JPS6235470B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金属コイルのバツチ焼鈍装置、特に
金属コイルの幅または長さ方向にわたる各部位が
特定の温度勾配で特定温度域を通過するようにし
て金属コイルを加熱するバツチ焼鈍装置に関す
る。

従来、一般に用いられる金属コイルの焼鈍炉は
金属コイルをベースプレート上に載せ、金属コイ
ルを静止させた状態で所定のヒートパターンを与
えて焼鈍していた。たとえば、一方向性電磁鋼板
の製造工程において、最終仕上焼鈍（二次再結晶
焼鈍）は第１図に示すようなバツチ焼鈍炉により
広く行われていた。

すなわち、第１図に示すように電磁鋼板コイル
Ｃをコイル軸を垂直にしてベースプレート３上に
載置し、インナカバー２をこれに被ぶせる。そし
て、更にインナカバー２をベル形炉体１により覆
い、インナカバー２内に給気管４によりN₂、
AX、H₂ガスなどの雰囲気ガスを供給する。そし
て、炉体１内側に取り付けられた電熱ヒーター５
およびベースプレート３下方に配置された電熱ヒ
ーター６によりコイルＣ全体を同時に、比較的均
一に加熱、昇温する。コイルＣを所定温度（1150
〜1200℃）まで昇温し、均熱保持したのち、炉体
１内にこれの頂部に接続された冷却ガス吹込管７
から冷却ガスを吹き込み、所定温度まで冷却し、
焼鈍を完了する。昇温した冷却ガスは冷却装置８
で冷却されたのち再び炉体１内に吹き込まれる。

ところで、最近、一方向性電磁鋼板を使用した
変圧器等の電気機器の小型化が重要な問題となり
つつある。これらの電気機器の鉄心重量の軽減化
のためには励磁特性（B₈特性）および鉄損特性
が更に改良された一方向性電磁鋼板が必要となつ
て来た。

本出願人が先に出願した熱処理方法（特開昭57
−2839号公報、特開昭57−134519号公報、特開昭
58−100627号公報、特開昭58−1019号公報）は、
一次再結晶領域と二次再結晶領域との境界領域に
おいて電磁鋼板コイルに所定の温度勾配を与えな
がら二次再結晶を進行させる。すなわち、一次再
結晶焼鈍の終つた電磁鋼板コイルの一端から他端
に向つて加熱を進めて行き、コイル全幅にわたり
二次再結晶させる。このとき、930〜1050℃の温
度範囲内において一次再結晶領域と二次再結晶領
域との境界領域に0.5℃／cm以上の温度勾配を与
えるように加熱する。この方法によれば、従来得
られなかつた、画期的に優れたB₈特性および鉄
損特性をもつた電磁鋼板を製造できるようになつ
た。

しかし、従来のバツチ焼鈍炉では前述のように
コイル全体をほぼ均一に加熱しながら昇温して行
く。したがつて、上記境界領域において金属コイ
ルに所要の温度勾配を与えることはできない。

そこで、この発明は金属コイルの焼鈍におい
て、特定の領域に所定の温度勾配を与えながら金
属コイルを加熱、昇温することができるバツチ焼
鈍装置を提供しようとするものである。

この発明のバツチ焼鈍装置ではベル形炉体、ベ
ースプレートおよびインナカバーを備えた装置に
おいて、上方に向つて開口し、内径が金属コイル
の外径よりやや大きく、金属コイルの収納可能な
ボトムチヤンバーが炉体の下方に設けられてい
る。ボトムチヤンバー内にはこれと同軸に、ボト
ムチヤンバー底部から上方に延びる柱状の固定ベ
ースが設けられている。固定ベースは外径が金属
コイルの内径よりやや小さく、ボトムチヤンバー
の開口部に位置する仕切部をもつている。また、
前記ベースプレートは環状をしており、冷却手段
を備えている。そして、ベースプレートはボトム
チヤンバーの底部を貫通し昇降自在な支持部材に
支持されている。支持部材の下端部は昇降駆動装
置に連結されている。

上記冷却手段はベースプレート内に設けられた
環状の冷却ガス流路およびこれに連結する冷却ガ
ス循環装置よりなつている。冷却ガス循環装置は
冷却ガス流量調節弁および冷却装置を備えてい
る。

上記のように構成されたバツチ焼鈍装置におい
て、特定の領域で所定の温度勾配を与えながら金
属コイルを加熱するには、まず金属コイルを載置
したベースプレートを下降させて、金属コイルを
ボトムチヤンバー内に収納する。ついで、ベース
プレートを徐々に上昇させる。このとき、金属コ
イルのボトムチヤンバーから上方に突出した部
分、すなわちインナカバー内に入つた部分は上記
加熱手段により加熱された二次再結晶が進む。金
属コイルのボトムチヤンバー内の部分は一次再結
晶のままの状態である。この二次再結晶領域と一
次再結晶領域との境界領域、すなわち金属コイル
のボトムチヤンバー開口部付近に位置する部分が
所定の温度勾配となるように上記加熱手段、金属
コイルの上昇速度、さらにこれらに加えてベース
プレートの冷却手段をそれぞれ調整する。冷却手
段の調整は冷却ガスの流量を調整することによつ
て行われる。

この発明の装置ではベースプレート内に冷却ガ
スを流し、ベースプレート上面を冷却するように
しているので上記境界領域に大きな温度勾配を与
えることができる。またベースプレート内を流れ
る冷却ガスは冷却ガス循環装置において流量が調
節されるので、所要の温度勾配を得ることができ
る。

以下、この発明の実施例について説明する。

第２図はこの発明のバツチ焼鈍装置の一例を示
す縦断面図である。なお、第２図において第１図
に示す従来装置の部材と同一の部材には同一の参
照符号を付け、以下これら部材の説明は省略す
る。

ボトムチヤンバー１１は上端にフランジ１３を
有する円筒状胴体１２と底部材１４よりなつてお
り、耐火レンガにより構築されている。胴体１２
と底部材１４とは分解、組立が容易なように分割
されており、両者の間にサンドシール１５を設け
てボトムチヤンバー１１内への大気の侵入を防い
でいる。また、胴体１２内周面には柔軟で弾力性
をもつた断熱材１６（たとえばセラミツクフアイ
バーブロツク）で内張りされている。断熱材１６
で内張りされた胴体１２の内径は金属コイルＣの
外径より僅かに小さく、コイルＣ外周面が断熱材
１６に摺動するようにしている。このように構成
されたボトムチヤンバー１１はフランジ１３にお
いて支柱２１により床２３上に支持されている。

なお、炉体１はフランジ１３上に載置され、炉
体１とボトムチヤンバー１１との間はサンドシー
ル２５および液体シール２６により気密が保たれ
る。また、インナカバー２もフランジ１３上に載
置され、サンドシール２８によりシールされる。

ボトムチヤンバー１１内には胴体１２と同軸に
して底部材１４より上方に突出するようにして円
柱状の固定ベース３１が設けられている。固定ベ
ース３１は耐火レンガ製であつて、中心に雰囲気
ガス供給孔３２が貫通している。固定ベース３１
の、ボトムチヤンバー１１の開口部１７に位置す
る部分は仕切部３３となつている。仕切部３３の
外周面には胴体１２内周面に内張りされた断熱材
１６と同じ断熱材３４が張り付けられている。仕
切部３３の外径はコイルＣの内径より僅かに大き
く、コイルＣ内周面が仕切部３３外周面を摺動す
るようになつている。また、仕切部３３の上端は
ボトムチヤンバー１１の上面と同じ高さに位置し
ている。仕切部３３の上、下はそれぞれ若干直径
が小さく、それぞれ第１加熱部３５および加熱部
３７となつている。各加熱部３５，３７には電熱
ヒーター３６，３８が取り付けられている。第２
加熱部３７の下端から底部材１４の間は基部３９
であり、上記仕切部３３と同径であり、仕切部３
３と同じ断熱材４０が張り付けられている。

ベースプレート４１は環状をしており、内径は
コイルＣ内径と等しいか、これよりやや小さく、
外径はコイルＣ外径と等しいか、これよりやや大
きい。ベースプレート４１内部には第３図および
第４図に示すように円周に沿つて３つの冷却ガス
流路４２が半径方向に間隔をおいて設けられてい
る。冷却ガス流路４２には冷却ガス供給管４５お
よびこれより円周方向に180゜離れた位置にある
冷却ガス排出管４６が連通している。両管４５，
４６はボトムチヤンバー１１の底部材１４を貫通
し、たわみ管４７を介して次に述べる冷却ガス循
環装置５１に接続されている。なお、両管４５，
４６がボトムチヤンバー１１の底部材１４を貫通
する部分にはダイナミツクベローズ４８が取り付
けられており、ボトムチヤンバー１１内の気密を
図つている。また、両管４５，４６の途中にベロ
ーズ４９を設け、装置運転中に生ずる熱膨脹を吸
収するようにしている。

第５図は上記冷却ガス循環装置５１の系統図で
ある。

冷却ガス循環装置５１は冷却ガス溜５２に供給
元弁５３および遮断弁５４を介してブロアー５５
が接続されている。ブロアー５５は流量調節弁す
なわち温度調節弁５６を介して上記冷却ガス供給
管４５に接続されている。一方、冷却ガス排出管
４６は冷却器５７を介してブロアー５５入側に接
続されている。

前記ベースプレート４１は環状の断熱材６１お
よび中間部材６３を介して支柱６７により支持さ
れている。熱膨脹を吸収するために、中間部材６
３に設けられたピン孔６４および支柱６７頂部に
設けられたピン孔（図示しない）に挿入されたピ
ン６５を介して中間部材６３と支柱６７とが連結
されている。支柱６７の下部はボトムチヤンバー
１１の底部材１４を貫通している。この貫通部分
にはダイナミツクベローズ６９が取り付けられて
おり、ボトムチヤンバー１１内の気密を保つてい
る。

上記支柱６７の基部は昇降駆動装置７１に連結
されている。昇降駆動装置７１は減速機付きモー
ター７２およびこれに駆動されるスクリユージヤ
ツキ７３を備えている。スクリユージヤツキ７３
は垂直に延びる連結棒７４を介してガイドプレー
ト７６に連結されている。ガイドプレート７６の
両端は床２３に固定されたガイドポスト７７に案
内されている。そして、ガイドプレート７６は前
記支柱６７の基部を支持している。

なお、前記ボトムチヤンバー１１の底部材１４
にはパージガス給気管８１およびパージガス排気
管８２が取り付けられている。

つぎに、以上のように構成されたバツチ焼鈍装
置により電磁鋼板コイルを二次再結晶焼鈍する方
法について説明する。

まず、炉体１およびインナカバー２を取り除い
た状態でベースプレート４１を第２図に示す上限
位置にセツトする。そして、ベースプレート４１
上に一次再結晶焼鈍を終えた電磁鋼板コイルＣを
載置する。続いて、コイルＣをインナカバー２で
覆い、更にインナカバー２を炉体１で覆う。炉体
１内は冷却ガス吹込み管７から、またインナカバ
ー２内は雰囲気ガス供給孔３２からそれぞれN₂
ガスを供給し、これらの内部をパージする。ボト
ムチヤンバー１１内はパージガス給気管８１およ
び排気管８２によりN₂ガスを給、排気してパー
ジされる。

上記パージが終つたならば、炉体１内側に取り
付けた電熱ヒーター５により、たとえば10〜70
℃／Ｈの加熱速度でインナカバー２内の雰囲気ガ
スN₂を加熱する。このとき固定ベース３１の第
１電熱ヒーター３６を併用してもよい。インナカ
バー２内の雰囲気ガスの温度が第６図に示すよう
に室温T₀から所定温度T₁（600〜650℃）まで上
昇したならば、期間Ａ（10〜20時間）の間、炉内
を均熱保持する。炉内均熱開始時に雰囲気ガス
N₂をAXガスに切換える。この炉内均熱により雰
囲気ガスは所定の露点（−５〜−10℃以下）に保
持され、コイルＣに塗布された焼鈍分離剤から放
出される水分がコイルＣの冷却時に結露すること
はない。

炉内均熱が終つたならば、昇降駆動装置７１に
よりコイルＣを下限まで下げ、ボトムチヤンバー
１１内に収納する。このとき、コイルＣの上端は
ボトムチヤンバー１１の上端および固定ベース３
１の仕切部３３の上端と同じ高さに並んでいる。
そして、コイルＣはこれの上端部の温度が930℃
以上になるまで期間Ｂ、ボトムチヤンバー１１内
で待機される。この間、炉内温度およびコイルＣ
上端部の温度は上昇するが、コイルＣと仕切部３
３とによりインナカバー２と仕切られたボトムチ
ヤンバー１１内は温度が低いためコイルＣの下部
は若干温度が下る。

待機期間Ｂが経過してコイルＣ上端の温度が
930℃以上になると、再び昇降駆動装置７１を駆
動して20〜600mm／Ｈの速度でコイルＣを上昇す
る。コイルＣは徐々にボトムチヤンバー１１から
インナカバー２内に送り出され、コイルＣのイン
ナカバー２内に露出する部分とボトムチヤンバー
１１内にある部分との境界領域に温度勾配が生じ
る。炉内加熱速度およびコイル上昇速度は上記温
度勾配が２℃／cm以上となるように調整される。
コイルＣがある程度インナカバー２内に入り込む
と、コイルＣのボトムチヤンバー１１内にある部
分もかなり昇温し、所定の温度勾配がとれなくな
る。この時点より若干前の時点ａよりベースプレ
ート４１の冷却を開始する。

ベースプレート４１の冷却は冷却ガス供給管４
５を介して冷却ガス循環装置５１よりインナカバ
ー２内の雰囲気ガスと同じガスをベースプレート
４１内の冷却ガス流路４２に供給する。（N₂ガス
でもよい。）冷却ガス流路４２に送られたガスは
ベースプレート４１を冷却して昇温し、冷却ガス
排出管４６を経て、冷却器５７に至る。冷却器５
７で冷却された冷却ガスはブロアー５５により再
びベースプレート４１に圧送される。冷却ガス流
量は前記温度勾配に応じて温度調節弁５６により
調節される。

このようにして、コイルＣを上端から徐々に下
端に向つて加熱して行き、コイルＣの下端がボト
ムチヤンバー１１を出た時点ｂでベースプレート
４１の上昇を一時停止する。このとき、コイルＣ
の上端部はほぼ所定温度T₂（1150〜1200℃）に
達している。また、ベースプレート４１の冷却は
コイルＣ下端部の温度が930℃以上になるまで
（期間Ｃ）続けられる。なお、炉内温度が所定温
度T₂に達したとき、インナカバー２内の雰囲気
ガスはAXガスからH₂ガスに切り換えられる。

コイルＣは下端部が1150℃以上になるまで均熱
保持される。この均熱が終了（時点Ｃ）すると炉
体１内に冷却ガス吹込管７から冷却ガスを吹き込
み、インナカバー２と共にコイルＣを冷却する。
コイルＣが所定温度まで下ると、炉体１を取り去
り、更にインナカバー２とコイルＣとを大気中で
冷却する。そして、冷却完了後、インナカバー２
を取り去つて一連の焼鈍作業が完了する。

なお、コイルＣの寸法が大きい場合、炉体１の
内側に設けた電熱ヒーター５のみでは、コイルＣ
のインナカバー２内に入り込んだ部分を十分に加
熱できず、所要の温度勾配が得られないことがあ
る。この場合、固定ベース３１の第１電熱ヒータ
ー３６で補助加熱する。また、コイルＣ全体を
1150℃以上の温度で均熱保持する際、コイルＣ下
端部からベースプレート４１を経て熱が放出され
る。このとき、ベースプレート４１は冷却されて
おらず、また断熱材６１によつて熱の放出が防止
されている。しかし、コイルＣのサイズによつて
は熱の放散によりコイルＣ下端部の温度保持が困
難なことがある。この場合、固定ベース３１の第
２電熱ヒーター３８により補助加熱を行う。

この発明は上記実施例に限られるものではな
い。

たとえば、加熱手段として電熱ヒーター５に代
えて直火式バーナーを用いてもよく、炉体１の周
壁のみならず天井にも加熱手段を配設してもよ
い。

ベースプレート４１の冷却ガス流路４２の数も
３つに限られるものではない。流路数は流路の断
面、冷却ガス流量、コイル下端からの抜熱条件、
ベースプレートに生じる熱応力などを考慮して決
められる。半径方向に間隔をおいて複数の冷却ガ
ス流路４２を設けることにより、ベースプレート
４１上面を一様に冷却することができる。また、
冷却ガス流路４２は複数であつても１つの冷却ガ
ス供給管４５および冷却ガス排出管４６に連通さ
せることが構造を簡単にする点から望ましい。冷
却ガス供給管４５および冷却ガス排出管４６は円
周方向に180度の間隔をおかずに隣接するように
して配置してもよい。

また、ボトムチヤンバー１１および固定ベース
３１にそれぞれ張り付けられた断熱材１６，３
４，４０あるいは固定ベース３１に取り付けられ
た電熱ヒーター３６，３８は必須のものではな
い。断熱材１６，３４を設けない場合には、ボト
ムチヤンバー１１内周面とコイルＣ外周面との間
の間隙および仕切部３３外周面とコイルＣ内周面
との間の間隙は、インナカバー２内の高温雰囲気
ガスがボトムチヤンバー１１内に流入してボトム
チヤンバー１１内を許容温度以上としない程度
（たとえば１〜５mm）にとられる。さらに、昇降
駆動装置７１の減速機付モーター７２およびスク
リユージヤツキ７３に代えて油圧ジヤツキを用い
てもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のバツチ焼鈍装置の一例を示す縦
断面図、第２図はこの発明のバツチ焼鈍装置の一
例を示す縦断面図、第３図は第２図の装置のベー
スプレートの一部断面平面図、第４図は第３図の
―線に沿う断面図、第５図は第２図に示す装
置に用いられる冷却ガス循環装置の系統図および
第６図は炉内温度、コイル温度、コイル位置の時
間による変化を示す線図である。 １…炉体、２…インナカバー、３…ベースプレ
ート、１１…ボトムチヤンバー、１２…チヤンバ
ー胴体、１４…チヤンバー底部材、３１…固定ベ
ース、３３…仕切部、４１…ベースプレート、４
２…冷却ガス流路、５１…冷却ガス循環装置、５
６…温度調節弁、５７…冷却器、７１…昇降駆動
装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内側に加熱手段を備えた着脱自在なベル形炉
   体、炉体内に設けられたベースプレート、および
   ベースプレート上にコイル軸を垂直にして載置さ
   れた金属コイルを覆う着脱自在なインナカバーを
   備えた装置において、上方に向つて開口し、内径
   が金属コイルの外径よりやや大きく、金属コイル
   の収納可能なボトムチヤンバーが前記炉体の下方
   に設けられており、ボトムチヤンバー内にはこれ
   と同軸に、ボトムチヤンバー底部から上方に延び
   る柱状の固定ベースが設けられており、固定ベー
   スは外径が金属コイルの内径よりやや小さく、ボ
   トムチヤンバーの開口部に位置する仕切部を有
   し、前記ベースプレートは環状をなし、内部に環
   状の冷却ガス流路が設けられており、冷却ガス流
   路は冷却ガス流量調節弁およびガス冷却器を含む
   冷却ガス循環装置に連絡しており、さらに前記ベ
   ースプレートは前記ボトムチヤンバーの底部を貫
   通し昇降自在な支持部材に支持されており、支持
   部材の下端部は昇降駆動装置に連結されているこ
   とを特徴とするバツチ焼鈍装置。