JP4444415B2 - 圧延熱に加熱された被圧延材熱間広幅ストリップを冷却するための方法および装置。 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、それぞれ二つの間隔をおいて設けられているロールスタンド間において熱間広幅ストリップの両側を冷却するために被圧延材と冷却媒体間の熱交換を加圧室と対流室の順序で通過する加圧水流で行い、被圧延材をこの加圧水流の強度を適切に制御することにより冷却することにより行う様式の、圧延熱に加熱された被圧延材を冷却する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧延熱に加熱された被圧延材を冷却する際の認識は、長年の実地における多くの経験に基づいている。これらの経験により、例えば線材と棒鋼の場合、水冷区間内にあっては、熱間広幅ストリップ圧延ラインの水冷区間内におけるよりも著しい高い冷却強度が達せられるれることが明らかである。線材と棒鋼のための冷却区間にあっては熱推移数は、例えば約２０．０００から４０．００Ｗ／ｍ² Ｋであり、他方層状冷却区間にあっては熱間圧延広幅ストリップための仕上げロールスタンドの後方においては約８００から１．５００Ｗ／ｍ² Ｋの熱推移数である。即ち約１０−１５倍も低い冷却強度が達せられる。この結果、等しい温度降下に関して広幅ストリップにあっては線材と棒鋼に比して著しく長い冷却区間を必要とする。
【０００３】
熱間圧延広幅ストリップの圧延の際の、特にフエライト状組織を形成するための新しい技術により、特に圧延ラインの最後のロールスタンド間においては、過度にロールスタンド間隔が大き過ぎない場合、より低い最終圧延温度を達するためには、冷却が激しく行なわれなければならない。薄い寸法の被圧延材を圧延する際−この場合ストリップの非静粛な走行を回避するために加熱ストリップコイラを仕上げロールスタンドのより近い位置に設けければならない−、同様に高い冷却強度を有する水冷区間が必要となる。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許公開第３６ ２７ ２７６号には、液状の冷却媒体による鋼材の焼入れ方法が開示されている。この特許明細書から、液状の冷却媒体を使用した鋼材の焼入れのための従来公知の方法により、僅かな棒直径を有する棒鋼にあっても縁部領域に関して僅かな焼入れ硬化深さが達せられる。
【０００５】
これに対して、ドイツ連邦共和国特許公開第３９ ２９ ２７６号による方法により、著しい焼入れ硬化深さの増長が達せられるのみならず、特に直径が７０ｍｍ以下の棒状の圧延製品の完全な硬化が特別簡単な方法で、即ち鋼材から成る圧延製品を圧延プロセスの直後、冷却媒体が存在している高い流動速度の冷却区間に曝すことにより達することが可能である。この冷却区間内の流動速度が、５０．０００Ｗ／ｍ² Ｋより大きな或いはこの値と等しい熱推移数が達せられるほど高く、被圧延材がこの流動速度の冷却区間内に、ＭＳ−温度以下の被圧延材断面の平均温度になるまで長い時間冷却されるのが有利であり、これにより冷却区間を去った後、断面全体にわたる温度均衡により心部内に未だ存在しているオーステナイトが中間段階組織（ベイナイト）に転換し、他方同時にマルテンサイトの縁部帯域内において温度が再び最高のＭＳ−温度にまで上昇することにより、重複する熱応力と変態応力の大きい部分が崩壊される。
【０００６】
ロールスタンド間隔があまり大きくない場合において比較的低い最終温度を達するには、公知のように個々のロールスタンド間に水冷区間を設ける以外に、ロール胴表面を可能な限り激しく冷却する必要がある。
【０００７】
ロールを冷却することの主たる理由は、ロール表面の強度を得ること、即ちこれに応じてロール耐用年数を増すためには、ロールは一定の温度を超過してはならないと言う点にある。
【０００８】
他の理由は、コンスタントなロール温度においてのみ保証されるロール直径公差にある。
【０００９】
公知技術にあって、従来のロール冷却は噴射ノズルから噴出する水をロールに作用させることによる冷水で行われてきた。この場合、ロールの温度を６０℃から８０℃の低い温度水準に維持するには、大量の水が必要である。しかし、このような量の水を導出することには問題である。何故なら、流出する水量が堰止まりを形成し、これが供給される液体が支障なくロール表面上に達することを妨げ、これにより冷却作用が著しく低減するからである。
【００１０】
このことを阻止する手段として、ドイツ連邦共和国特許第３６ １６ ０７０号により、既にいわゆる間隙冷却が提案されている。この場合冷却水は冷却体部の下端部に設けられている供給開口を経て、ロール胴を周面で部分的に覆っている冷却間隙内に供給され、冷却体の上端部に設けられている排出開口を経て再び冷却間隙から排出される。この装置にあっては、冷却間隙の封隙が、弾性的な材料から成る冷却体を加圧下にロールに当接させることによって行われると言う欠点がある。これにより、損傷、例えばロールジャケットの摩耗をきたし、これが圧延されるストリップの傷の原因となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記の公知技術を基礎として、本発明の根底をなす課題は、二つのロールスタンド間の冷却区間の長さが一定である際に、被圧延材に対して高い冷却作用を行い、或いは一定した冷却作用にあって冷却区間の長さの明白な短縮を可能にする、特許請求の範囲の請求項１の上位概念に記載の様式の方法を提供することである。
【００１２】
この方法を実施するための本発明による装置は、公知技術の欠点と難点の回避の下に、本発明による方法の問題のない実施を可能にする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この課題は、冒頭に記載した様式の方法にあって、熱間圧延された被圧延材の冷却を各々のワークロールのロール胴の表面領域に沿ってロール間隙（１１）の出側領域内で整向された加圧水流路を使用のもと付加的なロール冷却部と中間ロールスタンド−冷却部との組合せで行い、その際中間ロールスタンド−冷却部とロール冷却部の作業をそれぞれ被圧延材表面とロール胴とに関して非接触の封隙部を使用して行うことによって解決される。
【００１４】
この場合、本発明による他の構成により、ロールスタンド間における圧延熱に加熱された被圧延材の冷却が、互いに補完し合って機能的な全体冷却作用を行う加圧水流を使用して行われる。
【００１５】
これは、本発明により、ロール胴温度を下げることにより、ロール間隙内の被圧延材の表面温度、もしくは熱間ストリップの表面温度は、冷却区間に沿った引続き行われる中間ロールスタンド−冷却部域内の冷却のライデンフロスト−温度を下回るように、降下される。
【００１６】
両冷却方法が本発明により一つの機能的なユニットに組合されているので、冷却作用はストリップに関しても、ロールに関しても総体に更に増大される。何故なら、この組合せにより、発明の効果の項に述べる利点が得られるからである。
【００１７】
本発明による方法の構成により、中間ロールスタンド−冷却部はロール間隙の出口におけるロール冷却に引続いて行われる。
【００１８】
更に、本発明による方法により、加圧水流の強度が、一方においてロール冷却の冷却作用が、他方において中間ロールスタンド−冷却部の冷却作用が、冷却水流の量、圧力および流動速度のような個別に制御可能なパラメータにより互いに無関係に調節される。
【００１９】
更に、ロール冷却部にも中間ロールスタンド−冷却部にも共通の加圧水源から、しかし互いに無関係に調節可能な圧力と量の給水が行われるのが有利である。
【００２０】
この方法により、更に大きな利点をもって、冷却媒体が非接触の封隙部によりロール胴および被圧延材の冷却されるべき表面に対して適切に供給されかつ導出される。
【００２１】
本発明による方法の有利な構成により、各々のワークロールのロール冷却部のための冷却媒体はロール胴に当接している少なくとも一つの加圧水流路に沿って、それぞれ一つの調節可能なノズル間隙を介して上方からおよび下方から供給され、向流で案内され、出側において冷却水流出部に導入され、この冷却水流出部から導出室に案内され、そこから制御の下に流出させられる。
各々のロールのロール冷却のための冷却媒体が、それぞれ一つの特に調節可能なノズル間隙を介して、ロール胴に当接している少なくとも一つの冷却水流路に沿って上方からおよび下方から供給され、向流で案内され、出側において冷却水流出部に導入され、この冷却水流出部から導出室に案内され、そこから制御の下に流出される。
【００２２】
ロール冷却のための冷却水が、規制の下で導出されるので、流出する冷却水の捕集のための大規模な装置と処置とが回避され、これによりこのために従来必要であった技術的な労力が低減される。
【００２３】
圧延熱に加熱された被圧延材を強冷却するための装置の特徴とするところは、各々のストリップ側に加圧水流により被圧延材と冷却媒体間において熱交換を行うために形成されている加圧室と、冷却媒体の整向された流れを形成しかつ流動速度の程度に応じて加圧水流の強度を制御するための流動路の対流室とを備えている、熱間ストリップを両側で冷却するための少なくとも一つの中間ロールスタンド−冷却部が仕上げ圧延ラインの二つの間隔をおいて設けられているロールスタンド間に設けられており、この中間ロールスタンド−冷却部が前方に設けられているロールスタンドのワークロールを冷却するための、圧延方向の上流方向で設けられているロール冷却部と組合されており、この場合このロール冷却部がロールのそれぞれ一つにおいて、冷却水供給部と冷却水流出部間の流動領域内で、加圧水流の下に冷却媒体が作用される加圧水流路を形成しており、かつ中間ロールスタンド−冷却部およびロール冷却部が冷却されるべきストリップとロールの面に対して非接触の封隙部を備えていることことにある。
【００２４】
この装置の有利な構成は、加圧水流路が、両端部において互いに反対方向に整向されている二つの流動路の形成の下に、冷却媒体のためのそれぞれ一つの制御可能なノズル間隙を備えていて、ほぼ中央部において冷却水流出部を備えていおり、かつこの冷却水流出部が導出されるべき冷却媒体のための導出室と結合されていることにある。
【００２５】
供給されてくる冷却媒体の量を調節するために、本発明により、各々のが流動路に、調節可能なノズル間隙の様式の絞り機構が設けられている。
【００２６】
本発明による構成により、被圧延材の入側の中間ロールスタンド−冷却部の加圧室が量調節可能な、かつ圧力調節可能なノズル間隙の様式の冷却媒体のための流入部とこの冷却媒体を流出させるための水導出部を備えている終端側に存在しているディフューザとを備えており、かつ圧延方向でこのディフューザの手前に、加圧室を区画しかつ対流室の初端部である堰止め部材が設けられている。
【００２７】
堰止め部材が加圧室と対流室の圧延方向での長さ変更の下に長さ調節可能に形成されているのが有利である。
【００２８】
ノズル間隙が調節部材としてくさび体を備えている。
【００２９】
中間ロールスタンド−冷却部の適切な構成は、ディフューザが冷却媒体圧力が増大される領域内において加熱された冷却媒体を導出するための水導出部を備えていることにある。
【００３０】
有利なのは、ロール冷却のための中間ロールスタンド−冷却部と被圧延材を冷却するための冷却ユニットとが一つの構造ユニットとしまとめられていることである。
【００３１】
この場合、冷却水の水導出部は中間ロールスタンド−冷却部に接続されており、従って中間ロールスタンド−冷却部は被圧延材冷却ユニットの流入ホッパー内に流入する。
【００３２】
以下に添付した図面に図示した発明の実施の形態につき本発明を詳細に説明する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は、圧延熱に加熱された被圧延材、即ち熱間広幅ストリップ１０を冷却するための装置を示している。この場合、それぞれ二つの間隔をもって設けられているロールスタンド８．９間で、この熱間広幅ストリップの両側を冷却するために、熱間広幅ストリップ１０と冷却媒体間の熱交換が、加圧室２１と対流室２２の順序を通るそれぞれ一つの水供給部１２と水導出部１３間で強制的に生じる圧力水により行われ、被圧延材１０は流動速度の程度により生じる加圧水流の強度を適当に制御することにより冷却される。
【００３４】
参照符号１５で冷却区間の端部に設けられているディフューザを示した。このディフューザから水導出部１３により消費された冷却水が導出される。本発明により、中間ロールスタンド−冷却部２０と共に、付加的なロール冷却部１９による冷却が、出側のロール間隙１１の領域内において、各々のワークロール３のロール胴２の周面領域に沿って整向されて強制される加圧水流路２５の使用の下に行われる。
【００３５】
圧延熱に加熱された熱間広幅ストリップ１０の冷却は、ストリップの中間ロールスタンド−冷却部２０が、ロールスタンド８，９間において、加圧水流の下に互いに補完し合う二つの圧力水流路２５を伴う激しいロール冷却部１９と組合わされていることにより、著しく高い総体的な冷却作用を有する機能的な単位に最適化される。
【００３６】
両冷却部１９，２０に所属している一点鎖線の温度曲線は、ロール間隙１１内のストリップの表面温度が差し当たり急激に降下し、その後ストリップ１０が中間ロールスタンド−冷却部２０内に入るまでに、ストリップの心部熱（温度均衡）の結果、再び上昇し、中間ロールスタンド−冷却部２０内に入った後徐々に降下し、最後にこの中間ロールスタンド−冷却部２０から出た後温度均衡により、再び徐々に上昇する。
【００３７】
この冷却方法の組合せの利点は特に、中間ロールスタンド−冷却部２０が、ロール間隙１１の出口において直接ロール冷却部１９に接続されていることにある。
【００３８】
更に図１および図２は、少なくとも冷却区間としての中間ロールスタンド−冷却部２０の水供給部１２とロール冷却部１９の水供給部１２′がそれぞれ絞り機構２６を備えていることを示している。これにより、加圧水流の強度とこれに伴い一方においてはロール冷却部１９の冷却作用が、他方では中間ロールスタンド−冷却部２０の冷却作用が、冷却水流の量、圧力と流度速度のような、個別に調節可能なパラメータにより調節される。ロール冷却部１９も中間ロールスタンド−冷却部２０も共通の圧力水源から、しかも独立して制御可能な圧力と量で供給される。
【００３９】
冷却媒体は流動路の非接触の封隙部により、例えば中間ロールスタンド−冷却部２０の場合は末端に設けられているラビリンスパッキン１６，１６′により、そしてロール冷却部１９にあっては流動技術による処置により、ノズル間隙１の領域内で行われる。
【００４０】
例えば各々のワークロール３のロール冷却部１９のための冷却媒体は、それぞれ一つの調節可能なノズル間隙１を介して、ロール胴２に当接している加圧水流路２５に沿って上方からと下方とから加圧下に供給され、向流で案内され、出側において冷却水流出部４内に導入される。この冷却水流出部４から消費された冷却媒体７が流出開口５を経て導出室６内に案内され、ここから規制の下に流出される。
【００４１】
冷却媒体を導出するために、中間ロールスタンド−冷却部２０は流動路２３の端部にディフューザ１５を備えており、このディフューザから使用済みの冷却媒体が水導出部１３を経て導出される。
【００４２】
図２には、中間ロールスタンド−冷却部２０とロール冷却部１９が一つの構造ユニットにまとめられているのが示されている。ロール冷却部１９において、水供給部１２′において冷却水が流入し、ロール胴２に沿って熱間広幅ストリップ１０方向に流れ、そこで転向され、熱間広幅ストリップ１０の上方と下方とにおける流路を通り中間ロールスタンド−冷却部２０内に流入する。この中間ロールスタンド−冷却部２０内での熱間広幅ストリップ１０の冷却は、図１に示した発明の実施の態様において説明したと同様な方法で、行われる。ロール冷却部１９と中間ロールスタンド−冷却部２０の構造ユニットに属している、一点鎖線で示した温度曲線は、図１に示した発明の実施の態様における冷却の温度曲線に近似している。しかし、この図１に示した発明の実施の態様における冷却の温度曲線とは、中間ロールスタンド−冷却部２０内において徐々に温度が降下していく以前に、熱間広幅ストリップの温度がその心部心熱により比較的僅かしか上昇しないと言う点が異なる。
【００４３】
【発明の効果】
両冷却方法が一つのユニットまとめられていることにより、ストリップに関しても、ロールに関しても冷却作用が総体的に向上する。何故ならこの組合せにより、以下のような利点が得られるからである。
−中間ロールスタンドの冷却が既にロール間隙出口の領域内において開始される
。ストリップのロール間隙内において表面温度が降下するので、続いて行われ
る中間ロールスタンドの冷却作用が明白の強化される。何故なら、ライデンフ
ロスト−温度からの下降がここで迅速に行われ、従って冷却効果が強められる
からである；
−表面熱がロールにより吸れ、ロールの内部領域内において拡散しない；
−同じロールスタンド間隔において、しかも同じ冷却区間長さにあって、良好な
温度均衡が達せられる；
−同じロールスタンド間隔において、しかも同じ均衡区間にあって、水噴射距離
が長くなり、従っ温度降下が激しくなる；
−両冷却システムにあって、例えば共通した水供給部を備えている；
−噴射ノズルによる対流状のロール冷却と異なって、著しく高い水準への熱推移
に関して、ロール胴の周面領域に沿って行われる整向された強制的な加圧水流
を使用した付加的なロール冷却を行わなくて済む；
−ロールのロール冷却部内で適切な水の戻しが行われるので、僅かな水しか不規則にス
トリップ表面に達しない；
−ロールの従来の噴射ノズルによる冷却に比して、著しく高い冷却作用が、著し
く僅かな冷却水の量で達せられる；
−ロール胴の周面領域に沿った加圧水流間の熱推移が著しく激しく行われること
により、ロールの一方の側のみが冷却されななければならない。
【００４４】
このことにより、ロールスタンドの構造様式の単純化が達せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一発明の実施の態様を説明した図である。
【図２】 本発明の他の発明の実施の形態であり、中間ロールスタンド冷却部とロール冷却部とが一つの構造ユニットにまとめられている図である。
【符号の説明】
１ ノズル間隙
２ ロール胴
３ ワークロール
４ 冷却水流出部
５ 流出開口
６ 導出室
７ 冷却媒体
８ ロールスタンド
９ ロールスタンド
１０ 熱間広幅ストリップ
１１ ロール間隙
１２ 水供給部
１３ 水導出部
１５ デイフューザ
１６ ラビリンスパッキン
１６′ ラビリンスパッキン
１９ ロール冷却部
２０ 中間ロールスタンド−冷却部
２１ 加圧室
２２ 対流室
２３ 流動路
２５ 加圧水流路

Claims (16)

1. それぞれ二つの間隔をおいて設けられているロールスタンド（８，９）間において熱間広幅ストリップの両側を冷却するために被圧延材（１０）と冷却媒体間の熱交換を加圧室（２１）と対流室（２２）の順序で通過する加圧水流（１４）で行い、被圧延材（１０）をこの加圧水流を適切に制御することにより冷却を行う様式の、圧延熱に加熱された被圧延材を冷却する方法において、
   熱間圧延された被圧延材の冷却を各々のワークロール（３）のロール胴（２）の表面領域に沿ってロール間隙（１１）の出側領域内で整向された加圧水流路（２５）の使用のもと付加的なロール冷却部（１９）と中間ロールスタンド−冷却部（２０）との組合せで行い、その際中間ロールスタンド−冷却部（２０）とロール冷却部（１９）の作業をそれぞれ被圧延材表面とロール胴（２）とに関して非接触の封隙部を使用して行うことを特徴とする方法。
2. ロールスタンド（８，９）間における圧延熱に加熱された被圧延材（１０）の中間ロールスタンド−冷却部（２０）による冷却と、ロール冷却部（１９）による冷却を互いに無関係に機能的な全体冷却作用を行う加圧水流路（２５）を使用して行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ロール胴温度を下げることにより、ロール間隙（１１）内の被圧延材（１０）の表面温度を降下させ、これによりこの温度を被圧延材が引続き行われる中間ロールスタンド−冷却部（２０）による冷却領域内に入る際に、冷却媒体のライデンフロスト−温度の近傍に、もしくはライデンフロスト温度以下に存在するようにし、これにより中間ロールスタンド−冷却部（２０）内の冷却作用を強めることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 中間ロールスタンド−冷却部（２０）がロール間隙（１１）の出口においてロール冷却部（１９）に直接接続されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
5. 加圧水流の強度を、一方においてロール冷却部（１９）の冷却作用を、他方において中間ロールスタンド−冷却部（２０）の冷却作用を、冷却水流の量、圧力および流動速度のような個別に制御可能なパラメータにより互いに無関係に調節することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
6. ロール冷却部（１９）にも中間ロールスタンド−冷却部（２０）にも共通の加圧水源から、しかし互いに無関係に調節可能な圧力と量で給水を行うことを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
7. 冷却媒体を非接触の封隙部によりロール胴（２）および被圧延材（１０）の冷却されるべき表面に対して適切に供給し、かつそこから導出することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
8. 各々のワークロール（３）のロール冷却部（１９）のための冷却媒体をロール胴に当接している少なくとも一つの加圧水流路（２５）に沿って、それぞれ一つの調節可能なノズル間隙（１）を介して上方からおよび下方から供給し、向流で案内し、出側において冷却水流出部（４）に導入し、この冷却水流出部から導出室（６）に案内し、そこから制御の下に流出させることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
9. 圧延熱に加熱された被圧延材（１０）を強冷却するための装置において、
   各々のストリップ側に加圧水流により被圧延材と冷却媒体間において熱交換を行うために形成されている加圧室（２１）と、冷却媒体の整向された流れを形成しかつ流動速度の程度に応じて上記加圧水流の強度を制御するための流動路（２３）の対流室（２２）とを備えている、熱間ストリップを両側で冷却するための少なくとも一つの中間ロールスタンド−冷却部（２０）が仕上げ圧延ラインの二つの間隔をおいて設けられているロールスタンド（８，９）間に設けられており、上記中間ロールスタンド−冷却部（２０）が前方に設けられているロールスタンド（８）のワークロール（３）を冷却するための、圧延方向（２４）の上流方向で設けられているロール冷却部（１９）と組合されており、この場合上記のロール冷却部がワークロール（３）のそれぞれ一つにおいて、ノズル間隙（１）と冷却水流出部（４）間の流動領域内で、加圧水流の下に冷却媒体が作用される加圧水流路（２５）を形成しており、かつ中間ロールスタンド−冷却部（２０）およびロール冷却部（１９）が冷却されるべきストリップとロールの面（２，１０）に対して非接触の封隙部を備えていることを特徴とする装置。
10. 加圧水流路（２５）が、両端部において互いに反対方向に整向されている二つの流動路の形成の下に、冷却媒体のためのそれぞれ一つの制御可能なノズル間隙（１）を備えていて、ほぼ中央部において冷却水流出部（４）を備えており、かつこの冷却水流出部（４）が導出されるべき冷却媒体のための導出室（６）と結合されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 各々の流動路で供給されてくる冷却媒体の量を調節するために、調節可能なノズル間隙（１）の様式の絞り機構（２６）が設けられていることを特徴とする請求項９或いは１０に記載の装置。
12. 被圧延材（１０）の入側の中間ロールスタンド−冷却部（２０）の加圧室（２１）が量調節可能なかつ圧力調節可能なノズル間隙の様式の冷却媒体のための流入部（１２）とこの冷却媒体を流出させるための水導出部（１３）を備えている終端側に存在しているディフューザ（１５）とを備えていること、および圧延方向でこのディフューザ（１５）の手前に、加圧室を区画しかつ対流室（２２）の初端部である堰止め部材が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
13. 堰止め部材が加圧室（２１）と対流室（２２）の圧延方向（２４）での長さ調節の下に長さ調節可能に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. ノズル間隙が調節部材としてくさび体を備えていることを特徴とする請求項１２或いは１３に記載の装置。
15. ディフューザ（１５）が冷却媒体圧力が増大される領域内において、加熱された冷却媒体を流出させるための水導出部（１３）を備えていることを特徴とする請求項１２から１４までのいずれか一つに記載の装置。
16. 中間ロールスタンド−冷却部（２０）とロール冷却部（１９）が一つの構造ユニットとしてまとめられていることを特徴とする請求項９から１５までのいずれか一つに記載の装置。

Images