JPH04202716A - 連続熱処理炉におけるハースロールのクラウン制御装置 - 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） 本発明は、調帯用連続焼鈍炉等の連続熱処理炉における
ハースロールのヒートクラウン制御装置に関するもので
ある。

（従来の技術） 調帯等の金属帯１を連続的に熱処理するいわゆる連続焼
鈍炉においでは、長大な金属帯ｌを安定して通板する目
的で、第１】図に示すように炉内のハースロール２に僅
かな凸型クラウンを付与しである。

即ち、ハースコール２に凸型クラウンが付与されている
と、クラウン部３に巻きついている金属帯１には、常に
、クラウンテーバに沿ってハースロール２の中心に向か
う力が作用しているため、金属帯１に左右の蛇行が生じ
た場合、その力の左右のバランスが崩れて、金属帯１を
ハースロール２の中心に戻そうとする力が発生し、その
結果、金属帯１は常に自律的にハースロール２の中心に
保持される。

この作用は、当然、クラウン量が大きければ大きいほど
大きいが、一方、ハースロール２のクラウン量が大きい
と、金属帯１に作用している上下のハースロール２間の
張力が幅方向で不均一となり、金属帯１に第１２図に示
すような縦皺が発生し易くなる。

この縦皺の高さがある限界を超えると、ハースロール２
に巻きつく際に皺が消えきらず、いわゆるヒートバック
ル４と呼ばれる皺疵が金属帯１に発生することになる。

特に、薄く軟質な金属帯１はと、当然、板に腰が無く座
屈し易いので、ヒートバックル４が発生し易い傾向を示
す。

そのため、最近増えつつある自動車用の極低炭素鋼板の
ような薄手軟質材の高温焼鈍において、ヒートバックル
４の問題が深刻化しつつある。

このように連続熱処理炉におけるハースロール２のクラ
ウンは非常に重要なものであり、その最適範囲は、当然
、金属帯１の材質、寸法、焼鈍温度、熱処理パターン等
によって異なっているので、理想的には、処理材と処理
条件に応してハースロールクラウンを変更することが望
ましい。

しかし、実際の連続熱処理炉においては、頻繁にハース
ロール２を交換することは経済的見地から実質的に不可
能であり、メカニカルなハースロールクラウンは、炉の
修理等の次のロール交換チャンスまで最大公約数的に一
種類に決めざるを得ないのが実情である。

その結果、一種類のハースロールクラウンにより処理可
能な金属帯１の材質、寸法、焼鈍温度、熱処理パターン
等には、当然制約が生じ、炉の効率的運転と言う見地か
ら大きな問題となっている。

一方、炉の加熱帯や冷却帯においては、金属帯１とハー
スロール２との温度差が大きいために、ハースロールク
ラウンが大きく変化すると言う問題がある。

例えば加熱帯では、熱せられたハースロール２に、相対
的に冷たい金属帯１が次々と接触を繰り返す結果、凹型
のサーマルクラウンが初期の凸型のメカニカルクラウン
に重畳し、甚だしい場合には、第１３図に示すように、
初期の凸型のメカニカルクラウンが相当量打ち消されて
僅かのクラウンが残存するだけとなり、金属帯１が著し
く蛇行するようになる。

逆に冷却帯では、第１４図に示すように、初期の凸型も
しくはフラットなメカニカルクラウンに凸型のサーマル
クラウンが重畳し、凸型クラウンが強調される結果、ヒ
ートバックル発生の危険性が大幅に増大する。

これらの問題に対し、従来は、通板速度、通板張力、炉
温等を調整することにより対処していたが、生産性が低
下すると言う問題のほか、必ずしも満足し得る効果を得
ることができなかった。

ところで、板圧延におけるクラウン・形状制御の技術分
野では、ロールのサーマルクラウンを制御する方法とし
て、ロール冷却水のかけ方を幅方向で変化させる、いわ
ゆるゾーン冷却法が公知技術として良く知られている。

このゾーン冷却の思想、即ち、高温部を選択的に冷却す
る方法をハースロール２のサーマルクラウン制御に応用
したものとして、例えば特開昭６３−３８５３２号公報
に開示された技術がある。

この技術は、加熱帯のハースロールの下面エツジ部に向
けてノズルへ、グーを設け、炉内雰囲気ガスを冷却ノズ
ルから噴出巳、ハースロールのエツジ部と中央部との温
度差をなくすように制御を行うものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、ハースロールのエツジ部と中央部との温
度差は、著しい場合には４００°Ｃにも達するので、従
来のごとくハースロールの一部の外表面をガスジェット
により冷却するためには、非常に大量の雰囲気ガスを必
要とすることは明らかである。

当然、これら大量のガスを使い捨てにすることは経済的
に成立し得ないので、次善策として炉内ガスを循環使用
することになるが、これら大量の炉内ガスを短時間に冷
却するためには、非常に巨大な熱交換器を必要とし、大
きな設備費とランニングコストがかかるという問題があ
る。

また、ハースロールを冷却する際、周囲の高温雰囲気ガ
スを巻き込んで冷却するので冷却効率が悪いばかりでな
く、加熱帯ロール室内を大量の低温ガスで冷却する結果
、炉そのものの熱効率も極めて悪くなるという問題があ
る。

さらに、極めて大量のガスを短時間に循環させるわけで
あるから、炉壁や金属帯に付着しているゴミ、ホコリ、
金属粉等も炉内ガスと共に高速で循環し、それらが金属
帯とハースロールの間にはさまってビット疵の原因とな
るばかりでなく、熱交換器や循環プロアの寿命を著しく
低下させることになる。

以上の問題に加えて、ハースロールを外部から冷却する
ため、たとえハースロールと冷却ノズルとの距離をある
程度能したとしても、板破断時における設備の損傷の危
険性が全く回避されたわけではなく、もし、板破断によ
り設備損傷が生しると、長時間のラインストップとなり
、その経済的損失は極めて大きい。

本発明は、かかる従来の課題に鑑み、ハースロールの両
端部を内側から冷却して、温度の均一化、イニシャルク
ラウンの維持を図り、金属帯の蛇行とヒートバックルの
防止を両立させることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、その第１の手段として、ハースロール１１ヲ
中空状に構成し、このハースロール１１内の両端部に、
該ハースロール１］の内面に冷却媒体を噴出して冷却す
るだめの冷却ノズル２２を設けたものである。

また本発明は、第２の手段として、前記第１の手段にお
いて、ハースロール１１内に周方向に複数個の集合、ノ
ズルヘッダー２３を固定し、この各集合ノズルヘッダー
２３の外周に、ハースロール１１に近接して冷却ノズル
２２を設けたものである。

更に本発明は、第３の手段として、前記第１又は第２の
手段において、ハースロール１１０幅方向の温度分布を
検出する温度センサー３４と、温度センサー３４により
検出された温度分布に応じてハースロール１１の幅方向
の温度分布が所定範囲内に入るように冷却ノズル２２か
らの冷却媒体の噴出量を制御する制御部３７とを備えた
ものである。

（作　　用） 操業時にはハースロール１１内部の冷却ノズル２２から
冷却媒体を噴出し、ハースロール１１の両端部を内側か
ら冷却し、中央部と両端部の温度差を制御する。従って
、通板材料（寸法、硬度等）、通板条件（温度、速度等
）の変化に伴うし一トクラウンの変動を防止でき、金属
帯の蛇行やヒートバックルが発生し難くなり、安定操業
が可能となる。

特に通板材料の特性に応じてクラウンを微調整すること
により一層の安定操業が可能となる。

また炉内とは遮断してハースロール１１を内部から直接
冷却するため、炉内に冷却媒体が放出されず、従って、
ハースロール１１と熱交換した工Ｚルギーのみを抜熱す
れば良く、工名ルギーロスが大巾に少なく、また特に冷
却媒体として安価なエヤーを利用できる。

更ニハースロール１１の全周を冷却できるので、冷却効
果も大きい。しかも、冷却ノズル２２等はハースロール
１１内に組み込むため、炉内の通板材料やその他の構造
物との干渉がなく、また冷却ノズル位置はハースロール
１１内面の至近距離に配置して冷却効果を高くすること
ができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて詳述する。

第１図乃至第５図は本発明の第１実施例を示し、】０は
連続焼鈍炉の炉壁、１１はハースロールで、ロール殻体
１２により中空状に構成されている。ハースロール１１
は一端に大径の筒軸部１３、他端に小径の軸部１４を夫
々有し、これらは炉壁１ｏの開口部を貫通して炉外部に
突出しており、炉外部でフレーム１５上に取り付けられ
た軸受台１６．１７により軸受１Ｂ、　１９を介して軸
心層りに回転自在に支持されている。なお、炉壁１０と
各軸受台１６．１７との間には炉内ガスシール用蛇ｆｉ
２０．２１が介装されている。

ハースロール１１０両端部には、ロール殻体１２を内側
から冷却する冷却ガス、例えばエヤーを噴出するための
ジェット式の冷却ノズル２２が全周にわたって固定状に
設けられている。即ち、ロール殻体１２内には、第２図
乃至第５図に示すように、周方向に複数個に分割された
集合ノズルヘッダー２３がロール殻体１２内面に近接し
て配置されており、この各集合ノズルヘンダー２３の外
周に複数個の冷却ノズル２２が取付けられている。各集
合ノズルヘッダー２３は両側に側板２４．２５を有し、
その一方の側板２５はロール殻体１２の内面に溶接で固
定され、他方の側板２４は熱膨張を吸収するために、ロ
ール殻体１２に固定されたリング２６の溝内に遊嵌され
ている。集合ノズルヘッダー２３は周方向に４〜８個あ
り、その各々は分岐配管２７、分岐ボックス２８を介し
て内部配管２９に連通状に接続されている。内部配管２
９はロール殻体１２の中心軸上に配置されると共に、ハ
ースロール１１の筒軸部１３よりも外側でロークリ継手
３０を介して外部配管３１に接続されている。外部配管
３１は送風機３２に接続されている。

内部配管２９は筒軸部１３に複数本の放射状のアーム３
３により固定されている。３４は熱雷対から成る温度セ
ンサーで、ハースロール１１の幅方向の温度分布を検出
するように、ロール殻体工２の内部の全域に分散して埋
め込まれており、この各温度センサー３４は軸部１４の
中心に形成された孔から熱電対取出しスリップリング３
５を介して演算処理装置に接続されている。

なお、内部配管２９は必要抜熱量から計算したエヤー供
給量によってその断面積が決定され、また分岐ボンロス
２８、分岐配管２７等はその合計断面積が内部配管２９
のそれよりも小さくならないように決定される。筒袖部
１３の開口量は、ロール中央部と端部との温度差、この
温度差をなくしてハースロール１１の幅方向の全域の均
熱化を図るための端部の抜熱量計算、及び、抜熱するに
必要なエヤー供給量を考慮して決定される。また熱膨張
差を吸収するには、各集合ノズルベンダー２３間に適当
な隙間を確保すると共に、分岐配管２７と集合ノズルヘ
ッダー２３との間にフレキシブルなベローズ管３６を介
装する必要がある。３７はチェーン駆動歯車で、軸部１
４に固定されている。

上記構成において、操業時には送風機３２を作動させ、
外部配管３１、ロークリ継手３ｏ、内部配管２９、分岐
ボックス２８、分岐配管２７を経てエヤーを各集合ノズ
ルヘッダー２３に送込み、各冷却ノズル２２がらエヤー
を噴出してハースロール１１の両端部を冷却する。そし
て、ハースロール１１内に噴出されたエヤーは、筒軸部
１３の開口から外部の大気中へと排出する。

このように冷却ノズル２２がらエヤーを噴出してハース
ロール１１を冷却することにより、ハースロール１１の
温度分布はロール中央部と両端部での温度差が±１００
°Ｃ以内となるように自由に制御することが可能である
。従って、通板材料（寸法、硬度等）、通板条件（温度
、速度等）の変化に伴うヒートクラウンの変動（凹クラ
ウン）が防止できるようになり、ロールクラウンはイニ
シャルクラウンコストに近い状態が維持され、金属帯の
蛇行やヒートハソクルの発生し難い安定操業が可能とな
る。

目標温度分布はハースロール］］の全幅を略均等温廣と
してイニシャルクラウンを維持することを基本とするが
、例えば板厚が薄く板幅の広い軟質材の場合は端部を高
目に、逆に板厚が薄く板幅が狭い硬質材の場合は端部を
１００°Ｃ以内の範囲で低目に制御する等、通板材の材
料特性に応じてロールクラウンを微調整することにより
一層の安定操業が可能となる。

ハースロール１１は中空状であって、炉内とは遮断され
たハースロールＨの内面５こ直接冷却ノズル２２からエ
ヤーを噴出して冷却するため、ハースロール１１と熱交
換したエネルギーのみを抜熱すれば良く、エネルギーロ
スが大巾に少なくなる。特に冷却ガスとして安価なエヤ
ーを利用できる利点がある。またハースロール１１の両
端部を内側から全周にわたって冷却できるので、冷却効
果も大である。

冷却ノズル２２等は中空状のハースロール１１内に一体
に組込んでいるため、炉内の通板材やその他構造物との
干渉がなく、また冷却ノズル２２の位置はハースロール
１１内面の至近距離に配置して冷却効果を高くすること
ができる。

因みに金属帯の材幅が８２１ｍｍで接触域が６００ｍの
場合において、ロールクラウンを測定してみると、第６
図に示すような結果が得られた。第６図において、２本
線は初期メカニカルクラウン、白丸は本発明の場合、黒
丸は従来例の場合を夫々示す。これからも明らかなよう
に、本発明によれば、略完全にヒートクラウンが零とな
り、当初設計のメカニカルクラウンのみのロールクラウ
ンとなっていることが判る。また金属帯の蛇行は急速に
小さくなり、安定した通板状態が達成できる。

第７図は本発明の第２実施例を示し、温度センサー３４
の出力により演算処理装置（制御部）３８でロール幅方
向の温度分布を認識し、ロール幅方向の温度差が所定の
範囲内に入り、あるいは所望の温度分布となるように、
送風機３２の送風量を演算制御すべく構成したものであ
る。また仮想線で示すように、金属帯４３の蛇行を検出
する蛇行検出装置４５と、金属帯４３の皺発生高さを検
出する皺発生高さ検出装置４６とを設け、これら検出袋
２４５．４６の出力により蛇行発生時、皺発生時にそれ
を抑えるように冷却ノズル２２の噴出量を制御すべく構
成しても良い。

ハースロール１１０両端部を冷却する場合、中央部と両
端部との温度差を防止できるが、冷却により炉内温度が
低下するという問題がある。そこで、次のようにすれば
、大掛かりな設備を要することなく、炉内温度の低下を
防止し、しかも排熱の有効利用を図ることができる。

即ち、第８図に示すよう↓こ、ハースロール１１にはヒ
ートバックル防止用の冷却ガス媒体として、エヤーが送
風機３２により外部配管３１を介して送られ、またその
冷却ガス媒体は昇温した後、排気管路３９に導かれてい
る。昇温した冷却ガス媒体は、排気管路３９の途中に配
設した熱交換装置４０において雰囲気ガスを予熱するた
め排熱利用される。雰囲気ガスは、通常、常温のままで
炉壁１０内に供給され、還元雰囲気にする役割をする。

雰囲気ガス管路４１を流通して予熱された雰囲気ガスは
予熱用噴射ノズル４２に送られ、常温で炉内に入って来
た金属帯４３を予熱する。これによりハースロール１１
を冷却することによる炉内温度の低下を補うことができ
、ひいては、炉内加熱を低減させ省エネルギー化できる
。

第９図及び第１０図は変形例を示す。第９図について説
明すると、昇温した冷却ガス媒体は燃焼用空気と、して
利用しバーナ４４に供給される。これにより、燃焼に必
要な燃料の低減が可能となる。

第１０図は、冷却ガス媒体として外気の代わりに雰囲気
ガスを使用し、ハースロール１１にて昇温された雰囲気
ガスは、熱交換装Ｗ４０を介さずに、直接、予熱用噴射
ノズル４２に供給するものである。

ここで昇温された雰囲気ガスは、予熱用噴射ノズル４２
に供給されずに、直接、炉壁１０内に供給しても良い。

なお、実施例では、冷却ノズル２２から噴出する冷却媒
体にエヤーを用いたが、窒素ガスの気体を使用しても良
いし、またその他に蒸気や水等の液体を利用することが
可能である。但し、水等の液体を利用すれば、伝熱効率
ははるかに大きく有利であるが、高温の炉内で使用する
ため、断水等のトラブルに対する対応策を講じておく必
要がある。

（発明の効果） 本発明によれば、ハースロール１１の温度分布を自由に
制御することができ、金属帯の蛇行やヒートハンクルの
発生し難い安定した操業が可能である。また通板材の材
料特性に応じてロールクラウンを微調整できるため、よ
り一層の安定操業が可能となる。しかも、ハースロール
１］をその内部の冷却ノズル２２からの冷却媒体により
直接冷却するため、炉内と完全に遮断でき、工ふルギー
ロスがなく、冷却効果も大である。更に、ハースロール
１１内に冷却ノズル２２があるので、炉内の通板材等と
の干渉がなく、また冷却ノズル２２はロール面の至近距
離に配置して冷却効果を大にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す一部切欠き断面図、
第２図は同第１図のＩＩ−Ｕ矢視図、第３図は同要部の
断面図、第４図は第３図のＩＶ−ＴＶ矢視図、第５図は
第３図の■−Ｖ矢視図、第６図はクラウン測定結果を示
す図、第７図は本発明の第２実施例を示す図、第８図乃
至第１０図は冷却ガス媒体の熱回収装置を示す構成図、
第１１図及び第１２図はハースロールと金属帯の関係を
示す図、第１３図及び第１４図は従来のクラウン測定結
果を示す図である。 １１・・・ハースロール、１２・・・ロール殻体、２２
・・・冷却ノズル、２３・・・集合ノズルヘッダー、２
９・・・内部配管、３２・・・送風機、３４・・・温度
センサー、３７・・・演算処理装置（制御部）。 ′＠　９図 ＠ＩＯ図 ＠６図 一日効、　　　　　　　　　　　　　　ロール４／９−
ロ゛ｙ距、ｔｌｔｔ準ノーー矛ＦＪ木 第　７図 ζ　δ　口。 Ｉ＠７３図 ロールて、／″！一つ゛す４距商１０πうｗ！ｌｔ図 ロール（／夕′でつの夏１ｃｍ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハースロール（１１）を中空状に構成し、このハ
   ースロール（１１）内の両端部に、該ハースロール（１
   １）の内面に冷却媒体を噴出して冷却するための冷却ノ
   ズル（２２）を設けたことを特徴とする連続熱処理炉に
   おけるハースロールのクラウン制御装置。
2. （２）ハースロール（１１）内に周方向に複数個の集合
   ノズルヘッダー（２３）を固定し、この各集合ノズルヘ
   ッダー（２３）の外周に、ハースロール（１１）に近接
   して冷却ノズル（２２）を設けたことを特徴とする請求
   項１に記載の連続熱処理炉におけるハースロールのクラ
   ウン制御装置。
3. （３）ハースロール（１１）の幅方向の温度分布を検出
   する温度センサー（３４）と、温度センサー（３４）に
   より検出された温度分布に応じてハースロール（１１）
   の幅方向の温度分布が所定範囲内に入るように冷却ノズ
   ル（２２）からの冷却媒体の噴出量を制御する制御部（
   ３７）とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記
   載の連続熱処理炉におけるハースロールのクラウン制御
   装置。