JP4833922B2 - 鋼帯の連続誘導加熱炉およびそれを用いた鋼帯の連続熱処理方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献3には、誘導加熱コイルの内側に非導電性の構造材料を用いて形成された炉殻を設置し、当該炉殻の内側に断熱材を設置し、当該断熱材の内側に被加熱物が配置される誘導加熱炉の炉壁構造が開示されている。
そこで、本発明は、上記の課題を有利に解決して、H2を含む高温の雰囲気中でも安定して誘導加熱することのできる、鋼帯の連続誘導加熱炉およびそれを用いた鋼帯の連続熱処理方法を提供することを目的とするものである。
(1)被加熱物である鋼板の周囲の雰囲気と誘導加熱コイルの周囲の雰囲気を遮断する機能、(2)誘導加熱コイルと鋼板の間の放電を防止する機能、(3)鋼板及び鋼板周囲の雰囲気から誘導加熱コイルへの熱伝導を抑制する機能
に分離して検討すべきことを着想するに至った。これらの機能について、さらに詳細な検討を進めた結果、(1)、(2)の機能を誘導加熱コイルの内側に設置する炉殻に保持させるととともに、(3)の機能を炉殻の内側の断熱材に保持させることにより、上記の課題を解決できることを見出した。
本発明は、以上の知見に基づき、さらに検討を進めて初めて成されたものであり、その要旨は以下のとおりである。
[1] 誘導加熱コイルの内側に雰囲気ガスシール殻を有し、雰囲気制御された該雰囲気ガスシール殻内で被加熱材である鋼帯を連続的に搬送しながら加熱する鋼帯の連続誘導加熱炉であって、前記雰囲気ガスシール殻は、体積抵抗率106MΩcm以上の絶縁性構造材料からなり、誘導加熱コイルと鋼帯との電位差の所定値をβkVとするとき、誘導加熱コイルの内面との離間距離α(mm)が0<α/β≦10を満たす位置に配設され、さらに、該雰囲気ガスシール殻の内側に体積抵抗率102MΩcm以上の絶縁性断熱材が配設されていることを特徴とする、鋼帯の連続誘導加熱炉。
[2] 前記雰囲気ガスシール殻の内側に吊具懸架溝が配設され、該吊具懸架溝に、体積抵抗率102MΩcm以上の紐状絶縁材が連結された体積抵抗率102MΩcm以上の絶縁性フックが懸架され、該紐状絶縁材により前記絶縁性断熱材が締着されていることを特徴とする、上記[1]に記載の鋼帯の連続誘導加熱炉。
[3] 前記絶縁性断熱材の内側に、鋼帯による絶縁性断熱材の損傷を防止する、体積抵抗率102MΩcm以上の絶縁性プロテクタが配設されていることを特徴とする、上記[1]または[2]に記載の鋼帯の連続誘導加熱炉。
[5] 前記雰囲気ガス温度を750℃以上とすることを特徴とする、上記[4]に記載の鋼帯の連続熱処理方法。
[6] 前記鋼帯が、Si≦4.5質量%を含有する冷間圧延された方向性電磁鋼板であることを特徴とする、上記[4]または[5]に記載の鋼帯の連続熱処理方法。
[7] 前記鋼帯が、Cr≦18質量%を含有する冷間圧延されたフェライト系ステンレス鋼板またはマルテンサイト系ステンレス鋼板であることを特徴とする、上記[4]または[5]に記載の鋼帯の連続熱処理方法。
まず、[1]に記載の本発明は、誘導加熱コイルの内側に雰囲気ガスシール殻を有し、雰囲気制御された該雰囲気ガスシール殻内で被加熱材である鋼帯を連続的に搬送しながら加熱する鋼帯の連続誘導加熱炉であって、前記雰囲気ガスシール殻は、体積抵抗率106MΩcm以上の絶縁性構造材料からなり、誘導加熱コイルと鋼帯との電位差の所定値をβkVとするとき、誘導加熱コイルの内面との離間距離α(mm)が0<α/β≦10を満たす位置に配設され、さらに、該雰囲気ガスシール殻の内側に体積抵抗率102MΩcm以上の絶縁性断熱材が配設されていることを特徴とする。
鋼帯1を高周波誘導加熱するための誘導加熱コイル2は、鋼帯1を取り囲むように設置されている。誘導加熱コイル2には、誘導加熱用電源装置(記載せず)から所定の電力が投入され、これにより鋼帯1が誘導加熱される。
雰囲気ガスシール殻3を形成する材料としては、雰囲気の遮断と絶縁性を兼ね備えたものが必要であり、特に、絶縁性を確保するため、体積抵抗率106MΩcm以上の絶縁性構造材料からなるものとする。絶縁性構造材料の体積抵抗率が106MΩcm未満では、誘電加熱コイルとの間の放電を回避できなくなるため、絶縁性構造材料の体積抵抗率は106MΩcm以上とする必要がある。具体的な絶縁性構造材料としては、無機系のSiO2、Al2O3、CaOを主成分とするものが、絶縁性と耐火性の点で好ましい。また、炉殻の構成の強度確保の観点から、上記主成分からなる素材をガラス繊維にしたのち織物とし、ポリイミドを含む溶液を含浸させ、熱間プレスで高圧成形して、高圧熱間成形後の比重を1.8以上としたものが好ましい。この比重が1.8未満では、絶縁性、強度は満たすものの、雰囲気を遮断するのに十分なシール性が得られるとは言い難いからである。
次に、[2]に記載の本発明は、前記雰囲気ガスシール殻の内側に吊具懸架溝が配設され、該吊具懸架溝に、体積抵抗率102MΩcm以上の紐状絶縁材が連結された体積抵抗率102MΩcm以上の絶縁性フックが懸架され、該紐状絶縁材により前記絶縁性断熱材が締着されていることを特徴とする。
次に[3]に記載の本発明は、前記絶縁性断熱材の内側に、鋼帯1による絶縁性断熱材4の損傷を防止する、体積抵抗率102MΩcm以上の絶縁性プロテクタ5が配設されていることを特徴とする。
次に[7]に記載の本発明は、前記鋼帯が、Cr≦18質量%を含有する冷間圧延されたフェライト系ステンレス鋼板またはマルテンサイト系ステンレス鋼板であることを特徴とする。
また、本発明が処理対象とするCr≦18質量%を含有するマルテンサイト系ステンレス鋼板としては、JIS G 4305のSUS410やSUS420J1等の規格鋼種や、特開平07−268561号公報、特開平08−199310号公報等で開示されているマルテンサイト系ステンレス鋼板のような成分系のものであればよく、本発明でその成分系を特に限定するものではない。
本発明により、放電起因欠陥を有利に回避して、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼板の冷延板の光輝焼鈍等の熱処理を施すことができるようになった。なお、本発明が処理対象とする鋼帯としては、ここで例示した方向性電磁鋼板の冷間圧延鋼帯やフェライト系ステンレス鋼板またはマルテンサイト系ステンレス鋼板の冷間圧延鋼帯に限定されることなく、キュリー点を有する鋼帯について全て有効である。
被加熱物である鋼帯1と誘導加熱コイル2の間の雰囲気ガスシール殻3は、SiO2:65質量%、Al2O3:10質量%、CaO:15質量%を主成分とし、ガラス繊維にしたものを織物とし、ポリイミドを含む溶液を含浸し、重ねあわせたものを熱間プレスで成形したものであり、成形後の嵩比重は2.0、厚みは10mmであった。また、雰囲気ガスシール殻の体積抵抗率は107MΩcm、コイルへの印加電圧は15kVであった。
雰囲気ガスシール殻3の外側と誘導加熱コイル2の内側との距離αは15mmとした。絶縁性断熱材4は、Al2O3:70質量%、SiO2:30質量%を主成分とし、繊維としたもので、嵩比重は0.2、厚みは60mmであった。また、絶縁性断熱材の体積抵抗率は103MΩcmであった。また、雰囲気ガスシール殻3の外側は、空気層であった。
また、絶縁性断熱材の固定用の紐状絶縁体13及び絶縁性フック12は、いずれもAl2O3:60質量%、SiO2:40質量%を主成分とし、繊維にしたものから作られている。また、紐状絶縁体の体積抵抗率は103MΩcm、絶縁性フックの体積抵抗は103MΩcmであった。
また、鋼帯1の周辺の雰囲気ガスの組成は、H2:75vol%(ドライガス換算)、露点65℃、残部不活性ガスであり、雰囲気ガスの温度は、850℃であった。
また、被加熱物は、Si:3.3質量%、C:0.06質量%、酸可溶性Al:0.028質量%、N:0.008質量%、Mn:0.1質量%、S:0.008質量%、Cr:0.1質量%、P:0.03質量%を含有するスラブを1150℃の温度で加熱した後、2.3mm厚に熱間圧延して鋼帯コイルとし、その後、焼鈍温度1120℃および920℃の二段焼鈍を施し、さらに、板厚0.22mmまで冷間圧延した鋼板である。
このような条件で、鋼板を通板し、誘導加熱コイルに鋼板1に対する電位15kVで加圧し(α/β=1)、鋼板の炉入口の目標温度は、500℃、出側の目標温度は720℃であった。
鋼板と誘導加熱コイルとの間に放電は起こらず、入側の鋼板の温度502℃、出側の鋼板の温度723℃を得た。
鋼帯1の周辺の雰囲気ガスの組成は、H2:100vol%(ドライガス換算)、露点−60℃であり、雰囲気ガスの温度は、950℃であった。
また、被加熱物は、C:0.005質量%、Si:0.1質量%、Mn:0.1質量%、Cr:15質量%、P:0.02質量%、S:0.01質量%、N:0.01質量%を含有するスラブを1200℃の温度で加熱した後、5.0mm厚に熱間圧延して鋼帯コイルとし、その後、焼鈍温度900℃の焼鈍を施し、さらに、板厚2mmまで冷間圧延した鋼板である。このような条件で、鋼板を通板し、誘導加熱コイルに鋼板1に対する電位10kVで加圧し(α/β=1.5)、鋼板の炉入口の目標温度は、530℃、出側の目標温度は800℃とした。鋼板と誘導加熱コイルとの間に放電は起こらず、入側の鋼板の温度535℃、出側の鋼板の温度801℃を得た。
被加熱物は、Si:3.3質量%、C:0.06質量%、酸可溶性Al:0.028質量%、N:0.008質量%、Mn:0.1質量%、S:0.008質量%、Cr:0.1質量%、P:0.03質量%を含有するスラブを1150℃の温度で加熱した後、2.3mm厚に熱間圧延して鋼帯コイルとし、その後、焼鈍温度1120℃および920℃の二段焼鈍を施し、さらに、板厚0.22mmまで冷間圧延した鋼板である。
また、鋼帯1の周辺の雰囲気ガスの組成は、H2:75vol%(ドライガス換算)、露点65℃、残部不活性ガスであり、雰囲気ガスの温度は、850℃であった。
このような条件で、鋼板を通板し、誘導加熱コイルに鋼板1に対する電位15kVで加圧し、鋼板の炉入口の目標温度は、500℃、出側の目標温度は720℃であった。
本発明であるNo.1では、放電は全く起こらず、また、出側板温は到達目標を達成した。
また、比較例であるNo.3(誘導加熱コイルから雰囲気ガスシール殻までの距離300mm)では、放電は発生しなかったが、必要な鋼板の加熱を得ることができなかった。
更に、比較例であるNo.11(雰囲気シール殻の体積抵抗率が低い)では、コイルと鋼板の間に放電が発生し、電源地絡を招き、鋼板の加熱に至らなかった。
加えて、比較例であるNo.12、13(断熱材・プロテクタの体積抵抗率が低い)では、断熱材・プロテクタと鋼板が接触したとき、断熱材・プロテクタと鋼板の間に放電が発生し、電源地絡にはならなかったものの、鋼板の到達板温がやや低めになるとともに、鋼板に放電痕が認められた。
2 誘導加熱コイル
3 雰囲気ガスシール殻
4 絶縁性断熱材
5 絶縁性プロテクタ
11 吊具懸架溝
12 絶縁性フック
13 断熱材固定用紐状絶縁材
Claims (7)
- 誘導加熱コイルの内側に雰囲気ガスシール殻を有し、雰囲気制御された該雰囲気ガスシール殻内で被加熱材である鋼帯を連続的に搬送しながら加熱する鋼帯の連続誘導加熱炉であって、前記雰囲気ガスシール殻は、体積抵抗率106MΩcm以上の絶縁性構造材料からなり、誘導加熱コイルと鋼帯との電位差の所定値をβkVとするとき、誘導加熱コイルの内面との離間距離α(mm)が0<α/β≦10を満たす位置に配設され、
さらに、該雰囲気ガスシール殻の内側に体積抵抗率102MΩcm以上の絶縁性断熱材が配設されていることを特徴とする、鋼帯の連続誘導加熱炉。 - 前記雰囲気ガスシール殻の内側に吊具懸架溝が配設され、該吊具懸架溝に、体積抵抗率102MΩcm以上の紐状絶縁材が連結された体積抵抗率102MΩcm以上の絶縁性フックが懸架され、該紐状絶縁材により前記絶縁性断熱材が締着されていることを特徴とする、請求項1に記載の鋼帯の連続誘導加熱炉。
- 前記絶縁性断熱材の内側に、鋼帯による絶縁性断熱材の損傷を防止する、体積抵抗率102MΩcm以上の絶縁性プロテクタが配設されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の鋼帯の連続誘導加熱炉。
- 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の鋼帯の連続誘導加熱炉を用いた鋼帯の連続熱処理方法であって、前記雰囲気ガスシール殻内を、H2を1vol%(ドライガス換算)以上含む500℃以上の高温の雰囲気に制御し、誘導加熱コイルに通電するコイル電流の鋼帯に対する電位を5kV以上とすることを特徴とする、鋼帯の連続熱処理方法。
- 前記雰囲気ガス温度を750℃以上とすることを特徴とする、請求項4に記載の鋼帯の連続熱処理方法。
- 前記鋼帯が、Si≦4.5質量%を含有する冷間圧延された方向性電磁鋼板であることを特徴とする、請求項4または5に記載の鋼帯の連続熱処理方法。
- 前記鋼帯が、Cr≦18質量%を含有する冷間圧延されたフェライト系ステンレス鋼板またはマルテンサイト系ステンレス鋼板であることを特徴とする、請求項4または5に記載の鋼帯の連続熱処理方法。
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