JPH05285620A

JPH05285620A - 遠心鋳造ロールの製造装置

Info

Publication number: JPH05285620A
Application number: JP11987792A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Hiraoka; 久平岡; Yoshihiro Kataoka; 義弘片岡
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1992-04-15
Publication date: 1993-11-02

Abstract

(57)【要約】【目的】遠心鋳造ロールを製造するに際し、外殻層の
凝固組織を微細化し、かつ半径方向に均一化し、耐肌荒
れ性等のロール品質を向上すること。【構成】筒状鋳型１１と、該鋳型１１を高速回転させ
る鋳型駆動ローラー１２と、該鋳型１１に外殻層溶湯１
を注入する注入管１３とを有し、該外殻層溶湯１によっ
て複合ロールの外殻層を形成する遠心鋳造ロールの製造
装置において、該鋳型１１内に挿入可能とされ、該外殻
層溶湯１を攪拌及び圧下可能とする外殻層形成ローラー
２１を備えてなるようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱延用複合ロール等を
製造するに好適な、遠心鋳造ロールの製造装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】熱延用ワークロールの圧延使用層には耐
摩耗性及び耐肌荒れ性が要求される。この要求を満たす
ために、熱延用ワークロールでは、ロール材質として高
クロム鋳鉄やグレン鋳鉄等が使用されているが、ロール
の軸部には強靱性が要求されるため、外殻層と内層との
２層で構成される複合ロールにするのが一般的である。

【０００３】従来、複合ロールは、図６に示す如くの鋳
造装置によって製造されることが多い。即ち、鋳造装置
は、筒状鋳型１１と、鋳型１１を高速回転させる鋳型駆
動ローラー１２と、鋳型１１に外殻層溶湯１を注入する
注入管１３とを有し、高速で回転している鋳型１１に溶
湯１を注入し、外殻層を形成する。また、鋳造装置は、
鋳型１１の両端部に組付けられる軸部鋳型１４と、鋳型
１１、１４に内層溶湯２を注入する注入ロート１５とを
有し、上述の外殻層全体が完全に凝固した後に鋳型１１
の回転を停止し、鋳型１１を速やかに直立させてその両
端部に軸部鋳型１４を組付け、鋳型１１内に形成された
外殻層内に内層溶湯２を注入し、外殻層と内層とを冶金
的に溶着させて一体のロール用鋼塊を製造する。この鋼
塊に材質と用途に応じた熱処理を施し、機械加工するこ
とにて圧延用ロールが完成することになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然るに、熱延用の鋳造
ロールは鍛造工程がないため鋳造時の凝固組織がそのま
まの形で残る。ロールに要求される耐肌荒れ性等の特性
を向上させるには、この凝固組織の微細化が有効であ
る。静置鋳造に比べて遠心鋳造では凝固組織が細かくな
るが、更に微細にするために、鋳型内面のライニングの
薄肉化等が実施されている。これは、遠心鋳造中の溶湯
からの抜熱を高め、凝固速度を速くすることによって組
織の微細化を狙ったものである。然しながら、微細化の
程度は充分ではなく、更に細かくすることが望まれてい
る。

【０００５】また、遠心鋳造によって円筒状に鋳込まれ
た外層溶湯は、鋳型に近い部分から始まった凝固が軸中
心の方向に進む。そのため、鋳型に近い部分では凝固速
度が速いが、凝固が進むにつれて鋳型の冷却能の効果が
弱まるため、凝固組織の粗大化が起きる。その結果、ロ
ールは厚みが50mm前後の使用層を有するため、ロールが
径大のときは凝固組織が細かいが、径小になると凝固速
度が遅い部分になり凝固組織が粗くなる。即ち、ロール
は半径方向に凝固組織が変化し、径小になるに従って凝
固組織が粗くなるため、耐肌荒れ性等のロール品質が低
下するという問題がある。

【０００６】本発明は、遠心鋳造ロールを製造するに際
し、外殻層の凝固組織を微細化し、かつ半径方向に均一
化し、耐肌荒れ性等のロール品質を向上することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、筒状鋳型と、
該鋳型を高速回転させる鋳型駆動装置と、該鋳型に外殻
層溶湯を注入する注入装置とを有し、該外殻層溶湯によ
って複合ロールの外殻層を形成する遠心鋳造ロールの製
造装置において、該鋳型内に挿入可能とされ、該外殻層
溶湯を攪拌及び圧下可能とする外殻層形成ローラーを備
えてなるようにしたものである。

【０００８】

【作用】高速回転する筒状鋳型に注湯された溶湯は鋳型
との摩擦によって遠心力を受け、鋳込み完了直後に溶湯
は筒状を呈し、鋳型と同期して回転する。この状態で凝
固させる方法が従来法であり、前述したように、鋳型か
らの抜熱によって鋳型の内周面に近い部分から順次凝固
が進行するため、半径方向で凝固組織に差が生じる。こ
れに対し、本発明では、遠心鋳造機上の鋳型に注湯され
た外殻層溶湯が外殻層形成ローラーによって攪拌及び圧
下されることによって、溶湯に剪断力を加えるため、溶
湯が攪拌され鋳型からの抜熱が進むにつれて溶湯全体が
半凝固状態になる。半凝固状態で圧下されることによっ
て凝固組織が変形を受け組織が微細になる。また、攪拌
作用によって半凝固溶湯の温度は均一化されるため、全
体がほぼ均一に凝固し、従来法で認められた半径方向の
凝固組織変化は抑制される。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す模式図、図２
は外殻層溶湯注入状態を示す模式図、図３は内層溶湯注
入状態を示す模式図、図４は本発明の他の実施例を示す
模式図、図５は外殻層溶湯注入状態を示す模式図、図６
は従来例を示す模式図である。

【００１０】鋳造装置１０は、図１、図２に示す如く、
円筒状鋳型１１と、鋳型１１を高速回転させる鋳型駆動
ローラー１２と、鋳型１１に外殻層溶湯１を注入する注
入管１３とを有し、外殻層溶湯１によって複合ロールの
外殻層を形成する。１１Ａは鋳型１１の両端フランジで
ある。

【００１１】また、鋳造装置１０は、鋳型１１の両端部
に組付けられる軸部鋳型１４と、鋳型１１、１４に内層
溶湯２を注入する注入ロート１５とを有し、鋳型１１内
に形成された外殻層内に内層溶湯２を注入し、外殻層と
内層とを冶金的に溶着させて一体のロール用鋼塊を製造
する。

【００１２】このとき、鋳造装置１０は、鋳型１１内に
挿入可能とされ、外殻層溶湯１を攪拌及び圧下可能とす
る外殻層形成ローラー２１を備える。外殻層形成ローラ
ー２１は、ローラー回動装置２２（モータ等）回りを揺
動自在とされている支持レバー２３の先端に軸受を介し
て支持され、ローラー回動装置２２の回転力を支持レバ
ー２３内に内蔵されている動力伝達装置を介して伝えら
れて回転されると共に、ローラー揺動装置２４（シリン
ダ等）の推力を支持レバー２３を介して伝えられて揺動
され鋳型１１の内周面との間隙を調整されると共に、外
殻層溶湯１を攪拌及び圧下する。ローラー回動装置２２
は、外殻層形成ローラー２１の回転速度を連続的に調整
可能としている。

【００１３】従って、鋳造装置１０にあっては、鋳型１
１内に外殻層形成ローラー２１を挿入し、注入管１３に
より、鋳型１１の内周面とローラー２１との間隙に外殻
層溶湯１を注入する。そして、鋳型駆動ローラー１２に
より鋳型１１を高速回転し、遠心力によって鋳型１１の
内周面で円筒状になった外殻層溶湯１をローラー２１に
より溶湯鍛造しながら凝固させる。このとき、ローラー
回動装置２２により外殻層形成ローラー２１の周速を鋳
型１の内周面の周速に一致させる。また、ローラー揺動
装置２４により、外殻層溶湯１が鋳型１１から飛散しな
い程度に、ローラー２１を外殻層溶湯１の内周面に圧下
する。

【００１４】ここで、外殻層形成ローラー２１の直径は
大きいほど好ましい。その理由は、溶湯１はローラー２
１で圧下されることによって大きな抵抗を受けるため、
遠心力が弱くなると共に飛散を生ずる虞れがある。この
とき、ローラー２１の直径を大きくすることによって、
溶湯の飛散を防止し大きな圧下をとることができる。

【００１５】図１は、外殻層形成ローラー２１の数を１
個とした例であるが、複数個のローラー２１を配するこ
とも可能である。但し、鋳型内の空間の制約から挿入で
きるローラー２１の数には限界がある。また、ローラー
２１の数が増えただけ溶湯鍛造の効率は高まるが、上述
したようにローラー２１の直径は大きい方が有利である
ため、ローラー２１の数は適切に設定する必要がある。

【００１６】尚、外殻層形成ローラー２１の直径を大き
くすると、大きな圧下力が必要になる場合がある。この
とき、ローラー２１を鋳型１１と同方向に遊星状に公転
させることによって、溶湯とローラー２１との相対速度
が減少し、ローラー２１の直径を小さくしても溶湯の飛
散が防止できる。その結果、溶湯の飛散を生ずることな
くローラー２１の直径を小さくでき、圧下率を大きくと
ることにより、溶湯鍛造効果を向上できる。即ち、図
４、図５に示す鋳型装置３０におけるように、支持レバ
ー２３の先端に遊星回転用レバー２５を介してローラー
２１を支持し、このローラー２１を鋳型１１の中心軸ま
わりで遊星状に公転させるのが好適である。図４、図５
は、外殻層形成ローラー２１の数を 2個とした例であ
る。

【００１７】また、鋳型装置１０、３０にあっては、内
層溶湯２を鋳込む前に、鋳型１１からローラー２１を抜
く必要があるから、軸部鋳型１４は内層注湯時に鋳型１
１に組付けるものとするのが良い。

【００１８】以下、上述の鋳造装置３０を用いて、熱延
仕上前段用ワークロールを製造した例について説明す
る。

【００１９】ロールの外殻層の材質を高クロム鋳鉄、胴
部寸法を直径φ760 ×長さ2000mm、全長を4600mmとし
た。

【００２０】図示しない駆動系によって駆動される鋳型
駆動ローラー１２上で高速回転可能な鋳鋼製の円筒鋳型
１１の内部に外殻層形成ローラー２１をセットした。ロ
ーラー２１として、直径φ250mm 、長さ220mm の鋳鋼製
のものを用いた。

【００２１】ローラー揺動装置２４により、支持レバー
２３の揺動位置を調整し、ローラー２１を注入管１３及
び注湯時の溶湯と干渉しない位置に固定する。

【００２２】溶解炉にて所定の化学組成に調整した外殻
層溶湯を取鍋から注入管１３を介して鋳型１１内に注湯
した。注湯開始直後に遠心力により溶湯は鋳型内面で円
筒状になった。円筒状の溶湯１の厚みが90mmになるだけ
の溶湯を注湯した。鋳込み温度は外殻層材である高クロ
ム鋳鉄の凝固開始温度よりも50℃高い温度の1380℃とし
た。

【００２３】注湯完了後、直ちに注入管１３を抜き、ロ
ーラー揺動装置２４により支持レバー２３を揺動し、鋳
型１１の内面で円筒状になっている溶湯１にローラー２
１を接触させた。更に、支持レバー２３を揺動させてロ
ーラー２１が鋳型１１との間隙で溶湯１を圧下するよう
に、ローラー２１を緩やかに移動させた。また、ローラ
ー回動装置２２によりローラー２１の周速が鋳型１１の
内周面の周速とほぼ一致するようにローラー２１の回転
速度を調整した。そして、遊星回転用レバー２５を回転
させることによって、ローラー２１に溶湯１とほぼ同期
する遊星運動を与えた。このとき、同時に、溶湯の飛散
が小さくなるようにローラー２１の回転速度を微調整し
た。尚、溶湯の攪拌や飛散によって溶湯１が酸化する心
配があるため、図には示してないが、鋳型全体を箱で囲
い、内部を不活性ガスで満たした。

【００２４】上述のローラー２１による溶湯１の圧下量
は凝固の進行につれて減少させた。鋳込み完了から最初
の10分間は完全融体から半凝固状態にあり、10％圧下し
た。次の 5分間では、固相率が20％を越し、粘性が増加
するため圧下率は 2％にした。最後の 5分間は、凝固末
期に相当し、圧下率を0.5 ％にした。

【００２５】凝固が完全に完了したとき、即ち、鋳込み
から20分間経過後に、ローラー２１を外殻層から離し、
鋳型１１の回転を停止させた。速やかに、ローラー２１
の一端側の支持レバー２３を外し、外殻層及び鋳型１１
を垂直にたて、図３に示すように、軸部を形成するため
の鋳型１４を組付けた。鋳型１１の回転停止から15分後
に軸部及び芯を形成させるため内層用の球状黒鉛鋳鉄を
鋳込んだ。

【００２６】鋳造されたロールを胴部中央で切断し、ミ
クロ観察で外殻層の凝固組織の大きさを調べ、従来の遠
心鋳造で製造した本発明実施例と同一成分系のロールと
比較した。その結果、従来の遠心鋳造で得られた凝固組
織は樹枝状晶であるのに対し、本発明で製造されたロー
ルの凝固組織は、初晶が粒状のセルを形成しており、オ
ーステナイト粒の大きさが従来ロールの約半分の大きさ
で、溶湯鍛造効果により凝固組織の微細化が認められ
る。また、半径方向の凝固組織の変化についても、従来
ロールでは半径方向で中心に向かうほど 2〜 3倍に粗大
化するのに対し、本実施例においては粗大化していな
い。

【００２７】本実施例と同様に製造したロールを圧延機
に組込み試験圧延（１回2000ton を10回）した。耐摩耗
性（径方向の摩耗プロフィルで評価）については従来ロ
ールよりも約10％の向上があり、耐肌荒れ性（肌荒れ発
生率で評価）については従来ロールよりも約30％の向上
が確認された。

【００２８】従って、本発明によれば、従来の遠心鋳造
で得られるロールよりも、外殻層の凝固組織が微細なロ
ールが得られ、圧延使用時の耐肌荒れ性が向上する。ま
た、半径方向の凝固組織が均一化されるため、従来ロー
ルのようにロールが径小になるに従って、凝固組織が粗
大化するといった問題が発生しないため、新品径から廃
却径にいたるまでロールの特性が変化しない。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、遠心鋳造
ロールを製造するに際し、外殻層の凝固組織を微細化
し、かつ半径方向に均一化し、耐肌荒れ性等のロール品
質を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例を示す模式図である。

【図２】図２は外殻層溶湯注入状態を示す模式図であ
る。

【図３】図３は内層溶湯注入状態を示す模式図である。

【図４】図４は本発明の他の実施例を示す模式図であ
る。

【図５】図５は外殻層溶湯注入状態を示す模式図であ
る。

【図６】図６は従来例を示す模式図である。

【符号の説明】

１０鋳造装置１１鋳型１２鋳型駆動ローラー（鋳型駆動装置）１３注入管（注入装置）２１外殻層形成ローラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状鋳型と、該鋳型を高速回転させる鋳
型駆動装置と、該鋳型に外殻層溶湯を注入する注入装置
とを有し、該外殻層溶湯によって複合ロールの外殻層を
形成する遠心鋳造ロールの製造装置において、該鋳型内
に挿入可能とされ、該外殻層溶湯を攪拌及び圧下可能と
する外殻層形成ローラーを備えてなることを特徴とする
遠心鋳造ロールの製造装置。