JP2005161351A - 加熱鋼板のインライン均熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続熱間圧延ライン等で、粗バー等の加熱鋼板をインラインで効果的に均熱することにより、スキッドマーク等の温度変動を低減し、製品の板厚変動や材質変動に対する厳しい要求に応える。
【解決手段】 搬送ラインに誘導加熱装置を配設し、鋼板内の搬送方向温度分布における周期変動間隔に対して５％以内の長さに、鋼板の発熱密度を７５％以上の割合で集中させ、搬送速度および温度分布に応じ供給電力を調整して誘導加熱する。鋼板の幅よりも狭い幅のトランスバース型誘導加熱装置を鋼板の上下に配設し、上下の該加熱装置の間隔を２００ｍｍ以下とするのが好ましい。また、誘導加熱装置を搬送方向に複数連設して誘導加熱するのが好ましい。さらに、複数の誘導加熱装置を、個別に鋼板幅方向移動可能に配設して誘導加熱するのが好ましい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、連続熱間圧延ラインにおける粗バーと呼ばれる粗圧延材など、すでに加熱されている鋼板（加熱鋼板という）のスキッドマークなどの搬送方向温度変動を、処理ラインのインラインにて効果的に低減するための均熱方法に関するものである。

鋼帯の連続熱間圧延ラインでは、加熱したスラブを粗圧延機と仕上圧延機で圧延し、ホットランテーブル上で冷却し巻取機で巻き取って熱延鋼帯のコイル製品を製造している。粗圧延機で圧延された仕上圧延前の鋼板は粗バーと呼ばれている。
スラブは、スキッドに支持されて加熱炉内を移動しつつ加熱されるので、スキッドマークと呼ばれる温度の低い部位を有している。スキッドマークは粗バーにも残存しているため、仕上圧延時の変形抵抗の差によって、製品にスキッドマークに対応した板厚変動が生じる。

鋼帯の連続熱間圧延ラインにおけるスキッドマーク対策として、多くの文献が知られているが、本発明に関連するものを以下に示す。
特許文献１は、仕上圧延機の入側に誘導加熱コイルを設け、仕上圧延後の材料温度が所定範囲になるように、入側の粗バー材料温度に対応してコイルへの供給電力を制御するものである。誘導加熱コイルとしては、トランスバース型が好ましくソレノイド型との組合せも考えられる、と記載されている。

特許文献２は、スラブ加熱温度を１１５０℃以下に下げてスケール損失を低減し、顕著になるスキッドマークを、粗圧延機と仕上圧延機の間に設けた加熱手段により除去するというものである。加熱手段はトランスバース型よりもソレノイド型の誘導加熱がよく、必要なら２台以上設け、粗バーの温度分布および搬送速度を検出して、スキッドマーク部分を加熱することが記載されている。
特許文献３は、鋼板の搬送ライン上に温度計とトラッキングセンサと加熱装置を設け、鋼板の搬送方向各位置の温度を計測し、鋼板の温度計測ポイントを刻々トラッキングして鋼板の温度パターンを求め、スキッドマーク位置を再加熱するというものである。
特開昭５７−１１９４９２号公報 特開平１０−１１８７０１号公報 特開昭６４−２８３２６号公報

鋼帯の連続熱間圧延ラインにおいて、スラブ加熱炉の燃料原単位向上およびスケール損失低減を目的に、スラブ抽出温度を下げる要求が高まっている。しかし、スラブの均熱不足によってスキッドマークが顕著になり、コイル内板厚の均一な製品が得られ難くなる。 一方、従来の冷延鋼帯に替えて熱延鋼帯が使用される分野が増大していることもあって、熱延鋼帯に要求される品質はますます厳しくなり、板厚変動の小さい、良好かつ均質な材質を有するものが必要になっている。

スキッドマーク対策として公知文献に開示されている上記従来技術やその組合わせによっても、特にスラブ均熱が不足した場合は、熱延鋼帯の板厚変動および材質変動に関して課題が残されていた。材質変動も、スキッドマークなど粗バーの温度変動によって生じ、仕上圧延後にホットランテーブル上でインライン熱処理を行う場合にも問題となる。

そこで本発明が解決しようとする課題は、連続熱間圧延ラインなどの鋼板処理ラインにおいて、粗バーなどの加熱鋼板をインラインで効果的に均熱することにより、スキッドマークなど、鋼板搬送方向の温度変動を低減し、製品の板厚変動や材質変動に対する厳しい要求に応えようとするものである。

上記課題を解決するための本発明は、鋼板処理ラインにおいて、すでに加熱されている鋼板の搬送ラインに誘導加熱装置を配設し、鋼板内の搬送方向温度分布における周期変動間隔に対して５％以内の長さに、該加熱装置による鋼板の発熱密度を７５％以上の割合で集中させ、鋼板の搬送速度および温度分布に応じ供給電力を調整して誘導加熱することにより、鋼板内の搬送方向温度変動を低減することを特徴とする加熱鋼板のインライン均熱方法である。

そして前記誘導加熱装置として、鋼板の幅よりも狭い幅のトランスバース型誘導加熱装置を鋼板の上下に配設し、上下の該加熱装置の間隔を２００ｍｍ以下にして誘導加熱するのが好ましい。
また、前記誘導加熱装置を搬送方向に複数連設して誘導加熱するのが好ましい。

さらに前記複数の誘導加熱装置を、個別に鋼板幅方向移動可能に配設して誘導加熱するのが好ましい。
また、前記鋼板処理ラインが連続熱間圧延ラインであり、誘導加熱する鋼板が粗バーでスラブ加熱時のスキッドマークを有しているものを対象とするのが好ましい。

本発明は、鋼帯の連続熱間圧延ラインなどの鋼板処理ラインに適用して効果を発揮することができる。特に、連続熱間圧延ラインにおいて、粗圧延後の粗バーに残存するスキッドマークなどの周期的な材料温度不均一部位がインラインで効果的に均熱され、仕上圧延後の熱延製品の板厚変動や材質変動が大幅に抑制される。したがって、スラブ加熱炉の抽出温度を低下させて燃料原単位向上およびスケール損失低減を図った場合にも、厳しい品質要求に応えることができる。

本発明が対象とする鋼板処理ラインとして、連続熱間圧延ラインの例を図１に示す。図示しない加熱炉で加熱されたスラブを粗圧延機１で圧延して中間板厚の粗バー２とし、搬送ローラー９で搬送しつつ、先端および後端のクロップをクロップシャー８で切断除去して仕上圧延機３で製品板厚に圧延する。図１では先行の粗バー２が仕上圧延機３で圧延されている。

本発明は、搬送ローラー９などによる搬送ラインに誘導加熱装置４を配設し、粗バー２のような、すでに加熱されている鋼板（加熱鋼板）に存在するスキッドマークなどの低温部を集中的に加熱して、均熱化を図る。粗バー２におけるスキッドマークの間隔は、搬送方向に６〜１０ｍ程度である。
誘導加熱装置４では、粗バー２の発熱密度を、粗バー２の搬送方向温度分布における周期変動間隔に対して５％以内の長さ（スキッドマーク間隔が６ｍの場合は搬送方向３００ｍｍ以内の長さ）に７５％以上の割合で集中させ、鋼板の搬送速度および温度分布に応じ供給電力を調整して誘導加熱する。図１の例では、速度計６で粗バー２の搬送速度を計測し、温度計５で温度分布を計測する。

誘導加熱装置４としては、トランスバース型誘導加熱装置１０や、ソレノイド型誘導加熱装置１１を採用することができる。
トランスバース型誘導加熱装置１０は、図２（ａ）および図４（ａ）に示すように、Ｕ字型の鉄心１２にコイル１３を巻いたものを、図示のように粗バー２の上下に対向して設け、粗バー２を板厚方向に貫通する磁束１４により渦電流１５を発生させて加熱する。渦電流１５は、粗バー２の面内で図２（ｂ）のように分布し、渦電流１５による粗バー２の発熱密度は、搬送方向に図２（ｃ）のように分布し、幅方向には図４（ｂ）の実線ような分布で昇温する。

ソレノイド型誘導加熱装置１１は、図３（ａ）および図５（ａ）に示すように、粗バー２を囲繞するコイル１３で、粗バー２の搬送方向の磁束により渦電流１５を発生させて加熱する。渦電流１５は、粗バー２の面内で図３（ｂ）のように分布し、渦電流１５による粗バー２の発熱密度は、搬送方向に図３（ｃ）のように分布し、幅方向には図５（ｂ）のような分布で昇温する。

トランスバース型誘導加熱装置１０で加熱する場合、粗バー２の搬送方向の発熱密度分布を、図６の例のように、該装置１０の鉄心中央部３００ｍｍの範囲における発熱量（斜線部面積）が、発熱量全体の７５％以上となるような加熱装置を採用する。
また、ソレノイド型誘導加熱装置１１で加熱する場合は、粗バー２の搬送方向の発熱密度分布を、図７の例のように、該装置１１の鉄心中央部３００ｍｍの範囲における発熱量（斜線部面積）が、発熱量全体の７５％以上となるような加熱装置を採用する。
図６および図７の例は、粗バー２のスキッドマーク間隔が６ｍの場合である。

誘導加熱装置による鋼板の発熱密度を、搬送方向において狭い範囲に集中させることは、トランスバース型の場合、Ｕ型鉄心を採用し、鉄心の間隔を狭めることで実現できる。トランスバース型誘導加熱装置１０により粗バー２等の鋼板に誘導される渦電流１５は、図２（ｂ）のように各磁極の直下位置を中心として搬送方向および幅方向に広がるように分布するが、Ｕ型鉄心１２の中央部にあたる位置では、互いの渦電流１５によりその広がりを抑制され、渦電流１５が集中する。このため図２（ｂ）のように、粗バー２の発熱密度は、鉄心１２の中央部にあたる搬送方向中央部が集中的に高い分布となる。
鋼板の発熱密度分布については、鉄心形状、コイル電流、鋼板との位置関係等から有限要素法を用いて計算で求め、求めた発熱密度分布の搬送方向３００ｍｍの範囲での総和 （図６中の斜線部面積）が所望の集中度を満足するように設備構造を決定する。

またソレノイド型の場合、鋼板の発熱密度を搬送方向において狭い範囲に集中させることは、誘導加熱装置１１の搬送方向寸法を狭めることで実現できる。ソレノイド型誘導加熱装置１１により粗バー２等の鋼板に誘導される渦電流１５は、図３（ｂ）のようにコイル１３の寸法の範囲で比較的一様に分布しており、発熱密度分布については、コイル形状、コイル電流、鋼板との位置関係等から有限要素法を用いて計算で求めることができる。搬送方向３００ｍｍの範囲に発熱密度を７５％以上の割合で集中させる場合、コイルの寸法を６００ｍｍ以内に設計する。

誘導加熱装置４による鋼板の発熱密度を、搬送方向において狭い範囲に集中させることで、局所的に加熱することが可能となり、温度変動に対してきめ細かい制御を行うことができる。集中度は高いほど好ましいが、鋼板内の搬送方向温度分布における周期変動間隔に対して５％以内の長さに、発熱密度が７５％以上の割合で集中していれば、周期変動を低減するに充分である。

トランスバース型誘導加熱装置１０によると、粗バー２などの鋼板に誘導される渦電流１５がＵ型鉄心の中央部に集中する。このため図２（ｃ）のように、鋼板の発熱密度は、鉄心１２の中央部にあたる搬送方向中央部が集中的に高い分布となる。ソレノイド型誘導加熱装置１１による場合は、図３（ｃ）のように、コイル１３内が平均的に高い分布となる。したがってスキッドマークのような、ほぼ一定した比較的狭い間隔で搬送方向に分布している低温部を集中的に加熱して鋼板を均熱するには、トランスバース型誘導加熱装置１０が適している。

本発明において、誘導加熱装置４には、図４（ａ）の例のように、鋼板（粗バー２）の板幅よりも狭い幅Ｗのトランスバース型誘導加熱装置１０を鋼板の上下に配設し、上下の該加熱装置１０の間隔ｄを２００ｍｍ以下にして誘導加熱するのが好ましい。トランスバース型誘導加熱装置１０の幅Ｗは、図４（ａ）のように鉄心１２がＵ型を示さない側の幅である。

トランスバース型誘導加熱装置１０の幅Ｗが鋼板の板幅以上だと、鋼板の幅方向端部が中心部よりも昇温が大となるので、Ｗを鋼板の板幅より小としてエッジ過熱のおそれを回避するのが好ましい。図４は極端な例を示しているが、板幅方向の加熱が不足する場合は、複数の装置を板幅方向にずらして設け、例えば３機設けて図４（ｂ）の実線および破線のように加熱する。

また、トランスバース型誘導加熱装置１０の上下間の間隔ｄを狭めると、磁気抵抗が減少し加熱効率が向上するので、ｄを２００ｍｍ以下にして誘導加熱するのが好ましい。ｄの下限は、搬送する鋼板との接触のおそれが回避できる範囲であればよい。鋼板の形状や搬送速度によって異なるが、押えロールを設けるなどにより、ｄを１３０ｍｍ程度（鋼板厚み３０ｍｍ、断熱材厚み８０ｍｍを含む）とすることができる。

図１のように、誘導加熱装置４を搬送方向に複数（本例では３機）連設して誘導加熱するのが好ましい。トランスバース型、ソレノイド型のいずれにおいても、搬送方向に連設することで加熱能力が向上し、鋼板の搬送速度が高い場合にも対応可能となる。
そして複数の誘導加熱装置４を、個別に鋼板幅方向移動可能に配設することで、対象とする鋼板の板幅が各種存在する場合にも対応可能となる。

本発明によるインライン均熱は、図１のような連続熱間圧延ラインの仕上圧延機入側のほか、図示しないスラブ加熱炉の出側または粗圧延機１の入側で行う場合にも適用できる。また鋼板のインライン熱処理を行う場合にも適用できる。

図１に示すような連続熱間圧延ラインにおいて、普通炭素鋼の粗バー２を均熱した。粗バー２の厚さは３０ｍｍ、幅は１０１１ｍｍである。温度計５の測温結果および速度計６による搬送速度測定結果から、粗バー２の温度分布を求め、誘導加熱装置４によりスキッドマーク部を加熱した。温度計５には放射温度計、速度計６にはレーザー速度計を採用した。スキッドマークは搬送方向約６ｍの間隔で周期的に存在していた。粗バー２の搬送速度は１．３ｍ／sec であった。
本発明例では、誘導加熱装置４に、搬送方向３００ｍｍの範囲に発熱密度を７５％の割合で集中可能なトランスバース型誘導加熱装置を採用した。比較例１では、誘導加熱装置による加熱を行わず、比較例２では、搬送方向３００ｍｍの範囲における発熱密度が７５％未満（５３％）のソレノイド型誘導加熱装置を採用した。

誘導加熱装置４による加熱前後の粗バー４の温度分布測定結果および仕上圧延後の板厚分布測定結果を、図８（本発明例）、図９（比較例２）、表１に示す。
比較例１（均熱無し）では、粗バーの温度分布にＰ−Ｐ値：２８℃の周期的変動があり、比較例２（ソレノイド型）では、Ｐ−Ｐ値：１４℃の周期的変動がある。これに対し本発明例（トランスバース型）では、温度分布における周期的変動をＰ−Ｐ値：８℃に低減している。
仕上圧延後の板厚分布を測定した結果、比較例１（均熱無し）では、目標板厚との偏差が３４μｍであり、比較例２（ソレノイド型）では１８μｍであった。これに対し本発明例（トランスバース型）では、目標板厚との偏差が１０μｍであり、高精度板厚の熱延鋼板が得られた。

本発明が対象とする鋼板処理ラインの例を示す説明図である。 （ａ）は本発明におけるトランスバース型誘導加熱装置の鋼板搬送方向断面図、（ｂ）は該装置による鋼板の渦電流を示す平面図、（ｃ）は鋼板の発熱密度の搬送方向分布を示す説明図である。 （ａ）は本発明におけるソレノイド型誘導加熱装置の鋼板搬送方向断面図、（ｂ）は該装置による鋼板の渦電流を示す平面図、（ｃ）は鋼板の発熱密度の搬送方向分布を示す説明図である。 （ａ）は本発明におけるトランスバース型誘導加熱装置の鋼板幅方向断面図、（ｂ）は該装置による鋼板昇温値の鋼板幅方向分布を示す説明図である。 （ａ）は本発明におけるソレノイド型誘導加熱装置の鋼板幅方向断面図、（ｂ）は該装置による鋼板昇温値の鋼板幅方向分布を示す説明図である。 トランスバース型誘導加熱装置による鋼板の発熱密度の説明図である。 ソレノイド型誘導加熱装置による鋼板の発熱密度の説明図である。 トランスバース型誘導加熱装置による本発明の均熱結果の例を示すグラフである。 ソレノイド型誘導加熱装置による本発明の均熱結果の例を示すグラフである。

符号の説明

１：粗圧延機 ２：粗バー
３：仕上圧延機 ４：誘導加熱装置
５：温度計 ６：速度計
８：クロップシャー
９：搬送ローラー １０：トランスバース型誘導加熱装置
１１：ソレノイド型誘導加熱装置 １２：鉄心
１３：コイル １４：磁束
１５：渦電流

Claims (5)

1. 鋼板処理ラインにおいて、すでに加熱されている鋼板の搬送ラインに誘導加熱装置を配設し、鋼板内の搬送方向温度分布における周期変動間隔に対して５％以内の長さに、該加熱装置による鋼板の発熱密度を７５％以上の割合で集中させ、鋼板の搬送速度および温度分布に応じ供給電力を調整して誘導加熱することにより、鋼板内の搬送方向温度変動を低減することを特徴とする加熱鋼板のインライン均熱方法。
2. 前記誘導加熱装置として、鋼板の幅よりも狭い幅のトランスバース型誘導加熱装置を鋼板の上下に配設し、上下の該加熱装置の間隔を２００ｍｍ以下にして誘導加熱することを特徴とする請求項１に記載の加熱鋼板のインライン均熱方法。
3. 前記誘導加熱装置を搬送方向に複数連設して誘導加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の加熱鋼板のインライン均熱方法。
4. 前記複数の誘導加熱装置を、個別に鋼板幅方向移動可能に配設して誘導加熱することを特徴とする請求項３に記載の加熱鋼板のインライン均熱方法。
5. 前記鋼板処理ラインが連続熱間圧延ラインであり、誘導加熱する鋼板が粗バーでスラブ加熱時のスキッドマークを有している請求項１〜４のいずれか１項に記載の加熱鋼板のインライン均熱方法。

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