JP2000345236A

JP2000345236A - 金属材料の処理方法及び装置

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Publication number: JP2000345236A
Application number: JP11156827A
Authority: JP
Inventors: Susumu Ninomiya; 宮進二
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2000-12-12
Also published as: DE60015432D1; DE60015432T2; EP1057897A2; US6630038B1; EP1057897A3; EP1057897B1

Abstract

(57)【要約】【課題】金属材料の微細化或いはアモルファス化を図
り得ると共に、公害防止及び費用低減をも図り得る金属
材料の処理装置及び方法を提供する。【解決手段】固体状の金属材料１をその変態点よりも
高い温度まで加熱する加熱工程と、加熱された金属材料
１の表面に冷却用液体金属ナトリウム４を接触させて、
金属材料１の表面に冷却用液体金属ナトリウム４の蒸気
膜を形成させることなく、金属材料１の組織を微細化し
得る程度の冷却速度にて、変態点よりも低い温度まで金
属材料１を急速冷却する冷却工程と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料の処理方
法及び装置に係わり、特に、金属材料の組織の微細化或
いはアモルファス化に適した金属材料の処理方法及び装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】先ず初めに鋼材や線材の冷却技術や圧延
時の冷却技術に関して言えば、各種金属溶融炉から取り
出された金属材料は、各種の用途に応じた強度や加工性
などの性質・特性を有する材料にする為に、成分の調整
と加熱冷却や圧延加工等が施される。

【０００３】このうち加熱冷却は、加熱温度や冷却速度
等の加熱冷却パターンによって、鋼材や線材の性質の基
本となる結晶構造や結晶粒径およびその成分分布などが
大きく変わる為、重要な工程である。その中でも特に金
属材料の各種変態温度を通過する時の冷却速度は重要で
ある。冷却速度が大きくなるほど結晶粒や組織が小さく
なると言う関係が良く知られており、また結晶粒や組織
が小さくなると強度や靭性が良くなる事も良く知られて
いる。

【０００４】次に、溶融金属の凝固技術に関しても、そ
の冷却速度により結晶構造や結晶粒径が大きく変化し、
特に急冷凝固するとアモルファス金属が得られるので、
その冷却材の選定と冷却方法の選定は重要である。

【０００５】従来、これらの冷却過程で用いる冷却材と
しては、ガス、蒸気、ミスト、水、蒸留水、油、溶融
塩、鉛、錫等が使用され、高速のジェット状にして直接
鋼材に吹付けたり、容器内にこれらの冷却材を溜め、金
属材料を浸漬して冷却をしていた。

【０００６】また、金属の冷却ロールに直接接触させて
冷却する方法や液体金属ナトリウムを使用する冷却方法
も提案されている。

【０００７】しかし、冷却材として多量に使え、コスト
が低く、廃液処理も容易で、金属材料に触れる時の流速
や温度、圧力調節が容易である点を考慮して、水や蒸留
水、ミストなど水を基本とした冷却材が多く使用されて
いる。

【０００８】線材については、高強度が要求されるピア
ノ線等の伸線工程では、高温領域での急速冷却が可能な
鉛を用いたパテンティングが多く使用されている。

【０００９】また、アモルファス金属製造においては、
単純な水冷却では冷却速度が小さいので、冷却ロールに
直接溶融金属を接触させて冷却する方法がとられてい
る。

【００１０】また、加熱方法について言えば、ラジアン
トチューブ内でガスを燃焼させ、先ずラジアントチュー
ブを加熱し、その輻射熱により鋼材を加熱したり、バッ
チ式の加熱炉を用いて加熱している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水を基
本とした従来の冷却材を用いた冷却方法では、熱伝達率
の値が小さく、従って冷却速度も余り速く無く、結晶粒
や組織も比較的大きく、強度や靭性の改善には余り寄与
していないと言う課題がある。

【００１２】個々には、ガス冷却は設備的には容易であ
るが、ガス自体の熱容量や冷却能力が低いと言う欠点が
ある。溶融塩は色々種類が有るが熱伝導率が小さく、従
って冷却速度も小さく、また７００℃以上から３００℃
以下まで一種類の溶融塩で一気に冷却できるものが無
く、かつ廃液として処理する場合には色々な化学物質を
含んでいるので、公害防止の観点からも問題がある。

【００１３】線材のパテンティング等で使用されている
鉛や錫等の溶融金属も、その金属の融点以上で使用しな
ければならないので、３００℃以下まで一気に冷却する
のは難しく、自ずと冷却能力、冷却速度も制約される。

【００１４】鉛について言えば、液体金属ナトリウムと
比べ熱伝導率が小さく、従って除熱性能も小さく、急速
冷却が難しい。また冷却後に線材表面に酸化物等のスケ
ールが発生するので、スケール除去装置が必ず必要とな
る。またその廃液が公害発生の原因となる可能性が大き
く、使用・廃棄条件が厳しく制限されており、費用がか
かると言う欠点がある。錫は、さらに値段が高い欠点も
ある。

【００１５】また、これらの溶融金属は比重が大きいの
で、ポンプ等で循環させたり、ノズル等から吹き出させ
て鋼材や線材に吹付けたり、高流速で流動させることに
より熱伝達率を向上させて冷却速度を上げることが難し
い。このため、容器などに溜めた溶融金属に鋼材や線材
を浸漬して冷却することになるので、大きな冷却速度が
得られないという欠点もある。

【００１６】また、液体金属ナトリウムを冷却材として
用いた加熱冷却法も提案されているが、これは鋼板の連
続焼鈍装置の冷却材として液体金属ナトリウムを使用す
るものである。従って、省エネや熱効率向上が大きな目
的で、鋼板と液体金属ナトリウムの流れが、向流型の熱
交換器と同じように鋼板の昇温過程で液体金属ナトリウ
ムを冷却し、鋼板の冷却過程で液体金属ナトリウムを昇
温するという温度変化パターンをとる。図７はこの温度
変化パターンを示しており、図７から分かるように、こ
の様な温度変化パターンでは鋼板温度と液体金属ナトリ
ウム温度との温度差（ΔT）を大きくとれないので、冷
却速度を得にくいという欠点がある。

【００１７】また、蒸気やミスト、水、蒸留水など水を
基本とした冷却材は取り扱いが容易ではあるが、７００
℃以上の高温になっている鋼材を冷却する場合、水が鋼
材表面に近づく過程で瞬時に蒸発し蒸気膜を形成する。
このため、冷却能力のある液滴成分が直接鋼材表面に接
しないので、除熱性能が悪くなり、大きな冷却速度が得
られないという欠点がある。

【００１８】また、鉛や水などを基本とした従来の冷却
方法では、鋼材や線材表面に酸化物などのスケールが付
着し、冷却工程の後にはスケールを除去する工程が必ず
必要である。さらに、このスケール付着により冷却性能
が低下するという欠点もある油については、水より沸点
が高く有利な点も有るが、７００℃以上では水と同様に
蒸気膜が形成され熱伝達率が低下するのと、公害防止の
観点からその廃液処理に費用がかかると言う欠点があ
る。

【００１９】従来は、上述した各種冷却材の長所欠点を
総合的に評価し、鋼材などの冷却材としては水ジェット
冷却、ミスト冷却、蒸留水冷却等、水を基本としたもの
が多く使われている。また、線材では鉛による冷却方法
が主に使われている。

【００２０】しかしながら、前述したように従来の水を
基本とした冷却材では、蒸気膜の形成により冷却性能が
低下するし、７００℃以上の変態点近傍の冷却速度が小
さいと言う欠点が有り、その他の冷却材も公害防止や価
格の点から使用が制約される。

【００２１】一方、被熱処理材である鋼材や線材にとっ
ては、その成分構成により若干の違いは有るが、約７０
０℃から９００℃までの間に変態点がある。そして、こ
の変態点を通過する時の冷却速度を大きくすると、粒径
や組織がより微細になり、より強度の高い、より靭性の
優れた鋼材になる。

【００２２】また、溶融金属の急冷凝固技術に関して
は、水などを吹付ける方法では前述のように高温金属の
周りに蒸気膜が形成され、熱伝達率が低下して急速凝固
が難しいのと、回転する冷却ロール上に溶融金属を吹付
けて急冷凝固させ、アモルファス金属を得る方法では、
冷却ロールと接する片側からのみ冷却されるので大きな
冷却速度が得られず、その結果厚さの薄い金属箔状の帯
板や線径の小さい線材しか作れないと言う欠点が有っ
た。

【００２３】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、金属材料の微細化或いはアモルファス化を図り
得ると共に、公害防止及び費用低減をも図り得る金属材
料の処理装置及び方法を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明による金属材料の
処理方法は、固体状の金属材料をその変態点よりも高い
温度まで加熱する加熱工程と、加熱された前記金属材料
の表面に冷却用液体金属ナトリウムを接触させて、前記
金属材料の表面に前記冷却用液体金属ナトリウムの蒸気
膜を形成させることなく、前記金属材料の組織を微細化
し得る程度の冷却速度にて、前記変態点よりも低い温度
まで前記金属材料を急速冷却する冷却工程と、を備えた
ことを特徴とする。

【００２５】また、好ましくは、前記加熱工程におい
て、前記金属材料は７００℃以上の温度まで加熱され
る。

【００２６】また、好ましくは、前記冷却工程におい
て、加熱された前記金属材料の表面に前記冷却用液体金
属ナトリウムが直接吹付けられる。

【００２７】また、好ましくは、前記冷却工程におい
て、加熱された前記金属材料が、冷却槽内で循環してい
る前記冷却用液体金属ナトリウムの中に直接浸漬され
る。

【００２８】また、好ましくは、前記加熱工程におい
て、前記変態点よりも高い温度の加熱用液体金属ナトリ
ウムの中に前記金属材料が直接浸漬されて加熱される。

【００２９】また、好ましくは、前記金属材料を前記冷
却用液体金属ナトリウムで冷却する直前及び直後の両方
又は一方の時点において、圧延ローラにより前記金属材
料を圧延加工する。

【００３０】本発明による金属材料の処理方法は、金属
材料を加熱して溶融状態とし、溶融状態の前記金属材料
を冷却用液体金属ナトリウムに接触させることにより、
前記金属材料を急速冷却して凝固させ、これによりアモ
ルファス状の金属材料を形成することを特徴とする。

【００３１】また、好ましくは、溶融状態の前記金属材
料と前記冷却用液体金属ナトリウムとの接触は、前記冷
却用液体金属ナトリウムを貯えた容器の中に溶融状態の
前記金属材料を連続的に流し込み、或いは連続的に供給
される溶融状態の前記金属材料に対して前記冷却用液体
金属ナトリウムを直接吹付けることにより行われ、これ
によりアモルファス状の金属材料を連続的に形成する。

【００３２】また、好ましくは、金属材料を加熱して溶
融状態とし、回転する冷却ロール上に溶融状態の前記金
属材料を付与して冷却し、凝固させる金属材料の処理方
法において、前記冷却ロール上で凝固する前記金属材料
の上面に冷却用液体金属ナトリウムを直接吹付けて急速
冷却し、これによりアモルファス状の金属材料を連続的
に形成する。

【００３３】また、好ましくは、前記冷却ロールの表面
と前記冷却ロール上で凝固する前記金属材料の下面との
間にも冷却用液体金属ナトリウムを直接吹付けて前記金
属材料をその両面から急速冷却する。

【００３４】また、好ましくは、溶融状態の前記金属材
料が凝固した直後に、圧延加工して組織を微細化すると
共に厚さや形状寸法を整える制御圧延を行う。

【００３５】本発明は、連続的に供給される金属材料に
対して加熱及び冷却処理を行う金属材料の処理装置にお
いて、前記金属材料をその変態点よりも高い温度まで加
熱する金属材料加熱手段と、前記金属材料加熱手段によ
り加熱された前記金属材料の表面に冷却用液体金属ナト
リウムを吹付けて前記金属材料を急速冷却するナトリウ
ム噴射手段と、前記ナトリウム噴射手段により急速冷却
された後の前記金属材料を浸漬して冷却する冷却用液体
金属ナトリウムを貯えた冷却槽と、前記冷却槽内の前記
冷却用液体金属ナトリウムの中から引き出された前記金
属材料の表面に不活性ガスを吹付けて前記金属材料の表
面に付着している前記冷却用液体金属ナトリウムを除去
する不活性ガス噴出手段と、前記冷却槽内の前記冷却用
液体金属ナトリウムを循環させ且つ冷却するナトリウム
循環冷却手段と、前記冷却用液体金属ナトリウムを大気
から隔離する不活性ガス空間と、を備えたことを特徴と
する。

【００３６】また、好ましくは、前記金属材料加熱手段
は、前記金属材料を７００℃以上に加熱する。

【００３７】また、好ましくは、前記ナトリウム循環冷
却手段は、前記ナトリウム噴射手段から噴射されて前記
冷却槽内に流下した前記冷却用液体金属ナトリウムが前
記冷却槽内において前記金属材料の移動方向に沿って同
方向に流れるようにする。

【００３８】また、好ましくは、前記ナトリウム循環冷
却手段は、前記冷却槽内の前記冷却用液体金属ナトリウ
ムの中から前記金属材料が引き出される位置の近傍から
前記冷却用液体金属ナトリウムを前記冷却槽外に取り出
し、冷却及び不純物除去を行った後、前記ナトリウム噴
射手段に還流する。

【００３９】また、好ましくは、前記金属材料加熱手段
は、前記変態点よりも高い温度の加熱用液体金属ナトリ
ウムを貯えた加熱槽と、前記加熱槽内の前記液体金属ナ
トリウムを循環させ且つ加熱するナトリウム循環加熱手
段と、を有し、前記加熱槽内の前記加熱用液体金属ナト
リウムに前記金属材料を直接浸漬して加熱する。

【００４０】また、好ましくは、前記ナトリウム循環加
熱手段は、前記加熱槽内の前記加熱用液体金属ナトリウ
ムの中から前記金属材料が引き出される位置の近傍から
前記加熱用液体金属ナトリウムを前記加熱槽外に取り出
し、加熱及び不純物除去を行った後、前記金属材料が前
記加熱槽内の前記加熱用液体金属ナトリウムの中に没す
る位置の近傍において前記加熱槽に還流する。

【００４１】本発明は、連続的に供給される金属材料に
対して熱間及び冷間での圧延を行う金属材料の処理装置
において、前記金属材料の移動方向の上流側及び下流側
にそれぞれ配置された上流側圧延ロール及び下流側圧延
ロールと、前記上流側圧延ロールと前記下流側圧延ロー
ルとの間に配置され、前記金属材料の表面に冷却用液体
金属ナトリウムを吹付けて、前記金属材料をその変態点
よりも高い温度から前記変態点よりも低い温度まで急速
冷却するナトリウム噴射手段と、前記ナトリウム噴射手
段により冷却された前記金属材料の表面に不活性ガスを
吹付けて前記金属材料の表面に付着している前記冷却用
液体金属ナトリウムを除去する不活性ガス噴出手段と、
前記冷却用液体金属ナトリウムを大気から隔離する不活
性ガス空間と、を備えたことを特徴とする。

【００４２】また、好ましくは、前記ナトリウム噴射手
段及び前記不活性ガス噴射手段を内包して大気空間から
隔離する冷却容器をさらに有し、前記冷却容器内に前記
金属材料を搬入するためのシールロール及び前記冷却容
器内から前記金属材料を搬出するためのシールロールを
前記冷却容器に設ける。

【００４３】また、好ましくは、前記冷却容器の下部に
溜まった前記冷却用液体金属ナトリウムを前記冷却容器
外に取り出し、冷却及び不純物除去を行った後に前記ナ
トリウム噴射手段に還流するナトリウム循環冷却手段を
さらに有する。

【００４４】また、好ましくは、溶融状態の金属材料を
収容するルツボと、前記ルツボから流出した前記金属材
料がその表面に付与される、回転する冷却ロールと、前
記冷却ロール上で凝固する前記金属材料の上面に冷却用
液体金属ナトリウムを直接吹付けて前記金属材料を急速
冷却するナトリウム噴射手段と、前記冷却用液体金属ナ
トリウムを大気から隔離する不活性ガス空間と、を備え
る。

【００４５】また、好ましくは、前記冷却ロールの表面
と前記冷却ロール上で凝固する前記金属材料の下面との
間に冷却用液体金属ナトリウムを直接吹付ける追加のナ
トリウム噴射手段を有する。

【００４６】

【発明の実施の形態】第１実施形態以下、本発明の第１実施形態による金属材料の処理装置
及び方法について図１を参照して説明する。なお、本実
施形態では板状の金属材料を例として説明するが、本発
明の適用対象は板状の金属材料に限られず、棒状又は線
状等の金属材料にも適用することができる。

【００４７】本実施形態による金属材料の処理装置は、
連続的に供給される金属材料に対して加熱及び冷却処理
を行う装置であり、図１に示したように、金属材料であ
る鋼材１をその変態点よりも高い温度まで加熱する加熱
槽（金属材料加熱手段）２を備えている。この加熱槽２
は、鋼材１を７００℃以上に加熱することができる。

【００４８】また、本装置は、加熱槽２により加熱され
た鋼材１の表面に冷却用液体金属ナトリウムを吹付けて
鋼材１を急速冷却する吹付けノズル（ナトリウム噴射手
段）５と、この吹付けノズル５により急速冷却された後
の鋼材１が浸漬され且つ移動されて冷却される冷却用液
体金属ナトリウム４を貯えた冷却槽３と、を備えてい
る。

【００４９】さらに、本装置は、冷却槽３の冷却用液体
金属ナトリウム４の中から引き出された鋼材１の表面に
不活性ガスを吹付けて鋼材１の表面に付着している冷却
用液体金属ナトリウム４を除去するガス吹付けノズル
（不活性ガス噴出手段）１２を有し、このガス吹付けノ
ズル１２には不活性ガス供給配管１３が接続されてい
る。

【００５０】また、本装置は、冷却槽３内の冷却用液体
金属ナトリウム４を循環させ且つ冷却するナトリウム循
環冷却手段２０を備えており、このナトリウム循環冷却
手段２０は、吹付けノズル５から噴射された冷却用液体
金属ナトリウム４が冷却槽３内において鋼材３の移動方
向に沿って同方向に流れるように構成されている。

【００５１】より具体的には、ナトリウム循環冷却手段
２０は、冷却槽３内で冷却された鋼材１が冷却用液体金
属ナトリウム４の中から引き上げられる位置の近傍から
冷却用液体金属ナトリウム４を冷却槽３外に取り出す吸
い出し側配管７と、吸い出し側配管７で取り出した冷却
用液体金属ナトリウム４を冷却する液体金属ナトリウム
冷却器８と、冷却用液体金属ナトリウム４から不純物を
除去する不純物除去装置９と、冷却及び不純物除去を行
った後の冷却用液体金属ナトリウム４を吹付けノズル５
に還流する吐出側配管６と、吸い出し側配管７から吐出
側配管６まで冷却用液体金属ナトリウム４を循環させる
循環ポンプ１０とを備えている。

【００５２】また、冷却槽３の内部の気相空間は窒素や
アルゴンなどの不活性ガスで覆われたカバーガス空間
（不活性ガス空間）１１を構成しており、図示を省略し
た蓋によって冷却槽３は周囲の大気から隔離されてい
る。その蓋には、外部から空気が侵入しない様にシール
機構の付いた鋼材入口及び出口が設けられている。

【００５３】次に、本実施形態による金属材料の処理装
置によって鋼材１を加熱及び冷却処理して、鋼材１の組
織を微細化する方法について説明する。

【００５４】先ず、鋼材１は加熱槽２で７００℃以上の
所定の温度まで昇温される。その後、冷却槽３に入り、
吹付けノズル５から出てくる冷却された液体金属ナトリ
ウム４が鋼材１の表面に吹付けられ、冷却される。

【００５５】ここで、液体金属ナトリウム４は９８℃か
ら８８６℃まで液体状態にあるので、７００℃以上の鋼
材１と接触した場合でも、鋼材１の表面に液体金属ナト
リウム４の蒸気膜が形成されることがなく、良好な熱伝
達率が確保される。

【００５６】また、液体金属ナトリウム冷却器８により
冷却された直後の最も低い温度の液体金属ナトリウム４
を、加熱槽２により加熱された直後の最も高い温度の鋼
材１に吹き付けることによって、鋼材１と液体金属ナト
リウム４とが最初に接触する時の両者の温度差を大きく
取ることができる。

【００５７】このように、最も高い温度の鋼材１を、最
も低い温度の液体金属ナトリウム４によって、良好な熱
伝達率の下で冷却することにより、極めて大きな冷却速
度、例えば１万度／秒程度の冷却速度で３００℃以下ま
で一気に冷却することができる。

【００５８】図２は、８００℃の鋼材に液体金属ナトリ
ウム又は水を吹付けて冷却した時の鋼材表面温度の時間
変化を示したグラフであり、実線は本実施形態の液体金
属ナトリウムによる冷却の場合を示し、破線は従来の水
による冷却の場合を示している。図２から分かるよう
に、特に８００℃から６００℃位までの冷却速度に大き
な差が生じている。

【００５９】また、冷却槽３内の液体金属ナトリウム４
は鋼材１の移動方向と同じ方向に流れているので、鋼材
１及び液体金属ナトリウム４の温度変化が、図３に実線
で示した並流型熱交換パターンとなり、図３に点線で示
した向流型熱交換パターンに比べて、初期接触時の両者
の温度差（ΔＴ）を大きく取ることができる。

【００６０】そして、このように極めて大きな冷却速度
の下で、変態点（例えば７００℃程度）よりも高温の鋼
材１を、変態点よりも低い温度まで瞬時に冷却すること
によって、鋼材１の組織を微細化することができる。具
体的には、１０μｍから１μｍ程度の粒径を達成するこ
とができる。

【００６１】続いて、鋼材１は、冷却槽３中の液体金属
ナトリウム４に浸漬され、所定の温度まで冷却され、カ
バーガス空間１１に出たところで、ガス吹付けノズル１
２から出る不活性ガスを吹付けられる。これにより、鋼
材１表面に付着した液体金属ナトリウム４が除去され、
しかる後に冷却槽３から大気中へ出ていく。このように
鋼材１の表面の液体金属ナトリウム４は大気中に出る前
に除去されるので、液体金属ナトリウム４が大気中で燃
えるようなことはない。

【００６２】また、冷却槽３中の液体金属ナトリウム４
は、吹付けノズル５を出た後は鋼材１の流れと同じ方向
に鋼材１に沿って流れ、吹付けノズル５と反対側の位置
に設けられた吸い出し側配管７より流出し、鋼材１と熱
交換して上昇した温度を、液体金属ナトリウム冷却器８
で冷やし、不純物除去装置９で液体金属ナトリウム４中
に含まれている酸化物や水酸化物、炭化物等の不純物を
取り除き、循環ポンプ１０にて加圧され、吐出側配管６
を通って循環される。

【００６３】なお、図中の矢印（⇒）は鋼材の流れる方
向を示し、矢印（→）は液体金属ナトリウムの流れる方
向を示している。

【００６４】以上述べたように本実施形態による金属材
料の処理装置及び方法によれば、変態点よりも高温の鋼
材１に液体金属ナトリウム４を吹き付けて、変態点より
も低い温度まで極めて大きな冷却速度にて冷却するよう
にしたので、鋼材１の組織を微細化することができ、こ
れにより、強度が高く且つ靱性に優れた鋼材１を得るこ
とができる。具体的には、従来は１００μｍから数１０
μｍ程度の粒径が限界であったところ、本実施形態によ
れば、１０μｍから１μｍ程度の粒径を達成することが
できる。

【００６５】また、液体金属ナトリウム４を製造する際
の原料は塩であるから、比較的安価にて製造することが
でき、また、使用後も廃液は塩酸で中和した後は通常の
排水として処理が可能であるから公害の問題がなく、さ
らに、液体金属ナトリウム４は活性なので、酸素や水
素、炭素などの不純物を自ら取り込むため、液体金属ナ
トリウム４を鋼材１の表面に接触させても鋼材１の表面
に酸化物等のスケールが発生することがなく、このた
め、従来必要であったスケール除去装置が不要となり、
さらに経済性が向上すると共に、スケール除去に使用し
ていた各種化学薬品を使う必要がないので、この点から
も公害発生を防止することができる。

【００６６】また、本実施形態による金属材料の処理装
置及び方法によれば、冷却槽３内の液体金属ナトリウム
４は鋼材１の移動方向と同じ方向に流れているので、鋼
材１及び液体金属ナトリウム４の温度変化が並流型熱交
換パターンとなり、初期接触時の両者の温度差（ΔＴ）
を大きく取ることが可能であり、これにより、鋼材１の
微細化をより確実に達成することができる。

【００６７】第２実施形態次に、本発明の第２実施形態による金属材料の処理装置
及び方法について図４を参照して説明する。なお、上述
した第１実施形態の構成要素と実質的に同一の機能を果
たす構成要素には同一符号を付して説明する。また、本
実施形態においては線状の金属材料を例として説明する
が、本発明の適用対象は線状の金属材料に限られず、帯
板材等の金属材料にも適用することができる。

【００６８】図４に示したように本実施形態による金属
材料の処理装置は、加熱槽（金属材料加熱手段）１１２
と冷却槽３とを備えている。上述した第１実施形態と同
様に、冷却槽３内には冷却用液体金属ナトリウム４が収
容されており、この冷却用液体金属ナトリウム４は、ナ
トリウム循環冷却手段２０によって、冷却槽３内で線材
１０１の移動方向に沿って同方向に流される。

【００６９】ナトリウム循環冷却手段２０は、液体金属
ナトリウム冷却器８及び不純物除去装置９、及び循環ポ
ンプ１０を備えており、液体金属ナトリウム冷却器８に
より冷却された直後の最も低い温度の冷却用液体金属ナ
トリウム４が、吹付けノズル５から線材１０１に向けて
吹き付けられる。

【００７０】冷却槽３は断面Ｕ字状を為しており、線材
１０１の入口部及び出口部にシールロール１０３がそれ
ぞれ設けられ、出口側のシールロール１０３には、ガス
吹付けノズル１２を内包する出口ガス空間（不活性ガス
空間）１０６が連接されている。出口ガス空間１０６は
シールロール１１０により大気から遮断されると共に、
不活性ガスにより雰囲気がコントロールされている。

【００７１】出口ガス空間１０６の下流側には、水若し
くは中和洗浄剤の入った洗浄槽１０７、及び処理済の線
材１０１を巻き取る収束装置１０８が配置されている。

【００７２】さらに、本実施形態による金属材料の処理
装置は、金属材料加熱手段としての加熱槽１１２を供え
ており、この加熱槽１１２は、線材１０１の変態点より
も高い温度の加熱用液体金属ナトリウム１１３を貯えて
いる。加熱槽１１２内の加熱用液体金属ナトリウム１１
３は、ナトリウム循環加熱手段１１１によって循環さ
れ、加熱される。

【００７３】より具体的には、ナトリウム循環加熱手段
１１１は、加熱槽１１２内で加熱された線材１０１が加
熱用液体金属ナトリウム１１３から引き上げられる位置
の近傍から加熱槽１１２外に取り出した加熱用液体金属
ナトリウム１１３を加熱する液体金属ナトリウム加熱器
１０９と、加熱用液体金属ナトリウム１１３から不純物
を除去する不純物除去装置９と、加熱及び不純物除去を
行った後の加熱用液体金属ナトリウム１１３を加熱槽１
１２の入口側に還流する循環ポンプ１０とを供えてい
る。

【００７４】加熱槽１１２は断面Ｕ字状を成しており、
線材１０１の入口部及び出口部にはシールロール１０３
が設けられている。入口側のシールロール１０３には入
口ガス空間（不活性ガス空間）１０４が連接されてお
り、この入口ガス空間１０４はシールロール１１０によ
って大気から遮断され、不活性ガスによって雰囲気がコ
ントロールされている。

【００７５】また、入口ガス空間１０４のシールロール
１１０の上流側には、処理前の線材１０１が貯えられた
捲取機１０２が配置されている。

【００７６】さらに、加熱槽１１２と冷却槽３との間に
は保温槽１０５が配置されており、この保温槽１０５
は、加熱槽１１２の出口及び冷却槽３の入口に、シール
ロール１０３、１０３を介して連接している。保温槽１
０５は大気から遮断され、不活性ガスでコントロールさ
れており、その内部を通過する線材１０１が一定温度に
保たれるように不活性ガス空間の温度が制御されてい
る。

【００７７】次に、本実施形態による金属材料の処理装
置によって線材１０１を加熱及び冷却処理して、線材１
０１の組織を微細化する方法について説明する。

【００７８】先ず、捲取機１０２から出た線材１０１は
入口ガス空間１０４を通り、加熱槽１１２に入り、加熱
用液体金属ナトリウム１１３と直接接触して熱交換する
事により所定の温度まで昇温され、しかる後に保温槽１
０５に入る。保温槽１０５において線材１０１は、所定
の時間にわたって一定温度に保たれる。

【００７９】保温槽１０５を出た線材１０１は冷却槽３
に入り、吹付けノズル５から噴出される最も低温となっ
た冷却用液体金属ナトリウム４に接して急速冷却され
る。しかる後、線材１０１は、冷却槽３の液体金属ナト
リウム４に浸漬され、所定の時間にわたって所定の温度
に保たれる。

【００８０】その後、線材１０１は冷却槽３を出て出口
ガス空間１０６に入り、表面に付着した液体金属ナトリ
ウム４を除去回収する為に、ガス吹付けノズル１２から
不活性ガスが吹き付けられ、表面に付着した液体金属ナ
トリウムが除去される。その後、出口ガス空間１０６か
ら出た線材１０１は、さらに洗浄槽１０７に入り、ここ
で洗浄された後に乾燥され、集束装置１０８により巻き
取られる。

【００８１】また、加熱槽１１２の液体金属ナトリウム
１１３は線材１０１と熱交換し、冷却され、流出し、不
純物除去装置９、循環ポンプ１０、液体金属ナトリウム
加熱器１０９を通り、所定の温度に昇温され、加熱槽１
１２に入り、循環使用される。一方、冷却槽３の液体
金属ナトリウム４は線材１０１から熱を奪い高温になっ
て冷却槽３から出て、液体金属ナトリウム冷却器８、不
純物除去装置９、循環ポンプ１０を経て冷却槽３に戻
り、循環再使用される。

【００８２】また、本装置の安全性を確保する為に、液
体金属ナトリウムと大気との直接接触を避けるべく、加
熱槽１１２の入口側に入口ガス空間１０４を設けたの
で、万一加熱槽１１２から液体金属ナトリウム１１３や
その蒸気が流出しても、この入口ガス空間１０４で安全
に捕獲回収できる。

【００８３】また、線材１０１の表面に液体金属ナトリ
ウム４が付着している可能性がある加熱槽１１２の出口
から冷却槽３の入口までは、大気を遮断して不活性ガス
でコントロールされた保温槽１０５を配置している。

【００８４】以上述べたように本実施形態による金属材
料の処理装置及び方法によれば、上述した第１実施形態
と同様の効果が得られると共に、加熱槽１１２内の加熱
用液体金属ナトリウム１１３によって線材１０１を加熱
するようにしたので、加熱部の構成を小型化することが
可能であり、且つ加熱時に線材１０１の表面に酸化物等
のスケールが付着することがなく、従来必要であったス
ケール除去装置が不要となり、さらに、短時間で線材１
０１を加熱できるので生産性が向上する。

【００８５】第３実施形態次に、本発明の第３実施形態による金属材料の処理装置
及び方法について図５を参照して説明する。なお、上述
した第１及び第２実施形態の構成要素と実質的に同一の
機能を果たす構成要素には同一符号を付して説明する。

【００８６】本実施形態による金属材料の処理装置は、
鋼材等の金属材料を移動させながら熱間及び冷間での圧
延を行う装置であり、図５に示したように、金属材料２
０４の移動方向の上流側には上流側圧延ロール２０２ａ
及びその押えロール２０１ａが配置され、下流側には下
流側圧延ロール２０２ｂ及びその押えロール２０１ｂが
配置されている。

【００８７】また、本装置は、上流側圧延ロール２０２
ａと下流側圧延ロール２０２ｂとの間に配置され、金属
材料２０４の表面に冷却用液体金属ナトリウム４を吹付
けて金属材料２０４を急速冷却する吹付けノズル（ナト
リウム噴射手段）５と、吹付けノズル５により冷却され
た金属材料２０４の表面に不活性ガスを吹付けて金属材
料２０４の表面に付着している冷却用液体金属ナトリウ
ム４を除去するガス吹付けノズル（不活性ガス噴出手
段）１２と、を備えている。ガス吹付けノズル１２には
不活性ガス供給配管１３が接続されている。

【００８８】吹付けノズル５及びガス吹付けノズル１２
は、蓋２０５を有する冷却容器２０６に内包されて大気
空間から隔離されている。また、冷却容器２０６におけ
る金属材料２０４の入口部及び出口部には、シールロー
ル２０３ａ、２０３ｂがそれぞれ設けられている。

【００８９】また、本装置はナトリウム循環冷却手段２
０を備えており、このナトリウム循環冷却手段２０は、
液体金属ナトリウム冷却器８、不純物除去装置９、及び
循環ポンプ１０を備えている。そして、ナトリウム循環
冷却手段２０は、冷却容器２０６の下部に溜まった冷却
用液体金属ナトリウム４を冷却容器２０６外に取り出
し、冷却及び不純物除去を行った後に吹付けノズル５に
還流する。

【００９０】次に、本実施形態による金属材料の処理装
置によって金属材料２０４を加熱及び冷却処理して、金
属材料２０４の組織を微細化する方法について説明す
る。

【００９１】先ず、ホットストリップミルなど熱間で上
流側圧延ロール２０２ａにより所定の厚さまで圧延され
た金属材料２０４は、冷却槽３内のカバーガス空間１１
にシールロール２０３ａを通って入り、金属材料２０４
の上下に設けられた吹付けノズル５から吹き出る液体金
属ナトリウム４により急速冷却される。

【００９２】次に、同じく金属材料２０４の上下に設け
られたガス吹付けノズル１２から出る不活性ガスにより
金属材料２０４の表面に付着した液体金属ナトリウム４
が除去され、シールロール２０３ｂを通ってカバーガス
空間１１から出て、さらに必要に応じて圧延ロール２０
２ｂにより圧延され、巻き取られる。

【００９３】一方、吹付けノズル５から出た液体金属ナ
トリウム４は冷却容器２０６下部に溜めるか、もしくは
冷却用器２０６の下方にドレン配管（図示せず）で繋が
れた液体金属ナトリウムダンプタンクに溜め、それから
液体金属ナトリウム冷却器８で冷却され、不純物除去装
置９で液体金属ナトリウム４中の酸化物、水酸化物、炭
化物等の不純物を除去し、循環ポンプ１０により加圧さ
れて吹付けノズル５に送られ、循環再使用される。

【００９４】以上述べたように本実施形態による金属材
料の処理装置及び方法によれば、上述した第１及び第２
実施形態と同様の効果が得られると共に、金属材料２０
４を液体金属ナトリウム４で急速冷却する直前または直
後に圧延ローラ２０２ａ、２０２ｂにより圧延加工する
事により、金属材料２０４の内部の結晶構造を物理的に
細かくするとともに、内部に歪みエネルギーを加える事
により、圧延加工後の結晶核を増やし、より微細な結晶
や組織の金属材料２０４を形成することができる。

【００９５】第４実施形態次に、本発明の第４実施形態による金属材料の処理装置
及び方法について図６を参照して説明する。なお、上述
した第１乃至第３実施形態の構成要素と実質的に同一の
機能を果たす構成要素には同一符号を付して説明する。

【００９６】本実施形態による金属材料の処理装置はア
モルファス金属の製造に適したものであって、図６に示
したように、溶融状態の金属材料３０２を収容するルツ
ボ３０１と、このルツボ３０１の出口ノズル３０３から
流下した金属材料３０２がその表面に付与される、回転
する冷却ロール３０４と、を備えている。冷却ロール３
０４は、その上端部分を残して、冷却槽３の液体金属ナ
トリウム４の中に没している。

【００９７】また、本装置は、冷却ロール３０４上で凝
固する金属材料３０５の上面に冷却用液体金属ナトリウ
ム４を直接吹付けて金属材料３０５を急速冷却する第１
の吹付けノズル（第１のナトリウム噴射手段）５ａと、
冷却ロール３０４の表面と冷却ロール３０４上で凝固す
る金属材料３０５の下面との間に冷却用液体金属ナトリ
ウム４を直接吹付ける第２の吹付けノズル（第２のナト
リウム噴射手段）５ｂとを有する。

【００９８】さらに、この処理装置は、冷却槽３内の冷
却用液体金属ナトリウム４を循環させ且つ冷却するナト
リウム循環冷却手段２０を備えており、このナトリウム
循環冷却手段２０は、冷却用液体金属ナトリウム４を冷
却槽３外に取り出す吸い出し側配管７と、吸い出し側配
管７で取り出した冷却用液体金属ナトリウム４を冷却す
る液体金属ナトリウム冷却器８と、冷却用液体金属ナト
リウム４から不純物を除去する不純物除去装置９と、冷
却及び不純物除去を行った後の冷却用液体金属ナトリウ
ム４を吹付けノズル５ａ、５ｂに還流する吐出側配管６
と、吸い出し側配管７から吐出側配管６まで冷却用液体
金属ナトリウム４を循環させる循環ポンプ１０とを備え
ている。

【００９９】なお、図６には図示していないが、冷却槽
３には蓋が設けられ、中に入っている液体金属ナトリウ
ム４の上部には窒素やアルゴンなどの不活性ガスでカバ
ーガス空間１１が形成され、その蓋には、外部から空気
が侵入しない様に、シール機構の付いた金属材料３０
２、３０５の入口と出口が設けられている。

【０１００】次に、本実施形態による金属材料の処理装
置によってアモルファス状の金属材料を連続的に形成す
る方法について説明する。

【０１０１】先ずルツボ３０１で溶融状態になった金属
３０２は出口ノズル３０３から流下し、冷却ロール３０
４に触れると同時に吹付けノズル５ａ、５ｂから噴出す
る液体金属ナトリウム４により急速冷却されて凝固し、
冷却ロール３０４の回転と共に、冷却槽３内に満たされ
た液体金属ナトリウム４中に入り、所定の温度まで冷却
され、冷却槽３外に搬出される。

【０１０２】冷却槽３内の液体金属ナトリウム４は吸い
出し側配管７を通って液体金属ナトリウム冷却器８に送
られて冷却され、更に不純物除去装置９で不純物が除去
され、循環ポンプ１０により加圧され、吹付けノズル５
ａ、５ｂに送られ、循環使用される。

【０１０３】以上述べたように本実施形態による金属材
料の処理装置及び方法によれば、溶融状態の金属材料３
０２を冷却ロール３０４上に流下すると共に、冷却ロー
ル３０４上で凝固する金属材料３０５の両面から冷却用
液体金属ナトリウム４を直接吹き付けて冷却するように
したので、金属材料３０２の冷却に際して除熱性能を劣
化させる蒸気膜が金属材料表面に形成されることがな
く、また、スケールの付着もなく、しかも安価で、使用
後の廃液回収や処理が容易である。

【０１０４】そして、従来の方法では得られないよう
な、より厚い帯板状又は線状のアモルファス金属を連続
的に形成したり、より微細な結晶や組織の金属材料を連
続的に形成することができる。

【０１０５】本実施形態の一変形例としては、凝固した
金属材料３０５に対して、圧延加工して組織を微細化す
ると共に厚さや形状寸法を整える制御圧延を行うように
することもできる。

【０１０６】本変形例によれば、凝固した金属材料内部
の結晶構造を物理的に細かくすると共に、内部に歪みエ
ネルギーを加えることにより、圧延後の結晶核を増や
し、より微細な結晶や組織で、かつ厚さや形状寸法の整
った金属材料を得ることができる。

【０１０７】第５実施形態次に、本発明の第５実施形態による金属材料の処理方法
について説明する。本実施形態による金属材料の処理方
法は、溶融状態の金属材料を冷却用液体金属ナトリウム
に接触させることにより、金属材料を急速冷却して凝固
させてアモルファス状の金属材料を形成することを特徴
とする。

【０１０８】そして、溶融状態の金属材料と冷却用液体
金属ナトリウムとの接触は、冷却用液体金属ナトリウム
を貯えた容器の中に溶融状態の金属材料を流し込んだ
り、或いは溶融状態の金属材料に対して冷却用液体金属
ナトリウムを直接吹付けたりすることにより行われる。

【０１０９】本実施形態による金属材料の処理方法によ
れば、冷却材として液体金属ナトリウムを使用すること
により、金属材料の冷却に際して除熱性能を劣化させる
蒸気膜が金属材料表面に形成されることがなく、また、
スケールの付着もなく、しかも安価で、使用後の廃液回
収や処理が容易である。そして、上述した第４実施形態
と同様に、アモルファス状の金属材料やより微細な結晶
や組織の金属材料を連続的に形成することができる。

【０１１０】

【発明の効果】以上述べたように本発明による金属材料
の処理方法及び装置によれば、変態点よりも高い温度の
金属材料に液体金属ナトリウムを接触させて変態点より
も低い温度まで急速に冷却することによって、極めて微
細な組織を有する金属材料を形成することができる。

【０１１１】また、本発明による金属材料の処理方法及
び装置によれば、溶融状態の金属材料に液体金属ナトリ
ウムを接触させて急速冷却し、凝固させることによっ
て、アモルファス状の金属材料を連続的に形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による金属材料の処理装
置の概略構成を示した斜視図。

【図２】８００℃の鋼材に液体金属ナトリウム又は水を
吹付けて冷却した時の鋼材表面温度の時間変化を示した
グラフ。

【図３】高温流体と低温流体が並んで同方向に流れて熱
交換する並流型と、向かい合う方向に流れて熱交換する
交流型との熱交換器の流体温度変化パターンを示したグ
ラフ。

【図４】本発明の第２実施形態による金属材料の処理装
置の概略構成を示した図。

【図５】本発明の第３実施形態による金属材料の処理装
置の概略構成を示した図。

【図６】本発明の第４実施形態による金属材料の処理装
置の概略構成を示した図。

【図７】鋼板を加熱冷却する連続焼鈍装置に液体金属ナ
トリウムを適用した時の鋼板温度と液体金属ナトリウム
温度の温度変化パターンを示したグラフ。

【符号の説明】

１鋼材２加熱槽（金属材料加熱手段）３冷却槽４冷却用液体金属ナトリウム５、５ａ、５ｂ吹付けノズル（ナトリウム噴射手段）８液体金属ナトリウム冷却器１０循環ポンプ１１カバーガス空間（不活性ガス空間）１２ガス吹付けノズル（不活性ガス噴出手段）１３不活性ガス供給系２０ナトリウム循環冷却手段１０１線材１０３、１１０、２０３ａ、２０３ｂシールロール１０４入口ガス空間（不活性ガス空間）１０５保温槽１０６出口ガス空間（不活性ガス空間）１０９液体金属ナトリウム加熱器１１１ナトリウム循環加熱手段１１２加熱槽（金属材料加熱手段）１１３加熱用液体金属ナトリウム２０１ａ、２０１ｂ押さえロール２０２ａ、２０２ｂ圧延ロール２０４、３０５金属材料２０６冷却用器３０１ルツボ３０２溶融状態の金属材料３０４冷却ロール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体状の金属材料をその変態点よりも高い
温度まで加熱する加熱工程と、加熱された前記金属材料
の表面に冷却用液体金属ナトリウムを接触させて、前記
金属材料の表面に前記冷却用液体金属ナトリウムの蒸気
膜を形成させることなく、前記金属材料の組織を微細化
し得る程度の冷却速度にて、前記変態点よりも低い温度
まで前記金属材料を急速冷却する冷却工程と、を備えた
ことを特徴とする金属材料の処理方法。
【請求項２】前記加熱工程において、前記金属材料は７
００℃以上の温度まで加熱されることを特徴とする請求
項１記載の金属材料の処理方法。
【請求項３】前記冷却工程において、加熱された前記金
属材料の表面に前記冷却用液体金属ナトリウムが直接吹
付けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の金属材料の処理方法。
【請求項４】前記冷却工程において、加熱された前記金
属材料が、冷却槽内で循環している前記冷却用液体金属
ナトリウムの中に直接浸漬されることを特徴とする請求
項１又は請求項２に記載の金属材料の処理方法。
【請求項５】前記加熱工程において、前記変態点よりも
高い温度の加熱用液体金属ナトリウムの中に前記金属材
料が直接浸漬されて加熱されることを特徴とする請求項
１乃至請求項４のいずれか一項に記載の金属材料の処理
方法。
【請求項６】前記金属材料を前記冷却用液体金属ナトリ
ウムで冷却する直前及び直後の両方又は一方の時点にお
いて、圧延ローラにより前記金属材料を圧延加工するこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
記載の金属材料の処理方法。
【請求項７】金属材料を加熱して溶融状態とし、溶融状
態の前記金属材料を冷却用液体金属ナトリウムに接触さ
せることにより、前記金属材料を急速冷却して凝固さ
せ、これによりアモルファス状の金属材料を形成するこ
とを特徴とする金属材料の処理方法。
【請求項８】溶融状態の前記金属材料と前記冷却用液体
金属ナトリウムとの接触は、前記冷却用液体金属ナトリ
ウムを貯えた容器の中に溶融状態の前記金属材料を連続
的に流し込み、或いは連続的に供給される溶融状態の前
記金属材料に対して前記冷却用液体金属ナトリウムを直
接吹付けることにより行われ、これによりアモルファス
状の金属材料を連続的に形成することを特徴とする請求
項７記載の金属材料の処理方法。
【請求項９】金属材料を加熱して溶融状態とし、回転す
る冷却ロール上に溶融状態の前記金属材料を付与して冷
却し、凝固させる金属材料の処理方法において、前記冷
却ロール上で凝固する前記金属材料の上面に冷却用液体
金属ナトリウムを直接吹付けて急速冷却し、これにより
アモルファス状の金属材料を連続的に形成することを特
徴とする金属材料の処理方法。
【請求項１０】前記冷却ロールの表面と前記冷却ロール
上で凝固する前記金属材料の下面との間にも冷却用液体
金属ナトリウムを直接吹付けて前記金属材料をその両面
から急速冷却することを特徴とする請求項９記載の金属
材料の処理方法。
【請求項１１】溶融状態の前記金属材料が凝固した直後
に、圧延加工して組織を微細化すると共に厚さや形状寸
法を整える制御圧延を行うことを特徴とする請求項７乃
至請求項１０のいずれか一項に記載の金属材料の処理方
法。
【請求項１２】連続的に供給される金属材料に対して加
熱及び冷却処理を行う金属材料の処理装置において、前
記金属材料をその変態点よりも高い温度まで加熱する金
属材料加熱手段と、前記金属材料加熱手段により加熱さ
れた前記金属材料の表面に冷却用液体金属ナトリウムを
吹付けて前記金属材料を急速冷却するナトリウム噴射手
段と、前記ナトリウム噴射手段により急速冷却された後
の前記金属材料を浸漬して冷却する冷却用液体金属ナト
リウムを貯えた冷却槽と、前記冷却槽内の前記冷却用液
体金属ナトリウムの中から引き出された前記金属材料の
表面に不活性ガスを吹付けて前記金属材料の表面に付着
している前記冷却用液体金属ナトリウムを除去する不活
性ガス噴出手段と、前記冷却槽内の前記冷却用液体金属
ナトリウムを循環させ且つ冷却するナトリウム循環冷却
手段と、前記冷却用液体金属ナトリウムを大気から隔離
する不活性ガス空間と、を備えたことを特徴とする金属
材料の処理装置。
【請求項１３】前記金属材料加熱手段は、前記金属材料
を７００℃以上に加熱することを特徴とする請求項１２
記載の金属材料の処理装置。
【請求項１４】前記ナトリウム循環冷却手段は、前記ナ
トリウム噴射手段から噴射されて前記冷却槽内に流下し
た前記冷却用液体金属ナトリウムが前記冷却槽内におい
て前記金属材料の移動方向に沿って同方向に流れるよう
にすることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記
載の金属材料の処理装置。
【請求項１５】前記ナトリウム循環冷却手段は、前記冷
却槽内の前記冷却用液体金属ナトリウムの中から前記金
属材料が引き出される位置の近傍から前記冷却用液体金
属ナトリウムを前記冷却槽外に取り出し、冷却及び不純
物除去を行った後、前記ナトリウム噴射手段に還流する
ことを特徴とする請求項１４記載の金属材料の処理装
置。
【請求項１６】前記金属材料加熱手段は、前記変態点よ
りも高い温度の加熱用液体金属ナトリウムを貯えた加熱
槽と、前記加熱槽内の前記液体金属ナトリウムを循環さ
せ且つ加熱するナトリウム循環加熱手段と、を有し、前
記加熱槽内の前記加熱用液体金属ナトリウムに前記金属
材料を直接浸漬して加熱することを特徴とする請求項１
２乃至請求項１５のいずれか一項に記載の金属材料の処
理装置。
【請求項１７】前記ナトリウム循環加熱手段は、前記加
熱槽内の前記加熱用液体金属ナトリウムの中から前記金
属材料が引き出される位置の近傍から前記加熱用液体金
属ナトリウムを前記加熱槽外に取り出し、加熱及び不純
物除去を行った後、前記金属材料が前記加熱槽内の前記
加熱用液体金属ナトリウムの中に没する位置の近傍にお
いて前記加熱槽に還流することを特徴とする請求項１６
記載の金属材料の処理装置。
【請求項１８】連続的に供給される金属材料に対して熱
間及び冷間での圧延を行う金属材料の処理装置におい
て、前記金属材料の移動方向の上流側及び下流側にそれ
ぞれ配置された上流側圧延ロール及び下流側圧延ロール
と、前記上流側圧延ロールと前記下流側圧延ロールとの
間に配置され、前記金属材料の表面に冷却用液体金属ナ
トリウムを吹付けて、前記金属材料をその変態点よりも
高い温度から前記変態点よりも低い温度まで急速冷却す
るナトリウム噴射手段と、前記ナトリウム噴射手段によ
り冷却された前記金属材料の表面に不活性ガスを吹付け
て前記金属材料の表面に付着している前記冷却用液体金
属ナトリウムを除去する不活性ガス噴出手段と、前記冷
却用液体金属ナトリウムを大気から隔離する不活性ガス
空間と、を備えたことを特徴とする金属材料の処理装
置。
【請求項１９】前記ナトリウム噴射手段及び前記不活性
ガス噴射手段を内包して大気空間から隔離する冷却容器
をさらに有し、前記冷却容器内に前記金属材料を搬入す
るためのシールロール及び前記冷却容器内から前記金属
材料を搬出するためのシールロールを前記冷却容器に設
けたことを特徴とする請求項１８記載の金属材料の処理
装置。
【請求項２０】前記冷却容器の下部に溜まった前記冷却
用液体金属ナトリウムを前記冷却容器外に取り出し、冷
却及び不純物除去を行った後に前記ナトリウム噴射手段
に還流するナトリウム循環冷却手段をさらに有すること
を特徴とする請求項１９記載の金属材料の処理装置。
【請求項２１】溶融状態の金属材料を収容するルツボ
と、前記ルツボから流出した前記金属材料がその表面に
付与される、回転する冷却ロールと、前記冷却ロール上
で凝固する前記金属材料の上面に冷却用液体金属ナトリ
ウムを直接吹付けて前記金属材料を急速冷却するナトリ
ウム噴射手段と、前記冷却用液体金属ナトリウムを大気
から隔離する不活性ガス空間と、を備えたことを特徴と
する金属材料の処理装置。
【請求項２２】前記冷却ロールの表面と前記冷却ロール
上で凝固する前記金属材料の下面との間に冷却用液体金
属ナトリウムを直接吹付ける追加のナトリウム噴射手段
を有することを特徴とする請求項２１記載の金属材料の
処理装置。