JP2014162953A - 鋼帯の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことが可能な、縦型焼鈍炉内において多パスで鋼帯に焼鈍を施す大型の連続焼鈍装置を提供する。
【解決手段】本発明は、加熱帯１４、均熱帯１６および冷却帯１８がこの順に並置された縦型焼鈍炉１０を有し、この縦型焼鈍炉１０の内部で上下方向に搬送されつつ前記各帯１４，１６，１８を前記順に通過する鋼帯Ｐに対して焼鈍を行う鋼帯の連続焼鈍装置であって、加熱帯１４、均熱帯１６および冷却帯１８は雰囲気分離部３６を介して連通し、加熱帯１４、均熱帯１６および冷却帯１８にそれぞれにおいて、ガス吐出口３８およびガス排出口４０のうち一方が上部に、他方が下部に位置することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼帯の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置に関する。

鋼帯の連続焼鈍装置として、予熱帯、加熱帯、均熱帯および冷却帯がこの順に並置された縦型焼鈍炉内において多パスで鋼帯に焼鈍を施す大型の連続焼鈍装置が一般的である。

従来、連続焼鈍装置において、炉の大気開放後の立ち上げ時や炉内雰囲気に大気が侵入した場合等に炉内の水分や酸素濃度を低減させるために、炉内温度を上昇させて炉内の水分を気化させ、これと相前後して不活性ガス等の非酸化性ガスを炉内雰囲気の置換ガスとして炉内に吐出し、同時に炉内のガスを排出することで炉内雰囲気を非酸化性ガスに置換する方法が広く行われている。

しかし、このような従来の方法は、炉内雰囲気中の水分や酸素濃度を定常操業に適した所定のレベルまで低下させるのに長時間を要し、その間操業できないため、生産性を著しく低下させる問題がある。なお、炉内雰囲気は炉内のガスの露点を測定することにより評価できる。例えば、非酸化性ガス主体の場合には−３０℃以下（例えば−６０℃程度）といった低露点だが、酸素や水蒸気が含まれるほど例えば−３０℃超といった高露点となる。

また近年、自動車、家電、建材等の分野において、構造物の軽量化等に寄与する高張力鋼（ハイテン材）の需要が高まっている。このハイテン技術では、鋼中にＳｉを添加すると穴広げ性の良好な高張力鋼帯が製造できる可能性があり、また、ＳｉやＡｌを添加すると残留γが形成しやすく延性の良好な鋼帯が製造できる可能性が示されている。

しかし、高強度冷延鋼帯において、鋼帯がＳｉ，Ｍｎ等の易酸化性元素を含有していると、焼鈍中にこれらの易酸化性元素が鋼帯表面に濃化してＳｉ，Ｍｎ等の酸化膜が形成され、外観不良やリン酸塩処理等の化成処理性不良が生じる問題がある。

特に溶融亜鉛めっき鋼帯の場合、鋼帯がＳｉ，Ｍｎ等の易酸化性元素を含有していると、鋼帯表面に形成された前記酸化膜がめっき性を阻害して不めっき欠陥を発生させたり、めっき後の合金化処理の際に合金化速度を低下させたりする問題がある。中でもＳｉについては、鋼帯表面に酸化膜ＳｉＯ_２が形成されると、鋼帯と溶融めっき金属との濡れ性が著しく低下し、また、合金化処理の際にＳｉＯ_２膜が地鉄／めっき金属相互の拡散の障壁となることから、めっき性、合金化処理性阻害の原因となる。

この問題を避ける方法として、焼鈍雰囲気中の酸素ポテンシャルを制御する方法が考えられる。酸素ポテンシャルを上げる方法として、例えば特許文献１に加熱帯後段から均熱帯の露点を−３０℃以上の高露点に制御する方法が記載されている。

ＷＯ２００７／０４３２７３Ａ１

このように特許文献１の技術は、縦型焼鈍炉内の特定部位において炉内のガスを高露点にすることを特徴とするものである。しかし、これは次善の策にすぎず、特許文献１にも記載されているように、本来であれば、鋼帯表面への酸化膜の形成を抑制するには、焼鈍雰囲気の酸素ポテンシャルを極力低くすることが好ましい。

しかしながら、Ｓｉ，Ｍｎ等は非常に酸化しやすいため、ＣＧＬ（連続溶融亜鉛めっきライン）やＣＡＬ（連続焼鈍ライン）に配置されるような大型の連続焼鈍装置においては、Ｓｉ，Ｍｎ等の酸化を十分に抑制できる−４０℃以下の低露点の雰囲気を安定的に得ることは非常に困難であると考えられてきた。

本発明者らは、縦型焼鈍炉内に導入するガスは非酸化性の低露点ガスであることから、大気開放後の操業開始時に炉内に存在する酸素や水分を含む高露点ガスや、操業中に酸素や水分が混入することによって高露点化したガスを効果的に排出して、炉内の雰囲気の切換えを短時間で行うことができれば、低露点の雰囲気を安定的に得ることができるのではないかと考えた。

また、低露点化に限らず、大型焼鈍装置において炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことは重要な課題である。そして、この観点において特許文献１を含めた従来のいずれの連続焼鈍装置においても、炉内の雰囲気の切替えを速やかに行えるものではなかった。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことが可能な、縦型焼鈍炉内において多パスで鋼帯に焼鈍を施す大型の連続焼鈍装置、および、該連続焼鈍装置を含む連続溶融亜鉛めっき装置を提供することを目的とする。

この目的を達成すべく本発明者らは、大型の縦型焼鈍炉内の露点分布の測定やそれを元にした流動解析等を行った。その結果、縦型焼鈍炉の各帯間の雰囲気を分離した上で、各帯において、ガス吐出口およびガス吸引口のうち一方を上部に、他方を下部に配置すると、効果的に炉内の雰囲気を入れ替えられることを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明は、このような知見に基づきなされたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（１）加熱帯、均熱帯および冷却帯がこの順に並置された縦型焼鈍炉を有し、該縦型焼鈍炉の内部で上下方向に搬送されつつ前記各帯を前記順に通過する鋼帯に対して焼鈍を行う鋼帯の連続焼鈍装置であって、
前記加熱帯、均熱帯および冷却帯は雰囲気分離部を介して連通し、
前記縦型焼鈍炉内にガスを導入するガス吐出口および前記縦型焼鈍炉内からガスを排出するガス排出口が、前記加熱帯、均熱帯および冷却帯にそれぞれ設けられ、
前記各帯において、前記ガス吐出口およびガス排出口のうち一方が上部に、他方が下部に位置することを特徴とする鋼帯の連続焼鈍装置。

（２）前記加熱帯の前に予熱帯が配置され、該予熱帯と前記加熱帯との間にも前記雰囲気分離部が設けられ、前記予熱帯において、前記ガス吐出口およびガス排出口のうち一方が上部に、他方が下部に位置する上記（１）に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。

（３）前記全ての帯において、前記ガス吐出口が下部に位置し、前記ガス排出口が上部に位置する上記（１）または（２）に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。

（４）各帯のガス排出口の１箇所あたりの流量Ｑ（ｍ^３／ｈｒ）が以下の式（１）および式（２）の条件を満足する上記（３）に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。
Ｑ＞３．９３×Ｖ ・・・式（１）
Ｑ＞１．３１×Ｖ_０ ・・・式（２）
ここで、Ｖ_０（ｍ^３）：各帯の容積、Ｖ（ｍ^３）：一対のガス吐出口／ガス排出口あたりの各帯の容積、とする。

（５）前記全ての帯の長さが、いずれも７ｍ以下である上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。

（６）上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の鋼帯の連続焼鈍装置と、前記冷却帯から排出される鋼帯に溶融亜鉛めっきを施す溶融亜鉛めっき装置と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置。

本発明の鋼帯の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置によれば、炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことができる。このため、縦型焼鈍炉の大気開放後に鋼帯を連続的に熱処理する定常操業を行うに先立ち、または、定常操業中に炉内雰囲気中の水分濃度および／または酸素濃度が上昇した際に、炉内雰囲気の露点を定常操業に適したレベルまで速やかに低減させることができる。また、低露点化に限らず、鋼種切替え等で炉内雰囲気の交換が必要な場合にも操業効率の観点から優位である。

本発明の一実施形態による連続溶融亜鉛めっき装置１００の構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態における、雰囲気分離部の一例を説明する模式図である。 従来の連続溶融亜鉛めっき装置の構成を示す模式図である。 （Ａ）は実施例、（Ｂ）は比較例における、縦型焼鈍炉内の露点の経時変化を示すグラフである。 流動解析による直方体幅と相対吸引時間との関係を示すグラフである。

以下、本発明の鋼帯の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置の実施形態を説明する。

図１に示すように、本実施形態の鋼帯の連続焼鈍装置は、その上流から下流に向かって、予熱帯１２、加熱帯１４、均熱帯１６および冷却帯１８，２０がこの順に並置された縦型焼鈍炉１０を有する。本実施形態において冷却帯は、第１冷却帯１８および第２冷却帯２０からなる。そして、この連続焼鈍装置は、鋼帯Ｐに対して焼鈍を行う。各帯１２，１４，１６，１８，２０には、上部および下部に１つ以上のハースロール２６が配置され、これらハースロール２６を起点に１８０度折り返されることで、鋼帯Ｐは縦型焼鈍炉１０の内部で上下方向に複数回搬送され、複数パスを形成する。図１においては、予熱帯１２で２パス、加熱帯１４で８パス、均熱帯１６で７パス、第１冷却帯１８で１パス、第２冷却帯２０で２パスの例を示したが、パス数はこれに限定されず、処理条件に応じて適宜設定可能である。また、一部のハースロール２６では、鋼帯Ｐを折り返すことなく直角に方向転換させて、鋼帯Ｐを次の帯へと移動させ、これにより鋼帯Ｐは各帯１２，１４，１６，１８，２０をこの順に通過する。なお、予熱帯１２は省略することもできる。第２冷却帯２０と連結したスナウト２２は、縦型焼鈍炉１０を溶融亜鉛めっき装置としてのめっき浴２４と接続する。

そして、本実施形態の連続溶融亜鉛めっき装置１００は、このような連続焼鈍装置と、第２冷却帯２０から排出される鋼帯Ｐに溶融亜鉛めっきを施すめっき浴２４と、を有する。

予熱帯１２からスナウト２２に至る縦型焼鈍炉１０内は、還元性雰囲気または非酸化性雰囲気に保持される。予熱帯１２では、その下部に設けられた開口部（鋼帯導入部）から鋼帯Ｐが導入され、後述するＲＴバーナの燃焼排ガスと熱交換したガスにより鋼帯Ｐを加熱する。加熱帯１４および均熱帯１６では、加熱手段としてラジアントチューブ（ＲＴ）（図示せず）を用いて、鋼帯Ｐを間接加熱することができる。なお、均熱帯１６には、本発明の効果を阻害しない範囲で、上部が開口するように上下方向に延在する隔壁（図示せず）を設けてもよい。鋼帯Ｐを加熱帯１４および均熱帯１６で所定温度に加熱焼鈍した後、第１冷却帯１８および第２冷却帯２０で鋼帯Ｐを冷却し、スナウト２２を介してめっき浴２４に浸漬して鋼帯Ｐに溶融亜鉛めっきを施す。その後、さらに亜鉛めっきの合金化処理を行ってもよい。

縦型焼鈍炉１０内に導入される還元性または非酸化性のガスとしては、通常Ｈ_２−Ｎ_２混合ガスが用いられ、例えばＨ_２：1〜１０体積％、残部がＮ_２および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：−６０℃程度）が挙げられる。このガスは図１に示すガス吐出口３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ，３８Ｅから導入される。（以下、符号３８Ａ〜３８Ｅをまとめて符号「３８」で示すこともある。）これらのガス吐出口３８には、図１に模式的に示したガス供給系統４４からガスが供給される。ガス供給系統４４には、適宜弁や流量計（図示せず）が設けられ、それぞれのガス吐出口３８へのガスの供給量の調整や停止を個別に行うことができる。

また、本実施形態では、水蒸気や酸素を多く含み露点が高い炉内ガスを、ガス排出口４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅを介して縦型焼鈍炉１０内から排出する。（以下、符号４０Ａ〜４０Ｅをまとめて符号「４０」で示すこともある。）図１に模式的に示したガス排出系統４６には、吸引装置が接続されており、併せて適宜設けられる弁や流量計により、それぞれのガス排出口４０からのガスの排出量の調整や停止を個別に行うことができる。ガス排出口４０を通過したガスは、排ガス処理を行った後排出される。

すなわち、本実施形態では、ガス吐出口３８からは、常にフレッシュなガスが炉内に供給され、ガス排出口４０から排出されたガスは、排ガス処理を行った後排出される。

なお、通常各帯の内圧は大気圧よりも２００〜４００Ｐａ高いため、上記吸引装置が必ずしもなくても炉内ガスの排出は可能である。しかし、排出効率の観点からは吸引装置を設けることが好ましい。また、ガス排出口４０から排出されたガスは可燃ガスを含むため、バーナで燃焼させる。その際発生する熱を予熱帯１２のガス加熱に利用することが、エネルギー効率の観点から好ましい。

ここで、本実施形態の連続溶融亜鉛めっき装置１００の特徴的構成は、予熱帯１２、加熱帯１４、均熱帯１６、第１冷却帯１８、および第２冷却帯２０が雰囲気分離部を介して連通する点と、ガス吐出口３８およびガス排出口４０が予熱帯１２、加熱帯１４、均熱帯１６、第１冷却帯１８、および第２冷却帯２０にそれぞれ設けられ、各帯１２，１４，１６，１８，２０において、ガス吐出口３８およびガス排出口４０のうち一方が上部に、他方が下部に位置する点である。

以下、本発明の技術的意義を明らかにするために、まず、図３を参照して従来の連続溶融亜鉛めっき装置の一例を説明する。図３では、図１の装置と同じ構成部位は同じ符号を用いている。図３の連続溶融亜鉛めっき装置は、予熱帯１２、加熱帯１４、均熱帯１６および冷却帯１８，２０がこの順に並置され、スナウト２２を介してめっき浴２４に接続される縦型焼鈍炉を有する。加熱帯１４と均熱帯１６とは一体化している。ここで、各帯１２〜２０の下部や冷却帯１８，２０の連結部に設けられたガス吐出口３８から、炉内にガスが導入される。ガス排出口は有しない。このような、連続溶融亜鉛めっき装置では、縦型焼鈍炉がスナウト２２を介してめっき浴２４に接続されているため、通常、炉内に導入されたガスは、炉体リーク等の不可避のものを除くと、炉の入側から排出され、炉内ガスの流れは、鋼帯進行方向（図３中右側から左側）とは逆方向に、炉の下流から上流に向かう。しかし、このような構成では、炉内の各所においてガスの流れに滞留が生じてしまい、炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことはできない。

一方、本発明では、予熱帯、加熱帯、均熱帯、および冷却帯が雰囲気分離部を介して連通する。具体的に本実施形態では、予熱帯１２と加熱帯１４との連結部２８、加熱帯１４と均熱帯１６との連結部３０、均熱帯１６と第１冷却帯１８との連結部３２、および第１冷却帯１８と第２冷却帯２０との連結部３４が、スロート（絞り部）になっており、さらに、連結部２８，３０，３２，３４には仕切り板３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄが設けられている。（以下、符号３６Ａ〜３６Ｄをまとめて符号「３６」で示すこともある。）仕切り板３６は、鋼帯Ｐの両面側から鋼帯Ｐに近接した位置まで延在する。この構成により、各帯１２，１４，１６，１８，２０内のガスが隣接する帯に拡散することを十分に抑えることができる。

このような状況下において、本発明ではさらに、各帯において、ガス吐出口およびガス排出口のうち一方が上部に、他方が下部に位置する。この構成により、各帯において、ガス吐出口から供給されガス排出口から排出される一連のガスの流れが、炉の上部から下部または下部から上部に向かって生じ、その結果、ガスの滞留の発生を十分に抑えることができる。その例として本実施形態では、全ての帯１２，１４，１６，１８，２０において、ガス吐出口３８が下部に位置し、ガス排出口４０が上部に位置しており、全帯においてガスの流れが炉の下部から上部に向かって生じる。

以上のとおり、本発明の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置では、各帯において独立して雰囲気制御を行うことができ、炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことができる。このため、縦型焼鈍炉の大気開放後に鋼帯を連続的に熱処理する定常操業を行うに先立ち、または、定常操業中に炉内雰囲気中の水分濃度および／または酸素濃度が上昇した際に、炉内雰囲気の露点を定常操業に適したレベルまで速やかに低減させることができる。

雰囲気分離部の構成は本実施形態に限定されることはなく、例えば連結部２８，３０，３２，３４に仕切り板３６に替えて、シールロールまたはダンパーを設けた構成としてもよい。また、連結部に気体式の分離装置を設けた構成により、Ｎ_２等のシールガスによるエアーカーテンによる分離を行ってもよい。これらの組み合わせでもよい。雰囲気の分離性をより高めるためには、スロートとなっている連結部２８，３０，３２，３４に、上記した１種類または複数種類の分離部材を設けることが好ましい。

ただし、連結部２８，３０，３２，３４を十分に細くして、鋼帯Ｐは通過できるものの、隣接する帯への炉内ガスの拡散は抑制できるようにして、雰囲気分離部を構成してもよい。この場合、ダルシー・ワイスバッハの式の形状依存項に関して、雰囲気分離部のそれが帯のそれの１０倍以上となることが好ましい。すなわち、図２を参照して、左側の帯の雰囲気分離性に関して以下のパラメータを設定する。
A：雰囲気分離方向
B：雰囲気非分離方向
L：長さ（Ｌａ：連結部の長さ、Ｌｂ：帯の長さ）
D：高さ（Ｄａ：連結部の高さ、Ｄｂ：帯の高さ）
W：奥行き（Ｗａ：連結部の奥行き、Ｗｂ：帯の奥行き、図２では図示せず）
とすると、以下の式（３）を満足することが好ましい。

ただしＲ＝ＤＷ／｛２（Ｄ＋Ｗ）｝

目標とする露点に応じて必要とされる雰囲気分離の程度が定まるため、それに応じて雰囲気分離部の構成を適宜設計することができる。

本発明では、雰囲気分離部により各帯の雰囲気を分離して、各帯において独立した雰囲気制御を可能としているので、各帯におけるガス吐出口３８およびガス排出口４０の上下の組合せは特に限定されない。ある帯ではガス吐出口３８をその帯の下部に配置し、ガス排出口４０を帯の上部に配置する一方、他の帯ではガス吐出口３８を帯の上部に配置し、ガス排出口４０を帯の下部に配置してもよい。

ただし、本実施形態のように、全ての帯１２，１４，１６，１８，２０において、ガス吐出口３８を下部に配置し、ガス排出口４０を上部に配置することが好ましい。この構成により、定常操業と炉内の雰囲気切替えを行う操業との切替えを容易にすることができる。

以下、その理由を説明する。雰囲気切替えを行わない定常操業では、ガス吐出口３８から上述のＨ_２−Ｎ_２混合ガスを導入するのみで、ガス排出口４０からの炉内ガスの排出は行わない。その際、炉内に導入するＨ_２−Ｎ_２混合ガスのうち、水素を効率よく使う必要があるところ、水素は密度が低いため、炉の下部から導入した方が炉内に拡散させやすい。また、水素以外のガスは極力炉内に拡散しないほうが、熱的に有利である。これらの観点から、ガス吐出口３８を炉の下部に配置することが好ましい。

よって、ガス吐出口３８を下部に配置し、ガス排出口４０を上部に配置することにより、定常操業時には水素を有効活用し、かつ、熱損失を最小化して低コストの操業を行う一方、雰囲気切替えを行う際には、ガス排出口４０からの炉内ガスの排出をも行い、短時間での雰囲気切替えを実現することができる。また、ガス排出口４０からの排出量を制御することで、コストと雰囲気切替えとのバランスを自在に変更できるため、本実施形態の構成は定常操業との適合性が非常に高い。

本明細書において、「各帯の上部」とは、各帯の上端から各帯の高さの２５％の領域を意味するものとし、「各帯の下部」とは、各帯の下端から各帯の高さの２５％の領域を意味するものとする。

各帯１２，１４，１６，１８，２０において雰囲気の切替えを効率的に行うには、各帯のガス吐出口３８の個数とガス排出口４０の個数とは同数とし、炉の上下でガス吐出口３８およびガス排出口４０を一対にすることが好ましい。

そして本実施形態では、各帯１２，１４，１６，１８，２０の長さＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５が、いずれも７ｍ以下であることが好ましい。例えば、各帯においてガス吐出口３８／ガス排出口４０を二対設ける場合、炉の上部から下部または下部から上部に向かうガスの流れを効果的に形成するには、Ｗ１〜Ｗ５を７ｍ以下とすることが好ましい。もちろんガス吐出口３８／ガス排出口４０を三対以上設ければ、ある程度ガスの流れを形成できるが、炉の横方向へのガスの流れも不可避であることから、各帯の雰囲気分離性を考慮すると、Ｗ１〜Ｗ５を７ｍ以下とすることが好ましい。なお、ガス吐出口３８／ガス排出口４０を一対とする場合には、Ｗ１〜Ｗ５は４ｍ以下とすることが好ましい。

本実施形態のように、全ての帯１２，１４，１６，１８，２０において、ガス吐出口３８を下部に配置し、ガス排出口４０を上部に配置する場合、各帯のガス排出口４０の１箇所あたりの流量Ｑは、雰囲気切替え効率の観点からは多いことが好ましく、以下のように設定することが好ましい。すなわち、一対のガス吐出口／ガス排出口あたりの各帯の容積をＶ（ｍ^３）とすると、流量Ｑ（ｍ^３／ｈｒ）はＱ＞３．９３×Ｖを満足することが好ましい。すなわち、例えばＶ＝２００ｍ^３の場合、流量Ｑは７８６ｍ^３／ｈｒ超えとすることが好ましい。ただし、上限は３９３０ｍ^３／ｈｒ以下とすることがコストの観点から好ましい。

また、ガス吐出口／ガス排出口の対の数に依らない各帯の容積をＶ_０（ｍ^３）とすると、各帯のガス排出口４０の１箇所あたりの流量Ｑ（ｍ^３／ｈｒ）はＱ＞１．３１×Ｖ_０を満足することが好ましい。

なお、これら流量Ｑ（ｍ^３／ｈｒ）は、炉内の雰囲気温度を８００℃と仮定した場合の換算値である。

また、各帯のガス吐出口３８の１箇所あたりの流量は、上記流量Ｑを考慮して適宜設定すればよい。

また、ガス吐出口３８からの吐出量およびガス排出口４０からの排出量は、それぞれの開閉を制御することにより調節できる。例えば、低露点化が必要な場合にはガス吐出口３８およびガス排出口４０を全開にして炉内にガスの強い流れを形成し、短時間での雰囲気切替えを実現する。一方、低露点化が不要な場合には、ガス排出口４０を閉じて低燃費操業を行ってもよい。ガス排出口４０を閉じると、炉圧を保つために必要なガス量は低減できるため、ガス使用量が減り、低ランニングコストでの操業が可能となる。例えば、低露点が実現できている間はガス排出口４０を閉にしておき、露点がある閾値（例えば−３０℃）に達したらガス排出口４０を開にして、短時間での低露点化を行う制御を行うこともできる。

連結部２８，３０，３２，３４は炉の上部に位置しても下部に位置してもよい。雰囲気切替えを行わない定常操業を考慮すると、連結部は下部にした方が良い。これは、前述した通り還元ガスの水素は密度が低いため、上部に集まりやすい傾向があり、上部連結では隣のセクションに拡散してしまう可能性があるためである。このため、本実施形態のように、予熱帯１２と加熱帯１４との連結部２８、加熱帯１４と均熱帯１６との連結部３０は、炉の下部に設けたほうが、各帯の雰囲気の機密性を保ちやすいため好ましい。一方、均熱帯１６と第１冷却帯１８との連結部３２は炉の上部に設けたほうが、ガスが混合しにくいため好適である。これは第１冷却帯１８と均熱帯１６では第１冷却帯１８の方が低温であるため、連結部３２を炉の下部に設けた場合、比重の重い第１冷却帯１８のガスが均熱帯１６に大量に混入するおそれがあるためである。一方、冷却帯同士の接続には、雰囲気制御上の制約は存在しないので、第１冷却帯１８と第２冷却帯２０との連結部３４は、必要パス数に応じて配置しやすいようにすれば良い。

本発明の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置は、炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことができるため、低露点化する際のみならず、鋼種切替え等で炉内雰囲気の交換が必要な場合にも操業効率の観点から優位である。例えば、高露点雰囲気下でハイテン材を製造する場合、炉内を低露点雰囲気から高露点雰囲気に切り替える必要があるが、本発明の連続焼鈍装置によれば、雰囲気の切替えを短時間に実現できる。さらに、本発明の連続焼鈍装置は、水素を帯毎に個別制御できるため、必要な帯に水素を集中させることも可能である。例えば冷却帯に水素を集中させれば、冷却能を上げることが可能であり、均熱帯に水素を集中させれば、Ｈ_２／Ｈ_２Ｏ比を上昇させられるため、ハイテン材等のめっき性向上や、加熱効率向上が可能である。さらに、例えば窒化処理のため、特定箇所にアンモニアを導入するような場合なら、水素をアンモニアに変更すれば効率良く実施することが可能となる。

本発明は設備構成に関するものであり、既設設備の改造よりもむしろ建設時に適用することで大きな効果を発揮する。新設の場合、従来設備とほぼ同じコストで建設が可能である。

本発明に従う図１に示す連続溶融亜鉛めっき装置、および、比較例による図３に示す連続溶融亜鉛めっき装置を用いて、露点測定試験を行ったので、以下説明する。

図１に示すＡＲＴ型（オールラジアント型）ＣＧＬの装置構成の概略は既述のとおりであり、具体的な構成は以下のとおりである。まず、上下のハースロール間の距離は２０ｍ（第２冷却帯は１０ｍ）、各帯の容積Ｖ_０、および、一対のガス吐出口／ガス排出口あたりの各帯の容積Ｖは、表１に示した。各帯の長さは、予熱帯１．５ｍ、加熱帯６．８ｍ、均熱帯６．０ｍ、第１冷却帯１．０ｍ、第２冷却帯１．５ｍである。ガス吐出口は口径５０ｍｍであり、その中心は、炉の下部のハースロールの中心から１ｍ下に位置する（図１においてＤ１＝１ｍ）。ガス排出口は口径１００ｍｍであり、その中心は、炉の上部のハースロールの中心から１ｍ上に位置する（図１においてＤ２＝１ｍ）。ガス吐出口から吐出するガスの露点は−７０〜−６０℃であり、全ガス吐出口からのガスの供給能力は、トータルで２０００Ｎｍ^３／ｈｒ（Ｎ_２＝１８００Ｎｍ^３／ｈｒ，Ｈ_２＝２００Ｎｍ^３／ｈｒ）である。各帯の連結部には雰囲気分離性を高めるため、仕切り板を設けた。仕切り板の先端から鋼帯表面までの距離は、鋼帯表裏面とも５０ｍｍであり、仕切り板の鋼帯通過方向長さは５００ｍｍである。露点計は各帯の中央部分（図１中の符号４２の位置）に設ける。

次に、図３に示すＡＲＴ型（オールラジアント型）ＣＧＬの装置構成の概略は既述のとおりであり、具体的な構成は以下のとおりである。上下のハースロール間の距離は２０ｍ、各帯の容積は、予熱帯８０ｍ^３、加熱帯と均熱帯の合計８４０ｍ^３、第１冷却帯６５ｍ^３、および第２冷却帯６５ｍ^３である。ガス吐出口は図３に示す位置に配置され、口径５０ｍｍである。ガス吐出口から吐出するガスの露点は−７０〜−６０℃であり、全ガス吐出口からのガスの供給能力は、図１の場合と同じである。露点計は各帯の中央部分（図１中の符号４２の位置）に設ける。

それぞれの連続溶融亜鉛めっき装置において、縦型焼鈍炉を大気開放した後の立ち上げ時には、炉内に約−１０℃前後の水蒸気や酸素を含む雰囲気ガスが存在した（図４（Ａ），（Ｂ）の０ｈｒを参照）。その後、以下の条件にて操業を開始した。まず、鋼帯のサイズは、幅９００〜１１００ｍｍ、板厚０．８〜１．０ｍｍとし、鋼種は表２に示した。通板速度は１００〜１２０ｍｐｍ（ラインスタート直後除く）、焼鈍温度は７８０〜８２０℃とした。

全ガス吐出口からのガスの総吐出量は、図１の本発明例において１２００〜１６００Ｎｍ^３／ｈｒ（うち、Ｈ_２：１２０〜１６０Ｎｍ^３／ｈｒ）、図３の比較例において９００〜１１００Ｎｍ^３／ｈｒ（うち、Ｈ_２：９０〜１１０Ｎｍ^３／ｈｒ）とした。なお、単位口あたりの吐出流量は同一とした。

また、図１の本発明例において、各帯におけるガス排出口の１箇所あたりの流量Ｑは、表１に示すものとした。図３の比較例ではガス排出口がないため、縦型焼鈍炉の入り側からの排出のみであった。

操業開始からの縦型焼鈍炉内の各帯における露点の経時変化を図４（Ａ），（Ｂ）に示す。図４（Ｂ）に示すように、比較例では露点が−３０℃を下回るのに４０時間前後必要であるのに対して、図４（Ａ）に示すように、本発明例では全ての帯において２０時間前後で−３０℃に到達した。特に、ハイテン材の製造において重要な均熱帯に着目すると、１３時間で−３０℃に到達した。

また、７０時間後の到達露点も、比較例では−３５℃近傍なのに対して、本発明例では全地点で−４０℃以下となった。特に、均熱帯では−４６℃以下まで低下したため、ハイテン材を製造する好適な状態になっているといえる。

さらに、本発明例では、各帯におけるガス排出口の１箇所あたりの流量Ｑを式（１）および（２）を満足するように設定したため、効率的な雰囲気切替えが可能であった。しかし、比較例において、予熱帯と均熱帯（Ｖ_０＝８４０ｍ^３、ガス吐出口／ガス排出口のペア数：９組）に着目すると、式（１），（２）を満たすには、Ｑ＞１１００．４ｍ^３／ｈｒ＝２８０Ｎｍ^３／ｈｒ、全流量では２５２０Ｎｍ^３／ｈｒ（９９０３．６ｍ^３／ｈｒ）超えとしなければならず、不経済である。

ここで、雰囲気切替えを効率的に行うには、炉内のガスの流れに滞留を生じさせないことが重要である。本発明者らは、この観点から好適な各帯の長さについて、流動解析手法（ＣＦＤ：Computational Fluid Dynamics）を用いて検討を行った。直方体（長さ可変、高さ２０ｍ、奥行き２．５ｍ）の上部（上から０．５ｍの位置）にガス排出口を、下部（下から０．５ｍの位置）にガス吐出口をそれぞれ配置した。吐出口／排出口の組数は直方体の長さ１ｍあたり１組とし、口径は５０ｍｍ、各ガス吐出口での流量は１００ｍ^３／ｈｒとした。この条件で流動解析を行い、直方体内から流線がすべてガス排出口に吸引されるまでの時間を評価した。なお、流線数は１００本／ｍ^３とし、乱数モデルにはｋ−εモデルを採用し、エネルギー項は考慮していない。

流動解析の結果を図５に示す。図５から、直方体の長さが７ｍ以下の場合に、吸引時間がほぼ最小値をおり、雰囲気切替えが効果的に行われることがわかる。これは、直方体の長さを所定長さ以下に制限することにより、ガスの移動自由度を制限し、ガスの滞留を効果的に抑制することができることを示している。

本発明によれば、炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことが可能な鋼帯の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置を提供できる。

１００ 連続溶融亜鉛めっき装置
１０ 縦型焼鈍炉
１２ 予熱帯
１４ 加熱帯
１６ 均熱帯
１８ 第１冷却帯
２０ 第２冷却帯
２２ スナウト
２４ めっき浴（溶融亜鉛めっき装置）
２６ ハースロール
２８，３０，３２，３４ 連結部（スロート）
３６Ａ〜３６Ｄ 仕切り壁
３８Ａ〜３８Ｅ ガス吐出口
４０Ａ〜４０Ｅ ガス排出口
４２ 露点測定位置
４４ ガス供給系統
４６ ガス排出系統
Ｐ 鋼帯

Claims (6)

1. 加熱帯、均熱帯および冷却帯がこの順に並置された縦型焼鈍炉を有し、該縦型焼鈍炉の内部で上下方向に搬送されつつ前記各帯を前記順に通過する鋼帯に対して焼鈍を行う鋼帯の連続焼鈍装置であって、
   前記加熱帯、均熱帯および冷却帯は雰囲気分離部を介して連通し、
   前記縦型焼鈍炉内にガスを導入するガス吐出口および前記縦型焼鈍炉内からガスを排出するガス排出口が、前記加熱帯、均熱帯および冷却帯にそれぞれ設けられ、
   前記各帯において、前記ガス吐出口およびガス排出口のうち一方が上部に、他方が下部に位置することを特徴とする鋼帯の連続焼鈍装置。
2. 前記加熱帯の前に予熱帯が配置され、該予熱帯と前記加熱帯との間にも前記雰囲気分離部が設けられ、前記予熱帯において、前記ガス吐出口およびガス排出口のうち一方が上部に、他方が下部に位置する請求項１に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。
3. 前記全ての帯において、前記ガス吐出口が下部に位置し、前記ガス排出口が上部に位置する請求項１または２に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。
4. 各帯のガス排出口の１箇所あたりの流量Ｑ（ｍ^３／ｈｒ）が以下の式（１）および式（２）の条件を満足する請求項３に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。
   Ｑ＞３．９３×Ｖ ・・・式（１）
   Ｑ＞１．３１×Ｖ_０ ・・・式（２）
   ここで、Ｖ_０（ｍ^３）：各帯の容積、Ｖ（ｍ^３）：一対のガス吐出口／ガス排出口あたりの各帯の容積、とする。
5. 前記全ての帯の長さが、いずれも７ｍ以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋼帯の連続焼鈍装置と、前記冷却帯から排出される鋼帯に溶融亜鉛めっきを施す溶融亜鉛めっき装置と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置。

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