JP6210035B2

JP6210035B2 - 鋼板コイルのバッチ焼鈍方法

Info

Publication number: JP6210035B2
Application number: JP2014168248A
Authority: JP
Inventors: 裕士原田; 崇志和田; 山口　誠; 誠山口
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2034-08-21
Also published as: JP2016044322A

Description

本発明は、鋼板コイルのバッチ焼鈍方法に関し、特に高温で長時間の焼鈍を行う方向性電磁鋼板の仕上焼鈍に用いて好適な、鋼板コイルのバッチ焼鈍方法に関するものである。

方向性電磁鋼板は、主として変圧器や発電機の鉄心材料等に用いられる軟磁性材料であり、鉄の磁化容易軸である＜００１＞方位が鋼板の圧延方向に高度に揃った結晶組織を有しているところに特徴がある。このような集合組織は、製造工程最終の仕上焼鈍における、いわゆるゴス（Ｇｏｓｓ）方位と称される｛１１０｝＜００１＞方位の結晶粒を優先的に巨大成長させる、二次再結晶を通じて形成される。

上記仕上焼鈍は、８００℃以上の温度で長時間保持して上記Ｇｏｓｓ方位粒を優先成長させる二次再結晶焼鈍と、該二次再結晶を発現させるために用いたインヒビター成分を、１２００℃近傍の温度で数時間保持して除去する純化焼鈍からなるのが一般的である。上記のように、方向性電磁鋼板の仕上焼鈍は、高温で長時間の熱処理が施されるため、鋼板をコイルに巻いた状態で、コイル単位で焼鈍するいわゆる「バッチ焼鈍」によって行われている。

上記バッチ焼鈍では、図１に示したように、鋼板コイル１（以降、単に「コイル」ともいう）をアップエンド（巻取軸を垂直方向）にしてコイル受台２上に載置し、その上にインナーカバー３を被せ、さらにその上に、バーナーあるいはラジアントチューブ等の加熱手段を有する図示のないアウターカバー（炉体）を被せてインナーカバー３を外部から加熱し、インナーカバー内部の鋼板コイル１を加熱して焼鈍する。この際、上記インナーカバー内部は、鋼板コイルを保護するとともに、二次再結晶時や純化処理時には、それぞれに適した雰囲気（例えば、加熱・冷却時および二次再結晶時にはＮ_２ガスやＡｒガス、純化処理時にはＨ_２ガス）に制御されている。

ところで、上記バッチ焼鈍では、コイルはインナーカバーを介して、すなわち、主にインナーカバー３からの輻射熱によって加熱されるため、鋼板コイルのインナーカバーに面した部位、すなわち、コイル上側面（図１に示した符号１ａ）およびコイル外周面（図１に示した符号１ｂ）から温度が上昇する。そのため、コイル内に温度差が生じ、コイル外周部には熱膨張差によって熱歪（中歪み）や巻き緩みが発生する。さらに、インナーカバーの天井部（図１に示した符号３ａ）およびインナーカバーの筒体部（図１に示した符号３ｂ）の２方向から加熱されるコイル上側面１ａの外周側およびコイル外周面１ｂの上端部の近傍は最も高い温度まで加熱される。そのため、コイル受台上に載置したコイル外周下端部は、図２に示したように、コイル内の熱膨張差や鋼板自体の自重に起因して座屈を起こして変形し、次工程で巻きほどく際、板破断をしたり、形状不良となったりして歩留り低下を起こす主要因の一つとなっている。

このような形状不良の問題に対する対策については、従来から多くの改善方法が提案されている。例えば、特許文献１には、図３に示したように、焼鈍中のコイルの下端部外周に緩めの輪体５を位置させ、コイル下端部の膨張時に上記輪体による締付力を作用させることによって、コイルエッジの座屈を防止する方法が提案されている。
また、特許文献２には、図４に示したように、コイル１を載置したコイル受台２上に、コイル外周近傍であって、コイル外周に沿って直立する断熱材円筒６を設置することによって、あるいは、さらに、上記円筒の上部に庇６ａを設けることによって、コイル入熱方向を制御し、コイル内温度偏差を低減して中歪みの発生を防止する焼鈍装置が提案されている。

特開昭５７−０３２３３１号公報実開平０６−０２５３５３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示のコイル外周下端部に緩めの輪体を位置させる方法では、輪体部を設置した部分の座屈は防止できても、その上部に座屈が生じて新たな形状不良が発生したり、焼鈍後のコイルから輪体を除去することが難しく、作業性を悪化させたりするという問題がある。また、上記特許文献２に開示の断熱材をインナーカバー内のコイル外周に配設する方法では、コイル外周全体を断熱することになるため、コイル昇温速度が大きく低下し、焼鈍時間が長時間となって生産能率が低下したり、エネルギー効率が低下したりするという問題がある。

本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、生産能率やエネルギー効率の大きな低下を招くことなくコイル内の温度分布を均一化し、仕上焼鈍時に発生する形状不良を効果的に防止することができる鋼板コイルのバッチ焼鈍方法を提案することにある。

発明者らは、上記課題の解決に向け、断熱材を用いてコイル内の温度分布を均一化する方策に着目して鋭意検討を重ねた。その結果、コイル上側面、特に、温度が最も上昇するコイル上側面の外周側、あるいはさらに、コイル外周面の上端部の近傍を断熱材で覆ってやることで、コイル内の温度分布を均一化し、形状不良を大幅に抑止し得ることを見出し、本発明を開発するに至った。

すなわち、本発明は、コイル受台上にアップエンドに載置した鋼板コイルにインナーカバーを被せてバッチ焼鈍する際、上記アップエンドに載置した鋼板コイル上側面の外周面からコイル肉厚の１／５以上１／２以内の範囲、および、鋼板コイル外周面の上側１／５以上１／２以内の範囲を断熱材で覆うことを特徴とする鋼板コイルのバッチ焼鈍方法を提案する。

また、本発明の鋼板コイルのバッチ焼鈍方法に用いる上記断熱材は、セラミックファイバーから構成されてなることを特徴とする。

また、本発明の鋼板コイルのバッチ焼鈍方法が対象とする上記鋼板は、方向性電磁鋼板であることを特徴とする。

本発明によれば、仕上焼鈍時間の大幅な延長を伴うことなく、仕上焼鈍における形状不良の発生を抑止することができるので、方向性電磁鋼板を生産性よくかつ高歩留りで製造することが可能となる。

鋼板コイルのバッチ焼鈍方法を説明する図である。焼鈍時に発生するコイル外周下端部の座屈現象を説明する図である。仕上焼鈍時に発生する形状不良を防止する特許文献１に開示の方法を説明する図である。仕上焼鈍時に発生する形状不良を防止する特許文献２に開示の方法を説明する図である。コイル上側面を覆う比較例の断熱材を説明する図である。コイル上側面を覆う本発明の断熱材の他の例を説明する図である。コイル上側面とコイル外周面を覆う本発明の断熱材を説明する図である。コイル上側面とコイル外周面を覆う本発明の断熱材の他の例を説明する図である。コイル上側面とコイル外周面を覆う本発明の断熱材の他の例を説明する図である。

まず、本発明の鋼板コイルのバッチ焼鈍方法は、鋼板コイルをコイル受台上にアップエンドにして載置し、その上にインナーカバーを被せ、さらにその上に加熱手段を有するアウターカバー（いわゆる炉体）を被せて、インナーカバーを加熱し、該インナーカバーからの輻射熱によって、インナーカバー内部の鋼板コイルに焼鈍を施す方法に関するものである。上記炉体に設けられた加熱手段としては、バーナーの火炎でインナーカバーを直接加熱する直火式と、炉体内壁に沿って配設したラジアントチューブ（輻射管）の内部でガスを燃焼させてラジアントチューブを加熱し、間接的に加熱するラジアント式があるが、いずれでもよい。

上記のバッチ焼鈍方法では、インナーカバーの内部に載置した鋼板コイルの上側面および外周面は、インナーカバーからの輻射熱によって急速加熱されるが、鋼板コイルの下側面および内周面は、雰囲気ガスからの熱伝達によってしか加熱されないため昇温速度は大幅に低下する。さらに、コイル内部は、コイル肉厚方向への熱伝導が鋼板表面に塗布された焼鈍分離剤層によって阻止され、専ら鋼板の板幅方向への熱伝導によってなされるため、さらに昇温速度が低下する。そのため、鋼板コイル内部の温度分布は不均一となる。特に、インナーカバーの天井部と筒体部の２方向からの輻射熱で加熱されるコイル上側面の外周側とコイル外周の上端部の近傍は、他の部位と比較して急速加熱されるだけでなく、鋼板温度も目標温度より大幅に高くなってしまう。その結果、鋼板コイルの外周面側には、熱膨張差によって熱歪みが発生し、さらには、コイルの巻きに緩みが生じて、鋼板自体の自重で座屈し、形状不良を引き起こすことになる。

そこで、本発明は、上記鋼板コイルの上側面外周側とコイル外周上端部の近傍の急速加熱と過加熱を防止するため、鋼板コイルの上側面を断熱材で覆うことで、インナーカバーからの過度の輻射熱を抑制し、上側面の急速加熱および過加熱を防止してやることとした。なお、鋼板コイル上側面への断熱材の被覆は、図５のように、上側面の全面に行うと、コイル全体としての昇温速度が低下し、生産性を阻害したり、座屈を増大したりすることから、コイル上側面の外周側を部分的に断熱材で覆うようにするのが望ましい。具体的には、図６に示したように、コイル上側面の外周からコイル肉厚の１／２の範囲とするのが好ましい。また、生産性を重視する観点からは、コイル肉厚の１／３以下の範囲とするのが好ましい。ただし、上記断熱材の効果を享受するためには、最低でもコイル上側面の外周からコイル肉厚の１／５を断熱材で覆うことが望ましい。ここで、コイル上側面と断熱材との間の空隙は、ゼロである必要はないが、できる限り小さい方が望ましい。

上記のように、コイル上側面を部分的に断熱材で覆うことによって、コイル内の温度分布の不均一を大幅に低減することができる。しかし、コイル上側面の断熱材を被覆するだけでは、インナーカバーの筒体からの輻射熱によって加熱されるコイル外周面、特に、コイル外周面の上端部側の急速加熱や過加熱を防止することはできない。

そこで、コイル内の温度分布をより均一化するためには、上記コイル上側面を断熱材で覆うことに加えて、コイル外周面も断熱材で覆うことが好ましい。図７は、コイル上側面の、外周面からコイル肉厚の１／２以内の範囲を断熱材で覆うことに加えてさらに、コイル外周面の全面を断熱材で覆った例を示したものである。しかし、このようにコイル外周面の全面を断熱材で覆ってしまうと、温度均一化には有効であるが、コイル全体としての昇温速度が低下し、生産性を阻害したり、座屈を増大したりする。そこで、コイル外周面を断熱材で覆う場合には、図８に示したように、コイル外周面の上側１／２（板幅の上側１／２）の範囲とすることがより好ましい。また、生産性を重視する観点からはコイル外周面の上側１／３（板幅の上側１／３）以下の範囲とするのが好ましい。ただし、上記断熱材の効果を享受するためには、最低でもコイル外周面の上側１／５を断熱材で覆うことが望ましい。ここで、コイル上側面と断熱材との間の空隙は、ゼロである必要はないが、できる限り小さい方が望ましい。

ここで、本発明のバッチ焼鈍方法に用いる断熱材は、仕上焼鈍の最高到達温度（１１００℃以上）に耐えられる耐熱性のある断熱材であればよく、特に制限はないが、例えば、高純度のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とシリカ（ＳｉＯ_２）を主成分としたセラミックファイバー（耐熱温度１１００〜１５００℃）や、アルミナ繊維（耐熱温度１３００〜１８００℃）等の人造鉱物繊維からなるものであれば好適に用いることができる。

なお、上記の人造鉱物繊維からなる断熱材には、ボード状、シート状あるいはブランケット状のものがあり、それらを適宜組み合わせて鋼板コイルの形状に合わせて構成するのが好ましい。なお、上記断熱材は、厚さが６〜５０ｍｍで、密度が１００〜４００ｋｇ／ｍ^３程度のものを用いることが好ましい。

また、図５，６および８に示した断熱材は一体物として示してあるが、必ずしも一体物である必要はなく、図９に示したように、複数のブロック（図９は４ブロック）に分割してもよい。分割した方が、コイル外径の変化に対応しやすく、断熱材を被せたり、除去したりする際の作業性も向上する。

Ｃ：０．０７０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．３５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１０ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０２５ｍａｓｓ％、Ｎ：０．０１２ｍａｓｓ％およびＳｅ：０．０２５ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する板厚：０．２３ｍｍ×板幅：１１６０ｍｍの方向性電磁鋼板用の冷延後コイル（コイル単重：約１０トン）を、脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍し、鋼板表面にＭｇＯを主体とする焼鈍分離剤を塗布・乾燥した後、バッチ式焼鈍設備を用いて、１２２０℃まで昇温し、１０ｈｒ保持して純化する仕上焼鈍を施した。
この際、鋼板コイルの上側面および外周面に、断熱材を、表１に示したように種々に変化させて被せて仕上焼鈍し、加熱開始から仕上焼鈍の最高温度に到達するまでの時間および、最高到達温度から６００℃に冷却するまでの時間を測定した。
なお、上記断熱材には、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とシリカ（ＳｉＯ_２）を主成分としたセラミックファイバーからなる、厚さが１２．５ｍｍで、密度が１００ｋｇ／ｍ^３のブランケット状（商品名：イソウールブランケット、イソライト工業社製）のものから作製し、図９に示したように４ブロックに分割したものを用いた。

斯くして得た仕上焼鈍後の鋼板コイルは、巻き戻しながら形状を矯正する平坦化焼鈍を施して製品コイルとした。この際、鋼板コイル外周部に発生した座屈の発生有無および上記形状不良に起因して切り捨てられた重量を測定し、これを裏歩留りとして表１に併記した。
表１から、本発明に従い、コイル上側面を断熱材で覆うことにより、仕上焼鈍後の鋼板コイルに発生する座屈や側歪等の形状不良を低減し、歩留りを向上することができる。さらに、上記コイル上側面に加えてコイル外周面上半分を断熱材で覆うことにより、より仕上焼鈍後鋼板コイルの形状不良を低減し、歩留りを向上できることがわかる。

１：鋼板コイル
１ａ：コイル上側面
１ｂ：コイル外周面
２：コイル受台
３：インナーカバー
４：座屈部分
５：帯体
６：断熱材からなる円筒体
６ａ：６の庇部分
７：コイル上側面用断熱材
８：コイル上側面およびコイル外周面用断熱材

Claims

コイル受台上にアップエンドに載置した鋼板コイルにインナーカバーを被せてバッチ焼鈍する際、上記アップエンドに載置した鋼板コイル上側面の外周面からコイル肉厚の１／５以上１／２以内の範囲、および、鋼板コイル外周面の上側１／５以上１／２以内の範囲を断熱材で覆うことを特徴とする鋼板コイルのバッチ焼鈍方法。
上記断熱材は、セラミックファイバーから構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の鋼板コイルのバッチ焼鈍方法。
上記鋼板は、方向性電磁鋼板であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼板コイルのバッチ焼鈍方法。