JP2014080641A

JP2014080641A - 連続焼鈍炉内雰囲気ガス濃度の制御方法

Info

Publication number: JP2014080641A
Application number: JP2012227558A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Okada; 邦明岡田; Masayuki Hatakeyama; 誠之畠山; Keisuke Iwane; 啓介岩根
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2032-10-15
Also published as: JP6131560B2

Abstract

【課題】連続焼鈍炉内における各処理帯のガス濃度を制御するとともに、特殊なガス精製装置などを常設することなく安価に行うことができる連続焼鈍炉内雰囲気ガス濃度の制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】高濃度水素雰囲気下のガスジェット冷却帯を有する連続焼鈍炉内の雰囲気ガス濃度の制御方法であって、前記ガスジェット冷却帯と、前記ガスジェット冷却帯に隣接し低濃度水素雰囲気下の処理帯との間の開口部の差圧に基づき、前記隣接する処理帯の水素濃度を算出し、ガスジェット冷却帯および／または前記低濃度水素雰囲気下の処理帯に投入する窒素流量および水素流量を制御することを特徴とする連続焼鈍炉内雰囲気ガス濃度の制御方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、濃度の異なる雰囲気の処理帯を複数有する鋼帯の連続焼鈍炉において、炉内雰囲気ガス濃度を適切に制御する方法に関する。

鋼帯を搬送しながら焼鈍処理などを行う連続焼鈍炉においては、鋼帯の表面性状に係る品質の確保および高速冷却を目的として、連続焼鈍炉内の雰囲気中のガス濃度を処理帯（加熱帯、均熱帯、ガスジェット冷却帯、除冷帯等）毎に変更する必要が生じる。通常、雰囲気ガスとしては、水素ガスと窒素ガスとからなる還元性ガスが用いられる。ガスジェット冷却帯において鋼帯を冷却する場合、冷却速度が小さいという欠点がある。この欠点を補うべく、ガスジェット冷却帯では水素濃度を高めて冷却能を高くすることが知られている。このような連続焼鈍炉におけるガスジェット冷却帯の雰囲気ガスに高濃度水素を用いる場合、隣接する処理帯とのシール性を強化し、ガスジェット冷却帯内の雰囲気を高濃度水素状態に保つための技術が開示されている（特許文献１〜３）。また、高濃度水素雰囲気下のガスジェット冷却帯に隣接する処理帯の水素濃度を制御する技術が開示されている（特許文献４）。

特開２００２−２０６１１７号公報特開平１１−８０８４３号公報特許第３４６５５７３号公報特許第４２２３８８２号公報

しかし、特許文献１〜３の技術では、シール性が完全でない場合に、ガスジェット冷却帯からリークした高濃度の水素ガスが、隣接する処理帯の低濃度の水素ガスと混ざるため、隣接する処理帯の水素濃度を一定に保つことができないという問題がある。また、単にシール性を強化しても、鋼帯表面の疵が懸念されるため、完全なシール状態を作ることが非常に難しい。また、特許文献４の技術では、特殊なガス精製装置が必要となる。こうしたガス精製装置は非常に高価かつメンテナンスにも手間と費用がかかるため、安価かつ良好なメンテナンス性を両立することが難しい。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、連続焼鈍炉内における各処理帯のガス濃度を制御するとともに、特殊なガス精製装置などを常設することなく安価に行うことができる連続焼鈍炉内雰囲気ガス濃度の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨は以下の通りである。
［１］高濃度水素雰囲気下のガスジェット冷却帯を有する連続焼鈍炉内の雰囲気ガス濃度の制御方法であって、前記ガスジェット冷却帯と、前記ガスジェット冷却帯に隣接し低濃度水素雰囲気下の処理帯との間の連通部の差圧に基づき、前記隣接する処理帯の水素濃度を算出し、前記隣接する処理帯の水素濃度が所定の水素濃度となるように、ガスジェット冷却帯および／または前記低濃度水素雰囲気下の処理帯に投入する窒素流量および／または水素流量を制御することを特徴とする連続焼鈍炉内雰囲気ガス濃度の制御方法。
［２］下記式（１）を満たすことにより、前記ガスジェット冷却帯および／または前記低濃度水素雰囲気下の処理帯に投入する窒素流量および／または水素流量を制御することを特徴とする［１］に記載の連続焼鈍炉内雰囲気ガス濃度の制御方法。
Ｃ３＝（Ｃ１×Ｑ１＋Ｃ２×Ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）・・・式（１）
ただし、
Ｃ１（ｖｏｌ％）：ガスジェット冷却帯に投入する水素濃度
Ｃ２（ｖｏｌ％）：隣接する処理帯に投入する水素濃度
Ｃ３（ｖｏｌ％）：隣接する処理帯の所定の水素濃度
Ｑ１（Ｎｍ^３／ｈ）：ガスジェット冷却帯から隣接する処理帯に流出する水素および窒素の流量の和
Ｑ２（Ｎｍ^３／ｈ）：隣接する処理帯に流出する水素および窒素の流量の和
であり、Ｑ１は下記式（２）を満たす。
Ｑ１（Ｎｍ^３／ｈ）＝α×Ａ×（ΔＰ）^１／２・・・式（２）
α：実機データで見出した係数
Ａ（ｍ^２）：連通部の面積
ΔＰ：ガスジェット冷却帯と隣接帯との間の連通部における差圧（ガスジェット冷却帯の圧力＞隣接帯の圧力）

本発明によれば、連続焼鈍炉内のガス濃度を所定の適切な値に制御することができるとともに、特殊なガス精製装置などを常設することなく安価に行うことができ、実用上極めて有用である。

本発明の実施形態に係る連続焼鈍炉におけるガスジェット冷却帯および隣接する処理帯を示す概略図である。

本発明の実施形態について、図１を用いて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る連続焼鈍炉におけるガスジェット冷却帯および隣接する処理帯を示す概略図である。

図１において、ガスジェット冷却帯１には、加熱帯２および均熱帯３、除冷帯４が隣接している。なお、加熱帯２および均熱帯３は連通している。鋼帯Ｘは外気に曝されることなく、各処理帯を連続的に搬送するようになっている。

また、ガスジェット冷却帯１および除冷帯４は高水素濃度雰囲気下、加熱帯２および均熱帯３は低水素濃度雰囲気下にある。ガスジェット冷却帯１に隣接し、低濃度雰囲気下の処理帯（加熱帯２および均熱帯３）と、ガスジェット冷却帯１との間には、連通部５が設けられている。

図１に示すように、ガスジェット冷却帯１、加熱帯２および均熱帯３、除冷帯４には、外部から水素ガス、窒素ガスがそれぞれ供給される。供給される水素ガスおよび窒素ガスの流量は、流量制御装置６により適宜調整される。流量制御装置６は、流量計、流量調節弁、コントローラー等よりなる。

連通部５には、差圧計７が設置されている。差圧計７は、ガスジェット冷却帯１と、加熱帯２および均熱帯３との圧力差（以下、差圧と称することもある。）を測定する。

本発明において、連続焼鈍炉内雰囲気ガス濃度を制御するに際し、ガスジェット冷却帯１と、ガスジェット冷却帯１に隣接し低濃度水素雰囲気下の処理帯（加熱帯２＋均熱帯３）との間の連通部の差圧に基づき、隣接する処理帯の水素濃度を算出し、ガスジェット冷却帯および／または前記低濃度水素雰囲気下の処理帯に投入する窒素流量および／または水素流量を制御することを特徴とする。

その場合、下記式（１）を満たすことにより、前記ガスジェット冷却帯および／または前記低濃度水素雰囲気下の処理帯に投入する窒素流量および／または水素流量を制御することができる。
Ｃ３＝（Ｃ１×Ｑ１＋Ｃ２×Ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）・・・式（１）
ただし、
Ｃ１（ｖｏｌ％）：ガスジェット冷却帯に投入する水素濃度
Ｃ２（ｖｏｌ％）：隣接する処理帯に投入する水素濃度
Ｃ３（ｖｏｌ％）：隣接する処理帯の所定の水素濃度
Ｑ１（Ｎｍ^３／ｈ）：ガスジェット冷却帯から隣接する処理帯に流出する水素および窒素の流量の和
Ｑ２（Ｎｍ^３／ｈ）：隣接する処理帯に投入する水素および窒素の流量の和
であり、Ｑ１は下記式（２）を満たす。
Ｑ１（Ｎｍ^３／ｈ）＝α×Ａ×（ΔＰ）^１／２・・・式（２）
α：実機データで見出した係数
Ａ：連通部の面積
ΔＰ：ガスジェット冷却帯と隣接帯との間の連通部の差圧（ガスジェット冷却帯の連通部の圧力＞隣接帯の連通部の圧力）
ここで、係数αは、ガスジェット冷却帯から隣接する処理帯に流出する水素および窒素の流量、すなわち、リーク流量を計算するための係数であり、炉内の流路平均流速、流路差圧、流路断面積の実測値により求めることができる。

係数αについては、一例として、以下のような方法で求めることができる。

Ａは、連結部の断面積を実測する。Ｑ１は連結部の流速分布をピトー管などで測定し、その平均流速Ｖと断面積Ａの積から、Ｑ１＝Ｖ×Ａとして、求める。連結部の圧損ΔＰは、実測により求める。その結果、係数αは、α＝Ｑ１／（Ａ×（ΔＰ）^１／２）で求めることができる。

本発明において、連通部の差圧の測定方法としては、前後にプローブをセットし、差圧を実測することで求められる。

本発明において、水素濃度および窒素濃度の求め方は、各種濃度計で炉内の濃度を実測することにより求められる。

また、式（１）中のＣ１、Ｃ２は、下記式（３）（４）に示すように、投入する水素および窒素の流量に対する水素の流量の割合から求めることができる。
Ｃ１＝Ｑ１_Ｈ２／（Ｑ１_Ｈ２＋Ｑ１_Ｎ２）・・・式（３）
Ｃ２＝Ｑ２_Ｈ２／（Ｑ２_Ｈ２＋Ｑ２_Ｎ２）・・・式（４）
ただし、
Ｑ１_Ｈ２（Ｎｍ^３／ｈ）：ガスジェット冷却帯に投入する水素の流量
Ｑ１_Ｎ２（Ｎｍ^３／ｈ）：ガスジェット冷却帯に投入する窒素の流量
Ｑ２_Ｈ２（Ｎｍ^３／ｈ）：隣接する処理帯に投入する水素の流量
Ｑ２_Ｎ２（Ｎｍ^３／ｈ）：隣接する処理帯に投入する窒素の流量
なお、本発明において、Ｑ１_Ｈ２およびＱ１_Ｎ２は、ガスジェット冷却帯を所定の圧力に保つことができる流量とする。

本発明において、上記の構成にすることにより、連続焼鈍炉内の低濃度雰囲気下の処理帯の水素濃度を所定の適切な値に制御することができる。例えば、ガスジェット冷却帯および除冷帯の水素濃度を７５ｖｏｌ％、加熱帯および均熱帯の水素濃度を２５ｖｏｌ％に保つことができる。さらに、特殊なガス精製装置などを常設することなく安価に行うことができ、実用上極めて有用である。

図１の連続焼鈍炉において、表１に記載の条件で水素濃度および窒素濃度を制御した。なお、連通部の差圧は、前後にプローブをセットし、差圧を実測することにより求めた。

表１の結果から、計算水素濃度Ｃ１を、目標水素濃度７５ｖｏｌ％の±１０ｖｏｌ％の範囲内にすることができた。

１ガスジェット冷却帯
２加熱帯
３均熱帯
４除冷帯
５連通部
６流量制御装置
７差圧計
Ｘ鋼帯

Claims

高濃度水素雰囲気下のガスジェット冷却帯を有する連続焼鈍炉内の雰囲気ガス濃度の制御方法であって、前記ガスジェット冷却帯と、前記ガスジェット冷却帯に隣接し低濃度水素雰囲気下の処理帯との間の連通部の差圧に基づき、前記隣接する処理帯の水素濃度を算出し、前記隣接する処理帯の水素濃度が所定の水素濃度となるように、ガスジェット冷却帯および／または前記低濃度水素雰囲気下の処理帯に投入する窒素流量および／または水素流量を制御することを特徴とする連続焼鈍炉内雰囲気ガス濃度の制御方法。
下記式（１）を満たすことにより、前記ガスジェット冷却帯および／または前記低濃度水素雰囲気下の処理帯に投入する窒素流量および／または水素流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の連続焼鈍炉内雰囲気ガス濃度の制御方法。
Ｃ３＝（Ｃ１×Ｑ１＋Ｃ２×Ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）・・・式（１）
ただし、
Ｃ１（ｖｏｌ％）：ガスジェット冷却帯に投入する水素濃度
Ｃ２（ｖｏｌ％）：隣接する処理帯に投入する水素濃度
Ｃ３（ｖｏｌ％）：隣接する処理帯の所定の水素濃度
Ｑ１（Ｎｍ^３／ｈ）：ガスジェット冷却帯から隣接する処理帯に流出する水素および窒素の流量の和
Ｑ２（Ｎｍ^３／ｈ）：隣接する処理帯に投入する水素および窒素の流量の和
であり、Ｑ１は下記式（２）を満たす。
Ｑ１（Ｎｍ^３／ｈ）＝α×Ａ×（ΔＰ）^１／２・・・式（２）
α：実機データで見出した係数
Ａ（ｍ^２）：連通部の面積
ΔＰ：ガスジェット冷却帯と隣接帯との間の連通部における差圧（ガスジェット冷却帯の圧力＞隣接帯の圧力）