JP2023003554A - 円筒状金属コイルの処理設備 - Google Patents
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Abstract
【課題】円筒状金属コイルから金属帯板を巻き出すときの金属帯板の割れを防止しつつ、工程上の制約を最小化する。
【解決手段】金属帯板が円筒状に巻回された円筒状金属コイルから上記金属帯板を巻き出す巻き出し手段と、上記金属帯板が上記円筒状金属コイルから巻き出される部位の近傍で上記円筒状金属コイルの外周面に対向し、上記円筒状金属コイルの表層に渦電流を発生させるように配置された誘導コイルと、上記渦電流の浸透深さが上記金属帯板の板厚に対応するように上記誘導コイルに供給する交流電流の周波数を制御する制御手段と、巻き出しによる上記円筒状金属コイルの外径の変化に追従して上記誘導コイルを上記円筒状金属コイルの径方向に移動させる移動手段とを備える円筒状金属コイルの処理設備が提供される。
【選択図】図1
【解決手段】金属帯板が円筒状に巻回された円筒状金属コイルから上記金属帯板を巻き出す巻き出し手段と、上記金属帯板が上記円筒状金属コイルから巻き出される部位の近傍で上記円筒状金属コイルの外周面に対向し、上記円筒状金属コイルの表層に渦電流を発生させるように配置された誘導コイルと、上記渦電流の浸透深さが上記金属帯板の板厚に対応するように上記誘導コイルに供給する交流電流の周波数を制御する制御手段と、巻き出しによる上記円筒状金属コイルの外径の変化に追従して上記誘導コイルを上記円筒状金属コイルの径方向に移動させる移動手段とを備える円筒状金属コイルの処理設備が提供される。
【選択図】図1
Description
本発明は、円筒状金属コイルの処理設備に関する。
高張力鋼や電磁鋼、ステンレス鋼などの高合金鋼では、低温時の靱性が低いものが多い。このような高合金鋼の鋼板をコイルとして円筒状に巻回した場合、圧延や連続焼鈍などの処理のためにコイルから鋼板を巻き出す際に、鋼板が巻き取られた形状から平坦な形状に変形させられることによって曲げ応力が生じ、割れる場合がある。そこで、巻き出し前に靱性が高くなる脆化温度以上までコイルを加熱する必要が生じる。この加熱は、例えばガス炉や電気炉においてコイル全体をバッチ加熱することによって行われるが、コイル全体を加熱するためには表層に加えられた熱が内部まで伝熱されるだけの時間が必要になるため、生産効率を低下させる要因になっていた。
上記のような金属コイルのバッチ加熱の問題に対して、特許文献1に記載された技術では、冷間圧延設備内での加熱装置の1つとして、圧延機にコイルを払い出しするペイオフリール位置にペイオフリールのリールドラム(巻き芯)およびコイルを取り囲むボックス型の予備加熱装置が設けられ、熱風ヒーターを用いてコイルを予備加熱する。コイルから引き出された鋼板は、矯正機に通され、加熱装置でさらに加熱された後に圧延機に通される。前工程の直後にコイルをペイオフリールに搬送し、上記のような予備加熱および加熱を経て圧延処理を行うことによって、バッチ加熱装置を使用しなくても鋼板の割れを防止しながら圧延処理を行うことが可能になる。
上記の特許文献1に記載されたような予備加熱装置では、加熱装置の型式がペイオフリールのリールドラムおよびコイルを取り囲むボックス型であるため、コイルは内層部及び外層部が主として加熱されることになりコイル全体の所定温度までの加熱にはそれなりの処理時間を要するものであり工程上の制約はなおも存在する。
そこで、本発明は、円筒状金属コイルから金属帯板を巻き出すときの金属帯板の割れを防止しつつ、工程上の制約を最小化することが可能な円筒状金属コイルの処理設備を提供することを目的とする。
[1]金属帯板が円筒状に巻回された円筒状金属コイルから上記金属帯板を巻き出す巻き出し手段と、上記金属帯板が上記円筒状金属コイルから巻き出される部位の近傍で上記円筒状金属コイルの外周面に対向し、上記円筒状金属コイルの表層に渦電流を発生させるように配置された誘導コイルと、上記渦電流の浸透深さが上記金属帯板の板厚に対応するように上記誘導コイルに供給する交流電流の周波数を制御する制御手段と、巻き出しによる上記円筒状金属コイルの外径の変化に追従して上記誘導コイルを上記円筒状金属コイルの径方向に移動させる移動手段とを備える円筒状金属コイルの処理設備。
[2]上記誘導コイルとは異なる部位で上記円筒状金属コイルの外周面に対向し、上記円筒状金属コイルの表層に渦電流を発生させるように配置された追加の誘導コイルをさらに備える、[1]に記載の円筒状金属コイルの処理設備。
[3]巻き出された上記金属帯板を処理する圧延機または連続焼鈍炉をさらに備える、[1]または[2]に記載の円筒状金属コイルの処理設備。
[4]巻き出された上記金属帯板を再び巻き取る巻き取り手段と、上記巻き出し手段と上記巻き取り手段との間で上記金属帯板を加熱する加熱装置とをさらに備える、[1]または[2]に記載の円筒状金属コイルの処理設備。
[5]上記加熱装置は、上記金属帯板に渦電流を発生させるように配置された誘導コイルを含む、[4]に記載の円筒状金属コイルの処理設備。
[2]上記誘導コイルとは異なる部位で上記円筒状金属コイルの外周面に対向し、上記円筒状金属コイルの表層に渦電流を発生させるように配置された追加の誘導コイルをさらに備える、[1]に記載の円筒状金属コイルの処理設備。
[3]巻き出された上記金属帯板を処理する圧延機または連続焼鈍炉をさらに備える、[1]または[2]に記載の円筒状金属コイルの処理設備。
[4]巻き出された上記金属帯板を再び巻き取る巻き取り手段と、上記巻き出し手段と上記巻き取り手段との間で上記金属帯板を加熱する加熱装置とをさらに備える、[1]または[2]に記載の円筒状金属コイルの処理設備。
[5]上記加熱装置は、上記金属帯板に渦電流を発生させるように配置された誘導コイルを含む、[4]に記載の円筒状金属コイルの処理設備。
上記の構成によれば、誘導コイルが発生させる渦電流によって、円筒状金属コイルから巻き出される直前の金属帯板が加熱される。誘導加熱では加熱前の円筒状金属コイルの温度に関わらず所望の温度まで加熱することが可能であるため、オフライン処理のバッチ加熱やオンライン処理でもボックス加熱のような工程上の制約をなくすことができる。従って、上記の構成によれば、円筒状金属コイルから金属帯板を巻き出すときの金属帯板の割れを防止しつつ、工程上の制約を最小化することができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る円筒状金属コイルの処理設備の構成を概略的に示す図である。処理設備10は、金属帯板Sが円筒状に巻回された円筒状金属コイル11から金属帯板Sを巻き出す巻き出し手段を構成するペイオフリール(リールドラム部のみ図示し、その他の部位は図示を省略。以下同じ。)12と、円筒状金属コイル11の外周面に対向する誘導コイル13と、誘導コイル13に交流電流を供給する高周波電源14と、誘導コイル13を円筒状金属コイル11の径方向に移動させる誘導コイル移動手段15とを含む。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る円筒状金属コイルの処理設備の構成を概略的に示す図である。処理設備10は、金属帯板Sが円筒状に巻回された円筒状金属コイル11から金属帯板Sを巻き出す巻き出し手段を構成するペイオフリール(リールドラム部のみ図示し、その他の部位は図示を省略。以下同じ。)12と、円筒状金属コイル11の外周面に対向する誘導コイル13と、誘導コイル13に交流電流を供給する高周波電源14と、誘導コイル13を円筒状金属コイル11の径方向に移動させる誘導コイル移動手段15とを含む。
ここで、誘導コイル13は、金属帯板Sが円筒状金属コイル11から巻き出される部位の近傍で円筒状金属コイル11の外周面に対向する。つまり、誘導コイル13は、巻き出される金属帯板Sの搬送方向でいうと、金属帯板Sが円筒状金属コイル11の外周面から離れる位置Pよりも手前側に配置される。誘導コイル13は、例えば円筒状金属コイル11の径方向に磁束を発生させるように配置される平巻状のコイルであり、円筒状金属コイル11の表層に渦電流を発生させる。従って、誘導コイル13が発生させる渦電流によって加熱されるのは、円筒状金属コイル11から巻き出される直前の金属帯板Sである。
一方、誘導コイル13に交流電流を供給する高周波電源14は、例えばインバータなどによって交流電流の周波数を制御する制御手段として機能する。高周波電源14は、誘導コイル13に供給される交流電源の周波数を、誘導コイル13が円筒状金属コイル11の表層に発生させる渦電流の浸透深さが金属帯板Sの板厚に対応するように制御する。この場合、渦電流の大部分は金属帯板Sの1枚分、すなわち円筒状金属コイル11の最表層にしか浸透せず、従って実質的に加熱されるのは円筒状金属コイル11の最表層の金属帯板Sのみになる。
上記のように、誘導コイル13が実質的に円筒状金属コイル11の最表層の金属帯板Sのみを加熱することによって、円筒状金属コイル11から巻き出される直前の金属帯板Sを集中的に渦電流で加熱することができる。これによって、後工程での割れを防止するのに必要十分な温度を狙って金属帯板Sを加熱することが容易になる。誘導コイル13は、金属帯板Sを全幅にわたって均一に加熱するように配置されてもよいし、例えば搬送中の温度低下が生じやすい幅方向の端部の昇温量が大きくなるように配置されてもよい。
また、円筒状金属コイル11の層間における絶縁材の介挿や絶縁性スケールの生成がない場合、渦電流による加熱の範囲を実質的に最表層に限定することによって層間短絡によるスパークの発生を実質的に抑制することができる。一方、円筒状金属コイル11の層間が絶縁材や絶縁性スケールによって絶縁されている場合は、渦電流による加熱の範囲は必ずしも最表層に限定されなくてもよく、例えば最表層を含む10層以下の範囲で設定されてもよい。
誘導コイル移動手段15は、例えばエアシリンダや電動シリンダを駆動部として含み、誘導コイル13を円筒状金属コイル11の径方向に移動させる。円筒状金属コイル11の外径は金属帯板Sの巻き出しによって徐々に小さくなる。誘導コイル移動手段15は、このような円筒状金属コイル11の外径の変化に追従して誘導コイル13を移動させる。これによって、金属帯板Sの巻き出しが進んでも円筒状金属コイル11の外周面と誘導コイル13との間の間隔を保持し、誘導コイル13に供給する交流電流の電力を変えることなく、巻き出しの開始から終了まで金属帯板Sを均等な温度で加熱することができる。
上記で説明したような処理設備10は、例えば金属帯板Sの圧延処理、または連続焼鈍処理を実施する設備である。図示されていないが、圧延処理を実施する場合、処理設備10は、図1に示された構成要素に加えて、円筒状金属コイル11から巻き出された金属帯板Sを処理する圧延機などの構成要素を含む。連続焼鈍処理を実施する場合、処理設備10は、円筒状金属コイル11から巻き出された金属帯板Sを処理する連続焼鈍炉などの構成要素を含む。
(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態に係る円筒状金属コイルの処理設備の構成を概略的に示す図である。処理設備10Aは、上記の第1の実施形態と同様に、円筒状金属コイル11から金属帯板Sを巻き出す巻き出し手段を構成するペイオフリール12を含む。本実施形態では、円筒状金属コイル11の外周面に対向する3つの誘導コイル13A,13B,13Cが配置される。なお、それぞれの誘導コイルに交流電流を供給し、交流電流の周波数を制御する制御手段として機能する高周波電源については図示を省略している。処理設備10Aは、誘導コイル13A,13B,13Cのそれぞれを円筒状金属コイル11の径方向に移動させる誘導コイル移動手段15A,15B,15Cをさらに含む。
図2は、本発明の第2の実施形態に係る円筒状金属コイルの処理設備の構成を概略的に示す図である。処理設備10Aは、上記の第1の実施形態と同様に、円筒状金属コイル11から金属帯板Sを巻き出す巻き出し手段を構成するペイオフリール12を含む。本実施形態では、円筒状金属コイル11の外周面に対向する3つの誘導コイル13A,13B,13Cが配置される。なお、それぞれの誘導コイルに交流電流を供給し、交流電流の周波数を制御する制御手段として機能する高周波電源については図示を省略している。処理設備10Aは、誘導コイル13A,13B,13Cのそれぞれを円筒状金属コイル11の径方向に移動させる誘導コイル移動手段15A,15B,15Cをさらに含む。
本実施形態では、第1の実施形態と同様に金属帯板Sが円筒状金属コイル11から巻き出される部位の近傍で円筒状金属コイル11の外周面に対向する誘導コイル13Aに加えて、誘導コイル13Aとは異なる部位で円筒状金属コイル11の外周面に対向する追加の誘導コイル13B,13Cが配置される。誘導コイル13A,13B,13Cも、上記の第1の実施形態における誘導コイル13と同様に例えば円筒状金属コイル11の径方向に磁束を発生させるように配置される平巻状のコイルであり、周波数が制御された交流電流を供給されることによって円筒状金属コイル11の全幅にわたって表層に渦電流を発生させる。誘導コイル移動手段15A,15B,15Cは、例えばエアシリンダや電動シリンダを駆動部として含み、誘導コイル13A,13B,13Cのそれぞれを巻き出しによる円筒状金属コイル11の外径の変化に追従して移動させる。
上記で説明したような第2の実施形態に係る処理設備10Aも、例えば金属帯板Sの圧延処理、または連続焼鈍処理を実施する設備であり、図示されていない圧延機、または連続焼鈍炉などの構成要素をさらに含む。本実施形態では、複数の誘導コイル13A,13B,13Cを用いて円筒状金属コイル11の表層を渦電流で加熱することによって、加熱時間を確保することができ、温度制御性の向上や処理能力の改善が期待できる。
(第3の実施形態)
図3は、本発明の第3の実施形態に係る円筒状金属コイルの処理設備の構成を概略的に示す図である。処理設備20は、上記の第1の実施形態と同様に、円筒状金属コイル11から金属帯板Sを巻き出す巻き出し手段を構成するペイオフリール12と、金属帯板Sが円筒状金属コイル11から巻き出される部位の近傍で円筒状金属コイル11の外周面に対向する誘導コイル13と、誘導コイル13を円筒状金属コイル11の径方向に移動させる誘導コイル移動手段15とを含む。本実施形態では、処理設備20がさらに、ペイオフリール12で巻き出された金属帯板Sを再び円筒状金属コイル21として巻き取る巻き取り手段を構成する巻き取りリール(リールドラム部のみ図示し、その他の部位は図示を省略。以下同じ。)22と、ペイオフリール12と巻き取りリール22との間で金属帯板Sを加熱する加熱装置26とを含む。加熱装置26は、例えば金属帯板Sに渦電流を発生させるように配置された誘導コイルであってもよい。なお、誘導コイル13、および誘導コイルである場合の加熱装置26に交流電流を供給し、交流電流の周波数を制御する制御手段として機能する高周波電源については図示を省略している。また、本実施形態でも上記の第2の実施形態のように複数の誘導コイルを配置する構成が可能である。
図3は、本発明の第3の実施形態に係る円筒状金属コイルの処理設備の構成を概略的に示す図である。処理設備20は、上記の第1の実施形態と同様に、円筒状金属コイル11から金属帯板Sを巻き出す巻き出し手段を構成するペイオフリール12と、金属帯板Sが円筒状金属コイル11から巻き出される部位の近傍で円筒状金属コイル11の外周面に対向する誘導コイル13と、誘導コイル13を円筒状金属コイル11の径方向に移動させる誘導コイル移動手段15とを含む。本実施形態では、処理設備20がさらに、ペイオフリール12で巻き出された金属帯板Sを再び円筒状金属コイル21として巻き取る巻き取り手段を構成する巻き取りリール(リールドラム部のみ図示し、その他の部位は図示を省略。以下同じ。)22と、ペイオフリール12と巻き取りリール22との間で金属帯板Sを加熱する加熱装置26とを含む。加熱装置26は、例えば金属帯板Sに渦電流を発生させるように配置された誘導コイルであってもよい。なお、誘導コイル13、および誘導コイルである場合の加熱装置26に交流電流を供給し、交流電流の周波数を制御する制御手段として機能する高周波電源については図示を省略している。また、本実施形態でも上記の第2の実施形態のように複数の誘導コイルを配置する構成が可能である。
本実施形態において、処理設備20は、金属帯板Sの加熱処理を実施する設備である。金属帯板Sは、円筒状金属コイル11から巻き出されるときに誘導コイル13によって加熱された後、加熱装置26においてさらに加熱されて、再び円筒状金属コイル21として巻き取られ、次工程に搬送される。このような処理設備20は、例えばバッチ熱処理炉のような円筒状金属コイルの全体を加熱する中間昇温装置の代替として利用することができる。円筒状金属コイルを巻き取られた形状のままバッチ加熱すると表層に加えられた熱が内部まで伝熱されるだけの時間が必要になるが、処理設備20では金属帯板Sを一旦巻き出した上で円筒状金属コイル状態では内部に位置した金属帯板Sの部位も直接的に加熱することができるため、コイル全体の加熱に要する時間はバッチ加熱の場合よりも短くなる。また、搬送中の温度低下が生じやすい幅方向の端部の温度を予め高くしたり、再度巻き取られた後にコイルの外周面側になる巻き出し時の終端部の温度が高くなるように金属帯板Sの長手方向に温度勾配をつけたりすることも可能になる。
なお、図3に示された例では処理設備20に円筒状金属コイル11から巻き出される部位の近傍で金属帯板Sを加熱する誘導コイル13が配置されているが、例えば金属帯板Sの材質や、前工程から搬入されたときの円筒状金属コイル11の温度によって、巻き出し時に割れる可能性が低い場合には、誘導コイル13および誘導コイル移動手段15を使用しないことも可能である。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。本発明の属する技術の分野の当業者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
10,10A,20…処理設備、11…円筒状金属コイル、12…ペイオフリール(リールドラム)、13,13A,13B,13C…誘導コイル、14…高周波電源、15,15A,15B,15C…誘導コイル移動手段、21…円筒状金属コイル、22…巻き取りリール(リールドラム)、26…加熱装置、S…金属帯板。
Claims (5)
- 金属帯板が円筒状に巻回された円筒状金属コイルから前記金属帯板を巻き出す巻き出し手段と、
前記金属帯板が前記円筒状金属コイルから巻き出される部位の近傍で前記円筒状金属コイルの外周面に対向し、前記円筒状金属コイルの表層に渦電流を発生させるように配置された誘導コイルと、
前記渦電流の浸透深さが前記金属帯板の板厚に対応するように前記誘導コイルに供給する交流電流の周波数を制御する制御手段と、
巻き出しによる前記円筒状金属コイルの外径の変化に追従して前記誘導コイルを前記円筒状金属コイルの径方向に移動させる移動手段と
を備える円筒状金属コイルの処理設備。 - 前記誘導コイルとは異なる部位で前記円筒状金属コイルの外周面に対向し、前記円筒状金属コイルの表層に渦電流を発生させるように配置された追加の誘導コイルをさらに備える、請求項1に記載の円筒状金属コイルの処理設備。
- 巻き出された前記金属帯板を処理する圧延機または連続焼鈍炉をさらに備える、請求項1または請求項2に記載の円筒状金属コイルの処理設備。
- 巻き出された前記金属帯板を再び巻き取る巻き取り手段と、
前記巻き出し手段と前記巻き取り手段との間で前記金属帯板を加熱する加熱装置と
をさらに備える、請求項1または請求項2に記載の円筒状金属コイルの処理設備。 - 前記加熱装置は、前記金属帯板に渦電流を発生させるように配置された誘導コイルを含む、請求項4に記載の円筒状金属コイルの処理設備。
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A621 | Written request for application examination |
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