JPH04110741U

JPH04110741U - 鋼帯の冷却用水冷ロール

Info

Publication number: JPH04110741U
Application number: JP1735491U
Authority: JP
Inventors: 正典栗原; 博明佐藤; 泰博荒木; 直樹松井; 修吉岡; 雅之山崎
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1991-02-28
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 1992-09-25

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】連続焼鈍設備等に用いられる鋼帯の冷却用水
冷ロールの表面にめっきや溶射によって形成される被膜
がそのめっきや溶射を行なったままの状態の場合には、
このロールによって冷却された鋼帯の幅方向の温度分布
に不均一を生ずることになるため、被膜の調整加工によ
って温度分布不均一の発生を防がんとするものである。【構成】水冷ロール10の表面に、硬質クロムを素材と
し、表面粗さＲzが20〜40μm、膜厚が40μm以上の保護
被膜か、クロムカーバイド又はタングステンカーバイド
を素材とし、表面粗さＲzが20〜40μm、膜厚が100〜300
μmの保護被膜を形成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、主として連続焼鈍設備を通過する鋼帯を連続的に冷却するために用いられる鋼帯の冷却用水冷ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】

連続焼鈍設備が、製造工期の短縮、省力化、省エネルギや品質、形状の向上などの長所に着目されてバッチ式焼鈍設備に代わり大幅に採用されるようになったことは周知のことである。

【０００３】この連続焼鈍設備には、均熱後の鋼板を所定温度まで、連続的に急冷する工程があり、その冷却方法として、ガスジェット冷却（GaS Jet Cooling：ＧＪＣ）、水焼入れ（Water Quench：ＷＱ）、ロール接触冷却（Roll Quench：ＲＱ）などがある。

【０００４】このうちＧＪＣ方式は設備は簡素であるが、冷却速度が遅い為、過時効処理時間を長くとる必要があり、炉設備が大型化する。最近では冷却速度を増大させるためミストを利用する気水冷却などの改良方式があるが、鋼板の酸化が生じやすく酸洗処理が必要となる。

【０００５】一方ＷＱ方式では、鋼帯を噴流水中で浸漬冷却するので冷却速度が速いが、鋼帯を過時効処理温度まで再加熱する設備や、前記と同様に酸洗処理の設備が必要となる。

【０００６】そこで、近年では、酸洗処理が不要で、冷却速度が速く、しかも再加熱を必要としないＲＱ方式が広く採用されつつある。

【０００７】図４にＲＱ方式を採用した連続焼鈍設備の一例を示す。また図５にその設備に用いられる水冷ロールの設置例、図６に水冷ロールの構成図が示されている。

【０００８】図４において、ペイオフリール30から繰り出された鋼帯Ｓは、電解洗浄部31、ルーパ32を経て、加熱・均熱部33へ送られる。焼鈍所定温度で、均熱された鋼帯Ｓは、ガスジェット冷却部34、ロール冷却部1で一次冷却され、過時効部35で過時効処理された後、冷却部36、出側ルーパ37、調質圧延機38等を経て、巻取りリール39に巻取られる。

【０００９】このＲＱ方式では、ロール冷却部1において図５及び図６に示される様な、内部に冷却水を循環させた複数の鋼帯冷却用水冷ロール10が用いられ、連続的に走行する鋼帯Ｓにこれらの各ロール10を直接接触せしめて冷却する方式が採られる。

【００１０】ＲＱ方式は上記の様な利点があるものの、ロール表面の摩耗や板形状及びロールへの接触（巻付き）などに微小な変化が生じると、接触熱伝達係数が不均一になり、鋼帯の幅方向温度分布が均一のままの状態で冷却することが難しくなる場合がある。このようにして生じた幅方向の不均一な温度分布は、冷却による収縮量に差を生じるため、鋼帯の平坦度を悪化させる。このような接触冷却技法では、その伝熱形態からもよく接触する（＝接触面圧力の大きい）部分が集中的に冷却される。すなわち、ＲＱ方式は鋼帯を連続的に通板させながら複数のロールに次々と接触させて冷却するため、一度鋼帯の幅方向に不均一温度分布が生じるとロールへの接触圧力の差が増大して行き、鋼帯の温度分布の偏差が発達して大きくなるという問題がある。極端な場合には、ロール冷却後の鋼帯に絞りが発生し、通板性を悪化させることさえあった。

【００１１】この原因は上述した様に、ロール表面の摩耗や不均一及び鋼帯の形状や張力の付加状態、接触面での温度レベルなどが考えられるが、これら原板形状や張力分布の問題は、近年の圧延精度の向上、設備の機械的精度、張力制御などの向上によってほとんど解消されていると言って良い。又ロール表面の摩耗に関しても、従来より硬質Crめっきやセラミックス溶射層（実開昭６０−１４３７６７、特開昭６１−１３６６３４、特開昭６２−２２４６４０）の形成といった表面加工によって回避する方法がとられてきている。しかも近年のセンサ及び制御機器の発達によって鋼帯の通板速度とロール回転速度の同期制御技術や鋼帯のロール接触量可変制御技術などが向上し、摩耗劣化は大幅に改善されているところでもある。

【００１２】図７は、従来設備で使用されたロール表面の摩耗量と最新設備で使用されたロール表面の摩耗量を示したものである。このように摩耗に対する改善は現在進みつつあるものと考えられる。

【００１３】

【考案が解決しようとする問題点】

しかし、ロール表面にめっきや溶射を施すという従来技術は、めっきしたまま、あるいは溶射したままで、更にその被膜を調整加工処理するということがなされていないのが実情である。

【００１４】図８は、金属炭化物を溶射したものの表面調整を特に行わなかったロールによって冷却された鋼帯の幅方向温度分布の一例を示している。このように表面調整を行わなかったもので冷却された鋼帯の幅方向温度分布には不均一が生じている。

【００１５】本考案は上述した状況のもとでなされたものであって、鋼帯の冷却用水冷ロール表面のめっきあるいは溶射被膜の表面条件をロールと鋼帯との接触熱伝達率が安定（一定）になるように選び、鋼帯の冷却用水冷ロールの最適被膜構成を提供せんとするものである。

【００１６】

【問題点を解決するための手段】

本考案に係る鋼帯の冷却用水冷ロールは、以下の保護被膜がロール外周面に形成されている点に特徴を有している。即ち、その１つは硬質クロムを素材とし、表面粗さＲz（JIS B 0601）が20〜40μm、膜厚が40μm以上の保護被膜である。更に他の１つはクロムカーバイド又はタングステンカーバイドを素材とし、表面粗さＲzが20〜40μm、膜厚100〜300μmの保護被膜である。

【００１７】このうち保護被膜の膜厚は、Crめっきの場合必要な表面粗さを確保できる様にするために40μm以上がよい。ただし、亀裂・剥離等の問題からできるだけ薄目付が好ましい。またクロムカーバイドやタングステンカーバイドの場合は、溶射によって発生する材質上の不均一（硬度むら、気孔率むらetc）の可能性を排除するため100μm以上とし、又亀裂、剥離などを回避するため300μm以下の膜厚範囲としている。

【００１８】

【作用】

前述のごとく接触熱伝達率の局部変化はロール接触時における鋼帯の不均一収縮によって大きく影響されると考えられる。そしてその不均一収縮を発生させる大きな要因の一つは、ロール表面被膜の性状（表面粗さ、膜厚）の不均一にある。例えば前述の図８の例では、調整加工を行なわない溶射表面は粗さが不均一でうねりなども存在しており、鋼帯との接触状態が均一にならないため、温度分布の偏差が増大したものと考えられる。

【００１９】これに対し本考案の上記構成では、鋼帯の板幅、鋼帯にかかる張力、鋼帯温度、ロール表面温度などによって接触熱伝達係数が変化しない表面性状がロールに与えられており、この様なロールを使用すれば、仮に鋼帯の不均一収縮が発生し、接触面圧力が幅方向に変化しても、それ以上の温度分布偏差の増大を抑え、幅方向に実質上均一な温度分布のまま所定の冷却を達成することができる。即ち、本考案の保護被膜を形成した冷却用水冷ロールは、接触面圧力や接触面温度に変化があっても接触熱伝達率を安定に維持することが可能であり、冷却される鋼帯の幅方向の温度分布はほぼ均一に保たれることになる。

【００２０】

【実施例】

図１は本考案の一実施例に係る水冷ロールの一部を切欠いた状態で示す正面図である。鋼帯の冷却用水冷ロール10は軸11及びロール本体12を有し、内部に冷却通水路13、14がそれぞれ形成されている。本ロールは冷却水が通水路13、14を通過することによってロール表面を均等に冷却する構成を有している。そしてロール本体12の外周面には硬質クロムめっきの保護被膜で表面粗さ20〜40μm、膜厚4 0μm以上に調整加工処理されたもの及びクロムカーバイドまたはタングステンカーバイドの保護被膜で表面粗さ20〜40μm、膜厚100〜300μmに調整加工処理されたものが形成されている。

【００２１】本考案者等はこのような冷却用水冷ロールの特性を確認するため、該ロールの外周面に施される上記保護被膜について表面粗さＲzと接触熱伝達率αc（Kcal／ m²・h・℃）との関係を調査した。このうち接触熱伝達率αcの測定には図２に示す実験装置を用いた。同図において符号15は実際の鋼帯を想定して材質及び接触面の表面粗さも同じとした高温側試験片、16はロールシェル12と同じ材質に各種保護被膜17を被覆した低温側試験片である。18は接触面圧力を設定するための荷重（ウェイト）、19は電気ヒータ、20は冷却ボックス、21はチャンバである。このチャンバ21内及び電気ヒータ19内などは、22の供給管から還元ガスを封入して無酸化雰囲気に保たれている。更に23は冷却水の通排水管である。

【００２２】すなわち図２(a)に示された実験装置は加熱側の高温側試験片15から水冷側の低温側試験片16への一次元の熱流れだけを考慮すればよいように構成されており、試験片15、16の接触面があたかも冷却用ロールに鋼帯が接触している状態を模擬している。

【００２３】この接触面の接触熱伝達率αcは、同図(b)に示される様に各試験片15、16の円筒部に設置されている熱電対ａ₁、ａ₂、ａ₃、ａ₄、ａ₅、ａ₆で各点の温度を定常状態において測定し、下記(1)〜(4)式によって算出することで得られる。Ｑ1＝（λ₁／Δｘ₁）・ΔＴ₁……………(1) Ｑ2＝αc（ＴH−ＴL）……………………(2) Ｑ3＝（λ₃／Δｘ₃）・ΔＴ₃……………(3)

【００２４】定常状態では熱流束Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ₃は一定でかつＱ₁＝Ｑ₂＝Ｑ₃であるから αc＝(λ₁／Δｘ₁)・ΔＴ₁／(ＴH−ＴL)＝(λ₃／Δｘ₃)・ΔＴ₃／(ＴH−ＴL) ………………(4) ここに λ₁：高温側試験片15の熱伝導率（Kcal／m・h・℃） λ₃：低温側試験片16の熱伝導率（Kcal／m・h・℃） Δｘ₁：高温側試験片15の測温位置ａ₁〜ａ₂間の距離（m） Δｘ₃：低温側試験片16の測温位置ａ₅〜ａ₆間の距離（m） ΔＴ₁：高温側試験片15の測温位置ａ₁，ａ₂の温度差（℃） ΔＴ₃：低温側試験片16の測温位置ａ₅，ａ₆の温度差（℃）ＴH：高温側試験片15の接触面での温度（℃）ＴL：低温側試験片16の保護被膜の被覆面での温度（℃）

【００２５】この時の実験結果を下記表１に示す。この表１は、各種保護被膜における表面粗さ、膜厚別の接触熱伝達率αcの接触面圧力が0.43→2.02Kg／cm²に変化した場合の変化量Δαcを示したものである。

【００２６】

【表１】

【００２７】又下記表２は、同様に接触熱伝達率αcの接触面温度（鋼帯側温度）が600→20 0℃に変化した場合の変化量Δαcを示したものである。

【００２８】

【表２】

【００２９】両表からも明らかな様に表面粗さＲzが大きいと接触熱伝達率の変化Δαcは小さいことがわかる。すなわち表１は各種保護被膜における表面粗さ、膜厚別の接触熱伝達率αcの接触面圧力が0.43→2.02Kg／cm²に変化した場合の変化量Δαc を示しているが、この表から表面粗さＲzが大きいと接触熱伝達率の変化Δαcは小さいことがわかる。従って本考案の表面性状を与えたロールを使用すれば、鋼帯の形状、張力分布や不均一収縮等によって接触面圧力や接触面温度が鋼帯幅方向に微小に変化しても冷却速度の変動が少なく、均一温度分布のまま所定の冷却を達成することが可能となる。

【００３０】一方、表面粗さＲzが小さく緻密になるほど接触面圧力や接触面温度の影響を受け易く、安定した均一冷却を行うという観点からは好ましい保護被膜性状とは言えない。

【００３１】又図３は、Crめっきを施したロールで実際に鋼帯を冷却した場合の冷却後に生じている鋼帯幅方向温度偏差（最大−最小温度）とCrめっきの表面粗さＲzとの関係を示している。本考案の仕様のCrめっきロールで冷却した場合、冷却後の鋼帯幅方向温度偏差は約10℃以下となっており、均一に所定の冷却がなされていることがわかる。

【００３２】またデータ数としては少ないが、タングステンカーバイドの被膜をもつロールで冷却した場合の温度偏差も同図中に合わせて示した（図中ＷＣで示す）。前記２つの表からもわかる様に、Crめっき、タングステンカーバイド、クロムカーバイドにおいて伝熱特性において本質的な相違がないため、タングステンカーバイド、クロムカーバイドの場合も図３に示されたと同様な傾向にあると推定できる。

【００３３】

【考案の効果】

以上詳述した本考案の構成によれば、鋼帯と冷却用水冷ロールとの接触面圧力に影響されずに、鋼帯の不均一冷却から発生する鋼帯形状の悪化を極力抑制することができ、それによって連続焼鈍設備における通板性を向上させ、安定な操業を確保することができるようになる。更に上記効果に加え以下の利益も得ることが可能である。冷却用水冷ロールでのトラブルが減少し、機械的損失、労働負担などの経済損失を低減できる。薄物幅広材の鋼板製造が安定して行え、操業制約を緩和することができる。特に硬質クロムめっきの場合は、表面処理費がセラミックス溶射の場合の約１／６に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の構成を示すロール構造の正面図であ
る。

【図２】接触熱伝達率αcの測定のために使用される実
験装置の断面図である。

【図３】本考案の効果の一例を示すグラフである。

【図４】連続焼鈍設備の構成の一例を示す説明図であ
る。

【図５】ロール冷却設備の一例を示す概略図である。

【図６】水冷ロールの構成を示す正面図である。

【図７】摩耗率の経時変化における従来設備と最新設備
の比較を示すグラフである。

【図８】表面調整加工を行なわないロールを使用して鋼
帯を冷却した場合の温度分布の一例を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

1 ロール冷却部 10 水冷ロール 11 軸 12 ロール本体 13、14 冷却通水路 15 高温側試験片 16 低温側試験片 30 ペイオフリール 31 電解洗浄槽 32 ルーパ 33 加熱・均熱部 34 ガスジェット冷却部 35 過時効処理部 36 冷却部 37 出側ルーパ 38 調質圧延機 39 巻取りリールＳ鋼帯

フロントページの続き (72)考案者松井直樹東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)考案者吉岡修東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)考案者山崎雅之東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】硬質クロムを素材とし、表面粗さＲzが2
0〜40μm、膜厚が40μm以上である保護被膜をロール表
面に形成したことを特徴とする鋼帯の冷却用水冷ロー
ル。
【請求項２】クロムカーバイド又はタングステンカー
バイドを素材とし、表面粗さＲzが20〜40μm、膜厚100
〜300μmである保護被膜をロール表面に形成したことを
特徴とする鋼帯の冷却用水冷ロール。