JP3173329B2 - 熱処理炉の張力制御方法 - Google Patents

熱処理炉の張力制御方法

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    • G05D15/01Control of mechanical force or stress; Control of mechanical pressure characterised by the use of electric means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54Furnaces for treating strips or wire
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  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Control Of Heat Treatment Processes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金属帯(鋼帯等)を通板
する熱処理炉、とくに連続焼鈍炉において、蛇行(横ず
れ)や絞り(ヒートバックル)を防止する技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、連続焼鈍炉で金属帯を所定の温度
条件及び張力条件で通板するときには、金属帯が薄く
幅広、高温焼鈍、高張力、炉内ロール形状が不適
合の場合に、絞り(ヒートバックル)が発生し、通板上
のトラブルによる、製造能力の低下および歩留の低下の
要因となっていた。
【0003】また、金属帯の形状、温度と炉温のバラン
ス、張力、速度条件によっては蛇行(横ずれ)が発生
し、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、エッジ損傷したり、破断したりしていた。
【0004】これらの対策として、特開昭56−629
27号公報においては、ストリップの進行方向に沿って
1本以上の胴部輪郭形状の異なる複雑種類のロール配置
を行なう技術が開示されており、実施例として、幅狭材
通板用としてMC=2mm、FL=600mm、また幅
広通板用としてMC=4mm、FL=900mmなる炉
内ロールを竪型連続焼鈍炉に配備し、ストリップの幅変
更が大きくても横ずれを起こすことなく通板できる例が
あげられている。ここで、MCはロールのメカニカルク
ラウン(=(ロールフラット部径)−(ロール端部
径))であり、FLはロールフラット部長さである。
【0005】また、特公昭62−37697号公報で
は、竪型連続焼鈍炉において、上テーパロールMC<下
テーパロールMCとすることで極低炭素鋼板(IF鋼)
を絞りなく通板できる技術が開示されており、実施例と
して、通常のテーパロールではテーパ指数R(=(MC
/2)/Lt×1000)を、上ロールR≦1.2、下
ロールR≧1.2とする例があげられている。ここでL
tはテーパロールのテーパ部長さである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来技術には以下の様な問題点があった。
【0007】特開昭56−62927号公報に開示され
た技術では、幅狭用ロールと幅広用ロールを上下に配置
し、それぞれのロール配置を組合せ、サイズ(板幅)変
更があっても蛇行が発生しないと述べている。しかし、
幅狭用ロールはロールフラット部長さが短いため、金属
帯の幅が広くなると金属帯に作用する張力の大きい上部
ロールで絞りが発生する。ところがこの場合において
は、常に幅狭用ロールが竪型連続焼鈍炉内の上部に1本
以上配置されており、これでは薄物幅広材通板時に蛇行
は抑制できても絞りは防止できない。
【0008】また、特公昭62−37697号公報に開
示された技術においては、下テーパロールに対し上テー
パロールのテーパまたはクラウンを小さくするべく、ロ
ールのテーパ指数を規定している。
【0009】これらの技術では、ロール形状に合わせた
最適張力についての開示がなく、蛇行は防止できても、
絞りは防止できないか、あるいは絞りは防止できても、
蛇行は防止できないという問題点があった。本発明は、
オーダーの多品種、小ロット化による種々な熱処理やサ
イズの幅広化のなかで蛇行・絞りといった通板トラブル
がなく、かつ複雑な装置も設けずに、安定した熱処理炉
の技術を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題は以下の手段に
より解決される。
【0011】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熱処理炉に
おいて、前記熱処理炉の一部または全部に設置されてい
るテーパロールにおける金属帯に作用する張力(σ)を
測定し、前記張力が下記の式(1)の範囲にはいるよう張
力を制御する熱処理炉の張力制御方法である。
【0012】σmin <σ<σcr (1) ただし、 σmin :蛇行防止に必要な張力(kgf/mm2) σcr :絞り発生限界張力(kgf/mm2) σcr=K・tA ・(W−FL) B ・θh C ・E (2) t :金属帯の板厚 (mm) W :金属帯の板幅 (mm) FL:ロールフラット部長さ (mm) θh :熱間のロールテーパ勾配 (rad) E :金属帯の弾性係数(kgf/mm2) K、A、B、C:定数
【0013】
【作用】竪型連続熱処理炉において炉内上下に設置され
たロールを介して薄物幅広の金属帯を搬送・熱処理する
際には絞りの発生が問題であり、この絞り発生の限界と
なる条件を明らかにする必要がある。発明者らは、この
ための手段として以下の式(3)に基づく数値計算を行
い、トータルクラウンが大きいほど絞り易いことを知見
している。
【0014】ΔCrh=ΔCrc+Hc (3) ここで符号の意味は以下の通りである。 ΔCrh:熱間時のロールクラウン(トータルクラウン) ΔCrc:常温時のトータルクラウン Hc :ヒートクラウン
【0015】図5はこれらの符号の意味を示した図であ
る。図5において、1は金属帯、2はテーパロール、M
Cはロールのメカニカルクラウン、FLはロールフラッ
ト部長さ、θh は熱間のロールテーパ勾配、θc は常温
時のロールテーパ勾配である。
【0016】例えば、図6はテーパクラウンロールのロ
ール形状差による蛇行修正能力を示した図であり、ライ
ン長とともに初期の蛇行量が修正される変化を示してい
る。図6からフラット部長さが短いNO1〜3ほど蛇行
修正の時間が速く、蛇行修正能力が高いことがわかり、
逆に絞りが発生している。また図6に示す様にメカニカ
ルクラウンが大きい方が蛇行修正能力が高いことがいえ
る。
【0017】しかしながら、上記の条件だけでは絞り発
生の限界は予測できず、金属帯に働く張力がこれ以上に
なると絞りが発生する限界の張力として、絞り発生限界
張力σcrを定め、金属帯の板厚、板幅、弾性係数、トー
タルクラウンによるテーパ部勾配、ロールフラット部長
さを含んだ、絞り発生限界張力σcrに関する以下の式
(2)なる条件式を導いた。
【0018】 σcr=K・tA ・(W−FL) B ・θh C ・E (2) ここで、係数K、A、B、Cは実験に基づく回帰式から
得られる。
【0019】ここで炉内上部テーパロール張力をσt
炉内下部テーパロール張力をσb とすると、常に、σb
<σt となる。すなわち、連続熱処理炉内の上下テーパ
ロールでは金属帯に負荷される実際の張力がその自重分
だけ異なり、上部テーパロール張力の方が大きくなる。
従って、同一の炉内張力の場合は絞り発生防止の観点か
らは、上部では絞りの発生しにくいテーパロールのフラ
ット部長さの長いロール形状を選択した方が好ましい。
【0020】実験は、実機の竪型連続焼鈍炉において、
金属帯(鋼帯)の板幅1540〜1820mm、テーパロールのフ
ラット部長さ 600〜800mm 、メカニカルクラウン 0.3〜
0.8mm の範囲において実験を行い、連続焼鈍炉炉内のよ
り絞りの発生し易い上部テーパロールのチョックに取り
付けた歪ゲージにより、ロールに働く荷重を測定し、金
属帯の断面積で除することにより、金属帯に作用する張
力を求めた。図1はこれらの実験結果の重回帰計算結果
により得られた、K、A、B、Cを式(2)に代入して導
き出される、板幅と板厚の比(W/t)を一定とした場
合の金属帯の板幅と絞り発生限界張力との関係を示した
図である。図1から明らかな様に、ロール形状に合わせ
て最適な張力のあることが明らかである。
【0021】例えば、テーパロールのフラット部長さを
長くした場合は、絞り発生限界張力を上げることができ
る。
【0022】炉内の金属帯に作用する張力σは絞りと蛇
行防止の観点から絞り発生限界張力σcrおよび蛇行防止
に必要な張力σmin との関係は、式(1)の、σmin <σ
<σc rの条件を満たすことが必要である。
【0023】従って、式(2)によってσcrを定め、実験
結果から得られるσmin の値を定めれば、金属帯に作用
する張力σを測定することにより、この値が絞り発生限
界張力σcr以下、および蛇行防止に必要な張力σmin
上となる様に張力の制御をすることによって、絞りと蛇
行の発生を防止することが可能である。
【0024】
【実施例】本発明の実施例を図面にもとづいて説明す
る。
【0025】図2はその傾向を示した図で、テーパロー
ルのフラット部長さFLに対する金属帯の板幅Wの比を
ロール形状係数Sと定めれば、ロール形状係数と上部テ
ーパロールにおける金属帯に作用する張力との関係を示
した図であり、上下のロールフラット部長さFLが等し
い場合と、上部のロールフラット部長さFLを長くした
場合との結果を比較してある。図2においてMCはいづ
れも0.8mm で、■印は本願発明の上部FL=800mm 、下
部FL=600mm の張力の測定結果であり、+印は発明外
の上部FL=600mm 、下部FL=600mm の張力の測定結
果であり、X印は発明外の上部FL=600mm 、下部FL
=600mm の絞り発生時の張力の測定結果である。また、
図における曲線は、図の絞り発生結果から推定される、
絞り発生限界張力σcrの傾向線である。
【0026】図から明らかな様に、上下のロールフラッ
ト部長さFLが等しく、金属帯の板幅Wに対して短い場
合には、絞りが発生するが、上部のロールフラット部長
さを長くした場合には絞りが発生しない。また図2から
明らかな様に、ロール形状係数S=(W/FL)はS≦
2.4 の範囲では絞り発生限界張力が高いため、絞りの発
生が見られない。なお、表1に示すように下部のロール
形状係数については1.1≦S≦3.2 の範囲であることが
望ましい。1.1未満では蛇行が大きくなり、3.2 を超え
ると絞りが発生する。
【0027】図3はロール形状係数と上部テーパロール
における金属帯に作用する張力との関係を示した図2と
は異なる図であり、メカニカルクラウンMCの異なるロ
ール形状の結果を比較してある。図3において本願発明
の■印は上部ロールのFL800mm 、MC=0.3mm 、下部
ロールのFL600mm 、MC=0.8mm 、本願発明の+印は
上部ロールのFL800mm 、MC=0.8mm 、下部ロールの
FL600mm 、MC=0.8mm 、◇印は発明外の上部ロール
のFL600mm 、MC=0.8mm 、下部ロールのFL600mm
、MC=0.8mm の張力の測定結果である。また、金属
帯の板厚tは0.5〜1.0mm 、板幅Wは1540〜1820mmであ
る。
【0028】図3からわかるように、本願発明のテーパ
ロールのフラット部長さを長くすることで、絞り発生限
界張力を高めることができるのは明らかである。更に、
メカニカルクラウンMCを小さくすることにより、高い
張力でも絞りの発生がなく、絞り発生限界張力が向上す
るものである。
【0029】図4は本発明による金属帯に作用する張力
制御の概念図を示した図である。図4において、図5と
同一部分には同一符号を付し説明を省略する。図4にお
いて、3は入側ブライドルロール、4は出側ブライドル
ロール、5は張力制御装置である。炉内の搬送ロール
(テーパロール)2の一部または全部のチョック部に取
り付けられた張力測定器から張力の測定値が張力制御装
置5に送られ、この値が(2) 式に基づく絞り発生限界張
力σcr以下、および蛇行防止に必要な張力σmin(実験結
果から得られた例としてσmin =0.2kgf/mm2) 以上とな
る様に、駆動可能な炉内の搬送ロール(テーパロール)
2、入側ブライドルロール3および出側ブライドルロー
ル4のいずれかまたは全部の回転数を制御している。な
お、この場合における熱処理炉は竪型でも、部分的な横
型炉を含む竪型炉でも可能である。
【0030】
【表1】
【0031】
【発明の効果】以上のように、本発明によればオーダー
の多品種、小ロット化による種々の温度条件の熱処理や
サイズの幅広化のなかで蛇行・絞りといった通板トラブ
ルがなく、安定した熱処理炉の張力制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】金属帯の板幅と絞り発生限界張力との関係を示
した図である。
【図2】本発明によるロール形状係数と金属帯に作用す
る張力との関係を示した図である。
【図3】本発明による図2とは異なるロール形状係数と
金属帯に作用する張力との関係を示した図である。
【図4】本発明による金属帯に作用する張力制御の概念
を示した図である。
【図5】ロールクラウン等の符号の意味を示した図であ
る。
【図6】ロール形状差による蛇行修正能力を示した図で
ある。
【符号の説明】
1 金属帯 2 テーパロール 5 張力制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 1/00,9/52 C21D 9/56,11/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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熱処理炉
    の張力制御方法において、前記熱処理炉の一部または全
    部のテーパロールにおける金属帯に作用する張力(σ)
    を測定し、前記張力が下記の式(1)の範囲にはいるよう
    張力を制御することを特徴とする熱処理炉の張力制御方
    法。 σmin <σ<σcr (1) ただし、 σmin :蛇行防止に必要な張力(kgf/mm2) σcr :絞り発生限界張力(kgf/mm2) σcr=K・tA ・(W−FL) B ・θh C ・E (2) t :金属帯の板厚 (mm) W :金属帯の板幅 (mm) FL:ロールフラット部長さ (mm) θh :熱間のロールテーパ勾配 (rad) E :金属帯の弾性係数(kgf/mm2) K、A、B、C:定数
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