(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内の上下にロールを配置して、このロールにより金属帯を連続的に搬送しながら熱処理を行う竪型連続焼鈍炉において、
炉内の上部に位置するロールの直下又は炉内の下部に位置するロールの直上に配置される、炉内の加熱源からの輻射熱を遮蔽する遮蔽装置が、水平又は下向きの外気吸い込み口を有する内管と、上向きの排気口を有する外管からなる２重管を備えたことを特徴とする竪型連続焼鈍炉の輻射熱遮蔽装置。
【請求項２】
前記２重管の外管の外径Ｄが直径６０ｍｍ以上、且つ２重管の外気吸い込み口と排気口の高低差Ｈが１５０ｍｍ以上であり、更に２重管の外管の外径Ｄ（単位ｍ）と前記高低差Ｈ（単位ｍ）とが、
Ｄ２×√（Ｈ）≧２．２×１０−３
の関係を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の竪型連続焼鈍炉の輻射熱遮蔽装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の２重管を、炉内の上部に位置するロールの直下又は炉内の下部に位置するロールの直上に、水平方向に複数個を配列したことを特徴とする堅型連続焼鈍炉の輻射熱遮蔽装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の２重管を支持管として、その支持管に遮蔽板を装着したことを特徴とする竪型連続焼鈍炉の輻射熱遮蔽装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼帯等の金属帯を連続的に搬送しながら熱処理を行う竪型連続焼鈍炉の輻射熱遮蔽装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、冷間圧延後の鋼帯を再結晶させて加工性を付与する焼鈍プロセスは、従来のバッチ焼純方式に代わり、連続焼鈍方式が主流となっている。この連続焼鈍を行うための連続焼鈍炉には、水平パスで焼鈍する横型連続焼鈍炉と、炉内の上部及び下部にロールを複数個配置して、縦パスで焼鈍する竪型連続焼鈍炉があるが、通板速度の高速化による大量生産プロセスには、竪型連続焼鈍炉が有利である。現在、竪型連続焼鈍炉の加熱源としては、ラジアントチューブによる間接加熱が主流であり、鋼帯は主にこれらの加熱源からの輻射熱で加熱される。
【０００３】
ところで、炉内の上部及び下部に配列された複数個のロールを介して鋼帯を搬送する竪型連続焼鈍炉においては、鋼帯の蛇行を防止して、安定通板させることが重要である。一般に炉内のロールは、図１１に示すような、ロール１２の肩部にテーパを持った凸状のロールクラウンで設計されている。これは、ベルト車の原理により、テーパ部にかかった鋼帯に作用する、ロールエッジ部からロールセンタ部へ向かうセンタリング力（矢印Ｆ）を利用して、走行する鋼帯の中心を常にロール中心に合わせて通板できるようにするためである。
【０００４】
しかしながら、図１２に示す如く、炉内の加熱源（例えばラジアントチューブ）１４からの輻射熱は、鋼帯１０を加熱すると同時に、炉内のロール１２をも加熱する。その結果、炉内のロールのクラウンは、ロールにもともと付与されていたクラウン（イニシャルクラウンと称する）に、加熱源からの輻射熱によるクラウン（サーマルクラウンと称する）が付与されるため、鋼帯の温度の方がロール温度より低い場合には、ロール中央部温度が低くなり、図１２に実線で示すように凹状のクラウンになる。このような凹状のクラウンを有する炉内ロール１２に、鋼帯１０が乗りかかると、鋼帯の幅方向に働く力は、矢印Ｆ′に示す如く、ロールセンタ部からロールエッジ部に向かうため、鋼帯が一旦蛇行すると、一気にロールエッジ部へ乗り上げて、炉壁と接触する通板トラブルが発生する。
【０００５】
このような問題に対して、従来から、実開昭６３−１１９６６１に開示されている如く、加熱源１４からロール１２への輻射熱を遮断するために、遮蔽板を設置することが行われてきた。そして、遮蔽装置としては、内部に冷却用の空気、窒素ガス等を流動させた耐熱管を用いる技術が、特開昭５７−７９１２３に開示されている。
【０００６】
又、遮蔽板のみではサーマルクラウンを抑制し切れないとの観点から、サーマルクラウンを積極的に制御することを目的として、特開昭５２−７１３１８では、ロールに冷却ガスを吹き付ける技術が開示されている。又、特開昭５３−１１９２０８では、ロールエッジ部を水冷したり、ロールセンタ部とエッジ部とで熱伝導率を変える技術が開示されている。更に、特開昭５３−１３０２１０、特公昭５７−２３７３３では、ロールとは別に冷却流路を形成させた冷却装置を配置する技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術のうち、ロールに発生するサーマルクラウンを積極的に抑制する技術は、蛇行防止効果はあるものの、設備投資力が大きくなり過ぎるという問題があった。更に、装置自体が大きくなるため、熱容量が大きくなり、加熱帯における燃料原単位が悪化するという問題もあった。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、特開昭５７−７９１２３等に開示されている、冷却管を使用した輻射熱遮蔽装置を基礎として、安価で、より効率的な装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、炉内の上下にロールを配置して、このロールにより金属帯を連続的に搬送しながら熱処理を行う竪型連続焼鈍炉において、炉内の上部に位置するロールの直下又は炉内の下部に位置するロールの直上に配置される、炉内の加熱源からの輻射熱を遮蔽する遮蔽装置が、水平又は下向きの外気吸い込み口を有する内管と、上向きの排気口を有する外管からなる２重管を備えたことにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
又、前記２重管の外管の外径Ｄを直径６０ｍｍ以上、且つ２重管の外気吸い込み口と排気口の高低差Ｈを１５０ｍｍ以上とし、更に２重管の外管の外径Ｄ（単位ｍ）と前記高低差Ｈ（単位ｍ）とが、
Ｄ２×√（Ｈ）≧２．２×１０−３    …（１）
の関係を満たすようにしたものである。
【００１１】
更に、前記２重管を、炉内の上部に位置するロールの直下又は炉内の下部に位置するロールの直上に、水平方向に複数個を配列ようにしたり、あるいは、前記２重管を支持管として、その支持管に遮蔽板を装着するようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
本発明の第１実施形態は、竪型連続焼鈍炉内の上部に位置するロールの直下又は炉内の下部に位置するロールの直上に配置される、炉内の加熱源からの輻射熱を遮断する輻射熱遮蔽装置を、図１に示す如く、下向きの外気吸い込み口２３を有する内管２２と、上向きの排気口２５を有する外管２４からなる２重管２０の構造として、外気（例えば空気）の自然対流を効果的に利用することで、安価で且つ効率的な輻射熱遮蔽装置とすることができるようにしたものである。
【００１４】
更に実験を積み重ねた結果、２重管内を流れる冷却ガス（空気）流量と輻射熱遮蔽効果、並びに、２重管の耐高温変形（クリープ）との関係から、２重管の外管２４の外径Ｄが直径６０ｍｍ以上、２重管の外気吸い込み口２３と排気口２５の高低差Ｈが１５０ｍｍ以上で、且つ、２重管の外管の外径Ｄ（単位ｍ）と、前記の高低差Ｈ（単位ｍ）とが、前出（１）式の関係を満たす好適範囲を見出した。
【００１５】
尚、前記２重管の材質としては耐熱性合金鋼が適しており、例えばＣｒ含有量が１８ｗｔ％以上、Ｎｉ含有量が８ｗｔ％以上のステンレス鋼や、その他、耐熱性を有する特殊鋼が好ましい。
【００１６】
以下、本発明に至った理由について述べる。
【００１７】
本発明者等は、特開昭５７−７９１２３に開示されている従来型の冷却管を用いた輻射熱制御装置では、外気（空気）の自然対流を利用した冷却には限界があることに気がついた。特開昭５７−７９１２３には、冷却用の空気を吸引ブロワもしくは押込みブロワで強制的に流動するように構成することが開示されているが、吸引側にブロワを設置する場合には、高温の排気ガスを吸引するために、ブロワ自体を耐熱性のあるものにするか、又は、吸引ガスをブロワ手前で冷却する装置が必要となり、いずれにしても設備コストの増大は免れない。一方、ブロワによる押込み方式では、冷却管から炉内への空気の漏洩による金属帯酸化の危険性がある。
【００１８】
以上のような観点から、本発明においては、図２に示すような３種類の構造の輻射熱遮蔽装置を製作し、実機テストを行った。
【００１９】
図２の左側は、単純な板状の遮蔽板１６を用いた従来例、図２の中央は、単純な直管状２重管の冷却管１８を用いた比較例、図２の右側は、図１に示したような本発明による２重管状の冷却管２０を用いたものである。
【００２０】
図３は、横軸に２重管の外管の外気排気口側で測定した冷却ガス（空気）流量をとり、縦軸に２重管の外管もしくは平板の表面温度（炉内ロール１２に面した側）を測定した結果である。測定時の条件は、炉温９００℃、外気温度３０℃、２重管の外管径１００ｍｍ、内管径４０ｍｍ、又、２重管の外気吸い込み口２３と排気口２５の高低差Ｈは２００ｍｍとした。外気吸い込み口と排気口に何等工夫のされていない比較例（冷却管）では、図３中のΔ印で示すように、自然対流による冷却ガス流量が少なく、２重管の外管表面温度は８００℃に達する。又、従来例（平板）では、図３中に□印で示すように、表面温度が８６０℃にも達する。これに対して、本発明のように下向きの外気吸い込み口と上向きの排気口をそれぞれ利用する２重管を備えた場合は、図３中に○印で示すように、冷却ガス流量は５．０×１０−３（Ｎｍ３／ｓ）に達し、外管の表面温度も５００℃近くまで低下することが分かった  。
【００２１】
図４は、２重管の外管の外気排気口側で測定した冷却ガス（空気）流量と、輻射熱遮蔽装置の直上に位置する測温ロール（ロール幅方向に熱電対を埋め込んだロール）に発生する板幅方向の温度差ΔＴとの関係を表わした図である。測定条件は、ロールバレル長２０００ｍｍ、通板された鋼帯の平均板幅１２６０ｍｍ、平均炉温９００℃であった。ここで、ΔＴ＝Ｔｅ（ロールエッジから１００ｍｍの地点のロール表面温度）−Ｔｃ（ロールセンタ部のロール表面温度）とした。これより、ロールが凹型になり、鋼帯の蛇行を発生させる最小のΔＴは約１５０℃であり、蛇行を防止するのに必要な冷却ガス流量は３．０×１０−３（Ｎｍ３／ｓ）以上であるといえる。
【００２２】
なお、前記説明では、外気吸い込み口が下向きとされていたが、外気吸い込み口の向きはこれに限定されず、例えば水平であってもよい。
【００２３】
本発明による水平又は下向きの外気吸い込み口と上向きの排気口をそれぞれ有する２重管からなる輻射熱遮蔽装置においては、前記の必要冷却ガス流量を満たすために、外気吸い込みから排気に至る煙突効果を利用している。流体の質量保存則より、冷却ガス流量Ｑ（ｍ３／ｓ）は、次式により導かれる。
【００２４】
Ｑ＝Ｖｇ×π×（Ｄ／２）２        …（２）
【００２５】
ここで、Ｖｇは排気口での冷却ガス流速（ｍ／ｓ）、Ｄは外管の外径（ｍ）である。
【００２６】
又、流体のエネルギ保存則より、排気口での冷却ガス流速Ｖｇは、次式により導かれる。
【００２７】
Ｖｇ＝√（２ｇＨ）                …（３）
【００２８】
ここで、ｇは重力加速度＝９．８ｍ／ｓ２、Ｈは２重管の外気吸い込み口と排気口  の高低差（ｍ）である。
【００２９】
この（３）式を（２）式に代入すると、次式が得られる。
【００３０】
Ｑ＝√（２ｇＨ）×π×（Ｄ／２）２        …（４）
【００３１】
この（４）式より、冷却ガス流量Ｑは、外管の外径Ｄの２乗に比例し、又、２重管の外気吸い込み口と排気口の高低差Ｈの平方根に比例することが分かる。
【００３２】
図５は、横軸にパラメータとしてＤ２×√（Ｈ）をとり、縦軸に冷却ガス流量Ｑ（Ｎｍ３／ｓ）をとって実測データを整理したものである。これより、必要冷却ガス量Ｑ＝３．０×１０−３（Ｎｍ３／ｓ）以上を満足するためには、Ｄ２×√（Ｈ）≧２．２×１０−３が必要であるといえる。即ち、実操業上、炉温は５００℃から９００℃であり、この温度範囲であれば、ガス流量は上記の値で十分であることがわかっている。従って、Ｄ２×√（Ｈ）≧２×１０−３であれば、実操業上は十分な冷却効果が得られる。
【００３３】
一方、図６は、冷却ガス流量Ｑ（Ｎｍ３／ｓ）と２重管の外気吸い込み口と排気口の高低差Ｈ（ｍｍ）の関係を表わしているが、高低差が１５０ｍｍ未満では、２重管の径との高低差がほぼ同じレベルになるため、冷却ガスが流れ難いことが分かった。よって、２重管の外気吸い込み口と排気口の高低差Ｈは１５０ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００３４】
又、２重管の外管の外径が小さいと、輻射熱によるクリープ変形が起こり易くなる。これまでに操業実績より、直径６０ｍｍ以上の外径が好ましい。
【００３５】
又、２重管の外管と内管の外径比は２．０以上且つ４．０以下、外管の材質は、Ｃｒ含有量が重量比１８％以上、且つＮｉ含有量が重量比８％以上のステンレス鋼であることが好ましく、例えば、ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌなどである。設置にあたっては、２重管の外気吸い込み口を、炉壁から１００ｍｍ以上離すことが好ましい。
【００３６】
更に、炉内のロール径が輻射熱遮蔽装置の２重管径に比べて数倍大きい場合には、１本の２重管からなる輻射熱遮蔽装置では、加熱源からロール表面への輻射を十分に遮蔽することが困難となる。この場合には、図７に示す第２実施形態のように、２重管２０を、炉内の上部に位置するロールの直下又は炉内の下部に位置するロールの直上に、水平方向に複数個を配列したり、あるいは、図８に示す第３実施形態のように、２重管２０を支持管として、この支持管に遮蔽板３０を装着する方法が効果的である。
【００３７】
【実施例】
実機テストで得られた結果を基礎として、図１に示す２重管をＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼で製作した。この２重管の外管外径Ｄは１１４．３ｍｍ、外管内径は９７．１ｍｍ、内管外径は４８．０ｍｍ、内管内径は４１．２ｍｍ、又、２重管の外気吸い込み口と排気口の高低差Ｈは２００ｍｍである。この２重管を有する輻射熱遮蔽装置を取り付け、約２年にわたり実機確認を行った。その結果を、図９（蛇行発生件数）及び図１０（輻射熱遮蔽装置の取換頻度）に示す。図９から明らかな如く、蛇行発生件数は、平板や冷却管を用いた従来型の輻射熱遮蔽装置に比べて、約１／３に減少している。又、図１０から明らかな如く、外気による煙突効果を効果的に利用した冷却作用により、従来型の装置に比べて、寿命が大幅に延びている。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、外気による煙突効果を効果的に利用して、安価で且つ蛇行抑制効果と長寿命化を兼ね備えた輻射熱遮蔽装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る輻射熱遮蔽装置の第１実施形態で用いられる２重管の構成を示す縦断面図
【図２】平板を用いた従来例及び単純な冷却管を用いた比較例と、本発明による冷却管を用いた場合の配置を比較して示す側面図及び正面図
【図３】本発明の原理を説明するための、冷却ガス流量と２重管の外管又は平板の表面温度の関係を比較して示す線図
【図４】同じく、冷却ガス流量及びロール板幅方向の温度差と蛇行発生の有無の関係を示す線図
【図５】同じく、外管の外径の２乗と高低差の平方根の積と冷却ガス流量の関係の例を示す線図
【図６】同じく、高低差と冷却ガス流量の関係の例を示す線図
【図７】本発明の第２実施形態の構成を示す側面図
【図８】同じく第３実施形態の構成を示す側面図
【図９】平板を用いた従来例及び冷却管を用いた比較例と、本発明における蛇行発生件数を比較して示す線図
【図１０】同じく、輻射熱遮蔽装置の取換頻度を比較して示す線図
【図１１】凸状のロールクラウンを有する炉内ロールを示す正面図
【図１２】サーマルクラウンのため凹状のクラウンとなった炉内ロールにより鋼帯を搬送している状態を示す正面図
【符号の説明】
１０…鋼帯
１２…炉内ロール
１４…加熱源（ラジアントチューブ）
２０…冷却管
２２…内管
２３…外気吸い込み口
２４…外管
２５…排気口
３０…遮蔽板
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003596371.tif 000011
【図１１】
0003596371.tif 000012
【図１２】
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