JPH07204790A

JPH07204790A - 薄板の連続鋳造用ロール

Info

Publication number: JPH07204790A
Application number: JP242494A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Shirai; 善久白井; Koji Kajiwara; 孝治梶原; Kazusane Isaka; 和実井坂
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-01-14
Filing date: 1994-01-14
Publication date: 1995-08-08
Anticipated expiration: 2015-05-08
Also published as: JP3039249B2

Abstract

(57)【要約】【目的】板形状の良好な薄板製品を得る。【構成】溶融金属から直接薄板を連続して製造する装置
に使用する鋳造用ロールにおいて、外層スリーブ１で被
覆された内層のスリーブ２がロール軸芯３のフランジ５
で支持され、その内層スリーブは、長さが外層スリーブ
１よりも長く、かつ外層スリーブに接する部分21の肉厚
が端部22よりも厚い連続鋳造用ロールである。さらに、
上記の内層スリーブは、外層スリーブよりも熱伝導率の
高い材料で構成されるのが好ましい。【効果】本発明の鋳造ロールを用いれば、鋳造中のロー
ル変形を軽減することができ、鋳片の板クラウンの低
減、ロールと鋳造ノズルとの間からの溶湯漏れを低減す
ることができ、安定して良好な薄鋳片を製造することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、炭素鋼などの各種の
鋼やステンレス鋼等の合金の薄板を溶融金属から直接連
続鋳造法で製造する装置に使用されるロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、溶融金属（以下、単に溶湯とい
う）から薄板を連続鋳造で直接製造する方法を示す図で
あり、Ｒはロール、Ｍは溶湯、Ｎは鋳造ノズル、Ｄはサ
イドダム、Ｓは薄鋳片である。同図(a) は単ロール法と
呼ばれる方法であり、ロール側面に設けられた鋳造ノズ
ルＮから溶湯Ｍを連続的に回転する１本のロールＲに供
給し、薄鋳片Ｓを鋳造するものである。同図(b) 及び
(c) は双ロール法と呼ばれる方法であり、二つのロール
Ｒの間に溶湯Ｍを供給するもので、(b) はロールの上か
ら溶湯を供給し、(c) はロールの横から溶湯を供給し、
鋳造するものである。

【０００３】これらの連続鋳造法に用いられるロール
は、抜熱量を大きくするため、軸芯に銅又は銅合金のス
リーブを嵌め、軸芯とスリーブの間に冷媒を通す構造と
することが多い。しかし、これを薄鋳片の鋳造に使用し
た場合、冷却能が大きすぎて薄板に平坦度不良や割れが
発生するという現象が起こった。

【０００４】これを解消するため、銅合金よりも熱伝導
率が小さく、鋳片の冷却が穏やかな炭素鋼やステンレス
鋼などをスリーブ材質として使用することが試みられた
が、冷却能が小さすぎてロールの温度が高くなり、熱ク
ラウン（熱膨張によってロール中央部の直径が大きくな
る現象）が大きくなると言う現象が起こった。

【０００５】双ロール法で熱クラウンが大きくなると、
鋳片の鋳造方向に直角の断面形状が幅方向の中央部で薄
くなる凹形のクラウンが生じたり、また端部の厚さ方向
の中央部が未凝固となって引き出され二枚割れが生じ
る。これらの欠陥は、次工程での修正は困難であるた
め、製品の品質を劣化させる。

【０００６】単ロール法やロールの横から溶湯を供給す
る双ロール法の場合は、溶湯を保持する鋳造ノズルがロ
ール胴長部と接しているので、ロールに熱クラウンが生
じると鋳造ノズルとロールとの間に隙間ができ、そこか
ら溶湯が漏れ、鋳造できなくなる。

【０００７】この熱クラウンを低減させるための方法と
して、種々の方法が提案されている。

【０００８】図３は、従来の２層スリーブの構造を示す
図であり、１は外層スリーブ、２は内層スリーブ、３は
ロール軸芯、４は中子、５は軸芯に設けられたフラン
ジ、６は冷却水通路、Ｄはサイドダム、Ｓは鋳片であ
る。

【０００９】例えば、上記のような２層（または多層）
スリーブ構造において、内層スリーブ２を外層スリーブ
３の熱膨張係数よりも大きい材料で構成したロール（特
開平３−133550号公報参照）あるいは、スリーブの構成
を多層とし、鋳片に接する外層スリーブと内層スリーブ
の間に段差部を設けて、外層スリーブの所定の部分を薄
肉としたロール（特開昭64−44252 号公報参照）が提案
されている。さらには、負（凹形）のロールクラウンを
有し、中央部に内圧を付与してスリーブを外側に変形さ
せることにより、スリーブを平坦に保つロール（特公昭
62−27905 号公報及び特開昭60−33857 号公報参照) が
提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】特開平３−133550号公
報に開示されたロールは、内層スリーブと外層スリーブ
の温度が同じ程度の場合には効果があるが、実際には高
温の溶湯と接する外層スリーブの温度が高くなり、熱膨
張量は内層スリーブよりも外層スリーブの方が大きくな
る。特に冷却が穏やかになる熱伝導率の小さい炭素鋼や
ステンレス鋼などを外層に使用した場合は、外層の温度
が高くなり、熱クラウンの低減効果はあまり認められな
い。

【００１１】特開昭64−44252 号公報に開示されたロー
ルは、曲げモーメントが大きくなるロール幅中央部のス
リーブ厚さを薄くしているため、強度（剛性）が低く曲
がりやすくなっている。このため熱クラウンは従来の半
分程度と低減するものの、その効果は少ない。

【００１２】特公昭62−27905 号公報及び特開昭60−33
857 号公報に開示されたロールは、小さな熱クラウンを
修正することはできるが、鋳片の冷却が穏やかな炭素鋼
やステンレス鋼などを外層に使用した場合には、熱クラ
ウンが大きくなり、これを修正するには大きな内圧が必
要となり、装置が複雑になる。

【００１３】本発明の目的は、鋳片の冷却が穏やかな炭
素鋼やステンレス鋼などを外層スリーブに使用した場合
であっても、熱クラウンを大幅に低減できる薄鋳片の連
続鋳造用ロールを提供するにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、熱クラウ
ンの発生する原因は、軸芯フランジ部の拘束、スリーブ
の幅や厚さ方向の温度差にあることを確認し、本発明を
完成した。

【００１５】本発明ロールの要旨は、図１に示すように
『溶融金属から直接薄板を連続して製造する装置に使用
する鋳造用ロールにおいて、外層スリーブ１で被覆され
た内層スリーブ２がロール軸芯のフランジ５で支持さ
れ、その内層スリーブ２は、長さが外層スリーブ１より
も長く、かつ外層スリーブに接する部分21の肉厚が端部
22よりも厚い連続鋳造用ロール。』にある。

【００１６】なお、上記の内層スリーブは、外層スリー
ブよりも熱伝導率の高い材料で構成するのが好ましい。

【００１７】

【作用】鋳造用ロールの胴長さは、単ロール法のように
鋳造ノズルをロール胴部に設置する場合には鋳片の幅よ
り長くなるか、あるいは等しくなり、双ロール法のよう
にサイドダムをロール側面に密着させる場合には鋳片の
幅と等しくなる。

【００１８】図３のようなロール構造においては、鋳片
幅と外層スリーブの胴長に関係なく、外層スリーブは高
温になり熱膨張するが、内層スリーブは内面が冷却され
温度が低く、しかもロール軸芯のフランジに嵌め合わさ
れているので軸方向の伸びが拘束され、熱膨張しない。
また、外層スリーブの両端部は、内層スリーブを介して
ロール軸芯のフランジの軸方向の変形が拘束される。こ
の結果、外層スリーブの中央部の直径が大きくなり、熱
クラウンが発生する。

【００１９】この熱クラウンは、外層スリーブに熱伝導
率が小さい炭素鋼やステンレス鋼を使用した場合に顕著
になる。これを防止するためには、外層スリーブの軸方
向の変形をフランジの拘束から解放してやることであ
り、図１に示すように内層スリーブの胴長さを外層スリ
ーブよりも長くすることにした。さらに、外層スリーブ
の熱変形を抑制するために内層スリーブが外層スリーブ
に接する部分21を厚肉とした。また、内層スリーブ端部
22は、フランジに拘束されていない部分23を薄肉とし、
フランジの拘束を緩和することを図った。

【００２０】内層スリーブ自身が高温になって熱変形し
ないように、外層スリーブよりも熱伝動率の大きい材質
を選択するのが望ましい。

【００２１】このように、二重スリーブ構造のロールに
おいて、内層スリーブを外層スリーブよりも長く、外層
スリーブが嵌合されている部分の肉厚を厚くすることに
よって、従来のロールよりも熱クラウンを抑制できるこ
とを確認した。

【００２２】さらに本発明のロールについて、その構成
と作用を図で具体的に説明する。

【００２３】図１は、本発明のロールの構造の一例を示
す図であり、(a) は長手方向の断面図、(b) は軸に直角
方向の断面図である。１は外層スリーブ、２は内層スリ
ーブ、３はロール軸芯、４は中子、５はロール軸芯のフ
ランジ、６は冷却水通路、Ｄはサイドダム、Ｓは鋳片で
ある。外層スリーブ１は、鋳片Ｓを緩冷却するために熱
伝導率が８〜60Ｗ／（ｍ・Ｋ）で耐熱性に優れた材料
（合金鋼やステンレス鋼）が使用され、内層スリーブ２
は、高温にならないように熱伝導率が 300〜400Ｗ／
（ｍ・Ｋ）の冷却能に優れた材料（銅や銅合金）が使用
される。

【００２４】内層スリーブの肉厚は、外層よりも厚く、
かつ外層に接する部分21の肉厚をフランジ５に接する端
部22よりも大きくして、半径方向の熱移動と剛性を大き
くする。これによって熱変形を防止できる構造となる。
また、内層スリーブの長さを外層スリーブよりも大きく
し、外層の端部からフランジの内側面までの部分23を薄
肉にすることによって、フランジ部の拘束と熱クラウン
を吸収する構造とする。これにより内層スリーブの薄肉
化された部分23は変形するが、鋳造を不能にするとか、
鋳片の断面形状に悪影響を及ぼさないことが確認され
た。

【００２５】このような構造をもつ本発明ロールは、そ
の構造を複雑にすることなく、熱クラウンを大幅に低減
できる。特に熱伝導率が小さく、鋳片を緩冷却できる合
金鋼やステンレス鋼を、外層スリーブに使用した場合に
効果があり、双ロール法では鋳片のクラウンや端部の二
枚割れがなくなり、平坦性の良好な薄板製品が得られ、
単ロール法では溶湯が漏れると言う事故もなく、安定し
た鋳造ができる。

【００２６】図２は、本発明のロールの別の態様を示す
図であり、(a) は単ロール法に適用して鋳造する状態を
示す図であり、Ｎは鋳造ノズルであり、(b) は内層スリ
ーブの外層に接する部分の肉厚を厚くする態様を示す図
であり、内層スリーブの内面側に厚肉部を設けた場合で
ある。

【００２７】

【実施例】以下、実施例によって本発明の効果をさらに
詳細に説明する。

【００２８】本発明の鋳造ロールを図１に示す形状で、
下記のとおり製作した。

【００２９】外層スリーブは、外径600mm 、長さ240mm
、肉厚６mmとし、インコネル 718（商品名、52％Ni、1
9％Cr、５％Nb、３％Mo、 0.9％Ti、0.5 ％Al、残部F
e、熱伝導率11.2Ｗ／（ｍ・Ｋ）( 室温) ）を使用し
た。内層スリーブは、内径468mm 、長さ440mm （このう
ち幅中央の厚肉部の長さ240mm ）、幅中央の厚肉部の厚
さ60mm、端部の薄肉部の厚さ20mmとし、銅合金（1.2 ％
Cr、0.13％Zr、残部Cu、熱伝導率352 Ｗ／（ｍ・Ｋ）(
室温) ）を使用した。ロール軸芯と中子は、炭素鋼(JIS
SS41)を使用した。

【００３０】比較例には図３に示す形状の鋳造ロールを
用いた。外層スリーブは、外径 600mm、長さ 240mm、肉
厚６mmとし、内層スリーブは、内径 468mm、長さ 240m
m、肉厚６mmとし、その他の条件を上記発明例と同様に
して製作した。

【００３１】鋳造試験は、オーステナイト系ステンレス
鋼(SUS304)1520℃の溶湯( 約２ton)から幅 240mm、厚さ
2.3mmの鋳片を、鋳造速度 30m/minで行った。なお、冷
却水の鋳造ロール内の流速は5.2m/s（流量0.04m³/s）で
あった。

【００３２】( 実施例１ )上記の本発明および比較の鋳
造ロールを図４(b) に示す双ロール法に適用し、それぞ
れ10チャージの鋳込みを行い、得られた薄鋳片の板クラ
ウンを測定した。

【００３３】本発明例の鋳造ロールを用いた場合、図５
に示すように平均0.18mmであったのに対し、比較例の鋳
造ロールを用いた場合は0.59mmであった。

【００３４】図６は、鋳込み中のロール最近接位置での
変形量（計算結果）を示す図であり、上記の鋳造条件で
鋳造中にロールの最近接位置に発生する変形量を、有限
要素法で解析した結果である。同図から本発明の鋳造ロ
ールの変形（クラウン量）は0.11mmであったのに対し
て、従来の鋳造ロールの変形量は0.32mmとなり、試験結
果とほぼ相似していることが確認された。

【００３５】（実施例２ )実施例１に使用した鋳造ロー
ルを図４(a) に示す単ロール法に適用し、鋳込み試験を
行い、熱クラウンによる鋳込み中断までの鋳造量を測定
した。

【００３６】本発明の鋳造ロールでは18チャージを試験
し、図７に示すように15チャージを完全に鋳込むことが
できた。鋳込みを中断した３チャージは、鋳片巻取り不
良や溶湯温度の低下による中断で、ロールの変形による
ものではなかった。

【００３７】これに対し従来の鋳造ロールでは９チャー
ジを試験し、同図に示すように２チャージの鋳込みに成
功したが、７チャージに鋳造ロールと鋳込みノズルとの
間から溶湯漏れが起こり、鋳造を中断した。これはロー
ルの熱変形によるものである。

【００３８】

【発明の効果】本発明の鋳造ロールを用いれば、鋳造中
のロール変形を軽減することができ、鋳片の板クラウン
（板幅中央部が窪む）の低減、ロールと鋳造ノズルとの
間からの溶湯漏れを低減することができる。これにより
板形状の良好な薄板製品を安定して製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋳造用ロールの断面を示す図であり、
(a) は軸に平行な断面図、(b)は軸に垂直な断面図であ
る。

【図２】本発明の鋳造用ロールの別の態様の断面を示す
図であり、(a) は単ロール法に使用した場合の態様を示
す図、(b) は内層スリーブの厚肉部をスリーブの内部に
設けた場合の態様を示す図である。

【図３】従来の鋳造用ロールの断面を示す図である。

【図４】ロール冷却法により薄鋳片を製造する態様を説
明する図であり、(a) は単ロール法、(b) 及び(c) は双
ロール法を説明する図である。

【図５】双ロール法による薄鋳片のクラウン量を示す図
である。

【図６】双ロール法におけるロールキスポイントでのロ
ール変形量（計算結果）を示す図である。

【図７】単ロール法による鋳造量を示す図である。

【符号の説明】

１．外層スリーブ２．内層スリーブ
３．ロール軸芯４．中子５．軸芯のフランジ
６．冷却水通路Ｄ．サイドダムＮ．鋳造ノズル
Ｓ．鋳片Ｒ．鋳造ロールＭ．溶湯 21．内層スリーブの厚肉部 22．内層スリーブの端部 23．内層スリーブの薄肉部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属から直接薄板を連続して製造する
装置に使用する鋳造用ロールにおいて、外層スリーブで
被覆された内層のスリーブがロール軸芯のフランジで支
持され、その内層スリーブは、長さが外層スリーブより
も長く、かつ外層スリーブに接する部分の肉厚が端部よ
りも厚いことを特徴とする薄板の連続鋳造用ロール。
【請求項２】上記内層スリーブは、外層スリーブよりも
熱伝導率の高い材料で構成されていることを特徴とする
請求項１に記載の薄板の連続鋳造用ロール。