JP2810428B2 - 制御雰囲気における金属リールの焼なまし用ベル型炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、制御された雰囲気下でシール状金属リール
を焼なます作業のために、特に利用される改良されたベ
ル型炉に関するものである。

（従来の技術とその課題） 熱圧延または冷圧延によるシール状金属の生産工程
で、特殊な硬度、延性、弾性限界などの精密な物理特性
を得るために、シートを熱処理する必要があることはよ
く知られている。

これらの熱処理は、特に次の焼なまし工程からなる。
すなわち鉄鋼の転移点以上の温度になるまでシートを漸
進的に加熱すること、その後、維持温度、温度維持時
間、冷却速度により決まる再結晶および最終構造を保証
するよう徐々に冷却することである。

金属シートの焼なまし処理は、シート状金属の連続生
産ラインによるか、または炉ベース上に１つまたはそれ
以上のシート状リールを積み重ねたベル型炉を利用して
非連続的に行われる。

このような焼なまし操業に利用される既知のベル型炉
では、一般的に支持プレートをもつ固定ベースがあり、
支持プレート上に１つまたはそれ以上のシート状リール
が載せられ、支持プレート下にシート状金属の酸化を避
けるために、焼なまし雰囲気内を循環させるタービンが
置かれている。内部カバーは内容物を周囲雰囲気および
炉雰囲気から絶縁する。このカバーは、ベース外周に環
状のジョイントを介在させて固定される。カバー自体は
ベル型炉で覆われ、そこへ、１つまたはそれ以上のシー
ト状金属リールからなる内容物を再加熱するための熱が
供給される。一般にこのベル型炉の加熱手段は、電気抵
抗かバーナーにより、焼なまし作業に必要な温度まで内
部カバー温度を上昇させる。内部カバーと焼なましされ
るリールとの間の熱伝達は輻射かタービンで強制循環さ
れる保護雰囲気の対流により行われる。

焼なまし後、ベル型炉を取り去り、内容物の熱を周囲
雰囲気に、内部カバーと内容物との間と同じ輻射および
対流の熱交換により内部カバーから放出して内容物の冷
却を行う。もちろん既知の外部冷却手段を利用して冷却
を促進することも可能である。

ベル型炉中の焼なまし作業は、低濃度の水素、一般に
は10％以下の水素を含む窒素の保護雰囲気中で行われ
る。

また内部カバー内の圧力は、作業中の内容物の酸化を
避けるために、周囲圧力より少し高い値で一定に維持さ
れる。さらに、ベースとカバー間にシールジョイントを
設けることにより、保護ガスの実質消費を避け、焼なま
し作業中に酸素の浸透を防ぐこともよく知られている。

一般に、シールジョイントは、通常の砂からなるジョ
イントにカバー下部を載せた流動タイプか、望まれれば
水冷も可能な成型ゴムエレメントからなっている。この
成型ゴムエレメントを、ベース外周に設けられた水冷フ
ランジと、同様にカバー下部に設けられた水冷カウンタ
ーフランジとの間に挿入することも可能である。このよ
うな水冷システムは、ベースと接触する保護カバーの下
を循環しているガスの温度上昇によるジョイントの熱分
解を避け、カバーを覆っている炉によってカバーが高温
になり熱損傷を受けることを避けるために必要である。

同様に、水素濃度の低い窒素保護雰囲気を、水素濃度
の高い（35〜100％）雰囲気に置き換えることによっ
て、処理された金属リールの冶金品質が向上し、該ベー
スの生産性が向上することも知られている。このような
雰囲気では、水素がよく拡散するので、消費および安全
性の点で、ベル型炉ベースと雰囲気との間のシールは一
層重要になる。一連のベル型炉における水素での焼なま
し技術の発達は、製造業者に上述のカバーとベース間の
シール技術を改良させることになった。

このようなシステムで、保護雰囲気が水素リッチのと
きに、流動タイプのジョイントを用いると全く不完全な
シールとなる。反対に、冷却タイプのフランジとカウン
ターフランジに依存することは、焼なまし操作の初めと
終わりごとに、内部カバーの冷却回路を断続する必要が
あるので、焼なまし段階での手動操作回数が増す不利が
ある。さらにベル型炉下部にかかる温度勾配のために熱
歪みが増し、短期又は中期間の操業でカバー下部の変形
を起し、シールが損なわれ、冷却不十分でジョイント破
壊も生じる。

（発明の概要） 本発明は、内部カバー下部の設計を簡単にするだけで
なく、ベースと内部カバー間のシール寿命を長くし得る
解決法を提供するものである。さらに本発明による内部
カバー下部の構造は、炉とカバー下部との間、保護雰囲
気とカバー下部との間の熱伝達を減らし、特に温度レベ
ルを下げることができる。一方、カバー金属の熱伝導に
より伝達された熱を、シールジョイント上のフランジで
確実に排除し得る。

本発明の装置を使用することにより、フランジの全部
分で低い温度レベルを保証し、循環水による冷却を要し
ない。さらに、フランジの温度は通常の熱歪みを起こさ
ない程度に十分に均一になる。既知の設備で通常生じる
熱歪みは、フランジを変形し、保護雰囲気を高温にし、
ジョイントを破壊し、洩れを急速に増加する。

最も広い見地から、本発明は金属の焼なまし操業を遂
行するためのベル型炉を含み、炉と内部カバー下部との
間の熱伝達を減らすことにより、炉の下部の変形を減少
させる手段を含んでいる。

さらに特記すべきことは、出願人は、予期に反して、
制御雰囲気下でシート状金属リールを焼なまし操業する
ためのベル型炉を発見したことである。

その炉は、１つまたはそれ以上の金属リールを載せる
支持プレートを具えた固定ベースと環状のジョイントを
介してベース上に載せられた内容物を周囲雰囲気から絶
縁する内部カバー、及び加熱手段を備え内部カバーを覆
う炉からなる。

本発明は、ベース外周および内部カバーから側面環状
壁を分離する環状スペースと、内部カバーの内部領域と
の間に半密閉バリヤーを設けることにある。さらに内部
カバー下部には冷却手段を備えているので熱流を低レベ
ルまで下げ、周囲雰囲気に分散する。

本発明による半密閉バリヤーは、望ましくは、固定ベ
ースの側壁上端に設けられた外周溝内の繊維質クッショ
ン材上に載置され、内部カバー下部の円錐カラーに溶接
された環状スリーブに取り付けられたリングからなって
いる。さらに、内部カバーをベースの側面環状壁から分
離している環状スペースが、少なくとも部分的に外部金
属シートで保護された一連の絶縁材料で囲まれている。

本発明による冷却手段は、内部カバー下方の円錐カラ
ーの下端部に接続された表面がフラットなフランジから
なり、フランジは溝キャリアーの溝内に充填されたパッ
キング材でもあるジョイント上に支持され、溝キャリア
ーはベースの外周上に設けられた水ケーシングで冷却さ
れている。

本発明は、制御雰囲気中でシート状金属リールの焼な
まし操業を遂行するベル型炉を提供するもので、この装
置は、１つまたはそれ以上の金属リールを載せる支持プ
レートをもつ固定ベースと、該ベース上に環状ジョイン
トを間に介在されて位置し、内容物を周囲雰囲気から絶
縁する内部カバーおよび内部カバーを覆う加熱手段を備
えた炉とからなる。

本発明は上記内部カバーの内部領域と、ベース外周及
び上記内部カバーから側面環状壁を分離する環状スペー
スとの間に半密閉バリヤーを使用する。

この方法により本装置は、下部フランジ中で発生した
熱を制限することができる。さらに、ジョイントに接し
て温度制御することにより、接触面は過熱または早期エ
ージングのおそれなく、通常の円形または楕円形断面の
ジョイントの代りに、１つまたはそれ以上の接点を持つ
平行六面体断面のジョイントを利用して非常な改善が可
能になる。

本発明によれば、半密閉バリヤーは、内部カバー下部
に溶接されたスリーブまたは円形プレートにより支持さ
れたリングからなり、固定ベースの円筒状側壁の上端に
沿って設けられた外周溝の中で、望ましくは、繊維質ク
ッション材上に載置される。

さらに、カバー下部と外部との間に熱交換を容易にす
るウイング（リブ）がある。望ましくは、これらのウイ
ングは、カバー下部とベース周辺の循環水により冷却さ
れた溝キャリヤーのジョイント上にあると共に、炉と周
囲雰囲気との間のシールを確実にするジョイントを支え
る環状冠または環状部材（溝キャリヤー）上のフラット
なフランジに溶接された放射状ウイングすなわちリブを
形成している。

本発明によるその他の特性と利点は、添付の図面とこ
れに基づく以下の説明から明らかになるが、本発明はこ
れのみに限定されないことはもちろんである。

第１図と第２図を参照すると、本発明によるベル型炉
は、ベル型炉14と、下にタービン８、上に例えば、冷圧
延または熱圧延されたシート状金属９の１つまたはそれ
以上のリールで構成された内容物が置かれる支持プレー
ト12から構成される。内容物は、内部カバー10により周
囲雰囲気から絶縁され、内部カバー10は、固定ベース11
の上にあり、第２図を用いて以下に説明するシール手段
が介在されている。内部カバー10は、円筒型カラー16か
らなり、その端部18で上部を限定し、これはフラットで
も凸面でもよく、その下部に台形円錐型カラー19をも
つ。

内部カバー10は、ベル型炉14で覆われている。ベル型
炉には通常の加熱手段があり（示されていない）、内容
物例えばリールに対して、内部カバー10内部に形成され
た保護雰囲気の強制循環により、輻射または対流で熱伝
達を行う構造である。この強制循環を実施する手段は、
よく知られており、ここでは説明を略する。

本発明によれば、半密閉バリヤーは、内部カバー10の
領域Ｃと、固定ベース11の円筒状側壁28と内部カバー10
とを分離する環状スベースＡとの間に形成される（第２
図参照）。この態様で、半密閉バリヤーは、環状スリー
ブ20の下端に溶接された、望ましくはアングルまたはチ
ューブによるリング22で形成される。環状スリーブ20自
体は、内部カバー10の下部に溶接される。図に見られる
ように、内部カバー10は円筒型カラー16を有し、円筒型
カラーの上部は端部18で示され、フラットまたは凸面で
あり、下部は先端を切り取った円錐型カラー19、すなわ
ち円錐台でもよい。この円錐型カラー19は、リング22を
支持する溶接された環状スリーブ20上にあるのが望まし
い。ベースの円筒状側壁28の上端内面に溶接された外周
溝26は、リング22を載せている繊維質のクッション24で
充填される。リング22とクッション24からなるシールシ
ステムは、領域Ｃと環状スベースＡとの半密閉ジョイン
トを構成する。内部カバーに接続する、円錐型カラー19
の下端部に、円筒状下部カラー36が溶接され、その上部
に外側に向かって環状部材38があり、その上に外方に向
かって環状溝40が溶接されている。環状溝40は、強化セ
ラミックファイバーなどでできたジョイント42を載せて
いる。ベル型炉14のベース底部44は、部分的にジョイン
ト42の上に載せられ、炉の高温雰囲気と外部雰囲気との
間をシールしている。内部カバーの下部すなわち円錐型
カラー19の外側には、少なくとも部分的に断熱材34と56
が配設されている。さらに、内部カバー10を、ベースの
円筒状側壁28から分離する環状スベースＡには、少なく
とも部分的に断熱材30が詰められ、その上に設けられた
金属シート32により外部に向かって保護されている。こ
の配置によって、タービン８により循環されるガスと、
ベース下部および内部カバーのより低温領域との間の対
流による熱伝達は避けられる。さらに内部カバー下部に
ある繊維質断熱材34,56のクッションは、炉14と内部カ
バー10の下部との間の輻射熱交換を減少させると共に、
炉の下部領域と内部カバー10の底部との間の、炉から出
る熱ガス対流を制限する。こうして、上に述べた態様
は、カバー下部に受け取る熱流を単一熱エネルギーすな
わちカバー構成金属の伝導熱流を減ずるのに寄与してい
る。この熱流の大部分は、内部カバー10下方の円錐型カ
ラー19の下部に位置するウイング54により、大気中に放
散または伝達される。

円錐型カラー19の底部に溶接された円筒状下部カラー
36の下部に、フランジ46が設けられている。このフラン
ジ46は、望ましくはフラットで溝キャリアー50にパッキ
ングされるジョイント48上に支持される。ジョイント48
は溝キャリアー50中に位置し、ベース外周に設けられた
環状のケーシング52中の水により冷却される。ジョイン
ト48は円筒形フランジでもよいが、望ましくは接触面接
の大きい平行環状断面例えば平行六面体型断面をもつジ
ョイントを利用した方がよい。それにより過熱によるジ
ョイントの機械的または弾性特性を減ずることなく、フ
ランジ46と溝キャリアー50の機械加工公差を増すことが
できる。さらにジョイント48はフランジ46との接触面
に、多少複雑な形の圧痕を残す。この圧痕により内部カ
バー10の重さによる完全な圧力分布を確認できる。この
配置は構成メンバー間の適切なシーリングを可能にして
いる。カバーの重みによりフランジ46にかかる圧力は、
ベースの周りにおかれたジャッキにより軽減されるた
め、フランジ46の最終圧力を確認すべきである。

上述したように、ウイング54は、内部カバー下部の円
錐型カラー19の伝導による熱エネルギーすなわち熱流を
放散させるためにある。第２図に示された制限されない
態様では、ウイング54は放射状に位置し、下方の円筒状
下部カラー36、フランジ46および環状部材38に溶接され
る。

上述の配置は、フランジ46に到達する熱エネルギーま
たは熱流を減少させ、周囲雰囲気へ熱エネルギーすなわ
ち熱流を放散させる。これにより種々の温度範囲におけ
る焼なましを可能にし、中でもフランジ46の温度は、ジ
ョイント48を構成する材料の耐熱限界より遥かに低くな
る。この配置は、二つのフランジまたは水冷ケーシング
間にジョイントを介在させないで、弾性材料（ゴムまた
はプラスチック材料）でできたジョイント48をフランジ
46と接触させて利用することを可能にする。さらに、フ
ランジ46に到達する熱エネルギーすなわち熱流の大きな
減少は、フランジに大きな熱応力を与えるフランジ46の
小径側と大径側との間の温度勾配を避けることができ、
結果として短期、中期操業でのフランジ46の変形を防止
している。

特別な手段、材料、態様に関して本発明が記されてき
たが、本発明は開示された特殊なものに限定されること
なく、特許請求の範囲で全ての同等事項に拡大されると
理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による焼なまし用ベル型炉を説明した構
成図である。第２図は本発明によるベル型炉の内部カバ
ー下部を示す拡大部分縦断面図である。 符号の説明 ８……タービン、９……シート状金属、 10……内部カバー、11……固定ベース、 12……支持プレート、13……ベースプレート、 14……ベル型炉、16……円筒型カラー、 18……端部、19……円錐型カラー、 20……環状スリーブ、22……リング、 24……クッション、26……外周溝、 28……円筒状側壁、30……断熱材、 32……金属シート、34……断熱材、 36……円筒状下部カラー、38……環状部材、 40……環状溝、42……ジョイント、 44……ベース底部、46……フランジ、 48……ジョイント、50……溝キャリヤー、 52……ケーシング、54……ウイング、 56……断熱材、 Ａ……環状スペース、 Ｃ……内部領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−16609（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−51807（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−149962（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭61−18036（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21D 9/663 - 9/677

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御雰囲気下でロール状金属シートを焼な
   ましするための炉であって、 a.上部に処理される１乃至複数の該ロールを載せるため
   の支持プレート（12）を有するベースプレート（13）上
   に設けられた固定ベース（11）と、 b.内容物を周囲の雰囲気と炉の雰囲気から絶縁し、パッ
   キング材（48）を介してベースプレート上に載置され
   た、円錐型カラー（19）及び円筒状下部カラー（36）を
   有する内部カバー（10）と、 c.前記内部カバーを覆い、加熱手段を有する炉と、 d.前記固定ベースと、前記円錐型カラー（19）及び円筒
   状下部カラー（36）から固定ベース周囲の円筒状側壁
   （28）を分離する内部領域Ｃと環状スペースＡとの間に
   設けられた半密閉バリヤーを有し、該半密閉パリヤー
   は、円錐型カラー（19）に溶接された環状スリーブ（2
   0）とリング（22）からなり、円筒状側壁（28）の上端
   に設けられた外周溝（26）内に繊維質クッション（24）
   を有する内部カバー（10）の内部領域Ｃに対する熱的絶
   縁シール手段と、 e.円筒状下部カラー（36）の下部に溶接されたフラット
   部材（46）を、溝キャリヤー（50）溝内のパッキング材
   （48）を介して、ベースプレート（13）の周辺に配設さ
   れた環状の水ケーシング（52）に接続してなる前記カラ
   ーの下部を冷却する冷却手段と、さらに、 f.前記固定ベースの円筒状側壁（28）に設けられ、該円
   筒状側壁（28）と内部カバー（10）とを隔てる環状スペ
   ースＡから、少なくとも一部を金属シート（32）によっ
   て保護された断熱材（30）と、 g.前記内部カバー（10）の下部に配設された繊維質断熱
   材（34及び56）と、 を有することを特徴とする焼なまし用ベル型炉。
2. 【請求項２】前記パッキング材（48）は、大きな接触面
   積を有する平行環状断面を有し、変形により、前記内部
   カバー（10）の重量による圧力が均一に分布するよう
   に、フラット部材（46）との接触面に圧痕を生じる、請
   求項１に記載の焼なまし用ベル型炉。
3. 【請求項３】前記内部カバー（10）下方の円筒状下部カ
   ラー（36）にリブ（54）が設けられている請求項１又は
   ２に記載の焼なまし用ベル型炉。