JP2005256093A - サーマルクラウン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハースロールの熱変形が防止できるとともに、熱効率を低下させることなくサーマルクラウン制御を行うことができるサーマルクラウン制御方法及び装置を提供する。
【解決手段】連続焼鈍炉に組み込まれるハースロール１の周面に冷媒または熱媒を吹き付けて、該ハースロールの軸方向温度差を減少させるサーマルクラウン制御装置２において、ハースロール胴長Ｗおよび鋼帯の最小幅Ｂとハースロール１の胴長の両側に配置する冷媒または熱媒を吹き付けるノズル４の長さＬとの関係を２００≦Ｌ≦（Ｗ−Ｂ）／２＋１００の範囲内とし、かつ、ノズルＬをハースロール軸方向に分割し、分割長さ△Ｌを５０≦△Ｌ≦２００の範囲内にする。
【選択図】図５

Description

本発明は連続焼鈍炉の加熱帯および冷却帯に組み込まれるハースロールに発生するサーマルクラウンを制御するサーマルクラウン制御装置に関する。

連続焼鈍炉は、図６の連続焼鈍炉のレイアウト図に示すように、一般的に加熱帯１３、均熱帯１４、徐冷帯１５、１次冷却帯１６、過時効帯１７、２次冷却帯１８、最終冷却帯２０から構成され、これら炉体に鋼帯２１を搬送、通過させて熱処理を行っている。

鋼帯２１の搬送にはハースロール１が採用され、このハースロール１は各炉体に上下に配置され、鋼帯２１は、このハースロール１に１８０°あるいは９０°巻き掛けられて搬送される。鋼帯２１は、加熱帯より常温あるいは、１００℃程度に予熱されて加熱帯１３へ侵入して所定の温度まで加熱され、加熱された温度に均熱帯１４で均温化され、徐冷帯１５により徐冷され、１次冷却帯１６より４００℃近傍まで急冷され、過時効帯１７に送られる。過化時効帯１７では鋼帯２１を時効処理し、２次冷却帯１８により冷却されて、最終冷却帯２０により８０℃程度まで冷却されて、次工程へ搬送される。

加熱帯１３においては、鋼帯２１を所定の温度まで加熱するため、通常、鋼帯２１の加熱温度より高めの炉温が設定されている。例えば、鋼帯２１の加熱温度が８００℃であれば、９５０℃程度に設定され、９５０℃に設定された炉温の加熱帯１３に鋼帯２１を搬送して、所定の温度に加熱される。加熱帯１３に侵入する鋼帯２１は先にものべたように、侵入する温度は常温あるいは１００℃程度であるため、鋼帯２１がハースロール１に巻きつけられ搬送された場合、特に加熱帯１３の入側に配置したハースロール１の表面温度と鋼帯２１の温度に差があるため、ハースロール１に鋼帯２１が接触するとこの温度差によって、鋼帯２１の熱変形、いわゆるヒートバックルが発生する。このヒートバックルはハースロール１と鋼帯２１の温度差が大きくなると発生しやすくなる。このヒートバックルを防止する技術については、いろんな技術が開示されている。

例えば、特許文献１には、ストリップが巻きつけられる冷却または加熱用ハースロールと該ハースロールの軸心方向へ複数列設けられるとともに前記ストリップのうち前記ロールに接触している面とは反対側の面へ向けて冷却用または加熱用のガスを噴出するノズルとから構成されるストリップの冷却・加熱装置おいて、一対のノズルの側壁間に形成される空間を小さくするとともに前記ストリップで反射される前記ガスが前記空間へ向かうような角度に一対のノズルを設定したノズルの組み合わせを一組以上設けたストリップの冷却・加熱装置が開示されている。

また、特許文献２には、帯板を支持するロールにおける帯板の接触しない部分に対向させて当該帯板の接触しない部分にガスを吹き付けてロールの軸方向に沿って温度差を減少させる吹き付け手段を設けた帯板支持ロールの熱変形防止装置が開示されている。

また、特許文献３には、連続焼鈍炉のハースロールの周面に冷媒を吹き付ける冷媒吹き付け装置を備えたサーマルクラウン制御装置において、前記冷媒吹き付け装置は、ハースロールの周面に対抗して配置された1または２以上のスリット状または円筒条の冷媒噴出し口と、前記ハースロールに供給される金属ストリップの蛇行及び／または絞り込み量に基づいて、前記複数の冷媒噴出し口を選択的に開閉する開閉装置を設けたサーマルクラウン制御装置が開示されている。

また、特許文献４には、中空状に形成したハースロール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と両端冷却ゾーンを設け、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を加熱するための中央加熱ゾーンと両端加熱ゾーンを設けたハースロールのクラウン制御装置が開示されている。
特開昭５９−９３８３９号公報 特公平６−２９１０号公報 特開平１１−３１５３３０号公報 特開平８−１７６６８０号公報

特許文献１に開示された技術は、ロールに巻きつけられた鋼帯を冷却または加熱するための技術で、鋼帯を冷却する場合はノズルから冷却媒体を鋼帯に向けて噴射させて冷却し、鋼帯を加熱する場合は、加熱媒体をノズルから鋼帯に向けて噴射させて加熱する技術で吹き付けられたガスはノズル間の空間を通って排気される。鋼帯がハースロールに巻きつけられて連続的に搬送される場合、鋼帯が常に接触している面と、鋼帯が接触していない面では、温度差が発生し、上記の技術ではこの温度差を解消することは出来ない。このため、ハースロールの巻きつけられた鋼帯に加熱媒体または冷却媒体を吹き付ける場合、サーマルクラウンは一層助長され、加熱帯ではヒートバックル、冷却帯ではクーリングバックルが発生しやすくなる。

特許文献２は、ロール表面で鋼帯が接触しない部分に対向してガスを吹き付けるガス吹き付け手段を設けて、ロールの軸方向の温度差を減少させるものであるが、吹き付け手段をロールの軸方向両側から設置しているので、ガス吹き付け手段は片もちの構造となり、加熱帯あるいは冷却帯に設置した場合、強度的に変形を起こし、ガス吹き付けの機能を発揮することが出来ない。また、吹き付けガスの供給については開示がなく、想定するに外部からの媒体を炉内に供給するのであれば、炉圧が上昇し、炉圧の制御に支障をきたすことになる。

また、ロール表面に吹き付けられたガスは炉内全域に拡散し、例えば、加熱帯に設置した場合は、炉全体が冷却ガスの拡散により冷却されるため、加熱帯の熱効率が下がり、エネルギー原単位が低下する。

特許文献３の、金属の蛇行量及び絞り込み量によって選択的冷媒噴出口を開閉するものは、加熱帯または冷却帯の温度条件の厳しいところでは、ノズルの開閉装置が熱で変形し、機能を充分に発揮することが出来ない。

特許文献４のハースロール内に冷却ゾーンおよび加熱ゾーンを設けこれを中央部と両端部に分けて制御するものでは、ハースロールは鋼帯を巻きつけて搬送するため、回転バランスが重要になり、回転バランスはハースロールの厚みの変化等によっても変化する。ハースロールの回転バランスが悪いと、鋼帯の搬送時蛇行が発生する。従って、ハースロール内部には出来るだけノズル等の内蔵物は入れないほうが好ましい。

そこで、本発明は、ハースロールの熱変形が防止できるとともに、熱効率を低下させることなくサーマルクラウン制御を行うことができるサーマルクラウン制御方法及び装置を提供するものである。

本発明は、連続焼鈍炉に組み込まれるハースロールの周面に冷媒または熱媒を吹き付けて、該ハースロールの軸方向温度差を減少させるサーマルクラウン制御装置において、前記ハースロール胴長Ｗおよび鋼帯の最小幅Ｂとハースロールの胴長の両側に配置する冷媒または熱媒を吹き付けるノズルの長さＬとの関係を２００≦Ｌ≦（Ｗ−Ｂ）／２＋１００の範囲内とし、かつ、前記ノズルＬをハースロール軸方向に分割し、分割長さ△Ｌを５０≦△Ｌ≦２００の範囲内にすることを特徴とする。

前記構成において、ハースロールの周面に冷媒または熱媒を吹き付けるノズルとノズルに冷媒または熱媒を供給する供給ヘッダを間隔をあけて対設し、該ノズルとノズルの空間から吹き付けた冷媒または熱媒を排気する排気ヘッダを一体的に組み込んでノズルヘッダとし、このノズルヘッダの外周に断熱材を張設し、該断熱材の外周をステンレス製薄板で保護する。分割されたノズルに対して供給ヘッダが分割され、また、ノズルはハースロール側の開口部長さ△Ｌと供給ヘッダ側長さ△Ｌ１との関係を△Ｌ＞△Ｌ１とする。

本発明のサーマルクラウン制御では、ノズルをハースロールの軸方向に分割したことで、熱変形を防止でき、温度条件の厳しい箇所への適用も可能となる。

また、制御装置のヘッダ部分を断熱材と保護板でカバーしたので、外部からの防熱が可能となり、熱変形を防止することするできる。

ノズルの上面と下面の形状をノズルの上面のほうが下面より幅広くしたので、ヘッダへの取り付けが容易となり、また、ノズル上部に向かって拡大しているので、ハースロールへの吹き付けを均等に行うことが出来る。

また、本発明のサーマルクラウン制御装置は、ノズルとノズルの空間から吹きつけた冷媒または熱媒を排気する排気ヘッダを一体的に組み込み、分割のノズル間の隙間からも吹き付けた冷媒または熱媒を吸気するようにしているため、ハースロール表面に吹き付けられた冷媒または熱媒の大部分を炉内に拡散させることなく回収することができ、熱効率を低下させることなくサーマルクラウン制御を行うことが可能となる。

図１は本発明のサーマルクラウン制御装置の概略配置図で、連続焼鈍炉の加熱帯の上部に配置された例を示す。加熱帯１３に固定された軸受け２２にハースロール１が軸支され、ハースロール１の下方にサーマルクラウン制御装置２がサポート２５に支持されている。

サーマルクラウン制御装置２はハースロール１の周面に熱交換媒体である冷媒または熱媒を吹き付けるノズル４を有するノズルヘッダ３を備え、ノズルヘッダ３には供給配管２３と排気配管２４に接続され、排気された熱交換媒体は熱交換器２９で熱交換され、送風機３０によりノズルヘッダ３へ給気される。本発明のサーマルクラウン制御装置は、図６において黒丸により図示したハースロール１に特に適している。

図２は本発明のサーマルクラウン制御装置の一実施例を示す斜視図である。ノズルヘッダ３は間隔をおいて対向して配置された一対の供給ヘッダ５と排気ヘッダ７で構成され、各供給ヘッダ５の長手方向の両側には複数のノズル４が形成され、供給配管２３から給気される。

排気ヘッダ７は、対向する供給ヘッダ５の間の排気口６から吹き付けガスが取り入れられて排気配管２４から排気される。ノズルヘッダ３の両端は端面シール板２６が設けられ、ノズル４の中央側ノズル４どうしの間には側面シール板２７が設けられ端面シール板２６及び側面シール板２７で囲うことにより、排気口６から吹き付けガスを効率的に排気ヘッダ７に回収する。

図３（ａ）は本発明のサーマルクラウン制御装置の別実施例を示す斜視図、（ｂ）は長手方向断面図である。本実施例では、各供給ヘッダ５の長手方向の両側に設けられた複数のノズル４を外側と内側の２グループに分けるとともに、グループごとに供給ヘッダを独立させて、外側のグループのノズル４ａは供給配管２３ａで供給ヘッダ５ａに給気し、内側のノズル４ｂのグループは供給配管２３ｂで供給ヘッダ５ｂに給気して、鋼板の板幅に応じてノズルの使用範囲を切り換える。

図４はノズルの概略を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図を示す。供給ヘッダ５と排気ヘッダ７は保護板９で覆った断熱材８内に設けられている。供給ヘッダ５の上部に設けられたノズル４は上方に末広がりに形成され、長方形のノズル開口部１０から鋼帯２１を巻き掛けたハースロール１表面へ均等にガスを吹き付ける。排気ガス１２は排気ヘッダ７の排気口６から取り込まれる。

図５（ａ）はサーマル制御装置のノズル長さ、鋼帯幅、ロール胴長との関係の説明図、図５（ｂ）は図３に示すノズルをグループ分けしたサーマルクラウン制御装置についての説明図である。

図５（ａ）において、ハースロール1の下方でハースロール1の胴長Ｗに対してハースロール1の両側にＬの長さの範囲に複数に分割したノズル4を配置する。分割長さ△Ｌは、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下とする。５０ｍｍ以下では分割数が増えて、ノズル４基部が供給ヘッダ５に固定することができなくなり、２００ｍｍ以上では、熱変形が発生し、ノズル４から媒体を均等に噴射させることか出来ない。例えば、鋼帯２１の最小幅Ｂが９００ｍｍで胴長Ｗ＝２０００ｍｍに対して両側のノズル長さＬ＝６００ｍｍとし、分割後の各ノズル長さ△Ｌ＝２００ｍｍを採用する。

このように、２００≦Ｌ≦（Ｗ−Ｂ）／２＋１００（１式）および５０≦△Ｌ≦２００（２式）を満足することにより、熱変形の少ないノズルを備えたサーマルクラウン制御装置を提供することができる。

（１）式において、２００≦Ｌとするのは、鋼帯エッジ部が搬送中に±１００ｍｍ程度のウォークがあるために２００ｍｍの範囲のサーマルクラウンを制御する必要があり、最小幅の鋼帯のクラウン制御を行う場合、Ｌが２００ｍｍ未満ではクラウン制御の効果がないためである。また、Ｌ≦（Ｗ−Ｂ）／２＋１００とするのは、最大幅から最小幅までをカバーするために必要であり、これ以上の幅は意味がない。

また、上記結果から、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ノズルの上部を長さ△Ｌ＝２００ｍｍを採用した場合、ノズルの基部（ヘッダ５との固定部）のノズル長さ△Ｌ１＝１８０ｍｍとする。このように、△Ｌ＞△Ｌ１とすることにより、末広がり状にハースロールに向かって拡大するので、ハースロール表面へは均等にガスを吹き付けることが出来る。

図４（ｃ）に示すように、ノズル４から噴射されたガス１１はハースロール１の表面に衝突して、ハースロール１の表面温度を冷却し、冷却後のガス１２はノズル間の排気口６を通って、排気ヘッダ７から排出される。排出されたガスは炉外に連通した排気ヘッダ２４で集合し、熱交換機２９により冷却され、供給ヘッダ２３を介して炉内供給ヘッダ５から再びハースロール１に吹き付けられる。

また、分割ノズル４はハースロール１側の開孔部長さ△Ｌと供給ヘッダ５側長さ△Ｌ１に△Ｌ＞△Ｌ1の関係で設定しているため、図4（ａ）に示すノズル間開孔４ａが存在するので、この開孔を通して排気ヘッダ７に回収する。

図５（ｂ）において、大きい幅の鋼帯２１ａの場合は供給ヘッダ５ｂを使用せずに供給ヘッダ５ａのみを使用し、小さい幅の鋼帯２１ｂの場合は供給ヘッダ５ａを使用せずに供給ヘッダ５ｂのみを使用し、鋼帯の幅に応じて必要な範囲だけを吹き付けることにより、冷媒又は熱媒の吹付量を少なくしてエネルギー原単位の低下をより少なくすることができる。

本発明のサーマルクラウン制御装置の概略配置図である。 本発明のサーマルクラウン制御装置の一実施例を示す斜視図である。 （ａ）は本発明のサーマルクラウン制御装置の一実施例を示す斜視図、（ｂ）は長手方向断面図である。 （ａ）は本発明のサーマルクラウン制御装置の一実施例を示す斜視図、（ｂ）は長手方向断面図である。 （ａ）はサーマル制御装置のノズル長さ、鋼帯幅、ロール胴長との関係の説明図、（ｂ）は図３に示す簿ズルをグループ分けしたサーマルクラウン制御装置についての説明図である。 連続焼鈍炉のレイアウト図である。

符号の説明

１ ハースロール
２ サーマルクラウン制御装置
３ ノズルヘッダ
４ ノズル
４ａ ノズル間開孔
５ 供給ヘッダ
６ 排気口
７ 排気ヘッダ
８ 断熱材
９ 保護板
１０ ノズル開口部
１１ 吐出ガス
１２ 排気ガス
１３ 加熱帯
１４ 均熱帯
１５ 徐冷帯
１６ １次冷却帯
１７ 過時効帯
１８ ２次冷却帯
１９ シール装置
２０ 最終冷却帯
２１ 鋼帯
２２ 軸受け
２３ 供給ヘッダ
２４ 排気ヘッダ
２５ サポート
２６ 端面シール板
２７ 側面シール板
２９ 熱交換器
３０ 送風機

Claims (4)

1. 連続焼鈍炉に組み込まれるハースロールの周面に冷媒または熱媒を吹き付けて、該ハースロールの軸方向温度差を減少させるサーマルクラウン制御装置において、
   ハースロールの胴長Ｗおよび鋼帯の最小幅Ｂとハースロールの胴長の両側に配置する冷媒または熱媒を吹き付けるノズルの長さＬとの関係を下記１式の範囲内とし、かつ、前記ノズルＬをハースロール軸方向に分割し、分割長さ△Ｌを２式の範囲内にすることを特徴とするサーマルクラウン制御装置。
   ２００≦Ｌ≦（Ｗ−Ｂ）／２＋１００ １式
   ５０≦△Ｌ≦２００ ２式
2. ハースロールの周面に冷媒または熱媒を吹き付けるノズルとノズルに冷媒または熱媒を供給する供給ヘッダを間隔をあけて対設し、該ノズルとノズルの空間から吹き付けた冷媒または熱媒を排気する排気ヘッダを一体的に組み込んでノズルヘッダとし、このノズルヘッダの外周に断熱材を張設し、該断熱材の外周をステンレス製薄板で保護したことを特徴とする請求項1に記載のサーマルクラウン制御装置。
3. 分割されたノズルに対して供給ヘッダが分割されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーマルクラウン制御装置。
4. ノズルはハースロール側の開口部長さ△Ｌと供給ヘッダ側長さ△Ｌ１との関係は、
   △Ｌ＞△Ｌ１
   であることを特徴する請求項３に記載のサーマルクラウン制御装置。

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