JP2004217979A

JP2004217979A - 連続式熱処理設備における鋼帯の強制対流式冷却方法及び装置

Info

Publication number: JP2004217979A
Application number: JP2003005425A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Matsuura; 泰夫松浦
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: JP4286544B2

Abstract

【課題】鋼帯を酸化させることなく従来よりも高い冷却効果を得ることができ、且つ、水素使用量を低減せしめ、また鋼帯のバタツキやツイスト現象を生じさせることのない冷却方法及びその装置を提供する。
【解決手段】鋼帯に冷却ガスを噴射して冷却を行う連続熱処理設備における鋼帯の強制対流式冷却方法であって、鋼帯に噴射する冷却ガスの水素ガス濃度が３０〜７５％で、
【数４】

【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼帯の連続焼鈍設備や連続式溶融亜鉛めっきラインなど鋼帯を連続的に熱処理する連続式熱処理設備における鋼帯の強制対流式冷却方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば鋼帯の連続焼鈍設備において一次冷却速度を高めるために、気水冷却装置や水浸漬冷却装置が利用されているが、これらの冷却方法では、鋼帯表面に薄い酸化膜が生成されるので、焼鈍後に酸洗によって酸化膜を除去する必要があった。そこで、鋼帯の連続焼鈍設備や連続溶融亜鉛めっきラインにおいて、鋼帯の強制冷却は、複数のノズル群から窒素ガスや水素ガスもしくはそれらの混合ガスなどの非酸化性ガスを吹き付ける強制対流方式の冷却装置が用いられている。
【０００３】
例えば、実公昭６３−２４１１７号公報（特許文献１）には、この強制対流式の冷却装置において、ノズル群の先端と鋼帯との距離を７０ｍｍ以下とし、さらにこのノズル群の開口面積比率を２〜４％とし、且つ、それぞれのノズル径をノズル群の先端と鋼帯との間の距離の１／５より小さくすることによって、高い冷却能力と鋼帯の幅方向の均一冷却を得ることができることが示されている。
また、特願平５−１３６２５２号（特許文献２）には、ノズル群を形成する複数のノズル群をそれぞれ突出した先端開口を有するノズルとして形成し、各ノズルから７０〜９０％の水素ガス濃度を有する非酸化性ガスを吹き付けることにより、さらに高い冷却効果を得ることができることが示されている。
【０００４】
【引用文献】
（１）特許文献１（実公昭６３−２４１１７号公報）
（２）特許文献２（特願平５−１３６２５２号）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来の強制対流冷却装置においては、高い冷却効果を得る際に非酸化性ガスのノズルからの噴出速度を高くする必要があり、高い流速の冷却ガスが鋼帯に噴射された際に鋼帯のバタツキやツイスト現象を生じる怖れがあった。また、冷却ガスの大部分を循環利用する循環型強制対流式冷却装置においても、鋼帯の入口や出口のシール装置から冷却装置の前後に隣接するゾーンへ非酸化性ガスが漏洩することがあるため、鋼帯のバタツキやツイスト現象を抑制するためにガス比重の小さい水素ガスを高濃度に含む非酸化性ガスを利用する場合は、水素使用量が増大し冷却ガスコスト原単位が悪くなるという問題があった。そこで、本発明は、鋼帯を酸化させることなく従来よりも高い冷却効果を得ることができ、且つ、水素使用量を低減せしめ、また鋼帯のバタツキやツイスト現象を生じさせることのない冷却方法を提案することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋼帯に冷却ガスを噴射して冷却を行う連続熱処理設備における鋼帯の強制対流式冷却方法であって、鋼帯に噴射する冷却ガスの水素ガス濃度が３０〜７５％で、
【０００７】
【数２】

【０００８】
また、上記冷却方法を実現するための冷却装置は、鋼帯に噴射した冷却ガスを循環利用するための循環経路を有し、該循環経路内にガス冷却器と循環ブロワーを順次有する連続熱処理設備における鋼帯の強制対流式冷却装置であって、前記循環経路内の循環ブロワーの下流側に、冷却ガスの水素濃度と鋼帯温度に応じて冷却ガス中の水分又は水蒸気分の含有量を調整するための水又は水蒸気の調整供給手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
更に、冷却ガス中の水分又は水蒸気分の含有量を調整するための水又は水蒸気の調整供給手段としては、循環経路内の循環ブロワーの下流側に設置した水分又は水蒸気分のミキシングチャンバーと、該ミキシングチャンバーの下流側に設置した露点計及び水素濃度計と、前記露点計からの露点データ及び水素濃度計からの水素濃度データ及び前記強制対流式冷却装置の鋼帯出側に設置した出側板温計からの板温データに基づいて、冷却ガス中に必要な水分又は水蒸気分を演算する演算器と、該演算器からの指示に従い前記ミキシングチャンバーへ供給する水分又は水蒸気分を調節する調節弁とから構成されたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の強制対流式冷却装置の実施例を示す図である。この図に示すように、加熱工程、均熱工程を通過して熱処理を施された鋼帯１は、次に急冷処理工程で冷却される。急冷処理工程には例えば図１に示すような強制対流式冷却装置Ａが設置されており、鋼帯１は、上部シールロール４を通って冷却チャンバー１２に入り、鋼帯１の表裏に対向して設けられたノズル群２から噴射される非酸化性の冷却ガスによって急速に冷却された後、下部シールロール５を通過して次工程へ送られる。
【００１１】
強制対流式冷却装置Ａには、冷却ガスを循環利用するための循環経路１７があり、鋼帯１に噴射された冷却ガスは循環経路１７に設置されたガス冷却器６によって所定の温度に冷却された後、循環ブロワー７によって昇圧して循環使用される構成となっている。ここで、本発明では、循環ブロワー７の下流側に、冷却ガスの水素濃度と鋼帯温度に応じて冷却ガス中の水分もしくは水蒸気分の含有率を調整するための水又は水蒸気の調整供給手段１８が設けてある。
【００１２】
具体的には、循環経路１７内の循環ブロワー７の下流側に、ミキシングチャンバー９とガス露点計１０及び水素濃度計１１が設置されており、冷却ガスを冷却チャンバー１２内の冷却ボックス３へ導入する前に、ミキシングチャンバー９において水分もしくは水蒸気分の含有率が調整される。この水分もしくは水蒸気分の調整は、ガス露点計１０により冷却ガスの露点を測定することによって求まる水蒸気分圧Ｐ_Ｈ２Ｏを、水素濃度計１１によって測定される冷却ガスの水素濃度から求まる水素分圧Ｐ_Ｈ２と鋼板温度Ｔに応じて、水蒸気分或いは水分のミキシングチャンバー９への吹き込み量を調節弁１６によって調整することによって行われる。
【００１３】
演算器１５は、ガス露点計１０からの露点データ−と水素濃度計１１からの水素濃度データ−および強制対流式冷却装置Ａの鋼帯１の出側に設置された出側板温計１４からの板温データ−に基づいて、冷却ガス中の水蒸気分圧Ｐ_Ｈ２Ｏと水素分圧Ｐ_Ｈ２の分圧比が下記（１）式の範囲となるような必要水分もしくは水蒸気分を演算し、調節弁１６によって冷却ガス中の水分もしくは水蒸気分をフィードバックおよびフィードフォワード制御している。
【００１４】
【数３】

【００１５】
なお、１３は入側板温計、８はガス温度検出器である。また、ガス露点計１０及び水素濃度計１１の順は入れ替わっても特に問題ない。
水素ガス自体は熱伝導率が良く、冷却効果に優れているため、従来のように水素ガス濃度を高くすれば、勿論冷却効果は高くなるが、本発明による方法においては、鋼帯１に噴射する冷却ガスの水素ガス濃度を３０〜７５％の範囲に設定している。ここで、水素濃度が３０％よりも小さいと水又は水蒸気を添加していない従来の水素濃度７０％の冷却ガスよりも冷却効果が下回ってしまう。
【００１６】
又、水素濃度が７５％よりも大きいと、冷却効果は大きくなるが水素使用量が増大し、冷却ガスコスト原単位が悪くなってしまうためである。本発明では、このように冷却ガスの水素ガス濃度を３０〜７５％の範囲に抑えながらも水素ガス分圧Ｐ_Ｈ２と水蒸気分圧Ｐ_Ｈ２Ｏの分圧比を一定範囲の関係に保つように冷却ガスに水分又は水蒸気分を含有させることによって鋼帯１を酸化させることなく、高い冷却効果を得ることができる。
即ち、本願発明は種々の検討を重ねた結果、冷却ガスの水素濃度が３０〜７５％であっても、水蒸気分圧Ｐ_Ｈ２Ｏと水素分圧Ｐ_Ｈ２の分圧比を（１）式に示すような範囲に保つことで従来の冷却ガスの水素濃度７０〜１００％と同等の冷却効果を得ることができることがわかった。
【００１７】
図２は、本発明の適用領域を鋼帯温度Ｔと（水蒸気分圧Ｐ_Ｈ２Ｏと水素分圧Ｐ_Ｈ２の比Ｐ_Ｈ２Ｏ／Ｐ_Ｈ２）との関係から示した図である。この図２に示すように、冷却ガス中の水蒸気分圧比が高くなると、図中の×印で示されているように鋼帯表面に水蒸気による酸化膜が生じてしまい、酸洗などによる酸化膜除去が必要となるが、本発明によれば、図中点線範囲で示される領域、即ち、水蒸気分圧Ｐ_Ｈ２Ｏを（１）式に示すように水素分圧Ｐ_Ｈ２と鋼帯温度Ｔとの関係に保つことで鋼帯の酸化の発生がなく、また極めて高い冷却効果を得ることができる。
【００１８】
（１）式において、Ｐ_Ｈ２Ｏ／Ｐ_Ｈ２の分圧比の上限値は、鋼帯の表面を酸化させないように設定されており本発明の適用領域から導きだした回帰式である。この上限値は、［０．５６・ｌｎ（Ｔ）−３．２６］若しくは［０．０７］のうち、いずれか最大となる方の値を適用する。即ち、図２からもわかるように、鋼板温度Ｔが低温域にある場合は、表面酸化が実質上問題にならないため、（１）式におけるＰ_Ｈ２Ｏ／Ｐ_Ｈ２の分圧比の上限値は回帰式で求められる値と［０．０７］のいずれか最大となる方を適用することにより、低温域においても酸化膜の発生を防止しつつ高い冷却効果を得ることができる。
【００１９】
また、下限値は、冷却効果が従来の冷却装置に比べて改善できる範囲となるように０．００１に設定した。ここで、矢印（←）は鋼帯の冷却領域を示し、矢印の右側の○印は冷却開始温度、矢印の左側の○印は冷却終了温度を示している。
また、例えば板厚が０．８ｍｍの鋼帯を走行速度が毎分２５０ｍで７００℃から４００℃へ急冷する場合、図１に示す強制対流式冷却装置Ａを３ユニット連結させて冷却することが行われる。第一ユニットでは、鋼帯を７００℃から約５９５℃まで冷却され、引き続き第二ユニットで約４９０℃まで冷却され、第三ユニットでは４００℃まで最終冷却される。このとき、水蒸気分圧Ｐ_Ｈ２Ｏと水素分圧Ｐ_Ｈ２の比は、（１）式に基づいて第一ユニットで０．３１、第二ユニットで０．２０、第三ユニットで０．０９以下になるようにそれぞれ水蒸気吹き込み量を調整することによって制御される。
【００２０】
ここで、鋼帯温度は各ユニット出口の鋼帯温度が用いられる。水素濃度は、従来のガスジェット冷却に比べて冷却効果の改善が見込まれるよう３０％以上とし、本発明によれば水蒸気による冷却効果により水素７５％であっても従来の１００％水素冷却と同等の冷却効果が得られることから、水素濃度の上限を７５％とした。これにより必要以上の水蒸気分を含有する必要がなくなるので、ガス循環ダクト系内で水蒸気の一部が不必要に結露することもなくなる。
【００２１】
なお、本発明の冷却ガスは窒素ガス又は窒素ガスと低濃度の水素ガスの混合ガスに比べて、同じ噴出速度の場合には、鋼帯１への衝突力が小さくなり、従って、鋼帯のバタツキやツイスト現象が軽減される。
本発明を実施するにあたっては、前記実公昭６３−２４１１７号公報に示されている如く、ノズル群の先端と鋼帯との間の距離を７０ｍｍ以下とし、さらに、ノズル群の開口面積比率を２〜４％とし、且つ、それぞれのノズル径をノズル群の先端と鋼帯との間の距離の１／５より小さくすることによって、最も冷却効果を上げることができる。
【００２２】
本発明は、鋼帯の連続焼鈍設備における一次冷却帯において従来ガスジェットクーラー方式、気水冷却方式或いはロール冷却方式またはこれらの組み合わせ方式などが採用されていた箇所にこれらの冷却方式に代わる冷却方法として適用することができ、鋼種に応じて鋼帯を２５０℃〜４５０℃の温度まで急冷する際に用いることができる。その際、冷却チャンバーは複数に分割し、鋼帯の温度降下に応じて本発明を適用して水蒸気分圧を調整することができる。また、本発明は連続式溶融亜鉛メッキラインの焼鈍炉やステンレス焼鈍炉、電磁鋼板の熱処理炉等における急冷装置などにも適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、冷却ガスに水分又は水蒸気分を含むものの鋼帯を酸化させることがなく、実質非酸化状態で、高価な水素ガス使用量を大きくすることなく高い冷却効果を得ることが可能となる。従って、気水冷却装置や水浸漬冷却装置において必要である冷却後の酸洗等の後処理が不要となる。また、窒素ガスや窒素ガスと低濃度の水素ガスの混合ガスを使用する場合に比較して、同じ噴出速度では鋼帯の噴流衝突に起因するバタツキやツイスト現象を抑えることができるので、ノズル先端と鋼帯との間の距離を従来よりさらに小さく設定することが可能になり、より高い冷却効果を得ることができるようになる。
【００２４】
また、鋼帯を酸化させない範囲で冷却ガスに水分又は水蒸気分を含有させることにより、従来よりも低い水素ガス濃度で高い冷却効果を得ることができ、その結果水素ガス使用量を抑制することが可能であり冷却ガスコスト原単位を悪くすることもない。また、本発明は鋼帯を酸化させることなく高い冷却速度を得ることができるので、冷却後に引き続いて亜鉛メッキを施すような連続式溶融亜鉛めっき設備の冷却帯へ適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の強制対流式冷却装置の実施例を示す図である。
【図２】本発明の適用領域を鋼帯温度と（水蒸気分圧と水素分圧の比）との関係から示した図である。
【符号の説明】
１鋼帯
２ガスノズル群
３冷却ガスボックス
４入口シールロール
５出口シールロール
６ガス冷却器
７循環ブロワー
８ガス温度検出器
９ミキシングチャンバー
１０ガス露点計
１１水素濃度計
１２冷却チャンバー
１３入側板温計
１４出側板温計
１５演算器
１６調節弁
１７循環経路
１８水又は水蒸気の調整供給手段
Ａ強制対流式冷却装置

Claims

鋼帯に冷却ガスを噴射して冷却を行う連続熱処理設備における鋼帯の強制対流式冷却方法であって、鋼帯に噴射する冷却ガスの水素ガス濃度が３０〜７５％で、
鋼帯に噴射した冷却ガスを循環利用するための循環経路を有し、該循環経路内にガス冷却器と循環ブロワーを順次有する連続熱処理設備における鋼帯の強制対流式冷却装置であって、前記循環経路内の循環ブロワーの下流側に、冷却ガスの水素濃度と鋼帯温度に応じて冷却ガス中の水分又は水蒸気分の含有量を調整するための水又は水蒸気の調整供給手段を設けたことを特徴とする連続式熱処理設備における鋼帯の強制対流式冷却装置。
前記冷却ガス中の水分又は水蒸気分の含有量を調整するための水又は水蒸気の調整供給手段は、前記循環経路内の循環ブロワーの下流側に設置した水分又は水蒸気分のミキシングチャンバーと、該ミキシングチャンバーの下流側に設置した露点計及び水素濃度計と、前記露点計からの露点データ及び水素濃度計からの水素濃度データ及び前記強制対流式冷却装置の鋼帯出側に設置した出側板温計からの板温データに基づいて、冷却ガス中に必要な水分又は水蒸気分を演算する演算器と、該演算器からの指示に従い前記ミキシングチャンバーへ供給する水分又は水蒸気分を調節する調節弁とから構成されたことを特徴とする請求項２記載の連続式熱処理設備における鋼帯の強制対流式冷却装置。