JPH0773726B2 - 熱間圧延用ロール冷却装置 - Google Patents

熱間圧延用ロール冷却装置

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JPH0773726B2
JPH0773726B2 JP28071089A JP28071089A JPH0773726B2 JP H0773726 B2 JPH0773726 B2 JP H0773726B2 JP 28071089 A JP28071089 A JP 28071089A JP 28071089 A JP28071089 A JP 28071089A JP H0773726 B2 JPH0773726 B2 JP H0773726B2
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cooling
roll
water
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cooling water
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晶 大西
道春 播木
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B27/00Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/06Lubricating, cooling or heating rolls
    • B21B27/10Lubricating, cooling or heating rolls externally

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、走行する熱間鋼板を圧延する圧延ロールの表
面を冷却する装置に関するものである。
(従来の技術) 熱間圧延時においては、高温の被圧延鋼材(800℃以
上)から圧延ロールへ大量の熱が伝達され、さらに被圧
延鋼材の加工熱及び摩擦熱が発生するため、圧延ロール
の外表面は周期的に非常に高温となる。そして高温高荷
重の熱疲労によるロールの肌荒れやロールクラウン量の
異常が生じ、その結果鋼板表面には傷が発生したり、平
坦不良が生じたりして生産性低下の原因となっている。
さらにロール交換及び手入れを頻繁に行う必要が生じロ
ール原単位が高くなるなどの問題点が有る。
ところで、従来圧延ロールの冷却は、第7図に示すよう
にロール1の外表面に直接スプレーノズル2より冷却水
を噴出させて冷却していた。
ところがこの方法では冷却面積が小さい上に冷却水の衝
突圧が小さいため、冷却能力が小さく、ロール表面温度
の低下効果は小さかった。又単に噴出圧力を大きくして
も、ロール表面で冷却水が反射するため、冷却面積が大
きくならず、冷却能力は向上は図れなかった。
そこで近年では、 第8図に示すように冷却面積を拡大するためロール
1の外表面に沿って冷却水ジャケット3を設け、この冷
却水ジャケット3内に冷却水を供給及び排出するもの
(実開昭61−111602号公報)、 また噴出圧を10kg/cm2〜20kg/cm2と高圧にすると共
に、水量密度を4〜10m3/m2・minとし、冷却能を大きく
した冷却方法(特公昭60−18490号公報)、 また冷却開始点をロールバイト出口から50゜以内と
し、かつロール外表面への噴出圧を3kg/cm2以上とし、
平均水量密度を2〜5m3/m2・minとした冷却方法(特公
昭61−21725号公報)、 などが考えられている。
これらの発明(考案)は、冷却面積を大きくし、かつ冷
却能力を大きくするために考えられている。
(発明が解決しようとする課題) ところが上記した従来の冷却装置(方法)では以下の様
な問題点があった。
単に冷却面積を大きくするために水冷ジャケットに
給水し、排水するだけでは、冷却能が向上しない。すな
わち、ロール外表面に蒸気膜が生成して冷却水がロール
外表面に接触せず、抜熱が不十分となるからであった。
従って、ロール外表面と冷却水ジャケットの間の冷却水
通路内に邪魔板を設け強制的に攪拌しても同様に冷却能
不足であった。
ジャケット内に設けられた多数のノズルからの噴出
圧力を増加させると冷却能は大きくなるが、ポンプや配
管などの設備費が大きくなるばかりでなく、ポンプ動力
費も増加し不利であった。
冷却開始点をロールバイト出口に近づける事はロー
ルへの熱疲労を小さくするためには有効であるが、特公
昭61−21725号公報に記載の発明の場合の様に冷却水を
排出する排出孔を設けないと、冷却水がロール外表面と
冷却水ヘッダーの間でよどみ、ノズルから噴出された新
しい冷却水がロール外表面に衝突する圧力が小さくなっ
て冷却能が大きくならなかった。またこの場合、水切り
効果が悪く、たれ水となって圧延後の鋼材に落下するた
め温度ムラや不均一スケールが発生し、品質不良の原因
となる事があった。
本発明はかかる問題点を解消するためになされたもので
あり、冷却能力の向上、均一冷却性の向上、水切り性向
上を図ると共に、ロール外表面の肌荒れ防止を図り、ロ
ール原単位を低下させ及びそれに起因する諸問題を解決
できる冷却装置を提供することを目的とするものであ
る。
(課題を解決するための手段) 本発明者らは、上記諸問題について鋭意研究・実験の重
ねた結果、以下の知見を得、本発明を成立させた。
ノズルより噴出された冷却水はロール外表面に衝突
し抜熱を行う。この際ロール外表面、高温の鋼材表面に
発生する水蒸気膜や、冷却水の水膜を貫通するべく衝突
速度を上げるためには、噴射距離Xを小さくし、ノズル
出口圧力を大きくしなければならない。
衝突速度uは、ノズル出口圧力P、噴射距離X、及
びノズルオリフィス径dを用いて下記式で表される。
但し、K:比例定数 現在一般に使用されているノズルは、水量密度W=
5000〜10000(/m2・min)、噴出圧P=8〜10(kgf/c
m2)、噴射距離X=160〜250mm、オリフィス径d:3〜8mm
である。
これを基準として、冷却能を上げるためには、オリフィ
ス径dは大きく、噴射距離Xは小さく、噴出圧Pは大き
くすればよい。
まず各ノズルのオリフィス径dを大きくすると、同
じ圧力のままでは、ノズル1個当たりの冷却水流量が大
きくなる。そのため、基準通りの水量密度Wを得るため
には、ノズル個数(ノズル配置密度)を小さくしなけれ
ばならない。
すると、ロール幅方向において、ノズル直下で急冷され
る部分と、ノズル間で弱冷される部分ができ、不均一冷
却となってロールのひずみが大きくなり、ロールクラウ
ンが変形し、製品の平坦不良が発生しやすくなるばかり
でなく、ノズル直下の冷却能は大きくなるがノズル間で
は、大きくならず、ロール全表面の冷却能の向上はあま
り望めない。
次に、噴射距離Xを小さくすると、当然冷却水の衝
突速度が向上し、冷却能は大きくなる。しかし噴射距離
Xが70mm以下になると(現状ノズルは、噴射角が30゜、
ノズルピッチは50mmである。)、第5図に示すように直
接冷却水が衝突する部分と衝突しないで回りから流入す
る冷却水で冷やされる部分とができる(上記と同
じ)。
すなわち、噴射距離Xを小さくすると冷却能は良くなる
が、ノズルピッチ、ノズル噴射角を考慮しないで、ある
距離以下にするとノズル間の弱冷却部が発生し冷却ムラ
になる。
さらに、回転するロールには、必ず偏心があり、ある一
定距離(10〜20mm以下)には近づけない。
また、冷却ノズル(ヘッダー)を単にロールへ近づけて
行くと、排水機構がない場合、ロール外表面に水膜が形
成され、その水膜がある厚さ以上になると、冷却水がそ
の水膜を貫通してロール外表面に衝突できなくなり冷却
能が低下する。
第6図に示すように本発明者らは、水量密度W=5000
(/m2・min)において噴射距離Xと水膜厚さhを変化
させて冷却実験を行った結果、水膜厚さhが20≦h≦40
mmではそれほど熱伝達率αは低下しないが、20mm>h及
び40mm<hでは熱伝達率αは大きく低下し、特に高温時
(TS=400〜600℃)及び噴射距離Xが80mmと大きい時程
熱伝達率αの低下は大きくなる事を見出した。
従って、噴射距離Xを小さくすなわちロール外表面に近
づけたり、水量密度Wを大きくしたりして、冷却能を大
きくする場合、ロール外表面の冷却表面に形成される水
膜厚さを20〜40mmにするべく、排水機構(排水孔)を設
ける事が、重要である事実を知見した。
最後に、ノズル噴出圧Pを大きくすることにより冷
却水衝突速度が大きくなり、冷却能力が向上できる。
しかし、ノズルオリフィス径dが一定の時、ノズル噴出
圧Pを大きくすると冷却水量が多くなり、前述のように
排水孔がない場合、水膜厚さhが大きくなり、上述のよ
うに水膜厚さhが20≦h≦40mmの範囲を外れると、冷却
能は大幅に低下した。従って、ノズル噴出圧Pを大きく
する場合も必ず排水機構を設けて水膜厚さhを20≦h≦
40mmにする事が必要である。
また、ロール全体の冷却能を向上させる別の手段と
して冷却面積を大きくする事が考えられるが、この場合
も同様に、冷却ヘッダーを大きく広くし、冷却面積を大
きく(例えばロール全外表面積の50%以上)とした時
も、冷却水が外に自然に流出しにくくなるためロールと
冷却ヘッダーの間に水が溜まりやすくなり水膜厚さhが
増大する。
従ってやはり、冷却ヘッダー内に排水機構が必要とな
る。
以上の知見に基づき本発明者らは、冷却装置内に排
水機構を有し、かつ噴射距離X(mm),ノズル噴出圧P
(kgf/cm2),ノズルオリフィス径d(mm)の関係を適
正に保つ事により、効率よくロールの均一強冷却を行え
る以下の装置を発明した。
すなわち本発明に係る熱間圧延用ロール冷却装置は、冷
却水を用いて熱間圧延ロールを冷却する装置であって、
ロール外表面に相対する冷却面に多数の冷却水の噴射ノ
ズルと冷却水の排出孔を設け、前記噴射ノズルのノズル
オリフィス径d(mm)を、冷却水噴射距離をX(mm)、
ノズル噴射圧力を(kgf/cm2)とした場合、下記式を満
たす関係を維持すべく決定した事を要旨とするものであ
る。
(MWJノズルを用いた場合) (フルコーンノズルを用いた場合) (作用) 本発明は上記したような構成であり、 本発明者らが以前実願昭63−32116号明細書及びそ
の第3図で提案した、直射水流と斜行水流の混合水流を
同時にスプレーする末広がり状の吐出口を出口端部に設
けると共に、入口端部には直射水流の導入口を設け、こ
れら両者のオリフィス径の比(吐出口/導入口)が1.0
〜4.0の条件を満たし、かつそれら両端部間における外
周面においては、少なくとも3ケ以上の先細状通路を有
する斜行水流導入口を設け、該導入口径が直径4mm以上
で斜行水流導入口面積Si′と斜行水流導出口面積So′の
比(So′/Si′が0.45以下を満たした強冷却可能なノズ
ル(以下「MWJノズル」という)を用いた冷却装置を用
い、水量密度W=5000〜10000/m2・min分の時、試行
錯誤しながら、ノズルオリフィス(MWJノズルでは導入
口側のオリフィス)径d(mm)、噴射距離X(mm)、噴
射圧力P(kgf/cm2)の関係を調査した結果、以下の式
を満足する場合、50mm以下の水膜及び蒸気膜を貫通し、
現状並以上の均一強冷却が可能であった。
また、ノズルからの冷却水が円錐状に噴霧される一
般のフルコーンノズル(充円錐ノズル)を用いた場合、 にする事が必要であった。
さらに、噴射距離Xを50mm以下(50〜30mm)とし、
噴射圧力Pを3.0kg/cm2未満(2.5〜2.9)にし、水量密
度を5000(/m2・min)以上にし、排水機構を設ける事
で、低コストで均一強冷却が可能であった。
(実 施 例) 以下本発明を第1図及び第2図に示す実施例に基づいて
説明する。
4は本発明に係る熱間圧延用ロールの冷却装置であり、
ロール1によって圧延される鋼材5とバックアップロー
ル間におけるロール1の外表面部に配設される。そし
て、この冷却装置4はロール1の外表面と相対する冷却
面に多数のノズル6が、例えば千鳥状に配列配置され、
これらノズル6からロール1に向かって噴射される冷却
水の噴射距離Xは前記関係式を満たすように設定されて
いる。また、前記冷却面が適所には冷却水の排出孔7が
設けられ、冷却後の冷却水を強制的に排出するように成
されている。
8は冷却装置4の冷却面上下部に設けられた水切り装置
であり、ロール1の外表面に付着した冷却水や冷却面か
らたれ落ちる冷却水を水切りするもので、例えば第1図
に示すようなゴム板からなる水切り板や、第2図に示す
ような小型の水切りロール8が採用される。
ところで、本発明冷却装置4に多数配設されるノズル6
としてはフルコーンノズル等の適宜のノズルを採用すれ
ばよいのであるが、本出願人が実願昭63−32116号明細
書及びその第3図において提案したMWJノズルを採用す
れば同一噴射距離、同一水量密度においてより大きな冷
却能が得られた。
本発明冷却装置4は上記したような構成であり、ロール
1は鋼材5の圧延直後にノズル6から噴射された冷却水
によって急冷されることになる。このとき本発明冷却装
置ではロール1と冷却面間に冷却水が充満しても、前記
関係式を満足するように各条件を設定しているために、
平均冷却水量密度が大きく、すなわち冷却水運動量が大
きいため、水膜を貫通し、大きな冷却農が得られる。さ
らに冷却後の冷却水を強制的に排出しているため、ロー
ル外表面と冷却面間に水が充満して冷却面が膨くれた
り、噴射距離が大きくなって冷却ムラが発生することも
ない。
すなわち、本発明冷却装置4では、冷却水を強制的に噴
出させ、そして排出させることでノズル直下の冷却水衝
突点以外の場所でも冷却水の流れが乱流状態となり、浸
漬強攪拌状態となって冷却能力が大幅に向上する。
特に以上の相乗効果のため、噴射距離を50mm以下とすれ
ば冷却水噴出圧力が3kg/cm2未満で、ロール1の水量密
度が1.0〜10.0m3/min・m2の範囲内で大幅な冷却能力の
向上が図れる。
ちなみに第7図に示す従来の冷却装置を用いた場合には
第4図に示すようにロールの外表面はバイト部において
500℃以上の高温になっていた。
これに対しMWJノズルを用いた第1図に示す本発明装置
を用いてロールの冷却を行った場合には、第3図に示す
ように、ロール外表面のピーク温度は、本発明冷却装置
を1基のみ使用してロール外表面の35%をカバーし、冷
却水量を50%に低減しても(6000/m2・min)、500℃
から430℃へと大幅に低下させることができた。そして
その結果ロール原単位は20%以上低下可能となった。さ
らに、冷却水量の節約及びポンプ動力の低減が図れた。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明に係る冷却装置を採用する
ことにより、ロールの強冷却、均一冷却が可能になって
ロール外表面の肌荒れが防止でき、その結果ロール原単
位の低下が達成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明装置の実施例を示す図面で、
第1図(イ)は第1実施例の正面図、(ロ)はその冷却
面を示す図面、第2図は第2実施例の正面図、第3図は
本発明装置を使用した場合の水量密度とロール表面ピー
ク温度の関係図、第4図は従来装置を使用した場合のロ
ール表面及び表面から10mm内部の圧延や温度変化図、第
5図はノズルピッチと噴射距離の説明図、第6図は水膜
厚さと冷却能の関係図、第7図及び第8図は従来装置の
説明図である。 1はロール、4は冷却装置、5は鋼材、6はノズル、7
は排出孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−176411(JP,A) 特開 昭57−103717(JP,A) 実開 平1−135108(JP,U) 実開 昭61−111602(JP,U) 特公 昭60−18490(JP,B2) 特公 昭61−21725(JP,B2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷却水を用いて熱間圧延ロールを冷却する
    装置であって、ロール外表面に相対する冷却面に多数の
    冷却水の噴射ノズルと冷却水の排出孔を設け、前記噴射
    ノズルのノズルオリフィス径d(mm)を、冷却水噴射距
    離をX(mm)、ノズル噴射圧力をP(kgf/cm2)とした
    場合、下記式を満たす関係を維持すべく決定したことを
    特徴とする熱間圧延用ロール冷却装置。 (MWJノズルを用いた場合) (フルコーンノズルを用いた場合)
JP28071089A 1989-10-27 1989-10-27 熱間圧延用ロール冷却装置 Expired - Lifetime JPH0773726B2 (ja)

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JPH03142009A JPH03142009A (ja) 1991-06-17
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BE1017462A3 (fr) * 2007-02-09 2008-10-07 Ct Rech Metallurgiques Asbl Dispositif et procede de refroidissement de cylindres de laminage en regime hautement turbulent.
JP4874156B2 (ja) * 2007-04-12 2012-02-15 新日本製鐵株式会社 圧延機用ロールの冷却装置及び冷却方法

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JP6018490B2 (ja) 2012-11-28 2016-11-02 株式会社日清製粉グループ本社 パン類品質改良剤およびそれを用いたパン類の製造方法
JP6121725B2 (ja) 2013-01-21 2017-04-26 Necプラットフォームズ株式会社 監視装置、電気電子機器、監視方法及びそのためのプログラム

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