JP5091871B2 - 双ロール鋳造機、及びその操作設備及び操作方法 - Google Patents

Description

本発明は、全般的には双ロール鋳造機に関し、より明細には双ロール鋳造機の鋳造ロールに関する。

一対の相互方向に回転する鋳造ロール間の溶融金属から、ロール間のロール間隙を介して薄金属ストリップを連続鋳造する双ロール方法が公知である。

図１４及び図１５は先行技術の連続鋳造機の一例を示す。図に関して、鋳造ロール２は鋳造ロール２周端面でサイド堰１と接触し、鋳造ロール２両端に軸線方向に係合する中空のスタブ軸３を有する（例えば、特許文献１参照）。
アメリカ特許第６，２４１，００２号

鋳造ロール２の両端部は中央部よりも小さく、サイド堰１と接触する形状をしている。連続鋳造機において、鋳造ロール２は製造すべきストリップＳ厚に従って鋳造ロールのロール間隙が調節できるよう、互いに横方向に並べられている。サイド堰１は鋳造ロール２の大径中央部の端面に各々接し、鋳造ロール２とサイド堰１とが溶融金属Ｍを収容する構成となっている。鋳造ロールの回転の速度と方向は、外周面が等速で鋳造ロール間隙へと移動するよう設定されている。

サイド堰の位置から半径方向下方に離間して、公知の鋳造ロール２は周方向に等間隔に位置した複数の軸線方向に延びる、即ち長手方向の内部冷却通路４と、長手方向冷却通路４の端に接続した複数の半径方向延出冷却通路５とを有する。冷却通路４は、サイド堰の位置から半径方向下方で鋳造ロールの一端から鋳造ロールの他端へと延びる。端部のボルト７又はプラグ６は長手方向冷却通路４の端を閉じるプラグの役目を果たした。半径方向冷却通路５は鋳造ロールの内周面から長手方向冷却通路４へと直角に延びる。

半径方向冷却通路８は中空軸３を貫通していて、冷却水Ｗを一方の中空軸３から半径方向冷却通路５へ、次いで長手方向冷却通路４、鋳造ロール２他端の対応する半径方向冷却通路８，５へ、そして最後には他方の中空の軸３の内部へと流すことができる。

斯かる連続鋳造機において、溶融金属Ｍがサイド堰１及び鋳造ロール２により画成される空間へと注がれて鋳造ロール間のロール間隙上方に溶融金属Ｍの溜めを形成しつつ熱は半径方向冷却通路５と長手方向冷却通路４を流れる冷却水Ｗによって除去される。

鋳造ロールが回転するにつれて、鋳造ロール２外周面上で冷却されている金属の形成する凝固殻がストリップＳを形成し、ストリップＳは鋳造ロールのロール間隙から下方に動く。

しかし、溶融金属の冷却速度は、周面から冷却通路への熱伝導率により制限される。

従って、溶融金属ストリップのより効率的な鋳造を提供する代替の装置及び方法を提供するのが有利であろうということが明らかである。従って、以下に更に充分に記述した特徴を含む適切な代替が提供される。

間にロール間隙を形成する一対の横方向に位置決めされた鋳造ロールを有する金属ストリップ鋳造装置及び方法が開示される。

溶融金属供給システムが溶融金属を鋳造ロール間のロール間隙へと送給して、ロール間隙直上で鋳造ロール上に支持された溶融金属の鋳造溜めを形成する。対の鋳造ロールの各端にそれぞれひとつずつ設けられた、一対のサイド堰が、溶融金属の溜めを画成し、鋳造ロールの軸線方向端面に当接する。

各鋳造ロールは円筒体で構成される。一実施例では、本体は段付円筒体で構成され、円筒形中央部が中央部の各端から軸線方向に延びる円筒形隣接端部よりも外径が大きく、内方に段付された肩部が半径方向延出端面を形成する。

各鋳造ロールは、中央部内を、典型的には半径方向延出端面間で延びる、複数の冷却通路からも構成される。冷却通路は長手方向冷却通路で構成される。冷却通路は、冷却通路を通る冷却流体に方向変換を受けさせる冷却通路内の少なくとも１つの屈曲部からも構成される。

各鋳造ロールは、屈曲部内に位置決めされて屈曲部の前後で冷却流体の流れを制御する流れ制御部材からも構成される。

各鋳造ロールは、鋳造ロール内周から延びて長手方向冷却通路に接続する半径方向冷却通路からも構成することができ、長手方向冷却通路と半径方向冷却通路が合わさる個所に屈曲部が形成される。

一実施例では、各鋳造ロールは、隣接する長手方向冷却通路を相互接続する少なくとも１つの周方向部分から構成されるので、冷却流体が１つの長手方向冷却通路から隣接する長手方向冷却通路へと入り且つそれに沿って流れることができ、屈曲部が周方向部分内に形成される。

一実施例では、流れ制御部材は、屈曲部内に形成・位置決めされて、屈曲部の前後で冷却流体の流れを変える複数のフィンである。

例えば、フィンは周方向に並べられて、半径方向延出端面付近の位置から突出して長手方向冷却通路の方向に延び、水等の冷却流体は冷却通路内を通過させられる。従って、フィンは屈曲部断面を減少させ、それにより冷却流体の速度を増加させ、鋳造ロールの熱をフィンから冷却流体に伝えることもする。

一実施例では、流れ制御部材は、屈曲部内に位置決めされて、屈曲部の前後で冷却流体の流れを変える複数のインサート(insert)である。

例えば、インサートは屈曲部の一部を満たし、それにより屈曲部断面積を減少させ、それにより水等の冷却流体の速度を増加させ、冷却流体を屈曲部のロール外周面付近へと向かわせもする。

流れ制御部材の可能な例は上記した例だけではない。

上記及びその他の特徴は、添付図面を参照して考察した本発明についての以下の詳細な記述から明らかとなるであろう。

おおまかに言えば、図１乃至図５は中央部と、サイド堰に隣接した肩部とを備えた円筒形鋳造ロールを示している。肩部は中央部の半径方向延出端面を限定する。鋳造ロールは、鋳造ロール各々の中央部の一方の肩部から他方の肩部へと延びる長手方向冷却通路を有する。半径方向冷却通路は鋳造ロール各々の内周面から延びる。半径方向冷却通路は半径方向延出端面付近に位置している。閉じた底端を有する円筒形プラグが長手方向冷却通路の端に係合する。使用時に、冷却水は半径方向冷却通路、長手方向冷却通路、そして鋳造ロールの反対側の端のもう一つの半径方向冷却通路を順次流れる。

より明細に言えば、図１乃至図５は、ここで開示した鋳造ロールの一実施例を備えた連続鋳造機を示している。

斯かる鋳造機の有する鋳造ロール１２は、外径は中央部１７の方がロール端の端部２８よりも大きい。中央部１７は半径方向延出端面を有し、サイド堰１１が鋳造機の作動位置で中央部１７端面に接する。鋳造ロール１２は２端部２８に軸線方向に係合する中空のスタブ軸１３からも構成される。スタブ軸１３は、鋳造ロール１２の２端部２８の外径と同様の径を有する。

長手方向冷却通路１４は、鋳造ロール１２中央部１７の半径方向延出端面間で鋳造ロール１２内を通る。長手方向冷却通路１４は鋳造ロール１２の周方向にほぼ等間隔に配される。この配置で、長手方向冷却通路１４はロール外面との良好な熱伝達関係を持つ。

半径方向冷却通路１５は鋳造ロール１２端部２８付近で鋳造ロール内周面から鋳造ロール１２内を半径方向に延び、長手方向冷却通路１４と接続する。従って、長手方向冷却通路１４及び半径方向冷却通路１５はそれらの位置で直角屈曲部を形成する。

更に又、円形のプレート状のプラグ１９は長手方向冷却通路１４の両端を閉じる。

プラグ１９はスナップリング２０により鋳造ロール１２に固定される。Ｏリングなどのシール材もプラグ１９と長手方向冷却通路１４の内周面との間に使われる。従って、冷却水Ｗは、長手方向冷却通路１４と連通している半径方向冷却通路１５の一方、長手方向冷却通路１４、そして長手方向冷却通路１４と連通している半径方向冷却通路１５の他方と、連続して順次流れさせられる。

更に、円筒形スペーサ３１が半径方向冷却通路１５各々に位置決めされ、長手方向冷却通路１４内に部分的に延びるバッフル３２を限定する。

バッフル３２はスペーサ３１の先端部に一体的に設けられる。バッフル３２は、長手方向冷却通路１４，１５により限定される屈曲部の内隅から屈曲部の外隅に向けて外向きに形成且つ位置決めされて突出しており、通路断面積はバッフル３２前後で半減される。

スタブ軸１３は中空であり、スタブ軸１３を介し半径方向に延びる半径方向冷却通路１８を含むので、冷却水Ｗは、長手方向冷却通路１４と連通する半径方向冷却通路１５の一方、長手方向冷却通路１４、半径方向冷却通路１５の他方、そして半径方向冷却通路１８内の回転継手等へと連続して順次流れることができる。

連続鋳造機の操業においては、対の鋳造ロール１２、スタブ軸１３及びプラグ１６が互いに横方向に位置決めされ、製造されるべきストリップＳの厚に応じて鋳造ロールのロール間隙が調節できるようになっている。加えて、サイド堰１１が鋳造ロール１２中央部１７の半径方向延出端面に接する。

斯かる連続鋳造機において、溶融金属がサイド堰１１と鋳造ロール１２により画成されたロール間隙上方の空間へ注がれて溶融金属の鋳造溜めＭを形成しつつ、熱が半径方向冷却通路１５及び長手方向冷却通路１４を流れる冷却水Ｗにより鋳造ロール１２から除去される。鋳造ロールが回転するにつれて、鋳造ロール１２の外周面により冷却された金属がロール間隙で下方に移動するストリップＳを形成する。

上記したように、長手方向冷却通路１４は鋳造ロール１２中央部１７の半径方向延出端面間を延びる。端部２８外面と中央部１７外面との間の間隔Ｔ４を維持しつつ、長手方向冷却通路１４と鋳造ロール１２の外周面との間には小さな隙間Ｔ３が形成されるような構成になっている。

従って、使用時に、鋳造ロール１２長手方向通路１４を通る冷却水Ｗは鋳造ロール１２外周面を効果的に冷却することができる。

更に又、バッフル３２が屈曲部に設けられていない図１４及び図１５に示した例と比べて、バッフル３２は屈曲部の通路断面積をほぼ半分に減少させる。従って、冷却水Ｖの速度が増加され、更に又、冷却水Ｗは屈曲部の外隅に向けられるので鋳造ロール１２端部がより有効に冷却されることになる。

両流れ方向でのバッフル３２の有益な効果が図４及び図５の冷却水速度プロフィールで示されている。

従って、鋳造ロール１２の冷却効果は上記した鋳造ロール１２で高められるので、鋳造ロール１２の回転数を増加させることが、即ち、鋳造速度を増やしてストリップＳの生産効率を高めることが可能である。

図６乃至図９は鋳造ロール１２の第２実施例で構成される連続鋳造機を示し、図１〜図５と同じ構成部分は同じ参照符号で表してある。

この鋳造ロール１２においては、長手方向冷却通路１４に突出し、半径方向冷却通路１５出口に跨った複数の一体形成したフィン３３が上記したスペーサ３１及びバッフル３２の代わりに設けられる。従って、長手方向冷却通路１４と半径方向冷却通路１５との交差部で限定される屈曲部の通路断面積はほぼ半分に減少される。

複数のフィン３３が、冷却水Ｗの流れを直接に妨げることのないよう鋳造ロール１２内を周方向に配置され、フィンの先端が鋭角に形成され、屈曲部の内隅が長くされている。

斯かる鋳造ロールを用いる連続鋳造機では、溶融金属をサイド堰１１と鋳造ロール１２で画成される溜めに注ぎつつ、冷却水を長手方向冷却通路１４と半径方向冷却通路１５を介して流して鋳造ロール１２から熱を抜き出す。

長手方向冷却通路１４は鋳造ロール１２中央部１７を半径方向延出端面間で延びる。端部２８外面と中央部１７外面との間の間隔Ｔ４を維持しつつ、長手方向冷却通路１４と鋳造ロール１２外周面との間には小さな間隙Ｔ３しかないような構成となっている。

従って、冷却水Ｗは鋳造ロール１２外周面近くを通り、鋳造ロール１２のこれら表面を効率的に冷却する。

更に又、屈曲部の通路断面積が図１４及び図１５に示したようなフィン３３なしの場合と比べてほぼ半分に減少されるので冷却水Ｗの速度が増加し、更に又、鋳造ロール１２が溶融金属から受けた熱はプラグ１９及びフィン３３を介して冷却水Ｗへと伝えられるので、その結果、鋳造ロール１２が効率的に冷却される。

両流れ方向でのフィン３３の有益な効果が図８及び図９の冷却水速度プロフィールにより示されている。

従って、鋳造ロール１２の冷却効果は上記した鋳造ロール１２では高く、それ故、鋳造ロール１２の回転速度を高めることが、即ち、鋳造速度を増加させてストリップＳの生産効率を高めることが可能である。

図１０乃至図１３は鋳造ロールの第３の、但し残りの唯一可能な例ではない実施例を用いた連続鋳造機を示し、図１〜図５と同じ構成部分は同じ参照符号で表してある。

この鋳造ロールは、隣接する長手方向冷却通路１４同士を相互接続して、１つの長手方向冷却通路１４の全長を通った冷却水Ｗの流が隣接の長手方向冷却通路１４に入るのを助長する周方向冷却通路３４を有している。

周方向冷却通路３４は鋳造ロール１２の内側から外側に向けて開口を切削形成し、２つの長手方向冷却通路１４を相互接続するよう開口を鋳造ロール１２の回転軸線付近の位置でプラグ３５によって塞ぐことにより形成される。

更に又、インサート３６が長手方向冷却通路１４内に位置決めされて、通路断面積がほぼ半分に減少される。インサート３６の先端は鋭角に形成され、鋳造ロール１２の回転軸線に沿って細長である。

上記した鋳造ロール１２を用いる連続鋳造機において、溶融金属をサイド堰１１とロール本体１２とにより形成される空間に注ぎつつ冷却水Ｗを長手方向冷却通路１４と半径方向冷却通路１５に流すことにより熱が鋳造ロール１２から抜き出される。

鋳造ロール１２外径が延ばされサイド堰１１に当接される位置の一方の半径方向延出端面から、鋳造ロール１２外径が延ばされサイド堰１１に当接される他方の半径方向延出端面へと、長手方向冷却通路１４が延びる。従って、サイド堰１１と鋳造ロール１２の大外径で半径方向延出端面との接触部Ｔ４が大きいまま、長手方向冷却通路１４と鋳造ロール１２外周面との間の距離Ｔ３を最大限に減少できる。

従って、冷却水Ｗが鋳造ロール１２の表面層を通り、鋳造ロール１２の外周面を効率的に冷却する。

更に又、屈曲部の通路断面積がほぼ半分に減少されるので冷却水Ｗの速度が増加し、又、冷却水Ｗが屈曲部内を鋳造ロール１２外周面付近に向かわされるので鋳造ロール１２が効果的に冷却される。

一流れ方向でのインサート３６の有益な効果が図１３の冷却水速度プロフィールにより示されている。

従って、上記した鋳造ロールは、鋳造ロール１２の冷却効果が高められるので鋳造ロール１２の回転速度を高めることができ、即ち、鋳造速度を増加させてストリップＳの製造効率を高めることができる。

勿論、ここで想定した鋳造ロールは上記した実施様式に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の改変が可能である。

ここで想定した鋳造ロールは、鋼及びその他様々の金属の連続鋳造に用いることができる。

連続鋳造機の一実施例の縦断面を示す概略図である。 図１に示したバッフルの１つを示す概略図である。 図１に示した鋳造ロールとスタブ軸を軸線方向に見た図を示す概略図である。 図１に示した連続鋳造機の冷却水の流速分布を比較した２つの図、即ち、内部バッフルを設けた場合の図と、連続鋳造機で内部バッフルを設けない場合の図である。 図１に示した連続鋳造機の冷却水の流速分布を比較した２つの図、即ち、内部バッフルを設けた場合の図と、連続鋳造機で内部バッフルを設けない場合の図である。 連続鋳造機の別の実施例の縦断面を示す概略図である。 図６に示したフィンの概略図である。 図６に示した連続鋳造機の冷却水の流速分布を比較した２つの図、即ち、内部フィンを設けた場合の図と、連続鋳造機で内部バッフルを設けない場合の図である。 図６に示した連続鋳造機の冷却水の流速分布を比較した２つの図、即ち、内部フィンを設けた場合の図と、連続鋳造機で内部バッフルを設けない場合の図である。 連続鋳造機の更なる実施例の縦断面を示す概略図である。 図１０の長手方向冷却通路、周方向冷却通路、インサートの位置の横断面図を示す概略図である。 図１０の長手方向冷却通路、周方向冷却通路、インサートの位置の水平断面を示す概略図である。 図１０に示した連続鋳造機の冷却水の流速分布を比較した２つの図、即ち、内部周方向冷却通路がある場合の図と、連続鋳造機で周方向冷却通路がない場合の図である。 先行技術の連続鋳造機の縦断面を示す概略図である。 図１４に示された鋳造ロールとスタブ軸を軸線方向に見た図を示す概略図である。

Claims (11)

1. （ａ）各鋳造ロールが、中央部と、中央部を介して延びる複数の冷却通路とを備えた円筒体で構成され、冷却通路が長手方向冷却通路で構成され、更には、冷却通路を流れる冷却流体に方向転換を受けさせる冷却通路内の少なくとも１つの屈曲部と屈曲部内に位置決めされて屈曲部の前後で冷却流体の流れを制御する流れ制御部材とで構成される、間にロール間隙を形成する、一対の横方向に位置決めされた鋳造ロールと、
   （ｂ）鋳造ロール間のロール間隙上方に溶融金属を送給して、ロール間隙直上で鋳造ロール上に支持された溶融金属の鋳造溜めを形成する溶融金属供給システムとからなり、
   前記流れ制御部材が、半径方向延出端面から長手方向冷却通路の方向に延びる複数のフィンで構成される
   金属ストリップ鋳造装置。
2. 各鋳造ロールが、サイド堰を支持できる、中央部各端での半径方向延出端面で構成され、冷却通路が中央部内を、半径方向延出端面の間で延びる、請求項１記載の金属ストリップ鋳造装置。
3. 冷却通路が更に複数の半径方向冷却通路で構成され、各半径方向冷却通路が中央部の端の１つにて鋳造ロール内周から長手方向冷却通路の１つへと延び、長手方向冷却通路と半径方向冷却通路とが合わさる部分に屈曲部が形成される、請求項１又は請求項２に記載の金属ストリップ鋳造装置。
4. 冷却通路が、隣接する長手方向冷却通路同士を相互接続する少なくとも１つの周方向部分で構成されることにより、冷却流体が１つの長手方向冷却通路から隣接する長手方向冷却通路へと流れ且つそれに沿って流れることができるようになっており、屈曲部が周方向部分内に形成される、請求項１乃至３のいずれかに記載の金属ストリップ鋳造装置。
5. （ａ）中央部を備えた円筒体と、
   （ｂ）長手方向冷却通路から成り、更には、冷却通路を流れる冷却流体に方向転換を受けさせる冷却通路内の少なくとも１つの屈曲部と、屈曲部内に位置決めされて屈曲部前後の冷却流体の流れを制御する流れ制御部材とから成る、中央部内を延びる複数の冷却通路とで構成され、
   前記流れ制御部材が、半径方向延出端面から長手方向冷却通路の方向に延びる複数のフィンで構成される
   鋳造ロール。
6. 円筒体が第１外径の中央部と中央部各端から軸線方向に延びる第２外径の端部とを備え、第２外径が第１外径よりも小さい、段付きの円筒体である、請求項５に記載の鋳造ロール。
7. サイド堰を支持できる、中央部各端での半径方向延出端面で構成され、冷却通路が中央部を、半径方向延出端面の間で延びる、請求項５又は請求項６に記載の鋳造ロール。
8. 冷却通路が複数の半径方向冷却通路で更に構成され、各半径方向冷却通路が中央部の端の１つで鋳造ロール内周から長手方向通路の１つへと延び、長手方向冷却通路と半径方向冷却通路とが合わさる部分に屈曲部が形成される、請求項５乃至７のいずれかに記載の鋳造ロール。
9. 冷却通路が、隣接する長手方向冷却通路同士を相互接続する少なくとも１つの周方向部分で構成されることにより、冷却流体が１つの長手方向冷却通路から隣接する長手方向冷却通路へと流れ且つそれに沿って流れることができるようになっており、屈曲部が周方向部分内に形成される、請求項５乃至８のいずれかに記載の鋳造ロール。
10. (a)中央部を備えた円筒体と、長手方向冷却通路から成り、更には、冷却通路内を流れる冷却流体に方向転換を受けさせる冷却通路内の少なくとも１つの屈曲部と、屈曲部内に位置決めされて半径方向延出端面から長手方向冷却通路の方向に延びる複数のフィンにより屈曲部前後で冷却流体の流れを制御する流れ制御部材とから成る、中央部内を延びる複数の冷却通路とで各々が構成され、間にロール間隙を形成する一対の横方向に位置決めされる鋳造ロールを組立て、
    (b)金属供給システムを介し鋳造ロール間のロール間隙上方に溶融金属を送給して、鋳造ロール間のロール間隙直上に鋳造ロール上に支持された溶融金属の鋳造溜めを形成し、
    (c)鋳造ロールを相互方向に回転させて、鋳造溜めから鋳造ロールの円筒形表面上に殻を形成して鋳造ロール間のロール間隙から下方に送給される薄鋳造ストリップを形成する、
    という諸段階からなる薄金属ストリップ連続鋳造方法。
11. (a) 各鋳造ロールが、中央部と、サイド堰を支持できる、中央部各端の半径方向延出端面とを備えた円筒体と、中央部内を、半径方向延出端面間で延びる冷却通路とで各々構成され、冷却通路が、長手方向冷却通路から成り、更には冷却通路を流れる冷却流体に方向転換を受けさせる少なくとも１つの屈曲部と、屈曲部内に位置決めされて半径方向延出端面から長手方向冷却通路の方向に延びる複数のフィンにより屈曲部前後の冷却流体の流れを制御する流れ制御部材とから成る、間にロール間隙を形成する一対の横方向に位置決めされた鋳造ロールと、
    (b)鋳造ロール間のロール間隙上方に溶融金属を供給して、半径方向延出端面に隣接位置決めされたサイド堰により画成される、ロール間隙直上で鋳造ロール上に支持された溶融金属の鋳造溜めを形成する溶融金属供給システム
    とで構成される、金属ストリップ鋳造装置。