JPH11156492A

JPH11156492A - 薄板連続鋳造用ロール

Info

Publication number: JPH11156492A
Application number: JP32469797A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Shirai; 善久白井; Eiji Hirooka; 栄司廣岡; Wataru Mizukoshi; 渉水越
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】【課題】スリーブ割れやスリーブ外れを抑制した薄板
連続鋳造用ロールを提供する。【解決手段】スリーブの材質に0.2%耐力が30kgf/mm²
より大きい銅合金を使用し、下記の式を満足する条件で
スリーブをアーバに焼きバメ固定する。【数７】ここで、σ_c：焼きバメ応力(kgf/mm²) 、δ：焼きバメ
代（直径）(mm)、σ：スリーブの0.2%耐力(kgf/mm²) 、
Ｅ：スリーブのヤング率(kgf/mm²) 、Ｄ：スリーブの外
径(mm)、ｄ：スリーブの内径(mm)である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素鋼、ステンレ
ス鋼および銅合金等、各種金属の薄板を溶融金属（以
下、溶湯ともいう）から直接、連続鋳造法によって製造
する場合に使用するロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】溶湯から直接、厚さ数mm程度（明確な定
義はないがおよそ１〜10mm）の薄板を製造する連続鋳造
方法は、ストリップキャスティング法（ＳＣ法）と呼ば
れており、種々の方式が提案されている。

【０００３】ＳＣ法の主な方式には、互いに反対方向に
回転する一対のロール間に溶鋼を上から給湯する双ロー
ル上注ぎ方式、同じく一対のロール間に溶鋼を水平方向
から給湯する双ロール横注ぎ方式、および、１つのロー
ルに溶鋼を水平方向から給湯する単ロール方式等がある
が、いずれもロールが鋳型として使用されている。

【０００４】ＳＣ法による薄板の製造を双ロール上注ぎ
方式を例にして説明する。図１は、双ロール上注ぎ方式
による薄板の製造方法を模式的に示す概念図である。

【０００５】同図に示すように、サイドダム１１で幅拘
束され、ロール間に注入された溶湯１２は内部冷却され
た一対のロール１３で抜熱され、凝固シェル１４を形成
する。この凝固シェル１４はロール１３の回転とともに
下方に移動し、キスポイント（２つのロールの最接近
点）の近傍で圧着し、薄板１５が鋳造される。

【０００６】ロール１３は、ロール本体であるアーバ１
６と、その外周部に焼きバメにて装着したスリーブ１７
を備えている。スリーブ１７は高温の溶湯と接触するた
め、温度が上昇して熱変形や割れを生じやすい。このた
め、スリーブ１７の材質には熱伝導率が大きく強度の高
い銅合金を使用するとともに、スリーブ内表面やアーバ
外表面に冷却溝を設け、スリーブを内表面から水冷却す
る構造としている。さらに、スリーブの外表面にNiやCr
の金属をめっきしたり、Al₂O₃やZrO₂等のセラミックス
あるいはWC-Co やCrC-NiCr等のサーメットを溶射し、耐
熱性を高めたロールも使用されている。

【０００７】例えば、文献（鉄と鋼 Vol.82 、No.4、19
96年、p291）には、アーバに焼きバメ固定したスリーブ
の表面割れ対策として、(1) スリーブ材質をCu-0.3%Be
(0.2%耐力：45kgf/mm²)やCu-Cr-Zr(0.2% 耐力：53kgf/m
m²)の高強度の銅合金とする、(2) 焼きバメ応力を約22k
gf/mm²（銅合金の0.2%耐力未満）とする、(3) スリー
ブ内表面に冷却溝を設けスリーブを水冷却する、(4) ス
リーブ外表面にNiおよびCrメッキを施工する、等が記載
されている。

【０００８】特開昭５７−１４４４４号公報には、熱伝
導率の高い銅製のスリーブをアーバに焼きバメ固定し、
スリーブあるいはアーバにスリーブを冷却するための冷
却溝を設けたロールの構造が提示されており、焼きバメ
温度は、鋳造時のアーバの温度以上に設定すればよいと
記載されている。

【０００９】特開昭６１−２６２４５２号公報には、ア
ーバの外表面にスリーブ冷却用の冷却溝を設け、スリー
ブをアーバーに焼きバメ固定したロールの構造が提示さ
れており、また、スリーブの材質としては、熱伝導率の
高い銅が良いと記載されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の文献や公報に
は、銅や銅合金製のスリーブをアーバに焼きバメ固定
し、スリーブ内表面あるいはアーバ外表面に設けた冷却
溝に通水してスリーブを冷却する、等、ロールの構造に
関しては種々提案されている。

【００１１】しかし、従来技術においては、操業中にス
リーブ外れやスリーブ割れが見られ、操業を中断せざる
を得ない事故が生じることがあった。一旦、そのような
事故が起こると回復に多大な困難が伴う。

【００１２】本発明の目的は、操業中にスリーブ外れや
スリーブ割れの発生が無く、しかも断面形状が良好な低
クラウンの薄板の製造を可能とする薄板連続鋳造用ロー
ルを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
の達成のため焼きバメに関する種々の実験および検討を
おこない、「スリーブの材質として0.2%耐力が30kgf/mm
²より大きい銅合金を使用し、焼きバメ応力が30kgf/mm
²以上スリーブの0.2%耐力未満、で焼きバメすることに
より、スリーブの外れや割れを防止し、鋳造時のロール
クラウンを適正範囲に保持することができる」との知見
を得た。

【００１４】従来技術には、焼きバメ代や焼きバメ応力
等の具体的な焼きバメ条件については、いずれも殆ど記
載されていない。すなわち、上記の文献や特開昭６１−
２６２４５２号公報には、焼きバメの条件に関する記述
はない。

【００１５】特開昭５７−１４４４４号公報では、焼き
バメ温度を例えば100 〜300 ℃以上としているだけで、
焼きバメ条件として焼きバメ応力やスリーブとアーバの
面圧等に対する考慮がされておらず、焼きバメ不良が原
因で操業中にスリーブが軸方向にずれたり、スリーブの
外表面に割れが発生したり、等の問題が生じる懸念があ
る。さらに、ロールの熱変形を考慮していないため、板
幅方向に厚み差の少ないいわゆる低クラウンの薄板を得
ることができない。

【００１６】本発明は、上記知見に基づくもので、その
要旨は以下の(1) および(2) の通りである。

【００１７】(1) 溶融金属を単一のロールまたは一対の
ロール間に供給し薄板を連続的に製造する装置に使用す
る、スリーブをアーバに焼きバメ固定したロールにおい
て、スリーブの材質に、0.2%耐力が30fkg/mm²より大き
い銅合金を使用し、焼きバメ応力を30kgf/mm²以上、ス
リーブの0.2%耐力未満としたことを特徴とする薄板連続
鋳造用ロール。

【００１８】(2) 下記の式を満足する条件でスリーブを
アーバに焼きバメ固定したことを特徴とする上記(1) 項
に記載の薄板連続鋳造用ロール。

【００１９】

【数２】

【００２０】ここで、σ_c：焼きバメ応力(kgf/mm²) 、
δ：焼きバメ代（直径）(mm)、σ：スリーブの0.2%耐力
(kgf/mm²) 、Ｅ：スリーブのヤング率(kgf/mm²) 、Ｄ：
スリーブの外径(mm)、ｄ：スリーブの内径(mm)である。

【００２１】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の薄板連続鋳造用
ロール（以下、本発明のロールという）の基本構造例を
示す模式図で、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は同
図（ａ）の線Ａ−Ａ矢視部における上側１／２の横断面
図、同図（ｃ）は同図（ａ）の線Ｂ−Ｂ矢視部における
上側１／２の横断面図である。

【００２２】同図に示すように、本発明のロール１は、
外表面に複数の冷却溝５を形成したアーバ２と、このア
ーバ２の外周部に焼きバメにて装着したスリーブ３を備
えている。

【００２３】図２（ａ）に示すように、アーバ２の外周
部には、アーバ２およびスリーブ３を冷却する冷却剤４
を流すための複数の冷却溝５が、アーバ２の中央部から
すなわち線Ｂ−Ｂ部からロール１の軸方向に端部に向か
って左右および上下対象に設けられている。複数の冷却
溝５は、出側分配流路６に連なり、この出側分配流路６
はさらにアーバ２の軸芯部の水平方向に貫通する出側流
路７に連結されている。一方、アーバ２の軸芯部に水平
方向に貫通する入側流路８が設けられ、この入側流路８
がアーバ２の中央部から複数の冷却溝５へ連なるように
入側分配流路９がアーバ２の内部にスリーブ３に向かっ
て周方向に設けられ、さらに、この入側分配流路９と冷
却溝５をつなぐための入側ヘッダ１０ａが備えられる。
冷却剤４は、ロール１の軸方向の左右から入側流路８を
経て入側分配流路９に入り、次いでスリーブ３の方向に
流れ、入側ヘッダ１０ａでロール１の軸方向の左右に分
岐して冷却溝５に入り、さらに出側ヘッダ１０ｂ、出側
分配流路６および出側流路７を経てロール１の外に流出
する。

【００２４】図３は、本発明のロールの別の基本構造例
を示す縦断面図である。同図に示す本発明のロール１
は、図２と同様に、外表面に複数の冷却溝５を形成した
アーバ２と、このアーバ２の外周部に焼きバメにて装着
したスリーブ３を備えている。図３に示すように、アー
バ２の外周部には、複数の冷却溝５がロール１の軸方向
に端部から端部に向かって周方向に等間隔に設けられて
いる。

【００２５】この冷却溝５の一端は、入側ヘッダ１０ａ
を経て入側分配流路９に連なり、この入側分配流路９は
さらにアーバ２の軸芯部に形成した入側流路８に連結さ
れている。冷却溝５の他端は、出側ヘッダ１０ｂを経て
出側分配流路６に連なり、この出側分配流路６はさらに
アーバ２の軸芯部に形成した出側流路７に連結されてい
る。冷却剤４は、入側流路８を経て入側分配流路９に入
り、冷却溝５をロール１の軸方向に流れ、出側分配流路
６と出側流路７を経てロール１の外に流出する。

【００２６】なお、図２および図３に示すように、本発
明のロールによれば、冷却溝をアーバーの外表面に設け
ることにより、焼きバメ時の熱応力による冷却溝のコー
ナ割れ防止が可能となる。

【００２７】次に、スリーブの材質について説明する。
スリーブの材質は、抜熱性および焼きバメ時の変形や割
れ防止の観点から、熱伝導率が大で、かつ耐力が高い銅
合金を使用する。

【００２８】具体的には、後述する焼きバメ条件より、
0.2%耐力が30kgf/mm²以上である銅合金を用いる。0.2%
耐力が30kgf/mm²未満では、焼きバメ時にスリーブの変
形または割れが発生しやすい。熱伝導率は、150kcal/m²
h ℃以上が望ましい。通常、下記の銅合金が用いられる
が、熱伝導率が上記の値以上で0.2%耐力が30kgf/mm²以
上であれば、下記以外の銅合金でも良い。

【００２９】 Cu-3%Co-0.15%Be-0.15%Zr ( ｋ：200kcal/m²h ℃、σ：58kgf/mm²)、 Cu-0.3%Be ( ｋ：250kcal/m²h ℃、σ：46kgf/mm²)、 Cu-0.2%Be-1.0%Ni-0.2%Zr-0.05%Mg ( ｋ：210kcal/m²h ℃、σ：44kgf/mm²)、 Cu-1.0%Cr-0.2%Zr (ｋ：300kcal/m²h ℃、σ：35kgf/mm²)。ここで、ｋ：熱伝導率、σ：0.2%耐力、である。

【００３０】次に本発明に係る焼きバメについて説明す
る。通常、焼きバメは次のようにしておこなわれる。ス
リーブ内径がアーバ外径より焼きバメ代δだけ小さい寸
法になるように加工したスリーブを、（焼きバメ温度＋
室温）よりやや高い温度に加熱し、スリーブ内径がアー
バ外径よりも数mm程度大きくなるように熱膨張させ、ア
ーバをスリーブ内に挿入する、あるいはスリーブをアー
バにはめ込む。スリーブが放冷して収縮すると、ある時
点でスリーブ内面とアーバ外面が接触し始め、スリーブ
が周方向に伸ばされ周方向の引張り応力が発生する。こ
の時のスリーブの温度と室温の差を焼きバメ温度と称す
る。スリーブがさらに冷却されて室温になった時点での
スリーブとアーバとの間に作用する半径方向応力および
スリーブの周方向引張り応力をそれぞれ面圧、焼きバメ
応力と呼ぶ。

【００３１】この面圧、焼きバメ応力および焼きバメ温
度は、アーバを剛体と仮定すると、次の(1) 〜(3) 式か
ら求めることができる。

【００３２】

【数３】

【００３３】

【数４】

【００３４】

【数５】

【００３５】ここで、σ_t：面圧(kgf/mm²) 、σ_c：焼
きバメ応力(kgf/mm²) 、δ：焼きバメ代(mm)、Ｅ：スリ
ーブのヤング率(kgf/mm²) 、Ｄ：スリーブの外径(mm)、
ｄ：スリーブの内径(mm)、Ｌ：スリーブの線膨張係数(/
℃) 、ΔＴ：焼きバメ温度(℃) で、面圧は、スリーブ
とアーバとの間に冷却溝等の非接触部分が存在しないと
仮定した場合の値である。

【００３６】通常、スリーブ外径（＝ロール外径）は60
0 〜1600mmで、スリーブ厚さが20〜70mmのロールが用い
られる。ロール外径が過小だと、スリーブの温度が高く
なり、スリーブ外表面に割れが発生したり、スリーブが
外れやすくなる。ロール外径が過大だと、スリーブの焼
きバメ施工が困難になる、ロール製作費が高くなる、設
備全体が大きくなる、等、問題がある。スリーブの厚さ
が過小だと、スリーブの強度が小さくなり焼きバメ施工
時にスリーブが変形したり焼きバメが外れやすくなる。
スリーブの厚さが過大だと、スリーブの外表面温度が高
くなり、スリーブ外表面に割れが発生したり、スリーブ
が外れやすくなる。

【００３７】図４は焼きバメ代と面圧との関係を示すグ
ラフで、前記(1) 式より算出した。ただし、ヤング率Ｅ
＝11800kgf/mm²、線膨張係数Ｌ＝17×10^-6/ ℃、スリー
ブ外径Ｄ＝600 〜1600mm、およびスリーブ厚さ((外径Ｄ
−内径ｄ)/2)＝20〜70mmである。

【００３８】同図から明らかなように、焼きバメ代の増
加とともに面圧は増大する。面圧は、0.7kgf/mm²以上、
好ましくは1.0kgf/mm²以上必要である。0.7kgf/mm²未満
の場合、ロールの回転やサイドダム等の耐火物との摺
動、あるいはスリーブの熱膨張による熱変形により、ス
リーブが操業中にずれ易く、サイドダムの破損や冷却剤
の漏れが発生する恐れがある。

【００３９】スリーブは溶湯との接触により温度が上昇
するため、焼きバメ温度の設定が不適正だと、スリーブ
がゆるんでアーバーから外れる恐れがある。操業条件や
スリーブの肉厚等によって異なるため、一概には言えな
いが、スリーブ外表面は、溶湯との接触により250 〜40
0 ℃まで上昇し、平均温度は70〜200 ℃になる。したが
って、焼きバメ温度は操業中のスリーブの平均温度より
高く設定することが必要である。

【００４０】図５は焼きバメ代とロールクラウンの関係
を示すグラフであり、軸対象二次元の熱応力解析により
求めた。ここで、ロールクラウンは、ロール軸方向の中
央部と端部の直径の差である。

【００４１】同図に示すように、焼きバメ代が小さい
と、スリーブの熱変形が大きくなりロールクラウンが大
きくなる。双ロール方式においては、薄板の形状はロー
ルクラウンの影響を強く受ける。ロールクラウンが大き
いと薄板のクラウンも大きくなり、冷間圧延が困難にな
ったり、冷間圧延後の製品の形状不良が発生しやすい。
したがって、ロールクラウンを小さくするために、焼き
バメ代を大きくすることが必要である。

【００４２】以上のように、面圧の確保、スリーブ外れ
の防止およびロールクラウンの低減等の観点から、焼き
バメ代は大きくすることが要求される。ここで、焼きバ
メ応力について考察する。

【００４３】図６は焼きバメ代と焼きバメ応力との関係
を示すグラフであり、前記(2) 式より図４と同じ条件で
算出した。

【００４４】図６に示すように、焼きバメ代の増大とと
もに焼きバメ応力も増大する。焼きバメ応力がスリーブ
の材質の0.2%耐力より大きくなると、焼きバメ後や操業
中にスリーブの割れが発生しやすい。したがって、焼き
バメ応力はスリーブの材質である銅合金の0.2%耐力を超
えないようにする必要がある。

【００４５】次に、面圧およびロールクラウンの観点か
ら必要とされる焼きバメ応力を求めた。面圧が最も小さ
くなるスリーブ外径＝1600mm、スリーブ厚さ＝20mmの場
合、面圧σ_t＝0.7kgf/mm²以上を確保するには、前記
(1) および(2) 式より焼きバメ代δは3.8mm 以上、焼き
バメ応力σ_cは28kgf/mm²以上となる。また、図６よ
り、ロールクラウンを100 μm 以下にするための焼きバ
メ代δは、外径1400mmのロールで3.5mm 以上、外径600m
m のロールで1.5mm 以上であり、図６より、焼きバメ応
力σ_cは、いずれも30kgf/mm²以上必要となる。

【００４６】本発明のロールは、上記の検討に基づくも
のであり、スリーブに0.2%耐力が30kgf/mm²より大きい
銅合金を使用し、焼きバメ応力が30kgf/mm²以上でスリ
ーブの0.2%耐力未満となるように、スリーブをアーバに
焼きバメ固定したことを特徴とし、好適態様では、下記
の式を満足する条件でスリーブをアーバに焼きバメ固定
したことを特徴とするものである。

【００４７】

【数６】

【００４８】なお、上式の表記は、前記(1) 〜(3) 式と
同じ記号を用いている。

【００４９】

【実施例】（実施例１）図２に示す基本構造で、表１に
示す主仕様のロールを製作した。本発明例は、スリーブ
材質として0.2%耐力が44kgf/mm²の銅合金Ａを用い、焼
きバメ代を変更した５種類のロール、比較例は、スリー
ブ材質として0.2%耐力が44kgf/mm²の銅合金Ａまたは26
kgf/mm²の銅合金Ｂを用い、焼きバメ代を変更した８種
類のロールを製作した。なお、表２にそれぞれの銅合金
の特性を示す。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】表３に、焼きバメ後のスリーブ割れの発生
状況を、スリーブ材質および焼きバメ代ならびに前記
(1) 〜(3) 式による求めた面圧および焼きバメ応力とと
もに示す。

【００５３】

【表３】

【００５４】本発明例では、焼きバメ後にスリーブ割れ
等の欠陥は発生しなかった。比較例５と８では、焼きバ
メ応力σ_cが0.2%耐力値より大幅に大きくなり、焼きバ
メ後に、スリーブ表面に小さな割れが多数発生した。（実施例２）焼きバメ後にスリーブ割れ等の欠陥が発生
しなかった表３に示す本発明例１〜５ならびに比較例１
〜４、６および７のロールを用い、双ロール上注ぎ式薄
板製造装置にて、ステンレスの薄板をそれぞれ１５ｔｏ
ｎ製造した。表４に操業条件を示す。

【００５５】

【表４】

【００５６】操業中および操業後にスリーブの割れおよ
びスリーブの外れ状況を観察するとともに、鋳造した薄
板のクラウンを調査した。表５にその結果を示す。ここ
で、薄板のクラウンは、幅中央部と幅エッジから20mm内
側の部分との幅方向の厚み差で整理し、100 μm 未満を
良好、100 μm 以上を不良とした。

【００５７】

【表５】

【００５８】本発明例では、スリーブの割れやスリーブ
の外れ等の欠陥は発生しなかった。また、得られた薄板
のクラウンは小さく良好であり、その後、問題なく冷延
して製品にすることができた。

【００５９】比較例１と６は、操業中にスリーブが外れ
て冷却剤が漏れたため操業を中断した。比較例２、４お
よび７は、スリーブのずれ、あるいはスリーブの割れが
認められた。比較例７は、得られた薄板のクラウンが大
きいため、冷間圧延の回数を増やし形状を修正した。比
較例２と３は、クラウンが大きく冷間圧延ができなかっ
た。

【００６０】

【発明の効果】焼きバメ後あるいは操業中において、ス
リーブの割れや外れを防止することができ、さらに、ク
ラウンの小さい良好な形状の薄板の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】双ロール方式による薄板の製造方法を模式的に
示す概念図である。

【図２】本発明の薄板連続鋳造用ロール（以下、本発明
のロールという）の基本構造例を示す模式図で、同図
（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の線Ａ−Ａ
矢視部における上側１／２の横断面図、同図（ｃ）は同
図（ａ）の線Ｂ−Ｂ矢視部における上側１／２の横断面
図である。

【図３】本発明のロールの別の基本構造例を示す縦断面
図である。

【図４】焼きバメ代と面圧との関係を示すグラフであ
る。

【図５】焼きバメ代とロールクラウンの関係示すグラフ
である。

【図６】焼きバメ代と焼きバメ応力との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１、１３ロール２、１６アーバ３、１７スリーブ４冷却剤５冷却溝６出側分配流路７出側流路８入側流路９入側分配流路１０ａ入側ヘッダ１０ｂ出側ヘッダ１２溶湯１４凝固シェル１５薄板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属を単一のロールまたは一対のロ
ール間に供給し薄板を連続的に製造する装置に使用す
る、スリーブをアーバに焼きバメ固定したロールにおい
て、スリーブの材質に0.2%耐力が30kgf/mm²より大きい
銅合金を使用し、焼きバメ応力を30kgf/mm²以上、スリ
ーブの0.2%耐力未満としたことを特徴とする薄板連続鋳
造用ロール。
【請求項２】下記の式を満足する条件でスリーブをア
ーバに焼きバメ固定したことを特徴とする請求項１に記
載の薄板連続鋳造用ロール。【数１】ここで、σ_c：焼きバメ応力(kgf/mm²) 、δ：焼きバメ
代（直径）(mm)、σ：スリーブの0.2%耐力(kgf/mm²) 、
Ｅ：スリーブのヤング率(kgf/mm²) 、Ｄ：スリーブの外
径(mm)、ｄ：スリーブの内径(mm)である。