JP2016159312A

JP2016159312A - 鋳造ロール

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Publication number: JP2016159312A
Application number: JP2015038490A
Authority: JP
Inventors: 俊雄羽賀; Toshio Haga
Original assignee: AKIBA DIE CASTING CO Ltd; Josho Gakuen Educational Foundation
Current assignee: AKIBA DIE CASTING CO Ltd; Josho Gakuen Educational Foundation
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-09-05
Anticipated expiration: 2035-02-27
Also published as: JP6504559B2

Abstract

【課題】鋳造ロールの樽型変形を抑え、平坦な金属板を製造するための鋳造ロールを提供する。
【解決手段】本発明に係る鋳造ロール10は、非鉄金属板の連続鋳造に用いられる鉄系合金製の鋳造ロールであって、ロール外周側を少なくとも構成し、外周面26の近傍に冷媒がロール長手方向に流通する冷媒通路24を円周方向に複数形成してなる円筒状又は直径が１００ｍｍ以上の円柱状のロール本体20を有し、前記ロール本体は、前記外周面から前記冷媒通路までの距離ｄが３ｍｍ≦ｄ＜２０ｍｍ、隣り合う冷媒通路どうしの間隔ｃが５ｍｍ≦ｃ≦２０ｍｍ、であり、前記ロール本体が円筒状の場合、前記ロール本体の内周面２８から前記冷媒通路までの距離ａは、１０ｍｍ以上、且つ、前記外周面から前記冷媒通路までの距離ｄの２倍以上である。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロール式連続鋳造に用いられる鋳造ロールに関するものであって、より具体的には非鉄金属の金属板の連続鋳造、特に高速鋳造に用いられる冷却用の鋳造ロールに関するものである。

金属板を製造する方法として、ロール式連続鋳造法がある。ロール式連続鋳造法として、単ロール式連続鋳造法、双ロール式連続鋳造法などが知られている。

たとえば、単ロール式連続鋳造法では、回転する鋳造ロールに金属溶湯を当接させることで、鋳造ロールの外周面から冷却を受けて金属溶湯が凝固して凝固殻が形成される。凝固殻は成長を続けながら薄帯状の金属板が作製される。

また、双ロール式連続鋳造法では、互いに回転する一対の鋳造ロール間に形成された湯溜まりに金属溶湯を注湯し、夫々鋳造ロールの外周面から冷却を受けて金属溶湯が凝固して凝固殻が形成される。凝固殻は成長を続けながら鋳造ロール間で接合されて薄帯状の金属板が形成される（たとえば、特許文献１参照）。

一般に冷却用の鋼製鋳造ロールは、外殻となるシェルを円柱状のコアに焼き嵌めすることで締結し、シェルの軸方向両端をコアに溶接することで一体化している。

鋳造工程において、鋳造ロールは、金属溶湯との接触により加熱され、樽型に熱膨張する。その結果、鋳造された金属板は、幅方向の中央が凹んだ形状の断面になる（たとえば特許文献２、非特許文献１参照）。このため、特許文献１では、シェルの軸方向に複数の冷媒通路を形成している。また、後述する図１２（ａ）に示すようにコア６４の周面に冷媒通路６６を形成することで冷却を図った例もある。

特許文献１や特許文献２は、鉄鋼板を鋳造する鋳造ロールであり、特許文献１では、シェルの熱膨張による樽型変形を抑えるために、予め熱膨張分を考慮してシェルを軸方向中央に向けて凹形状に凹ませている。また、特許文献２では、冷却通路からの冷却能を高めるため、シェルを熱伝導率にすぐれる銅から作製している。

特開昭６１−３７３５４号公報特開平０７−２５６４０１号公報

双ロール法によるステンレス鋼のストリップ鋳造山内隆ら著出典：急速凝固プロセスの基礎と応用（鉄鋼の急速凝固部会報告書）発行日：平成元年９月１日発行者：社団法人日本鉄鋼協会

特許文献１は、予め熱膨張分を考慮してシェルの中央を凹ませた形状としているが、操業条件によって所期のとおり熱膨張せず、金属板に凹凸が生ずる虞がある。また、シェルを凹状に加工することは非常に困難である。

特許文献２は、シェルが銅製であり、ロールの耐荷重が低い鉄の鋳造用向けであり、アルミニウムなどの非鉄金属のように高い耐荷重を必要とする用途には向いていない。また、銅は、耐摩耗性が低く、傷付き易く耐久性に欠ける。

このため、図１２（ａ）に示すように、コア６４の周面に１又は複数の冷媒通路を形成した鋳造ロール６０が提案されている。シェルとコアは、焼嵌めにて固定されている。しかしながら、このような鋳造ロール６０であっても、鋳造された金属板６８の断面が図１２（ｃ）に示すように幅方向の中央部が凹んだ形状となってしまうことから、熱膨張によりシェル６２が図１２（ｂ）の如く樽型に変形していると考えられる。

従来、シェル６２の樽型膨張の原因は、非特許文献１に記載されているように、シェル６２の軸方向の中央部分が最も高温となって熱膨張するためと考えられていた。

上記通説を確認するため、最も高温となるシェル６２の軸方向中央部分が冷却されるように、図１３（ａ）に示すように、コア６４（幅１００ｍｍ）の軸方向中央に冷媒通路を形成した鋳造ロール６０を作製した。しかしながら、やはり熱膨張によりシェル６２が図１３（ｂ）の如く樽型に変形し、鋳造された金属板６８の断面が図１３（ｃ）に示すように、幅方向の中央部が凹んだ形状となった。

次に、発明者は、図１４（ａ）に示すように、コア６４，６４及びシェル６２，６２を軸方向に２分（夫々幅５０ｍｍ）することを思い立った。対応する円柱状の各コア６４，６４には、シェル６２，６２の夫々の中央に冷媒通路６６，６６を形成し、シェル６２，６２とコア６４，６４の両端部を輪状に溶接にて固定して鋳造ロール６０を作製した。

そして、この鋳造ロール６０を用いて金属板６８の鋳造を行なった。この場合においても、最も高温となる軸方向の中央部、すなわち、シェル６２，６２どうしの継ぎ目部分が外向きに熱膨張することが予想された。しかしながら、実際に金属板６８の鋳造を行なうと、この鋳造ロール６０により鋳造された金属板６８の断面は、図１４（ｃ）、より詳細には図１１の比較例２のグラフに示すような板厚分布の２つの谷が生じた形状となった。このことから、シェル６２，６２は、夫々が図１４（ｂ）に示すように樽型に熱膨張していると推測された。つまり、シェル６２，６２は、最も高温となるシェル６２，６２どうしの継ぎ目部分ではなく、各シェル６２，６２の中央が熱膨張したと考えられる。板厚の変化量は、比較例１と比べて小さくなっていることから、ロールを軸方向に多分割することも板厚分布差を小さくすることに有効ではあるが、ロールが複雑な構造になり、ロールの製造が難しくなる。

発明者がこの理由を考察したところ、図１３や図１４に示すように、シェル６２，６２は、コア６４への溶接による固定によって最も強い拘束力を受けており、これらシェル６２，６２の各端部がコア６４に固定され、軸方向（軸に平行な方向）の伸びに制約を受ける結果、熱膨張による軸方向の応力がシェル６２，６２のロール径が太くなる方向に方向を変えて作用し、シェル６２，６２が夫々樽型に変形したと推測するに至った。

つまり、シェルを円柱状のコアに焼き嵌めによって軸方向両端で拘束し、コアとシェルの間に冷却を施したシェル・コア構造では、シェルは、コアに軸方向に拘束を受けつつ冷却を受けるシェルの内側部分と、十分な冷却を受けないシェルの外側部分との間の熱膨張差が生じることになる。このとき、シェルの外側部分は外側に外径方向及び周方向に膨張しようとするが、シェルは、コアによって軸方向両端が拘束されているから、生じた応力は、ロール径が太くなる方向に方向を変えて外向きに作用し、樽型に熱膨張してしまうことが理由であるとの知見を得た。この知見に基づき、本発明に至った。

本発明の目的は、鋳造ロールの樽型変形を抑え、板厚分布の平坦な金属板を製造するための鋳造ロールを提供することである。特に非鉄金属の高速鋳造に適した鋳造ロールを提供することである。更にはＡｌ-ＳｉＣｐ等のセラミック粒子を複合した複合材のような硬くてロールを傷付き易い非鉄金属材料の鋳造に適した鋳造ロールを提供することである。

従来、非鉄金属材料を鋳造する場合の鋳造ロールの周速は５ｍ／ｍｉｎ以下であるが、本発明では、鋳造ロールの周速が１０ｍ／ｍｉｎ以上１２０ｍ／ｍｉｎ以下の高速鋳造に適した非鉄金属材料用鋳造ロールを提供する。

本発明に係る冷却用鋳造ロールは、
非鉄金属板の連続鋳造に用いられる鋼及び鋳鉄を含む鉄系合金製の鋳造ロールであって、
ロール外周側を少なくとも構成し、外周面の近傍に冷媒がロール長手方向に流通する冷媒通路を円周方向に複数形成してなる円筒状又は直径が１００ｍｍ以上の円柱状のロール本体を有し、
前記ロール本体は、
前記外周面から前記冷媒通路までの距離ｄが３ｍｍ≦ｄ＜２０ｍｍ、
隣り合う冷媒通路どうしの間隔ｃが５ｍｍ≦ｃ≦２０ｍｍ、
であり、
前記ロール本体が円筒状の場合、前記ロール本体の内周面から前記冷媒通路までの距離ａは、１０ｍｍ以上、且つ、前記外周面から前記冷媒通路までの距離ｄの２倍以上である。

前記鋳造ロールは、双ロール式連続鋳造に用いられ、
鋳造ロールの耐荷重が０．１〜２ｋＮ／ｍｍ、
周速１０ｍ／ｍｉｎ以上１２０ｍ／ｍｉｎ以下、
で用いられることが好適である。

本発明の冷却用鋳造ロールによれば、冷媒通路をロール本体の外周面と近い位置に設けたことで、ロール本体の冷却能を高めることができる。また、ロール本体は、冷媒通路よりも内周側を厚く構成したことで、内周側の曲げ応力を大きくすることができる。また、ロール本体の内周側は、冷媒通路により冷却を受けるから熱膨張により殆んど変形することはない。従って、ロール本体の内周側の厚みが十分であれば、金属板を鋳造する際に、加熱を受けて外側に熱膨張しようとする薄いロールの外周側がロール径が太くなる方向に変形しようとする応力に対抗しうる抗力を有することとなり、この内周側からの十分な抗力が有ればロール本体の外周側の熱膨張による変形を抑えることができる。従って、本発明の鋳造ロールを用いて鋳造された金属板は、板厚分布の差が小さい平坦な形状にすることができる。このため、非鉄金属の高速鋳造に適する。

また、ロールは鋼及び鋳鉄を含む鉄系合金製なので、安価で、加工が容易のため製造しやすく、強度が高いので、鋳造時のロール圧によってもロール表面が変形し難く、且つ、たとえＡｌ−ＳｉＣｐのような複合材の鋳造においても表面が傷付き難い。

図１は、双ロール式連続鋳造装置の要部断面図である。図２は、単ロール式連続鋳造装置の要部断面図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る鋳造ロールの円筒状ロール本体と軸方向に固定支持した鋳造ロールの軸方向中央の断面図である。図４は、第１実施形態の円筒状ロール本体の軸方向中央の断面図である。図５は、図４の円筒状ロール本体の軸方向に沿う平面で切断した、冷媒通路を含む断面図である。図６は、第１実施形態の円筒状ロール本体の鋳造時の形状を示す斜視図であって、図４の枠部Ａを切り出して説明する図である。図７は、円筒状ロール本体の内周面から冷媒通路までの距離aの範囲を示すグラフである。図８は、参考例の鋳造時の形状を示す斜視図であって、図６と同じ幅を切り出して説明する図である。図９は、図１３のシェルの鋳造時の形状を示す斜視図であって、図６と同じ幅を切り出して説明する図である。図１０は、本発明の第２実施形態に係る円柱状ロール本体の軸方向中央の断面図である。図１１は、実施例及び比較例により製造された金属板の幅方向に対する板厚分布を示すグラフである。従来のコアシェル型鋳造ロール。図１２（ａ）は、コアの周面に複数の冷媒通路を設けた鋳造ロールの軸方向に沿う断面図、図１２（ｂ）は、シェルの熱膨張状態を示す断面図、図１２（ｃ）は、鋳造された金属板の断面図である。図１３（ａ）は、コア中央部に冷媒通路を設けた鋳造ロールの軸方向に沿う断面図、図１３（ｂ）は、シェルの熱膨張状態を示す断面図、図１３（ｃ）は、鋳造された金属板の断面図であり、参考のために試作した。図１４（ａ）は、シェルを軸方向に２分した鋳造ロールの軸方向に沿う断面図、図１４（ｂ）は、シェルの熱膨張状態を示す断面図、図１４（ｃ）は、鋳造された金属板の断面図であり、参考のために試作した。図１５（ａ）は、コア中央部に冷媒通路を設けた鋳造ロールの軸方向に沿う断面図、図１５（ｂ）は、シェルの熱膨張状態を示す断面図、図１５（ｃ）は、鋳造された金属板の断面図であり、参考のために試作した。

以下、本発明の一実施形態に係る鋳造ロールについて図面を参照しながら説明を行なう。

図１は、本発明の鋳造ロール１０を採用した双ロール式連続鋳造装置４０の一例を示す要部説明図である。図１は、後述する湯溜まり４２の中央で鋳造ロール１０，１０の軸方向に直交するよう断面したものである。

図に示すように、双ロール式連続鋳造装置４０は、互いに軸方向を水平且つ平行とした一対の鋳造ロール１０，１０を鋳造される金属板５０の厚さに合わせた間隔を存して配置している。鋳造ロール１０，１０は、軸心Ｏを中心として図中矢印方向に回転するよう駆動手段に連繋されている。

鋳造ロール１０，１０間には、金属溶湯が注湯される湯溜まり４２が形成されている。湯溜まり４２は、たとえば、鋳造ロール１０，１０の端部又は鋳造ロール１０，１０上周面に沿って、金属板５０の幅に相当する間隔で一対の横堰４４（図１では一方の横堰のみを示す）と、鋳造ロール１０，１０の軸方向に平行且つ軸中心よりも内側に配置され、下縁が鋳造ロール１０，１０に接触又は僅かな隙間を存して接近した一対の縦堰４６，４６から構成することができる。横堰４４及び縦堰４６は、内表面に断熱材を配置することが好適である。断熱材として、アルミナファイバーの如き不織布（たとえば、商品名「イソウール」（登録商標））を例示できる。

鋳造ロール１０，１０は、後述するとおり冷媒通路２４，２４（図３乃至図５参照）に冷媒を流通させつつ互いに内向きに回転させ、この状態で湯溜まり４２に金属溶湯５２を注湯することで、金属溶湯５２は、鋳造ロール１０，１０の各外周面２６から冷却を受けて凝固し、凝固殻５４，５４が形成される。そして、凝固殻５４，５４は成長を続けながら鋳造ロール１０，１０どうしの間隔が最も接近するキス点１２で接合され、薄帯状の金属板５０となって鋳造ロール１０，１０の下方から連続的に送出される。

なお、本発明の鋳造ロール１０は、双ロール式連続鋳造法に限らず、異形双ロール式連続鋳造法や、単ロール式連続鋳造法などにも好適に採用することができる。図２は、スクレイパー４７を用いた単ロール式連続鋳造装置４１の要部説明図である。

本発明の円筒状又は円柱体の鋳造ロール１０は、従来技術、例えば鋳造、鍛造、曲げ及び溶接等で作製することができ、冷媒通路２４を形成する冷媒通過孔の穿孔も例えばドリルを用いて行うことができる。

＜第１実施形態＞
図３は、本発明の一実施形態に係る鋳造ロール１０の断面図である。図に示すように、鋳造ロール１０は、円筒状であって鋳造ロール１０の外周を構成するロール本体２０と、駆動手段（図示せず）に連繋される支持部３０を含んでいる。支持部３０は、軸３２から複数のスポーク３４（図示では４本）を突設し、スポーク３４の先端がロール本体２０の内周面２８に当接した構造を例示できる。

円筒状のロール本体２０（なお、以下では円筒状のロール本体を「シェル２２」と称する）は、鋼及び鋳鉄を含む鉄系合金から形成することができる。本発明のシェル２２に好適な鋼として、炭素を０．１質量％〜３質量％を含有する鉄合金、たとえば、鉄を主成分とする軟鋼、工具鋼、機械構造用炭素鋼等が好ましい。鉄系合金は、安価であって、製造が容易であり、最も好適な材料である。本発明において、シェル２２に鉄系合金を採用したのは、強度が強く、傷付き難く、次に説明する冷媒通路２４をシェル２２の外周面２６の近傍に形成できるからである。たとえば、シェルとして銅や銅合金を採用した場合、冷媒通路を本発明のように穿設すると、シェルの外周面に凹凸が生じてしまい、冷媒通路を外周面の近傍に形成できない不具合がある。

図４乃至図６は、シェル２２の一実施形態に係る構成の詳細を示している。なお、図５は、冷媒通路２４を通るようにシェル２２の軸方向に沿う断面図であり、図６は、図４の枠部Ａを切り出して説明する斜視図である。図に示すように、シェル２２には、同心円上に複数の冷媒通路２４が形成される。

冷媒通路２４は、シェル２２の外周面２６からの距離ｄが３ｍｍ以上２０ｍｍ未満、望ましくは１０ｍｍ以下である。シェル２２の外周面２６から冷媒通路２４までの距離ｄを２０ｍｍ未満、望ましくは１０ｍｍ以下と薄くすることにより、冷媒通路２４と外周面２６との間、すなわち、冷媒通路２４よりも外側部分の冷却能を高めることができる。

望ましくは、シェル２２の外周面２６から冷媒通路２４までの距離ｄは、３ｍｍ以上とする。距離ｄが３ｍｍ未満になると、シェル２２の外周面２６の強度が低下し、ロール圧により鋳造時に外周面２６に凹みが生じる虞があるためである。また、距離ｄが３ｍｍ未満であると、冷媒通路２４の穿設を機械加工によって行なうことが困難になる虞があるためである。

また、隣り合う冷媒通路２４，２４どうしの間隔ｃ、すなわち冷媒通路２４，２４どうしを区画する隔壁の厚さｃは、５ｍｍ≦ｃ≦２０ｍｍとする。冷媒通路２４，２４どうしの間隔ｃが５ｍｍ未満であると、冷媒通路２４，２４間の隔壁の強度が低下し、隔壁が座屈等することでシェル２２の外周面２６が変形してしまう虞があるためである。一方、冷媒通路２４，２４どうしの間隔ｃが２０ｍｍを越えると、シェル２２に形成できる冷媒通路２４の数が少なくなって冷却能が低下するためである。冷媒通路２４，２４どうしの間隔ｃは、望ましくは５ｍｍ≦ｃ≦１０ｍｍである。

冷媒通路２４は、断面略円形とすることが好適である。この場合、冷媒通路２４の半径ｒは、２ｍｍ≦ｒ≦１０ｍｍ（直径は４ｍｍ≦２ｒ≦２０ｍｍ）とすることが望ましい。冷媒通路２４の断面を略円形としたのは、外周面２６からの応力や熱膨張等に伴い生じる応力の集中を避けるためであり、また、冷媒通路２４をドリルで開設できるため簡便だからである。冷媒通路２４の半径ｒについて、２ｍｍ≦ｒ≦１０ｍｍとしたのは、２ｍｍ未満であると穿孔過去が困難になるためであり、また、冷媒を十分に流通させることができずに冷却能が低下することがあり、また、冷媒通路２４の半径ｒが２０ｍｍを越えると、シェル２２の外周面２６の強度が低下し、鋳造時に外周面２６に凹みが生じる虞があるためである。

シェル２２の内周面２８から冷媒通路２４までの距離ａは、１０ｍｍ以上、且つ、上述したシェル２２の外周面２６から冷媒通路２４までの距離ｄの２倍以上とすることが望ましい。図７に望ましい距離ａの範囲を示している。金属板の幅方向にわたる中央部が凹状の板厚分布は、冷媒通路２４より外周側が、熱膨張によって樽型に変形しようとすることで生ずる。これを防ぐには、冷媒通路２４より内周側となる軸側の部分を介してこの変形を抑止する必要があり、シェル２２に変形を抑止するための強度が要求される。そして、外周側に向かう力（図６中にその力を矢印Ｆ１で示す）に対抗するためには、冷媒通路２４よりも内周側の厚さ、すなわちシェル２２の内周面２８から冷媒通路２４までの距離ａを大きく採ればよい。

距離ａの値は、主に冷媒通路２４の位置、大きさ、間隔等の幾何形状や、鋳造時の温度、冷却媒体の温度と抜熱量等にも関係するが、主にはロール本体材料である、鋼及び鋳鉄を含む鉄系合金材料の、熱伝導率、熱膨張率、強度（降伏応力）がより重要性高く関係する。

よって、本発明においては距離ａの大きさは、１０ｍｍ以上、且つ、距離ｄの２倍以上が必要である。距離ａが１０ｍｍより小さければ、あるいは距離ｄの２倍よりも小さければ、冷媒通路２４よりも外周側の熱膨張による変形応力に抗する抗力が小さくなり、外周側が変形してロールが樽状に変形する。

距離ａが短すぎると、外周側に向かう力に対抗する力（抗力）が足らず、冷媒通路２４よりも外周側の熱膨張による変形する力（応力）に抗することができず、外周側が変形してロールが樽状に変形する。

一方、距離ａが大きければ、冷媒通路２４よりも外周側の熱膨張による変形応力に抗する抗力が大きくなり、ロール本体の外周側の熱膨張による変形を抑えることができる。

このように、シェル２２の内周面２８から冷媒通路２４までの距離ａを大きく採ることで、シェル２２は、外周側に向かう力に対抗する力を大きくすることができる。そして、シェル２２の内周側は、冷媒通路２４により冷却を受けるから熱膨張により殆んど変形することはない。これにより、シェル２２の内周側は、金属板５０を鋳造する際に、加熱を受けて外側に熱膨張（図６中矢印Ｆ１）しようとする薄い外周面を内部から外周側に向かう変形しようとする力を十分に抑止する力を有する（図６中にその力を矢印Ｆ２で示す）。この内周側からの変形に抗する力Ｆ２が熱膨張による力Ｆ１と釣り合うことで、シェル２２の外周面の熱膨張による変形を抑えることができる。

シェル２２の厚さｔは、上記したシェル２２の外周面２６からの距離ｄと、冷媒通路２４の直径２ｒと、シェル２２の内周面２８から冷媒通路２４までの距離ａを加えたものとなる。

シェル２２の軸方向の長さは、鋳造される金属板５０の幅に応じて適宜決定される。たとえば、横堰４４，４４をシェル２２の端部に設ける場合、シェル２２の長さは金属板５０の幅に一致する。

シェル２２を上記構成とし、シェル２２の内周面２８側に支持部３０（たとえば図３参照）を一体回転可能に締結した鋳造ロール１０が作製される。支持部３０は、駆動手段に連繋されるため、シェル２２を一体回転可能に拘束する必要がある。従って、上記した冷媒通路２４の設置による熱膨張の低減効果や、距離ａ、距離ｄによりシェル２２内に生ずる熱膨張による力Ｆ１とこれに対抗する力Ｆ２の相殺効果により、シェル２２中で軸方向略中央に外向きの応力の集中を防ぐことができ、シェル２２が全体として見れば樽型に膨張してしまうことをさらに抑えることもできる。

得られた鋳造ロール１０は、図１や図２に示すようにロール式連続鋳造装置４０、４１に設置される。図１の双ロール式連続鋳造装置４０では、鋳造ロール１０，１０は一対設置され、各冷媒通路２４には、冷却水、冷却油等の冷却媒体を流通させる。そして、鋳造ロール１０，１０を駆動手段により互いに内向きに回転させ、湯溜まり４２に金属溶湯５２を注湯する。

本発明の鋳造ロール１０により鋳造される金属として、非鉄金属が好適である。より具体的には、アルミニウム、アルミニウム合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ｓｉ量の多いＡｌ過共晶合金、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、ＪＩＳ１０００系乃至８０００系Ａｌ合金、その他実用的なＡｌ合金などのアルミニウム合金、Ａｌ−ＳｉＣ_ｐ（Ａｌ合金にＳｉＣのセラミック粉末を含む）などのアルミニウム基をマトリックスとする複合材料、銅、真鍮などの銅合金、マグネシウム、マグネシウム合金、ＡＺ系合金、ＡＭ系合金、ＺＫ系合金、マグネシウム基をマトリックスとする複合材料などを例示することができる。

然して、金属溶湯５２は、図１に示すように、シェル２２の外周面２６から冷却を受けて凝固し、凝固殻５４，５４が形成される。そして、凝固殻５４，５４は成長を続けながらシェル２２，２２どうしの間隔が最も接近するキス点１２で接合され、金属板５０となって下方から連続的に送出される。

このとき、シェル２２は、金属溶湯５２からの加熱と、冷媒通路２４を流通する冷却媒体による冷却を受けることになる。金属溶湯５２からの加熱によって、シェル２２は、図６の矢印Ｆ１に示すように外側方向に熱膨張しようとする。一方で、シェル２２は、冷媒通路２４よりも内周側の距離ａを大きく採っているから、内周側の冷媒通路２４への冷却によって、シェル２２は、冷媒通路２４よりも内周側の曲げに対する抵抗力が大きく、シェル２２は、熱膨張によって外周側に生じるＦ１に対し、内周側からＦ１に対抗し、釣り合う力Ｆ２が抗力として外周側に作用するから、シェル２２の外周面の熱膨張による変形を抑えることができる。

これに対し、比較のために参考例である図８に示すシェル２２を作製した。図８のシェル２２は、冷媒通路２４よりも外周側の距離ｄに対し、冷媒通路２４の内周側の距離ａが１０ｍｍ未満、又は、外周側の距離ｄの２倍未満としたものである。かかるシェル２２について、熱膨張時の状態を観察したところ、熱膨張によって冷媒通路２４よりも外周側に生ずるＦ１と、内周側からＦ１に対向するＦ３（力で示す）が釣り合っておらず、Ｆ１がＦ３よりも大きくなる結果となった。これは、冷媒通路２４よりも内周側の厚さ（距離ａ）が薄いためであり、内周側に十分な曲げ応力を具備できなかったことが原因である。そして、その結果、シェル２２は、図８に示すように熱膨張により中央がδだけ外側に膨らんだ樽型形状となってしまう。

本発明では、冷媒通路２４をシェル２２の外周面２６からの距離ｄを２０ｍｍ未満、望ましくは１０ｍｍ以下とし、且つ、隣り合う冷媒通路２４，２４どうしの間隔を５ｍｍ≦ｃ≦２０ｍｍ、望ましくは５ｍｍ≦ｃ≦１０ｍｍとしたことで、冷媒通路２４と外周面２６との間の冷却能を可及的に高めることができる。

また、本発明の鋳造ロール１０を採用した双ロール式連続鋳造装置４０は、シェル２２を鉄系合金製としたことで、その耐荷重を０．１〜２ｋＮ／ｍｍとすることができ、鋳造される金属板の薄肉化を達成できる。

本発明の鋳造ロール１０を採用した鋳造装置により鋳造される金属板５０の板厚は、１ｍｍ〜１０ｍｍが好適であり、板幅は、３０ｍｍ〜２１００ｍｍが好適である。シェル２２の幅は、鋳造される金属板５０の幅に応じて設定でき、たとえば、３０ｍｍ〜２３００ｍｍとすることが好適である。

また、鋳造ロール１０の周速が、１０ｍ／ｍｉｎ〜１２０ｍ／ｍｉｎの高速連続鋳造に好適である。従って、金属板の製造効率を可及的に高めることができる。

＜第２実施形態＞
上記第１実施形態では、ロール本体として、円筒状のシェル２２について説明したが、図１０に示すように、ロール本体２０は、円柱状とすることもできる。なお、本実施形態において、第１実施形態と同じ部材は同じ符号を付し、適宜説明を省略する。

この場合であっても、第１実施形態と同様、冷媒通路２４は、隣り合う冷媒通路２４，２４どうしの間隔ｃ、すなわち冷媒通路２４，２４どうしを区画する隔壁の厚さｃは、５ｍｍ≦ｃ≦２０ｍｍ、望ましくは５ｍｍ≦ｃ≦１０ｍｍとする。
である。

また、冷媒通路２４は、断面略円形とすることが好適であり、冷媒通路２４の半径ｒ（直径は２ｒ）は、２ｍｍ≦ｒ≦１０ｍｍとすることが望ましい。

ロール本体２０の軸心Ｏから冷媒通路２４までの距離ａは、２０ｍｍ以上、又は、上述したロール本体２０の外周面２６から冷媒通路２４までの距離ｄの２倍以上とすることが望ましい。

すなわち、円柱状のロール本体２０の直径Ｒは、ロール本体２０の外周面２６からの距離ｄと、冷媒通路２４の直径２ｒと、冷媒通路２４から軸心Ｏまでの距離ａの２倍を加えたものとなるが、距離ａを確保するために、直径Ｒは、１００ｍｍ以上とすることが望ましく、特に上限はないが、使用上は１５００ｍｍ程度である。

上記構成の円柱状のロール本体２０からなる鋳造ロール１０についても、実施形態１と同様の鉄系合金製とすることが好適であり、鋳造ロール１０を採用した双ロール式連続鋳造装置４０は、非鉄金属の鋳造に適している。また、鉄系合金製とすることで、その耐荷重を０．１〜２ｋＮ／ｍｍ以上とすることができ、鋳造ロール１０の周速が、１０ｍ／ｍｉｎ〜１２０ｍ／ｍｉｎの高速連続鋳造に好適である。

下記の要領で冷媒通路２４を形成した本発明の円筒状のロール本体（シェル）となる実施例１〜４を作製した（図４参照）。

・シェルの材質：ＳＴＫ
・シェルの外径：３００ｍｍ
・シェルの厚さｔ：２５ｍｍ
・シェルの軸方向長さ：１００ｍｍ
・冷媒通路の半径ｒ：４ｍｍ（直径８ｍｍ）
・シェルの外周面から冷媒通路までの距離ｄ：５ｍｍ
・シェルの内周面から冷媒通路までの距離ａ：１２ｍｍ
・冷媒通路どうしの間隔ｃ：６．５５ｍｍ
・冷媒通路の数：６０個
・冷媒通路を流通する冷却媒体：水

得られたシェル２２に、図３に示すような４本のスポーク３４を有する支持部３０を嵌めて実施例１〜４の鋳造ロールとし、夫々図１に示す双ロール式連続鋳造装置４０に設置した。

また、比較例として、図１３乃至図１５に示した鋳造ロール６０を作製し、夫々比較例１〜３とした。比較例１〜３は、円筒状のシェル６２を円柱状のコア６４に輪状に溶接し固定したものである。比較例１のシェル６２の厚さや外径、軸方向長さは実施例と同じである。また、比較例２は、シェル６２の厚さや外径は実施例と同じであり、コア６４及びシェル６２を軸方向に２分し、夫々の長さを５０ｍｍとした。シェル厚は、５ｍｍである。

なお、比較例１は、コア６４の周面の軸方向中央に、幅４０ｍｍ、深さ５ｍｍの冷媒通路６６、シェル厚５ｍｍ、比較例２は、夫々のコア６４の周面の軸方向中央に、幅２０ｍｍ、深さ５ｍｍの冷媒通路６６、シェル厚５ｍｍ、比較例３は、コア６４の周面の軸方向中央に、幅８０ｍｍ、深さ５ｍｍの冷媒通路６６を作製した。シェル厚は、３ｍｍである。

実施例１〜４、比較例１及び２について、下記の鋳造条件で鋳造を行なった。

・金属溶湯：Ａｌ−３０ｖｏｌ％ＳｉＣ_ｐ
・金属溶湯の温度（注湯時）：７００℃
・凝固距離：図１及び表１参照（なお、凝固距離は金属溶湯が鋳造ロールの外周面と接触する距離）
・鋳造ロールの周速：表１参照
・鋳造ロールの荷重：０．５ｋＮ／ｍｍ

実施例１〜４の設定条件は、夫々上記設定条件Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４、比較例１及び２は夫々設定条件Ｎｏ．４にて鋳造を行なった。

実施例及び比較例によって得られた各金属板について、鋳造開始から３ｍ後の部分の板厚を幅方向に順次測定し、その板厚分布を測定した。結果を図１１に示す。

図１１を参照すると、実施例１〜４は何れの設定条件においても幅方向について、金属板の板厚差は殆んど生じていないことがわかる。一方、比較例１の金属板は幅方向両端に対して中央が約０．２〜０．２５ｍｍ凹んだ板面形状となっていることがわかる。また、比較例２の金属板は幅方向に深さ約０．１ｍｍの２つの凹みが形成されていることがわかる。なお、比較例２の凹みは小さいが、これは、シェルの幅が実施例や比較例１の半分だからである。

なお、図１１に記載はしていないが、比較例３の金属板も幅方向に凹みが形成されている状況に変わりはなかった。また、比較例３でシェル厚を３ｍｍから６ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍに変更しても、金属板の幅方向に凹みが形成されている状況に変わりはなかった。実験終了のロール表面は、変形がなく、デント等の凹みも生じず、傷付きもなかった。

これら結果より、実施例の鋳造ロールは何れも、シェルの外周面がフラットな状態を維持しているのに対し、比較例１は、シェルの外周面の軸方向略中央が熱膨張し、樽型になっており、比較例２は、２つのシェルが夫々樽型になっていることがわかる。

上記のように、実施例１〜４の鋳造ロールがフラットな状態を維持できたのは、外周面から冷媒通路までの距離ｄを２０ｍｍ未満としたためであり、冷媒通路よりも外側部分の冷却能を高め、さらに、シェル２２は、冷媒通路よりも外周側の距離ｄに対して、内周面２８からの距離ａを１０ｍｍ以上、且つ、距離ｄの２倍以上としたことで、図６に示すように、外周側の熱膨張による力Ｆ１を内周側の力Ｆ２で相殺できたためである。一方、比較例１、比較例２は何れもシェルの熱膨張による応力に対抗する力を生じさせる構造ではなく、さらに、シェルがコアに溶接によって固定されていることで、図９に示すようにシェルの熱膨張による応力Ｆ４がシェルの軸方向中央に向けて集中し、シェルが樽型変形（変形量をδで示す）してしまったことによる。

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

１０鋳造ロール
２０ロール本体
２２シェル
２４冷媒通路
２６外周面（ロール本体）
２８内周面（ロール本体）
３０支持部
４０双ロール式連続鋳造装置
５０金属板
６２シェル
６４コア
６６冷媒通路

Claims

非鉄金属板の連続鋳造に用いられる鋼及び鋳鉄を含む鉄系合金製の鋳造ロールであって、
ロール外周側を少なくとも構成し、外周面の近傍に冷媒がロール長手方向に流通する冷媒通路を円周方向に複数形成してなる円筒状又は直径が１００ｍｍ以上の円柱状のロール本体を有し、
前記ロール本体は、
前記外周面から前記冷媒通路までの距離ｄが３ｍｍ≦ｄ＜２０ｍｍ、
隣り合う冷媒通路どうしの間隔ｃが５ｍｍ≦ｃ≦２０ｍｍ、
であり、
前記ロール本体が円筒状の場合、前記ロール本体の内周面から前記冷媒通路までの距離ａは、１０ｍｍ以上、且つ、前記外周面から前記冷媒通路までの距離ｄの２倍以上、
である鋳造用ロール。
前記鋳造ロールは、双ロール式連続鋳造に用いられ、
鋳造ロールの耐荷重が０．１〜２ｋＮ／ｍｍ、
周速１０ｍ／ｍｉｎ以上１２０ｍ／ｍｉｎ以下、
で用いられる、
請求項１に記載の鋳造用ロール。