JP2006070290A

JP2006070290A - 鋼板の焼鈍方法及び連続焼鈍炉

Info

Publication number: JP2006070290A
Application number: JP2004252059A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Suefuji; 典昭末藤; Kenji Umadate; 健治馬立
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロールを備えた連続焼鈍炉で焼鈍を行った場合であっても、長期間にわたって前記搬送ロール表面への異物の付着（ビルドアップ）を防止して、鋼板の品質安定及び生産性の向上を図ることが可能な焼鈍方法及び連続焼鈍炉を提供する。
【解決手段】
表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロールを備えた連続焼鈍炉における鋼板の焼鈍方法であって、前記表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロール近傍の雰囲気温度と、前記表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロールに接触する鋼板の温度との差を、２３０℃以内とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面にセラミックスの溶射被覆が施された搬送ロールを備えた連続焼鈍炉における鋼板の焼鈍方法及び連続焼鈍炉に関するものである。

鋼帯の連続焼鈍炉内における搬送ロール（ハースロール）には、耐磨耗性、及び、耐ビルドアップ性が求められる。そして、これらの特性を向上させる目的で、そのロール表面には溶射被覆が施されて使用される場合が多い。

特に、鋼板の連続焼鈍設備においては、連続焼鈍炉内の搬送ロール表面に異物（ビルドアップ）が発生すると、そのロール上を通過する鋼板の表面には、ビルドアップによる押疵（凹み疵）が発生するという問題がある。このため、これらの搬送ロールの表面には、異物の付着防止、つまり、耐ビルドアップ性の向上を目的として、セラミックス主体の溶射被覆を施して使用される場合が多い。そのようなセラミックス溶射被覆を搬送ロール表面に施す方法が、例えば、特開昭５８−１４４１４号公報（特許文献１）や特開平６−１３５７６８号公報（特許文献１）に記載されている。
特開昭５８−１４４１４号公報特開平６−１３５７６８号公報

しかし、前記特許文献１及び２に記載されているようなセラミックス溶射被覆を搬送ロール表面に施した場合であっても、継続使用していると連続焼鈍炉内における搬送ロール表面にビルドアップが徐々に発生する場合が多く認められた。

本発明者等は、連続焼鈍炉での焼鈍過程において、表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロール表面へビルドアップが発生する原因について検討を行った。

ここで、セラミックス溶射被覆を表面に施す対象となる搬送ロールの材質としては、一般的に耐熱鋼を使用することが多い。例えば、代表的な耐熱鋼であるＳＣＨ２２（１３％Ｎｉ−２６％Ｃｒ）の線膨張係数（熱膨張係数）は約１６×１０^−６／℃である。これに対し、主にセラミックス溶射に用いられるＺｒＯ_２（ジルコニア）のようなセラミックスは、その線膨張係数は約１０×１０^−６／℃である。

このように、ロール表面に溶射被覆されるセラミックスの線膨張係数は、その下地となる耐熱鋼の線膨張係数の約三分の二とその差が大きいことがわかる。また、セラミックスの特性は、鋼と比較して一般に脆い。

このような構成のセラミックス溶射被覆を施したロールが繰り返し温度変化を受けた場合、溶射被覆されたセラミックスと下地の耐熱鋼との間には繰り返し大きな熱応力が働くこととなる。その結果、継続使用していくうちにロール表面のセラミックスが繰り返し応力により劣化、剥離し、耐ビルドアップ性能が低下するものと考えられる。

セラミックス溶射被覆が剥離し搬送ロール表面に異物の付着（ビルドアップ）が発生すると、鋼板製品の品質劣化を起こすため、設備の運転を停止して前記搬送ロールを交換しなければならず、生産性を阻害する要因となっていた。

そこで、本発明は、表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロールを備えた連続焼鈍炉で焼鈍を行った場合であっても、長期間にわたって前記搬送ロール表面への異物の付着（ビルドアップ）を防止して、鋼板の品質安定及び生産性の向上を図ることが可能な焼鈍方法及び連続焼鈍炉を提供することを目的とする。

連続焼鈍炉に備えられたロールが繰り返し温度変化を受ける場合としては、当該ロールの設置されている近傍の炉内雰囲気温度と、このロールを通過する鋼板温度の温度差が大きい場合がある。このような状況では、ロール表面極表層の鋼板と接触している部分は鋼板温度と略同じ温度となり、鋼板と接触していない部分は炉内雰囲気温度と略同じ温度となる。このように、ロール表面の極表層は、鋼板の通過による回転に伴って、１回転する間に、鋼板温度→炉内雰囲気温度→鋼板温度と繰り返し温度変化を受けて、繰り返し熱応力が作用する。その結果、ロール表面に被覆されたセラミックスは劣化、剥離を起こす。

つまり、表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロールに対し、鋼板の通過に伴うロール表面の温度変化をできるだけ少なくすることで、被覆されたセラミックスへの熱応力が低減し、セラミックスの劣化、剥離を防止できると考えられる。これにより、長期間にわたってロール表面への異物の付着を抑制することができる。

本発明は、以上のような知見に基づいてなされたものであり、以下のような特徴を有する。
［１］表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロールを備えた連続焼鈍炉における鋼板の焼鈍方法であって、
前記表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロール近傍の雰囲気温度と、前記表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロールに接触する鋼板の温度との差を、２３０℃以内とすることを特徴とする鋼板の焼鈍方法。
［２］鋼板の搬送方向上流側から、加熱帯及び冷却帯を有する連続焼鈍炉であって、
前記冷却帯に設けられた鋼板冷却装置と、
該冷却装置の上流側直前の前記冷却帯内に設けられた表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロールとを備え、
さらに、前記冷却装置と前記搬送ロールとの間に設けられ、前記冷却手段からの冷気が前記搬送ロール近傍に流れ込むのを遮断するための雰囲気遮断手段、及び／又は、搬送ロール近傍の雰囲気温度を制御するための雰囲気温度制御手段を設けた
ことを特徴とする鋼板の連続焼鈍炉。

本発明によれば、表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロールを備えた連続焼鈍炉で焼鈍を行った場合であっても、長期間にわたって前記搬送ロール表面への異物の付着（ビルドアップ）を防止して、鋼板の品質安定及び生産性の向上を図ることが可能な焼鈍方法及び連続焼鈍炉が提供される。

以下、本発明を実施するための最良の形態の一例を説明する。

図１は、本発明に係る焼鈍方法が適用される、連続焼鈍炉の構成の一例を示した図である。ここで、図１に示す連続焼鈍炉は、鋼板１の搬送方向上流側から、鋼板１を所定温度まで加熱するための加熱炉２と、この加熱炉２で所定温度に加熱された鋼板１を所定温度で所定時間熱処理するための均熱炉３とから構成される加熱帯と、均熱後の鋼板１を所定温度まで冷却するための冷却帯４とにより構成される。なお、前記連続焼鈍炉は冷間圧延機もしくは溶融亜鉛鍍金設備と組み合わされたものであっても良い。また、焼鈍する対象の鋼板は珪素鋼板であっても良い。

前記加熱炉２には、加熱手段として、例えば、複数の直火バーナや複数のラジアントチューブバーナ等が用いられる。また、前記均熱炉３には、加熱手段として、例えば、複数のラジアントチューブバーナ等が用いられる。さらに、前記冷却帯４には、均熱帯３から払い出された鋼板を冷却するための冷却手段４ａが備えられている。なお、前記冷却手段４ａには、例えば、通過する鋼板の両側から低温ガスやミスト状の水を吹き付けて冷却する手段、内部を冷却水が通過する水冷ロールを鋼板に押し付ける手段等を用いることができる。

さらに、前記冷却帯４内には、少なくとも冷却手段４ａの、鋼板１の搬送方向上流側直近に、表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロール４ｂが設けられている。均熱帯３から冷却帯４に送り込まれた高温の鋼板１は、前記搬送ロール４ｂに巻き付いて９０度方向転換されて冷却手段４ａに送り込まれる。

前記冷却手段４ａの、鋼板１の搬送方向上流側直近位置にセラミックス溶射被覆が施されたロールを使用するのは、以下の理由による。通常、連続焼鈍炉内の雰囲気としては、鋼板の酸化を抑止するため、体積比でＨ_２：３〜１０％、残部がＮ_２と不純物とからなるような還元雰囲気が一般的であり、この場合の露点は−６０℃〜０℃に保たれる。しかし、鋼板中に含まれるＭｎやＳｉなどの特定元素はこのような還元雰囲気においても酸化し、鋼板表面への濃化現象を起こす。この濃化現象は鋼板の焼鈍温度、つまり、均熱温度が高温であればあるほど顕著となり、また焼鈍時間、つまり、均熱時間が長ければ長いほど、顕著となる。このため、均熱炉後段から冷却帯前段では、前記鋼板表面への濃化現象（表層濃化）が最も進んでおり、さらに鋼板温度が高いことにより、搬送用ロールとの反応（表層濃化した特定元素の酸化物とサーメット溶射に含まれるＣｒやＡｌもしくはその酸化物との反応）が促進されやすい条件となり、結果的にビルドアップが発生しやすい。以上の理由により、前記冷却手段４ａの、鋼板１の搬送方向上流側直近位置にセラミックス溶射被覆が施されたロールを使用することが最も好ましい。

ここで、前記セラミックス溶射被覆としては、特にその組成が（ＺｒO_２＋ＺｒＳｉO_４）及び／又は（ＺｒO_２＋ＳｉO_２）を合計で８０質量％以上含むもの、（Ｙ_２O_３＋ＺｒO_２）を９０質量％以上含むもの、或いは、ＹＣｒO_３を５０質量％以上含み且つ（Ｙ_２O_３＋ＺｒO_２）との合計が９０質量％以上含むものを用いることが好ましい。

なお、本発明は、前記セラミックス溶射被覆の厚さが、ロール母材とセラミックス溶射皮膜の間に存在する下地被覆、例えば、サーメット溶射被覆等を除いた表層のセラミックス溶射被覆のみの厚さが０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲の場合に好適に用いられる。

また、本発明は、ロールの表層がセラミックス溶射被覆の場合に適用され、前記セラミックス溶射被覆の下層は直接ロール母材であってもよく、また、ロール母材と表層のセラミックス溶射被覆との間に中間層として、例えば、サーメット溶射被覆等があってもよい。

このような装置構成において、本発明にかかる一実施形態は、前記冷却手段４ａと前記搬送ロール４ｂとの間に、雰囲気遮断手段として、前記冷却手段４ａからの冷気が前記搬送ロール４ｂ近傍に流れ込むのを遮断するための仕切り壁４ｃを備えるものである。

前記仕切り壁４ｃが無い場合には、冷却手段４ａからの、例えば、低温ガスが搬送ロール４ｂの近傍に流れ込み、その雰囲気温度を低下させる。それに対し、均熱炉３から冷却帯４に送り込まれた鋼板１は、まだ高温のままである。この状況では、上述したように、前記搬送ロール４ｂには繰り返し熱応力がかかり、表面のセラミックスは劣化、剥離を起こす。

本発明においては、前記仕切り壁４ｃを備えることにより、冷却手段４ａからの、例えば、低温ガスの流れ込みを遮断できるので、前記搬送ロール４ｂ近傍の雰囲気温度の低下を防止できる。

これにより、前記搬送ロール４ｂ近傍の雰囲気温度は、均熱炉３から冷却帯４に送り込まれた鋼板１の温度に近い温度となり、前記搬送ロール４ｂへの熱応力が大幅に緩和され、表面のセラミックス溶射被覆の劣化、剥離を長期間抑えることが可能となる。

なお、前記仕切り壁４ｃとしては、鋼板１の搬送可能な最小の範囲のみ開口していることが好ましい。ガスの遮断をより効果的に行うためである。さらに、搬送ロール４ｂ近傍の雰囲気ガスを、前記仕切り壁４ｃの開口部に吹き付けること、もしくは、搬送ロール４ｂ近傍の圧力を冷却装置４ａ側より高くすることで、冷却手段４ａ側からの、例えば、低温ガスの進入を極力防止するようにすることが好ましい。あるいは、仕切り壁４ｃの替わりに、又は仕切り壁４ｃの先端に、シールロールを設けてもよい。

ここで、前記搬送ロール４ｂ表面のセラミックスの劣化、剥離を長期間抑えるためには、前記搬送ロール４ｂ近傍の雰囲気温度と、前記搬送ロール４ｂを通過する鋼板１の温度との差を、２３０℃以内、より好ましくは１５０℃以内とする必要がある。

さらに、本発明においては、前記搬送ロール４ｂ近傍の雰囲気温度を制御するための雰囲気温度制御手段４ｄを備えることが好ましい。前記雰囲気温度制御手段４ｄにより、前記搬送ロール４ｂ近傍の雰囲気温度と、前記搬送ロール４ｂを通過する鋼板１の温度との差を、前記のより好ましい温度差である１５０℃以内とすることがより容易に可能となり、本発明の効果を確実に発揮することが可能となる。

ただし、仕切り壁４ｃのような雰囲気遮断手段を備えない場合であっても、雰囲気温度制御手段４ｄを搬送ロール４ｂのごく近傍に設けるなどして、搬送ロール４ｂ近傍の雰囲気温度と搬送ロール４ｂを通過する鋼板１の温度との差を、前記温度差以内とすることができればよい。

なお、本実施形態においては、搬送ロール４ｂ近傍の雰囲気温度が、前記搬送ロール４ｂを通過する鋼板１の温度より高くなることはないので、前記雰囲気温度制御手段４ｄとしては、加熱手段となる。

ここで、前記雰囲気温度制御手段４ｄとしては、特に限定されないが、電気式ヒータ、ラジアントチューブバーナ等の搬送ロール４ｂ近傍の雰囲気成分を変化させない間接加熱方式のものを用いることが好ましい。

上記実施形態においては、冷却帯４内における冷却手段４ａの上流側直前に設けられた搬送ロールについて、セラミックス溶射被覆を施した場合について説明したが、冷却帯４内の冷却手段４ａの下流側に設けられた搬送ロール４ｅに本発明を適用しても良い。さらには、搬送ロール近傍の雰囲気温度と搬送ロールを通過する鋼板の温度との差が大きい場所であれば、例えば、加熱帯の均熱炉入側の搬送ロール３ａのように鋼板の温度が搬送ロール近傍の雰囲気温度より低い場合であっても、本発明を適用することができる。この場合も、セラミックス溶射被覆を施した搬送ロール近傍の温度と搬送ロールを通過する鋼板の温度差を２３０℃以内、より好ましくは１５０℃以内とすることで、セラミックス溶射被覆の劣化及び剥離の防止が図られる。

図１の例に示すように、炉内に設けられた搬送ロールは、鋼板の巻付け角が１８０°の場合にもっとも繰返しの熱応力が大きくなるが、巻付け角の大きさによらず熱応力は発生することから、巻付け角には限定されない。すなわち、巻付け角の大きい竪型焼鈍炉によらず、巻付け角の小さい横型（水平型）焼鈍炉においても同様に本発明が適用できる。

なお、上記の実施形態において、ロール表面の被覆としては、セラミックス溶射被覆の場合について記載しているが、サーメット溶射被覆、特に、前記セラミックス溶射被覆と同等の線膨張係数（熱膨張係数）のサーメット溶射被覆を用いた場合でも、同様の被覆の劣化及び剥離の防止効果を有することが期待できる。

図１に示す連続焼鈍炉において、図中４ｂに示す位置にセラミックス溶射被覆を施した搬送ロールを使用し、そのロールの寿命測定を行った結果を以下の表１に示す。

ここで、前記搬送ロールに施したセラミックス溶射被覆としては、（ＺｒO_２＋ＳｉO_２）を８０質量％以上含むもの（セラミックス溶射被覆ａ）及び（ＺｒO_２＋ＺｒＳｉO_４）を８０質量％以上含むもの（セラミックス溶射被覆ｂ）の２種類について行った。

本発明例として、前記２種類のセラミックス溶射被覆ａ，ｂを施した搬送ロール４ｂについて、図１に示す位置に仕切り壁４ｃを設けた場合（本発明例１，２）と、前記仕切り壁４ｃの他に搬送ロール４ｂ近傍の雰囲気温度を制御するための雰囲気温度制御手段４ｄを設けた場合（本発明例３）について、搬送ロール４ｂの寿命測定を行った結果を示す。また、従来技術にかかる比較例として、前記仕切り壁４ｃ及び雰囲気温度制御手段４ｄを設けない場合（比較例１，２）について搬送ロール４ｂの寿命測定を行った結果も示す。

ここで、前記セラミックス溶射皮膜を施した搬送ロール４ｂの寿命とは、前記搬送ロール４ｂにビルドアップが発生し、ロール交換を必要とするまでの期間とし、表１の比較例２の場合の寿命期間を１とした場合の相対値として記載した。

上記表１に示すように、本発明例１，２においては、従来技術に比較して２．５〜３倍、
本発明例３においては、従来技術に比較して４倍の寿命となり、本発明の効果が確認できた。また、ロール寿命が大幅に延長したことにより、ロール交換のための生産機会損失や品質問題が解消された。

本発明に係る焼鈍方法が適用される、連続焼鈍炉の構成の一例を示した図である。

符号の説明

１鋼帯
２加熱炉
３均熱炉
３ａ搬送ロール
４冷却帯
４ａ冷却手段
４ｂ搬送ロール
４ｃ仕切り壁
４ｄ雰囲気温度制御手段
４ｅ搬送ロール

Claims

表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロールを備えた連続焼鈍炉における鋼板の焼鈍方法であって、
前記表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロール近傍の雰囲気温度と、前記表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロールに接触する鋼板の温度との差を、２３０℃以内とすることを特徴とする鋼板の焼鈍方法。
鋼板の搬送方向上流側から、加熱帯及び冷却帯を有する連続焼鈍炉であって、
前記冷却帯に設けられた鋼板冷却装置と、
該冷却装置の上流側直前の前記冷却帯内に設けられた表面にセラミックス溶射被覆が施された搬送ロールとを備え、
さらに、前記冷却装置と前記搬送ロールとの間に設けられ、前記冷却手段からの冷気が前記搬送ロール近傍に流れ込むのを遮断するための雰囲気遮断手段、及び／又は、搬送ロール近傍の雰囲気温度を制御するための雰囲気温度制御手段を設けた
ことを特徴とする鋼板の連続焼鈍炉。