JP5508036B2 - 連続式光輝焼鈍方法 - Google Patents

Description

本発明はステンレス帯鋼を始めとするスチール帯鋼（以下、単にストリップという。）を還元性雰囲気ガス内で連続して光輝焼鈍する連続式光輝焼鈍方法に関する。

連続光輝焼鈍炉は、還元性雰囲気下で光輝焼鈍の前工程である冷間圧延で発生したストリップの内部応力を冷間圧延により得られた光輝表面を保ったまま除去するために使用されるもので、ストリップを水冷ジャケットが装備された前室を介してそのまま焼鈍領域内に通過させて熱処理（例えば焼鈍領域で約１１４０℃）し、続く冷却帯である第１冷却領域（急冷領域で約４００℃）、第２冷却領域（約１００℃）、第３冷却領域（約５０℃）に通過させて冷却する。この連続光輝焼鈍炉には前記のように炉内を還元性雰囲気に保つため及び急冷（ブルーイング防止）のため常時冷却帯に還元性雰囲気ガスを供給し、更にこの供給された還元性雰囲気ガスの大部分を焼鈍領域側に向けて送り込み、残部をストリップと共に冷却領域の搬出口から放出する。前記焼鈍領域側に送り込まれ、焼鈍領域で加熱された還元性雰囲気ガスはストリップの装入口側の冷却領域である前室に導かれ、ここで冷却された後、ストリップの装入口から外部に放出される。還元性雰囲気ガスとしては例えば水素と窒素の混合ガスが使用される。

このように連続光輝焼鈍炉内は常時還元性雰囲気が保たれているが、同焼鈍炉内を通過するストリップに付着及び吸蔵されている酸素が外部から持ち込まれる事になって同焼鈍炉内に僅かながらも酸素が存在するし、炉内清掃時に持ち込まれて断熱材その他に吸蔵され、ここから放出された空気も混入する。

更に連続光輝焼鈍炉を通過するストリップに含有されている成分の一部（例えば、ＭｎやＢ）が僅かであるが昇華する。そこで前述の僅かながらも焼鈍炉内に持ち込まれた酸素と反応して、例えばマンガンとボロンの微細な酸化物（ＭｎＯ）x（Ｂ₂Ｏ₃）yを生成して還元性雰囲気ガスに混入する。

これら反応生成不純物を含む還元性雰囲気ガスの大部分は、前述のようにストリップの流れに逆行して焼鈍領域からストリップの装入側の前室に入り冷却されるが、この時、露点が下がり、高温の焼鈍領域から出た還元性雰囲気ガス内の反応生成不純物が焼鈍領域から前室にかけての部位でホワイトパウダーと称される微細な粉塵となって前室内面に付着或いは堆積し、移動中のストリップの上にも落下する。

前室の水冷ジャケット天井に接触して冷却された一部の還元性雰囲気ガスは、これによってその混入不純物を含むガスが当該部位で結露し、水冷ジャケット天井の下面に付着して層状或いはつらら状にその一部が凝縮・固化する。そしてこの層状或いはつらら状付着物が剥離又は滴下してその直下を移動しているストリップ上に斑点状に付着し、その状態で焼鈍領域に送り込まれ所定温度に加熱される。

ここで焼鈍領域の温度は前記付着物が再溶融しガス化する温度であるから、ストリップの表面に斑点状に付着した付着物は、雰囲気からの温度の伝達を妨げると同時に斑点状にて再溶融し、ガス化してストリップの付着部分の熱を奪い、これが他の部分の温度との差異を生み、焼きムラが発生して焼鈍品質の低下或いは表面品質欠陥を生じさせると推測される。

そこで、従来では定期的（例えば、月に１回）に炉を停止し開放し、装入口側の冷却領域を始めホワイトパウダー除去のための炉内清掃を行う必要があったが、連続光輝焼鈍炉では、還元性雰囲気ガスとして水素と窒素の混合ガスを使用しているため、爆発防止のため炉を停止開放する際に、その都度、混合ガスを窒素ガスで置換し、清掃作業が終了すると、再度、還元性雰囲気ガスを封入しなければならず、炉を長期間（例えば１０日間程度）停止させることになり、これにより生産性が低下し、操業コストが増加するという問題があった。

このようなホワイトパウダー対策として以下のような方法が従来から提案されている。例えば特許文献１には「光輝焼鈍炉の炉内雰囲気の水蒸気分圧を１×１０^-5よりも小さくして、ホワイトパウダー原因物質の発生を抑制する方法」が開示され、特許文献２には「光輝焼鈍炉が還元雰囲気中で走行するストリップを加熱・焼鈍する加熱帯と、これを冷却する冷却帯とを備え、加熱帯の出口から雰囲気ガス供給ダクトを介して雰囲気ガスを取り出し、これをフィルタリングしてホワイトパウダーを除去し、ホワイトパウダーの除去された雰囲気ガスを冷却帯の入側に戻す」というホワイトパウダー除去装置が開示されており、特許文献３には前記同様のホワイトパウダー除去装置において「並列に設けられたフィルタに圧力計を設け、圧力計によりフィルタの目詰まりを判断してフィルタを一方から他方に切り替え、休止側のフィルタの粉塵を除去して再生する」というものであり、特許文献４は「光輝焼鈍炉の冷却帯の入側から炉内還元雰囲気ガスを吸引して熱交換器で冷却した後、直ちにフィルタで、ホワイトパウダーを除去してクリーンな還元雰囲気ガスに再生し、これを再度同じ冷却帯に戻す方法」が開示されている。

上記方法或いは装置では、ホワイトパウダーの発生抑制やかなりの程度の除去は可能であろうが、焼鈍領域の入口側に設けられた前室内でのホワイトパウダーの堆積は時間の経過と共に増加してストリップに付着することになるから、結果的に焼ムラの発生は避け難い。

特開２００５−１２０４４８号公報 特開２００３−２４７７８７号公報 特開平８一１０９４１２号公報 特開平１０−７２６２４号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、生成不純物含有雰囲気ガスがストリップの装入側冷却領域を構成する前室側に入り込まないようにして前室側でのホワイトパウダーの発生を確実に排除できる連続式光輝焼鈍方法を開発することを目的としてなされたものである。

請求項１に記載の発明は、
「ストリップ(1)の搬送路(2)に沿って配置されたストリップ(1)の装入側冷却領域(3)と、装入側冷却領域(3)に続いて設けられ、内部温度が焼鈍温度に保たれた焼鈍領域(4)と、焼鈍領域(4)の後に設けられたストリップ(1)の搬出側冷却領域(5)と、焼鈍領域(4)と搬出側冷却領域(5)を連結する中間領域(6)と、還元性雰囲気ガス(10a)を炉内に供給するガス供給装置(7)とで構成された連続式光輝焼鈍炉(A)にて装入側冷却領域(3)の装入口(12)及び搬出側冷却領域(5)の搬出口(14)から炉内の還元性雰囲気ガス(10a)(10b)を放出しつつストリップ(1)を還元性雰囲気内で連続的に光輝焼鈍する方法であって、
装入口(12)より搬出口(14)の炉内ガス排出抵抗を小さくし、且つ、ガス供給装置(7)の装入側ガス供給口(8)を装入側冷却領域(3)に接続して、供給された還元性雰囲気ガス(10a)を装入側冷却領域(3)から焼鈍領域(4)方向に流すと共に、
中間領域(6)にガス供給装置(7)の分岐ガス供給口(9)が更に接続され、分岐ガス供給口(9)から供給された還元性雰囲気ガス(10a)を搬出側冷却領域(5)方向に流す」ことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、装入側冷却領域(3)に接続された装入側ガス供給口(8)から供給された生成不純物を含まないフレッシュな還元性雰囲気ガス(10a)が装入側冷却領域(3)から焼鈍領域(4)方向に流れるので、装入側冷却領域(3)内にホワイトパウダーを生じることがなく、ストリップ(1)は装入された状態のままを保って焼鈍領域(4)に送り込まれることになり、従来のようなホワイトパウダーその他不純物に起因する焼鈍ムラを解消することができる。

加えて、分岐ガス供給口(9)から供給された生成不純物を含まないフレッシュな還元性雰囲気ガス(10a)を搬出側冷却領域方向に流しているので、焼鈍領域(4)から出た高温のストリップ(1)が急冷されてブルーイングが生じにくくなる。

本発明の一実施形態の連続式焼鈍炉全体の平面概略構成図である。 図１の装入側の要部を示した側面図である。 図１の焼鈍領域の要部を示した断面図である。 図１の搬出側の要部を示した側面図である。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳述する。図１は本実施形態の連続式光輝焼鈍炉(A)の平面概略構成図で、ストリップ(1)を搬送路(2)に沿って通過させることにより、水素ガスと窒素ガスとから成る還元性雰囲気ガス(10)の下で連続的に光輝焼鈍処理するもので、処理対象としてのストリップ(1)を装入する装入口(12)、光輝焼鈍処理されたストリップ(1)を搬出する搬出口(14)、それらの間においてストリップ(1)の搬送路(2)に沿って装入側冷却領域(3)、装入側冷却領域(3)に続いて設けられた焼鈍領域(4)、焼鈍領域(4)の後に設けられたストリップ(1)の搬出側冷却領域(5)及び焼鈍領域(4)と搬出側冷却領域(5)を連結する中間領域(6)が設けられ、更に還元性雰囲気ガス(10)を炉内に供給するガス供給装置(7)が付設されている。

装入側冷却領域(3)は、装入口(12)側からフェルト(13a)が巻設され、走行するストリップ(1)の表裏両面を保護しつつ送り込む上下一対の装入側シールローラ(13)、装入側シールローラ(13)の出口を囲繞して走行するストリップ(1)の周囲を覆う装入側蛇腹筒部(15)、装入側蛇腹筒部(15)に接続され、内部に装入側防火用シャッタ(16)を収納したゲート殻(17)、ゲート殻(17)に接続され、天井面に水冷ジャケット(18)が設置され、搬送路(2)の下側にてこれと直角に送りローラ(19)が配置されている前室(20)とで構成されている。前記前室(20)は焼鈍領域(4)の前段の室であって、その内部は前記水冷ジャケット(18)によって焼鈍領域(4)よりも内部温度が低温度であり、装入側蛇腹筒部(15)から吹き出す還元性雰囲気ガス(10a)によってフェルト(13a)が焼損しないようにしている。そして、上下の装入側防火用シャッタ(16)の間をストリップ(1)が通過するようになっている。また、ゲート殻(17)又は水冷ジャケット(18)のいずれか一方又はその両方に後述するガス供給装置(7)の装入側ガス供給口(8)が接続されてフレッシュな還元性雰囲気ガス(10a)が供給されるようになっている。

焼鈍領域(4)は、連続式光輝焼鈍炉(A)の本体部分で、円筒状の炉殻(41)、炉殻(41)内に貼設された断熱材(42)、断熱材(42)の中央を貫通して配設され、その内部を還元性雰囲気ガス(10a)が流通し、ストリップ(1)が通過する円筒状のマッフル(43)、マッフル(43)を直角に貫通し、搬送路(2)の下側にて通過するストリップ(1)を支える複数の支えローラ(44)とで構成されている。各支えローラ(44)は駆動モータ(M)で同期送り回転している。マッフル(43)と断熱材(42)との間の空間が加熱空間(45)で、該加熱空間(45)にバーナ（図示せず。）のような加熱源で火炎が送り込まれ、還元性雰囲気ガス(10b)が通流するマッフル(43)を外部から加熱し、マッフル(43)内を焼鈍温度まで加熱する。前記支えローラ(44)はマッフル(43)の両側面から炉殻(41)及び断熱材(42)を貫通して配設された挿入スリーブ(46)に回転自在にベアリングで支持されている。なお、マッフル(43)は耐熱性合金部材で形成されている。

搬出側冷却領域(5)は本実施例では直方体箱状の冷却筐体(51)で本実施例では３ゾーンに分かれており、焼鈍後のストリップ(1)を急冷領域で約４００℃に下げる第１冷却室(51a)、これを約１００℃に下げる第２冷却室(51b)、約５０℃に下げる第３冷却室(51c)、冷却筐体(51)に続く内部に搬出側防火用シャッタ(56)を収納した後室(52)、後室(52)に続き搬出されるストリップ(1)を囲繞する搬出側蛇腹筒部(53)、搬出側蛇腹筒部(53)に接して配置され、冷却されたストリップ(1)の表裏両面を保護しつつ搬出するフェルト(54a)が巻設された上下一対の搬出側シールローラ(54)とで構成され、冷却筐体(51)の第１冷却室(51a)、第２冷却室(51b)及び第３冷却室(51c)には支えローラ(55)が搬送路(2)の下側にてこれに直角に配設され、更にこれら支えローラ(55)の冷却のための冷風（還元性雰囲気ガス）がガス供給装置(7)から送り込まれている。

後室(52)にはゲート殻(17)同様、装入側防火用シャッタ(16)と連動して炉内火事などの緊急時に炉内を閉塞するために、その内部に上下一対の搬出側防火用シャッタ(56)が配設されており、上下の搬出側防火用シャッタ(56)間をストリップ(1)が通る。搬出側蛇腹筒部(53)は搬出されてきたストリップ(1)の周囲を囲繞するものであり、これに接して上下一対の搬出側シールローラ(57)が配置されている。

中間領域(6)は炉殻(41)の後端と冷却筐体(51)の前端とを接続し、中間室となる筐体(6a)で構成され、後述するように必要に応じてガス供給装置(7)の分岐ガス供給口(9)が接続される。

ガス供給装置(7)は、例えば水素と窒素を所定の割合で混合した還元性雰囲気ガス(10a)を炉内に送り込むもので、主として配管で構成される。ガス供給装置(7)の主配管である装入側ガス供給口(8)の供給配管には、バルブ(81)と流量計(82)とが設けられており、装入側冷却領域(3)に接続されている。本実施例では、ゲート殻(17)に接続されているが、前室(20)に設けても良いし、両者に設けても良い。また、必要に応じて分岐ガス供給口(9)を設け、中間筐体(6a)に接続するようにしてもよい。フレッシュな還元性雰囲気ガス(10a)の供給量は大半が装入側ガス供給口(8)から装入側冷却領域(3)に装入され、必要に応じて残量が分岐ガス供給口(9)から中間筐体(6a)に装入される。なお、必要に応じて第１冷却室(51a)、第２冷却室(51b)、第３冷却室(51c)にフレッシュな還元性雰囲気ガス(10a)の供給配管を接続し、該配管に取り付けたバルブ(84a)(84b)(84c)により必要に応じて給気するようにしてもよい。

本発明の連続式光輝焼鈍炉(A)における光輝焼鈍方法は以下の通りである。焼鈍領域(4)を所定の焼鈍温度（前述のような例えば１,１４０℃）に保ち、ガス供給装置(7)から装入側冷却領域(3)に還元性雰囲気ガス(10a)を供給して炉内を還元性雰囲気に保つ。そして、装入側シールローラ(13)のストリップ通過間隙(W1)をストリップ(1)が蛇行しない程度に締めてここからの還元性雰囲気ガス(10a)の流出量を絞り、逆に、搬出側シールローラ(57)のストリップ通過間隙(W2)を前記ストリップ通過間隙(W1)より広めにしてここからの還元性雰囲気ガス(10b)の流出を容易にして還元性雰囲気ガス(10a)の流出方向を装入側冷却領域(3)から焼鈍領域(4)を通り、搬出側冷却領域(5)に向くようにする。これにより、装入側冷却領域(3)には常時ピュアな還元性雰囲気ガス(10a)が供給されてホワイトパウダーが発生しない。装入側冷却領域(3)への給気量は流量計(82)により監視し、バルブ(81)で制御する。

焼鈍領域(4)では前述のように、ホワイトパウダー発生原因であるＢやＭｎが昇華し、内部のわずかな酸素と結合して酸化物を生成し、還元性雰囲気ガス(10a)に混入して搬出側冷却領域(5)に流れ込む。ここで生成不純物含有還元性雰囲気ガス(10b)は冷却されてホワイトパウダーや結露、それらの凝集物や堆積物を生成する。

中間筐体(6a)に分岐ガス供給口(9)が接続されている場合には、ここから吹き出すピュアな還元性雰囲気ガス(10a)により、焼鈍領域(4)から移動してきた高温のストリップ(1)が急冷されてブルーイングが軽減される。また、この近辺で発生し、ストリップ(1)に付着したホワイトパウダーは、その後ストリップ(1)は加熱されないので、焼きムラ等の欠陥を発生させることはない。ストリップ(1)と共に焼鈍領域(4)から搬出側冷却領域(5)に流れ込んだ生成不純物含有還元性雰囲気ガス(10b)は前記ストリップ(1)を定着した後、搬出側シールローラ(57)のストリップ通過間隙(W2)から大気放出される。上記の場合、バルブ(84a)(84b)(84c)は閉塞され、第１冷却室(51a)、第２冷却室(51b)、第３冷却室(51c)へのフレッシュな還元性雰囲気ガス(10a)は行われないが、規定以上のブルーイングが見られた場合、必要に応じて第１冷却室(51a)、第２冷却室(51b)、第３冷却室(51c)への給気が行われる。

以上から、装入側冷却領域(3)だけへの給気の場合（第１実施例）、ガス供給装置(7)からの給気量を例えば４５ｍ³Ｎ／ｈとした場合、この全量がバルブ(81)を通って装入側冷却領域(3)へ供給され、ここから装入口(12)通って吹き出すガス(10a)は例えば１０ｍ³Ｎ／ｈとなり、炉内を流れて搬出口(14)から流出するガス(10b)は３５ｍ³Ｎ／ｈとなる。これに対して中間領域(6)にも供給する場合（第２実施例）、ガス供給装置(7)からの給気量を前記同様例えば４５ｍ³Ｎ／ｈとした場合、バルブ(81)を通って装入側冷却領域(3)へ供給されるガス(10a)の供給量は例えば３０ｍ³Ｎ／ｈ、中間領域(6)に供給されるガス(10a)の供給量は例えば１５ｍ³Ｎ／ｈとなり、装入側冷却領域(3)から装入口(12)通って吹き出すガス(10a)は例えば１０ｍ³Ｎ／ｈ、装入側冷却領域(3)から焼鈍領域(4)を通過するガス(10b)の量は２０ｍ³Ｎ／ｈ、中間領域(6)で合流して搬出側冷却領域(5)内を流れ、搬出口(14)から流出するガス(10b)は３５ｍ³Ｎ／ｈとなる。第１冷却室(51a)、第２冷却室(51b)、第３冷却室(51c)へ給気が行われる場合、装入側冷却領域(3)と中間領域(6)への供給風量が適宜調節される。但し、いずれの場合でも、風向は装入側冷却領域(3)から焼鈍領域(4)に向かうように調整される。

(A) 連続式光輝焼鈍炉
(1) ステンレス帯鋼
(2) 搬送路
(3) 装入側冷却領域
(4) 焼鈍領域
(5) 搬出側冷却領域
(6) 中間領域
(7) ガス供給装置
(8) 装入側ガス供給口
(9) 分岐ガス供給口
(10) 還元性雰囲気ガス
(12) 装入口
(14) 搬出口

Claims (1)

1. ストリップの搬送路に沿って配置されたストリップの装入側冷却領域と、装入側冷却領域に続いて設けられ、内部温度が焼鈍温度に保たれた焼鈍領域と、焼鈍領域の後に設けられたストリップの搬出側冷却領域と、焼鈍領域と搬出側冷却領域を連結する中間領域と、還元性雰囲気ガスを炉内に供給するガス供給装置とで構成された連続式光輝焼鈍炉にて装入側冷却領域の装入口及び搬出側冷却領域の搬出口から炉内の還元性雰囲気ガスを放出しつつストリップを還元性雰囲気内で連続的に光輝焼鈍する方法であって、
   装入口より搬出口の炉内ガス排出抵抗を小さくし、且つ、ガス供給装置の装入側ガス供給口を装入側冷却領域に接続して、供給された還元性雰囲気ガスを装入側冷却領域から焼鈍領域方向に流すと共に、
   中間領域にガス供給装置の分岐ガス供給口が更に接続され、分岐ガス供給口から供給された還元性雰囲気ガスを搬出側冷却領域方向に流すことを特徴とする連続式光輝焼鈍方法。

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