TWI482673B - A method for manufacturing a metal strip, and a manufacturing apparatus - Google Patents

Description

金屬薄帶的製造方法以及製造設備

本發明是關於將熔融金屬利用高速旋轉的冷卻用輥子予以急速凝固之金屬薄帶的製造方法、以及使用於該製造方法的製造設備。

利用高速旋轉的冷卻用輥子來將熔融金屬予以急速凝固之所謂的「急速冷卻製程」，係屬於先前已經被開發出來之用來製造金屬薄帶的技術，但是，如何才能夠將高速製造出來的金屬薄帶，毫無損傷地從冷卻用輥子予以剝離並且運送到捲取用絞盤予以捲取成鋼帶捲狀，這是一個重要的技術課題。

有關於金屬薄帶的運送暨捲取技術，例如：在專利文獻1所揭示的金屬薄帶的製造方法，是將熔融金屬澆注到高速旋轉的冷卻用輥子的表面，令其急冷凝固而形成金屬薄帶之後，在將這個金屬薄帶從冷卻用輥子予以剝離並且運送到捲取裝置，利用捲取裝置予以捲取成鋼帶捲狀的過程中，係朝向冷卻用輥子的切線方向噴吹壓縮氣體，從冷卻用輥子將金屬薄帶予以剝離，將該剝離後的金屬薄帶吸附在從運送方向的後方來令其行進的吸引式皮帶輸送機的透氣性皮帶上，並且保持吸附狀態運送到捲取裝置。

但是，這個專利文獻1的技術，是將吸引式皮帶輸送機的透氣性皮帶的速度設定成：較之剛剛從冷卻用輥子剝 離後的金屬薄帶的速度(亦即，製帶速度)更為高速，藉由在皮帶與金屬薄帶之間產生摩擦力，而一邊賦予其張力，一邊將金屬薄帶予以運送。但是，在急速冷卻製程中，因為是將高溫的熔融金屬予以急速冷却，所以皮帶的溫度必然會上昇到100℃附近。因此，如果是耐熱性較低的尼龍製等的皮帶的話，金屬薄帶與皮帶將會變成熔合膠著狀態，摩擦係數會變大。其結果，以捲取用絞盤將其捲取成鋼帶捲狀的時候，加諸在金屬薄帶身上的張力會變得太大，而會產生很容易導致斷裂的問題點。這種問題，雖然是可藉由採用不鏽鋼製的網目狀皮帶而可以解決，但是，又會因為皮帶與金屬薄帶之間的摩擦，反而會引發：很容易在金屬薄帶上產生瑕疵之另一種問題。

用來解決這種問題點的技術之一，例如：專利文獻2所揭示的金屬薄帶的捲取方法，是在將從冷卻用輥子剝離後的金屬薄帶吸附到配置在冷卻用輥子旁邊的吸引式皮帶輸送機的皮帶上而運送到捲取用絞盤，對於金屬薄帶一邊賦予張力，一邊予以捲取到捲取用絞盤的過程中，藉由將吸引式皮帶輸送機的皮帶速度設定成：較之製帶速度更慢，以謀求減少加諸在金屬薄帶身上的張力，進而防止斷裂的方法。此外，專利文獻3所揭示的方法，也是同樣地，在將剝離後的金屬薄帶吸附在吸引式皮帶輸送機而運送到捲取用絞盤，對於金屬薄帶一邊賦予張力，一邊予以捲取到捲取用絞盤的過程中，藉由在上述吸引式皮帶輸送機中採用：在表面披覆著含氟樹脂的皮帶來減少摩擦，以 謀求降低加諸在金屬薄帶身上的張力。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特開平06-182508號公報

〔專利文獻2〕日本特開平09-262646號公報

〔專利文獻3〕日本特開平09-262648號公報

藉由應用上述專利文獻2、專利文獻3的技術，可大幅地減少：金屬薄帶的斷裂、在寬度方向上之長度超過1 mm的龜裂。但是，根據本發明人等的調査結果，即使是使用上述技術，還是無法解決：發生在金屬薄帶的寬度方向上的端部(邊緣部)之只能用顯微鏡才看得到的程度的在寬度方向上的長度(深度)1 mm以下的微小龜裂。這種微小龜裂的發生，在寬度為250 mm以上的寬版的金屬薄帶中係有特別趨於顯著的傾向。

另一方面，近年來，在以金屬薄帶作為素材來製造製品的加工製程中，基於提昇生產性、省力化、低成本化的觀點，針對於金屬薄帶的寬版化、加工製程的自動化，乃正在被積極地進展之中。但是，在使用金屬薄帶作為素材來進行加工製成製品的過程中，有時候，微小龜裂會成為導致斷裂的起點，即使發生斷裂的頻率很低還是會成為讓生產性明顯降低的原因。因此，針對於以往並不太被重視 的微小龜裂，現在則是強烈地被尋求其解決之道。

本發明是有鑒於習知技術中所存在的上述問題點而進行開發完成的，其目的是要提供：一種金屬薄帶的製造方法，以及使用於該方法的製造設備，這種製造方法是藉由使用冷卻用輥子的急速冷卻製程來製造金屬薄帶，尤其是製造寬版的金屬薄帶的過程中，可以大幅地減少發生在邊緣部的微小龜裂。

本發明人等，為了解決上述課題，乃針對於：追究微小龜裂的發生原因及其解決之道，不斷努力地進行檢討。其結果，找到了一種創見，就是將「在令從冷卻用輥子剝離後的金屬薄帶吸附到吸引式皮帶輸送機的時點的條件」予以最佳化，即可大幅地減少發生在邊緣部的微小龜裂，因而開發完成了本發明。

亦即，本發明是提供：一種金屬薄帶的製造方法，是將熔融金屬澆注到高速旋轉的冷卻用輥子外周面，令其急冷凝固而形成寬度W為50~350 mm的金屬薄帶，接下來，從冷卻用輥子之近乎切線方向朝金屬薄帶吹噴壓縮氣體，從冷卻用輥子將金屬薄帶予以剝離，將該剝離後的金屬薄帶吸附在吸引式皮帶輸送機的透氣性皮帶，予以運送到捲取用絞盤，而捲取成鋼帶捲狀之金屬薄帶的製造方法，其特徵為：將冷卻用輥子與吸引式皮帶輸送機之最接近距離L設 定為2~50 mm，且設在吸引式皮帶輸送機的吸引箱的吸引寬度S之相對於金屬薄帶的寬度W是被設定為1.2~2.5倍，將上述金屬薄帶吸附在該透氣性皮帶。

本發明之金屬薄帶的製造方法，其特徵為：上述金屬薄帶的寬度W是250~350 mm。

又，本發明之金屬薄帶的製造設備，係具備有：高速旋轉的冷卻用輥子、具有用來將熔融金屬澆注到上述冷卻用輥子的外周面之寬度為50~350 mm的窄縫噴嘴之金屬熔湯注出部、將壓縮氣體從上述冷卻用輥子的外周面的近乎切線方向朝金屬薄帶噴出以令金屬薄帶剝離之空氣噴嘴、利用吸引箱來吸引空氣以將上述剝離後的金屬薄帶吸附在透氣性皮帶來進行運送的吸引式皮帶輸送機、將上述被運送來的金屬薄帶予以捲取成鋼帶捲狀的捲取用絞盤，之金屬薄帶的製造設備，其特徵為：上述冷卻用輥子與吸引式皮帶輸送機的最接近距離是2~50 mm，且設在上述吸引式皮帶輸送機的吸引箱的吸引寬度S之相對於金屬薄帶的寬度W是1.2~2.5倍。

本發明之金屬薄帶的製造設備，其特徵為：上述窄縫噴嘴的寬度是250~350 mm。

根據本發明，是將：冷卻用輥子與吸引式皮帶輸送機之間的最接近距離L、以及從冷卻用輥子剝離下來的金屬薄帶的寬度W與設在用以將該金屬薄帶運送到捲取設備 的吸引式皮帶輸送機的吸引箱的吸引寬度S之比值(S/W)予以最佳化，因此，可以大幅地減少發生在金屬薄帶的邊緣部之微小龜裂。

第1圖是顯示出本發明所使用的單一輥子方式的金屬薄帶的製造設備之概要。在這個圖中，元件符號1是銅合金製的冷卻用輥子，在這個冷卻用輥子1的上方，配設了金屬熔湯注出部5，其係具有：用來存放已被調整成特定的組成分的熔融金屬2(金屬熔湯)的金屬熔湯保持容器3、與位於其下部具有寬度為W的開口的窄縫噴嘴4。金屬熔湯是從上述窄縫噴嘴4澆注到高速旋轉中的冷卻用輥子1的外周面上部，令其急冷凝固而形成寬度為W的金屬薄帶6。接下來，從朝向冷卻用輥子1的外周面切線方向之具有窄縫狀開口的空氣噴嘴7，朝向已經形成在冷卻用輥子外周面上的金屬薄帶6噴出壓縮氣體，以使得金屬薄帶6係從冷卻用輥子1的剝離點P被剝離開。剝離後的金屬薄帶6，接下來，被吸附於：被配設在剝離點P的下方，而且是以較之剝離點P更位於金屬薄帶6的運送方向的後方作為行駛起點的吸引式皮帶輸送機8(以下，有時候也只稱為「輸送機」)的透氣性皮帶9，保持這種狀態進行移動而運送到達輸送機的終端，再經由推壓輥子10引導到捲取用絞盤11，捲取成鋼帶捲狀。

上述的吸引式皮帶輸送機8，係如第2圖所示般地， 係由：具有透氣性的皮帶9、運送用輥子13、吸引箱12、以及未圖示的真空泵浦所構成，藉由利用上述真空泵浦來吸引位在吸引箱12上方的空氣，從被配設在右側上部之未圖示的冷卻用輥子1剝離後的金屬薄帶6是被吸附在具有透氣性的皮帶9的上面。第3圖是第2圖的A-A’線的剖面圖，吸引箱12的上面是做成有孔性的面，可以吸引空氣，但是並不會將皮帶予以吸入到吸引箱內部。此外，一般而言，吸引箱9的寬度C是被設計成：較之金屬薄帶的寬度W更大。

本發明人等在使用上述製造設備來進行製造金屬薄帶時，針對於發生在金屬薄帶的寬度方向上的邊緣部的微小龜裂之發生機轉進行了調査。其結果發現了微小龜裂乃是因為：將金屬薄帶吸附到輸送機的皮帶時，以及在已經吸附時所發生的金屬薄帶的微小振動所引起的。然後又更進一步，針對於該微小振動的發生機轉進行了調査之結果，發現了設置在輸送機的吸引箱的寬度C與金屬薄帶的寬度W係具有很大的影響。

亦即，相對於被設置在輸送機的吸引箱的寬度C，如果金屬薄帶的寬度W很窄，而且兩者的寬度差異很小的話，具體而言，相對於金屬薄帶的寬度W之吸引箱的寬度C的比值(C/W)若未達1.2的話，如第3圖所示般地，從在吸引箱的寬度方向上的兩個端部產生的隙間D所吸引的空氣的流入速度會變大。其結果，在金屬薄帶的邊緣部會發生空氣的亂流，金屬薄帶的邊緣部會引起微小振動而 產生微小龜裂。

另一方面，吸引箱的寬度C與金屬薄帶的寬度W的差異很大，在吸引箱的寬度方向上的兩個端部產生的隙間D很大的話，具體而言，相對於金屬薄帶的寬度W之吸引箱的寬度C的比值(C/W)若超過2.5的話，被吸引進來的空氣的流入速度雖然變小，但是因為流入量變多，因此就難以確保吸引箱內的負壓，吸引力會降低。其結果，金屬薄帶會引起微小振動，會在邊緣部產生微小龜裂。

因此，本發明係將設置在輸送機的吸引箱的寬度C予以限制在：相對於金屬薄帶的寬度W，是1.2~2.5倍((C/W=1.2~2.5))的範圍。更好的(C/W)的範圍是1.2~1.5。此外，亦可將上述金屬薄帶的寬度W，想像成是與將金屬熔湯澆注到冷卻用輥子的窄縫噴嘴的開口寬度近乎相同。

此外，在第3圖所示的吸引箱的情況下，想要將(C/W)的比值設定在1.2~2.5的範圍的話，必須配合金屬薄帶的寬度W的變動來改變吸引箱的寬度C。但是，每一次改變金屬薄帶的寬度W時，就要更換吸引箱的這種做法，將會明顯地阻礙作業效率。因此，如第4圖所示般地，預先將吸引箱的寬度製作成稍微大一些，將寬度方向上的兩個端部14的密封寬度做成可變，再因應金屬薄帶寬度W的變動來改變密封寬度，而製作成能夠改變用來吸引空氣之有孔部分的寬度(吸引寬度)S為宜。這種情況下，只要將(S/W)設定在1.2~2.5的範圍來取代上述的 (C/W)即可。因此，吸引箱的總寬度C都是可吸引空氣的有效部分的情況下，就變成(C/W)=(S/W)=1.2~2.5的範圍。

又，本發明人也發現了一種創見，就是：微小振動的發生，甚至於微小龜裂的發生係除了與上述吸引箱的寬度C或者吸引箱的吸引寬度S與金屬薄帶的寬度W之間的關係有所關聯之外，也會受到冷卻用輥子與吸引式皮帶輸送機之間的最接近距離L所影響，必須將上述最接近距離L控制在2~50 mm的範圍。此處，冷卻用輥子與吸引式皮帶輸送機之間的最接近距離L，係指：如第5圖所示的冷卻用輥子的外周與吸引式皮帶輸送機表面之間的最小距離。

冷卻用輥子與輸送機之間的最接近距離L若小於2 mm的話，係如第5圖所示般地，存在於高速旋轉中的冷卻用輥子的周圍之隨著冷卻用輥子的旋轉而流動的空氣，會在冷卻用輥子與輸送機之間受到壓縮。其結果，受壓縮後的空氣會進入金屬薄帶的下方，使得金屬薄帶不被吸附於皮帶而成為不穩定的狀態，因而引起微小振動。

另一方面，冷卻用輥子與輸送機之間的最接近距離L若大於50 mm的話，第5圖所示的金屬薄帶的剝離點P與皮帶吸着點Q之間的距離變得太大，金屬薄帶成為不穩定的狀態，在這個期間引起微小振動，因而發生微小龜裂。

因此，在本發明中，除了將上述的(S/W)限定在1.2~2.5的範圍之外，又加入將冷卻用輥子與輸送機之間的最 接近距離L限定在2~50 mm的範圍之限定。L的更好範圍是2~15 mm。

又，在第1圖的金屬薄帶的製造設備的說明中，被吸引式皮帶輸送機所運送來的金屬薄帶，是利用推壓輥子9予以引導到捲取用絞盤11，而捲取成鋼帶捲狀，但是，也可以採用這種捲取方式以外的方法。例如：亦可以預先在捲取用絞盤的外周面塗敷著黏著性物質，一邊讓捲取用絞盤與冷卻用輥子所製造的金屬薄帶的速度(製帶速度)同步地進行旋轉，一邊讓金屬薄帶接觸到捲取用絞盤的外周面而黏貼上去，以進行捲取。或者，將在軸筒部安裝有磁鐵的捲取用絞盤靠近金屬薄帶而使金屬薄帶被磁性吸附的方法；將最終輸送機做傾斜移動，而將金屬薄帶引導到在軸筒部安裝有磁鐵的捲取用絞盤的方法等，也都可以採用。

又，在利用捲取用絞盤開始進行捲取之後，亦可將吸引式皮帶輸送機的吸引箱的吸引工作、利用皮帶來運送金屬薄帶的工作予以停止。

又，在進行捲取中，若想要在冷卻用輥子與捲取用絞盤之間，配置某種測定裝置等的話，為了避免與吸引式皮帶輸送機之間發生干擾，亦可利用未圖示的退避裝置，來將吸引式皮帶輸送機從圖示的位置退避到別處。

此外，如果冷卻用輥子與捲取用絞盤之間隔太大的話，亦可將兩台以上的吸引式皮帶輸送機做串連方式的配置。

此外，如前所述，本發明所欲解決的微小龜裂，在寬 度為250 mm以上的寬版的金屬薄帶身上係有趨於更明顯的傾向。因此，本發明應用在製造250 mm以上的寬版的金屬薄帶的時候，更有效果。

〔實施例〕

使用具有第4圖所示的構造的吸引箱之第1圖所示的金屬薄帶的製造設備，來進行製造出其組成分是含有C：1.2 at%、Si：8.7 at%、B：9 at%，其餘部分實質上是由Fe所成的金屬薄帶的實驗。具體而言，係將具有上述組成分之已經加熱到1320℃的溫度之熔融金屬，予以保持在金屬熔湯保持容器內，從配設在金屬熔湯保持容器的下部之窄縫噴嘴，將金屬熔湯澆注到以30公尺/秒的周速進行高速旋轉的銅合金製冷卻用輥子的外周面上，使金屬熔湯急速凝固而形成厚度為25μm的金屬薄帶，然後，從被朝向冷卻用輥子外周面的近乎切線方向的空氣噴嘴對於該金屬薄帶，以30公尺/秒的速度噴吹壓縮空氣，以使得金屬薄帶從冷卻用輥子外周面剝離。接下來，將該剝離後的金屬薄帶吸附於設置在冷卻用輥子的下方之吸引式皮帶輸送機的具有透氣性的皮帶，保持在這種吸附狀態，運送到配置在輸送機的終端之捲取用絞盤，再經由推壓輥子將金屬薄帶捲取到捲取用絞盤而形成鋼帶捲狀。

此時，如表1所示般地，將用來澆注出金屬熔湯的窄縫噴嘴的開口寬度，亦即，金屬薄帶的寬度W做100 mm、200 mm以及300 mm的3種程度的變化，並且將吸 引箱的吸引寬度S在100~900 mm的範圍做各種變化，以將吸引寬度S之相對於金屬薄帶的寬度W的比值(S/W)做各種變化。此外，冷卻用輥子與輸送機之間的最接近距離L，則是在0.5~80 mm之間做各種變化。

針對於以這種方法製造而得的金屬薄帶，利用顯微鏡來觀察兩個邊緣部達到1公尺的長度，調査其中是否產生了在寬度方向上的長度(裂縫深度)為1 mm以下的微小龜裂。此外，根據這種顯微鏡的觀察方式，係可確認出0.1 mm以上的龜裂。

將上述調査結果，與金屬薄帶的寬度W、吸引寬度S、(S/W)以及冷卻用輥子與輸送機之間的最接近距離L，一起都標示於表1。根據表1所示的結果，可以確認出：藉由將吸引箱的吸引寬度S之相對於噴嘴窄縫的開口寬度(=金屬薄帶的寬度)W的比值(S/W)，予以設定在1.2~2.5的範圍的話，係可以防止金屬薄帶邊緣部發生微小龜裂，但是，即使是將(S/W)的比值設定在上述範圍，如果不將冷卻用輥子與輸送機之間的最接近距離L予以設定在2~50 mm的話，則無法防止其發生微小龜裂。

1‧‧‧冷卻用輥子

2‧‧‧熔融金屬(金屬熔湯)

3‧‧‧金屬熔湯保持容器

4‧‧‧窄縫噴嘴

5‧‧‧金屬熔湯注出部

6‧‧‧金屬薄帶

7‧‧‧空氣噴嘴

8‧‧‧吸引式皮帶輸送機

9‧‧‧透氣性皮帶

10‧‧‧推壓輥子

11‧‧‧捲取用絞盤

12‧‧‧吸引箱

13‧‧‧運送用輥子

14‧‧‧寬度方向上的兩端部的密封可變部

15‧‧‧冷卻用輥子外周面旁邊的空氣氣流

W‧‧‧金屬薄帶的寬度(窄縫噴嘴的開口寬度)

C‧‧‧吸引箱的寬度

S‧‧‧吸引箱的吸引寬度

P‧‧‧金屬薄帶的剝離點

Q‧‧‧金屬薄帶的吸附點

L‧‧‧冷卻用輥子與皮帶的最接近距離

第1圖是說明依據急速冷卻製程之金屬薄帶的製造設備的概要之說明圖。

第2圖是說明本發明的金屬薄帶的製造設備中的吸引式皮帶輸送機之說明圖。

第3圖是第2圖的製造設備的A-A’線剖面圖。

第4圖是第2圖的製造設備的其他的A-A’線剖面圖。

第5圖是說明冷卻用輥子與吸引式皮帶輸送機的位置關係的說明圖。

1‧‧‧冷卻用輥子

6‧‧‧金屬薄帶

7‧‧‧空氣噴嘴

9‧‧‧皮帶

12‧‧‧吸引箱

15‧‧‧冷卻用輥子外周面旁邊的空氣氣流

L‧‧‧冷卻用輥子與吸引式皮帶輸送機的最接近距離

P‧‧‧剝離點

Q‧‧‧皮帶吸附點

Claims (4)

1. 一種金屬薄帶的製造方法，是將熔融金屬澆注到高速旋轉的冷卻用輥子外周面，令其急冷凝固而形成寬度W為50~350 mm的金屬薄帶，接下來，從冷卻用輥子之近乎切線方向朝金屬薄帶吹噴壓縮氣體，從冷卻用輥子將金屬薄帶予以剝離，將該剝離後的金屬薄帶吸附在吸引式皮帶輸送機的透氣性皮帶，予以運送到捲取用絞盤，而捲取成鋼帶捲狀之金屬薄帶的製造方法，其特徵為：將冷卻用輥子與吸引式皮帶輸送機之最接近距離L設定為2~50 mm，且設在吸引式皮帶輸送機的吸引箱的吸引寬度S之相對於金屬薄帶的寬度W是被設定為1.2~2.5倍，將上述金屬薄帶吸附在該透氣性皮帶。
2. 如申請專利範圍第1項所述的金屬薄帶的製造方法，其中，上述金屬薄帶的寬度W是250~350 mm。
3. 一種金屬薄帶的製造設備，係具備有：高速旋轉的冷卻用輥子、具有用來將熔融金屬澆注到上述冷卻用輥子的外周面之寬度為50~350 mm的窄縫噴嘴之金屬熔湯注出部、將壓縮氣體從上述冷卻用輥子的外周面的近乎切線方向朝金屬薄帶噴出以令金屬薄帶剝離之空氣噴嘴、利用吸引箱來吸引空氣以將上述剝離後的金屬薄帶吸附在透氣性皮帶來進行運送的吸引式皮帶輸送機、將上述被運送來的金屬薄帶予以捲取成鋼帶捲狀的捲取用絞盤，之金屬薄帶的製造設備，其特徵為： 上述冷卻用輥子與吸引式皮帶輸送機的最接近距離是2~50 mm，且設在上述吸引式皮帶輸送機的吸引箱的吸引寬度S之相對於金屬薄帶的寬度W是1.2~2.5倍。
4. 如申請專利範圍第3項所述的金屬薄帶的製造設備，其中，上述窄縫噴嘴的寬度是250~350 mm。