(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延機の圧延後の圧延ロールを、オフラインで冷却する方法であって、
ロールチョックを付けた状態かつ水平状態にある上下一対の圧延ロールに対し、少なくとも該圧延ロールの斜め上方に設けた一対の冷却ヘッダーから、該圧延ロールのロール全長にわたり、かつカバーレシオ：50％以上の条件で、冷却水を射出して、該圧延ロールを強冷却し、ついで冷却後のロールの温度偏差を低減すべく復熱させるものとし、その際、
上記強冷却を、500 Kcal/m2・hr・K以上の熱伝達率かつ4.4 L/m2・min以上の流量密度で行う、
上記強冷却後の復熱完了温度を45℃以下とする、
上記強冷却時間を20分以上、30分未満とし、かつ上記復熱完了時間を20分以上、30分未満とする
ことを特徴とする圧延ロールの冷却方法。
【請求項２】
前記強冷却と前記復熱を、複数スタンドの上下圧延ロールに対して同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の圧延ロールの冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延ロールの冷却方法に関し、特に熱間圧延機の圧延後の圧延ロールを、ロールショップもしくは圧延機前などのオフラインにおいて、圧延ロールの温度偏差を抑制しつつ、短時間でかつ効率的な冷却を可能ならしめようとするものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、熱間圧延機における圧延ロールは、段差磨耗板PF異常及びロール表面品質、さらには通板性確保の観点から、一定圧延時間経過後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。この圧延ロールに要求される加工精度は、真円度、ロールクラウンおよび表面粗度等である。
【０００３】
従って、圧延後に圧延ロールを再研削する場合は、所定の表面精度ならびに真円度を満足する必要がある。
しかしながら、圧延直後のワークロールは圧延加工によって約100℃まで昇温され、圧延ロール自体も熱膨張しており、このままの温度で研削加工を施した場合には、大きな熱膨張をしたまま研削することになる。このため、再度圧延機に投入して圧延ロールが冷却された場合には、熱膨張による影響を反映したままのロールにより圧延することになるため、圧延トラブルや異常PFなどの欠陥が出かねない。
【０００４】
従って、圧延後に圧延ロールを研削する場合には、圧延ロールを充分に冷却し、熱膨張の影響がない温度まで低下させて研削する必要がある。  圧延ロールを十分に冷却するのに、自然放冷によれば、最大１日程度必要である。その場合には、圧延サイクルを継続するために圧延ロールをより多く保持しなければ、圧延が継続できなくなってしまう。圧延ロールを多く保持するとは、ロール在庫を多く抱えることであり、物流・格納場所の拡大が必要となるため、工場の生産コストを押し上げてしまう。
【０００５】
このような事情に鑑み、在庫圧延ロールを低減し、圧延ロールの運用効率を高めるために、熱間圧延において圧延に使用した圧延ロールの冷却を早める必要がある。
さらに、圧延ロールチョックを装着したままで、上下ロールを効率的に冷却することができればさらに運用効率を高めることが可能となる。
【０００６】
そこで、圧延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もしくは圧延機内のロールクーラント及びストリップクーラントを用いて回転機構を用いた上で水冷することが行われている。
例えば特許文献１には、圧延ロール１本に対して直上から冷却し、ロール下面まで上部接触した水を下部まで流すことで熱膨張を取り除き温度ムラを低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平11-57822号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１に開示の技術は、実用上十分とは言えなかった。
すなわち、特許文献１の技術は、ロールの直上部に冷却水を供給し、その後の垂れ水によって下部まで冷却するというものであるが、直上部と下部とでは熱伝達率が異なるため、温度が不均一になる可能性がある。また、ロールを冷却した場合に、ロール中心部とロール表面とで温度差が発生し、研削中に再度ロール温度が不均一になる可能性があるため、実用上十分とは言い難かったのである。
【０００９】
これを踏まえて、本発明では、単に従来からある圧延ロールの冷却ではなく、回転機構を用いない圧延ロールの冷却に際して、ロール円周方向の温度ムラを低減しつつ、単なる空冷時と比較して効率的に圧延ロールを冷却することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく、圧延ロールの冷却の仕方に関し、鋭意検討を重ねた。
その結果、冷却後の復熱現象を活用することに想い到った。ここに、復熱現象とは、強冷却により材料の表面が温度低下しても、材料の内部に熱が蓄えられている場合には、この内部の蓄熱に起因して表面温度が上昇する現象である。
【００１１】
従来、圧延ロールの冷却に際して強冷却を行うと、ロール表面と内部との温度偏差が大きくなる弊害を招くとされていた。
しかしながら、発明者らの研究によれば、たとえ強冷却により圧延ロールに大きな温度偏差が生じたとしても、その後の復熱を利用すればかような温度偏差が効果的に解消されること、また復熱を利用する場合には、むしろより強力な冷却を施すことが、かえって冷却時間の短縮に有利であることを知見したのである。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【００１２】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．熱間圧延機の圧延後の圧延ロールを、オフラインで冷却する方法であって、
ロールチョックを付けた状態かつ水平状態にある上下一対の圧延ロール対し、少なくとも該圧延ロールの斜め上方に設けた一対の冷却ヘッダーから、該圧延ロールのロール全長にわたり、かつカバーレシオ：50％以上の条件で、冷却水を射出して、該圧延ロールを強冷却し、ついで冷却後のロールの温度偏差を低減すべく復熱させることを特徴とする圧延ロールの冷却方法。
【００１３】
２．前記強冷却を、500 Kcal/m2・hr・K以上の熱伝達率かつ4.4 L/m2・min以上の流量密度で行うことを特徴とする前記１に記載の圧延ロールの冷却方法。
【００１４】
３．前記強冷却後の復熱完了温度を45℃以下とすることを特徴とする前記１または２に記載の圧延ロールの冷却方法。
【００１５】
４．前記復熱完了時間が20分以上、30分未満であることを特徴とする前記１〜３のいずれかに記載の圧延ロールの冷却方法。
【００１６】
５．前記強冷却と前記復熱を、複数スタンドの上下圧延ロールに対して同時に行うことを特徴とする前記１〜４のいずれかに記載の圧延ロールの冷却方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、圧延ロールの冷却に際して、回転機構を用いず安価な設備費の下で、従来の冷却と比較しても作業負荷を増大させずに、短時間で均一なロール冷却が可能となる。そのため、ロール在庫の増加やロール格納庫の拡大などを要せず、また冷却時間の短縮に伴う異常板PF材、通板不良、表面品質欠陥などを招くことなしに、効率的なロール運用が可能となり、生産コストの低減に大きく貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】圧延ロールチョックを装着したままの上下一対の圧延ロールを、オフラインの冷却設備に搬送した状態を示した図である。
【図２】冷却装置の断面を模式化した図である。
【図３】上下圧延ロールに対する上下冷却ヘッダーの設置要領を示した図である。
【図４】（ａ）は、本発明に従う圧延ロール冷却フローの一例を示したもの、（ｂ）は冷却が完了した排水ポンプのフローを示したものである。
【図５】本発明に従って冷却した場合と、本発明を適用せずに空冷のみで冷却した場合における、ロール表面温度の時間変化について調べた結果を、比較して示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明では、後段で復熱現象を利用するので、前段の冷却では、できるだけ強冷却とすることが好ましい。
まず、前段の強冷却方法について、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、圧延ロールチョックを装着したままの上下一対の圧延ロールを、オフラインの冷却設備に搬送した状態を示したものである。
図中、符号１が上圧延ロール、２が下圧延ロールであり、３が上ロールチョック、４が下ロールチョックである。このように、上下圧延ロール１，２は上下ロールチョック３，４を装着したまま冷却位置まで搬送台車等によって受け台５に搬送される。そして、６が上冷却ヘッダー、７が下冷却ヘッダーであり、８は冷却水の配管、９は受水槽、10は返送ポンプである。
【００２１】
図２は、冷却装置の断面を模式化したもので、この例では、上圧延ロール１に対して、その斜め上方に一対の冷却ヘッダー６ａ，６ｂを、また下圧延ロール２の斜め下方に一対の冷却ヘッダー７ａ，７ｂを設けた場合を示している。
同図に示したとおり、上圧延ロール１に対しては、上冷却ヘッダー６ａ，６ｂから冷却水を射出することにより、カバーレシオ：50％以上で整流での強冷却が可能になるのである。同様に、下圧延ロール２に対しては、下冷却ヘッダー７ａ，７ｂから冷却水を整流で射出することにより、同じくカバーレシオ：50％以上で整流での強冷却を達成することができるのである。なお、冷却水の射出は、ノズルからの冷却水が重ならないように、またロール全長にわたって実施できるようにすることが肝要である。
なお、上冷却ヘッダー６ａ，６ｂからの冷却水の射出は、上圧延ロール１に対してだけでなく、図中に破線で示したように、下圧延ロール２に対しても行うことができる。この場合には、下冷却ヘッダー７ａ，７ｂからの冷却水の射出を省略することもできる。
【００２２】
また、冷却対称である圧延ロールは種々の径を有するので、各冷却ヘッダーからの射出角は、各ロール径に応じて最適のカバーレシオとなるように調整することが好ましい。
さらに、単に冷却ヘッダーの射出角を調整しただけでは、十分なカバーレシオが得られない場合が考えられる。かような場合には、図３（ａ）に示すように、例えば圧延ロールの真上に追加の冷却ヘッダー６ｃを設置することは有利である。
【００２３】
また、カバーレシオを大きくする冷却方法としては、図３（ｂ）に示すように、圧延ロールの斜め上方に、さらに上冷却ヘッダー６ｄ，６ｅを設けたり、またさらには図３（ｃ）に示すように、圧延ロール１の斜め上方に、上冷却ヘッダー６ｄ，６ｅを設けると共に、さらに圧延ロール１の真上に冷却ヘッダー６ｃを設けることが考えられる。
なお、カバーレシオを大きくする手段としては、冷却ヘッダーの射出ノズルに対して回転機構を付与することも考えられる。
【００２４】
なお、図４（ａ）に、本発明に従う圧延ロール冷却フローの一例を示す。圧延後の圧延ロールは、ロールチョックを付けたまま圧延機から抜き出されて、圧延ロール冷却設備へ搬送される。ロールチョックが付いた圧延ロールが搬送されたことを検知して、冷却水のバルブが開となり、冷却水の噴射が始まって、冷却が開始される。所定時間終了後に、研削機へロールチョックごと圧延ロールを搬送しながら併せて復熱を行う。研削前までには復熱は完了しているので、研削を行ったのち、再度圧延機へ投入する。
また、詳細は省くが、冷却が完了した排水ポンプのフローについても図４（ｂ）に示す。一連の作業は全自動で行い、ロール種別・目標温度別に冷却時間及び復熱時間を設定し冷却を実施する。
復熱完了目標温度は、投入する圧延サイクルに律速されるものであり、低い目標温度は高圧延荷重材などの研削精度が厳しい材料が組み込まれる圧延サイクルに投入するロールを冷却する際に使用する。
【００２５】
本発明において、冷却水量は、圧延ロールの表面積と期待する冷却時間を考慮して決定する。
また、本発明では、ミル抜き出しから、研削を終了するまでの所要時間は、１ｈ以内を目標としている。
このためには、射出する冷却水のカバーレシオは50％以上とする必要がある。より好ましくは75％以上である。
【００２６】
例えば、圧延ロールの初期温度を80℃とした場合に、目標とする温度は最低でも熱膨張量が研削に悪影響を及ぼさない45℃まで冷却する必要がある。
そこで、それに必要な冷却量について検討したところ、熱伝達率は最低で500 Kcal/m2・Hr・K以上必要であり、冷却水量はロール面積を考慮すると4.4 L/m2・min以上必要であることが判明した。
これ以下の冷却量では、目標とする１ｈ以内に所定の温度まで均一に冷却することは困難である。
また、ロールチョックを脱着処理をしていては冷却するまでの時間がかかり、ロールを抜出してから、１ｈ以内にロール冷却完了させて研削機に投入する状態にすることは作業負荷の観点から、事実上困難であるため、本発明では、ロールチョック付きの状態での冷却を達成するものとしている。
【００２７】
ここに、復熱により温度偏差を完全に解消するためには、復熱時間は長い方が有利であるが、本発明では、冷却作業の短縮化を図ることも重要である。このためには、圧延ロールの大きさで若干の変動はあるとはいえ、冷却時間は20分以上30分未満、かつ復熱時間も20分以上30分未満とすることが好適である。
【００２８】
さらに、本発明では、一つの冷却ヘッダーに２つ以上の冷却ノズルを装着することにより、複数スタンドの上下圧延ロールに対して同時に冷却するを施すことができ、これにより一層効率的な冷却を実施することが可能となる。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例について説明する。
シートバーを70本連続して熱間圧延したのち、上下圧延ロールを、本発明に従って冷却した場合（図１に示した冷却装置を使用）と、本発明を適用せずに空冷のみで冷却した場合における、ロール表面温度の時間変化について調べた結果を、図５に比較して示す。
復熱完了目標温度は45℃、目標上下温度差は２℃以内（ロール温度不均一差）の圧延ロールでのケースである。ここで、Ａ点とＢ点に関しては、上圧延ロールの上部と下部をそれぞれ示している。これは、圧延ロールの配置とロールヘッダーの配置上、最も冷却されやすい箇所Ａと最も冷却されにくい箇所Ｂを示しており、冷却の不均一性の評価のために使用した。
【００３０】
本発明を用いたケースでは、初期温度が65℃の圧延ロールに対して、熱伝達率：800 Kcal/m2・hr・K、流量密度：６L/m2・minの条件で、30分間強水冷することで40℃以下まで低減したが、ＡとＢの温度差は５℃程度残存していた。しかしながら、その後30分の復熱によって、温度差が１℃まで低減しており、均一なロール冷却が完了していることが確認された。
一方、空冷時（チョック付きでの冷却）の場合には３時間経過しても５℃前後の温度差となっており、目標温度及び上下温度差ともが未達の状態であった。
上記のケースでは、少なくともロール冷却時間が２時間以上の大幅な短縮ができていることと、ロール温度の不均一度も２℃以内と良好であることが確認できた。
【００３１】
以上述べたとおり、本発明の冷却方法を適用した場合には、空冷のみの場合と比較して、大幅に冷却時間の短縮化及び均一性の向上を達成することができ、ひいては効率的にロール運用が可能となることが明確である。
【符号の説明】
【００３２】
１  上圧延ロール
２  下圧延ロール
３  上ロールチョック
４  下ロールチョック
５  受け台
６  上冷却ヘッダー
７  下冷却ヘッダー
８  冷却水の配管
９  受水槽
10  返送ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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