JP2005240161A - リング状線材の加熱装置 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】 線材熱処理ラインに適用して、迅速にかつ均一に所定の加熱温度に加熱することが可能なリング状線材の加熱装置を提供する。
【解決手段】 搬送コンベアの面上で、発生する磁界方向と移送方向のなす角が移送方向に沿って連続して変化する誘導コイルを少なくとも二つ有し、少なくとも二つの誘導コイルはそれぞれ、リング状線材の移送幅方向縁にて発生する磁界方向が移送方向と略同一、リング状線材の移送幅方向縁から移送幅方向へ測った距離が移送幅の半分〜移送幅である位置にて発生する磁界方向が移送幅方向となるように、リング状線材の移送幅方向一側と他側に配置されてなる加熱装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は、線材熱処理ラインに適用して、迅速に且つ均一に所定の加熱温度に再加熱することができるリング状線材の加熱装置に関する。

鋼線材は、熱間圧延等により所定の径に加工された後、一般に巻取装置により図９（ａ）、（ｂ）に示す如くリング状に巻き取られ、この形状のまま搬送コンベアにより集束装置の設置位置に搬送され、図１０（ａ）に示す如くコイル状に集束されて製造されている。図１０（ａ）中、符号Ｄは、集束装置により集束されたコイル状線材Ｍのコイル径を示し、符号ｄは、線材の直径を示す。

このような過程で製造される熱間圧延線材は、一般に、仕上圧延機により所定の仕上温度範囲内、減面率で仕上圧延され、その後水冷帯で所定温度に冷却され、引き続き、搬送コンベア上において所定の熱処理を受ける。例えば、搬送コンベア上においてリング状に巻き取られた線材には、放冷もしくは衝風、或いは冷却水により冷却する熱処理や、搬送コンベアを保熱カバーで覆って冷却速度を遅くする熱処理が施されている。

このような熱処理を施された鋼線材の冷間加工性は、例えば、高圧縮率で冷間加工される部品に対しては必ずしも十分なものではなく、例えば、冷間鍛造性に優れる線材とするには、その後、線材圧延ラインと別設されたオフライン熱処理設備においてコイル状線材Ｍに対して炭化物の球状化焼鈍または軟化焼鈍を行って製造されていた。このため、効率が悪く、冷間鍛造性に優れた線材を効率的に製造できる線材熱処理ラインが必要とされていた。

ところで、冷間鍛造性に優れた線材を線材圧延ラインで製造するには、仕上圧延され、その後、水冷帯で所定温度にまで冷却されたリング状線材をインラインで所定の加熱温度に加熱し、所定の加熱温度に到達させてから緩冷却することが有効である。これを実現するのには、迅速に且つ均一に所定の加熱温度に加熱することができるリング状線材の加熱装置と加熱方法が必要である。

ここで、搬送コンベア上を搬送されるリング状線材の形状について説明する。巻取装置により巻き取られた線材形状は、代表例を図９（ａ）に例示した如く、巻取装置が線材１を１巻する毎に線材の位置が移送方向に所定量だけずれることにより形成される。例えば、巻取装置の最初の２巻では、図９（ｂ）に示す如く、１巻目においてＬ_０〜Ｌ_１の線材により、Ｌ_０とＬ_１間が移送方向に所定量だけずれたリングが形成され、２巻目においてＬ_１〜Ｌ_２の線材により、Ｌ_１とＬ_２間が移送方向にずれているリングが形成される。図９（ｂ）中、符号Ｐ_１、Ｐ_２、は、移送方向にずれているリング同士が交差し、重なっている部分である。

このように巻取装置により巻き取られた線材を、以下、リング状線材Ｌともいうが、リング状線材Ｌは、搬送コンベア上を搬送されているうえに、上述したとおり、リング同士が重なっている部分を有しているので、均一に且つ迅速に加熱することが困難である。

これに対して熱処理の自由度を格段に拡大させた熱処理ラインが特許文献１に示されている。特許文献１に記載の熱間圧延線材の熱処理ラインは、電気ヒータやラジアントチューブなどを有する保熱カバーで搬送コンベアを覆うことにより、リング状線材Ｌの冷却速度を遅くできるように構成されている。
特開２０００−３４５２４４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の線材の熱処理ラインは、リング状線材Ｌを所定の加熱温度に加熱しようとすると、電気ヒータやラジアントチューブなどを有する保熱カバーを用いているから、加熱温度に到達するまでに長時間かかるという問題があった。

また、特許文献１に記載の線材の熱処理ラインは、電気ヒータやラジアントチューブなどを有する保熱カバーを用いているため、リング同士が重なっている部分を有するリング状線材Ｌを短時間に且つ均一に所定の加熱温度に加熱するのが困難であるという欠点があった。

また、特許文献１に記載の線材の熱処理ラインは、リング状線材Ｌを再加熱するに際し、所定の加熱温度に到達するまでに時間がかかり、加熱時間に見合った長さの搬送コンベアが必要となるため、ラインが長大となるという問題もあった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するものであり、線材熱処理ラインに適用して、迅速にかつ均一に所定の加熱温度に加熱することが可能なリング状線材の加熱装置およびその加熱方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、線材を急速に加熱することが可能な加熱装置として、図１１（ａ）、（ｂ）に示すようなソレノイド型誘導コイル５Ｃを配置した。しかし、この場合、リング状線材Ｌを均一に加熱することは困難であった。この場合の問題点について説明しておく。

ソレノイド型誘導コイル５Ｃは、そのコイル端Ｓ_１、Ｓ_２が交流電源２０に接続され、リング状線材Ｌの周囲に発生する磁界方向４０と移送方向とのなす角度が０°となっている。この誘導コイルの発生する磁界方向４０と金属線の軸方向を一致させて、金属線を配置した場合には、誘導電流（誘導電流は渦電流とも称され、この渦電流は、交番電流の周波数を適切とした場合、軸方向直角断面で見て、円周方向に流れる）が生起される。一方、適切な周波数の交番電流により磁界を発生させた場合でも、磁界方向４０と金属線の軸方向のなす角が９０°となるように、金属線を配置した際には、金属線に誘導電流が生起されない。

図１１（ａ）中、Ｄ’は、リング状線材Ｌの移送幅を示し、符号４１は、リング状線材Ｌの仮想中心線を示す。また、図１２（ａ）は、リング状線材Ｌを加熱するときのソレノイド型誘導コイル５Ｃへの電力供給状態を示す説明図であり、図１２（ｂ）は、リング周方向単位長さ当たりの誘導電流量がリング周方向位置により変化することを示す模式図である。同図１２（ｃ）は、リング周方向位置を表す角度αの定義図である。

従って、ソレノイド型誘導コイル５Ｃを配置した加熱装置において、交番電流の周波数を適切としても、リング状線材Ｌの各リングは、リング周方向に沿ってその軸方向角度が移送方向に対して０〜９０°と変化するから、図１２（ｂ）に示す如く、リング周方向位置に生起される誘導電流は不均一となってしまい、ソレノイド型誘導コイル５Ｃを配置した加熱装置では、均一に加熱することができないことがわかった。

このようにリング周方向単位長さ当たりの誘導電流量がリング周方向位置により周期的に変化する理由は、ソレノイド型誘導コイル５Ｃの発生する磁界方向４０が移送方向に平行であることにより、加熱時、線材軸方向と磁界方向４０のなす角が０°に近いリング部分、すなわち、図１２（ｃ）に示すリング周方向位置を表す角度α（α：リング周方向位置Ｑにおける外向き法線と移送方向とのなす角）が９０°、２７０°…に近い部分には誘導電流が多く生起され、線材軸方向と磁界方向４０のなす角度が９０°であるリング部分、（すなわち、リング周方向位置を表す角度α＝０、１８０°、３６０°…の部分には誘導電流が生起されないからである。

本発明者らは、以上の知見に基づき、リング状線材に対して発生させる磁界方向を複数方向とすることについて検討を行い、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、以下のとおりである。

１．巻取装置によってリング状に巻き取られ、搬送コンベアにより搬送されるリング状線材を加熱するリング状線材の加熱装置であって、前記搬送コンベアの面上で発生する磁界方向と移送方向のなす角が移送幅方向に沿って連続して変化する誘導コイルを少なくとも二つ有し、該少なくとも二つの誘導コイルはそれぞれ、前記リング状線材の移送幅方向縁にて発生する磁界方向が移送方向と略同一に、前記リング状線材の移送幅方向縁から移送幅方向へ測った距離が移送幅の半分〜移送幅である位置にて発生する磁界方向が移送幅方向となるように、前記リング状線材の移送幅方向一側と他側に配置されてなることを特徴とするリング状熱間圧延線材の加熱装置。

２．前記誘導コイルは、前記搬送コンベアの上方および下方の面上でその導線が円弧を形成する円弧状誘導コイルとされ、かつ円弧を形成する上方および下方の導線の、前記リング状線材の移送幅方向中央部分に磁界を発生させる導線部分が前記リング状線材の移送幅方向に互いに重なるように、少なくとも二つの誘導コイルが移送方向に連設されていることを特徴とする上記１．に記載のリング状線材の加熱装置。

３．前記誘導コイルは、前記搬送コンベアの上方および下方の面上でその導線が円弧を形成する円弧状誘導コイルとされ、かつ円弧を形成する上方および下方の導線の、前記リング状線材の移送幅方向中央部分に磁界を発生させる導線部分が前記リング状線材の移送幅方向に互いに重なるように、少なくとも二つの誘導コイルが移送方向同一位置に配置されていることを特徴とする上記１．に記載のリング状線材の加熱装置。

本発明によれば、線材熱処理ラインにおいて、迅速にかつ均一に所定の加熱温度に加熱することができる。このため、本発明を適用した線材熱処理ラインにおいて、線材の炭化物の球状化焼鈍または軟化焼鈍を行うことができ、冷間鍛造性に優れた線材を効率よく製造することが可能である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。

図１は、第１、第２実施の形態に係るリング状線材の加熱装置を適用した線材熱処理ラインの説明図であり、図２は、図１に示す線材熱処理ラインの要部を示す縦断面模式図である。また、図３、図４は、第１実施の形態に係るリング状線材の加熱装置を示す概略図である。

先ず、本発明を適用した線材熱処理ラインについて図を用いて説明する。
本発明を適用した線材熱処理ラインは、図１、図２において、符号を付した装置を使用するラインである。すなわち、仕上圧延機１、水冷帯２、巻取装置３、搬送装置としての搬送コンベア４、加熱装置５、集束装置６、およびトラバース装置７、トンネル型徐冷炉８、取り出し室９を使用する。

この線材熱処理ラインにおいては、仕上圧延機１で仕上圧延され、水冷帯２により所定の温度に水冷された熱間圧延線材を巻取装置３によりリング状に巻き取った後、リング状線材Ｌ（以下、リング状熱間圧延線材Ｌとも言う）を搬送コンベア４で搬送しつつ、加熱装置５により所定の加熱温度に加熱し、第１の集束装置６により集束してコイル状熱間圧延線材Ｍとする。引き続き、この線材熱処理ラインでは、コイル状熱間圧延線材Ｍを第１の集束装置６に連設したトンネル型徐冷炉８を通過させる。このようなライン構成とすることで、加熱装置５により所定の加熱温度に加熱されたコイル状熱間圧延線材を０．５℃／秒以下の冷却速度で徐冷できる。

仕上圧延機１は、供給された中間素材に所望の減面率、所定の温度範囲で仕上圧延を施して、水冷帯２に線材を送給可能に構成され、水冷帯２は、熱間圧延線材を水冷により効率よく冷却し、該鋼のＡr₁変態点以下の温度に冷却することができる。所定の温度に冷却された熱間圧延線材は、巻取装置３に送給される。巻取装置３は、所定の温度に冷却された熱間圧延線材を巻き取って、リング状熱間圧延線材Ｌとすることができる。

搬送コンベア４は、搬送ローラ４Ａを有し、リング状熱間圧延線材Ｌを集束装置６まで搬送可能に構成されている。加熱装置５については後述する。また、トラバース装置７は、コイル状熱間圧延線材を集束装置６の位置からトンネル型徐冷炉８の入側位置へ搬送する、例えば、搬送台車などを有する装置とされている。トンネル型徐冷炉８は、入口、出口の遮蔽扉と、上、下の複数箇所に設置されたラジアントチューブと、回転可能な複数の循環ファンおよび複数の搬送ローラを有するものとすることができる。図１、図２中、符号Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４…Ｍ_ｎは、各過程でのコイル状熱間圧延線材を示す。

ここで、符号４Ａは、巻取装置３から集束装置６までの間に配置された搬送ローラを示す。リング状熱間圧延線材Ｌは、搬送ローラ４Ａにより搬送されながら、加熱装置５により所定の加熱温度に再加熱される。

図３、図４を用いて、第１実施の形態に係るリング状熱間圧延線材の加熱装置（以下単に、加熱装置ともいう）について説明する。図３は、上述した線材熱処理ラインに適用して好適な加熱装置５を示す概略図であり、図４は、図３に示した加熱装置のＸ_１−Ｘ_１矢視図である。図３中、Ｄ’は、リング状熱間圧延線材Ｌの移送幅を示し、符号４１は、リング状熱間圧延線材Ｌの仮想中心線を示す。図中、符号Ｔ_１、Ｔ_２、Ｕ_１、Ｕ_２は、誘導コイル５Ａ、５Ｂのコイル端を示す。また、図３中、符号４２は、一側の円弧状誘導コイル５Ａが発生する磁界方向を示し、同図３中、符号４３は、他側の円弧状誘導コイル５Ｂが発生する磁界方向を示す。

但し、リング状熱間圧延線材Ｌの上方から見て、リング状熱間圧延線材Ｌの仮想中心線４１を境に、コイル端Ｔ_１、Ｔ_２が位置する方を一側、コイル端Ｕ_１、Ｕ_２が位置する方を他側とする。一側の円弧状誘導コイル５Ａは、コイル端Ｔ_１、Ｔ_２を有し、他側の円弧状誘導コイル５Ｂは、コイル端Ｕ_１、Ｕ_２を有する。

第１実施の形態に係る加熱装置は、図３、図４に示した如く、二つの円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂを有し、二つの円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂにより、リング状熱間圧延線材Ｌの上方および下方の面上で、リング状熱間圧延線材Ｌの移送方向にはその一部を、リング状熱間圧延線材Ｌの移送幅方向にはその全部を、移送幅方向中央部を重複して覆っている。上記の円弧状誘導コイル５Ａは、リング状熱間圧延線材Ｌの移送幅方向一側に配置され、円弧状誘導コイル５Ｂは、リング状熱間圧延線材Ｌの移送幅方向他側に配置されている。なお、第１実施の形態に係る加熱装置の場合には、二つの円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂがリング状熱間圧延線材Ｌの移送方向に隣接して配置されている。

ここで、二つの円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂはそれぞれ、導線がリング状熱間圧延線材Ｌに対して上方の面上で、一方のコイル端側Ｔ_１、Ｕ_１から円弧状に成形され、Ｔ_１、Ｕ_１に到達する前に下方の面に向けて折り曲げて合口を有する上の円弧部分とされ、さらに、下方の面上で下の円弧部分が、上の円弧部分における成形方向と逆にして円弧状に成形されている。その際、図４に示す如く、上、下の円弧部分がリング状熱間圧延線材Ｌを挟んで対向するように成形されている。

従って、一側の円弧状誘導コイル５Ａのコイル端Ｔ_１、Ｔ_２を交流電源２１に接続し、他側の円弧状誘導コイル５Ｂのコイル端Ｕ_１、Ｕ_２を交流電源２２に接続し、加熱時、二つの円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂを使用状態とすることにより、上、下の円弧部分には、互いに逆向きの交番電流が流れる。この結果、図３に示す如く、この円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂが搬送コンベアの面上に発生させる磁界方向４２、４３は導線軸方向に対して直角となる。よって磁界方向４２、４３と移送方向のなす角は、それぞれ移送方向に沿って連続して変化する。

また、第１実施の形態に係る加熱装置において、一側の円弧状誘導コイル５Ａは、リング状熱間圧延線材Ｌの移送幅方向一側縁、すなわち、コイル端Ｔ_１、Ｔ_２が位置している方のリング状熱間圧延線材Ｌの一側縁と対向する円弧部分の導線の発生する磁界方向４２が移送方向と略同一（移送方向±３０°以内）、かつリング状熱間圧延線材Ｌの移送幅方向一側縁から移送幅方向へ測った距離が移送幅Ｄ’の半分〜移送幅である位置と対向する円弧部分の導線の発生する磁界方向４２が移送幅方向となるように配置されている。同様に、他側の環状誘導コイル５Ｂは、リング状熱間圧延線材Ｌの移送幅方向他側縁、すなわち、コイル端Ｕ_１、Ｕ_２が位置している方のリング状熱間圧延線材Ｌの他側縁と対向する円弧部分の導線の発生する磁界方向４３が移送方向と略同一（移送方向±３０°以内）、かつリング状熱間圧延線材Ｌの移送幅方向他側縁から移送幅方向へ測った距離が移送幅Ｄ’の半分を超える位置と対向する円弧部分の導線の発生する磁界方向４３が移送幅方向となるように配置されている。

このように二つの円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂをリング状熱間圧延線材Ｌの移送幅方向一側と他側に配置することにより、第１実施の形態に係る加熱装置においては、二つの円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂにより、リング状熱間圧延線材Ｌの上方および下方の面上で、リング状熱間圧延線材Ｌの移送方向にはその一部を、リング状熱間圧延線材Ｌの移送幅方向には、その全部を、移送幅方向中央部を重複して覆っている。この場合、二つの円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂの発生する磁界方向が移送方向に対して４５°〜９０°である円弧部分により、リング状熱間圧延線材Ｌの移送幅方向中央部が移送方向に対して重複して覆われている。

なお、上述した第１実施の形態に係る加熱装置において、二つの円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂを移送方向に隣接して配置したが、リング状熱間圧延線材Ｌの移送方向に配置する円弧状誘導コイル数は、二つの円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂを一組として、必要な加熱能力（加熱温度、加熱速度、線材の材質、線材の直径ｄ、コイル径Ｄ等）により、適宜な組数だけ、移送方向に隣接して配置することができる。

また、一組の円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂに供給する電力も必要な加熱能力に応じて、適宜決めることができる。但し、線材の直径ｄ＝２．５〜１９．０ｍｍの鋼線材を効率よく所定の加熱温度に再加熱するためには、一組の環状誘導コイル５Ａ、５Ｂに供給する電流の周波数を１０〜２００ｋＨｚとするのが好ましい。

上述した加熱装置の作用について、図５を用いて説明する。

図５（ａ）は、図３、図４に示した第１実施の形態に係る加熱装置への電力供給方法を説明するグラフである。また、図５（ｂ）は、図３、図４に示した加熱装置の作用の説明図である。同図５（ｃ）は、同図（ｂ）に用いたリング周方向位置を表す角度αの定義図である。

第１実施の形態に係る加熱装置を用いた場合、リング状熱間圧延線材Ｌを所定の加熱温度に再加熱するに当たり、図５（ａ）に示す如く、二つの誘導コイル５Ａ、５Ｂを使用状態とし、二つの誘導コイル５Ａ、５Ｂの隣接配置位置に順次搬送し、二つの誘導コイル５Ａ、５Ｂが発生する磁界方向に対応した誘導電流をリング状熱間圧延線材Ｌに生起せしめ、リング状熱間圧延線材Ｌを誘導加熱する。

その際、線材軸方向と移送方向のなす角が０°である、リング状熱間圧延線材Ｌの移送幅方向縁には、移送方向の磁界方向に対応した誘導電流が二つの円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂのどちらか一方により２回生起される（図３参照）。また、移送幅方向中央に行くに従い、リング状線材Ｌの軸方向は移送方向から移送幅方向へと連続的に変化するが、二つの円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂはそれぞれ、搬送コンベアの上下面で円弧を形成するように導線が配置されており、したがって、これら誘導コイル５Ａ、５Ｂが発生させる磁界方向も搬送コンベアの面上で連続的に変化し、移送幅方向縁から移送幅方向へ測った距離が移送幅方向の半分〜移送幅である位置で移送幅方向と同一となる。

よって、リング状線材Ｌのそれぞれの移送幅方向位置において、線材の軸方向に近い方向の磁界が二つの誘導コイル５Ａ、５Ｂのどちらか一方もしくは両方により生起される。このため、二つの円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂの組数を適宜とし、それらに投入する電力量を適宜とすることにより、ソレノイド型誘導コイル５Ｃを配置した加熱装置に比べて、リング状熱間圧延線材Ｌを、全搬送幅方向にわたりより均一にかつ急速に所定の加熱温度に加熱することができる。

なお、図５（ｂ）には、第１実施の形態に係る加熱装置によりリング状線材Ｌのリング周方向位置に生起される、リング周方向単位長さ当たりの誘導電流量の分布を模式的に示した。実線（イ）は、一方側の誘導コイル５Ａによって生起されるリング周方向単位長さ当たりの誘導電流量を示し、破線（ロ）は、他方側の誘導コイル５Ｂによって生起されるリング周方向単位長さ当たりの誘導電流量を示す。２点鎖線（ハ）は、２つの誘導コイル５Ａ、５Ｂによりそれぞれ生起された誘導電流の加熱装置全長で受けた合計量を示す。

第１実施の形態に係るリング状熱間圧延線材の加熱装置によれば、誘導電流によりリング状熱間圧延線材Ｌを急速にかつ均一に再加熱することができ、従来のラジアントチューブあるいは電気ヒータなどを用いた間接加熱方式の加熱装置に比べて、短時間で所定の加熱温度に加熱することができるから、線材熱処理ライン長を短縮することができる。

次いで、第２実施の形態に係るリング状熱間圧延線材の加熱装置について、図６、図７を用いて説明する。

第２実施の形態に係るリング状線材の加熱装置は、上述した２つの誘導コイル５Ａ、５Ｂに代わり、２つの誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’を移送方向同一位置に互いの一部が重なるように配置し、誘導コイル５Ａ’を一側、誘導コイル５Ｂ’を他側の誘導コイルとした加熱装置である。なお、図６は概略平面図、図７は、Ｘ_２−Ｘ_２矢視図である。

一側の誘導コイル５Ａ’および他側の誘導コイル５Ｂ’は、それぞれ導線を曲げて第１実施の形態に係る２つの誘導コイル５Ａ、５Ｂと同様に円弧状に成形したものである。但し、他側の円弧状誘導コイル５Ｂ’は、第１実施の形態に係る加熱装置に用いた円弧状誘導コイル５Ｂより円弧部分の導線の上下間隔を広くして成形し、それ以外の構造は、第１実施の形態に係る加熱装置に用いた２つの誘導コイル５Ａ、５Ｂと同様であるので詳細な説明を省略する。

なお、符号２３、２４は、２つの誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’に交番電流を供給する交流電源を示し、一側の円弧状誘導コイル５Ａ’のコイル端Ｔ_１、Ｔ_２は、交流電源２３に接続され、他側の円弧状誘導コイル５Ｂ’のコイル端Ｕ_１、Ｕ_２ は、交流電源２４に接続されている。そして、交流電源２３、２４はコイル切替手段５０からの稼動指令に基づいて、それぞれ円弧状誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’に電力を供給するようにされている。この第２実施の形態に係る加熱装置の場合、リング状熱間圧延線材Ｌの上方から見て、２つの誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’の一部が互いに重なっているのは、発生する磁界方向が４５°〜９０°の円弧部分である。

なお、上述した第２実施の形態に係る加熱装置は、二つの円弧状誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’を互いの一部が重なるように移送方向同一位置に配置したが、リング状熱間圧延線材Ｌの移送方向に配置する円弧状誘導コイルの数は、二つの円弧状誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’を一組として、必要な加熱能力（加熱温度、加熱速度、線材の材質、線材の直径ｄ、コイル径Ｄ等）に応じ、適宜な組数だけ、移送方向に隣接して配置することができる。

また、加熱装置に供給する電力も必要な加熱能力に応じて、適宜決めることができる。但し、線材の直径ｄ＝２．５〜１９．０ｍｍの鋼線材を効率よく所定の加熱温度に加熱するための誘導コイルに供給する電流の周波数は１０〜２００ｋＨｚとするのが好ましい。

上記の第２実施の形態に係る加熱装置における作用効果について、図８を用いて説明する。

第２実施の形態に係る加熱装置を用いた場合の加熱方法は、二つの円弧状誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’を、リング状熱間圧延線材Ｌの上方から見て互いの一部が重なるようにリング状熱間圧延線材Ｌの移送方向同一位置に配置し、リング状熱間圧延線材Ｌを二つの円弧状誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’の移送方向同一配置位置に搬送し、コイル切替手段５０が、図８（ａ）に示す如く、二つの円弧状誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’を交互に使用状態とし、誘導加熱する。

図８（ａ）中、τ_Ａは、一側の誘導コイル５Ａ’が使用状態となっている時間を示し、一方、τ_Ｂは、他側の誘導コイル５Ｂ’が使用状態となっている時間を示す。τ_Ｃは、両方の誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’が不使用状態となっている時間を示す。

そこで、移送方向同一位置に一部を重ねて配置した二つの円弧状誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’の発生する磁界が互いに干渉することなく、有効にリング状熱間圧延線材Ｌに作用し、リング状熱間圧延線材Ｌのリング周方向にわたり図８（ｂ）に示すような誘導電流が生じる。

但し、図８（ｂ）は、第２実施の形態に係る加熱装置によりリング状熱間圧延線材Ｌのリング周方向位置に生起される、リング周方向単位長さ当たりの誘導電流量の分布を示す模式図である。実線（イ）は、一側の誘導コイル５Ａ’によって生起されるリング周方向単位長さ当たりの誘導電流量を示し、破線（ロ）は、他側の誘導コイル５Ｂ’によって生起されるリング周方向単位長さ当たりの誘導電流量を示す。２点鎖線（ハ）は、二つの環状誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’によりそれぞれ生起された誘導電流の加熱装置全長で受けた合計量を示す。

これより、二つの円弧状誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’を一組とした場合、移送方向に配置する組数を適宜とし、それらに投入する電力量を適宜とすることにより、ソレノイド型誘導コイル５Ｃを配置した加熱装置に比べて、リング状熱間圧延線材Ｌを、より均一にかつ急速に所定の加熱温度に再加熱することができる。

また、第２実施の形態に係るリング状線材の加熱装置によれば、誘導電流により直接加熱することができ、従来のラジアントチューブあるいは電気ヒータなどを用いた間接加熱方式の加熱装置に比べて、短時間で所定の加熱温度に加熱することができるから、線材熱処理ライン長を短縮することができる。

以上説明した第１、第２実施の形態に係るリング状線材の加熱装置を、図１、図２に示した線材熱処理ラインに適用することにより、軟化焼鈍処理あるいは炭化物の球状化焼鈍処理を行うことができる。このような熱処理を施した加熱線材は、例えば、高圧縮率で冷間加工される部品に好適に使用することができる。

なお、上記第１、第２実施の形態においては、リング状線材の加熱装置をリング状熱間圧延線材を加熱する場合の例を示したが、本発明はこれに限定されず、リング状の線材は被加熱材であれば適用可能である。

また、上記第１、第２実施の形態においては、誘導コイルが搬送コンベアの上下面にて円弧状に形成されてなるものを示したが、円弧とは、真円の円弧であるもののみならず、楕円の円弧としてもかまわない。要は、発生する磁界方向と移送方向のなす角が移送幅方向に沿って連続して変化し、リング状線材の移送幅方向縁にて発生する磁界方向が移送方向と略同一で、移送幅方向縁から移送幅方向へ測った距離が移送幅の半分〜移送幅である位置にて発生する磁界方向が移送幅方向となる誘導コイルであればよい。ここで、移送幅方向縁にて発生する磁界方向が移送方向と略同一とは、移送幅方向に対して±３０°程度は許容できることを確認している。より好ましくは移送幅方向に対して±１０°程度とするとよい。

図１、２に示した線材の圧延ラインを用いて、規格ＪＩＳ ＳＣＭ４１５（Ｃ：０．１５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．２０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．３０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０１ｍａｓｓ％、Ｃｒ：１．１ｍａｓｓ％、Ｍｏ：０．１８ｍａｓｓ％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物）を直径４．０ｍｍφに仕上圧延した後、冷却帯２にて６５０℃まで冷却し、ついで、巻取装置３でコイル径が１０００ｍｍ、移送方向のずれ量が１０ｍｍのリング状熱間圧延線材とし、その後に加熱装置５を用いて加熱するにあたり、加熱装置５として以下に示した４種類の加熱装置を用いた。

（発明例１）
加熱装置：誘導加熱
誘導コイル配置：二つの円弧状誘導コイル５Ａ、５Ｂを移送方向に連続して１組となし（図３参照）、これを移送方向に２組連設
加熱装置の移送方向全長：８ｍ
誘導コイルへの供給電力：誘導コイル５Ａ、５Ｂそれぞれに対し常時４００ｋＷ（２組（計４コイル）の合計１６００ｋＷ）
周波数：１００ｋＨｚ
リング状熱間圧延線材の通過時間：１５秒

（発明例２）
加熱装置：誘導加熱
誘導コイル配置：二つの円弧状誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’を移送方向に重ねて配置し１組なし（図６参照）、これを移送方向に２組連設
加熱装置の移送方向全長：８ｍ
誘導コイルへの供給電力：誘導コイル５Ａ’、５Ｂ’それぞれに対し８００ｋＷ（１組あたり１６００ｋＷ）を３．５秒づつ、円弧状誘導コイル５Ａ’と円弧状誘導コイル５Ｂ’とに交互に供給
周波数：１００ｋＨｚ
リング状熱間圧延線材の通過時間：１５秒

（比較例１）
加熱装置：誘導加熱
誘導コイル配置：ソレノイド型誘導コイル５Ｃ（図１１参照）
加熱装置の移送方向全長：８ｍ
誘導コイルへの供給電力：１６００ｋＷを常時供給
周波数：１００ｋＨｚ

（比較例２）
加熱装置：電気ヒータによる炉加熱
設定炉温：８００℃
加熱炉の移送方向全長：８ｍ
リング状熱間圧延線材の通過時間：１５秒

そして、加熱装置出側における線材温度を放射温度計により測定した。放射温度計はリング状熱間圧延線材の移送幅方向中央部（図５（ｃ）においてα＝０℃となる位置）、移送幅方向端部（図５（ｃ）においてα＝９０℃となる位置）、および移送幅方向から３５３ｍｍ幅方向にずらした位置（図５（ｃ）においてα＝４５°となる位置）での温度を測定できるように配置した。測定結果を表１に示す。

表１に示す結果から、本発明の加熱装置によればリング状線材を周方向に均一に加熱することが可能となる。

これに対し、比較例１は誘導コイルにより発生する交番磁界方向がリング状線材の移送方向のみであるため、リング状線材の移送幅方向中央部が加熱されなかった。また、比較例２の電気ヒータによる炉加熱の場合には、昇温速度が遅いため１５秒ではリング状線材の温度上昇がほとんど認められなかった。

本発明の実施の形態に係るリング状熱間圧延線材の加熱装置を適用した線材熱処理ラインの説明図である。 図１に示す線材熱処理ラインの要部を示す縦断面模式図である。 第１実施の形態に係るリング状熱間圧延線材の加熱装置の概略図である。 図３に示した加熱装置のＸ_１−Ｘ_１矢視図である。 第１実施の形態に係る加熱装置の作用を説明する説明図である。 第２実施の形態に係るリング状熱間圧延線材の加熱装置の概略図である。 図３に示した加熱装置のＸ_２−Ｘ_２矢視図である。 第２実施の形態に係る加熱装置の作用を説明する説明図である。 （ａ）は、リング状熱間圧延線材Ｌの形状を示す平面図であり、（ｂ）はその説明図である。 （ａ）は、コイル状熱間圧延線材Ｍの形状を示す正面図、（ｂ）は、線材の断面図である。 ソレノイド型誘導コイルを配置した加熱装置における問題点を説明するための概略平面図、（ｂ）はそのＸ_３−Ｘ_３矢視図である。 図１１に示した加熱装置の作用を説明する概念図である。

符号の説明

Ｌ リング状線材
Ｍ（Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４…Ｍ_ｎ） コイル状熱間圧延線材
Ｄ コイル径
ｄ 線材の直径
Ｄ’ リング状線材Ｌの移送幅
１ 仕上圧延機
２ 水冷帯
３ 巻取装置
４ 搬送コンベア（搬送装置）
４Ａ 搬送コンベア４の搬送ローラ
５ 加熱装置
６ 集束装置
７ トラバース装置
８ トンネル型徐冷炉
９ 取り出し室
５Ａ、５Ａ’ 一側の円弧状誘導コイル
５Ｂ、５Ｂ’ 他側の円弧状誘導コイル
５Ｃ ソレノイド型誘導コイル
Ｓ_１、Ｓ_２、Ｔ_１、Ｔ_２、Ｕ_１、Ｕ_２ コイル端
２０、２１、２２、２３、２４ 交流電源
４１ リング状線材の仮想中心線
４０、４２、４３、４４、４５ 磁界方向

Claims (3)

1. 巻取装置によってリング状に巻き取られ、搬送コンベアにより搬送されるリング状線材を加熱するリング状線材の加熱装置であって、前記搬送コンベアの面上で発生する磁界方向と移送方向のなす角が移送幅方向に沿って連続して変化する誘導コイルを少なくとも二つ有し、該少なくとも二つの誘導コイルはそれぞれ、前記リング状線材の移送幅方向縁にて発生する磁界方向が移送方向と略同一に、前記リング状線材の移送幅方向縁から移送幅方向へ測った距離が移送幅の半分〜移送幅である位置にて発生する磁界方向が移送幅方向となるように、前記リング状線材の移送幅方向一側と他側に配置されてなることを特徴とするリング状熱間圧延線材の加熱装置。
2. 前記誘導コイルは、前記搬送コンベアの上方および下方の面上でその導線が円弧を形成する円弧状誘導コイルとされ、かつ円弧を形成する上方および下方の導線の、前記リング状線材の移送幅方向中央部分に磁界を発生させる導線部分が前記リング状線材の移送幅方向に互いに重なるように、少なくとも二つの誘導コイルが移送方向に連設されていることを特徴とする請求項１に記載のリング状線材の加熱装置。
3. 前記誘導コイルは、前記搬送コンベアの上方および下方の面上でその導線が円弧を形成する円弧状誘導コイルとされ、かつ円弧を形成する上方および下方の導線の、前記リング状線材の移送幅方向中央部分に磁界を発生させる導線部分が前記リング状線材の移送幅方向に互いに重なるように、少なくとも二つの誘導コイルが移送方向同一位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のリング状線材の加熱装置。

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