JP5790898B1 - 連続焼鈍設備および連続焼鈍方法 - Google Patents

Abstract

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し、Ｓｉ、Ｍｎ等の易酸化性元素を含有する鋼帯の焼鈍に適した低露点の焼鈍雰囲気を低コストで安定して実現できる連続焼鈍設備および連続焼鈍方法を提供する。鋼帯を巻き掛ける上側ロール及び下側ロール、並びに加熱帯及び均熱帯を有する縦型焼鈍炉と、前記縦型焼鈍炉内のガスの一部を吸引するためのガス吸引部と、前記ガス吸引部で吸引されたガスから水分及び酸素を除去するリファイナと、前記リファイナで処理されたガスを前記縦型焼鈍炉に戻すためのガス吐出部を備え、前記ガス吐出部が設けられる位置は、前記縦型焼鈍炉内の３００〜７００℃の温度領域内で下降する鋼帯にガスを吐出できる位置とする連続焼鈍設備。

Description

本発明は、連続焼鈍設備(continuous annealing system)および連続焼鈍方法(continuous annealing method)に関するものである。

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強度鋼帯（ハイテン材（High Tensile Strength Steel Strip））の需要が高まっている。このハイテン材の技術では、鋼中にＳｉを添加すると、穴広げ性の良好な高強度鋼帯が製造できる可能性がある。また、鋼中にＳｉやＡｌを添加すると、残留γが形成しやすく、延性の良好な高強度鋼帯が提供できる可能性がある。

しかし、高強度冷延鋼帯において、Ｓｉ、Ｍｎ等の易酸化性元素(easily oxidizable metals)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。

また、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(nonplating defects)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により、鋼帯表面にＳｉＯ_２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る。また、合金化処理の際にＳｉＯ_２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、めっき性や合金化処理性を阻害する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(oxygen potential)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(rear heating zone)から均熱帯までの露点(dew point)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。

しかし、この方法には、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（Interstitial Free））の製造を簡易に行な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を発生させ、さらに炉壁を損傷させる可能性がある。

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(Continuous galvanizing line)）・ＣＡＬ（連続焼鈍ライン(Continuous Annealing line)）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った。

特許文献２、特許文献３には、低露点の焼鈍雰囲気を効率的に得る技術が開示されているが、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焼鈍炉において、Ｓｉ、Ｍｎ等の易酸化性元素を含有する鋼帯を焼鈍することは考慮されていない。

国際公開２００７／０４３２７３号 特許第２５６７１４０号公報 特許第２５６７１３０号公報

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、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し、Ｓｉ、Ｍｎ等の易酸化性元素を含有する鋼帯の焼鈍に適した低露点の焼鈍雰囲気を低コストで安定して実現できる連続焼鈍設備および連続焼鈍方法を提供することを課題とする。

大型の焼鈍炉内を効率よく低露点化するためには、水分発生源を特定する必要がある。本発明者らは鋭意検討した結果、十分に酸洗、乾燥された鋼帯からも多量の水分が放出されることを突き止めた。水分が放出される温度域を精査したところ、図５に示す通り、２００℃〜４００℃で大半の水分が放出され、さらに１５０℃〜６００℃でほぼすべての水分が放出されることが判明した。

なお、上記の水分放出温度域の精査の際に行った実験では、図６に示すように、赤外線加熱炉９（炉容積０．０１６ｍ^３）に、後述する表１に示した冷延鋼帯と同じ成分組成の鋼板９２（寸法：１００ｍｍ×２００ｍｍ、板厚１．０ｍｍ）を１０枚入れ、１℃／ｓｅｃの昇温速度で加熱し、露点の変化を鏡面式露点計９１で測定した。ただし加熱中は露点−６０℃のガスを１Ｎｍ^３／ｈｒ投入し、排ガスの露点を測定した。

一方、ラボスケールでのめっき試験によると、Ｓｉ、Ｍｎ等の易酸化元素が酸化し、不めっき等のめっき性阻害要因である表面濃化（不めっき等のめっき性阻害要因）が起こるのは７００℃以上であることも判明した。これらの事実から水分発生領域と低露点必要領域は異なることが分かる。したがって、例えば６００℃前後で雰囲気を実質的に分離できれば、７００℃以上の表面濃化影響領域を低露点化することが可能となる。

さらに、この雰囲気分離は、炉内のダウンパス鋼帯に、鋼帯面と略平行に気流を吹き付けるという簡便・低コストな方法で達成可能であることを、発明者らが数値解析により予測し、実際に設備化して実証した。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、具体的には以下の通りである。

［１］鋼帯を巻き掛ける上側ロール及び下側ロール、並びに加熱帯及び均熱帯を有する縦型焼鈍炉と、
前記縦型焼鈍炉内のガスの一部を吸引するためのガス吸引部と、前記ガス吸引部で吸引されたガスから水分及び酸素を除去するリファイナと、前記リファイナで処理されたガスを前記縦型焼鈍炉に戻すためのガス吐出部を備え、
前記ガス吐出部が設けられる位置は、前記縦型焼鈍炉内の３００〜７００℃の温度領域内で下降する鋼帯にガスを吐出できる位置とする連続焼鈍設備。

［２］前記ガス吐出部のうち１つ以上を、以下の式で表せる位置に設置する前記［１］に記載の連続焼鈍設備。
Ｌ≧０．７×Ｌ_０
Ｌ：下側ロール中心からの吐出口までの距離
Ｌ_０：上側ロールと、前記上側ロールの次に鋼帯が通る下側ロールの中心間距離

［３］前記ガス吐出部のうち１つ以上を炉側壁に設置し、水平方向と成す角が−３０°〜１０°となる方向（上向き方向を＋、下向き方向を−）にガス吐出する前記［１］または［２］に記載の連続焼鈍設備。

［４］前記ガス吐出部のすべてについて、同一側壁側からガスを吐出する前記［１］〜［３］のいずれかに記載の連続焼鈍設備。

［５］前記縦型焼鈍炉は、第一整流板と、第二整流板と、第三整流板を備え、
前記第一整流板は、前記ガス吐出部からのガスの吐出方向またはその近傍にある鋼帯がガスの吐出後に最初に巻き掛けられる下側ロールと対向し、前記縦型焼鈍炉の底面から延びる凸状体であり、
前記第二整流板及び前記第三整流板は、前記下側ロールに前記鋼帯が巻き掛けられる直前の位置に、前記縦型焼鈍炉の側面から互いに対向して延びる凸状体であり、
前記下側ロールと前記第一整流板の間の間隔は４０〜２００ｍｍであり、
前記第二整流板及び第三整流板の寸法は、鋼帯の幅方向が２００ｍｍ以上（（Ｗｆ−Ｗｓ）／２−５０）ｍｍ以下、鋼帯の搬送方向が１００ｍｍ以上（Ｐｘ−３００）ｍｍ以下である［１］〜［４］のいずれかに記載の連続焼鈍設備。
Ｗｆ：炉幅
Ｗｓ：鋼帯の板幅
Ｐｘ：炉頂部と下側ロール上面の距離

［６］鋼帯を巻き掛ける上側ロール及び下側ロール、並びに加熱帯及び均熱帯を有する縦型焼鈍炉を用いて鋼帯の連続焼鈍を行うに際して、
前記縦型焼鈍炉内のガスの一部を吸引するためのガス吸引部と、前記ガス吸引部で吸引されたガスから水分及び酸素を除去するリファイナと、前記リファイナで処理されたガスを前記縦型焼鈍炉に戻すためのガス吐出部を設け、
前記ガス吐出部が設けられる位置は、前記縦型焼鈍炉内の３００〜７００℃の温度領域内で下降する鋼帯にガスを吐出できる位置とする連続焼鈍方法。

［７］前記ガス吐出部のうち１つ以上を、以下の式で表せる位置に設置する前記［６］に記載の連続焼鈍方法。
Ｌ≧０．７×Ｌ_０
Ｌ：下側ロール中心からの吐出口までの距離
Ｌ_０：上側ロールと、前記上側ロールの次に鋼帯が通る下側ロールの中心間距離

［８］前記ガス吐出部のうち１つ以上を炉側壁に設置し、水平方向と成す角が−３０°〜１０°となる方向（上向き方向を＋、下向き方向を−）にガス吐出する前記［６］または［７］に記載の連続焼鈍方法。

［９］前記ガス吐出部のすべてについて、同一側壁側からガスを吐出する前記［６］〜［８］のいずれかに記載の連続焼鈍方法。

［１０］前記縦型焼鈍炉は、第一整流板と、第二整流板と、第三整流板を備え、
前記第一整流板は、前記ガス吐出部からのガスの吐出方向またはその近傍にある鋼帯がガスの吐出後に最初に巻き掛けられる下側ロールと対向し、前記縦型焼鈍炉の底面から延びる凸状体であり、
前記第二整流板及び前記第三整流板は、前記下側ロールに前記鋼帯が巻き掛けられる直前の位置に、前記縦型焼鈍炉の側面から互いに対向して延びる凸状体であり、
前記下側ロールと前記第一整流板の間の間隔は４０〜２００ｍｍであり、
前記第二整流板及び第三整流板の寸法は、鋼帯の幅方向が２００ｍｍ以上（（Ｗｆ−Ｗｓ）／２−５０）ｍｍ以下、鋼帯の搬送方向が１００ｍｍ以上（Ｐｘ−３００）ｍｍ以下である［６］〜［９］のいずれかに記載の連続焼鈍方法。
Ｗｆ：炉幅
Ｗｓ：鋼帯の板幅
Ｐｘ：炉頂部と下側ロール上面の距離

本発明においては、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し、Ｓｉ、Ｍｎ等の易酸化性元素を含有する鋼帯の焼鈍に適した低露点の焼鈍雰囲気を低コストで安定して実現できる。

すなわち、本発明によれば、Ｓｉ、Ｍｎ等の易酸化性元素を含有する鋼帯の焼鈍に適した低露点の焼鈍雰囲気を低コストで実現でき、Ｓｉ、Ｍｎ等の易酸化性元素を含有する鋼帯を溶融亜鉛めっきしたときのめっき性を改善することができる。

また、本発明の連続焼鈍設備では、ＳｉやＭｎ等の易酸化元素の表面濃化が抑えられる結果、焼鈍された鋼帯は、合金化処理性も改善され、外観不良も生じにくく、化成処理性にも優れる。

図１は、本発明の一実施形態に係る連続焼鈍設備を示す模式図である。 図２は、図１において第一整流板、第二整流板、第三整流板がある部分の拡大図である。 図３は、第一整流板、第二整流板、第三整流板を鋼帯の進行方向（図１の白抜き矢印方向）から見たときの模式図である。 図４は、本発明の実施例において用いた連続焼鈍設備を示す模式図である。 図５は、水分放出温度域を示す図である。 図６は、水分放出温度域の精査の際に行った実験方法を示す図である。 図７は、第二整流板及び第三整流板の大きさを説明するための図である。

本発明の実施形態について説明する。

前述したように、鋼帯からの水分は２００〜４００℃で大半、１５０〜６００℃でほぼすべて発生する。この原因は、主に鋼帯表面に不可避的に生成されている自然酸化膜の還元反応である。この自然酸化膜は１０ナノメートル程度の厚さではあるが、炉内露点を上昇させるには十分な水分量を放出させる。例えば、板幅１．２５ｍの鋼帯をラインスピード（ＬＳ）９０ｍｐｍで通板させた場合、還元により放出される時間あたり水分量は１２．１ｍｏｌ／ｈｒであり、水蒸気の体積として考えると０．２７２Ｎｍ^３／ｈｒとなる。この値は、炉投入ガス１０００Ｎｍ^３／ｈｒ（露点−６０℃）の場合で、炉内平均露点を−３２℃程度まで上昇させてしまう量に相当する。
一方、めっき性を阻害する易酸化金属の表面濃化はＳｉ系で７００℃以上、Ｍｎ系では８００℃以上で問題となる。したがって、還元反応進行温度域（水分発生領域）と表面濃化進行温度域（低露点必要領域）は重複していないため分離することが可能であるとともに、雰囲気を分離しない場合、表面濃化進行温度域内の低露点化は困難を極めることとなる。雰囲気を分離する方法として、もっとも簡便なのは、物理的な障壁を設けること、すなわち、雰囲気を分離する隔壁を設けることである。しかし、既存設備の場合、隔壁追加工事が必要で、長期ライン停止が不可避である。したがって、物理的な分離ではなく、ガス分離を選択するのが現実的な選択肢となる。

以下、図面を用いて本発明の一実施形態に係る連続焼鈍設備を具体的に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る連続焼鈍設備を示す模式図である。本実施形態に係る連続焼鈍設備１は、縦型焼鈍炉２、酸素−水分除去部３、露点検出部４を有し、鋼帯５を焼鈍する設備である。

縦型焼鈍炉２は、加熱帯２０、均熱帯２１、隔壁２２、冷却帯２３、連結部２４を有する。加熱帯２０と均熱帯２１は炉（縦型焼鈍炉２）の上部で連通している。炉の上部の連通板以外は、加熱帯２０と均熱帯２１の雰囲気ガスを遮断する隔壁２２が設置されている。また、均熱帯２１と冷却帯２３は連結部２４を介して連通している。なお、鋼帯５は、加熱帯２０、均熱帯２１、冷却帯２３をこの順で移動する。

加熱帯２０は、開口部２００、複数の上側ロール２０１、複数の下側ロール２０２を備える。鋼帯５は、開口部２００から加熱帯２０に入り、上側ロール２０１に向けて上昇する。その後、鋼帯５は上側ロール２０１上を移動することで走行方向が変化し、下側ロール２０２に向けて下降する。その後、鋼帯５は下側ロール２０２上を移動することで走行方向が変化し、次の上側ロール２０１に向けて上昇する。この移動を繰り返すことで、鋼帯５を上下方向に移動させて白抜き矢印方向に搬送する。
加熱帯では、搬送中の鋼帯５を加熱する加熱手段の種類は特に限定されないが、一般には加熱コスト等の関係からラジアントチューブ方式が選ばれる場合が多い。例えば、バーナ方式は低コストで加熱できるが、雰囲気中に燃焼ガスが放出されるため、本実施形態のように雰囲気制御が必須な場合には全く不向きである。また、電気加熱（含む誘導加熱）は、その点問題ないが、加熱コストが大幅に大きくなる。

開口部２００に鋼帯５が進入してから最初の上側ロール２０１まで、上側ロール２０１から次の下側ロール２０２まで、下側ロール２０２から次の上側ロール２０１まで、をそれぞれ１パスと考えると、本実施形態の加熱帯２０では、１３パスの鋼帯５の移動がある。

均熱帯２１は、加熱帯２０と同様に、複数の上側ロール２１０、複数の下側ロール２１１を有する。均熱帯２１と加熱帯２０は、上記の通り、炉の上部で連結している。この連結部分では、鋼帯５が、加熱帯２０の最下流側の上側ロール２０１から均熱帯２１の最上流側の上側ロール２１０へ移動する。均熱帯２１の最上流側の上側ロール２１０へ移動した鋼帯５は、下側ロール２１１に向けて下降し、鋼帯５が上側ロール２１０上、下側ロール２１１上を交互に移動することで、鋼帯５を上下方向に移動させて白抜き矢印方向に搬送する。均熱帯２１において鋼帯５を加熱する手段は特に限定されないが、ラジアントチューブ（ＲＴ）を用いることが好ましい。なお、均熱帯２１でも加熱帯２０と同様に考えると、４パスの鋼帯５の移動がある。

隔壁２２は、加熱帯２０出口の上側ロール２０１と均熱帯２１の入口の上側ロール２１０間の炉長方向中間位置に設置され、隔壁２２の上端は搬送される鋼帯５に近接し、下端及び鋼帯幅方向端部は炉壁部に取り付けられて鉛直に配置されている。

冷却帯２３は、均熱帯２１から搬送された鋼帯５を冷却する。冷却帯２３は、冷却帯２３の上端が均熱帯２１の下流側上端と連結部２４を介して連結している。この冷却帯２３では、どのような方法で鋼帯５の冷却を行ってもよいが、本実施形態では、冷却帯２３は長尺状であり、ガイドロール２３０を備え、ガイドロール２３０に挟まれて下降する鋼帯５を冷却手段で冷却するようになっている。

連結部２４は、冷却帯２３上側の炉上部に配置され、ロール２４０、スロート部２４１、シールロール２４２を有する。ロール２４０は、均熱帯２１から搬送された鋼帯５の走行方向を下方に変更する。スロート部２４１（鋼帯通板部断面積が小さくなった構造を有する部分）及びシールロール２４２は、均熱帯２１の雰囲気が冷却帯２３内に流入するのを抑える。

酸素−水分除去部３は、縦型焼鈍炉２内のガス（雰囲気ガス）の一部を吸引するためのガス吸引部３０と、ガス吸引部３０で吸引されたガスから水分及び酸素を除去するリファイナ３１と、リファイナ３１で処理されたガスを縦型焼鈍炉２に戻すためのガス吐出部３２とを有する。

ガス吸引部３０は、縦型焼鈍炉２内のガスの一部を吸引する。このガス吸引部３０が設けられる位置は特に限定されないが、本実施形態のガス吸引部３０は、例えば以下のような観点で決定されたものである。

ガス吸引部３０は、雰囲気中の露点がより高い位置に配置すれば、効率的に水分を除去できるため好ましいが、鋼帯５からの水分の発生は大半が２００℃〜４００℃の範囲でおこることから、加熱帯２０の上流側に設けることが好ましいと考えた。ここで、上流側とは、例えば本実施形態のように１３パス程度の加熱帯の場合、２〜６パス程度の範囲を指す。さらに、炉内露点を多点測定すると、炉下部より上部の露点が高いことが分かった。したがって、本実施形態では、加熱帯上流で炉上部にガス吸引部３０を設けている。

表面濃化はＳｉ系で７００℃以上、Ｍｎ系では８００℃以上で問題となる。このため、均熱帯２１においても、露点を低下させることが好ましい。したがって、ガス吸引部３０は、均熱帯２１にも設けることが好ましい。なお、加熱帯２０の後半部分（下流側）にガス吸引部３０を設けてもよい。

ガス吸引部３０は、加熱帯２０全体として、ガス吐出部３２よりも上流側に配置されることが好ましい。これは、縦型焼鈍炉２内に外部から供給される雰囲気ガスは、冷却帯２３、均熱帯２１、加熱帯２０の順で流れ、加熱帯２０の開口部２００から排出されており、この雰囲気ガスの流れを妨げないようにできるためである。雰囲気ガスの流れを妨げないことは、開口部２００から外部のガスが流入しにくくなる等の理由で好ましい。「上流側に配置される」とは、雰囲気ガスの流れを妨げない範囲であれば、一部のガス吸引部３０が、ガス吐出部３２よりも下流側に配置されてもよいことを意味する。

また、加熱帯２０におけるガス吸引部３０の個数は特に限定されないが、１つで吸引する場合、圧損回避の関係で非常に大きな口径の吸引口となり、施工面、設備費とも好ましくないため、複数設けるのが望ましい。

なお、１個のガス吸引部３０当たりのガス吸引量は特に限定されず、露点検出部４での検出結果等を参考に適宜調整すればよい。ガス吸引流量は限定しないが、ガス吸引流量が増大すれば流速が上昇するため、圧力損失も増大し、好ましくないので、圧力損失が過大にならないよう、吸引断面積に対するガス吸引流量を適切に設定すればよい。

冷却帯２３上部には、冷却帯２３よりも下流にあるめっきポット（図示せず）側から高露点ガスが流入するため、ガス吸引部３０を、連結部２４の下部に配置することが好ましい。また、ガス吸引部３０は、連結部２４の下部のスロート部２４１近傍又はシールロール２４２近傍等の流路が狭くなった位置に配置することが特に好ましい。ただし、ガス吸引部３０の位置は冷却帯２３の冷却手段から４ｍ以内が好ましく、２ｍ以内がさらに好ましい。冷却手段までの距離が短ければ、冷却開始前に鋼帯が高露点のガスに長時間さらされることが回避され、Ｓｉ、Ｍｎ等の易酸化性元素が鋼帯表面に濃化するおそれがなくなるためである。

リファイナ３１は、ガス吸引部３０で吸引されたガスから水分及び酸素を除去する。リファイナ３１の具体的な構成は特に限定されないが、熱交換器、クーラ、フィルタ、ブロワ、脱酸素装置、除湿装置を有するリファイナ３１を使用可能である。このリファイナ３１の場合、雰囲気ガスをガス吸引部３０からブロワで吸引し、吸引したガスを、熱交換器、クーラを順次通過させて雰囲気ガスを４０℃程度以下に冷却し、フィルタでガスを清浄化した後、脱酸素装置により雰囲気ガスの脱酸素、除湿装置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ことができる。この露点を低下させたガスを、熱交換器を通過させた後、ガス吐出部３２から炉内にガスを戻すことができる。

ガス吐出部３２は、リファイナ３１で処理されたガスを縦型焼鈍炉２内に戻す。本実施形態においては、ガス吐出部３２を設ける位置に特徴がある。具体的には以下の通りである。

ガス吐出部３２は、下降する鋼帯５に対してガスを吐出し、ガス吐出部３２より下流側の炉内雰囲気と上流側の炉内雰囲気の混合を抑制する。

本実施形態では、ガス吐出部３２は異なる下降パス（ダウンパス）上に複数設けられている。異なるパス上に複数設置している理由は、ガス吐出口３２が単数の場合、圧損増大回避のためには大きな口径が必要となるため設備費が高くなること、および異なるパス上に複数設置した方が、多重シールドになり、結果的に雰囲気分離性が向上するためである。

ただし、ガス吐出部３２を同一パス上に複数設けた場合、多重シールドの効果を得ることはできないものの、同一パス上に単数設置する場合に比べて設備費増大を回避できることや、場合によっては、効率良く雰囲気分離できる効果が得られる。例えば、中間位置に同じ構造でガスを吹込めば、非常に長い距離を分離できるようになる。具体的には、例えば炉高さ３０ｍ程度の焼鈍炉雰囲気を分離する場合、炉上方（例えば高さ２５ｍ程度）に加え、中間（例えば高さ１２ｍ）位置の２箇所でガスを吹込めば、効率良く雰囲気分離が可能である。

また、ガス吐出部３２が設けられる位置は、縦型焼鈍炉２内の鋼帯温度が３００〜７００℃となる領域内とする。鋼帯温度が３００℃以上の位置に吐出する場合、３００℃までに過半の水分は放出されているため、低露点化する必要のある高温域への水分浸入を抑制できるので、低露点化に有利である。また、７００℃以下の領域にガス吐出部３２を設置した場合、低露点必要領域に水分発生領域が含まれないことになるため、好適である。

さらに言えば、３００℃以上でのガス吐出なら低露点化効果はあるが、水放出がほぼ終わる４００℃より高い温度で雰囲気分離するのが強く推奨される。これは、４００℃以下の水放出中にガスを吐出すると、放出された水分を炉内全域に撒き散らすため、低露点化効果は低くなるためである。

したがって、より望ましくは、ガス吐出部３２が設けられる位置を、鋼帯温度が４０００℃〜７００℃となる領域内とする。

ただし、鋼帯温度履歴は操業諸条件、例えば板厚やＬＳ、目標焼鈍温度等で異なるため、多くの操業条件に適合するためには１００℃程度の余裕を持っておくことが望ましい。

以上のことから、非常に望ましくは、ガス吐出部３２が設けられる位置を、鋼帯温度が５００℃〜６００℃となる領域内とする。下限温度の５００℃は、上記の好適な下限温度である４００℃に対して１００℃加えた温度であり、上限温度の６００℃は、上記の好適な上限温度である７００℃から１００℃減じた温度である。

上述したように、本実施形態では、ガス吐出部３２が設けられている位置は、縦型焼鈍炉２内の３００〜７００℃の温度領域内で下降する鋼帯にガスを吐出できる位置（ダウンパス）にしている。具体的には、ダウンパスとなる６パス目および８パス目にガス吐出部３２を設置している。アップパスとなる５、７パス目ではなく、ダウンパスとなる６、８パス目にしている理由は、吐出ガスは下降流となるので、それをダウンパスでの鋼板移動に伴う下降流（鋼板随伴流）により、強化することで、炉下部における雰囲気分離効率を高めるためである。

また、ガス吐出部３２を設ける位置は、加熱帯２０の上部であることが好ましい。これは以下の理由による。すなわち、ガス吐出部３２から吐出されるガスの温度は、炉内の雰囲気中の温度に比較して低温であるため、高密度である。また、一般にガス排出口３２は炉下部に設置されることが多いため、炉内に吹き込んだガスは下降流を形成しやすい。このため、長距離に亘ってガスシールするには、この下降流を活用・強化するのが最良である。そのために極力炉上部から投入した方がガスは炉上部から下部に亘って効率良く伝播され、雰囲気分離性が向上するためである。具体的には、上側ロール２０１から次の下側ロール２０２までの距離（１パス分の長さであり、上側ロール２０１の中心と下側ロール２０２の中心の間の距離）をＬ_０としたときに、下側ロール２０２（ガスが吐出された鋼帯５が最初に巻き掛けられる下側ロール）の中心からガス吐出部３２までの距離Ｌは、Ｌ≧０．７×Ｌ_０を満たすことが好ましい。

吐出ガスの水平方向との成す角は−３０°〜１０°（上向き方向を＋、下向き方向を−）が望ましい。−３０°以上にすれば、吐出流は反対壁に衝突したあと、壁面から分散して流れるため、均一なガスカーテンが形成されて、雰囲気分離としての機能を十分に発揮することができる。また、１０°以下にすれば、衝突後上向きに流れるガスが少なくなり、炉下部方向のカーテンが十分に形成されるためである。

また、ガス吐出部３２とガス吸引部３０の間の距離は特に限定されないが、ある程度離れていると、ガス吐出部３２が吐出した露点の低いガスを、ガス吸引部３０が吸引することが抑制されて、ガス吸引部３０が吸引する高露点ガスの比率が高くなり、水分除去効率が上昇するため好ましい。したがって、ガス吐出部３２とガス吸引部３０は２ｍ以上離して配置することが好ましい。

さらに、吐出ガスは同一側壁側から投入した方がよい。吐出ガスは反対側の側壁到達後、壁面噴流を形成するが、反対側の壁側からも吐出ガスを投入すると、前記の壁面噴流と、反対側の壁側から吐出直後の吐出ガスが干渉し、効率良くカーテンを形成できないためである。

ガス吸引部３０を連結部２４の下部に配置する場合、ガス吸引部３０近傍の炉圧が負圧になるおそれがあるので、連結部２４にガス吐出部３２を配置することが好ましい。ガス吐出部３２は、連結部２４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２４０より出側の炉壁側に配置することがさらに好ましい。

なお、１個のガス吐出部３２当たりのガス吐出量は特に限定されず、露点検出部４での検出結果等を参考に適宜調整すればよい。

本実施形態の連続焼鈍設備１は、さらに、図１に示すように、整流機構（第一整流板６、第二整流板７、第三整流板８）を備えることが好ましい。図２には、図１において第一整流板６、第二整流板７、第三整流板８がある部分の拡大図を示す。図３には、第一整流板６、第二整流板７、第三整流板８を鋼帯５の進行方向（図１の白抜き矢印方向）から見たときの模式図を示す。なお、図２における、実線矢印は鋼帯５の進行方向側（下流側）の面を通るガスの流れを表し、点線矢印は鋼帯５の下流側の面のガスの流れを表す。また、図３中の白抜き矢印は鋼帯５の走行方向を表す。

第一整流板６は、ガス吐出部３２からのガスの吐出方向又はその近傍にある鋼帯５がガスの吐出後に最初に巻き掛けられる下側ロール２０２と対向し、縦型焼鈍炉２の底面から延びる凸状体である。

第一整流板６と下側ロール２０２の間の間隔Ｄは２００ｍｍ以下とすることが好ましい。この間隔Ｄが２００ｍｍ以下であれば、多量の水分を含むダウンフローガスが炉底に到達したあとに炉入口へ誘導され、低露点制御必要領域（すなわち鋼帯高温域）に多量の水分を含有したガスが混入することを防止でき、低露点化に有利となる。
下側ロール２０２と第一整流板６は、両者が熱膨張により近接して接触する危険がある。そのため、下側ロール２０２と第一整流板６との間隔Ｄに、下限値を設ける。下側ロール２０２径と第一整流板６の高さの和は最大３ｍであり、最大温度は８５０℃なので、８５０℃×３０００ｍｍ×１．４Ｅ^−５（／℃）＝３５．７ｍｍとなる。そのため、間隔Ｄを４０ｍｍ以上とすれば、下側ロール２０２と第一整流板６が接触する危険はない。そのため、下側ロール２０２と第一整流板６との間隔Ｄは、４０ｍｍ以上とすることが好ましい。

第二整流板７及び第三整流板８は、下側ロール２０２に鋼帯４が巻き掛けられる直前の位置に、縦型焼鈍炉２の側面から互いに対向して延びる凸状体である。

図３及び図７を用いて、第二整流板及び第三整流板の大きさを説明する。第二整流板７及び第三整流板８の長さは、鋼帯の幅方向（Ｌ_１）が２００ｍｍ以上、鋼帯の搬送方向（Ｌ_２）が１００ｍｍ以上であることが好ましい。長さＬ_１、長さＬ_２が上記範囲にあれば、多量の水分を含むダウンフローガスが炉底に到達したあとに炉入口へ誘導され、低露点制御必要領域（すなわち鋼帯高温域）に多量の水分を含有したガスが混入することを防止でき、低露点化に有利となる。
また、第二整流板７及び第三整流板８は、鋼帯４の蛇行や熱膨張を考慮し、鋼帯４と接触しない程度に鋼帯４との距離を保つよう、第二整流板７及び第三整流板８の鋼帯の幅方向の長さ（Ｌ_１）及び鋼帯の搬送方向の長さ（Ｌ_２）に上限値を設ける。
鋼帯４の板幅をＷｓとし、炉幅最大値を２４００ｍｍとすると、鋼帯４と第二整流板７（または第三整流板８）の幅方向の熱膨張量は１２００ｍｍ×１．４Ｅ^−５（／℃）×８５０℃＝１４．３ｍｍ（ここで、１２００ｍｍ＝Ｗｓ／２＋整流板の幅方向の長さＬ_１）、蛇行量は３０ｍｍ程度であるため、鋼帯４と第二整流板７（または第三整流板８）の幅方向の幅方向の距離を５０ｍｍ以上確保すれば、通常は接触しないことになる。
そのため、炉幅をＷｆとすると、第二整流板７及び第三整流板８の鋼帯４の幅方向の長さ（Ｌ_１）は、（（Ｗｆ−Ｗｓ）／２−５０）ｍｍ以下とすることが好ましい。
なお、Ｗｓは低露点化が必要な鋼種の最大板幅であり、全鋼種の最大板幅ではない。露点制御の対象材でない場合、接触回避のため第二整流板７及び第三整流板８は折りたたまれることが好ましい。
また、第二整流板７及び第三整流板８は、鋼帯４の搬送方向の長さ（Ｌ_２）が（Ｐｘ−３００）ｍｍ以下であることが好ましい。ただし、Ｐｘは、炉頂部と下側ロール２０２上面との距離である。
第二整流板７及び第三整流板８は、炉頂部と下側ロール２０２の間全域に亘って設置するのが理想であるが、上記と同様、熱膨張による接触懸念があるため、鋼帯４の搬送方向の長さ（Ｌ_２）にも上限が設けられる。
炉頂部と下側ロール２０２上面との距離Ｐｘは、２５ｍ程度が一般的であるため、下側ロール２０２径と第二整流板７（又は第三整流板８）の熱膨張量は２５０００ｍｍ×１．４Ｅ^−５×８５０＝２８６ｍｍとなる。したがって３００ｍｍのクリアランスがあれば炉頂部と第二整流板７（第三整流板８）とが接触する懸念はない。
そのため、第二整流板７及び第三整流板８の鋼帯４の搬送方向の長さ（Ｌ_２）は、（Ｐｘ−３００）ｍｍ以下とすることが好ましい。
なお、第二整流板７及び第三整流板８は、極力炉頂方向に伸ばせるようにして設置する。これは、炉頂隙間よりロールとの隙間の方が雰囲気分離上、問題だからである。

なお、本実施形態では、均熱帯２１と冷却帯２３の間に隔壁２２を設けているが、本発明は、隔壁２２を設けていない場合でも同様に適用することができる。

本発明の実施例について述べる。

本発明の実施例において用いた連続焼鈍設備を図４に示す。図４に示すように、この連続焼鈍設備は、基本的には、図１〜図３に示した連続焼鈍設備１と同様の構成を備えている。

すなわち、加熱帯２０〜均熱帯２１内に物理的に炉内の雰囲気を分離する隔壁が配置され、炉外に除湿装置と脱酸素装置を備えたリファイナが配置されたＡＲＴ型（オールラジアントチューブ型）の焼鈍炉を備える連続焼鈍設備で、ガス吐出部３２は図４中に●で示した１５箇所に設置している。

このうち、この実施例に直接関係するのは、加熱帯２０の５〜８パスに設置した１２箇所である。加熱帯２０に設置した１２箇所のＬ／Ｌ_０は６、８パス（下降パス）で０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、とし、５、７パス（上昇パス）はＬ／Ｌ_０＝０．９とした。さらに、６、８パスのＬ／Ｌ_０＝０．９については、吐出ガスの角度を調整できるように調整板をガス吐出口の出口に据え付けた。なお、その他のガス吐出口は水平方向への吐出とした。

また、加熱帯下部に整流板６〜８を設置した場合としない場合についても差異を調査した。なお、鋼帯板温は多重反射型の放射温度計を用いて測定し、露点は鏡面式で各帯中央（図４中に▲で示した、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）を測定した。

第一整流板６はロール下部にＹ方向の長さが（炉幅−５０ｍｍ＝２３５０ｍｍ）、Ｘ方向の長さが１００ｍｍ、Ｚ方向の長さが４００ｍｍ（間隔Ｄは５０ｍｍ）とした。Ｙ方向の長さは炉幅と同じであることが理想的であるが、熱膨張分を考慮した長さとした。また、Ｚ方向の長さはロール下面に極力近づけるのが好適であるが、これも熱膨張や熱変形を考慮して決定した。

ガス吸引部３０に関する条件は、ガスの吸引や吐出を行わない一例を除き、各条件共通で、Ｚ方向の位置は炉頂から−０．５ｍ、Ｘ方向の位置は炉壁から１ｍで、ガス吸引孔の直径φは２００ｍｍである。なおガス吸引部１個当たりの吸引量は５００Ｎｍ^３／ｈｒとした。

なお、炉外から雰囲気ガスが供給されており、その雰囲気ガス供給箇所は、均熱帯側壁で、炉床から高さ（Ｚ方向）１ｍ、１０ｍの位置の炉長手方向（Ｘ方向）に各々９箇所で合計１８箇所である。供給する雰囲気ガスの露点は−６０〜−７０℃であり、Ｈ_２−Ｎ_２ガス（Ｈ_２濃度１０ｖｏｌ％）である。

板厚０．８〜１．２ｍｍ、板幅９５０〜１０００ｍｍの範囲の冷延鋼帯を用い、焼鈍温度８２０℃、通板速度１００〜１２０ｍｐｍとなるように、出来る限り条件を統一した。

なお、上記冷延鋼帯の組成は、表１に示す成分と、残部はＦｅおよび不可避的不純物である。

上記及び表２に示す条件で、鋼帯の焼鈍を行い、その後、鋼帯に溶融亜鉛めっきを施し、めっき性を目視で評価した（Ｎｏ．１〜１６）。検査領域（板幅×長さ２．０ｍ）で不メッキが全くない場合を◎、軽微な不メッキ（Φ０．２ｍｍ未満）が１個ある場合を○、５個未満を△、それ以外（Φ０．２ｍｍ未満が５個以上、もしくはΦ０．２ｍｍ以上の不メッキが存在）を×として評価した。

実施結果も表２に示す。

表２に示すように、発明例であるＮｏ．２、５は、非常に美麗なめっき性（◎）を示し、他の発明例（Ｎｏ．３〜１０、１４〜１６）についても、軽微な不メッキが１個存在するだけで内板レベルの品質は確保可能（○）であることが判明した。

これに対して、本発明の要件を満たさない比較例（Ｎｏ．１、１１〜１３）では、めっき性が不良（△、×）であった。

なお、Ｎｏ．１３（比較例）、Ｎｏ．１５（発明例）がＮｏ．２（発明例）とほぼ同じような露点を示すにも関わらずめっき性が劣るのは、８パス目で高温になっているためで（特に、Ｎｏ１３では７００℃超）、加熱帯前半ですでに表面濃化が進行してしまったためと考えられる。

さらに、Ｎｏ．２の条件をベースにして、Ｌ／Ｌ_０を変化させて、上記と同様の焼鈍と溶融亜鉛を行って、めっき性を目視で評価することで、最適なガス吐出部の高さ位置の確認を行った。

すなわち、Ｎｏ．２の条件であるＬ／Ｌ_０＝０．９（図４中にａで示す高さ位置）をＮｏ．２ａとし、Ｌ／Ｌ_０＝０．８（図４中にｂで示す高さ位置）、０．７（図４中にｃで示す高さ位置）、０．６（図４中にｄで示す高さ位置）、０．５（図４中にｅで示す高さ位置）をそれぞれ、Ｎｏ．２ｂ、Ｎｏ．２ｃ、Ｎｏ．２ｄ、Ｎｏ．２ｅとした。

その結果を表３に示す。

表３に示すように、Ｌ／Ｌ_０≧０．７を満たす高さ位置にガス吐出部を設置した場合（Ｎｏ．２ａ、Ｎｏ．２ｂ、Ｎｏ．２ｃ）には、良好なめっき性（◎）を得ることができることが確認された。

１ 連続焼鈍設備
２ 縦型焼鈍炉
２０ 加熱帯
２００ 開口部
２０１ 上側ロール
２０２ 下側ロール
２１ 均熱帯
２１０ 上側ロール
２１１ 下側ロール
２２ 隔壁
２３ 冷却帯
２３０ ガイドロール
２４ 連結部
２４０ ロール
２４１ スロート部
２４２ シールロール
３ 酸素−水分除去部
３０ ガス吸引部
３１ リファイナ
３２ ガス吐出部
４ 露点検出部
５ 鋼帯
６ 第一整流板
７ 第二整流板
８ 第三整流板
９ 赤外線加熱炉
９１ 鏡面式露点計
９２ 鋼板

Claims (10)

1. 鋼帯を巻き掛ける上側ロール及び下側ロール、並びに加熱帯及び均熱帯を有する縦型焼鈍炉と、
   前記縦型焼鈍炉内のガスの一部を吸引するためのガス吸引部と、前記ガス吸引部で吸引されたガスから水分及び酸素を除去するリファイナと、前記リファイナで処理されたガスを前記縦型焼鈍炉に戻すためのガス吐出部を備え、
   前記ガス吐出部のうち１つ以上は、炉側壁ないしは炉頂に設けられ、
   前記ガス吐出部が設けられる位置は、前記縦型焼鈍炉内の３００〜７００℃の温度領域内で下降する鋼帯にガスを吐出できる位置とする連続焼鈍設備。
2. 前記ガス吐出部のうち１つ以上を、以下の式で表せる位置に設置する請求項１に記載の連続焼鈍設備。
   Ｌ≧０．７×Ｌ_０
   Ｌ：下側ロール中心からの吐出口までの距離
   Ｌ_０：上側ロールと、前記上側ロールの次に鋼帯が通る下側ロールの中心間距離
3. 前記ガス吐出部のうち１つ以上を炉側壁に設置し、水平方向と成す角が−３０°〜１０°となる方向（上向き方向を＋、下向き方向を−）にガスを吐出する請求項１または２に記載の連続焼鈍設備。
4. 前記ガス吐出部のすべてについて、同一側壁側からガス吐出する請求項１〜３のいずれかに記載の連続焼鈍設備。
5. 前記縦型焼鈍炉は、第一整流板と、第二整流板と、第三整流板を備え、
   前記第一整流板は、前記ガス吐出部からのガスの吐出方向またはその近傍にある鋼帯がガスの吐出後に最初に巻き掛けられる下側ロールと対向し、前記縦型焼鈍炉の底面から延びる凸状体であり、
   前記第二整流板及び前記第三整流板は、前記下側ロールに前記鋼帯が巻き掛けられる直前の位置に、前記縦型焼鈍炉の側面から互いに対向して延びる凸状体であり、
   前記下側ロールと前記第一整流板の間の間隔は４０〜２００ｍｍであり、
   前記第二整流板及び第三整流板の寸法は、鋼帯の幅方向が２００ｍｍ以上（（Ｗｆ−Ｗｓ）／２−５０）ｍｍ以下、鋼帯の搬送方向が１００ｍｍ以上（Ｐｘ−３００）ｍｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の連続焼鈍設備。
   Ｗｆ：炉幅
   Ｗｓ：鋼帯の板幅
   Ｐｘ：炉頂部と下側ロール上面の距離
6. 鋼帯を巻き掛ける上側ロール及び下側ロール、並びに加熱帯及び均熱帯を有する縦型焼鈍炉を用いて鋼帯の連続焼鈍を行うに際して、
   前記縦型焼鈍炉内のガスの一部を吸引するためのガス吸引部と、前記ガス吸引部で吸引されたガスから水分及び酸素を除去するリファイナと、前記リファイナで処理されたガスを前記縦型焼鈍炉に戻すためのガス吐出部を設け、
   前記ガス吐出部のうち１つ以上を、炉側壁ないしは炉頂に設け、
   前記ガス吐出部が設けられる位置は、前記縦型焼鈍炉内の３００〜７００℃の温度領域内で下降する鋼帯にガスを吐出できる位置とする連続焼鈍方法。
7. 前記ガス吐出部のうち１つ以上を、以下の式で表せる位置に設置する請求項６に記載の連続焼鈍方法。
   Ｌ≧０．７×Ｌ_０
   Ｌ：下側ロール中心からの吐出口までの距離
   Ｌ_０：上側ロールと、前記上側ロールの次に鋼帯が通る下側ロールの中心間距離
8. 前記ガス吐出部のうち１つ以上を炉側壁に設置し、水平方向と成す角が−３０°〜１０°となる方向（上向き方向を＋、下向き方向を−）にガス吐出する請求項６または７に記載の連続焼鈍方法。
9. 前記ガス吐出部のすべてについて、同一側壁側からガスを吐出する請求項６〜８のいずれかに記載の連続焼鈍方法。
10. 前記縦型焼鈍炉は、第一整流板と、第二整流板と、第三整流板を備え、
    前記第一整流板は、前記ガス吐出部からのガスの吐出方向またはその近傍にある鋼帯がガスの吐出後に最初に巻き掛けられる下側ロールと対向し、前記縦型焼鈍炉の底面から延びる凸状体であり、
    前記第二整流板及び前記第三整流板は、前記下側ロールに前記鋼帯が巻き掛けられる直前の位置に、前記縦型焼鈍炉の側面から互いに対向して延びる凸状体であり、
    前記下側ロールと前記第一整流板の間の間隔は４０〜２００ｍｍであり、
    前記第二整流板及び第三整流板の寸法は、鋼帯の幅方向が２００ｍｍ以上（（Ｗｆ−Ｗｓ）／２−５０）ｍｍ以下、鋼帯の搬送方向が１００ｍｍ以上（Ｐｘ−３００）ｍｍ以下である請求項６〜９のいずれかに記載の連続焼鈍方法。
    Ｗｆ：炉幅
    Ｗｓ：鋼帯の板幅
    Ｐｘ：炉頂部と下側ロール上面の距離

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