JPH05156420A - 金属帯の加熱方法および加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属帯の熱処理や表面合金化処理等に利用す
るのに好適な金属帯の加熱方法および加熱装置を提供す
る。 【構成】 溶融亜鉛メッキ鋼板１の合金化炉での加熱に
際し、合金化炉として対向させた誘導コイル5a、5b、5c
および5dを４段設置した加熱帯５、保熱帯７および冷却
帯８から構成される合金化炉を用いて誘導加熱を行うと
ともに、トップロール９と溶融亜鉛メッキ槽２との間に
直接通電を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、金属帯の熱処
理や表面合金化処理等に利用するのに好適な、通電加熱
と誘導加熱とを組合わせて利用した金属帯の加熱方法お
よび加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在製造される金属帯の多くは、熱処理
や表面合金化処理等を施されるために、帯状の金属帯に
成形された後、加熱される。金属帯の代表例として鋼帯
が挙げられるが、鋼帯は、例えば、加熱後に溶融亜鉛メ
ッキ浴中に浸漬されて溶融亜鉛メッキ処理を行われその
後合金化処理のために再加熱されて、合金化溶融亜鉛メ
ッキ鋼帯とされる。この場合、溶融亜鉛メッキ処理を行
われた鋼帯は、一旦メッキ槽上へ引き上げられ、亜鉛が
完全に凝固する前にこの再加熱 (合金化処理) が行われ
る。

【０００３】この合金化処理は、具体的には次のように
して行われる。すなわち、溶融亜鉛メッキ処理後に溶融
亜鉛の付着量を適正量に絞ってから、竪型の合金化炉内
で再加熱することにより鋼帯の表面においてZn−Feの合
金化を行い、次いで合金化炉の出側に設置されたトップ
ロールに溶融亜鉛が付着しない程度に鋼帯を冷却した
後、トップロールを介して下方へ方向転換して次工程
(スキンパス、レベラー等の処理) へ送っている。

【０００４】従来より、かかる合金化炉の加熱方式とし
ては直火式による加熱が一般に実用化されている。しか
し、一般的に、合金化炉はライン構成上竪型炉とされる
ために、直火式による加熱は煙突効果により熱効率が悪
くなる傾向があった。

【０００５】そこで、特開昭60−149759号公報には、合
金化炉の途中に多数の凸状の仕切り壁や予熱帯を設ける
ことにより熱効率の改善を図る技術が提案されている。
この技術によれば、確かに従前の合金化炉よりも熱効率
を改善・向上することができるものの、熱効率の改善効
果は顕著ではないこと、加熱量の微調整が容易ではない
こと、さらには加熱力が小さいために炉長が長くなりが
ちであることといった問題を有しており、改善が望まれ
る。

【０００６】合金化炉の熱効率および加熱力の向上のた
め、直火加熱方式と誘導加熱方式とを組合わせて利用し
た合金化炉が特公昭63−62588号公報に提案されてい
る。この提案で利用する誘導加熱方式によれば一般的に
急速加熱が可能であるため炉長を短縮できる。しかし、
誘導加熱方式は偏熱を発生し易いため、この提案は従来
の直火加熱方式および保熱炉を併用するのであるが、加
熱条件の変更および微調整が難しいために、結局炉長を
大幅に短縮することはできなかった。

【０００７】誘導加熱方式による鋼帯加熱時の偏熱の発
生、特にメッキ縞むらの発生を防止するため、特開平１
−275744号公報では、特定形状の誘導コイルを鋼帯の長
手方向に交互に複数組設け、誘導加熱による鋼帯の振動
を抑制する装置が提案されている。溶融亜鉛メッキ槽内
のシンクロールとトップロールとの間では鋼帯表面の亜
鉛が凝固しないために鋼帯を保持することができず、誘
導磁界などで簡単に振動や偏芯、ふれが発生し易い。そ
こで、従来より、例えば誘導加熱での周波数を変更する
といった工夫が行われ、既にその一部は実用化されつつ
ある。

【０００８】しかし、誘導加熱方式を用いる場合、被加
熱帯である鋼帯が薄いために所望の加熱を行うためには
極めて高い周波数とする必要があり、電源部での損失が
大きいうえ、コイルと鋼帯との間をあまり近接させられ
ないために誘導効率も低く、エネルギー的には必ずしも
効率は高くなかった。

【０００９】さらに、電気的な鋼帯の加熱方法として、
誘導加熱方式以外に直接通電加熱によるものが、実開昭
61−206668号公報に提案された。この提案は鋼帯の任意
の二点間に通電を行うことにより鋼帯の加熱を行う技術
であるが、この技術を合金化炉に適用する場合、溶融亜
鉛メッキ槽の上方に設置される合金化炉においては鋼帯
に通電ロールを接することができずにメッキ浴とトップ
ロールとの間で通電することになる。したがって、その
中間の一部（合金化炉相当部）だけでの発熱はできずに
その間全域での発熱を伴うことになり、この技術を合金
化炉に適用することはできなかった。

【００１０】また、メッキ槽から合金化炉までの間にお
ける板冷却の補償のために、シンクロール通過後のメッ
キ浴中で鋼帯に接するロールを設け、該ロールを電極の
一つとして直接通電加熱を行う方法が特開平２−15156
号公報により提案されているが、この方法でも前記ロー
ルに溶融亜鉛が付着してしまうために現実的な方法では
なく、さらに鋼帯の電気抵抗は低いために鋼帯に直接通
電発熱させるには大電流を要し、いずれにしても実施は
困難である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の技
術では、コンパクトな設備で実施することができ、加熱
制御を自由に行うことができ、温度調節が容易で、さら
に短時間で加熱を行うことができる加熱効率に優れた金
属帯の加熱方法および加熱装置は存在しなかったのであ
る。

【００１２】ここに、本発明の目的は、上記従来の技術
の有する問題を解消することができ、例えば、金属帯の
熱処理や表面合金化処理等に利用するのに好適な金属帯
の加熱方法および加熱装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため種々検討を重ねた結果、前述の誘導加熱
方式は高周波電源とする際に約40〜50％の加熱効率の損
失が発生し、さらに誘導コイルの磁界が鋼板の加熱に有
効に利用される割合は高々65％程度と低く、結果的に30
〜40％の加熱効率となってしまうことを知見した。特
に、合金化炉では、鋼帯の振れがあり誘導コイルと鋼帯
との距離をあまり近づけられないため、一層加熱効率の
損失は大きくなってしまう。

【００１４】そこで、本発明者らはさらに検討を重ねた
結果、直接通電加熱は電気のジュール発熱を利用するた
めに電気損失は変圧器および送電損失だけであり加熱効
率は約90％と極めて高いことを知見し、この直接通電加
熱方式を合金化炉に適用するための手段を種々検討し
た。その結果、本発明者らは、直接通電加熱と誘導加熱
とを組合わせて利用することにより、上記課題を解決で
きることを知り、本発明を完成した。

【００１５】ここに、本発明の要旨とするところは、金
属帯の搬送方向の２点間に低周波電流を通電するととも
に、前記２点間の一部において、高周波誘導加熱を行う
ことを特徴とする金属帯の加熱方法である。

【００１６】また、別の面からは、本発明は、搬送され
る金属帯の搬送方向の２点間に直接通電を行うことが可
能となるように接続された低周波電源と、前記２点間の
一部に配設された一組または二組以上の一対の誘導コイ
ルと、さらに前記誘導コイルそれぞれに接続された高周
波電源とを組合わせて有することを特徴とする金属帯の
加熱装置である。

【００１７】上記の本発明において、低周波電流とは、
誘導電流に比較して相対的に低い電流をいい、一般的に
は商用電流を用いればよいが、直流であってもよい。ま
た、高周波電流とは高周波誘導加熱を行うための電流を
いい、その周波数ｆは、板厚ｔとの関係(f∝l/t²) で決
まり、薄鋼帯(3mm以下) の場合は数KHz となる。

【００１８】

【作用】以下、本発明を作用効果とともに詳述する。な
お、以下の本発明の説明においては、便宜上、金属帯と
して鋼帯を用いるが、本発明はかかる態様のみに限定さ
れるものではなく、その他の各種金属帯に適用可能であ
ることはいうまでもない。

【００１９】本発明は、略述すれば、通電加熱方式と誘
導加熱方式とを組合わせて利用した鋼帯の加熱方法であ
って、鋼帯の２点間に低周波電流を通電するとともに、
前記２点間の一部において、高周波誘導加熱を行うこと
を特徴とする鋼帯の加熱方法である。

【００２０】つまり、本発明は、鋼帯に直接に低周波電
流を通電して加熱を行うとともに、その間の一部で高周
波誘導加熱を行うことにより、高周波誘導電流により低
周波電流流路が狭められた部分での、低周波電流の通電
加熱による発熱量が大となり、鋼帯を局部的に加熱する
技術である。

【００２１】低周波電流も高周波誘導電流もともに小電
流であり、鋼帯全面を大幅に加熱する程の能力を有さな
い電流であるが、本発明のように高周波誘導電流により
局部的に低周波電流路を制限することにより、主として
低周波電流によるジュール発熱を利用して、鋼帯を部分
的に加熱する。

【００２２】鋼帯の任意の２点間に低周波電流を通電す
るには、低周波電源から適宜手段により接続すればよ
く、何ら限定を要さない。本発明を合金化溶融亜鉛メッ
キラインの合金化炉に適用する場合には、例えばメッキ
浴内に浸漬した給電子とトップロールに設けた黒鉛電極
との双方に低周波電源を接続すればよい。

【００２３】また、前記２点間の一部で高周波誘導加熱
を行うには、鋼帯の両面に対向するようにして一対の誘
導コイルを一組または二組以上設け、該誘導コイルに高
周波電源を接続すればよく、何ら限定を要さない。本発
明を合金化溶融亜鉛メッキラインの合金化炉に適用する
場合には、溶融亜鉛メッキ処理を終えて付着量を調整さ
れた鋼帯に対向するようにして、溶融亜鉛メッキ槽の上
方に前記誘導コイルを配設すればよい。

【００２４】なお、誘導コイルを鋼帯に対して設置位置
をずらしながら多段に設けることにより、幅方向に高温
の部分と低温の部分とが発生した鋼帯の温度を均一にす
ることができ、望ましい。

【００２５】なお、鉄は高温部よりも低温部のほうが電
気抵抗が小さいため、極端な温度差が鋼帯の幅方向に生
じたとしても、本発明ではその後の通電により解消する
ため問題ない。もし、幅方向で温度変化が生じたままの
状態で一定時間経過すると合金化度に差が生じてしまう
が、本発明では、このような場合にも、鋼帯の進行方向
に複数段設けた誘導コイルの設置位置、すなわち誘導
（磁界）電流の生成位置を２段目以降について変更する
ことにより、早急に幅方向の温度差を解消することがで
きる。

【００２６】本発明を合金化炉に適用する場合には、前
記誘導コイルにより囲まれた部分を加熱炉として用いれ
ばよい。特に、溶融亜鉛メッキ浴の上方であって鋼帯と
対向する一対の誘導コイルを鋼帯の進行方向に複数段設
置することが望ましい。

【００２７】前記誘導コイルの下流側には、保熱帯を設
けることが望ましい。保熱帯は単なる空炉か、もしくは
メッキ前の熱処理炉の排ガスを引き込んだ程度の炉であ
ればよく、加熱むらや幅方向温度差を完全に解消するた
めに設置する。

【００２８】そして、前記保熱帯の下流側には冷却帯を
設置する。冷却帯は、保熱帯を通過してきた鋼帯の両面
に圧空、水もしくは気水等を噴射して、トップロールに
亜鉛が付着しない程度に鋼帯表面の亜鉛を凝固させるた
めに設置される。

【００２９】以上説明したように、金属帯の熱処理や表
面合金化処理等に利用するのに好適な金属帯の加熱方法
および加熱装置を提供できる。さらに、本発明を、鋼帯
の合金化溶融亜鉛メッキラインの合金化炉に適用した実
施例を参照しながら、詳述する。

【００３０】

【実施例】図１は、本発明にかかる金属帯の加熱装置お
よび加熱方法を適用された合金化炉の構成を示す略式説
明図である。同図に示す合金化炉では、図示しないスナ
ウトを経て溶融亜鉛メッキ槽２に導かれた鋼帯１（幅：
1820mm、厚さ：0.8mm)は、シンクロール３の回りを周回
して上方に引き上げられ、溶融亜鉛メッキ槽２外で付着
量調整ノズル４によりメッキ付着量を片面当たり50g/m²
に調整され、その後トップロール９の回りを周回して次
工程であるスキンパス工程に送られる。

【００３１】そして、鋼帯１の進行方向に沿って、高周
波電源６に接続された一対の誘導コイル5a、5b、5cおよ
び5dからなる加熱帯５と、保熱帯７とさらに冷却帯８と
がこの順に設置されている。なお、加熱帯５、保熱帯７
および冷却帯８のそれぞれの出側には、温度計13が設置
されている。

【００３２】また、前記冷却帯８の上方にはトップロー
ル９が設置されているが、このトップロール９の胴部に
は黒鉛電極10が設けられており、黒鉛電極10は溶融亜鉛
メッキ槽２内に設置された給電子11 (Cr：６重量％、
Ｗ：1.3 重量％の耐熱鋼) に低周波電源12を介して接続
されている。

【００３３】以上の構成を有する本発明にかかる金属帯
の加熱装置により、保熱帯７の入側で530 ℃以上、出側
で520 ℃以上であって、12秒以上保持する加熱条件で、
鋼帯１の合金化溶融亜鉛メッキ処理を行い、合金化溶融
亜鉛メッキ鋼板を得た （５０Ｈｚの電流：２０００Ａ
、誘導加熱電力：1200KW) 。なお、保熱帯７の長さは
18ｍであるため通板速度を90m/min とし、溶融亜鉛メッ
キ浴の温度は470 〜480 ℃に調整した。この結果、総合
供給電力は、2260KWであった。

【００３４】一方、比較例として、低周波電源を鋼帯に
接続せずに誘導コイル5a、5b、5cおよび5dのみ (420KW/
台) で、鋼帯１の加熱を行った。この場合の供給電力
は、2440KWであった。本発明例および比較例の相双にお
いて充分な合金化度が得られる供給電力の比較により、
本発明によれば約７％の節電が可能となった。

【００３５】なお、誘導加熱で問題となるスジむら等の
欠陥は全く発生しなかった。これは、保熱帯でも通電加
熱しており、この部分で温度むらが解消 (低温部の方が
加熱されやすい) するためと思われる。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により、 設備がコンパクトになり、煙突やガスシールなどの必
要がないこと、 加熱制御が自由で温度調節が容易であること、 加熱に時間がかからないこと、 誘導加熱は、板幅全てを行う必要がないため、板幅に
応じて誘導コイルの設置位置の調整が可能となること、
すなわち誘導加熱により板端方向を集中的に加熱し、板
中央部は通電加熱により加熱すること 加熱効率に優れること という効果が得られた。かかる効果を有する本発明の意
義は極めて著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる金属帯の加熱装置の構成を示す
略式説明図である。

【符号の説明】

１：鋼帯 ２：溶融亜鉛メッキ槽 ３：シンクロール ４：付着量調整ノズル ５：加熱帯 5a、5b、5cおよび5d：誘導コイル ６：高周波電源 ７：保熱帯 ８：冷却帯 ９：トップロール 10：黒鉛電極 11：給電子 12： 低周波電源 13：温度計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 修司 茨城県鹿島郡鹿島町大字光３番地 住友金 属工業株式会社鹿島製鉄所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属帯の搬送方向の２点間に低周波電流
   を通電するとともに、前記２点間の一部において、高周
   波誘導加熱を行うことを特徴とする金属帯の加熱方法。
2. 【請求項２】 搬送される金属帯の搬送方向の２点間に
   直接通電を行うことが可能となるように接続された低周
   波電源と、前記２点間の一部に配設された一組または二
   組以上の一対の誘導コイルと、さらに前記誘導コイルそ
   れぞれに接続された高周波電源とを組合わせて有するこ
   とを特徴とする金属帯の加熱装置。