JPS60221531A - 連続焼鈍設備冷却炉のストリツプ温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、連続焼鈍設備冷却炉のス）　ＩＪツブ温度制
御力方法関する。さらに詳細には、ロール冷却装置とガ
スジェット冷却装置とを備えた連続焼鈍設備冷却炉にお
けるス）　ＩＪツブ温匿制御力方法関するものである。

一般に、冷間圧延設備で所定板厚に圧延加工されたコー
ルドストリップ（冷延鋼板）は、連続焼鈍設備において
熱処理されて所要の機械的性質を付与される。連続焼鈍
設備はストリップを連続的に通過させ、加熱、均熱、徐
冷、冷却、過時効処理、最終冷却の各過程を経過させて
熱処理を行うもので、上記各過程に対応して加熱炉、均
熱炉、徐冷炉、冷却炉、過時効炉、最終冷却炉の各炉か
ら構成されている。

第１図は連続焼鈍設備において熱処理されるストリップ
のヒートサイクルの１例を示した線図、第２図は連続焼
鈍設備の全体構成の１例を示した概念図でるる。ス）　
ＩＪツブ１は一定速度で加熱炉２、均熱炉３、徐冷炉４
、冷却炉５、過時効炉６、最終冷却炉７の各炉内を順次
上下蛇行状に通過して第１図に示されたよりなヒートサ
イクルによシ加熱、冷却され、所要の熱処理を受けて送
出される。

上記の各炉のうち、冷却炉５においては第１図に見られ
るように例えば５０〜１００８Ｃ／８　のような高い冷
却速度でストリップを冷却するととが要求される。この
冷却力法としては、不活性ガスを吹きつけるガスジェッ
トによる方法、水スプレーあるいはフォグによる方法、
および内部に冷媒を流通させた冷却ロールによる方法が
ある。これらのうちで、水スプレーやフォグによる場合
はストリップ表面が水に接触して酸化するため酸洗い等
の野面清浄処理を必要とし、＼ 設備が複雑、大規模化する難点があυ、またガスジェッ
トによる場合は不活性ガスのコストならびにガスシェツ
ト形成のための動力費を必要とする。そこで、一般にコ
ールドストリップの連続焼鈍設備冷却炉における冷却力
法としては、冷却ロールに高温ストリップを接触させ、
接触熱伝達によって冷却を行う方法が有利とされている
。

しかしながら、このロール冷却法では、中空金属製冷却
ロールの軸方向の一力から冷媒を流入させ他力から流出
させるため、冷媒温度がストリップ幅方向において不均
一となシ易く、また冷媒に水を使用する場合（通常はコ
スト面等より水が用いられることが多い）ストリップ温
度が高いと水が沸騰することがらシ、ス）　ＩＪツブと
冷媒との熱交換が均一に行われず、ストリップに生じた
幅方向温度差のため製品に形状不良を生じる。この欠点
は、連続焼鈍設備に送入されるストリップ原板に形状不
良や幅方向厚み不同がおる場合は、冷却ロールとストリ
ップとの接触が不均一となるためにさらに加重され、製
品に極端な形状不良を生じて後工程の冷間矯正によって
も矯正できず、不良品となる。

上述のような連続焼鈍設備冷却炉における問題点を解消
することを意図し、冷却ロール１本当りのストリップ温
度降下量を所要範囲内に制限する如く冷却ロールおよび
冷媒の条ＰＦｔ−設定してストリップの冷却を行う方法
が試みられている。例えば特開昭５９−２３８２６号公
＠（特願昭５７−１３０４５７）　に開示されたものが
それである。

ところがこのような方法においても、冷却炉におけるス
トリップ冷却を前記のような冷却ロールのみによる場合
は、冷却ロール１本当りのストリップ温度降下量を充分
小さくすることができず、またこれを小さくしようとす
れば冷却ロール本数を増しかつ各ロール毎に冷媒条件の
細かい制御を行わねばならない不利を生ずる。

そこで、冷却ロールによシ冷却を行うロール冷却装置の
前段にガスジェット装置を設置し、冷却炉全体の冷却能
力を増すとともに冷却ロール１本当りのストリップ温度
降下量を小さくしよウトスるロール冷却、ガスジェット
の組合せによる冷却力法が考えられてきた。

すなわち、ロール冷却法における冷却ロールによるスト
リップ温度降下量△Ｔｓ℃は、下記の式１１）で与えら
れる。

△’ｒｓ＝　ＣＫ　（〒、−〒Ｗ）　・・・・・・・・
・（１）ここで、Ｋニストリップと冷媒間の熱透過不（
Ｋｃａｌ／ｒＩ？ｈ０Ｃ） 〒Ｂ：冷却ロールに接触しているスト リップ部分の平均温度（”Ｃ） 〒Ｗ：冷媒の平均温度（℃） Ｃ：ロールへのストリップの巻付角 度、ロール径、ストリップ板厚、 ライン速度によって決まる定数 （Ｗ？ｈ’ｃ／Ｋｃａｌ） なお、この場合のストリップ温度降下量△Ｔｓは、ロー
ル１本当りの温度降下量としてもよく、また数値は当然
異る（Ｃが変ってくる）が複数本の冷却ロールよシなる
ロール冷却装置全体の温度降下量と考えても差支えない
。

この式（１）から明らかなように、ストリップ温度〒Ｓ
が低い程△Ｔｓ　が小さくなシ、従って前述の如くスト
リップ温度降下量を所要範囲内に収めてロール冷却法に
おける欠点を避けることができる。そこで、前述のよう
にロール冷却装置の前段にガスジェット冷却装置を設け
てロール冷却に入る前にストリップ温度をある程度まで
低下させるのが実地上有利とされるのである。

第３図はこのようなロール冷却、ガスシエント組合せ冷
却法を実施するために従来用いられている冷却炉の１例
を示した側断面図である。

この冷却炉５において、ストリップ１は冷却炉５の入口
直後に設けられたガスジェット冷却装置８内を通過して
不活性ガスを吹きつけられ、所要温度まで冷却されたの
ちロール冷却装置９に入る。ロール冷却装置９ｖｃおい
てはストリップ１は代数のロール１０の周囲に巻回、接
触せしめられ、該冷却ロール１０内の冷媒と熱交換を行
って所要温度まで冷却され、冷却炉５外に送出される。

なお図中１１で示されたものは、ストリップｌを所要方
向に変向せしめるデフレクタロールである。

第４図は上記冷却ロールｌＯの断面図で、冷却ロール１
０は金属材によυ中空状に形成され、図中矢印で示す如
くロールの一力の軸端から水等の冷媒が送入され他力の
軸端より送出されて冷却ロール１０内部を流通する。複
数の冷却ロール１０は図示の如く千鳥状に配置され、そ
れぞれの外周に交互にストリップ１が所要角度巻回され
て接触し、冷媒との間に熱交換が行われて冷却される。

各冷却ロール１０にはこれを水平方向に移動させる駆動
装置１２が設けられており、この駆動装置１２の作動に
より冷却ロール１０をストリップ１に対して進退させて
ストリップ１の冷却ロールＩＯＫ接触する巻付角度の調
整を行う。なお冷却ロールｌＯの両軸端は、図示されな
いがロータリジヨイントを介して冷媒供給管ならびに冷
媒送出管にそれぞれ接続されている。

一力、ガスジェット冷却装置８においては、プロワ１３
によって昇圧された冷却ガス（窒素等の不活性ガスある
いは還元性ガスを用いるのが好ましい）はストリップｌ
の通路を挾んで両側に設けられたプレナムチャンバ１Ａ
ｖｃ入り、プレナムチャンバ１４のストリップｌＶｃ対
向する部分に設けられた多数のノズル１５から噴出され
てストリップ１両面に吹きつけられ冷却を行う。ガスジ
ェット冷却量のＸｉは、プレナムチャンバ内圧力検出器
１６および圧力調節計１７によシダンパ１８の開度を制
御することによって行われる。なお、冷却炉５の入口お
よび冷却炉５の出口にそれぞれ設けられた温度検出器１
９は、それぞれの箇所におけるストリップ温度全検出し
て制御□□倍信号発し、前記ガスシェツト冷却量ならび
に冷却ロールエ０の巻付角度等を制御して冷却炉５の冷
却量Ｖ＋を管理するものである。このようにジェット冷
却量とロール冷却量とを制御することによって、種々の
鋼揮、板寸法のストリップに対して最適のヒートサイク
ルを与えることが可能となる。すなわち、ストリップ条
件の変化する場合、例えば先行ストリップと後行ストリ
ップで板厚が変化するような場合は、これらの制（財）
手段によυ制８を行えばよいわけである。

ところで、連続焼鈍設備におけるストリップは通常２０
０〜４００ｍ１ｍ程度の高速で通板されるため、冷却炉
５ｖｃおける在炉時間は僅々数秒程度である。これに対
して、冷却ロール巻付角度の制御応答性はその機構とロ
ールシェルの熱容欧に基因してきわめて鈍く、例えば６
０から１２０　まで変化するの［１２０，以上かかる。

このことはロール外表面温度が条件の変化に速やかに灼
応できないことを意味する。−力、ガスジェット圧力の
応答性はこれに比すれはかなり鋭敏で、通常の変化の場
合１０ｓ　程度である。

従って、板厚が比較的厚くかつ静的には前記ロール冷却
によるストリンブ温朋降下旨△Ｔｓ　が特に問題となら
ないような鋼種の熱処理においては、ロール巻付角度は
固定しておき、ガスジェット圧力のみで制御ヲ行う力が
有利で、良好な歩留が得られる。しかしながら、ストリ
ップ条件が変化し例えば後行ストリップの板厚が先行ス
トリップの板厚より薄くなる場合には、前述のような冷
却ロールの応答遅れのためこの変化に即応できず、後述
のように一時的にストリップ温度篩″Ｆ蓋△Ｔ８が大き
くなってストリップ形状不良を招くようなことが起るの
である。

第５図は以上のようなロール冷却装置とガスジェット冷
却装置を併設した冷却炉の運転について予め静特性計算
された板厚に対する適正な諸条件を示した線図の例で、
同図（ａ）は板厚に対するガスジェットプリセント曲線
の例でおる。

なお説明を簡単にするため、他のス）　ＩＪツブ条沖、
例えばライン速度、板幅、目標ヒートサイクル等は一定
としている。同図（ｂ）は板厚と前記ストリップ温度降
下量ΔＴｓとの関係で、図中破線はストリップの形状不
良を生じない許容最大限界値を示している。また、同図
（ｃ）は板厚と冷却ロールのストリップに接触している
外表同温［ＴＲとの関係を示している。

第６図は上記第５図のブリセント曲線に基づき前述のよ
うな従来の運転制御法を行い、ストリップ板厚が１．０
語から０．８区に変化した場合の冷却炉諸条件の変化を
示した線図である。この場合、先行ストリップ（板厚１
．０１１Ｗ）と後行ストリップ（板厚０．８　臥）との
溶接点が冷却炉をＡ過直後、ガスジェット圧力設定値を
第５図（ａ）に基づいて板厚１．０−のときの設定値Ｐ
　’ｉ１から板厚０．８１ＥＩＢのときの設定値Ｐ。２
に変化させるものである。

第５図（ｂ）　Ｋよれば静的には△Ｔｓ＜△ＴＳＣＲ（
板形状安定限界値）なので、このような運転制御法に問
題はないはずでおるが、第６図最下の曲線によれば△Ｔ
ｓが一時的に△Ｔ　ＳＣＲを超え、ストリップ形状の悪
化を招くおそれがあることが示されている。これは、前
述のようにロール冷却装置入口（すなわちガスジェット
冷却装置出口）におけるストリップ温度ＴｓＧがガスシ
ェツト圧力の速やかな応答に対応して迅速に変化するの
に対し、冷却ロール表面温度ＴＲの変化が冷却ロールの
応答性が鈍いために大きく遅れることに因るものである
。なおこの場合、ロールシェルの熱容量のため、ストリ
ップ温度降下歓△Ｔ晶は過渡的には前出式（１）の冷媒
の平均温度〒Ｗの代シに冷却ロール表面温［ＴＲを用い
た下記式（２廠わされるのが妥当である。

△Ｔｓ　＝　ＣＫ’　（〒５−ＴＲ）　・・・・・・・
・・（２）ここで、Ｋ′ニストリップと冷却ロール表面
間の熱抵抗の逆数（Ｋ　ｃａｌ　／ｒｒ？　ｈ’Ｃ”）
本発明は以上のような事情に鑑み、上述のような従来の
冷却炉の運転制御力法においてストリップ条件が変化す
る場合に生ずる欠点を解消するためになされたもので、
ロール冷却によるストリップ温度降下量がストリップ形
状安定限界の許容値を超えることなく所要の最終冷却温
度を得ることのできるガスジェット圧力設定値変更方法
を用いた連続焼鈍設備冷却炉のス）　ＩＪンブ温度制御
力法を提供するものである。

すなわち本発明方法は、前述の如く内部に冷媒を流通さ
せた冷却ロールの外周面にストリップを接触させてスト
リップを冷却するロール冷却装置と、該ロール冷却装置
の前段においてストリップの両面にノズルから冷却ガス
を吹きつけてストリップを冷却するガスシェツト冷却装
置とを備えた連続焼鈍設備冷却炉においてストリップの
冷却を行うに当υ、冷却炉入口および出口におけるスト
リップ温度ならびに冷却ロールの表面温度を検出し、ス
トリップ条件が変化した場合、該検出値およびストリッ
プ条件から冷却ロール１本当シのストリップ温度降下量
が脆定値以下となるようＶこガスシェツトでの必要冷却
敞を演請し、この演算値によシガスシエント圧力を設定
してこの設定値を次の演算タイばングまで保持し、定周
期ごとに上記演算をくり返して段階状に設定変更を行い
、最終的［所定の冷却炉出ロストリップ温度が得られる
ガス・シェツト圧力設定（ｖｉに到達せしめることによ
り、前記目的を達成することを可能ならしめたものであ
る。

以下、上記の一定周期ごとに行う演算の方法について説
明する。なお以下の説明においては、ストリップ条件の
うちで前述のように特に問題となる後行ストリップの板
厚が先行ストリップの板厚よりも薄くなる場合を想定し
て述べる。

先ず、ロール冷却装置人ロス）　ＩＪンブ温度許容値Ｔ
ｓｃｉは、下記のように演算される。

先行ストリップと後行ストリップとの溶接点が冷却炉を
通過した後、ある演算タイピング（１時点）で冷却ロー
ルによるストリップ温度降ｖ：貴△Ｔｓｉは下記の式（
３）で表わされる。

△’ｒ８ｉ＝ｃ２に’　（ＴＢ１−Ｔｕｉ）　・・・・
・・・・・（３）ここで、Ｃ２：現ストリップ条沖での
Ｃ（式（１１％式％） ＴＲ１：冷却ロール表面温度検出値（’Ｃ）ＴＢ　ｉ　
：冷却ロールに接触し１いるストリップ部分の平均温度
（’Ｃ） 通常の板厚変化尤の場合、溶接点通過前後でガスジェッ
ト圧力の設定値を変更しなければ△Ｔｓｉ＜△ＴＳＣＲ
である。従って、△ＴＳＣＲ＝Ｃ２に’　（Ｔｅｌ　Ｔ
Ｒ１）　−−・・・（４１を満足するＴｄまでストリッ
プ温度を上けることができる。そこで、ロール冷却炉出
ロストリップ温度のそのタイごングにおける最大軒容値
Ｔ　ｓｃＹ　を、下記の式（５）、によ請求める。

Ｔ８Ｇｉ　＝Ｔｓｔ＋△Ｔ　ｓＣＲ／　２　−−−　（
５１次に、ガスジェットの熱伝達率αｉが下記のように
演算される。

ガスジェットによる必要冷却ＩＱｉは下記の式１式％ ここで、Ａニストリップ伝熱面積（ｒｒ？）Ｗｓ：生産
量（縁／ｈ） Ｃｓニストリップ比熱（Ｋｃａｌ　／Ｋｇ”Ｃ；　）Ｔ
Ｂｌｉニガスジエンド装置入装置トロストリップ温度検
出値） α？ニガスジエツト熱伝達率（Ｋ　ｃａｌ／ｍ’ｈ℃）
ＴＰ：冷却ガス温度（℃） この式（６）から、ガスジェット熱伝達案αｉ　が得ら
れる。

仄に、ガスシェツト圧力設定値ＰＧ１は下記の如く演３
ｆされる。すなわち、ガスシェツト圧力設定値ＰＧｉは
、上記ガスジェット熱伝達藁α？を柱Ｊい、予め笑験等
によって得た下ら己の式（７）によってめられる。

ｐ。、＝４（。Ｃ）ｂ＋。

１　、　・・・・・・・・・（７） ここで・　ａ　、　ｂ　、　ｃｉグ）Ｖ験等によって得
られた定数である。

上記の演算によシ、△Ｔｓ≦△ＴＳＣＲ盆前提として一
足周期ごとに演算をくり返してロール冷却装置人ロスト
リンブ装置ＴｓＧが上るよ”）ｖｃ、ガスシェツト圧力
設定値Ｐａ　を段階状ＶＣ設定変更して行く。演算タイ
ピングｌでのガスシェツト圧力設定値Ｐ。ｉは、次の演
算タイミングｉ＋１まで保持される。かくし１冷却ロー
ルの表面温度ＴＲが徐々に上昇（第５図（Ｃ）のＴＲ□
からＴＲ□に）して定常値ＶｒＬ落ち着き、冷却炉出ロ
ストリップ温度は９１定値となシ、以後はストリップの
新板厚に対する所定のヒートサイクルが行われる。

なお、上記演算の周期は、例えばガスジェット圧力制向
系の訃′定＠変化に対する応答時間の１乃至３倍程紅と
しておけばよい。

第７図は本発明方法を笑施するだめの冷却炉の１寮施例
を前出第３図に対応して示した側断面図で、第３図に示
された各機器のほかに冷却ロール表面温度検出器２０お
よび前述の演算を行う演算器２１が付加されている。Ｐ
Ｇはガスシェツト圧力設定値信号である。

第８図は本発明方法を行った場合の板厚変化時の冷却炉
諸条卸の応答を例示した線図である。

本図から、本発明方法によればロール冷却によるストリ
ップ温度降下量△Ｔｓがストリップの形状安定のための
許容限界値△Ｔ’ｓｅｐ、を超えることなく、冷却ロー
ル表面温度に応じて段階状に設定変更されるガスジェッ
ト圧力設定値によりストリップ温度が制御され、最終的
に所定の冷却炉出ロストリップ製置が得られることがわ
かる。

以上の説明よシ明らかなとおり、本発明の方法によれば
ストリップ条件の変化に伴ってロール冷却によるストリ
ップ温度計１置が一時的に許容値を超えてストリンフの
形状不良、さらには板切れ等のドラフルを生ずるよ５Ｘ
！ｉ−ことがなく、安定した連続焼鈍設備の＆業を行う
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続焼鈍設備におけるヒートサイクルの例を示
す線図、第２図は連続焼鈍設備の全体構成例を示す概念
図、第３図は従来の冷却炉の１例を示す側断面図、第４
図は冷却ロールの１例金示す断面図、第５図は冷却炉に
おける板厚に対する適正諸条注の力を示す線図、第６図
１は従来方法による板厚変化時の応答の例を示す線図、
第７図は本発明方法が適用される冷却炉の１実施例を示
す側断面図、第８図は本発明方法による板厚変化時の応
答の例を示す線図である。 図面中、 ｌはストリンフ、 ５は冷却炉、 ８はガスンエット冷却装置、 ９はロール冷却装置、 ｉｏは冷却ロール でおる。 特許出願人 三菱重工業株式会社 川崎製鉄株式会社 復代理人 弁理士　元　石　士　部（他１名） 第１図、 第２図 第３図 ！ 第６図 □埼藺

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内部に冷媒を流通させた冷却ロールの外周面にストリッ
   プを接触させてストリップを冷却するロール冷却装置と
   、該ロール冷却装置の前段においてストリップの両面に
   ノズルから冷却ガスを吹きつけてストリップを冷却する
   ガスジェット冷却装置とを備えた連続焼鈍設備冷却炉の
   ストリップ温度制御方法において、冷却炉入口および出
   口におけるストリップ温度ならびに冷却ロールの表面温
   度を検出し、ストリップ条件が変化した場合、該検出値
   およびストリン１条件から冷却ロール１本当シのスト、
   リップ温度降下量が所定値以下となるようにガスジェッ
   トでの必要冷却量を演算し、この演算値によシガスジェ
   ット圧力を設定してこの設定値を次の演算タイミングま
   で保持し、定周期ごとに上記演算をくシ返して段階状に
   設定変更を行′い、最終的に所定の冷却炉出ロストリッ
   プ温度が得られる設定値に到達せしめることを特徴とす
   る連続焼鈍設備冷却炉のストリツ、プ温度制御方法。