自動車用冷延ハイテンの開発に道を拓いた
連続焼鈍誕生から半世紀

細 谷佳 弘*4）的なラインであった 。コア技術である均熱温度
１．はじめに半世紀前，その後の自動車用薄鋼板製造に変革 からの急冷処理でいったん鋼中炭素（ C ）を過飽をもたらす連続焼鈍プロセスが誕生した。軟質冷 和固溶状態とした後に短時間の過時効処理で遅時延鋼板用連続焼鈍ラインの稼働である。（旧）日本 効レベルまで低減させる処理は，焼入れ処理と焼鋼管（NKK）が 1971 年にブリキ用連続焼鈍ライン 戻し処理に適していたことから変態強化型高強度4）に水冷機構（WQ）と過時効処理（OA : Over Aging） 鋼板（ハイテン）の製造にも道が拓かれた 。連炉を増設した NK-No.1 CAL（Continuous Annealing 続焼鈍炉でのオンライン組織制御技術はその後1）
Line） を稼働させ，続いて（旧）新日本製鐵（NSC） の連続溶融亜鉛メッキライン（CGL : Continuousが 1972 年 に 絞 り 用 冷 延 鋼 板 専 用 ラ イ ン と し て Galvanizing Line）にも引き継がれ，自動車用合急冷機構にガスジェット冷却（GJC）を採用した 金化溶融亜鉛メッキ（GA）鋼板のハイテン化を可C.A.P.L.（Continuous Annealing and Processing 能にした。
2）
そこで，本技術解説では半世紀前の連続焼鈍プ
Line） を稼働させた。NKK は，№ 1 CAL の操業実績を踏まえて 1976 年に絞り用冷延鋼板専用ライ ロセス誕生の経緯を振り返った上で，その後の自ンとして No.2 CAL を稼動させた。その後，（旧） 動車用冷延ハイテン開発のエピソードの一端を紹
川崎製鉄による 1980 年のブリキ用と絞り鋼板用 介する。
3）の複合型連続焼鈍ライン（KM-CAL） の稼働など，
＜本稿は，
（一社）
日本工業炉協会の依頼により（株）
1982 年までの 10 年で 8 基の連続焼鈍ラインが国アグネ技術センター刊：「金属」92 巻に掲載され内で稼働し，自動車用冷延鋼板の開発・製造体制た“自動車用ハイテン材料の開発秘話”Vol.92が整った。
（2023），No.11，p.1139-1146 を本誌で紹介するに
連続焼鈍は , 箱型焼鈍炉での焼きなまし工程あたり，冷延ハイテンの製造に道を拓いた連続焼とその前後工程を含めて 10 日近くを要していた冷鈍ライン誕生 50 年の節目に，プロセスイノベー
延鋼板の焼鈍工程を 10 分以下まで短縮した画期ションについて加筆・再構成した。＞* 細谷技術士事務所

Vol. 61 , No. 1

Y.Hosoya

連絡先 E-Mail アドレス：peo-hosoya@ct.em-net.ne.jp5燃焼数値シミュレーションの現状と展望

黒 瀬
１．はじめに我が国は，温室効果ガスの排出を 2030 年度に13 年度比で 46 ％削減，2050 年までに実質ゼロとすること（すなわち，カーボンフリー社会の実現）を宣言した。温室効果ガスとして最も寄与が大きいのは二酸化炭素（CO2）であり，その排出量の大部分が化石燃料（石炭，石油，天然ガス）の燃焼によるものであることから，対策が急務とされている。このような状況の下，様々な燃焼器や火炉の改良・設計，最適操作条件の選定が不可欠となっており，その試行錯誤の検討が比較的容易で，且つ現象理解の助けになるとの理由から，数値シミュレーションへの期待が益々高まっている。その背景には，近年のスーパーコンピュータ「富岳」をはじめとする計算機性能の飛躍的な向上がある
1，2）のは明らかである。しかし，燃焼は極めて複雑な現象であるため，その素過程についての数理モデルや，燃焼反応に伴う急激な密度変化に適用可能な安定スキームに関する理解や選定が容易でないこと，また，概して計算負荷が高いため並列計算等，効率的な計算実施に関するノウハウが不可欠であること等の理由から，燃焼の数値シミュレーションは未だ敷居が高いと思われがちである（実際，そうかもしれない）。
* 京都大学大学院工学研究科

12教授 R.Kurosere

良 一*

本稿では，ガス，噴霧，石炭など，様々な燃料を対象とした燃焼数値シミュレーション例を紹介するとともに，今後の展開について述べる。燃焼
数値シミュレーションを少しでも身近に感じていただき，その将来性を感じていただければ幸いである。
２．燃焼数値シミュレーションの基礎
燃焼とは，可燃性燃料が発熱を伴いながら酸素と反応する現象であるが，反応過程においては数多くの化学種が関与するため，その数値解析は極めて複雑であり，膨大な計算資源を必要とするばかりでなく，安定計算のための高い知識と経験が要求される。例えば，燃料としてよく用いられる天然ガスの主成分であるメタンと空気の燃焼では約 50 化学種・300 ステップ反応，ケロシンと空気の燃焼では約 300 化学種・2000 ステップ反応からなる反応機構を考慮する必要があり，これは流れ場の支配方程式（質量に関する保存式 1 つと運動量に関する保存式 3 つ）とエネルギーの方程式（1 つ）に加えて，それぞれ 50 化学種及び 300化学種の物質の保存式を連立して解く必要があることを意味する。従って，このような数十～数百化学種の数十～数千ステップ反応から成る詳細反連絡先 E-Mail アドレス：kurose@mech.kyoto-u.ac.jp

工業加熱

多孔質炭素材料の高温強度評価と材料特性予測齋 藤１．緒言
化学プロセスには物質や熱がさまざまな形で移動する熱物質輸送現象が存在する。当研究室では，実験とコンピュータを利用した数値シミュレーションの両面から化学プロセスを評価し，Carbon（石炭やコークス），Coating（自動車塗装）及びCarbon Neutral（CO2 回収）に関する研究を行っている。今回は，これらの研究のうち，炉内において高温で機能を発現する多孔質炭素材料であるコークスを取り上げる。
コークスは石炭を乾留（蒸し焼き）して得られぜいせいる脆 性材料の一つであり，気孔率が 50 ％ 程度の多孔質材料である。コークスは冶金用コークス及び鋳物用コークスとして製鉄及び鋳造に利用される。冶金用コークスは高炉コークスとも呼ばれ，酸化鉄から鉄を還元するプロセス（鉄鉱石からせんてつ銑鉄を取り出す製銑プロセス）において高炉内の高温条件下で利用されるため，常温及び高温条件下での強度特性を把握することが重要である。そこで本論文では，多孔質炭素材料であるコークスを対象に，常温・高温・高温反応時における強度1，2）特性に関する実験及び高温時における材料特3）性の数値解析 に関する研究について概説する。

泰 洋*

２．高炉内におけるコークスの役割
まき
石炭とコークスの関係は，薪と木炭の関係と同じである。薪の場合は，十分に乾燥されていないと燃焼時に水分及び揮発分が煙となって目にしみる。その一方で，木炭の場合は，ほとんどが炭素であるため，揮発分は放出されにくく，燃料として有用である。石炭には硫黄や揮発分が多く含まれるうえ，石炭そのものの強度が低い。それに対し，冶金用コークスの製造に適した石炭（原料炭）を約 1000 ℃ から 1200 ℃ 程度で乾留すると，石炭粒子同士が粘結し，炭素結晶構造が発達し，高発熱量で塊状の高強度なコークスが得られる。
鉄を製造するためには，鉄鉱石（酸化鉄）を溶鉱炉（高炉）で還元して銑鉄（炭素分が 4 ％ 以上含まれる鉄）を得る高炉法が一般的である。高炉法では，直径 約 20 m ×高さ 約 50 m の反応器内に鉄鉱石（焼結鉱）とコークスを層状に投入し，高炉の下部から 1300 ℃ 以上の熱風を吹き込むことで，同時に投入される微粉炭やコークスが燃焼し，一酸化炭素や水素などの高温ガス（還元ガス）が生じ，酸化鉄の酸素を奪う還元反応が進行する。
高炉内におけるコークスの役割は還元材や熱源としての利用もさることながら，高炉下部からの還元ガスの吹き昇りと溶融した金属の流下のための* 九州工業大学 大学院工学研究院物質工学研究系 准教授 Y.Saito
連絡先 E-Mail アドレス：saito.yasuhiro827@mail.kyutech.jp

Vol. 61 , No. 119非 定 常 熱 伝 導 の 計 算 の 簡 易 化− ハ イ ス ラ ー 線 図 の 適 用 −（最終回）平板の両面の熱伝達率が異なる場合の計算方法

逸 朗*

酒 井
７．演習問題当連載を振り返れば，ハイスラー線図の内容と，その誕生に関連する理論的な経緯を含めて説明を行った。従来はハイスラー線図での取り扱いは平板の場合，両面が同一の熱伝達率のときの内部の温度変化を求めることが主題であった。筆者が強調したことは，平板の両表面の熱伝達率が異なった場合においても，ハイスラー線図が適用できることを示した。
この連載の最後に，記載された内容の理解を深めてもらうため，種々なタイプの演習問題を作成した。
ハイスラー線図をよく見ると，大部分のところは，m 値（=1/Bi）が大きい範囲が示されている。
すなわち，炉内の加熱または放熱のための流体と，平板表面の間の熱抵抗に対し，平板内部の熱伝導の熱抵抗が十分に，小さいことに対応する。（初回の図 4 Vol.60，No.4 の p29 参照）Bi 値が小さい
ことの物理的意味は，内部温度は均一と見なされることから，集中系，すなわち，一次遅れ系として近似される。加えて，Bi が小さいことは，一次遅れの時定数が大きいことを意味する。

問題１．基本事項確認
鋼材 2ℓ=40 mm，h = 200 W/（m2K），熱源温度 T∞=700℃，初期温度 Ti = 50 ℃で加熱する場合の 10 分後の断熱面温度 T0 及び，T0 が 693.5 ℃に達する時間を-5求めよ。ただし，k = 56 W/（mK），α = 1.5 × 10 m2/sとする。
問題２．平板における熱伝達率 h が経過時間で変化する場合
無限平板上の 2 種類の鋼材の加熱において，両面の熱伝達率 h が異なる場合の，加熱開始後 15分後の両面の表面温度を求めよ。
鋼材

温度拡散率 α（m2/s）

熱伝導率 k（W/mK）

厚み 2ℓ（mm）

鋼板

1.5 × 10-5

565016.350SUS3043.5 × 10-6加熱条件は下記のとおり。
熱伝達率：h1 = 200 W/m2K，h2 = 120 W/m2K，熱源温度 T∞ = 650 ℃，初期温度 Ti = 50 ℃
スイカ

問題３．西瓜の冷却
西瓜を -15 ℃の冷蔵庫内で冷却する場合，西（注 1）ハイスラー線図，前述の一時遅れ現象からも理解できるように，断熱温度が加熱温度に一致するには無瓜の表面の凍結を避けるためには，経過時間に注限大の時間が必要となる。それを避ける方法として， 目する必要がある。西瓜のサイズは外形 20 cm と工学的には 99％の温度で近似することで処理してし，それぞれの熱伝達係数 h，及び熱特性は次のいる。
とおり。冷蔵庫内の自然対流とし，h = 40 W/m2K，* 工学博士26I.Sakai

工業加熱

当社の真空処理炉のご紹介

前 田

裕 貴*

冷却し，氷から液相を経ずに昇華によって細１．はじめに胞を壊さずに乾燥させる技術等がある。
真空炉は，真空で加熱する炉のことである。真空技術は，我々の生活と密接に関係しており，イ③ 真空熱処理技術では，真空中では酸素分子の数ンスタント食品，包装，レンズのコーティング，が少ない状態で加熱するため，材料を酸化させCD，半導体，フラットパネルディスプレイ製造，ないように窒素やアルゴン等の不活性ガスを封核融合などの幅広い分野に適用されている。本稿
入して材料を酸化させない処理を行うことによでは，真空技術の基礎及び当社の真空炉製品を紹り，寿命を延ばす。
介する。
ふくしゃ
④ 真空中の伝熱は，輻射伝熱がほとんどであり，熱が伝わりにくい。魔法瓶，冷蔵庫の真空断
２．真空技術の概要と熱処理への適用
熱材，省エネ住宅用の真空断熱窓ガラス等は
2.1 真空技術の概要
この性質を利用している。
真空技術とは，大気圧との圧力差を利用する技術である。真空には，以下のような性質や効用がある。
① 真空技術の適用先の例として，真空パックがあげられる。真空パックは，柔軟なプラスチッ
クフィルムを使用して食品の形のままにフィルムが密着する方法や布団を袋に入れて掃除機で排気し，袋ごとつぶす商品も真空と大気圧の圧力差を利用する方法等が一般的である。

⑤ 真空では気体分子が少ないため，真空蒸着やスパッタリング，イオンプレーティング等を用いて成膜する場合も真空中における粒子の直進性を利用して効率よく堆積させている。
2 . 2 真空を利用した熱処理
金属（セラミックスは，金属の酸化物や窒化物，炭化物他と考える）の熱処理に対する真空技術の応用は広範囲に及ぶ。用途別に大別すると次のようになる。

② 真空状態は圧力が低いため，蒸発を邪魔する気体分子が少なく，乾燥しやすい。加熱処理すると組成が壊れやすいビタミン油などの成分 （ a ）改質または表面改質 ： 焼入れ，焼戻し，焼き鈍し，溶体化処理（固溶化熱処理），浸炭，窒を低い温度で蒸発させて精製する方法として化等
真空蒸留や，真空凍結乾燥により試料を一旦*中日本炉工業株式会社

Vol. 61 , No. 1

営業技術部 主任

Y.Maeda連絡先 E-Mail アドレス：info@nakanihon-ro.co.jp

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振 動 ・ 温 度 セ ン サを利用した浸炭炉の攪 拌 フ ァ ン や 各種ポンプの予知保全
小 川

１．はじめに
私の主な業務は，ファクトリーオートメーション分野にて，アズビル製品や国内／海外のあらゆるメーカーのセンサやコントローラを組み合わせて，お客様にソリューション提案をする仕事である。
今回は弊社の取り扱い製品である振動・温度センサの提案について予知保全の観点からご紹介させて頂く。
ファクトリーオートメーション分野において，ドイツ発の産業政策であるインダストリー 4.0 により，IoT 技術を取り入れ，AI を駆使して改革をする機運が高まってきている。その中で，生産の要となる大型モータや大型ポンプ，大型ファンや工場にあるコンプレッサー等の安定した稼働は生産を持続する上で重要なポイントとなる。そこでニーズとして出てきたのが，このような産業機械の故障予知の手助けをするセンサである。その故
障予知として最も有効とされるのが今回紹介する
振動・温度センサとなる。
かくはん
もちろん，工業炉にも過酷な場所に攪拌ファンや各種ポンプ等が使用されており，同様なニーズがあらゆる工業炉で課題とされているのではない* アズビルトレーディング株式会社

Vol. 61 , No. 1

真 吾*

かと考え，本機関誌に，寄稿した背景がある。今回紹介する内容は，実際に適用された事例で，予知保全として活用されている内容である。同様の課題を検討している現場にて参考として頂ければ幸いである。
２．予知保全ファクトリーオートメーションでは，従来からTBM（時間基準保全）が行われ，故障の有無に関係なく，定期メンテナンスが実施されてきた。ところが，昨今の IoT 技術によるセンシング技術の向上で，小型センサにより設備の状態を監視し，予兆を察知して，故障や異常が起きる前に修繕や対策を実施する CBM（状態基準保全）が簡単・安価に実現できるようになってきた。これによるメリットは，図 1 にあるように「属人化の廃止」「コスト削減」「ドカ停撤廃」である。
「属人化の廃止」とは熟練者に頼った設備メンテナンスの廃止である。昨今の人手不足により，設備を熟知する人が減少してきた背景もあり従来の経験や勘・コツを数値的に管理して，設備の善し悪しの基準を定めて管理してゆくことである。
次に「コスト削減」とは，状態監視により不必コンポーネント・プロダクト部

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