JP2021535959A - 磁気冷却ロール - Google Patents

Abstract

本発明は、心棒およびスリーブを備え、前記スリーブは長さおよび直径を有し、内筒と、内筒の長さの少なくとも一部に沿って配置された複数の磁石であって、各磁石が幅、高さ、および長さによって規定される複数の磁石と、前記複数の磁石の少なくとも一部を取り囲む冷却システムと、を含み、前記冷却システムおよび前記複数の磁石は、高さによって規定されるギャップによって分離され、ギャップの高さは、磁石と上記の冷却システムとの間の最小距離であり、前記磁石は、ギャップ高さ×１．１≦磁石幅≦ギャップ高さ×８．６が満たされるような幅を有するように構造化された冷却ロールに関する。

Description

本発明は、連続的に移動する金属ストリップを冷却するための機器に関する。本発明は、冶金学的プロセス中の鋼板の冷却に特に適している。

高温鋼ストリップ冷却プロセスでは、冷却ロールでストリップを冷却することは公知のプロセスである。このような冷却ロールは、プロセスの様々なステップで使用できる。例えば、炉の下流やコーティング浴などである。ストリップは、冷却された冷却ロールとストリップの間の熱伝導により、主に冷却される。しかしながら、そのような技術の効率は、ストリップの平坦性およびロールとストリップとの間の表面接触によって大きく影響される。冷却速度が不均一であるために、ストリップの幅に沿ってロールとストリップの間に接触の不均一がある場合、ストリップの平坦度は悪化する。

特開平４−３４６６２８号公報は、ストリップを冷却するための装置、ロールに関する。磁石が、ロール本体の内部に連続的または適切な間隔で提供される。磁石の上には、磁石の周りにらせん状に巻かれた冷却システムという１本の冷却管がある。ロールの外殻は、好ましくはＡｌ_２Ｏ_３／ＺｒＯ_２でコーティングされている。

特開昭５９-２１７４４６号公報は、金属ストリップを冷却または加熱するための装置、ロールに関する。ロールの内側には熱媒体、冷却システムがあり、磁石はロールの外殻に配置されている。

しかしながら、上記の機器を使用することにより、ストリップの潜在的な平坦性欠陥を克服するためにストリップがロールに十分に接触しておらず、したがってその平坦性が冷却中に悪化し、その結果、ストリップの品質が低下する。さらに、冷却システムは、ストリップを十分かつ均一に冷却することを可能にせず、ストリップ幅に沿って、特にストリップの縁部と中心との間の温度変化をもたらす。さらに、冷却ロールの様々な部分の配置により、熱伝達係数は最適ではない。

したがって、接触の均一性、したがってストリップ幅に沿った冷却の均一性を改善するために、ロールとストリップとの間の接触の不均一性を低減または抑制する方法を見出す必要がある。冷却システムの効率を改善する必要もある。

特開平４-３４６６２８号公報 特開昭５９-２１７４４６号公報

本発明の目的は、ストリップの平坦性を低下させることなく、前記ストリップをその幅方向により均一に冷却することを可能にするロールを提供することである。

この目的は、請求項１に記載の機器を提供することによって達成される。機器はまた、請求項２から１０の任意の特徴を備えることができる。この目的はまた、請求項１１から１４に記載の方法を提供することによって達成される。

本発明の他の特徴および利点は、本発明の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明を説明するために、特に以下の図を参照して、非限定的な例の様々な実施形態および試行について説明する。

異なる要素の可能な配置を示すロールの実施形態の断面図である。 支持手段である心棒が通過する役割の実施形態を示す図である。 ストリップ幅と比較した好ましい磁石の長さを示す図である。 磁石の極を示す図である。 冷却チャネルを通る冷却フローの好ましい方向を示す図である。 支持手段、冷却システム、およびそれらを接続する手段の可能な配置を示す図である。 支持手段、冷却システム、およびそれらを接続するための手段の第２の可能な配置を示す図である。 冷却ロール上のストリップの可能な位置を示す図である。 コーティングプロセス後の冷却ロールの可能な使用を示す図である。 仕上げプロセスでの冷却ロールの第２の可能な使用を示す図である。 ストリップ幅に沿った温度の不一致の変化を示すグラフを備える図である。 ロールの幅に沿ったロール表面の温度、およびロールの長さを考慮したストリップの好ましい位置を示す図である。 磁石の幅と、磁石と冷却システムとの間のギャップの高さと、の比率の影響を示す図である。

図１に示すように、本発明は、心棒２およびスリーブ３を備え、前記スリーブは長さおよび直径を有し、
−内筒４と、
−内筒の長さの少なくとも一部に沿って配置された、前記内筒の周囲にある複数の磁石５であって、各磁石が幅、高さ、および長さによって規定される、複数の磁石５と、
−前記複数の磁石５の少なくとも一部を取り囲む冷却システム６と、
によって内側から外側へ構成され、
−前記冷却システムおよび前記複数の磁石は、高さによって画定されるギャップ７によって分離され、ギャップの高さは、磁石５と上記の冷却システム６との間の最小距離であり、
前記磁石５は、
ギャップ高さ×１．１≦磁石幅≦ギャップ高さ×８．６
が満たされるような幅を有する、
冷却ロール１に関する。

従来技術では、平坦性の欠陥を克服し、均一な接触を得るために、ストリップをロールに十分に引き付けることは不可能であるように思われる。これにより、平坦度がさらに不均一になり、ストリップ品質が低下する。さらに、冷却システムの配置は、十分かつ均一な冷却を実行することを可能にせず、所望の微細構造および特性を達成することができない。

逆に、本発明の機器では、ストリップを強くかつ十分に引き付け、既存の平坦度の欠陥を克服することができる。したがって、平坦性の欠陥や不均一な特性を発生させることなく、ストリップが冷却される。さらに、冷却システムの配置により、ストリップ幅に沿って均一な冷却を行うことが可能になる。

有利には、前記ギャップ高さは、ギャップ高さ×１．４≦磁石幅≦ギャップ高さ×６．０を満たす。この公式を考慮することで、最大引力の少なくとも７０％を得ることが可能になると思われる。

有利には、前記ギャップ高さは、ギャップ高さ×１．６≦磁石幅≦ギャップ高さ×５．０を満たす。この公式を考慮することで、最大引力の少なくとも８０％を得ることが可能になると思われる。

有利には、前記複数の磁石は、内筒の全長に沿って配置されている。このような配置は、冷却の均一性を高める。

図１に示すように、磁石は優先的に内筒４の周囲に固定されている。

図２に示すように、内筒４は、冷却ロールを支持、回転、および輸送するための手段を優先的に備え、両方の側面８に優先的に配置される。そのような手段は、両方の側面８のシリンダ回転軸１０を中心とする穴９の内側に挿入された心棒２とすることができる。円筒形の穴９は、一方の側面から他方の側面にあるものとすることができ、その結果、心棒２は円筒を通過する。

図３に示すように、磁石５は、ロール回転軸１０に平行に優先的に配置されている。さらにより優先的に、各磁石の長さ１１は、ストリップの幅１２よりも大きい。そのような配置は、冷却ロールへのストリップ引力の均一性を高めると思われる。

図４に示すように、Ｎ極は冷却システム６に面し、Ｓ極は内筒４に面している。磁石の高さは、北面５Ｎと南面５Ｓの間の距離として定義されることができる。

有利には、前記磁石は永久磁石である。永久磁石を使用すると、ワイヤや電流を必要とせずに磁場を生成できるため、冷却ロールの管理が容易になる。また、永久磁石は電磁石に比べて強い磁場を発生していると思われる。さらに、使用中の電磁石は、ロールと冷却剤を加熱する誘導電流を生成し、冷却効率を低下させると思われる。前記磁石は、例えばＮｄＦｅＢなどのネオジムベースの合金で製造することができる。

有利には、図５に示すように、前記冷却システム６は、冷却剤が流れることができる少なくとも２つの冷却チャネル１２を備える金属層で作られる。好ましくは、前記冷却システムは、中空の円筒形を有する。冷却剤は簡単かつ頻繁に更新でき、かつ単一の区画と比較して冷却剤温度が低くなるため、複数の冷却チャネルを使用することが望ましい。冷却システム６は、優先的に、冷却剤を含むフェルールである。冷却システムは、少なくとも、冷却される通過ストリップの全幅をカバーし、さらにより優先的にカバーする。これにより、幅ストリップに沿った冷却の均一性を高めることができる。

有利には、図５に示すように、前記冷却チャネル１２は、ロール回転軸１０に平行に配置される。明らかに、冷却チャネルのそのような配置は、チャネルの冷却長さを短くすることを可能にするので、チャネルの端の冷却剤温度は、冷却チャネルが屈曲している場合よりも低くなる。それは冷却剤効率を高める。

有利には、図６および図７に示すように、冷却システム６は、前記冷却チャネル１２に冷却剤１３を注入するための手段を備える。好ましくは、冷却剤１３を注入するための手段は、少なくともロール２の支持手段に接続されており、冷却剤は、冷却剤が少なくとも１つの支持手段２および冷却剤を注入するための手段１３によって冷却剤（図示せず）を冷却チャネル１２に連続的に冷却することを可能にするシステムから通過するように流れることができる。冷却システム６はまた、冷却剤を冷却チャネル１２からシステムに逆流させるための回収手段１４を備え、冷却剤を連続的に冷却することを可能にする。したがって、冷却剤は、好ましくは閉回路で流れる。

有利には、図６および図７に示すように、冷却剤を注入するための手段１３は、冷却チャネル１２の両側に交互に配置される。図８に示すように、冷却チャネル１２は、交互に、注入手段１３または回収手段１４に接続されている。この交互により、隣接するチャネルの冷却流の方向が反対になるため、冷却の均一性が向上する。

有利には、前記冷却システムは、前記複数の磁石を取り囲む。このような配置は、冷却の均一性と性能を向上させる。

有利には、図５に示すように、前記冷却チャネル内の冷却剤は、隣接する冷却チャネル内を反対方向に流れる。このような冷却方法は、ストリップ幅に沿ってより均一な冷却を可能にする。

図８に示すように、本発明はまた、本発明による設備において、前記ストリップの一部を少なくとも１つの冷却ロール１に磁気的に引き付け、前記ストリップ１５を少なくとも１つの冷却ロール１と接触させるステップを備える、連続的に移動するストリップ１５を冷却する方法に関する。

前述の機器と組み合わせたそのような方法は、既存の平坦性の欠陥を克服して、通過するストリップを強力かつ十分に引き付けることを可能にする。したがって、通過するストリップは、平坦性の欠陥や不均一な特性を発生させることなく冷却される。

有利には、少なくとも３本の冷却ロールが使用されており、前記ストリップは同時に少なくとも３本の冷却ロールと接触している。このような複数のロールの使用により、ストリップに沿った良好な冷却が可能になる。

有利には、冷却ロールと接触している前記ストリップは、０．３ｍ・ｓ^−１〜２０ｍ・ｓ^−１の間を具備する速度を有する。熱伝達係数が増加するため、ストリップが目的の温度を達成するためにロールに接触する時間が少なくて済み、したがって、より高いロール速度の回転で動作する可能性があると思われる。

以下の説明は、冷却ロールを使用してストリップを冷却するための異なる設備における本発明の２つの使用に関するものである。しかし、本発明は、例えば仕上げ、亜鉛メッキ、パッケージングまたはアニーリングラインで金属ストリップが冷却される全てのプロセスに適用可能である。

図９に示すように、コーティングラインにおいて、少なくとも冷却ロール１は、コーティング浴（図示せず）およびストリップ１５’の両側に空気を吹き付ける冷却器１６下流に配置されることができる。ストリップ速度、ストリップの入口温度Ｔ_Ｅと目標温度Ｔ_Ｔ、およびロール表面温度に応じて、複数の冷却ロール１が使用されることができる。この場合、ストリップは、最後の冷却ロールを出るときに、約２５０℃の入口温度から約１００℃の目標温度まで冷却される。図９に示すように、ロールとストリップの接触面積を最大化するために、ロールをストリップが接触する側にわずかにずらすことができる。

図１０に示すように、仕上げラインでは、少なくとも冷却ロール１を、周囲の空気と接触してストリップ１５’’を冷却する低速冷却ゾーン１７ステップ、および冷却器１６’がストリップの両側に空気を吹き付ける急速冷却ゾーン１８の下流で使用されることができる。通常、ストリップは約８００℃の温度で低速冷却ゾーン１９に入り、グレードに応じて、最初の冷却ロールに接触する直前の入口温度Ｔ_Ｅは４００℃〜７００℃であり、目標温度Ｔ_Ｔは約１００℃である。

実験結果
本発明の利点を評価し、それがストリップ幅に沿った温度差を減少させるか、または少なくとも増加させないことを示すために、いくつかの結果が示され、説明される。

実験結果は、次のロールとストリップを使用して得られた。

ロールの寸法と特性：
−内筒は長さ１４００ｍｍ、直径８００ｍｍの炭素鋼製。

−磁石はＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂで構成され、ロール回転軸に平行に配置され、高さ３０ｍｍ、幅３０ｍｍで、内筒の周囲と上に配置された２ｍｍのギャップで区切られている。

−冷却システムはステンレス鋼製である。冷却チャネルは、ロールの心棒と平行に配置されている。さらに、冷却剤は冷却チャネルの側面から冷却チャネルに流れる。前記冷却チャネルへの冷却剤の注入は、連続する冷却チャネルの反対側で行われ、隣接する冷却チャネルにおいて反対の冷却剤の流れ方向を有することを可能にする。

磁性層と冷却システムとの間のギャップの高さは１０ｍｍである。

ストリップ速度は０．３から２０ｍ・ｓ^−１まで変化させることができる。

ストリップの幅は１０９０ｍｍで、鋼製である。

実施例１
冷却ロール前よりも後の方が、温度が均一であることを確認するために、冷却ロールによる冷却前後のストリップ幅に沿った温度極値間の差を比較する。

ストリップ幅に沿った最も高温の点と最も低温の点の差が冷却ロールの前で２０℃であり、冷却ロールの後で１０℃である場合には、温度ギャップの差は１０℃である。ストリップ幅に沿った最も高温の点と最も低温の点の差がロール前に２０℃であり、ロール後に３０℃である場合には、温度ギャップの差は-１０℃になる。

これは、得られた温度ギャップ差が０よりも優れており、ストリップ幅に沿った温度均一性が向上していることを意味している。さらに、温度ギャップ差の値が高いほど、温度の均一性が向上する。

図１１のグラフを読むと、冷却後にストリップ幅に沿った温度の均一性が改善されることが明らかである。垂直軸では、温度ギャップ差の値が表され、それらはすべて０を超えており、大部分は４０℃を超えている。そのため、ほとんどの場合、ストリップ幅の最も高温の点と最も低温の点の間の温度差が少なくとも４０℃減少した。この結果は、最新技術の結果と比較して明らかな改善である。

実施例２
ストリップ幅に沿った温度均一性の改善を検証するために、図１２に示すように、様々な幅１１’に沿ったロール温度プロファイルを測定した。温度は、ストリップ幅１２’と接触する部分に沿って均一である。その結果、ストリップは幅方向に均一に冷却されるため、ストリップ幅の境界と中心は同じ温度になる。この結果は、本発明の期待される結果および、最新技術と比較した改善を明確に示している。

実施例３
ギャップ高さと磁石の幅の比率を評価するために、ロールの外面で磁石によって生成される引力がこの比率の関数として決定される。

図１３にプロットされたこのグラフから、最適な範囲は、
ギャップ高さ×１．１≦磁石幅≦ギャップ高さ×８．６
に従う比率であることが明らかであり、これは最大引力の約５０％に相当する。

Claims (14)

1. 心棒（２）およびスリーブ（３）を含む冷却ロール（１）であって、前記スリーブは、長さおよび直径を有し、内側から外側まで、
   −内筒（４）と、
   −内筒の長さの少なくとも一部に沿って配置された、前記内筒の周囲にある複数の磁石（５）であって、各磁石が幅、高さ、および長さによって規定される、複数の磁石（５）と、
   −前記複数の磁石（５）の少なくとも一部を取り囲む冷却システム（６）と、
   を備え、
   −前記冷却システムおよび前記複数の磁石は、高さによって規定されるギャップ（７）によって分離され、ギャップ高さは、磁石（５）と上記冷却システム（６）との間の最小距離であり、
   前記磁石（５）は、
   ギャップ高さ×１．１≦磁石幅≦ギャップ高さ×８．６
   が満たされるような幅を有する、冷却ロール（１）。
2. 前記磁石（５）は永久磁石である、請求項１に記載の機器。
3. 前記冷却システム（６）は、冷却剤が流れることができる少なくとも２つの冷却チャネル（１２）を備える金属部品で作られる、請求項１または２のいずれか一項に記載の機器。
4. 前記冷却チャネル（１２）は、冷却ロールの高さに平行に配置されている、請求項３に記載の機器。
5. 冷却システム（６）は、前記冷却チャネル（１２）に冷却剤を注入するための手段（１３）を含む、請求項３に記載の機器。
6. 冷却剤を注入するための前記手段（１３）は、冷却チャネル（１２）の両側に交互に配置されている、請求項５に記載の機器。
7. 前記磁石の幅は、以下の式、
   ギャップ高さ×１．４≦磁石幅≦ギャップ高さ×６．０
   を満たす、請求項１〜６のいずれか一項に記載の機器。
8. 前記磁石の幅は、以下の式、
   ギャップ高さ×１．６≦磁石幅≦ギャップ高さ×５．０
   を満たす、請求項７に記載の機器。
9. 前記複数の磁石は、内筒の全長に沿って配置されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の機器。
10. 前記冷却システム（６）は前記複数の磁石（５）を取り囲む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の機器。
11. 請求項１〜８に記載の設備において、連続的に移動する金属ストリップを冷却するための方法であって、
    −前記ストリップ（１５）の一部を少なくとも１つの冷却ロール（１）に磁気的に引き付け、前記ストリップ（１５）を少なくとも１つの冷却ロール（１）と接触させるステップを備える方法。
12. 少なくとも３本の冷却ロール（１）が使用され、前記ストリップ（１５’）は、少なくとも３本の冷却ロール（１）と同時に接触している、請求項１１に記載の方法。
13. 冷却ロールと接触している前記ストリップは、０．３ｍ・ｓ^−１〜２０ｍ・ｓ^−１の速度を有する、請求項１１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記冷却システム（６）は、冷却剤が流れることができる少なくとも２つの冷却チャネル（１２）を含む金属部品で作られ、前記冷却チャネル（１２）内の冷却剤は、隣接する冷却チャネル（１２）を反対方向に流れる、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。

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