(57)【要約】【課題】  横型連続熱処理炉のハースロールへのスケール巻き付きを防止する。【解決手段】  ハースロール５ａ，５ｂと、ハースロール５ａ，５ｂの上下方に配置されたラジアントチューブ３を有する間接加熱帯２を備えた横型連続熱処理炉である。ハースロールのうちの非水冷ハースロール５ｂと下方のラジアントチューブ２の間に、このラジアントチューブ３からの輻射熱を遮る防熱壁１１を設置する。非水冷ハースロール５ｂの下方には、該ハースロール５ｂの表面に、冷却用の還元性ガスを吹き付けるガスノズル１２を備える。間接加熱帯２を搬送中に、下方のラジアントチューブ３からの、非水冷ハースロール５ｂへの輻射熱を遮りつつ、非水冷ハースロール５ｂの表面に、冷却用の還元性ガスを吹き付けながら、間接加熱する。【効果】  炉内や金属帯に大きな熱損失を与えずに、間接加熱帯でのハースロールへのスケール巻き付きを防止できる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平に配置された多数のハースロール上を搬送する過程で連続的に熱処理を施す金属帯の連続熱処理方法において、
搬送ラインの上下方にラジアントチューブが配置された間接加熱帯を搬送中に、
前記下方に配置されたラジアントチューブからの、非水冷ハースロールへの輻射熱を遮りながら、間接加熱することを特徴とする金属帯の連続熱処理方法。
【請求項２】
水平に配置された多数のハースロール上を搬送する過程で連続的に熱処理を施す金属帯の連続熱処理方法において、
搬送ラインの上下方にラジアントチューブが配置された間接加熱帯を搬送中に、
非水冷ハースロールの表面に、冷却用の非酸化性または還元性のガスを吹き付けながら、間接加熱することを特徴とする金属帯の連続熱処理方法。
【請求項３】
水平に配置された多数のハースロール上を搬送する過程で連続的に熱処理を施す金属帯の連続熱処理方法において、
搬送ラインの上下方にラジアントチューブが配置された間接加熱帯を搬送中に、
前記下方に配置されたラジアントチューブからの、非水冷ハースロールへの輻射熱を遮りつつ、前記非水冷ハースロールの表面に、冷却用の非酸化性または還元性のガスを吹き付けながら、間接加熱することを特徴とする金属帯の連続熱処理方法。
【請求項４】
前記非水冷ハースロールの表面に吹き付ける、冷却用の非酸化性または還元性のガスが、間接加熱帯の雰囲気ガスであることを特徴とする請求項２又は３に記載の金属帯の連続熱処理方法。
【請求項５】
水平に配置された多数のハースロールと、これらハースロールの上下方に配置されたラジアントチューブを有する間接加熱帯を備えた横型連続熱処理炉において、
前記ハースロールのうちの非水冷ハースロールと下方に配置されたラジアントチューブの間に、このラジアントチューブからの輻射熱を遮る防熱手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の連続熱処理方法を実施する横型連続熱処理炉。
【請求項６】
水平に配置された多数のハースロールと、これらハースロールの上下方に配置されたラジアントチューブを有する間接加熱帯を備えた横型連続熱処理炉において、
前記ハースロールのうちの非水冷ハースロールの下方に、該ハースロールの表面に、冷却用の非酸化性または還元性のガスを吹き付けるガス吹き付け手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の連続熱処理方法を実施する横型連続熱処理炉。
【請求項７】
水平に配置された多数のハースロールと、これらハースロールの上下方に配置されたラジアントチューブを有する間接加熱帯を備えた横型連続熱処理炉において、
前記ハースロールのうちの非水冷ハースロールと下方に配置されたラジアントチューブの間には、このラジアントチューブからの輻射熱を遮る防熱手段を、
また、前記非水冷ハースロールの下方には、該ハースロールの表面に、冷却用の非酸化性または還元性のガスを吹き付けるガス吹き付け手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の連続熱処理方法を実施する横型連続熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続溶融めっき設備等に用いられる横型連続熱処理炉に設置されたハースロールへのスケールの巻き付きを防止しつつ熱処理する方法、および、この方法を実施する横型連続熱処理炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば連続溶融めっき設備に使用される連続焼鈍炉は、鋼板に所定の機械特性値を与えるために、鋼板を還元雰囲気中で加熱・冷却する設備であり、一般的に、垂直方向に通板する竪型炉と、水平方向に通板する横型炉の２つに分類できる。
【０００３】
このうち竪型炉は、上下に設置したハースロール間を垂直方向に通板させながら加熱・冷却するもので、短い設備長で長い焼鈍時間が得られるために、高い生産性を有する。このため、炉内での鋼板酸化が少ない全間接加熱式還元炉（オールラジアントチューブ式加熱炉）を採用することも可能である。さらに、鋼板が接触するハースロールも少ないので鋼板の表面品質も良く、主に自動車の外板や家電製品などの高い表面品質の鋼板の製造に用いられる。その反面、設備の高さが高くなるので、設備費や建屋の建設コストが増大する。
【０００４】
これに対して、横型炉は、炉体が水平に設置され、小径のハースロールを多数並べた上を通板させながら加熱・冷却するので、長い焼鈍時間を得ようとすると、設備長さが長大になる。従って、設備長さを短くしつつ所定の加熱能力を得るために、加熱能力の高い無酸化炉を前段に配置するケースが多い。また、水平に通板する関係で、鋼板がハースロールに接触する回数が多くなるので、鋼板の表面品質は竪型炉に比べると低下する傾向にある。しかしながら、ハースロールによる鋼板の曲げや曲げ戻しが無いので、板厚の厚い鋼板の焼鈍も可能となるため、建材用途などの製品を製造することが多い。また、設備も単純で建屋高さも低くできるので、設備コストは竪型炉に比べると大幅に減少する。
【０００５】
ところで、横型炉の加熱前段に設置される無酸化炉では、燃料と燃焼に必要な空気を混合したガスをバーナーで燃焼させて鋼板を５００〜７００℃程度に急速加熱する。その際、一般的には、前記燃料と空気の比（空燃比）を１．０以下にして不完全燃焼させることで、酸素が余らないようにして鋼板を極力酸化させないような操業方法が採られる。
【０００６】
しかしながら、実際にはわずかながら鋼板表面は酸化し、薄いスケールの層が形成される。このようなスケール層は、後段の間接加熱帯以降の窒素−水素雰囲気中で還元されるので、製品そのものの影響はないが、連続溶融亜鉛めっきラインでは、連続焼鈍炉後端に溶融めっき浴を配置して溶融めっきするため、酸化スケールの残存量が多くなるとめっきが密着せず問題となる。
【０００７】
また、前記スケールは、無酸化炉での鋼板温度が高くなるほど厚く生成されるが、生成したスケールは前記還元前にハースロールに巻き付いて鋼板に押し疵をつけたり、巻きついたスケールが剥がれて鋼板に再付着し、表面品質を著しく劣化させたりする。
【０００８】
このような状態で操業を継続することは不可能であるので、ハースロールを手入れするか交換しなくてはならなくなる。そのためには、ラインを停止し、炉を冷却した上で作業する必要があり、著しく生産性を阻害する。
【０００９】
従って、このような問題に対しては、ハースロールの内部を水冷し、熱収縮を利用してスケールが巻きつかないようにするか、巻き付いてもすぐに剥離するようにする技術が利用されている。
【００１０】
たとえば特許文献１では、主に水冷によりロールの表面温度を所定温度に制御する方法が開示されている。この特許文献１では、ビルドアップ形成領域である炉内雰囲気温度が８００℃以上になる加熱帯では、ロールの表面温度を７５０〜８００℃となるようにロール内部を通過する水量を調節することで目的を達成すると記載されている。さらに、ハースロールを２本並べて設置し、一方を使用している間、他方は待機状態とし、使用中のハースロールにスケールが巻き付く等の問題が生じた場合は、待機中のハースロールを使用する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平９−２４１７６２号公報
【００１１】
また、特許文献２や特許文献３では、スケールが巻き付かないような物質をコーティングするハースロール表面処理技術が開示されている。
【特許文献２】特公平８−１９５３５号公報
【特許文献３】特公平８−９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１で開示されたような水冷ロールは非常に効果が高く、まずハースロールにスケールが巻き付くことはない。しかしながら、ハースロールの表面温度を低下させるためには、大量の冷却水で内部を水冷する必要があるため、炉の冷却損失が膨大なものになり、経済的ではない。たとえハースロールの表面温度を制御したとしても、そのために水量調節弁や配管などの装置が必要になる。また、一方のハースロールを待機させる方法は、ハースロールとモーターの数が２倍必要になるため、設備的コストが嵩む上に、待機中のハースロールが熱で湾曲したり、傷まないように常時回転させるか冷却しておく必要があり、経済的ではない。
【００１３】
また、特許文献２や特許文献３で開示されたようなハースロールの表面処理は、発明者の試験によれば、炉温が低い状態では効果を有する表面処理も存在するが、表面処理だけでは、炉温が高くなると完全にスケールの巻き付きを防ぐことはできない。
【００１４】
本発明が解決しようとする問題点は、従来は、横型連続熱処理炉におけるハースロールへのスケールの巻き付き防止を、エネルギーロスを防止しつつ、簡単な設備で可能とするものはなかったという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の金属帯の連続熱処理方法は、
横型連続熱処理炉におけるハースロールへのスケールの巻き付き防止を、エネルギーロスを防止しつつ、簡単な設備で可能とするために、
水平に配置された多数のハースロール上を搬送する過程で連続的に熱処理を施す金属帯の連続熱処理方法において、
ハースロールの上下方にラジアントチューブが配置された間接加熱帯を搬送中に、
１）前記下方に配置されたラジアントチューブからの、非水冷ハースロールへの輻射熱を遮りながら、間接加熱すること、
２）非水冷ハースロールの表面に、冷却用の非酸化性または還元性のガスを吹き付けながら、間接加熱すること、
３）前記１と２の両者を実施すること、
の何れかを実施することを最も主要な特徴としている。
【００１６】
そして、本発明の金属帯の連続熱処理方法は、
水平に配置された多数のハースロールと、これらハースロールの上下方に配置されたラジアントチューブを有する間接加熱帯を備えた横型連続熱処理炉において、
１’）前記ハースロールのうちの非水冷ハースロールと下方に配置されたラジアントチューブの間に、このラジアントチューブからの輻射熱を遮る防熱手段を備える、
２’）前記ハースロールのうちの非水冷ハースロールの下方に、該ハースロールの表面に、冷却用の非酸化性または還元性のガスを吹き付けるガス吹き付け手段を備える、
３’）前記１’と２’の両者を備える、
横型連続熱処理炉によって実施できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、横型連続熱処理炉において、炉内や金属帯に対して大きな熱損失を与える水冷によるロール冷却の実施をできるだけ少なくして、間接加熱帯での、ハースロールへのスケールの巻き付きを効果的に防止でき、生産性の向上と品質低下の抑制を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、本発明成立に至るまでの過程とともに、添付図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明が対象とする横型連続熱処理炉の概略図であり、図１に示すように、無酸化炉１の後段に配置された間接加熱帯２には、ラジアントチューブ３と呼ばれる加熱装置が、例えば鋼板４の搬送ラインの上下方に設置されている。
【００１９】
このラジアントチューブ３では、チューブの内部でバーナーを燃焼させるため、燃焼ガスは炉内に流出せず、炉内の雰囲気は窒素・水素の還元雰囲気を保持することができる。そして、チューブからの輻射熱で例えば鋼板４と炉内部を加熱する。また、炉自体および炉内雰囲気も加熱されることで輻射熱を発生し鋼板４を加熱する。
【００２０】
このような間接加熱帯２の前段にある無酸化炉１では、鋼板４の表面は弱酸化されているため、間接加熱帯２内を移動する間に鋼板４は徐々に還元されていく。従って、間接加熱帯２の初期ゾーン２ａの鋼板４は、まだ還元が進んでいないことが多いので、初期ゾーン２ａに設置されたハースロール５ａは、第２，第３のゾーン２ｂ，２ｃに設置されたハースロール５ｂに比べて，スケールの巻き付きを起こし易い。
【００２１】
従って、間接加熱帯２の初期ゾーン２ａのハースロール５ａには、通常、水冷ロールが使用されており、このハースロール５ａには、表面処理をしなくても全くスケールの巻き付きは発生しない。
【００２２】
しかしながら、初期ゾーン２ａの後段の第２ゾーン２ｂや第３ゾーン２ｃでは、熱損失防止の観点から、非水冷で表面にセラミクス溶射を施したハースロール５ｂを使用しているので、炉温が高くなるほど、スケールの巻き付きによるトラブルが発生する。
【００２３】
そのため、従来は、下記表１に示すように、第２，第３のゾーン２ｂ，２ｃの炉温を低下することで対処するしか方法はなかった。なお、下記表１より明らかなように、同じ炉温でも、第３ゾーン２ｃより第２ゾーン２ｂの方がスケール巻き付きによるトラブルの発生は大きかった。
【００２４】
【表１】
2006307296.tif 000003
【００２５】
表１より明らかなように、炉温を低下させれば、スケール巻き付きによるトラブルの発生頻度は減少するが、炉温を低下させるということは，ラジアントチューブ３内のバーナーの点火時間を減少させるということ、すなわちバーナーが消火している時間が長くなっているということでもあるので、炉の加熱能力が低下し、生産性が下がる結果となる。
【００２６】
なお、表１において、スケール巻き付きによるトラブル発生なしの場合は、３カ月以上その効果を確認した。また、発生ありの場合は数日でトラブルが発生した。これは、後述する表２及び表４においても同様である。
【００２７】
表１の結果より、水冷ロールにはスケールの巻き付きによるトラブルが発生しないこと、炉温を低下させるとスケールの巻き付きが発生しにくくなることから、ハースロールの表面温度を低下させることが効果的であることが判明した。
【００２８】
そこで、発明者らは、第２，第３のゾーン２ｂ，２ｃでは、ラジアントチューブ３からハースロール５ｂへの輻射熱を遮ることで、この効果が得られるのではないかと推定した。そして、本発明が対象とする横型炉では、鋼板４を上下から挟むように設置されたラジアントチューブ３のうち、上方のラジアントチューブ３の輻射熱は鋼板４により遮られているので問題ではなく、ハースロール５ｂに直接照射することになる下方のラジアントチューブ３からの輻射熱が問題であると推定した。
【００２９】
以上の推定から、発明者らは、耐熱レンガで防熱壁１１を製作し、図２に示したように、下方のハースロール５ｂからの輻射熱を遮る位置に設置した。この防熱壁１１は、ハースロール５ｂに対するラジアントチューブ３からの輻射熱をより効果的に遮るために、防熱壁１１の直上は、図２に示したように、コの字形状を有するものとした。
【００３０】
コの字型の上端形状は、ハースロール５ｂの径方向に１００％、ハースロール５ｂを覆う形状のものが理想的ではあるが、それでは、通板する鋼板４が防熱壁１１に接触してスリ疵をつけることになる。発明者らの調査によれば、ロール径の１／６以上を覆う形状にすれば効果を発揮した。
【００３１】
また、防熱壁１１の材質は煉瓦で製造することが現実的であり、かつ、経済的ではあるが、セラッミックスや、耐熱鋳鋼で製造しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３２】
前記の防熱壁１１を設置することにより、ハースロール５ｂの温度は１００℃程度低下し、スケール巻き付きの少なかった第３ゾーン２ｃは、下記表２のように、炉温を上げてもスケール巻き付きによるトラブル発生はなくなった。しかしながら、防熱壁１１を設置しただけでは、スケール巻き付きによるトラブル発生がひどかった第２ゾーン２ｂでは、炉温を上げていくと、巻き付きは小さくなるものの、まだ皆無にはならなかった。
【００３３】
【表２】
2006307296.tif 000004
【００３４】
そこで、発明者らは、前記の防熱壁１１を取り払い、ハースロール５ｂの表面温度を低下させるために、図３に示すように、ハースロール５ｂの幅方向に窒素ガスを噴射するノズル１２を、下記表３に示した条件で多数取り付けたノズルヘッダ１３を、ハースロール５の上流側下方に２本取り付け，５０℃の窒素ガスを、単位幅当たり１６Nm3／m・hrの流量で吹き付けた。
【００３５】
【表３】
2006307296.tif 000005
【００３６】
その結果を下記表４に示すが、ハースロール５ｂの温度低下は５０℃程度で、防熱壁１１ほどの効果は得られなかったものの、第２ゾーン２ｂ、第３ゾーン２ｃとも、改善は認められた。
【００３７】
【表４】
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【００３８】
この発明者らの実験では、ノズル１２から噴射する窒素ガスは常温のものを使用したが、この場合、炉体に元々還元ガスとしてパージしている量から分岐し、分配したものを使用できるので、水冷による冷却の様に、炉温低下や熱損失を招くことはない。
【００３９】
以上の結果より、発明者らは、ハースロール５ｂの表面温度をより低下させるために、前述の防熱壁１１に加えて、ハースロール５ｂの幅方向に窒素ガスを噴射するノズル１２を多数設けたノズルヘッダ１３を、図４に示したように、防熱壁１１のコの字の内側に2本ずつ取り付けた。
【００４０】
その結果を下記表５に示すが、この場合にはハースロール５ｂの温度は１５０℃程度低下し、最大炉温である９５０℃で操業しても、第２ゾーン２ｂ、第３ゾーン２ｃとも、スケール巻き付きによるトラブルが発生しなかった。
【００４１】
【表５】
2006307296.tif 000007
【００４２】
本発明は、以上の発明者らの実験結果に基づいて成されたものである。
すなわち、本発明の横型連続熱処理炉は、例えば図４に示すように、横型連続熱処理炉の、第２，第３のゾーン２ｂ，２ｃのハースロール５ｂと下方に配置されたラジアントチューブ３の間に、このラジアントチューブ３からの輻射熱を遮る防熱壁１１を備えるとともに、前記ハースロール５ｂの下方に、ハースロール５ｂの表面に、冷却用の還元性ガスを吹き付けるノズル１２を取り付けたノズルヘッダ１３を備えたものである。
【００４３】
そして、本発明の連続熱処理方法は、前記本発明の横型連続熱処理炉を用いて、間接加熱帯２を搬送中に、下方のラジアントチューブ３からの、ハースロール５ｂへの輻射熱を遮りつつ、ハースロール５ｂの表面に、冷却用の還元性ガスを吹き付けながら、間接加熱するものである。
【００４４】
本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【００４５】
例えば、ハースロール５ｂに冷却ガスを噴射する場合、噴射するガスは窒素ガスのみならず、５〜７０％の水素ガスを含むものでも良い。また、ノズルヘッダ１３は２本以上設置することが望ましいが、１本でもある程度の効果を得ることはできる。また、冷却ガスの噴射は、前記例のようにノズルヘッダ１３にノズル１２を取り付ける構成が望ましいが、ノズルヘッダにスリットを設けたものでも良い。更に、噴射位置は鋼板の進行方向に対して、ロールの上流側に限らず、下流側でも良い等である。
【００４６】
また、防熱壁１１も、下方に配置されたラジアントチューブ３からハースロール５ｂへの輻射熱を遮れるものであれば、その形状や構造、設置位置は前記例に限らない。また、ハースロール５ｂは、耐熱鋳鋼で製造し、かつ、ロール表面にはセラミックス溶射等の表面処理をすることが望ましいが、表面処理しなくても、ある程度の効果を得ることができる。また、表面処理をしない場合は、ロール本体をセラミックスで製造しても良い等である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、連続溶融めっき設備に用いられる横型連続熱処理炉のみならず、同様のスケール巻き付きが発生する搬送ロールを有する横型連続熱処理炉であればどのようなものにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明が対象とする横型連続熱処理炉の概略図である。
【図２】本発明の横型連続熱処理炉の第１の例を説明する要部説明図で、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明の横型連続熱処理炉の第２の例を説明する要部説明図で、（ａ）は進行方向の上流側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の横型連続熱処理炉の第３の例を説明する側面から見た要部説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    無酸化炉
２    間接加熱帯
２ａ    初期ゾーン
２ｂ    第２のゾーン
２ｃ    第３のゾーン
３    ラジアントチューブ
４    鋼板
５ａ，５ｂ    ハースロール
１１    防熱壁
１２    ノズル
１３    ノズルヘッダ
【図１】
2006307296.tif 000008
【図２】
2006307296.tif 000009
【図３】
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【図４】
2006307296.tif 000011