JP2003253343A - 金属帯の連続熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱処理炉内を連続的に搬送される金属帯に対
して、蛇行とヒートバックルの発生防止を共に実現でき
るようにする。 【解決手段】 連続焼鈍炉内に配設されている複数の搬
送ロールにより鋼帯を搬送しながら連続的に焼鈍処理す
る際、前記各搬送ロール位置での鋼帯の板温度Ｔsを、
炉内温度に基づいて伝熱計算により推定し、該板温度Ｔ
sを用いて求められる操業時の実ロールクラウンＴＡが
前記搬送ロールの全てについて実質的に０以上になり、
且つ各搬送ロール位置における鋼帯の板温度Ｔsがヒー
トバックルの発生限界を表わす限界温度指数ＴＢ未満に
維持されるように、炉内温度分布、ラインスピードを調
整（変更）する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、金属帯の連続熱処
理方法、特に金属帯を搬送しながら処理する連続焼鈍炉
等の熱処理炉において、該金属帯にヒートバックリング
及び蛇行が発生することを防止する際に適用して好適
な、金属帯の連続熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、連続焼鈍炉においては金属帯
を所定の温度条件及び張力条件の下で搬送（通板）しな
がら処理することが行なわれている。その際、金属帯が
薄い幅広材である上に、高温、高張力下の熱処理であ
り、しかも炉内搬送ロールの形状等が適合していない場
合には、ヒートバックリング（以下、ヒートバックルと
もいう）が発生し、通板上のトラブルの原因になってい
ると共に、処理能力の低下や歩留りの低下の要因にもな
っている。このヒートバックルは、いわゆる“絞り”と
呼ばれる金属帯の幅方向に生じる変形であり、金属帯製
品の形状を著しく損なう現象である。

【０００３】又、通板上のトラブルの原因としては、こ
の他にも金属帯の蛇行がある。この蛇行は、金属帯が目
標とする搬送方向からずれる現象であり、このずれ量が
大きくなると、金属帯が炉内で炉壁に衝突し、エッジが
損傷したり、破断したりすることが起こり、操業を著し
く阻害することになる。

【０００４】これらの現象は、金属帯の形状、その温度
と炉内温度のバランス、張力、搬送速度等の条件によっ
て変化することが知られており、従来から調査研究がな
されている。

【０００５】このような問題に対して、特開平９−３５
５３号公報には、炉内に設けられた複数のテーパロール
により金属帯を搬送しながら連続的に熱処理する際、テ
ーパロールにおける金属帯に作用する張力を測定し、そ
の測定値が実験結果から得られる蛇行防止に必要な張力
より大きく、実験式から求まる絞り発生限界張力より小
さくなるように張力を制御する方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示されている従来の技術には、張力以外に制御す
る手段がないために、自由度が低い上に、操業温度毎に
張力制御用の実験式が必要であることから、煩雑である
という問題があった。

【０００７】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、熱処理炉内を連続的に搬送される金
属帯に対して、蛇行の発生を防止すると共に、ヒートバ
ックルの発生をも防止することが容易且つ確実に実現で
きる金属帯の連続熱処理方法を提供することを課題とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱処理炉内に
配設されている複数の搬送ロールにより金属帯を搬送し
ながら連続的に熱処理する金属帯の連続熱処理方法にお
いて、前記搬送ロールの全てについて操業時のロールク
ラウン（実ロールクラウン）が実質的に０以上になり、
且つ各搬送ロール位置における金属帯の板温度がヒート
バックルの発生限界未満に維持されるように、前記熱処
理炉の炉内温度分布を含む熱処理条件を調整することに
より、前記課題を解決したものである。

【０００９】即ち、本発明者が、ヒートバックルの発生
と蛇行の発生を共に防止するべく、熱処理炉内に設けら
れている搬送ロールのロールクラウンについて、操業時
の変化とそれに伴う現象を詳細に検討した結果、ロール
クラウンが大きいほどヒートバックルが発生し易くなる
が、蛇行は発生し難くなり、逆に、ロールクラウンが小
さいほど蛇行が発生し易くなるが、ヒートバックルが発
生し難くなることを知見した。ここで、ロールクラウン
は、図１に模式的に示す搬送ロール（テーパロール）に
おいて、ロールエッジ部に対するロール中央部の凸の程
度を表わすtanθで与えられる値である。

【００１０】又、本発明者は、更に検討した結果、後に
具体的に説明するが、金属帯の板温度にヒートバックル
の発生限界が存在することを知見した。

【００１１】本発明は、これらの知見に基づいてなされ
たものであり、本発明に従って炉内温度分布を含む熱処
理条件を調整し、炉内搬送される金属帯の板温度を適切
に制御することにより、金属帯に蛇行もヒートバックル
も発生させることなく、該金属帯を連続的に熱処理する
ことが可能となる。なお、炉内温度（分布）以外の熱処
理条件としては、後述するような金属帯の搬送速度や張
力等がある。

【００１２】又、本発明においては、前記実ロールクラ
ウンを、該当する搬送ロールに関する初期ロールクラウ
ン、金属帯の板温度及び板幅を用いて推定するようにし
てもよい。

【００１３】一般に実ロールクラウンは、例えば常温に
おけるロールクラウン（初期ロールクラウン）、操業時
のロールセンター温度及びロールエッジ温度を用いて伝
熱計算により推定することができるが、本発明では上記
のように推定するようにしてもよい。この推定方法につ
いては、後に具体的に説明する。

【００１４】又、本発明においては、前記ヒートバック
ルの発生限界を、次式 ＴＢ＝（Ｋ1−β）／Ｋ2 …（１） β＝Ｋ｛（Ｗ−Ｈ）³×ＴＡ×Ｔ｝／（Ｒ×Ｄ²） …（２） （ここで、ＴＡ：実ロールクラウン、Ｔ：張力（Ｎ）、
Ｒ：ロール半径（mm）、Ｄ：金属帯の板厚（mm）、Ｗ：
金属帯の板幅（mm）、Ｈ：ロールフラット部長さ（m
m）、Ｋ，Ｋ1，Ｋ2：定数）から求まるヒートバックル
限界温度指数ＴＢにより設定するようにしてもよい。

【００１５】これは前記知見に基づくものであり、この
場合には、金属帯の板温度Ｔsが上記ヒートバックル限
界温度指数ＴＢに対して、 Ｔs＜ＴＢ …（３） の関係を満たすように制御することにより、ヒートバッ
クルの発生を有効に防止できる。なお、このヒートバッ
クル限界温度指数ＴＢは具体的な温度ではなく、評価指
数である。又、（２）式に用いられている記号のイメー
ジを図２に示す。又、前記定数Ｋ、Ｋ1、Ｋ2は予め実験
により決定する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【００１７】図３は、本発明に係る一実施形態の炉内温
度制御方法が適用される連続焼鈍炉の概略を示す模式図
である。

【００１８】この連続焼鈍炉（熱処理炉）１０は、鋼帯
（金属帯）Ｓを亜鉛めっきする連続溶融亜鉛めっきライ
ンのめっき浴１２の上流に配置され、２つのヒートセク
ションＨＳ１、ＨＳ２に仕切られた構造になっている。
この連続焼鈍炉１０内の上端と下端の近傍には複数の搬
送ロール１４が配設され、これら搬送ロール１４により
鋼帯Ｓが矢印方向に所定のラインスピード（搬送速度）
で搬送され、連続的に熱処理されるようになっている。
又、この連続焼鈍炉１０と上記めっき設備１２との間に
は、該連続焼鈍炉１０で熱処理された鋼帯Ｓを所定温度
まで冷却するための冷却部１６が配置されている。

【００１９】又、この連続焼鈍炉１０は、搬送される鋼
帯Ｓの長さ方向に沿って、図示されない複数の加熱ブロ
ックに分割されており、各ブロック毎に炉内温度を調整
することにより所望の炉内温度分布（ヒートパターン）
になるように設定可能になっている。又、図中白抜き矢
印の位置にはそれぞれテレビカメラ（ＩＴＶ）が配置さ
れており、該当する位置を通過する鋼帯Ｓの状態（蛇行
状況等）を監視することができるようになっている。

【００２０】まず、本発明の根拠となった知見について
具体的に説明する。

【００２１】前記連続焼鈍炉１０の内部に配設されてい
る搬送ロール１４には、搬送される鋼帯Ｓの蛇行を防止
するために、個々のロール毎に所定のロールクラウンが
付与されている。この連続焼鈍炉において過去に鋼帯Ｓ
に蛇行が発生したケースについて、設定されていた炉内
温度分布（ヒートパターン）から、鋼帯Ｓの搬送方向炉
内長さに対応する位置の板温度を伝熱計算によりシミュ
レーションした結果を図４に示す。ここでは、鋼帯Ｓの
板厚０．４５mm、板幅１５３３mm、ラインスピード８０
mpmとして板温度のシミュレーションを行なっている。
この図の縦軸は温度を、横軸は鋼帯Ｓの搬送方向炉内長
さをそれぞれ表わしている。

【００２２】このケースでは、炉内温度が入側に近い方
から５１０℃、６７０℃、８１０℃の段階的な分布（ヒ
ートパターン）にそれぞれ設定されており、図示されて
いる板温度（図中、板温）はこれらの各温度を次式
（４）の伝熱計算式に適用して算出したものである。

【００２３】

【数１】 ここで、ｈ：板のエンタルピー［Ｊ／ｋｇ］ ρ：板の密度［ｋｇ／ｍ³］ Ｄ：板厚［ｍ］ σ：Stefan-Boltzmann定数［Ｊ／ｍ²・ｈ・Ｋ⁴］ φcg：総括熱伝達係数 Ｔf：炉温［℃］ Ｔs：板温度［℃］

【００２４】なお、この（４）式は、詳細な説明は省略
するが、加熱炉における板に関するエネルギーバランス
の式から、焼鈍炉では対流伝熱≪輻射伝熱であることを
考慮して求めたものであり、この式から、微少時間Δｔ
におけるエンタルピーｈの上昇分Δｈを計算し、Δｔ後
のエンタルーｈ＋Δｈより温度換算して板温を求める。

【００２５】このケースについて蛇行の原因を検討する
ために、全ての搬送ロール１４について操業時の実ロー
ルクラウンＴＡを計算し、その計算値を該当する搬送ロ
ールに対応させて図５に示す。この図では、縦軸がロー
ルクラウン、横軸の１〜１７が焼鈍炉１０内の搬送ロー
ルに付した入側からの番号であり、１７は該焼鈍炉１０
の一番出側に近い炉床ＩＴＶ前の搬送ロールにあたる。

【００２６】この図には、各搬送ロール１４について実
ロールクラウン（図中、実際クラウン）と初期ロールク
ラウン（図中、イニシャルクラウン）とをそれぞれ対応
させて示してある。

【００２７】一般に、実ロールクラウンは、前記のよう
に操業時のロールセンター部の温度とロールエッジ部の
温度との温度差ΔＴと初期ロールクラウンとから計算す
ることができるが、本実施形態では、前述した如く、常
温時の初期ロールクラウンＣ、鋼帯Ｓの板温度Ｔs及び
板幅Ｗを用いて次式（５）により推定計算している。

【００２８】

【数２】 ここで、Ｔf：炉温（℃） Ｔs：板温度（℃） Ｒ：ロール半径（ｍｍ） Ｋ4：係数

【００２９】この図５から、図中長丸で囲んだ番号１０
と１１の搬送ロールの実ロールクラウンがマイナスの値
になっていることが蛇行の原因になっていると考えられ
る。

【００３０】そこで、これを検証するべく、全ての搬送
ロール１４の実ロールクラウンがプラスになるように、
図６に示すような全体が８１０℃の炉内温度分布に設定
し、図示される板温度が得られるようにしたところ、蛇
行は防止できた。このときの実ロールクラウンＴＡを同
様に計算したところ、図７に示すように、前記図５でマ
イナスの値であった番号９、１０の搬送ロールも実際に
プラスの値になっていた。従って、連続焼鈍炉１０内に
配設されている搬送ロール１４の全てについて実ロール
クラウンＴＡをプラスの値にし、凸状態にすることが蛇
行防止の上から有効であることが明らかになった。

【００３１】このように図６、図７のケースの場合は、
鋼帯Ｓの蛇行を防止することができたのであるが、他の
問題としてヒートバックルが発生していた。

【００３２】そこで、本発明者は更に検討した結果、前
述した如く、例えば前記（１）式、（２）式で与えられ
るヒートバックル限界温度指数ＴＢという概念を導入
し、該指数により鋼帯（金属帯）Ｓの板温度Ｔsを、前
記（３）式の関係に規制することにより、ヒートバック
ルの発生を有効に防止できることを知見した。

【００３３】実際に前記図６、図７のケースの場合の各
搬送ロール１４について、（ＴＢ−Ｔs）の関係を調べ
たところ、図８の結果が得られた。この図から、番号２
〜８の搬送ロールで板温度Ｔsがヒートバックル限界温
度指数ＴＢ以上になっていることが分かり、本発明者の
知見によれば、この現象がヒートバックル発生の原因と
考えられる。

【００３４】そこで、この原因を取り除くべく、前記
（３）式が満足されるように図９に示す５５０℃、６８
０℃、８００℃の炉内温度分布に再調整することによ
り、図示されるような板温度Ｔsに制御した。その結
果、鋼帯Ｓが蛇行することを防止した上で、ヒートバッ
クルが発生することも防止できた。

【００３５】この図９のような板温度に制御した場合に
ついて、実ロールクラウンＴＡを求めたところ、図１０
に示す関係が得られ、番号１０、１１の搬送ロールでも
ほぼ０以上になっていることが分かった。又、このケー
スについて、ヒートバックル限界温度指数ＴＢに対する
板温度Ｔsの関係を調べたところ、前記図８に相当する
図１１に示すように、実際に全ての搬送ロール１４につ
いて前記（３）式の関係が満足されていた。

【００３６】なお、前記（２）式の計算に際し、張力Ｔ
は、ユニット張力を９．８Ｎ／mm2として、上方の搬送
ロールに対しては鋼帯Ｓの自重分を考慮して設定した。

【００３７】又、上述したバックリングを防止するため
に再調整した炉内温度を、再度蛇行防止の観点から再調
整してもよく、更に蛇行防止及びバックリング防止のた
めに適切な炉内温度が得られるように調整を繰り返し実
施してもよい。

【００３８】以上詳述した知見に基づいて、本実施形態
では図１２に示すフローチャートに従って、板温度Ｔs
が適切な値になるように制御することができる。

【００３９】まず、各搬送ロールの設置位置における板
温度Ｔsを、炉内温度から前記（４）式を用いて伝熱計
算により算出する（ステップ１）。

【００４０】次いで、上記計算により求められた各ロー
ル設置位置における板温度Ｔsを用いて、該当する搬送
ロールの実ロールクラウンＴＡをそれぞれ計算して求め
る。具体的には、常温での初期ロールクラウンから、板
温度Ｔs及び板幅Ｗを使って前記（５）式よりロールク
ラウン変化代を計算する（ステップ２）。その際、
（５）式中のＫ4は予め実験により求めておく。

【００４１】次いで、炉内に配設されている搬送ロール
１４の実ロールクラウンＴＡが全て凸クラウン、少なく
とも実質上０以上になるように炉内温度分布（ヒートパ
ターン）、ラインスピード（搬送速度）を変更する。

【００４２】全ての実ロールクラウンＴＡが実質上０以
上になった条件で、前記（１）式、（２）式を用いて、
ヒートバックル限界温度指数ＴＢを計算し（ステップ
４）、各搬送ロール１４について該限界温度指数ＴＢと
板温度Ｔsとを比較する（ステップ５）。

【００４３】このステップ５で搬送ロールの一部にでも
前記（３）式の関係を満足しないものがある場合（ＴＢ
≦Ｔs）には、前記ステップ３に戻って再計算を行な
い、全てのロールについて板温度がヒートバックル発生
限界未満に維持されている場合（ＴＢ＞Ｔs）には、そ
のときの炉内温度、ラインスピード、張力の各値を目標
値に決定し、それぞれ設定して実際に鋼帯Ｓに対する連
続焼鈍を実行する。

【００４４】以上詳述した本実施形態によれば、鋼帯Ｓ
を連続焼鈍する際、鋼帯Ｓに蛇行及びヒートバックルが
共に発生することを容易且つ確実に防止することができ
る。

【００４５】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるも
のでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
ある。

【００４６】例えば、本発明が適用可能な熱処理炉は、
前記実施形態に示した連続焼鈍炉に限定されない。又、
ヒートバックル限界温度指数も必ずしも前記（１）、
（２）式により与えられるものに限定されない。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
熱処理炉内を連続的に搬送される金属帯に対して、蛇行
の発生と共に、ヒートバックルの発生をも容易且つ確実
に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】搬送ロールのロールクラウンの定義を示す模式
図

【図２】（２）式で用いられる記号のイメージを示す線
図

【図３】本発明に係る一実施形態に適用される連続焼鈍
炉の概略を示す模式図

【図４】蛇行が発生した場合の炉内温度と板温度の関係
を示す線図

【図５】図４の場合に得られる搬送ロール毎の実ロール
クラウンを示す線図

【図６】蛇行発生を防止するために設定した炉内温度と
板温の関係を示す線図

【図７】図６の場合に得られる搬送ロール毎の実ロール
クラウンを示す線図

【図８】ヒートバックルが発生する場合の各搬送ロール
位置における板温度の特徴を示す線図

【図９】蛇行とヒートバックルの同時防止が実現できた
ときの炉内温度と板温の関係を示す線図

【図１０】図９の場合に得られる搬送ロール毎の実ロー
ルクラウンを示す線図

【図１１】ヒートバックルが発生しない場合の各搬送ロ
ール位置における板温度の特徴を示す線図

【図１２】実施形態の作用を示すフローチャート

【符号の説明】

１０…連続焼鈍炉 １２…亜鉛めっき浴 １４…搬送ロール １６…冷却部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱処理炉内に配設されている複数の搬送ロ
   ールにより金属帯を搬送しながら連続的に熱処理する金
   属帯の連続熱処理方法において、 前記搬送ロールの全てについて操業時の実ロールクラウ
   ンが実質的に０以上になり、且つ各搬送ロール位置にお
   ける金属帯の板温度がヒートバックルの発生限界未満に
   維持されるように、前記熱処理炉の炉内温度分布を含む
   熱処理条件を調整することを特徴とする金属帯の連続熱
   処理方法。
2. 【請求項２】前記実ロールクラウンを、該当する搬送ロ
   ールに関する初期ロールクラウン、金属帯の板温度及び
   板幅を用いて推定することを特徴とする請求項１に記載
   の金属帯の連続熱処理方法。
3. 【請求項３】前記ヒートバックルの発生限界を、次式 ＴＢ＝（Ｋ1−β）／Ｋ2 β＝Ｋ｛（Ｗ−Ｈ）³×ＴＡ×Ｔ｝／（Ｒ×Ｄ²） （ここで、ＴＡ：実ロールクラウン、Ｔ：張力（Ｎ）、
   Ｒ：ロール半径（mm）、Ｄ：金属帯の板厚（mm）、Ｗ：
   金属帯の板幅（mm）、Ｈ：ロールフラット部長さ（m
   m）、Ｋ，Ｋ1，Ｋ2：定数）から求まるヒートバックル
   限界温度指数ＴＢにより設定することを特徴とする請求
   項１に記載の金属帯の連続熱処理方法。