JP4426886B2 - 連続式溶融めっきラインにおける焼鈍設備 - Google Patents

Description

本発明は、連続式溶融亜鉛めっきライン等の連続式溶融めっきラインにおいて、めっき前に鋼帯を連続焼鈍する焼鈍設備に関するものである。

従来、鋼帯の連続式プロセスラインにおいては、横型炉方式の焼鈍炉によって加熱及び冷却等の所定の熱サイクルにて鋼帯の焼鈍を行い、引き続いて溶融亜鉛めっき等のめっき処理を行う方法と、竪型炉方式の焼鈍炉にて鋼帯の焼鈍を行い、引き続いて溶融亜鉛めっき等のめっき処理を行う方法の二通りがあった。

めっき処理では、溶融亜鉛めっきを例にとると、溶融亜鉛浴に鋼帯を浸漬させて浴中のシンクロールを介して鋼帯を垂直に引き上げ、ガスノズルや電磁式のワイピングを利用しためっき機にて溶融亜鉛の付着量を所定の量に調整する。引き続いて合金化処理を施す場合には、めっき鋼帯を誘導加熱装置にて再加熱し、鉛直方向に走行させたまま保熱、冷却を行い、トップロールにて鋼帯の進行方向を変えて下側に引き下げ、さらに最終冷却を行った上で次工程へ送る合金化処理が行われている。このような合金化処理装置は、高層棟内に各機器を配置して構成されている。

ところで、上述の従来の焼鈍炉においては、横型炉方式では、鋼帯を搬送支持するロールは小径のサポートロールでよく、焼鈍炉部分を格納している建屋も低層でよいため、設備費が安価にできるという利点がある反面、生産量を大きくするためには水平方向の炉長を長くする必要があり、横型炉を含めたライン全体のための長大な敷地が必要になるという欠点をもっている。

一方、竪型炉方式では、鋼帯を上下で反転させて搬送するための大径のハースロールが複数必要であるため設備費が横型炉方式に比して高くなるという不利益があり、必要な建屋も３０ｍ乃至４０ｍ程度の中層棟が必要であることから建築コストも高くなる。しかしながら、水平方向の炉長を短くすることが可能であるため、ライン全体の敷地が少なくて済む。したがって、生産量が大きい場合は、横型炉方式よりも竪型炉方式が適している。このことから、従来はラインの生産量に応じて、横型炉方式と竪型炉方式を選択してラインを計画していた。

また、近年、高張力鋼等の高級鋼板の製造プロセスが進歩し、また、高級鋼板を含めた製品需要量の高まりに応じて既設の焼鈍炉を改造して高張力鋼の製造に必要な急速冷却装置を増設したり、生産量を高めるための改造をするニーズが高まってきている。

このようなニーズに応じるためには、従来の横型炉方式においては、生産量を高めるためには炉長を延長することが必要になる。しかしながら、既存のラインを改造して横型炉の処理能力を高めようとしても、前後の機械設備との間のスペース制約や生産ライン自体の設置スペースの制約があり、一般的には炉長を延長させることは困難なことが多い。

生産量を高めるためには、加熱帯であればバーナーを増設して加熱炉温度を高めたり、また誘導加熱装置を追加設置する等の方法により加熱能力を向上させることはできる。しかし、冷却帯についてはガスジェット方式を採用しているため冷却ブロワーを大容量のものに換えて冷却ガスのノズル風速を高めることはできても、鋼帯が所定の間隔で設けたサポートロールよって支持されて水平に搬送されていることにより鋼帯のカテナリーが生じているので、冷却ノズルと鋼帯の距離を近接させることには限界がある。したがって、冷却能力を十分に高めることができないので、結果として生産ラインの能力を十分に高めることが困難であるという問題があった。また、同様に既設の横型炉で高張力鋼等の高級鋼板を生産しようとしても、同様の理由により鋼帯と冷却ノズルを近接させるには限界があるため、必要となる急速冷却装置をラインを改造して追加設置することが困難であるという問題があった。

一方、特許文献１には、加熱処理帯域及び冷却帯域は炉床部のハースロールに沿って鋼板を水平方向に移送する横型炉構造を有し、均熱処理帯域は炉床部のボトムロールと上方に配置されたトップロールとに鋼板を掛け渡して移送する竪型炉構造を有する連続溶融金属めっきラインの鋼板焼鈍炉が開示されている。この特許文献１に開示された技術は、均熱処理帯域を竪型にすることで炉体のコンパクト化を実現しようとするものであるが、一般に横型炉方式の焼鈍炉を採用した溶融めっきラインでは、焼鈍炉が配置される建屋は低層棟と呼ばれ、焼鈍炉にて焼鈍された鋼帯は、焼鈍炉に連結されためっき槽でめっきが施され、めっき槽直上へ引き上げられ、合金化処理等を行って、次工程へ搬送される。このめっき槽が配置された部分の建屋は一般的に高層棟と呼ばれ、めっきされた鋼帯の乾燥処理又は合金化処理に必要な高さだけ鉛直上方に突設されている。すなわち、均熱処理帯域を竪型にすると、低層棟部分の中間部分だけが高層棟となるため炉体はコンパクトになっても建屋の建設費がアップすることになる。
特開平１０−２４５６３１号公報

本発明が解決しようとする課題は、炉長を短くしつつ生産量も高めることができる効果的なレイアウトを有する連続式溶融めっきラインにおける焼鈍設備を提供することにある。

本発明は、連続式溶融めっきライン内で鋼帯を連続焼鈍する焼鈍設備において、めっき前の鋼帯の冷却帯を竪型冷却帯とし、加熱帯を水平方向に配置した横型炉の後段に、加熱帯からの鋼帯を鉛直上方向に方向転換させるターンロールと、鉛直上方向に走行する鋼帯を鉛直下方向に方向転換させるハースロールと、鉛直下方向に走行する鋼帯を再度水平方向に方向転換させる第二のターンロールとを備えた前記竪型冷却帯を連結し、前記竪型冷却帯部分の建屋は、隣接するめっき装置部分の高層棟を拡張したものであることを特徴とする。

竪型冷却帯には、鉛直上方向に走行する鋼帯を徐冷する徐冷用冷却装置、又は鉛直上方向に走行する鋼帯を急冷する急冷用冷却装置を配設することができる。また、竪型冷却帯には、鉛直上方向に走行する鋼帯を徐冷する徐冷用冷却装置と、鉛直下方向に走行する鋼帯を急冷する急冷用冷却装置とを配設することもできる。さらに、徐冷用冷却装置の冷却速度は５〜２０℃／秒、急冷用冷却装置の冷却速度は２０〜１００℃／秒とすることができる。

本発明の連続式溶融めっきラインにおける焼鈍設備によれば、めっき前の鋼帯の冷却帯を竪型冷却帯とし、鉛直パスを走行している鋼帯を冷却するようにしたので、従来の横型炉方式では、鋼帯が所定の間隔で設けたサポートロールによって支持搬送されており、サポートロール間で鋼帯がカテナリーによって垂れ下がるため、冷却ノズルを鋼帯に近接させることが困難であったのに対して、鉛直パスに高速ガスジェット式の急冷用冷却装置を配設でき、冷却ノズルと鋼帯を近接させて高速で冷却ガスを鋼帯に噴射することで、１００℃／秒の急速冷却を実現することができ、高張力鋼の製造を容易とすることが可能になる。

また、水平方向の炉長は従来の横型炉方式に比較して短くできるので、前後の機械設備との間にスペース制約がある場合でも、生産性を落とさずにラインを計画設置することが可能になる。とくに、既設のラインにおいては、容易に冷却装置を増設することができるので、短期間で生産性を高めるためのライン改造ができるという、大きな利点を有している。

さらに、冷却帯部分の建屋は、隣接するめっき装置部分の高層棟を拡張するだけでよく、独立して新たに高層棟を構築する必要がないので、構造が簡便となり、建築コストも低くなる。

以下、図面に示す実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の焼鈍設備を適用した連続式溶融亜鉛めっきラインの一実施例を示す。同図において、鋼帯１はコイルの状態からペイオフリール２により巻き解かれ、溶接機３にて先行の鋼帯１と接続され入側ルーパー４、洗浄装置５を経て焼鈍炉へ送られる。焼鈍炉において鋼帯１は、第一加熱帯６と第二加熱帯７を水平方向に配置した横型炉８にて加熱された後、ターンロール９によって鉛直上方向へ進行方向が変えられる。ターンロール９は、竪型冷却帯１０の入口部分を構成する接続チャンバー１１の中に設けられている。接続チャンバー１１は独立にチャンバー内の温度を制御されると共に、第二加熱帯７と接続されている。さらに、鋼帯１は、竪型冷却帯１０の上部に設けたハースロール１２によって再び鉛直下方向へ進行方向が変えられ、引き続いて第二のターンロール１３によって再び水平方向へ導かれる。

竪型冷却帯１０において、ターンロール９からハースロール１２の間の鉛直上りパスとハースロール１２から第二のターンロール１３の間の鉛直下りパスには、少なくとも何れかのパスに鋼帯１の冷却装置が設けられており、鋼帯１が徐冷若しくは急冷される。

実施例では、図２に示すように、鉛直上りパスにガスジェット式の徐冷用冷却装置１４を設けると共に、鉛直下りパスに高速ガスジェット式の急冷用冷却装置１５を設けている。なお、図２では、上部のハースロール１２を隣接して二本配置している。

第二のターンロール１３によって水平方向に方向転換された鋼帯１は、ホットブライドル式ターンダウンロール１６を経て、亜鉛ポット１７へ送られる。亜鉛ポット１７を出た鋼帯１は、めっき装置１８にて所定のめっき付着量に調整され、高層棟１９内に設けられた合金化処理装置２０、最終冷却装置２１にて処理され、次工程でスキンパスミル２２により外観及び機械特性を調整された後、出側ルーパー２３を経て、テンションリール２４で再びコイル状に巻き取られて成品になる。

以上の構成において、竪型冷却帯１０は、図１に示すように、合金化処理装置２０及び最終冷却装置２１が設けられている高層棟１９を拡張した高層棟拡張部２５に設けられており、独立して新たに高層棟を構築するする必要がないので、構造が簡便となり、建築コストも低くなる。

また、ターンロール９、ハースロール１２及び第二のターンロール１３は、ホットブライドル式ターンダウンロール１６の回転数指令を基にして鋼帯張力補償による補正を行った上で回転数が入力指令されるので、精度のよいライン運転が可能となる。鋼帯張力の検出手段はターンロール９、ハースロール１２及び第二のターンロール１３の何れか一箇所に設けておけばよい。また、ターンロール９、ハースロール１２及び第二のターンロール１３は、それぞれ独立したロールチャンバー内に設置されており、それぞれのロールチャンバーは内部に設けた電熱ヒーターによって温度制御されているので、通板条件の変更がある場合でも、ロールクラウン形状の変化を最小限に抑制することができ、鋼帯のクーリングバックルによる形状不良の発生を抑制することができるようになっている。

図３は、本発明の焼鈍設備に適用する急冷用冷却装置の一実施例を示し、図４は、図３のＡ−Ａ矢視図である。急冷用冷却装置１５は、ハースロール１２から第二のターンロール１１の間の鉛直下りパスに沿って、対向して複数段配置されている。急冷用冷却装置１５冷の上下間には鋼帯１のバタツキを防止する押さえロール２６を鋼帯１を挟持するように配置している。

図４に示すように、急冷用冷却装置１５により鋼帯１に吹き付けられた冷却ガスは循環系を介して冷却ガスとして再利用される。すなわち、吹き付けられた冷却ガスは、竪型冷却帯１０に設けられたガス吸い込み口から吸い込まれ、吸引側ダクト２７、熱交換機２８、循環ブロワー２９及び吐出側ダクト３０を介し、さらに、急冷用冷却装置１５の冷却箱３１に連結された循環系により、冷却箱３１の鋼帯１面側に設けられた突出ノズル３２から鋼帯１に向けて再び噴出される。本実施例において、冷却ガスとしては、Ｈ_２ガス及びＮ_２ガスその他の不活性ガスからなる混合ガスを使用し、Ｈ_２濃度を０〜１００％、残りをＮ_２またはその他の不活性ガスとした。

上述のように急冷用冷却装置１５は、冷却箱３１とこの冷却箱３１の鋼帯１面側に設けた突出ノズル３２からなる。この突出ノズル３２としては、ノズル基部（冷却箱３１側）の開口断面積Ａ（図５参照）とノズル先端（鋼帯１側）の開口断面積ａの比（Ａ／ａ）が２．０〜９．０となるようなノズルを選定し、配置している。突出ノズル３２のノズル先端から鋼帯１面までの距離Ｌ１は３０〜１００ｍｍの範囲で設定し、冷却箱３１表面から突出ノズル３２のノズル先端までの距離Ｌ２は１５０〜２００ｍｍの範囲で設定する。また、突出ノズル３２は、各突出ノズル３２のノズル先端の開口面積の総和が冷却箱３１の表面積の２〜４％となるように配置している。

図５は、突出ノズル３２の詳細を示す。図５において、Ｄはノズル基部の内径（ここで、ノズル基部とは冷却箱３１への取り付け側をいう）、Ｄ０はノズル基部の外径で、ｄはノズル先端の内径、Ｌ２はノズル全長、ＤＮはノズル基部を起点として、（ノズル全長Ｌ２）−（１０ｍｍ±３ｍｍ）の範囲、言い換えると、ノズル基部より先端側１０ｍｍ±３ｍｍの範囲におけるノズルの外径を指している。突出ノズル３２は円錐形状となるため、ＳＵＳ（ステンレス鋼）のプレートを板巻きして製作した。突出ノズルは板巻きのほか、引き抜き鋼管や削り出し、又は、鋳造で製作することも可能である。

図６は、突出ノズル３２を冷却箱３１に取り付けたときの状況を示す。突出ノズル３２の取り付けに当たっては、まず、冷却箱３１の表面にＤＮ径の取り付け孔を開ける。取り付け孔の数はノズル先端の開口総面積（総和）が冷却箱３１の表面積の２〜４％なるように設けている。次に、取り付け孔に外径Ｄ０のノズル基部を差し込み、ポンチ（図示せず）にて図６に示すように冷却箱３１に打ち込む。突出ノズル３２を打ち込む際は、ノズル基部が冷却箱３１の内面に突出しないように打ち込む。図６ではノズル基部が冷却箱３１にその内面より１０ｍｍを残して装入されるように打ち込んでいる。そして、打ち込まれた突出ノズル３２のノズル基部側から装入した拡管機（図示せず）により基部側ノズル内径Ｄを拡管し、冷却箱３１に設けた取り付け孔ＤＮ径に圧着する。さらに、ノズル基部の端部と取り付け孔の内面を溶接にて接合する。このとき、図６のように溶接の肉盛り部Ｗが冷却箱３１の内面より突出しないように施工される。以上のように、拡管機により拡管接合することで、従来、溶接で取り付けていた場合よりも突出ノズル３２の取り付け精度は向上する。

なお、ＤＮ径の位置を上記のように限定したのは、上限以上（１０ｍｍ＋３ｍｍを超える）とすると、冷却箱への挿入が困難となり、また下限より少ないと密着性が劣ることによる。

また、図６では突出ノズル３２の抵抗係数を減じるために冷却箱３１の内面より１０ｍｍを残してノズル基部を埋設したが、抵抗係数を減じるものであれば、冷却箱３１の内面に合わせることも可能である。また、図６では拡管接合して溶接を行ったが、拡管接合以外の手段によって取り付けて溶接を行ってもよい。

以上の要領で、ノズル全長Ｌ２を２００ｍｍとしてＡ／ａを種々変化させて製作した突出ノズルについて実験装置により圧力損失を求め、それぞれの抵抗係数を算出した。その結果を図７に示す。Ａ／ａ＝１．０、すなわち、従来のストレートノズルに比べＡ／ａ＝２．０〜９．０のときが抵抗係数が小さく４．０近傍が最も小さいことがわかる。このように、本実施例の突出ノズル３２では、従来のストレートノズルに比べノズルの抵抗係数が３０％程度小さくなる。また、ノズル先端部を楕円として鋼帯の幅方向噴出幅を拡げることもできる。したがって、本実施例のような突出ノズル３２を備えた急冷用冷却装置１５を使用することで、１００℃／秒程度の高い冷却速度を得ることができる。

本発明の焼鈍設備を適用した連続式溶融亜鉛めっきラインの一実施例を示す。 図１の焼鈍設備における竪型冷却帯の一実施例を示す。 本発明の焼鈍設備に適用する急冷用冷却装置の一実施例を示す。 図３のＡ−Ａ矢視図である。 急冷用冷却装置に適用する突出ノズルの詳細を示す。 図５の突出ノズルを急冷用冷却装置の冷却箱に取り付けたときの状況を示す。 図５の突出ノズルの抵抗係数を示す。

符号の説明

１ 鋼帯
２ ペイオフリール
３ 溶接機
４ 入側ルーパー
５ 洗浄装置
６ 第一加熱帯
７ 第二加熱帯
８ 横型炉
９ ターンロール
１０ 竪型冷却帯
１１ 接続チャンバー
１２ ハースロール
１３ 第二のターンロール
１４ 徐冷用冷却装置
１５ 急冷用冷却装置
１６ ホットブライドル式ターンダウンロール
１７ 亜鉛ポット
１８ めっき装置
１９ 高層棟
２０ 合金化処理装置
２１ 最終冷却装置
２２ スキンパスミル
２３ 出側ルーパー
２４ テンションリール
２５ 高層棟拡張部
２６ 押さえロール
２７ 吸引側ダクト
２８ 熱交換機
２９ 循環ブロワー
３０ 吐出側ダクト
３１ 冷却箱
３２ 突出ノズル

Claims (1)

1. 連続式溶融めっきライン内で鋼帯を連続焼鈍する焼鈍設備において、めっき前の鋼帯の冷却帯を竪型冷却帯とし、加熱帯を水平方向に配置した横型炉の後段に、加熱帯からの鋼帯を鉛直上方向に方向転換させるターンロールと、鉛直上方向に走行する鋼帯を鉛直下方向に方向転換させるハースロールと、鉛直下方向に走行する鋼帯を再度水平方向に方向転換させる第二のターンロールとを備えた前記竪型冷却帯を連結し、前記竪型冷却帯部分の建屋は、隣接するめっき装置部分の高層棟を拡張したものであることを特徴とする連続式溶融めっきラインにおける焼鈍設備。

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