JPH1157822A - 圧延ロールの冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、熱間圧延機の圧延ロールをロール
ショップ等のオフラインで冷却するに際し、圧延ロール
を固定した状態で円周方向の温度ムラを防止する冷却方
法を提供するものである。 【解決手段】 熱間圧延機のロールをオフラインで冷却
するに際し、圧延ロールを水平に固定しその真上に冷却
ヘッダーを該ロール軸に沿って設け、該冷却ヘッダーか
らの冷却水をロール全長にわたって整流状態で、ロール
円周方向で真上部分の表面上に均一に供給することを特
徴とする圧延ロールの冷却方法。 【効果】 ワークロールの冷却を安価な設備費で簡単に
実施でき、従来の冷却方式に比し、作業負荷を増大させ
ることなくロール円周方向での温度ムラを最小限にする
ことが可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延機の圧延
ロールをロールショップ等のオフラインで冷却するに際
して、圧延ロールを固定した状態で円周方向の温度ムラ
を防止する冷却方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、熱間圧延設備における圧延ロー
ル（以下ワークロールと称す）は、圧延された鋼板の表
面品質を重視する関係から、一定圧延時間あるいは一定
圧延量（生産量）稼動後にワークロールを再研削するこ
とが行われる。このワークロールとして要求される加工
精度は、真円度、ロールクラウン等である。従って、圧
延後におけるワークロールの再研削を行う場合には、所
定の表面精度ならびに真円度を満足せしめる必要がある
が、圧延直後におけるワークロールは圧延加工によって
５００〜６００℃まで昇温され、圧延ロール自体も熱膨
張しており、このままの温度では研削加工を施すことは
不利であり、ワークロールを充分に冷却し、室温に近い
温度になった時点から研削加工する必要がある。

【０００３】ワークロールを室温まで冷却するに、これ
を自然放冷によれば、ワークロールの熱容量が大きいた
めに数日間という長時間を要することになり、この結
果、熱間圧延設備、換言すれば、ワークロールの交換サ
イクルを考慮するとき多大のワークロールを保有する必
要があり、ロールの管理が煩雑になるのみならず生産コ
ストを上昇する欠点を有することになる。このような事
情に鑑み、ワークロール保有量を低減するため、熱間圧
延において圧延に使用したワークロールの冷却を早め、
次回の圧延チャンスまでの準備時間を短縮する必要があ
る。従って、ワークロールの熱膨張を低減させることを
目的として、研削前にオフラインにあるロールショップ
において水冷することが行われている。

【０００４】このような冷却技術の１例としては、図４
にその概略を側面図で示したが、高熱を有するワークロ
ール１を軸箱２に組み込んだ状態で設置し、ワークロー
ル表面に対し斜上方にスプレーノズルを有する２個の冷
却ヘッダー３を配設し、該ノズルからロール表面に対し
て冷却水を噴射してロールを冷却する方式がある。また
は、特に図示しないが軸箱２からワークロール１を取り
出し、別途設けたロール冷却槽に浸漬する方式、その他
ワークロールを回転させながら冷却する方式等が採用さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図５の
斜め上方からワークロール１の表面に冷却水の噴射する
方式では、ワークロール表面の冷却水の衝突部のみが局
部的に冷却される結果、ロール円周方向において温度の
ムラが生じる。この温度ムラに起因する偏膨張によっ
て、ロール研削時に砥石による研削量が変動するため、
次回の圧延時において前記のロール偏心に起因して、圧
延した板厚が変動するといった品質上のトラブルが発生
するという問題があった。

【０００６】また、軸箱からロールを分離してロールを
冷却槽に漬ける方式では、ロールの円周方向の温度ムラ
は改善されるものの、軸箱からロールを分離して冷却
し、冷却後にまた軸箱に組み込まなければならず、作業
負荷の増大となり高い労働生産性を指向する連続熱延工
程のロールショップにおいては実用的ではない。さら
に、圧延ロールをオフラインで回転させながら冷却する
方式では、設備投資額が高くなると共に、整備負荷が増
加する問題を有している。

【０００７】本発明では、上記問題点を解決するために
なされたもので、ワークロールの冷却に際して、ロール
の円周方向の温度ムラを低減させることを目的とするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであり、その手段は下記にあ
る。 （１） 熱間圧延機のロールをオフラインで冷却するに
際し、圧延ロールを水平に固定してその直上に冷却ヘッ
ダーを該ロール軸に沿って設け、該冷却ヘッダーからの
冷却水をロール全長にわたり、かつ、ロール表面の円周
方向で真上相当部分に整流状態で均一に供給することを
特徴とする圧延ロールの冷却方法。 （２） 冷却ヘッダーからの冷却水を整流状態に保持す
るために、冷却ヘッダーの下面部に設けるスリットノズ
ル幅、スリットノズル長さおよび冷却ヘッダーでの水面
高さを適正範囲内に維持することを特徴とする（１）記
載の圧延ロールの冷却方法。 （３） 整流状態に保持した冷却水をロール表面上に供
給するに際し、冷却ヘッダーの下面部に設けたスリット
ノズル先端部とロール表面との距離を２００ｍｍ以下に
設定したことを特徴とする（１）または（２）記載の圧
延ロールの冷却方法。

【０００９】（４） 熱間圧延機のロールをオフライン
で冷却するに際し、圧延ロール直上に設ける冷却ヘッダ
ーを内管と外管で構成し、かつ該冷却ヘッダーの両端部
を閉塞し、内管の上部長手方向に設けた開口部より冷却
水を排出させ、該排出冷却水を前記外管下部に貯留した
うえ、外管下面に長手方向に設けたスリットノズルより
流出させることを特徴とする（１）ないし（３）のいず
れかに記載の圧延ロールの冷却方法。 （５） 熱間圧延機のロールをオフラインで冷却するに
際し、圧延ロール直上に設ける冷却ヘッダーを樋状に構
成し、かつ該冷却ヘッダーの両端部を閉塞し冷却ヘッダ
ーに供給される冷却水を冷却ヘッダー下部に貯留したう
え、樋状下面部長手方向に設けたスリットノズルより流
出させることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれ
かに記載の圧延ロールの冷却方法。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明者らは、軸箱に固定された
ワークロールを温度のムラのない均等に冷却する方法に
ついて種々の検討を重ねた結果、ワークロールを水冷す
るに際し、冷却水を該ロールの上方から供給し、その供
給された冷却水がロール円周方向に沿って巻き付くよう
に流すのが最良であるということを知見した。このよう
に冷却水をワークロール円周上に巻き付かせるために
は、冷却水の供給に際して適正な条件が存在し、その条
件を満たさなければならないことが判明した。すなわち
ロールの真上に供給された冷却水は、直ちにロール表面
上に薄くて均一な水膜として存在しながら、ロール表面
上を真上から真下に向けて流下していき、その間にロー
ル表面を均一に冷却する。冷却を終えた冷却水はロール
表面の最下部から流れ落ちて、その役割を果たす。

【００１１】このようにロール表面上で均一な水膜を得
ようとする場合、ロール表面上に供給される水の流速、
流量等に影響され、これらが大き過ぎるとロール表面に
供給される冷却水が乱れ、均一な水膜が形成されないこ
とがある。その結果として、ロール表面の一部に局部的
な過冷却部分が発生し、ロール全体での冷却ムラに繋が
る。

【００１２】また、冷却水の水膜の乱れによって、冷却
水がロール真下まで均一に流下せず、上部半円周部分を
伝わって流下してきた冷却水の大部分が、そのまま下部
半円周部に向かわず、その部分から落下してしまい、ロ
ール下面部が冷却不足となる（逆にロール上面は過冷却
となる）。このため、ロール円周方向での均一冷却とい
う当初に期待した効果が得られない。さらに場合によっ
ては、供給された冷却水の勢いが強いため、ロール表面
に急激にぶつかり、冷却水が四方へ飛散するような状態
が発生する。このような状態となると、上記と同様の結
果が醸し出され、ロールの均一冷却の目的が達成できな
い。

【００１３】これとは逆に冷却水の流速および流量が小
さ過ぎると、ロール表面に均一な水膜が形成されず、水
膜が形成されない部分はロール表面での冷却不能箇所と
なり、冷却ムラの多い不均一冷却部分が多発する。従っ
て、対ロール表面への冷却水の供給には適正な条件が存
在し、ロール真上への表面上に整流状態で流出させねば
ならず、そのためには冷却ヘッダー下面からのノズルス
リット幅、スリット長さおよび冷却ヘッダーでの水面高
さが重要な要素となる。

【００１４】冷却水の供給において整流状態を維持する
ためには、流体力学上計算によって求めることができる
ので、ノズルスリット等の仕様が定まれば冷却ヘッダー
内に供給する時間当りの水量は当然定まってくるのでそ
の量を維持すればよい。本発明らの経験によれば、この
ような条件を維持すれば冷却水の流速は２ｍ／秒以下と
なり、レイノルズ数が１０の５乗を下回り流体が層流と
なるので、冷却水がロール円周方向でロール表面に巻き
付き水膜を形成しながら流下させることが可能となる。
このとき冷却ヘッダーに水面計を設け、該水面計からの
信号で冷却水供給量を調整することも可能である。

【００１５】また、冷却水が整流状態でスリットノズル
から流出しても、その後ロール表面に達するまでの距離
が長ければ整流状態を維持するのが困難となり、適正な
水膜を得ることができない事態が発生する。この冷却水
の整流状態の乱れはスリットノズルからの冷却水の流
速、流量等の条件によっても異なってくるので一概には
その距離を一律に規定できないが、スリットノズル先端
とロール表面との距離は短い方が外乱の影響が少ないの
で好ましい。

【００１６】しかし、冷却すべきワークロールの直径の
受動、または、設備上の制約から極端にその間隔を縮め
ることはできない。本発明者らの従来からの経験上から
は、その距離として２００ｍｍ以下であれば大きな変動
のない限り許容できる範囲であり、この距離を保持でき
るよう冷却ヘッダーのスリットノズル先端からワークロ
ール表面まで間隔を調整することが必要である。

【００１７】次に、本発明を図面によって説明する。図
１は本発明に使用する冷却装置の全体を側面からみた概
略図で、軸箱２内のロール受け台１５上にワークロール
１が載置されており、冷却ヘッダー３はワークロール１
の上方真上にロール全長にわたって設置される。設置に
あたっては、その詳細は省くが支持体１３を支承してい
る支柱１４の基部に施回装置が取付けられており、該施
回装置を回動することによって、該軸箱２の上方所定位
置まで冷却ヘッダー３を持ってくることができる。ま
た、支持体１３を旋回することにより冷却ヘッダー３を
軸箱２の上方面から開放できるため、ワークロールの搬
入、搬出を容易ならしめることができる。

【００１８】図２は二重管方式の冷却装置の一部を拡大
して断面の概略を示したもので、（ａ）は側面図、
（ｂ）は平面図である。軸箱２内のロール受け台にセッ
トしたワークロール１の直上に冷却ヘッダー３を旋回し
て設置し、ロール冷却に備える。該冷却ヘッダー３は内
管４と外管５からなり両端部は閉塞して構成し、内管４
には冷却水供給管６が冷却ヘッダー３の長手方向の略中
央部に接続されており、該供給管６から冷却水９の供給
を受ける。内管４の上面には略均等間隔を置いて冷却水
の排出口７が設けられており、この排出口より冷却水が
排出し、外管５に落下し貯留される。

【００１９】外管５の上面の一端には図示しないが、小
孔が設けられており、これにより大気と連通するので、
冷却水９は給水圧力から開放され、大気圧と等しくな
る。この冷却水の貯留によって所定の冷却水９のヘッド
圧が得られ、均一な流水を容易に得ることが可能とな
る。冷却ヘッダーの外管５の下部面には、該外管５の長
手方向にワークロールに対応する長さのスリットノズル
８が設けられており、冷却水９を均等に流出できる。該
スリットノズル８には冷却水９が整流を維持するように
適当なスリット幅と長さを有せしめ、冷却水９が乱流に
なるのを極力防ぐ必要がある。

【００２０】また、別の例として図３には樋方式の冷却
装置の一部を拡大してその断面の概略を示したもので、
（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。図２と同様に
冷却ヘッダー３の形状は大樋１０となっており、長手方
向中央部中段に冷却水供給管６が接続され、該冷却水供
給管６から供給される冷却水９を一旦受けるための小樋
１１が、前記大樋１０の内面で、かつ、冷却水９の供給
側に大樋の長手方向に適宜の長さを持って取付けられて
いる。なお、これらの樋の両端部は閉塞されている。

【００２１】該小樋１１の内面側には、冷却水９を均等
にオーバーフローさせるために、切欠部１２が略等間隔
を置いて小樋１１の側面上部に設けられている。従っ
て、この切欠部１２より排出した冷却水９の貯留によっ
て、大樋１０内で所定の冷却水９のヘッド圧が保持され
る。スリットノズル８の設置は図２と全く同様であり、
以降の使用効果も何等変るところはない。また、冷却水
供給管６については、冷却ヘッダー３を支持する支持体
１３の内部を通してもよく、また該支持体１３自体を冷
却水供給管として用いることもできる。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例を従来例と比較して説明す
る。熱間圧延機において、５０本の圧延材を圧延した後
のロール直径８００ｍｍ、ロール長さ２４００ｍｍのワ
ークロールの冷却を行った。冷却装置としては、図２に
示した装置を用いたが、この時の冷却ヘッダー外管径は
１５０ｍｍ、内管径は８０ｍｍであった。また、冷却ヘ
ッダー長手方向のスリット長さは１６００ｍｍであり、
スリット幅は１０ｍｍ、スリット長さは３０ｍｍであっ
た。また、供給した水の量は３ｍ³ ／ｈｒであった。な
お、この条件下で冷却水の流速は約２ｍ／秒を保持して
いた。さらに、スリットノズル下部先端部と研削すべき
ワークロールの上面との距離を１００ｍｍに設定した。

【００２３】この状態で４０分間冷却を継続した結果、
図５（ａ）に示すような均一なロール表面冷却温度が得
られた。これに対し、図４に示すような従来方式でのス
プレーノズルを有する冷却ヘッダーからの冷却水を、３
ｋｇ／ｃｍ² の噴出圧で噴射したところ、図５（ｂ）に
示すようなロール表面冷却温度となった。従来例でロー
ル冷却時のワークロール温度、冷却水量、冷却時間等は
本実施例と殆ど大差ない条件であったが、図から明らか
なように従来例ではロール円周方向で表面温度にムラが
発生していた。本発明と従来例とでのワークロール表面
での温度差は、本発明では均一冷却が行われたため全く
無かったが、従来例によるものは不均一冷却のため約３
℃あり、両者でのロール表面温度に対する効果の差は明
らかに本発明のものがよいことが立証されている。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、ワークロールの冷却を
安価な設備費で簡単に実施でき、従来の冷却方式に比
し、作業負荷を増大させることなくロール円周方向での
温度ムラを最少限にすることが可能となった。そのため
従来ロール円周方向の温度差に起因する研削ロールの真
円度の不均一性を防止ができるので、圧延操業上のトラ
ブルの解決が減少し、その結果、圧延鋼板の品質向上に
貢献することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用するロール冷却装置の全体の１例
を示す概略側面図

【図２】本発明に用いる１例の冷却装置を拡大して示し
た側面概略図

【図３】本発明に用いる他の冷却装置を拡大して示した
側面概略図

【図４】従来の冷却装置を示す概略図

【図５】実施例における冷却後のロール表面温度分布図

【符号の説明】

１ ワークロール ２ 軸箱 ３ 冷却ヘッダー ４ 内管 ５ 外管 ６ 冷却水供給管 ７ 排出口 ８ スリットノズル ９ 冷却水 １０ 大樋 １１ 小樋 １２ 切欠部 １３ 支持体 １４ 支柱 １５ ロール受け台

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱間圧延機のロールをオフラインで冷却
   するに際し、圧延ロールを水平に固定してその直上に冷
   却ヘッダーを該ロール軸に沿って設け、該冷却ヘッダー
   からの冷却水をロール全長にわたり、かつ、ロール表面
   の円周方向で真上相当部分に整流状態で均一に供給する
   ことを特徴とする圧延ロールの冷却方法。
2. 【請求項２】 冷却ヘッダーからの冷却水を整流状態に
   保持するために、冷却ヘッダーの下面部に設けるスリッ
   トノズル幅、スリットノズル長さおよび冷却ヘッダーで
   の水面高さを適正範囲内に維持することを特徴とする請
   求項１記載の圧延ロールの冷却方法。
3. 【請求項３】 整流状態に保持した冷却水をロール表面
   上に供給するに際し、冷却ヘッダーの下面部に設けたス
   リットノズル先端部とロール表面との距離を２００ｍｍ
   以下に設定したことを特徴とする請求項１または請求項
   ２記載の圧延ロールの冷却方法。
4. 【請求項４】 熱間圧延機のロールをオフラインで冷却
   するに際し、圧延ロール直上に設ける冷却ヘッダーを内
   管と外管で構成し、かつ該冷却ヘッダーの両端部を閉塞
   し、内管の上部長手方向に設けた開口部より冷却水を排
   出させ、該排出冷却水を前記外管下部に貯留したうえ、
   外管下面に長手方向に設けたスリットノズルより流出さ
   せることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれ
   かに記載の圧延ロールの冷却方法。
5. 【請求項５】 熱間圧延機のロールをオフラインで冷却
   するに際し、圧延ロール直上に設ける冷却ヘッダーを樋
   状に構成し、かつ該冷却ヘッダーの両端部を閉塞し冷却
   ヘッダーに供給される冷却水を冷却ヘッダー下部に貯留
   したうえ、樋状下面部長手方向に設けたスリットノズル
   より流出させることを特徴とする請求項１ないし請求項
   ３のいずれかに記載の圧延ロールの冷却方法。