JPS6235014Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、金属ストリツプの冷却装置に関す
る。

連続焼鈍設備等においては、冷却ロールに鋼帯
を接触させて冷却する方法が採用されている。

第１図にこの連続焼鈍設備１における冷却ロー
ル設備の一例を示す。Ｙ，Ｚは冷却ロール域であ
り、ここで使用している冷却ロール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、ロールシエル３の内側に螺旋状の冷
却水通路４を有しダクト５外に設けた軸受６，６
によつて回転自在に支持されている。該冷却水通
路４は、軸部２Ａ，２Ａに穿設した冷却水路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つている。尚、第
１図Ｙ，Ｚの冷却ロールは、いずれも冷却水を通
過させる場合だけでなく、Ｙ，Ｚの冷却ロールの
いずれか一方を、液体、気液、気体で冷却する場
合もある。

連続焼鈍設備１では、第１図に示す如く、ペイ
オフリール１０から巻戻される鋼ストリツプ等の
金属ストリツプＸがクリーニングセクシヨン１１
で洗浄されたのち入側ルーパ１２を経て、加熱炉
１３から均熱炉１４に送られ、再結晶温度以上、
例えば700℃に加熱されたのち、冷却ロール域Ｙ
において過時効温度、例えば400℃に、100〜200
℃／Ｓの速度で急速冷却される。次いで急速冷却
された金属ストリツプＸは、続いて過時効処理域
１５で過時効処理後、冷却ロール域Ｚを経てダク
ト５外に取出され、出側ルーパ１６からテンパミ
ル１７を経てテンシヨンリール１８に巻取られ
る。

なお、金属ストリツプＸの各域における温度
は、温度計１９，２０，２１，２２，２３，２４
により測定される。

第３図は前記各域における金属ストリツプＸの
温度変化を示した図である。

以上のような冷却ロールによる金属ストリツプ
Ｘの冷却において冷却過程で生ずる熱応力のため
に金属ストリツプＸの形状がくずれやすく、冷却
ロール２間の非接触部で座屈が生じ易い欠点があ
つた。即ちロール冷却においては金属ストリツプ
Ｘとロール２との接触が一般に不均一になりやす
く、周囲よりも、冷却された部分は熱収縮が大き
いから、その分だけライン張力が強くなり、ます
ます接触状態が強く、ますます冷却速度が他の周
囲の部分にくらべ速くなるので、ライン張力の不
均一が助長される。従つてこのライン張力の不均
一が増大した場合、ライン方向応力の増大する部
分と減少する部分ができ、このライン方向応力の
減少する部分では非常に座屈しやすい状態とな
る。そして甚だしい場合にはこの座屈から“絞
り”と称するライン方向の縦ジワが生じ、ライン
内での金属ストリツプＸの破断などにもつながり
重大な支障となつていた。

このような金属ストリツプＸの形状上の問題お
よび製品品質を均一とする要請から、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。

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
冷却ロール２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
冷却ロール２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。

本考案はこのような冷却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り、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、冷却ロール冷却における金属スト
リツプの座屈抵抗を高め、これにより座屈および
絞りの発生と形状不良を抑制したものである。

第４図イに５本の冷却ロール２によるロール冷
却システムの概略図を、第４図ロに金属ストリツ
プＸを平面状に伸展させた図を示す。

金属ストリツプ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，Ｃ，Ｅ，
Ｇ，Ｉは冷却ロール２の入側、即ち金属ストリツ
プＸが冷却ロール２に接触する点を示している。
またＢ，Ｄ，Ｆ，Ｈ，Ｊは冷却ロール２の出側、
即ち金属ストリツプＸが冷却ロール２と非接触に
なる点を示している。

そして、該冷却ロール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では小さくなつており、金属
ストリツプ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→大に変る点（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。

第４図ハは、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
つた結果であり、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。

冷却ロール径：1400mmφ 冷却ロール数：５ケ 接触部長さ（l₁〜l₅）：1000mm一定 総接触長：５×l₁＝5000mm 非接触部長さ（L₁〜L₄）：775mm一定 ライン・ユニツト張力：１Kg／mm² 金属ストリツプ巾：1000mm 金属ストリツプ厚：1.0mm ライン・スピード：198mpm（3.3mps） 冷却開始温度：600℃ 冷却停止温度：400℃ (注) 冷却ロール２と金属ストリツプＸとの接触部
の冷却速度は125℃／sec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り冷却
されており13℃／sec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、たとえば冷却ロール２個々に通水されてい
る水量や水の入口温度等によつても冷却ロール２
個々の冷却能力はかなり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図ハ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りが発生してい
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特に大きな圧縮応
力、引張り応力は認められない。

一方、連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
知られており、このような経験則と上記実験結果
から考えて、金属ストリツプＸの冷却ムラ及び形
状不良の直接的原因は、第４図ハに示す冷却速度
のα変曲点（冷却ロール入側Ａ，Ｃ，Ｅ，Ｇ，Ｉ
の各点）にピーク点をもつ圧縮応力であることが
予想される。

即ち、金属ストリツプＸの各冷却ロール２接触
点付近に発生する巾方向圧縮応力により、各冷却
ロール２入側部における金属ストリツプＸのロー
ル非接触部分に座屈が発生し易くなる。

本考案は、上記知見に基づいてなされたもので
冷却ロール入側における金属ストリツプの座屈抵
抗を高めることによりその目的を達成せんとする
ものである。更に、実際のロール冷却設備ではラ
イン速度、金属ストリツプの厚さに応じて該金属
ストリツプの冷却終了温度を制御しなければなら
ないため上記目的のほか冷却ロールへの接触長さ
も自由に制御できるものであることも必要であ
る。そのため、本考案は冷却ロール入側部の直前
に金属ストリツプの厚さに相当する間隙をあけて
通常のロール（前記冷却ロールより冷却速度の小
さいロール）を配設し、一方のロール軸を中心に
他方のロールをその周りで旋回可能にしたことを
特徴とし、冷却ロール接触点直前の金属ストリツ
プ非接触部にロールを巻きつけ、その部分のスト
リツプの座屈抵抗を増大せしめると共に、一方の
ロールを他方のロールの周りに旋回せしめて金属
ストリツプと冷却ロールとの接触長さを可変にす
ることとしたものである。

本考案の具体的実施例を図面に基づいて説明す
る。

第５図は本考案の一実施例を示すロール配置概
略図である。本考案の冷却装置は、冷却ロール２
の直前にロール９を配設している。本実施例では
三つの冷却ロール＃１，＃２，＃３が配設され、
それぞれの直前にロール＃11，＃12，＃３３が設
けられている。従つて入側デフレクタロール２５
を通つて装置内に入つてきた金属ストリツプＸは
ロール９と冷却ロール２との間を通過し、そこで
冷却された後出側デフレクタロール２５を通つて
装置外へ出ていくこととなる。

又、ロール９と冷却ロール２とは該金属ストリ
ツプＸの厚さ相当の間隙を開けており、該ロール
９と冷却ロール２との間で金属ストリツプＸのロ
ール非接触部を発生させないようにしている。
尚、対になつている各ロール９と冷却ロール２の
中心軸間はコネクティングロツド２６で連結され
ている。

更に、対になる両ロール９，２の間では一方の
ロールの軸を中心に他方のロールをその周りで旋
回できるようにしている。本実施例では、各冷却
ロール２を固定しその軸を中心に前記コネクテイ
ングロツド２６によりロール９を第５図の矢印方
向に旋回せしめることができるように設置してい
る。このような構成により、冷却ロール＃１，
＃２，＃３に対する金属ストリツプＸの接触長さ
を自由に制御することができる。以上のような装
置を、外径800mmの３組のロール９及び冷却ロー
ル２で構成すれば、前記金属ストリツプＸの接触
長さは０〜4.7ｍまで可変となり、実用上十分な
範囲である。もしこの接触長さをもつと大きな範
囲で制御する必要があれば、ロール９と冷却ロー
ル２との組を増やせば良い。尚、本実施例のよう
に各冷却ロール２を固定していれば、該ロール２
を冷却するための配管は、冷却ロール２の移動に
共なつて配管も移動させるようにしていた従来の
水冷ロール方式（蛇腹水冷パイプ等を使用）に比
べ、単純となり、メンテナンスも容易となる。

次に以上のような構成を有する金属ストリツプ
の冷却装置の作用について説明する。

該冷却装置では、冷却ロール２の直前にロール
９が設けられているため、金属ストリツプＸの冷
却ロール２に接触しない部分はロール９に巻きつ
けられることになる。しかして曲率を有する金属
ストリツプは平板に比べ一般に臨界座屈応力がは
るかに大きくそのため前記ロール９に巻きつけら
れた部分の座屈抵抗は非常に大きいものになる。
ちなみに、ロール９の外径800mm、金属ストリツ
プＸの厚さ0.8mmの場合、ロール９に該金属スト
リツプＸが巻きついた状態では平板状態に比べて
約30倍臨界座屈応力が増加し、この値はほぼこの
金属ストリツプＸの降伏応力と等しい。

又、上記のようにロール９に金属ストリツプＸ
が巻きついた状態ではライン張力により該金属ス
トリツプＸをロール９に押しつける圧力が存在す
るためその部分の座屈を抑制する働きがある。

更に、ロール９と冷却ロール２との間に金属ス
トリツプＸの厚さに相当する間隙しか設けられて
いないため、該金属ストリツプＸは冷却ロール２
接触開始点でロール９にも接触している。そのた
め座屈が発生し易い部分、即ち金属ストリツプＸ
が冷却ロール２と接触を開始する前の非接触部分
にロール９が押しあてられることになり、このよ
うな領域の圧縮応力の働く有効幅が小さくなつ
て、臨界座屈応力が著しく上昇する。

以上のほか、前述のように一方のロールを他方
のロールの周りで旋回させることにより冷却ロー
ル＃１，＃２，＃３を金属ストリツプＸとの接触
長さを自由に制御することが出来る。本実施例に
よれば、各ロール９を第５図に示すように上方に
旋回させた場合には、前記接触長さは短くなり、
又ロール９を下方に旋回させた場合には、該接触
長さは長くなる。このような旋回作用により、該
金属ストリツプＸの温度制御を行なうことが出来
る。

尚、前記した冷却ロール２の冷却媒体は通常水
であるが、もちろんその他の物質を用いても差し
つかえない。又、前記ロール９は必ずしも非冷却
にしなければならないものではない。要はこのロ
ール９による金属ストリツプＸの冷却速度が対と
なる冷却ロール２の冷却速度に比べて十分に小さ
くしておけば良いのである。従つて実際では、ロ
ール９も水冷ロールとすることが出来るのであつ
てそのような場合にはロール・シエルの厚さを変
える等して冷却ロール２の冷却能より低いものに
すれば良い。

以上詳述した本考案の金属ストリツプの冷却装
置によれば、冷却ロールの直前に金属ストリツプ
の厚さに相当する間隙をあけてロールを配置して
いるので、金属ストリツプが冷却ロールと接触を
開始する前の非接触部分にロールが押しあてられ
ることになり、該ロールの圧力が該金属ストリツ
プの座屈抵抗となつてその部分の座屈や絞りの発
生を防止し、連続焼鈍設備の安定した操業を確保
できるという優れた効果を有している。又、対に
なるロール及び冷却ロールのどちらか一方を、他
方のロール軸を中心にその周りで旋回せしめると
いう簡単な操作により、金属ストリツプの冷却ロ
ールへの接触長さを自由に調整出来、従つて該金
属ストリツプへの座屈抵抗を高めつつ同時にその
温度制御を行なうことが可能になるという効果も
併せて有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続焼鈍設備のライン構成図、第２図
は冷却ロールの正断面図、第３図は熱サイクルの
説明図、第４図は従来の冷却ロールによる冷却工
程の説明図、第５図は本考案の一実施例に係る冷
却装置ロール配置を示す説明図である。 図中２は冷却ロール、９はロール、Ｘは金属ス
トリツプを各示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 冷却ロールに金属ストリツプを接触させて冷却
   する金属ストリツプの冷却装置において、冷却ロ
   ールの直前に金属ストリツプの厚さに相当する間
   隙をあけて前記冷却ロールより冷却速度の小さい
   ロールを設け、且つ、一方のロール軸を中心に他
   方のロールをその周りで旋回できるようにしたこ
   とを特徴とする金属ストリツプの冷却装置。