JP5510495B2 - 鋼帯の連続焼鈍炉、連続焼鈍方法、連続溶融亜鉛めっき設備及び溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、鋼帯の連続焼鈍炉、連続焼鈍方法、連続溶融亜鉛めっき設備及び溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法に関するものである。
従来、鋼帯を焼鈍する連続焼鈍炉においては、炉の大気開放後の立ち上げ時や炉内雰囲気に大気が侵入した場合等に炉内の水分や酸素濃度を低減させるには、炉内温度を上昇させて炉内の水分を気化させ、これと相前後して不活性ガス等の非酸化性ガスを炉内雰囲気の置換ガスとして炉内に供給し、同時に炉内のガスを排気することで炉内雰囲気を非酸化性ガスに置換する方法が広く行われている。
しかし、このような従来の方法は、炉内雰囲気中の水分や酸素濃度を定常操業に適した所定のレベルまで低下させるのに長時間を要し、その間操業できないため、生産性を著しく低下させる問題がある。
また近年、自動車、家電、建材等の分野において、構造物の軽量化等に寄与可能な高張力鋼（ハイテン材）の需要が高まっている。このハイテン技術では、鋼中にSiを添加すると穴広げ性の良好な高張力鋼帯が製造出来る可能性があり、またSiやAlを含有すると残留γが形成しやすく延性の良好な鋼帯が提供出来る可能性が示されている。
しかし、高強度冷延鋼帯において、Si、Mn等の易酸化性元素を含有していると、焼鈍中にこれらの易酸化性元素が鋼帯表面に濃化してSi、Mn等の酸化物が形成され、外観不良やリン酸塩処理等の化成処理性不良となる問題がある。
溶融亜鉛めっき鋼帯の場合、鋼帯がSi、Mn等の易酸化性元素を含有していると、焼鈍中にこれらの易酸化性元素が鋼帯表面に濃化してSi、Mｎ等の酸化物が形成され、めっき性を阻害して不めっき欠陥を発生させたり、めっき後の合金化処理の際に合金化速度を低下させたりする問題がある。中でもSiは、鋼帯表面にSiO2の酸化膜が形成されると、鋼帯と溶融めっき金属との濡れ性を著しく低下させ、また、合金化処理の際にSiO2酸化膜が地鉄とめっき金属との拡散の障壁となることから、めっき性、合金化処理性阻害の問題が特に発生しやすい。
この問題を避ける方法として、焼鈍雰囲気中の酸素ポテンシャルを制御する方法が考えられる。
酸素ポテンシャルを上げる方法として、例えば特許文献１に加熱帯後段から均熱帯の露点を-30℃以上の高露点に制御する方法が開示されている。この手法は、ある程度効果が期待でき、また高露点への制御も工業的にたやすいという利点があるが、高露点下で操業することが望ましくない鋼種（例えばTi系-IF鋼）の製造を簡易に行うことができないという欠点がある。これは、一旦高露点にした焼鈍雰囲気を低露点にするには非常に長時間かかるためである。またこの手法は、炉内雰囲気を酸化性にするため、制御を誤ると炉内ロールに酸化物が付着してピックアップ欠陥が発生する問題や、炉壁損傷の問題がある。
別の手法として、低酸素ポテンシャルとする手法が考えられる。しかしSi、Mn等は非常に酸化しやすいため、CGL（連続溶融亜鉛めっきライン）・CAL（連続焼鈍ライン）に配置されるような大型の連続焼鈍炉においては、Si、Mn等の酸化を抑制する作用が優れる-40℃以下の低露点の雰囲気を安定的に得ることは非常に困難であると考えられてきた。
低露点の焼鈍雰囲気を効率的に得る技術が、例えば特許文献２、特許文献３に開示されている。これらの技術は、１パス縦型炉の比較的小規模な炉についての技術であり、CGL・CALのような多パス縦型炉への適用を考えていないため、効率的に露点を低下できない危険性が非常に高い。
本発明は、鋼帯を連続的に熱処理する定常操業を行うに先立ち、又は定常操業中に炉内雰囲気中の水分濃度及び／または酸素濃度が上昇した際に、炉内雰囲気の露点を定常操業に適したレベルまで速やかに低減させることができる鋼帯の連続焼鈍炉を提供することを課題とする。また、本発明は、ピックアップ欠陥の発生、炉壁損傷の問題の少ない低露点の雰囲気を安定して得ることができ、焼鈍時に鋼中のSi、Mn等の易酸化性元素が鋼帯表面に濃化して、Si、Mn等の易酸化性元素の酸化物の形成を防止し、Si等の易酸化性元素を含有する鋼帯の焼鈍に適した鋼帯の連続焼鈍炉を提供することを課題とする。また、本発明は、前記連続焼鈍炉を用いた鋼帯の連続焼鈍方法を提供すること課題とする。
また、本発明は、前記焼鈍炉を備えた連続溶融亜鉛めっき設備を提供することを課題とする。また、本発明は、前記焼鈍方法で鋼帯を連続焼鈍した後溶融亜鉛めっきする溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法を提供することを課題とする。
なお、本発明は焼鈍炉の加熱帯と均熱帯を物理的に分離する隔壁が存在する焼鈍炉について適用する技術である。
発明者らは多パスを有する大型縦型炉内の露点分布の測定やそれを元にした流動解析等を行った。その結果、雰囲気の大部分を占めるN2ガスに比べて、水蒸気(H2O)は比重が軽いため、多パスを有する竪型焼鈍炉では、炉上部が高露点になりやすいこと、そして、炉内の上部から炉内ガスを吸引して脱酸素器と除湿器を備えるリファイナに導入して酸素及び水分を除去して露点を低下し、露点を低下したガスを炉内の特定部に戻すことで、炉上部が高露点になるのを防止して、炉内雰囲気の露点を定常操業に適した所定のレベルまで短時間で減少させることができること、また、炉上部以外からも炉内ガスを吸引してリファイナに導入する場合には、加熱帯下部の鋼帯導入部付近の領域に導入部を設けないことが必要であることを見出した。上記により、炉内雰囲気をピックアップ欠陥の発生、炉壁損傷の問題が少なく、焼鈍時に鋼中のSi、Mn等の易酸化性元素が鋼帯表面に濃化してSi、Mn等の易酸化性元素の酸化物が形成されるのを防止できる低露点の雰囲気を安定して得ることができることを見出した。
上記課題を解決する本発明の手段は下記の通りである。
（１）鋼帯を上下方向に搬送する加熱帯、均熱帯及び冷却帯がこの順に配置され、前記均熱帯と前記冷却帯の連結部は炉上部に配置され、前記加熱帯と前記均熱帯は炉上部で連通し、炉上部の連通部以外は隔壁を設けて加熱帯と均熱帯を物理的に分離され、炉外より雰囲気ガスを炉内に供給し、炉内ガスを加熱帯下部の鋼帯導入部から排出するとともに、炉内ガスの一部を吸引して炉外に設けた脱酸素装置と除湿装置を有するリファイナに導入してガス中の酸素と水分を除去して露点を低下し、露点を低下したガスをガスの吐出口から炉内に戻すように構成された縦型焼鈍炉であって、炉内からリファイナへのガスの吸引口を、均熱帯−冷却帯の連結部下部に設け、かつ加熱帯下部の鋼帯導入部から鉛直方向距離が6m以下でかつ炉長方向距離が3m以下である領域を除く加熱帯、または/および、均熱帯に、１箇所以上設けることを特徴とする鋼帯の連続焼鈍炉。
（２）前記加熱帯、均熱帯に配置したガスの吸引口近傍に炉内ガスの露点を測定する露点計の露点検出部を設置したことを特徴とする前記（１）に記載の鋼帯の連続焼鈍炉。
（３）リファイナから炉内へのガスの吐出口を、均熱帯−冷却帯の連結部、および、加熱帯の上部に複数個設け、加熱帯上部のガスの吐出口の吐出幅W0は、加熱帯の炉幅Wに対して、W0/W>1/4を満足することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の鋼帯の連続焼鈍炉。
ここで、加熱帯のガスの吐出口の吐出幅W0は、加熱帯の最も入側に配置されたガス吐出口と、最も出側に配置されたガスの吐出口の炉長方向の間隔である。
ここで、加熱帯のガスの吐出口の吐出幅W0は、加熱帯の最も入側に配置されたガス吐出口と、最も出側に配置されたガスの吐出口の炉長方向の間隔である。
（４）前記（２）または（３）に記載の鋼帯の連続焼鈍炉を用いて鋼帯を連続焼鈍する際に、加熱帯及び均熱帯のガスの吸引口近傍の炉内ガスの露点を測定し、露点が高い場所の炉内ガスを優先して吸引し、リファイナから戻るガスを加熱帯上部のガスの吐出口から優先して吐出することを特徴とする鋼帯の連続焼鈍方法。
（５）加熱帯上部から吐出するガスの吐出幅W1は、加熱帯の炉幅Wに対して、W１/W>1/4を満足することを特徴とする前記（４）に記載の鋼帯の連続焼鈍方法。
ここで、ガスの吐出幅W１は、加熱帯の最も入側から吐出するガス吐出口と、最も出側から吐出するガス吐出口の炉長方向の間隔である。
ここで、ガスの吐出幅W１は、加熱帯の最も入側から吐出するガス吐出口と、最も出側から吐出するガス吐出口の炉長方向の間隔である。
（６）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の焼鈍炉の下流に溶融亜鉛めっき設備を備えることを特徴とする鋼帯の連続溶融亜鉛めっき設備。
（７）前記（４）または（５）に記載の方法で鋼帯を連続焼鈍した後、溶融亜鉛めっきすることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法。
本発明によれば、鋼帯を連続的に熱処理する定常操業を行うに先立ち、又は定常操業中に炉内雰囲気中の水分濃度及び／または酸素濃度が上昇した際に、炉内雰囲気中の水分濃度及び／または酸素濃度を減少して、炉内雰囲気の露点を、安定的に鋼帯製造が可能となる-30℃以下まで低下する時間を短縮し、生産性の低下を防止できる。
また、本発明によれば、ピックアップ欠陥の発生、炉壁損傷の問題が少なく、また焼鈍時に鋼中のSi、Mｎ等の易酸化性元素が鋼帯表面に濃化してSi、Mn等の易酸化性元素の酸化物が形成されるのを防止できる露点が-40℃以下の低露点の炉内雰囲気を安定して得ることができる。また、本発明によれば、Ti系-IF鋼のような高露点下で操業することが望ましくない鋼種の製造を容易に行うことができる。
鋼帯の連続溶融亜鉛めっきラインは、めっき浴の上流に焼鈍炉を備える。通常、焼鈍炉は、炉の上流から下流に向かって、加熱帯、均熱帯、冷却帯がこの順で配置されている。加熱帯の上流に予熱帯を備える場合もある。焼鈍炉とめっき浴はスナウトを介して接続され、加熱帯からスナウトに至るまでの炉内は、還元性雰囲気ガスまたは非酸化性雰囲気に保持され、加熱帯、均熱帯は、加熱手段としてラジアントチューブ(RT)を用い、鋼帯を間接加熱する。還元性雰囲気ガスは、通常H2-N2ガスが用いられ、加熱帯からスナウトまでの炉内の適宜場所に導入される。このラインにおいて、鋼帯を加熱帯、均熱帯で所定温度に加熱焼鈍した後、冷却帯で冷却し、スナウトを介してめっき浴に浸漬して溶融亜鉛めっきし、またはさらに亜鉛めっきの合金化処理を行う。
連続溶融亜鉛めっきラインは、炉がスナウトを介してめっき浴に接続されているため、炉内に導入したガスは、炉体リーク等の不可避のものを除くと、炉の入側から排出され、炉内ガスの流れは、鋼帯進行方向とは逆方向に、炉の下流から上流に向かう。そして、雰囲気の大部分を占めるN2ガスに比べて、水蒸気(H2O)は比重が軽いため、多パスを有する竪型焼鈍炉では、炉上部が高露点となりやすい。
効率良く露点を下げるには、炉内雰囲気ガスの淀み（炉の上部、中間部、下部での雰囲気ガスの淀み）を発生させることなく、炉上部が高露点になるのを防止することが重要である。また、露点を上昇させる水の発生源を知ることも重要である。水の発生源としては、炉壁、鋼帯、炉入り口からの外気流入、冷却帯やスナウトからの流入等が挙げられるが、RTや炉壁にリーク箇所があると、そこも水の供給源となる場合がある。
めっき性に及ぼす露点の影響は鋼帯温度が高ければ高いほど大きく、酸素との反応性が高まる鋼帯温度700℃以上の領域で特に影響が大きくなる。したがって、温度が高まる加熱帯後半部および均熱帯の露点はめっき性に大きな影響を与えることになるが、加熱帯と均熱帯を物理的に分離する隔壁がある場合は、加熱帯と均熱帯のおのおのを効率よく低露点化する必要がある。
具体的には、鋼帯を連続的に熱処理する定常操業を行うに先立ち、又は定常操業中に炉内雰囲気中の水分濃度及び／または酸素濃度が上昇した際に、炉内雰囲気中の水分濃度及び／または酸素濃度を減少して、炉全体の雰囲気露点を、安定的に鋼帯製造が可能となる-30℃以下まで低下する時間を短縮できることが必要である。
また、Si、Mn等の酸化を抑制する作用が優れる-40℃以下まで露点を下げる必要があるが、加熱帯と均熱帯を物理的に分離する隔壁が存在する焼鈍炉では、加熱帯と均熱帯の両方の露点を低下させる必要がある。露点はめっき性の点からより低い方が有利であり、露点は-45℃以下に低下できることが好ましく、-50℃以下に低下できることがさらに好ましい。
そして、本発明は、雰囲気ガスの露点を低下するために、炉内の雰囲気ガスの一部を炉外に設けた脱酸素装置と除湿装置を有するリファイナに導入してガス中の酸素と水分を除去して露点を低下し、露点を低下したガスを炉内に戻すものであるが、その際、リファイナに導入する炉内ガスの吸引口、リファイナから戻る露点が低下したガスの炉内への吐出口を下記1）〜3)のように配置するものである。
1）冷却帯上部はめっきポット側からの高露点のガスが混入してくるため、また冷却帯・スナウトからの外気流入を防止するため、当該箇所で雰囲気ガスの淀みを防止する必要がある。当該箇所での雰囲気ガスの淀みを防止するため、リファイナに導入するガスの吸引口を、均熱帯−冷却帯の連結部の下部に配置する。ガスの吸引口は、均熱帯−冷却帯の連結部の下部のスロート部またはシールロール近傍等の流路が狭くなった位置に配置することが好ましい。ただし、ガスの吸引口の位置は冷却帯の冷却装置（冷却ノズル）から4m以内が好ましく、2m以内がさらに好ましい。冷却装置までの距離が長くなりすぎると、冷却開始前に鋼板が高露点のガスに長時間さらされることになり、Si、Mn等の易酸化性元素が鋼板表面に濃化するおそれがあるためである。このガス吸引によって冷却帯上部でのガスの淀みを防止できるが、ガスの吸引口近傍の炉圧が負圧になるおそれがあるので、均熱帯と冷却帯の連結部にリファイナから戻るガスの吐出口を配置することが好ましい。ガスの吐出口は、均熱帯−冷却帯の連結部のパスラインより高い位置に配置することが好ましく、パスラインより高く、かつ均熱帯から導出された鋼帯の走行方向を下方に変更するロールより出側の炉壁側に配置することがさらに好ましい。ガスの吸引口とガスの吐出口は2m以上離して配置することが望ましい。ガスの吸引口とガスの吐出口の位置が近すぎると、吸引口から吸引する高露点ガスの比率が低くなり（導入ガスが吸引される比率が高くなり）、水分除去効率が低下するためである。
2)炉内ガスの吸引口は、もっとも露点の高い場所に配置するのが理想である。加熱帯と均熱帯の間に隔壁がある場合、主要な水発生位置が隔壁の上流/下流のいずれに存在するかで、露点分布が大きく異なってくる。例えば炉入側等、焼鈍炉前半の加熱帯に主要な水供給源がある場合、加熱帯の露点が高くなるため、加熱帯にガスの吸引口を設ける必要があり、逆に焼鈍炉後半の均熱帯にある場合は、均熱帯の露点が高くなるため、均熱帯にガスの吸引口を設ける必要がある。露点が高くなる場所が加熱帯、均熱帯のいずれか一方に限定できない場合は、ガスの吸引口は加熱帯、均熱帯の両方にそれぞれ少なくとも１箇所設置する必要がある。このように、ガスの吸引口を設置することで、リファイナによる除湿能力は格段に向上することになる。ただし、加熱帯のガスの吸引口は、加熱帯下部の鋼帯導入部から鉛直方向距離が6m以下でかつ炉長方向距離が3m以下である領域を除く領域に配置する。ガスの吸引口を加熱帯下部の鋼帯導入部から鉛直方向距離が6m以下でかつ炉長方向距離が3m以下である領域に配置すると、炉外ガスを炉内に引き込む可能性が高まり、露点が上昇するおそれがあるためである。
3)加熱帯上部は、その構造上、炉内ガスの流れがほとんど無く、雰囲気ガスが淀み易い。したがってこの箇所は高露点化しやすいため、加熱帯上部にリファイナから戻るガスの吐出口を配置することが好ましい。淀みを無くするには、ガスの吐出口は加熱帯の出来るだけ高い位置に配置する方が有利であるが、少なくとも加熱帯の上部ハースロール中心の鉛直位置より2m低い位置を基準として、それより高い領域（鉛直位置-2mより高い領域）に配置することがより好ましい。
加熱帯でのガスの淀みを防止するには、ガスの吐出口を2箇所以上に配置することが好ましい。この場合、加熱帯のガス吐出口の吐出幅W0が、加熱帯の炉幅Wに対して、W0/W>1/4を満足するように配置すると加熱帯でのガスの淀みを防止する効果をより向上させることができるので好ましい。ここで、加熱帯のガス吐出口の吐出幅W0は、加熱帯の最も入側に配置されたガス吐出口と、最も出側に配置されたガス吐出口の炉長方向の間隔（吐出口中心間の距離）である。
本発明は、このような視点に基づくものである。
以下、図1〜図3を用いて本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の実施に使用する竪型焼鈍炉を備える鋼帯の連続溶融亜鉛めっきラインの一構成例を示す。
図1において、1は鋼帯、2は焼鈍炉で鋼帯進行方に加熱帯3、均熱帯4、冷却帯5をこの順に備える。加熱帯3、均熱帯4では、複数の上部ハースロール11ａと下部ハースロール11bが配置され、鋼帯1を上下方向に複数回搬送する複数パスを形成し、加熱手段としてRTを用い、鋼帯1を間接加熱する。6はスナウト、7はめっき浴、8はガスワイピングノズル、9はめっきの合金化処理をする加熱装置、10は炉内から吸引した雰囲気ガスの脱酸素と除湿を行うリファイナである。
加熱帯3と均熱帯4は炉の上部で連通している。炉の上部の連通部以外は、加熱帯3と均熱帯4の雰囲気ガスを遮断する隔壁12が設置されている。隔壁12は、加熱帯3出口の上部ハースロールと均熱帯4入口の上部ハースロール間の炉長方向中間位置に設置され、上端は鋼帯1に近接し、下端及び鋼帯幅方向端部は炉壁部に接するようにして鉛直に配置されている。
均熱帯4と冷却帯5の連結部13は、冷却帯5上側の炉上部に配置され、該連結部13内には、均熱帯4から導出された鋼帯1の走行方向を下方に変更するロール15が配置されている。均熱帯4の雰囲気が冷却帯5内に流入するのを防止し、また連結部炉壁の輻射熱が冷却帯5内に入るのを防止するため、該連結部下部の冷却帯5側出口はスロート（鋼帯通板部断面積が小さくなった構造、スロート部）になっており、該スロート部14にシールロール16が配置されている。
冷却帯5は、第1冷却帯5aと第2冷却帯5bで構成され、第1冷却帯5aは、鋼帯パスは1パスである。
17は炉外より炉内に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給系統、18はリファイナ10へのガス導入管、19はリファイナ10からのガス導出管である。
雰囲気ガス供給系統17の各帯域への配管の途中に設置された弁（図示なし）及び流量計(図示なし)により、加熱帯3、均熱帯4及び冷却帯5以降の炉内の各帯域への雰囲気ガスの供給量の調整、停止を個別に行うことができる。通常、炉内に供給する雰囲気ガスは、鋼帯表面に存在する酸化物を還元し、雰囲気ガスのコストが過大にならないように、H2：1〜10vol%、残部がN2及び不可避的不純物からなる組成を有するガスが用いられる。露点は-60℃程度である。
リファイナに導入する炉内ガスの吸引口は、均熱帯4と冷却帯5の連結部13下部に配置し、かつ加熱帯3下部の鋼帯導入部から鉛直方向距離が6m以下でかつ炉長方向距離が3m以下である領域（図2参照）を除く加熱帯3、または／および、均熱帯4に配置する。加熱帯3、均熱帯4に配置する吸引口は複数箇所に配置することが好ましい。スロート部14にシールロールが配置されているときは、当該箇所においてガス流路がさらに狭くなっているので、当該箇所またはその近傍にガスの吸引口を配置することがさらに好ましい。
リファイナで露点を低下したガスを炉内に吐出するガスの吐出口は、均熱帯−冷却帯の連結部、及び、加熱帯の上部に配置することが好ましい。均熱帯−冷却帯の連結部に配置するガスの吐出口は、均熱帯4と冷却帯5の連結部13のパスラインより高い位置に配置することがより好ましく、パスラインより高い位置で、連結部内の鋼帯走行方向を下方に変更するロール15より出側の炉壁側に配置することがさらに好ましい。加熱帯3の上部に配置するガスの吐出口は、加熱帯3の上部ハースロール中心の鉛直位置−2mより高い領域に配置することがより好ましい。加熱帯のガスの吐出口は、複数箇所に配置することが好ましい。
図2は、リファイナ10へのガスの吸引口、リファイナ10からガスの吐出口、露点検出部の配置例を示す。22a〜22eはガスの吸引口、23a〜23eはガスの吐出口、24a〜24gは露点検出部である。加熱帯の炉幅(W)は12m、均熱帯の炉幅は4m、加熱帯と均熱帯の合計炉幅は16mである。
ガスの吸引口はφ200mmで、均熱帯3と冷却帯4の連結部13下部のスロート部に単独で1個(22e)、および、均熱帯の上部ハースロール中心から1m下(22b)、均熱帯の炉高の1/2の位置（高さ方向の中央：22c）、均熱帯の下部ハースロール中心から1m上(22d)および加熱帯の中央（炉高の1/2の位置で、炉長方向の中央：22a）に、炉長方向に1mの間隔を設けて配置した2個の吸引口を一組として、合計で四組の吸引口(22a〜22d)が配置されている。
ガスの吐出口はφ50mmで、均熱帯と冷却帯の連結部の出側炉壁のパスラインより1m高い位置で、天井壁から1mの位置に単独で1個(23e)、加熱帯上部のハースロール中心から1m下に、加熱帯の入側炉壁から1mの位置を起点にして、2m間隔で炉長方向に4箇所(23a〜23d)配置されている。図2では、加熱帯上部のガス吐出口の吐出幅W0は6mであり、加熱帯の炉幅W(=12m)に対する比は、W0/W=1/2であり、W0/W>1/4を満足する。なお、加熱帯のガス吐出口の吐出幅W0は、加熱帯の最も入側に配置されたガス吐出口と、最も出側に配置されたガス吐出口の炉長方向の間隔である。
炉内ガスの露点を検出する露点計の露点検出部は、均熱帯と冷却帯の連結部(24g)、均熱帯と加熱帯に配置された各組の2個の吸引口の中間(24b、24d〜24f)、加熱帯の入側炉壁から3番目と4番目の吐出口の中間(吐出口23cと23dの中間：24a)、加熱帯の下部ハースロール中心から1m上で入側炉壁から6mの位置(24c)に配置されている。
均熱帯−冷却帯の連結部下部のスロート部からは常時吸引し、均熱帯、加熱帯に配置した吸引口は、吸引箇所の露点データからガスを吸引する吸引口を選択できるようになっている。
加熱帯及び均熱帯の各々に雰囲気吸引口を複数箇所設けたのは以下の理由による。
加熱帯及び均熱帯の間に隔壁がある場合は、水発生源が隔壁に対して、鋼帯走行方向の上流/下流のどちらに存在するかで露点分布は大きく異なる。例えば、炉入側付近にある場合、隔壁からみて炉入側の露点は各地点で総じて高くなる一方、炉出側の露点は低くなる。したがって、炉入側でガスを吸引するようにすると、除湿効率は上がる事となるが、水発生源が炉出側にある場合は、除湿効率が低下する。したがって、水発生源の場所が変わっても除湿効率を上げるようにするには、隔壁の両側に吸引口を設ける必要がある。
ガスの吸引口から吸引された雰囲気ガスは、ガス導入管18a〜18e及び18を経てリファイナに導入可能である。各ガス導入管18a〜18eの途中に設けた弁（図示なし）及び流量計（図示なし）により、各吸引口からの炉内の雰囲気ガスの吸引量の調整、停止を個別に制御できる。
図3は、リファイナ10の一構成例を示す。図3において、30は熱交換器、31はクーラ、32はフィルタ、33はブロワ、34は脱酸素装置、35、36は除湿装置、46、51は切替弁、40〜45、47〜50、52、53は弁である。脱酸素装置34はパラジウム触媒を用いた脱酸素装置である。除湿装置35、36は、合成ゼオライト触媒を用いた除湿装置である。連続操業できるように2基の除湿装置35、36が並列に配置されている。
リファイナで酸素と水分を除去して露点を低下したガスは、ガス導出管19及び19a〜19eを経て吐出口23a〜23eから炉内に吐出可能である。各ガス導出管19a〜19eの途中に設けた弁（図示なし）及び流量計（図示なし）により、各吐出口から炉内へ吐出するガスの吐出量の調整、停止を個別に制御できる。
その際、加熱帯上部から吐出するガスの吐出幅W1が、加熱帯の炉幅Wに対して、W１/W>1/4を満足するようにガスを吐出することで、加熱帯上部で雰囲気ガスが淀んで高露点になるのを防止する効果をより向上できる。ガスの吐出幅W１は、加熱帯の最も入側から吐出するガス吐出口と、最も出側から吐出するガス吐出口の炉長方向の間隔である。
この連続溶融亜鉛めっきラインで鋼帯を焼鈍した後溶融亜鉛めっきするときは、鋼帯１を、加熱帯3、均熱帯4内を搬送し、所定温度(例えば800℃程度)に加熱して焼鈍した後、冷却帯5で所定温度に冷却する。冷却後、スナウト6を介してめっき浴7に浸漬して溶融亜鉛めっきし、めっき浴から引き上げた後めっき浴上に設置したガスワイピングノズル8でめっき付着量を所望付着量に調整する。必要に応じてめっき付着量調整後、ガスワイピングノズル8上方に配置された加熱設備9を用いて亜鉛めっきの合金化処理を行う。
その際、雰囲気ガス供給系統17から炉内に雰囲気ガスを供給する。雰囲気ガス種、組成、ガス供給方法は通常の方法でよい。通常H2-N2ガスを用い、加熱帯3、均熱帯4及び冷却帯5以降の炉内各部に供給する。
また、ガスの吸引口22a〜22eから加熱帯3、均熱帯4、均熱帯4と冷却帯5の連結部13下部のスロート部14の雰囲気ガスをブロワ33で吸引し、吸引したガスを、熱交換器30、クーラ31を順次通過させて雰囲気ガスを40℃程度以下に冷却し、フィルタ32でガスを清浄化した後、脱酸素装置34により雰囲気ガスの脱酸素、除湿装置35又は36による雰囲気ガスの除湿を行い、露点を-60℃程度まで低下させる。除湿装置35と36の切り替えは、切替弁46、51を操作して行う。
露点を低下させたガスを、熱交換器30を通過させた後、ガスの吐出口23a〜23eから、加熱帯3、均熱帯4と冷却帯5の連結部13に戻す。露点を低下させたガスを、熱交換器30を通過させることで、炉内に吐出するガス温度を高めることができる。
そして、ガスの吸引口、ガスの吐出口を上記のように配置し、各吸引口からの吸引ガス量、各吐出口からの吐出ガス量を適切に調整することで、均熱帯および冷却帯前半部における炉の上部、中間部、下部での雰囲気ガスの淀みを防止し、炉上部が高露点になるのを防止できる。
露点を下げるには、リファイナに導入するガス流量が多い方が有利であるのは当然である。しかし、流量を増やすと、配管径や除湿・脱酸設備が大型化するため、設備コストが増大する。したがって、リファイナに導入するガス流量を出来るだけ少ない流量にして目標とする露点を得ることが重要となる。リファイナへのガスの吸引口、リファイナからのガスの吐出口を前記したように配置することで、リファイナに導入するガス流量を少ない流量にして目標とする露点を得ることができるようになる。
その結果、鋼帯を連続的に熱処理する定常操業を行うに先立ち、又は定常操業中に炉内雰囲気中の水分濃度および／または酸素濃度が上昇した際に、炉内雰囲気中の水分濃度および／または酸素濃度を減少して、炉内雰囲気の露点を、安定的に鋼帯製造が可能となる-30℃以下まで低下する時間を短縮し、生産性の低下を防止できる。また、均熱帯および均熱帯と冷却帯の連結部の雰囲気露点を-40℃以下、又はさらに-45℃以下に低下できる。またさらに加熱帯後半部における炉の上部、中間部、下部での雰囲気ガスの淀みを防止して、加熱帯後半部、均熱帯および均熱帯と冷却帯連結部の雰囲気露点を-45℃以下、又はさらに-50℃以下に低下することもできる。
さらに、炉内ガスの露点を測定する露点計を加熱帯、均熱帯の複数個所に設置してリファイナを使用しない状態で露点を測定し、露点が高い場所から炉内ガスを優先して吸引し、リファイナから戻るガスを加熱帯上部に優先して吐出することで、リファイナに導入するガス流量を少ない流量として目標とする低露点を得ることができるようになる。
露点が高い場所は、加熱帯、均熱帯、均熱帯−冷却帯の連結部の露点の平均値を基準にして、それより高露点の場所を基本とするが、鋼種によっては、加熱帯は鋼帯温度が低いため表面濃化せず、均熱帯〜均熱帯−冷却帯の連結部での表面濃化の防止が必要な場合がある。このような場合は、均熱帯〜均熱帯−冷却帯の連結部での露点の平均値を基準にして、それより高露点の場所を露点が高い場所とすればよい。
炉内ガスの露点を低下するには、平均値以上の露点のすべての場所からガスを吸引すればよいが、コスト的には不利になるので、平均値以上の露点の場所の中から、露点がより高い場所を1箇所または複数個所を選定し、当該箇所から炉内ガスを吸引し、または炉内におけるガス流れを考慮して、当該箇所のガス流れの下流側から炉内ガスを吸引することが効果的である。
ガスを優先して吸引とは、当該吸引箇所から吸引するガスの吸引量を平均流量以上とすること、ガスを優先して吐出とは、当該吐出箇所から吐出するガスの吐出量を平均流量以上とすることである。吸引、吐出口の数は１箇所に１個設置する場合もあれば、複数設置する場合もある。これは必要流量、配管径、設備費等から最適な口数が異なるためであり、各種条件を勘案しつつ適宜最適化すべき事項である。
例えば全吸引量が1200Nm3/hrで、ガス吸引箇所が4箇所の場合、平均流量は300Nm3/hrであるから、平均流量以上は、当該吸引箇所の流量が300Nm3/hr以上である。吐出量も同様で、全吐出量が1200Nm3/hrで、ガス吐出箇所の数が4の場合、平均流量以上は、当該吸引箇所の流量が300Nm3/hr以上である。
前記した連続焼鈍炉では、加熱帯の上流に予熱炉が配置されていないが、予熱炉を備えていてもよい。
以上、CGLについて本発明の実施形態を説明したが、本発明は、鋼帯を連続焼鈍する連続焼鈍ライン（CAL）にも適用できる。
以上説明した作用によって、鋼帯を連続的に熱処理する定常操業を行うに先立ち、又は定常操業中に炉内雰囲気中の水分濃度及び／または酸素濃度が上昇した際に、炉内雰囲気中の水分濃度及び／または酸素濃度を減少して、炉内雰囲気の露点を、安定的に鋼帯製造が可能となる-30℃以下まで低下する時間を短縮し、生産性の低下を防止できる。また、ピックアップ欠陥の発生、炉壁損傷の問題が少なく、また焼鈍時に鋼中のSi、Mｎ等の易酸化性元素が鋼帯表面に濃化してSi、Mn等の易酸化性元素の酸化物の形成を抑制する効果に優れる-40℃以下の低露点の炉内雰囲気を安定して得ることができる。その結果、Ti系-IF鋼のような高露点下で操業することが望ましくない鋼種の製造を容易に行うことができる。
図１に示すART型（オールラジアント型）CGL（焼鈍炉長（焼鈍炉内の鋼帯総パス長）400ｍ、加熱帯、均熱帯の炉高20m）で、露点測定試験を行った。加熱帯の炉幅(W)は12m、均熱帯の炉幅は4mで、加熱帯と均熱帯の合計炉幅は16mである。
炉外からの雰囲気ガス供給箇所は、均熱帯ではドライブ側の炉床から高さ１m、10mの位置の炉長方向に各々3箇所で合計6箇所、加熱帯はドライブ側の炉床から高さ１m、10mの位置の炉長方向に各々8箇所で合計16箇所である。供給する雰囲気ガスの露点は-60℃である。
リファイナへのガスの吸引口、リファイナからのガスの吐出口、露点検出部の配置位置を図２に示す。図２において、二点鎖線は、加熱帯及び均熱帯の上部ハースロール中心、下部ハースロール中心の鉛直方向位置を示す。
リファイナへのガスの吸引口は、均熱帯−冷却帯の連結部下部のスロート部(22e：「連結部下部」)、均熱帯の上部ハースロール中心から1m下(22b：「均熱帯上部」)、均熱帯中央（炉高の中央かつ炉長方向の中央：22c：「均熱帯中央」）、均熱帯の下部ハースロール中心から1m上(22d：「均熱帯下部」)、加熱帯の中央（炉高の中央かつ炉長方向の中央：22a：「加熱帯中央」）の各位置に配置した。リファイナから炉内へのガス吐出口は、均熱帯−冷却帯の連結部の出側炉壁及び天井壁からそれぞれ1mの位置(23e：「連結部」)に配置し、加熱帯は、上部ハースロール中心から1m下で、入側炉壁から1mの位置を起点にして2mおきに4箇所(23a〜23d：「加熱帯上部−入側から１番目〜４番目」)設けた。なお、吸引口はφ200mmで、連結部以外は2個一組で吸引口の距離は1mとし、連結部は単独配置とした。吐出口はφ50mmで、連結部は単独配置である。
炉内ガスの露点検出部は、均熱帯−冷却帯の連結部(24g：「連結部」)、加熱帯の入側から3番目と4番目のガス吐出口の中間(24a：「加熱帯上部」)、2個一組で構成される均熱帯、加熱帯の各組の2個の吸引口の中間(24b、24d〜24f：「加熱帯中央」、「均熱帯上部」、「均熱帯中央」、「均熱帯下部」)に各々配置した。前記の加熱帯、均熱帯の露点検出部(24a、24b、24d〜24f)の位置は、加熱帯、均熱帯の炉長方向の中央で、高さはガス吸引口またはガス排出口と同じ高さである。加熱帯下部の炉長方向中央の露点を測定するため、加熱帯の下部ハースロール中心から1m上で入側炉壁から6mの位置(炉長方向の中央)にも露点検出部(24c：「加熱帯下部」)を配置した。
均熱帯-冷却帯の連結部、加熱帯に配置した各ガス吐出口は、ガス吐出量を個別に調整できるようにした。均熱帯−冷却帯の連結部下部のスロート部のガス吸引口はガス吸引量を個別に調整でき、均熱帯、加熱帯の各組のガス吸引口は組単位で、ガス吸引量を個別に調整できるようにした。また、均熱帯、加熱帯中央の露点データから、均熱帯、加熱帯のガスの吸引位置を選択できるようにした。
リファイナは、除湿装置は合成ゼオライト、脱酸素装置はパラジウム触媒を使用した。
板厚0.8〜1.2mm、板幅950〜1000mmの範囲の鋼帯を用い、焼鈍温度800℃、通板速度100〜120mpmで出来る限り条件を統一した試験を行った。鋼帯の合金成分を表１に示す。
雰囲気ガスとして、H2-N2ガス（H2濃度10vol％、露点-60℃）を供給し、リファイナを使用していないときの雰囲気の露点（初期露点）をベース（-34℃〜-36℃）とし、リファイナ使用1hr後の露点を調査した。
初期露点分布(リファイナを使用しないときの露点)とリファイナ吸引・吐出位置による露点低減効果を表２に示す。ここで、表２中の各項目（上記「」内の記載）は、各吸引口、吐出口、露点検出部と、上記の対応関係を有する。
加熱帯、均熱帯のどちらで露点が高いかでベース条件をA、Ｂの2つに分けた。Aは、加熱帯より均熱帯の露点が高い場合、Bは、均熱帯より加熱帯の露点が高い場合である。
本発明例は、いずれのベース条件においても、加熱帯（加熱帯下部を除く）、均熱帯、均熱帯−冷却帯の連結部の露点が-45℃以下に低下している。また、いずれのベース条件においても、リファイナを用いない状態（表２中のNo.1、No.10）で測定した露点の高い場所の吸引口からリファイナへのガス吸引を行い、かつリファイナからの加熱帯へのガスの吐出幅を加熱帯の炉幅の1/4超に設定することで、加熱帯、均熱帯、均熱帯−冷却帯の連結部の露点を-50℃以下に低下できることがわかる。
これに対して、加熱帯下部の鋼帯導入部から鉛直方向距離が6m以下で、かつ、炉長方向距離が3m以下である領域にリファイナへのガスの吸入口を設けて発明例と同量のガス量を吸入した表２中の試験No.9では-40℃以上の露点の部位もあり、総じて高い露点となっている。
ここで、露点が高いところとは、各位置の露点から平均露点Da、標準偏差σを求め、Da＋σ以上の位置は全て露点が高いところである。ただし、加熱帯下部の不設置領域は対象外である。露点が高いところが複数ある場合は、いずれか一箇所からの吸引でも良いが、炉内ガス流れから、１箇所からの吸引で吸引しきれない場合は複数個所からの吸引が望ましい。
複数個所からの吸引する場合の各箇所での流量は、露点の高い位置に傾斜配分するのが理想だが、該当箇所の露点に大きな差はないことが多いので、通常は単純に均等配分すれば良い。傾斜配分する場合には下記の方法が一例として挙げられる。
ｉ）吸引対象位置の露点Dp（℃）を体積水分比Wr(ppm)に換算する。露点から水分比への換算は、例えば下記の（１）式に従えば良い。
ii）各位置水分比に比例した流量に按分する。例えば、該当箇所が以下に示すＡ，Ｂ，Ｃの３箇所、吸引の全流量が1000Nm3/hrの場合、以下の通りに按分する。
Ａ：露点-30.4℃（＝体積水分比359ppm）、Ｂ：露点-31.2℃（＝体積水分比330ppm）、
Ｃ：露点-30.8℃（＝体積水分比）344ppm
Ａでの吸引量＝1000×359/（359+330+344）＝348Nm3/hr
Ｂでの吸引量＝1000×330/（359+330+344）＝319Nm3/hr
Ｃでの吸引量＝1000×344/（359+330+344）＝333Nm3/hr
Ａ：露点-30.4℃（＝体積水分比359ppm）、Ｂ：露点-31.2℃（＝体積水分比330ppm）、
Ｃ：露点-30.8℃（＝体積水分比）344ppm
Ａでの吸引量＝1000×359/（359+330+344）＝348Nm3/hr
Ｂでの吸引量＝1000×330/（359+330+344）＝319Nm3/hr
Ｃでの吸引量＝1000×344/（359+330+344）＝333Nm3/hr
実施例1で使用した図１に示すART型（オールラジアント型）CGLで露点低下のトレンドを調査した。
従来法(リファイナ不使用)の条件は、炉内に供給した雰囲気ガスは、組成がH2：8vol%、残部がN2及び不可避的不純物からなり（露点-60℃）で、冷却帯以降への供給ガス量：300Nm3/hr、均熱帯への供給ガス量：100Nm3/hr、加熱帯への供給ガス量:450Nm3/hrで、板厚0.8〜1.2mm、板幅950〜1000mmの範囲の鋼帯(鋼の合金成分は表１と同じ)で、焼鈍温度は800℃、通板速度は100〜120mpmである。
本発明法の条件は、上記と同様の条件で、さらにリファイナを使用し、吸引位置等の条件は、初期露点がAベース条件に近かった（均熱帯上部露点が最も高い）ので、表2のNo.2の条件（Aベースの最適条件）で行った。調査結果を図4に示す。露点は、均熱帯上部の露点である。
従来法は、露点を-30℃以下に低下するのに40時間程度を要しており、70時間後も-35℃まで低下できない。これに対して本発明法では、6時間で露点を-30℃以下に低下でき、9時間で-40℃以下に低下でき、14時間で-50℃以下に低下できている。
本発明は、鋼帯を連続的に熱処理する定常操業を行うに先立ち、又は定常操業中に炉内雰囲気中の水分濃度および／または酸素濃度が上昇した際に、炉内雰囲気中の水分濃度および／または酸素濃度を減少して、炉内雰囲気の露点を、安定的に鋼帯製造が可能となる-30℃以下まで短時間で低下できる鋼帯の焼鈍方法として利用できる。
本発明は、均熱帯/加熱帯間に隔壁のある焼鈍炉において有効であり、ピックアップ欠陥の発生、炉壁損傷の問題が少なく、Si、Mn等の易酸化性元素を含有する高強度鋼帯の焼鈍方法として利用できる。
1 鋼帯
2 焼鈍炉
3 加熱帯
4 均熱帯
5 冷却帯
5a 第1冷却帯
5b 第2冷却帯
6 スナウト
7 めっき浴
8 ガスワイピングノズル
9 加熱装置
10 リファイナ
11a 上部ハースロール
11b 下部ハースロール
12 隔壁
13 連結部
14 スロート
15 ロール
16 シールロール
17 雰囲気ガス供給系統
18 ガス導入管
19 ガス導出管
22a〜22e ガスの吸引口
23a〜23e ガスの吐出口
24a〜24ｇ 露点検出部
30 熱交換器
31 クーラ
32 フィルタ
33 ブロワ
34 脱酸素装置
35、36 除湿装置
46、51 切替弁
40〜45、47〜50、52、53 弁
2 焼鈍炉
3 加熱帯
4 均熱帯
5 冷却帯
5a 第1冷却帯
5b 第2冷却帯
6 スナウト
7 めっき浴
8 ガスワイピングノズル
9 加熱装置
10 リファイナ
11a 上部ハースロール
11b 下部ハースロール
12 隔壁
13 連結部
14 スロート
15 ロール
16 シールロール
17 雰囲気ガス供給系統
18 ガス導入管
19 ガス導出管
22a〜22e ガスの吸引口
23a〜23e ガスの吐出口
24a〜24ｇ 露点検出部
30 熱交換器
31 クーラ
32 フィルタ
33 ブロワ
34 脱酸素装置
35、36 除湿装置
46、51 切替弁
40〜45、47〜50、52、53 弁
Claims (7)
- 鋼帯を上下方向に搬送する加熱帯、均熱帯及び冷却帯がこの順に配置され、前記均熱帯と前記冷却帯の連結部は炉上部に配置され、前記加熱帯と前記均熱帯は炉上部で連通し、炉上部の連通部以外は隔壁を設けて加熱帯と均熱帯を物理的に分離され、炉外より雰囲気ガスを炉内に供給し、炉内ガスを加熱帯下部の鋼帯導入部から排出するとともに、炉内ガスの一部を吸引して炉外に設けた脱酸素装置と除湿装置を有するリファイナに導入してガス中の酸素と水分を除去して露点を低下し、露点を低下したガスをガスの吐出口から炉内に戻すように構成された縦型焼鈍炉であって、炉内からリファイナへのガスの吸引口を、均熱帯−冷却帯の連結部下部に設け、かつ加熱帯下部の鋼帯導入部から鉛直方向距離が6m以下でかつ炉長方向距離が3m以下である領域を除く加熱帯、または/および、均熱帯に、１箇所以上設けることを特徴とする鋼帯の連続焼鈍炉。
- 前記加熱帯、均熱帯に配置したガスの吸引口近傍に炉内ガスの露点を測定する露点計の露点検出部を設置したことを特徴とする請求項１に記載の鋼帯の連続焼鈍炉。
- リファイナから炉内へのガスの吐出口を、均熱帯−冷却帯の連結部、および、加熱帯の上部に複数個設け、加熱帯上部のガスの吐出口の吐出幅W0は、加熱帯の炉幅Wに対して、W0/W>1/4を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼帯の連続焼鈍炉。
ここで、加熱帯のガスの吐出口の吐出幅W0は、加熱帯の最も入側に配置されたガス吐出口と、最も出側に配置されたガスの吐出口の炉長方向の間隔である。 - 請求項２または３に記載の鋼帯の連続焼鈍炉を用いて鋼帯を連続焼鈍する際に、加熱帯及び均熱帯のガスの吸引口近傍の炉内ガスの露点を測定し、露点が高い場所の炉内ガスを優先して吸引し、リファイナから戻るガスを加熱帯上部のガスの吐出口から優先して吐出することを特徴とする鋼帯の連続焼鈍方法。
- 加熱帯上部から吐出するガスの吐出幅W1は、加熱帯の炉幅Wに対して、W１/W>1/4を満足することを特徴とする請求項４に記載の鋼帯の連続焼鈍方法。
ここで、ガスの吐出幅W１は、加熱帯の最も入側から吐出するガスの吐出口と、最も出側から吐出するガスの吐出口の炉長方向の間隔である。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の焼鈍炉の下流に溶融亜鉛めっき設備を備えることを特徴とする鋼帯の連続溶融亜鉛めっき設備。
- 請求項４または５に記載の方法で鋼帯を連続焼鈍した後、溶融亜鉛めっきすることを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法。
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