JPH03140420A - 鋼帯のバックリング防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、綱帯のバックリング防止方法に係り、とく
に、連続焼鈍を行う際に、冷却帯で発生するバックリン
グ（巾方向へのストリップの座屈：クーリングバックル
）を防止する方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、金属ストリップの連続焼鈍において、バックリ
ングと呼ばれる金属ストリップの座屈を防止することは
、操業管理及び品質管理の面から極めて重要なことであ
る。

このバックリングを防止する方法としては、従来、特公
昭５４−４１００９号記載のものが知られている。この
公報記載の技術は、テンションバックルと呼ばれる冷却
時の金属ストリップの座屈を防止するもので、焼鈍炉の
冷却帯内のヘルパーロールを炉内の雰囲気ガスから隔離
するとともにヘルパーロールの近くに加熱装置を配置し
、ヘルパーロールの表面温度を、該ロール表面を通過す
る金属ストリップの温度に近い値に保持するものである
。この従来例は、加熱されたストリップが比較的冷たい
ヘルパーロール表面に接触することに因り、バックリン
グが発生するという見解を拠り所としたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した公報記載の技術を用いた場合、
必要な投入熱量が大となり、設備コスト及びエネルギー
コストの面で問題があった。

そこで、本発明者はバックリング発生の原因を探るため
、実操業におけるヘルパーロールの温度分布を測定した
。この結果、ロール表面温度が板温と異なる場合、例え
ばロール表面温度が板温よりも数十度〔°Ｃ〕以上低い
場合でも、必ずしもバックリングが発生していないこと
が分かり、これを基に、本発明者らが鋭意研究を重ねた
結果、次の知見が得られた。即ち、ヘルパーロールの巾
方向のクラウンによって生じるセンタリングフォース（
ヘルパーロールと金属ストリップの接触部を、摩擦力に
よってロール中心部に移動させる力）がバックリング発
生の要因であり、ストリップやロールの温度は、このセ
ンタリングフォースを決定する一要因にすぎない。

つまり、バックリングが発生する直前の状況。

即ちバックリングの発生限界は金属ストリップの剛性と
センタリングフォースの力関係で定まり、単なる温度関
係のみで定まるものではないのである。

したがって、従来例のような、ロール表面温度を、その
ロールを通過する金属ストリップの板温に近い値まで加
熱することは、必ずしもバックリングを防止するための
必要条件ではない。むしろ、ロール表面を必要以上に加
熱することにより、それに要する電力、燃料のエネルギ
ー消費量が必要以上に増大し、エネルギーコストの増加
を招くという問題がある。

この発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたも
ので、その解決しようとする課題は、バックリングの防
止効果をより高め、且つ、エネルギー消費量の増大を抑
制できるようにすることである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、この発明では、鋼帯に面圧を
もって当接し該鋼帯を通板させるヘルパーロールを配し
た鋼帯連続焼鈍炉の冷却帯に、当該ヘルパーロールの表
面を加熱する加熱装置を設け、前記鋼帯の板厚、板巾、
板温及び物理定数、前記鋼帯に加わっている張力、並び
に前記ヘルパーロールのイニシャルクラウン及び平行部
長さに基づき、前記鋼帯にバックリングが発生しない限
界時における前記ヘルパーロールの限界クラウンを算出
し、この限界クラウンに前記ヘルパーロールの実際のク
ラウンを一致させる限界雰囲気ガス温度を算出し、しか
る後、前記ヘルパーロールの周囲温度が前記限界雰囲気
ガス温度に一致又は前記限界雰囲気ガス温度を所定範囲
で上回るように前記加熱装置の稼働を制御するとしてい
る。

〔作用〕

この発明では、ヘルパーロール周辺の雰囲気ガス温度が
限界雰囲気ガス温度に一致若しくはそれを所定範囲（板
温よりも低い温度までの範囲）で上回るように制御され
るので、ヘルパーロールの実際のクラウンが、銅帯にバ
ックリングを発生させない限界時の値に近づけられる。

これによって、加熱装置による雰囲気ガス加熱が、バッ
クリングの発生を回避し得る最低限若しくはこれに近い
値で済むから、従来のように雰囲気ガス温度を鋼帯の板
温の近傍まで加熱する必要がないので、省エネルギー化
が図られるとともに、バックリングの発生も防止される
。

なお、ヘルパーロール周辺の雰囲気ガス温度の上限は、
省エネルギーの観点から、［板温−２０”ＣＪの温度に
するのが適当である。

（実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図乃至第４図に基づい
て説明する。

第１図において、符号２は鋼帯としての金属ストリップ
を示し、符号４は金属ストリップ２に焼鈍処理を施す連
続焼鈍炉の冷却帯を示す。冷却帯４の内部には、図示し
ない駆動源によって回転されるヘルパーロール６、・・
・、６（図面には上部ロールのみを示す）が配設されて
おり、各ヘルパーロール６が金属ストリップ２を上下方
向に昇降させながら所定速度で通板させている。また、
金属ストリップ２の通板路に対向する位置には、ストリ
ップ２を冷却するための冷却装置８．・・・、８が順次
配設されると共に、冷却装置８．・・・、８とヘルパー
ロール６、・・・、６との間には、熱遮蔽板１０、・・
・、１０が配設され、これによって、各冷却装置８から
の冷却ガスがロール表面温度を下げるという事態を軽減
できる。ここで、冷却帯４による放射伝熱の影響は加熱
帯はど大きくないので、熱遮蔽板１０は必ずしも設けな
くてもよい。

また、本実施例の冷却帯４は、各ヘルパーロール２の周
囲に、雰囲気ガス加熱用の加熱装置１２゜・・・、１２
を備えている（第１図では、左端のロールのみについて
表している）。この各加熱装置１２は、電気又は燃料の
何れかを熱源として構成され、後述する温度制御器１４
から出力される制御信号ＳＳによって所定複数台毎に発
生温度を調整し得るようになっている。さらに、冷却帯
４の所定位置には、ヘルパーロール６周辺の雰囲気ガス
温度θを検知し、該ガス温度に応じた電気信号Ｓθを出
力する温度センサ１６を備えている。

前記温度制御器１４は、温度センサ１６の検出信号Ｓθ
及び後述する目標温度演算器１８から出力される目標温
度θ′に対応した信号Ｓθ′を取り込んで、目標温度θ
′と温度センサ１６の検出温度θとの差に基づく制御信
号ＳＳを各加熱装置１２に送り、雰囲気ガス温度θが目
標温度θ′に一致するように、各加熱装置１２をフィー
ドバック制御するものである。

目標温度演算器１８は、例えばマイクロコンピュータを
搭載して成り、バックリングの発生限界に対応した限界
雰囲気ガス温度若しくはこれを上回る所定温度を目標温
度θ′として演算するもので、そのパラメータとして板
厚ｔ、板巾Ｗ、張力τ及び板温θ２を取り込んでいる。

ここでの板温θ、は、対象とするヘルパーロール６に接
触している部分の温度であり、放射温度計の指示値が望
ましいが、コストの面から多数の板温計を設置すること
が困難な場合は、金属ストリップ２の計算冷却曲線から
求めた値で代替させてもよい。また、当該演算器１８に
は、板温θ、とヤング率Ｅ及び板温θ、と降伏点Ｙ、の
関係式、バックリングが発生しない限界状態でのクラウ
ン（以下、限界クラウンという）Ｒ′の関係式、限界雰
囲気ガス温度θ、′の関係式、及びヘルパーロール６の
クラウンＲ（＝ｔａｎ　ｘ　）　、平行部長さしく何れ
も第２回参照）の値を予め記憶している。

ここで、本発明の原理について説明する。本発明者らの
バックリングの発生メカニズムに関する研究によると、
バックリングの発生限界は、金属ストリップ２の板厚り
、板巾Ｗ、ヤング率Ｅ、降伏点Ｙ２．張力τ並びにヘル
パーロール６のクラウンＲ及び平行部長さしをパラメー
タとして整理できることが分かった。つまり、限界クラ
ウンＲ′は、変数ｔ、ｗ、Ｙ、、Ｅ、　　τ、Ｌの関数
となり、Ｒ’　＝ｆ　（ｔ、　ｗ、　ＹＰ　、　　Ｅ、
　　τ、Ｌ）　　・・・■ここで、 Ｙ　Ｐ　　＝　ｇ　　（θＦ）、　　　Ｅ＝ｈ（θ、）
　　　　・・・■である。限界クラウンＲ′はサーマル
クラウンＲＴの影響を加味したものである。前記０式の
関数ｆは近似式を用いてもよく、本発明者らの知見によ
れば、 ｆ＝に−ｔｌ′・（Ｗ−Ｌ）”　Ｙ、”　Ｅ’−ｒ”・
・・■ （ｋ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは定数） という指数形式が良好な近似を与える。また前記■式の
関数ｇ、　　ｈに対する近似式は、板温θ、０１次式が
良好である。

一方で、サーマルクラウンＲ７の研究によると、ロール
の軸方向温度分布は、そのロールに巻き付いている金属
ストリップ２の温度θ２と、ロール付近の雰囲気ガス温
度θによって定まり、この温度分布がロールのサーマル
クラウンＲＴを形成している。

そして、実操業においてバックリングを防止するために
操作できるパラメータは、張力τとサーマルクラウンＲ
アであるが、張力τについては、金属ストリップ２とヘ
ルパーロール６間の面圧を確保して蛇行を防止するため
に、張力τの設定可能範囲が限定されている。つまり、
張力τが低すぎると蛇行が発生し、高すぎると巾縮み、
破断を起こす、したがって、バックリングを防止するに
は、サーマルクラウンＲアを含むクラウンＲを、金属ス
トリップ２及びヘルパーロール６のパラメータを用いて
演算される限界値Ｒ’　　（前記０式による値）以下に
制御する必要がある。

そこで、対象となる金属ストリップ２について限界クラ
ウンＲ′を求め、ヘルパーロール６の実際のクラウンＲ
が限界クラウンＲ′に一致する限界雰囲気ガス温度θ、
′を算出し、実際の雰囲気ガス温度θが限界雰囲気ガス
温度θ、′に一致するように各加熱装置１２を制御する
ことにより、金属ストリップ２に発生するバックリング
が防止され、且つ、加熱装置１２の消費エネルギが最小
になる。なお、実際には温度制御性などの観点から、省
エネルギー化を図り得る範囲で限界雰囲気ガス温度θ、
′よりも高めに制御してもよい。

次に、前記実施例の動作を説明する。

まず、前述したバックリング防止原理に基づいて行われ
る、目標温度演算器１８の内部処理は以下のようである
。

連続焼鈍炉の稼働に伴って、目標温度演算器１８内のマ
イクロコンピュータが第３図に示す処理が行われる。つ
まり、ステップのでは、板厚ｔ。

板巾Ｗ、板温θ７．張力τに関する入力値を読み込み、
ステップ■に移行する。ステップ■では、予め設定され
ているバックリングの発生限界式である前記第０〜０式
を用いて、対象としている金属ストリップ２に対する限
界クラウンＲ′を求める。

このようにして限界クラウンＲ′が求められると、次い
でステップ■に移行し、既知であるロール本来のクラウ
ン（イニシャルクラウン）Ｒｉと板温θ、との関係から
、実際のクラウンＲが限界クラウンＲ′に一致する限界
雰囲気ガス温度θ。

を演算する。

具体的には、限界雰囲気ガス温度０１′は、ヘルパーロ
ール６の温度分布が中央部で板温θ、。

エツジ部で限界雰囲気ガス温度θ、′の関数となるため
、限界クラウンＲ′からイニシャルクラウンＲ１の影響
を除くことにより逆算でき、通常のロール径方向の熱膨
張式から算出できる。即ち、第２図のヘルパーロール６
において、熱膨張係数をγ、ロール加工時の温度（室温
）θ。とすると、２ｔｔ　（Ｒ’　−Ｒｉ　） −７（ＤＩ（θ、−〇。）−Ｄｉ（θ、　−θ。））・
・・■ が近似的に成立する。従って、限界雰囲気ガス温度θ、
′は、 θ。

・・・■ となる（ｊ！、Ｄ、、Ｄ、：第２図参照）。

次いでステップ■に移行し、この限界雰囲気ガス温度θ
１′若しくはこの温度θ、′よりも若干高めの温度（例
えば省エネルギ化を維持できるように「板温−２０℃」
を上限とする温度）に対応した温度信号Ｓθ′を目標値
として温度制御器１４に出力する。

これによって、温度制御器１４は、温度センサ１６から
の検出信号Ｓθを目標温度信号Ｓθ′に一致させる制御
信号ＳＳを加熱装置１２．・・・、１２に出力し、該各
加熱装置１２の発生熱を制御する。したがって、ヘルパ
ーロール６、・・・、６の周囲温度がほぼ目標温度θ′
　（限界雰囲気ガス温度θ、′若しくはこれより高めの
温度）に保持され、各ヘルパーロール６の表面温度も目
標温度θ′で加熱される。

続いて全体の作用効果を説明する。

連続焼鈍炉の稼働中は、金属ストリップ２がヘルパーロ
ール６、・・・、６によって、例えば徐冷帯から急冷帯
へ通板され、冷却帯４を通過中に、所定の焼鈍処理が施
される。

この焼鈍処理中、前述したようにヘルパーロール６、・
・・、６の周囲温度が目標温度θ′　（限界雰囲気ガス
温度θ、′若しくはこれより高めの温度）に保持され、
各ロール６の端部の温度もその温度θ′に加熱される。

この温度θ′は、ロール中央部の板温θ、よりも低いも
のであり、この温度差に応じたサーマルクラウンＲＴが
形成される。しかし、このときの各ロール６のクラウン
Ｒは、イニシャルクラウンＲ，とサーマルクラウンＲア
とによるクラウン量となっているが、通板する金属スト
リップ２の剛性とセンタリングフォースとのバランスを
加味したもので、バックリングを生じない値に制御され
る。したがって、バックリングの発生を確実に防止でき
るとともに、加熱装置１２、・・・、１２で消費するエ
ネルギ量が、従来のように板温θ、近（までロール加熱
を行う場合に比べて、格段に減少する利点がある。また
、目標温度θ′を限界雰囲気ガス温度θ、′よりも若干
高めにすることによって、良好な温度制御性も得られる
。

第４図に、板厚ｔを横軸にとり、板温θ、と雰囲気ガス
温度θの差「θ、−θ」を縦軸にとったときの、バック
リング発生域ｒＮ、Ｇ、、ゾーンとバックル非発生域ｒ
ｏ、に、Ｊゾーンとの区分けの計算例を示す、これによ
ると、板厚ｔが太きくなるにしたがってｒｏ、に、、ゾ
ーンが温度差「θＰ−θ」の大方向に延びている。つま
り、雰囲気ガス温度θを従来例のように、必ずしも板温
θ、近（まで加熱して「θ２−θζＯ」とする必要がな
く、とくに、板厚ｔが大きくなるにつれて剛性も大きく
なって、温度差「θ、−θ」に余裕ができるので、板厚
ｔが大となるほど、加熱装置１２、・・・、１２による
加熱温度が低くてもバックリング発生を防止できること
が分かる。

本発明者らの実験では、極低炭素鋼を素材にしたブリキ
原板の連続焼鈍設備に本発明を適用した結果、とくに板
厚０．２　〔ａｍ）以下の材料についてバックリングを
有効に防止でき、歩止まりを著しく向上できた。

なお、本発明に適用する鋼帯は、その種類が限定される
ものではないが、極低炭素鋼のように焼鈍温度が高く、
極めて軟質な金属ストリップを焼鈍処理する場合に、前
述したエネルギーコスト削減及びバックリング防止の効
果が特に顕著に表れる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明は、バックリングの発
生原因が、単にヘルパーロールの中央部と端部の温度関
係にあるのでは無く、鋼帯の剛性とセンタリングフォー
スとの力関係が大きい比重を占めることを知見してなさ
れたもので、その具体的構成は、銅帯にバックリングが
発生しない限界時におけるヘルパーロールの限界クラウ
ンを算出し、この限界クラウンにヘルパーロールの実ク
ラウンを一致させる限界雰囲気ガス温度を算出し、しか
る後、ヘルパーロールの周囲温度が限界雰囲気ガス温度
に一致若しくはこれを所定範囲で上回るように加熱装置
の稼働を制御するとしたので、銅帯の形状、物理的性質
や通板状況を加味でき、この結果、銅帯温度よりも低い
限界状態での雰囲気ガス温度を設定でき、これによって
、サーマルクラウンを限界時の値に保持してバックリン
グの発生を防止できる一方で、加熱装置が担う加熱温度
が低くなる分、消費エネルギーを少な（でき、エネルギ
ーコストを著しく低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用した連続焼鈍炉の部分概略図、
第２図はヘルパーロールの形状を示す説明図、第３図は
目標温度演算器での処理を示すフローチャート、第４図
は板厚を及び温度差「θ２−θ」を座標軸としたときの
、バックル発生（Ｎ。 Ｇ、ゾーン）及びバックル非発生（０，に、ゾーン）を
示すグラフである。 図中、２は綱帯としての金属ストリップ、４は冷却帯、
６はヘルパーロール、８は冷却装置、１２は加熱装置、
１４は温度制御器、１６は温度センサ、１８は目標温度
演算器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼帯に面圧をもって当接し該鋼帯を通板させるヘ
   ルパーロールを配した鋼帯連続焼鈍炉の冷却帯に、当該
   ヘルパーロールの表面を加熱する加熱装置を設け、前記
   鋼帯の板厚、板巾、板温及び物理定数、前記鋼帯に加わ
   っている張力、並びに前記ヘルパーロールのイニシャル
   クラウン及び平行部長さに基づき、前記鋼帯にバックリ
   ングが発生しない限界時における前記ヘルパーロールの
   限界クラウンを算出し、この限界クラウンに前記ヘルパ
   ーロールの実際のクラウンを一致させる限界雰囲気ガス
   温度を算出し、しかる後、前記ヘルパーロールの周囲温
   度が前記限界雰囲気ガス温度に一致若しくは前記限界雰
   囲気ガス温度を所定範囲で上回るように前記加熱装置の
   稼働を制御することを特徴とした鋼帯のバックリング防
   止方法。