JPH06306485A - 金属帯の熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定したライン操業が実施でき、且つ製品品
質面でも優れた物が得られる金属帯の熱処理装置を提供
せんとするものである。 【構成】 鋼帯１の連続焼鈍ラインにおいて、２０ｍ以
上の間隔を有する上下ロールを備えた直火式還元加熱炉
１２の入側に鋼帯１の歪量を３０ｍｍ以下とするテンシ
ョンレベラ８を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鋼帯等の金属帯の連
続処理ラインに設置される金属帯の熱処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用鋼板や家電用鋼板等の鋼
帯を処理する連続焼鈍炉では、鋼帯を還元加熱できる
能力及び鋼帯サイズ変更時の熱応答性が良好なことが
要請され、更に鋼帯材質不安定部を急速加熱すること
で蛇行防止を図る等の目的から、直火加熱炉が採用され
るようになり、また省エネルギー面からロールクェンチ
冷却方式と組み合わせた設備構成が提案されている。特
開昭６２ー５４０３３号ではそのような鋼帯１の連続焼
鈍設備が提案されおり、図９に示されるように、入側ク
リーニング設備５の後方に、その加熱構成として予熱炉
１１、直火式還元加熱炉１２、ラジアントチューブ式加
熱炉１３及び同均熱炉１４が備えられ、またその冷却構
成としてはガスジェット冷却設備１５とロール冷却設備
２０が設けられており、加えてその後方に過時効処理炉
２１ａ、２１ｂ等の加熱・冷却機能付き調整冷却設備及
び急冷炉２２、更にその後方には調質圧延機２６が備え
られた構成の提案がなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】鋼帯の薄物化が進む傾
向にある中で形状の乱れが問題になってきているが、冷
間圧延機では適正な形状矯正を行うことが困難な場合が
ある。近年導入例の増えている形状制御冷間圧延機で
は、特にクォーター伸びと言われる板幅方向中心と板端
の間の形状不良を矯正することは困難な状況である。

【０００４】しかし形状不良をそのまま放置しておく
と、直火式還元加熱炉１２では酸化の問題、ラジアント
チューブ式加熱・均熱炉１３、１４ではラジアントチュ
ーブとの接触の問題、ガスジェット冷却設備１５では絞
り発生の問題、更にロール冷却設備２０では不均一冷却
の問題、急冷炉２２ではガスジェットノズルとの接触の
問題が発生することになり、ライン操業及び製品の品質
面で大きな問題になっていた。

【０００５】本発明は従来技術の以上のような問題に鑑
み創案されたもので、安定したライン操業が実施でき、
且つ製品品質面でも優れた物が得られる金属帯の熱処理
装置を提供せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため本発明に係る金
属帯の熱処理設備は、直火式還元加熱炉と、ラジアント
チューブ式加熱・均熱炉と、ガスジェット冷却設備と、
冷却ロールと接触する金属帯の背面に冷媒を吹き付けて
ロール冷却と共に背面冷却も合わせて行うロール冷却設
備と、加熱・冷却機能付き調整冷却設備と、急冷炉とを
有しており、前記直火式還元加熱炉の入り側に金属帯の
形状矯正機を設けたことを基本的特徴としている。

【０００７】

【作用】以上の本発明の構成は、本発明者等の推論とそ
れを基にした実験結果から創案されたもので、以下その
推論と実験の経緯につき説明する。

【０００８】まず直火式還元加熱炉における酸化発生の
メカニズムにつき、本発明者等は次の様に考えてみた。
即ち直火式還元加熱炉において形成されるバーナ炎には
金属帯の還元加熱に適した範囲の限定があり、その特定
範囲において金属帯と接触しないと還元できるどころ
か、酸化が行われる。一方、直火式還元加熱炉において
直火還元を１パス又は２パスで達成するためには、該炉
内に備えられる上下ロールの間隔が少なくとも２０ｍ以
上必要であり、このように炉長が長いとそこを通る金属
帯がそのロール間でバタツクことになる。また金属帯の
形状には、その中央部に凹凸や中伸び、端部に耳波等の
形状不良が発生することがあり、金属帯断面中央部浮上
がりの程度を示す金属帯歪量ａに対する金属帯幅ｗの比
で示される急峻度ａ／ｗが大きくなると、この形状不良
は著しくなる。その場合、炉内に備えられる上下ロール
の間隔が少なくとも２０ｍ以上あると上述のようにバタ
ツク上に、燃焼時にバーナ圧力を受けて、該金属帯は大
きくうねることになる。このような金属帯のうねりがあ
ると、それによってバーナ炎の前記適正範囲内で金属帯
が該バーナ炎と接触しなくなり、局所的な酸化の問題を
発生するというものである。そのため、従来の直火式還
元加熱炉では、還元バーナの増強や該直火炉以降のラジ
アントチューブ式の加熱炉での還元性向上のために雰囲
気ガス中のＨ₂ガス濃度アップ等の必要があり、設備費
の増大及びＨ₂ガス使用量の増大を余儀なくされてい
た。

【０００９】一方ガスジェット冷却設備における絞り発
生の問題やロール冷却設備における不均一冷却の問題
も、やはり金属帯の形状不良に原因があると本発明者等
は考えた。一般に金属帯の若干の形状不良は、一定の張
力が掛けられた状態で炉内において均一加熱されると改
善されることが知られている。しかし前記クォーター伸
びに関してはなかなか直らず、そのままガスジェット冷
却設備に通板されると、そこで絞りを生じ、またロール
冷却設備に運ばれた場合、該伸びの部分がロール表面に
十分接触しないか或いは非接触の状態となり、最終冷却
後の板幅方向の温度分布を均一化することが困難になっ
て、板幅方向の材質のバラツキや絞り・蛇行発生を生じ
ているものと推測される。

【００１０】更にラジアントチューブ式加熱・均熱炉に
おけるラジアントチューブとの接触の問題や急冷炉にお
けるガスジェットノズルとの接触の問題もやはり金属帯
の形状不良が原因であり、特に後者の問題は前記ガスジ
ェット冷却設備やロール冷却設備で発生した絞り等によ
り助長された形状不良が引き金となったものと考えられ
る。

【００１１】以上の様なことが原因となって上記の問題
が発生しているのならば、これらの熱処理設備の直前に
該金属帯の形状矯正機を設け、それによって形状矯正の
なされた金属帯を夫々熱処理することでこれらの問題は
解決されることになると、本発明者等は考えた。そこで
実際に実施してみたところ、直火式還元加熱炉の直前で
一度金属帯の形状矯正を行えば、後続の設備では上述の
ような各問題の発生がなくなることが更に明かとなっ
た。但しロール冷却設備ではこのような形状矯正を一度
行っただけでは金属帯板幅方向の温度分布の均一化を達
成することは困難であるので、本発明の構成では冷却ロ
ールと接触している金属帯の背面から冷媒を吹き付ける
背面冷却もロール冷却と併せて実施することにした。こ
の背面冷却を行う場合も冷媒の吹き付けに当たっては、
該冷却ロールに巻き付いた金属帯の背面近傍に吹付ノズ
ルを十分近づけて行うのが通常であり、従前に金属帯の
形状矯正が行われているため、該ノズルとの接触の心配
はない。

【００１２】尚、本発明者等は直火式還元加熱炉におけ
る金属帯の酸化の状態が製品の品質を左右する大きな要
素となるため、これをより高い効率で防止できる方法を
検討した。まず最初に直火炉非還元バーナの出側での酸
化膜の状態を調べ、金属帯の形状不良と該酸化膜の最大
膜厚との間には相関関係があること突き止めた。即ち直
火炉１２内の金属帯１ａに図６に示すような形状歪があ
る場合は、図７に示されるように、金属帯・バーナ間距
離ｈは、ある点（ｈ１）を中心にそれより小さくなって
も、或いはそれより大きくなっても酸化膜厚ｂは厚くな
っている。従って、還元バーナによる金属帯の還元加熱
では、なおさらこの金属帯・バーナ間距離ｈが、その還
元効果を左右するものであるとの推測の基にその適正距
離を求めたところ、１５０〜３５０ｍｍの範囲でなけれ
ば、十分な還元効果が得られないことが分かった。これ
はそのような離間距離に保てなければ、還元加熱に適し
たバーナ炎の範囲で金属帯が該バーナ炎に接触できない
ことを意味している。

【００１３】前記急峻度ａ／ｗのうち、金属帯断面中央
部浮上がりの程度を示す金属帯歪量ａと、前記図６で示
された金属帯・バーナ間距離ｈの間には、図８（ａ）
（ｂ）に示されるような関係があることが分かった。即
ち、同図（ａ）では直火加熱炉内に備えられた上下ロー
ル間距離が１８ｍの場合における両者の関係を示してお
り、これによれば金属帯形状歪量ａが８０ｍｍ近くにな
っても金属帯・バーナ間距離ｈは１５０〜３５０ｍｍの
範囲内に納まっている（図中斜線の部分は金属帯のバタ
ツキの範囲を示している）。これに対し、同図（ｂ）は
前記上下ロール間距離が２５ｍの場合における両者の関
係を示しており、この場合は金属帯形状歪量ａが３０ｍ
ｍ以下でなければ金属帯・バーナ間距離ｈは１５０〜３
５０ｍｍの範囲内に納まらないことが分かる。従って本
発明の構成では、上下ロール間距離が２０ｍ以上ある直
火式還元加熱炉の場合に、その直前で形状矯正機により
矯正して、原板形状歪量ａを３０ｍｍ以下になるように
するのが望ましい。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき詳述す
る。図１は、本発明の熱処理装置の一実施例構成を備え
た鋼帯１の連続焼鈍炉ライン構成を示す概略図である。

【００１５】本実施例構成では、鋼帯１はペイオフリー
ル２によって巻戻され、入側剪断機３によって剪断され
た後、溶接機４によってその先行コイルと後行コイルと
が接続される。次に入側クリーニング設備５で電解脱脂
された後、入側ルーパ１０を経て、予熱炉１１及び直火
式還元加熱炉１２に供給されて６００℃〜７５０℃に昇
温され、ラジアントチューブ式加熱炉１３及びラジアン
トチューブ式均熱炉１４で所定の温度まで加熱後そのま
ま均熱され、ガスジェット冷却設備１５で例えば６００
℃まで冷却されて、更にロール冷却設備２０で３５０℃
まで冷却する。続いて加熱・冷却機能付き調整冷却設備
として設けられた過時効処理帯２１及び急冷炉２２を経
て、水冷設備２３及び乾燥設備２４で水冷・乾燥され、
出側ルーパ２５を経た後、調質圧延機２６で板表面の調
質処理がなされ、表面欠陥計２７及び塗油機２８で検査
・塗油されて、出側剪断機２９で所定の長さに切断され
た後、テンションリール３０によって巻取られる。その
うち直火式還元加熱炉１２の手前には入側ルーパ１０と
予熱炉１１とをその間に介在させて板形状矯正機たるテ
ンションレベラ８が設置されている。またこの直火式還
元加熱炉１２内に備えられた上下ロール間の距離は２５
ｍである。

【００１６】このような鋼帯１の形状矯正に当たって
は、入側クリーニング設備５で表面に付着した油分を洗
い落とした直後に行なうのが望ましく、そのため本実施
例では該入側クリーニング設備５と前記予熱炉１１との
間に上記テンションレベラ８を設置した（実際の設備構
成ではこのテンションレベラ８の直前に２ロールタイプ
のステアリングロール６が配され、また７及び９は該テ
ンションレベラ８の入側及び出側のブライドルロールで
ある）。一方入側ルーパ１０内における蛇行を防止する
観点より鋼帯１の形状矯正はその直前で行っていた方が
良く、また該ルーパ１０内のロール取り替えの煩雑さも
考慮して、このテンションレベラ８は該入側ルーパ１０
の直前に設置することにした。尚、入側クリーニング設
備５は該テンションレベラ５の直上に設置されていなく
ても良い。同様な設備配置構成として、図２に示される
構成がある。

【００１７】本実施例構成において使用されたロール冷
却設備２０の構成は、鋼帯１に回転しながら接触して連
続的に冷却する少なくとも１つ冷却用ロールを有してお
り、この冷却用のロールは少なくとも鋼帯１の板幅と同
じ胴長を有し、且つ冷却液がロール内部を流れて連続的
にこれを冷却すると共に、該鋼帯１の移動方向に略直交
する方向に移動してその接触面積が制御可能（即ちその
冷却長が制御可能）な構成を有している。

【００１８】またロール冷却設備２０の構成には、図３
に示されるように、その入側と出側には夫々少なくとも
２つのロール１６ａ乃至１６ｄからなる張力調整機が設
置されている。更に冷却ロール１７ａ乃至１７ｅと接触
している鋼帯１の背面から冷却ガスを吹き付けるガス吹
付ヘッダ１８ａ乃至１８ｅが設けられており、冷却ロー
ル１７ａ乃至１７ｅによるロール冷却を実施すると共
に、その背面からの冷却ガスの吹き付けで、鋼帯１の浮
き上がりを防止しながら板幅方向に均一に冷却ができる
ようにしている。但し前述のように、冷却ロール１７ａ
乃至１７ｅは鋼帯１との接触長の調整のため、該鋼帯１
の移動方向に略直交する方向に動くことができるように
なっており、このためガス吹付ヘッダ１８ａ乃至１８ｅ
も同時に同方向に移動できるようになっている。一方本
ロール冷却設備２０の出側には鋼帯１の両表面から所定
の間隔を開けて後段ガス冷却ヘッダ１９が設置されてい
る。これらのヘッダ１９は、図４に示されるように、各
板幅方向に夫々３つに分割された状態で設置（一方の面
は１９ａ乃至１９ｃの３つが示され、他側は１９ｄのみ
示されている）されており、これらから鋼帯１表面に吹
き出される冷却ガスの流量及び／又は流速を夫々別個に
制御することで、最終冷却後の鋼帯１板幅方向における
温度分布が均一にできるようにしている。

【００１９】以上の構成からなる本実施例の連続焼鈍ラ
インでは、テンションレベラ８を直火式還元加熱炉１２
の上流側に配置したことによって、該加熱炉１２内にお
ける鋼帯１の通板性が改善されると共に、後述する実験
から明らかなように、該直火式還元加熱炉１２における
還元加熱特性も安定して得られることになる。

【００２０】また該テンションレベラ８によって鋼帯１
のクォーター伸びの発生する部分の形状矯正が可能とな
り、前記ガスジェット冷却設備１５における絞り発生が
なくなると共に、ロール冷却設備２０における絞り発生
及び不均一冷却が大幅に改善され、その結果該ラインに
おける鋼帯１の蛇行の発生がなくなり、且つ得られた製
品の品質が向上することになった。またラジアントチュ
ーブ式加熱炉１３同均熱炉１４におけるチューブとの接
触、前記ガスジェット冷却設備１５におけるガスジェッ
トノズルとの接触、ロール冷却設備２０における背面ガ
ス吹付ヘッダ１８ａ乃至１８ｅや後段ガス冷却ヘッダ１
９との接触、更には急熱炉２２におけるガスジェットノ
ズルとの接触の問題もなくなった。

【００２１】図５は、本実施例のようなテンションレベ
ラ８の設置がなかった場合の実験結果から得られた鋼帯
歪量ａと、鋼帯・バーナ間距離ｈの相関関係を示すもの
で、同図においてｍｉｎ値は一定の長さの鋼帯１で測定
された該歪量ａのうちの最小値を、またｍａｘ値はその
反対の最大値を各示しており、この図によれば、鋼帯１
の最小歪量ａが３０ｍｍを超す形状不良がある場合は鋼
帯・バーナ間距離ｈが１５０ｍｍを割ることになるた
め、還元加熱には適さなくなる（なお以上の歪量臨界値
を急峻度に換算すると１．８％になる）。

【００２２】従って本実施例では、上記歪量が３０ｍｍ
以下となるように、テンションレベラ８で原板の形状矯
正を行なってから予熱炉１１、直火式還元加熱炉１２へ
該鋼帯１を導入するようにした。その結果該直火式還元
加熱炉１２では安定した還元加熱が行われ、局所的な表
面酸化の発生の問題はなくなった。

【００２３】尚、本実施例では直火式還元加熱炉１２と
その後方のラジアントチューブ式均熱炉１４との間に、
ラジアントチューブ式加熱炉１３を配置した構成となっ
ているが、これは前記均熱炉１４の熱追随性が低いこと
から設けられた構成である。即ち該均熱炉１４の加熱方
式がラジアントチューブ式であるため（電熱ヒータ加熱
方式でも同じ）、その手前の直火式還元加熱炉１２と比
べて温度変更時の昇温速度や降温速度が遅く、加熱終了
温度（均熱温度）を変更する際には、追随性の面からそ
の間にラジアントチューブ式加熱炉１３を設けた方が望
ましいことによる。従って本実施例のように間にラジア
ントチューブ式加熱炉１３を設けたことで、直火式還元
加熱炉１２の熱応答性の速さが有効に生かせることにな
る。

【００２４】また本実施例ではテンションレベラ８を鋼
帯１の形状矯正機として使用しているが、スキンパスミ
ルを用いても同様な効果が得られる。更に本実施例では
加熱・冷却機能付き調整冷却設備として過時効処理帯２
１を使用しているが、焼戻し炉や徐冷帯（ＩＦ鋼や極低
炭素鋼等）を代わりに使用しても良い。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述した本発明に係る金属帯の熱処
理設備によれば、安定したライン操業が実施でき、また
クォーター伸びや絞りの発生がなく且つ冷却時に均一冷
却が可能であるため、製品品質面でも優れた物が得られ
ることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱処理装置の一実施例構成を備え
た鋼帯の連続焼鈍炉ライン構成を示す概略図である。

【図２】上記実施例構成と同様な設備配置構成を有する
他の連続焼鈍炉ライン構成を示す概略図である。

【図３】本実施例におけるロール冷却設備の構成を示す
説明図である。

【図４】本実施例における後段ガス冷却ヘッダの構成を
示す斜視図である。

【図５】テンションレベラの設置がなかった場合の実験
結果から得られた鋼帯歪量と、鋼帯・バーナ間距離の相
関関係を示すグラフである。

【図６】直火炉内の金属帯に生じた形状歪の例を示す直
火炉断面図である。

【図７】直火炉非還元バーナの出側における金属帯の形
状不良と該酸化膜の最大膜厚との間の相関関係を示すグ
ラフである。

【図８】直火加熱炉内の上下ロール間距離が異なる場合
の金属帯歪量と金属帯・バーナ間距離の相関関係を示す
グラフである。

【図９】鋼帯の連続焼鈍設備の従来構成例を示すライン
概略図である。

【符号の説明】

１ 鋼帯 ８ テンションレベラ １２ 直火式還元加熱炉 １５ ガスジェット冷却設備 ２０ ロール冷却設備 ２２ 急冷炉

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直火式還元加熱炉と、ラジアントチュー
   ブ式加熱・均熱炉と、ガスジェット冷却設備と、冷却ロ
   ールと接触する金属帯の背面に冷媒を吹き付けてロール
   冷却と共に背面冷却も合わせて行うロール冷却設備と、
   加熱・冷却機能付き調整冷却設備と、急冷炉とを有して
   おり、前記直火式還元加熱炉の入り側に金属帯の形状矯
   正機を設けたことを特徴とする金属帯の熱処理装置。
2. 【請求項２】 請求項第１項記載の金属帯の熱処理装置
   において、前記直火式還元加熱炉に設置される上下ロー
   ルの間隔が２０ｍ以上ある場合、前記形状矯正機につ
   き、金属帯の歪量を３０ｍｍ以下にすることができるも
   のを用いることを特徴とする請求項第１項記載の金属帯
   の熱処理装置。