JPS60221532A - 連続焼鈍設備冷却炉のストリツプ温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、連続焼鈍設備冷却炉のストリンフ゛温度制御
力法に関する。さらに詳細には、ロール冷却装置とガス
ジェット冷却装置とを備えた連続焼鈍設備冷却炉におけ
るストリップ温度制御力法に関するものである。

一般に、冷間圧延設備で所定板厚に圧延加工されたコー
ルドストリンプ（冷延鋼板）は、連続焼鈍設備において
熱処理されて所要の機械的性質を付与される。連続焼鈍
設備はストＩＪツブを連続的に通過させ、加熱、均熱、
徐冷、冷却、過時効処理、最終冷却の各過程を経過させ
て熱処理を行うもので、上記各過程に対応して加熱炉、
均熱炉、徐冷炉、冷却炉、過時効炉、最終冷却炉の各炉
から構成されている。

第１図は連続焼鈍設備において熱処理されるストリップ
のヒートサイクルの１例を示した線図、第２図は連続焼
鈍設備の全体構成の１例を示した概念図である。ストリ
ップｌは一定速度で加熱炉２、均熱炉３、徐冷炉４、冷
却炉５、過時効炉６、最終冷却炉７の各炉内を順次上下
蛇行状に通過して第１図に示されたようなヒートサイク
ルにより加熱、冷却され、所要の熱処理を受けて送出さ
れる。

上記の６炉のうち、冷却炉５においては第１図に見られ
るように例えば５０〜１００°Ｃ／８の如き高い冷却速
度でス）　ＩＪンブを冷却することが要求される。この
冷却力法としては不活性ガスを吹きつけるガスジェット
による方法―水スプレーあるいはフォグによる方法、お
よび内部に冷媒を流通させた冷却ロールによる方法かめ
る。これらのうちで、水スプレーやフォグによる場合は
、ストリップ表面が水に接触して酸化するため酸洗い等
の表面清浄処理を必要とし設備が複雑、大規模化する難
点があシ、またガスジェットによる場合は不活性ガスの
コストならびにガスジェット形成のための動力費を必要
とする。そこで、一般にコールドストリップの連続焼鈍
設備冷却炉における冷却力法としては、冷却ロールに高
温ストリップを接触させ、接触熱伝達によって冷却を行
、う方法が有利とされている。

しかしながら、このロール冷却法では、中空金員製冷却
ロールの軸方向の一力から冷媒を流入させ他力から流出
させるため、冷媒温度がストリンブ幅方向において不均
一となυ易く、また冷媒に水を使用する場合（通常はコ
スト面等よシ水が用いられることが多い）ストリップ温
度が高いと水が沸騰することが６Ｊ）、ストリップと冷
媒との熱交換が均等に行われず、ストリップに生じた幅
方向製置差のため製品に形状不良を生じる。この欠点に
、連続焼鈍設備に送入されるス）　ＩＪンブ原板に形状
不良や幅方向厚み不同がある場合は冷却ロールとストリ
ップとの接触が不均一となるためにさらに加重され、製
品に極端な形状不良を生じて後工程の冷間矯正によって
も矯正できず、不良品となる。

上述のような連続焼鈍設備冷却炉における問題点を解消
することを意図し、冷却ロール１本当υのストリップ温
度降下量を所要範囲内に制限する如く冷却ロールおよび
冷媒の条件を設定してストリップの冷却を行う方法が試
みられている。例えば特開昭５９−２３８２６号公報（
特１１１５７−１３０４５７　）に開示されたものがそ
れである。

ところがこのような方法においても、冷却炉におけるス
トリップ冷却を前記のような冷却ロールのみによる場合
は、冷却ロール１本当シのストリップ温度降下量を充分
小さくすることができず、またこれを小さくしようとす
れば冷却ロール本数を増しかつ各ロール毎に冷媒条件の
細かい制御を行わねばならない不利を生ずる。

そこで、冷却ロールにより冷却を行うロール冷却装置の
前段にガスジェット装置を設置し、冷却炉全体の能力を
増すとともに冷却ロール１本当りのストリップ温度降下
量を小さくしようとするロール冷却、ガスジェットの組
合せによる冷却力法が考えられてきた。

すなワチ、ロール冷却法における冷却ロールによるスト
リップ温度降下量△Ｔ　ｓ　’Ｃは、下記の式（１）で
与えられる。　゛ △Ｔ８＝ＣＫ（〒８−’ＦＷ）　−−−−−−−−−ｆ
ｉｌここで、Ｋニストリップと冷媒間の熱通過不（Ｋｃ
ａｌ／ｆｒ？ｈ℃） 〒８：　冷却ロールに接触しているス トリップ部分の平均温度（℃） 〒Ｗ：冷媒の平均温度（’Ｃ） Ｃ：ロールへのストリップの巻付角 度、ロール径、ストリップ板厚、 ライン速度によって決まる定数 （Ｗ？ｈ℃／Ｋｃａｌ） なお、この場合のストリップ温度降下量△ＴＳは、ロー
ル１本当シの温度降下量としてもよく、また数値は当然
外るが複数本の冷却ロールよりなるロール冷却装置全体
の温度降下量と考えても差支えない。

この式（１）から明らかなように、ストリップ温度Ｔ８
　が低い程△Ｔ８が小さくなシ、従って前述の如くスト
リップ温度降′ＦｆｉＬをＦＩＴ要範囲内に収めてロー
ル冷却法における欠点を避けることができる。そこで、
前述のようにロール冷却装置の６１１段にガスジェット
組合を設けてロール冷却に入る前にストリンフ温度をあ
る８度まで低下させるのが実地上不利とされるのである
。

第３図はこのようなロール冷却、ガスジェット組合せ冷
却法を実施するために従来用いられている冷却炉のＩＩ
３′すを示した側断面図である。

この冷却炉５において、ストＩＪンブＩは冷却炉５の入
口直後に設けられたガスジェット冷却装置８内を通過し
て不活性ガスを吹きつけられ、所要温度まで冷却された
のちロール冷却装置９に入る。ロール冷却装置９におい
てはストリップ１は複数の冷却ロール１０の周囲に巻回
、接触せしめられ、該冷却ロール１０内の冷媒と熱交換
を行い所要温度まで冷却されて冷却炉５外に送出される
。なお図中１１で示されたものは、ストリップｌｔ所要
方向に変向せしめるデフレクタロールである。

第４図は上記冷却ロール■０の断面図で、冷却ロール１
０は金夙材により中空状に形成され、水等の冷媒が図中
矢印で示す如くロールの一力の軸端から送入され他力の
軸端より送出されて冷却ロールＩＯ内部を流通する。接
散の冷却ロール１０は図示の如く千鳥状に配置され、そ
れぞれの外周にストリップ１が交互に所要角度巻回され
て接触し、冷媒との間に熱交換が行われて冷却される。

各冷却ロール１０にはこれ全水平方向に移動させる駆動
装置１２が設けられており、この駆動装置１２の作動に
より冷却ロール１０を進退させてストリップ１の冷却ロ
ール１０に接触する巻付角度の調整が行われる。なお、
冷却ロール１０の両軸端は、図示されないがロータリジ
ヨイントを介して冷媒供給管ならびに冷媒送出管にそれ
ぞれ接続されている。

−力、ガスジェット冷却装置８においては、ブロワ１３
によって昇圧された冷却ガス（窒素等の不活性ガスある
いは還元性ガスを用いるのが好ましい）はスト１７ンブ
１通路を挾んで両側に設けられたプレナムチャンバ１４
に入り、７レナムナヤノバ１４のストリップ１に対向す
る部分に設けられた多数のノズル１５から噴出されスＩ
−ＩＪツブ１両面に吹きつけられて冷却を行う。ガスジ
ェット冷却量の調整は、フーレナムチャンバ内圧力検出
器１６および圧力調節計１７によりダンパ１８の開度を
制御することによって行わｊる。なお、冷却炉５の入口
、ロール冷却４ｅ置９の入口および出口にそれぞれ設け
られた温度検出器１９は、それぞれの箇ＰＪｒにおける
ストリップ温度を検出して制御信号を発し、前ｉ己ガス
ジェット冷却駄ならびに冷却ロール１゜の巻付角度等を
制御して冷却炉５の冷却条片を管理するものである。こ
のようにジェット冷却ｅとロール冷却量とを制御するこ
とにょシ、種々のｍ椎、板寸法のス）　リップに対して
最適のヒートサイクルを与えることが可能となる。すな
わち、先行ストリップと後行ストリップで仮Ｅ１．が変
化するような場合は、これらの制＠Ｊ＋段によ多制御を
行えばよいわけである。

ところで、連続焼鈍設備におけるストリップは通常２０
０〜４００　ｍ１ｍ程度の高速で通板されるため、冷却
炉５における在炉時間は僅々数秒程度である。これに対
して、冷却ロール巻付角度の制御に対する応答性はその
機構とロールシェルの熱容赦に基因してきわめて鈍く、
例えば６０°から１２００まで変化するのに１２０ｓ以
上かかる。このことはロール外表面温度が置注の変化に
速やかに対応できないことを意味する。

−力、ガスジェット圧力の応答性はこれに比すればかな
り鋭敏で、通常の変化の場合１０ｓ　程度である。従っ
て、板厚が比較的厚くかつ静的には前記ロール冷却によ
るストリップ温＃降下歓△Ｔｓが特に問題とならないよ
うな鋼種の熱処理においては、ロール巻付角度は固定し
ておき、ガスジェット圧力のみで制（財）を行う刀が有
利で、良好な夛留が得られる。しかしながら、後行スト
リップの板厚が先行ストリップの板厚より薄くなる場合
には、前述のような冷却ロールの応答遅れのためこの変
化に即応できず、後述のように一時的にストリップ温度
降下量△Ｔ８が大きくなってストリップ形状不良を招く
ことが起るのである。

第５図は以上のようなロール冷却装置とガスシェツト冷
却装置を併設した冷却炉の運転について予め計算された
板厚に対する適正な諸条件を示した線図の例で、同図（
ａ）は板厚に対するガスジェットプリセント曲線、同図
（ｂ）は板厚とロール冷却装置入口におけるストリップ
温度ＴＢｃとの関係、同図（Ｃ）は板厚と冷却ロールの
ストリップに接触している外表面温度〒Ｒとの関係を示
している。また、同図（ｄ）は板厚と前記ストリップ温
度降下駄△Ｔ、との関係で、図中破線はス）　ＩＪンブ
の形状不良を生じない許容最大限界値を示している。

さて、第６図は上記第５図のブリセント曲線に基づき前
述のような従来の運転制御法を行ない、ストリップ板厚
が１．ＯｅからＱ’、８１ＢＫ変化した場合の冷却炉諸
条件の変化を示した線図である。この場合、先行ストリ
ップ（板厚１．０　ＮＩＬ）と後行ス）　ＩＪツブ（板
厚０゜８ｖ・）との溶接点が冷却炉を通過直後、ガスジ
ェット圧力設定値を第５図（ａ）に基づいてＰ□からＰ
２［変化させるものである。

同図最下の曲線によれば、ロール冷却によるストリップ
温度降下量△ＴＳが一時的にストリップ形状安定限界の
許容値（破線で示されている）を超え、ストＩＪンブ形
状の悪化を招くおそれがあることが示されている。これ
は、前述のようにロール冷却装置入口におけるス）　Ｉ
Ｊンブ温製置’ｓｃがガスジェット圧力の速やかな応答
に対応して迅速に変化するのに対し、ロール外表面温度
ＴＲの変化が冷却ロールの応答性が鈍いために大きく遅
れることに因るものである。なおこの場合、ロールシェ
ルの熱容瞼のため、ストリップ温度計′１：量△ＴＢは
過渡的には前出式ｔｌ）の冷媒の平均温度〒Ｗの代りに
冷却ロール外表面の平均温度ＴＲを用いた下記式（２）
で表わされるのが妥当である。

△ＴＢ＝　ＣＫ’（ＴＳ　ＴＲ）　−−−ｆ２）ここで
、Ｋ′ニストリップとロール表面間の熱抵抗の逆数（Ｋ
　ｃａｌ　／ｍ’　ｈ　℃）本発明は、上述のような従
来の冷却炉の運転制御力法において、後行ストリップの
板厚が先行ストリップの板厚よシ薄くなる場合に生ｆる
欠点を解消するため［なされたもので、ロール冷却によ
るストリップ温度降下１がストリップ形状安定限界の許
容値を超えることのないガスシェツト圧力設定値変史方
法を用いた連続焼鈍設備冷却炉のストリップ温度制御方
法を提供するものである。

すなわち本発明方法は、前述の如く円部に冷媒を流通さ
せた冷却ロールの外周面にストリップを接触はぜてスト
リップを冷却するロール冷却装置と、該ロール冷却装置
の前段においてストリップの両面にノズルから冷却ガス
を吹きつけてストリップを冷却するガスジェット冷却装
置とを備えた連続焼鈍設備冷却炉においてストリップの
冷却を行うに当シ、後行ストリップの板厚が先行ストリ
ップの板厚よ覗も薄くなる場合、先行ストリップと後行
ストリッツ−との溶接点が冷却炉の出口を通過すると同
時［まずガスジエント冷却駄（ガスジェット圧力に対応
する）設定値をガスジェット冷却装置出口（ロール冷却
装置入口）ＶＣおけるストリップ温度が一定となるよう
に算出された所定値まで降下させ、次いで前記ガスジェ
ット冷却量設定値を冷却炉出口におけるストリップ温度
が所定値となるように算出された目標値まで所定時間に
て降下きせることによシ、前記目的を達成することを可
能ならしめたものである。

本発明においては、上記のようなストリップの板厚変更
に当って、先行ス）　ＩＪンブと後行ストリップとの溶
接点が冷却炉５の出口を通過すると同時に、ガスジェッ
ト圧力設定値をそれま”ｌ’　１７）　Ｐ　１　カら−
ＨＰ２　よシも変化縁の小さいＰ′に変更し、その後Ｐ
′から後行ストリップに対する適正目標値でおるＰ２ま
で所定時間で直線状あるいは曲線状に変化させる。（後
述第８図参照）ここで、上記ガスジェット圧力設定値を
ＰｌからＰ′に変化させるタイごンダを醇接点が冷却炉
５出口金通過する時点よシ早目にする（例えば特開昭５
６−７７３４０号公報（特願昭５４−１５５３８４）に
開示された如く）ことは、前述のようにロール冷却装置
９人口におけるス）　ＩＪンプ温ｉ’ｌ’ｓｃが早く上
り過ぎて冷却ロール１０の応答がこれに追従できず、ロ
ール冷却によるストリップ温度降下量△Ｔｓが大きくな
るので好捷しくない。

また、これを遅らせるとストリップ１が過冷却される期
間が長くなυ、ス）　ＩＪツブ材質不良による歩留悪化
を招く。よって本発明においては、このＰｉからＰ２へ
変化させる時期を溶接点が冷却炉５出口を通過するのと
同時としたのでるる。

上記の中間的な圧力設定値Ｐ′は、ロール外表面平均温
度〒Ｒを下けないように、例えばロール冷却装置９人口
におけるストリップ温度ＴＥｉＧが先行ストリップ通板
時と等しくなるように次のような方法でめる。すなわち
、先行ストリップと後行ストリップのＴｓＧが等しいと
きは、静的には下記の式（３）が成シ立つ。

ここで、ｄｌ：先行ストリップの板厚（誤）ｄ２：後行
ストリップの板厚（１３） α、：先行ストリップでのガスジェッ ト熱伝達率（Ｋｃａｌ／ｍ’ｈ’ｃ；）α２：後行スト
リップでのガスジェッ ト熱伝達率（Ｋｃａｌ／ｒｒ？ｈ℃） ところで、ガスジェット圧力とガスジェット熱伝達率の
関係は通常下記の式（４）で表わこれる。

ｐ＝ａα＋Ｃ９１１９０１１，、（４）ここで、αニガ
スジエツト熱伝達率（Ｋｃａｌ　／ｒｒ？ｈ’ｃ　）Ｐ
ニガスジエツト圧力（９Ｈ２０） ａ、ｂ、ｃ：定数 従って、上記の式＋３）　、　＋４１からＰ′は下記の
式（５）で計算できる。

Ｐ’＝　（ｄ２／ｄｚ）、　（Ｐｉ　ｃ　）　＋　ｃ　
・・・・・・・・・（５）また、前記の中間圧力設定値
Ｐ′から目標圧力設定値Ｐ２まで変化させるのに必要な
時間ＴＰは、温度差（〒Ｓ−〒Ｒ）が大きくならず（す
なわち△Ｔｓが許谷値以″Ｆ）、かつできる７ビり早く
所定のヒートサイクルに到達することを計測基準とし、
板厚変装置との関係におりて予め笑験テータの整理ある
いは理論解析などによりめておけはよい。

第７図は前出第３図に対応する本発明方法を適用するた
めの冷却炉の１火砲例を示した側断面図で、第３図に示
された各機器のほかに連続焼鈍設備入口に設けられた浴
接点検出器２ｏ、ライン速度検出器２１（いずれも第２
図参照）からの信号やストリップ板厚、目標ヒートサイ
クル、ロール巻付角度全人力して前述のようなガスジェ
ット圧力設定値Ｐａを演算し、ガスジェット圧力調節酊
１７に与える演算器２２が設けられている。

第８図は本発明方法によるガスジェット圧力設定値（従
ってガスジェット冷却微設定１［）の変更を行った場合
の結果を示したグラフで必る。

本図から、本発明方法によればロール冷却によるストリ
ップ温度降下鯰△Ｔｓがストリップ形状安定のための許
容値を超えることがないことがわかる。

以上の説明よシ明らかなとおり、本発明方法によれば後
行ストリップが先行ストリップより薄くなる場合におい
て、ロール冷却によるストリップ温度降下量が一時的に
許容値を超えることによるストリップ形状不良、さらに
は仮切れ等のドラフルを生ずることがなく、安定した連
続焼鈍設備の操業を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続焼鈍設備におけるヒートサイクルの例を示
す線図、゛第２図は連続焼鈍設備の全体構成例を示す概
念図、第３図は従来の冷却炉の１例を示す側断面図、第
４図は冷却ロールの１例を示す断面図、第５図は冷却炉
における板厚に対する適正諸条沖の例を示す線図、第６
図は従来方法による板厚変化時の応答の例を示す線図、
第７図は本発明方法が適用される冷却炉のｌ実施例を示
す側断面図、第８図は本発明方法による板厚変化時の応
答の例を示す線図である。 図面中、 ｌはストリップ、 ５は冷却炉、 ８はガスシエント冷却装置、 ９はロール冷却装置、 ＩＯは冷却ロール である。 特許出願人 三菱重工業株式会社 川崎製鉄株式会社 復代理人 弁理士　元　石　士　部（他１名） 第１図 第２図 第５図（ａ） 第５図（ｂ） ＳＧ　Ｉ 第５図（ｃｌ ・・４１ン４医Ｆ１コ１：１−ル１１シーｉ＋ｇ（た］ 第５図（ｄｌ υ’　１ｕ　１ｔ　ｆｍｍｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内部に冷媒を流通させた冷却ロールの外周面にストリッ
   プを接触させてストリップを冷却するロール冷却装置と
   、該ロール冷却装置の前段においてストリップの両面に
   ノズルから冷却ガスを吹きつけてストリップを冷却する
   ガスジェット冷却装置とを備えた連続焼鈍設備冷却炉に
   おけるストリップ”温度制御力法において、後行ストリ
   ップの板厚が先行ストリップの板厚よりも薄くなる場合
   、先行ストリップと後行ストリップとの溶接点が冷却炉
   の出口を通過すると同時にまずガスジェット冷却量設定
   値をガスジェット冷却装置出口におけるストリップ温度
   が一定となるように算出された所定値まで降下させ、次
   いで前記ガスジェット冷却量設定値を冷却炉出口におけ
   るストリップ温度が所定温度となるように算出された目
   標値まで所定時間にて降下させることを特徴とする連続
   焼鈍設備冷却炉のストリップ温度制御力法。