鋼板的加熱方法以及加熱裝置製造方法
2023-05-05 21:43:36
鋼板的加熱方法以及加熱裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種鋼板的加熱方法以及用於該方法的加熱裝置，在上述鋼板的加熱方法中，在對被連續傳送的鋼板進行快速加熱時，使用投影至鋼板面上的形狀朝向上遊側呈凸狀的螺線管型感應加熱線圈先行對鋼板的板寬中央部進行加熱，使加熱時的鋼板的等溫線朝向上遊側呈凸狀，從而在鋼板上產生一個大的褶皺，由此，無論是否具備用於約束鋼板的輥均能夠防止屈曲的產生。
【專利說明】鋼板的加熱方法以及加熱裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋼板的加熱方法以及加熱裝置；具體而言，本發明涉及對於防止在快速加熱鋼板時容易產生的屈曲有效的鋼板的加熱方法和加熱裝置。
【背景技術】
[0002]在鋼板的連續退火設備或連續熔融鍍鋅設備等中，將連續傳送的鋼板導入至保持在高溫的爐內，從而利用來自爐內氣氛的熱傳導和來自輻射管或爐壁等的輻射熱對上述鋼板進行間接加熱，由此來進行從室溫至高溫的加熱。但是，在這種間接加熱方法中，板厚為Imm時，難以得到10°C /sec以上這樣較大的加熱速度。另一方面，從生產性、製品特性的角度出發，有時需要一種比上述間接加熱方法速度更快的快速加熱方法。
[0003]因此，作為符合上述要求的技術，開發了一種直接加熱方法，該方法中，通過在鋼板中流通大電流、或設置感應線圈而使感應電流在鋼板內流通，由此來進行直接加熱。例如，在專利文獻I中公開了一種適合下述快速加熱的技術:該快速加熱中，在鋼帶等金屬帶的傳送方向的兩點間通入低頻電流、同時在上述兩點間的一部分進行高頻感應加熱，從而將熔融鍍鋅後的鋼板從鍍鋅的浴溫快速加熱至合金化處理溫度。另外，在專利文獻2中公開了一種技術，其中，在脫碳退火的升溫過程中在輥間進行通電加熱，以80°C /sec以上進行快速加熱，從而得到磁通密度高的單向性電磁鋼板。
[0004]但是，進行這種快速加熱時，存在著快速加熱後的鋼板容易產生「屈曲」這樣的問題。例如，在專利文獻3中記載了如下內容:經通電加熱裝置加熱後的鋼板在通過送板方向下遊側的通電輥後會產生被稱 為「屈曲(buckling)」的筋狀瑕疵；以及為了防止該屈曲，有效的是，在下遊側通電輥的近前方，使在寬度方向上分成2部分的屈曲防止輥從上面或下面以相對於鋼板行進方向的適當開角對鋼板進行擠壓，從而將褶皺在板寬方向上展平。
[0005]現有技術文獻
[0006]技術文獻
[0007]專利文獻1:日本特開平05-156420號公報
[0008]專利文獻2:日本特開平07-041860號公報
[0009]專利文獻3:日本特開平08-277425號公報
【發明內容】
[0010]發明要解決的問題
[0011]關於產生上述「屈曲」的原因，在專利文獻3中進行了如下說明:配設在上遊及下遊的通電輥之間的鋼板因通電加熱而被快速加熱從而趨於在板寬方向膨脹，但熱膨脹因下遊側的通電輥而受到約束，因此產生褶皺，進一步該褶皺部分通過通電輥等的夾擠部分時受到擠壓而產生塑性變形，從而產生筋狀的瑕疵。根據上述說明，據認為只要為不使用通電輥的感應加熱方式，則可以防止屈曲的產生。
[0012]確實，在不具有通電輥的感應加熱中，上述屈曲的產生大幅降低。但是，根據發明人的調查，確認到即使在不具有約束鋼板自由膨脹的輥的感應加熱的情況下，也與通電加熱同樣，會產生多個小的縱向褶皺，引起屈曲。對於該屈曲，通過應用專利文獻3公開的技術有可能能夠解決。但是，若緊接在感應加熱線圈的後方設置屈曲防止輥，則有時因鋼板會與屈曲防止輥接觸而產生瑕疵。另外，屈曲防止輥具有約束鋼板向其膨脹方向滑動的作用，因此在對加熱溫度進行各種各樣的變化的情況下，存在著無法對應伴隨於此的熱膨脹變化的問題。並且，難以確保設置所需要的空間。另外，例如即使能夠設置，專利文獻3的屈曲防止輥的設備也非常複雜，因此在設備費用和維護方面問題點較多。
[0013]本發明是鑑於以往技術中所存在的上述問題點而完成的，其目的在於提供一種鋼板的加熱方法以及用於該方法的加熱裝置，該加熱方法中，無論約束鋼板的輥的有無，均能夠有效地防止在對鋼板進行快速加熱時所產生的屈曲。
[0014]用於解決問題的手段 [0015]為了解決上述課題，發明人針對防止褶皺發展成屈曲的方法反覆進行了深入研究，所述褶皺起因於由快速加熱導致的板寬度方向的熱膨脹。作為結果，發現為了不使因上述快速加熱而產生的多個小的縱向褶皺發展成屈曲，使多個小的縱向褶皺成為一個大的褶皺是有效的，因此，先行對傳送中的鋼板的板寬中央部進行加熱以產生一個褶皺，然後在寬度方向將加熱區域擴大，只要使這樣的一個褶皺擴大至板寬端部即可，從而完成了本發明。
[0016]即，本發明涉及一種鋼板的加熱方法，其是對被連續傳送的鋼板進行加熱的方法，該加熱方法的特徵在於，先行對鋼板的板寬中央部進行加熱。
[0017]另外，本發明的上述加熱方法的特徵在於，對鋼板進行加熱，以使加熱時的鋼板的等溫線朝向上遊側呈凸狀。
[0018]另外，本發明的加熱方法的上述凸狀的特徵在於，為圓弧狀或V字狀。
[0019]另外，本發明涉及一種鋼板的加熱裝置，其是用於對被連續傳送的鋼板進行加熱的加熱裝置，該加熱裝置的特徵在於，鋼板的加熱單元是按照先行對鋼板的板寬中央部進行加熱的方式而配設的。
[0020]另外，本發明的上述鋼板的加熱單元的特徵在於，為投影至鋼板面上的形狀朝向上遊側呈凸狀的螺線管型感應加熱線圈。
[0021]另外，本發明的上述凸狀的特徵在於，為圓弧狀或V字狀。
[0022]另外，本發明的特徵在於，上述鋼板的加熱單元中，在投影至鋼板面上的形狀為矩形的螺線管型感應加熱線圈的上遊側配設有先行對鋼板的板寬中央部分進行加熱的先行加熱裝置。
[0023]另外，本發明的特徵在於，上述先行加熱裝置為橫向式感應加熱線圈。
[0024]另外，本發明的特徵在於，上述螺線管型感應加熱線圈和下遊側傳送輥之間配設有夾送輥。
[0025]發明效果
[0026]本發明能夠有效地防止在對鋼板加速加熱時所產生的屈曲，因此能夠在連續退火設備等中穩定地傳送鋼板，除此之外，對於鋼板的製品形狀的品質提高也會有很大幫助。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為說明使用了以往的螺線管型感應加熱線圈的加熱裝置、和利用該裝置進行了快速加熱的鋼板的平面形狀的示意圖。
[0028]圖2為說明圖1所示的鋼板的k~k'截面形狀的示意圖。
[0029]圖3為說明使用了圓弧狀螺線管型感應加熱線圈的本發明的加熱裝置、和利用該裝置進行了快速加熱的鋼板的平面形狀的示意圖。
[0030]圖4為說明圖3所示的鋼板的B-B^截面形狀的示意圖。
[0031]圖5為說明因加熱方式不同而導致鋼板形狀變化的俯視圖。
[0032]圖6為說明使用了 V字狀螺線管型感應加熱線圈的本發明的其它加熱裝置的示意圖。
[0033]圖7為說明使用了先行加熱裝置的本發明的其它加熱裝置的示意圖。
[0034]圖8為說明在圖3所示的加熱裝置的下遊配設了夾送輥的本發明的加熱裝置的其它示例的示意圖。
[0035]圖9為說明使用了螺線管型感應加熱裝置的本發明的其它加熱裝置的圖。
[0036]圖10為說明使用了橫向式感應加熱裝置的本發明的其它加熱裝置的圖。
[0037]圖11為示意性示出本發明加熱方法產生的等溫線的圖。
【具體實施方式】
[0038]通常情況下，在對鋼板進行連續退火的設備中，為了使鋼板長時間停留在爐內，在退火爐內相向配設有2個以上傳送輥。使鋼板在這些相向的傳送輥間往復運動的同時，為了防止在爐內進行傳送的鋼板的蛇行以確保穩定傳送，使傳送輥的弧面(crown)凸起，向鋼板賦予預定量的張力。因此，要在板寬方向收縮的力在爐內進行傳送的鋼板上發揮作用，因此已知容易產生小的縱向褶皺，並且在最壞情況下，這種小的縱向褶皺會在卷繞至傳送輥時形成所謂的「熱瓢曲(heat buckle)」這樣的屈曲。
[0039]但是，據認為本發明中作為對象的屈曲與上述屈曲是不同的現象。其原因在於，本發明中作為對象的屈曲起因於鋼板快速加熱時的熱膨脹受到約束。但是，兩種屈曲的共通點在於，多個較小的縱向褶皺與輥接觸而被擠壓，褶皺的寬度變窄，形成屈曲。因此，據認為也有可能是因為上述縱向褶皺與伴隨快速加熱產生的縱向褶皺重疊而引起屈曲的。
[0040]為了使上述因快速加熱而產生的多個小的縱向褶皺不發展成屈曲，發明人針對解決方案反覆進行了研究。結果發現，通過使多個小的縱向褶皺為具有較大寬度的一個褶皺從而可以防止屈曲，因此，先行對傳送中的鋼板的板寬中央部進行加熱以在板寬中央部產生一個褶皺，然後將加熱區域擴大，只要使這樣的一個褶皺擴大至板寬端部即可，由此完成了本發明。
[0041]圖1為說明使用以往的螺線管型感應加熱線圈(其是按照鋼板通過感應線圈內的方式進行配設的感應加熱線圈，交流磁場的磁通量與鋼板的傳送直角方向截面正交。其中，關於上述「正交」，其允許板厚方向5°以內的偏差，並且允許伴隨凸狀化而產生的板寬方向的偏差。)的加熱裝置、和利用該裝置對鋼板進行快速加熱時的鋼板的形狀變化的示意圖，I為鋼板，2、2'為傳送輥，3為在鋼板面上的投影形狀為矩形的螺線管型感應加熱線圈，4示出了在線圈內流通的交流感應電流的流動方向。另外，圖2為示意性示出圖1所示的鋼板的A-A'截面形狀的圖。如圖1、圖2所示，利用以往的矩形加熱線圈進行了快速加熱的鋼板趨向於在板寬方向均勻熱膨脹，但受到下遊側的傳送輥2'約束，從而在鋼板行進方向產生2條以上的長且小的縱向褶皺(圖1、圖2中示出了縱向褶皺為2條的示例。)。
[0042]另一方面，圖3是示出本發明的加熱裝置、和利用該裝置對鋼板進行快速加熱時的鋼板的形狀變化的示意圖，I為鋼板，2、2'為傳送輥，6為本發明的在鋼板面上的投影形狀為圓弧狀的螺線管型感應加熱線圈，4示出了在線圈內流通的交流感應電流的流動方向。另外，圖4為示意性示出圖3所示的鋼板的B-B'截面形狀的圖。如圖3、圖4所示,在本發明的加熱裝置中，利用圓弧狀的加熱線圈的突出部先行對鋼板的板寬中央部進行加熱。其結果為，經快速加熱的鋼板即使發生熱膨脹，也不會像以往的加熱裝置那樣產生多個較小的縱向褶皺，僅會產生曲率半徑大的I個縱向褶皺5，因此即使與下遊側傳送輥2'接觸也不會發展成屈曲。
[0043]圖1、圖2所示的多條縱向褶皺和圖3、圖4所示的I條縱向褶皺是因為鋼板的熱膨脹發生面外變形而產生的，圖5以俯視圖的形式示出其狀況。鋼板101從左至右被傳送，在圖中央附近進行加熱，在作為以往的加熱方法的圖5(a)中，無論是加熱初期的等溫線102還是加熱結束時的等溫線103幾乎均以直線表示。此時，鋼板因熱膨脹而產生面外變形(在該示例的情況下為在上下方向發生變形)，如104所示，在上下方向發生位移。需要說明的是，在該以往例中，上下方向的面外變形的起點105為5處，但面外變形的起點可以為等溫線102的任意位置，因此該起點的數量是不確定的。但是，一旦產生大量的褶皺，則多數情況下褶皺以褶皺產生的數量穩定。
[0044]相對於此，在本發明的加熱方法中，如圖5(b)所示，由於寬度中央部先行達到高溫，因此加熱初期的等溫線是彎曲的，面外變形的起點只有板寬方向中央的I點。因此，僅會產生I個褶皺(廣義上的縱向褶皺)， 所有的熱膨脹變形被該褶皺吸收，最終形成I個大曲率半徑的縱向褶皺。
[0045]需要說明的是，在本發明中期望以如下方式進行加熱:當使等溫線平行於板的行進方向平移時，包括加熱初期的等溫線102和加熱結束時的等溫線103之間的等溫線在內的從加熱開始至結束為止的所有等溫線相互一致。其原因在於，若在板的行進方向上等溫線產生疏密，則在密集的地方，於較短距離被加熱而產生較大的熱膨脹，與此相對，在稀疏的地方，熱膨脹變小，因此如圖5(c)所示，褶皺集中產生於等溫線密集的地方。
[0046]具體而言，如圖11示意性示出的那樣，本發明加熱方法產生的等溫線中，至少比加熱結束溫度即最高溫度(其中，最高溫度在板寬方向不同的情況下，為其中的最低溫度)低200°C的等溫線A和最高溫度的等溫線B均朝向上遊側呈凸狀，並且相對於板寬中央實質上對稱，凸狀的高度(等溫線的板端部和寬度中央頂點部在傳送方向的距離)為彼此的±30%以內、優選為±10%以內，只要這樣，就能夠基本避免屈曲。等溫線A和B之間的等溫線期望為朝向上遊側的凸狀，並且這些凸狀的高度期望處於A和B之間，這自不必而言。另外，對於比A靠近低溫測的等溫線沒有特別限定，但優選加熱開始後迅速朝向上遊側呈凸狀；另外，期望該凸狀的高度迅速達到A和B之間的高度。按照形成這種等溫線形狀的方式進行加熱，板寬中央從最初被加熱而開始熱膨脹，因此可以形成曲率半徑大且無害的褶皺。另外，之後，褶皺從等溫線的中央向兩板寬度端部成長，因此在鋼板整體上形成曲率半徑大的單一褶皺。其結果為，能夠在不產生2條以上褶皺的情況下進行加熱，因此可以防止屈曲的產生。
[0047]此處，本發明的加熱裝置為感應加熱線圈，並且在感應加熱中示出了螺線管型為示例，作為其理由，螺線管型在加熱速度方面具有優勢，除此之外，在利用上側線圈和下側線圈將鋼板夾住的形式的簡單橫向式加熱線圈的情況下，交流磁場與板面正交，感應電流在板內循環流動，因此板寬端部優先被加熱，無法簡便地先行對板寬中央部進行加熱。需要說明的是，對於橫向式加熱來說，重要的是交流磁場正交於板面。即，線圈即使僅為單側，也實質上產生橫向式感應加熱。
[0048]另外，圖6示出了本發明加熱裝置的其它實施方式，其是使用鋼板面上的投影形狀為V字狀的感應加熱線圈7來代替圖3的鋼板面上的投影形狀為圓弧狀的感應加熱線圈的示例。即使為這種V字狀的感應加熱線圈，也能夠先行對板寬中央部進行加熱，因此也可以有效地抑制屈曲的產生。需要說明的是，在圖3和圖6中，記載了從鋼板的一側所觀察到的螺線管型感應加熱線圈的形狀，但即使從相反一側觀察，同樣也是呈朝向上遊側的凸狀。此處，感應加熱線圈無論在鋼板的表面還是背面(本質上不存在表背的區別但為了方便進行這樣的表述)均同樣朝向上遊側呈凸狀。表背的線圈形狀不需要嚴格相同，但為了穩定地確保等溫線的間隔恆定，期望線圈的形狀相同且相對於鋼板的板厚中央面在表面和背面處於對稱位置。
[0049]另外，圖7示出本發明加熱裝置的其它實施方式，其是在圖1所示的以往的矩形螺線管型感應加熱線圈3的上遊側配設了用於對鋼板的板寬中央部分進行加熱的另外的先行加熱裝置8的示例。通過配設這種先行加熱裝置8也能夠先行對板寬中央部進行加熱。需要說明的是，作為該先行加熱裝置沒有特別限定，可以為任意加熱單元，但從快速加熱的觀點出發，優選橫向式感應加熱線圈。
[0050]需要說明的是，為了利用本發明的加熱裝置形成一個大的縱向褶皺，優選按照加熱後的鋼板的等溫線的間隔儘可能相等的方式進行加熱，從某種意義來看，也可以說是優選使用上述的圖3所示的圓弧狀感應加熱線圈或圖6所示的V字狀的感應加熱線圈。
[0051]另外，如上所述，本發明的加熱方法和加熱裝置的特徵在於，通過先行對板寬中央部進行加熱，從而抑制多個小的縱向褶皺的產生，產生I個大的褶皺並使其發展，但若該褶皺變得過大，則會形成所謂的「C翹曲」，有可能引起與傳送輥以外的其它機械設備的接觸。因此，為了防止這樣的不良狀況，優選在感應加熱線圈的下遊側且下遊側傳送輥的上遊側配設夾送輥。從使板寬方向的溫度均勻化的角度考慮，該夾送輥優選熱傳導優異的材質、例如銅製的夾送輥。
[0052]圖8示出了在圖3所示的本發明的加熱裝置的感應加熱線圈的下遊側且下遊側傳送輥的上遊側設置了夾送輥9的示例。該夾送輥不需要為專利文獻3公開的屈曲防止輥那樣的複雜的連帶設備，因此具有設置空間小、設備成本以及維護方面的問題也少的優勢。
[0053]需要說明的是，本發明的加熱裝置可以適用於立式和臥式任一種退火設備。另外，本發明的加熱裝置只要設置在需要快速加熱的地方即可，為了絕熱、保持溫度或控制氣氛，可以設置在爐中。另外，本發明的加熱裝置可以單獨設置，也可以按照串聯配列2臺以上的方式來進行設置，進一步也可以分開設置。
[0054]另外，圖9示出了具有由導電板構成的感應加熱線圈的本發明的加熱裝置的其它實施方式。本發明中的必要條件為對鋼板進行加熱時按照使板寬中央先行達到高溫的方式進行加熱，因此如果在圖9(a)中以俯視圖所示的由導電性的銅等金屬板構成的螺線管型感應加熱線圈202上，如圖9(b)那樣設置突出部205和切口部(notched portion) 206，則線圈電流203平滑地流動，因此能夠先行對寬度中央進行加熱。另外，若應用該原理，則即使為以往的矩形螺線管型感應加熱裝置，例如也可以如圖9 (c)那樣追加導體204、205，從而實施本發明。
[0055]另外，在上述的本發明的加熱方法和加熱裝置的說明中，作為加熱單元，主要對使用螺線管型感應加熱線圈進行快速加熱的示例進行了說明，但使用橫向式感應加熱裝置作為快速加熱單元，也能夠實施本發明。例如，能夠使用如圖10(a)所示那樣在板寬方向配設了具有圓弧狀的電流經路的橫向式感應加熱線圈302的加熱裝置，以及即使為如圖10(b)所示那樣以往的矩形橫向式感應加熱線圈305，通過改變芯材(鐵芯)304的配置，從而也能夠作為先行對板寬中央進行加熱的加熱裝置來使用。需要說明的是，圖10(a)中和圖10(b)中的符號303表示在感應加熱線圈302中流動的線圈電流。另外，圖9(a)~圖10(b)中的各線圈電流為交流，為了方便，以單向箭頭表示。
[0056]進一步而言，對於本發明的加熱裝置而言，只要能夠先行對鋼板的板寬中央進行快速加熱則可以為任一種加熱單元，例如可以使用燃燒器加熱、等離子體加熱、雷射加熱、紅外線加熱等任一種加熱單元。需要說明的是，為了利用上述感應加熱線圈等加熱單元實現如上所述的等溫線朝向上遊側呈凸狀的溫度分布，該加熱單元需要根據所要求的加熱溫度、鋼種/尺寸/傳送速度等的變化來進行適當地輸出控制。但是，通過使用所述的輔助加熱單元或芯材，該加熱單元能夠獨立地進行等溫線的控制，因此能夠更容易地進行加熱控制。需要說明的是，在進行上述加熱控制時，當然可以應用由過去的加熱實際成績得到的預測、數值計算預測等。
[0057]實施例
[0058]將加熱裝置設置於連續退火設備中，該加熱裝置具有鋼板面上的投影形狀為圓弧狀、螺線管的開口截面為寬:1500mmX高:140mm、且長度為6000mm的螺線管型感應加熱線圈，以100m/min對板厚:0.3mmX板寬:1300mm的含有3mass%Si的冷軋鋼板進行傳送，同時以100°C /sec或200°C /sec從室溫快速加熱至700°C，由此實施一次再結晶退火，製造得到晶粒取向性電磁鋼板。需要說明的是，作為所述圓弧狀的螺線管型感應加熱線圈，使用相對於兩個寬度端部的中央部突出部的長度為50mm和IOOmm這2種線圈。另外，一部分鋼板使用了圖8所示的設置了夾送輥的加熱裝置。
[0059]因上述快速加熱會導致屈曲的產生，將因該屈曲而產生的製品的不良率示於表1，其中，將利用具有以往的矩形螺線管型感應加熱線圈的加熱裝置以200°C /sec進行加熱的情況作為基準(1.0)。由該結果可知，通過應用本發明的加熱裝置，可以大幅降低由屈曲導致的不良。
[0060][表 I]
[0061]
【權利要求】
1.一種鋼板的加熱方法，其是對被連續傳送的鋼板進行加熱的方法，該加熱方法的特徵在於，先行對鋼板的板寬中央部進行加熱。
2.如權利要求1所述的鋼板的加熱方法，其特徵在於，對鋼板進行加熱，以使加熱時的鋼板的等溫線朝向上遊側呈凸狀。
3.如權利要求2所述的鋼板的加熱方法，其特徵在於，上述凸狀為圓弧狀或V字狀。
4.一種鋼板的加熱裝置，其是用於對被連續傳送的鋼板進行加熱的加熱裝置，該加熱裝置的特徵在於，鋼板的加熱單元是按照先行對鋼板的板寬中央部進行加熱的方式而配設而成的。
5.如權利要求4所述的鋼板的加熱裝置，其特徵在於，上述鋼板的加熱單元為投影至鋼板面上的形狀朝向上遊側呈凸狀的螺線管型感應加熱線圈。
6.如權利要求5所述的鋼板的加熱裝置，其特徵在於，上述凸狀為圓弧狀或V字狀。
7.如權利要求4所述的鋼板的加熱裝置，其特徵在於，上述鋼板的加熱單元中，在投影至鋼板面上的形狀為矩形的螺線管型感應加熱線圈的上遊側配設有先行加熱裝置，該先行加熱裝置對鋼板的板寬中央部分進行加熱。
8.如權利要求7所述的鋼板的加熱裝置，其特徵在於，上述先行加熱裝置為橫向式感應加熱線圈。
9.如權利要求4~8任一項所述的鋼板的加熱裝置，其特徵在於，上述螺線管型感應加熱線圈與下遊側傳送輥之間配設有夾送輥。
【文檔編號】C21D1/42GK103649346SQ201280033376
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年7月25日 優先權日:2011年7月28日
【發明者】日野善道, 杉原廣和 申請人:傑富意鋼鐵株式會社