JPH07132312A - 金属帯板の冷間圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冷間圧延工程において、金属帯板の加熱を迅速
かつ均一に行なうことができるため、金属帯板を高速で
走行させ大量に圧延することができ、高効率で金属帯板
を冷間圧延することができる方法の提供。 【構成】金属帯板を圧延装置に通板して冷間圧延する方
法であって、前記圧延装置の前後を含む装置の少なくと
も１個所に熱プラズマ処理装置を配設し、通板する金属
帯板の幅方向に磁界により熱プラズマを高速で走査し
て、金属帯板の加熱処理を行なう金属帯板の冷間圧延方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属帯板の冷間圧延方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属帯板の冷間圧延は、一例を図
３に示すように、ペイオフリール３１から払い出された
金属帯板３２を、圧延装置３３にて所定の厚さに圧延
後、テンションリール３４に巻き取る方法により行なわ
れている。この冷間圧延工程において、圧延対象である
金属帯板の種類によっては、常温における圧延抵抗が大
きいため圧延困難であったり、圧延によって割れが発生
することがあった。そこで、圧延時の金属帯板の割れ防
止や圧延性能の向上、さらに金属帯板の材質特性の向上
のために、圧延の前、途中あるいは後に金属帯板の温度
を１００〜３５０℃程度に加熱することが行なわれる。
特に、ステンレス鋼板や電磁鋼板の冷間圧延において加
熱処理が必要とされている。この加熱処理としては、加
熱速度が大きい程、圧延速度を大きくすることができる
ため、冷間圧延工程における生産効率の向上に有効であ
る。

【０００３】この冷間圧延で行なわれる加熱処理の加熱
方法として、直火バーナ方式、レーザービームによる加
熱方式、高周波誘導による加熱方式、あるいは抵抗加熱
による加熱方式が知られており、圧延装置の前、後また
は両側にこれらの方式の加熱装置を設置する方法が提案
されている（特開昭６０−２１８４２５号公報、特開昭
６１−１５９１９号公報、特開平３−４２１０１号公
報、特開平２−９９２０３号公報、特開平２−３０３６
２０号公報）。

【０００４】しかし、従来の加熱方法では、〜１００℃
／ｓｅｃ程度の加熱速度が限界であった。また、レーザ
ービームによる加熱処理は、大規模なレーザー光源装置
を必要とし、その制御性が悪いという欠点がある。高周
波誘導加熱による方法においては、金属帯板の幅方向に
温度分布が不均一であるという欠点がある。さらに、抵
抗加熱による方法では、板面接触通電によってスパーク
痕が発生するという欠点がある。

【０００５】ところで、従来からプラズマ溶射、切断、
溶接等の各種の金属加工、あるいは溶解、還元等の金属
精錬などには、熱プラズマによる加熱が利用されてい
る。このプラズマ処理には、大別して低温プラズマ処理
と熱プラズマ処理とがある。低温プラズマ処理は、直流
グロー放電、高周波放電、またはマイクロ放電により発
生し、圧力が数十Ｔｏｒｒ以下、電子温度は数万度と高
温であるが、気体原子・イオンの温度が数百度の低温の
プラズマによる処理である。また、熱プラズマ処理は、
アーク放電あるいは高周波放電によって発生する、圧力
が約１００Ｔｏｒｒ以上、電子密度が１０¹⁶〜１０¹⁸ｃ
ｍ^-3程度の高温高密度であり、かつ電子温度と気体原子
・イオンの温度とがほぼ等しく局所平衡状態にあるプラ
ズマによる処理である。この熱プラズマ処理は、１００
０℃／ｓｅｃ程度の加熱速度で加熱を行なうことができ
ることが分かっている。そこで、この熱プラズマ処理を
金属帯板の冷間圧延工程における金属帯板の加熱処理に
利用すれば、短時間で迅速に加熱処理を行なうことがで
きることが期待される。

【０００６】この熱プラズマ処理に使用される装置とし
て、従来、大気圧下における加熱処理用に使用されるプ
ラズマトーチが知られている。このプラズマトーチは、
図４に示すように、陰極４１と、該陰極４１を囲むよう
に同心円状に形成された陽極４２とを有するものであ
る。陽極４２の先端部には、陰極４１の軸線の延長方向
に開口された熱プラズマ放出口４３を有し、また、陽極
４２の先端部４４の内部には、熱プラズマ放出口４３を
囲むように冷却水流通路４５が配設されている。陰極４
１と陽極４２とは、電源４６に接続されている。このプ
ラズマトーチにおいて、電源４６から供給される電力に
より、陰極４１と陽極４２の間隙４７にアークを発生さ
せるとともに、該間隙４７にアルゴンガス、窒素ガス等
の作動ガスと、目的に応じて選択された水素ガス、メタ
ンガス等の処理ガスを矢印Ｃで示すように供給して、処
理ガスをプラズマ化させ、高温の熱プラズマのジェット
４９として熱プラズマ放出口４３から金属帯板５０に噴
出させるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一般に、この
プラズマトーチによる熱プラズマのジェット４９は、熱
的ピンチ効果によって収束された円柱状に近い形状、例
えば、直径１０〜２０ｍｍ程度の円錐状に金属帯板５０
に噴射される。

【０００８】そのため、前記従来のプラズマトーチによ
る熱プラズマは、内部の温度分布が大きく、このプラズ
マトーチを、鋼板の幅方向に複数個直列に配列して、鋼
板の熱プラズマ処理を行なう場合、鋼板の幅方向の温度
分布が大きくなり、熱歪みの発生の原因となる。さら
に、処理された鋼板の表面全体にわたって均一な表面特
性を得ることが困難であった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、冷間圧延工程に
おいて、金属帯板の加熱を迅速かつ均一に行なうことが
できるため、金属帯板を高速で走行させ大量に圧延する
ことができ、高効率で金属帯板を冷間圧延することがで
きる方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、熱プラズ
マを磁界によって高速で走査し、熱プラズマをスリット
状のジェットとして放出するリニア型熱プラズマ装置に
よって、金属帯板の幅方向に熱プラズマを高速で走査し
て加熱処理を施せば、処理される金属帯板上の温度分布
を均一とすることができ、均一な材質特性を有する金属
帯板を高速で得ることができることに着目し、本発明に
到達した。

【００１１】すなわち、本発明は、前記課題を解決する
ために、金属帯板を圧延装置に通板して冷間圧延する方
法であって、前記圧延装置の前後を含む装置の少なくと
も１個所に熱プラズマ処理装置を配設し、通板する金属
帯板の幅方向に磁界により熱プラズマを高速で走査し
て、金属帯板の加熱処理を行なう金属帯板の冷間圧延方
法を提供するものである。

【００１２】以下、本発明の金属帯板の冷間圧延方法
（以下、「本発明の方法」という）について、詳細に説
明する。

【００１３】本発明の方法を適用して冷間圧延を行なう
ことができる金属帯板は、特に制限されず、ステンレス
鋼板、電磁鋼板、一般の冷延鋼板等の鋼板、あるいは銅
帯板、アルミニウム帯板等のいずれの金属帯板であって
もよい。また、本発明の方法に用いられる圧延装置も特
に制限されず、タンデムコールドミル、ゼンジミアミル
等のいずれの方式の圧延装置を用いる冷間圧延工程にも
本発明の方法を適用することができる。

【００１４】本発明の方法において、熱プラズマ処理装
置は、圧延装置の前後を含む装置の少なくとも１個所に
配設される。圧延装置の前に熱プラズマ処理装置を配設
し、熱プラズマ処理装置による熱プラズマ処理を行なっ
た後、金属帯板を圧延装置に通板してもよいし、また、
圧延装置の後に熱プラズマ処理装置を配設し、圧延処理
された金属帯板に熱プラズマ処理を行なってもよい。さ
らに、圧延装置の前後に熱プラズマ処理装置を配設し、
両熱プラズマ処理装置によって圧延処理の前後で金属帯
板を熱プラズマ処理してもよいし、また、圧延装置の内
部に熱プラズマ処理装置を配設し、圧延処理の途中で熱
プラズマ処理を行なってもよい。この熱プラズマ処理装
置の配設個所は、熱プラズマ処理の目的、圧延対象であ
る金属帯板、圧延装置の構成等に応じて、適宜選択され
る。

【００１５】以下、圧延装置の前に熱プラズマ処理装置
を配設して、金属帯板に熱プラズマ処理を行なう冷間圧
延プロセスを図１に示し、この図１に基づいて、本発明
の方法について詳細に説明する。

【００１６】図１に示す冷間圧延プロセスにおいては、
ペイオフリール１ａまたは１ｂから払い出された金属帯
板２を、ガイドロール３を経て一対の熱プラズマ照射装
置４ａおよび４ｂを配設した熱プラズマ処理装置５に通
板して、金属帯板２の両面の幅方向に高速で熱プラズマ
を走査して所定の温度に急速に加熱した後、圧延装置６
で所定の厚さに圧延して、ガイドロール７を経てテンシ
ョンリール８ａまたは８ｂに圧延された金属帯板を巻き
取る工程が行なわれる。ペイオフリール１ａおよび１ｂ
は、連続して金属帯板を圧延装置に供給するために、交
互に金属帯板を供給することができるように構成され、
例えば、一方のペイオフリールに巻かれていた金属帯板
が無くなると、その終端に他方のペイオフリールの金属
帯板を、溶接等により接続して連続して圧延を行なうこ
とができるように構成されている。また、テンションリ
ール８ａおよび８ｂは、連続して圧延される金属帯板
を、連続して巻き取ることができるように構成され、例
えば、一方のテンションリールが金属帯板で一杯になる
と、シャー等の切断機で金属帯板を切断し、他方のテン
ションリールによる巻取りを行なうことができるように
構成されている。

【００１７】熱プラズマ処理装置５は、通板される金属
帯板の表裏面の幅方向に磁界によって熱プラズマを高速
で走査する熱プラズマ照射装置４ａおよび４ｂと、リニ
ア型熱プラズマ処理装置５内をシールするために、鋼板
２の入口および出口に配設されたシール装置を有するも
のである。また、熱プラズマ処理によって生じる排ガス
を排出するための排気孔を有するものである。特に、シ
ール装置は、金属帯板２と高温の熱プラズマ排ガスが圧
延装置等における温度に外乱を及ぼすおそれがある場合
には、高温のプラズマ排ガスを回収する場合やエネルギ
ー回収または排ガスが前後の雰囲気に外乱を及ぼす場合
に、シール装置が有効である。熱プラズマは大気圧また
は大気圧に近い圧力で発生可能であるので、大がかりな
差圧シール設備が不要で、現在の連続処理装置において
常圧下で雰囲気制御するために使用されている程度の簡
単なシール装置で十分である。

【００１８】また、熱プラズマ照射装置４ａおよび４ｂ
は、磁界により熱プラズマを金属帯板の幅方向に高速で
走査できる装置であれば、いずれの装置であってもよ
い。このリニア型熱プラズマ照射装置４ａおよび４ｂと
して、アーク放電または高周波放電による熱プラズマ照
射装置が挙げられる。特に、アーク放電リニア型熱プラ
ズマ照射装置の具体例として、図２に示す装置が挙げら
れる。この図２に示すアーク放電リニア型熱プラズマ照
射装置は、相互に対向して断面コの字状に配置される一
対の陽極９ａ，９ｂと、該一対の陽極９ａ，９ｂの間に
挟まれるように、陽極９ａと９ｂが形成する空間に突設
される陰極１０とを有するものである。また、陽極９
ａ，９ｂと陰極１０には、直流電源１１が接続されてい
る。陽極９ａの先端部１２、および陽極９ｂの先端部１
３には、それぞれ冷却水が流通する冷却孔１４が配設さ
れ、先端部１２と１３の間に直線状の熱プラズマ放出ス
リット１５が形成され、陽極９ｂの端部には、作動ガス
および処理ガスを導入するためのガス供給孔１６が配設
されている。さらに、陽極９ａと９ｂの両側面を挟ん
で、一対の磁界発生装置１７ａと１７ｂが対向して配設
される。磁界発生装置１７ａと１７ｂは、交流電源１８
に接続されている。

【００１９】このアーク放電リニア型熱プラズマ照射装
置において、直流電源１１に接続された陰極１０と陽極
９ａ，９ｂとの間の間隙１９にアーク放電を形成すると
ともに、ガス供給孔１６から、作動ガスおよび処理ガス
を所定の割合で導入し、該放電アークによって熱プラズ
マが発生し、交流電源１８に接続された磁界発生装置１
７ａおよび１７ｂによって、間隙１９内に形成された熱
プラズマに交番磁界を作用させることにより、熱プラズ
マ放出スリット１５から電極の長手方向Ａに沿って直線
状に熱プラズマジェット２０が形成される。そのため、
電極の長手方向Ａに沿って熱プラズマを均一に走査させ
ることができる。熱プラズマの走査速度は、熱プラズマ
処理を均一に行なうことができる点で、好ましくは１０
０ｍ／秒、さらに好ましくは５００ｍ／秒である。

【００２０】このように、電極の長手方向に沿って直線
状に噴出する熱プラズマジェット１７に対して、電極の
長手方向に対して垂直の方向（矢印Ｂの方向）に金属帯
板を通板させれば、金属帯板の幅方向に均一な熱プラズ
マジェットを走査することができ、金属帯板の熱プラズ
マ処理を均一かつ効率的に行なうことができる。

【００２１】本発明の方法において、使用される作動ガ
スは、特に制限されず、適宜選択される。通常、作動ガ
スとして、アルゴンガス、窒素ガス等が一般的に用いら
れる。また、処理ガスは、熱プラズマ処理される金属帯
板、その金属帯板の表面特性等に応じて適宜選択され
る。通常、水素ガス、メタンガス等が用いられる。ま
た、例えば、ステンレス鋼板を圧延する場合には、鋼板
の割れ防止の目的にはアルゴンガスまたは窒素ガス等が
使用され、鋼板表面の酸化膜を還元して圧延性能を向上
させる目的にはアルゴンガス＋水素ガスまたは窒素ガス
＋水素ガスの組合せの混合ガス等が使用される。さら
に、ケイ素鋼板からなる電磁鋼板を圧延する場合には、
鋼板の割れ防止の目的にはアルゴンガスまたは窒素ガス
等が使用され、鋼板表面の酸化膜を除去し圧延性能を向
上させる、あるいは温間圧延により電磁特性を向上させ
る目的には、アルゴンガス＋水素ガスまたは窒素ガス＋
水素ガスの組合せの混合ガス等が使用される。さらに、
作動ガスおよび処理ガスの流量、ならびに流量割合等
も、目的に応じて適宜決定される。例えば、作動ガスと
して窒素ガス５００ｍ³ ／ｈｒ、処理ガスとして水素ガ
ス５〜２１０ｍ³ ／ｈｒとし、水素ガス濃度約１〜３０
％となる流量比で使用することができる。

【００２２】また、本発明の方法において、リニア型熱
プラズマ処理装置５の排気孔から熱プラズマ排ガスを回
収し、これを他の工程または装置における熱源として利
用し、さらにその排ガスを予熱源として利用すると、経
済的に有利である。

【００２３】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する。

【００２４】（実施例１）厚さ１．５ｍｍ、幅１２００
ｍｍの鋼板を、図１に示す冷間圧延プロセスに通板速度
１０００ｍ／ｍｉｎで供給し、下記照射条件に調整され
た一対のリニア型熱プラズマ照射装置を配置した加熱装
置５にて約２００℃に加熱した後、圧延装置３で厚さ
０．５ｍｍに圧延した電磁鋼板を得た。 電圧：３０Ｖ，電流：４００００Ａ，出力：１２００ｋ
Ｗ 磁束密度：５０００Ｇａｕｓｓ 作動ガス（Ｎ₂ ）流量：４００ｍ³ ／ｈｒ 電極と鋼板間の距離：２０ｍｍ このとき、得られた電磁鋼板は割れがなく、また、電磁
特性は、熱プラズマ処理しない場合に比べて、鉄損で
０．１５Ｗ／ｋｇ低く、磁束密度で０．０６Ｔ高く、良
好な特性の電磁鋼板が高通板速度で得られた。

【００２５】（比較例１）図３に示す従来の冷間圧延プ
ロセスにおいて、加熱装置として誘導加熱装置を使用す
るプロセスに、実施例１と同一の鋼板を通板速度を変え
て供給し、加熱装置において鋼板を２００℃に加熱で
き、材質特性の良好な電磁鋼板が得られる条件を調べ
た。その結果、通板速度１５０ｍ／ｍｉｎ程度では材質
特性の良好な電磁鋼板が得られたが、１５０ｍ／ｍｉｎ
を超える通板速度では良好な材質特性の電磁鋼板は得ら
れなかった。

【００２６】この結果は、誘導加熱と同等レベルまでの
加熱速度しか得られない直火バーナ加熱または抵抗加熱
によるプロセスにおいても同じであると考えられる。

【００２７】また、レーザビーム加熱では、鋼板全体を
均一に加熱することが困難であり、金属帯板の材質向上
の目的には不適当であった。

【００２８】（比較例２）図３に示す従来の冷間圧延プ
ロセスにおいて、加熱装置として図４に示す従来のプラ
ズマトーチを鋼板の幅方向に２５個配列してなるプロセ
スに、実施例１と同一の鋼板を供給し、１個のプラズマ
トーチにおけるプラズマ照射条件を下記のとおりに調整
して約２００℃に鋼板を加熱して、厚さ０．５ｍｍに圧
延した電磁鋼板を得た。 電圧：５０Ｖ，電流：１０００Ａ，出力：５０ｋＷ 作動ガス（Ｎ₂ ）流量：１５ｍ³ ／ｈｒ 電極と鋼板間の距離：２０ｍｍ 得られた電磁鋼板には割れは発生していなかったが、そ
の電磁特性が、熱プラズマ処理しない場合に比べて、鉄
損で０．０３Ｗ／ｋｇ高く、磁束密度は同じであり、特
性が少し劣化したことがわかった。

【００２９】

【発明の効果】本発明の方法によれば、高効率かつ短時
間で金属帯板の加熱を行ない、高速度で圧延を行なうこ
とができる。そのため、金属帯板を高速で通板させて大
量に処理し、表面特性に優れる金属帯板を連続的に製造
することができる。

【００３０】また、リニア型熱プラズマ処理によって、
金属帯板の温度および表面温度を均一にすることがで
き、さらに、従来のプラズマトーチによる熱プラズマ処
理では、金属帯板の幅方向に多数のプラズマトーチを配
列する必要があるのに対して、少ない個数のプラズマ発
生装置で、所期の処理を行なうことができ、しかも電気
回路系の簡素化が可能となるため、装置のメンテナンス
が容易となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の冷間圧延方法の一実施態様を説明す
る工程図。

【図２】 本発明の冷間圧延方法に用いられるアーク放
電リニア型熱プラズマ照射装置の具体例を説明する図。

【図３】 従来の金属帯板の冷間圧延工程を説明する
図。

【図４】 従来の熱プラズマ発生装置を説明する図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ ペイオフリール ２ 金属帯板 ３ ガイドロール ４ａ，４ｂ 熱プラズマ照射装置 ５ 熱プラズマ処理装置 ６ 圧延装置 ７ ガイドロール ８ａ，８ｂ テンションリール ９ａ，９ｂ 陽極 １０ 陰極 １１ 直流電源 １２ 陽極９ａの先端部 １３ 陽極９ｂの先端部 １４ 冷却孔 １５ 熱プラズマ放出スリット １６ ガス供給孔 １７ａ，１７ｂ 磁界発生装置 １８ 交流電源 １９ 間隙 ２０ 熱プラズマジェット ３１ ペイオフリール ３２ 金属帯板 ３３ 圧延装置 ３４ テンションリール ４１ 陰極 ４２ 陽極 ４３ 熱プラズマ放出口 ４４ 陽極４２の先端部 ４５ 冷却水流通路 ４６ 電源 ４７ 間隙 ４９ 熱プラズマのジェット ５０ 鋼板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 京 野 一 章 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 喜 安 哲 也 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 小 橋 正 満 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属帯板を圧延装置に通板して冷間圧延す
   る方法であって、前記圧延装置の前後を含む装置の少な
   くとも１個所に熱プラズマ処理装置を配設し、通板する
   金属帯板の幅方向に磁界により熱プラズマを高速で走査
   して、金属帯板の加熱処理を行なう金属帯板の冷間圧延
   方法。