JPS6340630B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は非晶質金属製造における溶融金属供
給装置、特に溶融金属をタンデイツシユに供給す
る装置に関する。

（従来の技術） 近年になつて、良好な磁気特性を有する非晶質
金属が注目されている。この非晶質金属は、例え
ばタンデイツシユに貯えられた溶融金属をノズル
チツプの微小間隙スリツトから高速回転する冷却
ロールの周面等に連続的に噴出供給し、急冷凝固
させることによつて製造される。この方法によつ
て製造される非晶質金属（製品）は、厚さ25μｍ
程度の極薄帯である。したがつて、前記冷却ロー
ルの周面への溶融金属の供給量は、通常の連続鋳
造の場合におけるタンデイツシユから鋳型への供
給量に比べて遥に小さく、タンデイツシユ内の溶
融金属のヘツド、すなわち液面の高さを調整して
ノズルの微小間隙スリツトからの噴出量を安定さ
せる必要がある。そこで、取鍋などからタンデイ
ツシユへ溶融金属を微調整して供給できる装置が
強く要請されている。

従来、この非晶質金属製造における溶融金属の
供給装置としては、第１図に示すような装置が知
られている。すなわち、取鍋１からスライデイン
グノズル２およびロングノズル３を介してタンデ
イツシユ４に溶融金属Ｍを供給し、更にタンデイ
ツシユ４の湯面高さを一定に保ちながらストツパ
ー５を操作して一定流量の溶融金属Ｍをノズル６
のスリツト７から高速で回転する冷却ロール８に
周面に噴出させるという装置である。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、この装置においてはスライデイングノ
ズル２を操作して取鍋１からタンデイツシユ４に
溶融金属Ｍを供給するようになつている。ノズル
スリツト７から噴出した溶融金属を取鍋１からタ
ンデイツシユ４に補うためには、スライデイング
ノズル２の孔径をかなり小径にする必要がある。
この結果、スライデイングノズル２の孔が閉塞
し、タンデイツシユ４への溶融金属の供給が短時
間で不能になるおそれが極めて大である。

たとえば、注入開始時の取鍋１の湯面高さH₁
＝20cm、タンデイツシユ４の湯面から取鍋１の炉
底までの高さH₂＝60cm、ノズルスリツト７の長
さ15cm、幅0.06cm、ノズルスリツト７からの溶融
金属吐出速度を150cm／secとする。このとき、ノ
ズルスリツト７から吐出した分だけ取鍋１より溶
融金属Ｍを補うためには、スライデイングノズル
２のプレート孔径を約７mmにしなければならな
い。通常のスライデイングノズル２のプレート孔
径が70mm程度であることに比べれば、これは遥に
小さな値であり、閉塞により取鍋１からタンデイ
ツシユ４への供給上不適当である。溶融金属Ｍの
供給は短時間に不能になるおそれが極めて大であ
り、溶融金属の微量供給用としては適正を欠くも
のである。

又、他の装置としては、例えば特開昭59−
10448号のように取鍋と鋳型を耐火性のＵ字管で
つなぎ、取鍋を密閉容器に入れて取鍋内の溶融金
属表面を気体で加圧して溶融金属を、Ｕ字管を経
てタンデイツシユに供給する装置、あるいは特開
昭59−10448号真空装置を組込んだ耐火性のＵ字
管で取鍋とタンデイツシユとをつなぎ、真空装置
によつて取鍋内の溶融金属をＵ字管を経て吸引
し、タンデイツシユに移送する装置も知られてい
る。

しかし、これらの装置においては、取鍋を出し
入れできるような大容量の密閉容器、真空装置、
気密性の高い耐火性のＵ字管等を必要とするので
設備上の負担が大きく、また溶融金属供給中に、
たとえば湯洩れ等の突発事故が起つた場合、迅速
対処が困難である等の欠点がある。

更に他の装置としては電磁ポンプによるものも
あるが、これはかなり高価であり、設備コストが
大きく実用的ではない。

この発明の目的は、前記従来の供給装置のよう
な欠点がなく、低コストでかつ溶融金属の微量供
給、微調節も可能とした非晶質金属製造における
溶融金属の供給装置を提供しようとするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） この発明の溶融金属供給装置は、タンデイツシ
ユに隣接する中間容器、中間容器からタンデイツ
シユに溶融金属を送る気泡ポンプ、および気泡ガ
ス供給管に設けられた流量調整弁とからなつてい
る。

気泡ポンプはポンプ本体が中間容器とタンデイ
ツシユとの間に掛け渡されており、ポンプ本体内
に気泡ガス供給管から気泡が供給される。

（作用） 中間容器には取鍋から溶融金属が注入され、注
入された溶融金属は気泡ポンプによつてタンデイ
ツシユに供給される。気泡ガス供給管に設けた気
泡ガス流量調整弁によりポンプ本体に供給する気
泡ガス量を調整して、中間容器からタンデイツシ
ユに供給する溶融金属の量を調節する。これによ
つて、タンデイツシユ内の溶融金属のヘツド、す
なわち液面の高さを微細に調節し、ノズルから冷
却体表面へ供給する溶融金属の量を安定化する。

（実施例） 実施例 １ 第２図および第３図は本発明を実施する装置の
一例を示している。

この図面において、取鍋１、タンデイツシユ
４、ストツパー５、ノズル６、および冷却ロール
８は第１図のものと同じであり、以下に述べる実
施例ではこれらの部材には第１図のものと同じ参
照符号を付け、説明を省略する。

タンデイツシユに隣接して、耐火材で作られた
箱形の中間容器１１が配置されている。中間容器
１１には取鍋１より溶融金属Ｍが供給される。

タンデイツシユ４と中間容器１１との間に気泡
ポンプ２１のポンプ本体２２が掛け渡されてい
る。ポンプ本体２２は耐火材製で、前記中間容器
１１内に垂直に入り込む揚液管２３、前記タンデ
イツシユ４に垂直に入り込む吐出管２５、および
揚液管２３の頂部と吐出管２５の頂部とを結ぶ連
絡管２７とからなり、全体としてＵ字形をしてい
る。連絡管２７は上方に開口する排気孔２９を備
えている。

ポンプ本体２２の材質としてはポンプ本体２２
の全体の予熱が十分にできない場合耐熱衝撃性の
高いものが要求される。すなわち、この場合、稼
働初期管壁に急激な温度勾配が形成され大きな熱
応力が発生する。この熱応力がポンプ本体２２の
材質強度を上まわるとポンプ本体２２にクラツク
が発生し湯もれ事故となる。熱応力を緩和するた
めには低熱膨張性、低弾性率、高熱伝導率の材質
を用いる必要がある。低熱膨張性材質の代表とし
ては溶融石英およびアルミニウムチタネート、低
弾性率で高熱伝導率の材質の代表としてはAl₂O₃
−Ｃ質があげられる。従つてこれらの材質でポン
プ本体２２を形成することにより熱応力によるク
ラツク発生を減らすことができる。

ポンプ本体２２の前記中間容器１１内に垂直に
入り込む揚液管２３の直下の位置において、前記
中間容器１１の底部に気泡ポンプ２１の気泡吹込
み口３１が設けられている。気泡吹込み口３１に
はガスバブリング用ポーラスプラグ３２が埋へ込
まれており、気泡吹込み口３１には金具３４を介
してガス供給管３５が接続されている。ガス供給
管３５には流量調節弁３７を介して圧縮ガス溜３
９が接続されている。

ポンプ本体２１は第３図に示すように昇降装置
４１に支持されている。中間容器１１に隣接して
支柱４２が立てられており、支柱４２の内部には
摺動自在にアーム４３がはめ合つている。アーム
４３の先端にはポンプ本体２１が保持金具４４を
介して保持されており、また後端にはウインチ４
５のドラム４６に巻き掛けられたワイヤ４６の端
が固定されている。非晶質金属製造装置を休止す
る場合には、この昇降装置４１によりポンプ本体
２１を中間容器１１およびタンデイツシユ４から
引き上げる。

上記のように構成された装置において、ガス供
給管３５を通じて圧縮ガス溜３９より気泡吹込み
口３１にアルゴンガスを供給する。気泡吹込み口
３１の出側周辺の溶融金属Ｍとアルゴンガスが混
合し、気液混合体となる。この気液混合体は比重
が溶融金属のみの場合の比重より小さくなるの
で、揚液管２３外の溶融金属Ｍによつて押し上げ
られ揚液管２３内を上昇し中間容器１１の液面よ
りも上方に至る。

このことを式で表わすと次のようになる。

γ_n（H_s＋Ｈ＋Δh）＝γH_s (1) γ_n：揚液管２３内の気液混合体の平均比重量
（Kg／m²sec²） H_s：揚液管２３内の中間容器１１内における浸
漬深さ（ｍ） Ｈ：揚程（ｍ） Δh：ポンプ本体２２内の摩擦損失や出口損失な
どの流動抵抗（ｍ） γ：溶融金属の比重量（Kg／m²sec²） 中間容器１１の液面よりも上方に至つた溶融金
属とガスの気液混合体はここで、比重差によりガ
スと溶融金属とに分離し、ガスは排気孔２９を経
て系外に放出され、溶融金属はタンデイツシユ４
内に流れ込む。これによつて中間容器１１内の溶
融金属Ｍは減少するが、この減少分は取鍋１から
補充され、、中間容器１１内の溶融金属Ｍのレベ
ルはある一定の範囲に保てるようになつている。

タンデイツシユ４の湯面が所定のレベルに達し
たとき、ストツパー５を操作してタンデイツシユ
４内の溶融金属をノズル６に供給する。ノズル６
から高速回転する冷却ロール８の周面に溶融金属
を噴出し、急速冷却すると非晶質金属薄帯が得ら
れる。

非晶質金属薄帯の製造においては単位時間当り
の溶融金属の供給量が非常に小さく、中間容器１
１内の溶融金属Ｍの減少分を取鍋１より絶えず供
給して補うことは困難を伴なうので、中間容器１
１内の湯面高さが所定の位置まで下つたとき、取
鍋１から元の湯面高さになるように溶融金属Ｍを
供給するようにするのが好ましい。なお、中間容
器１１内の湯面高さが変動しても、タンデイツシ
ユ４への溶融金属の供給量はできる限り一定に保
たれるように前記流量調節弁３７を調整して、ガ
ス供給量を制御する。

実施例 ２ 第４図はこの発明の他の実施例を示している。

この図面に示すように、中間容器５１は取鍋１
から溶融金属Ｍが注がれる湯受部５２、および湯
受部５２よりも深く、かつ横断面が湯受部５２よ
りも狭い湯送出部５３よりなつている。

気泡ポンプ５５のポンプ本体５６の揚液管５７
入口は上記湯送出部５３の底近くまで伸びてい
る。

この実施例のその他の構成（タンデイツシユ、
ポンプ本体の昇降装置その他）は実質的に第１の
実施例と同じであり、装置の作用も両者同じであ
る。

ここで、揚程Hmと、揚液管５７の浸漬深さH_s
ｍ（最大は中間容器一杯に溶融金属が満たされた
とき、最小は液面が湯受部５２の底まで下つたと
き）との関係は、H_sが最小の場合でも気泡ポン
プの効率上H_s／Ｈ＝1.5〜2.3にするのが望まし
い。

この実施例において、中間容器５１の湯受部５
２の内容積を湯送出部５３に比べて大きくとれば
残湯量はそれだけ少なくすることができる。第２
図のように中間容器１１を一段にした場合、取鍋
１からの溶融金属Ｍの供給が終れば中間容器１１
からタンデイツシユ４への供給が続く限り、中間
容器１１内の湯面は下つてくる。そしてH_s／Ｈ
がある値以下になるとガス流量を増してもほとん
ど中間容器１１からタンデイツシユ４へ溶融金属
が供給されなくなり、中間容器にはかなりの量の
残湯が発生することになる。従つて歩留の点から
比較すれば中間容器は本実施例のような２段底を
形成した方が優れているといえる。

実施例 ３ 第５図はこの発明の更に他の実施例を示すもの
である。

この実施例では、中間容器６１の湯送出部６３
が湯受部６２寄りで上部６４および下部６５に分
割されている。両部６４，６５が接する部分はフ
ランジ状の接合部６６となつており、湯送出部６
３からの溶融金属Ｍの漏洩が防止される。また、
湯送出部６３の下部６５には加熱装置６９、たと
えば電気ヒータが配置されており、溶融金属Ｍを
加熱してこれの流動性を高めるとともに、湯送出
部６３内における溶融金属Ｍの凝固、固着を防止
する。

非晶質金属製造作業が終つて装置を停止したと
き、湯送出部６３の下部６５を上部６４より取り
外す。そして、湯送出部６３の下部６５内に残留
した溶融金属Ｍは鋳型などに移して回収し、再溶
解して取鍋１から中間容器６１を経て再びタンデ
ツシユ４に供給する。このような湯送出部６３を
上下に分割可能としておくと、残湯処理が容易と
なる。

実施例 ４ 第６図はこの発明の更に他の実施例を示すもの
である。

中間容器７１の湯受部７２の底面は湯送出部７
３に向かつて傾斜しており、湯送出部７３の下端
は下方に向かつて開口し、フランジ７４が設けら
れている。

湯送出部７３のフランジ７４下面にスライデイ
ングプレート７６が摺動自在に接しており、スラ
イデイングプレート７６の中央部に前記ガスバブ
リング用ポーラスプラグ３２が、端寄りに貫通穴
７７が設けられている。また、スライデイングプ
レート７６の一端に油圧シリンダ７８のロツド７
９が連結されている。

非晶質金属製造作業中では、ポーラスプラグ３
２が気泡ポンプ８１の揚液管８３の直下にあるよ
うにスライデイングプレート７６は位置してい
る。非晶質金属製造作業が終つて装置を停止した
とき、油圧シリンダ７８を駆動して上記貫通穴７
７が揚液管８３の直下に来るようにスライデイン
グプレート７６を水平方向に変位させる。中間容
器７１に残留した溶融金属Ｍは底面が傾斜した揚
受部７２から湯送出部７３に流れ込み、貫通穴７
７を通つてこれの真下にセツトした鋳型９０によ
り回収される。

気泡ポンプ８１のポンプ本体８２において連絡
管８７がタンデイツシユ４側に向けて傾斜してい
る。そして、揚液管８３の直上に排気孔８４が、
吐出管８５の直上にガス吹込み孔８８がそれぞれ
設けられている。

連絡管８７内では、管壁との間に空間を生じる
ようにして溶融金属Ｍは流れる。この空間に上記
ガス吹込み孔８８からアルゴンなどの不活性ガス
が供給され、溶融金属の酸化が防止される。

揚液管内にポーラスプラグを介して不活性ガス
を吹込む際、細かい気泡が揚液管の断面になるべ
く一様に分布する方が効率上望ましくまた溶融金
属流量の変動を一層少なくすることができる。

一般に、ポーラスプラグはガス吐出面の単位面
積当りのガス流量が小さいほど細かい気泡ができ
る。これは、ガス流量が小さければ、ガス吐出面
に点在して互いに離れたガスの出やすい細孔から
優先的にガスが出るので、気泡の合体が避けられ
るためである。したがつて、同一ガス流量の場合
にはガス吐出面の面積が広いほど、細かい気泡が
できることになる。

このような細かい気泡を得るために、第７図の
ようにガス吐出面直径Ｄを揚液管５８の内径Ｉと
ほぼ同じにし、かつ揚液管５８下端にスカート部
５９を設け該スカート部５９内にガス吐出面が完
全に収めるようにすることが好ましい。このと
き、溶融金属Ｍの通路を確保するためポーラスプ
ラグ３２が揚液管５８を塞がないことが必要であ
る。

一般に、ポーラス耐火物は所定の通気量を確保
する必要から気孔率が高くなつているので、強度
および耐食性が低い。したがつて、ポーラスプラ
グ３２を形成する際は、ポーラス耐火物の周囲を
該耐火物より高強度で溶融金属に侵されにくい耐
火物３３で補強するのが望ましい。

なお、底部からポーラスプラグを介してガスを
吹き込む方法の他に、揚液管入口付近に気泡吹込
み口を設けてガスを吹き込むことも可能である。

中間容器は前述のごとく湯受部の内容積が湯送
出部の内容積よりも大きければ大きいほどよい。
より具体的な形状は溶融金属量や周囲の装置との
取り合い等で決められる。残湯量を少なくする点
からいえば、水平方向と垂直方向の各々における
揚液管と湯送出部内壁との最短距離および揚液管
の浸漬深さが同じならば、湯送出部の空間の水平
断面は矩形よりも円形の方が有利である。このこ
とは、揚液管が挿入されている湯送出部の水平断
面を示す第８図を見れば明らかである。たとえ
ば、揚液管５８の外径を12cmとする。また、円形
断面をした湯送出部の内壁５３の直径を16cm、矩
形断面の湯送出部の内壁５４が円形断面のそれに
外接しているものとする。このとき、揚液管５８
外周と湯送出部の内壁５３，５４との間の水平断
面面積はそれぞれ、円形断面の場合には88.0cm²、
矩形断面の場合には142.9cm²となり、前者は後者
の約60％の大きさにしか過ない。

溶融金属中の非金属介在物はポンプ本体の揚液
管の中で気泡に吸着されて上昇し、気泡と溶融金
属が分離する箇所では気泡とともに液面に浮上す
る。いわゆるこの気泡分離の効果により、非金属
介在物が溶融金属とともにタンデイツシユ内に入
る量は減少するので、非金属介在物により生じる
製品欠陥を軽減することができる。気泡ポンプ内
壁に介在物が吸着しやすい耐火物、たとえば
Al₂O₃系介在物に対してはCaO系耐火物を、また
SiO₂系の介在物に対してはCaO系またはMgO系
の耐火物をコーテイングしておけば、製品中の介
在物量は更に減らすことができる。

非晶質金属の製造例 第４図に示す非晶質金属薄帯の製造設備におい
て、中間容器５１からタンデイツシユ４への溶融
金属Ｍの供給に本発明を実施した。この実施例に
おける溶融金属の比重は7.2、温度は1400℃であ
り、ノズル６のスリツト７の長さは15cm、、幅
0.06cm、このノズルスリツト７から噴出する溶融
金属の速度は150cm／secである。この場合におけ
る溶融金属Ｍの補給量は135cm³／secである。この
補給量を確保する条件として気泡ポンプ５５の揚
液管５７の内径81mm、また中間容器５１の湯面が
湯送出部５３に差し掛つた状態においてH_s＝310
mm、Ｈ＝150mmという条件でタンデイツシユ内溶
融金属満量時より気泡吹込み口３１からアルゴン
ガスを吹き込み、鋳造を開始した。このとき、ガ
ス流量は最大約20Nl／minで閉塞することなく所
定量の溶融金属Ｍをタンデイツシユ４に非常に円
滑に連続して供給することができた。

この発明は上記実施例に限られるものではな
い。たとえば、冷却体は冷却ロールに代えてエン
ドレスベルトであつてもよい。また、第４図およ
び第５図に示す中間容器５１，６１の湯受部５
２，６２の底面を第６図に示すように傾斜させて
もよい。さらにまた、第４図および第６図に示す
湯受部にヒータを設けてもよく、第４図および第
５図に示すポンプ本体５６を第６図に示すものに
取り変えてもよい。

（発明の効果） 以上のように構成した本発明によれば、取鍋と
タンデイツシユとの間にノズルストツパーとかス
ライデイングプレート等を設ける必要はなく、ポ
ンプ本体内部が気液混合体なので液体のみの場合
よりも管内径が大きくなる。したがつて、溶融金
属を供給する装置は構造が簡単となり、流路は閉
塞しにくくなる。

溶融金属の供給量の調整は、気泡ポンプに送る
気泡ガス量を調整すればよい。したがつて、非晶
質金属の製造時において特に要請度の高い溶融金
属の微量供給、微量調節が容易となり、また連続
操業も容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は非晶質金属薄帯製造において取鍋から
スライデイングプレートを介して溶融金属をタン
デイツシユに供給する従来の装置を示す縦断面
図、第２図はおよび第３図は気泡ポンプを用いた
本発明の装置の例を示すもので、第２図は縦断面
図、第３図は斜視図、第４図は本発明の装置の他
の例を示す縦断面図、第５図は本発明の更に他の
例を示すもので、中間容器の一部が上下に分割可
能となつた装置の縦断面図、第６図は本発明の更
に他の例を示すもので、中間容器がスライデイン
グプレートを備え、気泡と溶融金属を中間容器の
直上で分離する装置の縦断面図、第７図は細かい
気泡を気泡ポンプの断面になるべく一様に分布さ
せるための揚液管とポーラスプラグの構造を示す
説明図、ならびに第８図は円形および矩形断面を
有する中間容器の湯送出部の水平断面を示す説明
図である。 １……取鍋、４……タンデツシユ、６……ノズ
ル、８……冷却体、１１，５１，６１，７１……
中間容器、２１，５５，８１……気泡ポンプ、２
２，５７，８２……気泡ポンプ本体、３１……気
泡ガス吹込み口、３２……気泡ガス流量調整弁、
Ｍ……溶融金属。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷却体、および高速で移動する冷却体表面に
   溶融金属を噴射するノズルを取り付けたタンデイ
   ツシユよりなる非晶質金属製造装置において、前
   記タンデイツシユに隣接する中間容器、ポンプ本
   体が中間容器とタンデイツシユとの間に掛け渡さ
   れ、中間容器からタンデイツシユに溶融金属を送
   る気泡ポンプ、および前記ポンプ本体に気泡ガス
   を供給する管に設けられた気泡ガス流量調整弁と
   からなることを特徴とする溶融金属供給装置。