JP7117372B2 - 冷間圧延鋼帯の急速加熱装置および方法 - Google Patents
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Description
本発明は、鉄鋼生産の技術分野に関し、特に、質量分率で、Ｓｉ含有量が４．５％以下である方向性ケイ素鋼による冷間圧延鋼帯の急速加熱装置および方法に関する。
金属鋼帯の連続焼鈍の過程において、高品質の製品を得るためには、一般的に、加熱温度と加熱時間を厳密に管理する必要がある。例えば、変圧器の鉄心に用いられる低鉄損高磁気誘導のケイ素鋼として、その製造過程における脱炭焼鈍工程において、極めて厳しい温度管理要求を採用する必要がある。鋼帯の加熱帯出口温度が低いと、有効な脱炭時間が減少し、脱炭効果に劣る。鋼帯の加熱帯出口温度が高く、短時間で目標均熱温度を超える可能性があると、緻密な酸化被膜が早期に形成されて脱炭が阻害され、さらに脱炭効果が良くない。いずれにしても、加熱帯温度の変動は、脱炭安定性に影響を及ぼすだけでなく、磁気特性の変動を招き、完成品の表面欠陥の発生率を大幅に増加させる。
近年、方向性ケイ素鋼による冷間圧延鋼帯は、急速加熱プロセスを用いて熱処理を行うことが多くなってきている。他の急速加熱方法、例えば通電による急速加熱などの方法に比べて、誘導加熱方法の使用が最も広く、最も成熟している。
例えば、中国特許（ＣＮ１０１６５２４８５Ａ）には、加熱帯が、鋼帯を、キュリー温度Ｔｃ－５０℃よりも低い温度となるように加熱する、ガス加熱または電気加熱による輻射加熱帯を使用する第１加熱帯；鋼帯を、キュリー温度Ｔｃ－３０℃からキュリー温度Ｔｃ－５℃の温度となるように加熱する、高周波誘導加熱帯である第２加熱帯；鋼帯を、キュリー温度Ｔｃを超える目標温度に加熱する、第１加熱帯の構造と類似し、輻射加熱帯である第３加熱帯；に区画される焼鈍設備が開示されている。該焼鈍設備の加熱帯の主な特徴は、加熱帯の間に１つの急速誘導加熱帯が設けられ、その最大不足が以下のとおりである。（１）１台の誘導加熱装置の最大能力に制約され、第１加熱帯の出口板温が通常キュリー温度Ｔｃ－１５０℃以上であり、かつ第１加熱帯の出口板温が５００℃以上であることが必要である。厚い鋼帯またはライン速度が速い場合、第１加熱帯の出口温度はさらに高くする必要があり、そうでなければ第２加熱帯出口の鋼帯温度がキュリー温度Ｔｃに到達または接近できず、さらには板幅方向への温度均一性が悪くなるため、生産効率のさらなる向上が制約される。（２）急速昇温カーブが単一であり、一次再結晶集合組織の精確な制御に不利であり、完成品の磁気特性の改善効果が制限される。（３）冷間圧延鋼帯の表面状態の変動および第１加熱帯の運転動作の変動により、第１加熱帯の出口板温が通常、変動が大きく、高周波誘導加熱の特性を利用することにより第２加熱帯の出口板温の安定化制御が可能であるが、この特許文献に開示されているような複雑な制御手段を採用することが前提であり、板温の制御技術への要求が高い。
中国特許（ＣＮ１０４６０３２９８Ａ）には、加熱帯が、少なくとも１台の誘導加熱装置を備える、誘導加熱帯である第１帯；長さを１～３０ｍとする１つの加熱停止区または昇温速度が０～１０℃／ｓとなる遅い加熱ゾーンである、板温が２５０～６００℃となる第２帯；同様に少なくとも１台の誘導加熱装置を備える、誘導加熱帯である第３帯；従来の輻射加熱帯である第４帯；に区画される焼鈍設備が開示されている。なお、第２帯の役割は、急速加熱後の鋼帯内の温度分布を均一にし、鋼帯板形状と磁気性能の向上を図ることである。該焼鈍設備の加熱帯は、室温から２台以上の誘導加熱装置を使用し、鋼帯をキュリー温度Ｔｃ付近まで急速昇温することを主な特徴としている。該方法の不足は、以下のとおりである。（１）鋼帯を室温からキュリー温度Ｔｃ付近まで急速加熱しようとするため、少なくとも３台、さらに４台の誘導加熱装置を直列接続する必要があり、そうでなければ製品仕様やライン速度が制限される。（２）冷間圧延鋼帯は、回復焼鈍の前に、非常に高い昇温速度を採用するため、２５０～６００℃で温度バッファゾーンを別途増加させる必要があり、そうでなければ応力集中と板温ムラなどの問題より、鋼帯板形状と磁気性能が劣化する。（３）入口に内高が非常に小さい誘導加熱装置を使用するため、加熱帯炉圧と保護雰囲気に特化した制御方法を設計する必要があり、そうでなければ完成品の表面欠陥が増加する。このため、この方法は、設備投資コストが相対的に高く、かつ炉内雰囲気の制御が困難である。
従来の技術の上記不足に対して、本発明は、加熱帯板温の制御精度が高く、完成品の磁気特性と表面質量に優れた、質量分率で、Ｓｉ含有量が４．５％以下である方向性ケイ素鋼による冷間圧延鋼帯の急速加熱装置および方法を提供する。
上記課題を解決するために、本発明は、従来の焼鈍炉加熱帯中に２つの誘導加熱装置を直列接続することにより、生産効率を向上させ、鋼１トン当たりのエネルギー消費を低減しつつ、板温制御の精度および完成品の品質を向上させる冷間圧延鋼帯の急速加熱装置および方法を提供する。
上記目的を達成するために、本発明に係る冷間圧延鋼帯の急速加熱装置は、加熱ゾーンと均熱ゾーンと冷却ゾーンとを備え、前記加熱ゾーンが、被加熱鋼帯の移動方向に沿って順に、
前記鋼帯を、２００℃から目標キュリー温度－１００℃までの温度範囲に加熱可能な、ガス加熱または電気加熱による第１輻射加熱機構が設けられる第１加熱帯、
前記鋼帯を、３００℃から前記目標キュリー温度－５０℃までの温度範囲に加熱可能な、第１誘導コイルによる第１誘導加熱機構が設けられる第２加熱帯、
前記鋼帯を、前記目標キュリー温度－３０℃から前記目標キュリー温度－３℃までの温度範囲に加熱可能な、第２誘導コイルによる第２誘導加熱機構が設けられる第３加熱帯、および
鋼帯を、前記目標キュリー温度よりも高い温度に加熱可能な、ガス加熱または電気加熱による第２輻射加熱機構が設けられる第４加熱帯、に区画される。
前記鋼帯を、２００℃から目標キュリー温度－１００℃までの温度範囲に加熱可能な、ガス加熱または電気加熱による第１輻射加熱機構が設けられる第１加熱帯、
前記鋼帯を、３００℃から前記目標キュリー温度－５０℃までの温度範囲に加熱可能な、第１誘導コイルによる第１誘導加熱機構が設けられる第２加熱帯、
前記鋼帯を、前記目標キュリー温度－３０℃から前記目標キュリー温度－３℃までの温度範囲に加熱可能な、第２誘導コイルによる第２誘導加熱機構が設けられる第３加熱帯、および
鋼帯を、前記目標キュリー温度よりも高い温度に加熱可能な、ガス加熱または電気加熱による第２輻射加熱機構が設けられる第４加熱帯、に区画される。
さらに、前記第１加熱帯と前記第２加熱帯との間に少なくとも１つの異なる波長の第１板温度計が設けられ、前記第２加熱帯と前記第３加熱帯との間に少なくとも１つの異なる波長の第２板温度計が設けられ、前記第３加熱帯と前記第４加熱帯との間に少なくとも１つの異なる波長の第３板温度計が設けられている。
さらに、前記第１誘導加熱機構が、順次接続された第１整流器と、第１インバータと、第１誘導コイルを含む第１発振回路とを備え、前記第１インバータが、前記第１整流器から供給される第１直流電力を受けて第１高周波電流に変換して前記第１発振回路に供給するものであり、前記第２誘導加熱機構が、順次接続された第２整流器と、第２インバータと、第２誘導コイルを含む第２発振回路とを備え、前記第２インバータが、前記第２整流器から供給される第２直流電力を受けて第２高周波電流に変換して前記第２発振回路に供給するものである。
さらに、前記第１誘導加熱機構と第２誘導加熱機構の電流周波数の範囲が１００～１０００ＫＨｚである。
さらに、本発明は、上記冷間圧延鋼帯の急速加熱装置を用いて被加熱鋼帯を加熱する冷間圧延鋼帯の急速加熱方法を提供する。
さらに、第１加熱帯出口における第１目標板温を４００～５５０℃とする。
さらに、第３加熱帯の昇温速度に応じて第２加熱帯出口における第２目標板温を設定し、前記第３加熱帯の昇温速度を５０～１５０℃／ｓとする。
さらに、前記第２加熱帯の電力制御方法としては、前記第２目標板温と第２板温度計の検出値との比較結果に基づき、前記第２加熱帯の加熱電力を調整する。
さらに、前記第３加熱帯の電力制御方法としては、前記第３加熱帯の初期電力と前記第３加熱帯出口における第３目標板温を設定し、前記第３目標板温と第３板温度計の検出値との比較結果に基づき、前記初期電力に応じて前記第３加熱帯の加熱電力を調整する。
さらに、前記第３加熱帯の電力制御方法としては、前記第３加熱帯の目標インピーダンスを設定し、前記目標インピーダンスと前記第３加熱帯の動作インピーダンスとの比較結果に基づき、前記第３加熱帯の加熱電力を調整する。
本発明に係る冷間圧延鋼帯の急速加熱装置および方法は、従来の焼鈍炉加熱帯中に２つの誘導加熱装置を直列接続することにより、加熱ゾーンを４つの加熱帯に形成させ、なかでも、第１加熱帯の設定は、室温からそのまま急速加熱することによる鋼板状および磁気特性の劣化との問題を効果的に回避することを目的とする。第２加熱帯および第３加熱帯の２つの誘導加熱帯の設定は、従来の一段階の誘導加熱帯に比べ、加熱ゾーンの全長を短縮し、急速昇温の開始温度を下げることで、生産効率を向上させ、鋼１トン当たりのエネルギー消費を低減できる。
以下、添付図面を参照し、さらに本発明に係る構造および動作原理などについて説明する。
図１に示すように、本発明の実施例に係る冷間圧延鋼帯１０の急速加熱装置は、加熱ゾーンと均熱ゾーンと冷却ゾーンとを備える。なかでも、加熱ゾーンは被加熱鋼帯１０の移動方向に沿って順に、第１加熱帯１、第２加熱帯２、第３加熱帯３および第４加熱帯４に区画され、具体的には、第１加熱帯１および第４加熱帯４が輻射加熱帯であり、第２加熱帯２および第３加熱帯３が誘導加熱帯である。
本発明の実施例において、ガス加熱または電気加熱による第１輻射加熱機構５が設けられた第１加熱帯１は、鋼帯１０を、２００℃から目標キュリー温度－１００℃までの温度範囲に加熱することが可能である。ここで、第１加熱帯１の出口板温の選択は、主に焼鈍炉の安全性と経済性を考慮し、完成品の品質要求を両立させる。
第１誘導コイルによる第１誘導加熱機構が設けられた第２加熱帯２は、鋼帯１０を、３００℃から前記目標キュリー温度－５０℃までの温度範囲に加熱することが可能である。ここで、第２加熱帯２の出口板温の選択は、主に完成品の磁気特性の要求を考慮し、誘導加熱の利用効率を両立させる。
第２誘導コイルによる第２誘導加熱機構が設けられた第３加熱帯３は、鋼帯１０を前記目標キュリー温度－３０℃から前記目標キュリー温度－３℃までの温度範囲に加熱することが可能である。ここで、第３加熱帯３の出口板温が目標キュリー温度に近いほど、鋼帯１０の幅方向への温度均一性が良くなるとともに、誘導加熱装置の利用効率も高くなる。一方、鋼帯１０が目標キュリー温度に到達または接近すると、磁気変態が起こり、鋼帯１０の透磁率が急激に低下し、鋼帯１０の加熱効率も急速に低下し、このときに誘導加熱装置の電圧変動が大きく、鋼帯１０の長手方向の温度均一性および誘導加熱装置の安定した運転に影響を及ぼす。
ガス加熱または電気加熱による第２輻射加熱機構６が設けられ第４加熱帯４は、鋼帯１０を、目標キュリー温度よりも高い温度に加熱することが可能で、これにより鋼帯１０に対する加熱過程が完了する。
本発明の実施例において、第１加熱帯１と第２加熱帯２との間に少なくとも１つの異なる波長の第１板温度計が設けられ、第２加熱帯２と第３加熱帯３との間に少なくとも１つの異なる波長の第２板温度計が設けられ、第３加熱帯３と第４加熱帯４との間に少なくとも１つの異なる波長の第３板温度計が設けられ、各加熱帯の出口板温を正確に測定できる。本発明の実施例において、第１板温度計、第２板温度計および第３板温度計はいずれも赤外線温度センサを用いることができ、その動作原理は非接触で鋼帯１０の表面温度の表面温度を測定することである。多波長の使用は、可変の放射率、光の干渉、温度較正を補償することができるため、低温で観測する時や、蒸気を含む雰囲気では温度の計測精度をより向上させる。
具体的には、第１加熱帯１と第２加熱帯２との間に少なくとも１つの第１板温度計が設けられ、第１加熱帯１の出口板温を検出するために用いられる。
第２加熱帯２と第３加熱帯３との間に少なくとも１つの第２板温度計が設けられ、当該位置の鋼帯１０の実際の板温を検出するために用いられる。この位置は、第１加熱帯１および第４加熱帯４における輻射管の動作状態の影響を受けることなく、測定の環境が良好であるが、当該位置の板温が通常７００℃未満であるため、鋼帯１０の輻射率が鋼帯１０の表面状態の影響を受けやすく、多波長の板温度計により測定精度を向上することができる。
第３加熱帯３と第４加熱帯４との間に少なくとも１つの第３板温度計が設けられ、当該位置の鋼帯１０の実際の板温を検出するために用いられる。この位置の板温度計は、第４加熱帯４における輻射管の影響を受けやすく、かつ第３加熱帯３の出口板温が通常７５０℃以下となり、鋼帯１０の輻射率も鋼帯１０の表面状態の影響を受けやすいため、好適な多波長の板温度計により測定精度を向上できるが、第３加熱帯３の出口縦／横方向の板温制御的重要性を考慮すると、通常、該測定精度は、そのまま板温フィードバック制御に使用できない。
本発明の実施例において、図２に示すように、第１誘導加熱機構の構造概略図であり、第１誘導加熱機構は、順次接続された第１整流器７と、第１インバータ８と、第１誘導コイルとを含む第１発振回路９を備え、第１整流器７によってトランジスタからなる第１インバータ８に第１直流電力を供給し、第１インバータ８によって第１発振回路に第１高周波電流を供給する。第２誘導加熱機構は、第１誘導加熱機構と類似に、順次接続された第２整流器、第２インバータ、および第２誘導コイルを含む第２発振回路を備え、第２整流器によってトランジスタからなる第２インバータに第２直流電力を供給し、第２インバータによって第２発振回路に第２高周波電流を供給する。
誘導加熱機構の励磁電流周波数は、誘導電流の浸透深さに重要な影響を与え、励磁電流周波数が低いほど、誘導電流の浸透深さが深くなる。鋼帯１０の厚さが浸透深さの２．５倍未満であると、電流が大きく損なわれ、加熱の低コスト化が困難になる。これにより、第１誘導加熱機構と第２誘導加熱機構の電流周波数が１００ｋＨｚ未満であると、誘導電流の浸透深さが深く、鋼帯１０の表面温度の昇温速度が遅く、薄鋼帯１０のプロセス要求を満たすことが困難である。電流周波数が１０００ｋＨｚを超えると、誘導加熱機構の製造コストが著しく増加し、この問題を解決するために、本発明の実施例において、第１誘導加熱機構と第２誘導加熱機構の電流周波数の範囲を１００～１０００ｋＨｚとする。電流周波数の範囲は、３００～７００ｋＨｚであることが好ましく、極薄仕様、例えば厚さが０．１５ｍｍである方向性ケイ素鋼の急速加熱要求を満足しつつ、誘導加熱機構の製造コストを合理的なレベルに制御することもできる。
さらに、本発明は、上記本発明の実施例に係る冷間圧延鋼帯１０の急速加熱装置を用いて被加熱鋼帯１０を加熱する冷間圧延鋼帯１０の急速加熱方法を提供する。
本発明の実施例において、第１加熱帯１の出口板温の選択は、主に焼鈍炉の安全性と経済性を考慮し、完成品の品質要求を両立させる。第１加熱帯１出口の第１目標板温Ｔ１を４００℃未満とすると、第１加熱帯１内の炉温が通常７５０℃未満であり、高水素保護雰囲気に対して、焼鈍炉に安全面の懸念がある。第１加熱帯１出口の第１目標板温Ｔ１が５５０℃を超えると、誘導加熱装置の運転経済性が低下するため、第１加熱帯１の第１目標板温Ｔ１を４００～５５０℃とする。また、４００℃以下で第１輻射加熱機構５を使用すると、その加熱効率が高く鋼帯１０の幅方向への温度均一性が良く、均熱ゾーンの排気熱を利用して運転のエネルギー消費をさらに低減できる。
本発明の実施例において、第３加熱帯３の昇温速度に基づいて第２加熱帯２出口の第２目標板温を設定する。第３加熱帯３の昇温速度は、完成品の磁気特性の点から、５０～１５０℃／ｓが好ましい。第３加熱帯３の昇温速度を決定した後、式：Ｔ２＝Ｔ３－Ｖ２／Ｖ１×Ｌ２に基づいて第２加熱帯２の第２目標板温Ｔ２を確定することができ、ここで、Ｔ３は第３加熱帯３の出口板温、Ｌ２（ｍ）は第２誘導加熱機構の誘導コイルの長さであり、Ｖ１（ｍ／ｓ）は鋼帯１０の移動速度、Ｖ２（℃／ｓ）は第３加熱帯３の昇温速度である。
本発明の実施例において、第２加熱帯２の電力制御方法としては、具体的に、第２目標板温Ｔ２と第２板温度計の検出値との比較結果に基づき、第２加熱帯２の加熱電力を調整する。具体的には、制御プログラムに第２目標板温の設定値Ｔ２Ａを設定し、第２板温度計検出値を第２目標板温の設定値Ｔ２Ａと比較し、第２加熱帯２の出口板温を第２目標板温の設定値Ｔ２Ａに近づけるように誘導加熱電力を動的に調整し、さらに第２加熱帯２の出口板温の安定化制御を達成し、Ｔ２とＴ２Ａの差に応じて誘導加熱装置の運転電圧と運転電流を動的に調整してもよい。
本発明の実施例において、第３加熱帯３の電力制御方法としては、第３加熱帯３の初期電力と第３加熱帯３出口の第３目標板温を設定し、第３目標板温と第３板温度計の検出値との比較結果に基づき、初期電力に応じて前記第３加熱帯３の加熱電力を調整する。
具体的には、初期電力Ｐ２０の計算式は以下のとおりである。
ここで、鋼帯１０の特性パラメータとして、ρは鋼帯１０の密度、Ｅは鋼帯１０の比エネルギー、Ｒは鋼帯１０の抵抗率である。鋼帯１０の寸法パラメータとして、θは鋼帯１０の厚さ、Ｗは鋼帯１０の幅である。プロセスパラメータとして、Ｖ１は鋼帯１０の移動速度、△Ｔは設定温度差である。初期電力Ｐ２０の計算式は、理論式であり、実際の生産過程において、出口板温と鋼帯１０の特性パラメータ、鋼帯１０の寸法パラメータ、プロセスパラメータのフィッティングにより得られる。
材質が同じである鋼帯１０については、初期電力Ｐ２０の計算式は以下のとおりに簡略化できる。
ここで、Ｋ１は材料特性に関する定数である。実際の生産において、異なる鋼帯１０の特性に応じて異なるＫ１値を与えることができる。
制御プログラムにおいて、第３加熱帯３出口の第３目標板温の設定値Ｔ３Ａを設定し、第３板温度計の検出値を第３目標板温の設定値Ｔ３Ａと比較し、第３加熱帯３の出口板温を第３目標板温の設定値Ｔ３Ａに近づけるように誘導加熱電力を動的に調整できる。以上から、この設定方法は、初期電力に加えて、第３目標板温の設定値Ｔ３Ａに基づく動的補償モジュールを追加することに相当することが分かる。この動的補償モジュールの温度制御を容易にするためには、板温をリアルタイムに把握する必要があるため、第３加熱帯３と第４加熱帯４との間に少なくとも２つの第３板温度計を設け、少なくとも１つの第３板温度計を板温補償に用い、少なくとも１つの第３板温度計を板温モニタリングに用いることができる。
発明の別の実施例において、前記第３加熱帯３の電力制御方法はさらに以下のとおりであってもよい。第３加熱帯３の目標インピーダンスを設定し、目標インピーダンスと第３加熱帯３の動作インピーダンスとの比較結果に基づき、第３加熱帯３の加熱電力を調整する。具体的には、第３加熱帯３における第２誘導加熱機構の動作インピーダンスＺ２＝Ｕ２／Ｉ２をトレースする。ここで、Ｕ２は第２誘導加熱機構の運転電圧、Ｉ２は第２誘導加熱機構の運転電流である。鋼帯１０がキュリー温度Ｔｃに到達または近接すると、磁気変態が起こり、鋼帯１０のインピーダンスが変化するため、この物理特性を利用し、鋼帯１０のインピーダンスの制御によりさらに出口板温を安定させる。制御プログラムに第２誘導加熱機構の目標インピーダンスＺ２Ａを設定し、動作インピーダンスＺ２を目標インピーダンスＺ２Ａと比較し、動作インピーダンスＺ２を目標インピーダンスＺ２Ａに近づけるように誘導加熱電力を動的に調整し、すなわち初期電力に加えて、目標インピーダンスＺ２Ａに基づく動的補償モジュールを追加する。実際の生産過程において、目標インピーダンスＺ２Ａは、誘導加熱理論とプロセス要求とにより総合的に決定され、鋼帯１０幅の影響も考慮する必要がある。
以下、いくつかの実施例を結合して本発明の実施例の効果を具体的に説明する。
実施形態１
重量％で、化学元素の含有量がＣ：０．０３５～０．１２０％、Ｓｉ：２．９～４．５％、Ｍｎ：０．０５～０．２０％、Ｐ：０．００５～０．０５０％、Ｓ：０．００５～０．０１２％、Ａｌｓ：０．０１５～０．０３５％、Ｎ：０．００１～０．０１０％、Ｃｒ：０．０５～０．３０％、Ｓｎ：０．００５～０．２００％、Ｖ：≦０．０１００％、Ｔｉ：≦０．０１００％である鋼板スラブは、以下の工程により製造される。鋼板スラブを１１５０℃で加熱した後に厚さ２．３ｍｍに熱間圧延した熱間圧延鋼板とする工程、正常化焼鈍工程、冷間圧延の厚さを０．２９ｍｍとする目標厚さに冷間圧延する工程、圧延油および鉄分を除去するように冷間圧延鋼帯の表面を洗浄する工程、連続脱炭焼鈍ラインがそれぞれ従来の輻射管、中国特許（ＣＮ１０１６５２４８５Ａ）および本発明の実施例の焼鈍設備を使用して脱炭焼鈍を行う工程、窒化処理工程、鋼板上にＭｇＯコーティングを施してから雰囲気が１００％Ｈ２、温度が１２００℃の条件で２０時間の高温焼鈍を行う工程、絶縁コーティングの塗布および加熱延伸平坦化焼鈍を行ってから方向性ケイ素鋼完成品を得る工程。
重量％で、化学元素の含有量がＣ：０．０３５～０．１２０％、Ｓｉ：２．９～４．５％、Ｍｎ：０．０５～０．２０％、Ｐ：０．００５～０．０５０％、Ｓ：０．００５～０．０１２％、Ａｌｓ：０．０１５～０．０３５％、Ｎ：０．００１～０．０１０％、Ｃｒ：０．０５～０．３０％、Ｓｎ：０．００５～０．２００％、Ｖ：≦０．０１００％、Ｔｉ：≦０．０１００％である鋼板スラブは、以下の工程により製造される。鋼板スラブを１１５０℃で加熱した後に厚さ２．３ｍｍに熱間圧延した熱間圧延鋼板とする工程、正常化焼鈍工程、冷間圧延の厚さを０．２９ｍｍとする目標厚さに冷間圧延する工程、圧延油および鉄分を除去するように冷間圧延鋼帯の表面を洗浄する工程、連続脱炭焼鈍ラインがそれぞれ従来の輻射管、中国特許（ＣＮ１０１６５２４８５Ａ）および本発明の実施例の焼鈍設備を使用して脱炭焼鈍を行う工程、窒化処理工程、鋼板上にＭｇＯコーティングを施してから雰囲気が１００％Ｈ２、温度が１２００℃の条件で２０時間の高温焼鈍を行う工程、絶縁コーティングの塗布および加熱延伸平坦化焼鈍を行ってから方向性ケイ素鋼完成品を得る工程。
異なる試験条件での連続脱炭焼鈍ラインの鋼１トン当たりのエネルギー消費と鋼帯の脱炭効果を測定し、表１を作成できる。なかでも、比較例１～２は、従来輻射管の試験データに対応し、比較例３～５は、中国特許（ＣＮ１０１６５２４８５Ａ）の試験データに対応し、実施例１～５は、本発明の実施例の試験データに対応する。
表１によれば、比較例１の鋼１トン当たりのエネルギー消費を基準としてエネルギー消費の比較を行うことができる。比較例１と比較例２では、いずれも従来の輻射管加熱方式を使用した。比較例１では、ライン速度が９０ｍ／ｍｉｎであり、基準エネルギー消費とした。比較例２では、ライン速度が９５ｍ／ｍｉｎに向上し、鋼１トン当たりのエネルギー消費が４．７％低減したが、脱炭効果が不良であり、脱炭後の炭素含有量が４８ｐｐｍであった。
比較例３～比較例５では、いずれも中国特許（ＣＮ１０１６５２４８５Ａ）に開示された三段式加熱方式を使用した。比較例３では、ライン速度が９０ｍ／ｍｉｎであり、その第１加熱帯の出口板温Ｔ１が６００℃であり、鋼１トン当たりのエネルギー消費が４．０％低減した。比較例４では、ライン速度が９０ｍ／ｍｉｎであり、その第１加熱帯の出口板温Ｔ１が５５０℃であり、鋼１トン当たりのエネルギー消費が４．９％低減したが、急速昇温の開始温度が低すぎるため、１台の誘導加熱装置の作動能力に制約され、急速昇温完了温度が低くなり、ひいては脱炭効果が不良であり、脱炭後の炭素含有量が４１ｐｐｍであった。比較例５では、ライン速度が９５ｍ／ｍｉｎであり、その第１加熱帯の出口板温が６００℃であり、鋼１トン当たりのエネルギー消費が８．２％低減し、同様に１台の誘導加熱装置の能力に制約され、脱炭後の炭素含有量が３３ｐｐｍと相対的に高くなった。
実施例１～実施例３では、ライン速度がいずれも９０ｍ／ｍｉｎであり、その第１加熱帯の出口板温がそれぞれ５５０℃、５００℃および４００℃となり、鋼１トン当たりのエネルギー消費がそれぞれ４．７％、６．１％および７．６％低減し、脱炭後の炭素含有量が３０ｐｐｍ未満の要求を満たしている。実施例４では、ライン速度が９５ｍ／ｍｉｎであり、その第１加熱帯の出口板温が５２０℃となり、鋼１トン当たりのエネルギー消費が１０．６％低減した。実施例５では、ライン速度が９８ｍ／ｍｉｎであり、急速昇温の開始温度が５４０℃であり、鋼１トン当たりのエネルギー消費が１２．１％低減し、比較例９と比較例１０では、脱炭後の炭素含有量がいずれもプロセス要求を満たしている。以上から、同条件では、発明例態様の鋼１トン当たりのエネルギー消費が著しく低下していることが分かる。
実施形態２
本実施形態２では、実施形態１と同様の製造工程を採用し、冷間圧延の厚さが０．２９ｍｍであった。連続脱炭焼鈍ラインは、本発明の実施例に係る冷間圧延鋼帯の急速加熱装置を使用し、連続脱炭焼鈍ライン速度が９０ｍ／ｍｉｎであった。第１加熱帯と第２加熱帯との間に１つの多波長の第１板温度計が設けられ、第２加熱帯と第３加熱帯との間に１つの多波長の第２板温度計が設けられ、第３加熱帯与第４加熱帯との間に２つの多波長の第３板温度計が設けられた。ここで、表２では異なる誘導加熱電力制御方式での板温状況を統計した。
本実施形態２では、実施形態１と同様の製造工程を採用し、冷間圧延の厚さが０．２９ｍｍであった。連続脱炭焼鈍ラインは、本発明の実施例に係る冷間圧延鋼帯の急速加熱装置を使用し、連続脱炭焼鈍ライン速度が９０ｍ／ｍｉｎであった。第１加熱帯と第２加熱帯との間に１つの多波長の第１板温度計が設けられ、第２加熱帯と第３加熱帯との間に１つの多波長の第２板温度計が設けられ、第３加熱帯与第４加熱帯との間に２つの多波長の第３板温度計が設けられた。ここで、表２では異なる誘導加熱電力制御方式での板温状況を統計した。
なかでも、比較例６では、第１誘導加熱機構と第２誘導加熱機構がいずれも初期電力モードを採用し、その第１誘導加熱機構の初期電力が１５０ＫＷであり、第２誘導加熱機構の初期電力が４３０ＫＷであった。第１加熱帯の出口板温の平均値が５００．１℃であり、平均二乗誤差が５．５℃であった。第２加熱帯の出口板温の平均値が５８５．８℃であり、平均二乗誤差が６．８℃であった。第３加熱帯の出口板温の平均値が７１９．３℃であり、板温平均二乗誤差が５．１℃であり、完成品の表面欠陥の発生率が６．０％であった。
実施例６では、第１誘導加熱機構が板温フィードバック電力制御モードを採用し、第２誘導加熱機構が初期電力モードを採用した。第１加熱帯の出口板温の平均値が５００．３℃であり、平均二乗誤差が５．１℃であり、比較例６と大体同じであった。比較例６に比べて、第２加熱帯では板温フィードバック制御を採用しているため、その出口板温の平均二乗誤差は０．０８℃に縮小した。第２加熱帯の出口板温の安定性が向上するため、第２誘導加熱機構の初期電力を増加することにより、第３加熱帯の出口板温の変動も小さくなり、出口板温の平均値が７２９．８℃であり、平均二乗誤差が１．３℃であり、出口板温の平均値が鋼帯の目標キュリー温度により近く、完成品の表面欠陥の発生率が１．５％に低減した。
実施例７では、第１誘導加熱機構が板温フィードバック電力制御方式を採用し、第２誘導加熱機構が板温補償電力制御方式を採用し、第３加熱帯と第４加熱帯との間の１つの第３板温度計が板温補償に用いられ、もう１つの第３板温度計用于板温モニタリングに用い、第３目標板温の設定値Ｔ３Ａが７３３℃に設定された。実施例６に比べて、第３加熱帯の出口板温の変動がさらに減縮され、モニタリング用板温度計では第３加熱帯の出口板温の平均値が７３０．５℃であることが示され、平均二乗誤差が１．０℃であり、完成品の表面欠陥の発生率が０．５％未満に低減した。
実施例８では、第１誘導加熱機構が板温フィードバック電力制御方式を採用し、第２誘導加熱機構がインピーダンス補償電力制御方式を採用し、目標インピーダンスＺ２Ａが１．６に設定された。実施例７と類似に、第３加熱帯の出口板温の制御精度は高く、出口板温の平均値が７３３．１℃であり、平均二乗誤差が０．６℃であり、完成品の表面欠陥の発生率が０．５％未満に低減した。
以上より、実施例６～実施例８では、第２加熱帯の出口板温と第３加熱帯の出口板温の制御精度が、比較例６に比べて著しく向上し、完成品の表面欠陥の発生率も著しく低減していることが分かる。
実施形態３
本実施形態３は、実施形態１と同様の製造工程を採用するが、第２加熱帯および第３加熱帯の制御方式を変更したものである。ここで、比較例７と比較例８では、従来の輻射管加熱方式を採用し、比較例９～比較例１１では、いずれも中国特許（ＣＮ１０１６５２４８５Ａ）の焼鈍設備の加熱方式を採用した。実施例９～比較例１３では、本発明の実施例に係る冷間圧延鋼帯の急速加熱装置により加熱し、第１誘導加熱機構を設置し、板温フィードバック電力制御方式を採用し、第２誘導加熱機構がインピーダンス補償電力制御方式を採用した。上記試験の試験データを採取することにより、表３を得た。
本実施形態３は、実施形態１と同様の製造工程を採用するが、第２加熱帯および第３加熱帯の制御方式を変更したものである。ここで、比較例７と比較例８では、従来の輻射管加熱方式を採用し、比較例９～比較例１１では、いずれも中国特許（ＣＮ１０１６５２４８５Ａ）の焼鈍設備の加熱方式を採用した。実施例９～比較例１３では、本発明の実施例に係る冷間圧延鋼帯の急速加熱装置により加熱し、第１誘導加熱機構を設置し、板温フィードバック電力制御方式を採用し、第２誘導加熱機構がインピーダンス補償電力制御方式を採用した。上記試験の試験データを採取することにより、表３を得た。
表３より分かるように、比較例７では、冷間圧延の厚さが０．２９ｍｍであり、ライン速度が９０ｍ／ｍｉｎであり、脱炭後の炭素含有量が３０ｐｐｍ未満のプロセス要求を満たし、得られた完成品の磁気誘導Ｂ８が１．９１６Ｔであり、鉄損Ｐ１５／５０が０．９７４Ｗ／Ｋｇであり、表面欠陥の発生率が６．０％であった。比較例８では、ライン速度が９５ｍ／ｍｉｎであり、ライン速度を上げたことで脱炭時間が減少し、脱炭効果が不良であった。また、脱炭後の炭素含有量が４８ｐｐｍであり、得られた完成品の磁気誘導Ｂ８が１．８６５Ｔ、鉄損Ｐ１５／５０が１．１２３Ｗ／Ｋｇ、表面欠陥の発生率が１０．５％であった。
比較例９では、冷間圧延の厚さが０．２９ｍｍであり、ライン速度が９０ｍ／ｍｉｎであり、第１加熱帯の出口板温が５９０～６１０℃の間となり、第２加熱帯の出口板温が７２３～７３３℃の間となり、冷間圧延鋼板脱炭後の炭素含有量が３０ｐｐｍ未満のプロセス要求を満たし、得られた完成品の磁気誘導Ｂ８が１．９１８Ｔであり、鉄損Ｐ１５／５０が０．９６８Ｗ／Ｋｇであり、表面欠陥の発生率が１．５％であった。比較例１０では、冷間圧延の厚さが０．２９ｍｍであり、ライン速度が９５ｍ／ｍｉｎであり、第１加熱帯の出口板温が６１０～６３０℃の間となり、第２加熱帯の出口板温が７２５～７３５℃の間となり、冷間圧延鋼板脱炭後の炭素含有量が３９ｐｐｍであり、得られた完成品の磁気誘導Ｂ８が１．９０５Ｔであり、鉄損Ｐ１５／５０が０．９９６Ｗ／Ｋｇであり、表面欠陥の発生率が２．４％であった。比較例１１では、冷間圧延の厚さが０．３５ｍｍであり、ライン速度が８０ｍ／ｍｉｎであり、第１加熱帯の出口板温が６４０～６６０℃の間となり、第２加熱帯の出口板温が７１６～７２８℃の間となり、脱炭後の炭素含有量が４３ｐｐｍであり、得られた完成品の磁気誘導Ｂ８が１．８８４Ｔであり、鉄損Ｐ１５／５０が１．１２３Ｗ／Ｋｇであり、表面欠陥の発生率が３．７％であった。
実施例９では、冷間圧延の厚さが０．２２ｍｍであり、ライン速度が１１０ｍ／ｍｉｎであり、第１加熱帯の出口板温が５３０～５５０℃となり、第２加熱帯の出口板温を５９９～６０１℃に制御し、第３加熱帯の出口板温が７３０～７３６℃となり、脱炭後の炭素含有量が３０ｐｐｍ未満のプロセス要求を満たし、得られた完成品の磁気誘導Ｂ８が１．９３２Ｔであり、鉄損Ｐ１５／５０が０．８３７Ｗ／Ｋｇであり、表面欠陥の発生率が０．５％未満であった。
実施例１０では、冷間圧延の厚さが０．２９ｍｍであり、ライン速度が９０ｍ／ｍｉｎであり、第１加熱帯の出口板温が４９０～５１０℃となり、第２加熱帯の出口板温を５９９～６０１℃に制御し、第３加熱帯の出口板温が７３０～７３６℃となり、脱炭後の炭素含有量が３０ｐｐｍ未満のプロセス要求を満たし、得られた完成品の磁気誘導Ｂ８が１．９３５Ｔであり、鉄損Ｐ１５／５０が０．９４２Ｗ／Ｋｇであり、表面欠陥の発生率が０．５％未満であった。
実施例１１では、実施例１０に比べて、ライン速度が９５ｍ／ｍｉｎに向上し、第１加熱帯の出口板温が５１０～５３０℃となり、第２加熱帯の出口板温を６０９～６１１℃に制御し、第３加熱帯の出口板温が７３０～７３６℃となり、脱炭後の炭素含有量が３０ｐｐｍ未満のプロセス要求を満たし、得られた完成品の磁気誘導Ｂ８が１．９３８Ｔであり、鉄損Ｐ１５／５０が０．９４７Ｗ／Ｋｇであり、表面欠陥の発生率が０．５％未満であった。
実施例１２では、実施例１１に比べて、ライン速度がさらに９８ｍ／ｍｉｎに向上し、第１加熱帯の出口板温が５３０～５５０℃となり、第２加熱帯の出口板温を６１９～６２１℃に制御し、第３加熱帯の出口板温が７３０～７３６℃となり、脱炭後の炭素含有量が３０ｐｐｍ未満のプロセス要求を満たし、得られた完成品の磁気誘導Ｂ８が１．９２８Ｔであり、鉄損Ｐ１５／５０が０．９５３Ｗ／Ｋｇであり、表面欠陥の発生率が０．５％未満であった。
実施例１３では、冷間圧延の厚さが０．３５ｍｍであり、ライン速度が８０ｍ／ｍｉｎであり、第１加熱帯の出口板温が５７０～５９０℃となり、第２加熱帯の出口板温を６５９～６６１℃に制御し、第３加熱帯の出口板温が７２７～７３３℃となり、脱炭後の炭素含有量が３０ｐｐｍ未満のプロセス要求を満たし、得られた完成品の磁気誘導Ｂ８が１．９２７Ｔであり、鉄損Ｐ１５／５０が１．０９７Ｗ／Ｋｇであり、表面欠陥の発生率が０．５％未満であった。
以上から、本発明の実施例のプロセスの設置は、従来技術に比べて柔軟であり、完成品の磁気特性に優れ、表面欠陥の発生率が低く、かつ、ライン速度をさらに向上させることができ、生産効率を向上させることができる。
以上説明したように、本発明の実施例で提供された冷間圧延鋼帯の急速加熱装置および方法では、高周波誘導加熱の昇温速度が速いという特徴を十分に利用することができ、板温分割制御方式を採用し、加熱の管理制度を厳しく実行させることで、鋼帯の表面状態の変動と加熱運転動作の変動の影響を効果的に克服することができ、板温の制御精度が高く、完成品の磁気性能と表面品質により優れている。また、本発明の実施例では、各加熱段の目標板温を非常に簡便に選択でき、分割式加熱速度で昇温することで、プロセス設定の柔軟性および製品仕様への適合性を高めることもできる。また、本発明の実施例で提供された冷間圧延鋼帯の急速加熱装置および方法は、質量分率で、Ｓｉ含有量が４．５％以下である方向性ケイ素鋼による冷間圧延鋼帯の急速加熱に適用し、キュリー点を有する冷間圧延鋼帯、例えば質量分率が１８％以下であるＣｒ含有量を含有する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にも適用できる。
以上の内容は、本発明の概略的な説明のみで、本発明の動作原理を逸脱しない限りに種々の改良が可能であり、本発明の技術的範囲に属することは当業者にとって明らかであるべきである。
Claims (10)
- 加熱ゾーンと均熱ゾーンと冷却ゾーンとを備える冷間圧延鋼帯の連続焼鈍設備であって、
前記加熱ゾーンが、被加熱鋼帯の移動方向に沿って順に、
前記鋼帯を、２００℃から目標キュリー温度－１００℃までの温度範囲に加熱する、ガス加熱または電気加熱による第１輻射加熱機構が設けられる第１加熱帯、
前記鋼帯を、３００℃から前記目標キュリー温度－５０℃までの温度範囲に加熱する、第１誘導コイルによる第１誘導加熱機構が設けられる第２加熱帯、
前記鋼帯を、前記目標キュリー温度－３０℃から前記目標キュリー温度－３℃までの温度範囲に加熱する、第２誘導コイルによる第２誘導加熱機構が設けられる第３加熱帯、および
鋼帯を、前記目標キュリー温度よりも高い温度に加熱する、ガス加熱または電気加熱による第２輻射加熱機構が設けられる第４加熱帯、
に区画されることを特徴とする冷間圧延鋼帯の連続焼鈍設備。 - 前記第１加熱帯と前記第２加熱帯との間に少なくとも１つの多波長の第１板温度計が設けられ、前記第２加熱帯と前記第３加熱帯との間に少なくとも１つの多波長の第２板温度計が設けられ、前記第３加熱帯と前記第４加熱帯との間に少なくとも１つの多波長の第３板温度計が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延鋼帯の連続焼鈍設備。
- 前記第１誘導加熱機構が、順次接続された第１整流器と、第１インバータと、第１誘導コイルを含む第１発振回路とを備え、前記第１インバータが、前記第１整流器から供給される第１直流電力を受けて第１高周波電流に変換して前記第１発振回路に供給するものであり、
前記第２誘導加熱機構が、順次接続された第２整流器と、第２インバータと、第２誘導コイルを含む第２発振回路とを備え、前記第２インバータが、前記第２整流器から供給される第２直流電力を受けて第２高周波電流に変換して前記第２発振回路に供給するものであることを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延鋼帯の連続焼鈍設備。 - 前記第１誘導加熱機構と第２誘導加熱機構の電流周波数の範囲が１００～１０００ＫＨｚであることを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延鋼帯の連続焼鈍設備。
- 請求項１～４のいずれか１項に記載の冷間圧延鋼帯の連続焼鈍設備を用いて被加熱鋼帯を加熱することを特徴とする冷間圧延鋼帯の連続焼鈍方法。
- 第１加熱帯出口における第１目標板温を４００～５５０℃とすることを特徴とする請求項５に記載の冷間圧延鋼帯の連続焼鈍方法。
- 第３加熱帯の昇温速度に応じて第２加熱帯出口における第２目標板温を設定し、前記第３加熱帯の昇温速度を５０～１５０℃／ｓとすることを特徴とする請求項５に記載の冷間圧延鋼帯の連続焼鈍方法。
- 前記第２加熱帯の電力制御方法として、前記第２目標板温と第２板温度計の検出値との比較結果に基づき、前記第２加熱帯の加熱電力を調整することを特徴とする請求項７に記載の冷間圧延鋼帯の連続焼鈍方法。
- 前記第３加熱帯の電力制御方法として、前記第３加熱帯の初期電力と前記第３加熱帯出口における第３目標板温を設定し、前記第３目標板温と第３板温度計の検出値との比較結果に基づき、前記初期電力に応じて前記第３加熱帯の加熱電力を調整することを特徴とする請求項５に記載の冷間圧延鋼帯の連続焼鈍方法。
- 前記第３加熱帯の電力制御方法として、前記第３加熱帯の目標インピーダンスを設定し、前記目標インピーダンスと前記第３加熱帯の動作インピーダンスとの比較結果に基づき、前記第３加熱帯の加熱電力を調整することを特徴とする請求項５に記載の冷間圧延鋼帯の連続焼鈍方法。
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