JPS5928532A - 連続焼鈍炉における鋼ストリツプの冷却方法 - 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】 この発明は連続焼鈍炉における銅帯の冷却方法に関し、
水冷ロールを用いた冷却法において問題となっていた絞
シの発生と形連続焼鈍炉における鉋ストリップの急速冷
却方式には、１０００〜２０００　’Ｏ／Ｓの冷却速度
をもつ水焼入れ方式、７５〜４００°ｏ／Ｓ　　の冷却
速度をもつ水冷ロール方式、２００〜３００゛０／Ｓ　
の冷却速度をもり気水冷却方式、２０〜４　Ｑ　’ｏ／
ｓの冷却速度をもつガスジェット方式％式％ これらの急速冷却方式のうち、水冷ロール方式は、急速
冷却後の後処理（酸洗等〕が不要テ、ガスジェット方式
よシも冷却速度が速く、短時間の過時効処理で時効性の
良好な冷延鋼ストリップを得ることができる優れた利点
を有している。

第１図には水冷ロール方式による水冷ロール域（Ｙ）　
、　（Ｚ）をもつ連続焼鈍設備（１）の−例が系統図に
より示されている。

水冷ロール域（Ｙ）　、　（Ｚ）に使用している水冷ロ
ール（２）は、径差はあるが、いずれも第２図に縦断正
面図で示されているように、ロールシダクト（５）外に
設けた軸受（６）（６）によって空転自在に支持されて
おシ、冷却水通路（４）は、軸部（２Ａ）　（２Ａ）に
穿設したところで、水冷ロール設備では、水冷ロールと
冷却水路（７）　（７）に通じ、ロータリジヨイント（
８）　（８）を介して冷却水循環系に接続した構造とな
っている。

連続焼鈍設備（１）では、第１図に示す如く、テンショ
ンリール（９）から巻戻される銅ストリップαＱがクリ
ーニングセクション０ηで洗浄されたのち入側ルーパ（
ロ）を経て、加熱炉０４から均熱炉α棒に送られ、７０
０°０に加熱されたのち、水冷ロール域僕）において４
００°０に、１００〜２００−’Ｏ／Ｓの速度で急速冷
却される。次いで急速冷却された鋼ス）　ＩＪツブ◇ｑ
は、続いて過時効処理域α→で過時効処理後、水冷ロー
ル域Ｃ７，）を経てダクト（５）外に取出され、出側ル
ーバａＱからテンパミルぐηを経てテンションリール０
的に巻取られる。

なお、鋼ストリップ（ＬＯの６域における温度は、温度
計四輪Ｑメ（至）翰により測定される。

第３図は前記６域における銅ス）　ＩＪツブの温度変化
を示した図である。

ところで、水冷ロール設備では、水冷ロールと鋼ストリ
ップとを直接接触して銅ストリップを冷却するため、ロ
ールの形状およびクラウンと、鋼ス）　ＩＪツブの板幅
方向の均一冷却とは密接な関係が、ある。

また水冷ロールによる冷却設備では、ストリップ板厚が
薄く、板巾の太きいものほど冷却過程で生ずる熱応力の
ため形状がくずれ−やすく、冷却ロール間の非接触部で
座屈が生じやすい。そして甚だしい場合にはとの座屈か
ら”絞り”と称するライン方向の縦シワが生じ、ライン
内でのストリップの破断などにもつながり重大な支障と
なっていた。

このようなストリップの形状上の問題おび製品品質を特
徴とする請から、従来、Ａ１（々の考案がなされ、例え
ば本願出願人による特願昭５６−２０６０７５号や実願
昭５６−１５０１２３号等がある。

これらはそれ自体有効であり、かつ現実的にも実用され
ている方法ではあるが、例えば前者では水冷ロールのク
ラウンを可変とするため大規模な液圧装置を付加する必
要があり、また後者では水冷ロール表面の表面粗さを厳
密に管理する必要があシ、保守上の繁雑さがあることは
否めない□ 本発明はこのような水冷ロールによる接触冷却の場合生
ずる熱応力の発生原理に立ちかえυ、理論および実験の
両面から得られた結果をもとになされたもので、水冷ロ
ール冷却における鋼ストリップの熱応力を緩オロし、こ
れによシ座屈および絞ｐの発生と形状不良を抑制したも
のである。

第４図（イ）に５本の水冷ロールによるロール冷却シス
テム６概略図を、第４図（ロ）にストリップ（イ）を平
面状に伸展させた図を示す。

鋼ス）　ＩＪツブ（３）は各水冷ロール（＃１〜＃５）
に順次接触しながら冷却されていく。囚（Ｃ）（ト））
（ＧＨＩ）は水冷ロール（２）の入側、即ち鋼ストリッ
プへ）が水冷ロール（２）に接触する点を示している。

、マた（Ｂ）　（Ｄ）（Ｆ）　Ｏ（）　（、Ｔ）　ハフ
）Ｃ冷Ｄ　　＃　（２＞　（Ｄ　出Ｉｌｌ、即ち鋼スト
リップ（３）が水冷ロール（２）と非接触になる点を示
している。

そして第４図（１）に示すように、水冷ロール（２）と
の接触部（ＡＢ、ＣＤ、ＥＦ、ＧＨ，ＩＪ）では冷却速
度が大きく、非接触部（ＢＣ，ＤＥ、ＦＧ、ＨＩ）では
小さくなっておシ、鍋ストリップ（３）は階段状に冷却
されていく。この冷却速度が大から小、小から大へ変る
点は上記した冷却ロール（２）との接触点（５）〜（・
りに一致し、ここではこれらを冷却速度変曲点と称する
。そして更に冷却速度が小→太に変る点（即ち冷却ロー
ルの入側Ａ、Ｃ，Ｅ、Ｇ、Ｉ　）をα変曲点、冷却速度
が太→小に変る点（即ち冷却ロールの出側Ｂ、Ｄ、Ｆ。

Ｈ，Ｊ）をβ変曲点と称するものとする。

第４図に）は、第４図Ｃつの冷却曲線が板巾方向に同一
であると仮定して熱応力（２次元平面応力）の解析を行
った結果であシ、熱応力の有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ　
ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　）　による数値計算結
果である。

なお、上記第４図の計算条件を下記に示す。

水冷ロール径：１４００＋＋ｍＪ２’ 水冷ロール数：　５ケ 接触部長さＣＬ、−ＬＢ　）：　　１００１００Ｏ定総
接触長：＝５Ｘｔ、工５０００　Ｍ 非接触部長さ：　　（、Ｌ、−Ｌ、　）　　：　　７７
５　ｍ一定ライン・ユニット張カニ１即／ｍｎ’ ストリップ巾　：　　１０００ｍｍ ストリップ厚：１．０調 ライン・スピード：　　１９８ｍｐｍ（３，３ｍｐａ’
）冷却開始温度：　６００°０ 冷却停止温度＝　４００°Ｃ （注）水冷ロールとス）＋Ｊツブとの接触部の冷却速度
は１２５°０／ｓｅｅで一定、非接触部も周囲気体との
対流および周囲との放射によシ冷却されてお９　１３°
ｏ／ｓ　ｅ　ｃで一定とした。

上記の条件は極めてモデル的なものであるが、現実のラ
インの状態とかけ離れたものでは決してなく、たとえば
水冷ロール個々に通水されている水量や水の入口温度等
によっても水冷ロール個々の冷却能力はかなシの範囲で
変わるものであり、十分検討のための条件としてみなし
て良い。この第４図に）に示す数値計算結果によれば板
ｒｌ〕方向の応力に着目した場合、ｉｌ」記冷却速度の
α変曲点で板巾方向中心部に大きな圧縮が、またβ変曲
点で板巾方向中心部に大きな引張シが発生している。

これが極めて特徴的なことであり、巾方向の応力に関し
ては他の部分には竹に大きな圧縮応力、引張シ応力は認
められない。

−力、蓮続焼鈍炉のロール冷却の現場においては従来よ
りロール中心部が冷えにくいこと、絞りは板ｒｌＪの中
央部に最も多く出ること等が経験的に知られており、こ
のような経験則と上記実験結果から考えて、ストリップ
の冷却ムラ及び形状不良の直接的原因は、第４図に）に
示す冷却速度のα変曲点（冷却ロール入側Ａ、Ｃ，Ｅ、
Ｇ、　Ｉの各点）にピーク点をもっ圧縮応力であること
が予想される。

本発明者らは上記知見に基づいて種々実験、研究を重ね
た結果、上記した冷却速度のα変曲点とβ変曲点とを近
接させることにより、上記した圧縮応力が大幅に減少す
ることを知得した。

この現象は、α変曲点では圧縮応力、β変曲点では丁度
反対方向の引張応力が働くから、この両変曲点を近づけ
て行くことによシ相互干渉が生じて、互いに他を減殺し
、無応力冷却の状況に近づく結果であると推察される。

α変曲点とβ変曲点を近接させるには水冷ロール（２）
と鋼ストリップの接触長（即チＡＢ。

ＣＤ、ＥＦ、ＧＨ，ＩＪ）を短くするか或は水冷ロール
（２）と鋼ストリップの非接触長（即ち、　ＢＣ，ＤＥ
。

ＦＧ、ＨＩ）を短くすれば良い。非接触長を短くした場
合、早に圧縮応力が減少するだけではなく、座屈限界応
力も大きくなるから、座屈→絞りの発生防止については
効果が極めて太きい。

第５図により本発明方法を更に詳細に説明する。

第５図（イ）に示す水冷ロール（２）の配置ｈ１で、＃
１０−ルの接触長とこれ以降の非接触長とを第４図に示
すものより小さくして冷却を行った。

第５図に）がその熱応力力′を析結果である。

非接触になる点、即ちβ乞曲点である。また接触長であ
り、 Ａ、＝１００消 Ａ、＝１９００１ Ｌｌ　”　１５０門 である。他の条件は総て第４図の場合と同じである。

第５図に）から明らかなように、α変曲点囚（Ｃ）　（
Ｅ）　（Ｇ）　（Ｉ）に生ずる板巾方向の圧縮応力は第
４図に示す従来法に比べて著しく減少している（図中点
線は第４図の従来法による応力を示す）。またβ変曲点
における引張り応力も同時に減少しておシ、このような
応力状態は第４図に）の応力状態に比べて板形状を良好
に保つ上で非常に好ましい。

以上のような本発明法において、非接触長を短くするの
か、接触長を短くするのか、或はどの水冷ロール及び水
冷ロール間でそれを行うのかは、適宜諸条件に応じて決
定すれば良い。

但し一般にストリップの高温側の方がストリップの降伏
強度が低いから、座屈の成長が太きく形状不良や、絞シ
発生上危険であシ、その意味で＃１水平ロール入側が最
大のネックとなっている。そのため、第５図に示すよう
に＃１水冷ロールにおける接触長（ｔ、）を短くするの
が効果的である。また第５図では。

＃１水冷ロールと＃２水冷ロールの間の非接Ｊ！ＩＩ長
（Ｌｔ）を他の（Ｌ、）〜（Ｌ４）より大きくしている
が、これはα変曲点（Ａ）へのα変曲点（Ｃ）の干渉を
できるだけ小さくし、α変曲点（Ｎとβ変曲点（Ｂ）と
の相殺干渉のみを期待したためである。

際には鋼ストリップの板ＪＶｙ−（ｔ）Ｅｌび板１↑Ｊ
−を考慮して決める必吸がある。何故ならば、一般に板
厚（ｔｌが薄いほど座屈限界応力は小さいたがあるから
である。捷たストリップ゛の広巾のものほど発゛生熱応
力値が大きいから、　（／Ｊ　、　（Ｌ）を小さくとる
必要があるからである。

これらの関係は下式により示される。

λ＝Ｃ・（−）トう さであシ、Ｃは定数である。このＣは本発明者らの知見
に′よる実用上の効果のある数値は０．３５である。

なお第５図に示すような接触長、非接触長の組合せの他
に、実操業上次のようなものが考えられる。

■＃ｌロールの接触長（４をλ以下とし、各ロール間の
非接触長（Ｌ）をλ以下とする。

Ｃ）＃１０−ルと＃２０−ルの接触長（力をλ以下とし
、＃２０−ル以降の非接触長（匂をλ以下とする。

■＃ｌロールの接触長をλ以下、＃１〜＃２０−ル間、
＃２〜＃３０−ル間の非接触長をλ以下とする。

■＃１．＃＃２０−ルの接触長をλ以下、＃２〜＃３０
−ル間の非接触長をλ以下とする。

上記■、■は主として広巾、薄物材（即ち、絞シや形状
不良を起こしやすいサイズ）の場合、■、■は狭巾、厚
物材の場合に基準として用いると良い。また上記■、■
では■の方が形状効果による安全率がよシ高く最も安全
である。下掲表に板巾と板厚による上記■〜■の使いわ
けの基準を示す。

次に実施例を説明する、 実施例１゜ 水冷ロール径二　８００笥グ 水冷ロール本数：　５ ０−ル°ストリツプ接触長：　　Ｌ、　＝　１００ｍｙ
＋：　　４　＝　３００　ｔｒｍ ＝　　１ｏｏｏ　門 ロール間の非接触部長：Ｉ、、＝１５０調：Ｌ、＝２５
０ｍ ライン・スピード：１５０ｍｐｍ ストリップ巾：　９００鼎 ストリップ板厚：０．８ｍ＋ 冷却開始温度：６２０’。

冷却停止温度：　４００°Ｃ （なお、ｔとＬは第５図に示す） このよう表条件で通板したところ、従来第４〜第６図に
示したような条件と似た条件で通板した場合よシも、は
るかにストリップの形状は良好になシ、かつ安定し、ま
たＲＱ設備出側のス）　ＩＪツブ温展の板巾方向温度差
も従来の±３２°０程度あったものが約半減し、±１５
°０以内になり、本発明の効果がきわめて明瞭に確認で
きた。

実施例２゜ ロール・ストリップ接触長：　　ｔｔ　＝１２０　ｖａ
：ｔ、＝２５０餡 ／　　　　　／　　　　　／ ・　１３＝　１．　＝　１１１ ＝　８００問 ロール間の非接触部長：　ＬＳ　＝１５０　ｔｒｍ：　
　Ｌｌ　＝　Ｌ８＝　２００　ｔｒｒｍ：　　Ｌ４　＝
２５０　ｖｍ ライン・スピード：ｘ８０ｍＰｍ ストリップ巾：　　７００ｍ ストリップ板厚二０．６門 冷却停止温度二　６００°Ｃ 冷却停止温度：４００’０ （なお、Ｌ　、　Ｌは第５図に示す） 本例は実施例１よりも史に＃２０−ルの接触長を短くし
、＃２０−ル入側の圧縮応力の減殺効果を確実ならしめ
たものであシ、従来このような意識無く通板していた場
合には極めて頻繁にトラブル（形状不良、絞シ発生）の
出ていた本例のようなス）　ＩＪツブについても実施例
１と同様の良好な結果を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続焼鈍ラインの構成図、第２図は水冷ロール
の正断面図、第３図は熱サイクルの説明図、第４図は従
来の水冷ロールによる冷却法の説明図、第５図は本発明
による冷却法の説明図である。 特詐出願人　　日本鋼管株式会社 第２図 第３図 第４図 長子方向（中中央部）位償

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の冷却ロールに鋼ストリップを順次接触させること
   により冷却する連続焼鈍炉における鋼ス）　ＩＪツブの
   冷却方法において、冷却ロール非接触から冷却ロール接
   触にかわる時点の冷却速度変曲点と冷却ロール接触から
   冷却ロール非接触にかわる時点の冷却速度変曲点とを近
   接させ、これによシ咳冷却速度変曲点で生ずる鋼ス）　
   ＩＪツブの巾方向応力を互いに干渉させて減少させるこ
   とを特徴とする連続焼鈍炉における鋼ストリップの冷却
   方法。