JPH04272145A - 金属ストリップの連続熱処理方法およびその装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属ストリップの連続
熱処理方法に関し、さらに詳しくは金属ストリップの板
厚や通板速度等の変更による炉温変更時に、金属ストリ
ップを目標板温に制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属ストリップの連続熱処理炉には図６
（ａ）に示す横型連続熱処理炉や、図６（ｂ）に示す竪
型連続熱処理炉などがあるが、図６（ａ）に示す横型連
続熱処理炉を例にとって説明すると、連続熱処理炉９は
、予熱帯９１，加熱帯９２，均熱帯９３から構成されて
おり、金属ストリップ８は搬送ロール７により搬送され
、図示していない加熱装置で、所定のヒートパターンに
加熱，均熱される。

【０００３】ここでヒートパターンとは、金属ストリッ
プ８の加熱速度や加熱温度，均熱温度，均熱時間などを
言い、金属ストリップに所定の機械的性質を付与するこ
とを目的としている。金属ストリップの板厚や炉内通板
速度が一定であれば、それに応じて予熱帯，加熱帯，均
熱帯の炉温あるいは燃料流量を所定の値に制御すること
により、金属ストリップを所定のヒートパターンに制御
することができる。

【０００４】ところが、板厚の異なる金属ストリップが
接続されて金属ストリップの板厚が急変する場合（板厚
の異なる金属ストリップが接続されている個所を段付点
と呼ぶ）、或いは通板速度を急変させた場合には、所定
のヒートパターンによる処理を施すことができない部分
が発生してしまう。この理由は、金属ストリップへの入
熱が炉壁やバーナールームからの放射加熱が主体であり
、炉壁温度などで代表されるいわゆる炉温を短時間で変
化させることが困難なためである。また、通板速度を急
変させた場合には、金属ストリップの在炉時間（即ち加
熱時間）が急変するので、金属ストリップの温度が急変
するためである。所定のヒートパターンから大きく離れ
た処理を受けた金属ストリップは、所望の機械的性質を
備えることができず、この部分は、製品とならない。

【０００５】板厚の相異する金属ストリップを接続して
連続熱処理するための対策として、従来、通板材と称す
るダミーストリップを中間につなぐことによって、段付
点での金属ストリップの温度異常を避けることも行なわ
れていたが、通板材を通すことによる生産量の減少やエ
ネルギーの浪費は大きなものであった。そこで、さきに
本出願人は、特開平２−１１７２９　号公報に示すよう
に、金属ストリップの連続熱処理炉内に熱容量の大きい
板温制御ロールを設け、金属ストリップの板厚や通板速
度等の変更による炉温変更時に、炉温の変更が終了する
までの間、前記板温制御ロールによって、金属ストリッ
プを冷却又は加熱して金属ストリップを目標板温に制御
する方法を開発した。図６の符号９４ならびに図７に示
すのはこの板温制御ロールである。これにより、問題点
はかなり解消されたが、板温制御ロールの熱容量には限
界があり、目標板温に制御可能な板厚、通板速度等の変
更範囲は限られた狭いものとならざるを得なかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特開平２−
１１７２９　号公報に示す方法をさらに改善し、一層広
い熱緩衝範囲を持つ連続熱処理方法を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】従来の連続熱処理炉にお
ける金属ストリップへの入熱の大部分は、ラジアントチ
ューブ或いはバーナフレームからの放射伝熱によるため
、放射加熱源温度を急変させることが困難であり、かつ
熱流束　（Ｋｃａｌ／ｍ２ｈ）が小さい。これに対して
、ロールを金属ストリップに接触させて行なう伝導伝熱
は、熱流束を大きくとることができ、かつ、ロール内に
熱容量の大きい溶融塩を封入することでロールの熱容量
を大幅に増加することが可能となり、板温制御可能な板
厚、通板速度等の変更範囲をさらに広くとることができ
ることに注目して本発明を完成させるに至った。

【０００８】

【作　　用】本発明の作用を、金属ストリップの板厚を
変更する場合を例にとって説明する。先ず図３に、板厚
が大きく変化するときの段付点附近の金属ストリップ温
度及び炉温の推移を示す。加熱帯出口（均熱帯入口）に
おいて、金属ストリップの板厚がＤ１からＤ２（この場
合Ｄ１＜Ｄ２）に変った時刻をｔ１とする。ここで便宜
上、通板速度は一定とする。

【０００９】時刻ｔ１までは、板厚は一定のＤ１なので
、板厚Ｄ１に対応する炉温　Ｔｇ１及び金属ストリップ
温度　Ｔｓ１も一定である。時刻ｔ１に板厚がＤ１から
Ｄ２に瞬時に変わって厚くなると、金属ストリップの板
温は、図３破線のように急激に低下する。その理由は、
厚みＤ２の金属ストリップは炉温　Ｔｇ２であれば、　
Ｔｓ２（この場合　Ｔｓ２＝　Ｔｓ１）に加熱されるが
、段付点が通過した時点ｔ１では、炉温が　Ｔｇ１なの
で、目標板温に対してΔＴｓだけ低目となるからである
。

【００１０】炉温が徐々にに変化し、タイムラグτ経過
後の時刻ｔ２に板厚Ｄ２に対応する炉温Ｔｇ２になった
時点で、漸く金属ストリップは目標の温度　Ｔｓ２（＝
　Ｔｓ１）に到達するのである。逆に、板厚がＤ２から
Ｄ１（この場合もＤ１＜Ｄ２）に減少する場合も図３（
ｂ）のように同様の現象となる。このときは、板厚変更
に要する時間τだけ前から炉温の変更を始め、板厚変更
時点で　Ｔｇ１となるようにする。その間板厚Ｄ２にと
っては加熱不足となるので、板温は破線のような経過と
なる。

【００１１】板厚でなく、通板速度を変更する場合も、
同様の方法で金属ストリップを目標板温に制御すること
が必要である。このため特開平２−１１７２９号公報の
方法によれば図７に示すような金属ロールを板温制御ロ
ールとしてストリップと接触させて加熱しておき、この
板温制御ロールの平均シェル温度をストリップ温度　Ｔ
ｓ１とほぼ等しい温度にしておくことにより、金属スト
リップは板温制御ロールからの接触伝導入熱により急激
な温度低下を見ずに図３実線のようにほぼ目標板温を維
持することができる。

【００１２】しかしながら、この方法によっても、板厚
変化の大きい場合や、ラジアントチューブ式加熱炉のよ
うに炉温応答性の悪い場合には金属ロールでは熱緩衝容
量が不足して目標温度を維持することが難しい。この対
策としてロールのシェル厚みを大幅に増して熱容量を大
きくすることも考えられるが、厚み方向熱伝達には限界
があり、或る厚み以上厚くしてもあまり効果は期待でき
ない上に、ロール重量が増加するという欠点も生じる。 板温制御ロールの本数を増やす方法も考えられるが、ロ
ール設置スペースの制約を受け、限度がある。

【００１３】本発明はこうした制約を克服し、板温制御
ロールの機能を更に高め、板温補償ロールとしたもので
あって、ロールの熱容量を大幅に増加させるため、ロー
ル内部に溶融塩を封入したことを特徴とする。本発明の
板温補償ロール１を図１に示す。ロールは中空構造で、
シェル２の内部空間には円周上に断続するリング状の伝
熱フィン３が多数設けられ、また両端のロール軸４中心
には導通管５が通っている。内部空間には溶融塩６が適
当量封入される。溶融塩６はロールの回転により常時攪
拌されており、伝熱フィン３の効果と相まって半径方向
の熱伝達は無限大に近く、かつ温度分布は均一状態が維
持出来るから、金属ロールのシェル厚みを増加させた場
合の熱伝達の制約は解消される。逆にシェル厚みは強度
上許容される限り薄くしてシェル部の伝熱抵抗を小さく
する方が溶融塩からストリップへの熱伝達は促進されて
効果が大きく、板温制御ロールの軽量化も図られる。伝
熱フィンはシェルを薄くしたロールの補剛の役も兼ねる
。

【００１４】溶融塩６は導通管５を通って外部に設けた
循環ポンプ等にて加熱・冷却等を行いつつ循環させるこ
ともできるが、一定量封入して運転してもよく、この場
合熱膨張・収縮による呼吸を導通管５によって行うこと
ができる。ストリップの熱処理炉において溶融塩として
各種のものが知られているので、本発明にはこれらから
使用温度、ロール材料に対する腐食性、高温安定性等を
考慮して適宜選択して使用すればよい。

【００１５】つぎに図２により本発明の板温補償ロール
の使用方法を説明する。図２（ｂ）は通板時および板厚
が一定で操業されているときの状態を示し、搬送ロール
７、７の中間上方で板温補償ロール１が待機している。 板厚変更部分が通過する時点、すなわちさきの図３の説
明におけるｔ１とｔ２の間のみ図２（ａ）のように板温
補償ロール１をストリップ８に押しつけ、ロール表面に
巻付けるのである。板温補償ロール１はストリップによ
って自由回転させてもよいし、駆動してもよい。

【００１６】

【実施例】図４に、本発明の方法を実施した場合と従来
の方法による場合の板厚変化率と板温偏差ΔＴｓ（図３
参照）の関係の実験結果を示す。ただし、試験条件はつ
ぎのとおりである。

【００１７】炉温≒　９００℃ 加熱帯出口の目標金属ストリップ板温≒７５０　℃板厚
：Ｄ１＝　０．８ｍｍ 通板速度＝６０ｍｐｍ 板温補償ロール径＝　８００ｍｍ 金属ストリップ巻付角度＝　１８０° 板温制御ロール数＝４本 以上の共通事項のほか、 本発明のもの： シェル厚み＝１５ｍｍ シェル材質＝軟鋼 ロール空間内４０％に　ＢａＣｌ２・ＫＣｌ　系塩を封
入比較例：（従来の技術） シェル厚み＝５０ｍｍ シェル材質＝ステンレス鋼 ロール内部空間のまま 図４に見るように、本発明によれば、板温偏差ΔＴｓは
板温制御ロールを使用しない場合に比較して約１／１０
に、厚シェル形板温制御ロールを使用した場合に比較し
ても１／２になったことがわかる。

【００１８】次に、本実施例における板温補償ロール内
の溶融塩の量と板温補償ロールが板温偏差ΔＴｓを平滑
化するための効果を有する有効時間との関係を図５に示
した。炉温の応答時間によって、図５のグラフから溶融
塩の封入量を選択すればよい。例えば、直火炉の場合に
は、炉の応答性がよく、板温補償ロールの作動時間は５
分以内でよいから、溶融塩の封入量は３５％とすればよ
い。また、本発明のロール構造から、ロール軸中心に導
通管５が通っているので、４５％以上とすることは実用
的でない。図５にこの範囲を斜線で消して示した。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の方法は、金
属ストリップの板厚や通板速度の変更による炉温変更時
にも、金属ストリップを目標板温のままに保つことがで
きるので、製品歩留が向上し、エネルギーの浪費を防止
でき、特に多品種小量生産において大なる効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の方法に使用する板温補償ロール
の１実施例で、（ａ）は概略的に示した断面図、（ｂ）
はそのＡ−Ａ矢視図である。

【図２】図２は本発明に使用する板温補償ロールの配置
図である。

【図３】図３は本発明の板温補償ロールを使用しない場
合と使用した場合の段付点附近の金属ストリップの板温
と炉温の推移を示したグラフである。

【図４】図４は本発明と従来技術における板厚変化率と
板温偏差（ΔＴｓ）との関係を示すグラフである。

【図５】図５は本発明における溶融塩の封入量と板温補
償ロールの有効作用時間の関係を示したグラフである。

【図６】図６は連続熱処理炉の説明図である。

【図７】図７は従来の技術における板温制御ロールの断
面図である。

【符号の説明】

１　　　　板温補償ロール ２　　　　シェル ３　　　　伝熱フィン ６　　　　溶融塩 ７　　　　搬送ロール ８　　　　金属ストリップ ９　　　　連続熱処理炉

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　金属ストリップの連続熱処理炉内に、
   中空構造でその内部に溶融塩を封入した板温補償ロール
   を設け、金属ストリップの板厚や通板速度等の変更によ
   る炉温変更時に、炉温の変更が終了するまでの間、前記
   板温補償ロールによって、金属ストリップを冷却又は加
   熱して金属ストリップを目標板温に制御することを特徴
   とする金属ストリップの連続焼鈍方法。
2. 【請求項２】　　金属ストリップの連続熱処理炉内に、
   中空構造でその内部に溶融塩を封入した板温補償ロール
   を設け、この板温補償ロールの周囲に所定の巻付け角度
   を以て金属ストリップを巻付けるようこの板温補償ロー
   ルを必要に応じ突出させ、必要のないときは金属ストリ
   ップと非接触で待機するよう出入自在にしたことを特徴
   とする金属ストリップの連続焼鈍装置。