(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
区画形成された複数の炉から構成される連続焼鈍炉内にＮ２＋Ｈ２からなる雰囲気ガスを供給する方法において、各炉毎に雰囲気ガスを分配して供給するとともに、冷却装置を備えている冷却炉への上記雰囲気ガスの供給量を他の炉への供給量よりも多くし、かつ該冷却炉から前後の炉に向かう雰囲気ガスの流れを形成することによって、前記冷却炉内の雰囲気ガスの露点をＦｅの還元領域内に抑制することを特徴とする連続焼鈍炉の雰囲気ガス供給方法。
【請求項２】
区画形成された複数の炉から構成される連続焼鈍炉内にＮ２＋Ｈ２からなる雰囲気ガスを供給する方法において、雰囲気ガスを炉内から取り出して熱交換器を介して冷却し、再び雰囲気ガスとして炉内に戻してストリップを冷却する雰囲気ガス循環式冷却装置を備えている冷却炉への上記雰囲気ガスの供給量を他の炉への供給量よりも多くし、かつ該冷却炉から前後の炉に向かう雰囲気ガスの流れを形成することによって、前記冷却炉内の雰囲気ガスの露点をＦｅの還元領域内に抑制することを特徴とする連続焼鈍炉の雰囲気ガス供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストリップをロールにより搬送しながら、当該ストリップを加熱そして冷却して連続的に熱処理を行う連続焼鈍炉の内部へ雰囲気ガスを供給する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続焼鈍炉は、従来より、冷延鋼帯あるいは溶融亜鉛めっき用鋼帯等の製造に採用されている。
【０００３】
図１は、従来の連続焼鈍炉の全体構成を示す模式的説明図である。
この連続焼鈍炉10は主に直火炉12、加熱炉14、均熱炉16、徐冷炉 (図示せず) 、冷却炉20、過時効炉22、２次冷却炉24、そして場合により３次冷却炉26、等のそれぞれ区画形成された複数の炉から構成されており、ストリップ１はこれら各炉を順次通過することにより加熱そして冷却を受け、所定の製品特性を得る。３次冷却炉26は最終冷却のために用いられ、水冷方式をとっている。
【０００４】
このようなストリップの連続焼鈍炉においては、鋼板の酸化を防止するため、操業中の炉内雰囲気を還元性雰囲気とすることが必要で、雰囲気ガスとしてN2＋H2等の雰囲気ガスを供給し、還元性雰囲気を確保している。図中、外部から供給されるＮ2 ガスおよびＨ2 ガスはガス混合器２で所定比率で混合されてから、各炉に供給する。
【０００５】
このように雰囲気ガスは、図示例では、各炉に上下方向から、それぞれ供給されているが、連続焼鈍炉全体の雰囲気ガスの流れは、それぞれの炉へのガス供給量を調整することで、中央の冷却炉から上流側および下流側に向かってそれぞれ流れ、最終的に入口および出口から外部に排出される。
【０００６】
排気ブロア３は、そのような炉内のガス流れを促進するためにに設けられている。排気ブロア３の設置位置は、ストリップ搬入口またはストリップ搬出口だけを有する炉にそれぞれ設けられている。ただし、図示例では２次冷却炉に設けられているが、これは３次冷却炉が追加装置として炉外に取り付けられたものであるからである。
【０００７】
図中、ストリップ１は、各炉の上下に設けたハースロール30に沿って炉内を搬送される。
しかしながら、操業条件の変動その他の場合、鋼板表面の酸化が生じるときがあり、特にその傾向は、ストリップが冷却炉、特に１次冷却炉に入る段階でしばしば見られる。そのような鋼板の表面酸化が生じると、今度は、ストリップの冷却時に炉内ハースロール上にビルドアップが生成することがあり、このような問題は、冷却炉の段階で顕著となることが知られている。
【０００８】
後者の問題の対策としては、従来にあっても、ハースロールに接する前の鋼帯表面に400 ℃以上の還元性ガスを吹き付ける方法が提案されている (特開昭55−107720号公報) 。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、冷却装置を備えている炉では、以下の理由で炉内ハースロール上にビルドアップが生じる場合があり、ストリップに押し込み疵を発生させ、歩留まりを悪化させている。これは、
▲１▼還元性雰囲気を確保できない状況が発生する、そして
▲２▼鋼板表面の酸化物が、冷却されストリップとの熱膨張差によって、鋼板から剥離しハースロール上にビルドアップを生成させるため
と考えられている。
【００１０】
▲１▼の対応として還元性雰囲気は、H2濃度、露点、ストリップ温度の関係で決定され、この管理を適正に行うことが必要である。ただし、ストリップ温度は製品特性上変更できないし、露点も変更することができないため、実質はH2濃度を上げることで、還元性を確保しているのが実態である。そのため、還元性雰囲気を安定して確保するため、H2濃度を高めて管理を行ってきた。このため、雰囲気ガスの使用量が大きくコストアップを招いていた。
【００１１】
▲２▼の対応としては、ハースロールに接する前の鋼帯表面に400 ℃以上の還元性ガスを吹き付けることを特徴とする方法では、冷却帯で高温の雰囲気ガスを吹き付けるため、製品特性上実施不可能である。
【００１２】
ここに、本発明の課題は、鋼板表面の酸化皮膜の生成をできる限り抑制して、ハースロール上へのビルドアップを防止できる技術を開発することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる課題を解決するため、調査・検討を行ったところ、雰囲気ガスの流れに滞留部が見られ、その部分において酸化性雰囲気が形成され易いこと、そしてそのような滞留部は炉内へ雰囲気ガスを供給するノズルの近傍、ガス循環方式の炉の場合にはそのような循環系内に見られること、特に雰囲気ガスを熱交換器を介して冷却ガスとしてストリップを冷却する冷却装置を備える冷却炉では、循環系統内において雰囲気ガスの特に顕著な滞留があることが明らかになった。
【００１４】
これは、ストリップの表面は微小酸化皮膜に覆われており、これを雰囲気ガスを吹き付けて冷却しているが、表面の微小酸化物が還元したときに発生するH2O が、冷却装置の吸引側に入り込み循環系統で徐々に濃度が高くなり、露点が上昇し、還元性雰囲気が損なわれるためである。
【００１５】
そこでこの対策として、冷却装置を備えている冷却炉への雰囲気ガスの供給量を他の炉の供給量よりも多くし、冷却炉の前後の炉のいずれかの方向あるいはその両方の方向へ向かう雰囲気ガスの流れを形成することによって、この滞留を防止し、露点の上昇を抑え、還元性雰囲気を維持することを着想した。
【００１６】
また、この対策をより効果的に行うための装置として、雰囲気ガスの供給元より、冷却炉の雰囲気ガスを熱交換器を介して冷却ガスとして循環使用してストリップを冷却する循環式冷却装置の循環系統へ直接供給する構成を採用する。
【００１７】
さらに、冷却炉へ雰囲気ガスを供給する際に、上記循環式冷却装置の熱交換器の入側および出側の一方または双方にに供給口を設け、そこへ雰囲気ガスを供給するように構成してもよい。
【００１８】
よって、本発明は次の通りである。
（１）区画形成された複数の炉から構成される連続焼鈍炉内にＮ２＋Ｈ２からなる雰囲気ガスを供給する方法において、各炉毎に雰囲気ガスを分配して供給するとともに、冷却装置を備えている冷却炉への上記雰囲気ガスの供給量を他の炉への供給量よりも多くし、かつ該冷却炉から前後の炉に向かう雰囲気ガスの流れを形成することによって、前記冷却炉内の雰囲気ガスの露点をＦｅの還元領域内に抑制することを特徴とする連続焼鈍炉の雰囲気ガス供給方法。
【００１９】
（２）区画形成された複数の炉から構成される連続焼鈍炉内にＮ２＋Ｈ２からなる雰囲気ガスを供給する方法において、雰囲気ガスを炉内から取り出して熱交換器を介して冷却し、再び雰囲気ガスとして炉内に戻してストリップを冷却する雰囲気ガス循環式冷却装置を備えている冷却炉への上記雰囲気ガスの供給量を他の炉への供給量よりも多くし、かつ該冷却炉から前後の炉に向かう雰囲気ガスの流れを形成することによって、前記冷却炉内の雰囲気ガスの露点をＦｅの還元領域内に抑制することを特徴とする連続焼鈍炉の雰囲気ガス供給方法。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明の態様についてさらに具体的に説明するが、以下の説明においては、１次冷却炉、つまり冷却炉に雰囲気ガスを供給する場合を例にとるが、別の態様においては、冷却炉として、２次冷却炉を対象としてもよい。
【００２５】
本発明の基本的な考え方は、冷却炉内の雰囲気ガスの露点が上昇することによる還元性雰囲気の劣化を防止して、絶えず雰囲気ガスの還元性を維持することにある。
【００２６】
より具体的には、冷却炉の雰囲気ガスを熱交換器を介して冷却ガスとしてストリップを冷却する冷却装置を備えている冷却炉では、雰囲気ガスを循環させて、ストリップを冷却するため、表面が微小酸化皮膜( 厚さ200 〜500 オングストローム) に覆われているストリップに対し、表面の微小酸化物が還元したときに発生するH2O が、冷却装置の吸引側に入り込み、循環系統で徐々に濃度が高くなりこれが置換されないまま露点が上昇し、還元性雰囲気が損なわれるため、この露点上昇を抑えることにある。本発明の別の基本的考えはかかる循環系統における露点上昇を防止することである。
【００２７】
本発明においても図１に示す連続焼鈍炉を使用することができ、本発明によれば、上述のように雰囲気ガスの還元性を維持するために、冷却炉20から雰囲気ガスを供給し、上流側、下流側の前後の炉へ向けて、雰囲気ガスの流れを形成することで、炉内の雰囲気ガスの流れの滞留をなくし、H2O の濃度上昇を抑え、これをもって露点上昇を抑え、還元性雰囲気を安定して維持するのである。
【００２８】
あるいは、冷却ガスの循環式冷却装置を備えている場合には、この循環系内に外部からの雰囲気ガスを供給することで、冷却ガスの露点の上昇を防止するように構成してもよい。好ましくは、上述のような方法を実施する装置において、かかる構成の循環式冷却装置を設ける。
【００２９】
ここに、冷却炉への雰囲気ガスの供給は、炉頂部からあるいは炉中央部から行うが、そのときに当該冷却炉から前後の炉に向かう雰囲気ガス流れを形成するには、各炉への雰囲気ガス供給量を調整することで可能となる。例えば、図１において冷却炉20への雰囲気ガス供給量を500NM3/Hとし、上流および下流の次の均熱炉および過時効炉22への供給量をそれぞれ200 、300NM3/Hとし、さらにそれらの炉のさらに上流、下流の加熱炉14およびに２次冷却炉24への供給量をそれぞれ100 、100NM3/Hとすることで、効果的に雰囲気ガス流れを調整できる。連続焼鈍炉での入口に相当する直火炉12および出口に相当する２次冷却炉24にはそれぞれ雰囲気ガス流れの排出を促進するために排気ブロア3 が設けられ、上述のような上流、下流方向への雰囲気ガス流れが促進される。
【００３０】
図２(a) 、(b) 、(c) は、それぞれ本発明において使用する冷却炉への冷却ガス供給方式を説明する模式図であり、本発明の場合、いずれの方式でもよいが、還元性雰囲気劣化防止の観点からは、図２(c) の方式が好ましい。以下、順次説明する。
【００３１】
図２(a) は、冷却炉への雰囲気ガスの供給ノズル32については、冷却炉の形式として、ストリップ入口と出口の高さが同じ場合、その位置より、ほぼ炉高分だけ離れた位置とした、雰囲気ガスの供給方法を示す。ここに「炉高」は炉床と炉頂との間の距離をいう。
【００３２】
図２(b) は、冷却炉への雰囲気ガス供給口については、ストリップの入口と出口の高さが異なる場合は、中間高さ位置とした、雰囲気ガスの供給方法を示す。ここに (ストリップ入口高さ−ストリップ出口高さ) ・1/2 ＝中間高さ位置である。
【００３３】
図２(c) は、冷却炉の雰囲気ガス循環式冷却装置36の循環系統にあって、熱交換器８および循環ブロアー７で構成されるもののうち、熱交換器８の前後に供給口42を設け雰囲気ガスを供給する方法を示す。
【００３４】
図２(a) において、図１の混合器を出た雰囲気ガス( Ｎ2 ＋Ｈ2)は、冷却炉４の上方に設けたノズル32から炉内に供給される。
ノズル32の分布は炉内全体の雰囲気が淀みなく、上方から下方に流れるようにすればよく、特定の配置には制限されない。しかし、特に上方４隅部にガス流れの滞留部を生じさせないように、好ましくは、全体に均一に供給ノズルを配置する。このような雰囲気ガスの流れの中をストリップ１は、炉内の上下に設けられたハースロールを通過しながら、次の炉に搬送される。図中、冷却装置５は、通常のガスジェット冷却装置およびロール冷却装置を用いることがでる。
【００３５】
図２(b) は、別の方式を示すもので、雰囲気ガス( Ｎ2 ＋Ｈ2)は、上下ハースロールの中間位置から炉内に供給され、この中間位置に設けられたノズルからは上下方向に雰囲気ガスが供給される。この場合にも、ノズルの配置は炉中央部における炉内雰囲気ガスの滞留が生じないようにする限り特定の配置に制限されない。
【００３６】
図２(c) は、さらに別の態様を示すもので、混合器から供給される雰囲気ガスは、まず、上流側および下流側に分割され、それぞれにおいて上段および下段に分けて炉内に雰囲気ガスを供給する。図示例では、それぞれの雰囲気ガス供給系は炉内ガスと循環系を構成しており、途中、熱交換器を備えている。外部から供給される雰囲気ガスがこの熱交換器の出口、入口の双方または一方に供給されているのは、一種の希釈作用のためであり、仮に露点が高くなった雰囲気ガスを循環させているときでも露点を下げることができるからである。各循環系統のガス供給量は10〜20NM3/H である。好適態様では熱交換器の出口側の供給口だけから、例えば10NM3/H 供給する。
【００３７】
なお、本発明における雰囲気ガス組成は例えば20℃でN2：98体積％、H2：２体積％である。
次に、実施例によって本発明の作用効果をさらに具体的に説明する。
【００３８】
【実施例】
本例においても、図１に全体構成を示す連続焼鈍炉10を使って鋼板の連続焼鈍を行った。ただし、冷却炉20には雰囲気ガス循環系が設けられており、その詳細は、図２(a) 、図２(b) 、図２(c) に示す通りである。
【００３９】
図１は、直火炉12、加熱炉14、均熱炉16、冷却炉20、過時効炉22、２次冷却炉24、３次冷却炉26を有する連続焼鈍炉10で、冷却炉からの前後の炉へ雰囲気ガスの流れを促進するために、ストリップ搬入口を備えた直火炉12およびストリップ搬出口を備えた２次冷却炉24については、雰囲気ガスを炉外へ排出するブロアを備えている。
【００４０】
図１に示す全体構成を有し、図２(c) に示す冷却炉を備える構成とした。雰囲気ガスは冷却器の出口において10NM3/H の割合でそれぞれ循環系統で供給した。
使用雰囲気ガスはH2ガス２体積％、N2ガス98％の組成を有し、温度は20℃であった。
【００４１】
本例における冷却炉における冷却形態は、通常のガスジェット冷却装置であった。各炉へのガス供給量は前述の通りであった。
かくして、本発明によれば、冷却炉20を中心として、前後の炉へ雰囲気ガスが流入し、炉全体に雰囲気ガスの流れが生じる。これにより、冷却炉に高露点雰囲気ガスを滞留させなくする。これによりハースロールへのビルドアップの発生を防止できる。
【００４２】
すなわち、本発明によれば、冷却炉の露点は図３に示すように、従来方法 (Feの酸化域に存在する) に較べ、露点が低く、Feの還元領域に安定して存在するため、ストリップ表面が、酸化されず、安定して、還元領域に存在することが確認された。
【００４３】
ここに従来法は過時効炉だけは炉容が大きいため雰囲気ガスの供給量を200NM3/Hとした以外は、加熱炉、均熱炉、冷却炉および２次冷却炉のいずれも100NM3/Hだけ供給した。各炉へのガスの供給は炉の上下から行った。
【００４４】
本例において、ハースロール上にビルドアップの形成状況を図４、図５に示す。
図４は、ハースロールビルドアップの個数を、図５は、ビルドアップ高さ、つまり有害度を示すが、いずれのケースにおいても、本発明の優位性が明らかである。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、炉内の還元性雰囲気が安定して維持でき、その結果、ストリップの表面酸化が見られず、そしてビルドアップの形成はほぼ1/10以下と大幅に減少し、その高さもほぼ1/4 となり、実用上問題とならない程度にまで解消できるのであって、本発明の実用上の意義は大きく、斯界の技術進歩に対する貢献には大きいものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の主体となる、連続焼鈍炉の全体構成を示す説明図である。
【図２】図２(a) 〜(c) は、本発明の最重要となる、冷却炉への雰囲気ガス投入方法を示す説明図である。
【図３】本発明によって改善される、露点および炉内還元性を示すグラフである。
【図４】本発明によって改善される、ビルドアップの形成状況を示すがグラフである。
【図５】本発明によって改善される、ビルドアップの形成状況を示すがグラフである。
【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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