JP5217719B2 - 連続鋳造設備におけるロールセグメント装置 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造設備におけるロールセグメント装置に関するものである。

連続鋳造設備においては、鋳片通路に沿って上下にロールが対向して並べられ、鋳片はこの上下のロールに案内されて鋳片通路を通過していくが、これら上下のロールはロールセグメント装置に設けられている。

従来のロールセグメント装置を図１０に示す。従来のロールセグメント装置１は複数の上ロール２が配置された上フレーム３と、複数の下ロール４が配置された下フレーム５を有し、上フレーム３、下フレーム５間には、上フレーム３、下フレーム５を支持し、かつ上ロール２、下ロール４間の間隔を調整するための部材（以降、「支持部材」と記載する場合がある。）である、シリンダロッド６と円筒体７の両方が設けられている。なお、支持部材については、シリンダロッド６、円筒体７のいずれかだけで構成されていても良い。

図１０に示すロールセグメント装置においては、上フレーム３の位置を調整することにより、上ロール２と下ロール４との間隔を調整する。例えば、支持部材としてシリンダロッド６を用いて、上ロール２、下ロール４間の間隔を調整する場合、上フレーム３の位置の調整は、上フレーム３と、下フレーム５を支持しているシリンダロッド６を介して、油圧シリンダ８によって行なわれる。

一方、支持部材として円筒体７を用いて、上ロール２、下ロール４間の間隔を調整する場合、上フレーム３、下フレーム５間に配設された円筒体７の長さを調節し、油圧シリンダ８によって、円筒体７に、上フレーム３、下フレーム５を締結させる方向に押し付けることで行なうことができる。ちなみに、円筒体７は、螺合形式によりその長さを調整するものが好ましく、例えば、螺合部を挟んで２つに分割される形式や、もしくは円筒体７と下フレームとの間に螺合部が配置される形式などを採用することができる。

上記のロールセグメント装置を用いた連続鋳造法においては、鋳造中の上下ロール間隔を精度良く設定することが、所望の厚みの鋳片を得るために極めて重要である。その際には鋳片の長手方向だけではなく、幅方向も均一なロール間隔を維持することが、厚み、内部品質において、幅方向に均一な鋳片を得るために極めて重要である。

この様な、鋳造中の上下ロール間隔を精度良く設定できなかった場合、得られる鋳片の内部欠陥である中心偏析が発生することが知られている。この中心偏析は、鋳片の凝固末期における凝固収縮に伴う溶鋼流動によって発生する。中心偏析が発生した場合、最終製品の使用過程において亀裂等の欠陥の発生原因となる。

そこで、鋳片の中心偏析の発生を防止する方法として、凝固末期において凝固収縮を補償するようにロール間隔を絞り込み、未凝固鋳片に圧下を加える軽圧下鋳造が知られており、例えば、特許文献１〜３などに開示されている。これらの技術によって、目標とする圧下勾配で鋳片に圧下を加えた場合、実用上問題の無いレベルまで中心偏析を低減することができるとされている。

特開２０００−２８８７０６号公報 特開２００２−１９２３１０号公報 特開２００７−２６８５４６号公報

前述したように、ロールセグメント装置を用いた連続鋳造法において、鋳造中の上下ロール間隔を精度良く設定することが、品質管理、操業管理の面で極めて重要である。また特許文献１〜３のいずれにおいても、軽圧下鋳造においては、中心偏析を改善するための適正な圧下勾配が存在し、その変動量の許容範囲は適正な圧下勾配に対して±０．２ｍｍ／ｍ程度であることが示されている。よって軽圧下鋳造により中心偏析の改善を実現するために、圧下勾配の変動量をこの範囲で維持することが重要である。

鋳造中の上下ロール間隔の調整は、例えば、前述した図１０に示す装置を用いた場合、前記したように、鋳片幅方向の両端面側に設けられた、少なくとも一対の油圧シリンダ８によりシリンダロッド６を介して上フレーム３の位置を調節することや、もしくは上フレーム３、下フレーム５間で、鋳片幅方向の両端面側に設けられた、少なくとも一対の円筒体７の長さを調節し、油圧シリンダ８によりシリンダロッド６を介して上フレーム３、下フレーム５を締結させる方向に押付けることで行なわれる。

しかしながら、支持部材であるシリンダロッド６、もしくは円筒体７は、鋳造中には鋳片からの輻射熱を受ける。これらの支持部材は、強度や耐熱性を確保するために、通常は金属材料（例えば、「ＳＳ」）が用いられているため、鋳片からの輻射熱による支持部材の熱伸び（熱膨張）が起こり、その長さが大きく増大し、所定値に設定したロール間隔と、鋳造中の実際のロール間隔が異なるという問題があることがわかった。この熱伸び量は、種々の鋳造条件によって変動することがあり、所定の厚みの鋳片を得ることを、より困難としている。

また各支持部材の温度が異なることにより、各支持部材の熱伸び量にも差が生じることがあり、この場合、幅方向に均一なロール間隔設定が実現できなくなるため、幅方向に均一な厚み、品質を有する鋳片が得られないという問題がある。
さらに軽圧下鋳造においても、適正な圧下勾配の範囲での圧下ができなくなり、中心偏析が鋳片内部に残存し、製品の使用過程において割れといった欠陥の原因となる。そのためロール間隔を所定の間隔で設定するためには、ロール間隔を調整する各部材の熱伸び量を小さくするために、各部材の温度上昇を抑制する必要がある。また軽圧下鋳造を有効な圧下勾配の範囲で実施するためには、各部材間における熱伸び量の差を小さくするためにも、各部材の温度上昇を抑制する必要がある。

そこで本発明では、前記したような上下のフレームを支持し、かつ上下のロール間隔を調整可能な支持部材を有する連続鋳造設備のロールセグメント装置において、前記支持部材の温度上昇を抑制することにより、支持部材の熱伸び量および支持部材間における熱伸び量の差を小さくして、高精度の上下ロール間隔設定を実現することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、鋳片を案内するロール群が配置された上下のフレームを有し、当該上下のフレームの間に、当該上下のフレームを支持し、かつ前記ロール群の上下間隔を調整可能な支持部材を、２箇所以上に有する連続鋳造設備のロールセグメント装置において、前記鋳片からの輻射熱による前記支持部材の温度上昇を防ぐ機構を有し、前記温度上昇を防ぐ機構は、配管を通じて外部から前記支持部材に対して冷却水を供給する供給装置であり、前記配管は、連続鋳造設備に用いられるロール冷却水、軸受冷却水、フレーム冷却水あるいはスプレー水のいずれかの通水用水路から分岐されたものであることを特徴としている。

本発明の連続鋳造設備のロールセグメント装置においては、支持部材が受ける鋳片からの輻射熱を遮蔽するための遮蔽部材をさらに有していてもよい。

本発明によれば、ロールセグメント装置における上下フレーム間隔を調整する支持部材の熱伸びを抑制でき、高精度の上下ロール間隔設定を実現できる。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明は以下の形態に制限されるものではない。

前述したように、本発明者は、高精度の上下ロール間隔設定を実現するためには、上下フレーム間隔を調整する支持部材の熱伸びを抑制し、また、各支持部材間の熱伸び量の差を小さくすることが重要であることを見出した。

図１に示したように、本実施の形態にかかるロールセグメント装置１１は、図１０に示す装置と基本的に同様な構成を有している。すなわち、複数の上ロール２が配置された上フレーム３と、上ロール２と対向する複数の下ロール４が配置された下フレーム５を有しており、上フレーム３と下フレーム５との間には、これら上フレーム３、下フレーム５を支持し、上下に位置するロール間の間隔を調整するための支持部材となる、シリンダロッド６、円筒体７を２箇所以上に有している。なお既述したように、上フレーム３と下フレーム５の間の間隔を調整して上ロール２と下ロール４との間隔を調整できるものであれば、これらシリンダロッド６、円筒体７のいずれか一方でも有していればよい。

この支持部材は、鋳片Ｈの幅方向の両端面側に少なくとも一対、設けることで、鋳片Ｈの幅方向に均一なロール間隔を維持させることができる。また一対の支持部材を、鋳片Ｈの長手方向に複数設けることで、軽圧下を実施することもできる。したがって、この支持部材は、鋳片Ｈの幅方向の両端面側に少なくとも一対、すなわち２箇所以上に配置される。

本発明では、支持部材であるシリンダロッド６や円筒体７の熱伸びを抑制するために、鋳片Ｈからの輻射熱によるこれら支持部材の温度上昇を防ぐ機構を有している。この機構としては、外部からシリンダロッド６や円筒体７に向けてたとえば散水するなどして冷却水を供給する方法を採用している。また、鋳片Ｈと支持部材の間に遮蔽物を設置する方法も採り得ることができる。なお、シリンダロッド６や円筒体７の内部に冷却水の配管を通す方法、シリンダロッド６や円筒体７の外側に水冷ジャケットを設置する方法、シリンダロッド６や円筒体７の外部からシリンダロッド６や円筒体７にガス、たとえばエアを吹き付ける方法、あるいはシリンダロッド６や円筒体７の内部にガス、たとえばエアを吹き込む方法も開示できる。

前記の機構としては、たとえば図１、図２に示したように、支持部材となるシリンダロッド６や円筒体７に対して、配管９を介して外部から散水するための供給装置１０を設けることが、簡便で、かつ効率良くこれら支持部材を冷却できる点で好適である。この配管９は、たとえば支持部材となるシリンダロッド６や円筒体７周囲まで配設し、当該配管９からこれら支持部材に冷却水を直接散水できる様に設置される。なお配管９からの散水は、スプレー状に散水できる構造でも良い。

また、温度上昇を防ぐ機構としては、支持部材に対して外部から散水する構造に代えて、図３に示したように、支持部材となるシリンダロッド６や円筒体７の内部に、冷却水用の配管９を各々配設したものが挙げられる。冷却水用の配管９は、例えば、シリンダロッド６や円筒体７を下から上に向けて貫通する様に配設される。

さらに、支持部材の温度上昇を防ぐために、シリンダロッド６や円筒体７などの支持部材が受ける鋳片Ｈからの輻射熱を遮蔽するための遮蔽部材１２が、たとえば図２に示したように、鋳片Ｈの幅方向の端面位置とシリンダロッド６や円筒体７などの支持部材との間に配設されていることが好ましい。遮蔽部材１２としては、強度や耐熱性を確保するために、ＳＳのような金属材料の板状のものが好適である。また、遮蔽部材１２は鋳片Ｈおよび支持部材となるシリンダロッド６や円筒体７に接触しない位置であって、鋳片Ｈの幅方向の端面位置とこれら支持部材との間に遮蔽板として設置することが例示できる。

遮蔽部材１２のその他の形態としては、遮蔽板に代えて、あるいは遮蔽板とともに、支持部材となるシリンダロッド６や円筒体７などの周囲に、蛇腹などを配置することも有効である。

図４は、かかる実施の形態を示しており、同図に示したように、蛇腹２１はたとえば円筒体７の周囲に円筒状に設置される。この蛇腹２１によって鋳片Ｈからの輻射熱は遮蔽され、円筒体７の温度の上昇を防止することができる。この場合、別途、支持部材である円筒体７を冷却する方法として、内部から冷却する方法が好適であり、たとえば円筒体７内に冷却水の配管を配置してもよい。またたとえば図５に示したように、蛇腹２１の上部２２、下部２３に各々孔２４などを形成し、これら孔２４、２４を通じて水が流れる流路を蛇腹２１内に確保することで、外部から冷却する方法も採用できる。その場合、図５のように、散水装置１０から散水された水を蛇腹２１内に通水するようにすれば、効率的である。

また外部から支持部材となるシリンダロッド６や円筒体７に対して散水する場合、各支持部材の温度をほぼ同程度に維持するためには、同温、同量の水を同じ高さ位置に散水することが推奨される。特に、支持部材の熱伸びを抑制するという観点から、鋳片Ｈからの輻射熱を受ける部位において、温度上昇が顕著となる部位（たとえば鋳片通路の高さと同じレベル）の最上部と同等か、それよりも高い位置から、部材全体に冷却水がかかるようにすることが好適である。ちなみに、後述のように支持部材となるシリンダロッド６や円筒体７の内部に冷却水用の配管が配設されている場合は、支持部材のいずれの箇所も冷却可能に配管を配設しておけば、単に通水するだけで良い。

また支持部材となる各シリンダロッド６や円筒体７の温度をより細かく調整することが要求される場合は、各部材の温度を測定し、これに対応して、水量を調整することで、各支持部材間における最高温度と最低温度の差を極力小さく保つことができる。ちなみに、事前の検討などにより、許容可能な温度差を把握しておき、その温度差の範囲内となる様に、水量を調整するようにしてもよい。

なお、各支持部材の温度を測定する部位としては、支持部材の熱伸びを抑制するという観点から、温度上昇が最も大きくなる部分（たとえば鋳片通路の高さと同じレベル）が望ましい。この温度測定は、例えば、支持部材となる各シリンダロッド６や円筒体７にサーモテープを貼り付けておくことにより実現することができる。

前記の冷却水の配管に関して、連続鋳造設備の外部の配管系統から水路を分岐して配管することも可能であるが、一方で、ロールセグメント装置１における機器冷却水、つまり上ロール２、下ロール４用の冷却水、これらロールの軸受冷却水、上フレーム３、下フレーム５を冷却する冷却水、あるいはスプレー水のいずれかの通水用の水路から分岐して接続するようにしてもよい。

これらを図に基づいて説明すれば、まず図６は、ロールセグメント装置１における上ロール２用の冷却水の配管３１、下ロール４用の冷却水の配管３２に、各々散水装置１０用の配管９、９を分岐接続して、上ロール２、下ロール４用の冷却水を取り出し、円筒体７を冷却する散水装置１０へ供給するようにした構成を示している。

また図７は、上ロール２の軸受冷却水用の配管４１、並びに下ロール４の軸受冷却水用の配管４２に各々散水装置１０用の配管９、９を分岐接続して、各々軸受冷却水を取り出し、円筒体７を冷却する散水装置１０へ供給するようにした構成を示している。

図８は、上フレーム３を冷却する冷却水の配管５１、下フレーム５を冷却する冷却水の配管５２に、各々散水装置１０用の配管９、９を分岐接続して、各々フレーム冷却水を取り出し、円筒体７を冷却する散水装置１０へ供給するようにした構成を示している。

図９は、鋳片Ｈに対してスプレー６１によって冷却水を供給するための当該スプレー用の冷却水配管６２、６３に対して、各々散水装置１０用の配管９、９を分岐接続して、各々スプレー用の冷却水を取り出し、円筒体７を冷却する散水装置１０へ供給するようにした構成を示している。

以上のようにロールセグメント装置１に対して配管されている各種の冷却水の通水用の水路から冷却水の配管を分岐させることで、大規模な配管系統を設置すること無く、本発明における温度上昇を防ぐ機構用の冷却水の配管を設置することが可能である。

本発明の実施例について述べる。ロール間隔を調整する支持部材として、前記実施の形態で説明した上フレーム３と下フレーム間の４箇所に円筒体７を配置した（すなわち２対の円筒体７を配置した）場合について検討を行なった。

円筒体７の温度上昇を抑制する手段として、各円筒体７と鋳片Ｈの間に遮蔽部材としてＳＳ４００の防熱板を配置するとともに、ロールセグメント装置１のフレーム冷却水系統から水路を分岐し、鋳片通過高さの５００ｍｍ程度上方から、３０℃程度の水をそれぞれ２リットル／ｍｉｎの水量で４つの円筒体７に直接散水した場合（実施例１）、同様の条件で散水を行うが遮蔽部材を配置しない場合（実施例２）、いずれの対策も取らない場合（比較例１）について、各円筒体７の温度測定結果を、それぞれ表１に示す。ちなみに、各円筒体７の温度測定は、各円筒体７の鋳片通過高さと同レベルの部位に、サーモテープを貼り付けておくことにより行った。また、鋳片Ｈをほぼ同じ温度にするために、鋳造速度、二次冷却条件、外気温度などの操業条件を、実施例１、実施例２、比較例１ともに、同じ条件で実施した。
また、４つの円筒体７の温度測定結果から、鋳片幅方向の各１対の円筒体７の温度は、それぞれ同じ温度であったことから、鋳造方向に沿って配置された片側の２本の円筒体７を対象に、温度測定した値を用いて、表１に示している。

ここで、表１における最高温度、最低温度とは、鋳造方向（図１中の矢印Ｘ）に沿って配置された２本の円筒体７、７のうち、最も温度が高かったもの、および最も温度が低かったものの温度を指す。また最大温度差とは、鋳造方向（図２中の矢印Ｘ）に沿って配置された２本の円筒体７、７のうち、最も温度が高かった値と、最も温度が低かった値の差を指す。また最大熱伸び量とは、最も温度が高かった円筒体７の熱伸び長さを指しており、熱伸び差とは、鋳造方向（図２中の矢印Ｘ）に沿って配置された２本の円筒体７、７の最大の温度差により発生する熱伸び量の差を指す。さらに圧下勾配変動量とは、熱伸び差を、鋳片Ｈの長手方向の円筒体７、７間の距離で除した値を指す。

表１に示す様に、実施例１〜２において、各円筒体７の最高温度は、比較例１に比べ、３０〜５０℃程度抑制される結果となった。また、各円筒体７間の最大温度差は、２０〜３０℃程度抑制される結果となった。また、実施例１〜２において、最大熱伸び量は０．５〜０．８ｍｍ程度、熱伸び差は０．３〜０．５ｍｍ程度抑制される結果となった。ちなみに、この実施例では、円筒体の材質はＳＳであり、線膨張係数は一般的に１．２×１０^−５ｍｍ／℃である。また、圧下勾配変動量は、それぞれ、実施例１では、±０．０９ｍｍ／ｍ、実施例２では±０．１８ｍｍ／ｍ、比較例１では、±０．３６ｍｍ／ｍとなった。

以上の通り、実施例１〜２において採用した温度上昇を抑制する対策により、ロール間隔を調整する支持部材である円筒体７の最大熱伸び量、および各円筒体７間の熱伸び差を抑制でき、圧下勾配の変動量を、問題の無い範囲（±０．２ｍｍ／ｍ程度）に抑制することができた。

本発明は、連続鋳造設備におけるロールセグメント装置に対して有用である。

実施の形態にかかるロールセグメント装置の構成を模式的に示した説明図である。 実施の形態にかかるロールセグメント装置の構成を鋳片の搬送方向からみて模式的に示した説明図である。 支持部材の内部に冷却水の配管を通したロールセグメント装置の構成を模式的に示した説明図である。 支持部材の円筒体の外周に蛇腹を配置したロールセグメント装置の構成を鋳片の搬送方向からみて模式的に示した説明図である。 図４の蛇腹内を通水させる構成を模式的に示した説明図である。 ロール用の冷却水の配管に散水装置用の配管を分岐接続した、ロールセグメント装置の構成を鋳片の搬送方向からみて模式的に示した説明図である。 ロールの軸受冷却水用の配管に散水装置用の配管を分岐接続した、ロールセグメント装置の構成を鋳片の搬送方向からみて模式的に示した説明図である。 フレームを冷却する冷却水の配管に散水装置用の配管を分岐接続した、ロールセグメント装置の構成を鋳片の搬送方向からみて模式的に示した説明図である。 スプレー用の冷却水の配管に散水装置用の配管を分岐接続した、ロールセグメント装置の構成を鋳片の搬送方向からみて模式的に示した説明図である。 従来のロールセグメント装置の構成を模式的に示した説明図である。

符号の説明

１、１１ ロールセグメント装置
２ 上ロール
３ 上フレーム
４ 下ロール
５ 下フレーム
６ シリンダロッド
７ 円筒体
８ 油圧シリンダ
９ 配管
１０ 散水装置
２１ 蛇腹
２２ 蛇腹の上部
２３ 蛇腹の下部
２４ 孔
３１ 上ロール用の冷却水の配管
３２ 下ロール用の冷却水の配管
４１ 上ロールの軸受冷却水用の配管
４２ 下ロールの軸受冷却水用の配管
５１ 上フレームの冷却水の配管
５２ 下フレームの冷却水の配管
６１ スプレー
６２、６３ スプレー用の冷却水配管
Ｈ 鋳片
Ｘ 鋳片搬送方向

Claims (2)

1. 鋳片を案内するロールが配置された上下のフレームを有し、当該上下のフレームの間に、当該上下のフレームを支持し、かつ前記ロールの上下間隔を調整可能な支持部材を、２箇所以上に有する連続鋳造設備のロールセグメント装置において、
   前記鋳片からの輻射熱による前記支持部材の温度上昇を防ぐ機構を有し、
   前記温度上昇を防ぐ機構は、配管を通じて外部から前記支持部材に対して冷却水を供給する供給装置であり、
   前記配管は、連続鋳造設備に用いられるロール冷却水、軸受冷却水、フレーム冷却水あるいはスプレー水のいずれかの通水用水路から分岐されたものであることを特徴とする、連続鋳造設備におけるロールセグメント装置。
2. 支持部材が受ける鋳片からの輻射熱を遮蔽するための遮蔽部材を有することを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造設備におけるロールセグメント装置。

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