KR101558247B1 - 코일용 배치 어닐링로 - Google Patents

Abstract

배치 어닐링로(batch annealing furnace)는, 코일의 단면이 올려 놓여져, 코일의 축을 세운 상태에서 코일을 지지하는 코일 지지대와, 이 코일 지지대에 올려 놓여진 코일 전체를 덮는 이너 커버와, 이 이너 커버의 상부로부터 코일 지지대에 올려 놓여진 코일의 내주 부분의 공동(cavity) 내에 수하됨과 함께, 자신 내부에 냉매가 통과됨으로써 코일을 내면측으로부터 냉각하는 냉각관을 갖는다.

Description

코일용 배치 어닐링로{BATCH ANNEALING FURNACE FOR COILS}

본 발명은, 강판이 원통 형상으로 권회(wound)된 코일을 어닐링하기 위한 코일용 배치 어닐링로(annealing furnance)에 관한 것이다.

최근, 환경 대책을 목적으로 하여, 강재의 더 한층의 고특성화에 의해 여러 가지의 기기의 경량화나 소형화가 요구되고 있다. 예를 들면 자동차 분야에서는, 환경으로의 대응으로서, 경량화에 의해 연비를 향상시켜 배출 가스를 저감함과 함께, 충돌에 대한 강도를 높게 하여 안전성을 확보하는 것이 요구되고, 또한 비용도 내리지 않으면 안된다는, 각각 상반되는 요구가 한층 높아지고 있다. 그들에 대한 회답의 하나로서, 강판의 하이텐화(increasing the tensile strength)를 포함시킨 특성 개선이 중요한 과제이다. 또한, 기능성 재료인 전자(electromagnetic) 강판에 대해서도, 여러 가지의 기기에 사용하고자 한 경우, 경량화나 소형화의 문제를 떼어 놓을 수 없다. 이러한 과제에 대하여, 전자 강판에서는 전자 특성의 개선이 필수이다.

강판의 특성을 개선하는 방법의 하나로서, 배치 어닐링(batch annealing)에 의한 특성 개선이 있다. 예를 들면, 자동차나 가전에 많이 사용되고 있는 냉연 강판을 성형할 때에 발생할 수 있는 스트레처 스트레인(strecher strain)의 문제나, 캔을 성형할 때에 발생할 수 있는 플루팅(fluting) 현상 등을 개선하기 위해, 어닐링과 조질 압연에 의해 그 현상을 회피할 수 있다.

어닐링을 어떻게 행할지에 따라 조질 압연 및 그 후의 변형 시효는 변화한다. 즉, 배치 어닐링인지 연속 어닐링인지로 목적이 상이해진다. 배치 어닐링은, 가열·균열 시간을 길게 취할 수 있기 때문에, 고용(solid solution)되어 있는 탄소(C)나 질소(N) 등을 석출시키기 쉽다. 그 때문에, 배치 어닐링은, 연질화를 얻기 쉽고, 시효 효과가 작은 특성을 갖는 강판을 얻을 수 있다. 연속 어닐링에 있어서는 그 반대가 된다.

또한, 전자 강판에 있어서 배치 어닐링은 매우 중요한 역할을 완수한다. 즉, 전자 강판에 있어서, 배치 어닐링로에 있어서의 어닐링은, 단순한 고용 원소의 석출뿐만 아니라, 재결정화를 행하게 함으로써 본래의 목적인 전자 강판의 특성을 얻을 수 있다. 환언하면, 전자 강판(원통 형상으로 권회되어 코일 형상으로 되어 있음)에 있어서, 배치 어닐링로에 있어서의 어닐링은, 생략 또는 다른 수단으로 바꿀 수 없는 불가결한 제조 공정이다.

그러나, 어닐링에 의해 얻어진 코일에는, 약간의 결함(코일 상부의 「에지 신장」이나, 코일 하부의 「에지 변형」, 코일 중앙부의 「중앙 신장·세로 주름」 등, 또한 특정의 상변태(phase transformation)를 수반하는 특성 향상을 도모할 수 없는 등의 특성 저하의 결함)이 포함되어 있었다. 그 때문에, 그 결함 코일을 강재로서 사용하기 위해, 형상 결함에 대해서는 리코일링 라인에 있어서의 결함 검지 시스템이나 텐션 레벨러를 통과시킴으로써, 결함의 적출 및 결함부의 제거, 또한 형상을 보정하여 제품으로서 사용할 수 있도록 하고 있다. 이 때문에, 어닐링에 의해 얻어진 코일은, 제품화하기까지 수율의 저하, 생산 효율의 저하, 그리고, 검사 및 형상 보정에 수반되는 큰 비용이 문제가 되고 있었다.

또한, 어닐링에 의해 얻어진 코일이, 특성 향상에 대하여 설정 이상의 특성을 얻지 못하는 경우에는, 열화 부분을 절사(切捨)하여 사용하고 있다. 그 때문에, 코일을 검사 라인에 통과시켜, 마킹과 온라인 절사를 실시하고, 코일의 재차 권취를 실시하지 않으면 안된다. 그 때문에, 제품 합격률이나 생산 효율의 저하를 초래한다는 문제가 있다. 또한, 라인에 코일을 재차 통과시켜 특성 측정을 하면서 코일을 권취하기 때문에, 그것을 실시하는 비용이 추가되기 때문에 매우 큰 비용 증가가 된다는 문제가 있다.

그래서, 이러한 배치 어닐링로에 있어서의 여러 가지의 문제점에 대해서는, 종래부터 이하와 같은 여러 가지의 대책이 제안되고 있으며, 이러한 대책을 행함으로써, 종래보다도 대책 후의 결함 발생을 저감 가능하게 하고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 기술은, 코일 내부에 발생하는 결함을 관찰하고, 그들 결함에 대하여 대책을 실시하고 있다. 즉, 특허문헌 1에 기재된 기술은, 코일의 외주측 하부에 발생하는 결함을 저감하기 위해, 판두께가 상이한 코일을 용접하고, 외측에 두꺼운 판두께, 내측에 얇은 판두께가 오도록 리코일링함으로써, 하나의 코일로 하고 나서 어닐링을 실시하고 있다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 기술은, 코일의 강판의 밀착과 헐거워짐에 대해서 해결하기 위해, 냉각시의 온도차를 관리함으로써 밀착 및 헐거워짐을 방지하고자 하고 있다.

또한, 특허문헌 3에 기재된 기술은, 배치 어닐링로의 구조를 이너 커버가 딸린 2중 구조로 하여 냉각 속도의 온도 조건을 5.0∼15.0℃/Hr로 함으로써, 번인(burn-in) 흠집의 문제를 해결할 수 있다고 하고 있다.

또한, 특허문헌 4에는, 로의 가열·냉각을 속도로 관리하는 것이 아니라, 어닐링시에 번인이 발생하는 한계 응력과 온도와의 관계를 반경 방향에 있어서 구하고, 그것을 바탕으로 흠집을 회피하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 5, 특허문헌 6에 있어서는, 어닐링로에 있어서 어닐링 중에 발생하는 코일 결함 및 그 대책이 서술되어 있다. 예를 들면 특허문헌 5에는, 코일의 버클링(buckling)에 대해서 코일의 내측에 커버를 행하여, 방지하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 6에서는, 코일에 발생하는 결함에 대하여 로 내를 균일 온도 분포로 함으로써 해결하는 사항이 서술되어 있다. 그때, 특허문헌 6에 기재된 기술은, 로의 이너 커버를 단열재로 덮거나 또는 안으로 붙임으로써 균일한 온도 분포를 부여하도록 가열을 실시하고 있다.

또한, 특허문헌 7에 기재된 기술은, 로의 이너 커버의 중앙부에 오목형의 홈을 제작하고, 이 홈에 의해 가열시에 코일의 내부로부터도 가열하도록 하여, 코일 내부의 온도 분포를 균일하게 하고 있다. 또한, 특허문헌 7에 기재된 기술은, 냉각시에 있어서도, 동일한 효과에 의해 코일 내의 온도 분포를 균일하게 하고 있다. 그리고, 이에 따라, 특허문헌 7에 기재된 기술은, 코일 내에 발생하는 응력을 저감하고, 결함을 저감함과 동시에 가열·냉각 시간의 저감을 도모하여, 생산성의 향상을 가능하게 하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 8에는, 로 내에 코일의 가열·냉각을 실시할 수 있는 장치를 넣고, 코일의 내외면을 직접 가열·냉각함으로써, 코일 내부 온도를 균일화하여, 결함의 저감과 동시에 생산성의 향상을 도모하는 기술이 개시되어 있다.

일본공개특허공보 소59-35635호 일본공개특허공보 평5-287390호 일본공개특허공보 평5-295453호 일본공개특허공보 평11-293348호 일본공개특허공보 제2006-274343호 일본공개특허공보 제2006-257486호 일본공개특허공보 제2008-195998호 일본공개특허공보 제2005-226104호

블리키와 틴 프리 스틸: 아그네(판), 도요 고한 가부시키가이샤(저)

그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 코일을 어닐링할 때에는, 반드시 두꺼운 판두께와 얇은 판두께를 갖는 코일을 준비할 필요가 있기 때문에, 매우 생산의 효율이 나빠진다. 또한, 리코일링도 실시하지 않으면 안되어, 공정이 번잡해질 뿐만 아니라, 비용 증가에도 관계된다는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 기술은, 냉각시의 온도차를 관리함으로써 밀착 및 헐거워짐을 방지하고자 하기는 하지만, 결함은, 실제로는 가열·균열시에도 발생하고 있기 때문에, 냉각시만의 온도차 관리로는 근본적인 해결이 되지는 않는다.

또한, 특허문헌 3에 기재된 기술은, 배치식의 어닐링로의 구조를 이너 커버가 딸린 2중 구조로 하여 냉각 속도의 온도 조건을 5.0∼15.0℃/Hr로 함으로써, 번인 흠집의 문제를 해결한다고 하고 있기는 하지만, 냉각시의 온도 강하는 상당히 느리기 때문에, 효율의 면을 고려하면 공업화는 어렵다는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 4에는, 어닐링시에 번인이 발생하는 한계 응력을 구하고, 그 이하에서 어닐링하는 방법이 개시되어 있지만, 한계 응력은, 코일 재질·형상 나아가서는 배치 어닐링로의 상태에 따라서도 상이해진다. 그 때문에, 그때마다의 응력 계산이 필요해져 시간이 걸린다. 게다가, 가열·냉각 시간은 필요하고, 어닐링을 실시하기 위해서는 상당한 시간이 필요해진다는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 5에는, 코일의 내측에 커버를 행하여, 코일의 버클링을 방지하는 기술이 개시되어 있기는 하지만, 코일의 커버에 의한 좌굴(buckling)에 대한 온도 분포에 대해서의 영향이 불명하고, 따라서, 완전하게 코일 결함이 저감될지 어떨지는 불명하다.

또한, 특허문헌 6에 기재된 기술은, 로의 이너 커버를 단열재로 덮거나 또는 안으로 붙임으로써 로 내의 온도 분포를 균일하게 하고 있지만, 단열재가 붙여져 있는 이너 커버의 가열시에 있어서, 최적인 코일 온도 분포가 얻어지고 있는지 어떨지는 불명하다. 따라서, 이 대책에 의해 완전하게 코일 결함이 저감될지 어떨지가 불명하다.

또한, 특허문헌 7에 기재된 기술은, 로의 이너 커버의 중앙부에 오목형의 홈을 제작하고, 가열 냉각시의 코일 내부의 온도 분포를 균일하게 하여 결함의 저감을 도모하고, 이에 따라, 가열·냉각 시간의 단축을 도모하고 있다. 그러나, 이너 커버의 중앙부에 오목형의 홈을 제작하는 것 만으로는, 코일 내의 온도가 완전하게는 균일해지지 않는다. 그 때문에, 역시 응력이 발생하기 때문에, 안정되게 고품질의 코일을 제조하는 데에 있어서는 불충분하다.

또한, 특허문헌 8에 기재된 기술은, 로 내에 코일을 가열·냉각 가능한 장치를 넣고, 코일의 내외면을 직접적으로 가열·냉각함으로써, 코일의 내부 온도의 균일화를 달성하고, 결함의 저감과 동시에 생산성의 향상을 도모하고자 하고 있다. 그러나, 이러한 구성에서는, 로 내에 배치되는 장치 및 그 가동 비용이 종래에 비교하여 매우 높은 것이 된다. 그 때문에, 고비용이 되어, 조업 상의 메리트를 얻을 수 없다는 문제가 있다.

이와 같이, 종래의 배치 어닐링에 있어서, 어닐링시에 코일에 발생하는 여러 가지의 결함(에지 신장·에지 변형·세로 주름 등)에 대해서, 상기 특허문헌 1 내지 특허문헌 8에 예시하는 바와 같은 여러 가지의 해결이 도모되고 있기는 하지만, 아직도 발본적인 해결책은 없으며, 또한 해결책은 있어도 실시하는 데에 있어서는 생산 효율의 저하나 고비용을 초래하는 결과가 되고 있다. 그 때문에, 결함 발생에 의한 비효율 및 고비용을 취할지, 상기 문헌에 나타나는 대책에 의해 결함의 저감을 도모함과 동시에 비효율 및 고비용을 취할지의 양자 택일의 상태가 되어 있는 것이 실상이다.

그래서, 본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 강판이 원통 형상으로 권회된 코일을 어닐링하기 위한 배치 어닐링로에 있어서, 코일의 어닐링시에 발생하는 코일 결함을 저감함과 함께, 생산성을 확보하면서 추가로 비용면에 있어서도 유리한 코일용 배치 어닐링로를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링은, 강판이 원통 형상으로 권회된 코일을 어닐링하기 위한 코일용 배치 어닐링로로서, 상기 코일의 단면이 올려 놓여져, 상기 코일의 축을 세운 상태에서 상기 코일을 지지하는 코일 지지대와, 상기 코일 지지대에 올려 놓여진 상기 코일 전체를 덮는 이너 커버와, 상기 이너 커버의 상부로부터 상기 코일 지지대에 올려 놓여진 상기 코일의 내주 부분의 공동(cavity) 내에 수하(垂下)됨과 함께, 자신 내부에 냉매가 통과됨으로써 상기 코일을 내면측으로부터 냉각하는 냉각관을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링로에 있어서, 상기 냉각관은, 원통 형상 내관과, 당해 내관을 둘러싸는 원통 형상의 외관으로 이루어지는 2중관에 의해 구성되어 있으며, 상기 내관이, 냉매를 상기 이너 커버의 상부측으로부터 상기 코일 지지대측을 향하여 도입하는 도입 관로로 됨과 함께, 상기 외관과 상기 내관과의 사이의 영역이, 냉매를 상기 코일 지지대측으로부터 상기 이너 커버의 상부측으로 되돌리는 리턴 관로로 되어 있으며, 당해 도입 관로 및 당해 리턴 관로 내를 흐르는 냉매의 흐름의 방향을 바꾸는 개소에 있어서, 상기 외관의 반경의 1/2 이상을 지름으로 한 하방(下方)에 볼록한 반구 형상을 갖는 저판부에서 흐름의 방향을 반전시키고 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링로에 있어서, 상기 냉각관은, 냉매를 상기 이너 커버의 상부측으로부터 상기 코일 지지대측을 향하여 도입하는 도입 관로와, 상기 도입 관로에 도입된 냉매의 흐름의 방향을 상기 이너 커버의 상부측을 향하도록 바꾸는 만곡 관로와, 상기 만곡 관로에서 흐름의 방향을 바꾼 냉매를 상기 이너 커버의 상부측으로 되돌리는 리턴 관로를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링로에 있어서, 상기 도입 관로에 접속하는 상기 만곡 관로가 복수의 관으로 분할됨으로써, 상기 리턴 관로가 2 이상으로 되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링로에 있어서, 상기 도입 관로 및 리턴 관로의 적어도 한쪽은, 하류를 향함에 따라 그 관경(管徑)이 확대되고 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링로에 있어서, 상기 냉매는 기체로서, 당해 기체가, 공기, 또는, 순(純)질소, 순아르곤 또는 헬륨 등의 불활성 가스, 또는, 산소 또는 불소 등의 산화성 가스를 저감한 공기와 상기 불활성 가스와의 혼합 가스, 또는, 수소 또는 일산화 탄소 등의 환원 가스와 상기 불활성 가스와의 혼합 가스인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 강판이 원통 형상으로 권회된 코일을 어닐링하기 위한 코일용 배치 어닐링로에 있어서, 어닐링 중에 발생하는 코일 결함(에지 신장(코일 상부)·에지 변형(코일 하부)·중앙 신장·세로 주름·강판 밀착 등의 형상 결함 및, 특정한 상변태를 수반하는 특성 향상을 도모할 수 없는 등의 특성 저하의 결함)을 저감하고, 코일 어닐링 후의 공정 효율 및 생산성을 향상시켜, 비용을 저감시킴과 함께 강판 특성의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명을 적용함으로써, 종래에서는 불가능했던 1개의 코일 내에 발생하는 특성의 불균일을 억제하는 것이 가능해졌다. 이에 따라, 더욱 높은 특성을 어닐링 공정에 있어서 도모하는 것이 가능해지고, 제품의 고품질화도 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링로의 제1 실시 형태를 설명하는 개략도(단면도)이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링로의 제2 실시 형태를 설명하는 개략도(단면도)이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링로의 제3 실시 형태를 설명하는 개략도(단면도)이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링로의 각 실시 형태에 의한 유량의 비교를 설명하는 도면이며, 동(同) 도면은, 검토 모델의 치수를 각각 나타내고 있다.
도 5는 도 4의 각 검토 모델에서의 토출 유량(유속 20m/s)의 차이의 이미지를 나타내고 있다.
도 6은 도 4의 각 검토 모델에서의 토출 유량(유속 50m/s)의 차이의 이미지를 나타내고 있다.
도 7은 도 4의 각 검토 모델에서의 토출 부분을 통과하는 기체의 배기량의 차이의 이미지를 나타내고 있다.
도 8은 도 4의 각 검토 모델에서의 토출 부분을 통과하는 기체의 배기량의 차이를 나타내는 그래프로서, 동 도 8(a)는 토출 유량: 유속 20m/s, 도 8(b)는 토출 유량: 유속 50m/s의 예이다.
도 9는 전열 계산 모델의 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 계산의 온도 결과와 실제의 측정 온도 결과를 비교하기 위해 이것을 함께 나타낸 그래프((a)∼(f)) 및, 그 그래프에 대응하는 코일 상의 위치를 나타내는 도면((j))이다.
도 11은 계산의 온도 결과와 실제의 측정 온도 결과를 비교하기 위해 이것을 함께 나타낸 그래프((g)∼(i)) 및, 그 그래프에 대응하는 코일 상의 위치를 나타내는 도면((j))이다.
도 12는 동 도 12(a)는, 코일 내에 발생하는 응력의 시간 변화를 나타내는 그래프, 도 12(b)는 도 12(a)에서의 대응하는 코일의 방향을 나타내는 도면이다.
도 13은 어닐링 중의 코일 내에 발생하는 최대 응력(절대값)을 비교하여 나타내는 그래프, 도 13(b)는 도 13(a)에서의 대응하는 코일의 방향을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링로의 냉각관의 변형예(제1 변형예)를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링로의 냉각관의 변형예(제2 변형예)를 나타내는 도면이다.
도 16은 종래의 코일용 배치 어닐링로의 일 예를 설명하는 개략도(단면도)이다.
도 17은 종래의 코일용 배치 어닐링로의 다른 예를 설명하기 위한 제1 비교예의 개략도(단면도)이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링로를 설명하기 위한 제2 비교예의 개략도(단면도)이다.
도 19는 종래의 배치 어닐링로의 구조(중실(solid core) 구조)의 일 예를 설명하는 도면으로서, 동 도 19(a)는 전체의 사시도, 도 19(b)는 축 방향의 단면도, 도 19(c)는 도 19(b)의 주요부 확대도, 도 19(d)는 도19(a)에서의 코일 지지대 부분을 일부 파단하여 나타내는 도면이다.
도 20은 종래의 배치 어닐링로에서의 코일의 열팽창 변형을 설명하는 주요부 단면도로서, 동 도 20(a)는 가열시를, 도 20(b)는 냉각시를 나타내고 있다.
도 21은 종래의 배치 어닐링로에 있어서, 가열·냉각시의 코일 열팽창 변형에 수반하여, 내부와 외부와의 사이에 발생하는 「어긋남 변형」을 설명하는 주요부 단면도로서, 동 도 20(a)는 가열시를, 도 20(b)는 냉각시를 나타내고 있다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

우선, 본 발명의 생각을 하기에 이른 경위에 대해서 설명한다. 본 발명자들은, 이하와 같은 과정에 의해, 코일에 발생하는 결함의 원인에 대해서 상세하게 조사를 실시하여 결함의 발생 기서(occurrence mechanism)를 특정했다.

도 16은, 종래의 코일용 배치 어닐링로(이하, 단순히 「배치 어닐링로」라고도 함)의 구조에 대해서 간단하게 나타내는 개략도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 종래의 배치 어닐링로(100)는, 로 내의 온도 불균일을 발생시키지 않도록, 로벽(8) 내의 이너 커버(7)를 그의 외측으로부터 복수의 버너(5)로 가열함과 함께, 코일(C)을 지지(holding)하고 있는 코일 지지대(2)의 하부의 로저(爐底; 9)측으로부터도 히터(6)에 의해 가열한다. 이에 따라, 로 내는 거의 균일한 온도로 되어 있다. 가열은 미리 프로그램되어 있어, 목표 온도에 추종하도록 되어 있다.

종래는, 로 내부의 온도를 측정하고, 로 내의 온도 분포를 얻어, 그 분포를 저감하도록 가열법이나 로의 외벽의 구성을 변경하고 있었다. 그러나, 그것만으로는 불충분하고, 전술한 결함이 발생하는 경우가 있었다. 그 때문에, 완전하게 종래의 제조 공정을 없애지 못하고, 결국, 생산성을 올리면서 비용을 내릴 수는 없었다.

그래서, 본 발명자들은, 코일(C)의 내주 부분(Cn) 및 코일(C)을 지지하고 있는 코일 지지대(2) 등에 대해서도 열전대에 의해 온도를 측정했다. 또한 동시에 전열 계산을 행하고, 열전대로 온도 측정할 수 없는 부분에 있어서도 온도 분포를 구하여, 코일(C)로의 영향을 측정했다. 그 결과, 종래는 생각지도 못한 결과가 얻어졌다.

즉, 종래는, 정성적으로 코일(C)의 내주 부분(Cn)에서의 온도 분포에 의해 신장 변형이 발생하고 있다고 생각되어 왔다. 그러나, 상기의 전열 계산을 실시한 결과, 온도 분포에 의한 코일(C)의 변형은, 상정 이상으로 판 형상에 큰 영향을 미치고 있으며, 종래는 단순하게 열변형에 의해 에지 신장·에지 변형·중앙 신장·세로 주름 등의 결함이 발생하고 있다고 생각되었지만, 그들은 단순하게 발생하고 있는 것이 아니라는 것이 분명해졌다.

구체적으로는, 로저(9) 및 이너 커버(7)의 외측으로부터 로 내가 가열되면, 그 열방사에 의해 로 내의 코일(C)이 가열되어, 코일(C)의 외주 부분(Cs)이 우선으로 온도가 상승하게 된다. 그 때문에, 가열시에는, 코일(C)의 외주 부분(Cs)이 내주 부분(Cn)에 비교하여 열팽창이 커지고, 코일(C)은, 도 20(a)에 부호 α로 나타내는 바와 같이, 자신의 외주 부분(Cs)의 하단부에서 자신을 들어 올려 지지한 상태가 된다.

또한, 가열시에는, 코일(C)의 외주 부분(Cs)의 상단부의 온도가 상승하고 있기 때문에, 코일 상단에 상당하는 부분의 열팽창량이 크고, 동일하게, 코일 하단부에서도 열팽창에 의해 신장한다. 그 때문에, 권회되어 있는 강판의 중앙 부분이 코일 상하의 신장에 끌려 신장되고, 이것이 중앙 신장의 원인이 된다. 또한, 외주 부분(Cs)의 하단부가 외측으로 부풀어 오름으로써, 단순히 팽창에 의한 에지 변형이 될 뿐만 아니라, 축방향을 세운 자세의 코일(C)의 중량을 이 개소에서 지지하기 때문에, 이에 따른 변형도 발생한다. 따라서, 코일(C)이 팽창할 때에 코일(C)의 하부의 코일 지지대(2)(개재된(interposed) 쿠션(3) 상에 배치된 스페이서(4))와의 마찰에 의한 변형도 발생하게 된다.

또한, 냉각시에는, 방사 냉각에 의해 코일(C)이 냉각되기 때문에, 코일(C)의 외주 부분(Cs)으로부터 냉각이 행해진다. 그 때문에, 도 20(b)에 부호 β로 나타내는 바와 같이 코일 형상이 변형되고, 코일(C)의 내주 부분(Cn)의 하단에서 코일 전체의 중량을 지지하게 되어, 이것이 내주 부근의 하단부의 코일 변형으로 이어진다. 즉, 코일을 어닐링할 때의 변형을 방지하고자 하는 경우, 종래 생각되어 있던 바와 같은 단순한 승온 속도 및 냉각 속도의 완화나 균일한 로벽으로부터의 열방사만으로는 대응이 불가능하다는 것이 분명해졌다.

게다가, 새로운 원인 불명의 결함(어닐링 중의 판의 밀착 현상)에 대해서도, 이들 온도 측정 실험 및 해석으로 그 원인이 분명해졌다. 그것은, 어닐링 후에 코일의 일부의 강판이 밀착한다는 현상이 보여져 왔지만, 지금까지는, 그 원인에 대해서는 불명했던 바, 이번, 온도 측정 및 전열 계산을 실시하여, 코일(C)이 열팽창에 의해 도 21에 나타낸 바와 같이 변형하는 것이 분명해졌다. 즉, 도 21(a) 및 도 21(b)에 부호 γ로 나타내는 바와 같이, 코일(C)의 어닐링 중에, 코일(C)의 축 방향을 따라 강판의 「어긋남」이 발생하는 경우가 있는 것이 판명되었다. 그리고, 이 결과에 대하여 코일의 밀착된 개소에서의 강판의 「어긋남」의 크기를 측정한 결과, 그 크기가 계산으로 얻어진 변형의 크기와 거의 동일하다는 것을 알 수 있었다. 단, 이 「어긋남」이 언제 발생할지는 여러 가지의 경우가 있기 때문에 일률적으로는 말할 수 없지만, 이러한 결과로부터 「어긋남」의 발생은 코일의 열변형 및 열응력에 기인하고 있는 것은 분명하다.

또한, 어닐링에 있어서의 특성 열화에 대해서도 이들 열변형 및 열응력이 관계되어 있는 것이 분명해졌다. 즉, 특성 개선을 위한 상변태는 코일(C)의 가열시부터 균열에 이르기까지 실시되고 있다. 일반적으로 코일(C)은 외주 부분(Cs)으로부터 복사(radiation)에 의해 가열되고 있지만, 동시에 복사에 의해 내주 부분(Cn)도 가열되고 있다. 특히 승온 속도를 빠르게 하여 코일 온도를 조기에 목표 온도까지 높이고자 하면, 코일(C)의 내주 부분(Cn)까지 복사가 이루어져, 코일(C)의 내부로부터도 온도가 상승한다. 승온 속도를 빠르게 하기 위해 로저(9)에서도 가열하면, 복사가 로저(9)로 이루어지고, 그 때문에 코일(C)의 내주 부분(Cn)이 더욱 가열되고, 내부로부터의 온도 상승이 보다 커진다. 이에 따라, 외주 부분(Cs)으로부터의 가열시에 있어서도 내주 부분(Cn)의 팽창에 의해 코일 내부에는 압축 응력이 발생하고, 그것이 코일(C)을 들어 올리는 원인이라고 생각된다. 동시에 이 값이 큰 경우, 코일 내부에 압축 응력이 발생하고, 또한 그것이 상변태의 진전을 방해하는 원인이 된다고 생각된다.

도 9는, 전술한 전열 계산에 이용한 전열 계산 모델을 설명하는 도면이다. 도 9(a)는, 모델화의 바탕이 되는 배치 어닐링로(도 16의 배치 어닐링로(100) 또는 후술하는 도 1의 배치 어닐링로(1))와 코일(C)의 단면의 오른쪽 절반(1/2)의 예를 나타낸다. 이 도 9(a)를 바탕으로, 주기 대칭으로서 중심으로부터 15°를 모델화하고 있다(도 9(b)에 나타냄). 발열부는, 로벽(8)의 벽면(도 9(c)에 나타냄)과 로저(9)의 일부(도 9(d)에 나타냄)에 형성한다. 도 9(c)의 벽면의 발열부에는, 로벽(8)의 버너(5)로부터의 열유속을 부여한다. 도 9(d)의 로저(9)에 있어서의 발열부는, 전열선에 의해 실제로 가열이 행해지고 있는 부위를 설정하고, 전열선에 의한 열유속을 부여한다. 이 전열 계산 모델을 이용하여, 유한 요소법에 의해 코일(C)의 내부 온도 분포를 구하고, 이 내부 온도 분포의 결과로부터 코일(C)의 내부 응력을 수치 계산으로 구한다. 코일(C)의 내부 응력의 계산은 전열 계산과 연성하여(coupling) 행하지만, 계산 시간 단축을 도모하기 위해, 국소적인 열팽창차는 작게 하여 약연성으로 한다. 코일(C)의 내부 응력에 대해서는, 고온 크리프(creep)에 의한 영향을 무시할 수 없기 때문에, 내부 온도 분포에 더하여 고온 크리프의 데이터도 이용하여 내부 응력 계산을 행한다. 게다가, 코일(C)을 받고 있는 코일 지지대(2), 쿠션(3) 및 스페이서(4)에 대해서도 전열 계산을 맞추어 행하고 온도 분포를 산출하여, 이 온도 분포로부터 열에 의한 변형을 산출한다. 그리고, 열에 의해 변형된 코일 지지대(2), 쿠션(3) 및 스페이서(4)와, 코일(C)과의 접촉의 영향도 고려한다. 이하 설명하는 본 발명의 실시 형태예인 배치 어닐링로(1)(도 1∼도 3) 및 종래예인 배치 어닐링로(100)(도 16∼도 19)에 관한 전열 계산과 코일(C)의 내부 응력 계산에 대해서도, 모델화의 바탕이 되는 배치 어닐링로를 도 9(a)의 배치 어닐링로(1) 또는 배치 어닐링로(100)로서 적절히 교체하고 이용하여, 동일한 모델을 작성하여 동일한 수법으로 행한다.

본 발명자들은, 이러한 결함의 발생 기서에 대해서의 인식에 기초하여, 본 발명을 생각하기에 이르렀다. 이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링로의 일 실시 형태에 대해서 설명한다. 이 배치 어닐링로는, 강판에 여러 가지의 특성을 부여하기 위해, 강판이 원통 형상으로 권회된 코일의 어닐링을 실시하는 것이다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 배치 어닐링로의 제1 실시 형태의 개략도를 도 1에 나타낸다. 비교를 위해, 도 16 및, 도 19에 나타내는 종래의 배치 어닐링로의 개략도를 참조하면서 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배치 어닐링로의 구성을 설명한다. 전술한 설명을 포함하여, 동일한 또는 대응하는 구성에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

도 1에 나타내는 본 실시 형태의 배치 어닐링로(1)와 도 16(도 19)에 나타내는 종래의 배치 어닐링로(100)와의 구성의 큰 차이는, 본 실시 형태의 배치 어닐링로(1)는, 종래의 배치 어닐링로(100)에서는 갖지 않는 냉각관(10)을, 코일(C)의 내주 부분(Cn)에 갖는 점에 있다.

상세하게는, 도 1 등에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 배치 어닐링로(1) 및 종래의 배치 어닐링로(100)는, 로벽(8) 내에 코일 지지대(2)가 형성되어 있다. 코일 지지대(2)는, 코일(C)의 단면이 올려 놓여져 코일(C)의 축을 세운 상태에서 지지하는 받침대이다. 코일 지지대(2)의 상면에, 쿠션(3) 및 스페이서(4)를 개재하여 코일(C)이 올려 놓여진다(도 1에서는 쿠션(3) 및 스페이서(4)의 도시를 생략). 또한, 올려 놓여진 코일(C)과 코일 지지대(2) 전체를 덮도록 로벽(8) 내에 이너 커버(7)가 배치되어 있다. 그리고, 로 내의 온도 불균일을 발생시키지 않도록, 로벽(8) 내의 이너 커버(7)를 그의 외측으로부터 복수의 버너(5)로 가열함과 함께, 코일(C)을 지지하고 있는 코일 지지대(2)의 하부의 로저(9)측으로부터도 히터(6)에 의해 가열하고, 이에 따라, 로 내는 거의 균일한 온도가 되도록 되어 있다. 가열은 미리 프로그램되어 있어, 목표 온도에 추종하도록 설정된다.

본 실시 형태의 배치 어닐링로(1)는, 이너 커버(7)의 상부로부터 코일 지지대(2)에 올려 놓여진 코일(C)의 내주 부분(Cn)의 공동(cavity) 내에 수하됨과 함께, 자신 내부에 냉매가 통과됨으로써 코일(C)을 내면측으로부터 냉각하는 냉각관(10)을 갖는다. 이 본 실시 형태의 냉각관(10)은, 원통 형상의 내관(11)과, 이 내관(11)을 둘러싸는 원통 형상의 외관(12)으로 이루어지는 2중관에 의해 구성되어 있으며, 내관(11)이, 냉매를 이너 커버(7)의 상부측으로부터 코일 지지대(2)측을 향하여 도입하는 도입 관로로 됨과 함께, 외관(12)과 내관(11)과의 사이의 영역이, 냉매를 코일 지지대(2)측으로부터 이너 커버(7)의 상부측으로 되돌리는 리턴 관로로 되어 있다. 또한, 이 냉각관(10)은, 당해 도입 관로 및 당해 리턴 관로 내를 흐르는 냉매의 흐름의 방향을 바꾸는 개소(동 도면의 최하단의 위치)에 있어서, 외관(12)의 반경의 1/2 이상을 지름으로 한 하방으로 볼록한 반구 형상을 갖는 저판부(13)에서 흐름의 방향을 반전시키고 있다. 내관(11)의 상부의 개구부(냉각관(10) 내를 통과하게 되는 냉매의 입구)(14)는, 깔때기 형상으로 형성되어 상부를 향하여 확경(擴徑)하고 있다.

냉각관(10) 내를 통과하게 되는 냉매는 기체이며, 이 기체로서는, 공기, 또는, 순질소, 순아르곤 또는 헬륨 등의 불활성 가스, 또는, 산소 또는 불소 등의 산화성 가스를 저감한 공기와 상기 불활성 가스와의 혼합 가스, 또는, 수소 또는 일산화탄소 등의 환원 가스와 상기 불활성 가스와의 혼합 가스인 것이 바람직하다.

다음으로, 도 1에 나타내는 본 실시 형태의 배치 어닐링로(1)와 도 16(도 19)에 나타내는 종래의 배치 어닐링로(100)와의 작용 효과의 상위에 대해서 설명한다.

도 16에 나타내는 바와 같이 종래는 코일(C)의 내주 부분(Cn)이 단순히 공동인 상태에서 어닐링되도록 되어 있었다. 그 때문에, 이너 커버(7)로부터의 복사 및 로저(9)에 있는 히터(6)로부터의 복사에 의해 그대로 가열되고 있어, 코일 온도를 소망하는 온도까지 올리고자 하면, 코일(C)의 내주 부분(Cn)의 온도도 상승시키지 않을 수 없었다. 그 때문에, 도 19(b)에 나타내는 바와 같이, 종래는 코일(C)의 내주 부분(Cn)의 온도를 낮게 억제하고자 하여, 단열재(110)를 코일(C)의 상부에 배치하여 복사열이 내주 부분(Cn)의 공동 내로 들어가는 것을 방지하고 있었다. 그러나, 이것도 완전하지 않아, 단열재(110)를 통과해도 복사가 행해지고, 로저(9)의 히터(6)로부터의 복사도 있기 때문에 코일 내측의 온도 상승은 피할 수 없었다.

그 때문에, 종래는 코일(C)의 내주 부분(Cn)을 외주 부분(Cs)보다도 저온으로 유지하도록 가열하기 위해, 승온 속도를 느리게 하여 가열하고 있었다. 단, 로 내 냉각에서는 아무래도 코일(C)의 내주 부분(Cn)의 온도가 높아진다. 그 때문에, 냉각 속도를 느리게 하여 온도 분포를 코일 품질에 영향이 없는 정도까지 떨어뜨려 냉각할 필요가 있었다. 이에 따라, 새로운 비용 증가가 되었다.

이에 대하여, 본 실시 형태의 배치 어닐링로(1)에서는, 어닐링 시간의 단축화와 고품질을 유지한다는 문제를 동시에 해결하기 위해, 코일(C)의 내주 부분(Cn)의 공동 내에 냉각관(10)을 배치함으로써, 냉각관(10)의 외측에 코일(C)을 배치하는 구조로 한 것이다. 이에 따라, 배치 어닐링로(1)에 의하면, 냉각관(10)이, 이너 커버(7)의 상부로부터 코일 지지대(2)에 올려 놓여진 코일(C)의 내주 부분(Cn)의 공동 내에 수하되어, 자신 내부에 냉매가 통과됨으로써, 코일(C)을 내면측으로부터 냉각할 수 있기 때문에, 코일 내측의 온도 상승을 억제할 수 있다.

이 배치 어닐링로(1)는, 도 16에 나타낸 종래의 배치 어닐링로(100)와 비교하여, 일견하면 단순히 냉각관(10)이 있을 뿐이라고 생각되지만, 실제로는 큰 차이가 있다.

상세하게는, 본 실시 형태에서는, 도 1에 개략도를 나타낸 바와 같이, 코일(C)의 내주 부분(Cn)의 공동 내에 냉각관(10)을 배치하고, 이 냉각관(10) 내에 냉매(냉각용 기체)를 통과시켜 코일(C)을 그 내주 부분(Cn)측으로부터 냉각하는 것이다. 즉, 이 배치 어닐링로(1)의 냉각관(10)은, 로 내에 냉각용 기체를 직접 분사하는 것이 아니라, 복사 전열에 의해 코일(C)을 내측으로부터 냉각한다. 이에 따라, 본 실시 형태에 의하면, 이것을 가열시에 적용함으로써 코일 내부에 열응력을 발생시키는 일 없이 가열할 수 있음과 동시에, 냉각시에는 코일(C)을 내측으로부터 냉각함으로써 종래의 냉각 속도보다도 큰 속도로 효율 좋게 냉각할 수 있다.

이에 대하여, 도 16에 나타낸 종래의 배치 어닐링로(100)에서는, 버너(5)에서 이너 커버(7)를 외부로부터 가열하여, 이너 커버(7)의 복사열로 코일(C)을 가열할 뿐이다. 그 때문에, 코일 재질에 따라서는, 이 가열시에 코일(C) 내부의 품질에 영향을 주지 않는 범위의 응력이 되도록 가열·냉각을 필요로 하기 때문에, 어닐링 시간이 길어져 버린다. 따라서, 본 실시 형태의 배치 어닐링로(1)와 동일한 작용 효과를 나타낼 수 없다.

또한, 도 17에 나타내는 제1 비교예는, 단순한 원통 형상의 냉각관(120)을 코일 내부에 수하한 예이지만, 이것은 특허문헌 7에 나타나는 것과 동일하게, 적극적인 가열·냉각을 행하고 있지 않다. 그 때문에, 가열시에는 냉각관(120)과 코일 내부와의 간극(오목부)에 가열 가스가 돌아 들어가는 점에서, 코일 내부로부터도 가열되고, 그에 따라 가열 시간의 단축이 도모된다. 또한 냉각시에도 동일하다고 할 수 있다. 즉, 이 구성에서는, 결과적으로, 특허문헌 7에 온도 분포가 나타나 있는 바와 같이, 코일의 두께 방향에서 가열시에는 온도 분포가 아래로 볼록하게, 냉각시에는 위로 볼록하게 되기 때문에, 역시 응력이 발생하고, 그것을 회피하기 위해서는 가열·냉각 속도를 규정할 필요가 발생하기 때문에 불충분한 것이 된다. 따라서, 역시 본 실시 형태의 배치 어닐링로(1)와 동일한 작용 효과를 나타낼 수 없다.

또한, 도 18에 나타내는 제2 비교예는, 단순한 원통 형상의 냉각관(120) 내에 적극적으로 냉매를 통과시킴으로써 도 1에 나타낸 본 실시 형태의 배치 어닐링로(1)의 구성에 의해 나타내는 효과와 동일한 효과를 얻고자 한 것이지만, 이러한 단순한 원통 형상의 냉각관(120)에서는, 냉각관(120) 내에 냉매가 되는 기체가 원활하게 들어가지 않는다. 그 때문에, 역시 본 실시 형태의 배치 어닐링로(1)와 동일한 작용 효과를 나타낼 수 없다.

다음으로, 도 1에 나타낸 본 실시 형태의 배치 어닐링로(1)의 효과를 검증하기 위해, 상기 배치 어닐링로(1)를 제1 실시 형태로 하고, 그 냉각관(10)의 형상과, 본 발명의 다른 형태의 냉각관의 형상을 수치 계산으로 비교하여 그 효과를 확인했다. 비교 형상(본 발명의 다른 형태)의 개략도를 도 2 및 도 3에 나타낸다.

도 2에 나타내는 제2 실시 형태는, 도 1에 나타낸 제1 실시 형태의 냉각관(10)의 하부에 부설되어 있는 하방에 볼록한 반구 형상을 이루는 저판을 평판으로 바꾼 예이다. 또한, 도 3에 나타내는 제3 실시 형태는, 도 1에 나타낸 제1 실시 형태의 저판(외관의 반경의 1/2 이상을 지름으로 한 하방에 볼록한 반구 형상)을 채용함과 함께, 외관의 형상을 상부로 향함에 따라 확경시킨 것이다. 계산에 사용한 구체적인 모델 형상을 도 4에 비교하여 나타냄과 함께, 계산에 따른 결과를 도 5부터 도 8에 나타낸다. 도 4 중, 대응하는 동일한 치수에 대해서는 표시를 생략하고 있다. 본 발명의 실시 형태와 각 모델과의 대응 관계는, 모델 A가 제2 실시 형태(도 2)에 대응하고, 모델 B가 제1 실시 형태(도 1)에 대응하고, 모델 C가 제3 실시 형태(도 3)에 대응하고 있다.

도 5는, 노즐로부터의 토출 속도 20m/s의 유속 분포를 나타내고, 도 6은, 노즐로부터의 토출 속도 50m/s의 유속 분포를 각 모델에 대해서 나타내고 있다. 도 5 및 도 6에 나타내는 시뮬레이션 결과로부터, 냉각관(10)의 저부를 평판(모델 A)으로 한 것에 비하여, 하방으로 볼록한 반구형(모델 B 및 C)으로 한 쪽이 저부에서의 기체의 유속이 오르고 있으며, 특히, 외관을 그 하류측(상부)으로 향하여 확경한 모델 C에서는 냉각관(10)의 저부에서의 기체의 유속이 가장 올라가 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 각 모델에 대해서 개구부 근방에 있어서의 기체의 유량(개구부 근방을 통과하는 기체의 체적)을 비교했다. 각 모델의 개구부 근방의 유량의 계측 위치 P_A, P_B, P_C를 도 7에 나타내고, 추가로 도 8에는 그 비교 결과를 나타냈다. 이 결과로부터, 냉각관(10)의 저부를 평판(모델 A)으로 한 것에 비하여, 냉각관(10)의 저부를 하방으로 볼록한 반구형(모델 B 및 C)으로 함으로써 유량이 증가하고, 또한 외관을 그 하류측(상부)에 확경(모델 C)함으로써 더욱 유량이 증가하는 것이 확인되었다.

즉, 코일(C)의 내측으로부터 냉각하는 구성으로서, 제2 실시 형태에 대하여, 냉각관(10)의 저부 형상을, 하방으로 볼록한 매끄러운 반구 형상으로 하는 것이 바람직하다(제1 실시 형태). 이에 따라, 보다 효과적으로 코일(C)의 냉각을 가능하게 한다. 또한, 추가로 외관을 그 하류측(상부)에 확경하는 형상(제3 실시 형태)으로 함으로써, 한층 냉각 효과를 올리는 것이 가능해진다.

어느 쪽이든, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 각 형태에 의하면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 로 내의 중심에 냉각관(10)을 설치함과 함께, 이 냉각관(10)에 냉매를 통과시킴으로써, 코일(C)의 가열 및 냉각시에, 코일(C)의 내측으로부터의 냉각을 가능하게 하고, 이에 따라, 코일 내부에 발생하는 응력을 거의 해소할 수 있다. 그 때문에, 코일(C)의 온도 불균일에 의한 변형을 억제하고, 특히 코일(C)의 내주 및 외주에 발생하는 코일 결함(에지 신장(코일 상부)·에지 변형(코일 하부)·중앙 신장·세로 주름·강판의 밀착 등의 형상 결함, 그리고, 특정한 상변태를 수반하는 특성 향상이 도모되지 않는 등의 특성 저하의 결함)을 방지 가능하고, 이에 따라 얻어진 양호한 형상을 갖는 박판 제품을 얻을 수 있다.

실시예

이하, 실시예에 대해서 설명한다. 강판이 원통 형상으로 권회된 코일을 어닐링하는 기능성 재료로서는 전자 강판을 예시할 수 있지만, 이 경우는 더욱 엄격한 조건이 부가된다. 그것은 자기(磁氣) 특성으로, 어닐링시의 내부 응력에 과다가 있는 경우에는 재결정 상태가 악화되어, 자기 특성이 대폭으로 열화되는 현상이 있다. 그 때문에, 본 실시예에서는 응력에 민감한 전자 코일로 확인을 행했다.

본 실시예에서는, 종래의 코일에 있어서 발생하고 있는 어닐링 중의 재결정 불량에 의한 특성 열화를 검토하기 위해, 소형 실험로를 이용하여 검토를 실시했다. 이 소형 실험로에 있어서의 어닐링 실험에서는, 강판의 일부를 단판으로서 잘라내고, 그 잘라낸 단판에, 미리 코일 내부에 발생하는 응력에 상당하는 응력을 부여해 두고, 이것을 소형 실험로에서 가열했을 때에, 이 단판(강판)의 상변태에 의한 재결정화 상태를 관찰했다. 또한, 그 때의 특성에 대해서도 측정을 실시했다. 어닐링에 의해 재결정이 이루어지고, 또한 특성이 현저하게 평가 가능한 전자 강판의 자기 특성에 따른 측정을 이용함으로써 어닐링의 평가를 실시했다. 이 결과, 응력이 높아지면 특성의 열화가 있는 것이 분명해지고, 그 값은 약 10㎫였다.

또한, 상기의 결과를 바탕으로, 실기(實機)에서 어닐링 실험(코일 형상: 판폭 1000㎜, 판두께 300㎛, 코일 중량 8ton, 내경(φ) 508㎜)을 실시했다. 종래의 온도 패턴에 더하여, 실기에 있어서의 응력을 상기의 10㎫ 이하에서 실시 가능하도록, 미리 전열 계산으로 검토한 가열 패턴으로 어닐링을 실시했다. 또한, 실기 실험을 실시함에 있어서, 전열 계산에 의해 얻어진 온도 분포가 실험값과 합치하는지 아닌지를 확인하기 위해, 코일 내에 열전대를 넣은 상태에서 권취를 실시하고, 그 코일을 배치 어닐링로에 넣어 온도 측정 실험도 아울러 실시했다. 그 결과를 도 10 및 도 11에 나타낸다. 도 10 및 도 11의 (j)는, 코일(C)에 대한 온도 측정 개소를 나타내고 있으며, 도 10 및 도 11의 그래프의 부호가, (j)에 나타내는 온도 측정 개소의 부호에 대응하고 있다. 도 10 및 도 11에 나타내는 결과로부터, 온도 측정 결과와 전열 계산으로 얻어지는 코일의 온도 분포의 결과가 잘 일치하고 있어, 전열 계산 방법의 확증을 얻을 수 있었다. 그래서, 이후에는 수치 계산을 이용하여 해석을 실시하여 검토했다.

또한 상기의 전열 계산의 결과를 바탕으로 하여 응력 계산을 실시한 결과의 대표예로서 코일 반경 방향의 응력을 도 12에, 또한 반경 방향의 최대 응력의 내경의 차이의 결과를 도 13에 나타낸다. 도 12(b) 및 도 13(b) 중의 부호 P_O는, 코일 단면의 중앙부이다. 도 12 및 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 코일 내경이 커지면 코일 내부에 발생하는 응력이 저감하는 것이 분명해졌다. 또한, 내경(φ)이 508㎜에서는 그 응력이 10㎫에 가까운 점에서, 어닐링 조건이 조금 흔들린 경우, 특성의 열화에 이어지는 경우가 있는 것을 알 수 있다. 그래서, 특성 열화를 일으키지 않는 응력은 안전을 생각하여, 6㎫ 이하로 했다.

이상의 결과로부터, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일용 배치 어닐링로를 이용한 경우의 배치 어닐링 시간과, 도 16(도 19)에 나타낸 종래의 코일용 배치 어닐링로에 의한 배치 어닐링 시간과의 비교를 실시했다. 참고로 다른 경우에 대해서도 검토했다.

이미 서술한 바와 같이, 도 16(도 19)에 나타낸 종래의 코일용 배치 어닐링로에서 열복사에 의해 코일의 가열 및 냉각을 실시하는 경우는, 코일 내부의 온도 분포가 치우쳐, 내부 응력이 발생해 버린다. 그 때문에, 그것을 해결하기 위해, 본 발명의 제1 실시 형태인 도 1(바닥이 볼록한 반구 형상의 냉각관(10)), 본 발명의 제2 실시 형태인 도 2(바닥이 평판인 냉각관(10)) 및, 본 발명의 제3 실시 형태인 도 3(바닥이 볼록한 반구 형상 그리고 상부에 확경), 그리고 비교로서 도 16에 나타낸 냉각관을 갖지 않는 종래의 배치 어닐링로의 각각에 대해서, 이하에 나타내는 방법으로 어닐링 시간을 비교 검토했다.

(1) 본 발명의 제1 실시 형태(도 1)를 이용한 어닐링, (2) 본 발명의 제2 실시 형태(도 2)를 이용한 어닐링, (3) 본 발명의 제3 실시 형태(도 3)를 이용한 어닐링 및, (4) 종래의 배치 어닐링로(도 16)를 이용한 어닐링의 각각에 대해서, 응력이 발생하지 않는 6㎫ 이하가 되도록 하여, 어닐링 계산을 행한 경우의 어닐링 시간의 비교를 표 1에 나타냈다. 어닐링 시간에 관해서는, 종래의 배치 어닐링로(도 16)를 이용한 어닐링로에서의 어닐링 시간을 1로 하여, 상대 비율로 나타내고 있다. 그 때문에 수치가 작을수록 어닐링 시간이 짧아, 생산 효율이 좋아진다.

표 1에 나타내는 어닐링 시간의 비교 결과로부터, 종래예와 비교하여, 본 발명의 예에 의하면, 어닐링 시간은 냉각관을 이용함으로써 단축됨과 함께, 또한 응력도 6㎫ 이하로 관리되고 있어, 고품질인 코일을 높은 생산성으로 제조하는 것이 가능해져 있는 것이 확인되었다.

본 발명에 따른 냉각관의 형상에 대해서는, 도 1 내지 도 3에 나타낸 2중관형의 냉각관(10)에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 몇개의 관을 조합하여 개별 관형의 냉각관을 구성해도 좋다. 즉, 이 냉각관(20)은, 냉매를 이너 커버의 상부측으로부터 코일 지지대측을 향하여 도입하는 도입 관로(21)와, 이 도입 관로(21)에 도입된 냉매의 흐름의 방향을 이너 커버(7)(동 도면에서는 도시 안함)의 상부측을 향하도록 바꾸는 만곡 관로(22)와, 이 만곡 관로(22)에서 흐름의 방향을 바꾼 냉매를 이너 커버(7)의 상부측으로 되돌리는 리턴 관로(23)를 갖는다.

이러한 구성으로 하는 경우, 되접힘이 되는 만곡 관로(22)를 완만하게 도입 관로(21)와 리턴 관로(23)에 접속하는 것이 중요하다. 또한, 도 15에 나타내는 바와 같이, 도입 관로(21) 및 리턴 관로(23) 중 적어도 한쪽의 형상(동 도면에서는 양쪽)을, 냉매의 배출구측을 향하여(하류를 향함에 따라) 확경시키도록 하는 것이 바람직하다.

1 : 배치 어닐링로
2 : 코일 지지대
3 : 쿠션
4 : 스페이서
5 : 버너
6 : 히터
7 : 이너 커버
8 : 로벽
9 : 로저
10 : (2중관형의) 냉각관
11 : 내관
12 : 외관
13 : 저판부
20 : (개별관형의) 냉각관
21 : 도입 관로
22 : 만곡 관로
23 : 리턴 관로
110 : 단열재
C : 코일

Claims (5)

1. 강판이 원통 형상으로 권회된 코일을 어닐링하기 위한 코일용 배치 어닐링로(batch annealing furnace)로서,
   상기 코일의 단면이 올려 놓여져, 상기 코일의 축을 세운 상태에서 상기 코일을 지지하는 코일 지지대와,
   상기 코일 지지대에 올려 놓여진 상기 코일 전체를 덮는 이너 커버와,
   상기 이너 커버의 상부로부터 상기 코일 지지대에 올려 놓여진 상기 코일의 내주 부분의 공동(cavity) 내에 수하됨과 함께, 자신 내부에 냉매가 통과됨으로써 상기 코일을 내면측으로부터 냉각하는 냉각관을 가지고,
   상기 냉각관은, 원통 형상의 내관과, 당해 내관을 둘러싸는 원통 형상의 외관으로 이루어지는 2중관에 의해 구성되어 있으며,
   상기 내관이, 냉매를 상기 이너 커버의 상부측으로부터 상기 코일 지지대측을 향하여 도입하는 도입 관로로 됨과 함께, 상기 외관과 상기 내관과의 사이의 영역이, 냉매를 상기 코일 지지대측으로부터 상기 이너 커버의 상부측으로 되돌리는 리턴 관로로 되어 있으며,
   당해 도입 관로 및 당해 리턴 관로 내를 흐르는 냉매의 흐름의 방향을 바꾸는 개소에 있어서, 상기 외관의 반경의 1/2 이상을 지름으로 한 하방(下方)으로 볼록한 반구 형상을 갖는 저판부에서 흐름의 방향을 반전시키고 있는 코일용 배치 어닐링로.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉각관은,
   냉매를 상기 이너 커버의 상부측으로부터 상기 코일 지지대측을 향하여 도입하는 도입 관로와,
   상기 도입 관로에 도입된 냉매의 흐름의 방향을 상기 이너 커버의 상부측을 향하도록 바꾸는 만곡 관로와,
   상기 만곡 관로에서 흐름의 방향을 바꾼 냉매를 상기 이너 커버의 상부측으로 되돌리는 리턴 관로를 갖는 코일용 배치 어닐링로.
4. 제3항에 있어서,
   상기 도입 관로에 접속하는 상기 만곡 관로가 복수의 관으로 분할됨으로써, 상기 리턴 관로가 2 이상으로 되어 있는 코일용 배치 어닐링로.
5. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도입 관로 및 리턴 관로의 적어도 한쪽은, 하류를 향함에 따라 그 관경(管徑)이 확대되고 있는 코일용 배치 어닐링로.
   

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