JP3519682B2 - 連続鋳造機におけるロール冷却方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造機におい
て鋳片を支えるロールを効率よく冷却することで、ロー
ル表面にスケールが付着するのを防止するとともに、ロ
ール表面を適正温度以下に保持して表面の劣化を防ぎ、
ロール寿命の延長を図ることを目的とするロール冷却の
有用な方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造機の鋳型内に注入された溶融金
属は、鋳型により冷却されてある一定の凝固殻を形成し
た後、ピンチロール、ガイドロール等の連続鋳造用ロー
ルに支えられて連続的に引き抜かれていく。ここで連続
鋳造用ロールは、回転しながら７００〜１５００℃に及
ぶ高温の鋳片を支えるため、多大な熱負荷を継続的に受
けることとなる。

【０００３】この様な過酷な状況にあるロールは、使用
回数を重ねると、表面に亀裂が生じたり表面が酸化摩耗
して鋳片の搬送に支障をきたすこととなるばかりでな
く、鋳片がバルジングし、内部割れなどの欠陥を発生さ
せるため、適当な時点で取り替えや補修が必要となって
くる。しかしながら、度重なるロールの取り替えや補修
は、連続鋳造機における生産性を低下させる要因となる
ため、ロール寿命の延長を図ることが課題となってい
る。

【０００４】この様な課題を解決するための方法とし
て、従来からロールを水等の冷却媒体で冷却することが
一般的となっており、以下の様な方法が提案されてい
る。

【０００５】特開平４−２７９２６０号では、ロールに
水を吹き付けて冷却するにあたり、設備規模を最小限に
抑え、メンテナンス工数を減らして低コストで効率よく
行うため、ロールおよび鋳片を同時に冷却するノズルが
提案されている。

【０００６】しかしながら上記方法で使用するノズル
は、鋳片冷却用とロール冷却用のノズルが一体となって
いるため、ロールのみを冷却させることができない。従
って、鋳片冷却の不必要な箇所にこの様なノズルを使用
すると、鋳片表面が必要以上に冷却されて割れ等の表面
欠陥が生じる原因となる。また、ロール冷却用と鋳片冷
却用のノズルを組み合わせると、それぞれのノズルから
噴射される水の水量バランスが調整困難となるため、ロ
ール及び鋳片のいずれの表面も均一かつ正確に冷却する
ことが難しい。

【０００７】特開平９−２５３８１０号では、ロール芯
部の表層近傍に、閉塞流水路状の冷却水路を軸対称に設
け、内部からロールを冷却して温度上昇を抑制すること
でロール寿命の延長を図っている。しかしこの様な内部
冷却のみでは、高温の鋳片によって局部的に加熱される
ロール表面を、直ちに冷却して適正温度範囲内とするこ
とは難しい。またロールに付着したスケールの除去がで
きないため、付着スケールが成長して鋳片表面を押し込
む恐れがある。

【０００８】特開平１１−２６７１３号では、保水材を
ロールに接触させ、保水材から滲みだした冷却水でロー
ルを冷却する方法が提案されている。しかしながら、保
水材から滲み出す冷却水のみでは冷却効果が小さく、十
分なロール冷却が行われているとは言い難い。更にロー
ル使用回数が増すにつれ、ロール表面が摩耗して保水材
との隙間が広がるため、保水材による冷却効果が弱まり
ロールの摩耗が加速化する恐れがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、その目的は、連続鋳造機
におけるロールを効率よく冷却してロール寿命を飛躍的
に伸ばし、取り替えや補修等の頻度を少なくして連続鋳
造機における生産性を向上させ、またロール整備にかか
るコストを低減させることのできる有用なロール冷却方
法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るロール冷却
方法とは、垂直曲げ型または曲げ型連続鋳造機における
鋳片を支えるロールに対してロール冷却専用のミストノ
ズルまたはスプレーノズルを設置し、該ノズルからロー
ル１個当たり０．３Ｌ（「リットル」を示す。以下同
じ）／ｍｉｎ以上の水をロールに吹き付けて、ロールの
表面温度を６００℃以下にすると共に、連続鋳造停止時
に曲げ部のロールへの水の吹き付けを停止することを要
旨とするものである。

【００１１】また、上記ロールへの水の吹き付け量（以
下、「ロール冷却水量」ということがある。）を鋳造速
度に応じて下記式（１）を満たすように制御することが
望ましい。 Ｑ≧５．０Ｖｃ−３．０ …（１） ［但し、Ｑ；ロール冷却水量（Ｌ／ｍｉｎ），Ｖｃ；鋳
造速度（ｍ／ｍｉｎ）］

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明者らは、前述した様な状況
の下で、連続鋳造機におけるロールを効率よく冷却して
その寿命を飛躍的に伸ばすことのできるロールの冷却方
法の実現を目指し、鋭意研究を進めた。その結果、ロー
ルに水を吹き付けて外部からロールを冷却する方法にお
いて水の吹き付け量を規定すれば、ロールの冷却形態を
具体的に規定しなくとも、ロール表面の摩耗が著しく抑
えられる温度にまでロール表面温度を下げることがで
き、ロール寿命が飛躍的に伸びることを見出した。

【００１３】図１は、ロール表面温度とロール摩耗量指
数の関係を示したグラフであり、ロール摩耗量指数は、
所定温度に保持したロールを６ヵ月使用した際のロール
中央部の直径を測定して求めた。図１より、ロール表面
温度が６００℃を超えると、ロール表面組織の結晶粒度
が大きくなって表面の硬度低下が生じるなど材質が顕著
に変化し、ロールの表面が著しく摩耗することが分か
る。この様にロールが著しく摩耗すると、連続鋳造機に
おける鋳片の搬送がスムーズに行われない等の問題が生
じることとなる。

【００１４】従って、ロール表面温度は６００℃以下に
抑えることが好ましく、より好ましくは３００℃以下で
ある。またロール表面温度が低すぎても、吹き付けた水
が蒸発せずにロールに伝わって鋳片にかかり、鋳片表面
に割れ等の表面欠陥が発生し易くなるため、８０℃以上
とすることが好ましく、より好ましくは１００℃以上で
ある。

【００１５】尚、前述した図１の実験では、ロール表面
の材質がステンレス系素材のものを用いたが、本発明は
ロール表面の材質を特定するものではなく、該ロール表
面の材質がステンレス系素材のものの他、例えばインコ
ネル等のものに適用することができる。また鋳造する鋼
種を限定するものでもなく、本発明は低合金鋼、機械構
造用鋼、Ｍｎ鋼、快削鋼、軸受鋼、またはばね鋼等の鋳
造時に適用することができる。

【００１６】図２は、ロール冷却水量とロール表面温度
の関係を示したものであるが、このグラフより、上述の
通りロール表面温度を６００℃以下にしてロール表面の
磨耗量を低減するには、ロール１個あたり０．３Ｌ／ｍ
ｉｎ以上の水をロールに吹き付ける必要のあることが分
かる。好ましいロール冷却水量は、２Ｌ／ｍｉｎ以上で
あるが、ロールの設置場所に応じて適切に調整するのが
より好ましい。図３に連続鋳造機におけるロールの配置
状態（概略図）を示すが、ロールの設置場所に応じて鋳
片用冷却水の影響および鋳片から受ける熱負荷が異なる
ため、それに応じて好ましいロール冷却水量も異なる。
こうしたことから、例えば図３のロール部１では０．３
Ｌ／ｍｉｎ以上、ロール部２では０．３Ｌ／ｍｉｎ以
上、ロール部３では２Ｌ／ｍｉｎ以上、ロール部４では
２Ｌ／ｍｉｎ以上、ロール部５では２Ｌ／ｍｉｎ以上、
ロール部６では２Ｌ／ｍｉｎ以上、ロール部７では２Ｌ
／ｍｉｎ以上とすることがより好ましい。

【００１７】また、上記ロール冷却水量が多過ぎると鋳
片に水がかかって鋳片表面に割れ等の表面欠陥が発生す
るおそれがあるため、ロール１個あたりの冷却水量は１
０Ｌ／ｍｉｎ以下に抑えることが好ましく、より好まし
くは図３に示されるロールの設置場所に応じて、ロール
部１で５Ｌ／ｍｉｎ以下、ロール部２で４Ｌ／ｍｉｎ以
下、ロール部３で３Ｌ／ｍｉｎ以下、ロール部４で３Ｌ
／ｍｉｎ以下、ロール部５で３Ｌ／ｍｉｎ以下、ロール
部６で３Ｌ／ｍｉｎ以下、ロール部７で３Ｌ／ｍｉｎ以
下である。

【００１８】上記ミストノズルまたはスプレーノズルは
ロール冷却専用のものであり、本発明のロール冷却方法
は、ノズルからロールに水を吹き付けて外部からロール
のみを冷却する方法であって、鋳片を冷却するものでは
ない。ロール冷却水が鋳片にかかると、鋳片表面に割れ
等の表面欠陥が発生することとなるため、ロールに吹き
付ける水は極力鋳片にかからないことが望ましい。

【００１９】また本発明法では、水をロールに吹き付け
るのにミストノズルまたはスプレーノズルを使用する
が、ミストノズルを用いると、微細な水滴を均一に分散
させてロール表面を均一に冷却することができるので、
ミストノズルを使用することが好ましい。冷却水量は流
調弁を設けることで制御することが可能である。

【００２０】図４は、鋳造速度とロール表面温度の関係
をロール冷却の有無別に示したものであり、ロール冷却
は、ロール１個あたりに２Ｌ／ｍｉｎの水を吹き付けて
行っている。図４に示される通り、ロール冷却を行うこ
とで、鋳造速度に関係なくロール表面温度を格段に下げ
ることができる。

【００２１】また図４では、ロール冷却水量が一定の場
合、鋳造速度が速くなるとロール表面温度が上昇する傾
向が示されている。つまりロール表面温度は鋳造速度の
影響を受け易いことが分かる。従って本発明では、ロー
ル表面温度を一定温度以下に保つために、鋳造速度に応
じてロール冷却水量を制御することを好ましい形態とす
る。このように鋳造速度に応じてロール冷却水量を増減
させることで、鋳造速度にかかわらずロール表面温度を
６００℃以下に保持してロールの寿命を伸ばすことがで
きる他、必要以上にロールが冷却されて吹き付けた水が
蒸発せずに鋳片に垂れ、鋳片が過冷されて鋳片表面に割
れ等の欠陥が生じるのを防止することができる。

【００２２】図５は、鋳造速度と鋳片欠陥発生率の関係
をロール冷却水量の制御有無別に示したものであり、鋳
造速度に関係なくロール冷却水量を８Ｌ／ｍｉｎと一定
にした場合と、鋳造速度に応じてロール冷却水量を制
御、即ち、鋳造速度０．７０，０．８５，０．９０，
１．０，１．０５ｍ／ｍｉｎに対し、ロールへの水の吹
き付け量をそれぞれ１，１．５，２．０，２．５，３．
０Ｌ／ｍｉｎとした場合の鋳片欠陥発生率を比較したも
のである。

【００２３】図５より、ロール冷却水量を鋳造速度に応
じて制御することで、鋳片欠陥の発生率が著しく低下
し、鋳造速度０．８５〜１．０５ｍ／ｍｉｎでは鋳片欠
陥が皆無となっていることがわかる。

【００２４】鋳造速度に応じた冷却水量の調整方法とし
ては、例えば下記式（１）を満たすようにすることも有
効である。 Ｑ≧５．０Ｖｃ−３．０ …（１） ［但し、Ｑ；ロール冷却水量（Ｌ／ｍｉｎ），Ｖｃ；鋳
造速度（ｍ／ｍｉｎ）］

【００２５】ところで連続鋳造中には、異鋼種接続時の
他、タンディッシュノズルやタンディッシュの交換時の
ように連続鋳造機の完全停止を余儀なくされる場合があ
る。この様な場合にロールを冷却しつづけると、ロール
自体は停止しているためロール冷却部分の温度が極端に
下がり、冷却水が蒸発せずに水滴となって鋳片に垂れ、
鋳片が部分的に冷却されて割れ等の表面欠陥が生じるこ
ととなる。

【００２６】従って、垂直曲げ型または曲げ型連続鋳造
機における連続鋳造停止時には、曲げ部（図３における
ロール部３、ロール部４、ロール部５、ロール部６、お
よびロール部７を一括して指す。）のロールへの吹き付
けも同時に停止することが必要である。

【００２７】尚、上記以外のロール、即ち前述の図３に
おけるロール部１およびロール部２のロールは垂直部に
あり、ロール表面に吹き付けた冷却水が蒸発せずに水滴
となった場合でも鋳片にかかるおそれがないため、連続
鋳造停止時にロール冷却を継続してもよい。

【００２８】また、連続鋳造停止後に鋳造を再開する場
合には、同時にロール冷却も再開することが好ましい。
図６は、鋳造を停止した後に連続鋳造およびロール冷却
を再開したときのロールの表面温度を、図７に示すよう
にロール上部に設置した放射式温度測定装置８を用いて
ロール９を回転させながら測定したものであり、図６に
おけるピークの高さは、ロール表面温度の高さを表して
いる。図６中の高温ピークは、鋳造停止時に鋳片と接し
ていたロール部分１０の表面温度を示すもので、左端の
ピークから順に上記ロール部分１０の第１回目の測定結
果、第２回目の測定結果を示している。

【００２９】この図６より、ロール冷却の再開直後は、
ロール冷却の有無に関係なく鋳片に接触していた部分が
高温であるが、ロール冷却を再開することで、ロール表
面温度の高い部分は直ちに所定温度以下にまで冷却され
て表面温度は均一となる。これに対し、ロール冷却を行
わない場合には、長時間に渡ってロール表面温度の高い
部分が保持されたままとなり、この高温部のみのロール
表面組織が変化して摩耗し、ロールが偏摩耗する等の不
都合が生じる。

【００３０】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範
囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、そ
れらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

【００３１】＜実施例＞連続鋳造機での低合金鋼、機械
構造用鋼、Ｍｎ鋼、快削鋼、軸受鋼、またはばね鋼等の
鉄鋼鋳片１３の鋳造において、図８に示すようにミスト
ノズル１１を用いて、鋳片１３の反対方向からミスト状
の水１２をロール９に吹き付けて冷却を行った。ロール
として表面材質が１３Ｃｒ系ステンレスのものを用い、
ロール１個あたりの冷却水量は、図３に示すロール部１
で０．４Ｌ／ｍｉｎ、ロール部２で０．５Ｌ／ｍｉｎ、
ロール部３で２Ｌ／ｍｉｎ、ロール部４で２Ｌ／ｍｉ
ｎ、ロール部５で２Ｌ／ｍｉｎ、ロール部６で２Ｌ／ｍ
ｉｎ、ロール部７で２Ｌ／ｍｉｎとした。その他の実験
条件として、鋳造速度を平均０．９７ｍ／ｍｉｎとし、
一ヵ月あたり４６０チャージ鋳造した。この様な条件で
ロールを使用し続け、ロール使用期間に対するロール面
間の広がり指数を求めた。前記ロール面間広がり指数
は、連続鋳造機の停止時にロールの直径を測定して算出
した。また比較例として、ロール冷却を行わず、それ以
外の実験条件を上記方法と同様にした場合についても、
ロール使用期間に対するロール面間広がり指数を求め
た。これらの結果を図９に示す。

【００３２】図９より、ロール冷却を行うことで熱負荷
によるロールの摩耗が軽減され、ロール面間広がりを抑
えることができたのに対し、ロール冷却を全く行わない
場合には、ロール使用期間が経過するにつれてロールの
摩耗が急激に進み、ロール面間広がりが著しく大きくな
って鋳片の搬送に支障をきたし易くなることが分かっ
た。

【００３３】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、連
続鋳造機におけるロールに水を吹き付けて冷却するに際
し、本発明で規定する量の水を吹き付ければ、ロール表
面を一定温度以下に抑えて摩耗の進行を抑制することが
でき、ロール寿命を著しく伸ばすことができた。この様
にロール寿命を延長できたことで、頻繁なロール取り替
えや補修の手間を省いて連続鋳造機における生産性を向
上させることができ、またロール整備等にかかる費用を
抑えることができることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロール表面温度とロール摩耗量指数の関係を示
すグラフである。

【図２】ロール冷却水量とロール表面温度の関係を示す
グラフである。

【図３】連続鋳造機におけるロールの配置状態を示す概
略図である。

【図４】鋳造速度とロール表面温度の関係をロール冷却
有無別に示したグラフである。

【図５】鋳造速度と鋳片欠陥発生率の関係をロール冷却
水量の制御有無別に示したグラフである。

【図６】鋳造停止後にロール冷却を再開した場合のロー
ル表面温度の推移を示した図である。

【図７】ロール表面温度の測定方法を示す概略図であ
る。

【図８】ロール冷却の実施形態を例示する概略図であ
る。

【図９】ロール使用期間に対するロール面間広がり指数
をロール冷却の有無別に示したグラフである。

【符号の説明】

１ ロール部１ ２ ロール部２ ３ ロール部３ ４ ロール部４ ５ ロール部５ ６ ロール部６ ７ ロール部７ ８ 放射式温度測定装置 ９ ロール １０ 鋳造停止時に鋳片と接していたロール部分 １１ ミストノズル １２ ミスト状の水 １３ 鋳片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−126854（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−247053（ＪＰ，Ａ) 実開 平７−3851（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/128 340 B21B 27/10 B22D 11/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直曲げ型または曲げ型連続鋳造機にお
   ける鋳片を支えるロールに対してロール冷却専用のミス
   トノズルまたはスプレーノズルを設置し、該ノズルから
   ロール１個当たり０．３Ｌ／ｍｉｎ以上の水をロールに
   吹き付けて、ロールの表面温度を６００℃以下にすると
   共に、連続鋳造停止時に曲げ部のロールへの水の吹き付
   けを停止することを特徴とする連続鋳造機におけるロー
   ル冷却方法。
2. 【請求項２】 鋳造速度に応じてロールへの水の吹き付
   け量を下記式（１）を満たすように制御する請求項１に
   記載の連続鋳造機におけるロール冷却方法。Ｑ≧５．０Ｖｃ−３．０ …（１） ［但し、Ｑ；ロール冷却水量（Ｌ／ｍｉｎ），Ｖｃ；鋳
   造速度（ｍ／ｍｉｎ）］