JP6821732B2 - 螺旋溝付き心棒を有する連続キャスターロール - Google Patents

Description

本発明は、金属ストランドを鋳造する連続鋳造設備で用いられる、ロール（ローラー）に関する。

金属ストランドを鋳造するための連続鋳造設備では、ロール（ころ）は、鋳型を離れた後の金属ストランドを、所定の経路に沿って案内し、冷却し、おそらくは支持するために使用される。ロールは、固定心棒上で自由回転する回転可能に取り付けられた円筒形ロールを含む。円筒形ロールは、それらの上を金属ストランドが移動するにつれて回転する。これらのロールは、作動中に白熱（または赤熱）する金属ストランドと直接接触することによって高温にさらされるので、ロールの冷却が最優先事項である。このロールの冷却は、典型的には、熱を放散させるために圧力下でロールの内部に冷却液（特に水）を供給することによって閉回路で行われる。

先行技術のシステムは、典型的には、故障しがちであり、保守および修理のためにかなりの努力を必要とする複雑な圧力制御システムおよびシールユニットを含んでいた。

本発明として提示されるのは、先行技術のシステムのいくつかの欠点に対処する改良された冷却液回路システムを有する高温環境用のロールである。

連続鋳造用ロールは、固定心棒に回転可能に取り付けられた円筒形ロールを含む。前記心棒は、冷却液入口システムおよび冷却液出口システムを備える。冷却チャンバー（冷却液室）は、前記円筒形ロールの内部と前記心棒との間の空間によって画定される。前記冷却チャンバーは冷却液の流れを受け入れる。前記心棒上に、前記冷却液入口システムから前記冷却液出口システムへのらせん流路を形成する少なくとも１つの螺旋が形成される。実施形態によっては、２つの重なる螺旋が前記心棒上に形成される。前記螺旋は、１／４インチ幅（６．３５ｍｍ幅）の溝を含むことができる。

前記冷却液入口システムは、前記心棒の中心線に沿って配置された前記心棒内への第１の冷却液入口と、前記心棒から前記冷却チャンバー内への第１の冷却液出口とを備える。
前記心棒を通る第１の流体経路は、冷却液を非乱流で前記冷却チャンバー内に流入させるために、冷却液を前記第１の冷却液入口から前記第１の冷却液出口に導く。前記第１の冷却液出口は、冷却液の流れを前記心棒上の螺旋の方へ向かわせる。

前記冷却液出口システムは、前記冷却チャンバーから心棒内への第２の冷却液入口を含む。前記心棒からの第２の冷却液出口は、前記心棒の中心線に沿って配置されている。前記心棒を通る第２の流体経路は、冷却液を非乱流で前記第２の冷却液入口から前記第２の冷却液出口に導く。

様々な実施形態において、前記冷却液は水である。この冷却液は、８０ｐｓｉ（約５．６２４ｋｇｆ／ｃｍ^２）の圧力で前記冷却チャンバーに導入することができる。前記冷却液は、５ｇｐｍ（約１８．９３ｌ／ｍｉｎ）の速度で冷却チャンバーに導入することができる。

当業者は、本発明が示されたものとは異なる実施形態が可能であること、および装置および方法の詳細が本発明の範囲から逸脱することなく様々な方法で変更され得ることを理解するであろう。したがって、図面および説明は、本発明の精神および範囲から逸脱しないような同等の実施形態を含むと見なされるべきである。

本発明、およびその多くの利点をより完全に理解するために、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照する。

螺旋溝付き心棒を組み込んだロールの切り取り図である。 螺旋溝付き心棒が挿入される円筒形ロールの断面図である。 先行技術の心棒の図である。 螺旋溝付き心棒の図である。 図４の螺旋溝付き心棒の部分切り取り図である。 冷却液入口システムが複数の第１の冷却液出口と第２の冷却液入口とを有する螺旋溝付き心棒の別の実施形態の部分切り取り図である。 スペーサの正面図である。 図５のスペーサの断面図である。 リテーナキャップの正面図である。 図６のリテーナキャップの断面図である。

図面を参照すると、いくつかの参照番号は、示されかつ説明されたいくつかの実施形態および図を通して同一または対応する部分を示すために使用されている。対応する部分は、小文字を追加して異なる実施形態において示される。図面に示されている形態または機能における対応する部分の変形例が説明されている。実施形態における変形は、本発明から逸脱することなく一般的に交換可能であることが理解されよう。

図１は、金属ストランドを連続鋳造するためのロール１０の斜視図を示す。これらのようなロール１０は、非常に熱い金属ストランドが冷却されるつれそれらを方向付けるための連続鋳造用途におけるガイドとして作用する。このような複数のロール１０は、鋳造設備に沿って金属ストランドを支持し案内（ガイド）するために、順番に配置されている。各ロール１０は、固定心棒１２を含み、その上に図２に示すように円筒形ロール１４が取り付けられる。円筒形ロール１４は、心棒１２が固定されたままで金属ストランドがロール１０上を移動するときに円筒形ロール１４が回転するように、固定心棒１２上で回転可能である。ロール１０は、本開示には重要ではないロール支持システムに取り付けられ、ロール１０を定位置に固定するための最も知られているシステムおよび方法は、本明細書に開示されたロール１０の特徴が収容される限り実施され得る。

各ロール１０は金属ストランドと直接接触するので、各ロール１０の熱伝達および冷却は不可欠である。本書に開示された熱伝達システムは、金属ストランドがロール１０の経路に沿って冷却するにつれて割れや反りが生じにくい、より優れた金属ストランド製品を提供することが分かった。円筒形ロール１４は、典型的にはステンレス鋼で構成されるが、それらが接触するのに要求される金属ストランドの重量および熱に耐えることができる任意の他の適切な材料を使用することができる。

図１，２，４及び４Ａを比較することによって最もよく理解されるように、円筒形ロール１４は、心棒１２に取り付けられ、密封された球面ロールベアリング２２によって支持されている。心棒１２と円筒形ロール１４との間には冷却チャンバー２３が形成されている。リテーナカバー１６がロール１０の端部をシールし、スペーサプレート１８を用いて球面ロールベアリング２２を円筒ロール１４内に着座させる。様々な種類の一連のガスケット２０は、可動部分間に液体シールを提供するために使用される。

冷却チャンバーには、冷却液を冷却チャンバー２３に供給する冷却液入口システムを介して冷却液が供給される。低温の冷却液は、冷却液入口システムを介して冷却チャンバーに流入し、加熱された冷却液は、冷却液出口システムを通って冷却液チャンバーから排出される。

図３に示すように、先行技術の心棒１２ａにおいては、冷却液入口システムおよび冷却液出口システムはロール支持構造と一体化されており、心棒１２ａの一端に配置された第１の冷却液入口２４ａは、典型的に心棒１２ａの中心線から９０°の角度で心棒１２ａに通じる冷却液ラインから供給される。冷却液供給ライン３４ａは、冷却液を冷却チャンバー内に流す１つまたは一連の第１の冷却液出口２６ａに導く。これらの第１の冷却液出口２６ａもまた、典型的に心棒１２ａの中心線から９０°の角度で形成されている。冷却液は、冷却チャンバーを満たし、円筒形ロールの表面からの熱を交換し、その後心棒１２ａの他端において冷却液出口システムを通って排出する。冷却液出口システムは、典型的には冷却液入口システムを反映しており、これもまた典型的には心棒１２ａの中心線から９０°の角度で形成された１つまたは一連の第２の冷却液入口２８ａを有する。第２の冷却液入口２８ａは、典型的には心棒１２ａの中心線から９０°の角度で形成されている第２の冷却液出口３０ａに通じる冷却液排出ライン３６ａ内に排水する。９０°の屈曲は冷却チャンバー内部で乱流を生じさせる。この構成には制限があり、最も効率的な熱交換システムではない。

本書に提示されているのは、これらの制限のいくつかに対処する改善されたシステムである。

図１，２，４及び４Ａを比較することによって最もよく理解されるように、本書に提示されているロール１０は、先行技術に対して著しい相違を有する。円筒形ロール１４は、固定心棒１２に回転可能に取り付けられている。心棒１２は、後により詳細に説明する冷却液入口システムおよび冷却液出口システムを備える。前述のように、リテーナカバー１６はロール１０の端部をシールし、スペーサプレート１８は球面ロールベアリング２２を円筒形ロール１４内に着座させるために使用される。ロールの可動部分間に液体シールを提供するために使用される様々な種類の一連のガスケット２０が設けられる。円筒形ロール１４の内部と心棒１２の外部との間の空間によって画定される冷却チャンバー２３が形成される。冷却液入口システムから冷却液出口システムへのらせん流路を形成する少なくとも１つの螺旋３２が心棒１２上に形成される。実施形態によっては、図に示されるように、２つの重なり合う螺旋３２が心棒１２上に形成されてもよい。心棒１２上に形成される螺旋３２は様々な構成とすることができるが、各螺旋は１／４インチ幅（６．３５ｍｍ幅）の溝を含むことが好ましい。

このロール１０の冷却液入口システムは、先行技術において提示されているものとは異なる。冷却液入口システムは、心棒１２の中心線に沿って配置された、心棒１２内への第１の冷却液入口２４を備える。心棒１２からの第１の冷却液出口２６は、冷却チャンバー２３内へと通じている。第１の冷却液入口２４から第１の冷却液出口２６までの心棒１２を介する第１の流体経路３４は、冷却チャンバーへの冷却液の非乱流を提供する。図４Ａに見られるように、第１の流体経路３４は、いかなる急な屈曲も持たず冷却液入口システムを通る冷却液の円滑な流れを可能にする。第１の流体出口２６は、心棒１２に形成された少なくとも１つの螺旋３２の方へ冷却液の流れを方向付ける。第１の流体出口２６の数は、冷却液の流れが非乱流のままである限り、冷却液の流れを心棒１２上の他の位置に向けるように変えることができることが理解されよう。

冷却液出口システムは、上記冷却液入口システムと似ている。第２の冷却液入口２８は、冷却チャンバー２３から心棒１２に排水する。心棒１２からの第２の冷却液出口は、心棒１２の中心線に沿って配置されている。第２の冷却液入口２８から第２の冷却液出口３０まで心棒１２を通る第２の流体経路３６は、ロール１０から出る冷却液の非乱流を提供する。

図４Ｂは、冷却液入口システムが複数の第１の冷却液出口２６ｂおよび第２の冷却液入口２８ｂを有する螺旋溝付き心棒１２ｂの別の実施形態を示す。これは、螺旋溝付き心棒１２ｂがその上に形成された２つの螺旋３２ｂを有する実施形態において特に有用である。これらの実施形態では、各第１の冷却液出口２６ｂは、螺旋３２ｂによって形成された経路に冷却液の流れを向けるように配置されることが好ましい。

図５および図５Ａは、球面ロールベアリング２２を円筒形ロール１４内に着座させるスペーサ１８のうちの１つの正面図および断面図を示す。
図６および図６Ａは、ロール１０の端部をシールするリテーナキャップ１６のうちの１つの正面図および断面図を示す。

システムに使用される冷却液は、このタイプのシステムに典型的な任意の冷却液システムとすることができるが、好ましい冷却液は水である。示されたシステムは様々な圧力で冷却液を導入することを可能にするが、冷却液が８０ｐｓｉ（約５．６２４ｋｇｆ／ｃｍ^２）の圧力で冷却液チャンバーに導入されることが好ましい。冷却液チャンバーへの冷却液導入流量は５ｇｐｍ（約１８．９３ｌ／ｍｉｎ）である。

一定の５ｇｐｍの給水量に基づいて、図４に示す螺旋の構成を図３に示す先行技術のシステムと比較して試験を行った。

先行技術のシステムは、もちろん、心棒に螺旋を有していなかった。螺旋心棒（螺旋溝付き心棒）システムは、ロールを通る流体速度において約２．４倍大きい流体速度を経験した。より速い冷却液速度は、ロールが過熱するのを防ぐのに役立つ、より速い速度で円筒形ロールから熱が引き離されることを意味する。過熱したロールは、結局、転がる金属スラブに欠陥を引き起こす可能性がある。

心棒上の２つの螺旋は、心棒の周りに冷却液の流れを向けるのに役立ち、ホットスポットを排除する。所定の冷却液流路を有することは、ロール本体におけるキャビテーションの機会を減らす。キャビテーションは熱伝達を妨げる気泡やポケットをもたらす。気泡は断熱材として働き、ロール本体内部の冷却液への熱伝達を阻む。

これらの試験は、同じ冷却液供給特性を与えられた先行技術のシステムに対して螺旋心棒ロールキャビティ内の水速度の増加を示している。螺旋心棒構成は、乱流が発生する機会を低減する。螺旋心棒構成のための流路の冷却液入口システムおよび冷却液出口システムは、キャビテーションが発生する機会をさらに減少させる。第１の冷却液入口および第２の冷却液出口は、心棒の中心線を通って心棒に出入りするように冷却液を方向付ける。

先行技術のシステムは、冷却液の流れに乱流を生じさせる可能性がある心棒に対して９０°で心棒を出入りするように冷却液を方向付ける。特定の用途の要求に応じて心棒の長さを増加させることによって螺旋心棒構成を拡大または縮小することができるが、水流特性は一定のままである。

本発明をいくつかの好ましい実施形態を参照して説明した。前述の明細書を読み、理解すると、他の多くの修正および変更が思い付くであろう。本発明は、添付の特許請求の範囲またはこれらの特許請求の範囲の均等物の範囲内にある限り、そのようなすべての変更および修正を含むと解釈されることが意図されている。

１０ 連続鋳造用ロール
１２ 固定心棒
１４ 円筒形ロール
１６ リテーナカバー
１８ スペーサプレート
２０ ガスケット
２２ 球面ロールベアリング
２３ 冷却チャンバー
２４ 第１の冷却液入口
２６ 第１の冷却液出口
２８ 第２の冷却液入口
３０ 第２の冷却液出口
３２ 螺旋
３４ 第１の流体経路
３６ 第２の流体経路

Claims (5)

1. 連続鋳造用ロールであって、
   冷却液入口システムおよび冷却液出口システムを備える固定心棒と、
   前記固定心棒に回転可能に取り付けられた円筒形ロールと、
   前記円筒形ロールの内部と前記心棒との間の空間によって画定される、冷却液の流れを受け入れるための冷却チャンバーと、
   前記心棒上に形成され、前記冷却液入口システムから前記冷却液出口システムへのらせん流路を形成する２つの螺旋と、
   を含み、
   前記冷却液入口システムは、
   前記心棒の中心線に沿って配置された前記心棒内への第１の冷却液入口と、
   前記心棒から前記冷却チャンバー内への第１の冷却液出口と、
   前記冷却チャンバー内への冷却液の非乱流のための、前記第１の冷却液入口から前記第１の冷却液出口までの前記心棒を通る第１の流体経路と、
   をさらに含み、
   前記第１の冷却液出口は、冷却液の流れを前記２つの螺旋の方へ方向付ける、ロール。
2. 前記冷却液が水である、請求項１に記載のロール。
3. 前記冷却液が８０ｐｓｉの圧力で前記冷却チャンバー内に導入される請求項１に記載のロール。
4. 前記冷却液が５ｇｐｍの速度で前記冷却チャンバー内に導入される請求項１に記載のロール。
5. 少なくとも１つの螺旋がそれぞれ１／４インチ幅の溝を含む、請求項１に記載のロール。

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