JP5929581B2 - Metal strip coil annealing method and metal strip coil manufacturing method - 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、金属帯コイルの焼鈍の、とりわけ冷却過程におけるコイルの巻き締まりを防止して、金属帯での欠陥の発生を抑制することができる金属帯コイルの焼鈍方法および焼鈍炉に関するものである。 The present invention relates to a method of annealing a metal strip coil and an annealing furnace, and in particular, can prevent the occurrence of defects in the metal strip by preventing the winding of the coil in the annealing of the metal strip coil, especially in the cooling process. The present invention relates to a method for annealing a metal strip coil and an annealing furnace.
従来、素材メーカーにおいて、鋼帯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、金属帯を巻いてコイル状態にして熱処理を行うことが一般的である。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、コイル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、必然的にコイル内部の温度が不均一となり易く、その結果、コイル内に熱応力が発生する。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。 Conventionally, in a material manufacturer, when a heat treatment for a metal band such as a steel strip is performed for a relatively long time, the heat treatment is generally performed by winding the metal strip into a coil state. Since this method anneals in a coil state in which the overall thickness is larger than continuous annealing in which the metal strip is heat-treated as it is, it takes a relatively long time for heat to penetrate into the coil. Therefore, the temperature inside the coil is inevitably nonuniform, and as a result, thermal stress is generated in the coil. 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.
この形状不良に関して、コイルにおける温度分布の不均一性に起因するものであることから、焼鈍の際にコイルの温度分布を均一化する様々な方法が提案されてきた。例えば、特許文献1には、コイル上面に断熱材を設置することによって、コイル内巻への輻射熱を遮断し、焼鈍中におけるコイルの急加熱および急冷に起因する耳伸びの発生を抑制する方法が記載されている。 Since this shape defect is caused by the non-uniformity of the temperature distribution in the coil, various methods for making the temperature distribution of the coil uniform during annealing have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a method in which a heat insulating material is installed on the upper surface of a coil so as to block radiant heat to the inner winding of the coil and suppress the occurrence of ear elongation due to rapid heating and rapid cooling of the coil during annealing. Have been described.
また、特許文献2には、加熱過程について、コイルの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、焼鈍炉内の上下部の温度(輻射熱)を均一化し、コイルに発生する熱応力を低減する技術について記載されている。 Further, Patent Document 2 discloses a heating process in which the temperature of the upper and lower portions (radiant heat) in the annealing furnace is made uniform by controlling the output of a plurality of burners installed in the height direction of the coil, and the heat generated in the coil. A technique for reducing stress is described.
さらに、特許文献3には、コイルの周囲に複数の加熱体および冷却体からなる伝熱制御手段を配置し、コイルにおける温度差が所定範囲内となるように伝熱制御手段を制御することにより、コイルに発生する熱応力を低減する技術について記載されている。
Furthermore, in
ところで、特に、焼鈍の冷却過程において問題となる形状不良として、コイルの外巻が中巻や内巻より先に熱収縮することによって発生する、巻き締まりが挙げられる。これは、コイルの外巻よりも中巻および内巻が高温となるために発生するものである。こうした巻き締まりが発生すると、金属帯間に生じる摩擦により、金属帯表面に擦り傷等の欠陥が発生してしまう。 By the way, in particular, as a shape defect that becomes a problem in the cooling process of annealing, there is winding tightening that occurs when the outer winding of the coil is thermally contracted before the inner winding or the inner winding. This occurs because the middle volume and the inner volume are hotter than the outer volume of the coil. When such tightening occurs, defects such as scratches occur on the surface of the metal band due to friction generated between the metal bands.
しかしながら、上記した特許文献1〜3では、この巻き締まりについては、何ら触れるところがなく、巻き締まりを解消するための方途が希求されていた。
そこで、本発明の目的は、焼鈍の冷却過程の際の巻き締まりを防止して、金属帯での欠陥の発生を抑制することができる金属帯コイルの焼鈍方法および焼鈍炉を提供することにある。
However, in Patent Documents 1 to 3 described above, there is no place to touch this tightening, and a way to eliminate the tightening has been desired.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a metal band coil annealing method and an annealing furnace that can prevent winding tightening during the cooling process of annealing and suppress the occurrence of defects in the metal band. .
発明者らは、上記課題を解決する方途について鋭意検討した。特許文献1〜3に記載された技術は、焼鈍の際のコイルにおける温度分布の不均一性を受けて、温度分布の均一化を図ることにより、熱応力の発生を低減することを意図している。しかしながら、インナーケースからの輻射熱がコイル内部に伝達するにはある程度時間を要することから、ある程度の温度差がコイルに発生することを避けることはできず、よってコイルの温度分布を均一化することは実際には困難である。
そこで、発明者らは、コイルの温度分布が不均一である前提の下で、巻き締まりの原因となるコイルの熱応力を低減するための方途について鋭意究明した。その結果、焼鈍の冷却過程において、金属帯コイルの端面のいずれか少なくとも一方に冷却体を対向配置し、この冷却体の冷却能をコイル径方向外側から内側へ強化して冷却を行うことが有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
The inventors diligently studied how to solve the above problems. The techniques described in Patent Documents 1 to 3 are intended to reduce the generation of thermal stress by achieving uniformity of the temperature distribution in response to the non-uniformity of the temperature distribution in the coil during annealing. Yes. However, since it takes a certain amount of time for the radiant heat from the inner case to be transmitted to the inside of the coil, it is not possible to avoid that a certain temperature difference occurs in the coil. It is actually difficult.
Therefore, the inventors diligently investigated a method for reducing the thermal stress of the coil that causes the tightening under the assumption that the temperature distribution of the coil is not uniform. As a result, in the annealing cooling process, it is effective to place a cooling body opposite to at least one of the end faces of the metal strip coil and to enhance the cooling capacity of this cooling body from the outside in the coil radial direction to perform cooling. As a result, the present invention has been completed.
すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
(1)金属帯を巻いた金属帯コイルを、該金属帯コイルの中心軸を鉛直方向に揃えて焼鈍炉内に配置し、該金属帯コイルをインナーケースにて覆い、該インナーケースからの輻射熱にて該金属帯コイルを加熱した後、該金属帯コイルを冷却して焼鈍するに当たり、前記金属帯コイルの端面のいずれか少なくとも一方に冷却体を対向配置して冷却を行うに際し、前記冷却体の冷却能をコイル径方向外側から内側へ強化して冷却を行うことを特徴とする金属帯コイルの焼鈍方法。
(2)金属帯を巻いた金属帯コイルが収容される、インナーケースを有する焼鈍炉において、前記インナーケースの内部に収容される金属帯コイルの端面から抜熱するための、環状の冷却体を備え、該冷却体はその径方向外側から内側へ強化された冷却能を有することを特徴とする焼鈍炉。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) A metal band coil wound with a metal band is placed in an annealing furnace with the center axis of the metal band coil aligned in the vertical direction, the metal band coil is covered with an inner case, and radiant heat from the inner case When the metal band coil is heated and then cooled and annealed, at the time of cooling by disposing a cooling body opposite to at least one of the end faces of the metal band coil, the cooling body The metal band coil annealing method is characterized in that cooling is performed by enhancing the cooling ability of the coil from the outside in the coil radial direction to the inside.
(2) In an annealing furnace having an inner case in which a metal band coil wound with a metal band is accommodated, an annular cooling body for removing heat from the end surface of the metal band coil accommodated in the inner case An annealing furnace characterized in that the cooling body has an enhanced cooling ability from the radially outer side to the inner side.
本発明によれば、焼鈍の冷却過程において、金属帯コイルの少なくとも一方の端面に対向する冷却体により、コイル径方向外側から内側へ強化して冷却を行うため、コイルの熱応力を抑制して巻き締まりを防止し、金属帯での欠陥の発生を抑制することができる。 According to the present invention, in the annealing cooling process, the cooling body facing at least one end face of the metal strip coil is reinforced from the outside in the coil radial direction to the inside, so that the thermal stress of the coil is suppressed. Tightening can be prevented, and the occurrence of defects in the metal strip can be suppressed.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図1は、従前のバッチ式焼鈍の冷却過程における金属帯コイル内部の温度分布を示す図である。この図に示すように、従前の冷却過程においては、コイル1は、図中の矢印に示すように、外周側および内周側から冷却され、コイルの外巻および内巻の温度は中巻よりも先に低下する。その結果、コイル1は、内部が高く外部が低い温度分布を有することになる。このような温度分布下では、外巻は熱収縮する一方、中巻は熱収縮を生じる温度まで低下していないため、中巻が外巻の熱収縮を阻害して巻き締まりが発生し、その結果、金属帯間の摩擦により金属帯の表面に擦り傷等の欠陥が発生することになる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a temperature distribution inside a metal band coil in a cooling process of a conventional batch type annealing. As shown in this figure, in the conventional cooling process, the coil 1 is cooled from the outer peripheral side and the inner peripheral side as shown by the arrows in the figure, and the temperature of the outer winding and the inner winding of the coil is higher than that of the middle winding. Will also fall first. As a result, the coil 1 has a temperature distribution that is high inside and low outside. Under such a temperature distribution, the outer winding is thermally shrunk, while the middle winding is not lowered to a temperature at which heat shrinkage occurs. As a result, defects such as scratches occur on the surface of the metal band due to friction between the metal bands.
従来、上述の通り、こうしたコイル1における温度分布の不均一を改善する努力が払われていた。しかしながら、コイル内部への熱伝導にはある程度の時間を要することから、コイル1における温度分布を均一化することは実質的に不可能である。 Conventionally, as described above, efforts have been made to improve the uneven temperature distribution in the coil 1. However, since heat conduction to the inside of the coil requires a certain amount of time, it is virtually impossible to make the temperature distribution in the coil 1 uniform.
このような技術的背景の下で、発明者らは、冷却時のコイルの温度分布は不均一であるとの前提に立脚し、巻き締まりを防止して欠陥の発生を抑制する方途について鋭意検討した。その結果、焼鈍の冷却過程において、金属帯コイルの端面のいずれか少なくとも一方に冷却体を対向配置し、冷却体の冷却能をコイル径方向外側から内側へ強化して冷却を行うことが有効であることを見出したのである。以下、本発明の焼鈍方法について詳しく説明する。 Under such a technical background, the inventors based on the premise that the temperature distribution of the coil at the time of cooling is uneven, and eagerly studied how to prevent the tightening and prevent the occurrence of defects. did. As a result, in the annealing cooling process, it is effective to place a cooling body opposite to at least one of the end faces of the metal strip coil and to enhance the cooling capacity of the cooling body from the outside in the coil radial direction to perform the cooling. I found out. Hereinafter, the annealing method of the present invention will be described in detail.
図2は、冷却体の一例を示す図である。この図2においては、冷却体3は、冷却能が異なる3つの冷却体3a〜3cからなり、コイルの上下双方の端面に対向配置されている。コイル1は、金属帯を中心軸Oの周りに巻き回したものであり、金属帯間にはわずかながら隙間が存在する。そのため、コイル1において、熱はコイル径方向よりもコイル軸方向に伝わりやすい。よって、冷却体をコイルの端面に対向配置することにより、コイルの温度分布の制御が容易になる。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a cooling body. In FIG. 2, the
ここで、冷却体3a〜3cの冷却能は、コイル径方向外側から内側へ強化するように、換言すれば、3aが最も高い冷却能を有し、3cが最も低い冷却能を有するように構成されている。このような冷却体3により、焼鈍の冷却過程において、コイル1の内巻を最も早く冷却することができる。
Here, the cooling capacity of the
図3は、上記した冷却体による冷却により金属帯コイル内に生じる温度変化を説明する図である。この図に示すように、冷却能を変化させた冷却体による冷却を行うと、コイル1の内巻の上下方向から冷却されはじめ、コイル1の径方向外側に向かって冷却されていくことになる。このように冷却することにより、コイル1の任意の径方向断面において、径方向内側の温度が径方向外側の温度よりも低くなる。その結果、焼鈍の冷却過程における巻き締まりを防止し、ひいては擦り傷等の欠陥を抑制することができるのである。以下、冷却体の具体的構成について説明する。 FIG. 3 is a diagram for explaining a temperature change that occurs in the metal band coil due to cooling by the cooling body described above. As shown in this figure, when cooling is performed by a cooling body having a changed cooling capacity, cooling starts from the vertical direction of the inner winding of the coil 1 and cools toward the radially outer side of the coil 1. . By cooling in this way, the temperature on the radially inner side is lower than the temperature on the radially outer side in any radial cross section of the coil 1. As a result, it is possible to prevent tightening in the cooling process of the annealing and to suppress defects such as scratches. Hereinafter, a specific configuration of the cooling body will be described.
冷却体3a〜3cとしては、内部に冷却ガスや流体などの冷却媒体を流通させることが可能な環状のパイプやチューブ等を用いることができる。
また、冷却体の数は、1〜10個とする。これは、温度上昇を抑制したい内巻には最低1個は使用する必要があり、また、10個以上になると構造が複雑になるためである。好ましくは3〜6個である。
As the
Moreover, the number of cooling bodies shall be 1-10. This is because it is necessary to use at least one inner volume for which the temperature rise is to be suppressed, and the structure becomes complicated when the number is 10 or more. Preferably it is 3-6.
さらに、コイル径方向最外側に配置された冷却体とコイル径方向最内側に配置された冷却体の温度差を10℃以上とすることが好ましい。これにより、コイル応力起因の形状欠陥の発生をより効果的に抑制することができる。 Furthermore, it is preferable that the temperature difference between the cooling body disposed on the outermost side in the coil radial direction and the cooling body disposed on the innermost side in the coil radial direction is 10 ° C. or more. Thereby, generation | occurrence | production of the shape defect resulting from coil stress can be suppressed more effectively.
図4は、冷却体の別の例を示す図である。この図に示した環状の冷却体4は、径方向外側から内側に向かって強化された冷却能を有している。図4における矢印の長さは、コイルからの抜熱量を示しており、冷却体4により、径方向外側から内側に向かって抜熱量を低下させることができ、コイルの温度が径方向外側から内側に向かって漸減する、図3に示した温度分布を経る冷却が実現する。上記冷却体4は、例えば内部に冷却媒体を流すことができる、径の異なる複数の環状のチューブを用いて、それらの配置密度を冷却体の径方向外側から内側へ漸増させる構成とすることにより実現できる。図4に示した冷却体4は、具体的には、冷却パイプの数が径方向外側から内側に向かって増加するよう、かつ隙間なく配置することにより構成でき、これにより、コイル径方向の温度制御をより緻密に行うことができる。
FIG. 4 is a diagram illustrating another example of the cooling body. The
なお、図2および4に例示した冷却体3および4は、コイル1の上下両端面近傍に対向配置されているが、上端面および下端面のいずれか一方のみに配置しても良い。
The cooling
こうして、焼鈍の冷却過程の際にコイルの熱応力を抑制して巻き締まりを防止し、金属帯での擦り傷等の欠陥の発生を抑制することができる。 In this way, during the cooling process of annealing, the thermal stress of the coil can be suppressed to prevent tightening, and the occurrence of defects such as scratches on the metal strip can be suppressed.
(発明例1および2)
以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の方法により、金属帯コイルを焼鈍した。すなわち、まず、コイル材料として鋼からなる薄板(長さ:3000m、厚み:0.5mm、重量:約10t)を用意し、この薄板をコイル状に巻き取って金属帯コイルとした。次いで、この金属帯コイルを、該金属帯コイルの中心軸を鉛直方向に揃えて焼鈍炉内に配置し、該金属帯コイルをインナーケースにて覆った。続いて、炉内温度を800℃まで上昇させた後、コイル全体が800℃になるまで保持し、その後、コイルを常温まで冷却した。その際、図2に示した冷却体(発明例1)および図4に示した冷却体(発明例2)を用い、コイルの上側の端面を冷却した。ここで、発明例1における冷却体は、半径が0.6m、1.0mおよび1.3mと異なる3つの冷却パイプからなり、それぞれに1000、500および200Nm3/時の流量で空気を流した。また、発明例2における冷却体は、内部に冷却パイプが5本通った円盤状の冷却体であり、冷却体自体が半径方向に対しなだらかな温度分布を持つように構成した。コイルの冷却が終了したら、コイルを焼鈍炉から取り出した。
(Invention Examples 1 and 2)
Examples of the present invention will be described below.
The metal strip coil was annealed by the method of the present invention. That is, first, a thin plate made of steel (length: 3000 m, thickness: 0.5 mm, weight: about 10 t) was prepared as a coil material, and the thin plate was wound into a coil shape to obtain a metal strip coil. Next, this metal band coil was placed in an annealing furnace with the center axis of the metal band coil aligned in the vertical direction, and the metal band coil was covered with an inner case. Subsequently, after raising the furnace temperature to 800 ° C., the entire coil was held until it reached 800 ° C., and then the coil was cooled to room temperature. At that time, the upper end face of the coil was cooled using the cooling body (Invention Example 1) shown in FIG. 2 and the cooling body (Invention Example 2) shown in FIG. Here, the cooling body in Invention Example 1 includes three cooling pipes having radii different from 0.6 m, 1.0 m, and 1.3 m, and air was flowed at a flow rate of 1000, 500, and 200 Nm 3 / hour, respectively. . The cooling body in Invention Example 2 is a disk-shaped cooling body having five cooling pipes inside, and the cooling body itself is configured to have a gentle temperature distribution in the radial direction. When the cooling of the coil was completed, the coil was removed from the annealing furnace.
(比較例)
発明例1および2と同様に、金属帯コイルの焼鈍を行うに当たり、冷却過程の際に、冷却体によるコイルの端面の冷却は行わなかった。その他の条件は、発明例1および2と全て同じである。
(Comparative example)
Similarly to Invention Examples 1 and 2, when the metal strip coil was annealed, the end face of the coil was not cooled by the cooling body during the cooling process. Other conditions are the same as those of Invention Examples 1 and 2.
<コイルの形状検査>
発明例1および2、並びに比較例により処理されたコイルの巻き締まりおよびそれに起因する欠陥を検査した。ここで、欠陥については、コイルに発生した波状に変形した歪の長さと擦り傷等、形状や表面状態の不良全般の長さで評価した。得られた結果を表1に示す。比較例では、傷の長さは500mであった。これに対して、発明例1および2では、傷の長さはともに50mとなり、比較例に対して大きく低減していることが分かった。
<Coil shape inspection>
Tightening of the coil processed by the inventive examples 1 and 2 and the comparative example and defects caused thereby were inspected. Here, the defects were evaluated based on the overall length of defects in shape and surface condition, such as the length of the wavy deformation generated in the coil and the scratches. The obtained results are shown in Table 1. In the comparative example, the length of the scratch was 500 m. In contrast, in Invention Examples 1 and 2, the scratch length was 50 m, which was greatly reduced compared to the comparative example.
また、焼鈍の冷却過程において、コイルを常温まで冷却するのに費やした時間についても調べた、得られた結果を表1に示す。その結果、比較例においては80時間であったのに対して、発明例1および2では50時間であり、冷却時間を短縮することができた。このように、本発明の方法により、焼鈍の冷却過程における巻き締まりを防止し、金属帯での欠陥の発生を抑制することができ、さらに冷却時間の短縮も達成することができた。 Table 1 shows the results obtained by examining the time spent cooling the coil to room temperature in the cooling process of annealing. As a result, while it was 80 hours in the comparative example, it was 50 hours in the invention examples 1 and 2, and the cooling time could be shortened. Thus, by the method of the present invention, it was possible to prevent the tightening in the annealing cooling process, to suppress the occurrence of defects in the metal strip, and to achieve a reduction in the cooling time.
1 金属帯コイル
2 炉床
3、3a、3b、3c、4 冷却体
O 中心軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal strip coil 2
Claims (2)
前記金属帯コイルの端面のいずれか少なくとも一方に冷却体を対向配置して冷却を行うに際し、前記冷却体の冷却能をコイル径方向外側から内側へ強化し、前記金属帯コイルの任意の径方向断面において、前記金属帯コイルの径方向内側の温度を径方向外側の温度よりも低くして冷却を行うことを特徴とする金属帯コイルの焼鈍方法。 A metal band coil wound with a metal band is placed in an annealing furnace with the center axis of the metal band coil aligned in the vertical direction, the metal band coil is covered with an inner case, and the radiant heat from the inner case After heating the metal band coil, in cooling and annealing the metal band coil,
When cooling is performed by disposing a cooling body opposite to at least one of the end faces of the metal band coil, the cooling capacity of the cooling body is strengthened from the outer side in the coil radial direction to the inner side in the arbitrary radial direction of the metal band coil. A method for annealing a metal band coil , wherein, in a cross section, cooling is performed by lowering a temperature inside the metal band coil in a radial direction lower than a temperature outside the radial direction .
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