(57)【要約】【課題】炉内の露点制御性を向上し、脱炭反応を精度よく制御できる竪型連続焼鈍炉及び焼鈍方法を提供する。【解決手段】本発明に係る竪型連続焼鈍炉は、複数のトップロール及び複数のボトムロール間に鋼板を上下方向に蛇行するよう架け渡し、鋼板を特定の水平方向に搬送しつつ熱処理するよう構成される竪型連続焼鈍炉であって、内部を上記特定水平方向に沿って複数の区画に分割し、上記鋼板と対向するよう炉内に流通される雰囲気ガスが上下に蛇行するよう開口を有する１又は複数の仕切板と、上記複数の区画毎に配設される複数の露点測定器と、上記複数の区画の露点を調整するため高露点ガス（水蒸気含む）を吹き込む機構と、上記雰囲気ガスの組成から算出される必要水蒸気量並びに上記露点測定器による露点の履歴及び上記鋼板の温度により予測される脱炭反応による消費水蒸気量に基づき、上記吹込機構の高露点ガス吹込量を制御する機構とを備える。【選択図】図１
2019173144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に配設される複数のトップロール及び複数のボトムロールを備え、これらの複数のトップロール及び複数のボトムロール間に帯状の鋼板を上下方向に蛇行するよう架け渡し、この鋼板を特定の水平方向に搬送しつつ熱処理するよう構成される竪型連続焼鈍炉であって、
内部を上記特定水平方向に沿って複数の区画に分割し、上記鋼板と対向するよう炉内に流通される雰囲気ガスが上下に蛇行するよう開口を有する１又は複数の仕切板と、
上記複数の区画毎に配設される複数の露点測定器と、
上記複数の区画の露点を調整するため高露点ガス（水蒸気含む）を吹き込む機構と、
上記雰囲気ガスの組成から算出される必要水蒸気量並びに上記露点測定器による露点の履歴及び上記鋼板の温度により予測される脱炭反応による消費水蒸気量に基づき、上記吹込機構の高露点ガス吹込量を制御する機構と
を備える竪型連続焼鈍炉。
【請求項２】
通板方向上流側の区画の露点が通板方向下流側の区画の露点よりも高い請求項１に記載の竪型連続焼鈍炉。
【請求項３】
上記仕切板の位置における鉛直方向炉断面の炉内面積に対する上記仕切板の開口の面積比が１／１０以上１／４以下である請求項１又は請求項２に記載の竪型連続焼鈍炉。
【請求項４】
内部に配設される複数のトップロール及び複数のボトムロールを備え、これらの複数のトップロール及び複数のボトムロール間に帯状の鋼板を上下方向に蛇行するよう架け渡し、この鋼板を特定の水平方向に搬送しつつ熱処理するよう構成され、炉内に流通される雰囲気ガスが上下に蛇行するよう開口を有する１又は複数の仕切板により内部を上記特定水平方向に沿って複数の区画に分割する竪型連続焼鈍炉を用いた焼鈍方法であって、
上記雰囲気ガスの組成から必要水蒸気量を算出する工程と、
上記１又は複数の区画の露点の履歴及び上記鋼板の温度から脱炭反応による消費水蒸気量を予測する工程と、
上記必要水蒸気量及び上記消費水蒸気量により上記１又は複数の区画の高露点ガス吹込量を制御する工程と
を備える焼鈍方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、竪型連続焼鈍炉及び焼鈍方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板中の炭素分を除去して所望の品質を得る上で、炉内の雰囲気ガス中に水蒸気を含ませるとともに、その湿度を適当な値に管理する露点制御は重要である。
【０００３】
露点制御方法としては、例えば鋼板を焼鈍する熱処理中に加熱炉に非酸化性ガスを連続して供給し、加熱炉内の露点を低下させる方法が提案されている（特開平９−２５６０７４号公報参照）。この公報に記載の方法では、加熱炉内の雰囲気の露点を測定し、この露点が目標範囲内となるよう非酸化性ガスの供給量を調節する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２５６０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、炉内には露点分布や酸素濃度分布があり、測定値に基づいて制御しても、測定点の代表性や、応答遅れなどがあり、炉内の露点温度が均一にならないおそれがある。特に竪型炉の場合、炉内に循環流れがあるために、炉内の露点分布を調整することがより困難となる。
【０００６】
また、焼鈍炉における脱炭反応の制御の場合、低露点雰囲気下の炉内では水蒸気分圧が低く、炉内の雰囲気の調整が難しく、脱炭反応の制御はより困難となる。そのため、鋼板の組成の違いや板厚により、通板速度に大きな変化が生じた場合、脱炭反応を精度よく制御できないおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、炉内の露点制御性を向上し、脱炭反応を精度よく制御できる鋼板の焼鈍方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、焼鈍炉における脱炭反応で消費される水蒸気量を検討した結果、炉内の雰囲気ガスの露点を調整するために投入する水蒸気量は、脱炭反応で消費される水蒸気量を考慮することが必要であることを知見した。
【０００９】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、内部に配設される複数のトップロール及び複数のボトムロールを備え、これらの複数のトップロール及び複数のボトムロール間に帯状の鋼板を上下方向に蛇行するよう架け渡し、この鋼板を特定の水平方向に搬送しつつ熱処理するよう構成される竪型連続焼鈍炉であって、内部を上記特定水平方向に沿って複数の区画に分割し、上記鋼板と対向するよう炉内に流通される雰囲気ガスが上下に蛇行するよう開口を有する１又は複数の仕切板と、上記複数の区画毎に配設される複数の露点測定器と、上記複数の区画の露点を調整するため高露点ガス（水蒸気含む）を吹き込む機構と、上記雰囲気ガスの組成から算出される必要水蒸気量並びに上記露点測定器による露点の履歴及び上記鋼板の温度により予測される脱炭反応による消費水蒸気量に基づき、上記吹込機構の高露点ガス吹込量を制御する機構とを備える竪型連続焼鈍炉である。
【００１０】
当該竪型連続焼鈍炉は、内部を上記特定水平方向に沿って複数の区画に分割し、上記鋼板と対向するよう炉内に流通される雰囲気ガスが上下に蛇行するよう開口を有する１又は複数の仕切板を備えることで、炉内の雰囲気ガスの循環性を向上できる。また、雰囲気ガスの組成から算出される必要水蒸気量並びに上記露点測定器による露点の履歴及び上記鋼板の温度により予測される脱炭反応による消費水蒸気量に基づき、吹込機構の高露点ガス吹込量を制御する機構を備えることにより、炉内の露点を精度よく上昇できるので、炉内の露点制御性を向上し、脱炭反応を精度よく制御でき、その結果、曲げ性等の鋼板の所望の品質を得ることができる。
【００１１】
通板方向上流側の区画の露点が通板方向下流側の区画の露点よりも高いとよい。通板方向上流側の区画の露点が通板方向下流側の区画の露点よりも高いことで、通板方向下流側の区画（後段）で消費された水蒸気を通板方向上流側の区画（前段）で補填できるので、炉内の露点の制御性を向上できる。
【００１２】
上記仕切板の位置における鉛直方向炉断面の炉内面積に対する上記仕切板の開口の面積比が１／１０以上１／４以下が好ましい。上記仕切板の開口の面積比が上記範囲であることで、雰囲気ガスの流量を良好な範囲に維持し、炉内の露点制御性を向上できる。
【００１３】
上記課題を解決するためになされた本発明の別の一態様は、内部に配設される複数のトップロール及び複数のボトムロールを備え、これらの複数のトップロール及び複数のボトムロール間に帯状の鋼板を上下方向に蛇行するよう架け渡し、この鋼板を特定の水平方向に搬送しつつ熱処理するよう構成され、炉内に流通される雰囲気ガスが上下に蛇行するよう開口を有する１又は複数の仕切板により内部を上記特定水平方向に沿って複数の区画に分割する竪型連続焼鈍炉を用いた焼鈍方法であって、上記雰囲気ガスの組成から必要水蒸気量を算出する工程と、上記１又は複数の区画の露点の履歴及び上記鋼板の温度から脱炭反応による消費水蒸気量を予測する工程と、上記必要水蒸気量及び上記消費水蒸気量により上記１又は複数の区画の高露点ガス吹込量を制御する工程とを備える焼鈍方法である。
【００１４】
当該焼鈍方法は、内部を上記特定水平方向に沿って複数の区画に分割し、上記鋼板と対向するよう炉内に流通される雰囲気ガスが上下に蛇行するよう開口を有する１又は複数の仕切板を備える竪型連続焼鈍炉を用いることで、炉内の雰囲気ガスの循環性を向上できる。また、雰囲気ガスの組成から算出される必要水蒸気量並びに露点の履歴及び上記鋼板の温度により予測される脱炭反応による消費水蒸気量に基づいて高露点ガス吹込量を制御することにより炉内露点を精度よく上昇できるので、炉内の露点制御性を向上し、脱炭反応を精度よく制御でき、その結果、曲げ性等の鋼板の所望の品質を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の焼鈍方法は、炉内の露点制御性を向上し、脱炭反応を精度よく制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態の竪型連続焼鈍炉の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態の竪型連続焼鈍炉の一部の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第３実施形態の竪型連続焼鈍炉の一部の構成を示す模式図である。
【図４】均熱帯の昇温速度、鋼板温度及び脱炭速度と炉の長手方向の位置との関係を示すグラフである。
【図５】均熱帯の昇温速度、鋼板温度及び脱炭速度と炉の長手方向の位置との関係を示すグラフである。
【図６】ガス供給ノズルの配置のその他の実施形態を示す模式図である。
【図７】実施例における竪型連続焼鈍炉の構成を示す模式図である。
【図８】実施例における露点と脱炭深さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
【００１８】
＜竪型連続焼鈍炉＞
［第１実施形態］
本発明は、溶融亜鉛めっき設備などで、炉内の露点を上昇させて鋼板の脱炭反応を進める高露点操業に適した竪型連続焼鈍炉に関するものである。当該竪型連続焼鈍炉は、内部に配設される複数のトップロール及び複数のボトムロールを備え、これらの複数のトップロール及び複数のボトムロール間に帯状の鋼板を上下方向に蛇行するよう架け渡し、この鋼板を特定の水平方向に搬送しつつ熱処理するよう構成される。当該竪型連続焼鈍炉は、例えば自動車、船舶、建材、家電等に用いられる溶融亜鉛めっき鋼板の製造の一工程として行うことができる。
【００１９】
当該竪型連続焼鈍炉の第１実施形態の構成を、図１を参照して説明する。竪型連続焼鈍炉１は、加熱帯５、均熱帯１０及び冷却帯７を備え、この順に並置され、均熱帯１０で鋼板の脱炭を行う。加熱帯５は、第１加熱帯５Ａ（加熱帯前段）及び第２加熱帯５Ｂ（加熱帯後段）を有する。竪型連続焼鈍炉１の冷却帯７には、例えば溶融亜鉛めっき浴が接続される。
【００２０】
竪型連続焼鈍炉１は、炉内上部に複数のトップロール３が配設され、炉内下部に複数のボトムロール４が配設される。鋼板２は、第１加熱帯５Ａの下部の鋼帯導入口から第１加熱帯５Ａ内に導入され、矢印Ｐで示す通板方向に搬送される。竪型連続焼鈍炉１は、複数のトップロール３及び複数のボトムロール４間に鋼板２を上下方向に蛇行するよう架け渡し、鋼板２を特定の水平方向に搬送しつつ熱処理するよう構成される。
【００２１】
トップロール３及びボトムロール４を起点に鋼板２が１８０度に折り返される場合、鋼板２は竪型連続焼鈍炉１の所定の帯の内部で上下方向に複数回搬送され、複数パスを形成する。パス数は、処理条件に応じて適宜設定可能である。また、一部のトップロール３及びボトムロール４では、鋼板２を折り返すことなく直角に方向転換させて、鋼板２を次の帯へと移動させる。鋼板２は、竪型連続焼鈍炉１の内部で、加熱帯５、均熱帯１０及び冷却帯７の順に搬送され、鋼板２に対して焼鈍が行われる。
【００２２】
竪型連続焼鈍炉１において、隣接する帯は、それぞれの帯の上部同士または下部同士を接続する連通部を介して連通している。第１加熱帯５Ａと第２加熱帯５Ｂとは、それぞれの帯の上部同士を接続するスロート２７を介して連通する。第２加熱帯５Ｂと均熱帯１０とは、それぞれの帯の下部同士を接続するスロート２６を介して連通する。均熱帯１０と冷却帯７とは、それぞれの帯の下部同士を接続するスロート２５を介して連通する。
【００２３】
（加熱帯）
本実施形態において、第２加熱帯５Ｂは、直火型加熱炉である。第２加熱帯５Ｂにおける直火型加熱炉の内壁には、複数のバーナが鋼板２に対向して分散配置される。また、第１加熱帯５Ａの内部には、第２加熱帯５Ｂの燃焼排ガスが供給され、その熱で鋼板２を予熱する。第２加熱帯５Ｂの内部の温度は、鋼板２の種類や使用目的に応じて選択されるが、例えば８００〜１２００℃とすることが好ましい。
【００２４】
（冷却帯）
冷却帯７では、加熱後の鋼板２が冷却される。冷却帯７には、一定の流量で低露点の雰囲気ガスがガス導入口Ｇ１から供給され、炉内温度を徐々に低下させる。供給される雰囲気ガスとしては、例えばＮ２および不可避的不純物からなる組成を有する露点が−６０℃程度のガスが挙げられる。
【００２５】
（均熱帯）
均熱帯１０では、炉内の雰囲気温度を所定の焼鈍温度に保持することで、鋼板２の内部まで焼鈍温度に加熱しつつ下記の反応式に従い鋼板の脱炭反応が行われる。
Ｈ２Ｏ＋Ｃ→ＣＯ＋Ｈ２
【００２６】
均熱帯１０では、加熱手段として例えば電気ヒーター、ラジアントチューブ（ＲＴ）を用いて、鋼板２を間接加熱することができる。均熱帯１０の内部の平均温度は鋼板２の種類や使用目的に応じて選択されるが、例えば７００〜９００℃とすることが好ましい。
【００２７】
均熱帯１０には、均熱帯１０と冷却帯７とは、それぞれの帯の下部同士を接続するスロート２５を介して冷却帯７から低露点の雰囲気ガスが供給される。また、ガス導入口Ｇ２からも一定の流量でＮ２等の低露点の雰囲気ガスが供給される。なお、雰囲気ガス供給量及び冷却帯からのガス量は、配管に設けられたガス流量計により測定する。
【００２８】
均熱帯１０には仕切板１４が備えられ、仕切板１４は炉内を水平方向に沿って複数の区画に分割する。具体的には、均熱帯１０は通板方向の上流側の前段１２及び下流側の後段１１の２区画に分割されている。仕切板１４は、一端が炉底壁に固定され、他端が、炉底壁とトップロール３の鋼板２が巻きかけられていない側のロール下端部との間に開放された状態で備えられ、仕切板１４は鋼板２と対向するよう炉内に流通される雰囲気ガスが上下に蛇行するよう開口を有する。
【００２９】
本発明者らは、このように炉内の流動シミュレーションなどにより、その開口部の位置も、炉内ガスを均一にするために適正な位置があることを知見した。また、脱炭反応のシミュレーションにより、上記露点制御が区画毎に行われることで、区画ごとの鋼板の通板速度の影響により滞在時間が異なる場合についても、適正に露点を調整できることを知見した。このように、炉内の雰囲気ガスの導入位置と排出位置を規定することで、雰囲気ガスの循環性を向上して雰囲気ガスの均一性を高め、露点制御が区画毎に行われることで、それぞれの区画に応じて適切に露点を制御できる。
【００３０】
仕切板１４は、使用される温度域における耐熱性と、操業で破損しない強度を備え、実質的にガスを遮断できるものであればよく、例えばセラミックボード等、公知の耐熱材料が使用される。
【００３１】
仕切板の位置における鉛直方向炉断面の炉内面積に対する上記仕切板の開口の面積比としては、１／１０以上１／４以下である。ここで、仕切板１４の開口の面積比とは、仕切り設置部分における鉛直方向炉断面の炉内面積に対する、上記断面部分において上記断面と直角方向へのガスの流れを規制するものが存在していない部分の面積の比率である。仕切板１４の開口の面積比が上記範囲であることで、雰囲気ガスの流量を良好な範囲に維持し、炉内の露点制御性を向上できる。また、上記仕切板の開口の面積比が１／１０未満の場合、気体の圧力損失が大きくなり過ぎて、脱炭反応に必要な雰囲気ガスの流量を十分に確保できないおそれがある。一方、上記仕切板の開口の面積比が１／４を超えると、この開口を通って雰囲気ガスが移動し、雰囲気ガスの流れの方向を通板方向と逆方向に規制する作用が低下するおそれがある。
【００３２】
当該竪型連続焼鈍炉は、複数の区画毎に配設される複数の露点測定器を備える。均熱帯１０では、露点は、区画毎に配設される露点測定器Ｒ１及び露点測定器Ｒ２により常時測定されている。
【００３３】
当該竪型連続焼鈍炉１は、複数の区画の露点を調整するために図示しない高露点ガス（水蒸気含む）を吹き込む機構を備える。具体的には、当該竪型連続焼鈍炉１には、高露点ガス又は水蒸気を供給するための図示しないガス供給装置が付設されている。ガス供給装置は、ガス供給ノズルを備える。そして、均熱帯１０の前段１２には、雰囲気ガスの流路に沿いかつ鋼板２の表面に向けて高露点ガスを供給するガス供給ノズル６Ａ及び６Ｂが配設されている。ガス供給ノズル６Ａ及び６Ｂは、炉上壁から一部のトップロール３間に向けて蒸気が吹き込まれるように配置されている。また、水蒸気を鋼板にぶつけると鋼板が酸化してしまうため、鋼板に直接当てないようにガス供給ノズルを配置とすることが好ましい。そのため、ガス供給ノズルはトップロール３間やボトムロール４間に配置したり、雰囲気ガス導入口Ｇ２にガス供給ノズルを配置して雰囲気ガスと混合して高露点ガスを吹き込むようにしてもよい。また、雰囲気露点を０℃に維持しようとすると、吹き込むガスの露点は、水蒸気の消費も考慮して高くする必要がある。
【００３４】
また、当該竪型連続焼鈍炉１は、吹込機構の高露点ガス吹込量を制御する図示しない制御機構を備える。制御機構は、従来公知のコンピュータシステムを用いることができる。この制御機構により、雰囲気ガスの組成から算出される必要水蒸気量並びに上記露点測定器による露点の履歴及び上記鋼板の温度により予測される脱炭反応による消費水蒸気量に基づき、上記吹込機構の高露点ガス吹込量が設定され、上記吹込量の高露点ガスが吹込機構から炉内に吹き込まれる。この制御機構による制御としては、例えば、雰囲気ガスの組成から算出される必要水蒸気量並びに上記露点測定器による露点の履歴及び上記鋼板の温度により予測される脱炭反応による消費水蒸気量に応じて吹込機構の高露点ガス吹込量を調整する制御や、高露点ガスの吹込位置、吹き込み時間等を調整する制御等が挙げられる。また、目標とする露点については、目的とする鋼板の剛度に応じて最終脱炭深さを検討し、この脱炭深さが達成されるように設定される。
【００３５】
＜利点＞
当該竪型連続焼鈍炉は、炉内で雰囲気ガスが均一に循環しにくい竪型構造であるにも係わらず、炉内の雰囲気ガスの循環性を向上できる。また、雰囲気ガスの組成から算出される必要水蒸気量並びに上記露点測定器による露点の履歴及び上記鋼板の温度により予測される脱炭反応による消費水蒸気量に基づき、吹込機構の高露点ガス吹込量を制御する機構を備えることにより、炉内露点を精度よく上昇できるので、炉内の露点制御性を向上し、脱炭反応を精度よく制御でき、その結果、曲げ性等の鋼板の所望の品質を得ることができる。
【００３６】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態の竪型連続焼鈍炉の一部である均熱帯２０の構成を示す模式図である。なお、第１実施形態と同様の構成は同じ参照符号のみを記載し、説明を省略する。
【００３７】
第２実施形態に係る竪型連続焼鈍炉では、均熱帯２０の雰囲気ガスの流入口となるスロート２５及び流出口となるスロート２６の双方が炉上部に配設される。均熱帯２０には、均熱帯２０と冷却帯７とを接続するスロート２５を介して冷却帯７から低露点の雰囲気ガスが供給される。また、ガス導入口Ｇ４からも一定の流量でＮ２等の低露点の雰囲気ガスが供給される。均熱帯２０は、通板方向の上流側の前段２２及び下流側の後段２１の２区画に分割され、仕切板２４の一端が上記均熱帯の炉上壁に固定され、他端が、炉底壁とボトムロール４の鋼板２が巻きかけられていない側のロール上端部との間に開放された状態で備えられている。
【００３８】
第２実施形態においては、露点を調整するため高露点ガス（水蒸気含む）を吹き込む均熱帯２０が仕切板２４により複数の区画に分割され、高露点ガスの吹込みと露点制御が区画毎に行われる。従って、雰囲気ガスと吹き込まれた高露点ガスとの混合が促進され、炉内露点がより均一になる。また、第１実施形態と同様、雰囲気ガスの流路に沿い、かつ鋼板２の表面に向けて高露点ガスを供給するガス供給ノズルが配設されているので、他の区画の雰囲気ガスに影響を与えることなく、区画毎に露点を制御できる。
【００３９】
上述したように、水蒸気の消費量は、鋼板温度により異なることから、本実施形態では、区画毎に鋼板温度を測定し、蒸気の追加投入量を調整することができる。また、焼鈍炉では板厚が厚いほど通板速度が低下し、通板速度が低下すると脱炭深さは大きくなる。このような場合にも区画毎に、水蒸気の投入量を調整することで、脱炭反応の制御性を向上できる。
【００４０】
通板方向上流側の区画である前段２２の露点が通板方向下流側の区画である後段２１の露点よりも高いとよい。通板方向上流側の前段２２の露点が通板方向下流側の後段２１の露点よりも高いことで、通板方向下流側の後段で消費された水蒸気を通板方向上流側の前段で補填できるので、炉内の露点の制御性を向上できる。また、通板速度の変更により均熱帯の滞在時間が変動する場合においても、露点を精度よく制御することで、適正な脱炭深さに調整できる。
【００４１】
＜利点＞
上記第２実施形態によれば、雰囲気ガスの流れが仕切板で区画毎に蒸気を投入する混合が促進され、炉内露点がより均一になり、炉内の水蒸気分布の制御の精度をより向上できる。また、露点の制御が区画毎に行われることで、均熱帯の通板方向下流側の前段で行われた脱炭反応により下降した雰囲気ガスの露点を精度よく修正することができる。
【００４２】
［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態の竪型連続焼鈍炉の一部である均熱帯３０の構成を示す模式図である。なお、第１実施形態と同様の構成は同じ参照符号のみを記載し、説明を省略する。
【００４３】
第３実施形態に係る竪型連続焼鈍炉では、均熱帯３０の雰囲気ガスの流入口となるスロート２５及び流出口となるスロート２６の双方が炉底部に配設される。均熱帯３０には、均熱帯３０と冷却帯７とを接続するスロート２５を介して冷却帯７から低露点の雰囲気ガスが供給される。また、ガス導入口Ｇ６からも一定の流量でＮ２等の低露点の雰囲気ガスが供給される。均熱帯３０は、通板方向の上流側の前段３２及び下流側の後段３１の２区画に分割され、仕切板３４の一端が上記均熱帯３０の炉底壁に固定され、他端が、炉底壁とトップロール３の鋼板２が巻きかけられていない側のロール下端部との間に開放された状態で備えられている。
【００４４】
露点を調整するため高露点ガス（水蒸気含む）を吹き込む均熱帯３０が仕切板３４により複数の区画に分割され、高露点ガスの吹込みと露点制御が区画毎に行われる。従って、雰囲気ガスと吹き込まれた高露点ガスとの混合が促進され、炉内露点がより均一になる。また、第１実施形態と同様、雰囲気ガスの流路に沿いかつ鋼板２の表面に向けて高露点ガスを供給するガス供給ノズルが配設されているので、他の区画の雰囲気ガスに影響を与えることなく、区画毎に露点を制御できる。
【００４５】
第３実施形態においても、通板方向上流側の区画である前段３２の露点が通板方向下流側の区画である後段３１の露点よりも高いとよい。通板方向上流側の前段３２の露点が通板方向下流側の後段３１の露点よりも高いことで、通板方向下流側の後段で消費された水蒸気を通板方向上流側の前段で補填できるので、炉内の露点の制御性を向上できる。また、通板速度の変更により均熱帯の滞在時間が変動する場合においても、露点を精度よく制御することで、適正な脱炭深さに調整できる。
【００４６】
＜利点＞
上記第３実施形態によれば、雰囲気ガスの流れが仕切板で区画毎に蒸気を投入する混合が促進され、炉内露点がより均一になり、炉内の水蒸気分布の制御の精度をより向上できる。また、露点の制御が区画毎に行われることで、均熱帯の通板方向下流側の前段で行われた脱炭反応により下降した雰囲気ガスの露点を精度よく修正することができる。
【００４７】
＜焼鈍方法＞
当該焼鈍方法は、内部に配設される複数のトップロール及び複数のボトムロールを備え、これらの複数のトップロール及び複数のボトムロール間に帯状の鋼板を上下方向に蛇行するよう架け渡し、この鋼板を特定の水平方向に搬送しつつ熱処理するよう構成され、炉内に流通される雰囲気ガスが上下に蛇行するよう開口を有する１又は複数の仕切板により内部を上記特定水平方向に沿って複数の区画に分割する竪型連続焼鈍炉を用いた焼鈍方法である。当該焼鈍方法は、溶融亜鉛めっき設備などで、炉内露点を上昇させて、鋼板の脱炭反応を進める高露点操業を行うための雰囲気ガスの供給方法と制御方法に関するものである。当該焼鈍方法は、例えば自動車、船舶、建材、家電等に用いられる溶融亜鉛めっき鋼板の製造の一工程として行うことができる。
【００４８】
当該焼鈍方法は、上記雰囲気ガスの組成から必要水蒸気量を算出する工程と、上記１又は複数の区画の露点の履歴及び上記鋼板の温度から脱炭反応による消費水蒸気量を予測する工程と、上記必要水蒸気量及び上記消費水蒸気量により上記１又は複数の区画の高露点ガス吹込量を制御する工程とを備える。
【００４９】
［必要水蒸気量算出工程］
必要水蒸気量算出は、以下の工程で行なわれる。
（１）最終脱炭深さの設定
初めに、目的とする鋼板の剛度に応じて最終脱炭深さを設定する。なお、当該焼鈍方法においては、脱炭深さは、鋼板の厚み方向にＧＤＯＥＳ分析をし、脱炭により表層から欠乏した炭素濃度が厚み方向に上昇して、母材の９０％になった位置の深さをいう。
（２）目標露点の設定
脱炭反応は、Ｃの拡散律速により進行するため、脱炭深さｘ１は、経過時間（炉での滞在時間）ｔの１／２乗に比例し、以下の式（１）で表される。
【００５０】
【数１】
2019173144.tif 000003
【００５１】
また、拡散係数ｋｐは、鋼板温度Ｔ１の関数であり、アレニウス型で鋼板温度Ｔ１の上昇に伴い大きくなる。拡散係数ｋｐは、以下の式（２）で表される。
【００５２】
【数２】
2019173144.tif 000004
【００５３】
ここで、ｃｏｎｓｔは、頻度因子を示す定数である。ＰＨ２Ｏは、飽和水蒸気圧である。ｎは、定数であり、本発明ではｎ＝１である。
【００５４】
経過時間ｔに応じた炭素の脱炭深さｘ１を用いた式では脱炭速度ｄｘ１／ｄｔは、以下の式（３）で表される。
【００５５】
【数３】
2019173144.tif 000005
【００５６】
また、最終脱炭深さｘ２は、以下の式（４）で表される。
【００５７】
【数４】
2019173144.tif 000006
【００５８】
鋼板温度Ｔ１の履歴から目標とする最終脱炭深さｘ２を得るための水蒸気量が決まり、目標露点が設定される。より詳細には、式（１）、式（２）及び式（３）から鋼板温度Ｔ１の履歴に対して、ＰＨ２Ｏを任意の一定値とした場合の脱炭速度ｄｘ１／ｄｔ及び経過時間ｔに応じた脱炭深さｘ１を求める。そして式（４）から最終の脱炭深さを計算し、この脱炭深さの計算結果と目標脱炭深さとの比較を行い、脱炭深さの計算結果と目標脱炭深さが一致する水蒸気量が定まるまで、計算が繰り返されることになる。
【００５９】
（３）炉内の露点を目標露点にするための必要水蒸気量の算出
次に、雰囲気ガスの露点から含有水分の濃度（ｐｐｍ）を算出する。始めに、Ｔｅｔｅｎｓの式より露点Ｔ２（℃）から飽和水蒸気圧を算出する。そして、算出した飽和水蒸気圧から、含有水分の濃度を算出する。含有水分の濃度Ｈ２Ｏ（ｐｐｍ）は、以下の式（５）から算出できる。
【００６０】
【数５】
2019173144.tif 000007
【００６１】
脱炭反応進行中の、炉内の露点を目標露点にするための必要水蒸気量は、以下の式（６）で表される。
必要水蒸気量＝雰囲気露点を上昇させる水蒸気量＋脱炭反応消費量・・・（６）
【００６２】
均熱帯に冷却帯からのガス量と追加の雰囲気ガスを供給する場合、上記式（６）の雰囲気露点を上昇させる水蒸気量は、以下の式（７）で表される。
雰囲気露点を上昇させる水蒸気量
＝追加の雰囲気ガス供給量×｛ｆ（目標露点）−ｆ（供給ガス露点）｝
＋冷却帯からのガス量×｛ｆ（目標露点）−ｆ（ガス冷却帯露点）｝・・・（７）
【００６３】
［消費水蒸気量予測工程］
消費水蒸気量の予測は、以下の工程で行なわれる。本工程では、１又は複数の区画の露点の履歴及び上記鋼板の温度から脱炭反応による消費水蒸気量を予測する。
【００６４】
脱炭反応による水蒸気量
＝通板量×鋼材炭素量×（脱炭深さ÷鋼板厚さ）÷２×２面×０．９×炭素の水蒸気消費量・・・（８）
【００６５】
上記式（８）において、２面とは鋼板の表面及び裏面のことである。炭素の水蒸気消費量においては、上述したように脱炭反応ではＣ（炭素）１モルに対してＨ２Ｏ１モルが消費される。また、脱炭された鋼板の厚み方向の炭素濃度分布においては、鋼板表面では略０％であり、厚み方向に向けて略リニアに増加し、母材の濃度まで上昇する。脱炭量とは、母材の炭素濃度から減少した炭素濃度である。上述したように鋼板の厚み方向の炭素濃度分布においては、炭素濃度が略リニアに増加することから、炭素濃度を三角形の面積として算出するため、式（８）では２で除している。
【００６６】
また、炉内の消費水蒸気量としては、上記脱炭反応による消費水蒸気量に加えて、鋼板の内部酸化による消費水蒸気量を考慮してもよい。内部酸化による消費水蒸気量は、例えば以下のように算出できる。
内部酸化による消費水蒸気量
＝内部酸化層の厚み×（鋼材中のＳｉ含有量×１．０×２面×Ｓｉの水蒸気消費量＋鋼材中のＭｎ含有量×１．０×２面×Ｍｎの水蒸気消費量）×通板量・・・（９）
上述したように、脱炭反応の場合、脱炭された鋼板の厚み方向の炭素濃度分布においては、鋼板表面では略０％であり、厚み方向に向けて略リニアに増加する。当該焼鈍方法においては、脱炭により表層から欠乏した炭素濃度が厚み方向に上昇して、母材の９０％になった位置の深さを脱炭深さとしている。一方、内部酸化においては、内部酸化層中に存在するＳｉやＭｎは厚み方向に関係なくほぼ全量酸化することから、上記式（９）では脱炭反応の式（８）のような係数はない。
【００６７】
［高露点ガス吹込量制御工程］
本工程では、上記必要水蒸気量算出工程により算出された必要水蒸気量と上記消費水蒸気量予測工程により予測された消費水蒸気量に基づいて、水蒸気投入量を決定し、上記吹込機構から炉内に高露点ガスを投入させる。すなわち、水蒸気投入量は、
水蒸気投入量＝露点上昇に必要な水蒸気量＋目標脱炭深さを達成するために消費された水蒸気量
となる。
【００６８】
なお、脱炭反応は、炉の昇温速度や鋼板温度Ｔ１と各点での脱炭深さに影響するため、炉の中央部での脱炭反応が大きくなる。図４は、均熱帯で常温から昇温した場合における昇温速度、鋼板温度及び脱炭速度と均熱帯の長手方向の位置との関係を示すグラフである。均熱帯の長手方向の位置は、通板方向上流側端部を０ｍとして定める。図４に示すように、水蒸気の消費量は、鋼板温度により異なり、加熱帯で板を低温から加熱する場合は、鋼板温度で６００℃以上の範囲で脱炭反応が大きくなっている。水蒸気の消費量は、鋼板温度により異なり、加熱帯で鋼板を低温から加熱する場合は、鋼板温度が６００℃以上の部分での脱炭反応が大きく、水蒸気の消費量が多いため、その部分へ水蒸気を添加することが必要である。しかし、雰囲気ガスの流量に合わせて、冷却帯からのガスに水蒸気を投入するだけでは、消費が少ない場所では、露点が上昇しすぎて、鋼板が酸化する場合がある。
【００６９】
また、図５は、加熱帯で５００℃まで昇温後に、均熱帯で５００℃から７００℃まで昇温した場合における炉内の昇温速度、鋼板温度及び脱炭速度と均熱帯の長手方向の位置との関係を示すグラフである。炉の長手方向の位置は、通板方向上流側端部を０ｍとして定める。また、炉の全長は、２５０ｍである。あらかじめ加熱帯で５００℃まで昇温した場合も同様に、炉中央部で脱炭速度が速くなることがわかる。つまり、脱炭反応は、温度と各点での脱炭深さに影響するため、均熱帯の中央部での脱炭反応が大きくなり、炉の中央部で水蒸気の消費量が大きくなる。当該竪型連続焼鈍炉は、このような鋼板温度、均熱帯での位置等の状況に応じて露点制御ができる。
【００７０】
＜利点＞
当該焼鈍方法は、上記竪型連続焼鈍炉を用いることで、炉内の雰囲気ガスの循環性を向上できる。また、雰囲気ガスの組成から算出される必要水蒸気量並びに露点の履歴及び上記鋼板の温度により予測される脱炭反応による消費水蒸気量に基づいて高露点ガス吹込量を制御することにより、炉内の露点を精度よく上昇できるので、炉内の露点制御性を向上し、鋼板の脱炭反応を精度よく制御でき、その結果、曲げ性等の鋼板の所望の品質を得ることができる。
【００７１】
［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
【００７２】
上記第１実施形態においては、図１に示すように、高露点ガスのガス供給ノズル６Ａ及び６Ｂが炉上壁に配置されていたが、鋼板に直接蒸気が当たらない他の場所に配置することもできる。図６は、供給ノズルの配置のその他の実施形態を示す模式図である。なお、図１と同様の構成は同じ参照符号のみを記載し、説明を省略する。例えば図６に示すように、均熱帯１０のガス供給ノズルの形態として、ガス供給ノズル６Ｃ及びガス供給ノズル６Ｄのように２本のノズル口が対向するように２本のガス供給ノズルを配置し、一か所に２本のガス供給ノズルを用いて高露点ガスを供給するようにしてもよい。
【００７３】
上記実施形態においては、均熱帯に１つの仕切板が備えられていたが、２以上の仕切板が備えられていてもよい。この場合も、複数の仕切板は、それぞれ炉内に流通される雰囲気ガスが上下に蛇行するよう開口を有する。従って、例えば上記雰囲気ガスの流入口及び流出口の双方が炉底部又は炉上部に配設される場合には、仕切板は奇数個備えられ、流入口及び流出口が炉底部及び炉上部に互い違いに配設される場合には、仕切板は偶数個備えられることになる。仕切板の固定側または開放側を左右交互に入れ替えて配置することで、均熱帯の流入口と流出口との間に、仕切板によって左右に蛇行する空間を形成する。すなわち、均熱帯の内部には、流入口から左右に蛇行しながら一の仕切板と他の仕切板との間の空間を経由して最終的に流出口までを接続する雰囲気ガスの流路が形成される。これにより、均熱帯における雰囲気ガス及び高露点ガスの循環を向上し、脱炭反応の制御性を向上できる。
【００７４】
また、均熱帯の区画毎に流出口を設けるようにしてもよい。
【実施例】
【００７５】
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
【００７６】
焼鈍する鋼板として冷間圧延鋼板を作製し、外壁内側に断熱材が配設される加熱炉を用い、非酸化性ガスを吹き込みながら焼鈍する試験として実施例１〜実施例３及び比較例１〜比較例２を行った。
【００７７】
［実施例１］
（鋼板）
焼鈍する鋼板としては、冷間圧延鋼板を用意した。具体的には、先ず、原料を溶解及び鋳造し、炭素を０．２質量％、シリコンを１．８質量％、マンガンを２．１質量％含み、残部が鉄及び不可避的不純物であるスラブを作製し、このスラブを熱間圧延した。次いで、得られた圧延材を酸洗して表面の酸化スケールを完全に除去し、さらに冷間圧延を行うことで板幅１０００ｍｍ、板厚１．０ｍｍの薄鋼板を製造した。
【００７８】
加熱帯では、還元バーナにより、鋼板を酸化させずに加熱する処理を実施した。
【００７９】
実施例１、実施例３及び比較例１〜比較例２の均熱帯としては、図７に示す内容積が６００ｍ３である竪型連続焼鈍炉５０を用いた。竪型連続焼鈍炉５０の均熱帯４０は、均熱帯２０の雰囲気ガスの流入口となるスロート２５及び流出口となるスロート２６の双方が炉底部に配設される。均熱帯４０には、均熱帯４０と冷却帯７とを接続するスロート２５を介して冷却帯７から低露点の雰囲気ガスが供給される。また、ガス導入口Ｇ９からも一定の流量でＮ２等の低露点の雰囲気ガスが供給される。均熱帯４０は、通板方向の上流側の前段４２及び下流側の後段４１の２区画に分割され、鋼板２が２つのトップロール３にわたって巻きかけられている。仕切板４４は、一端が均熱帯４０の炉底壁に固定され、他端が、上記２つのトップロール３の鋼板２が巻きかけられていない側に開放された状態で備えられている。
【００８０】
そして、均熱帯４０の前段４２及び後段４１のそれぞれに直接水蒸気を吹き込むノズル（不図示）を設置し、水蒸気流量を調整しながら、炉内の露点を測定し、鋼板２の脱炭反応を進めた。均熱帯４０の入り口における鋼板温度は７００℃である。通板速度６０ｍ／分で通板した。露点測定位置は、Ｒ１及びＲ２で示す。また、冷却帯から導入される雰囲気ガス及びその他の雰囲気ガスの条件を表１に示す。
【００８１】
また、実施例２については、図７に示す竪型連続焼鈍炉５０の構成を上記第２実施形態のように、均熱帯の雰囲気ガスの流入口となるスロート及び流出口となるスロートの双方が炉上部に配設するとともに、仕切板の一端が上記均熱帯の炉上壁に固定され、他端が、炉底壁とボトムロールの鋼板が巻きかけられていない側のロール上端部との間に開放された状態で備えられているように変更した。
【００８２】
実施例１における投入水蒸気量の算出手順は以下の通りである。
（１）目標とする最終脱炭深さの設定
目標とする最終脱炭深さを８０μｍとした。
（２）目標露点の設定
上述した式に基づいて、鋼板温度７００℃の条件下で目標とする最終脱炭深さ８０μｍを得るための目標露点を露点０℃（６０２８ｐｐｍ）に設定した。
（３）炉内の露点を目標露点にするための必要水蒸気量の算出
冷却帯からの雰囲気ガス（露点−３５℃、水蒸気量３０４ｐｐｍ）１２００Ｎｍ３／ｈと、低露点の投入雰囲気ガス（露点−５０℃、水蒸気量６０ｐｐｍ）４００Ｎｍ３／ｈとからなる雰囲気ガスを露点０℃（６０２８ｐｐｍ）にするために必要な水蒸気量は、
２０００×６０２８−（１２００×３０４＋８００×６０）＝１１．６４Ｎｍ３／ｈ＝９．３６ｋｇ／ｈ
後段は、冷却帯からのガスと投入雰囲気ガスの露点を上げるための水蒸気量が必要であることから、後段の雰囲気ガスの露点を上げるための水蒸気量は、
（１６００×６０２８−（１２００×３０４＋４００×６０））／１００／１００００／２２．４×１８＝７．４４ｋｇ／ｈ
となる。
前段は、前段の雰囲気ガスの露点を上げるだけで良いので、前段の雰囲気ガスの露点を上げるための水蒸気量は、
（４００×６０２８−６０）／１００／１００００／２２．４×１８＝１．９２ｋｇ
となる。
（４）消費水蒸気量の算出
実施例１の条件から、
通板量（ｋｇ／ｈ）＝板厚（ｍｍ）×板幅（ｍｍ）×通板速度（ｍ／分）×６０×密度（ｋｇ／ｍ３）から、
２８２６０ｋｇ／ｈ＝１×１０００×６０×６０×７８５０
となる。
次に、鋼材炭素量０．２質量％、目標脱炭深さ８０μｍ及び
脱炭量（ｋｇ／ｈ）＝通板量（ｋｇ／ｈ）×鋼材炭素量（％）×（脱炭深さ÷鋼板厚さ）÷２×２面（濃度分布）×０．９から、脱炭量は、
２８２６０×０．００２×（８０／１０００）÷１÷２×２÷１×０．９＝４．０７ｋｇ／ｈとなる。
目標脱炭深さと鋼材炭素量より、脱炭反応で用いられる炭素量が算出される。
脱炭反応は、Ｃ＋Ｈ２Ｏ＝ＣＯ＋Ｈ２であることから、
脱炭反応による水蒸気量＝脱炭量／炭素分子量×Ｈ２Ｏ分子量から求められ、脱炭反応による水蒸気量は、
４．０７（ｋｇ／ｈ）÷１２（ｋｇ／ｋｍｏｌ）×１８（ｋｇ／ｋｍｏｌ）＝６．１０（ｋｇ／ｈ）
となる。
従って、消費される水蒸気量は、内部酸化による消費量も考慮し、脱炭反応による消費量６．１０ｋｇ／ｈと内部酸化による消費量３．３９ｋｇ／ｈとの合計値である９．４９ｋｇ／ｈとなる。
反応量比は別途計算しており、前段が６２％、後段が３８％と算出できることから、
前段の消費水蒸気量：９．４９ｋｇ／ｈ×０．６２＝５．８９ｋｇ／ｈ
後段の消費水蒸気量：９．４９ｋｇ／ｈ×０．３８＝３．６０ｋｇ／ｈ
となる。
（５）投入水蒸気量の算出
水蒸気投入量は、目標脱炭深さを達成するために消費された水蒸気量と露点上昇に必要な水蒸気量との合計で表されることから、投入水蒸気量は、
９．３６＋５．８９＋３．６０＝１８．８５ｋｇ／ｈ
となる。また、
前段投入水蒸気量：１．９１＋５．８９＝７．８０ｋｇ／ｈ
後段投入水蒸気量：７．４４＋３．６１＝１１．０５ｋｇ／ｈ
となる。
【００８３】
［実施例２〜実施例３及び比較例１〜比較例２］
板幅１０００ｍｍ、板厚２．３ｍｍの鋼板を通板速度２６ｍ／分又は６０ｍ／分で通板した。各実施例及び比較例の条件を表１に示す。なお、比較例１は、投入水蒸気量として露点上昇に必要な水蒸気量のみを投入し、比較例２は、通板速度が低下する板厚２．３ｍｍの条件下において、前段と後段とで同一の目標露点を設定した。
【００８４】
（評価）
表１に実施例及び比較例における目標脱炭深さと得られた最終脱炭深さを示す。
【００８５】
【表１】
2019173144.tif 000008
【００８６】
表１に示すように、実施例１〜実施例３については、目標脱炭深さの８０μｍに近い範囲の脱炭深さを得ることができた。なお、炉内に吹き込む水蒸気は冷えており、重いことから上から下に流れるが、雰囲気ガスの流入口及び流出口の双方が炉底部に配設される実施例１では、後段の露点及び投入水蒸気量が多い前段の露点は共に均一になりやすい。一方、雰囲気ガスの流入口及び流出口の双方が炉上部に配設される実施例２では、投入水蒸気量が多い前段の露点は均一になりやすいが、後段では水蒸気の循環が少し劣ることになると想定され、後段の露点がばらつきやすくなる。そのため、実施例２の最終脱炭深さが少しばらつく結果と計算される。
【００８７】
一方、投入水蒸気量として、露点上昇に必要な水蒸気量のみを投入した比較例１、及び板厚２．３ｍｍの鋼板を用いて前段と後段とで同一の目標露点を設定した比較例２の最終脱炭深さは、目標脱炭深さの８０μｍと大きく異なっていた。比較例１では、脱炭反応で消費された水蒸気量を補う量が投入水蒸気量に含まれていないことから、脱炭反応により水蒸気が消費されることに伴って露点が下がってしまったために、十分脱炭反応が進まなかったと考えられる。また、比較例２は、板厚が２．３ｍｍであることから通板速度が低下したことから、脱炭深さが１３８μｍのように深くなったと考えられる。
【００８８】
図８は、実施例２、実施例３及び比較例１における通板速度毎の露点と脱炭深さとの関係を示すグラフである。炉内の露点分布が同じ条件である板厚が１．０ｍｍの実施例１と板厚が２．３ｍｍの比較例３とを比較すると、通板速度が低下した比較例２の脱炭深さは深くなっている。一方、板厚が２．３ｍｍである実施例３の実線では、後段の露点を−２０℃に固定し、前段の露点を変化させた場合における脱炭深さが示されている。実施例３では後段の露点を−２０℃にすることにより、板厚が２．３ｍｍであっても目標脱炭深さの８０μｍとなるように精度よく制御できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明に係る竪型連続焼鈍炉及び焼鈍方法は、例えば自動車、船舶、建材、家電等に用いられる溶融亜鉛めっき鋼板等に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１、５０                      竪型連続焼鈍炉
２                            帯状鋼板
３                            トップロール
４                            ボトムロール
５                            加熱帯
５Ａ                          第１加熱帯
５Ｂ                          第２加熱帯
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ        ガス供給ノズル
７                            冷却帯
１０、２０、３０、４０        均熱帯
１１、２１、３１、４１        後段
１２、２２、３２、４２        前段
１４、２４、３４、４４        仕切板
２５、２６                    スロート
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ４、Ｇ６、Ｇ９  ガス導入口
Ｒ１、Ｒ２                    露点測定器
【図１】
2019173144.tif 000009
【図２】
2019173144.tif 000010
【図３】
2019173144.tif 000011
【図４】
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【図５】
2019173144.tif 000013
【図６】
2019173144.tif 000014
【図７】
2019173144.tif 000015
【図８】
2019173144.tif 000016