JPS5811744A - 連続焼鈍炉に於ける鋼帯均一冷却方法 - 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】 却方法に関するものである。

連続焼鈍炉に於て高温状態から銅帯を冷却する方法とし
て、従来一般に、■銅帯に雰囲気ガスを吹付１て冷却す
る方法，■銅帯を水中に浸漬して冷却する方法、■銅帯
に気水を空中でスプレーして冷却する方法、■内部を水
冷したロールに銅帯を接触させて冷却する方法などが知
られている．しかし、これらの従来の冷却方法はそれぞ
れ不利、欠点があっていまだ効果的な銅帯冷却方法とは
いえなかった。

すなわち、■のガス吹付は方法は冷却速度が遅くせいぜ
い４０℃／　Ｓｅｃが限度である。そのため再結晶温度
以上から銅帯を冷却する際、軟質材を製造する場合に必
要な固溶炭素析出促進力が不足し、また、高張力鋼板を
製造する際、（α十γ）相からの冷却に於てマルテンサ
イトの析出を期待するには冷却速度に限界がある。さら
にこの方法は多量のガス循環と冷却を必要とするため設
備コストおよ°びランニングコストが高くなる不利を避
ゆられない。

これに対し、■の鋼帯を水中浸漬してスプレー冷却する
方法社冷却速度が早いため■のガス冷却方法の離点を解
決することは可能である。しかし、この方法は冷却終点
が水成すなわち供給冷却水の温度まで下るので、過時効
処理に移る前に銅帯を再加熱する必要が生ずるという欠
点がある。

また、■の気水空中スプレー法は■の水中浸漬法の欠点
を避けることは可能であるが、銅帯表面の蒸気膜形成が
銅帯幅方向両端と中央部で一様でなく両端の蒸気膜が急
速に消滅しやすいため、この蒸気膜の不均一性により銅
帯温度の不均一化が生じ、鋼帯形状を悪くするという大
きな欠点がある。

献後の■の水冷ロール方法は、銅帯が内部を水で冷却さ
れているロールに巻きついて接触することで冷却される
固体と固体間の伝熱伝導であり、前記■、■および■の
各方法の難点や欠点を大幅に改壱できるメリット社ある
。しかし、反面に於て、さきの伝熱メカニズムの特性か
ら、原板鋼帯形状が悪く均一にロールと接触しない場合
には、その部分の冷却が促進されず銅帯幅方向温度の不
均一が生じる。また、銅帯とロール間の伝熱伝導といえ
ども厳密には銅帯とロール間に気体膜が存在し、これが
伝導率を低下させ総括熱伝達率向上の阻害要因となる丸
め、冷却速度が不足するという問題が残る。

本発明は前記した従来の冷却方法の不利、欠点を解消す
るために研究と実験を重ねて創案されたもので、その目
的とするところは、連続焼鈍炉（後面に連続メッキ炉が
続く場合を含む以下同じ）で加熱焼鈍され九銅帯を所定
の温度まで冷却する際に、原板形状が悪くても銅帯幅方
向で均一にかつ効率よく冷却することができ、またかか
る銅帯幅方向の冷却温度均一性の改善により冷却後の形
状のよい銅帯管製造することができるこの種冷却方法を
提供することＫある。

上記目的を達成するため本発明は、連続焼鈍炉で銅帯を
焼鈍し冷却するにあたり、単に冷却ロールに銅帯を接触
させて冷却するだけでなく、これと併行して冷却ロール
と銅帯との接触面に液状冷却媒体を施し、冷却ロール外
周面を液膜で覆うことにより熱伝導を高め総括熱伝達効
率を向上させるようにしたものである。

以下本発明を従来法のうちもつとも良好とされている水
冷ロール方法と比較しつつ詳細に説明する。

従来の内部水冷ロールによる冷却伝熱のメカニズムを解
析すると、第１図および第２図のように、まず冷却水３
がロールシェル内部に熱を伝え、ロールシェル部を伝熱
し、ロールシェル２と銅帯４間のガス５を伝熱し、最後
に鋼帯４を伝熱する構成となる。このときの全総括熱伝
達係数Ｕｏｔｉ下記（１）式で定まる。

Ｕｗ　＝冷却水とロールシェル内部間の熱伝達率’Ｒｏ
ｌｌ＝シェル部熱伝導率 ａｇａｓ　”ガス部熱伝導率 δＳ＝ストリップ部熱伝熱伝 導率（−ロールシェル厚 Ａｒ＝銅帯とロール間クリアランス ｄｓ＝銅帯厚み しかして、板幅方向の冷却不均一性を考える場合、実験
結果から（１）式において板幅方向でいことがわかった
。従って問題は銅帯とロール間クリアランスＡｒの４１
［＠方向不拘−性であり、たとえば第２図のととく水冷
ロール１に接触する鋼帯４が板一方向中央部に中伸状ポ
ケット６を有していた場合には、前記クリアランスＡｒ
がこの中伸状ポケットの部分だけ大きくなり、これによ
り熱の移動が低下し冷却しにくくなる。

本発明者らが具体的に検討したところでは。

第４図に示す熱サイクルで水冷ロールにより７００℃か
ら４００℃まで銅帯を冷却した場合、銅帯板幅中央部の
中伸びによりストリップとロール間のクリアランスＡｒ
が１−あったときには、第３図のごとき板幅方向冷却温
度分布となり、中伸び部分の板温か他の部分より約４０
℃高くなった。

このようなことから１本発明はロールシエル部と銅帯間
のクリアランスで生ずる気体部の伝熱阻害要因を解決す
ることで板幅方向に均一な冷却温度を確保するようＫし
たものであ峠、具体的には、内部を水冷したロール外面
と銅帯との接触面に液状冷却媒体を施しつつ冷却を行う
技法を採用したものである。

第５図は前記本発明による銅帯均一冷却方法を原理的に
示すもので、内部に冷却水３を通シタロールシェル２の
外側近傍にス１　Ｌ／　−ヘッダ７とスプレーノズル８
を配し、鋼帯４をロールシェル２と接触移動させながら
同時に前記スプレーヘッダ７よりスプレーノズル８ｔｌ
−経て液状冷却媒体９を噴霧ないし噴射し、これにより
ロールシェル２と銅帯４間に従来法における気体膜に代
わる液膜９を形成させ、ロールシェル２と銅帯４間の熱
移動をこの液膜９を介して行わしめるものである。

ここで、前記液体冷却媒体９は、冷却ゾーンの雰囲気を
構成するガス体（たとえばＨ２＝５チ、Ｎ、＝９５％）
より熱伝導率のよい性質を備え、かつ好ましくは、ロー
ルシエルト銅帯間にスプレーされ両者間に接触している
あいだは液体の状態を保ち、銅帯がロールシェルから離
れた後は銅帯の温度で気化するような物性を有している
ものを用いる。その例としては、水、エチレングリコー
ル系およびこれに類した炭素の化合物などが挙けられる
が、銅帯の表面酸化を防ぐ意味から水よりもエチレング
リコール系などが適当といえる。

しかして、従来法のようにガス体（山＝５優、Ｎ！＝９
Ｓ％）による熱伝導の場合、その熱伝導率は０．０２３
　ＫＣａｙ−・ｈ・℃であり非常に悪い。これに対し、
本発明のように液状冷却媒体たとえばエチレングリコー
ル（Ｃ４Ｈ＊０．（ＨＯＣＨ，、ＣＨ，ＯＨ）　）　テ
液１１を形成ｔ、九ｓ合、熱伝導率は６．２２６　ＫＧ
ａｌｌ−％　ｈ、Ｃと約１０倍高い。

それら両者の差を総括熱伝達係数として（１）式を用い
て比較した場合、銅帯板厚ｄｓ＝ｏ、６■、Ｍ伝導８δ
ｓ　＝　４６　ＫＧａｌｌ、、／、　ｈ　、　℃、　ロ
ールシェル厚ｄＲ＝２０諺、ロールシェル材質＝純鋼、
熱伝導率ＪＲａｌｌ　＝　３３２　”’／１１．ｈ、℃
トｆ　２）　ト、各項ハＵｗ＝　　４　１　７　０　　
Ｋｃａ／／　ｌ鵞、ｈ−’ｃとなる。これらを（１）式
に入れ従来法と本発明法を比較すると以下のごとくであ
る。

（ａ）気体膜厚（Ａｒ＝１■）の場合 ４３３．０６ ＝　２３．１　ＫＧａｌｌＩＩＩ”　−ｈ　、℃、−，
，，，，−・−・・−・−・（２）（ｂ）エチレングリ
コール膜厚（ｄＥ＝１■）の場合：　２１１．７Ｋｃｍ
％♂、　ｈ　、　ｃ−・−−−−−−・−（３）（Ｃ）
気体膜厚とエチレングリコール膜厚による総括熱伝達係
数の比率 Ｕｏ−Ｅ÷Ｕｏ　　ｇａｓ　＝＝　　　　ＫＧａｌｌ−
＊　、　ｈ、　℃＝＝　９．１６　・・・２３．１ ・・・・・・・・・・・・（４） これら（２バ３）　（４）式から、本発明法によれば、
総括熱伝達係数は９．１６倍曳くなる。従って鋼帯４に
中伸状ポケット６があっても、これとロールシェル２の
ギャップが液膜′９で埋められ、液３１１９を通して直
接的かつ効率のよい熱移動が行われるため、中伸状ポケ
ット６を他の部分と略同等の条件で冷却できる。

さらに、本発明のように内部を水冷したロールシェル２
に鋼帯４を接触させながら両者間に液状冷却媒体９をス
プレーすると、ロールとの接触部の熱伝達率も向上する
。すなわち、一般に、液体をスプレーしない通常の水冷
ロール方式ではロールシェルと銅帯間に気体膜が生じ、
その膜厚は約５μである。そこで、さきの条件下では、
総括熱伝達係数は下記のようになる。

＝　１９２２Ｋｃａｔ／ｓａ”、　ｈ　、　℃−＝＝　
（ｓ）これに対し、気体膜を前記のようなエチレングリ
コール換に代えた場合、総括熱伝達率は下記のようにな
る。

２３９Ｘｌ　Ｏ＝＋〇、６０２ＸＩ　Ｑ’−’＋〇、２
２１２Ｘ１０＝＋〇、０６Ｘ１０−’３．２７３２Ｘ１
０″ ＝　３０５０　Ｋｃａｔ／Ｒ”−ｈ　−’Ｃ−＝　（６
）従って、エチレングリコールをスプレーして液膜を形
成することによる総括熱伝導率向上の効果は、（５）式
と（６）式の比較により、Ｕｏ４４−ｇａｓ　＝　赳並
ＫｃａＬ／ｗ＜”−ｈ　−’Ｃ９２２ ＝１．５８・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・（７）となり、１．５８倍すなわち１５８　％
　向上するものである。

第６図ないし第８図は本発明法を具体的に適用した連続
焼鈍炉の一実施例を示すもので、第６図において１０は
ペイオフリール、１１は入側ルーパー、１２は加熱炉、
１３は均熱炉、１４は過時効処理炉、１５は最終冷却炉
、１６は出側ルーパー、１７は調圧機、１８はテンショ
ンリールであり、この実施例では、均熱炉１３と過時効
処理炉１４のおいだに前述したスプレーヘッダ７とスプ
レーノズル８を有する銅帯均一冷却装置１９を設置して
いる。

前記銅帯均一冷却装置１９の詳細は第７図と第８図のご
とくであり、各水冷ロール１．１は冷却ボックス２１内
に所定の間隔で配置され、各水冷ロール１の両端には冷
却水導入部２２と冷却水排出部２３が設けちれる。そし
て、各水冷ロールｌの銅帯進入側近傍にはスプレーノズ
ル８を所定のピッチで取付けたスプレーヘッダ７．７が
配置され、それら各スプレーヘッダ７．７には外部のタ
ンク２４およびポンプ２５と連結された供給配管２６が
導かれている。

さらに、冷却ボックス２１の上方外側には冷却ボックス
内と排気管２８で結ばれたプロワ２７が設けられ、この
プロワ２７と屋外排気管２９のあいだにはコンデンサ３
０が介在され、鋏コンデンサ３０および冷却ボックス下
側のドレン部は戻り配管３１により前記タンク２４に連
絡している。その他図面において、３２は入側シール部
、３３は出側シール部、３４は入側温度計、３５は出側
温度計である。

しかして、鋼帯４はペイオフリール１０および入側ルー
パー１１を経て加熱炉１２に入り、ここで目的温度まで
加熱され、続いて均熱炉１３にて保持された後冷却ボッ
クス２１に進入する。ここで鋼帯４は順次水冷ロール１
．１と接触して所定温度まで冷却されるが、本発明はこ
れと併行して液状冷却媒体９をタンク２４からポンプ２
５で昇圧して供給配管２６に送り込み、該液状冷却媒体
９をそれぞれ水冷ロールｌの鋼帯進入側に設置したスプ
レーノズル８からロールシェル２と銅帯４０間にスプレ
ーする。このスプレーは各水冷ロール１，１の全部につ
いて行ってもよいし、場合によっては一部であってもよ
い。また各スフ’　Ｌ／　−／　スル８の噴射量を変え
てもよい。

いずれにしても、このときロール表面温度はロール内部
が冷却水により水冷されているため２５０℃以下に保持
されている。従って、液状冷却媒体９としてたとえば沸
点２８７．４℃のトリエチレングリコール（Ｃ，Ｈ＠。

０．）を用いた場合でもロール表面に液体の状態で接し
て銅帯４との間に所期の液膜を形成する。そして、最終
水冷ロールを通過した銅帯は約４００℃であることから
、銅帯表面に残留したエチレングリコールはこの温度に
より蒸発時間約１秒以内で急速に気化し、鋼帯４は乾い
た状態で次の過時効処理炉１５に進む。

一方、冷却ボックス内で気化したエチレンクリコールは
プロワ２７で吸引され、さらにコンデンサ３０で凝縮液
化され、戻り配管３１を経てタンク２４に戻り循環使用
される。従って、この実施例によれば、液状冷却媒体９
を効率よく使って銅帯を幅方向で均一に冷却でき、また
気体膜が液体膜に代わるため熱伝達率を大幅に向上する
ことが可能になる。

次に本発明の具体的な実施例を述べる。

実施例　ｌ。

（夏）化学成分力Ｃ；０１０５　％、　Ｍｎ　；　０．
２１　％、　Ｐ；０．０１３９６．８ｉ；０．０３嘩、
８０ｔＡ１．　；　０．０４３チ、残部鉄及び不可避的
不純物からなるｎキルド鋼を板厚０．６　ｍｍ、板幅１
０００■に冷間圧延して得た銅帯を第５図の連続焼鈍ラ
インで処理した。焼純サイクルは第４図で示すように、
７００℃まで加熱し、５０秒間均熱した後、本発明法に
より７００℃から４００℃に冷却した。鋼帯速度は９０
ｊ／ｍｉｎである。

僅）本発明の実施装置として第７図で示されるものを用
い、これを第６図のように均熱炉と過時効処理炉間に設
置した。液状冷却媒体としては、沸点２８７．４℃（ａ
ｔ　７６０ｓｍＨｇ）、比熱０．５３　ｃａｌ／ｆ−’
Ｃ１熱伝導率０．２２６　Ｋｃ　ａＬ／？／−ｈ−’Ｃ
（７））すｘ　ｆ　Ｌ／　ｙ　！　リコー、ＩＩ／　（
Ｃ，Ｈ１００４）ヲ用イ、これをスプレーヘッダより圧
力６匂〜でスプレーノズルヲ経てロールシェルと銅帯の
間に液膜を形成させるべくスプレーした。スプレーノズ
ル社口径３／８インチで断面扇形のものを１００箇ピツ
チに設置し、スプレー量は各ノズル毎１　ｔ／ｍｉｎと
した。

（２）銅帯には板幅方向中央部に中伸びがあり、ロール
シェル間のクリアランスが１謹あつたが、冷却後の板温
幅方向分布を測定したところ、中伸び部分と水冷ロール
完全接触部分の温度差＃ｉ第９図のことく５℃であった
。これは液状冷却媒体のスプレーなしで単純に水冷ロー
ルにより冷却した場合（第３図）の温度差４０℃に較べ
著しく少なく、本発明法によれば銅帯幅方向に均一な冷
却−ルシェル外周が熱伝達率のよい液膜で覆われると共
に、１■のギャップにも液状冷却媒体が充填され、これ
を通して中伸び部分にも効率よく伝熱されることＫよる
ものである。

実施例　λ （１）本発明による形状改善効果をみるため２種の銅帯
を実施例１と同じ熱サイクルおよび冷却媒体条件により
冷却した。２種の銅帯のひとつはサイズ０．６■厚Ｘ１
００Ｏ■幅で、原板圧急しん度（岑Ｘ１００）　　１．
２チの中伸びがあるもの（これを銅帯Ａという）であり
、他のひとつはサイズ０．８■厚Ｘ１００Ｏ■幅、原板
中伸び急しん度１．０−のもの（これを鋼帯Ｂという）
である。

（ＩＩ）鋼帯ＡＫついて冷却後の急しん度を測定し九結
果を、冷却媒体を施さず単純に水冷ロールで冷却した従
来法と比較して示すと第１Ｏ図のとおりであり、本発明
によれは急しん度が大幅に改善されることがわかる。

（２）銅帯ＢＫついての急しん度を従来法と比較して示
した本のが第１１図である。従来法では板幅方向中央部
で急しん度０．６％であつ九が、本発明法によれば急し
ん度が０．０５−と著しく改善され、はとんどフラット
な良好な形状の銅帯を製造できていることがわかる。

以上説明した本発明によるときＫは、連続焼鈍炉によっ
て銅帯を焼鈍し冷却するにあたり、冷却され九ロールと
銅帯の接触面に液状冷却媒体を施しつつ冷却を行うよう
にしたので、原板形状が悪く中伸びなどがあっても銅帯
幅方向で均一にかつ効率よく冷却することができ、また
、銅帯幅方向の冷却温度が均一化され冷却中に鋼帯形状
を効果的に改善できるため、形状の良い銅帯管製造する
ことが可能になるなどのすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の連続焼鈍炉における銅帯冷却方法を示す
断面図、第２図は第１図の従来法における水冷ロールと
銅帯接触状態を示す断面図、第３図は従来法による銅帯
幅方向冷却温度分布の測定結果を示すグラフ、第４図は
本発明を適用した連続焼鈍熱サイクルの一例を示すグラ
フ、第５図は本発明連続焼鈍炉に於ける銅帯均一冷却方
法を概要的に示す断面図、第６図は本発明法を適用した
連続焼鈍炉の一例を示す断面図、第７図は本発明法の一
実施例を示す断面図、第８図は同じくその斜視図、第９
図は本発明法による銅帯幅方向冷却温度分布の測定結果
を示すグラフ、ＪＸＯ図とｔｌＸｌｘ図はそれぞれ本発
明法による銅帯形状改善効果を従来法と比較して示すグ
ラフである。 （１）・・・水冷ロール、　（２）・・・ロールシェル
、（３）・−・冷却水、（４）・・・銅帯、（８）・・
・スプレーノズル、（９）・・・液状冷却媒体、（≦）
・・・液膜。 特許出願人　　日本鋼管株式会社 発　明　者　　　福　　　岡　　　嘉　　　相同　　　
　　　　　　　中　　　山　　　悌　　　二同　　　　
多久島　重　宏 ！１１図 第２図 第３図 第９図 第１０図 第１１図 手続補正書（Ｉｐ登２ 昭和５乙年ｇ月７３日 特許庁長官　島　１）春　樹　　殿 （特許庁審査官　　　　　　　　　　　　　　　　殿）
１　事件の表示 昭和ジｂ年特　許　　願第７ｏｇ８ｇ／号事件との関係
　　　　　　　出願人 （４１２）日本鋼管株式会社 ４代理人 ５　補正命令の日付 昭和　年　月　日 補　　正　　　内　　　容 ／　＊１１ＡＷＩＩ細書中ＩＩ２頁１０行目菅１１Ｋｒ
と冷却」とあゐ次に「風量１と加入する。 ユ同書第３頁１６行目中「冷却終点が水成」とあ為をｒ
冷却終点が水温、」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 連続焼鈍炉によって銅帯を焼鈍し冷却するにあたり、冷
   却されたロールと銅帯の接触面に液状冷却媒体を施しつ
   つ冷却を行うことを特徴とする連続焼鈍炉に於ける鋼帯
   均−冷却方法。