(57)【要約】【課題】厚鋼板を均一に冷却することができる厚鋼板の冷却方法を提供すること。【解決手段】台車式加熱炉１にて厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を熱処理した後、台車式加熱炉１内の雰囲気ガスを攪拌しながら、磁気変態点以下となるまで厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を台車式加熱炉１内で冷却する第１冷却工程を有する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車式加熱炉にて複数の厚鋼板を熱処理した後、前記台車式加熱炉内の雰囲気ガスを攪拌しながら、磁気変態点以下となるまで前記厚鋼板を前記台車式加熱炉内で冷却する第１冷却工程を有することを特徴とする厚鋼板の冷却方法。
【請求項２】
前記第１冷却工程では、複数の前記厚鋼板を冷却し、
前記第１冷却工程の後、前記台車式加熱炉の外にて、複数の前記厚鋼板を段積みし、段積みされた複数の前記厚鋼板の少なくとも最上面を覆う断熱部材を設けて、複数の前記厚鋼板を冷却する第２冷却工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の厚鋼板の冷却方法。
【請求項３】
前記第２冷却工程では、前記断熱部材として、他の厚鋼板を用いることを特徴とする請求項２に記載の厚鋼板の冷却方法。
【請求項４】
前記第２冷却工程では、前記断熱部材として、段積みされた複数の前記厚鋼板の最上面および側面を覆う断熱カバーを用いることを特徴とする請求項２に記載の厚鋼板の冷却方法。
【請求項５】
前記第１冷却工程では、前記台車式加熱炉内に空気を供給することで、前記雰囲気ガスを攪拌することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の厚鋼板の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、厚鋼板の冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
厚鋼板の製造工程では、台車式加熱炉等で熱処理された厚鋼板を、常温程度まで冷却する冷却処理が行われる。厚鋼板を冷却する方法としては、熱処理された厚鋼板を台車式加熱炉の外へと抽出した後、台車式加熱炉の台車上で冷却する方法や、複数の厚鋼板を段積みした状態で冷却する方法が知られている。例えば、特許文献１，２には、複数の厚鋼板を段積みして冷却（徐冷）する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２０２３１２号公報
【特許文献２】特開２０１１−９４１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱処理後の厚鋼板を台車式加熱炉の外へと抽出し、台車上で冷却する場合、厚鋼板の上面側は大気に晒されているため冷却速度が高くなる。一方、厚鋼板の下面側は、高温の台車が下方に在るため、冷却速度が低くなる。このため、上記の台車上で厚鋼板を冷却する冷却方法では、主に上面側と下面側とで生じる冷却速度の差によって板内の温度が不均一となる。冷却時に板内の温度が不均一となると板内に温度斑が生じ、反りや残留応力の原因となる。厚鋼板に反りが生じた場合、反りを矯正する工程が発生することから製造コストが増大することが問題となる。また、厚鋼板に残留応力が生じた場合、厚鋼板を切断して使用する際に、割れが発生する可能性がある。
【０００５】
また、特許文献１，２のように複数の厚鋼板を段積みして冷却する場合、段積みを行う際に厚鋼板の温度が磁気変態点以下となっていないと、リフマグ式のクレーン等を用いる通常の製造設備では、厚鋼板をハンドリングすることができない。このため、磁気変態点超の温度の厚鋼板を冷却する際には適用することができなかった。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、厚鋼板を均一に冷却することができる厚鋼板の冷却方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、台車式加熱炉にて厚鋼板を熱処理した後、台車式加熱炉内の雰囲気ガスを攪拌しながら、磁気変態点以下となるまで厚鋼板を台車式加熱炉内で冷却する第１冷却工程を有することを特徴とする厚鋼板の冷却方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、厚鋼板を均一に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】台車式加熱炉を示す断面図である。
【図２】台車式加熱炉を示す平面図である。
【図３】厚鋼板を段積みして冷却する際に、断熱部材として鋼板を用いた一例を示す模式図である。
【図４】厚鋼板を段積みして冷却する際に、断熱部材として断熱シートを用いた一例を示す模式図である。
【図５】実施例における熱電対の設置位置を示す模式図である。
【図６】実施例および比較例における、設置位置Ａ，Ｂでの温度履歴を示すグラフである。
【図７】実施例および比較例における、設置位置Ａ，Ｂでの温度差を示すグラフである。
【図８】実施例および比較例における、設置位置Ｃ，Ｄでの温度履歴を示すグラフである。
【図９】実施例および比較例における、設置位置Ｃ，Ｄでの温度差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
＜厚鋼板の冷却方法＞
図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態に係る厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の冷却方法について説明する。本実施形態では、冷却に先立ち、バッチ式の加熱炉である台車式加熱炉１にて、炉内に収容された、厚みが３ｍｍ以上の４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４が熱処理される（熱処理工程）。熱処理工程では、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４に対して、熱処理として加熱処理や均熱処理等が行われる。
【００１０】
図１および図２に示すように、台車式加熱炉１は、炉体１１と、台車１２と、複数の空気供給部１３と、複数のバーナー１４とを有する。炉体１１は、ｚ軸負方向側となる下側に開口が形成された略直方体形状を有し、内部には耐火物が設けられる。また、炉体１１には、炉体１１の長手方向であるｙ軸方向の負方向側端部には開閉可能な扉が設けられる。台車１２は、台座１２１と、複数の枕材１２２と、複数の車輪１２３とを有する。台座１２１は、炉体１１の下側の開口に嵌る形状を有し、上面および側面が耐火物からなる。複数の枕材１２２は、耐火物製の枕木であり、台座１２１の上面に、ｘ軸方向およびｙ軸方向にそれぞれ並んで設けられる。複数の車輪１２３は、台座１２１の下面に設けられ、ｘ軸方向およびｙ軸方向にそれぞれ並んで設けられる。また、複数の車輪１２３は、ｙ軸方向に延在して、ｘ軸方向に並んで設けられた不図示の複数のレール上に配される。複数の空気供給部１３は、炉体１１のｘ軸方向に対向する両側部に、ｙ軸方向に並んでそれぞれ設けられ、空気供給管１３１から供給される空気を、炉体１１の内部に供給する。複数のバーナー１４は、複数の空気供給部１３の下側（ｚ軸負方向側）にそれぞれ設けられ、不図示の燃料供給管および空気供給管から供給される燃料および空気を燃焼させることで、炉体１１の内部を加熱する。
【００１１】
上記構成の台車式加熱炉１では、炉体１１の外にて、台車１２の複数の枕材１２２の上に熱処理される４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４が重ならないように配される。そして、台車１２がレールにそって移動し、台車１２および４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４が炉体１１に収容される。その後、炉体１１に設けられたバーナー１４によって、炉体１１の内部が加熱されることによって、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の熱処理が行われる。
【００１２】
本実施形態に係る冷却方法では、まず、熱処理工程を経た４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４が炉体１１に収容された状態で、複数の空気供給部１３から炉体１１の内部へ空気を供給することで、台車式加熱炉１の炉体１１内の雰囲気ガスを攪拌させ、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を冷却させる（第１冷却工程）。このとき、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の表面温度が磁気変態点（キュリー点）以下となるまで冷却が行われる。なお、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４には、表面と内部とでの温度差があるため、表面温度が５００℃以下さらに好ましくは４００℃以下となるまで冷却をすることが好ましい。これにより、その後の工程においてリフマグ式のクレーン等を用いて、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を確実にハンドリングすることができ、さらにクレーン等の設備への熱負荷を軽減することができる。第１冷却工程では、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４は、複数の空気供給部１３から供給される空気によって攪拌される雰囲気ガスによって冷却される。このため、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を、磁気変態点以下まで均一に冷却することができる。
【００１３】
第１冷却工程の後、台車１２が炉体１１の外へと移動することで、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４が抽出される。次いで、図３に示すように、リフマグ式のクレーン等を用いて、抽出された４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を地面の上に段積みする。さらに、段積みされた最上部の厚鋼板Ｓ４の上面に、断熱部材２として他の厚鋼板２ａを設け、この状態で常温程度となるまで４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を冷却する（第２冷却工程）。他の厚鋼板２ａには、厚鋼板Ｓ４の上面を覆うように、長さおよび幅の寸法がそれぞれ厚鋼板Ｓ４よりも大きく、厚みが３ｍｍ以上の厚鋼板が用いられる。なお、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を炉体１１から抽出し、台車１２上から移動させるまでの処理は、できるだけ短時間で行われることが好ましい。第２冷却工程では、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４が段積みされ、さらに上面には他の厚鋼板２ａが設けられるため、上下面（図３の紙面の上下方向に対応する面）での温度差が小さくなり、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を、常温程度まで均一に冷却することができる。
【００１４】
＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである
【００１５】
例えば、上記実施形態では、断熱部材２として他の厚鋼板２ａを用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図４に示すように、段積みされた４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の最上面および側面を覆う断熱カバー２ｂを断熱部材２として用いてもよい。この場合、断熱部材２として他の厚鋼板２ａを用いるに比べ、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の側面においても断熱効果が得られるため、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４をより均一に冷却することができる。また、例えば、一面が開口した略直方体形状の断熱ボックスを断熱部材２として用いてもよい。この場合についても、断熱カバー２ｂを用いた場合と同様に、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を均一に冷却することができる。
【００１６】
さらに、上記実施形態では、第１冷却工程および第２冷却工程を有する構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、第２冷却工程を行わずに、第１冷却工程のみで少なくとも１枚の厚鋼板を常温程度まで冷却する構成としてもよい。この場合、冷却途中の厚鋼板を炉体１１の外に出す必要がなくなるため、厚鋼板をより均一に冷却することができる。しかし、厚鋼板の処理に伴う炉体１１の占有時間が長くなるため、処理効率の観点からは、第１冷却工程および第２冷却工程を用いる上記実施形態の構成が好ましい。
【００１７】
さらに、上記実施形態では、炉体１１の内部の雰囲気ガスを攪拌する方法として、複数の空気供給部１３から供給される空気を用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。炉体１１の内部の雰囲気ガスを攪拌する方法として、空気以外の不燃性の他のガスが用いられてもよく、また、攪拌翼等を有する攪拌装置が用いられてもよい。なお、空気等のガスを用いて雰囲気ガスを攪拌する場合、供給されるガスの温度や流量、供給部の数等を調整することにより、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の冷却速度を調整することができる。
さらに、上記実施形態では、４枚の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を冷却する場合について説明したが、第１および第２冷却工程によって冷却処理が行われる場合、複数枚であれば処理される厚鋼板の数は限定されない。
【００１８】
＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の冷却方法は、台車式加熱炉１にて厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を熱処理した後、台車式加熱炉１内の雰囲気ガスを攪拌しながら、磁気変態点以下となるまで厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を台車式加熱炉１内で冷却する第１冷却工程を有する。
ここで、通常の厚鋼板の冷却方法では、台車式加熱炉１で厚鋼板を加熱した後、厚鋼板を台車式加熱炉１から抽出し、磁気変態点以下となるまで台車式加熱炉１の台車１２に載せられた厚鋼板を冷却していた。この際、上述したように、厚鋼板の上下面では冷却速度の差によって温度差が生じ、歪や残留応力が厚鋼板に生じることとなる。これに対して、上記構成によれば、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４は、磁気変態点以下となるまで、台車式加熱炉１の炉体１１に収容された状態で冷却される。このため、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の板内の冷却速度が同程度となり、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４が均一に冷却される。このため、冷却に伴う厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の歪や残留応力を低減することができる。
【００１９】
また、上記構成によれば、厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４は、磁気変態点以下となるまで冷却された後に、台車式加熱炉１から抽出される。このため、熱処理直後に厚鋼板を台車式加熱炉１から抽出する通常の冷却方法に比べて、台車式加熱炉１から抽出したときの厚鋼板の温度を低くすることができ、抽出後に生じる厚鋼板の板内の温度差を低減することができる。さらに、抽出された厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４は、リフマグ式のクレーン等を用いてすぐにハンドリングすることができる。このため、抽出直後の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を、台車１２からすぐに移動させることでき、台車１２上で生じる板内の温度斑を低減させることができる。
【００２０】
（２）第１冷却工程では、複数の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を冷却し、第１冷却工程の後、台車式加熱炉１の外にて、複数の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を段積みし、段積みされた複数の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の少なくとも最上面を覆う断熱部材２を設けて、複数の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を冷却する第２冷却工程をさらに有する。
上記構成によれば、台車式加熱炉１から抽出された複数の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を、台車式加熱炉１の外にて均一に冷却することができる。このため、台車式加熱炉１の炉体１１から抽出する際の、複数の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の温度を高くすることができ、台車式加熱炉１の処理効率を向上させることができる。
【００２１】
（３）第２冷却工程では、断熱部材２として、他の厚鋼板２ａを用いる。
上記構成によれば、第２冷却工程において複数の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を冷却する際に、断熱部材２に専用の部材を用いる必要がなく、また断熱部材２のハンドリングを容易にすることができる。
（４）第２冷却工程では、断熱部材２として、段積みされた複数の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の最上面および側面を覆う断熱カバー２ｂを用いる。
上記構成によれば、（３）の構成に比べて、複数の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４の側面に対してモ断熱効果を得ることができるため、より均一に複数の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を冷却することができる。
【００２２】
（５）第１冷却工程では、台車式加熱炉１内に空気を供給することで、雰囲気ガスを攪拌する。
上記構成によれば、通常、台車式加熱炉１にバーナー１４の保護等を目的に設けられる複数の空気供給部１３を用いて、複数の厚鋼板Ｓ１〜Ｓ４を均一に冷却することができる。このため、既存の台車式加熱炉についても、新たな設備を設けることなく、容易に適用することができる。
【実施例】
【００２３】
次に、本発明者らが行った実施例について説明する。実施例では、第１冷却工程における冷却の均一性を確認するため、第１冷却工程での厚鋼板Ｓ１の温度履歴を測定した。まず、実施例では、図５に示すように、厚鋼板Ｓ１の４個所の設置位置Ａ〜Ｄに熱電対を設け、各設置位置Ａ〜Ｄにおける第１冷却工程における温度履歴を測定した。なお、設置位置Ａは厚鋼板Ｓ１の上面中央の位置、設置位置Ｂは厚鋼板Ｓ１の下面中央の位置、設置位置Ｃは厚鋼板Ｓ１の幅方向に対向する側面のうち一方の側面中央の位置、設置位置Ｄは厚鋼板Ｓ１の長手方向の長さＬ、幅方向の長さＷおよび厚み方向の長さｔがそれぞれ半分となる厚鋼板Ｓ１の中心位置とした。
【００２４】
そして、台車式加熱炉１にて厚鋼板Ｓ１を約９００℃まで加熱した後、第１冷却工程として、炉体１１の内部に空気を供給することで炉体１１内の雰囲気ガスを攪拌し、厚鋼板Ｓ１を１１時間以上にわたって冷却しながら、設置位置Ａ〜Ｄにおける温度履歴を測定した。また、比較例として、実施例と同じ寸法の厚鋼板を同様に加熱した後、炉体１１の外へと抽出し、台車１２上で１１時間以上冷却を行い、設置位置Ａ〜Ｄにおける温度履歴を測定した。
【００２５】
図６および図７に、実施例と比較例とにおける設置位置Ａ，Ｂでの温度履歴、および、設置位置Ａ，Ｂでの温度差の履歴をそれぞれ示す。厚鋼板Ｓ１の下面となる設置位置Ｂにおける温度が磁気変態点以下である５００℃となった状態を実施例と比較例と比べてみた場合、実施例では設置位置Ａ，Ｂでの温度差が４．９℃であるのに対して、比較例では温度差が８５℃と大きくなることが確認された。また、冷却時における設置位置Ａ，Ｂでの温度差の最大値が、実施例では２０℃であるのに対して、比較例では１８０℃と大きくなることが確認された。このことから、第１冷却工程によって、冷却時における厚鋼板Ｓ１の上下面での温度をより均一に冷却することができることが確認された。上下面の温度差は、厚鋼板Ｓ１の反りの原因となるため、上記実施形態に係る厚鋼板の冷却方法によれば厚鋼板Ｓ１の反りを防止することができる。
【００２６】
図８および図９に、実施例と比較例とにおける設置位置Ｃ，Ｄでの温度履歴、および、設置位置Ｃ，Ｄでの温度差の履歴をそれぞれ示す。厚鋼板Ｓ１の中心となる設置位置Ｄにおける温度が磁気変態点以下である５００℃となった状態を実施例と比較例と比べてみた場合、実施例では設置位置Ｃ，Ｄでの温度差が６８℃であるのに対して、比較例では温度差が１６３℃と大きくなることが確認された。また、冷却時における設置位置Ａ，Ｂでの温度差の最大値が、実施例では８０℃であるのに対して、比較例では２１０℃と大きくなることが確認された。このことから、第１冷却工程によって、冷却時における厚鋼板Ｓ１の幅方向端部と中央部での温度をより均一に冷却することができることを確認した。幅方向での温度差は、残留応力の原因となるため、上記実施形態に係る厚鋼板の冷却方法によれば厚鋼板Ｓ１に生じる残留応力を低減させることができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  台車式加熱炉
１１  炉体
１２  台車
１２１  台座
１２２  枕材
１２３  車輪
１３  空気供給部
１３１  空気供給管
１４  バーナー
２  断熱部材
２ａ  厚鋼板
２ｂ  断熱カバー
Ｓ１〜Ｓ４  厚鋼板
Ａ〜Ｄ  設置位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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