(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール中心軸方向に円筒の冷却孔を設け、これに連続的に通水冷却しながら使用する連続鋳造ロールにおいて、冷却孔内部に長方形状の耐食性に優れる金属板を挿入したことを特徴とする冷却能に優れる連続鋳造ロール。
【請求項２】
請求項１に示す金属板の材質をオーステナイト系のステンレス鋼、銅もしくは銅合金、または鉛もしくは鉛合金としたことを特徴とする冷却能に優れる連続鋳造ロール。
【請求項３】
請求項１に示す金属板の厚みをｔ、幅をｗとし、ロール中心孔の直径をＤとしたとき、金属板の寸法が下記式で示される範囲のものであることを特徴とする冷却能に優れる連続鋳造ロール。
ｗ＝０．７１Ｄ〜０．９２Ｄ
ｔ＝０．０５Ｄ〜０．１５Ｄ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は連続鋳造設備の連続鋳造ロールに関し、特にロール中心軸方向に設けられた通水用の冷却孔内壁に付着・成長しようとするスケールを除去し、冷却能を向上させ、ロール温度を下げて、ロール表面に発生する亀裂の進展速度を低減する冷却能に優れる連続鋳造ロールに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄設備の連続鋳造装置は、図５に示すように、溶鋼をレードル８からタンディッシュ９を経てモールド１０に注入し、これを裏側内部が水冷されているモールド及び連続鋳造ロール１の間に設置されている外部スプレー水で冷却し、凝固させながら出側に引き抜いていくことで、被鋳造材、すなわち鋳片７を連続で製造している。連続鋳造ロール１は、鋳片を約２ｍ／ｍｉｎ以下の低速で、鉛直状態から徐々に後処理しやすい水平状態に矯正しながら引き抜き搬送していくと共に、鋳片にロール圧力をかけて所定厚みに仕上げていく役割を持つ。従って連続鋳造ロールは、１回転の中で高温の鋳片と接触した後、冷却水スプレーによる急冷を受ける、この繰り返しのための熱応力、及び機械的曲げ応力を同時に受けながら、ロールの周方向に亀裂が入りそれが進展していく。
【０００３】
特に近年、一杯のレードルの鋳造が終わって、次の成分の異なるレードルの鋳造を行うときに、モールド内において先行する鋳片の尾端の上に溶鋼を注いでそのまま鋳造を続ける、連々鋳といわれる操業が主流となっている。この場合、モールド内において異鋼種が交じり合わないように、継ぎ目に仕切りの鉄板を敷く作業があり、その際に鋳片を一定時間停止させなければならない。この条件はマシンストップと称されるが、このマシンストップがあることで、熱応力がより一層厳しいものとなり、亀裂進展速度が速くなってきている。
【０００４】
通常、直径４００ｍｍ程度のロールで、亀裂の限界深さ４０〜５０ｍｍ程度で管理されているが、亀裂がこの限界を超えると、ロールが折損する可能性が大きくなってくるため、亀裂深さに応じてロール取替えを行う必要がある。一般に、連続鋳造設備のロール本数は、１生産ラインで数百本にも上るため、このロール取替え再生費用は莫大なものとなっており、当該ロールの寿命延長は極めて重要な課題となっている。
【０００５】
ロールに発生する熱応力を軽減しようとすれば、ロールの温度を低減させるのが有効な手段の一つである。通常の連続鋳造ロールでは、ロールの中心に軸方向に円筒孔を加工し、ここに冷却水を流す方法が採用される。また別の手段として、実公昭５２−５６３４６号公報に示されるロール表面直下にスパイラル状の冷却溝を設け、入熱源であるスラブと接触する表面近傍を冷やすことで効率よくロール温度を下げる方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の冷却方法においては次の欠点があった。すなわち、連続鋳造設備のロール冷却に使用している水は、いわゆる循環水であり、酸化鉄粉・カルシウム・シリカ等のスケール生成源を多量に含んでおり、これがロール内部の冷却孔内壁に付着・成長する。このスケールの成長厚みは、１年間程度使用して通常数ｍｍ以内であるが、スケールの組成が主として酸化物から成るものであるため、鋼に比べ熱伝導率が極めて低く、スケールの厚みがわずかでも大きな冷却能低下に繋がる。本発明者等の熱伝導解析結果では、スケールの厚みを２ｍｍとしたとき、スケールなしの場合に比べロール表面温度は７０℃上昇する。この温度差は、ロールの熱応力を増大し、亀裂進展速度を速めるのに大きな影響を及ぼしている。
【０００７】
実公昭５２−５６３４６号公報に示す方法では、スケールの付着がない場合には、ロール表面温度は中心冷却孔の場合に比べ３００℃以上も低減できる。しかしながら、実際には水質の問題から、スケール付着・成長の影響が大きく、所期の効果が得られていない。更に、このロールは、表面近傍に冷却孔を設ける構造であるため、ロール本体の強度上の制約から、冷却孔の大きさは、中心に１個の孔を設ける場合と比べ小さくせざるを得ない。そのため、特に水質の悪いラインでは、冷却孔の内壁全体から中心に向かって成長したスケールで孔が閉塞してしまうというトラブルも発生している。また、当該ロールは他に製造・再生コストが高いという難点もあり、実ラインへの本格採用は難しい。
【０００８】
本発明者等は上記の課題を解決すべく、安価・シンプルかつスケール付着・成長を防止できるロールの実用化に取組んだ。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる冷却能に優れる連続鋳造ロールの要旨は次の通りである。
（１）ロール中心軸方向に円筒の冷却孔を設け、これに連続的に通水冷却しながら使用する連続鋳造ロールにおいて、冷却孔内部に長方形状の耐食性に優れる金属板を挿入したことを特徴とする冷却能に優れる連続鋳造ロール。
（２）（１）に示す金属板の材質をオーステナイト系のステンレス鋼、銅もしくは銅合金、または鉛もしくは鉛合金としたことを特徴とする、冷却能に優れる連続鋳造ロール。
（３）（１）に示す金属板の厚みをｔ、幅をｗとし、ロール中心孔の直径をＤとしたとき、金属板の寸法が下記式で示される範囲のものであることを特徴とする冷却能に優れる連続鋳造ロール。
ｗ＝０．７１Ｄ〜０．９２Ｄ
ｔ＝０．０５Ｄ〜０．１５Ｄ
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の構成及び作用原理を図１〜図３に基づいて説明する。
図１及び２において、連続鋳造ロール１の中心軸方向に設けられている連続鋳造ロールの冷却孔２の内部に、ロール冷却孔直径より小さく、かつロータリージョイントアダプター５の孔直径より大きい幅を持ち、両側ロータリージョイントアダプター５の面間距離より適度に短い長さを持つ、耐食性に優れる金属板３を挿入し、その後は通常通りロータリージョイント４等取り付けて組み立てる。その後はロールのベアリング６を介してロールが回転すれば本発明の効果が発揮される。それについては、次に図３で作用原理を説明する。
【００１１】
図３はロールの回転に伴うロール中心冷却孔内での金属板の動きを時系列的に説明した模式図である。
本発明ロールは実ラインにおいて、中心冷却孔に通水されながら回転する途上で下記のような動きをする。すなわち、金属板３はロールのゆっくりとした回転に伴い、▲１▼で状態１から２まで回転し、金属板の自重による転倒モーメントが孔内壁との摩擦抵抗にうちかった時、右側に回転転倒する（▲２▼の３）。金属板は右側に転倒し、その頭が孔内壁に衝突した後、残る運動エネルギーと見合う距離分を孔内壁で滑った後停止する（▲３▼の３から４）。従って、金属板が回転転倒をある周期で繰り返すことで、孔内での衝突と滑りにより、冷却孔内壁に付着・成長しようとするスケールを削り取ろうとする作用が、ある周期をもって連続的に発生することになる。この結果、ロール冷却孔内壁のスケールの成長が防止され良好な冷却能が維持される。
【００１２】
【実施例】
本発明に係わる冷却能に優れる連続鋳造ロールの具体的な実施例を次に説明する。
ロール諸元としては胴長２３００ｍｍ、胴径４００ｍｍ、中心冷却孔直径６０ｍｍで、両側ロータリージョイントアダプターの面間距離は２８５０ｍｍ、アダプター孔の直径は４０ｍｍである。ロール材質はＪＩＳ  ＳＮＣＭ４１５鍛造材の表層に１３Ｃｒ系ステンレス鋼を５ｍｍ厚み溶接肉盛したものである。
【００１３】
ロールの回転数は平均０．８ｒｐｍ  、冷却水の流速は金属板のない状態で、１．４ｍ／ｓｅｃである。
【００１４】
金属板は厚み４．５ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ２６００ｍｍとし、材質をＳＵＳ３０４ステンレス鋼とした。なお金属板の幅ｗは、ロール冷却孔内での金属板のスムーズな転倒とその後の滑り及び金属板自身がロータリージョイントのアダプター孔内部へ流されて閉塞の原因になることがないことを考慮して、ロール冷却孔直径より小さく、かつロータリージョイントアダプターの孔直径より大きい中間的な寸法を狙った。
【００１５】
また図４に示すごとく、金属板のスムーズな転倒のために、金属板長手方向の４箇所の角部全長２６００ｍｍに対し１ｍｍの面取り加工を行った。更に冷却水の流れの阻害を最小とするために、流れに対して垂直な面となる金属板の両端を面取りして、角度θを３０度とした。なお、当外部先端を鋭利にし過ぎると、金属板がアダプター端面と接触したとき摩擦が大きくなって回転しなくなることもありうるので、先端を１Ｒ程度の大きさにグラインダー仕上げした。
【００１６】
この金属板を前記ロールの中心冷却孔内部へ挿入し組み立てたものを、実ラインに５本組み込んで１年間に渡って追跡調査した。比較の対象とした従来ロールとしては、前記諸元のロールに金属板を挿入しないものとした。
【００１７】
効果の確認方法としては、オンラインにて１ヶ月毎にロールの片側端部のロータリージョイントを外して、冷却孔内部の目視観察を行った。また３ヶ月毎亀裂の深さをクラックメーターにて測定した。
【００１８】
その結果、１年間の使用で従来ロールの冷却孔内のスケール付着厚みは平均４〜６ｍｍであった。また、亀裂の深さは最大で３０〜５０ｍｍであった。
一方、本発明ロールではスケール付着状況を定期的に確認していった結果、厚みは０．５〜１ｍｍで安定しており、それ以上の成長は認められなかった。また、亀裂の深さは１年後最大で１９〜３０ｍｍであり、従来に比べ約１／１．５に低減した。
【００１９】
なお、ロール冷却孔内部へ挿入する金属板の幅ｗは、ロータリージョイントのアダプター孔直径より大きい範囲で、下記式で表わされる範囲の寸法がスケール除去性に優れることが分かった。ここでＤはロール冷却孔直径である。
Ｗ＝０．７１Ｄ〜０．９２Ｄ
【００２０】
また、厚みｔは厚くなるほど転倒時の衝突力が増すが、余り厚くすると金属板自身が冷却水の流れを阻害し、逆にスケール付着が起こり易くなってくる。本発明者等の実験で金属板厚みｔは下記式で表わされる範囲の寸法が良好であることが確認できた。
ｔ＝０．０５Ｄ〜０．１５Ｄ
【００２１】
材質としては耐食性に優れ、かつ転倒時の衝突力確保の点から、鋼と同等以上の比重を持つ材料が好ましい。更に前提として、材料費用も低廉でなければならないことは言うまでもない。具体的にはＳＵＳ３０４ステンレス鋼、銅もしくは銅合金、または鉛または鉛合金を用いるのが好ましい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明ロールを適用することにより、ロール製造コストアップが実質ゼロにて、ロール中心軸方向に設けられた冷却孔内壁のスケール付着成長を抑制し、亀裂進展速度を遅らせ、ロール寿命を約１．５倍に延ばすことができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続鋳造ロールの構造を示す軸方向断面図である。
【図２】本発明の連続鋳造ロールの構造を示す軸直角断面図である。
【図３】本発明の連続鋳造ロールの冷却孔内部に挿入した金属板が孔内壁の付着スケールを除去する作用を時系列的に示した模式図である。
【図４】本発明の連続鋳造ロールの冷却孔内部に挿入した金属板の形状例を示す立体図である。
【図５】連続鋳造設備の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…連続鋳造ロール
２…連続鋳造ロールの冷却孔
３…金属板
４…ロータリージョイント
５…ロータリージョイントアダプター
６…ベアリング
７…鋳片
８…レードル
９…タンディッシュ
１０…モールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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