【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、竪形連続焼鈍炉の高温処理域のハー
スロールに近接する位置に円筒ロールを付設し、
帯状金属材料の幅方向のしわ形状を矯正するよう
にした連続焼鈍装置に関するものである。
連続焼鈍炉は上流側から加熱、均熱、冷却の各
帯で構成され、帯状金属材料はこれらの帯域を順
次通過しながら適正な処熱処理を施される。
このような装置における操業上の問題として、
帯状金属材料の蛇行と幅方向の座屈とがある。帯
状金属材料の蛇行を防止するために炉内の各帯に
蛇行防止用のステアリングロールが１〜２本設置
されているが、それだけでは十分蛇行が防止され
ないため第２図ａに示すような先細りテーパを設
けたハースロールやｂに示すような曲線クラウン
を付したハースロールを用い、ベルト車における
蛇行防止と同じ原理により、個々のハースロール
に帯状金属材料の蛇行を防止する機能を持たせて
いる。
しかしハースロールの上記テーパ量やクラウン
量が大きかつたり、または炉内の輻射熱によつて
ハースロールの中央部分が相対的に熱膨張した
り、あるいは帯状金属材料の長手方向張力が増大
すると帯状金属材料内に不均一張力によつて誘起
された圧縮応力が生じ、この応力によつて材料に
座屈が生ずる。
テーパ付ハースロール１では第３図に示すよう
に帯状金属材料がハースロールのテーパの肩部に
当る部分に座屈３を生じ、製器としての価値が失
なわれるばかりか、甚だしい場合にはこれが原因
となつて帯状金属材料が破断し大きなトラブルを
引き起こすことがある。
ハースロール形状を座屈を回避するような形状
とすれば帯状金属材料が蛇行し易くなるという関
係にあるので、両者を同時に防止する技術の確立
が望まれている。
一方、昨今の冷延鋼材の需要動向は寸法、強度
とも極めて多岐に亘つており、全ての材料に対し
て蛇行と座屈とを同時に防止することは従来技術
ではますます困難な状況に立ち至つている。
従つて本発明の目的は広範囲な操業条件下にお
いて上記座屈現象を有効に防止することのできる
新規な装置を提供することである。
本発明者らはハースロールの形状、帯状金属材
料の幅および厚さを種々に変更した実験により、
問題の座屈現象の発生メカニズムを解明した。そ
の結果、座屈現象が帯状金属材料のハースロール
への巻付直前および直後に発生しており、この部
分に形状修正用の円筒状ロールを付設することが
帯状金属材料の座屈防止に極めて有効であること
を見出し、この知見により本発明を完成した。
本発明は前記目的に達するため次の特徴を有す
る。
すなわち竪形連続焼鈍炉内の高温処理域におけ
る帯状金属材料のハースロールへの巻付直前部、
または巻付直前直後両部に前記ハースロール軸と
平行に円筒形のロールを付設し前記帯状金属材料
の輻方向のしわ形状を矯正することを特徴とする
連続焼鈍装置である。
以下図面にしたがつて詳細に説明する。
第１図は本発明に係る竪形連続焼鈍炉の加熱帯
１１、均熱帯１２など高温処理域におけるハース
ロール１と帯状金属材料２とを略示するもので、
加熱帯１１の後端部の上ロール３本と均熱帯１２
の前端部上ロール３本に円筒ロール４を付設した
本発明の実施例を示したものである。
第４図ａ〜ｅに本発明による円筒ロール４をハ
ースロール１に付設する場合の各種の実施例を示
した。第４図ｆは従来のものである。
本発明では帯状金属材料２はハースロール１に
巻き付く場合に、その直前または直前直後に設置
された円筒ロール４に接触する。
第４図ａに示す本発明の実施例において、帯状
金属材料がハースロールに巻き付く直前に材料に
発生するしわの外観形状を第５図に示し、そのＡ
―Ａ矢視を第６図に示す。また第４図ｆに示す従
来の焼鈍装置において帯状金属材料がハースロー
ルに巻き付く直前に材料に発生するしわ５の外観
形状を第７図に示し、第８図はそのＢ―Ｂ矢視図
である。第７図、第８図から明らかなように帯状
金属材料の長手方向に張力が加わると、ハースロ
ールのテーパ肩部に当る部分で発生する幅方向の
圧縮応力により、ハースロールに巻き付く以前に
帯状金属材料に大きなしわを生じ、このままの形
でハースロールに巻き付く。若ししわがハースロ
ール面上で解消しなければ、帯状金属材料はハー
スロールにより曲げ、曲げ戻し変形を受け第３図
で示したような周期的な折れを伴つた座屈を生ず
るはずであり、実操業でもまさにそのような形態
が得られることは既に経験済みである。このよう
に従来の焼鈍装置では張力によつて生じるしわに
対して何等改善策を施していないので、座屈を生
じる危険領域が極めて広かつたのである。
これに対して本発明の実施例では第５図、第６
図から明らかなように、円筒ロール４の作用によ
り、ハースロールに巻き付く直前の帯状金属材料
はしわが矯正され、断面が平担となり、座屈が解
消される。
上述したのはハースロール１入側で生じる座屈
に関してであつたが、ハースロール１出側におい
ても同様にしわが生じる。第９図はハースロール
１出側に生じたしわの外観を示すものである。ハ
ースロール１出側で生じたしわ５はそのままの形
で次のハースロールに至り、そこで曲げ、曲げ戻
し変形を受け、前述の折れを伴つた第３図に示す
座屈３となる。従つてハースロール１出側での帯
状金属材料のしわ矯正も座屈防止に対して必要と
なる。
ハースロール１前後での座屈発生の難易に関し
ては巻付前側の方が低い張力で座屈発生する。従
つて、まず肝要なことは第４図ａ，ｃのようにハ
ースロール入側に円筒ロール４を配置してしわを
矯正することであるが、板厚が薄く、降伏応力が
小さい、すなわちハースロールになじみ易く耐座
屈剛性の弱い材料に対しては、第３図ｂ，ｄ，ｅ
に示すようにハースロール出側にもしわ矯正用の
円筒ロール４を配置する必要がある。
テーパやクラウン付きのハースロールによる蛇
行防止の原理はベルト車の原理と同様であつて、
ロールに最初接触した帯状金属材料が、ロールと
の摩擦によりロールに接触した状態でロールと共
に回転しようとするため、外径の大きいロール中
心側に移動する作用によるものである。従来の焼
鈍装置の場合、この蛇行修正機能による帯状金属
材料の横方向の移動に対してはハースロールとハ
ースロールとの間にこれを妨げる要因が全くない
ため、迅速に蛇行が修正される。
しかし、本発明になる円筒ロール４をハースロ
ール１に付設した焼鈍装置では、円筒ロール４と
帯状金属材料との摩擦力によつて帯状金属材料の
横方向移動が妨げられ蛇行修正機能が損われるお
それがある。この点については円筒ロール４と帯
状金属材料との接触角度を極力小さくすることに
よつて、円筒ロール４と帯状金属材料間の接触面
積ならびに法線方向圧力を小さくし、しわ矯正効
果を減ずることなく帯状金属材料の横移動も容易
にし、蛇行矯正ができる。すなわち帯状金属材料
の円筒ロール４との接触角度をロール中心角で20
度以内とすれば、蛇行矯正機能を大きく妨げるこ
となく、しわ矯正効果を得ることができる。
また円筒ロールの表面粗度Raを小さくし表面
を滑らかにし、ハースロールの表面粗度Raを粗
くするのも蛇行に対して有効である。例えば円筒
ロールではRa≦１μｍ、ハースロールではRa＝
４〜５μｍとする。
さらに第４図ｅに示すように円筒ロールを配設
すれば、従来とほとんど変らない蛇行矯正能が発
揮できる。第４図ｅは帯状金属材料を両面から挟
みつけて材料の面外変形を矯正する機能のみを有
する一対の円筒ロール４，４をハースロールの前
後にそれぞれ付設したものである。この場合帯状
金属材料を挟みつける円筒ロール４，４の間隙は
帯状金属材料板厚の1.0〜1.2倍で良い。
本発明の円筒ロールによる材料表面のすりきず
を防ぐためには円筒ロールの回転が材料速度と一
致するように例えばVVVF（variable voltage
variable frequency）制御等により制御する必要
がある。
次に円筒ロールの直径については、該ロール直
径が小さいほど円筒ロールに巻きついた材料表面
に大きな長手方向の応力が生じ、この応力が一定
値を超えると第１０図に示すような応力―ひずみ
関係の場合、輻方向に折れが生じる。しかし炉内
において最も座屈を生じやすい加熱、均熱帯では
材料温度は700〜850℃になつておりこの条件での
応力―ひずみ関係は第１１図のように折れが生じ
にくいものとなつている。なお安全を期すために
は
（板厚）／（円筒ロール直径）＜εｃ
の条件を満足するようロール直径を大きくする
か、第４図ｅの方法が推奨される。ここでεｃは
板表面のひずみである。
上式のεｃを例えば0.002とすれば板厚0.3mmの
場合最小円筒ロール直径は150mmとなる。第３図
ｅの方法ではロールの曲げ剛性が満足されれば、
直径150mm以下でもよい。また円筒ロール４の設
置位置は該ロールが材料と接する位置がハースロ
ールと帯状金属材料との巻付開始点または巻付終
了点から帯状金属材料の板幅の２倍以内の距離に
設置するのが望ましい。これは、不均一張力によ
り帯状金属材料の板幅方向の圧縮応力が顕著とな
る範囲である。
次に本発明の効果を具体例をあげて説明する。
竪形連続焼鈍炉の加熱帯の上部ハースロール３
本と均熱帯の上部ハースロール３本とに第４図
ａ，ｂ，ｃ，ｅに示すように円筒ロールを付設し
た。ハースロールは中央の平行部幅460mm、両側
のテーパはtanθ＝0.0009（ただしθはテーパ傾
斜角）、付設円筒ロールは外径300mmφの円筒形と
し、板厚0.7mm、板幅1280mmの極低炭素鋼（Ｃ＝
0.003％）を通板速度200ｍ／分で熱処理し、その
結果を第１表、第１２図、第１３図に示す。
The present invention includes a cylindrical roll attached to a position close to the hearth roll in the high-temperature treatment area of a vertical continuous annealing furnace,
The present invention relates to a continuous annealing device that corrects wrinkles in the width direction of a band-shaped metal material. The continuous annealing furnace is composed of heating, soaking, and cooling zones from the upstream side, and the strip-shaped metal material is subjected to appropriate heat treatment while passing through these zones in sequence. Operational problems with such equipment include:
There is meandering and buckling in the width direction of the band-shaped metal material. In order to prevent meandering of the strip metal material, one or two steering rolls are installed in each strip in the furnace to prevent meandering, but this alone does not sufficiently prevent meandering, so the material tapers as shown in Figure 2a. Using a tapered hearth roll or a hearth roll with a curved crown as shown in b, each hearth roll has the function of preventing meandering of a belt-shaped metal material based on the same principle as that used to prevent meandering in a belt wheel. There is. However, if the taper amount or crown amount of the hearth roll is large, or if the central part of the hearth roll undergoes relative thermal expansion due to radiant heat in the furnace, or if the longitudinal tension of the metal band increases, the metal band Non-uniform tension induces compressive stresses within the material that cause the material to buckle. As shown in Fig. 3, in the tapered hearth roll 1, buckling 3 occurs at the part where the belt-shaped metal material contacts the shoulder of the taper of the hearth roll, which not only loses its value as a device, but also causes damage in severe cases. This may cause the band-shaped metal material to break, causing serious trouble. If the shape of the hearth roll is made to avoid buckling, the band-shaped metal material becomes more likely to meander, so it is desired to establish a technique that can simultaneously prevent both problems. On the other hand, recent demand trends for cold-rolled steel materials are extremely diverse in terms of size and strength, and it is becoming increasingly difficult for conventional technology to simultaneously prevent meandering and buckling for all materials. It's on. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a new device that can effectively prevent the buckling phenomenon described above under a wide range of operating conditions. The present inventors conducted experiments in which the shape of the hearth roll and the width and thickness of the strip metal material were variously changed.
The mechanism behind the problematic buckling phenomenon was clarified. As a result, the buckling phenomenon occurred just before and after the band-shaped metal material was wound around the hearth roll, and it was found that attaching a cylindrical roll for shape correction in this area is extremely effective in preventing buckling of the band-shaped metal material. It was found that this method was effective, and based on this knowledge, the present invention was completed. The present invention has the following features to achieve the above object. In other words, the part just before the band-shaped metal material is wound around the hearth roll in the high-temperature treatment area in the vertical continuous annealing furnace,
Alternatively, the continuous annealing apparatus is characterized in that cylindrical rolls are attached in parallel to the hearth roll axis both before and after the winding to correct the wrinkle shape in the radial direction of the band-shaped metal material. A detailed explanation will be given below with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a hearth roll 1 and a strip-shaped metal material 2 in high-temperature processing areas such as a heating zone 11 and a soaking zone 12 of a vertical continuous annealing furnace according to the present invention.
Three upper rolls at the rear end of the heating zone 11 and the soaking zone 12
This figure shows an embodiment of the present invention in which a cylindrical roll 4 is attached to three upper rolls at the front end of the machine. 4a to 4e show various embodiments in which the cylindrical roll 4 according to the present invention is attached to the hearth roll 1. FIG. 4f shows the conventional one. In the present invention, when the band-shaped metal material 2 is wound around the hearth roll 1, it comes into contact with the cylindrical roll 4 installed immediately before or immediately after the hearth roll 1. In the embodiment of the present invention shown in FIG. 4a, FIG.
-A view is shown in Figure 6. Furthermore, in the conventional annealing apparatus shown in Fig. 4f, Fig. 7 shows the external appearance of the wrinkles 5 that occur in the material just before the band-shaped metal material is wound around the hearth roll, and Fig. 8 is a view taken along the line B--B. It is. As is clear from Figures 7 and 8, when tension is applied to the strip metal material in the longitudinal direction, compressive stress in the width direction occurs at the part that hits the tapered shoulder of the hearth roll, causing the material to A large wrinkle is created in the band-shaped metal material, and it is wrapped around the hearth roll in this form. If the wrinkles are not eliminated on the hearth roll surface, the strip-shaped metal material will be bent and deformed by the hearth roll, resulting in buckling with periodic bending as shown in Figure 3. We have already experienced that exactly such a configuration can be obtained in actual operation. As described above, in the conventional annealing apparatus, no measures were taken to prevent wrinkles caused by tension, so the risk area for buckling was extremely wide. In contrast, in the embodiment of the present invention, FIGS.
As is clear from the figure, due to the action of the cylindrical roll 4, the wrinkles in the band-shaped metal material just before being wound around the hearth roll are corrected, the cross section becomes flat, and buckling is eliminated. Although the above description was about the buckling that occurs on the input side of the hearth roll 1, wrinkles also occur on the output side of the hearth roll 1. FIG. 9 shows the appearance of wrinkles generated on the exit side of the hearth roll 1. The wrinkles 5 generated on the exit side of the hearth roll 1 reach the next hearth roll as they are, where they undergo bending and unbending deformation, resulting in the buckling 3 shown in FIG. 3 accompanied by the aforementioned bending. Therefore, it is also necessary to correct wrinkles in the strip metal material on the exit side of the hearth roll 1 to prevent buckling. Regarding the difficulty of buckling occurring before and after the hearth roll 1, buckling occurs at a lower tension on the front side of the winding. Therefore, the first important thing is to correct the wrinkles by arranging the cylindrical roll 4 on the inlet side of the hearth roll as shown in Fig. 4 a and c. For materials that easily conform to rolls and have low buckling stiffness, see Figure 3 b, d, and e.
As shown in the figure, it is necessary to arrange a cylindrical roll 4 for wrinkle correction on the exit side of the hearth roll as well. The principle of meandering prevention using a hearth roll with a taper or crown is the same as that of a belt wheel.
This is due to the effect that the strip-shaped metal material that first came into contact with the roll tries to rotate together with the roll while in contact with the roll due to friction with the roll, and thus moves toward the center of the roll having a larger outer diameter. In the case of the conventional annealing apparatus, since there is no factor interfering with the lateral movement of the strip metal material due to this meandering correction function between the hearth rolls, the meandering can be quickly corrected. However, in the annealing apparatus according to the present invention in which the cylindrical roll 4 is attached to the hearth roll 1, the frictional force between the cylindrical roll 4 and the band-shaped metal material impedes the lateral movement of the band-shaped metal material, impairing the meandering correction function. There is a risk. Regarding this point, by reducing the contact angle between the cylindrical roll 4 and the band-shaped metal material as much as possible, the contact area and normal direction pressure between the cylindrical roll 4 and the band-shaped metal material are reduced, and the wrinkle correction effect is reduced. It also makes it easier to move the strip-shaped metal material horizontally and correct meandering. In other words, the contact angle of the strip metal material with the cylindrical roll 4 is 20 at the center angle of the roll.
If the amount is within 100 degrees, the wrinkle correction effect can be obtained without significantly interfering with the meandering correction function. It is also effective to reduce meandering by reducing the surface roughness Ra of the cylindrical roll to make the surface smooth, and by increasing the surface roughness Ra of the hearth roll. For example, for cylindrical rolls, Ra≦1μm, for hearth rolls, Ra=
The thickness should be 4 to 5 μm. Furthermore, by arranging cylindrical rolls as shown in FIG. 4e, it is possible to exhibit meandering correcting ability that is almost the same as the conventional one. FIG. 4e shows a pair of cylindrical rolls 4, 4 each attached to the front and rear of the hearth roll, which has the sole function of correcting out-of-plane deformation of the material by sandwiching the strip-shaped metal material from both sides. In this case, the gap between the cylindrical rolls 4 and 4 between which the strip metal material is sandwiched may be 1.0 to 1.2 times the thickness of the strip metal material. In order to prevent scratches on the material surface caused by the cylindrical roll of the present invention, for example, VVVF (variable voltage
It is necessary to control the frequency using variable frequency) control, etc. Next, regarding the diameter of the cylindrical roll, the smaller the roll diameter, the greater the stress in the longitudinal direction will be generated on the surface of the material wound around the cylindrical roll, and if this stress exceeds a certain value, stress-strain will occur as shown in Figure 10. In the case of a relationship, a break occurs in the radial direction. However, in the heating zone where buckling is most likely to occur in the furnace, the material temperature is 700 to 850°C, and the stress-strain relationship under these conditions is such that buckling is unlikely to occur, as shown in Figure 11. . In order to ensure safety, it is recommended that the roll diameter be increased to satisfy the following condition: (plate thickness)/(cylindrical roll diameter) < εc, or the method shown in Figure 4 e is recommended. Here, εc is the strain on the plate surface. For example, if εc in the above equation is 0.002, the minimum cylindrical roll diameter will be 150 mm when the plate thickness is 0.3 mm. In the method shown in Figure 3e, if the bending rigidity of the roll is satisfied,
The diameter may be 150mm or less. Furthermore, the installation position of the cylindrical roll 4 is such that the position where the roll contacts the material is within a distance of twice the plate width of the band-shaped metal material from the winding start point or winding end point of the hearth roll and the band-shaped metal material. is desirable. This is the range in which compressive stress in the width direction of the band-shaped metal material becomes significant due to non-uniform tension. Next, the effects of the present invention will be explained by giving specific examples. Upper hearth roll 3 of heating zone of vertical continuous annealing furnace
Cylindrical rolls were attached to the books and the three upper hearth rolls in the soaking zone as shown in Figure 4 a, b, c, and e. The hearth roll has a central parallel part width of 460 mm, the taper on both sides is tan θ = 0.0009 (however, θ is the taper inclination angle), and the attached cylindrical roll has a cylindrical shape with an outer diameter of 300 mmφ, and has an extremely low carbon material with a plate thickness of 0.7 mm and a plate width of 1280 mm. Steel (C=
0.003%) was heat treated at a plate passing speed of 200 m/min, and the results are shown in Table 1, Figures 12 and 13.
【表】
第１２図、第１３図にはそれぞれ第１表の実施
No.ごとの材料の座屈の有無と材料平均張力との関
係をハースロール前およびハースロール後に区分
して示した。
実施No.１（従来の焼鈍炉）では材料の平均張力
が0.4Kg／mm2でハースロール前で座屈が発生す
る。
本発明になる円筒ロールを付設した実施No.２〜
５はいずれのものも、座屈が生じ始める張力は大
きくなる。特にハースロールの巻付直前直後両部
に円筒ロールを配した実施No.３ではハースロール
前後とも従来方式の２倍以上の張力でも座屈が発
生しない。またハースロール直前に円筒ロールを
設置した実施No.２、No.４でも従来の1.6〜1.7倍の
張力でも座屈しない。第１表の蛇行特性に着目す
ると、従来方式に比べ、ハースロールの直前と直
後に円筒ロールを設置した実施No.３では蛇行制御
機能は若干低下するが、操業上問題はなかつた。[Table] Figures 12 and 13 show the implementation of Table 1.
The relationship between the presence or absence of material buckling and the average material tension for each number is shown separately before hearth rolling and after hearth rolling. In implementation No. 1 (conventional annealing furnace), buckling occurred in front of the hearth roll when the average tension of the material was 0.4 Kg/mm 2 . Implementation No. 2 ~ with attached cylindrical roll according to the present invention
In any case No. 5, the tension at which buckling begins to occur becomes large. In particular, in implementation No. 3 in which cylindrical rolls were placed both before and after the winding of the hearth roll, buckling did not occur even when the tension was more than twice that of the conventional method both before and after the hearth roll. In addition, even in cases No. 2 and No. 4 in which a cylindrical roll was installed immediately before the hearth roll, buckling did not occur even under a tension 1.6 to 1.7 times that of the conventional one. Focusing on the meandering characteristics in Table 1, compared to the conventional method, in Implementation No. 3, in which cylindrical rolls were installed immediately before and after the hearth roll, the meandering control function was slightly degraded, but there were no operational problems.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図は竪形連続焼鈍炉の加熱部、均熱部の模
式図、第２図はハースロールの外観を示す正面
図、第３図はハースロール肩部で発生する座屈の
外観を示す背面図、第４図は本発明による円筒ロ
ールの組合せ配置を例示する側面図、第５図は本
発明によるしわの外観を示す正面図、第６図は第
５図の帯状金属材料の横断面図、第７図は従来の
しわの外観を示す正面図、第８図は第７図の帯状
金属材料の横断面図、第９図はハースロール後面
で発生する座屈の外観を示す背面図、第１０図、
第１１図はそれぞれ常温と連続焼鈍炉内温度とに
おける材料の応力―ひずみ関係を示すグラフ、第
１２図、第１３図はそれぞれハースロール直前と
直後の座屈発生限界張力を示すグラフである。
１…ハースロール、２…帯状金属材料、３…座
屈、４…円筒ロール、５…しわ。
Fig. 1 is a schematic diagram of the heating section and soaking section of a vertical continuous annealing furnace, Fig. 2 is a front view showing the appearance of the hearth roll, and Fig. 3 shows the appearance of buckling occurring at the shoulder of the hearth roll. 4 is a side view illustrating the combined arrangement of cylindrical rolls according to the present invention, FIG. 5 is a front view showing the appearance of wrinkles according to the present invention, and FIG. 6 is a cross section of the strip-shaped metal material of FIG. 5. Fig. 7 is a front view showing the appearance of conventional wrinkles, Fig. 8 is a cross-sectional view of the band-shaped metal material shown in Fig. 7, and Fig. 9 is a rear view showing the appearance of buckling occurring on the rear surface of the hearth roll. , Figure 10,
FIG. 11 is a graph showing the stress-strain relationship of the material at room temperature and continuous annealing furnace internal temperature, respectively, and FIGS. 12 and 13 are graphs showing the buckling critical tension immediately before and immediately after the hearth roll, respectively. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Hearth roll, 2... Band-shaped metal material, 3... Buckling, 4... Cylindrical roll, 5... Wrinkling.