JP7410372B2 - 連続鋳造用ロール - Google Patents
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Description
ここで、上述の連続鋳造用ロールにおいては、鋳造直後の高温の鋳片と接触することから、通常、SUS鋼等からなるロール本体の外周面に、耐熱性に優れた材質からなる耐熱層が形成された構造とされている。
このような亀裂が発生した場合には、連続鋳造用ロールの外周面を研削することで亀裂を除去し、その後、耐熱層を再度形成することにより、連続鋳造用ロールを再使用している。ここで、亀裂が内部に進展し、ロール本体にまで達した場合には、研削量の大幅な増加となり、さらに程度がひどい場合にはロール本体の再使用を行うことができなくなる。
特許文献1-3においては、連続鋳造用ロールの外周面に、円周方向に延在する円周溝を複数形成することにより、冷熱サイクル負荷時に連続鋳造用ロールの外周面近傍に作用する熱応力を低減し、亀裂の発生を抑制する技術が提案されている。
また、特許文献4、5においては、外周面の径方向内方に、円周方向に延在する環状の空洞部を設け、冷熱サイクル負荷時に連続鋳造用ロールの外周面近傍に作用する熱応力を低減し、亀裂の発生を抑制する技術が提案されている。
このため、従来にも増して、連続鋳造用ロールの外周面における亀裂の発生及び亀裂の径方向内方への進展を抑制することが求められている。
そして、連続鋳造用ロールの外周面に円周溝を形成し、かつ、内部に環状の空洞部を設けた場合には、径方向内方の引張応力が緩和されるとともに表層の応力が高い領域が薄くなり、亀裂の発生が抑制され、さらに亀裂は径方向内方へ深く進展せず、表層に近い範囲で円周方向に進展するとの知見を得た。
まず、本発明の実施形態である連続鋳造用ロールが適用される連続鋳造設備の一例について説明する。
なお、本実施形態である連続鋳造機10においては、鋳型11から引き抜かれた鋳片1を下方へと引き抜く垂直部14と、鋳片1を曲げる曲げ部15と、曲げた鋳片1を曲げ戻す矯正部16と、鋳片1を水平方向へ搬送する水平部17と、を有する垂直曲げ型連続鋳造機とされている。
なお、連続鋳造用ロール30は、鋳片1の幅方向に延在しており、鋳片1の長辺面を支持する構成とされている。
また、鋳片1の引抜方向Zに間隔を開けて配列された複数の連続鋳造用ロール30の間には、2次冷却手段として、鋳片1の長辺面に向けて冷却水を噴出するスプレーノズル(図示なし)が配設されている。
ここで、ロール本体31は、例えばSUS鋼等で構成されており、軸線Oに沿った形状をなしている。なお、このロール本体31の内部には、水冷機構(図示なし)が設けられている。
耐熱層32は、例えば、硬質特性を付与したSUS鋼等の硬質材料で構成されており、本実施形態においては、ロール本体31の外周面に上述の硬質材料を肉盛溶接することによって形成されている。なお、耐熱層32の厚さ(後述する平坦部36における厚さ)は、27mm以上50mm以下の範囲内であることが好ましい。
本実施形態である連続鋳造用ロール30の耐熱層32は、図3に示すように、径方向内方に位置する第1層32Aと、この第1層32Aの径方向外方に積層された第2層32Bと、を備えている。
そして、本実施形態である連続鋳造用ロール30においては、図3に示すように、耐熱層32の外周面に、円周方向へ延在する円周溝35がロール本体31の軸線O方向(図3においてX方向)にわたって複数形成されている。
また、耐熱層32の内部には、円周方向に延在する環状の空洞部37がロール本体31の軸線O方向(図3においてX方向)にわたって複数形成されている。なお、この空洞部37においては、ロール本体31の軸線Oに沿った断面から見て径方向内方に位置する底部37aが曲面状に形成されている。
なお、複数の空洞部37の少なくとも一部は、円周溝35が形成されていない平坦領域36の径方向内方に配設されている。
溝底部の曲率半径を30mm以上50mm以下の範囲内とした場合には、溝底部における応力集中を抑制することが可能となる。
また、溝深さを2.5mm以上4.0mm以下の範囲内とした場合には、熱応力を十分に緩和することができるとともに、鋳片1と接触する平坦領域36の剛性を確保することが可能となる。
さらに、溝の間隔を44mm以上80mm以下の範囲内とした場合には、鋳片1と接触する平坦領域36の剛性を確保することが可能となる。
軸線Oに沿った断面において底部37aの曲率半径を2mm以上3mm以下の範囲内とした場合には、底部37aにおける応力集中を抑制することが可能となる。
また、高さを20mm以上30mm以下の範囲内、幅の間隔を15mm以上30mm以下の範囲内、平坦領域36の外周面から空洞部37の外周端までの距離を7mm以上10mm以下の範囲内、ロール本体31の外周面から空洞部37の内周端までの距離を0mm以上10mm以下の範囲内とした場合には、熱応力を十分に緩和することができる。
直径345mmのロール本体31の外周面に厚さ30mmの耐熱層32を形成した構造の連続鋳造用ロール30を想定した。ここで、図4に示すように、(a)円周溝及び空洞部無し、(b)円周溝のみ、(c)空洞部のみ、(d)円周溝及び空洞部あり、の4つのモデルで解析を行った。
なお、図5に示すように、水冷されるロール本体31の中心部の温度を30℃とし、鋳片1の温度を1100℃、輻射率を0.4と設定した。そして、回転する連続鋳造用ロール30の外周面の熱境界条件は、図5に示すものとし、連続鋳造用ロール30が10回転した際の熱応力を解析した。その結果を図6に示す。
これに対して、(d)円周溝及び空洞部ありでは、径方向内方の引張応力が緩和されており、さらに、表層の応力が高い部分が薄くなっている。これにより、表層の亀裂は径方向内方に進展せず、円周方向に進展することになり、亀裂が表層に留まる。
まず、ロール本体31の外周面に、耐熱層32を構成する合金等を肉盛溶接等することにより第1層32Aを形成する。この第1層32Aの外周面から機械加工あるいはエッチング加工により、空洞部37となるスリットを形成する。スリットを形成した状態で、耐熱層32を構成する合金等を肉盛溶接等することにより第2層32Bを形成する。その後、耐熱層32の外周面に円周溝35を機械加工によって形成する。
このような工程により、本実施形態である連続鋳造用ロール30を製造することが可能となる。
例えば、本実施形態では、図1に示す連続鋳造機を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、他の構成の連続鋳造機であっても適用することができる。
また、本実施形態では、円周溝35の径方向内方にも空洞部37が配設された構造として説明したが、これに限定されることはなく、図7に示すように、円周溝35が形成されていない平坦領域36の径方向内方にのみ空洞部37を配設した構造としてもよい。
31 ロール本体
32 耐熱層
35 円周溝
36 平坦領域
37 空洞部
Claims (3)
- 連続鋳造される鋳片の搬送に用いられる連続鋳造用ロールであって、
ロール本体と、このロール本体の外周面に形成された耐熱層と、を備えており、
前記耐熱層の外周面には、円周方向へ延在する円周溝が前記ロール本体の軸線方向にわたって複数形成されており、前記円周溝は、前記ロール本体の軸線に沿った断面において溝底部が曲面状に形成されており、
前記耐熱層の内部には、円周方向に延在する環状の空洞部が前記ロール本体の軸線方向にわたって複数形成されており、前記空洞部は、前記ロール本体の軸線に沿った断面から見て径方向内方に位置する底部が曲面状に形成されており、
複数の前記空洞部の少なくとも一部は、前記円周溝が形成されていない平坦領域の径方向内方に配設されており、
前記円周溝の溝底部の曲率半径が30mm以上50mm以下の範囲内、前記空洞部の底部の曲率半径が2mm以上3mm以下の範囲内とされていることを特徴とする連続鋳造用ロール。 - 前記円周溝は、前記ロール本体の軸線に沿った断面において前記溝底部の曲率半径が30mm以上とされていることを特徴とする請求項1に記載の連続鋳造用ロール。
- 前記ロール本体の軸線方向において、前記円周溝部と前記平坦領域とが交互に配置されており、前記平坦領域の径方向内方にのみ前記空洞部が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の連続鋳造用ロール。
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