JPH03142009A - 熱間圧延用ロール冷却装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、走行する熱間鋼板を圧延する圧延ロールの表
面を冷却する装置に関するものである。

（従来の技術） 熱間圧延時においては、高温の被圧延鋼材（８００°Ｃ
以上）から圧延ロールへ大量の熱が伝達され、さらに被
圧延鋼材の加工熱及び摩擦熱が発生するため、圧延ロー
ルの外表面は周期的に非常に高温となる。そして高温高
荷重の熱疲労によるロールの肌荒れやロールクラウン量
の異常が生じ、その結果鋼板表面には傷が発生したり、
平坦不良が生じたりして生産性低下の原因となっている
。

さらにロール交換及び手入れを頻繁に行う必要が゛生じ
ロール原単位が高くなるなどの問題点が有る。

ところで、従来圧延ロールの冷却は、第７図に示すよう
にロール１の外表面に直接スプレーノズル２より冷却水
を噴出させて冷却していた。

ところがこの方法では冷却面積が小さい上に冷却水の衝
突圧が小さいため、冷却能力が小さく、ロール表面温度
の低下効果は小さかった。又単に噴出圧力を大きくして
も、ロール表面で冷却水が反射するため、冷却面積が大
きくならず、冷却能力の向上は図れなかった。

そこで近年では、 ■　第８図に示すように冷却面積を拡大するためロール
１の外表面に沿って冷却水ジャケット３を設け、この冷
却水ジャケット３内に冷却水を供給及び排出するもの（
実開昭６１−１１１６０２号公報）、 ■　また噴出圧を１０ｋｇ／ａｆｌ〜２０ｋｇ／ｃ４と
高圧にすると共に、水量密度を４〜１０ｒｌ（７ｍ２・
１ｌｌｉｎとし、冷却能を大きくした冷却方法（特公昭
６０−１８４９０号公報）、 ■　また冷却開始点をロールバイト出口から５０″以内
とし、かつロール外表面への噴出圧を３ｋｇ／ｃｉ以上
とし、平均水量密度を２〜５ボ／ボ・ｍｉｎとした冷却
方法（特公昭６１−２１７２５号公報）、 などが考えられている。

これらの発明（考案）は、冷却面積を大きくし、かつ冷
却能力を大きくするために考えられている。

（発明が解決しようとする課題） ところが上記した従来の冷却装置（方法）では以下の様
な問題点があった。

■　単に冷却面積を大きくするために水冷ジャケットに
給水し、排水するだけでは、冷却能が向上しない。すな
わち、ロール外表面に蒸気膜が生成して冷却水がロール
外表面に接触せず、抜熱が不十分となるからであった。

従って、ロール外表面と冷却水ジャケットの間の冷却水
通路内に邪魔板を設は強制的に撹拌しても同様に冷却能
不足であった。

■　ジャケット内に設けられた多数のノズルからの噴出
圧力を増加させると冷却能は大きくなるが、ポンプや配
管などの設備費が大きくなるばかりでなく、ポンプ動力
費も増加し不利であった。

■　冷却開始点をロールバイト出口に近づける事はロー
ルへの熱疲労を小さくするためには有効であるが、特公
昭６１−２１７２５号公報に記載の発明の場合の様に冷
却水を排出する排出孔を設けないと、冷却水がロール外
表面と冷却水ヘラグーの間でよどみ、ノズルから噴出さ
れた新しい冷却水がロール外表面に衝突する圧力が小さ
くなって冷却能が大きくならなかった。またこの場合、
水切り効果が悪く、たれ水となって圧延後の鋼材に落下
するため温度ムラや不均一スケールが発生し、品質不良
の原因となる事があった。

本発明はかかる問題点を解消するためになされたもので
あり、冷却能力の向上、均一冷却性の向上、水切り性向
上を図ると共に、ロール外表面の肌荒れ防止を図り、ロ
ール原単位を低下させ及びそれに起因する諸問題を解決
できる冷却装置を提供することを目的とするものである
。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記諸問題について鋭意研究・実験を重
ねた結果、以下の知見を得、本発明を成立させた。

■　ノズルより噴出された冷却水はロール外表面に衝突
し抜熱を行う。この際ロール外表面、高温の鋼材表面に
発生する水蒸気膜や、冷却水の水膜を貫通するべく衝突
速度を上げるためには、噴射距離Ｘを小さくし、ノズル
出口圧力を太きくしなければならない。

■　衝突速度Ｕは、ノズル出口圧力Ｐ、噴射距離Ｘ、及
びノズルオリフィス径ｄを用いて下記式％式％ ： ■　現在一般に使用されているノズルは、水量密度Ｗ　
＝５０００〜１００００（ｆ　／　ｒｒｆ−ｗｉｎ　）
　、噴出圧Ｐ＝８〜１０　（ｋｇｆ／ｃｆｌｌ）　、噴
射距離Ｘ＝１６０〜２５０間、オリフィス径ｄ：３〜８
０である。

これを基準として、冷却能を上げるためには、オリフィ
ス径ｄは大きく、噴射距離Ｘは小さく、噴出圧Ｐは大き
くすればよい。

■　まず各ノズルのオリフィス径ｄを大きくすると、同
じ圧力のままでは、ノズル１個当たりの冷却水流量が大
きくなる。そのため、基準通りの水量密度Ｗを得るため
には、ノズル個数（ノズル配置密度）を小さくしなけれ
ばならない。

すると、ロール幅方向において、ノズル直下で急冷され
る部分と、ノズル間で弱冷される部分ができ、不均一冷
却となってロールのひずみが大きくなり、ロールクラウ
ンが変形し、製品の平坦不良が発生しやすくなるばかり
でなく、ノズル直下の冷却能は大きくなるがノズル間で
は、大きくならず、ロール全表面の冷却能の向上はあま
り望めない。

■　次に、噴射距離Ｘを小さくすると、当然冷却水の衝
突速度が向上し、冷却能は大きくなる。

しかし噴射距離Ｘが７０ｍ以下になると（現状ノズルは
、噴射角が３０°、ノズルピッチは５０皿である。）、
第５図に示すように直接冷却水が衝突する部分と衝突し
ないで回りから流入する冷却水で冷やされる部分とがで
きる（上記■と同じ）。

すなわち、噴射距離Ｘを小さくすると冷却能は良くなる
が、ノズルピッチ、ノズル噴射角を考慮しないで、ある
距離以下にするとノズル間の弱冷却部が発生し冷却ムラ
になる。

さらに、回転するロールには、必ず偏心があり、ある一
定距離（１０〜２０ａｎ以下）には近づけない。

また、冷却ノズル（ヘッダー）を単にロールへ近づけて
行くと、排水機構がない場合、ロール外表面に水膜が形
成され、その水膜がある厚さ以上になると、冷却水がそ
の水膜を貫通してロール外表面に衝突できなくなり冷却
能が低下する。

第６図に示すように本発明者らは、水量密度Ｗ−５００
０（１，／　Ｉ　・ｌｌｌ１ｎ）において噴射距離Ｘと
水膜厚さｈを変化させて冷却実験を行った結果、水膜厚
さｈが５０鵬以下ではそれほど熱伝達率αは低下しない
が、５０ｕ＋ｍをこえると熱伝達率αは大きく低下し、
特に高温時（Ｔｓ　＝４００〜６００’Ｃ）及び噴射距
離Ｘが８０ｍｍと大きい時程熱伝達率αの低下は大きく
なる事を見出した。

従って、噴射距離Ｘを小さくすなわちロール外表面に近
づけたり、水量密度Ｗを大きくしたりして、冷却能を大
きくする場合、ロール外表面の冷却表面に形成される水
膜厚さを５０ｍｍ以下にするべく、排水機構（排水孔）
を設ける事が、重要である事実を知見した。

■　最後に、ノズル噴出圧Ｐを大きくすることにより冷
却水衝突速度が大きくなり、冷却能力が向上できる。

しかし、ノズルオリフィス径ｄが一定の時、ノズル噴出
圧Ｐを大きくすると冷却水量が多くなり、前述のように
排水孔がない場合、水膜厚さ、ｈが大きくなり、上述の
ように水膜厚さｈが５０ｍｍを越えると、冷却能は大幅
に低下した。従って、ノズル噴出圧Ｐを大きくする場合
も必ず排水機構を設けて水膜厚さｈを５０ｍｍ以下にす
る事が必要である。

■　また、ロール全体の冷却能を向上させる別の手段と
して冷却面積を大きくする事が考えられるが、この場合
も同様に、冷却ヘングーを大きく広くし、冷却面積を大
きく（例えばロール全外表面積の５０％以上）とした時
も、冷却水が外に自然に流出しにくくなるためロールと
冷却ヘッダーの間に水が溜まりやすくなり水腹厚さｈが
増大する。

従ってやはり、冷却ヘングー内に排水機構が必要となる
。

■　以上の知見に基づき本発明者らは、冷却装置内に排
水機構を有し、かつ噴射距離Ｘ（ｍｍ）。

ノズル噴出圧Ｐ　（ｋｇｆ／ｃ１ｉ）　、ノズルオリフ
ィス径ｄ（ｍｍ）の関係を適正に保つ事により、効率よ
くロールの均一強冷却を行える以下の装置を発明した。

すなわち本発明に係る熱間圧延用ロール冷却装置は、冷
却水を用いて熱間圧延ロールを冷却する装置であって、
ロール外表面に相対する冷却面に多数の冷却水の噴射ノ
ズルと冷却水の排出孔を設け、冷却水噴射距離Ｘ（ｍｎ
＋）とノズルオリフィス径ｄ（ｓ）とノズル噴出圧力Ｐ
（ｋｇｆ／ｄ　）との間に下記式を満たす関係を持たせ
た事を要旨とするものである。

（Ｘ／ｄ）＜１１ｒ丁− （ＭＷＪノズルを用いた場合） （Ｘ／ｄ）＜８ｒ （フルコーンノズルを用いた場合） （作　　用） 本発明は上記したような構成であり、 ■　本発明者らが以前実願昭６３−３２１１６号明細書
及びその第３図で提案した強冷却可能なノズル（以下ｒ
ＭＷＪノズル」という）を用いた冷却装置を用い、水量
密度Ｗ　＝　５０００〜１００００Ｒ／ｒｒｆ・ｗｉｎ
分の時、試行錯誤しながら、ノズルオリフィス径ｄ（ｍ
ｍ）、噴射距離Ｘ（ａａ）、噴射圧力Ｐ　（ｋｇｆ／ｃ
ｆｆｌ）の関係を調査した結果、以下の式を満足する場
合、５０ｍｍ以下の水膜及び蒸気膜を貫通し、現状並以
上の均一強冷却が可能であった。

（Ｘ／ｄ）＜１１ｒ ■　また一般のフルコーンノズル（充円錐ノズル）を用
いた場合、（Ｘ／ｄ）＜８「Ｔ程度にする事が必要であ
った。

■　さらに、噴射距離Ｘを５０ｍｍ以下（５０〜３０Ｉ
ｎＩ１１）とし、噴射圧力Ｐを３．０ｋｇ／ｄ未満（２
，５〜２．９）にし、水量密度を５０００（ｆ／ｒｒｆ
・ｒｓｉｎ）以上にし、排水機構を設ける事で、低コス
トで均一強冷却が可能であった。

（実　施　例） 以下本発明を第１図及び第２図に示す実施例に基づいて
説明する。

４は本発明に係る熱間圧延用ロールの冷却装置であり、
ロール１によって圧延される鋼材５とバックアップロー
ル間におけるロール１の外表面部に配設される。そして
、この冷却装置４はロール１の外表面と相対する冷却面
に多数のノズル６が、例えば千鳥状に配列配置され、こ
れらノズル６からロール１に向かって噴射される冷却水
の噴射距離Ｘば前記関係式を満たすように設定されてい
る。

また、前記冷却面の適所には冷却水の排出孔７が設けら
れ、冷却後の冷却水を強制的に排出するように威されて
いる。

８は冷却装置１の冷却面上下部に設けられた水切り装置
であり、ロール１の外表面に付着した冷却水や冷却面か
らたれ落ちる冷却水を水切りするもので、例えば第１図
に示すようなゴム板からなる水切り板や、第２図に示す
ような小型の水切りロール８が採用される。

ところで、本発明冷却装置４に多数配設されるノズル６
としてはフルコーンノズル等の適宜のノズルを採用すれ
ばよいのであるが、本出願人が実願昭６３−３２１１６
号明細書及びその第３図において提案したＭＷＪノズル
を採用すれば同一噴射距離、同一水量密度においてより
大きな冷却能が得られた。

本発明冷却装置４は上記したような構成であり、ロール
ｌは鋼材５の圧延直後にノズル６から噴射された冷却水
によって急冷されることになる。このとき本発明冷却装
置ではロールｌと冷却面間に冷却水が充満しても、前記
関係式を満足するように各条件を設定しているために、
平均冷却水量密度が大き゛く、すな゛わち冷却水運動量
が大きいため、水膜を貫通し、大きな冷却能が得られる
。さらに冷却後の冷却水を強制的に排出しているため、
ロール外表面と冷却面間に水が充満して冷却面が膨くれ
たり、噴射距離が大きくなって冷却ムラが発生すること
もない。

すなわち、本発明冷却装置４では、冷却水を強制的に噴
出させ、そして排出させることでノズル直下の冷却水衝
突点以外の場所でも冷却水の流れが乱流状態となり、浸
漬強撹拌状態となって冷却能力が大幅に向上する。

特に以上の相乗効果のため、噴射距離を５０ａｍ以下と
すれば冷却水噴出圧力が３　ｋｇ／ｃｒＡ未満で、ロー
ル１の水量密度が１．０〜１０．０ボ／ｍ１ｎ−ボの範
囲内で大幅な冷却能力の向上が図れる。

ちなみに第７図に示す従来の冷却装置を用いた場合には
第４図に示すようにロールの外表面はバイト部において
５００°Ｃ以上の高温になっていた。

これに対しＭＷＪノズルを用いた第１図に示す本発明装
置を用いてロールの冷却を行った場合には、第３図に示
すように、ロール外表面のピーク温度は、本発明冷却装
置を１基のみ使用してロール外表面の３５％をカバーし
、冷却水量を５０％に低減しても（６０００１／　ｒｒ
ｒ　］ｆｎ）、５００°Ｃから４３０°Ｃへと大幅に低
下させることができた。そしてその結果ロール原単位は
２０％以上低下可能となった。

さらに、冷却水量の節約及びポンプ動力の低減が図れた
。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に係る冷却装置を採用する
ことにより、ロールの強冷却、均一冷却が可能になって
ロール外表面の肌荒れが防止でき、その結果ロール原単
位の低下が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明装置の実施例を示す図面で、
第１図（イ）は第１実施例の正面図、（ロ）はその冷却
面を示す図面、第２図は第２実施例の正面図、第３図は
本発明装置を使用した場合の水量密度とロール表面ピー
ク温度の関係図、第４図は従来装置を使用した場合のロ
ール表面及び表面から１０ｎｍ内部の圧延や温度変化図
、第５図はノズルピッチと噴射距離の説明図、第６図は
水膜厚さと冷却能の関係図、第７図及び第８図は従来装
置の説明図である。 ｌはロール、４は冷却装置、５は鋼材、６はノズル、７
は排出孔。 Ｍ１層 第２図 第３図 ロールωに角友（４ン 第５図 第７図 第６図 を 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷却水を用いて熱間圧延ロールを冷却する装置で
   あって、ロール外表面に相対する冷却面に多数の冷却水
   の噴射ノズルと冷却水の排出孔を設け、冷却水噴射距離
   Ｘ（ｍｍ）とノズルオリフィス径ｄ（ｍｍ）とノズル噴
   出圧力Ｐ（ｋｇｆ／ｃｍ＾２）との間に下記式を満たす
   関係を持たせた事を特徴とする熱間圧延用ロール冷却装
   置。 （Ｘ／ｄ）＜１１√Ｐ （ＭＷＪノズルを用いた場合） （Ｘ／ｄ）＜８√Ｐ （フルコーンノズルを用いた場合）