JP2011041959A - Guide roll for continuous casting for steel - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To sufficiently exhibit a slab heat extraction effect by water for cooling the surface layer of a roll. <P>SOLUTION: The guide roll is used for continuous casting for a steel, and its inside is water-cooled. The guide roll includes: one cooling hole 2 provided at the central part of a cross-sectional face so as to perform water passing along a shaft direction; and a plurality of cooling holes 3 uniformly provided so as to perform water passing along the shaft direction on almost the same circumference in the surface layer part of the cross-sectional surface. The plurality of the cooling holes 3 provided at the surface layer part are provided in a range to a depth of 50 mm from the surface of the roll. Into the cooling holes 3, cooling water is introduced from the edge part of the roll shaft on either side through the cooling hole 2 provided at the central part in the cross-sectional surface to the vicinity of the edge part of the roll shaft in the other cooling side. The ratio( Hw2/Hw1) of the heat transfer coefficient Hw2 of the plurality of cooling holes 3 in the surface layer part to the heat transfer coefficient Hw1 by the cooling hole in the central part, is controlled to 1.0 to 3.0. The improvement of cooling capacity and the elongation of the service life of the roll upon high speed casting can be achieved. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、連続鋳造鋳片の搬送に使用されるガイドロールであり、その表層近傍にロール冷却水系を配置して鋳片に対する抜熱効率を増加させ、連続鋳造機端部における鋳片未凝固を防止して高速鋳造を可能とするものである。   The present invention is a guide roll used for transporting a continuous cast slab, and a roll cooling water system is arranged in the vicinity of the surface layer to increase the heat removal efficiency of the slab, thereby preventing slab unsolidification at the end of the continuous caster. This prevents high-speed casting.

連続鋳造において、鋳型から引抜かれた鋳片は、二次冷却帯での強制冷却により、凝固シェル内の溶鋼が凝固する。しかしながら、鋳片の引抜き速度が速くなると、連続鋳造機の出側においても溶鋼の凝固が完了せず、静鉄圧による凝固シェルの変形(以降、機端バルジングという。)が発生し、鋳型湯面レベル低下等による操業トラブルを余儀なくされる。   In continuous casting, the slab drawn from the mold is solidified in the solidified shell by forced cooling in the secondary cooling zone. However, when the drawing speed of the slab increases, the solidification of the molten steel is not completed on the outlet side of the continuous casting machine, and the solidified shell is deformed (hereinafter referred to as end-of-machine bulging) due to the static iron pressure. You will be forced to have operational troubles due to lower surface levels.

従って、鋳片の引抜き速度の増加に伴い、二次冷却帯での冷却能率の向上が望まれていた。二次冷却帯における鋳片の冷却手法には、スプレー冷却あるいは水冷式ロール冷却などがあるが、特に水冷式ロール冷却による冷却効果が大きいことが知られている。   Accordingly, it has been desired to improve the cooling efficiency in the secondary cooling zone as the slab drawing speed increases. The slab cooling method in the secondary cooling zone includes spray cooling or water-cooled roll cooling, and it is known that the cooling effect by water-cooled roll cooling is particularly large.

ところで、連続鋳造に使用するガイドロールには、鋳造された高温の鋳片が直接接触するため、従来の軸芯部のみに冷却孔を設けたロール構造では、ロール及び鋳片の冷却機能が不足していた。   By the way, since the cast hot slab is in direct contact with the guide roll used for continuous casting, the conventional roll structure in which the cooling hole is provided only in the shaft core portion lacks the cooling function of the roll and slab. Was.

そこで、この対策として、各種のロールが提案され、鋳片の熱影響によってロールの表面に亀裂や曲がりなどが発生することの防止に効果を発揮している。   In view of this, various rolls have been proposed as countermeasures, and are effective in preventing the roll surface from being cracked or bent due to the thermal influence of the slab.

例えば特許文献1では、肉盛層を被覆したロール表層部の円周方向に所定の深さ、溝の凸部の幅を有するU字形溝を等間隔ピッチで刻設する一方、ロール胴部の表面にスパイラル状の冷却孔を設けたスリーブ型ロールが提案されている。   For example, in Patent Document 1, U-shaped grooves having a predetermined depth in the circumferential direction of the roll surface layer portion covering the overlay layer and the width of the convex portion of the groove are engraved at an equal interval pitch, while the roll body portion A sleeve-type roll having a spiral cooling hole on the surface has been proposed.

この特許文献1で提案されたスリーブ型ロールは、冷却孔を流れる冷却水によりロール表層全体の冷却を図り、幅方向における熱応力を溝の凹凸部に吸収分散することで、ロール表層の亀裂発生および摩耗を減少するようにしている。   In the sleeve type roll proposed in Patent Document 1, the entire roll surface layer is cooled by cooling water flowing through the cooling holes, and thermal stress in the width direction is absorbed and dispersed in the uneven portions of the groove, thereby generating cracks in the roll surface layer. And to reduce wear.

また、特許文献2では、ロールの、胴長方向中央外周部の胴長に対して1/3〜4/5長さの範囲に、所定断面積を有する4〜64個の冷却水通過用有蓋溝を設け、溝両端が通水孔によりロール軸心の通水孔に連通されたリボルバー型ロールが提案されている。   Moreover, in patent document 2, the lid | cover for 4 to 64 cooling water passage which has a predetermined cross-sectional area in the range of 1/3 to 4/5 length with respect to the trunk | drum length of a trunk | drum length direction center outer peripheral part. There has been proposed a revolver type roll in which a groove is provided and both ends of the groove are communicated with a water passage hole of a roll axis through a water passage hole.

この特許文献2で提案されたリボルバー型ロールは、ロール胴長方向の中央部近傍のみに水冷溝を配置することで、ロール胴部両端に接触するスラブコーナ部の温度低下を抑制するようにしている。   In the revolver type roll proposed in Patent Document 2, the water cooling groove is arranged only in the vicinity of the center part in the roll body length direction, thereby suppressing the temperature drop of the slab corner part contacting both ends of the roll body part. .

これら特許文献1、2で提案されたロールは、上記課題の防止効果は発揮しているものの、ロール抜熱改善による鋳片冷却向上を狙った発明ではなく、ロール寿命・鋳片端部冷却に関する提案であり、鋳片冷却向上(鋳片抜熱向上による凝固促進)に関する効果は不明である。   Although these rolls proposed in Patent Documents 1 and 2 are effective in preventing the above problems, they are not inventions aimed at improving slab cooling by improving heat removal from the roll, but proposals regarding roll life and slab end cooling. Thus, the effect on the slab cooling improvement (acceleration of solidification by improving the slab heat removal) is unknown.

特開平9−192808号公報JP-A-9-192808 特開平9−277004号公報JP-A-9-277004

本発明が解決しようとする問題点は、特許文献1、2で提案されたロールは、ロール表層冷却水による鋳片抜熱の有効な方法が示されていないので、鋳片の凝固促進対策としてはなお不十分であるという点である。   The problem to be solved by the present invention is that the rolls proposed in Patent Documents 1 and 2 do not show an effective method of heat removal from the slab by roll surface cooling water. Is still inadequate.

本発明の鋼の連続鋳造用ガイドロールは、
ロール表層冷却水による鋳片抜熱効果が十分に発揮できるようにするために、
鋼の連続鋳造に用いる内部を水冷されたガイドロールであって、
該ガイドロールは、
軸方向に沿って通水すべく横断面の中心部に設けられた1個の冷却孔と、
横断面の表層部における略同一円周上に、軸方向に沿って通水すべく均等に設けられた複数の冷却孔と、を有し、
前記表層部に設けられる複数個の冷却孔は、ロール表面から50mm深さまでの範囲に設けられ、これら冷却孔には、一方側のロール軸端部から前記横断面の中心部に設けられた冷却孔を経て他方側のロール軸端部近傍から冷却水を導くようにし、
前記中心部の冷却孔による熱伝達係数Hw1に対する前記表層部の複数の冷却孔の熱伝達係数Hw2の比、Hw2/Hw1が1.0以上、3.0以下となるようにしたことを主要な特徴としている。
The guide roll for continuous casting of the steel of the present invention,
In order to be able to fully demonstrate the effect of heat removal from the slab by roll surface cooling water,
A water-cooled guide roll used for continuous casting of steel,
The guide roll is
One cooling hole provided in the center of the cross section to allow water to pass along the axial direction;
A plurality of cooling holes provided uniformly to allow water to pass along the axial direction on substantially the same circumference in the surface layer portion of the cross section;
The plurality of cooling holes provided in the surface layer portion are provided in a range from the roll surface to a depth of 50 mm, and in these cooling holes, cooling provided in the central portion of the transverse section from one roll shaft end portion. The cooling water is led from the vicinity of the other end of the roll shaft through the hole,
The ratio of the heat transfer coefficient Hw2 of the plurality of cooling holes in the surface layer part to the heat transfer coefficient Hw1 due to the cooling hole in the central part, and Hw2 / Hw1 is set to be 1.0 or more and 3.0 or less. It is a feature.

本発明は、中心部の冷却孔による熱伝達係数Hw1に対する表層部の複数の冷却孔の熱伝達係数Hw2の比(Hw2/Hw1)を最適範囲に規定することで、高速鋳造時の冷却能向上とロール寿命の延長を図ることが可能になる。   The present invention improves the cooling performance during high speed casting by defining the ratio (Hw2 / Hw1) of the heat transfer coefficient Hw2 of the plurality of cooling holes in the surface layer portion to the heat transfer coefficient Hw1 due to the cooling hole in the central portion within the optimum range. It is possible to extend the roll life.

(a)〜(c)は伝熱解析モデルによる冷却能の評価テストに使用したロールの横断面を示した図である。(A)-(c) is the figure which showed the cross section of the roll used for the evaluation test of the cooling ability by a heat-transfer analysis model. 図1(a)に示した参考ロールについての伝熱解析の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of the heat transfer analysis about the reference roll shown to Fig.1 (a). 図1(b)に示したテストロールAについての伝熱解析の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of the heat transfer analysis about the test roll A shown in FIG.1 (b). 図1(c)に示したテストロールBについての伝熱解析の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of the heat-transfer analysis about the test roll B shown in FIG.1 (c). 図2の伝熱解析結果を説明する図である。It is a figure explaining the heat-transfer analysis result of FIG. 図2〜図4に示す伝熱解析結果の冷却能を比較した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having compared the cooling capability of the heat-transfer analysis result shown in FIGS. 熱伝達係数比Hw2/Hw1が3.45と0.95の場合における、熱影響範囲の関係を対象ロール径と併せて示した図である。It is the figure which showed the relationship of the heat influence range in case heat transfer coefficient ratio Hw2 / Hw1 is 3.45 and 0.95 with the object roll diameter. 図1に示した各ロールの冷却水出側におけるロール内冷却水温の推移を示した図である。It is the figure which showed transition of the cooling water temperature in a roll in the cooling water exit side of each roll shown in FIG. 図8の結果を基に算出したロール内冷却水の入出水温差による鋳片抜熱量を算出した結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having calculated the slab extraction heat amount by the temperature difference of the cooling water in and out of the roll water calculated based on the result of FIG.

本発明では、ロール表層冷却水による鋳片抜熱効果が十分に発揮できるようにするという目的を、中心部の冷却孔による熱伝達係数Hw1に対する表層部の複数の冷却孔の熱伝達係数Hw2の比(Hw2/Hw1)を最適範囲に規定することによって実現した。   In the present invention, the heat transfer coefficient Hw2 of the plurality of cooling holes in the surface layer portion with respect to the heat transfer coefficient Hw1 due to the cooling holes in the central portion is intended to allow the slab heat removal effect by the roll surface cooling water to be sufficiently exerted. This was realized by defining the ratio (Hw2 / Hw1) within the optimum range.

以下、本発明について、添付図面を用いて説明する。
特許文献1で提案されたスリーブ型ロールや、特許文献2で提案されたリボルバー型ロールでは、鋳片冷却効果は十分でなく、機端バルジング等の操業トラブルは依然として問題となっていた。
The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
In the sleeve type roll proposed in Patent Document 1 and the revolver type roll proposed in Patent Document 2, the slab cooling effect is not sufficient, and operational troubles such as end-of-machine bulging remain a problem.

一方、ロールによる鋳片冷却が過度になった場合、鋳片コーナ部分の品質欠陥に繋がることから、操業上、品質上の観点から適正なロール冷却を行うことが望ましい。   On the other hand, when the slab cooling by the roll becomes excessive, it leads to a quality defect in the slab corner portion. Therefore, it is desirable to perform appropriate roll cooling from the viewpoint of operation and quality.

そこで、本発明では、高効率な鋳片冷却が可能な表層冷却型ロールを設計したうえで、問題の解決を図った。なお、本発明の連続鋳造用ガイドロールは、直径が200mm〜350mmで、横断面の中心部に軸方向に設けられた冷却孔の内径は40mm〜60mmのものを対象としている。   Therefore, in the present invention, a surface layer cooling type roll capable of highly efficient slab cooling is designed and the problem is solved. The continuous casting guide roll of the present invention has a diameter of 200 mm to 350 mm and an inner diameter of the cooling hole provided in the axial direction at the center of the cross section is 40 mm to 60 mm.

すなわち、本発明は、横断面の中心部に設けた、軸方向に沿って通水する1個の冷却孔に加えて、横断面が円形またはかまぼこ型などの冷却孔を複数、軸方向に沿って横断面の表層部に設けたガイドロールである。   That is, according to the present invention, in addition to a single cooling hole provided in the central portion of the cross section that allows water to pass along the axial direction, a plurality of cooling holes having a circular cross section or a kamaboko type cross section are provided along the axial direction. And a guide roll provided on the surface layer of the transverse section.

そして、前記表層部に設けた複数の冷却孔への冷却水の供給は、冷却水入側から横断面の中心部に設けた冷却孔を通って対面に位置する側に設けた通水孔を介して行う。供給された冷却水は、対面に位置する側からロール表層部に沿って流れ、冷却水入側と略同位置に設けられた排水孔から排出される。   And the supply of the cooling water to the plurality of cooling holes provided in the surface layer part includes the water holes provided on the opposite side through the cooling holes provided in the central part of the transverse section from the cooling water inlet side. Do through. The supplied cooling water flows along the roll surface layer from the side facing the surface, and is discharged from a drain hole provided at substantially the same position as the cooling water inlet side.

前記構成のガイドロールでは、ロール内に供給される冷却水の流速の増加は、ロール表層部に接触する鋳片からの抜熱量を向上させる効果があり、冷却水の流速を調整することで、品質欠陥の回避と鋳片の冷却能向上の両立が可能になる。   In the guide roll configured as described above, an increase in the flow rate of the cooling water supplied into the roll has the effect of improving the amount of heat removed from the slab in contact with the roll surface layer, and by adjusting the flow rate of the cooling water, It is possible to avoid both quality defects and improve the cooling capacity of the slab.

発明者等は、横断面の中心部にのみ内径が55mmの冷却孔2を設けた、従来より用いられている参考ロール1(図1(a))と、横断面の表層部における同一円周上の均等位置にも複数の冷却孔3を設けたテストロール4(図1(b)(c))について評価した。   The inventors have provided a cooling roll 2 having an inner diameter of 55 mm only at the center of the cross section, the reference roll 1 conventionally used (FIG. 1 (a)), and the same circumference in the surface layer of the cross section. The test roll 4 (FIGS. 1B and 1C) provided with a plurality of cooling holes 3 in the upper equal position was evaluated.

なお、参考ロール、テストロールは、共に炭素含有量が0.4質量%の中炭素鋼製であり、その外径は、参考ロール、テストロール共に250mmで、テストロールの複数の冷却孔は横断面の表層から32mmの位置に設けた。   The reference roll and test roll are both made of medium carbon steel with a carbon content of 0.4% by mass. The outer diameter of both the reference roll and test roll is 250 mm, and the cooling holes of the test roll are crossed. It provided in the position of 32 mm from the surface layer of the surface.

図1(b)は、横断面の表層に、内径が15mmの円形の冷却孔3を12個設けたリボルバー型のロール(テストロールA)である。図1(c)は、外周に幅20mm、深さ5mmの溝を設けたロール本体4aに外筒4bを焼き嵌めしてかまぼこ型の冷却孔3を20個設けたスリーブ型のロール(テストロールB)である。これらのテストロール4は、それぞれ横断面の中心部に図1(a)と同じ大きさの冷却孔2が設けられている。   FIG. 1B shows a revolver type roll (test roll A) in which twelve circular cooling holes 3 having an inner diameter of 15 mm are provided on the surface layer of the cross section. FIG. 1 (c) shows a sleeve-type roll (test roll) in which a roll body 4a having a groove having a width of 20 mm and a depth of 5 mm on the outer periphery is shrink-fitted with an outer cylinder 4b and 20 kamaboko-shaped cooling holes 3 are provided. B). Each of these test rolls 4 is provided with a cooling hole 2 having the same size as that shown in FIG.

なお、図1中の5は、横断面の中心部に設けた冷却孔2を経て横断面の表層部に設けた冷却孔3に導かれて表層部を冷却した後の冷却水を排水する、内径が55mmの排水孔である。   In addition, 5 in FIG. 1 is led to the cooling hole 3 provided in the surface layer part of the cross section through the cooling hole 2 provided in the center part of the cross section and drains the cooling water after cooling the surface layer part. It is a drainage hole with an inner diameter of 55 mm.

図1(a)〜(c)に示した各ロールについて、下記表1に示した伝熱解析条件で、二次元非線形モデルによる伝熱解析をして鋳片冷却能の事前評価を行った。その結果を図2〜図4に示す。   About each roll shown to Fig.1 (a)-(c), the heat transfer analysis by the two-dimensional nonlinear model was performed on the heat transfer analysis conditions shown in the following Table 1, and the slab cooling ability was evaluated in advance. The results are shown in FIGS.

図2〜図4に示した伝熱解析モデルによる冷却能評価の、その他の解析条件は以下の通りである。
・冷却水:元流量Q=15.0リットル/min
水量:テストロールA 1.25リットル/min/個
テストロールB 0.75 リットル/min/個
流速:テストロールA 0.12m/sec
テストロールB 0.13 m/sec
・ロールのベース温度:40℃
The other analysis conditions for the cooling performance evaluation by the heat transfer analysis model shown in FIGS. 2 to 4 are as follows.
・ Cooling water: Original flow rate Q = 15.0 liters / min
Water volume: Test roll A 1.25 liters / min / piece
Test roll B 0.75 liter / min / piece
Flow velocity: Test roll A 0.12m / sec
Test roll B 0.13 m / sec
-Roll base temperature: 40 ° C

ロールの回転が非定常の伝熱解析にて、接触時間対応を行い、さらに図1(a)〜(c)に示す位置(図1(a)(b)はロール表面から23mmと28mmの位置、図1(c)はロール表面から11mmと16mmの位置。)に熱電対6を取り付けて温度解析の検証を行った。また、温度解析は、冷却孔3が鋳片との接触位置から離れた時を推定し、抜熱的に不利な状況下での解析を実施した。   Corresponding to the contact time in the heat transfer analysis where the rotation of the roll is unsteady, the positions shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c) are the positions 23mm and 28mm from the roll surface. FIG. 1 (c) shows positions of 11 mm and 16 mm from the roll surface.) A thermocouple 6 was attached to verify the temperature analysis. Moreover, the temperature analysis estimated the time when the cooling hole 3 left | separated from the contact position with a slab, and implemented the analysis under the situation where heat removal was unfavorable.

図2は図1(a)に示した参考ロールについての解析結果、図3は図1(b)に示したテストロールAについての解析結果、図4は図1(c)に示したテストロールBについての解析結果を示したものである。   2 is an analysis result of the reference roll shown in FIG. 1A, FIG. 3 is an analysis result of the test roll A shown in FIG. 1B, and FIG. 4 is a test roll shown in FIG. The analysis result about B is shown.

図2〜図4は、ロールの横断面の1/4を示した図で、例えば図2の解析結果を図示した図5に示すように、伝熱解析の結果を温度分布で示したものである。これら図2〜図4より、ロール内冷却水の抜熱影響範囲を指標として冷却効果を判断すると、図1(b)に示すリボルバー型、図1(c)に示すスリーブ型のいずれのテストロールも、図1(a)に示す参考ロールと比較して優れた冷却能を示していることが分かる。本例では、リボルバー型のテストロールAよりもスリーブ型のテストロールBの冷却効果が大きかった。   2 to 4 are diagrams showing a quarter of the cross section of the roll. For example, as shown in FIG. 5 showing the analysis result of FIG. 2, the result of the heat transfer analysis is shown by the temperature distribution. is there. From FIG. 2 to FIG. 4, when the cooling effect is judged using the heat removal influence range of the cooling water in the roll as an index, either the revolver type shown in FIG. 1B or the sleeve type test roll shown in FIG. Also, it can be seen that the cooling ability is superior to that of the reference roll shown in FIG. In this example, the cooling effect of the sleeve type test roll B was greater than that of the revolver type test roll A.

図2〜図4に示す伝熱解析結果の冷却能を比較した結果を図6に示す。冷却能を比較する指標として、ロール表面から温度上昇の影響を除外した範囲であるロール内部冷却範囲を使用した。   FIG. 6 shows the result of comparing the cooling ability of the heat transfer analysis results shown in FIGS. As an index for comparing the cooling ability, a roll internal cooling range, which is a range in which the influence of the temperature rise from the roll surface is excluded, was used.

このロール内部冷却範囲は、図2〜図4において温度上昇した範囲を読み取り、この読み取った値(参考ロールは26.96mm、テストロールAは7.23mm、テストロールBは8.55mm)をロールの半径125mmから引いた値である。この値が大きいほどロール内部への熱影響範囲が狭くなり、冷却能が大きいことになる。   This roll internal cooling range was read from the temperature rise range in FIGS. 2 to 4, and the read values (reference roll 26.96 mm, test roll A 7.23 mm, test roll B 8.55 mm) The value is subtracted from the radius of 125 mm. The larger this value, the narrower the range of heat influence on the inside of the roll, and the greater the cooling capacity.

伝熱解析結果を得る際に使用したロール(直径250mm)における表層部の冷却孔の内径、孔数を変化させた場合における表層側冷却水の熱伝達係数の比較を下記表2に示す。   Table 2 below shows a comparison of the heat transfer coefficients of the surface side cooling water when the inner diameter and the number of holes in the surface layer portion of the roll (diameter: 250 mm) used in obtaining the heat transfer analysis result are changed.

表2中の、ロール軸心部の熱伝達係数Hw1に対するリボルバー型とスリーブ型のテストロールの熱伝達係数Hw2の比(以下、熱伝達係数比という。)Hw2/Hw1が3.45と0.95の場合における、熱影響範囲(ロール表面から内部への温度上昇影響深さ)の関係を対象ロール径と併せて図7に示す。   In Table 2, the ratio of the heat transfer coefficient Hw2 of the revolver type and sleeve type test rolls to the heat transfer coefficient Hw1 of the roll shaft center (hereinafter referred to as the ratio of heat transfer coefficient) Hw2 / Hw1 is 3.45. FIG. 7 shows the relationship of the heat affected range (temperature rise influence depth from the roll surface to the inside) in the case of 95 together with the target roll diameter.

ところで、熱影響範囲には最適値が存在し、熱影響範囲(深さ)が浅い場合、冷却能的には十分であるが、ロール表面に加わる熱サイクル(疲労)が大きく、ロール表面に亀裂等の発生が多くなり、寿命を低下させる結果となる。   By the way, there is an optimum value in the heat affected range, and when the heat affected range (depth) is shallow, the cooling capacity is sufficient, but the thermal cycle (fatigue) applied to the roll surface is large, and the roll surface is cracked. And the like are increased, resulting in a decrease in the service life.

一方、熱影響範囲が深い場合は、ロールの冷却能が低下していることで、高効率な鋳片冷却が達成できないことになる。   On the other hand, when the heat-affected range is deep, high-efficiency slab cooling cannot be achieved because the cooling capacity of the roll is reduced.

発明者等の種々の試験および解析結果から、熱影響範囲は5mmから10mmが最も効果的な範囲であることが分かった。   From various tests and analysis results by the inventors, it was found that the heat-affected range is the most effective range from 5 mm to 10 mm.

また、前記図7より、熱伝達係数比Hw2/Hw1が3.43の場合、冷却水の流速は速くなるものの、直径が350mmの大径ロールでは表層部に設ける冷却孔のピッチが大きくなり、熱影響範囲が20mmとなって冷却能が低下することが分かる。また、直径が200mmの小径ロールでは、冷却孔のピッチの大きさは多少改善されるものの、やはり熱影響範囲が13mmとなって冷却能の点で問題がある。   In addition, from FIG. 7, when the heat transfer coefficient ratio Hw2 / Hw1 is 3.43, the flow rate of the cooling water increases, but in the case of a large-diameter roll having a diameter of 350 mm, the pitch of the cooling holes provided in the surface layer portion increases. It can be seen that the heat-affected range is 20 mm and the cooling capacity is lowered. In addition, although the size of the pitch of the cooling holes is slightly improved in the small-diameter roll having a diameter of 200 mm, there is still a problem in terms of cooling ability because the heat affected range becomes 13 mm.

一方、熱伝達係数比Hw2/Hw1が0.95の場合は、直径が200mmの小径ロールであっても、直径が350mmの大径ロールであっても、熱影響範囲は5〜6mmで冷却能の点では問題がない。しかしながら、熱伝達係数比Hw2/Hw1が0.95の場合は、冷却孔の内径に比べて冷却孔数が多すぎることになるので、ロール強度の点で問題がある。   On the other hand, when the heat transfer coefficient ratio Hw2 / Hw1 is 0.95, the heat-affected range is 5 to 6 mm and the cooling capacity is small diameter rolls with a diameter of 200 mm and large diameter rolls with a diameter of 350 mm. There is no problem in terms of. However, when the heat transfer coefficient ratio Hw2 / Hw1 is 0.95, the number of cooling holes is too large compared to the inner diameter of the cooling holes, which is problematic in terms of roll strength.

以上の結果、高効率な鋳片冷却が可能な表層冷却型ロールとするためには、Hw2/Hw1が1.0〜3.0の範囲が有効であることを確認した。   As a result, it was confirmed that the range of Hw2 / Hw1 in the range of 1.0 to 3.0 was effective in order to obtain a surface-layer cooled roll capable of highly efficient slab cooling.

なお、冷却孔2、3の熱伝達係数は、下記の数式1を用いて算出する。   The heat transfer coefficient of the cooling holes 2 and 3 is calculated using the following formula 1.

本発明は以上の解析結果に基づいてなされたものであり、
鋼の連続鋳造に用いる内部を水冷されたガイドロールであって、
該ガイドロールは、
軸方向に沿って通水すべく横断面の中心部に設けられた1個の冷却孔と、
横断面の表層部における略同一円周上に、軸方向に沿って通水すべく均等に設けられた複数の冷却孔と、を有し、
前記表層部に設けられる複数個の冷却孔は、ロール表面から50mm深さまでの範囲に設けられ、これら冷却孔には、一方側のロール軸端部から前記横断面の中心部に設けられた冷却孔を経て他方側のロール軸端部近傍から冷却水を導くようにし、
前記中心部の冷却孔による熱伝達係数Hw1に対する前記表層部の複数の冷却孔の熱伝達係数Hw2の比、Hw2/Hw1が1.0以上、3.0以下となるようにしたことを特徴としている。
The present invention has been made based on the above analysis results,
A water-cooled guide roll used for continuous casting of steel,
The guide roll is
One cooling hole provided in the center of the cross section to allow water to pass along the axial direction;
A plurality of cooling holes provided uniformly to allow water to pass along the axial direction on substantially the same circumference in the surface layer portion of the cross section;
The plurality of cooling holes provided in the surface layer portion are provided in a range from the roll surface to a depth of 50 mm, and in these cooling holes, cooling provided in the central portion of the transverse section from one roll shaft end portion. The cooling water is led from the vicinity of the other end of the roll shaft through the hole,
The ratio of the heat transfer coefficient Hw2 of the plurality of cooling holes in the surface layer portion to the heat transfer coefficient Hw1 due to the cooling hole in the central portion is such that Hw2 / Hw1 is 1.0 or more and 3.0 or less. Yes.

本発明において、表層部に設ける複数個の冷却孔を、ロール表面から50mm深さまでの範囲に設けるのは、50mmを超えると冷却孔からの抜熱効果が少なくなってしまうからである。   In the present invention, the plurality of cooling holes provided in the surface layer portion are provided in a range from the roll surface to a depth of 50 mm because the heat removal effect from the cooling holes is reduced when it exceeds 50 mm.

発明者等の検討によれば、表層部に最接近する場合の好ましい下限値は、約20mmであった。ロール表面からの深さが浅い場合、ロール表面の熱疲労によるクラックが伝播し、容易に水漏れが発生するためである。   According to the study by the inventors, the preferable lower limit when approaching the surface layer portion is about 20 mm. This is because when the depth from the roll surface is shallow, cracks due to thermal fatigue on the roll surface propagate and water leakage easily occurs.

上記構成の本発明のガイドロールでは、鋳片の冷却能向上により、鋳造速度の向上が可能となり、その派生効果として、ロール寿命向上の効果も得られることになる。   In the guide roll of the present invention having the above-described configuration, the casting speed can be improved by improving the cooling ability of the cast slab, and the effect of improving the roll life can be obtained as a derivative effect.

本発明においては、中心部の冷却孔による熱伝達係数Hw1に対する表層部の複数の冷却孔の熱伝達係数Hw2の比、Hw2/Hw1が1.0以上、3.0以下となれば、表層部に設ける冷却孔の数や内径は特に限定されるものではない。   In the present invention, if the ratio of the heat transfer coefficient Hw2 of the plurality of cooling holes in the surface layer portion to the heat transfer coefficient Hw1 due to the cooling hole in the central portion, Hw2 / Hw1 is 1.0 or more and 3.0 or less, the surface layer portion The number and inner diameter of the cooling holes provided in are not particularly limited.

しかしながら、ロール表層の周方向の冷却を考えると、表層部に設ける冷却孔が少ない場合、冷却孔間における抜熱効果が低下することから、5個以上設けることが好ましい。一方、各冷却孔への冷却水供給の観点から、60個以内とすることが好ましい。   However, considering the cooling in the circumferential direction of the roll surface layer, when there are few cooling holes provided in the surface layer portion, it is preferable to provide five or more because the heat removal effect between the cooling holes is reduced. On the other hand, from the viewpoint of supplying cooling water to each cooling hole, the number is preferably 60 or less.

また、本発明で対象とする、直径が200mm〜350mmで、横断面の中心部に軸方向に設けられた冷却孔の内径が40mm〜60mmのロールでは、表層部に設ける冷却孔は、横断面が円形の場合、内径は10mm以上、25mm以下であることが好ましい。冷却孔の形状がかまぼこ型の場合も同等の断面積となるような大きさが必要である。   Further, in a roll having a diameter of 200 mm to 350 mm and a cooling hole having an inner diameter of 40 mm to 60 mm provided in the axial direction at the center of the cross section, the cooling hole provided in the surface layer portion has a cross section. Is a circular shape, the inner diameter is preferably 10 mm or more and 25 mm or less. Even when the shape of the cooling hole is a kamaboko type, it is necessary to have a size that provides an equivalent cross-sectional area.

表層部に設ける冷却孔の内径が小さいと、冷却孔断面積に対し冷却水接触長(円周)が長いため冷却効率が良く、有利であるものの、特にロール胴長が長い場合は機械加工が難しく、また、冷却孔の閉塞も考えられため10mm以上とするのが好ましいからである。一方、冷却孔の内径が大きいと、冷却孔断面積に対し冷却水接触長(円周)が短いため冷却効率が悪く、さらにロールの断面係数を低下させるため、25mm以下とするのが好ましい。   If the inner diameter of the cooling hole provided in the surface layer is small, the cooling water contact length (circumference) is long with respect to the cross-sectional area of the cooling hole, so that the cooling efficiency is good and advantageous. This is because it is difficult and the cooling hole may be blocked. On the other hand, when the inner diameter of the cooling hole is large, the cooling water contact length (circumference) is short with respect to the cooling hole cross-sectional area, so that the cooling efficiency is poor, and further, the section modulus of the roll is reduced.

以上の解析結果を基にガイドロールの製作を行い、実操業の中で冷却能評価を実施した結果を以下に説明する。   Based on the above analysis results, a guide roll was manufactured, and the results of cooling performance evaluation during actual operation will be described below.

図1(a)〜(c)に示した各ロールのロール内冷却水量、および入出時の水温を測定した。ロールを装着するセグメントには、テストロールA、Bと参考ロールに、共通の系から供給されるロール内冷却水を分割して供給した。テスト条件を下記表3に示す。   The amount of cooling water in the rolls of each roll shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c) and the water temperature at entry / exit were measured. In the roll mounting segment, the cooling water in the roll supplied from a common system was divided and supplied to the test rolls A and B and the reference roll. The test conditions are shown in Table 3 below.

前記参考ロールとテストロールA、Bに15Nリットル/minの冷却水を供給した場合における、連続鋳造中のロール内冷却水の出側でのロール内冷却水温の推移を図8に示す。また、図8に示す結果から算出したロール内冷却水の入出水温差による鋳片抜熱量を、下記数式2を用いて算出した結果を図9に示す。なお、図9に示した抜熱量Qの計算に使用する抜熱部有効面積Aは、鋳片接触弧長Lrを0.065mとして算出した。   FIG. 8 shows the transition of the cooling water temperature in the roll on the outlet side of the cooling water in the roll during continuous casting when the reference roll and the test rolls A and B are supplied with 15 N liter / min of cooling water. Moreover, the result of having calculated the slab extraction heat amount by the temperature difference of the in-roll cooling water calculated from the result shown in FIG. 8 using the following formula 2 is shown in FIG. In addition, the heat removal part effective area A used for calculation of the heat removal amount Q shown in FIG. 9 was calculated by setting the slab contact arc length Lr to 0.065 m.

この結果、図9より明らかなように、テストロールA、テストロールBの抜熱量は、いずれも従来ロールと比べて、約80〜100%向上することが確認できた。   As a result, as is clear from FIG. 9, it was confirmed that the heat removal amounts of the test roll A and the test roll B were both improved by about 80 to 100% compared to the conventional roll.

本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described examples, and the embodiments may be appropriately changed within the scope of the technical idea described in the claims.

例えば表層部に設ける冷却孔は、テストロールAの円形、テストロールBのかまぼこ型の他、矩形状を湾曲させた形状であってもよい。   For example, the cooling hole provided in the surface layer portion may be a round shape of the test roll A, a round shape of the test roll B, or a curved shape of a rectangular shape.

Claims (2)

鋼の連続鋳造に用いる内部を水冷されたガイドロールであって、
該ガイドロールは、
軸方向に沿って通水すべく横断面の中心部に設けられた1個の冷却孔と、
横断面の表層部における略同一円周上に、軸方向に沿って通水すべく均等に設けられた複数の冷却孔と、を有し、
前記表層部に設けられる複数個の冷却孔は、ロール表面から50mm深さまでの範囲に設けられ、これら冷却孔には、一方側のロール軸端部から前記横断面の中心部に設けられた冷却孔を経て他方側のロール軸端部近傍から冷却水を導くようにし、
前記中心部の冷却孔による熱伝達係数Hw1に対する前記表層部の複数の冷却孔の熱伝達係数Hw2の比、Hw2/Hw1が1.0以上、3.0以下となるようにしたことを特徴とする鋼の連続鋳造用ガイドロール。
A water-cooled guide roll used for continuous casting of steel,
The guide roll is
One cooling hole provided in the center of the cross section to allow water to pass along the axial direction;
A plurality of cooling holes provided uniformly to allow water to pass along the axial direction on substantially the same circumference in the surface layer portion of the cross section;
The plurality of cooling holes provided in the surface layer portion are provided in a range from the roll surface to a depth of 50 mm, and in these cooling holes, cooling provided in the central portion of the transverse section from one roll shaft end portion. The cooling water is led from the vicinity of the other end of the roll shaft through the hole,
The ratio of the heat transfer coefficient Hw2 of the plurality of cooling holes in the surface layer portion to the heat transfer coefficient Hw1 due to the cooling hole in the central portion, Hw2 / Hw1 is set to 1.0 or more and 3.0 or less. Guide roll for continuous casting of steel.
前記ロール表層部に設けた複数の冷却孔の横断面形状は、円形またはかまぼこ型であることを特徴とする請求項1に記載の鋼の連続鋳造用ガイドロール。   The guide roll for continuous casting of steel according to claim 1, wherein the cross-sectional shape of the plurality of cooling holes provided in the roll surface layer portion is a circular shape or a kamaboko shape.
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