(57)【要約】【課題】  連続焼鈍炉の立上げ時に、短時間で炉内雰囲気ガスの露点を調節し、早期に還元性雰囲気を得ること。【解決手段】  連続焼鈍炉の立ち上げ時に、イナートガス又は還元性ガスを炉内に供給するとともに、炉内と連通する犠牲酸化材配置室に犠牲酸化材を搬入し、炉内雰囲気の酸素濃度が１％以下となった時に、犠牲酸化材を炉内雰囲気に接触させて、炉の点火作業を行うことを特徴とする連続焼鈍炉雰囲気ガスの露点調節方法で、犠牲酸化材は、酸素との親和力が鉄よりも強い元素の１種又は２種以上を含有する構造用炭素鋼、クロムモリブデン鋼の旋盤研削屑を用いる。そして、連続焼鈍炉は、連続焼鈍炉下部側壁部に炉内と連通する犠牲酸化材配置室を設け、該配置室は炉内雰囲気を遮蔽できる開閉可能な遮蔽板を備えていて、遮蔽板の開閉を行うシリンダーを備えていることを特徴とする。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続焼鈍炉の立ち上げ時に、イナートガス又は還元性ガスを炉内に供給するとともに、炉内と連通する犠牲酸化材配置室に犠牲酸化材を搬入し炉内の雰囲気ガス中酸素及び水分を犠牲酸化材と反応させることを特徴とする連続焼鈍炉雰囲気ガスの露点調節方法。
【請求項２】
炉内雰囲気の酸素濃度が１％以下となった時に、犠牲酸化材を炉内雰囲気に接触させて、炉の点火作業を行うことを特徴とする請求項１記載の連続焼鈍炉雰囲気ガスの露点調節方法。
【請求項３】
犠牲酸化材が、酸素との親和力が鉄よりも強い元素の１種又は２種以上を含有する構造用炭素鋼、クロムモリブデン鋼の旋盤研削屑であることを特徴とする請求項１または２記載の連続焼鈍炉雰囲気ガスの露点調節方法。
【請求項４】
連続焼鈍炉下部側壁部に炉内と連通する犠牲酸化材配置室を設け、該配置室は炉内雰囲気を遮蔽できる開閉可能な遮蔽板を備えていることを特徴とする連続焼鈍炉。
【請求項５】
遮蔽板の開閉を行うシリンダーを備えていることを特徴とする請求項４記載の連続焼鈍炉。
【請求項６】
犠牲酸化材配置室内に供給側から排出側に犠牲酸化材を移送する犠牲酸化材移送装置を設けたことを特徴とする請求項４または５記載の連続焼鈍炉。
【請求項７】
犠牲酸化材配置室には犠牲酸化材の供給口及び排出口が設けられていることを特徴とする請求項６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、連続焼鈍炉の立ち上げ時における雰囲気ガスの露点調節方法及び連続焼鈍炉に関し、特に、立ち上げ時に大気中の酸素・水分を積極的に犠牲酸化材と反応させて早期に還元性雰囲気とする雰囲気ガスの露点調節方法及びそのための連続焼鈍炉装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、家電製品等に用いる加工用冷延鋼帯を熱処理するために、連続焼鈍が採用されている。
【０００３】
この連続焼鈍の中核をなす連続焼鈍炉の構成と雰囲気ガス供給系統の概要を図１に示す。図１に示すように、連続焼鈍炉は、予熱帯１、加熱帯２、均熱帯３、一次冷却帯４、過時効処理帯５、及び二次冷却帯６に区分されており、鋼帯７はこれらの各部を順次通過することによって所望の加熱及び冷却を受ける。
【０００４】
このような鋼板の連続焼鈍においては、通板する鋼板表面の酸化を防止するために、操業中の炉内雰囲気を還元性雰囲気にすることが必要とされている。還元性雰囲気を得るために、一般的にＨ2とＮ2の混合ガスが用いられ、雰囲気ガス供給系統を通じて炉内に供給されている。この混合ガスを得るにはアンモニアを分解して得られるＨ2とＮ2の混合ガスや、これに必要に応じてＮ2を混合させたり、或いはＨ2単独ガスを得て、Ｎ2ガスと混合させるなどの方法がある。そして、この還元性雰囲気のガスは、露点−１０℃以下とするのが通常である。
【０００５】
炉内雰囲気が還元性雰囲気となっているか或いは酸化性雰囲気であるか否かの判定は、Ｈ2：Ｈ2Ｏの分圧により決定されるが、この分圧は焼鈍される鋼帯を構成する成分元素により必要な限界値は異なる。最終的には、焼鈍後の鋼帯にテンパーカラーと呼ばれる酸化膜が生成するので、この酸化膜の着色度による鋼帯の外観上の合否で雰囲気を判定することが多い。この場合、薄い酸化膜が存在していても実用上は無害と判定されるケースもある。例えば、一般の低炭素Ａｌキルド鋼、ＩＦ鋼では、Ｈ2：３〜５％に対して露点＋５℃程度で操業される。しかし、強酸化成分であるＣｒ、Ｍｎを多く含む材料ではテンパーカラー抑制の限界から露点−１０℃以下などの一般低炭素鋼より低いことが要求される。
【０００６】
炉内雰囲気を還元性にし、かつ所定の露点に調整して連続焼鈍の操業が行われるが、定期修理で炉が大気開放状態になるケース、炉内の板破断などの処置で炉が大気開放状態になるケース、または、燃焼用のラジアントチューブの破損、各種の炉内計器用の冷却水漏れなどによる悪化のケース等の操業を止めなければならないことが生じる。
【０００７】
このような場合には、修理後等に連続焼鈍炉を立ち上げることとなるが、通常操業立ち上げ時の最初は安価なＮ2等のイナートガス（不活性ガス）を焼鈍炉内に吹込んで、炉内のＯ2をイナートガスでパージする。ガス置換の状況は炉内のＯ2濃度を検出することによって行う。その後、最終的に必要な雰囲気ガス条件を得るため、Ｈ2ガス単独、または事前にＨ2ガスとＮ2ガスを混合させたガスを炉内に導入して雰囲気を置換する。
【０００８】
この置換する時間を短縮して早期に必要な還元性雰囲気を得ることは、生産能力の向上の点で重要であり、これまで種々の提案がなされている。
【０００９】
例えば、鋼板の連続焼鈍炉を構成する加熱部、均熱部、徐冷部、第１急冷部、再加熱部、過時効部、第２急冷部の各部にそれぞれパージガスを導入する連続焼鈍炉の雰囲気ガス置換法において、各部内のＯ2濃度に応じてパージガスにＨ2を混入して各部へ導入し、炉内Ｏ2濃度を低減することを特徴とする連続焼鈍炉の雰囲気ガス置換法がある（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
この方法は、パージガスにＨ2を混入して各部へ導入し、Ｈ2とＯ2の化学反応によりＨ2Ｏを生成させ、これを炉温で気化させてＯ2濃度を効果的に低減するものであるが、Ｈ2Ｏの生成量が多く炉内の露点が０℃以上になると、鋼板表面にスケールが生成しやすくなって、外観品質を低下させるという問題がある。
【００１１】
また、連続焼鈍とは異なる箱焼鈍においてテンパーカラーの防止策として炉内ガス中のＯ2やＨ2Ｏ（水分）を除去する技術がある。
【００１２】
即ち、被焼鈍コイルに純銅を載置して箱焼鈍する方法（例えば、特許文献２）がある。この方法によれば、焼鈍初期に銅が酸化反応により炉内ガス中の酸素を一旦は吸収するが、銅と酸素との親和力が弱いので、生成した酸化銅が高温化で還元されて酸素が再び炉内に放出されるという問題がある。また、炉内ガスを循環させ、循環系の炉外で、ガス中の酸素は、酸素との親和力が鉄よりも強い強脱酸金属（Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇ等）や脱酸剤である触媒と反応させて除去するとともに、ガス中の水分は、水分子を優先的に吸着する乾燥剤で除去する方法（例えば、特許文献３参照）がある。
【００１３】
ところが、連続焼鈍と箱焼鈍とでは炉内の容量及び構造が全く異なるものであるから、箱焼鈍の技術を連続焼鈍にそのまま適用して、連続焼鈍の立ち上げ時に問題となる炉内雰囲気ガスの露点を調節することは困難である。
【００１４】
【特許文献１】特開平８−１０９４１７号公報
【特許文献２】特開昭５４−１０２２２２号公報
【特許文献３】特開２０００−１０４１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、連続焼鈍炉の立上げ時に、短時間で炉内雰囲気ガスの露点を調節し、早期に還元性雰囲気を得ることを解決課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者は、連続焼鈍炉の立上げ時に炉内雰囲気条件を得るため、単にガスを置換することに求めるのではなく、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉなどを多く含有し、且つ温度上昇もストリップ材料より速く、反応面積の大きい形態の犠牲酸化材を用いて、大気中の酸素・水分を積極的にこの犠牲酸化材と反応させることで、早期に所望の露点を有する還元性雰囲気が得られることを見出して本発明を完成した。
【００１７】
本発明の要旨は、以下の通りである。
【００１８】
（１）  連続焼鈍炉の立ち上げ時に、イナートガス又は還元性ガスを炉内に供給するとともに、炉内と連通する犠牲酸化材配置室に犠牲酸化材を搬入し炉内の雰囲気ガス中酸素及び水分を犠牲酸化材と反応させることを特徴とする連続焼鈍炉雰囲気ガスの露点調節方法。
【００１９】
（２）  炉内雰囲気の酸素濃度が１％以下となった時に、犠牲酸化材を炉内雰囲気に接触させて、炉の点火作業を行うことを特徴とする上記（１）記載の連続焼鈍炉雰囲気ガスの露点調節方法。
【００２０】
（３）犠牲酸化材が、酸素との親和力が鉄よりも強い元素の１種又は２種以上を含有する構造用炭素鋼、クロムモリブデン鋼の旋盤研削屑であることを特徴とする上記（１）または（２）記載の連続焼鈍炉雰囲気ガスの露点調節方法。
【００２１】
（４）  連続焼鈍炉下部側壁部に炉内と連通する犠牲酸化材配置室を設け、該配置室は炉内雰囲気を遮蔽できる開閉可能な遮蔽板を備えていることを特徴とする連続焼鈍炉。
【００２２】
（５）  遮蔽板の開閉を行うシリンダーを備えていることを特徴とする上記（４）記載の連続焼鈍炉。
【００２３】
（６）  犠牲酸化材配置室内に供給側から排出側に犠牲酸化材を移送する犠牲酸化材移送装置を設けたことを特徴とする上記（４）または（５）記載の連続焼鈍炉。
【００２４】
（７）  犠牲酸化材配置室には犠牲酸化材の供給口及び排出口が設けられていることを特徴とする上記（６）記載の連続焼鈍炉。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、連続焼鈍炉の立上げ時に炉内雰囲気条件をガス置換のみに比較して犠牲酸化材を用いることで短時間で得ることができ、生産能力が向上できる。また構造用炭素鋼やクロムモリブデン鋼の旋盤研削屑を犠牲酸化材として用いることができ、かつ研削屑であるがためにガス中の酸素・水分と反応する表面積が大きく、反応後の研削屑は鉄鋼原料として再利用可能である。そして、回収される研削屑を途中で一時的に流用するのでコストは運搬代のみで特別な犠牲酸化材費用は不要である。
【００２６】
また、連続焼鈍炉の側壁下部に炉内と連通する犠牲酸化材配置室を設けることで、犠牲酸化材の供給及び排出が容易に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
連続焼鈍炉では通板する材料の酸化を防止するために、還元性雰囲気が用いられているが、操業中に還元性雰囲気が阻害されるケースが生じる。例えば、定期修理で炉が大気開放状態になるケース、炉内の板破断などの処置で炉が大気開放状態になるケース、または、燃焼用のラジアントチューブの破損、各種の炉内計器用の冷却水漏れなどによる悪化のケース等である。
【００２８】
このような場合には、修理後に連続焼鈍炉を早期に立ち上げることにより生産能力の向上が企てられている。
【００２９】
大気開放状態から還元雰囲気へ移行するためには、Ｎ2ガスでパージを開始して、最終的に必要な炉内雰囲気ガス条件を得るため、Ｈ2ガス単独あるいはＮ2ガスの混合ガスを導入するのが通常である。
【００３０】
本発明者は、炉内雰囲気ガス条件を早期に得ることを鋭意研究し単にガスを置換することに求めるのではなく、酸素との親和力が鉄よりも強い元素の１種又は２種以上を含有する構造用炭素鋼やクロムモリブデン鋼の旋盤研削屑等を犠牲酸化材として用い、雰囲気中の酸素・水分と犠牲酸化材とを積極的に反応させることで、早期に所望の露点を有する炉内雰囲気ガス条件が得られることを見出した。
【００３１】
図２は、金属酸化−還元の平衡と露点及び温度との関係を示す図である。
【００３２】
図２に示すように、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌ等はＦｅより強酸化元素であり、これらの強酸化元素を含有する犠牲酸化材を用いれば還元性雰囲気ガスの露点の調節を行うことが可能となる。
【００３３】
なお、図２に示されていないが、Ｓｉ、Ｖ、Ｍｇ等も強酸化元素であることが知られており、これらも犠牲酸化材として用いることができる。
【００３４】
犠牲酸化材としては、これらの強酸化元素単体の金属（例えば、スポンジ状チタン）や強酸化元素を含有する合金（例えば、フェロクロム、フェロシリコン）または強酸化元素を含有する鋼材（例えば、構造用炭素鋼、クロムモリブデン鋼）等を用いることができ、そして犠牲酸化材の形状としては、炉内雰囲気ガスとの接触面積を大きくすることで、雰囲気ガス中の酸素・水分との反応を効果的にすることができるので、粒状やスポンジ状等の形状にすることが好ましい。
【００３５】
特に、鋼材の旋盤研削屑を犠牲酸化材とすることが好ましい。即ち、旋盤研削屑は、雰囲気ガスとの接触面積が大きく、かつ、熱容量が小さく早く昇温させることができ、また鉄源として再利用のために回収される途中で一時的に犠牲酸化材として利用することができ、コストは運搬代のみで特別の費用は不要で、かつ、反応後の研削屑は鉄源として再利用することが可能となる。
【００３６】
図３は、連続焼鈍炉設備立体図と犠牲酸化材配備位置を示す図である。
【００３７】
連続焼鈍炉は、図３に示すように、予熱帯１、加熱帯２、均熱帯３、一次冷却帯４、過時効処理帯５及び二次冷却帯６を備えていて、鋼帯は入側９から出側１０に通板される。炉内ガスは排気煙突１１から排出される。
【００３８】
犠牲酸化材は、連続焼鈍炉の下部側壁１７部に設けた犠牲酸化材配置場所１２に犠牲酸化材２９を配置して炉内ガス中の酸素・水分と反応させるようにする。
【００３９】
図４は、連続焼鈍炉の下部側壁部に犠牲酸化材を配置する状態を示す図で、図５は図４のＡ−Ａ線での断面図である。
【００４０】
図４及び図５に示すように、連続焼鈍炉の下部側壁１７部炉内と連通するに犠牲酸化材配置室１３を設け、開閉可能な遮蔽板１５によって犠牲酸化材配置室１３内と炉内１６との雰囲気を遮断または開放することができるようになっている。遮蔽板１５は、遮蔽板開閉シリンダー１４を作動させることによって昇降し、雰囲気の遮蔽又は開放を行う。なお、雰囲気の遮蔽を確保するために、複数板（図では２板を示す）の遮蔽板を設けることが好ましい。また、遮蔽板の開閉は電動モーターやクランク機構で行うこともできるが、油圧や空気圧シリンダーで行うことが好ましい。
【００４１】
犠牲酸化材配置室１３内の下部には、犠牲酸化材２９の移送装置としてのベルトコンベヤー２７が設置されていて、ベルトコンベヤーの支持軸は軸受冷却管１９によって冷却されるようになっている。ベルトコンベヤーの上面位置は、連続焼鈍炉の下部蓋１８の上面とほぼ同じ面となっている。
【００４２】
図６は、犠牲酸化材の供給と排出を示す模式図である。
【００４３】
犠牲酸化材配置室１３には、上部一端に犠牲酸化材の供給口２０と下部他端に犠牲酸化材の排出口２１が設けられている。鋼材の研削屑等の犠牲酸化材２９を収納したバケツ２２を犠牲酸化材配置室の供給口２０上部に移動させ、供給口ハッチ開閉用シリンダー２３を作動させて供給口２０を開き、バケツ２２から犠牲酸化材２９を犠牲酸化材配置室１３内のベルトコンベヤー２７上に所定量装入する。バケツ２２の下部は開閉自在となっているので、下部を開くことによって犠牲酸化材を容易に装入することができる。装入後には供給口を閉じる。
【００４４】
次いで、犠牲酸化材配置室内にＮ2などのパージ用ガスをパージ用ガス供給管２８から供給し、室内を不活性ガス雰囲気にする。室内の大気は放冷管を通じて外部に放散される。一方、連続焼鈍炉内のガス置換作業によって、炉内の酸化濃度が１％以下となったところで、遮蔽板開閉シリンダー１４を作動させて遮蔽板１５を開放し、炉内と室内とを共通の雰囲気として、炉の点火作業を行う。犠牲酸化材は、熱慣性が小さいので早く昇温され、かつ、Ｆｅより強酸化である成分を多く含有しているので、酸化されて、急速に炉内雰囲気ガス中のＯ2、Ｈ2Ｏを低下させる。その結果、炉内の所定雰囲気ガス条件への到達時間が短縮される。
【００４５】
犠牲酸化材を犠牲酸化材配置室１３から排出するには、遮蔽板開閉シリンダー１４を作動させて遮蔽板開閉シリンダー１４を作動させて遮蔽板１５を閉じた後、排出口ハッチ開閉用シリンダー２４を作動させて排出口２１を開き、減速付モーター２５によりベルトコンベヤーを動作させて、ベルトコンベヤー上に載置されている犠牲酸化材を排出口２１から排出する。排出口２１は、排出口ハッチ開閉シリンダー２４により開閉される。排出口２１の下部に配備されたバケツ２６に排出された犠牲酸化材を収納する。
【００４６】
犠牲酸化材の装入及び排出は、炉内雰囲気ガスが所定の条件になるまで必要に応じて複数回行っても良い。炉内雰囲気の酸素濃度が１％以下となった時に、犠牲酸化材と炉内雰囲気とを接触させるのは操業立上げを早めるためには早期の点火が望ましいが、大気開放状態など酸素濃度が高い状態で点火・加熱するとロールなどの連続焼鈍炉内機器・設備が酸化・劣化するので通常、酸素濃度１％以下（数百ｐｐｍ以下）になって点火する必要がある。
【００４７】
このように炉内機器の酸化を防止した状態での点火と犠牲酸化材と炉内雰囲気の接触タイミングを合わせることにより、熱慣性も小さい犠牲酸化材の温度上昇が早くなり酸化が有効に進行することになるからである。
【００４８】
つまり、酸素濃度１％以下とするのは点火するタイミングに合わせるためである。
【００４９】
本発明の炉内雰囲気ガスの露点調節方法によれば、連続焼鈍炉の立上げ時に一般材普通鋼である低炭素アルミキルド鋼（ＪＩＳ  Ｇ  ３１４１相当）を焼鈍するに必要な炉内雰囲気ガスの露点＋５℃までとするのに約２時間の短縮、５％Ｃｒ添加鋼に必要な露点−１０℃以下までとするのに約６．５時間の短縮効果が得られた。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００５１】
連続焼鈍炉の立上げ試験は、従来の置換ガスの供給により炉内ガスの置換を行う方法と、本発明のガス置換時に犠牲酸化材を用いて炉内ガス中の酸素、水分を除去する方法との二つの方法で行った。
【００５２】
この試験では、炉容積が１６００ｍ3の比較的に小規模の連続焼鈍炉を用いた。
【００５３】
従来法（ガス置換法）
露点（ＤＰ）が−４０℃以下レベルのＮ2ガスやＨＮＸガス（５％Ｈ2−９５％Ｎ2ガス）を２４００ｍ3／Ｈｒで供給し、炉内雰囲気ガスのＯ2濃度が１％以下から経過時間（分）に対応する露点を測定した。
【００５４】
本発明法（犠牲酸化材使用法）
犠牲酸化材は、かさ比重２．５ｔｏｎ／ｍ3のクロムモリブデン鋼研削屑を用いた。１．５ｔｏｎの研削屑を、図４〜６に示すように、炉内に搬入し、従来法と同様にガス置換を行い、炉内雰囲気ガス中のＯ2濃度が１％以下となった後に、犠牲酸化材と炉内ガスとを接触させ、経過時間（分）に応じて露点を測定した。
【００５５】
それぞれの経過時間（分）と露点ＤＰ（℃）との関係を図７に示す。
【００５６】
図７の炉内雰囲気ガスのＯ2濃度が１％以下からの経過時間（分）と露点ＤＰ（℃）との関係に示すように、一般材普通鋼（低炭素アルミキルド鋼  ＪＩＳ  Ｇ３１４１相当）を連続焼鈍するに必要な露点の上限＋５℃とするのに、従来法では約２５０分を要したが、本発明法では約１００分であり、立ち上げ時間が本発明法によれば約２時間の短縮となった。また、特定材料（５％Ｃｒ添加鋼）を連続焼鈍するに必要な露点の上限−１０℃とするのに、従来法では約７００分を要したが、本発明法では約２５０分であり、立ち上げ時間が本発明法によれば約６．５時間の短縮となった。
【００５７】
したがって、この連続焼鈍炉の立ち上げ試験によれば、本発明は従来法に比較して立ち上げ時間を大幅に短縮できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】連続焼鈍の中核をなす連続焼鈍炉の構成と雰囲気ガス供給系統の概要を示す図である。
【図２】金属酸化−還元の平衡と露点及び温度との関係を示す図である。
【図３】連続焼鈍炉設備立体図と犠牲酸化材配備位置を示す図である。
【図４】連続焼鈍炉の下部側壁部に犠牲酸化材を配置する状態を示す図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線での断面図である。
【図６】犠牲酸化材の供給と排出を示す模式図である。
【図７】炉内雰囲気ガスのＯ2濃度が１％以下からの経過時間（分）と露点ＤＰ（℃）との関係に示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  予熱帯
２  加熱帯
３  均熱帯
４  一次冷却帯
５  過時効処理帯
６  二次冷却帯
７  鋼帯
８  雰囲気ガス
９  入側
１０  出側
１１  廃棄煙突
１２  犠牲酸化材配置場所
１３  犠牲酸化材配置室
１４  遮蔽板開閉シリンダー
１５  遮蔽板
１６  炉内
１７  連続焼鈍炉下部側壁
１８  下部蓋
１９  軸受冷却管
２０  供給口
２１  排出口
２２  バケツ
２３  供給口ハッチ開閉用シリンダー
２４  排出口ハッチ開閉用シリンダー
２５  減速付モーター
２６  バケツ
２７  ベルトコンベヤー
２８  パージ用ガス供給管
２９  犠牲酸化材
【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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