JPS639571B2

JPS639571B2 -

Info

Publication number: JPS639571B2
Application number: JP23884983A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Makihara; Kenichi Yanagi; Kanji Okamoto; Yoshihiro Iida; Norihisa Shiraishi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1983-12-20
Filing date: 1983-12-20
Publication date: 1988-02-29
Also published as: JPS60131927A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は金属ストリツプの冷却量制御方法及び
冷却ロールに関し、特に連続焼鈍ライン及び亜鉛
メツキライン等における金属ストリツプを冷却す
る場合に用いて有用なものである。

連続焼鈍炉等における金属ストリツプの冷却方
法のひとつに、第１図ａに示すような構造の冷却
ロール２に対して第１図ｂに示すように金属スト
リツプ１を巻き付けてその接触部分で冷却を行な
うようにしたものが開発されている。冷却ロール
２は必要に応じてその設置台数が増減されるが、
冷媒、例えば冷却水は冷却ロール２の回転軸３に
装着された回転継手４を介して給排水され軸受５
により回転自在に支持された冷却ロール２のシエ
ル６の内側に設けられた螺旋状通路７を流れるよ
うになつている。

このような冷却ロール２においては金属ストリ
ツプ１の冷却量の制御が非常に困難であるという
欠点を有する。即ち、冷媒の量を変更して冷却量
を制御しようとすれば、その量を減少させた場合
冷却ロール２の軸方向における温度勾配が大きく
なり、このため金属ストリツプ１の幅方向に亘る
温度の不均一が生じる。また、冷媒の温度を変え
る方法も考えられるが、冷却水の場合はその温度
制御範囲が小さく（冷却水では常温〜100℃未満
の範囲しか温度変更ができない）広い範囲に亘つ
ての冷却量の制御は困難である。

そこで、冷却ロール２を使用した場合に金属ス
トリツプ１の冷却量を制御する方法として金属ス
トリツプ１と冷却ロール２の接触角、換言すれば
接触面積を調整する方式が採用されている。かか
る接触角の調整は専ら冷却ロール２の位置を変更
することにより行なつている。しかしながら金属
ストリツプ１の鋼種、板厚及びライン速度等が変
化する度毎に所定の冷却量とすべく冷却ロール２
の位置を変更することは各冷却ロール２間の平行
度を損なう虞が大きく、この場合には金属ストリ
ツプ１の蛇行の原因となる。

本発明は、上記従来技術の欠点を鑑み、冷却ロ
ールを用いる金属ストリツプの冷却において、冷
却ロールの位置の変更を行なうことなしに冷却量
を適切に制御することができる金属ストリツプの
冷却量制御方法及び冷却ロールを提供することを
目的とする。かかる目的を達成する本発明は、冷
却ロールのシエルを内筒及び外筒からなる２重構
造とし内筒と外筒との接触面に介在するガス層に
おける熱伝達率を調節することによつてシエル全
体の熱通過率を制御し金属ストリツプから冷却ロ
ール内の冷媒への熱移動量（冷却量）を制御する
ようにしたことを特徴とし、次の知見を基礎とす
るものである。

第１図ａ，ｂに示すような冷却ロール２を用い
て金属ストリツプ１を冷却する場合における金属
ストリツプ１と冷却ロール２内の冷却水との間の
熱移動は式(1)で与えられる。

Ｑ＝K₀（t_s−t_w）Ａ …(1) 但し、Ｑ；金属ストリツプ１から冷却水への伝
熱量（金属ストリツプ１の冷却量）（Kcal／
ｈ） K₀；金属ストリツプ１〜冷却ロール２内の冷却
水への熱貫流率（Kcal／m²ｈ℃） t_s；金属ストリツプ１の温度（℃） t_w；冷却ロール２内の冷却水温度（℃）Ａ；金属ストリツプ１と冷却ロール２との接触面
積（m²）ここに熱貫流率K₀は式(2)で与えられる。

K₀（１／α₁＋１／K_s＋１／α₂）^-1 …(2) 但し、α₁；金属ストリツプ１とシエル６の外面の
熱伝達率（Kcal／m²ｈ℃） K_s；シエル６の熱通過率（Kcal／m²ｈ℃） α₂；シエル６の内面と冷却水間の熱伝達率
（Kcal／m²ｈ℃）式(1)から理解される通り冷却量Ｑを制御するた
めにはK₀、t_w、Ａの何れかを制御すれば良い。
従来採用されている接触角の調整は接触面積Ａを
変えることで前述のような大きな欠点を有する。
また、t_wを変えてもt_sが比較的高温域ではその制
御範囲が極めて小さい。例えばt_s＝800℃として
t_wを20℃から90℃に制御しても冷却量Ｑへの影響
は高々10％程度である。さらに、冷却水量を変え
るということは式(2)におけるα₂を変えてK₀を変
えるということにつながるが、前述のようにその
量を減じた場合軸方向への温度勾配が大きくなり
金属ストリツプ１の幅方向に関する温度の不均一
を生起する。

参考までに示すと、α₁は近似的に式(3)で表わす
ことができる。

α₁＝λ_f／△x_f …(3) 但し、λ_f；金属ストリツプ１とシエル６の外表
面の間に介在する気体の熱伝導率（Kcal／ｍ
ｈ℃） △x_f；シエル６の外表面と金属ストリツプ１の表
面の粗度の合計（ｍ） K_sは近似的に式(4)で表わすことができる。

K_s＝λ_s／Ｓ …(4) 但し、λ_s；シエル６の熱伝導率（Kcal／ｍｈ
℃）Ｓ；シエル６の厚み（ｍ）本発明は第１図ａに示すシエル６を、第２図に
示す外筒８ａ及び内筒８ｂから成る２重構造とす
ることによりシエル８の熱通過率の制御を行ない
結果的に金属ストリツプ１の冷却量Ｑを制御しよ
うとするものである。

第２図に示す２重構造のシエル８の内表面８ｃ
から外表面８ｄまでの熱通過率K′_s（式(2)、(4)にお
けるK_sに相当する）は式(5)で表わされる。

K_s′＝（S_i／λ_si＋１／α_n＋S₀／λ_s0 ^-1 …(5) 但し、λ_si；外筒８ａの熱伝導率（Kcal／ｍｈ
℃） λ_s0；内筒８ｂの熱伝導率（Kcal／ｍｈ℃） S_i；外筒８ａの厚み（ｍ） S₀；内筒８ｂの厚み（ｍ） α_n；外筒８ａと内筒８ｂの接触熱伝達率
（Kcal／m²ｈ℃）したがつて冷却ロール２のシエル８を２重構造
としその接触熱伝達率α_nを変えることによつて
シエル８の熱通過率K_s′を制御でき、これにより
冷却量Ｑの制御を行なうことができる。

以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明
する。

式(5)に示すα_nは第２図に示す外筒８ａと内筒
８ｂの接触面に介在する気体の圧力が高い範囲で
は α_n≒λ_n／△X_s …(6) （但し、λ_n；介在気体の熱伝導率、△x_s；外筒
８ａと内筒８ｂの接触面の表面粗度の合計）とな
り、圧力に略無関係であるが、圧力を低くして行
くと圧力に比例するようになる。このように比例
する範囲で介在気体の圧力を調節することにより
K_s′を制御でき結果的にK₀（式(1)、(2)参照）を制
御することができる。

ここに、α₁＝2500（Kcal／m²ｈ℃）、 α₂＝10⁴（Kcal／m²ｈ℃）、 λ_si＝λ_s0＝40（Kcal／m²ｈ℃）、 S_i＝S₀＝10^-2（ｍ）、 △x_s＝10×10^-6（ｍ）として、上記介在気体が空気の場合の冷却ロール
２内の冷却水と金属ストリツプ１間の熱貫流率
K₀は第３図に示すようになる。そこで、外筒８
ａと内筒８ｂの接触面に介在する介在気体の圧力
を制御する。このことによつて広い範囲に亘つて
K₀、延いては金属ストリツプ１の冷却量Ｑを制
御する。

なお、第３図において縦軸は熱貫流率K₀、横
軸は介在空気の圧力を採つてある。

かかる実施例方法を実現する装置の概要を第４
図に示す。同図において、１は冷却対象である金
属ストリツプ、８はシエルで、外筒８ａ及び内筒
８ｂからなり、両者の接触面は適度の粗度に加工
されている。８ｅは介在空気の吸引孔で、内筒８
ｂを貫通して外筒８ａとの接触面に開口してい
る。３００は吸引ポンプ、５００は吸引パイプ
で、吸引口８ｅと吸引ポンプ３００とを連結して
いる。７００は圧力計（真空計）、２００は圧力
調整弁で何れも吸引パイプ５００に設けられてい
る。４００は冷却量制御装置、７は螺線状通路
で、内筒８ｂの内方に設けられ冷却水が流通する
ようになつている。

かかる装置において金属ストリツプ１はシエル
８の外表面との接触部分を介して、螺旋状通路７
を流れる冷却水によつて冷却される。このときの
金属ストリツプ１と冷却水間の熱貫流率K₀は式
(2)となるが、シエル８が外筒８ａ及び内筒８ｂか
ら成る２重構造となつているため式(2)中のK_sは
式(5)のK_s′となる。

一方、冷却量制御装置４００は鋼種、板厚、ラ
イン速度、必要冷却速度及び金属ストリツプ１の
温度等から決定される必要冷却量、即ち必要な
K₀となるよう、例えば第３図に示す関係から外
筒８ａと内筒８ｂの接触面に介在する気体の圧力
を調節する。即ち、外筒８ａと内筒８ｂの接触面
に介在する気体は吸引孔８ｅ、吸引パイプ５００
を介して吸引ポンプ３００によつて吸引される
が、その圧力は圧力計７００の信号を受けた冷却
量制御装置４００により圧力制御弁２００を介し
て調節される。

かかる装置の冷却ロール２の詳細を第５図に示
す。同図において、１は金属ストリツプ、８は外
筒８ａ及び内筒８ｂからなるシエル、８ｅは介在
気体の吸引孔、５００は吸引パイプで、気密を保
つて吸引孔８ｅに連結されているとともに外部へ
は冷却水排水管１３からグランドシール装置１０
を介して取り出されている。１４は冷却水供給
管、４は回転継手、５は軸受、７は螺旋状通路７
で、冷却水供給管１４及び冷却水排水管１３に連
通している。シエル８を構成する外筒８ａの内面
と内筒８ｂの外面とは必要な熱通過率から決定さ
れる粗度に仕上げられており（式(5)参照）、両者
の接触部は吸引孔８ｅ及び吸引パイプ５００を通
じてのみ外部と連通している。

かかる冷却ロール２において、金属ストリツプ
１はシエル８の外表面との接触部分からシエル８
を介してその内側に設けられた螺旋状通路７を流
れる冷却水によつて冷却される。このときシエル
８では外筒８ａと内筒８ｂの接触面に介在する介
在気体の圧力を真空ポンプ等の吸引装置（図示せ
ず）により大気圧以下の任意の圧力に調節でき
る。このことにより熱貫流率K₀を例えば第３図
に示すように変化させ金属ストリツプ１の冷却量
Ｑを制御する。

式(5)に示すα_nは前記(6)式の通りに与えられる。
このとき、介在気体の熱伝導率λ_nは気体の種類
によつて異なり熱伝導率が異なる２種類の気体を
混合するとその混合割合によつて単独気体の熱伝
導率の範囲内で熱伝導率λ_nが変化する。したが
つて外筒８ａと内筒８ｂとの間に介在する介在気
体を混合気体とし、その混合割合を変えることに
よつても式(5)におけるK_s′、延いては式２におけ
るK₀を変えることができ冷却量Ｑを制御するこ
とができる。例えば窒素ガス（N₂）と水素ガス
（H₂）とを混合すると、その混合気体の熱伝導率
λ_nは混合割合によつて第６図のように変化する。
第６図において横軸は混合ガス中のH₂の割合、
縦軸は混合気体の熱伝導率を採つてある。

ここにα₁＝2500（Kcal／m²ｈ℃） α₂＝10⁴（Kcal／m²ｈ℃） λ_si＝λ_s0＝40（Kcal／ｍｈ℃） S_i＝S₀＝10^-2（ｍ） △x_s＝50×10^-6（ｍ）として上記N₂とH₂の混合ガスを外筒８ａと内筒
８ｂとの接触面に介在させると、その混合割合に
よつて式(2)におけるK₀は第７図に示すようにな
り、これによつて金属ストリツプ１の冷却量Ｑを
制御し得ることが分かる。第７図において、横軸
は混合気体中のH₂の割合、縦軸は熱貫流率を採
つてある。

なお、本実施例ではH₂とN₂を用いたが、どの
ように気体を用いても各単独気体の熱伝導率の範
囲でシエル８における熱通過率を制御し得る。こ
のとき２種の気体の熱伝導率の違いが大きい程制
御し得る冷却量Ｑの範囲が大きくなることは勿論
である。

かかる実施例方法を実現する装置の概要を第８
図に示す。第８図において、１は金属ストリツ
プ、８はシエル、８ｆは気体供給孔、８ｇは気体
排出孔、４０は混合気体供給管、１５０は混合気
体排出管である。混合気体供給管４０は気密を保
つて気体供給孔８ｆに、また混合気体排出管１５
０は気密を保つて気体排孔８ｇに夫々連結されて
いる。また、５０は気体混合装置、７０及び８０
は気体供給管で、種類の異なる気体源１１０、１
２０から気体混合装置５０に２種類の気体を供給
する。気体供給管７０，８０の途中には流量調整
弁９０，１００が夫々配設されており、冷却量制
御装置４００の信号により開度を調節するように
なつている。更に、３００は吸引ポンプである。

かかる装置において金属ストリツプ１はシエル
８の外表面との接触部からシエル８を介して冷却
水によつて冷却される。このとき熱貫流率K₀は
式(2)中のK_sを式(5)で与えられるK_s′に替えたもの
が採用される。また、冷却量制御装置４００は鋼
種、板厚、ライン速度、金属ストリツプ１の温
度、必要冷却速度等から決定される冷却ロール２
での必要冷却量、即ち必要なK₀となるよう、例
えば第７図に示す関係から２種類の気体の混合割
合を調節弁９０，１００を介して調節する。かく
て流量が調節された気体は気体混合装置５０で混
合された後に混合気体供給管４０を通つて混合気
体供給孔８ｆから外筒８ａと内筒８ｂとの間に供
給される。このとき冷却量制御装置４００の指令
によつてある割合に混合された混合気体が接触面
を満たせば（それ以前に介在していた気体と置換
が完了すれば）その冷却条件が完了するまでは連
続的に流す必要はない。したがつて混合気体排出
管１５０に気体分析装置を設け、この信号によつ
て吸引ポンプ３００の駆動・停止、調整弁９０，
１００の調節を行なわせれば一層効果的である。

かかる装置の冷却ロール２の詳細を第９図に示
す。同図において、１は金属ストリツプ、８はシ
エル、８ｆは気体供給孔、８ｇは気体排出孔、４
０は混合気体供給管、１５０は混合気体排出管で
ある。混合気体供給管４０は気体供給孔８ｆに、
混合気体排出管１５０は気体排出孔８ｇに夫々連
結されており、冷却ロール２の外部へはロール軸
センタを通つて冷却水排出管１３，冷却水供給管
１４からグランドシール等のシール装置１０を介
して取り出している。また、７は螺旋状冷却水通
路、４は回転継手、５は軸受である。シエル８を
構成する外筒８ａの内面と内筒８ｂの外面とは必
要な熱通過率から決定される粗度に仕上げられて
おり、両者の接触部は気体供給孔８ｆ、気体排出
孔８ｇ、混合気体供給管４０、混合気体排出管１
５０を通じてのみ外部と連通している。

かかる冷却ロール２において、金属ストリツプ
１はシエル８の外表面との接触部からシエル８を
介してその内側に設けられた螺旋状通路７を流れ
る冷却水によつて冷却される。このときシエル８
は外筒８ａ、内筒８ｂから成る２重構造であるた
め、その接触部に介在する気体の性状も式(5)から
明らかなようにシエル８の熱通過率に関与する。
このとき、接触面に介在する気体を置換できるの
で熱貫流率K₀を例えば第７図に示すように変化
させることができ、終局的に金属ストリツプ１の
冷却ロール２による冷却量Ｑを制御し得る。

以上実施例とともに具体的に説明したように、
本発明によれば２重構造シエルの接触面の気体の
圧力若しくは混合気体の混合割合を制御すること
によつて金属ストリツプ１と冷却水間の熱貫流率
を例えば第４図若しくは第７図に示すように制御
することができるので、冷却ロールの位置を変更
することなく冷却量の制御可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来技術に係る冷却ロールを示す縦
断面図、第１図ｂは第１図ａに示す冷却ロールを
用いた従来技術に係る金属ストリツプの冷却量制
御方法を概念的に示す説明図、第２図は本発明の
第１の実施例に係るシエルの一部を抽出して縦断
面で示す構造図、第３図は第２図に示すシエルの
外筒と内筒の接触面に介在する介在気体の圧力に
対する熱貫流率の特性を示すグラフ、第４図は本
発明の第１の実施例方法を実現する装置の概要を
示す説明図、第５図はその冷却ロールを示す縦断
面図、第６図は第２図に示すシエルと外筒と内筒
の接触面に介在する介在気体をH₂とN₂との混合
気体とした場合のH₂の割合に対する混合気体の
熱伝導率の特性を示すグラフ、第７図は前記混合
気体中のH₂の割合に対する熱貫流率の特性を示
すグラフ、第８図は本発明の第２の実施例方法を
実現する装置の概要を示す説明図、第９図はその
冷却ロールを示す縦断面図である。図面中、１は金属ストリツプ、２は冷却ロー
ル、７は螺線状通路、８はシエル、８ａは外筒、
８ｂは内筒、８ｅは吸引孔、８ｆは気体供給孔、
８ｇは気体排出孔である。

Claims

【特許請求の範囲】１冷却ロールの内部に冷却水を流通せしめると
ともに冷却ロールの外表面に金属ストリツプを接
触せしめて金属ストリツプを冷却する冷却方法に
おいて、シエルを外筒と内筒とからなる２重構造
とした冷却ロールの前記外筒と内筒との接触面に
介在する介在気体の熱伝達率を制御して金属スト
リツプから冷却ロール内の冷却水への熱移動量制
御することを特徴とする金属ストリツプの冷却量
制御方法。２内部を冷却水が流通し、外面に金属ストリツ
プが接触するシエルを有する金属ストリツプの冷
却ロールにおいて、外筒と内筒とからなり、内筒
には外筒と内筒との接触面に連通する１個若しく
は複数個の孔を有するとともに、孔に連結された
管を有することを特徴とする金属ストリツプの冷
却ロール。