(57)【要約】【課題】  表面に傷をつけることなく、流動層内で金属帯の方向を転換させることのできる金属帯の熱処理装置を提供すること。【解決手段】  金属帯が上下方向に通板される炉体と、前記炉体の内部に充填される流動粒子と、前記炉体の内部にガスを吹き込み、前記流動粒子を流動させるガス圧入装置と、炉体内での前記金属帯の進行方向を転換する方向転換装置と、を有する金属帯の熱処理装置。【選択図】図１
2018031076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属帯が上下方向に通板される炉体と、
前記炉体の内部に充填される流動粒子と、
前記炉体の内部にガスを吹き込み、前記流動粒子を流動させるガス噴出装置と、
炉体内での前記金属帯の進行方向を転換する方向転換装置と、を有する金属帯の熱処理装置。
【請求項２】
さらに、前記炉体の内部には、粒子の熱交換を行う熱交換器を有する請求項１に記載の金属帯の熱処理装置。
【請求項３】
前記方向転換装置は、金属帯の表面に接触せずに、金属帯の進行方向を転換可能である請求項１または２に記載の金属帯の熱処理装置。
【請求項４】
前記方向転換装置は、電磁力方式又はガス噴射方式の装置である請求項３に記載の金属帯の熱処理装置。
【請求項５】
前記方向転換装置は、前記炉体の内部に設けられる請求項３又は４に記載の金属帯の熱処理装置。
【請求項６】
前記炉体の後段に位置する搬送ロールと、前記炉体との間には、金属帯の表裏面に付着した流動粒子を除去する粒子除去装置を備えた請求項１から５までのいずれか一項に記載の金属帯の熱処理装置。
【請求項７】
前記粒子除去装置は、ワイプ式又はガス噴射式の装置である請求項６に記載の金属帯の熱処理装置。
【請求項８】
前記流動粒子は、粒径が１００μｍ以上の粒子を３０質量％以上含有する請求項１から７までのいずれか一項に記載の金属帯の熱処理装置。
【請求項９】
前記流動粒子は、最大粒子の粒径が４０００μｍ以下である請求項１から８までのいずれか一項に記載の金属帯の熱処理装置。
【請求項１０】
前記流動粒子の８０質量％以上は、最小粒径dと最大粒径Dとの比D/dが10以下である請求項１から９までのいずれか一項に記載の金属帯の熱処理装置。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか一項に記載の金属帯の熱処理装置を備えた、連続焼鈍設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝達効率に優れた金属帯の熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高張力鋼の需要が高まり、高張力鋼帯の製造割合が増加している。特に、Ｓｉ、Ｍｎ等の元素を添加することにより、強度及び加工に有利な高張力鋼帯を製造できる可能性が示されている。
【０００３】
高張力鋼帯を製造する際には、加工性を高めるために連続焼鈍が行われる。連続焼鈍プロセスでは、鋼帯（金属帯の一例である。）を高強度化するという観点から、加熱した鋼帯を急冷する処理が必要である。また、プレス成形性を向上させるという観点からは、冷却された鋼帯を再度加熱する焼戻し処理を行うことが必要となる。
【０００４】
連続焼鈍における鋼帯は、例えば、予熱帯で約１５０℃に予熱され、加熱帯で約８００℃に加熱され、急冷帯で５００℃まで急冷される。鋼帯の酸化を防止するために、炉内での加熱や冷却には、水を用いる方法ではなく、誘導加熱、バーナー、対流伝熱、放射伝熱等を用いた方法を利用するのが一般的である。
【０００５】
しかし、誘導加熱方式では、ソレノイド型のコイルを用いるとキュリー点超えの急速加熱が困難であるという問題がある。また、トランスバース型のコイルを用いると、キュリー点超えの加熱は可能であるが、幅が変動する広幅の金属帯の均一加熱に対する課題は多く、技術的なハードルの高さから投資コストが増大するといった課題がある。対流伝熱や放射伝熱を利用した方式では、ある程度まで伝熱効率を高めることは可能であるが限界があり、高速加熱、高速冷却を行うことが難しいという問題がある。また、対流伝熱において、ガス噴射速度を速くする或いはノズルを近接化する、といったことにより伝熱効率を向上させることができるが、金属帯が振動することや、金属帯とノズルとが接触すること等の課題が存在する。
【０００６】
これらの課題を解決するための方法として、流動層中に金属帯を通板して熱処理を行う方法が知られている。流動層では、炉体の内部に粒子を充填し、炉体の下部から上向きにガス等の流体を噴出させて内部の粒子を流動化させる。粒子が流動した炉体の内部に金属帯を通板することで、粒子と金属帯とを接触させながら熱交換を行うことができ、高い伝熱効率が実現される。流動層を用いた技術を開示した文献として、以下の特許文献１及び特許文献２が挙げられる。
【０００７】
特許文献１には、流動層内に金属帯を垂直に通板する方法が開示されている。しかし、垂直に通板する方法では、炉体の下方へ粒子が流出してしまうという問題がある。さらに、粒子が流出した場合には、炉体の下部に配置された搬送ロール等に粒子が噛み込まれ、金属帯の表面に押し傷が発生するという問題もある。
【０００８】
特許文献２には、流動層内に金属帯を水平に通板する方法が開示されている。金属帯を水平にする方法では、炉体下方への粒子の流出という問題は生じにくい。しかし、連続焼鈍炉は、通常上下方向に金属帯を通板する構造となっているので、金属帯を水平に通板しようとすると、コイルを転倒させたり、金属帯の搬送姿勢を変更したりといった手間や工夫が必要となる。また、水平に通板する方法では、金属帯の上面よりも上側の粒子が十分に攪拌・流動せず、金属帯の上面と下面とで伝熱効率が均一にならないという問題がある。さらに、金属帯を水平に通板する方法では、炉体を設置するために広大なスペースが必要であるという問題もある。
【０００９】
上記のように、従来知られている流動層に関する技術を金属帯の熱処理に用いることは現実的には難しい。
【００１０】
さらに、流動層を用いた技術を鋼帯の連続焼鈍工程に適用しようとすると、設備を省スペース化させるという目的や、長時間かつ確実に熱処理を施すという目的から、１つの炉内において金属帯をループさせる必要が生じる。しかし、流動層内で金属帯をループさせて、その進行方向を変えることは現実的には難しい。この理由としては、金属帯の方向転換を行うには、ロールに金属帯を巻き付けることが広く行われるが、流動層内部ではロールにおいて粒子の噛み込みが発生し、金属帯の表面に傷がついてしまうということが挙げられる。
【００１１】
一方、ロールを用いることなく、金属帯を非接触で支持、搬送する技術を開示した文献として、特許文献３及び４が挙げられる。特許文献３には、電磁力を用いて鋼帯を保持する方法が開示されており、特許文献４には、ベンドフローターと呼ばれる、ガス噴射により鋼帯を浮上搬送する方法が開示されている。
【００１２】
しかし、特許文献３及び４の技術はいずれも、あくまで気体中にて金属帯を通板するものであり、固液２相流或いは流動層に代表される固気２相流中で金属帯を通板することを前提とはしていない。さらに、流動層内において非接触で金属帯をループさせる技術は、従来知られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭５３−２６７１４号公報
【特許文献２】特開平０３−２７７７２５号公報
【特許文献３】特開平１１−１９９９９６号公報
【特許文献４】特開２００４−２７３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、表面に傷をつけることなく、流動層内で金属帯の方向を転換させることのできる金属帯の熱処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下の通りである。
［１］金属帯が上下方向に通板される炉体と、前記炉体の内部に充填される流動粒子と、前記炉体の内部にガスを吹き込み、前記流動粒子を流動させるガス噴出装置と、炉体内での前記金属帯の進行方向を転換する方向転換装置と、を有する金属帯の熱処理装置。
［２］さらに、前記炉体の内部には、粒子の熱交換を行う熱交換器を有する［１］に記載の金属帯の熱処理装置。
［３］前記方向転換装置は、金属帯の表面に接触せずに、金属帯の進行方向を転換可能である［１］または［２］に記載の金属帯の熱処理装置。
［４］前記方向転換装置は、電磁力方式又はガス噴射方式の装置である［３］に記載の金属帯の熱処理装置。
［５］前記方向転換装置は、前記炉体の内部に設けられる［３］又は［４］に記載の金属帯の熱処理装置。
［６］前記炉体の後段に位置する搬送ロールと、前記炉体との間には、金属帯の表裏面に付着した流動粒子を除去する粒子除去装置を備えた［１］から［５］までのいずれか一つに記載の金属帯の熱処理装置。
［７］前記粒子除去装置は、ワイプ式又はガス噴射式の装置である［６］に記載の金属帯の熱処理装置。
［８］前記流動粒子は、粒径が１００μｍ以上の粒子を３０質量％以上含有する［１］から［７］までのいずれか一つに記載の金属帯の熱処理装置。
［９］前記流動粒子は、最大粒子の粒径が４０００μｍ以下である［１］から［８］までのいずれか一つに記載の金属帯の熱処理装置。
［１０］前記流動粒子の８０質量％以上は、最小粒径dと最大粒径Dとの比D/dが10以下である［１］から［９］までのいずれか一つに記載の金属帯の熱処理装置。
［１１］［１］から［１０］までのいずれか一つに記載の金属帯の熱処理装置を備えた、連続焼鈍設備。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、表面に傷をつけることなく、流動層内で金属帯の方向を転換させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明に係る熱処理装置の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明に係る熱処理装置の他の一例を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明に係る熱処理装置の他の一例を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明に係る熱処理装置の他の一例を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明に係る熱処理装置の他の一例を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明に係る熱処理装置の他の一例を示す模式図である。
【図７】図７は、連続焼鈍設備を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明に係る熱処理装置の他の一例を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明に係る熱処理装置の他の一例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る熱処理装置の他の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず、図１を用いて、本発明の熱処理装置の一例について説明する。
【００１９】
図１の熱処理装置１は、炉体２と、流動粒子３と、炉体２の内部にガスを吹き込むガス噴出装置４と、図示しない方向転換装置と、を備える。また、熱処理装置１には、粒子除去装置５が設けられる。その他、炉体２の前段と後段とには、それぞれ金属帯８を通板するための搬送ロール６が設けられる。
【００２０】
炉体２の内部には、流動粒子（単に「粒子」と称することもある。）３が充填される。また、炉体２の底部にはガス噴出装置４が設けられる。ガス噴出装置４が炉体２の内部にガスを噴出させることによって、流動粒子３が吹き上げられて、炉体２の内部を流動粒子３が流動する。ガス噴出装置４を設ける位置は特に制限されないが、粒子３の流動性を高めるという観点からは炉体２の底部に設けることが好ましい。
【００２１】
ガス噴出装置４は、分散板４ａとガス圧力室４ｂとを備える。分散板４ａは、流動粒子３を通さない程度の微細なガス孔を備えた板状の部材である。分散板４ａは、ガス圧力室４ｂとその上部における粒子３が充填された炉体２の内部とを仕切る。ガス圧力室４ｂへガスを供給して内部の圧力を高めることで、ガスが分散板４ａのガス孔を通して流動層内へ供給される。
【００２２】
ガス噴出装置４によって噴出されるガスとしては、炉体２内を通板される金属帯の酸化を防止するために、不活性ガスを用いることが好ましい。また、炉体２の内部は、熱処理温度に合わせて、適宜、加熱・冷却の温度コントロールを行うことができる。
【００２３】
また、炉体２の後段には、粒子除去装置５が設けられる。粒子除去装置５は、炉体２の外部に出てきた金属帯８の表面に付着した粒子３を除去する。これにより、炉体２の後段に設けられた搬送ロール６において金属帯８に随伴した粒子３が噛み込まれて、金属帯８の表面に傷が発生することを防止できる。金属帯８における傷を防止するために、粒子除去装置５は、炉体２の後段に位置する搬送ロール６と炉体２との間、言い換えると炉体２の外部に搬出された金属帯８が最初に接触する搬送ロール６の前段に設けることが好ましい。
【００２４】
粒子除去装置５としては、ワイプ式の装置５ａと、ガス式の装置５ｂとを挙げることができる。ワイプ式の装置５ａでは、磨耗性に優れた断熱材によって形成されたシート状、繊維状、布状等のクリーニングパッドを、金属帯８の上下面に押し当てることで、表面に付着した粒子を除去することができる。クリーニングパッドの材質は特に制限されないが、耐熱性に優れたセラミックファイバーを用いることもできるし、昨今の厳格な環境規制に対応するという観点からは生体溶解性繊維（バイオ・ソルブル・ファイバー）を好適に使用することができる。
【００２５】
ガス式の装置５ｂでは、スリットノズルから金属帯８の表裏面に向けてガスを噴出させることで、付着した粒子３を掻き落とすことができる。スリットノズルの材質は特に限定されるものではないが、使用環境や温度等に応じて、鋼、ＳＵＳ、セラミックス、プラスチック、アルミニウム等を利用することができる。
【００２６】
図１の例では、ワイプ式の装置５ａとガス式の装置５ｂとの両方を記載しているが、実際には少なくともいずれか一方が設けられていればよい。
【００２７】
尚、図１において、炉体２の上部については図示を省略しているが、金属帯８が出入りする通板口以外は密閉されていればよい。
【００２８】
図１の例では、方向転換装置（図示せず）によって、金属帯８は炉体２の内部でループされ、その進行方向を変える。具体的に、炉体２の内部でＵ字状に金属帯８が方向を転換している。これにより、金属帯８は炉体２の内部において、入側では下方向に進行し、出側では上方向に進行する。
【００２９】
方向転換装置の一例として、炉体２の前段と後段とに設けられ、金属帯８に高い張力を付与する張力付与装置を挙げることができる。張力付与装置の具体例としては、ブライドルロールを挙げることができる。図１の例では、炉体２の前段と後段とにおいて金属帯８に高張力を加えることで、炉体２の内部で金属帯８を支持せずとも、金属帯８をＵ字型かつフリーループ状に垂らした状態のままで通板することができる。
【００３０】
一方で、炉体２の前段と後段とに張力付与装置を設けることは、張力付与装置の設置スペースが別途必要であるので、設備の制約上困難である場合がある。また、炉体２の内部で金属帯８を支持し張力を付与する機構が設けられていないので、通板が安定しないこともある。このような場合、炉体２の内部に方向転換装置を設けることまたはカテナリを形成し張力を付与しながら通板することが好ましい。
【００３１】
図９、１０は、本発明の熱処理装置の他の一例である。図９、１０を用いて、炉体２の内部でカテナリ方式により金属帯８の方向転換を行う方法について説明する。ロール間でカテナリを形成した金属帯８は自重で下方へ垂れ下がり、張力で上方へと引き上げられる。ただし自重で垂れ下がった金属帯８は流動層下部の分散板と接触し、擦り傷が発生してしまう。そのため金属帯８を支持する機構を設ける必要がある。図９の例では、ガス圧力による支持装置（方向転換装置）７ａを炉体２の内部を設けることで、金属帯を流動層下部に接触しないよう支持し、炉体２の内部でＵ字状に金属帯８が方向を転換し、金属帯が流動層下部の分散板と接触し擦り傷が発生するのを防止する。図１０の例では、電磁力による支持装置（方向転換装置）７ｃを炉体２の内部を設けることで、金属帯を流動層下部に接触しないよう支持し、炉体２の内部でＵ字状に金属帯８が方向を転換し、金属帯が流動層下部の分散板と接触し擦り傷が発生するのを防止する。
【００３２】
炉長を長くする場合、支持装置（方向転換装置）７ａ、７ｃを金属帯の長手方向に複数台設置することで金属帯を流動層下部に接触させることなく通板することが可能である。
【００３３】
流動層を安定的に流動させ金属帯の熱処理装置として運用するには、ある程度の流動層深さが必要となる。流動層内の粒子重鎮高さは200mm以上が好ましい。200mm未満では金属帯がわずかなカテナリを形成しただけで流動層下部と接触してしまうため、短い間隔で多くの支持装置（方向転換装置）を設置する必要がある。また分散板の抵抗値も小さくする必要があり開口部を大きくするなど、粒子詰まりや流出といった課題が発生する。粒子の重鎮深さが深い場合、通板は問題とはならない。しかし、分散板の抵抗値を大きくする必要があり強力なガス昇圧装置を必要とする。これらの理由および炉内メンテナンス等の実用性を考慮して流動層内の粒子重鎮高さは20m以内とすることが好ましい。より好ましくは400mm以上10m未満である。通板時の張力は0.1kg/mm2以上3 kg/mm2未満が好ましい。あまりに小さい張力であると蛇行抑制などの効果が十分に得られない。また高い張力の場合、カテナリの形成が不十分となり流動層深さを確保することが困難となる。より好ましくは0.2kg/mm2以上2 kg/mm2以下である。
【００３４】
縦型炉のように360°金属帯を方向転換する方式と比較し、カテナリを利用する場合、小さい浮上力（金属帯の自重を支える力のみ）で安定的な通板を行うことができるというメリットがある。
【００３５】
図２を用いて、炉体２の内部に方向転換装置を設ける例について説明する。
【００３６】
図２の例では、方向転換装置７の一例としてガス噴射方式の装置（フローター）が用いられる。フローターでは、金属帯８の幅方向に沿って長手状となるスリットが、金属帯８の長手方向に沿って複数設けられる。スリットから圧出されたガスの噴射圧によって、金属帯８はフローターの周囲を巻き付くように浮上支持され、フローターの周面に沿って金属帯８の進行方向が変えられる。フローターの形状は特に制限されず、例えば円筒状、半円筒状、或いは断面形状が円弧と直線とを組み合わせた形状であってもよい。また、フローターに設けられるスリットの形状、方向等は特に制限されず、例えば、フローターの周方向に沿ってスリットを螺旋状に設けたいわゆるヘリカルターナー形式のフローターを用いることもできる。
【００３７】
フローターによって噴出されるガスの圧力は、金属帯８と接触せずに方向転換させることができるのに十分な大きさであって、かつフローターから噴出されたガスによって押し出された粒子３が金属帯８の表面に激しく衝突して金属帯８表面に傷をつける事を防止できる程度の大きさに調節することが好ましい。
【００３８】
尚、図２では省略しているが、炉体２の後段に位置する搬送ロール６の直前に、粒子除去装置を設けることが好ましい。
【００３９】
次に、図３を用いて熱処理装置１の他の一例について説明する。図３の例では、電磁力方式の方向転換装置７を用いる。電磁力方式の方向転換装置７では、金属帯８の表面側と裏面側とに対になる電磁コイルを配置し、電磁力によって非接触の条件下で金属帯８の方向を変えることができる。図３の例では、曲げ部、入側部、出側部の３箇所にそれぞれ対となる電磁コイルを設けているが、金属帯８をＵターンさせることができる限りにおいて電磁コイルの数は特に制限されない。
【００４０】
図４では、金属帯８が炉体２を通過する間に、３回進行方向を変化させている。入側から見て１つ目の方向転換装置７ａと、３つ目の方向転換装置７ｃは、炉体２の内部に設けられる。一方で、２つ目の方向転換装置７ｂは炉体２の外部に設けられているが、方向転換装置７ａ、７ｃと同様に、炉体の内部に設けることもできる。方向転換装置７ａ〜７ｃは、いずれも前述したフローターを使用している。フローターは、非接触で金属帯８の方向を変えることができるので、方向転換時に流体粒子３が噛み込まれて金属帯８の表面に傷が発生することは防止される。よって、炉体２の外部において金属帯８の方向を転換する方向転換装置７ｂの前段に、粒子除去装置を設けなくともよい。
【００４１】
このように、炉体２を通過する間に金属帯８が複数回ターンするようにすると、炉体２内部に位置する金属帯８の長さを大きくとることができる。これにより、設備をより省スペース化できるとともに、十分な時間の熱処理を行うことができる。尚、１つの炉体２における金属帯８のターン回数は特に制限されず、３回以上とすることもできる。
【００４２】
次に、図５の例について説明する。
【００４３】
図５の例では、前述した図４の例と異なり、方向転換装置７ａ及び７ｃが炉体２の外部に設けられるとともに、方向転換装置７ｂとしては金属帯８が巻き付くロールを用いた接触式の装置を用いる。
【００４４】
また図５の例では、ガス圧力室４ｂにおいて、シール板９が設けられる。シール板９は、ガス圧力室４ｂの内部や、粒子３が充填された炉体２の内部（流動層）からシールされ、かつ内側に金属帯８を通板する空間である、金属帯の通過室を形成する
炉体２の内部において、第２の方向転換装置７ｂによって方向を転換する前の金属帯８と転換した後の金属帯８との間には、隔壁１０が設けられる。隔壁１０は、炉体２の内部を２つに区分けする。隔壁１０を設けることにより、区分けされた２つの領域で、それぞれ異なった条件で熱処理を行うことができる。例えば、隔壁１０を挟んで入側の領域と出側の領域とで、それぞれ温度条件を変えること、及び流動粒子３の粒径や充填密度等を変更することもできる。これにより、１つの炉体２を用いて、複数の条件で熱処理を行うことができるようになり、複雑な材質の作り込みが可能となる。
【００４５】
前述したように、図５において、炉体２の上部にある方向転換装置７ｂとしては、金属帯８に接触するロール式の装置を用いている。また、炉体２の外部であって方向転換装置７ｂの前段には、粒子除去装置５が設けられている。一方で、炉体の下部にある方向転換装置７ａ及び７ｃは、それぞれガス噴射方式及び電磁力方式である非接触型の方向転換装置を用いている。このように、炉体２の下方（かつ外部）に設けた方向転換装置では、非接触型の装置を用いることが好ましい。流動粒子３は、重力により下方へと落下しやすいので、炉体２の下方（かつ外部）に粒子除去装置５と接触型の方向転換装置（ロール）との組み合わせを設けたのでは、金属帯８の表面に傷をつけてしまう可能性があるが、非接触型の方向転換装置を用いることでこのような問題を確実に防止することができる。
【００４６】
前述した図２〜４のように炉体の内部に方向転換装置を設ける例では、方向転換装置の保守・点検の際に粒子が外部へと流出しないように適切な処理を施す必要があり、メンテナンスコストがかかってしまう。一方で、図５のように炉体の外部に方向転換装置を設けると、方向転換装置の保守・点検を容易に行うことができるという効果を奏する。
【００４７】
図６では、図５の例と異なり、炉体２の上部に設けられた第２の方向転換装置７ｂとして、非接触型の装置を用いる。このように、炉体２の上部においても非接触型の方向転換装置を用いることによって、方向転換時に金属帯８の表面に傷が発生することをより確実に防止することができる。
【００４８】
図２〜６の例では、金属帯が１つの炉体２を通過する間に、方向転換装置を用いた金属帯のターンを行っているので、図１の例のように炉体２の前段又は後段に別途張力調整装置を設ける必要がない。これにより、周辺設備を省スペース化できる。また、炉体２を通過する間に方向転換装置を用いて金属帯へ張力を付与することができるので、通板を安定化させることもできる。
【００４９】
尚、炉体からの粒子の落下・流出を防止するという観点からは、図１〜６のように、炉体の上部から金属帯を導入し、かつ炉体の上部へと金属帯を導出することが好ましい。
【００５０】
広幅の金属帯が高速で連続して走行する炉内２では、粒子から金属帯へ移動する熱量も相当なものになる。例えば、加熱の場合、金属帯から粒子への熱交換が大きく金属帯周りの粒子温度が低下し、炉体壁周辺の粒子温度が高い状態となり粒子の温度分布が不均一になる。その結果、粒子流動状態においても温度ムラが発生し均一な加熱が困難となる場合がある。冷却の場合も同様に温度ムラが発生する場合がある。そのため粒子の熱交換を炉壁以外でも効率よく行えるようにするため、図8に示すような高温または低温保持が可能となるよう熱交換を行う加熱・冷却用の熱交換器を炉内に備えることが好ましい。
【００５１】
熱交換器の形状としては、粒子の流動を妨げないように細い形状が好ましい。また、粒子との熱交換を効率よく行えるよう表面積を大きくとることが好ましい。例えば、細いパイプ状の管や板状の熱交換器を複数本槽内に配置することで熱交換を行う面積を広くすることができる。または多数のフィンを設けたような構造の熱交換器も有効である。熱交換器で熱交換を行う媒体は、輸送が容易な気体や液体など流体を好適に使用することができる。また加熱の場合、通電加熱や誘導加熱、バーナー等を用いて金属を加熱するなど発熱体として用いても良い。
【００５２】
粒子３には、一定の質量があり、磨耗性に優れ、高温で安定な材質を用いることができる。例えば、一般に入手可能なアルミナ粉、ジルコニア粉、酸化イットリウム粉、及びこれらの化合物、混合物等を利用することができる。
【００５３】
本発明で通板される金属帯としては、鋼帯が特に好ましい。鋼帯の成分組成は特に制限されないが、Ｓｉを０．３質量％以上又はＭｎを０．３質量％以上含有する高張力鋼板であってもよい。Ｓｉ、Ｍｎは、機械的な特性を改善するのに有効な重要成分であるが、酸化されやすいので、鋼帯の表層にＳｉ、Ｍｎの酸化物が濃化しやすい傾向にある。鋼板表層のＳｉ、Ｍｎ酸化物は、鋼帯と接触するロールに付着し、鋼帯表面への押し傷、欠陥等の原因となる。また、Ｓｉ、Ｍｎの表面における濃化は、鋼板の濡れ性を悪化させるので、表面処理時にメッキ不良等を引き起こす。よって、鋼帯製造において、表面欠陥を防止するためには、Ｓｉ、Ｍｎの表層における濃化の抑制が重要である。
【００５４】
炉体内で粒子が流動し、金属帯の表面に接触することで、粒子を介して高い熱伝達率が実現される。さらに本発明者らの検討によると、金属帯と粒子との接触により、金属帯の表面を洗浄、活性化、及び研磨し、金属帯の表面を改質できることが見出された。粒子を流動させた流動層内で鋼帯を熱処理すると、鋼帯表面の研磨量は非常に僅かであるが、表層のＳｉ、Ｍｎ等の濃化量が減少し、これら易酸化性元素の表層濃化を抑制する効果のあることが見出された。また、Ｓｉ、Ｍｎに加えて、ＡｌやＢ等のその他の易酸化性元素の表層における濃化の特性にも同様の効果があることが見出された。
【００５５】
これら、流動粒子による鋼帯表面の洗浄（研磨）効果を十分に引き出すためには、使用する粒子の粒径分布として、粒径が１００μｍ以上の粒子を３０質量％以上含むようにすることが好ましい。１００μｍ以上の粒径を備えた粒子が少ないと、鋼帯表面の研磨効果が不十分となり、易酸化性元素の表面濃化を抑制する効果が十分には得られない。
【００５６】
粒子の粒径が大きくなると鋼帯表面の研磨効果が上昇する一方で、粒子を流動させるために必要なガス流量が大きくなるという問題がある。よって、最大粒子の粒径は１００００μｍ以下、好ましくは５０００μｍ以下とするのがよい。さらに、流動時において金属帯８の表面に微小な傷が発生することを防止するという観点からは、最大粒子の粒径を４０００μｍ以下とすることが好ましい。
【００５７】
粒子の粒径範囲として、80質量%以上の粒子の最小粒径dと最大粒径Dとの比をD/d≦10とすることが好ましい。更に好ましくはD/d≦5である。粒子の単位体積当たりの接触頻度は粒径により異なる。粒径Dのみと粒径dのみの流動層における接触頻度は幾何学的に(D/d)2倍異なる。粒子の接触力も同様に(d/D)2倍異なる。粒径の大きい方が接触頻度は小さいが、接触力は大きくなり単一粒子の流動化という意味では大きなエネルギーを必要とする。そのため粒径分布の差があまりに大きいと最適な流動状態（ガス投入量、圧力）を確保することが困難となる。つまりは流動化が均一に起こらず温度ムラが問題となるため、質量あたりに大部分を占める粒子の粒径分布はある範囲に収める必要がある。なお、最小粒径dの下限については、流動性を良好とするためには、70μm以上が好ましい。
【００５８】
なお、粒子の粒径は、２軸平均径を採用することができ、顕微鏡を用いて測定することができる。
【００５９】
次に、本発明に係る熱処理装置を特に好適に用いることのできる、連続焼鈍装置について説明する。
【００６０】
図７のように、連続焼鈍装置２１では、入側から順に、加熱帯２２、均熱帯２３、冷却帯２４、及び過時効帯２５が設けられる。加熱帯２２及び均熱帯２３では、水素、窒素等またはこれらの混合ガスからなる雰囲気下で約８００℃まで加熱、保熱処理される。冷却帯２４では、約５００℃程度まで急冷された後、焼き戻し処理を行う。尚、図示していないが、加熱帯２２の前段には、鋼帯を１５０℃程度まで予熱する予熱帯が別に設けられていてもよい。
【００６１】
連続焼鈍設備２１の予熱帯、加熱帯２２、均熱帯２３、冷却帯２４、及び過時効帯２５のいずれにも、本発明の熱処理装置を適用することができる。この際、各帯の一部に本発明の熱処理装置を適用することができ、具体的には、各帯の１〜５パス程度のみ本発明の熱処理装置を適用することができる。尚、１パスとは、各帯において鋼帯が方向転換を行ってから次の方向転換をするまでの間のことをいう。各帯の一部に本発明の熱処理装置を適用する場合には、残りのパスには、従来通りの加熱法（例えばラジアントチューブ炉を用いた加熱法）を適用することができる。
【００６２】
連続焼鈍設備２１において、なかでも、加熱帯２２及び冷却帯２４のいずれかに本発明の熱処理装置を適用することが特に好ましい。加熱帯２２及び冷却帯２４では、急速加熱及び急速冷却を行うことが望まれるが、流動層型の熱処理装置を用いることによって、均一かつ高速に金属帯を加熱・冷却することが可能となる。
【実施例】
【００６３】
図７に示す連続焼鈍設備を模擬した連続焼鈍シミュレーター装置を用いて、板厚０．４ｍｍ、板幅１２０ｍｍの鋼板コイルについて連続焼鈍を行った。加熱帯の炉内温度を８００℃とし、冷却帯の炉内温度を４７０℃とした。本発明に係る流動粒子を用いた熱処理装置は冷却帯に設置した。また、炉内の雰囲気ガスは、体積％で水素３％、窒素９７％、露点は−３０℃とした。メッキ性評価に使用した鋼板のＳｉ、Ｍｎ成分組成は、質量％でＳｉが０．３％、Ｍｎが０．８％であった。流動層内の粒子としては、アルミナ粉を用いた。分散板としては、セラミックの多孔質焼結体を加工したものを使用した。尚、冷却帯内部の通板は、図１に示すフリーループ方式とした。また、冷却帯に用いた炉体の断面形状は、フリーループ方式において幅が３００ｍｍ×６００ｍｍで粒子の重鎮高さ５ｍとした。熱交換器は外径Φ５０ｍｍの金属製パイプをＵ字に加工したものを2本流動層内に差し込み、内部に冷却した炉内雰囲気ガスを流すことにより流動層内粒子の冷却を行った。流動層内の粒子温度ムラの測定は、流動層高さ2.5ｍ、5.0ｍ地点に設置した熱電対により行った。10分間の測定で、30秒間の平均温度を測定し20点データとして、2地点の最大温度差を粒子温度ムラとして記録した。
【００６４】
以下の表１の本発明例１、１１に示す条件で、ライン速度３０〜１５０ｍ／ｍｉｎで鋼帯を通板、熱処理し、通板性及び粒子の流動性に関する検証を行った。通板性の評価は、鋼帯の表面における擦り傷等の発生の有無を確認することにより行い、表１の備考の欄に結果を記載した。粒子の流動性の評価は、実験前に炉温を上昇させずに大気温条件下でライン速度を変更しながら、流動層の上部から直接目視により粒子が流動していることを確認することにより行った。表１に示す結果の通り、粒子の流動性は良好であったので、粒子を用いた流動層内での熱処理時には高い熱伝達特性が得られたと判断した。
【００６５】
次に、表１の本発明例２〜１０、１２〜２０及び比較例１のように、ライン速度６０ｍ／ｍｉｎで流動層内を通板し、その後、溶融亜鉛浴への浸漬によって溶融亜鉛メッキを施した。亜鉛メッキ浴の温度は４７０℃とした。メッキ性を評価した結果を表１に示す。
【００６６】
１００μｍ以上の粒子割合が３０質量％以上となる例（本発明例２〜８）では、メッキ性が良好であった。本発明例９、１０、１９、２２では、不良が発生した。尚、最大粒径が４０００μｍを超える粒子を含む例（本発明例８）においては、マイクロスコープで表面を拡大すると微小な傷が確認された。
【００６７】
また熱交換器を使用した流動層（本発明例１１〜２０では、粒子温度ムラを低減できる効果が確認された。
【００６８】
比較例として、流動層下部の鋼帯方向転換を接触方式（ロール搬送）で行った条件では、ロール−鋼帯間へ粒子が噛み込み、鋼帯表面に押し傷、擦り傷が発生した。一方で、本発明例１〜２０では、流動層による高い熱処理特性を実現するとともに、押し傷による板変形や擦り傷の発生を防止することができた。
【００６９】
【表１】
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【００７０】
また、粒子径分布の検証を行った結果を表２に示す。質量％で80％以上の粒子が最小粒径ｄと最大粒径Ｄの比D/dで10倍以内に収まっている場合に、投入ガス量を変化させることで最適な流動状態が得られた。範囲を外れる場合の流動状態は僅かにムラが認められ良好ではなかった。
【００７１】
【表２】
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【符号の説明】
【００７２】
１          熱処理装置
２          炉体
３          流動粒子
４          ガス噴出装置
４ａ      分散板
４ｂ      ガス圧力室
５          粒子除去装置
５ａ      ワイプ式の装置
５ｂ      ガス式の装置
６          搬送ロール
７          方向転換装置
７ａ      方向転換装置
７ｂ      方向転換装置
７ｃ      方向転換装置
８          金属帯
９          シール板
１０        隔壁
１１        熱交換器
２１        連続焼鈍設備
２２        加熱帯
２３        均熱帯
２４        冷却帯
２５        過時効帯
【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】
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