KR940011764B1

KR940011764B1 - 금속스트립 주조방법 및 장치

Info

Publication number: KR940011764B1
Application number: KR1019870701144A
Authority: KR
Inventors: 호스트 리버만 호워드
Original assignee: 알라이드 코오포레이션; 로이 에이취. 맷신길
Priority date: 1984-10-17
Filing date: 1986-04-11
Publication date: 1994-12-26
Also published as: KR880701147A; BR8607354A; DE3686892T2; CA1224324A; DE3686892D1; NO170137B; EP0300996B1; US4588015A; CN1007217B; WO1987006166A1; EP0300996A4; NO875098D0; CN85104024A; JPH01501924A; NO875098L; JPH0741378B2; NO170137C; EP0300996A1

Abstract

내용 없음.

Description

금속스트립 주조방법 및 장치

제1도는 금속스트립을 빠르게 주조하기 위한 종래주조 장치의 사시도.

제2도는 엔드리스조조벨트를 사용하는 본 발명의 일실시예의 개략도.

제3도는 주조노즐과 동축으로 위치된 개스 이송장치를 사용하는 본 발명의 다른실시예의 계략도.

제4도는 회전 주조휠을 사용하는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략도.

제5도는 가요성허거벨트를 사용하여 주조스트립과 켄칭표면의 접촉을 증대하는 본 발명의 또 다른 실시예의 계략도.

제6도는 용융금속이 침전된 켄칭표면부에서의 개스속도 윤곽도.

제7도는 베릴륨-구리기지상에서 주조된 스트립의 켄칭측표면의 사진도(공기중에서 주조됨.)

제8도는 베릴륨-구리기지상에서 주조된 스트립의 켄칭측표면의 사진도(일산화탄소환원 후레임하에서 주조됨).

제9도는 일산화탄소 및 산소로 이루어진 초기 개스 혼합물의 일산화탄소의 부피퍼센트(vol%)로 연소개스조성 및 최대후레임 온도(계산 및 실험치)를 나타낸 그래프.

제10도는 일산화탄소 및 주변공기로 이루어진 초기 개스 혼합물내의 일산화탄소의 부피퍼센트로 연소개스 조성 및 최대후레임 온도(계산 및 실험치)를 나타낸 그래프.

제11도는 과잉유리산소를 포함하는 일산화탄소후레임내에서 주조되는 스트립의 켄측표면의 현미경 사진도.

제12도는 유리산소를 근본적으로 포함하지 않는 일산화탄소후레임에서 주조된 스트립의 켄칭측표면의 현미경 사진도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

4 : 노즐(nozzle) 5 : 켄칭표면(quenching surface)

6 : 스트립(strip) 7 : 엔드리스 주조벨트(endless casting belt)

8,32 : 개스노즐(gas nozzle) 12 : 개스공급장치(gas supply)

13 : 디플리션 영역(depletion region)

14 : 켄칭 영역(quenching region)

24 : 환원 개스(reducing gas) 30 : 점화장치(ignition means)

50 : 온도감지장치(temperature sensor)

52 : 조절장치(regulator)

본 발명은 용융금속으로부터 직접 금속스트립(metal strip)을 주조하는 방법 및 장치 특히, 후레임 분위기하에서 용융금속을 빠르게 응고시켜 근본적으로 연속인 금속스트립을 주조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

미국특허 No. 4,142,571호(M. Narasimhan)에는 용융금속스트립을 빠르게 켄칭하여 연속금속스트립을 형성하는 장치 및 방법이 제시되어 있는데, 이 방법에서는 금속이 불활성개스 또는 부분진공하에서 주조되어진다.

미국특허 No. 3,862,658호(J.Bedell) 및 미국특허 No. 4,202,404호(C.Carlson)에는 주조금속 필라멘트와 켄칭표면의 접촉을 증대하는 가요성 벨트가 제시되어 있다.

종래의 장치로 아주 매끄러운 스트립을 주조한다는 것은 매우 어려운 일인데, 그 이유는 켄칭중에 켄칭표면과 용융금속사이에서 트랩된 개스포켓(gas pocket)이 개스포켓결함을 형성하기 때문이다. 다른 인자와 더불어, 상기 결함은 주조스트립의 켄칭표면(quench surfaceside) 및 이와 맞서는 자유표면(free surface)상에 현저한 거칠음현상(roughness)을 야기하게 된다. 어떤 경우에 있어서는, 표면결함이 스트립을 통해 축상으로 확장하여 그 내부를 관통하게 되는 수도 있다. 미국특허 No. 4,154,283호(R.Ray등)에 밝혀진 바와 같이, 금속스트립을 제조함에 있어서 진공주조는 개스포켓결함의 형성을 줄일 수 있다.

상기 진공주조시스템은 특정실(Chamber)을 구비하고 펌핑하여 저압 주조분위기를 형성한다. 게다가, 보조장치가 있어 주조스트립을 진공실 밖으로 계속적으로 이송시킨다. 또한, 상기 진공주조시스템에 있어서, 스트립은 켄칭표면에 과다하게 접착하려는 경향이 있는데, 통상, 주변기권하에서 주조되는 경우는 스트립이 켄칭표면으로부터 이탈되려고 한다. 미국특허 No. 4,301,855호(H. Suzuki등)에는 용융금속이 가열된 노즐로부터 회전로울의 외주표면에 주입되어 금속리본을 주조하기 위한 장치가 제시되어 있다. 커버가 노즐상부의 로울표면을 감싸 실(chamber)을 제공하는데, 그 분위기는 진공펌프에 의해서 진공화된다. 커버내의 히터는 노즐상부의 로울표면을 가열하여 로울표면의 이슬방울 및 개스를 제거하게 된다. 진공실은 주조로울표면 다음의 이동개스층의 밀도를 낮춤으로서 주조리본내의 공기포켓 디프레이션(air pocket depression)의 형성을 감소시키게 된다.

히터 또한 습기 및 부착개스를 로울표면으로부터 제거하므로 공기포켓디프레이션의 형성을 더욱 감소시키게 된다. 상기 장치에서는 주조표면이 진공실에서 방출될때 비로서 금속을 주조표면에 주입하게 된다. 상기 공정에 의해서, 빠르게 전진하는 리본을 진공실로부터 제거할때 따르는 복잡성이 해결되는 것이다. 상기 리본은 실제적으로 개방분위기 하에서 주조되므로 상기 장치에 의해서는 리본품질(quality)에 있어서의 향상은 가져오지 못하게 된다. 또한, 미국특허 NO. 3,861,450(Mobley등)에도 금속 필라멘트를 제조하는 방법 및 장치가 제시되어 있다. 디스크형 열추출부재가 회전되어 그것의 에지표면을 용융푸울(molten pool)에 적시게되고, 그리고 비산화성개스가 이동표면이 용융물내로 들어오는 임계 공정영역에서 유입된다.

상기 비산화성 개스는 환원성 개스일수도 있는데, 그것의 연소반응에 의해 임계공정영역(Critical process region)에서 환원 또는 비산화성 연소생성물이 얻어진다. 일실시예에 있어서, 탄소 또는 흑연으로 이루어진 커버는 디스크부분을 감싸 커버와 인접한 산소와 반응하여 비산화성 일산화탄소(Carbon monoxide)를 형성하고 다음에 디스크부와 용융물의 유입영역을 에워싸는 이산화탄소를 형성하게 된다.

상기 방법에서 밝혀진 바와 같이, 비산화성개스의 유입에 의해서 산화성 개스의 점착층(adherent layer)이 분리되어 비산화성 개스로 대체된다. 또한, 비산화성개스의 유입을 조절함에 의해서 회전디스크가 초기필라멘트 응고시 불순물을 용융물내로 끌어들이는 임계공정영역에서, 용융표면의 특정 고체물질이 모이게되는 것을 방지해주는 장벽을 제공해준다. 따라서, 산화성 개스 및 부유성 불순물을 임계영역으로부터 배제시키는 것은 점착성을 감소시키고 자발적인 릴리이즈를 촉진시킴으로서, 회전디스크로부터 필라멘트 릴리이즈점(filament release point)의 안정성을 증가시키게 된다. 그러나, 상기 방법에서는 디스크표면 및 용융물내에서의 산화문제가 제시되어 있다.

상기 방법의 비산화성개스의 유동스트립(stream)은 회전휠의 비스코스드래그(Viscous drag)에 의해서 용융푸울내로 유입되어 용융물을 디스크에지와 분리하여 순간적으로 필라멘트형성을 방해하게 된다. 상기 방법의 이점은 비산화성개스가 용융푸울내에서 필라멘트를 형성하는 실제적인 시점에서 산화반응을 감소시키게 되는 것이다. 따라서, 상기 방법은 디스크표면과 용융물을 분리하고 차단하는 개스의 엔트레인먼트(entrainment)를 최소화시키지는 못한다.

또한, 미국특허 No. 4,282,921호 및 미국특허 4,262,734호에는 동축개스제트를 사용하여 빠른 켄칭 비정질스트립내의 에지결함을 감소시키는 장치 및 방법이 제시되어있고, 미국특허 No. 4,177,856호 및 미국특허 No. 4,144,926호에는 레이놀드 수 인자(Reynold number Parameter)가 조절되어 빠른 켄칭 비정질 스트립내의 에지결함을 감소시키는 방법 및 장치가 제시되어 있다. 개스밀도 및 레이놀드수는 진공상태의 이용 및 저분자량개스를 사용하므로서 조절된다. 그러나, 종래의 방법으로는 개스포켓의 트랩(entrapment)에 의해서 야기되는 주조금속스트립내의 표면결함을 적절하게 감소시킬 수가 없다. 진공주조공정은, 상기 단점을 해결함에 있어서, 어느정도 성과를 달성했지만, 진공주조하는 경우, 주조스트립과 켄칭표면이 과잉접착되어 주조스트립을 진공실로부터 제거하는 공정이 어렵게 되므로 저수율 및 고가의 생산비용이 요구되는 것이다. 결과적으로, 종래의 방법은 소정품질 및 균일한 단면을 갖는 매끄러운 스트립을 효과적으로 생산하는 상업적으로 채택될 수 있는 공정을 제공하지는 못한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 매끄러운 금속스트립을 효과적으로 주조하고 개스포켓결함의 형성을 근본적으로 방지하는 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다. 일반적으로, 본 발명의 장치는 켄칭표면을 갖는 가동 칠 몸체(Chill body)를 포함한다.

노즐장치는 용융금속의 스트립을 켄칭표면의 켄칭영역에 침적하여 스트립을 형성하고, 그리고 개스공급장치는 근본적으로 일산화탄소와 산소로 이루어진 초기 개스 혼합물을 제공한다. 점화장치는 초기 개스 혼합물을 점화시켜 켄칭영역에 인접하여 상부(Upstream)에 위치되는 디플리션 영역(depletion region)에서, 저밀도 환원 후레임 분위기(reducing flame atmosphere)를 제공하는 발열반응을 형성한다. 제어수단은 초기 개스 혼합물을 조절하여 디플리션 영역에서 소정환원 후레임 분위기를 형성하게 되는데, 이 환원 후레임은 유리산소(free oxygen)를 근본적으로 포함하지 않는 연소개스조정(burnt gas composition)을 갖는다.

또한, 본 발명은 연속금속스트립을 주조하는 방법을 제공한다. 켄칭표면을 갖는 칠몸체는 소정속도로 움직이고, 그리고 용융금속 스트립은 켄칭표면의 켄칭영역상에 침적된다. 근본적으로, 일산화탄소와 산소로 이루어진 초기 개스 혼합물이 공급되고 점화되어 켄칭영역에 근본적으로 인접하여 그것의 상부에 위치되는 디플리션 영역에서 저밀도 환원 후레임 분위기를 제공하게 된다. 초기 개스 혼합물은 근본적으로 유리산소를 포함하지 않는 소정환원 후레임 분위기를 디플리션 영역에서 형성하도록 조절된다.

본 발명의 방법 및 장치는 스트립주조중에 켄칭표면에 반하여 개스포켓을 형성하고 트랩하는 현상을 줄일 수 있는 이점이 있는 것이다. 따라서, 본 발명은 복잡한 진공주조 장치를 필요로 하지 않고 주변분위기에서 실행될 수 있는 것이다.

디플리션 영역내의 환원 개스의 발열반응은 용융금속의 양호하고 보다 균일한 냉각 및 켄칭조작을 제공하게 된다. 발열반응개스로부터 오는 열은 포켓개스의 형성을 제거하여 용융금속과 켄칭표면사이의 접촉을 증대하는 저밀도 환원분위기를 제공한다. 보다 균일한 켄칭은 주조스트립의 물리적특성을 향상시키고, 특히, 스트립의 켄칭표면상의 결함감소는 물질의 충진율(packing factor)을 증가시키고 그리고 조기기계파괴를 유발할 수 있는 국부응력집중부를 감소시키게 된다.

주조 스트립의 자유측표면(즉, 칠몸체의 켄칭표면과 접촉되지 않은 측면)의 평활성은 본 발명의 방법 및 장치에 의해서 향상된다.

상기와 같은 평활성의 향상은 물질의 충진율을 더욱 증가시키게 된다. 비정질 금속스트립을 제조함에 있어서, 저밀도 환원분위기에 의해서 부여되는 균일한 켄칭은 비정질상태의 보다 균일한 형성을 가져오게 된다. 자성재료로 형성된 스트립의 제조에 있어서, 스트립표면 불연속부의 수 및 크기가 감소되어, 스트립의 자성을 향상시키게 된다.

개스포켓 트랩에 기인된 표면결함은 감소되고, 개스포켓이 스트립을 관통할 가능성이 매우 희박하게 된다. 매우 얇은 스트립(두께가 15마이크로미터 이하)이 제조되는데, 이러한 얇은 스트립은 다양한 용도로 사용된다. 예를들면, 유도자(inductor), 리액터(reactor) 및 고주파 전자기장치등의 자성장치에 있어서, 얇은 자성재료는 근본적으로 전력손실을 감소시키게 된다. 또한, 납땜공정에 있어서, 보다 얇은 납땜포일의 사용은 납땜죠인트의 강도를 향상시키게 된다. 게다가, 트랩된 개스포켓의 감소는 용융금속과 켄칭표면 사이의 열전도 접촉성을 증가시킨다. 보다 두꺼운 빠른 응고금속의 스트립이 제조될 수 있는데, 상기 스트립은 기존상업용도에 통상 사용되는 재료와 보다 쉽게 대체될 수 있기 때문에 요망되고 있는 것이다.

상기 두꺼운 스트립성분은 단일켄칭 공정에서 빠른 응고에 의해 제공되는데, 이는 비용을 절감할 수 있는 이점을 갖는다. 따라서, 본 발명은 켄칭표면과 접촉되는 스트립표면상에 개스포켓결함을 최소화하고, 그리고 평활한 표면마무리(Smooth Surface Finish) 및 균일한 물리적 성질을 갖는 스트립을 제조하는 것으로 진공주조와 관련된 복잡한 장치 및 절차는 필요없게 된다. 또한, 본 발명은 매우 얇은(Ultra thin) 금속스트립 뿐만 아니라 매우 두꺼운(Ultra thick) 금속스트립을 용융물로부터 낮은 비용 및 고수율로 적절하게 직접 주조하고자 하는 것이다.

상기 매우 얇은 스트립 및 매우 두꺼운 스트립은 자성장치등의 응용에 적절하게 사용되고, 보다 효율 및 경제적으로 종래재료와 대체될 수 있다. 이하 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명한다. 우선, 스트립에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면, 스트립은 횡방향 크기가 길이방향의 크기보다 매우 작은 길쭉한 형태를 갖는 것으로, 와이어, 리본 시이트 및 규칙 또는 불규칙적인 단면을 갖는 것등이 여기에 속하게 된다.

본 발명은 결정 또는 비정질 금속으로 형성된 금속스트립을 적절하게 주조하고, 특히 빠르게 응고되고 용융금속의 용융물로부터 적어도 10⁴℃/sec의 속도로 켄칭되는 금속스트립을 적절하게 제조하는 것이다.

상기와 같은 빠르게 응고되는 스트립은 향상된 물리적 성질 즉, 향상된 인장강도, 연성 및 자성을 갖게 된다.

제1도는 연속금속스트립을 빠르게 주조하기 위한 공거장치의 일례를 나타낸 것으로, 도가니(2)내에 포함된 용융금속합금이 발열체(3)에 의해서 가열된다. 도가니를 불활성개스로 가압함으로서 용융스트립은 도가니의 기대(base)에서 노즐을 통해 회전주조휠(1) 등의 가동칠 몸체상에서 침적되도록 힘을 받게 된다. 응고된 이동스트립(6)은 켄칭휠로부터 이탈된 다음 적절한 권선장치를 향해 이동된다.

켄칭표면(기지)(5)은 높은 열전도도를 갖는 재료가 바람직한데, 예를들면, 탄소강, 스테인레스강 및 베릴륨-구리등의 구리기초합금등이 이에 속한다. 적어도 10⁴℃/sec의 켄칭속도를 달성하기 위하여 휠(1)은 내부는 차갑게 유지되고 그리고 100-4000m/min정도의 속도로 전진하는 켄칭표면을 제공하기 위하여 회전된다.

바람직하게는 켄칭표면속도가 200-300m/min정도이다. 통상, 주조스트립의 25-100마이크론(마이크로미터)정도이다.

제2도는 본 발명의 일례의 장치를 나타낸 것으로, 엔드리스 주조벨트 등의 가동칠 몸체(a moveable chill body)(7)는 칠주조켄칭표면(5)을 갖는다. 노즐(4)와 같은 노즐장치는 용융금속의 스트립을 켄칭표면(5)의 켄칭영역(14)상에 침적하여 스트립(6)을 형성하게 된다.

노즐(4)은 방출부(26)에 위치된 오리피스(22)를 갖는다. 개스노즐(8) 및 개스공급장치(12)를 포함하는 디플리션 장치는 환원 개스(24)를 개스공급장치(12)로부터 켄칭영역(14)에 인접하여 그 상부에 위치되는 디플레이션 영역(13)으로 공급한다

환원 개스는 디플리션 영역(13)내에서 발열반응하여 저밀도 환원성 분위기를 제공하게 된다. 개스노즐(8)은 디플리션 영역(13) 및 그 근처로 환원 개스(24)를 향하게 하여, 환원 개스(24)가 근본적으로 디플리션 영역(13)을 흐르도록 한다. 밸브(16)는 개스노즐(18)을 통한 환원 개스의 양 및 속도를 조절한다.

제2도에 도시된 바와 같이, 개스노즐(8)은 켄칭영역(14)의 상부에 위치되어 켄칭표면의 운동방향에 근본적으로 수직하게 향하게 된다. 의도적으로, 개스노즐(8)은 제3도에 도시된 바와 같이, 주조노즐(4)과동축으로 위치될 수도 있다.

상세한 설명 및 특허청구범위에서 사용되는 저밀도 환원 분위기는 1g/ℓ이하의 개스밀도를 갖는 환원성 분위기, 보다 바람직하게는 0.5g/ℓ이하의 개스밀도를 갖는 환원성 분위기를 의미한다.

소정 저밀도 환원성 분위기를 얻기 위하여, 환원 개스(24)는 적어도 800°K에서 발열 반응하고, 보다 바람직하게는 적어도 1300°K에서 발열반응한다. 일반적으로, 보다 뜨거운 환원 개스가 바람직한데, 그 이유는 환원 개스가 저밀도를 갖게 되고 켄칭표면(5)과 침적용융 금속사이의 개스포켓의 형성 및 트랩을 최소화하기 때문이다.

트랩개스포켓은 표면의 평활성을 저하시키는 리본표면결함을 형성하므로 바람직하지 못한 것이다. 극한 경우에 있어서, 개스포켓은 스트립(6)을 통해 관통될 수도 있다. 매우 평활한 표면마무리(surface finish)는 자성금속스트립을 권선하여 자성코어를 형성하는 경우 특히 중요한데, 그 이유는 표면결함이 재료의 충진율을 감소시키기 때문이다.

상기 충진율은 권선코어내의 실제자성재료의 부피분율(자성재의 부피/총코어부피)이고 종종퍼센트로 표시된다. 결함없는 평활표면은 스트립(6)의 자성을 최적화하고, 국부적인 응력집중부를 최소화하여 스트립의 기계적 강도를 증가시킴에 있어서 매우 중요하다. 또한, 개스포켓은 침적용융금속과 켄칭표면(5)을 차단하고 국부적인 영역에 있어서의 켄칭속도를 감소시킨다.

불균일켄칭은 스트립(6)에 불균일한 물리적 성질, 즉 불균일한 강도, 연성 및 자성을 부여하게 된다. 예를들면, 비정질금속스트립을 주조하는 경우, 개스포켓은 스트립의 국부적인 영역에서 원하지 않는 결정화를 허용하게 된다. 이러한 개스포켓 및 국부적인 결정화는 자성도메인 벽(magnetic demain wall)의 이동을 방해하는 불연속부를 형성하여 재료의 자기적 성질을 저하시킨다. 따라서, 개스포켓의 트랩을 감소시킴으로서, 본 발명은 향상된 표면마무리 및 향상된 물리적 성질을 갖는 고품질금속스트립을 제조할 수 있다.

예를들면, 금속스트립은 최저 80%에서 최고 95%까지의 충진율을 갖는다. 개스포켓이 감소될 수 있는 기구는 제6도를 근거로 하여 보다 상세하게 설명될 수 있는데, 제6도에는 켄칭표면(5) 근처 및 용융퍼들(melt puddle)(18) 상부의 개스 경계층 속도윤곽(gas boundary layer velocity profile)이 나타나 있다.

최고 개스 경계층 속도는 켄칭표면(기지)(5)에 바로 인접한 곳에서 일어나고 그 속도는 이동켄칭표면의 속도와 동일하다. 따라서, 이동켄칭표면(5)은, 통상, 냉각공기를 주변 분위기로부터 디플리션 영역(13) 및 켄칭영역(14)으로 끌어들이고, 그 켄칭표면에는 용융금속이 침적된다. 냉각공기를 켄칭영역으로 끌어들이므로서, 고온 주조노즐 및 용융금속에 의해서 국부 분위기를 충분히 가열하지 못하여 분위기의 밀도를 현저히 감소시키지는 못한다.

용융퍼들(18)은 금속합금조성, 기지조성 및 표면필름의 존재등의 다양한 인자에 의해서 결정되는 범위까지 기지표면을 적시게 된다.

그러나, 용융-기지 계면에서 개스 경계층에 의해서 부여되는 압력은 용융물과 기지를 국부적으로 분리하고 리본저측면상에서 리프트-오프(lift-off) 영역(44)으로 나타나게 되는 엔트레인 개스포켓(entrained gas pocket)을 형성하게 된다. 개스 경계층의 정압(stagnation pressure)(Ps)(층이 딱딱한 벽을 칠 경우의 압력)은 식 Ps=1/2ρV²는 로 표시되고, 여기서, ρ는 개스밀도, V는 기지속도이다.

따라서, 개스 경계층 밀도 또는 기지속도의 감소는 용융금속퍼들하에서 엔트레인되는 개스포켓의 크기 및 수의 감소에 있어서 중요하다. 예를들면, 진공상태에서 주조하므로서 개스 경계층이 제거되는 경우 스트립 저측면내의 리프트-오프영역이 전적으로 제거될 수 있다.

또한, 경계층내에서 저밀도개스가 사용될 수 있다. 저분자량 개스(헬륨등)를 선택하는 것도 경계층 개스밀도를 감소시키는 하나의 방법이다. 그러나, 안전하고 경제적으로 상기 목적에 사용될 수 있는 저분자량개스의 다양성은 매우 한정된다. 본 발명은 경계층 개스밀도를 감소시키는 경제적이고 안전한 수단을 제공하는 것이다.

본 발명에 있어서, 경계층 개스밀도는 환원 개스를 발열반응시킴으로서 감소된다. 환원 개스의 발열반응이 진행되는 경우, 반응에 의해서 제공된 열에 의해서, 개스밀도가 절대온도의 역관계로 감소된다.

용융퍼들(18)의 상측면(Upstream Side)에서 디플리션 영역(13)내의 환원 개스를 발열반응시킴으로서, 용융퍼들하의 엔트레인 개스포켓의 크기 및 수가 근본적으로 감소된다.

그러나, 고온저밀도 분위기 조성, 및 켄칭표면(5)인자등의 적절한 인자를 조절하여 켄칭표면(5)상에 석출되는 어떠한 고체 또는 액체물질의 형성도 방지하는 것이 중요하다. 만약, 용융물과 켄칭표면 사이에서 엔트레인(entrain)되는 경우, 상기 석출물은 표면결함을 형성하여 스트립품질을 저하시키게 된다. 켄칭영역(14)에 인접하여 위치된 저밀도 환원 개스 분위기에 의해서 형성된 열은 용융금속의 켄칭능을 저하시키지 않는다.

오히려, 환원반응에 의해서 형성된 열은 절연트랩 개스포켓의 존재를 최소화함으로서 켄칭속도의 균일성을 향상시켜 주조스트립의 품질을 개선시킨다. 적절한 환원개스는 일산화탄소개스 및 개스 혼합물을 포함한다.

켄칭표면(5)에서 환원성 분위기 존재는 현저한 이점을 갖는데, 특히, 스트립(6)의 산화반응을 최소화한다.

게다가, 환원성 분위기는 켄칭표면의 산소를 제거함으로서, 산화반응을 최소화시킬 수 있다. 산화반응이 감소됨에 따라, 켄칭표면의 젖음성(wettability)이 향상되고, 용융금속이 켄칭표면(5)상에 보다 균일하게 침적된다. 켄칭표면(5)이 구리 기초 합금재인 경우, 감소된 산화반응은 열피로 균열생성 및 전파에 대한 저항성을 현저하게 향상시키게 된다.

또한 환원성 분위기는 노즐(4)영역에서 산소를 소모하므로서 노즐 오리피스(22)의 막힘 특히, 산화물 입자에 의한 막힘을 감소시킬 수 있다. 용도에 따라서는, 추가 개스 노즐(32)이 사용되어 스트립(6)의 소정부를 따라서 추가 환원 개스 분위기를 제공할 수도 있다(제4도 참조).

제4도는 본 발명의 일실시예를 나타낸 것으로서 환원개스가 점화되고 연소되어 환원 후레임 분위기를 형성하게 된다. 노즐(4)은 스트립(6)을 형성하기 위하여 회전주조휠(1)의 켄칭표면(5)상에 용융금속을 침적시킨다.

본 실시예에 있어서, 디플리션장치는 개스공급장치(12), 개스노즐(8) 및 점화장치(30)로 구성된다. 밸브(16)는 노즐을 통해 이송되는 개스의 양 및 속도를 조절하고, 그리고 와이퍼 브러시(Wiper brush)(42)는 켄칭표면(5)상태를 조절하여 산화반응을 감소시키도록 해준다.

환원 개스(24)가 충분한 산소와 혼합된 다음, 점화장치(30)는 개스를 점화하여, 용융금속이 침적되는 켄칭영역(14) 및 디플리션 영역(13) 둘레에 고온의 저밀도 환원성 분위기를 형성하게 된다. 적절한 점화장치는 스파크점화, 고온필라멘트, 고온판등을 포함한다.

예를들면, 제4도에 도시된 본 실시예에 있어서, 고온주조노즐은 접촉에 의해서 자동적으로 환원 개스를 점화하는 적절한 점화장치로 작용하게 된다. 그 후레임 분위기는 켄칭영역(14)의 상부에서 시작되는 후레임 프롬(flame plume)(28)을 형성하고 산소를 소모한다.

게다가, 프롬내의 연소되지 않은 환원 개스는 반응하여 켄칭표면(5), 노즐(4) 및 스트립(6)상의 산소를 감소시킨다.

후레임의 시정(Visibility)은 개스흐름의 조절 및 최적화를 보다 쉽게 하고, 그리고 프룸(28)은 휠 회전에 의해서 휠의 외곽둘레를 효과적으로 퍼져 확장 환원 후레임 분위기를 형성하게 된다.

결과적으로, 고온환원성 분위기는 켄칭표면(4) 둘레의 소정거리에 대해 위치된다. 확장 후레임프룸은, 냉각되는 중에, 스트립 주위에 비산화성 보호 분위기를 제공하는 이점을 갖는다.

용도에 따라, 추가되는 개스노즐 및 점화장치는 스트립(6)의 소정부를 따라 추가 환원성후레임프룸(36)을 제공하여 스트립을 산화로부터 추가보호하도록 사용될 수 있다.

고온 환원성후레임프룸에 의해서 제공된 추가 이점은 스트립의 자유측표면(켄칭표면과 접촉되지 않는 측면)의 평활성이 현저하게 향상되는 것이다. 실험에 의해서 나타난 바와 같이, 빠른 응고 금속스트립의 평균 거칠기(충진율과 같은 표준기법에 의해서 측정됨)는, 스트립이 본 발명의 환원 후레임프룸에서 제조될 경우, 현저히 감소된다.

환원성개스를 적절하게 선택하는 것은 매우 중요하다. 연소개스의 연소생성물은 켄칭표면(5) 또는 노즐(4)상에 석출될 수 있는 액체 또는 고체상을 형성하지 않아야 한다.

예를들면, 수소개스는 일반 조건하에서는 만족되지 않는데, 그 이유는 연소생성물이 켄칭표면(5)상에 응축되는 물이기 때문이다. 따라서, 수소후레임프룸은 스트립(6)의 켄칭측표면상에 개스포켓의 형성을 적절하게 감소시키지 못한다.

그러므로, 환원 개스(24)는 강한 발열 반응으로 연소하고 산소를 소모시킬 뿐만 아니라 주조상태에서 개스상태로 남게될 연소생성물을 형성하게 되는 개스가 바람직하다.

일산화탄소(CO)개스는 상기 기준(Criteria)을 만족하고 소망스러운 무수 환원 분위기를 제공하는 바람직한 개스이다. 환원 후레임 분위기는 용융퍼들(18)에 인접하여 위치되는 분위기를 고온(1300-1500°K)으로 가열하기 위한 효과적인 수단을 제공한다. 상기 온도는 용융퍼들(18)둘레에 저밀도개스를 제공한다.

또한, 고온가열에 의해서 환원반응속도가 증가되어 켄칭표면(5), 노즐(4) 및 스트립(6)의 산화반응이 더욱 억제된다. 노즐(4)에 고온환원 후레임의 존재는 열구배(thermal gradient)를 작게하여 노즐의 균열을 감소시켜 준다.

따라서, 환원 후레임 분위기를 사용하는 본 발명의 실시예에 있어서는 켄칭표면(5) 둘레에 고온의 저밀도 환원성 분위기를 보다 효과적으로 형성시켜 주조 스트립의 양측면의 평활성을 향상시키고 켄칭표면(5), 스트립(6) 및 주조노즐(4)의 산화를 보다 효과적으로 방지한다.

본 발명의 하나의 특징에 있어서, 개스공급장치(12)는 점화에 앞서 근본적으로 일산화탄소와 산소로 이루어진 초기 개스 혼합물을 형성한다. 점화장치(30)는 개스를 점화하여 발열반응을 형성하게 된다(제4도 참조). 상기 반응은 고온을 형성하여 디플리션 영역(13)에서 열에 기인된 저밀도 환원 후레임 분위기를 형성하는데, 이 디플리션 영역(13)는 주조휠(1)에 의해서 제공되는 가동칠 몸체 표면상의 켄칭영역(14)에 근본적으로 인접하여 상부에 위치된다.

온도감지장치(50) 및 밸브(16)에 연결된 조절장치(52)의 결합구조등의 제어수단은 디플리션 영역(13) 및 켄칭영역(14)에서 소정환원 후레임 분위기를 형성하도록 초기 개스 혼합물을 제어하게 된다.

상기 소정환원 후레임 분위기는 근본적으로 유리산소를 포함하지 않는 연소개스조성을 갖는다(즉, 후레임(28)내의 연소개스는 미반응, 비혼합된 산소(unreacted, uncombined oxygen)를 포함하지 않음).

일산화탄소와 산소로 조성된 초기 개스 혼합물은 2600℃ 이상의 후레임 온도를 형성하므로 디플리션 영역(13) 및 주조영역(14)에서 매우 낮은 개스밀도를 형성하게 된다.

그러나, 이러한 고온 후레임은 산소분자(O₂)를 반응성이 큰 산소이온(O)으로 분리시킨다. 결과적으로, 초기 개스 혼합물 내의 일산화탄소의 부피퍼센트는 소정의 효율성을 제공하기 위하여 상기 혼합물내의 산소의 부피퍼센트의 적어도 4배가 되어야 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 있어서, 개스공급장치(2)는 일산화탄소, 산소 및 비반응희석개스(diluent gas)로 이루어진 초기 개스 혼합물을 형성하게 된다.

예를들면, 개스공급장치(12)는 이송장치(8)로부터 일산화탄소(CO)개스의 소정부피유속(flow rate)을 제공하는데, 그 이송장치(8)는 주변공기와 혼합하여 C, O₂및 N₂로 조성된 초기 개스 혼합물을 제공하게 된다. 희석개스의 존재는 후레임 온도를 낮추어 산소분자(O₂)를 반응성이 큰 산소이온(O)으로 분해되는 것을 감소시켜 준다.

따라서, 산소의 부피퍼센트는 비교되는 일산화탄소의 부피퍼센트는 화학양론적으로 2 : 1에 가깝도록 낮추어지지만, 주조스트립둘레에서 환원성후레임 분위기의 소정의 화학성질(chemistry)을 여전히 형성한다.

바람직하게는, 초기 개스 혼합물내의 CO의 부피퍼센트는 적어도 초기 개스 혼합물내에 포함된 O₂의 부피퍼센트의 2.5배정도이다.

앞서 언급한 바와 같이, 소정의 초기 개스 혼합물을 형성하는 아주 편리한 방법은 CO와 주변공기를 혼합형 근본적으로 CO, O₂및 N₂로 이루어진 혼합물조성을 형성하는 것이다.

본 실시예에 있어서, 초기 개스 혼합물내의 CO의 양은 약 38-70부피퍼센트를 갖는다.

상기 양의 최소한계치는 후레임 분위기가 근본적으로 유리산소를 포함하지 않는 최적의 환원특성을 갖는 값이고, 상기 양의 상한치는 후레임 분위기가 소화되지 않는 값이다.

후레임 분위기내의 가스의 화학성질은 주조스트립의 품질을 최적화함에 있어서 중요하므로, 상기 후레임의 화학성질을 정확하게 검사(monitor)하는 것이 중요하다. 그러나, 후레임 조성의 직접측정은 어렵다. 따라서, 본 발명은 제4도에 도시된 열전대등의 온도감지장치(50)를 포함하여 후레임의 화학성질을 효과적으로 검사하기 위한 효과적인 제어수단을 제공한다.

또한, 제어수단은, 예를들면, 밸브(16)를 조절하여, 용도에 따라, 개스공급장치(12)로부터의 CO유속을 증가 또는 감소시키기 위한 조절장치(52)를 포함한다. 소정주변방안(cast regime)은 후레임 온도의 변화를 초기 개스 혼합물내에 제공된 CO양의 함수로 검사함으로서 형성되어진다.

특히, 열전대는 후레임 온도를 감지하고 검사하여 CO의 유속(flow rate)을 결정하게 되는데, 상기 CO의 유속을 초기 개스 혼합물내에 공급되는 일산화탄소의 부피퍼센트의 추가 상대증가가 후레임 온도의 상응상대 감소를 형성하도록 결정된다.

상기 조건으로부터, 소정주조방안은 신뢰성있게 추정될 수 있다(소정주조방안은 고온 후레임 분위기가 근본적으로 미반응산소를 포함하지 않도로 함).

상기와 같은 조건하에서는 빠른 켄칭에 의해서 준안정하고 균일한 연성재료가 제조된다. 준안정재료가 유리질일 수가 있는데, 이 경우에는 장범위 규칙도를 갖지 못한다. 유리질 금속합금의 X-ray 회절패턴은 무기산화물유리(inorganic oxide glasses)에서 관측된 것과 유사한 확산 헤일 로우(diffuse halo)로 나타난다.

상기 유리질 합금(glassy metal)은 충분한 연성을 갖도록 적어도 50%가 유리질로 이루어져, 합금의 리본으로부터 복잡한 형상으로 스탬핑되는 공정과 같은 다음 가공공정을 허용하게 된다.

바람직하게는, 유리질금속합금이 적어도 80%의 유리질, 가장 바람직하게는 상기 금속합금이 근본적으로(전적으로) 유리질로 되어 최상의 연성(superior ductility)을 얻는 것이다.

또한, 준안정상은 성분원소의 고용체(solid sloution)일 수도 있다. 본 발명합금의 경우에 있어서, 상기 준안정 고용체상은 결정합금을 제조하는 분야에 이용된 통상의 제조기술하에서는 제조되지 않는 것이 일반적이다. 고융체합금의 X-ray 회절패턴은 결정질 합금의 날카로운 회절피크 특성을 나타내는데, 결정의 미세한 크기에 의해서 약간의 퍼짐(broadening) 현상이 나타난다. 또한, 상기 준안정 재료는 상기 조건하에서 제조되는 경우 연성이었다.

상기와 같은 조건하에서는 빠른 켄칭에 의해서 평형마이크로 결정질 합금이 제조될 수 있다. 여기서 사용되는 마이크로 결정질 합금이란 약 10마이크로미터(0.0004inch)이하의 결정립크기를 갖는 것을 의미한다. 상기 합금은 100나노미터(0.000004inch)에서 10마이크로미터(0.0004inch)까지가 바람직하고, 가장 바람직하게는 1마이크로미터(0.00004inch)에서 5마이크로미터(0.0002inch)범위이다.

마이크로 결정질 합금은 소정조성의 용융물을 적어도 10³C/sec로 냉각시킴으로서 형성되는데, 바람직하게는 적어도 10⁵℃/sec로 냉각하는 것이다. 마이크로 결정질 합금분야에서 널리 알려진 다양한 빠른 켄칭기술에 의해서 마이크로 결정질의 분말, 와이어, 리본 및 시이트등이 적절하게 제조될 수 있다.

통상적으로, 특정조성이 선택되고, 소정분율을 갖는 필수원소의 분말이 용해 및 균질화되고, 그리고 용융합금은 빠르게 회전하는 실린더등의 칠표면상 또는 물과 같은 적절한 유체매질(fluid medium)내에 빠르게 켄칭된다.

본 발명의 재료는 포일(또는 리본)형태로 제조되는 것이 바람직하고, 재료가 유리질 또는 고용체에 관계없이 주조와 같은 제조응융에 사용될 수 있다. 또한, 유리질 금속합금의 포일은 결정상, 바람직하게는, 미세한 결정상을 얻기 위하여 열처리되어 복잡한 모양으로 스탬핑되는 경우 다이수명을 향상시킬 수 있다.

제5도에 나타난 바와 같이, 본 발명은 켄칭표면(5)에 반하여 스ㅌ립(6)을 엔트레인 되는 가요성허거벨트(flexible hugger belt)(38)를 포함하여 냉각접촉부를 연장시킬 수도 있다. 접촉부가 연장되므로서, 스트립에 대하여 보다 균일하고 보다 긴 냉각주기를 제공하여 스트립의 켄칭효과를 향상시킨다.

가이드휠(40)에 의해서 켄칭표면(5)을 따라 소정허깅위치(hugging position)내에 벨트(38)가 위치되고, 그리고 켄칭표면(5)에 허깅관계를 유지하면서 벨트부가 켄칭표면의 속도와 근본적으로 동일한 속도로 이동되도록 구동장치에 의해서 구동된다.

벨트(38)가 스트립(6)의 가장자리부와 오버랩되어 켄칭표면(5)과 직접접촉하여 마찰 맞물림하는 것이 바람직하다. 상기 마찰맞물림은 벨트를 이동시키기 위해 소정구동장치를 제공한다.

빠른 응고 금속의 보다 두꺼운 스트립을 형성하기 위한 장치 및 공정의 개발에 많은 노력이 행하여지고 있는데, 그 이유는 상기 스트립은 기존상업적 응용에 사용되는 재료에 대한 직접 대체물로서 쉽게 사용될 수 있기 때문이다.

본 발명은 용융금속의 스트립과 칠켄칭표면 사이의 접촉을 현저히 향상시키므로, 용융금속으로부터의 열전달이 보다 향상된다.

따라서, 상기 열전달의 향상에 의해서 용융금속의 보다 균일하고 보다 빠른 응고가 제공되어 고품질의 두꺼운 스트립 즉, 15마이크로미터에서 70마이크로미터 및 그 이상의 두께 범위를 갖는 스트립이 제조된다. 또한, 빠른 응고 금속의 보다 얇은 스트립을 제조하기 위하여 많은 노력이 행하여지고 있다. 매우 얇은 금속스트립(두께가 15마이크로미터 이하, 바람직하게 8마이크로미터이하)은 다양한 상업적 응용에 있어서 매우 소망스러운 것이다.

예를들면, 납땜공정에 있어서, 납땜죠인트에서 사용되는 필러금속(filler metal)은 통상, 기초금속에 비하여 열등한 기계적 성질을 갖는다. 납땜 조립체의 기계적 특성을 최적화하기 위하여, 납땜죠인트는 매우 얇게 형성된다.

따라서, 포일형태의 필러재가 납땜하기전에 죠인트영역내에 직접위치되는 경우 상기 죠인트강도는 매우 얇은 납땜포일을 사용하므로서 최적화될 수 있다.

고주파 전자분야(10KHz이상)에 대한 자기적 응용에 있어서, 자기장치(magnetic derice)의 전력손실(power loss)은 자성재의 두께(t)에 비례한다. 기포화리액터(saturable reactor)등의 다른 자기적 응용에 있어서, 전력손실은 두께에 비례하고 재료가 빠르게 포화되는 경우 두께의 제곱(t²)으로 증가된다.

따라서, 얇은 리본은 리액터의 전력손실을 줄이게 된다. 게다가, 얇은 리본은 포화하는데 적은 시간이 요구되므로 짧고 보다 날카로운 출력펄스가 리액터로부터 얻어질 수 있다.

또한, 얇은 리본의 경우는 충당유도전압을 감소시키므로, 층(lamiation)사이의 적은 절연성이 요구된다. 선형유도가속장치의 유도장치에 있어서, 전력손실은 t²의 관계를 가지므로 얇은 리본은 전력손실을 줄이게 된다.

또한, 얇은 리본은 쉽게 그리고 빠르게 포화되고, 짧은 펄스가속기를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 게다가, 얇은 리본은 층사이의 감소된 절연성을 요구하게 된다. 얇은 스트립의 또 다른 이점은 소정직경으로 권선되는 경우 스트립은 적은 벤딩응력을 받게 된다. 과잉벤딩응력은 자기변형(magneto-striction)현상을 통해 자성을 저하시킨다.

본 발명의 장치 및 방법은 매우 얇은 금속스트립을 형성하는데 특히 유용한 것이다.

본 발명이 개스포켓 결함의 크기 및 깊이를 현저히 감소시키므로, 결함이 충분히 커서 주조스트립을 관통할 확률이 감소된다.

결과적으로, 매우 얇은 스트립이 주조될 수 있는데, 그 이유는 스트립을 관통할 만큼 충분히 큰 결함이 형성될 확률이 적어지기 때문이다. 따라서, 본 발명은 약 15마이크로미터 이하의 두께를 갖는 매우 얇은 금속스트립을 적절하게 주조할 수 있다.

주조스트립은, 바람직하게는, 12마이크로미터 또는 그 이하의 두께를 보다 바람직하게는, 7-12마이크로미터의 두께를 갖는다. 게다가, 얇은 금속스트립은 적어도 약 1.5mm의 폭을 갖는데, 바람직한 폭의 크기는 적어도 약 10mm이다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

실시예에 있어서 합금원소에 부여될 숫자는 원자퍼센트(atm%)를 의미한다.

평평한 탄소강기지를 갖고 강제대류 냉각되는 주조휠이 사용되어 니켈기초 및 철기초유리질 금속리본을 제조한다. 상기 주조휠에는 미국특허 4,307,771호에 제시된 것과 유사한 내부냉각구조(직경 : 38cm, 폭 : 5cm)가 형성되어 있다.

상기 주조휠은, 18m/sec의 원주표면속도에 상응하는, 890rpm의 속도로 회전된다. 기지(sub strate)는 주조 방향으로부터 대략 10°정도 경사진 아이들링 브러쉬휠(idling brush wheel)에 의해서 동작중에 연속적으로 조절된다.

각각 1.5mm의 폭을 갖는 제1립(lip) 및 제2립(칠로울의 회전방향으로 립의 번호를 붙임)에 의해서 한정되는 0.4mm의 폭 및 25mm의 길이의 슬로트오리피스(slot orifice)를 포함하는 노즐이 주조휠의 원주표면의 이동방향에 수직하게 장치되어 있는데, 주조휠의 표면과 제1립 및 제2립사이의 갭은 0.20mm이다.

1000℃의 용융점을 갖는 조성 Ni₆₈Cr₇Fe₃B₁₄Si₈(아래에 부여된 숫자는 원자퍼센트를 나타냄)의 니켈-기초금속합금이 가압 도가니에서 노즐에 공급되는데, 상기 도가니내의 금속은 1300℃의 온도 및 3.5Psig(24KPa)의 압력하에서 유지된다.

압력은 아르곤 브랜킷(blanket)에 의해서 공급된다. 용융금속은 6.6Kg/min의 속도로 슬로트오리피스를 통해 방출된다.

상기 용융금속은, 칠로울의 표면상에서, 2.54cm의 폭 및 0.033mm의 두께를 갖는 스트립으로 응고된다. X-ray 회절계(diffractometry)를 사용하는 실험에 의하면, 상기 스트립은 구조에 있어서 비정질임이 밝혀졌다.

또한, 리본은 저측면내에 매우 많은 트랩공기포켓을 나타내었다. 검은 산화트랩(track)이 리본주조공정중에 기지표면상에 형성되어 리본기지접착력을 제한하게 된다.

[실시예 2]

실시예 1에 사용된 장치, 공정조건, 금속 및 합금을 이용하여 실시예 1의 절차가 반복되는데, 단지 일산화탄소 후레임이 산화반응을 감소시키고 리본-기지접착을 촉진하도록 리본 주조트랙에서 용융퍼들(melt puddle)의 상류방향을 향하도록 되어 있는 것이 다른 점이다.

후레임과 조절브러시의 결합작동은 기지산화반응을 감소시키고, 접착력을 증가시키고 그리고 양호한 기하학적 균일성을 갖는 리본을 제조하게 된다. 가장 양호한 결과는 일산화탄소 후레임과 용융퍼들의 배면사이의 거리가 약 2cm이하(<1inch)인 경우이다. 스트립을 종 및 횡방향으로 절단한 인장시편은 동일한 인장강도 및 연성을 나타낸다. 스트립은 근본적으로 등방성 인장특성을 갖는다.

[실시예 3]

하기표 1에 제시된 장치, 공정조건, 금속 및 합금을 이용하여 실시예 1의 절차를 반복하여 하기 표 1의 생성물을 얻는다.

[표 1]

철 기초리본은 365℃의 온도, 불활성 개스 분위기 및 리본의 길이방향으로 부여된 80암페어/미터의 장(field)하에서 2시간 동안 아닐링되었다. 철 기초비정질 리본의 저측면을 나타낸 현미경사진이 제7도에 나타나 있다. 제7도에서 알 수 있는 바와 같이, 내포된 공기포켓이 크고 신장되어 있다.

[실시예 4]

실시예 3의 절차가 동일한 장치, 공정조건 및 합금을 이용하여 반복되고, 단지, 일산화탄소 후레임이 주조트랙에서 용융퍼들의 상부를 향하도록 되어 산화반응을 감소시키고 리본기지 접착력을 촉진한 것이 다른 점이다. 일산화탄소 후레임을 사용하여, 제조된 철 기초비정질 리본의 저측면을 나타낸 현미경사진도가 제8도에 나타나 있다.

제7도와 비교해보면, 일산화탄소 후레임을 사용하는 철 기초 리본 주조물에 있어서는 저측면상에 내포된 공기포켓이 현저하게 감소됨을 알 수 있다. 강자성 리본의 자성뿐만 아니라 충진율이 향상된다.

니켈기초 비정질리본의 저측면에서 있어서도 유사한 향상이 관측되었다. 실험에 의하면, 리본표면의 평활성, 광택 및 연성이 통상의 방법으로 주조된 것보다 현저하게 향상됨을 알 수 있다. 구리기지의 철용융물에 의한 본질적인 젖음성(intrinsic wetting)은 철기초기지의 젖음성보다는 못하지만, 일산화탄소 후레임을 사용하므로서 구리기지가 결함없는 고품질의 스트립을 제조하도록 용융물-구리기지 사이의 젖음성을 개선시키게 된다.

상기 무결함 주조능은 매우 얇은 리본(약 7마이크로미터 두께)의 제조를 가능하게 해준다.

게다가, 일산화탄소 후레임 보조주조방법에 의해서 향상된 주조물-기지접촉능은 총 켄칭속도를 향상시키고 그리고 소정리본조성을 통상의 것보다 두꺼운 리본으로 제조할 수 있도록 해준다.

[실시예 5]

단열(최대)후레임 온도가 계산되고 한정된 실험치와 비교된다. 산소 분자 및 이온농도는 이러한 개스종의 화학종의 활성(active nature)에 의해서 계산된다. 소정 CO-O₂및 CO-공기조성은 토오치장치의 혼합부를 통해 상업적 순수개스를 흐르게 하므로서 형성된다.

앞섞임 개스(premixed gas)의 각각은, 35KPa(5Psi)압력하에서 최대 500cc/sec 유동속도로, 내직경이 12mm인 틈을 갖는 용융석영 연소튜브내로 이송된다. 0.5mm 직경와이어로 제조된 이동가능한 pt/pt-13Rh(R type)열전쌍이 아나로그출력을 갖는 플럭 2160A 디지탈 온도계(Fluke 2160A digital thermometer)와 함께 사용되어 후레임 온도를 측정한다.

앞섞임 개스조성에 대한 최대 후레임 온도는 열전쌍을 갖는 연소튜브내의 개스 반응영역을 세밀하게 스캐닝(scanning)하므로서 측정되고 기록된다. 방사, 열전쌍리드를 통한 전도등에 의한 열손실원은 고려되지 않는다. 또다른 류의 측정에 있어서, 열전쌍은 비압축 CO 후레임의 직경을 통해 공기중에서 4cm/sec로 횡운동된다. 후레임온도를 제공할 뿐만 아니라 그 열윤곽(thermal profile)은 국부 후레임의 화학성질을 측정하는데 사용된다.

제9도는 계산된 CO-O₂후레임, 연소개스 열화학성(thermoch emistry)을 초기개스혼합물 조성내의 CO의 상대량의 함수로서 나타낸 것이다. "M"은 실험적으로 측정된 최대후레임 온도점을 나타내는 것이다.

제9도에 나타난 바와 같이, 후레임내의 연소개스조성에는 초기개스혼합물이 적어도 CO의 80부피퍼센트를 포함하는 경우, 유리 즉, 비반응산소(O₂,O)는 거의 포함되어 있지 않다.

그러나, 연소 후레임(burning flame)을 유지하기 위하여, 초기개스 혼합물내의 CO의 양은 95부피퍼센트 이하 바람직하게는 92부피퍼센트 이하가 되어야 한다. 또한, 제9도는 연소개스내의 유리산소가 거의 존재하지 않는 조건이 초기개스 혼합물내의 CO의 부피퍼센트의 점차적인 증기가 후레임 온도의 점차적인 감소를 형성하는 방안(regime)과 거의 상응한다는 것을 나타낸다.

제10도의 그래프는 계산된, CO-공기 후레임, 연소개스 열화학성을 초기개스 혼합물내의 CO의 상대적인 양의 함수로 표시한 것으로서, "M"은 최대 후레임 온도의 실험적 측정치를 나타낸다.

CO-공기 후레임에 있어서, 후레임의 연소개스조성에는 초기 개스 혼합물이 약 38-70부피퍼센트의 CO를 포함하는 경우, 유리산소는 거의 존재하지 않는다.

초기 개스 혼합물내의 CO의 량이 70부피퍼센트 이상인 경우, 후레임은 소화된다. 또한, 연소개스내의 비혼합산소의 양이 근본적으로 영(Zero)인 조건은 초기개스 혼합물내의 CO의 부피퍼센트의 점차적인 증가가 후레임 온도의 점차적인 감소를 형성하는 방안(regime)과 거의 상응하게 된다.

[실시예 6]

Fe₇₈B₁₃Si₉합금이, 회전되어 약 20m/sec의 켄칭표면 속도를 제공하는, 베릴륨-구리칠 휠(직경 38cm)상에서 비정질스트립 형태로 주조된다.

용융온도는 약 1623°K이고 용융물에 대한 주조압은 약 19KPa이다. 주조노즐은 폭이 0.38mm익 길이가 5cm인 슬로트오리피스를 갖는다. 노즐은 칠휠의 탑-데드-센터(top-dead-center)에서 하류방향으로 약 1.6mm 오프셋되어 노즐오리피스와 켄칭표면 사이의 약 0.15mm의 주조갭을 제공하도록 위치된다.

다른 CO-후레임 화학성질을 이용하여 두가지 실험이 행하여졌다. 하나의 CO-후레임(CO의 유속은 22cc/sec)은 과잉유리산소를 포함하고(세로단 1(column 1)), 그리고 다른 CO- 후레임(CO의 유속은 38cc/sec)은 유리산소를 실질적으로 포함하지 않는다(세로단 2(column 2)),

상기 조건에 의해서 제조된 주조스트립의 전력손실(power loss) 및 여자전력(excitation)이 표 2에 나타나 있다.

데이타의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 연소개스화학성분내에 유리산소를 포함하지 않는 최적의 CO-후레임은 전력손실 및 여자전력을 감소시킨다.

[표 2]

[실시예 7]

Fe-B-Si-c 합금은 약 18m/sec의 원주켄칭표면 속도를 제공하는 베릴륨-구리칠휠(직경 38cm)상에서 비정질 스트립형으로 빠르게 응고된다.

용융온도는 약 1623°K이고 주조압은 약 24KPa이다. 주조노즐의 슬로트오리피스는 폭이 0.38cm이고 길이가 5cm이다. 노즐은 휠탑-데드-센터에서 하부방향으로 약 3.2mm 오프셋되어 있고 그리고 주조갭은 약 0.13mm이다. 실험에 있어서, 스트립은 세개의 다른 세트의 조건을 이용하여 주조된다.

제1세트의 조건은 합금이 후레임을 사용하지 않고 저온도주변공기에서 주조되고(세로단 1(column 1)), 제2세트의 조건은 합금이 연소개스내에 근본적으로 유리산소를 포함하지 않는 연소 CO-후레임에서 주조되고(세로단 2(column 2)), 제3세트의 조건은 합금이 과잉산소가 포함된 고온의 CO-후레임에서 주조되는 것이다.(세로단 3(column 3))

상기 조건으로 제조된 주조스트립의 몇가지 특징이 표 3에 요약되어 있다. 데이타로부터 알 수 있는 바와 같이, 과잉 산소를 포함하는 CO-후레임에 의해서 형성된 고온에서 주조된 주조스트립의 자성이 저하된다. 연소개스내에 유리산소를 포함하지 않는 CO-후레임에서 주조된 스트립은 가장 우수한 자성을 갖는다.

[표 3]

본 발명은 상기에서 기술한 범위에만 한정되는 것은 아니고 다양한 변화가 부여될 수 있다.

Claims

금속스트립을 주조하는 장치에 있어서, a. 켄칭표면(5)을 갖는 가동성칠몸체(chill body)(7); b. 상기 가동성칠몸체(7)의 상부에 위치되고, 스트립(6)을 제조하기 위하여 용융금속의 스트립을 상기 켄칭표면(5)의 켄칭영역(14)상에 침적시키는 노즐장치(4); c. 상기 노즐장치); c. 상기 노즐장치(4)의 일측에서 가동성칠몸체(7)의 켄칭영역(14)에 인접한 디플리션 영역(13)으로 일산화타소와 산소개스로 이루어진 환원개스(24)를 제공하는 개스공급장치(12); d. 상기 개스공급장치(12)의 후방에 위치되고, 상기 개스공급장치(12)에 의해 제공된 환원개스(24)를 점화시키므로서 발열반응이 일어나 상기 켄칭영역에 인접하여 상부에 근본적으로 위치되는 디플리션 영역(depletion region)(13)에서 저밀도 환원 후레임 분위기를 제공하도록 점화장치(30); 및 e. 상기 환원개스(24)를 제어하여 상기 디플리션 영역(13)에서 적절한 환원 후레임 분위기(근본적으로 유리산소를 전혀 포함하지 않는 연소개스성분을 갖음)를 형성하기 위하여 제어수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 금속스트립 주조장치.
제1항에 있어서, 상기 제어된 환원개스(24)는 내포된 산소의 부피퍼센트 보다 적어도 4배가 더 많은 일산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속스트립 주조장치.
제1항에 있어서, 상기 환원개스(24)가 일산화탄소, 산소 및 하나 또는 그 이상의 비-반응 희석개스(non-reactive diluent gas)로 근본적으로 조성됨을 특징으로 하는 금속스트립 주조장치.
제3항에 있어서, 상기 환원개스(24)의 비반응 희석개스가 질소개스로 조성됨을 특징으로 하는 금속 스트립 주조장치.
제3항에 있어서, 상기 제어된 환원개스(24)가 내포된 산소의 부피퍼센트의 적어도 2.5배인 일산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속스트립 주조장치.
제1항에 있어서, 상기 제어수단이 주변공기와 혼합된 38-70부피퍼센트의 일산화탄소로 조성된 환원가스(24)를 제공하도록 구성됨을 특징으로 하는 금속스트립 주조장치.
제1항에 있어서, 상기 제어수단이, a. 후레임 온도를 감지하기 위한 온도감지장치(50); 및 b. 상기 온도감지장치(50)에서 제공된 후레임 온도에 기초하여 밸브(16)를 조절하여 상기 환원개스(24)내 공급되는 일산화탄소의 부피퍼센트의 상대증가가 후레임 온도의 상응상대감소를 형성하는 주조방안(casting regime)을 제공하도록 된 조절장치(25)로 구성됨을 특징으로 하는 금속스트립 주조장치.
금속스트립을 주조하는 방법에 있어서, 다음과 같은 단계 즉, a. 켄칭표면(5)을 갖는 칠몸체(7)를 가동시키는 단계; b. 상기 스트립(6)을 형성하기 위하여 노즐장치(4)로부터 제공된 용융금속의 스트립을 상기 켄칭표면(5)의 켄칭영역(14)상에 침적시키는 단계; c. 상기 칠몸체(7)의 켄칭영역(14)에 인접한 디플리션 영역(13)으로 근본적으로, 산소 및 일산화탄소로 조성된 환원가스(24)를 공급하는 단계; d. 상기 환원 가스(24)를 점화시켜 발열반응을 형성함으로서 상기 켄칭영역(14)에 인접하여 상부에 위치되는 디플리션 영역(13)에서, 저밀도 환원 후레임 분위기를 제공하는 단계; 및 e. 상기 디플리션 영역(13)에서, 유리산소를 근본적으로 포함하지 않는 적절한 환원 후레임 분위기를 형성하도록 상기 환원개스(24)를 제어하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 금속스트립 주조방법.
제8항에 있어서, 상기 제어단계(e)가 근본적으로, 일산화탄소, 산소 및 비-반응성 희석개스로 조성되는 환원개스(24)를 제공하도록 구성됨을 특징으로 하는 금속스트립 주조방법.
제9항에 있어서, 상기 제어단계(e)가 공기와 혼합된 38-70부피퍼센트의 일산화탄소로 조성된 환원개스(24)를 제공하도록 구성됨을 특징으로 하는 금속스트립 주조방법.
제8항에 있어서, 상기 제어단계(e)가 다음과 같은 단계 즉, a. 상기 후레임의 온도를 감지하는 단계; 및 b. 상기 환원개스(24)내의 일산화탄소의 부피퍼센트의 상대증가가 상기 후레임 온도의 상응상대감소를 형성하는 작동방안(operating regime)을 제공하기 위하여 상기 환원개스(24)내의 일산화탄소량을 조절하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 금속스트립 주조방법.