JP4403815B2

JP4403815B2 - 連続熱処理炉、これを用いた鋼管及び熱処理方法

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Publication number: JP4403815B2
Application number: JP2004026135A
Authority: JP
Inventors: 幹雄辰岡; 明洋坂本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2024-02-02
Also published as: JP2005213645A

Description

本発明は、冷間加工された鋼管の連続熱処理に関し、さらに詳しくは、炭化水素系の成分を含む圧延油または潤滑剤を使用して冷間加工されるステンレス鋼管等の鋼管において、鋼管の内面付着物からの発生ガスによる汚染を生じさせることがない連続熱処理炉、並びにこれを用いて熱処理された鋼管および熱処理方法に関するものである。

冷間仕上げ鋼管に冷間加工を行う場合には、例えば、冷間圧延時には圧延油を塗布し、冷間抽伸時には潤滑剤（金属石鹸）を被覆するなど、鋼管の内外表面に適切な表面処理を施し、所定寸法に加工する。

冷間加工された鋼管を熱処理する場合には、熱処理前に圧延油や潤滑剤を洗浄（脱脂）し、鋼管の内外表面の付着物を除去する必要がある。鋼管表面に付着物を残留させたままで熱処理を施すと、圧延油や潤滑剤は炭化水素系の成分を含み、さらに塩素等を含有するものもあるため、熱処理中にこれらの成分が蒸発して塩素その他の汚染ガスが発生し、これらのガスが特に滞留しやすい鋼管内面に汚染が発生することがある。

また、前記蒸発ガス中に塩素その他の汚染ガスが含まれていない場合でも、炭素（カーボン）源を含んだ高温気体に鋼管の内外表面が曝されることになるため、温度条件によって浸炭が発生することがある。表面に浸炭が発生した鋼管は、高温高圧で使用を繰り返すと、浸炭部が起点となりＳＣＣ（応力腐食割れ）を発生させるおそれがある。このため、冷間加工された鋼管を熱処理する場合には、鋼管の内外表面に浸炭を発生させないことが必要である。

鋼管内面の汚染や浸炭を防止するためには、管内のガスを雰囲気ガスで置換する方法が有効であり、従来から、そのための種々の対策が提案されている。

特許文献１では、弾性パッドが対向部に設けられた一対の開閉扉をパージ室の入口部の上下に夫々上下動するように設け、搬入される直管を入口部にて一時停止させ、上下から開閉扉により挟んでパージ室の雰囲気ガスの圧力を高くすることにより、直管内を雰囲気ガスに置換するようにした管内ガスパージ装置が提案されている。

しかしながら、特許文献１で提案された装置では、パージ室の入口部でその都度直管の装入を停止させる必要があるため、熱処理能率が著しく低下する。それと同時に、加熱雰囲気での弾性パッドの品質劣化が激しく、要求性能が得られない場合や、頻繁に交換を要するという問題がある。

一方、特許文献２に開示される熱処理装置は、直状管を雰囲気ガス中で熱処理するための熱処理炉の側方には、直状管の入口に向けて直状管を送り込む為の装入テーブルを配設し、この装入テーブルには、直状管の先端が上記熱処理炉内に入った状態において、その直状管の後端が位置する場所を負圧にする為の負圧手段を設けている。これにより、直状管内のパージ作業を極めて簡易に行えるとしている。

しかしながら、特許文献２が開示する装置は、大容量の負圧手段を必要とするため、大がかりな設備投資を要し、鋼管製造費が高コストになるという問題がある。

特開平５−３２０７４５号公報、［特許請求の範囲］

特開平６−１２８６４５号公報、［特許請求の範囲］

前述の通り、特許文献１、２で提案された対策では、その都度、直管の装入を停止させることから熱処理能率が低下したり、大規模な設備投資が必要となるので製造費が高騰するという問題があり、万全の対策とは言えない。

一方、熱処理にともなって鋼管表面に汚染や浸炭を発生させることがないように、熱処理前に鋼管の内外表面に残留した付着物を除去しようとすると、冷間加工後のアルカリ脱脂、洗浄のみでは除去できず、それに加えて、サンドブラスト等の内面清浄化の工程が必要になる。また、酸洗を適用すると、そのための工数が増大し、いずれにしても、冷間加工による鋼管製造費が増大することになる。

本発明は、このような冷間加工された鋼管の内外表面に残留した付着物の問題に鑑みてなされたものであり、冷間加工後の洗浄工程をアルカリ脱脂、洗浄のみとした場合であっても、熱処理前に、残留した付着物を簡易に除去することができ、しかも熱処理能率を低下させることがない連続熱処理炉、並びにこれを用いて熱処理された鋼管および熱処理方法を提供することを目的としている。

本発明者は、上記の課題を解決するため、冷間加工された鋼管を洗浄した後に表面に残留した付着物を除去するための熱処理方法について種々の検討を加えた。その結果、冷間加工後の洗浄工程をアルカリ脱脂、洗浄のみとした場合であっても、鋼管を熱処理炉に装入する際に、内外表面に残留した付着物を簡易に分解、気化させ、除去できることを知見した。

アルカリ脱脂、洗浄後に鋼管表面に残留した付着物（冷間加工時の圧延油、抽伸用潤滑剤（金属石鹸）等）のほとんどは、熱処理時に２００〜６００℃に加熱されると、分解して炭化水素系ガス（さらには、塩素その他の汚染ガス）を発生させる。特に、４００℃で炭化水素系ガス等の発生が最も顕著になる。そのため、残留した付着物を効果的に分解するには、鋼管表面を４００℃以上に加熱するのが望ましい。

通常、熱処理炉内に装入された鋼管では、外面付着物の分解ガスは炉内のガス流れによって容易に拡散されるが、内面付着物の分解ガスは鋼管内部に滞留し易くなる。付着物の分解ガスは塩素その他の汚染物質を含む場合があり、また、炭化水素系で浸炭性を有することから、鋼管が８００℃以上に加熱されると、鋼管表面に汚染や浸炭が発生する場合がある。

したがって、汚染や浸炭の発生を効果的に防止するには、鋼管表面の温度を８００℃未満で管理する必要がある。実際の操炉においては、連続熱処理炉内の管理精度を考慮して、７５０℃以下に管理するのが望ましい。

被熱処理材である鋼管を炉内に装入する際、先に装入された鋼管の先端側が昇温し、表面温度が２００〜６００℃になると、残留付着物が分解して炭化水素系ガス等を発生する。そこで、炉内の雰囲気ガスを炉外に比べて陽圧にすると、鋼管の先端から後端に向かうガス流れを形成することができる。

前述の通り、鋼管内面の付着物が発生する分解ガス（汚染ガス）は鋼管内部に滞留し易いことから、鋼管内部におけるガス流れを顕著にするには、連続熱処理炉の炉入口を覆ってシールし、望ましくは炉入口および炉出口部の両端を覆うことによって、炉内の陽圧を維持して、雰囲気ガスを鋼管の先端から内部に侵入させるようにするのが有効である。このような考え方の下に、本出願人は、先に、「炉入口にその全面を覆うように吊着された耐熱性カーテンを設け、この耐熱性カーテンを通して前記鋼管を装入することを特徴とする連続熱処理炉」を出願した（特願２００３−２８６１６号）。

これによれば、鋼管を熱処理炉内に装入する際に、内表面に残留した付着物を分解、除去するとともに、鋼管内部には先端から後端に向かう雰囲気ガスの流れが生じるので、管内部を雰囲気ガスに容易に置換することができ、熱処理能率を低下させることなく、付着物の分解ガスに起因する汚染や浸炭を防止することができる。

本発明は、この技術をさらに改善したものである。すなわち、先の出願に係る連続熱処理炉では、被熱処理材である鋼管の後端が炉内（正確には、前記耐熱性カーテンよりも内側）に入ってしまうと、鋼管の前端と後端の圧力差がなくなり、鋼管内のガス流れがなくなるので、後端付近に炭化水素系ガスや汚染ガスが滞留しやすくなる。そのため、鋼管の後端が耐熱性カーテンよりも内側に入る前に鋼管内面の付着物を分解できる温度になるように、炉の入口の温度を常時管理することが必要になる。そこで、加熱室の入側に予熱帯を備えた前室を設けるとともに、前室の出側（すなわち、加熱室の入側）にシールカーテンを取り付け、前室での内圧を「炉外圧以上で加熱室の圧力以下」とすること、すなわち、熱処理炉内に階段状の圧力差を設けることにより、炉入口の温度を常時管理する必要がなく、管内面付着物の分解、除去を容易に、かつ確実に行えることを確認した。

本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであり、下記（１）の連続熱処理炉、（２）の鋼管および（３）の熱処理方法を要旨としている。

（１）加熱帯を有する加熱室に雰囲気ガスを導入し、炉入口から連続的に冷間加工後の鋼管を軸方向に沿って装入して熱処理を施した鋼管を炉出口から搬出する連続熱処理炉であって、加熱室の入側に予熱帯を備えた前室を有し、さらに前室の入側および出側にシールカーテンを有し、前室の内圧が炉外圧以上で加熱室の圧力以下、および前室での鋼管の加熱温度が鋼管の内外表面に残留した付着物を気化できる温度となるように設定することを特徴とする連続熱処理炉。

前記熱処理炉においては、加熱室の出側に後室を有し、後室の入側にシールカーテンを有することが望ましい。

（２）前記（１）に記載の連続熱処理炉で製造した鋼管。

（３）加熱帯を有する加熱室に雰囲気ガスを導入し、炉入口から連続的に冷間加工後の鋼管を軸方向に沿って装入して熱処理を施した鋼管を炉出口から搬出する熱処理方法であって、加熱室の入側に予熱帯を備えた前室の内圧が、炉外圧以上で加熱室の圧力以下となるように設定し、前室で鋼管の内外表面に残留した付着物を気化できる温度まで鋼管を加熱して、熱処理することを特徴とする熱処理方法。

ここで、「付着物の気化」とは、付着物を分解して炭化水素系ガス等を発生させることをいう。

本発明の連続熱処理炉によれば、冷間加工後の洗浄工程をアルカリ脱脂、洗浄のみとした場合であっても、熱処理前に鋼管内外表面の付着物を簡易に除去することができる。したがって、この連続熱処理炉を用いる熱処理方法を採用することによって、熱処理能率を低下させることなく、汚染や浸炭（ここでは、特に汚染に注目して、以下「汚染」という）の発生がない冷間仕上げ鋼管を得ることができる。

前述の通り、本発明では、加熱室の入側に予熱帯を備えた前室を設けるとともに、これにシールカーテンを取り付けるのであるが、このような方法で熱処理炉内に階段状の圧力を付与することに問題があるか否かを調査した。

この調査には、図１に示したシール性能テスト装置を用いた。この装置は、中央部にシールカーテン取付け部９を備えるダクト１０（断面形状：高さ１６０ｍｍ×幅８００ｍｍ）を有しており、これにシールカーテン１１を取り付け、ダクト１０内に、供給量を３０〜９０Ｎｍ³／ｈとしてガス（空気(エア)を使用）を供給し、ダクト１０内圧力を測定した（以下、圧力は「ゲージ圧」で記す）。

（ａ）シールカーテンの構造（枚数）とシール性能
シール性能テスト装置にシールカーテン１１を取り付け、シールカーテン前部の断面Ａ（図中に破線を付した部分）におけるダクト内圧力を測定した。シールカーテンの取り付けは、図２（イ）に示したカーテンが８枚（４枚×２セット）、および図２（ロ）に示した１６枚（４枚×４セット）とした。なお、シールカーテン前部（断面Ａ）での測定でシール性能の評価が可能なことは、後述する試験（ｃ）で確認した。

試験結果を図３に示す。この結果から明らかなように、エア供給量が増すとともにダクト内圧力が向上（すなわち、シール性能が向上）し、シールカーテンが１６枚の場合、シールカーテン８枚に比べて約２倍の性能を示す。

（ｂ）シールカーテンの長手方向の圧力分布
シール性能テスト装置において、シールカーテンの取り付けを、図２（イ）に示したカーテンが８枚、および図２（ロ）に示した１６枚とした場合のそれぞれについて、シールカーテン前部、後部、およびシールカーテンの各セット間におけるダクト内圧力を測定した。

測定結果を図４および図５に示す。これらの図においては、シールカーテンの取り付け位置も併せて図示し、それに対応させて測定結果を示した。これらの結果から、シールカーテンが８枚、１６枚のいずれの場合も、ダクト内圧力はシールカーテン後部から前部にかけて直線的に上昇しており、エア供給量６０Ｎｍ³／ｈのとき、シールカーテン１セットで、約３Ｐａのシール性能が確保できることが確認できた。

（ｃ）ダクト内の圧力の均一性
ダクト内の幅方向：１００ｍｍピッチ、高さ方向：５０ｍｍピッチ（図６参照）、長手方向：２５０ｍｍピッチで、エア供給量６０Ｎｍ³／ｈ、シールカーテンが１６枚（４枚×４セット）のときの圧力測定を実施した。

表１にシールカーテン前部（断面Ａ）での測定結果を、表２にシールカーテン後部（断面Ｂ）での測定結果を示す。

表１および表２の結果から、シールカーテンの前部および後部とも、ダクト断面で均一な圧力分布となっており、表示していないが、長手方向でも±０．１Ｐａ以内で、均一であることが判明した。また、シールカーテン後部の圧力がほぼ０Ｐａであることから、シール性能の評価は、シールカーテン前部（例えば、断面Ａ）における圧力を測定することにより行えることが確認できた。

前記シール性能テスト装置による試験の結果、複数のシールカーテンを重ねてセットとし、さらに複数セットを配設したとしても、炉内の任意の断面での圧力の均一性は保たれ、シールカーテンの枚数に比例して圧力は低下することがわかる。これにより、熱処理炉の内圧を容易に二段階に設定できることが確認できた。

そこで、二段階内圧にするための手段として、シールカーテンを採用した。

図７は、本発明の連続熱処理炉の断面構成例（図７（イ））、材料温度パターン（同（ロ））、炉内圧力分布（同（ハ））および残留汚染ガスの放出効果（同（ニ））を模式的に示す図である。図７において、(ロ）〜（ニ）における横方向の長さはいずれも（イ）のそれに対応している。

図７（イ）に示す熱処理炉では、加熱帯１ａを有する加熱室１に雰囲気ガスを導入し、炉入口２ａから連続的に鋼管を軸方向に沿って装入し、所定の熱処理を施した後、炉出口２ｂから搬出する構造になっている。なお、炉入口２ａから炉出口２ｂに亘って送管用ローラ（図示せず）が炉床に配置されている。

図示するように、加熱室１の入側に予熱帯３を有する前室４が設けられ、前室４の入側と、出側（すなわち、加熱室１の入側）にそれぞれ本発明で規定するシールカーテン５ａおよび５ｂが取り付けられている。これにより、送管用ローラ上を流れる鋼管が一定の距離以上進むと、予熱帯３を設置した位置において、鋼管内面の付着物が気化する一方、シールカーテン５ａを挟んで前室４と連続熱処理炉外とで圧力差が生じているため、鋼管の先端から後端に向かう雰囲気ガスの流れが形成され、気化により発生した汚染ガスが雰囲気ガスとともに鋼管の後端を通して連続熱処理炉外へ排出される。また、鋼管の先端が加熱室１に入った場合には、シールカーテン５ｂを挟んで加熱室１と前室４とで圧力差（または、加熱室１と連続熱処理炉外とで圧力差）が生じているため、同様に汚染ガスが鋼管の後端を通して前室４（または、連続熱処理炉外）へ排出される。

さらにこの例では、加熱室１の出側に、冷却帯を挟んで、本発明で望ましいとされる後室６が設けられ、その入側にシールカーテン７ａが取り付けられている。こうすることにより、前室４に雰囲気ガスの流れる量が多くなり、汚染を生じさせずに送管速度を早くすることができる。

なお、この例では、後室６の出側にもシールカーテン７ｂが取り付けられている。このシールカーテン７ｂは、従来も取り付けられており、雰囲気ガスが後室６の出側（炉出口２ｂ）から一方的に流出しないようにするためのものである。すなわち、従来は、雰囲気ガスの流出を防止するためのシールカーテン７ｂを取り付けてはいたものの、本発明の連続熱処理炉で実現されるような雰囲気ガスの急激な内圧勾配（換言すると、炉内圧を高め、かつ二段階に設定すること）を考慮したものではなかった。

以下に、図７（ロ）〜（ニ）を用いて詳述する。

図７（ロ）は、材料温度パターンで、実線（図中には、「現状」と表記）は予熱帯３を設けていない場合、破線は、本発明の熱処理炉の構成要件である予熱帯３を備えた前室４を加熱室１の入側に設けた場合である。予熱帯３を設けることによって、鋼管の温度を、先に述べた、管内の残留付着物を気化して炭化水素系ガスや塩素その他の汚染ガス（ここでは、特に汚染に注目して、「汚染ガス」という）を発生させるに際しての望ましい温度範囲内の４５０℃まで、急速に高めることができる。

図７（ハ）は、炉内の圧力分布（一部実測値を含む推定圧力分布）で、実線（図中には、「現状（推定）」と表記）は、前室４に本発明で規定するシールカーテン５ａおよび５ｂのうちシールカーテン５ｂを取り付けておらず、かつ、後室６に本発明で望ましいとされるシールカーテン７ａを設けていない場合である。破線は本発明例で、前室４の出側（すなわち、加熱室１の入側）にシールカーテン５ｂと、後室６の入側にシールカーテン７ａを設けた場合である。これにより、シールカーテン５ｂとシールカーテン７ａの間で炉内圧力が高くなり、炉内圧を前室４の部分と加熱室１の部分とで二段階に設定して、前室の内圧を炉外圧以上で加熱室の圧力以下とすることができる。

図７（ニ）は、鋼管内に残留する汚染ガスの放出効果を説明するための図である。この図（ニ）における「現状」は、鋼管８の後端８ｂが前室４の入側部分にあり、鋼管８の先端８ａが加熱室１の中央付近にある場合で、未加熱長さが１３ｍとなっている。ここでいう「未加熱長さ」とは、材料温度が残留付着物の分解に望ましい温度（この例では、４５０℃）まで達していないため、付着物が残留（または、一部のみが気化）している部分の長さをいう。図７（ハ）の炉内圧力分布と対比すると、この時点では、先端８ａにおける圧力が後端８ｂにおけるそれよりも高いので、管内ガス流れがあるが、鋼管８が搬送されて後端８ｂが図７（ハ）のＡ点に達すると、管の先端８ａ、後端８ｂで圧力差がなくなるため管内ガス流れは停止し、汚染ガスが管内に滞留する。

図７（ニ）の「予熱帯設置時」では、図７（ロ）の材料温度パターンとの対比から明らかなように、材料温度が４５０℃に達する炉入口２ａからの距離が短いので、未加熱長さは５ｍに減少する。しかし、前記と同様、後端８ｂが図７（ハ）のＡ点に達すると、管内ガス流れは停止し、後端８ｂ近傍の管内に汚染ガスが滞留する。

図７（ニ）の「予熱帯＋シールカーテン設置時」の(1)は、鋼管８の後端８ｂが図７（ハ）のＡ点に達し、先端８ａが加熱室１の中央付近にある場合で、未加熱長さは前記の「予熱帯設置時」に比べてさらに短くなっている。前室４の出側（すなわち、加熱室１の入側）にシールカーテン５ｂを設けているので、図７（ハ）に示すように、熱処理炉の内圧が二段階に設定され、その結果、管後端８ｂが図７（ハ）のＡ点に達しても、管の先端８ａと後端８ｂで圧力差があり、管内ガス流れが生じるので、気化した汚染ガスが管内に滞留することはない。鋼管８が搬送されて(2)の状態になると、管後端８ｂも４５０℃に達し、未加熱長さは０ｍとなり、管内の残留付着物は全て分解、気化する。しかも、図７（ハ）の炉内圧力分布との対比から明らかなように、気化した汚染ガスは管内ガス流れによって管後端から排出される。

シールカーテンの材質、形状等について特に限定はない。従来使用されている耐熱性のカーテンが使用でき、先の実験結果で示したように、複数枚を重ね、更にそれを複数セットで使用すれば、シールカーテンの前後における圧力差の維持に効果的である。

このように、本発明の連続熱処理炉によれば、冷間加工後の洗浄工程をアルカリ脱脂、洗浄のみとした場合であっても、熱処理前に鋼管内外表面の付着物を容易に除去することができ、しかも必要とする設備投資も比較的低廉なものとなる。

前記（２）に記載の鋼管は、前述の本発明の熱処理炉で製造した鋼管である。冷間加工後の洗浄工程をアルカリ脱脂、洗浄のみとした場合であっても、熱処理で高温（前記図７に示した例では、１１００℃）に加熱される前に、予熱帯で管の内外表面の残留付着物が除去されるので、鋼管表面（特に、内面）が汚染されることはない。

前記（３）に記載の熱処理方法は、『加熱帯を有する加熱室に雰囲気ガスを導入し、炉入口から連続的に鋼管を軸方向に沿って装入して熱処理を施した鋼管を炉出口から搬出する熱処理方法であって、加熱室の入側に予熱帯を備えた前室の内圧が、炉外圧以上で加熱室の圧力以下となるように設定し、前室で鋼管の内外表面に残留した付着物を気化できる温度まで鋼管を加熱して、熱処理する方法』である。

前記の「付着物を気化できる温度まで鋼管を加熱」する際の温度は、鋼管の内表面温度が４００℃以上で、かつ７５０℃以下にするのが望ましい。残留した付着物を効果的に分解、気化するには、表面温度を４００℃以上に加熱するのが適しており、汚染ガスの作用を緩和し、また浸炭の発生を防止するには、管理精度を考慮して７５０℃以下にするのが有効であることによる。

「前室の内圧が、炉外圧以上で加熱室の圧力以下となるように設定」するには、雰囲気ガスを適切な供給量で加熱室内に導入するだけでよい。前室の出側に設けたシールカーテン５ｂ、入り側に設けたシールカーテン５ａが有効に作用して、前室の内圧が、炉外圧以上で加熱室の圧力以下となる。

この熱処理方法は、前述した本発明の熱処理炉を用いて実施することができる。すなわち、炉内圧を前室の部分と加熱室の部分の二段階に設定できるので、前室の内圧を、炉外圧以上で加熱室の圧力以下とすることが可能となり、これによって、鋼管内部に先端から後端に向かう雰囲気ガスの流れを無理なく生じさせることができるので、管内部の残留付着物を気化し、雰囲気ガスにより置換、除去することができる。その後引き続き所定の温度で熱処理が施されるので、熱処理能率を低下させることもない。

両端にΔＰ_P［Ｐa］の差圧が生じている管内のガス流れを表す「等温流れモデル式」を使用し、予熱帯およびシールカーテンの設置条件等を変えて、内径６ｍｍ、長さ２０ｍの鋼管を送管したときの管内ガスの排出の可否を検討し、さらに、実炉で塩素を含む付着物による管内面の汚染の有無を調査した。なお、前記管内ガスの排出可否の検討において必要になる炉内圧分布は後述する炉内圧力分布推定式で推定した。

「等温流れモデル式」の導出：
管両端に生じている差圧ΔＰ_P［Ｐa］と管内に発生するガス流速ν_P［ｍ／ｓ］は下記(1)式の関係を有する。

層流の場合、

であるから、ΔＰ_P［Ｐａ］は

となる。

一方、前室の入口をＬ＝０、前室の入側に設置したシールカーテンの後端をＬ₁、前室の出側に設置したシールカーテンの前端および後端をそれぞれＬ₂、Ｌ₃（Ｌ₃＝Ｌ₂＋「シールカーテン５ｂの厚み」）とし（図７（イ）参照）、シールカーテン前後で静圧が直線的に増加し、シールカーテン間では等圧と近似すれば、炉内圧力分布は下記(4)式で表される。

ここで、鋼管が４５０℃になったとき、汚染ガスが発生する（管内面に付着している汚染物質が気化する）と仮定し、鋼管が４５０℃に達する炉内位置をＬ₄₅₀、鋼管の先端（送管方向端部）がＬ₄₅₀に到達する時刻をｔ₄₅₀、鋼管の両端の差圧がなくなる位置Ｌ₄（Ｌ₄＝Ｌ₃＋Ｌ_P、Ｌ_Pは管の全長）に到達する時刻をｔ₄とすると、時間（ｔ₄−ｔ₄₅₀）の間に鋼管の先端位置にある雰囲気ガスが管内を移動する距離Ｌ_drain(0)は下記(5)式で表される。

送管速度をν_tとすれば、Ｌ＝ｔ・ν_tから、

となり、鋼管の先端からの管内位置ｘ［ｍ］にあるガスが４５０℃に達してから鋼管両端の差圧がなくなる位置Ｌ₄まで送管される間に鋼管内を移動する距離Ｌ_drain(ｘ)は、

で表される。したがって、未加熱長さＬ_resは、

で表され、Ｌ_res≦０であれば、「未加熱長さなし」、すなわち雰囲気ガスの管内からの排出が可能で、それに伴われ汚染ガスも管内から排出される。

炉内圧力分布推定式：
ｊ枚目のシールカーテンから流出するガス質量流量Ｇ［ｋｇ／ｓ］および静圧変化ΔＰ_j［Ｐａ］はそれぞれ下記(9)式および(10)式で表される。

ガスがシールカーテンｎ枚を通過する際に生じる差圧ΔＰ_total［Ｐａ］は、下記(11)式となる。

前室入側、前室出側、および後室内に設置されたシールカーテンセット数（１セット＝４枚）をそれぞれＮ_en-in、Ｎ_en-out、Ｎ_ex［セット］、前室側および後室側から流出する水素ガス量をそれぞれＧ_en、Ｇ_ex［ｋｇ／ｓ］とすれば、加熱帯静圧ΔＰ_{H_Zone}＝冷却帯静圧から、(12)式が得られる。

ここで、Ｇ_total＝Ｇ_en＋Ｇ_ex とおけば、(13)式および(14)式が得られる。

前記(12)〜(14)式から、シールカーテンセット数と総水素供給量Ｇ_totalを与えると、加熱帯静圧（すなわち、加熱室圧力）ΔＰ_{H_Zone}が求まる。また前室の圧力ΔＰ_前室も、

により求めることができる。

シミュレーションの結果（管内ガスの排出可否の検討結果）：
前述した「等温流れモデル式」を用い、内径６ｍｍ、長さ２０ｍの鋼管を熱処理することを仮定して、未加熱長さＬ_resを計算した。前述したように、未加熱長さＬ_res≦０であれば、管内の汚染ガスは管の後端から排出される。ここで、管内温度としては、熱処理炉内の温度４５０〜１１００℃の平均温度７７５℃を採用した。

シミュレーションでは、前室に予熱帯および出側シールカーテンがなく、後室に入側シールカーテンがない場合（シミュレーション１）、前室に予熱帯のみ有する場合（シミュレーション２）、前室に出側シールカーテンのみ有する場合（シミュレーション３）、前室に予熱帯および出側シールカーテンを有する場合（シミュレーション４）、並びに前室に予熱帯および出側シールカーテンを有し、かつ後室に入側シールカーテンを有する場合（シミュレーション５）の計５ケースについて、それぞれ送管速度を１４５０ｍｍ／ｍｉｎまたは９５０ｍｍ／ｍｉｎとして計算を行った。

表３に、シミュレーション結果を示す。なお、表３には、未加熱長さＬ_resに加えて、予熱帯やシールカーテンの有無等、連続熱処理炉における設備上の設定条件、並びに前室および加熱室の圧力も併せて示した。熱処理炉の「前室」および「後室」の欄の○印は予熱帯やシールカーテンを備えていることを、また、「未加熱長さＬ_res」の欄の○印は管内面における汚染を計算上防止できることを、×印は防止できないことを表す。

表３に示した結果から明らかなように、前室に予熱帯および出側シールカーテンを有するシミュレーション４では、送管速度が遅い（９５０ｍｍ／ｍｉｎ）場合、未加熱長さが０以下（Ｌ_res≦０）となった。すなわち、汚染ガスを管内から排出できると予想される。さらに、前室に予熱帯および出側シールカーテンを有し、かつ後室に入側シールカーテンを有するシミュレーション５では、送管速度が速くても（１４５０ｍｍ／ｍｉｎ）、未加熱長さが０以下となり、より効率的な熱処理が行えるものと予想される。

実炉での管内面汚染の有無の調査：
前記シミュレーションに続き、実炉で、内外表面に塩素を含有する潤滑剤が付着した鋼管（内径６ｍｍ、長さ２０ｍ）の熱処理を行い、塩素による汚染の有無を調査した。熱処理炉内の雰囲気ガスには水素ガスを使用し、供給量を９５．００Ｎｍ³／ｈとして、加熱室へ送通した。送管速度は９５０ｍ／ｍｉｎまたは１４５０ｍ／ｍｉｎとした。

表４に調査結果を示す。表４において、前室入側のシールカーテンは、通常使用されているカーテンを用い、比較例および実施例のいずれにも設置されているので、表示していない。また、「汚染の有無」については、熱処理後の鋼管から特に塩素が残留しやすい後端部（鋼管の進行方向に対して後端になる部分）を切り出し、その内面に付着している塩素を純水で抽出し、この抽出水についてイオンクロマトグラフ分析を行って、管内面における残留塩素量を調査した。

表４に示した結果から明らかなように、本発明で規定する条件から外れる比較例１〜３では、いずれも「汚染有り」と判定されたが、実施例１〜３では「汚染なし」、または「僅少」（実施例２）であった。

実施例２で若干の汚染が認められたのは、同じ条件の実施例１に比べて送管速度が速く、管内汚染ガスの雰囲気ガスによる置換に遅れが生じ、汚染ガスが管の後端付近に残留したことによるものと考えられる。実施例３で送管速度が速いにもかかわらず汚染が認められなかったのは、後室入側にもシールカーテンを設置した結果、加熱室内の圧力が８．７３Ｐａから１１．９３Ｐａへと高くなり、前室に流れる雰囲気ガス量が多くなって管内のガスの置換が促進され、汚染ガスが除去されたことによるものである。

本発明の連続熱処理炉および熱処理方法によれば、冷間加工後の洗浄工程をアルカリ脱脂、洗浄のみとした場合であっても、熱処理前に鋼管内外表面の付着物を簡易に除去することができる。したがって、炭化水素系の成分を含む圧延油または潤滑剤が使用され冷間加工されるステンレス鋼管をはじめとする鋼管の製造に好適に利用することができる。

シール性能テスト装置の要部の概略構成を示す図である。性能評価に用いたシールカーテンの構造を示す図で、（イ）はシールカーテンが８枚（４枚×２セット）の場合、（ロ）は１６枚（４枚×４セット）の場合である。エア供給量とダクト内圧力（シール性能）との関係をシールカーテンの枚数をパラメータとして示す図である。シールカーテンが８枚（４枚×２セット）の場合のシールカーテンの長手方向のダクト内圧力分布を示す図である。シールカーテンが１６枚（４枚×４セット）の場合のシールカーテンの長手方向のダクト内圧力分布を示す図である。ダクト内圧力の均一性評価試験におけるダクト断面での測定位置を示す図である。本発明の連続熱処理炉の断面構成例（図７（イ））、材料温度パターン（同（ロ））、炉内圧力分布（同（ハ））および残留汚染ガスの放出効果（同（ニ））を模式的に示す図である。

符号の説明

１：加熱室
１ａ：加熱帯
２ａ：炉入口
２ｂ：炉出口
３：予熱帯
４：前室
５ａ、５ｂ：シールカーテン
６：後室
７ａ、７ｂ：シールカーテン
８：鋼管
８ａ：先端
８ｂ：後端
９：シールカーテン取付け部
１０：ダクト
１１：シールカーテン

Claims

加熱帯を有する加熱室に雰囲気ガスを導入し、炉入口から連続的に冷間加工後の鋼管を軸方向に沿って装入して熱処理を施した鋼管を炉出口から搬出する連続熱処理炉であって、加熱室の入側に予熱帯を備えた前室を有し、さらに前室の入側および出側にシールカーテンを有し、前室の内圧が炉外圧以上で加熱室の圧力以下、および前室での鋼管の加熱温度が鋼管の内外表面に残留した付着物を気化できる温度となるように設定することを特徴とする連続熱処理炉。
加熱室の出側に後室を有し、後室の入側にシールカーテンを有することを特徴とする請求項１に記載の連続熱処理炉。
請求項１または２に記載の連続熱処理炉で製造した鋼管。
加熱帯を有する加熱室に雰囲気ガスを導入し、炉入口から連続的に冷間加工後の鋼管を軸方向に沿って装入して熱処理を施した鋼管を炉出口から搬出する熱処理方法であって、加熱室の入側に予熱帯を備えた前室の内圧が、炉外圧以上で加熱室の圧力以下となるように設定し、前室で鋼管の内外表面に残留した付着物を気化できる温度まで鋼管を加熱して、熱処理することを特徴とする熱処理方法。