JPS61130426A - 金属ストリツプ冷却用水冷ロ−ル - 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】 ［ｆｊ、業上の利用分野１ 本発明は金属ストリップ冷却用水冷ロールに関し、さら
に詳しくは、鋼ストリップの連続処理設備の熱処理過程
において鋼ストリップを冷却するための水冷ロールに関
する。

［従来技術１ 一般に、鋼ストリップを連続的に焼鈍し、過時効処理を
行ない、調質圧延を行なう連続処理において、高温の鋼
ストリップを急速冷却することが必要な時がある。

このように、金属ストリップを連続的に急速冷却する場
合に、金属ストリップ幅方向に均一に冷却が進行しなけ
れば均一な特性を有する金属ストリ、ツブ製品を得るこ
とができない。

しかして、走行中の金属ストリップを冷却する場合の方
式の１つとして、回転自在なロールに金属ストリップを
巻掛けて金属ストリップを走行させ、金属ストリップか
らロールへ熱を伝達して冷却する方法があるが、ロール
で金属ストリップを冷却する際に、ロール胴長方向にお
いて温度分布に不均一性があれば、その分布が金属スト
リップに移動し、ストリップは幅方向において不均一に
冷却されることになる。

そして、金属ストリップが幅方向において不均一に冷却
されると金属ストリップに歪が発生し、この歪によって
ロールと金属ストリップ間の接触状態が不均一になり、
これが金属人トリップからロールへの熱伝達量の不均一
性をもたらし、金属ス）　ＩＪツブの幅方向における温
度の不均一性を助長する。

例えば、第３図に示すような水冷ロールの幅方向の温度
分布が、高温状態の中央部ＩＡＩ：対し、中間部ＩＢで
は徐々に低くなって低温状態となっている場合には、水
冷ロールに接触した後の金属ス）　ＩＪツブの幅方向温
度分布は第４図に示すように、中央部ＩＡが高温の温度
状態であるのに対し、両端部ＩＢの温度状態は過冷却状
態となっており、その後高温度の中央部ＩＡが冷却され
て、第５図（ａ）（ｂ）に示すように、中央部ＩＡ付近
で、＠２４が発生して金属ストリップ２３が破断したり
、製品の品質が劣化するという問題があり、また、金属
ストリップ２３の幅方向への収縮による皺２４゜が軽微
であっても、調質圧延の能率を著しく阻害するという問
題もある。

また、第６図（ａ）に示すような従来のロールによる金
属ストリップの冷却において、ロールの内部に螺旋状冷
却媒体流路２６を形成したａ−ルにあっては、ロール外
周面の冷却能は内部に冷媒流路２６が存在する部分と、
そうでない部分とでは差異があり、そのため冷却される
金属ストリップの幅方向における温度分布が不均一にな
り、がっ、ロールシェル、即ち、空胴部を有し、空胴部
内の温度が炉内温度と略等しくなっているため、冷却水
は金属ス）　＋７ツプの温度のみならず空胴部内の温度
をも吸収してしまい、このため、吸熱効率、さらには、
冷却能力の損失を招（という問題がある。

また、＠６図（ｂ）に示すａ一層内部の冷却媒体を流動
させるための回転駆動される羽根車をロール内部に設け
たロール（Ｗ開明５８−１３６７２３号公報参照）にお
いては、高温の金属ストリップが低温の水冷ロールに接
触すると、金属ス）　１７ツプが収縮し、金属ストリッ
プの幅方向の両端部がロール表面を摩耗し、ダル加工が
施されているロール表面がブライト表面となり、引続い
て広幅の金属ストリップを通過させるとグル表面とブラ
イト表面に接触し、グル表面に接触する金属ス）Ｕ７ブ
の幅方向の部分では温度が高く、ブライト表面に接触す
る金属ストリップは幅方向の両端部においてロールと密
着して低温となり過冷却状態となり、その後温度の−高
い中央部が冷却・収縮して、皺２４を発生し、金属スト
リップが破断したり、製品の品質が劣化する。また、幅
方向への収縮による皺が軽微であってら調質圧延の能率
を著しく阻害するという問題がある。

さらに従来において、水冷ロールの表面には２０〜７０
μ鰺程度の硬質クロムメッキを施すのが常識となってい
るが、厳しい熱サイクルのために僅か４ケ月程度の稼働
でメ２キ層が部分剥離を生じ、そのまま用いると金属ス
トリップの品質に悪影響を与えるため、頻繁に新らしい
水冷ロールと交換しなければならないという大きな問題
があり、さらに、このクロムメッキは熱伝導度が０、１
６ｃａｌ／ａｍ２・Ｓ　・’Ｃとやや高めであるタメに
金属ストリップが過冷却となり易く、ストリップの温度
制御が困難であるという欠点も指摘されている。

［発明が解決しようとする問題点１ 本発明は、上記に説明した金属ス）　＋７ツプ冷却用ロ
ールの数々の問題点に鑑みなされたものであり、即ち、
本発明者の研究の結果、金属ストリ・ノブ冷却用ロール
に接触する金属ストリップの幅方向の温度分布を均一に
することができ、さらに、厳しい熱サイクルに対する耐
久性に優れ、かつ、耐摩耗性および適当な熱伝導性を有
する金属ストリップ冷却用水冷ロールを開発したのであ
る。

［問題点を解決するｔこめの手段］ 本発明に係る金属ストリップ冷却用水冷ロールの特徴と
するところは、走行している金属ストリップに接し、こ
の金属ストリップを冷却する回転自在なロールであって
、ロール内に内部の冷却媒体を流動させるための回転駆
動する羽根車が設けられ、かつ、水冷ロールの金属スト
リップ接触表面に金属炭化物の溶射層が設けられている
ことにある。

以下本発明に係る金属ス）　ＩＪツブ冷却用水冷ロール
について図面に示す実施例により具体的に説明する。

第１図、第２図は、本発明に係る金属ス）　１７ツプ冷
却用水冷ロールの例を示す概略説明図である。

そして、本発明に係る金属ストリップ冷却用水冷ロール
は、ロールｌ内に内部の冷却媒体、例えば、水を流動さ
せるための回転駆動する羽根車２１がシャフト１０に設
けられており、さらに、水冷ロール１の表面全体にわた
って被覆厚さ約０．３ｍ−程度の金属炭化物が溶射され
ている溶射層１５が設けられている構成を有している。

次に、より詳細に本発明に係る金属ストリップ冷却用水
冷ロールを説明する。

即ち、羽根車２１は図示しない駆動源によりスプロケッ
ト９を介してロール１の回転方向とは逆方向に回転駆動
される。このような回転とすることにより、ロールシェ
ル６の内壁面と冷却媒体間との相対流動速度を高くする
ことができる。

１０は羽根車２１のシャフトであって、内筒部３を有し
、羽根板２がこの内筒部３の外周に植設され１．また、
シャフト１０は中空軸であって水冷孔１４となっており
、冷却媒体（例えば、水）は給水用パイプ７からロータ
リージヨイント８を介して水冷孔１４を通ってロールシ
ェル６内に供給され、池端の水冷孔１４からロータリー
ジヨイント８を介して排水パイプ２０を通って、図示し
ていない閉ループ冷却装置により冷却されて再び循環使
用される。そして、冷却媒体には純水を使用でき、かつ
、閉ループ冷却装置により冷却再循環して使用されるの
で、冷却媒体中にだスが混在することがなく、冷却水の
使用効率が高く、羽根車２１の回転抵抗が低くなり、ひ
いては、回忙駆動力の減少、さらには、羽根車２１の水
冷ロール内に収納される部分の腐蝕が減少する。

ロール１は、その表面に金属炭化物の溶射層１５が被覆
されている円筒状のロールシェル６によ１）構成され、
両端部は輪受１３．２５により回転自在に軸支されてお
り、羽根車２１のシャフト１０とロール１の両端部とが
接する面にはシール１２を設けて冷却媒体の漏れを防止
している。

二のロール１を構成するロールシェル６の表面に被覆さ
れる溶射層１５の金属炭化物としては、タングステンカ
ーバイド（ＷＣ）、クロムカーバイド（ＣｒＣ）、チタ
ンカーバイド（ＴｉＣ）等を使用することができ、また
、被覆量としては０．０５〜０．５ＩＩＩＩＩ程度あれ
ば充分であり、表面粗度は通常一般に用いられるＲＺ５
〜３０とするのがよい。

次に、この金属炭化物溶射層が硬質クロムメッキ層より
優れていることについて、以下説明する６即ち、セラミ
ックとクロムカーバイドの夫々を溶射したロールおよび
硬質クロムメッキをしたロールからなる各テストロール
の耐久試験と各テスト片の耐熱衝撃性試験を行なった。

耐久試験は各テストロールを常温および高温（５００℃
）下で２４時間連続回転（１０００ｒｐｍ）するもので
あり、その結果セラミック溶射のテストロールは常温テ
ストにおいて）８射被覆層が剥離し、硬質クロムメッキ
のテストロールは２度目の高温テス）（５０ｏ℃）の終
了段階で表面に部分的なチッピングが発生したが、クロ
ムカーバイド゛溶射のテストロールのみは常温テスト、
２日間の高温テストを通じて全く異常が認められなかっ
た。

また、耐熱衝撃テストは、各テスト片を所定温度雰囲気
中に３０分間放置し、その後、６〜８℃の水中に投入す
るテストを繰返し行なうものであり、その結果、３００
℃×ｌＯ回、引続いて、５００℃×１０回のテストまで
は何れのテスト片も異常は発生しなかった。

しかし、次に行なった７００℃×２回のテストで硬質ク
ロムメッキのテスト片は表面にクラックが発生し、７０
０°Ｃ×１０回では可成りひどいクラックが発生し、そ
して、このテスト片とは別に７００℃で異常発生が起る
まで繰返し行なうテストでも硬質クロムメッキは僅が４
回の繰返しでクラックが発生し、１０回目にはクラック
が可成り大きくなったが、セラミック溶射およびクロム
カーバイド溶射の各テスト片には異常発生がなかった。

次いで、上記テスト結果に基いて金属炭化物のみの溶射
層とし、即ち、クロムカーバイド溶射およびタングステ
ンカーバイド溶射のテストロールと比較例として硬質ク
ロムメッキのテストロールとについて、耐久試験（１回
の耐久試験で２４時間、５（月）　ｒｐｍで連続回松を
行なう）と熱衝撃試験（Ｓｔ）Ｏ’Ｃの炉内でテストロ
ールをｌｖＦ間放置した後水冷する）を交互に繰返し行
ない、テストロールの表面状況を調査した。その結果、
クロムカーバイド溶射およびタングステンカーバイド溶
射の各テストロールは１０の前記耐久試験と熱衝撃試験
を行なった後でも、ロール表面にクラックやチッピング
等の表面異常は認められなかったが、比較例の硬質クロ
ムメッキのテストロールは４回の耐久試験と熱衝撃試験
でチッピングを生じた。

これらのテストロールの溶射層およびメッキの摩耗を表
面粗度の変化によって表わしたのが＠９図であり、この
第９図において表面粗度の低下は摩耗量に対応しており
、従って、この第９図から、クロムカーバイド溶射およ
びタングステンカーバイド溶射のテストロールの溶射層
は熱サイクルに対する耐火性および耐摩耗性に優れてい
ることがわかる。

以上の試験結果をまとめてみると、次のように結論する
ことができる。即ち、 （１）金属炭化物溶射層を有するロールは、硬質クロム
メッキを有するロールより優れた耐熱衝撃性および密着
特性を有する。

（２）表面粗度から判断すると、金属炭化物溶射層を有
するａ−ルは熱影響を殆んど受けずに時間と経過と共に
比例的に摩耗するが、硬質クロムメッキを有するロール
は熱影響を受けると摩耗が顕著になる。

このように、金属炭化物の溶射層が設けられている本発
明に係る金属ストリップ冷却用水冷ロールは、連続焼鈍
装置や連続亜鉛メッキ炉などにおいて金属ストリップを
処理する際に極めて有効であることがわかる。

ＨＸ表に連続焼鈍プロセスに使用する冷却用水冷ロール
の溶射層、表面粗度および熱伝導係数について示す。Ｎ
ｏ、１．２．３は本発明に係る金属ストリップ冷却用水
冷ロールで、Ｎｏ、４は比較例である。

この第１表から次のことが明らかである。即ち、Ｎｏ、
１．２．３の本発明に係る金属ストリップ冷却用水冷ロ
ールは何れも高温の鋼板ストリップと内部水冷による苛
酷な熱サイクルに対する耐火性、耐摩耗性および適当な
熱伝導性を有しており、これらの水冷ロールを使用した
場合には鋼板ストリップは何れも均一な時効性を示して
おり、また、従来の連続焼鈍装置を４ケ月間実施すると
、Ｎｏ、４の比較例の水冷ロールはチッピングが発生し
て水冷ロールの取替えを必要としたが、Ｎ００１．２．
３の本発明二係ル金属ストリップ冷却用水冷ロールは何
れも良好な表面状況を呈しており、継続して使用できる
状態にあり、少なくとも１年の継続使用は可能である。

［作用１ 本発明に係る金属ストリップ冷却用水冷ロールはこのよ
うな構成であり、その作動について説明する。

冷却媒体が給水用バイブ７からロータリージヨイント８
を通過して、羽根車２１のシャフト１０に設けられてい
る水冷孔１４よりロール１内に供給されるとともに、羽
根車２１が図示しない駆動源によってスプロケット９を
介してロール１の回転方向と逆方向に回転駆動すること
により、ロールシェル６と冷却媒体間の相対的流動速度
を高くすることができる。

このようにして、連続通板を行ない冷却用水冷ロールで
、内部を水冷したロールに高温の金属ストリップを直接
接触させることにより、急速冷却を行なうと同時に冷却
中の金属ス）　ＩＪツブを任意の冷却温度に制御するも
のであり、この冷却用水冷ロール１を構成するロールシ
ェル６の表面には苛酷な熱サイクルに対して耐久性、耐
摩耗性および適当な熱伝導性を有する約０．３　ｍｎ４
程度の金属炭化物の溶射層１５が設けられているので、
高温の金属ストリップが低温の冷却用水冷ロールに接触
して、金属ストリップが収縮することにより金属ストリ
ップの幅方向の両端部がロール表面をこすっても、ロー
ル表面は摩耗しないのでロール表面粗度には異常がなく
均一であるので、ロール幅方向の温度分布は均一となり
、従って、ロールに接触する金属ス）　リップの板幅方
向の温度分布も均一となり、金属ストリップに第５図に
おいて説明したような皺２４が発生することはないので
ある。

このような操作と作用により、ロールの幅方向温度分布
が第７図に示すように緩やかな中高の温度状態となり、
従って、ロールに接触する金属ストリップ２３の幅方向
温度分布は第８図に示すように、中央部２Ａから両端部
２Ｂにかけて均一となる。

［発明の効果１ 以上説明したように、本発明に係る金属ストワンプ冷却
用ロールは上記の構成を有しているものであるか呟　ロ
ールと接触する金属ストリップの幅方向温度分布を均一
化できるので、金属ストリップの皺発生による破断を防
止でき、金属ストリップの品質を良好な状態に維持する
こともでき、また、優れた冷却能力を確保することがで
き、さらに、高温の金属ストリップと内部水冷による熱
サイクルに対して耐久性、耐摩耗性に優れており、さら
に、金属ストリップを任意の温度に制御するのに適当な
熱伝導性を有し、従来の水冷ロールでは表面に娼摩耗を
生じて約・ｔケ月毎に交換しなければならなかったが、
水冷ロールの交換周期を大幅に延長することができると
共に安定した熱処理を行なうことででき、良品質の製品
を安定して得ることができるという効果を有するもので
ある６

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明に係る金属ス）　＋７ツプ冷却
用ロールの例を示す概略断面図、Ａ−Ａ断面図、第３図
は従来のロールの幅方向の温度分布を示す図、第４図は
従来のロールによる金属ストリップ幅方向の温度分布を
示す図、第５図は金属ストリップの幅方向温度分布の影
響を示す説明図、第６図は従来の金属ストリップ冷却用
ロールのの側断面図と縦断面図、第７図は本発明に係る
金属ストリップ冷却用ロールの幅方向の温度分布を示す
図、第８図は本発明に係る金属ストリップ冷却用ロール
に接触して冷却された金属ストリップの幅方向の温度分
布を示す図、ｔｊＳ９図はテス）Ｃ７−ルの被覆層（溶
射層、メッキ）の表面粗度の変化を示す図である。 １・・ロール、２・・羽根板、３・・内筒部、６・・ロ
ールシェル、７・・給水用パイプ、８・・ロータリージ
シイント、９・・スプロケット、１０・・羽根車シャ７
）１　１１．１３．２５・・軸受。 １２．１８・・シール、１４・・水冷孔、１５・・溶射
層、２０・・排水パイプ、２１・・羽根車、２２〜従来
ロール、２３・・金属ストリップ、２４・・皺、２６・
・螺旋状冷却媒体通路、２７・・中空軸。 才３図 ｔ５図 Ｃα） （ｂ） ｔ４　　　　Ｚ４ ？６　図 （ｂ’＞ ？７１５！１ 才８ＥＩ Ａ 手続補正書（方式） ％式％ ２、発明の名称 金属ストリップ冷却用水冷ロール ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　神戸市中央区脇浜町１丁目３番１８号名称　（１
１９）　　株式会社　神戸製鋼所代表者　　　牧　　冬
　彦 ４、代理人 住所　東京都江東区南砂２丁目２番１５号藤和東陽町フ
ープ９０１号 ６、補正の対象 （１）明細書の図面の簡単な説明の欄 ７、補正の内容 （１）明細書第１８頁７行〜９行の［・・示す図、・・
・・示す図である。」を［・・示す図である。］と補正
する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 走行している金属ストリップに接し、この金属ストリッ
   プを冷却する回転自在なロールであって、ロール内に内
   部の冷却媒体を流動させるための回転駆動する羽根車が
   設けられ、かつ、水冷ロールの金属ストリップ接触表面
   に金属炭化物の溶射層が設けられていることを特徴とす
   る金属ストリップ冷却用水冷ロール。