(57)【要約】【課題】冷却管の温度にばらつきを少なくした搬送ロールの冷却装置を提供する。【解決手段】連続式熱処理炉内において、金属ストリップを連続的に搬送する搬送ロールの周囲に断熱材を設置して断熱室を形成し、該断熱室の上部に、炉の加熱熱源の熱幅射が断熱室内へ進入するのを妨げる遮断部を設け、断熱室内側とロールとの間に複数の冷却管を設置するとともにその設置位置を加熱熱源の熱輻射を直接受けない位置とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続式熱処理炉内において、搬送ロールの周囲に断熱材を設置して断熱室を形成し、該断熱室の上部に、炉の加熱熱源の熱幅射が断熱室内へ進入するのを妨げる遮断部を設け、前記断熱室内側の前記搬送ロールとの間に複数の冷却管を設置するとともにその設置位置を加熱熱源の熱輻射を直接受けない位置としたことを特徴とする炉内搬送ロールの冷却装置。
【請求項２】
前記断熱室内側の前記冷却管との間に副次物の堆積空間を形成したことを特徴とする請求項１に記載の炉内搬送ロールの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ストリップを連続的に加熱処理する炉設備、例えば鋼帯の連続焼鈍炉における炉内搬送装置に関し、特に、炉内に配設される搬送ロールを表面の過冷却を防止して耐ビルドアップ性等を高め、かつ、ロール寿命の延長・長期安定操業の維持を図ると共に、ロールの過冷却に付随する熱効率の低下を防止することが可能な炉内搬送ロールの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続焼鈍炉のような連続式熱処理炉内に配設される搬送ロール、例えばハースロールは、６００〜１３００℃の温度で酸化性または還元性雰囲気という過酷な環境下で金属ストリップを搬送しているため、そのままでは、ロ−ル表面の摩耗や金属酸化物のロール表面ヘのビルドアップなど種々の問題があり、ロール表面を適度な温度に冷却しなければならない。
従来は、炉温や金属ストリップの温度に影響を与えることなく、外部からロール表面を適度な温度に冷却することは難しいため、ロール軸部に冷却水を流通してロールを冷却する方式が多く採用されている。
【０００３】
しかし、このロール軸部を水冷する方式のハースロールでは、冷却がロール表面にまで及んで表面の過冷却が生じる場合があり、改善が望まれていた。
その一例として、ロール本体との間に空隙を設け、ロール表面の過冷却を防止することが特許文献１に開示されているが、ロールの構造が複雑になり、かつロール表層には連続焼鈍炉の操業条件にそのままで耐えられる材質を選定する必要があり、コスト高になるなどの問題があった。
【０００４】
このような現状に対し、本発明者らは、先に、特許文献２によって、ハースロールの周囲に、該ハースロールおよび前記金属ストリップに接触しない範囲で断熱材を設置し、該断熱材と前記ハースロールとの間の空間に冷却管を設置することにより、外部からロール表面を冷却する手段を提示した。
その手段によれば、冷却の影響を、焼鈍炉全体や金属ストリップに及ぼすことなく、ハースロール表面を適正な温度に保持できるようになった。
【０００５】
しかし、その後、炉内温度が高い場合など、複数の冷却管を用いてより冷却能力を高めようとする場合、特に金属ストリップに近い上部側に配置した冷却管の表面温度が、他の冷却管に比べて高くなり冷却効率が低下するという問題や、個々の冷却管自体にも、金属ストリップの下側に位置する部分とそれ以外の部分に温度分布が発生し、そのため冷却管が熱変形して冷却管が劣化しやすいなどの問題があることがわかった。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５６−１３４６１６公報
【特許文献２】特開２００６−１５２３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、先に特許文献２で提案された炉内搬送ロールの冷却手段の構造をさらに改良して、冷却管の表面温度のばらつきが生じないような冷却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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、次のようにしたことを特徴とする。
（１）連続式熱処理炉内において、搬送ロールの周囲に断熱材を設置して断熱室を形成し、該断熱室の上部に、加熱熱源の熱幅射が断熱室内へ進入するのを妨げる遮断部を設け、前記断熱室内側の前記搬送ロールとの間に複数の冷却管を設置するとともにその設置位置を加熱熱源の熱輻射を直接受けない位置とした。
（２）前記（１）において、前記断熱室内側の前記冷却管との間に副次物の堆積空間を形成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、遮蔽部を設けることによって加熱熱源の熱輻射を直接受けない位置に冷却管を設置できるので、冷却管を金属ストリップに向かって上部側に設置しても、その冷却管の表面温度が他の冷却管に比べて特に高くなることが防止でき、かつ、冷却管に上記のような温度分布が発生することも防止でき、冷却効率や冷却管の劣化の問題を解決することができる。また、金属ストリップから発生したスケールや炉壁の欠片などの副次物の堆積によって冷却管が埋まり、冷却能力が低下することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明者らは、先に特許文献２で提案されたロール冷却装置では、バーナーやラジアントチューブなどの炉の加熱熱源からの輻射熱によって、冷却管が影響を受けるのではないかと考えて、熱源からの熱の影響を受けない断熱材の形状や、冷却管の配置を種々検討した。本発明は、その検討の結果なされたものである。
【００１１】
以下、本発明の冷却装置の一実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の冷却装置を連続式熱処理炉の一例である水平型連続熱処理炉のハースロールに適用した場合の断面図を示している。水平型連続熱処理炉の天井部７と床部８との間には、加熱処理される金属ストリップ２を間に挟んで上下にバーナーやラジアントチューブなどの炉の加熱熱源１が配置され、この炉中で、金属ストリップ２はハースロール３上を加熱されながら搬送される。ハースロール３は、その長手方向の両端部を、炉体外の左右に配置された適宜な軸受け部材によって回転自在に支持されている。
【００１２】
ハースロール３の前後部および下部には、ハースロール３を取り囲むように断熱室５が設置されており、ハースロール３と断熱室５の内側との間には、ロールの形状に沿うように複数の冷却管４が設置される。断熱室５は、左右の側壁９、９と底部１０によりボックス状に形成され、断熱室５の側壁９、９と底部１０は、セラミックファイバなどの断熱材によって形成されている。このとき、断熱材の表面を耐火ボードなどで覆ってもよい。
【００１３】
冷却管４は鋼製の筒体によって形成されており、その内部には冷媒が流れている。冷却管４は、その長手方向をハースロール３の回転軸方向と平行に揃えて配置され、その長手方向の両端部を炉体外に突出させて、外部配管と接続されるようになっている。
ハースロール３は、その上面部が常時加熱されているが、回転にともない直ぐに冷却管４に面することになるため、抜熱されて温度上昇が抑制される。
【００１４】
ここで、上記課題を解決するためには、炉の加熱熱源１からの熱の輻射を冷却管が受けないようにすることが重要であり、そのための断熱室５の形状や冷却管４の配置について以下説明する。
断熱室５の左右側壁９、９の上部に、加熱熱源１の熱幅射をさえぎる遮蔽部６を側壁から張り出すように設け、断熱室の内部における熱源の熱幅射による影響を受けない範囲を拡大する。そして、ハースロールの側面に配置する冷却管は、冷却管と遮蔽部の先端を結ぶ線が熱源と交差しないような位置に配置して、熱源からの熱幅射による影響を直接受けないようにするとともに、冷却管の表面温度が低くなるような位置を調査して、そこに設置する。これにより、上部まで冷却管を配置でき、効果的にロール表面温度を下げることができる。
【００１５】
遮蔽部６は、左右側壁９、９の上端部に連続して設けられるのが望ましいが、特に上端に限定されるものではない。また、遮蔽部６は、側壁などと同じ断熱材で形成しても良いし、耐火ボードなどの板状の断熱材で形成してもよい。
その張り出し長さは、遮蔽効果を確実に得るためには少なくとも冷却管の径程度あるのが望ましいが、ハースロールと断熱材側壁との間隔及び冷却管の設置位置との関係で、上部の冷却管が熱源からの熱幅射による影響を直接受けない長さであればよい。
【００１６】
以上のように断熱室上部に遮蔽部を設けるとともに冷却管の位置を調整することにより、冷却管を金属ストリップに向かって上部側に設置しても、その冷却管の表面温度が、他の冷却管に比べて特に高くなることが防止でき、かつ、冷却管に上記のような温度分布が発生することも防止でき、冷却効率や冷却管の劣化の問題を解決することができる。
【００１７】
図１では、断熱室５を炉体の床部８に置いた形式を示したが、左右の炉体で支持するようにしてもよい。断熱室５はロール長手方向には、少なくとも処理する金属ストリップ２の幅全体より広い範囲に設置する必要があるが、左右の炉壁まで達してハースロール全体を覆うようにするのが冷却管自体の温度分布を均一にするためにより好ましい。
【００１８】
断熱室５のハースロール３の下側部分には、金属ストリップ２から発生したスケールや炉壁の欠片などの副次物の堆積によって冷却管が埋まり、冷却能力が低下することを防止するため、副次物の堆積空間を形成するのが望ましい。また、スケールなどの副次物が底部１０に均一に堆積できるようにするのが望ましく、断熱室５は図１に示すようにボックス状に形成するのがよい。その際、底部と冷却管の間の間隔は、最低でも１０ｍｍ以上離すのがよい。
【００１９】
冷却管４とハースロール３との間隔は、冷却効果を考慮すると小さいほうがよいが、あまり狭いと、冷却管４とロール３とが接触しやすくなり、両者が接触すると、接触部とそれ以外の部分とでロール表面温度が不均一となるため望ましくない。また、ロール３との間に前記欠片などが挟まる恐れがあり、通常は１０〜７０ｍｍの範囲から、さらにロール径や冷却管の冷却能力などを考慮して決められる。
【００２０】
冷却管４の本数と管の太さおよび冷媒の種類は、炉の温度とロール表面の耐熱温度とをもとに、必要な冷却能力によって決定することができるが、冷却管の本数は、少なくともロールの両側部と下部の３本は必要である。また、冷媒としては、例えば常温の水や空気等が使用可能であり、冷却管４に通す冷媒の量は、適正な量に固定しても良いが、ロール表面が適正な温度になるように流量を調節しても良い。
このためには、断熱室５とハースロール３との間に温度計を設置し、その指示温度があらかじめ定めた温度になるように流量調整弁を手動であるいは、制御装置を用いて操作することで達成できる。
【００２１】
なお、冷媒の流れる方向は、全ての冷却管４で同一としてもよいが、一方向に揃えずに適宜本数だけ逆向きに流れるようにしても良い。このようにすれば、ハースロール３の長手方向（回転軸方向）の冷却ムラをより有効に防止できる。
【００２２】
以下、本発明の実施例を説明するが、実施例で採用した条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するための一条件例であり、本発明は、この例に限定されるものではない。
【実施例】
【００２３】
ラジアントチューブを加熱熱源とする水平型連続熱処理炉に、次のように冷却装置を設置した。すなわち、厚み８０ｍｍのセラミックフアイバー製の壁を外径１９０ｍｍのカーボンハースロールの下部と側部に設置して断熱室を形成し、該ハースロールの下部に冷却管を、ハースロール３から５３ｍｍの隙間を設けつつ、前記ロール３の円周方向に間隔を隔てて５本配置した。断熱室の側壁上部には、それぞれ側壁と同じ断熱材よりなる遮蔽部を側壁から突出するように設けた。その際、片側の遮蔽部は側壁から２５ｍｍ突出するように、もう片側の遮蔽部は側壁から１０ｍｍ突出するようにそれぞれ設け、片側の冷却管のみラジアントチューブの熱輻射を直接受けないようにした。
【００２４】
そして、炉温８５０℃と１０２０℃で操業した時の冷却効果を、種々の冷却水流量に調整して調べた。
その結果得られたそれぞれの炉温での各冷却管の出口側外表面温度と冷却水流量との関係を、図２、３に示す。それぞれの図において、遮蔽部が長い側の冷却管をａ、ｂとし、遮蔽部が短い側の冷却管をｄ、ｅとした。冷却管ａでは、上下の位置で温度を測定した。
【００２５】
図２に示されるように、炉温８５０℃のときに、ラジアントチューブからの熱輻射を遮蔽している冷却管ａ、ｂの外表面温度は、それぞれ約１３０℃、約８０℃であるのに対し、遮蔽が十分でない冷却管ｅ、ｄの外表面温度は、それぞれ約１８０℃、約１００℃であり、ラジアントチューブからの熱輻射を遮蔽することにより、冷却管の外表面温度の上昇を防止でき、遮蔽が十分でない場合に比べてハースロールへの冷却効率が高いこと分かる。また、図２、３に示されるように、炉温１０２０℃と炉温８５０℃のときの外表面温度の差は、冷却管ｅ、ｄがそれぞれ７０℃程度、３０℃程度であるのに比べて、冷却管ａ、ｂは、それぞれ約２０℃、約１０℃と大幅に縮小しており、１０２０℃という高温の操業でも、８５０℃の操業と近い温度まで、ロールが冷却されていることが分かる。
【００２６】
さらに、冷却管ａとｂの外表面温度の差は、冷却管ｅとｄの外表面温度の差よりも小さくなっており、冷却管の外表面温度のばらつきが緩和されていること、また、遮蔽により冷却管の熱輻射を最も受ける冷却管ａにおいて、ストリップ側とその反対側の面の温度差も管の変形が問題とならない程度に緩和されていることがそれぞれ分かる。
以上のように、本発明によれば、より冷却効果が高く、冷却管の温度のばらつきがない冷却装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の炉内搬送ロールの冷却装置を説明するための図である。
【図２】炉温８５０℃での冷却管の出入り口水温と流量の関係を示す図である。
【図３】炉温１０２０℃での冷却管の出入り口水温と流量の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    連続焼鈍炉の加熱熱源
２    金属ストリップ
３    ハースロール（搬送ロール）
４    冷却管
５    断熱室
６    遮蔽部
９    断熱室の側壁
１０    断熱室の底部
【図１】
2008266753.tif 000003
【図２】
2008266753.tif 000004
【図３】
2008266753.tif 000005