JPS6227905B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、急冷金属薄帯の製造方法および冷
却ロールに関し、とくに急冷金属薄帯（以下単に
急冷薄帯という）の製造の際に懸念された、冷却
ロールにおけるヒートクラウンの発生に基因した
該薄帯の形状および表面性状の劣化を有利に回避
することができる急冷薄帯の製造方法を、その実
施に直接用いて好適な冷却ロールと共に提案しよ
うとするものである。

最近、金属溶湯を、冷却面が高速で更新移動す
る冷却体上に連続して供給し急冷凝固させること
によつて、金属溶融体から直接、結晶質または非
晶質の金属薄帯を製造することができるようにな
つた。そしてこの種の製造法としては、100〜500
μｍ厚程度の微細結晶質薄帯を製造する双ロール
法ならびに30〜50μｍ厚程度の非晶質薄帯を製造
する単ロール法が代表的である。

ところでかような急冷薄帯の製造において、得
られた薄帯の幅が所期した値（注湯幅）よりも小
さかつたり、また薄帯の形状および表面性状に問
題がある場合が、しばしば観察された。

そこで発明者らは、かような欠陥の発生原因を
解明すべく鋭意検討を重ねたところろ、その原因
は、溶湯からの熱攻撃によつて冷却ロールに発生
するヒートクラウンにあることを突き止めた。

すなわち、溶湯の冷却体としての冷却ロール
は、急冷薄帯の製造過程において多大の熱負荷を
受けるため、該ロールにはヒートクラウンが発生
するところ、たとえば双ロール法においては、ヒ
ートクラウンの増大とともに薄帯エツジ部に溶湯
未凝固部が発生し、復熱によつてその部分が飛散
する結果、製品幅は注湯幅に比べてかなり狭くな
つて所期した幅の薄帯が得られず、また幅方向厚
みも不均一となり、さらにスプラツシユが薄帯表
面に付着して表面性状を劣化させ、一方単ロール
法においては、幅方向に均一なノズル―ロール間
のギヤツプが得られず薄帯エツジ部の冷却速度が
不足するので、上記した問題に加えてさらに薄帯
エツジ部が結晶化を起こすなど、いずれの方法に
おいてもヒートクラウンに基因して種々の問題が
生じることが判明したのである。

この発明は上記の諸問題を有利に解決し、健全
な急冷薄帯を得ることを目的とする。

第１図ａに、双ロール法による急冷薄帯製造要
領を図解する。ノズル１から注湯された溶湯２
は、冷却ロール対３，４のキス部において抜熱さ
れ、急冷凝固して薄帯５となる。このとき冷却ロ
ール３，４にヒートクラウンが発生していない注
湯開始時では、同図ｂに示したように、幅方向に
均一に凝固が完了して正常な薄帯５が得られる
が、その後ヒートクラウンが発生した場合には、
同図ｃに示したように、両エツジ部に溶湯未凝固
部６が残り、かような両エツジ部はロール直下で
復熱し、ブレークアウトを起こして飛散してしま
うため、所定の薄帯幅は得られないのである。

一方、単ロール法の場合は、第２図ａに示した
ようにノズル１からの溶湯２を冷却ロール７上に
受け、急冷凝固させて薄帯５とするわけである
が、この単ロール法においても、冷却ロール７に
ヒートクラウンが発生していない場合は、同図ｂ
に示したように均一厚の正常な凝固薄帯５が得ら
れるが、ヒートクラウンが発生した場合には、同
図ｃに示したように、やはり両エツジ部に溶湯未
凝固部８が残り、双ロール法の場合と同様に飛散
して薄帯幅を狭め、またとくに非晶質薄帯の製造
にあつては所定の冷却速度が得られずに結晶化を
起こすおそれが大きい。

さらに上述したように所定の幅が得られないほ
どヒートクラウン量が大きいというわけではな
く、未凝固溶湯の飛散は生じない程度のヒートク
ラウン量であつても、ヒートクラウンが生じると
凝固薄帯には幅方向板厚偏差や表面性状の劣化を
招くおそれが大きい。従つてヒートクラウンの発
生は極力防止する必要があるわけである。

この発明は、上述した実情に鑑みて開発された
もので、急冷薄帯製造時の冷却ロールにおけるヒ
ートクラウンの発生を効果的に防止して溶湯未凝
固部の形成を阻止し、全長にわたつて所定幅の薄
帯を得ると共に該薄帯の形状ならびに表面性状の
改善も併せて達成できる急冷薄帯製造法について
究明した開発結果を、その実施に直接使用する冷
却ロールと共に開示するものである。

すなわちこの発明の第１は、金属溶湯を、高速
で回転する冷却ロールの外周面に連続して注湯
し、急冷凝固させて金属薄帯を製造するに当り、
ロール胴中央部と両縁部とで個別に、胴周にわた
る内圧の制御手段をそなえる冷却ロールにつき、
溶湯の注湯開始前は、負のロールクラウンを有す
る冷却ロールの中央部に内圧をかけて該中央部外
周を膨脹させ、長手方向にわたるロールクラウン
をフラツトな状態にしておき、注湯開始後は、冷
却ロールに生じるヒートクラウンに応じて、該ロ
ール中央部の内圧を減少する一方、該ロール両縁
部の内圧を増大することにより、注湯開始から終
了までの間にわたつて冷却ロールのロールクラウ
ンをフラツトな状態に保持することを特徴とする
急冷金属薄帯の製造方法である。

またこの発明の第２は、金属溶湯の落下流を受
け、その急冷凝固を強いて薄帯化を導く急冷金属
薄帯製造用の冷却ロールであつて、ロール基体と
その胴周に緊締した中間スリーブおよびさらにそ
の上に重ねて緊締した冷却スリーブとからなり、
冷却スリーブは、内向きフランジ状の仕切り壁で
区分された複数列の冷却液流路をそなえ、一方中
間スリーブは、ロール基体との接合面でその内周
にわたつて刻んだ圧力流体溝を、少くとも中央部
および両縁部の三ケ所に有し、さらにこれらの圧
力流体溝への圧力流体の送給を少くとも中央部と
両縁部とで個別に行う、冷却液供給系統とは別系
統の圧力流体の供給系統をそなえることを特徴と
する冷却ロールである。

さらにこの発明の第３は、金属溶湯の落下流を
受け、その急冷凝固を強いて薄帯化を導く急冷金
属薄帯製造用の冷却ロールであつて、ロール基体
とその胴周に緊締した冷却スリーブとからなり、
冷却スリーブは、内向きフランジ状の仕切り壁で
区分された複数列の冷却液流路をそなえ、一方ロ
ール基体は、該仕切り壁の内端に面しかつその内
周に沿つて均等間隔に埋設した複数個のフリーピ
ストンからなる油圧シリンダ列を、少くともロー
ル中央部および両縁部の三ケ所に有し、さらにこ
れらの油圧シリンダ列への給油を少くともロール
中央部と両縁部とで別個に行う給油系統をそなえ
ることを特徴とする冷却ロールである。

以下この発明を具体的に説明する。

第３図に、第１発明の実施に直接使用する冷却
ロール（第２発明）の好適例を断面で示し、図中
番号９はロール基体、１０はその胴周に緊締した
中間スリーブ、１１はさらにその上に重ねて緊締
した冷却スリーブである。この冷却スリーブ１１
は、内向きフランジ状の仕切り壁１２によつて区
画された複数列のリング状冷却液流路１３をそな
え、一方この流路１３には、ロール基体９の一端
部に設けたロータリージヨイント１４から冷却液
たとえば冷水を導入し、該流路１３中を連絡孔１
３ａを介しまんべんなく流動させたのち他端のロ
ータリージヨイント（図示省略）より排出するこ
とにより、冷却スリーブ１１の抜熱を行うしくみ
とされる。

また中間スリーブ１０には、ローール基体９と
の接合面でその内周にわたつて刻んだ圧力流体溝
１５ａ，１５ｂおよび１５ｃを、少くとも中央部
および両縁部の三ケ所に設け、一方これらの圧力
流体溝１５ａ，１５ｂ，１５ｃには、ロール基体
９の端部に設けた圧力流体用のロータリージヨイ
ント１６，１７を介して圧力流体の供給ができる
ようになつている。そしてこの圧力流体溝１５
ａ，１５ｂおよび１５ｃへの圧力流体たとえば油
の供給は、図示したように少なくとも中央部溝１
５ｂと両縁部溝１５ａ，１５ｃとで個別に行うし
くみとされ、かくして溝１５ｂと溝１５ａ，１５
ｃとの液圧の大きさを変えることにより、中間ス
リーブ１０の中央部と両縁部の外周ひいては冷却
スリーブ１１の中央部と両縁部との外周をそれぞ
れ個別に膨脹または収縮させ得るのである。

なお１８はスリーブのシール、１９はロール軸
受である。

次に第４図に、他の好適冷却ロール（第３発
明）の一例を断面で示し、番号２０はロール基
体、２１はその胴部に緊締した冷却スリーブであ
る。この冷却スリーブ２１は、前掲第３図に示し
たものと同様であつて、内向きフランジ状の仕切
り壁２２によつて区画された複数列のリング状冷
却液流路２３をそなえ、この流路２３にロータリ
ージヨイント（図示省略）を介して冷却液を導
入、導出して冷却スリーブ２１の抜熱を行うしく
みは、上述したとおりである。

また、冷却ロール基体２０には、同図ｂにも示
したように冷却スリーブ２１の仕切り壁２２の内
端に面しかつその内面に沿つて均等間隔に埋設し
た複数個のフリーピストン２４からなる油圧シリ
ンダ列２５ａ，２５ｂおよび２５ｃを、図示した
ように少くとも冷却スリーブ２１の中央部と両縁
部の三ケ所に設け、一方これらの油圧シリンダ列
への給油は、中央部シリンダ列２５ｂと両縁部シ
リンダ列２５ａ，２５ｃとで個別に行なえるよ
う、２系統の給油溝２６ａ，２６ｂおよびロータ
リージヨイント２７ａ，２７ｂをそなえる。かく
してシリンダ列２５ｂと２５ａ，２５ｃにおける
油圧をそれぞれ個別に制御することにより、冷却
スリーブ２１の中央部と両縁部との外周をそれぞ
れ個別に膨脹または収縮させ得るのである。

なお第３図および第４図とも、圧力流体溝やシ
リンダ列への圧力流体の供給を２系統で行う場
合、すなわち両縁部は同一系統で行う場合につい
て示したが、勿論、両縁部をそれぞれ個別の供給
系統で制御するようにしてもよく、この場合は、
溶湯が不均一に注湯されたときでも適切に対処で
きるという点で一層有利である。

また第３図、第４図とも、圧力流体溝やシリン
ダ列が中央部ならびに両縁部併せて３列の場合に
ついてのみ示したが、勿論これだけに限るもので
はなく、第５図に７列のシリンダ列を埋設した場
合について示したように、４ないしそれ以上のシ
リンダ列を配列することができるのはいうまでも
ない。

さて次にかような冷却ロールを用いて、そのヒ
ートクラウン制御を行いつつ、急冷薄帯を製造す
る好適実施態様について説明する。

まず金属溶湯の注湯開始に先だつて、冷却スリ
ーブの表面を、熱攻撃によつて生じるヒートクラ
ウン量に見合う量だけ研削しておく。すなわち第
６図ａに示したように冷却スリーブ１１の中央部
のみに液圧をかけて太鼓状とした状態で、フラツ
トな形状となるようロール研削を行うのであり、
従つて液圧をかけない状態では冷却スリーブは同
図ｂに示したような凹んだ負のクラウンがついて
いることになる。

さて注湯開始に際しては、冷却スリーブの中央
部のみに研削時と同等の液圧をかけ外周を膨脹さ
せて同図ｃに示したようにロールクラウンをフラ
ツトな状態にしておき、かくして注湯を開始す
る。

注湯開始後は、熱攻撃によつて冷却スリーブに
ヒートクラウンが生じようとするが、同図ｄに示
したように中央部の熱膨脹代に応じて中央部にか
けていた液圧を減少しつつ両縁部の液圧を増大さ
せることにより、熱膨脹代を効果的に相殺するこ
とができ、かくして注湯開始から終了までの期間
にわたつて冷却スリーブのクラウンを常にフラツ
トな状態に保持しておくことができるわけであ
る。

また注湯量が少い場合など、操作条件によつて
生ずるであろうヒートクラウン量が小さいと予想
される場合には、上述したように冷却スリーブに
ことさら負のクラウンを付与しておく必要はな
く、注湯開始時は、中央部および両縁部の内圧と
も零にしてフラツトな状態にしておき、その後経
時してヒートクラウンが生じそうになつたら、そ
の量に応じて両縁部のみの内圧を高めることによ
つても、操業全期間にわたつて冷却スリーブのク
ラウンを常にフラツトな状態に保持することもで
きる。

次に第３図に示したこの発明に従う冷却ロール
を用いて、この発明法に従つて急冷薄帯を製造し
た場合を、第７図に示したような内圧制御手段を
持たない従来ロールによる従来法で行つた場合と
比較して説明する。

冷却ロールの仕様および薄帯製造条件は次のと
おりである。

● ロール径 500mm ● 注湯ノズル幅 150mm ● 冷却スリーブ材質 銅合金 ● 冷却媒体 水 流量 １m³／min ● ロール周速 5m／sec ● ロール圧下力 ５トン ● 処理溶湯 4.5％Si―Fe ● 注湯温度 1580℃ なおこの発明に従う冷却スリーブには、予め50
μｍの負クラウン（研削圧力120Kg／cm²）を付与
しておいた。

さて注湯に先立ち、中央部のみに120Km／cm²の
内圧をかけて冷却スリーブをフラツトな状態にし
ておき、かくして注湯を開始した。

注湯開始に伴つて、第８図に示したようにヒー
トクラウン量は次第に大きくなつてフラツトな状
態から正クラウンになろうとするが、その量に応
じて同じく第８図に示したように中央部ならびに
両縁部の内圧の調整すなわち中央部の内圧を下げ
つつ両縁部の内圧を上げることにより、第９図に
示したように、注湯開始から終了までの全期間に
わたつて板幅が150mmと一定で、形状ならびに表
面性状にも優れた急冷薄帯を得ることができた。

これに対し、内圧の制御手段を持たない従来ロ
ールを使用した場合には、第９図に示したように
注湯開始から定常部に至るまで次第に板幅が狭く
なつて100mm幅程度の製品しか得られず、またそ
の幅方向板厚偏差も、この発明に従う場合合が±
10μｍ程度であつたのに対し、約±30μｍと極め
て大きかつた。

なおこの発明法において、ロール中央部および
両縁部についての内圧の制御は、発生したヒート
クラウンに応じて、予め計算機にプログラムして
おいた制御信号で電磁圧力制御弁を調節すること
により、容易かつ適切に行うことができる。

以上述べたようにこの発明によれば、急冷薄帯
の製造において、ヒートクラウンの発生を完全に
防止して注湯開始から終了までの全期間にわた
り、所期した幅でしかも形状および表面性状が良
好な金属薄帯を得ることができ、従つて製品の品
質向上ならびに歩留りの向上が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは双ロール法による急冷薄帯製造要領
の説明図、同図ｂおよびｃはそれぞれヒートクラ
ウンが生じない場合および生じた場合の第１図ａ
のＡ―Ａ矢視図、第２図ａは単ロール法による急
冷薄帯製造要領の説明図、同図ｂおよびｃはそれ
ぞれヒートクラウンが生じない場合および生じた
場合の第２図ａのＢ―Ｂ矢視図、第３図はこの発
明に従う冷却ロール（第２発明）の好適実施例の
断面図、第４図ａはこの発明に従う冷却ロール
（第３発明）の好適実施例の断面図、同図ｂはそ
のＣ―Ｃ矢視図、第５図は第２発明冷却ロールの
他の好適実施例における内圧制御要領の説明図、
第６図ａ〜ｄは、この発明法に従うヒートクラウ
ン制御要領の説明図、第７図は従来の内部水冷式
ロールの断面図、第８図は注湯開始からの経過時
間とヒートクラウン量および制御圧力との関係を
示したグラフ、第９図はこの発明法に従つて得ら
れた急冷薄帯の注湯開始からの板幅の推移を、従
来法により得られたものと比較して示したグラフ
である。 ９，２０……ロール基体、１０……中中間スリ
ーブ、１１，２１……冷却スリーブ、１２，２２
……仕切り壁、１３，２３……冷却液の流路、１
５ａ，１５ｂ，１５ｃ……圧力流体溝、２４……
フリーピストン、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ……シ
リンダ列。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属溶湯を、高速で回転する冷却ロールの外
   周面に連続して注湯し、急冷凝固させて金属薄帯
   を製造するに当り、 ロール胴中央部と両縁部とで個別に、胴周にわ
   たる内圧の制御手段をそなえる冷却ロールにつ
   き、 溶湯の注湯開始前は、負のロールクラウンを有
   する冷却ロールの中央部に内圧をかけて該中央部
   外周を膨脹させ、長手方向にわたるロールクラウ
   ンをフラツトな状態にしておき、 注湯開始後は、冷却ロールに生じるヒートクラ
   ウンに応じて、該ロール中央部の内圧を減少する
   一方、該ロール両縁部の内圧を増大することによ
   り、 注湯開始から終了までの間にわたつて冷却ロー
   ルのロールクラウンをフラツトな状態に保持する
   ことを特徴とする急冷金属薄帯の製造方法。 ２ 金属溶湯の落下流を受け、その急冷凝固を強
   いて薄帯化を導く急冷金属薄帯製造用の冷却ロー
   ルであつて、ロール基体とその胴周に緊締した中
   間スリーブおよびさらにその上に重ねて緊締した
   冷却スリーブとからなり、冷却スリーブは、内向
   きフランジ状の仕切り壁で区分された複数列の冷
   却液流路をそなえ、一方中間スリーブは、ロール
   基体との接合面でその内周にわたつて刻んだ圧力
   流体溝を、少なくとも中央部および両縁部の三ケ
   所に有し、さらにこれらの圧力流体溝への圧力流
   体の送給を少なくとも中央部と両縁部とで個別に
   行う、冷却液供給系統とは別系統の圧力流体の供
   給系統をそなえることを特徴とする冷却ロール。 ３ 金属溶湯の落下流を受け、その急冷凝固を強
   いて薄帯化を導く急冷金属薄帯製造用の冷却ロー
   ルであつて、ロール基体とその胴周に緊締した冷
   却スリーブとからなり、冷却スリーブは、内向き
   フランジ状の仕切り壁で区分された複数列の冷却
   液流路をそなえ、一方ロール基体は、該仕切り壁
   の内端に面しかつその内周に沿つて均等間隔に埋
   設した複数個のフリーピストンからなる油圧シリ
   ンダ列を、少なくともロール中央部および両端部
   の三ケ所に有し、さらにこれらの油圧シリンダ列
   への給油を少なくともロール中央部と両縁部とで
   個別に行う給油系統をそなえることを特徴とする
   冷却ロール。