JP2012219295A - 方向性電磁鋼板の仕上焼鈍用インナーケースと仕上焼鈍方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バッチ式箱型焼鈍炉で方向性電磁鋼板の素材コイルを仕上焼鈍する際、アップエンドに載置したコイルに被せるインナーケースにおいて、インナーケース上面中心部にコイルの内周面と対向する外管と、その内側に内管を配設した2重管構造の円筒状凹部を有し、好ましくは、上記円筒状凹部の外管の外径がコイル内径の0.3倍以上、かつ上記外管とコイル内周面との間の距離が50mm以上であり、円筒状凹部の内管の内側断面積が、円筒状凹部の内側断面積の0.3〜0.7倍である仕上焼鈍用インナーケース。
【選択図】図1
Description
また、特許文献2には、移動炉床式連続熱処理において、冷却過程の所定温度区間において、被熱処理品に断熱カバーを被せることで、被熱処理品内の冷却むらを抑制し、耳歪(耳伸び)を防止する技術が開示されている。
また、特許文献3には、インナーケースの上部に円筒状の凹部を設けることによって、加熱過程および冷却過程で発生するコイル内温度の不均一を改善し、形状不良や磁気特性の劣化を抑制する技術が開示されている。
方向性電磁鋼板の仕上焼鈍に用いるバッチ式の箱型焼鈍炉には、一般に、燃焼ガスを噴き出すバーナー式の加熱炉が採用されている。そして、このバーナーによって、炉床上に載置したインナーケース内に載置されたコイルが、所定の均熱温度まで加熱され(加熱過程)、その均熱温度に所定の時間保持され(均熱過程)る。上記加熱、均熱過程終了後のコイルは、その後、上記加熱炉の上方に設けられた冷却ノズルからインナーカバーの上面に噴出される冷却ガスによって、所定の温度に到達するまで冷却(冷却過程)される。
上記仕上焼鈍においては、一般に、インナーケース内のコイル半径方向の所定位置を温度管理ポイントと設定し、そのポイントの測温値と、予定の焼鈍サイクルと対比することで、バーナーから噴き出す燃焼ガスの燃焼制御が行われている。この燃焼ガスは、焼鈍炉(加熱炉)の炉内雰囲気となっている。
一方、インナーケース内の雰囲気は、鋼板の酸化を抑制すると共に、好ましい二次再結晶等を起こさせるため、上記炉内雰囲気とは別の還元性雰囲気に制御・保持されている。
先述したように、均熱過程後の冷却過程では、加熱バーナーを消火後、加熱炉上部の冷却ノズルからインナーケース上部に冷却用ガスを吹き付けてコイルを冷却している。そのため、この冷却過程では、まず、インナーケースの温度が低下し、次いで、コイル外周面側、コイル上側面側、コイル内周面側の順に温度が降下し、その後、熱伝導によってコイル中巻部およびコイル下方側(下側面)の降温が進む。その結果、コイル半径方向における温度分布は、図5に示すように、コイル中巻部が最も高く、次いでコイル内周面側で、コイル外周面側が最も低いという温度分布となる。このようなコイル半径方向の温度分布となると、コイル中巻部の熱収縮量より、コイル外周面側の熱収縮量の方が大きくなるため、コイル中巻部の鋼板にはコイル半径方向に大きな圧縮応力が発生する。
以下、具体的に説明する。
これに対して、特許文献3のインナーケースを用いた仕上焼鈍における加熱過程では、図7示すように、コイル内周面はインナーケースの円筒状凹部からの輻射熱によって、加熱される。すなわち、特許文献3のインナーケースでは、コイル内周面のA点は、図7に示すインナーケースの円筒状凹部(外管)のD〜D´の部分からの輻射熱によって加熱される。そして、このD〜D´の部分の加熱は、焼鈍炉内壁のE〜E´の部分からF〜F´の部分を介して行われるため、実質F〜F´の部分の輻射熱によって加熱されることになる。このF〜F´の部分は、図6に示したB〜B´部分より狭い。そのため、加熱炉の内壁温度が同じである場合には、図6に示す従来のインナーケースよりも、図7に示す特許文献3のインナーケースの方がコイル内周面の温度は上昇し難くなる。さらに、本発明のインナーケースでは、円筒状凹部が外管と内管からなる2重管構造であるので、加熱炉内壁の輻射熱は、円筒状凹部内管、外管、コイル内周面の順に伝わるため、コイル内周面の加熱はさらに緩やかになる。その結果、加熱過程においては、コイル内周面側と中巻部との温度差が低減され、熱膨張量の差も小さくなるため、コイル内周面側に生じるコイル半径方向の圧縮応力が低減される。
というのは、コイル内周面を冷却する能力は、円筒状凹部の温度が同じ場合、コイル内周面の面積と、外管の面積の比、したがって、コイルの内径D1に対する円筒状凹部外管の外径D2と比(D2/D1)で決定されるからである。すなわち、図9に示すように、(D2/D1)が大きいほど、コイル内周面のP点からの輻射熱が、円筒状凹部外管に流れる範囲が広くなるので、コイル内周面からの輻射熱を効率よく吸収できる。しかし、(D2/D1)が0.3未満では、コイル内周面から放散される輻射熱のうち、円筒状凹部の外管表面が受ける輻射熱の割合は19%未満となり、コイル内周面の冷却効率が著しく低下する。よって、(D2/D1)は0.3以上が好ましい。
また、円筒状凹部外管とコイル内周面との間の距離が50mm未満では、インナーケースをコイルに被せる際、円筒状凹部がコイルと接触を起こして破損するおそれがある。
というのは、円筒状凹部内管の内側断面積が、円筒状凹部の内側断面積の0.3倍未満では、内管を通る冷却ガスの流量が少なくなり、円筒状凹部の外管を十分に冷却できないため、冷却効率が低下してしまう。一方、円筒状凹部の内管の内側断面積が、円筒状凹部の内側断面積の0.7倍より大きくなると、内管と外管との間の流路面積が小さくなり、やはり冷却ガスの流量が減少して、円筒状凹部の外管を十分に冷却できなくなるからである。
また、上記仕上焼鈍では、図1に示した2重管構造の円筒状凹部を有するインナーケース(発明例)と、図2に示した従来のインナーケース(比較例)の2種類のインナーケースを用いた。
また、コイル外周部、中巻部および内周部の切り板からサンプルを採取し、エプスタイン試験で鉄損W17/50を測定してコイル長さ方向の鉄損分布を求め、鉄損の最良部と最劣部の鉄損差を求めた。
これに対して、本発明に係るインナーケースを用いた発明例では、加熱過程におけるコイル内周面側の温度上昇が抑制され、一方、冷却過程におけるコイル内周面側が急速に冷却される結果、コイル内に発生する圧縮応力が解消あるいは軽減され、その結果、コイル内の温度分布に起因する形状不良部の長さが15mとなり、鉄損のコイル内変動もほぼ無くすことができた。
2:コイル置台
3:インナーケース(インナーカバー)
4:焼鈍炉の加熱炉
5:バーナー
6:冷却ノズル
7:冷却ガス
8:円筒状凹部(外管)
9:円筒状凹部内管)
10:遮蔽板
D1:コイル内径
D2:円筒状凹部の外管径
Claims (5)
- バッチ式箱型焼鈍炉で方向性電磁鋼板の素材コイルを仕上焼鈍する際、アップエンドに載置したコイルに被せるインナーケースにおいて、インナーケース上面中心部にコイルの内周面と対向する外管と、その内側に内管を配設した2重管構造の円筒状凹部を有することを特徴とする仕上焼鈍用インナーケース。
- 上記円筒状凹部の外管の外径がコイル内径の0.3倍以上、かつ上記外管とコイル内周面との間の距離が50mm以上であることを特徴とする請求項1に記載の仕上焼鈍用インナーケース。
- 上記円筒状凹部の内管の内側断面積が、円筒状凹部の内側断面積の0.3〜0.7倍であることを特徴とする請求項1または2に記載の仕上焼鈍用インナーケース。
- 上記円筒状凹部の内管の上端に、円筒状凹部の内径以上の遮蔽板を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の仕上焼鈍用インナーケース。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のインナーケースを用いて仕上焼鈍することを特徴とする方向性電磁鋼板の仕上焼鈍方法。
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