JPH08283870A - クラウン可変ハースロールの冷却装置及び冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量コンパクトで保守整備性に優れかつクラ
ウン制御効果の大きいクラウン可変ハースロールの冷却
装置及びその冷却方法を提供する。 【構成】 連続焼鈍炉内のハースロールの内部を冷却し
てクラウンを制御する装置において、冷却媒体にミスト
を用い、片持ち構造によってハースロールの操作側から
挿入されたミストを噴射するノズルにてハースロール内
部を冷却し、クラウンを制御することを特徴とするクラ
ウン可変ハースロールの冷却装置及びその冷却方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はストリップ（板）の連続
焼鈍炉内のハースロールをロール内部から冷却すること
でハースロールのクラウンを制御するための冷却装置及
び冷却方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ストリップ（板）の連続焼鈍設備のよう
に長大なラインでは板を安定通板させるために、ハース
ロールには図１のようなテーパー形状等（クラウン）が
付与されている。クラウンのついたロールではテーパー
部分で板にセンタリング力が働く。このため板がウォー
ク（蛇行）して板の中心がハースロールの中心から外れ
た場合、板が片寄った側はハースロールのテーパー部と
の接触部が反対側より長くなるため、より大きなセンタ
リング力が発生し板は中央に戻り安定する。このセンタ
リング力は板幅が大きくテーパー角が大きい程大きい
が、このセンタリング力が板の剛性に対し大きすぎる場
合は、板の長手方向にしわが発生し、そのしわがハース
ロールに乗上げ挫屈するとヒートバックル（冷却帯で発
生する場合はクーリングバックル、以下ヒートバックル
で総称する）と呼ばれる品質欠陥を引起こす。

【０００３】ヒートバックルは単に品質上の問題ばかり
でなく、ヒートバックル部から板が破断しライン休止に
追込まれる場合もあるため、ヒートバックルの防止は操
業上の大きな課題となっている。このため、ハースロー
ルのクラウンはウォーク防止効果のヒートバックル発生
の危険性を十分考慮して決定しているが、これらは通板
する材料の板幅、炉温、板温、張力、速度、ハースロー
ルの表面性状、板の物性値（高温強度）により異なる。
また、通板中のハースロールには機械的に付与したイニ
シャルクラウンの他にサーマルクラウンが発生する。

【０００４】例えば、加熱帯の前段では炉温は高いが板
温は低い状態で板とハースロールが接触しているため、
ハースロール中心部は板に冷却され温度が低く、板道外
の部分は炉からの輻射で温度が高い状態になっている。
このため板道外の部分は熱膨張してロール径が大きくな
るため、図２に示すようにイニシャルクラウンが減少し
てしまう。この結果、板のセンタリング力が小さくなり
板がウォークし易くなる。この傾向は板幅が狭い程大き
い。また、冷却帯では炉温が低く板温が高い状態で板と
ハースロールが接触しているため、加熱帯とは逆に板道
部が膨張してイニシャルクラウンより大きなクラウンと
なり、板のバックリングが起こり易い。そのためハース
ロールクラウンはサーマルクラウンも考慮して十分検討
して決定しているが、全ての通板材料に対して安定通板
可能な最適クラウンを一義的に決定することはできな
い。

【０００５】そこで、通板中のサーマルクラウンを抑制
しハースロールのクラウンを制御する方法が発明されて
いる。特開昭６３−３８５３２号公報ではハースロール
の外部から温度調節された雰囲気ガスをハースロールに
噴射し、サーマルクラウンを抑制する方法が開示されて
いる。しかし、この方法は雰囲気ガスを循環使用するた
め熱交換器、ブロワー等を必要としランニングコストも
高いことから、特開平４−２０２７１６号公報ではハー
スロール内部からエアーを噴射してサーマルクラウンを
抑制する方法が開示されている。これにより、冷却媒体
にエアーを使用することでランニングコストを下げるこ
とが可能となった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハース
ロール内部をエアーで冷却する方法は、エアーを各ノズ
ルから均一に噴射するためにヘッダー管を持つ必要があ
り、また冷却効率を上げるためノズルはハースロール内
面に接近した位置に設置するため、冷却装置が大型化し
重くなるという問題を抱えている。特開平４−２０２７
１６号公報の例では、駆動側（ＤＳ）と操作側（ＷＳ）
の冷却ヘッダーには同じ配管でエアーが供給されている
ため、ＤＳ，ＷＳの独立制御はできず、板のオフセンタ
ー等に対処する場合の独立制御の要求に対処できない。
独立制御する場合、エアーの供給は２系統になるため、
益々、冷却装置の大型化、重量化が避けられない。冷却
装置の大型化、重量化はハースロールの軸径を大きく
し、炉殻の改造範囲が大きくなりコストが大きくなる。

【０００７】また、特開平４−２０２７１６号公報の例
にある冷却装置は、ハースロールに固定されハースロー
ルと一緒に回転するため慣性が大きくなり、駆動系の改
造も大がかりとなる。そのため、冷却装置はハースロー
ルとの一体構造ではなく、できればハースロールの系外
に固定された片持ち構造が好ましい。ところが冷却装置
が重量化すれば高温強度の問題から片持ち構造が困難に
なり、ハースロール内部のＤＳ側に軸受けを設け両持ち
構造にする必要が生じる。また、片持ち構造であっても
ノズルがハースロール内面に接近した配置ではハースロ
ールから冷却装置を抜き取ることも困難であり、冷却装
置の保守点検整備も容易でなくなる。このようにハース
ロールの内部エアー冷却はランニングコストに優れる反
面、冷却装置の大型化、重量化の問題があり保守整備の
面から改善が求められている。

【０００８】本発明はかかる従来の課題に鑑みハースロ
ールの内部冷却によりクラウンを制御する方法におい
て、軽量コンパクトで保守整備性に優れかつクラウン制
御効果の大きい冷却装置及びその冷却方法を提供するも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の通り
である。 （１）連続焼鈍炉内のハースロールの内部を冷却してク
ラウンを制御するクラウン可変ハースロールの冷却装置
において、ハースロールの操作側から挿入された片持ち
構造の配管と、該配管の先端に配設されたミスト噴射用
ノズルとを有することを特徴とするクラウン可変ハース
ロールの冷却装置。 （２）前記ミスト噴射用ノズルに二流体ノズルを用いる
ことを特徴とする（１）記載のクラウン可変ハースロー
ルの冷却装置。 （３）連続焼鈍炉内のハースロールの内部を冷却してク
ラウンを制御するクラウン可変ハースロールの冷却方法
において、冷却媒体にミストを用い、片持ち構造によっ
てハースロールの操作側から挿入されたミスト噴射用ノ
ズルにてハースロール内部を冷却し、クラウンを制御す
ることを特徴とするクラウン可変ハースロールの冷却方
法。 （４）前記ミストの粒径のザウター平均値が２０〜６０
μｍであることを特徴とする（３）記載のクラウン可変
ハースロールの冷却方法。 （５）前記ミストを発生させる水にイオン交換水を使用
することを特徴とする（３）または（４）記載のクラウ
ン可変ハースロールの冷却方法。 （６）ライン運転休止の状態から所定の温度に炉温を昇
温する際は、前記ハースロールの温度が通常焼鈍時にハ
ースロールと接触している板の温度と同じになった時点
でハースロール内部に冷却によるクラウン制御を開始
し、またライン運転状態からライン休止状態に炉温を下
げる場合は、炉温が通常焼鈍時に前記ハースロールに接
触している板の温度と同じ温度まで冷えた時点でハース
ロール内部の冷却を止めることを特徴とする（３）〜
（５）のいずれか１項に記載のクラウン可変ハースロー
ルの冷却方法。

【００１０】

【作用】請求項１または３記載の発明では、媒体にミス
トを用い、片持ち構造によってハースロールの操作側か
ら挿入されたノズルよりミストを噴射するものである。
ハースロールの内部冷却によるクラウン制御技術のメリ
ットは、炉内雰囲気に影響がないため自由に冷却媒体を
選択できることにある。そこで、本発明者らは、冷却媒
体に冷却能の大きいミストを使用することで、冷却装置
をコンパクト化できることに着眼してクラウン制御のテ
ストを行った。

【００１１】クラウン制御に必要な冷却装置の熱伝達係
数αは、ハースロール内部の円周方向を全て冷却する場
合、数十Ｗ／ｍ² Ｋが必要になる。本発明者らの知見で
は、ハースロール１本当たり数百Nm³ ／ｈのエアーが必
要となるのに対し、ミスト冷却の場合に必要な水量は、
ハースロール１本当たり数十dm³ ／ｈで十分である。ま
た、冷却範囲が幅方向で数百mmであれば、ミストノズル
はＷＳ，ＤＳに各１個で十分に冷却範囲をカバーするこ
とができ、エアー冷却の場合のような大型ヘッダーに沢
山のノズルをつけた冷却装置は不要となる。

【００１２】また、ミスト冷却ではミストを下向きに噴
射すれば、ノズルとハースロール内面を接近させる必要
もなく、ハースロールの軸中心部付近に設置することが
できる。配管径も小さくてよく、ロール軸中心部に軽量
コンパクトな冷却装置を設置することになるので、冷却
装置はＷＳからの片持ちタイプとすることが可能であ
る。

【００１３】請求項２または４記載の発明では、ミスト
ノズルに二流体ノズル（エアーと水をノズルでミックス
するタイプ）を使用する。これにより、エアー、水の圧
力をそれぞれ独立に制御することができ、ミストの水量
とミスト粒径を独立に制御することが可能となる。ハー
スロールのサーマルクラウン抑制のためには、板道外の
ハースロール温度を板温近くに制御する必要がある。通
常、ウォークの最も起こり易い加熱帯の前段のハースロ
ールのクラウンを制御する場合は、板温が１２０〜３０
０℃程度であるため、ハースロールの板道外の温度もそ
の程度に制御する。その場合、ミスト冷却の粒径が冷却
の制御性と大きなかかわりを持つ。

【００１４】一般に、水による鋼材の冷却では、高温領
域で膜沸騰による熱伝達となり、低温で核沸騰による熱
伝達となる。その遷移領域は２５０℃付近である。本発
明者等も、ミスト冷却のテスト時に、ハースロールの温
度が２５０℃以下で遷移領域に入りミストによる温度制
御が困難となる現象を確認している。ところが、この遷
移現象はミストの粒径を制御することで防止することが
でき、２５０℃以下の温度範囲でもミストの粒径によっ
ては沸騰状態が変化せず安定して冷却が可能であること
を見いだした。ミスト粒径が大きい場合は、高温の鋼材
にミストが衝突した際に発生する蒸気膜が温度の低下と
ともに薄くなり、鋼材温度が２５０℃以下程度になると
ミストの衝突で発生している蒸気膜が破壊され、核沸騰
状態に遷移するが、ミスト粒径がある程度小さいと衝突
力が小さいため蒸気膜が破壊されず、核沸騰状態への遷
移が起こらないため安定した温度制御が可能となるので
ある。ところが、ミスト粒径が小さすぎると衝突したミ
ストが破壊されずに外部に弾き飛ばされたり、また、排
ガスに押し流されたりしてハースロール内面の冷却能力
が得られない。

【００１５】そこで、本発明者等は二流体ノズルのエア
ー及び水の圧力を調整しながらハースロールの内部冷却
テストを粘強く実施した結果、ミスト粒径のザウター平
均値が２０μｍ未満では十分な冷却能力が得られず、ま
た６０μｍ超ではハースロール温度が２５０℃以下で熱
伝達の遷移現象のため安定的な制御が得られないことを
確認した。

【００１６】その結果、本発明のミスト粒径のザウター
平均値を２０μｍ〜６０μｍと決定した。エアー、水の
圧力操作範囲、冷却の安定性を考慮すればミスト粒径の
ザウター平均値を４０μｍ程度とすることがより好まし
い。

【００１７】請求項５記載の発明では、ミスト発生に使
用する水をイオン交換水とする。ミスト粒径を２０μｍ
〜６０μｍとするためのノズルは、内部流路も狭く目詰
まりを起こし易い。また、冷却するハースロールは少な
くとも１２０℃以上となっているため、水の中の硬度分
が晶出し易い。特に、ハースロール内面は水分が蒸発す
るため硬度分が濃縮されてスケールとなって固着し易
い。ハースロール内面にスケールが固着すると、ハース
ロールとミストとの熱伝達状況が変化しクラウン制御の
効率が悪化する。この硬度分は、物理的なフィルターで
は濾し取れないためイオン交換水とする。連続焼鈍設備
は入側の電気清浄部のリンスにイオン交換水を使用する
場合が多く、そこからイオン交換水の供給を受け、また
ハースロール冷却後の蒸気ドレンを電気清浄部に戻すよ
うにすればコスト低減も可能である。

【００１８】請求項６記載の発明では、ハースロールの
クラウンを制御する場合、ライン運転休止の状態から所
定の温度に炉温を昇温する際は、前記ハースロールの温
度が通常焼鈍時にハースロールと接触している板の温度
と同じになった時点でハースロール内部の冷却を行いク
ラウン制御を開始し、また、ライン運転状態からライン
休止状態に炉温を下げる場合は、炉温が通常焼鈍時に前
記ハースロールに接触している板の温度と同じ温度まで
冷えた時点でハースロール内部に冷却を止める。ハース
ロールのクラウン制御を実施しない場合、加熱帯の前段
では板温とハースロール付近の炉温の差はロール室化さ
れていても最高５００℃にもなり、ハースロールの軸方
向温度もそれと同じ程度の分布を持つことになる。この
ことは、ハースロール板道の境界付近に大きな熱応力が
かかることを意味する。ハースロールクラウン制御によ
りハースロールの温度が常に板温程度に維持されるた
め、その結果、熱応力も緩和されることになる。そのた
め、ラインの立上げ時は、ハースロール温が通常焼鈍時
の当該ロールでの板温と同じになった時点で冷却を開始
し、逆に、ライン立下げ時は、ハースロール温が通常焼
鈍時に当該ロールでの板温と炉温が同じになった時点で
冷却を中止すれば、ハースロールに余分な熱負荷をかけ
ることもなく、また、ライン稼働直後からクラウン制御
の恩恵に与かることになり、操業上、品質上、ハースロ
ールの寿命上好ましい。また、冷却によるハースロール
クラウン制御は時定数が数十分と大きいことも考慮に入
れて、制御のタイミングを決定する必要がある。

【００１９】

【実施例】以下に図に基づきこの発明を連続焼鈍炉の加
熱帯前段に適用した代表的な実施例について説明する。
図３において１は炉殻、２はハースロールを表す。ハー
スロール２はＷＳの軸部が開口しており、そこから片持
ち式の内部冷却装置が挿入されている。内部冷却装置は
ＷＳ，ＤＳに２流体ノズル３が各１個と各ノズルにエア
ーと水を供給する配管４，５が接続されている。配管
４，５には圧力調整用に減圧弁６と流調弁７、圧力計８
及び流量確認用の流量計９が接続されている。実施例で
は配管は固定式であるが、ノズル位置を変更するために
配管を軸方向にスライドする機構をつけることも可能で
ある。配管５に供給する水はイオン交換水であり、配管
４のエアーは工場エアーである。炉には遮蔽板１０が取
り付けられており、ハースロールはラジアントチューブ
からの直接の輻射を遮られている。１１は炉温計、１２
はハースロール温度測定用の放射温度計である。

【００２０】定期修繕後のライン立上げ時にハースロー
ル内部冷却装置を使用した。本発明のハースロールは加
熱帯の上段の３番目のロールに使用した。ここは、炉温
は高いが板温が低く、ハースロール板道外のサーマルク
ラウンが大きく発達してウォークが起こり易い場所であ
る。通常操業時は当該ハースロール付近で炉温７５０
℃、板温１５０℃である。板幅が狭い場合は特にウォー
クし易くラインスピードは１５０ｍ/min程度である。ラ
イン立上げ時にハースロール温度が１１５０℃に達した
後、ミスト冷却を開始した。エアーと水の圧力を調整
し、所定の水量及びミストの粒径のザウター平均値を約
４０μｍに調整した。その後、昇温が完了し通常運転に
入った。ここではハースロールの温度測定に放射温度計
１２を用いたが、ハースロールに埋めた熱電対等を利用
しても良いし排ガス温度、板温から解析的に求めても良
い。ハースロールが軸方向に長く、小径である場合はノ
ズル３の数を増やす場合も考えられるが通常は１個ずつ
で十分である。

【００２１】ライン立上げ後からＩＴＶ（工業用テレビ
ジョン）にて加熱帯内部の状況を観察していたが、ウォ
ークもヒートバックルも発生せず安定通板していたので
徐々にラインスピードを上げた。板幅８００mm以下の材
料についてもウォークは観察されず、ハースロールクラ
ウン制御なしではラインスピードが１５０ｍ/min程度で
あるが、本発明により３００ｍ/minでも安定に通板でき
ることが観察された。ハースロールの温度計の記録から
もハースロールの急激な温度変化はなく、ミストの沸騰
状態の遷移による制御不良は観察されていない。このハ
ースロールのクラウン制御テストを何回か行った後冷却
装置を引き抜いてハースロールの内面を観察したが、特
にスケールの固着は見られなかった。また、冷却装置が
軽量コンパクトであるので容易にハースロールの外部に
引き抜くことができノイズの点検・メンテ・交換が容易
にでき整備性にも問題はない。

【００２２】

【発明の効果】本発明によりハースロールの内部冷却に
よりクラウンを制御する方法において、軽量コンパクト
で保守整備性に優れかつクラウン制御効果の大きい冷却
装置及びその冷却方法が確立された。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のテーパー付きハースロールの正面図。

【図２】サーマルクラウンの発生状況図。

【図３】加熱帯の断面図。

【符号の説明】

１ 炉殻 ２ ハースロール ３ ミストノズル（二流体タイプ） ４ エアー配管 ５ 水配管（水はイオン交換水） ６ 減圧弁 ７ 流調弁 ８ 圧力計 ９ 流量計 １０ 遮蔽板 １１ 炉温計 １２ ハースロール温度計 １３ モーター １４ 軸受け １５ サポート １６ ストリップ

フロントページの続き (72)発明者 田宮 勉 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続焼鈍炉内のハースロールの内部を冷
   却してクラウンを制御するクラウン可変ハースロールの
   冷却装置において、ハースロールの操作側から挿入され
   た片持ち構造の配管と、該配管の先端に配設されたミス
   ト噴射用ノズルとを有することを特徴とするクラウン可
   変ハースロールの冷却装置。
2. 【請求項２】 前記ミスト噴射用ノズルに二流体ノズル
   を用いることを特徴とする請求項１記載のクラウン可変
   ハースロールの冷却装置。
3. 【請求項３】 連続焼鈍炉内のハースロールの内部を冷
   却してクラウンを制御するクラウン可変ハースロールの
   冷却方法において、冷却媒体にミストを用い、片持ち構
   造によってハースロールの操作側から挿入されたミスト
   噴射用ノズルにてハースロール内部を冷却し、クラウン
   を制御することを特徴とするクラウン可変ハースロール
   の冷却方法。
4. 【請求項４】 前記ミストの粒径のザウター平均値が２
   ０〜６０μｍであることを特徴とする請求項３記載のク
   ラウン可変ハースロールの冷却方法。
5. 【請求項５】 前記ミストを発生させる水にイオン交換
   水を使用することを特徴とする請求項３または４記載の
   クラウン可変ハースロールの冷却方法。
6. 【請求項６】 ライン運転休止の状態から所定の温度に
   炉温を昇温する際は、前記ハースロールの温度が通常焼
   鈍時にハースロールと接触している板の温度と同じにな
   った時点でハースロール内部に冷却によるクラウン制御
   を開始し、またライン運転状態からライン休止状態に炉
   温を下げる場合は、炉温が通常焼鈍時に前記ハースロー
   ルに接触している板の温度と同じ温度まで冷えた時点で
   ハースロール内部の冷却を止めることを特徴とする請求
   項３〜５のいずれか１項に記載のクラウン可変ハースロ
   ールの冷却方法。