JPS6252019B2 - - 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炉、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炉に関する。

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をコイル軸に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、更にインナーカバー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を所要温度（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（特願昭55
−75033、56−20154、56−198443、56−96740）
は一次再結晶領域と二次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
鈍炉を提供しようとするものである。

この発明のバツチ焼鈍炉ではベル形炉体、ベー
スプレートおよびインナカバーを備えた炉におい
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。上記ボトムチ
ヤンバー内および固定ベースの仕切部より上の部
分にヒーターが設けられている。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。支持部材の下端部には昇降駆動装置に連
結されている。

上記のように構成されたバツチ焼鈍炉におい
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。

この発明のバツチ焼鈍炉は上記のようにボトム
チヤンバーを設け、ボトムチヤンバーの内径を金
属コイルの外径よりやや大きくすると共に、外径
が金属コイル内径よりやや小さい仕切部をもつた
円柱状固定ベースをボトムチヤンバー内に設けて
いる。したがつて、ボトムチヤンバーは高温のイ
ンナカバーとは金属コイルおよび固定ベースの仕
切部によつて仕切られることになるので、ボトム
チヤンバー内はインナカバー内に比べてかなり低
温に保持することが出来る。これにより、金属コ
イルをボトムチヤンバーからインナカバー内に送
り出すとき、前記境界領域に所望の温度勾配を与
えることができる。

また、この発明の炉ではベースプレートに冷却
手段を設けているので、ボトムチヤンバー内にと
どまつている金属コイルの部分を低い温度に保持
することができる。この結果、上記境界領域に大
きな温度勾配を与えることができる。さらに、冷
却を制御することにより温度勾配を所要の値に調
節することもできる。

さらに、ボトムチヤンバー内にヒーターを設け
ているので、コイルを所要の温度に加熱して均熱
保持する際、ベースプレートからの熱の放散が抑
制される。そして、このヒーターはボトムチヤン
バー内のライニング材（耐火材）に含まれている
水分を乾燥させる。また、固定ベースの仕切部よ
り上の部分に設けられたヒーターは、コイル加熱
時に炉内温度と関連しながらコイルを内周面から
加熱する。したがつて、コイルをこれの半径方向
に均一に加熱することができるので、コイルがた
とえば10トン以上の大型のものであつても、全体
にわたつて均一な品質のコイルを得ることが可能
となつた。

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炉の一例を示す
縦断面図である。なお、第２図において第１図に
示す従来炉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
はフランジ１３部で支持されるようにして支持構
造２１の頂部に載置されている。第２図に示すよ
うに、底部材１４は支持構造２１の下方寄りに載
置されている。胴体１２と底部材１４との間にサ
ンドシール１５が設けられている。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。

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。

第３図に示すようにボトムチヤンバー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３４および第２加熱部３６となつている。各加
熱部３４，３６には円周に沿つて多数の溝３８が
設けられており、ここに電熱ヒーター３５，３７
が埋め込まれるようにして取り付けられている。
第２加熱部３６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、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内部には円周に沿つて
冷却ガス流路４２が設けられている。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
（第４図に符号４６として示す）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４５，４
６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４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は温度調節弁５
６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１
１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炉
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３５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５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。
このとき、固定ベース３１の第１電熱ヒーター３
５でコイルＣをこれの内周面より補助加熱する。
したがつて、コイルＣのインナカバー２内に突出
した部分は内、外周の両面から加熱されることに
なり、半径方向に均一に加熱される。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は下端が1150℃以上になるまで均熱保
持される。均熱保持中、コイルＣ下端部からベー
スプレート４１を経て熱が放散される。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によつて熱の放散が抑制されている
が、コイルＣ下端部を所定の温度に保持すること
は困難である。したがつて、固定ベース３１の第
２電熱ヒーター３７により補助加熱を行う。

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。

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。ボトムチヤンバー１１内の加熱も固定ベース
３１に取り付けられたヒーター３５，３７に代え
て、胴体１２の内周面に取り付けたヒーターある
いはこれら両者で行つてもよい。

ベースプレート４１の冷却手段としては冷却ガ
ス流路４２の代りに断熱材６１の上面に配設され
た冷却管であつてもよい。ボトムチヤンバー１１
の底部材１４は円盤状であつたが、ボトムチヤン
バー１１の中間部分で分割してもよい。この場合
底部材は椀型となる。また、サンドシール１５に
代えてセラミツクフアイバー等を用いた押付けシ
ール装置やガスケツトを使用した締付けシール装
置、あるいはこれらと液体シール装置とを組み合
わせたものを使用することもできる。さらに、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１６，３４，４０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７
２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炉の一例を示す縦断
面図、第２図はこの発明のバツチ焼鈍炉の一例を
示す縦断面図、第３図は第２図に示す炉のボトム
チヤンバーの詳細断面図、第４図は第２図に示す
炉に用いられる冷却ガス循環装置の系統図および
第５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、
１５……シール装置、３１……固定ベース、３３
……仕切部、３４，３６……加熱部、３５，３７
……電熱ヒーター、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、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
   備えた炉において、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、
   ボトムチヤンバー内および固定ベースの仕切部よ
   り上の部分にヒーターが設けられており、前記ベ
   ースプレートは環状をなし、冷却手段を備えてお
   り、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
   するバツチ焼鈍炉。