JP2003328038A

JP2003328038A - 円筒状金属コイルの冷却方法

Info

Publication number: JP2003328038A
Application number: JP2002131790A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Hirota; 芳明広田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】円筒状金属コイルを効率よく、均一に短時間
で冷却できる冷却方法を得る。【解決手段】円筒状金属コイルを冷却するにあたり、
該円筒状金属コイルの内径よりも小さい径で巻き取り機
により巻き、円筒状金属コイル層間に空間を生じさせ、
該空間に面する金属帯板に対し円筒状金属コイル側面か
ら冷却媒体の流速をコイル幅方向で制御して吹き付け、
冷却を行うこと。また、円筒状金属コイルの内周部に、
内部に冷却媒体が流通する冷却装置を密着させ、冷却を
行うこともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッチ熱処理等で
加熱した鋼板やアルミ板等の金属のタイトコイル状に巻
いた円筒状金属コイルを、効率良く均一に冷却できる生
産性、冷却品質の優れた冷却方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】バッチ炉で加熱された円筒状金属コイル
は、通常そのままバッチ炉で一定の温度まで冷却した後
炉外に取り出される。しかし、円筒状になった金属コイ
ルは、塊のため外部からの冷却では、コイル内部からの
伝熱が遅く全体を冷却するためには多大な時間を要し、
生産性が悪いという問題がある。また、外部からの冷却
のため、円筒状金属コイルの外側から冷えるため外側か
ら収縮しようとする結果、コイル内部に歪みやキズが発
生するという問題がある。

【０００３】これらの問題を解決するため、様々な提案
がなされている。例えば、特開昭５３−６０８１１号公
報では、加熱、均熱、冷却過程で、雰囲気ガスの循環を
制御する事が提唱されている。また、特開昭５７−１１
６７３１号公報では、コイルの層間に波形の挿入板を入
れ、空間を設けた状態で雰囲気ガス、冷却媒体を通じる
ことにより焼鈍時間の短縮をすることが、特開昭５９−
２２６１２４号公報ではコイル端面に水冷ボックスを接
触させて冷却することが提唱されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、雰囲気ガスの
循環を制御するだけでは、やはりコイル外部からの伝熱
になり、根本的な伝熱の促進、温度の均一化は極めて難
しい。またコイルの層間に波形の挿入板を入れ、空間を
設けた状態で雰囲気ガス、冷却媒体を通じる方法では、
空間を確保したまま挿入物を入れて巻くことが難しく、
挿入物の接触部の押し疵が発生しやすいことや、コイル
端面からの冷却では端面部と中央部とで温度偏差がつき
やすい。コイルに挿入物を入れる場合には、コイルを拘
束する力が弱くなるため温度偏差によりコイルが変形し
やすくなるという問題などがある。また、コイル端面に
水冷ボックスを接触させる方法では、コイル端面が平面
ではなくほとんど凸凹状態であるため接触伝熱は期待で
きず、均一な冷却ができない。また、放射伝熱が多少促
進されてもコイル端面とコイル中央部とでは温度偏差が
大きく生じることになり好ましくない。

【０００５】そこで、本発明は、円筒状金属コイルが持
つ本質的な課題である冷却時間がかかりすぎることによ
る生産性の低下を改善するとともに、コイル内の温度偏
差を極力抑えた状態で冷却ができる円筒状金属コイルの
冷却方法の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は下記の通
りである。（１）円筒状金属コイルを冷却するにあたり、該円筒状
金属コイルの内径よりも小さい径で巻き取り機により巻
き、円筒状金属コイル層間に空間を生じさせ、該空間に
面する金属帯板に対し円筒状金属コイル側面から冷却媒
体の流速をコイル幅方向で制御して吹き付け、冷却を行
うことを特徴とする円筒状金属コイルの冷却方法。（２）円筒状金属コイルの内周部に、内部に冷却媒体が
流通する冷却装置を密着させ、冷却を行うことを特徴と
する円筒状金属コイルの冷却方法。（３）（２）の冷却方法において、冷却装置の内部にヒ
ートパイプを設け冷却を行うことを特徴とする円筒状金
属コイルの冷却方法。（４）巻き取り機内部に冷却媒体を流通させ巻き取り機
を冷却することにより、円筒状金属コイル内周からの冷
却も同時に行うことを特徴とする（１）記載の円筒状金
属コイルの冷却方法。である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
で説明する。図１は、円筒状金属コイル１を端面側から
みた断面模式図を示し、図２は側面から見た断面模式図
を示す。はじめに、円筒状金属コイルの層間に空間を設
けながら巻き取る方法について説明する。

【０００８】円筒状金属コイル１は、中央の空間部分を
水平にして巻き取り機２に挿入し、端部を巻き取り機２
に噛みこませてセットする。巻き取り機２を円筒状金属
コイル１の内径より必要量だけ小さな径に縮径にする
と、巻き取り機２の下端と円筒状金属コイル１の内周下
面との間には所要の空間が生じる。この時、円筒状金属
コイル１の外側にコイル規制ロール３，４を軽く押し付
ける。この状態で、円筒状金属コイル１を昇降装置５で
持ち上げると、巻き取り機２と円筒状金属コイル１との
間には全周にわたり空間が生じる。このまま、巻き取り
機で巻き取りをはじめると、もとの径よりも小さな径で
コイルが再巻き取りされるが、このときコイル層間には
巻き取り機２側から空間が順に生じていく。この空間を
安定に生成するためには、円筒状金属コイル１全体が回
転しないように外側に設置するコイル規制ロール３，４
で円筒状金属コイル１をコイルの変形や疵が発生しない
程度の力で回転しないように拘束すればよい。また、コ
イル規制ロールは、図１では２点であるが、必要に応じ
た数で押さえれば良い。この様にして、金属コイル層間
に強制的に空間を生じさせると、空間に面した金属の表
面は雰囲気ガスに直接さらすことができる。

【０００９】したがって、タイトに巻かれた円筒状金属
コイルでは金属帯板同士の表面が密着し隙間がないた
め、円筒状金属コイル内部からの冷却が極めて困難であ
るが、強制的に隙間を設けることにより円筒状金属コイ
ル内部からの冷却が容易に実現できる。すなわち、冷却
する場合には、円筒状金属コイルよりも低温のガスや液
体を強制的に生じさせた空間の金属帯板に向かい吹き付
けることで対流伝熱により金属帯板を冷却することが可
能になる。

【００１０】しかし、円筒状金属コイル１の端面側から
一定流量で冷却媒体を吹き付けて冷却する場合、ノズル
に近い側の冷却媒体流速の速い部分の冷却が強く、ノズ
ルと反対側の流速の遅い端面側では冷却が弱くなるとい
う問題がある。また、通常加熱された円筒状金属コイル
１は、放射冷却によりコイル外周側から冷えるため、コ
イル幅方向では端面側の温度が低く、コイル中央側が高
い分布になっており、冷却する円筒状金属コイル１の初
期温度分布が不均一であるという問題もある。

【００１１】これらの問題に対し、本発明による円筒状
金属コイルの冷却方法では、コイル幅方向に吹き付ける
冷却媒体の流速を幅方向で制御して吹き付けることによ
り、問題を解決する。すなわち、温度の高いコイル中央
側を冷却する場合には強めの流速で冷却を行い、冷却が
強くなりやすい端面側は、流速をやや落とし気味にする
方法をとればよい。

【００１２】そのためには、例えば図１、図２ではコイ
ル層間の空間の生成とともに径方向に移動可能な冷却媒
体を吹き付けるノズルを３分割し、各々のノズルの流速
を制御する方法を示す。この例では、３分割のノズル中
心が直線上になることから、各ノズルの角度をずらし、
円筒状金属コイルの幅方向に３箇所冷却媒体を制御して
吹き付けられるようにする。

【００１３】ノズルから吐出する冷却媒体の流速の制御
は、円筒状金属コイル幅方向の温度分布を放射温度計等
の温度計測装置で測定しながら、ノズル６ｃから吹く冷
却媒体は、ノズル６ａ，６ｂからの影響を考慮した流速
にし、６ｂから吹く冷却媒体は、ノズル６ａからの影響
を考慮した流速にすることにより、コイル幅方向の温度
分布を均一にすることができる。あるいは、ノズル冷却
後の放射冷却を考慮し、コイル端面側の冷却を弱めに
し、中央部を端面側より冷やし気味にしても良い。

【００１４】図１では、円筒状金属コイルの幅方向に３
分割した例を示しているが、分割数は、適宜必要に応じ
増減すればよい。さらに図１では、ノズルの配置を周方
向に８分割した例を示しているが、数はノズルの冷却す
る範囲を考慮して適宜増減すれば良い。また、ノズルの
配置もノズルの中心が幅方向に直線上にのるように配置
した例を示しているが、周方向にずらして配置する方法
などでも良い。

【００１５】また、幅方向に冷却媒体の流速を制御して
吹き付ける方法として、例えば図３、図４の様に、ノズ
ル６の角度を振って吹き付ける様にし、角度に応じて冷
却媒体の流速を制御する方法にする方法などもある。冷
却媒体としては、酸化の問題がなければ空気あるいはミ
ストなどの気水でも良いし、酸化を嫌う場合には窒素や
アルゴンなどでも良い。冷却効率を上げるためには水素
や水素と他の気体の混合体でも良い。また、図２、図４
では、円筒状金属コイルの１端面側のみからの冷却例を
示しているが、設備上の制約がなければ両端面から吹き
付けても良い。この場合、ノズルは、吹き付けた冷却媒
体が衝突しないように両端面側に冷却媒体が抜けられる
様にノズルを交互に配置するなど、適宜設定すれば良
い。

【００１６】次に、第２の発明について説明する。図５
は、第２の発明を説明する側断面図である。また、図６
は、図５のＡ−Ａ断面である。この第２の発明は、円筒
状金属コイル１の冷却を促進するため、円筒状金属コイ
ル１の内周部から冷却する方法である。

【００１７】本発明では、冷却装置のベース９に載せた
円筒状金属コイル１の内側の空間に図５に示す様に冷却
装置８を挿入し、円筒状金属コイル１の内周部に密着さ
せる。冷却装置８は、内部に冷却媒体が流通する冷却路
１０とその排出路１１を備え、円筒状金属コイル１から
奪った熱を冷却装置外へ排出する。冷却媒体としては、
水でも良いし油や空気などのガス、気液混合物でも構わ
ない。本発明では、円筒状金属コイル１の内周部から伝
導伝熱により熱を奪うため、円筒状金属コイル１の冷却
を促進することができる。

【００１８】図５において、冷却路１０及び排出路１１
は、ヒートパイプを用いると、熱輸送を高速に行うこと
ができ、さらに高温部分から集中的に熱を奪うため、冷
却時の温度偏差を小さくすることができる。ヒートパイ
プの熱媒は、動作温度に応じて水やナフタリンなどの使
いわければよい。

【００１９】この様に、円筒状金属コイル１の内部から
強制的に冷却する手段が得られると、円筒状金属コイル
の冷却は、さらに効果的に行うことができる。すなわ
ち、第１の発明の方法で円筒状金属コイル１の冷却が所
要の温度までできれば問題ないが、円筒状金属コイル１
の温度が低下してくると冷却媒体との温度差が小さくな
り対流伝熱だけでは冷却能力が低下してくることや、実
際の操業では、冷却のために十分な時間が確保できると
は限らず十分な温度低下が得られないことなどがある
が、冷却時間の更なる短縮のため、円筒状金属コイル１
の内側に、図５の冷却装置８を持った巻き取り機２′を
接触させ、冷却能力の大きな伝導伝熱を利用して円筒状
金属コイル１の内面からも冷却を行う。

【００２０】巻き取り機２′の冷却は、図７、図８に示
すように、巻き取り機２′の内部に冷却路１２を設けて
行う。冷却方法としては、冷却路１２に水やオイルなど
の冷却媒体を通じて冷却する方法や、冷却路として、ヒ
ートパイプを用いて熱輸送する方法等がある。こうし
て、巻き取り機２′からも冷却を行うと、冷却媒体をノ
ズルから層間の空間に吹き付けながら同時に内部からも
冷却が促進されることになる。

【００２１】円筒状金属コイルを冷却すると、冷却によ
り金属帯板が収縮するが、通常の外面冷却では温度が低
下すると外周側から径を小さくする様に収縮しようとす
るが、内部に高温部が存在することから、収縮阻害され
るため冷却による収縮で金属帯板に大きな内部応力を生
じやすく疵や、焼き付きの原因になったりするが、本法
では円筒状金属コイルの内周側から順に冷却され収縮し
てゆくことから、金属帯板に発生する応力は極めて小さ
くなり品質上の問題が生じにくい。

【００２２】本発明では、連続的にコイル層間の空間を
発生させ、この空間に冷却媒体を連続的に吹き付けて冷
却してもよいし、あるいは一定時間毎コイル層間の空間
の冷却を行ない、その後新たな巻き取りを行い層間に空
間を発生させ再度一定時間冷却を行うということを繰り
返しながら間欠的に冷却を行う方法でも良い。

【００２３】以上の様にして、巻き取り機２で円筒状金
属コイル１を巻き取りしながら冷却ノズル６で冷却媒体
の風量をコイル幅方向で制御して吹き付けてコイルを冷
却することにより、円筒状金属コイル１全体がほぼ均一
な冷却ができる。また、外部冷却の場合には、円筒状金
属コイル内部の伝熱が遅く冷却時間が長くなるが、本発
明の場合には直接コイル内側から順に冷却を行うため、
冷却時間は極めて短時間にすることができる。上述した
冷却方法は、１回だけでは所要の温度まで低下できない
場合や、冶金上特定の温度域を特定の冷却速度で冷却し
なければならない場合など、いずれも１回だけではなく
複数回に分けて行っても良い。

【００２４】

【実施例】本発明の効果を実験で確認した。実験は、板
厚１mm、板幅４００mmの冷延鋼板を誘導加熱装置で６０
０℃まで加熱し、１００mm厚で巻き取り機で巻き取り冷
却を行った。巻き取り機は、内径５００mm、４００mm、
３００mmに拡縮が可能であり、はじめに５００mmで巻き
取りを行った後、径を縮径し３００mmにして再巻き取り
を行った。巻き取り機の周方向には表面から５mmの位置
に径１０mmの冷却水路を約２０mmで設けたものを用い
た。

【００２５】実験は、図１のようなノズル構成で、加熱
後巻き取ったコイルの前後に規制ロール３，４を設け、
巻き取ったコイルが前後に動かないようにした状態で、
巻き取り機２を縮径し巻き取り機２と円筒コイル１との
間（巻き取り機下側）に空間を空けた。その後、コイル
全体をジャッキ式昇降装置５で持ち上げ巻き取り機２と
円筒コイル１の内側との間に全体的に空間を設けた。こ
の隙間に対しフラットノズルを端面側から３本並べ、空
気で冷却を行った。コイルの両サイドをカバーする６
ａ，６ｃのノズルは、両端から１００mmを集中的に冷却
できる角度にセットするとともに、中央のノズル６ｂは
その他の幅方向の部分をカバーする様にセットした。ノ
ズルからの空気吐出流速は、１００m/sまで各ノズルご
とに連続的に独立して可変できる様になっている。冷却
前後の温度は、コイル厚み中央部に熱電対を鋼板幅方向
で両端から１０mmの位置と中央部に溶接して測温した。

【００２６】実験は、巻き取り機の冷却を行わずコイル
幅方向で吐出流速を制御した場合（実施例１）、実施例
１に巻き取り機の冷却を行った場合（実施例２）、自然
放冷を行った場合の実験（比較例）についての冷却速度
と温度偏差、冷却が遅くなりやすく冷却能力の差がでや
すい温度として、コイル幅方向中央部の温度が１００℃
になるまでの時間についての結果を表１に示す。実験
は、コイルを加熱し１００mm厚に巻き終わったところ
で、冷却を開始した。冷却に用いたノズルは、層間に生
じる空間に合わせて移動させる機構で動かす様にした。

【００２７】冷却開始温度は、コイル幅方向中央部の温
度が５００℃前後とした。表中の冷却速度は、コイル幅
方向中央部の温度が５００℃から２００℃までの平均冷
却速度を表し、最大温度偏差は板幅中央と板端部との温
度差の絶対値を示す。１００℃まで冷却する時間は、冷
却開始から要した時間を示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１より、本発明による実施例の冷却は全
て自然放冷と比べ３００倍以上の冷却速度を有し、良好
である。また、温度偏差も５℃以下と良好である。さら
に実施例２では１００℃まで冷却する時間が自然放冷１
／２０と極めて短時間であった。

【００３０】

【発明の効果】本発明の冷却方法を用いれば、円筒状金
属コイルの冷却の本質的な問題である外表面からの冷却
で生じる大きなコイル温度分布の発生や、冷却時間がか
かりすぎて生産性が著しく落ちるという問題を解決でき
る。すなわち、円筒状金属コイル全周にわたり内側から
順に冷却を行うため、冷却時間が劇的に短縮でき、しか
も温度分布が極めて良く、形状不良や品質ばらつきを抑
制できることから、歩留まり落ちを少なくできる。しか
も、大規模な装置を必要としないことから、設備投資も
小さく、スペースもわずかで済み、生産コストを大幅に
低減することが可能となる。また、冷却速度の制御が可
能となることから、多機能な熱処理にも対応可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による、円筒状金属コイルの冷却方法の
分割した冷却ノズルによる冷却方法を説明する側面模式
図である。

【図２】本発明による、図１の円筒状金属コイルの冷却
方法を説明する断面模式図である。

【図３】本発明による、円筒状金属コイルの冷却方法の
１本の冷却ノズルによる冷却方法を説明する側面模式図
である。

【図４】本発明による、図３の円筒状金属コイルの冷却
方法を説明する断面模式図である。

【図５】本発明による、円筒状金属コイルの内周側から
の冷却方法を説明する断面模式図である。

【図６】本発明による、図５の円筒状金属コイルの冷却
方法を説明する断面模式図のＡ−Ａ断面図である。

【図７】本発明による、図３の冷却方法に巻き取り機の
冷却を加えた冷却を説明する側面模式図である。

【図８】本発明による、図７の円筒状金属コイルの冷却
方法を説明する断面模式図である。

【符号の説明】

１円筒状金属コイル２巻き取り機２′ 冷却路を設けた巻き取り機３コイル規制ロール４コイル規制ロール５昇降装置６，６ａ，６ｂ，６ｃ冷却ノズル７巻き取り機後面８冷却装置９ベース１０冷却路１１排出路１２冷却路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状金属コイルを冷却するにあたり、
該円筒状金属コイルの内径よりも小さい径で巻き取り機
により巻き、円筒状金属コイル層間に空間を生じさせ、
該空間に面する金属帯板に対し円筒状金属コイル側面か
ら冷却媒体の流速をコイル幅方向で制御して吹き付け、
冷却を行うことを特徴とする円筒状金属コイルの冷却方
法。
【請求項２】円筒状金属コイルの内周部に、内部に冷
却媒体が流通する冷却装置を密着させ、冷却を行うこと
を特徴とする円筒状金属コイルの冷却方法。
【請求項３】冷却装置の内部にヒートパイプを設け冷
却を行うことを特徴とする請求項２記載の円筒状金属コ
イルの冷却方法。
【請求項４】巻き取り機内部に冷却媒体を流通させ巻
き取り機を冷却することにより、円筒状金属コイル内周
からの冷却も同時に行うことを特徴とする請求項１記載
の円筒状金属コイルの冷却方法。