JPS5974238A - 金属ストリツプの冷却方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金属ストリップの冷却方法及び冷却装置に関
する。

連続焼鈍設備等圧おいては、冷却ロールに銅帯を接触さ
せて冷却する方法が採用されている。

第１図にこの連続焼鈍設備（１）　Ｋおける冷却ロール
設備の一例を示す。

（Ｙ）■）は冷却ロール域であり、こζで使用している
冷却ロール（２）は、径差はあるが、いずれも第２図に
縦断正面図で示されているように、ロールシェル（３）
の内側に螺旋状の冷却水通路（４）ｔ−有し、ダクト（
５）外に設けた軸受（６）　（６）によって回転自在に
支持されている。該冷却水通路（４）は、軸部（２Ａ）
　（２Ａ）に穿設した冷却水路（７）（７）に通じ、ロ
ータリジヨイント（８）　（Ｒ）を介して冷却水循環系
に接続した構造となっている。

連続焼鈍設備（すでは、第１図に示す如く、テンション
リール（９）から巻戻される鋼ストリップＣ１Ｏがクリ
ーニングセクションα傘で洗浄されたのち入側ルーパθ
埠を紅て、加熱炉０１から均熱炉ａ４に送られ、７００
℃に加熱されたのち、冷却ロール域（Ｙ）において４０
０℃に、１００〜２００℃／Ｓの速度で急速冷却される
。次いで急速冷却された鋼ストリップα０は、続いて過
時効処理域（ト）で過時効処理後、冷却ロール域り）を
経てダクト（５）外に取出され、出側ルーパＯＱからテ
ンパミル（１’／ｌ’ｅ経てテンションリールθ枠に巻
取られる。

なお、鋼ストリップα１の名城における温度は温度計α
Ｉ　Ｈａｌ）　Ｈ翰により測定される。

第３図は前記名城における鋼ストリップの温度変化を示
した図である。

以上のような冷却ロールに上る金属ストリップの冷却に
おいて、冷却過程で生ずる熱応力のためにストリップの
形状がくずれやすく、冷却ロール間の非接触部で座屈が
生じやすい欠点があった。

そして甚だしい場合にはこの座屈から１絞ジ゛と称する
ライン方向の縦シワが生じ、ライン内でのストリップの
破断などにもつながル重大な支障となっていた。

このようなストリップの形状上の問題および製品品質を
特徴とする請から、従来、種々の考案がなされ、例えば
本願出願人による特願昭５６−２０６０７５号や実願昭
５６−１５０１２３号等がある。

これらはそれ自体鳴動であり、かつ現実的にも実用され
ている方法ではあるが、例えば前者では冷却ロールのク
ラウンを可変とするため大規模な液圧装置を付加する必
要があり、また後者では冷却ロール表面の表面粗さを厳
密に管理する必要があり、保守上の繁雑さがあることは
否めない。

本発明はこのような冷却ロールによる接触冷却の場合生
ずる熱応力の発生原理に立ちかえり、理論および爽験の
両面から得られた結果をもとになされたもので、冷却ロ
ール冷却における金属ストリップの熱応力を緩和し、こ
れＫよｐ座屈および絞シの発生と形状不良を抑制したも
のである。

第４図ピ）に５本の冷却ロールによるロール冷却システ
ムの概略図を、第４図（ロ）にストリップ（イ）を平面
状に伸展させ北回を示す。

ストリップ（イ）は各冷却ロール（＃１〜＃５）に、１
胆次接触しながら冷却されていく。（Ａ）（Ｃ）（ト）
（Ｇ）（Ｉ）は冷却ロール（２）の入側、即ちストリッ
ｃ７）■が冷却ロール（２）に接触する点を示している
。

また（Ｂ’ｌの）（ト）０（Ｊ）は冷却ロール（２）の
出側、即ちストリップ（３）が冷却ロール（２）と非接
触になる点を示している。

そして、該冷却ロール（２］との接触部（ＡＢ。

ＣＤ、　ＥＦ、　ＧＨ，ＩＪ　）　　では冷却速度が大
きく、非接触部（ＢＣ，ＤＥＩＦＧ、ＨＩ　）では小さ
くなってお〕、ストリップ（イ）は階段状に冷却されて
いく。この冷却速度が大から小、小から犬へ変る点は上
記した冷却ロールとの接触点囚〜（Ｊｌに一致し、ここ
ではこれらを冷却速度変曲点と称する。そして更に冷却
速度が小→大に変る点（即ち冷却ロールの入側Ａ、　Ｃ
、Ｆ　、　Ｇ　。

Ｉ）ｔ−α変曲点、冷却速度が大→小に変る点（即ち冷
却ロールの出側Ｂ、Ｄ、ＦＩＨ，Ｊ　）をβ変曲点と称
するものとする。

第４図（ハ）は、冷却曲線が板巾方向に同一であると仮
定して熱応力（２次元平面応力）の解析を行った結果で
あり、熱応力の有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅ
ｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　）　　による数値計算結果である
。

なお、上記第４図の計算条件を下記に示す。

冷却ロール径：　　１４００覇グ 冷却ロール数：５ケ 接触部長さく４〜ム）：　　１ｏｏｏ間一定総接触長：
　５　Ｘ　４　”　５０００咽非接触部長さくＬｌ”−
Ｌ４）　：　７７５丁謂一定ライン・ユニット張カニ　
　Ｉ　Ｋｙ／ｌｎｍ”ストリップ巾　：　　１０００謔 ストリップ厚　：１．０ｍ ライ７−スビード：　　１９８＋ｎｐｍ（ａ、３ｍｐｓ
）冷却開始温度＝６００℃ 冷却停止温度＝４００℃ （注）冷却ロールとス）　ＩＪツブとの接触部の冷却速
度は１２５℃／ｓｅｃで一定、非接触部も周囲気体との
対流および周囲との 放射により冷却されており１３℃／ｓｅ　ｃて一定とし
た。

上記の条件は極めてモデル的なものであるが、現実のラ
インの状態とかけ離れたものでは決してなく、たとえば
冷却ロール個々に通水されている水量や水の入口温度等
によっても冷却ロール個々の冷却能力はかなりの範囲で
変わるものであり、十分検討のための条件としてみなし
て良い。この第４図（ハ）に示す数値計算結果によれば
板巾方向の応力に着目した場合、前記冷却速度のα変曲
点で板中方向中心部に大きな圧縮が、またβ変曲点で板
巾方向中心部に大きな引張シが発生している。

これが極めて特徴的なことであり、巾方向の応力に関し
ては他の部分には特に大きな圧縮応力、引張シ応力は認
められない。

一方、連続焼鈍炉のロール冷却の現場においては従来よ
りロール中心部が冷えにくいこと、絞少は板巾の中央部
に最も多く出る仁と等が経験的に知られておシ、このよ
うな経験則と上記実験結果から考えて、ストリップの冷
却ムラ及び形状不良の直接的原因は、第４図（ハ）に示
す冷却速度のα変曲点（？＠却ロール人側Ａ、Ｃ，Ｅ、
Ｇ、Ｉの各点）にピーク点をもつ圧縮応力であることが
予想される。

本発明者らは上記知見に基づいて種々実験、研究を重ね
た結果、上記した冷却速度のα変曲点とβ変曲点とを近
接させることにより、上記した圧縮応力が大幅に減少す
ることを知得した。

この現象は、α変曲点では圧縮応力、β変曲点では丁度
反対方向の引張応力が働くから、仁の両変曲点を近づけ
て行くことにより相互干渉が生じて、互いに他を減殺し
、無応力冷却の状況に近づく結果でおると推察される。

α変曲点とβ変曲点を近接させるには冷却ロール（２）
とストリップの接触長（ａちＡＢ。

ＣＤ　＝　ＥＦ　＋ＧＨ−ＩＪ　）を短くするか或いは
冷却ロール（２）とストリップの非接触長（即ちＢＣＨ
Ｄ　Ｅ　ｔ　Ｆ　Ｇ　＋　ＨＩ　）を短くすれば良い。

非接触長管短くした場合、単に圧縮応力が減少するだけ
ではなく、座屈限界応力も大きくなるから、座屈→絞り
の発生防止については効果が毬めて大きい。

本発明は上記した観点からなされたもので、非接触長を
単に短くするのではなく、非接触部を完全になくすこと
によシ前記した圧縮応力の発生自体を抑制しようとする
ものである。

第５図に本発明方法の概念図を示す。第５図（イ）は冷
却ロール（２）の配置、（ロ）はストリップの展開図、
（ハ）は巾方向め熱応力分布である。

本発明方法においては冷却ロール（２）を接近させてロ
ール（２）間隔をストリップＩＸ）の厚さと同一とし、
ストリップ（イ）が＃１〜＃３のロールに連続的に接触
するようにしている。第５図（ロ）の斜線部は接触冷却
部を示しておシ、本発明においては接触冷却部は連続し
ておシ、各ロール間に非接触部は存在しない。

以上のような方法により、第５図（ハ）に示すように圧
縮応力の発生は＃１０−ルの入側だけとなるから、ロー
ル間での形状不良中座加酸いは絞りの発生を抑制するこ
とができる。

実操業のロール冷却においでは、ライン速度１ストリッ
プ厚さに応じてストリップ冷却終了点の温度を制御する
必要がある。そのため本発明者らはロール間で非接触部
を発生させることなくロール接触長ヲ変えることの邑来
る冷却装置を開発した。

この冷却装置を連続焼鈍設備に適用した場合の一実施例
を第６図に基づいて説明する。

図中紀１図と同一のものには同一の番号な付しておる。

（５０）と（５りは夫々Ｎ１１１、随２のデフレクタＣ
Ｉ−ルテ；ｈ　’）　、このデフレクタ０−ル（ｓｏ）
　（５１）間に冷却ロール（５２）　（５３）　（５４
）　を配設シテある。

冷却ロール（５３）はその軸両端がウオームジヤツキ（
６０）に接続されており軸線方向と直交する上）方向に
移動し得るようになっている。

この冷却ロール（５３）の両側には冷却ロール（５２）
（５４〕が配設され、この冷却ロール（５２）　（５４
）は該冷却ロール（５３）の移動方向と直父する方向、
即ち、この実施例でれ水平方向に移動可能になっている
。即ち、この実施例では、ロール（５２）　（ｆｉ４）
の軸受け（５２（１）（５４０）は水平方向に配設され
たレール（５５）上に截置され、これにより水Ｙ方向移
動可能となっている。

各冷却ロール（５２Ｘ５３Ｘ５４）間は２トリップ００
の厚さだけのスペースを設けである。即ち各冷却ロール
（５２）（５３）（５４）の軸間距離は隣接するロール
半径の和とストリップ厚の和になっている。この軸間距
離を一定に保つため、冷却ロール（５２）（５３）（５
４）の軸間には連結ロッド（５６）が回転可能に連結さ
れている。

なお冷却ロール（５２Ｘ５３Ｘ５４）には水等の冷媒が
通水され−Ｃいる。またこの実施例では３個の冷却ロー
ルで構成しているが、少くとも２個の冷却ロールがあれ
ば良い。

以上の構成に〉いて、各冷却ロール（５２Ｘ５３）（５
４）の間はストリップ厚分のスペースをあけであるだけ
であるから、ス）　ＩＪツブ頭は連続的に冷却ロール（
５２Ｘ５３Ｘ５４）　Ｋ接触し、非接触部は生じない。

接触長を変える時は、ウオームジヤツキ（６０）によシ
冷却ロール（５３）、を動かせば良い。冷却ロール（５
３）が動くと、その両側の冷却ロール（５２）　（５４
）は連結ロッド（５６）により水平方向に移動し、軸間
距離を一定に保ちつつ、冷却ロールの配置をかえ、これ
によりストリップ（ＸＩの接触長が変化する。第７図の
（ＡＩは接触長が短い場合、（Ｂ）は接触長の長い場合
の冷却ロールの位置を示すものである。なお、ストリッ
プ００の厚さが変化する場合には冷却ロール軸間距離は
ストリップの最大厚に応じて設定しておけば良い。この
場合、ス）　＋７ツブ厚が薄い場合には若干の非接触部
が生ずるが、この非接触長が十分に短い場合には上述し
たように引張ｐ応力と圧縮応力の干渉作用によシ圧縮応
力は大幅に減少するから、形状不良、座屈、絞シの発生
は抑制される。

以上説明したように本発明方法によれば、形状不良や座
屈或いは絞夛の発生を抑制することができる。また本発
明装置によれば上記効果を害することなくストリップの
接触長を任意に変えることができストリップの冷却終了
点の温度を制御することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続焼鈍設備の説明図、第２図は冷却ロールの
断面図、第３図は熱サイクルの説明図、第４図は冷却ロ
ールによる冷却法の説明図、第５図は本発明方法の説明
図、第６図は本発明装置の一実施例の説明図、第７図は
動作説明図である。 （５０）と（５１）・・・デフレフクロール、（５２Ｘ
５３）（５４）・・・冷却ロール、（５５）・・・レー
ル、（５６）・・・連結ロッド、（６０）・・・ウオー
ムジヤツキ。 特許出願人　　日本鋼管株式会社 発　明　者　　　上　　　野　　　　　　　康第６図 （Ａ）（Ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　複数の冷却ロールに金属ストリップを順次接触さ
   せて冷却する金属ストリップの冷却方法において、金属
   ストリップを各冷却ロール間で非接触とすることなく連
   続的に各冷却ロールに接触させることを特徴とする金属
   ス）　リップの冷却方法。 ２、軸線方向と直交する方向に移動可能に設けられた冷
   却ロールと、該冷却ロールと金属ストリップの厚さに相
   当する空隙をあけて近接し前記冷却ロールの移動方向と
   直交する方向に移動可能に設けられた少くとも一つの冷
   却ロールとを有することを特徴とする金属ストリップの
   冷却装置。