(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋内の溶融合金を、該取鍋の底部に取付けられたロングノズルによりタンディッシュに供給し、該タンディッシュから冷却基体上に流出させ急冷凝固させてアモルファス合金を製造するに際し、ロングノズルは、内面の水平方向断面積が下方にいくほど減少するテーパー付き形状とし、前記ロングノズルの開放された底から前記タンディッシュ内に溶融合金を吐出させ、かつ前記ロングノズル内に、該ロングノズル内壁の突起と孔の数が１ｃｍ長さあたり２個以上３０個以下存在するフィルターの一方または双方からなる落下中の溶融合金に対する障害物を設けることで、前記タンディッシュ内に吐出する溶融合金の流量を低減することを特徴とするアモルファス合金製造のための溶融合金供給方法。
【請求項２】
取鍋内の溶融合金をタンディッシュに供給し、該タンディッシュから冷却基体上に流出させ急冷凝固させてアモルファス合金を製造するに際し、前記取鍋の底部に取付けられ、該取鍋内の溶融合金を前記タンディッシュに供給するためのロングノズルであって、ロングノズルは、内面の水平方向断面積が下方にいくほど減少するテーパー付き形状とし、該前記ロングノズルの底が開放され、かつ該ロングノズル内には該ロングノズル内壁の突起と孔の数が１ｃｍ長さあたり２個以上３０個以下存在するフィルターの一方または双方からなる落下中の溶融合金に対する障害物が設けられていることを特徴とするアモルファス合金製造のための溶融合金供給用ロングノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転するロール等の冷却基体上に、タンディッシュ内の溶融合金を流出させ、急冷凝固させて細線状あるいは薄帯状のアモルファス合金を得る液体急冷法において、溶融合金を冷却基体上に一定の少量ずつ、安定して流出させるための、タンディッシュへの溶融合金供給方法および供給用ロングノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
細線状あるいは薄帯状のアモルファス合金を製造するための液体急冷法として、単ロール法や双ロール法などが知られている。単ロール法は、タンディッシュ内の溶融合金を、高速回転している一つの冷却ロール（単ロール）上に流出させて急冷凝固させ、双ロール法は、高速回転している一対の冷却ロール（双ロール）間に流出させて急冷凝固させるものである。
【０００３】
いずれの方法においても、溶融合金をこれらロール等の冷却基体上に、一定の少量ずつ、安定して流出させることが不可欠である。冷却基体上への流出量が多いと冷却速度が不足し、凝固中あるいは凝固後に結晶化してしまい、流出量が変動するとアモルファスされない部分が生じたり、線径や帯の厚さが変動するからである。
【０００４】
従来の単ロール法による薄帯状アモルファス合金の製造法について、図面に示す例により説明する。
図６は全体図であり、矢印の方向に高速回転している冷却ロール８の周面に、タンディッシュ５内の溶融合金６を、ノズル１６から流出させて急冷凝固させ、薄帯状アモルファス合金７を製造する。流出させる溶融合金６の量を一定にするため、タンディッシュ５内の溶融合金６の湯面レベルが一定となるよう、取鍋３内の溶融合金６をロングノズル１によりタンディッシュ５に供給している。２は取鍋ストッパー、４はタンディッシュストッパーである。なお、図６において冷却ロール８は、理解を容易にするため誇張して大きく描いている。
【０００５】
ノズル１６の部分を拡大すると、図７の縦断面のように、タンディッシュ５の底壁に羽口レンガ９が設けてあり、この羽口レンガ９に中間ノズル１０およびノズルホルダー１１が連結されている。これらの羽口レンガ９、中間ノズル１０およびノズルホルダー１１の内部に孔が設けてあり、これらの孔が接続されて溶湯流路１３および拡大内部空間１４を形成している。拡大内部空間１４は、図８（ａ）の横断面図に示すように、横方向に拡大されている。そして、図７および図８のように、ノズルホルダー１１の先端にノズルチップ１２が取付けてあり、ノズルチップ１２には、図８（ｂ）のようにノズルスリット１５が設けてある。なお図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【０００６】
タンディッシュストッパー４を上昇させると、タンディッシュ５内の溶融合金６は、溶湯流路１３および拡大内部空間１４を経由してノズルスリット１５から冷却ロール８上に流出し、急冷されて凝固し薄帯状アモルファス合金７となる。このとき、ノズルスリット１５から冷却ロール８上に流出する溶融合金６の量は、タンディッシュ５内の溶湯静圧に応じて制御されるので、タンディッシュ５内の溶融合金６の湯面レベルを一定に維持しなければならない。さらに、冷却ロール８上に流出させる溶融合金６の量は、急冷凝固させてアモルファス化するに必要な冷却速度が得られるような少量としなければならない。したがって、タンディッシュストッパー４を上昇させた後は、取鍋３のロングノズル１から流出する溶融合金６の流量を一定量の少量としなければならない。
【０００７】
いずれの方法であっても、液体急冷法により薄帯状アモルファス合金７を得るには、冷却速度を例えば１０２  Ｋ／秒程度以上とする必要がある。そのため、得られる合金７の板厚には制限があり、せいぜい０．１ｍｍ未満である。液体急冷法により０．１ｍｍ未満の薄帯を製造する場合、例えば従来の凝固技術である普通造塊法や連続鋳造法と比較して、各種の製造因子における制約条件に差異が生じてくる。その中でも大きく異なる制約条件として、溶融合金６の供給量が挙げられる。すなわち、一般に採用されている鋼などの連続鋳造の場合、鋳型に供給できる溶湯の量は、例えば鋼の場合は数トン／分程度であり、さらに普通造塊法ではそれ以上である。
【０００８】
これに対して、本発明で対象にしている液体急冷法においては、溶融合金の供給量は１００ｋｇ／分以下と、かなり少量としなければならない。例えば単ロール法で通常製造できる薄帯の最大板厚は０．１ｍｍ程度で、この場合の冷却ロール８の周速はおよそ１０ｍ／秒程度であり、薄帯の幅はせいぜい２００ｍｍ程度であるから、例えば鉄を主成分とする合金の場合、その溶融合金の供給量はおよそ９０ｋｇ／分程度に制御しなければならない。
【０００９】
従来、例えば鋼の連続鋳造法においては、図６のような取鍋ストッパー２を昇降させることにより、ロングノズル１からタンディッシュ５への溶湯の供給量を制御していた。しかし、本発明の対象とする液体急冷法においては、供給量をはるかに少量化しなければならないので、ストッパー方式をそのまま採用することはできず、例えばタンディッシュ５内の溶湯重量を計測して、取鍋ストッパーの昇降を制御する方法が特開平１−３４５５０号公報により提案されている。
【００１０】
本発明者らは、上記のような制御が不要で簡単な構成の安価な「アモルファス合金薄帯製造のための溶融合金供給方法」を、特願平７−３５１２２５号により提案している。すなわち、ロングノズル５内の最小断面積を１．２ｃｍ２  以下とし、かつ取鍋３の底面からロングノズル５内の最小面積位置までの距離Ｌｎと、溶融合金供給開始時の取鍋３内湯面高さＬｍとの比Ｋｎ／Ｌｍを１．５以上として、取鍋ストッパー１は所定量だけ上昇させたままで溶融合金をタンディッシュ５に供給する方法である。
【００１１】
なお、実公平７−２３０９１号公報には、図９に示すような連続鋳造用の浸漬ノズル２１が開示されている。その目的は、ノズル寿命を延長して多連鋳操業を可能とすることであり、浸漬ノズル２１の内壁に段差を設けることで、溶鋼流に乱流を生じさせて、Ａｌ２  Ｏ３  （アルミナ）の付着を防止するものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１−３４５５０号公報の方法では、給湯中のタンディッシュの重量を測定する必要があることから制御が複雑となるばかりでなく、測定装置や演算装置を搭載するために設備コストが嵩み、製造コストの高騰が懸念される。
また、上記特願平７−３５１２２５号で提案している方法は、簡単な設備構成であるため安価な製造が可能であるが、ロングノズル内の最小断面積を１．２ｃｍ２  以下とすることが、該ノズルの製作上困難な場合があり、新たな問題点が生じた。
【００１３】
さらに上記実公平７−２３０９１号公報に開示されているノズルは、連続鋳造において鋳型に溶湯を注入するため、鋳型内の溶湯中に浸漬する浸漬ノズルであり、該ノズルの底が閉塞していて、側壁の開口２２から溶湯を供給する構成となっている。したがって、本発明のような少量の溶融合金を安定して供給する場合には適用困難である。
【００１４】
本発明は、高速回転するロール等の冷却基体上に、タンディッシュ内の溶融合金を流出させ、急冷凝固させて細線状あるいは薄帯状のアモルファス合金を得る液体急冷法において、溶融合金を冷却基体上に一定の少量ずつ、安定して流出させるための、タンディッシュへの溶融合金供給方法および供給用ロングノズルであり、複雑な制御を必要とせず、かつノズル製作の困難性を克服することことを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明法は、取鍋内の溶融合金を、該取鍋の底部に取付けられたロングノズルによりタンディッシュに供給し、該タンディッシュから冷却基体上に流出させ急冷凝固させてアモルファス合金を製造するに際し、ロングノズルは、内面の水平方向断面積が下方にいくほど減少するテーパー付き形状とし、前記ロングノズルの開放された底から前記タンディッシュ内に溶融合金を吐出させ、かつ前記ロングノズル内に、該ロングノズル内壁の突起と孔の数が１ｃｍ長さあたり２個以上３０個以下存在するフィルターの一方または双方からなる落下中の溶融合金に対する障害物を設けることで、前記タンディッシュ内に吐出する溶融合金の流量を低減することを特徴とするアモルファス合金製造のための溶融合金供給方法である。
【００１６】
また上記目的を達成するための本発明ロングノズルは、取鍋内の溶融合金をタンディッシュに供給し、該タンディッシュから冷却基体上に流出させ急冷凝固させてアモルファス合金を製造するに際し、前記取鍋の底部に取付けられ、該取鍋内の溶融合金を前記タンディッシュに供給するためのロングノズルであって、ロングノズルは、内面の水平方向断面積が下方にいくほど減少するテーパー付き形状とし、該前記ロングノズルの底が開放され、かつ該ロングノズル内には孔の数が１ｃｍ長さあたり２個以上３０個以下存在するフィルターの一方または双方からなる落下中の溶融合金に対する障害物が設けられていることを特徴とするアモルファス合金製造のための溶融合金供給用ロングノズルである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明法は、図６に示すような単ロール法や、図示しない双ロール法などの液体急冷法において、タンディッシュ５内の溶融合金６を冷却ロール８などの冷却基体上に流出させ、急冷凝固させて薄帯状アモルファス合金７などのアモルファス合金を製造するに際し、取鍋３の底部に取付けられたロングノズル１の開放された底からタンディッシュ５内に溶融合金６を吐出させ、かつロングノズル１内に、落下中の溶融合金に対する障害物を設けることで、タンディッシュ５内に吐出する溶融合金の流量を低減する。
【００１８】
ロングノズル１内の障害物としては、図１や図２に示すような突起１７、あるいは図３に示すようなフィルター１８などを採用することができる。図１のロングノズル１は、内面の水平方向断面積が下方にいくほど減少するテーパー付き形状とし、内面にリング状の３個の挿入物を嵌合させることで、３個の突起１７を形成している。３個の挿入物は、それぞれ異なる外径のものを、小さい方から順に挿入して嵌合させている。
【００１９】
図２のロングノズル１は、ノズル製作時に、内壁に突起１７を形成したものである。（ａ）は突起１７を螺旋状に配設したもの、（ｂ）は四角形状の突起１７を千鳥に配設したものである。図３のロングノズル１は、図１と同様のテーパー付き形状のノズル内に２個のフィルター１８を嵌合させたものであり、フィルター１８は、図４に示すように、多数の孔１９を有する多孔質体とすることができる。また、図５に示すように、突起１７とフィルター１８を組合せた障害物としてもよい。
【００２０】
本発明法により、例えば薄帯状のアモルファス合金を製造するには、図６のように取鍋３内の溶融合金６を、取鍋ストッパー２を上昇させることでロングノズル１からタンディッシュ５内に吐出させ、タンディッシュストッパー４を上昇させて、高速回転する冷却ロール８の周面に、タンディッシュ５内の溶融合金を、ノズル１６から流出させる。ノズル１６の部分を拡大すると、図７および図８のように、横方向に拡大された拡大内部空間１４を経てノズルスリット１５から流出するようになっている。製造中は、取鍋ストッパー２およびタンディッシュストッパ４の位置は固定しておく。なお、取鍋ストッパー２の上昇量は、装置のガタを考慮するとあまり小さい値は好ましくなく、およそ５ｍｍ以上およそ５０ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００２１】
ロングノズル１内を落下する溶融合金６は、図１〜図５のような突起１７あるいはフィルター１８からなる障害物により圧損が大となり、ロングノズル１の解放された底から吐出する溶融合金６の流量が、安定して１００ｋｇ／分以下に低減される。そして、ロングノズル１内の水平方向最小断面積は、特に狭くする必要はない。したがって、タンディッシュ５のノズル１６から冷却ロール８に流出する溶融合金の流量が、安定して少量の一定量となり、冷却ロール上で急速冷却されて、所定の割合以上にアモルファス化された均一な厚さおよび幅を有するアモルファス合金が安定して得られる。
【００２２】
なお本発明法は、このような単ロール法のほか、双ロール法に適用することもできる。単ロール法の装置には、ドラムの内壁を使う遠心急冷装置、エンドレスタイプのベルトを使う装置、あるいはこれらの改良型、例えば補助ロールやロール表面温度制御装置を付属させたもの、あるいは減圧下ないし真空中または不活性ガス中で鋳造するものも含まれる。また、細線状アモルファス合金を製造するには、冷却ロール８の周面に溝を形成しておき、溶融合金６を該溝内で急冷凝固させる等の手段を採用することができる。
【００２３】
本発明法において採用される鋳造条件としては、タンディッシュ５のノズル１６から流出させる溶融合金６の流出圧力は、０．０１〜３ｋｇ／ｃｍ２  で、主としてタンディッシュ５内の湯面高さにより設定する。冷却ロール８の回転速度は、表面の周速で５〜６０ｍ／秒の範囲である。これら条件は、用いる合金の種類や目的とする薄帯の板厚などに応じて設定し、またその他の製造条件に応じて最適な値を選択する。
【００２４】
つぎに本発明のロングノズルは、上記本発明法を実施するためのロングノズル１であり、図１〜図５に示したように、ノズル１の底が開放され、かつノズル１内には、落下中の溶融合金に対する障害物が設けられている。該障害物としては、上記のような突起１７、フィルター１８、あるいは両者を組合わせたものを採用することができる。ノズル１内の断面は、円、楕円、多角形、さらには花形状など各種形状とすることができる。
【００２５】
本発明のロングノズル１の材質としては、アルミナグラファイト、カーボン、フューズドシリカなどを採用することができ、図１のようなリング状挿入物からなる突起１７としては、同じくアルミナグラファイト、カーボン、フューズドシリカなどのほか、アルミナ、マグネシアなども採用することができる。フィルター１８としては、アルミナなどを採用することができ、図４のような多数の孔１９を有し、孔１９の数は、１ｃｍ長さあたり２個以上３０個以下存在する。
【００２６】
【実施例】
本発明例−１：図６〜図８に示すような単ロール薄帯製造装置を用いて、Ｆｅ−Ｂ１２−Ｓｉ６．５  −Ｃ１  （原子％）の組成の薄帯状アモルファス合金を製造した。用いたロングノズル１はアルミナグラファイト製で、内部の断面形状を円形状とし、最上部の内径３５ｍｍ、最下部の内径２０ｍｍのテーパー状にした。そして、図１のようにアルミナグラファイト製の３個のテーパー付き円筒状挿入物を嵌合させて突起１７を形成した。各挿入物の外径は３０ｍｍ、２７ｍｍ、２４ｍｍ、肉厚はいずれも４ｍｍであり、それぞれ、ロングノズル１の最上部から、５００ｍｍ、８００ｍｍ、１１００ｍｍの位置に止まらせた。
【００２７】
上記組成の合金の溶解は高周波誘導方式により行い、取鍋３内の初期の湯面高さは２５０ｍｍであった。取鍋ストッパー２は、ロングノズル１と同じくアルミナグラファイト製で、長さ８００ｍｍ、外径６０ｍｍの円柱状とし、先端の３５ｍｍ長さのところだけに曲率を持たせた。曲率はＲ１２０ｍｍとＲ１５ｍｍの組合せとした。取鍋ストッパー２を２０ｍｍ上昇させて、溶融合金６をタンディッシュ５へ供給し、直後にタンディッシュストッパー４を２０ｍｍ上昇させてノズル１６から溶融合金６を流出させた。取鍋ストッパー２およびタンディッシュストッパー４は、製造が終了するまで、いずれも２０ｍｍ上昇させた位置に固定した。
【００２８】
その他の製造条件は、注湯時の取鍋内溶融合金６の温度が１３５０℃、ノズルスリット１５は、１２０ｍｍ×０．７ｍｍの矩形状スリットを１．５ｍｍ間隔に２本並べた形状のものとした。また、鋳造時の冷却ロール８の表面速度は２０ｍ／秒、ノズル１６と冷却ロール８表面とのギャップは０．３ｍｍであった。
【００２９】
結果として、幅がおよそ１２０ｍｍの良好な形状の薄帯が得られた。得られた薄帯から長手方向等間隔に５箇所の位置でそれぞれ長さ２０ｍのサンプルを採取し、それぞれの重量を測定したところ、いずれのサンプルも約１．１ｋｇであった。この結果、溶融合金の供給量はおよそ６６ｋｇ／分であったことが分かる。また得られた薄帯の厚さはおよそ６０μｍの均一なものであり、組織的にも均一でおよそ９０％以上がアモルファス化されており、磁気的性質、機械的性質ともに良好であった。
【００３０】
本発明例−２：上記本発明例−１と同様の装置を用いて同様の薄帯状アモルファス合金を製造した。ロングノズル１は、図３のように内部に２個のアルミナ製フィルター１８を嵌入させたもので、各フィルター１８の外径は２７ｍｍおよび２４ｍｍ、高さはいずれも５０ｍｍとした。各フィルター１８の孔１９の個数は長さ１ｃｍあたり平均１２個であった。その他は上記本発明例−１と同様である。
【００３１】
結果として、幅がおよそ１２０ｍｍの良好な形状の薄帯が得られた。得られた薄帯から長手方向等間隔に５箇所の位置でそれぞれ長さ２０ｍのサンプルを採取し、それぞれの重量を測定したところ、いずれのサンプルも約１．０ｋｇであった。この結果、溶融合金の供給量はおよそ６０ｋｇ／分であったことが分かる。また得られた薄帯の厚さはおよそ５５μｍの均一なものであり、組織的にも均一でおよそ９０％以上がアモルファス化されており、磁気的性質、機械的性質ともに良好であった。
【００３２】
比較例：ロングノズル１として、アルミナグラファイト製で最上部の内径が３５ｍｍ、最下部の内径が２０ｍｍのテーパー状で、長さが１．５ｍの内部円形状のものを用いて、薄帯状アモルファス合金の製造を行った。その他の製造条件は、本発明例−１と同じ条件とした。
【００３３】
結果として、幅がおよそ１２０ｍｍの薄帯が得られた。得られた薄帯の長手方向ほぼ中央部から長さ２０ｍのサンプルを採取し、重量を測定したところ約２ｋｇであった。このことから、溶融合金の供給量はおよそ１２０ｋｇ／分であったことが分かる。得られた薄帯の厚さは１００μｍを超えており、幅方向不均一で、かなり脆いところがあった。これは、溶融合金の供給量が多かったために冷却速度が低下し、充分にアモルファス化されずに結晶化したところがあり、その部分で脆くなったものと判断される。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により、単ロール法や双ロール法などの液体冷却法において、溶融合金を、アモルファス化に必要な冷却速度が得られるよう、１００ｋｇ／分以下の一定の少量ずつ、冷却基体上に安定して流出させることができる。そして、複雑な制御を必要とせず、かつノズル製作の困難性も克服でき、良好な品質および形状を有し、各種工業材料として適性な、細線状あるいは薄帯状アモルファス合金を安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるロングノズルの例を示す断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は本発明におけるロングノズルの別の例を示す断面図である。
【図３】本発明におけるロングノズルの別の例を示す断面図である。
【図４】本発明におけるロングノズルに使用されるフィルターの例を示す平面図である。
【図５】本発明におけるロングノズルの別の例を示す断面図である。
【図６】本発明の対象とする液体急冷法の例を示す断面図である。
【図７】本発明の対象とする液体急冷法の例を示す拡大縦断面図である。
【図８】本発明の対象とする液体急冷法の例を示し、（ａ）は拡大横断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図９】従来の浸漬ノズルの例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ロングノズル
２…取鍋ストッパー
３…取鍋
４…タンディッシュストッパー
５…タンディッシュ
６…溶融合金
７…薄帯状アモルファス合金
８…冷却ロール
９…羽口レンガ
１０…中間ノズル
１１…ノズルホルダー
１２…ノズルチップ
１３…溶湯流路
１４…拡大内部空間
１５…ノズルスリット
１６…ノズル
１７…突起
１８…フィルター
１９…孔
２１…浸漬ノズル
２２…開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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