CN104603298A - 连续退火设备的急速加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种连续退火设备的急速加热装置。在具有加热带、均热带以及冷却带的钢板的连续退火设备中，在上述加热带的前半部分串联配设有两台以上的感应加热装置，在上述两台以上的感应加热装置之间的钢板温度为250℃～600℃的温度区域，设置有长度为1～30m的加热停止区间或者升温速度超过0℃/s并在10℃/s以下的慢加热区间。即使在用这种加热带的急速加热装置以50℃/s以上的升温速度对钢板进行急速加热的情况下，也能够使钢板内的温度分布均匀化，而实现钢板形状、磁特性等的品质的提高。

Description

连续退火设备的急速加热装置
技术领域
本发明涉及钢板的连续退火设备中的急速加热装置，具体而言，涉及适用于晶粒取向电磁钢板的一次再结晶退火的连续退火设备中的急速加热装置。
背景技术
对冷轧后的钢板进行退火时的加热速度近年来如专利文献1记载的那样有进行急速加热的趋势，其中，在作为变压器、电气设备的铁心等的材料而使用的晶粒取向电磁钢板的一次再结晶退火中进行急速加热正普遍化。其主要目的在于，除了加热时间的缩短带来的生产效率的提高之外，通过急速加热，能够期待以下说明的特定的织构发达而使磁特性得以改善的效果。
通常，在强压下所得的冷轧钢板的一次再结晶过程中，积蓄的应变能高的<111>//ND取向优先产生恢复、再结晶。其结果，在以往那样的10℃/s左右的升温速度下，一次再结晶后的再结晶织构以<111>//ND取向为主，与此相对，若使升温速度比上述速度快，则在<111>//ND取向产生恢复之前，钢板被加热至产生再结晶的高温，所以难以再结晶的<110>//ND取向也产生一次再结晶。其结果，在二次再结晶后的制品板中的<110>//ND取向、即高斯取向({110}<001>)增加的同时，粒径微细化，使铁损特性提高。
但是，在上述这样的急速加热中，需要严密地管理加热温度、加热时间等加热条件。这是因为在一次再结晶退火的加热时，若钢板内的温度分布有偏差，则在钢板内一次再结晶退火后的织构发生变化，这也进一步影响最终退火后的二次再结晶织构，使晶粒取向电磁钢板的钢板内的磁特性的偏差变大。
并且，若钢板内的温度不均、特别是板宽方向的温度不均变大，则当在退火设备内通板时，在钢板产生纵褶皱、翘曲而使制品形状变差，或者在钢板卷绕于炉内的搬运辊时产生收缩(narrowing)，最差的情况下，引起钢板在炉内断裂等重大作业故障。
作为严格管理钢板内的温度的技术，例如在专利文献2公开如下技术：在两台以上的感应加热装置各自的线圈外壳之间的连接部，配置有由导电性材料构成的加热补偿部件，而有效地利用来自感应加热线圈的漏磁通，由此使感应加热装置之间的加热的间断最小化。
专利文献1：日本特开平01-290716号公报
专利文献2：日本特开2008-266727号公报
然而，即使根据上述专利文献2公开的技术，实际情况也是，在如感应加热这样进行急速加热的情况下，容易产生钢板内，特别是板宽方向上的温度不均。其结果，在进行了急速加热的情况下，不仅引起钢带内的形状变化、由此引起的形状不良的产生、作业故障等，还引起制品卷材内的磁特性的偏差，而成为使制品板的品质降低的原因。
发明内容
本发明是为了解决现有技术存在的上述问题点而开发的，其目的在于提供一种即使在由感应加热装置对钢板急速加热的情况下也能够使钢板内、特别是板宽方向的温度分布均匀化而实现钢板形状、磁特性等品质的提高的连续退火设备中的急速加热装置。
发明者为了解决上述课题，着眼于在连续退火设备的加热带设置的感应加热装置的结构、配置而反复进行各种研究。其结果，发现在上述加热带的前半部分配设有两台以上的感应加热装置，并且在上述感应加热装置之间设置有暂时停止加热的加热停止区间或者进行慢加热的慢加热区间(以下，将它们统称为“加热速度调整区间”)，对实现钢板内的温度分布的均匀化是有效的，由此完成了本发明。
即，本发明涉及一种急速加热装置，其是具有加热带、均热带以及冷却带的钢板的连续退火设备的急速加热装置，上述急速加热装置的特征在于，上述加热带在前半部分串联配设有两台以上的感应加热装置，并且在上述两台以上的感应加热装置之间设置有加热速度调整区间。
本发明的急速加热装置的特征在于，上述加热速度调整区间是加热停止区间。
另外，本发明的急速加热装置的特征在于，上述加热速度调整区间是慢加热区间。
另外，本发明的急速加热装置的特征在于，在上述加热速度调整区间，具有以超过0℃/s且在10℃/s以下的升温速度加热钢板的加热装置。
另外，本发明的急速加热装置的特征在于，将上述加热速度调整区间设置于钢板温度为250～600℃的温度区域。
另外，本发明的急速加热装置的特征在于，上述加热速度调整区间的长度为1～30m。
另外，本发明的急速加热装置的特征在于，在设置有该装置的区间内，以50℃/s以上的升温速度加热钢板。
另外，本发明的急速加热装置的特征在于，用该急速加热装置加热的上述钢板为含有8.0质量％以下的Si的电磁钢板的最终冷轧材料。
根据本发明，在连续退火设备的加热带的前半部分串联配设有两台以上的感应加热装置，并且在上述两台以上的感应加热装置之间设置有进行加热停止或者进行慢加热的1～30m的加热速度调整区间，在该区间内促进钢带内的温度均匀化，使急速加热带来的板宽方向的温度不均减少，所以能够大幅度地减少钢板的形状不良、收缩等通板故障、钢板内的磁特性的不均。而且根据本发明，通过在加热中途设置有上述加热速度调整区间，能够适量地释放<111>//ND取向的积蓄应变能，而相对地提高一次再结晶组织中<110>//ND取向相对于<111>//ND取向的存在比率，所以急速加热带来的磁特性改善效果与现有技术相比能够进一步提高。
附图说明
图1是对现有的连续退火设备的结构进行说明的示意图。
图2是对使用了感应加热装置的急速加热装置进行说明的示意图。
图3是对本发明的急速加热装置进行说明的示意图。
图4是本发明的另一急速加热装置进行说明的示意图。
图5是对使用了图3的急速加热装置的实施例1的加热模式进行说明的示意图。
图6是对使用了图4的急速加热装置的实施例2的加热模式进行说明的示意图。
具体实施方式
以下，以应用于晶粒取向电磁钢板的一次再结晶退火用的连续退火设备的情况为例对本发明的急速加热装置具体进行说明。
图1示意性地表示用于对冷轧至最终板厚(制品板厚)的晶粒取向电磁钢板实施一次再结晶退火、或者结合了脱炭退火的一次再结晶退火的连续退火设备的炉部的一般结构例。连续退火设备的炉部通常具有辐射管加热方式的加热带2、电加热器加热方式的均热带3以及冷却带4，从加热带2进入侧(图1的左侧)被搬运至炉内的钢板1在加热带2被加热至规定的均热温度，在均热带3以均热温度保持规定时间之后，在冷却带4被冷却至接近室温，然后向炉外(图1的右侧)被搬出。此外，在图1中模拟水平式的炉，表示了钢板在炉内沿水平方向被搬运的情况，但也可以构成为经由配设在炉内的上下或者左右的多个搬运辊使钢板在炉内往复移动并对钢板进行热处理。另外，钢板温度由例如设置于各带的输出侧的板式温度计51～53等管理。
图2表示如下的现有技术的加热带：在辐射管加热方式的加热带20之前，配设能够进行急速加热的感应加热装置21，而立刻从室温急速加热至规定的温度，然后，用辐射管加热至均热温度。
通过使用上述那样的感应加热装置进行急速加热来改善磁特性的理由如前述那样，由于急速加热，能够促进成为二次再结晶的晶核的<110>//ND中的高斯取向({110}<001>取向)的产生，其结果是二次再结晶组织被细粒化。
然而，如前述那样，在将图2那样的感应加热装置用于加热带的钢板加热中，因为钢板的升温速度快，在钢板内，特别是板宽方向上的温度分布容易变得不均匀，例如，用图2中所示的在感应加热装置21的排出侧设置的板式温度计61测出的板宽方向的温差(最高温度-最低温度)还会达到150℃。其结果，在钢板上产生纵褶皱、翘曲等而使制品形状变差，或者在钢板卷绕于炉内的搬运辊时产生收缩，最差的情况下，引起钢板在炉内断裂等重大作业故障。
因此，本发明为了解决上述问题点，如图3所示那样，将图2的感应加热装置21分割为21a和21b两部分，并将21a和21b隔着管部(ductportion)21c分离配设，在急速加热的区域的中途设置加热停止区间。通过设置该加热停止区间，钢板在加热中途以规定温度被保持规定时间，所以钢板内、特别是板宽方向的温度不均匀由于热扩散而减轻，由此形状不良得以改善，除此之外，还能够减少磁特性的偏差。
或者是如图4所示那样，将图2的感应加热装置21分割为21 a和21b两部分，并将21a和21b隔着管部21c分离配置，在急速加热的区域的中途设置慢加热区间。成为该慢加热区间的管部21c优选在其内部以例如与钢板的表背面对置的方式配设有加热装置21d，上述加热装置21d能够以超过0℃/s并在10℃/s以下的升温速度对钢板进行慢加热。通过设置该加热装置，与没有加热装置的图3的加热装置相比较，能够更有效地减轻钢板内、特别是板宽方向的温度不均。其结果，除了钢板内、特别是板宽方向的温度不均匀被减轻而使形状不良得以改善之外，还能够进一步减少磁特性的偏差。
对于基于这样的加热装置的温度不均的改善机构，发明者如下考虑。
首先，当在作为本发明的结构要件之一的感应加热装置之间设定恒定长度的慢加热区间的情况下，由于钢板通过该慢加热区间的期间的热扩散，而在感应加热区间形成的钢板内的温度不均缩小。并且，在将作为本发明的另一个结构要件的加热器等加热机构配设于上述慢加热区间的情况下，除了上述钢板内的热扩散，还增加上述加热机构带来的板宽方向的温度均匀化效果，所以钢板内的高温部的温度上升量变小，低温部的温度上升量变大，由此能够在积极地缓和温度不均的同时进行加热。其结果，与不设置加热机构的情况相比，能够进一步缩小温度不均。
此外，对上述加热装置21d的加热机构没有特别限制，只要是电加热器、辐射管、高温气体喷射等能够减少钢板内的温度不均的机构，就可以使用任一机构。
这里，通过设置上述管部21c即加热停止区间或者慢加热区间(加热速度调整区间)使磁特性比以往的急速加热进一步改善的理由是：由于在加热过程的中途设置上述加热速度调整区间，从而能够适量地释放<111>//ND取向的积蓄应变能，与现有技术相比，能够相对地进一步提高一次再结晶组织中的<110>//ND取向相对于<111>//ND取向的存在比率。
为了得到上述改善效果，上述管部21c优选设置在钢板温度为250℃～600℃的温度区域。这是因为本发明基于如下技术思想：通过在产生位错密度的降低并且不产生再结晶的温度区域保持短时间或者进行慢加热，来使<111>//ND的再结晶优越性降低。因此，在几乎预计不到位错的移动的不足250℃的情况下，无法得到上述效果，另一方面，若超过600℃则开始产生<111>//ND的再结晶，所以即使在超过600℃的温度下保持或者慢加热也不能促进{110}<001>取向的产生。管部设置区间的温度的下限更优选为350℃以上，进一步优选为400℃以上，另一方面，上限更优选为550℃以下，进一步优选为520℃以下。
另外，上述管部21c的长度，即加热速度调整区间的长度优选为1～30m的范围。在不足1m的情况下，加热停止(在恒定温度下保持)的时间或者慢加热的时间过短，钢板内的温度均匀化不充分，得不到形状、磁特性的改善效果。另一方面，若超过30m，则相反加热停止时间或者慢加热时间过长，压延组织的恢复一直进行，所以有引起二次再结晶不良的忧虑。另外，上述加热停止或者慢加热的时间(钢板通过管部21c所需要的时间)优选为1～10秒的范围。加热速度调整区间的长度的下限更优选为3m以上，进一步优选为5m以上，另一方面，上限更优选为20m以下，进一步优选为10m以下。
为了得到上述磁特性改善效果，在感应加热装置中进行急速加热的区间优选从室温到至少700℃的温度区间。将700℃作为上限的理由是因为<111>//ND优先再结晶的温度在700℃以下，即使急速加热至超过700℃的温度，不仅磁特性改善效果饱和，而且加热所需的能量也增大，由此不优选。
另外，为了得到上述磁特性改善效果，优选上述感应加热装置设置区间中的升温速度为50℃/s以上。这是因为在不足50℃/s的情况下磁特性的改善效果不充分。但是，即使以350℃/s以上的速度急速加热，磁特性的改善效果也饱和，所以优选上限为350℃/s左右。升温速度的下限更优选为60℃/s以上，进一步优选为70℃/s以上，另一方面，上限更优选为300℃/s以下，进一步优选为250℃/s以下。此外，上述升温速度是从室温加热到至少700℃的温度的时间除掉加热停止区间或者慢加热区间的时间所得的加热时间的平均升温速度。
此外，在上述说明中，将感应加热装置21分割为21a和21b两部分，但21a和21b的感应加热装置可以分别为一台，也可以由多台构成。另外，在由多台构成的情况下，也可以构成为使21a和21b的靠管部21c侧的感应加热装置能够沿钢板的搬运方向移动，例如，使构成21a的感应加热装置向21b侧移动，或者使构成21b的感应加热装置向21a侧移动，由此能够变更管部21c的位置，即能够变更成为加热停止区间或者慢加热区间的温度区域。
另外，本发明的急速加热装置如上述那样，通过应用于实施急速加热的钢板的连续退火，除了能够改善钢板形状之外，还能够控制再结晶后的织构，所以对如下情况是有效的：应用于含有8.0质量％以下的Si的晶粒取向电磁钢板的最终冷轧板的一次再结晶退火、结合了脱炭退火的一次再结晶退火，或者应用于无方向性电磁钢板的最终冷轧板的退火。此外，Si的含量优选为1.5质量％以上，更优选为2.5质量％以上，另一方面，上限更优选为6.0质量％以下，进一步优选为4.0质量％以下。
实施例1
在具有加热带、均热带以及冷却带的连续退火炉中，对由板坯制造而成的最终板厚0.3mm的冷轧钢板，实施结合了脱炭退火的一次再结晶退火炉，上述板坯含有C：0.070质量％、Si：3.35质量％、Mn：0.10质量％、Al：0.025质量％、N：0.012质量％、S：0.01质量％、Se：0.01质量％、Sb：0.01质量％以及Sn：0.05质量％，且剩余部分由Fe以及不可避免的杂质构成。上述连续退火炉的加热带如图3所示那样设计为：在辐射管加热方式的加热带20之前配设有感应加热装置21，并且，该感应加热装置21由21a和21b两个部分构成，并且，它们能够相对地沿钢板的搬运方向移动，在21a与21b之间，设置有作为加热停止区间的管部21c。
使用上述加热设备的加热如图5以及下面说明的那样，以两个加热模式进行。
·模式A：为本发明的加热模式，在感应加热装置21a以及21b之间设置约2.5m的管部(加热停止区间)21c，在最初的21a，以75℃/s从室温(20℃)加热至500℃，在管部21c以500℃的温度保持约2秒，继续在21b以75℃/s的速度加热至700℃，然后，在辐射管以平均升温速度15℃/s加热至850℃的均热温度
·模式B：为现有技术的加热模式，未在感应加热装置21a以及21b之间设置管部(加热停止区间)21c，以75℃/s立刻从室温(20℃)加热至700℃，然后，在辐射管以平均升温速度15℃/s加热至850℃的均热温度
此时，用在感应加热装置21a的输出侧、管部21c的输出侧以及感应加热装置21b的输出侧设置的板式温度计61a、61c以及61b，测定钢板的板宽方向的温度分布，并求出最高温度与最低温度之差，同时，使用激光位移仪测定感应加热装置21b的输出侧的钢板形状，并求出陡度。
通过上述加热模式实施了结合了脱炭退火的一次再结晶退火的钢板，之后根据通常的方法，在钢板表面涂覆退火分离剂，并干燥，在实施了最终退火之后，实施结合了绝缘覆膜的烧制和形状矫正的平坦化退火，由此形成晶粒取向电磁钢板的制品板。
从这样得到的制品板的卷材前端、卷材全长的距前端1/4、2/4及3/4的位置、以及卷材尾端共计5个位置，采取试件，根据JIS C2550规定的爱泼斯坦法测定磁通密度B8以及铁损W17/50，将它们之中最差的磁通密度B8以及铁损W17/50作为卷材内保证值。
上述的结果示于表1。根据该结果可知：通过使用本发明的退火设备，能够大幅度地减少加热时的钢板内的板宽方向的温差，其结果，不仅能够使钢板形状稳定而提高向退火设备的通板性，而且能够减少钢板内的磁特性的偏差，而提高卷材内保证值。
[表1]
实施例2
在具有加热带、均热带以及冷却带的连续退火炉中，对由板坯制造而成的冷轧为最终板厚0.3mm的晶粒取向电磁钢板，实施结合了脱炭退火的一次再结晶退火炉，上述板坯含有C：0.070质量％、Si：3.35质量％、Mn：0.10质量％、Al：0.025质量％、N：0.012质量％、S：0.01质量％、Se：0.02质量％、Sb：0.02质量％以及Sn：0.02质量％，且剩余部分由Fe以及不可避免的杂质构成。上述连续退火炉的加热带如图4所示那样设计为：在辐射管加热方式的加热带20之前配设有感应加热装置21，并且该感应加热装置21由21a和21b两部分构成，并且，它们能够相对于地沿钢板的搬运方向移动，并在21a与21b之间设置有具有能够对钢板进行慢加热的加热装置21d的管部21c。
使用上述加热设备的加热如图6以及下面说明的那样以两个加热模式进行。
·模式C：为本发明的加热模式，在感应加热装置21a以及21b之间设置约2.5m的管部(慢加热区间)21c，在最初的21a以75℃/s从室温(20℃)加热至500℃，在管部21c以升温速度2.0℃/s进行2.0秒的慢加热，接着在21b以75℃/s加热至700℃，然后，在辐射管以平均升温速度15℃/s加热至850℃的均热温度
·模式D：为现有技术的加热模式，未在感应加热装置21a以及21b之间设置管部(慢加热区间)21c，以75℃/s从室温(20℃)立刻加热至700℃，然后，在辐射管以平均升温速度15℃/s加热至850℃的均热温度
此时，用在感应加热装置21a的输出侧、管部21c的输出侧以及感应加热装置21b的输出侧设置的板式温度计61a、61c以及61b，测定钢板的板宽方向的温度分布，求出最高温度与最低温度之差，同时，使用激光位移仪测定感应加热装置21b的输出侧的钢板形状，并求出陡度。
通过上述加热模式实施了结合了脱炭退火的一次再结晶退火的钢板，之后根据通常的方法，在钢板表面涂覆退火分离剂，并干燥，在实施了最终退火之后，实施结合了绝缘覆膜的烧制和形状矫正的平坦化退火，由此形成晶粒取向电磁钢板的制品板。
从这样得到的制品板的卷材前端、卷材全长的距前端1/4、2/4及3/4的位置、以及卷材尾端共计5个位置，采取试件，根据JIS C2550规定的爱泼斯坦法测定磁通密度B8以及铁损W17/50，将它们之中最差的磁通密度B8以及铁损W17/50作为卷材内保证值。
上述的结果示于表2。根据该结果可知：通过使用本发明的退火设备，能够大幅度地减少加热时的钢板内的板宽方向的温差，其结果，不仅能够使钢板形状稳定而提高向退火设备的通板性，而且能够减少钢板内的磁特性的偏差，而提高卷材内保证值。
[表2]
本发明的急速加热装置如上述那样，优选为能够通过再结晶举动的控制而使钢板的织构与要求特性对应。因此，本发明并不限定于晶粒取向电磁钢板的领域，也能够应用于需要相同的织构的控制的例如无方向性电磁钢板、要求深拉性的汽车用薄钢板、要求各向异性的控制的薄钢板等领域。
附图标记说明：
1...钢板(钢带)；2...加热带；20...加热带的辐射管加热部；21、21a、21b...感应加热装置；21c...管部(加热停止区间或者慢加热区间)；21d...慢加热装置；3...均热带；4...冷却带；51、52、53...板式温度计；61a、61b、61c...感应加热区间的板式温度计。

Claims (8)

1.一种急速加热装置，其是具有加热带、均热带以及冷却带的钢板的连续退火设备的急速加热装置，
所述急速加热装置的特征在于，
所述加热带在前半部分串联配设有两台以上的感应加热装置，并且
在所述两台以上的感应加热装置之间设置有加热速度调整区间。
2.根据权利要求1所述的急速加热装置，其特征在于，
所述加热速度调整区间是加热停止区间。
3.根据权利要求1所述的急速加热装置，其特征在于，
所述加热速度调整区间是慢加热区间。
4.根据权利要求3所述的钢板的急速加热装置，其特征在于，
在所述加热速度调整区间，具有以超过0℃/s且在10℃/s以下的升温速度加热钢板的加热装置。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的急速加热装置，其特征在于，
将所述加热速度调整区间设置于钢板温度为250～600℃的温度区域。
6.根据1～5中任一项所述的急速加热装置，其特征在于，
所述加热速度调整区间的长度为1～30m。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的急速加热装置，其特征在于，
所述感应加热装置在设置有该装置的区间内，以50℃/s以上的升温速度加热钢板。
8.根据权利要求1～7任一项所述的急速加热装置，其特征在于，
所述钢板是含有8.0质量％以下的Si的电磁钢板的最终冷轧材料。
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