JPH06279870A - 通電ピンチロールにおける薄鋼板の絞り防止方法 - Google Patents

通電ピンチロールにおける薄鋼板の絞り防止方法

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JPH06279870A
JPH06279870A JP7026993A JP7026993A JPH06279870A JP H06279870 A JPH06279870 A JP H06279870A JP 7026993 A JP7026993 A JP 7026993A JP 7026993 A JP7026993 A JP 7026993A JP H06279870 A JPH06279870 A JP H06279870A
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JP
Japan
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steel strip
thin steel
roll
calculated
steel sheet
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JP7026993A
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Tomohide Kamiyama
知英 神山
Hiroyuki Uchida
裕之 内田
Masami Onoda
正巳 小野田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は通電ピンチロールを介して薄鋼板を
通電加熱する方法において、加熱中の薄鋼板に発生する
絞りを防止することを目的とする。 【構成】 加熱中の薄鋼板の温度分布を測定し、その測
定結果に基づき前記薄鋼板に発生する熱応力を計算し、
その計算結果より前記薄鋼板にしわを発生させる圧縮力
を予め演算しておき、演算した圧縮力よりも大きな引張
力を付与するようにエキスパンダーロールの前記薄鋼板
への巻付き角及び曲げ角度を演算し、前記薄鋼板温度と
略同一となるまでエキスパンダーロールを加熱し、更に
前記にて算出した巻付き角となるよう薄鋼板に押し付け
ることを特徴とする絞り防止方法。 【効果】 形状良好な薄鋼板を得ることができ、冷却・
調質圧延・メッキ等の後工程における通板性が向上し、
製品の品質低下を抑制し、歩留りを向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は直接通電加熱・変圧器効
果型通電加熱等により薄鋼板を加熱して連続熱処理する
際の、通電ピンチロールにおける薄鋼板の絞り防止方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】走行紙・フィルム等のいわゆる‘しわ’
発生を防止する目的でのエキスパンダーロールに関する
発明は数多くなされており、例えば特開昭59−209
830号公報では、多孔質ロールのうち円弧側から圧縮
空気を供給すると共に、両端部に同径の回転自在な多孔
質ロールを設置して真空ポンプにてロール内部を空気吸
引することで、フィルムをふくれ上がらせてしわを伸ば
す装置が提案されている。
【0003】また、特開昭62−290666号公報で
はゴム円筒内部にシャフトとして熱膨張率の異なる材質
を組合せ、ロール芯に設置したヒーターにて加熱し、ロ
ール全体の湾曲度合いを変化させる方法・装置が提案さ
れている。
【0004】図4は従来における圧縮空気吐出+端部吸
引型エキスパンダーロールの概念図である。図4に示す
ように、多孔質ロール6a,6b表面に軸7a,7bの
空気吸引孔8a,8bから真空ポンプによる吸引力を作
用させて、フィルム9の両端部を保持する。この状態で
凹溝10から中心部多孔質ロール11に圧縮空気を供給
してフィルム9中心部をふくれ上がらせ、しわを無接触
の状態で伸ばすものである。
【0005】図5は熱膨張率の異なる材質を用いたエキ
スパンダーロールの概念図である。図5に示すように、
熱膨張率の異なる材質12,13を接合した構造のシャ
フト内部にヒータ14を配設してある。このシャフト上
に複数個の回転子15が設けられ、その外層を両端部を
ストッパ17にて固定したゴム円筒16で被覆し、温度
によりシャフトの湾曲度合いを変化させるものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにフィルム
・紙等のしわを伸ばすエキスパンダーロールが提案され
ているが、薄鋼板はフィルム・紙等に比べると絞り発生
時の応力ははるかに大きく、圧縮空気による非接触方式
で絞りを解消することは困難となってくる。また、通電
加熱装置へ適用する場合には薄鋼板は高温であり、ロー
ル表面材質としてゴムは適用不可能である。更に、多孔
質ロールで局部的に吸引・吐出した場合には温度差によ
る熱応力が薄鋼板に発生し、品質に悪影響を及ぼす。
【0007】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたもので、通電ピンチロール部で発生する熱応力を
考慮することで確実な薄鋼板の絞り防止方法を提供する
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、一対の通電ピンチロールにより薄鋼板を通電加熱
する方法において、加熱中の薄鋼板の温度分布を測定
し、その測定結果に基づき前記薄鋼板に発生する熱応力
を計算し、その計算結果より前記薄鋼板にしわを発生さ
せる圧縮力をあらかじめ演算しておき、演算した圧縮力
よりも大きな引張力を付与するようにエキスパンダーロ
ールの巻付き角及び曲げ角度を演算し、前記薄鋼板温度
と略同一となるまでエキスパンダーロールを加熱し、更
に前記にて算出した巻付き角となるよう薄鋼板に押し付
けることを特徴とする通電ピンチロールにおける薄鋼板
の絞り防止方法にある。
【0009】
【作用】以下本発明について図面を参照しながら詳細に
説明する。図1は本発明に係わるライン構成図であり、
図2は絞り発生過程の説明図である。図1に示すよう
に、薄鋼板2を通電ピンチロール1a,1b及び1c,
1dにてピンチした状態で、薄鋼板に通電し加熱する。
ここで薄鋼板内での温度差が大きな場合には、薄鋼板に
熱応力が発生する。この熱応力はロール出側では板幅方
向に引張力となるが、ロール入側では圧縮力となるた
め、図2に示すように板が弾性変形して‘しわ’5がで
きる。
【0010】この‘しわ’5が伸ばされずにロールに噛
み込むため、薄鋼板は塑性変形を起こして‘絞り’とな
るのである。従って、熱応力の作用する下流側ロールの
入射側にエキスパンダーロール3を押し付け、板幅方向
に引張力を付与して‘しわ’を解消することで‘絞り’
発生を防止する。
【0011】その際、薄鋼板の温度分布を事前にサーモ
ビュアー等で測定する。この実測した薄鋼板温度T
(K)と薄鋼板の線膨張率α(K-1)及び弾性係数E(N
/m2 )、ポアソン比νを与え、有限要素法等の数値計算
により熱応力分布σ(N/m2 )を求める。
【0012】ひずみ−変位マトリックスを〔B〕
(m-1)、応力−ひずみマトリックスを〔D〕(kg/
m2 )、剛性マトリックスを〔K〕(kg/m)、線膨張係数
ベクトルを{α}(K-1)、温度ベクトルを{T}
(K)とし、熱荷重ベクトル{F}th(N)を(1)式
により求める。
【数1】
【0013】次に(2)式より変位ベクトル{u}
(m)、(3)式よりひずみベクトル{ε}、(4)式
より熱応力ベクトル{σ}(N/mm2 )を順次求める。 {u}=〔K〕-1({F}−{F}th) ………………………(2) {ε}=〔B〕{u} ………………………(3) {σ}=〔D〕({ε}−{α}T) ………………………(4)
【0014】以上の(1)〜(4)式を用いて、まず平
面応力場にて熱応力分布σpsを求め、次に3次元シェル
要素にて熱応力分布σshell を求める。ここで、有限要
素法による平面応力場による熱応力計算方法は例えば
「熱応力と熱疲労」(日刊工業新聞社1974,p60
〜p68)に記された計算手順に従って実行する。ま
た、3次元シェル要素については「THE FINIT
E ELEMENT METHOD」(PRENTIC
E−HALL,INC.1987,p383〜p41
7)に記された手順等に従う。
【0015】この応力の差Δσ=σps−σshell が‘し
わ’発生の原因となった熱応力分なので、薄鋼板に‘し
わ’を発生させる圧縮力Fp (N)は熱応力の及ぶ薄鋼
板長手方向距離をl(m)、板厚をt(mm)とすると、Δ
σのうち板幅方向成分Δσyを積分した(5)式により
表現できる。
【数2】
【0016】次にエキスパンダーロールにより発生する
引張力Fy (N)が(6)式の範囲内となるようにエキ
スパンダーロールの巻付き角及び曲げ角度を決定する。 Fy >Fp ……………………………………………………(6)
【0017】まず、エキスパンダーロールと板との巻付
き角をθ(°)、単位幅当たりの搬送張力をT(N/m)と
すると、エキスパンダーロールによる単位幅当たりの押
し付け力P(N/m)は(7)式にて幾何学的に表現でき
る。 P=2Tcos(π−θ)/2 ………………………………………(7)
【0018】更に、板幅方向への引張力Fy は板とロー
ルとの摩擦係数をμ0 、板幅をB(m)、エキスパンダ
ーロールの曲げ角度をη(°)とすると(8)式にて表
現できる。 Fy =μ0 BPsin η ………………………………………(8) 以上の(7)〜(9)式の条件を満たすようにエキスパ
ンダーロールの曲げ角度η、板との巻付き角θを決定す
る。
【0019】ここで、エキスパンダーロール内に通した
チューブヒーター4によりロール表面を薄鋼板温度と略
同一にすることで、押し付けたエキスパンダーロールと
薄鋼板との温度差で新たに熱応力が発生するのを防止す
る。尚薄鋼板温度と略同一とは、エキスパンダーロール
と薄鋼板の温度差により発生熱応力が薄鋼板形状に悪影
響を及ぼさない範囲であればよく、通常±50K以内で
あれば実用上問題はない。更にロール軸受け部はベーク
ライト等で絶縁しておき、薄鋼板への通電電流が加熱ラ
イン以外に流れるのを防ぐ。
【0020】以上の定義により決定した形状のエキスパ
ンダーロールを走行中の薄鋼板に押し付けることで、薄
鋼板に発生するしわを制御してロール噛み込み時の絞り
発生を防止する。図3に上述した本発明に係る絞り防止
方法のフローチャートを示す。
【0021】
【実施例】本発明の実施例について、図1と同様のライ
ン構成で、直径0.3mの通電ロール及び直径0.3m
のエキスパンダーロールを適用し、板厚5×10-4m、
板幅0.3mの普通鋼を搬送張力1.5×107 N/m2
の状態で薄鋼板の温度が733Kになるまで通電加熱す
る場合の絞り防止方法について以下に述べる。
【0022】まず、上方に設置したサーモビュアーにて
測定した薄鋼板温度分布を(1)式の{T}に与える。
尚、測定結果の最大温度差は100Kであった。更に線
膨張率11.6×10-6(K-1)を(1)式中の{α}
に、弾性係数1.4×105 (N/m2 )及びポアソン比
0.3を(1)式中の応力−ひずみマトリックスを
〔D〕に与えた。この条件を基に(1)〜(4)式を順
次計算機にて数値計算した結果、平面応力場を用いた場
合には発生最大応力σps-max=1.2×108 N/m2
分布を有し、3次元シェル要素を用いた場合には発生最
大応力σshell -max=1.1×108 N/m2 の分布を有
しており、応力発生範囲は薄鋼板長手方向0.5mに及
んでいた。従ってエキスパンダーロールの押し付け位置
は下流側ロールの手前0.4mとした。
【0023】次に熱応力の計算結果を(5)式に代入し
て薄鋼板にしわを発生させる板幅方向圧縮力Fp を求め
た結果500Nであったので、(6)式の条件を満たす
ように以下の手順でエキスパンダーロール形状を決定し
た。
【0024】例えばロールの巻付き角を60°として
(7)式に代入すると単位幅当たりの押し付け力はP=
7.5×103 N/m となる。この値を(8)式に代入す
ると引張力Fy =636Nとなり(6)式の条件を満た
すことになる。尚、ロールと板の幅方向の摩擦係数μ0
=0.4とした。
【0025】以上の手順で決定した形状のエキスパンダ
ーロール内部をチューブヒーターにて表面が773Kに
なるまで加熱してロールを薄鋼板に押し付け、5m/min
の速度で薄鋼板を通板した結果、絞りの発生はなく、良
好な形状の薄鋼板を得ることができた。尚、発明者らの
実験によれば薄鋼板温度とエキスパンダーロールとの温
度差は50K以内であれば薄鋼板形状に問題はない。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように、本発明を通電加熱ラ
インに適用することで、形状良好な薄鋼板を得ることが
でき、冷却・調質圧延・メッキ等の後工程における通板
性が向上し、製品の品質低下を制御し、歩留まりを向上
させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるラインの構成概念図。
【図2】板絞り発生現象説明図。
【図3】本発明に係わる絞り防止方法のフローチャー
ト。
【図4】従来における吸引・圧縮型エキスパンダーロー
ル概念図。
【図5】従来における熱膨張率差利用型エキスパンダー
ロール概念図。
【符号の説明】
1a,1b 下流側通電ロール 1c,1d 上流側通電ロール 2 加熱対象である薄鋼板 3 本発明に係わるエキスパンダーロール 4 チューブヒーター 5 熱応力により発生するしわ 6a,6b 端部多孔質ロール 7a,7b ロール軸 8a,8b 空気吸引孔 9 フィルム 10 圧縮空気用凹溝 11 多孔質ロール 12 ロール軸 13 ロール軸 14 ロール軸内部ヒーター 15 回転子 16 ゴム円筒 17 ストッパー

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の通電ピンチロールにより薄鋼板を
    通電加熱する方法において、加熱中の薄鋼板の温度分布
    を測定し、その測定結果に基づき前記薄鋼板に発生する
    熱応力を計算し、その計算結果より前記薄鋼板にしわを
    発生させる圧縮力をあらかじめ演算しておき、演算した
    圧縮力よりも大きな引張力を付与するようにエキスパン
    ダーロールの巻付き角及び曲げ角度を演算し、前記薄鋼
    板温度と略同一となるまでエキスパンダーロールを加熱
    し、更に前記にて算出した巻付き角となるよう薄鋼板に
    押し付けることを特徴とする通電ピンチロールにおける
    薄鋼板の絞り防止方法。
JP7026993A 1993-03-29 1993-03-29 通電ピンチロールにおける薄鋼板の絞り防止方法 Withdrawn JPH06279870A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110082081A (zh) * 2019-04-19 2019-08-02 清华大学 一种基于能量法的类皮肤电子器件失稳模式的判断方法
CN114632820A (zh) * 2022-03-04 2022-06-17 南京工程学院 冷轧用工作辊辊形设计方法及超薄铝箔冷轧板形控制方法

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