CN103649346B - 钢板的加热方法以及加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢板的加热方法以及用于该方法的加热装置，在上述钢板的加热方法中，在对被连续传送的钢板进行快速加热时，使用投影至钢板面上的形状朝向上游侧呈凸状的螺线管型感应加热线圈先行对钢板的板宽中央部进行加热，使加热时的钢板的等温线朝向上游侧呈凸状，从而在钢板上产生一个大的褶皱，由此，无论是否具备用于约束钢板的辊均能够防止屈曲的产生。

Description

钢板的加热方法以及加热装置

技术领域

本发明涉及钢板的加热方法以及加热装置；具体而言，本发明涉及对于防止在快速加热钢板时容易产生的屈曲有效的钢板的加热方法和加热装置。

背景技术

在钢板的连续退火设备或连续熔融镀锌设备等中，将连续传送的钢板导入至保持在高温的炉内，从而利用来自炉内气氛的热传导和来自辐射管或炉壁等的辐射热对上述钢板进行间接加热，由此来进行从室温至高温的加热。但是，在这种间接加热方法中，板厚为1mm时，难以得到10℃/sec以上这样较大的加热速度。另一方面，从生产性、制品特性的角度出发，有时需要一种比上述间接加热方法速度更快的快速加热方法。

因此，作为符合上述要求的技术，开发了一种直接加热方法，该方法中，通过在钢板中流通大电流、或设置感应线圈而使感应电流在钢板内流通，由此来进行直接加热。例如，在专利文献1中公开了一种适合下述快速加热的技术：该快速加热中，在钢带等金属带的传送方向的两点间通入低频电流、同时在上述两点间的一部分进行高频感应加热，从而将熔融镀锌后的钢板从镀锌的浴温快速加热至合金化处理温度。另外，在专利文献2中公开了一种技术，其中，在脱碳退火的升温过程中在辊间进行通电加热，以80℃/sec以上进行快速加热，从而得到磁通密度高的单向性电磁钢板。

但是，进行这种快速加热时，存在着快速加热后的钢板容易产生“屈曲”这样的问题。例如，在专利文献3中记载了如下内容：经通电加热装置加热后的钢板在通过送板方向下游侧的通电辊后会产生被称为“屈曲（buckling）”的筋状瑕疵；以及为了防止该屈曲，有效的是，在下游侧通电辊的近前方，使在宽度方向上分成2部分的屈曲防止辊从上面或下面以相对于钢板行进方向的适当开角对钢板进行挤压，从而将褶皱在板宽方向上展平。

现有技术文献

技术文献

专利文献1：日本特开平05-156420号公报

专利文献2：日本特开平07-041860号公报

专利文献3：日本特开平08-277425号公报

发明内容

发明要解决的问题

关于产生上述“屈曲”的原因，在专利文献3中进行了如下说明：配设在上游及下游的通电辊之间的钢板因通电加热而被快速加热从而趋于在板宽方向膨胀，但热膨胀因下游侧的通电辊而受到约束，因此产生褶皱，进一步该褶皱部分通过通电辊等的夹挤部分时受到挤压而产生塑性变形，从而产生筋状的瑕疵。根据上述说明，据认为只要为不使用通电辊的感应加热方式，则可以防止屈曲的产生。

确实，在不具有通电辊的感应加热中，上述屈曲的产生大幅降低。但是，根据发明人的调查，确认到即使在不具有约束钢板自由膨胀的辊的感应加热的情况下，也与通电加热同样，会产生多个小的纵向褶皱，引起屈曲。对于该屈曲，通过应用专利文献3公开的技术有可能能够解决。但是，若紧接在感应加热线圈的后方设置屈曲防止辊，则有时因钢板会与屈曲防止辊接触而产生瑕疵。另外，屈曲防止辊具有约束钢板向其膨胀方向滑动的作用，因此在对加热温度进行各种各样的变化的情况下，存在着无法对应伴随于此的热膨胀变化的问题。并且，难以确保设置所需要的空间。另外，例如即使能够设置，专利文献3的屈曲防止辊的设备也非常复杂，因此在设备费用和维护方面问题点较多。

本发明是鉴于以往技术中所存在的上述问题点而完成的，其目的在于提供一种钢板的加热方法以及用于该方法的加热装置，该加热方法中，无论约束钢板的辊的有无，均能够有效地防止在对钢板进行快速加热时所产生的屈曲。

用于解决问题的手段

为了解决上述课题，发明人针对防止褶皱发展成屈曲的方法反复进行了深入研究，所述褶皱起因于由快速加热导致的板宽度方向的热膨胀。作为结果，发现为了不使因上述快速加热而产生的多个小的纵向褶皱发展成屈曲，使多个小的纵向褶皱成为一个大的褶皱是有效的，因此，先行对传送中的钢板的板宽中央部进行加热以产生一个褶皱，然后在宽度方向将加热区域扩大，只要使这样的一个褶皱扩大至板宽端部即可，从而完成了本发明。

即，本发明涉及一种钢板的加热方法，其是对被连续传送的钢板进行加热的方法，该加热方法的特征在于，先行对钢板的板宽中央部进行加热。

另外，本发明的上述加热方法的特征在于，对钢板进行加热，以使加热时的钢板的等温线朝向上游侧呈凸状。

另外，本发明的加热方法的上述凸状的特征在于，为圆弧状或V字状。

另外，本发明涉及一种钢板的加热装置，其是用于对被连续传送的钢板进行加热的加热装置，该加热装置的特征在于，钢板的加热单元是按照先行对钢板的板宽中央部进行加热的方式而配设的。

另外，本发明的上述钢板的加热单元的特征在于，为投影至钢板面上的形状朝向上游侧呈凸状的螺线管型感应加热线圈。

另外，本发明的上述凸状的特征在于，为圆弧状或V字状。

另外，本发明的特征在于，上述钢板的加热单元中，在投影至钢板面上的形状为矩形的螺线管型感应加热线圈的上游侧配设有先行对钢板的板宽中央部分进行加热的先行加热装置。

另外，本发明的特征在于，上述先行加热装置为横向式感应加热线圈。

另外，本发明的特征在于，上述螺线管型感应加热线圈和下游侧传送辊之间配设有夹送辊。

发明效果

本发明能够有效地防止在对钢板加速加热时所产生的屈曲，因此能够在连续退火设备等中稳定地传送钢板，除此之外，对于钢板的制品形状的品质提高也会有很大帮助。

附图说明

图1为说明使用了以往的螺线管型感应加热线圈的加热装置、和利用该装置进行了快速加热的钢板的平面形状的示意图。

图2为说明图1所示的钢板的A-A′截面形状的示意图。

图3为说明使用了圆弧状螺线管型感应加热线圈的本发明的加热装置、和利用该装置进行了快速加热的钢板的平面形状的示意图。

图4为说明图3所示的钢板的B-B′截面形状的示意图。

图5为说明因加热方式不同而导致钢板形状变化的俯视图。

图6为说明使用了V字状螺线管型感应加热线圈的本发明的其它加热装置的示意图。

图7为说明使用了先行加热装置的本发明的其它加热装置的示意图。

图8为说明在图3所示的加热装置的下游配设了夹送辊的本发明的加热装置的其它示例的示意图。

图9为说明使用了螺线管型感应加热装置的本发明的其它加热装置的图。

图10为说明使用了横向式感应加热装置的本发明的其它加热装置的图。

图11为示意性示出本发明加热方法产生的等温线的图。

具体实施方式

通常情况下，在对钢板进行连续退火的设备中，为了使钢板长时间停留在炉内，在退火炉内相向配设有2个以上传送辊。使钢板在这些相向的传送辊间往复运动的同时，为了防止在炉内进行传送的钢板的蛇行以确保稳定传送，使传送辊的弧面（crown）凸起，向钢板赋予预定量的张力。因此，要在板宽方向收缩的力在炉内进行传送的钢板上发挥作用，因此已知容易产生小的纵向褶皱，并且在最坏情况下，这种小的纵向褶皱会在卷绕至传送辊时形成所谓的“热瓢曲(heat buckle)”这样的屈曲。

但是，据认为本发明中作为对象的屈曲与上述屈曲是不同的现象。其原因在于，本发明中作为对象的屈曲起因于钢板快速加热时的热膨胀受到约束。但是，两种屈曲的共通点在于，多个较小的纵向褶皱与辊接触而被挤压，褶皱的宽度变窄，形成屈曲。因此，据认为也有可能是因为上述纵向褶皱与伴随快速加热产生的纵向褶皱重叠而引起屈曲的。

为了使上述因快速加热而产生的多个小的纵向褶皱不发展成屈曲，发明人针对解决方案反复进行了研究。结果发现，通过使多个小的纵向褶皱为具有较大宽度的一个褶皱从而可以防止屈曲，因此，先行对传送中的钢板的板宽中央部进行加热以在板宽中央部产生一个褶皱，然后将加热区域扩大，只要使这样的一个褶皱扩大至板宽端部即可，由此完成了本发明。

图1为说明使用以往的螺线管型感应加热线圈(其是按照钢板通过感应线圈内的方式进行配设的感应加热线圈，交流磁场的磁通量与钢板的传送直角方向截面正交。其中，关于上述“正交”，其允许板厚方向5°以内的偏差，并且允许伴随凸状化而产生的板宽方向的偏差。)的加热装置、和利用该装置对钢板进行快速加热时的钢板的形状变化的示意图，1为钢板，2、2′为传送辊，3为在钢板面上的投影形状为矩形的螺线管型感应加热线圈，4示出了在线圈内流通的交流感应电流的流动方向。另外，图2为示意性示出图1所示的钢板的A-A′截面形状的图。如图1、图2所示，利用以往的矩形加热线圈进行了快速加热的钢板趋向于在板宽方向均匀热膨胀，但受到下游侧的传送辊2′约束，从而在钢板行进方向产生2条以上的长且小的纵向褶皱(图1、图2中示出了纵向褶皱为2条的示例。)。

另一方面，图3是示出本发明的加热装置、和利用该装置对钢板进行快速加热时的钢板的形状变化的示意图，1为钢板，2、2′为传送辊，6为本发明的在钢板面上的投影形状为圆弧状的螺线管型感应加热线圈，4示出了在线圈内流通的交流感应电流的流动方向。另外，图4为示意性示出图3所示的钢板的B-B′截面形状的图。如图3、图4所示，在本发明的加热装置中，利用圆弧状的加热线圈的突出部先行对钢板的板宽中央部进行加热。其结果为，经快速加热的钢板即使发生热膨胀，也不会像以往的加热装置那样产生多个较小的纵向褶皱，仅会产生曲率半径大的1个纵向褶皱5，因此即使与下游侧传送辊2′接触也不会发展成屈曲。

图1、图2所示的多条纵向褶皱和图3、图4所示的1条纵向褶皱是因为钢板的热膨胀发生面外变形而产生的，图5以俯视图的形式示出其状况。钢板101从左至右被传送，在图中央附近进行加热，在作为以往的加热方法的图5(a)中，无论是加热初期的等温线102还是加热结束时的等温线103几乎均以直线表示。此时，钢板因热膨胀而产生面外变形(在该示例的情况下为在上下方向发生变形)，如104所示，在上下方向发生位移。需要说明的是，在该以往例中，上下方向的面外变形的起点105为5处，但面外变形的起点可以为等温线102的任意位置，因此该起点的数量是不确定的。但是，一旦产生大量的褶皱，则多数情况下褶皱以褶皱产生的数量稳定。

相对于此，在本发明的加热方法中，如图5(b)所示，由于宽度中央部先行达到高温，因此加热初期的等温线是弯曲的，面外变形的起点只有板宽方向中央的1点。因此，仅会产生1个褶皱(广义上的纵向褶皱)，所有的热膨胀变形被该褶皱吸收，最终形成1个大曲率半径的纵向褶皱。

需要说明的是，在本发明中期望以如下方式进行加热：当使等温线平行于板的行进方向平移时，包括加热初期的等温线102和加热结束时的等温线103之间的等温线在内的从加热开始至结束为止的所有等温线相互一致。其原因在于，若在板的行进方向上等温线产生疏密，则在密集的地方，于较短距离被加热而产生较大的热膨胀，与此相对，在稀疏的地方，热膨胀变小，因此如图5(c)所示，褶皱集中产生于等温线密集的地方。

具体而言，如图11示意性示出的那样，本发明加热方法产生的等温线中，至少比加热结束温度即最高温度(其中，最高温度在板宽方向不同的情况下，为其中的最低温度)低200℃的等温线A和最高温度的等温线B均朝向上游侧呈凸状，并且相对于板宽中央实质上对称，凸状的高度(等温线的板端部和宽度中央顶点部在传送方向的距离)为彼此的±30%以内、优选为±10%以内，只要这样，就能够基本避免屈曲。等温线A和B之间的等温线期望为朝向上游侧的凸状，并且这些凸状的高度期望处于A和B之间，这自不必而言。另外，对于比A靠近低温测的等温线没有特别限定，但优选加热开始后迅速朝向上游侧呈凸状；另外，期望该凸状的高度迅速达到A和B之间的高度。按照形成这种等温线形状的方式进行加热，板宽中央从最初被加热而开始热膨胀，因此可以形成曲率半径大且无害的褶皱。另外，之后，褶皱从等温线的中央向两板宽度端部成长，因此在钢板整体上形成曲率半径大的单一褶皱。其结果为，能够在不产生2条以上褶皱的情况下进行加热，因此可以防止屈曲的产生。

此处，本发明的加热装置为感应加热线圈，并且在感应加热中示出了螺线管型为示例，作为其理由，螺线管型在加热速度方面具有优势，除此之外，在利用上侧线圈和下侧线圈将钢板夹住的形式的简单横向式加热线圈的情况下，交流磁场与板面正交，感应电流在板内循环流动，因此板宽端部优先被加热，无法简便地先行对板宽中央部进行加热。需要说明的是，对于横向式加热来说，重要的是交流磁场正交于板面。即，线圈即使仅为单侧，也实质上产生横向式感应加热。

另外，图6示出了本发明加热装置的其它实施方式，其是使用钢板面上的投影形状为V字状的感应加热线圈7来代替图3的钢板面上的投影形状为圆弧状的感应加热线圈的示例。即使为这种V字状的感应加热线圈，也能够先行对板宽中央部进行加热，因此也可以有效地抑制屈曲的产生。需要说明的是，在图3和图6中，记载了从钢板的一侧所观察到的螺线管型感应加热线圈的形状，但即使从相反一侧观察，同样也是呈朝向上游侧的凸状。此处，感应加热线圈无论在钢板的表面还是背面(本质上不存在表背的区别但为了方便进行这样的表述)均同样朝向上游侧呈凸状。表背的线圈形状不需要严格相同，但为了稳定地确保等温线的间隔恒定，期望线圈的形状相同且相对于钢板的板厚中央面在表面和背面处于对称位置。

另外，图7示出本发明加热装置的其它实施方式，其是在图1所示的以往的矩形螺线管型感应加热线圈3的上游侧配设了用于对钢板的板宽中央部分进行加热的另外的先行加热装置8的示例。通过配设这种先行加热装置8也能够先行对板宽中央部进行加热。需要说明的是，作为该先行加热装置没有特别限定，可以为任意加热单元，但从快速加热的观点出发，优选横向式感应加热线圈。

需要说明的是，为了利用本发明的加热装置形成一个大的纵向褶皱，优选按照加热后的钢板的等温线的间隔尽可能相等的方式进行加热，从某种意义来看，也可以说是优选使用上述的图3所示的圆弧状感应加热线圈或图6所示的V字状的感应加热线圈。

另外，如上所述，本发明的加热方法和加热装置的特征在于，通过先行对板宽中央部进行加热，从而抑制多个小的纵向褶皱的产生，产生1个大的褶皱并使其发展，但若该褶皱变得过大，则会形成所谓的“C翘曲”，有可能引起与传送辊以外的其它机械设备的接触。因此，为了防止这样的不良状况，优选在感应加热线圈的下游侧且下游侧传送辊的上游侧配设夹送辊。从使板宽方向的温度均匀化的角度考虑，该夹送辊优选热传导优异的材质、例如铜制的夹送辊。

图8示出了在图3所示的本发明的加热装置的感应加热线圈的下游侧且下游侧传送辊的上游侧设置了夹送辊9的示例。该夹送辊不需要为专利文献3公开的屈曲防止辊那样的复杂的连带设备，因此具有设置空间小、设备成本以及维护方面的问题也少的优势。

需要说明的是，本发明的加热装置可以适用于立式和卧式任一种退火设备。另外，本发明的加热装置只要设置在需要快速加热的地方即可，为了绝热、保持温度或控制气氛，可以设置在炉中。另外，本发明的加热装置可以单独设置，也可以按照串联配列2台以上的方式来进行设置，进一步也可以分开设置。

另外，图9示出了具有由导电板构成的感应加热线圈的本发明的加热装置的其它实施方式。本发明中的必要条件为对钢板进行加热时按照使板宽中央先行达到高温的方式进行加热，因此如果在图9(a)中以俯视图所示的由导电性的铜等金属板构成的螺线管型感应加热线圈202上，如图9(b)那样设置突出部205和切口部(notched portion)206，则线圈电流203平滑地流动，因此能够先行对宽度中央进行加热。另外，若应用该原理，则即使为以往的矩形螺线管型感应加热装置，例如也可以如图9(c)那样追加导体204、205，从而实施本发明。

另外，在上述的本发明的加热方法和加热装置的说明中，作为加热单元，主要对使用螺线管型感应加热线圈进行快速加热的示例进行了说明，但使用横向式感应加热装置作为快速加热单元，也能够实施本发明。例如，能够使用如图10(a)所示那样在板宽方向配设了具有圆弧状的电流经路的横向式感应加热线圈302的加热装置，以及即使为如图10(b)所示那样以往的矩形横向式感应加热线圈305，通过改变芯材(铁芯)304的配置，从而也能够作为先行对板宽中央进行加热的加热装置来使用。需要说明的是，图10(a)中和图10(b)中的符号303表示在感应加热线圈302中流动的线圈电流。另外，图9(a)～图10(b)中的各线圈电流为交流，为了方便，以单向箭头表示。

进一步而言，对于本发明的加热装置而言，只要能够先行对钢板的板宽中央进行快速加热则可以为任一种加热单元，例如可以使用燃烧器加热、等离子体加热、激光加热、红外线加热等任一种加热单元。需要说明的是，为了利用上述感应加热线圈等加热单元实现如上所述的等温线朝向上游侧呈凸状的温度分布，该加热单元需要根据所要求的加热温度、钢种/尺寸/传送速度等的变化来进行适当地输出控制。但是，通过使用所述的辅助加热单元或芯材，该加热单元能够独立地进行等温线的控制，因此能够更容易地进行加热控制。需要说明的是，在进行上述加热控制时，当然可以应用由过去的加热实际成绩得到的预测、数值计算预测等。

实施例

将加热装置设置于连续退火设备中，该加热装置具有钢板面上的投影形状为圆弧状、螺线管的开口截面为宽：1500mm×高：140mm、且长度为6000mm的螺线管型感应加热线圈，以100m/min对板厚：0.3mm×板宽：1300mm的含有3mass%Si的冷轧钢板进行传送，同时以100℃/sec或200℃/sec从室温快速加热至700℃，由此实施一次再结晶退火，制造得到晶粒取向性电磁钢板。需要说明的是，作为所述圆弧状的螺线管型感应加热线圈，使用相对于两个宽度端部的中央部突出部的长度为50mm和100mm这2种线圈。另外，一部分钢板使用了图8所示的设置了夹送辊的加热装置。

因上述快速加热会导致屈曲的产生，将因该屈曲而产生的制品的不良率示于表1，其中，将利用具有以往的矩形螺线管型感应加热线圈的加热装置以200℃/sec进行加热的情况作为基准(1.0)。由该结果可知，通过应用本发明的加热装置，可以大幅降低由屈曲导致的不良。

[表1]

工业实用性

根据本发明，可以有效地防止在对钢板进行快速加热时所产生的屈曲，因此能够在连续退火设备等中稳定地传送钢板，除此之外，对于提高钢板的制品形状的品质也会有很大帮助。特别是，本发明的技术能够在钢板上不发生屈曲的情况下以100℃/sec以上进行快速加热，因此通过将该技术应用于一次再结晶退火的加热，从而能够有利地制造磁特性优异的晶粒取向性电磁钢板。

符号说明

1：钢板

2、2′：传送辊

3：以往的矩形螺线管型感应加热线圈

4：激励电流的流动方向

5：纵向褶皱(屈曲)

6：圆弧状的螺线管型感应加热线圈

7：V字状的螺线管型感应加热线圈

8：先行加热装置(横向式感应加热线圈)

9：夹送辊

101、201、301：钢板

102：加热初期的等温线

103：加热结束时的等温线

104：面外变形量(钢板的上下方向位移)

105：面外变形的起点

202：由导电板构成的螺线管式感应加热线圈

203、303：线圈电流(虽为交流，但以单向箭头图示)

204：通过改造而附加的导电板

205：突出

206：切口

302：横向式感应加热线圈

304：芯材

305：以往的横向式感应加热线圈

Claims (10)

1.一种钢板的加热方法，其是对被连续传送的钢板进行加热的方法，该加热方法的特征在于，通过先行对钢板的板宽中央部开始加热，并且结束对钢板的板宽中央部进行的先行加热，按照从加热开始至加热结束为止的所有等温线朝向钢板的行进方向的上游侧呈凸状、并且在平行于钢板的行进方向平移时上述凸状一致的方式进行加热。

2.如权利要求1所述的钢板的加热方法，其特征在于，对钢板进行加热，以使加热结束温度的等温线与(加热结束温度-200℃)的温度的等温线的凸状的高度，为彼此的±30％以内。

3.如权利要求1所述的钢板的加热方法，其特征在于，对钢板进行加热，以使加热时的钢板的等温线朝向上游侧呈凸状。

4.如权利要求3所述的钢板的加热方法，其特征在于，上述凸状为圆弧状或V字状。

5.一种钢板的加热装置，其是用于对被连续传送的钢板进行加热的加热装置，该加热装置的特征在于，钢板的加热单元是按照通过先行对钢板的板宽中央部开始加热，并且结束对钢板的板宽中央部进行的先行加热，从加热开始至加热结束为止的所有等温线朝向钢板的行进方向的上游侧呈凸状、并且在平行于钢板的行进方向平移时上述凸状一致的方式而配设而成的。

6.如权利要求5所述的钢板的加热装置，其特征在于，上述钢板的加热单元为投影至钢板面上的形状朝向上游侧呈凸状的螺线管型感应加热线圈。

7.如权利要求6所述的钢板的加热装置，其特征在于，上述凸状为圆弧状或V字状。

8.如权利要求5所述的钢板的加热装置，其特征在于，上述钢板的加热单元中，在投影至钢板面上的形状为矩形的螺线管型感应加热线圈的上游侧配设有先行加热装置，该先行加热装置对钢板的板宽中央部分进行加热，螺线管型感应加热线圈的下游侧配设有对钢板的板宽端部进行加热的导体。

9.如权利要求8所述的钢板的加热装置，其特征在于，上述先行加热装置为横向式感应加热线圈。

10.如权利要求6～9任一项所述的钢板的加热装置，其特征在于，上述螺线管型感应加热线圈与下游侧传送辊之间配设有夹送辊。