JPS59117913A - ストリツプ冷却用ロ−ル - Google Patents
ストリツプ冷却用ロ−ルInfo
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- JPS59117913A JPS59117913A JP57225326A JP22532682A JPS59117913A JP S59117913 A JPS59117913 A JP S59117913A JP 57225326 A JP57225326 A JP 57225326A JP 22532682 A JP22532682 A JP 22532682A JP S59117913 A JPS59117913 A JP S59117913A
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- Japan
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- roll
- outer cylinder
- strip
- cooling
- central member
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
- C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
- C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
- C21D9/573—Continuous furnaces for strip or wire with cooling
- C21D9/5735—Details
- C21D9/5737—Rolls; Drums; Roll arrangements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B39/00—Arrangements for moving, supporting, or positioning work, or controlling its movement, combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
- B21B39/008—Rollers for roller conveyors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B43/00—Cooling beds, whether stationary or moving; Means specially associated with cooling beds, e.g. for braking work or for transferring it to or from the bed
- B21B43/04—Cooling beds comprising rolls or worms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
- B21B27/06—Lubricating, cooling or heating rolls
- B21B27/08—Lubricating, cooling or heating rolls internally
- B21B2027/083—Lubricating, cooling or heating rolls internally cooling internally
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- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
- Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
- Coating With Molten Metal (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、連続焼鈍炉、連続溶融亜鉛メツキライン等を
走行するストリップ（銅帯）を冷却するだめのストリッ
プ冷却用ロールに関するものである０ 連続焼鈍炉等におけるスｌ−ＩＪツブの冷却方法として
、内部を水冷したロールを用いる冷却方法がある。この
方法においては、冷却効率をよくするために、例えば第
１図に示すように、肉厚の薄い外筒（シェル）１の内側
に比較的速い流速で冷却媒体（例えば、冷却水を用いた
場合について以下述べる。）を螺旋状ｒ流すものが多い
。
走行するストリップ（銅帯）を冷却するだめのストリッ
プ冷却用ロールに関するものである０ 連続焼鈍炉等におけるスｌ−ＩＪツブの冷却方法として
、内部を水冷したロールを用いる冷却方法がある。この
方法においては、冷却効率をよくするために、例えば第
１図に示すように、肉厚の薄い外筒（シェル）１の内側
に比較的速い流速で冷却媒体（例えば、冷却水を用いた
場合について以下述べる。）を螺旋状ｒ流すものが多い
。
中実の口、−ルに穴をあけることにより第１図のような
冷却水通路を作ることは不可能であるため、実際には第
２図（Ａ） 、’ （Ｂ） ｌ （Ｃ）に各種示すよう
な方法で組立てることにより流路を形成する。すなわち
、外筒１と中心部材２との間に仕切部材３を設けて流路
を作る方式囚、仕切部材が外筒１と一体の方式（Ｂ）、
仕切部材が中心部材２と一体の方式（Ｃ）、がある。い
ずれの方式をとるにせよ、従来はこの仕切部での外筒と
中心部材との接合は特に考慮されておらず、外筒と中心
部材とはロール胴部の両端部においてのみ強固に結合さ
れているにすぎない（冷却水が外に漏れないようにシー
ルすることについては考慮されている。）。このため常
温において外筒と中心部材とが仕切部において見掛は上
接触していても、ストリップからの熱の流入にまり外筒
の温度が上昇して外筒が熱膨張すると、両者は離れるこ
とになる。隣合った冷却水通路の間にすきまができて通
路が連通しても、すきまが小さいため冷却水の流れへの
影響は非常に小さく、はとんど支障はない。しかし、以
下に説明するように、熱膨張によるサーマル・クラウン
の問題が生じる。
冷却水通路を作ることは不可能であるため、実際には第
２図（Ａ） 、’ （Ｂ） ｌ （Ｃ）に各種示すよう
な方法で組立てることにより流路を形成する。すなわち
、外筒１と中心部材２との間に仕切部材３を設けて流路
を作る方式囚、仕切部材が外筒１と一体の方式（Ｂ）、
仕切部材が中心部材２と一体の方式（Ｃ）、がある。い
ずれの方式をとるにせよ、従来はこの仕切部での外筒と
中心部材との接合は特に考慮されておらず、外筒と中心
部材とはロール胴部の両端部においてのみ強固に結合さ
れているにすぎない（冷却水が外に漏れないようにシー
ルすることについては考慮されている。）。このため常
温において外筒と中心部材とが仕切部において見掛は上
接触していても、ストリップからの熱の流入にまり外筒
の温度が上昇して外筒が熱膨張すると、両者は離れるこ
とになる。隣合った冷却水通路の間にすきまができて通
路が連通しても、すきまが小さいため冷却水の流れへの
影響は非常に小さく、はとんど支障はない。しかし、以
下に説明するように、熱膨張によるサーマル・クラウン
の問題が生じる。
以下においては、まず従来法で生じるサーマル・クラウ
ンの大きさと形状について説明し、次いでサーマル・ク
ラウンによる問題点を説明する。
ンの大きさと形状について説明し、次いでサーマル・ク
ラウンによる問題点を説明する。
内部水冷ロールによるストリップの冷却は、次の３つの
因子から構成される。
因子から構成される。
■ ストリップからロール表面への熱伝達■ ロール・
シェル内部での熱伝導 ■ ロール・シェル内面から冷却水への熱伝達ここて、
次式（Ｉ）が成り立つ。
シェル内部での熱伝導 ■ ロール・シェル内面から冷却水への熱伝達ここて、
次式（Ｉ）が成り立つ。
＝ ａＷ（Ｔ２−ＴＷ）・・・・・・（Ｉ）ただし、
βニストリップのロールへの巻伺角〔度〕αＳニストリ
ップからロールへの熱伝達係数〔ｋ″’ｍ２ｈ・。〕 λ：ロール・シェルのＭ伝導ｉ 〔”／ｍｈ’ｃ］δ
：ロール・シェルの肉厚〔ｍ〕 αＷ：ロール・シェルから冷却水への熱伝達係数〔ｋ″
／ｍ、２１Ｌ’ｃ ） Ｔｓ：冷却中のストｌ）ツブの平均温度〔０ｃ〕Ｔ１：
ロール表面温度（全周の平均）〔℃〕゛Ｆ２：ロール・
シェル内面温度（全周の平均）〔０ｃ〕Ｔｗ：ロール内
部の冷却水の平均温度Ｃ’Ｃ）（Ｉ）式は通常の１次元
定常熱伝導の式である。
ップからロールへの熱伝達係数〔ｋ″’ｍ２ｈ・。〕 λ：ロール・シェルのＭ伝導ｉ 〔”／ｍｈ’ｃ］δ
：ロール・シェルの肉厚〔ｍ〕 αＷ：ロール・シェルから冷却水への熱伝達係数〔ｋ″
／ｍ、２１Ｌ’ｃ ） Ｔｓ：冷却中のストｌ）ツブの平均温度〔０ｃ〕Ｔ１：
ロール表面温度（全周の平均）〔℃〕゛Ｆ２：ロール・
シェル内面温度（全周の平均）〔０ｃ〕Ｔｗ：ロール内
部の冷却水の平均温度Ｃ’Ｃ）（Ｉ）式は通常の１次元
定常熱伝導の式である。
シェル肉厚がロール半径や板幅にくらべてがなり小さい
ため、熱の流れは１次元に近く、（Ｉ）式により良好な
近似が可能である。（Ｉ）式においては、ストリップが
全周に巻き付いていないことの補正をβ／３６０という
係数により近似的に行っている。
ため、熱の流れは１次元に近く、（Ｉ）式により良好な
近似が可能である。（Ｉ）式においては、ストリップが
全周に巻き付いていないことの補正をβ／３６０という
係数により近似的に行っている。
しかし、ロール回転速度が大きく、ロール表面上の各点
が短い時間内に非常に多くの加熱と非加熱を繰り返して
いる場合には１．シェル内の温度は円周方向に一様に近
くなり、この係数による近似度も良好となる。なお、ス
トリップと非接触のときの雰囲気ガスとの間の熱伝達は
非常に小さいので（Ｉ）式では無視している。
が短い時間内に非常に多くの加熱と非加熱を繰り返して
いる場合には１．シェル内の温度は円周方向に一様に近
くなり、この係数による近似度も良好となる。なお、ス
トリップと非接触のときの雰囲気ガスとの間の熱伝達は
非常に小さいので（Ｉ）式では無視している。
Ｔ１とＴ２以外の諸量が既知である場合、（Ｉ）式を連
立方程式として解くことによりＴｌおよびＴ２を求める
ことができる。そこで（Ｉ）式のβ、αＳ、λ。
立方程式として解くことによりＴｌおよびＴ２を求める
ことができる。そこで（Ｉ）式のβ、αＳ、λ。
δ、αｗ 、 Ｔｓ 、 ＴｗＫストリップの連続焼鈍
炉の場合の実際的な値を代入し、ＴＩ 、 Ｔ２ を求
めてみる。
炉の場合の実際的な値を代入し、ＴＩ 、 Ｔ２ を求
めてみる。
ただし、βＩｒ１１８０’とする。αＳは従来の実績か
ら２０００ ｋ”／ｍ２ Ａ・。程度であることがわか
っているので、２０００ ”／ｍ２ｈ０ｃとする。λは
シェルが鋼の場合約４０”／ｍｈ’ｃ 、銅の場合約３
００に／ｙｎ ｈ’ｃであり、両方の場合についで検討
することにする。
ら２０００ ｋ”／ｍ２ Ａ・。程度であることがわか
っているので、２０００ ”／ｍ２ｈ０ｃとする。λは
シェルが鋼の場合約４０”／ｍｈ’ｃ 、銅の場合約３
００に／ｙｎ ｈ’ｃであり、両方の場合についで検討
することにする。
δはＬ Ｏｒｔｔｍ−０，０１ｍとする。ａＷは流速３
−／１ｌｅｃ程度とし、下記の（ＩＩ）式の管内乱流熱
伝達式を用いて求めると約１００００ ｋ″／ｍ２ｈ’
ｃとなるのでこの値を使うｏＴｓｉは５５０’Ｃ，Ｔｗ
は５０℃とする。
−／１ｌｅｃ程度とし、下記の（ＩＩ）式の管内乱流熱
伝達式を用いて求めると約１００００ ｋ″／ｍ２ｈ’
ｃとなるのでこの値を使うｏＴｓｉは５５０’Ｃ，Ｔｗ
は５０℃とする。
Ｎｕ ＝ ０．０２３ Ｒｅ ” Ｐｒ ’ −−
（Ｉｔ）Ｎｕ：ヌセルト数 Ｐｒニブラントル数 Ｒｅ：レイノルズ数 以上の値を代入してＴ１およびＴ２ｉ求めると、シェル
が鋼の場合にはＴ１＝１８０°Ｃ，、Ｔｚ ＝８７°Ｃ
となり、シェルが銅の場合には、Ｔ１＝１０９°Ｃ１Ｔ
Ｚ＝９４°Ｃとなる。
（Ｉｔ）Ｎｕ：ヌセルト数 Ｐｒニブラントル数 Ｒｅ：レイノルズ数 以上の値を代入してＴ１およびＴ２ｉ求めると、シェル
が鋼の場合にはＴ１＝１８０°Ｃ，、Ｔｚ ＝８７°Ｃ
となり、シェルが銅の場合には、Ｔ１＝１０９°Ｃ１Ｔ
Ｚ＝９４°Ｃとなる。
次に、ロール半径を５００ｍｙｎとし、半径当りのサー
マル・クラウン量を求める。
マル・クラウン量を求める。
鋼の線膨張係数は１１×１０〜６ （℃−１）、銅の線
膨張係数は１７ｘ１ｏ−６（ｔ−１）であるので、この
値を用いて、シェルの平均温度（（Ｔｌ＋Ｔｚ）／２
） と冷却水温度の差の分だけ熱膨張したとして、半
径当りのサーマル・クラウン量を求める。その結果、鋼
では０．４６ｍｍ、’＃では０゜４４耶となる。この求
め方（以下、簡便法と言う）では、サーマル・クラウン
の形状は不明であり、また、大きさについても正確であ
る保証がない。そこで、有限要素法を用いて、サーマル
・クラウンの形状と大きさを正確に求めることにする。
膨張係数は１７ｘ１ｏ−６（ｔ−１）であるので、この
値を用いて、シェルの平均温度（（Ｔｌ＋Ｔｚ）／２
） と冷却水温度の差の分だけ熱膨張したとして、半
径当りのサーマル・クラウン量を求める。その結果、鋼
では０．４６ｍｍ、’＃では０゜４４耶となる。この求
め方（以下、簡便法と言う）では、サーマル・クラウン
の形状は不明であり、また、大きさについても正確であ
る保証がない。そこで、有限要素法を用いて、サーマル
・クラウンの形状と大きさを正確に求めることにする。
有限要素法による熱膨張計算の条件は以下のとおりであ
る。
る。
ロール・バレル＝ １６００陣
板幅＝６００市および１２００■
板端よシ内側の位置のシェル内での板厚方向温度分布−
Ｔ１からＴ２まで直線的に変化 板端より外側の位置のシェル内での板厚方向温度分布−
外面から内面壕で５０ ’Ｃ（＝冷却水平均温度）均一 以上のように、板端で温度分布が急変しているという条
件を与えてシェルが鋼の場合について計算を行った。そ
の計算結果を第３図に示す。曲線ＡおよびＢはそれぞれ
板幅６００岨および１２００ｍｍの場合を示す。破線Ｃ
は簡便法による値である。
Ｔ１からＴ２まで直線的に変化 板端より外側の位置のシェル内での板厚方向温度分布−
外面から内面壕で５０ ’Ｃ（＝冷却水平均温度）均一 以上のように、板端で温度分布が急変しているという条
件を与えてシェルが鋼の場合について計算を行った。そ
の計算結果を第３図に示す。曲線ＡおよびＢはそれぞれ
板幅６００岨および１２００ｍｍの場合を示す。破線Ｃ
は簡便法による値である。
板端で温度分布が急変しているにもかかわらず滑らかな
サーマル・クラウン形状となった。第３図より以下のこ
とが明らかである。
サーマル・クラウン形状となった。第３図より以下のこ
とが明らかである。
■ サーマル・クラウンの太きさは簡便法による値（Ｃ
）とほぼ一致している。したがって、サーマル・クラウ
ンの大きさを求めるだけであれば、簡便法で十分である
。
）とほぼ一致している。したがって、サーマル・クラウ
ンの大きさを求めるだけであれば、簡便法で十分である
。
■ 板幅（Ａ、Ｂ）［よりサーマル・クラウンの形状が
異なる。板幅が広ければ（Ｂ）中央付近はフラットとな
るが、板幅が狭ければ囚フラットな部分は生じない。
異なる。板幅が広ければ（Ｂ）中央付近はフラットとな
るが、板幅が狭ければ囚フラットな部分は生じない。
上述のように、従来法ではサーマル・クラウンが発生す
るが、それを凹のイニシャル・クラウンによってすべて
の場合について打消すことは不可能である。すなわち、
イニシャル・クラウンでは、１種類の大きさと形状のサ
ーマル・クラウンしか打消すことかで゛きないが、サー
マル・クラウンの大きさはストリップの温度や巻付角度
（冷却の程度を変える方法としては、巻付角度変更が一
般的）により大きく変化し、また、第３図のように板幅
しこより形状が大きく変化するため、各種の条件の」易
合ｆＣロールをほぼフラットｌ二することはできない０ 例えば、ロールに凸のクラウンが形成されると第４図に
孝子ように、ストリソ１４０両端付近はロール５と接触
せず（破線５１および５２は接触開始線および接触・非
接触の境界線をそれぞれ示す。）、その部分の冷却がか
なり遅れることになる。金属スｌ−ＩＪツブはヤング率
が太きいため、クラウンの大きさがかなり小さい場合に
も、このような密着不良部分は非常に生じやすい。この
ため、板幅方向に均一な冷却が不可能となる。そして、
材質が幅方向に不均一になるとともに、板厚が薄くなる
ほど形状不良が生じやすくなる。
るが、それを凹のイニシャル・クラウンによってすべて
の場合について打消すことは不可能である。すなわち、
イニシャル・クラウンでは、１種類の大きさと形状のサ
ーマル・クラウンしか打消すことかで゛きないが、サー
マル・クラウンの大きさはストリップの温度や巻付角度
（冷却の程度を変える方法としては、巻付角度変更が一
般的）により大きく変化し、また、第３図のように板幅
しこより形状が大きく変化するため、各種の条件の」易
合ｆＣロールをほぼフラットｌ二することはできない０ 例えば、ロールに凸のクラウンが形成されると第４図に
孝子ように、ストリソ１４０両端付近はロール５と接触
せず（破線５１および５２は接触開始線および接触・非
接触の境界線をそれぞれ示す。）、その部分の冷却がか
なり遅れることになる。金属スｌ−ＩＪツブはヤング率
が太きいため、クラウンの大きさがかなり小さい場合に
も、このような密着不良部分は非常に生じやすい。この
ため、板幅方向に均一な冷却が不可能となる。そして、
材質が幅方向に不均一になるとともに、板厚が薄くなる
ほど形状不良が生じやすくなる。
形状不良発生について調べるために、次の実験を行った
。前述の計算例と同じ寸法の水冷ロール（材質は鋼）を
連続焼鈍炉の一次冷却帯（従来はガス・ジェット・クー
リング）に追加設置し、各種板厚の冷却実験を行った。
。前述の計算例と同じ寸法の水冷ロール（材質は鋼）を
連続焼鈍炉の一次冷却帯（従来はガス・ジェット・クー
リング）に追加設置し、各種板厚の冷却実験を行った。
なお、ロールはクラウンなしのフラット・ロールである
。実験の結果、板厚が小さくなるにつれて形状不良が大
きくなり、特に板厚０．４＋ｎｍ以下では製品として全
く成り立たず、テンション・レベラーによる矯正も不可
能な著しい形状不良が発生した。さらに、形状不良が生
じると、ストリップの蛇行が大きくなり、炉壁と接触し
始め、実験の続行が不可能となった。このように、薄物
になると、従来法では操業自体が不可能になってくる。
。実験の結果、板厚が小さくなるにつれて形状不良が大
きくなり、特に板厚０．４＋ｎｍ以下では製品として全
く成り立たず、テンション・レベラーによる矯正も不可
能な著しい形状不良が発生した。さらに、形状不良が生
じると、ストリップの蛇行が大きくなり、炉壁と接触し
始め、実験の続行が不可能となった。このように、薄物
になると、従来法では操業自体が不可能になってくる。
そこで、本発明の目的は、ストリップの薄物においても
冷却による形状不良を発生させず、冷却後の材質を幅方
向に均一にするために、サーマル・クラウンがほとんど
生じないストリップ冷却用ロールを得ることにある。
冷却による形状不良を発生させず、冷却後の材質を幅方
向に均一にするために、サーマル・クラウンがほとんど
生じないストリップ冷却用ロールを得ることにある。
次に、本発明にもとづくストリップ冷却用ロールについ
て説明する。螺旋状水路の場合を例として説明する。寸
ず、中心部材を円柱状とするかまたは、外筒にくらべて
かなり肉厚の大きい円筒（寸法については後述）とする
。この中心部材と外筒とを第２図のすべての仕切部材の
ところで接合する。このとき、ストリップからの熱にま
り外筒の温度が上昇し、外筒が熱膨張しようとした場合
にも好合部が離れることのないように接合する（この接
合の方法については後述する。）。また、接合部の熱抵
抗を大きくして、接合部を通過する熱量を小さくするよ
うにする（熱抵抗を大きくする方法については後述する
。）。
て説明する。螺旋状水路の場合を例として説明する。寸
ず、中心部材を円柱状とするかまたは、外筒にくらべて
かなり肉厚の大きい円筒（寸法については後述）とする
。この中心部材と外筒とを第２図のすべての仕切部材の
ところで接合する。このとき、ストリップからの熱にま
り外筒の温度が上昇し、外筒が熱膨張しようとした場合
にも好合部が離れることのないように接合する（この接
合の方法については後述する。）。また、接合部の熱抵
抗を大きくして、接合部を通過する熱量を小さくするよ
うにする（熱抵抗を大きくする方法については後述する
。）。
以上ノよウナロールでは、ロール・バレルより幅の狭い
ストリップによりロールの中央付近のみが加熱されても
、サーマル・クラウンはほとんど発生しない。その理由
を以下に説明する。
ストリップによりロールの中央付近のみが加熱されても
、サーマル・クラウンはほとんど発生しない。その理由
を以下に説明する。
外筒はロール端部付近にくらべてロール中央付近の温度
が高くなるが、中心部材は冷却水の温度とほぼ同じの一
様な温度分布となる。これは、接合部の熱抵抗が犬であ
るため、ス１． ＩＪツブからの熱はほとんど冷却水に
流入し、中心部材へはわずかじか伝わらないこと、およ
び、中心部材も外筒と同様に大きな熱伝達係数で冷却水
と接触していることによる。温度分布が一様であるため
中心部材自身はサーマル・クラウンを形成しようとはせ
ず、外筒のみがサーマル・クラウンを形成しようとする
。ここで、中心部材に対して外筒は肉厚が薄く剛性が小
さいだめ、ロール・バレル中央伺近で熱膨張しようとし
ても中心部材に引き止められ、はとんど膨張することが
できない。したがって、サーマル・クラウンはほとんど
形成されないことになる（定量的な検討結果については
後述する。）。
が高くなるが、中心部材は冷却水の温度とほぼ同じの一
様な温度分布となる。これは、接合部の熱抵抗が犬であ
るため、ス１． ＩＪツブからの熱はほとんど冷却水に
流入し、中心部材へはわずかじか伝わらないこと、およ
び、中心部材も外筒と同様に大きな熱伝達係数で冷却水
と接触していることによる。温度分布が一様であるため
中心部材自身はサーマル・クラウンを形成しようとはせ
ず、外筒のみがサーマル・クラウンを形成しようとする
。ここで、中心部材に対して外筒は肉厚が薄く剛性が小
さいだめ、ロール・バレル中央伺近で熱膨張しようとし
ても中心部材に引き止められ、はとんど膨張することが
できない。したがって、サーマル・クラウンはほとんど
形成されないことになる（定量的な検討結果については
後述する。）。
以下、本発明のロールを構成するために必要な各事項に
ついて説明する。
ついて説明する。
（１）接合の方法
接合の方法としては、ろう付け、接着剤による接着、溶
接、ボルトによる結合のような接合部を引き離、そうと
する力が働いても接合状態が維持される方法と焼嵌めに
よる方法とが考えられる。後者の焼嵌めによる方法の方
が実施が容易であるが、以下に説明する焼嵌め代で行う
必要がある。
接、ボルトによる結合のような接合部を引き離、そうと
する力が働いても接合状態が維持される方法と焼嵌めに
よる方法とが考えられる。後者の焼嵌めによる方法の方
が実施が容易であるが、以下に説明する焼嵌め代で行う
必要がある。
焼嵌めにより組み立てた水冷ロールでは、ストリップか
らの熱にまり外筒の温度が上昇するほど焼嵌め圧力が弱
くなり、外筒の温度（（ＴＩ＋Ｔ２）／２）がある値Ｔ
ｏ以上になると、接合部は分離する。したがって、１０
以上の温度になるとサーマル・クラウンが形成されるよ
うになる。このような状態を防ぐためには、水冷ロール
使用条件での外筒の温度上昇量の最大値を前述のような
計算式で求め、その温度においても焼嵌め状態が維持さ
れるような焼嵌め代を用いる必要がある。
らの熱にまり外筒の温度が上昇するほど焼嵌め圧力が弱
くなり、外筒の温度（（ＴＩ＋Ｔ２）／２）がある値Ｔ
ｏ以上になると、接合部は分離する。したがって、１０
以上の温度になるとサーマル・クラウンが形成されるよ
うになる。このような状態を防ぐためには、水冷ロール
使用条件での外筒の温度上昇量の最大値を前述のような
計算式で求め、その温度においても焼嵌め状態が維持さ
れるような焼嵌め代を用いる必要がある。
（２）内筒の肉厚
中心部材を円筒とする場合、肉厚が薄過ぎて剛性が不足
すると、外筒の熱膨張に引張られて内筒も膨張すること
になり、サーマル・クラウンが発生する。このような変
形での剛性は、近似的にはシェルの肉厚δとヤング率Ｅ
の積δ・Ｅ［比例する。δｌを外筒の肉厚、Ｅｌを外筒
の材料のヤング率、δ２を内筒の肉厚、Ｅ２を内筒の材
料のヤング率、△ｒｏを内筒と外筒が接合されていない
場合のサーマル・クラウン量、△ｒ１を内筒と外筒とが
接合されている場合のサーマル・クラウン量とすると、
近似的に次式■が成り立つ。
すると、外筒の熱膨張に引張られて内筒も膨張すること
になり、サーマル・クラウンが発生する。このような変
形での剛性は、近似的にはシェルの肉厚δとヤング率Ｅ
の積δ・Ｅ［比例する。δｌを外筒の肉厚、Ｅｌを外筒
の材料のヤング率、δ２を内筒の肉厚、Ｅ２を内筒の材
料のヤング率、△ｒｏを内筒と外筒が接合されていない
場合のサーマル・クラウン量、△ｒ１を内筒と外筒とが
接合されている場合のサーマル・クラウン量とすると、
近似的に次式■が成り立つ。
したがって、δ２・Ｂ２＝δ１・Ｅｌ のとき、サーマ
ル・クラウンは半減する。本発明の効果（壇十分に出す
ためには、少なくともδ２・Ｅ２−δ１・Ｅｌ である
ことが必要で、δ２・Ｅ２ばδ１・Ｅｌ の１０倍程度
丑たはそれ以上とすることが望捷しい。
ル・クラウンは半減する。本発明の効果（壇十分に出す
ためには、少なくともδ２・Ｅ２−δ１・Ｅｌ である
ことが必要で、δ２・Ｅ２ばδ１・Ｅｌ の１０倍程度
丑たはそれ以上とすることが望捷しい。
（３）接合部の熱抵抗
以下のような方法により、接合部の熱抵抗を大きくして
中心部材の温度上昇を極力防ぐことが望ましい。
中心部材の温度上昇を極力防ぐことが望ましい。
（ａ）第５図において、仕切部材の幅１２を小さく、通
路高さ１８ヲ大きくすることにより、仕切部の半径方向
の熱流に対する熱抵抗が大きくなるとともに、仕切部に
流入してきた熱が横方向に流れて冷却水に吸収される割
合が太−きくなり、中心部材へ流入する熱量が少なくな
る。なお通路６０幅を１１としたとき１１／１２を大き
くすると、接合部の熱抵抗が同じであっても、冷却水へ
流入する熱の割合が大きくなり、接合部へ流入する熱の
割合が小さくなるので、ｉ２１／ｌＪ２を大きくするこ
とも効果がある。
路高さ１８ヲ大きくすることにより、仕切部の半径方向
の熱流に対する熱抵抗が大きくなるとともに、仕切部に
流入してきた熱が横方向に流れて冷却水に吸収される割
合が太−きくなり、中心部材へ流入する熱量が少なくな
る。なお通路６０幅を１１としたとき１１／１２を大き
くすると、接合部の熱抵抗が同じであっても、冷却水へ
流入する熱の割合が大きくなり、接合部へ流入する熱の
割合が小さくなるので、ｉ２１／ｌＪ２を大きくするこ
とも効果がある。
（ｈ）仕切材の材質を熱伝導率の低いものとするか、あ
るいは、接合面に熱伝導率の低い材料の層を介在させる
。
るいは、接合面に熱伝導率の低い材料の層を介在させる
。
（Ｃ）焼嵌めやボルトによる接合の場合には、接触面の
表面粗さを大きくする。
表面粗さを大きくする。
第６図に示すような寸法の場合について、有限要素法に
より温度解析と変形解析（熱膨張解析）を行い、本発明
ロールの有効性を検討した。なお、１１＝２２扉、バー
８酊、１８二１２順については、第５図と関連して定義
したものと同じである。
より温度解析と変形解析（熱膨張解析）を行い、本発明
ロールの有効性を検討した。なお、１１＝２２扉、バー
８酊、１８二１２順については、第５図と関連して定義
したものと同じである。
１４−６胴は外筒１の肉厚、１５＝８０關は内筒（中心
部材）２′の肉厚である。外筒１および内筒２′の材質
はともに鋼である。冷却水の温度を５０’Ｃとし、ロー
ルとから冷却水との間の熱伝達係数α７を９０００ ｋ
”／ｍＪ Ａ’ｏとする。８００ ’Ｃのストリップを
ロールに１８０°の角度で巻き付けだ場合を考えストリ
ップからロールへの熱伝達係数α８−１５００に屹’ｍ
２ｈ’ｃとする。
部材）２′の肉厚である。外筒１および内筒２′の材質
はともに鋼である。冷却水の温度を５０’Ｃとし、ロー
ルとから冷却水との間の熱伝達係数α７を９０００ ｋ
”／ｍＪ Ａ’ｏとする。８００ ’Ｃのストリップを
ロールに１８０°の角度で巻き付けだ場合を考えストリ
ップからロールへの熱伝達係数α８−１５００に屹’ｍ
２ｈ’ｃとする。
なお、外筒１と内筒２′の接触面は両者の密着が完全で
熱抵抗が零であるとした。すなわち、本発明（でとって
実際以上に厳しい（不利な）条件で解析した。
熱抵抗が零であるとした。すなわち、本発明（でとって
実際以上に厳しい（不利な）条件で解析した。
温度解析の結果、内筒２′の温度分布は仕切部の近傍で
５４°Ｃ程度、他の部分（大部分）では５１〜５２℃と
なり、冷却水とほぼ同じになった。これは冷却水通路の
仕切部の寸法が適切であるため、ストリップからの熱が
内筒２′に伝わる以前にほとんど冷却水の方へ流れてい
さためである。
５４°Ｃ程度、他の部分（大部分）では５１〜５２℃と
なり、冷却水とほぼ同じになった。これは冷却水通路の
仕切部の寸法が適切であるため、ストリップからの熱が
内筒２′に伝わる以前にほとんど冷却水の方へ流れてい
さためである。
この解析例の場合、ロール表面の半径方向変位、すなわ
ち半径当りのサーマル・クラウン量は００４６祁となっ
た。一方、同じ温度分布を用いて、内筒２′と外筒１と
が接合されていないもの（すなわち従来法）として熱膨
張解析を行うと、サーマル・クラウン量は０．３’８ｍ
ｍとなった。したがって、この例の場合、本発明により
サーマル・クラウンを従来法の１２係まで小さくできた
ことになる。
ち半径当りのサーマル・クラウン量は００４６祁となっ
た。一方、同じ温度分布を用いて、内筒２′と外筒１と
が接合されていないもの（すなわち従来法）として熱膨
張解析を行うと、サーマル・クラウン量は０．３’８ｍ
ｍとなった。したがって、この例の場合、本発明により
サーマル・クラウンを従来法の１２係まで小さくできた
ことになる。
本発明のロールを用いて、前述と同様のストリップ冷却
実験を行った。その結果、板厚０．１５＋ｉｍの薄物に
おいても形状不良はほとんど発生せず、幅方向に均一な
冷却を行うことができた。すなわち、本発明のロールに
より従来不可能であった薄物のロール冷却が可能となっ
た。
実験を行った。その結果、板厚０．１５＋ｉｍの薄物に
おいても形状不良はほとんど発生せず、幅方向に均一な
冷却を行うことができた。すなわち、本発明のロールに
より従来不可能であった薄物のロール冷却が可能となっ
た。
なお、本発明は螺旋状水路以外にも、他の方式の冷却水
の流し方、例えば軸方向に流す方式などに対しても同様
に適用できる。いずれの場合にも外筒と内筒との接合部
の間隔（すなわち冷却水通路間の間隔）は太きくしすぎ
ないように注意する必要がある。その理由は、間隔が太
きすぎると常温時にロールがフラットであっても、外筒
の温度が上昇すると、接合部と接合部との間の部分があ
る程度熱膨張し、局部サーマル・クラウンが生じて第７
図に示すように細かい凹凸がロール表面にできるためで
ある（第６図の寸法の場合には、このような凹凸はほと
んど生じない。）。
の流し方、例えば軸方向に流す方式などに対しても同様
に適用できる。いずれの場合にも外筒と内筒との接合部
の間隔（すなわち冷却水通路間の間隔）は太きくしすぎ
ないように注意する必要がある。その理由は、間隔が太
きすぎると常温時にロールがフラットであっても、外筒
の温度が上昇すると、接合部と接合部との間の部分があ
る程度熱膨張し、局部サーマル・クラウンが生じて第７
図に示すように細かい凹凸がロール表面にできるためで
ある（第６図の寸法の場合には、このような凹凸はほと
んど生じない。）。
また、冷却水の温度上昇が太きいと、冷却水の入口に近
い側と出口に近い側とで内筒の温度に差ができて、ロー
ルが十分にフラットではなくなってしまう。その対策と
して、次の２つの方法がある。
い側と出口に近い側とで内筒の温度に差ができて、ロー
ルが十分にフラットではなくなってしまう。その対策と
して、次の２つの方法がある。
■ 冷却水流量を増大することにより、冷却水の温度上
昇量を小さくする。
昇量を小さくする。
■ 冷却水通路？：２系統以上とし、入口に近く低温で
ある冷却水と、出口に近く高温となった冷却水とが隣り
合って流れるようにし、両者の平均温度がロールのどの
部分においても−同じになるようにする。例えば、螺旋
状水路では冷却水通路を２条ねじのようにつくり、それ
ぞれの水路に逆方向ｆ水を流すようにする０ 以上の説明において「冷却水」という用語は、水のみに
限らず、冷却機能を有する他の液体または気体等の冷却
媒体をすべて含む。
ある冷却水と、出口に近く高温となった冷却水とが隣り
合って流れるようにし、両者の平均温度がロールのどの
部分においても−同じになるようにする。例えば、螺旋
状水路では冷却水通路を２条ねじのようにつくり、それ
ぞれの水路に逆方向ｆ水を流すようにする０ 以上の説明において「冷却水」という用語は、水のみに
限らず、冷却機能を有する他の液体または気体等の冷却
媒体をすべて含む。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ロー
ルにサーマル・クラウンがほとんど生じないため、スト
リップの冷却が幅方向に均一となり、冷却後の材質が幅
方向に均一であるとともに薄物においても形状不良が発
生しない。
ルにサーマル・クラウンがほとんど生じないため、スト
リップの冷却が幅方向に均一となり、冷却後の材質が幅
方向に均一であるとともに薄物においても形状不良が発
生しない。
第１図はストリップ冷却用ロールの縦断面図。
第２図は外筒と中心部材との結合方式を示す部分縦断面
図。第３図はロールのサーマル・クラウンを示すグラフ
。第４図はストｌ）ソッとロールとの接触状態を示す平
面図。第５図は冷却媒体通路を示す縦断面図。第６図は
本発明の実施例を示すロールの一部縦断面図。第７図は
局部的サーマル・クラウンを生じたときのロールの一部
の縦断面図。 １：外筒 ２：中心部材 ３：仕切部材 ４ ニストリップ ５：ロール ６：冷却媒体、湧路
図。第３図はロールのサーマル・クラウンを示すグラフ
。第４図はストｌ）ソッとロールとの接触状態を示す平
面図。第５図は冷却媒体通路を示す縦断面図。第６図は
本発明の実施例を示すロールの一部縦断面図。第７図は
局部的サーマル・クラウンを生じたときのロールの一部
の縦断面図。 １：外筒 ２：中心部材 ３：仕切部材 ４ ニストリップ ５：ロール ６：冷却媒体、湧路
Claims (5)
- （１）ロール胴部が外筒と中心部材とその間の冷却媒体
通路で形成されたストリップ冷却用ロールにおいて、ロ
ール胴部両端部以外の少なくとも１箇所以上の場所にお
いて外筒と中心部材とが接合される部分を設け、ストリ
ップからの熱にまり外筒の温度が上昇した場合にも上記
接合部が接合状態を保つように構成することを特徴とす
るストリップ冷却用ロール。 - （２） 冷却媒体通路を形成するための仕切部材を除
いた状態での中心部材の形状を円柱としたことを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項記載のストリップ冷却用
ロール。 - （３）冷却媒体通路を形成するだめの仕切部材を除いた
状態での中心部材の形状を下記式を満足する円筒とした
ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のスト
リップ冷却用ロール。 δ２・Ｅ２ン δ１−Ｅｌ ただし、上式においてδ２ｉＩｉ内筒の肉厚、Ｅ４は内
筒の材料のヤング率、δＬｔｄ外筒の肉厚、Ｅｌは外筒
の材料のヤング率とする。 - （４）外筒と中心部材とを接合するさいに、ストリップ
からの熱によシ外筒の温度が上昇した場合にも、焼嵌め
状態が維持されるような焼嵌め代で焼嵌めをすることを
特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のストリップ
冷却用ロール。 - （５）外筒と中心部材の接合部の熱抵抗を大きくするこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のストリ
ップ冷却用ロール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57225326A JPS59117913A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | ストリツプ冷却用ロ−ル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57225326A JPS59117913A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | ストリツプ冷却用ロ−ル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59117913A true JPS59117913A (ja) | 1984-07-07 |
| JPH0364729B2 JPH0364729B2 (ja) | 1991-10-08 |
Family
ID=16827596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57225326A Granted JPS59117913A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | ストリツプ冷却用ロ−ル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59117913A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59143028A (ja) * | 1983-02-03 | 1984-08-16 | Nippon Steel Corp | 連続熱処理炉における金属ストリツプの冷却装置 |
| JPH0273923A (ja) * | 1988-09-09 | 1990-03-13 | Kawasaki Steel Corp | 金属ストリップの冷却ロール |
| ITUB20155789A1 (it) * | 2015-11-20 | 2017-05-20 | Danieli Off Mecc | Unita? di guida per bramme in un impianto di colata continua |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49136814U (ja) * | 1973-03-27 | 1974-11-25 | ||
| JPS5635729A (en) * | 1979-08-31 | 1981-04-08 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | Cooling method for steel hoop with metallic rotator |
-
1982
- 1982-12-22 JP JP57225326A patent/JPS59117913A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49136814U (ja) * | 1973-03-27 | 1974-11-25 | ||
| JPS5635729A (en) * | 1979-08-31 | 1981-04-08 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | Cooling method for steel hoop with metallic rotator |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59143028A (ja) * | 1983-02-03 | 1984-08-16 | Nippon Steel Corp | 連続熱処理炉における金属ストリツプの冷却装置 |
| JPS6314050B2 (ja) * | 1983-02-03 | 1988-03-29 | Nippon Steel Corp | |
| JPH0273923A (ja) * | 1988-09-09 | 1990-03-13 | Kawasaki Steel Corp | 金属ストリップの冷却ロール |
| ITUB20155789A1 (it) * | 2015-11-20 | 2017-05-20 | Danieli Off Mecc | Unita? di guida per bramme in un impianto di colata continua |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0364729B2 (ja) | 1991-10-08 |
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