(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横方向に延在する直管部を備えるラジアントチューブであって、
上記直管部の少なくとも一部の直管部分の外周における下部位置に第１の補強リブを取り付け、その第１の補強リブは、ラジアントチューブの材質よりも熱膨張係数が小さく、
上記直管部の少なくとも一部の直管部分の外周における上部に第２の補強リブを取り付け、その第２の補強リブは、ラジアントチューブの材質よりも熱膨張係数が小さく、
上記第１の補強リブは、上記第２の補強リブよりも剛性が高いことを特徴とするラジアントチューブ。
【請求項２】
直管部周方向における第１の補強リブの取り付け範囲を、直管部周方向全周の１／７２以上１／１２以下に設定したことを特徴とする請求項１に記載したラジアントチューブ。
【請求項３】
直管部周方向における第２の補強リブの取り付け範囲を、直管部周方向全周の１／７２以上１／１２以下に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載したラジアントチューブ。
【請求項４】
複数の直管部が上下方向に配列し、隣り合う直管部が曲管で接続されたラジアントチューブであって、
バーナに一番近い直管部に対して、上記補強リブを設けることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載したラジアントチューブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアントチューブに関する。特に、金属帯の連続焼鈍処理ラインにおける連続焼鈍炉に設けられるラジアントチューブに好適な発明であり、熱変形によるチューブ変形防止に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
金属帯の連続焼鈍炉では、酸化防止の観点から不活性ガス雰囲気で金属帯の加熱を行うために、ラジアントチューブが使用されている。そして、このラジアントチューブは、高温状態（例えば８００〜１０００℃）で使用される。このため、チューブの自重及び熱負荷によるクリープ現象が発生して経時的に変形する。また、上記熱変形と共に、チューブの温度分布が不均一になると、発生する熱応力との相乗効果によって、チューブに亀裂が入るおそれがある。このような理由から、ラジアントチューブは短寿命となる傾向にある。
【０００３】
また、近年はハイテン材等の焼鈍条件などのように、更に高温で焼鈍を行うことが要求される場合もある。このことは、上記クリーブ現象を促進し、寿命が更に短くなる原因となる。
これに対し、例えば特許文献１に記載の技術では、チューブ径を大径化することでチューブの曲げ強度を高めることが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、チューブ外周面全面を覆うように筒状剛性部材を設けることで、熱変形を抑えることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１９２５２号公報
【特許文献２】特開２０００−１７１０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のようにチューブを大径化する場合、同一肉厚のチューブを想定しても、チューブ質量が重くなるため、効果が小さい若しくは効果が無くなるという課題がある。逆に、チューブの薄肉を図ると、チューブの強度が低下するという課題がある。
一方、特許文献２に記載のように、チューブ外周面全面を覆うように筒状剛性部材を設ける場合も、チューブに筒状剛性部材の質量が付加されることとなる。このため、ラジアントチューブの直管部の向きを横向に配置した場合には、筒状剛性部材の質量分だけ、熱変形に対する補強効果が小さいという課題がある。
【０００７】
ここで、Ｗ型のラジアントチューブにおける直管部を水平に配置する場合、例えば金属帯の連続加熱炉等においては、曲管部位置でラジアントチューブを炉体に支持させている。
本発明は、上記のような点に着目したもので、より効率良くチューブの変形を防止してラジアントチューブの寿命向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、横方向に延在する直管部を備えるラジアントチューブであって、
上記直管部の少なくとも一部の直管部分の外周における下部位置に第１の補強リブを取り付け、その第１の補強リブは、ラジアントチューブの材質よりも熱膨張係数が小さく、
上記直管部の少なくとも一部の直管部分の外周における上部に第２の補強リブを取り付け、その第２の補強リブは、ラジアントチューブの材質よりも熱膨張係数が小さく、
上記第１の補強リブは、上記第２の補強リブよりも剛性が高いことを特徴とするものである。
【０００９】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、直管部周方向における第１の補強リブの取り付け範囲を、直管部周方向全周の１／７２以上１／１２以下に設定したことを特徴とするものである。  
【００１０】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、直管部周方向における第２の補強リブの取り付け範囲を、直管部周方向全周の１／７２以上１／１２以下に設定したことを特徴とするものである。  
【００１１】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した構成に対し、複数の直管部が上下方向に配列し、隣り合う直管部が曲管で接続されたラジアントチューブであって、バーナに一番近い直管部に対して、上記補強リブを設けることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、周方向における補強リブの取り付け位置等を限定することで、チューブに掛かる質量の増加を抑えつつ、下方へのチューブの曲げ強度を向上させることが出来る。この結果、より有効にチューブの変形を防止してラジアントチューブの寿命向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に基づく実施形態に係るラジアントチューブの構成を示す側面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】補強リブを設けない場合の下方への変形を示す模式図である。
【図４】ラジアントチューブと搬送される金属帯との関係を示す図である。
【図５】実施例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態では、金属帯の連続焼鈍炉に設けられるラジアントチューブを例にして説明する。
（構成）
本実施形態のラジアントチューブ１は、図１に示すように、所謂Ｗ型のラジアントチューブ１であって、４本の直管部２と、隣り合う直管部２を連結する３本の曲管３とから構成されることで、１つの燃焼ガス流路を形成する。また、上記ラジアントチューブ１の一方の開口端部にバーナ４が連結する。本実施形態では、上側の開口端部にバーナ４が連結する場合を例示する。
【００１５】
ここで、４本の直管部２を区別する場合には、バーナ４に近い側から第１直管部２ａ、第２直管部２ｂ、第３直管部２ｃ、第４直管部２ｄと呼ぶこととする。
上記ラジアントチューブ１は、図１に示すように、左右方向端部である、開口端部及び曲管３の位置で炉体５に支持されている。
ここで、本実施形態の連続加熱炉は、ルーパー機構などによって、図４のように、加熱する金属帯６を上下に搬送し、当該金属帯６が上方及び下方に移動するときに、上記ラジアントチューブ１からの放射熱で加熱する場合とする。
【００１６】
このため、上記ラジアントチューブ１は、複数の直管部２は、それぞれ横方向に延在すると共に上下に配列した状態で配置されている。そして、その直管部２の配列方向に沿って、加熱する金属帯６が移動する。
【００１７】
（補強リブについて）
上記４本の直管部２のうち、第１直管部２ａが一番熱負荷を受け、自重及び熱影響によるクリープ現象によって変形しやすい。図３に、第１直管部２ａがクリープによって変形した場合の変形例を示す。第２及び第３直管部２ｂ、２ｃにも変形が発生するが、第１直管部２ａの変形に伴う変形が大きい。
【００１８】
このため、本実施形態では、第１直管部２ａに本発明の補強リブを取り付ける場合を例に説明する。もっとも、他の直管部２ｂ〜２ｄ、例えば第２直管部２ｂについても本発明の補強リブを取り付けても良い。
すなわち、本実施形態では、図１及び図２に示すように、第１直管部２ａの下部及び上部にそれぞれ第１の補強リブを構成する第１補強リブ１０Ａ、及び第２の補強リブ１１を個別に設ける。
【００１９】
直管部２の周方向における第１補強リブ１０Ａの取り付け範囲は、直管部２の中心Ｐの鉛直下方位置を含み、直管部２の周方向全周の１／７２以上１／１２以下に設定する。すなわち、直管部２が断面円形の場合には、直管部２の中心Ｐに対し周方向角度αが５度以上３０度以下の範囲に位置するように、第１補強リブ１０Ａを配置する。なお、直管部２の周方向は、補強リブ１０Ａ、１０Ｂ、１１の幅方向に対応する。
【００２０】
第１補強リブ１０Ａの長手方向については、図１のように、少なくともラジアントチューブ１の左右の取り付け点間の中央位置を含み、その左右の取り付け点間の距離Ｌの１/３以上から第１の直管部２の長さと同等の長さの範囲内に設定する。
本実施形態では、図１に示すように、第１補強リブ１０Ａの長さを、第１直管部２ａの長さ相当に設定した場合を例示している。
【００２１】
さらに、第１補強リブ１０Ａの上に第１補強リブ１０Ｂを固定して、第１の補強リブの剛性を高めている。本実施形態において、この第１補強リブ１０Ｂも第１の補強リブの一部を構成する。
第１補強リブ１０Ｂの長さも、上記距離Ｌの１/３以上から第１の直管部２の長さと同等の長さの範囲内に設定する。本実施形態では、第１補強リブ１０Ｂの長さは、上記距離Ｌの１/３とした。
【００２２】
また、直管部２の周方向における第２の補強リブ１１の取り付け範囲は、直管部２の中心Ｐの鉛直上方位置を含み、直管部２の周方向全周の１／７２以上１／１２以下に設定する。直管部２が断面円形の場合には、直管部２の中心Ｐに対し周方向角度βが５度以上３０度以下の範囲に位置するように、第２の補強リブ１１を配置する。
【００２３】
第２の補強リブ１１の長手方向については、少なくともラジアントチューブ１の左右の取り付け点の中央位置を含み、その左右の取り付け点間の距離の１/３以上から第１の直管部２の長さと同等の長さの範囲内とする。
【００２４】
本実施形態では、図１に示すように、第２の補強リブ１１の長さを、第１直管部２ａの長さ相当に設定した場合を例示している。
本実施形態では、第１補強リブ１０Ｂを設けることで、第１の補強リブは第２の補強リブ１１よりも剛性が高くなっている。
ここで、第１補強リブ１０Ａと第２の補強リブ１１の、各幅（直管部２の周方向での長さ）及び長さは異なっていても良い。
【００２５】
また、上記補強リブ１０Ａ、１０Ｂ、１１の材料には、耐熱の材料であって、ラジアントチューブ１を構成する材質よりも熱膨張係数が小さい（例えば５〜１５％程度）材料を採用する。また、第補強リブ１０Ａ、１０Ｂ、１１の固定は、例えば溶接にて行えば良い。
【００２６】
（作用効果など）
上記ラジアントチューブ１は、図１のように、左右位置が炉体５に取り付けられることで炉体５に対し両持ち支持状態になっている。このため、２つの取り付け点の間に位置する直管部２分が、その自重や熱負荷によって、図３のように下方に撓みやすくなっている。特に、バーナ４に連結されている第１直管部２ａは、受ける熱負荷が一番大きく、クリープ現象によって一番変形しやすい。
【００２７】
これに対し、本実施形態では、第１直管部２ａに対して上述のように補強リブ１０Ａ、１０Ｂ、１１を設けることで、直管部２の断面２次モーメント及び断面係数が増加して曲げ強度が向上する。このとき、第１直管部２ａの下部及び上部、つまり抑制したい変形方向にしか補強リブ１０Ａ、１０Ｂ、１１を設けないことで、第１直管部２ａに補強リブ１０Ａ、１０Ｂ、１１から付加される質量を小さく抑えながら、曲げ強度を上げることが可能となる。
【００２８】
これによって、ラジアントチューブ１の下方への変形を抑えて、ラジアントチューブ１の寿命向上を図ることが可能となる。
更に、補強リブ１０Ａ、１０Ｂ、１１の熱膨張係数が、ラジアントチューブ１の熱膨張係数よりも小さい。このため、ラジアントチューブ１の加熱時に、熱膨張の差によって、第１直管部２ａに対して上向きの力を発生して、熱影響による第１直管部２ａの下方への変形を更に抑えることが出来る。
【００２９】
なお、左右に振れながら上下方向に搬送される金属帯６と対向する部分に、図４のように、補強リブ１０Ａ、１０Ｂ、１１が配置されないので、補強リブ１０Ａ、１０Ｂ、１１を設けても、その分、金属帯６との干渉に対する余裕代を小さくすることがない。
以上の作用によって、熱影響による変形するチューブを拘束することで、チューブの変形を抑え、また、曲げによる亀裂等を防止して、チューブの寿命向上を図ることが出来る。
【００３０】
ここで、上記第１の補強リブの一部を構成する第１補強リブ１０Ｂを設けなくても良い。さらに、第２の補強リブ１１を省略しても良い。この場合でも、補強効果は若干下がるものの、同様な効果を奏する。
【００３１】
また、上記実施形態では、第１補強リブ１０Ａに対し第１補強リブ１０Ｂを設けることで、第１の補強リブの剛性を、第２の補強リブ１１の剛性よりも高くなるように設定した。ただし、第１の補強リブの剛性を第２の補強リブ１１の剛性よりも高く設定する方法はこれに限定されない。例えば、第１補強リブ１０Ａの厚みを第２の補強リブ１１よりも厚くしたり、第１補強リブ１０Ａを構成する材質として、第２の補強リブ１１を構成する材質よりも剛性が高い材質を採用したりして対応しても良い。
【実施例１】
【００３２】
ラジアントチューブ１の材質としてＳＣＨ１３Ａを使用した。補強リブ１０Ａ、１０Ｂ、１１の材料として、ＳＣＨ１３Ａよりも熱膨張係数が小さいＳＣＨ１５を使用した。
ここで、長さ３０００ｍｍにおいて、２５℃から９５０℃に加熱すると、ＳＣＨ１３Ａの熱伸び量は５２．７ｍｍで、ＳＣＨ１５の熱伸び量は４８．８ｍｍであった。すなわち、ＳＣＨ１３Ａに対しＳＣＨ１５は熱伸び量が約１０％低いことを確認した。
【００３３】
そして、直径２００ｍｍ、厚み１０ｍｍのラジアントチューブ１の第１直管部２ａに対して、条件を変えて補強リブを設けた場合における安全率Ｓｆを出してみた。
なお、上記ラジアントチューブ１の両持ち状態の取り付け点間の距離Ｌを３０００ｍｍに設定した。
上記補強リブ１０Ａ、１０Ｂ、１１の条件及び結果を、図５に示す。
【００３４】
ここで、図５中、ケース１は、補強部材を設けない場合であり、ケース９は、第１直管部２ａの全周を円筒状の補強部材２０で覆う場合の比較例である。また、ケース５は、第１補強リブ１０Ａを設けた場合であるが、取り付ける周方向角度αが３０度を超える場合の比較例である。
一方、ケース２〜４は、本発明に基づき第１補強リブ１０Ａだけを設けた場合の実施例であり、ケース６〜８は、本発明に基づき第１補強リブ１０Ａと共に第１補強リブ１０Ｂおよび／または第２の補強リブ１１も設けた場合の実施例である。
【００３５】
なお、ケース９の場合の補強部材２０の厚みは、チューブの肉厚と等しい１０ｍｍとし、また。本実施例の補強リブ１０Ａ、１０Ｂ、１１の厚みは、チューブの肉厚の３倍である３０ｍｍとした。
上記図５から分かるように、比較例であるケース９に対し、ケース２〜４のように、第１補強リブ１０Ａを設けただけでも、安全率Ｓｆが有意に高くなっていることを確認した。
【００３６】
このとき、リブ幅１５ｍｍは、周方向角度の８．５度に相当し、リブ幅３０ｍｍは周方向角度の３４度に相当する。
比較例であるケース５は、ケース９に比べて安全率Ｓｆは高くなるが、周方向角度αが３０度を超えることで、周方向角度αが３０度以下の場合に比べて、安全率Ｓｆが低くなる。なお、図示していないが、周方向角度αが３０度に相当する幅の第１補強リブ１０Ａを設けた場合、ケース５に比べて安全率Ｓｆが高いことを確認している。
【００３７】
また、図示していないが、周方向角度αが周方向角度の５度に相当する幅の第１補強リブ１０Ａを設けた場合、ケース５に比べて安全率Ｓｆが高いことを確認している。
以上の事から、本発明では、第１補強リブ１０Ａの幅を規定する周方向角度αの範囲を５度以上３０度以下に相当する範囲としている。後述の第２の補強リブ１１についても同様なことが言えることから、第２の補強リブ１１の幅を規定する周方向角度βの範囲も５度以上３０度以下としている。
【００３８】
さらに、ケース６，８に示すように、第１補強リブ１０Ａと共に第２の補強リブ１１を設けることで、更に、安全率Ｓｆが高くなった。
また、ケース７のように、第２の補強リブ１１を設けない場合でも、第１補強リブ１０Ａに加えて第１補強リブ１０Ｂを設けて第１の補強リブの厚みを厚くすることで、当該第１の補強リブの剛性を高くすれば、より安全率Ｓｆが向上することも確認した。
【００３９】
ここで、ケース９に比べて、第１補強リブ１０Ａ及び第２の補強リブ１１の厚みを３倍に設定しているが、第１補強リブ１０Ａ及び第２の補強リブ１１の幅を共に３０度以下としている。すなわち、第１補強リブ１０Ａ及び第２の補強リブ１１の幅を合わせても、最大、周方向の１／３しか覆うことがない。すなわち、ケース９の補強部材の質量よりも多くなることが無い。
【００４０】
このような観点からも、第２の補強リブ１１の周方向角度βを３０度以下としている。
【符号の説明】
【００４１】
１     ラジアントチューブ
２     直管部
２ａ   第１直管部
４     バーナ
５     炉体
６     金属帯
１０Ａ、１０Ｂ       第１補強リブ（第１の補強リブ）
１１   第２の補強リブ
α     周方向角度
β     周方向角度
Ｌ     ラジアントチューブの取り付け間の距離
Ｐ     ラジアントチューブの断面の中心
Ｓｆ   安全率
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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