JPS6024247A - 液体急冷金属製品の連続製造方法 - Google Patents

液体急冷金属製品の連続製造方法

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JPS6024247A
JPS6024247A JP58131177A JP13117783A JPS6024247A JP S6024247 A JPS6024247 A JP S6024247A JP 58131177 A JP58131177 A JP 58131177A JP 13117783 A JP13117783 A JP 13117783A JP S6024247 A JPS6024247 A JP S6024247A
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furnace
metal
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hopper
furnaces
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谷村 暉
Hisayasu Tsubata
津幡 久保
Shoji Tamamura
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637Accessories therefor
    • B22D11/0697Accessories therefor for casting in a protected atmosphere

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体急冷方式により製造する金属製品の連続
製造方法に関するものである。
近年、液体急冷方式によって金属薄帯又は金属細九線あ
るいは金属微粉を製造する技術が盛んに研究されており
、その方式が種々提案されている。
例えば、綜合文献として[アモルファス合金その物性と
応用(アグネ19旧年刊)]に種々開示されているが、
これら各種の方法の共通点はルツボ中にて所定の合金を
溶解し7て、その溶湯を加圧することによりルツボの先
端に取付けたノズルより噴出スレv吐出させて所望の製
品を製造するものである。ノズルより吐・噴出させた後
、どのように急冷するかは、製造するところの薄帯又は
細丸線又は微粉によって異なり、それぞれ多くの方法が
具体的に提案されている。しかし7ながら、金属溶湯を
どのように供給するかは具体的に明示されていない。“
この方法に関して一般的に知られているのは、まず所定
の合金の原料となる何種類かの金属原料を予め所定の比
率でδ1量混合し、これを前記のルツボとは別の溶融ル
ツボ中で溶融混合し、一旦固化さ−Iて合金インゴット
を作成する。次いでこれを吐・噴出用ルツボ中に仕込ん
だ後、加熱して再溶融して、しかる後に不活性ガスによ
って加圧してノズルより吐・噴出させるものである。し
たがって、かかる従来方法は1合金インゴットの作成及
び合金インゴットの再溶融、吐・噴出の工程はいずれも
バッチ方式であって、経済的には問題を有するもので、
到底工業化には適し得ないものである。すなわち、より
具体的に説明すると。
従来方法はf]1合金合金インゴット造及びその貯蔵設
備が必要である。(2)合金インゴットを吐・噴出用ル
ツボ中で再溶融するためのエネルギーが必要である。(
3)バッチ方式であるために、(a)稼働率が低い、(
b)バッチ間の製品品質に変動を生ずるおそれがある2
(C)バッチ内で吐・噴出の始めと終りの非定常部分又
は溶湯液面のレベル変化による不均一部分を製品から除
外した時に歩留の低下を招くおそれがある1等の問題点
を有するものである。
本発明者らは、従来方法の有する上記のごとき問題点を
解消し、液体急冷金属製品の製造を連続的、かつ経済的
ならしめる製造方法を提供することを目的として鋭意研
究した結果、2基以上の溶融炉に順次に金属原料を供給
し、溶融炉において順次に熔ンルを作成し2作成した/
8湯をノズルから連続して吐出すると、1−記の目的が
達成されることを見い出し2本発明を完成1.た。
すなわち9本発明心、!金属原*゛1を所定の合金成分
比率に混合針…l、て加圧ホッパに受入れ、不活性ガス
にて置換した後、溶融炉と吐出量とを同一の加圧雰囲気
となし、2基以上の溶融炉に順次に金属原料を供給し、
溶融炉において順次に溶湯を作成するとともに、該:/
8湯を連続的に吐出量に供給して、吐出量に取付けたノ
ズルから連続して吐出することを特徴とする液体急冷金
属製品!品の連続製造方法である。
以下に本発明の方法を図面に基づいて説明するが、まず
最初に従来方法について第1図によって説明すると、第
1図(A)に示すごとくルツボ1の中に別の溶融ルツボ
で作成した合金インゴ71・2を入れ、雰囲気置換用の
不活性ガス導入バルブ3を開放して2次に誘導加熱用コ
イル4に交番電流を流し1合金インゴット2を溶融する
。合金インゴットを溶融した後は、第り図(B)に示ず
ごとくバルブ3を閉め、加圧用の不活性ガス導入バルブ
5をMuすて溶湯6に圧力を加えてルツボ1の底部に取
付けたノズル7より溶湯6を吐出させ。
回転する金属ローラBの円周表面上に接触させて金属薄
帯9を製造する。かかる従来方法においては3合金イン
ゴットの仕込みから溶湯の吐出路りまでを1サイクルと
するバッチ方式を採らざるを得す、稼働効率が悪くなる
。また、稼働効率を上げようとして】バッチ当りの吐出
量を大きくしようとすると、溶湯表面とノズル先端との
間のへ・ノド差により、加圧以前にノズルから溶湯が洩
れたり、また吐出の時間的推移に応じて吐出金属流の流
速が変化し、製品品質の変動を招く等の好ましくない事
態が生じ、さらに溶湯の吐出開始直後と吐出終了直前の
製品の一部が不適格となったり。
またバッチ間で品質の変動を生じたりすることがある。
次に、第2図以下に本発明の方法の一実施恕様を詳細に
説明すると、11は原料集合ホ・ツバ、12は加圧ホッ
パ、 13a、 13bは溶融炉、14は吐出量、15
5− は吐出用ノズル、16ば急冷装置、 17は製品巻取機
である。図中では、急冷装置は1個の金属ロールを用い
たいわゆる単ロール法を用いているが、他の各種の方法
2例えば双ロール法、遠心法1回転液中紡糸法等どのよ
うな方法を用いてもよい。
まず1合金製造用原料は適当な大きさのベレットの形で
自動秤M(図示省略)又は手動秤量によって所望の重量
組成比で合計量が溶融炉13a又は13bの溶融量に相
当する量に計量した後、導管21を通じて原料集合ホッ
パ11に投入する。この際。
該ホッパ11の底部のぺl/ツI・止弁22と気密弁2
3は閉止しておき、ベレットは一旦原料集合ホソバ11
に貯留し、加圧ホッパ12への投入を待機させる。
次に、加圧ホッパ12にベレットを移送するには。
不活性ガス送入弁24.ペレット止弁26及び気密弁2
8a、 28hをそれぞれ閉とし、ベント弁25を開と
した後、気密弁23及びぺl/ソト弁22を開ける。原
料集合ホッパ11に貯留していた原料ペレットの全量を
加圧ホッパ12に移送した後、ペレット止弁22及び気
密弁23を閉め5次に加圧ホッパ12内を不活性6− ガスiX入弁24を必要回数だけ交互に開閉した後。
ベント弁25を閉め、不活性ガス送入弁24を開けた1
1−ま、溶融炉13a、 13h及び吹出炉14と同一
圧力になるように加圧ホッパ12を加圧する。一方、空
となった原料年金ホッパ11には、上記と同様に次の原
料ペレットを投入し、加圧ホッパ12への移送を待機さ
せる。なお、不活性ガス送入弁24は他の不活性ガス送
入弁29a、 29b、 32と同一の図示しない不活
性ガス供給源に十分な配管径をもって連続されており、
溶融炉13a、 13b及び吐出炉14と等圧に保持し
7である。30a、 30hは不活性ガス排出弁である
次に、−/g融炉13a、 13bについて説明すると
1雨量13a、 13hは全く同一の構造であり、それ
ぞれ加圧ホッパ12及び吐出炉14と全く同一の経路で
連続されている。第3図ば溶融炉13a、 13bの下
部構造の詳細図(添字a、bは省略)である。その構成
ル11.主要部が耐熱材で作られた本体131.底部に
溢流管132.往復運動付与装置133(第2図の13
3a、 133h)により−上下動をする弁棒134.
速度制御機filを有する1−”F 1Iar付!j、
装置Fi’、135(第2図の135a、 135b)
によ勾1−1;動をする中空軸136及びその下端に取
付はソ1.底部チーバ付カップ137.中空軸136と
本体1;11の蓋との間をシールするシール部138(
第2図のI 3h 、 + 3)1h’l 、弁棒13
4と中空軸13にとの間をシールするシール部139 
(ffs 2図の139a、 +39h)ルび11旧1
p<装置iri 140から成る。溶融炉13を構成す
るこ扛らの部品し:1.溶融合金と接する部分及びその
所tlft:” tel: 、例えば窒化珪素等の耐!
!) +A*1を用いる、二ノか好ましく、熱の影響の
比較的少ない部分4.二4:lステンレス鋼等の工作加
工のし易いl1を用いr り、1い。また、往復連動イ
」与装置133には1例λばJアシリンダを用い、に下
動伺り、装”W I 35f1.’: III: 、例
えばり・=−ポモータとラックアン1′ピニオン3−用
いても、1、い。また、溶融炉13にし:1必要に応e
 7 I侮:温ヌはシール部の冷却等の補助部品をイN
I’ ”jする。
次に、溶融+ f、’ri I :+o)H軍11i1
+力l)ξについて説1男する。
まず、加圧ホッパ12から熔IM炉13aへ原料を仕込
むには、第3図(△)のご1!:クカップ137を上方
に引き上げておき、二方弁27をa側流路としておき、
気密弁28a及びペレット弁26を開にする。原i1は
導管3]aを通り、溶融炉本体131の中に第3図(A
)の原料141のごとく受入れる。その際。
浴流管132へ原料ペレットが落込まないように弁棒1
34を下降させ、溢流管132の開孔部を塞いでおく。
原料の受入れが完了すると、気密弁28aを閉11〕1
〜.加熱装置140を作動させて原料を溶融する。溶融
が終わると原料は溶湯となり、第3図(B)のごとく溢
流管132の上端よりやや下に位置する液面142を形
成する。もちろん、液面力月42のごとくなるように仕
込みの原料側を計量しておくことはいうまでもない。溶
融の完了は、温度計又4ルベル計(図示省略)によって
感知して、確認後に第3図(B)のごとく弁棒134を
引上げると同時にカップ137を液面142の近くまで
下降さ・口2次の払出しの指令を待つ。溶湯の温度は、
温度itのフィードバックにより一定温度にコントロー
ルする。続いて、払出しの指令によりカップ137は第
3図(C)のごとく所定の速度でさらに下降9− を始める。カップ137の底部が溶湯の液面にl(を漬
けるすると、カップ137に、i−って排除された容積
相当分の液面の液面に響が起こり、溢流管132の上縁
から溶湯が溢流し、導管31に流れ込み、吐出炉14に
流入する。吐出111目の溶湯液面34(第2図)は、
検出装’m(図示省略)によってレベル及び温度を検出
し、一定のトベル7&び温度を保持するように溶融炉1
3aからの流入量を゛1ントロールするようカップ13
7の下降速度を制御する。カップ137が下降を続け、
第3図(D)のごとく最T端位置に達すると、溶融炉1
3a内の溶湯は全部吐出炉14へ排出されるので、自動
的に指令を発し、溶湯を保持していた溶融か1311か
らの吐出が14への溶湯供給に切換える。
以」二の操作を繰返すごとにより、溶融炉13からの吐
出炉14への溶湯供給が連続的に行われ、ノズル15か
らは溶湯が連続し2て吐出されることになり急冷装置1
6によって固化した液体急冷金属製品が連続的に製造さ
れ、SIT’II機17によ機工7続的に巻取られる。
この際、吐出炉14に1?いては、當時不0− 活性ガス送入弁32が開となり、不活性ガスの圧力によ
って炉内の溶湯はノズル15から吐出するのである。
本発明において原料溶融時に発生するスラグ等は、第3
図(C)のごとくカップ137が下降し。
i18?’lA内に浸漬する時にカップの底部がテーパ
になっているので、溶湯に浮上したスラグ等は溶融炉本
体131の内壁側に押しやられて溢流管132中に番、
1.流入しない。また、さらに第3図(D)のごとくカ
ップ137が溶融炉本体131の最下端に到達した時に
、カップ137の外縁上端が溢流管132の1縁よりも
やや低くしであるので、スラブ等はカップ137の内側
の空間内に溢流し、そこに貯留することができる。しか
も、カップ137の容積は原料の溶融及び払出しの繰返
しによって生ずるスラグを蓄積貯留するに十分な容量を
有しているのでロットの切替え等、装置の休転の機会を
利用して系外に除去すればよい。
上記のごとく本発明の方法を第2図及び第3図によって
説明したが2本発明の技術思想を満足する液体急冷金属
製品の製造方法であれば、前記実施例に限定するもので
なく、第2図のごとく溶融炉を2基使用に限ら′4′必
要に応じて3基以−1−設置することも、 3+・たそ
の場合に原利染合ホッパや加圧ホッパ等も1にパイプで
連続して2基以上設kJることもある。
本発明に適用されイ)金属として番J、純粋な金属。
微鞭の不純物を含有する金属、あるい4Jあらゆる合金
があげられるが、特に急冷固化することに、1−り優れ
た性質を有ずイ)合金2例えば非晶質相を形成する合金
又は非平衡結晶質相を形成する合金等が最も好)「シ、
い合金であ?)。その非晶質相を形成する合金の具体例
とt7てt、[9例えば「号イエンス」第8号、]!1
78年62〜゛r2>y、 n本金属学会会報15巻第
3号、 1976年151〜20Fi Ef=f3’、
r金属J 1!171年12月1115ノ、73〜78
v「等の文献や特開昭49−91014号、特開昭50
−1012155t 、特開昭719−135820号
特開昭5l−3312vノ、特開昭51−4017号、
特開昭51−4018号、特開昭51−401 !1冒
、特開昭5l−650125t 。
特開昭51−73920号、特開昭51−73923号
、特開昭5I−78705号、特開昭51−79613
号、特開昭52−5620号。
特開昭52−114421号、特開昭54−99035
号等多くの公報に記載されているとおりである。それら
の合金の中で、非晶質形成能が優れ、しかも実用的合金
としての代表としては、 Fe−3t−B系、 Fe−
P−C系。
Pe−P−B系、 Co−5i−B系、 Ni−5i−
B系等があげられるが、その種類は金属−半金属の組合
せ、金属−金属の組合せから非常に多く選択できること
はいうまでもない。ましてや、その組成の特徴を生かし
て、従来の結晶質金属では得られない優れた特性を有す
る合金の組立ても可能である。また、非平衡結晶質相を
形成する合金の具体例としては9例えば「鉄と鋼」第6
6巻(1,980)第3号、382〜389頁、「日本
金属学会誌」第44巻第3号、 1980年245〜2
54 頁、 rTRANsAcTONs OF Tll
[! JAPAN lN5TITIITEOF 肝MA
LSJ VOL 2ONb、8 August 197
9 468〜471頁、八日本金属学会秋期大会一般講
演概要集(1979年10月)350頁、351頁に記
載のFe−Cr−^l系合金。
Fe−^1−C系合金や1日本金属学会秋期大会一般講
演概要集(1981年11月)423〜425頁に記載
のMn13− 一へI−C系合金、 1le4:r−^l系合金、Fe
−Mn−八へ−C系合金等があげられる。
本発明の方法は、上記のごとき構成によりなるので。
(])液液体冷冷金属製が連続的に製造できる。
(2)従来方法に必要であった合金インゴットの製造及
び貯蔵設備が不要となり、設備の据付面積及び建設費が
大幅に削減できる。
(3)従来合金インゴットの再溶融に要したエネルギー
費用が節減できる。
(4)連続方式であるので、生産能率の向上1品質のバ
ラツキの低減2歩留の向上が期待される。
(5)装置としても簡略な構造で十分で、従来困難とさ
れた溶湯の流量調節弁(耐熱性、耐摩耗性)等を使用せ
ず、簡弔な形状で流量調節などができるので、良質の耐
熱材料(セラミックス等)を使いこなずことができ、実
用性に富んだ設備が用いられる。
等数多くの利点を有するものである。
14− 実施例1 Fe6Si+o B10 (添字は原子%)よりなる合
金を目標とする金属原料ペレソ)Fe、St及びBをそ
れぞれ重量比90.4%、6.1%及び3.5%になる
よう秤量配合し、第2図に示した装置を用い、原料集合
ポツパー11に導管21を通じて10kg投入した。こ
の際ペレット止弁22と気密弁23を閉止しておいた。
次に、不活性ガス送入弁24.ペレット止弁26及び気
密弁28a、 28bをそれぞれ閉とし、ベント弁25
を開とした後、気密弁23及びペレット弁22を開け。
前記原料集合ホッパー11の中の原料ペレットのうち5
kgだけ加圧ホッパー12に移送された後、ペレット1
ト弁22及び気密弁23を閉め、さらに加圧ホッパー1
2内を不活性ガスで置換するために、ベント弁25及び
不活性ガス送入弁24を5回交互に開閉した。この時、
不活性ガスの圧力は4.5kg/cJとした。次に、ベ
ント弁25を閉とし、不活性ガスの圧力を4 、5kg
/ cJに保ちつつ、不活性ガス送入弁を開けたままに
しておき、ペレット止弁26を開とし三方弁27をa側
流路とし、気密弁28aを開とした。
これにより、加圧ホッパー12の中の金属原料25kg
は導管31aを通り、全量が溶解炉13aに移送された
。移送が終わったのち、気密弁28aを閉とし。
不活性ガス送入弁29a及びベント弁30aを5回交互
に開閉し、最後に不活性ガス送入弁29aを開けたまま
約10分間放置し、加熱開始を待機するとともに、前記
不活性ガスが流れて溶解炉13a及び溶解炉に導通する
吐出か14の空気を吐出量14の先端部に穿孔したノズ
ル15より外へ追い出して、系全体を不活性ガスで置換
した。次に、溶解炉13aの加熱装置を作動させ、溶解
炉13a中の金属原料を1300℃の温度になるようコ
ントロールしつつ溶解すると同時に、カップ137aを
下降開始し、溶湯が溢流管132aの上縁から溢流し、
導管31を通じて吹出炉14へ流入するようにした。吐
出量14において溶湯には系の圧力4.5kg/c+J
がかかるので、直ちに吐出量14の先端の孔直径0.2
1φのノズル15より吐出した。この時、吐出量はl 
g/sec、であった。吐出量14へ流入する溶湯の量
は前記吐出量より多くシ、シたがって吐出量14中の溶
湯の液面レベルは徐々に上昇するように、カップ137
aの下降速度をコントロールした。そして、液面レベル
が吹出炉14のほぼ中間の位置に達した時、カップ13
7aの下降速度を低下させ、それ以降は吐出量14へ流
入する溶湯の量とノズル15より吐出する量とが同じに
なり、したがって吐出量14中の液面レベルが一定とな
るようにカップ137aの下降速度をコントロールした
。なお、厳密にいえば吹出炉14において、最初にノズ
ル15より吐出した吐出量1g/secは、溶湯レベル
の上昇とともにそのレベル差の分だけ吐出量が上昇する
のであるが、その変化量は無視し得るほど小さいもので
あった。
次に、溶解炉13a中の溶湯が吐出量14へ流入してい
る間に、二方弁27をb側流路とし、気密弁28bを開
とし、加圧ホッパー12に残っていた5kgの金属原料
を溶解炉13bに移送した。その後、気密弁2Flbを
閉とし、不活性ガス送入弁29b及びベント弁30bを
5回交互に開閉し、最後に不活性ガス送入弁29bを開
けたまま、加熱を開始した。金属原料が溶解し、130
0℃の温度になるようにコントロ17− −生状態に達した時、カップ137bの作動を開始し。
溶湯が溢流管132hの」二線から溢流し、導管31を
通じて吹出炉14へ流入するようにした。なお、ここで
溶解炉13aからの吐出量14への溶湯の流入が停止す
るように、カップ137aの降下を停止し、かつ溶解炉
13bからの吐出量14への溶湯の流入に、スムーズに
切替るようタイミングを調節した。カップ137aめ下
降速度、すなわちノズル15からの吐出速度が1 g/
seeと一定となるようにした。
次に!再び原料集合ホッパ11に前記同様の金属原料を
10kg投杏し、加圧ホッパーへの移送−溶解炉への移
送→温習→溶湯の吹出炉への流入をa。
b交互に繰り返すことによって、ノズル15から長時間
連続的に溶湯を吐出した。ノズル15の直下には、近接
して設置した300 +nnφの冷却ドラム16を設置
し、 200Orpmの速度で回転させることにより吐
出した溶湯が急速に冷却固化されて、連続した幅10m
m、厚さ0 、03mm0薄帯となり、それを巻取機1
7で連続的に巻重った a、bの繰り返しは、延べ10回行い、約14時間18
− 合計50kgの薄帯が連続して得られた。
また、得られた薄帯を通常用いられるX線回折法で調べ
たところ、非晶質であった。
実施例2 実施例1で用いた第2図の装置において、冷却ドラム1
6を次のように変えた。すなわち、遠心力によって内部
に液体層を形成せしめた直径500 mmφの回転ドラ
ムを35Orpmで回転しておき、その液体層に向けて
直径0.15mmφのノズルより溶湯を吐出し、ドラム
の内壁に固化した金属細線を巻取った。それ以外の条件
は、実施例1と全(同様にして行った。
また、a、bの繰り返しは、延べ4回行い、約5.5時
間1舎計20kgの直径0.15mmφの円形断面を有
する細線が連続して得られた。
また、得られた細線を通常用いられるX線回折法で調べ
たところ、非晶質であった。
実施例3 実施例1で用いた合金をFe甥Ni3 Cr1a A1
1l C3(添字は原子%)なる組成を目標とする合金
とし溶融温度を1400°Cとした以外(:r、実施例
2と同じ条件で金属細線の製造を行った。
得られた金属細線は、微結晶質が均一に分散した組織を
有しており、 titぼ円形の断面で直径0.15mm
φを有するものが連続して約20kg製造できた。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来力υ:を説明する縦断面略図、第2図は本
発明方法の一実ht1態様例の縦断面略図、第3図は第
2図の要部説明用縦断面図を示すものである。 1・・・ルツボ、2・・・合金インゴソ1〜.4・・・
誘導加熱用コイル、6・・・溶湯、7・・・ノズル、8
・・・金属ローラ、9・・・金属薄帯、11・・・1更
利集合ボッパ、12・・・加圧ポソパ、 13a、 1
3b・・・溶融炉、14・・・吐出炉、15・・・ノズ
ル、16・・・急冷装置、17・・・製品巻取機、13
2・・・溢流管、133・・・往復連動(・1り装置、
134・・・弁棒1136・・・中空軸、137・・・
底部テーパ付カップ、140・・・加熱装置 特許1旧頗人 ユニ蓼力株式貴社 和 (A) (B)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1,1金属原料を所定の合金成分比率に混合δ1量し
    て加圧ホッパに受入れ、不活性ガスにて置換した後、溶
    融炉と吐出炉とを同一の加圧雰囲気となし、2基以上の
    溶融炉に順次に金属原料を供給し、’fa融炉において
    順次に溶湯を作成するとともに、該溶湯を連続的に吐出
    炉に供給して。 吐出炉に取付りたノズルから連続しそ吐出することを特
    徴とする液体急冷金属製品の製造方法。 (2)使用する溶融炉には、溶湯の払出しとスラグ等の
    除去とを兼用した装具を使用する特許請求の範囲第1項
    記載の液体急冷金属製品の製造方法。
JP58131177A 1983-07-18 1983-07-18 液体急冷金属製品の連続製造方法 Granted JPS6024247A (ja)

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