JP4864512B2

JP4864512B2 - 連続焼鈍炉におけるシール装置

Info

Publication number: JP4864512B2
Application number: JP2006102126A
Authority: JP
Inventors: 剛田中; 友世西山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-04-03
Also published as: JP2007277600A

Description

本発明は、帯状鋼板を浮揚通板させる連続焼鈍炉において、炉内の雰囲気ガスの流れを制御できるシール装置に関する。

例えば冷延鋼板では８００℃を超える高温で焼鈍する場合がある。一般的なハースロール炉では、こうした温度域で焼鈍すると、鋼板表面の鉄系酸化物や鋼板中に含まれる元素の金属間化合物がハースロール表面にビルドアップし、鋼板に押疵を生じ、冷延鋼板の表面品位や特性の劣化を引き起こす。
そこで、例えば特許文献１では高温区間を浮揚式支持装置で支持することにより、押疵の発生がなく、高温焼鈍が可能となる製造技術が開示されている。

一方、連続焼鈍炉では、直火帯での直火バーナの燃焼排ガス雰囲気、輻射管式加熱帯での水素ガスと窒素ガスの混合雰囲気、脱炭のための水素ガスと水蒸気と窒素ガスの混合雰囲気、循環型冷却帯での窒素ガス雰囲気などの雰囲気条件を、処理目的に応じて使い分けることが行われている。
このような複数の雰囲気条件を単一の炉で使い分けるためには、処理鋼帯の熱処理条件や品質の確保、炉内構造物の酸化などによる劣化防止、防爆などの観点から、炉内雰囲気を帯域ごとに縁切りするシール装置が必要となってくる。

そのようなシール装置として、連続焼鈍炉内を通板する鋼板の位置が定まるハースロール炉では、鋼板の下面側をハースロールで支持し、上面側を耐熱材料で構成した仕切板やシールロールで遮蔽する装置が、例えば特許文献２や特許文献３により提案されている。
しかし、特許文献１と同様に、鋼板をフロータ設備を用いて浮揚通板させる、いわゆるフロータ炉では、鋼板下面側にハースロールがなく、しかも、板厚や張力によって炉中のカテナリー形状が変化するため、ハースロール炉のように、ロールや仕切板を鋼板に接触させたり近接させたりするシール方法は、フロータ炉には適用できない問題がある。

また、他のシール装置として、炉中に中間室を設け、前室および後室から中間室に流入した混合雰囲気を中間室から排気する方式のものがある。
この方式はフロータ炉でも有効であるが、水素などの可燃性ガスを使用する連続焼鈍炉で循環ファンを稼動させる場合には、外気の混入による爆発や異常燃焼を防止するために一定(例えば１０Ｐａ以上)の炉内圧力を保持する必要があり、中間室で排気する方法では炉内圧力の維持のため高価な雰囲気ガスをさらに大量に使用することとなる。また、排気するガスを回収・分離して再利用する場合には、炉内圧力調整機構や分離装置などが必要で設備費が高額となる。

さらに、フロータ炉におけるシール装置として、シール装置およびガスカーテンを鋼板上下面に対に配置し、シール装置の前後圧力を調整することにより炉内ガスの炉長方向への流れを制止する装置が、特許文献４により提案されており、フロータ炉におけるシール装置としては一定の効果が得られている。
しかし、その装置においては、シール効果を得るために圧力を蓄える中間室を設けているが、中間室に圧力を蓄え、その圧力を制御するには、加熱帯前後などの高温環境下に複雑な装置を多数配置する必要があり、設備費が高額となる。さらに、効果的に中間室に圧力を蓄えるには、シール装置を鋼板に近接し、かつ炉高・炉幅を可能な限り小さくする必要があり、この結果メンテナンス性や板通しの作業性などで劣るという問題がある。
特開昭５８−１２０７３３号公報特開平１１−８０８４２号公報特開２００５−６０７３８号公報特開平１０−１８３２５８号公報

本発明は、上記のような従来技術の欠点を解消するためになされたものであり、鋼板を浮揚通板させるフロータ設備を有する連続焼鈍炉で利用できる、鋼板に無接触なシール装置であって、メンテナンス性や作業性に優れ、しかも安価なシール装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は次のようにしたことを特徴とする。
請求項１のシール装置の発明は、複数の吹出口を有するフロータ設備から吹込まれる雰囲気循環ガスを用いて帯状鋼板を浮揚通板させ、雰囲気循環ガスの一部を吸込口から吸込むことにより雰囲気循環ガスを循環させる連続焼鈍炉におけるシール装置であって、前記フロータ設備の通板方向前後に仕切板を配置し、フロータ設備の前段側端末の吹出口から後段側に向かって各吹出口の雰囲気循環ガス流量を順次積算した積算値が、前記吸込口から吸込むガス流量の１／２を超える位置とフロータ設備後の仕切板の間に前記吸込口を配置したことにより、前記フロータ設備前の仕切板の前段からフロータ設備側への雰囲気ガスの流入を抑制することを特徴とする。

請求項２のシール装置の発明は、前記積算値から、前記フロータ設備後の仕切板の後段からフロータ設備側への雰囲気ガス流入量を差し引いた量が、前記吸込口から吸込むガス流量の１／２を超える位置と前記後段側の仕切板の間に前記吸込口を配置したことを特徴とする。
請求項３のシール装置の発明は、該請求項に記載されているように、前記フロータ設備を複数個連続的に設けるとともに、仕切板を各フロータ設備の通板方向前後に位置するように配置し、各フロータ設備において、前記吸込口を請求項１あるいは請求項２に記載の位置に配置したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、フロータ設備を備えた連続焼鈍炉において、フロータ設備を利用してシール装置としているので、従来の構造より安価で、かつ耐久性およびメンテナンス性に優れたシール装置を提供することができる。
請求項２の発明によれば、後段からの雰囲気ガス供給が存在する場合でも、シール効果の高いシール装置を提供することができる。
請求項３の発明によれば、複数のシール装置を連続的に設けたことにより、さらにシール効果の高いシール装置を提供することができる。

本発明者らは、フロータ設備を備えた連続焼鈍炉において、フロータ設備を利用して炉内雰囲気を帯域間で安価にシールする手段について検討した。
そして、複数の吹出口から炉内に吹込まれる雰囲気循環ガスを用いて帯状鋼板を浮揚通板させ、吹込まれた雰囲気循環ガスの一部を吸込口から吸込むことにより雰囲気循環ガスを循環させるフロータ設備を用いて帯状鋼板を通板する際の雰囲気ガスの流れを、実機試験ならびにシミュレーションにより種々検討した結果、雰囲気循環ガスが循環される際に、吸込口より前段側の吹出口から吹込まれた雰囲気ガスが吸込口に吸込まれるまでの圧力損失に応じて、吸込口より前段側の炉圧が変化する、という知見を得た。
本発明は、そのような知見をもとに、さらに吸込口前後の炉圧差を用いてシールする手段について検討した結果なされたものである。

以下、本発明のシール装置の実施の形態について具体的に説明する。
図１は、フロータ設備１の複数の吹出口２ａ〜２ｉから吹込まれる雰囲気循環ガスを用いて帯状鋼板（図示せず）を浮揚通板させ、雰囲気循環ガスの一部を吸込口４から吸込むことにより雰囲気循環ガスを循環させる装置構成において、吸込口４の位置によって、吸込口前後の炉圧分布１０が変化することを説明するための模式図である。
図1は、炉の通板長手方向（通板方向は図中矢印に示す）の側面図であり、各吹出口からの吹出し風量の大きさを２ａ〜２ｉの矢印の長さで示し、通板長手方向の炉圧分布を炉圧分布１０として示す。また、２ａから２ｇの炉圧差をΔｐ１、２ｉと２ｇの炉圧差をΔｐ２とする。

吸込口４が、図１の位置にある場合、前段側端末の吹出口２ａから吸込口直近の吹出口２ｇまでの圧力差ΔＰ１は、後段側端末の吹出口２ｉから吸込口直近の吹出口２ｈまでの圧力差ΔＰ２よりも大きくなり、吸込口より前段側の炉圧が後段側の炉圧より高くなる。

このように吸込口後段側の炉圧が前段側よりも低くなることにより、炉の後段側（フロータ設備後の仕切板より後段の帯域）からフロータ設備側への雰囲気ガスの流入が促進され、さらに吸込口前段側の炉圧を高めることにより、帯状鋼板が炉の前段の帯域（フロータ設備前の仕切板より前段の帯域）から随伴して持ち込む雰囲気ガスを炉圧によって押さえ込むことができ、前段の雰囲気を効果的にシールすることができる。

上記のように、シール効果を得るためには、ΔＰ１−ΔＰ２の値が０より大きいことが必要である。そのためには、前段側端末の吹出口から後段側に向かって各吹出口の雰囲気循環ガス流量を順次積算した積算値が、前記吸込口から吸込むガス流量の１／２を超える位置よりも後段側に前記吸込口を配置することが少なくとも必要である。それにより、後段側の雰囲気循環ガス流量の積算値は、吸込むガス流量の１／２以下になり、ΔＰ１−ΔＰ２＞０を達成することができる。

さらに、帯状鋼板の移動にともなう随伴流以外の雰囲気ガスの流入をできるだけ抑えるためには、シール装置前後に仕切板６を配置することが必要である。
本発明は、この仕切板の設置と上記のような吸込口の位置の調整によって大きなシール効果を得ることができる。

なお、吸込口の位置は、前段側端末の吹出口から後段側に向かって各吹出口の雰囲気循環ガス流量を順次積算した積算値が、前記吸込口から吸込むガス流量を超える位置よりも後段側に前記吸込口を配置すれば、さらにシール効果を高めることができるが、特に、吸込口が前記複数の吹出口の何れよりも後段側、すなわち、フロータ設備の後段側端末の吹出口（図１では２ｉ）とフロータ設備後の仕切板の間に吸込口を、特に仕切板近傍に配置すると、吸込口より前段側の炉圧を大きく高めるため、高いシール効果を得ることができる。
また、フロータ設備後の仕切板より後段からフロータ設備側へ雰囲気ガスが供給される場合は、図１の２ａから２ｂに記載のとおり、前段では後段から供給された雰囲気ガスが、フロータ設備前の仕切板より前段に流出しようとする際の圧力損失が生じるため、フロータ設備の前段の炉圧を後段の炉圧より高めるためには、前記積算値からフロータ設備後の仕切板より後段からの雰囲気ガスの供給量Ｑ１を差し引いた値が、前記吸込口から吸込むガス流量の１／２を超える位置よりも後段側に前記吸込口を配置することが必要である。

本発明では、吹出口の数、雰囲気循環ガス流量など特に限定されるものではないが、複数の吹出口を合わせた全長が２ｍ以上、雰囲気循環ガスの流量が１００ｍ^３／ｍｉｎ以上、後段からの雰囲気ガス流入量が２００Ｎｍ^３／ｈｒ以上の条件において、好適に実施できる。

さらに、本発明では、複数のフロータ設備を連続的に設け、各フロータ設備の前後に仕切板を配置し、各フロータ設備に対応する吸込口を上記のような位置に設けるようにすれば、さらに高いシール効果を得ることができる。その場合、仕切板は、連続するフロータ設備全体の前後と各フロータ設備間に配置すればよい。また、各フロータ設備に対応して設けられる吸込口の位置は、すべてのフロータ設備に対して同じであっても、異なっていてもよい。後段側のフロータ設備では、よりシール効果の高い後段側の仕切板に近い位置に配置するのが好ましい。

次に、本発明のシール装置を、連続焼鈍炉の加熱帯後段の冷却帯に適用した実施の態様について説明する。
図２は連続焼鈍炉５の一部を示しており、Ａ室は輻射管式加熱帯、Ｂ、Ｃ室は冷却帯、Ｄ室は急速冷却帯となっており、各室間は仕切板６で仕切られている。
Ａ室では帯状鋼板３が１０００℃まで加熱され、Ｃ室後段までに８００℃に冷却される。ハースロールでの押疵を防止するため、Ａ室からＣ室まではフロータ設備１から噴出される雰囲気循環ガスで浮揚支持され、Ｄ室以降はハースロール７で支持されている。

Ａ室では、鋼板の還元と酸化防止のため、雰囲気のＨ_２濃度を３０％としているが、Ｄ室以降は炉温が低いため、水素爆発の防止の観点からＨ_２濃度を１％以下とする必要がある。
Ａ室から後段への水素流出を防止するため、冷却帯をＢ室とＣ室に分け、それぞれにシール装置を設けた。シール装置は、前記仕切板６とフロータ設備１と吸込口４およびフロータ設備１間を接続する耐熱性のある循環ファン８で構成され、後段側の吸込口４から雰囲気循環ガスを吸込み、ガスクーラー９で所定温度まで冷却した後、フロータ設備１の吹出口２より雰囲気循環ガスを吹込み、鋼板の冷却と浮揚支持も同時に行えるものとした。

この装置では、吹出口の数は70個とし、B室、C室の長さは４．５ｍ、Ｌ：フロータ設備両端の吹出口間の距離、ａ：吹出口前段側端末から吸込口前端までの距離、ｂ：吸込口の全長、ｈ：吹出口後段側端末から仕切板までの距離は、それぞれＬ＝３．５ｍ、ａ＝２．５ｍ、ｂ＝０．５ｍ、ｈ＝１．０ｍとなるように吹出口と吸込口を配置した。
また、吸込口から吸込むガス流量を４５０ｍ^３／ｍｉｎと設定したときの、この装置における前段側端末の吹出口から積算した雰囲気循環ガス流量の積算値が、前記吸込口から吸込むガス流量の１／２を超える吹出口位置は前段の仕切板から２．２５ｍであり、前記積算値から、後段からの雰囲気ガス供給量Ｑ１を差し引いた値が、前記吸込口から吸込むガス流量の１／２を超える吹出口位置は前段の仕切板から２．５ｍであり、吸込口はそれらの位置より後方に設けられている。

そして、後段からの雰囲気ガス量Ｑ１＝４５０Ｎｍ^３／ｈｒ、各室の雰囲気循環ガス流量Ｑ２＝４５０ｍ^３／ｍｉｎとなるように雰囲気循環ガスを循環させたところ、Ａ〜Ｃの各室内で３Ｐａの炉圧差が生じ、これによりＨ_２濃度は、Ｂ室で３％、Ｃ室で０.３％となり、冷却帯に連続的に２つのシール装置を設けたことにより、目的のシール性能を得ることができた。
また、引用文献４と比較すると、炉内の上部風箱、風箱の吊り金物や昇降装置が不要となり、シール装置の炉内構造物の費用は引用文献４の場合と比較して約１／２とすることができた。

なお、この実施の形態においては、フロータ設備を帯状鋼板下側にだけ配置した例を示したが、鋼板上側にも対象的にフロータ設備を設けて、帯状鋼板を上下から浮揚支持して通板させるようにしてもよいことはもちろんであり、シール効果の点では、上側にもフロータ設備を設けるのが望ましい。

以上説明した実施の形態は本発明の例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、特許請求の範囲の請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。

本発明のシール装置を説明するための図である。本発明のシール装置の一実施の態様を説明する図である。

符号の説明

１フロータ設備
２雰囲気循環ガスの吹出口
３帯状鋼板
４雰囲気循環ガスの吸込口
５連続焼鈍炉
６仕切板
７ハースロール
８循環ファン
９ガスクーラー
１０炉圧分布

Claims

複数の吹出口を有するフロータ設備から吹込まれる雰囲気循環ガスを用いて帯状鋼板を浮揚通板させ、雰囲気循環ガスの一部を吸込口から吸込むことにより雰囲気循環ガスを循環させる連続焼鈍炉におけるシール装置であって、
前記フロータ設備の通板方向前後に仕切板を配置し、フロータ設備の前段側端末の吹出口から後段側に向かって各吹出口の雰囲気循環ガス流量を順次積算した積算値が、前記吸込口から吸込むガス流量の１／２を超える位置とフロータ設備後の仕切板の間に前記吸込口を配置したことにより、前記フロータ設備前の仕切板の前段からフロータ設備側への雰囲気ガスの流入を抑制することを特徴とするシール装置。
前記積算値から、前記フロータ設備後の仕切板の後段からの雰囲気ガス流入量を差し引いた量が、前記吸込口から吸込むガス流量の１／２を超える位置と前記フロータ設備後の仕切板の間に前記吸込口を配置したことを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
複数の吹出口を有するフロータ設備から吹込まれる雰囲気循環ガスを用いて帯状鋼板を浮揚通板させ、雰囲気循環ガスの一部を吸込口から吸込むことにより雰囲気循環ガスを循環させる連続焼鈍炉におけるシール装置であって、
前記フロータ設備を複数個連続的に設けるとともに、仕切板を各フロータ設備の通板方向前後に位置するように配置し、各フロータ設備において、フロータ設備の前段側端末の吹出口から後段側に向かって各吹出口の雰囲気循環ガス流量を順次積算した積算値、あるいは、該積算値から、フロータ設備後の仕切板の後段から前段への雰囲気ガス流入量を差し引いた量が、前記吸込口から吸込むガス流量の１／２を超える位置とフロータ設備後の仕切板の間に前記吸込口を配置したことにより、フロータ設備前の仕切板の前段から後段への雰囲気ガスの流入を抑制することを特徴とするシール装置。