JP5458019B2 - 双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロール及びその表面処理方法 - Google Patents

Description

本発明は双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロール及びその表面処理方法に係り，より詳しくは，耐火物と接触する鋳造ロールの端面に高硬度及び適切な厚さを持つニッケル−ホウ素（Ｎｉ−Ｂ）複合メッキ層を形成して，耐久性を向上させた双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロール及びその表面処理方法に関する。

一般的に，双ロール式薄板鋳造方法は，図１に示すように，レードル１に収容された溶鋼がタンディッシュ２に流入した後，注入ノズル３を介して，鋳造ロール６の両端部に設置されたエッジダム５の間，つまり鋳造ロール６の間に供給されて凝固が始まる。この際，鋳造ロール６の間の溶鋼部には，酸化防止のために，メニスカスシールド４で溶鋼面を保護し，適切なガスを注入して雰囲気を適切に調節することになり，両鋳造ロール６間のロールギャップ７から出て薄板８に製造され，引き抜かれながら冷却され，巻取り機９に巻き取られる形態になる。

このように，薄板鋳造機を利用して溶鋼から厚さ１０ｍｍ以下の薄板を直接製造する双ロール式薄板鋳造方法において重要なことは，互いに反対方向に高速で回転する水冷式鋳造ロール６の間に，注入ノズル３を介して溶鋼を迅速に供給して，所望厚さの薄板を亀裂なしに高収率で製造することにある。

一方，連続鋳造用鋳型表面は電解式メッキ法で処理され，図２に示すように，被メッキ体である鋳造ロール６が陰極となり，陽極はメッキしようとする金属１０に接続し，被メッキ体はメッキ液に完全に浸漬するようにして適切な電流を印加することで，所望厚さのメッキ層を得ることになる。

この際，被メッキ体である鋳造ロール６はメッキ品質を向上させるために回転し，平坦面である場合は，メッキ液３０を回転させて均一にメッキされるようにする。この場合，一次的に銅板上にニッケルなどのメッキを実施した後，耐久性向上のために硬質メッキ層であるＮｉ−Ｗ又はＮｉ−Ｃｏなどの硬質メッキ層を２次メッキ層として被膜することになる。

このような従来の鋳型メッキ法は主にニッケルでメッキを実施し，電流密度やメッキ液の温度などのメッキ条件については次のような技術が開示されている。

すなわち，日本国特開平０１−０６６０４９号公報には，鋳造ロールの端面部に溶射コーティングを適用して耐久性を向上させるものが開示され，日本国特開平０１−２５４３５７号公報には，モールドの表面に一次にＮｉメッキを実施した後，Ｃｒメッキを２次に実施することで耐久性と品質向上をはかるものが開示され，日本国特開１９９０−０４７８９０号公報には，Ｎｉメッキの後，グラファイトコーティングで熱伝達係数を低めて温度バラ付きを減少させることで品質向上をはかるものが開示され，日本国特開２００１−２０５３９９号公報には，一次にＮｉメッキの後，高硬度のＮｉ−Ｗ，Ｎｉ−Ｃｏなどのメッキ層を適用することで耐久性を向上させるものが開示されている。

しかし，これら従来の開示技術は，基本的に，一次的にＮｉメッキを実施した後，二次的に保護として硬質メッキや溶射コーティング層を適用したものなので，特に，硬質メッキは，高い硬度を示す一方，内部応力が高く，メッキ層の表面に微細亀裂が生じたりした結果，厚さは薄いものに限定され，極めて摩耗の激しい部分を被メッキ体として適用することは出来なかった。

したがって，このような硬質メッキ層の厚みの限界は，硬質層を鋳造ロールの端面部への適用を困難なものとし，これら，端面部のエッジダムとの接触による摩滅をもたらし，鋳造ロールの耐久性を悪化させる問題を引き起こした。

ここで，図２において，説明しなかった符号‘２０’はメッキ槽，‘４０’は整流器である。

したがって，本発明は前記のような従来の問題点を解決するために開発されたもので，鋳造ロールの表面に形成されたニッケルメッキ層にホウ素溶液を噴射して，十分な厚みと高硬度を有するメッキ層を形成し，鋳造ロールの耐久性を増進し，かつ，表面品質を安定させた双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロール及びその表面処理方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために，本発明は，その一面において，双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロールであって：
前記鋳造ロールの外周面及び端面に形成されたニッケルメッキ層と；
前記鋳造ロールの端面に位置する前記ニッケルメッキ層上に形成されたニッケル−ホウ素合金メッキ層と；
前記鋳造ロールの外周面に位置する前記ニッケルメッキ層，及び前記鋳造ロールの端面に位置する前記ニッケル−ホウ素合金メッキ層の外周面上に形成された２次メッキ層を含む，双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロールを提供する。

本発明の他の面は，双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロールであって：前記鋳造ロールの端面に形成されたニッケル−ホウ素合金メッキ層と；前記鋳造ロールの外周面，及び前記鋳造ロールの端面に位置するニッケル−ホウ素合金メッキ層の外周面に形成されたニッケルメッキ層と；前記ニッケルメッキ層上に形成された２次メッキ層を含む，双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロールを提供する。

前記鋳造ロールにおいて，前記ニッケル−ホウ素合金メッキ層の厚さは０．１〜２．０ｍｍであることができる。

また，前記ニッケル−ホウ素合金メッキ層の硬度は３００〜１０００Ｈｖであることができる。

また，前記２次メッキ層はＮｉ−Ｗ又はＮｉ−Ｃｏからなるものとすることができる。

また，前記ニッケルメッキ層の前記２次メッキ層との接合部分にクラウン加工又は粗面化加工を施すことができる。

前記目的を達成するために，本発明のさらに他の面は，双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロールの表面処理方法であって：前記鋳造ロールの外周面と端面に共にニッケルメッキ層を形成する段階と；前記鋳造ロールの端面に位置する前記ニッケルメッキ層上に，ニッケルメッキを実施しながらホウ素溶液を噴射してホウ素をニッケル中に埋め込むことで，ニッケル−ホウ素合金メッキ層を形成する段階と；前記鋳造ロールの外周面に位置する前記ニッケルメッキ層，及び前記鋳造ロールの端面に位置する前記ニッケル−ホウ素合金メッキ層の外周面に２次メッキ層を形成する段階とを含むロール式薄板鋳造機の鋳造ロールの表面処理方法を提供する。

本発明のさらに他の面は，双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロールの表面処理方法であって
：前記鋳造ロールの端面に，ニッケルメッキを実施しながらホウ素を噴射してホウ素をニッケル中に埋めることでニッケル−ホウ素合金メッキ層を形成する段階と；前記鋳造ロールの外周面，及び前記鋳造ロールの端面に位置する前記ニッケル−ホウ素合金メッキ層の外周面にニッケル溶液を噴射することでニッケルメッキ層を形成する段階と；前記ニッケルメッキ層上に２次メッキ層を形成する段階とを含む，双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロールの表面処理方法を提供する。

前記方法は，前記ニッケルメッキ層の外周面にクラウン加工し，又は粗面化加工する段階をさらに含むことができる。

本発明によれば，薄板鋳造ロールの表面処理に関連して，ニッケルメッキ層上にホウ素メッキ液を噴射して鋳造ロールの端面にニッケル−ホウ素合金メッキを実施することで，メッキ層の厚さを充分に確保すると共に硬度も高くすることにより，鋳型の耐久性を向上させ，鋳造ロールのエッジ部の品質も向上させる。

一般的な薄板鋳造工程を示す概略図である。 従来の鋳造ロールのメッキ装置を示す概略図である。 本発明の一実施例による鋳造ロールメッキ装置を示す概略図である。 本発明の一実施例によるメッキ層を示す断面図である。 本発明の一実施例によるメッキ層の硬度分布を示すグラフである。

以下，添付図面に基づいて本発明による好適な実施例をより詳細に説明する。

図３は本発明の一実施例による鋳造ロールメッキ装置を示す概略図，図４は本発明の一実施例によるメッキ層を示す断面図，図５は本発明の一実施例によるメッキ層の硬度分布を示すグラフである。

図３に示すように，本発明によるメッキ装置は，鋳造ロール１００の端面メッキのために，メッキ液３００が充填されたメッキ槽２００の一側にスプレーノズル５００がさらに設けられたことを除き，図２の従来の鋳造ロールメッキ装置と実質的に同様である。

また，整流器６００を通過した陰極には鋳造ロール１００が，整流器６００を通過した陽極にはメッキ金属４００が接続されることも従来の鋳造ロールメッキ装置と同様である。

このようなメッキ装置を利用する本発明のメッキ法は，鋳造ロール１００の外周面及び両端面にニッケルメッキ層を形成する段階（ａ）と，前記段階を行った後に，ニッケル（Ｎｉ）−ホウ素（Ｂ）複合メッキを実施してホウ素をニッケルに埋め込む段階（ｂ）と，鋳造ロールの円筒部上に２次メッキ層を形成する段階（ｃ）とを含む。

この際，前記ニッケル−ホウ素複合メッキ層の形成は，まずニッケルメッキを実施しながらホウ素溶液を一定時間ニッケルメッキ層に噴射して，ホウ素がニッケル中に埋め込まれるようにしてホウ素−ニッケル複合メッキを実施し，合金を形成することにより行う。ホウ素の噴射量と噴射速度によってメッキ層の硬度が変わる。

また，前記２次メッキが実施される前，鋳造ロール１００の表面にはクラウン加工と粗化（ディンプル）加工を先に実施して鋳造材の品質を向上させることができる。

このように，本発明は必要によって硬度を調節することができるもので，特定範囲に制限されず，本発明の核心的な技術思想はニッケルメッキ工程中にホウ素を投入してホウ素がニッケルメッキ層に埋め込まれるようにすることにある。

本発明によるメッキ層の形成は，図４（ａ），図４（ｂ）に示す方式で実施できる。

例えば，図４（ａ）を参照すると，まず鋳造ロール１００の外周面と端面に共にニッケルメッキ層１１０，１１２を形成し，前記鋳造ロール１００の端面である前記ニッケルメッキ層１１２上にニッケル−ホウ素合金メッキ層１２０を形成し，最後にこのようなメッキ層の形成によって，前記鋳造ロール１００の外周面をなすニッケルメッキ層１１０とニッケル−ホウ素合金メッキ層１２０の外周面上に２次メッキ層１３０を形成した形態となる。

この際，前記２次メッキ層１３０の形成に先立ち，鋳造ロール１００の外周面にクラウン加工及び粗面化（ディンプル）加工を実施することが好ましい。

また，前記２次メッキ層１３０は，前記従来技術で説明したように，Ｎｉ−Ｗ又はＮｉ−Ｃｏを主成分とする。

しかし，図４（ａ）の構造を持つ場合，鋳造ロール１００の端面支持が堅固で安定な構造ではあるが，角部のニッケル−ホウ素合金メッキ層１２０に過度な力が加わると，剥離の可能性と破損可能性を全く排除することができないので，以下に説明する他の実施例とともに工程特性によって選択して使用することが好ましい。

すなわち，本発明の他の実施例として，図４（ｂ）を参照すると，まず鋳造ロール１００の端面にニッケル−ホウ素合金メッキ層１２０が形成され，前記鋳造ロール１００の外周面及び前記ニッケル−ホウ素合金メッキ層１２０の外周面上にニッケルメッキ層１１０が形成され，最後に前記ニッケルメッキ層１１０上に２次メッキ層１３０が形成される。

この場合においても，前記２次メッキ層１３０の形成に先立ち，鋳造ロール１００の外周面にクラウン加工及び粗面化加工が先に実施されることが好ましい。

図４（ｂ）に示すメッキ層構造において，鋳造ロール１００の角部に形成されたニッケル−ホウ素合金メッキ層１２０に加わる力をニッケルメッキ層１１０が軽減する役目をするが，角部の耐磨耗性が弱化するおそれがある。

以下，本発明の実施例をより詳細に説明する。

図５（ａ）はニッケルメッキ層の厚さを最小にするとともにニッケル−ホウ素合金メッキ層を２段で適用して，最外側メッキ層の硬度を最大化させた構造例に関するグラフであり，図５（ｂ）は１段のニッケル−ホウ素合金メッキ層を端面に先に形成した後，その上に厚いニッケルメッキ層を形成して，硬度はやや低いが安定的なメッキ層を形成した構造例に関するグラフである。

ニッケル−ホウ素合金メッキ層の硬度が３００〜１０００Ｈｖである場合，安定的な品質性能を発揮する。ニッケル−ホウ素合金メッキ層の硬度が３００Ｈｖ未満であると，摩耗しやすく，１０００Ｈｖを超えると，メッキ層に亀裂あるいは剥離が起こりやすい。よって，ニッケル−ホウ素合金メッキ層の硬度を前記範囲にすることが好ましいことが分かる。

また，ニッケルメッキ層の厚さは従来技術で説明した範囲にすることもできるが，ニッケル−ホウ素合金メッキ層の厚さは０．１〜２．０ｍｍが好ましい。ニッケル−ホウ素合金メッキ層の厚さが０．１ｍｍより小さいと，ニッケル−ホウ素合金メッキ層を形成することができず，２．０ｍｍを超えると，亀裂や剥離が起こりやすい。したがって，ニッケル−ホウ素合金層の厚さは前記範囲にしなければならない。

そして，２次メッキ層を形成する過程は，粗化の後にも２次メッキ層の粗度が維持されなければならないので，薄くて硬度の高いメッキ層が要求される。したがって，２次メッキ層は前述したようなＮｉ−Ｗ又はＮｉ−Ｃｏメッキ層であることが好ましい。

本発明によれば，鋳造ロールの耐久性及び品質を向上させることができ，鋳造ロールのエッジ部及び表面の品質も向上させることができることが分かる。

Claims (9)

1. 双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロールにおいて：
   前記鋳造ロールの外周面及び端面に形成されたニッケルメッキ層と；
   前記鋳造ロールの端面に位置する前記ニッケルメッキ層上に形成されたニッケル−ホウ素合金メッキ層と；
   前記鋳造ロールの外周面に位置する前記ニッケルメッキ層，及び前記鋳造ロールの端面に位置する前記ニッケル−ホウ素合金メッキ層の外周面上に形成された２次メッキ層から成ることを特徴とする双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロール。
2. 双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロールにおいて：
   前記鋳造ロールの端面に形成されたニッケル−ホウ素合金メッキ層と；
   前記鋳造ロールの外周面，及び前記鋳造ロールの端面に位置する前記ニッケル−ホウ素合金メッキ層の外周面上に形成されたニッケルメッキ層と；
   前記ニッケルメッキ層上に形成された２次メッキ層から成ることを特徴とする双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロール。
3. 前記ニッケル−ホウ素合金メッキ層の厚さは０．１〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロール。
4. 前記ニッケル−ホウ素合金メッキ層の硬度は３００〜１０００Ｈｖであることを特徴とする請求項１又は２記載の双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロール。
5. 前記２次メッキ層はＮｉ−Ｗ又はＮｉ−Ｃｏからなることを特徴とする請求項１又は２記載の双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロール。
6. 前記ニッケルメッキ層の前記２次メッキ層との接合部分がクラウン加工又は粗面化加工されていることを特徴とする請求項１又は２記載の双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロール。
7. 双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロールの表面処理方法において：
   前記鋳造ロールの外周面と端面に共にニッケルメッキ層を形成する段階と；
   前記鋳造ロールの端面に位置する前記ニッケルメッキ層上に，ニッケルメッキを実施しながらホウ素溶液を噴射してホウ素をニッケル中に埋め込むことで，ニッケル−ホウ素合金メッキ層を形成する段階と；
   前記鋳造ロールの外周面に位置する前記ニッケルメッキ層，及び前記鋳造ロールの端面に位置する前記ニッケル−ホウ素合金メッキ層の外周面に２次メッキ層を形成する段階とを含むことを特徴とする双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロールの表面処理方法。
8. 双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロールの表面処理方法において：
   前記鋳造ロールの端面に，ニッケルメッキを実施しながらホウ素溶液を噴射してホウ素をニッケル中に埋め込むことでニッケル−ホウ素合金メッキ層を形成する段階と；
   前記鋳造ロールの外周面，及び前記鋳造ロールの端面に位置する前記ニッケル−ホウ素合金メッキ層の外周面にニッケル溶液を噴射することでニッケルメッキ層を形成する段階と；
   前記ニッケルメッキ層上に２次メッキ層を形成する段階とを含むことを特徴とする双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロールの表面処理方法。
9. 前記ニッケルメッキ層の外周面にクラウン加工し，又は粗面化加工する段階をさらに含むことを特徴とする請求項７又は８記載の双ロール式薄板鋳造機の鋳造ロールの表面処理方法。

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