JPH08176680A - 連続熱処理炉におけるハースロールのクラウン制御装置およびクラウン制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 連続熱処理炉におけるハースロールにおける
クラウン変更の応答性を良好にする。 【構成】 中空状に形成したハースロール１１の内壁を
ロール軸方向の中央部とロール軸方向両端部とに区分し
て冷却媒体を噴射して冷却するための中央冷却ゾーン２
３Ａと両端冷却ゾーン２３Ｂ，２３Ｃを設け、ロール軸
方向の中央部とロール軸方向両端部とに区分してハース
ロール１１を加熱するための中央加熱ゾーン２４Ａと両
端加熱ゾーン２４Ｂ，２４Ｃを設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼帯用連続焼鈍炉等の
連続熱処理炉におけるハースロールのクラウン制御装置
及び制御方法に係り、鋼帯用連続焼鈍炉等において問題
となっている鋼帯等の金属帯（ストリップ）の蛇行およ
びヒートバックル防止に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその問題点】鋼帯等の金属帯を連続的に熱
処理するいわゆる連続焼鈍炉においては、長大な金属帯
を安定して通板する目的で、炉内ハースロールに僅かな
凸型クラウンを付与してある（図６参照）。即ち、ハー
スロール２に凸型クラウン２Ａが付与されていると、図
７で示す矢印Ａ方向に進行するストリップ１が蛇行した
場合にロール上のストリップに作用する張力の分布３が
左右非対称となり、ストリップに曲げモーメントが作用
する結果、ロールに対するストリップの入射角θが変化
してロールの太径側へ蛇行Ｂするようになる（図７）。
これが、金属帯に左右の蛇行が生じた場合のロールクラ
ウンによる自律センタリング作用の原理である。

【０００３】この作用は、クラウン量が大きければ大き
いほど大きいが、一方、ハースロールクラウンが大きい
と、ストリップに作用している張力の幅方向分布の不均
一が大きくなって、ストリップが剪断変形する結果、縦
皺４が発生し易くなる（図８参照）。この縦皺の高さが
ある限界を超えると、ハースロールに巻きつく際に皺が
消えきらず、いわゆるヒートバックルと呼ばれる皺疵５
が金属帯に発生することになる（図９参照）。

【０００４】特に、薄く軟質な金属帯ほど、当然、板に
腰が無く座屈し易いので、ヒートバックルが発生し易い
傾向を示す。そのため、最近増えつつある自動車用の薄
手軟質材の高温焼鈍において、ヒートバクルの問題が深
刻化しつつある。以上に述べたように、連続熱処理炉に
おけるハースロールのクラウンは非常に重要なものであ
り、その最適範囲は、当然、ストリップの材質、寸法、
焼鈍温度、熱処理パターン等によって異なっているの
で、理想的には、処理材と処理条件に応じてハースロー
ルクラウンを適宜変更することが望ましい。

【０００５】しかし、実際の連続熱処理炉においては、
頻繁にハースロールを交換することは経済的見地から実
質的に不可能であり、メカニカルなハースロールクラウ
ンは、炉の修理等の次のロール交換チャンスまで最大公
約数的に一種類に決めざるを得ないのが実情である。そ
の結果、一種類のハースロールクラウンにより処理可能
な金属帯の材質、寸法、焼鈍温度、熱処理パターン等に
は、当然制約が生じ、炉の効率的運転と言う見地から大
きな問題となっている。

【０００６】特に、炉の予熱帯や加熱帯においては、熱
せられたハースロールに、相対的に冷たい金属帯が次々
と接触を繰り返す結果、凹型のサーマルクラウンが初期
の凸型のメカニカルクラウンに重畳し、実効クラウンが
小さくなるという問題がある。特に狭幅材の通板時には
初期の凸型のメカニカルクラウンが完全に打ち消されて
図１０で示すように凹型のクラウンとなりストリップが
著しく蛇行するようになる。

【０００７】また逆に、冷却帯においては、大きな凸型
の実効クラウンとなり、薄広材でヒートバックルが生じ
易くなる。蛇行が大きいと、ストリップが炉壁と接触し
て破断したり、炉壁の断熱材を破壊して飛込み疵の原因
を作ったりする危険性が増大するので、通常、減速して
通板せざるを得ず、生産性を著しく低下させ大きな問題
となる。しかし、前述のヒートバックルの観点より、蛇
行防止の観点からのみハースロールのイニシャルクラウ
ンをむやみに大きくすることはできない。特に狭幅材か
ら広幅材まで広い範囲のサイズを処理せねばならない連
続焼鈍炉においては、イニシャルクラウンの最適化は、
極めて悩ましい問題であった。

【０００８】この問題を解決するために、既に本発明者
らは、内部冷却によりクラウンの可変なハースロールを
提供し実施している（特開平４−２０２７１７号公報参
照）。すなわち、図１１で示すように、中空状に形成し
たハースロール２の軸方向中央部に加熱部６を設け、軸
方向両端部に冷却ノズル７をそれぞれ配置してクラウン
制御するものである。

【０００９】しかし、図１１に示したクラウン制御は、
凹型のクラウンを凸方向に制御することは極めて迅速に
可能であるが、逆に、凸型のクラウンを減少させる方向
には、きわめて時定数が大きく、鋼種、サイズ、温度な
どの条件変更に十分追従しきれないことが判明した。す
なわち、図１２において、ΔＴは軸方向端部の温度から
軸方向中央部の温度を差引いた温度であり、図１２にお
いてＣ位置は図１１の冷却用ブロア８および加熱部６を
オンにし、Ｄ位置においてそれぞれオフにしたものであ
る。

【００１０】また、前述公報において、中空状に形成し
たハースロールの軸方向中央部に冷却ノズルを設け、軸
方向両端部に加熱部を備えたクラウン制御では、逆に、
凹型のクラウンを凸方向に制御することに時間を要する
ことが判明した。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述公報で開示の従来
技術について、凸型のクラウンを減少させる方向の時定
数が大きい原因について種々調査したところ、以下のこ
とが明確となった。即ち、一旦冷却されたロールは、主
に炉壁からの輻射熱によって温度回復するが、炉壁とロ
ール低温部との相対的温度差が小さいために入熱量が小
さいこと、また、通常の中空ロールに較べ、内部に複雑
な構造物を有しているためロールの熱容量が大きいこと
が原因であることが判明した。さらに、ストリップと接
触しているロールの軸方向中央部においても、板温とロ
ール殻体との温度差が小さいため抜熱量が小ないことも
判明した。その結果、温度回復に予想以上に時間を要し
ていたわけである。

【００１２】そこで本発明者らは、ハースロールの軸方
向中央部と軸方向両端部とにそれぞれ冷却ゾーンと加熱
ゾーンを設置することにより、前述の課題を解決するの
に成功したのである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明の
クラウン制御装置は、中空状に形成したハースロール１
１の内壁をロール軸方向の中央部とロール軸方向両端部
とに区分して冷却媒体を噴射して冷却するための中央冷
却ゾーン２３Ａと両端冷却ゾーン２３Ｂ，２３Ｃを設
け、ロール軸方向の中央部とロール軸方向両端部とに区
分してハースロール１１を加熱するための中央加熱ゾー
ン２４Ａと両端加熱ゾーン２４Ｂ，２４Ｃを設けている
ことを特徴とするものである。

【００１４】請求項２に係る本発明のクラウン制御装置
は、前記請求項１において、ハースロール１１の内壁に
近接して冷却媒体の噴射ノズル２８と加熱ヒーター３４
とをロール軸方向に交互に配置していることを特徴とす
るものである。請求項３に係る本発明のクラウン制御装
置は、前記請求項１において、ハースロール１１の内壁
に近接して冷却媒体の噴射ノズル２８をロール軸方向に
並列しているとともに、ハースロール１１の反通板部位
でかつロール外壁に近接して加熱ヒータ３４をロール軸
方向に並列していることを特徴とするものである。

【００１５】請求項４に係る本発明のクラウン制御方法
は、ハースロールクラウンを凹クラウン減少方向または
凸クラウン増大方向に変化させるとき、軸両端部の加熱
ゾーン２４Ｂ，２４Ｃにおける加熱ヒータ３４の給電量
および軸中央冷却ゾーン２３Ａにおける噴射ノズル２８
の噴射量をそれぞれ零にした状態で、軸両端部の冷却ゾ
ーン２３Ｂ，２３Ｃにおける噴射ノズル２８の噴射量お
よび軸中央部の加熱ゾーン２４Ａにおける加熱ヒーター
３４の給電量をそれぞれ加減制御することを特徴とする
ものである。

【００１６】請求項５に係る本発明のクラウン制御方法
は、ハースロールクラウンを凸クラウン減少方向または
凹クラウン増大方向に変化させるとき、軸両端部の冷却
ゾーン２３Ｂ，２３Ｃにおける噴射ノズル２８の噴射量
および軸中央部の加熱ゾーン２４Ａにおける加熱ヒータ
ー３４の給電量をそれぞれ零にした状態で、軸両端部の
加熱ゾーン２４Ｂ，２４Ｃにおける加熱ヒーター３４の
給電量および軸中央部の冷却ゾーン２３Ａにおける噴射
ノズル２８の噴射量をそれぞれ加減制御することを特徴
とするものである。

【００１７】

【作用】予熱帯および加熱帯では、ストリップの接触し
ていないロール部の温度が、ストリップの接触している
ロール部の温度よりも高い。従ってロールの実効クラウ
ンが凹型になり易く、蛇行が発生し易い。特に狭幅材
で、この傾向が強くなる。このような場合には、ロール
端部の冷却用ジェットノズルとロール中央部の加熱ヒー
ターを用いて、ロールの実効クラウンが蛇行防止効果が
十分得られるまで凸型となるように、ロールの軸方向温
度分布を制御する。この状態で次材に幅広材を接続、通
板すると、ハースロールの凸クラウンが過大となってヒ
ートバックルが発生する危険性が増大する。そこで、た
だちにロール端部の冷却用ジェットノズルとロール中央
部の加熱ヒーターの出力を落とし、ロール端部の加熱ヒ
ーターとロール中央部の冷却用ジェットノズルを作動さ
せる。このことにより、ロールの実効クラウンの最適化
が極めて迅速に実施でき、蛇行やヒートバックルによる
トラブルや生産性の低下を効果的に回避できる。

【００１８】予熱帯および加熱帯のロールでは、蛇行防
止の観点からは、対象ロールすべてに本発明法を適用す
ることが最適である。ただし、ストリップ温度の低い炉
入側ほど、ストリップの接触部と非接触部とのロール温
度差が大きいので、炉入側に近いロールほど、その適用
効果が大きい。冷却帯では、予熱帯や加熱帯とは逆に、
実効クラウンが大きな凸型になり易い。従って幅広材に
対して、ヒートバックルを防止するために、ロール端部
の加熱ヒーターとロール中央部の冷却用ジェットノズル
とを用いて凸型クラウンを低減するように制御する。こ
の状態で次材に狭幅材を通板すると、凸クラウン量が不
足して蛇行を生じ易い。そこで、ただちにロール端部の
加熱ヒーターとロール中央部の冷却用ジェットノズルの
出力を落としロール端部の冷却用ジェットノズルとロー
ル中央部の加熱ヒーターとを作動させる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基いて詳述す
る。図１は本発明の第１実施例を示し、１０は連続焼鈍
炉の炉壁、１１はハースロールで、ロール殻体１２によ
り中空状に構成されている。ハースロール１１は炉壁１
０の開口部１３を貫通して外方に突出する筒軸部１４と
小径の軸部１５とを有し、これら軸部１４，１５は炉外
部でフレーム１６上に取り付けられた軸受台１７，１８
により軸受１９，２０を介して軸心廻りに回転自在に支
持されている。なお、炉壁１０と各軸受台１７，１８と
の間には炉内ガスシール用蛇腹２１，２２が介装されて
いる。

【００２０】中空状に形成したハースロール１１の内壁
をロール軸方向の中央部とロール軸方向両端部とに区分
して冷却媒体を噴射して冷却するための中央冷却ゾーン
２３Ａと両端冷却ゾーン２３Ｂ，２３Ｃが設けられ、更
に、ロール軸方向の中央部とロール軸方向両端部とに区
分してハースロール１１を本実施例では内面から加熱す
るための中央加熱ゾーン２４Ａと両端加熱ゾーン２４
Ｂ，２４Ｃとが設けられている。

【００２１】前記冷却ゾーン２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの
それぞれは、ロール殻体１２の中心軸上に配置されてい
る内部配管２５に継手２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃをそれぞ
れ分岐させ、該継手を介してノズルヘッダ２７Ａ，２７
Ｂ，２７Ｃを連通させるとともに、図２で示す如く該ノ
ズルヘッダにはハースロール１１の内壁に近接して冷却
媒体の噴射ノズル２８が備えられ、該ノズル２８はロー
ル殻体１２の周方向全周に亘って均等に配置されてい
る。

【００２２】内部配管２５は内外２重配管であってその
内管が継手２６Ａを介して中央部冷却ゾーン２３Ａのノ
ズルヘッダ２７Ａに連通され、その外管が継手２６Ｂ，
２６を介して両端部冷却ゾーン２３Ｂ，２３Ｃのノズル
ヘッダ２７Ｂ，２７Ｃに連通されている。更に、内部配
管２５は、ハースロール１１の一端側外部でロータリ継
手２９を介して外部配管３０に接続されていて、該外部
配管３０の中途には三方切換弁３１を有するとともに冷
却媒体としてエヤーを送風する送風機３２に接続されて
いる。

【００２３】前記加熱ゾーン２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの
それぞれは、図２で示しているように、前記噴射ノズル
２８間に断熱絶縁体３３を介在させて加熱ヒータ３４を
備えてなり、ここに、ノズル２８と加熱ヒータ３４とが
ロール軸方向で交互に配置されている。内部配管２５に
は、加熱ヒータ３４の給電線（図示せず）が通され、該
給電線は給電スリップリング３５を介して電源制御盤３
６に接続されていて、該制御盤３６は、中央部加熱ゾー
ン２４Ａの加熱ヒータ３４および両端部加熱ゾーン２４
Ｂ，２４Ｃの加熱ヒータ３４に対する給電量を零を含ん
で加減制御可能である。

【００２４】電源制御盤３６は、ロール殻体１２の内部
の全域に分散して埋め込まれている熱電対等からなる温
度センサー３７の検出信号に基づいて制御可能であり、
該温度センサー３７はロール軸方向の温度分布を検出す
るものであり、軸部１５の中心 ３８を経て外部に導出
され、取出スリップリング３９に接続されている。な
お、送風機３２と電源制御盤３６は一方が使用のときは
他方が不使用となるように排他的に制御可能である。

【００２５】上記構成において、ハースロール１１のク
ラウン制御は、次のようになされる。予熱帯および加熱
帯では、ストリップの接触していないロール部の温度
が、ストリップの接触しているロール部の温度よりも高
い。従ってロールの実効クラウンが凹型になり易く、蛇
行が発生し易い。特に狭幅材で、この傾向が強くなる。
このような場合には、ロール端部の冷却ゾーン２３Ｂ，
２３Ｃにおける噴射ノズル２８とロール中央部における
加熱ゾーン２４Ａにおける加熱ヒーター３４を用いてロ
ールの実効クラウンが蛇行防止効果が十分得られるまで
凸型となるように、ロールの軸方向温度分布を制御す
る。この状態で次材に幅広材を接続、通板すると、ハー
スロール１１の凸クラウンが過大となってヒートバック
ルが発生する危険性が増大する。

【００２６】そこで、ただちにロール端部の冷却ゾーン
２３Ｂ，２３Ｃにおける噴射ノズル２８とロール中央部
における加熱ゾーン２４Ａにおける加熱ヒーター３４の
出力を落とし、ロール端部の加熱ゾーン２４Ａにおける
ヒーター３４とロール中央部の冷却ゾーン２３Ａにおけ
るノズル２８を作動させる。このことにより、ロールの
実効クラウンの最適化が極めて迅速に実施でき、蛇行や
ヒートバックルによるトラブルや生産性の低下を効果的
に回避できる。

【００２７】予熱帯および加熱帯のロールでは、蛇行防
止の観点からは、対象ロールすべてに本発明法を適用す
ることが最適である。ただし、ストリップ温度の低い炉
入側ほど、ストリップの接触部と非接触部とのロール温
度差が大きいので、炉入側に近いロールほど、その適用
効果が大きい。図４を参照すると、予熱帯の最初のロー
ルに本発明法を適用したものであり、一本のロールのみ
の適用であるが、顕著に蛇行低減効果が認められる。

【００２８】冷却帯では、予熱帯や加熱帯とは逆に、実
効クラウンが大きな凸型になり易い。従って幅広材に対
して、ヒートバックルを防止するために、ロール端部の
加熱ゾーン２４における加熱ヒーター３４とロール中央
部の冷却ゾーン２３Ｂ，２３Ｃの噴射ノズル２８とを用
いて凸型クラウンを低減するように制御する。この状態
で次材に狭幅材を通板すると、凸クラウン量が不足して
蛇行を生じ易い。そこで、ただちにロール端部の加熱ゾ
ーン２４における加熱ヒーター３４とロール中央部の冷
却ゾーン２３Ａにおける噴射ノズル２８の出力を落とし
ロール端部の冷却ゾーン２３Ｂ，２３Ｃにおける噴射ノ
ズル２８とロール中央部の加熱ゾーン２４Ａにおける加
熱ヒーター３４とを作動させる。

【００２９】図５を参照すると、本発明法によるクラウ
ン変更の応答性を、従来法と比較して示しおり、応答性
が大幅に改善され、鋼種、サイズ、温度等の通板条件変
更に迅速に対応することができるようになった。その結
果、処理するすべてのサイズのストリップに対してトラ
ブルが低減し、生産性が向上するとともに、投入コイル
順制約が緩和され、中間在庫の低減が可能となった。

【００３０】図３を参照すると本発明の第２実施例が示
されており、図１を参照して既述した第１実施例と基本
構成は共通するので、共通部分は共通符号で示し、以
下、相違点につき説明する。すなわち、加熱ヒータをロ
ール内部に備えるのではなく、ハースロール１１の反通
板部位でかつロール外壁に近接してロール軸方向に並列
させたものであり、この第２実施例においても第１実施
例と同様な作用効果を奏することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述した通り本発明によれば、連続
熱処理炉におけるハースロールにおけるクラウン変更の
応答性が大幅に改善され、鋼種、サイズ、温度等の通板
条件変更に迅速に対応することができ、その結果、処理
するすべてのサイズのストリップに対してトラブルが低
減し、生産性が向上するとともに、投入コイル順制約が
緩和され、中間在庫の低減が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す断面図である。

【図２】図１の要部拡大図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す断面図である。

【図４】本発明による蛇行量を示す説明図である。

【図５】本発明と従来例とを比較したグラフである。

【図６】ハースロールの説明図である。

【図７】ハースロールクラウンの説明図である。

【図８】ハースロールによる縦皺発生状況を示す説明図
である。

【図９】ハースロールによるヒートバックル発生状況を
示す説明図である。

【図１０】凹型クラウンの説明図である。

【図１１】従来例の断面図である。

【図１２】従来例による制御を示すグラフである。

【符号の説明】

１１ ハースロール ２３Ａ 中央冷却ゾーン ２３Ｂ 端部冷却ゾーン ２３Ｃ 端部冷却ゾーン ２４Ａ 中央加熱ゾーン ２４Ｂ 端部加熱ゾーン ２４Ｃ 端部加熱ゾーン ２８ 噴射ノズル ３４ 加熱ヒータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空状に形成したハースロール（１１）
   の内壁をロール軸方向の中央部とロール軸方向両端部と
   に区分して冷却媒体を噴射して冷却するための中央冷却
   ゾーン（２３Ａ）と両端冷却ゾーン（２３Ｂ）（２３
   Ｃ）を設け、ロール軸方向の中央部とロール軸方向両端
   部とに区分してハースロール（１１）を加熱するための
   中央加熱ゾーン（２４Ａ）と両端加熱ゾーン（２４Ｂ）
   （２４Ｃ）を設けていることを特徴とする連続熱処理炉
   におけるハースロールのクラウン制御装置。
2. 【請求項２】 ハースロール（１１）の内壁に近接して
   冷却媒体の噴射ノズル（２８）と加熱ヒーター（３４）
   とをロール軸方向に交互に配置していることを特徴とす
   る請求項１に記載の連続熱処理炉におけるハースロール
   のクラウン制御装置。
3. 【請求項３】 ハースロール（１１）の内壁に近接して
   冷却媒体の噴射ノズル（２８）をロール軸方向に並列し
   ているとともに、ハースロール（１１）の反通板部位で
   かつロール外壁に近接して加熱ヒータ（３４）をロール
   軸方向に並列していることを特徴とする請求項１に記載
   の連続熱処理炉におけるハースロールのクラウン制御装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３に記載の装置を用いてクラ
   ウン制御する方法において、 ハースロールクラウンを凹クラウン減少方向または凸ク
   ラウン増大方向に変化させるとき、軸両端部の加熱ゾー
   ン（２４Ｂ）（２４Ｃ）における加熱ヒーター（３４）
   の給電量および軸中央冷却ゾーン（２３Ａ）における噴
   射ノズル（２８）の噴射量をそれぞれ零にした状態で、
   軸両端部の冷却ゾーン（２３Ｂ）（２３Ｃ）における噴
   射ノズル（２８）の噴射量および軸中央部の加熱ゾーン
   （２４Ａ）における加熱ヒータ（３４）の給電量をそれ
   ぞれ加減制御することを特徴とする連続熱処理炉におけ
   るハースロールのクラウン制御方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜３に記載の装置を用いてクラ
   ウン制御する方法において、 ハースロールクラウンを凸クラウン減少方向または凹ク
   ラウン増大方向に変化させるとき、軸両端部の冷却ゾー
   ン（２３Ｂ）（２３Ｃ）における噴射ノズル（２８）の
   噴射量および軸中央部の加熱ゾーン（２４Ａ）における
   加熱ヒーター（３４）の給電量をそれぞれ零にした状態
   で、軸両端部の加熱ゾーン（２４Ｂ）（２４Ｃ）におけ
   る加熱ヒーター（３４）の給電量および軸中央部の冷却
   ゾーン（２３Ａ）における噴射ノズル（２８）の噴射量
   をそれぞれ加減制御することを特徴とする連続熱処理炉
   におけるハースロールのクラウン制御方法。