JP5790276B2 - 方向性電磁鋼板の製造ライン及び誘導加熱装置 - Google Patents

Description

この発明は、方向性電磁鋼板を製造するための製造ラインと、金属材料を誘導加熱するための誘導加熱装置とに関するものである。

図８は従来の熱間圧延ラインの要部を示す図である。
図８において、２１は粗圧延工程、２２はコイルボックス、２３は仕上げ圧延工程である。スラブ２４ａ（被圧延母材）は、加熱炉２６（図８においては図示せず）において１２５０℃程度に加熱及び均熱された後、粗圧延工程２１において圧延加工される。スラブ２４ａは、粗圧延工程２１を通過することにより、その厚さが、百数十［ｍｍ］〜二百数十［ｍｍ］程度から、二十数［ｍｍ］〜四十数［ｍｍ］程度になる。

コイルボックス２２は、粗圧延工程２１と仕上げ圧延工程２３との間に備えられている。コイルボックス２２は、粗圧延工程２１において全ての圧延加工が終了した被圧延母材（トランスファーバー２４ｂ）を、中心部が中空の円筒状コイルに巻き取る機能を有している。また、コイルボックス２２は、巻き取ったトランスファーバー２４ｂを、仕上げ圧延工程２３側に巻き戻す（送り出す）機能も有している。

コイルボックス２２は、トランスファーバー２４ｂを均熱及び保温する目的で備えられたものである。粗圧延工程２１後の仕上げ圧延工程２３は、被圧延母材を加工する時間が、数分間程度と相対的に長い。また、被圧延母材（トランスファーバー２４ｂ）の熱エネルギーは、主に輻射によって失われる。コイルボックス２２によってトランスファーバー２４ｂを円筒状に巻き取ることにより、被圧延母材が外気に接する表面積を、板状の時よりも大幅に減少させることができる。コイルボックス２２を備えることにより、仕上げ圧延工程２３に入ろうとしているトランスファーバー２４ｂの温度を、高温且つ均一に保つことができる。

図９は従来の方向性電磁鋼板の製造ラインの要部を示す図である。図９は上記従来の熱間圧延ラインに、中間加熱炉２５を追加したものに相当する。２６は加熱炉である。

方向性電磁鋼板は、鉄結晶の磁化容易軸を特定の方向に配向させた鋼板である。方向性電磁鋼板は、鉄損を低減させることができるため、例えば、変圧器等の電気機器の鉄心に使用される。
方向性電磁鋼板の従来技術として、例えば、下記特許文献１に記載のものがある。

方向性電磁鋼板の素材となるスラブ２４ａを製造するためには、先ず、純鉄を融点以上に加熱して液体にする。次に、純鉄に珪素等の不純物を数［％］添加して攪拌し、その後、鋳造して固体化させる。この固体化させたものが、スラブ２４ａである。スラブ２４ａは、不純物の固溶限界が比較的高い面心立方格子や、不純物をほとんど固溶しない体心立方格子等の様々な結晶が混在する多結晶体である。このような状態のことを、固溶体と呼ぶ。また、鋳造後のスラブ２４ａを構成する多結晶の主成分のことを、母相結晶と呼ぶ。

加熱炉２６から抽出されたスラブ２４ａは、図９に示す熱間圧延ラインにおいて、圧延加工工程と配向制御工程とを経て、ホットコイルに形成される。なお、方向性電磁鋼板の製造ラインは、熱間圧延ラインと冷間圧延及び熱処理ラインとから構成されている。図９は、冷間圧延及び熱処理ラインの上流工程に位置づけられた熱間圧延ラインのみを示している。熱間圧延ラインでは、鉄結晶の磁化容易軸を可能な限り一方向に揃えるような配向制御を行いながら、被圧延母材を薄くしていく。そして、熱間圧延ラインの工程が終了すると、被圧延母材は、下流工程の冷間圧延及び熱処理ラインに供される。熱間圧延ラインで製造された半製品であるホットコイルに対しては、主に熱処理ラインにおいて、蚕食と呼ばれるプロセスが行われる。この蚕食プロセスでは、同じ方向の磁化容易軸を備えた結晶が、周囲のそれ以外の結晶を、自身と同構造の結晶へ転位させる。これにより、最終製品である鉄損の少ない方向性電磁鋼板を得ることができる。

具体的に、加熱炉２６から抽出されたスラブ２４ａは、先ず、熱間圧延ラインの粗圧延工程２１において圧延加工される。スラブ２４ａは、圧延加工によって厚さ方向に圧縮歪が加えられると、結晶がスラブ２４ａの長さ方向に転位し、細粒化される。

圧縮歪が加えられたスラブ２４ａを長時間放置すると、再結晶化と時効とにより、母相結晶が成長する。この時、スラブ２４ａの温度を適切に調整すると、固溶限界に達した添加不純物元素を多く含む結晶構造を、成長した母相結晶の周りに析出させることができ、これにより、同じ方向の磁化容易軸を備えた結晶を、選択的に成長させることができる。この工程のことを、配向制御工程（或いは、単に配向制御）と呼ぶ。

配向制御工程は、中間加熱炉２５において行われる。中間加熱炉２５は、粗圧延工程２１の途中、例えば、粗圧延工程２１に備えられた一台目の圧延機２７と二台目の圧延機２７との間で配向制御を行うことができるように設けられている。加熱炉２６から抽出されたスラブ２４ａは、粗圧延工程２１の一台目の圧延機２７による加工が終わると、中間加熱炉２５に搬送される。
なお、配向制御工程前に行われる圧延加工のことを、予備圧延加工（その工程のことを予備圧延工程）と呼ぶ。

配向制御工程において、スラブ２４ａは、中間加熱炉２５内に比較的長い時間（例えば、数十分間）滞留される。このため、中間加熱炉２５は、図８に示す熱間圧延ラインの外側に設置されることが多い。かかる構成であれば、スラブ２４ａが中間加熱炉２５で加熱及び保温されている間、粗圧延工程２１や仕上げ圧延工程２３において、方向性電磁鋼板以外の品種（例えば、普通鋼等）の製造を行うことができる。また、加熱炉２６の炉温度は、方向性電磁鋼板以外の品種の製造に適した温度、例えば、１２５０［℃］程度に設定される。これにより、ラインの稼働率を高めることが可能となる。

一方、配向制御工程に適した温度は１３００［℃］以上である。このため、方向性電磁鋼板用のスラブ２４ａは、加熱炉２６で１２５０［℃］程度に加熱され、粗圧延工程２１の一部で予備圧延加工が行われた（圧縮歪が加えられた）後、中間加熱炉２５において再加熱され、１３００［℃］以上の所望の温度に保持される。配向制御工程が終了すると、スラブ２４ａは、中間加熱炉２５から粗圧延工程２１に戻され、粗圧延工程２１のパススケジュールの残りのパス数だけ、圧延加工される。

図１０は図９に示す中間加熱炉の構成図である。中間加熱炉２５は、スラブ２４ａを、粗圧延工程２１の途中の状態、即ち、板状の状態で、加熱及び保温する。図１０に示す中間加熱炉２５は、誘導加熱によってスラブ２４ａを加熱する方式のものである。

中間加熱炉２５は、例えば、加熱保温容器２８、ソレノイドコイル２９、高周波電力変換器３０、装入機３１、炉床３２によって、その要部が構成される。
加熱保温容器２８は、スラブ２４ａを内部に収容するためのものである。加熱保温容器２８は、炉床３２の上方に設けられている。炉床３２は、装入機３１によって上下方向に移動自在に支持されており、加熱保温容器２８の底蓋を構成する。即ち、炉床３２が装入機３１によって上方に移動され、加熱保温容器２８に下方から装着されると、加熱保温容器２８の内部空間が密閉され、所定の気密性が確保される。ソレノイドコイル２９は、加熱保温容器２８の周囲に巻かれている。高周波電力変換器３０は、ソレノイドコイル２９に接続されている。

スラブ２４ａは、予備圧延加工が終わると、上記構成の中間加熱炉２５に搬送され、炉床３２の上面に立てた状態で載せられる。中間加熱炉２５では、炉床３２にスラブ２４ａが載せられると、装入機３１によって炉床３２を上方に移動させ、スラブ２４ａを加熱保温容器２８の内部に装入する。加熱保温容器２８の下面側が炉床３２によって閉じられると、加熱保温容器２８の内部は、所定の気密性が確保される。

スラブ２４ａが加熱保温容器２８の内部に格納されると、中間加熱炉２５では、高周波電力変換器３０によってソレノイドコイル２９を励磁して交番磁界を発生させ、スラブ２４ａに渦電流を生じさせる。これにより、スラブ２４ａは、加熱保温容器２８の内部で加熱される。スラブ２４ａに渦電流を効率良く生じさせるためには、交番磁界の周波数は高い方が望ましい。しかし、周波数が高すぎると、表皮効果によって磁束がスラブ２４ａの内部まで浸透しないため、高周波電流は、３００［Ｈｚ］程度に設定される。
また、スラブ２４ａの加熱時は、加熱保温容器２８の内部を、不活性ガス或いは還元性ガスで満たし、スラブ２４ａの表面に酸化皮膜（スケール）が形成されることを防止する。
下記特許文献２には、中間加熱炉の従来技術が開示されている。

配向制御工程が終了すると、スラブ２４ａが粗圧延工程２１に戻され、粗圧延工程２１において残りのパススケジュールが実施される。
粗圧延工程２１において全ての粗圧延加工が終了すると、被圧延母材（トランスファーバー２４ｂ）は、コイルボックス２２によって、中心部が中空の円筒状に巻き取られる。その後、被圧延母材は、コイルボックス２２で巻き戻され、仕上げ圧延工程２３側に供給される。

仕上げ圧延工程２３において、被圧延母材は、４乃至７スタンドで構成される連続仕上げ圧延機３３によって、短時間に一気に仕上げ圧延加工される。これにより、被圧延母材の結晶の磁化容易軸が一方向に転位、配向される。仕上げ圧延工程２３が終了すると、冷却速度を適切に制御しながら被圧延母材を水冷し、磁化容易軸を一方向に固定化させる。

特開２００６−２６５６８５号公報 特開平６−１７１３１号公報

図９に示す熱間圧延ラインにおいて、粗圧延工程２１のパススケジュールは、一般的に５乃至７パス程度である。予備圧延加工のパス数を増やせば、配向制御工程後に行うパス数を減らすことができる。しかし、スラブ２４ａは、圧延加工が行われる度に長くなるため、予備圧延加工のパス数を増やすと、長大な中間加熱炉２５を建設しなければならないといった問題があった。

現実的には、気密性の高い長大な加熱保温容器２８や、長大なソレノイドコイル２９を製作することは困難である。このため、従来では、加熱保温容器２８の炉長を１５［ｍ］程度にして、加熱保温容器２８に装入するスラブ２４ａの長さを、最大１１［ｍ］程度としていた。

なお、加熱炉２６から抽出する際のスラブ２４ａの長さを短くすれば、予備圧延加工のパス数を増やして、配向制御工程後に行うパス数を減らすことができる。しかし、加熱炉２６から抽出する際のスラブ２４ａの長さを短くすると、１つのスラブ２４ａから製造できる半製品（ホットコイル）の長さが短くなってしまう。更に、加熱炉２６から抽出する際のスラブ２４ａの長さを短くしても、粗圧延工程２１に要する時間はあまり短くならず、熱間圧延ラインの生産性が大幅に低下してしまう。このため、従来では、加熱炉２６から抽出する際のスラブ２４ａの長さを極力長くし、予備圧延工程のパス数を（例えば、１パス程度に）制限していた。

このため、従来では、配向制御工程において適切に配向された結晶の磁化容易軸が、その後の粗圧延加工によって、再びランダムな方向に転位してしまうことがあった。即ち、上記従来の製造方法では、鉄損の少ない方向性電磁鋼板の製造が困難になるといった問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、設備を大型化させることなく、鉄損の少ない方向性電磁鋼板を製造することができる製造ラインを提供することである。
また、他の目的は、方向性電磁鋼板の製造ラインにおいて、上記効果を奏することが可能な誘導加熱装置を提供することである。

この発明に係る方向性電磁鋼板の製造ラインは、方向性電磁鋼板を製造するための製造ラインであって、熱間圧延ラインの粗圧延工程及び仕上げ圧延工程の間に設けられ、トランスファーバーを、中心部が中空の円筒状に巻き取るコイルボックスと、前記コイルボックスによって成形されたトランスファーコイルを、円筒状のまま加熱する誘導加熱装置と、を備え、誘導加熱装置は、支持台と、支持台に回転自在に設けられ、トランスファーコイルが載せられるクレードルロールと、クレードルロールを駆動するための駆動装置と、を備え、支持台に、複数のクレードルロールが回転自在に設けられ、駆動装置は、トランスファーコイルの加熱時に、クレードルロールを駆動してトランスファーコイルを回転させるとともに、トランスファーコイルの外周部に配置された母材の端部がクレードルロールに接触しないように、端部の位置に合わせてクレードルロールをトランスファーコイルから離隔させるものである。

この発明に係る誘導加熱装置は、中心部が中空の円筒状に巻き取られた板状の金属材料を、円筒状のまま加熱する誘導加熱装置であって、金属材料の中空部と外周部の外側とに、金属材料の幅方向に沿って配置されるソレノイドコイルと、支持台と、支持台に回転自在に設けられ、金属材料が載せられるクレードルロールと、クレードルロールを駆動するための駆動装置と、ソレノイドコイルを励磁して、金属材料を加熱する励磁手段と、を備え、支持台に、複数のクレードルロールが回転自在に設けられ、駆動装置は、金属材料の加熱時に、クレードルロールを駆動して金属材料を回転させるとともに、外周部に配置された金属材料の端部がクレードルロールに接触しないように、端部の位置に合わせてクレードルロールを金属材料から離隔させるものである。

この発明によれば、方向性電磁鋼板の製造ラインにおいて、設備を大型化させることなく、鉄損の少ない方向性電磁鋼板を製造することができるようになる。

この発明の実施の形態１における方向性電磁鋼板の製造ラインの要部を示す図である。 図１の製造ラインに備えられた誘導加熱装置を示す斜視図である。 図１の製造ラインに備えられた誘導加熱装置を示す側面図である 図１の製造ラインに備えられた誘導加熱装置を示す背面図である。 図１の製造ラインに備えられた誘導加熱装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態２における方向性電磁鋼板の製造ラインの要部を示す図である。 この発明の実施の形態２における誘導加熱装置の機能を説明するための図である。 従来の熱間圧延ラインの要部を示す図である。 従来の方向性電磁鋼板の製造ラインの要部を示す図である。 図９に示す中間加熱炉の構成図である。

添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。各図において、同一又は相当する部分には、同一の符号を付している。以下の説明においては、重複する内容を、適宜簡略化或いは省略している。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における方向性電磁鋼板の製造ラインの要部を示す図である。
電磁鋼板には、方向性電磁鋼板と無方向性電磁鋼板とが存在する。図１は、方向性電磁鋼板を製造するための熱間圧延ラインを示している。方向性電磁鋼板は、鉄結晶の磁化容易軸を特定の方向に配向させた鋼板である。方向性電磁鋼板は、鉄損を低減させることができるため、例えば、変圧器等の電気機器の鉄心に使用される。方向性電磁鋼板の製造ラインは、上流側の熱間圧延ラインと、下流側の冷間圧延及び熱処理ラインとから構成される。本実施の形態では、熱間圧延ラインについてのみ説明し、冷間圧延及び熱処理ラインの説明については省略する。

図１に示すように、熱間圧延ラインには、加熱炉１、粗圧延工程２、コイルボックス３、誘導加熱装置４、仕上げ圧延工程５、水冷装置６、コイラー７が備えられている。
方向性電磁鋼板の素材となるスラブ８ａ（被圧延母材）の製造方法は、従来と同様である。即ち、スラブ８ａを製造するためには、先ず、純鉄を融点以上に加熱して液体にする。次に、純鉄に珪素等の不純物を数［％］添加して攪拌し、その後、鋳造して固体化させ、数［ｍ］から十数［ｍ］に切断する。

具体的に、スラブ８ａは、加熱炉１によって全体が１２５０［℃］程度に加熱及び均熱され、ライン（搬送機）上に抽出される。加熱炉１から抽出されたスラブ８ａは、例えば、百数十［ｍｍ］から二百数十［ｍｍ］程度の厚さを有している。

粗圧延工程２には、１スタンド或いは複数スタンドの圧延機９が備えられている。圧延機９は、可逆式のものでも良いし、非可逆的なものでも良い。複数スタンド（図１に示す例では、４スタンド）の圧延機９が備えられている場合は、可逆式のものと非可逆式のものとを組み合わせて粗圧延工程２を構成しても良い。

スラブ８ａは、粗圧延工程２においてパススケジュールの最終パスまで圧延加工されると、厚さが、二十数［ｍｍ］から四十数［ｍｍ］程度、長さが、数十［ｍ］から百数十［ｍ］程度になる。また、粗圧延工程２において最終パスまで圧延加工されると、被圧延母材は、その温度が、例えば、１０００［℃］から１１００［℃］程度にまで低下する。
粗圧延工程２で最終パスまで圧延加工された状態の被圧延母材のことを、トランスファーバーという。

コイルボックス３は、粗圧延工程２と仕上げ圧延工程５との間に設けられている。コイルボックス３は、トランスファーバーを、中心部が中空の円筒状コイルに巻き取る機能を有している。また、コイルボックス３は、巻き取ったトランスファーバーを、仕上げ圧延工程５側に巻き戻す（送り出す）機能も有している。

コイルボックス３は、粗圧延工程２における加工が終了した被圧延母材（トランスファーバー）を、均熱及び保温するために備えられている。コイルボックス３には、トランスファーバーを巻き取るためのマンドレル（芯棒）等が備えられていない。コイルボックス３は、板状のトランスファーバーを適切に回転させながら、中心部が中空の円筒状コイルに巻き取る。このため、コイルボックス３によって円筒状に巻き取られた被圧延母材（トランスファーバー）には、中心部に、軸方向（トランスファーバーの幅方向）に渡って、被圧延母材が存在しない空間（中空部）が形成されている。この中空部をコイルアイと呼ぶ。
コイルボックス３によって中心部が中空の円筒状に巻き取られた被圧延母材（トランスファーバー）のことを、トランスファーコイル８ｂという。

誘導加熱装置４は、コイルボックス３によって成形されたトランスファーコイル８ｂを、円筒状のまま、加熱及び保温するためのものである。誘導加熱装置４では、誘導加熱によってトランスファーコイル８ｂを１３５０℃乃至１４００℃程度に保ち、トランスファーコイル８ｂ内で所望の結晶を成長させる。即ち、本熱間圧延ラインでは、誘導加熱装置４において、配向制御工程が行われる。
以下に、図２乃至図４も参照し、誘導加熱装置４の構成について具体的に説明する。

図２は図１の製造ラインに備えられた誘導加熱装置を示す斜視図、図３はその側面図、図４はその背面図である。
誘導加熱装置４には、加熱保温容器１０、搬送装置１１、加熱器１２が備えられている。

加熱保温容器１０は、トランスファーコイル８ｂを内部に収容するためのものである。加熱保温容器１０には、トランスファーコイル８ｂを出し入れするための出入口（図示せず）が形成されている。また、加熱保温容器１０には、上記出入口を開閉するための気密扉（図示せず）が設けられている。気密扉が適切に閉められると、加熱保温容器１０の内部は、所定の気密性が確保される。トランスファーコイル８ｂは、気密扉が適切に閉められた状態で、加熱保温容器１０の内部において、加熱及び保温される。

誘導加熱装置４には、加熱保温容器１０の内部を所定の雰囲気に保つための手段（雰囲気保持手段：図示せず）が備えられている。雰囲気保持手段は、トランスファーコイル８ｂを加熱及び保温する際に、トランスファーコイル８ｂの表面に酸化皮膜（スケール）が形成されることを防止するためのものである。雰囲気保持手段は、トランスファーコイル８ｂの加熱及び保温時に、例えば、加熱保温容器１０の内部を真空にする、或いは、加熱保温容器１０の内部を高温度の不活性ガス（例えば、窒素ガス）や還元ガス（例えば、水素ガス）で充満させる等の方法により、トランスファーコイル８ｂの表面にスケールが形成されることを防止する。

搬送装置１１は、コイルボックス３によって成形されたトランスファーコイル８ｂを、円筒状のまま、コイルボックス３から加熱保温容器１０に搬送するためのものである。搬送装置１１は、例えば、支持台１３、レール１４、クレードルロール１５により、その要部が構成される。

支持台１３は、トランスファーコイル８ｂを支持するためのものである。支持台１３には、その下面に、レール１４上を転がる車輪１６が回転自在に設けられている。即ち、支持台１３は、トランスファーコイル８ｂを支持した状態で、レール１４に沿って移動できるように構成されている。レール１４は、コイルボックス３と加熱保温容器１０との間に敷設されている。本実施の形態では、加熱保温容器１０の内部にもレール１４を敷設している。このため、本実施の形態では、支持台１３は、コイルボックス３と加熱保温容器１０の内部との間をレール１４に沿って移動する。また、トランスファーコイル８ｂは、支持台１３に支持された状態で加熱及び保温される。

クレードルロール１５は、支持台１３がトランスファーコイル８ｂを支持する際に、トランスファーコイル８ｂが実際に載せられる部分を構成する。クレードルロール１５は、支持台１３に回転自在に設けられている。本実施の形態では、一対のクレードルロール１５が、支持台１３の上面に、水平且つ平行で同じ高さに、所定の間隔を空けて設置されている。かかる構成のクレードルロール１５を備えた搬送装置１１では、図２乃至図４に示されているように、トランスファーコイル８ｂは、軸方向（図３における左右方向）がクレードルロール１５の軸方向と一致するように配置される。また、トランスファーコイル８ｂは、クレードルロール１５間に最下部が配置されるように、双方のクレードルロール１５上に均等に載せられる。

搬送装置１１には、クレードルロール１５を駆動するための駆動装置（図示せず）が備えられている。駆動装置は、トランスファーコイル８ｂの加熱時に、クレードルロール１５を駆動（回転）させ、トランスファーコイル８ｂを回転させる。トランスファーコイル８ｂは、クレードルロール１５と軸方向が一致し、且つその外周面がクレードルロール１５の外周面に接触するようにクレードルロール１５上に載せられている。このため、トランスファーコイル８ｂは、クレードルロール１５が回転することにより、その中空部を中心として、クレードルロール１５の回転方向とは反対方向に回転する。

加熱器１２は、加熱保温容器１０の内部において、トランスファーコイル８ｂを、搬送装置１１のクレードルロール１５上に載せた状態で、加熱及び保温するためのものである。加熱器１２は、ソレノイドコイル１７、支持装置１８、高周波電力変換器１９（励磁手段）により、その要部が構成される。

ソレノイドコイル１７は、トランスファーコイル８ｂを加熱及び保温する際に、図２に示すように、トランスファーコイル８ｂの上側に配置される部分の周囲を取り囲むように配置される。

具体的に、ソレノイドコイル１７は、その一部が、トランスファーコイル８ｂの軸中心に形成された中空部（コイルアイ）を貫通するように、上記中空部に、トランスファーコイル８ｂの幅方向に沿って水平に配置される。また、ソレノイドコイル１７は、トランスファーコイル８ｂの両側方で上記一部から上方側に配置され、トランスファーコイル８ｂの上方において、トランスファーコイル８ｂ側に向かうように、再び水平に配置される。即ち、ソレノイドコイル１７の他の一部は、トランスファーコイル８ｂの外周面との間に所定の間隙が形成されるように、トランスファーコイル８ｂの外周部の外側に、トランスファーコイル８ｂの幅方向に沿って水平に配置される。

ソレノイドコイル１７は、導電体１７ａと短絡器１７ｂとに分割構成されている。導電体１７ａは、例えば、図３に示すように、側面視コ字状（横向きのＵ字状）を呈しており、一側に開口する。短絡器１７ｂは、導電体１７ａに形成されている端部間を接続するためのものである。短絡器１７ｂが導電体１７ａの端部間に適切に接続されることにより、導電体１７ａ及び短絡器１７ｂが一続きの螺旋状に形成される。即ち、この一続きの螺旋状に形成されたものがソレノイドコイル１７である。

ソレノイドコイル１７（導電体１７ａ、短絡器１７ｂ）は、支持装置１８によって支持されている。支持装置１８は、導電体１７ａ及び短絡器１７ｂの少なくとも一方を、クレードルロール１５に載せられた状態のトランスファーコイル８ｂに対して、幅方向に移動自在となるように支持する。
高周波電力変換器１９は、ソレノイドコイル１７を励磁して、トランスファーコイル８ｂを加熱するためのものである。

次に、上記構成を有する誘導加熱装置４の動作について説明する。
コイルボックス３によって成形されたトランスファーコイル８ｂは、コイルボックス３内に具備されている搬送装置１１のクレードルロール１５上で巻き取られる。支持台１３は、トランスファーコイル８ｂがクレードルロール１５上に載せられると、レール１４上を移動して、トランスファーコイル８ｂを加熱保温容器１０の内部に搬送する。トランスファーコイル８ｂが加熱保温容器１０の内部に運ばれると、気密扉が閉められ、加熱保温容器１０の内部に、例えば、高温度の窒素ガスが送り込まれる。

加熱保温容器１０の内部では、トランスファーコイル８ｂが搭載された支持台１３が所定の位置に停止すると、導電体１７ａと短絡器１７ｂとによってソレノイドコイル１７が形成される。

具体的に、トランスファーコイル８ｂは、一端面側から、支持装置１８に固定された導電体１７ａに接近するように移動される。導電体１７ａは、最終的に、コ字状の下辺部分が、トランスファーコイル８ｂの中空部を貫通し、上辺部分が、トランスファーコイル８ｂの上方を横切るように配置される。また、短絡器１７ｂは、支持装置１８により、トランスファーコイル８ｂの他端面側から、トランスファーコイル８ｂに接近するように移動され、導電体１７ａの各端部間に接続される。これにより、トランスファーコイル８ｂの上側に配置される部分の周囲を取り囲むようにソレノイドコイル１７が形成され、閉じた電気回路が形成される。

導電体１７ａが短絡器１７ｂによって適切に短絡され、且つ、加熱保温容器１０の内部が高温度の窒素ガスで満たされると、高周波電力変換器１９により、上記閉回路となったソレノイドコイル１７が、例えば、数百［Ｈｚ］程度の高周波電流で励磁される。これにより、トランスファーコイル８ｂの円周方向（図４に示す矢印Ａ方向）に交番磁界が発生し、トランスファーコイル８ｂ内に渦電流が生じてトランスファーコイル８ｂが加熱される。

トランスファーコイル８ｂの加熱時、駆動装置は、クレードルロール１５を駆動して、トランスファーコイル８ｂをクレードルロール１５上で回転させる。なお、トランスファーコイル８ｂが一対のクレードルロール１５上に均等に載せられ、且つ、ソレノイドコイル１７とトランスファーコイル８ｂとの間には十分な間隙が形成されているため、トランスファーコイル８ｂをクレードルロール１５上で回転させても、トランスファーコイル８ｂがソレノイドコイル１７に接触することはない。
そして、かかる状態でトランスファーコイル８ｂを適切な温度に保ち、同じ方向の磁化容易軸を備えた結晶を、トランスファーコイル８ｂ内で選択的に成長させる

トランスファーコイル８ｂの加熱を開始してから所定時間が経過し、加熱及び保温工程（即ち、配向制御工程）が終了すると、短絡器１７ｂが導電体１７ａから外される。また、トランスファーコイル８ｂが、支持台１３によって、加熱保温容器１０からコイルボックス３に搬送される。トランスファーコイル８ｂがコイルボックス３の所定位置に戻されると、コイルボックス３では、所定のアンコイリング機構によってトランスファーコイル８ｂを巻き戻す。これにより、被圧延母材が仕上げ圧延工程５に供給される。

なお、図５は図１の製造ラインに備えられた誘導加熱装置の動作を説明するための図である。図５において、１１ａは連結器１１ｂによって搬送装置１１に連結された待機クレードルロール及び支持装置である。図５は、トランスファーコイル８ｂの加熱中（図５（ａ））及び巻取中（図５（ｂ））の状態を示している。

仕上げ圧延工程５には、例えば、４乃至７スタンドで構成された連続仕上げ圧延機２０が備えられている。また、水冷装置６は、仕上げ圧延工程５の下流側に設けられている。コイルボックス３から供給された被圧延母材は、連続仕上げ圧延機２０によって、短時間で一気に所望の板厚まで圧延される。また、仕上げ圧延加工が行われた被圧延母材は、水冷装置６によって、冷却速度を適切に制御しながら水冷されることにより、結晶の磁化容易軸が固定化される。

水冷装置６によって適切に冷却された被圧延母材は、コイラー７によって巻き取られ、その後、下流の冷間圧延及び熱処理ラインへと搬送される。

上記構成の製造ラインであれば、熱間圧延ラインにおいて設備を大型化させることなく、鉄損の少ない方向性電磁鋼板を製造することができるようになる。

即ち、上記構成の誘導加熱装置４であれば、トランスファーコイル８ｂを、円筒状のまま加熱して、配向制御に適した温度に保つことができるため、配向制御工程を、粗圧延工程２のパススケジュールが完全に終了した後に実施することができる。このため、従来のように、配向制御工程において適切に配向制御された結晶の磁化容易軸が、その後の粗圧延加工によって再びランダムな方向に転位してしまうようなことはなく、鉄損の少ない方向性電磁鋼板を製造することが可能となる。

また、上記構成の誘導加熱装置４であれば、トランスファーコイル８ｂを、円筒状のまま加熱することができるため、加熱炉１から抽出する際のスラブ８ａの長さを長くしても、加熱保温容器１０を長大にする必要がない。このため、熱間圧延ラインの生産性を損なうことなく、誘導加熱装置４を小型化させることができる。

図１０に示すような従来の中間加熱炉２５（誘導加熱装置）では、ソレノイドコイル２９が加熱保温容器２８の周囲を取り巻くように配置されていた。かかる構成では、高周波電力変換器３０によってソレノイドコイル２９を励磁すると、スラブ２４ａ、炉床３２、外気中を通るように磁束が発生してしまう。空気中は磁気抵抗が大きいため、磁束の一部が無限遠に漏れてしまう、或いは、周辺の他の金属中を通り、それらを加熱してしまう。このため、従来の中間加熱炉２５では、スラブ２４ａを効率的に加熱することができないといった問題があった。

また、従来の中間加熱炉２５では、炉床３２が渦電流によって加熱されることを防止するため、炉床３２を、非磁性で耐熱性が高い素材であり、且つ、重量の大きいスラブ２４ａを載せても挫屈しないような強度を備えた特殊な材質で構成しなければならなかった。
更に、従来の中間加熱炉２５では、スラブ２４ａの四方を完全に取り囲むようにソレノイドコイル２９を配置しなければならず、大きなソレノイドコイル２９が必要になるといった問題もあった。

上記構成の誘導加熱装置４であれば、このような種々の問題を解決することができる。
即ち、誘導加熱装置４では、ソレノイドコイル１７が、トランスファーコイル８ｂの上側に配置される部分の周囲を取り囲むように配置される。このため、高周波電力変換器１９によってソレノイドコイル１７が励磁されると、磁束は、トランスファーコイル８ｂの円周方向（図４に示す矢印Ａ方向）に発生し、磁気抵抗が小さい金属による閉じた磁気回路を形成することができる。即ち、上記構成の誘導加熱装置４であれば、漏れ磁束を低減させて、トランスファーコイル８ｂを効率的に加熱することができる。

また、磁束の大半がトランスファーコイル８ｂの内部を通るため、高周波電力変換器１９によってソレノイドコイル１７を励磁しても、クレードルロール１５には渦電流がほとんど発生しない。このため、クレードルロール１５を特殊な材質で構成する必要はなく、誘導加熱装置４を安価に構成することができる。
更に、従来のように、板状を呈する被圧延母材の周囲にソレノイドコイル１７を配置する訳ではないため、ソレノイドコイル１７が大型化することもない。小さなソレノイドコイル１７であれば、絶縁耐力を高くすることも容易である。

上記構成の誘導加熱装置４では、クレードルロール１５によって、トランスファーコイル８ｂを回転させながら加熱及び保温している。このため、トランスファーコイル８ｂの全体を均等に加熱することができ、トランスファーコイル８ｂに温度ムラが生じる恐れもない。

なお、従来の中間加熱炉２５では、スラブ２４ａを炉床３２の上に載せ、スラブ２４ａを立てた状態で加熱していた。炉床３２は、上述したように、特殊材質で構成されているため、スラブ２４ａの加熱時も比較的低温に保たれる。このため、従来の中間加熱炉２５では、スラブ２４ａに接触している炉床３２からスラブ２４ａの熱が逃げてしまい、スラブ２４ａの幅方向の温度分布が不均一になるといった問題があった。スラブ２４ａが均等に加熱されなければ、適切な配向制御が実施できなくなってしまう。

上記構成の誘導加熱装置４であれば、このような問題が生じることもない。即ち、誘導加熱装置４では、クレードルロール１５によって、トランスファーコイル８ｂを回転させながら加熱及び保温するため、トランスファーコイル８ｂの幅方向及び長さ方向（トランスファーバーの長さ方向）の何れにおいても、温度分布を一様にすることができる。

本実施の形態では、搬送装置１１の支持台１３上でトランスファーコイル８ｂを加熱及び均熱する場合について説明した。しかし、これは一例を示したものであり、加熱保温容器１０の内部において、トランスファーコイル８ｂを支持台１３から加熱用の固定台（支持台）に移しても良い。かかる場合、上記クレードルロール１５は、上記加熱用の固定台に回転自在に設けられ、駆動装置によって駆動される。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２における方向性電磁鋼板の製造ラインの要部を示す図である。図６は、加熱保温容器１０の内部を示している。

実施の形態１において説明したように、粗圧延工程２においてパススケジュールの最終パスまで圧延加工されたトランスファーバーは、厚さが、二十数［ｍｍ］から四十数［ｍｍ］程度になる。トランスファーバーがコイルボックス３によって巻き取られると、その端部８ｃ（尾端部）が、トランスファーコイル８ｂの外周部（最外部）に配置される。即ち、コイルボックス３によって円筒状に成形されたトランスファーコイル８ｂには、その外周部（の上記端部８ｃの位置）に、トランスファーバーの厚さ分の段差が形成されてしまう。

本実施の形態では、図６に示すように、搬送装置１１の支持台１３に、３つ以上のクレードルロール１５が回転自在に設けられている。以下においては、一例として、支持台１３に４つのクレードルロール１５ａ乃至１５ｄが設けられている場合について説明する。

クレードルロール１５ａ乃至１５ｄの機能自体は、実施の形態１と同様である。
即ち、クレードルロール１５ａ乃至１５ｄは、支持台１３がトランスファーコイル８ｂを支持する際に、トランスファーコイル８ｂが実際に載せられる部分を構成する。クレードルロール１５ａ乃至１５ｄは、支持台１３の上面に、水平且つ平行に配置されている。また、内側の一対のクレードルロール１５ｂ及び１５ｃが同じ高さに配置され、外側の一対のクレードルロール１５ａ及び１５ｄが、クレードルロール１５ｂ及び１５ｃよりも僅かに高い位置で同じ高さに配置されている。

かかる構成のクレードルロール１５ａ乃至１５ｄを備えた搬送装置１１では、図６に示されているように、トランスファーコイル８ｂは、軸方向がクレードルロール１５ａ乃至１５ｄの各軸方向と一致するように配置される。また、トランスファーコイル８ｂは、クレードルロール１５ｂ及び１５ｃ間に最下部が配置されるように、左右均等に各クレードルロール１５ａ乃至１５ｄ上に載せられる。なお、端部８ｃが上方位置に配置されている場合は、クレードルロール１５ａ乃至１５ｄの全てがトランスファーコイル８ｂに接触する。

搬送装置１１に備えられた駆動装置は、トランスファーコイル８ｂの加熱時に、クレードルロール１５ａ乃至１５ｄを駆動（回転）させ、トランスファーコイル８ｂを回転させる。トランスファーコイル８ｂは、クレードルロール１５ａ乃至１５ｄと軸方向が一致し、且つその外周面がクレードルロール１５ａ乃至１５ｄの外周面に接触するようにクレードルロール１５ａ乃至１５ｄ上に載せられている。このため、トランスファーコイル８ｂは、クレードルロール１５ａ乃至１５ｄが回転することにより、その中空部を中心として、クレードルロール１５ａ乃至１５ｄの回転方向とは反対方向に回転する。

また、クレードルロール１５ａ乃至１５ｄは、トランスファーコイル８ｂ（の外周面）に接触する位置と、接触しない位置とに移動可能に構成されている。駆動装置は、トランスファーコイル８ｂの加熱時に、トランスファーコイル８ｂの外周部に配置された（被圧延母材）の端部８ｃがクレードルロール１５ａ乃至１５ｄに接触しないように、上記端部８ｃの位置に合わせて、クレードルロール１５ａ乃至１５ｄをトランスファーコイル８ｂから離隔させる。

図７はこの発明の実施の形態２における誘導加熱装置の機能を説明するための図である。図７に示すように、駆動装置は、トランスファーコイル８ｂの加熱時に、例えば、クレードルロール１５ａ乃至１５ｄを一側（図７では時計回り）に回転させることにより、トランスファーコイル８ｂを他側（図７では反時計回り）に回転させる。

駆動装置は、トランスファーコイル８ｂが回転して端部８ｃがクレードルロール１５ａに接近すると、端部８ｃがクレードルロール１５ａの位置に到達する前に、クレードルロール１５ａを外側（下方側）に移動させて、トランスファーコイル８ｂから離す（図７（ａ））。この時、クレードルロール１５ｂ乃至１５ｄは、トランスファーコイル８ｂに接触しており、トランスファーコイル８ｂを回転させている。

その後、端部８ｃがクレードルロール１５ａの位置を通過すると、駆動装置は、クレードルロール１５ａを内側（上方側）に移動させて、トランスファーコイル８ｂに接触させる。これにより、クレードルロール１５ａの回転力がトランスファーコイル８ｂに伝わるようになる。

クレードルロール１５ｂ乃至１５ｄについても上記と同様である。
即ち、駆動装置は、トランスファーコイル８ｂが回転して端部８ｃがクレードルロール１５ｂに接近すると、端部８ｃがクレードルロール１５ｂの位置に到達する前に、クレードルロール１５ｂを外側に移動させて、トランスファーコイル８ｂから離す（図７（ｂ））。この時、クレードルロール１５ａ、１５ｃ、１５ｄは、トランスファーコイル８ｂに接触しており、トランスファーコイル８ｂを回転させている。そして、端部８ｃがクレードルロール１５ｂの位置を通過すると、駆動装置は、クレードルロール１５ｂを内側に移動させて、トランスファーコイル８ｂに接触させる。

図７（ｃ）はクレードルロール１５ｃを外側に移動させて、トランスファーコイル８ｂから離した状態を、図７（ｄ）は、クレードルロール１５ｄを外側に移動させて、トランスファーコイル８ｂから離した状態を示している。

トランスファーコイル８ｂは、非常に大きな重量を有するため、端部８ｃが、例えば、クレードルロール１５ａに接触したまま乗り越えると、クレードルロール１５ａやソレノイドコイル１７、加熱保温容器１０等に大きな衝撃が作用してしまう。また、トランスファーコイル８ｂの外周部も損傷してしまう。上記構成の誘導加熱装置４であれば、端部８ｃによって生じるトランスファーコイル８ｂの上下動を低減させることができ、トランスファーコイル８ｂの回転を安定させて、誘導加熱装置４に作用する負荷を大幅に低減させることができる。

その他は、実施の形態１と同様の構成を有している。

１、２６ 加熱炉
２、２１ 粗圧延工程
３、２２ コイルボックス
４ 誘導加熱装置
５、２３ 仕上げ圧延工程
６ 水冷装置
７ コイラー
８ａ、２４ａ スラブ
８ｂ トランスファーコイル
８ｃ 端部
９、２７ 圧延機
１０、２８ 加熱保温容器
１１ 搬送装置
１１ａ 待機クレードルロール及び支持装置
１１ｂ 連結器
１２ 加熱器
１３ 支持台
１４ レール
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ クレードルロール
１６ 車輪
１７、２９ ソレノイドコイル
１７ａ 導電体
１７ｂ 短絡器
１８ 支持装置
１９、３０ 高周波電力変換器
２０、３３ 連続仕上げ圧延機
２４ｂ トランスファーバー
２５ 中間加熱炉
３１ 装入機
３２ 炉床

Claims (8)

1. 方向性電磁鋼板を製造するための製造ラインであって、
   熱間圧延ラインの粗圧延工程及び仕上げ圧延工程の間に設けられ、トランスファーバーを、中心部が中空の円筒状に巻き取るコイルボックスと、
   前記コイルボックスによって成形されたトランスファーコイルを、円筒状のまま加熱する誘導加熱装置と、を備え、
   前記誘導加熱装置は、
   支持台と、
   前記支持台に回転自在に設けられ、前記トランスファーコイルが載せられるクレードルロールと、
   前記クレードルロールを駆動するための駆動装置と、を備え、
   前記支持台に、複数の前記クレードルロールが回転自在に設けられ、
   前記駆動装置は、前記トランスファーコイルの加熱時に、前記クレードルロールを駆動して前記トランスファーコイルを回転させるとともに、前記トランスファーコイルの外周部に配置された母材の端部が前記クレードルロールに接触しないように、前記端部の位置に合わせて前記クレードルロールを前記トランスファーコイルから離隔させる方向性電磁鋼板の製造ライン。
2. 前記誘導加熱装置は、
   前記トランスファーコイルの中空部と外周部の外側とに、前記トランスファーコイルの幅方向に沿って配置されるソレノイドコイルと、
   前記ソレノイドコイルを励磁して、前記トランスファーコイルを加熱する励磁手段と、
   を備えた請求項１に記載の方向性電磁鋼板の製造ライン。
3. 前記誘導加熱装置は、
   前記ソレノイドコイルを支持する支持装置と、
   を備え、
   前記ソレノイドコイルは、
   側面視コ字状を呈し、一側に開口する導電体と、
   前記導電体の端部間に接続されることにより、前記導電体とともに一続きの螺旋状に形成される短絡器と、
   を備え、
   前記支持装置は、前記導電体及び前記短絡器の一方を、前記トランスファーコイルの幅方向に移動可能に支持する請求項２に記載の方向性電磁鋼板の製造ライン。
4. 前記誘導加熱装置は、
   前記トランスファーコイルを内部に収容可能な加熱保温容器と、
   前記トランスファーコイルを、円筒状のまま、前記コイルボックスから前記加熱保温容器の内部に搬送する搬送装置と、
   を備えた請求項１から請求項３の何れかに記載の方向性電磁鋼板の製造ライン。
5. 前記搬送装置は、
   前記コイルボックスと前記加熱保温容器の内部との間を移動する支持台と、
   前記支持台に回転自在に設けられ、前記トランスファーコイルが載せられるクレードルロールと、
   前記クレードルロールを駆動するための駆動装置と、
   を備え、
   前記駆動装置は、前記トランスファーコイルの加熱時に、前記クレードルロールを駆動して前記トランスファーコイルを回転させる請求項４に記載の方向性電磁鋼板の製造ライン。
6. 前記誘導加熱装置は、
   前記トランスファーコイルの表面にスケールが形成されることを防止するため、前記トランスファーコイルの加熱時に、前記加熱保温容器の内部を所定の雰囲気に保つ雰囲気保持手段と、
   を備えた請求項４に記載の方向性電磁鋼板の製造ライン。
7. 中心部が中空の円筒状に巻き取られた金属材料を、円筒状のまま加熱する誘導加熱装置であって、
   前記金属材料の中空部と外周部の外側とに、前記金属材料の幅方向に沿って配置されるソレノイドコイルと、
   支持台と、
   前記支持台に回転自在に設けられ、前記金属材料が載せられるクレードルロールと、
   前記クレードルロールを駆動するための駆動装置と、
   前記ソレノイドコイルを励磁して、前記金属材料を加熱する励磁手段と、を備え、
   前記支持台に、複数の前記クレードルロールが回転自在に設けられ、
   前記駆動装置は、前記金属材料の加熱時に、前記クレードルロールを駆動して前記金属材料を回転させるとともに、外周部に配置された前記金属材料の端部が前記クレードルロールに接触しないように、前記端部の位置に合わせて前記クレードルロールを前記金属材料から離隔させる
   誘導加熱装置。
8. 前記ソレノイドコイルを支持する支持装置と、
   を備え、
   前記ソレノイドコイルは、
   側面視コ字状を呈し、一側に開口する導電体と、
   前記導電体の端部間に接続されることにより、前記導電体とともに一続きのコイル状に形成される短絡器と、
   を備え、
   前記支持装置は、前記導電体及び前記短絡器の一方を、前記金属材料の幅方向に移動可能に支持する請求項７に記載の誘導加熱装置。

Images