JP2005272909A - 連続焼鈍ラインのルーパにおける鋼帯の張力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続焼鈍ラインを通過させて製造する鋼帯の製造エネルギー削減を図るに際し、鋼帯の絞りを防止しつつルーパを安定通板することができ、しかもルーパにおける鋼帯張力の制御パラメータを決定する演算処理を簡単にすることができる連続焼鈍ラインのルーパにおける鋼帯の張力制御方法を提供する。
【解決手段】 ルーパへの侵入板温度に応じてルーパ内の張力設定値を変更する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、連続焼鈍ラインのルーパにおける鋼帯の張力制御方法に関し、特に、連続焼鈍ラインを通過させて製造する鋼帯の製造エネルギー削減を図るに際し、鋼帯の絞りを防止しつつルーパを安定通板することができる連続焼鈍ラインの竪型ルーパにおける鋼帯の張力制御方法に関する。

連続焼鈍ラインには、普通、巻戻し装置や鋼板同士を接続する溶接機、入側ルーパなどの入側設備、焼きなましを行う熱処理設備およびその出側設備としてのル−パ（以下、出側ルーパともいう）や巻戻装置が上流側から順に設置され、接続された鋼板が熱処理設備および出側ルーパに供給されるように構成されている。出側ルーパは、鋼板を貯える機能を有し、例えば、接続された鋼板を切断して切り離して巻き取る際に、固定ルーパロールと昇降ルーパロールに掛け渡された鋼板の通板長を変更することにより、焼きなましを行う熱処理設備の通板速度を変更しなくても済むようにしている。

一般に、ルーパにおける鋼帯の張力制御は、例えば竪型ルーパの場合、張力制御装置により、架台に回転自在に固定された固定ルーパロールとキャリッジ部材に回転自在に支承された昇降ルーパロール間に掛け渡された鋼板の張力が所定の張力設定値となるように制御している。

従来より出側ルーパにおける鋼帯の張力制御は、張力設定値を張力制御装置に張力制御パラメータとして設定することにより行い、この張力設定値は、鋼帯の材質、サイズ（板厚および板幅）毎に出側ルーパを安定通板することができる値に予め定められていた。

最近、地球環境問題などにより連続焼鈍ラインを経て製造される鋼帯の製造エネルギー削減が強く求められ、このため出側ルーパへの侵入板温度が室温を超えるようになる場合があった。

例えば、冷延鋼帯、電磁鋼帯、あるいはステンレス鋼帯などの連続焼鈍ラインにおいては、焼きなましを行う熱処理設備の冷却帯に鋼帯乾燥装置例えば温風または冷風を吹付けるドライヤーが設置されているラインも多い。このようなドライヤーを付帯した連続焼鈍ラインでは、ドライヤーによる鋼帯乾燥エネルギーを削減して、連続焼鈍ラインを経て製造する鋼帯の製造エネルギー削減を図ることが試みられている。

その際、出側ルーパへの侵入板温度が室温を超えるように熱処理設備の冷却帯出側板温度を上昇させた場合には、特に薄物材および／または広幅材において絞り疵が発生するという問題があった。この原因は、後述する理由により出側ルーパに配置されたルーパロールに形成されたサーマルクラウンに起因すると推定された。出側ルーパ内で鋼帯の絞りが生じると、製品不良となり、歩留まりが低下してしまうので、鋼帯の絞りを防止しつつ、出側ルーパを安定通板することが技術課題となっていた。

図２は、連続焼鈍炉の加熱帯や均熱帯に使用されている搬送ロール１０５により発生する絞り疵の発生原理を説明するための鋼帯１０１の形状を示す概略図である。

連続焼鈍炉の搬送ロール１０５に起因する絞り疵は、縦皺１０６が符号１０７で示す矢印方向に鋼帯１０１と共に移動し、搬送ロール１０５に巻き付けられて生じるとされている。縦皺１０６は、鋼帯１０１に作用する幅方向中央への引き寄せ力が鋼帯１０１の剛性より大きくなって生じた皺であり、その際、鋼帯１０１は、実線で示す状態から破線で示す状態に引張変形により変形する。図中の破線は、幅端部１０２の変形形状を示し、符号１０４で示す矢印は、幅端部１０２の引き寄せ方向を示す。

ところで、上記炉に配置された搬送ロールに起因する絞りを防止することができ、かつ炉内を安定通板することができる技術が特開平７−１７９９５０号公報に開示されている（特許文献１）。

特許文献１には、炉内の搬送ロールの温度分布に基づいてサーマルクラウンを演算し、得られたサーマルクラウンと常温でのメカニカルクラウンとから実効クラウンを求め、該実効クラウンと炉内の搬送ロールと接触している帯板のサイズ（板厚、板幅）およびそのときの帯板の温度における縦弾性率、最大引張り強度に応じた限界通板張力を求め、炉内通板張力を前記限界通板張力以下に抑制する通板張力制御方法が開示されている。

また、特許文献１には、サーマルクラウンを制御する手段として、ロール胴両端部に冷却風を吹付ける搬送ロールが示されている。
特開平７−１７９９５０号公報

しかしながら、サーマルクラウンを抑制するのに特許文献１記載の搬送ロールをルーパロールとして用いた場合、冷却エネルギーが余分に必要になり、鋼帯の製造エネルギー削減が不十分となるので採用することができない。

また、特許文献１記載の通板張力抑制方法では、帯板張力の制御パラメータとして限界通板張力を求めるのに、搬送ロールの温度分布に基づいてサーマルクラウンを演算する演算処理が必要であり、帯板張力の制御パラメータを決定する演算処理が煩雑になる問題がある。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消することにあり、連続焼鈍ラインを通過させて製造する鋼帯の製造エネルギー削減を図るに際し、鋼帯の絞りを防止しつつルーパを安定通板することができ、しかもルーパにおける鋼帯張力の制御パラメータを決定する演算処理を簡単にすることができる連続焼鈍ラインのルーパにおける鋼帯の張力制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、焼きなましを行う熱処理設備の冷却帯出側に設置されたルーパにおける鋼帯の張力制御方法であって、前記ルーパへの侵入板温度に応じてルーパ内の張力設定値を変更することを特徴とする鋼帯の張力制御方法である。

本発明によれば、連続焼鈍ラインを通過させて製造する鋼帯について、ルーパにおける鋼帯張力の制御パラメータを決定する演算処理を簡単にすることができる。しかも、本発明によれば、連続焼鈍ラインを通過させて製造する鋼帯の製造エネルギー削減を図るに際し、ルーパに配置されたルーパロールに起因する鋼帯の絞りを防止しつつルーパ内を安定通板することができる。その結果として、製品歩留まりを向上することができる。

先ず、本発明を完成させるに至る知見について図３を用いて説明する。図３は、ルーパに配置されたルーパロール２００のサーマルクラウンを説明する模式図である。

図３中、符号２０１、２０２は、ルーパロール２００のロール外形を示し、ロール外形２０１は、ルーパロール２００の胴部温度がルーパの室温に一致している室温状態でのロールプロフィールである。一方、ロール外形２０２は、ルーパへの侵入板温度を室温を超えて高くした鋼帯によりサーマルクラウンが形成された状態でのロールプロフィールである。サーマルクラウンは、室温状態でのルーパロール２００の胴中央部にルーパへの侵入板温度を室温を超えて高くした鋼帯が掛け渡され、鋼帯と胴中央部との接触面を介して鋼帯から胴中心部へ熱が伝達されることにより徐々に形成される。なお、サーマルクラウンとは、一般に直径当たりの、胴中央部の熱膨張量と胴端部の熱膨張量との差で定義される。

本発明法では、ルーパへの侵入板温度を室温を超えて高くして鋼帯を通板するために、胴中央部の熱膨張量が胴端部の熱膨張量より大きくなり、模式的に示した図３におけるロールプロフィール２０２と２０１の直径差に相当するサーマルクラウンが形成される。

これに対して、ルーパへの侵入板温度を室温として鋼帯を通板する場合には、室温のルーパロール２００の胴部へ鋼帯から熱が伝達されることはなく、ロール胴部の温度が室温に維持され、サーマルクラウンは形成されない。このために、上記従来法では、ルーパロール２００のロール外形は、模式的に示した図３におけるロールプロフィール２０１のまま維持される。室温状態におけるロールプロフィール２０１において、胴中央部の直径と胴端部の直径との差はメカニカルクラウンと称される。

本発明者らは、ルーパへの侵入板温度を室温より高くして通板した時に絞りが発生するのは、ルーパロールに上述したサーマルクラウンが徐々に成長し、その結果、１０〜２０分経過後の板幅Ｗ₂ 当たりのロールクラウンに対して張力設定値の値が不適切になっているという知見を得て、本発明を完成させた。

その際に、通板を開始してから１０〜２０分間は、鋼帯の絞りも蛇行も発生していないことから、張力設定値は張力制御装置に間違いなく伝送され、伝送された張力設定値が張力制御装置に確実に設定されて、ルーパにおける鋼帯張力が確実に行われていることもわかった。

なお、板幅Ｗ₂ 当たりのロールクラウンは、ルーパロールの、ロール胴中央部直径Ｄ_C −当該鋼帯の板幅端位置におけるロール胴直径Ｄ_E で定義される。但し、ロールクラウンは、上述したサーマルクラウンとメカニカルクラウンの和である。図３中、符号Ｗ₂ は、広幅材の板幅を示し、符号Ｗ₁ は、狭幅材の板幅を示す。狭幅材は広幅材よりも板幅当たりのロールクラウンが大きくなるため、絞りが生じ易くなる。

ここで、ルーパロールのサーマルクラウンは、ルーパ入側の鋼帯の温度を室温より高くして製造を開始してからの経過時間ｔ、通板した鋼帯のサイズ（板幅、板厚）や張力設定値およびルーパへの侵入板温度などによって変化するので、演算により精度よく求めるのは困難である。

そこで、本発明法では、ルーパにおける張力設定値Ｓをルーパロールに起因する鋼帯の絞りおよび蛇行の両方が発生していない操業実績に基づいて材質毎に決定した。

例えば、冷延鋼板用焼鈍ラインにおいては、ルーパロールに形成されるサーマルクラウンの成長を考慮したルーパにおける張力設定値Ｓは、ルーパへの侵入板温度Ｔ（℃）と従来の張力設定値Ｕ（Ｎ）をパラメータとして、補正式（１）で表される。

Ｓ＝｛１−α（１−Ｔ₀ ／Ｔ）｝Ｕ ・・・・（１）
Ｓ：補正後の製造エネルギー削減対象材の張力設定値（Ｎ）
α：補正係数
Ｔ₀ ：室温（℃）
ここで、補正係数αの値は鋼帯の材質により予め設定しておく値である。鋼帯の材質により絞りを発生させないための限界張力が異なるためである。

このように本発明法では、ルーパロールに形成されるサーマルクラウンの成長を考慮した張力設定値Ｓを用い、ルーパにおける鋼帯張力の制御を行うようにしたから、サーマルクラウンが形成されていない状態からサーマルクラウンが成長した状態まで狭幅から広幅までの全サイズにわたって、ルーパに配置されたルーパロールに起因する鋼帯の絞りを防止できかつルーパ内を安定通板することができる。また、ルーパにおける鋼帯張力の制御を行うに際し、上述した補正式（１）によりルーパにおける鋼帯張力の制御パラメータを決定するので、演算処理を簡単にすることができる。

しかも本発明法では、焼きなまし熱処理された鋼帯の持つ熱エネルギーを利用してルーパへの侵入板温度を室温を超えて高くでき、例えば、冷却帯での鋼帯の冷却を緩冷却とし、鋼帯の冷却終了温度を上昇させることも可能となり、冷却後の乾燥に要するエネルギーを削減することができる。この結果、連続焼鈍ラインを通過させて製造する鋼帯の製造エネルギー削減を図ることができる。

なお、ルーパに配置したルーパロールのサーマルクラウンが成長したときに広幅材に絞りが発生するのは、図３に示したように板幅Ｗ₂ 当たりのロールクラウンがサーマルクラウンを考慮していない従来の張力設定値Ｕに対して過大となっていたからである。そこで、広幅材に絞りが発生するのを防止するために、鋼帯張力の制御パラメータを従来の張力設定値Ｕとしたままで、室温状態でのルーパロールのメカニカルクラウンを小さくした場合には、サーマルクラウンが成長したときにおける広幅材の板幅Ｗ₂ 当たりのロールクラウンは適正となるが、ルーパロールにサーマルクラウンが形成されていないときには、狭幅材に対して板幅Ｗ₁ 当たりのロールクラウンが過小となってしまい、ルーパロールに起因する蛇行が発生する危険性が増す。このため、本発明に用いるルーパロールの室温状態でのメカニカルクラウンは従来と同じとするのが、狭幅材の製造チャンス制約を少なくすることができる点で好ましい。

また、本発明法では、熱処理設備の冷却帯出側板温度の上限値を１２０℃とするのが好ましい。この理由は、熱処理設備により焼きなまし熱処理された鋼帯の持つ熱エネルギーを利用して熱処理設備の冷却帯出側板温度を１２０℃超えとした場合には、鋼帯表面に酸化膜が形成され、表面品質や塗装性に問題を生じることがあるからである。また、その上限値を１２０℃とすることで、ルーパへの侵入板温度も１２０℃以下とすることができ、ルーパに配置されたルーパロールに形成されるサーマルクラウンを抑制しつつ、鋼帯の持つ熱エネルギーを有効利用して鋼帯の製造エネルギー削減を一段と図ることができる利点もある。

図１に示す冷延鋼板用焼鈍ライン（ＣＡＬ）に本発明を適用した。

図１に示す焼鈍ラインは、図示しない焼鈍炉の出側に、ミスト冷却を行うミスト冷却帯１５、浸漬水冷装置１２、ドライヤー１４を上流側からこの順で有する冷却帯３が備えられており、さらに冷却帯３の下流側にルーパ２が備えられている。ルーパ２は固定ルーパロール４と、キャリッジ部材６に回転自在に支承された昇降ルーパロール５とを有する竪型ルーパである。

この焼鈍ラインで冷延鋼板を処理するにあたり、ルーパ２への侵入板温度を室温を超えて高くして製造した。その際、鋼板１の板厚は０．２〜１．０ｍｍ、板幅は８００〜１８００ｍｍとし、ルーパ２における鋼帯の張力制御は、架台に回転自在に固定された固定ルーパロール４とキャリッジ部材６に回転自在に支承された昇降ルーパロール５に掛け渡された鋼板１の張力を所定の張力設定値に制御する方法で行った。すなわち、冷却帯３の出側近傍に設置した板温検出器１０で鋼帯１の温度を検出し、張力設定器９に入力することにより出側ルーパ２への侵入板温度Ｔを求め、得た侵入板温度Ｔと補正式（１）とから張力設定値Ｓを演算し、張力設定値Ｓを張力制御装置８に設定することで、キャリッジ部材６に接続された駆動モータ７のキャリッジ電流を制御した。

これにより冷延鋼板用焼鈍ラインで製造する全サイズの鋼帯について、ルーパロールのロールクラウンに起因して生じる鋼帯の絞りを防止しつつ鋼帯を安全通板することができた。但し、ルーパ２への侵入板温度は、熱処理設備の冷却帯３の出口近傍に設置した水冷装置１２を緩冷却として鋼帯１の冷却終了温度を４０〜１２０℃として鋼帯の持つ熱エネルギーを有効利用した。

なお、熱処理設備の冷却帯３の入側には炉本体が設置され、炉本体は加熱帯および均熱帯を有し、鋼帯１の焼きなまし熱処理を行っている。焼きなまし熱処理後の鋼帯１は、ミスト冷却帯１５の上下の搬送ロール１１間に掛け渡された状態で通板され、出口近傍に設置された浸漬水冷装置１２内のシンクロール１３により噴流水中に浸漬されることにより所定の冷却終了温度にまで冷却される。所定の冷却終了温度に冷却された鋼帯１は引き上げられて、図示しないデフレクタロールなどを経てルーパ２の入側に到達する。室温Ｔ₀ は、建屋内の大気温度であって、符号１６は建屋の床を示す。

この実施例では、鋼帯１の冷却終了温度を４０〜１２０℃とし、ドライヤー１４で加熱した後の鋼帯１の温度を３０℃超〜１２０℃として、ルーパ２への侵入板温度を３０℃超え１２０℃以下とした。このドライヤー１４は、そもそもドライヤー１４の熱エネルギーにより水中に浸漬された鋼帯１の表面に付着した水分を蒸発させることを目的として冷却帯３の出側近くに設置した装置であり、従来、噴流水中に浸漬された後の鋼帯１の冷却終了温度は、室温とされ、ドライヤー１４出側の温度も３０℃以下であったので、ルーパ内で絞りが発生することはなかったが、一方、ドライヤー１４の熱エネルギーにより鋼帯１の表面に付着した水分を蒸発させていたので、多大な熱エネルギーが必要であった。

上記実施例では、鋼帯１の冷却終了温度を４０℃以上とし、ドライヤー１４で加熱した後の鋼帯１の温度を１２０℃まで許容したのでドライヤー１４の熱エネルギーを削減することができた。

本発明を適用して好適な連続焼鈍ラインのルーパの概略構成図である。 焼きなまし熱処理を行う加熱帯や均熱帯の搬送ロールにより発生する絞り疵の発生原理を説明するための概略図である。 ルーパロール２００に生じたサーマルクラウンを説明する模式図である。

符号の説明

１、１０１ 鋼帯
２ ルーパ
３ 熱処理設備の冷却帯
４ 固定ルーパロール
５ 昇降ルーパロール
６ キャリッジ部材
７ 駆動モータ
８ 張力制御装置
９ 張力設定器
１０ 板温検出器
１１ 搬送ロール
１２ 浸漬水冷装置
１３ シンクロール
１４ ドライヤー（鋼帯乾燥装置）
１５ ミスト冷却帯
１６ 建屋の床
Ｔ₀ 室温
１０２ 幅端部
１０３ 幅中央部
１０４ 幅端部１０２の引き寄せ方向を示す矢印
１０５ 搬送ロール
１０５Ａ 胴中央部
１０５Ｂ 胴端部
１０６ 縦皺
１０７ 鋼帯１０１の移動方向を示す矢印
２００ ルーパロール
２０１、２０２ ロール外形
Ｄ_C ロール胴中央部直径
Ｄ_E 鋼帯の板幅端位置におけるロール胴直径
Ｗ₁ 狭幅材の板幅
Ｗ₂ 広幅材の板幅

Claims (1)

1. 焼きなましを行う熱処理設備の冷却帯出側に設置されたルーパにおける鋼帯の張力制御方法であって、
   前記ルーパへの侵入板温度に応じてルーパ内の張力設定値を変更することを特徴とする連続焼鈍ラインのルーパにおける鋼帯の張力制御方法。

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