JP2000265216A - 方向性電磁鋼板用回転台車式熱処理炉の冷却方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転台車式熱処理炉にあって、冷却速度上昇
による処理能力向上を可能とする冷却方法及び冷却装置
を提供する。 【解決手段】 回転台車上に被処理材コイルを積載し、
該処理材の上からマッフルを被せ、回転台車を順次移送
しながら加熱帯、炉内冷却帯、炉外自然冷却帯を通過さ
せて熱処理を行う回転台車式熱処理炉の冷却方法であっ
て、前記炉内冷却帯ではマッフル外の炉内温度を調整し
て被処理材コイルをマッフル外から間接的に冷却し、前
記炉外自然冷却帯では冷却雰囲気ガスをマッフル内へ積
極的に導入し、循環させることにより、マッフル内で直
接的に被処理材コイルを冷却し、被処理材コイルの冷却
速度を上昇させることを特徴とする方向性電磁鋼板用回
転台車式熱処理炉の冷却方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】冷間加工が行われた冷延鋼板
コイルは、その機械的性質を改善するために冷延後に一
般に焼き鈍し処理が行われる。中でも方向性電磁鋼板に
あっては、その電磁特性を向上させるために高温で長時
間の焼き鈍しが行われる。本発明は、上述の如き高温で
の熱処理を行う方向性電磁鋼板用回転台車式熱処理炉の
冷却方法及び冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、方向性電磁鋼板用の熱処理炉は、
回転台車上のベースプレート上に被処理材コイルを複数
段積載し、その上からマッフルを被せ、回転台車にてド
ーナツ形状の熱処理炉内を１ピッチずつ順次移送しなが
ら、加熱帯及び冷却帯を通過させることにより所定の熱
処理を行っている。例えば加熱帯において被処理材コイ
ルは、マッフル外の炉壁に設けた直火式バーナの燃焼ガ
スによって加熱されたマッフルを介して輻射加熱され
る。このような加熱帯にて、所定のヒートパターンで昇
温された直後から冷却帯で急冷を行えば冷却に要する時
間を短くすることはできるが、方向性電磁鋼板の場合、
被処理材コイルの表面層に近い部分のみ急冷されること
になり、最終製品の形状不良を生じるという問題に繋が
る。

【０００３】このため、方向性電磁鋼板用回転台車式熱
処理炉においては、例えば徐冷帯、炉内強制冷却帯など
の炉内冷却帯、炉外自然冷却帯という冷却速度を変えた
各帯を順次移送しながら冷却を行っている。例えば徐冷
帯における冷却では、バーナによる加熱を停止し、マッ
フル外の炉内温度が急速に低下しないように監視しなが
らマッフルを介して間接的な冷却を行うが、場合によっ
てはバーナによる加熱も併用しながら被処理材コイルの
冷却を行っている。

【０００４】次に炉内強制冷却帯では、マッフルは４０
０℃（被処理材コイルでは６００℃）前後まで冷却され
るが、該温度前後までは、被処理材コイルの急速冷却は
不可の温度域であるため、ここではマッフル外の炉内に
冷却用空気を吹き込み、マッフル外の炉内温度を適正に
制御しながらマッフルを介して間接的な冷却を行ってい
る。

【０００５】次に炉外自然冷却帯では、マッフルを大気
にさらした状態での炉外自然冷却を行っている。という
のも、炉外自然冷却帯の入側においては、マッフルの温
度が４００℃前後まで降下しており、このような低温域
では、炉内強制冷却帯のようにマッフル外の炉内に冷却
用空気を吹き込んで間接的な冷却を行っても輻射伝熱の
効果が低く、冷却速度の向上が望めないからである。以
上のような複数の各帯を経て、方向性電磁鋼板コイルの
焼き鈍しが行われている。

【０００６】その他、冷延鋼板コイルを回転台車式熱処
理炉にて熱処理する技術については多数提案されてい
る。その中で、例えば特開昭６０−２６２９２４号公報
によれば、コイルをベル型インナーカバーで被覆した
後、インナーカバー内の加熱、冷却雰囲気ガスを循環フ
ァンにてインナーカバー内で循環させることが提案さ
れ、この方法によれば効率良くコイルの焼鈍処理を行え
ることが説明されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、方向性電磁
鋼板用回転台車式熱処理炉の場合、既存の炉において熱
処理能力の向上を図ろうとしても、炉がドーナツ形状で
炉長が決められており、炉長延長による能力アップが不
可能である。例えば、加熱帯においては炉内温度アップ
等による能力アップが可能だが、方向性電磁鋼板用の熱
処理炉の場合、冷却帯は品質の点から前述したように高
温域での急速冷却には自ずと限界があり、また低温域で
ある炉外自然冷却帯においては、急速冷却を行っても形
状不良の問題は発生しないものの、現状の大気による自
然冷却では輻射伝熱の効果が低く、その結果冷却時間を
長く要するという問題があった。

【０００８】また、方向性電磁鋼板用熱処理炉において
能力アップを図るために、前記特開昭６０−２６２９２
４号公報の冷延鋼板コイル用回転台車式熱処理炉のよう
に加熱帯、冷却帯の全帯において雰囲気ガスを循環させ
た場合、以下のような問題が生じる。即ち、方向性電磁
鋼板を加熱する場合には、マッフル外の燃焼ガスによっ
て加熱されたマッフルから被処理材コイルへ伝熱され被
処理材コイルの温度が上昇するが、この場合被処理材コ
イルに被せてあるマッフルが発熱面となり被処理材コイ
ル表面が受熱面という形態をとる。マッフルと被処理材
コイル間の伝熱は輻射伝熱であり、マッフル内の雰囲気
ガスと被処理材コイル間は対流伝熱である。電磁鋼板コ
イルの場合には磁気特性上、炉温１２００℃前後の高温
で長時間保定が必要であり、この温度域では輻射伝熱が
支配的であるため、前記特開昭６０−２６２９２４号公
報のように、わざわざマッフル内の雰囲気ガスを循環さ
せても、対流伝熱の効果は極めて微少である。

【０００９】また、冷却帯において、前記特開昭６０−
２６２９２４号公報のように加熱終了直後からマッフル
内の雰囲気ガスを循環させて急冷を行えば、冷却に要す
る時間を短かくすることはできるが、被処理材コイルの
表面層に近い部分のみ急冷されることになり、方向性電
磁鋼板の場合、その特性上、最終製品の形状不良を生じ
るという問題がある。さらに、循環ファンはマッフル内
に設置されており、１２００℃前後の高温加熱工程を経
て冷却工程に移行することになるため、否応なく高温雰
囲気にさらされることとなる。本炉のような高温雰囲気
においては安定して使用できる循環ファンがないため、
メンテナンスが頻繁に必要となり、維持費増大に繋が
る。

【００１０】また、マッフル内で循環する雰囲気ガスを
冷却するためにマッフル内に布設される冷却水配管から
万一水漏れが発生した場合には、品質に重大な影響を及
ぼすことにもなる。よって、前記特開昭６０−２６２９
２４号公報のように全帯のマッフル内に雰囲気ガスを循
環させることは、方向性電磁鋼板用回転台車式熱処理炉
の場合、処理能力を向上させるという点で効果がなく、
非現実的である。

【００１１】本発明は、前述したような方向性電磁鋼板
の処理条件を考慮した上でなされたものであり、方向性
電磁鋼板用回転台車式熱処理炉の被処理材コイルの冷却
速度を上昇させ、処理能力の向上を図る冷却方法及び冷
却装置を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次の構成を要旨とする。すなわち、回転台
車上に被処理材コイルを積載し、該被処理材コイルの上
からマッフルを被せ、回転台車を順次移送しながら加熱
帯、炉内冷却帯、炉外自然冷却帯を通過させて熱処理を
行う方向性電磁鋼板用回転台車式熱処理炉の冷却方法で
あって、前記炉内冷却帯ではマッフル外の炉内温度を調
整して被処理材コイルをマッフル外から間接的に冷却
し、前記炉外自然冷却帯では冷却雰囲気ガスをマッフル
内へ積極的に導入し、循環させることにより、マッフル
内で直接的に被処理材コイルを冷却し、被処理材コイル
の冷却速度を上昇させることを特徴とする。

【００１３】また本発明は、回転台車上に被処理材コイ
ルを積載し、該被処理材コイルの上からマッフルを被
せ、回転台車を順次移送しながら加熱帯、炉内冷却帯、
炉外自然冷却帯を通過させて熱処理を行う方向性電磁鋼
板用回転台車式熱処理炉であって、前記炉内冷却帯では
マッフル外の炉内温度を調整してマッフル外から間接的
な冷却をなす如く構成すると共に、前記各帯を通過する
マッフル毎に、回転台車下部から、被処理材コイル軸芯
部に向かって雰囲気ガス給気管及び排気管を連通させる
と共に、前記炉外自然冷却帯にあっては該排気管から排
気された雰囲気ガスを冷却・昇圧し、再度給気管に導入
する如くなした雰囲気ガス冷却循環装置を接続したこと
を特徴とする。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を図面を参照して
説明する。図１は本発明の対象とする方向性電磁鋼板用
回転台車式熱処理炉の平面図であり、本実施例において
炉は、加熱帯５、炉内冷却帯３４、炉外自然冷却帯８、
被処理材コイルの積み込み場所９から構成されている。
加熱帯５はその用途により更に予熱帯、加熱帯、均熱帯
に分類制御されることもある。また本実施例では、炉内
冷却帯３４は徐冷帯６及び炉内強制冷却帯７から構成さ
れている。図２は加熱帯、徐冷帯における回転台車式熱
処理炉の断面図、図３は炉内強制冷却帯における回転台
車式熱処理炉の断面図、図４は炉外自然冷却帯における
回転台車式熱処理炉の断面図である。

【００１５】被処理材コイル３は回転台車１上のベース
プレート２に積載されており、各処理材コイル３には各
々マッフル４が被せられている。回転台車１が回転する
ことにより、ベースプレート２上の被処理材コイル３は
加熱帯５、徐冷帯６、炉内強制冷却帯７、炉外自然冷却
帯８を順次通過し、熱処理が行われる。

【００１６】加熱帯５では、炉体２８に複数設けた直火
式バーナ２７の燃焼により炉内３５中に高温の燃焼ガス
が充満する。被処理材コイル３はこの燃焼ガスからの輻
射伝熱により、マッフル４を介して１２００℃程度の所
定温度まで加熱される。

【００１７】加熱処理された被処理材コイル３は次に徐
冷帯６に移送されるが、方向性電磁鋼板コイルにおいて
は、加熱終了直後から急冷を行うと被処理材コイル３の
表面層に近い部分のみ急冷されることとなり、最終製品
の形状不良を生じるという問題がある。従って、被処理
材３コイルの温度が高い徐冷帯６では、この直火式バー
ナ２７の燃焼を停止し、マッフル４外の炉内温度が急速
に低下しないように監視しながら緩慢冷却を行うが、場
合によっては直火式バーナ２７による加熱も併用しなが
らマッフル外から間接的に冷却を行う。

【００１８】次の炉内強制冷却帯７においても徐冷帯６
と同様、被処理材コイル３の急速冷却は不可の温度域で
ある。従って炉内強制冷却帯７では、被処理材コイル３
が適正なヒートパターンを得られるよう炉内温度調整が
なされており、冷却用空気吹込口２９から、バルブ３０
及び流調弁３１で流量調整された冷却用空気が吹き込ま
れる。被処理材コイル３は、炉内３５に吹き込まれた冷
却用空気によりマッフル４を介してマッフル外から間接
的に冷却される。炉内を循環した冷却用空気は、冷却用
空気排気口３３から排出される。このように徐冷帯６、
炉内強制冷却帯７からなる炉内冷却帯３４は、マッフル
外の炉内温度を調整してマッフル外から間接的な冷却を
行うように構成されている。

【００１９】図２、図３における符号１０は、炉の内側
に設けられている回転式雰囲気ガス供給装置で、その詳
細は図４に示すように、内部に雰囲気ガスが供給孔２０
を設けた固定子２１の周りに、前記固定子２１のガス供
給孔２０の連通しているガス通路２２を設けた回転子２
３を回転自在に設けたものである。２４は前記回転式雰
囲気ガス供給装置１０に連設された配管で、リングヘッ
ダー１１と接続されている。各マッフル４毎に独立設置
された雰囲気ガスバルブスタンド１２はこのリングヘッ
ダー１１と接続されており、リングヘッダー１１は取付
具１９により前記回転台車１に取付られている。雰囲気
ガスバルブスタンド１２とリングヘッダー１１は、前記
マッフル４と共に加熱帯５、炉内冷却帯３４、炉外自然
冷却帯８を順次移動していく。

【００２０】図５は、雰囲気ガスバルブスタンド１２に
おける雰囲気ガス供給及び排気のフローを示す図であ
る。各マッフル４毎に独立設置され、マッフル４と共に
各帯を移動する雰囲気ガスバルブスタンド１２におい
て、マッフル４内へ雰囲気ガスを供給する系には、雰囲
気ガスの圧力を調節する圧力調節弁１４、マッフル４内
へ供給する雰囲気ガス流量を調節する流量調節弁１５及
びミキサー１８が設けられ、マッフル４から雰囲気ガス
を排出する系には、マッフル４内の圧力制御を行うため
の圧力調節弁１４ａが設けられている。また必要に応じ
て複数のリングヘッダー１１が設けられ、雰囲気ガスの
種類を切り替えるための切替弁１３が設置される。ま
た、マッフル４から排気される雰囲気ガスを冷却し循環
するための熱交換器１６、再び循環し供給できるように
昇圧するためのブースター１７から構成される雰囲気ガ
ス冷却循環装置Ａを備えている。

【００２１】ところで、加熱帯５、徐冷帯６、炉内強制
冷却帯７では、マッフル４内の圧力をマッフル４外の炉
内３５よりも高く維持するため、マッフル４内に例えば
Ｎ₂、Ｈ₂ 又はＮ₂ とＨ₂ の混合ガスなどの雰囲気ガス
を吹き込んでいる。雰囲気ガスは、回転式雰囲気ガス供
給装置１０から配管２４を介して、リングヘッダー１１
を経て、さらに各マッフル４毎に独立に制御される雰囲
気ガスバルブスタンド１２を通って、各マッフル４毎
に、回転台車１下部からベースプレート２上の被処理コ
イル３の軸芯部に向かって連通した給気管２５からマッ
フル４内に供給され、マッフル４内の圧力をマッフル外
の圧力よりも高く保っている。

【００２２】加熱帯５、徐冷帯６、炉内強制冷却帯７に
おいて、マッフル４内から排気管２６を通って排気され
た雰囲気ガスは、雰囲気ガスバルブスタンド１２内の圧
力調節弁１４ａによりマッフル内の圧力制御を行った
後、切替弁１３ａにより大気側へ切替えられそのまま大
気放散される。このように加熱帯５、徐冷帯６、炉内強
制冷却帯７では、マッフル４内に導入された雰囲気ガス
はマッフル４内の圧力を維持するためにのみ使用されて
いる。この場合、雰囲気ガス量は微量であり、加熱・冷
却の伝熱促進には全く寄与しない。

【００２３】次に、炉外自然冷却帯８について説明す
る。方向性電磁鋼板コイルはその特性上、加熱終了直後
から急冷を行うとコイルの表面層のみが急冷され、最終
製品の形状不良を生じるおそれがあるため、徐冷帯６及
び炉内強制冷却帯７から構成される冷却帯３４では、マ
ッフル外の炉内温度を調整して所定のヒートパターンで
被処理材コイル３はマッフル外から間接的に冷却される
が、炉外自然冷却帯８の入側では、被処理材コイル３は
６００℃（マッフル４では４００℃）前後まで温度降下
しており、冷却速度に起因する形状不良の問題は発生し
ないため、本発明では急冷を行い、冷却処理能力の向上
を図っている。

【００２４】即ち炉外自然冷却帯８では、マッフル４は
大気にさらされた状態で自然冷却されるゾーンである
が、徐冷帯６・炉内強制冷却帯７では、マッフル４内の
圧力を保つためだけにマッフル４内に吹き込まれていた
雰囲気ガスを、積極的に冷却手段として活用するところ
にその特徴がある。本発明では、マッフル４内へ低温の
雰囲気ガスを積極的に導入かつ排気し、さらに雰囲気ガ
スをマッフル４外で冷却し再循環することにより、マッ
フル４の温度に左右されずに被処理材コイルと直接対流
伝熱を行うことにより被処理材コイル表面から直接抜熱
することで、冷却速度上昇と均一冷却による処理能力の
向上を図るものである。マッフル内へ導入する雰囲気ガ
スは常温以下、例えば２０℃以下であることが望まし
い。

【００２５】以下、図４及び図５をもとに、炉外自然冷
却帯における雰囲気ガスフローを説明する。雰囲気ガス
は、回転式雰囲気ガス供給装置１０から配管２４を介し
て、リングヘッダー１１を経て、さらに各マッフル４毎
に独立に制御される雰囲気ガスバルブスタンド１２にて
所定の流量に制御され、給気管２５を通ってマッフル４
内に導入される。給気管２５は各マッフル４毎に回転台
車１を貫通し、ベースプレート２上の被処理材コイル３
の軸芯部に向かって連通している。マッフル４内に連通
した給気管２５先端から勢い良く出た雰囲気ガスは、マ
ッフル４内の雰囲気ガスを撹拌する。この作用により被
処理材コイル３との対流熱伝達が向上し、被処理材コイ
ル３から抜熱する。

【００２６】抜熱した雰囲気ガスは、給気管２５と同芯
円上に設置された排気管２６を通って雰囲気ガスバルブ
スタンド１２へ排気される。ガス切替弁１３ａを切り替
えることにより、排気された雰囲気ガスは、雰囲気ガス
バルブスタンド１２内に設置された雰囲気ガス冷却循環
装置Ａの方へ流れることで、熱交換により冷却・昇圧さ
れて、再度給気管２５を介してマッフル４内に吹き込ま
れる。

【００２７】具体的には、熱交換器１６により冷却さ
れ、再び排気側の配管に設置されているブースター１７
により昇圧され、流量調整弁１５、１５ａの調整によ
り、給気側の雰囲気ガスとミキサー１８で混合され、再
びマッフル４内に導入される。また雰囲気ガスの種類に
よっては、循環せずそのまま排気して給気側からのみ常
温以下の雰囲気ガスを導入することも可能である。また
マッフル４内の圧力が維持できれば、給気側からの雰囲
気ガスと混合することなく、マッフル４内から排気した
雰囲気ガスを冷却し、そのまま再循環するようにしても
かまわない。

【００２８】このように、従来は大気によるマッフルを
介しての自然冷却しか行われていなかった炉外自然冷却
帯８において、マッフル４内に積極的に雰囲気ガスを吹
き込んで、被処理材コイル３を直接的に冷却することに
より、例えば従来はマッフル４の温度で４００℃から２
００℃（被処理材コイル３の温度で６００℃から４００
℃）まで冷却するのに要していた時間を、本発明によれ
ば従来の２／３程度に短縮することが可能となった。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、方向性電
磁鋼板用回転台車式熱処理炉において、方向性電磁鋼板
の特性を考慮し、急冷を行うことのできない高温域であ
る徐冷帯・炉内強制冷却帯においては、マッフル外の炉
内からの輻射伝熱による間接的な冷却を行い、低温域で
ある炉外自然冷却帯おいては、マッフル内に積極的に低
温の冷却雰囲気ガスを導入しかつ排気することで、被処
理材コイルと直接対流熱伝達を行うことにより効率良く
冷却できる。このような冷却方法の組合わせにより、回
転台車式熱処理炉の冷却能力の向上が可能となり、既設
炉においては処理量増大、新設炉においては炉外自然冷
却帯における炉長を従来の２／３程度に短縮することに
よる設備費低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回転台車式熱処理炉の平面図。

【図２】加熱帯または徐冷帯における回転台車式熱処理
炉の断面図。

【図３】炉内強制冷却帯における回転台車式熱処理炉の
断面図。

【図４】炉外自然冷却帯における雰囲気ガス供給方法を
示す図。

【図５】雰囲気ガス供給及び排気のフローを示す図。

【符号の説明】

１：回転台台車 ２：ベースプレート ３：被処理材コイル ４：マッフル ５：加熱帯 ６：徐冷帯 ７：炉内強制冷却帯 ８：炉外自然冷却帯 ９：積み込み場所 １０：回転式雰囲気ガス供
給装置 １１：リングヘッダー １２：雰囲気ガスバルブ
スタンド １３，１３ａ：ガス切替弁 １４，１４ａ：圧力調節
弁 １５，１５ａ：流量調節弁 １６：熱交換器 １７：ブースター １８：ミキサー １９：取付具 ２０：ガス供給孔 ２１：固定子 ２２：ガス通路 ２３：回転子 ２４：配管 ２５：給気管 ２６：排気管 ２７：直火式バーナ ２８：炉体 ２９：冷却空気吹込口 ３０：バルブ ３１：冷風流量調節弁 ３２：冷風ブロワー ３３：冷却用空気排気口 ３４：炉内冷却帯 ３５：炉内 Ａ：雰囲気ガス冷却循
環装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転台車上に被処理材コイルを積載し、
   該被処理材の上からマッフルを被せ、回転台車を順次移
   送しながら加熱帯、炉内冷却帯、炉外自然冷却帯を通過
   させて熱処理を行う方向性電磁鋼板用回転台車式熱処理
   炉の冷却方法であって、前記炉内冷却帯ではマッフル外
   の炉内温度を調整して被処理材コイルをマッフル外から
   間接的に冷却し、前記炉外自然冷却帯では冷却雰囲気ガ
   スをマッフル内へ積極的に導入し、循環させることによ
   り、マッフル内で直接的に被処理材コイルを冷却し、被
   処理材コイルの冷却速度を上昇させることを特徴とする
   方向性電磁鋼板用回転台車式熱処理炉の冷却方法。
2. 【請求項２】 回転台車上に被処理材コイルを積載し、
   該被処理材の上からマッフルを被せ、回転台車を順次移
   送しながら加熱帯、炉内冷却帯、炉外自然冷却帯を通過
   させて熱処理を行う方向性電磁鋼板用回転台車式熱処理
   炉であって、前記炉内冷却帯ではマッフル外の炉内温度
   を調整してマッフル外から間接的な冷却をなす如く構成
   すると共に、前記各帯を通過するマッフル毎に、回転台
   車下部から、被処理材コイル軸芯部に向かって雰囲気ガ
   ス給気管及び排気管を連通させると共に、前記炉外自然
   冷却帯にあっては該排気管から排気された雰囲気ガスを
   冷却・昇圧し、再度給気管に導入する如くなした雰囲気
   ガス冷却循環装置を接続したことを特徴とする方向性電
   磁鋼板用回転車式熱処理炉の冷却装置。