JPH05104114A - 熱間圧延におけるワークロールの冷却方法ならびにその装置 - Google Patents
熱間圧延におけるワークロールの冷却方法ならびにその装置Info
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- JPH05104114A JPH05104114A JP26160991A JP26160991A JPH05104114A JP H05104114 A JPH05104114 A JP H05104114A JP 26160991 A JP26160991 A JP 26160991A JP 26160991 A JP26160991 A JP 26160991A JP H05104114 A JPH05104114 A JP H05104114A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 少量の冷却水により効率のよいロール冷却を
行い、ヒートクラックを抑制しロールの肌荒れを削減す
る。 【構成】 鋼材１を圧延するワークロール２の、ロール
バイト出口からの回転角度で３０°ないし９０°の範囲
のロール表面へ冷却水を直接噴射する２基のスプレーノ
ズル4a、4bと、ロールバイト出口からの回転角度で９０
°ないし２７０°の範囲を２分してそれぞれのロール表
面へ冷却水を直接噴射する２基のワイド型スプレーノズ
ル4c、4dとより構成される。
行い、ヒートクラックを抑制しロールの肌荒れを削減す
る。 【構成】 鋼材１を圧延するワークロール２の、ロール
バイト出口からの回転角度で３０°ないし９０°の範囲
のロール表面へ冷却水を直接噴射する２基のスプレーノ
ズル4a、4bと、ロールバイト出口からの回転角度で９０
°ないし２７０°の範囲を２分してそれぞれのロール表
面へ冷却水を直接噴射する２基のワイド型スプレーノズ
ル4c、4dとより構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼材の熱間圧延用ワー
クロールを冷却水により冷却する技術に関する。
クロールを冷却水により冷却する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】鋼材の熱間圧延用ワークロールの冷却法
としては、ミスト冷却法、スプレー冷却法、ウォーター
ジャケット冷却法などがあるが、もっとも一般的に行わ
れているのは、ロールの特定箇所に水を噴射するスプレ
ー冷却法である。この冷却方式を図２の模式図により説
明する。この図は加熱された鋼材を４段圧延機により熱
間圧延する状況をロール軸方向から見た上半分の断面図
で、１は圧延材である加熱された鋼材、２はワークロー
ル、３はバックアップロール、4a、4b、4cはスプレーノ
ズル、５は水切りである。以下の説明において、冷却位
置を表わすのに図のようにワークロールの真下に位置す
る噛み出し点（ロールバイト出口）からの回転角θを用
いる。この図の例ではスプレーノズルはワークロールの
出側に２ヶ所、入側に１ヶ所配置されている。
としては、ミスト冷却法、スプレー冷却法、ウォーター
ジャケット冷却法などがあるが、もっとも一般的に行わ
れているのは、ロールの特定箇所に水を噴射するスプレ
ー冷却法である。この冷却方式を図２の模式図により説
明する。この図は加熱された鋼材を４段圧延機により熱
間圧延する状況をロール軸方向から見た上半分の断面図
で、１は圧延材である加熱された鋼材、２はワークロー
ル、３はバックアップロール、4a、4b、4cはスプレーノ
ズル、５は水切りである。以下の説明において、冷却位
置を表わすのに図のようにワークロールの真下に位置す
る噛み出し点（ロールバイト出口）からの回転角θを用
いる。この図の例ではスプレーノズルはワークロールの
出側に２ヶ所、入側に１ヶ所配置されている。
【０００３】これに対し、ロールの周方向に多数の小径
の冷却ノズルを配置し、効率よくロールを冷却する冷却
方法が特公昭60-18490号公報に開示されている。この公
報によれば、冷却水の噴出圧を10〜25kg／cm2G、ロール
表面における冷却水の水量密度を 4〜10m3／min ・m2と
することを特徴としている。この冷却方法におけるロー
ル冷却用ヘッダーの配置の概要を図３に示す。図のよう
に、ロール２に、等間隔に多数の冷却水噴出チップ（ノ
ズル）４を取り付けたヘッダー６を配置し、冷却水の噴
出圧と水量密度の組み合わせを広範囲に変化させて前記
の最適範囲を特定したもので、ノズルより噴出した冷却
水は直接ロールに衝突し、冷却水同士の相互衝突はな
い。
の冷却ノズルを配置し、効率よくロールを冷却する冷却
方法が特公昭60-18490号公報に開示されている。この公
報によれば、冷却水の噴出圧を10〜25kg／cm2G、ロール
表面における冷却水の水量密度を 4〜10m3／min ・m2と
することを特徴としている。この冷却方法におけるロー
ル冷却用ヘッダーの配置の概要を図３に示す。図のよう
に、ロール２に、等間隔に多数の冷却水噴出チップ（ノ
ズル）４を取り付けたヘッダー６を配置し、冷却水の噴
出圧と水量密度の組み合わせを広範囲に変化させて前記
の最適範囲を特定したもので、ノズルより噴出した冷却
水は直接ロールに衝突し、冷却水同士の相互衝突はな
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の方法
によれば、必要最小限度の水量で効率的な冷却が行わ
れ、省エネルギー、節水の見地から有益ではあるが、ノ
ズル本数が極めて多いことから、このメンテナンスのた
めのランニングコストの増大を招くという新たな問題が
あり、また、本発明者らの実験によれば前記冷却水量は
なお過大であり、冷却位置を有効に選定することにより
さらに節水が可能である。
によれば、必要最小限度の水量で効率的な冷却が行わ
れ、省エネルギー、節水の見地から有益ではあるが、ノ
ズル本数が極めて多いことから、このメンテナンスのた
めのランニングコストの増大を招くという新たな問題が
あり、また、本発明者らの実験によれば前記冷却水量は
なお過大であり、冷却位置を有効に選定することにより
さらに節水が可能である。
【０００５】一般に熱間圧延におけるワークロールは、
圧延材とロールの接触部分（以下ロールバイトと称す
る）において加熱を受け、表面層が局部的に熱膨張する
が、周囲に拘束されているので変形できず、周方向に圧
縮される塑性変形を受ける。この塑性変形を受けた表面
層はロールバイトを出た後は熱収縮し、結果的に引張り
の熱応力を受けることになる。
圧延材とロールの接触部分（以下ロールバイトと称す
る）において加熱を受け、表面層が局部的に熱膨張する
が、周囲に拘束されているので変形できず、周方向に圧
縮される塑性変形を受ける。この塑性変形を受けた表面
層はロールバイトを出た後は熱収縮し、結果的に引張り
の熱応力を受けることになる。
【０００６】図３の冷却装置のように、ロールの表面を
細かい面積で局部的にスプレー冷却する場合、冷却され
たロール表面層は過冷却され、表面層はいっそう熱収縮
して必要以上の引張り応力を受けることになる。スプレ
ー冷却能力が大きいと、引張り応力もこれに応じて大き
くなる。これが過大になると、ヒートクラックが発生
し、ロールの肌荒れへと発展する。また、小径のノズル
を複数基設置すると、スプレー直射部とそれ以外の部分
で温度が振動し、熱応力もこれにつれて振動するから、
この繰り返しによりヒートクラックはますます大きくな
る。
細かい面積で局部的にスプレー冷却する場合、冷却され
たロール表面層は過冷却され、表面層はいっそう熱収縮
して必要以上の引張り応力を受けることになる。スプレ
ー冷却能力が大きいと、引張り応力もこれに応じて大き
くなる。これが過大になると、ヒートクラックが発生
し、ロールの肌荒れへと発展する。また、小径のノズル
を複数基設置すると、スプレー直射部とそれ以外の部分
で温度が振動し、熱応力もこれにつれて振動するから、
この繰り返しによりヒートクラックはますます大きくな
る。
【０００７】本発明は、このような問題点を解消し、一
層少量の冷却水により、効率のよいロール冷却を行う方
法ならびに装置を提供することを目的とする。
層少量の冷却水により、効率のよいロール冷却を行う方
法ならびに装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の冷却方法は、鋼
材の熱間圧延中のワークロールをスプレーノズルにより
冷却水を噴射して冷却する冷却方法であって、冷却開始
位置をロールバイト出口からの回転角度で３０°以内と
し、この冷却開始位置からロールバイト出口からの回転
角度で９０°までの範囲のロール表面を1.8〜4.0 m3／m
in ・m2の水量密度で、さらにロールバイト出口からの
回転角度で９０°ないし２７０°の範囲のロール表面を
2.0 m3／min ・m2以下の水量密度で、冷却開始位置から
冷却終了位置までほぼ連続して冷却することを特徴とす
る。
材の熱間圧延中のワークロールをスプレーノズルにより
冷却水を噴射して冷却する冷却方法であって、冷却開始
位置をロールバイト出口からの回転角度で３０°以内と
し、この冷却開始位置からロールバイト出口からの回転
角度で９０°までの範囲のロール表面を1.8〜4.0 m3／m
in ・m2の水量密度で、さらにロールバイト出口からの
回転角度で９０°ないし２７０°の範囲のロール表面を
2.0 m3／min ・m2以下の水量密度で、冷却開始位置から
冷却終了位置までほぼ連続して冷却することを特徴とす
る。
【０００９】また、本発明の冷却装置は、鋼材の熱間圧
延中のワークロールのロールバイト出口からの回転角度
で３０°ないし９０°の範囲のロール表面へ冷却水を直
接噴射するロール円周方向に１基ないし２基のスプレー
ノズルと、ロールバイト出口からの回転角度で９０°な
いし２７０°の範囲を２分してそれぞれのロール表面へ
冷却水を直接噴射するロール円周方向に２基以上のワイ
ド型スプレーノズルとより構成される。
延中のワークロールのロールバイト出口からの回転角度
で３０°ないし９０°の範囲のロール表面へ冷却水を直
接噴射するロール円周方向に１基ないし２基のスプレー
ノズルと、ロールバイト出口からの回転角度で９０°な
いし２７０°の範囲を２分してそれぞれのロール表面へ
冷却水を直接噴射するロール円周方向に２基以上のワイ
ド型スプレーノズルとより構成される。
【００１０】
【作 用】本発明によれば、冷却開始位置をロールバイ
ト出側から見て回転角θで３０°以内としたため、ロー
ルバイト内で加熱されたワークロール表面からの熱の除
去（除熱）を効率良く行うことができる。冷却開始位置
は３０°以下で早い程有効ではあるが、圧延材に直接冷
却水がかからないよう設けられている水切りがあるた
め、３０°近傍からしか冷却が行えないのが実情であ
る。この冷却開始位置を３０°以上とすると、ロールバ
イトにおいて伝達された熱のロール内部への浸透が大き
くなり、除熱が効率良く行われなくなる。
ト出側から見て回転角θで３０°以内としたため、ロー
ルバイト内で加熱されたワークロール表面からの熱の除
去（除熱）を効率良く行うことができる。冷却開始位置
は３０°以下で早い程有効ではあるが、圧延材に直接冷
却水がかからないよう設けられている水切りがあるた
め、３０°近傍からしか冷却が行えないのが実情であ
る。この冷却開始位置を３０°以上とすると、ロールバ
イトにおいて伝達された熱のロール内部への浸透が大き
くなり、除熱が効率良く行われなくなる。
【００１１】また、本発明においては、θ＝３０°〜９
０°の範囲において冷却水の水量密度を 1.8〜4.0 m3／
min ・m2としたため、ロール冷却に必要かつ充分な冷却
が行われる。本発明者らの実験によれば、水量密度を4.
0 m3／min ・m2以上としてもロール冷却能力にはほとん
ど違いがみられず、むしろ水量密度を上げるために水圧
を上げた場合にはロールに噴射された水がロール表面で
はね返り、かえって冷却能力を低下させる結果となる。
０°の範囲において冷却水の水量密度を 1.8〜4.0 m3／
min ・m2としたため、ロール冷却に必要かつ充分な冷却
が行われる。本発明者らの実験によれば、水量密度を4.
0 m3／min ・m2以上としてもロール冷却能力にはほとん
ど違いがみられず、むしろ水量密度を上げるために水圧
を上げた場合にはロールに噴射された水がロール表面で
はね返り、かえって冷却能力を低下させる結果となる。
【００１２】一方、この範囲での水量密度を 1.8 m3 ／
min ・m2以下とすると、冷却能力が不足し、圧延を続け
るに従いロール温度が上昇してロール表面の磨耗や塑性
流動が顕在化する。この範囲の冷却を行うため、広がり
の大きいワイド型ノズルを使用し、１基のスプレーノズ
ルで冷却することも可能ではあるが、２基のスプレーノ
ズルを使用し、水量密度を変えて早期に多量の冷却を行
うようにした方が有効である。
min ・m2以下とすると、冷却能力が不足し、圧延を続け
るに従いロール温度が上昇してロール表面の磨耗や塑性
流動が顕在化する。この範囲の冷却を行うため、広がり
の大きいワイド型ノズルを使用し、１基のスプレーノズ
ルで冷却することも可能ではあるが、２基のスプレーノ
ズルを使用し、水量密度を変えて早期に多量の冷却を行
うようにした方が有効である。
【００１３】つぎに、本発明においてはθ＝９０°〜２
７０°の範囲においては冷却水の水量密度を2.0 m3／mi
n ・m2以下としてロール内部からの復熱を効率良く冷却
するようにしたが、この範囲において水量密度を2.0 m3
／min ・m2以上とするとロール表面温度はさらに低くす
ることができるけれども、ロール内部との温度差が増大
し、かえって熱応力は大きくなる。一方、この範囲でロ
ール冷却を全く行わないと、全体の冷却能力が不足し、
ロール温度の上昇が避けられない。よってこの範囲にお
いては、冷却水量密度は必要最小限度とすることが望ま
しい。
７０°の範囲においては冷却水の水量密度を2.0 m3／mi
n ・m2以下としてロール内部からの復熱を効率良く冷却
するようにしたが、この範囲において水量密度を2.0 m3
／min ・m2以上とするとロール表面温度はさらに低くす
ることができるけれども、ロール内部との温度差が増大
し、かえって熱応力は大きくなる。一方、この範囲でロ
ール冷却を全く行わないと、全体の冷却能力が不足し、
ロール温度の上昇が避けられない。よってこの範囲にお
いては、冷却水量密度は必要最小限度とすることが望ま
しい。
【００１４】この範囲においては、図からも明らかなよ
うに中間にバックアップロールとの接触点が存在するの
で、スプレーノズルは２基以上とし、前記接触点の前後
で２分して冷却することになる。この範囲ではスプレー
する範囲が広いため、２基のスプレーノズルを使用する
場合には拡散角度の広いワイド型ノズルとする必要があ
る。
うに中間にバックアップロールとの接触点が存在するの
で、スプレーノズルは２基以上とし、前記接触点の前後
で２分して冷却することになる。この範囲ではスプレー
する範囲が広いため、２基のスプレーノズルを使用する
場合には拡散角度の広いワイド型ノズルとする必要があ
る。
【００１５】以上説明したように本発明においては冷却
開始位置から終了位置まで前記バックアップロールとの
接触点以外では冷却水のスプレーは連続しており、かつ
すべてノズルからロール表面までの直射スプレーである
が、ノズルはスプレー角度を持つ拡散型であり、冷却範
囲内ではロールは連続的にスプレーされるため、さきの
従来例における如き断続スプレーと異なり温度振動がな
く、熱負荷を少なくすることができる。
開始位置から終了位置まで前記バックアップロールとの
接触点以外では冷却水のスプレーは連続しており、かつ
すべてノズルからロール表面までの直射スプレーである
が、ノズルはスプレー角度を持つ拡散型であり、冷却範
囲内ではロールは連続的にスプレーされるため、さきの
従来例における如き断続スプレーと異なり温度振動がな
く、熱負荷を少なくすることができる。
【００１６】また、２ヶ所の冷却範囲毎に冷却ノズルを
それぞれ１基ないし２基設けているので、各ノズル毎の
冷却水条件を変えることにより種々の冷却パターンを設
定することができる。
それぞれ１基ないし２基設けているので、各ノズル毎の
冷却水条件を変えることにより種々の冷却パターンを設
定することができる。
【００１７】
【実施例】本発明の一実施例を図１に示す。図２、図３
と同様に、この図は加熱された鋼材を４段圧延機により
熱間圧延する状況をロール軸方向から見た上半分の断面
図で、１は圧延材、２はワークロール、３はバックアッ
プロール、4a、4b、4c、4dはスプレーノズル、5a、5bは
水切りである。
と同様に、この図は加熱された鋼材を４段圧延機により
熱間圧延する状況をロール軸方向から見た上半分の断面
図で、１は圧延材、２はワークロール、３はバックアッ
プロール、4a、4b、4c、4dはスプレーノズル、5a、5bは
水切りである。
【００１８】圧延機はタンデム式仕上げ圧延機第１スタ
ンドで、実施例における圧延ならびに冷却条件を、比較
例として従来技術によった例とともに表１に示す。図の
ようにこの実施例では２ヶ所の冷却範囲毎に冷却ノズル
をそれぞれロール円周方向に２基ずつ設け、合計４基の
ノズルによって冷却するようにした。ロールは直径 800
mmの高クロム鋳鉄製、被圧延材は一般鋼であり、この第
１スタンドでは30mm厚みのシートバーを16〜20mm程度に
まで減厚している。冷却水量の合計はいずれも3.8m3/mi
n である。
ンドで、実施例における圧延ならびに冷却条件を、比較
例として従来技術によった例とともに表１に示す。図の
ようにこの実施例では２ヶ所の冷却範囲毎に冷却ノズル
をそれぞれロール円周方向に２基ずつ設け、合計４基の
ノズルによって冷却するようにした。ロールは直径 800
mmの高クロム鋳鉄製、被圧延材は一般鋼であり、この第
１スタンドでは30mm厚みのシートバーを16〜20mm程度に
まで減厚している。冷却水量の合計はいずれも3.8m3/mi
n である。
【００１９】
【表１】
【００２０】図４は本実施例におけるロール１回転中の
ロール表面近傍の温度変化を示したグラフで、線の種類
はそれぞれロール表面からの測定点の深さを表わし、最
も表面に近い0.05mmを示す実線がほぼ表面温度を表わし
ている。図５は比較例として図２に示した従来の冷却方
式によった場合のロールの表面近傍の温度変化を示すグ
ラフで、図４、図５を比較するとロールの最高温度はい
ずれも約 700℃と変わりないから、本発明における冷却
能力が従来方式に劣るということはない。一方スプレー
冷却域におけるロール表面温度は従来方式では大きく上
下を繰り返しているが、本発明においてはスプレーが連
続しているため温度変化が非常に少ないことがわかる。
ロール表面近傍の温度変化を示したグラフで、線の種類
はそれぞれロール表面からの測定点の深さを表わし、最
も表面に近い0.05mmを示す実線がほぼ表面温度を表わし
ている。図５は比較例として図２に示した従来の冷却方
式によった場合のロールの表面近傍の温度変化を示すグ
ラフで、図４、図５を比較するとロールの最高温度はい
ずれも約 700℃と変わりないから、本発明における冷却
能力が従来方式に劣るということはない。一方スプレー
冷却域におけるロール表面温度は従来方式では大きく上
下を繰り返しているが、本発明においてはスプレーが連
続しているため温度変化が非常に少ないことがわかる。
【００２１】圧延終了後のロール表面を観察すると、従
来方式ではロール表面に発生するヒートクラックは数も
多く深さも大であったが、本発明によってヒートクラッ
クは小さくなり数も減少した。またその表面状態も、肌
荒れが少なく、美麗なものであった。その結果、ロール
抜き取り後にヒートクラック部を研磨して除去するロー
ル研削量は、圧延コイル数50本で従来直径当り 0.3mm以
上であったのに対し、0.25mm程度であり、ロール原単位
が向上した。
来方式ではロール表面に発生するヒートクラックは数も
多く深さも大であったが、本発明によってヒートクラッ
クは小さくなり数も減少した。またその表面状態も、肌
荒れが少なく、美麗なものであった。その結果、ロール
抜き取り後にヒートクラック部を研磨して除去するロー
ル研削量は、圧延コイル数50本で従来直径当り 0.3mm以
上であったのに対し、0.25mm程度であり、ロール原単位
が向上した。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、ヒートクラックの発生
が抑制され、ロールの肌荒れが軽減される結果、ロール
表面の手入れ研削量が減少してロール寿命が延長され、
圧延された板の表面品質も向上するという効果を奏す
る。
が抑制され、ロールの肌荒れが軽減される結果、ロール
表面の手入れ研削量が減少してロール寿命が延長され、
圧延された板の表面品質も向上するという効果を奏す
る。
【図１】本発明の冷却方式を示す概念図である。
【図２】従来の技術による冷却方式の概念図である。
【図３】従来の他の技術による冷却方式の概念図であ
る。
る。
【図４】本発明の冷却方式によるロール表面温度を示す
グラフである。
グラフである。
【図５】従来の技術の冷却方式によるロール表面温度を
示すグラフである。
示すグラフである。
１ 圧延材 ２ ワークロール ３ バックアップロール ４、4a、4b、4c、4d スプレーノズル 5a、5b 水切り ６ ヘッダー
Claims (2)
- 【請求項１】 鋼材の熱間圧延中のワークロールをスプ
レーノズルにより冷却水を噴射して冷却する冷却方法で
あって、冷却開始位置をロールバイト出口からの回転角
度で３０°以内とし、この冷却開始位置からロールバイ
ト出口からの回転角度で９０°までの範囲のロール表面
を 1.8〜4.0 m3／min ・m2の水量密度で、さらにロール
バイト出口からの回転角度で９０°ないし２７０°の範
囲のロール表面を2.0 m3／min ・m2以下の水量密度で、
冷却開始位置から冷却終了位置までほぼ連続して冷却す
ることを特徴とする熱間圧延におけるワークロールの冷
却方法。 - 【請求項２】 鋼材の熱間圧延中のワークロールのロー
ルバイト出口からの回転角度で３０°ないし９０°の範
囲のロール表面へ冷却水を直接噴射するロール円周方向
に１基ないし２基のスプレーノズルと、ロールバイト出
口からの回転角度で９０°ないし２７０°の範囲を２分
してそれぞれのロール表面へ冷却水を直接噴射するロー
ル円周方向に２基以上のワイド型スプレーノズルとより
構成される熱間圧延におけるワークロールの冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26160991A JPH05104114A (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 熱間圧延におけるワークロールの冷却方法ならびにその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26160991A JPH05104114A (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 熱間圧延におけるワークロールの冷却方法ならびにその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05104114A true JPH05104114A (ja) | 1993-04-27 |
Family
ID=17364284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26160991A Pending JPH05104114A (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 熱間圧延におけるワークロールの冷却方法ならびにその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05104114A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8281632B2 (en) | 2007-02-09 | 2012-10-09 | Centre De Recherches Metallurgiques Asbl | Device and method for cooling rollers used for rolling in a highly turbulent environment |
-
1991
- 1991-10-09 JP JP26160991A patent/JPH05104114A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8281632B2 (en) | 2007-02-09 | 2012-10-09 | Centre De Recherches Metallurgiques Asbl | Device and method for cooling rollers used for rolling in a highly turbulent environment |
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