JP2018500183A - 冶金学的設備用ロール - Google Patents

Abstract

本発明は冶金設備用のロール（１）に関する。本発明の課題は、このロール（１）の反りを、構造が簡単で、かつ、頑丈な方法で調整することができるように、ロール（１）を改良することにある。この課題は、ロール軸（２）が１ヵ所で、好適には少なくとも２ヵ所で、リング（４）を介してロールシェル（３）と結合されており、このリング（４）が加熱要素（５）を備えており、この加熱要素（５）の加熱によりリング（４）の高さＨがΔＨだけ変化することにより解決される。【選択図】図１

Description

本発明は、連続鋳造設備における、好適には鋼から成る、金属ストランドをガイドするためのストランドガイドロール、熱間圧延機において金属ストリップをガイドするためのガイドロール、または、金属ストリップをメッキコーティングするための、好適には亜鉛の溶融金属槽を通して金属ストリップをガイドするガイドロールのような、冶金設備用のロールであって、
・回転可能なロール軸と、
・このロール軸を取り囲むロールシェルと
を有するロールに関する。

本発明からは、明確に、逆方向に回転している２つの鋳造ロールにより金属ストリップをストリップ鋳造するための鋳造ロールに関するものは除かれる。２つの鋳造ロールによる金属ストリップの鋳造はストリップ鋳造（英語ではｔｗｉｎ ｒｏｌｌ ｃａｓｔｉｎｇ：双ロール鋳造）と呼ばれる。この場合には、駆動される２つの鋳造ロールの間に鋳造面が形成され、両鋳造ロール間の最も狭いポイント（英語：ｋｉｓｓｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）で完全凝固したストリップが連続的に引き抜かれる。

特許文献１でストリップ鋳造用の鋳造ロールが知られており、その反りはロール軸とロールシェル間の油圧による圧力パッドにより調整可能である。本発明は双ロール鋳造を対象としたものではないので、この文献は本願に近い従来技術を示してはいない。

国際公開第２００８／０６１６３５Ａ１号パンフレット

本発明の課題は、連続鋳造ガイドロールまたは熱間圧延機でのガイドロールのような冶金学的設備用のロールであって、その反りを簡単且つ頑丈な方法により調整可能であるロールを見出すことにある。これにより、このロールでガイドされたストランドもしくはストリップのプロファイル、または、ロール自身のプロファイルに影響を及ぼすことができる。

あるケースではストランドないしストリップの品質が改善され、他のケースではロールの望ましくない熱膨張を補償ないし低減することができる。

この課題は請求項１によるロールにより解決される。有利な実施形態は従属請求項の対象である。

冒頭に述べたロールの上記課題は、具体的には、次のようにして解決される。すなわち、ロール軸が２ヵ所で、好適には少なくとも２ヵ所で、リングを介してロールシェルと結合されており、さらに、このリングが加熱要素を備えており、この場合、この加熱要素の加熱によりこのリングの高さＨがΔＨだけ変更されることができることにより、上記課題が解決される。

この加熱要素により、温度、および、その結果としてリングの高さを変えることができる。ロール軸とロールシェルとの間の機械的な、または、水力学的なアクチュエータとは異なり、加熱要素を備えたリングは、簡単且つ頑丈で、連続鋳造設備または熱間圧延機で通常現れる高温度の影響を受けにくい。ピエゾ効果に基づくアクチュエータも、高温のために、ロールのプロファイルを調整するのに適していない。

リングの高さの変化ΔＨは、ΔＨ＝Ｈ_０・α・ΔＴである。ここで、Ｈ_０は温度変化前のリングの高さ、αは線熱膨張係数、ΔＴは加熱要素に基づく温度変化である。例えば線熱膨張係数はステンレススティールの場合、α＝１７×１０^−６／℃である。このリングの高さを変化させるにより、ロールの反りを的確に調整することができる。

加熱要素が電気的な加熱要素、例えば、抵抗加熱電線である場合には、このリングの高さを特に簡単に調整することができる。

この加熱要素が、少なくとも部分的に、好適には完全に、リングの内部に組み込まれていると、このロールの構造は殆ど変更されることはない。

特に電気的加熱要素の場合には、ロールがスリップリングとこのスリップリングから加熱要素までの導線とを有していることが目的に適っており、これにより電流をスリップリングからこの導線を介して加熱要素まで導くことができる。

本発明は１本の貫通しているロール軸を有しているロールに限定されず、同様の方式でロール軸が２つの軸ジャーナルで形成されているロールに対しても適用できる。

連続鋳造設備または熱間圧延機での本発明の利用に関しては、このロールが冷媒で内部冷却されるロールであると好適である。さらに、このロールが、または、ストランドもしくはストリップも、ロールの外面で冷媒により冷却されると好適である。

この場合、ロール軸が冷媒用の１つの、好適には中心部に、チャネルを有していると目的に適っている。

リングがロールシェルに当接している箇所を残りのロールシェルから断熱するために、ロール外被とロール軸との間に冷媒を流すための導水要素が配置されていると好適であり、この場合、冷媒を好適に軸方向に、特に好適には軸方向および半径方向に螺旋状に、ロールシェルの内面に沿って案内することができる。

このロールがリングの温度実際値を測定するための温度センサーと、測定信号をこの温度センサーからもう１つのスリップリングに導くための測定線とを有していると好適である。この温度測定により、リングの高さの変化の実際値を十分に精密に決定することができる。

この場合、温度センサーの信号を増幅するためのアナログまたはデジタル増幅器がこのロールの内部に組み込まれており、さらに、この増幅器が好適に前記冷媒で冷却されると有利である。これにより、この温度信号（例えば、熱電素子の電圧値）の信号レベルを高めることができるので、この温度信号は外部電場または外部磁場による干渉を殆ど受けない。

目的に適った配置では、ロール軸がリングを介してロールシェルと結合している箇所が、ロールシェルの端部領域に配置されている。大抵はストランドまたはストリップの対称的なプロファイルが望まれているので、ロール軸がロールシェルと、ロールの中心面に対して対称的に配置された２つのリングを介して結合されていると合目的的である。

本発明のさらなるメリットと特徴が以下の実施例の説明から明らかにされるが、本発明のメリットと特徴はこれらの実施例に限定されるものではない。

本発明による、２つの軸受を備えたストランドガイドロールの断面図で、軸受台は示されていない。 加熱要素によるリングの膨張の模式図。 加熱要素を有するリング。 電気絶縁部を備えた電気的加熱要素。 唯一のリングを備えた、本発明によるストランドガイドロールの断面図。

図１は本発明による、液状コア３１を有する鋼の一部が凝固したストランド３０をガイドするロール１の上半分を模式的に断面図で示している。このロール１は２つの軸受２０、ここではロールベアリング、により回転可能に支持されており、これらの軸受は、ここには示されていない軸受台で支持されている。回転可能で貫通しているロール軸２は、水のような冷媒４０を案内するための中央部チャネル８を有している。内部冷却されたロール１を通る冷媒のルートが矢印で示されている。回転可能なロール軸２と円筒状のロールシェル３との間に４つのリング４が配置されており、これらのリング内にそれぞれ１つの電気的加熱要素５が組み込まれている（リング４内の螺旋状の加熱ワイヤー５ａを示す図３をも参照されたい）。各リング４にはスリップリング６および導線７を介して電気エネルギが供給されるので、リング４の温度は精密に調整することができる。リング４の温度によりリング４の高さ変化ΔＨを精密に調整することができるので、ストランド３０の溶融金属圧力と温度に起因する膨張とに基づくロールシェル３の例、えば不都合な反りを低減ないし補償することができる。冷媒４０のいわゆる水力学的な短絡を避けるために、中央部チャネル８の内部には３つの栓９が配置されているので、冷媒は強制的にほゞ半径方向の複数の分岐管路１０を通ってウォータージャケット１１へ向けて流され、そこで、赤熱しているストランド３０からできるだけ多くの熱量を奪う。ここに示されている実施形態では、リングはロール軸３およびロールシェルとそれぞれ圧入により結合されている。この代わりに、リングの膨張ΔＲがより大きい場合には、ロール軸２とリング４の間、ならびに、ロールシェル３とリング４の間のシール接合部にシール要素（例えばＯリング）を備えることも可能であろう。リング４内の加熱要素５の加熱によりリングが加熱されるので、リングの高さはΔＨ＝Ｈ_０・α・ΔＴだけ大きくなる。リングの高さＨ_０＝５０ｍｍで、線熱膨張係数α＝１７×１０^−６／℃の場合、温度変化が１００℃の場合には、半径変化ΔＨ＝８５μｍが生じる。この場合、興味深いことに、アルミニウムまたはマグネシウムのような材料は熱膨張係数が大きいのでリング４の材料としての使用に適しているであろう。特に例えばマグネシウムの熱膨張係数は純鉄よりも２倍以上大きい。

図２はリング４のリング４´への熱膨張を模式的に示している。リング４の高さは温度がＴ_０の時にＨ_０であるが、リング４´では温度がＴ＝Ｔ_０＋ΔＴにおいて高さがＨ＝Ｈ_０＋ΔＨとなる。ここで、ΔＨ＝Ｈ_０・α・ΔＴである。

図３には、組み込まれた電気的加熱要素５ａを有するリング４の１つのセグメントが模式的に示されている。この加熱要素５ａはリング４内に完全に組み込まれており、螺旋状に形成されている。

図４は電気的絶縁物５ｂを備えた電気的加熱要素５ａを示す。

最後に図５は、溶融亜鉛槽を通してストリップをガイドするためのロールの上半分を模式的に示している。図１とは異なり、このロール軸は１ヵ所でのみ、すなわち、ロール１の中央部で、加熱要素５を備えたリング４を介してロールシェル３と結合されている。この電気的加熱要素５によるリング４の加熱によって、このリングの高さを調整することができるので、ロールシェル３の例えば反りを補償ないし低減することができる。

好適な複数の実施例により本発明を詳細に図示し説明したが、本発明は開示されたこれらの例に限定されるものではなく、これらから当業者が、本発明の保護範囲を逸脱することなく、他の変形例を導くことができる。

１ ロール
２ ロール軸
３ ロールシェル
４、４´ リング
５ 加熱要素
５ａ 電気的加熱要素
５ｂ 電気絶縁部
６ スリップリング
７ 導線
８ チャネル
９ 栓
１０ 分岐管路
１１ ウォ―タージャケット
２０ 軸受
３０ ストランド
３１ 液状コア
４０ 冷媒
Ｈ リングの高さ
ΔＨ リング高さの変化

Claims (15)

1. 連続鋳造機械における、好適には鋼から成る、金属ストランド（３０）をガイドするためのストランドガイドロール、熱間圧延機において金属ストリップをガイドするためのガイドロール、または、前記金属ストリップをメッキコーティングするため、好適には亜鉛の、溶融金属槽を通して前記金属ストリップをガイドするガイドロールのような、冶金設備用のロール（１）であり、２つの逆方向に回転する鋳造ロールにより金属ストリップをストリップ鋳造するための鋳造ロールを除くロールであって、
   ・回転可能なロール軸（２）と、
   ・前記ロール軸（２）を取り囲むロールシェル（３）と、
   を有し、
   前記ロール軸（２）が１ヵ所で、好適には少なくとも２ヵ所で、リング（４）を介して前記ロールシェル（３）と結合され、前記リング（４）が加熱要素（５）を備えており、前記加熱要素（５）の加熱により前記リング（４）の高さＨがΔＨだけ変化することを特徴とするロール（１）。
2. 前記加熱要素（５）が電気的加熱要素（５ａ）であることを特徴とする、請求項１に記載のロール。
3. 前記加熱要素（５）が、少なくとも部分的に、好適には完全に、前記リング（４）の内部に組み込まれていることを特徴とする、請求項１または２に記載のロール。
4. 前記ロール（１）がスリップリング（６）およびこのスリップリング（６）から前記加熱要素（５）までの導線（７）を有し、これにより、電流を前記スリップリング（６）から前記導線（７）を介して前記加熱要素（５）まで導くことができることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のロール。
5. 前記ロール軸（２）が前記ロール（１）の全長に亘って延在することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のロール。
6. 前記ロール軸（２）が２つの軸ジャーナルを有していることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のロール。
7. 前記ロール（１）が冷媒（４０）により内部冷却されるロールであることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のロール。
8. 前記ロール軸（２）が、前記冷媒（４０）用の１つの、好適には中心部に、チャネル（８）を有していることを特徴とする、請求項７に記載のロール。
9. 前記ロールシェル（３）と前記ロール軸（２）との間に前記冷媒を流すための導水要素が配置されており、前記冷媒が、軸方向に、好ましくは軸方向および半径方向に対して螺旋状に、前記ロールシェルの内側面に沿って案内されることを特徴とする、請求項７または８に記載のロール。
10. 前記ロール（１）が前記リング（４）の実際温度を測定するための温度センサー、および、測定信号をこの温度センサーからもう１つのスリップリングへ伝えるための測定線を有していることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載のロール。
11. 前記温度センサーの信号を増幅するためのアナログまたはデジタル増幅器が前記ロールの内部に組み込まれており、好適には、この増幅器が前記冷媒により冷却されることを特徴とする、請求項１０に記載のロール。
12. 前記リング（４）が前記ロールシェル（３）から断熱されていることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載のロール。
13. 前記リング（４）が前記ロールシェル（３）の端部領域に配置されていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載のロール。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載されたロール（１）を有し、電流源と、この電流源から前記ロールの前記スリップリングまでの導線とを備えたシステム。
15. 目標温度入力部と実際温度入力部とを有する温度調節器、および、前記もう１つのスリップリングから前記実際温度入力部までの測定線を有し、前記温度実際値が前記温度目標値に限りなく一致するように前記電流源が前記温度調節器により調節される請求項１４に記載のシステム。

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