JP5043587B2

JP5043587B2 - 金属ストリップ連続熱処理設備

Info

Publication number: JP5043587B2
Application number: JP2007266517A
Authority: JP
Inventors: 守阪田
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-10-12
Also published as: TWI392743B; CN101407857A; TW200925288A; JP2009097020A; KR20090037809A; KR101239587B1

Description

本発明は、ラジアントチューブバーナなど、加熱帯の雰囲気を昇温させる加熱手段からの廃熱を効率よく利用することが可能な金属ストリップ連続熱処理設備に関する。

金属ストリップ連続熱処理設備として、省エネルギ化を達成するために、加熱帯の手前に、予熱帯を設置するようにしたものが知られている（特許文献１参照）。従来、予熱帯ａの雰囲気は、図２〜図４に示す種々の方式で形成されている。図２は、予熱帯ａと加熱帯ｂを連通させて、予熱帯ａの雰囲気を非酸化雰囲気とするものである。図３は、予熱帯ａと加熱帯ｂの雰囲気をシール部ｃで遮断し、加熱帯ｂを非酸化雰囲気とする一方で、予熱帯ａの雰囲気を、空気（外気）とするものである。図４は、予熱帯ａと加熱帯ｂの雰囲気をシール部ｃで遮断して、加熱帯ｂを非酸化雰囲気とする一方で、予熱帯ａの雰囲気を、加熱帯ｂの雰囲気を昇温させたラジアントチューブバーナｄの排ガスとするものである。ラジアントチューブバーナｄの排ガスは、６００℃以上の高温である。

予熱帯ａの雰囲気を加熱するには、図２の方式では、加熱帯ｂの非酸化雰囲気が予熱帯ａに導入され、予熱帯ａに導入されたこの非酸化雰囲気を、ラジアントチューブバーナｄの排ガスと熱交換器ｅで熱交換して加熱するようにしている。図３の方式では、予熱帯ａに導入される空気を、ラジアントチューブバーナｄの排ガスと熱交換器ｆで熱交換して加熱するようにしている。図４の方式では、ラジアントチューブバーナｄの排ガスをそのまま、予熱帯ａの雰囲気としている。いずれの方式にあっても、予熱帯ａの内圧を調整するために、圧力調整弁ｇを設けた排気系ｈから予熱帯ａ内の雰囲気を排出するようにしている。
特開平１０−１０２１５１号公報

ラジアントチューブバーナｄなど、加熱帯ｂの雰囲気を昇温させる加熱手段からの廃熱利用の面からすると、図２〜図４に示した各方式では、次のような課題があり、十分に廃熱を利用することができていなかった。

図２の方式では、加熱帯ｂと連通されている予熱帯ａの非酸化雰囲気は、ラジアントチューブバーナｄによって相当高い温度に昇温されている。このような高温の非酸化雰囲気を熱交換器ｅでラジアントチューブバーナｄの排ガスと熱交換しても、熱交換効率が低く、廃熱をほとんど利用することができなくて、熱交換器ｅからきわめて高温の排ガスが排出されていた。

図３の方式では、予熱帯ａの内部雰囲気を、酸化雰囲気である空気としている。空気雰囲気中では、金属ストリップｉを高温に予熱することは好ましくない。したがって、空気を熱交換器ｆでラジアントチューブバーナｄの排ガスと熱交換しても、十分に廃熱を利用することはできず、図１の方式と同様に、熱交換器ｆからきわめて高温の排ガスが排出されていた。

図４の方式では、ラジアントチューブバーナｄから送り込まれる排ガスで予熱帯内圧力が上昇するため、排ガスを排気系ｈから排出するようにしている。この際、排出される排ガスは依然として、相当な高温状態にあって、ラジアントチューブバーナｄの廃熱を効率よく利用できてはいなかった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、ラジアントチューブバーナなど、加熱帯の雰囲気を昇温させる加熱手段からの廃熱を効率よく利用することが可能な金属ストリップ連続熱処理設備を提供することを目的とする。

本発明にかかる金属ストリップ連続熱処理設備は、空気導入系から導入された空気雰囲気中で、連続的に送り込まれる金属ストリップを予熱する予熱帯と、上記予熱帯側から連続的に送り込まれる金属ストリップを非酸化雰囲気中で加熱する加熱帯と、該加熱帯の非酸化雰囲気を昇温させる加熱手段と、上記予熱帯と上記加熱帯との間に、該予熱帯の空気雰囲気から遮断してかつ該加熱帯と連通させて設けられ、非酸化雰囲気中で金属ストリップを予熱帯温度よりも高い温度で予熱する第２予熱帯と、上記加熱手段からの廃熱を排出する廃熱排出系と、該廃熱排出系に設けられ、流通する廃熱で上記第２予熱帯の非酸化雰囲気を加熱する高温側熱交換部と、上記廃熱排出系に、上記高温側熱交換部よりも下流に設けられ、流通する廃熱で上記予熱帯へ導入される空気を加熱する低温側熱交換部とを備えたことを特徴とする。

前記排気系は、前記予熱帯からの排気でプロセス媒体を加熱するプロセス用熱交換部を備えることを特徴とする。

本発明にかかる金属ストリップ連続熱処理設備にあっては、ラジアントチューブバーナなど、加熱帯の雰囲気を昇温させる加熱手段からの廃熱を効率よく利用することができる。

以下に、本発明にかかる金属ストリップ連続熱処理設備の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態にかかる金属ストリップ連続熱処理設備１は基本的には、図１に示すように、空気導入系２から導入された空気雰囲気中で、連続的に送り込まれる金属ストリップ３を予熱する予熱帯４と、予熱帯４側から連続的に送り込まれる金属ストリップ３を非酸化雰囲気中で加熱する加熱帯７と、加熱帯７の非酸化雰囲気を昇温させる加熱手段としてのラジアントチューブバーナ８と、予熱帯４と加熱帯７との間に、予熱帯４の空気雰囲気から遮断してかつ加熱帯７と連通させて設けられ、非酸化雰囲気中で金属ストリップ３を予熱帯温度よりも高い温度で予熱する第２予熱帯９と、ラジアントチューブバーナ８からの廃熱を排出する廃熱排出系１０と、廃熱排出系１０に設けられ、流通する廃熱で第２予熱帯９の非酸化雰囲気を加熱する高温側熱交換部１１と、廃熱排出系１０に、高温側熱交換部１１よりも下流に設けられ、流通する廃熱で予熱帯４へ導入される空気を加熱する低温側熱交換部１２とを備えて構成される。排気系５には、予熱帯４からの排気でプロセス媒体を加熱するプロセス用熱交換部１３が備えられる。さらに、予熱帯４から排気する排気系５と、排気系５に設けられ、予熱帯内圧力を調整する圧力調整機構の一例である圧力調整弁６が備えられる。

本実施形態にかかる金属ストリップ連続熱処理設備１は、主に、初段に設けられ、連続的に供給される金属ストリップ３を予熱する予熱帯４と、予熱帯４の次段に設けられ、予熱帯４で予熱された金属ストリップ３をさらに高い温度で予熱する第２予熱帯９と、第２予熱帯９の次段に設けられ、第２予熱帯９で予熱された金属ストリップ３を加熱処理する加熱帯７とを備えて構成される。

予熱帯４には、金属ストリップ３の装入部４ａおよび送り出し部４ｂが設けられる。第２予熱帯９には、予熱帯４から送り込まれる金属ストリップ３の導入部９ａが設けられる。これら予熱帯４と第２予熱帯９との間には、それらの送り出し部４ｂおよび導入部９ａそれぞれに設けた図示しないシール機構により、これら予熱帯４と第２予熱帯９の内部雰囲気を相互に遮断して独立した構造とするシール部１４が設けられる。第２予熱帯９と加熱帯７との間には、これらを連通して、金属ストリップ３を第２予熱帯９から加熱帯７へ送り込むための絞り通路部１５が設けられる。予熱帯４、第２予熱帯９および加熱帯７の内部にはそれぞれ、金属ストリップ３の搬送を案内するローラ１６が適宜に配設される。

連続的に供給される金属ストリップ３は、装入部４ａから予熱帯４に送り込まれる。予熱帯４に送り込まれた金属ストリップ３は、送り出し部４ｂからシール部１４を介して導入部９ａへ送られて、第２予熱帯９に送り込まれる。第２予熱帯９に送り込まれた金属ストリップ３は、さらに絞り通路部１５を介して、加熱帯７へ送り込まれる。

予熱帯４には、空気ファン２ａを備えた空気導入系２が接続される。予熱帯４内部には、空気導入系２を介して、空気ファン２ａによって吸引された空気（外気）が導入され、これにより酸化雰囲気である空気雰囲気が形成される。また、予熱帯４には、内部の空気雰囲気を外部へ排気する排気系５が接続される。排気系５には、予熱帯内圧力を調整する圧力調整弁６が設けられる。圧力調整弁６は、チェックバルブのように、予熱帯内圧力が予め設定した圧力を超えると開放されて、空気雰囲気を排気系５へ排気するようになっている。

他方、加熱帯７と第２予熱帯９は、絞り通路部１５を介して互いに連通されていて、加熱帯７の内部雰囲気が第２予熱帯９へと流通される。これら加熱帯７内部および第２予熱帯９内部には、例えば、水素ガスと窒素ガスの混合ガスが封入されて、非酸化雰囲気が形成される。

第２予熱帯９には、循環ファン１７ａを備えた循環系１７が接続される。循環系１７は、循環ファン１７ａにより第２予熱帯９から非酸化雰囲気を吸引し、吸引した非酸化雰囲気を第２予熱帯９へ還流させるようになっている。

加熱帯７には、内部の非酸化雰囲気を昇温させるために、ラジアントチューブバーナ８が設けられる。ラジアントチューブバーナ８は、ブロア８ａから供給される燃焼空気で燃料を燃焼させて発熱し、非酸化雰囲気を昇温する。加熱帯７の非酸化雰囲気は、ラジアントチューブバーナ８による加熱によって、７００〜９５０℃程度に昇温される。ラジアントチューブバーナ８には、これより廃熱を含む排ガスを排出する廃熱排出系１０が接続される。

排ガスが流通する廃熱排出系１０にはその途中に、高温側熱交換部１１が設けられるとともに、高温側熱交換部１１よりも下流側に位置させて、低温側熱交換部１２が設けられる。高温側熱交換部１１は、循環系１７と接続され、ラジアントチューブバーナ８の高温廃熱で第２予熱帯９の非酸化雰囲気を加熱する。第２予熱帯９の非酸化雰囲気は、加熱帯７からの流入と高温側熱交換部１１による加熱とによって、例えば４００℃以上、好ましくは４５０〜５００℃に維持されることが望ましい。また、低温側熱交換部１２は、空気導入系２と接続され、高温側熱交換部１１での熱交換で降温された低温廃熱によって、予熱帯４へ導入される空気を加熱する。低温側熱交換部１２による導入空気の加熱により、予熱帯４の空気雰囲気温度は、２００〜２５０℃に昇温されることが望ましい。

図示しないけれども、予熱帯４および第２予熱帯９の雰囲気温度は必要に応じて、これらに設けた温度センサで検出した温度信号に基づいて、ラジアントチューブバーナ８や空気ファン２ａ、循環ファン１７ａ、さらには図示しない設備内ＲＣファンをコントローラで制御することによって制御するようにしてもよい。

また、予熱帯４に接続された排気系５には、他のプロセスで使用される液体や気体などのプロセス媒体を予熱帯４からの排気で加熱するために、プロセス用熱交換部１３が設けられる場合もある。予熱帯４からの排気は熱風であることから、プロセス用熱交換部１３によることなく、直接他のプロセスに利用してもよい。

次に、本実施形態にかかる金属ストリップ連続熱処理設備１の作用について説明する。本熱処理設備１で金属ストリップ３を熱処理するにあたっては、まず、加熱帯７、第２予熱帯９および予熱帯４の内部雰囲気を昇温させる。

加熱帯７のラジアントチューブバーナ８を発熱させて、加熱帯４内部に封入した非酸化雰囲気を昇温させる。加熱帯７の内部雰囲気は、絞り通路部１５を介して、第２予熱帯９へも流入される。ラジアントチューブバーナ８の稼働による廃熱を含む排ガスは、廃熱排出系１０に流通する。第２予熱帯９では、循環ファン１７ａの稼働により、第２予熱帯９の内部雰囲気が循環系１７を循環する。廃熱排出系１０を流通する排ガス中の高温廃熱は、高温側熱交換部１１での熱交換により、循環系１７を流通する第２予熱帯９の内部雰囲気を加熱し、第２予熱帯９の内部雰囲気温度を維持する。これにより、ラジアントチューブバーナ８の廃熱は、第２予熱帯９の酸化雰囲気の加熱に利用され、排ガス温度は降温される。

他方、予熱帯４には、空気ファン２ａの稼働により空気導入系２から空気が導入されて、空気雰囲気が形成される。廃熱排出系１０を流通する廃熱を含む排ガスは、高温側熱交換部１１から流出された後、低温側熱交換部１２に流入する。排ガス中の低温廃熱は、低温側熱交換部１２での熱交換により、空気導入系２を流通して予熱帯４に導入される空気を加熱する。これにより、ラジアントチューブバーナ８の廃熱はさらに、予熱帯４の空気雰囲気の加熱に利用され、排ガス温度はさらに降温される。低温となった廃熱を含む排ガスはその後、廃熱排出系１０から外部へ排出される。予熱帯４では、予熱帯内圧力が予め設定した圧力を超えると、圧力調整弁６により空気雰囲気が排気系５へ排出され、これにより予熱帯内圧力が調整される。

このようにして予熱帯４、第２予熱帯９および加熱帯７の内部雰囲気温度が昇温されると、金属ストリップ３は、予熱帯４の装入部４ａから送り込まれて予熱帯４で予熱され、次いで、第２予熱帯９に送り込まれてさらに高い温度で予熱され、その後、加熱帯７へ送り込まれて加熱処理される。

他方、予熱帯４に接続された排気系５を流通する排気は、プロセス熱交換部１３に流入され、これにより他のプロセスに用いられるプロセス媒体を加熱し、この加熱により低温となって外部に排気される。

以上説明した本実施形態にかかる金属ストリップ連続熱処理設備１にあっては、予熱帯４と加熱帯７との間に、予熱帯４よりもさらに高い温度で金属ストリップ３を予熱する第２予熱帯９を備えるとともに、ラジアントチューブバーナ８の廃熱を含む排ガスの廃熱排出系１０に、第２予熱帯９の循環系１７と接続した高温側熱交換部１１および高温側熱交換部１１の下流側に位置させて予熱帯４の空気導入系２と接続した低温側熱交換部１２を設けるようにしたので、加熱帯７の雰囲気を昇温させるラジアントチューブバーナ８の廃熱を、２段階で回収して金属ストリップ３の予熱に効率よく利用することができ、省エネルギ化を促進することができる。また、ラジアントチューブバーナ８の排ガスの排出温度を下げることができて、廃熱排出系１０の出口側構造を簡単化することができる。

廃熱排出系１０に、排ガスの流れ方向に沿って、高温側熱交換部１１と低温側熱交換部１２とを順次配設し、高温側熱交換部１１で第２予熱帯９の高温雰囲気を高温廃熱により加熱し、低温側熱交換部１２で、温度が下がった低温廃熱によって、比較的低温で足りる予熱帯４の空気雰囲気を加熱するようにしたので、これら予熱帯４および第２予熱帯９の温度条件に適合させて、合理的にラジアントチューブバーナ８の廃熱を利用することができる。

また、空気導入系２から空気を導入して予熱帯４の内部雰囲気を形成するようにしたので、予熱帯４からの排気量を大量に確保することができ、この排気熱も有効利用することができる。本実施形態にあっては、排気系５に圧力調整弁６を設けたので、当該排気量を確保しつつ、予熱帯内圧力を適切に調整することができる。さらに、排気系５にプロセス熱交換部１３を設けたので、排気系５から排出される排気によって他のプロセス媒体を効率よく加熱して、予熱帯４からの排気熱も有効に利用することができる。

上記実施形態にあっては、圧力調整機構として、排気系５に設けた圧力調整弁６を例示して説明したが、これに限らず、バブラーなどの圧力開放手段を用いるようにしても良い。

本発明にかかる金属ストリップ連続熱処理設備の好適な一実施形態を示す概略構成図である。従来の金属ストリップ連続熱処理設備の一例を示す概略図である。従来の金属ストリップ連続熱処理設備の他の例を示す概略図である。従来の金属ストリップ連続熱処理設備のさらに他の例を示す概略図である。

符号の説明

１金属ストリップ連続熱処理設備
２空気導入系
３金属ストリップ
４予熱帯
５排気系
６圧力調整弁
７加熱帯
８ラジアントチューブバーナ
９第２予熱帯
１０廃熱排出系
１１高温側熱交換部
１２低温側熱交換部
１３プロセス用熱交換部

Claims

空気導入系から導入された空気雰囲気中で、連続的に送り込まれる金属ストリップを予熱する予熱帯と、
上記予熱帯側から連続的に送り込まれる金属ストリップを非酸化雰囲気中で加熱する加熱帯と、
該加熱帯の非酸化雰囲気を昇温させる加熱手段と、
上記予熱帯と上記加熱帯との間に、該予熱帯の空気雰囲気から遮断してかつ該加熱帯と連通させて設けられ、非酸化雰囲気中で金属ストリップを予熱帯温度よりも高い温度で予熱する第２予熱帯と、
上記加熱手段からの廃熱を排出する廃熱排出系と、
該廃熱排出系に設けられ、流通する廃熱で上記第２予熱帯の非酸化雰囲気を加熱する高温側熱交換部と、
上記廃熱排出系に、上記高温側熱交換部よりも下流に設けられ、流通する廃熱で上記予熱帯へ導入される空気を加熱する低温側熱交換部とを備えたことを特徴とする金属ストリップ連続熱処理設備。
前記排気系は、前記予熱帯からの排気でプロセス媒体を加熱するプロセス用熱交換部を備えることを特徴とする請求項１に記載の金属ストリップ連続熱処理設備。