JPH02190425A - ロールによる鋼板冷却装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋼板の連続焼鈍設備に主に使用される水冷ロ
ールによる綱板冷却装置に関する。

〔従来の技術〕

高張力ｗ４仮を製造するための連続焼鈍設備においては
、綱帯に対して加熱均熱、冷却および過時効等の処理が
連続的に行われる。ここにおける−次冷却としては、従
来はガスジェット冷却が一般的であった。しかし、品質
向上、生産性向上、コスト低減等の要求に対して、この
ガスジェット冷却は冷却能が十分とは言えない。そこで
、ガスジェット冷却よりも急冷却が可能な気水冷却、ど
ぶ漬は冷却に移行したが、これらの冷却は、冷却能は大
きいものの、綱板表面を酸化させ、焼鈍後に酸洗等の脱
スケール処理を必要とし、コスト低減の要求に対しては
十分な成果を挙げることができなかった。

このような状況を背景として、最近は無酸化性雰囲気中
で鋼板を、内部より冷却される水冷ロールに巻き付けて
連続的に冷却するロール冷却が広く使用されている。し
かし、このロール冷却も、鋼板の平坦度が低い場合は、
鋼板表面とロール外表面とが板幅方向で均一に接触せず
、不均一冷却を招いて！ｌ板の平坦度を一層低下させる
問題のあることが指摘されている。

従来、この問題を解決する手段としては、次の３種類が
公知である。第１は冷却ロールに巻き付いた鋼板の裏側
より、板幅方向に配列された複数のガスジェット冷却装
置により補助冷却を行って、均一冷却を図る方法で、特
開昭５６−４１３２１号公報に開示されている。第２は
、ロール冷却装置の前後にプライドルロールを設け、鋼
板張力を増大させてロールへの綱板接触面圧を大きくす
る方法で、特開昭５７−２０７１２６号公報に開示され
ている。第３は、表面を金属酸化物でコーティングした
冷却ロールであり、特開昭６２−２２４６４０号公報に
開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらの従来手段のうち、第１のガスジエ”）ト併用法
では、ロール冷却によって生じた板幅方向の僅かの温度
偏差を補正する程度に、ガス流量制御を行うことは非常
に困難であり、実ラインにおける効果は十分とは言えな
い、また、ガスジェットの併用によりランニングコスト
が増大する問題もある。

第２の張力増大による方法では、鋼板との摩擦によるロ
ール外表面の摩耗および偏摩耗が顕著となる。一般に、
冷却ロールの外表面には、目標冷却速度が得られるよう
に接触熱伝達率を調整するために、ショツトブラストや
サンドブラスト等で２０μｍ程度の粗さが付与されてい
る。このようなロール外表面に鋼板が大きな圧力で押圧
されると、ロール外表面の凹凸が消滅し、且つ偏摩耗に
よる不均一冷却が生じ、長期的に見た場合は実ラインへ
の適用が難しい。

第３の金属酸化物によるコーティングでは、金属酸化物
は耐摩耗性に優れ、表面に付与された粗さを長期間維持
させる反面、亀裂を生じやすく、長期使用が難しい。な
お、ロール外表面の被膜を厚くした場合は、熱伝導率が
小さいために冷却能が低下し、急冷が困難となる。

本発明は、これらの問題点を全て解決した低コストで、
冷却能が高く、実ラインにおける長期使用に対しても安
定で、且つ耐久性も優れたロールによる鋼板冷却装置を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前述したように、この種の冷却装置においては、接触熱
伝達率調整のために、ロール外表面にショツトブラスト
等を施して２０μｍ程度の粗度が付与されている。この
場合のロール外表面のミクロ形状は、第７図に示される
ように、先端が細いピラミント状である。ところが、ロ
ール外表面ｌがこのようなミクロ形状を有していると、
鋼板表面４への食い込みが起こり、面圧や粗度の僅かの
変化によっても、真の接触面が大きく変動することが予
測される。また、ロール外表面の損耗が激しく、損耗度
によって接触面積は大きく変動する。

本発明者らは、ロール冷却における不均一冷却の主因が
このミクロ形状にあると考え、ロール外表面の凹凸形状
が熱伝達率に及ぼす影響を非常熱伝達率測定実験にて種
々調査した結果、この考えを実験的に裏付けることが出
来た。そして、不均一冷却の主因が表面形状にあるなら
、不均一冷却の解消に効果的な表面形状も存在し得ると
考え、更に調査研究を続けた結果、ロール外表面に断面
が矩形の周方向溝をロール軸方向に複数刻設するのが不
均一冷却の解消、冷却能の安定化に効果的なことを知見
した。

本発明は、斯かる知見に基づきなされたもので、走行す
る鋼板を、内部より冷却される水冷ロールに巻き付けて
連続的に冷却するロールによる鋼板冷却装置において、
前記水冷ロールの外表面に深さが１０〜１００μｍ、幅
がピッチの１／２以下で断面が矩形の周方向溝をロール
軸方向に複数設けたことを特徴とするロールによる鋼板
冷却装置を要旨とする。

〔作　　用〕

一般に接触熱伝達率は以下の式で表わされる。

λｌ　　　　　ｈａ　　　　　λ２ Ｐ　：面圧 Ｈｖ　：ビッカース硬度 δ　：表面粗度 λ　：熱伝導率 ｈｏ　：真の接触熱伝達率 Ｃ：定数 ここでＰ　／　Ｈｖは、２つの物体が真に接触している
部分の面積比率を表わしている。ｆ１４仮を冷却する場
合は、鋼板表面粗度が１μｍ程度と小さいため、接触熱
伝達率は主にロール外表面粗度及び面圧によって左右さ
れる。

一方、本発明の冷却装置においては、第１図に示される
ように、ロール外表面１に断面矩形の周方向溝２がロー
ル軸方向に複数設けられている。

その結果、周方向溝２間に形成される周方向の凸条３も
断面矩形となる。ロール外表面にこのような断面矩形の
凸条３が付与されると、綱板表面４への食い込みがなく
、鋼板表面４とロール外表面ｌとの接触伝達率は、面圧
による影響を受けにくくなり、凸状３その頂部表面積に
よって事実上決定されることになる。

その結果、ロール冷却で問題となる不均一接触にともな
う不均一冷却は大巾に改善される。更に、ロール外表面
ｌに摩耗が生じても凸条３の頂部面積は変わらず、摩耗
による影響も殆どなくなる。

また、ロール外表面１の摩耗そのものも少なくなり、ガ
スジェット、張力増大、金属酸化物による対策と比べて
実施コストも非常に僅かで済む。

本発明の冷却装置におけるロール外表面の溝の深さ、幅
およびピッチの限定理由は次のとおりである。深さ、幅
、ピッチは第１図に夫々Ｓ、Ｗ、Ｐで表わされている。

深さＳが浅いと、鋼板表面が周方向溝２の底面に接触し
やすく、溝間の凸条３が僅かに摩耗しても、その部分で
接触熱伝達率が急、激に大きくなり、板幅方向で冷却む
らを発生させる。この冷却むら防止のために、深さＳの
下限を１０μｍとした。

一方、深さＳが増大すると、鋼板表面が同方向溝２の底
面に接触することは殆どなく、鋼板表面と周方向溝２の
底面と間に形成される空隙が大きくなる。したがって、
水冷ロールにおける接触熱伝達率は、深さＳが増大する
ほど低下する傾向を示す。更に、ロール冷却の場合は、
水冷ロール間に空冷部分があり、冷却ゾーン全体の冷却
能は、水冷ロールによる冷却能よりも半減する。操業上
必要な冷却能を確保するためには、周方向溝２の深さＳ
を制限しなければならず、この観点から深さＳの上限を
１００μｍとした。

幅ＷおよびピッチＰは、互いに関係し合って鋼板表面と
ロール外表面との接触面積を決定する。

すなわち、幅Ｗが大、ピッチＰが小のいずれの場合も接
触面積は小となり、逆の場合は接触面積が大となる。従
って、幅ＷをピッチＰに対する比率で表わせば、この比
率が大きくなる程、接触の面積は小となり、ロールの冷
却能を低下させる。本発明では、この比率を１７２以下
として、接触面積の残少にともなう冷却能の低下を防い
だ。

〔実施例〕

以下に実施例を示し、本発明の有効性を明らかにする。

Ｏ実施例１ 加熱した試片の表面に内部水冷ジャケットを所定の面圧
で接触させ、その時の温度変化より接触熱伝達率を逆算
する非電熱伝達率測定実験により、溝の深さＳと接触熱
伝達率との関係を調査した。

試片は５ＵＳ３０４ステンレス鋼で、試片表面には種々
の深さＳの断面矩形の溝を平行に刻設した。

溝の幅Ｗは４０μｍ（一定）、ピッチＰは１００μｍ（
一定）とし、試片の加熱温度は９００　’Ｃ（一定）、
面圧は１．０　ｋｇ／ｃＪ　（一定）とした。同様の調
査をショツトブラストによる粗度調整を受けた試片に対
しても実施した。該試片における表面粗度は、上記溝深
さＳに対応している。結果を第２図に示す。

第２図かう明らかなように、面圧が一定の場合、深さＳ
による影響は、断面矩形溝を有する表面Ａのほうが、シ
ョツトブラストによる粗度調整を受けた表面よりも僅か
に小さく、深さＳが１０〜１００μｍの範囲で、粗度調
整表面に匹敵する接触熱伝達率が確保されている。

０　実施例２ 面圧変化が接触熱伝達率に与える影響を実施例１と同じ
試験で調査した。試片表面に付与された断面矩形溝の深
さＳは３０μｍ（一定）、また幅Ｗ２０μｍ（一定）、
ピンチ４５μｍ（一定）で溝比率Ｗ／Ｐ３３％とした。

また比較のためにショツトブラストにて与えられた表面
粗度は３０μｍ（一定）である。結果を第３図に示す。

第３図から明らかなように、断面矩形溝を有する表面Ａ
は、ショツトブラストで粗度調整された表面Ｂと比べて
、面圧変化の影響が極めて小さく、安定した冷却能を示
す。

○　実施例３ 断面矩形溝における幅ＷおよびピンチＰの影響度を実施
例１．２と同じ試験により調査した。面圧は１．０　ｋ
ｇ／ｃＩＩｌ（一定）、溝の深さＳは３０μｍ（一定）
とした、結果を第４図に示す。

断面矩形溝を有するロール外表面Ａでは、ピッチＰに対
する溝幅Ｗの比率（溝比率）が小さくなる程、接触熱伝
達率は上昇し、５０％以下で約１０００　ｋｃａｌ／　
ｍ”ｈ″Ｃ６以上る。

○　実施例４ 以上の調査結果をふまえて、実ラインで本発明を実施し
た結果を次に説明する。

本実施例の冷却装置は、第５図（ａ）に示されるように
、綱板１０の進行方向に９段に設けられた冷却ロール２
０を有している。綱板ＩＯは、冷却ロール２０に上方、
下方、上方・・・から夫々巻き付きながら進行する。

個々の冷却ロール２０は、第５図（ｂ）に示されるよう
に、一方の軸受部より冷却水を注水される。

注水された冷却水はロールシェル内側に設けられた螺線
状の水路（図示されず）を通りながら、ロールシェルを
内側から冷却し、反対側の軸受部よりロール外へ排水さ
れる。

個々の冷却ロール２０の外表面には、深さ５４０μｍ、
幅Ｗ１５０μｍの断面矩形の周方向溝が、ピッチＰ３０
０　μｍでバイトにより幅１５００ｍｍにわたって刻設
されている。この溝はラセン状に設けられてもよく、ま
たバイト以外の手段で刻設することが可能である。

上記冷却装置を連続焼鈍炉における熱間圧延鋼板の冷却
に使用し、鋼板を均熱帯出側温度約７００°Ｃより過時
効帯入口温度約４００“Ｃまで冷却した。

その結果、鋼板の平坦度が低く、板幅方向で接触面圧に
偏差が生じても、接触熱伝達率は変化せず、また長期間
の使用により表面に摩耗が生じても接触熱伝達率の変化
は僅かで、均一冷却を行うことができた。第６図に、上
記冷却装置の使用にともなう接触熱伝達率の変化を、シ
ョツトブラストによる粗度調整を受けた冷却ロールを有
する従来装置の場合と比較して示す。ここで摩耗率とは
、凸条３の当初の山高さＲ１１ｘに対する摩耗後の山高
さＲ，，８の比率（％）である。

本発明の冷却装置は、ロール摩耗にともなう接触熱伝達
率の変化が従来装置よりも格段に小さい。

更に、本発明の冷却装置では、急冷時に鋼板が板幅方向
に収縮しようとしても、従来装置の場合と比べて板幅方
向のすべり摩擦係数が大きく、収縮にともなう板幅方向
の変形（クーリングバックル）も防止される。

これらの結果、鋼板に平坦不良の発生する度合いが半減
した。

〔発明の効果〕

本発明の冷却装置は、ロール外表面のミクロ形状の改善
により低コストで鋼板の均一加熱を可能にする。しかも
、このミクロ形状は、長期間の使用によっても変形し難
く、且つロール自体の耐久性を高め、優れた均一加熱特
性を長期間安定的に発揮させる。

その結果、例えば連続焼鈍による高張力鋼板の製造に適
用して、低コストで平坦度が高い高品質な製品を長期間
安定して製造するという、従来装置では達成され得ない
工業上有意義な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷却装置に使用されるロールの外表面
プロフィルを示した模式図、第２図は接触熱伝達率に対
する溝深さの影響度を示すグラフ、第３図は同じく面圧
の影響度を示すグラフ、第４図は同じく溝幅およびピン
チの影響度を示すグラフ、第５図は本発明を実施した冷
却装置の構造説明図、第６図は本発明の冷却装置におけ
る接触熱伝達率変化を従来装置の場合と比較して示した
グラフ、第７図は従来装置に使用されるロールの外表面
プロフィルを示した模式図である。 図中、 ２；周方向溝、 ｌＯ：鋼板、 ２０：冷却 ロール。 第 図 第 図 （ＣＩ） 第 図 （ｂ） 第 図 表面■さＳ ［λｍ］ 第 図 ？＃！ 比 率 （ｖＰ　） 〔２コ 第 図 面圧Ｐ ［に＠／ａｍ”］ 第 図 孝 耗 率 （％）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、走行する鋼板を、内部より冷却される水冷ロールに
   巻き付けて連続的に冷却するロールによる鋼板冷却装置
   において、前記水冷ロールの外表面に、深さが１０〜１
   ００μｍ、幅がピッチの１／２以下で断面が矩形の周方
   向溝をロール軸方向に複数設けたことを特徴とするロー
   ルによる鋼板冷却装置。