JP3925149B2 - Continuous heat treatment equipment for thick steel plates. - Google Patents
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- Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は厚鋼板の焼入れ、焼鈍し、焼戻しなどの熱処理プロセスにおいて用いられる厚鋼板の熱処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
厚鋼板の焼入れ、焼鈍、焼戻しなどの熱処理プロセスにおいて、厚鋼板を急速加熱するために誘導加熱装置を用いる場合、ステンレスを除き被処理材は常温で強磁性体であることから、鋼板表層部に誘導電流が発生し、表層部が鋼板内部に比べて急激に加熱されるため以下のような点に配慮する必要がある。
(1)鋼板表裏面の加熱温度差を最小化することにより、加熱歪による変形を防止する必要がある。被処理材が加熱歪によりソレノイド型誘導加熱装置(以下インダクター)内で変形した場合、装置を破損させるおそれがある。
【0003】
これは、材料搬送手段としてのテーブルロール間にソレノイド型インダクターを直列配置して連続加熱した場合、表裏面の加熱温度差による材料の歪とそれに伴う変形を防止しないと、下流のインダクターを通過できなくなるばかりか、品質に重大な欠陥を発生させてしまうからである。この加熱歪をレベラー等の矯正機を配置して、除去する技術も検討したところ、以下のような問題点がある。
▲1▼インダクター間がレベラー機長分長くなり、薄物材で温度低下を招く。
▲2▼レベラーは一般に上ロールより下ロールの数が多いため、表裏温度差を付けたまま次の加熱に入る。
▲3▼レベラーをインダクター毎に配置すると設備費が増大して不経済になる。
(2)板中央と板エッジの加熱温度差を最小化することにより、板幅方向の温度分布を均一にする必要がある。図5は板断面コーナー部(板厚、板幅方向共に)も表層部分に誘導電流(回り込み電流)が発生することを示すもので、これによれば、コーナー部には板厚、板幅の両方から誘導電流が流れるためジュール発熱が起こって、エッジ部が温度上昇することになる。一般的に、エッジ部から20〜100mm程度すなわち板厚の2〜5倍程度に相当する幅のエッジ部で温度上昇が発生し、品質に大きな悪影響を与える。
【0004】
厚鋼板を誘導加熱装置を用いて熱処理する際に、被処理材を均一加熱するための技術に関しては、従来以下のような提案がなされている。
【0005】
特開昭48−25237号には、ソレノイド型誘導加熱装置を直列に複数個配置した時の板長手方向の先後端の温度不均一防止について対策が示されている。
【0006】
また、特開昭48―64534号には、キュリー点以下の加熱であれば低周波数誘導加熱と高周波数誘導加熱の交互加熱により不等厚断面材料の均一な昇温が可能であることが示されている。
【0007】
一方、特開昭48―25239号には、幅方向不均一加熱の対策として、板エッジの限られた部分に冷却水を噴射して板エッジの高温部を冷却する方法が示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術には次のような問題がある。
【0009】
まず、特開昭48−25237号の方法では、板断面全体の熱処理を均一に行うことができず、加熱歪による板変形や板厚方向での温度分布の発生を防止することができない。
【0010】
また、特開昭48―64534号の方法では、キュリー点以下の加熱であれば低周波数誘導加熱と高周波数誘導加熱の交互加熱により不等厚断面材料の均一な昇温が可能であるとしているが、被加熱材料板厚が薄い場合は十分な昇温ができない問題がある。これは約50〜200Hzの商用周波数付近の低周波数誘導加熱の場合、下式(1)に示すように、入熱電力が周波数に比例して低下しさらに十分な磁界を得るためには電流を莫大にとる必要があること、加熱周波数が低いと加熱できる板厚の下限値が存在すること(例えば加熱周波数200Hzの場合、下限値は約17mmとなる)から、工業的に成立する加熱装置とすることは難しい。したがってこの技術では多種の厚みを有する厚鋼板の熱処理は困難である。
【0011】
P= π・μ・f・H2・S・L・Q ・・・(1)
ここで、P:加熱吸収電力、μ:透磁率、f:周波数、H:磁界の強さ、S:材料断面積、L:材料長、Q:吸収係数を示す。
【0012】
特開昭48―25239号の方法では、板エッジに適正な量の冷却水を噴射すればそれなりの効果が得られると考えられるが、厚鋼板の熱処理では被加熱材の板厚と加熱周波数との関係によって過加熱されるエッジ幅や過加熱量が変化し、これに応じてそのエッジ部分にのみ過不足なく冷却水を噴射することは困難であり、水量が多ければ過冷却が生じ、冷却水を噴射するエッジ幅が適切でなければ幅方向温度分布が改善されないなどの問題を生じる。また冷却水を噴射することによる表面品質の悪化、材質の急変といった問題、水を用いることによる誘導加熱装置の絶縁管理の問題や、材料及び搬送ロールの絶縁性低下から搬送ロールにスパーク疵が発生するなどの問題もある。
【0013】
本発明の目的は、上記のような従来技術の問題点を解決し、板厚方向および板幅方向の温度分布の均一化を図り、さらに加熱歪による変形が発生しない厚鋼板の熱処理装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の厚鋼板の熱処理装置は以下のような特徴を有する。
【0015】
(1)複数台のソレノイド型誘導加熱装置を直列に配置した厚鋼板の熱処理装置において、各ソレノイド型誘導加熱装置出側に内部冷却式のテーブルロールと内部冷却式の押えロールを上下対向して設置することを特徴とする厚鋼板の連続加熱処理装置。
【0016】
(2)複数台のソレノイド型誘導加熱装置を直列に配置した厚鋼板の熱処理装置において、各ソレノイド型誘導加熱装置出側に内部冷却式の上下ロールからなるエッジ冷却用ピンチロールを設置することを特徴とする厚鋼板の連続加熱処理装置。
【0017】
(3)複数台のソレノイド型誘導加熱装置を直列に配置した厚鋼板の熱処理装置において、各ソレノイド型誘導加熱装置出側に内部冷却式の厚鋼板端面冷却用竪ロールを設置することを特徴とする厚鋼板の連続加熱処理装置。
【0018】
(4)内部冷却式のエッジ冷却用ピンチロールは、幅方向に移動可能とし、厚鋼板のエッジ部を板厚の2〜5倍に相当する幅で拘束することを特徴とする(2)に記載の厚鋼板の連続加熱処理装置。
(5)複数台のソレノイド型誘導加熱装置を直列に配置した厚鋼板の熱処理装置において、各ソレノイド型誘導加熱装置出側に、上下対向して設置した内部冷却式のテーブルロールと内部冷却式の押えロール、内部冷却式の上下ロールからなるエッジ冷却用ピンチロール、または内部冷却式の厚鋼板端面冷却用竪ロールの少なくとも一つを配置したことを特徴とする厚鋼板の連続加熱処理装置。
(6)内部冷却式のエッジ冷却用ピンチロールは、幅方向に移動可能とし、厚鋼板のエッジ部を板厚の2〜5倍に相当する幅で拘束することを特徴とする(5)に記載の厚鋼板の連続加熱処理装置。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の厚鋼板の熱処理装置の一実施形態を示すもので、図1(a)は側面図、図1(b)は図1(a)中のB−B線に沿う矢視図である。
【0020】
図1の冷却装置は、上ロールである内部水冷式押えロール1と、下ロールである内部水冷式テーブルロール2とを有している。前記内部水冷式押えロール1は軸受け3a、3bに、前記内部水冷式テーブルロール2は軸受け4a、4bに各々支持されている。また、前記軸受け3a、3bは昇降装置5に保持され、この昇降装置5により軸受け3a、3bを昇降させることにより内部水冷式押えロール1を昇降させ、内部水冷式押えロール1と内部水冷式テーブルロール2間の間隔および内部水冷式押えロール1の圧下量を調整できるようにしている。
【0021】
前記内部水冷式押えロール1には軸受け3bを通じて冷却水が給水され、この冷却水は押えロール1内部を流れてロールを冷却した後、軸受け3aより排水される。
【0022】
また、前記内部水冷式テーブルロール2にも軸受け4bを通じて冷却水が給水され、この冷却水はテーブルロール2内部を流れてロールを冷却した後、軸受け4aより排水される。
【0023】
前記昇降装置5a、5bは、内部水冷式押えロール1を厚鋼板7の上面部に押当て、上ロールと下ロールとで厚鋼板7をピンチングするためのもので、通常エアーシリンダーで駆動される。
【0024】
次に、上記実施形態の厚鋼板の熱処理装置の動作および作用を説明する。
【0025】
厚鋼板の焼入れ、焼鈍、焼戻しなどの熱処理プロセスにおいて、厚鋼板を直列式のインダクターで連続加熱する。
【0026】
各インダクター出側に図1に示す内部水冷式押えロール1と内部水冷式テーブルロール2による冷却装置で材料を全幅ロール圧下しながら冷却する。
【0027】
ロール圧下しながら冷却することにより、鋼板表裏面の加熱温度差を最小化できて、加熱歪による変形を防止できる。また、板中央と板エッジの加熱温度差を低減させる効果も有している。
【0028】
図2は、厚鋼板の板厚と、その板厚を有する厚鋼板を均熱するのに必要な均熱時間との関係を、内部水冷式押えロールと内部水冷式テーブルロールによる冷却装置でロール圧下しながら冷却する場合と、冷却装置を用いない場合とによって調べた結果を示すものである。ここで、均熱時間とは、温度の高い鋼板表層部と温度の低い鋼板内部が、伝熱により板厚方向で同じ温度になるまでに要する時間である。これによれば、上述した冷却装置でロール圧下しながら冷却する場合は、ロール接触伝熱により鋼板表面を表裏同一に冷却できるから、板厚50mmの厚鋼板で、自然空冷での必要な均熱時間が20秒かかるところを約2秒間短縮することができる。その結果、熱処理時間の短縮化あるいはインダクター間距離を短くできることによる設備のコンパクト化が可能となる。
【0029】
さらに、鋼板表層温度を強制的に低下させることにより、次のインダクターでの加熱の上昇分を大きく設定できるため、急速加熱を行うことも可能となる。
【0030】
また、図3は厚鋼板のある幅方向位置における幅中央位置との鋼板温度の温度差の関係を調べた結果を示すもので、鋼板のエッジ部に近づくほど幅中央位置との鋼板温度差が大きくなるが、上下からロール圧下しながら冷却することで、ロール接触伝熱により、特にエッジ部に近づくほど幅方向温度差の低減効果が得られる。
【0031】
図4は本発明の厚鋼板の熱処理装置の他の実施形態を示すもので、図4(a)は側面図、図4(b)は図4(a)中のB−B線に沿う矢視図である。
【0032】
図4の冷却装置は、上部エッジ冷却用および下部エッジ冷却用のロール8、9からなるピンチロールAを有している。前記上部エッジ冷却用ロール8は軸受け10a、10bに、前記下部エッジ冷却用ロール9は軸受け11a、11bに各々支持されている。また、前記軸受け10a、10bは昇降装置5に保持され、この昇降装置5により軸受け10a、10bを昇降させることにより上部エッジ冷却用ロール8を昇降させ、上部エッジ冷却用および下部エッジ冷却用のロール8、9間の間隔および上部エッジ冷却用ロールの圧下量を調整できるようにしている。また、昇降装置5は架構13に支持され、架構13は固定基部14上を、架構を鋼板幅方向に移動可能とする移動機構12により移動する。図4(b)は、板幅方向の片端部を示したものであるが、他の片端部も同様の構造を有している。
【0033】
このようなピンチロールAは、直列に配置された複数台のインダクターの各出側に鋼板送り方向に1組以上配設される。ここでは1組配設しているが2組以上配設してもよい。なお、本実施形態では、内部水冷式押えロール1と内部水冷式のテーブルロール2とがインダクターの間にすでに対向配置されており、さらに上部エッジ冷却用および下部エッジ冷却用のロール8、9からなるピンチロールAが配置される。ピンチロールAは対向配置されている内部水冷式押えロール1と内部水冷式のテーブルロール2と後段のインダクターとの間に配置したが、前段のインダクターと対向配置されている内部水冷式押えロール1と内部水冷式のテーブルロール2との間に配置してもよい。
【0034】
前記内部水冷式上部エッジ冷却用ロール8には軸受け10bを通じて冷却水が給水され、この冷却水は上部エッジ冷却用ロール8内部を流れてロールを冷却した後、軸受け10aより排水される。
【0035】
また、前記内部水冷式下部エッジ冷却用ロール9にも軸受け11bを通じて冷却水が給水され、この冷却水は下部エッジ冷却用ロール9内部を流れてロールを冷却した後、軸受け11aより排水される。
【0036】
前記昇降装置5a、5bは、上部エッジ冷却用ロール8を厚鋼板7のエッジ上部に押当て、上ロールと下ロールとで厚鋼板7をピンチングするためのもので、通常エアーシリンダーで駆動される。
【0037】
前記移動機構12は、架構13を幅方向に移動して、上部エッジ冷却用ロール8および下部エッジ冷却用ロール9が厚鋼板のエッジ部を板厚の2〜5倍に相当する幅で拘束するためのものである。
【0038】
次に、上記実施形態の厚鋼板の熱処理装置の動作および作用を説明する。
【0039】
厚鋼板の焼入れ、焼鈍、焼戻しなどの熱処理プロセスにおいて、厚鋼板を直列式のインダクターで連続加熱する。
【0040】
各インダクター出側に図4に示す内部水冷式のエッジ冷却用ロールを表面用、裏面用として対向して配置し、エッジ過加熱部分にのみエッジ冷却用ロールを接触させ、接触伝熱によりエッジ冷却を行う。
【0041】
内部冷却式のエッジ冷却用ロールは、厚鋼板板幅に応じて幅方向に移動可能とし、厚鋼板のエッジ部を板厚の2〜5倍に相当する幅で拘束することが好ましい。この時、エッジ冷却の範囲であるエッジ冷却用ロールと厚鋼板の板幅のラップ長さは、幅方向温度計で過加熱部分の幅を計測してもよいし、材料毎にラップ量を決めておいても構わないし、また2次元の熱伝導方程式を解いてエッジ部の過加熱部分を推定してもよい。接触伝熱で冷却するためロールの冷却を十分に行い、材料に対し十分な温度差を確保しておくことが必要である。
【0042】
本発明では、過加熱された鋼板を冷却することにより温度の均一化を図っているが、下記のようにインダクターの特性を工夫することで、幅方向を均一に加熱する方策も考えられる。しかしながら、いずれもデメリットを有し実現性に乏しい。
▲1▼板厚/浸透深さ(t/δ)を一定にするため、加熱される材料の板厚毎に加熱周波数を変更する。
【0043】
製造範囲を大きくとるには、共振周波数を変更するため、大容量誘導加熱装置のインピーダンス整合用の電力コンデンサー、インバータ発振電圧を変更する必要があり、装置設計が困難である。
▲2▼加熱周波数を変更できない場合、周波数の異なる加熱装置を多数用意する必要があり、インダクター台数が大幅に増えてしまう。また、合理的な配置ができなくなったり、複数の加熱周波数を組み合わせてエッジ温度分布を制御する場合は非常に複雑な計算を大量に行う必要があり、システムコストが上昇する。
▲3▼磁気集束子(フラックスダイバータ)等の補助コイルによるエッジ部分の減磁などは、インダクターを複雑な構造にするばかりかトータル加熱効率を低下させる。また大電力向きではない。
【0044】
図6は本発明の厚鋼板の熱処理装置の他の実施形態を示すもので、図6(a)は正面図、図6(b)は平面図である。
【0045】
図6の冷却装置は、2本の厚鋼板端面冷却用竪ロール15を有している。前記竪ロール15は軸受け16a、16bに支持されている。前記軸受け16a、16bは架構13に支持され、架構13は固定基部14上を、架構を鋼板幅方向に移動可能とする移動機構12により移動する。図6は、板幅方向の片端部を示したものであるが、他の片端部も同様の構造を有している。
【0046】
前記内部水冷式厚鋼板端面冷却用竪ロール15には軸受け16aを通じて冷却水が給水され、この冷却水は竪ロール15内部を流れてロールを冷却した後、軸受け16bより排水される。
【0047】
前記移動機構12は、架構13を幅方向に移動して、厚鋼板端面冷却用竪ロール15が厚鋼板7の端面に接するように押込むためのものである。
【0048】
次に、上記実施形態の厚鋼板の熱処理装置の動作および作用を説明する。
【0049】
厚鋼板の焼入れ、焼鈍、焼戻しなどの熱処理プロセスにおいて、厚鋼板を直列式のインダクターで連続加熱する。
【0050】
各インダクター出側に図6に示す内部冷却式の厚鋼板端面冷却用竪ロールを厚鋼板端面に接触させて冷却する。
【0051】
厚鋼板を誘導加熱する場合、図5によれば板の端面まで幅方向中央と同一浸透深さで加熱されることが判っている。これは、板端面では板幅方向、板厚方向の両方より加熱されるので、鋼板内のどの部分より温度が高いことを意味しており、過加熱を防止するために端面冷却が必要であることを示している。したがって、堅ロールを厚鋼板端面に接触させての抜熱は大きな効果が得られる。
【0052】
図6に示す実施形態では、同時にこの堅ロールを2本以上鋼板進行方向に直列に並べ、厚鋼板端面を押さえてサイドガイドとしての役割(材料センタリング機能)をも持たせることができる。現実のインダクターにおいて、ソレノイド幅に対し十分に幅広な厚鋼板を加熱する場合、幅方向無限遠方条件が成立しないので、インダクター端部の磁束(幅方向および上下方向)も端部加熱に寄与することを考慮しなければならない。
【0053】
図7は厚鋼板の両端部の磁路長が左右で異なるために鋼板に偏熱を生じることを示す説明図である。このような偏熱を防ぐためセンタリング機能が厚鋼板の誘導加熱において必要である。
【0054】
以上述べたように、本発明では図1に示すような内部冷却式のテーブルロールと内部冷却式の押えロールを上下対向して設置した装置、図4に示すような内部冷却式の上下ロールからなるエッジ冷却用ピンチロールを設置した装置、および図6に示すような内部冷却式の厚鋼板端面冷却用竪ロールを設置した装置を、目的に応じて、組み合わせて用いてもよいし、単独で用いてもよい。
【0055】
【発明の効果】
高効率な誘導加熱装置を用いて板厚方向および板幅方向の温度分布の均一化を図り、薄物から厚物まで、材料の加熱歪による変形、反り、蛇行を発生させないで加熱終了時点で板厚・板幅方向で極めて精度の良い一様加熱が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の厚鋼板の熱処理装置の一実施形態を示すもので、図1(a)は側面図、図1(b)は図1(a)中のB−B線に沿う矢視図
【図2】厚鋼板の板厚と、その板厚を有する厚鋼板を均熱するのに必要な均熱時間との関係を示すグラフ
【図3】厚鋼板のある幅方向位置と、幅中央位置での鋼板温度とある幅方向位置での鋼板温度の温度差との関係を調べた結果を示すグラフ
【図4】本発明の厚鋼板の熱処理装置の他の実施形態を示すもので、図4(a)は側面図、図4(b)は図4(a)中のB−B線に沿う矢視図
【図5】板断面コーナー部(板厚、板幅方向共に)も表層部分に誘導電流(回り込み電流)が発生することを示す説明図
【図6】本発明の厚鋼板の熱処理装置の他の実施形態を示すもので、図6(a)は正面図、図6(b)は平面図
【図7】厚鋼板の両端部の磁路長が左右で異なるために鋼板に偏熱を生じることを示す説明図
【符号の説明】
1 押えロール
2 テーブルロール
3a 軸受け
3b 軸受け
4a 軸受け
4b 軸受け
5 昇降装置
5a 昇降装置
5b 昇降装置
6 ソレノイド型誘導加熱装置(インダクター)
7 厚鋼板
8 エッジ冷却用ロール
9 エッジ冷却用ロール
10a 軸受け
10b 軸受け
11a 軸受け
11b 軸受け
12 移動機構
13 架構
14 固定基部
15 厚鋼板端面冷却用竪ロール
16a 軸受け
16b 軸受け[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat treatment apparatus for thick steel plates used in heat treatment processes such as quenching, annealing, and tempering of thick steel plates.
[0002]
[Prior art]
In the heat treatment processes such as quenching, annealing, and tempering of thick steel plates, when using an induction heating device to rapidly heat the thick steel plates, the material to be treated is a ferromagnetic material at room temperature except for stainless steel. Since an induced current is generated and the surface layer portion is heated more rapidly than the inside of the steel plate, it is necessary to consider the following points.
(1) It is necessary to prevent deformation due to heat distortion by minimizing the heating temperature difference between the front and back surfaces of the steel sheet. When the material to be treated is deformed in a solenoid induction heating device (hereinafter referred to as an inductor) due to heat distortion, the device may be damaged.
[0003]
This is because, when solenoid type inductors are arranged in series between table rolls as material conveying means and are continuously heated, distortion of the material due to the heating temperature difference between the front and back surfaces and deformation accompanying it can be prevented from passing through the downstream inductor. Not only will it disappear, but it will cause serious defects in quality. A technique for removing this heating strain by arranging a straightening machine such as a leveler has been studied, and there are the following problems.
(1) The distance between the inductors becomes longer by the length of the leveler machine, and the temperature is lowered by a thin material.
(2) Since the leveler generally has more lower rolls than upper rolls, it enters the next heating with the temperature difference between the front and back sides.
(3) If a leveler is arranged for each inductor, the equipment cost increases and it becomes uneconomical.
(2) It is necessary to make the temperature distribution in the plate width direction uniform by minimizing the heating temperature difference between the plate center and the plate edge. FIG. 5 shows that an induced current (sneak current) is generated in the surface layer portion of the plate section corner portion (both in the plate thickness and plate width directions). Since induced current flows from both, Joule heat generation occurs, and the temperature of the edge portion rises. In general, the temperature rises at the edge portion having a width corresponding to about 20 to 100 mm from the edge portion, that is, about 2 to 5 times the plate thickness, and has a great adverse effect on the quality.
[0004]
Conventionally, the following proposals have been made regarding a technique for uniformly heating a material to be processed when a thick steel plate is heat-treated using an induction heating device.
[0005]
Japanese Patent Laid-Open No. 48-25237 discloses a measure for preventing temperature unevenness at the front and rear ends in the longitudinal direction of the plate when a plurality of solenoid induction heating devices are arranged in series.
[0006]
Japanese Patent Laid-Open No. 48-64534 shows that uniform heating of non-uniform thickness cross-section materials can be achieved by alternating heating of low frequency induction heating and high frequency induction heating if heating is performed below the Curie point. Has been.
[0007]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-25239 discloses a method for cooling a high temperature portion of a plate edge by spraying cooling water to a limited portion of the plate edge as a countermeasure against non-uniform heating in the width direction.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above prior art has the following problems.
[0009]
First, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 48-25237, it is not possible to uniformly perform heat treatment on the entire cross section of the plate, and it is impossible to prevent plate deformation due to heating strain and generation of temperature distribution in the plate thickness direction.
[0010]
Further, in the method of Japanese Patent Laid-Open No. 48-64534, if heating is performed below the Curie point, it is possible to raise the temperature of an unequal-thickness cross-section material uniformly by alternating heating of low frequency induction heating and high frequency induction heating. However, when the material to be heated is thin, there is a problem that the temperature cannot be sufficiently increased. In the case of low frequency induction heating in the vicinity of a commercial frequency of about 50 to 200 Hz, as shown in the following formula (1), the heat input power decreases in proportion to the frequency and a current is required to obtain a sufficient magnetic field. It is necessary to take an enormous amount, and there is a lower limit value of the plate thickness that can be heated when the heating frequency is low (for example, when the heating frequency is 200 Hz, the lower limit value is about 17 mm). Difficult to do. Therefore, it is difficult to heat-treat thick steel plates having various thicknesses with this technique.
[0011]
P = π · μ · f · H 2 · S · L · Q (1)
Here, P: heating absorption power, μ: permeability, f: frequency, H: magnetic field strength, S: material cross-sectional area, L: material length, Q: absorption coefficient.
[0012]
In the method of Japanese Patent Laid-Open No. 48-25239, it is considered that a certain amount of effect can be obtained by injecting an appropriate amount of cooling water to the plate edge. However, in the heat treatment of a thick steel plate, the thickness and heating frequency of the material to be heated Depending on the relationship, the overheated edge width and overheating amount change, and accordingly it is difficult to inject cooling water into the edge part without excess or deficiency. If the edge width for jetting water is not appropriate, there arises a problem that the temperature distribution in the width direction is not improved. In addition, problems such as deterioration of surface quality due to jetting of cooling water, sudden change of material, insulation management problem of induction heating device due to use of water, and deterioration of material and transport roll insulation cause spark flaws on the transport roll. There are also problems such as.
[0013]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to achieve a uniform temperature distribution in the plate thickness direction and the plate width direction, and to provide a heat treatment apparatus for thick steel plates that does not cause deformation due to heating strain There is to do.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
That is, the steel plate heat treatment apparatus of the present invention has the following characteristics.
[0015]
(1) In a steel plate heat treatment apparatus in which a plurality of solenoid type induction heating devices are arranged in series, an internal cooling table roll and an internal cooling type presser roll are vertically opposed to each solenoid type induction heating device exit side. A continuous heat treatment apparatus for thick steel plates, characterized by being installed.
[0016]
(2) In a heat treatment apparatus for thick steel plates in which a plurality of solenoid type induction heating devices are arranged in series, an edge cooling pinch roll comprising internal cooling type upper and lower rolls is installed on the outlet side of each solenoid type induction heating device. A feature of continuous heat treatment equipment for thick steel plates.
[0017]
(3) In a thick steel plate heat treatment device in which a plurality of solenoid induction heating devices are arranged in series, an internal cooling type thick steel plate end face cooling steel roll is installed on the exit side of each solenoid type induction heating device. Continuous heat treatment equipment for thick steel plates.
[0018]
(4) The internal cooling type edge cooling pinch roll is movable in the width direction, and restrains the edge portion of the thick steel plate with a width corresponding to 2 to 5 times the plate thickness. The continuous heat processing apparatus of the described thick steel plate.
(5) In a heat treatment apparatus for thick steel plates in which a plurality of solenoid type induction heating devices are arranged in series, an internal cooling type table roll and an internal cooling type installed on each solenoid type induction heating device exit side A continuous heat treatment apparatus for a thick steel plate, comprising at least one of a presser roll, an edge cooling pinch roll composed of internal cooling type upper and lower rolls, or an internal cooling type thick steel plate end surface cooling saddle roll.
(6) The internal cooling type edge cooling pinch roll is movable in the width direction, and restrains the edge portion of the thick steel plate with a width corresponding to 2 to 5 times the plate thickness. The continuous heat processing apparatus of the described thick steel plate.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of a heat treatment apparatus for thick steel plates according to the present invention, FIG. 1 (a) is a side view, and FIG. 1 (b) is an arrow view along the line BB in FIG. 1 (a). FIG.
[0020]
The cooling device of FIG. 1 has an internal water-cooled
[0021]
Cooling water is supplied to the internal water-cooled
[0022]
Cooling water is also supplied to the internal water-cooled
[0023]
The elevating
[0024]
Next, the operation and action of the thick steel plate heat treatment apparatus of the above embodiment will be described.
[0025]
In a heat treatment process such as quenching, annealing, and tempering of a thick steel plate, the thick steel plate is continuously heated with a series inductor.
[0026]
The material is cooled while the full width roll is being reduced by a cooling device comprising an internal water-cooled
[0027]
By cooling while rolling down the roll, the heating temperature difference between the front and back surfaces of the steel sheet can be minimized, and deformation due to heating strain can be prevented. It also has the effect of reducing the heating temperature difference between the plate center and the plate edge.
[0028]
FIG. 2 shows the relationship between the thickness of a thick steel plate and the soaking time required to soak the thick steel plate having the thickness, using a cooling device using an internal water-cooled presser roll and an internal water-cooled table roll. It shows the results of examining the case of cooling while rolling down and the case of not using a cooling device. Here, the soaking time is the time required for the high-temperature steel plate surface layer and the low-temperature steel plate interior to reach the same temperature in the plate thickness direction due to heat transfer. According to this, when cooling with roll cooling by the above-described cooling device, the steel plate surface can be cooled in the same manner by roll contact heat transfer, so the steel plate with a thickness of 50 mm must be heated by natural air cooling. The place that takes 20 seconds can be shortened by about 2 seconds. As a result, the heat treatment time can be shortened or the equipment can be made compact by shortening the distance between the inductors.
[0029]
Furthermore, by forcibly lowering the surface temperature of the steel sheet, the heating increase in the next inductor can be set large, so that rapid heating can be performed.
[0030]
Moreover, FIG. 3 shows the result of investigating the relationship of the temperature difference of the steel plate temperature with the width center position at a certain width direction position of the thick steel plate, and the steel plate temperature difference with the width center position becomes closer to the edge part of the steel plate. Although it becomes large, the effect of reducing the temperature difference in the width direction can be obtained by the roll contact heat transfer, particularly as the edge portion is approached, by cooling while lowering the roll pressure from above and below.
[0031]
FIG. 4 shows another embodiment of the heat treatment apparatus for thick steel plates of the present invention, FIG. 4 (a) is a side view, and FIG. 4 (b) is an arrow along the line BB in FIG. 4 (a). FIG.
[0032]
The cooling device of FIG. 4 has a pinch roll A composed of
[0033]
One or more sets of such pinch rolls A are arranged in the steel sheet feed direction on the outlet sides of the plurality of inductors arranged in series. Although one set is provided here, two or more sets may be provided. In the present embodiment, the internal water-cooled
[0034]
Cooling water is supplied to the internal water-cooling upper
[0035]
Cooling water is also supplied to the internal water-cooled lower
[0036]
The elevating
[0037]
The moving
[0038]
Next, the operation and action of the thick steel plate heat treatment apparatus of the above embodiment will be described.
[0039]
In a heat treatment process such as quenching, annealing, and tempering of a thick steel plate, the thick steel plate is continuously heated with a series inductor.
[0040]
The internal water-cooling type edge cooling rolls shown in Fig. 4 are arranged facing the front side and the back side of each inductor on the exit side, and the edge cooling roll is brought into contact only with the edge overheated part, and edge cooling is performed by contact heat transfer. I do.
[0041]
It is preferable that the internal cooling type edge cooling roll is movable in the width direction according to the thickness of the thick steel plate and restrains the edge portion of the thick steel plate with a width corresponding to 2 to 5 times the plate thickness. At this time, the edge cooling roll, which is the edge cooling range, and the lap length of the steel plate width, the width of the overheated part may be measured with a width direction thermometer, and the lap amount is determined for each material. The overheated portion of the edge portion may be estimated by solving a two-dimensional heat conduction equation. In order to cool by contact heat transfer, it is necessary to sufficiently cool the roll and ensure a sufficient temperature difference with respect to the material.
[0042]
In the present invention, the temperature is made uniform by cooling the overheated steel sheet, but a method of heating the width direction uniformly can be considered by devising the characteristics of the inductor as described below. However, both have demerits and poor feasibility.
(1) In order to make the plate thickness / penetration depth (t / δ) constant, the heating frequency is changed for each plate thickness of the material to be heated.
[0043]
In order to increase the manufacturing range, it is necessary to change the power capacitor for impedance matching and the inverter oscillation voltage of the large-capacity induction heating device in order to change the resonance frequency, and the device design is difficult.
(2) When the heating frequency cannot be changed, it is necessary to prepare a large number of heating devices having different frequencies, which greatly increases the number of inductors. In addition, when the rational arrangement cannot be achieved or when the edge temperature distribution is controlled by combining a plurality of heating frequencies, it is necessary to perform a large amount of very complicated calculations, resulting in an increase in system cost.
(3) Demagnetization of the edge portion by an auxiliary coil such as a magnetic concentrator (flux diverter) not only makes the inductor a complicated structure but also reduces the total heating efficiency. It is not suitable for high power.
[0044]
FIG. 6 shows another embodiment of the heat treatment apparatus for thick steel plates according to the present invention. FIG. 6 (a) is a front view and FIG. 6 (b) is a plan view.
[0045]
The cooling device of FIG. 6 has two thick steel plate end face cooling rolls 15. The
[0046]
Cooling water is supplied to the inner water-cooled thick steel plate end face cooling
[0047]
The moving
[0048]
Next, the operation and action of the thick steel plate heat treatment apparatus of the above embodiment will be described.
[0049]
In a heat treatment process such as quenching, annealing, and tempering of a thick steel plate, the thick steel plate is continuously heated with a series inductor.
[0050]
An internal cooling type thick steel plate end surface cooling saddle roll shown in FIG. 6 is brought into contact with the end surface of the thick steel plate to cool each inductor outlet side.
[0051]
When induction heating a thick steel plate, according to FIG. 5, it is known that the end surface of the plate is heated at the same penetration depth as the center in the width direction. This means that the plate end surface is heated from both the plate width direction and the plate thickness direction, which means that the temperature is higher than any part in the steel plate, and end surface cooling is necessary to prevent overheating. It is shown that. Therefore, a great effect can be obtained by removing heat by bringing the hard roll into contact with the end face of the thick steel plate.
[0052]
In the embodiment shown in FIG. 6, two or more hard rolls can be arranged in series in the steel plate traveling direction at the same time, and a role as a side guide (material centering function) can be provided by pressing the end face of the thick steel plate. In an actual inductor, when heating a steel plate that is sufficiently wide with respect to the solenoid width, the infinite distance in the width direction is not satisfied, so the magnetic flux at the end of the inductor (width and vertical directions) also contributes to the end heating. Must be taken into account.
[0053]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing that heat deviation occurs in the steel plate because the magnetic path lengths at both ends of the thick steel plate are different on the left and right. A centering function is necessary for induction heating of thick steel plates to prevent such uneven heat.
[0054]
As described above, in the present invention, the internal cooling type table roll and the internal cooling type presser roll as shown in FIG. 1 are installed so as to face each other, and the internal cooling type upper and lower rolls as shown in FIG. The apparatus provided with the pinch roll for edge cooling and the apparatus provided with the internal cooling type thick steel plate end face cooling saddle roll as shown in FIG. 6 may be used in combination depending on the purpose, or alone. It may be used.
[0055]
【The invention's effect】
The temperature distribution in the plate thickness direction and plate width direction is made uniform using a high-efficiency induction heating device, and from the thin to the thick, the plate is heated at the end of heating without generating deformation, warping or meandering due to heat distortion of the material. Uniform heating with extremely high accuracy can be realized in the thickness and width direction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of a heat treatment apparatus for thick steel plates according to the present invention, FIG. 1 (a) is a side view, and FIG. 1 (b) is an arrow along the line BB in FIG. 1 (a). FIG. 2 is a graph showing the relationship between the thickness of a thick steel plate and the soaking time required to soak the thick steel plate having that thickness. FIG. 3 shows the position in the width direction of the thick steel plate, The graph which shows the result of having investigated the relationship between the steel plate temperature in the center position of a width | variety, and the temperature difference of the steel plate temperature in a certain width direction position. FIG. 4 shows other embodiment of the heat processing apparatus of the thick steel plate of this invention. 4 (a) is a side view, and FIG. 4 (b) is an arrow view along the line BB in FIG. 4 (a). FIG. 5 also shows a plate cross-section corner (both in the plate thickness and plate width directions). FIG. 6 shows another embodiment of the heat treatment apparatus for a thick steel plate according to the present invention, FIG. 6 (a) is a front view, and FIG. 6 shows that an induced current (sneak current) is generated in the surface layer portion. b) is an explanatory view showing that produce Hen'netsu the steel sheet for the magnetic path length of both end portions of the plan view FIG. 7 steel plates are different on the left and right [code Description]
DESCRIPTION OF
7
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