JP2015203133A

JP2015203133A - 連続焼鈍炉の炉殻構造

Info

Publication number: JP2015203133A
Application number: JP2014082110A
Authority: JP
Inventors: 明智小出; Akitomo Koide; 拓司野村; Takuji Nomura
Original assignee: NS Plant Designing Corp; Nippon Steel and Sumikin Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2015-11-16
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: JP6244249B2

Abstract

【課題】操業時の炉体膨張量の抑制及び搬送時の変形や破損の防止が可能な連続焼鈍炉の炉殻構造を提供する。【解決手段】対向配置された壁部材１１を有し、壁部材１１の外側には補強材１２が設けられている連続焼鈍炉１０の炉殻構造において、対向する壁部材１１の間に、壁部材１１同士を連結する引張り材１３を配置し、壁部材１１の補強を行う。ここで、引張り材１３は、上ハースロール２６と下ハースロール２６aの上下方向中間部で、隣り合う上ハースロール２６の間、又は隣り合う下ハースロール２６aの間に設けられていることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、連続焼鈍炉の炉殻構造に関する。

図８〜図１０に示すように、鋼帯の熱処理に用いる連続焼鈍炉８０は、熱処理中に鋼帯表面が酸化しないように炉内雰囲気を非酸化性雰囲気に保持した状態で鋼帯を連続焼鈍している。ここで、連続焼鈍炉８０の対向配置された壁部材８１は、平板８２と、平板８２に縦横に接合されるＨ形鋼８３（補強材（バックステー）の一例）と、縦横に配置されたＨ形鋼８３の間に水平に配置されて平板８２に接合される複数の溝形鋼８４（補強材（バックステー）の一例）とを備えたパネル８５を複数枚接続することにより形成されている（例えば、特許文献１参照）。なお、符号８６は壁部材８１を支える柱部材、符号８７はＨ形鋼８３の中間部にあって平板８２に接合する平鋼である。また、符号８８、８９は、壁部材８１の幅方向の両端部にそれぞれ取付けられた端壁部材である。

実開昭６０−１３３３９６号公報

操業中の連続焼鈍炉８０では、炉内を熱処理温度まで加熱すると共に、炉内を非酸化性雰囲気にするため炉内雰囲気を加圧状態に保持するので、図１１に示すように、壁部材８１には熱膨張と加圧膨張が重なり合った変形が生じる。そして、壁部材８１の変形量は、連続焼鈍炉８０が大型になる程大きくなるので、壁部材８１の変形量が大きくなり過ぎると、炉内に設置された加熱装置の破損や故障が生じる虞が高くなる。そこで、特許文献１に記載されているような炉殻構造では、連続焼鈍炉８０が大型になると、壁部材８１の変形を抑えるために壁部材８１の剛性を上げる目的で、大型の（断面積の大きな）Ｈ形鋼８３及び溝形鋼８４を多く使用している。このため、炉殻重量が重くなって、製造コスト（素材コスト）が増大するという問題が生じている。

また、連続焼鈍炉８０が大型になると、作製した連続焼鈍炉８０を据付け場所まで輸送することはできないので、輸送可能なサイズを有するパーツに分割して作製し、各パーツを据付け場所で組立てて連続焼鈍炉８０としている。そこで、輸送中及び組立て中におけるパーツの変形や破損を防止するために、各パーツには搬送用補強材を取付けて輸送し、組立て後に搬送用補強材を取外している。このため、搬送用補強材の設計及び作製、各パーツに対する搬送用補強材の取付け及び取外しという付帯作業が発生し、連続焼鈍炉８０の製造コストが増大するという問題も存在する。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、操業時の炉体膨張を抑制するため、対向する壁部材同士を引張り材で連結した連続焼鈍炉の炉殻構造を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る連続焼鈍炉の炉殻構造は、対向配置された壁部材を有し、該壁部材の外側には補強材が設けられている連続焼鈍炉の炉殻構造において、
対向する前記壁部材間に、該対向する壁部材を連結する引張り材を配置し、前記壁部材の補強を行う。
ここで、対向する壁部材間に配置する引張り材の個数と配置場所は、壁部の大きさ（広さ）に応じて調整する。

本発明に係る連続焼鈍炉の炉殻構造において、前記連続焼鈍炉の上側及び下側にそれぞれ複数本が平行に並べられている上ハースロールと下ハースロールが平面視して交互に配置され、前記引張り材は、前記上ハースロールと前記下ハースロールの上下方向中間部で、隣り合う前記上ハースロールの間、又は隣り合う前記下ハースロールの間に設けられていることが好ましい。

本発明に係る連続焼鈍炉の炉殻構造において、前記引張り材は、前記壁部材の外側の前記補強材を避けて、前記壁部材を貫通していることが好ましい。

本発明に係る連続焼鈍炉の炉殻構造において、対向配置された前記壁部材は、複数の対向配置された部分壁部材に分割され、対向する前記部分壁部材はそれぞれ前記引張り材で連結されていることが好ましい。

本発明に係る連続焼鈍炉の炉殻構造においては、対向する壁部材を引張り材で連結することにより、壁部材が短い間隔で補強（支持）されることになって、壁部材の剛性を向上させなくても壁部材の変形（例えば、連続焼鈍炉の操業時における壁部材の膨張変形）を許容範囲内にすることが可能になる。その結果、連続焼鈍炉の大型化に伴って、補強材の大型化（高剛性化）を図る必要がなくなり、壁部材の重量削減及び製作コストの低減が可能になる。

本発明に係る連続焼鈍炉の炉殻構造において、連続焼鈍炉の上側及び下側にそれぞれ複数本が平行に並べられている上ハースロールと下ハースロールが平面視して交互に配置され、引張り材は、上ハースロールと下ハースロールの上下方向中間部で、隣り合う上ハースロールの間、又は隣り合う下ハースロールの間に設けられている場合、引張り材を配置しても鋼帯の搬送を妨げることを防止できる。

本発明に係る連続焼鈍炉の炉殻構造において、引張り材が、壁部材の外側の補強材を避けて、壁部材を貫通している場合、補強材の剛性低下を防止することができる。

本発明に係る連続焼鈍炉の炉殻構造において、対向配置された壁部材は、複数の対向配置された部分壁部材に分割され、対向する部分壁部材はそれぞれ引張り材で連結されている場合、対向する部分壁部材を輸送する際、従来必要であった搬送用補強材の作製、取付け、及び取外しという付帯作業を削減することができ、製造コストを低減することができる。

本発明の一実施の形態に係る連続焼鈍炉の炉殻構造を示す説明図である。図１のＦ−Ｆ矢視断面図である。図１のＨ−Ｈ矢視断面図である。連続焼鈍炉内の鋼帯の搬送状態及び引張り材設置位置の一例を示す説明図である。図１のＡ−Ａ矢視断面図である。壁部材と引張り材の連結状態を示す説明図である。図１のＣ−Ｃ矢視断面における壁部材の変形状態を示す模式図である。従来例に係る連続焼鈍炉の壁部材の炉殻構造を示す説明図である。図８のＥ−Ｅ矢視断面図である。図８のＧ−Ｇ矢視断面図である。図８のＢ−Ｂ矢視断面における壁部材の変形状態を示す模式図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る連続焼鈍炉１０は、対向配置された壁部材１１を有し、壁部材１１の外側（対向面とは反対側の面）には補強材１２が設けられている。そして、連続焼鈍炉１０の対向する壁部材１１の間には、壁部材１１同士を連結する引張り材の一例である鋼管１３が配置されており、壁部材１１を補強する（例えば、壁部材１１の変形を抑制する）炉殻構造を形成している。ここで、各壁部材１１は、例えば、２つの左右の部分壁部材１４、１５から構成され、対向する部分壁部材１４及び対向する部分壁部材１５は、それぞれ複数の鋼管１３で連結されている。また、部分壁部材１４の外側には、部分壁部材１４を補強する部分補強材１６が設けられ、部分壁部材１５の外側には、部分壁部材１５を補強する部分補強材１７が設けられている。このため、部分壁部材１４、１５を連結して壁部材１１を構成すると、部分補強材１６、１７が連結されて、補強材１２が構成される。以下、詳細に説明する。

図１、図３に示すように、部分壁部材１４（部分壁部材１５も同様）は、例えば、矩形状の単位壁材１８を上下方向に接続して形成される。また、部分補強材１６（部分補強材１７も同様）は、単位壁材１８の外側にそれぞれ設けられた単位補強材１９の連結により形成されている。ここで、単位補強材１９は、例えば、単位壁材１８の上端部に水平に取付けられた溝形鋼２０（形鋼の一例）と、溝形鋼２０に対して一定の間隔で直交するように単位壁材１８に取付けられた複数の第１の山形鋼２１（形鋼の一例）と、溝形鋼２０と隙間を設けて平行に配置されると共に各第１の山形鋼２１に対して直交するように単位壁材１８に取付けられた第２の山形鋼２２とを有している。更に、隣り合う第１の山形鋼２１の中間部には、第１の山形鋼２１に対して平行となるように平鋼２３が単位壁材１８に取付けられている。また、単位壁材１８を上下方向に接続して部分壁部材１４を構成する際、下側の単位壁材１８に取付けた溝形鋼２０に当接するように、上側の単位壁材１８の下端部に第３の山形鋼２４（第１、第２の山形鋼２１、２２より小サイズ）を取付け、部分壁部材１４を形成する。

図１、図4、図５に示すように、連続焼鈍炉１０の上側及び下側には、それぞれ複数本が平行に並べられている上ハースロール２６と下ハースロール２６aが平面視して交互に配置されている。そして、上、下ハースロール２６、２６aの両側は、対向する壁材２９の外側の少し離れた位置に設置される図示しない軸受を介して支持されている。

図1、図４に示すように、複数の鋼管１３は、上下方向位置を、上ハースロール２６と下ハースロール２６aの上下方向中間部となる壁部材１１の上端及び下端と、壁部材１１を上下方向に３等分する２つの内分点とし、左右方向位置を、隣り合う上ハースロール２６の間にあって、壁部材１１を左右の幅方向に３等分する２つの内分点とする場所にそれぞれ設けられている。そして、各鋼管１３の両側は、対向する単位壁材１８を貫通している。なお、単位補強材１９を構成する溝形鋼２０、第１、第２の山形鋼２１、２２、平鋼２３と、第３の山形鋼２４の設置された単位壁材１８の部位を避けるように鋼管１３は設置される。

ここで、図６に示すように、鋼管１３の内側には断熱材３１（例えば、セラミックファイバーからなるブランケット）が充填されており、単位壁材１８は、隙間を設けて対向配置される平板３２、３３と、平板３２、３３の間に充填された断熱材３４（例えば、セラミックファイバーからなるブランケット）を有し、鋼管１３が貫通する単位壁材１８の部位には、鋼管１３を貫通させるために平板３２、３３にそれぞれ形成した開口を連結するスリーブ３５が取付けられている。このような構成とすることにより、単位壁材１８を貫通する鋼管１３を安定して単位壁材１８で保持することができると共に、平板３３から外側に突出する鋼管１３の端部を固定部材３６を介して平板３３に固着することができる。なお、符号３７は、鋼管１３の両端を閉じる蓋である。鋼管１３内を断熱材３１で充填すると共に、鋼管１３の両端に蓋３７を取付けることにより、鋼管１３内での対流の発生を防止して、鋼管１３の温度を均一に保持することができると共に、鋼管１３の端部からの放熱を抑制することができる。また、符号３８は、対向する壁部材１１の下部にそれぞれ取付けられて、壁部材１１を立設状態で支持する柱部材であり、符号３９、４０は、壁部材１１の幅方向の両端部にそれぞれ取付けられた端壁部材である。

続いて、本発明の一実施の形態に係る連続焼鈍炉１０の炉殻構造が有する作用について説明する。
図７（壁部材１１の外側に設けられた補強材１２の記載は省略している）に示すように、連続焼鈍炉１０の対向する壁部材１１の左右の幅方向を３等分する各内分点には、壁部材１１同士を連結する複数の鋼管１３が配置されている。従って、対向する壁部材１１は、幅方向の両端が端壁部材３９、４０で、幅方向を３等分する各内分点が鋼管１３でそれぞれ支えられた状態となっている。このため、連続焼鈍炉１０で鋼帯２５の熱処理を行う際に発生する壁部材１１の膨張変形（壁部材１１の熱膨張と壁部材１１に加わる雰囲気加圧圧力による加圧膨張が重なり合った変形）は、両端がそれぞれ端壁部材３９と一方の鋼管１３で支えられた分割壁部材４１の膨張変形（撓み）と、両端がそれぞれ鋼管１３で両端が支えられた分割壁部材４２の膨張変形（撓み）と、両端がそれぞれ他方の鋼管１３と端壁部材４０で支えられた分割壁部材４３の膨張変形（撓み）の重ね合せとして近似できる。

そして、壁部材１１の幅をＬとすると、端壁部材３９と一方の鋼管１３との間隔、鋼管１３間の間隔、及び他方の鋼管１３と端壁部材４０との間隔はＬ／３（＝Ｌ´）となる。また、分割壁部材４１、４２、４３にそれぞれ作用して分割壁部材４１、４２、４３を膨張変形させる荷重Ｐは等しく、分割壁部材４１、４２、４３それぞれの縦弾性係数Ｅは等しく、分割壁部材４１、４２、４３がそれぞれ膨張変形する際の断面二次モーメントＩ´は等しい。従って、分割壁部材４１、４２、４３の膨張変形量δ´は、ａＰＬ´^３／（ＥＩ´）となる。ここで、ａは荷重の種類、分割壁部材４１、４２、４３の両端の拘束条件により決まる定数である。

一方、図１１に示すように、従来の連続焼鈍炉８０は、鋼帯の熱処理を行う際に発生する壁部材８１の膨張変形は、両端がそれぞれ端壁部材８８、８９で支えられた壁部材８１の膨張変形（撓み）として近似できる。ここで、連続焼鈍炉８０の壁部材８１の幅が連続焼鈍炉１０の壁部材１１の幅Ｌに等しく、壁部材８１の縦弾性係数が壁部材１１（分割壁部材４１、４２、４３）の縦弾性係数Ｅに等しく、壁部材８１に作用して壁部材８１を膨張変形させる荷重が壁部材１１に作用して壁部材１１を膨張変形させる荷重Ｐに等しい場合、壁部材８１の膨張変形量δは、ａＰＬ^３／（ＥＩ）となる。

そして、壁部材８１の膨張変形δに対する壁部材１１の膨張変形δ´の比δ´／δを求めると、（Ｉ／Ｉ´）・（Ｌ´／Ｌ）^３となる。ここで、連続焼鈍炉８０の壁部材８１に生じるの膨張変形量の許容値をδとし、連続焼鈍炉１０の壁部材１１に生じる膨張変形量δ´を許容範囲内、即ち、膨張変形量δ´を大きくてもδとするようなＩ´を求めると、Ｉ´はＩ（Ｌ´／Ｌ）^３となり、Ｌ´はＬ／３なので、Ｉ´はＩ／２７となる。従って、対向する壁部材１１の間に、壁部材１１同士を連結する鋼管１３を配置して、壁部材１１の膨張変形スパンを小さくすることで、即ち、壁部材１１を膨張変形スパンの小さな分割壁部材４１、４２、４３毎に膨張変形させることにより、壁部材１１の断面二次モーメントＩ´を壁部材８１の断面二次モーメントＩの１／２７にすることができる。

ここで、壁部材１１の膨張変形は、単位壁材１８と、単位壁材１８の外側に設けられた単位補強材１９（溝形鋼２０、第１、第２の山形鋼２１、２２、及び平鋼２３で構成）が一体となって膨張変形した結果であるので、単位壁材１８、溝形鋼２０、第１、第２の山形鋼２１、２２、及び平鋼２３の膨張変形量は、いずれも壁部材１１の膨張変形量δ´と近似できる。同様に、壁部材８１の膨張変形は、平板８２（単位壁材１８に相当）と、平板８２に接合されたＨ形鋼８３及び溝形鋼８４がそれぞれ膨張変形した結果であるので、平板８２、Ｈ形鋼８３、溝形鋼８４、及び平鋼８７の膨張変形は、いずれも壁部材８１の膨張変形量δと近似できる。

従って、壁部材１１の膨張変形量δ´が壁部材８１の膨張変形量δに等しいとする場合、単位補強材１９を構成する溝形鋼２０、第１、第２の山形鋼２１、２２、及び平鋼２３の各断面二次モーメンは、壁部材８１の平板８２に接合するＨ形鋼８３、溝形鋼８４、及び平鋼８７の各断面二次モーメントの１／２７となる。このことは、溝形鋼２０、第１、第２の山形鋼２１、２２、及び平鋼２３のサイズ（断面積）が、Ｈ形鋼８３、溝形鋼８４のサイズ、及び平鋼８７のサイズ（断面積）より小さいことを示している。以上のことから、連続焼鈍炉１０の対向する壁部材１１の間に、壁部材１１同士を連結する鋼管１３を配置して、壁部材１１の補強を行うことにより、壁部材１１の外側に設ける補強材１２を構成する形鋼（溝形鋼２０、第１、第２の山形鋼２１、２２）のサイズを、従来の連続焼鈍炉８０の壁部材８１の外側に設ける形鋼（Ｈ形鋼８３、溝形鋼８４）のサイズより小さくできることが判る。その結果、連続焼鈍炉１０が大型化しても、壁部材１１の間に、壁部材１１同士を連結する鋼管１３を追加配置することにより、補強材１２の大型化（即ち、断面二次モーメントの増大に伴う高剛性化）を図らなくても、壁部材１１の膨張変形を抑制でき、壁部材１１の重量削減及び製作コストの低減が可能になる。

そして、壁部材１１の膨張変形は、単位壁材１８と、単位壁材１８の外側に設けられ、形鋼から構成される単位補強材１９とが一体で膨張変形し、単位壁材１８と単位補強材１９の膨張変形量δ´は等しくなるので、単位壁材１８上に設ける単位補強材１９（従って、壁部材１１上に設ける補強材１２）に設置場所（取付け場所）に関する制約は存在せず、例えば、鋼帯２５の搬送に支障が生じない、即ち、鋼管１３を、上ハースロール２６と下ハースロール２６aの上下方向中間部で、隣り合う上ハースロール２６の間に配置することができる。なお、鋼管１３は、壁部材１１の外側に設けられた補強材１２の設置位置を避けて配置する。鋼管１３を補強材１２の設置位置を避けて配置することにより、壁部材１１に鋼管１３を貫通させる際に、補強材１２を構成している溝形鋼２０、第１、第２の山形鋼２１、２２を切り欠く必要がなくなり、補強材１２の剛性低下を防止することができる。

また、大型の連続焼鈍炉１０では、連続焼鈍炉１０を一体として輸送することはできず、連続焼鈍炉１０の対向する壁部材１１は、例えば、２つの対向する部分壁部材１４、１５に分割してそれぞれ輸送することになる。このとき、対向する部分壁部材１４、１５は鋼管１３で連結されて補強されているので、対向する部分壁部材１４、１５を輸送する際に従来必要であった搬送用補強材の取付け及び取外しという付帯作業が削減できる。その結果、連続焼鈍炉１０の製造コストを低減することができると共に、鋼管１３を配置することにより対向する部分壁部材１４、１５を一体として扱うことができる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、壁部材を２つの部分壁部材に分割して構成したが、壁部材の大きさに応じては、壁部材を分割しないことも、壁部材を３つ以上の部分壁部材に分割して構成することもある。
また、鋼管（引張り材）を、上ハースロールと下ハースロールの上下方向中間部で、隣り合う上ハースロールの間、具体的には、壁部材の幅方向に沿って３等分し、かつ壁部材の上下方向に沿って３等分する位置にそれぞれ配置したが、上ハースロールと下ハースロールの上下方向中間部で、隣り合う下ハースロール間に設けることもできる。即ち、鋼帯の搬送を妨げない位置であれは、鋼管の配置場所及び個数に制約はない。
更に、補強材を構成する形鋼（溝形鋼、山形鋼）をそれぞれ等間隔に配置したが、壁部材の膨張変形量を許容範囲内に収めることができれば、配置場所、配置個数に制約はなく、形鋼の形状も、溝形鋼と山形鋼の組合わせに限定されず、任意の形状の形鋼を組合わせて用いることができる。

１０：連続焼鈍炉、１１：壁部材、１２：補強材、１３：鋼管、１４、１５：部分壁部材、１６、１７：部分補強材、１８：単位壁材、１９：単位補強材、２０：溝形鋼、２１：第１の山形鋼、２２：第２の山形鋼、２３：平鋼、２４：第３の山形鋼、２５：鋼帯、２６：上ハースロール、２６ａ：下ハースロール、２９：壁材、３１：断熱材、３２、３３：平板、３４：断熱材、３５：スリーブ、３６：固定部材、３７：蓋、３８：柱部材、３９、４０：端壁部材、４１、４２、４３：分割壁部材

Claims

対向配置された壁部材を有し、該壁部材の外側には補強材が設けられている連続焼鈍炉の炉殻構造において、
対向する前記壁部材間に、該対向する壁部材を連結する引張り材を配置し、前記壁部材の補強を行うことを特徴とする連続焼鈍炉の炉殻構造。
請求項１記載の連続焼鈍炉の炉殻構造において、前記連続焼鈍炉の上側及び下側にそれぞれ複数本が平行に並べられている上ハースロールと下ハースロールが平面視して交互に配置され、前記引張り材は、前記上ハースロールと前記下ハースロールの上下方向中間部で、隣り合う前記上ハースロールの間、又は隣り合う前記下ハースロールの間に設けられていることを特徴とする連続焼鈍炉の炉殻構造。
請求項２記載の連続焼鈍炉の炉殻構造において、前記引張り材は、前記壁部材の外側の前記補強材を避けて、前記壁部材を貫通していることを特徴とする連続焼鈍炉の炉殻構造。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の連続焼鈍炉の炉殻構造において、対向配置された前記壁部材は、複数の対向配置された部分壁部材に分割され、対向する前記部分壁部材はそれぞれ前記引張り材で連結されていることを特徴とする連続焼鈍炉の炉殻構造。