JPH11279660A - 竪型熱処理炉における張力制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属帯の焼鈍処理等を行う竪型加熱炉におい
て、特に板厚の異なるステンレス鋼帯等の金属帯を連続
通板する場合に好適な張力制御方法および装置を提供す
る。 【解決手段】 板厚の異なる金属帯を順次接続して通板
する竪型加熱炉において、金属帯の接合部が前記加熱炉
の出側および／または入側のシール装置を通過する際、
前記熱処理炉内での金属帯の張力を測定する張力測定装
置の出力上下限を制限し一定範囲内の値とすることによ
り、張力過大による形状不良や破断の発生を抑止可能と
し、蛇行や弛みによる炉内壁への接触に起因する疵発生
を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属帯の焼鈍処理
等を行う竪型熱処理炉における張力制御についてのもの
であり、通板される金属帯の張力制御方法に係り、特に
板厚の異なるステンレス鋼帯等の金属帯を溶接等で接合
して連続通板する場合に好適な張力制御方法および装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】竪型連続光輝焼鈍炉などの竪型熱処理炉
においては、板厚の異なる種々の金属帯を溶接等で接合
し、炉に通板して連続熱処理を行っている。また、１本
の金属帯でも前半部と後半部とで異なる板厚に圧延され
たものを連続熱処理する場合もある。熱処理炉において
金属帯を通板する場合には、通板金属帯の張力を適正な
範囲に制御することが重要である。張力が過大である場
合には、接合部の破断や金属帯そのものの破断にいた
り、また破断にいたらないまでも、形状不良をおこしや
すくなる。一方、張力が過小の場合には、たるみ、蛇
行、炉内壁との接触をおこしやすくなる。特に、極薄の
金属帯を通板する場合には、極薄であるがゆえに剛性が
小さい。そのため、より破断しやすく、変形・座屈によ
る形状不良をおこしやすくなる。このことは、竪型炉の
炉高が高くなるほど顕著となり、その張力の制御も困難
を極めることとなる。それゆえ、金属帯の品質上および
形状上に何ら問題なく通板処理を行うことは非常に困難
である。したがって、張力の許容範囲も狭くなり、その
範囲内に制御して何ら問題なく正常かつ安定した操業を
行うことはより困難となっている。

【０００３】一般に、張力を一定の値に制御するのが望
ましいため、通板する金属帯の断面積が異なるものを連
続的に通板する場合には各々の金属帯毎に適正な張力
（＝単位面積あたりの張力×断面積）で通板する必要が
ある。先行材と後行材の断面積が異なる場合、例えば、
溶接により接合される接合部が熱処理炉を通過する際、
熱処理炉の出入り口で後行材に適した引張荷重に変更す
る必要がある。金属帯破断を防止するためには、熱処理
炉内を通板している金属帯のうち、断面積の小さい金属
帯に適した引張荷重で通板したほうが良いため、後行材
の方が先行材よりも断面積が大きい場合は接合部が熱処
理炉の入り口を通過する際に、逆に先行材の方が後行材
よりも断面積が大きい場合には接合部が熱処理炉の出口
を通過する際に張力の調整を行うことが一般に行われて
いる。

【０００４】しかし、それだけでは熱処理炉内を通板し
ている金属帯のうち断面積の大きい方の金属帯からみれ
ば、その張力は適正値よりも小さなものとなる。竪型熱
処理炉の場合、熱処理炉内を金属帯は鉛直方向に通板さ
れ、熱処理炉の上部と下部とでは金属帯の自重により張
力値が異なり、熱処理炉下部の方が張力は小さくなる。
そのため、竪型熱処理炉において炉高が高く、かつ先行
材と後行材との断面積比率が大きい場合には、熱処理炉
の下部において張力が過小となる場合もある。

【０００５】特開平５−247541号公報に開示されている
方法および装置は、このような先行材と後行材との断面
積比率が大きい場合にも竪型熱処理炉における張力制御
が適用できるとしている。特開平５−247541号公報で
は、竪型熱処理炉において炉高が高く、かつ先行材と後
行材との断面積比率が大きい場合に、炉内での金属帯の
張力過小・過大のアンバランスを解消させることを目的
として、炉の入側・出側・炉内の３カ所に張力検出器を
設け、それら各検出器からの検出張力値を入力として、
きめ細かい張力修正制御を行うことにより、炉内での金
属帯張力の過小・過大のアンバランスを解消する張力制
御方法および装置が提案されている。

【０００６】また、従来から、先行材と後行材との接合
部を、トラッキング手段を用いて炉内トラッキングを行
ない、接合部の炉内位置に応じて、ステップ的にではな
くテーパ的に張力設定を順次変化させていく方式によ
り、きめ細かい張力修正制御を行う方式が知られてい
る。図４に、竪型熱処理炉における従来知られている張
力制御の系統図を示す。

【０００７】以下、図４に基づき従来の張力制御方法を
説明する。図４において、金属帯10が竪型熱処理炉１内
を通板され、加熱帯２、冷却帯３により焼鈍等が行われ
る。炉入側ブライドルロール４と炉出側ブライドルロー
ル５により炉内での金属帯の張力制御が行われる。ここ
で、炉の入側と出側には炉内と外部の遮断のため、それ
ぞれシール装置6-1 、6-2 が設けられている。シール装
置6-1 、6-2 はロールにより金属帯を挟み込むことによ
り炉内をシールしている。炉内では、炉トップロール７
により金属帯の通板方向が反転される。炉出側デフレク
トロール８には張力検出器29が設置される。

【０００８】ここで、炉入側ブライドルロール４と炉出
側ブライドルロール５にはそれぞれ駆動電動機20と23が
取り付けられており、各々速度検出器21と24が付設され
ている。駆動電動機20と23は、それぞれ独立に駆動電動
機制御装置22と25で制御される。本竪型熱処理炉のライ
ン速度は、ライン速度設定器31で設定される。駆動電動
機20による炉入側ブライドルロール４の駆動により金属
帯が搬送される。一方、張力は、メジャーリングロール
30に取り付けられたトラッキングパルス検出器30-1によ
るトラッキング信号をベースに、炉内の金属帯接合部位
置の進行に従いテーパ的に制御される。その張力設定値
は張力設定器32により張力制御装置33にセットされる。
張力制御装置33による張力修正制御信号はライン速度設
定器31によるライン速度信号と重畳され、駆動電動機制
御装置25を介して駆動電動機23に伝達され炉出側ブライ
ドルロール５が駆動される。そして炉内金属帯に必要と
される最適な張力を与えることができるのである。ここ
で、駆動電動機20が本ラインの速度マスタとなってお
り、これにより金属帯の搬送速度が決められている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、本発明者ら
は、先行材と後行材との断面積比率が大きい場合で、特
に後行材が極薄材の場合においては、図５に示すように
その張力変動が炉出側付近で発生し、大きくハンチング
する現象を見いだした。この現象は、その断面積比率
が、２倍以上であり、極薄材の板厚が0.4mm 以下の場合
に特に顕著である。

【００１０】図５は、熱処理炉出口側の張力変動を金属
帯接合部のトラッキング位置と対応させて示した模式図
である。張力設定パターン40により金属帯張力が設定さ
れるが、実際の金属帯の張力は図５に示すように大きく
変動する。本発明者らの種々の実験と解析によれば、図
５のＡ点において張力値が急減するのは、図４に示すシ
ール装置6-2 に起因することを見い出した。すなわち、
図６(a）から(c) に模式的に示すように、シール装置６
の圧下応答遅れにより、それまで先行材をピンチしてい
たシールロールが接合部通過時点ですぐには後行材の極
薄材に追随せず、図６(b) に示すようにしばらくオープ
ン状態となり、張力が急減するものである。この張力急
減に張力制御装置が過剰に反応し図５のＢ点におけるよ
うに張力がオーバーシュートする。その後、シール装置
６が追随し、図６(c) に示すように後行材をピンチする
ため図５のＣ点のように再び張力がオーバーシュートす
る。このオーバーシュートに張力制御装置がまた反応し
て図５のＤ点のように張力を低減させる。図５に示す張
力のハンチング現象はこのようにして生ずるのである。
ちなみに、先行材と後行材との断面積比率が大きい場合
であっても極薄材でない金属帯の処理においては、同様
の現象は見いだされない。これは、極薄材でない金属帯
の処理においては、制御に必要となる張力に対しシール
装置で与えられる摩擦力による張力が相対的に小さく、
無視できる量にとどまるためである。

【００１１】図６(a）から(c) を更に詳しく説明する。
図６(a）では、先行材10-1をシール装置６がピンチして
炉内をシールしている。そのため、張力検出器29では、
炉内の金属帯の張力 Ti に金属帯とシール装置の摩擦
力 Tf が加算され、 Ti＋Tf の張力が検出される。
次に、接合部が進みシール装置６を通過すると、図６
(b）に示すように、金属帯とシール装置の摩擦力 Tf
は零となり、張力検出器29で検出される張力は急減する
ことになる。その後、シール装置が追随して後行材を再
びピンチしてシールするため、図６(c）に示すように再
び摩擦力 Tf が加算されるようになる。このように、
シール装置６の圧下応答遅れに起因して、張力制御装置
が過剰に反応し、張力がハンチングするものである。

【００１２】ここで、入側シール装置でも同様の問題が
発生するが、図４で示した竪型熱処理炉においては、た
またまその構造上、入側の下から上への通板では熱処理
を行なわない構造であるためシールの必要性が低く、入
側シール装置を開状態に保持している。そのため出側に
おけるような張力変動が生じないのである。しかし、入
側通板においても熱処理を行なう場合には入側シール装
置も必須となり、同様の現象が生じることは明らかであ
る。

【００１３】本発明は、上記した問題点を解決し、竪型
熱処理炉を連続して通板する金属帯の断面積が大きく変
動しても、金属帯に適正な張力を付与し安定した通板が
できるようにする竪型熱処理炉における通板金属帯の張
力制御方法および装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するためになされたものであって、断面積の異なる金
属帯を順次接続して通板する竪型熱処理炉において、金
属帯の接合部が、前記熱処理炉の出側および／または入
側のシール装置を通過する際、前記熱処理炉内での金属
帯の張力を測定する張力測定装置の出力上下限を制限し
一定範囲内の値とすることを特徴とする竪型熱処理炉通
板金属帯の張力制御方法を提供するものである。

【００１５】また、炉内外を遮断する出側および／また
は入側のシール装置を有する竪型熱処理炉に付設される
張力制御装置であって、前記シール装置での金属帯接合
部通過を炉入側接続装置（図示せず）からのトラッキン
グにより検出する接合部トラッキング検出装置と、前記
熱処理炉入側と出側において前記金属帯に張力をかける
張力発生装置と、前記熱処理炉内での金属帯の張力を測
定する張力測定装置と、該測定装置の出力を制限可能と
した上下限出力リミッタと、該上下限出力リミッタを介
して入力される前記測定装置の測定値を基に前記金属帯
の張力を修正制御可能な張力制御装置からなり、前記金
属帯の接合部が前記シール装置を通過する際、前記上下
限出力リミッタにより前記測定装置の測定値出力を制限
することによって前記金属帯の張力を修正制御する竪型
熱処理炉張力制御装置を提供するものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例である竪型光輝
焼鈍炉における張力制御系統図を、図１に示す。図１に
おいて、まず竪型光輝焼鈍炉における金属帯通板につい
て説明する。金属帯10は竪型光輝焼鈍炉１内を通板さ
れ、加熱帯２、冷却帯３により熱処理が行われる。ここ
で、炉入側ブライドルロール４と炉出側ブライドルロー
ル５により炉内での金属帯の張力制御が行われている。
炉の入側と出側には、炉内と外部の遮断のため、それぞ
れシール装置6-1 と6-2 が設けられている。シール装置
6-1,6-2 はピンチロールにより金属帯を挟み込むことに
より炉内外を遮断し炉内をシールしている。炉内では炉
トップロール７により金属帯の方向が反転されて、通板
されていく。炉出側デフレクトロール８には張力検出器
29が設置されている。

【００１７】次に、制御系を説明する。炉入側ブライド
ルロール４と炉出側ブライドルロール５にはそれぞれ駆
動電動機20と23が取り付けられており、各々速度検出器
21と24が付設されている。駆動電動機20と23は、それぞ
れ独立に駆動電動機制御装置22と25で制御される。本竪
型熱処理炉のライン速度は、ライン速度設定器31で調整
され、駆動電動機20による炉入側ブライドルロール４の
駆動により決定される。一方、張力は張力設定器32で設
定され、メジャーリングロール30とトラッキングパルス
検出器30-1によるトラッキング信号をベースに、炉内の
金属帯接合部位置の進行に従いテーパ的に制御される。
それとともに、炉の入側と出側のシール装置通過時に
は、そのいずれか一方もしくは両方において修正制御を
行なう。張力制御装置34による張力修正制御信号はライ
ン速度設定器31によるライン速度信号と重畳され、駆動
電動機制御装置25を介して駆動電動機23に伝達される。
そして、炉出側ブライドルロール５が駆動され、炉内金
属帯に必要とされる最適な張力制御が行なわれることに
なる。

【００１８】張力制御装置33は、従来からのトラッキン
グ信号に基づくテーパ制御機能を有している。張力制御
装置33は、張力検出器29からの張力信号を出力上下限リ
ミッタ27を介して取り込んでいる。出力上下限リミッタ
27にはトラッキングパルス検出器30-1からのトラッキン
グ信号も取り込まれている。そして、金属帯接合部の熱
処理炉内トラッキングに基づき、金属帯接合部が炉出口
シール部を通過した直後に出力上下限リミッタ27を働か
せ、炉出側シール装置の閉動作完了後オフとする制御を
行なう。これにより、実際には張力は大きく変動してい
るにもかかわらず、張力制御装置33に入力される張力測
定値はその上下限リミットの働きによりある一定範囲内
の値となるため、金属帯接合部のシール部通過時に発生
する急峻な張力変動を押さえることが可能となる。

【００１９】図１に示す金属帯10として、先行材と後行
材との断面積比率が大きい場合で、特に後行材が極薄材
の金属帯を適用した場合の本発明張力制御のフローチャ
ートを図２に示す。図２では、出側シール装置での金属
帯接合部通過に的を絞り、その制御フローを各機能ブロ
ック毎に説明する。金属帯接合部の熱処理炉内トラッキ
ング（機能ブロック50）に基づき、金属帯接合部が炉出
口シール部を通過したタイミング（機能ブロック51）で
出力上下限リミッタを働かせ、張力値出力信号を一定範
囲内の値に制限する（機能ブロック57）。次に、炉出側
シール装置が閉動作を開始する（機能ブロック53）。そ
して、適切に設定したタイマ時間（機能ブロック54）経
過後、炉出側シール装置閉動作完了を確認（機能ブロッ
ク55）した後、出力上下限リミッタがオフにされて（機
能ブロック58）、一連の動作を完了する。

【００２０】ここでタイマ設定値は、操業条件に応じ、
張力の立ち上がり、立ち下がりを見て調整される値であ
る。

【００２１】

【実施例】図１に示した竪型光輝焼鈍炉において、次の
条件で焼鈍処理を行ない、その張力変動を実測した。金
属帯板厚は、先行材を0.4 mm、後行材を0.2 mmとし、金
属帯としては、ステンレス鋼帯を通板した。通坂速度は
50m ／分としている。シール装置閉動作開始から終了ま
での時間は、２秒間である。

【００２２】図３に、上記条件での通板における張力制
御の結果を示す。図３において、横軸の加熱帯入り口か
ら出口までの距離は23ｍであり、加熱帯出口からＡ点ま
での距離は13m である。以下、Ａ点からＢ点まで0.8m、
Ｂ点からＣ点まで1.6m、Ｃ点からＤ点まで0.4mである。
Ａ点からＤ点までの張力の挙動については、図５におい
てすでに説明したとおりであり、それぞれの間隔は主に
張力制御の遅れ時間に起因するものである。

【００２３】本実施例における張力テーパ制御の初期張
力値は70kgであり、テーパ制御完了後の張力を半分の35
kgとし、また、上下限出力リミッタは、35kg±10 kg と
設定している。図示のように、Ａ点と、Ｃ点において若
干の張力変動が残るものの、本発明による張力制御の効
果により図５における従来例のようなオーバーシュート
やハンチングは発生せず、張力変動を押さえることがで
きるようになった。

【００２４】

【発明の効果】本発明により、先行材と後行材との断面
積比率が大きい場合で、特に後行材が極薄材の金属帯の
焼鈍処理等において、炉内張力変動を防止することが可
能となり、金属帯の張力過大による形状不良や破断の発
生を抑止可能となる。また蛇行や弛みによる炉内壁への
接触に起因する疵発生も防止できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の竪型熱処理炉における張力制御系統図
である。

【図２】本発明の張力制御のフローを示すフローチャー
トである。

【図３】本発明の竪型熱処理炉における張力制御の効果
を示す特性図である。

【図４】従来の竪型熱処理炉における張力制御系統図で
ある。

【図５】従来の竪型熱処理炉における張力変動の様子を
示す模式図である。

【図６】金属帯接合部通過時のシール装置の挙動を示す
概念図である。

【符号の説明】

１ 竪型熱処理炉 ２ 加熱帯 ３ 冷却帯 ４ 炉入側ブライドルロール ５ 炉出側ブライドルロール ６ 熱処理炉シール装置 6-1 入側シール装置 6-2 出側シール装置 ７ 炉トップロール ８ 炉出側デフレクトロール 10 金属帯 10-1 先行金属帯 10-2 後行金属帯 20 炉入側ブライドルロール駆動電動機 21 炉入側速度検出器 22 炉入側ブライドルロール駆動電動機制御装置 23 炉出側ブライドルロール駆動電動機 24 炉出側速度検出器 25 炉出側ブライドルロール駆動電動機制御装置 27 上下限出力リミッタ 29 張力検出器 30 メジャーリングロール 30-1 トラッキングパルス検出器 31 ライン速度設定器 32 張力設定器 33 従来の張力制御装置 34 本発明の機能を有する張力制御装置 40 張力設定パターン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面積の異なる金属帯を順次接続して通
   板する竪型熱処理炉における張力制御方法であって、金
   属帯の接合部が、前記熱処理炉の出側および／または入
   側のシール装置を通過する際、前記熱処理炉内での金属
   帯の張力を測定する張力測定装置の出力上下限を制限し
   一定範囲内の値とすることを特徴とする竪型熱処理炉通
   板金属帯の張力制御方法。
2. 【請求項２】 断面積の異なる金属帯を順次接続して通
   板する竪型熱処理炉における張力制御装置であって、炉
   内外を遮断する出側および／または入側のシール装置を
   有する竪型熱処理炉に付設され、前記シール装置での金
   属帯接合部通過を炉入側接続装置からのトラッキングに
   より検出する接合部トラッキング検出装置と、前記熱処
   理炉入側と出側において前記金属帯に張力をかける張力
   発生装置と、前記熱処理炉内での金属帯の張力を測定す
   る張力測定装置と、該測定装置の出力を制限可能とした
   上下限出力リミッタと、該上下限出力リミッタを介して
   入力される前記測定装置の測定値を基に前記金属帯の張
   力を修正制御可能な張力制御装置からなり、前記金属帯
   の接合部が前記シール装置を通過する際、前記上下限出
   力リミッタにより前記測定装置の測定値出力を制限する
   ことによって前記金属帯の張力を修正制御する竪型熱処
   理炉張力制御装置。