(57)【要約】【課題】ガスシール性に優れたガス供給ノズルを提供する。【解決手段】両端部が閉塞した外筒と、内部に通気性を有する充填層が形成され、前記外筒内にその一端部側から挿入されるとともに、他端部側が外筒端部から炉外に突出した内筒と、一端部に雄ネジ部を有し、前記炉外に突出した内筒の他端部に外挿され、他端部側を介して炉体外側に固定された短管と、前記短管の雄ネジ部に螺装される雌ネジ部を有するキャップ状の部材であって、前記雌ネジ部の内側に環状のシール押え部を有するとともに、本体中央に嵌挿孔が貫設されたシール押え部材と、前記シール押え部材の嵌挿孔を通じて前記内筒他端部の内部に挿入されたガス供給管と、前記内管と短管間において、内筒の端面と前記シール押え部材のシール押え部先端との間に介装され、シール押え部による圧縮により内管と短管間にシール部を形成するリング状のパッキンとを有するガス供給ノズル。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒と内筒とからなるノズル本体を、被処理金属材が通過する炉内幅方向に沿って配置し、炉内に高温ガスを供給するガス供給ノズルであって、両端部が閉塞するとともに、外周部にガス吐出孔が貫設された外筒と、一端部が閉塞するとともに、該一端部またはその近傍にガス通孔が貫設され、少なくとも炉内空間に位置する内筒部分の内部に通気性を有する充填層が形成され、前記外筒内にその一端部側から挿入されるとともに、他端部側が外筒端部から炉外に突出した内筒と、一端部に雄ネジ部を有し、前記炉外に突出した内筒の他端部に外挿され、他端部側を介して炉体外側に固定された短管と、前記短管の雄ネジ部に螺装される雌ネジ部を有するキャップ状の部材であって、前記雌ネジ部の内側に環状のシール押え部を有するとともに、本体中央に嵌挿孔が貫設されたシール押え部材と、前記シール押え部材の嵌挿孔を通じて前記内筒他端部の内部に挿入されたガス供給管と、前記内管と短管間において、内筒の端面と前記シール押え部材のシール押え部先端との間に介装され、シール押え部による圧縮により内管と短管間にシール部を形成するリング状のパッキンとを有することを特徴とするガス供給ノズル。
【請求項２】
内筒内の閉塞側端部から炉殻まで、充填槽が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス供給ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材に対して熱処理や浸珪処理等の処理を行う炉において、炉内に高温ガスを供給するためのガス供給ノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料の加熱炉や各種処理炉では、炉内雰囲気用ガスや金属材の表面に吹き付けるガスを炉内に供給するためのガス供給ノズルが用いられる。
【０００３】
特許文献１には、鋼板に化学気相蒸着（以下ＣＶＤと称す）による連続滲珪処理を行うことで高珪素鋼板（例えば、６．５％Ｓｉ鋼板など）を製造するための連続滲珪処理設備と、これに用いられるガス供給ノズルが示されている。
【０００４】
図５及び図６は特許文献１のガス供給ノズルを示している。このガス供給ノズル１０２は二重筒で構成されており、炉の側壁を貫通して炉内に挿入され、炉内の上下方向で鋼板１０１を挟むように配置されている。
【０００５】
ガス供給ノズル１０２は、外筒１２０と、この外筒１２０内に挿入された内筒１３０とから構成されており、前記外筒１２０は耐熱性、耐蝕性、耐高温強度を有する必要から窒化珪素などのセラミックで構成され、炉壁に介装したノズル支持側板１０６で支持されている。この外筒１２０の中間部には横長のスリット孔１２１が通板する鋼板１０１に向くように形成されている。前記内筒１３０は耐熱性および耐蝕性を有するアルミナ、窒化珪素、ムライト等のセラミックで構成されている。この内筒１３０内には、挿入側の炉壁厚を超える位置まで、先端が封止されている窒化珪素製の保護管１４０で外装された抵抗発熱体１４１が挿入され、内筒内に供給されたＣＶＤ処理ガスを１次加熱するようになっている。さらに、前記保護管１４０先端から先の内筒１３０内は、通気性を有する充填帯１５０が充填されている。
【０００６】
また、前記保護管１４０は、外筒１２０と内筒１３０間に差し込まれた短管１２４と該短管１２４と内筒１３０の間に差し込まれた短管１２５に同心になるように各々フランジ継手で接続されている。なお、短管１２４内面側と内筒１３０外面側、および内筒１３０外面側と保護管１４０外面側はグランドパッキン１２７およびガスケット１２８で各々密封状態を形成している。前記短管１２５は、保護管１４０と間に、内筒１３０と保護管１４０とで構成される隙間に連通する空間を構成し、保護管端部シールノズル１２６が接続されている。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３０８５０８０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１によれば、ガスを炉内雰囲気温度まで高める為に、内筒内に抵抗発熱体１４１を設置することは必須であり、そのため、耐熱性、耐蝕性を目的としてヒータの周りには保護管１４０が備えられている。しかしながら、前記保護管１４０は強度、特に曲げ強度が小さいため、保護管の周りのシール方法は限られてしまい、▲１▼内管１３０と短管１２４の間にあるグランドパッキン１２７を短管１２５で押し付けることによって内管内ガスがシールされるため、短管１２５による押し付けはグランドパッキン１２７とフランジ部ガスケット１２８とを同時に締め付ける構造となり、それぞれの単独でのシール性調整が出来ない▲２▼グランドパッキン１２７を押し付けていくと、セラミック製の内筒端部に内筒軸方向の曲げ応力が発生し、充分なシール性が保てない、の問題があった。
【０００９】
さらには、抵抗発熱体１４１と保護管１４０を設置することは、設備コストが高価なものとなる。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、ガスシール性に優れ、かつ安価でシンプルな構造のガス供給ノズルを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明のガス供給ノズルは、外筒と内筒とからなるノズル本体を、被処理金属材が通過する炉内幅方向に沿って配置し、炉内に高温ガスを供給するガス供給ノズルであって、両端部が閉塞するとともに、外周部にガス吐出孔が貫設された外筒と、一端部が閉塞するとともに、該一端部またはその近傍にガス通孔が貫設され、少なくとも炉内空間に位置する内筒部分の内部に通気性を有する充填層が形成され、前記外筒内にその一端部側から挿入されるとともに、他端部側が外筒端部から炉外に突出した内筒と、一端部に雄ネジ部を有し、前記炉外に突出した内筒の他端部に外挿され、他端部側を介して炉体外側に固定された短管と、前記短管の雄ネジ部に螺装される雌ネジ部を有するキャップ状の部材であって、前記雌ネジ部の内側に環状のシール押え部を有するとともに、本体中央に嵌挿孔が貫設されたシール押え部材と、前記シール押え部材の嵌挿孔を通じて前記内筒他端部の内部に挿入されたガス供給管と、前記内管と短管間において、内筒の端面と前記シール押え部材のシール押え部先端との間に介装され、シール押え部による圧縮により内管と短管間にシール部を形成するリング状のパッキンとを有することを特徴とするガス供給ノズルである。
【００１２】
さらに、上記において、内筒内の閉塞側端部から炉殻まで、充填槽が形成されていることを特徴とするガス供給ノズルである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明をＣＶＤ処理炉において反応ガス（ＳｉＣｌ４＋キャリアガス）を炉内に供給するためのガス供給ノズルに適用した場合の一実施形態を示すもので、図１は炉体の横断面した状態において、上下１対のガス供給ノズルのうちの上部ガス供給ノズルを縦断面した状態を示す図面、図２はガス供給ノズルの一端部側を部分的に示す縦断面図、図３はガス供給ノズルの他端部側を部分的に示す縦断面図である。
【００１４】
図において、ＡはＣＶＤ処理炉の炉体、１は炉内を通過する被処理鋼帯、２はこの被処理鋼帯１の通板ラインの上下位置に配置された本発明のガス供給ノズル、４は炉内ヒータである。
【００１５】
前記ガス供給ノズル２は、ノズル本体を構成する外筒２０及び内筒３０と、炉外に突出した内筒の他端部に外挿される短管２７と、この短管２７の端部に装着されるキャップ状のシール押え部材２８と、このシール押え部材を貫通して内筒端部の内部に挿入されたガス供給管４２と、前記内管３０と短管２７間にシール部を形成するパッキン２９とを備えており、前記ノズル本体を炉内幅方向に沿って配置したものである。
【００１６】
前記外筒２０は、両端部が閉塞するとともに、炉壁に介装したノズル支持側板６で支持されている。また、この外筒２０の外周部にはガス吐出孔２１が炉内幅以下の長さで軸方向に延在し、被処理鋼帯１に向くように貫設されている。
【００１７】
前記内筒３０は、一端部が閉塞するとともに、前記一端部またはその近傍にＮ２ガス通孔３２が貫設され、少なくとも炉内空間に位置する内筒３０部分の内部に通気性を有する充填層５０が形成され、前記外筒２０内にその一端部側から挿入されるとともに、他端部側が外筒端部から炉外に突出している。そして、内筒３０は断熱スリーブ２２を介在させて、前記外筒２０へ同心に挿入されている。また、前記外筒２０内の先端には、前記内筒３０先端と勘合する内筒端部板３１が設置されており、前記内筒端部板３１は、外周部、中央部にそれぞれ複数の孔が設けられ、前記内筒３０内と前記外筒２０内外とが連通する様になっている。そして、前記内筒３０と前記内筒端部板３１は、シール押え部材２８により軸方向に押し付けられて保持されている。また、前記充填層５０内には、マカロニ状の固形粒（充填材）が閉塞側の端部から炉殻まで充填されている。なお、炉内に供給するガスを炉内温度まで昇温可能とするため、充填層５０内に充填される充填材は、内筒３０内閉塞側端部からＣＶＤ処理炉Ａのケーシング（炉殻）部分まで、さらには炉内幅以上の長さをもって、充填されるのが好ましい。
【００１８】
前記短管２７は、一端部に雄ネジ部を有し、前記炉外に突出した内筒３０の他端部に外挿され、他端部側を介して炉体外側に固定されている。また、短管２７の外周部には、パッキン２９の冷却用Ｎ２配管２６が設けられている。
【００１９】
前記シール押え部材２８は、前記短管２７の雄ネジ部２３に螺装される雌ネジ部２４を有するキャップ状の部材であって、前記雌ネジ部２４の内側に環状のシール押え部４６を有するとともに、本体中央に嵌挿孔２６が貫設されている。そして、前記シール押え部材２８は、前記短管２７にねじ込むことで、同心に押し付けを行っている。
【００２０】
前記ガス供給管４２は、前記シール押え部材２８の嵌挿孔を通じて前記内筒３０の他端部の内部に挿入されている。また、前記ガス供給管４２は、前記充填層５０を保持し、前記ガス供給管４２の内部を通過する１００℃の反応ガスの熱からパッキン２９を保護するために、前記ガス供給管４２は２重管構造となっている。
【００２１】
すなわち、前記シール押え部材２８は、前記短管２７にねじ込むことで前記内筒３０と前記内筒端部板３１を保持しており、前記ガス供給管４２は、フランジ４３を有しており、そのフランジ４３をシール材４４を介して前記シール押え部材２８にボルト４５で押さえる事によって、前記ガス供給管４２は前記内筒３０に挿入されていると同時に、充填材を保持している。
【００２２】
前記パッキン２９は、前記ガス供給管４２と短管２７間において、内筒３０の端面と前記シール押え部材２８のシール押え部４６先端との間に介装され、シール押え部４６による圧縮によりガス供給管４２と短管２７の間にシール部を形成し、リング状となっている。そして、シール押え部材２８の押し付けによりパッキン２９を介して内筒３０内ガスをシールできる構造となっている。また、パッキン２９の押し付けは、内筒３０端面を円筒軸方向に押し付けることにより曲げ応力が発生しない構造ともなっている。
【００２３】
以上、図１、図２、図３によれば、炉内ヒータ４で、例えば、炉内を１２００℃に加熱すると、内筒２０内の充填層５０層も炉内温度と同等の温度（１２００℃）に昇温する。例えば、図１、２、３を用いて、６．５％Ｓｉの高珪素鋼板をＣＶＤ処理で製造する際のＳｉＣｌ４ガスはキャリアガスのＮ２と所望の濃度に混合され、約１００℃に予熱され、ガス供給管４２端部より充填層に供給される。このＳｉＣｌ４ガス＋キャリアガスのＮ２（以下、処理ガスと称す）は炉内温度と同じ温度まで加熱された充填層５０を通過することで、約１２００℃まで加熱される。加熱された処理ガスは、内筒端部板３１の中央部、外周部のそれぞれの孔を通って、外筒２０と内筒３０との空間に進み、ガス吐出孔２１から被処理鋼帯１表面に吹き付けられ、被処理鋼帯１に進入し、被処理鋼帯１のＳｉ量を増加させる。
【００２４】
図４は、上記６．５％Ｓｉの高珪素鋼板をＣＶＤ処理で処理製造する際の、処理ガス、ガス供給ノズル内筒及び外筒の温度分布を示す図である。横軸は、炉内幅方向の充填層の距離を示しており、縦軸は処理ガス、ガス供給ノズル内筒及び外筒の温度を示している。なお、ここで、用いた炉内幅は９５０ｍｍである。図４より、処理ガスの温度分布は、充填層５０入口では供給温度である１００℃であるが、充填層通過後８００ｍｍの位置では炉内温度である１２００℃まで昇温され、炉内幅９５０ｍｍ（充填層閉塞側端部）では１２００℃で保持されていることがわかる。よって、ノズル内にヒータ（発熱体）を設置し予熱する必要はなく、炉内ヒータ４により加熱された充填層を通過するだけで十分昇温可能である。
【００２５】
以上より、シール押え部材の押し付けによりパッキンを介して内筒内ガスをシールする構造とすることにより、内筒内ガスのシール部単独での締め付けが可能となり、ガスのシール性が向上する。また、内筒と短管間のシール部は、内筒を軸方向に押し付けるシール構造となっているため、内筒に曲げ応力が発生せず、確実なシール性を保つことができる。さらには、ノズル内に予熱ヒータ（発熱体）装置を設置せずとも、充填帯をガスが通過することのみでガスを炉内温度まで昇温可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、シール押え部材の押し付けによりパッキンを介して内筒内ガスをシールする構造とすることにより、内筒内ガスのシール部単独での締め付けが可能となり、ガスのシール性が向上する。また、内筒と短管間のシール部は、内筒を軸方向に押し付けるシール構造となっているため、内筒に曲げ応力が発生せず、確実なシール性を保つことができる。
【００２７】
さらに、反応ガスを炉内温度と均等な温度で供給する必要がある場合、ガス供給ノズル内にヒータ装置を設置し、ヒータ装置によって予熱する必要が無く、ノズル内のヒータ装置及び高価な窒化珪素製のヒータ保護管の設置が不要となり、ノズル端部の構造がシンプルとなり、コストダウンとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施形態によるガス供給ノズルを縦断面した状態を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によるガス供給ノズルの一端部側を部分的に示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるガス供給ノズルの他端部側を部分的に示す縦断面図である。
【図４】炉内幅方向の充填層の距離と処理ガス、ガス供給ノズル内筒及び外筒の温度分布を示す図である。
【図５】従来のガス供給ノズルをＣＶＤ処理炉へ適用した据付状態を示す横断面図である。
【図６】従来のガス供給ノズルを示す部分断面詳細図である。
【符号の説明】
１  被処理鋼帯
２  ガス供給ノズル
４  炉内ヒータ
６  ノズル支持側板
２０  外筒
２１  ガス吐出孔
２２  断熱スリーブ
２３  雄ネジ部
２４  雌ネジ部
２５  シール押え部
２６  嵌挿孔
２６  冷却用Ｎ２配管
２７  短管
２８  シール押え部材
２９  パッキン
３０  内筒
３１  内筒端部板
３２  Ｎ２ガス通孔
４２  ガス供給管
４３  フランジ
４４  シール
４５  ボルト
４６  シール押え部
５０  充填層
【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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