JPH09239499A - ロール連続鋳造設備の鋳造ロール - Google Patents
ロール連続鋳造設備の鋳造ロールInfo
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Abstract
2上にシェル3を支持し且つ放射方向に心出しするため
の2つのフランジ5、6と有する1本または2本のロー
ル上で金属を連続鋳造する設備の鋳造ロール。 【解決方法】 各フランジ5, 6が截頭台形部51、61を
有し、これら截頭台形部51, 61は熱膨張変形に起因する
シェル内径の変動がほぼゼロになる区域Aに設けられた
各シェル3のボアの対応截頭台形表面34, 35と当接す
る。薄い鋼製品のロール間連続鋳造での利用。
Description
または2本のロール上で連続鋳造する方法に関するもの
であり、特に連続鋳造設備のロール構造に関するもので
ある。
溶融金属を鋳造して薄いストリップ、例えば厚さ数ミリ
メートルの鋼製の金属製品を直接製造するために発展し
てきたことは知られている。この方法では互いに平行な
軸を有する2本の冷却されたロール間と2つの側壁との
間に規定された鋳造空間中に溶融金属を注入する。2つ
の側壁はサイドダムとよばれ、一般にロールの両端部表
面と当接している。2本のロールは互いに逆向きに回転
される。金属はロール側壁と接触して凝固し、2本のロ
ールの間の間隙にほぼ等しい厚さの少なくとも一部が凝
固した金属ストリップが引き抜かれる。この方法によっ
て溶融金属から薄い金属、特に鋼ストリップを直接得る
ことができる。この薄いストリップは次の冷間圧延で直
接圧延することができる。また、液体金属を単一の回転
ロールの表面上に流し、ロールと接触させて完全凝固す
ることによってより薄い製品を製造する連続金属ストリ
ップの鋳造方法も知られている。
般に内部冷却され、同軸上に配置されたハブおよびシェ
ルと、シェルをハブ上で回転させる軸線方向結合手段
と、シェルをハブ上に支持・センタリングする手段とを
有している。この種のロールは例えばフランス特許第
2,711,561号に記載されている。この特許には銅合金等
の熱伝導率の高い材料で作られたシェルを支持するハブ
を有するロールが記載されている。このシェルはロール
の軸線に対して平行に延びた冷却液体の循環路を有す
る。
ールの軸線方向中央面の所に設けられたハブの肩部にシ
ェルの内側表面に形成された対応する肩部が当接するこ
とによって行われる。シェルのセンタリングはシェルの
端部に形成された円錐ボアと係合した外側表面が円錐形
をしたフランジによって行われる。2つのフランジはハ
ブ上で軸線方向へ摺動でき、弾性戻し手段によって互い
の方向へ向かって付勢されている。こうしてセンタリン
グされたシェルは鋳造中の加熱による膨張作用でシェル
が変形した場合にもセンタリングが維持される。さら
に、上記特許の図4、図5に示すように、シェルの円錐
ボアの外側エッジの外側領域は平らに(detalonner)なっ
ていて、低温の内側表面とシェルの外側表面との間の温
度差による膨張作用でシェルのエッジが変形した時にフ
ランジの円錐表面と次第に当接するようになっていて、
始めに接触していたフランジとシェルの円錐表面区域が
互いに離れて移動することはない。この構造が重要なの
はシェルのエッジの厚さが薄く、従って、フランジとシ
ェルとの間の円錐軸支部分に最大の接触可能領域を必要
とする場合のみである。
でのシェルがかなり厚い場合に特に適した、鋳造ロール
のハブ上にシェルをセンタリングする新規な方法を提供
することにある。エッジの厚いシェルは変形、特に局部
変形が小さいという利点を有しているということは理解
できよう。しかも、エッジの薄いシェルは円錐・軸支部
によってのみセンタリング・支持されるので、軸線方向
中央部をエッジより厚くする必要がある。これとは逆
に、エッジの厚いシェルはその全長に渡ってほぼ一定の
厚さを維持でき、放射方向平面を通る断面形状は全長に
渡って連続する。換言すれば、一方のエッジから他方の
エッジまで厚さの変動は小さい。従って、避けられない
鋳造中の変形を全長にで均一に維持することができる。
厚いシェルを用いる他の利点は異なる材料の複数の層を
厚さ方向に設けることができる点にある。例えば、鋳造
金属と接触する外側の層の材料をそれに接触する鋳造金
属を急速に凝固できる材料にし、内側の層の材料をシェ
ル全体の機械強度を保証する材料にすることができる。
時でも低温時でもシェルとハブとがセンタリング (心出
し) され、熱膨張による不可避な変形をしても、厚さお
よび縦方向プロフィルが完全に均一な高品質の金属スト
リップが得られるようにすることある。本発明の他の目
的は、シェルの製造を容易にし、フランジとシェルとの
間の境界面で冷却路の密封性を良くすることにある。
上に配置されたハブとシェルおよびシェルをハブ上に支
持し且つ放射方向へセンタリングするための2つのフラ
ンジを有する1本または2本のロール上で金属を連続鋳
造する設備の鋳造ロールにおいて、フランジが截頭台形
部を有し、この截頭台形部は熱膨張変形に起因するシェ
ル内径の変動がほぼゼロになる区域に設けられた各シェ
ルのボアの対応截頭台形表面と共働することを特徴とす
る鋳造ロールを提供する。
センタリングは上記の截頭台形部で確実に行われる。こ
の截頭台形部は熱膨張変形に起因するシェルの内径変動
がほぼゼロの部分に設けられるので、シェルが熱変形し
た時でもセンタリングはほぼ常に同じシェル/フランジ
接触部分で行われ、低温時も高温時もシェルに同じ基準
位置が与えられる。また、ハブ上でのフランジのセンタ
リングも確実に行え、センタリングは温度が基本的に一
定な円筒区域で行われるので熱変形による外乱れを受け
ず、従って、シェルの温度が変化してもロールシャフト
に対するシェルの同心性が常に保証される。
動がほぼゼロになる軸線方向位置は計算モデルまたは実
験で決定することができる。実際にはロールの構造と運
転のパラメータの関数でシェルの変形量を求めることが
できる。シェルが変形する様子は添付図面の故意に拡大
した図3に概念的に示してある。この図はロールの放射
方向断面でのシェル3の一部を示している。1点鎖線は
低温時のシェルの形状を示しており、参照符号31' はシ
ェルの外側表面を示し、31''は内側表面を示している。
実線は熱膨張作用で変形した高温時のシェルを示し、図
を単純にするために母線は単なる直線で表してある。シ
ェルを加熱した時の第1の作用は放射方向への膨張であ
り、シェルの径はF1 で示しただけ大きくなることは理
解できよう。
察できる作用は放射方向膨張に純粋に軸線方向の膨張を
加えたものである。しかし、実際の鋳造では鋳造金属と
接触するシェルの外側表面層は内部強制冷却されて低温
に維持されたシェルの内側表面よりも強く加熱される。
その結果、膨張差が生じ、シェルの外側表面層の軸線方
向への伸びは内側表面層の伸びよりも大きくなる。この
膨張差によって図3のに矢印F2 で示すようなシェルの
曲げ変形が生じ、シェルの端縁部がロールの軸線方向を
向く。低温の厚い部分は冷却路の上にある部分の変形を
防ぐので、熱交換条件が同じ場合、冷却路の下側のシェ
ルの厚さが厚くなるほど変形量は小さくなる。厚いシェ
ルではこの変形によってシェルの端縁部の内径が低温時
の径よりも小さくなり、変形したシェルの内側表面の母
線は点Aで冷却時の母線と交差する。
張作用との組合せで生じるシェルの径の変動がほぼゼロ
となる点または小部分が存在し、この点または小部分で
は曲げが径の増大を補償し、従って、ここではほぼ円形
の断面が維持される。本発明ではシェルのボア内のこの
部分に截頭台形表面が対応するフランジの対応する截頭
台形部に支持される截頭台形表面が形成される。径がほ
ぼ一定になるこれらの部分はシェルの(軸線方向)両側
にできるが、シェル全体が軸線方向へ膨張するので、こ
の2つの部分の間の距離はシェルが低温状態にある時と
高温状態にある時との間でわずかに変動する。従って、
2つのフランジをハブ上で摺動自在に取り付け、2つの
フランジを互いの方向へ付勢する弾性手段をロールが有
しているのが好ましい。
状態で、シェルのハブ上での軸線方向位置決めができる
ようにした好ましい変形例では、ロールの軸線方向ほぼ
中間面の位置設けられた、シェルをハブに軸線方向で当
接する手段と、この当接手段に軸線方向の力を加える付
勢手段とをロールが有している。この付勢手段は当接部
によって規定される軸線方向心だし位置を変えずに、シ
ェルが放射方向に膨張できるようにする役目をする。好
ましい変形例では、各截頭台形表面と同軸で且つそれに
隣接した少なくとも1つの円筒形ボア (孔) がシェルの
内側表面に形成されている。各フランジの円筒形部分は
この円筒形ボアの中に配置され、シェルへの冷却流体の
供給路はこの円筒形部分の所でフランジおよびシェルの
内部に形成されている。
部との間に形成することができる。この場合、低温時に
円筒形ボアと対応フランジの円筒形部分との間に放射方
向遊びを設けて、高温時にシェルの端縁部の径が縮小で
きるようにし、フランジの冷却路とシェルの冷却路との
間には変形自在な継手で密封する。本発明の別の変形例
では、円筒形ボアが上記の実施例の場合よりもロールの
中心部側すなわち截頭台形表面とは反対側に形成するこ
とができる。さらに別の変形例では、円筒形ボアと対応
フランジの円筒形部分とを截頭台形部の両側に形成し、
截頭台形部の放射方向外側に遊びを維持する。この遊び
はシェルにフープ応力が加わらないようにするととも
に、鋳造鋼とシェルとの間の冷却状態すなわち熱交換条
件を変えて膨張度(bombe) を変更できるようにする役目
をする。
筒形ボアとフランジの円筒部分との所に冷却管路を配置
することによって、上記フランス特許第 2,711,561号に
記載のような従来の冷却管路よりもフランジとシェルと
の間の密封を容易且つ確実に行うことができるという利
点がある。本発明の他の特徴と利点は、この種の2本の
ロール間で薄い鋼製品を連続鋳造する設備のロールの添
付図面を参照した以下の説明から明らかになろう。
いる: 1) 回転駆動機構(図示せず)に連結されたシャフト1 2) シャフト1に例えばフープ締め(frettage)および/
またはキー止めによって剛体連結され、シャフトと同軸
に加工されたハブ2 3) ロールの着脱自在・交換可能な部材を構成する、ハ
ブ2と同軸なシェル3 4) 軸線方向当接手段4を有する、シェルの軸線方向を
ハブに結合する手段 5) シェル3をハブ2上で支持・センタリングするため
のフランジ5、6
結合はフランジ5,6およびその組立手段と、軸線方向
当接手段4およびこの当接手段に圧力を加える手段とに
よって行われる。シェル3は材料の異なる同軸な2つの
層の37,38で構成され、外側層37は熱伝導性の高い銅ま
たは銅合金等の材料で作られ、内側層38は機械強度の優
れたSUS304等のステンレス鋼材料で作られてい
る。外側層37の外側表面31に近い所には冷却路32が形成
されている。この冷却路32の両端は冷却水の供給・回収
導管7,8と連通している。
きい中央部21を有し、ハブ2のこの中央部21はロールの
ほぼ中間面Pに軸線に対して直角な肩部24を有してい
る。一方、シェル3の内側は同じ中間面Pの所に対応す
る肩部33を有している。シェル3のハブ2上での軸線方
向センタリングはシェルの肩部33がハブの肩部24と当接
することで保証され、それによってハブ、従って鋳造設
備全体に対するシェルの相対位置が正確に規定される。
従って、ロールの中間面に対するシェルの位置の対称性
が保証され、鋳造中にシェルが軸線方向へ膨張した場合
でも、膨張によるシェルのエッジの軸線方向変位は中間
面に対して対称に変位し、その位置の対称性が維持され
る。
造中に放射状に膨張し、シェルの内径は中間部で大きく
なり、シェルの放射方向センタリングは低温に維持され
て径がほぼ変化しないハブの中間部21では保証できなく
なるということは理解できよう。ハブの中間部21は組立
時および低温状態でシェルに対して径方向に遊びがあ
る。
ジ5,6によって保証される。フランジ5,6はハブの
端部22,23上でセンタリングされており、ほぼ遊びの無
い状態でわずかに摺動できるようになっている。各フラ
ンジの截頭台形部51、61は、シェル3の内部で、上記で
説明した膨張変形に起因するシェルの内径変動がほぼゼ
ロになる部分に形成された同じ截頭台形を有するボア3
4、35の截頭台形表面と係合する。
弾性手段によって互いに引き合っており、ロールの軸線
方向に沿って加わる力によってフランジの截頭台形部5
1、61はシェルの截頭台形部34、35と当接し、それによ
ってシェルはセンタリングされ且つ支持される。既に述
べたように、高温時に熱による膨張作用でシェルの中間
部がハブから離れた場合でも、ハブ上でのシェルの放射
方向センタリングはシェル/フランジの截頭台形当接部
のみで行われ、それによってセンタリングが維持できる
ということは理解できよう。
性手段は、ハブの中間部21へ向かってフランジを引っ張
る各フランジに独立して作用する弾性手段で構成するこ
とができる。図1に示すように、フランジを互いの方向
へ付勢する弾性手段はロールの周囲に分布された引張り
ロッド装置71で構成されるフランジ弾性連結手段で構成
することができる。引張りロッド装置71はハブの中央部
21に形成されたボアを自由に貫通したロッド71で両方の
フランジを連結している。この引張りロッド装置71はフ
ランジ5,6に形成された対応する孔を通り、その先端
には調節ナット73が付けられている。
部材、例えば弾性座金74を配置して両方のフランジを互
いの方向へ引っ張る力を加える。引っ張り力は、各フラ
ンジが鋳造中にロールに加わる分離力に十分に耐える力
をシェルの截頭台形部に加えるように、ナット73を用い
て調節する。上記の力は、当接部の円錐形に起因してフ
ランジが離反し且つシェルがロール軸線方向へ向かって
移動しないような力であり、高温時のシェルの軸線・放
射方向膨張に起因する円錐形ボアの間の距離が変動した
時に軸線方向にはわずかに摺動でき且つ回転摺動は防止
するような力である。
5,6のセンタリングは、フランジとハブとの間に形成
された部分26に注入された摺動用樹脂で行うか、ハブ上
でのフランジの軸線方向摺動が良くでき且つフランジの
移動中の固着および外乱を避けて、ハブとフランジとの
間の遊びを最小、例えば直径に対して約0.05mmにするこ
とが可能な軸受や油継手等の他の手段で行う。
伝達するためには、トルクを連続的に伝達でき且つ軸線
方向移動が自由にできる例えばキー等の公知の回転連結
装置(図示せず)を用いることができる。すなわち、ハ
ブからシェルへの駆動トルクの伝達はハブとフランジと
の間の上記回転連結装置と、フランジとシェルとの間の
摩擦によって行われる。
24とシェルの肩部33との間の摩擦駆動で補うのが好まし
い。そのために、ロールにはシェルの肩部33をハブの肩
部24へ押す押圧手段が設けられている。この押圧手段は
ハブ2に固定された弾性プレート80を含み、この弾性プ
レート80はスペーサー81を介してシェルを押している。
上記フランス特許第2,711,561 号に記載のように、この
スペーサー81はシェル3とハブ2の中央部21との間に配
置された連続リングにするか、セグメントにするか、シ
ェルとハブとの境界面に形成された縦溝内に収容したタ
イル形状の独立したスラスト部品にすることができる。
このリングまたはスラスト部品は肩部33の近くにそれと
反対側に形成されたシェルの第2の肩部36に押圧されて
いる。この配置にすることによって、シェルをその全幅
に沿って均一断面の連続形状にすることができ、従っ
て、中央面Pに対して熱変形を対称にでき、最小にする
ことができる。
内で動かなくならないだけの十分な大きさにする。ま
た、接触する円錐表面の長さを短くして、各截頭台形表
面34、35の両側でのシェルの内径差を小さくし、従っ
て、シェルの厚さが全幅でわずかにしか変化しないよう
にする。しかし、接触円錐表面の長さは鋳造金属によっ
て生じるロールを分離する力に耐えるだけの長さにする
必要がある。截頭台形表面34、35の軸線方向位置は実験
的および/または計算モデルによって決められる。この
計算モデル自体は公知であり、幾何学形状、シェルを構
成する材料の種類および冷却路中の水量、熱交換係数等
のパラメータの関数で高温時のシェルの変形量を求める
ことができ、従って、放射方向膨張によって曲げ変形が
補償されるシェル内側表面の点または分布を決めること
ができる。一例を挙げると、シェルの冷却水導路全体の
全水量が400 m3/hで、シェルの幅が1300mmで、抽出され
る平均熱束が8MW/m2 の場合、重合体の点はロールの中
央面から 560 mm の所にある。
ルとその支持・センタリング手段に加わる他の力を考慮
に入れ且つ下記の目的を妥協させるように修正すること
ができる: 1) シェルとフランジとの間の相対移動量を最小にす
る。これは当接部をシェルの膨張変形(放射方向断面の
屈曲)によって放射方向熱膨張を補償する区域の近くに
る配置することによって達成される。 2) フランジによってシェルに加えられる軸線方向の力
でシェルの変形を最小する。 3) 鋳造中に鋳造物がシェルに加わる力でフランジの位
置を安定化させる。この力は円錐当接部を介してフラン
ジに伝達される。この安定化はフランジへのシェルの合
力がハブ2上の各フランジの当接部26の間を通るように
円錐角度を調節して得られる。
截頭台形部51、61の径の大きい側面に円筒形部分52、62
を有し、この円筒形部分52、62はシェルに形成された截
頭台形表面34、35とシェルの端縁部との間に形成された
円筒形ボア39,40の中に配置されている。フランジの円
筒形部分とシェルの対応ボアとの間には放射方向の遊び
(低温時で約 0.6〜0.8 mm) を設けて、高温時にシェル
の端縁部が上記のように縮径ができるようにする。冷却
水の供給路および戻り路7,8は円筒形ボア内でシェル
の内側表面上で開口し、そこでフランジに形成された各
溝53、54と連通している。この溝53、54はハブに形成さ
れた主導管27、28と連通している。フランジの円筒形部
分とシェル内の対応円筒形ボアとの間の境界面でパッキ
ン55によって密封されている。
筒形部分52' と導管7、8、53、54が通っているシェル
の対応円筒形ボア39’とが截頭台形当接部の反対側すな
わち径が小さくなる側に設けられている。円錐当接部と
シェルの端縁部との間にある部分には同じく円筒形ボア
が形成されており、この円筒形ボア内にはフランジの円
筒形第2部分55が収容されている。この場合、シェルが
変形できるようにするための既に述べた最小の遊びが設
けられている。この実施例ではこの遊びを大きくするこ
ともできる。
導管の連通は円筒形境界面で行われるので切削加工が容
易であり、境界面での密封性が良くなる。フランジ5、
6はハブの材料と膨張係数が等しいか、それに近い膨張
係数を有する材料で作るのが好ましい。そすることによ
って各部品が温度変化(これは例え小さくしたとして
も、実際には避けられない)を受けた時のハブ上でのフ
ランジのセンタリングを確実に行うことができる。フラ
ンジの截頭台形部は、その表面間で微小な相対変位が生
じた時にシェルが截頭台形表面上を容易に摺動できるよ
うにするために、摩擦係数の低い材料で作るか、そうし
た材料の被覆層を有している。
冷却流体導路 24、33 当接手段 32 冷却導管 34、35 截頭台形表面 37、38 同軸な
層 39、40、39' 円筒形ボア 51、61 截頭台
形部 52、62、62' 円筒形部分 71、74 弾性手
段 80、81 押圧手段 A 熱膨張変形によるシェルの内径変動がほぼゼロの部
分
Claims (11)
- 【請求項1】 互いに同軸なハブ(2) およびシェル(3)
と、ハブ(2) 上にシェル(3) を支持し且つ放射方向に心
出しするための2つのフランジ(5, 6)と有する1本また
は2本のロール上で金属を連続鋳造する設備の鋳造ロー
ルにおいて、各フランジ(5, 6)が截頭台形部(51, 61)を
有し、この截頭台形部(51, 61)は熱膨張変形に起因する
シェル内径の変動がほぼゼロになる区域(A) に設けられ
た各シェル(3) のボアの対応截頭台形表面(34, 35)と共
働することを特徴とする鋳造ロール。 - 【請求項2】 2つのフランジ(5, 6)を互いの方向へ向
かって付勢する弾性手段(71,74) を有する請求項1に記
載の鋳造ロール。 - 【請求項3】 ハブ(2) 上にシェル(3) を軸線方向から
当接させるためにロールのほぼ軸線方向へ中間面に設け
られた手段(24, 33)と、この当接手段に軸線方向の力を
加える手段(80, 81)とを有する請求項1に記載の鋳造ロ
ール。 - 【請求項4】 各截頭台形表面(34, 35)と同軸で且つそ
れに隣接した少なくとも1つの円筒形ボア(39,40,39')
がシェル(3) の内側表面に形成されており、各フランジ
(5, 6)が円筒形ボア内に配置された円筒形部分(52,62,6
2') を有し、この円筒形部分の所で、フランジおよびシ
ェルの内部にシェルを冷却する流体の供給路(7,8;53,5
4)が形成されている請求項1に記載の鋳造ロール。 - 【請求項5】 円筒形ボア(39,40) が截頭台形表面(34,
35)とシェル(3) の端縁部との間に形成されている請求
項4に記載の鋳造ロール。 - 【請求項6】 円筒形ボア(39') が截頭台形表面(34)に
対してロール中心側に形成されている請求項4に記載の
鋳造ロール。 - 【請求項7】 円筒形ボアおよび対応するフランジの円
筒形部分が各截頭台形表面の両側に形成されている請求
項4に記載の鋳造ロール。 - 【請求項8】 シェル(3) が材料の異なる2つの同軸な
層(37,38) を有する請求項1に記載の鋳造ロール。 - 【請求項9】 冷却路(32)がシェルの外側層(37)の内部
に形成されている請求項8に記載の鋳造ロール。 - 【請求項10】 各フランジ(5, 6)がハブ(2) の材料と
ほぼ同じ膨張係数を有する材料で作られている請求項1
に記載の鋳造ロール。 - 【請求項11】 各フランジの截頭台形部(51, 61)の少
なくとも表面が摺動性のよい材料で作られている請求項
1〜10のいずれか一項に記載の鋳造ロール。
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