JPS6330371B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は冷却ロールによる金属ストリツプの
冷却方法に関する。

冷却ロールによる金属ストリツプの冷却は連続
焼鈍設備等において冷却速度が大きく、しかもス
トリツプの表面性状を害さない冷却方法として採
用されている。

この冷却方法としては、冷却ロール内部に冷却
水等の冷却媒体を通してロール表面を冷却し、こ
のロール表面に金属ストリツプを接触させて冷却
しようとするものである。

第１図イはこの冷却ロールによる冷却法の模式
図であり、通常複数本の冷却ロール１を並べて、
これに金属ストリツプＸを順次接触させる方法を
採つている。また冷却の制御は冷却ロール１を上
下方向に移動させて、冷却ロール１表面と金属ス
トリツプＸとの接触長を変えることにより行つて
いる。その結果、第１図ロのストリツプＸ展開図
に示すように、ストリツプＸ上には冷却ロール１
に接触する接触部αと非接触部βとが交互に生ず
ることになる。

ところで、このような冷却ロールによる冷却に
おいては、冷却ロール１間の非接触部βにおいて
金属ストリツプに座屈が発生しやすく、甚しい場
合にはこの座屈から“絞り”と称するライン方向
の縦ジワが生ずる欠点があつた。

このような問題の対策として従来種々の提案が
なされており、本発明者等によつても、例えば特
願昭57−138002号や実願昭57−162460号の如き提
案がなされている。このうち前者のものは、冷却
ロールとストリツプとの接触開始点と、接触終了
点とで発生する熱応力が相反する方向であるこ
と、つまり板幅方向応力で言うと、接触開始点
（冷却ロール入側）では圧縮が生じ、接触終了点
（冷却ロール出側）では引張りが生ずることを利
用し、これらの相互干渉を起こさせるよう接触
長、非接触長を配分するものである。一方、後者
は“絞り”の直接的発生原因（又は起点）となる
接触開始点の圧縮応力に対処するため、接触開始
点近傍のストリツプの座屈抵抗を大幅に上昇させ
ることを狙つたものである。

これらの技術はいずれも極めて有効でしかも十
分に実用的なものではあるが、反面次のような難
点があることが本発明者等のその後の研究により
判明した。即ち、前者のものでは、実際のライン
において通板するストリツプの板厚が広い範囲で
変わるような場合、冷却ロールへの接触長、非接
触長を、十分な応力干渉効果を起こさせる程度に
とれないことがある。また後者のものでは、無冷
却の押えロールを冷却ロールの直前に付設する必
要があることから、設備の繁雑さや建設コストの
上昇は避け難く、加えて発生する熱応力がある程
度以上大きくなると、押えロールによる拘束を行
うことにより発生する熱応力の逃げ場が失われる
ため、ストリツプの形状のくずれが却つて生じ易
くなるという難点がある。

本発明はこのような点に鑑み、熱応力発生及び
これに基づく絞り発生の基本的なメカニズムの解
明に基づきなされたものであり、絞り等の形状不
良を適切に防止することができる冷却方法を提供
せんとするものである。

冷却ロールで発生する熱応力は、冷却によつて
生ずるストリツプ内のライン方向温度勾配の変化
程度（つまり微分値）に比例して大きい。これは
本発明者等による熱応力の理論解析の結果明らか
となつたことである。第２図はロール冷却の実ラ
インにおけるストリツプ長手方向の温度（ストリ
ツプ巾方向に平均したもの）分布の一例を示すも
のであり、イは冷却ロール１とストリツプＸの接
触状態を示す模式図、ロはイに対応したストリツ
プ長手方向位置とストリツプの板巾方向平均温度
である。

図中、Ａ，Ｃ，Ｅの部分は、冷却ロール１と接
触していない部分で、この部分のストリツプ長手
方向温度勾配は通常約10℃／ｍ（板厚0.8mm、ラ
イン・スピード75mpmの場合）程度である。ま
たＢ，Ｄの部分は冷却ロール１と接触している部
分で、冷却ロール１のロールシエルが銅の場合、
約170〜200℃／ｍと、この部分の板長手方向の温
度勾配は大きい。このように、ロール冷却で得ら
れるストリツプ長手方向の温度分布（または温度
履歴）は、ほぼ折れ線で近似できるものであり、
“絞り”等のストリツプの形状を悪化させる原因
となる応力は、この２本の折れ線の勾配の差に比
例する。つまり冷却ロール１と接触している部分
の温度勾配をα₁℃／ｍ、接触していない部分の温
度勾配をα₂℃／ｍとすると｜α₁−α₂｜にほぼ比例
した熱応力が現われる。したがつて、この折れ線
の勾配差を小さくしてやれば、ストリツプの板巾
方向の圧縮応力は小さくなり、その結果、座屈や
絞りを防止できる。

このような温度勾配をライン操業上の各要因で
整理すると、冶金学上必要とされるロール冷却設
備での温度降下量は約300℃（700℃→400℃）で
一定であるから、温度勾配は、 板厚が一定ならばラインスピードが遅い程大
きい。

ラインスピードが一定ならば板厚が小さい程
大きい。

これは、冷却ロールの冷却用媒体としては通常
水が用いられるが、この場合には冷却水の流量や
温度を変えても実際に得られる冷却ロールの冷却
能力はあまり変化せず、実質的には冷却ロールの
冷却能力は一定とみなされることによるものであ
る。

以上のような温度勾配の問題を第３図で具体的
に説明すると、第３図ロ−ａは、ストリツプ板厚
1.0mm、ラインスピード200mpmの場合のロール
冷却部のストリツプを平面的に展伸したもの、ロ
−ｂはこれに対応した板温のライン方向履歴であ
る。また第３図ハ−ａは、板厚は上記ロと同じ
1.0mmでラインスピードが100mpmと遅い場合で
あり、この場合にはロール巻き掛け長さを上記ロ
と同じとするとロール接触時間が長くなり板温が
低くなり過ぎるため、ロール巻き掛け長さを短く
する必要があり（第３図イのロール２′の位置）、
これに伴つてハ−ｂのような板温履歴となる。次
にラインスピードは上記ロの場合と同じ200mpm
であるが、板厚が0.5mmと薄い場合を考えると、
この場合は、板の平均温度は板厚1.0mmの場合よ
りも急激に低下する（冷却速度が大きい）ため、
やはりロール巻き掛け長さを短くして接触時間を
短くしなければならず、ロールの巻き掛け状況、
冷却ロールとの接触状況及び板温のライン方向履
歴は、定性的に言つてラインスピードが遅い場合
の上記ハ−ａ，ｂに示したもの（第３図イのロー
ル１′の位置）とほぼ同じになる。そしてこの第
３図から、ラインスピードが小さい程、また板厚
が薄い程、ストリツプのライン方向温度勾配の変
化が大きいことが明らかであり、発生する熱応力
もこの温度勾配の変化程度に大体比例する。なお
温度勾配の違いを明確にするために、第３図ハ−
ｂ中にロ−ｂ中の１段目ロール部分の板温勾配を
破線Ｐで示した。

次にストリツプの座屈抵抗については、一般に
板厚が薄い程、また板幅が大きい程座屈抵抗は小
さく、この点は弾性座屈の理論によつて明確に説
明される。

以上熱応力と座屈抵抗の双方の視点からの考察
をまとめると次のようになる。

他の条件が一定であれば、板厚の薄い程発生
熱応力が大きく、ストリツプ座屈抵抗が小さ
い。したがつてストリツプは極めて絞り易くな
る。

他の条件が一定であれば、ラインスピードが
遅い程発生熱応力が大きく絞り易くなる。

他の条件が一定であれば、板幅の大きい程発
生熱応力は大きく、且つ板の座屈抵抗は小さ
い。したがつて極めて絞り易くなる。

従来のロール冷却においては、このような熱応
力と座屈抵抗に着目した安定通板のための配慮が
欠けていたものである。本発明はこのような熱応
力とストリツプの座屈抵抗に着目し、絞り易い通
板条件では冷却ロールの冷却能力を低下させ、ス
トリツプのライン方向温度勾配の変化量を小さく
することにより熱応力そのものをコントロールす
るという根本的な発想に基づき、冷却ロール内部
を通過させる冷却用媒体として閉管路中で循環す
る高沸点熱媒を用い、通板条件に応じ、冷却ロー
ルとストリツプの接触面積を調整するとともに、
冷却用媒体の作動温度（冷却ロール通過時の平均
温度）を選択して冷却ロールのストリツプ接触能
力を調整することにより、冷却中ストリツプのラ
イン方向温度勾配を制御することを基本とするも
のである。しかし、このような調整によつて通板
条件の変化に対応しつつ熱応力の急激な変化を軽
減するためには、冷却用媒体の作動温度の急激な
変更を可能としなければならない。このため本発
明は、冷却用媒体の作動温度の調整を、熱交換器
における熱交換量調整と、熱交換器をバイパスす
る冷却用媒体量の調整とにより行うようにし、条
件に応じ作動温度を迅速に変化させ得るようにし
たものである。

以下本発明を第４図に基づいて説明する。

本発明では冷却ロールの冷却用媒体として、通
常用いられる水の代わりに高沸点熱媒を用いる。
この高沸点熱媒としては、例えばトリエチルジフ
エニール（沸点340℃）等がある。このように冷
却用媒体として水の代わりに高沸点熱媒を用いる
のは次のような理由による。即ち、冷却用媒体と
して水を用いる場合、冷却ロール内部の伝熱面に
おいて局部的にも沸騰伝熱面となることは設備面
（配管系の圧損が急上昇する）や品質面（ロール
シエルの温度が不安定となりストリツプ温度のム
ラが生ずる）から問題があり、このため熱媒とし
ての作動温度はほぼ80℃〜25℃の範囲に限定され
てしまう。したがつて、ストリツプの温度を平均
値として500℃と仮定すると、ストリツプ温度
（Ts）と冷却用媒体温度（Tf）との差（Ts−Tf）
は、max475℃、min420℃となり、冷却ロールの
冷却能力はこの温度差（Ts−Tf）に比例するか
ら水温変化によるロール冷却能力の調整範囲は極
めて狭く、冷却ロールのストリツプ冷却能力の調
整によりストリツプのライン方向温度勾配を制御
するという本発明の主旨を達成するには甚だ不十
分である。このため本発明ではロール冷却能力の
調整範囲を広く取ることができる高沸点熱媒を冷
却用媒体として用いることにより、上記温度勾配
の制御を可能ならしめたものである。例えば高沸
点熱媒としてアルキル・ジフエニル（沸点：常圧
下で約290℃）を使用した場合、この熱媒の作動
温度をほぼ270℃〜100℃の範囲とすると、（Ts−
Tf）はmax400℃、min230℃となる。ラインス
ピードが100mpmと200mpmの場合、或は板厚が
0.6mmと1.2mmの場合、いずれも前者は後者の約２
倍の熱応力が生ずるため、冷却ロールの冷却能力
は前者の場合、後者の約半分に落とす必要がある
が、上記したような高沸点熱媒を用いることによ
り、このような冷却能力の調整に十分対応するこ
とができる。

このような冷却用媒体は第４図に示すように閉
管路２中でポンプ３等を介して循環使用され、こ
の循環中冷却ロール１内を通過して冷却し、また
冷却器４により熱交換される。そして、ストリツ
プＸの通板条件に応じ冷却用媒体の動作温度が選
択され、ロール冷却能力が調整される。具体的に
は形状がくずれ易い或は絞りの発生し易い通板条
件、即ち、 板厚の薄いストリツプの場合、 板幅の大きいストリツプの場合、 ラインスピードが遅い通板の場合、 の各場合に冷却用媒体の作動温度が上げられる。
これによつて冷却１の冷却能力が低下し、ストリ
ツプＸのライン方向温度勾配の変化量が小さくな
る結果、冷却による熱応力の発生が低く抑えられ
る。

本発明では冷却媒体の作動温度の調整を、熱交
換器（冷却器）における熱交換量調整と、熱交換
器をバイパスする冷却用媒体量の調整とにより行
い、これにより作動流体の温度の急速な変更を可
能ならしめている。すなわち、前述したように、
通板条件の変化に対応して熱応力を適切にコント
ロールするためには、冷却用媒体の作動温度の単
なる調整だけでは不十分であり、作動温度を急速
に変更させる必要がある。このため本発明は、上
記２方式の併用によつて作動温度を調整すること
によりその急速な変更を可能ならしめたものであ
る。

ここで冷却用媒体の作動温度の調整を第４図に
示すものについて説明すると、冷却用媒体循環用
の閉管路２には、流量調節弁６を備えた冷却器バ
イパス用管路５が設けられており、冷却用媒体が
循環した状態で冷却器バイパス用管路５中の流量
調節弁６の開度を大きくしていくと、冷却器４を
バイパスする媒体の流量が増加するため、全体と
して冷却ロール１に入る際の冷却用媒体の温度は
高くなるものであり、このように流量調節弁６の
開度調整により冷却用媒体の作動温度を自由に調
整することができる。加えて、このような作動温
度の調節は、冷却器用管路７の流量調節弁８の開
度調節によつても行われる。この冷却器用の流体
としては通常水が用いられるが、水の場合、冷却
器入側の水温が約25℃、出側の水温が約40〜80℃
となり、これを連続焼鈍設備入側のストリツプ洗
浄用温水として利用することができる。本発明で
は、上記した流量調節弁６によるバイパス管路内
流量の調整と冷却器４の冷却能力調整という二つ
の方式を併用した温度制御方式が採られ、このよ
うな冷却用媒体の作動温度の調節により、ストリ
ツプ温度と冷却用媒体温度の差（Ts−Tf）に基
づく冷却ロールの冷却能力が調整される。

第４図では、ライン操業を安定的に行うため、
冷却ロール入側における冷却用媒体温度を測定
し、この温度が、通板条件に基づいて予め設定さ
れた温度（目標作動温度）となるようバイパス流
量及び冷却器能力の調整による媒体温度制御が行
われるとともに、冷却ロール出側におけるストリ
ツプ温度を測定し、この測定値に基づき冷却ロー
ルへのストリツプ巻き掛け長さが制御されるよう
になつている。具体的に説明すると、予め判つて
いる通板条件（ストリツプサイズ、ラインスピー
ド等）により安全通板のための冷却用媒体の作動
温度（目標値）を制御用プロセスコンピユータ９
にプリセツト値１０として入力しておく。温度検
出端１１により冷却ロール入側の冷却用媒体温度
を、また放射温度計１２によりロール冷却部出側
のストリツプ温度がそれぞれ測定され、これらの
信号が前記制御用プロセスコンピユータ９に入力
される。ここで、検出された冷却用媒体温度と前
記設定された作動温度とに基づき、冷却器バイパ
ス流量の流量調節弁６及び冷却器の冷却流体流量
調節弁８の開度調整用信号が、また、検出された
ストリツプ温度に基づき、冷却ロールへのストリ
ツプ巻き掛け長さ制御用として冷却ロール昇降用
制御信号がそれぞれ制御用プロセスコンピユータ
９から各調節弁６，８及びロール昇降装置１３に
出力され、冷却ロールの冷却能力とストリツプの
冷却程度が全体として制御されるようになつてい
る。

また、ラインスピード検出端１４（ロール冷却
部近傍でのタコジエネレータ）によりラインスピ
ードも検出され、この検出に基づきラインスピー
ドの変化に追従した動的な制御を行い得るように
なつている。

実施例 第４図に示すような制御系を有する連続焼鈍ラ
インにおいて、板厚1.2〜0.4mm、板幅600〜1240
mm、ラインスピード80〜180mpmの範囲の通板条
件での操業を行つた。

冷却用媒体の作動温度は最高275℃、最低100
℃、冷却ロールへの媒体供給流量は１本当り平均
320／分（冷却ロール本数５本）、媒体総循環量
は約1600／分で運転され、この結果、絞り発生
により従来通板が困難であつた条件下や製品形状
等に問題を生じていた条件下においても、良質の
製品を安定して製造できるようになつた。

以上述べた本発明法によれは、通板条件に応
じ、冷却ロールとストリツプとの接触面積の調整
によりストリツプの冷却量のコントロールを行う
ようにするとともに、冷却ロール内部を通過させ
る冷却用媒体として閉管路中で循環する高沸点熱
媒を用い、その冷却用媒体の作動温度を、熱交換
器における熱交換量調整と、熱交換器をバイパス
する冷却用媒体量の調整とにより選択して冷却ロ
ールのストリツプ冷却能力を調整することによ
り、冷却中ストリツプのライン方向温度勾配を制
御するようにしたので、通板条件等の変化に対応
して冷却用媒体の作動温度、ひいては冷却ロール
のストリツプ冷却能力を迅速且つ適切にコントロ
ールすることができ、これにより通板条件の変化
等にかかわらず、ストリツプの形状不良や絞りを
適切に防止しつつストリツプのロール冷却を行う
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図イ及びロは冷却ロールによる冷却状況を
示す説明図である。第２図イ及びロは冷却ロール
による冷却状況及びこれによるストリツプの温度
推移を示す説明図である。第３図イ，ロ−ａ，ロ
−ｂ，ハ−ａ，ハ−ｂは冷却ロールによる冷却状
況及びこれによるストリツプの温度推移を示す説
明図である。第４図は本発明法の実施に供される
冷却設備及びその制御系を示す説明図である。 図において、１は冷却ロール、２は閉管路であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷却ロール内部を通過させる冷却用媒体とし
   て閉管路中で循環する高沸点熱媒を用いるととも
   に、通板条件に応じ、冷却ロールとストリツプの
   接触面積を調整するとともに、冷却用媒体の作動
   温度を、熱交換器における熱交換量調整と、熱交
   換器をバイパスする冷却用媒体量の調整とにより
   選択して冷却ロールのストリツプ冷却能力を調整
   することにより、冷却中ストリツプのライン方向
   温度勾配を制御して冷却することを特徴とする冷
   却ロールによる金属ストリツプの冷却方法。