JP4130482B2 - 鋳造用ホイール - Google Patents

Description

本発明は、金属、好適にはフェラスメタル（ferrous metal）を厚さ１mm〜１２mmの範囲内でストリップに連続鋳造するための鋳造用ホイールに関するものである。この鋳造用ホイールは、コアと、熱伝導性を有する材料で作られかつ前記コアに嵌入されたスリーブと、前記コアと前記スリーブとの間に配置され、冷却剤供給ラインおよび冷却剤排出ラインに連結される周囲冷却ダクトと、を備えるものである。
連続鋳造工程においてニアネット形状の断面を有するフェラスメタルをストリップに製造するための装置は周知である。このプロセスでは、液状の鋼が、中間容器から回転する鋳造用ホイールに連続して所望の層厚で供給され、この液状の鋼が完全にあるいは部分的に固まった後、鋳造用ホイールから取り除かれる（一輪ストリップ鋳造）。ニアネットシェイプのストリップはまた、反対方向に回転する二つの鋳造用ホイールと両側壁とによって形成される液溜に液状の鋼を供給することによっても製造することができる。融解した金属は、冷却された鋳造用ホイールの表面で固まり、二つのストランドシェルを形成する。これら二つのストランドシェルは、二つの鋳造用ホイールの間の最も狭い断面で鋳造ストランドを形成するように連結される。鋳造ストランドは、二つの鋳造用ホイールの間の距離の関数として定められた厚みを有している（二輪ストリップ鋳造）。
二輪ストリップ鋳造に適用されるタイプの鋳造用ホイールは、文献IT-PS 1 255 817から周知である。この鋳造用ホイールは、コアと、コア上に焼き嵌めされたスリーブとを備え、コアとスリーブとの間に円形の非連続の周囲冷却ダクトが取り付けられているものである。冷却剤は、半径方向に配置された集合主管を経由して中心軸を介して周囲冷却ダクトに供給され、そこから同様に排出される。スリーブの厚みは、集合主管と冷却ダクトとの間の移行部で変わる。これは、排出される冷却剤から供給される冷却剤を分離するべく機能する不連続な周囲冷却ダクトのためであり、かつ運転中この点でスリーブの半径方向および軸方向の異なる変形を引き起こしてしまう。これらの変形は、製造工程および製造物の両方にとって有害なものである。前記変形は、製造物の厚さに変化を与えてしまう。さらに、スリーブは、鋳造用ホイールの回転にしたがって交互に暖められたり冷やされたりするので、スリーブはコアに対してゆっくりとねじれ、たとえ形状仕上げ回転防止装置が取り付けられているとしても、その回転を完全に取り除くことはできない。このねじれは、程度によっては供給ラインと排出ラインとの間の流れを短絡させる可能性があるので、是非にも避けなければならない。
これらの問題点を解決する方法は、独国特許明細書DE-OS 196 12 202より公知である。この文献には、コアに嵌入されたスリーブに取り付けられた環状の連続する冷却ダクトを備えるスリーブを特徴とする一般的な鋳造用ホイールが示されている。冷却剤は集合主管から出て、冷却ダクト内両側に供給され、１８０°通過し、反対側で鋳造用ホイールを出て集合主管に流れる。この方法は、本質的な問題点を有している。というのは、冷却のために二倍の量の冷却剤が必要とされる一方で、所望の冷却効果を達成するために必要とされかつ冷却剤の流れの釣り合いから生じる流速は一定に保たれなければならないということである。特別な実施形態として独国特許明細書DE-OS 196 12 202に記載されているように、冷却剤に対するさらなる要求は、冷却剤を二倍使用することによって応答可能とされている。しかしながら、この方法は、コアの設計を複雑にするという欠点を含んでいる。さらに、この複雑な冷却剤の流れを誘導するために軸方向領域が形成され、これらの領域に隣接する冷却ダクトを介して温度の異なる冷却剤が流れる。結果として、鋳造用ホイールの平均温度はまた、これらの移行領域あるいは異なる軸方向領域で明らかに変化し、かつ特に温度の跳起が一つの軸方向領域から次の軸方向領域への移行部分で起こる。これらの温度変化は、コアおよびスリーブに対して大きな機械的負荷を示しかつまた金属鋳鋼ストリップを傷つける。というのは、軸方向における均一な熱条件が、高品質の鋳鋼ストリップを得るのに絶対必要だからである。さらに、たとえば汚染されている場合には、流れが周囲冷却ダクト内に十分均一に誘導されない。
本発明の目的は、これらの問題点および難点を解決しかつ冒頭で述べたタイプの鋳造用ホイールを作り出すことである。この鋳造用ホイールは、最小限の冷却剤消費でスリーブからの熱を均一に放散し、かつ流れ状態を明確とし、またスリーブの熱傾向がコア側に片寄ることを許容するものである。本発明の他の目的は、簡単な製造方法で得られる単純なデザインの鋳造用ホイールを提供することである。この鋳造用ホイールのスリーブは軸対象でかつ熱膨張は機械的に妨げられないようになっている。
この技術問題は、冒頭で述べたタイプの鋳造用ホイールによって解決される。すなわち、基本的に半径方向に形成された供給ラインから前記冷却ダクトへの冷却剤の誘導および前記冷却ダクトから基本的に半径方向に形成された排出ラインへの冷却剤の誘導は、前記冷却ダクトに取り付け可能な案内部材によって生じる。
本発明の実施形態では、各冷却ダクトに対して一つの案内部材が配置されている。取り付けるのに簡単な望ましい実施形態は、共通の案内部材がいくつかの隣接する冷却ダクトに配置されていることを特徴とするものである。
案内部材は櫛形形状を有し、案内部材の各歯の幅と高さは冷却ダクトの幅と高さにほぼ一致するように形成されている。製造するのに簡単な実施形態は、歯と間隔とを交互に形成する個々の板状部材、およびそれらの板状部材を貫く結合部材、好適にはボルトによって互いに結合状態が保持されるように構成することにより達成される。
本発明の好ましい実施形態において、所定のギャップがスリーブと案内部材との間、特に冷却ダクトの底部と案内部材の表面との間に設けられている。この所定のギャップは、流入領域と流出領域との間の好ましい漏れ流れを許容するものである。ギャップの長さは予め定められており、スリーブの高い軸対称性が要求される。特に、良好な状態が案内部材の長さに応じてギャップの寸法を決めることによって達成される。案内部材の長さは、ギャップ内における冷却剤の平均流速を冷却ダクトの他の領域内における冷却剤の流速と一致するように深さ方向で変えられる。したがって、案内部材とスリーブとの間のギャップは、案内部材の領域における冷却状態がスリーブの他の領域で起こると同様に起こるように寸法決めされている。長さ５０mmに対して、約０．３〜０．８mmのギャップ幅が、圧力差および冷却剤の平均流速（４〜１５m/s）により計算されている。
冷却剤は、半径方向の供給ラインから周囲冷却ダクトへ誘導される。その際の良好な流れ状態は、冷却ダクトの底部に向かって半径方向に徐々に広がる案内部材の歯あるいはその逆の形状の歯によって達成される。
他の実施形態において、案内部材の歯は、望ましくは半径方向に減少する先細のものである。この場合、案内部材の非常に狭い表面が冷却ダクトの底部に対向しているので、動きを妨げるように働くこれら二つの部材間のギャップの欠点は最小限あるいは無視できる程度に抑えられ、かつ非線対称の熱条件から生じる大きな非対称変形の危険も最小限に抑えることができる。
他の実施形態において、スリーブ内の熱条件は、鋳造用ホイールの縦軸に関してある角度をもって鋳造用ホイールの縦軸方向に並んで配置される個々の案内部材あるいは複数の案内部材の一群を交互に配置することによって付加的に均一にされる。簡単な構造の鋳造用ホイールは、鋳造用ホイールの縦軸に平行に全ての案内部材を一直線に並べることによって得られる。
取り付けおよび位置決めを容易にするために、案内部材はプラグ型連結部によってコアに取り付けられている。案内部材は好適には、プラグ型連結部によって冷却剤供給ラインと冷却剤排出ラインとの間の仕切に取り付けられている。仕切コアの一部に形成されている。本発明によれば、プラグ型連結部は、鋳造用ホイールの縦軸に平行に配置された溝によって本質的に形成されている。
案内部材は、取り付け問題を確実に避けあるいは冷却ダクト内に確実に取り付けられるように、スリーブと同じかあるいはそれより低い熱伝導性を有する材料で作られることが望ましい。
以下、一実施の形態について詳しく説明する。
図１は本発明による鋳造用ホイールを備えた二輪ストリップ鋳造機の概略図；
図２は本発明による案内部材の第１実施形態のものを備えた鋳造機の要部拡大断面図；
図３ａおよび図３ｂは本発明による案内部材正面図および側面図；
図４は案内部材の第２実施形態のものを備えた図１に類似した鋳造用ホイールの要部拡大断面図；
図５は図４のＩ−Ｉ線矢視断面図；
図６は案内部材の第３実施形態のものを備えた図１に類似した鋳造用ホイールの要部拡大断面図；
図７は個々の部材からなる案内部材の斜視図である。
フェラスメタルを厚さ１mmから１２mmの範囲のストリップにする連続鋳造用の二輪ストリップ鋳造機は、平行な長手方向の軸２まわりに矢印の方向に互いに反対方向に回転する二つの被駆動鋳造用ホイールを備えている。
液状の鋼が連続して挿入される液溜３は、二つの鋳造用ホイール１とこれら鋳造用ホイールの表面で調整可能とされた両側壁４とで構成されている。フェラスメタル５の連続して製造されるストリップは、下方向に出ていく。冷却剤は、矢印７の方向に中央軸６を通して供給され、中央軸を通過しながら内側から鋳造用ホイールを冷却した後、矢印８の方向に排出される。このタイプの二輪ストリップ鋳造機は、文献IT-PS 1 255 817の図１に開示されている。
図２は、鋳造用ホイール１の第１実施形態の内部構造を示すものであって、主にコア９とスリーブ１０から構成されている。コア９は、ここでは図示しない中央軸、複数の側壁、および溶接固定された補強リブからなるスチールドラム１１を備えている。スチールドラム１１には、冷却剤の供給ライン１２および排出ライン１３を形成する開口部が設けられており、中央軸６を介して冷却剤を供給したり排出したりする。中央軸６、供給ライン１２、および排出ライン１３間の冷却剤の循環経路の説明はここでは省略するが、文献IT-PS 1 255 817に開示された実施形態と同様のものにすることも可能である。
銅あるいは銅合金で作ることの可能なスリーブ１０の内側には、円形に連続する環状冷却ダクト１４が設けられている。冷却剤は、矢印の方向に供給ライン１２を介して冷却ダクト１４に供給され、冷却ダクト１４を介して流れた後、矢印の方向に排出ライン１３を通って排出される。幅の広げられた冷却剤分配チャンバ１５は、供給ライン１２内に設けられかつ鋳造用ホイールの縦軸２の方向に延在している。そして、冷却材分配チャンバは、並んで配置された冷却ダクト１４のいくつかに設けられる。
同様に、排出ライン１３は、冷却ダクト１４からの移行領域において冷却剤回収チャンバ１６内に広がっている。これは、コア９の機械的に簡単な構成をもたらす。冷却ダクト１４はまた、スリーブ１０内に螺旋状に一体形成することも可能である。
供給および排出ライン１２，１３あるいは冷却剤分配チャンバ１５あるいは冷却剤回収チャンバ１６と冷却ダクト１４との間の移行領域における案内部材１７は、冷却剤を決められた方向に誘導しかつ供給ライン１２と排出ライン１３との間の冷却剤の流れを分離するためのものである。案内部材１７は、プラグ型連結部１８によって供給ライン１２と排出ライン１３との間の仕切１９に取り付けられている。
図３ａおよび図３ｂに示すように、案内部材１７には、一定の間隔を置いてベース２１から上方向に突出する複数の歯２０が設けられている。これらの歯の幅と高さは、冷却ダクト１４の空間寸法によって適宜調整される。図７に示す実施の形態によれば、製造技術を簡単にすることができ、案内部材１７は、個々の板状部材２６，２７から作り上げることが可能である。というのは、歯と間隔あるいはベース部材を交互に配置し、これらの板状部材を貫くように結合部材、好適にはボルト２８によって互いに結合状態が保持されるようになっている。
図２に示すように、歯２０は、冷却ダクトの底部２２に向かって徐々に広がり、改良された冷却剤の誘導を確実にするものである。ベース２１は、プラグ型連結部１８と合致するように形成されており、その表面はスライド式のはめあいによって仕切１９と結合されている。取り付け目的のために、案内部材１７は、冷却ダクト１４内でスリーブ１０にぴったりとつけられている。しかしながら、張合せ継手は簡単に取り外し可能にされなければならない。
図４および図５は、スリーブ１０内で案内部材１７の歯２０と冷却ダクト１４の壁部との間に所定のギャップ２３を有する案内部材１７を示している。所定のギャップ２３を調整するために、歯２０の表面および側壁には、めくら穴に挿入されるスペーサー２４が取り付けられている。めくら穴はそれらの中心線２５によって示されている。
図６は、冷却ダクトの底部２２から半径方向外側に向かって先細になる歯２０を備える案内部材１７の実施形態を示す。その他の部分の構成部材において、この実施形態は図２による実施形態と一致している。

Claims (16)

1. フェラスメタルを厚さ１ｍｍ〜１２ｍｍの範囲内でストリップに連続鋳造するための鋳造用ホイールであって、
   コア（９）と、熱伝導性を有する材料で作られかつ前記コア（９）上に設けられたスリーブ（１０）と、これらコア（９）とスリーブ（１０）との間に配置され、冷却剤供給ライン（１２）および冷却剤排出ライン（１３）に連結される複数の周囲冷却ダクト（１４）と、該冷却ダクト（１４）に取り付け可能な複数の案内部材（１７）とを備えるものにおいて、
   基本的に半径方向に形成された供給ライン（１２）から前記冷却ダクト（１４）への冷却剤の誘導、および前記冷却ダクト（１４）から基本的に半径方向に形成された排出ライン（１３）への冷却剤の誘導が、前記案内部材（１７）によってなされることを特徴とする鋳造用ホイール。
2. 一つの案内部材（１７）がそれぞれの冷却ダクト（１４）に配置されることを特徴とする請求項１に記載の鋳造用ホイール。
3. 一つの共通する案内部材（１７）が複数の隣接する冷却ダクト（１４）に配置されることを特徴とする請求項１に記載の鋳造用ホイール。
4. 前記案内部材（１７）は櫛型形状を有し、各歯（２０）の幅および高さは冷却ダクト（１４）の幅および高さとほぼ一致していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鋳造用ホイール。
5. 前記案内部材（１７）は、歯と間隔部材とを交互に配置した個々の板状部材（２６，２７）からなり、前記個々の板状部材を貫く結合部材（２８）によって互いに結合状態が保持されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の鋳造用ホイール。
6. 前記スリーブ（１０）と前記案内部材（１７）とのギャップ（２３）が調節されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の鋳造用ホイール。
7. 冷却ダクトの底部（２２）と前記案内部材（１７）の表面との間のギャップ（２３）が調節されることを特徴とする請求項６に記載の鋳造用ホイール。
8. 前記ギャップ（２３）は、このギャップ内の冷却剤の平均流速が冷却ダクト（１４）の他の領域内の冷却剤の平均流速と一致するようにその高さが変えられるものであり、前記案内部材の長さに応じて特定の寸法に合わせられるものであることを特徴とする請求項６又は７に記載の鋳造用ホイール。
9. 前記案内部材（１７）の前記歯（２０）は、冷却ダクトの底部（２２）に向かって半径方向に曲線状に広がって形成されていることを特徴とする請求項４から８のいずれか一項に記載の鋳造用ホイール。
10. 前記案内部材（１７）の前記歯（２０）は、半径方向外側に向かって先細となることを特徴とする請求項４から８のいずれか一項に記載の鋳造用ホイール。
11. 鋳造用ホイールの縦軸（２）方向に並んで配置される各案内部材（１７）あるいは複数の案内部材（１７）の一群は、鋳造用ホイールの縦軸（２）に関して所定角度で互い違いに配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の鋳造用ホイール。
12. 全ての案内部材（１７）は、鋳造用ホイールの縦軸（２）に平行かつ一直線になるように配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の鋳造用ホイール。
13. 前記案内部材（１７）は、プラグ型連結部（１８）によってコア（９）に連結されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の鋳造用ホイール。
14. 前記案内部材（１７）は、プラグ型連結部（１８）によって冷却剤供給ライン（１２）と冷却剤排出ライン（１３）との間の仕切（１９）に連結されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の鋳造用ホイール。
15. 前記プラグ型連結部（１８）は、鋳造用ホイールの縦軸（２）と平行に位置決めされた溝によって基本的に形成されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の鋳造用ホイール。
16. 前記案内部材（１７）は、前記スリーブ（１０）と同じかあるいはそれよりも低い熱伝導性を有する材料で形成されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の鋳造用ホイール。

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