(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストリップ入側及びストリップ出側を有する垂直方向に配置されたマッフルと、前記ストリップ入側を前記ストリップ出側よりも低温となるように該マッフルを外側から加熱する加熱手段とを備え、前記マッフルは、長手方向に膨張する自由度を有している、縦型焼鈍炉であって、該焼鈍炉を通って案内される金属ストリップの光輝焼なまし処理を連続的に行うように構成されており、
更に、前記マッフル（２０）は、前記ストリップ入側が上側部に位置し、また前記ストリップ出側が下側部に位置するように配置されており、前記マッフル（２０）の前記下側部は、長手方向において下方を向くように画定されており、前記マッフル（２０）の上側部にマッフル全体の長手方向の熱膨張を吸収する膨張部が設けられ、前記マッフル（２０）の上側部は、カウンターウェート（５５）で前記マッフル（２０）に上向きの支持力（Ｆ）を与える垂直移動可能なサポート手段（２５）に連結されていることを特徴とする縦型焼鈍炉。
【請求項２】
請求項１に記載の縦型焼鈍炉において、前記サポート手段（２５）によって与えられる前記支持力（Ｆ）は調節可能であるように構成されたこと、を特徴とする縦型焼鈍炉。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の縦型焼鈍炉において、前記支持力（Ｆ）は、前記マッフル（２０）の重量を実質的に相殺するように構成されたこと、を特徴とする縦型焼鈍炉。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一に記載の縦型焼鈍炉において、前記サポート手段（２５）は、垂直方向に移動可能なフレームを含んでおり、該フレームの中で前記マッフル（２０）が懸架されていること、を特徴とする縦型焼鈍炉。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一に記載の縦型焼鈍炉において、前記マッフル（２０）の前記下側部は、前記マッフル（２０）によって与えられる下向きの力を測定するセンサ（３０）に接続されていること、を特徴とする縦型焼鈍炉。
【請求項６】
請求項５に記載の縦型焼鈍炉において、前記サポート手段（２５）によって与えられる前記支持力（Ｆ）を前記センサ（３０）によって測定される値（ｐ）の関数として調節する調節手段を備えること、を特徴とする縦型焼鈍炉。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一に記載の縦型焼鈍炉において、前記マッフル（２０）は、前記ストリップ入側において、その上流側に位置する手段に対する可撓性の接続部を形成するベローズ構造（２３）に接続されていること、を特徴とする縦型焼鈍炉。
【請求項８】
ストリップ供給セクション（１）と、請求項１乃至７のいずれか一に記載の縦型焼鈍炉を有する加熱セクション（２）と、該加熱セクションの下流側に位置する冷却セクション（３）と、ストリップ取出しセクション（４）とを備えること、を特徴とするストリップ処理装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、縦型焼鈍炉に関する。この縦型焼鈍炉は、該焼鈍炉を通して案内される金属ストリップの光輝焼なましを行うものであって、ストリップ入側及びストリップ出側を有していて垂直方向に配置されたマッフルと、このマッフルを外側から加熱する加熱手段とを備えており、上記マッフルは、長手方向に膨張する自由度を有している。
上記種類の縦型焼鈍炉は、特に、Ｓｔａｈｌ  ｕｎｄ  Ｅｉｓｅｎ  Ｖｏｌｕｍｅ９３、Ｎｏ．２４（１９７３年１１月２２日）の１１５２−１１５７ページから周知である。この文献においては、マッフルは、頂部フランジを備えており、この頂部フランジによって、マッフルはフレームの中で固定的に懸架されている。このマッフルは、焼鈍炉の他の部分と相対的に、長手方向において下方へ自由に膨張することができる。このマッフルの可膨張性は、焼鈍炉の特に大きな構造的な高さ（例えば、２０ｍ）を達成するために、極めて重要である。その理由は、ステンレス鋼のストリップのいわゆる光輝焼なましを行う場合には、マッフルの温度が１，１５０℃の範囲にあるからである。そのような高温においては、マッフルの長手方向における膨張は非常に大きい。このような膨張を許容する手段を全く講じなければ、マッフルは、該マッフルの横方向及び長手方向の両方の方向において、曲げ変形を生じてしまうことになる。加熱すべきストリップは、底部から頂部へマッフルを通過する。従って、ストリップがマッフルの中で最も高い温度に達する点は、マッフルの頂部に位置している。ストリップをマッフルを通して案内し、また、ストリップを特定の応力に維持することができるようにするために、特定の張力をストリップに与える。上記張力は、ローラによってストリップに伝達される。マッフルの下流側には、冷却セクションが位置しており、この冷却セクションは、ストリップがマッフルの端部で高い最終温度に到達するので、マッフルのストリップ出側の直後に設けられるべきである。その結果、上記冷却セクションの全体又はその大部分は、垂直方向に配置されたマッフルの直ぐ上方に位置される。
上記周知の縦型焼鈍炉の欠点は、構造的な高さが制限されるということである。この構造的な高さが制限される理由は２つ存在する。第一に、マッフルの全重量が頂部フランジから懸架されるということである。これは、頂部フランジの領域のマッフル材料の最大許容応力が、頂部フランジから懸架されるマッフルの最大許容重量にとって決定的であるということを意味する。この点において、ストリップが底部から頂部へマッフルを通過する上述の周知の焼鈍炉においては、マッフルの上方部分が高温に暴露されるということができる。その理由は、上記上方部分において、加熱すべきストリップがその最終温度に到達するからである。マッフルの上記上方部分の高温は、最大許容引張応力を減少させる。それにも拘わらず２２−２４ｍの構造的な高さを得るためには、マッフルの壁部の厚さを頂部に向かって徐々に増大させ、これにより、マッフル材料に許容される引張応力を超えないようにしなければならない。第二に、ストリップの最も熱い点も、マッフルの頂部に位置している。その結果、ストリップの上記臨界的な又は重要な点は、この点の下に位置するストリップの自重に起因して、また、ストリップに与えられるストリップの張力に起因して、比較的重たい荷重を受ける。これも、このタイプの縦型焼鈍炉を建造することのできる最大高さを必然的に制限する。その理由は、炉が高すぎると、ストリップは、最も弱い点ですなわちマッフルの頂部で降伏することになる。これは単純に生産能力の増大を制限する。その理由は、より高い焼鈍マッフル炉を建造することが技術的な意味において制限されるからである。
本発明の目的は、かなり大きな構造的な高さ及び／又は生産能力を達成することのできる縦型焼鈍マッフル炉を提供することである。
上記目的は、ストリップ入側が頂部に位置し、また、ストリップ出側が下面に位置するようにマッフルを配置し、このマッフルの下面を長手方向において下方に画定し、マッフルが長手方向において上方へ膨張することができるようにした、本発明によって達成される。この種類の縦型焼鈍炉においては、ストリップは、頂部から底部へマッフルを通過する。その結果、ストリップの最も熱い点は、マッフルの底部に位置し、従って、ストリップにおいて最も重要なすなわち臨界的な上記点は、極めて少ない荷重をストリップの自重から受ける。その結果、より高い縦型焼鈍炉を構成することが効果的に可能であり、また、その結果、より大きな生産能力を達成することができる。この構造的な形態において、マッフルの頂部からのマッフルの周知の固定型のサスペンションを引き続き選択する必要がある場合、すなわち、下方へ膨張する可能性がある場合には、マッフルのストリップ出側とこのストリップ出側の下に位置する冷却セクションとの間に、極めて気密で高温耐久性の膨張部分を設けるか、そうでなければ、上記冷却セクション全体がマッフルと共に移動することができるようにする必要がある。構造的な意味においては、上記いずれの解決策の実現も殆ど不可能であり、もし可能だとしても、極めて高価なものになる。本発明によれば、マッフルは、長手方向において上方へ膨張することができる。この構造は有利であり、その理由は、上記遷移領域におけるマッフルの膨張を除去するための特別の手段を設けることなく、上記冷却セクションをマッフルの直ぐ下に置く（これは、焼なましプロセスにとって重要である）ことができるからである。このようにすると、上記必要な膨張部分をマッフルの頂部（相対的に冷たい部分）に配列することができるので有利である。
より詳細に言えば、マッフルの頂部は、マッフルに上向きの支持力を与えるためのサポート手段に接続されている。その結果、最も高い温度が必要とされるマッフルの上記最も重要なすなわち臨界的な点（すなわち、ストリップ出側の領域にある部分）に作用する応力をかなりの程度解放することができるので有利であり、場合によっては、応力を事実上なくすことさえできるので効果的である。
本発明の別の好ましい実施例が、請求項３乃至請求項１１に明記されている。
添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図面において、
図１は、本発明の縦型焼鈍炉を備えたストリップ処理装置を図解的に示しており、
図２は、図１のストリップ処理装置の一部の好ましい実施例の横断面図であり、
図３は、カウンターウェートを有するマッフルサポート手段の実施例を極めて概略的に示している。
縦型焼鈍炉を備えるストリップ処理装置の図１に示す実施例において、実質的に４つの部分又はセクション、すなわち、ストリップ供給セクション１、加熱セクション２を認識することができる。冷却セクション３及びストリップ取出しセクション４を認識することができる。上記ストリップ供給セクションにおいては、金属ストリップすなわち金属細長片１０（詳細に言えば、ステンレス鋼のストリップが供給される。必要であれば、上記ストリップには、例えば、溶接作業又は脱脂作業の如き複数の作業を付加的に実行することができる。次に、ストリップ１０は加熱セクション２に入る。この加熱セクションにおいて、ストリップは、縦型焼鈍炉の中で焼なまし処理を受ける（酸化されないのが好ましい）。また、上記焼なまし処理の間にストリップが酸化することにより生ずる変色又は退色並びに品質の低下は、保護ガスが充填されたチャンバの中でストリップの焼なまし処理を実行することにより、防止することができる。加熱セクション２は、周知のように、いわゆる縦型マッフル炉を備えている。このマッフル炉には、長円筒形のマッフル１６が設けられており、このマッフルは、ケース１７によって包囲されている。このケース１７の中には、マッフル１６を外側から加熱する上記加熱手段が設けられている。一方、マッフルは、このマッフルに供給されるストリップ１０を加熱する。ストリップ１０のこの間接加熱が、マッフル炉の特徴である。少なくともマッフル１６に保護ガスを充填するのが効果的である。ストリップ１０は、上記マッフル炉の中で焼なまし処理を受けた後に、所定の低い温度まで非常に迅速に冷却される。この冷却作業は、冷却セクション３で行われる。最終的に、ストリップ１０は、ストリップ取出しセクション４に入り、このストリップ取出しセクションにおいて、例えば、ストリップの後処理、検査及び巻き取りを行うことができる。
本発明のよれば、マッフル炉は、焼なまし処理を行うべきストリップ１をマッフル１６の頂部で導入してマッフル１６の下面で排出するように、配置されている。その結果、最も熱く従って最も重要なすなわち臨界的なストリップの点は、マッフル１６の底部に位置する。この構成は、ストリップ１０の上記最も熱い点が該ストリップの自重から比較的小さい荷重を受け、その結果、ストリップ１０の上記最も臨界的な点における固有の強度がゆっくりと超えることになるという主要な利点を有している。その結果、マッフル炉は、より高い構造を有することができ、また、ストリップの通過速度を増大させることができ、その結果、より大きな生産量を達成することができる。
上記マッフルは、極めて高い温度に達するので、長手方向においてかなり膨張することになる。この膨張は、マッフルの頂部において、その目的に適した可撓性の手段１８によって吸収される。
マッフル炉の図２に示す実施例においては、マッフル２０は、上記膨張が上向きに生ずることができるように、ケース１の中で自由に運動できるように懸架されている。この目的のために、マッフル２０の頂部は、可撓性のベローズ構造２３に接続されている。ベローズ構造２３は、繊維の膨張継手から形成されるのが効果的である。より詳細に言えば、上記膨張継手は、例えば、テフロンコーティングされた気密な布を備えている。上記ベローズ構造２３は、マッフル２０が上方へ膨張した場合に、大きな力を受けることなく圧縮することができるような可撓性を有している。上述のように、焼なまし処理は、例えば、主として水素から成る保護ガスの中で行われるのが好ましい。この保護ガスの所要量は、コストの理由から、可能な限り少なく維持するべきである。また、大量の保護ガスが一時に総て逃げた場合には、極めて危険である。この目的のために、固有の気密性を有するベローズ構造２３が、液体シールを包囲するスチールボックス２４の中に特別な保護手段として採用されている。
マッフル２０の頂部を、該マッフル２０に上向きの支持力Ｆを与えるサポート手段２５に接続するのが効果的である。その結果、マッフル２０はバランスされ、これにより、該マッフルの下に位置する上記冷却セクションに気密に接続されているマッフル２０の下面を、多少なりとも「浮いた」状態で支持することができる。上記上向きの支持力Ｆは、例えば、マッフル２０の頂部に接続されたカウンターウェートによって与えることができる。マッフル２０の荷重は、カウンターウェートを軽くしたり又は重くしたりすることによって、調節することができる。上記カウンターウェートの利点は、これらカウンターウェートが事実上故障を生じたり保守を必要とせずに作動することができるという点である。別の実施例においては、マッフル２０の頂部が、垂直方向に移動可能なフレームの中で懸架されている。マッフル２０の底部をセンサ３０に接続することにより、マッフル２０によって発生される下向きの力を測定することができる。より詳細に言えば、サポート手段２５によって与えられる支持力Ｆをセンサ３０によって測定される値ｐの関数として調節する、制御手段を設けることができる。例えば、ｐが特定の最小値又は最大値を超えた場合には、上記フレームは、上記ｐが設定範囲内に戻るまで、垂直方向に移動することができる。カウンターウェートも備える実施例においては、カウンターウェートをｐの関数として調節（カウンターウェートを軽くしたり又は重くしたりする）こともできる。上記カウンターウェートの調節は、手動操作により又は自動的に行うことができる。従って、垂直方向に調節可能なフレーム並びに上記カウンターウェートを用いることによって、マッフル２０の最適な荷重条件を維持することができる。サポート手段の複合した形態を極めて容易に得ることもできる。調節可能な負荷がその上に重ねられているカウンターウェートを用いて、静荷重を加えることができる。マッフルの頂部に膨張部分を設け、また、マッフルの頂部を調節可能にバランスさせて支持することによって、マッフルの下方部分を応力が事実上ない状態に維持することが可能となる。この目的のために、上記サポート手段は、マッフルの重量を相殺すると共に、マッフルに作用する他の荷重（例えば、上記膨張の結果として生ずる摩擦力）を相殺する。マッフルの最も重要なすなわち臨界的な部分も位置するマッフルの底部に、上記測定手段を設けることが効果的である。マッフルの下方部分には非常に小さく容易に測定可能な荷重が作用するので、必要であれば、上記領域の温度を従来技術よりも高くすることさえ可能である。これにより、生産能力を更に高めることもできる。
図３は、カウンターウェート型のサポート手段の実施例を示している。この目的のために、フランジ５１が、マッフル５０の頂部に溶接されている。上記フランジ５１は、ケーブル５３及びプーリ５４を介して、カウンターウェート５５に接続されている。従って、カウンターウェート５５は、マッフル５０に上向きの力を与える。マッフル５０が上方へ膨張した場合には、カウンターウェート５５は、それぞれのガイド５６の中で下方に移動することができる。同時に、水シールの中に含まれるベローズ部分５８が圧縮される。ケース６０、プーリ５４及びベローズ部分５８の下面は、地面上で支持されているフレーム６５に固定的に接続されている。
ストリップ２２は頂部から底部壁マッフル２０を通過し、従って、マッフルの下方部分で最も高い温度に到達するだけであるという事実によって、加熱手段がマッフル２０の上方部分に関してマッフルを加熱する温度をマッフル２０の下方部分に関する温度よりも低くなるように選択することができるので効果的である。その理由は、マッフル２０の上方部分は、マッフル２０の固有のほぼ全重量を支持しなければならないからである。上記領域の温度を低く選択することによって、マッフル２０は、その上方部分においてより大きな固有の重量を支持することができ、この理由からも、マッフル炉をより大きく設計することが可能となり、従って、生産能力をかなり高めることが可能になる。マッフル２０の肉厚は、通常、頂部に向かって大きくなる。マッフル２０の上方部分の温度を低下させることによって、上記上方部分の肉厚を大きくする必要がなく、あるいは、その肉厚を僅かに大きくするだけでよく、それでも、より大きな固有の重量を支持することができる。
エネルギを節約するために及び／又は生産量を更に増大させるために、ストリップ２２を予熱することが可能である。この目的のために、マッフル炉の残留熱を用いることができる。この目的のために、図２においては、ストリップ２２が上昇する部分に予熱セクション３５が設けられている。２つの上方ローラを有する上方チャンバ３７が、予熱セクション３５とベローズ構造２３との間に設けられている。
マッフル２０の修理、保守又は交換を行うことができるようにするために、マッフルをケース２１から迅速且つ容易に取り外すことができるようにすることが重要である。この目的のために、ケース２１の頂部又は側部には、取り外し可能なカバープレートが設けられている。本発明によれば、冷却セクション３６は、マッフル２０の下面に位置しているので、適所に残ることができるので効果的である。冷却セクションがマッフルの頂部に位置している従来技術においては、マッフルをケースから上方へ取り外すことができるようにする前に、最初に、冷却セクションを取り外さなければならない。図２に示す縦型焼鈍炉のマッフル２０は、以下の手順で交換することができる。２つの上方ローラを有する上方チャンバ３７を運動可能なフレームの上に設けることによって、上記上方チャンバを横方向に動かすことができる。次に、ベローズ構造２３をスチールボックス２４と共に、ホイスト手段の助けにより持ち上げ、これにより、ケース２１の上部カバーを解除することができる。このカバーを取り除き、この場合もホイスト手段の助けにより、マッフル２０を取り外すことができる。
水素含有率の高い（高価な）保護ガスを用いてこれを供給することは、便宜上、実際の焼なましプロセス、すなわち、マッフル及び冷却セクションの中のチャンバに限定される。保護ガスの損失を低減し、プロセス条件を改善するために、マッフルのストリップ入側の領域並びに冷却セクションのストリップ出側の領域に特殊なシールが設けられる。必要であれば、加熱セクションの上昇部分に、水素含有率の低い廉価な保護ガスを供給することができる。この保護ガスは、例えば、窒素から実質的に構成され、ストリップと一緒に入る総ての汚染物を除去する役割を果たす。生産能力がかなり増大され、また、これに関連してストリップの速度が大きいので、良好な製品を得るためには、ストリップを加熱する前に、該ストリップの表面から空気の接着層を除去することが極めて重要である。上述のマッフル炉においては、長い予備洗浄時間を効果的に用いることができる。この場合には、複数のタイプの保護ガスを分配し、これら保護ガスを加熱セクションの上の種々の点に供給する。
従って、本発明によれば、マッフル炉を従来技術よりも長くすることができるので、低コストで高い生産量を達成することのできる、縦型焼鈍炉を得ることができる。また、長手方向におけるマッフルの膨張を上方に吸収するための非常に効果的な構造が提供される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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