JP2006348339A - 鋼板熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理を繰返しても曲り変形が累積されないような鋼板熱処理装置を実現。
【解決手段】鋼板９に急熱とこれに続く急冷とを適用する熱処理を繰返し施して行う結晶粒微細化処理のために鋼板９を長手方向に移動させながら鋼板９に誘導加熱とこれに続く急冷とを順次適用するため、支承部材１５，１６にて鋼板９を両端から縦長状態かつ曲り許容状態で保持して昇降させ、急熱用の誘導子３２と急冷用の放水部３３とを上下にして熱処理ユニットを構成し、それを水平面内調節機構３１にて水平移動させて位置と面内方位の調節を行うようにする。誘導子３２と鋼板９と対峙距離を一定に保つ追従制御や、鋼板９の変形を矯正する放水量の調整も行うようにする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鋼板に急熱とこれに続く急冷とを適用する熱処理を繰返し施して行う結晶粒微細化処理のために鋼板を長手方向に移動させながら該鋼板に誘導加熱とこれに続く急冷とを順次適用する鋼板熱処理装置に関する。

鋼の熱処理に関してＡc3直上に急熱しこれに続いて急冷する熱処理を繰返し施す処理法により超微細粒鋼材が得られることや結晶粒を微細化すれば強度・靱性が共に上昇することが知られており（例えば非特許文献１参照）、それが金型や熱延鋼帯に応用されている（例えば特許文献１〜３参照）。
鋼製の金型の場合（例えば特許文献１参照）、金型の表面に、オーステナイト化温度域とマルテンサイト変態温度域とを往復させる急熱と急冷を複数回繰返して、微細な細粒層を形成することにより、硬さと靱性を両立させており、そのうち特に靱性については、比較的鈍い切欠に関するシャルピー衝撃値の向上ばかりか、鋭い切欠に関する破壊靱性も向上している。急熱は高周波誘導加熱で、急冷は水冷で、具現化されている。

熱延鋼帯の場合（例えば特許文献２，３参照）、鋼帯を長手方向に移動させながら急熱および急冷を繰返すことにより結晶粒の微細化が進められる。その際、急熱はオーステナイト化を目途に高周波誘導加熱で行われ、急冷はマルテンサイト変態を目途に水冷で行われている。また、鋼帯の送りには、往復移動もあれば（例えば特許文献２）、一方向移動もあるが（例えば特許文献３）、何れも（特許文献２，３）、移動中の鋼帯に対し熱処理に加えて圧延と巻取も行うようになっている。

鋼の熱処理 改訂５版 ８０頁 「２・５・８ 超微細化処理による強化」 社団法人日本鉄鋼協会編 丸善株式会社発行（昭和４４年１０月１日） 特開平６−３１５７５２号公報 （第１〜２頁、図６） 特開２００２−０６６６０６号公報 （第１頁、図１） 特開２００４−０９９９８４号公報 （第１頁、図２）

ところで、有限長の鋼板についても結晶粒微細化処理により高硬度を維持しつつ破壊靱性を高めたいという要請があるが、鋼板のほぼ全体を熱処理する場合、鋼板が長いと、金型のように全域を一気に熱処理するのは誘導子や高周波電源の大型化を伴うのでコストが嵩むため、鋼板を長手方向に移動させながら熱処理を繰返すという熱延鋼帯の手法を採用することが思い浮かぶ。ところが、有限長の鋼板では多くの場合、コイラーに掛かるほど薄くはなく又長くはないので、巻き取ることができない。

また、巻取は、圧延もそうであるが、強い外力を作用させて鋼帯の形状を強制することから、熱処理時における鋼帯と誘導子との相対位置はあまり変動しないので熱処理装置が標準的なもので足りるという利点がある一方、内部応力を残留させる傾向が生じる。
このため、従来手法をそのまま採用するのでなく、熱処理のため鋼板を長手方向に移動させるに際して鋼板をできるだけ自由な状態に保つことが求められる。そして、そのような保持手段としては、鋼板を両端で支承することが考えられる。

しかしながら、鋼板を長手方向の両端から曲り許容状態で保持した場合、長い鋼板が横になっていると、自重に起因して中央部分には大きな曲げ応力が生じる。
また、自由状態では反りや捩れ等の曲り変形が許容されるため、曲り方によっては鋼板と誘導子との距離が不所望なまで大きく変動することもある。
しかも、そのような不所望な変形が熱処理の度に生じるので、それが重なると、鋼板は次段の熱処理や素材としての使用の適う平板状でなくなる。

そこで、結晶粒微細化処理のために鋼板を長手方向に移動させながら急熱および急冷を繰返す際に、有限長の鋼板を両端から曲り許容状態で保持しても、自重による曲り変形が生じ難いうえ例え熱処理によって曲がっても熱処理を続行することができるような鋼板熱処理装置を実現することが技術的な課題となる。
また、熱処理を繰返しても曲り変形が累積されないような鋼板熱処理装置を実現することが更なる技術課題となる。

本発明の鋼板熱処理装置（請求項１）は、このような課題を解決するために創案されたものであり、鋼板に急熱とこれに続く急冷とを適用する熱処理を繰返し施して行う結晶粒微細化処理のために鋼板を長手方向に移動させながら該鋼板に誘導加熱とこれに続く急冷とを順次適用する鋼板熱処理装置において、前記鋼板の長手方向の両端に係合して前記鋼板をその長手方向を鉛直方向に配向させた状態で且つ曲り許容状態で保持する支承部材と、これを介して前記鋼板を長手方向に移動させる昇降機構と、前記鋼板を誘導加熱するための、該鋼板の幅方向には全域に亘り長手方向には一部区間に対峙するように配置された誘導子と該誘導子の下方で前記鋼板の幅方向には全域に亘り長手方向には一部区間に対峙するように配置された前記鋼板の急冷を行う放水部とが組みになった熱処理ユニットと、この熱処理ユニットを水平面内で移動させて位置と面内方位の調節を行う水平面内調節機構とを備えていることを特徴とする。

また、本発明の鋼板熱処理装置（請求項２）は、上記の請求項１記載の鋼板熱処理装置であって更に、前記誘導子と前記鋼板との対峙距離を計測する距離センサが前記誘導子に対して固定された状態で前記鋼板の幅方向における複数箇所に設置され、そのデータに基づいて前記水平面内調節機構を動作させることにより前記対峙距離を一定に保つ追従制御が行われることを特徴とする。

さらに、本発明の鋼板熱処理装置（請求項３）は、上記の請求項２記載の鋼板熱処理装置であって更に、前記放水部がその長手方向に区分けされていて、その区分体の幾つかは放水量の調整が可能になっており、前記鋼板の変形状態を検知する変形検知手段が設けられ、その変形を矯正するよう前記放水部の放水量が調整されることを特徴とする。

また、本発明の鋼板熱処理装置（請求項４）は、上記の請求項３記載の鋼板熱処理装置であって更に、前記変形検知手段として、前記水平面内調節機構での調節量に基づいて前記鋼板の変形状態を検知する手段と、前記支承部材の近傍に設けられてそれと共に移動する距離センサによって検出した前記鋼板の端部の変位量に基づいて前記鋼板の変形状態を検知する手段とのうち、何れか一方の手段または双方の手段が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の鋼板熱処理装置（請求項５）は、上記の請求項１〜請求項４記載の鋼板熱処理装置であって更に、前記誘導子が複数回巻かれた、前記鋼板を囲撓できる形状のソレノイドコイルであり、それと前記鋼板との対峙距離がコイル内の上側部分では狭く下側部分では広くなっている、ことを特徴とする。
また、本発明の鋼板熱処理装置（請求項６）は、上記の請求項１〜請求項５記載の鋼板熱処理装置であって更に、前記熱処理ユニットが前記鋼板の幅方向を、上方に凸側を向けた逆Ｖ字状に又は傾きをつけた直線状にカバーしていることを特徴とする。

また、本発明の鋼板熱処理装置（請求項７）は、上記の請求項１〜請求項６記載の鋼板熱処理装置であって更に、前記鋼板の幅方向の端部に放水する放水子が前記熱処理ユニットに固定された状態で前記誘導子の上方に設置されていることを特徴とする。
また、本発明の鋼板熱処理装置（請求項８）は、上記の請求項１〜請求項６記載の鋼板熱処理装置であって更に、前記熱処理ユニットが上下方向複数段設置され、最下段を除く各段の放水部には前記鋼板を伝う水の落下を阻止する水切部が付設され、最上段の誘導子の上方には前記鋼板の幅方向の端部に放水する放水子が最上段の熱処理ユニットに固定された状態で設けられていることを特徴とする。

このような本発明の鋼板熱処理装置（請求項１）にあっては、鋼板をその長手方向を鉛直方向に配向させた状態で保持して昇降させるようにしたことにより、鋼板を長手方向の両端から曲り許容状態で保持したとき、鋼板に生じる内部応力は自重による圧縮力が主になり、これは横に保持したときの曲げ応力より遙かに小さいので、自重による曲り変形が生じ難いものとなる。しかも、縦型化によって装置の設置面積が少なくて済むという利点もある。なお、縦型化に伴い、熱処理ユニットにおいて誘導子は上に放水部は下に配置されているので、熱処理は、鋼板の下降時に行われ、上昇時には行われない。

また、この鋼板熱処理装置にあっては、水平面内調節機構を導入して、誘導子および放水部を含む熱処理ユニットの位置と面内方位が水平面内で調節可能なようにもしたことにより、鋼板が反っていても捩れていても熱処理ユニットの位置等調節にて鋼板と熱処理ユニットとの対峙距離を調整してそれを適切な範囲に収めることが可能なので、鋼板が熱処理によって曲り変形したときでも鋼板の移動および熱処理を続行することができる。
したがって、この発明によれば、有限長の鋼板を両端から曲り許容状態で保持して長手方向に移動させながら該鋼板に誘導加熱とこれに続く急冷とを順次適用する熱処理を繰返しても自重による曲り変形が生じ難いうえ例え熱処理によって曲がっても熱処理を続行しうる鋼板熱処理装置を実現することができる。

また、本発明の鋼板熱処理装置（請求項２）にあっては、誘導子と鋼板との対峙距離が距離センサによって計測され、それで検出した距離データ（変位量の検出値）に基づく追従制御によって対峙距離が一定に保たれるようにしたことにより、熱処理続行に必要な水平面内調節機構の動作制御が自動で行われる。しかも、その際、距離センサでの計測が鋼板の幅方向における複数箇所について行われるようにもしたことにより、反り変形ばかりか捩れ変形にも適切に追従することができる。

さらに、本発明の鋼板熱処理装置（請求項３）にあっては、変形検知手段を設けて鋼板の変形状態を検知するとともに、放水部をその長手方向（鋼板について見れば幅方向）に区分けしてその放水量の調整にて鋼板の変形が矯正されるようにしたことにより、以前の熱処理によって鋼板に生じていた変形が後の熱処理時に打ち消されるので、熱処理の繰返しによる曲り変形の累積が抑制される。

また、本発明の鋼板熱処理装置（請求項４）にあっては、変形検知手段の具体化に際して水平面内調節機構での調節量に基づいて鋼板の変形状態を検知するようにした場合は、追従制御用の距離センサを変形検知用に共用することができ、変形検知手段の具体化に際し支承部材の近傍に距離センサを設けて鋼板の端部の変位量を検知するようにした場合は、移動式の誘導加熱では特に変形しやすい鋼材端部の変形を何時でも直接的に検知することができる。

また、本発明の鋼板熱処理装置（請求項５）にあっては、誘導子がソレノイドコイルになっていて、その誘導子と鋼板との対峙距離がコイルの上側部分では狭く下側部分では広くなっているので、鋼板の下降時に行われる誘導加熱に際して、鋼板の長手方向のどの部位に対しても表層部の局所的な強い加熱が行われた後に少しずつ広がり弱わまった加熱が行われる。そのため、深部まで無理なく一様な入熱がなされるので、鋼板の変形が少なくて済む。

また、本発明の鋼板熱処理装置（請求項６）にあっては、鋼板への熱処理を、幅方向の中央部から両脇に広げて行きながら、又は、幅方向の一端側から他端側へ移行させていきながら長手方向に進めるので、熱処理が幅方向に関してもランダムにではなく順を追って進行（即ち、熱処理の始端側と終端側が一定の位置関係を維持した規則性を以て一方向に進行）するので、鋼板の変形が更に少なくて済む。特に逆Ｖ字誘導子の場合には、上記熱処理の幅方向の進展が左右対称となるので一層好ましい。

誘導子の形状を鋼板の厚みや幅に適合させても有限長の鋼板では誘導加熱時に隅部が過熱されやすいが、本発明の鋼板熱処理装置（請求項７）にあっては、誘導子の上方に放水子が設けられ、そこから鋼板の幅方向の端に放水しうるようになっているので、鋼板の隅部やその近傍を誘導加熱するときに放水子から放水させることにより、端部への過剰な入熱を該当箇所への同時冷却にて取り去って、過熱を防止することができる。特に鋼板の長手方向の熱処理開始点に生じやすい上記過熱起因の熱処理割れの防止に、上記端部への放水が有用である。

また、本発明の鋼板熱処理装置（請求項８）にあっては、熱処理ユニットを上下方向に複数段設置したことにより、鋼板の移動回数より多く急熱および急冷を繰返せて能率が向上する。なお、複数段化しても、上段の放水部と下段の誘導子との間には水切部が存在していて、上段の放水部から水が鋼板を伝って落下するのが阻止されるようになっているので、下段の誘導子による誘導加熱が損なわれることなく、適切な熱処理が行われる。

しかも、上述のような幅方向における全域の誘導加熱と端部への局所的な冷却との併用には、隅部の過熱防止という上述の効果がある一方、変形が大きくなりやすいという不所望な副作用もあるところ、本発明の鋼板熱処理装置（請求項８）にあっては、鋼板の幅方向の端への放水が、鋼板の移動回数と同じ回数で済み、熱処理回数より少ないので、その分だけ変形が少なくなる、という更なる効果も享受することができる。

本発明の鋼板熱処理装置の一実施形態（第１形態）について、その構成を、図面を引用して説明する。図１は、鋼板熱処理装置１０の機械部の概要構造を示し、（ａ）が正面図、（ｂ）〜（ｄ）が右側面図である。また、図２は、支承部１５，１６を示し、（ａ）が正面図、（ｂ）〜（ｄ）が右側面図である。さらに、図３は、距離センサ２１，２２，３４の配置を示し、（ａ）が正面図、（ｂ）が右側面図である。また、図４は、熱処理部について、（ａ）が放水子４３と誘導子３２の平面図、（ｂ）が放水子４３と誘導子３２と放水部３３の正面図、（ｃ）が放水部３３の一部断面の平面図である。図５は、電子制御装置４５のブロック図であり、図６は、水冷状態を示し、（ａ）が反り矯正時の放水状況、（ｂ）が捩れ矯正時の放水状況である。

この鋼板熱処理装置１０は、有限長の鋼板９を一時的に保持して長手方向に移動させるために、昇降モータ１１と固定枠１２とボールネジ機構１３と枠体上部１４と上端支承部材１５と下端支承部材１６と枠体下部１７と可動枠１８とを具えており（図１，図２参照）、移動中の鋼板９に急熱および急冷の熱処理を施すために、水平面内調節機構３１と誘導子３２と放水部３３と放水子４３と図示しない高周波電源および給水設備を具えており（図１，図４参照）、鋼板９を移動させながらの熱処理を自動で繰返すために、距離センサ２１，２２，３４と電子制御装置４５とを具えている（図３，図５，図６参照）。それらのうち誘導子３２と放水部３３と放水子４３とが相互固定されて熱処理ユニットになっている。以下、各部を詳述する。

固定枠１２は（図１参照）、上半分が床面７から立ち上がり、下半分が床下８に潜り込んだ状態で、床に固定設置され、枠体上部１４及び枠体下部１７を上下移動可能に支持するとともに、その移動の案内部材を兼ねるため内側が直線レール状に形成されている。枠体上部１４と枠体下部１７は可動枠１８で連結されており、これらは、昇降モータ１１でボールネジ機構１３を軸回転させると、一体的に上下動するようになっている。そして、このような支持機構および可動機構は、上端支承部材１５及び下端支承部材１６を介して鋼板９を長手方向に移動させる昇降機構を成している。

枠体下部１７には複数本の例えば３本の下端支承部材１６が上向きに固設されており、枠体上部１４には１本だけ上端支承部材１５が下向きに装着されており、これらの支承部材１５，１６が鋼板９の長手方向の両端に係合することにより、鋼板９をその長手方向を鉛直方向に配向させた状態（以下、これを縦長状態という）で且つ曲り許容状態で保持するようになっている。
すなわち（図２（ａ），（ｂ）参照）、鋼板９の曲り変形を許容するために、上端支承部材１５，下端支承部材１６は、何れも、細長い丸棒状で、鋼板９より曲げ剛性の小さいものとなっている。

そして、下端支承部材１６は鋼板９の下端を複数箇所で支持することにより鋼板９の自由回転は阻止するが幅方向の曲げ変形等はほぼ許すようになっている。
また、上端支承部材１５は、鋼板９の上端中央を単一箇所で支持することにより、やはり鋼板９の幅方向の曲げ変形を許すようになっている。
さらに、上端支承部材１５は、ある程度は進退可能に即ち上下方向へは多少の移動を許容される状態で枠体上部１４に取り付けられているので、処理時の鋼板９の熱膨張を逃がすとともに（図２（ｃ）参照）、鋼板９の反り変形ばかりか捩れ変形も許容するものとなっている（図２（ｄ）参照）。

水平面内調節機構３１は（図１参照）、床面７の上に固定して固定枠１２の脇に設置され、熱処理ユニットのうちの誘導子３２及び放水部３３をアーム状部材で支持し、このアーム状部材を図示しないサーボモータ及び伝動機構で駆動することにより、熱処理ユニットを水平面内で移動させて、熱処理ユニットを成す誘導子３２，放水部３３，及び放水子４３の位置と面内方位とを調節するようになっている（図４（ａ）参照）。誘導子３２は（図１，図４（ａ），（ｂ）参照）、水冷可能な銅管等の電気良導体からなり、ソレノイドコイル状に捲回されて、鋼板９の昇降路を囲むところに配置され、図示しない高周波電源からやはり不図示のケーブルやトランスを介して高周波が通電されると、鋼板９の対峙部分を誘導加熱するようになっている。

また、誘導子３２は、移動加熱用なので、鋼板９との対峙状態に関して、鋼板９の幅方向には全域に亘って鋼板９と対峙し、鋼板９の長手方向には一部区間で鋼板９と対峙するようになっている。そして、誘導子３２の捲回中心に鋼板９を置いたとき（図４（ａ）参照）、鋼板９の幅方向の大部分で、誘導子３２と鋼板９とが平行になり両者の対峙距離が一定になるよう、誘導子３２が形成されている。ただし、鋼板９の幅方向の両端部では、過熱防止のため、両者の対峙距離が広がるよう、誘導子３２が逃げる形状になっている。

放水子４３は（図４（ａ），（ｂ）参照）、この誘導子３２の上方に付設されている。放水子４３は、鋼板９の隅部すなわち鋼板９の幅方向端部であって長手方向の端部でもある部分の過熱防止のために、誘導子３２での誘導加熱と併用されるので、鋼板９の幅方向の両端の近傍にだけ設けられ、放水方向を鋼板９の幅方向の端に向けている。放水子４３からの放水は、止水弁や電磁弁からなる給水具４４を介在させた給水設備から放水子４３への給水に応じて行われ、その給水は、電子制御装置４５の制御に従う電磁弁の開閉に応じて行われるようになっている。

放水部３３は（図１，図４（ｂ），（ｃ）参照）、下降中の鋼板９に対して急熱後の急冷を行うため、誘導子３２の下方に設けられ、やはり鋼板９と幅方向には全域に亘り長手方向には一部区間で対峙するようになっている。この放水部３３は（図４（ｃ）参照）、その長手方向すなわち鋼板９の幅方向に区分されており（図４（ｃ）では表裏それぞれ８区分）、更にそれぞれの区分体３３ａに対し止水弁や電磁弁からなる給水具３３ｂが接続されている。そして、区分体３３ａ毎に、電子制御装置４５の制御に従って電磁弁が開閉すると、放水部３３の放水状態（遂行／停止）が切り替わるようになっている。

さらに、区分体３３ａのうち幾つかは（図４（ｃ）では表裏それぞれ６区分）、電子制御装置４５の制御に従う流量調整弁３３ｃにて放水量を調整しうるようになっている。流量調整弁３３ｃは区分体３３ａ及び給水具３３ｂ毎に設けても良いが、ここでは隣接する２区分で１個の流量調整弁３３ｃを共用するようになっている（図４（ｃ）では表裏それぞれ３個）。各区分体３３ａには複数の噴射口が鋼板９の幅方向に列なって穿孔されており、放水時には、適量に調整された冷却水が各噴射口から鋼板９に向けて噴霧されるようになっている。

距離センサ２１，２２，３４は（図３参照）、数十ｍｍ程度まで計測できれば適宜な近接センサで良いが、水濡れや汚れに強いのが好ましく、例えば防水タイプの近接センサーが好適である。それらのうち、距離センサ２１は、２個が枠体上部１４に適宜な支柱で取り付けられて、鋼板９の上端の両隅の厚み方向変位を検出するようになっている。距離センサ２２は、２個が枠体下部１７に適宜な支柱で取り付けられて、鋼板９の下端の両隅の厚み方向変位を検出するようになっている。距離センサ３４は、鋼板９の幅方向に分かれた２箇所それぞれに設けられ、何れも誘導子３２に対して固定された状態で取り付けられて、誘導子３２と鋼板９との対峙距離を鋼板９の幅方向の２箇所で計測するようになっている。

このような距離センサ３４は鋼板９の昇降時に鋼板９の長手方向に相対移動することになるが、距離センサ２１，２２は、支承部材１５，１６の近傍に設けられてそれと共に移動するので、鋼板９が昇降しても鋼板９の長手方向へ相対移動しないものとなっている。また、これらの距離センサ２１，２２，３４によって計測された距離データ（変位量の検出値）は、随時、適宜な信号ケーブル等で送出され、適宜な信号入力回路やＡ／Ｄ変換回路を介して電子制御装置４５に取り込まれるようにもなっている。

電子制御装置４５は（図５参照）、プログラマブルなコンピュータやシーケンサからなり、追従制御プログラムや，曲り検出プログラム，捩れ検出プログラム，水量調節プログラム，送り制御プログラム，通電制御プログラム等がインストールされている。
追従制御プログラムは、距離センサ３４の距離データ（変位量の検出値）に基づいて変動を打ち消す向きに水平面内調節機構３１を動作させることにより誘導子３２と鋼板９との対峙距離を一定に保つようになっている。これは鋼板９の昇降いずれの時にも働くプログラムである。

曲り検出プログラムは、鋼板９の変形状態を検知する変形検知手段の一つであり、水平面内調節機構３１での調節量（即ち位置データ及び面内方位データ）に基づいて鋼板９の変形状態を検知するものである。鋼板９の上昇時に調節量を鋼板９の長手方向の全域について記憶しておき、鋼板９の次の下降前すなわち熱処理前に、周波数分析演算等にて鋼板９の長手方向の曲り変形すなわち反り変形のデータを抽出し、それを水量調節プログラムに引き渡すようになっている。なお、鋼板９の幅方向の曲り変形のデータも得たい場合は、距離センサ３４を誘導子３２に固定した状態で鋼板９の幅方向における３箇所以上に設置して、例えば二次元の高速フーリエ変換にて二方向のデータを抽出する、といった拡張を行えば良い。

捩れ検出プログラムも、鋼板９の変形状態を検知する変形検知手段の一つであるが、このプログラムは、距離センサ２１，２２で検出した鋼板９の端部の変位量（距離データ）に基づいて鋼板９の変形状態を検知するものである。鋼板９の下端は複数の下端支承部材１６で支承されて鉛直軸中心の回転は止められているので、２個の距離センサ２１で計測した鋼板９の長手方向の上端の両隅の変位差（距離データの差）を算出する等のことで鋼板９の全体的な捩れ変形のデータを求め、それらの検出変位の平均をとる等のことで鋼板９の長手方向の上端における幅方向の曲り変形のデータを求め、２個の距離センサ２２で計測した鋼板９の長手方向の下端の両隅の変位の平均を算出する等のことで鋼板９の長手方向の下端における幅方向の曲り変形のデータを求めるようにもなっている。それらの変形データは随時得られるが、例えば鋼板９の下降前のデータを水量調節プログラムに引き渡すようになっている。

水量調節プログラムは、曲り検出プログラムと捩れ検出プログラムから受けた変形データに基づいて放水部３３の放水量を流量調整弁３３ｃの制御にて調整するものであり、鋼板９の変形を矯正するため凸側の水量を増やし凹側の水量を減らすようになっている。その増減量は、変形の程度である曲率に応じて調整され、反り変形の矯正分（図６（ａ）参照）と捩れ変形の矯正分（図６（ｂ）参照）とを重畳したものとされる。反り変形の矯正分については、鋼板９の長手方向の曲り変形の矯正分と、鋼板９の上端か下端における幅方向の曲り変形の矯正分とが、含められるようになっている。

送り制御プログラムは、選択可能な動作モードとして段取モードと熱処理モードとを具えており、段取モードでは可動機構１４〜１８を最も上まで上昇させ、下端支承部材１６の上端を誘導子３２から上へ突き出させた状態を維持するようになっている。また、熱処理モードでは、昇降モータ１１を制御して鋼板９を一定の速度かつ周期で昇降させるようになっている。速度や周期はパラメータ設定等で変更することができる。
通電制御プログラムは、高周波電源に指令を送出して、鋼板９の下降時には熱処理遂行のため誘導子３２に高周波を通電させ、それ以外のときは、その通電を停止させるようになっている。鋼板９の隅部の過熱防止のため、給水具４４の制御も行って、鋼板９の下降開始時には一時的に例えば７秒ほど放水子４３から鋼板９の幅方向の両端へ放水させるようにもなっている。

この実施形態（第１形態）の鋼板熱処理装置１０について、その使用態様及び動作を説明する。
鋼板熱処理装置１０の処理対象である鋼板９の材質は、ＪＩＳ Ｇ３１２８（ＳＨＹ）やＪＩＳ Ｇ４１０３（ＳＮＣＭ）が典型的であるが、急熱と急冷の繰返しで結晶粒が微細化するものであれば他のものでも良い（例えば特許文献１〜３参照）。

鋼板９のサイズは、厚さ２２ｍｍ×幅１２００ｍｍ×長さ３５００ｍｍ前後が典型的であるが、縦長状態で両端から保持しうるものであれば他のサイズ（目安として９〜２５ｍｍ×９００〜１５００ｍｍ×１５００〜６０００ｍｍ程度）でも良い。鋼板９のサイズに適合した誘導子３２及び放水部３３が水平面内調節機構３１に装着されていればそれらはそのまま用いられるが、適合していない場合は、誘導子３２と放水部３３が、鋼板９に適合するものと交換される。鋼板９のサイズに応じて放水子４３の設置位置や上端支承部材１５の装備位置の調整も行われる。誘導子３２の通電電流や，その周波数，放水部３３の平均放水量などは、鋼板９のサイズ及び材質に適合する値が選定され、電子制御装置４５にパラメータ設定される。典型的な一例を挙げると、高周波電流は９８０Ａ、その電圧は５９０Ｖ、その周波数は２．２ｋＨｚである。

鋼板熱処理装置１０の初期設定や調節が済んだら、電子制御装置４５の送り制御プログラムを段取モードにする。そうすると、可動機構１４〜１８が十分に上昇して停止するので、誘導子３２から上へ突き出ている下端支承部材１６の先端に縦長状態の鋼板９の下端を載せ、それから鋼板９の上端に上端支承部材１５を係合させて、鋼板９を保持させる（図１（ｃ）参照）。なお、鋼板９と支承部材１５との係合が外れないよう、鋼板９の両端の係合部位には、予め窪み形成や穿孔を施しておくと良い。

こうして鋼板９が縦長状態で且つ曲り許容状態で保持されたら、電子制御装置４５の送り制御プログラムを熱処理モードにする。そうすると、鋼板９が定速で下降させられる（図１（ａ）及び（ｂ）参照）。その際、距離センサ３４の距離データ（変位量の検出値）に基づく電子制御装置４５の追従制御も行われ、それに従って水平面内調節機構３１が熱処理ユニットの位置と面内方位を調節するので、誘導子３２及び放水部３３と鋼板９との対峙距離が一定に保たれる。また、鋼板９の下端から例えば５０ｍｍほど上のところで、放水子４３と誘導子３２と放水部３３とが動作を開始する。

そのうち、放水子４３から鋼板９の幅方向の両端への放水は、例えば７秒ほど行われて停止する。この一時的かつ局所的な水冷によって、鋼板９の下端の焼割れや大変形が防止される。誘導子３２への高周波通電による急熱と放水部３３からの放水による急冷は、鋼板９の幅方向の全域に及び、鋼板９が下降しきるまで（図１（ｄ）参照）継続される。この一回目の熱処理では、放水部３３の放水量の調整が行われないので、放水部３３の各区分体３３ａから一様な放水が行われる。なお、一回目の熱処理から放水量の調整を行わせたい場合は、熱処理を伴わない空送り状態で鋼板９を一往復させれば良い。

鋼板９の上端から例えば５０ｍｍ〜百数十ｍｍほど下のところで、誘導子３２への通電が止められ、放水部３３の放水が止められて、一回目の熱処理が終わる。熱処理の終了位置は、焼割れ防止のため、毎回ずらすのが望ましい。
下降しきったら、上昇に転じて、鋼板９は定速移動する。上昇時には、熱処理は行われないが、誘導子３２及び放水部３３と鋼板９との対峙距離を一定に保つ追従制御は行われ、そのときの水平面内調節機構３１の調節量のデータ記録も行われる。

そして、上昇しきったとき、曲り検出プログラムによって鋼板９の反り変形データが求められとともに、捩れ検出プログラムによって鋼板９の全体的な捩れ変形データと上下端部の幅方向曲り変形データも求められる。
上昇しきったら、下降に転じて、鋼板９は定速移動する。下降時には、上述した追従制御と熱処理が行われるが、二回目以降の熱処理に際しては、放水部３３の放水量の調整が行わる。放水量の調整は、先ほど得られた変形データに基づいて区分体３３ａ毎に放水量を増減することで遂行され、鋼板９の変形が矯正される（図６参照）。

繰返しとなる詳細な説明は割愛するが、上述した処理がパラメータ設定に応じて繰返されるので、鋼板９を長手方向に移動させながら誘導加熱による急熱と水冷による急冷が繰返えされて、鋼板９の結晶粒が微細化される。
こうして、所望の熱処理を終え、鋼板９の温度が下がったら、電子制御装置４５の送り制御プログラムを段取モードにして、処理済みの鋼板９を鋼板熱処理装置１０から外し、次の鋼板９が有ればそれの段取と処理を続行する。

本発明の鋼板熱処理装置の他の実施形態（第２形態）について、その構成を、図面を引用して説明する。図７は誘導子４７の構造を示し、（ａ）が正面図、（ｂ）が一部断面の右側面図である。
この鋼板熱処理装置が上述した鋼板熱処理装置１０と相違するのは誘導子３２に代えて誘導子４７を導入したことであり、誘導子４７が誘導子３２と相違するのは、コイル捲回数が“２”から“４”に増えている点と、誘導子４７と鋼板９との対峙距離がコイルの上側部分では狭く下側部分では広い点である。

この場合、誘導子４７と鋼板９との対峙距離がコイルの上側部分では狭く下側部分では広くなっているので、鋼板９の下降時に行われる誘導加熱に際して、鋼板９の長手方向のどの部位に対しても、表層部の局所的な強い加熱が誘導子４７の上側部分によって行われた後、その熱が深部等へ伝達されながら拡散している間に、少しずつ広がり弱わまった加熱が誘導子４７の下側部分によって行われる。これにより、表層部の過熱を避けつつ深部まで加熱することができるので、改質能力が向上する一方、鋼板の変形は抑制される。

本発明の鋼板熱処理装置の他の実施形態（第３形態）について、その構成を、図面を引用して説明する。図８は、（ａ），（ｂ）何れも誘導子４８の構造を示す正面図である。
この鋼板熱処理装置が上述した鋼板熱処理装置１０と相違するのは誘導子３２に代えて誘導子４８を導入したことであり、図８（ａ）の誘導子４８が誘導子３２と相違するのは、コイル捲回数が“２”から“４”に増えている点と、それらが何れも上方に凸側を向けた逆Ｖ字状になっている点である。また、図８（ｂ）の誘導子４８が誘導子３２と相違するのは、コイル捲回数が“２”から“４”に増えている点と、それらが何れも傾きをつけた直線状になっている点である。なお、図示は割愛したが、放水部３３も誘導子３２と同様に逆Ｖ字状か傾斜直線状になっている。

この場合、鋼板９の下降時に誘導加熱とそれに続く水冷とが行われる際、その熱処理が鋼板９の幅方向における中央部から両脇に広がりながら（図８（ａ）参照）、又は、熱処理部位が鋼板９の幅方向の一端側から他端側へ移行しながら（図８（ｂ）参照）、上記熱処理が鋼板９の長手方向に進むので、鋼板９の変形が少なくて済む。なお、上に凸の形は、図示した「∧」字形のような折線状に限られず、「∩」字形のような曲線状でも良い。また、鋼板９とソレノイドコイル状誘導子４８との対峙距離がコイルの上側部分では狭く下側部分では広いという誘導子４７の特徴を誘導子４８に兼備させると一層良い。

本発明の鋼板熱処理装置の他の実施形態（第４形態）について、その構成を、図面を引用して説明する。図９は、鋼板熱処理装置５０の機械部の概要構造を示し、（ａ）が正面図、（ｂ）が右側面図である。また、図１０は、距離センサ５５の配置を示し、（ａ）が正面図、（ｂ）が右側面図である。さらに、図１１は、熱処理部について、（ａ）が放水子４３と誘導子５２の平面図、（ｂ）が放水子４３と誘導子５２と放水部５３と水切部５４と誘導子３２と放水部３３の正面図、（ｃ）が放水部５３の一部断面の平面図である。また、図１２は、水切部５４の要部の断面図である。図１３は、電子制御装置４５のブロック図である。

この鋼板熱処理装置５０が上述した鋼板熱処理装置１０と相違する主な点は、水平面内調節機構３１と誘導子３２と放水部３３と距離センサ３４との組合せ機構（第１組）と同様に水平面内調節機構５１と誘導子５２と放水部５３と距離センサ５５とからなる組合せ機構（第２組）が上方に追加されたことである。この追加機構（第２組）には水切部５４が付いていることと、放水子４３が誘導子３２の上方から誘導子５２の上方に移設されたことも、相違点である。それに伴い電子制御装置４５も機能拡張されている。以下、相違点を詳述する。

水平面内調節機構５１は、誘導子５２と放水部５３と水切部５４とを水平移動させて位置と面内方位の調節を行えれば、水平面内調節機構３１と同じ構造でも異なる構造のものでも良い。
誘導子５２は、鋼板９と幅方向には全域に亘り長手方向には一部区間で対峙することにより通電時に鋼板９の急熱を行えるものであれば、誘導子３２と同じでも、誘導子４７，４８と同じでも、それらと異なっていても良い。誘導子５２への給電を担う高周波電源は、誘導子３２と共用しても良く、別個のものを追加設置しても良い。

放水部５３は、誘導子５２の下方に設けられて鋼板９と幅方向には全域に亘り長手方向には一部区間で対峙することにより放水時に鋼板９の急冷を行うようになっていれば基本的には良いが、鋼板９の変形を無理なく矯正する等の観点から、放水部３３と同じく区分体毎に放水量調整可能になっている（図１１（ｃ）参照）。
距離センサ５５は、誘導子５２に対して固定された状態で鋼板９の幅方向における２箇所に設けられ（図１０参照）、それぞれ誘導子５２と鋼板９との対峙距離を計測するようになっていれば、距離センサ３４と同じ構造でも異なる構造のものでも良い。

水切部５４は（図１１（ｂ），図１２）、傘状に下端部が広がっており、上端部を放水部５３の下端に連結させた状態で放水部５３の直下に付設されている。これには、水切部５４の上面上で自由にスライドするスライドシールが付設されている。スライドシールは、例えば、スライダ５４ａの先端にゴムシール５４ｂを装着させ、ゴムシール５４ｂと鋼板９との間隙９ａにフレキシブルチューブでエア（圧縮空気）を吹き込むようにしたものである。これにより、水切部５４と鋼板９とが触れ合って摩擦の生じるのが防止されるとともに、放水部５３から鋼板９に向けて噴霧された冷却水４６が鋼板９を伝って間隙９ａに浸入し更には誘導子３２での加熱部位へ落下するのも阻止される。放水部５３の冷却水４６は、水切部５４上面の排水口等から流出し、水切部５４の傾斜面上を流れて、外側へ排出されるようになっている（図１２の矢付き点線を参照）。

電子制御装置４５は（図１３参照）、もう一つの追従制御プログラムが追加インストールされて、距離センサ５５の距離データ（変位量の検出値）に基づいて水平面内調節機構５１を動作させることにより誘導子５２と鋼板９との対峙距離を一定に保つ追従制御も行うようになっている。また、曲り検出プログラムは例えば水平面内調節機構３１，５１の調整量の平均値を変形データ算出の基礎にすることで誤差を少なくし、捩れ検出プログラムは水平面内調節機構の調整量から鋼板９の長手方向の各部における局所的な捩れ量も算出して全体的な捩れ変形のデータに加味し、水量調節プログラムは放水量の調整を放水部３３と放水部５３に分担させ、通電制御プログラムは誘導子３２に加えて誘導子５２への通電も制御するようになっている。

この実施形態（第４形態）の鋼板熱処理装置５０について、その使用態様及び動作を説明する。基本的には鋼板熱処理装置１０のときと同様なので、ここでも相違点を中心に述べる。

鋼板熱処理装置５０では誘導子と放水部との組が上下二段に配置されているので、鋼板９を一往復させる度に熱処理が２回行われる。その熱処理は、１回目が誘導子５２と放水部５３によって遂行され、２回目が誘導子３２と放水部３３によって遂行されるが、何れも移動式の誘導加熱による急熱と水冷による急冷であり、結晶粒の微細化に寄与する。その際、誘導子５２の追従制御と誘導子３２の追従制御は独立に行われるので、何れも鋼板９との対峙距離が一定に保たれる。

もっとも、以前の熱処理等に起因して鋼板９に曲げ変形等が生じていると、計測箇所以外の部位では対峙距離が多少変化するが、そのようなところではスライダ５４ａが移動してゴムシール５４ｂと鋼板９との間隙９ａが一定に維持されるので、上段の放水部５３から冷却水４６が鋼板９を伝って間隙９ａに浸入することはなく、更にそこから真下へ冷却水４６が流れ落ちることもない。そして、誘導子５２と放水部５３による先行の熱処理ばかりか、誘導子３２と放水部３３による後続の熱処理も、適切に遂行される。

また、鋼板９の上昇時に計測等で得られた変形データに基づき、鋼板９の下降時には変形矯正のための水量調整が行われるが、鋼板熱処理装置５０の場合、水量調整が放水部３３と放水部５３とで分担して遂行されることから、調整能力が向上している。
さらに、放水子４３から鋼板９の幅方向の端への放水も、鋼板９の下端部の焼割れ防止等のため、やはり熱処理開始の直後だけ行われるが、鋼板熱処理装置５０の場合、誘導子５２による先行の急熱にだけ併用され、鋼板９の深部まで冷える間のない短時間後に行われるため焼割れの心配のない誘導子３２での急熱には併用されないので、誘導加熱と局所冷却との併用に起因して生じる不所望な変形が小さくて済む。
［その他］

本発明の一実施形態（第１形態）について、鋼板熱処理装置の機械部の概要構造を示し、（ａ）が正面図、（ｂ）〜（ｄ）が右側面図である。 支承部について、（ａ）が正面図、（ｂ）〜（ｄ）が右側面図である。 距離センサの配置を示し、（ａ）が正面図、（ｂ）が右側面図である。 熱処理部について、（ａ）が放水子と誘導子の平面図、（ｂ）が放水子と誘導子と放水部の正面図、（ｃ）が放水部の一部断面の平面図である。 電子制御装置のブロック図である。 水冷状態を示し、（ａ）が反り矯正時、（ｂ）が捩れ矯正時である。 本発明の他の実施形態（第２形態）について、誘導子の構造を示し、（ａ）が正面図、（ｂ）が一部断面の右側面図である。 本発明の他の実施形態（第３形態）について、（ａ），（ｂ）何れも誘導子の構造を示す正面図である。 本発明の他の実施形態（第４形態）について、鋼板熱処理装置の機械部の概要構造を示し、（ａ）が正面図、（ｂ）が右側面図である。 距離センサの配置を示し、（ａ）が正面図、（ｂ）が右側面図である。 熱処理部について、（ａ）が放水子と誘導子の平面図、（ｂ）が放水子と誘導子と放水部の正面図、（ｃ）が放水部の一部断面の平面図である。 水切部の要部の断面図である。 電子制御装置のブロック図である。

符号の説明

７…床面、８…床下、９…鋼板、
１０…鋼板熱処理装置、
１１…昇降モータ、１２…固定枠、１３…ボールネジ機構、
１４…枠体上部、１５…上端支承部材、１６…下端支承部材、
１７…枠体下部、１８…可動枠、２１，２２…距離センサ、
３１…水平面内調節機構、３２…誘導子、３３…放水部、３３ａ…区分体、
３３ｂ…給水具、３３ｃ…流量調整弁、３４…距離センサ、４３…放水子、
４４…給水具、４５…電子制御装置、４６…冷却水、４７，４８…誘導子、
５０…鋼板熱処理装置、
５１…水平面内調節機構、５２…誘導子、５３…放水部、５４…水切部、
５４ａ…スライダ、５４ｂ…ゴムシール、５４ｃ…チューブ、５５…距離センサ

Claims (8)

1. 鋼板に急熱とこれに続く急冷とを適用する熱処理を繰返し施して行う結晶粒微細化処理のために鋼板を長手方向に移動させながら該鋼板に誘導加熱とこれに続く急冷とを順次適用する鋼板熱処理装置において、前記鋼板の長手方向の両端に係合して前記鋼板をその長手方向を鉛直方向に配向させた状態で且つ曲り許容状態で保持する支承部材と、これを介して前記鋼板を長手方向に移動させる昇降機構と、前記鋼板を誘導加熱するための、該鋼板の幅方向には全域に亘り長手方向には一部区間に対峙するように配置された誘導子と該誘導子の下方で前記鋼板の幅方向には全域に亘り長手方向には一部区間に対峙するように配置された前記鋼板の急冷を行う放水部とが組みになった熱処理ユニットと、この熱処理ユニットを水平面内で移動させて位置と面内方位の調節を行う水平面内調節機構とを備えていることを特徴とする鋼板熱処理装置。
2. 前記誘導子と前記鋼板との対峙距離を計測する距離センサが前記誘導子に対して固定された状態で前記鋼板の幅方向における複数箇所に設置され、そのデータに基づいて前記水平面内調節機構を動作させることにより前記対峙距離を一定に保つ追従制御が行われることを特徴とする請求項１記載の鋼板熱処理装置。
3. 前記放水部がその長手方向に区分けされていて、その区分体の幾つかは放水量の調整が可能になっており、前記鋼板の変形状態を検知する変形検知手段が設けられ、その変形を矯正するよう前記放水部の放水量が調整されることを特徴とする請求項２記載の鋼板熱処理装置。
4. 前記変形検知手段として、前記水平面内調節機構での調節量に基づいて前記鋼板の変形状態を検知する手段と、前記支承部材の近傍に設けられてそれと共に移動する距離センサによって検出した前記鋼板の端部の変位量に基づいて前記鋼板の変形状態を検知する手段とのうち、何れか一方の手段または双方の手段が設けられていることを特徴とする請求項３記載の鋼板熱処理装置。
5. 前記誘導子が複数回巻かれた、前記鋼板を囲撓できる形状のソレノイドコイルであり、それと前記鋼板との対峙距離がコイル内の上側部分では狭く下側部分では広くなっている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載された鋼板熱処理装置。
6. 前記熱処理ユニットが前記鋼板の幅方向を、上方に凸側を向けた逆Ｖ字状に又は傾きをつけた直線状にカバーしていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載された鋼板熱処理装置。
7. 前記鋼板の幅方向の端部に放水する放水子が前記熱処理ユニットに固定された状態で前記誘導子の上方に設置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載された鋼板熱処理装置。
8. 前記熱処理ユニットが上下方向複数段設置され、最下段を除く各段の放水部には前記鋼板を伝う水の落下を阻止する水切部が付設され、最上段の誘導子の上方には前記鋼板の幅方向の端部に放水する放水子が最上段の熱処理ユニットに固定された状態で設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載された鋼板熱処理装置。

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