(57)【要約】      （修正有）【課題】加熱炉内の温度分布のムラを低減した加熱炉及び処理材の加熱方法を提供する。【解決手段】帯状の処理材２００の表面に熱風ｗを吹き付ける吹付け面１５を有する吹き付け部１０と、熱風ｗを吐出する送風手段２２と、処理材２００の一方の端面２０１に臨む方向で吹き付け部に連通し、送風手段２２から吐出された熱風ｗを処理材２００の幅方向に平行になるように吹き付け部に導入する熱風流路２０とを備えた加熱炉１０１、１０２であって、吹付け面１５のうち処理材２００の移動する長手方向Ｌにおいて、連通部３０の一部を少なくとも含む位置に、熱風ｗの流速を低下させる流速低下部材が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の処理材の表面に熱風を吹き付ける吹付け面を有し、かつ内部空間を有する吹き付け部と、
前記熱風を吐出する送風手段と、
前記処理材の一方の端面に臨む方向で前記吹き付け部に連通し、前記送風手段から吐出された前記熱風を前記処理材の幅方向に平行になるように前記吹き付け部に導入する熱風流路とを備えた加熱炉であって、
前記吹付け面のうち前記処理材の移動する長手方向において、前記連通部の一部を少なくとも含む位置に、前記熱風の流速を低下させる流速低下部材が設けられている加熱炉。
【請求項２】
前記流速低下部材は、前記長手方向に垂直な方向の中心より前記連通部の反対側に配置されている請求項１に記載の加熱炉。
【請求項３】
前記吹付け面には、前記熱風を通過させる開口が設けられ、
前記流速低下部材は、前記吹付け面のうち前記長手方向において、前記連通部の一部を少なくとも含む位置の前記開口の開口率を、前記吹付け面の他の開口率より低くして構成されている請求項１又は２に記載の加熱炉。
【請求項４】
前記流速低下部材は、前記開口の開口率を０％とした邪魔板である請求項３に記載の加熱炉。
【請求項５】
前記吹付け面は、前記処理材の表面と平行であるか、又は前記処理材の表面に対して斜めに配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の加熱炉。
【請求項６】
前記吹き付け部の前記内部空間に、整流板が配置されている請求項１〜５のいずれかに記載の加熱炉。
【請求項７】
帯状の処理材に吹付け面から熱風を吹き付ける処理材の加熱方法であって、
前記吹付け面を有し、かつ内部空間を有する吹き付け部と、前記処理材の一方の端面に臨む方向で前記吹き付け部に連通し、熱風を前記処理材の幅方向に平行になるように前記吹き付け部に導入する熱風流路とを備えた加熱炉を用い、前記吹付け面のうち前記処理材の移動する長手方向において、前記連通部の一部を少なくとも含む位置に、前記熱風の流速を低下させる流速低下部材が設けられている、処理材の加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続式の加熱炉、及び金属ストリップ等の処理材の加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属ストリップ等の処理材は加熱炉（例えば、連続焼鈍炉）によって熱処理され、結晶粒度や各種特性を所定の範囲に調整されている。このような加熱炉は、処理材を通過させる炉体（チャンバー）と、炉体に接続された熱風流路とを備え、熱風流路に配置されたファンから炉体内に熱風を吹き付けるタイプのものが多用されている。
このようなことから、ストリップの表面に対向配置されたファンから、ストリップに熱風を吹き付けるタイプの連続加熱炉が開発されている（特許文献１）。
【０００３】
又、縦型の焼鈍炉等の場合、設置スペースの制限から、図８に示すようにストリップ２００の一方の端面２０１に対向してファン２２を配置した加熱炉１０００がある。ファン２２から吐出された熱風ｗは、熱風流路２０を介して吹き付け部１００に導入され、吹き付け部１００に設けられた吹付け面１５０からストリップ２００の表面に熱風ｗが吹き付けられる。なお理解を容易にするため、図８において、ストリップ２００と吹付け面１５０とを離間して表示してあるが、実際にはストリップ２００が吹付け面１５０に近接している。又、吹付け面１５０には多数の開口１５０ａ、１５０ｂが形成され、ファン２２から吹き付け部１００内に導入された熱風ｗは、開口１５０ａ、１５０ｂからストリップ２００に吹付けられる。
さらに、熱風吹付け式の加熱炉において、炉内の温度分布を均一にするため、熱風の吐出風量を巾方向に均等分散する風量分散装置を設けた焼付炉が開発されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第3893629号公報（０００９、図１）
【特許文献２】特許第2663501号公報（請求項１、第２図の符号２８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した図８に示す加熱炉１０００の場合、ファン２２からの熱風ｗは、熱風流路２０と吹き付け部１００の連通部３００から吹き付け部１０内に入り、連通部３００側の面１６０と反対側の面１８０に当った後、ストリップ２００の移動する長手方向Ｌに渦状に流れてゆく（図８の太字の矢印参照）。このため、渦流の中心部分１５０ｘ、１５０ｙには熱風ｗがあまり循環せず、中心部分１５０ｘ、１５０ｙの温度が周囲より低温になり温度分布にムラが生じるという問題がある。
又、加熱炉１０００の場合、ファン２２がストリップ２００の一方の端面２０１側に偏って配置されているため、特許文献１に記載されたタイプの加熱炉に比べ、ストリップ２００の幅方向での温度分布のムラも大きくなる。
【０００６】
図９は、所定の条件（後述）で加熱炉１０００内の熱風の流速分布及び温度分布を数値計算した結果である。渦流の中心部分１５０ｘ、１５０ｙで流速が低下し（図９（ａ））、温度も低くなる（図９（ｂ））ことがわかる。又、ストリップ２００の幅方向Ｗｄから見たとき、連通部３００に相当する領域１５０ｃにおいて、反対側の面１８０側で流速が高く（図９（ａ））、温度も高くなり（図９（ｂ））、幅方向Ｗｄに沿って温度ムラが生じることがわかる。
特に、単に塗料を焼付ける場合と異なり、金属の焼鈍等の場合には結晶成長等が温度によって大きく影響されるため、炉内での温度分布の均一性が重要となる。例えば、銅合金のストリップを焼鈍する場合、結晶粒径を微細にすることが必要であるため、炉内の温度ムラが大きいと、部分的に結晶粒が粗大になる恐れがある。
すなわち、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、加熱炉内の温度分布のムラを低減した加熱炉及び処理材の加熱方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の加熱炉は、帯状の処理材の表面に熱風を吹き付ける吹付け面を有し、かつ内部空間を有する吹き付け部と、前記熱風を吐出する送風手段と、前記処理材の一方の端面に臨む方向で前記吹き付け部に連通し、前記送風手段から吐出された前記熱風を前記処理材の幅方向に平行になるように前記吹き付け部に導入する熱風流路とを備えた加熱炉であって、前記吹付け面のうち前記処理材の移動する長手方向において、前記連通部の一部を少なくとも含む位置に、前記熱風の流速を低下させる流速低下部材が設けられている。
このようにすると、熱風の流速が最も高くなる連通部近傍の熱風の流速が低下し、その分だけ吹付け面の他の部分へ熱風が流れ、長手方向の流速分布（温度分布）のムラが低減する。また、熱風の流速が処理材の幅方向で均一になるため、熱風が処理材に対して与える圧力も幅方向で均一になり、幅方向で圧力が不均一の場合に生じる加熱炉内での処理材のネジレを防止することができる。
【０００８】
前記流速低下部材は、前記長手方向に垂直な方向の中心より前記連通部の反対側に配置されていることが好ましい。
このようにすると、連通部から吹き出して連通部の反対側に高い流速で熱風が流れることを抑制し、幅方向の流速分布（温度分布）のムラが低減する。
【０００９】
前記吹付け面には、前記熱風を通過させる開口が設けられ、前記流速低下部材は、前記吹付け面のうち前記長手方向において、前記連通部の一部を少なくとも含む位置の前記開口の開口率を、前記吹付け面の他の開口率より低くして構成されていてもよい。
前記流速低下部材は、前記開口の開口率を０％とした邪魔板であってもよい。
前記吹付け面は、前記処理材の表面と平行であるか、又は前記処理材の表面に対して斜めに配置されていてもよい。
前記吹き付け部の前記内部空間に、整流板が配置されていてもよい。
【００１０】
本発明の処理材の加熱方法は、帯状の処理材に吹付け面から熱風を吹き付ける方法であって、前記吹付け面を有し、かつ内部空間を有する吹き付け部と、前記処理材の一方の端面に臨む方向で前記吹き付け部に連通し、熱風を前記処理材の幅方向に平行になるように前記吹き付け部に導入する熱風流路とを備えた加熱炉を用い、前記吹付け面のうち前記処理材の移動する長手方向において、前記連通部の一部を少なくとも含む位置に、前記熱風の流速を低下させる流速低下部材が設けられている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加熱炉内の温度分布のムラを低減することができる。また、熱風の流速が処理材の幅方向で均一になるため、熱風が処理材に対して与える圧力も幅方向で均一になり、幅方向で圧力が不均一の場合に生じる加熱炉内での処理材のネジレを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る加熱炉を示す斜視図である。
【図２】加熱炉の吹付け面近傍の構造を示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態における、加熱炉内の熱風の流速分布及び温度分布を数値計算した結果を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る加熱炉を示す斜視図である。
【図５】第２の実施形態における、加熱炉内の熱風の流速分布及び温度分布を数値計算した結果を示す図である。
【図６】図５及び図９の流速分布及び温度分布を、幅方向から見た結果を示すである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る加熱炉を示す図である。
【図８】ストリップの一方の端面に対向してファンを配置した従来の加熱炉を示す斜視図である。
【図９】図８の加熱炉内の熱風の流速分布及び温度分布を数値計算した結果を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る加熱炉を示す上面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る加熱炉について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る加熱炉を示す図である。
図１において、同一構造の２つの加熱炉１０１、１０２が吹付け面１５、１５同士を対向させて配置され、吹付け面１５、１５の間を銅ストリップ（帯状の処理材）２００が通過する際に加熱（熱処理）されるようになっている。なお、加熱炉１０１、１０２をさらに所定の炉体に収容してもよい。又、この実施形態では、銅ストリップ２００の長手方向に加熱炉１０１、１０２が連続して複数組配置され、これら複数の加熱炉１０１、１０２の組で銅ストリップ２００が順次加熱されるようになっている。
なお、銅ストリップ２００の移動する方向を長手方向Ｌとする。この実施形態では、銅ストリップ２００が上下方向に移動し、加熱炉１０１、１０２は縦型炉となっている。
【００１４】
加熱炉１０１は、銅ストリップ２００の表面に熱風ｗを吹き付ける吹付け面１５を有する吹き付け部１０と、熱風ｗを吐出するファン（送風手段）２２と、銅ストリップ２００の一方の端面２０１に臨む方向で吹き付け部１０に連通する熱風流路２０とを備えている。吹き付け部１０は銅ストリップ２００の表面に対向する面が開口する略矩形状をなし、この開口内部に、銅ストリップ２００の表面に対して斜めに吹付け面１５が形成されている。又、吹き付け部１０は内部空間１０ａを有し、吹付け面１５は、内部空間１０ａと銅ストリップ２００の表面との間に位置している。又、熱風流路２０は内部空間１０ａに連通している。吹付け面１５はパンチングメタルから成り、そのパンチング（開口）から熱風ｗが吹き出すようになっている。又、長手方向Ｌにおいて、吹き付け部１０の下端（銅ストリップ２００の入側）１２と上端（銅ストリップ２００の出側）１１とのほぼ中間位置に熱風流路２０が接続されている。
【００１５】
一方、吹き付け部１０との連通部３０と反対側の熱風流路２０にファン２２が接続されている。ファン２２はシロッコファンであり、回転羽根２２ｂの軸心２２ａ方向から熱風を吸い込み、熱風流路２０に向かって吐出すようになっている。なお、熱風は、例えば可燃ガスを燃焼して生成させることができる。そして、ファン２２から吐出された熱風ｗは熱風流路２０で整流され、銅ストリップ２００の幅方向（長手方向Ｌに垂直な方向）に平行に流れつつ吹き付け部１０内に導入される。
なお、加熱炉１０２も加熱炉１０１と同一の構成を有するので、その説明を省略する。又、加熱炉１０１と加熱炉１０２は、熱風流路２０が互いに反対向きになるように配置されている。
【００１６】
図２は、加熱炉１０１の吹付け面１５近傍の構造を示す図である。上記したように、吹付け面１５は、開口１５ａ、１５ｂを有するパンチングメタルからなっている。吹付け面１５のうち、長手方向Ｌにおいて連通部３０に相当する領域１５ｃに開口１５ａが形成され、その他の部分に開口１５ｂが形成されている。なお、吹付け面１５は、連通部３０が設けられた吹き付け部１０の側面１６側で吹き付け部１０の前面へ突出し、側面１６と反対側の側面１８で吹き付け部１０の背面に接続しており、銅ストリップ２００の表面に対して吹付け面１５が斜めになっている。そして、吹き付け部１０本体と吹付け面１５で囲まれる内部空間１０ａに連通部３０から熱風ｗが導入され、開口１５ａ、１５ｂから外部に吹き出すようになっている。
又、吹付け面１５の長手方向Ｌにおいて、連通部３０を含み連通部３０と下端１２との間の位置では、パンチングメタルの開口率が０％となる領域が長手方向Ｌに細長く形成され、この領域が邪魔板（流速低下部材）４１を構成している。邪魔板４１となる吹付け面１５では開口１５ａ、１５ｂが無く、連通部３０を含む部分における熱風ｗの流速が低下する。なお、邪魔板４１は、銅ストリップ２００の幅方向（長手方向Ｌに垂直な方向）の中心Ｃ上に位置している。
【００１７】
吹付け面１５のうち、長手方向Ｌにおいて連通部３０を含む部分を領域１５ｃとすると、領域１５ｃで熱風の流速が最も高くなる。従って、領域１５ｃに邪魔板４１を設けると、領域１５ｃの熱風の流速が低下し、その分だけ吹付け面１５の他の部分へ熱風が流れ、流速分布のムラが低減する。
【００１８】
図３は、邪魔板４１を設けた場合の、加熱炉１０１内の熱風の流速分布及び温度分布を数値計算した結果である。又、図９は、邪魔板４１が無い場合（図９の加熱炉１０００に相当）の、炉内の熱風の流速分布及び温度分布を数値計算した結果である。
図９の場合、渦流の中心部分１５０ｘ、１５０ｙで流速が低下し（図９（ａ））、温度も低くなる（図９（ｂ））ことがわかる。又、銅ストリップ２００の幅方向Ｗｄから見たとき、連通部３０の反対側の面１８０側で流速が高く（図９（ａ））、温度も高くなり（図９（ｂ））、幅方向Ｗｄの端部の温度が高くなることがわかる。
一方、図３の場合、渦流の中心部分１５０ｘ、１５０ｙに相当する位置１５ｘ、１５ｙの流速が高くなり（図３（ａ））、その場所の温度も上昇する（図３（ｂ））ことがわかる。又、ストリップ２００の幅方向Ｗｄから見たとき、邪魔板４１近傍の中央部１５ｓの流速が高くなって（図３（ａ））、その場所の温度も高くなり（図３（ｂ））、幅方向Ｗｄに沿った温度ムラが低減されたことがわかる。
【００１９】
上記した数値計算は以下の条件で行った。銅ストリップ２００を銅合金とし、所定の密度、比熱、通板速度、板厚、及び熱伝導度を設定した。又、ファンから吐出される熱風の温度、流速を設定し、吹付け面１５の開口率から圧力損失を算出した。そして、熱風の物性値の温度依存性を考慮するために、非圧縮の理想気体の状態方程式を用い、室温の銅ストリップ２００に上記条件で熱風が吹き付けられたときの、熱風の流速分布及び温度分布を計算した。
なお、銅ストリップ２００の幅を６００ｍｍ、銅ストリップ２００表面と吹き付け部１０との距離を１００ｍｍ、吹き付け部１０の幅及び長手方向長さをそれぞれ９５０ｍｍ、４５００ｍｍとした。又、連通部３０の位置を、長手方向Ｌの中央よりやや上方（出側１１側）とした。
【００２０】
以上のように、熱風流路２０から吹き付けられて熱風の最も流速が高くなる領域１５ｃに邪魔板４１を形成することで、領域１５ｃの熱風の流速が低下して渦流の中心部分１５ｘ、１５ｙとの流速の差が小さくなり、長手方向Ｌの流速分布（＝温度分布）のムラを低減させることができる。又、幅方向Ｗｄの流速分布（＝温度分布）のムラも低減する。
【００２１】
次に、図４を参照して本発明の第２の実施形態に係る加熱炉１０３の構成について説明する。第２の実施形態に係る加熱炉１０３は、邪魔板４２、４３が異なること以外は、第１の実施形態に係る加熱炉１０１と同一であるので、同一部分については同一の符号を付して説明を省略する。
図４において、長手方向Ｌにおける連通部３０の中央位置でかつ中心Ｃ上に、パンチングメタルの開口率が０％となる領域が長手方向Ｌに細長く形成され、この領域が邪魔板（流速低下部材）４２を構成している。又、吹付け面１５の長手方向Ｌのほぼ全長にわたり、かつ側面１８に隣接した位置に、パンチングメタルの開口率が０％となる領域が長手方向Ｌに細長く形成され、この領域が邪魔板（流速低下部材）４３を構成している。従って、吹付け面１５のうち、邪魔板４２，４３が形成された部分では開口１５ａ、１５ｂが閉塞されるので、連通部３０を含む部分における熱風ｗの流速が低下する。
【００２２】
図５は、邪魔板４２、４３を設けた場合の、加熱炉１０３内の熱風の流速分布及び温度分布を図３と同様に計算した結果である。図９の場合（邪魔板なし）に比べ、渦流の中心部分１５ｘ、１５ｙに相当する位置の流速が高くなり（図５（ａ））、温度も上昇する（図５（ｂ））ことがわかる。又、銅ストリップ２００の幅方向Ｗｄから見たとき、図９の場合（邪魔板無し）には面１８側で流速が高かったのに対し、面１８に隣接して邪魔板４３を形成した図５の場合、面１８側の流速が低下して（図５（ａ））、温度も低くなり（図５（ｂ））、幅方向Ｗｄに沿った温度ムラが低減されたことがわかる。
【００２３】
図６は、図４及び図８にそれぞれ相当する加熱炉を用いた場合の、Ｌ方向に沿った温度分布を示す。なお、図６の縦軸は、Ｌ方向の各位置において、銅ストリップ２００の幅方向のエッジ部と中心部の温度差Δである。
図８の場合（邪魔板無し）に比べ、邪魔板４２，４３を設けることで、銅ストリップ２００の温度差ΔがＬ方向で低減されたことがわかる。
【００２４】
次に、図７を参照して本発明の第３の実施形態に係る加熱炉の構成について説明する。第３の実施形態に係る加熱炉は、吹付け面１５ｘが異なること以外は、第１の実施形態に係る加熱炉１０１と同一であるので、吹付け面１５ｘ以外の説明を省略する。
図７は、吹付け面１５ｘの構成を示す。第３の実施形態においては、邪魔板は設けられず、吹付け面１５ｘ全面がパンチングメタルとなっていて、領域１５ｃでのパンチング（開口）の開口率を低くすることによって、領域１５ｃの流速を低下させている。つまり、吹付け面１５ｘの開口率を変化させて流速低下部材が構成されている。
ここで、開口率とは、吹付け面１５ｘの単位面積当りの開口面積であり、開口径や開口数を変えることで開口率を調整することができる。例えば、開口径を小さくし、単位面積当りの開口数を少なくすれば、開口率が低くなる。
【００２５】
具体的には、領域１５ｃでの開口１５ｓ２、１５ｔ２、１５ｕ２の開口率を、上端１１の開口１５ｓ１、１５ｔ１、１５ｕ１及び下端１の開口１５ｓ３、１５ｔ３、１５ｕ３の開口率より低くする。（１５ｓ１＝１５ｓ３＞１５ｓ２、１５ｔ１＝１５ｔ３＞１５ｔ２、１５ｕ１＝１５ｕ３＞１５ｕ２）。これにより、吹付け面１５ｘのうち、連通部３０を含む部分における熱風ｗの流速が低下する。
又、好ましくは、吹付け面１５ｘの幅方向の開口率を、中心Ｃが最も高く、側面１８側が最も低くなるようにする（１５ｓ１＜１５ｕ１＜１５ｔ１、１５ｓ２＜１５ｕ２＜１５ｔ２、１５ｓ３＜１５ｕ３＜１５ｔ３）。これにより、吹付け面１５ｘのうち、最も流速が高くなっていた側面１８側の熱風ｗの流速が低下し、一方で中心の流速が高くなるので、幅方向に沿った流速ムラ（温度ムラ）が低減する。
なお、長手方向Ｌにおいて、領域１５ｃから上端１１及び下端１に向かい開口率が徐々に高くなるようにすると好ましい。同様に、幅方向において、中心Ｃから側面１６及び側面１８に向かい開口率が徐々に変化するようにすると好ましい。
【００２６】
次に、図１０を参照して本発明の第４の実施形態に係る加熱炉１０４の構成について説明する。第４の実施形態に係る加熱炉１０４は、吹付け面１５の配置方法が異なると共に、吹き付け部１０の内部空間１０ａに整流板１９を設けたこと以外は、第１の実施形態に係る加熱炉１０１と同一であるので、同一部分について同一符号を付してその説明を省略する。なお、図１０は、Ｌ方向に垂直な方向（上面）から見た上面断面図である。
図１０において、吹付け面１５は、銅ストリップ２００の表面と平行になるように配置されている。又、吹き付け部１０の対角線上の位置に、吹き付け部１０を仕切るようにパンチングメタル（整流板）１９を設けている。
この整流板１９についても、吹付け面１５と同様に邪魔板を設け、長手方向Ｌにおいて連通部３０を含む部分の熱風流速を低減すると、吹付け面１５の邪魔板との相乗効果により、長手方向Ｌの熱風流速のムラをさらに低減することができる。なお、整流板１９を内部空間１０ａに複数枚設けてもよい。
【００２７】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、縦型炉としたが、処理材を水平に移動させる横型炉に本発明を適用しても勿論よい。又、送風手段は、シロッコファン以外のファンを用いてもよい。又、上記実施形態では、処理材の表面に対して斜めに吹付け面が形成されているが、処理材の表面に平行に吹付け面を設けてもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１０                                  吹き付け部
１０ａ                                内部空間
１５ａ、１５ｂ、１５ｓ１〜１５ｕ３    開口
１５、１５ｘ                          吹付け面
１９                                  整流板
２０                                  熱風流路
２２                                  送風手段（ファン）
３０                                  連通部
４１、４２、４３                      流速低下部材（邪魔板、開口）
１０１、１０２、１０３                加熱炉
ｗ                                    熱風
Ｌ                                    処理材の移動する長手方向
Ｃ                                    長手方向に垂直な方向の中心
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図３】
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【図５】
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【図９】
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