(57)【要約】【課題】焼鈍の冷却過程の際の巻き締まりを防止して、欠陥の発生を抑制することができる金属帯コイルの焼鈍方法および焼鈍炉を提供する。【解決手段】金属帯を巻いた金属帯コイル１を、該金属帯コイル１の中心軸Ｏを鉛直方向に揃えて焼鈍炉内に配置し、該金属帯コイル１をインナーケースにて覆い、該インナーケースからの輻射熱にて該金属帯コイル１を加熱した後、該金属帯コイル１を冷却して焼鈍するに当たり、金属帯コイル１の端面のいずれか少なくとも一方に冷却体３を対向配置して冷却を行うに際し、冷却体３の冷却能をコイル径方向外側から内側へ強化して冷却を行うことを特徴とする。【選択図】図２
2014019903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属帯を巻いた金属帯コイルを、該金属帯コイルの中心軸を鉛直方向に揃えて焼鈍炉内に配置し、該金属帯コイルをインナーケースにて覆い、該インナーケースからの輻射熱にて該金属帯コイルを加熱した後、該金属帯コイルを冷却して焼鈍するに当たり、
前記金属帯コイルの端面のいずれか少なくとも一方に冷却体を対向配置して冷却を行うに際し、前記冷却体の冷却能をコイル径方向外側から内側へ強化して冷却を行うことを特徴とする金属帯コイルの焼鈍方法。
【請求項２】
金属帯を巻いた金属帯コイルが収容される、インナーケースを有する焼鈍炉において、前記インナーケースの内部に収容される金属帯コイルの端面から抜熱するための、環状の冷却体を備え、
該冷却体はその径方向外側から内側へ強化された冷却能を有することを特徴とする焼鈍炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属帯コイルの焼鈍方法および焼鈍炉に関し、特に、金属帯コイルの焼鈍の、とりわけ冷却過程におけるコイルの巻き締まりを防止して、金属帯での欠陥の発生を抑制することができる金属帯コイルの焼鈍方法および焼鈍炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、素材メーカーにおいて、鋼帯などの金属帯に対し比較的長時間の熱処理を行なう際には、金属帯を巻いてコイル状態にして熱処理を行うことが一般的である。この方法は、金属帯をそのままの状態で熱処理する連続焼鈍に比べ、全体の厚みがより大きくなるコイル状態で焼鈍するため、コイル内部に熱が浸透するまでに比較的長い時間を要する。そのため、必然的にコイル内部の温度が不均一となり易く、その結果、コイル内に熱応力が発生する。この熱応力はコイル端部の形状不良や幅方向中心の腹伸びなど様々な形状不良の原因となる。
【０００３】
この形状不良に関して、コイルにおける温度分布の不均一性に起因するものであることから、焼鈍の際にコイルの温度分布を均一化する様々な方法が提案されてきた。例えば、特許文献１には、コイル上面に断熱材を設置することによって、コイル内巻への輻射熱を遮断し、焼鈍中におけるコイルの急加熱および急冷に起因する耳伸びの発生を抑制する方法が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、加熱過程について、コイルの高さ方向に複数設置したバーナーの出力を制御することにより、焼鈍炉内の上下部の温度（輻射熱）を均一化し、コイルに発生する熱応力を低減する技術について記載されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、コイルの周囲に複数の加熱体および冷却体からなる伝熱制御手段を配置し、コイルにおける温度差が所定範囲内となるように伝熱制御手段を制御することにより、コイルに発生する熱応力を低減する技術について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１７１５０号公報
【特許文献２】特開平６−８８１３８号公報
【特許文献３】特開２００５−２２６１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特に、焼鈍の冷却過程において問題となる形状不良として、コイルの外巻が中巻や内巻より先に熱収縮することによって発生する、巻き締まりが挙げられる。これは、コイルの外巻よりも中巻および内巻が高温となるために発生するものである。こうした巻き締まりが発生すると、金属帯間に生じる摩擦により、金属帯表面に擦り傷等の欠陥が発生してしまう。
【０００８】
しかしながら、上記した特許文献１〜３では、この巻き締まりについては、何ら触れるところがなく、巻き締まりを解消するための方途が希求されていた。
そこで、本発明の目的は、焼鈍の冷却過程の際の巻き締まりを防止して、金属帯での欠陥の発生を抑制することができる金属帯コイルの焼鈍方法および焼鈍炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、上記課題を解決する方途について鋭意検討した。特許文献１〜３に記載された技術は、焼鈍の際のコイルにおける温度分布の不均一性を受けて、温度分布の均一化を図ることにより、熱応力の発生を低減することを意図している。しかしながら、インナーケースからの輻射熱がコイル内部に伝達するにはある程度時間を要することから、ある程度の温度差がコイルに発生することを避けることはできず、よってコイルの温度分布を均一化することは実際には困難である。
そこで、発明者らは、コイルの温度分布が不均一である前提の下で、巻き締まりの原因となるコイルの熱応力を低減するための方途について鋭意究明した。その結果、焼鈍の冷却過程において、金属帯コイルの端面のいずれか少なくとも一方に冷却体を対向配置し、この冷却体の冷却能をコイル径方向外側から内側へ強化して冷却を行うことが有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）金属帯を巻いた金属帯コイルを、該金属帯コイルの中心軸を鉛直方向に揃えて焼鈍炉内に配置し、該金属帯コイルをインナーケースにて覆い、該インナーケースからの輻射熱にて該金属帯コイルを加熱した後、該金属帯コイルを冷却して焼鈍するに当たり、前記金属帯コイルの端面のいずれか少なくとも一方に冷却体を対向配置して冷却を行うに際し、前記冷却体の冷却能をコイル径方向外側から内側へ強化して冷却を行うことを特徴とする金属帯コイルの焼鈍方法。
（２）金属帯を巻いた金属帯コイルが収容される、インナーケースを有する焼鈍炉において、前記インナーケースの内部に収容される金属帯コイルの端面から抜熱するための、環状の冷却体を備え、該冷却体はその径方向外側から内側へ強化された冷却能を有することを特徴とする焼鈍炉。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、焼鈍の冷却過程において、金属帯コイルの少なくとも一方の端面に対向する冷却体により、コイル径方向外側から内側へ強化して冷却を行うため、コイルの熱応力を抑制して巻き締まりを防止し、金属帯での欠陥の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従前のバッチ式焼鈍の冷却過程における金属帯コイルの温度分布を示す図である。
【図２】冷却体の一例を示す図である。
【図３】冷却体による冷却により金属帯コイル内に生じる温度変化を説明する図である。
【図４】冷却体の別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、従前のバッチ式焼鈍の冷却過程における金属帯コイル内部の温度分布を示す図である。この図に示すように、従前の冷却過程においては、コイル１は、図中の矢印に示すように、外周側および内周側から冷却され、コイルの外巻および内巻の温度は中巻よりも先に低下する。その結果、コイル１は、内部が高く外部が低い温度分布を有することになる。このような温度分布下では、外巻は熱収縮する一方、中巻は熱収縮を生じる温度まで低下していないため、中巻が外巻の熱収縮を阻害して巻き締まりが発生し、その結果、金属帯間の摩擦により金属帯の表面に擦り傷等の欠陥が発生することになる。
【００１４】
従来、上述の通り、こうしたコイル１における温度分布の不均一を改善する努力が払われていた。しかしながら、コイル内部への熱伝導にはある程度の時間を要することから、コイル１における温度分布を均一化することは実質的に不可能である。
【００１５】
このような技術的背景の下で、発明者らは、冷却時のコイルの温度分布は不均一であるとの前提に立脚し、巻き締まりを防止して欠陥の発生を抑制する方途について鋭意検討した。その結果、焼鈍の冷却過程において、金属帯コイルの端面のいずれか少なくとも一方に冷却体を対向配置し、冷却体の冷却能をコイル径方向外側から内側へ強化して冷却を行うことが有効であることを見出したのである。以下、本発明の焼鈍方法について詳しく説明する。
【００１６】
図２は、冷却体の一例を示す図である。この図２においては、冷却体３は、冷却能が異なる３つの冷却体３ａ〜３ｃからなり、コイルの上下双方の端面に対向配置されている。コイル１は、金属帯を中心軸Ｏの周りに巻き回したものであり、金属帯間にはわずかながら隙間が存在する。そのため、コイル１において、熱はコイル径方向よりもコイル軸方向に伝わりやすい。よって、冷却体をコイルの端面に対向配置することにより、コイルの温度分布の制御が容易になる。
【００１７】
ここで、冷却体３ａ〜３ｃの冷却能は、コイル径方向外側から内側へ強化するように、換言すれば、３ａが最も高い冷却能を有し、３ｃが最も低い冷却能を有するように構成されている。このような冷却体３により、焼鈍の冷却過程において、コイル１の内巻を最も早く冷却することができる。
【００１８】
図３は、上記した冷却体による冷却により金属帯コイル内に生じる温度変化を説明する図である。この図に示すように、冷却能を変化させた冷却体による冷却を行うと、コイル１の内巻の上下方向から冷却されはじめ、コイル１の径方向外側に向かって冷却されていくことになる。このように冷却することにより、コイル１の任意の径方向断面において、径方向内側の温度が径方向外側の温度よりも低くなる。その結果、焼鈍の冷却過程における巻き締まりを防止し、ひいては擦り傷等の欠陥を抑制することができるのである。以下、冷却体の具体的構成について説明する。
【００１９】
冷却体３ａ〜３ｃとしては、内部に冷却ガスや流体などの冷却媒体を流通させることが可能な環状のパイプやチューブ等を用いることができる。
また、冷却体の数は、１〜１０個とする。これは、温度上昇を抑制したい内巻には最低１個は使用する必要があり、また、１０個以上になると構造が複雑になるためである。好ましくは３〜６個である。
【００２０】
さらに、コイル径方向最外側に配置された冷却体とコイル径方向最内側に配置された冷却体の温度差を１０℃以上とすることが好ましい。これにより、コイル応力起因の形状欠陥の発生をより効果的に抑制することができる。
【００２１】
図４は、冷却体の別の例を示す図である。この図に示した環状の冷却体４は、径方向外側から内側に向かって強化された冷却能を有している。図４における矢印の長さは、コイルからの抜熱量を示しており、冷却体４により、径方向外側から内側に向かって抜熱量を低下させることができ、コイルの温度が径方向外側から内側に向かって漸減する、図３に示した温度分布を経る冷却が実現する。上記冷却体４は、例えば内部に冷却媒体を流すことができる、径の異なる複数の環状のチューブを用いて、それらの配置密度を冷却体の径方向外側から内側へ漸増させる構成とすることにより実現できる。図４に示した冷却体４は、具体的には、冷却パイプの数が径方向外側から内側に向かって増加するよう、かつ隙間なく配置することにより構成でき、これにより、コイル径方向の温度制御をより緻密に行うことができる。
【００２２】
なお、図２および４に例示した冷却体３および４は、コイル１の上下両端面近傍に対向配置されているが、上端面および下端面のいずれか一方のみに配置しても良い。
【００２３】
こうして、焼鈍の冷却過程の際にコイルの熱応力を抑制して巻き締まりを防止し、金属帯での擦り傷等の欠陥の発生を抑制することができる。
【実施例】
【００２４】
（発明例１および２）
以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の方法により、金属帯コイルを焼鈍した。すなわち、まず、コイル材料として鋼からなる薄板（長さ：３０００ｍ、厚み：０．５ｍｍ、重量：約１０ｔ）を用意し、この薄板をコイル状に巻き取って金属帯コイルとした。次いで、この金属帯コイルを、該金属帯コイルの中心軸を鉛直方向に揃えて焼鈍炉内に配置し、該金属帯コイルをインナーケースにて覆った。続いて、炉内温度を８００℃まで上昇させた後、コイル全体が８００℃になるまで保持し、その後、コイルを常温まで冷却した。その際、図２に示した冷却体（発明例１）および図４に示した冷却体（発明例２）を用い、コイルの上側の端面を冷却した。ここで、発明例１における冷却体は、半径が０．６ｍ、１．０ｍおよび１．３ｍと異なる３つの冷却パイプからなり、それぞれに１０００、５００および２００Ｎｍ３／時の流量で空気を流した。また、発明例２における冷却体は、内部に冷却パイプが５本通った円盤状の冷却体であり、冷却体自体が半径方向に対しなだらかな温度分布を持つように構成した。コイルの冷却が終了したら、コイルを焼鈍炉から取り出した。
【００２５】
（比較例）
発明例１および２と同様に、金属帯コイルの焼鈍を行うに当たり、冷却過程の際に、冷却体によるコイルの端面の冷却は行わなかった。その他の条件は、発明例１および２と全て同じである。
【００２６】
＜コイルの形状検査＞
発明例１および２、並びに比較例により処理されたコイルの巻き締まりおよびそれに起因する欠陥を検査した。ここで、欠陥については、コイルに発生した波状に変形した歪の長さと擦り傷等、形状や表面状態の不良全般の長さで評価した。得られた結果を表１に示す。比較例では、傷の長さは５００ｍであった。これに対して、発明例１および２では、傷の長さはともに５０ｍとなり、比較例に対して大きく低減していることが分かった。
【００２７】
また、焼鈍の冷却過程において、コイルを常温まで冷却するのに費やした時間についても調べた、得られた結果を表１に示す。その結果、比較例においては８０時間であったのに対して、発明例１および２では５０時間であり、冷却時間を短縮することができた。このように、本発明の方法により、焼鈍の冷却過程における巻き締まりを防止し、金属帯での欠陥の発生を抑制することができ、さらに冷却時間の短縮も達成することができた。
【００２８】
【表１】
2014019903.tif 000003
【符号の説明】
【００２９】
１  金属帯コイル
２  炉床
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、４  冷却体
Ｏ  中心軸
【図１】
2014019903.tif 000004
【図２】
2014019903.tif 000005
【図３】
2014019903.tif 000006
【図４】
2014019903.tif 000007