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JP3289632B2 - 平坦度の優れた高珪素鋼帯の製造方法および設備 - Google Patents

平坦度の優れた高珪素鋼帯の製造方法および設備

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JP3289632B2
JP3289632B2 JP03109397A JP3109397A JP3289632B2 JP 3289632 B2 JP3289632 B2 JP 3289632B2 JP 03109397 A JP03109397 A JP 03109397A JP 3109397 A JP3109397 A JP 3109397A JP 3289632 B2 JP3289632 B2 JP 3289632B2
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steel strip
gas
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furnace
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勝司 笠井
雅之 倉田
浩 若狭
和久 岡田
多津彦 平谷
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JFE Engineering Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、気体浸珪法による
高珪素鋼帯の製造方法および設備、具体的には、連続浸
珪処理ラインにおいて連続通板する鋼帯の両面に塩化珪
素ガスを含む処理ガスを吹き付けることで鋼帯の浸珪処
理を行い、次いで鋼帯表層に浸透したSiを板厚方向に
拡散させる拡散熱処理を行うことにより高珪素鋼帯を連
続的に製造する方法およびその実施に好適な設備に関す
る。
【0002】
【従来の技術】高珪素鋼帯を工業的に製造する方法とし
て、所謂気体浸珪法による連続製造法が知られている。
この製造法は、連続ラインにおいてSi含有量が比較的
低い鋼帯を加熱した後、鋼帯両側に配されたガスノズル
から鋼帯の両面に塩化珪素ガス(通常、SiCl4)を
含む無酸化性ガスを吹き付けることにより鋼帯表面にS
iを浸透させ、次いでSiを板厚方向に拡散させる拡散
熱処理を施し、冷却後コイル状に巻取る一連のプロセス
を連続ライン化し、高珪素鋼帯を効率よく製造すること
ができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような気
体浸珪法により製造される高珪素鋼帯は、所謂C反りと
呼ばれる長手方向での板反りを生じ易い欠点があり、こ
のような板反りが生じると剪断加工時のハンドリング性
に支障をきたすとともに、積層した鉄心が重量不足を生
じて鉄心性能の劣化を招いてしまう。したがって本発明
の目的は、このような鋼帯長手方向での板反りを生じる
ことなく気体浸珪法により高珪素鋼帯を連続して製造す
ることができる方法及びその実施に好適な設備を提供す
ることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
に鑑み、気体浸珪法により製造される高珪素鋼帯にC反
りが生じる原因とその抑制方法について検討を重ねた。
その結果、C反りが鋼帯表裏面での浸珪量のアンバラン
スによるものであること、すなわち、鋼帯表裏面での浸
珪量がアンバランスになることにより鋼帯表裏面の格子
定数に差が生じ、その結果C反りを生じてしまうこと、
したがって、この鋼帯表裏面での浸珪量のアンバランス
を極力抑制することにより、C反りの発生を効果的に抑
制し得ることを見い出した。本発明はこのような知見に
基づきなされたもので、その特徴は以下の通りである。
【0005】(1) 連続通板する鋼帯の両面に塩化珪素ガ
スを含む処理ガスを吹き付けることで鋼帯の浸珪処理を
行い、次いで鋼帯表層に浸透したSiを板厚方向に拡散
させる拡散熱処理を行うことにより高珪素鋼帯を連続的
に製造する方法において、拡散熱処理後の鋼帯両面のS
i含有量をそれぞれ検出し、該両検出値の偏差が解消さ
れ若しくは許容値以下となるよう、浸珪処理において鋼
帯両面にそれぞれ吹き付けられる処理ガスの流量、温度
および塩化珪素ガス濃度のうちの少なくとも1つを制御
することを特徴とする、平坦度の優れた高珪素鋼帯の製
造方法。
【0006】
【0007】(2) 鋼帯パスラインの両側にガスノズルが
配置され、該ガスノズルから連続通板する鋼帯の両面に
塩化珪素ガスを含む処理ガスを吹き付けることで鋼帯の
浸珪処理を行う浸珪処理炉と、該浸珪処理炉において鋼
帯表層に浸透したSiを板厚方向に拡散させる拡散熱処
理を行う拡散均熱炉と、拡散熱処理された鋼帯を冷却す
る冷却炉を有する高珪素鋼帯の製造設備において、浸珪
処理炉内の鋼帯パスラインの両側にそれぞれ配置された
ガスノズルに供給される処理ガスの流量、温度および塩
化珪素ガス濃度のうちの少なくとも1つを調整可能とし
た調整機構と、前記冷却炉から出た鋼帯両面のSi含有
量を検出する検出装置と、該検出装置による鋼帯両面の
Si含有量の検出値の偏差が解消され若しくは許容値以
下となるよう前記調整機構を制御する制御装置とを有す
ることを特徴とする、平坦度の優れた高珪素鋼帯の製造
設備。
【0008】
【発明の実施の形態】連続浸珪処理ラインで行われる浸
珪処理では、図1に示すように水平方向に通板する鋼帯
の両面にガスノズルA(図中、aはガスノズルのノズル
スリット)から原料ガスである塩化珪素ガス(通常、S
iCl4)を含む処理ガス(塩化珪素ガス+無酸化性ガ
ス)が吹き付けられ、原料ガスと鋼帯との以下のような
置換反応により鋼帯表面にSiが添加される。5Fe+
SiCl4→Fe3Si+2FeCl2
【0009】また、上記の浸珪処理では鋼帯表層にSi
の高濃度層が形成されるため、このSiを鋼帯板厚方向
に拡散させ、板厚方向での濃度分布を無くし或いは小さ
くすることを目的として、浸珪処理に引き続き拡散熱処
理を行う。このような連続浸珪処理において、先に述べ
たような板反り(C反り)を生じるのは、浸珪処理時の
鋼帯両面へのSi添加量(浸珪量)に何らかの原因でア
ンバランスを生じ、このような浸珪量のアンバランスが
拡散熱処理後も引き続き残存するためである。
【0010】従来行われている浸珪処理では、水平方向
に通板する鋼帯に対して上下のガスノズルからほぼ同じ
流量、温度および塩化珪素ガス濃度の処理ガスが吹き付
けられているが、このような浸珪処理において鋼帯両面
で浸珪量に差が生じるのは、鋼帯の両面で処理ガスと鋼
帯面との接触の態様や時間に差を生じるためであると考
えられる。また、その具体的な要因については種々考え
られるが、その一つには、水平に通板する鋼帯に対して
上下のガスノズルから処理ガスを吹き付けた場合、上部
ガスノズルから吹き付けられた処理ガスは或る程度鋼帯
表面に沿って流れるのに対し、下部ガスノズルから吹き
付けられた処理ガスは鋼帯表面から離れようとするた
め、鋼帯の上面と下面とで浸珪量に差を生じてしまうこ
とが考えられる。
【0011】ここで、上記のように鋼帯両面で浸珪量に
差を生じても、浸珪処理後の拡散熱処理に十分な時間を
とることによって板厚方向でのSiの拡散を十分に行え
ば、板厚方向でのSi濃度を均一化でき、上述したよう
なC反りも解消できる。しかし、実際の連続浸珪処理ラ
インにおいて、鋼帯両面で浸珪量に差がある鋼帯を浸珪
量の差がなくなるまで拡散熱処理するには非常に長い処
理時間が必要であり、実操業でこれを行うことは生産性
や炉長等の制約から極めて困難である。
【0012】このため本発明では、浸珪処理において鋼
帯面へのSi添加量を左右する因子のうち、制御が比較
的容易な因子である処理ガスの流量、温度および塩化珪
素ガス濃度に着目し、鋼帯へのSi添加量が鋼帯両面で
均一になるよう、浸珪処理において鋼帯両面にそれぞれ
吹き付けられる処理ガスの流量、温度および塩化珪素ガ
ス濃度のうちの少なくとも1つを制御するようにしたも
のである。すなわち、浸珪処理では鋼帯面に吹き付けら
れる処理ガス流量が多いほど、また処理ガス温度が高い
ほど、さらに処理ガス中の塩化珪素ガス温度が高いほ
ど、それぞれ単位時間当りのSi添加量が多くなるた
め、鋼帯表裏面に供給される処理ガスについて、これら
の制御因子のうちの少なくとも1つを制御することによ
り鋼帯両面へのSi添加量を均一化することができる。
【0013】本発明では上記の制御因子のうちの少なく
とも1つを制御すればよいが、鋼帯両面でのSi添加量
のアンバランスの状態に応じて、2以上の制御因子を適
宜組み合わせて制御することもできる。また、上記制御
因子のなかでも処理ガスの流量が最も制御が容易であ
り、したがって処理ガス流量を主たる制御因子として本
発明を実施することもできる。一方、このような本発明
が対象とする制御因子以外にも、鋼帯へのSi添加量を
調整できる因子としては鋼帯と処理ガスとの反応温度や
反応時間があるが、連続浸珪処理において通板する鋼帯
の両面での反応温度や反応時間を個別に制御することは
事実上困難である。
【0014】
【0015】また、本発明の具体的な実施形態として
は、鋼帯両面でのSi添加量を逐時検出し、この検出値
に基づき上記制御因子の制御を行うことができる。この
場合には、拡散熱処理後の鋼帯両面のSi含有量を検出
し、この両検出値の偏差が解消され若しくは許容値以下
となるよう、鋼帯両面にそれぞれ吹き付けられる処理ガ
スの流量、温度および塩化珪素ガス濃度のうちの少なく
とも1つを制御する。このような制御のより具体的な態
様としては、例えば、鋼帯両面でのSi添加量の偏差の
許容値を定めておき、上記検出値の偏差がこの許容値を
超えたときに、この偏差が許容値以下となるよう下記
(イ)〜(ハ)のうちの少なくとも1つの制御を行う。
すなわち、鋼帯各面X,YのSi添加量の関係がX>Y
で且つその偏差が許容値を超えた場合、 (イ)鋼帯面に吹き付ける処理ガスの流量をX<Yとす
る。 (ロ)鋼帯面に吹き付ける処理ガスの温度をX<Yとす
る。 (ハ)鋼帯面に吹き付ける処理ガス中の塩化珪素ガス濃
度をX<Yとする。
【0016】図2は、このような連続浸珪処理よる高珪
素鋼帯の製造方法および設備の一例を示すもので、1は
加熱炉、2は浸珪処理炉、3は拡散均熱炉、4は冷却
炉、5a,5bは浸珪処理炉内において鋼帯パスライン
の両側にそれぞれ複数配置されるガスノズル、6a,6
bはこれらガスノズル5a,5bに処理ガスを供給する
ための供給管、7は冷却炉の出側に配置されるSi含有
量の検出装置、8はガスノズルに供給される処理ガスの
流量、温度および塩化珪素ガス濃度のうちの少なくとも
1つを調整するための調整機構、11はこの調整機構8
を制御するための制御装置である。
【0017】前記検出装置はSi含有量をオンラインで
検出することができる適宜な装置により構成することが
でき、例えば、オンライン蛍光X線装置で構成すること
ができる。前記調整機構8は、供給管6a,6bにそれ
ぞれ供給すべき処理ガスの温度および/または塩化珪素
ガス濃度を調整する機能を有する処理ガス供給装置9
と、前記供給管6a,6bにそれぞれ設けられる流量制
御弁10a,10bとから構成され、前記制御装置11
は前記検出装置7によるSi含有量の検出量に基づき、
前記流量制御弁10a,10bの開度(ガス流量)、前
記処理ガス供給装置9から供給される処理ガスの温度、
同じく処理ガス中の塩化珪素ガス濃度のうちの少なくと
も1つを制御する。
【0018】このような高珪素鋼帯の連続製造設備で
は、連続通板する鋼帯Sは加熱炉1で浸珪処理温度(1
023〜1200℃)またはその近傍まで加熱された
後、浸珪処理炉2に導入される。この浸珪処理炉2では
鋼帯パスライン両側に配されたガスノズル5a,5bか
ら鋼帯両面に塩化珪素ガスを含む処理ガスが吹き付けら
れ、鋼帯表面にSiが浸透する。次いで、鋼帯Sは塩化
珪素ガスを含まない無酸化性ガス雰囲気の拡散均熱炉3
に導入され、Siを板厚方向に拡散させる拡散熱処理を
施された後、冷却炉4で冷却されて浸珪処理を終了す
る。
【0019】冷却炉4の出側では検出装置7により鋼帯
両面のSi含有量が検出され、この検出値が制御装置1
1に出力される。制御装置11では、前記検出値に基づ
き鋼帯両面のSi含有量の偏差が演算され、例えば、こ
の偏差が予め設定された許容値を超えたときに、この偏
差が解消されるよう若しくは許容値以下となるよう流量
制御弁10a,10bの開度(処理ガス流量)、処理ガ
ス供給装置9から供給管6a,6bに供給される処理ガ
スの塩化珪素ガス濃度、同じく処理ガス温度のうちの少
なくとも1つを上記(イ)〜(ハ)に従って制御する。
このような制御を逐時行うことにより、鋼帯両面での浸
珪量のアンバランスが解消され、この結果鋼帯のC反り
が適切に防止される。
【0020】浸珪処理においてガスノズルから鋼帯面に
吹き付けられる処理ガスは、ボイド等のない適切な品質
の高珪素鋼帯を効率的に製造するために塩素珪素ガス濃
度を約5〜35mol%、温度を浸珪温度である102
3〜1200℃、ガス流量を整流の範囲とすることが好
ましく、したがって、本発明法においてもこれらの範囲
において処理ガスの流量、温度、塩化珪素ガス濃度の制
御を行うことが好ましい。また、製造される高珪素鋼帯
のSi含有量は任意であるが、一般にはSi:5〜10
wt%の高珪素鋼帯が製造される。
【0021】
【発明の効果】以上述べた本発明によれば、鋼帯両面へ
のSi添加量のアンバランスによる板反りを適切に防止
することができ、連続浸珪処理ラインにおいて形状が良
好な高品質の高珪素鋼帯を安定して連続的に製造するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】連続浸珪処理ラインにおける浸珪処理の実施状
況を示す説明図
【図2】本発明による高珪素鋼帯の製造方法および設備
の一例を示す説明図
【符号の説明】
1…加熱炉、2…浸珪処理炉、3…拡散均熱炉、4…冷
却炉、5a,5b…ガスノズル、6a,6b…供給管、
7…検出装置、8…調整機構、9…処理ガス供給装置、
10a,10b…流量制御弁、11…制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 和久 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 平谷 多津彦 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−227078(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 10/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続通板する鋼帯の両面に塩化珪素ガス
    を含む処理ガスを吹き付けることで鋼帯の浸珪処理を行
    い、次いで鋼帯表層に浸透したSiを板厚方向に拡散さ
    せる拡散熱処理を行うことにより高珪素鋼帯を連続的に
    製造する方法において、拡散熱処理後の鋼帯両面のSi
    含有量をそれぞれ検出し、該両検出値の偏差が解消され
    若しくは許容値以下となるよう、浸珪処理において鋼帯
    両面にそれぞれ吹き付けられる処理ガスの流量、温度お
    よび塩化珪素ガス濃度のうちの少なくとも1つを制御す
    ることを特徴とする、平坦度の優れた高珪素鋼帯の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 鋼帯パスラインの両側にガスノズルが配
    置され、該ガスノズルから連続通板する鋼帯の両面に塩
    化珪素ガスを含む処理ガスを吹き付けることで鋼帯の浸
    珪処理を行う浸珪処理炉と、該浸珪処理炉において鋼帯
    表層に浸透したSiを板厚方向に拡散させる拡散熱処理
    を行う拡散均熱炉と、拡散熱処理された鋼帯を冷却する
    冷却炉を有する高珪素鋼帯の製造設備において、浸珪処
    理炉内の鋼帯パスラインの両側にそれぞれ配置されたガ
    スノズルに供給される処理ガスの流量、温度および塩化
    珪素ガス濃度のうちの少なくとも1つを調整可能とした
    調整機構と、前記冷却炉から出た鋼帯両面のSi含有量
    を検出する検出装置と、該検出装置による鋼帯両面のS
    i含有量の検出値の偏差が解消され若しくは許容値以下
    となるよう前記調整機構を制御する制御装置とを有する
    ことを特徴とする、平坦度の優れた高珪素鋼帯の製造設
    備。
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