぞれの方法に用いられる装置が提案されている。

しかし溶融金属の粘性は一般に低く、（１）、 （２）
の方法により寸法精度の良い金属繊維を連続的に製造す
ることは工業的に困難であり、（３）の方法が最も有望
視されている。

前記（３）の方法は原理的に第１，２および３図にそれ
ぞれ示す如き３種の方式（ａ）、 （ｂ）、 （Ｃ）に
分類することができる。

方式（ａ）は第１図イに示すように傾斜した内壁面を有
する円筒を回転させて、その内壁面に溶融金属の細い線
状流をノズルより噴出させ、遠心力により内壁面に耐着
、冷却、凝固させた後円筒状に放出させる方法である。

方式（ｂ）は第２図イに示すように円板の外周上にノズ
ルより溶融金属を噴出させて吹き付け、前記円板の外周
面で冷却、凝固させて連続的に放出させる方法である。

方式（Ｃ）は第３図イに示すように互に並接反転する２
個のローラの接触部に溶融金属をノズルより放出させ、
前記２個のローラに挾み込むことにより冷却、凝固させ
連続的に下方に放出させる方法である。

さて本発明者等が行った前記（ａ）、 （ｂ）、 （Ｃ
）方式についての実験によれば、（ａ）、 （ｂ）方式
では溶融金属が凝固する除斥面すなわち内壁面あるいは
円板外周面でそれぞれ冷却されるため、製造されるテー
プ状製品は前記それぞれの面に接触した側と自由凝固し
た側とではその平滑度が異なり、前記接触した側には通
常ガスが巻込まれるため小さい四部が多数発生し、一方
自由凝固した側には凹凸の発生が避けられないという欠
点がある。

前記（ａ）方式によれば１．製造されたテープの断面形
状は第１図口に示すように横断面における幅方向と直交
する中心線に対して非対称的で、かつ両面の平滑性が悪
く、しかも幅２ｍｍ以上のテープの製造が困難である。

（ｂ）の方式によれば第２図口に示すようにテープの断
面形状は前記中心線に対して対称的ではあるが、両面の
平滑性が悪い。

（Ｃ）の方式によればテープは２個のローラにより圧延
されるので、第３図口に示すようにその断面形状は前記
中心線に対して対称的で両面の平滑性は良いが、５ｍｍ
以上の幅を有するテープの製造は困難である。

また（ｂ）、 （Ｃ）の方式にあっては（ａ）の方式に
較べて、溶融金属が流下凝固してテープとなってローラ
から放出されるまでローラと接触している時間が極めて
短く、十分には冷却されずに放出されるため、線状ある
いはテープ状とならないこともしばしばあり、また表面
酸化が大きいという欠点がある。

本発明は、従来知られ、あるいは実施されている前記諸
方法ならびに方式の有する欠点を除去、改善した溶融金
属から直接幅広薄帯板を製造する方法ならびに装置をを
提供することを目的とするものであり、 （１）溶融金属を幅広のスリットを有するノズルを経て
１０００〜５０００ｒｐｍで回転中のローラ上に所望幅
に流下、急冷、凝固させて帯板となし、前記帯板が前記
ローラの外周面に沿って回転移動する間に前記ローラと
そのローラに並接して回転する他のローラとの間に前記
帯板を噛込ませて冷却ならびに圧延を施す方法において
、溶融金属のローラ上へ流下方向線と、前記溶融金属が
前記ローラ上に流下する点におけるローラの接線とのな
す角４０°〜９０°の範囲内に設定すると共に前記ノズ
ルはロール上の溶融金属の進行方向と直角方向にスリッ
ト幅を広げたことを特徴とする溶融金属から直接幅広薄
帯板を製造する方法。

（２）横断面を幅広いスリットに形成した溶融金属の噴
出ノズルと、この噴出ノズルに近装置された第１０−ラ
と、第１０−ラに並接する第２０−ラとを具え、前記噴
出ノズルのスリットの長手方向と第１０−ラの軸線方向
とを平行させたものとし、噴出ノズルより噴出される溶
融金属は先ず第１０−ラに流下、冷却、凝固されて帯板
となって、第１０−ラの外周面に沿って第１０−ラと共
に回転する間に第１０−ラと第２０−ラの間に前記帯板
が噛込まれる如く前記噴出ノズルを配置し、第１０−ラ
と第２０−ラで前記帯板が冷却、圧延される装置におい
て、前記噴出ノズルはその中心軸線と溶融金属が第１０
−ラの外周上に流下する点における第１０−ラに対する
接線とのなす角が４０°〜９０° となるように配設す
ることを特徴とする溶融金属から直接幅広薄帯板を製造
する装置に係る。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明者等は、両面の平滑性が良く、かつは・・５ｍｍ
以上の幅広薄帯板を製造するため、前記（ｂ）方式と（
Ｃ）方式との原理を合目的に結合した方法を新規に知見
して本発明を完成した。

ところでＢ方式によれば、第２図に見るように溶融金属
を回転中のローラ上に例えば所望幅のノズル内法断面形
状を有するノズルより噴出流下させると、前記ローラ上
で冷却、凝固して帯板となり、前記ローラの外周面に沿
って温度低下しつつある円周角の間ローラと共回りし、
温度がさらに低下すると帯板は収縮によりローラ外周面
から剥離して遠心力により振り離されるに至り、その後
前記帯板は両面を例えば空気によって冷却される。

“ しかしながら本発明方法によれば前記のように帯板
がある円周角の間ローラ（以後第１０−ラと称す）と共
回りし、第１０−ラ外周面から剥離しないうちに、帯板
を第１０−ラと第２０−ラとの間に噛込ませる。

かくすることにより帯板は第１０−ラによって冷却され
ることだけでなく第２０−ラによっても冷却され、すな
わち帯板は両面から急冷を受けることができる。

次に本発明方法、（ａ）方式、（ｂ）方式および（Ｃ）
方式によりそれぞれ製造される帯板の性状を比較して第
１表に示す。

第１表より判る如く、本発明方法によれば帯板の幅は所
望幅に自在にすることができ、かつその断面形状は幅方
向に直交する中心線に対して対称的であり、かつ帯板の
両面の平滑性は極めて優れており、前記（ａ）、 （ｂ
）、 （Ｃ）方式によっては側底製造することのできな
い優れた幅広薄帯板を溶融金属から容易に直接製造する
ことができる。

次に本発明の溶融金属から直接幅広薄帯板を製造する装
置について説明する。

本発明の装置は、第４図に示すように第１０−ラ１と第
２０−ラ２と第１０−ラに近接配設されたノズル３とよ
り構成される。

第１０−ラはその外周面にノズルから噴出流下する溶融
金属を冷却ならびに凝固させる機能を、第２０−ラ２は
前記凝固した金属帯板を第１０−ラ１との間に噛込んで
圧延ならび冷却を施す機能を有する。

本発明の装置において、第１および第２０−ラの材質は
薄帯板となされる金属の種類により異ならせることがで
き、軟く融点の低い金属帯板を製造する場合には銅製ロ
ーラが、硬く融点の高い金属帯板を製造する場合には例
えば工具銅製あるいは表面処理鋼製ローラを有利に用い
ることができる。

本発明の装置において、第１０−ラならびに第２０−ラ
による溶融金属の冷却機能を高めるため、第５図に示す
如く前記２つのローラのそれぞれに並接させて冷却ロー
ラ４，５をそれぞれ設けることができる。

こうすることにより第１０−ラ、第２０−ラが溶融金属
から伝導により伝達された熱は前記第１、第２０−ラか
ら例えば大気中に放熱されるだけでなく、冷却ローラ４
，５にも伝達されらるので、第１および第２０−ラの昇
温をより有利に抑制することができ、第１および２０−
ラの耐用寿命を延長させることができると共に、溶融金
属の冷却、凝固をより速くすることができる点で有利で
ある。

さらに必要により、前記冷却ローラ４，５に冷却ガスあ
るいは液体を吹付けて強制冷却することも有利である。

本発明の装置において、第１および第２０−ラとノズル
の相関的配置は例えば第４図イ１口、ハにそれぞれ示す
ようにすることができ、何れの配置を採用するかは、本
発明の装置が設けられる四囲の状況により選択すること
ができる。

例えば装置を高所に設けて帯板を第４図イの如く真下に
取出す場合は装置その他付属設備の設置面積を少なくす
ることができ、例えば第４図への配置では装置の設置建
屋の高さを低くすることができる。

なお、第５図によって、ノズルから第１０−ラ上に噴出
された金属流体が冷却されて凝固し、第２０−ラがない
場合に第１０−ラ表面から遠心力により剥離されるまで
の推移にって次に説明する。

第６図において、ノズル３より噴出され第１０−ラ１の
表面上に金属液体が最初に接する位置を２１とし、剥離
する位置を２２とし、位置２１と２２との間の円周長さ
を■とする。

高速度カメラによる実験によれば、溶融金属は銀でロー
ラが直径２０ｃｍの鋼製で、回転速度が３００Ｏｒｐｍ
、２０００ｒｐｍのときはｌはそれぞれ１．５ｃｍ、２
． Ｏｃｍであった。

前記ｌは他条件が同一ならばローラと金属との濡れ度合
と金属に加わる遠心力との約合により決まり、ローラの
材質、寸法、金属の種類、金属凝固帯板の形状などによ
り変化するので、■の長さすなわち位置２１と２２間は
使用条件によって決め、第２０−ラを第１０−ラと接触
させる位置は前記位置２２あるいはその付近にする必要
がある。

次に本発明の装置を用いて幅広薄帯板を製造する方法に
ついて説明する。

第７図ノズル３中に挿入した金属６を適当な方法で溶解
した後、圧力例えばガス圧を金属液体に付加してノズル
３の幅広い先端より前記金属液体を第１０−ラ１上に噴
出させる。

幅広い金属液体は回転する第１０−ラ１の表面に幅広く
接着し、第１０−ラ１に熱伝導よって金属の熱が放出さ
れ冷却され凝固して帯板となり、第１０−ラ１と共にそ
の外周表面に接触しながら回転し、第１および第２０−
ラの接点７で前記帯板は噛込まれさらに第２０−ラ２に
よっても冷却を受け、同時に前記２個のローラ１，２に
よって圧延されて、両面が平滑な幅広薄帯板８が製造さ
れる。

この場合前記第２０−ラ２が設置されないと従来の（ｂ
）方式の如く第１０−ラ上で凝固後の帯板は第１０−ラ
の遠心力により第１０−ラから剥離されるので、帯板の
厚さはノズルからの金属液体の流量と第１０−ラの回転
速度によってのみ規定されるが、本発明によれば、前記
規定のほか第１および第２０−ラによる圧下率の如何に
よって、前記厚さを調節することができるだけでなく、
帯板の幅をもある程度調節することができる。

また本発明によれば帯板の両面を平滑にすることができ
る。

前記（ｂ）方式によれば帯板を均一に巻取ることができ
ないが本発明によれば、第１および第２０−ラに帯板が
噛込まれているため、張力をかけることが可能であり均
一な巻取りが容易にできるという特徴を有する。

次に本発明において用いるノズルについて説明する。

本発明の研究において、ノズルの断面形状を円形とした
ノズルを用いて製造される金属テープの幅はノズル直径
のはパ２倍以上には拡がらず、その理由としては幅方向
すなわちローラの軸線方向に溶融金属が拡がる以前に冷
却凝固するためであることを知った。

このため第８図イ１口にそれぞれ示す如き、長方形ある
いは楕円形のノズルを用いることによって、冷却体すな
わちローラの表面に接するより以前に幅広い板状の液体
流を形成させることができ、この場合製造されるテープ
の幅は第４図イ１口のそれぞれのノズル断面内法の長手
方向、あるいは長軸方向の長さとはパ等しくすることが
できる。

しかしながらこのようなノズル断面形状のノズルから噴
出された液体流は溶融金属自体の表面張力のために凝集
し、円柱状に変形するので、ノズル先端と冷却体との距
離はできる限り近接させることが有利である。

本発明において、第１および％２０−ラに対するノズル
の配設位置により帯板の形状が影響される。

第９図はノズル中心軸と、金属液体流が第１０−ラと接
触する点における第１０−ラの接線となす角αとローラ
の回転速度ｒｐｍとの関係によって帯板の形状が変化す
ることを示す図である。

同図に示す実験において、ノズル孔幅１０ｒｎｍ、厚さ
０、５ｍｍ、金属液体に付加し圧力０．５ｋｇ／ｃｍ’
、金属は原子％でＮｉ７８％、Ｂ１２％、５ｉｌｏ％を
使用した。

同図に見られるように、金属液体が線状とならぬ不良品
（図中×で示す）、線状になるが断面不均一なやや良好
品（図中△で示す）、線状となり断面均一な良好品（図
中○で示す）はそれぞれ前記角度αにより影響され、角
度αが４０°〜９０°の範囲内で良好品が製造されるこ
とが判る。

しかしながらノズルの形状、液体噴出圧力、金属の種類
、ローラ材質、ローラ径、加熱温度などにより角αの最
適値を採用する必要がある。

本発明の研究において、製造される薄帯断面の幅Ｗ、厚
さｔと第１０−ラの回転速度ｒｐｍとノズル孔の厚さＴ
との相関性を調べた。

この研究で用いた合金は原子％でＮｉ７ｇ％、Ｂ１２％
、５ｉｌＱ％の成分組成、ノズル孔の幅Ｗは４０ｍｍで
ある。

第１０図に示すようにノズル孔の厚さＴが一定の場合ロ
ーラ回転速度が１１００Ｏｒｐ附近までは薄帯の厚さｔ
が急激に減少し、それ以上では緩やかに減少する。

一方薄帯の幅Ｗは１１０００ｒｐ附近以上で漸減する。

本研究により薄帯の幅はは＼゛ノズル孔幅により定まる
が、厚さはロール回転速度とノズル孔断面厚さに大きく
依存する。

なお、同図中５００Ｏｒｐｍ以上で製造された薄帯はす
べて非晶質化されていたことから、その冷却速度は約り
０５℃／ｓｅｃ以上であったと思われる。

本発明に使用することのできる金属の種類は純金属例え
ばアルミニウム、銅等、また合金例えばジュラルミン、
青銅、鋼、ステンレス鋼等のほか、炭素、燐、硼素、珪
素などの半金属を含む鉄、コバルトあるいはニッケル合
金；Ｎｂ−Ｎｉ合金；Ｃｕ−Ｚｒ合金等所謂非晶質化さ
せることのできる合金を用いて非晶質合金を容易に製造
することかで゛きる。

本発明によれば、次の如き性状を有する金属材料でも容
易に幅広薄帯板となすことができることは本発明の大き
な特徴の１つである。

１ 通常の製造方法、すなわち溶解−造塊−加工する方
法を採用することができないか、あるいは困難である硬
くて脆い金属材料、例えばＦｅ−Ａｌ、 Ｆｅ−Ｃｒ、
Ｆｅ−３ｉ等。

２ 急冷効果が必要な金属材料、例えば非晶質金属材料
、過飽和固溶体金属材料、超微細組織金属材料等。

次に本発明を実施例いついて説明する。

実施例 １ 最近特に注目を集めている非晶質強磁性金属の幅広薄帯
板を本発明により製造した。

この際の製造条件はローラは硬鋼製、ローラ幅５０ｍｍ
、ローラ直径３００ｍｍ、ローラ回転速度３０００ｒｐ
ｍ、ノズル断面形状縦４５ｍｍ横０．５、ノズルからの
アルゴンガス噴出用圧力１．５ｋｇ／ｃｍ□、ノズル先
端とローラ表面との距離５ｍｍ、角α６０°、製造合金
の成分組成原子％でＦｅ５％、Ｃｏ７０％、５ｉ１５％
、Ｂ１０％であった。

前記製造された合金をＸ線回折で調べた結果鋭い回折ピ
ークはなく、数個のブロードなハローが見られるのみで
あり、非晶質化していることが判った。

製造された前記合金の厚さ３０μ、幅４５ｍｍの薄帯の
磁気特性ならびに硬さは下記第２表の如くであった。

同表より判るように前記薄板は優れた高透磁性を有して
いた。

なお薄帯の幅および長さ方向の均一性は良く、硬さで±
５〜１ＱＨｖ、Ｈｃで±０、００５０ｃのバラツキしか
ない極めて高い精度を有していた。

参考図は本発明により製造された前記非晶質金属の幅１
０．３０．４５ｍｍの３種の外観写真である。

実施例 ２ 実施例１と同一装置を用いて本発明方法により下記第３
表に示す、工具鋼に適する成分組成の高炭素高クロム鋼
および高炭素ニッケルクロム鋼を薄帯とした。

この薄帯は厚さ約３０μ、幅約３０ｍｍで約１０５％／
ｓｅｃの急冷効果のため約２０ＯＡ’直径の超微細炭化
物がオーステナイトあるいはフェライト基地中に均一に
分散している組織が得られ、この炭化物の分散硬化によ
り第３表に示す如き硬くて強い優れた機械的性質を有す
ることが判った。

以上本発明方法ならびに装置によれば溶融金属から直接
幅広薄帯板を製造することができ、かつ用いられる金属
、合金の種類により従来法では得ることのできなかった
特異な性質を有する薄帯板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図イは金属繊維の既知の製造方式の説明図、仝メロ
は仝図イによって製造された金属繊維の横断面を示す図
； 第２図イは金属繊維の既知の製造方式の説明図、仝メロ
は同図イによって製造された金属繊維の横断面を示す図
； 第３図イは金属繊維の既知のさらに他の製造方式の説明
図、仝メロは同図イによって製造された金属繊維の横断
面を示す図； 第４図イ１口、ハはそれぞれ本発明の装置における第１
および第２０−ラとノズルの相関的配置を示す図； 第５図は本発明の装置の１つの変形を示す図；第６図は
ノズルから噴出された金属液体がローラで冷却、凝固、
放出される状況を示す説明図；°第７図はノズルから噴
出された金属液体が第１０−ラ１で冷却、凝固され、続
いて第２０−ラ２で冷却、圧延されて放出される状況を
示す説明図； 第８図イ１口はノズル先端孔断面の形状を示す図； 第９図はノズル中心軸と、金属液体流が第１０−ラと接
触する点における第１０−ラの接線とのなす角αとロー
ラの回転速度ｒｐｍとの関係による帯板形状の変化を示
す図； 第１０図は製造される薄帯断面の幅Ｗ厚さｔと第１０−
ラの回転速度とノズル孔の厚さＴとの関係を示す図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融金属を幅広のスリットを有するノズルを経て１
   ０００〜５０００ｒｐｍで回転中のローラ上に所望幅に
   流下、急冷、凝固させて帯板となし、前記帯板が前記ロ
   ーラの外周面に沿って回転移動する間に前記ローラとそ
   のローラに並接して回転する他のローラとの間に前記帯
   板を噛込ませて冷却ならびに圧延を施す方法において、
   溶融金属のローラ上への流下方向線と、前記溶融金属が
   前記ローラ上に流下する点におけるローラの接線とのな
   す角を４０°〜９０°の範囲内に設定すると共に前記ノ
   ズルはローラ上に溶融金属の進行方向と直角方向にスリ
   ット幅を広げたことを特徴とする溶融金属から直接幅広
   薄帯板を製造する方法。 ２ 横断面を幅広いスリットに形成した溶融金属の噴出
   ノズルと、この噴出ノズルに近接配置された第１０−ラ
   と第１０−ラに並接する第２０−ラとを具え、前記噴出
   ノズルのスリットの長平方向と第１０−ラの軸線方向と
   を平行させたものとし、噴出ノズルより噴出される溶融
   金属は先ず第１０−ラに流下、冷却、凝固されて帯板と
   なって、第１０−ラの外周面に沿って第１０−ラと共に
   回転する間に第１０−ラと第２０−ラとの間に前記帯板
   が噛込まれる如く前記噴出ノズルを配置し、第１０−ラ
   と第２０−ラで前記帯板が冷却、圧延される装置におい
   て、前記噴出ノズルはその中心軸線と溶融金属が第１０
   −ラの外周上に流下する点における第１０−ラに対する
   接線とのなす角が４０°〜９０° となるよう配設する
   ことを特徴とする溶融金属から直接幅広薄帯板を製造す
   る装置。