JPH059593A

JPH059593A - 薄物用連続焼鈍設備冷却帯の板温制御方法

Info

Publication number: JPH059593A
Application number: JP18693891A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Takakura; 俊一高倉; Osamu Yoshioka; 修吉岡; Takashi Shimada; 孝島田
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1991-07-02
Filing date: 1991-07-02
Publication date: 1993-01-19
Anticipated expiration: 2011-02-28
Also published as: JPH0819475B2

Abstract

(57)【要約】【目的】薄物用連続焼鈍設備の冷却帯における鋼板の
蛇行や絞りの発生を防ぎ、且つ焼鈍によって得られた鋼
板の材質も所望のものとなるようにする。【構成】徐冷設備3bの炉内ロールのトータルクラウン
ｔｃが通板性確保のためのクラウン限界値内に収めるこ
とができる板温と炉温の適正温度差ΔＴを決定すると共
に、輻射伝熱モデル式による徐冷設備3bの板温推移予測
計算を行ない、その計算結果から該徐冷設備3bの出口板
温が鋼板材質上決められた目標板温となっているか否か
の判定を行なう。更にその判定が真の場合、予測計算で
求められた徐冷設備3bの温度差推移が前記適正温度差Δ
Ｔの範囲か否かの判定を行なう。これも真の場合に初め
て急冷設備3aの出口板温及び徐冷設備3bの炉温が決定さ
れ、該急冷設備3aの冷却能制御及び徐冷設備3bの炉温設
定制御が実施される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、薄物用連続焼鈍設備
において鋼板の絞りや蛇行を防止できる冷却帯の板温制
御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０に示される様な加熱帯1、均熱帯
2、更にガスジェット方式等の急冷設備3a及びクーリン
グチューブ方式等の徐冷設備3b（＃１０Ａ炉、＃２０Ａ
炉）から成る冷却帯3、そして急冷帯4等の炉構成を有す
る連続焼鈍設備では、図１１の様なヒートパターンを取
って、ブリキ等の薄物の連続焼鈍が行なわれる。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】上記連続焼鈍設備中
の炉内ロールには通常安定通板のためにメカニカルクラ
ウンが付与されているが、本発明者等の研究によれば、
実機操業中に板温と炉温の差に比例してロールのクラウ
ン量が変化し、炉内で鋼板の蛇行や絞りを生じている。

【０００４】特に加熱帯1以降の炉に着目すると、冷却
帯3内の板温推移と炉温の温度差は板厚、速度等の操業
条件で大きく変化し、そのため冷却帯3で鋼板の蛇行や
絞りが観測された。

【０００５】これらの鋼板の絞りや蛇行は、該鋼板に疵
をつけ製品として扱えなくするばかりか、炉内での板破
断につながり、大きな機械損失やエネルギ損失となる。

【０００６】一方、ブリキ等の薄物では、均熱帯2の出
口板温と冷却帯3の出口板温が、鋼板材質上決められて
おり、急冷設備3aの出口板温を固定にした上、徐冷設備
3bで上述した鋼板の蛇行や絞りの発生しない板温と炉温
の温度差になる様に炉温制御を行なった場合、この冷却
帯3の出口板温が鋼板材質上決められた目標値の範囲か
ら外れて所定の材質のものが得られないこともある。

【０００７】本発明は従来技術の以上の様な問題に鑑み
創案されたもので、薄物用連続焼鈍設備の冷却帯で鋼板
の絞りや蛇行の発生を防ぎ、且つ焼鈍後の該鋼板に所望
の材質のものが得られる該冷却帯の板温制御方法を提供
せんとするものである。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】そのため本発明の冷却
帯における板温制御方法は、急冷設備と徐冷設備を順に
配置する冷却帯で、板温、急冷設備出口板温、徐冷設備
炉温、ライン速度、モデル修正係数から該徐冷設備内に
おける板温推移の予測計算を行ないながら、該板温と炉
温の差より求められる徐冷設備の炉内ロールトータルク
ラウンが通板性確保のためのクラウン限界値内に収め得
るように前記急冷設備の出口板温の設定制御及び徐冷設
備の炉内温度の設定制御を行なうと共に、該徐冷設備の
炉内温度の設定制御に当っては、この徐冷設備の出口板
温が鋼板材質上決められた目標板温になるように制御す
ることを基本的特徴としている。

【０００９】以上の様な本発明の構成は、本発明者等の
鋭意研鑽の結果創案されたものであり、以下その創案に
到るまでの経緯につき説明する。

【００１０】上述の様に炉内ロールに通常付されるメカ
ニカルクラウンｍｃは、図１に示すようにロールのスト
レート部の長さＬ及び板幅Ｗ、更にロール表面平均傾斜
角度θmから、次式数１の様に求められる。

【００１１】

【数１】

【００１２】又、板温Ｔ₁と炉温Ｔ₂との差から、板に接
するロール表面部と炉雰囲気にさらされるロール表面部
にロール熱膨張差が発生し、ロール胴長方向のこの熱膨
張差が原因となって所謂ヒートクラウンｈｃを生じ、実
際のロールのクラウン量が変動して蛇行や絞りを発生し
ていた。

【００１３】この実際のロールのクラウン量は上記メカ
ニカルクラウンｍｃとヒートクラウンｈｃの和であるト
ータルクラウンｔｃとして表わされるものであり、該ヒ
ートクラウンｈｃが次式数２で表わされるので、トータ
ルクラウンｔｃは数３に示される様になる（尚、Ｄはロ
ール径、βはロールの線膨張係数を表わす）。

【００１４】

【数２】

【００１５】

【数３】

【００１６】上述の様に徐冷設備における板温Ｔ₁と炉
温Ｔ₂との差は、急冷設備の出口板温にもよるが徐冷設
備の入口側で著しく、Ｔ₁＞Ｔ₂であるためプラスのヒー
トクラウンｈｃを発生し、このヒートクラウンｈｃを考
慮したメカニカルクラウンｍｃの設定を行なわないとロ
ールトータルクラウンｔｃが大きくなってしまう。

【００１７】一方本発明者等の知見によれば、炉内ロー
ルのトータルクラウンｔｃがある範囲を超えて大きくな
ったり、或いは小さくなったりすると、鋼板の絞りや蛇
行の発生率が高くなることがわかっており、これらの発
生率が略０になるクラウン限界値（以下この値を通板性
確保のためのクラウン限界値と称することにするが、後
述する実験例から一例として本発明者等はｔｃで0.2〜
0.4mmという値を得ている）内に、各炉内ロールのトー
タルクラウンｔｃを設定すると、炉内安定通板を実現で
きることになる。

【００１８】又冷却帯内の板温Ｔ₁の推移と炉温Ｔ₂の温
度差は、図２(a)(b)(c)に示す様に炉温やライン速度に
より変化し、これによりロールのトータルクラウンｔｃ
も変化する。

【００１９】従って炉内ロールのトータルクラウンｔｃ
が通板性確保のクラウン限界値内に収めることができる
ような板温Ｔ₁と炉温Ｔ₂の温度差（Ｔ₁−Ｔ₂）範囲ΔＴ
を求めておき、冷却帯の炉温やライン速度を制御して冷
却帯内の実際の板温推移と炉温の温度差□Ｔが上記の範
囲ΔＴ内に収めることができるようにすれば、その目的
は達成されることになる。

【００２０】しかし徐冷設備における実際の板温推移
は、直前の急冷設備の出口板温が図３(a)に示される様
に高ければ、たとえ該徐冷設備の後半部の板温と炉温の
差が小さくても、その前半部の板温と炉温の差は大き
く、上記の目標温度差範囲ΔＴから外れてしまうことが
ある。

【００２１】そのため上述した冷却帯の炉温やライン速
度の制御による実際の板温推移と炉温の温度差＃Ｔの調
整を行なう場合、均熱帯出口板温が高いのであれば、な
るべく急冷設備の出口板温を同図(b)(c)に示される様に
低めるようにしておいて、上述した徐冷設備の炉温等の
制御を行なう必要がある。

【００２２】一方、徐冷設備において鋼板の蛇行や絞り
の発生を抑止できる板温・炉温制御を行なった場合で
も、該徐冷設備の出口板温が鋼板材質上決められた目標
板温（例えばブリキ等の薄物では400℃程度）から外れ
てしまった時は所望の鋼板材質が得られなくなってしま
うことになる。そのため、上記の板温・炉温制御は最終
的な徐冷設備の出口板温がこの目標板温になる様にしな
ければならない。

【００２３】更に、徐冷設備においてライン速度の制御
を伴なって上記の板温・炉温制御を行なおうとすると、
ロールのトータルクラウンｔｃが前述の通板性確保のク
ラウン限界値内に収まる様なライン速度が操業速度とな
り、操業能率の制約及び緊急時の低速操業のネックとな
ってしまう。従ってこの板温・炉温制御はライン速度の
制約を受けずにできるようにするものでなくてはならな
い。

【００２４】以上の点から本発明の構成は、所定のモデ
ル式を使った徐冷設備における板温推移の予測計算を繰
り返し行ないながら、その板温推移と炉温の温度差が通
板性確保のためのクラウン限界値内にあるか、又最終的
な板温が鋼板材質上決められた前記目標板温になるかを
判定し、これらの判定で全てが真となった場合に、その
時の炉条件で該炉の操業を行なおうとするものである。

【００２５】以下本発明の構成の詳細については、次の
実施例の説明に基づいて行なうものとする。

【００２６】

【実施例】以下、本発明法の具体的実施例につき説明す
る。

【００２７】本発明者等は前記図１０に示された炉構成
（但し、急冷設備3aはガスジェット冷却構成、又徐冷設
備3bは＃１０Ａ炉及び＃２０Ａ炉の炉構成）から成る連
続焼鈍設備を用いてブリキ用鋼板の連続焼鈍を実施し、
その際冷却帯3の板温制御を本発明法に基づいて行なっ
た。

【００２８】まず、実験施設として上記設備とは別に建
造された連続焼鈍設備において、下表１に示される仕様
の各炉内ロールを設置して、板厚0.15〜0.6mm、板幅610
〜1100mmのストリップ通板を行なった。

【００２９】

【表１】

【００３０】この実験で、冷却帯では絞りの発生が確認
されたので、本発明者等は各炉におけるロールのヒート
クラウン量についても調べた。

【００３１】その結果、各炉における炉内ロールのヒー
トクラウンは次式で得られることがわかった。加熱帯：ｈｃ＝−9.53×10^-4（Ｔ₁−Ｔ₂）−0.025 均熱帯：ｈｃ＝−1.40×10^-3（Ｔ₁−Ｔ₂）＋0.002 冷却帯・急冷帯：ｈｃ＝−1.65×10^-3（Ｔ₁−Ｔ₂）−0.
006

【００３２】更にこれらの炉のうち冷却帯におけるスト
リップの絞り発生率を調べ、図４に示す結果を得た。

【００３３】図４ではストリップの絞り発生率を板幅Ｗ
との関係において示している（折れ線）が同時に絞りが
発生した時の板幅Ｗ板厚との対応関係についても示して
いる（枠で囲った部分）。この様に冷却帯では（板幅Ｗ
が大きくなる程）ストリップの絞り発生率が高くなるこ
とがわかる。

【００３４】一方、本発明者等は上記実験炉中の炉内ロ
ールを組み替え（但し、組み替えたロールは組み替え前
のロールと同材質及び同径のものとし、組み替え前のロ
ールのヒートクラウンと同量のヒートクラウンが得られ
るようにした）、各炉における炉内ロールのトータルク
ラウンが図５(a)(b)(c)(d)に示される様に１〜４stepに
わたり0.2〜0.4mmの範囲内に収まるように各ロールにメ
カニカルクラウンを付与した。

【００３５】各stepでの冷却帯における炉内ロールの最
大トータルクラウン量とストリップの絞り発生率につい
て調べ、図６に示される結果を得た。図６に示されるよ
うに、この冷却帯の炉内ロールのトータルクラウンを0.
2〜0.4mmの範囲に設定することによりストリップの絞り
発生率を大きく減少させることができた。

【００３６】この様なトータルクラウンｔｃの設定に当
っては、更にロール表面粗さＲｚからの制約があること
に注意しなくてはならない。即ち、このロール表面粗さ
Ｒｚは蛇行修正能力を決定する蛇行修正係数αや摩擦係
数μに関連があり、上記トータルクラウンｔｃの設定値
はこのロール表面粗さＲｚがいずれも２０の場合のもの
であるが、Ｒｚが１５未満であると、ロール寿命が短
く、目詰りの発生で蛇行修正能力の低下が著しくなる。
一方、この粗さＲｚが２５を超える場合、金属帯特にス
トリップに押疵の発生が目立つようになり、粗さの凸部
欠損による噛み込み疵発生の懸念さえある。従ってロー
ル表面粗さＲｚが上述の範囲であることが条件となる。

【００３７】更に、上記のトータルクラウンｔｃ値の設
定は上述の様にロール表面粗さＲｚが２０の場合に得ら
れたものであり、従って粗さＲｚがこの限りにおいて得
られたものであるが、上記の様にこのロール表面粗さＲ
ｚが１５〜２５の範囲で変わった場合、トータルクラウ
ンｔｃのみの上記設定で蛇行・絞りの全てが抑止できる
と言うわけではない。

【００３８】そこで本発明者等は上記実験炉に、下表２
に示される仕様の各炉内ロール（これらのロールは前述
した組み替えロールと同材質及び同径のものであった
が、クラウン傾斜面部分の平均傾斜角θmの異なる数種
のメカニカルクラウンのものが用意され、しかもこれら
の表面粗度Ｒｚも表２に示される様に異なったものが使
用された）を設置して、板幅900mmのストリップの通板
を行なった。

【００３９】

【表２】

【００４０】図７はこの実験炉各炉において、メカニカ
ルクラウンｍｃ及び表面粗度Ｒｚの異なるロール交換が
複数回行なわれて各交換の後に、これらの炉に生じた前
記ストリップの絞り及び蛇行の発生状況を調べた時の結
果を示しており、各炉毎のヒートクラウンｈｃを夫々の
ロールのメカニカルクラウンｍｃに加算したトータルク
ラウンｔｃでロールクラウン量を表わしたところ、この
トータルクラウンｔｃとロール表面粗度Ｒｚとの相方に
よる蛇行・絞り発生への影響が判然とわかる結果が得ら
れた。

【００４１】それによると、Ｒｚ・ｔｃが3.2〜9.0の間
では、蛇行・絞りの発生がなく、安定した通板が行なわ
れる結果となった。

【００４２】尚、上記範囲のうち徐冷設備の炉内ロール
につき、これをメカニカルクラウンｍｃで置き換えて示
すと、メカニカルクラウンｍｃとロール表面粗度Ｒｚと
の積は1.4≦Ｒｚ・ｍｃ≦5.5となる。

【００４３】又、ロールのメカニカルクラウンｍｃの蛇
行修正能力は、主にロールの平均傾斜角度θmにより決
定されるが、その他に金属帯の幅Ｗとストレート部の長
さＬとの比Ｗ／Ｌによっても影響を受ける。本発明者等
の実験によれば、このＷ／Ｌの値が1.3未満の場合、金
属帯はロールに略平面的に接する（即ち、メカニカルク
ラウン量が小さくなる）ことになり、クラウンロールに
よる糸巻き効果が得られなくなって蛇行が発生し易くな
ってしまう。一方Ｗ／Ｌの値が2.4を超える場合は、逆
にこのメカニカルクラウンが大きくなり、絞りの発生率
が高くなる。従って上記のトータルクラウンｔｃ値等の
設定に当ってはこのＷ／Ｌ値についても十分注意を払う
必要がある。

【００４４】以上の様な経緯から本発明者等は通板性確
保のためのクラウン限界値内に収め得る炉内ロールのト
ータルクラウンｔｃ値を求めた。これに対し、上述した
本発明法の実施設備における徐冷設備3bの各炉内ロール
のメカニカルクラウンｍｃについては、当初適正と思わ
れる値をデフォルト値として設定しておき、それに合わ
せて炉内ロールの各設定を行なった。従って、当初は上
記のトータルクラウンｔｃ値とこのメカニカルクラウン
ｍｃデフォルト値から、前記数３により、連続焼鈍中の
これらのロールのトータルクラウンｔｃが該クラウン限
界値内に収まるような板温Ｔ₁と炉温Ｔ₂との温度差が求
められ、適正温度差ΔＴとした（尚、上記メカニカルク
ラウンｍｃは後述する板温予測計算とその時の炉温設定
では、どうしても適正温度差ΔＴから外されてしまった
り、或いは徐冷設備3bの出口板温が目標板温にならない
場合に、そのデフォルト値の再設定を行なうことにな
り、それに併せて適正温度差ΔＴも再設定される）。

【００４５】次に徐冷設備3bの＃１０Ａ炉用の下記数４
及び同設備＃２０Ａ炉用の数５に示す輻射伝熱モデル式
［Ｔs：板温（°Ｋ）、Ｔzji：炉温（ｊ＝1加熱帯、ｊ
＝2均熱帯、ｊ＝3、4冷却帯）、Ｖ：ライン速度(ｍ／
ｈ)、ｈ：板厚(ｍ)、その他：モデル修正係数とする］
を用いて、徐冷設備3bにおける単位時間dx当りの板温の
変化dTsを夫々予測計算する（尚、ライン速度Ｖは通常
のモードではライン稼働率等から既に決定されており、
後に説明する本実施例の炉温・板温制御で変更されるも
のではない）。

【００４６】

【数４】

【００４７】

【数５】

【００４８】上記数４、数５のモデル式は所定の回数
（炉の長さに相当する回数）繰り返すことにより、徐冷
設備3bにおける図８に示すような（但しこの図では＃１
０Ａ炉の板温推移を示している）板温の変化量（板温推
移）が計算できることになる。同図右側に示す＃１０Ａ
炉出口板温を求めるためには、同図左側の炉入口板温が
必要であり、徐冷設備3bの＃１０Ａ炉では急冷設備3aの
出口板温に相当することになる。従って一番最初の計算
では、急冷設備3aの出口板温を数４のモデル式のＴsと
して代入する。又最初にこれらのモデル式に代入する炉
温Ｔzjiは予測計算であることから、各炉毎に仮の炉温
をデフォルト値として設定しておき、代入する。そして
前述の様に所定の回数予測計算を行ない、＃１０Ａ炉出
口板温、＃２０Ａ炉出口板温を求める（＃１０Ａ炉出口
板温は、＃２０Ａ炉の板温推移予測計算を行なう時の一
番最初の計算の時に入口板温としてこの数５のモデル式
のＴsに代入する）。

【００４９】そして数５により徐冷設備3bの＃２０Ａ炉
出口板温がこのブリキ用鋼板の材質として決められた目
標板温（本実施例では400℃とした）に対し誤差が大き
い時、前述した仮の炉温を変更して再び数４及び数５の
モデル式による計算を繰り返し板温推移の再予測計算を
行なう。

【００５０】一方、この予測計算で求めた徐冷設備3bの
＃２０Ａ炉の出口板温が該目標板温に対し、所定の誤差
内に収まったら、その時の板温が準設定炉温となり、又
その時の炉の各位置での板温が求める準板温推移とな
る。

【００５１】そしてこの準板温推移と準設定炉温の差を
温度差推移□Ｔとして求め、これが前述の適正温度差Δ
Ｔより大きい時は、数４のモデル式の一番最初に代入す
る急冷設備3aの出口板温を変え、再び数４及び数５の輻
射伝熱モデル式による板温推移の予測計算を最初から開
始する。

【００５２】更に前記温度差推移□Ｔが適正温度差ΔＴ
内に収まった時は、その時の準設定炉温が設定炉温と決
定され、又その時の準板温推移が正式な板温推移と決定
される。それと共に、最初の予測計算で設定された急冷
設備3aの出口板温が制御すべき出口板温と決定される。
そしてこれらの決定に基づき、急冷設備3aのガスジェッ
トの冷却能を制御して該設備3aの出口板温を調整すると
共に、徐冷設備3bの炉温設定制御を行なう。

【００５３】本実施例の処理をフローチャートにして図
９に示す。

【００５４】以上の様な設定に基づいて制御がなされる
と、徐冷設備3b内における鋼板の絞り・蛇行が発生しな
くなり、且つ焼鈍処理終了後の鋼板の材質も所望のもの
が得られることになる。

【００５５】

【発明の効果】以上詳述した様に本発明の板温制御方法
によれば、薄物用連続焼鈍設備の冷却帯において、ライ
ン速度の制約を受けることなく鋼板の絞りや蛇行の発生
を抑止することができて該焼鈍設備の安定操業が可能に
なると共に、焼鈍後に得られる鋼板の材質も所望のもの
が得られることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続焼鈍設備中に設けられた炉内ロールのメカ
ニカルクラウン、ヒートクラウン、トータルクラウンの
関係を示す説明図である。

【図２】板温制御に及ぼす入口板温、炉温、ライン速度
の関係を示すグラフである。

【図３】急冷設備出口板温の調整による徐冷設備におけ
る板温推移の状態を示すグラフである。

【図４】冷却帯におけるストリップの絞り発生率を示す
グラフである。

【図５】上記実験炉の炉内ロールを、ヒートクラウン量
を考慮したメカニカルクラウンを付与したロールに組み
替えた時の各ロールのトータルクラウン量を示すグラフ
である。

【図６】前図の各stepでの最大トータルクラウンの絞り
発生率を示すグラフである。

【図７】更にロール組み替えの行なわれたこの実験炉に
おけるロール表面粗度とトータルクラウンの積によって
規定された安定通板領域を示すグラフである。

【図８】徐冷設備の＃１０Ａ炉の輻射伝熱モデル式によ
る板温推移の予測計算結果を示すグラフである。

【図９】本実施例の処理経過を示すフローチャートであ
る。

【図１０】薄物用連続焼鈍設備の炉構成の一例を示す説
明図である。

【図１１】ブリキ等の薄物の連続焼鈍が行なわれる時の
ヒートパターンを示すグラフである。

【符号の説明】

1 加熱帯 2 均熱帯 3 冷却帯 3a 急冷設備 3b 徐冷設備 4 急冷帯

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】急冷設備と徐冷設備を順に配置する冷却
帯で、板厚、急冷設備出口板温、徐冷設備炉温、ライン
速度、モデル修正係数から該徐冷設備内における板温推
移の予測計算を行ないながら、該板温と炉温の差より求
められる徐冷設備の炉内ロールトータルクラウンが、通
板性確保のためのクラウン限界値内に収め得るように前
記急冷設備の出口板温の設定制御及び徐冷設備の炉内温
度の設定制御を行なうと共に、該徐冷設備の炉内温度の
設定制御に当っては、この徐冷設備の出口板温が鋼板材
質上決められた目標板温になるように制御することを特
徴とする薄物用連続焼鈍設備冷却帯の板温制御方法。