JP2843257B2 - 水素ガスを含む雰囲気ガスを使用する熱処理炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステンレス鋼帯の如き
金属帯をその表面に酸化皮膜を形成させない状態で焼鈍
したりひずみ取り焼きなまししたりする熱処理を行うた
めの水素ガスを含む還元性の雰囲気ガスを使用する熱処
理炉であって、出入口シール部における静電気によるス
パークを原因とする爆発若しくは火災の発生を防止でき
る構成とした水素ガスを含む雰囲気ガスを使用する熱処
理炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼帯の如き金属帯をその表面
に酸化皮膜を形成させない状態で光輝焼鈍したりひずみ
取り焼きなまししたりする熱処理を行う熱処理炉は、そ
の内部に水素ガスを含む還元性の雰囲気ガス（以下、単
に炉内ガスと言うことがある）が送気されていて、金属
帯の炉への出入口にはフエルト等のパッドにより炉内ガ
スを外気と遮断（以下、シールと称することがある）す
る装置が多く用いられて来た。

【０００３】このような構成の水素ガスを含む雰囲気ガ
スを炉内ガスとして使用する熱処理炉においては、炉内
ガスの露点の上昇によりガスの還元能力が低下して炉内
で熱処理中の金属帯表面が酸化されて着色するような現
象が発生することがないように露点を少なくとも−５０
℃近くに保持することが必要である。炉内を炉内ガスの
雰囲気とするためには炉全体を外気の侵入を防止できる
密封構造にしなければならないが、金属帯の炉内への出
入口において機械的なシール装置だけで完全なシール効
果を発揮させることは不可能であるため、炉内に空気が
侵入しないように炉内ガスの圧力は大気圧より僅かに高
い圧力に常時維持されていて、炉内ガスの一部が常時出
入口シール部から大気中に漏洩するように構成されてい
る。

【０００４】以下に、水素ガスを含む還元性の雰囲気ガ
スを使用する熱処理炉の代表例として、従来の一般的な
竪型連続光輝焼鈍炉について説明する。図４は従来のダ
ウンヒート型の竪型連続光輝焼鈍炉の構造説明図であ
り、ステンレス鋼帯等の金属帯１はロール４でその進行
方向を変向せしめられて入口シール部３を通って炉体２
内へ入り、炉体２内のロール４でその進行方向を変向せ
しめられて加熱帯５で加熱された後に冷却帯６で冷却さ
れ焼鈍されて出口シール部７を通って出て来て、ロール
４でその進行方向を変向せしめられて送板される。炉体
２内には水素ガスを含む炉内ガス11が常時注入されてお
り、炉内圧力は１０〜５０mmＨ₂Ｏ程度に保たれていて
出入口シール部３，７から炉内ガス11が少しずつ外気へ
漏れ出ている。

【０００５】図５は従来のフエルトによる出入口シール
部の１例の正面説明図、図６は図５の要部を示す側面説
明図、図７は図６におけるＡ−Ａ断面図、図８は従来の
フエルトによる出入口シール部の他の１例の要部断面説
明図であり、押圧体（図５〜７に示した実施例では金属
ロール）９とシール金物10との間には弾性を有するフエ
ルト８が挟まれている。このフエルト８は金属帯１との
摩擦により引張られるが、金属ロール９は廻り止めを施
されており、フエルト８にゴミや汚れが蓄積した場合に
廻り止めを外して金属ロール９を回転させてフエルト８
の清浄な部分を金属帯１へ接触させる時を除いて通常は
回転することはない。このように金属ロール９を介して
フエルト８を金属帯１と炉体２の炉壁に一端を固定され
ているシール金物10とに押し付けるロール駆動機構につ
いて簡単に説明すると、アーム14は回転中心となる支点
軸15に枢着されており、その先端部には金属ロール９の
ロール軸16を支持する軸受17が取り付けられており、後
端部にシリンダー13により駆動されるピストンロッドの
作動力が加わる構造となっており、２本の金属ロール９
はその間を通過する金属帯１に押し付けられると同時に
シール金物10にも押し付けられて炉体１内が外気と遮断
され、炉内ガス11がシールされる。このフエルト８は金
属帯１より幅が広く、金属帯１の幅方向端部においてフ
エルト８の弾性により金属帯１の板厚分の隙間ができる
ことを防止している。この態様においては押圧体９とし
て金属ロールを示したが、例えばエアシリンダ13などに
よって移動せしめられて金属帯１とシール金物10とにフ
エルト８を押し付けることができれば、押圧体９の形状
は図８に示す如く断面形状が円形でなくても差し支えな
い。このような構造において、押圧体９の断面形状が円
形であってもなくても、フエルト８の近傍には炉内から
フエルト８自体や各部材間の僅かな隙間を通って漏れて
来た炉内ガス11と空気との混合気12が存在している。

【０００６】図９，１０，１１は弾性体がライニングさ
れた金属ロールが回転する他の従来の出入口シール部の
説明図であり、図９は側面図、図１０は図９におけるＣ
−Ｃ線矢視図、図１１は図９におけるＢ−Ｂ線断面図で
あり、押圧体９としてロールを使用して金属帯１へ挟み
付ける機構は前記と全く同様であるので説明は省略する
が、ここで使用する押圧体９であるロールはゴム等のス
リーブを嵌着したりゴム等のベルトを巻き付けたりして
ライニングされている弾性のロールである。このような
構造においても金属帯１の板幅端部には一対の弾性のロ
ール９の間に僅かの隙間が、またこの弾性のロール９と
接するフエルトパット10aに繊維の隙間が存在するの
で、弾性のロール９の外部近傍にはこれらの隙間を通っ
て漏れて来た炉内ガス11と空気との混合気12が存在して
いる。

【０００７】このように水素ガスを含む還元性の雰囲気
ガスを使用する熱処理炉の出入口シール部には隙間を通
って漏れて来た爆発若しくは火災の危険性を有する可燃
性の水素ガスと空気との混合気12が存在しており、例え
ば連続光輝焼鈍炉の場合には炉内ガス11の露点が−５０
℃近くの非常に乾燥したガスであることから前記混合気
12が存在している周辺は静電気の起き易い状態となって
いる。このような状態にあるため図９，１０，１１の押
圧体９が導電性の小さいものであると、その表面には連
続する金属帯１への押付・引離しによる静電気と摩擦を
主原因とする静電気とにより約±1000Ｖ〜±15000Ｖ程
度の静電気が発生する。この静電気の電圧は、金属帯１
の板厚が厚い場合に金属帯１のエッジ部の両側の押圧体
９が金属帯１に接触しなくなる部分に隙間が発生しない
ように押付力を大きくして押圧体９同士が密着するよう
にした場合や、押圧体９としての弾性のロールの回転速
度が大きい場合などは、特に高くなる傾向がある。金属
帯１は図４に示す如く巻戻機，巻取機等の対地接地2aを
行っている設備内にあり、押圧体９は常時金属帯１へ接
して対地接地が行われている筈であるが、押圧体９の帯
電位は下がらないのが現状である。そこで押圧体９に金
属ブラシや導電物を接触させて帯電した静電気を除去し
ようとしても、押圧体９が導電性の小さい物質の場合は
押圧体９の全周を水素ガスを含む炉内ガス11が空気中に
流出した混合気12の発火を防止する電位（一般的に±10
00Ｖ未満と言われる）まで常時下げることは困難であ
り、その結果従来の出入口シール部では帯電した静電気
が僅かにスパークしただけでその周囲に存在する水素ガ
スと空気の混合気12を発火させて火災が発生するという
問題点があった。

【０００８】また、図５，６，７，８の如きフエルト８
を用いたシール装置では、常時フエルト８が移動する場
合でも定期的に移動する場合でも、移動時には対向して
いたフエルト８同士が摩擦した後に剥離することから高
電圧が発生し、対地接地された金属帯１や構造物にスパ
ークを飛ばすことがあり、火災の原因となる欠点があっ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
水素ガスを含む雰囲気ガスを使用する熱処理炉におい
て、静電気のスパークを原因とする爆発若しくは火災の
発生を安全で且つ信頼性が高い状態で防止できる構成と
することを課題とする。

【００１０】このような課題を解決するために、本出願
人は特開昭６２−２８７０２０号公報で出入口シール部
の外部近傍の静電気の起き易いロールやフエルトパッド
に向けてイオンを吹き付けるイオン雰囲気発生器を設け
てロールやフエルトパッドの帯電電位を低下せしめる方
法や、特開昭６２−２１４１３４号公報で出入口シール
部のロールの材質の電気比抵抗値を所定範囲のものとす
る方法などを提案した。しかしながら、前者の方法では
出入口シール部の外部近傍の静電気の起き易いロールや
フエルトに向けて発生させたイオンを吹き付ける風圧が
前述したように炉内圧力を炉外圧力より高くして出入口
シール部から炉内ガスが少しずつ外気へ漏れ出してくる
ガス流出と対向する型となって必要な箇所へ充分にイオ
ンを供給することができないこと、配管や構造物の影で
はイオンが届かないこと、ロールの回転による空気の巻
込み効果が加わって炉内ガス中に酸素が混入する状態を
作り易いことなどの理由で好ましくなく、また後者の方
法は出入口シール部のロールの材質に所定の性能を得る
ための特殊な材料配合を行わなければならず且つ製造技
術も高度となるため、製作コストが高価となる欠点があ
った。また、前者の方法のうち、高電圧を針状突起物に
かけるやり方は、それ自身がスパークを出す可能性があ
って却って火災の危険を与える欠点があると共に、空気
中の放電は僅かではあるがオゾン（Ｏ₃）の発生も起こ
し、人が近付くと有害であるばかりでなく弾性のロール
の寿命にも影響を与える恐れがあった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決すべく更に種々検討した結果、前記各公報で開示した
対象物の一つである連続塗装設備においては、出入口シ
ール部の内外で特別に圧力差が要求されないので出入口
シール部の内外で通常圧力差は存在しないが、水素ガス
を含む雰囲気ガスを使用する熱処理炉においては前述し
たように炉内に空気が侵入しないように炉内ガスの圧力
は大気圧より僅かに高い圧力に常時維持されていて水素
ガスを含む雰囲気ガスが炉外に常時漏れ出ているから、
出入口シール部から漏れ出る炉内ガスにイオン発生器で
発生させたイオンを搬送させれば出入口シール部で発生
する静電気を帯電した箇所と雰囲気ガスが漏れ出す箇所
とが同一か又は直近であるために有効に除去できて静電
気のスパークを原因とする爆発若しくは火災の発生を防
止でき、更に炉内においては酸素は殆ど存在しないと言
っても過言では無い状態にあるから仮りにこのイオン発
生器でのイオン発生を行うコロナ放電が何等かの原因で
アーク放電に変わっても酸素が存在しない炉内において
は爆発若しくは火災の発生の心配が無いことを究明して
本発明を完成したのである。

【００１２】すなわち本発明は、水素ガスを含む還元性
の雰囲気ガスを使用する熱処理炉であって、炉内の出入
口シール部近傍に該出入口シール部に向けてイオンを吹
き付けるイオン発生器が設けられていることを特徴とす
る水素ガスを含む還元性の雰囲気ガスを使用する熱処理
炉に関するものである。

【００１３】以下、図面により本発明に係る水素ガスを
含む還元性の雰囲気ガスを使用する熱処理炉について詳
細に説明する。図１は本発明に係る水素ガスを含む還元
性の雰囲気ガスを使用する熱処理炉の入口シール部の１
実施例を示す正断面図、図２は防爆型のイオン発生器の
構造を示す説明図、図３は他のイオン発生器の構造を示
す説明図である。

【００１４】図１において、押圧体９は図９，１０，１
１の如く金属帯１をシールする弾性体のスリーブを嵌着
したり弾性体のベルトを巻き付けたりして弾性体がライ
ニングされた金属ロール（弾性の回転ロール）であって
も、図５，６，７，８の如く金属帯１をフエルト８を介
して押圧するものにあっては金属製又は弾性体のスリー
ブを嵌着したり弾性体のベルトを巻き付けたりして弾性
体がライニングされた金属ロール等であっても良く、そ
の断面形状は図８の如く円形ではないものであっても差
し支えない。10はシール金物、10aはシール金物10の表
面に固定されているフエルトパッドであって、これらは
従来の出入口シール部に設置されて金属帯１が押圧体９
である弾性の回転ロール間を通って矢印の方向に移動さ
れる点では同じであるが、本発明においては熱処理炉の
出入口シール部の近傍の炉内に、その出入口シール部に
向けてイオン18dを吹き付けるイオン発生器18が設けら
れている点にその特徴を有している。

【００１５】このイオン雰囲気発生器１８としては、図
１及び図２に示すように絶縁物１８ａに埋め込まれた高
電圧ケーブル１８ｂとこの絶縁物１８ａから突出されて
いてアース１８ｃａされている針状突起物１８ｃとから
構成されており針状突起物１８ｃと絶縁物１８ａに埋め
込まれた高電圧ケーブル１８ｂとの間のコロナ放電でイ
オン１８ｄが生成される防爆型のイオン発生器（例えば
株式会社伸興で販売している防爆型静電除去装置）であ
ることが好ましいが、図３に示すように絶縁物１８ｆで
被覆されていて高電圧がかけられる導電物から突出され
ている針状突起物１８ｃとアース１８ｅａされている導
電物１８ｅとから構成されており針状突起物１８ｃと導
電物１８ｅとの間のコロナ放電でイオン１８ｄが生成さ
れる通常のイオン発生器（例えばシシド静電気株式会社
で販売している電圧印加式静電除去装置）であっても差
し支えない。

【００１６】

【作用】前記した如き本発明に係る水素ガスを含む雰囲
気ガスを使用する熱処理炉は、金属帯１をその表面に酸
化皮膜を形成させない状態で熱処理するための水素ガス
を含む雰囲気ガスを使用する熱処理炉の出入口シール部
の近傍の炉内に、その出入口シール部に向けてイオン１
８ｄを吹き付けるイオン発生器１８が設けられているも
のであり、このように炉内であって出入口シール部の近
傍にイオン発生器１８がその出入口シール部に向けてイ
オン１８ｄを吹き付けるように設けられていると、この
イオン発生器１８が設けられている熱処理炉は熱処理す
る金属帯１の表面に酸化皮膜を形成させないために水素
ガスを含む雰囲気ガスを使用するものであるから、炉内
に空気が侵入して爆発が発生しないように炉内ガス１１
の圧力は出入口シール部の外部の大気圧より僅かではあ
るが高く設定されていて出入口シール部から炉内ガス１
１が例えば１ｍ幅のステンレス鋼帯用の炉では約１００
〜２００Ｎｍ^３／Ｈｒ程度漏洩しているから、イオン発
生器１８から出入口シール部に向けて吹き付けられたイ
オン１８ｄは金属帯１の走行方向に関係無くこの漏洩炉
内ガスと共に出入口シール部から炉外に出てくるので、
金属帯１と押圧体９である弾性のロールとが接するタイ
プでは弾性のロールの連続する金属帯１への押付・引離
しやフエルトパッド１０ａとの摩擦によって生じる出入
口シール部の静電気が、また金属帯１とフエルト８とが
接するタイプではフエルト８の移動に伴ないフエルト８
同士が摩擦した後に剥離することによる帯電が発生する
出入口シール部の静電気が、それぞれ中和されて押圧体
９やフエルト８の帯電電位が低下せしめられるのであ
る。

【００１７】

【発明の効果】以上に詳述した如き本発明に係る水素ガ
スを含む雰囲気ガスを使用する熱処理炉は、炉の出入口
シール部の近傍の炉内にその出入口シール部に向けてイ
オンを吹き付けるイオン発生器が設けられているので、
吹き付けられたイオンは炉内の圧力より低い大気圧側に
漏洩する炉内ガスと共に炉外に向けて移動するため、出
入口シール部が金属帯を弾性体がライニングされた金属
ロールでシールする構造であっても、金属帯をフエルト
を介して押圧体で押圧してシールする構造であっても、
そのシール部での静電気の発生を著しく低減できるの
で、発生する静電気によるスパークによる火災防止に著
しい効果があり、しかも金属帯に対する悪影響も全くな
いのである。

【００１８】そしてイオン発生器が、絶縁物に埋め込ま
れた高電圧ケーブルとその絶縁物から突出されていてア
ースされている針状突起物とから構成されている防爆型
のイオン発生器である場合には仮りに炉内雰囲気ガスに
酸素が混入しても爆発や火災の危険性が全く無くて好ま
しいが、高電圧がかけられる針状突起物とアースされて
いる導電物とから構成されている通常のイオン発生器で
あっても炉内雰囲気ガス中において出入口シール部近傍
の炉内雰囲気ガスの酸素濃度（通常５０ｐｐｍ以下であ
る）が或る程度高い場合においてこのイオン発生器にお
いてスパークが発生してもその部分の炉内雰囲気ガスの
みが燃焼するだけで、発生したＨ_２Ｏは大気圧より高い
炉内圧によってシール部より排出され、炉内の露点は却
って良くなるし他の部分における炉内雰囲気ガスは酸素
濃度が低いために燃焼しないから問題が無いことから使
用可能である。

【００１９】このような効果を有する本発明に係る水素
ガスを含む雰囲気ガスを使用する熱処理炉は、水素ガス
を含む雰囲気ガスを使用するにも拘らず静電気による爆
発や火災が発生する危険性が無く安全性において優れて
おり、しかも従来から存在する水素ガスを含む雰囲気ガ
スを使用する熱処理炉の出入口シール部の近傍の炉内に
その出入口シール部に向けてイオンを吹き付けるイオン
発生器を設けるだけで良いので実施が極めて容易であ
り、その工業的価値は非常に大きなものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水素ガスを含む還元性の雰囲気ガ
スを使用する熱処理炉の入口シール部の１実施例を示す
正断面図である。

【図２】防爆型のイオン発生器の構造を示す説明図であ
る。

【図３】他のイオン発生器の構造を示す説明図である。

【図４】従来のダウンヒート型の竪型連続光輝焼鈍炉の
構造説明図である。

【図５】従来のフエルトによる出入口シール部の１例の
正面説明図である。

【図６】図５の要部を示す側面説明図である。

【図７】図６におけるＡ−Ａ断面図である。

【図８】従来のフエルトによる出入口シール部の他の１
例の要部断面説明図である。

【図９】弾性のロールが回転する従来の出入口シール部
の側面説明図である。

【図１０】図９におけるＣ−Ｃ線矢視図である。

【図１１】図９におけるＢ−Ｂ線断面図である。

【符号の説明】

１ 金属帯 ２ 炉体 2a 対地接地 ３ 入口シール部 ４ ロール ５ 加熱帯 ６ 冷却帯 ７ 出口シール部 ８ フエルト ９ 押圧体 10 シール金物 10a フエルトパッド 11 雰囲気ガス（炉内ガス） 12 混合気 13 シリンダー 14 アーム 15 支点軸 16 軸 17 軸受 18 イオン発生器 18a 絶縁物 18b 高電圧ケーブル 18c 針状突起物 18ca アース 18d イオン 18e 導電物 18ea アース 18f 絶縁物

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属帯をその表面に酸化皮膜を形成させ
   ない状態で熱処理するための水素ガスを含む雰囲気ガス
   を使用する熱処理炉の出入口シール部の近傍の炉内に、
   該出入口シール部に向けてイオンを吹き付けるイオン発
   生器が設けられていることを特徴とする水素ガスを含む
   雰囲気ガスを使用する熱処理炉。
2. 【請求項２】 イオン発生器が、絶縁物に埋め込まれた
   高電圧ケーブルと該絶縁物から突出されていてアースさ
   れている針状突起物とから構成されている防爆型のイオ
   ン発生器である請求項１に記栽の水素ガスを含む雰囲気
   ガスを使用する熱処理炉。
3. 【請求項３】 イオン発生器が、高電圧がかけられる針
   状突起物とアースされている導電物とから構成されてい
   るイオン発生器である請求項１に記載の水素ガスを含む
   雰囲気ガスを使用する熱処理炉。
4. 【請求項４】 出入口シール部が、弾性体がライニング
   された金属ロールで金属帯をシールする構造である請求
   項１から３までのいずれか１項に記載の水素ガスを含む
   雰囲気ガスを使用する熱処理炉。
5. 【請求項５】 出入口シール部が、フエルトを介して押
   圧体で押圧して金属帯をシールする構造である請求項１
   から３までのいずれか１項に記載の水素ガスを含む雰囲
   気ガスを使用する熱処理炉。
6. 【請求項６】 押圧体が、金属ロール又は弾性体をライ
   ニングされた金属ロールである請求項５に記載の水素ガ
   スを含む雰囲気ガスを使用する熱処理炉。