JPS638171B2 - - Google Patents
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- JPS638171B2 JPS638171B2 JP58230602A JP23060283A JPS638171B2 JP S638171 B2 JPS638171 B2 JP S638171B2 JP 58230602 A JP58230602 A JP 58230602A JP 23060283 A JP23060283 A JP 23060283A JP S638171 B2 JPS638171 B2 JP S638171B2
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- Japan
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- cooling
- steel strip
- control
- roll
- temperature distribution
- Prior art date
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
- C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
- C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
- C21D9/573—Continuous furnaces for strip or wire with cooling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
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- Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
- Control Of Heat Treatment Processes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は鋼帯の連続焼鈍においてロール内に冷
却媒体を流通させる如く構成した鋼帯接触冷却ロ
ールを用いて鋼帯の冷却を行う際の均一冷却方法
に関するものである。
却媒体を流通させる如く構成した鋼帯接触冷却ロ
ールを用いて鋼帯の冷却を行う際の均一冷却方法
に関するものである。
（従来技術）
内部に水等の冷却媒体を流通せしめる構造のロ
ールに高温の鋼帯を接触させて通板し鋼帯とロー
ル表面との間の固体接触熱伝達により鋼帯を冷却
することは既に知られていることである。（例え
ば日本鋼管技報No.961982「水冷ロール技術の
NKK CALプロセスへの適用」参照） ところがこの冷却方法は一度不均一な冷却状態
が生じるとそれがますます増幅されるという本質
的に不安定な特性を有している。すなわち鋼帯幅
方向の一部分が周囲よりも余計に冷却されると鋼
帯の熱収縮によりその部分の張力が周囲よりも大
となり、鋼帯とロールとの間の接触圧も大となつ
て熱伝達量も増加し余計に冷却された部分はます
ます冷却が進むという現象を呈する。ロール冷却
の機構はこのように本質的に不安定なものであり
何等かの板幅方向冷却量の制御手段を備えなけれ
ば安定な操業ができないものである。
ールに高温の鋼帯を接触させて通板し鋼帯とロー
ル表面との間の固体接触熱伝達により鋼帯を冷却
することは既に知られていることである。（例え
ば日本鋼管技報No.961982「水冷ロール技術の
NKK CALプロセスへの適用」参照） ところがこの冷却方法は一度不均一な冷却状態
が生じるとそれがますます増幅されるという本質
的に不安定な特性を有している。すなわち鋼帯幅
方向の一部分が周囲よりも余計に冷却されると鋼
帯の熱収縮によりその部分の張力が周囲よりも大
となり、鋼帯とロールとの間の接触圧も大となつ
て熱伝達量も増加し余計に冷却された部分はます
ます冷却が進むという現象を呈する。ロール冷却
の機構はこのように本質的に不安定なものであり
何等かの板幅方向冷却量の制御手段を備えなけれ
ば安定な操業ができないものである。
板幅方向の冷却量の制御手段としては様々な方
法が開示されている。たとえば特公昭57−49097
号公報に示されるように冷却ロール内の冷媒流路
を板幅方向に複数群に分け、各々の流路における
冷媒流量を制御する方法がある。
法が開示されている。たとえば特公昭57−49097
号公報に示されるように冷却ロール内の冷媒流路
を板幅方向に複数群に分け、各々の流路における
冷媒流量を制御する方法がある。
しかしながら鋼帯から冷却ロールへの熱流量に
対しては鋼帯と冷却ロール表面との接触熱コンダ
クタンスが支配的であり、冷媒流路における熱抵
抗は一般に小さいのでこの方法では充分な制御効
果は期待できない。
対しては鋼帯と冷却ロール表面との接触熱コンダ
クタンスが支配的であり、冷媒流路における熱抵
抗は一般に小さいのでこの方法では充分な制御効
果は期待できない。
また別の方法として冷媒流路を板幅方向に複数
群に分け、各々の流路における冷媒圧力を変える
ことにより冷却ロールのクラウンを変更せしめる
方法（例えば特開昭57−116734号公報）もあるが
大きな圧力を必要とし設備費も多大なものとな
る。さらに別の方法として冷却ロール背面から鋼
帯エツジ部に向けてガスジエツトを吹き付け冷却
ロールと鋼帯との接触不良が起こり易い鋼帯エツ
ジ部を補助的に冷却する方法もある。（特開昭56
−41321号公報）しかしながら冷却ロールと鋼帯
との不均一接触は鋼帯エツジ部で起こるとは限ら
ないためこの方法のみでは充分な均一冷却を達成
することはできない。
群に分け、各々の流路における冷媒圧力を変える
ことにより冷却ロールのクラウンを変更せしめる
方法（例えば特開昭57−116734号公報）もあるが
大きな圧力を必要とし設備費も多大なものとな
る。さらに別の方法として冷却ロール背面から鋼
帯エツジ部に向けてガスジエツトを吹き付け冷却
ロールと鋼帯との接触不良が起こり易い鋼帯エツ
ジ部を補助的に冷却する方法もある。（特開昭56
−41321号公報）しかしながら冷却ロールと鋼帯
との不均一接触は鋼帯エツジ部で起こるとは限ら
ないためこの方法のみでは充分な均一冷却を達成
することはできない。
今一つの方法として冷却ロールの背面に近接し
て複数個のガスジエツトノズルを設けその補助冷
却効果により冷却の均一化を計ろうとするもの
（例えば特公昭56−10973号公報）もあるが一旦冷
却ロールに鋼帯が捲き付きその張力分布に大きな
不均一を生じた後ではかかる方法でその不均一接
触を是正するには極めて強力なガスジエツトを必
要とし実用性に乏しい。
て複数個のガスジエツトノズルを設けその補助冷
却効果により冷却の均一化を計ろうとするもの
（例えば特公昭56−10973号公報）もあるが一旦冷
却ロールに鋼帯が捲き付きその張力分布に大きな
不均一を生じた後ではかかる方法でその不均一接
触を是正するには極めて強力なガスジエツトを必
要とし実用性に乏しい。
（発明の目的）
本発明はかかる従来技術の問題点を解決した鋼
帯を均一に冷却する方法を提供するものである。
帯を均一に冷却する方法を提供するものである。
（発明の構成作用）
すなわち本発明は冷媒を冷通させる１個もしく
は複数個の冷却ロールからなる鋼帯の冷却設備に
おいて、第１冷却ロールの入側に設けた鋼帯幅方
向温度分布制御用のガスジエツトクーラの風量を
最終冷却ロール出側に設けた鋼帯幅方向の温度分
布を検出する冷却設備出側温度計の信号と該温度
分布制御用ガスジエツトクーラと第１冷却ロール
との間に設けて鋼帯幅方向の温度分布を検出する
冷却設備入側温度計の信号の両者を用いて制御す
ることを特徴とする鋼帯の冷却方法を要旨とする
ものである。
は複数個の冷却ロールからなる鋼帯の冷却設備に
おいて、第１冷却ロールの入側に設けた鋼帯幅方
向温度分布制御用のガスジエツトクーラの風量を
最終冷却ロール出側に設けた鋼帯幅方向の温度分
布を検出する冷却設備出側温度計の信号と該温度
分布制御用ガスジエツトクーラと第１冷却ロール
との間に設けて鋼帯幅方向の温度分布を検出する
冷却設備入側温度計の信号の両者を用いて制御す
ることを特徴とする鋼帯の冷却方法を要旨とする
ものである。
（実施例）
以下本発明の１実施例に基づき具体的な内容に
ついて説明する。
ついて説明する。
第１図は冷却設備の全体図を示すもので図示さ
れていない加熱炉、均熱炉を経てきた鋼帯１はま
ずブライドル２を通りその張力が強められる。こ
れは冷却ロール７を通過する鋼帯の張力をできる
だけ大きくして鋼帯と冷却ロールとの接触の均一
化を計るためである。ついで鋼帯１は温度分布制
御用ガスジエツトクーラ３を通過する。制御用ジ
エツトクーラ３は第２図に示すように鋼帯幅方向
に複数個に分割されており各々にその風量を調節
する制御弁４ａ〜ｅが設けられている。制御用ジ
エツトクーラ３で幅方向温度分布を調整された鋼
帯１はデフレクタロール６を経て冷却ロール群７
に到る。第１図においては冷却ロール７は５本で
構成されており、そのうち７ｂ，７ｄは固定さ
れ、７ａ，７ｃ，７ｅは圧下装置８ａ，８ｃ，８
ｅにより上下動し鋼帯の冷却ロールへの捲付角を
変更せしめることにより冷却終了時の鋼帯温度を
制御する。
れていない加熱炉、均熱炉を経てきた鋼帯１はま
ずブライドル２を通りその張力が強められる。こ
れは冷却ロール７を通過する鋼帯の張力をできる
だけ大きくして鋼帯と冷却ロールとの接触の均一
化を計るためである。ついで鋼帯１は温度分布制
御用ガスジエツトクーラ３を通過する。制御用ジ
エツトクーラ３は第２図に示すように鋼帯幅方向
に複数個に分割されており各々にその風量を調節
する制御弁４ａ〜ｅが設けられている。制御用ジ
エツトクーラ３で幅方向温度分布を調整された鋼
帯１はデフレクタロール６を経て冷却ロール群７
に到る。第１図においては冷却ロール７は５本で
構成されており、そのうち７ｂ，７ｄは固定さ
れ、７ａ，７ｃ，７ｅは圧下装置８ａ，８ｃ，８
ｅにより上下動し鋼帯の冷却ロールへの捲付角を
変更せしめることにより冷却終了時の鋼帯温度を
制御する。
冷却終了後の鋼帯はデフレクタロール９を経、
さらにブライドル１１を経て通常の張力に戻り後
続する過時効炉（図示せず）へ送出される。
さらにブライドル１１を経て通常の張力に戻り後
続する過時効炉（図示せず）へ送出される。
第３図は制御用ジエツトクーラの制御能を示し
た例で板幅1000mm、板厚0.85mm、入側温度650℃
の鋼帯（速度250ｍ／分）を１本の冷却ロール
（径1500mm、捲付角116度）により冷却した場合の
出側温度分布である。実線は制御用ジエツトクー
ラを用いなかつた場合で鋼帯エツジ近傍では冷却
ロールに生じたサーマルクラウンのため接触不良
となり全く冷却されない状態となつている。一方
破線はエツジ100mmの部分に制御用ジエツトクー
ラを適用（冷却長1.5m、熱伝達係数50kcal／m2
ｈ℃、冷却ガス温度100℃）した場合で、冷却ロ
ール入側で約３℃低くすると出側では約９℃鋼帯
温度が低くなつておりエツジ近傍での冷却不足が
大幅に改善されている。
た例で板幅1000mm、板厚0.85mm、入側温度650℃
の鋼帯（速度250ｍ／分）を１本の冷却ロール
（径1500mm、捲付角116度）により冷却した場合の
出側温度分布である。実線は制御用ジエツトクー
ラを用いなかつた場合で鋼帯エツジ近傍では冷却
ロールに生じたサーマルクラウンのため接触不良
となり全く冷却されない状態となつている。一方
破線はエツジ100mmの部分に制御用ジエツトクー
ラを適用（冷却長1.5m、熱伝達係数50kcal／m2
ｈ℃、冷却ガス温度100℃）した場合で、冷却ロ
ール入側で約３℃低くすると出側では約９℃鋼帯
温度が低くなつておりエツジ近傍での冷却不足が
大幅に改善されている。
このように冷却ロール入側に制御用ジエツトク
ーラを設けることはその制御効果が冷却ロール出
側で数倍に増幅されて現われることが大きな特色
であり冷却ロールの途中や出側に制御用ジエツト
クーラを設置してもこのような効果は期待できな
い。この効果は従来技術の項の冒頭でも述べたよ
うに部分冷却が部分張力増となりこれが更に部分
冷却を助長するというロール冷却の本質的特性に
基づくものである。
ーラを設けることはその制御効果が冷却ロール出
側で数倍に増幅されて現われることが大きな特色
であり冷却ロールの途中や出側に制御用ジエツト
クーラを設置してもこのような効果は期待できな
い。この効果は従来技術の項の冒頭でも述べたよ
うに部分冷却が部分張力増となりこれが更に部分
冷却を助長するというロール冷却の本質的特性に
基づくものである。
第４図に制御用ジエツトクーラの制御能を示す
今一つの例として冷却ロール数５本の場合を示
す。
今一つの例として冷却ロール数５本の場合を示
す。
条件は鋼帯寸法1.0mm厚×1060mm（幅）
速 度 212m／分
冷却ロール径 1500mm
巻付角（各） 143度
で、冷却ロール入側で約30℃の板温不均一を生ぜ
しめた場合最終冷却ロール出側では75℃の板温分
布となつており該ジエツトクーラの制御効果が
2.5倍に増幅されることを表わしている。
しめた場合最終冷却ロール出側では75℃の板温分
布となつており該ジエツトクーラの制御効果が
2.5倍に増幅されることを表わしている。
さてこのような制御能を有する制御用ジエツト
クーラを用いた具体的な制御系の構成としては、 (A) 水冷ロール出側に設けた温度計10の信号によ
り制御用ジエツトクーラの風量分布を制御する
フイードバツク制御ループ (B) 水冷ロールの入側に設けた温度計５の信号に
より制御用ジエツトクーラの風量分布を制御す
るフイードフオーワード制御ループ の両者を具備しなければならない。
クーラを用いた具体的な制御系の構成としては、 (A) 水冷ロール出側に設けた温度計10の信号によ
り制御用ジエツトクーラの風量分布を制御する
フイードバツク制御ループ (B) 水冷ロールの入側に設けた温度計５の信号に
より制御用ジエツトクーラの風量分布を制御す
るフイードフオーワード制御ループ の両者を具備しなければならない。
まずフイードバツク制御の内容について述べる
と例えば温度計10の信号すなわち鋼帯の幅方向温
度分布（第５図）は演算制御器１２に入力され、
演算制御器１２は該温度分布θdの平均値から
の偏差に応じて冷却ガス量の制御弁４の開度を出
力する（第６図）さてこのようなフイードバツク
制御は定常偏差を小さくするためには極めて有効
な手段であるが制御位置（制御用ジエツトクーラ
３の位置）から板温検出位置（温度計10の位置）
までの鋼帯の移送時間、冷却ロールのサーマルク
ラウンが安定化するまでの時間等を考慮して制御
応答性を定めねばならない。すなわちこれらの遅
れ時間より充分長いピツチをもつた外乱に対して
は有効な制御が可能であるが短周期の外乱に対し
て制御しようとするとハンチングを生じ安定な制
御はできない。この遅れ時間は設備の仕様にもよ
るが一般に10〜20秒の値をもつているフイードフ
オーワード制御ループはこのようなフイードバツ
ク制御の低応答性を改善するためのもので制御用
ジエツトクーラ３の直後に設けた板温計５の信号
を用いるものである。この方法によれば制御用ジ
エツトクーラの一次的な効果すなわち冷却ロール
入側の板温分布は直ちに検出できるのでこの板温
分布と冷却ロール出側板温分布との関係を予め知
つておけば早い応答性をもつ制御が可能となる。
と例えば温度計10の信号すなわち鋼帯の幅方向温
度分布（第５図）は演算制御器１２に入力され、
演算制御器１２は該温度分布θdの平均値から
の偏差に応じて冷却ガス量の制御弁４の開度を出
力する（第６図）さてこのようなフイードバツク
制御は定常偏差を小さくするためには極めて有効
な手段であるが制御位置（制御用ジエツトクーラ
３の位置）から板温検出位置（温度計10の位置）
までの鋼帯の移送時間、冷却ロールのサーマルク
ラウンが安定化するまでの時間等を考慮して制御
応答性を定めねばならない。すなわちこれらの遅
れ時間より充分長いピツチをもつた外乱に対して
は有効な制御が可能であるが短周期の外乱に対し
て制御しようとするとハンチングを生じ安定な制
御はできない。この遅れ時間は設備の仕様にもよ
るが一般に10〜20秒の値をもつているフイードフ
オーワード制御ループはこのようなフイードバツ
ク制御の低応答性を改善するためのもので制御用
ジエツトクーラ３の直後に設けた板温計５の信号
を用いるものである。この方法によれば制御用ジ
エツトクーラの一次的な効果すなわち冷却ロール
入側の板温分布は直ちに検出できるのでこの板温
分布と冷却ロール出側板温分布との関係を予め知
つておけば早い応答性をもつ制御が可能となる。
冷却ロール出側の板温分布（平均値からの偏
差）をΔθd、冷却ロール入側の板温分布をΔθeと
したときプロセスゲインＧは Ｇ＝Δθd／Δθe＝ｆ （板厚、張力、板幅方向位置、速度） のように表すことができる。よつて Δθe＝Δθd／Ｇ なる入側板温分布となるよう演算制御器１２によ
り制御用ジエツトクーラの冷却風量を制御すれば
出側板温分布を均一なものとすることができる。
もちろん実際にはこのプロセスゲインＧを完全に
正確に把握することはできないのでフイードフオ
ーワード制御のみで完全に均一な冷却は達成でき
ず、上述のフイードバツク制御と併用することに
より応答性にすぐれかつ定常偏差の少い制御が可
能となる。本発明より従来は100秒以上のピツチ
を有する外乱のみしか安定した制御を行えなかつ
たのに対し10秒以下のピツチの外乱も安定な制御
が可能となり出側板温偏差も20℃以下とすること
ができた。
差）をΔθd、冷却ロール入側の板温分布をΔθeと
したときプロセスゲインＧは Ｇ＝Δθd／Δθe＝ｆ （板厚、張力、板幅方向位置、速度） のように表すことができる。よつて Δθe＝Δθd／Ｇ なる入側板温分布となるよう演算制御器１２によ
り制御用ジエツトクーラの冷却風量を制御すれば
出側板温分布を均一なものとすることができる。
もちろん実際にはこのプロセスゲインＧを完全に
正確に把握することはできないのでフイードフオ
ーワード制御のみで完全に均一な冷却は達成でき
ず、上述のフイードバツク制御と併用することに
より応答性にすぐれかつ定常偏差の少い制御が可
能となる。本発明より従来は100秒以上のピツチ
を有する外乱のみしか安定した制御を行えなかつ
たのに対し10秒以下のピツチの外乱も安定な制御
が可能となり出側板温偏差も20℃以下とすること
ができた。
（発明の効果）
以上述べたように本発明によればロール冷却の
もつ本質的に不安定な冷却過程を安定化すること
ができ板幅方向の材質むらや形状不良の問題を解
決することができる。
もつ本質的に不安定な冷却過程を安定化すること
ができ板幅方向の材質むらや形状不良の問題を解
決することができる。
ロール冷却は水媒体と鋼帯とを直接接触させる
従来の冷却方法とは異なり、鋼帯を酸化させるこ
となく材質的に必要な高冷却速度を得ることので
きる画期的技術であり板幅方向の冷却均一化が唯
一の問題点とされていた。本発明はかかる問題の
解決をもたらすものであり今後の鋼帯連続焼鈍技
術の向上に大きく寄与するものである。
従来の冷却方法とは異なり、鋼帯を酸化させるこ
となく材質的に必要な高冷却速度を得ることので
きる画期的技術であり板幅方向の冷却均一化が唯
一の問題点とされていた。本発明はかかる問題の
解決をもたらすものであり今後の鋼帯連続焼鈍技
術の向上に大きく寄与するものである。
第１図はロール冷却設備全体図、第２図は制御
用ガスジエツトクーラ詳細図、第３図は板幅方向
温度制御用ジエツトクーラの制御能を示す図、第
４図は板幅方向温度制御用ガスジエツトクーラの
制御能を示す図、第５図は鋼帯の幅方向温度分布
の例、第６図は板幅方向温度制御用ガスジエツト
クーラに対する演算制御器の出力を説明する図で
ある。 １……鋼帯、２……入側ブライドル、３……ガ
スジエツトクーラ、４……制御弁、５……温度
計、６……デフレクタロール、７……冷却ロー
ル、８……冷却ロールの圧下装置、９……デフレ
クタロール、１０……温度計、１１……出側ブラ
イドル、１２……演算制御器。
用ガスジエツトクーラ詳細図、第３図は板幅方向
温度制御用ジエツトクーラの制御能を示す図、第
４図は板幅方向温度制御用ガスジエツトクーラの
制御能を示す図、第５図は鋼帯の幅方向温度分布
の例、第６図は板幅方向温度制御用ガスジエツト
クーラに対する演算制御器の出力を説明する図で
ある。 １……鋼帯、２……入側ブライドル、３……ガ
スジエツトクーラ、４……制御弁、５……温度
計、６……デフレクタロール、７……冷却ロー
ル、８……冷却ロールの圧下装置、９……デフレ
クタロール、１０……温度計、１１……出側ブラ
イドル、１２……演算制御器。
Claims (1)
- １ 連続焼鈍炉内に設けた冷媒を流通させる１個
もしくは複数個の冷却ロールからなる鋼帯の冷却
設備において、第１冷却ロールの入側に設けた鋼
帯幅方向温度分布制御用のガスジエツトクーラの
風量を最終冷却ロール出側に設けた鋼帯幅方向の
温度分布を検出する冷却設備出側温度計の信号と
該温度分布制御用ガスジエツトクーラと第１冷却
ロールとの間に設けた鋼帯幅方向の温度分布を検
出する冷却設備入側温度計の信号の両者を用いて
制御することを特徴とする連続焼鈍における鋼帯
の冷却方法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58230602A JPS60125331A (ja) | 1983-12-08 | 1983-12-08 | 連続焼鈍における鋼帯の冷却方法 |
| DE8484303788T DE3463162D1 (en) | 1983-06-11 | 1984-06-05 | Method for cooling a steel strip in a continuous-annealing furnace |
| EP19840303788 EP0128734B1 (en) | 1983-06-11 | 1984-06-05 | Method for cooling a steel strip in a continuous-annealing furnace |
| AU29118/84A AU548769B2 (en) | 1983-06-11 | 1984-06-06 | Cooling a steel strip in a continuous-annealing furnace |
| BR8402816A BR8402816A (pt) | 1983-06-11 | 1984-06-08 | Processo para resfriar uma tira de aco |
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