JPS6241297B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金属ストリツプの冷却方法及び冷却
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２
Ａ，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。

連続焼鈍設備１では、第１図に示す如く、テン
シヨンリール９から巻戻される鋼ストリツプ１０
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１
４に送られ、700℃に加熱されたのち、冷却ロー
ル域Ｙにおいて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鋼スト
リツプ１０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、鋼ストリツプ１０の各域における温度は
温度計１９，２０，２１，２２，２３により測定
される。

第３図は前記各域における鋼ストリツプの温度
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
の冷却において、冷却過程で生ずる熱応力のため
にストリツプの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欠点があつた。

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
のストリツプの破断などにもつながり重大な支障
となつていた。

このようなストリツプ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。

本発明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
リツプの熱応力を緩和し、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本の冷却ロールによるロール冷却
システムの概略図を、第４図ロにストリツプＸを
平面状に伸展させた図を示す。

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、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。

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 ストリツプ巾：1000mm 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) 冷却ロールとストリツプ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、ストリツプ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。

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り相互干渉が生じ
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冷却ロー
ル２とストリツプの接触長（即ちAB、CD、
EF、GH、IJ）を短くするか或いは冷却ロール２
とストリツプの非接触長（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、単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大きい。

本発明は上記した観点からなされたもので、非
接触長を単に短くするのではなく、非接触部を完
全になくすことにより前記した圧縮応力の発生自
体を抑制しようとするものである。

第５図に本発明方法の概念図を示す。第５図イ
は冷却ロール２の配置、ロはストリツプの展開
図、ハは巾方向の熱応力分布である。本発明方法
においては冷却ロール２を接近させてロール２間
隔をストリツプＸの厚さと同一とし、ストリツプ
Ｘが＃１〜＃３のロールに連続的に接触するよう
にしている。第５図ロの斜線部は接触冷却部を示
しており、本発明においては接触冷却部は連続し
ており、各ロール間に非接触部は存在しない。

以上のような方法により、第５図ハに示すよう
に圧縮応力の発生は＃１ロールの入側だけとなる
から、ロール間での形状不良や座屈或いは絞りの
発生を抑制することができる。

実操業のロール冷却においては、ライン速度、
ストリツプ厚さに応じでストリツプ冷却終了点の
温度を制御する必要がある。そのため本発明者ら
はロール間で非接触部を発生させることなくロー
ル接触長を変えることの出来る冷却装置を開発し
た。

この冷却装置を連続焼鈍設備に適用した場合の
一実施例を第６図に基づいて説明する。図中第１
図と同一のものには同一の番号を付してある。

５０と５１は夫々No.１、No.２のデフレクタロー
ルであり、このデフレクタロール５０，５１間に
冷却ロール５２，５３，５４を配設してある。冷
却ロール５３はその軸両端がウオームジヤツキ６
０に接続されており軸線方向と直交する上下方向
に移動し得るようになつている。この冷却ロール
５３の両側には冷却ロール５２，５４が配設さ
れ、この冷却ロール５２，５４は該冷却ロール５
３の移動方向と直交する方向、即ち、この実施例
では水平方向に移動可能になつている。即ち、こ
の実施例では、ロール５２，５４の軸受け５２
０，５４０は水平方向に配設されたレール５５上
に載置され、これにより水平方向移動可能となつ
ている。

冷却ロール５２，５３，５４間はストリツプＸ
の厚さだけのスペースを設けてある。即ち各冷却
ロール５２，５３，５４の軸間距離は隣接するロ
ール半径の和とストリツプ厚の和になつている。
この軸間距離を一定に保つため、冷却ロール５
２，５３，５４の軸間には連結ロツド５６が回転
可能に連結されている。

なお冷却ロール５２，５３，５４には水等の冷
媒が通水されている。またこの実施例では３個の
冷却ロールで構成しているが、少くとも２個の冷
却ロールがあれば良い。

以上の構成において、各冷却ロール５２，５
３，５４の間はストリツプ厚分のスペースをあけ
てあるだけであるから、ストリツプＸは連続的に
冷却ロール５２，５３，５４に接触し、非接触部
は生じない。

接触長を変える時は、ウオームジヤツキ６０に
より冷却ロール５３を動かせば良い。冷却ロール
５３が動くと、その両側の冷却ロール５２，５４
は連結ロツド５６により水平方向に移動し、軸間
距離を一定に保ちつつ、冷却ロールの配置をか
え、これによりストリツプＸの接触長が変化す
る。第７図のＡは接触長が短い場合、Ｂは接触長
の長い場合の冷却ロールの位置を示すものであ
る。なお、ストリツプＸの厚さが変化する場合に
は冷却ロール軸間距離はストリツプの最大厚に応
じて設定しておけば良い。この場合、ストリツプ
厚が薄い場合には若干の非接触部が生ずるが、こ
の非接触長が十分に短い場合には上述したように
引張り応力と圧縮応力の干渉作用により圧縮応力
は大幅に減少するから、形状不要、座屈、絞りの
発生は抑制される。

以上説明したように本発明方法によれば、形状
不良や座屈或いは絞りの発生を抑制することがで
きる。また本発明装置によれば上記効果を害する
ことなくストリツプの接触長を任意に変えること
ができストリツプの冷却終了点の温度を制御する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続焼鈍設備の説明図、第２図は冷却
ロールの断面図、第３図は熱サイクルの説明図、
第４図は冷却ロールによる冷却法の説明図、第５
図は本発明方法の説明図、第６図は本発明装置の
一実施例の説明図、第７図は動作説明図である。 ５０と５１……デフレクタロール、５２，５
３，５４……冷却ロール、５５……レール、５６
……連結ロツド、６０……ウオームジヤツキ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の冷却ロールに金属ストリツプを順次接
   触させて冷却する金属ストリツプの冷却方法にお
   いて、金属ストリツプを各冷却ロール間で非接触
   とすることなく連続的に各冷却ロールに接触させ
   ることを特徴とする金属ストリツプの冷却方法。 ２ 軸線方向と直交する方向に移動可能に設けら
   れた冷却ロールと、該冷却ロールと金属ストリツ
   プの厚さに相当する空隙をあけて近接し前記冷却
   ロールの移動方向と直交する方向に移動可能に設
   けられた少くとも一つの冷却ロールとを有するこ
   とを特徴とする金属ストリツプの冷却装置。