JP5906816B2 - Metal strip coil annealing method and annealing furnace - Google Patents
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Description
本発明は、金属帯コイルの焼鈍方法および焼鈍炉に関し、特に、金属帯コイル内周面への輻射熱を適切に遮断して金属帯コイル内の温度分布を適正化することにより、種々の形状不良および擦り傷の発生を防止しようとするものである。 The present invention relates to a method for annealing a metal band coil and an annealing furnace, and in particular, various shape defects by appropriately blocking the radiant heat to the inner peripheral surface of the metal band coil and optimizing the temperature distribution in the metal band coil. It is intended to prevent the occurrence of scratches.
従来、素材メーカーにおいては、鋼板などの金属帯に対し比較的長時間の熱処理を行なう際には、コイル状態での熱処理が一般的に行なわれている。
この方法は、金属帯をそのままの状態で熱処理する連続焼鈍に比べ、全体の厚みがより大きくなるコイル状態で焼鈍するため、内部に熱が浸透するまでに比較的長い時間を要する。そのため、必然的にコイル全体の温度が不均一となり、熱応力が発生する。
この熱応力はコイル端部の形状不良や幅方向中心の腹伸びなど様々な形状不良の原因となる。また、コイル半径方向の圧縮荷重により、金属帯が擦れて擦り傷が発生することもある。特に、高温での熱処理では上記したような問題が生じやすい。
Conventionally, in a material manufacturer, when a heat treatment for a relatively long time is performed on a metal strip such as a steel plate, the heat treatment in a coil state is generally performed.
In this method, since annealing is performed in a coil state in which the overall thickness is larger than in the continuous annealing in which the metal strip is heat-treated as it is, it takes a relatively long time for the heat to penetrate inside. Therefore, the temperature of the entire coil inevitably becomes non-uniform, and thermal stress is generated.
This thermal stress causes various shape defects such as a shape defect at the coil end and an abdominal stretch at the center in the width direction. Further, the metal strip may be rubbed and a scratch may be generated due to the compressive load in the coil radial direction. In particular, the above-described problems are likely to occur in a heat treatment at a high temperature.
金属帯コイルで特に上記問題が生じやすい箇所としては、コイルの炉床側と内周面が挙げられる。
まず、コイル炉床側では、自重が作用して端部が波打った形状となる。そのメカニズムは、以下のとおりである。
(1)加熱処理時はインナーカバーからの輻射熱を最も受けやすいコイルの外巻が、最も温度上昇が速く、従って、熱膨張するタイミングも最も早い。
(2)コイルは張力をかけてきつく巻き取っているため、帯同士の摩擦が働き、熱膨張した外巻につられて中巻、内巻が持ち上がる。すなわち、図1に示すように、コイル1は、図1(a)に示す状態から、図1(b)に示すような中巻、内巻が炉床2から持ち上がった状態になる。
(3)つまり、外巻がコイル全体を持ち上げることで、自重が炉床側外巻部に集中し形状不良となる。
Examples of locations where the above-mentioned problems are likely to occur in the metal strip coil include the hearth side and the inner peripheral surface of the coil.
First, on the coil hearth side, its own weight acts to form a waved end. The mechanism is as follows.
(1) During the heat treatment, the outer winding of the coil that is most susceptible to radiant heat from the inner cover has the fastest temperature rise, and therefore the earliest timing for thermal expansion.
(2) Since the coil is wound tightly under tension, the friction between the bands works, and the intermediate winding and the inner winding are lifted by the thermally expanded outer winding. That is, as shown in FIG. 1, the
(3) That is, when the outer winding lifts the entire coil, its own weight is concentrated on the hearth side outer winding portion, resulting in a defective shape.
次に、コイル内周面では、コイル周方向に非常に強い応力が発生し、場合によってはコイル中心部に向かって座屈が生じる。そのメカニズムは以下のとおりである。
(i)コイルの半径方向の温度分布について検討すると、コイル内周面はインナーカバー上面からの輻射熱を受けるため、コイル内巻の温度上昇はコイル外巻ほどではないが比較的速い。それに対して、コイル中巻きは輻射熱を受けないため、温度上昇は最も遅い。
(ii)従って、コイル中巻きは熱膨張するタイミングが最も遅くなる。
(iii)そのため、コイル内巻が熱膨張しようとしても、コイル中巻はまだ熱膨張していないため、コイル内巻の膨張を妨げることとなる。
(iv)かようにして、コイル半径方向に膨張できないコイル内巻には、コイル円周方向に非常に強い応力が発生し、場合によってはコイル中心部に向かって座屈するのである。
Next, on the inner circumferential surface of the coil, very strong stress is generated in the circumferential direction of the coil, and in some cases, buckling occurs toward the center of the coil. The mechanism is as follows.
(I) Examining the temperature distribution in the radial direction of the coil, the inner peripheral surface of the coil receives radiant heat from the upper surface of the inner cover, and therefore the temperature rise of the inner coil is not as high as that of the outer coil. On the other hand, the temperature rise is the slowest because the coil winding is not subjected to radiant heat.
(Ii) Therefore, the timing of the thermal expansion of the coil winding is the slowest.
(Iii) For this reason, even if the inner winding of the coil is to be thermally expanded, the inner winding of the coil has not yet been thermally expanded, which hinders the expansion of the inner winding of the coil.
(Iv) Thus, a very strong stress is generated in the coil circumferential direction in the coil inner volume that cannot expand in the coil radial direction, and in some cases, the coil is buckled toward the center of the coil.
以上のような欠陥を防止するためには、コイル内の温度分布を制御する方法が有効であると考えられる。
そのような方法として、例えば、特許文献1には、焼鈍炉の側壁に沿って高さ方向に複数設置したバーナーの出力を制御することにより、インナーカバーの高さ方向の温度分布を調整してインナーカバーからの輻射熱のバランスをとり、それによりコイルの高さ方向の温度分布を制御する技術が開示されている。
In order to prevent the above defects, it is considered that a method for controlling the temperature distribution in the coil is effective.
As such a method, for example, in
上述した特許文献1に開示されているバーナー出力制御を用いれば、炉頂側のバーナー出力を低下させることにより、コイル内巻の温度上昇を抑えることが期待される。というのは、コイル内周面と輻射熱のやり取りをするのは、幾何学的にインナーカバー上面だけであるため、インナーカバー上面の温度を低下させることができれば、コイル内巻の温度上昇を抑制できるからである。
しかしながら、上述したようなバーナー出力制御では、インナーカバー上面の温度を低下させることは実質的に不可能であった。
すなわち、コイル焼鈍炉は加熱効率の観点から内部空間が狭い設計となっていることが多く、そのため、雰囲気ガスが速やかに拡散、混合するため、インナーカバー内に十分な温度勾配が生じにくい。また、内部空間が広い設計とした場合は、炉温の上昇に時間がかかるため生産効率の低下を招く。
If the burner output control disclosed in
However, in the burner output control as described above, it is substantially impossible to reduce the temperature of the upper surface of the inner cover.
That is, the coil annealing furnace is often designed to have a narrow internal space from the viewpoint of heating efficiency. Therefore, the atmospheric gas diffuses and mixes quickly, so that a sufficient temperature gradient is not easily generated in the inner cover. In addition, when the design has a wide internal space, it takes time to raise the furnace temperature, resulting in a decrease in production efficiency.
その他、図2に示すように断熱材3をコイル1の上面に載置して、コイル内周面4への輻射熱を遮断する方法も考えられる。この方法によれば、加熱処理時の内巻の温度上昇を抑制することはできる。
しかしながら、最終的な金属帯形状への影響がより大きい冷却処理時に、断熱材3がコイル内周面4の熱放散を妨げてしまうこととなる。コイル内巻の熱収縮タイミングが遅れると、熱収縮の順序は外巻、中巻、内巻となるが、この場合、加熱時とは逆に外巻の熱収縮を中巻きが、中巻きの熱収縮を内巻が妨害する巻き締まりが生じ、様々な不良を招くこととなる。
すなわち、加熱処理時に輻射熱を遮断することのできる断熱材3は、冷却処理時には熱放散を妨げて悪影響を及ぼしてしまうのである。
In addition, as shown in FIG. 2, a method of placing the heat insulating material 3 on the upper surface of the
However, the heat insulating material 3 hinders the heat dissipation of the coil inner
That is, the heat insulating material 3 that can block radiant heat during the heat treatment hinders heat dissipation and adversely affects during the cooling treatment.
本発明は、上記の状況に鑑み開発されたもので、金属帯コイル内の温度分布を適切に制御することにより、金属帯の種々の形状不良および擦り傷の発生を防止することのできる金属帯コイルの焼鈍方法を、その焼鈍方法に適した焼鈍炉と共に提案することを目的とする。 The present invention has been developed in view of the above situation, and by appropriately controlling the temperature distribution in the metal band coil, the metal band coil can prevent various shape defects and scratches of the metal band. It aims at proposing the annealing method of this with the annealing furnace suitable for the annealing method.
すなわち、この発明の要旨構成は次のとおりである。
1.金属帯をコイル状に巻いた金属帯コイルをインナーカバーで覆い、該インナーカバーからの輻射熱によって上記金属帯コイルを焼鈍するに際し、上記焼鈍の少なくとも加熱処理の前半は、上記金属帯コイル内周面への輻射熱を遮断する一方、冷却処理中は、該遮断を解放することを特徴とする金属帯コイルの焼鈍方法。
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
1. A metal band coil in which a metal band is coiled is covered with an inner cover, and when the metal band coil is annealed by radiant heat from the inner cover, at least the first half of the annealing is the inner peripheral surface of the metal band coil A method for annealing a metal strip coil, wherein the radiant heat is blocked while the cooling process is released.
2.金属帯をコイル状に巻いた金属帯コイルを覆うと共に、輻射熱を放射して該金属帯コイルを加熱処理するためのインナーカバーを備える焼鈍炉において、
上記インナーカバーから上記金属帯コイル内周面に向かう輻射熱を遮断するための熱遮断材を、遮断位置と退避位置との間で移動可能に設置してなることを特徴とする焼鈍炉。
2. In an annealing furnace comprising an inner cover for covering the metal band coil in which the metal band is coiled and radiating radiant heat to heat the metal band coil,
An annealing furnace characterized in that a heat blocking material for blocking radiant heat from the inner cover toward the inner peripheral surface of the metal band coil is installed so as to be movable between a blocking position and a retracted position.
3.前記熱遮断材が、コイル中央部空間への昇降移動可能なパイプ状断熱材であることを特徴とする上記2に記載の焼鈍炉。 3. 3. An annealing furnace as described in 2 above, wherein the heat shielding material is a pipe-shaped heat insulating material capable of moving up and down to the coil central space.
4.前記熱遮断材が、コイル中央部空間の上面への水平移動または上下移動可能な板状断熱材であることを特徴とする上記2に記載の焼鈍炉。 4). 3. An annealing furnace as described in 2 above, wherein the heat shielding material is a plate-shaped heat insulating material that can move horizontally or vertically to the upper surface of the coil central space.
本発明によれば、熱遮断材を用いて金属帯コイル内周面への輻射熱を適切に遮断することができるため、コイル内の温度分布を適正化でき、もって種々の形状不良および擦り傷の発生を防止することができる。しかも、冷却処理に要する時間の延長を伴うこともない。 According to the present invention, it is possible to appropriately block the radiant heat to the inner peripheral surface of the metal strip coil using the heat blocking material, so that the temperature distribution in the coil can be optimized, and various shape defects and scratches are generated. Can be prevented. In addition, the time required for the cooling process is not extended.
以下、本発明を具体的に説明する。
(第1実施態様)
まず、本発明に係る金属帯コイルの焼鈍方法の第1実施態様について、図3を用いて説明する。図3(a)は、本発明に係る金属帯コイルの焼鈍方法の第1実施態様に従い、輻射熱を遮断している状態を示す。図3(b)は、本発明に係る金属帯コイルの焼鈍方法の第1実施態様に従い、輻射熱の遮断を解放した状態を示す。
図中、1は金属帯コイル、5はパイプ状断熱材、6は支持部材をそれぞれ示す。なお、図2に示した構成と同一の構成は同一の符号を付して示す。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
(First embodiment)
First, the 1st embodiment of the annealing method of the metal strip coil which concerns on this invention is demonstrated using FIG. FIG. 3A shows a state in which radiant heat is blocked according to the first embodiment of the method for annealing a metal strip coil according to the present invention. FIG.3 (b) shows the state which open | released interruption | blocking of the radiant heat according to 1st embodiment of the annealing method of the metal strip coil which concerns on this invention.
In the figure, 1 is a metal strip coil, 5 is a pipe-shaped heat insulating material, and 6 is a support member. The same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
本実施態様に係る金属帯コイルの焼鈍方法は、金属帯をコイル状に巻いた金属帯コイル1をインナーカバーで覆い、このインナーカバーからの輻射熱によって金属帯コイル1を焼鈍するに際し、焼鈍の少なくとも加熱処理の前半は、金属帯コイル内周面4への輻射熱を遮断する一方、冷却処理中は、この遮断を解放するものである。
上記した輻射熱の遮断は、具体的には、図3(a)に示したように、パイプ状断熱材5を支持部材6によりコイル中央部空間へ挿入することによって行なう。
また、上記した輻射熱の遮断の解放は、パイプ状断熱材5を図3(b)に示したように床下に収納することによって行なう。なお、逆に上方へスライドさせるようにしても良い。
なお、輻射熱の遮断を解放するタイミングは、焼鈍の加熱処理終了時としても良いが、加熱処理の後半とすることが好ましい。特に好ましくは、目標温度に対して80〜85%の温度に達した時点である。輻射熱の遮断を解放するタイミングを加熱処理の後半とする理由は、加熱処理の後半になればコイル1の温度は設定炉温に漸近するように緩やかに上昇するようになるため、この時間帯はコイル1内の温度差が大きくなるおそれがないからであり、また、温度が上昇すると熱応力が緩和されやすいからでもある。
In the method of annealing a metal strip coil according to this embodiment, when the
Specifically, the radiant heat is blocked by inserting the pipe-shaped
The release of the radiant heat block is performed by storing the pipe-shaped
The timing for releasing the blocking of the radiant heat may be at the end of the annealing heat treatment, but is preferably the latter half of the heat treatment. Particularly preferred is the time when the temperature reaches 80 to 85% of the target temperature. The reason why the timing of releasing the radiant heat block is set to the second half of the heat treatment is that the temperature of the
(第2実施態様)
次に、本発明に係る金属帯コイルの焼鈍方法の第2実施態様について、図4を用いて説明する。図4(a)は、本発明に係る金属帯コイルの焼鈍方法の第2実施態様に従い、輻射熱を遮断している状態を示す。図4(b)は、本発明に係る金属帯コイルの焼鈍方法の第2実施態様に従い、輻射熱の遮断を解放した状態を示す。
図中、7は板状断熱材、8は支持部材、9はインナーカバー、10はスリットをそれぞれ示す。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the method for annealing a metal strip coil according to the present invention will be described with reference to FIG. Fig.4 (a) shows the state which has interrupted | blocked the radiant heat according to 2nd embodiment of the annealing method of the metal strip coil which concerns on this invention. FIG.4 (b) shows the state which released | released interruption | blocking of a radiant heat according to 2nd embodiment of the annealing method of the metal strip coil which concerns on this invention.
In the figure, 7 is a plate-shaped heat insulating material, 8 is a support member, 9 is an inner cover, and 10 is a slit.
本実施態様では、第1実施態様において説明した輻射熱の遮断を、図4(a)に示したように、板状断熱材7でコイル1上面の開口を塞ぐことによって行なう。具体的には、板状断熱材7に支持部材8を取り付けると共に、インナーカバー9にスリット10を設け、このスリット10を通じて板状断熱材7を支持部材8によって炉壁からスライドさせるような構成とすることが好ましい。
また、上記した輻射熱の遮断を解放するためには、板状断熱材7を図4(b)に示したように炉壁側へスライドさせることが好ましい。また、これに代えて、図5に示すように、板状断熱材7を上下にスライドさせるようにしても良い。
In this embodiment, the radiation heat described in the first embodiment is blocked by closing the opening on the upper surface of the
Further, in order to release the above-described blocking of the radiant heat, it is preferable to slide the plate-like
なお、図3に示したところにおいて、コイル内周面4とパイプ状断熱材5との隙間は、周方向に均一化し、かつ最小化することが輻射熱の遮断効果を得る上で好ましい。また、そのためには、パイプ状断熱材5の断面形状を図示したような円形とすることが好ましい。
また、図4に示したところにおいて、板状断熱材7の形状は特に限定されないが、コイル1に対称的な温度分布を生じさせる観点から、図示のような円板状とすることが最適である。円板状とした場合の直径は、コイル厚さをt(=コイル外径−コイル内径)とした場合、{コイル内径+(0.1〜0.6)t}とすることが好ましい。より好ましくは{コイル内径+(0.2〜0.4t)}である。
円板状とした場合の直径が(コイル内径+0.1t)未満だと熱遮断効果が十分でなく、一方(コイル内径+0.6t)を超えるとコイル1上面からコイル1内部への入熱が減少し、加熱処理に要する時間の延長を招いてしまうからである。
In addition, in the place shown in FIG. 3, it is preferable to make the clearance gap between the coil internal
In addition, in the place shown in FIG. 4, the shape of the plate-shaped
If the diameter of the disk is less than (coil inner diameter +0.1 t), the heat blocking effect is not sufficient, and if it exceeds one (coil inner diameter +0.6 t), the heat input from the upper surface of
以下、本発明の実施例について説明する。
長さ3000 m、重量10 t の鉄板からなるコイルに対して実機による実験を行なった。
具体的には、焼鈍の加熱処理、均熱処理および冷却処理を図6に示すように順次行なった。加熱処理においては、炉温を620℃まで上昇させて、コイル断面中心(図3(a)にPで示す位置)に設置した熱電対の測定温度が600℃になった時点で加熱終了とした。その後、炉温を620℃で10時間維持(均熱処理)し、次いで冷却処理を開始した。冷却終了時間は上記熱電対の測定温度が100℃に低下した時間とした。
具体的条件を、表1にNo.1〜5で示す。
Examples of the present invention will be described below.
An experiment using an actual machine was performed on a coil made of an iron plate having a length of 3000 m and a weight of 10 t.
Specifically, annealing heat treatment, soaking treatment and cooling treatment were sequentially performed as shown in FIG. In the heat treatment, the furnace temperature was raised to 620 ° C., and the heating was finished when the measured temperature of the thermocouple installed at the center of the coil cross section (position indicated by P in FIG. 3 (a)) reached 600 ° C. . Thereafter, the furnace temperature was maintained at 620 ° C. for 10 hours (soaking), and then cooling treatment was started. The cooling end time was the time when the measured temperature of the thermocouple was lowered to 100 ° C.
Specific conditions are shown in Table 1. 1-5.
No.1は、コイル内周面への輻射熱を遮断しない従来例である。No.2は、加熱処理中と冷却処理中の双方において輻射熱を遮断する比較例である。No.3は、図3に示したように、パイプ状断熱材5を用いる発明例1である。No.4は、図4に示したように、板状断熱材7を用いる発明例2である。No.5は、No.4と同様であるが、加熱処理の後半に輻射熱の遮断を解放した発明例3である。この輻射熱の遮断の解放は、上記熱電対温度が500℃に達した時点で行なった。
以上の各実機により上述した熱処理を行ない、コイルの欠陥(形状不良または擦り傷)発生長さ、ならびに加熱処理および冷却処理の所要時間を調査した。
その結果を表2に示す。
No.
The heat treatment described above was performed with each of the above-described actual machines, and the length of occurrence of a coil defect (defective shape or scratch) and the time required for heat treatment and cooling treatment were investigated.
The results are shown in Table 2.
従来例のNo.1は、加熱処理時間は最短となったものの、欠陥を生じた鉄板長さが極めて長く、生産性が悪い。比較例のNo.2では、No.1に比べて欠陥が大きく減少したものの、依然として300 m もの長さで欠陥が生じ、また、20時間焼鈍時間が延長となった。
発明例1のNo.3では、欠陥発生長さは非常に短く、従来例に比べ10時間焼鈍時間は延びたものの、生産性は大きく改善された。発明例2のNo.4では、欠陥を完全に防止することができた。さらに、発明例3のNo.5では、欠陥の発生を完全に防止することができただけでなく、加熱処理時間を従来例と同等に維持することができた。
No.3とNo.4の比較から、パイプ状断熱材を用いるよりも、コイル内巻への輻射熱を完全に遮断できる板状断熱材を用いる方がより顕著な効果が得られることが分かる。また、No.2とNo.4の比較から、欠陥を低減するためには冷却処理中は輻射熱の遮断を解放することが重要であることが分かる。
以上の実施例により、本発明に従う金属帯コイルの焼鈍方法および焼鈍炉によれば、金属帯コイル内の温度分布を適正化して形状不良および擦り傷の発生を確実に防止できることが確認された。
No. of the conventional example. In No. 1, the heat treatment time was the shortest, but the length of the iron plate on which the defect occurred was extremely long, and the productivity was poor. Comparative Example No. In No. 2, no. Although the number of defects was greatly reduced as compared to 1, the defect still occurred at a length of 300 m, and the annealing time for 20 hours was extended.
No. of Invention Example 1 In No. 3, the defect occurrence length was very short, and although the annealing time was increased by 10 hours compared with the conventional example, the productivity was greatly improved. No. of Invention Example 2 In No. 4, defects could be completely prevented. Furthermore, No. 3 of Invention Example 3 was obtained. In No. 5, not only the occurrence of defects could be prevented completely, but also the heat treatment time could be maintained at the same level as in the conventional example.
No. 3 and no. From the comparison of 4, it can be seen that the use of a plate-like heat insulating material that can completely block the radiant heat to the coil inner winding provides a more remarkable effect than the use of a pipe-like heat insulating material. No. 2 and No. From the comparison of 4, it can be seen that it is important to release the interruption of radiant heat during the cooling process in order to reduce defects.
From the above examples, it was confirmed that the metal strip coil annealing method and annealing furnace according to the present invention can optimize the temperature distribution in the metal strip coil and reliably prevent the occurrence of shape defects and scratches.
1 金属帯コイル
2 炉床
3 断熱材
4 コイル内周面
5 パイプ状断熱材(熱遮断材)
6 支持部材
7 板状断熱材(熱遮断材)
8 支持部材
9 インナーカバー
10 スリット
DESCRIPTION OF
6 Supporting
8 Support member 9
Claims (4)
上記インナーカバーから上記金属帯コイル内周面に向かう輻射熱を遮断するための熱遮断材を、焼鈍の加熱処理の少なくとも前半に上記金属帯コイル内周面の全面を覆う遮断位置と、冷却処理中に該遮断を解放する退避位置との間で移動可能に設置してなることを特徴とする焼鈍炉。 In an annealing furnace comprising an inner cover for covering the metal band coil in which the metal band is coiled and radiating radiant heat to heat the metal band coil,
A heat blocking material for blocking radiant heat from the inner cover toward the inner peripheral surface of the metal band coil, a blocking position that covers the entire surface of the inner peripheral surface of the metal band coil during at least the first half of the annealing heat treatment, and a cooling process An annealing furnace characterized in that it is installed so as to be movable between a retreat position for releasing the shut-off.
The annealing furnace according to claim 2, wherein the heat shielding material is a plate-like heat insulating material that can move horizontally or move up and down to the upper surface of the coil central space.
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