(57)【要約】【課題】鋼板の連続焼鈍炉の冷却帯にガス吹き付け冷却方式を適用した場合、ブロワー起動時、回転数変化時に冷却帯の炉圧が変動する問題を解決する。【解決手段】一つ以上の冷却帯10(14,15,17)とその冷却制御を行う制御装置9を含む鋼板1の連続焼鈍炉であって、冷却帯10は雰囲気ガスを冷却して鋼板1に噴きつけてガスを循環させるガス吹き付け式冷却装置1、炉内に非酸化性ガスを導入する第一、第二の雰囲気導入配管系統6,7を有し、第一の雰囲気導入配管系統6は非酸化性ガスの導入を恒常的に行う機能を有し、第二の雰囲気導入配管系統7は非酸化性ガスの冷却帯10への導入を制御する第二雰囲気導入バルブ8を有し、制御装置9はガス吹き付け式冷却装置2のブロワー回転数が増加し始める際に第二雰囲気導入バルブ8を開き、ブロワー回転数の増加後の定常状態に第二雰囲気導入バルブ8を閉じる制御機能を有する。【選択図】図２
2008056972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ以上の冷却帯とその冷却制御を行う制御装置を含む金属ストリップの連続焼鈍炉であって、前記冷却帯は雰囲気ガスを冷却して金属ストリップに噴きつけてガスを循環させるガス吹き付け式冷却装置、並びに、炉内に非酸化性ガスを導入する第一および第二の雰囲気導入配管系統を有し、前記第一の雰囲気導入配管系統は非酸化性ガスの導入を恒常的に行う機能を有し、前記第二の雰囲気導入配管系統は非酸化性ガスの冷却帯への導入を制御する第二雰囲気導入バルブを有し、前記制御装置は前記ガス吹き付け式冷却装置のブロワー回転数が増加し始める際に前記第二雰囲気導入バルブを開き、ブロワー回転数の増加終了以降に前記第二雰囲気導入バルブを閉じる非酸化性ガス導入の制御機能を有することを特徴とする連続焼鈍炉。
【請求項２】
前記第二の雰囲気導入配管系統が前記ガス吹き付け式冷却装置のダクトに接続されていることを特徴とする請求項１記載の連続焼鈍炉。
【請求項３】
前記第二の雰囲気導入配管系統における前記第二雰囲気導入バルブが遮断弁であり、前記第二の雰囲気導入配管系統のバルブ開動作信号が前記ガス吹き付け式冷却装置のブロワー回転数の増加信号と同時になされることを特徴とする請求項１または２に記載の連続焼鈍炉。
【請求項４】
前記第二の雰囲気導入配管系統における前記第二雰囲気導入バルブが流量調節弁であり、前記第二の雰囲気導入配管系統のバルブ開動作信号が前記ガス吹き付け式冷却装置のブロワー回転数の増加信号に対する開閉の遅れ分に基づいて早めになされることを特徴とする請求項１または２に記載の連続焼鈍炉。
【請求項５】
前記冷却帯のガス吹き付け式冷却装置のブロワーの制御単位が複数あり、前記第二雰囲気導入バルブの開閉制御がブロワーの制御単位ごとに第二の雰囲気導入配管系統及びその制御装置を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の連続焼鈍炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は雰囲気ガスを冷却して金属ストリップに吹き付けてガスを循環させるガス吹き付け式冷却装置を有する金属ストリップの連続所焼鈍炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属ストリップの一例である鋼板の連続焼鈍炉の冷却帯における冷却方法として、雰囲気ガスを冷却して鋼板に吹き付けてガスを循環させるガス吹き付け冷却方式は、鋼板を無酸化かつ均一冷却が可能なため広く用いられている。このガス吹き付け冷却装置は、他の冷却装置、たとえば、ガスと液体を混合して鋼板に吹き付けるミスト冷却装置に較べて熱伝達係数が低いこともあり、熱伝達係数の向上を目的として特許文献1のように音響エネルギーを併用する方法が提案されている。また、ガス吹き付け装置から吹き付けるガスの水素濃度をコントロールすることにより冷却能力の制御を行うべく、特許文献２のように冷却帯への窒素ガス及び水素ガスの導入場所を、ガス吹き付け装置のブロワー吸い込み側に設置する方法が提案されている。
【０００３】
実際に連続焼鈍炉の冷却帯にガス吹き付け冷却方式を適用した場合、炉内の雰囲気ガスを循環して使用するため、ブロワー起動時あるいは回転数変化時に冷却帯の炉圧が変動するといった問題がある。特にブロワー起動時はあるいは回転数を上昇させる場合、冷却帯の炉圧が低下し負圧になり外気を吸い込んでしまうという問題がある。外気を吸い込んだ場合、連続焼鈍炉内に酸素が入り込み、その酸素が鋼板を酸化し、最悪の場合鋼板表面に酸化スケールのついた鋼板が生産されてしまう。このような連続焼鈍における酸化の問題は鋼板ばかりではなく、温度や他の条件が異なるものの、アルミ、銅など他の金属板でもありえる。
【０００４】
冷却帯の炉圧変動に対する提案として、特許文献３にあるように、ストリップの板厚、板幅、ライン速度及び均熱炉温より、冷却帯における雰囲気ガスの熱収縮量を常時予測し、ライン速度の急激な減少に対応し、その時点で予測されている雰囲気ガスの熱収縮量を補償する量の非酸化性ガスを冷却帯に直接注入する方法がある。
【特許文献１】特開平6-158183号公報
【特許文献２】特許第3465573号公報
【特許文献３】特許第2825535号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ただし、特許文献３に示される方法は、ライン速度の急激な減少時のみに対応する提案であり、本発明の課題としているガス吹き付け冷却方式でブロワー起動時あるいは回転数変化時に冷却帯の炉圧が変動する問題については、ほとんど解決策となりえない。なぜならば、特許文献３の提案は、ライン速度の変動時の炉圧変動対策を提案しているためである。ガス吹き付け式冷却装置のブロワーはライン速度が一定でも、通板材の板厚あるいはヒートサイクル変更にともなう冷却度の変更があれば、ブロワー回転数は変化するため、炉圧変動が発生してしまう。このように、ブロワー起動時あるいは回転数変化時に冷却帯の炉圧が変動する問題については、これまで有用な解決策が提示されてこなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、鋼板をはじめとする金属ストリップの連続焼鈍炉の冷却帯にガス吹き付け冷却方式を適用した場合、冷却帯内の雰囲気ガスを循環して使用するため、ブロワー起動時あるいは回転数変化時に冷却帯の炉圧が変動するといった問題を解決する連続焼鈍炉を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明は以下に示す手段を用いている。
（１）一つ以上の冷却帯とその冷却制御を行う制御装置を含む金属ストリップの連続焼鈍炉であって、前記冷却帯は雰囲気ガスを冷却して金属ストリップに噴きつけてガスを循環させるガス吹き付け式冷却装置、並びに、炉内に非酸化性ガスを導入する第一および第二の雰囲気導入配管系統を有し、前記第一の雰囲気導入配管系統は非酸化性ガスの導入を恒常的に行う機能を有し、前記第二の雰囲気導入配管系統は非酸化性ガスの冷却帯への導入を制御する第二雰囲気導入バルブを有し、前記制御装置は前記ガス吹き付け式冷却装置のブロワー回転数が増加し始める際に前記第二雰囲気導入バルブを開き、ブロワー回転数の増加終了以降に前記第二雰囲気導入バルブを閉じる非酸化性ガス導入の制御機能を有することを特徴とする連続焼鈍炉。
（２）前記第二の雰囲気導入配管系統がガス吹き付け式冷却装置のダクトに接続されていることを特徴とする前記（１）記載の連続焼鈍炉。
（３）前記第二の雰囲気導入配管系統における前記第二雰囲気導入バルブが遮断弁であり、前記第二の雰囲気導入配管系統のバルブ開動作信号が前記ガス吹き付け式冷却装置のブロワー回転数の増加信号と同時になされることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の連続焼鈍炉。
（４）前記第二の雰囲気導入配管系統における前記第二雰囲気導入バルブが流量調節弁であり、前記第二の雰囲気導入配管系統のバルブ開動作信号が前記ガス吹き付け式冷却装置のブロワー回転数の増加信号に対する開閉の遅れ分に基づいて早めになされることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の連続焼鈍炉。
（５）冷却帯のガス吹き付け式冷却装置のブロワーの制御単位が複数あり、前記第二雰囲気導入バルブの開閉制御がブロワーの制御単位ごとに第二の雰囲気導入配管系統及びその制御装置を有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の連続焼鈍炉。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一つ以上の冷却帯とその冷却制御を行う制御装置を含む鋼板をはじめとする金属ストリップの連続焼鈍炉では、炉内に非酸化性ガスを導入する第一および第二の雰囲気導入配管系統を有し、前記第一の雰囲気導入配管系統は非酸化性ガスの導入を恒常的に行うことにより、冷却帯のみ個別に非酸化性ガスを導入することが可能となる。また、前記第二の雰囲気導入配管系統は非酸化性ガスの冷却帯への導入をコントロールするバルブを有することにより、ガス吹き付け式冷却装置のブロワー回転数に応じて、冷却帯へのガス導入量を調整することができ、結果、ブロワー起動時あるいは回転数変化時に冷却帯の炉圧が低下するなどの炉圧変動を防止することができる。さらにこれにより、炉圧変動により外気を吸い込んで連続焼鈍炉内に酸素が入り込むということがなく、その酸素が鋼板等の金属ストリップを酸化して表面に酸化スケールのついた前記鋼板等の金属ストリップが生産されてしまうということを避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１０】
図１に本発明を適用する鋼板用の連続焼鈍炉の一例を示す。図１の連続焼鈍炉では鋼板１が加熱帯１２の下側から入り、最後の冷却帯１５の下から出て行く。この間、鋼板１は加熱帯１２、均熱体１３、冷却帯（徐冷帯）１４、冷却帯（急冷帯）１５、過時効帯１６、及び冷却帯（急冷帯）１７の中をハースロールに導かれて上下に往復しながら通過して、所定の熱履歴を経る。
【００１１】
図２は本発明の第一実施形態を示している。鋼板１の連続焼鈍炉冷却帯１０にはガス吹き付け式冷却装置２が設置されており、鋼板１はガス吹き付け式冷却装置２によって冷却される。なお、この連続焼鈍炉冷却帯１０は、上記冷却帯１４、１５、１７のいずれか一つ又は複数に適用可能である。炉内の雰囲気ガスは連続焼鈍炉冷却帯１０から抽出され、ガスクーラー４で冷却され、ブロワー５を経て、ダクト３を通じてガス吹き付け式冷却装置２にて鋼板１に吹き付けられる。連続焼鈍炉冷却帯１０には雰囲気を一定に保つために、第一の雰囲気導入配管系統６より雰囲気ガスが恒常的に吹き込まれている。また、連続焼鈍炉冷却帯１０には第二の雰囲気導入配管系統７が設置されており、第一、第二とも雰囲気導入配管系統６、７から非酸化性ガスを注入する注入口は連続焼鈍炉冷却帯１０の炉壁にある。連続焼鈍炉冷却帯１０に非酸化性ガスを導入する第二の雰囲気導入配管系統７には第二雰囲気導入バルブ８があり、このバルブとしては開か閉のみを行う遮断弁を採用し、バルブ制御装置９からの信号で開閉動作を行う。
【００１２】
第二の雰囲気導入配管系統７に設置する第二雰囲気導入バルブ８は遮断弁である方が好ましい。なぜならば、流量調節弁を使うと、バルブの開閉に時間を要し、バルブ開動作信号がガス吹き付け式冷却装置２のブロワー回転数の増加信号と同時になされる場合、ブロワー回転数変化による炉圧変動に対し非酸化性ガスの導入が間に合わなくなることがあるためである。但し、バルブ開動作信号がガス吹き付け式冷却装置２のブロワー回転数の増加信号に対する開閉の遅れ分に基づいて早めになされることにより、流量調節弁でハンチング等を起こさずにかつ安価で高速に制御できるものがあればそれでもよい。
【００１３】
また、該第二雰囲気導入バルブ８は、連続焼鈍炉冷却帯１０の炉圧の低下を検出してから、開閉をすると、その分制御遅れが発生するため、ブロワー５の回転数変化信号がブロワー５に対して発せられるタイミングで、該第二雰囲気導入バルブ８への開動作信号バルブ制御装置９より発せられる必要がある。鋼板１のヒートサイクル変更により冷却がより必要となった場合、ヒートサイクルが同一でも鋼板厚みが増加したため冷却がより必要となった場合、あるいは鋼板１の通板速度が増加したため冷却がより必要となった場合に、ブロワー５は回転数が増加する。バルブ制御装置９はブロワー５の回転数増加信号と同時に、第二雰囲気導入バルブ８に開信号を出力し、回転数増加代に応じた時間の後（即ち、ブロワー回転数の増加終了後）、第二雰囲気導入バルブ８に閉信号を出力する。ブロワー５の回転数増加信号と同時に、バルブ８に開信号を出力することにより、ブロワー５の回転数増加による炉圧低下が発生する前に、炉圧低下を補うために必要な雰囲気ガスを鋼板１の連続焼鈍炉冷却帯１０に導入することが可能となり、その結果炉圧変動が抑制される。また、第二雰囲気導入バルブ８への開信号時間を回転数増加代に応じた時間にすることにより、炉圧低下を補うのに必要以上の雰囲気ガスを連続焼鈍炉冷却帯１０に導入することによる炉圧過多を防ぐこととなり、炉圧の変動が防止可能となる。すなわち、ブロワー回転数の増加後の定常状態に入ってから前記第二雰囲気導入バルブ８を閉じることにより、炉圧過多を防止することができる。
【００１４】
ブロワー５の回転数減少の際は、実際には炉圧変動代が小さいこともあるが、仮に炉圧が高くなってしまった場合でも、通常の炉圧制御により放散弁１１が開き、余分な雰囲気ガスを放出することにより炉圧を抑えることができるため、第二の雰囲気導入配管系統６のバルブ８を開にする必要がない。
【００１５】
従来、連続焼鈍炉の冷却帯には複数のガス吹き付け式冷却装置が設置されていた。これらの冷却装置はある制御単位のくくりでブロワ−回転数が制御されている。したがって、炉圧変動はこのブロワー制御単位の回転数変化毎に発生する。また、炉圧の変動を抑制するために、雰囲気導入配管系統と別に、炉内に非酸化性ガスを導入する第二の雰囲気導入配管系統に設置するバルブの開閉制御はブロワーの制御単位に応じて行う必要がある。このとき、冷却装置のブロワー回転数変化代により炉圧低下代が異なるため、ブロワー回転数に応じた時間のバルブ開閉を行う制御装置が必要となる。
【００１６】
図３は本発明の第二実施形態を示している。第一実施形態と異なるのは、第一の雰囲気導入配管系統６と別に設置される第二の雰囲気導入配管系統７が、ガス吹き付け式冷却装置２のダクト３途中に設置されていることである。この第二の雰囲気導入配管系統７は炉内へ直接繋がずとも、ガス吹き付け式冷却装置２のダクト３を介して炉内にガスを導入するよう配管してもよい。ガス吹き付け式冷却装置２のダクト３は冷却帯１０に連通しており、ダクト３内に該第二の雰囲気導入配管系統７から非酸化性ガスを吹き込んだ場合でも、圧力は音速で伝播するため、とくに圧力コントロール上の問題はない。また、このことより、第二の雰囲気導入配管系統７はダクト３のどの部分に接続しても良いことが言える。むしろ、ガス吹き付け式冷却装置２のダクト３に該第二の雰囲気導入配管系統７を接続することにより、たとえば炉を大気解放後からパージをする場合、前記第二の雰囲気導入配管系統７からも非酸化性ガスを導入することにより、ガス吹き付け式冷却装置２のダクト３内のパージが迅速に行われるという利点がある。また、新たに炉壁に穴を開けて導入口を設ける工事をする必要もない。
【００１７】
図４は本発明の第三実施形態を示している。第一及び第二の実施形態と異なるのは、前記冷却帯のガス吹き付け式冷却装置２のブロワー５の制御単位が複数あり、前記第二雰囲気導入バルブ８の開閉制御がブロワー５の制御単位に応じて行われることである。この場合も第一及び第二の実施形態と同様に、各ガス吹き付け式冷却装置２のブロワー回転数が増加し始める際に前記第二雰囲気導入バルブ８を個別に開き、ブロワー回転数の増加後の定常状態に前記第二雰囲気導入バルブ８を個別に閉じる制御が行なわれる。鋼板１の通過に合わせてブロワー５ごとの回転数切り替え時刻をずらすことができるので、冷却条件の変化する過渡的状態を時間的にも鋼板１の長さ方向にも短くすることができる。
【実施例】
【００１８】
図５における従来の鋼板用の連続焼鈍炉の冷却帯ガス供給装置を有する焼鈍炉の場合と、図２における本発明による鋼板用の連続焼鈍炉の冷却帯ガス供給装置を有する場合での焼鈍炉の炉圧の変動を図６に示す。条件として、通板材のサイズは1.0mm×1500mm、ラインスピードは200mpmである。1.2mm×1300mmの材料を同じラインスピード200mpmで通板した場合、材料の板厚みが増加した分冷却が必要なため、ブロワーの回転数がupしている。このとき本発明では、ブロワー回転数増加開始と同時に第二雰囲気導入バルブ８（遮断弁）を開いて第二の雰囲気導入配管系統７から非酸化性ガスを導入する。このガスの導入により、従来の連続焼鈍炉にくらべ、炉圧の変動が殆ど発生しない。その結果従来鋼板の表面が酸化していた部分の酸化が無くなった。第二の雰囲気導入配管系統７からのガス導入終了タイミング、量は炉の容量等により変わるが、この例では１０００Nｍ３/h導入し、ブロワー回転数変更完了後5sec後に第二雰囲気導入バルブ８を閉じ、導入を停止した。
【００１９】
図５における従来の鋼板用の連続焼鈍炉の冷却帯ガス供給装置を有する焼鈍炉の場合と、図３における本発明による鋼板用の連続焼鈍炉の冷却帯ガス供給装置を有する焼鈍炉の場合での炉圧の変動を図７に示す。条件として、通板材のサイズは2.3mm×900mm、ラインスピードは100mpmである。同一の通板材において冷却帯で板温を800℃から300℃へ冷却していたものを途中で800℃から250℃への冷却に変更した。冷却代が大きくなった分、冷却が必要なためブロワー５の回転数がupしている。このとき通常の連続焼鈍炉の冷却帯ガス供給装置を有する焼鈍炉の場合にくらべ、本発明による連続焼鈍炉の冷却帯ガス供給装置を有する場合は炉圧の変動が殆ど発生しない。その結果、従来鋼板の表面が酸化していた部分の酸化が無くなった。第二の雰囲気導入配管系統からのガス導入終了タイミング、量は炉の容量等により変わるが、この例では８００Nｍ３/h導入し、ブロワー回転数変更完了と同時に第二雰囲気導入バルブ８を閉じ、導入を停止した。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明に従うことにより、鋼板をはじめとした金属ストリップの連続焼鈍炉の冷却帯にガス吹き付け冷却方式を適用しても、ブロワー起動時あるいは回転数変化時に冷却帯の炉圧が変動するといった問題を解決することができるようになった。また、これにより、連続焼鈍炉内に酸素が入り込むということがなく、その酸素が表面を酸化することによる酸化スケールのついた前記鋼板等の金属ストリップが生産されてしまうということを避けることができる。なお、本発明では（発明を実施するための最良の形態）及び（実施例）において鋼板用の連続焼鈍炉を説明に用いていたが、鋼板用の焼鈍炉に限定されることなく、温度や雰囲気等の条件を変えて、アルミや銅などの他の金属板や合金板用の連続焼鈍炉に用いても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】鋼板用の連続焼鈍炉の外観図である
【図２】本発明の第一実施形態による連続焼鈍炉の冷却帯の断面図である
【図３】本発明の第二実施形態による連続焼鈍炉の冷却帯の断面図である
【図４】本発明の第三実施形態による連続焼鈍炉の冷却帯の断面図である。
【図５】従来の連続焼鈍炉の冷却帯の断面図である
【図６】従来の連続焼鈍炉の冷却帯と本発明の第一実施形態による連続焼鈍炉の冷却帯との炉圧変動の比較を示したグラフである
【図７】従来の連続焼鈍炉の冷却帯と本発明の第二実施形態による連続焼鈍炉の冷却帯との炉圧変動の比較を示したグラフである
【符号の説明】
【００２２】
１  鋼板
２  ガス吹き付け式冷却装置
３  ダクト
４  ガスクーラー
５  ブロワー
６  第一の雰囲気導入配管系統
７  第二の雰囲気導入配管系統
８  第二雰囲気導入バルブ
９  バルブ制御装置
１０  連続焼鈍炉冷却帯
１１  放散弁
１２  連続焼鈍炉加熱帯
１３  連続焼鈍炉均熱帯
１４  連続焼鈍炉冷却帯（徐冷帯）
１５  連続焼鈍炉冷却帯（急冷帯）
１６  連続焼鈍炉過時効帯
１７  連続焼鈍炉冷却帯（急冷帯）
１８  ブロワー単位の制御装置
【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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