JP4393607B2

JP4393607B2 - 連続加熱炉

Info

Publication number: JP4393607B2
Application number: JP33790498A
Authority: JP
Inventors: 智渋谷; 健一朗上田; 直利竹内
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: JP2000160258A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属帯を連続的に加熱して焼鈍などの熱処理を行う連続加熱炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、金属帯の連続焼鈍炉などとして、図８に示すような構成の加熱帯を有する連続焼鈍炉が用いられている。図８（ａ）は、実開昭５６−４２９６７に開示されている連続焼鈍炉の加熱帯の構成を示す。金属帯であるストリップ１は、加熱帯２に設けられる電気ヒータ３で加熱され、焼鈍温度に達する。電気ヒータ３とストリップ１との間には、熱輻射板４が設けられ、ストリップ１の表面が局部的に加熱されることなく、均一に全体が加熱されるようにしている。
【０００３】
図８（ｂ）は、特開平４−２１０４３１に開示されている先行技術の加熱帯２に相当する部分の構成を示す。この先行技術では、ストリップ１を偏平な筒状のマッフル５で覆い、ストリップ１の走行方向に複数区間に分割した電気ヒータ６で加熱する。
【０００４】
電気ヒータ３は、ストリップ１の表面を均一に加熱する目的で制御される。連続焼鈍炉内を通板させるストリップ１は、通板速度が速いほど生産効率をあげることができる。ただし、金属帯の処理温度に変動があると、品質の良好な金属帯を得ることができなくなる。図８（ａ）または図８（ｂ）の先行技術では、熱輻射板４またはマッフル５によって、内周側のストリップ１に均一に熱を伝達させようとしている。
【０００５】
なお、特開昭６３−２７７１３には、磁気特性に優れた一方向性ケイ素鋼板の製造方法として、中間焼鈍を鋼板の長手方向ないし幅方向に連続的または段階的に焼鈍温度を変えて行う考え方が開示されている。この考え方では、均一な加熱ではなく、温度が変化するような加熱が求められる。ただし、どのようにして焼鈍温度を変化させるかについては不明である。
【０００６】
図９は、従来の連続焼鈍炉などで、電気ヒータ３に給電するために設ける端子部の概略的な構成を示す。導電性金属の棒状のターミナルロッド１０は、フランジ部１１を有し、連続焼鈍炉の炉壁１２に設ける取付座１３内に炉壁１２の外側から挿入される。炉壁１２は、取付座１３の部分を除いて耐火物レンガ１４で形成される。取付座１３は、耐火物レンガ１４をレンガ積する際に取付けられる。取付座１３内に挿入されているターミナルロッド１０の周囲には、耐熱性を有するセラミックファイバによる中間パッキン材１５が押し込まれている。炉壁１２の内側は、耐熱材料によるシール材１６によって封止される。中間パッキン材１５の外周側は、複数枚のガスケット１７を介して、フランジ部１１で押圧される。フランジ部１１は、取付座１３に溶接されるボルト１８に対して、ナット１９を用いて固定される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示すような先行技術では、図８（ａ）の熱輻射板４や図８（ｂ）のマッフル５の表面からストリップ１の表面に、局部的に加熱されることなく均一に輻射伝熱がなされ、ストリップ１の幅方向で材質がバラツクことはない。しかし、熱輻射板４やマッフル５は、たとえばインコネル６００のような耐熱性金属材料で形成されているため、耐熱温度が１１５０℃程度であり、ストリップ１の目標材温と炉温との差が小さいため通板速度を高める高速焼鈍ができない。
【０００８】
図８（ａ）の熱輻射板４や図８（ｂ）のマッフル５を使用しないで、加熱帯の温度を高くして直接電気ヒータからストリップ１へ輻射伝熱をすれば高速焼鈍ができるが、側面側からの輻射も加わるので、ストリップ１の幅方向の中央部よりも幅方向の両外縁側の方が輻射で受ける熱が多くなり、温度が上昇しやすく、材質のバラツキが大きくなってしまう。たとえばステンレス鋼を焼鈍の対象とする連続焼鈍炉では、ＳＵＳ３０４系の場合、次の表１に示すように、焼鈍の効果を表す硬さが、中央部と左右のエッジ部とでバラツキ、左右のエッジ部の方が中央部よりも硬度が低く焼鈍温度が高いことを示している。
【０００９】
【表１】

【００１０】
さらに、図９に示すような端子部の構造では、たとえばシール材１６や中間パッキン材１５の周囲を完全には気密に封止することができず、加熱帯内部の雰囲気が乱されて、加熱帯内部を還元性雰囲気にして熱処理を行おうとしている場合であっても、酸素などが侵入して金属帯の表面に着色する領域が生じてしまったりしやすくなる。
【００１１】
本発明の目的は、熱処理される金属帯の材質や品質のバラツキを防止し、通板速度を高めることが可能な連続加熱炉を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、連続的に通板される金属帯が目標材温となるように加熱する加熱帯を備える連続加熱炉において、
加熱帯で金属帯の表面に対向し、金属帯の通板方向に垂直な幅方向で３分割以上に分けて配置される加熱帯ヒータと、
加熱帯ヒータの分割部分の加熱出力を個別に制御する制御装置とを含み、
前記加熱帯は、耐火物レンガによって形成される炉壁を備え、
前記加熱帯ヒータに外部から給電する部分は、
炉壁に形成される貫通孔に挿通され、内側の先端で加熱帯ヒータに接続され、外側の先端近傍に、該貫通孔の内径よりも径が大きいフランジ部を有するターミナルロッドと、
ターミナルロッドのフランジ部の内側と炉壁の表面から突起したフランジ部との間に介在され、外径がターミナルロッドのフランジ部の外径よりも大きく、耐熱材料から成る内側ガスケットと、
ターミナルロッドの外側端部に挿入される外側ガスケットと、
押え板と、
外側ガスケットの内周とターミナルロッドの外周との間の隙間を、ターミナルロッドの外側端部側から覆い、耐熱材料から成るパッキンと、
ターミナルロッドの外側端部側でパッキンを外側ガスケット表面に対して押圧する押圧部材とを含み、
ターミナルロッドのフランジ部は、内側ガスケットおよび外側ガスケットに挟まれ、
内側ガスケットおよび外側ガスケットは、押え板によって押えられ炉壁の表面から突起したフランジ部に対して固定されることを特徴とする連続加熱炉である。
【００１３】
本発明に従えば、加熱帯ヒータは、金属帯の通板方向に垂直な幅方向で３分割以上に分けて配置され、制御装置は各分割部分の加熱出力を個別に制御するので、金属帯の幅方向における材温を均一になるように調整し、材質のバラツキを防止して通板速度を高めて生産性の向上を図ることができる。
また本発明に従えば、加熱帯で加熱帯ヒータに外部から給電する部分を、内側ガスケットと外側ガスケットとでターミナルロッドのフランジ部を挟み、ターミナルロッドが挿通される炉壁の貫通孔とターミナルロッドとの間を確実に封止することができる。ターミナルロッドの外周と外側ガスケットの内周との間の隙間は、ターミナルロッドの外側端部からパッキンを、押圧部材で押し付けて封止するので、金属帯の通板方向に垂直な幅方向で３分割以上に分けて配置される加熱帯ヒータへの給電部分のターミナルロッドが挿通される貫通孔が増孔しても気密性を高め、加熱帯での雰囲気を損なわずに、金属帯の加熱を行うことができる。
【００１４】
また本発明で、前記制御装置は、前記加熱帯ヒータで、金属帯の幅方向の中央部分に対応する分割部分を、金属帯の幅方向の両側縁部分に対向する分割部分よりも高温とする制御系を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、金属帯の幅方向に３以上に分割した加熱帯ヒータの分割部分を、金属帯の中央部分に対向する部分が幅方向の両側縁部分に対向する分割部分よりも高温となるように制御するので、均一に加熱するときには側縁部分よりも温度が低下する中央部分を、側縁部分と同等に加熱して、均一な熱処理を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の連続焼鈍炉２０の主要部分の概略的な構成を示す。連続焼鈍炉２０は、ステンレス鋼帯などの金属帯であるストリップ２１を連続的に通板しながら、たとえば焼鈍などの熱処理に必要な温度まで加熱する加熱帯２２を有する。加熱帯２２には、ストリップ２１の通板方向に垂直な幅方向に３分割されている電気ヒータ２３ａ，２３ｂ，２３ｃを有する。各電気ヒータ２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、制御装置２４ａ，２４ｂ，２４ｃでそれぞれ個別的に制御され、中央部分の電気ヒータ２３ｂの設定温度が両側縁のエッジ部の電気ヒータ２３ａ，２３ｃの設定温度よりも高くなるように制御される。ストリップ２１は、幅方向の中央部分が電気ヒータ２３ｂからの輻射で加熱され、幅方向の両エッジ部分が電気ヒータ２３ａ，２３ｃからの輻射熱で加熱される。中央部分の電気ヒータ２３ｂの設定温度が両エッジ部分の電気ヒータ２３ａ，２３ｃの温度よりも高くなるように設定されているので、ストリップ２１の幅方向の到達温度は、中央部分も両サイド部分もほぼ同一として均一な加熱を行うことができる。
【００１９】
図２は、図１の電気ヒータ２３ａ，２３ｂ，２３ｃの部分の構成を示す。連続焼鈍炉２０の炉壁は、耐火物レンガ内張り２５、耐火物レンガ外層２６および鉄鋼材料による外壁フランジ部２７によって構成される。図３に示すように、電気ヒータ２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、ストリップ２１の幅方向に３分割された各部分が、それぞれ電気的に連続するように接続される。図４に示すように、各ヒータ素線２８は、支持具２９によって吊下げられる。なお、ヒータ素線２８は、たとえばモリブデン（Ｍｏ）などの耐熱性金属で形成される。
【００２０】
図５は、図１に示す連続焼鈍炉２０を含む連続光輝焼鈍設備３０の概略的な構成を示す。連続光輝焼鈍設備３０では、ペイオフリール３１，３２からストリップ２１が供給され、テンションリール３３で巻き取られる間に、水素などを含む還元性雰囲気下での焼鈍が行われる。ストリップ２１を、連続的にかつ高速で通板させるために、複数のペイオフリール３１，３２は、交互に使用され、たとえば一方のペイオフリール３１から供給しているストリップ２１が終了しようとするときには、他方のペイオフリール３２から供給されるストリップ２１と、溶接機３４で溶接されて接続される。複数のペイオフリール３１，３２から連続的にストリップ２１は供給され、整形機３５で変形状態が矯正された後、入側ルーパ３６を介して連続焼鈍炉２０に供給される。連続焼鈍炉２０は、縦型であり、内部を還元性雰囲気に保ってストリップ２１の表面を酸化させないようにして焼鈍する光輝焼鈍処理を行う。
【００２１】
連続焼鈍炉２０に取り込まれるストリップ２１は、下側の入口から頂部に向かって上昇し、さらに頂部から下側の出口に向かって下降する間に、加熱帯２２による加熱と、加熱後の空冷とが行われる。連続焼鈍炉２０の出口から出たストリップ２１は、出側ルーパ３７を介して剪断機３８に達し、元のコイル毎に切断されてテンションリール３３に巻き取られる。ストリップ２１は、連続焼鈍炉２０内でできるだけ一定の通板速度を維持することができるように、入側ルーパ３６および出側ルーパ３７で、ペイオフリール３１，３２の交換やテンションリール３３でのコイル毎の巻き取り処理に必要な時間だけ、入側ルーパ３６よりも上流側あるいは出側ルーパ３７よりも下流側の通板速度を低速にし、あるいは停止させることができる。
【００２２】
図６は、図１の実施形態の連続焼鈍炉２０に設けられる電気ヒータ２３ａ，２３ｂ，２３ｃへの給電部の構成を示す。金属製のターミナルロッド４０の先端には、電気ヒータ２３ａ，２３ｂ，２３ｃの先端が溶接され、電気的に接合される。ターミナルロッド４０は、概略的に棒状であり、外側寄りの部分にロッドフランジ部４１を有する。ロッドフランジ部４１よりも内側寄りの部分は、連続焼鈍炉２０の炉壁の耐火物レンガ内張り２５および耐火物レンガ外層２６中に形成される貫通孔４２に挿入される。貫通孔４２の開口部の周囲から外壁フランジ部２７とロッドフランジ部４１との間には、内側ガスケット４３が介在され、気密に封止する。ロッドフランジ部４１の外側には、外側ガスケット４４がターミナルロッド４０の外側端部側に挿入される。内側ガスケット４３および外側ガスケット４４の外径は、ロッドフランジ部４１の外径よりも大きい。内側ガスケット４３および外側ガスケット４４のロッドフランジ部４１よりも大きい部分は、押え板４５によって外側から押えられ、ボルト４６で炉壁の外壁フランジ部２７に対して固定される。
【００２３】
押え板４５は、内周側がロッドフランジ部４１の外周よりもやや半径方向内方を覆うような環状の形状を有する。内側ガスケット４３および外側ガスケット４４の内周側は、押え板４５の内周よりも半径方向内方まで延びるように設けられる。内側ガスケット４３および外側ガスケット４４の内周側とターミナルロッド４０の外周との隙間は、ターミナルロッド４０の外側端部側から挿入されるパッキン４７によって封止される。パッキン４７は、ターミナルロッド４０の外側端部に取付けられる端子４８の端面に押圧される。押圧部材である端子４８は、ターミナルロッド４０の外側端部に形成されるねじ４９に螺合し、端面でパッキン４７を押圧する。
【００２４】
内側ガスケット４３は、コア材５０およびその両表面の表面材５１，５２によって構成され、それぞれ半円形部分に分割された状態で、内側ガスケット４３として組合せることができる。外側ガスケット４４は、コア材５３と表面材５４とによって構成され、ターミナルロッド４０の外側端部から挿入するので、一体的に形成される。外側ガスケット４４および内側ガスケット４３の内周側とターミナルロッド４０の外周側との隙間は、パッキン４７によって封止される。
【００２５】
パッキン４７は、たとえばニチアス株式会社が製造する商品名「Ｔ／＃６８４０ヘミサル２０」のようなアスベストを含まない耐熱材で形成する。コア材５０，５３も、同様の耐熱材料またはシリコンゴムで形成する。表面材５１，５２，５４は、たとえばニチアス株式会社製の商品名「Ｔ／＃１９９５ヘミサル１０」などのような耐熱材料を使用する。
【００２６】
図６に示すような給電部の構成で、連続焼鈍炉２０の気密性を良好にすることができ、図５に示すような連続光輝焼鈍設備３０で変色のない良好な焼鈍材を得ることができる。
【００２７】
図７は、本発明の実施の他の形態の連続焼鈍炉６０の概略的な構成を示す。本実施形態では、加熱帯２２に設ける電気ヒータ２３ａ，２３ｂ，２３ｃのうち、中央部分の電気ヒータ２３ｂを制御装置６４ａで制御し、両側の電気ヒータ２３ａ，２３ｃを制御装置６４ｂで制御する。本実施形態でも、中央部分の電気ヒータ２３ｂと両側部分の電気ヒータ２３ａ，２３ｃとを分けて制御し、特に、中央部分の電気ヒータ２３ｂの温度が高くなるように制御することができる。
【００２８】
以上の各実施形態では、ステンレス鋼のストリップ２１について連続焼鈍を行っているけれども、熱処理のための加熱にも同様に用いることかできる。また、金属帯の材質も、ステンレス鋼ばかりではなく他の材質に対しても同様に本発明を適用することかできる。また、電気ヒータ２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、ストリップ２１の幅方向に３分割しているけれども、３以上の分割であれば、中央部分と両側部分とを分けて同様に温度制御することかできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、金属帯の幅方向で３以上に分割される加熱帯ヒータの制御を個別に行うことができるので、金属帯の幅方向の材温が均一になるように調整して、材質や品質のバラツキが少なくなり、しかも通板速度を高めて生産性の向上も図ることができる。
【００３０】
また本発明によれば、均一に加熱するときには周縁部に比較して温度が低い中央部分に対向する加熱帯ヒータは、周縁部分に対向する加熱帯ヒータよりも高温となるように制御するので、金属帯の到達温度を幅方向で均一になるように制御し、金属帯の通板速度も高めて生産性の向上も図ることができる。
【００３１】
また本発明によれば、金属帯の通板方向に垂直な幅方向で３分割以上に分けて配置されている加熱帯ヒータに給電する部分のターミナルロッドが挿通される貫通孔が増孔しても気密性を向上させて、金属帯を熱処理する雰囲気を安定させ、材質や外観のバラツキの少ない加熱を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の概略的な構成を示す簡略化した斜視図である。
【図２】図１の実施形態の加熱帯２２の概略的な構成を示す断面図である。
【図３】図２の電気ヒータ２３ａ，２３ｂ，２３ｃのヒータ素線２８の接続状態を示す図である。
【図４】図３のヒータ素線２８を支持具２９で支持する状態を示す断面図である。
【図５】図１の連続焼鈍炉２０を用いる連続光輝焼鈍設備３０の概略的な構成を示す簡略化した断面図である。
【図６】図１の連続焼鈍炉２０で電気ヒータ２３ａ，２３ｂ，２３ｃに給電する部分の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の他の形態の連続焼鈍炉６０の概略的な構成を示す簡略化した斜視図である。
【図８】従来からの連続焼鈍炉の概略的な構成を示す断面図である。
【図９】従来からの連続焼鈍炉で電気ヒータに給電する部分の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２０，６０連続焼鈍炉
２１ストリップ
２２加熱帯
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ電気ヒータ
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，６４ａ，６４ｂ制御装置
２５耐火物レンガ内張り
２６耐火物レンガ外層
２７外壁フランジ部
２８ヒータ素線
２９支持具
３０連続光輝焼鈍設備
４０ターミナルロッド
４１ロッドフランジ部
４２貫通孔
４３内側ガスケット
４４外側ガスケット
４５押え板
４７パッキン
４８端子

Claims

連続的に通板される金属帯が目標材温となるように加熱する加熱帯を備える連続加熱炉において、
加熱帯で金属帯の表面に対向し、金属帯の通板方向に垂直な幅方向で３分割以上に分けて配置される加熱帯ヒータと、
加熱帯ヒータの分割部分の加熱出力を個別に制御する制御装置とを含み、
前記加熱帯は、耐火物レンガによって形成される炉壁を備え、
前記加熱帯ヒータに外部から給電する部分は、
炉壁に形成される貫通孔に挿通され、内側の先端で加熱帯ヒータに接続され、外側の先端近傍に、該貫通孔の内径よりも径が大きいフランジ部を有するターミナルロッドと、
ターミナルロッドのフランジ部の内側と炉壁の表面から突起したフランジ部との間に介在され、外径がターミナルロッドのフランジ部の外径よりも大きく、耐熱材料から成る内側ガスケットと、
ターミナルロッドの外側端部に挿入される外側ガスケットと、
押え板と、
外側ガスケットの内周とターミナルロッドの外周との間の隙間を、ターミナルロッドの外側端部側から覆い、耐熱材料から成るパッキンと、
ターミナルロッドの外側端部側でパッキンを外側ガスケット表面に対して押圧する押圧部材とを含み、
ターミナルロッドのフランジ部は、内側ガスケットおよび外側ガスケットに挟まれ、
内側ガスケットおよび外側ガスケットは、押え板によって押えられ炉壁の表面から突起したフランジ部に対して固定されることを特徴とする連続加熱炉。
前記制御装置は、前記加熱帯ヒータで、金属帯の幅方向の中央部分に対応する分割部分を、金属帯の幅方向の両側縁部分に対向する分割部分よりも高温とする制御系を備えたことを特徴とする請求項１記載の連続加熱炉。