JPS5941427A - Roll-cooling means for metal strip - Google Patents
Roll-cooling means for metal stripInfo
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- JPS5941427A JPS5941427A JP57150734A JP15073482A JPS5941427A JP S5941427 A JPS5941427 A JP S5941427A JP 57150734 A JP57150734 A JP 57150734A JP 15073482 A JP15073482 A JP 15073482A JP S5941427 A JPS5941427 A JP S5941427A
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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
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は金属ストリップのロール冷却装置に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a roll cooling device for metal strip.
連続焼鈍炉等における金属ストリップの冷却法の一つと
してロール冷却法がある。A roll cooling method is one of the methods for cooling a metal strip in a continuous annealing furnace or the like.
この冷却法は、冷却ロールにストリップを直接接触させ
て冷却する方法であシ、冷却速度が比較的速く、過時効
処理が短時間で済み、急速冷却後の後処理(酸洗等)も
不要である等の利点を有している。This cooling method cools the strip by bringing it into direct contact with a cooling roll.The cooling rate is relatively fast, the overaging process is short, and there is no need for post-processing (pickling, etc.) after rapid cooling. It has the following advantages.
この冷却法における冷力】ロールはその内部に冷却水循
環機構を持ち、冷却水を循環させてストリップに接触す
るロール表面を冷却する構成となっており、この冷却ロ
ールを複数配置して冷却装置を構成している。[Cooling power in this cooling method] The roll has a cooling water circulation mechanism inside it, and the cooling water is circulated to cool the roll surface that comes into contact with the strip. It consists of
このようなロール冷却において従来よシ問題となってい
るのは、冷却過程で生ずる熱応力のために形状がくずれ
やすいこと、また冷却ロール間で生ずる座屈である。Conventional problems in such roll cooling include the tendency for the shape to collapse due to thermal stress generated during the cooling process, and buckling that occurs between the cooling rolls.
そして甚だしい場合にはこの座屈から”絞シ” 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シ重人な問題となっていた。In extreme cases, this buckling causes vertical wrinkles in the line direction called "shrinkage", which can lead to strip breakage within the line, resulting in serious problems.
このようなストリップの形状上の問題および製品品質を
特徴とする請から、従来、種々の考案がなされ、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。In order to solve the problem of the shape of the strip and the product quality, various ideas have been made in the past, such as Japanese Patent Application No. 56-206075 and Utility Model Application No. 56-150123 filed by the applicant of the present invention.
これらはそれ自体有効であシ、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
要があ夛、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り、保守上の繁雑さがあることは
否めない。Although these methods are effective in themselves and have been practically used, for example, the former requires the addition of a large-scale hydraulic device to make the crown of the water-cooled roll variable; In the latter case, it is necessary to strictly control the surface roughness of the water-cooled roll surface, and it cannot be denied that maintenance is complicated.
本発明はこのような冷却ロールによる接触冷却の場合化
ずる熱応力の発生原理に立ちかえシ、理論および実験の
両面から得られた結果をもとKなされたもので、ロール
冷却における金属ストリップの熱応力を緩和し、これに
よシ座屈および絞シの発生と形状不良を抑制したもので
ある。The present invention has been made based on the principle of generation of thermal stress that occurs in contact cooling with a cooling roll, and is based on the results obtained from both theory and experiment. This relieves thermal stress, thereby suppressing buckling and constriction, as well as shape defects.
第1図(イHC5本の冷却ロールによるロール冷却装置
の概略図を、第1図(ロ)に7トリツプ(X)を平面状
に伸展させた図を示す。Figure 1 (a) is a schematic diagram of a roll cooling device using five HC cooling rolls, and Figure 1 (b) is a diagram showing seven trips (X) extended in a plane.
ストリップ(X)は各冷却ロール(#1〜#5)に順次
接触しながら冷却されていく。(A)(CXE)(G)
(I)は冷却ロール(1)の入側、即ちストリップ(X
)が冷却ロール(1)に接触する点を示している。また
(BXDXFXHXJ)は冷却ロール(1)の出側、即
ちストリップ(X)が冷却ロール(1)と非接触になる
点を示している。The strip (X) is cooled while sequentially contacting each cooling roll (#1 to #5). (A) (CXE) (G)
(I) is the entrance side of the cooling roll (1), i.e. the strip (X
) indicates the point of contact with the cooling roll (1). Further, (BXDXFXHXJ) indicates the exit side of the cooling roll (1), that is, the point where the strip (X) is out of contact with the cooling roll (1).
(1)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。(1) The cooling rate is high in the contact areas (AB, CD, EF, GH, IJ), and the non-contact areas (BC, DE, FG).
HI)では小さくなっておシ、鋼ストリップ(X)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(
A)〜(J)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→犬に変る点(
即ち冷却ロールの入側AICII:IGIII)をα変
曲点、冷却速度が大→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
。At HI), the steel strip (X) becomes smaller and cools stepwise. The point at which this cooling rate changes from large to small and from small to large is the point of contact with the cooling roll (2) mentioned above (
A) to (J), which are referred to herein as cooling rate inflection points. Furthermore, the cooling rate changes from small to dog (
That is, the inlet side AICII:IGIII) of the cooling roll is called the α inflection point, and the point where the cooling rate changes from large to small (i.e., the exit sides B, D, F, H, J of the cooling roll) is called the β inflection point. shall be.
第1図に)は、第1図(ハ)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
行った結果でアカ、熱応力の有限要素法(Finite
element method ) による数値計
算結果である。Figure 1) is the result of analyzing thermal stress (two-dimensional plane stress) assuming that the cooling curve in Figure 1 (c) is the same in the width direction. Law (Finite)
This is the result of numerical calculation using element method).
なお、上記第1図の計算条件を下記に示す。Note that the calculation conditions for FIG. 1 above are shown below.
冷却ロール径:1400nmm
冷却ロール数=5ヶ
接触部長さく Al=ts) : 1000 tm
一定総接触長: 5Xtt=50.00m
非接触部長さく Lx”L4) : 775 wa一
定ライン・ユニット張力 :IKg/−♂ストリップ巾
= 1000W+
ス)リップ厚:1.01rm
ライン・スピード: 19 B mpm’(3,3m
pa)冷却開始温度:600℃
冷却停止温度:400℃
(注) 冷却ロールとストリップとの接触部の冷却速度
は125℃1sec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!l:j7冷却されておυ13℃
/secで一定とした。Cooling roll diameter: 1400 nm Number of cooling rolls = 5 Contact length Al = ts): 1000 tm
Constant total contact length: 5Xtt=50.00m Non-contact length Lx”L4): 775 wa Constant line unit tension: IKg/-♂ Strip width = 1000W+ S) Lip thickness: 1.01rm Line speed: 19 B mpm '(3,3m
pa) Cooling start temperature: 600℃ Cooling stop temperature: 400℃ (Note) The cooling rate of the contact area between the cooling roll and the strip is constant at 125℃ 1 sec, and the non-contact area also undergoes convection with the surrounding gas and radiation with the surroundings! l:j7 cooled to υ13℃
It was set constant at /sec.
上記の条件は極めてモデル的なものであるが、現実の2
インの状態とかけ離れたものでは決してなく、たとえば
冷却−ロール個々に通水されている水量や水の入口温度
等によっても冷却ロール個々の冷却能力はかなシの範囲
で変わるものでちゃ、十分検討のための条件としてみな
して良い。この第1図(ロ)に示す数値計算結果によれ
ば板巾方向の応力に着目した場合、前記冷却速度の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。Although the above conditions are very model-like, they are similar to the actual two conditions.
For example, the cooling capacity of each cooling roll can vary within a short range depending on the amount of water flowing through each cooling roll, the water inlet temperature, etc., so please consider carefully. It can be regarded as a condition for According to the numerical calculation results shown in Figure 1 (B), when focusing on the stress in the width direction of the plate, there is a large compression in the center of the plate width at the α inflection point of the cooling rate, and at the β inflection point. A large tensile strain occurs at the center in the width direction of the plate.
これが極めて特徴的なことであυ、巾方向の応力に関し
ては他の部分には特に大きな圧縮応力、引張シ応力は認
められない。This is extremely characteristic υ, and regarding the stress in the width direction, no particularly large compressive stress or tensile stress is observed in other parts.
一方、連続焼鈍炉のロール冷却の現場においては従来よ
シロール中心部が冷えにくいこと、絞りは板巾の中央部
に最も多く出ること等が経験的に知られておシ、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
却ムシ及び形状不良の直接的原因は、第1図(C−)に
示す冷却速度のα変曲点(冷却ロール入側A 、C+
1!: + G + Iの各点)にピーク点をもつ圧縮
応力であることが予想される。On the other hand, in the field of roll cooling in continuous annealing furnaces, it is known from experience that the center of the roll is difficult to cool compared to conventional methods, and that the most amount of drawing occurs in the center of the sheet width. Considering the above experimental results, the direct cause of the cooling bugs and poor shape of the strip is the α inflection point of the cooling rate (cooling roll entrance side A, C+) shown in Fig. 1 (C-).
1! It is expected that the compressive stress has a peak point at each point: + G + I).
本発明者らは上記した知見に基づき、種々実験研究を重
ねた結果、冷却ロールの径を小さくすることによシ上記
した圧縮応力が大幅に減少することを知得した。Based on the above findings, the present inventors have conducted various experimental studies and found that the above compressive stress can be significantly reduced by reducing the diameter of the cooling roll.
この理由はまず第1にロール径を小さくすることによシ
冷却ロールと金属ストリップとの接触長(即ち、BC、
DE 、 FG 、 HI )が短くなル、その結果α
変曲点とβ変曲点が近接するためであると考えられる。The reason for this is that first of all, by reducing the roll diameter, the contact length between the cooling roll and the metal strip (i.e., BC,
DE , FG , HI ) are short, so that α
This is thought to be because the inflection point and the β inflection point are close to each other.
即ちこの現象は、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
づけて行くことにょ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。In other words, this phenomenon occurs because compressive stress acts at the α inflection point, and tensile stress in the opposite direction acts at the β inflection point, so when these two inflection points are brought closer together, mutual interference occurs, causing each to cancel out the other. However, it is inferred that this is a result that approaches the situation of stress-free cooling.
第2にロール径を小さくした場合、冷却ロール間隔を近
接させることができ、〜その結果冷却ロールと金属スト
リップとの非接触長(即ち〜BC、DE・FG、HI)
が短くなり、同様にα変曲点とβ変曲点が近接するため
である。Second, when the roll diameter is made smaller, the distance between the cooling rolls can be made closer, resulting in ~ the non-contact length between the cooling roll and the metal strip (i.e. ~ BC, DE, FG, HI).
This is because the α inflection point and the β inflection point become close to each other.
第3に冷却ロールを小径とした場合、接触によるストリ
ップの冷却速度が小さくなシ、その結果発生する熱応力
も小さくなるためである。これは冷却ロールはロール内
面を冷却水で冷却されているから、ロールのシェルの円
周方向の一部分のみをとシ出して着目した場合、その部
分は、高温のストリップに接して熱せられ、ストリップ
との接触が無くなると、冷却水によって冷されるだけに
なる。つまシ、冷却ロールの回転にともなって、ストリ
ップによる加熱過程と、冷却水による冷却のみの過程と
のくシ返しが行なわれているわけであるが、ロール径が
大きいほど、一般にこの冷却のみの過程の時間が長いか
ら、ロールシェルは充分に冷やされてからストリップに
接すること・になる。つまり、冷却ロールのシェルの平
均温度はロール径が大きいほど低いので、ストリップに
対する冷却能力もロール径が大きいほど大きいわけであ
る。そして一般に、ストリップに生ずる温度勾配が大き
いほど発生する熱応力も大きいから小径ロールとした場
合温度勾配が小さくなシその結果発生する熱応力も小さ
くなる。Thirdly, when the diameter of the cooling roll is made small, the cooling rate of the strip due to contact is small, and as a result, the thermal stress generated is also small. This is because the inner surface of the cooling roll is cooled with cooling water, so if you take out only a part of the roll's shell in the circumferential direction and pay attention to it, that part will be heated by contacting the high-temperature strip, and the strip will be heated. If there is no contact with the air, the cooling water will only cool the air. As the picks and cooling rolls rotate, the heating process by the strips and the process of cooling only by the cooling water are carried out; however, the larger the diameter of the roll, the faster the rate of cooling only. Since the process takes a long time, the roll shell must be sufficiently cooled before contacting the strip. In other words, the average temperature of the shell of the cooling roll is lower as the roll diameter increases, so the cooling capacity for the strip also increases as the roll diameter increases. In general, the larger the temperature gradient that occurs in the strip, the greater the thermal stress that occurs, so when a small diameter roll is used, the temperature gradient becomes smaller and the thermal stress that occurs as a result also becomes smaller.
以上の理由から冷却ロールの径を極力小さくすれば圧縮
応力が減少し、座屈や形状不良或いは絞シの発生を抑制
し得ることがわかる。For the above reasons, it can be seen that if the diameter of the cooling roll is made as small as possible, the compressive stress can be reduced, and the occurrence of buckling, poor shape, or constriction can be suppressed.
しかし、小径ロールを使用すると所要ロール本数がふえ
て長大なロール列を必要とし、■設備の製作保守に困難
を生ずる、■ス) IJツブ温度が当該金属の再結晶温
度を下廻る範で本発明においては、冷却ロール帯の上流
側の一部の冷却ロールを小径の冷却ロールとし、更に冷
却ロール帯の前後に夫々張力緊張装置を設けることによ
り冷却ロールを小径とすることによる上記問題点を抑制
しつつ形状不良、座屈、絞シの減少を実現したものであ
る。However, when small diameter rolls are used, the number of required rolls increases, requiring a long roll row, which causes difficulties in manufacturing and maintaining the equipment. In the present invention, the above-mentioned problems caused by making the cooling roll small in diameter are solved by using a part of the cooling roll on the upstream side of the cooling roll band as a cooling roll with a small diameter, and further providing tension devices at the front and rear of the cooling roll band, respectively. This has achieved a reduction in shape defects, buckling, and shrinkage.
第2図に本発明を連続焼鈍炉に適用した場合のロール冷
却装置の一実施例を示す。FIG. 2 shows an embodiment of a roll cooling device in which the present invention is applied to a continuous annealing furnace.
ストリップ(X)は加熱炉・均熱炉(図示せず)で70
0℃程度に加熱された後、ロール冷却装置α0に導入さ
れる。ロール冷却装置α1は冷却口”−ル帯αやとこれ
の上流側に設けられた後方張力緊張装置(6)と下流側
に設けられた前方張力緊張装置01とから構成されてい
る。The strip (X) is heated in a heating furnace/soaking furnace (not shown).
After being heated to about 0° C., it is introduced into a roll cooling device α0. The roll cooling device α1 is composed of a cooling port “roll band α, a rear tension tensioning device (6) provided upstream thereof, and a front tension tensioning device 01 provided downstream thereof.
冷却ロール帯αηの上流側は小径の冷却ロール帯(ll
a)となっておシ、これに続いてこの実施例では中径ロ
ール帯(llb)、大径ロール帯(lie)となってい
る。各ロール帯(11a)(11b)(11c)は夫々
4個のロールから構成されている。小径ロール帯(ll
a)のロール径は400mm121〜800ttrml
とするのが望ましく、また大径ロール帯(llc)のロ
ール径はストリップ(X)の板厚の約1000倍以上と
するのが望ましい。The upstream side of the cooling roll band αη is a small diameter cooling roll band (ll
a), followed by a medium-diameter roll band (llb) and a large-diameter roll band (lie) in this embodiment. Each roll band (11a) (11b) (11c) is composed of four rolls. Small diameter roll band (ll
The roll diameter of a) is 400mm121~800ttrml
It is desirable that the roll diameter of the large diameter roll band (llc) be approximately 1000 times or more the thickness of the strip (X).
ここで小径ロール帯(lla)を上流側に設けることと
したのは、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、座屈の成長が大きく、形状不良
や絞シ発生の危険が多いため、ストリップ高温側、即ち
上流側に小径ロール帯を設けた方がこれら座屈等の防止
効果が大きいためである。またストリップ低温側で小径
の冷却ロールを用いると上記したようにストリップの材
質を害する危険があるためである。The reason why we decided to provide the small diameter roll band (lla) on the upstream side is because the yield strength of the strip is generally lower on the high temperature side of the strip, so there is a risk of large buckling growth and the risk of poor shape or shrinkage. This is because the effect of preventing buckling and the like is greater when a small-diameter roll band is provided on the high-temperature side of the strip, that is, on the upstream side. Furthermore, if a cooling roll with a small diameter is used on the low temperature side of the strip, there is a risk of damaging the material of the strip as described above.
張力緊張装置(2)01は従来のものと同様な構成とな
っており、夫々3個のロールから成っている。この張力
緊張装置(12に)によシストリップ(X)の張力を付
与して、形状不良、座屈、絞シを防止することができる
。The tension tensioning device (2) 01 has the same structure as the conventional one, and each roll consists of three rolls. This tension tension device (12) can apply tension to the support lip (X) to prevent shape defects, buckling, and constriction.
以上のような構成のロール冷却装置00において、スト
リップCX)は後方張力緊張装置0オと前方張力緊張装
置(ト)とにより張力をうけつつ、冷却ロール帯αpを
通過し、て500〜900℃から150〜450℃に冷
却される。この際上流側の冷却ロール帯O)は小径ロー
ル帯(lla)となっているため、ここではストリップ
(X)の圧縮応力は減少する。そのだめ形状不良、座屈
等が抑制される。また小径ロール帯(lla)は冷却ロ
ール帯01)の一部だけであるためロール列が長大とな
ることはなく、また小径ロール帯(11a)ではストリ
ップ(X)は高温であるため、ストリップの材質を害す
ることがなく、良好な急速冷却が可能となる。In the roll cooling device 00 configured as above, the strip CX) passes through the cooling roll zone αp while being subjected to tension by the rear tensioning device 0o and the front tensioning device (g), and is heated to a temperature of 500 to 900°C. to 150-450°C. At this time, since the upstream cooling roll band O) is a small diameter roll band (lla), the compressive stress of the strip (X) is reduced here. As a result, poor shape, buckling, etc. are suppressed. In addition, since the small diameter roll band (lla) is only a part of the cooling roll band 01), the roll row does not become long or large, and since the strip (X) in the small diameter roll band (11a) is high temperature, the strip Good rapid cooling is possible without damaging the material.
以上説明したように本発明のロール冷却装置によれば、
金属ス) IJツブを形状不良や座屈或いは絞シを発生
させることなく急速冷却することができる。またロール
列が長大となることもなく、金属ストリップの材質劣化
を生ずることもない等の効果がある。As explained above, according to the roll cooling device of the present invention,
(Metals) IJ tubes can be rapidly cooled without causing shape defects, buckling, or constriction. Moreover, the roll row does not become long and the material quality of the metal strip does not deteriorate.
第1図はロール冷却における温度勾配、板巾方向応力の
説明図、第2図は本発明によるロール冷却装置の一実施
例を示す正面図である。
CLq・・・ロール冷却装置、αl)・・・冷却ロール
帯、αつ・・・後方張力緊張装置、a葎・・・前方張力
緊張装置。
特許出願人 日本鋼管株式会社FIG. 1 is an explanatory diagram of the temperature gradient and stress in the width direction during roll cooling, and FIG. 2 is a front view showing an embodiment of the roll cooling device according to the present invention. CLq: Roll cooling device, αl): Cooling roll band, α: Rear tension tensioning device, a: Front tension tensioning device. Patent applicant Nippon Kokan Co., Ltd.
Claims (1)
と前方張力緊張装置とを設け、冷却ロール帯の上流側を
小径の冷却ロール帯としたことを特徴とする金属ストリ
ップのロール冷却装置。A roll cooling device for a metal strip, characterized in that a rear tensioning device and a front tensioning device are provided on the upstream and downstream sides of a cooling roll band, respectively, and the upstream side of the cooling roll band is a small diameter cooling roll band.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57150734A JPS5941427A (en) | 1982-09-01 | 1982-09-01 | Roll-cooling means for metal strip |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57150734A JPS5941427A (en) | 1982-09-01 | 1982-09-01 | Roll-cooling means for metal strip |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5941427A true JPS5941427A (en) | 1984-03-07 |
Family
ID=15503242
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57150734A Pending JPS5941427A (en) | 1982-09-01 | 1982-09-01 | Roll-cooling means for metal strip |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5941427A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0382665A (en) * | 1989-08-24 | 1991-04-08 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Air spring control method for railroad vehicle |
JPH0382666A (en) * | 1989-08-24 | 1991-04-08 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Control method for railroad vehicle on mild curve |
JPH03148370A (en) * | 1989-11-01 | 1991-06-25 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Air spring control method for rolling stock |
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-
1982
- 1982-09-01 JP JP57150734A patent/JPS5941427A/en active Pending
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