(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する鋼帯に向けて予熱気体を噴出して前記鋼帯を所定の予熱温度に昇温する予熱帯と、前記鋼帯の移送方向に対して前記予熱帯の下流に配設され、前記予熱温度に昇温させた鋼帯に向けて燃焼ガスを噴出して前記鋼帯を前記予熱温度よりも高い所定の焼鈍温度に加熱する加熱帯とを具備する連続焼鈍炉において、
前記予熱帯と加熱帯とは、前記加熱帯で生成した燃焼ガスが前記鋼帯に向けて噴出した後に前記予熱帯へ流入するように配設されており、
前記鋼帯に向けて予熱気体を噴出するために少なくとも第１と第２のノズル群を含む複数の予熱ノズルから成る複数のノズル群を前記予熱帯に設け、前記第１と第２のノズル群は、一方のノズル群が予熱気体を噴出している間、他方のノズル群が前記加熱帯から前記予熱帯に流入した燃焼ガスを吸引するようになっており、該燃焼ガスにより蓄熱体を加熱し、この加熱した蓄熱体との熱交換により空気を加熱して予熱気体として前記鋼帯に向けて噴出するようにした連続焼鈍炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間圧延工程において加工硬化した鋼帯を加熱、焼鈍処理する直火型加熱炉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼帯製造プロセスでは冷間圧延工程を経ることにより、鋼帯は加工硬化を生ずるために、冷間圧延工程後に鋼帯の加熱、焼鈍処理が行われる。
従来の技術による連続焼鈍炉の一例を図３に示す。図３において、連続焼鈍炉１００は、加熱帯１０２と予熱帯１０４から成り、冷間圧延工程後に連続焼鈍炉１００へ給送された鋼帯Ｗは、図３において右端側から連続焼鈍炉１００の入口に設けられたガスシール部１０６を通過して、連続焼鈍炉１００の入口側に配設された予熱帯１０４において予め所定の温度まで昇温され、次いで、加熱帯１０２へ移送されて所定の焼鈍温度まで加熱される。
【０００３】
従来の連続焼鈍炉の予熱帯１０４では、加熱帯１０２で生成された燃焼ガスＧを予熱帯１０４へ供給し、該燃焼ガスＧを予熱帯１０４内で、シール部１０６を通って給送された鋼帯Ｗの移送方向に対向するように流動させて、両者間の対流熱伝達により鋼帯Ｗを予熱している。このとき、鋼帯Ｗは常温から２００〜３００°Ｃ程度に昇温され、また、加熱帯１０２では、こうして予熱された鋼帯Ｗが所定の焼鈍温度、例えば７００°Ｃに加熱される。
【０００４】
このように、加熱帯１０２および予熱帯１０４において鋼帯Ｗを所定温度に加熱するためには、加熱帯１０２において加熱バーナ１０８、１１０による燃焼ガス温度を１３００〜１５００°Ｃの高温に維持し、かつ、加熱帯１０２から予熱帯１０４への燃焼ガスの温度を１０００°Ｃ以上に維持しなければならない。そのために、加熱バーナ１０８、１１０への空気および燃料ガスの温度を３５０°Ｃ程度に昇温する必要があり、空気予熱器１１２を用いて空気を加熱している。一方、空気予熱器１１２において熱交換した後の排ガスも６００°Ｃ程度の温度を有しているため、空気予熱器１１２の下流に配設された水冷式の熱交換器１１４により他用途に使用される工業用水の加熱を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術による連続焼鈍炉１００では、予熱帯１０４における燃焼ガスの流速が低く鋼帯Ｗ表面での熱伝達率が小さいため、連続焼鈍炉１００が長くなる問題がある。また、予熱帯１０４における炉効率（熱効率）が低く予熱帯１０４の出口側の燃焼ガスが高いため、焼鈍炉の熱を有効利用を目的として空気予熱器１１２および熱交換器１１４を設ける必要があった。
【０００６】
本発明はこうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、連続焼鈍炉の予熱帯での熱効率を改善して、以て、従来技術において必要とされてきた空気予熱器その他の付加的な熱交換器を不要とすると共に、予熱帯ひいては炉全体の炉長を短くした連続焼鈍炉を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、移動する鋼帯に向けて予熱気体を噴出して前記鋼帯を所定の予熱温度に昇温する予熱帯と、前記鋼帯の移送方向に対して前記予熱帯の下流に配設され、前記予熱温度に昇温させた鋼帯に向けて燃焼ガスを噴出して前記鋼帯を前記予熱温度よりも高い所定の焼鈍温度に加熱する加熱帯とを具備する連続焼鈍炉において、
前記予熱帯と加熱帯とは、前記加熱帯で生成した燃焼ガスが前記鋼帯に向けて噴出した後に前記予熱帯へ流入するように配設されており、
前記鋼帯に向けて予熱気体を噴出するために少なくとも第１と第２のノズル群を含む複数の予熱ノズルから成る複数のノズル群を前記予熱帯に設け、前記第１と第２のノズル群は、一方のノズル群が予熱気体を噴出している間、他方のノズル群が前記加熱帯から前記予熱帯に流入した燃焼ガスを吸引するようになっており、該燃焼ガスにより蓄熱体を加熱し、この加熱した蓄熱体との熱交換により空気を加熱して予熱気体として前記鋼帯に向けて噴出するようにした連続焼鈍炉を要旨とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明第１の実施形態による連続焼鈍炉の概略図であり、図２は本発明第２の実施形態による連続焼鈍炉の概略図である。
先ず図１を参照すると、本発明第１の実施形態による連続焼鈍炉１０は、水平に隣接させた加熱帯１２と予熱帯１４とを具備している。鋼帯Ｗは、冷間圧延工程を経た後に、連続焼鈍炉１０の入口を形成するガスシールローラ１６を通過して、焼鈍炉の上流側に配設された予熱帯１４へ移送される。予熱帯１４には複数の予熱気体のためのノズル１８が配設されており、後述する予熱気体供給装置３０からノズル１８を介して予熱帯１４に供給される予熱気体と、加熱帯１２から予熱帯１４に流入する燃焼ガスとにより、予熱帯１４へ給送された鋼帯Ｗを予め所定の温度まで加熱する。
【０００９】
予熱帯１４を通過する間に所定の予熱温度まで予熱された鋼帯Ｗは、次いで、鋼帯Ｗの移動方向に関して予熱帯１４の下流側に設けられた加熱帯１２に導入される。加熱帯１２には、通過する鋼帯Ｗを挟んで上下両側に複数の加熱バーナ２０、２２が配設されており、加熱バーナ２０、２２からの高温の燃焼ガスにより、鋼帯Ｗは所定の焼鈍温度まで加熱される。送風機２４、２６から加熱バーナ２０、２２へ燃焼空気が供給され、図示しない燃料ガス供給装置から燃料ガス、例えば天然ガスや転炉ガスが供給される。加熱帯１２において生成した燃焼ガスは、従来技術と同様に予熱帯１４へ供給される。また、加熱帯２２において所定の焼鈍温度に加熱された鋼帯Ｗは、次いで均熱帯２８へ供給される。
【００１０】
以下、予熱気体供給装置３０を詳細に説明する。
本実施形態において予熱気体供給装置３０は、予熱帯１４を通過する鋼帯Ｗへ向けて後述する予熱気体を噴出する複数の予熱ノズル１８と、予熱ノズル１８に連通する蓄熱部３２、切換弁３８、送気用送風機３４、排気用送風機３６を主要な構成要素として含んで成る。予熱ノズル１８は、第１と第２のノズル群１８ａ、１８ｂから構成されており、第１と第２のノズル群１８ａ、１８ｂを形成する各予熱ノズルは、各々のノズル群内で同期して作用し一体のノズルとして作用する。
【００１１】
蓄熱部３２は、例えばセラミックス、シャモット煉瓦材または金属材料から球形、楕円体または直方体等の粒状に造粒した蓄熱体、或いは、ハニカム状に形成した蓄熱体を含んで成る。更に、蓄熱部３２は第１と第２の蓄熱部３２ａ、３２ｂを含んで成り、第１と第２の蓄熱部３２ａ、３２ｂの各々は、管路４８ａ、４８ｂを介して第１と第２のノズル群１８ａ、１８ｂに接続されると共に、管路４６ａ、４６ｂを介して切換弁３８に接続されている。切換弁３８は管路４２、４４を介して送気用送風機３４と、排気用送風機３６の各々に接続されている。
【００１２】
切換弁３８は、従来周知の構成を有する切換弁または方向制御弁であって、第１と第２の位置の間で動作可能となっており、切換弁３８が第１の位置にあるとき、送気用送風機３４が、管路４２、切換弁３８、第１の蓄熱部３２ａ、管路４８ａを介して第１のノズル群１８ａに連通すると共に、排気用送風機３６が、管路４４、切換弁３８、第２の蓄熱部３２ｂ、管路４８ｂを介して第２のノズル群１８ｂに連通するようになっている。また、第１と第２のノズル群１８ａ、１８ｂは、鋼帯Ｗを一様に加熱するために、第１と第２のノズル群１８ａ、１８ｂの個々のノズルが交互に或いは千鳥状に配設されている。ノズル１８は、スリット状の隙間から予熱気体を吹き出して一様に加熱するようにしてもよい。
【００１３】
以下、本実施形態の作用を説明する。
先ず、鋼帯Ｗは、冷間圧延工程を経た後に、連続焼鈍装置１０へ給送される。例えば、連続亜鉛めっき設備における連続焼鈍炉では、鋼帯Ｗは導入速度１００m/min から２００m/min の高速で連続焼鈍炉１０へ給送される。連続焼鈍炉１０へ給送されると、鋼帯Ｗは、ガスシールローラ１６から予熱帯１４へ給送され、予熱帯１４を通過する間に所定の予熱温度に加熱される。鋼帯Ｗは、予熱帯１４を通過する間に所定の温度に加熱された後に加熱帯１２へ給送される。
【００１４】
加熱帯１２では、鋼帯Ｗは、加熱バーナ２０、２２からの高温の燃焼ガス、例えば約１３００°Ｃの燃焼ガスにより所定の焼鈍温度、例えば約７００°Ｃまで加熱される。加熱帯１２において焼鈍温度に加熱された鋼帯Ｗは、次いで均熱帯２８へ給送される。加熱帯１２において発生した燃焼ガスは、鋼帯Ｗとの熱交換により温度を漸次低下させながら、鋼帯Ｗの移送方向とは反対方向に予熱帯１４内へ流入する。予熱帯１４に流入した燃焼ガスは、後述するように第１と第２のノズル群１８ａ、１８ｂの何れか一方のノズル群からの予熱気体と共に、連続焼鈍炉１０へ給送された鋼帯Ｗを前記予熱温度に加熱する。
【００１５】
このとき、予熱帯１４内には、加熱帯１２からの燃焼ガスと、予熱ノズル１８からの予熱気体との混合気体が充満している。この混合気体は、鋼帯Ｗとの熱交換後にも約１０００°Ｃの温度を有しており、第１と第２のノズル群１８ａ、１８ｂの他方のノズル群から吸引される。例えば、切換弁３８が第１の位置にあるとき、予熱帯１４内の混合気体は、第２のノズル群１８ｂ、管路４８ｂ、第２の蓄熱部３２ｂ、管路４６ｂ、切換弁３８、管路４４を介して排気用送風機３６から連続焼鈍炉１０の外部へ排気される。このとき、第２のノズル群１８ｂから第２の蓄熱部３２ｂ内へ吸引された混合気体は、第２の蓄熱部３２ｂ内の蓄熱体との熱交換により、蓄熱体を加熱すると共にその温度を約３００°Ｃに低下して排気用送風機３６から排気される。
【００１６】
第２のノズル群１８ｂが燃焼ガスの吸入に供されている間、送気用送風機３４からは、第１の蓄熱部３２ａに空気が供給され続けており、この空気は、従前に熱を貯えた第１の蓄熱部３２ａの蓄熱体との熱交換により高温となり予熱気体として第１のノズル群１８ａから、予熱帯１４へ給送された鋼帯Ｗへ向けて５０m/sec から１５０m/sec の高速の流速にて噴出される。従って、予熱気体から鋼帯Ｗへの伝熱は衝突噴流による熱伝達となり、熱伝達率が非常に高くなるために、鋼帯Ｗの予熱が速やかに行われ、その昇温温度も４００°Ｃないし５００°Ｃと従来に比べ高温に到達させることが可能となる。一方、蓄熱部３２において蓄熱体と熱交換した混合気体の温度は約３００°Ｃまで低下させることができ炉効率を大幅に向上可能となる。
【００１７】
次いで、第１のノズル群１８ａからの予熱気体温度または第１の蓄熱部３２ａ内の温度が所定温度に低下したとき、或いは、第２の蓄熱部３２ｂ内の温度が所定温度に上昇したときに、切換弁３８が第１の位置から第２の位置へ移動する。これにより、送気用送風機３４からの空気は、管路４２、切換弁３８、管路４６ｂ、第２の蓄熱部３２ｂ、管路４８ｂを介して第２のノズル群１８ｂから予熱帯１４へ給送された鋼帯Ｗへ向けて噴出されると共に、予熱帯１４内の前記混合気体が、第１のノズル群１８ａ、管路４８ａ、第１の蓄熱部３２ａ、管路４６ａ、切換弁３８、管路４４を介して排気用送風機３６から連続焼鈍炉１０の外部に排気される。このとき、従前のサイクルにより送気用送風機３４からの空気との熱交換により温度が低下した第１の蓄熱部３２ａ内の蓄熱体が、第１のノズル群１８ａから吸引される高温の前記混合気体により加熱される。このように、切換弁３８により、第１と第２のノズル群１８ａ、１８ｂは、高温の予熱気体の噴出と、高温の混合気体の吸引とを交互に繰り返し、これにより予熱帯１４内に給送された鋼帯Ｗを間断無く加熱し、鋼帯Ｗが均一かつ効果的に予熱される。
【００１８】
既述したように、本実施形態では、予熱帯１４内の混合気体と熱交換を行う蓄熱部３２を有する予熱気体供給装置３０を設け、該蓄熱部３２と交番的に熱交換した高温の予熱気体を鋼帯Ｗに衝突させることにより、鋼帯Ｗを予熱するようにした点を主要な特徴としている。蓄熱部３２で交番的に熱回収した高温ガスを高速で衝突させることにより熱伝達率を大幅に向上可能となり、予熱帯１４における鋼帯Ｗの予熱を効率的に行うことが可能となる。
【００１９】
また、本実施形態では、予熱帯１４における鋼帯Ｗの予熱を効率的に行うことが可能となることから、加熱バーナ２０、２２への空気温度を予め昇温して、加熱バーナからの燃焼ガスの温度を低減することが可能となる。そのために、従来技術において必要とされた空気予熱器、温水熱交換器などの熱交換器を設ける必要がなくなり、外気温のまま空気送風機２４、２６から加熱バーナ２０、２２へ供給し燃焼に供している。こうして、加熱帯１２出口の燃焼ガス温度は１２５０°Ｃ程度と低くなるが、既述したように、予熱帯１４において効果的に鋼帯Ｗの予熱を行うことが可能となるので、こうした低い温度の燃焼ガスによっても鋼帯Ｗを所定の温度まで加熱可能となる。
【００２０】
また、予熱帯１４についても、排気燃焼ガスのエネルギの熱回収により、熱交換量が増大するため炉の熱効率が向上すると共に、高温、高速噴流による熱伝達率の向上により予熱帯１４の炉長の短縮が可能となる。
【００２１】
以下、本発明の第２の実施形態を説明する。
本発明の第２実施形態による連続焼鈍炉５０は、加熱帯５２と予熱帯５４とを垂直配置または逆Ｌ型配置にしたものであり、第１の実施形態との主たる相違点は、鋼帯Ｗの進行方向を水平位置から鉛直位置へ、或いは、鉛直位置から水平方向へ方向を変換する方向転換ローラ７０、７２を設けると共に、加熱帯５２と予熱帯５４の間にバイパス通路７４が設けられている。その余の構成は第１の実施形態と概ね同様である。
【００２２】
すなわち、図２において、本発明第２の実施形態による連続焼鈍炉５０は、鉛直に設けられた加熱帯５２と予熱帯５４とを具備し、鋼帯Ｗは、冷間圧延工程を経た後に、連続焼鈍炉５０の入口を形成するガスシールローラ５６を通過して、焼鈍炉の上流側に配設された予熱帯５４へ移送される。予熱帯５４には複数の予熱気体のための予熱ノズル５８が配設されており、第１の実施形態と同様に構成された予熱気体供給装置６０から予熱ノズル５８を介して予熱帯５４に予熱気体が供給され、かつ、燃焼ガスが吸引される。
【００２３】
予熱帯５４を通過する間に所定の予熱温度まで予熱された鋼帯Ｗは、次いで、第１の方向転換ローラ７０により、水平方向から鉛直下方へその移動方向を転換して、鉛直に設けられた加熱帯５２に導入される。加熱帯５２には、通過する鋼帯Ｗを挟んで左右両側に複数の加熱バーナ６２ａ、６２ｂが配設されており、加熱バーナ６２ａ、６２ｂからの高温の燃焼ガスにより、鋼帯Ｗは所定の焼鈍温度まで加熱される。送風機６４、６６から加熱バーナ６２ａ、６２ｂへ燃焼空気が供給され、図示しない燃料ガス供給装置から燃料ガス、例えば天然ガスや転炉ガスが供給される。加熱帯５２において生成した燃焼ガスは、バイパス通路７４により予熱帯５４へ供給される。また、加熱帯５２において所定の焼鈍温度に加熱された鋼帯Ｗは、次いで加熱帯５２の下方部位に配設された第２の方向転換ローラ７２により、鉛直方向から水平方向にその移動方向を転換して均熱帯６８へ供給される。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明がこれら実施形態に限定されず、その範囲を逸脱することなく種々の変更、修正が可能であることは当業者の当然とするところである。
例えば、既述の実施形態では予熱ノズルは第１と第２のノズル群を形成している旨記載したが、本発明はこれに限定されず、３以上のノズル群を設けるようにしてもよい。この場合は、ノズル群の数に対応した数の蓄熱部が設けられることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１の実施形態の概略図である。
【図２】本発明第１の実施形態の概略図である。
【図３】従来技術の概略図である。
【符号の説明】
１０…連続焼鈍炉
１２…加熱帯
１４…予熱帯
１６…ガスシールローラ
１８…予熱気体ノズル
２０…加熱バーナ
２２…加熱バーナ
３０…予熱気体供給装置
３２…蓄熱部
３４…送気用送風機
３６…排気用送風機
３８…切換弁
Ｗ…鋼帯
【図１】
0004418053.tif 000002
【図２】
0004418053.tif 000003
【図３】
0004418053.tif 000004