JPH051333A

JPH051333A - 金属ストリツプのロール冷却装置

Info

Publication number: JPH051333A
Application number: JP3437191A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Tokishige; 和明時重
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1991-02-28
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 1993-01-08

Abstract

(57)【要約】［目的］連続焼鈍設備における、冷却ロールを用いて
金属ストリップを冷却するロール冷却装置において、金
属ストリップの冷却量や処理量によらず、金属ストリッ
プ幅方向の不均一冷却を防止するとともに、金属ストリ
ップ表面のすり疵等を防止する。［構成］前段側の冷却ロールのシェル厚みを、後段側
の冷却ロールのシェル厚みより厚くする。また各冷却ロ
ールのシェル外周面には、粗度Ｒａ＝３〜７μｍを付与
し、粗化されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続焼鈍設備等におい
て、内部冷却構造を有する冷却ロールを複数本直列に配
置し、高温度の鋼帯などの金属ストリップを冷却するロ
ール冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続焼鈍設備等における冷却装置とし
て、ロール冷却装置がある。このロール冷却装置は、冷
却速度が自在にコントロールでき、他の構成を有する冷
却装置に比べて設備費が安価であり、エネルギー消費量
が少ないという特徴を有する。ロール冷却装置は、内部
冷却構造を有する冷却ロールを複数本直列に配置し、金
属ストリップを、冷却ロールに接触させながら、冷却ロ
ールの胴部外周面と金属ストリップとの間の熱伝導によ
り、金属ストリップを冷却する装置である。冷却量のコ
ントロールは、冷却ロールと金属ストリップとの接触角
θ、すなわち巻付長Ｌを変えることによりコントロール
される。この冷却ロールにより、金属ストリップを冷却
する場合に、最も重要なことは、ストリップを幅方向に
できるだけ均一に冷却することであり、そのために数多
くの改善がなされてきた。すなわち、金属ストリップの
冷却量および処理量（Ｔ／Ｈ）が小なる場合は、冷却ロ
ールと金属ストリップとの接触角θ（または巻付長Ｌ）
が小さくなり、金属ストリップの幅方向に均一冷却でき
ず、形状不良が生ずることもある。また、接触角θ（ま
たは巻付長Ｌ）が小さいゆえに、冷却ロールと金属スト
リップがスリップし、ストリップ表面にすり疵を発生す
ることもある。逆に、金属ストリップの冷却量があまり
に大きいと、冷却速度が速いために、金属ストリップの
幅方向に均一冷却ができず、ストリップ形状が崩れ、そ
の程度が大なる場合には、クーリングバックルと称され
る炉内絞りが発生し、ライン停止に至ることもある。

【０００３】連続焼鈍設備において、金属ストリップ
は、材質の改善を目的に所定のヒートサイクルで焼鈍さ
れる。このヒートサイクルの１次冷却の手段として、近
年ロール冷却装置が採用されてきており、ストリップ温
度は、約６５０℃近辺から約４００℃近辺まで急冷され
る。金属ストリップを冷却する際に、各冷却ロールの温
度降下量ができるだけ、均等になるようにすることが望
ましい。とりわけ、前段側の冷却ロールは、後段側の冷
却ロールよりも、金属ストリップの温度が高いために、
ストリップの温度降下量が大きくなり、ストリップ幅方
向で均一な冷却ができず、形状不良となり、前述のクー
リングバックルと称される炉内絞りが発生してしまうこ
ともある。

【０００４】したがって、従来では、前段側の冷却ロー
ルと金属ストリップとの接触角θ（または巻付長Ｌ）を
小さくして、後段側の冷却ロールと金属ストリップとの
接触角θ（または巻付長Ｌ）を大きくして、各冷却ロー
ルの温度降下量が均等になるようにコントロールしてい
る。ところが、上記の先行技術では、金属ストリップの
冷却量や処理量（Ｔ／Ｈ）が大きい場合には、可能であ
るが、金属ストリップの冷却量や処理量（Ｔ／Ｈ）が小
さい場合には、前段側の冷却ロールと金属ストリップと
の接触角θ（または巻付長Ｌ）が、さらに小さくなって
しまい、冷却ロールと金属ストリップとの間で、スリッ
プを誘発し、ストリップ表面上にすり疵が発生したり、
冷却ロールと金属ストリップとの巻付長Ｌが短いため
に、冷却速度が大きくなり、形状が崩れて、前述のクー
リングバックルと称される炉内絞りが発生してしまうこ
ともある。

【０００５】ロール冷却装置は、前述のようにエネルギ
ーコストおよび設備コストも他の冷却法に比べて安価な
ため、薄板の軟質鋼板製造には、最も適していると言わ
れている。金属ストリップの冷却量および冷却速度は、
冷却ロールと金属ストリップとの接触角θ（または巻付
長Ｌ）を変化させることにより達成される。冷却ロール
の外周面は、平坦でなくミクロ的に凹凸があり、冷却さ
れる金属ストリップの形状も、幅方向で均一でなく、こ
れが幅方向の不均一冷却をもたらす。とりわけ、前段側
の冷却ロールは、後段側の冷却ロールに比べて、金属ス
トリップの板温が高いために、同じような接触角θ（ま
たは巻付長Ｌ）では、冷却量が大きくなり、図７に示す
ように、冷却ロール１に巻付けられた金属ストリップ２
の形状不良は助長される。

【０００６】したがって従来では、前述のように、前段
側の冷却ロールと金属ストリップとの接触角θ（または
巻付長Ｌ）を、後段側の冷却ロールと金属ストリップと
の接触角θ（または巻付長Ｌ）より小さくして、冷却ロ
ール１本毎の温度降下量を均等にしている。ところが、
金属ストリップの冷却量および処理量（Ｔ／Ｈ）が小さ
い場合には、前段側の冷却ロールと金属ストリップとの
接触角θ（または巻付長）が、さらに小さくなってしま
い、冷却ロールと金属ストリップの間にスリップを生じ
て、ストリップ表面にすり疵が発生したり、巻付長Ｌが
短いために冷却速度が大きくなり、ストリップの形状が
崩れて、クーリングバックルと称される炉内絞りが発生
することもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、金属
ストリップの冷却量や処理量（Ｔ／Ｈ）によらず、金属
ストリップ幅方向の不均一冷却を防止するとともに、ス
トリップ表面にすり疵等の発生しないロール冷却装置を
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、内部冷却構造
を有する冷却ロールに、高温ストリップを巻付けて冷却
するロール冷却装置において、前段側の冷却ロールのシ
ェル厚みを、後段側の冷却ロールのシェル厚みより厚く
したことを特徴とする金属ストリップのロール冷却装置
である。

【０００９】また本発明は、冷却ロールのシェル外周面
に、Ｒａ３〜７μｍの粗度を付与し、粗化されているこ
とを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明に従えば、冷却ロールを複数本直列に配
置し、前段側の冷却ロールのシェルの厚みを、後段側の
冷却ロールのシェルの厚みよりも厚くする。これによっ
て各冷却ロールと金属ストリップとの接触角θ（または
巻付長Ｌ）が同じであっても、各冷却ロールでのストリ
ップの温度降下量を均等にすることができる。すなわち
金属ストリップの板温が比較的高い前段側の冷却ロール
のシェル厚みを厚くし、これによって総括伝熱係数Ｕ₀
を小さくし、後段側の冷却ロールのシェル厚みを順次薄
くして、総括伝熱係数Ｕ₀ を順次大きくする。これによ
って金属ストリップの冷却量や処理量（Ｔ／Ｈ）によら
ず、金属ストリップを幅方向に均一な温度分布で冷却す
ることができ、またストリップの表面に冷却ロールとの
スリップによるすり疵等の発生を防ぐことができ、安定
的な操業を行うことができるようになる。

【００１１】さらに本発明に従えば、冷却ロールのシェ
ル外周面を、粗度Ｒａが３〜７μｍの粗面とし、これら
の粗面は、直列に配置されている複数の冷却ロールのす
べてに、同一構成で形成する。この粗度は好ましくは４
μｍである。粗度Ｒａを大きくしすぎると、総括伝熱係
数Ｕ₀を大きくするには、シェル厚みを小さくする必要
が生じ、そのようにすると、冷却ロールの強度が低下し
て歪を生じやすくなる。また粗度Ｒａを小さくしすぎる
と、総括伝熱係数が小さくなり、したがって充分な強度
を有するシェル厚みを保つと、金属ストリップと冷却ロ
ールとの接触角θを小さくせざるを得なくなり、そのよ
うにすると金属ストリップと冷却ロールとのスリップを
生じ、すり疵を生じてしまう。したがって本発明では、
冷却ロールの厚みを上述のように前段側から後段側にな
るにつれて小さな値とするとともに、各冷却ロールのシ
ェル外周面を粗面とし、こうして冷却ロールの厚みを確
保して変形を防ぐとともに、金属ストリップとの接触角
を小さくなり過ぎないようにして金属ストリップとのス
リップを防いですり疵の発生を防いでいる。

【００１２】冷却ロールの総括伝熱係数Ｕ₀は、数１で
示される。

【００１３】

【数１】

【００１４】ここで、Ｕ₀ ：総括伝熱係数（ｋｃａｌ／ｍ²・ｈ・℃）ｈｗ：冷却媒体（たとえば水）の熱伝達率（ｋｃａｌ／
ｍ²・ｈ・℃） λｒ：冷却ロールシェル１３の熱伝導度（ｋｃａｌ／ｍ
・ｈ・℃）ｈｃ：接触熱コンダクタンス（ｋｃａｌ／ｍ²・ｈ・
℃） λｓ：金属ストリップ４の熱伝導度（ｋｃａｌ／ｍ・ｈ
・℃）ｄｒ：冷却ロールシェル１３の厚み（ｍ）ｄｓ：金属ストリップ４の板厚（ｍ）次に、金属ストリップ４と冷却ロールＲ間の熱収支を考
えると、冷却ロールＲ１の総括伝熱係数Ｕ₀ は、数２で
示される。

【００１５】

【数２】

【００１６】

【数３】

【００１７】上式からも判るように、冷却ロールＲ１の
総括伝熱係数Ｕ₀は、冷却ロールシェル厚みｄｒに反比
例し、金属ストリップ４の処理量Ｗ、および金属ストリ
ップ４の温度降下量ΔＴに比例する。したがって、金属
ストリップ４の処理量Ｗが小さい場合には、小さい総括
伝熱係数Ｕ₀ が必要となる。上述の説明は、主として冷
却ロールＲ１に関して行われたけれども、その他の冷却
ロールＲ２〜Ｒ５に関してもまた同様である。

【００１８】もしこの場合に、総括伝熱係数Ｕ₀ が大き
ければ、金属ストリップ４と冷却ロールＲ１との接触角
θ１（または巻付長Ｌ１）が一定であると、金属ストリ
ップ４と冷却ロールＲ１の接触面積Ａが一定となり、金
属ストリップ４の温度降下量ΔＴが大きくなってしま
い、上述したようにクーリングバックルの発生につなが
る。逆に、金属ストリップ４の温度降下量ΔＴが一定に
なるようにコントロールすると、金属ストリップ４と冷
却ロールＲ１の接触面積Ａが小さくなり、ストリップ表
面にすり疵が発生してしまう。上述の現象は、後段側の
冷却ロールＲ５に比べて、前段側の冷却ロールＲ１に顕
著に現れる。ところが、総括伝熱係数Ｕ₀は、図５に示
されるように冷却ロールシェル厚みｄｒに反比例するた
めに、冷却ロールのシェル厚みｄｒを厚くして、総括伝
熱係数Ｕ₀ を小さくしてやればよいということになる。
この図４では、シェル６の外周面の粗度Ｒａは４μｍで
ある。したがって金属ストリップの板温が比較的高い前
段側の冷却ロールのシェル厚みｄｒを厚くして、総括伝
熱係数Ｕ₀ を小さくし、後段側の冷却ロールのシェル厚
みｄｒを順次薄くして、総括伝熱係数Ｕ₀ を順次大きく
したようなロール冷却装置が、金属ストリップの冷却量
や処理量（Ｔ／Ｈ）によらず、安定的に操業できること
になる。こうしてシェル１３の厚みｄｒは図６（３）に
示されように、前段から後段になるにつれて薄くする。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の一実施例の鋼帯である金属ス
トリップの連続焼鈍設備の系統図であり、図２はその連
続焼鈍設備におけるストリップの加熱／冷却サイクルを
示す図である。ペイオフリール３からのストリップ４は
電解脱脂装置５を経て、加熱帯６で昇温され、均熱帯７
において均熱加熱され、第１冷却帯８および本発明の一
実施例のロール冷却装置９において１次冷却される。そ
の後、過時効帯１０から第２冷却帯１１にストリップが
導かれて２次冷却され、巻取りリール１２によって巻取
られる。ロール冷却装置９では、ストリップ４を順次的
に冷却する合計５本の直列に配置された冷却ロールＲ１
〜Ｒ５が配置され、図３のごとく各ロールＲ１〜Ｒ５に
ストリップ４が巻付けられる。

【００２０】図３は、この冷却装置９の簡略化した側面
図である。各ロールＲ１〜Ｒ５に巻掛けられているスト
リップ４の接触角をθ１〜θ５で示し、その巻付長をＬ
１〜Ｌ５で示す。これらの接触角θ１〜θ５を総括的に
参照符θで示すことがあり、また巻付長Ｌ１〜Ｌ５を、
総括的に参照符Ｌで示すことがある。

【００２１】図４は、冷却ロールＲ１の断面図である。
冷却ロールＲ１のシェル１３は、熱良導体、たとえば鋼
などで形成される。冷却媒体は一方の軸１５から供給さ
れ、シェル１３の内周面に螺旋状に形成された冷却媒体
通路２３を通り、もう１つの軸１６内の通路から排出さ
れる。軸１５，１６は回転管継手によって接続される。
シェル１３の冷却媒体通路２３における厚みは、参照符
ｄｒで示されている。

【００２２】本発明に従うロール冷却装置９において、
図６（１）に示されるように各ロールＲ１〜Ｒ５の接触
角θ１〜θ５はほぼ同一値とし、これによってストリッ
プ４との滑りを防ぎ、またストリップ４の幅方向に均一
な温度分布で冷却が行われることを確実にする。このよ
うに冷却ロールＲ１〜Ｒ５とストリップ４との接触角θ
１〜θ５を、スリップしない程度に大きく保ち、しかも
ストリップの温度降下量ΔＴを各冷却ロールＲ１〜Ｒ５
毎にほぼ等しくするには、冷却ロールＲ１〜Ｒ５の前段
から後段になるにつれて、総括伝熱係数Ｕ₀ を後段にな
るにつれて図６（２）で示されるように大きく設定すれ
ばよく、このために本発明では、上述のように最前段の
冷却ロールＲ１のシェル１３の厚みｄｒおよび後続の冷
却ロールＲ２〜Ｒ５のシェルの厚みｄｒを図６（３）で
示されるように順次的に小さくなるように構成する。

【００２３】本件発明者の実験結果を述べる。金属スト
リップ４として冷間圧延鋼帯（板厚０．６ｍｍ、板幅１
２１９ｍｍ）を、図１に示すような連続焼鈍設備におい
て、ライン速度２００ｍ／ｍｉｎで処理し、ロール冷却
装置９の入口のストリップ板温は、６５０℃とし、ロー
ル冷却装置９の出口のストリップ板温は、４００℃でコ
ントロールした。ロール冷却装置９の冷却ロールＲ１〜
Ｒ５は、５本直列に配置してあり、そのロール径は１５
００ｍｍφである。また、５本の冷却ロールＲ１〜Ｒ５
のシェルの外周面には、Ｒａ＝４μｍの粗度を付与し、
冷却ロールＲ１〜Ｒ５の各シェル厚みｄｒは、金属スト
リップ４の進行方向に対し、ロール冷却装置９の入側よ
り２本目までの冷却ロールＲ１，Ｒ２は２０ｍｍとし、
それ以降の３本の冷却ロールＲ３〜Ｒ５は１０ｍｍとし
た。冷却媒体としては水を使用している。このような実
施例においては、金属ストリップの形状を損なうことな
く平坦であり、ストリップ４の形状不良に起因するクー
リングバックルの発生もなかった。また金属ストリップ
４の表面に、すり疵等の発生もなかった。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明のロール冷
却装置によれば、薄板から厚板まで金属ストリップ幅方
向に均一な冷却が可能となり、幅方向不均一冷却に起因
するクーリングバックルを解消でき、安定的な操業が可
能となる。また、前段側の冷却ロールと金属ストリップ
との接触角が大きくなるため、金属ストリップ表面にす
り疵等が発生することもなく品質面も多大に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の連続焼鈍設備の系統図であ
る。

【図２】図１に示される連続焼鈍設備の加熱／冷却サイ
クルを示す図である。

【図３】ロール冷却装置９の簡略化した側面図である。

【図４】冷却ロールＲ１の断面図である。

【図５】冷却ロールＲ１のシェル厚みｄｒと総括伝熱係
数Ｕ₀との関係を示すグラフである。

【図６】ロール冷却装置９の働きを説明するための図で
ある。

【図７】先行技術における冷却ロール１に巻付けられた
金属ストリップ２の形状不良が生じた状態を示す断面図
である。

【符号の説明】

４鋼帯９ロール冷却装置１３シェルＲ１〜Ｒ５冷却ロール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部冷却構造を有する冷却ロールに、高
温ストリップを巻付けて冷却するロール冷却装置におい
て、前段側の冷却ロールのシェル厚みを、後段側の冷却
ロールのシェル厚みより厚くしたことを特徴とする金属
ストリップのロール冷却装置。
【請求項２】冷却ロールのシェル外周面に、Ｒａ３〜
７μｍの粗度を付与し、粗化されていることを特徴とす
る請求項１記載の金属ストリップのロール冷却装置。