JP2979903B2

JP2979903B2 - 金属帯冷却方法

Info

Publication number: JP2979903B2
Application number: JP5156362A
Authority: JP
Inventors: 直人北川; 清生大森; 孝哉清家; 宏次大森; 雅之山崎; 博明佐藤; 均大石; 正史鈴木
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1992-06-23
Filing date: 1993-06-03
Publication date: 1999-11-22
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: JPH06116655A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は連続熱処理ラインにお
ける金属帯の冷却方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭５９−１２９７３７号及び特開昭
６０−５２５３０号では、金属帯の板巾方向温度分布制
御方法として、冷却ロールに鋼帯等の金属帯を接触させ
つつ、該ロールに接触する金属帯に対向して配置したガ
スジェット装置から冷却ガスを金属帯に吹き付け、板巾
方向に均一な温度分布となるように冷却する方法が開示
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
５９−１２９７３７号の方法では、図１０及び図１１に
示される様に各冷却ロール2に接触させた金属帯1に対向
して金属帯巾方向に分割されて設置されたガスジェット
装置3のノズル31a乃至31eの分割数が有限であるため、
(1) 金属帯巾方向の不均一温度領域とそれに対応するガ
スジェット装置3の分割されたノズル31a乃至31eの位置
とが一致せず、ガスジェット装置3から吹き付けられた
冷却ガスにより局部的に過冷却の領域が発生し均一な板
温分布を得るのが難しい、(2) ノズル31のロール胴
長方向の分割数を増せば上記問題は解決されるが、設備
費が大巾に増大することになる。また分割数が少なけれ
ば以上の問題は助長されるばかりでなく、ガス風量の増
をまねき運転費が増大することになる、等の問題があ
る。

【０００４】そればかりか以上の構成を実機設備に適用
して板厚0.5〜2.3mm、板幅850〜1575mm、冷却装置入口
板温550〜680℃、冷却装置出口板温350〜480℃の条件で
冷却ロールのみによる金属帯の冷却実験を行なった結
果、全ての場合において、図１２に示される様に板両端
部ならびに板中央部が板幅方向平均板温に対し、高くな
るｗ型の板温プロフィルになることが判明した。

【０００５】即ち、板中央部においては、金属帯サイズ
および冷却条件にかかわらず、略板幅のある範囲内で板
幅方向平均板温に対し正の板温偏差が生ずる。又、板両
端部においては、板厚、速度或いは冷却装置での板温降
下量が大きくなる程、板幅方向平均板温に対する板温偏
差が大きくなる。

【０００６】この発生原因について実験ならびに解析を
行なった結果以下のことが分かった。冷却ロールに金属
帯を巻付けると板厚方向に引張／圧縮の応力分布を生ず
るが、この応力によるポアソン比変形によってそれと直
角方向すなわち板幅方向に逆に圧縮／引張応力分布が誘
起され、図１３に示される様に主曲げと直角方向に逆の
曲げ変形（以降鞍型変形と呼ぶ）が起こる。

【０００７】この鞍型変形が一旦発生すると、金属帯の
両端部付近において接触不良を起こし、冷却不足状態と
なり、板幅方向平均板温に対し正の板温偏差を生ずる。
冷却ロールのみの冷却においては、次の冷却ロールに金
属帯が進行すると、正の板温偏差に起因した金属帯長手
方向の伸び差による接触不良に更に上記鞍型変形による
接触不良が付加され、大きな正の板温偏差に発展してい
く。

【０００８】以上の冷却ロール巻付けによる金属帯両端
部での金属帯と冷却ロールの非接触長さＬならびに両端
部での浮き上がり量Ｚは、次式数２０及び数２１で表わ
され、例えば板厚1.0mm、冷却ロール半径800mm、板温60
0℃の条件の場合、非接触長さＬは約15mm、浮き上がり
量Ｚは約0.1mmとなる。

【０００９】

【数２０】

【００１０】

【数２１】

【００１１】また、特開昭６０−５２５３０号の方法で
は、各冷却ロールに金属帯が接触する過程の前半部分に
おいて金属帯巾方向の中央部を、又その後半部において
金属帯巾方向の両端部を冷媒吹き付けにより冷却してい
るため、1.0mm超えの板厚の厚い金属帯の場合、冷却能
力が不足し、冷却ロール群出側では金属帯巾方向に均一
冷却することが困難であった等の問題がある。

【００１２】本発明は従来技術の以上のような問題に鑑
み創案されたもので広範囲なサイズに対し、安価な運転
費で金属帯巾方向板温分布を目標板温分布に近づけつつ
急速冷却できる冷却方法を提供しようとするものであ
る。

【００１３】このため本願では、まず次の構成からなる
金属帯冷却方法を基本発明として提案する。すなわち、
移動により接触長調整可能な１以上の冷却ロールに接触
する金属帯に対向して設置され、前記冷却ロールの胴長
方向に移動可能な複数の幅狭ノズルヘッダが設けられた
ガス冷却装置を用いて、金属帯と冷却ロールの接触長を
調整することで金属帯の中央部板温を調整しつつ、前記
各ノズルヘッダから冷却ガスを吹き付けることで金属帯
を冷却するにあたり、前記ノズルヘッダのうち両端部側
のノズルヘッダの位置を下記数１及び数２に示される冷
却巾となるように金属帯両端部に移動させ、その位置で
吹き付け冷却することにより、目標板温分布との偏差に
基づく板温分布制御を行うことを特徴とするものであ
る。

【００１４】上述のｗ型の不均一温度分布は、中央及び
両端部にできるホットポイントの幅が狭く、従来構成の
ように、金属帯幅方向にノズルが複数設けられている
と、その仕切壁の部分に相当する箇所に該ホットポイン
トがある場合、その部分の冷却がしにくく、無理に冷却
しようとすると、該ホットポイント周りの部分が過冷却
となる。上記構成では、基本的にホットポイントの直上
にガス冷却装置の幅狭のノズルヘッダを移動させて、冷
却ガスを該ホットポイントに向けて吹き出させることに
より、その部分の集中的な冷却を行わせ、温度分布不均
一を効率的に解消せんとするものである。この時金属帯
に対し所定の熱処理を実施するために設定された目標板
温と金属帯中央部板温とを比較し、金属帯と冷却ロール
の接触長を調整することで、該板温偏差に基づく中央部
の板温調整を行なう。

【００１５】また冷却ロールに接触する金属帯に対しノ
ズルヘッダから冷却ガスを吹き付けてその背面冷却を実
施するに当たり、冷却ロールの位置とノズルヘッダの位
置とから金属帯と該ノズルヘッダの離間距離を調整させ
るのがよい。そして、前記冷却ロールの入側、出側の少
なくとも一方で金属帯幅方向の温度分布を常時監視して
おき、目標板温分布（この目標板温分布についてもプリ
セットされたものを用いても良いが、例えば板幅中央部
の目標温度の他、実測された中央部の板温、或いはその
温度より０℃〜２０℃低い温度を板幅両端部の目標温度
とし、これらによって目標板温分布を決定しても良い）
との温度偏差をなくす位置（後述する数１乃至数３等に
よって得られる最適位置）に該ノズルヘッダを移動する
ことで、板温分布制御（即ち板温分布均一化）を行う。

【００１６】この板温分布制御に関し、上述のようなロ
ール胴長方向（金属帯幅方向）へのノズルヘッダの移動
の他、その温度偏差に基づくノズルヘッダ内部の冷却ガ
ス圧力又はガス流量調整を行って、金属帯に冷却ガスを
吹き付ける構成を併せて実施しても良い。

【００１７】他方、前記ノズルヘッダは冷却ロールの移
動方向に移動自在な構成であっても良い。これは、冷却
ロールがその接触長を変えるために金属帯パスラインに
直交する方向に移動できるようになっており、ロール背
面冷却に適した距離を前記ノズルヘッダが常に取れるよ
うにすることが必要なこと（この場合冷却ロールの移動
に合わせて同じ方向へ移動する）と、該ヘッダが金属帯
に接触しないようにするため（冷却ロールが金属帯パス
ラインから離れる場合その直前にノズルヘッダは前記リ
トラクト位置方向へ逆向きに移動する。尚冷却ロールが
金属帯パスラインに接触し始める時はそのリトラクト位
置から該冷却ロールに接近するようにノズルヘッダが逆
方向に移動する）である。

【００１８】また目標板温分布との偏差に基づく板温分
布制御に関して行われる両端側のノズルヘッダの移動
は、金属帯両端部における目標板温分布との温度偏差を
対象に、これをなくす位置に、具体的には後述する数１
及び数２によって得られる位置に設定して行う。上記の
ｗ型の板温分布の不均一は中央部より両端部の方が一般
的に高く、それ故両端部へのノズルヘッダの移動を優先
させて行うことにしたものである。

【００１９】これに対し中央部のホットポイントは両端
部のそれより通常温度が低い他、金属帯の板幅変更があ
ってもその位置を変えることはほとんどない。それ故上
述のような両端部のノズルヘッダを設ける他、不均一温
度分布解消のために板幅方向中央部にノズルヘッダを別
に設けても良い。その場合は、ロール胴長方向には動か
ない構成（冷却ロール移動方向でのみ動くものでも良
い）のものを設け、目標板温分布との偏差に基づく板温
分布制御に関しても、該中央部ノズルヘッダでは、温度
偏差に基づくヘッダ内部の冷却ガス圧力又はガス流量調
整のみを行って、金属帯に対する冷却ガスの吹き付けを
行うものとする。

【００２０】もちろん本発明は、冷却ロールが１つの構
成だけではなく、２以上有する構成にも適用でき、複数
の冷却ロールを有する構成の場合は、そのうち少なくと
も最初の冷却ロールに対してノズルヘッダを３つ設けて
上記のヘッダ配置構成とすれば良いし、更にこれらの冷
却ロールを前段部と後段部の２つの区分けを設けて、前
段部の冷却ロールについてはノズルヘッダを３つ設けて
上記のヘッダ配置とすると共に、その後段部の冷却ロー
ルについてはノズルヘッダを２つとして同２つの場合の
ヘッダ配置とすると良い。以上のように少なくとも最初
の冷却ロール或いは前段の冷却ロールに対するノズルヘ
ッダ構成を３つにするのは、冷却ロール接触開始時に金
属帯中央部が中膨らみ［図６（ａ）に示されるように、
板形状不良により板ｘが接触していないロールｙの胴部
分は接触している部分より冷却ロール内部の冷媒により
冷やされ、たとえ板形状が良くなっても同図（ｂ）のよ
うに板ｘ中央部は冷やされず、幅方向板温差により板中
央部は板両端部に比べ伸びを生じて、同図（ｃ）のよう
になる。これを中膨らみという。特に剛性の低い薄物の
場合ひどい物では絞りが発生する］になると不均一温度
分布が発生し、冷却ロールの特性上一旦この不均一温度
分布が発生するとその後不均一温度分布が増長するの
で、ロール接触開始初期における該板形状不良をなくす
ことを目的に、少なくとも最初の冷却ロール或いは前段
の冷却ロールに対しては中央部にもノズルヘッダを設
け、その部分の集中的な冷却及び背面からのガス吹き付
けを行うことによって、その中膨らみの問題が解決され
るからである（厚物であっても特に最初のロールで有効
である）。逆に少なくとも最初の冷却ロール或いは前段
の冷却ロールに対し中央ノズルヘッダを含む３つのノズ
ルヘッダ構成としておけば、そのあとに続く冷却ロール
では金属帯両端部に対して夫々ノズルヘッダを設ければ
足りることになる。

【００２１】一方上記のように複数の冷却ロールが設置
されている場合、前段のノズルヘッダのロール移動方向
への移動と後段のノズルヘッダの移動とでは、その移動
の態様を異なるように設定することもできる。即ち前述
のように、金属帯と冷却ロールとの接触開始付近におけ
る板形状を早期に解消する目的（その他非常に熱負荷が
低く、前段の冷却ロールだけでさえ、これらが最大押し
込み量に達し得ない状態で冷却することもあること）か
ら、前段のロール背面冷却についてもできるだけその冷
却量を大きくしておく必要があり、冷却ロールの移動に
伴って該ロールとの離間距離が一定になるように前段に
おけるノズルヘッダがその移動に追従できる構成とし、
前段における冷却効果を高いものとなるようにする。一
方後段のノズルヘッダにはこのような要請が必ずしもな
く、固定しておいても良いのであるが、他方冷却ロール
が最大押し込み量になった時に対向するノズルヘッダの
長さが最大になるように該ヘッダが設計されている場
合、ある冷却ロールが使用できなくなり、その直前或い
は直後にある冷却ロールの押し込み量が浅くなると、そ
れに追従するノズルヘッダ又はその背面に固定されてい
るノズルヘッダは金属帯と接触してしまうことになるた
め、待避できるようにしておく必要がある。従って後段
のノズルヘッダについては通常冷却時に所定箇所に移動
させ、非常時或いは冷却を行わない時のみ前記リトラク
ト位置に待避させるように設定し、冷却ロールの移動に
追従させないようにしておくこともできる。

【００２２】上記鞍型変形等を発生原因とする板幅方向
の不均一温度分布を解消するには、該変形の発生元とな
る上流側でできるだけ冷却量を大きく取り、且つ板幅方
向に均一冷却の行える背面冷却を該上流側で重点的に行
うべきである。従って前段側の特に第１冷却ロールを中
心に上流側の冷却ロールから順次押し込んで冷却長を大
きく取るだけでなく、上流側のノズルヘッダから順にそ
のガス噴出能力をｍａｘにして冷却し、不足分を下流側
の方で補うようにすると良い。また第１冷却ロールより
順に巻付長を大きく取る冷却ロールの押し込み方法を用
いるため、熱負荷（即ちｔ／ｈ）が低い時、下流側の冷
却ロールは背面冷却用のノズルヘッダと金属帯の距離が
大きくなる。この時のエネルギーロスを少なくするた
め、ノズルヘッダと冷却ロール間の距離がある距離以上
離れると、各ノズルヘッダに設置した遮断弁を閉止して
いる。

【００２３】前記冷却ロールの移動方向及びロール胴長
方向に移動可能な３つ以上のノズルヘッダを用いてロー
ル背面冷却を行う場合には、上記３つのホットポイント
を対象にした平均板温制御を行うことも可能である。そ
の場合金属帯と冷却ロールの接触長を調整することで該
制御を実施するが、各冷却ロールに対向して設置された
ガス冷却装置のノズルヘッダを冷却ロールに巻付いた金
属帯の軌跡に対応して適正な離間距離を保持しながら位
置調整することが熱伝達上有効である。尚ノズルヘッダ
と金属帯との離間距離を5〜50mmとすると、冷却ロール
及びノズルヘッダの各移動調整の精度や、形状不良（例
えばエッジウェイブ）の起きた金属帯とノズルヘッダと
の接触防止を図る点で有効である。

【００２４】また上記の平均板温制御と共に、目標板温
分布との偏差に基づく板温分布制御を実施する。この場
合、ノズルヘッダの移動による冷却幅の調整が重要とな
る。金属帯に鋼帯を用いて冷却ロールによる冷却実験お
よび解析を行なった結果、下式数４で定義される鋼帯端
部に生ずる平均板温偏差（数４）は図７に示すように冷
却巾及び板厚によって大きく変化し、平均板温偏差の適
正範囲にはそれら要因と一定の相関関係（下式数１及び
数２）のあることがわかった。このため、同図に示す適
正範囲に入るような設定値、すなわち数１及び数２によ
って得られる冷却巾において集中的に冷却が行われれば
目標板温分布との偏差が減少するものとなる。そこで、
この知見によって得られた数１及び数２を用い両端側の
ノズルヘッダの位置を調整するものとする。さらに、冷
却ロールの位置とノズルヘッダの位置とから金属帯と該
ノズルヘッダの離間距離を調整させつつ、該冷却ロール
入側、出側の少なくとも一方で金属帯両端部位置を常時
監視しておき、金属帯両端部に対し各ガス冷却装置の両
端部のノズルヘッダの位置を下式数１及び数２に示され
る冷却巾となるように移動調整することによって板温偏
差を最小にすることも出来る。

【００２５】

【数１】

【００２６】

【数２】

【００２７】

【数４】

【００２８】更に金属帯中央部の板温偏差を生じている
領域はほとんどの場合、金属帯巾方向中心線に対し対称
であるために、金属帯巾方向中心と中央部のノズルヘッ
ダの中心が一致するように移動させればよい。また、板
温偏差の領域は図８に示されるように金属帯の巾に対し
て下式数３に示す範囲であり、その部分を冷却すること
が好適である。

【００２９】

【数３】

【００３０】以上のノズルヘッダの移動による冷却幅の
調整と共に、冷却ロール出側で金属帯巾方向の板温分布
を常時監視しておき、目標板温分布との偏差に基づいて
これらのノズルヘッダ内部の冷却ガス圧力又はガス流量
調整を行って、金属帯に冷却ガスを吹き付けることで、
板温分布不均一は解消される。また以上の構成は、ロー
ル背面冷却を行う前記ガス冷却装置の構成で板温分布不
均一が解消されない場合に冷却ロール出側に補助的に設
けられる補助ガス冷却装置（金属帯巾方向に移動可能な
３つ以上のノズルヘッダを該金属帯表裏面に夫々有して
いる）を設置した場合にも適用できる。

【００３１】従来技術である冷却ロールに対向して設置
されており、金属帯巾方向に複数個に分割されたガスジ
ェット装置による冷却と、以上に説明した本発明構成に
よる冷却との比較実験を行い、図９に示す結果（本発明
１）を得た。その場合の実験条件を下記表１に示す。同
図は金属帯端部近傍の板温分布を描いたものであるが、
本発明１は従来技術に比べ、過冷却の領域も少なく板温
分布の均一化が図られていることがわかる。

【００３２】

【表１】

【００３３】また、本願は次に示す構成の金属帯冷却方
法も提案する。すなわち、金属帯の形状不良等を原因と
する各冷却ロールとの接触不均一に伴う金属帯巾方向の
板温分布の変化に対応するために、冷却ロール出側で金
属帯巾方向の板温分布を常時監視しておき、目標板温に
対し端部及び中央部において温度偏差の生じている領域
の板温偏差の重心位置を夫々求め、ガス冷却装置及び補
助ガス冷却装置の端部側のノズルヘッダにつき、金属帯
端部から該重心位置までの距離の２倍の長さが端部側に
おける冷却巾となるようにこれを移動させ、中央部のノ
ズルヘッダにつき、その中心位置が金属帯中央部にある
前記重心位置と一致するようにこれを移動させて、これ
らの各ノズルヘッダから金属帯に対し冷却ガスの吹き付
けを行うこととし、それによって上記課題の解決を図る
ものである。この冷却方法に係る発明は、板温分布実績
値に基づいたフィーバッグ制御を行うものであり、ノズ
ル冷却幅の予測調整を行う上記発明（図９の本発明１）
と比較して金属帯両端側のの冷却効果をより向上させる
ことを可能としている。すなわち、実操業においては同
一板厚の条件下でも金属帯と冷却ロールの接触状態によ
って板温分布は微妙に変化するが、この方法では、実際
の板温分布値から最適冷却巾を設定することで、実操業
にもっとも適った冷却を可能にするのである。この方法
において、金属帯両端側の冷却巾を、金属帯端部から温
度偏差領域の重心位置までの距離の２倍の長さとして設
定するのは、図５に示すように、目標温度より高温とな
る金属帯両端部の温度偏差領域（−１〜Ｘ１、Ｘ４〜
１）では端部に行けば行くほど偏差の大きい分布とな
り、その重心位置は偏差中心より端部側となる。ところ
で、その温度偏差領域のうち目標温度（Ｔ’（ｘ））と
の一致箇所（Ｘ１，Ｘ４）近傍の冷却では、温度偏差領
域以外の部分は目標温度以下なのでその近傍部分は過冷
却になる可能性が大きい。そこで、端部から重心位置ま
での距離（例えば図５の左端部の偏差範囲では−１から
重心位置までの距離）の２倍の長さまでであれば、目標
温度との一致箇所（Ｘ１，Ｘ４）には至らない偏差領域
となり、その範囲の冷却では少なくとも目標温度との一
致箇所（Ｘ１，Ｘ４）を冷却しないのでその近傍部分の
過冷却を有効に防止できることになる。そこで、その範
囲を冷却巾としたものである。

【００３４】このように目標板温に対し、金属帯端部お
よび中央部の板温偏差が生じている領域の板温偏差の重
心位置をそれぞれ求め、ガス冷却装置や補助ガス冷却装
置の各ノズルヘッダの位置を移動調整する方法を実施し
た場合、たとえば端部ノズルヘッダを例にとって説明す
ると、前記表１の条件下では図９中の本発明２のよう
に、上記本発明１にも増して板温分布の均一化が図られ
ることとなった。すなわち、上記数１及び数２を用いて
冷却を施す本発明１の補充も十分可能となっている。

【００３５】

【実施例】以下本発明の金属帯冷却方法の一実施例につ
き図１乃至図３を用いて説明する。

【００３６】図１は本発明の一実施例に係る金属帯冷却
方法の実施構成の概略を示す説明図である。加熱均熱後
徐冷された金属帯1は、本構成の入側及び出側に設置し
たブライドルロール16a〜16fによって張力が付与され
る。

【００３７】本ロール冷却設備では金属帯幅方向に不均
一温度分布が生じ易く、またその前段のガスジェット帯
（図示無し）でそのような不均一温度分布が生じていた
場合はこのロール冷却設備でそれが助長されることにな
るため、本実施例では以下に示す金属帯冷却構成でロー
ル背面冷却を行う。

【００３８】即ち冷却ロール群2の出側に設置された板
温計15aで金属帯1の巾方向板温分布を検出し、その温度
信号に基づき板温制御演算装置12によって金属帯中央部
板温と目標板温とを比較し、その板温偏差に基づく平均
板温制御に関しては、冷却ロール群2の各ロールと金属
帯1との接触長の調整を接触長調整装置4により行なう。

【００３９】また目標板温分布に基づく板温分布制御に
関しては、まず冷却ロール2に対向して設置されたガス
冷却装置3のノズルヘッダと金属帯1とが接触しないよう
に、冷却ロール群2の各ロールの位置からこれらの冷却
ロール2に巻付いた金属帯1の軌跡を求め、適正な離間距
離となるように、進退調整装置5を用いて該ガス冷却装
置3の各ノズルヘッダを冷却ロール移動方向で動かし、
その位置を調整する。

【００４０】次に該冷却ロール群2の入側・出側に設置
した金属帯両端部位置検出器14で検出された金属帯両端
部の位置信号から、前記ガス冷却装置3及び冷却ロール
群2の出側に設置された補助ガス冷却装置7のそれぞれの
位置における金属帯1の両端部及び巾方向中心について
位置制御演算装置13で推定し、上記ガス冷却装置3及び
補助ガス冷却装置7の各ノズルヘッダと連結された移動
調整装置6及び8を用いて、両端部側のノズルヘッダ及び
中央部のノズルヘッダを金属帯巾方向に動かし、両端部
側のノズルヘッダについては前記数１あるいは数２の式
に示される冷却巾（ノズルヘッダと金属帯の重なった部
分の冷却幅）となるように、又中央部のノズルヘッダに
ついては金属帯巾方向の中心とノズルヘッダの中心が一
致するように夫々位置調整を行なう。図２及び図３を用
いて具体的に説明すると、冷却ロールに対向して設置さ
れた各ガス冷却装置3のうちの両端部側のノズルヘッダ3
1a及び31cは、該移動調整装置6のうち両端部ノズルヘッ
ダに連結された移動調整装置61a及び61cを用いて位置調
整され、又中央部のノズルヘッダ31bは、該移動調整装
置6のうち中央部ノズルヘッダに連結された移動調整装
置61bを用いて位置調整される。同様に冷却ロール群2の
出側に設置された補助ガス冷却装置7のうち両端部側の
ノズルヘッダ71a及び71cは、該移動調整装置8のうち両
端部ノズルヘッダに連結された移動調整装置81a及び81c
を用いて位置調整され、又中央部のノズルヘッダ71b
は、該移動調整装置8のうち中央部ノズルヘッダに連結
された移動調整装置81bを用いて位置調整される。

【００４１】そして冷却ロール群2の出側に設置された
板温計15a及び補助ガス冷却装置7の出側に設置された板
温計15bで検出された金属帯1の巾方向温度信号を基に板
温制御演算装置12によってその測定板温の温度分布と目
標板温分布とを比較し、その板温偏差に対応させて各ガ
ス冷却装置3及び補助ガス冷却装置7のノズルヘッダ内部
の冷却ガス圧力（圧力計は省略）につき冷却ガス供給ブ
ロワ10a及び10bの回転数或いは圧力調節弁9a〜9eの開度
のうち少なくとも一方を用いてその調整を行ない、その
調整された冷却ガスを金属帯1に吹き付ける。尚冷却ガ
スは炉内（図１では省略）より熱交換装置11、冷却ガス
供給ブロワ10を通して各ガス冷却装置3及び補助ガス冷
却装置7へ供給される。

【００４２】また図１では板温計を冷却ロール群2の出
側及び補助ガス冷却装置7の出側にそれぞれ設置してい
るが、補助ガス冷却装置7の出側のみに設置する構成で
あっても良い。

【００４３】次に上述した冷却ロールに対するガス冷却
装置3のノズルヘッダの最適位置（即ち、最適離間距
離）の演算方法について図４を用いて説明する。

【００４４】２個の冷却ロール2a、2bにおいて、ロール
半径をＦ1及びＦ2、ロールの中心間の距離をＬ0、ロー
ル2と金属帯1を接触させない場合の基準線からロール2
がノズルヘッダ30a、30b側にはみ出ている長さをＬ1及
びＬ2、ロール2と金属帯1の巻付け角度θ、ノズルヘッ
ダ30a、30bの角度η1及びη2とする。この様な状況での
下側のノズルヘッダ30bについて考える。

【００４５】まず金属帯1と下側冷却ロール2bとの接点
であるＡ点の座標は下式数５で表わされる。

【００４６】

【数５】

【００４７】又該金属帯1と上側冷却ロール2aとの接点
であるＢ点の座標は下式数６で表わされる。

【００４８】

【数６】

【００４９】そして、金属帯1の直線部分の傾きは下式
数７で表わされることになる。

【００５０】

【数７】

【００５１】次に巻付け角度θの値を求めると下式数８
に示される様になる。

【００５２】

【数８】

【００５３】この数８の式より、下式数９となる。

【００５４】

【数９】

【００５５】又、金属帯1の直線部は次式数１０で求め
られる。

【００５６】

【数１０】

【００５７】ノズルヘッダ30bと金属帯1との最小距離間
隔をＧとすると、該ノズルヘッダ30bの最適位置は以下
の様になる。

【００５８】1) 巻付け長がノズルヘッダ30bより長い
場合即ち、θ≧（η１）／２となる場合、ノズルヘッダ30b
の中心の位置Ｅ点と金属帯1の距離がＧとなる様な
ノズルヘッダ30bの位置が最適位置である。 2) 巻付け長がノズルヘッダ30bより短い場合即ち、θ＜（η１）／２となる場合、Ｄ点の座標、Ｃ点
の座標、Ｅ点の座標は次式数１１、数１２及び数１３に
示される様になる。

【００５９】

【数１１】

【００６０】

【数１２】

【００６１】

【数１３】

【００６２】従ってノズルヘッダ30bの中心の位置Ｅ点
と金属帯1の距離が｜Ｘ５｜となる様なノズルヘッダ30b
の位置が最適位置である。

【００６３】又目標板温分布に対する板温分布制御例と
して、特に金属帯1巾方向板温分布形状の変化に対応す
るための各ガス冷却装置3及び補助ガス冷却装置7の金属
帯巾方向におけるノズルヘッダの最適位置の演算方法に
ついて図５を用いて説明する。

【００６４】1) 板温分布の定量化まず、その１つ目は板温分布の定量化である。即ち、金
属帯巾方向の板温分布は、次式数１４で示す４次のべき
級数で表すことができる。

【００６５】

【数１４】

【００６６】この数１４の関数は、前記温度計（図１の
１５）の測定結果より最小二乗法を用いて求めている。

【００６７】2) ノズルヘッダの金属帯巾方向における
最適位置の算出次に、ノズルヘッダの金属帯巾方向位置の算出を行な
う。上記定量化によって求められた冷却ロール群出側の
板巾方向の板温分布は図５に示される様になった場合、
目標板温分布Ｔ’(x)より高温側の温度不良域は、 −１≦Ｘ≦Ｘ１Ｘ２≦Ｘ≦Ｘ３Ｘ４≦Ｘ≦１但し、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４：高温側板温不良領域境
界の領域に分割される（図５斜線領域参照）。

【００６８】ここで端部の板温偏差が生じている領域の
重心位置Ｘe₁、Ｘe₂と中央部の板温偏差が生じている領
域の重心位置Ｘcは次式数１５、数１６および数１７の
重心演算により求められる。

【００６９】

【数１５】

【００７０】

【数１６】

【００７１】

【数１７】

【００７２】従って端部冷却巾ｌe₁、ｌe₂を次式数１８
および数１９となるように、端部ノズルヘッダ31a、31c
をそれぞれ調整し、中央部のノズルヘッダ31bはその中
心をＸcの位置へ移動調整し、それぞれの領域での板温
偏差に対応させて各ノズルヘッダ内部の冷却ガス圧力を
調整し、その圧力調整のなされた冷却ガスを金属帯1に
吹き付けることによって板温分布形状の変化にも対応で
きる。

【００７３】

【数１８】

【００７４】

【数１９】

【００７５】

【発明の効果】以上本発明により広範囲な金属帯サイズ
に対し、金属帯巾方向板温分布を目標板温分布に合わせ
つつ、急速冷却することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法を実施するための装置構成を示す側面
図である。

【図２】冷却ロールに対向して設置されたガス冷却装置
の斜視図である。

【図３】冷却ロール群出側に設置された補助ガス冷却装
置の斜視図である。

【図４】２個の冷却ロールに巻付けられた金属帯とガス
冷却装置のノズルヘッダとの位置関係を示す説明図であ
る。

【図５】冷却装置出側の板温分布を示すグラフである。

【図６】中膨らみの発生状態を示す説明図である。

【図７】金属帯端部の冷却巾と端部の板温偏差の関係を
示すグラフである。

【図８】金属帯中央部の板温偏差とその範囲を示すグラ
フである。

【図９】金属帯端部の板温分布を示すグラフである。

【図１０】従来技術の１実施例を示す金属帯冷却装置構
成の概略図である。

【図１１】上記金属帯冷却装置構成で用いられるガスジ
ェット装置の構成を示す斜視図である。

【図１２】冷却ロールのみで冷却した場合の板幅方向の
板温分布を示すグラフである。

【図１３】冷却ロールに金属帯が巻き付いた時の金属帯
の変形状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

1 金属帯 2 冷却ロール 3 ガス冷却装置 4 接触長調整装置 5 進退調整装置 6、8 移動調整装置 7 補助ガス冷却装置 9 圧力調整弁 10 冷却ガス供給ブロワ 11 冷却ガス熱交換装置 12 板温制御演算装置 13 位置制御演算装置 14 金属帯両端部位置検出器 15 板温計 16 ブライドルロール 17 搬送ロール 18 冷却ガス配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大森宏次東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者山崎雅之東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者佐藤博明東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者大石均東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者鈴木正史東京都千代田区丸の内１丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開平３−207821（ＪＰ，Ａ) 特開平４−88127（ＪＰ，Ａ) 特開平４−293735（ＪＰ，Ａ) 特開平６−73462（ＪＰ，Ａ) 特公昭63−20894（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭63−20286（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21D 9/573 101 C21D 1/00 124 C21D 11/00 101 B21B 45/02 320

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】移動により接触長調整可能な１以上の冷
却ロールに接触する金属帯に対向して設置され、前記冷
却ロールの胴長方向に移動可能な複数の幅狭ノズルヘッ
ダが設けられたガス冷却装置を用いて、金属帯と冷却ロ
ールの接触長を調整することで金属帯の中央部板温を調
整しつつ、前記各ノズルヘッダから冷却ガスを吹き付け
ることで金属帯を冷却するにあたり、前記ノズルヘッダ
のうち両端部側のノズルヘッダの位置を下記数２２及び
数２３に示される冷却巾となるように金属帯両端部に移
動させ、その位置で吹き付け冷却することにより、目標
板温分布との偏差に基づく板温分布制御を行うことを特
徴とする金属帯冷却方法。【数２２】６≦Ｗ _Ｅ ≦45 但し、ｔ＜1.3（ここで、Ｗ _Ｅは両端部ノズルヘッダ冷
却幅(mm)、ｔは金属帯の板厚(mm)を各示す）【数２３】12ｔ−9.6≦Ｗ _Ｅ ≦22ｔ＋16.4 但し、ｔ≧1.3（ここで、Ｗ _Ｅは両端部ノズルヘッダ冷
却幅(mm)、ｔは金属帯の板厚(mm)を各示す）
【請求項２】請求項１の金属帯冷却方法を実施するに
あたり、前記ノズルヘッダの他に、金属帯幅方向中央部
に相当する位置に、ロール胴長方向には動かない幅狭ノ
ズルヘッダを設け、目標板温分布との偏差に基づく板温
分布制御に関し、前記中央部のノズルヘッダでは、温度
偏差に基づくヘッダ内部の冷却ガス圧力又はガス流量調
整のみを行って、金属帯に対する冷却ガスの吹き付けを
行うことを特徴とする金属帯冷却方法。
【請求項３】移動により接触長調整可能な１以上の冷
却ロールに接触する金属帯に対向して設置され、前記冷
却ロールの胴長方向に移動可能な３以上の幅狭ノズルヘ
ッダが設けられたガス冷却装置を用いて、金属帯と冷却
ロールの接触長を調整することで金属帯の中央部板温を
調整しつつ、前記各ノズルヘッダから冷却ガスを吹き付
けることで金属帯を冷却するにあたり、前記ノズルヘッ
ダのうち両端部側のノズルヘッダの位置を下記数２４及
び数２５に示される冷却巾となるように金属帯両端部に
移動させるとともに、中央部のノズルヘッダの位置をそ
の中心が金属帯巾方向中心位置と一致するようにしかつ
下記数２６に示される冷却巾となるように移動させ、そ
れらの位置で吹き付け冷却することにより、目標板温分
布との偏差に基づく板温分布制御を行うことを特徴とす
る金属帯冷却方法。【数２４】６≦Ｗ _Ｅ ≦45 但し、ｔ＜1.3（ここで、Ｗ _Ｅは両端部ノズルヘッダ冷
却幅(mm)、ｔは金属帯の板厚(mm)を各示す）【数２５】12ｔ−9.6≦Ｗ _Ｅ ≦22ｔ＋16.4 但し、ｔ≧1.3（ここで、Ｗ _Ｅは両端部ノズルヘッダ冷
却幅(mm)、ｔは金属帯の板厚(mm)を各示す）【数２６】0.09Ｂ≦Ｗ _Ｃ ≦0.27Ｂ（ここで、Ｗ _Ｃは中央
部ノズルヘッダの冷却幅(mm)、Ｂは金属帯の幅(mm)を各
示す）
【請求項４】移動により接触長調整可能な１以上の冷
却ロールに接触する金属帯に対向して設置され、前記冷
却ロールの胴長方向に移動可能な３つ以上の幅狭ノズル
ヘッダの設けられたガス冷却装置を用いて、これらの各
ノズルヘッダから冷却ガスを吹き付けることで金属帯を
冷却するに当り、金属帯の目標板温との偏差に基づく平
均板温制御に関しては、金属帯と冷却ロールの接触長を
調整することで行ない、目標板温分布との偏差に基づく
板温分布制御に関しては、冷却ロールの位置とノズルヘ
ッダの位置とから金属帯と該ノズルヘッダの離間距離を
調整させつつ、該冷却ロール入側、出側の少なくとも一
方で金属帯両端部位置を常時監視しておき、これらのノ
ズルヘッダのうち両端部側のノズルヘッダの位置を下記
数２７及び数２８に示される冷却巾となるように金属帯
両端部に移動させると共に、中央部のノズルヘッダの中
心位置を金属帯巾方向中心位置と一致するように移動さ
せて下記数２９に示される冷却巾とし、冷却ロール出側
で金属帯巾方向の板温分布を常時監視しておき、目標板
温分布との偏差に基づいてこれらのノズルヘッダ内部の
冷却ガス圧力又はガス流量調整を行って、金属帯に冷却
ガスを吹き付けることを特徴とする金属帯冷却方法。【数２７】６≦Ｗ _Ｅ ≦45 但し、ｔ＜1.3（ここで、Ｗ _Ｅは両端部ノズルヘッダ冷
却幅(mm)、ｔは金属帯の板厚(mm)を各示す）【数２８】12ｔ−9.6≦Ｗ _Ｅ ≦22ｔ＋16.4 但し、ｔ≧1.3（ここで、Ｗ _Ｅは両端部ノズルヘッダ冷
却幅(mm)、ｔは金属帯の板厚(mm)を各示す）【数２９】0.09Ｂ≦Ｗ _Ｃ ≦0.27Ｂ（ここで、Ｗ _Ｃは中央
部ノズルヘッダの冷却幅(mm)、Ｂは金属帯の幅(mm)を各
示す）
【請求項５】移動により接触長調整可能な１以上の冷
却ロールに接触する金属帯に対向して設置され、前記冷
却ロールの胴長方向に移動可能な３つ以上の幅狭ノズル
ヘッダの設けられたガス冷却装置と、冷却ロールの出側
に設置され、金属帯巾方向に移動可能な３つ以上のノズ
ルヘッダが該金属帯表裏面に夫々設けられた補助ガス冷
却装置とを用いて、これらの各ノズルヘッダから冷却ガ
スを吹き付けることで金属帯を冷却するに当り、金属帯
の目標板温との偏差に基づく平均板温制御に関しては、
金属帯と冷却ロールの接触長を調整することで行ない、
目標板温分布との偏差に基づく板温分布制御に関して
は、冷却ロールの位置とガス冷却装置のノズルヘッダの
位置とから金属帯とこれらのノズルヘッダの離間距離を
調整させつつ、該冷却ロール入側、出側の少なくとも一
方で金属帯両端部位置を常時監視しておき、ガス冷却装
置及び補助ガス冷却装置のノズルヘッダのうち両端部側
のノズルヘッダの位置を下記数３０及び数３１に示され
る冷却巾となるように金属帯両端部に移動させると共
に、中央部のノズルヘッダの中心位置を金属帯巾方向中
心位置と一致するように移動させて下記数３２に示され
る冷却巾とし、冷却ロール出側で金属帯巾方向の板温分
布を常時監視しておき、目標板温分布との偏差に基づい
てガス冷却装置及び補助ガス冷却装置の各ノズルヘッダ
内部の冷却ガス圧力又はガス流量調整を行って、金属帯
に冷却ガスを吹き付けることを特徴とする金属帯冷却方
法。【数３０】６≦Ｗ _Ｅ ≦45 但し、ｔ＜1.3（ここで、Ｗ _Ｅは両端部ノズルヘッダ冷
却幅(mm)、ｔは金属帯の板厚(mm)を各示す）【数３１】12ｔ−9.6≦Ｗ _Ｅ ≦22ｔ＋16.4 但し、ｔ≧1.3（ここで、Ｗ _Ｅは両端部ノズルヘッダ冷
却幅(mm)、ｔは金属帯の板厚(mm)を各示す）【数３２】0.09Ｂ≦Ｗ _Ｃ ≦0.27Ｂ（ここで、Ｗ _Ｃは中央
部ノズルヘッダの冷却幅(mm)、Ｂは金属帯の幅(mm)を各
示す）
【請求項６】移動により接触長調整可能な１以上の冷
却ロールに接触する金属帯に対向して設置され、前記冷
却ロールの胴長方向に移動可能な３つ以上の幅狭ノズル
ヘッダの設けられたガス冷却装置を用いて、これらの各
ノズルヘッダから冷却ガスを吹き付けることで金属帯を
冷却するにあたり、金属帯の目標板温との偏差に基づく
平均板温制御に関しては、金属帯と冷却ロールの接触長
を調整することで行ない、目標板温分布との偏差に基づ
く板温分布制御に関しては、冷却ロールの位置とノズル
ヘッダの位置とから金属帯と該ノズルヘッダの離間距離
を調整させつつ、冷却ロール出側で金属帯巾方向の板温
分布を常時監視しておき、目標板温に対し端部及び中央
部において温度偏差の生じている領域の板温偏差の重心
位置を夫々求め、ガス冷却装置の端部側のノズルヘッダ
につき、金属帯端部から前記重心位置までの距離の２倍
の長さが端部側における冷却巾となるようにこれを移動
させ、中央部のノズルヘッダにつき、その中心位置が金
属帯中央部にある前記重心位置と一致するようにこれを
移動させて、これらの各ノズルヘッダから金属帯に対し
冷却ガスの吹き付けを行うことを特徴とする金属帯冷却
方法。