JPH0813041A - 連続熱処理炉におけるクーリングバックル防止方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 絞り疵の真の発生原因を究明して確実にクー
リングバックルの発生を防止できる連続熱処理炉におけ
るクーリングバックル防止方法及び装置を提供する。 【構成】 炉内に配設された多数のロールにより帯板を
搬送しつつ所定の熱処理を行うようにした連続熱処理炉
におけるクーリングバック防止方法において、上記帯板
を冷却する機能を有する帯域に配設された上記ロールの
入側における帯板の温度を実測又は演算により求め、上
記帯域のロール温度を上記求められた帯板温度より５０
℃以上下回らないように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、帯板（以下、ストリッ
プと称する）を所定の焼鈍パターンに沿って連続的に熱
処理するようにした連続焼鈍炉等の連続熱処理炉に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１６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
スジャット）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内には図示しない多数の搬送ロールが水平にかつ互い
に平行に配設されている。この各ロールにはストリップ
Ｓが順次巻き掛けられており、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】ところで、上記ＧＪ冷却帯５，ＲＱ冷却帯
６，過時効帯８，及び最終冷却帯９等での冷却時にスト
リップＳにクーリングバックルと呼ばれる絞り疵が発生
する場合がある。このクーリングバックルは、近年需要
が増大している剛性の低い極低炭素鋼や幅広，薄肉のス
トリップに生じ易く、歩留まりや生産性の低下などの損
失を招くという問題がある。

【０００４】上記クーリングバックルが発生する原因と
して以下の点が考えられている。即ち、上記冷却帯に採
用される搬送ロールには、空洞ロールもしくは内部水冷
ロールが用いられている。このため相対的に冷たいロー
ルに熱いストリップが巻き付く結果、該ロールの中央部
の温度が端部に比べて高くなる温度ムラが生じ、その結
果中央部に凸形状のサーマルクラウンが生じ、これがク
ーリングバックルを発生させている。

【０００５】このようなクーリングバックルを防止する
ために、従来、例えば実開平３−４１８３９号公報，実
開平３−５９３５６号公報，特公昭５８−４３４５４号
公報には、ハースロールを局部的に加熱，もしくは冷却
して凸状サーマルクラウンの発生を低減するようにした
ものが提案されている。また特開平２−２７７７２７号
公報には、ロール室の輻射率を規制してロールの軸方向
温度差を低減し、これにより凸状サーマルクラウンを抑
制したものが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記各従
来公報によるクーリングバックル防止方法を、種々比較
検討し、テスト的に実施してみた結果、いずれの方法に
おいても、期待するほどの効果が得られないことが判明
した。

【０００７】例えば、図１７（ａ）は、ストリップＳが
接触するハースロール１５の中央部１５ａを冷却ガスを
吹き付けて冷却するようにした従来例を示しており、同
図（ｂ）はロール冷却のある，なしによる絞り発生限界
張力の変化を調べた実験結果を示している。同図に示す
ように、ハースロールを冷却した場合は、冷却しない場
合に比べてかえって絞り発生限界張力が低下し、ヒート
バックルが発生し易くなっていることがわかる。なお、
絞り発生限界張力については後述する。

【０００８】また、図１８（ａ）は、ストリップＳとハ
ースロール１５との接触部をヒータで同時に加熱するよ
うにした従来例を示し、同図（ｂ）はロール加熱のあ
る，なしによる絞り発生限界張力の変化を調べた実験結
果を示している。同図に示すように、ストリップＳの温
度が上がることによって板強度が低下し、その結果絞り
発生限界張力は加熱しない場合とほとんど変わらなくな
っていることがわかる。

【０００９】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、絞り疵の真の発生原因を究明して確実にクーリング
バックルの発生を防止できる連続熱処理炉におけるクー
リングバックル防止方法及び装置を提供することを目的
としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本件発明者らは、絞り疵
が発生する原因を解明するために、以下に詳述する各種
実験を繰り返し行った結果、全く新しいクーリングバッ
クル防止方法を見出し、本発明をなすに至った。

【００１１】まず、図１５に示すように、通常、クラウ
ンを有するハースロール１５にストリップＳを巻き付け
た状態で張力を上げていくと、ストリップＳの寸法，材
質，及び上記ハースロール１５のクラウンの大きさに応
じて上記ストリップＳに縦皺が発生し、ある張力に達し
た時点で絞り疵が発生する。この絞り疵が発生する張力
のことを絞り発生限界張力と称する。

【００１２】図１〜図４は、それぞれ本発明の成立過程
を説明するための実験結果を示す図である。図１は、ス
トリップ温度とロール温度との温度差に対する絞り発生
限界張力比を調べた実験値を示す。この実験では、極低
炭素鋼からなる厚さ０．３ｍｍ×板幅９１０ｍｍのスト
リップを３５０℃に加熱し、これに対してロールの温度
を１５０℃〜４５０℃に変化させた場合の絞り発生限界
張力を測定した。なお、上記絞り発生限界張力比は、上
記各温度差における絞り発生限界張力と温度差がゼロの
時の絞り発生限界張力との比である。

【００１３】図１に示すように、温度差がゼロの時に比
べて、ストリップ温度よりロール温度の方が高い場合
（＋領域）は、その温度差に比例して絞り発生限界張力
比が著しく大きくなっていることがわかる。また逆に、
ストリップ温度よりロール温度の方が低い場合（−領
域）は、上述したように絞り発生限界張力比は小さくな
っている。

【００１４】この理由としては、ストリップ温度とロー
ル温度との温度差に起因する熱応力の影響が考えられ
る。まず、両者の温度差がほとんどなく、ロールのクラ
ウンだけが変化した場合を考えてみる。

【００１５】図２は、ロールクラウン量（ロール中央部
と端部との直径差）と絞り発生限界張力との関係を示す
図である。同図からも明らかなように、クラウン量が増
大するにつれて絞り発生限界張力が急速に低下している
ことがわかる。これは、クラウン量が大きくなるほどロ
ール表面上でストリップが不均一に引っ張られる結果、
ストリップの剪断変形量がより大きくなる。その結果、
ロールに巻き付く直前で大きな縦皺が形成され、この縦
皺が大きいほどロールに乗り上げ易くなるからである。

【００１６】このとき、図３に示すように、ロールに巻
き付く直前のストリップには板幅中央部に幅方向内側向
きの圧縮応力が作用する。この圧縮応力が大きく、また
圧縮応力が作用する面積が広いほど、ロール入側で形成
された縦皺がロールに乗り上げ易くなる。

【００１７】次に、ストリップ温度ＴS よりもロール温
度ＴR が低い場合について考えてみる。図４に示すよう
に、板厚の薄いストリップの熱容量は極めて小さいの
で、ロールに接触するとストリップ温度は急激に低下す
る。このためロールとストリップとの接触開始点ａを境
として、ロールに接触する低温部とロールに接触する直
前の高温部とに温度差が生じる。その結果、低温部の熱
収縮の影響により高温部に幅方向の圧縮力が作用する
（図４（ｂ）左側参照）。この圧縮力が作用する領域
は、図３で示した圧縮応力の作用領域と略重複してお
り、このため絞り疵をより発生させ易い方向に作用す
る。よって温度差がない場合に比べて絞り発生限界張力
が著しく低下することとなる。

【００１８】一方、ストリップ温度ＴS よりもロール温
度ＴR の方が高い場合には、熱応力は逆向きの引張方向
となる（図４（ｂ）右側参照）。その結果、この引張応
力が圧縮力を相殺する方向に作用することから、それだ
け縦皺の発生を抑制することとなり、絞り疵が発生し難
くなる。

【００１９】以上のことから、ストリップ温度とロール
温度との関係はロールのサーマルクラウン以上に重要で
あり、この両者の温度差を制御することによって絞り疵
の発生を確実に防止できることに想到し、本発明を成し
たものである。

【００２０】請求項１の発明は、炉内に配設された多数
のロールにより帯板を搬送しつつ所定の熱処理を行うよ
うにした連続熱処理炉におけるクーリングバック防止方
法において、上記帯板を冷却する機能を有する帯域に配
設された上記ロールの入側における帯板の温度を実測又
は演算により求め、上記帯域のロール温度を上記求めら
れた帯板温度より５０℃以上下回らないように制御する
ことを特徴としている。

【００２１】請求項２の発明は、請求項１の防止方法を
実施するための装置であり、炉内に配設された多数のロ
ールにより帯板を搬送しつつ所定の熱処理を行うように
した連続熱処理炉におけるクーリングバック防止装置に
おいて、上記帯板を冷却する機能を有する帯域に配設さ
れた上記ロールの入側における帯板の温度を実測又は演
算により求める板温度認識手段と、上記帯域のロール温
度を上記求められた帯板温度より５０℃以上下回らない
ように制御するロール温度制御手段とを備えたことを特
徴としている。

【００２２】また請求項３〜５の発明は、上記ロール温
度制御手段の具体例であり、請求項３の発明は、ロール
内に流体熱媒体と加熱器とを備え、該加熱器により流体
熱媒体を介してロール表面を加熱制御することを特徴と
し、請求項４の発明は、ロール内に流体熱媒体を強制的
に流通させる熱媒体供給装置を備えたことを特徴として
いる。さらに請求項５の発明は、電磁誘導加熱器，抵抗
電熱加熱器，あるいは赤外線加熱器を備えたことを特徴
としている。

【００２３】ここで本発明において、ロール温度を帯板
温度より５０℃以上下回らないようにするとは、ロール
温度一帯板の入側温度を−５０℃より大きくするとの意
味であり、好ましくは−５０℃〜＋１００℃程度とす
る。

【００２４】

【作用】本発明に係る連続熱処理炉におけるクーリング
バックル防止方法及び装置によれば、ロール温度一帯板
入側温度を−５０℃より大きくしたので、従来法よりも
帯板に作用する圧縮方向力を小さくでき、または帯板に
引張方向の熱応力を作用させることにより、帯板に生じ
る圧縮応力を抑制できる。その結果、縦皺による絞り疵
の発生を回避でき、ひいては歩留まり，生産性を向上で
きる。

【００２５】請求項３〜５の発明では、流体熱媒体を介
して加熱器で加熱し、また流体熱媒体を強制的に流通さ
せて加熱し、さらには電磁誘導加熱器，抵抗電熱加熱
器，あるいは赤外線加熱器により加熱したので、ロール
温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ついて説明す
る。図５及び図６は、請求項１〜３の発明の一実施例に
よる連続焼鈍炉におけるクーリングバックル防止方法及
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１６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搬送
ロール２０が配設されており、この搬送ロール２０は左
右の炉壁２１ａ，２１ｂ間に回転自在に架設されてい
る。この搬送ロール２０は、筒状のロール外殻２０ａの
軸芯に軸受２２を介して内管２０ｂを挿入し、該内管２
０ｂの両端を炉壁２１ａ，２１ｂの外方にて固定した構
造となっている。

【００２９】上記ロール外殻２０ａと内管２０ｂとの間
には空隙２４を設けた状態で熱媒体としてのシリコン油
２３が充填されており、該シリコン油２３が漏れないよ
うに上記軸受２２にはオイルシール２５が装着されてい
る。また上記内管２０ｂの外周面にはヒータ２６が配設
されており、該ヒータ２６の中央部，両端部にはそれぞ
れシリコン油２３の温度を検出する熱電対２７が取付け
られている。

【００３０】また上記搬送ロール２０にはストリップＳ
が巻き掛けられており、該ストリップＳの搬送ロール２
０の入側部分には、該ストリップＳの温度を検出する板
温度認識手段としての温度計２８が配設されている。

【００３１】２９はロール温度制御手段としてのＥＣＵ
であり、このＥＣＵ２９には上記各熱電対２７，及び温
度計２８からの検出温度が入力され、該検出値に応じて
上記ヒータ２６を加熱制御するように構成されている。
即ち、上記ロール外殻２０ａの表面温度がストリップＳ
の温度より５０℃以上下回らないように制御する。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１は、本実施例の効果を確認するために
行った実験結果を示す。この実験は、クラウン量が１ｍ
ｍの搬送ロール２０を用い、これに極低炭素鋼からなる
厚さ０．３ｍｍ×板幅９１０ｍｍのストリップＳを巻き
掛け、ロール外殻２０ａの表面温度を１５０〜４５０℃
の範囲で変化させたときの絞り発生限界張力を調べた。

【００３４】また上記ロール温度は、以下のようにして
設定した。 １．上記ストリップＳに先行して、ロール幅に略等しい
厚手のロール温度調整材を低速で通板させることにより
ロール温度を意図的に上げる。

【００３５】２．ロールに内蔵した熱電対２７を用いて
ロール温度を監視し、所望のロール温度が保てるように
通板速度，冷却装置，炉内温度を調整する。

【００３６】３．ロール温度が所望の温度に安定したと
きに上記ストリップＳを接続し、該ストリップ温度がロ
ール温度調整材と等しくなるように通板速度を調整しつ
つ上記搬送ロール２０に巻き掛ける。

【００３７】４．ロール温度が変化しない時間内に張力
を種々変化させて絞り発生限界張力を求める。

【００３８】なお、炉内温度は１５０℃に設定し、スト
リップ温度は３５０℃に設定した。またストリップ温度
は輻射式温度計及び接触式温度計の両方を用いて測定し
た。

【００３９】表１からも明らかなように、ロール温度を
１５０℃，２００℃とした場合（表中、従来法１・２参
照）、絞り発生限界張力は２．０，２．５Kg/mm²と低
く、リングバックルが発生し易くなっている。これに対
してロール温度を３００〜４５０℃とした場合（表中、
本発明法１〜３参照）、絞り発生限界張力が３．５〜
５．０Kg/mm²と高くなっており、クーリングバックルの
発生を抑制できることわかる。

【００４０】ここで、ロール温度を２００〜３００℃の
間で制御した場合、両者の温度差が小さいほど絞り発生
限界張力は高くなることは、これまでの説明で明らかで
ある。しかしストリップの材質，寸法，あるいは温度条
件に対応して数値を限定することは、現時点では困難で
ある。従って、確実な効果を得るには、ストリップ温度
より５０℃以上ロール温度が下回らないようにするのが
望ましい。

【００４１】図９は、最終冷却帯におけるストリップ温
度を２００℃、ロール温度を４００℃とした場合の絞り
発生限界張力を調べた実験結果を示す。同図からも明ら
かなように、従来法に比べて絞り発生限界張力は６Kg/m
m²と略２倍に向上しているがわかる。

【００４２】このように本実施例によれば、ストリップ
Ｓのロール入側温度よりも搬送ロール２０の温度を同等
もしくは高くすることによって、ストリップＳには従来
の圧縮方向と逆方向の伸張応力が作用することとなり、
それだけ縦皺の発生を抑制でき、クーリングバックルの
発生を防止できる。その結果、極低炭素鋼や幅広，薄肉
のストリップを連続通板することが可能となり、歩留ま
り及び生産性を向上できる。

【００４３】図７，図８は、請求項４の発明の一実施例
によるクーリングバックル防止装置を説明するための図
である。

【００４４】本実施例の搬送ロール３０は、中空のロー
ル本体３０ａの両端部にロータリジョイント３１を介し
てそれぞれ給気管３２，排気管３３を接続し、この給気
管３２に流体熱媒体としての蒸気通路３４を接続し、該
蒸気通路３４の途中に加熱装置３５ａ，及び供給量調整
装置３５ｂを介設して構成されている。なお、上記流体
熱媒体には工場蒸気の他に、炉内雰囲気ガス，空気，不
燃性油等が採用できる。

【００４５】また上記ロール本体３０ａの内面にはそれ
ぞれスリップリング３６を介して熱電対３７が配設され
ており、さらにストリップＳの搬送ロール３０の入側部
分には温度計３８が配設されている。

【００４６】ＥＣＵ３９は、上記各熱電対３７，及び温
度計３８からの検出温度を読み込み、該検出温度よりも
上記ロール本体３０ａの表面温度が５０℃以上下回らな
いように上記加熱装置３５ａ，及び供給量調整装置３５
ｂを制御するように構成されている。

【００４７】図１０は、本実施例の効果を確認するため
の実験結果を示す。これは過時効帯出口のガスジェット
冷却帯におけるストリップ温度を３５０℃、ロール温度
を４５０℃とした場合の絞り発生限界張力を調べた。同
図からも明らかなように、従来法に比べて絞り発生限界
張力は５Kg/mm²と２倍以上に向上しており、上記実と略
同様の効果が得られていることがわかる。

【００４８】図１１及び図１２はそれぞれ請求項５の発
明の一実施例によるクーリングバックル防止装置を説明
するための図である。

【００４９】図１１（ａ），（ｂ）は、搬送ロール４０
の外面のストリップＳが触れない部分に電磁誘導加熱器
４１を配設し、該加熱器４１によりロールを加熱制御す
るように構成した例である。

【００５０】上記誘導加熱器４１は、搬送ロール４０の
シェル自体を発熱させることから、効率よく加熱するこ
とができる。これによりロール表面温度をストリップＳ
の温度より例えば５〜２０℃低くすることができ、また
必要に応じてロール表面温度をストリップ温度より０〜
１５℃高温に保持することもできる。

【００５１】図１２（ａ），（ｂ）は、搬送ロール４５
の露出部分を覆うように抵抗電熱加熱器４６を配設した
例である。これにより雰囲気ガスと搬送ロール４５との
伝熱を抑制し、効率よく搬送ロール４５の表面を加熱で
き、ロール温度をストリップ温度より例えば１５〜２５
℃低くすることができる。

【００５２】図１３は、本実施例におけるロールとスト
リップとの温度差と絞り発生限界張力比との関係を示す
図である。なおこの図では、上記温度差をストリップ温
度ＴS −ロール温度ＴR の形で示している。上記図１３
からも、両者の温度差を−３０〜５０℃に保持すること
により、つまりロール温度をストリップ温度より５０℃
以上下回らないようにすることにより絞り発生限界張力
比を向上できることがわかる。

【００５３】図１４は、本実施例の効果を示す図であ
り、同図からも明らかなように、従来では困難であった
薄肉，幅広サイズの通板限界を大幅に拡大できることが
わかる。

【００５４】

【発明の効果】以上のように請求項１，２の発明に係る
連続熱処理炉におけるクーリングバックル防止方法及び
装置によれば、ロールの温度が帯板温度より５０℃以上
下回らないようにしたので、帯板に生じる圧縮応力を抑
制して縦皺の発生を低減でき、クーリングバックルの発
生を回避できる効果があり、その結果、歩留まり，生産
性を向上できる効果がある。

【００５５】請求項３〜５の発明では、ロール温度制御
手段として、流体熱媒体，加熱器、また流体供給装置、
さらに電磁誘導加熱器，抵抗電熱加熱器，赤外線加熱器
を備えたので、低コストでロール温度の制御を行うこと
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成立過程を説明するための温度差と絞
り発生限界張力比との関係を示す特性図である。

【図２】本発明の成立過程を説明するためのクラウン量
と絞り発生限界張力との関係を示す特性図である。

【図３】本発明の成立過程を説明するためのストリップ
とロールとの接触部分を示す図である。

【図４】本発明の成立過程を説明するための図である。

【図５】請求項１〜３の発明の一実施例によるクーリン
グバックル防止装置を説明するための搬送ロールの断面
図である。

【図６】上記実施例装置の概略構成図である。

【図７】請求項４の発明の一実施例によるクーリングバ
ックル防止装置を説明するための搬送ロールの断面図で
ある。

【図８】上記実施例装置の概略構成図である。

【図９】上記実施例の効果を示す図である。

【図１０】上記実施例の効果を示す図である。

【図１１】請求項５の発明の一実施例によるクーリング
バックル防止装置を説明するための図である。

【図１２】上記実施例の他の例による防止装置を示す図
である。

【図１３】上記実施例の効果を説明するための図であ
る。

【図１４】上記実施例の効果を説明するための図であ
る。

【図１５】絞り疵の発生原因を説明するための図であ
る。

【図１６】一般的な連続焼鈍炉を示す概略構成図であ
る。

【図１７】従来の問題点を説明するための図である。

【図１８】従来の問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

２０，３０，４０，４５ 搬送ロール ２３ シリコン油（流体熱媒
体） ２６ 加熱器 ２８，３８ 温度計（板温度認識手
段） ２９，３９ ＥＣＵ（ロール温度制
御手段） ３４ 蒸気通路（熱媒体供給
装置） ４１ 電磁誘導加熱器 ４６ 抵抗電熱加熱器 Ｓ ストリップ（帯板）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉内に配設された多数のロールにより帯
   板を搬送しつつ所定の熱処理を行うようにした連続熱処
   理炉におけるクーリングバック防止方法において、上記
   帯板を冷却する機能を有する帯域に配設された上記ロー
   ルの入側における帯板の温度を実測又は演算により求
   め、上記帯域のロール温度を上記求められた帯板温度よ
   り５０℃以上下回らないように制御することを特徴とす
   る連続熱処理炉におけるクーリングバックル防止方法。
2. 【請求項２】 炉内に配設された多数のロールにより帯
   板を搬送しつつ所定の熱処理を行うようにした連続熱処
   理炉におけるクーリングバック防止装置において、上記
   帯板を冷却する機能を有する帯域に配設された上記ロー
   ルの入側における帯板の温度を実測又は演算により求め
   る板温度認識手段と、上記帯域のロール温度を上記求め
   られた帯板温度より５０℃以上下回らないように制御す
   るロール温度制御手段とを備えたことを特徴とする連続
   熱処理炉におけるクーリングバックル防止装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、上記ロール温度制御
   手段が、上記ロール内に流体熱媒体と加熱器とを備えて
   おり、該加熱器により流体熱媒体を介してロール表面を
   加熱制御することを特徴とする連続熱処理炉におけるク
   ーリングバックル防止装置。
4. 【請求項４】 請求項２において、上記ロール温度制御
   手段が、搬送ロール内に流体熱媒体を強制的に流通させ
   る熱媒体供給装置を備えており、該供給装置によりロー
   ル表面を加熱制御することを特徴とする連続熱処理炉に
   おけるクーリングバックル防止装置。
5. 【請求項５】 請求項２において、上記ロール温度制御
   手段が、電磁誘導加熱器，抵抗電熱加熱器，あるいは赤
   外線加熱器を備えており、該加熱器によりロール表面を
   加熱制御することを特徴とする連続熱処理炉におけるク
   ーリングバックル防止装置。