JP2005088063A - ストリップキャスター用冷却ロール - Google Patents

Abstract

【課題】チャターの発生を防止できるようにする。
【解決手段】ロール外周面に、頂部に所要幅ａの平坦面９を有し、その両側に垂直方向からの傾斜角θを４０度以下と急にした傾斜面１０を備えた凸部８を、所要のピッチで螺旋方向に一連に設けて冷却ロール１ａを形成する。通常運転時は、原料金属の湯３が冷却ロール１ａの表面部の凸部８の頂部平坦面９に接触することで初期凝固幅を決定させる。ロールギャップが急激に開閉されて、冷却ロール１ａからの衝撃的勢いを受けた湯３が凸部８の間に深さレベルｅまで入り込んだとしても、急角度としてある傾斜面１０との接触領域が広がるようにして、この場合の初期凝固幅ｆの通常運転状態における初期凝固幅（凸部８の頂部平坦面９の幅ａ）に対する変化を小さいものとして、初期凝固厚みの変化を抑制させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、双ロール式のストリップキャスターに用いるための冷却ロールに関するものである。

薄い金属板を製造する手法の１つとしてストリップキャスティングが知られている。かかるストリップキャスティングとして開発されている双ロール式のストリップキャスター（連続鋳造装置）は、図２にその一例の概略を示す如く、水平方向に平行に配置した左右一対の冷却ロール１の軸心方向の両端面に、サイド堰２を該冷却ロール１に接するよう配置して、該一対の冷却ロール１の間に形成されるくさび状の隙間に、原料金属の湯３を注入し、該湯３を上記各冷却ロール１の表面で冷却させることにより急速凝固させると共に、凝固した金属を、上記一対の冷却ロール１のロールギャップ間で圧着してストリップ（薄板）４として製造するようにしたものである。この方法は、原料金属の湯３から直接薄い金属板を製造できるため、熱間圧延工程を省略できて薄板製造工程の大幅な簡略化が可能であり、このため省エネルギー化、製造コストの削減を図る効果が期待できるものとして知られている。

ところで、上記双ロール式のストリップキャスターで用いる冷却ロール１は、当初、湯と接する表面を、凹凸が極めて微少な滑らかな表面となるようにしていたが、この場合は、原料合金の湯３が冷却ロール１の表面に接触するときに、全面的に亘って一度に冷却されるようになるために、上記湯３の抜熱が急激に生じてしまい、上記各冷却ロール１の間を通して形成される薄板４では、表面部の凝固歪が大となるという問題が生じていた。

そのために、原料合金の湯３を凝固させるときの急激な抜熱を緩和して表面歪を抑制できるようにするための対策として、冷却ロール１の表面に多数の凹凸を設けて、原料合金の湯３を冷却ロール１と接触させる際、該湯３が冷却ロール１の表面の凸部にのみ接触し、且つ表面張力によって凹部には接しないようにさせることにより、上記湯３の凝固を、上記冷却ロール１の表面の凸部と接触する多数個所から分散させた状態で行なわせるようにすることが提案されている。

かかる考えに基づいた冷却ロール１の表面構造としては、たとえば、図３に示す如く、冷却ロール１の外周面に、周方向に延びる多数の凸部５を軸心方向に所要間隔で形成し、且つ該凸部５の断面形状を三角形としたもの（たとえば、特許文献１参照）、図４（イ）（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）に示す如く、冷却ロール１の外周面に、多数の溝６によって分割されたひし形、矩形、三角形、六角形、円形形状の凸部７や、図４（ヘ）に示す如く、軸心方向に対し所要角度で螺旋方向に延びる多数の溝６により分割された螺旋方向に延びる多数の凸部７を形成したもの（たとえば、特許文献２参照）、冷却ロール１の外周面に、サンドブラスト等によって凹凸を形成して該冷却ロール１の表面を所要の粗面に加工したもの（たとえば、特許文献３参照）、等が提案されている。

なお、単ロール式のストリップキャスターに用いる冷却ロールについて、該冷却ロールの表面に、円周方向に延びる多数の凸部を軸心方向に所要間隔で形成し、且つ該凸部の断面形状を台形としたものも提案されている（たとえば、特許文献４参照）。

特開平３−１２８１４９号公報 特開平２−１６５８４９号公報 特許第２７３３７７６号公報 米国特許第４８６５１１７号明細書

ところが、上記双ロール式のストリップキャスターでは、運転中に、いろいろな原因によって各冷却ロール１が、５０Ｈｚ程度の周期でギャップ方向に所要振幅で振れ、このためロールギャップが急激に変動し開閉させられることがある。

この場合、上記特許文献１に示されたように、冷却ロール１の外周面に断面形状を三角形とした凸部５が設けてある場合には、製造されるストリップの長手方向に厚みが変化して段が形成される、所謂チャターが発生することがあり、このようなチャターの発生を防止できるようにすることが望まれているというのが実状である。

上記特許文献２に示されたような凸部７を冷却ロール１の表面に形成させるためには、多数の溝６を刻設しなければならないため、該冷却ロール１の製造に要する手間及び時間が嵩むという問題がある。

更に、上記特許文献３に示されたものでは、所望する表面粗さの粗面を外周面に均等に備えた冷却ロールを得るためには、サンドブラストの実施条件を詳細に設定しなければならないために、上記サンドブラストの準備に手間及び時間を要して、冷却ロールの製造に要する手間及び時間が嵩むという問題がある。

なお、上記特許文献４に示された冷却ロールは、単ロール式のストリップキャスターの冷却ロールであって、双ロール式のストリップキャスターにて２つの冷却ロール間のロールギャップが急激に開閉されたときにチャターが発生することについて何ら考慮されたものではない。したがって、上記特許文献４に記載されたものは、双ロール式のストリップキャスターの各冷却ロールのロールギャップが急激に開閉された場合に、チャターが発生するという問題を解決できるものではない。

そこで、本発明者等は、薄板の連続鋳造時におけるチャターを防止できるようにするための工夫、研究を重ねた結果、上記特許文献１に示されたように、冷却ロール１の外周面に断面形状が三角形の凸部５を設けた場合におけるチャターの発生は、以下のようなメカニズムによるものであるということが明らかになってきた。すなわち、上記冷却ロール１の表面に断面形状を三角形とした凸部５が設けてある場合、通常、原料金属の湯３は、図３に示す如く、上記凸部５の頂部における非常に狭幅の領域にしか接触していない。しかし、一対の冷却ロール１のロールギャップが急激に開閉させられると、原料金属の湯３は、上記冷却ロール１の衝撃的勢いを受けたときに凸部５同士の間の凹部に、図３に符号ｅで示す如き深さレベルまで入り込むことがある。この場合、湯３と上記凸部５との接触面積は、通常運転状態である凸部５の頂部に対応する非常に狭幅の領域から、上記凸部５の両側斜面における深さレベルｅに対応する領域の幅ｗにまで拡大される。このため、上記通常運転状態とロールギャップ開閉時とでは湯３の初期凝固幅の比が大きく変化させられる。このようにして、冷却ロール１のロールギャップが急激に開閉されることに伴い、上記湯３の初期凝固幅が周期的に変化させられるために、凝固厚みが変化してレンズ状に凝固した部分が長手方向に整列することで、チャターが生じるようになることが解明された。

そのために、ロールギャップが急激に開閉されたとしても、原料金属の湯３の初期凝固幅をあまり変化させないようにすれば、初期凝固厚みの変化を抑えることができて、チャターの発生を防止できることを見出し、本発明をなした。

したがって、本発明の目的とするところは、冷却ロールのロールギャップが急激に開閉されても湯の初期凝固幅の変化を抑制できて、チャターの発生を未然に防止でき、更に、容易に製造できるストリップキャスター用冷却ロールを提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、ロール外周面に、断面形状を略台形状とした凸部を、螺旋状に所要のピッチで一連に設け、該凸部を、頂部に所要幅の平坦面を有し且つ該平坦面の両側に４０度以下の傾斜面を備えてなる構成とする。

又、凸部の頂部平坦面の幅を、該凸部のピッチの０．２〜０．７倍とした構成とする。

更に、凸部のピッチを０．３〜０．１ｍｍとした構成とする。

更に又、凸部の高さを７０〜５μｍとした構成とする。

本発明のストリップキャスター用冷却ロールによれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
(1) ロール外周面に、断面形状を略台形状とした凸部を、螺旋状に所要のピッチで一連に設け、該凸部を、頂部に所要幅の平坦面を有し且つ該平坦面の両側に４０度以下の傾斜面を備えてなる構成としてあるので、通常運転時には、凸部の頂部平坦面に対応した幅の安定した初期凝固幅を持たせることができ、冷却ロールのロールギャップが急激に開閉されてこの冷却ロールからの衝撃的勢いを受けた原料金属の湯が上記凸部の間の凹部へ進入したとしても、垂直方向からの角度を４０度以下と急角度に設定してある傾斜面との接触面積を拡大させることで、湯の初期凝固幅の大きな変化を抑えることができることから、湯の初期凝固厚みの変化を抑えることができて、製造される薄板の厚みが変化することを防止して、チャターの発生を未然に防ぐことができる。
(2) 上記凸部は螺旋方向に一連としてあるため、該凸部は、各凸部の間に存在する凹部を、ロール外周面に螺旋方向に刻設することにより形成できる。したがって、ＮＣ旋盤等により容易に冷却ロールの外周面の加工を行うことができるため、該加工に要する手間及び時間を削減できて、冷却ロールの製造を容易なものとすることができる。
(3) 凸部の頂部平坦面の幅を、該凸部のピッチの０．２〜０．７倍とした構成とすることにより、通常運転時とロールギャップの急激な開閉が起きた場合における初期凝固幅の変化を効率よく抑制できると共に、成形される薄板における凝固歪の発生を抑制できる。
(4) 凸部のピッチを０．３〜０．１ｍｍとした構成とし、更に、凸部の高さを７０〜５μｍとした構成とすることにより、冷却ロールの表面に設ける凹凸によって原料金属の湯の初期凝固が発生する個所を効率よく分散させることができて、凝固歪を抑えた薄板を効率よく製造することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１（イ）（ロ）は本発明のストリップキャスター用冷却ロールの実施の一形態を示すもので、図２に示したと同様の構成としてある双ロール式ストリップキャスターに用いる冷却ロール１を、ロール外周面に、断面形状を略台形状とした凸部８を、螺旋状に所要のピッチｐで一連に設け、該凸部の断面形状を、頂部に所要幅ａの平坦面９を有し且つ該平坦面９の両側に垂直方向からの傾斜角θが４０度以下の傾斜面１０を備えてなるものとして本発明の冷却ロール１ａとする。

上記凸部８の頂部平坦面９の幅ａは、該凸部８のピッチｐの０．２〜０．７倍とする。このように、上記頂部平坦面９の幅ａをピッチｐの０．２〜０．７倍としたのは、頂部平坦面９の幅ａをピッチｐの０．２倍よりも小さくすると、通常の運転状態のときに原料金属の湯３と接することとなる頂部平坦面９の幅（面積）が小さくなるため、冷却ロール１ａの衝撃的勢いを受けた湯３が上記凸部８の間に深さレベルｅの位置まで入り込んで該凸部８の両側の傾斜面１０における上記深さレベルｅと対応する部分に接するようになるときに、通常運転状態の場合との面積変化が大となってしまうためである。一方、頂部平坦面９の幅ａをピッチｐの０．７倍よりも大とすると、凝固歪を抑えるべく冷却ロール１ａの表面に凹凸を設けて凝固開始個所を分散させる効果が小さくなってしまうためである。

更に、冷却ロール１ａの表面に設ける凹凸によって原料金属の湯の初期凝固が発生する個所を効率よく分散させて、凝固歪を抑えた薄板を効率よく製造できるように、上記凸部８のピッチｐは０．３〜０．１ｍｍ、好ましくは約０．２ｍｍとし、又、凸部８の高さ寸法ｈは７０〜５μｍ、好ましくは約５０μｍとする。

上記本発明のスプリットキャスター用冷却ロール１ａを製造する場合は、軸心方向に平滑な外周面を備えてなる冷却ロールを、たとえば、ＮＣ旋盤にかけて、上記凸部８の間の凹部１１と対応する形状の溝を、ロール外周面にねじ切りするようにして螺旋方向に刻設するようにすればよい。

上記本発明のスプリットキャスター用冷却ロール１ａを、図２に示す如き双ロール式スプリットキャスターの冷却ロールとして用いた状態にて、従来と同様に原料金属の湯３を供給すると、通常運転時には、上記湯３は、各冷却ロール１ａの外周面における凸部８の頂部平坦面９に接し、且つ表面張力により該各凸部８の間の凹部１１には接触しない状態で凝固が開始される。このため、上記各凸部８の頂部平坦面９の幅ａに対応した初期凝固幅にて初期凝固が開始されると共に、この際、凝固開始点が各凸部８の頂部平坦面９の位置に対応した個所に分散されるため、凝固歪が抑制された状態にて湯３が凝固させられ、その後、各冷却ロール１ａの間を通過することで該各冷却ロール１の表面にて形成されている凝固物が圧着されて、上記原料金属の薄板４が連続的に形成される。

上記において、何らかの原因により各冷却ロール１ａがギャップ方向へ振動させられて、ロールギャップが急激に開閉されるようになると、該各冷却ロール１ａの衝撃的勢いを受けた上記原料金属の湯３が上記各冷却ロール１の表面にある凸部８の間の凹部１１へ、深さレベルｅまで進入させられる。この際、上記湯３は、各凸部８の傾斜面１０における上記深さレベルｅと対応する位置まで接触させられるようになるため、湯３の初期凝固幅が、上記深さレベルｅと対応した領域の幅ｆまで拡大されるが、通常運転時においても湯３の初期凝固幅を凸部８の頂部平坦面９の幅として安定した幅として設定してあると共に、上記凸部８の両側の傾斜面１０の傾斜角度θを垂直方向より４０度以下として急角度に設定してあるため、上記凹部１１に湯３が進入することによって拡大された初期凝固幅ｆの通常運転時における初期凝固幅、すなわち、凸部８の頂部平坦面９の幅ａに対する拡大率（ｆ／ａ）を小さくすることができる。

したがって、冷却ロール１ａがギャップ方向に振動してロールギャップが急激に開閉された場合であっても、初期凝固幅の変動を小さく抑えることができることから、湯の初期凝固厚みの変化を抑えることができて、製造される薄板４の厚みの変化を未然に防止することができることから、チャターの発生を未然に防ぐことができる。

更に、上記冷却ロール１ａの凸部８は、ロール外周面に螺旋方向に一連の凹部１１を刻設することにより形成できるため、ＮＣ旋盤等により容易に加工することができて、特許文献２や特許文献３に記載されたものに比して、冷却ロール１ａの表面の加工に要する手間及び時間を大幅に削減することができて、製造を容易にすることが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、双ロール式スプリットキャスターとしては、サイド堰２に加えて、各冷却ロール１ａの上側に、下端を該各冷却ロール１ａの外周面に軸心方向の全長に亘り接触させてなるバレル堰を備えて、上記各バレル堰とサイド堰２により冷却ロール１ａのロールギャップの上方に所要高さレベルに湯を溜めることができるようにした湯溜め部を形成してなる形式の双ロール式スプリットキャスターの冷却ロール１ａにも適用してもよい。凸部８の両側の面を、垂直方向からの傾斜角θが４０度よりも小さい傾斜面１０を備えた略台形状のものとして示したが、上記傾斜角θとしては０度、すなわち、凸部８の両側面がロール表面に対し直角な面となるようにしてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明のスプリットキャスター用冷却ロールの実施の一形態を示すもので、（イ）は概略側面図、（ロ）は表面部分を拡大して示す断面図である。 双ロール式のスプリットキャスターの一例の概略を示す切断側面図である。 従来提案されている双ロール式スプリットキャスター用冷却ロールの表面部分を示す概略切断側面図である。 （イ）（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）（ヘ）はいずれも従来提案されている双ロール式スプリットキャスター用冷却ロールの他の形式のものにおける表面部分を示す概略図である。

符号の説明

１ａ 冷却ロール
８ 凸部
９ 頂部平坦面
１０ 傾斜面（面）
ａ 頂部平坦面の幅
ｐ 凸部のピッチ
θ 傾斜角

Claims (4)

1. ロール外周面に、断面形状を略台形状とした凸部を、螺旋状に所要のピッチで一連に設け、該凸部を、頂部に所要幅の平坦面を有し且つ該平坦面の両側に４０度以下の傾斜面を備えてなる構成としたことを特徴とするストリップキャスター用冷却ロール。
2. 凸部の頂部平坦面の幅を、該凸部のピッチの０．２〜０．７倍とした請求項１記載のストリップキャスター用冷却ロール。
3. 凸部のピッチを０．３〜０．１ｍｍとした請求項１又は２記載のストリップキャスター用冷却ロール。
4. 凸部の高さを７０〜５μｍとした請求項１、２又は３記載のストリップキャスター用冷却ロール。

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