JP3769974B2

JP3769974B2 - ロールクラウン制御装置、熱間圧延方法及びエンドレス圧延方法

Info

Publication number: JP3769974B2
Application number: JP08207199A
Authority: JP
Inventors: 孝石川; 至菱沼; 弘資潮海
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: JP2000271613A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に熱間圧延での圧延ロールのロールクラウンを制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば熱間圧延においては圧延中の圧延材からの反力により圧延ロールに撓みが生じ、この撓みが圧延材の幅方向の中央部が厚く、端部が薄くなるといういわゆる正のクラウンの発生原因となる。
圧延材としてはフラットなものが求められるため、圧延機では圧延材の幅方向の板厚差が小さくなるように予め圧延ロールの撓みを見越して、図８に示すように、圧延ロールａの胴長方向の中央部の直径が大きくなるように研削してロールクラウンを形成する場合が多い。
【０００３】
このようにロールクラウンは、圧延後の圧延材が平坦で且つ板幅方向の板厚差が小さくなるように圧延ロールａに付与されるものであるが、この圧延ロールａは図９に示すように圧延材ｂとの接触（特に熱間圧延において顕著）によるロール表面及び内部の温度上昇によって熱膨張を起こし、このため圧延中のロールクラウン（サーマルクラウン）は、研削された初期のロールクラウンとは異なったものとなって製品の平面形状に悪影響を与える。
【０００４】
ところで、サーマルクラウンは圧延ロールの胴長方向のロール温度差によって形成されるため圧延材が接触していないロール部分を加熱することはサーマルクラウンの低減に非常に有効な方法であり、かかる方法を採用した従来技術として、例えば、特開昭５８−１３５７０９号公報に示すように熱間圧延において圧延ロール表面に噴射されるロール冷却水の量を胴長方向に変更して圧延材からの入熱によるロールの熱膨張を制御する方法、特開昭６０−１０８１０９号公報に示すように圧延ロールの表面に温水を噴射してロールを加熱する方法、或いは特開昭６３−１７１２０９号公報に示すように誘導加熱を利用して圧延ロールを加熱する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５８−１３５７０９号公報に示すように熱間圧延において圧延ロール表面に噴射されるロール冷却水の量を胴長方向に変更して圧延材からの入熱によるロールの熱膨張を制御する方法においては、圧延材が圧延ロールに噛み込んでいない状態では該圧延材からロールへの入熱がないためロールクラウンを形成することができず、この結果、圧延初期に必要なロールクラウンを得られないという不都合がある。
【０００６】
また、特開昭６０−１０８１０９号公報に示すように圧延ロールの表面に温水を噴射してロールを加熱する方法においては、冷却水と温水が共存する場合、ロールを所定の温度に加熱するためには多量の温水を必要とする。
詳述すると、一般的にスプレーによる熱伝達係数は、以下の（１）式によって表される（社団法人日本鉄鋼協会発行「鋼材の強制冷却」第９８頁参照）。
【０００７】
ｌｏｇα＝２．３５４＋０．６４６ｌｏｇＷ（表面温度５０°Ｃ） …（１）
α：熱伝達係数（ｋｃａｌ／ｍ²ｈｒ°Ｃ）
Ｗ：水量密度（ｌ／ｍ²ｍｉｎ）
ここで、図１０に示すような圧延ロールｄ（ロール径φ７００ｍｍ、胴長２０００ｍｍ）に対し、仮りに角度４５°の範囲で３００ｔ／ｈｒ・ｍ（幅）の冷却水ｅを供給して冷却すると、水量密度はＷ≒１８２００となり、このときの熱伝達係数はα≒１２８０００となる。
【０００８】
熱間圧延では圧延中のロールｄの温度上昇を防ぐために以上のような多量の冷却水ｅが使われており、また、冷却水ｅの温度を３０°Ｃとするとロールｄの温度を６０°Ｃとするためには冷却水ｅとほぼ同量の９０°Ｃ温水が必要となって、設備の大型化を招くという不都合が生じる。
この場合、冷却水量を３００ｔ／ｈｒ・ｍの１／１０（３０ｔ／ｈｒ・ｍ）としても熱伝達係数はα＝２９０００となり、冷却水ｅの温度を３０°Ｃとしてロールｄの温度を６０°Ｃとするためには３０ｔ／ｈｒ・ｍという多量の９０°Ｃ温水が必要になる。
【０００９】
また、１０ｋｇｆ／ｃｍ²飽和蒸気を使用して３０°Ｃの水から９０°Ｃの温水を３０ｔ／ｈｒ・ｍ作るためには以下の量が必要となる。
１０００ｘ×ｈ１＋１０００ｙ×３０＝１０００（ｘ＋ｙ）×９０，ｘ＋ｙ＝３０ …（２）
ｘ：蒸気量（ｔ／ｈｒ）
ｙ：水量（ｔ／ｈｒ）
ｈ１：１０ｋｇｆ／ｃｍ²飽和の蒸気のエンタルピー（＝６６４ｋｃａｌ／ｋｇ）
上式を解くと、蒸気量はｘ≒４．１ｔ／ｈｒとなり大量の蒸気を必要とすることになる。このときの伝熱量は

となる。
【００１０】
本発明はかかる不都合を解消するためになされたものであり、サーマルクラウンを低減することができるのは勿論のこと、圧延初期に必要なロールクラウンを得ることができるとともに、設備の小型化及び低コスト化を図ることができるロールクラウンの制御装置、熱間圧延方法及びエンドレス圧延方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明のうち請求項１に係るロールクラウンの制御装置は、幅サイズの異なる複数の圧延材の内で最小幅の圧延材の幅に相当する長さの第１の室が圧延ロールの胴長方向の中央部に配置されると共に該第１の室の圧延ロールの胴長方向の両側にそれぞれ第２の室が配置され、第１及び第２の室の圧延ロールの表面を臨む部分にそれぞれ開口部を有するジャケットと、第１の室に設けられた冷却水の流入部と、第２の室に設けられた冷却水及び蒸気の流入部と、冷却水及び蒸気の流入部からの第２の室への冷却水の流入と蒸気の流入とを圧延材の板幅に応じて切り替える切替手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明のうち請求項２に係る熱間圧延方法は、前記請求項１のロールクラウン制御装置を用いることを特徴とする。
更に、本発明のうち請求項３に係るエンドレス圧延方法は、前記請求項１のロールクラウン制御装置を用いることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例であるロールクラウン制御装置を説明するための説明的概略図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、図４は蒸気の凝縮を説明するための説明図、図５はロール表面温度と平均熱伝達係数との関係を示すグラフ図、図６はロール表面温度と蒸気量との関係を示すグラフ図、図７はこの実施の形態であるロールクラウン制御を行う前後におけるサーマルクラウンの変化を示すグラフ図である。
【００１３】
図１〜図３において符号６は圧延ロール１（ロール径φ７００ｍｍ，胴長２０００ｍｍ）の出側位置に該圧延ロール１の胴長方向に沿って配設されたジャケットであり、このジャケット６は圧延ロール１の胴長方向の中央部に幅サイズの異なる複数の圧延材の内で最小幅の圧延材の幅に相当する長さの第１の室７ａが配置され、該第１の室７ａの圧延ロール１の胴長方向の両側にそれぞれ第２の室７が配置されている。第２の室７は、この実施の形態では、第１の室７ａの両側にそれぞれ３室ずつ配置されている。
【００１４】
第１の室７ａ及び第２の室７は圧延ロール１の表面を臨む部分がロール表面に応じた円弧状をなして該ロール表面に接近配置されており、該円弧部分は全て開口されて開口部８とされてる。また、ジャケット６には第１の室７ａ及び第２の室７に連通する流入路（流入部）９及び流出路１０が各室毎に設けられており、流入路９には流入管１１が接続され、流出路１０には流出管１２が接続されている。
【００１５】
第１の室７ａの流入管１１は冷却水供給源（図示せず。）に接続されており、流入管１１に介在された開閉バルブ１２ｃを開くことにより、流入管１１からジャケット６の流入路９に冷却水３が流入して第１の室７ａに流れ込み該第１の室７ａの開口部８を臨むロール表面が冷却される。なお、第１の室７ａに流れ込んだ冷却水３は流出路１０を通って流出管１２から流出する。
【００１６】
一方、第２の室７の流入管１１は途中で二つに分かれて一方が蒸気流入管１１ａとされ、他方が冷却水流入管１１ｂとされており、蒸気流入管１１ａ及び冷却水流入管１１ｂはそれぞれ蒸気供給源（図示せず。）及び冷却水供給源（図示せず。）に接続されている。
また、蒸気流入管１１ａ及び冷却水流入管１１ｂにはそれぞれ切替バルブ（切替手段）１２ａ及び１２ｂが介在されており、切替バルブ１２ａを開いて切替バルブ１２ｂを閉じることにより、蒸気流入管１１ａからジャケット６の流入路９に蒸気２が流入して第２の室７に流れ込み該第２の室７の開口部８を臨むロール表面が加熱され、また、これとは反対に切替バルブ１２ａを閉じて切替バルブ１２ｂを開くことにより、冷却水流入管１１ｂからジャケット６の流入路９に冷却水３が流入して第２の室７に流れ込み該第２の室７の開口部８を臨むロール表面が冷却される。なお、第２の室７に流れ込んだ蒸気２及び冷却水３は流出路１０を通って流出管１２から流出する。
【００１７】
ここで、この実施の形態では、第１の室７ａへの冷却水の流入を圧延材４の板幅に係わらず圧延中は常時行い、第２の室７への冷却水３の流入と蒸気２の流入とを圧延材４の板幅に応じて切り替える。
即ち、幅サイズの異なる複数の圧延材の内で最小幅の圧延材の幅に相当する長さの第１の室７ａについては、幅サイズに係わらす圧延材４が必ず通板されて圧延部になるため、流入管１１から流入路９を経て第１の室７ａに冷却水３を流入して該室７ａの開口部８を臨むロール表面を冷却し、一方、第２の室７については、圧延部に位置する室７は、切替バルブ１２ａを閉じるとともに切替バルブ１２ｂを開き、冷却水流入管１１ｂから流入路９を経て室７に冷却水３を流入して該室７の開口部８を臨むロール表面を冷却し、また、非圧延部に位置する室７は、切替バルブ１２ａを開くとともに切替バルブ１２ｂを閉じ、蒸気流入管１１ａから流入路９を経て室７に蒸気２を流入して該室７の開口部８を臨むロール表面を加熱する。これにより、圧延ロール１のロールクラウンをロール胴長方向に変化させる。
【００１８】
蒸気２による加熱は、蒸気２の持つ潜熱を使用することにより、少ない蒸気量でロール表面を有効に加熱することができる。図４に蒸気２が凝縮するときの模式図を示すが、蒸気２がロール１に凝縮する際にロール表面に凝縮液による液膜５が生じ、この液膜５が抵抗熱となって熱伝達係数αが決定され、この液膜５は薄ければ薄い程熱伝達係数αが高くなる。このときの実験結果を図５及び図６に示す。
【００１９】
図５から明らかなようにロール表面温度が６０°Ｃで大きな熱伝達係数α≒２５０００を得ることができる。１０ｋｇｆ／ｃｍ²飽和蒸気を使用してロールを６０°Ｃまで加熱するとすれば、図６から蒸気量≒１．６ｔ／ｈｒで伝熱量は、

となり、従来のように蒸気加熱により得られた温水をロール表面に噴射して圧延ロールを加熱するのと比較し、約１／３の蒸気量で約３倍の伝熱が可能であり、したがって、約１０倍の加熱能力を有することが判る。
【００２０】
このようにロール表面を蒸気２で直接加熱する方が、蒸気加熱により得られた温水をロール表面に噴射して圧延ロールを加熱する場合に比べて、はるかに高効率でロールを加熱することができる。
この場合、ロール表面に冷却水による水膜が存在すると、蒸気の潜熱が水を加熱することに使われて温水で加熱するのとそれほど変わらなくなるため、上述したように蒸気２が直接ロール表面に凝縮することが必要であるが、この実施の形態では、第２の室７への蒸気２と冷却水３との流入を圧延材４の板幅に応じて切り替えるようにしているので、蒸気加熱の際に冷却水２による水膜の影響を受けないようにすることができ、上述した高効率なロール加熱を保証することができる。
【００２１】
上記の説明から明らかなように、この実施の形態では、第１の室７ａへの冷却水の流入を圧延材４の板幅に係わらず圧延中は常時行い、第２の室７への冷却水３の流入と蒸気２の流入とを圧延材４の板幅に応じて切り替えることにより、圧延部に位置する第１の室７ａ及び第２の室７については冷却水３を流入して該室７ａ，７の開口部８を臨むロール表面を冷却し、非圧延部に位置する第２の室７については蒸気２を流入して該室７の開口部８を臨むロール表面を蒸気２で直接加熱しているので、板幅の寸法にかかわらず少ない蒸気量で高効率なロール加熱を行うことができる。
【００２２】
また、第１及び第２の室７ａ，７を備えた一本のジャケット６をロール１の胴長方向に沿って配設すれば足りるため、蒸気２と冷却水３との各ヘッダを別々に配設する必要がなくなるとともに、蒸気ヘッダと冷却水ヘッダとをロールの胴長方向に沿って設けられたワイパ（水切り装置）で仕切って前記水膜の影響を回避する必要もなくなり、しかも、蒸気２と冷却水３との流入を切り替える手段は第２の室７のみに設ければ足りるため、設備の小型化及び低コスト化を同時に実現することができる。
【００２３】
更に、第１及び第２の室７ａ，７の開口部８がロール表面に応じた円弧状をなして該ロール表面に接近配置されているため、冷却水３によるロール表面の冷却及び蒸気２によるロール表面の加熱をより効果的に行うことができる。
更に、圧延材４が接触していないロール部分が蒸気２により加熱されるので、圧延ロール１の胴長方向のロール温度差が少なくなってサーマルクラウンを大幅に低減することができる。
【００２４】
更に、圧延ロール１の非圧延部を蒸気２で加熱するようにしているため、圧延材４が圧延ロール１に噛み込んでいない状態であってもロールクラウンを形成することができ、この結果、圧延初期においても必要なロールクラウンを得ることができる。
更に、蒸気２と冷却水３とを使ってのロールクラウン制御であるため、熱間圧延のような悪環境下（高温多湿）での使用に好適なものとすることができ、特に、エンドレス圧延のような圧延時間が長い場合に有効なものとすることができる。
【００２５】
なお、上記実施の形態では、第１の室７ａの両側にそれぞれ３室ずつ第２の室７を配置した場合を例に採ったが、最大幅サイズの圧延材４の両側が最も外側の第２の室７に達しない場合には、該第２の室７については常時蒸気を流入するようにしてもよい。
【００２６】
【実施例】
図１〜図３を参照して、第１の室７ａについては、開閉バルブ１２ｃを開き、流入管１１から流入路９を経て室７ａに冷却水３（３００ｔ／ｈｒ・ｍ（幅））を流入して該室７ａの開口部８を臨むロール表面を冷却した。また、圧延部に位置する第２の室７については、切替バルブ１２ａを閉じるとともに切替バルブ１２ｂを開き、冷却水流入管１１ｂから流入路９を経て室７に冷却水３（３００ｔ／ｈｒ・ｍ（幅））を流入して該室７の開口部８を臨むロール表面を冷却し、非圧延部に位置する第２の室７については、切替バルブ１２ａを開くとともに切替バルブ１２ｂを閉じ、蒸気流入管１１ａから流入路９を経て室７に２ｔ／ｈｒ・ｍの蒸気２を流入して該室７の開口部８を臨むロール表面を加熱し、サーマルクラウンの制御を実施した。
【００２７】
そして、１０００ｍｍ幅の圧延材４を２５本圧延後の圧延ロール１を抜き取りその温度分布を測定した。その測定結果と制御前の測定結果を図７に示す。図から明らかなように、制御前と比較して大幅に温度差が解消されており、これに伴いサーマルクラウンが大幅に低減したことが判る。
【００２８】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、第１の室への冷却水の流入を圧延材の板幅に係わらず圧延中は常時行い、第２の室への冷却水の流入と蒸気の流入とを圧延材の板幅に応じて切り替えることにより、圧延部に位置する第１の室及び第２の室については冷却水を流入して該室の開口部を臨むロール表面を冷却し、非圧延部に位置する第２の室については蒸気を流入して該室の開口部を臨むロール表面を蒸気で直接加熱しているので、板幅の寸法にかかわらず少ない蒸気量で高効率なロール加熱を行うことができるという効果が得られる。
【００２９】
また、第１及び第２の室を備えた一本のジャケットをロールの胴長方向に沿って配設すれば足りるため、蒸気と冷却水との各ヘッダを別々に配設する必要がなくなるとともに、蒸気ヘッダと冷却水ヘッダとをロールの胴長方向に沿って設けられたワイパ（水切り装置）で仕切って前記水膜の影響を回避する必要もなくなり、しかも、蒸気と冷却水との流入を切り替える手段は第２の室のみに設ければ足りるため、設備の小型化及び低コスト化を同時に実現することができるという効果が得られる。
【００３０】
更に、圧延材が接触していないロール部分が蒸気により加熱されるので、圧延ロールの胴長方向のロール温度差が少なくなってサーマルクラウンを大幅に低減することができるという効果が得られる。
更に、圧延ロールの非圧延部を蒸気で加熱するようにしているため、圧延材が圧延ロールに噛み込んでいない状態であってもロールクラウンを形成することができ、この結果、圧延初期においても必要なロールクラウンを得ることができるという効果が得られる。
【００３１】
更に、蒸気と冷却水とを使ってのロールクラウン制御であるため、熱間圧延のような悪環境下（高温多湿）での使用に好適なものとすることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例であるロールクラウン制御装置を説明するための説明的概略図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】蒸気の凝縮を説明するための説明図である。
【図５】ロール表面温度と平均熱伝達関数との関係を示すグラフ図である。
【図６】ロール表面温度と蒸気量との関係を示すグラフ図である。
【図７】この実施の形態であるロールクラウン制御を行う前後におけるサーマルクラウンの変化を示すグラフ図である。
【図８】研削によりロールクラウンが形成された圧延ロールを説明するための説明図である。
【図９】サーマルクラウンを説明するための説明図である。
【図１０】従来のロールクラウン制御方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…圧延ロール
２…蒸気
３…冷却水
４…圧延材
６…ジャケット
７ａ…第１の室
７…第２の室
８…開口部
９…流入路（流入部）
１０…流出路
１１…流入管
１１ａ…蒸気流入管
１１ｂ…冷却水流入管
１２…流出管
１２ａ，１２ｂ…切替バルブ（切替手段）
１２ｃ…開閉バルブ

Claims

幅サイズの異なる複数の圧延材の内で最小幅の圧延材の幅に相当する長さの第１の室が圧延ロールの胴長方向の中央部に配置されると共に該第１の室の圧延ロールの胴長方向の両側にそれぞれ第２の室が配置され、第１及び第２の室の圧延ロールの表面を臨む部分にそれぞれ開口部を有するジャケットと、第１の室に設けられた冷却水の流入部と、第２の室に設けられた冷却水及び蒸気の流入部と、冷却水及び蒸気の流入部からの第２の室への冷却水の流入と蒸気の流入とを圧延材の板幅に応じて切り替える切替手段とを備えたことを特徴とするロールクラウン制御装置。
前記請求項１のロールクラウン制御装置を用いた熱間圧延方法。
前記請求項１のロールクラウン制御装置を用いたエンドレス圧延方法。