JPS6317895B2 - - Google Patents

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ツプ温
度制御方法に関する。さらに詳細には、ロール冷
却装置とガスジエツ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ツプ温度制御方法に
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ツプ（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リツプを連続的
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
トリツ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。ストリツプ１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。

上記の各炉のうち、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℃／ｓのような
高い冷却速度でストリツプを冷却することが要求
される。この冷却方法としては、不活性ガスを吹
きつけるガスジエツトによる方法、水スプレーあ
るいはフオグによる方法、および内部に冷媒を流
通させた冷却ロールによる方法がある。これらの
うちで、水スプレーやフオグによる場合はストリ
ツ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
する難点があり、またガスジエツトによる場合は
不活性ガスのコストならびにガスジエツト形成の
ための動力費を必要とする。そこで、一般にコー
ルドストリツプの連続焼鈍設備冷却炉における冷
却方法としては、冷却ロールに高温ストリツプを
接触させ、接触熱伝達によつ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
属製冷却ロールの軸方向の一方から冷媒を流入さ
せ他方から流出させるため、冷媒温度がストリツ
プ幅方向において不均一となり易く、また冷媒に
水を使用する場合（通常はコスト面等より水が用
いられることが多い）ストリツプ温度が高いと水
が沸騰することがあり、ストリツプと冷媒との熱
交換が均一に行われず、ストリツプに生じた幅方
向温度差のため製品に形状不良を生じる。この欠
点は、連続焼鈍設備に送入されるストリツプ原板
に形状不良や幅方向厚み不同がある場合は、冷却
ロールとストリツ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つても矯正できず、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本当り
のストリツ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
リツ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（特願昭57−130457）
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
おけるストリツ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本当りのストリ
ツ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
スジエツト装置を設備し、冷却炉全体の冷却能力
を増すとともに冷却ロール１本当りのストリツプ
温度降下量を小さくしようとするロール冷却、ガ
スジエツトの組合せによる冷却方法が考えられて
きた。

すなわち、ロール冷却法における冷却ロールに
よるストリツプ温度降下量△Ts℃は、下記の式
(1)で与えられる。

△Ts＝CK（ｓ−ｗ） ……(1) ここで、Ｋ：ストリツプと冷媒間の熱透過率
（Kcal／m²ｈ℃） ｓ：冷却ロールに接触しているストリ
ツプ部分の平均温度（℃） ｗ：冷媒の平均温度（℃） Ｃ：ロールへのストリツプの巻付角度、
ロール径、ストリツプ板厚、ライン速度
によつて決まる定数（m²ｈ℃／Kcal） なお、この場合のストリツプ温度降下量△Ts
は、ロール１本当りの温度降下量としてもよく、
また数値は当然異る（Ｃが変つてくる）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、ストリツプ温度
Ｔｓが低い程△Tsが小さくなり、従つて前述の
如くストリツプ温度降下量を所要範囲内に収めて
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前段
にガスジエツト冷却装置を設けてロール冷却に入
る前にストリツプ温度をある程度まで低下させる
のが実地上有利とされるのである。

第３図はこのようなロール冷却、ガスジエツト
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１例を示した側断面図である。この冷
却炉５において、ストリツプ１は冷却炉５の入口
直後に設けられたガスジエツト冷却装置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においてはストリツプ１は複数のロー
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つて所要温度まで
冷却され、冷却炉５外に送出される。なお図中１
１で示されたものは、ストリツプ１を所要方向に
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１０の断面図で、冷却
ロール１０は金属材により中空状に形成され、図
中矢印で示す如くロールの一方の軸端から水等の
冷媒が送入され他方の軸端より送出されて冷却ロ
ール１０内部を流通する。複数の冷却ロール１０
は図示の如く千鳥状に配置され、それぞれの外周
に交互にストリツプ１が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にはこれを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をストリツプ１
に対して進退させてストリツプ１の冷却ロール１
０に接触する巻付角度の調整を行う。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。

一方、ガスジエツト冷却装置８においては、ブ
ロワ１３によつ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）はストリツプ１の通路を挾んで両側に設け
られたプレナムチヤンバ１４に入り、プレナムチ
ヤンバ１４のストリツプ１に対向する部分に設け
られた多数のノズル１５から噴出されてストリツ
プ１両面に吹きつけられ冷却を行う。ガスジエツ
ト冷却量の調整は、プレナムチヤンバ内圧力検出
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つて行われる。なお、冷
却炉５の入口および冷却炉５の出口にそれぞれ設
けられた温度検出器１９は、それぞれの箇所にお
けるストリツプ温度を検出して制御信号を発し、
前記ガスジエツト冷却量ならびに冷却ロール１０
の巻付角度等を制御して冷却炉５の冷却条件を管
理するものである。このようにジエツト冷却量と
ロール冷却量とを制御することによつて、種々の
鋼種、板寸法のストリツ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、
ストリツプ条件の変化する場合、例えば先行スト
リツプと後行ストリツプで板厚が変化するような
場合では、これらの制御手段により制御を行えば
よいわけである。

ところで、連続焼鈍設備におけるストリツプは
通常200〜400m／min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
応答性はその機構とロールシエルの熱容量に基因
してきわめて鈍く、例えば60゜から120゜まで変化
するのに120s以上かかる。このことはロール外表
面温度が条件の変化に速やかに対応できないこと
を意味する。一方、ガスジエツト圧力の応答性は
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。従つて、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ツプ温度降
下量△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、ガスジエツト圧力のみで制御を行う方が有利
で、良好な歩留が得られる。しかしながら、スト
リツプ条件が変化し例えば後行ストリツプの板厚
が先行ストリツ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ツ
プ温度降下量△Tsが大きくなつてストリツプ形
状不良を招くような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ジ
エツト冷却装置を併設した冷却炉の運転について
予め静特性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
ジエツトプリセツト曲線の例である。なお説明を
簡単にするため、他のストリツプ条件、例えばラ
イン速度、板幅、目標ヒートサイクル等は一定と
している。同図ｂは板厚と前記ストリツプ温度降
下量△Tsとの関係で、図中破線はストリツプの
形状不良を生じない許容最大限界値を示してい
る。また、同図ｃは板厚と冷却ロールのストリツ
プに接触している外表面温度T_Rとの関係を示し
ている。

第６図は上記第５図のプリセツト曲線に基づき
前述のような従来の運転制御法を行い、ストリツ
プ板厚が1.0mmから0.8mmに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
行ストリツプ（板厚1.0mm）と後行ストリツプ
（板厚0.8mm）との溶接点が冷却炉を通過直後、ガ
スジエツト圧力設定値を第５図ａに基づいて板厚
1.0mmのときの設定値P_G1から板厚0.8mmのときの設
定値P_G2に変化させるものである。

第５図ｂによれば静的には△Ts＜△_SCR（板形
状安定限界値）なので、このような運転制御法に
問題はないはずであるが、第６図最下の曲線によ
れば△Tsが一時的に△T_SCRを超え、ストリツプ
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
（すなわちガスジエツト冷却装置出口）における
ストリツプ温度T_SGがガスジエツト圧力の速やか
な応答に対応して迅速に変化するのに対し、冷却
ロール表面温度T_R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、ロールシエルの熱容量のた
め、ストリツプ温度降下量△Tsは過渡的には前
出式(1)の冷媒の平均温度ｗの代りに冷却ロール
表面温度T_Rを用いた下記式(2)で表わされるのが
妥当である。

△Ts＝CK′（ｓ−T_R） ……(2) ここで、K′：ストリツプと冷却ロール表面間
の熱抵抗の逆数（Kcal／m²ｈ℃） 本発明は以上のような事情に鑑み、上述のよう
な従来の冷却炉の運転制御方法においてストリツ
プ条件が変化する場合に生ずる欠点を解消するた
めになされたもので、ロール冷却によるストリツ
プ温度降下量がストリツプ形状安定限界の許容値
を超えることなく所要の最終冷却温度を得ること
のできるガスジエツト圧力設定値変更方法を用い
た連続焼鈍設備冷却炉のストリツプ温度制御方法
を提供するものである。

すなわち本発明方法は、前述の如く内部に冷媒
を流通させた冷却ロールの外周面にストリツプを
接触させてストリツ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ツプ
の両面にノズルから冷却ガスを吹きつけてストリ
ツプを冷却するガスジエツ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ツプの冷却を
行うに当り、冷却炉入口および出口におけるスト
リツプ温度ならびに冷却ロールの表面温度を検出
し、ストリツプ条件が変化した場合、該検出値お
よびストリツプ条件から冷却ロール１本当りのス
トリツプ温度降下量が所定値以下となるようにガ
スジエツトでの必要冷却量を演算し、この演算値
によりガスジエツト圧力を設定してこの設定値を
次の演算タイミングまで保持し、定周期ごとに上
記演算をくり返して段階状に設定変更を行い、最
終的に所定の冷却炉出口ストリツプ温度が得られ
るガスジエツト圧力設定値に到達せしめることに
より、前記目的を達成することを可能ならしめた
ものである。

以下、上記の一定周期ごとに行う演算の方法に
ついて説明する。なお以下の説明においては、ス
トリツプ条件のうちで前述のように特に問題とな
る後行ストリツプの板厚が先行ストリツプの板厚
よりも薄くなる場合を想定して述べる。

先ず、ロール冷却装置入口ストリツプ温度許容
値T^C _SGiは、下記のように演算される。

先行ストリツプと後行ストリツプとの溶接点が
冷却炉を通過した後、ある演算タイミング（ｉ時
点）で冷却ロールによるストリツプ温度降下量△
T_Siは下記の式(3)で表わされる。

△T_Si＝C₂K′（T_Si−T_Ri） ……(3) ここで、C₂：現ストリツプ条件でのＣ（式(1)参
照）の値（m²ｈ℃／Kcal） T_Ri：冷却ロール表面温度検出値（℃） T_Si：冷却ロールに接触しているストリ
ツプ部分の平均温度（℃） 通常の板厚変化率の場合、溶接点通過前後でガ
スジエツト圧力の設定値を変更しなければ△T_Si
△＜T_SCRである。従つて、 △T_SCR＝C₂K′（T^C _Si−T_Ri） ……(4) を満足するT^C _Siまでストリツプ温度を上げること
ができる。そこで、ロール冷却装置入口ストリツ
プ温度のそのタイミングにおける最大許容値T^C _SGi
を、下記の式(5)により求める。

T^C _SGi＝T^C _Si＋△T_SCR／２ ……(5) 次に、ガスジエツトの熱伝達率α^c _iが下記のよう
に演算される。

ガスジエツトによる必要冷却量Qiは下記の式
(6)で表わされる。

Qi＝α^c _i・Ａ・T_S1i−T^C／_SGi／lnT_S1i−Tg／T^C／_SGi
−Tg＝Ws・Cs（T_S1i−T^C _SGi）……(6) ここで、Ａ：ストリツプ伝熱面積（m²） Ws：生産量（Kg／ｈ） Cs：ストリツプ比熱（Kcal／Kg℃） T_S1i：ガスジエツト装置入口ストリツプ温度
検出値（℃） α^c _i：ガスジエツト熱伝達率（Kcal／m²ｈ℃） Tg：冷却ガス温度（℃） この式(6)から、ガスジエツト熱伝達率α^c _iが得ら
れる。

次に、ガスジエツト圧力設定値P_Giは下記の如
く演算される。すなわち、ガスジエツト圧力設定
値P_Giは、上記ガスジエツト熱伝達率α^c _iを用い、
予め実験等によつて得た下記の式(7)によつて求め
られる。

P_Gi＝ａ（α^c _i）^b＋ｃ ……(7) ここで、ａ，ｂ，ｃは実験等によつて得られた
定数である。

上記の演算により、△Ts△T_SCRを前提とし
て一定周期ごとに演算をくり返してロール冷却装
置入口ストリツプ温度T_SGが上るように、ガスジ
エツト圧力設定値P_Gを段階状に設定変更して行
く。演算タイミングｉでのガスジエツト圧力設定
値P_Giは、次の演算タイミングｉ＋１まで保持さ
れる。かくして冷却ロールの表面温度T_Rが徐々
に上昇（第５図ｃのT_R1から_R2に）にして定常値
に落ち着き、冷却炉出口ストリツプ温度は所定値
となり、以後はストリツプの新板厚に対する所定
のヒートサイクルが行われる。なお、上記演算の
周期は、例えばガスジエツト圧力制御系の設定値
変化に対する応答時間の１乃至３倍程度としてお
けばよい。

第７図は本発明方法を実施するための冷却炉の
１実施例を前出第３図に対応して示した側断面図
で、第３図に示された各機器のほかに冷却ロール
表面温度検出器２０および前述の演算を行う演算
器２１が付加されている。P_Gはガスジエツト圧
力設定値信号である。

第８図は本発明方法を行つた場合の板厚変化時
の冷却炉諸条件の応答を例示した線図である。本
図から、本発明方法によればロール冷却によるス
トリツプ温度降下量△T_Sがストリツプの形状安
定のための許容限界値△T_SCRを超えることなく、
冷却ロール表面温度に応じて段階状に設定変更さ
れるガスジエツト圧力設定値によりストリツプ温
度が制御され、最終的に所定の冷却炉出口ストリ
ツプ温度が得られることがわかる。

以上の説明より明らかなとおり、本発明の方法
によればストリツプ条件の変化に伴つてロール冷
却によるストリツプ温度降下量が一時的に許容値
を超えてストリツプの形状不良、さらには板切れ
等のトラブルを生ずるようなことがなく、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
適正諸条件の例を示す線図、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１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、１はストリツプ、５は冷却炉、８はガ
スジエツト冷却装置、９はロール冷却装置、１０
は冷却ロールである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部に冷媒を流通させた冷却ロールの外周面
   にストリツプを接触させてストリツプを冷却する
   ロール冷却装置と、該ロール冷却装置の前段にお
   いてストリツプの両面にノズルから冷却ガスを吹
   きつけてストリツプを冷却するガスジエツト冷却
   装置とを備えた連続焼鈍設備冷却炉のストリツプ
   温度制御方法において、冷却炉入口および出口に
   おけるストリツプ温度ならびに冷却ロールの表面
   温度を検出し、ストリツプ条件が変化した場合、
   該検出値およびストリツプ条件から冷却ロール１
   本当りのストリツプ温度降下量が所定値以下とな
   るようにガスジエツトでの必要冷却量を演算し、
   この演算値によりガスジエツト圧力を設定してこ
   の設定値を次の演算タイミングまで保持し、定周
   期ごとに上記演算をくり返して段階状に設定変更
   を行い、最終的に所定の冷却炉出口ストリツプ温
   度が得られる設定値に到達せしめることを特徴と
   する連続焼鈍設備冷却炉のストリツプ温度制御方
   法。