JP5413177B2 - 金属帯の熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属帯の熱処理方法に関し、特に、横型加熱炉を有する連続熱処理ラインで鋼帯を熱処理する方法に関する。

金属帯、例えば鋼帯を連続的に熱処理する連続熱処理ラインは、通常、図５に示すように、鋼帯１１を加熱する横型加熱炉１２を有し、この加熱炉１２の内部に配設された多数のハースロール１３で鋼帯１１を支えると共に、加熱炉１２の入側と出側に配置された入側ブライドルロール１４と出側ブライドルロール１５で鋼帯１１に張力を付与している。
このような連続熱処理ラインの横型加熱炉は炉長が数百メートルに及ぶため、鋼帯の熱処理を安定して行うためには、鋼帯を加熱炉内で蛇行させることなく通板させることが重要である。

連続熱処理ラインの加熱炉内で鋼帯の蛇行を抑止するには、特許文献１に開示されているように、出側ブライドルロールにより鋼板に付与される張力を入側ブライドルロールにより鋼板に付与される張力よりも高くすることが有効であるが、連続熱処理ラインによっては材質上の制約などにより張力を例えば２０ＭＰａ以下にしなければならない場合がある。
そこで、加熱炉内の鋼帯をセンタリング機構により通板ライン中心にセンタリングして鋼帯が蛇行するのを抑止する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−３２４２２１号公報 特開平１０−２１９４１９号公報

しかしながら、特許文献２に開示された方法では、センタリング機構を設置するためのスペースや費用などを要することから、加熱炉内で鋼帯が蛇行するのを機械的な方法に頼ることなく抑止できる方法が望まれていた。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、横型加熱炉を有する連続熱処理ラインにより金属帯の熱処理を連続的にかつ安定して行うことのできる金属帯の熱処理方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、横型加熱炉を有する連続熱処理ラインで金属帯を熱処理する方法であって、前記加熱炉の内部で金属帯を支えるハースロールの周速度をＶ _ＨＲ 、前記加熱炉を通過する金属帯の炉内通過速度をＶ _ＳＴ 、前記加熱炉の入側に配置された入側ブライドルロールの周速度をＶ_ＩＮ、前記加熱炉の出側に配置された出側ブライドルロールの周速度をＶ_ＯＵＴとしたとき、Ｌ＝（Ｖ_ＨＲ−Ｖ_ＳＴ）／Ｖ_ＳＴで定義される速度差比率Ｌがγ＝（Ｖ_ＯＵＴ−Ｖ_ＩＮ）／Ｖ_ＩＮで表される金属帯伸び率γに対してＬ≧γとなる周速度で前記ハースロールを回転させるとともに、前記加熱炉と前記入側ブライドルロールとの間に配置された入側張力計または前記加熱炉と前記出側ブライドルロールとの間に配置された出側張力計により前記金属帯の張力を計測し、前記入側張力計の張力計測値と入側張力目標値または前記出側張力計の張力計測値と出側張力目標値との差分に基づいて前記入側ブライドルロールまたは前記出側ブライドルロールの周速度を調整することを特徴とする。

本発明に係る金属帯の熱処理方法によれば、入側ブライドルロールと出側ブライドルロールにより付与される金属帯の張力を例えば２０ＭＰａ以下の低張力に設定しなければならない場合でも加熱炉の内部で金属帯の蛇行が発生することを機械的な蛇行防止装置に頼ることなく抑止することが可能となるので、横型加熱炉を有する連続熱処理ラインにより金属帯の熱処理を連続的にかつ安定して行うことができる。

本発明に係る金属帯の熱処理方法が適用される連続熱処理ラインの一例を示す図である。 本発明に係る金属帯の熱処理方法が適用される連続熱処理ラインの他の例を示す図である。 本発明に係る金属帯の熱処理方法が適用される連続熱処理ラインの他の例を示す図である。 本発明に係る金属帯の熱処理方法が適用される連続熱処理ラインの他の例を示す図である。 横型加熱炉を有する連続熱処理ラインの概略構成を模式的に示す図である。 ハースロール周速度と蛇行発生率との関係について調査した結果を示す図である。 鋼帯とハースロールとの間に発生する摩擦力を模式的に示す図である。 本発明に係る金属帯の熱処理方法と異なる方法で鋼帯の熱処理を行う場合に用いられる連続熱処理ラインの一例を示す図である。

まず、本発明に係る金属帯の熱処理方法を発明するに至った経緯について説明する。
加熱炉内を通過する鋼帯の炉内通過速度に対して、ハースロールの周速度はある比率をもって設定され、ハースロール周速度と鋼帯炉内通過速度との速度差比率Ｌは下式（１）で定義される。
Ｌ＝（Ｖ_ＨＲ−Ｖ_ＳＴ）／Ｖ_ＳＴ ……（１）
ただし、Ｖ_ＨＲ：ハースロールの周速度、Ｖ_ＳＴ：鋼帯の炉内通過速度。
ここで、鋼帯炉内通過速度は通板速度計等により実測しても良いが、通常はブライドルロールの周速度をもって炉内通過速度と見なすことができる。また、ハースロール周速度と鋼帯炉内通過速度との速度差比率は、正の場合に先進率あるいはリード率と呼ばれ、負の場合には後進率あるいはラグ率と呼ばれる。

本発明者らは、鋼帯の加熱炉入側張力を１０ＭＰａに設定してハースロールの周速度を変化させたときの蛇行発生率について調査した。その結果を図６に示す。なお、ここで言う蛇行発生率とは、加熱炉中央に石英ガラスで覗き窓を設けて加熱炉内の鋼帯を目視観察し、鋼帯の蛇行量が１００ｍｍを越えていた時間の比率である。
図６から明らかなように、加熱炉内で発生する鋼帯の蛇行は、上述したリード率の絶対値が大きくなることによって発生率が著しく減少することが判明した。本発明者らの検討によれば、鋼帯がハースロールから受ける力は鋼帯が自重によりハースロールに押し付けられることによって発生する摩擦力のみであり、リード率の絶対値を大きくすることにより鋼帯とハースロールとの間に発生する摩擦力が大きくなり、さらに摩擦力のベクトルがハースロールの回転方向にあり、鋼帯を直進させる力も大きくなるため、蛇行発生率が減少すると推定される。

また、ハースロールと鋼帯との間の摩擦係数はリード率に依存し、蛇行抑止に効果を発揮する摩擦力もリード率に依存してしまうため、蛇行発生率をより減少させるためには、図６から明らかなように、リード率をある程度の大きさ以上にする必要があることがわかる。さらに、加熱炉内で張力によって鋼帯が加熱炉の炉長方向に伸びるため、リード率をある程度の大きさ以上にする必要がある。

上記リード率の上限は蛇行防止の観点からは決められないが、大きすぎると鋼帯に疵が生じやすくなるため、速度差比率Ｌを鋼帯の種類に応じて決定すればよい。
本発明者らは、ハースロール周速度と鋼帯炉内通過速度とのリード率を十分大きくした状態で鋼帯の加熱炉入側張力を３０ＭＰａまで変化させたところ、蛇行の発生が防止できただけでなく、入側張力と出側張力の張力差が通常存在する程度の変動を除き常に一定であることを見出した。

加熱炉内で鋼帯が受ける力は、上述したように、ハースロールとの間に発生する摩擦力（＝ストリップ自重×摩擦係数）のみであるから、図７に示すように、鋼帯１１がハースロール１３の周面上を通過する前後の張力は摩擦力の分だけ変化する。従って、ハースロール周速度と鋼帯炉内通過速度とのリード率を十分大きい値に設定すると、ハースロールと鋼帯との間の摩擦係数はほぼ一定であると見なすことができると共に摩擦力の働く方向も一定であることから、鋼帯に作用する摩擦力は加熱炉全体で考えれば炉長分の鋼帯自重に摩擦係数を掛けたものとなる。このため、リード率を十分大きい値に設定することで鋼帯の蛇行を抑止できるものの、特許文献２に記載された方法のように、入側ブライドルロールによって付与される入側張力と出側ブライドルロールによって付与される出側張力をそれぞれ独立に制御することができなくなる。

そこで、本発明者らは、上記の式（１）で定義される速度差比率Ｌが下式（２）で表される鋼帯伸び率γに対してＬ≧γとなる周速度でハースロールを回転させるとともに、加熱炉と入側ブライドルロールとの間に配置された入側張力計または加熱炉と出側ブライドルロールとの間に配置された出側張力計により鋼帯の張力を計測し、入側張力計の張力計測値と入側張力目標値または出側張力計の張力計測値と出側張力目標値との差分に応じて入側ブライドルロールまたは出側ブライドルロールの周速度を変更して鋼帯の熱処理を行うことを見出した。
γ＝（Ｖ_ＯＵＴ−Ｖ_ＩＮ）／Ｖ_ＩＮ ……（２）
ただし、Ｖ_ＩＮ：入側ブライドルロールの周速度、Ｖ_ＯＵＴ：出側ブライドルロールの周速度。

次に、本発明に係る鋼帯の熱処理方法が適用される連続熱処理ラインについて説明する。
図１は本発明に係る鋼帯の熱処理方法が適用される連続熱処理ラインの一例を示す図で、図中１６は鋼帯１１の加熱炉入側張力を計測する入側張力計、１７は鋼帯１１の加熱炉出側張力を計測する出側張力計、１８はハースロール１３を駆動するハースロールモータ、１９は入側ブライドルロール１４を駆動する入側ブライドルロールモータ、２０は出側ブライドルロール１５を駆動する出側ブライドルロールモータをそれぞれ示している。

図１に示す連続熱処理ラインでは、ハースロール１３の周速度をＶ_ＨＲ、鋼帯１１の炉内通過速度をＶ_ＳＴ、入側ブライドルロール１４の周速度をＶ_ＩＮ、出側ブライドルロール１５の周速度をＶ_ＯＵＴとした場合、Ｌ＝（Ｖ_ＨＲ−Ｖ_ＳＴ）／Ｖ_ＳＴで定義される速度差比率Ｌがγ＝（Ｖ_ＯＵＴ−Ｖ_ＩＮ）／Ｖ_ＩＮで表される鋼帯伸び率γに対してＬ≧γとなるように、ハースロール１３の各周速度がハースロールモータ１８を介してハースロールモータ制御装置２１により制御される。
鋼帯の炉内通過速度Ｖ_ＳＴは炉内に板速計を設置しても良いが、入側ブライドルロールの周速度Ｖ_ＩＮをＶ_ＳＴとみなしても良い。出側ブライドルロールの周速度Ｖ_ＯＵＴを用いる場合は、Ｖ_ＳＴ＝Ｖ_ＯＵＴ／（１＋γ）とすると良い。

また、図１に示す連続熱処理ラインでは、鋼帯１１の加熱炉入側張力と加熱炉出側張力を入側張力計１６および出側張力計１７により計測し、出側ブライドルロール１５の周速度が出側ブライドルロールモータ２０を介してブライドルロールモータ制御装置２２により入側張力計１６の張力計測値と入側張力目標値との差分に基づいて制御されるとともに、出側張力計１７の張力計測値が張力監視モニター２３によりモニターされる。

このように、連続熱処理ラインの加熱炉１２で鋼帯１１を加熱処理するに際して、Ｌ＝（Ｖ_ＨＲ−Ｖ_ＳＴ）／Ｖ_ＳＴで定義される速度差比率Ｌがγ＝（Ｖ_ＯＵＴ−Ｖ_ＩＮ）／Ｖ_ＩＮで表される鋼帯炉内伸び率γに対してＬ≧γとなる周速度でハースロール１３を回転させるとともに、加熱炉１２と入側ブライドルロール１４との間に配置された入側張力計１６により鋼帯１１の加熱炉入側張力を計測し、入側張力計１６の張力計測値（張力実績値）と入側張力目標値との差分に基づいて出側ブライドルロール１５の周速度を調整することで、鋼帯１１の張力を例えば２０ＭＰａ以下の低張力に設定しなければならない場合でも加熱炉１２の内部で鋼帯１１の蛇行が発生することを機械的な蛇行防止装置に頼ることなく抑止することが可能となり、これにより、横型加熱炉を有する連続熱処理ラインにより鋼帯の熱処理を連続的にかつ安定して行うことができる。

図１に示した連続熱処理ラインでは、出側ブライドルロール１５の回転を入側張力計１６の張力計測値と入側張力目標値との差分に基づいてブライドルロールモータ制御装置２２により制御するようにしたが、図２に示す連続熱処理ラインのように、出側ブライドルロール１５の回転を出側張力計１７の張力計測値と出側張力目標値との差分に基づいてブライドルロールモータ制御装置２２により制御するようにしてもよい。

図３に示した連続熱処理ラインでは、入側ブライドルロール１４の回転を入側張力計１６の張力計測値と張力目標値との差分に基づいてブライドルロールモータ制御装置２２により制御するようにしたが、図４に示す連続熱処理ラインのように、入側ブライドルロール１４の周速度を出側張力計１７の張力計測値と張力目標値との差分に基づいてブライドルロールモータ制御装置２２により制御するようにしてもよい。
図１〜４に示した連続熱処理ラインでは、入側ブライドルロールモータ１９の回転数をハースロールモータ制御装置２１に入力してハースロール１３の回転を制御するようにしたが、出側ブライドルロールモータ２０の回転数をハースロールモータ制御装置２１に入力してハースロール１３の回転を制御するようにしてもよい。

［実施例］
本発明者らは、図１〜図４に示した連続熱処理ラインで熱処理される鋼帯として板厚０．２ｍｍ、板幅１２００ｍｍの低炭素鋼板を用い、入側ブライドルロール目標通板速度、入側張力目標値、出側張力目標値、目標リード率等を表１に示す値に設定して蛇行の発生状況について調査した。その結果を入側張力実績値、出側張力実績値および鋼帯伸び率と共に表１に併記する。

なお、表１の備考欄に記載された従来例は、鋼帯の熱処理を図８に示す連続熱処理ラインで実施した場合のものである。
表１から明らかなように、鋼帯が入出側平均で７．４ＭＰａ程度で、本発明では蛇行は発生しなかった。
一方、比較例では、目標リード率を０．２％に設定したところ、鋼帯の入出側平均張力が同じであるにもかかわらず、炉内で１００ｍｍ以上の蛇行が発生した。
また、従来例では、目標リード率を２．０％、出側張力目標値を５．９ＭＰａに設定したところ、入側ブライドルロール１４と出側ブライドルロール１５の周速度が張力変動に伴い大きくハンチングし、鋼帯が破断した。

１１…鋼帯
１２…加熱炉
１３…ハースロール
１４…入側ブライドルロール
１５…出側ブライドルロール
１６…入側張力計
１７…出側張力計
１８…ハースロールモータ
１９…入側ブライドルロールモータ
２０…出側ブライドルロールモータ
２１…ハースロールモータ制御装置
２２…ブライドルロールモータ制御装置
２３…張力監視モニター。

Claims (1)

1. 横型加熱炉を有する連続熱処理ラインで金属帯を熱処理する方法であって、前記加熱炉の内部で金属帯を支えるハースロールの周速度をＶ _ＨＲ 、前記加熱炉を通過する金属帯の炉内通過速度をＶ _ＳＴ 、前記加熱炉の入側に配置された入側ブライドルロールの周速度をＶ_ＩＮ、前記加熱炉の出側に配置された出側ブライドルロールの周速度をＶ_ＯＵＴとしたとき、Ｌ＝（Ｖ_ＨＲ−Ｖ_ＳＴ）／Ｖ_ＳＴで定義される速度差比率Ｌがγ＝（Ｖ_ＯＵＴ−Ｖ_ＩＮ）／Ｖ_ＩＮで表される金属帯伸び率γに対してＬ≧γとなる周速度で前記ハースロールを回転させるとともに、前記加熱炉と前記入側ブライドルロールとの間に配置された入側張力計または前記加熱炉と前記出側ブライドルロールとの間に配置された出側張力計により前記金属帯の張力を計測し、前記入側張力計の張力計測値と入側張力目標値または前記出側張力計の張力計測値と出側張力目標値との差分に基づいて前記入側ブライドルロールまたは前記出側ブライドルロールの周速度を調整することを特徴とする金属帯の熱処理方法。

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