JP5099265B2 - 連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備 - Google Patents

連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備 Download PDF

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Description

本発明は、連続溶融めっき材製造ラインと連続焼鈍材製造ラインとを切り替え可能に構成された連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備に関する。
本願は、２００９年１０月０１日に、日本国に出願された特願２００９−２２９５１９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来より、経済性を向上させる観点から、めっき鋼板用の連続溶融めっき材製造ラインと冷延鋼板用の連続焼鈍材製造ラインとを、一つの設備で切り替えて操業することのできる兼用設備が提案されている。この兼用設備において、連続溶融めっき材製造ラインとして使用する際には、鋼帯を溶融めっき浴内に浸漬させて鋼帯に溶融めっきを施し、一方、連続焼鈍材製造ラインとして使用する際には、溶融めっき浴を迂回させて鋼帯に溶融めっきを施さないようにしている。
例えば、下記特許文献１や特許文献２においては、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、鋼帯Ｗを炉外の外気中に引き出すための鋼帯搬出口１２５を焼鈍炉１０３の出側に設けておき、連続焼鈍材製造ラインとして使用する際にその鋼帯搬出口１２５を通して炉外に鋼帯Ｗを案内して、溶融めっき浴１０５を迂回するようにした兼用設備１０１が開示されている。なお、図８Ａおよび図８Ｂにおいて、符号１１１は鋼帯Ｗを加熱する加熱帯であり、符号１１２は加熱された鋼帯Ｗを所定範囲の温度域で保持する均熱帯であり、符号１１３および１１４は、それぞれ鋼帯Ｗを冷却する徐冷帯および冷却帯である。
また、特許文献３においては、連続焼鈍材製造ラインとして使用する際に、鋼帯を溶融めっき浴内へ案内しているスナウトを上下に傾動させることによって、溶融めっき浴を迂回するようにした兼用設備が開示されている（図示せず）。
日本国実開昭５８−３１２６４号公報 日本国特開２００２−８８４１４号公報 日本国特開２０００−２６５２１７号公報
ところで、このような兼用設備を用いた場合、以下に説明するように、連続溶融めっき材製造ラインとしての使用時と連続焼鈍材製造ラインとしての使用時とで焼鈍炉内の雰囲気ガスの流れ方向が変化するという問題が生じてしまう。
連続溶融めっき材製造ラインとしての使用時には、一般に、図８Ａに示すように、スナウト１２１の下端部１２１ｂが溶融めっき浴１０５に浸漬されている。そして、連続焼鈍材製造ラインとしての使用時に溶融めっき浴１０５を迂回するために用いられる鋼帯搬出口１２５も閉じられている。このため、焼鈍炉１０３内の雰囲気ガスは、焼鈍炉１０３内に鋼帯Ｗを搬入するために用いられる鋼帯搬入口１２３に向かう方向、即ち、焼鈍炉１０３の出側から入側へ向かう方向Ｑ１に沿って流れる。
これに対して、連続焼鈍材製造ラインとしての使用時には、図８Ｂに示すように、メンテナンス等のためにスナウト１２１を溶融めっき浴１０５の外に引き出す必要がある。その場合、鋼帯搬入口１２３のみならず、鋼帯搬出口１２５やスナウト１２１の下端部１２１ｂが焼鈍炉１０３外の外気と通じることになる。このため、焼鈍炉１０３内の雰囲気ガスは、焼鈍炉１０３の入側に向かう方向Ｑ１に沿って流れる他に、出側に向かう方向Ｑ２に沿っても流れることになる。
このように雰囲気ガスの流れ方向が変化してしまうと、連続溶融めっき材製造ラインとしての使用時と、連続焼鈍材製造ラインとしての使用時とで、焼鈍炉１０３内の各帯１１１、１１２、１１３、１１４における炉圧バランスが変化してしまう。このような炉圧バランスの変化が生じてしまうと、ライン切り替え直後等に焼鈍炉１０３内に外気が侵入してしまい、その結果、鋼帯の品質を低下させてしまう恐れがある。
また、炉圧バランスの変化が生じた場合、連続溶融めっき材製造ラインとしての使用時と、連続焼鈍材製造ラインとしての使用時との双方における鋼帯の品質を安定させるために、炉圧を各帯１１１、１１２、１１３、１１４毎に調整することで炉圧バランスを整える必要が生じる。この場合、雰囲気ガス供給源１１５から各帯１１１、１１２、１１３、１１４に対して供給される雰囲気ガス供給量の割合を各帯１１１、１１２、１１３、１１４毎に流量調節弁１１６により調節したり、または、雰囲気ガス供給源１１５から供給する雰囲気ガスの総供給量を調節したりする方法を採ることになる。このような雰囲気ガス供給量の各帯１１１、１１２、１１３、１１４毎の割合や雰囲気ガスの総供給量といった操業条件をラインが切り替わる毎に調節していたのでは、ライン切り替え作業の煩雑化や遅延の問題を招くうえ、煩雑化に伴う調整ミスが増加して操業そのものが不安定なものとなってしまう恐れがある。
また、連続焼鈍材製造ラインとしての使用時には焼鈍炉１０３の入側及び出側の両側から雰囲気ガスが排出されるのに対して、連続溶融めっき材ラインとしての使用時には焼鈍炉１０３の入側のみから雰囲気ガスが排出されることになる。これは、焼鈍炉１０３内の圧力を両ライン使用時間で同じ圧力に保持しようとした場合に、連続焼鈍材製造ラインとしての使用時の方が連続溶融めっき材製造ラインとしての使用時よりも多くの雰囲気ガスを供給する必要があることを意味しており、その分、従来においては雰囲気ガスを過剰に使用してしまうことになっていた。
このような問題を解決するために、例えば、連続焼鈍材製造ラインとして用いた際に外気と通じることになる焼鈍炉１０３の鋼帯搬出口１２５の近傍に、特許文献１に示すようなシール装置を設置することによって、焼鈍炉１０３内の雰囲気ガスが炉外に流出するのを抑制する手段が考えられる。しかし、このような手段を採用しても、雰囲気ガスの炉外への流出を完全に抑えることは困難であり、上述の問題を有効に解決することができない。
また、特許文献２に示すように、焼鈍炉の出側に設けた鋼帯搬出口から連続焼鈍材製造ライン上に設置されたウオータークエンチ装置までの間に、鋼帯を外気に触れさせることなく直接案内することのできるバイパス装置（不図示）を設けることによって、上述の問題を解決する手段も考えられる。しかし、このような手段を採用した場合、バイパス装置を構成する炉殻を別途設置する必要が生じ、設備全体が大掛かりなものとなるうえ、炉殻自体が比較的高価なものであることから設備建造コストの高騰を招いてしまう。
本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、連続溶融材製造めっきラインと連続焼鈍材製造ラインとを切り替え可能に構成され、連続焼鈍材製造ラインとして用いた場合に焼鈍炉内から炉外の外気中に鋼帯が案内される兼用設備において、両ラインとして用いた場合に焼鈍炉内の雰囲気ガスの流れる方向が変化することに起因する問題を有利に解決することができる連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備を提供することにある。
本発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討の末、下記の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備を発明した。
（１）本発明の第１態様に係る連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備は、焼鈍炉内で焼鈍された鋼帯を溶融めっき浴内に浸漬させる連続溶融めっき材製造ラインと、前記溶融めっき浴を迂回させて前記鋼帯を前記焼鈍炉内から炉外の外気中に案内させる連続焼鈍材製造ラインとを切り替え可能に構成されており、前記焼鈍炉の出側に設けられたガス排出口から、この焼鈍炉内の雰囲気ガスを前記炉外に排出するガス排出通路と；このガス排出通路を開閉する通路開閉手段と；を備えている。そして、前記通路開閉手段は、前記連続溶融めっき材製造ラインとしての使用時には前記ガス排出通路を開き、前記連続焼鈍材製造ラインとしての使用時には前記ガス排出通路を閉じる。
（２）上記（１）に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備において、以下のように構成しても良い：前記ガス排出通路中に配置された流量調節手段と；前記焼鈍炉内の炉圧を測定する炉圧測定手段と；を更に備え、前記連続焼鈍材製造ラインとしての使用時に前記炉圧測定手段により測定された前記炉圧に基づいて、前記連続溶融めっき材製造ラインとしての使用時に前記ガス排出通路を通して前記焼鈍炉内から前記炉外に排出される前記雰囲気ガスの排出量が、前記流量調節手段により調節される。
（３）上記第（１）又は（２）に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備は、前記ガス排出通路中に配置され、前記焼鈍炉内の前記雰囲気ガスを吸引して前記炉外に排出するガス吸引手段を更に備えてもよい。
（４）上記（３）に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備において、前記ガス吸引手段がエジェクターであってもよい。
（５）上記（４）に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備において、前記エジェクターが、その内部に供給された非酸化性ガスにより発生した負圧に基づき、前記焼鈍炉内の前記雰囲気ガスを吸引するようにしてもよい。
（６）上記（５）に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備において、前記エジェクターが、前記ガス排出通路中に配置された流量調節手段よりも炉内側に配置されていてもよい。
（７）上記（１）に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備が、前記ガス排出通路中に配置され、前記雰囲気ガスを旋回流としてこの雰囲気ガス中に含まれる金属ヒュームを除去するサイクロンを更に備えてもよい。
（８）上記（７）に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備において、前記サイクロンが、前記ガス排出通路中に配置されたガス吸引手段よりも炉内側に配置されていてもよい。
上記（１）に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備によれば、焼鈍炉内の雰囲気ガスの流れる方向が、連続溶融めっき材製造ラインおよび連続焼鈍材製造ラインの双方の使用時で同じとなるよう調整できる。更には、連続溶融めっき材製造ラインおよび連続焼鈍材製造ラインの双方での使用時を比較した場合に、焼鈍炉の出側から排出されるガス排出量を互いに近づけることが可能となる。これにより、両ライン使用時の炉圧バランスを安定化させることが可能となる。また、両ライン使用時における焼鈍炉の出側から排出されるガス排出量を互いに近づけることが可能なので、焼鈍炉内を両ラインでの用途間で同じ圧力に保持しようとした場合でも、両ラインでの用途において焼鈍炉内に供給すべき雰囲気ガスの総供給量を互いに近づけることが可能となる。その分、雰囲気ガスの無駄な供給を抑えることが可能となる。特に、これらの効果を得るために必要となる操作が通路開閉手段の開閉操作のみで得られるため、ライン切り替え作業の単純化や短縮を図ることが可能となる。
上記（２）に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備によれば、焼鈍炉の出側より炉外に排出される雰囲気ガスの排出量を、連続溶融めっき材製造ラインとしての使用時と連続焼鈍材製造ラインとしての使用時とで同程度とすることが可能となる。その結果、両ライン使用時における焼鈍炉内の炉圧バランスを更に確実に安定化させることが可能となる。このため、炉内に供給する雰囲気ガスの各帯毎の割合や総供給量等の操業条件を、両ラインで同じにすることができる。その結果、ライン切り替え作業の大幅な単純化、短縮を図ることができるうえ、操業条件調整ミスを減らして操業の安定化を図ることが可能となる。特に、雰囲気ガスの排出量を流量調節弁により一度調節した後は、炉圧バランスを安定化させるために必要となる操作が通路開閉手段の開閉操作のみでよいため、この点からも、ライン切り替え作業の単純化、短縮を図ることが可能となる。
上記（３）に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備によれば、本兼用設備の操業中において炉圧の変動等が生じた場合に生じ得る、ガス排出通路を通しての外気の逆流を防止することが可能となる。
上記（４）に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備によれば、焼鈍炉内に供給すべき雰囲気ガス量の増大を抑えつつ、ガス排出通路を通しての外気の逆流を防止することが可能となる。
上記（５）に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備によれば、外気等に含まれる酸素が拡散によりガス排出通路を通して焼鈍炉内に侵入するのを抑制することが可能となる。
上記（６）に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備によれば、外気に含まれる酸素が拡散によりガス排出通路を通して焼鈍炉内に侵入するのをより一層効果的に抑制することが可能となる。
上記（７）に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備によれば、連続溶融めっき材製造ラインとしての使用時と連続焼鈍材製造ラインとしての使用時とを対比した場合の炉圧バランスを安定化させつつ、ガス排出通路を流れる雰囲気ガス中に含まれる金属ヒュームを除去することが可能となる。
本発明に係る連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備の第１実施形態を示す図であって、連続溶融めっき材製造ラインとしての使用時を概略的に示す縦断面図である。 同兼用設備の連続焼鈍材製造ラインとしての使用時を概略的に示す縦断面図である。 同兼用設備を連続溶融めっき材製造ラインとして使用する際の動作を説明するための縦断面図である。 同兼用設備を連続焼鈍材製造ラインとして使用する際の動作を説明するための縦断面図である。 同兼用設備の焼鈍炉の出側に設けられたガス排出口及びガス排出管の構成を示す平面図である。 同ガス排出口及び同ガス排出管を示す図であって、図４ＡのＡ−Ａ断面図である。 本発明の兼用設備の第２実施形態を示す縦断面図である。 本発明の兼用設備の第３実施形態を示す縦断面図である。 本発明の兼用設備の第４実施形態を示す縦断面図である。 従来の兼用設備の一例を示す図であって、連続溶融めっき材製造ラインとしての使用時を概略的に示す縦断面図である。 同兼用設備を示す図であって、連続焼鈍材製造ラインとしての使用時を概略的に示す縦断面図である。
以下、本発明を実施するための形態として、連続溶融めっき材製造ライン（以下、めっき材製造ラインとも言う）と連続焼鈍材製造ライン（以下、焼鈍材製造ラインとも言う）とを切り替え可能に構成した連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備について、図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備（以下、単に「兼用設備１」と称する）の第１実施形態を説明する。図１、図２は、本実施形態に係る兼用設備１の概略的な構成を示す縦断面図であり、図１は、めっき材製造ラインとしての使用時の構成を示し、図２は、焼鈍材製造ラインとしての使用時の構成を示している。
本実施形態に係る兼用設備１は、鋼帯Ｗを焼鈍するための焼鈍炉３と、鋼帯Ｗに溶融亜鉛めっき等の溶融めっきを施すための溶融めっき浴５とを備えている。
焼鈍炉３は、鋼帯Ｗを加熱する加熱帯１１と、加熱された鋼帯Ｗを所定範囲の温度域で保持する均熱帯１２と、鋼帯Ｗを冷却する徐冷帯１３および冷却帯１４とを備えている。鋼帯Ｗは、加熱帯１１の入側に設けられた鋼帯搬入口２３から焼鈍炉３内に搬入されて、各帯１１、１２、１３、１４において所定の条件の下で熱処理が施されることによって焼鈍された後、冷却帯１４の出側まで搬送される。焼鈍炉３の各帯１１、１２、１３、１４の炉内には、雰囲気ガス供給源１５から雰囲気ガスが供給されている。焼鈍炉３の各帯１１、１２、１３、１４に雰囲気ガス供給源１５から供給される雰囲気ガスの流量の割合は、流量調節弁１６により調節されている。雰囲気ガスとしては、例えば、体積％で１０％未満がＨ２でかつ残部がＮ２である混合雰囲気ガスが用いられる。
焼鈍炉３は、その出側と溶融めっき浴５との間に設置された筒状のスナウト２１を更に備えている。スナウト２１は、めっき材製造ラインとしての使用時において、鋼帯Ｗを外気に触れさせることなく焼鈍炉３内から溶融めっき浴５内に浸漬させるためのものである。スナウト２１は、その上端部２１ａが焼鈍炉３の出側に接続されており、本実施形態においてはその下端部２１ｂが溶融めっき浴５内に浸漬されている。
焼鈍炉３の出側の炉壁には、ガス排出口３１が設けられている。このガス排出口３１にガス排出管３２の一端（下端）が接続され、ガス排出管３２の他端（上端）が炉外の外気に通じている。これによって、焼鈍炉３内の雰囲気ガスをガス排出口３１から炉外に排出するガス排出通路３３が、ガス排出管３２内に形成される。因みに、本実施形態においてガス排出管３２の前記他端は、屋外空間３４に通じている。
ガス排出管３２の途中には、このガス排出通路３３を開閉する手段である開閉弁３５が設置されている。開閉弁３５によってガス排出通路３３が開かれている場合、炉内の内圧と炉外の外気の外圧との圧力差によって、焼鈍炉３内の雰囲気ガスが炉外に排出される。この開閉弁３５は、使用するラインに応じて手動又は電動操作によって開閉制御されるものであるが、その詳細については後述する。
本実施形態の兼用設備１は、焼鈍材製造ラインとしての使用時において溶融めっき浴５を迂回させて鋼帯Ｗを焼鈍炉３内から炉外の外気中に案内するためのバイパス機構２７を備えている。同バイパス機構２７は、焼鈍炉３の出側に設けられた鋼帯搬出口２５と、その鋼帯搬出口２５を開閉する開閉ダンパー２９とを備えている。
次に、本実施形態の兼用設備１をめっき材製造ラインとして用いるときと、焼鈍材製造ラインとして用いるときとのそれぞれにおける動作について説明する。
図１に示すように、兼用設備１をめっき材製造ラインとして用いる場合、溶融めっき浴５内に鋼帯Ｗを浸漬させて溶融めっきが施される。具体的には、めっき材製造ライン上を通過する鋼帯Ｗは、焼鈍炉３内で焼鈍された後、焼鈍炉３の出側からスナウト２１を通して溶融めっき浴５内に浸漬される。この後、溶融めっき浴５中の案内ロール１７によって上側に方向転換されて溶融めっき浴５中から引き出され、ガスワイピング装置７によってめっき付着量が調整された後、引き続き、後工程が行われるように搬送される。
なお、めっき材製造ラインとしての使用時には、鋼帯搬出口２５が開閉ダンパー２９によって閉じられている。
図２に示すように、兼用設備１を焼鈍材製造ラインとして用いる場合、溶融めっき浴５を迂回させて鋼帯Ｗを焼鈍炉３内から炉外の外気中に案内することによって、溶融めっきが鋼帯Ｗに施されないように設定されている。具体的には、焼鈍材製造ライン上を通過する鋼帯Ｗは、焼鈍炉３内で焼鈍された後、案内ロール１８によって鋼帯搬出口２５に向けて鉛直上方に方向転換され、予め開閉ダンパー２９によって開かれた鋼帯搬出口２５を通して炉外の外気中に案内される。この後の鋼帯Ｗは、めっき材製造ラインとして使用する際の鋼帯Ｗと同様に、引き続き、後工程に向けて搬送される。
なお、図２に示す例で、焼鈍材製造ライン上の鋼帯Ｗは、鋼帯搬出口２５を通して炉外の外気中に案内された後、めっき材製造ラインと合流するように示されているが、溶融めっき浴５を迂回さえしていれば、その合流位置は特に限定するものでない。
めっき材製造ライン及び焼鈍材製造ラインの何れとして用いる場合においても、後工程としては、例えば、合金化処理、調質圧延、電気めっき等が必要に応じて鋼帯Ｗに対して施され、その後、鋼帯Ｗはコイル状に巻き取られる。
本実施形態に係る兼用設備１は、図３Ａに示すように、めっき材製造ラインとしての使用時には開閉弁３５を開くことによってガス排出通路３３を開く。これにより、めっき材製造ラインとしての使用時において、焼鈍炉３の入側の鋼帯搬入口２３に加えて、その出側のガス排出口３１が炉外の外気と通じることになる。その結果、焼鈍炉３内の雰囲気ガスが、焼鈍炉３の入側に向かう方向Ｑ１と出側に向かう方向Ｑ２との二方向に流れることになる。これは、めっき材製造ライン及び焼鈍材製造ラインの何れにおいても雰囲気ガスの流れる方向が同じとなるよう調整できることを意味している。
また、本実施形態に係る兼用設備１は、図３Ｂに示すように、焼鈍材製造ラインとしての使用時に開閉弁３５を閉じることによってガス排出通路３３を閉じる。この理由について説明する。焼鈍材製造ラインとしての使用時においてガス排出通路３３を開いたままにすると、鋼帯搬出口２５も開いた状態であるため、焼鈍炉３の出側から炉外に排出されるガス排出量が過剰なものとなる。その結果、めっき材製造ラインとしての使用時と焼鈍材製造ラインとしての使用時とで焼鈍炉３の出側から排出されるガス排出量が大きく異なってしまう。これでは、両ライン使用時を比較した場合に炉圧バランスが大きく変化してしまうため、両ライン使用時に焼鈍炉３の出側から排出されるガス排出量を近づけて、炉圧バランスを安定させるため、焼鈍材製造ラインとしての使用時にガス排出通路３３を閉じることとしている。
このように開閉弁３５によってガス排出通路３３の開閉制御をすることによって、焼鈍炉３内の雰囲気ガスの流れる方向が両ライン使用時で同じとなるように調整でき、更には両ライン使用時に焼鈍炉３の出側から排出されるガス排出量を互いに近づけることが可能となっている。これにより、両ライン使用時を比較した場合の炉圧バランスを安定化させることが可能となる。また、両ライン使用時を比較した場合の、焼鈍炉３の出側から排出されるガス排出量を近づけることが可能となっているので、焼鈍炉３内を両ライン使用時間で同じ圧力に保持しようとした場合でも、両ライン使用時における、焼鈍炉３内に供給すべき雰囲気ガスの総供給量を近づけることが可能となる。その分、雰囲気ガスの無駄な供給を抑えることが可能となる。特に、これらの効果を得るために必要となる操作が、開閉弁３５の開閉操作のみでよいため、この点から、ライン切り替え作業の単純化、短縮を図ることが可能となっている。
図４Ａは、焼鈍炉３の出側に設けられたガス排出口３１及びガス排出管３２の構成を示す平面図であり、図４Ｂは、図４ＡのＡ−Ａ線における断面図である。ガス排出口３１は、次に説明する理由により、鋼帯Ｗの幅方向両側の炉壁２０に設けられていることが好ましい。めっき材製造ラインとしての使用時における焼鈍炉３内の雰囲気ガスは、溶融めっき浴５から発生する金属ヒュームを多量に含んでいる。このため、鋼帯Ｗの上方等の鋼帯Ｗの表裏面に近接した位置にガス排出口３１を設けてしまうと、ガス排出管３２と接続しているために相対的に低温となりやすいガス排出口３１近傍に、金属ヒュームが濃化して凝固し、その結果として生じる固相金属が周辺の炉壁等に堆積した後、これが落下して鋼帯Wに付着することによって、鋼帯Ｗの品質低下を招く虞がある。このような不具合を極力避けるためには、ガス排出口３１を鋼帯Ｗの幅方向両側縁に対向する炉壁２０に設けることが好ましい。
ガス排出口３１は、両ライン双方の使用時における焼鈍炉３内の雰囲気ガスの排出位置を近接させて、両ライン使用時間で比較した場合の炉圧バランスを安定化させるために、鋼帯搬出口２５の近傍に設けることが好ましい。また、ガス排出口３１は、スナウト２１に設けられていてもよい。また、ガス排出通路３３は、上述の実施形態においてはガス排出管３２内に形成されるものとして説明したが、例えば、焼鈍炉３の炉殻に設けられた孔内に形成されるものを用いてもよい。
ガス排出口３１やガス排出通路３３の数は特に限定するものではないが、図４Ａ及び図４Ｂに示すように鋼帯Ｗの幅方向両側の炉壁２０に複数（一対）のガス排出口３１を設けた場合、複数のガス排出口３１に接続される各ガス排出管３２が各ガス排出口３１間の間隔の中央位置で合流し、なおかつ、合流するまでの間の管路形状が鋼帯Ｗの幅方向に沿って対称となるように構成することが好ましい。これにより、複数本のガス排出管３２を対比した場合に、これらの間で配管圧損差が生じることを避けることができ、ひいては鋼帯Ｗの幅方向両側に設けたガス排出口３１から均等に雰囲気ガスを排出させることができるという利点が得られる。
［第２実施形態］
次に、本発明に係る連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備の第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態で説明したものと同一の構成要素については、同一の符号を付すことによって以下での説明を省略する。
図５は、本実施形態に係る連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備２０１の概略的な構成を示す縦断面図である。
本実施形態に係る兼用設備２０１は、上記第１実施形態で説明した兼用設備１の構成要素に加えて、ガス排出通路３３中に配置されてガス排出通路３３内を流れるガス流量を調節する流量調節手段である流量調節弁３７と、焼鈍炉３内の炉圧を測定する手段である複数の圧力計３８とを更に備えている。これら複数の圧力計３８は、鋼帯搬出口２５及びガス排出口３１の近傍位置と、焼鈍炉３内の各帯１１、１２、１３の位置とのそれぞれに設けられている。
流量調節弁３７は、ガス排出通路３３を通して焼鈍炉３内から炉外に排出される雰囲気ガスの排出量を、弁の開度によって調節する。ここで、めっき材製造ラインとしての使用時における雰囲気ガスの排出量は、以下のような考えに基づき流量調節弁３７により調節されている。
上述の通り、焼鈍炉３の出側においては、めっき材製造ラインとしての使用時にはガス排出通路３３から雰囲気ガスが炉外に排出され、焼鈍材製造ラインとしての使用時には鋼帯搬出口２５から雰囲気ガスが炉外に排出される。焼鈍炉３の出側において炉外に排出される雰囲気ガスの排出量は、上述のような流量調節弁３７の開閉制御により、めっき材製造ラインとしての使用時と焼鈍材製造ラインとしての使用時とで近づけられてはいるものの、多少の差が生じ得る。このため、本実施形態においては、この雰囲気ガスの排出量が両ラインで比較した場合に同程度となるように調節する。
具体的には、まず、焼鈍材製造ラインとしての使用時における焼鈍炉３内の炉圧Ｐ１を圧力計３８により測定しておく。続いて、めっき材製造ラインとしての使用時には、予め測定しておいた前記炉圧Ｐ１に基づいて、圧力計３８により測定される焼鈍炉３内の炉圧Ｐ２が前記炉圧Ｐ１と同程度となるように、ガス排出通路３３を通して焼鈍炉３内から炉外に排出される雰囲気ガスの排出量を流量調節弁３７により調節する。
これにより、焼鈍炉３の出側において炉外に排出される雰囲気ガスの排出量を、めっき材製造ラインとしての使用時と焼鈍材製造ラインとしての使用時とで同程度とすることが可能となる。その結果、両ライン使用時における焼鈍炉３内の炉圧バランスを更に確実に安定化させることが可能となる。このため、炉内に供給する雰囲気ガスの各帯１１、１２、１３、１４毎の割合や総供給量等の操業条件を、両ラインで同じにすることができる。その結果、ライン切り替え作業の大幅な単純化や短縮を図ることができるうえ、操業条件調整ミスを減らして操業の安定化を図ることが可能となる。特に、雰囲気ガスの排出量を流量調節弁３７により一度調節した後は、炉圧バランスを安定化させるために必要となる操作が開閉弁３５の開閉操作のみでよいため、この点からもライン切り替え作業の単純化や短縮を図ることが可能となっている。
因みに、上述のような雰囲気ガス排出量の調節を行なうに際しては、圧力計３８により測定して得られた炉圧Ｐ１、Ｐ２に関する炉圧情報を図示しないプロセスコンピュータに送信し、この送信された炉圧情報に基づいてプロセスコンピュータが流量制御弁３７の開度を調節する等すればよい。
圧力計３８は、鋼帯搬出口２５及びガス排出口３１の近傍の炉圧が測定できるような位置に、少なくとも一つ設けられていればよい。これは、鋼帯搬出口２５及びガス排出口３１の近傍が両ライン使用時における炉圧変化の度合いが非常に大きく、少なくともその測定点での炉圧を両ラインで同程度となるようにすれば、焼鈍炉３全体の炉圧バランスを両ラインで同程度にすることができるためである。
［第３実施形態］
本発明に係る連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備の第３実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態で説明したものと同一の構成要素については、同一の符号を付すことによって以下での説明を省略する。
図６は、本実施形態に係る連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備３０１の概略的な構成を示す縦断面図である。
本実施形態に係る兼用設備３０１は、上記第１実施形態で説明した兼用設備１の構成要素に加えて、ガス排出通路３３中に配置されるエジェクター３９と、ガス排出通路３３中に配置されるサイクロン４５とを更に備えている。
エジェクター３９は、焼鈍炉３内の雰囲気ガスを吸引してこれを炉外に向けて排出するガス吸引手段としてガス排出通路３３中に配置されている。ここで言うエジェクター３９とは、エジェクター本体４０のガス供給口４０ａからその内部に向かう先細り状のノズル４０ｂ内にガスを供給し、ノズル４０ｂの先端から噴出されるガスの流れによってエジェクター本体４０内の下流側に負圧を発生させるものである。そして、エジェクター３９は、発生させた負圧に基づき、エジェクター本体４０内の上流側に設けられたガス流入口４０ｃから雰囲気ガスを吸引しつつ、エジェクター本体４０内の下流側に設けられたガス流出口４０ｄを通して吸引した雰囲気ガスを炉外に向けて排出可能である。
因みに、エジェクター本体４０のガス供給口４０ａは、エジェクター用ガス供給源４２に一端が接続された供給管４１の他端に接続されており、エジェクター用ガス供給源４２からＮ２等の非酸化性ガスが供給される。また、供給管４１の途中には流量調節弁４３が配置されており、エジェクター３９の吸引力は、この流量調節弁４３の開度を調節することによって制御可能とされている。
エジェクター３９は、下記理由により配置している。焼鈍炉３中の雰囲気ガスは、炉内の内圧と炉外の外気の外圧との圧力差によってガス排出通路３３を通して炉外に排出される。このため、兼用設備１の操業中において炉圧の変動等が生じた場合、ガス排出通路３３を通して炉外から焼鈍炉３内に外気が逆流する可能性があり得る。外気が逆流してしまうと、焼鈍炉３のガス排出口３１近傍において外気濃度が増大してしまい、鋼帯Ｗの品質に悪影響を及ぼしてしまう虞がある。
このため、本実施形態においては、外気の逆流を防止するために、焼鈍炉３内の雰囲気ガスを吸引するエジェクター３９を配置している。なお、エジェクター３９の代替となって雰囲気ガスを吸引する手段としては、ブロワー、ファン等が挙げられる。しかし、ブロワー等の吸引力が強いものを用いた場合は、焼鈍炉３内の雰囲気ガスを大量に排出してしまい、焼鈍炉３内に供給すべき雰囲気ガス量を大幅に増大させる必要が生じてコスト増大を招く虞があるので、エジェクター３９を用いる方が好ましい。また、エジェクター３９を用いる場合、流量調節弁４３を操作することによって容易に吸引力を調節することができるので、この点からもその採用が好ましい。
また、エジェクター３９内で負圧を発生させるためにそのエジェクター３９内に供給すべきガスは、空気等の酸素を含有する酸化性ガスとしてもよいが、次の理由により非酸化性ガスとすることが好ましい。焼鈍炉３内の雰囲気ガスを吸引する手段として用いられるエジェクター３９は、上述の通り、吸引力がそれほど強くないので、ガス排出通路３３内のガスの流速もそれほど速くない。このため、焼鈍炉３外の外気中に含まれる酸素が、拡散によりガス排出通路３３を通して焼鈍炉３内に侵入する可能性がある。また、エジェクター３９内に供給するガスを酸化性ガスとした場合、この酸化性ガス中に含まれる酸素が、同じく焼鈍炉３内に侵入する可能性がある。これを防止するために、エジェクター３９内に供給すべきガスを非酸化性ガスとすることが考えられる。この場合、エジェクター本体４０内の下流側を非酸化性ガスで充満させて、ガス排出通路３３内の酸素濃度を低下させることで、焼鈍炉３内に酸素が拡散により侵入するのを抑制することが可能となり、ひいては鋼帯Ｗの品質の劣化を抑制することが可能となる。
なお、エジェクター３９内に非酸化性ガスを供給する場合、エジェクター３９は、図６に示すように、ガス排出通路３３中において流量調節弁３７よりも炉内側に配置することが好ましい。これは、流量調節弁３７よりも炉内側にエジェクター３９が配置されていると、エジェクター３９から供給された非酸化性ガスが流量調節弁３７による抵抗を受けてガス排出通路３３中に充満され易くなり、焼鈍炉３内に酸素が拡散により侵入するのを一層効果的に抑制することが可能となるためである。これは、エジェクター３９から供給する非酸化性ガスの供給量が少ない場合に特に有効となる。
因みに、エジェクター３９等のガス吸引手段は、ガス排出通路３３中において流量調節弁３７よりも炉外側に配置してもよいのは勿論である。また、エジェクター３９内に非酸化性ガスを供給する場合、焼鈍炉３内の雰囲気ガスを用いることとし、その雰囲気ガスをブロワー等で昇圧させてエジェクター３９内に供給することとしてもよい。
サイクロン４５は、流体を旋回流とした際に発生する遠心力を用いて、この流体中に含まれる固体粒子や液滴等を比重差によって分離する除塵装置として機能する。サイクロン４５は、ガス排出通路３３を流れる雰囲気ガス中に含まれる金属ヒュームを除去するために配置されるものであり、これにより金属ヒュームの外気中への飛散を防止でき、環境保全性の向上を図ることが可能となる。因みに、除塵装置としてはフィルタ等も考えられるが、フィルタ等を使用すると、圧損や目詰まりが生じてしまい、焼鈍炉３内の雰囲気ガスを炉外に排出することが困難となり、その結果として両ライン使用時の炉圧バランスが不安定になる可能性がある。よって、除塵装置としてはサイクロン４５を用いることが好ましい。
サイクロン４５は、ガス排出通路３３中において、雰囲気ガスを吸引する手段であるエジェクター３９等に対して炉内側に近い位置に配置されることが好ましい。これにより、めっき材製造ラインとしての使用時において溶融めっき浴５から発生し、ガス排出通路３３中に流入してきた金属ヒュームを早期に除去することができるので、金属ヒュームの凝固により生じる固相金属によってガス排出通路３３が閉塞してしまうのを有効に防止することが可能となる。
因みに、上記第２実施形態において説明した流量調節弁３７の代替として、例えば、本実施形態において説明したエジェクター３９を用いてもよい。
［第４実施形態］
本発明に係る連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備の第４実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態で説明したものと同一の構成要素については、同一の符号を付すことによって以下での説明を省略する。
図７は、本実施形態に係る兼用設備４０１の概略的な構成を示す側面図である。
本実施形態においては、バイパス機構１２７が、上記第１実施形態において説明したバイパス機構２７と異なっている。本実施形態のバイパス機構１２７は、その上端部１２１ａに図示しない支点軸が取り付けられ、図示しないシリンダー等の駆動により、前記支点軸回りに上下に回動可能であるスナウト１２１を備えて構成されている。
焼鈍材製造ラインとしての使用時においては、スナウト１２１を前記支点軸回りに上方に回動させることによって、スナウト１２１の下端口１２１ｃを溶融めっき浴５の浴面上に引き上げる。これによって、スナウト１２１の下端口１２１ｃを、焼鈍炉３内から炉外の外気中に鋼帯Ｗを案内する鋼帯搬出口２５として用いることが可能となる。このため、予め溶融めっき浴５の出側に案内ロール１９を配置しておけば、焼鈍炉３内で焼鈍された鋼帯Ｗを、焼鈍炉３の出側からスナウト１２１、スナウト１２１の下端口１２１ｃを順に通した後、案内ロール１９により鋼帯Ｗを上方に方向転換させることによって、上記第１実施形態において説明したのと同様の要領にて、鋼帯Ｗを搬送することが可能となる。
このように、バイパス機構１２７は、焼鈍材製造ラインとしての使用時において溶融めっき浴５を迂回させて鋼帯Ｗを焼鈍炉３内から炉外の外気中に案内できるものであれば、特にその構造について限定するものではない。
以上、本発明の各実施形態について詳細に説明したが、前述した各実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらのみによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。
以下、本発明の効果を実施例により更に説明する。本実施例では、図３、図５、図６、図８に示すようにめっき材製造ラインと焼鈍材製造ラインとを切り替え可能に構成された兼用設備を用いて、両ラインで鋼帯を製造する試験を行なうこととした。
試験では、鋼帯として板厚寸法×板幅方向寸法が1.0ｍｍ×1500mmのものを使用し、ラインスピードは100m/minに設定した。また、下記の表１に示すような試験条件の下で試験を行なうこととした。なお、表１における炉内酸素濃度変化量は、全て、例えば図３Ａ及び図３Ｂにおける冷却帯１４の位置Ｐにおいて測定した。
Figure 0005099265
試験No.1及びNo.2は、本発明の範囲外である。試験No.1では、図８A及び図８Ｂに示すような、前記ガス排出管３２や前記開閉弁３５の無い兼用設備を用いた。試験No.2では、図示はしないが、前記ガス排出管３２のみが有り、開閉弁３５の無い兼用設備を用いた。
試験No.３〜No.5は、本発明の範囲内である。試験No.3では、図３Ａ及び図３Ｂで示した前記ガス排出管３２及び前記開閉弁３５のある前記兼用設備１を用いた。この試験No.3では、開閉弁３５が、焼鈍材製造ラインとしての使用時にはガス排出管３２内のガス排出通路３３を閉じ、めっき材製造ラインとしての使用時にはガス排出通路３３を開くように構成されている。
試験No.4では、試験No.3の条件に加えて、図５で示したように、ガス排出通路３３中に配置される前記流量調節弁３７と、焼鈍炉３内の炉圧を測定する前記圧力計３８とを備えた前記兼用設備２０１を用いた。この試験No.4では、焼鈍材製造ラインとしての使用時における焼鈍炉３内の各帯１１、１２、１３、１４における炉圧Ｐ１と、めっき材製造ラインとしての使用時における焼鈍炉３内の各帯１１、１２、１３、１４における炉圧Ｐ２とを、圧力計３８により測定した。そして、めっき材製造ラインとしての使用時における炉圧Ｐ２が焼鈍材製造ラインとしての使用時における炉圧Ｐ１と同一となるように、ガス排出通路３３を通しての雰囲気ガスの排出量が流量調節弁３７により予め調節されている。
試験No.5では、試験No.4の条件に加えて、図６に示すような、ガス排出通路３３中に配置され、焼鈍炉３内の雰囲気ガスを吸引してこれを炉外に向けて排出する前記エジェクター３９を備えた前記兼用設備３０１を用いた。エジェクター３９に対して負圧を発生させるために供給するガスとしては、非酸化性ガスであるN2を使用した。
表１においては、ガス排出通路３３、開閉弁３５、流量調節弁３７及びエジェクター３９について、上述の各実施形態と同様の構成を用いた場合には○で表記し、同様の構成を用いなかった場合には×で表記した。
試験No.1では、焼鈍材製造ラインとしての使用時において、各帯１１１、１１２、１１３、１１４の総ての炉圧Ｐ１が200Paとなるように、雰囲気ガス供給源１１５から各帯１１１、１１２、１１３、１１４に供給される雰囲気ガス供給量を流量調節弁１１６によって調節した。また、試験No.1では、焼鈍材製造ラインからめっき材製造ラインへの切り替え時において、加熱帯１１１の炉圧Ｐ２が200Paとなるように、流量調節弁１１６を操作せずに雰囲気ガス供給源１１５からの雰囲気ガスの総供給量のみを調節した。
試験No.2〜No.5では、焼鈍材製造ラインとしての使用時において、各帯１１、１２、１３、１４に供給される雰囲気ガスの供給量の割合が試験No.1と同一の条件となるように流量調節弁１６を調節したうえで、各帯１１、１２、１３、１４の最低炉圧が200Paとなるように、雰囲気ガス供給源１５からの雰囲気ガスの総供給量のみを調節した。また、試験No.2〜No.5では、焼鈍材製造ラインからめっき材製造ラインへの切り替え時において、加熱帯１１の炉圧Ｐ２が200Paとなるように、流量調節弁１６を操作せずに雰囲気ガス供給源１５からの雰囲気ガスの総供給量のみを調節した。
各例は、両ライン使用時に測定された焼鈍炉３の各帯１１、１２、１３、１４での炉圧と、両ライン使用時に雰囲気ガス供給源１５から焼鈍炉３内の各帯１１、１２、１３、１４に供給した雰囲気ガスの総供給量とによって評価した。また、各例は、めっき材製造ラインを使用している際の平常時における焼鈍炉３内の酸素濃度を１０ｐｐｍに設定してこれを基準値とし、冷却帯１４のブロワー回転数を変化させることによって人為的に炉圧を変動させ、その炉圧変動時において基準値から変化した酸素濃度の変化量を測定することによって評価した。
この結果、試験No.1では、焼鈍材製造ラインからめっき材製造ラインへの切り替え時に加熱帯の炉圧を200Paとするために、雰囲気ガスの総供給量を１０００ｍ３／ｈも変化させる必要があるうえ、めっき材製造ラインへの切り替え後に徐冷帯の炉圧が５０Paも変動し、冷却帯の炉圧が１００Paも変動することが確認できた。
また、試験No.1と試験No.2との比較により把握できるように、ガス排出管３２を設けたのみでは、両ライン使用時における炉圧バランスの変化する傾向が反対になるのみであり、めっき材製造ラインへの切り替え後の炉圧の変化量が最大で１００Paもあることが確認できた。
これに対して、試験No.３では、試験No.1との比較により把握できるように、めっき材製造ラインへの切り替え後に徐冷帯の炉圧の変化量が２０Pa程度であり、冷却帯の炉圧の変化量が５０Pa程度と、炉圧の変化量が大きく減少していることが確認できる。これにより、本発明の適用により、ライン切り替え時における各帯での炉圧の変化量を小さくすることができ、ひいては、両ライン使用時を比較した場合に炉圧バランスを安定化させることが可能であることが確認できた。
また、試験No.3では、試験No.1との比較より把握できるように、焼鈍材製造ラインからめっき材製造ラインへの切り替え時に加熱帯１１の炉圧を200Paとするために必要となる雰囲気ガスの総供給量の変化量が、１０００ｍ３／ｈから２００ｍ３／ｈに減少していることが確認できる。これにより、本発明の適用により、雰囲気ガスの無駄な供給を抑えられる点が確認できた。
また、試験No.４では、試験No.１及び試験No.３との比較により把握できるように、焼鈍材製造ラインからめっき材製造ラインへの切り替え時に加熱帯１１の炉圧を200Paとするために、雰囲気ガスの総供給量を変化させる必要がないうえ、ライン切り替え前後での各帯１１、１２、１３、１４での炉圧が同一となっていることが確認できる。これにより、前記流量調節弁３７の適用によって、両ライン使用時を比較した場合の炉圧バランスを更に確実に安定化させることが可能となり、炉内に供給する雰囲気ガスの各帯１１、１２、１３、１４毎の割合や総供給量等の操業条件を両ラインで同じにできることが確認できた。
また、試験No.５と試験No.3及び試験No.4との比較により把握できるように、前記エジェクター３９の適用によって、両ライン使用時を比較した場合の炉圧バランスを安定化させつつ、炉圧変動時でも炉内酸素濃度が増大するのを防ぐことが可能であることが確認できた。
本発明によれば、連続溶融材製造めっきラインと連続焼鈍材製造ラインとの間で切り替えて用いた場合に焼鈍炉内の雰囲気ガスの流れ方向が変化することに起因する問題を有利に解決することができる、連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備を提供することができる。
１、２０１、３０１、４０１ 連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備
３ 焼鈍炉
５ 溶融めっき浴
２１ スナウト
２３ 鋼帯搬入口
２５ 鋼帯搬出口
３１ ガス排出口
３２ ガス排出管
３３ ガス排出通路
３４ 屋外空間
３５ 開閉弁
３７ 流量調節弁
３８ 圧力計
３９ エジェクター
４５ サイクロン
Ｗ 鋼帯

Claims (8)

  1. 焼鈍炉内で焼鈍された鋼帯を溶融めっき浴内に浸漬させる連続溶融めっき材製造ラインと、前記溶融めっき浴を迂回させて前記鋼帯を前記焼鈍炉内から炉外の外気中に案内させる連続焼鈍材製造ラインとを切り替え可能に構成された連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備であって、
    前記焼鈍炉の出側に設けられたガス排出口から、この焼鈍炉内の雰囲気ガスを前記炉外に排出するガス排出通路と；
    このガス排出通路を開閉する通路開閉手段と；
    を備え、
    前記通路開閉手段が、前記連続溶融めっき材製造ラインとしての使用時には前記ガス排出通路を開き、前記連続焼鈍材製造ラインとしての使用時には前記ガス排出通路を閉じる
    ことを特徴とする連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備。
  2. 前記ガス排出通路中に配置された流量調節手段と；
    前記焼鈍炉内の炉圧を測定する炉圧測定手段と；を更に備え、
    前記連続焼鈍材製造ラインとしての使用時に前記炉圧測定手段により測定された前記炉圧に基づいて、
    前記連続溶融めっき材製造ラインとしての使用時に前記ガス排出通路を通して前記焼鈍炉内から前記炉外に排出される前記雰囲気ガスの排出量が、前記流量調節手段により調節されることを特徴とする請求項１に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備。
  3. 前記ガス排出通路中に配置され、前記焼鈍炉内の前記雰囲気ガスを吸引して前記炉外に排出するガス吸引手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備。
  4. 前記ガス吸引手段がエジェクターであることを特徴とする請求項３に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備。
  5. 前記エジェクターが、その内部に供給された非酸化性ガスにより発生した負圧に基づき、前記焼鈍炉内の前記雰囲気ガスを吸引することを特徴とする請求項４に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備。
  6. 前記エジェクターが、前記ガス排出通路中に配置された流量調節手段よりも炉内側に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備。
  7. 前記ガス排出通路中に配置され、前記雰囲気ガスを旋回流としてこの雰囲気ガス中に含まれる金属ヒュームを除去するサイクロンを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備。
  8. 前記サイクロンが、前記ガス排出通路中に配置されたガス吸引手段よりも炉内側に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の連続溶融めっき及び連続焼鈍の兼用設備。
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