JP7318716B2 - 回転ロールの軸受箱、回転ロールの軸受箱の冷却方法、鋼の連続鋳造機及び鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

回転ロールの軸受箱、回転ロールの軸受箱の冷却方法、鋼の連続鋳造機及び鋼の連続鋳造方法 Download PDF

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Description

本発明は、連続鋳造機の鋳片支持ロールを回転させつつ支持する軸受箱のように、輻射熱などによる高温環境下で使用される回転ロールの軸受箱及びこの回転ロールの軸受箱の冷却方法に関する。更に、前記軸受箱で支持された回転ロールを有する鋼の連続鋳造機、この連続鋳造機を用いた鋼の連続鋳造方法に関する。
溶鋼の連続鋳造機では、タンディッシュ内の溶鋼を鋳型内に注入し、鋳型内に注入された溶鋼が鋳型と接触して生成される凝固シェルを外殻とし、内部を未凝固の溶鋼とする鋳片を、鋳型から連続的に引き抜く。鋳型から引き抜いた鋳片を、鋳型下方に設けた鋳片支持ロールで支持しつつ、鋳片表面を冷却水によって冷却して鋳片厚み中心まで凝固させ、その後、所定の長さに切断して熱間圧延用の素材を製造している。
連続鋳造機内の鋳片の表面温度は、５００℃以上であり、鋳型直下では９００℃以上にも達する。そのために、鋳片支持ロールを回転させつつ支持する軸受箱は高温雰囲気に晒され、軸受箱の内部の潤滑油をシールするためのオイルパッキンが破損して、軸受（「ベアリング」ともいう）が損傷する危険性がある。つまり、オイルパッキンの破損は、鋳片支持ロールの回転不能に繋がる。鋳片支持ロールが回転不能になると、鋳片表面に疵が発生したり、鋳片の中心偏析が悪化したり、更には、鋳片のブレークアウトが発生したりする。また、連続鋳造機の後段の搬送用ローラーテーブルのロール軸受が損傷した場合には、鋳造した鋳片の払い出しができず、連続鋳造操業を停止せざるを得なくなる。
そこで、軸受箱を冷却し、内部の軸受の損傷を防止する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、軸受箱の一部ハウジング外周面に複数の冷却水溝を設け、この冷却水溝を覆う蓋を配置し、蓋で囲んだ冷却水溝の内部に冷却水を流して軸受箱を冷却する方法が提案されている。
また、特許文献２には、連続鋳造機のローラーテーブル用のロールの軸受箱を、冷却用エアーの導入口と排出口とを有するジャケットで覆い、このジャケットの内部に冷却用エアーを導入して軸受箱を冷却する方法が提案されている。
特開平１０－２７４２４７号公報 特開２００３－２９０８９１号公報
しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。
即ち、特許文献１の方法では、ハウジング外周面に複数の冷却水溝を加工し、冷却水溝を蓋で覆う構成であり、したがって、蓋で覆うことが可能なハウジング外周面のみしか冷却水溝を設けることができず、軸受及びオイルシールの全幅を冷却水溝で覆うことはできない。そのために、ハウジング外周全体に輻射熱を受ける場合には、軸受やオイルシールへ伝わる熱を遮蔽できず、潤滑油が劣化したり、オイルパッキンが破損したりするという問題がある。
特許文献２の方法では、冷却用エアーを導入するためのジャケットの設置範囲を広くすることにより、軸受及びオイルシールの全幅を冷却可能であるが、冷却媒体が冷却用エアーであり、十分に冷却することができないという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、軸受及びオイルシールを効率的に冷却水で冷却することができる回転ロールの軸受箱及び回転ロールの軸受箱の冷却方法を提供することである。また更に、前記軸受箱で支持された回転ロールを有する鋼の連続鋳造機、この連続鋳造機を用いた鋼の連続鋳造方法を提供することである。
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］軸受とシール部とが内部に配置された、高温物体を支持または搬送するための回転ロールの軸受箱であって、
前記軸受の軸方向範囲の少なくとも一部及び前記シール部の軸方向範囲の少なくとも一部を含むように、軸受箱の外周側に冷却ジャケットが配置され、
前記冷却ジャケットは、冷却水導入口及び冷却水排出口を有し、
前記冷却水導入口から、前記冷却ジャケットに供給された冷却水によって、前記軸受箱が冷却されるように構成されている、回転ロールの軸受箱。
［２］前記シール部の軸方向範囲の外周側に配置された冷却ジャケットの少なくとも一部は、前記軸受の軸方向範囲の外周側に配置された冷却ジャケットよりも径方向内側に配置される、上記［１］に記載の回転ロールの軸受箱。
［３］軸受とシール部とが内部に配置された、高温物体を支持または搬送するための回転ロールの軸受箱の冷却方法であって、
前記軸受の軸方向範囲の少なくとも一部及び前記シール部の軸方向範囲の少なくとも一部を含むように、軸受箱の外周側に冷却ジャケットを配置し、
前記冷却ジャケットに設けた冷却水導入口から、前記冷却ジャケットに冷却水を導入して前記軸受箱を冷却し、
前記軸受箱を冷却した後の前記冷却水を、前記冷却ジャケットに設けた冷却水排出口から排出する、回転ロールの軸受箱の冷却方法。
［４］前記シール部の軸方向範囲の外周側に配置された冷却ジャケットの少なくとも一部は、前記軸受の軸方向範囲の外周側に配置された冷却ジャケットよりも径方向内側に配置される、上記［３］に記載の回転ロールの軸受箱の冷却方法。
［５］上記［１］または上記［２］に記載の回転ロールの軸受箱に備えられた軸受で支持された１つ以上の回転ロールを用いて鋳片を支持または案内する、鋼の連続鋳造機。
［６］上記［５］に記載の鋼の連続鋳造機を用いて鋼鋳片を連続鋳造する、鋼の連続鋳造方法。
本発明によれば、軸受箱の外周の大半が冷却水で覆われるので、軸受及びシール部への輻射熱の伝達を遮断することができ、高温環境で使用される回転ロールの軸受であっても、潤滑油やオイルパッキンの劣化がなく、回転ロールの軸受の機能を保つことが実現される。
図１は、連続鋳造機に配置される鋳片支持ロールの一例の概略構成図である。 図２は、図１のＡ部の拡大図である。 図３は、特許文献１に提案される軸受箱の一例を示す構成図である。 図４は、或る１日間の連続鋳造操業において、軸受箱のオイルシールの側面ハウジング側の部位を、シース熱電対によって温度測定した結果を示す図である。
以下、本発明に係る高温物体を支持または搬送するための回転ロールの軸受箱として、製鉄所の製鋼工程の連続鋳造機に配置される鋳片支持ロールの軸受箱に適用した場合を例として、添付図面を参照して説明する。図１は、製鋼工程の連続鋳造機に配置される鋳片支持ロールの一例の概略構成図であり、図２は、図１のＡ部の拡大図である。
溶鋼を連続鋳造して鋼鋳片を製造する製鋼工程の連続鋳造機（図示せず）では、鋳型の直下から連続鋳造機の機端までの範囲には、回転ロールとして、サポートロール、ガイドロール、ピンチロールなどと呼ばれる鋳片支持ロール２０が、鋳造方向に並んで、且つ、鋳片３０を挟んで相対して配置されている。図１は、ガイドロールとして使用される、Ａロール２１、Ｂロール２２及びＣロール２３の３つのロールからなる３分割型の鋳片支持ロール２０を示している。
各ロールの両端のロールチョックの部位には、内部に軸受が備えられた軸受箱１が設置されており、それぞれの軸受箱１は、ガイドロールセグメント（図示せず）のフレームに固定されている。つまり、Ａロール２１、Ｂロール２２及びＣロール２３は、軸受箱１の内部に備えられた軸受で支持されつつ、鋳片３０と接触することで、それぞれ独自に回転するように構成されている。尚、図１に示す鋳片支持ロール２０は、内部水冷型の回転ロールである。
軸受箱１の構成を、Ａロール２１の紙面の左側に設置される軸受箱１を例として説明するが、全ての軸受箱１は同一の構成である。
図２に示すように、Ａロール２１のロールチョック２１ａの部位に、外輪２ａ、ころ２ｂ及び内輪２ｃで構成される軸受２が設けられている。軸受２の外周には、周囲ハウジング７が設置され、軸受２の側面には、一方の側面（Ａロール２１の断面と相対しない側の側面）に側面ハウジング８が設置され、他方の側面（Ａロール２１の断面と相対する側の側面）には固定ハウジング９が設置されている。軸受２は、これらの３つのハウジングによって、ロールチョック２１ａの所定位置に固定されている。尚、周囲ハウジング７は、Ａロール２１の断面と相対する側の軸受２の側面の一部を囲むように構成されており、軸受２の前記側面の一部を囲んだ周囲ハウジング７の先端は、固定ハウジング９と所定の間隔で相対している。
周囲ハウジング７と固定ハウジング９とで囲まれ、周囲ハウジング７と固定ハウジング９とが相対する位置には、軸受２に隣接してオイルパッキン３が設置されており、オイルパッキン３によってオイルシール５が形成されている。また、側面ハウジング８とロールチョック２１ａとで囲まれ、側面ハウジング８とロールチョック２１ａとが相対する位置には、軸受２に隣接してオイルパッキン４が設置されており、オイルパッキン４によってオイルシール６が形成されている。オイルパッキン３及びオイルパッキン４により、軸受２が潤滑油で常に浸潤される。ここで、本明細書では、オイルパッキン３とオイルシール５とで形成される構成、及び、オイルパッキン４とオイルシール６とで形成される構成を「シール部」と称す。
このように、軸受箱１は、軸受２、周囲ハウジング７、側面ハウジング８、固定ハウジング９、オイルパッキン３、オイルパッキン４、オイルシール５、オイルシール６を有している。図２中の符号２０ａは、鋳片支持ロール２０の内部を冷却するロール冷却水の流路であり、２４は、ロール冷却水の給排水用治具である。
この軸受箱１において、周囲ハウジング７の外周には、軸受２、オイルパッキン３、オイルシール５、オイルパッキン４及びオイルシール６が設置された範囲を覆う冷却ジャケット１０が設けられ、冷却ジャケット１０に、冷却水を流すための水路１４が形成されている。冷却ジャケット１０の材質は、特に規定する必要はないが、輻射熱を受けることから、ステンレス鋼や炭素鋼などの金属製とすることが好ましい。
冷却ジャケット１０には、冷却水導入口１１及び冷却水排出口１２が設置されており、冷却水供給管（図示せず）から冷却水導入口１１に導入され、水路１４を流れて冷却水排出口１２から排出される冷却水で、周囲ハウジング７の外周が冷却される。このようにして、鋳片３０の輻射熱が、軸受２、オイルパッキン３、オイルシール５、オイルパッキン４及びオイルシール６に伝達しないように構成されている。
冷却ジャケット１０は、図２に示すように、Ａロール２１の端部の断面形状に応じて、オイルパッキン３とオイルシール５とで構成されるシール部の軸方向範囲を覆う部分は、軸受２の軸方向範囲を覆う部分よりも径方向内側に配置されている。
冷却水排出口１２から排出される冷却水は、そのまま冷却ジャケット１０の外周を流れ落ちるようにしてもよく、また、冷却水排出管（図示せず）に排出するようにしてもよい。そのまま冷却ジャケット１０の外周を流れ落ちるようにすることで、冷却ジャケット１０が外周からも冷却され、鋳片３０の輻射熱を遮断するうえで、より好ましい。
図２に例示した軸受箱１では、冷却ジャケット１０の設置範囲は、軸受２の軸方向範囲の全体及びシール部の軸方向範囲の全体を含んでいるが、この形態に限定されない。つまり、冷却ジャケット１０の設置範囲は、軸受２の軸方向範囲の少なくとも一部及びシール部の軸方向範囲の少なくとも一部を含むように、軸受箱１の外周側に配置されていればよい。
また、図２に例示した軸受箱１では、冷却水導入口１１及び冷却水排出口１２は冷却ジャケット１０の外周を形成する蓋１３に直接接続されているが、冷却ジャケット１０への冷却水導入口１１及び冷却水排出口１２の設置形態は、この形態に限定されない。例えば、軸受箱１の内部に形成された水路を介して冷却水を給排水するようにしてもよい。
以上説明したように、本発明に係る回転ロールの軸受箱及び回転ロールの軸受箱の冷却方法によれば、軸受箱１の外周の大半が冷却水で覆われるので、軸受２及びオイルシール５、６への輻射熱の伝達を遮断することができる。これにより、高温環境で使用される軸受２であっても、潤滑油やオイルパッキン３、４の劣化がなく、軸受２の機能を保つことが実現される。
尚、上記説明は、連続鋳造機の鋳片支持ロール２０の軸受箱１に本発明を適用した場合を例としているが、輻射熱などによって高温環境下に晒される回転ロールの軸受箱であれば、本発明を適用することができ、軸受箱の用途により、本発明の制限を受けることはない。また、軸受箱の内部構造も上記の説明に限るものではなく、所謂「軸受」を具備する軸受箱である限り、本発明を適用することができる。
［実施例１］
連続鋳造方法によって鋼のスラブ鋳片を製造する連続鋳造機の鋳片支持ロール（ガイドロール）の軸受箱で、軸受箱を冷却水によって冷却する試験を実施した。使用した連続鋳造機の仕様は、垂直部３．０ｍ、１０点曲げ（上部曲げ帯）、湾曲部曲率半径１０．５ｍ、６点矯正（下部矯正帯）、機長４９．２ｍの垂直曲型スラブ連続鋳造機で、鋳片厚みが２２０ｍｍ、鋳片幅が６７５～２１００ｍｍのスラブ鋳片の製造が可能である。試験対象の軸受け箱は、表面温度が７００～９００℃の鋳片を支持する鋳片支持ロールの軸受箱であり、この軸受箱には、外径１７０ｍｍ、内径１１０ｍｍ、幅４３ｍｍの軸受（転がり軸受）が設置されている。
試験は、図２に示す本発明に係る軸受箱、及び、比較のために特許文献１に提案される軸受箱を設置し、連続鋳造中の軸受箱の温度を測定し、両者を比較した。
特許文献１に提案される軸受箱の一例を図３に示す。図３に示すように、特許文献１に提案される軸受箱１Ａは、周囲ハウジング７の外周に複数の冷却水溝１６を設け、この冷却水溝１６を覆う蓋１５を配置し、蓋１５で囲んだ冷却水溝１６の内部に冷却水を流して、周囲ハウジング７の外周を水冷するという構造である。尚、図３に示す軸受箱１Ａは、その他の構造は図２に示す軸受箱１と同一構造となっており、同一の部分は同一符号により示し、その説明は省略する。
図２に示す本発明に係る軸受箱１（以下、「本発明例」とも記す）、及び、図３に示す比較のための軸受箱１Ａ（以下、「従来例」とも記す）に対し、１つの軸受箱あたり毎分１５Ｌの冷却水を、水路１４及び冷却水溝１６に導入し、軸受箱１及び軸受箱１Ａを冷却した。軸受箱１及び軸受箱１Ａを冷却した後の冷却水は、本発明に係る軸受箱１、及び、従来例としての軸受箱１Ａともに、そのまま軸受箱の外周を流れ落ちるようにした。
図４に、或る１日間の連続鋳造操業において、図２及び図３で符号「Ｐ」で示す、オイルシール６の側面ハウジング８側の部位を、シース熱電対によって温度測定した結果を示す。図４において、温度が局所的に低くなる期間は、連続鋳造操業と連続鋳造操業とのあいだの連続鋳造を行っていない期間であり、その他の期間は、溶鋼の連続鋳造（連々鋳）を行っている期間である。
図４に示すように、本発明例では、連続鋳造中のオイルシール６の部位の温度が従来例に比較して２０～４０℃低くなっており、オイルシール６に対する鋳片からの輻射熱の影響を軽減できることが確認できた。
従来例ではオイルシール５の部位は蓋１５で覆われておらず、それに対して、本発明例ではオイルシール５の部位も冷却ジャケット１０で覆われている。この部位の温度を温度解析で求めた結果、オイルシール５の部位の温度も、本発明例では従来例に比較しておよそ７０～８０℃低下することが確認できた。
［実施例２］
実施例１で使用した垂直曲げ型スラブ連続鋳造機を用い、鋳片表面温度が７００℃から９００℃までの間で、特に８００℃において鋳片の延性が極小値を示す、即ち、鋳片表面に割れが生じやすい鋼を鋳造した。製造する鋳片の鋳片幅は当該連続鋳造機の最大幅である２１００ｍｍとした。このスラブ連続鋳造機の下部矯正帯において、ストランド上流側から下流側に向かって左側の鋳片幅方向端部に近い軸受箱は、図３に示す特許文献１に提案される軸受箱（従来型）とし、向かって右側の鋳片幅方向端部に近い軸受箱は、図２に示す本発明に係る軸受箱とした。尚、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機の下部矯正帯では、鋳片表面に歪みが付与されて、鋳片表面に割れが発生する場合がある。
軸受箱を上記のように配置し、水準Ａの連続鋳造操業においては、鋳片表面温度を前記の表面割れが発生し易い温度である８００℃を含む、７００℃から９００℃までの表面温度になるように、下部矯正帯に至るまでの二次冷却水量を調節した。一方、水準Ｂの連続鋳造操業においては、下部矯正帯における鋳片の表面温度が９００℃から１０００℃までの範囲となるように、下部矯正帯に至るまでの二次冷却水量を調節した。
溶鋼の化学成分が、［Ｃ］；０．０３～０．０５質量％、［Ｓｉ］；０．２５～０．３５質量％、［Ｍｎ］；１．３～１．４質量％、［Ｐ］；０～０．０１５質量％、［Ｓ］；０～０．００２質量％の範囲内である溶鋼を、水準Ａ及び水準Ｂともに、１０ヒートずつ連続鋳造した。１ヒートの溶鋼質量は２４５トンであった。
連続鋳造後、鋳片表面の全面を２ｍｍスカーフィングし、鋳片表面の割れ（長さ３ｍｍ以上）の個数を数えた。水準Ａでは、鋳片長さ１ｍあたり３．４個の表面割れが発生したのに対し、水準Ｂでは、長さ３ｍｍ以上の表面割れは皆無であった。
一方、上記の連続鋳造テストを行った直後に、下部矯正帯の軸受箱の外観をチェックした。その結果、本発明に係る軸受箱には特段の異常は見られなかったが、従来例の軸受箱の表面には温度上昇による変色が見られ、また、鋳片で生じたスケールが固着している軸受箱も存在した。
１ 軸受箱
１Ａ 軸受箱
２ 軸受
２ａ 外輪
２ｂ ころ
２ｃ 内輪
３ オイルパッキン
４ オイルパッキン
５ オイルシール
６ オイルシール
７ 周囲ハウジング
８ 側面ハウジング
９ 固定ハウジング
１０ 冷却ジャケット
１１ 冷却水導入口
１２ 冷却水排出口
１３ 蓋
１４ 水路
１５ 蓋
１６ 冷却水溝
２０ 鋳片支持ロール
２０ａ ロール冷却水の流路
２１ Ａロール
２１ａ Ａロールのロールチョック
２２ Ｂロール
２３ Ｃロール
３０ 鋳片

Claims (4)

  1. 軸受とシール部とが内部に配置された、高温物体を支持または搬送するための回転ロールの軸受箱であって、
    前記軸受の軸方向範囲の少なくとも一部及び前記シール部の軸方向範囲の少なくとも一部を含むように、軸受箱の外周側に冷却ジャケットが配置され、
    前記冷却ジャケットは、冷却水導入口及び冷却水排出口を有し、
    前記冷却水導入口から、前記冷却ジャケットに供給された冷却水によって、前記軸受箱が冷却されるように構成されており、
    前記シール部の軸方向範囲の外周側に配置された冷却ジャケットの外周の少なくとも一部は、前記軸受の軸方向範囲の外周側に配置された冷却ジャケットの外周の少なくとも一部よりも径方向内側に配置される、回転ロールの軸受箱。
  2. 軸受とシール部とが内部に配置された、高温物体を支持または搬送するための回転ロールの軸受箱の冷却方法であって、
    前記軸受の軸方向範囲の少なくとも一部及び前記シール部の軸方向範囲の少なくとも一部を含むように、軸受箱の外周側に冷却ジャケットを配置し、
    前記冷却ジャケットに設けた冷却水導入口から、前記冷却ジャケットに冷却水を導入して前記軸受箱を冷却し、
    前記軸受箱を冷却した後の前記冷却水を、前記冷却ジャケットに設けた冷却水排出口から排出し、
    前記シール部の軸方向範囲の外周側に配置された冷却ジャケットの外周の少なくとも一部は、前記軸受の軸方向範囲の外周側に配置された冷却ジャケットの外周の少なくとも一部よりも径方向内側に配置される、回転ロールの軸受箱の冷却方法。
  3. 請求項１に記載の回転ロールの軸受箱に備えられた軸受で支持された１つ以上の回転ロールを用いて鋳片を支持または案内する、鋼の連続鋳造機。
  4. 請求項３に記載の鋼の連続鋳造機を用いて鋼鋳片を連続鋳造する、鋼の連続鋳造方法。
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