(57)【要約】【課題】予熱炉と横型連続加熱炉と還元炉とを有する横型連続焼鈍装置に用いられる横型連続加熱炉に関し、そのハースロールからの熱損失を防止するとともに、極低炭素鋼からなる鋼板を横型連続加熱炉で加熱した後、後段の還元炉で最終的に焼鈍しても、鋼板の幅端部において結晶が粗大化することがなく、製品品質を確保しうる横型連続加熱炉およびそれを用いた連続焼鈍方法を提供する。【解決手段】横型連続加熱炉３の炉床８上に立設されハースロール５の下面を覆う防熱壁７に、開口率（ここに、開口率（％）＝開口部の炉幅方向断面積／防熱壁の開口部を含む炉幅方向全断面積×１００）が３０〜９０％である、炉長手方向に貫通する開口部９を設ける。そして、横型連続加熱炉３の出口における鋼板Ａの板幅中央部と板幅端部の温度差が７０℃以内となるように、通板速度および／または直火バーナ６のバーナ出力を調整する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を後記横型連続加熱炉の燃焼ガスで予熱する予熱炉と、前記予熱された鋼板をハースロールで搬送しつつ直火バーナにて加熱する横型連続加熱炉と、前記加熱された鋼板を還元しつつ焼鈍する還元炉とを有する横型連続焼鈍装置に用いられる横型連続加熱炉であって、
その炉床上に立設され前記ハースロールの下面を覆う防熱壁に、下記式で定義される開口率が３０〜９０％である、炉長手方向に貫通する開口部を設けたことを特徴とする横型連続加熱炉。
式  開口率（％）＝開口部の炉幅方向断面積／パスラインより下方の炉幅方向全断面積×１００
【請求項２】
請求項１に記載の横型連続加熱炉を用いて鋼板を加熱した後、引き続いて前記還元炉で前記加熱後の鋼板を還元しつつ焼鈍する方法であって、前記横型連続加熱炉の出口における鋼板の板幅中央部と板幅端部の温度差が７０℃以内となるように、通板速度および／または前記直火バーナのバーナ出力を調整することを特徴とする鋼板の連続焼鈍方法。
【請求項３】
請求項１に記載の横型連続加熱炉を用いて鋼板を加熱した後、引き続いて前記還元炉で前記加熱後の鋼板を還元しつつ連続焼鈍する方法であって、前記焼鈍後の鋼板の板幅中央部と板幅端部のフェライト結晶粒度の差が２．０以内となるように、通板速度および／または前記直火バーナのバーナ出力を調整することを特徴とする鋼板の連続焼鈍方法。
【請求項４】
前記鋼板が極低炭素鋼からなるものである、請求項２または３に記載の鋼板の連続焼鈍方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板を直火バーナで加熱して焼鈍する横型連続加熱炉およびそれを用いた連続焼鈍方法に関し、特に、ＩＦ鋼などの極低炭素鋼からなる鋼板の連続焼鈍に適した横型連続加熱炉およびそれを用いた連続焼鈍方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１の炉長手方向断面図に示すように、鋼板Ａを連続焼鈍するのに用いられる横型連続焼鈍装置１は、鋼板Ａを予熱する予熱炉２と、この予熱された鋼板Ａを直火加熱で加熱する横型連続加熱炉（以下、単に「加熱炉」ともいう。）３と、直火加熱で表面が酸化した鋼板Ａを間接加熱で還元しつつ最終的に焼鈍する還元炉４を有している。そして、予熱炉２には、加熱炉３の燃焼ガスを炉外に設けた図示しないファンで吸引して通板方向と対向させて流通させるようにしている。また、加熱炉３は、図２に示すように、鋼板Ａを略水平方向に搬送する複数のハースロール５と、鋼板Ａを上下から輻射加熱する複数の直火バーナ６（鋼板Ａの上方に設置されたものを上部バーナ６ａといい、下方に設置されたものを下部バーナ６ｂという。）を備え、ハースロール５は通常金属製であるため、高温の加熱炉３内で熱折損を起こさないように水冷されている。そして、この水冷されたハースロール５表面を介した熱損失をできるだけ少なくするため、図６の加熱炉幅方向断面図に示すように、ハースロール５の下面全体を覆う防熱壁７が炉床８上に立設されるのが一般的である（特許文献１参照）。
【０００３】
ところが、このような防熱壁７を備えた加熱炉３を有する横型連続焼鈍装置１を用いてＩＦ鋼など極低炭素鋼からなる鋼板Ａを焼鈍すると、焼鈍後の鋼板Ａの板幅端部において結晶粒が粗大化する現象が見られ、目標の製品品質が確保できない問題が発生することがわかった。
【０００４】
なお、特許文献２には、その第４図に示すように、炉長手方向に貫通する開口部１２を有する仕切壁８がハースロール３の上下に近接して設置された横型連続熱処理炉が開示され、そのハースロール３の下方に設置された仕切壁８は、本発明に係る防熱壁と近似したもののようにも見える。しかしながら、この仕切壁８は、燃焼ガスから鋼板２への伝熱効率を改善する目的で設置された通気性固体７に燃焼ガスを通過しやすくするようにハースロール１本おきに設置されたものであり、すべてのハースロールに設置されるものではないから、ハースロール表面を介した熱損失を防止する防熱壁としての機能を目的としたものではない。したがって、特許文献２に記載の発明は、本願発明とは発明の解決課題、作用効果ともまったく異なるものであり、本発明と技術的思想を異にするものである。
【特許文献１】特開２００２−１５５３１３号公報
【特許文献２】特開昭５９−４７３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、予熱炉と横型連続加熱炉と還元炉とを有する横型連続焼鈍装置に用いられる横型連続加熱炉に関し、そのハースロールからの熱損失を防止しつつ、極低炭素鋼からなる鋼板を加熱した後、後段の還元炉で最終的に焼鈍しても、鋼板の幅端部において結晶が粗大化することがなく、製品品質を確保しうる横型連続加熱炉およびそれを用いた連続焼鈍方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記のような防熱壁６を備えた加熱炉３を有する横型連続焼鈍装置１を用いて極低炭素鋼からなる鋼板Ａを焼鈍すると、焼鈍後の鋼板Ａの板幅端部において結晶粒の粗大化が発生する原因を解明するため、以下の検証実験を実施した。
【０００７】
まず、実機の横型連続焼鈍装置１の加熱炉３出口および還元炉４出口それぞれにおいて極低炭素鋼の一種であるＩＦ鋼からなる鋼板Ａの板幅方向の温度分布（以下、「板温分布」ともいう。）を放射温度計にて測定した。測定の結果、図７に示すように、鋼板Ａの板幅中央部の温度（以下、「板温」ともいう。）は、加熱炉３出口で約７００℃、還元炉４出口で約８００℃であるのに対し、鋼板Ａの板幅端部の板温は、加熱炉３出口で約８５０℃、還元炉４出口で約９５０℃に達し、板幅中央部の板温より最大１５０℃程度高くなることがわかった。つまり、極低炭素鋼であるＩＦ鋼は、普通鋼より再結晶温度が高いため焼鈍温度も普通鋼より高くする必要があるが、板幅中央部を目標の加熱温度に設定すると、板幅端部はそれよりさらに最大１５０℃高い温度まで加熱されることになる。このように板幅端部が加熱炉４内で目標の加熱温度を大きく超えて加熱され、この加熱温度の超過分が還元炉４内に持ち越されて最終的に還元炉４出口で約９５０℃という高い温度まで加熱される結果、板幅端部において結晶粒が粗大化するものと推定した。
【０００８】
そこで、この推定を検証するために、バッチ式小型加熱炉を用いた焼鈍シミュレータにて、実機の横型連続焼鈍装置１のヒートパターンを模擬した焼鈍実験を行い、結晶粒度に及ぼす焼鈍温度および焼鈍時間の影響を調査した。すなわち、焼鈍シミュレータにて雰囲気温度と保持時間の組み合わせを種々変更した条件でＩＦ鋼からなる鋼板を加熱焼鈍し、焼鈍後の各鋼板についてＪＩＳ Ｇ０５５２に基づきフェライト結晶粒度を測定した。
【０００９】
図８にまとめた測定結果から明らかなように、板温（＝雰囲気温度）が９２０℃未満では、保持時間を延長してもフェライト結晶粒度は７．０以上が確保され、結晶粒は微細なままに維持されているが、板温が９２０℃以上では、保持時間が一定時間を超えると、フェライト結晶粒度が７．０未満となり結晶粒が粗大化するのがわかった。
【００１０】
これらの検証実験の結果から、実機の横型連続焼鈍装置１では、板幅中央部は最終的に還元炉４出口で９２０℃未満である約８００℃までしか加熱されていないのに対し、板幅端部は最終的に還元炉４出口で９２０℃を超えて約９５０℃まで加熱された結果、板幅端部にて結晶粒の粗大化が発生したと結論付けられる。
【００１１】
そこで、次に、このように板幅端部の板温が板幅中央部の板温より著しく高くなる原因の検討を行った。種々考察の結果、想定される原因として、
（１）直火バーナ６からの輻射熱のバーナ長手方向における不均一
（２）防熱壁７による下部バーナ６ｂからの燃焼ガスの偏流
の２点に絞込み、これらの影響度を調査するため、以下の検証実験を行った。
【００１２】
まず、（１）については、実機の加熱炉３の鋼板Ａと１本の直火バーナ６との位置関係のみを模擬したラボ実験装置により、板幅方向における板温分布を測定した結果、板幅端部と板幅中央部との板温差は１５℃程度と小さく、直火バーナ６からの輻射熱の不均一による影響は小さいと判断した。
【００１３】
つぎに、（２）については、実機加熱炉３において、通板速度は一定の条件下で、上部バーナ６ａおよび下部バーナ６ｂをいずれも点火した場合（ケース１）と、上部バーナ６ａは点火したままであるが、下部バーナ６ｂを消火した場合（ケース２）のそれぞれについて、板幅方向の板温分布を測定した。測定の結果、板幅中央部と板幅端部との板温差は、ケース１の場合には約１５０℃あったのが、ケース２では約５０℃に縮小した。この結果より、下部バーナ６ｂからの燃焼ガスの偏流による強制対流伝熱の影響が大きいと判断した。
【００１４】
すなわち、下部バーナ６ｂからの燃焼ガス流Ｂは、上述したように、ファンに吸引されて最終的に予熱炉２に向かう流れとなるが、図９の模式図に示すように、その途中で防熱壁７に妨げられて、図示しない炉側壁（図３の符号１０参照）と鋼板Ａの板幅端部との間の隙間を通過し、いったん鋼板Ａの上方に出てから予熱炉２側に向かうこととなる。したがって、この隙間を通過する際に燃焼ガス流Ｂの流速が加速されるため、燃焼ガスから板幅端部への強制対流伝熱量が増大することとなる。この結果、板幅端部は板幅中央部に比べ強制対流伝熱量の増加分だけ過熱され板温が上昇することとなる。
【００１５】
そして、本発明者らは上記知見に基づいてさらなる検討を行い、以下の発明を完成させるに至った。
【００１６】
請求項１に記載の発明は、鋼板を後記横型連続加熱炉の燃焼ガスで予熱する予熱炉と、前記予熱された鋼板をハースロールで搬送しつつ直火バーナにて加熱する横型連続加熱炉と、前記加熱された鋼板を還元しつつ焼鈍する還元炉とを有する横型連続焼鈍装置に用いられる横型連続加熱炉であって、その炉床上に立設され前記ハースロールの下面を覆う防熱壁に、下記式で定義される開口率が３０〜９０％である、炉長手方向に貫通する開口部を設けたことを特徴とする横型連続加熱炉である。
式  開口率（％）＝開口部の炉幅方向断面積／パスラインより下方の炉幅方向全断面積×１００
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の横型連続加熱炉を用いて鋼板を加熱した後、引き続いて前記還元炉で前記加熱後の鋼板を還元しつつ焼鈍する方法であって、前記横型連続加熱炉の出口における鋼板の板幅中央部と板幅端部の温度差が７０℃以内となるように、通板速度および／または前記直火バーナのバーナ出力を調整することを特徴とする鋼板の連続焼鈍方法である。
【００１８】
なお、本願において「鋼板の板幅端部」とは、鋼板の板幅端面から１５ｍｍ板幅中央寄りの位置をいうものとする。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の横型連続加熱炉を用いて鋼板を加熱した後、引き続いて前記還元炉で前記加熱後の鋼板を還元しつつ連続焼鈍する方法であって、前記焼鈍後の鋼板の板幅中央部と板幅端部のフェライト結晶粒度の差が２．０以内となるように、通板速度および／または前記直火バーナのバーナ出力を調整することを特徴とする鋼板の連続焼鈍方法である。
【００２０】
なお、「フェライト結晶粒度」は、ＪＩＳ Ｇ０５５２に規定された試験方法で測定された値である。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記鋼板が極低炭素鋼からなるものである、請求項２または３に記載の鋼板の連続焼鈍方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、予熱炉と横型連続加熱炉と還元炉とを有する横型連続焼鈍装置に用いられる横型連続加熱炉において、防熱壁に所定の開口率の開口を設けたことで、ハースロールからの熱損失を防止しつつ、下部バーナからの燃焼ガスの偏流を抑制して板幅端部の過熱を確実に防止できる。その結果、極低炭素鋼からなる鋼板を横型連続加熱炉で加熱した後、後段の還元炉で最終的に焼鈍しても、鋼板の幅端部において結晶が粗大化することがなく、製品品質を確保できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施形態に係る横型連続焼鈍装置は、図１に示す従来の横型連続焼鈍装置１と同じく、予熱炉２＋横型連続加熱炉３＋還元炉４の構成を有し、横型連続加熱炉３は、防熱壁の構造を除いて、図２に示す従来の横型連続加熱炉３と共通であるので共通部分の説明は省略し、以下、防熱壁の構造について詳述する。
【００２４】
図３は、本発明に係る防熱壁の一実施形態を示す炉幅方向縦断面図であり、防熱壁７は、従来の防熱壁と同様、ハースロール５の下面を覆うように、炉床８上に立設する。そして、防熱壁７には、炉長手方向に貫通し、開口率が３０〜９０％の開口部９を設ける。ここに、開口率とは、開口率（％）＝開口部９の炉幅方向断面積／パスラインより下方の炉幅方向全断面積×１００で定義される値である。なお、パスラインは、ハースロール５上端のレベルである。
【００２５】
このように、防熱壁７に炉長手方向に貫通する所定開口率の開口部９を設けたことにより、下部バーナ６ｂからの燃焼ガスは、この開口部９を通過して予熱炉２側に流れることができるので、炉側壁１０と鋼板Ａの幅端部との間の隙間を通過する燃焼ガスの流量が減少してガス流速が低下し、燃焼ガスから板幅端部への強制対流伝熱量が減少し、板幅端部の過熱が防止されることとなる。
【００２６】
ここで、開口部９の開口率を３０〜９０％としたのは、以下の理由による。すなわち、開口率が３０％未満では、開口部９を通過する燃焼ガスの流量が少なすぎて、上記炉側壁１０と鋼板Ａの幅端部との間の隙間を通過する燃焼ガスの流速を十分に低下できず、板幅端部の過熱を十分に抑制できないためである。いっぽう、開口率は高ければ高いほど、上記隙間を通過する燃焼ガスの流速がより低下するので板幅端部の過熱を防止する観点からは好ましいが、最低限ハースロール５の下面を覆う部分は残す必要があるため９０％以下とした。
【００２７】
開口率３０〜９０％の防熱壁６は、ハースロール５の下面を炉幅全体にわたって覆いつつ、高温の加熱炉３内で防熱壁７自身の重量を支持する必要があるので、例えば、従来の開口部のない防熱壁と同様、レンガ積みによる耐火物構造を採用し、図３に示すように、両側の炉側壁１０間をアーチ橋に近似した構造にて支持する構造として、アーチ下方の空間を開口部９とするとともに、アーチ構造にて耐火物構造自身の重量を支持するようにすればよい。なお、同図には、炉幅中央部に炉床８から立ち上がる脚部１１を１箇所設け、この脚部１１と両側の炉側壁１０との間にそれぞれアーチを設けた例を示したが、炉幅や用いるレンガ材質等に応じて、脚部１１およびアーチの数、形状、取り付け位置等を適宜変更しうることはいうまでもない。また、開口率は、レンガ積みでは構造上の制約により６０％程度を超えて高くすることは困難となるが、レンガに替えてグラスウール、ロックウール等の断熱材を用いれば、９０％まで高くすることは容易である。
【００２８】
そして、このような開口部９を有する防熱壁７を設置した加熱炉３を有する横型連続焼鈍装置１にて、鋼板Ａを連続焼鈍する場合、その鋼板Ａの材質、板幅、板厚等に応じて、通板速度と加熱炉３内の直火バーナ６のバーナ出力の両方またはいずれか一方を調整し、加熱炉３出口における板幅端部と板幅中央部との板温差が７０℃以内、好ましくは６０℃以内、さらに好ましくは５０℃以内になるように制御するとよい。このように、加熱炉３出口での板幅端部と板幅中央部との板温差をできるだけ小さく制限することで、後段の還元炉４出口での前記板温差も小さくなり、板幅端部が過度に加熱されることがなくなり、結晶粒の粗大化が効果的に防止される。
【００２９】
あるいは、焼鈍しようとしている鋼板Ａの材質、板幅、板厚等に応じて、通板速度と加熱炉３内の直火バーナ６のバーナ出力の両方またはいずれか一方を調整し、加熱炉３通過後、還元炉４で還元焼鈍された焼鈍後の鋼板Ａの板幅中央部と板幅端部のフェライト結晶粒度の差が２．０以内、好ましくは１．５以内、さらに好ましくは１．０以内になるように制御するとよい。このように、焼鈍後の鋼板Ａの板幅方向におけるフェライト結晶粒度分布をできるだけ均一とすることで、製品品質をより確実に確保できる。
【実施例】
【００３０】
実機の横型連続焼鈍装置（図１に示すように、予熱炉２＋加熱炉３＋還元炉４の構成を有し、加熱炉３内には２本のハースロール５を備え、各ハースロール５の下方には防熱壁７が設置されているもの）において、従来の開口部のない防熱壁を用いた操業（比較例）と、各防熱壁に図３に示すアーチ構造にて開口率４０％の開口部を設ける改造を行った後の操業（発明例）の比較を行った。なお、焼鈍処理する鋼板は、材質（ＩＦ鋼）、板幅（１．６ｍｍ）、板厚（１２１９ｍｍ）とも改造前後で同一のものを用いた。そして、比較例および発明例それぞれにおいて、バーナ出力を１００、８０、４０％へと順次低下させるとともに、各バーナ出力にて、加熱炉出口での板幅中央部の板温が目標の加熱温度である７８０〜８２０℃になるように、通板速度を調整した。
【００３１】
操業結果を図４および図５に示す。図４に示すように、板幅端部（鋼板の板幅端面から１５ｍｍ板幅中央寄りの位置）と板幅中央部との板温差は、比較例では、バーナ出力１００％で約１００℃と大きく、バーナ出力を４０％に下げてようやく約７０℃まで縮小されるのに対し、発明例では、バーナ出力１００％ですでに約５０℃に縮小しており、バーナ出力を４０％に下げるとさらに縮小して約３０℃になった。
【００３２】
また、図５に示すように、加熱炉通過後、還元炉で還元焼鈍された焼鈍後の鋼板の板幅端部（鋼板の板幅端面から１５ｍｍ板幅中央寄りの位置）のフェライト結晶粒度は、比較例では、バーナ出力１００％および８０％では６．０以下となり製品の合格基準（７．０以上）を満足せず、バーナ出力を４０％に低下させたときにようやく７．０が得られ製品品質の合格基準を満たすのに対し、発明例では、バーナ出力１００％では６．０と製品品質の合格基準に満たないものの、バーナ出力を８０％に低下させることで製品品質の合格基準である７．０が得られることがわかった。（なお、焼鈍後の板幅中央部のフェライト結晶粒度は、比較例、発明例ともバーナ出力によらず、９．０程度に維持されていた。）
【００３３】
そして、バーナ出力が高いほど通板速度も高くできるので、比較例の開口部のない防熱壁に代えて、発明例の所定の開口率を有する開口部を設けた防熱壁を採用することで、焼鈍後の鋼板の製品品質を確保しつつ生産性を大幅に向上できることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】横型連続焼鈍装置の概略構成を示す炉長手方向断面図である。
【図２】横型連続加熱炉の概略構成を示す炉長手方向縦断面図である。
【図３】実施形態に係る横型連続加熱炉の概略構成を示す幅方向縦断面図である。
【図４】横型連続加熱炉における、直火バーナのバーナ出力と、板幅端部と板幅中央部との板温差との関係を示すグラフ図である。
【図５】横型連続加熱炉の直火バーナのバーナ出力と、還元炉で焼鈍された焼鈍後の板幅端部のフェライト結晶粒度の関係を示すグラフ図である。
【図６】従来の横型連続加熱炉の概略構成を示す幅方向縦断面図である。
【図７】従来の横型連続加熱炉および還元炉の各出口における板幅端部および板幅中央部の板温を示すグラフ図である。
【図８】フェライト結晶粒度に及ぼす板温および保持時間の影響を示すグラフ図である。
【図９】従来の横型連続加熱炉内における燃焼ガスの流れを概念的に説明する部分斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１：横型連続焼鈍装置
２：予熱炉
３：横型連続加熱炉（加熱炉）
４：還元炉
５：ハースロール
６：直火バーナ
６ａ：上部バーナ
６ｂ：下部バーナ
７：防熱壁
８：炉床
９：開口部
１０：炉側壁
１１：脚部
Ａ：鋼板
Ｂ：燃焼ガス流
【図１】
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【図２】
2007131914.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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