JPS6051934B2 - 金属帯板の製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属帯板（ストリップ）特にガラス状合金
帯板連続鋳造用の改善された装置及び方法に関する。

本発明の目的に関し、帯板は横幅がその長さよ丁りは
るかに小である規則的又は不規則的断面の細状物（ｓｌ
ｅｎｄｅｒｂｏｄｙ）であり、線、リボン、フ ィラメ
ント及びシートを含むものである。

溶融金属から、金属帯板を直接製造する方法は幾つか
知られている。例えば溶融金属を、互いに圧力をかけた
高速回転ローラー対の間に落下させる方法がある。金属
はローラーの間を通過中に固化して薄い帯板を形成する
。（エッチ、エス、チエン（Ｈ．Ｓ．Ｃｈｅｎ）他、Ｒ
ｅｕ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．４Ｌｌ２３７（１９７
０））他に金属帯板を鋳造する方法として「ジェット鋳
造法」があり、該法に於ては溶融金属流を移動する急冷
表面に導き、該表面上で固化する。

この方法はストレンジ（Ｓｔｒａｎ？）及びピム（Ｐｉ
ｍ）が米国特許第９０５７５８号に記載している。該方
法に於ては、急冷表面に回転冷硬ホィールが設置されて
おり、固液転移範囲が約５℃以下の鋭い融点の多結晶金
属の多数につきその帯板の形成に使用可能である。しか
しながら、非晶質分子構造のガラス状金属は約４００゜
Ｃ以上の転移範囲を有することが頻繁であり、その範囲
にあつては粘度はガラス転移温度に達するまで徐々に増
大する。従つてフィラメントが急冷表面を離れる前にそ
のガラス転移温度以下にフィラメントを急冷する必要が
ある。ガラス状金属の帯板を得るためには、一般に固化
温度に於ける急冷速度を少くとも１０１℃／秒とする必
要がある。これはストレンジとピムの方法ては達成困難
である。遠心作用により帯板が冷硬ホィールから早期に
ふり飛ばされがちだからである。該方法に於ては更にフ
ィラメントが冷硬ホーイール表面から離れる点が変化し
、そのため帯板を集めて適当な巻取機に導くことが困難
である。帯板の冷硬ホィール表面上での保持時間に関す
る短所及ひ種々変化する剥離点から帯板を集めることの
困難性は、カベツシユ（Ｋａｖｅｓｈ）の米国！特許第
３８５６０７４号に記載の方法、ペダル（Ｂｅｄａりの
米国特許第３８６２６５８号及びカールソン（Ｃａｒｌ
ｓＯｎ）の米国特許第４２０２４０４号に記載の方法に
より克服される。カベツシユの方法は挾み手段（Ｎｉｐ
ｐｉｎｇｍｅａｎｓ）を用いて回転冷硬ホィールの３外
表面上で形成される帯板を保持することに関するもので
ある。ベデルの方法は、ガス噴射、移動金属ベルト、回
転ホィール等の装置により冷硬ホィール表面に半径方向
の力を働かせて、帯板と冷硬ホィールの接触時間を延長
することに関するも４のであり、カールソンの方法はゴ
ムの「ハガーベルト」（Ｈｕ廚Ｅｒｂｅｌｔ）の使用に
関する。従来鋳造の急冷速度は、固化帯板の急冷が実質
的に片側のみすなわち急冷表面と接触している側でなさ
れるため、制限されたものである。他の側（上側）は、
（チエン他の二重ローラー法に於けるように）固化時に
しか冷硬表面と接触しないため、或いは（カベツシユ、
ペダル及びカールソンの「保持」法に於けるように）熱
移動が比較的僅かな面としか接触しないため、直接急冷
されることはない。急冷時に鋳造金属帯板の上表面から
熱を除去する方法を用いるならば、従来法よりも更に高
速の望ましい急冷速度を得ることができよう。

別法として、斯る方法により、他のパラメーターを変更
して、例えば急冷表面の速度を遅くしたり、厚くしたり
或いは広幅の帯板にするなどして尚、同一急冷速度とす
ることもできる。本発明に依り、高速移動する急冷表面
を用いて溶融原料から固体の金属帯板を製造するための
改善装置が提供される。

改善点は、固体帯板と接触゛し、それを急冷表面に押し
つけるための黒鉛からなる補助的、液冷冷硬ロールから
なる。操作面ても本発明は、溶融金属を高速移動する急
冷表面上に密接させることによる固体金属帯板の改善さ
れた製造方法を提供するものである。

改善点は、帯板を黒鉛からなる液冷冷硬ロールにて急冷
表面に押しつけることにより、その固化直後に帯板を冷
却することからなる。本発明の装置及び方法は、高い急
冷速度（≧１Ｃｆ℃／秒）を与えるもので、特にガラス
状合金帯板の製造に有利であり、望ましい平滑度の表面
を有する帯板を製造する。

第１図は本発明操作中の一実施態様の簡略化した透視図
である。

第２図は第１図の装置の側面図である。

第３図は本発明の補助冷硬ロールの断面図である。

金属帯板の冷硬ブロック鋳造の従来方法に於ける急冷は
、帯板の下側面（“゜Ｕｎｄｅｒｓｊｄｅ゛）を急冷表
面と接触・冷却することにより行なわれる。

ガラス状金属帯板の製造に必要な高速急冷速度とするた
め、冷硬ブロック鋳造法の改善の結果下側面からの冷却
は更に効率的となつた。しかしながら上側面の直接冷却
は、周囲空気との接触によること以上にはなされなかつ
た。本発明は、上側面を液冷の補助冷硬ロールと接触さ
せることにより直接冷却する方法を提供するものである
。更に、補助冷硬ロールがかける圧力は金属帯板と急冷
表面との接触を改善し、それにより帯板の下側面からの
熱移動速度をも増大させる。第１図に於ては、米国特許
第４１４２５７１号にナラシムハン（Ｎａｒａｓｈｉｍ
ｈａｎ）が開示している平面流６動鋳造法の一実施態様
にて本発明を図示しているが、本発明を斯る装置として
記載することは便宜上のことである。

各図面に於て１以上の図に示す要素は同じ参照番号とし
ている。

第１図は、本発明の補助冷硬ロールを包含する装置の透
視図である。

該図に示すように急冷表面１は急冷ホィール２のリムで
あり、該ホィールはその長軸上に配座し回転するように
なつている。溶融金属の受器３は誘導加熱用コイルが装
備されており、ノズル５と通じている。作動開始時には
冷硬ロール６が第２図に示すように遠融位置６ａに旋回
する。受器３に保持された溶融金属はノズル５を通して
回転する急冷表面１の上に噴出し、その上で固化して帯
板７を形成する。次に冷硬口．ール６は帯板７が急冷ホ
ィール２と冷硬ロール６の間に保持されるように急冷表
面１に向つて移動する。冷硬ロール６を空気シリンダー
（図示してない）のピストンに取付けると、冷硬ロール
を遠融位置６ａに向つて或いはその位置から移動させる
のに、更には冷却ロールを帯板に押しつけて接触させる
力を調節するのに便利てある。接触力が過小だとすベリ
が生じ、冷硬ロールと帯板との摩擦により熱が発生する
。接触力は、ロール表面速度が帯板速度とほぼ同一とな
りすベリを最小とする程度に十分大であることが好まし
い。別法として、冷硬ロールを別の通常手段（図示して
いない）にて駆動し、ロール表面と急冷表面の最接近点
に於て、ロール表面が急冷表面と実質的に同一の速度に
て同一の方向に移動するようにすることもできる。冷硬
ロール６は、入口８から入り出口（図示していない）か
らでる冷却液により冷却される。

通常の高温冷却液ならばすべて使用可能であるが費用及
び便利さの点で水が好適である。帯板の固化直後に冷硬
ロール６が帯板７と接触するのが理想的である。

その場合、冷硬ロールは冷却を強化し且つ帯板表面の滑
らかさを改善する。固化前に接触するとその液は冷硬ロ
ールの下を通過することを妨げられ、冷硬ロールとノズ
ルの間に金属が蓄積し望ましくない。一方、固化後の接
触までの時間が長すぎると、冷却の間帯板の分子構造は
冷硬ロール影響を受けぬまま「凍結」され、その結果は
望ましからぬ結晶構造となる。冷硬ロールの径は限界的
なパラメーターではないが、他の点を種々考慮すると狭
い範囲のものとならざるを得ず、特に第１図に図示した
ような平面流動鋳造法にて使用する場合はそうである。
該鋳造法に於てはノズル出口と急冷表面の隙間を極く小
さくする必要があるので、冷硬ロール径はロールがノズ
ルに接触しない程度に十分小でなければならない。他方
、冷硬ロール径が小さいと少くとも二つの不利益がある
。第一は、熱容量が小となり、従つて他の条件を全て等
しくすると冷却効率が低下することである。第二は、表
面速度を急冷表面の速度と一致或いはその近くに維持す
るためには、ロール径が小さいとそれだけ高速に回転さ
せねばならぬことである。回転速度が大になると、冷硬
ロール支持ベアリングにかかる応力が更に大となる。冷
硬ロールの幅は帯板の幅とほぼ伺一又は大であることが
好ましい。

帯板との接触がその全幅にわたつて行なわれないと、冷
却効率が減少するからである。第１図は平面流動鋳造を
示しているが、本発明がジェット鋳造及び溶融引抜き（
ＭｅｌｔｅｘｔｒａｃｔｉＯｎ）等カベツシユが米国特
許第３９３８５８３号に記載した他の鋳造法にも使用可
能なことは明ノらかである。

カールソンの米国特許第４２０２４０４号のハガーベル
ト等帯板と急冷表面との接触を保持する装置も、本発明
の冷硬ロールと組合せて使用することができる。急冷表
面は必ずしも第１図に示すようなホィールである必要は
なく、循環ベル７卜等当業者に既知のその他の急冷表面
であつてもよい。第３図は第１図の冷硬ロール６及びそ
の支持体の断面を示すものである。

固定のロール支持体１０には冷却液を冷硬ロール６に搬
入又はそれから２搬出するための通路８と９及びベアリ
ング支持体１１と１２がある。支持体１０はアーム１３
を介し、ロール６を急冷ホィール２に向う方向及びそれ
から離れる方向に移動させる機構に結合している。冷硬
ロール用材料の選定は重要である。

該材料は約８００用乃至１２００℃の範囲の温度、すな
わち帯板の融点より僅か低い温度に耐え得るものでなけ
ればならず、非摩耗性、高熱伝達性、低熱膨脹係数のも
のである必要がある。急冷表面は代表的にはベリリウム
銅又は無酸素の銅であるが冷硬ロールの方は比較的軟か
く、両表面の間に異物粒子が入りこんでも急冷表面を損
傷しない材料が好ましい。帯板との接触及びロールへの
熱移動が改善されるためには、冷硬ロール表面は弾性的
に変形することが好ましい。しかしながら冷硬ロール表
面が帯板より硬いと、帯板を変形させその表面の平滑性
を改善する機能を更に発揮する。帯板がその最終硬度に
達する以前に冷硬ロールと接触させ柔かい帯板を鋳造す
ると、表面平滑度は最適となる。冷硬ロール用好適材料
には黒鉛、充填物入り黒鉛、繊維含入黒鉛及び充填物入
りシリコーンゴム等耐高温性ゴムが含まれる。黒鉛及び
基黒鉛材料が好適である。冷硬ロールは全体が単一材料
で構成される必要はなく、例えば表面材料が他の材料の
芯を取巻くものであつてもよい。本発明の装置及び方法
は、アルミニウム、錫、銅、鉄、鋼、ステンレス鋼及び
類似物の多結晶性帯板をつくるのにも適当である。

溶融物から高速冷却（≧１σ℃／秒）により固ｉ体の非
晶質構造を形成する合金が好適である。

これらのものは当業者には周知であり、例えば米国特許
第３４２７１５４号、同第３９８１７ｎ号他に例示され
ている。以下の実施例は本発明の一層完全に理解するた
ｊめのものである。

提示する特定の技術、条件、材料及び報告データは、本
発明の原理と実際を説明するための例示であり、本発明
の範囲を制限するものと解してはならない。実施例１３
ガラス状合金Ｆｅ８ｌＢｌ３．５Ｓｊ３．５Ｃ２を、第
１図に示す装置を用い１３５０′Ｃにて鋳造した。

急冷ホィールはベリリウム銅で製作したものであり、直
径は４０Ｃｒｆ１であつた。ホィールの回転による表面
速度は１５ｒｒｔ，／秒であつた。補助冷硬ロールは、
見掛密度１．７ｆ１ａ１１平均有効率１６％、空気中で
の有用温度限界約４００℃の黒鉛から機械加工して製作
した。

黒鉛ローラーの直径は４．５ｃｍ１長さは３．８ｃｍで
あつた。該ローラーは２個のベアリング上に支持され、
各々外径３．１礪内径１．９ｃ７ｎであつた。ベアリン
グは外径１．８８ｃｍのステンレス鋼シャフト上に配座
され、該シャフト）内には外径０．３ＣＴｆｔ×内径０
．１ｃｍの冷却管が第３図に示すように埋込まれていた
。急冷ホィール作動前の黒鉛ローラーの位置はノズル穴
から約６ｃｍ（急冷ホィール周囲に沿つて測定）、急冷
表面から１ＣＴｒＬ（径方向にて測定）離れたところで
あつた。

リボン鋳造開始直後、空気ピストンは圧力作用のもとに
機械的連結を通して黒鉛ローラーを径方向２５０Ｎの力
でリボンに押しつけ、間接的に急冷表面に押しつけた。
同時に圧力をかけられた水が約５ｍｔ／秒の速度で冷却
管に流れ込んだ。製造された帯板は幅２５．４順、厚さ
０．０３２７７！７７！であり、延性が大で且つ磁気的
諸性質が良好な特性を有していた。

延性は、直径がだんだん小さくなつてゆく棒の囲りに帯
板を巻きつけ帯板が破断し始める点で測定した。（曲げ
破断点の棒の直径が小さいほど延性は良好である。）黒
鉛ロールを用いる帯板鋳造物は延性に富み、曲げ破断径
は約１７ｒ０！ｔであつた。実施例２（従来技術の比較
例） 黒鉛ローラーを用いず、他の条件を同一にして実施例１
を繰返した。

帯板鋳造物の延性は劣り曲げ破断径は約２．２ＴＥｆＬ
であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の操作中の一実施態様の簡略化した透視
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高速移動する急冷表面を用いて溶融原料から固体金
   属帯板を製造する装置であつて、固体帯板に接触し該帯
   板を急冷表面に押しつけるための補助の黒鉛からなる液
   冷冷硬ロールを含むことを特徴とする改善された金属帯
   板製造装置。 ２ 冷却液が水である特許請求の範囲第１項に記載の装
   置。 ３ 急冷表面が実質的に水平な軸の囲りを回転するホィ
   ールの表面である、特許請求の範囲第１項に記載の装置
   。 ４ 急冷表面が循環ベルトである特許請求の範囲第１項
   に記載の装置。 ５ 冷硬ロール表面を、該表面が急冷表面と最も近接す
   る点に於て、急冷表面と実質的に同一の速度にて同一の
   方向に移動させるための駆動手段を更に包含する、特許
   請求の範囲第１項に記載の装置。 ６ 溶融金属を高速移動する急冷表面上に衝突させるこ
   とにより固体金属帯板を製造する方法であつて、帯板の
   固化直後にそれを黒鉛からなる液冷冷硬ロールにて急冷
   表面に押しつけることにより該帯板を冷却することを特
   徴とする改善された金属帯板の製造方法。 ７ 冷硬ロール表面を、該表面が急冷表面と最も近接す
   る点に於て、急冷表面と同一の速度にて同一の方向に移
   動するように駆動することを特徴とする特許請求の範囲
   第７項に記載の方法。