JPH06172873A - 連続焼鈍炉のロール冷却方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 連続焼鈍炉のロール冷却設備におけるストリ
ップの形状崩れの発生を防ぎ、炉の安定操業を図らんと
するものである。 【構成】 各冷却ロールのロール巻付け長を、高い板温
のストリップＸに接触することになる前段側ロールで長
くし、逆に低い板温のストリップＸに接触する後段側ロ
ールで短くなるように制御することで、該ストリップＸ
の形状崩れの原因となるストリップＸの板幅方向不均一
冷却の発生を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連続焼鈍炉のロール冷却
方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続焼鈍炉のロール冷却装置で金属帯の
板幅方向不均一冷却が生ずると、該金属帯の形状崩れを
起こし、その後段の過時効処理炉中で蛇行や絞り等を発
生して、炉の安定操業を著しく損ねることになる。

【０００３】特公昭６２−６７１２５号はこの様な金属
帯の板幅方向不均一冷却を防止する技術として次の様な
構成の提案を行なっている。同号では、まずロール冷却
装置における金属帯板幅方向不均一冷却は、冷却ロール
で発生するサーマルクラウンによって金属帯エッジ部と
冷却ロールの接触が悪くなり該エッジ部が冷却されない
ことが原因であるとしており、そのために、図３に示さ
れる様に冷却ロール10群を前段と後段に分離すると共
に、その中間に幅方向で流量可変のガスジェットノズル
11を設置し、金属帯Ｘと冷却ロール10の接触（特にエッ
ジ部における接触）を安定させる構成の提案を行なって
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】しかし、冷却ロール
10は、通常内部にスパイラル状の溝を持ち、その溝の中
を冷却水等の冷媒が通る構造であるため、本来サーマル
クラウンの発生はないはずである。又、ロール冷却装置
の入口及び出口にブライドルロール50及び60を配し、一
定の張力を金属帯Ｘに付与しているため、本来金属帯Ｘ
と冷却ロール10との接触が不均一になるとは考えにく
い。この様に同号の技術では、不均一冷却の原因の完全
な解明はできていないので、金属帯板幅方向の不均一冷
却の問題は依然として本質的な解決には到っていない。

【０００５】それどころか上記従来技術では、ガスジェ
ットノズル11での熱伝達率が低いことが原因となって、
ロール冷却設備中段にこの様なガスジェット装置を設け
ることで長いパスが必要となり、その結果、該ロール冷
却設備における平均冷却速度が低下して、鋼板等の金属
帯の固溶Ｃを過時効炉で問題のないレベルまで析出させ
ることが難しくなる。

【０００６】更に上記従来技術の実施例構成では冷却ロ
ール10を固定ロール構成としているため、この冷却ロー
ル10の負荷が変更された場合、ロール巻付け長さを変更
できず、所定のヒートサイクルを保つことができない。
そのため材質のバラツキの多いものしか生産できないと
いう欠点もある。

【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、ロール冷却装置での金属帯の板幅方
向不均一冷却の主な原因を解明すると共に、それに基づ
いてこの様な不均一冷却を発生させないロール冷却方法
及びその装置を提供し、金属帯の形状崩れの防止を図っ
て、連続焼鈍炉の安定操業を可能にするものである。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】そのため本発明の連続
焼鈍炉のロール冷却方法は、内部にスパイラル状の溝を
持ち、冷媒がその溝を通る構造からなる複数個の冷却ロ
ールの金属帯巻付け長さを、高い板温の金属帯に接触す
る前段側ロールでは長くし、それより低い板温となる後
段側ロールでは短くなるように制御することを基本的特
徴としている。

【０００９】又、第２発明は第１発明法の実施装置の構
成の提案に係り、その具体的構成としては、内部に冷媒
が通るスパイラル状の溝を持ち、その表面を連続的に接
触させて金属帯の冷却を行なう複数の冷却ロールと、こ
れらの冷却ロール群の入口側及び出口側の金属帯の入口
板温及び出口板温を測定する板温計と、金属帯に対する
各冷却ロールの押込み量を夫々調整する押込調整機と、
前記板温計から出力される出口測定板温と目標出口板温
を比較し、且つ入口測定板温とこの目標出口板温に基づ
いて冷却ロール群の夫々の押込み量を演算して各押込調
整機を制御する演算装置とを有しており、複数個ある冷
却ロールの金属帯巻付け長さを、前段側のロールでは長
くし、後段側のロールでは短くなるように前記演算装置
による各押込調整機の制御を行なうことを特徴としてい
る。

【００１０】以上の様な構成は、本発明者等によるロー
ル冷却設備の金属帯板温方向不均一冷却の発生原因の新
たなものの解明に基づいて創案されたものであり、その
解明された原因につき、最初に説明する。

【００１１】図１(a)に示される様に板材Ａを曲げる
と、同図(b)に示される様に板厚方向に引張、圧縮の応
力分布が生ずるがこの応力によるポアッソン比変形によ
って、同図(a)の様にそれと直角方向に逆の圧縮、引張
の応力分布が誘起され、主曲げと直角の方向に逆の曲げ
変形が起こる。同様なことは冷却ロールに金属帯を巻き
付けた時にも起こると考えられ、この様な鞍型変形によ
ってエッジ部で接触不良を起こすと想定される。このエ
ッジ部での接触不良による冷却不足で金属帯板幅方向に
温度分布不均一を生む。そしてこの温度分布不均一によ
る熱収縮歪の分布が張力分布を発生させ、エッジ部を更
に浮き上がらせる。以後この浮き上がりと熱収縮歪の発
生を繰り返し、金属帯板幅方向の不均一冷却が増長され
ると考えられる。図２はこの様な鞍型変形による金属帯
エッジ部の浮き上がり現象の増長の状態を示しており、
同図上段に示された第１ロール1aに金属帯Ｘが接触した
時はエッジ部の浮上がりも非常に狭い範囲であるが、第
２ロール1b、第３ロール1c、……第６ロール1fと接触す
るうちに、次第にその範囲が板幅中央部方向に進むこと
になる（図中Ｈはエッジ浮上がり幅を、又破線で囲った
部分は前段のロールで完全に冷却されなかった部分を示
している）。

【００１２】特にこの様な鞍型変形による金属帯エッジ
部の浮上がりは、冷却ロール群のロール巻付け長さパタ
ーンによって、その浮上がり幅が変化する。例えばロー
ル径Ｄが1600mm、ストリップ板厚ｔが１mm、板幅Ｗが12
20mm、ラインズピードＬＳを195mpm、処理能力：110Ｔ
／Ｈ、ロール冷却設備入口板温：600℃、出口板温：400
℃の冷却条件で、第１冷却ロールから第７冷却ロールの
ロール巻付け長さパターンを、図３に示される様に後段
側のロールほどロール巻付け長さを大きく採るパターン
にして実験を行なった。このようなパターンに設定する
と、当然後段のロールほどストリップの温度降下量が大
きくなるが、この時の各ロール出口でのエッジ部の板温
プロフィールを採ると図４に示される様になる（上段の
水平方向に延びた状態のものは入口板温プロフィールで
あり、第１ロール1aでエッジ部最端は入口板温と同じで
あり、その他のロールと接触する部分はこの入口板温よ
りも少し温度が降下するが、第２ロール1b以後後段の冷
却ロール程冷却量が多くなるため、該ロールと接触する
部分の板温降下量が大きくなると共に、図２に示したエ
ッジ部の浮上がり現象とが相重なって、ストリップ板幅
方向の温度分布の不均一現象が増幅される）。温度の高
い部分が板幅中央部まで及ぶと、それに伴ってエッジ部
の浮上がり幅Ｈはロール群を通過する毎に次第に板幅中
央部に入ってくるようになり、結局耳波が板幅中央部に
向かって入り込んできて、形状を崩し、蛇行や絞りの発
生原因となる。

【００１３】以上の様な金属帯板幅方向の不均一冷却の
発生原因のメカニズムが本発明者等によって解明された
ため、上記本発明の構成の創案がこれらの発明者によっ
てなされることとなった。即ち、図３に示されるような
パターンから図５に示される様な冷却ロール群のロール
巻付け長さパターンに変更（図３に示されたロール冷却
条件と同じものとなる）された場合（即ち前段側のロー
ル程ロール巻付け長さを大きくする場合）、図６に示さ
れる様にエッジ浮上がりの少ない前段側ロールの冷却量
が大きくなって、冷却開始当初から該エッジ部側の温度
降下も図れ、上記金属帯の板幅方向の不均一冷却の領域
は小さい範囲に抑えられることになる。従って耳波もエ
ッジ側の狭い範囲で発生するだけで、金属帯の蛇行や絞
りを発生させることはほとんどない。

【００１４】

【実施例】以下本発明の具体的実施例を添付図面に基づ
き説明する。

【００１５】図７は本発明法の実施装置たる本願第２発
明のロール冷却装置の一実施例を示しており、図中Ｘは
冷却対象たるストリップ、1a乃至1gは内部に冷却水を通
水するスパイラル状の溝を持つ冷却ロール、2a及び2b
は、該冷却ロール群入口側の板温と出口側の板温を夫々
計る多重反射型板温計、3a乃至3gはストリップＸに対す
る各冷却ロール1a乃至1gの押込み量を調整する押込調整
機、4は両板温計2a及び2bの計測値を入力し、各押込調
整機3a乃至3gのロール押込み量制御を行なう演算装置、
その他5a乃至5c及び6a乃至6cは入側ブライドルロール及
び出側ブライドルロールを各示している。

【００１６】上記ロール冷却装置のロール冷却条件とし
ては、まず冷却対象たるストリップＸのサイズが板厚ｔ
＝１mm、板幅Ｗ＝1220mmであり、又上記冷却ロール1a乃
至1gのロール径Ｄは1600mmであって、更にこのラインス
ピードＬＳが195mpmで、処理能力は110Ｔ／Ｈであっ
た。

【００１７】上記演算装置4は板温計2a及び2bによって
入口側板温と出口側板温が常時入力されており、更にこ
れらの冷却ロール群による冷却によって制御されるスト
リップＸの出口板温が400℃になるように、予め目標出
口板温が設定されている。そして板温計2bより入力され
てくる出口測定板温とこの目標出口板温との差を求め、
更に板温計2aから入力されてくる入口測定板温（略600
℃程度であった）と該目標出口板温に基づいて冷却ロー
ル負荷Ｋ｛＝ΔＴ×ｔ×ＬＳ，ΔＴ：冷却量（℃）｝を
演算する。尚この演算時には演算装置4に前述のストリ
ップＸの板厚ｔとラインスピードＬＳが入力される。

【００１８】この冷却ロール負荷Ｋが決まると、本実施
例設備ではロール巻付長Ｌが次式(1)で決まることにな
る。 Ｌ＝0.128Ｋ／1000−0.4871…………(1)

【００１９】前述の様にＫ＝ΔＴ×ｔ×ＬＳであり、
(1)式は下式(2)のようになる。 ΔＴ＝（Ｌ＋0.4871）×（1000／0.1218）×（1／ｔ・
ＬＳ）……(2)

【００２０】従って冷却量ΔＴはロール巻付け長Ｌに比
例する。

【００２１】これらの演算によってロール巻付け長Ｌが
決まると、次には各冷却ロール1a乃至1gの個々の巻付け
長の配分を決めることになるが、本実施例では、該演算
装置4で前段のロールが常に後段のロールの巻付け長よ
りも長くなる（特定の場合は等しくなることもある）よ
うに設定する。

【００２２】図８乃至図１０はこの時の第１冷却ロール
1aから第７冷却ロール1gの各ロールのロール巻付け長さ
の配分調整の例を示しており、そのうち図８は全ロール
を使用した時の配分調整、図９は第１冷却ロール1aを不
使用とした時の配分調整、図１０は第１冷却ロール1aと
第７冷却ロール1gを不使用とした時の配分調整を各示し
ている。

【００２３】図８の最上段では、第１冷却ロール1aの押
込み量が50％（巻付け長さ50％）の時の状態を、又その
下の段では第１冷却ロール1aの前記押込み量が100％に
なった後第２冷却ロール1bの押込み量が50％になった時
の状態を、更に……最下段では第６冷却ロール1fまでの
ロール押込み量が全て100％になった後第７冷却ロール1
gの該押込み量が50％になった時の状態が示されてい
る。尚、これらの調整で調整中のロールの直後のロール
が必ずストリップＸに接触した状態になっているが、こ
れはその調整を行っているロールのストリップ接触終了
点を安定させ、巻付け長さ調整精度の向上をねらって行
なわれたものである。

【００２４】図９は前述の様に第１冷却ロール1aを不使
用とした時のロール巻付け長さ配分調整の例を示してい
るが、この時第２冷却ロール1bは、次の第３冷却ロール
1cのストリップＸ接触開始点を安定させ、そのロール巻
付け長さ調整の精度を高めるための押えロールとしての
役割だけに使用されている。従ってロール巻付け長さの
調整は第３冷却ロール1cから始まることになり、その具
体的な配分調整は前記図８の場合に準ずることになる。

【００２５】又、この場合も巻付け長さ調整中のロール
の直後のロールもストリップＸに接触しているが、前述
と同様、巻付け長さ調整中のロールのストリップ接触終
了点の安定を図り、その調整精度の向上をねらったもの
である。

【００２６】図１０は前述の様に第１冷却ロール1aと第
７冷却ロール1gとを不使用とした場合の例であるが、こ
の場合は第６冷却ロール1fが第５冷却ロール1eのストリ
ップ接触終了点安定化のために使用（ストリップＸに接
触する）されるだけであるので、結局第３冷却ロール1c
乃至第５冷却ロール1eの押込み調整（巻付け長さ調整）
を行なうだけとなる。

【００２７】以上の様なロール巻付け長さパターン調整
を実施したところ、図３に示すようなパターン調整で発
生した形状崩れを原因とするストリップＸの絞りや蛇行
が過時効処理炉では起きなくなり、炉の操業が非常に安
定することとなった。

【００２８】図１１及び図１２は、本発明装置の他の実
施例に係る構成が適用された連続焼鈍炉の炉構成を示す
断面図であり、図１１では縦型のロール冷却設備の後方
にガスジェット冷却装置7が設置された構成を、又図１
２では水平型のロール冷却設備の後方に同じく２つのガ
スジェット冷却装置7a及び7bが設置された構成を夫々示
している。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明方法乃至装置
によれば、金属対板幅方向の不均一冷却が発生しないよ
うに冷却ロール群のロール巻付け長さの配分調整を最適
化させているため、金属帯の形状崩れの発生を防止で
き、連続焼鈍炉の安定操業が図れるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】曲げによる板材の鞍型変形の原理を示す説明図
である。

【図２】冷却ロールでの鞍型変形によるエッジ浮上り現
象を示す説明図である。

【図３】後続のロール程ロール巻付け長さが長くなるロ
ール巻付けパターンの例を示す説明図である。

【図４】上記パターン時の各冷却ロール出口でのエッジ
部板温プロフィールを示す説明図である。

【図５】前段側のロール程ロール巻付け長さが長くなる
ロール巻付けパターンの例を示す説明図である。

【図６】上記パターン時の各冷却ロール出口でのエッジ
部板温プロフィールを示す説明図である。

【図７】ストリップの連続焼鈍炉中に設けられた第２発
明のロール冷却装置の一実施例を示す概略図である。

【図８】本実施例装置におけるロール巻付け長さ配分調
整の一例を示す説明図である。

【図９】同じくロール巻付け長さ配分調整の他の例を示
す説明図である。

【図１０】同じくロール巻付け長さ配分調整の更に別の
例を示す説明図である。

【図１１】第２発明のロール冷却装置が縦型に設置さ
れ、且つその後続にガスジェット冷却装置が設けられた
他の実施例構成を示す概略図である。

【図１２】第２発明のロール冷却装置が水平型に設置さ
れ、且つその後続に２つのガスジェット冷却装置が設け
られた更に他の実施例構成を示す概略図である。

【符号の説明】

1a〜1g、10 冷却ロール 2a、2b 板温計 3a〜3g 押込調整機 4 演算装置 Ｘ 金属帯（ストリップ）

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１２月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】 曲げによる板材の鞍型変形の原理を示す説明
図である。

【図２】 冷却ロールでの鞍型変形によるエッジ浮上り
現象を示す説明図である。

【図３】 後続のロール程ロール巻付け長さが長くなる
ロール巻付けパターンの例を示す説明図である。

【図４】 上記パターン時の各冷却ロール出口でのエッ
ジ部板温プロフィールを示す説明図である。

【図５】 前段側のロール程ロール巻付け長さが長くな
るロール巻付けパターンの例を示す説明図である。

【図６】 上記パターン時の各冷却ロール出口でのエッ
ジ部板温プロフィールを示す説明図である。

【図７】 ストリップの連続焼鈍炉中に設けられた第２
発明のロール冷却装置の一実施例を示す概略図である。

【図８】 本実施例装置におけるロール巻付け長さ配分
調整の一例を示す説明図である。

【図９】 同じくロール巻付け長さ配分調整の他の例を
示す説明図である。

【図１０】 同じくロール巻付け長さ配分調整の更に別
の例を示す説明図である。

【図１１】 第２発明のロール冷却装置が縦型に設置さ
れ、且つその後続にガスジェット冷却装置が設けられた
他の実施例構成を示す概略図である。

【図１２】 第２発明のロール冷却装置が水平型に設置
され、且つその後続に２つのガスジェット冷却装置が設
けられた更に他の実施例構成を示す概略図である。

【図１３】 金属帯の板幅方向不均一冷却を防止する従
来技術を示す説明図である。

【符号の説明】 1a〜1g、10 冷却ロール 2a、2b 板温計 3a〜3g 押込調整機 4 演算装置 Ｘ 金属帯（ストリップ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 正史 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 佐藤 博明 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 大石 均 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 北川 直人 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 清家 孝哉 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 荒木 泰博 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部にスパイラル状の溝を持ち、冷媒が
   その溝を通る構造からなる複数の冷却ロールを備えた連
   続焼鈍炉中で該冷却ロールを金属帯に連続的に接触させ
   てこの金属帯の冷却を行なう連続焼鈍炉のロール冷却方
   法において、複数個ある冷却ロールの金属帯巻付け長さ
   を、前段側のロールでは長くし、後段側のロールでは短
   くなるように制御することを特徴とする連続焼鈍炉のロ
   ール冷却方法。
2. 【請求項２】 内部に冷媒が通るスパイラル状の溝を持
   ち、その表面を連続的に接触させて金属帯の冷却を行な
   う複数の冷却ロールと、これらの冷却ロール群の入口側
   及び出口側の金属帯の入口板温及び出口板温を測定する
   板温計と、金属帯に対する各冷却ロールの押込み量を夫
   々調節する押込調整機と、前記板温計から出力される出
   口測定板温と目標出口板温を比較し、且つ入口測定板温
   とこの目標出口板温に基づいて冷却ロール群の夫々の押
   込み量を演算して各押込調節機を制御する演算装置とを
   有しており、複数個ある冷却ロールの金属帯巻付け長さ
   を、前段側のロールでは長くし、後段側のロールでは短
   くなるように前記演算装置による各押込調整機の制御を
   行なうことを特徴とする連続焼鈍炉のロール冷却装置。