(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解炉から出湯された溶湯を一時的に貯留状態にして流出させるためのタンディッシュと、該タンディッシュの溶湯流出口から流出された溶湯を掻き上げて連れ回し、その途中で急冷させるための急冷ロールとを備えた回転急冷鋳造装置であって、
前記タンディッシュの前記急冷ロール側底面と前記急冷ロール中心とを結ぶ線が前記急冷ロールの中心を通る鉛直線上部を基準線としてロール回転方向逆向きになす角度θを０°＜θ＜９０°の範囲に設定すると共に、前記急冷ロールに掻き上げられた凝固片を前記急冷ロールに向けて押し付ける押圧手段を設け、
該押圧手段は、
前記急冷ロールから離間されている少なくとも２本のロールと、該少なくとも２本のロール間に張った金属ベルトとからなり、
前記少なくとも２本のロールのうちの２本のロールの間で張られた前記金属ベルトの移動方向の中間部のみによって、前記急冷ロールに掻き上げられた凝固片を押圧するようにしたことを特徴とする回転急冷鋳造装置。
【請求項２】
前記押圧手段の押付力を可変調整可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の回転急冷鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合金等の帯状凝固片を製造するのに用いられる回転急冷鋳造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に従来の回転急冷鋳造装置を示して簡単に説明する。
図６において、図中の符号１は水冷ロール、２はタンディッシュ、２ａはタンディッシュ枠、２ｂは耐火物（断熱材）、３は溶湯、４は凝固片（帯）を示しており、タンディッシュ枠２ａの内側に耐火物２ｂが配設されてなるタンディッシュ２内には、図示省略の炉体より出湯された溶湯３が一時的に貯湯される。
タンディッシュ２内の溶湯３は、溶湯流出口２ｃで水冷ロール１によって掻き上げられ、薄い膜となって水冷ロール１に付着し連れ回される。このため、水冷ロール１に付着した溶湯３は、連れ回される途中で急冷されて凝固するので、粉末用素材となる帯状の凝固片４を得ることができる。
なお、上述した構成の回転急冷鋳造装置で製造された帯状の凝固片４は、これを粉砕することにより、たとえば磁石材料，水素吸蔵合金などの粉末を得るための素材として使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のタンディッシュ２は、その底面２ｄが水冷ロール１の回転中心１ａとほぼ一致するような位置関係で配置されており、このような従来の回転急冷装置では、凝固片４の厚さが概ね１mm以下の製品しか得られなかった。この凝固片４は、最終的には粉砕されて粉末になるため、凝固片４の厚みを増すことは生産性の向上に貢献する。
【０００４】
このため、凝固片４の厚さを増した製品を得ようとして、水冷ロール１の回転速度を下げたり、あるいは、タンディッシュ２内における溶湯３の高さ（深さ）ｈを増すことも試してみた。しかしながら、水冷ロール１の回転速度が低いと溶湯３が水冷ロール２に掻き上げられず、タンディッシュ２内で溶湯３が固化してしまうか、あるいは、溶湯３の掻き上げ量が変化しないで凝固片４の厚みが増加しないという結果となった。
これは、溶湯３が水冷ロール１に掻き上げられる方向が鉛直方向であるため、重力の影響により水冷ロール１に掻き上げるのに十分な加速を溶湯３に与えることができないためであると考えられる。また、溶湯３の高さｈを高くすると、底面２ｄ側の下部溶湯が掻き上げられる前に固化してしまう。
このような背景から、数ミリ程度まで厚みの増した凝固片４を安定して得ることは困難であり、凝固片の４の厚みを増して生産性を向上させる技術が望まれている。
【０００５】
さらに、上述した従来の回転急冷鋳造装置によれば、タンディッシュ２の溶湯流出口２ｃから水冷ロール１に付着して流出した溶湯３は、水冷ロール１に抜熱され、凝固した帯状の凝固片４となってロール上を連れ回される。しかし、この凝固片４では、水冷ロール１に接する内面側とは反対側の外面側（自由凝固面）が凝固片４内部の熱伝導により抜熱されるため、内面側より冷却が遅くなってしまう。従って、凝固した直後においては、凝固片４の自由凝固面が内面側より高温の状態にある。
【０００６】
このため、水冷ロール１上を連れ回っている間に、輻射熱等により自由凝固面からも抜熱されることにより、凝固片４の自由凝固面でも熱収縮が起こり、図７に示すように、凝固片４の幅方向（左右）両端部が上向きに反った形となる。この結果、凝固片４の両端部が水冷ロール１から浮く状態、あるいは、水冷ロール１との接触状況が悪化した状態となるので、水冷ロール１への均一な抜熱が妨げられる。このような現象は、凝固片４の厚みを増すほど顕著になる傾向にあり、このような状態で抜熱すると、凝固片４は幅方向に不均一な組成の製品となるので、品質の低下を招く恐れがあった。
すなわち、凝固片４の組成が不均一であると、最終的な製品である粉末の組成も不均一なものとなるので、回転急冷鋳造装置により製造される凝固片４の幅方向において、その組成を均一化させることが望まれる。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、凝固片の厚みを増して生産性を向上させるとともに、厚みの増した凝固片における幅方向の組成を均一にすることでその品質を向上させることができる、回転急冷鋳造装置の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため以下の手段を採用した。
請求項１に記載の回転急冷鋳造装置は、溶解炉から出湯された溶湯を一時的に貯留状態にして流出させるためのタンディッシュと、該タンディッシュの溶湯流出口から流出された溶湯を掻き上げて連れ回し、その途中で急冷させるための急冷ロールとを備えた回転急冷鋳造装置であって、前記タンディッシュの前記急冷ロール側底面と前記急冷ロール中心とを結ぶ線が前記急冷ロールの中心を通る鉛直線上部を基準線としてロール回転方向逆向きになす角度θを０°＜θ＜９０°の範囲に設定すると共に、前記急冷ロールに掻き上げられた凝固片を前記急冷ロールに向けて押し付ける押圧手段を設け、該押圧手段は、前記急冷ロールから離間されている少なくとも２本のロールと、該少なくとも２本のロール間に張った金属ベルトとからなり、前記少なくとも２本のロールのうちの２本のロールの間で張られた前記金属ベルトの移動方向の中間部のみによって、前記急冷ロールに掻き上げられた凝固片を押圧するようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
このような回転急冷鋳造装置によれば、溶湯が急冷ロールに掻き上げられる方向を鉛直方向からずらすことができ、また、タンディッシュ内の溶湯と急冷ロールとの接触面積を増加させることができるので、厚みの増した凝固片を得ることができる。そして、押圧手段により凝固片の反りを防止して幅方向に均一な抜熱を行うことができ、また、押圧手段による自由凝固面からの抜熱も可能になって凝固片全体としての冷却能力を向上させることもできるので、凝固片の厚みが増してもその組成を均一化させることができる。
この場合、前記押圧手段の押付力を可変調整可能にすることで、適切な押付力を与えて凝固片の割れを防止できる。前記少なくとも２本のロールは冷却機能を備えているのが好ましい。また、前記押圧手段をタンディッシュに近い位置に配設すれば、より高温の状態で対応できるようになるので、さらに効果的である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る回転急冷鋳造装置の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態を説明するための第１参考例を示す図１において、符号の１は水冷ロール、２はタンディッシュ、３は溶湯、４は凝固片であり、図示の回転急冷装置は、たとえば磁石材料，水素吸蔵合金などの粉末製造用素材となる帯状の凝固片４を製造するための装置である。ここで製造された凝固片４は、図示省略の他の工程で粉砕されて粉末となる。
【００１５】
水冷ロール１は、冷媒に水を使用して付着した溶湯３及び凝固片４を冷却する機能を有している急冷ロールである。図示の例では、水冷ロール１が時計廻り方向に回転してタンディッシュ２内の溶湯３を掻き上げ、薄い帯状に付着した溶湯３を急冷しながら連れ回すことによって、ほぼ同形状の凝固片４を得る。
タンディッシュ２は、タンディッシュ枠２ａの内側に耐火物２ｂを貼り付けた構成のもので、図示省略の炉体から高温の溶湯３を受けて一時的に貯留するとともに、貯留した溶湯３を水冷ロール１に付着させて溶湯流出口２ｃから流出させる機能を有している。ここで使用可能な耐火物２ｂとしては、たとえばアルミナの繊維を成形したものがある。溶湯流出口２ｃはタンディッシュ２の水冷ロール１側に設けられ、貯留状態の溶湯３と回転する水冷ロール１の周面とが幅方向で接触するようになっている。
【００１６】
タンディッシュ２の底面２ｄは、水冷ロール１の回転軸中心Ｃを通る鉛直線の上部を基準線Ｂとして、水冷ロール１側の端部Ｐが水冷ロール１の回転方向逆向きに９０°以内に位置する高さに配置されている。この場合、Ｐが基準線Ｂ上にあると溶湯３がタンディッシュ２の外部へ流出するので、少なくとも溶湯３の液面が水冷ロール１の上端より若干低い位置となるように設定する必要がある。溶湯３の高さｈは底面２ｄ側の凝固を防ぐため通常は５mm程度とそれほど大きな値にならないので、実際には端部Ｐの位置を基準線Ｂにかなり近い位置（角度の小さい位置）まで設定することができる。
このため、基準線Ｂから回転軸中心Ｃと端部Ｐとを結ぶ線ＣＰまでの角度をθとすれば、基準線Ｂを０°として９０°以内の範囲（０°＜θ＜９０°）で底面２ｄの高さを設定できる。
【００１７】
上述した角度θが９０°の場合、水冷ロール１でタンディッシュ２内の溶湯３を掻き上げる方向が最も重力の影響を受ける鉛直方向となる。そして、角度θが小さく（基準線Ｂに近く）なるにつれて、掻き上げ方向が鉛直方向からずれて重力の影響を受けにくくなり、また、溶湯３の高さｈに対して実際に溶湯３と接触する水冷ロール１の面積も増加する。
このため、溶湯３を水冷ロール１で掻き上げるのに十分な加速が得られるようになり、凝固片４の厚みが数ミリ程度と厚い製品を安定して製造できるようになる。なお、一般的には角度θが小さいほど厚い凝固片４を製造しやすくなるが、角度θが小さくなると水冷ロール１に連れ回される凝固片４が冷却される距離や時間も小さくなるので、実際の位置決定には、溶湯３の種類や特性、水冷ロール１の回転速度、冷却温度などの諸条件を考慮して最適位置を設定すればよい。
【００１８】
このように、第１参考例の回転急冷鋳造装置によれば、角度θを変化させてタンディッシュ２の位置を調整することで凝固片４の厚さを選択できるようになるため、水冷ロール１の回転速度を調整する従来の方法と組合せることにより、より一層広範囲できめ細かい選択が可能となる。この場合、タンディッシュ２の位置を適宜変更（移動）可能な構成にしておけば、製品の厚み調整や溶湯３の種類が変わった場合の段取り換えも容易である。
【００１９】
次に、図２に示す、本発明の実施形態を説明するための第２参考例を説明する。この第２参考例では、水冷ロール１の他に、凝固片４の左右両端部に生じる反りを防ぐことなどを目的とする押圧手段として、補助的な押圧ロール５を設けてある。この押圧ロール５は、凝固片４の厚みが増すほど生じやすい両端部の反りを防ぐため、できるだけ溶湯流出口２ｃに近い位置に設けて、掻き上げた溶湯３が凝固した直後の凝固片４を水冷ロール１へ押し付けるものであり、少なくとも凝固片４の幅より大きい長さを有している。
すなわち、タンディッシュ２から掻き上げられた溶湯３が水冷ロール１で冷却され、融点以下になって凝固した直後のより高温状態にある凝固片４を幅方向の全域にわたって押し付けることで、凝固片４の両端部に生じた反りを戻し、左右両端部を水冷ロール１に確実に接触させて均等に抜熱することができる。このため、凝固片４の幅方向に均一な組成の製品が得られる。
【００２０】
また、押圧ロール５自体にも冷媒の水を循環させる水冷ロールを採用することで、凝固片４の両面から抜熱することができる。このため、凝固片４の自由凝固面側での抜熱も可能になり、凝固片４を急冷する冷却性能が向上する。
この押圧ロール５は、たとえば図３に示すように、圧縮バネ６を調整することによって水冷ロール１に対する押付力が可変となっている。押圧ロール５の両端は、軸７を中心に揺動自在のアーム８によって支持されている。左右一対のアーム８は可動梁部材９によって連結され、該可動梁部材９を貫通するロッド１０の下端部が螺合するナット１１により固定されている。アーム８を支持する左右一対のサポート部材１２は、水冷ロール１周辺の適所に固定設置されている。両サポート部材１２間は固定梁部材１３により連結され、該固定梁部材１３に穿設された貫通孔をスライド可能に貫通するロッド１０の上部には、上述した圧縮バネ６が設置されている。この圧縮バネ６の付勢力は、上端部側に螺合する２個の調整ナット１４によって調整可能である。
【００２１】
調整ナット１４を締め込むと、圧縮バネ６が圧縮されて縮み、ロッド１０が重力に抗してアーム８を引き上げる。このため、押圧ロール５が上方へ持ち上げられて、その押付力は小さくなる。反対に、調整ナット１４を緩めると、圧縮バネ６の付勢力が小さくなるので、押圧ロール５の押付力は大きくなる。
このようにして押圧ロール５の押付力を調整できるため、凝固片４の厚みや特性などに応じて最適な押付力を設定できるようになり、凝固片４を割ることなく安定して製造することが可能になる。
なお、押圧ロール５の押付力を調整可能とする構成は、図３に図示して説明したものに限定されるものではなく、押付力を増す側に圧縮バネを配置した構成としてもよい。
また、押圧ロール５の回転速度については、図示していない回転駆動源により水冷ロール１の周速と同一かあるいは少し速い速度で回転させることにより、凝固片４をスムーズに得ることができる。
【００２２】
図４は本発明の実施形態の押圧手段を示している。この実施形態では、図２に示したロール（押圧ロール５）に代えて、複数のロールに沿って、好適には冷却機能を有するロールに沿って回転する金属ベルトを使用している。
以下、この金属ベルトを用いた押圧手段を具体的に説明すると、冷媒として水を使用している３本の水冷ロール２１，２２，２３が３角形状に配置され、その回りをほぼ３角形の軌跡を描いて金属ベルト２１が回転（循環）する。これら３本の水冷ロールのうち少なくとも一本の水平ロールには張力調整機能を持たせてあり、また、少なくとも一本の水冷ロールは駆動ロールとしての機能を備えている。
【００２３】
図示の例では、上部の水冷ロール２１に張力調整機能を持たせてあり、以後この水冷ロール２１を「テンションロール２１」と呼ぶ。このテンションロール２１は、上下方向へ適宜移動して張力の調整を行うように構成されている。
そして、他の２本の水冷ロール２２，２３は、テンションロール２１の下方でほぼ水平に配置されているが、その周面下端部は水冷ロール１の周面上端より若干下方に位置している。このため、水冷ロール２２，２３間の金属ベルト２０ａは、自然状態の直線から水冷ロール１の周面に沿った曲面となって回転移動し、この変形による反力が凝固片４を押圧する力として作用する。
【００２４】
金属ベルト２０としては、熱伝導性に優れた銅などの帯板が好適である。この金属ベルト２０は、各水冷ロールに接触して回転するため冷却され、低温となった状態で凝固片４の自由凝固面に密着する。このため、金属ベルト２０による押圧で凝固片４の両端に生じやすい反りを防ぎ、さらに、低温の金属ベルト２０による冷却でより一層の抜熱効果を得ることができる。すなわち、金属ベルト２０が循環する過程では、凝固片４から吸熱して温度上昇するとともに、水冷ベルト２１，２２，２３へ排熱して温度低下するという温度変化を繰り返す。
このような金属ベルト２０の回転速度は、水冷ロール１の周速と同一か、あるいは、やや速い速度に設定するのが好ましく、これにより凝固片４をスムーズに得ることができる。
また、テンションロール２１の位置を変えることで金属ベルト２０の張力が変化するので、凝固片４に対する押圧力を調整することができる。従って、製造する凝固片４の厚みや特性などに適した押圧力を適宜設定することで、割れのない安定した製造が可能になる。
【００２５】
最後に、図５に示した本発明の実施形態を説明するための第３参考例について説明する。この第３参考例では、上述した第１参考例のタンディッシュ位置（角度θ）と上述した第２参考例の押圧手段（押圧ロール）とを組み合わせてある。従って、それぞれの構成は図１の第１参考例及び図２の第２参考例と同じになるため、ここでは同一部分に同じ符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。すなわち、タンディッシュ２の設置位置を角度θの範囲で０°＜θ＜９０°となるように調整して製造される凝固片４の厚みを増し、この結果として両端部に生じやすくなる凝固片４の反りを押圧ロール５の作用によって防止するものである。
【００２６】
この第３参考例によれば、タンディッシュ２の位置を調整することで厚みの増した凝固片４が得られ、しかも、押圧ロール５によって押し付けるため幅方向に均等な急冷がなされるので、厚みがありしかも幅方向における組成の均一性も高い製品を安定して得ることができる。
また、図５に示した第３参考例では押圧手段としてロールを採用しているが、本発明の実施形態では、図４に示した押圧手段の実施形態、すなわち、水冷ロール２１，２２，２３に沿って回転する金属ベルト２０を採用する。
【００２７】
なお、上述した各参考例および実施形態では、急冷ロール及び押圧ロールなどの冷媒として水を使用した水冷ロールを採用しているが、他の冷媒を使用したロールについても適用可能なことは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の回転急冷鋳造装置によれば、以下の効果が得られる。
（１）  角度θが０°＜θ＜９０°となるようにタンディッシュの位置を設定したので、急冷ロールによって溶湯が掻き上げられる方向を鉛直方向からずらすことができる。このため、重力の影響が減少するとともに、タンディッシュ内の溶湯高さｈに対し急冷ロールと接触する溶湯接触面が増し、溶湯を急冷ロールに掻き上げるのに十分な加速を得ることができる。従って、厚みが数ミリ程度と従来より厚い製品を安定して得られるので、生産性の高い装置となる。
（２）  押圧手段を設けたことにより、凝固片の両端部に発生する反りを機械的な力（押付力）で戻し、幅方向の抜熱を均等に実施することができる。また、押圧手段に水冷等の冷却機能を持たせることで、自由凝固面側からの冷却も可能となるので、冷却性能が向上する。このため、幅方向における組成の均一性が高い製品を安定して得ることができる。
（３）  押圧手段の押付力を可変調整可能にした場合には、凝固片の厚みや溶湯の種類等により異なる諸条件に応じて最適の押付力を与えるようにして、割れの発生を防止することができる。
（４）  角度θが０°＜θ＜９０°となるようにタンディッシュの位置を設定するとともに押圧手段を設けたので、数ミリ程度の厚みがあり、しかも組成の均一性が高い凝固片を安定して得ることができる。このため、生産性及び品質の向上に大きな効果を奏する回転急冷鋳造装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態を説明するための第１参考例に係る回転急冷鋳造装置を示す断面図である。
【図２】  本発明の実施形態を説明するための第２参考例に係る回転急冷鋳造装置を示す断面図であり、押圧手段としてロールを使用した例である。
【図３】  図２に示した押圧ロールにおける押付力可変調整の構成例を示す図である。
【図４】  本発明の実施形態の押圧手段を示す図で、金属ロールを使用した例である。
【図５】  本発明の実施形態を説明するための第３参考例に係る回転急冷鋳造装置を示す断面図である。
【図６】  従来の回転急冷鋳造装置を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図７】図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１              水冷ロール（急冷ロール）
２              タンディッシュ
２ａ            タンディッシュ枠
２ｂ            耐火物（断熱材）
２ｃ            溶湯流出口
２ｄ            底面
３              溶湯
４              凝固片
５              押圧ロール（押圧手段）
２０            金属ベルト（押圧手段）
２１            テンションロール（水冷ロール）
２２，２３      水冷ロール
Ｂ              基準線
Ｃ              回転軸中心
Ｐ              タンディッシュ底面の端部
ｈ              溶湯の高さ（深さ）
θ              角度
【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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