JPH07150259A - 連続焼鈍炉における帯板冷却方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 設備，運転コストの上昇を回避しながらクー
リングバックルの発生を防止でき、ストリップの薄広
化，低炭素化に対応でき、生産性を向上できる連続焼鈍
炉における冷却方法及び装置を提供する。 【構成】 帯板冷却手段を有する連続焼鈍炉における帯
板冷却方法において、帯板の幅方向中央部の冷却速度よ
りも帯板の幅方向エッジ部の冷却速度を速くする。その
ために例えば、水冷ロール２０のシェル厚を、ロール中
央部２１ａよりロール端部２１ｂを薄くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、帯板（ストリップ）を
連続的に熱処理する連続熱処理炉（ＣＡＬ）に関し、詳
細にはストリップを水冷ロール等によって冷却する際
に、該ストリップにクーリングバックル（冷却帯域にお
ける絞り疵）が発生するのを防止できるようにした冷却
方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９及び図１０は、一般的な連続焼鈍炉
のレイアウトを示す概略図である。この連続焼鈍炉１
は、予熱帯２，加熱帯３，均熱帯４と、該均熱帯４に続
くＧＪ（ガスジェット）冷却帯５及びＲＱ（ロールクェ
ンチ）冷却帯６と、さらに該冷却帯６に続く再加熱帯
７，ＯＡ（過時効）帯８，最終冷却帯９とで構成されて
いる。そして上記予熱帯２の前部には入側ルーパ１０，
ペイオフリール１１がそれぞれ配設されており、上記最
終冷却帯９の後部には出側ルーパ１２，スキンパスミル
１３及びコイラー１４がそれぞれ配設されている。また
上記各帯２〜９内には多数の搬送ロール１５が水平にか
つ互いに平行に配設されている。該各ロール１５にスト
リップＳが順次巻回されており、該ストリップＳは各帯
２〜９を順次通過しながら所定の焼鈍パターンに沿って
熱処理される。

【０００３】ここで、上記搬送ロール１５には、ストリ
ップＳの蛇行を防止するために該ロールの中央部の径を
端部より大きくした凸型クラウンを有するハースロール
が一般に用いられている。

【０００４】ところで、上記加熱帯３から均熱帯４にか
けての熱処理中に、ストリップＳにヒートバックルと呼
ばれる絞り疵が発生する場合がある。この絞り疵が生じ
る原因は以下の通りと考えられている。即ち、昇温によ
り軟化したストリップが不均一引張り変形により、上記
凸型クラウンを有するハースロールの手前で縦皺を生
じ、これがロールに乗り上げて座屈し、絞り疵になると
考えられている。

【０００５】上記ヒートバックルの発生を防止するため
に、従来、ストリップの炉内通板張力をストリップの抗
張力以下に設定する方法（特公昭６２−３７６９６号公
報参照）、あるいはロールのクラウンを可変制御するハ
ースロールクラウン制御装置が提案されている（特開平
４−２０２７１８号公報参照）。

【０００６】一方、上記ヒートバックルに対してクーリ
ングバックルと呼ばれる絞り疵が発生することも知られ
ている。これは上記ＧＪ冷却帯５，ＲＱ冷却帯６，ＯＡ
帯８，及び最終冷却帯９等での冷却時に生じる現象であ
り、なかでも上記ＲＱ冷却帯６で発生し易い。この冷却
帯６では内部に冷却水が供給される水冷ロール１６が用
いられており、該水冷ロール１６でストリップＳを急冷
することによりクーリングバックルが発生するものと考
えられる。

【０００７】また、近年ではストリップの幅広化，薄板
化とともに、焼鈍後の硬度が極めて柔らかい極低炭素鋼
板の生産が増大しており、このようなストリップを連続
焼鈍する場合にも上述のクーリングバックルの発生が著
しい。

【０００８】このようなクーリングバックルを防止する
ために、従来、搬送ロールの温度上昇によるヒートクラ
ウンを積極的に制御する方法が提案されている（特開昭
６２−２５６９２２号公報参照）。この方法は、均熱帯
と冷却帯との間にロール室を設け、該ロール室に高温ガ
スを吹き込んで搬送ロールの温度をストリップと同じ温
度に保持し、これによりヒートクラウンの増大を防止し
てクーリングバックルを防止するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
公報によるクーリングバックル防止方法のような、ロー
ル室に高温ガスを吹き込んでヒートクラウンを制御する
ことは困難である。即ち、上記ロール室には均熱帯から
の高温ガス，及び冷却帯からの冷却ガスが流入すること
から、搬送ロールを所定温度に維持制御することは困難
である。しかも上記従来方法では、加熱装置を別途設け
る必要があることから、設備コスト，運転コストが上昇
するという問題もある。

【００１０】連続焼鈍炉では、各炉帯内のストリップの
状況が十分に把握できず、いわばブラックボックスの状
態にあり、上記クーリングバックルの発生原因について
はこれまで明確なことは判っていなかった。そのため、
現状では連続焼鈍炉におけるクーリングバックルの防止
に有効な手段が見出せず、その結果、材質，板寸法等の
如何によって、高コストとなるバッチ焼鈍処理を行わざ
るを得ないのが現状である。

【００１１】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、設備，運転コストの上昇を回避しながらクーリング
バックルの発生を防止でき、ストリップの薄広化，低炭
素化に対応でき、生産性を向上できる連続焼鈍炉におけ
る冷却方法及び装置を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本件発明者らは、クーリ
ングバックルが発生するメカニズムを解明するために、
熱せられたストリップが水冷ロールで冷却される際の内
部応力状態と変形について詳細に調査するとともに、操
業炉による実験を繰り返し行うことにより、クーリング
バックルの原因を明らかにし、本発明をなすに至った。

【００１３】まず、図１０に示すように、ＧＪ冷却帯５
では、ストリップＳは、ノズルから噴射される冷却ガス
により、通常均熱帯４の出口温度７００〜８００℃から
ＲＱ冷却帯６の入口温度５００〜６００℃まで１５〜２
０秒程度の時間でもって、幅方向に略均一に冷却され
る。なお、厳密には板厚が厚くなるほど端面からの冷却
が進むため、最エッジの冷却が若干速くなる傾向を示す
が、本発明が問題としているクーリングバックルの発生
し易い板厚は１mm以下であり、このようなストリップは
幅方向に略均一に冷却されると考えてよい。

【００１４】上述のような冷却履歴を経たストリップＳ
は、ＲＱ冷却帯６では、水冷ロールにより幅方向に不均
一な冷却を受けつつ引張り曲げ変形を受けることとな
る。即ち、水冷ロールに関して言えば、図１１〜図１３
に示すように、水冷ロール１６のクラウン形状は凸型又
はフラット型が一般に採用されているが、フラット型で
あってもストリップＳからの入熱によりサーマルクラウ
ンが発達する。従ってロールプロフィルは大略凸型のク
ラウンとなっている。このような凸型クラウンのロール
１６に、ある張力でストリップＳが巻き付くと、ストリ
ップＳの幅方向張力分布及び接触面圧分布は、図１３に
示すように、エッジ部Ｓ２よりも中央部Ｓ１（図中、斜
線部分）が高くなるような分布を示すことになる。

【００１５】一方、ストリップＳに関して言えば、引張
り曲げ変形を受けることにより、いわゆる鞍型変形が生
じてストリップＳのエッジ部Ｓ２が浮いた状態となる
（図１１，図１３参照）。このため中央部Ｓ１の接触面
圧はエッジ部Ｓ２よりも大きくなり、しかも接触面圧の
高い中央部Ｓ１の冷却速度が速くなることから、該部分
の熱収縮により中央部Ｓ１の張力は大きくなる。

【００１６】これらの結果、上記ＲＱ冷却帯６では、ス
トリップＳの中央部Ｓ１はエッジ部Ｓ２に比べて引張り
曲げ変形量が増大し、該中央部Ｓ１に中伸びが形成され
易くなっている。この傾向はＯＡ帯や最終冷却帯につい
ても同様のことが言える。

【００１７】以上のことから、ＲＱ冷却帯６から最終冷
却帯にかけてのストリップＳはほとんど中伸び形状とな
っていることが判明した。この中伸びは、上述の極低炭
素鋼板のような軟質材や薄広材の場合に顕著に現れるこ
とも判った。この点は、実験的に熱処理炉を緊急停止し
て炉内を観察することにより確認されている。

【００１８】このような中伸び形状のストリップＳは、
張力の作用によって隣接するハースロール間で幅方向中
央部Ｓ１に大きな縦皺を発生し易く、ストリップＳが後
続のハースロールに巻きついていく際に上記縦皺がロー
ルに乗り上げて絞り疵（クーリングバックル）となり易
い。この傾向は、上述の極低炭素鋼のような極めて軟質
の材料や薄広材で特に顕著に現れ易い。

【００１９】ここで、図１４は、バックリングが発生す
る限界張力とストリップ形状との関係を示す特性図であ
り、中伸びが大きくなると限界張力が急激に低下し、ク
ーリングバックルが発生し易くなっていることがわか
る。また図１５は、最終冷却帯におけるハースロールと
ストリップとの温度差と、バックリング発生限界張力と
の関係を示す特性図である。同図において、ストリップ
温度に対してハースロール温度が低い場合（▲印参照）
は、ストリップに急激な熱収縮による幅方向圧縮力が作
用し、ますますクーリングバックルが発生し易くなって
いることも判明した。

【００２０】本発明者等は、以上述べたように、冷却帯
以降で生じるクーリングバックルの一次要因は、ＲＱ冷
却帯での中伸びの発生であることを見出し、この中伸び
の発生を抑制することによってクーリングバックルの発
生を防止できることに想到し、本発明を成したものであ
る。

【００２１】そこで請求項１の発明は、帯板冷却手段を
有する連続焼鈍炉における帯板冷却方法において、帯板
の幅方向中央部の冷却速度よりも帯板の幅方向エッジ部
の冷却速度を速くすることを特徴としている。

【００２２】また請求項２〜４の発明は、請求項１の発
明方法を実施するための連続焼鈍炉における帯板冷却装
置であり、請求項１の発明は、水冷ロールのシェル厚
を、ロール中央部よりロール端部を薄くしたことを特徴
としており、請求項３の発明は、上記水冷ロールのシェ
ル熱伝導度を、ロール中央部よりロール端部を大きくし
たことを特徴としており、さらに請求項４の発明は、上
記水冷ロールを軸方向中央部に凹状のクラウンを有する
ものとしたことを特徴としている。

【００２３】

【作用】本発明に係る連続焼鈍炉の冷却方法及び装置に
よれば、ストリップの冷却速度を幅方向中央部よりも幅
方向エッジ部を速くしたので、ストリップの中央部の引
っ張り曲げ変形量を低減して中伸び形状の発生を抑制で
き、その結果クーリングバックルの発生を防止できる。

【００２４】そして請求項２〜４の発明では、水冷ロー
ルのシェル厚，熱伝導度，クラウン形状により、エッジ
部の冷却能力を高めることができる。これによりストリ
ップの中央部の接触圧力が高くなった場合でも、エッジ
部の冷却速度が速いことから、中央部の熱収縮を抑制で
き、該熱収縮による張力増大に起因する引っ張り曲げ変
形量を低減して中伸び形状の発生を抑制でき、その結果
上記クーリングバックルの発生を抑制できる。

【００２５】また請求項２〜４の発明では、冷却ロール
のシェル厚，熱伝導度，クラウン形状を適宜設定するだ
けであるから、上述の冷却速度の制御を、それほどコス
トを上昇させることなく実現できる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１及び図２は、請求項１，２の発明に係る一実施
例（第１実施例）による連続焼鈍炉における帯板冷却方
法及び装置を説明するための図である。

【００２７】本実施例の連続焼鈍炉１は、図９に示すよ
うに、予熱帯２，加熱帯３，均熱帯４，ＧＪ冷却帯５，
ＲＱ冷却帯６，再加熱帯７，ＯＡ帯８，及び最終冷却帯
９を備えており、基本的構造は従来と同様である。

【００２８】上記冷却帯には本実施例の特徴をなす水冷
ロール２０が配設されている。この水冷ロール２０は、
図１に模式的に示すように、横断面円形の中空筒状のシ
ェル２１の両端部を閉塞してなるものであり、内部に冷
却水を供給することにより、ストリップＳを搬送しつつ
冷却するものである。

【００２９】そして上記シェル２１の板厚は、該水冷ロ
ール２０の軸方向中央部２１ａは厚肉一定で、かつ軸方
向端部２１ｂに向かうほど薄くなるように設定されてお
り、これによりストリップＳの幅方向エッジ部Ｓ２の冷
却速度は中央部Ｓ１よりも速くなっている。

【００３０】次に本実施例の作用効果について説明す
る。本実施例によれば、水冷ロール２０のシェル２１の
板厚を中央部２１ａは厚く、ここから両端部２１ｂに向
かうほど薄くしたので、図２に示すように、この水冷ロ
ール２０を通過するストリップＳは、これの中央部Ｓ１
より両エッジ部Ｓ２（斜線参照）が速く冷却されること
となる。よってエッジ部Ｓ２に熱収縮による張力が作用
することから、従来のような中央部Ｓ１における引っ張
り変形量の増大を回避できる。

【００３１】その結果、ストリップＳの中央部Ｓ１に生
じていた張り曲げ変形による中伸びを防止でき、縦皺の
発生によるクーリングバックルを確実に回避できる。こ
れにより、従来では困難であったストリップの幅広化，
薄板化，及び極低炭素鋼による軟質化に対応でき、連続
処理の可能域を拡大できるとともに、バッチ炉による熱
処理を不要にでき、それだけ生産性を向上できる。

【００３２】また本実施例では、上記シェル２１の板厚
を中央と両端部とで変化させるだけで上記冷却速度の制
御を実現できることから、それほどコストを上昇させる
ことはない。その結果、上述した従来公報のようなロー
ル室，加熱装置を別途設ける場合に比べて設備コスト，
運転コストを大幅に低減できる。

【００３３】図３及び図４は、本第１実施例の水冷ロー
ルによる効果を確認するために行った実験結果を示す特
性図である。

【００３４】この実験は、ＲＱ冷却帯に配設された水冷
ロールのシェル厚を２５mm（図中、◎印）、２０mm（図
中、○印），１５mm（図中、●印）とし、このロールに
より板厚１ｍｍのストリップを冷却した場合の、冷却時
間の経過に伴うストリップ温度を測定した。また上記冷
却によるストリップ形状の変化を観察し、中伸びの発生
頻度を調べた。

【００３５】図３からも明らかなように、シェル肉厚が
薄いほど冷却速度は速く、３秒後の温度差は約５０℃に
達しており、従って、例えばシェル中央部，端部をそれ
ぞれ２５mm，１５mmに設定することによりエッジ部の冷
却速度を中央部より速くできることが判る。

【００３６】また、図４に示すように、ストリップ形状
は、従来方法の場合、中伸び形状に近いランク３，４が
２５〜５０％であるのに対し、本実施例方法の場合、中
伸び形状に近いランク３は１０％程度と大幅に低減して
おり、ほとんどがフラット形状に近いランク１，２とな
っている。このようにストリップ形状が改善されたこと
によってクーリングバックルの発生限界板厚範囲が大幅
に拡大できることがわかる。

【００３７】図５は、請求項１，３の発明に係る一実施
例（第２実施例）による帯板冷却方法及び装置を説明す
るための図である。

【００３８】本第２実施例の冷却ロール２５は、シェル
２６に熱伝導特性の異なる複合材を用いて形成されてい
る。即ち、上記シェル２６は、これの軸方向中央部２７
を熱伝導度の低いステンレス耐熱鋼で形成し、この中央
部２７の両外側に配設された端部２８を熱伝導度の高い
銅合金で形成している。これによりロール端部の冷却速
度を速くしている。

【００３９】図６は、上記第２実施例の冷却ロールによ
る効果を確認するために行った実験結果を示す特性図で
ある。この実験は、シェル全体を上記ステンレス耐熱鋼
で形成したロール（図中、○印）及び銅合金で形成した
ロール（図中、●印）により板厚１mmのストリップを冷
却し、上記耐熱鋼と銅合金との冷却速度の差を測定し
た。

【００４０】同図からも明らかなように、耐熱鋼製ロー
ルより銅合金製ロールの方が冷却速度は速くなってお
り、３秒後の温度差は約７５℃に達している。このこと
から例えばロールの中央部，両端部をそれぞれステンレ
ス耐熱鋼，銅合金で形成することにより、ロール端部の
冷却速度を中央部より速くできることが判る。

【００４１】また、図８は、請求項１，４の発明に係る
一実施例（第３実施例）による水冷ロールを示し、これ
は水冷ロール３０のシェル３１のクラウン形状を凹状と
した例である。この例によれば、冷却ロール３０の両端
部に当接するストリップＳのエッジ部Ｓ２の接触面圧を
中央部Ｓ１よりも大きくすることができ、この場合もエ
ッジ部の冷却速度を中央部より速くでき、上記各実施例
と略同様の効果が得られる。

【００４２】図７は、上記第１〜３実施例によるストリ
ップの板厚，及び板幅の拡大状況を示す図である。同図
において、従来方法による場合は、板幅１３００ｍｍ以
上では板厚は１ｍｍが限度であった。これに対して本実
施例方法を採用した場合は、板幅６４０〜１２４９ｍｍ
で板厚０．５ｍｍ、板幅〜１３４９ｍｍで板厚０．６ｍ
ｍ、板幅〜１４４９ｍｍで板厚０．７ｍｍ、また板幅１
６００ｍｍで板厚０．８ｍｍと連続焼鈍処理可能範囲が
大幅に向上していることがわかる。

【００４３】なお、上記第１〜３実施例では、それぞれ
冷却ロールのシェル厚を変化させたり、シェル材に熱伝
導度の異なる複合材を採用したり、あるいは凹状クラウ
ンを採用したりして冷却速度を変化させた場合を例にと
って説明したが、本発明方法はこれに限られるものでは
なく、要は冷却速度をエッジ部を中央部より速くすれば
よく、各種の変形例が考えられる。

【００４４】例えば、上記第１〜第３実施例を適宜組み
合わせて水冷ロールを構成してもよい。つまりシェル材
に熱伝導特性の異なる複合材を採用するとともに、該複
合材のロール端部を中央部より薄く形成し、さらには凹
状クラウンとしてもよい。このようにした場合は水冷ロ
ールの両端部の冷却能力をさらに向上させることができ
る。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明に係る連続焼鈍炉に
おける帯板冷却方法及び装置によれば、ストリップの幅
方向エッジ部分の冷却速度を中央部の冷却速度よりも速
くしたので、ストリップの中央部に生じる中伸びを防止
でき、これにより縦皺によるクーリングバックルの発生
を回避できる効果があり、従来困難であったストリップ
の幅広化，薄板化，及び極低炭素鋼による軟質化に対応
できる効果がある。

【００４６】また請求項２〜４の発明によれば、水冷ロ
ールのシェル厚，熱伝導度，クラウン形状を適宜設定す
るだけの簡単な構造により、上記冷却速度の制御を実現
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による連続焼鈍炉における
帯板冷却方法及び装置を説明するための水冷ロールの断
面図である。

【図２】上記第１実施例ロールによるストリップの冷却
状況を示す平面図である。

【図３】上記第１実施例の効果を確認するために行った
実験結果を示す特性図である。

【図４】上記第１実施例の効果を示す図である。

【図５】本発明の第２実施例による水冷ロールを示す断
面図である。

【図６】上記第２実施例効果を確認するために行った実
験結果を示す特性図である。

【図７】上記第１，第２実施例方法によるストリップの
薄広化の効果を示す図である。

【図８】本発明の第３実施例による水冷ロールを示す断
面図である。

【図９】一般的な連続焼鈍炉を示す概略構成図である。

【図１０】一般的な連続焼鈍炉の冷却帯を示す概略構成
図である。

【図１１】従来の水冷ロールによる問題点を示す断面図
である。

【図１２】従来の水冷ロールによる冷却状況を示す平面
図である。

【図１３】従来の水冷ロールによる問題点を示す図であ
る。

【図１４】従来の水冷ロールによる問題点を示す図であ
る。

【図１５】従来の水冷ロールによる問題点を示す図であ
る。

【符号の説明】

２０，２５，３０ 水冷ロール ２１，２６，３１ シェル Ｓ ストリップ Ｓ１ 中央部 Ｓ２ エッジ部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯板冷却手段を有する連続焼鈍炉におけ
   る帯板冷却方法において、帯板の幅方向中央部の冷却速
   度よりも帯板の幅方向エッジ部の冷却速度を速くするこ
   とを特徴とする連続焼鈍炉における帯板冷却方法。
2. 【請求項２】 水冷ロールにより帯板を冷却するように
   した連続焼鈍炉における帯板冷却装置において、上記水
   冷ロールのロール端部のシェル厚をロール中央部のシェ
   ル厚より薄くしたことを特徴とする連続焼鈍炉における
   帯板冷却装置。
3. 【請求項３】 水冷ロールにより帯板を冷却するように
   した連続焼鈍炉における帯板冷却装置において、上記水
   冷ロールのロール端部の熱伝導度をロール中央部の熱伝
   導度より大きくしたことを特徴とする連続焼鈍炉におけ
   る帯板冷却装置。
4. 【請求項４】 水冷ロールにより帯板を冷却するように
   した連続焼鈍炉における帯板冷却装置において、上記水
   冷ロールの軸方向中央部に凹状のクラウンを形成したこ
   とを特徴とする連続焼鈍炉における帯板冷却装置。