JPS6336042Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、金属ストリツプの冷却装置特に連続
焼鈍設備におけるロール冷却装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

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１０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１１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。

連続焼鈍設備１では、第１０図に示す如く、テ
ンシヨンリール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、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１２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。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に生ずる熱応力の発生形態および座屈（絞
り）防止の基本的考え方は、従来種々の考察か
ら、例えば本願考案者らによる特開昭56−5930、
特開昭59−28532、特願昭58−152520などに開示
したように明確になつている。

すなわち、座屈危険部位は板巾方向に圧縮応力
の発生する所であり、この値が座屈抵抗値を越え
ると座屈し、絞りに至る危険がきわめて高いとい
うことである。

従つて絞り防止対策の基本的考え方は、ロール
冷却により発生する熱応力（圧縮）を座屈抵抗値
以下にすればよいということである。また熱応力
と座屈抵抗はともにストリツプサイズにより大き
く変化することが、前記特願昭58−152520におい
て、開示されている。即ち、 (1) 他の条件が同じであれば、板厚が薄いほど同
一ロール冷却においては冷却速度は速くなり、
大きな発生熱応力となる。さらに、板が薄くほ
ど座屈抵抗が小さいので、きわめて絞りやすく
なると考えられる。

(2) 他の条件が同一であれば、板巾の大きいほど
発生熱応力は大きく、かつ板の座屈抵抗は小さ
いので非常に絞りやすい。

(3) ラインスピードが遅いほど発生熱応力は大き
く、絞りやすい。

更に、ロール冷却設備において、絞り対策のため
通板上の配慮を十分行うことによりあらゆる条件
で安定通板可能なロール冷却設備を実現できる。
その一例として本願考案者による高沸点熱媒体を
ロールの内部冷却用として用い、通板条件に対し
て絞らないように動作温度を変えることにより、
ロール面の冷却能力を制御する方法および設備が
存在する。しかし、この高沸点媒体を用いるロー
ル冷却設備においては、熱交換装置や燃えやすい
高沸点媒体取扱い上の安全対策などを必要とす
る。

また、特開昭54−118315号公報には、ロール冷
却装置のロール幅方向の冷却能力を制御する方法
として、連続金属帯処理ラインにおいて、所定ス
ピードで走行する高温の金属帯を、内周面に冷却
水が循環する回転冷却体に懸け回し、前記回転冷
却体に接触せしめながら移送することによつて、
任意の冷却スピードにより、所定の冷却温度まで
急冷することを特徴とし、さらに、前記回転冷却
体に接触せしめながら移送するに当り、回転冷却
体の内周面を循環する冷却水の流量、水温、およ
び回転冷却体への金属帯の接触面積のいずれか１
種あるいは数種を組合わせて制御することによつ
て、前記高温の金属帯を任意の冷却スピードによ
り、所定の冷却温度まで急冷することを特徴とす
る金属帯の冷却方法が提案されている。

これはロール幅方向に温度ムラを誘発するもの
で、この防止のためには通水溝の小分割が必要
で、工作上、非常に複雑なものであつた。

また、ロール径方向の同一高さ位置に通水溝を
配しているために、通水面積、量の変更による冷
却量、冷却速度の調整は可能であるが、通板（生
産）ストリツプ・サイズの範囲が大きい場合の冷
却に伴う発生熱応力をも含めて調整には不適切な
面があるという問題点があつた。

以上の如く従来のロール冷却装置は可成り改善
をみているものの未だ不十分で種々の問題点を有
し改良が望まれていた。

〔考案の目的〕

本考案は従来の連続焼鈍プロセスのロール冷却
装置において従来形状不良を生じやすいサイズの
ストリツプの場合に熱応力を緩和させて形状不良
を防止する冷却装置を提供することを目的とす
る。

〔考案の構成〕

本考案者等は前述の従来ロール冷却装置の欠点
に鑑み、ロール冷却についてのロール１回転毎の
非定常伝熱解析を行なつた結果、所謂ロール冷却
能力である総括熱貫流率Ｕは水冷ロールシエル厚
みの影響を大きく受けることを知見した。

総括熱貫流率Ｕは次式で定義される。

Ｕ＝ρCdV／Ｌlnθc−θw／θd−θw（kcal／m²ｈ℃
） ここでρ：ストリツプの密度 ｃ：ストリツプの比熱 ｄ：ストリツプの厚み Ｖ：ラインスピード Ｌ：ロールとストリツプの接触長さ θc：ストリツプの入側温度 θd：ストリツプの出側温度 θw：冷却水温 総括熱貫流率Ｕとロールシエル厚みの関係は解
析により第１図のようになる。第１図は水冷ロー
ルの総括熱貫流率に及ぼすロールシエル厚みの影
響を水温40℃にてSS41鋼とSUS304ステンレス鋼
についてしらべたグラフである。本第１図より例
えば10mm厚、SS41材質のシエルを持つ水冷ロー
ルは40mm厚、SUS304材質のシエルを持つ水冷ロ
ールの２倍の冷却能力を有することがわかる。こ
のようにシエル厚みを変えることができればロー
ル冷却の冷却能力をかなり大きく変化させること
ができる。このためには、シエル内の通水溝から
シエル外面までのシエル厚みの異なる溝を切り、
通水制御により冷却上の実質的なシエル厚みを制
御できると考えた。しかし、シエル材質を同一の
ものでこれを実現させようとすると内側の溝から
シエル外面までの距離をかなり大きく取らないと
冷却能力の制御範囲を大きくできないので、後述
する実施例に示す如く、３層シエ構造にて比較的
薄肉シエルの冷却ロールを考案するに至つた。即
ち本考案は冷却ロールに金属ストリツプを接触さ
せて冷却する連続的冷却装置において、冷却ロー
ル内のロール径方向に高さ方向の位置を変えて、
複数の独立な通水溝を設け、かつ冷却ロール外表
面から該通水溝までのシエル厚みが異なつてお
り、ストリツプの絞りやすい通板条件の場合に
は、内側の溝のみに通水し、また絞りにくい通板
条件の場合には、外側の溝または内側と外側の両
方の溝に通水することでロール冷却能力を複数段
階に制御して、発生熱応力を制御し、絞り防止を
行うことを特徴とする金属ストリツプの冷却装置
である。

〔実施例〕

(1) 次に本考案を実施態様例である図に基いて説
明する。第２〜第４図はらせん通水タイプの２
重通水溝ロールの構造を示す図であり、第２図
はロール冷却装置の模式図第３図は水路を示す
模式図、第４図はロールシエル部の拡大図であ
る。

従来の水冷ロールの代りに、第２図に示すよ
うな２重通水溝を持つ水冷ロール２を用い、給
水を分岐させ、給水導入口３１および３２に水
を導き入れ、排水口３３および３４から排水さ
せる。水冷ロールシエル３は第４図に示す如く
３重構造になつており、外観は40mm厚の鋼
SS41で作られ、20mm×40mmの通水溝Ａが50mm
間隔にらせん状に設けられている。最も内側の
シエルも外側と同様、40mm厚の鋼SS41で作ら
れ、20mm×40mmの通水溝Ｂが50mm間隔に第３図
に示す如くらせん状に切られている。中間のシ
エルＣはステンレス鋼SUS304、厚み20mmで作
られ、３層のシエルは焼ばめにより組み立てら
れた。

従来絞りの発生しない通板条件では第２図に
示す水冷ロール２の通水溝Ａと通水溝Ｂ両方の
溝に給水を行い強冷却を実現できる。また、絞
りやすい通板条件では通水溝Ａへの給水を停止
し、通水溝Ｂへのみ給水する。この場合、スト
リツプは、外側のシエル３（厚み40mm）との接
触伝熱、このシエル３内の熱伝導、外側シエル
３内面とステンレス鋼Ｃとの接触伝熱、このス
テンレス鋼Ｃ内の熱伝導、ステンレス鋼Ｃ内面
と水との熱伝達により冷却水に熱が移動して冷
却される。従つて、従来の一層水冷ロール２の
場合に比べて熱抵抗が大きくなり、水冷ロール
の冷却能力は、通水溝Ａ，Ｂ両方の通水時にく
らべて約1/2に低下し、ストリツプに発生する
熱応力もほぼ1/2と小さくなり、絞りの発生し
ない通板条件の範囲拡大が可能となる。第２図
に示す２重通水溝ロールを用いたロール冷却の
実施例では、冷却水温を入口側で40℃にした場
合、板厚1.2mm〜0.4mm板巾600mm〜1240mm、ラ
インスピード80〜180mpmの操業条件において
絞りの発生はほとんど見られなかつた。特に、
従来の水冷ロール２では絞りの発生しやすい
0.4mm〜0.6mm板厚、1000mm〜1240mm〜1240mm板
巾の通板条件において本考案装置を用いた実施
例では水冷却ロールの内側の溝のみに通水し、
冷却速度を低下させ、発生熱応力を緩和させ、
絞りを防止できたのである。

(2) 次に本考案における別の実施態様例を第５図
〜第８図に示す。第５図はロール冷却装置の模
式図、第６図は水路を説明するための模式図、
第７図はロールシエルの断面図、第８図はロー
ルシエル部分の拡大図である。第５〜第８図に
おいて通水溝Ａ，Ｂから水冷ロール外面までの
距離は第２図の場合と同様であるが通水路４が
回転軸と平行に走るようにしたものである。第
３図のらせん状に通水する場合に比べ、水冷ロ
ール２の入側から出側までの通水溝、１本当た
りの長さは短かくなるから、冷却水温の変化量
は小さくなり、ストリツプの巾方向温度分布は
第２図の場合よりも均一になる。また、ライン
進行方向に縞状の温度ムラが出る事になるが実
際のロール冷却設備は第１０図の如く、４〜６
本の複数の水冷ロール２で構成されるからこの
縞状の温度ムラはロール冷却設備出側ではキヤ
ンセルされてしまい実質的に支障はない。

(3) 今までの例では３層シエルの中間シエルＣと
して熱抵抗の比較的高いステンレス鋼を用い
て、内側の溝のみへの通水時に低い冷却能力を
得ようとした。このステンレス鋼Ｃの代りに第
９図に示すように２層シエル構造とし、外側シ
エル３の内面側に例えば低熱伝導物質のテフロ
ン３５をコーテイング（約0.3mm厚）しても良
く第９図の構造の時、内側の溝Ｂのみに通水し
てストリツプを冷却した場合、板厚0.8mmで、
90℃／secの冷却速度となり、これは、内側、
外側の両方のＡ，Ｂ溝に通水した時の冷却速度
200℃／Ｓの約1/2に相当するものである。

また、中間シエル、ステンレス鋼（第４図のＣ
又は第８図のＢ）の代わりに、低熱伝導物質であ
るテフロン等のシートを用いて内側の溝のみへの
通水時に低い冷却能力をパツキンの作用を合せ持
たせ、外側と内側シエルの焼ばめ応力の減少と水
漏れ防止効果を高めても良い。

更に、中間シエルによらず溝Ａ，Ｂ部分に塞板
を配して、冷却媒体の使用中の漏れを防止しても
良い。

第２図及び第５図の実施例は好ましい形態であ
るが、上、下の通水溝位置を同じとしたものを含
むものである。

〔考案の効果〕

叙上の如く本考案は２段階にロール冷却能力を
制御するための２重の通水溝を設け、通水の有無
というきわめて簡単な方法で絞り防止が実現でき
る有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はロールシエル厚みと水冷ロールの総括
熱貫流率との関係グラフ、第２図は本考案の第１
実施例装置の構造を説明するための模式図、第３
図は第２図の水路を説明するための模式図、第４
図はロールシエル部の拡大図、第５図は本考案の
第２実施例装置の構造を説明するための模式図、
第６図は同じく水路を説明するための模式図、第
７図はロールシエルの断面図、第８図はロールシ
エル部の拡大図、第９図は水冷ロールの２層シエ
ル構造を説明するための模式図、第１０図は連続
焼鈍設備工程図、第１１図は従来の水冷ロールの
構造を説明するための模式図、第１２図は従来の
連続焼鈍工程における金属ストリツプの温度変化
説明図である。 各図中同一符号は同一または相当部分を示すも
のである。２……冷却ロール、３……ロールシエ
ル、４……冷却水通路、３１，３２……給水導入
口、３３，３４……排水口、３５……テフロンコ
ーテイング、Ａ，Ｂ……溝、Ｃ……中間シエル。

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
   する装置において、該冷却ロール内のロール径方
   向に高さ方向の位置を変えて、複数の独立な通水
   溝を設け、前記ストリツプの冷却速度に応じて、
   前記通水溝に冷却媒体を導通し冷却することを特
   徴とする金属ストリツプの冷却装置。