CN101611159A - 连续退火设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供连续退火设备，能消除具有气体喷射冷却设备的快速冷却区域出口侧的带钢宽度方向的温度不均匀，防止烧结硬化性钢板的拉伸应变、褶皱图案的产生。该连续退火设备，用于钢板，至少具有加热区域、均热区域及快速冷却区域，其特征在于，上述快速冷却区域具有气体喷射冷却设备，并且在上述快速冷却区域的入口和出口分别配置1对以上的密封辊，并进一步在上述快速冷却区域的前后配置由2个以上的张紧辊构成的张紧辊单元，并且上述快速冷却区域之后的张紧辊单元具有2个以上的加热辊，所述加热辊在内部具有感应加热装置，而且该加热辊的卷绕角度为每个加热辊为100°以上且全部加热辊总计为380°以上。

Description

连续退火设备
技术领域
本发明涉及连续退火设备，特别涉及能使将带钢连续退火后用气体喷射冷却装置快速冷却后的带钢宽度方向的温度分布均匀化的连续退火设备。
背景技术
在汽车的外板材等中使用的冷轧钢板、热镀锌钢板、合金化热镀锌钢板，通常用连续退火炉对作为原材的带钢进行热处理后冷却，或进行热处理后，导入热镀锌浴中而包覆熔融锌，控制成规定的附着量，或再其后，导入利用气体加热、感应加热等的合金化炉，实施使铁向镀层热扩散的合金化处理后冷却，然后根据需要实施表面光轧而进行制造。
在上述钢板的制造中使用的连续退火炉，将带钢加热至预定的温度为止，其由实施退火处理的加热区域和均热区域、以及用于将高温的带钢冷却至室温或规定温度的冷却区域构成，并且上述快速冷却区域除了仅由普通的冷却区域构成的情况以外，有时还由快速冷却区域和缓慢冷却区域或快速冷却区域和过时效处理区域等构成。
另一方面，汽车用钢板，随着汽车变得大型化而变宽，并且从确保安全性的观点出发推进高强度化，还从保护地球环境的观点出发推进用于使汽车车体轻量化的薄壁化。其结果，在连续退火炉中，采用高强度钢材而导致退火温度高温化，该退火温度的高温化导致带钢的高温强度降低，因而有钢板的通过性变差的趋势。另外，由于上述的带钢的变宽和薄壁化重叠，在以往的连续退火技术中，难以维持连续退火炉的稳定作业。
因此，近年来，通过积极利用将连续退火炉中的带钢从高温状态快速冷却的材质控制方法，活跃地进行同时具有成形性和强度的产品开发，作为其一例，有用在汽车车身上的具有烧结硬化性的钢板(所谓的BH钢板)。
作为适用于该钢板的制造的快速冷却技术，公知有将用热交换器冷却气氛气体的冷却气体作为高速气体喷射流喷射到带钢上的气体喷射冷却方式；在辊内部注入冷却介质而将辊冷却，通过将该冷却了的辊压在带钢上而进行带钢的冷却的辊冷却方式等技术。
其中，气体喷射冷却方式虽然具有冷却后的带钢的外观和形状比较良好且冷却设备也比较便宜的优点，但与其他冷却方法相比，存在冷却速度低的缺点。因此，为了弥补该缺点，提高冷却气体的流速或减少气体喷嘴和带钢之间的距离而提高传热率。
但是，增加冷却气体喷射流的速度或减小气体喷嘴和带钢之间的距离时，虽然具有提高传热率的效果，但存在当冷却气体撞击带钢表面时，引起带钢边缘部的过冷却，从而助长带钢宽度方向的温度不均匀的问题。另外，在制造烧结硬化性钢板的情况下，存在由于该带钢宽度方向的温度不均匀而产生被称作拉伸应变、褶皱图案的缺陷的问题。并且，随着对汽车用钢板的质量要求变得严格，期望进一步精度良好地控制连续退火炉中的温度、冷却速度。
由此，提出了若干个减少带钢宽度方向的温度不均匀的技术。例如在专利文献1中公开了在具有无氧化炉的退火炉的快速冷却区域前部或后部装备感应加热装置的技术，另外，在专利文献2中公开了在冷却炉后部设置感应加热装置而进行感应加热的技术。另外在专利文献3中公开了在热镀锌浴的前段配置在辊内具有多个感应加热线圈的用于加热钢板端部的边缘加热辊的技术。
专利文献1：日本特开平06-179955号公报
专利文献2：日本特开2004-339553号公报
专利文献3：日本特开2005-113244号公报
但是，专利文献1中公开的方法在卧式炉的冷却区域后部配置感应加热装置，并且专利文献2中公开的方法在竖式炉的冷却区域后部配置感应加热装置，因而在宽度宽、壁薄的带钢的情况下，当带钢的垂曲(catenary)、翘曲较大且带钢的形状变差时，感应加热装置的加热线圈和带钢容易接触，从而有可能引起火花或由此引起的从加热线圈冷却部漏水等问题，或引起带钢的断裂。并且由发明人的研究结果确认了：专利文献3中公开的方法，在实施例中所示的边缘加热辊的卷绕角度为120°左右，带钢宽度宽、壁薄且形状差的情况下，带钢和辊之间的接触变得不充分，不能充分地得到边缘加热辊的效果。
并且，在退火炉内设置感应加热装置，从加热线圈直接加热带钢的方法的情况下，感应加热线圈的维修中需要打开炉，需要长时间停止。并且，在带钢的单面传热系数(α)为170W/m2/℃以上的高速气体喷射冷却设置中，撞击带钢表面的冷却气体从冷却区域流出，在配置于快速冷却区域的入口、出口附近的炉底辊产生钢板厚度方向的温度不均匀，助长快速冷却区域后的带钢边缘部的过冷或带钢宽度方向的温度不均匀。并且，该带钢宽度方向的温度不均匀导致钢板宽度方向的固溶C量的不均匀化，因而对上述烧结硬化性钢板的拉伸应变、褶皱图案的产生带来较大不良的影响。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种连续退火设备，能消除具有气体喷射冷却设备的快速冷却区域出口侧的带钢宽度方向的温度不均匀，防止烧结硬化性钢板的拉伸应变、褶皱图案的产生。
本发明人为了解决上述课题进行了深入研究。其结果发现，通过在连续退火设备的具有气体喷射冷却设备的快速冷却区域后，配置由在辊内部具有感应加热装置的2个以上加热辊构成的张紧辊单元，能解决上述问题，从而完成了本发明。
即，本发明的连续退火设备，用于钢板，至少具有加热区域、均热区域及快速冷却区域，其特征在于，上述快速冷却区域具有气体喷射冷却设备，并且在上述快速冷却区域的入口和出口分别配置1对以上的密封辊(seal roll)，并进一步在上述快速冷却区域的前后配置由2个以上的张紧辊构成的张紧辊单元，并且上述快速冷却区域之后的张紧辊单元具有2个以上的加热辊，所述加热辊在内部具有感应加热装置，而且该加热辊的卷绕角度(winding angle)为每个加热辊为100°以上且全部加热辊总计为380°以上。
本发明的连续退火设备，其特征在于，其为冷轧钢板的制造设备、热镀锌钢板的制造设备以及合金化热镀锌钢板的制造设备中的任意一个。
根据本发明，能使连续对钢板进行热处理的连续退火炉的快速冷却区域出口的带钢宽度方向的温度分布最佳化，因而能有效防止烧结硬化性钢板的拉伸应变、褶皱图案的产生，对钢板质量的提高、成品率的提高有很大贡献。并且根据本发明，能消除连续退火设备中的操作问题，进行稳定的操作。
附图说明
图1是说明适合本发明的合金化热镀锌钢板的制造设备的图。
图2是说明图1所示制造设备的快速冷却区域前后的结构例的图。
图3是说明图1所示制造设备的快速冷却区域前后的另一结构例的图。
图4是说明具有感应加热装置的加热辊的内部结构的图。
图中标号的含义如下。
1：带钢
2：加热区域
3：均热区域
4：快速冷却区域前的张紧辊单元室
5：快速冷却区域(第一冷却区域)
6：快速冷却区域后的张紧辊单元室
7：冷却区域(第二冷却区域)
8：热镀锌槽
9：镀锌附着量控制装置
10：合金化炉
11：传热加热器
12：快速冷却区域前的张紧辊单元
12a：快速冷却区域前的张紧辊单元内的张紧辊
13、13’：密封辊
14：气体喷射冷却装置
15：放射温度计
16：快速冷却区域后的张紧辊单元
16a：快速冷却区域后的张紧辊单元内的张紧辊
16b：加热辊
17：感应加热装置(感应加热线圈)
具体实施方式
关于本发明的连续退火设备，以合金化热镀锌钢板的制造设备为例进行说明。
图1表示具有本发明的连续退火设备的合金化热镀锌钢板制造设备，1是带钢、2是加热区域、3是均热区域、4及6是张紧辊单元室、5是快速冷却区域、7是冷却区域(缓慢冷却区域)、8是热镀锌槽、9是镀锌附着量控制装置、10是合金化炉。
另外，图2是表示本发明的连续退火设备中的、具有气体喷射冷却设备14的快速冷却区域5和其前后的详细结构的图。在快速冷却区域5前后的张紧辊单元室4及6中，为了赋予带钢1所希望的目标张力，设有由多个张紧辊构成的张紧辊单元12及16；并且为了防止从快速冷却区域5内的气体喷射冷却设备14喷出的冷却气体从快速冷却区域5流出，在快速冷却区域5的入口和出口分别设有密封辊13、13’；另外在快速冷却区域5前后的收容张紧辊单元12及16的室4及6中设有用于防止张紧辊冷却的传热加热器11。并且在本发明中，为了消除带钢宽度方向的温度不均匀，配置在快速冷却区域后的张紧辊单元需要具有在辊内部设置感应加热装置的加热辊。
在上述图2中示出了下述例子：在快速冷却区域前配置由5个张紧辊12a构成的张紧辊单元12，并且在快速冷却区域后配置由4个张紧辊16a构成的张紧辊单元16，将其中靠近快速冷却区域一侧的3个作为加热辊16b。但是，本发明不限于此，例如也可以如图3所示，快速冷却区域前后的张紧辊单元12及16分别由3个张紧辊构成，将快速冷却区域后的张紧辊中靠近快速冷却区域一侧的2个作为加热辊16b。即，在本发明中，只要能赋予快速冷却区域5的带钢1所希望的张力，并且能使快速冷却区域后的带钢宽度方向的温度分布均匀化即可，张紧辊、加热辊的个数可以是2个，并且也可以是不同于图2或图3的其他结构(配置)。
接着，对本发明的连续退火炉的作用进行说明。带钢1如图2所示地朝向图中的箭头方向，从均热区域3输送到张紧辊单元室4后，卷绕悬挂在张紧辊单元12上，接着输送到快速冷却区域5，然后卷绕悬挂在张紧辊单元16上后通过。此时，通过张紧辊单元12及16赋予带钢1快速冷却区域5中的所希望的张力，同时通过具有用辊内部的感应加热装置预先进行了加热的加热辊16b的快速冷却区域后的张紧辊单元16，使带钢1达到带钢宽度方向的温度分布的均匀化。
并且，在本发明的连续退火设备中，需要在快速冷却区域的入口和出口分别配置1对以上的密封辊。这是因为从快速冷却区域的气体喷射冷却设备喷出的冷却气体撞击钢表面后，通过快速冷却区域的入口和出口即快速冷却区域和设置在其前后的张紧辊单元室之间的连接部，大量地流出到张紧辊单元室内，过度地冷却设在连接部附近的张紧辊的边缘部。其结果是，在张紧辊的带钢宽度方向上产生温度差，并且该温度不均匀导致快速冷却区域中的冷却速度的不均匀，进而导致带钢宽度方向的固溶C量的变动，从而成为产品带钢产生拉伸应变、褶皱图案的原因。特别是在带钢厚度较薄时，以较大的频率引起拉伸应变、褶皱图案。
在上述的快速冷却区域后配置的至少由2个以上张紧辊构成的张紧辊单元，赋予快速冷却区域内的带钢所希望的张力，并且通过该单元所具有的加热辊，具有提高带钢宽度方向温度的均匀性的作用。其中，带钢宽度方向的温度均匀化效果较大地影响带钢向张紧辊特别是加热辊16b的卷绕性。由此，本发明人对上述问题进行深入研究后，结果新发现，为了切实地得到上述温度均匀化效果，需要将带钢相对于内装感应加热装置的加热辊16b的卷绕角度设为每个加热辊为100°以上且全部加热辊总计为380°以上。
快速冷却区域后的张紧辊单元16的结构可以是，仅将达到目标带钢温度的均匀化所需的个数设成内装感应加热装置的加热辊，其余设成普通的张紧辊。另外，也可以是将全部都设成内装感应加热装置的加热辊，能根据需要切换开、关的结构。其中任意情况下，用作感应加热的辊都优选设成靠近快速冷却区域一侧的辊。
图4是表示本发明的加热辊的一例，其是在辊内部配置以150～300mm左右的宽度分割成8份的感应加热线圈17的例子。其中，上述感应加热线圈优选每100mm宽度具有10～30kW的加热能力，并且优选能根据带钢宽度方向的温度分布选择有无加热、控制加热输出的结构。
本发明的连续退火设备只要具有上述条件则可以是任意的设备，除了以上说明的合金化热镀锌钢板的制造设备以外，例如也可以是冷轧钢板的制造设备、热镀锌钢板的制造设备。
实施例
将含有C：0.0005～0.0025质量％、Nb：0.005～0.025质量％的厚度：0.65mm×宽度：1820mm的冷轧后的带钢，通过具有图1、图2所示的连续退火设备的合金化热镀锌生产线，实施820～880℃×2～4秒的退火后用单面传热系数(α)为280W/m2/℃的气体喷射冷却设备快速冷却至500～550℃，然后缓慢冷却后实施热镀锌，进行合金化处理而制造出单位面积重量为45g/m2(单面)的合金化热镀锌钢板。此时，将快速冷却区域后的张紧辊的通过条件(加热辊使用个数、各加热辊的卷绕角度及总卷绕角度)设为：利用感应加热装置的开、关使加热辊的使用个数如表1所示地发生变化，通过变更加热辊的配置使卷绕角度如表1所示地发生变化。并且，使加热辊的宽度方向的输出均匀，设为每1个为200kW。
从这样得到的合金化热镀锌钢板上采集样品，从宽度方向在各条件下各切出5个长300mm的正方形的试验片，接着赋予该试验片应变量为3％的鼓凸成形加工，目测观察在其表面产生的褶皱图案，将5个试验片中任一个都没有产生褶皱图案的判断为○，产生轻度褶皱图案的判断为△，产生较大褶皱图案的判断为×，其结果如表1所示。并且，在快速冷却区域后的张紧辊单元出口侧，利用放射温度计测定带钢宽度方向中央部和距最端部50mm位置的温度，由该值求出两端部和中央部的温度差的平均值，其结果也如表1所示。
表1
  No.   加热辊个数(个)*   各加热辊的卷绕角度(°)   加热辊的总卷绕角度(°)   带钢宽度方向的温度差(℃)   褶皱图案的评价   备注
  1   1*1   90   90   15   ×   比较例
  2   1*1   100   100   12   ×   比较例
  3   1*1   120   120   10   ×   比较例
  4   1*1   180   180   8   ×   比较例
  5   2*2   120   240   6   △   比较例
  6   3*3   127   380   3   ○   发明例
  7   3*3   147   446   2   ○   发明例
  8   4*4   150   600   1   ○   发明例
*1加热辊设为4个张紧辊中最靠近快速冷却区域的1个。
*2加热辊设为4个张紧辊中靠近快速冷却区域的2个。
*3加热辊设为4个张紧辊中靠近快速冷却区域的3个。
*4加热辊设为全部4个张紧辊。
由表1可知，在满足本发明的、各加热辊的卷绕角度在100°以上且全部加热辊的总卷绕角度在380°以上的情况下，能使带钢宽度方向的温度差在3℃以内，从而能防止产品带钢中褶皱图案的产生。
产业上的利用可能性
本发明的技术还能应用于带钢以外的金属带的退火炉。

Claims (4)

1.一种连续退火设备，用于钢板，至少具有加热区域、均热区域及快速冷却区域，其特征在于，所述快速冷却区域具有气体喷射冷却设备，并且在所述快速冷却区域的入口和出口分别配置1对以上的密封辊，并进一步在所述快速冷却区域的前后配置由2个以上的张紧辊构成的张紧辊单元，并且所述快速冷却区域之后的张紧辊单元具有2个以上的加热辊，所述加热辊在内部具有感应加热装置，而且该加热辊的卷绕角度为每个加热辊为100°以上且全部加热辊总计为380°以上。
2.如权利要求1所述的连续退火设备，其特征在于，其为冷轧钢板的制造设备。
3.如权利要求1所述的连续退火设备，其特征在于，其为热镀锌钢板的制造设备。
4.如权利要求1所述的连续退火设备，其特征在于，其为合金化热镀锌钢板的制造设备。
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