JP5906815B2 - 鋼板のバッチ式焼鈍方法およびバッチ式焼鈍炉 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1では、鋼板コイルに発生する欠陥を解決しようとする試みがなされている。具体的には、板厚の異なる2つの鋼板コイルを巻き戻して互いに溶接し、外側に厚いコイル、内側に薄いコイルがくるように巻き込んでひとつのコイルとしてから焼鈍を行なうことにより、鋼板コイルの外周側下部に発生する欠陥を低減させようとするものである。
また、特許文献2には、鋼板コイルの鋼板間の密着と巻き緩みを回避するため、空冷と水冷を組み合わせることによって、鋼板コイルを冷却する方法が開示されている。
また、特許文献3には、バッチ炉の構造をインナーカバー付の二重構造として冷却速度の温度条件を5.0〜15.0℃/Hrとすることにより、焼付き疵の発生を回避する方法が開示されている。
特許文献4および特許文献5にはいずれも、焼鈍炉において焼鈍中に発生する鋼板コイルの欠陥に対する対策が記載されている。特許文献4では、鋼板コイルのバックリング対策として、コイルの中央部空間に金属製リングを挿入して焼鈍を行なう方法が提案されている。特許文献5では、鋼板コイルの縦じわの発生を回避するため、インナーカバーの内側面に断熱材を張ることによって焼鈍中の炉内の温度分布を均一化する方法が提案されている。
また、特許文献2および3に記載された方法はいずれも、焼鈍の加熱処理後の冷却処理中に行なわれるものであり、加熱処理中の欠陥の発生については考慮が払われていない。
また、特許文献4および5に記載された方法はいずれも、有効な方法ではあるものの、結果として鋼板コイル全体に最適な温度分布が得られているか不明であり、従って、欠陥を完全に解消できるとは言い難かった。
そのメカニズムは以下のとおりである。
鋼板コイルの外周面は、インナーカバーの側面から熱放射による入熱があるため、鋼板コイル全体で最も高温となる。また、鋼板コイルの内周面は、インナーカバーの上面から熱放射による入熱および床ヒータからの入熱があるため、比較的高温となる。
その結果、鋼板コイル内にはその半径に沿って、コイル外周面側から内周面側に向かって大・小・中となる温度勾配が生じることになる。その結果、熱膨張するコイル外周面とコイル内周面に挟まれた領域、すなわちコイル内部には強い圧縮応力が作用するのである。
内面冷却の方法としては、現在二つの方法が考案されている。一つ目は冷却管内に冷却媒体を流通させて冷却管から熱を奪う輻射冷却である。二つ目は、冷却管の表面にあけた孔から冷却媒体を噴出させて冷却媒体で直接冷却する衝風冷却である。
いずれの方法でも鋼板コイル内周面の冷却効果があることが実験で確認されているが、特に衝風冷却方法はその効果が大きい。内面冷却を適用した結果、コイル外周面側から内周面側に向かって徐々に温度が低くなるように温度分布を制御することが可能になった。コイル内周面が常に低温となっているために、コイル内周面から圧縮応力は発生せず、コイル内部に発生する応力は低減された。
(1)噴出した冷却媒体が衝突する場所と衝突しない場所とで抜熱効果に差がある(すなわち、抜熱斑が発生する)こと、および
(2)冷却媒体はコイル内周面に衝突した後に速度が急激に低下すること
により、コイル内周面からの抜熱効率が低下することが判明した。
(i)コイル内周面に抜熱斑が発生する原因としては、コイル内周面に対し冷却媒体の均等な噴付けがなされていないことが考えられる。その原因は、冷却管の表面に複数設けた噴出孔が互いに間隔を有するためであるが、これは設計上避けることができない。
(ii)噴出孔の数をさらに増加させることも考えられるが、この場合、噴きつけは均一化できたとしても、噴出孔一つあたりの流量が減少して噴出速度が低下し、コイル内周面に冷却媒体を到達させることができなくなる。
(iii)そこで、図1(b)に示すように、冷却媒体をコイル内周面に沿って旋回させるようにすれば、コイル内周面上での冷却媒体の流速を均一化して抜熱斑の発生を回避し、かつ衝突による冷却媒体の急激な速度低下を防ぐことができると考えられる。
この発明は、上記の知見に立脚するものである。
1.鋼板をコイル状に巻いた鋼板コイルをバッチ式焼鈍炉に装入して焼鈍を行なう鋼板のバッチ式焼鈍方法において、上記鋼板コイルの焼鈍中に、上記鋼板コイルの中央部空間内に配置した冷却装置から冷却媒体を噴出させて該鋼板コイルの内周面を冷却する衝風冷却を行なうものとし、その際、上記冷却媒体を上記鋼板コイルの内周面に沿って旋回させることを特徴とする鋼板のバッチ式焼鈍方法。
上記冷却装置の冷却媒体の噴出角度に円周方向成分を持たせたことを特徴とするバッチ式焼鈍炉。
上記冷却装置の側壁に、冷却媒体の噴出後の進路を変更するための案内板を設けたことを特徴とするバッチ式焼鈍炉。
上記鋼板コイルの内周面に、冷却媒体の噴出後の進路を変更するための案内板を設けたことを特徴とするバッチ式焼鈍炉。
上記冷却装置の側壁に、冷却媒体の噴出後の進路を変更するための案内板を設けると共に、上記鋼板コイルの内周面にも、冷却媒体の噴出後の進路を変更するための案内板を設けたことを特徴とするバッチ式焼鈍炉。
(第1実施態様)
まず、本発明に係る鋼板のバッチ式焼鈍方法の第1実施態様について、図2を用いて説明する。図2(a)は、本発明に係る鋼板のバッチ式焼鈍方法の第1実施態様に従う冷却媒体の噴出要領を示す冷却装置の斜視図である。図2(b)は図2(a)のA−A断面図である。
図中、1は冷却管(冷却装置)、2は噴出孔、3は冷却媒体をそれぞれ示す。
さて本発明に係る鋼板のバッチ式焼鈍方法は、鋼板をコイル状に巻いた鋼板コイルをバッチ式焼鈍炉に装入して焼鈍を行なうに際し、鋼板コイル焼鈍中に、鋼板コイルの中央部空間内に配置した冷却管1から冷却媒体3を噴出させて鋼板コイルの内周面を冷却する衝風冷却を行なうものであるが、その際、冷却媒体3を鋼板コイルの内周面に沿って旋回させることを特徴とする。
具体的には、図2(b)に示したように、噴出孔2の噴出角度を、垂直軸に対して円周方向に所定角度θ1傾けることによって、冷却媒体3の噴出方向を調節する。
ここに、角度θ1は、好ましくは30〜85°、より好ましくは40〜80°である。
なお、この角度θ1は、必ずしも真横方向に設ける必要はなく、上下方向に幾分傾けても良い(好ましくは5〜30°)。
次に、本発明に係る鋼板のバッチ式焼鈍方法の第2実施態様について、図3を用いて説明する。図3は、本発明に係る鋼板のバッチ式焼鈍方法の第2実施態様に従う冷却媒体の噴出要領を示す冷却装置の横断面図である。
図中、4は第1案内板、5は鋼板コイルの内周面であり、図2と同一の構成は同一の符号を付して示す。
本発明に係る鋼板のバッチ式焼鈍方法の第2実施態様では、第1実施態様において前述した冷却媒体3の旋回を、冷却管1の側壁に設けた第1の案内板4によって行なう。
ここに、角度θ2は、好ましくは20〜70°、より好ましくは30〜60°である。
また、第1の案内板4は、図示したように、冷却管1から遠ざかるに従って徐々に角度θ2が大きくなるような形状とすることが好ましい。
なお、この場合も、角度θ2は必ずしも垂直面に対する角度とする必要はなく、垂直面から幾分傾いた面(好ましくは5〜30°)に対する角度としても良い。
さらに、本発明の第3実施態様について、図4を用いて説明する。図4(a)は、本発明の第3実施態様に従う冷却媒体の噴出要領を示す冷却装置の斜視図である。図4(b)は図4(a)のB−B断面図である。
図中、6は第2の案内板であり、図3と同一の構成は同一の符号を付して示す。
本発明の第3実施態様では、第1実施態様において前述した冷却媒体3の旋回を、鋼板コイルの内周面5に設けた第2の案内板6によって行なう。
またその際、第2の案内板6を、図示したように上下方向に対して所定角度θ4傾けて設置することにより、らせん状の流路を形成することが好ましい。それによって冷却媒体3をらせん状に移動させることができるため、冷却媒体3を鋼板コイルの内周面5に沿って有利に旋回させることができる。
なお、上記した角度θ3は、好ましくは20〜70°、より好ましくは30〜60°である。
また、上記した角度θ4は、好ましくは5〜60°、より好ましくは10〜20°である。
さらに、第2の案内板6は、図示したように、冷却管1から遠ざかるに従って徐々に角度θ3が大きくなるような形状とすることが好ましいことは、第1の案内板4について前述したところと同様である。
また、第2の案内板6は、図示したように、上方に向かって徐々に角度θ4が小さくなるように設置することが好ましい。
図5に本実施例における解析に用いたバッチ式焼鈍用の衝風冷却モデルを示す。コイル台7の上に鋼板コイル8を乗せ、コイル上部内巻に断熱材からなる蓋9を乗せる。コイル8の中心には衝風冷却用の冷却管1が設置してある。
コイル8の高さは1.0 m、外周直径は2.2 m、内周直径は0.6 mとした。冷却管1の高さは1.4 m、外周直径は0.4 mとした。
冷却管1の表面には直径20 mm の噴出孔2を計72個等間隔で千鳥配置した。冷却媒体として空気を使用し、冷却管1からの噴出量は孔一個当たり0.008 m3/sとした。この場合、冷却媒体の噴出速度はおよそ13 m/s となる。
初期温度は炉全体に1200℃を与えた。計算の簡略化と比較を容易にするために構成部材のコイル内周面5以外は断熱とした。
計算は以下の2つの場合について行なった。
[比較例]冷却媒体を垂直にコイル内周面に向かって噴出させる場合。
[発明例]冷却媒体の噴出角度を垂直軸に対して所定角度θ1:45°傾けて冷却媒体をコイル内周面に沿って旋回させる場合。
図6に発明例の流速分布を示す。
発明例では、コイル内周面に沿って約3 m/sの流速の旋回流れが形成されていることがわかる。
また、図7にコイル内周面から半径方向10 mm の深さに位置するコイル8内部の点Pの温度変化を示す。発明例は、比較例に比べて発明例は冷却速度が速いことから、旋回流れにより冷却効率が高まったことがわかる。
図8に比較例と発明例の内周面の熱流束を示す。
垂直噴出方式とした比較例では、斑点状に温度分布が生じている。それに対し、旋回方式とした発明例では、コイル内周面が均一に冷却されていることがわかる。
以上の実施例により、本発明に従う鋼板のバッチ式焼鈍方法によれば、焼鈍中に行なう衝風冷却による鋼板コイル内周面の冷却効率を確実に高めることができることが確認された。
なお、実施例では主に第1の実施の態様を行なった場合について主に説明したが、第2の実施の態様、第3の実施の態様、さらにはこれらを併用した場合も、同様の結果が得られることが確認されている。
2 噴出孔
3 冷却媒体
4 第1の案内板
5 鋼板コイルの内周面
6 第2の案内板
7 コイル台
8 鋼板コイル
Claims (8)
- 鋼板をコイル状に巻いた鋼板コイルをバッチ式焼鈍炉に装入して焼鈍を行なう鋼板のバッチ式焼鈍方法において、上記鋼板コイルの焼鈍中に、上記鋼板コイルの中央部空間内に配置した冷却装置から冷却媒体を噴出させて該鋼板コイルの内周面を冷却する衝風冷却を行なうものとし、その際、上記冷却媒体を上記鋼板コイルの内周面に沿って旋回させることを特徴とする鋼板のバッチ式焼鈍方法。
- 前記冷却媒体の旋回を、前記冷却媒体の噴出角度を調節することによって行なうことを特徴とする請求項1に記載の鋼板のバッチ式焼鈍方法。
- 前記冷却媒体の旋回を、前記冷却装置の側壁に設けた案内板によって行なうことを特徴とする請求項1または2に記載の鋼板のバッチ式焼鈍方法。
- 前記冷却媒体の旋回を、前記鋼板コイルの内周面に設けた案内板によって行なうことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の鋼板のバッチ式焼鈍方法。
- 鋼板をコイル状に巻いた鋼板コイルの焼鈍を行なうバッチ式焼鈍炉において、鋼板コイルの中央部空間に、冷却媒体を噴出させる衝風冷却用の冷却装置をそなえ、
上記冷却装置の冷却媒体の噴出角度に円周方向成分を持たせたことを特徴とするバッチ式焼鈍炉。 - 鋼板をコイル状に巻いた鋼板コイルの焼鈍を行なうバッチ式焼鈍炉において、鋼板コイルの中央部空間に、冷却媒体を噴出させる衝風冷却用の冷却装置をそなえ、
上記冷却装置の側壁に、冷却媒体の噴出後の進路を変更し、上記冷却媒体を上記鋼板コイルの内周面に沿って旋回させるための案内板を設けたことを特徴とするバッチ式焼鈍炉。 - 鋼板をコイル状に巻いた鋼板コイルの焼鈍を行なうバッチ式焼鈍炉において、鋼板コイルの中央部空間に、冷却媒体を噴出させる衝風冷却用の冷却装置をそなえ、
上記鋼板コイルの内周面に、冷却媒体の噴出後の進路を変更し、上記冷却媒体を上記鋼板コイルの内周面に沿って旋回させるための案内板を設けたことを特徴とするバッチ式焼鈍炉。 - 鋼板をコイル状に巻いた鋼板コイルの焼鈍を行なうバッチ式焼鈍炉において、鋼板コイルの中央部空間に、冷却媒体を噴出させる衝風冷却用の冷却装置をそなえ、
上記冷却装置の側壁に、冷却媒体の噴出後の進路を変更し、上記冷却媒体を上記鋼板コイルの内周面に沿って旋回させるための案内板を設けると共に、上記鋼板コイルの内周面にも、冷却媒体の噴出後の進路を変更し、上記冷却媒体を上記鋼板コイルの内周面に沿って旋回させるための案内板を設けたことを特徴とするバッチ式焼鈍炉。
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