JPS6038224B2 - 溶融金属から直接幅広薄帯板を製造する方法ならびにその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融金属から直接幅広薄帯板を製造する方法
ならびにその装置に関するものである。

従来金属材料の幅広い薄帯あるいは薄板は旧来法例えば
溶解−造塊−競錨−熱間圧延−中間燐鈍−袷間圧延等の
工程を経て製造されており、また近時は連続鋳造方法、
例えば溶解一連続鋳造一瞬鎚−冷間圧延等の工程を経て
製造されている。しかしながら旧来法は工程が複雑であ
るばかりでなく、設備費が多大であり、製造される金属
材料帯板単位重量当りに使用されるエネルギーが膨大で
あり、かつ仕上歩留が悪いという欠点があり、一方連続
鋳造方法は前記旧来法の工程を短縮し、エネルギー消費
も大幅に低減させることができるこから急速に普及して
いるが、設備に、要する費用が多大であり、また作業に
精密な制御と熟練を必要とする等の欠点がある。ところ
で溶融金属から金属繊維を製造する方法も種々提案され
ている。

これらの方法は熔融金属を円形ノズルから噴出させつ）
、その流体をガス冷却する手段【１｝、液体中で冷却す
る手段（２｝、あるいは金属表面に附着させて冷却する
手段糊によって金属繊維を製造する方法であり、またそ
れぞれの方法に用いられる装置が提案されている。しか
し溶融金属の粘性は一般に低く、‘１｝，【２）の方法
により寸法精度の良い金属繊維を連続的に製造すること
は工業的に困難であり、｛３｝の方法が最も有望視され
ている。前記‘３１の方法は原理的に第１，２および３
図にそれぞれ示す如き３種の方式ａ，ｂ，ｃに分類する
ことができる。

方式ａは第１図に示すように傾斜した内壁面１０１を有
する円筒１０２を回転させて、その内壁面１０１に溶融
金属の細い線状流をノズルより噴出させ、遠０力により
内壁面１０１に附着、冷却、凝固させた後円筒外に金属
繊維１０４を放出させる方法である。方式ｂは第２図に
示すように円板２０２の外周上にノズル２０３より溶融
金属を噴出させて吹き付け、前記円板２０２の外周面で
冷却、凝固させて連続的に金属繊維２０４を放出させる
方法である。方式ｃは第３図に示すように互に並蚤反転
する２個のローラ３０１，３０２の接触部に溶融金属を
ノズル３０３より噴出させ、前記２個のローラに挟み込
むことにより冷却、凝固させ連続的に下方に金属繊維３
０４を放出させる方法である。さて前記【３｝の方法は
何れも先端横断面が円形の極めて小さいノズル孔より溶
融金属を細い線状流に噴出させて金属繊維を製造するこ
とを目的とした方法であり、方式ａ，ｂ，ｃによれば最
大幅がそれぞれ２側，５肋，５側の金属繊維が製造され
、後述の理由から前記幅より広い幅広薄帯板を製造する
ことはできず、またより幅広に薄帯板をこのような方式
で製造しようとする考えもなかったばかりでなく、また
試みもなかった。

本発明は、従来知られ、あるいは実施されている旧来法
および連続鋳造法の有する欠点を除去し、かつ前記金属
繊維を製造する方法を改善した幅広薄帯板を製造する方
法ならびにその装置を提供することを目的とし、１ 溶
融金属を噴出ノズルより回転するローラ表面に噴出し急
冷することによって幅広薄帯板を製造する方法において
、噴出ノズルとしてその先端横断面が、ローラ表面の進
行方向に対して直角な方向に伸長したものを使用し、か
つ、溶融金属のローラ表面への噴出方向と前記溶融金属
が前記ローラ表面に衝突する点におけるローラの接線と
のなす角度を６００を超え８００以下の範囲内とするこ
とを特徴とする溶融金属から直接幅広薄帯板を製造する
方法。

２ 横断面を幅広いスリットに形成した溶融金属の噴出
ノズルと、この噴出ノズルに近接配置された溶融金属を
急袷するための回転ローラとを備え、前記噴出ノズルは
その中心鋼線と溶融金属がローラの外周上に流下する点
におけるローラの接線とのなす角が６０ｏを超え８０ｏ
以下の範囲内となるよう設定され、前記ノズルの先端横
断面が、ローラ表面の進行方向に対して直角な方向に伸
長したものであること特徴とする溶融金属から直接幅広
薄帯板を製造する装置に係る。

次に本発明を詳細に説明する。

本発明方法によれば、第４図に示すように溶融金属を回
転中のローラ１上に、先端横断面が所望幅のスリットに
形成され、前記スリットの長手方向はローラ１の回転軸
線方向と平行に配設された噴出／ズル３より噴出流下さ
せると、溶融金属はｏ−ラ１上で冷却、凝固して薄帯板
４となり、ローラ１の外周面に沿って温度低下しつ）あ
る円周角の間。

ーラ１と共回りし、温度がさらに低下すると前記帯板４
は収縮によりローラ１外周面から剥離して遠心力により
ローラ１から振り離されるに至り、その後前記帯板４は
その両面を例えば空気によって冷却されて幅広薄帯板を
製造することができる。次に本発明の装置について説明
する。

本発明の装置は第４図に示すようにローラ１とこのロー
ラに近接配置されるノズル３とより構成される。

前記ローラ１はその外周面にノズル３から噴出流下する
溶融金属を冷却、凝固、薄帯板化させる機能を有する。
本発明の装置において、ローラの材質は薄帯板となされ
る金属の種類より異ならせることができ、軟〈融点の低
い金属帯板を製造する場合には鋼製ローラが、硬く融点
の高い金属帯板を製造する場合には例えば工具鋼製ある
いは表面処理鋼製ローラを有利に用いることができる。

本発明の装置において、ローラ１による溶融金属の冷却
機能を高めるため、第５図に示す如くローラに並設させ
て１個または複数個の冷却ローラ５を設けることができ
る。こうすることにより、ローラ１が溶融金属から伝導
により伝達された熱はローラ１から例えば大気中に放熱
されるだけでなく、冷却ローラ５にも伝達され、ローラ
１の昇温をより有利に抑制することができるるので、ロ
ーラ１の耐用寿命を延長ささせることができると共に溶
融金属の冷却、凝固をより速くすることができる点で有
利である。次に本発明において用いるノズルについて説
明する。

本発明の研究において、ノズルの断面形状を円形とした
ノズルを用いて製造される金属テープの幅はノズル直径
のほゞ２倍以上には拡がらず、その理由としてはローラ
上で幅方向すなわちロ−フの軸線方向に溶融金属が拡が
る以前に冷却凝固するためであることを知った。

このため第６図イ，口にそれぞれ示す如き、長方形ある
いは楕円形のノズルを用いることによって、ローラの表
面に接するより以前に幅広い板状の液体流を形成させる
ことができ、この場合製造される帯板の幅はノズル横断
面内法の長手方向、あるいは長藤方向の長さとほゞ等し
くすることできる。しかしながらこのようなノズル横断
面形状のノズルから噴出された液体流は溶融金属自体の
表面張力のために凝集し、円柱状に変形するので、ノズ
ル先端とローブとの距離はできる限り近接させることが
有利である。本発明において、ノズル中心軸と金属液体
流がローラと接触する点における前記ローラの鞠線との
なす角。

と前記ローラの回転遠顔をｐｍとの関係によって帯板の
形状が変化することが判った。次にこれを実験データに
塞いて説明する。ノズル孔幅１０肋、厚さ０．５側、金
属液体に付加した圧力０．５ｋｇ／の、金属は原子％で
Ｎｉ７８％、Ｂ１２％、Ｓｉｌｏ％を使用した。

第７図に示すように、金属液体が帯状とならぬ不良品（
図中×で示す）、帯状になるが断面不均一なや）良好品
（図中△で示す）、帯状となり断面均一な良好品（図中
○で示す）はそれぞれ前記角度Ｑにより影響され、角度
Ｑが６０ｏを超え８０ｏ以下、の範囲内で良好品が製造
されることが判る。しかしながらノズルの形状、液体噴
出圧力、金属の種類、ロール材質、ロール径、加熱温度
などにより角ばの最適値を採用する必要がある。

本発明の研究において、製造される薄帯断面の幅ｗ、厚
さｔとローラの回転速度ｒｐｍとノズル孔の厚さＴとの
相関性を調べた。この研究で用いた合金は原子％でＮｉ
７８％、Ｂ１２％、Ｓｉｌｏ％の成分組成、ノズル孔の
幅Ｗは４仇松である。

第８図に示すようにノズル孔の厚さＴが一定の場合ロー
ラ回転速度が１００比ｐｍ附近までは薄帯の厚さｔが急
激に減少し、それ以上では緩やかに減少する。一方薄帯
の幅ｗは１００比ｐｍ附近以上で漸減する。本研究によ
り薄帯の、幅はほ）、ノズル孔の幅により定まるが、厚
さはロール回転速度とノズル孔断面厚さに大きく依存す
る。なお同図中５００仇ｐｍ以上では製造された薄帯は
すべて非晶質化されていたことから、その冷却速度は約
１ぴ℃／ｓｅｃ以上であったと思われる。，本発明に使
用することのできる金属の種類は純金属例えばアルミニ
ウム、銅等、また合金例えばジュラルミン、青銅、黄鋼
、銅、ステンレス鋼等のほか、炭素、燐、棚素、珪素な
どの半金属を含む鉄、コバルトあるいはニッケル合金；
Ｎｂ−Ｎｉ合金；Ｃｕ−Ｚｒ合金等所謂非晶質化させる
ことのできる合金を用いて非晶質合金を容易に製造する
ことができる。

本発明によれば、次の如き性状を有する金属材料でも容
易に幅広薄帯板となすことができることは本発明の大き
な特徴の１つである。

１ 通常の製造方法、すなわち溶解−造塊−加工する方
法を採用することができないか、あるいは困難である硬
くて脆い金属材料、例えばＦｅ−Ａク，Ｆｅ−Ｃｒ，Ｆ
ｅ−Ｓｉ等。

２ 急袷効果が必要な金属材料、例えば非晶賞金属材料
、過飽和固体金属材料、超微細組織金属材料等。

次に本発明を実施例について説明する。

実施例 １ 験近特に注目を集めている非晶質強磁性金属の幅広薄帯
板を本発明により製造した。

この際の製造条件はローラ猿鋼製、ローラ幅５仇舷、。
ーラ直径３０仇舷、ローラ回転速度３００仇ｐｍ、ノズ
ル断面形状、縦４５風、藤０．５肋、ノズルからのアル
ゴンガス噴出用圧力１．５ｋ９／地、ノズル先端とロー
ラ表面との距離５柵、角Ｑ６０ｏ、製造合金の成分組成
原子％でＦｅ５％、Ｃｏ７０％、Ｓｉ１５％、ＢＩＯ％
であつた。前記製造された合金をＸ線回折で調べた結果
鋭い回折ピークはなく、数個のブロードなハローが見ら
れるのみであり、非晶質化していることが判つた。

製造された前記合金の厚さ約３０仏、幅４５肋の薄帯の
磁気特性ならびに硬さは下記第１表の如くであった。

第１表 同表より判るように前記薄帯は優れた高透磁性を有して
いた。

実施例 ２ 実施例１と同一装置を用いて本発明方法により下記第２
表に示す工具鋼に適する成分組成の高炭素高クロム鋼お
よび高炭素ニッケルクロム鋼を薄帯とした。

この薄帯は厚さ約３０〃、幅約３仇吻で約１び℃／ｓｅ
ｃの急冷効果のため約２００Ａ直径の超微細炭化物がオ
ーステナイトあるるし、はフェライト基地中に均一に分
散している組織が得られ、この炭化物の分散硬化により
第２表に示す如き硬くて強い優れた機械的性質を有する
ことが判った。実施例 ３ゴバルトベースの合金（成分
組成原子％でＣｏ７９％、Ｓｊ１２％、Ｂ９％）を石英
柑渦中に入れて、高周波譲導加熱して造った溶融体を噴
出ノズルよりロール径８比ネ、ロール幅２５伽のロール
上に噴出し、ロール回転数、ノズルスリット幅、角度Ｑ
とを変えて製造されるリボン厚さムと、製造された薄帯
のロールに、接しなかった自由表面の表面粗度Ｒａ仏と
を調べた結果は第３表の通りである。

第 ３ 表 第３表から明らかなように、角Ｑ＝９００より角Ｑ＝８
００〜６１０の方が薄帯のロールに接しない自由面の表
面組度Ｒａ（一）がよくなっている。

この自由面の表面組度はロールの回転数、溶融金属の噴
出時の温度にも関係するが、溶融金属が回転ロールと接
した瞬間に角Ｑ＝９００で直ちに側方空間に飛ばされた
場合が表面粗度の大きいことは薄帯の自由面に衝突する
空気抵抗により薄帯の自由面が粗くなり、表面平滑な薄
帯が得られないものと思われる。以上本発明方法ならび
に装置によれば溶融金属から直接幅広薄帯板を製造する
ことができ、かつ用いられる金属、合金の種類により従
来法では得ることのできなかった特異な性質を有する薄
帯板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属繊維の既知の１つの製造方式の説明図、第
２図は金属繊維の既知の他の製造方式の説明図、第３図
は金属繊維のさらに他の製造方式の説明図、第４図は本
発明によるノズルから噴出された金属液体がローラで冷
却、凝固、放出される状況を示す説明図、第５図は本発
明の装置の他の態様を示す説明図、第６図イ、口はそれ
ぞれ本発明のノズル先端孔横断面の形状を示す図、第７
図はノズル中心軸と、金属流体がローラと接触する点に
おけるローラの接線とのなす角Ｑとローラの回転速度ｒ
ｐｍとの関係による帯板形状の変化を示す図、第８図は
製造される薄帯断面の幅ｗ、厚さｔとローラの回転速度
とノズル孔の厚さＴとの関係を示す図である。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融金属を噴出ノズルより回転するローラ表面に噴
   出し急冷することによつて幅広薄帯板を製造する方法に
   おいて、噴出ノズルとしてその先端横断面が、ローラ表
   面の進行方向に対して直角な方向に伸長したものを使用
   し、かつ、溶融金属のローラ表面への噴出方向とと前記
   溶融金属が前記ローラ表面に衝突する点におけるローラ
   の接線とのなす角度を６０°を超え８０°以下の範囲内
   とすることを特徴とする溶融金属から直接幅広薄帯板を
   製造する方法。 ２ 横断面を幅広いスリツトに形成した溶融金属の噴出
   ノズルと、この噴出ノズルに近接配置された溶融金属を
   急冷するための回転ローラとを備え、前記噴出ノズルは
   その中心軸線と溶融金属がローラの外周上にに流下する
   点におけるローラの接線とのなす角が６０°を超え８０
   °以下の範囲内となるよう設定され、前記ノズルの先端
   横断面が、ローラ表面の進行方向に対して直角な方向に
   伸長したものであることを特徴とする溶融金属から直接
   幅広薄帯板を製造する装置。