JPS6317896B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、連続焼鈍設備冷却炉のストリツプ温
度制御方法に関する。さらに詳細には、ロール冷
却装置とガスジエツト冷却装置とを備えた連続焼
鈍設備冷却炉におけるストリツプ温度制御方法に
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ツプ（冷却鋼板）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ツプを連続的
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
トリツ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
概念図である。ストリツプ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図に示されたようなヒートサイクルに
より加熱、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50〜100℃／ｓの如き高
い冷却速度でストリツプを冷却することが要求さ
れる。この冷却方法としては不活性ガスを吹きつ
けるガスジエツトによる方法、水スプレーあるい
はフオグによる方法、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、水スプレーやフオグによる場合は、ストリツ
プ表面が水に接触して酸化するため酸洗い等の表
面清浄処理を必要とし設備が複雑、大規模化する
難点があり、またガスジエツトによる場合は不活
性ガスのコストならびにガスジエツト形成のため
の動力費を必要とする。そこで、一般にコールド
ストリツプの連続焼鈍設備冷却炉における冷却方
法としては、冷却ロールに高温ストリツプを接触
させ、接触熱伝達によつ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方から冷媒を流入さ
せ他方から流出させるため、冷媒温度がストリツ
プ幅方向において不均一となり易く、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）ストリツプ温度が高いと水
が沸騰することがあり、ストリツプと冷媒との熱
交換が均等に行われず、ストリツプに生じた幅方
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ツプ原板
に形状不良や幅方向厚み不同がある場合は冷却ロ
ールとストリツ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つても矯正できず、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
のストリツ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件を設定してスト
リツ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号公報（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
おけるストリツ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
ツ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
ールにより冷却を行うロール冷却装置の前段にガ
スジエツト装置を設置し、冷却炉全体の能力を増
すとともに冷却ロール１本当りのストリツプ温度
降下量を小さくしようとするロール冷却、ガスジ
エツトの組合せによる冷却方法が考えられてき
た。

すなわち、ロール冷却法における冷却ロールに
よるストリツプ温度降下量△T_S℃は、下記の式
(1)で与えられる。

△T_S＝CK（_S−_W） ……(1) ここで、Ｋ：ストリツプと冷媒間の熱通過率
（Kcal／m²ｈ℃） _S：冷却ロールに接触しているストリツ
プ部分の平均温度（℃） _W：冷媒の平均温度（℃） Ｃ：ロールへのストリツプの巻付角度、ロ
ール径、ストリツプ板厚、ライン速度に
よつて決まる定数（m²ｈ℃／Kcal） なお、この場合のストリツプ温度降下量△T_S
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が複数本の冷却ロールよりな
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、ストリツプ温度
Ｔ_Sが低い程△T_Sが小さくなり、従つて前述の如
くストリツ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
スジエツト装置を設けてロール冷却に入る前にス
トリツ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、ガスジエツト
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、ストリツプ１は冷却炉５の入口
直後に設けられたガスジエツト冷却装置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９においてはストリツプ１は複数の冷却
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い所要温度ま
で冷却されて冷却炉５外に送出される。なお図中
１１で示されたものは、ストリツプ１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１０の断面図で、冷却
ロール１０は金属材により中空状に形成され、水
等の冷媒が図中矢印で示す如くロールの一方の軸
端から送入され他方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
にストリツプ１が交互に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を進退させてス
トリツプ１の冷却ロール１０に接触する巻付角度
の調整が行われる。なお、冷却ロール１０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。

一方、ガスジエツト冷却装置８においては、ブ
ロワ１３によつ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）はストリツプ１通路を挾んで両側に設けら
れたプレナムチヤンバ１４に入り、プレナムチヤ
ンバ１４のストリツプ１に対向する部分に設けら
れた多数のノズル１５から噴出されたストリツプ
１両面に吹きつけられて冷却を行う。ガスジエツ
ト冷却量の調整は、プレナムチヤンバ内圧力検出
器１６および圧力調節計１７によりダンパ１８の
開度を制御することによつて行われる。なお、冷
却炉５の入口、ロール冷却装置９の入口および出
口にそれぞれ設けられた温度検出器１９は、それ
ぞれの箇所におけるストリツプ温度を検出して制
御信号を発し、前記ガスジエツト冷却量ならびに
冷却ロール１０の巻付角度等を制御して冷却炉５
の冷却条件を管理するものである。このようにジ
エツト冷却量とロール冷却量とを制御することに
より、種々の鋼種、板寸法のストリツプに対して
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、先行ストリツプと後行ストリツプ
で板厚が変化するような場合は、これらの制御手
段により制御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ツプは
通常200〜400m／min程度の高速で通板されるた
め、冷却炉５に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
に対する応答性はその機構とロールシエルの熱容
量に基因してきわめて鈍く、例えば60゜から120゜
まで変化するのに120s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対応でき
ないことを意味する。一方、ガスジエツト圧力の
応答性はこれに比すればかなり鋭敏で、通常の変
化の場合10s程度である。従つて、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ツ
プ温度降下量△T_S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、ガスジエツト圧力のみで制御を行う方
が有利で、良好な歩留が得られる。しかしなが
ら、後行ストリツプの板厚が先行ストリツプの板
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
のよう一時的にストリツプ温度降下量△T_Sが大
きくなつてストリツプ形状不良を招くことが起る
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
エツト冷却装置を併設した冷却炉の運転について
予め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エツ
トプリセツト曲線、同図ｂは板厚とロール冷却装
置入口におけるストリツプ温度T_SGとの関係、同
図ｃは板厚と冷却ロールのストリツプに接触して
いる外表面温度_Rとの関係を示している。また、
同図ｄは板厚と前記ストリツプ温度降下量△T_S
との関係で、図中破線はストリツプの形状不良を
生じない許容最大限界値を示している。

さて、第６図は上記第５図のプリセツト曲線に
基づき前述のような従来の運転制御法を行ない、
ストリツプ板厚が1.0mmから0.8mm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、先行ストリツプ（板厚1.0mm）と後行スト
リツプ（板厚0.8mm）との溶接点が冷却炉を通過
直後、ガスジエツト圧力設定値を第５図ａに基づ
いてP₁からP₂に変化させるものである。

同図最下の曲線によれば、ロール冷却によるス
トリツプ温度降下量△T_Sが一時的にストリツプ
形状安定限界の許容値（破線で示されている）を
超え、ストリツ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
ル冷却装置入口におけるストリツプ温度T_SGがガ
スジエ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、ロール外表面温度_R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
エルの熱容量のため、ストリツプ温度降下量△
T_Sは過渡的には前出式(1)の冷媒の平均温度_Wの
代りに冷却ロール外表面の平均温度_Rを用いた
下記式(2)で表わされるのが妥当である。

△T_S＝CK′（_S−_R） ……(2) ここで、K′：ストリツプとロール表面間の熱
抵抗の逆数（Kcal／m²ｈ℃） 本発明は、上述のような従来の冷却炉の運転制
御方法において、後行ストリツプの板厚が先行ス
トリツプの板厚より薄くな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
るストリツプ温度降下量がストリツプ形状安定限
界の許容値を超えることのないガスジエツト圧力
設定値変更方法を用いた連続焼鈍設備冷却炉のス
トリツプ温度制御方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ツプを
接触させてストリツ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ツプ
の両面にノズルから冷却ガスを吹きつけてストリ
ツプを冷却するガスジエ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ツプの冷却を
行うに当り、後行ストリツプの板厚が先行ストリ
ツプの板厚よりも薄くなる場合、先行ストリツプ
と後行ストリツプとの溶接点が冷却炉の出口を通
過すると同時にまずガスジエツト冷却量（ガスジ
エツト圧力に対応する）設定値をガスジエツト冷
却装置出口（ロール冷却装置入口）におけるスト
リツプ温度が一定となるように算出された所定値
まで降下させ、次いで前記ガスジエツト冷却量設
定値を冷却炉出口におけるストリツプ温度が所定
値となるように算出された目標値まで所定時間に
て降下させることにより、前記目的を達成するこ
とを可能ならしめたものである。

本発明においては、上記のようなストリツプの
板厚変更に当つて、先行ストリツプと後行ストリ
ツプとの溶接点が冷却炉５の出口を通過すると同
時に、ガスジエツト圧力設定値をそれまでのP₁
から一旦P₂よりも変化量の小さいP′に変更し、
その後P′から後行ストリツプに対する適正目標値
であるP₂まで所定時間で直線状あるいは曲線状
に変化させる。（後述第８図参照）ここで、上記
ガスジエツト圧力設定値をP₁からP′に変化させ
るタイミングを溶接点が冷却炉５出口を通過する
時点より早目にする（例えば特開昭56−77340号
公報（特願昭54−155384）に開示された如く）こ
とは、前述のようにロール冷却装置９入口におけ
るストリツプ温度T_SGが早く上り過ぎて冷却ロー
ル１０の応答がこれに追従できず、ロール冷却に
よるストリツプ温度降下量△T_Sが大きくなるの
で好ましくない。また、これを遅らせるとストリ
ツプ１が過冷却される期間が長くなり、ストリツ
プ材質不良による歩留悪化を招く。よつて本発明
においては、このP₁からP₂へ変化させる時期を
溶接点が冷却炉５出口を通過するのと同時とした
のである。

上記の中間的な圧力設定値P′は、ロール外表面
平均温度_Rを下げないように、例えばロール冷
却装置９入口におけるストリツプ温度T_SGが先行
ストリツプ通板時と等しくなるように次のような
方法で求める。すなわち、先行ストリツプと後行
ストリツプのT_SGが等しいときは、静的には下記
の式(3)が成り立つ。

d₂／d₁＝α₂／α₁ ……(3) ここで、d₁：先行ストリツプの板厚（mm） d₂：後行ストリツプの板厚（mm） α₁：先行ストリツプでのガスジエツト熱伝
達率（Kcal／m²ｈ℃） α₂：後行ストリツプでのガスジエツト熱伝
達率（Kcal／m²ｈ℃） ところで、ガスジエツト圧力とガスジエツト熱
伝達率の関係は通常下記の式(4)で表わされる。

Ｐ＝aα^b＋ｃ ……(4) ここで、α：ガスジエツト熱伝達率（Kcal／
m²ｈ℃） Ｐ：ガスジエツト圧力（mmH₂O） ａ，ｂ，ｃ：定数 従つて、上記の式(3)，(4)からP′は下記の式(5)で
計算できる。

P′＝（d₂／d₁）^b（P₁−ｃ）＋ｃ ……(5) また、前記の中間圧力設定値P′から目標圧力設
定値P₂まで変化させるのに必要な時間T_Pは、温
度差（_S−_R）が大きくならず（すなわち△
T_S）が許容値以下）、かつできるだけ早く所定の
ヒートサイクルに到達することを評価基準とし、
板厚変化量との関係において予め実験データの整
理あるいは理論解析などにより求めておけばよ
い。

第７図は前出第３図に対応する本発明方法を適
用するための冷却炉の１実施例を示した側断面図
で、第３図に示された各機器のほかに連続焼鈍設
備入口に設けられた溶接点検出器２０、ライン速
度検出器２１（いずれも第２図参照）からの信号
やストリツプ板厚、目標ヒートサイクル、ロール
巻付角度を入力して前述のようなガスジエツト圧
力設定値P₀を演算し、ガスジエツト圧力調節計
１７に与える演算器２２が設けられている。

第８図は本発明方法によるガスジエツト圧力設
定値（従つてガスジエツト冷却量設定値）の変更
を行つた場合の結果を示したグラフである。本図
から、本発明方法によればロール冷却によるスト
リツプ温度降下量△T_Sがストリツプ形状安定の
ための許容値を超えることがないことがわかる。

以上の説明より明らかなとおり、本発明方法に
よれば後行ストリツプが先行ストリツプより薄く
なる場合において、ロール冷却によるストリツプ
温度降下量が一時的に許容値を超えることによる
ストリツプ形状不良、さらには板切れ等のトラブ
ルを生ずることがなく、安定した連続焼鈍設備の
操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例を示
す断面図、第５図は冷却炉における板厚に対する
適正諸条件の例を示す線図、第６図は従来方法に
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、１はストリツプ、５は冷却炉、８はガ
スジエツト冷却装置、９はロール冷却装置、１０
は冷却ロール、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部に冷媒を流通させた冷却ロールの外周面
   にストリツプを接触させてストリツプを冷却する
   ロール冷却装置と、該ロール冷却装置の前段にお
   いてストリツプの両面にノズルから冷却ガスを吹
   きつけてストリツプを冷却するガスジエツト冷却
   装置とを備えた連続焼鈍設備冷却炉におけるスト
   リツプ温度制御方法において、後行ストリツプの
   板厚が先行ストリツプの板厚よりも薄くなる場
   合、先行ストリツプと後行ストリツプとの溶接点
   が冷却炉の出口を通過すると同時にまずガスジエ
   ツト冷却量設定値をガスジエツト冷却装置出口に
   おけるストリツプ温度が一定となるように算出さ
   れた所定値まで降下させ、次いで前記ガスジエツ
   ト冷却量設定値を冷却炉出口におけるストリツプ
   温度が所定温度となるように算出された目標値ま
   で所定時間にて降下させ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。