JPWO2020090453A1 - ブライドル装置および鋼帯の蛇行制御方法ならびに鋼帯の製造方法 - Google Patents

ブライドル装置および鋼帯の蛇行制御方法ならびに鋼帯の製造方法 Download PDF

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Abstract

従来（２０ｍｐｍ程度）よりも速いライン速度であっても、高珪素鋼帯を製造する際に発生する鋼帯の蛇行を抑制し、より高能率での鋼帯の製造が可能となるブライドル装置および鋼帯の製造方法を提供することを目的とする。鋼帯を挟持し、回転移動可能な上下１対の無端ベルトまたはキャタピラを有し、ステアリング機構により鋼帯幅方向に移動または搖動可能なブライドル装置において、前記上下１対の無端ベルトまたはキャタピラにより、前記鋼帯の挟持部分を圧下する圧下機構をさらに有し、前記鋼帯の蛇行量に応じて定まるステアリング量および圧下量に基づいて、前記ステアリング機構は前記ブライドル装置を鋼帯幅方向に移動または搖動させるとともに、前記圧下機構は、鋼帯幅方向における一方の端部を圧下するブライドル装置。

Description

本発明は、気体浸珪法による高珪素鋼帯の製造装置に用いられるブライドル装置と、本発明のブライドル装置を用いて鋼帯の蛇行制御を行う鋼帯の蛇行制御方法および鋼帯の製造方法に関する。
高珪素鋼板を工業的に製造する方法として、例えば特許文献１に示されるような気体浸珪法による製造方法が知られている。この製造方法は、Ｓｉ含有量が比較的低い鋼帯を加熱して塩化珪素ガスを含む無酸化性ガスを雰囲気中で浸珪処理することによりＳｉを浸透させ、次いでＳｉを板厚方向に拡散させる拡散処理を施し、冷却後コイル状に巻き取る一連のプロセスを連続ライン化し、高珪素鋼帯を効率よく製造することができる。
高珪素鋼帯を製造するための連続浸珪処理設備は、水平型の連続炉であり、鋼帯を１０００℃以上の高温で処理する必要がある。このため、鋼帯の蛇行が発生しやすいという問題がある。特に、連続浸珪処理設備における浸珪処理帯では、浸珪反応により鋼帯にＳｉが添加されるのに伴って鋼帯の格子定数が徐々に変化していき、鋼帯が収縮する。このため、鋼帯幅方向でＳｉ添加量の分布差があると、鋼帯幅方向での収縮差が生じるため、鋼帯幅方向の長さが異なるという現象がおこる。この結果、鋼帯に部分的にキャンバーが発生し、同じ温度で低珪素鋼板を通板させる場合に比べて、鋼帯の蛇行量が大きくなってしまう。
上記のような問題について、例えば特許文献２の方法を適用することにより、高珪素鋼帯の蛇行を防止することができると考えられる。
特開昭６２−２２７０７８号公報 特開平１０−２１９４１９号公報
しかしながら、高珪素鋼帯を製造する連続浸珪処理設備の高能率化に伴い、蛇行矯正能力が十分発揮できないケースが発生している。蛇行矯正能力の向上のためには、鋼帯幅方向の移動量や搖動量を大きくすることが考えられるが、高珪素鋼帯へ付与される捻じれが大きくなり、鋼帯エッジ部の割れを生じさせ、最悪、破断を発生させる可能性がある。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、従来（２０ｍｐｍ程度）よりも速いライン速度であっても、高珪素鋼帯を製造する際に発生する鋼帯の蛇行を抑制し、より高能率での鋼帯の製造が可能となるブライドル装置および鋼帯の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らが鋭意検討した結果、浸珪処理帯の出口に配置するブライドル装置について、従来の幅方向に移動あるいは搖動する技術と合わせて、鋼帯を挟持する際の幅方向の圧下量を不均一にすることで、圧下量が高い側へ鋼帯を蛇行修正することが可能となり、より高い蛇行修正効果を発揮することが可能となることを見出した。
本発明は上記知見に基づくものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］鋼帯を挟持し、回転移動可能な上下１対の無端ベルトまたはキャタピラを有し、ステアリング機構により鋼帯幅方向に移動または搖動可能なブライドル装置において、
前記上下１対の無端ベルトまたはキャタピラにより、前記鋼帯の挟持部分を圧下する圧下機構をさらに有し、
前記鋼帯の蛇行量に応じて定まるステアリング量および圧下量に基づいて、
前記ステアリング機構は前記ブライドル装置を鋼帯幅方向に移動または搖動させるとともに、
前記圧下機構は、鋼帯幅方向における一方の端部を圧下するブライドル装置。
［２］［１］に記載のブライドル装置において、前記圧下機構は、前記鋼帯の蛇行方向と逆の方向の圧下量が高くなるように、鋼帯幅方向における一方の端部を圧下するブライドル装置。
［３］前記ステアリング量に対する前記圧下量の比率を、１．５〜２．５倍とする［１］または［２］に記載のブライドル装置。
［４］［１］〜［３］のいずれかに記載のブライドル装置を用いて鋼帯の蛇行を制御する鋼帯の蛇行制御方法。
［５］［１］〜［３］のいずれかに記載のブライドル装置を用いて鋼帯を製造する鋼帯の製造方法。
本発明によれば、従来よりも速いライン速度であっても、高珪素鋼帯を製造する際に発生する鋼帯の蛇行を抑制し、より高能率での鋼帯の製造が可能となる。
図１は、高珪素鋼帯の浸珪処理を行う連続浸珪処理設備の概略図である。 図２は、本発明のブライドル装置の側面図である。 図３は、本発明のブライドル装置のステアリング機構を上から見た平面図である。 図４は、本発明のブライドル装置における、圧下機構を正面から見た断面図と保持機構の制御フローを示す模式図である。 図５は、本発明のブライドル装置における、保持機構による圧下量制御を説明する模式図であり、図５（ａ）は鋼帯の蛇行が発生していない場合のブライドル装置を正面から見た断面図、図５（ｂ）は鋼帯の蛇行が発生していない場合の鋼帯幅方向の圧力の分布図、図５（ｃ）は鋼帯が操作側（ＯＰ側）に蛇行した際に駆動側（ＤＲ側）の圧力が高くなるようにした場合のブライドル装置を正面から見た断面図、図５（ｄ）は鋼帯が操作側（ＯＰ側）に蛇行した際に駆動側（ＤＲ側）の圧力が高くなるようにした場合の鋼帯幅方向の圧力の分布図である。 図６は、本発明のブライドル装置における、ステアリング量と圧下量の制御方案の一例を示す図である。 図７は、鋼帯が蛇行した状態から、時間が経過するにつれて蛇行が矯正される状況を各制御パターン毎に模式的に示した図である。 図８は、実施例におけるライン速度と鋼板蛇行量との関係を示す図である。
図１は、高珪素鋼帯の浸珪処理を行う連続浸珪処理設備の概略図である。この連続浸珪処理設備は水平型の連続炉Ａで構成されており、通常、炉内は入側から順に加熱帯１、浸珪帯２、拡散均熱帯３、冷却帯４により構成されている。このような連続炉Ａでは、炉内に導入された鋼帯Ｓを通板させ（図１における矢印は鋼帯Ｓの通板方向）、加熱帯１で浸珪処理温度（１０２３〜１２００℃）またはその近傍まで加熱した後、浸珪帯２においてＳｉＣｌ４等の塩化珪素ガスを含む処理ガスと接触させる。通常、ガスノズルから鋼帯の両面に処理ガスを吹き付けることにより鋼帯Ｓ表面にＳｉを浸透させ、次いで拡散均熱帯３においてＳｉを板厚方向に拡散させる拡散熱処理を施した後、冷却帯４で鋼帯Ｓを冷却して浸珪処理を終了し、炉出側から導出させる。本発明のブライドル装置は、連続炉Ａの出側、すなわち冷却帯４の後方に設置されている。
本発明のブライドル装置は、鋼帯を挟持し、回転移動可能な上下１対の無端ベルトまたはキャタピラと、上部の無端ベルトまたは上部のキャタピラを保持し、かつ鋼帯を圧下するための保持機構とを有する。そして、本発明のブライドル装置は、ステアリング機構により回転する上下１対の無端ベルトまたはキャタピラの一部が鋼帯パスライン上で鋼帯幅方向に移動（水平移動）するようにガイドされ、この水平移動部を鋼帯両面に面接触させつつ鋼帯を挟持する。以下、図面を用いて本発明のブライドル装置について説明する。
図２は、本発明のブライドル装置の側面図である。図２において、ブライドル装置５は鋼帯Ｓを挟持する上下１対のキャタピラ体６ａ、６ｂと、上部キャタピラ体６ａを保持し且つ鋼帯Ｓを圧下するための保持機構７（シリンダ装置等）と上下１対のキャタピラ体６ａ、６ｂを回転駆動させる駆動装置（図示せず）とを備えている。上下の各キャタピラ体６ａ、６ｂは、多数の矩形状のセグメント８を連結したチェーンベルト９により構成され、その各内側にはチェーンベルト９を保持するための環状のガイド機構１０（図２では、下部キャタピラ体６ｂについてのみガイド機構１０を示す。）が設けられている。また、各キャタピラ体６ａ、６ｂ内側の一方の端にはチェーンベルト９を駆動するスプロケットホイール１１が設けられている。したがって、各キャタピラ体６ａ、６ｂは、このスプロケットホイール１１により駆動され、環状のガイド機構１０に沿って循環移動する。また、各セグメント８の上面にはゴム被覆層（図示しない）が形成されている。なお、ブライドル装置５本体はフレーム１３により支持されている。
環状のガイド機構１０は、キャタピラ周方向のうち鋼帯挟持部を直線状に、またそれ以外の部分を弧状等の適宜な形状に保持するように構成され、これにより上下のキャタピラ体６ａ、６ｂの鋼帯ピンチ部は、複数のセグメント８が端部同士を接触させて水平状に移動し、この水平移動部１２で鋼帯Ｓを挟持できるようにしてある。したがって、このブライドル装置５で鋼帯Ｓを面接触により確実に挟持し、これによって鋼帯Ｓを曲げることなく鋼帯Ｓの搬送および張力分離機能を果たすことができる。
また、ブライドル装置５は、鋼帯パスラインに対して、鋼帯幅方向に移動可能であり、これがブライドル装置５のステアリング機構を構成している。図３は、本発明のブライドル装置のステアリング機構を上から見た平面図である。ブライドル装置５のステアリング機構は、フレーム１３内に内蔵されている。図３に示すように、本発明のブライドル装置５は、鋼帯パスラインに対して、鋼帯幅方向に設けられたガイド１４（ガイドレール等）に移動可能に保持されている。このガイド１４は、連続炉側の仮想点Ｐを中心とした円弧に沿って形成されている。したがって、このガイド１４に沿って移動可能に保持されたブライドル装置５は、鋼帯パスラインにおいて、鋼帯幅方向（水平方向）に、仮想点Ｐを中心として円弧状に移動または搖動する。
図３に示すように、ブライドル装置５の直後には鋼帯Ｓの蛇行検出装置１５（例えば、投受光器を備えた位置検出器）が設けられている。この蛇行検出装置１５により鋼帯Ｓの蛇行を検出した際、ステアリング機構は、ブライドル装置５を鋼帯Ｓの幅方向で移動させるステアリングを行い、蛇行を修正する。すなわち、ブライドル装置５は上下のキャタピラ体６ａ、６ｂで鋼帯Ｓを挟持したまま鋼帯幅方向において鋼帯蛇行方向と反対方向に移動することにより、鋼帯Ｓの蛇行を修正する。なお、ステアリング量については、後述するステアリング量および圧下量に基づいて、鋼帯Ｓの蛇行を制御する。また、ブライドル装置５の鋼帯パスライン幅方向での移動軌跡は、図３のような円弧状ではなく鋼帯パスラインと直行するような直線状或いは図３と逆向きの円弧状であってもよく、これらの場合にはそれぞれの移動軌跡に応じてガイド１４の構成が選択される。
なお、本発明のブライドル装置５の鋼帯パスライン上の移動は、図示しない駆動装置（例えばシリンダ装置等）の駆動力によりなされる。
また、図２および３では、鋼帯Ｓの挟持手段が上下キャタピラ体である装置を示したが、このような上下キャタピラ体に代えて、上下の無端ベルトを用いてもよい。
本発明のブライドル装置は、上下１対の無端ベルトまたはキャタピラにより、鋼帯の挟持部分を圧下する圧下機構をさらに有し、鋼帯の蛇行量に応じて定まるステアリング量および圧下量に基づいて、ステアリング機構はブライドル装置を鋼帯幅方向に移動または搖動させるとともに、圧下機構は、鋼帯の蛇行方向と逆の方向の圧下量が高くなるように、鋼帯幅方向における一方の端部を圧下する。これにより、従来の幅方向に移動あるいは搖動するステアリング機構の技術と合わせて、圧下機構により鋼帯を挟持する際の鋼帯幅方向の圧下量を不均一にすることで、圧下量が高い側へ鋼帯を蛇行修正することが可能となる。その結果、従来よりも速いライン速度であっても、より高い蛇行修正効果を発揮することが可能となる。
図４は、本発明のブライドル装置における、圧下機構を正面から見た断面図と保持機構の制御フローを示す模式図である。本発明のブライドル装置５は、鋼帯を挟持する際の上部キャタピラ６ａの圧力を制御するための圧下機構１６を有している。具体的には、上部キャタピラ６ａを昇降させる油圧シリンダー１６ａ、１６ｂを、鋼帯幅方向の両側に有している。本発明では、油圧シリンダー１６ａ、１６ｂを操作し、圧下制御を行う。すなわち、鋼帯幅方向の一方の油圧シリンダー１６ａの圧力と、もう一方の油圧シリンダー１６ｂの圧力を異なる圧力とすることにより、鋼帯幅方向に鋼帯Ｓを不均一に圧下する。なお、油圧シリンダー１６ａ、１６ｂは、モーター１６ｃに接続されており、モーター１６ｃにより圧力量は適宜調整される。なお、駆動軸１７はモーター１６ｃと接続している。
本発明では、ブライドル装置５の直後に設けられた鋼帯Ｓの蛇行検出（ＣＰＣ）装置１４により鋼帯Ｓの蛇行を検出した際、この蛇行を修正するように、ステアリング量および圧下量のバランス調整を行い、蛇行を修正する。つまり、蛇行検出装置１４により検出された蛇行量に基づき、ＰＬＣ上で後述する制御方案にしたがって、ステアリング量と圧下量（圧力バランス）を自動で決定する。そして、決定したステアリング量に基づいてステアリング機構はブライドル装置を鋼帯幅方向に移動させるとともに、決定した圧下量に基づいて圧下機構は鋼帯を圧下する。
圧下制御について、具体的には圧下機構、すなわち油圧シリンダーを操作することにより圧下制御を行う。図５は、本発明のブライドル装置における、保持機構による圧下量制御を説明する模式図であり、例えば、一方の油圧シリンダー１６ａの圧力を１とした場合に、もう一方の油圧シリンダー１６ｂの圧力を０．６〜１．５の範囲として、油圧シリンダー１６ａ、１６ｂの圧力をそれぞれ制御した場合の模式図である。図５（ａ）に示すように、鋼帯Ｓの蛇行が発生していない場合、図５（ｂ）に示すグラフのように、鋼帯幅方向において均一の圧力になるように上下キャタピラ６ａ、６ｂは鋼板を挟持している。例えば、図５（ｃ）に示すように、鋼帯Ｓが操作側（ＯＰ側）に蛇行した場合、駆動側（ＤＲ側）へ蛇行を矯正するために、ＤＲ側の圧力が高くなるように油圧シリンダーを調整する。図５（ｄ）のグラフに示すように、圧力差を最大に付与した場合は、ＯＰ側＝０．６ＭＰａとなり、ＤＲ側は１．５ＭＰａとなる。
本発明では、鋼帯Ｓの蛇行量に応じて、各々の油圧シリンダーの圧下量（圧力バランス）を自動で変更し、鋼帯Ｓを挟持する際に鋼帯Ｓに加わる圧力を、鋼帯幅方向で不均一にする、具体的には、鋼帯幅方向において、鋼帯の蛇行方向の逆の方向の圧下量が高くなるように鋼帯幅方向における一方の端部を圧下することで、蛇行矯正することを可能とした。
図６に、本発明の制御方案の一例を示す。従来のブライドル装置では、鋼帯Ｓの蛇行量に対して、ステアリング量のみを自動で調整する制御方案となっている（図６の実線）。図６の場合、±３０ｍｍの蛇行量が生じた場合に、ステアリング量が最大となる。
そこで本発明では、ステアリング量に加えて、鋼帯幅方向の圧力バランス（圧下量）を変更することにより蛇行を矯正する機能を追加し（図６の破線）、例えば蛇行量が±１５ｍｍの際に圧力バランスが幅方向に最大となるように制御を行っている。
本発明の制御方案について、ステアリング量に対する圧下バランスの比率について試験を行った。図１に示す連続浸珪処理設備にて、板厚：０．１ｍｍ、板幅：６４０ｍｍの鋼帯Ｓを浸珪処理した（ライン速度：３０ｍｐｍ、ライン張力：０．１ｋｇ／ｍｍ２）。表１に示すステアリング量と圧下バランス（５つのパターン）により蛇行矯正を行った。ステアリング量と圧下バランスとの関係、および、蛇行矯正の結果を表１に示す。なお、表１内の鋼板蛇行量は、図６の横軸に該当する数字である。また、蛇行量の評価は表１欄外に示すとおりである。
Figure 2020090453
 （１）は、鋼板蛇行量に応じて変化するステアリング量の傾きに対して、圧力バランスの傾きが１：１で変化するパターンである。すなわち、（１）から（５）になるにしたがって、ステアリング量に対する圧力バランスが大きくなっていることを示している。また、表１内に記載の各割合は、ステアリング量や圧力バランスの出力％を表している。
図７に、表１で示す各パターンでの鋼帯Ｓの蛇行矯正時のイメージ図を示す。図７は、鋼帯Ｓが蛇行した状態から、時間が経過するにつれて蛇行が矯正される状況を模式的に示した図であり、各制御パターン毎の結果を示している。
パターン（２）、（３）、（４）の場合のように、ステアリング量に対する圧力バランスの比率を１．５〜２．５倍の範囲内になるように制御することで、鋼帯Ｓの蛇行を効果的に矯正することが可能となる。１．５倍未満の場合、蛇行量が小さいと（蛇行量≦±１０ｍｍ）、圧力バランスの出力が小さくなる。そのため、蛇行発生時の矯正能力が小さく、蛇行矯正までに時間がかかる。一方、２．５倍超えの場合、少ない蛇行量でも圧力バランスの出力が大きくなりすぎるため、圧力バランスのハンチングが発生し、装置自身が蛇行の発生源となってしまう。したがって、本発明では、ステアリング量に対する圧下量の比率を１．５〜２．５倍とすることが好ましい。
以上より、本発明のブライドル装置によれば、従来の幅方向に移動あるいは搖動するステアリング機構の技術と合わせて、圧下機構により鋼帯を挟持する際の鋼帯幅方向の圧下量を不均一にすることで、圧下量が高い側へ鋼帯を蛇行修正することが可能となる。その結果、従来よりも速いライン速度であっても、鋼帯を製造する際に発生する鋼帯の蛇行を抑制し、より高能率での鋼帯の製造が可能となる。
本発明のブライドル装置を適用した高珪素鋼帯の製造設備と、従来のブライドル装置を適用した高珪素鋼帯の製造設備において、それぞれ高珪素鋼帯の製造を行った。具体的には、板厚０．１ｍｍ、板幅６４０ｍｍの３％Ｓｉ鋼帯を浸珪処理し、６．５％Ｓｉ鋼帯を製造した。また、張力付与手段であるダンサーロールにより鋼帯の炉内張力を０．１ｋｇ／ｍｍ２とした。そして、本発明のブライドル装置（圧下バランス有）と従来のブライドル装置（圧下バランス無）の場合における、製造時のライン速度に対しての鋼板蛇行量（ステアリング移動量）を確認した。
結果を図８に示す。
従来のブライドル装置ではライン速度が４０ｍｐｍ程度で蛇行が発生し、蛇行量が製造不可レベルまで増加し、製造が継続できなくなってしまった。これに対して、本発明のブライドル装置ではライン速度が５０ｍｐｍでも蛇行量は許容範囲内となり、製造を継続することが可能であった。
１ 加熱帯
２ 浸珪帯
３ 拡散均熱帯
４ 冷却帯
５ ブライドル装置
６ａ 上部キャタピラ体
６ｂ 下部キャタピラ体
７ 保持機構
８ セグメント
９ チェーンベルト
１０ ガイド機構
１１ スプロケットホイール
１２ 水平移動部
１３ フレーム
１４ ガイド
１５ 蛇行検出装置
１６ 圧下機構
１６ａ 油圧シリンダー
１６ｂ 油圧シリンダー
１６ｃ モーター
１７ 駆動軸
Ａ 連続炉
Ｐ 仮想点
Ｓ 鋼帯

Claims (5)

  1. 鋼帯を挟持し、回転移動可能な上下１対の無端ベルトまたはキャタピラを有し、ステアリング機構により鋼帯幅方向に移動または搖動可能なブライドル装置において、
    前記上下１対の無端ベルトまたはキャタピラにより、前記鋼帯の挟持部分を圧下する圧下機構をさらに有し、
    前記鋼帯の蛇行量に応じて定まるステアリング量および圧下量に基づいて、
    前記ステアリング機構は前記ブライドル装置を鋼帯幅方向に移動または搖動させるとともに、
    前記圧下機構は、鋼帯幅方向における一方の端部を圧下するブライドル装置。
  2. 請求項１に記載のブライドル装置において、前記圧下機構は、前記鋼帯の蛇行方向と逆の方向の圧下量が高くなるように、鋼帯幅方向における一方の端部を圧下するブライドル装置。
  3. 前記ステアリング量に対する前記圧下量の比率を、１．５〜２．５倍とする請求項１または２に記載のブライドル装置。
  4. 請求項１〜３のいずれかに記載のブライドル装置を用いて鋼帯の蛇行を制御する鋼帯の蛇行制御方法。
  5. 請求項１〜３のいずれかに記載のブライドル装置を用いて鋼帯を製造する鋼帯の製造方法。
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