(57)【要約】【課題】複数のコイルをコイル軸方向に段積みして焼鈍する際に、コイルの温度をコイル相互間およびコイルの内外で均一かつ遅延なく上昇させるための方途を提供する。【解決手段】金属帯を巻いた金属帯コイルおよびを、該金属帯コイルおよびの中心軸を鉛直方向に揃えて焼鈍炉内に配置し、該金属帯コイルおよび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焼鈍するに当たり、該金属帯コイルの複数個をその軸方向に積み重ねるとともに、該金属帯コイル相互間に空間を設けて焼鈍を行う。【選択図】図１
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【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焼鈍するに当たり、
該金属帯コイルの複数個をその軸方向に積み重ねるとともに、該金属帯コイル相互間に空間を設けて焼鈍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】
前記金属帯コイル相互間の空間はコイル軸方向の距離が、コイル外径Ｄに対し0.1Ｄ〜1.0Ｄである請求項１に記載の金属帯コイルの焼鈍方法。
【請求項３】
前記積み重ねた金属帯コイルの下から二段目以降のコイルをコイル台にて支持することを特徴とする請求項１または２に記載の金属帯コイルの焼鈍方法。
【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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属の素材メーカーにおいて、比較的長時間の熱処理（焼鈍）を行う際には、金属帯をコイル状態にしてバッチ式で行うのが一般的である。
この方法は、薄い板を熱処理する連続焼鈍と異なり、厚みのある金属帯コイル（以下、単にコイルともいう）を焼鈍するため、内部への熱の浸透に時間を要する。そのため、一回の焼鈍には数十時間から、長いもので数百時間を要することとなる。従って、このプロセスに要する時間を短縮することは、生産性の向上に加えて燃料費の削減にもつながる。
【０００３】
例えば、複数のコイルを一度に焼鈍することは、上記のプロセス時間の短縮に極めて有効である。この場合によく採用されているのは、複数のコイルを軸方向（高さ方向）に積み重ねて焼鈍する方法であり、コイル数が多いものでは四つのコイルを軸方向に積み上げて焼鈍している。この方法では、コイルの上および／または下の端面は積み重なるコイルと常時接しているために、コイル端面からの入熱は非常に少ない。
【０００４】
また、焼鈍炉のバーナーは、コイルの外周側に設置するタイプが大半であるため、コイルの内周面には燃焼ガスが届きにくく内周面側からの入熱は少ない。そのため、コイル周囲の雰囲気からの熱伝達やケースからの輻射熱を受けるのは主にコイル外周面となる。そして、入熱は伝熱面積が広いほど増加するため、軸（高さ）方向への段積みは非常に加熱効率が悪いことになる。さらに、コイル半径方向の熱伝導率は同幅方向および周方向に比べて小さいため、コイル外周面が受けた熱が内部に浸透する速度は遅い。
加えて、炉の高さが高くなるとそれだけコイルの軸方向に温度分布が発生しやすく、均一な焼鈍が難しくなる。つまり、バーナーに最も近いコイルが過加熱となったり、一番上に積んだコイルが加熱不足になったりする、問題が生じる。
【０００５】
積み上げ配置したコイル相互間の均一加熱を所期する技術として、特許文献１では、スペーサーを挟み込んでコイルを４段で載置した焼鈍炉において、バーナー出力を炉の高さ方向で調整する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６− 88138号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のコイル段積み焼鈍は、下に位置するコイルの上面に直接上コイルを乗せるか又は、スペーサーを挟み込んでその上にコイルを載せる方法であったが、この場合段積みされた下側コイルの上面および上側コイルの下面は炉内ガスによる熱伝達や輻射熱を受けることができないため、コイル全体の温度上昇速度が低下することを解決するに至っていない。
【０００８】
さらに、別の問題として、コイルの重量によってコイルの耳が歪むことがある。すなわち、下側にあるコイルは上側のコイルの重量を全て支えることとなるため、荷重が直接作用する下側コイルの上面ではコイルエッジ部が波状に変形する耳歪が発生しやすい。特に、コイル外巻は温度上昇のタイミングが早いため、熱膨張すると外巻部分のみで上載せしたコイルの重量を支えることとなり、不良が頻繁に発生する。コイルの外巻だけ温度が極端に高くなることを防ぐことができれば、上記の問題は発生しないが、上記した在来の技術では未解決であった。
【０００９】
なお、コイルを軸方向に段積みせずにコイル径方向へ横並びにする方式も見受けられるが、コイル軸方向段積みが抱える、伝熱面積の減少といった問題はないもの、加熱処理に要する床面積が大きくなるため、工場建屋が巨大化し実際的ではない。
【００１０】
そこで、本発明では、複数のコイルをコイル軸方向に段積みして焼鈍する際に、コイルの温度をコイル相互間およびコイルの内外で均一かつ遅延なく上昇させるための方途について提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは、前記問題の解決のために鋭意検討を行ったところ、段積みコイルにおける端面からの加熱を確保することが有効であるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
（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焼鈍するに当たり、
該金属帯コイルの複数個をその軸方向に積み重ねるとともに、該金属帯コイル相互間に空間を設けて焼鈍を行うことを特徴とする金属帯コイルの焼鈍方法。
【００１２】
（２）前記金属帯コイル相互間の空間はコイル軸方向の距離がコイル外径Ｄに対し0.1Ｄ 〜1.0Ｄである前記（１）に記載の金属帯コイルの焼鈍方法。
【００１３】
（３）前記積み重ねた金属帯コイルの下から二段目以降のコイルをコイル台にて支持することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の金属帯コイルの焼鈍方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、コイルを段積みして焼鈍する際に、コイル相互間に空間を設けることによって、コイル端面が雰囲気ガスからの対流熱および周囲からの輻射熱を確実に受け取れるため、従来のコイルを直接重ねる段積み方式やスペーサーを介する段積み方式では得られなかった、コイル端面からの入熱が加わり、コイルの均等かつ短時間での昇温を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】二枚のプレートを柱で連結した上コイル台を使用した段積み構造による焼鈍方法を示す図である。
【図２】脚を有する上コイル台を使用した段積み構造による焼鈍方法を示す図である。
【図３】コイル中心部を貫通する脚を有するコイル台を使用した段積み構造による焼鈍方法を示す図である。
【図４】炉壁に上コイル台を固定した段積み構造による焼鈍方法を示す図である。
【図５】コイルが各段に２つある場合の段積み構造による焼鈍方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、焼鈍の加熱時に炉内の雰囲気ガスや輻射熱が、段積みしたコイル相互間に入り込む空間を設けることによって、コイル温度の均一な上昇を促進させることができる。具体的には、段積みしたコイル相互間に適正な空間を設けるために、上側のコイルを適切に支えることが重要であり、これら条件を満足する上側コイルの支持台が必要となる。以下に、コイルの段積み構造を具体的に示す図面を参照して、本発明について詳しく説明する。
【００１７】
まず、図１に示す段積み構造は、２つのコイル１および２を軸方向に積み重ねるに当たり、二枚のプレート３ａおよび３ｂを径方向中心部の柱３ｃにて連結したコイル台３を介して、上側のコイル（上コイルともいう）１を下側のコイル（下コイルともいう）２上に載置する。なお、符合４は、下側のコイル２を載置するためのコイル台である。
この段積み構造によれば、プレート３ａおよび３ｂに比べて柱３ｃの径が小さいために、雰囲気ガスや輻射熱がコイル相互間に入り込むに十分な、空間Ｓを設けることができる。すなわち、コイル１の下側端面およびコイル２の上側端面が直接輻射熱を受けるわけではないが、空間Ｓを介して雰囲気ガスや輻射熱に晒されるプレート３ａおよび３ｂが熱を受けて高温になることによって、このプレート３ａおよび３ｂと接触しているコイル端面が加熱される。すると、コイルの端面および外周部分の双方から伝熱が進む結果、コイルの加熱を均等に行うことができる。さらに、コイル外巻きからの温度のみが極端に高くなることで生じる、歪みについても緩和されるため、特にコイルエッジ部の変形を抑制できる。
また、積み重ねたコイル相互間における加熱具合が均等化されるため、コイル相互間での不均一加熱も回避される。
なお、雰囲気が高温になると柱の強度が低下するため、上コイルの重量によっては柱３ｃの本数を増やしたり、より高強度な材質にするなど、変更を加えてもよい。
【００１８】
ここで、コイル１および２相互間に設ける空間Ｓは、コイル軸方向の距離ｔが、コイルの外径Ｄに対し0.1Ｄ 〜1.0Ｄであることが好ましい。空間Ｓは、それが確保されること、つまり距離ｔが０mmでなければ効果があるが、あまりに狭いと入熱量が低下したコイルの開放端面との加熱度合が異なる場合が生じることを避ける観点から、インナーケースからの輻射熱を十分に受けることができるように、形態係数、すなわちインナーケースからの輻射熱をプレートおよび上コイル上面が受ける割合が大きくなるよう設計することが好ましい。一方、隙間があまりに広すぎると、炉が巨大化する割に効果が小さくなるため、広くてもコイル外径以下にすることが好ましい。以上のことから、コイルの外径をＤとしたときに、距離ｔは形態係数が大きくなる0.1Ｄ〜1.0Ｄの範囲とすることが好ましく、さらには0.3Ｄ〜0.7Ｄの範囲とすることが推奨される。この空間Ｓについては、以下に示す事例においても同様である。
【００１９】
また、コイル台３の、特にプレート３ａの材質は、空間からの輻射熱をコイル側に効率良く伝える観点から熱伝導率が高く、かつコイル重量支持の観点から強度のあるものが好ましい。すなわち、熱伝導率が低い材料を使用すると、コイル相互間の端面からの入熱が減少するため、空間Ｓを設けた効果が減少する。そのため、耐火煉瓦など断熱性の高い材料ではなく、熱伝導率が高く、かつ耐熱性がある材料が適合する。とりわけ、熱伝導率は10 W/m・K以上とすることが好ましい。具体的な材料としては、SUS304やSUS310、そしてSS400など焼鈍炉の炉材として使用されるものが好適である。このプレートの材質については、以下に示す事例においても同様である。
【００２０】
次に、図２に示す段積み構造は、上コイル１を載置するプレート５ａを複数本の脚５ｂ〜５ｅにて支持し、この脚５ｂ〜５ｅを下コイル２のコイル台４上に配置してなる。この場合、下コイル２に上コイル１の重量を負荷することなく空間Ｓを確保することができる。
【００２１】
図３に示す段積み構造は、プレート６を介して上コイル１を支える柱７を下コイル２の中心の中空部２ａに貫通させてコイル台４に固定するものである。上コイル１の重量が下コイル２に負荷されないのは勿論のこと、柱７がコイル外巻への輻射熱を遮断することもなく有意義である。通常、コイル台４には、図３（ｂ）に示すように、下コイル２の中心部２ａに向かって雰囲気ガスを供給する配管４ａが通っている。このような場合は、柱７の内部を空洞にして、その側面に雰囲気ガスを供給するための孔７ａを設けることが好ましい。ちなみに、柱７の内部を空洞にして強度が不足する場合には、図２に示した脚５ｂ〜５ｅと同様の補強を付加するとよい。この雰囲気ガスの供給配管は、先に示した図１のコイル台３においても柱３ｃを空洞にして実施することができる。
【００２２】
図４に示す段積み構造は、上コイル１用の支持プレート８をインナーケース９の壁９ａに固定するものであるが、この構造については下コイル２とインナーケース９を設置する際に、壁９ａに固定した上コイル２の支持プレート８が障害にならなければどのような構造でも構わない。例えば、壁からの取り外し可能なプレートを使用することにより、下コイルを設置するときはプレートを外し、上コイルを設置する直前に取り付ける構造が考えられる。
【００２３】
なお、コイルの積み重ねは以上で説明した２段に限らず、同じ段積み構造の繰り返しによって３段以上とすることも可能である。或いは、一段目のコイルの個数についても一個に限らず、図５に示すように、コイル２を２つ横に並べた上に、図２にて示したコイル台と同様に、複数本の脚10ａ〜10ｄを介してプレート11を設置し、該プレート11上にコイル１を２つ横に並べて載置することも可能である。各段のコイルは３個以上でもよいのは勿論である。
【実施例】
【００２４】
本発明の効果を調査するために、実機実験を行った。すなわち、コイルは下コイルと上コイルの２つを使用し、前述した様々な段積み構造を表１に示すところに準拠して適用し、各場合について両コイルの昇温時間を比較した。その結果を、表２に示す。なお、下コイルと上コイルとの空間Ｓの距離ｔは、表１に示すとおりに調整した。コイルを支持するプレートや脚にはSUS304を使用した。
コイル材料は鉄（炭素鋼）を使用した。コイルは長さが3000ｍの鋼帯を径：1.3ｍに巻き取った重量：10ｔのものである。焼鈍処理における温度条件は、加熱中の炉温を800℃まで上昇させた後、コイル温度が800℃均一になるまで保持し、その後常温まで冷却した。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【表２】
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【００２７】
表２に示すように、条件１では昇温の遅い上コイルが80時間の加熱時間を要した。それに対し、コイル間に空間を設けた条件２では加熱時間が65時間となり大きく短縮された。ただし、条件２では下コイルの上面に耳歪が確認された。上コイルの重量を下コイルに負荷しない条件３では、下コイル上面での耳歪は観察されなかった。条件４および条件５では、加熱時間に３時間の差が生じているが、この差はプレートの熱容量によるものと考えられる。条件４ではコイル内周付近にコイル台の柱が存在しているため、多少ではあるが柱が熱を蓄えるとともに、内周面への輻射熱を遮断する働きをする。最良の結果が得られた条件５では、上コイルの温度上昇に要する時間を15時間短縮し、下コイルの同時間を16時間短縮することができた。
【符号の説明】
【００２８】
１  コイル
２  コイル
３ａ、３ｂ  プレート
３ｃ  柱
３  コイル台
４  コイル台
Ｓ  空間
５ａ  プレート
５ｂ〜５ｅ  脚
６  プレート
７  柱
８  支持プレート
９  インナーケース
９ａ  壁
10ａ〜10ｄ  脚
11  プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2013256702.tif 000008
【図５】
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