JP5950092B2

JP5950092B2 - 連続焼鈍炉

Info

Publication number: JP5950092B2
Application number: JP2012093006A
Authority: JP
Inventors: 井上　直樹; 直樹井上; 和樹中里
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2032-04-16
Also published as: JP2013221662A

Description

本発明は、連続焼鈍炉に関し、具体的には、加熱炉の炉壁に用いられる耐火材に起因した鋼板の表面欠陥や凹凸欠陥のない連続焼鈍炉に関するものである。

近年、冷延鋼板や溶融亜鉛めっき鋼板等の焼鈍は、主に、鋼帯を連続的に通板しながら熱処理を施す連続焼鈍炉を用いて行われている。連続焼鈍炉は、通常、加熱帯、均熱帯および冷却帯、あるいは必要に応じてさらに、過時効帯等から構成されており、従来、上記連続焼鈍炉の炉壁には、耐火断熱レンガが使用されてきた。しかし、近年では、高温に保持される加熱帯や均熱帯（以降、これらの炉を纏めて「加熱炉」という）の炉壁には、低密度で熱伝導率が低く、炉外への放散熱量が小さく、省エネルギー効果が大きいこと、低熱慣性で、加熱炉の温度コントロールが容易であること等の理由から、セラミックファイバ等の人造鉱物繊維からなる耐熱材が用いられるようになってきている。

上記セラミックファイバは、例えば、焼鈍炉の炉壁の鉄皮に取り付け易いように、繊維質のファイバをブランケット状にし、そのブランケットを複数枚折りたたんでブロック状とし、このブロック状のモジュールを鉄皮の内側に、ボルトや取付金具等を介して固定されることで炉の内面を構成している（特許文献１等）。

さらに、セラミックファイバの内部には、その製造過程でショットと呼ばれる微粒子や短繊維が必然的に含まれており、これらが落下して、被熱処理材の表面に付着したり、凹凸欠陥を発生したりするのを防止するため、上記耐火材の表面をシール材で覆ったり、さらにその表面を金属板で被覆したりすることが行われている（特許文献２、３等）。

特開２００３−０５５０５６号公報特開平０６−２２１７７０号公報特開２００４−２０５１６２号公報

ところで、上記セラミックファイバには、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とシリカ（ＳｉＯ_２）を主成分とするアルミナ−シリカ系の非晶質セラミックファイバ（ＲＣＦ）と、アルミナ質の結晶質セラミックファイバ（ＡＦ）があり、常用温度が１２５０℃以下の連続焼鈍炉には、主として前者の非晶質セラミックファイバが使用されている。しかし、アルミナ−シリカ系のセラミックファイバからなる耐火材を用いた連続焼鈍炉においては、近年、前述したセラミックファイバ内に含まれるショット等に起因したものとは異なる表面欠陥が認められるようになり、特に、鋼板を高温焼鈍することが多くなった昨今では、上記表面欠陥の発生が増加する傾向にある。

本発明は、加熱炉の炉壁に用いたアルミナ−シリカ系のセラミックファイバからなる耐火材に基因した新たな表面欠陥を効果的に防止することができる連続焼鈍炉を提供することにある。

発明者らは、上記表面欠陥の発生原因と防止策について鋭意調査・検討を重ねた。その結果、上記新たな表面欠陥は、セラミックファイバの主成分であるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とシリカ（ＳｉＯ_２）およびその中に意図的に添加されるあるいは不純物として微量に含まれるホウ素（ボロン、Ｂ）と、鋼板を介して炉外から持ち込まれるナトリウム（Ｎａ）とが反応して低融点のホウケイ酸ガラス状の物質を生成し、これが鋼板表面やハースロール上に滴下することによるものであること、したがって、表面欠陥を防止するためには、上記ホウケイ酸ガラス状物質を生成しないセラミックファイバからなる耐火材を用いる必要があることを見出し、本発明を開発した。

すなわち、本発明は、セラミックファイバからなる耐火材を炉壁に用いた加熱炉を有する連続焼鈍炉において、加熱炉の炉内温度が６８０℃以上となる領域の炉壁に、Ｂ含有量が０．０１ｍａｓｓ％以下のセラミックファイバからなる耐火材を用いてなることを特徴とする連続焼鈍炉である。

本発明の連続焼鈍炉は、加熱炉の炉内温度が６８０℃以上となる領域の天井部分の炉壁に、Ｂ含有量が０．０１ｍａｓｓ％以下のセラミックファイバからなる耐火材を用いてなることを特徴とする。

本発明によれば、加熱炉の炉壁に用いた耐火物に起因して生じる鋼板の表面欠陥を効果的に防止することができるので、製品品質の向上、歩留まり向上のみならず、連続焼鈍炉の安定操業に大きく寄与することができる。

Ｂ含有量が０．０１ｍａｓｓ％以下のセラミックファイバからなる耐火材を用いる加熱炉部分を説明する図である。

発明者らは、炉壁構成材としてセラミックファイバからなる耐火材を用いた連続焼鈍炉において発生する、従来とは異なる異物付着や凹凸欠陥等の表面欠陥の発生原因を究明するため、連続焼鈍炉の内部を綿密に調査した。その結果、加熱炉内で炉温が最も高温となる均熱帯の出側近傍の炉床面上に、液状の異物が滴下した痕跡が何箇所かに確認されたが、鋼板が通過する領域では炉床面の板幅範囲内には滴下は確認されず、その外側にのみに確認された。そのため、何らかの液状異物が鋼板表面に滴下して付着し、表面欠陥を発生させていたことが確認できた。

この滴下した異物について定性分析を行ったところ、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｎａ_２Ｏを主成分とするホウケイ酸ガラスと類似した物質であることが判明した。
また、この滴下物の示差熱重量分析装置を用いてＤＴＡ曲線を測定し、ガラス転移点を特定したところ、ガラス転移点は６３５℃であり、６８０℃でガラス転移が完了し、流動性を有するようになることもわかった。

そこで、上記のようなホウケイ酸ガラスに類似する異物が生成する原因について検討した。まず、代表的なホウケイ酸ガラスとしては、表１に示したような、ＳｉＯ_２：８１ｍａｓｓ％、Ｂ_２Ｏ_３：１３ｍａｓｓ％、Ｎａ_２Ｏ：４ｍａｓｓ％、Ａｌ_２Ｏ_３：２ｍａｓｓ％のものが知られている。

また、耐火材として用いられているアルミナ−シリカ系のセラミックファイバは、一般に、主成分であるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とシリカ（ＳｉＯ_２）の他に、ホウ素（Ｂ）を不純物として含有している。また、アルミナ−シリカ系のセラミックファイバには、耐熱性を向上する目的で、意図的に十数ｍａｓｓ％の酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を含有させることもある。

また、連続焼鈍設備には、一般に、入側設備として圧延油等を除去するための洗浄設備が配設されており、その洗浄剤には水酸化ナトリウムやオルソケイ酸ナトリウムなどのＮａ塩が主として用いられている。そのため、上記洗浄設備で使用している洗浄剤のＮａ成分が鋼板表面に残留して連続焼鈍炉内に持ち込まれたものと考えられる。

発明者らは、上記の知見から、炉床面上に滴下した異物は、セラミックファイバの主成分であるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とシリカ（ＳｉＯ_２）およびその中に意図的あるいは不純物として含有しているホウ素（Ｂ）や酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）と、鋼板を介して炉外から持ち込まれるナトリウム（Ｎａ）とが反応して、低融点のホウケイ酸ガラス状物質を生成し、その生成した低融点のホウケイ酸ガラス状物質がセラミックファイバの表面を覆っている金属板等の隙間から、鋼板表面やハースロール上に滴下したものであると推定した。

したがって、上記表面欠陥を防止するためには、低融点のホウケイ酸ガラス状物質を生成させないことが重要となる。前述したように、滴下したホウケイ酸ガラス状物質は、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｎａ_２Ｏを主成分とするものである。このうち、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３はセラミックファイバの必須成分であり、また、Ｎａ成分は、連続焼鈍設備入側の洗浄設備から鋼板表面に付着して炉内に必然的に持ち込まれることから、これらを除くことは容易ではない。

そこで、本発明では、上記成分以外の成分であるセラミックファイバ中に含まれる酸化ホウ素の含有量を低減したセラミックファイバ（以降、これを「Ｂレス・セラミックファイバ」とも称する）を炉壁の耐火材に用いることでホウケイ酸ガラス状物質の生成を防止することとした。

なお、ホウケイ酸ガラス状物質を生成させないためには、セラミックファイバ内に含まれるＢの含有量は低いほど好ましい。そこで、本発明においては、工業的に入手が可能なＢ含有量が０．０１ｍａｓｓ％以下のセラミックファイバを用いる。

また、上記Ｂレス・セラミックファイバは、炉内全域に適用するのが望ましいが、高価であり設備費用が嵩むことから、図１に示したように、炉内温度が、ホウケイ酸ガラス状物質が流動性を有するようになるガラス転移終了温度（６８０℃）以上となる領域に用いるのが好ましい。このような領域にＢレス・セラミックファイバを用いることで、上記ホウケイ酸ガラス状物質の生成を抑制することができる。特に、Ｂレス・セラミックファイバは、炉内温度が６８０℃以上となる領域の天井部分の炉壁に適用するのが好ましい。ガラス転移終了温度未満の温度では、液状化して滴下することもないこと、および、生成したホウケイ酸ガラス状物質が鋼板表面やハースロール上に滴下するのは、加熱炉天井部分の炉壁からであることからである。

さらに、Ｂレス・セラミックファイバは、加熱炉の炉内温度が６８０℃以上となる領域の中でも、冷却帯に移行する直前の加熱炉出側近傍領域の天井部分に適用するのが最も効果的である。この領域は、加熱炉内でも炉温が最も高温となる領域であり、また、鋼板を介して炉内に持ち込まれたＮａ成分が滞留し易いことから、ホウケイ酸ガラスが最も生成し易い場所であると考えられるからである。事実、先述した炉内調査の結果では、この加熱炉出側近傍領域の炉床上に多数の滴下痕が認められている。

また、本発明を適用する連続焼鈍炉は、特に限定されるものではなく、例えば、縦型（竪型）炉、横型炉（水平炉）のいずれでもよく、また、冷延鋼板用の連続焼鈍炉でも、溶融亜鉛めっきライン等に付帯した連続焼鈍炉であってもよい。
また、炉の加熱方式には、燃焼バーナから還元性の火炎を鋼板に直接吹き付ける直火（ＤＦ）加熱方式と、還元性雰囲気をラジアントチューブで加熱して鋼板を間接加熱するＲＴ加熱方式とがあり、炉内温度が最高となる加熱炉出側（均熱帯）には、後者のＲＴ加熱方式が採用されることが多いが、いずれの加熱方式の炉に適用してもよい。

加熱帯、均熱帯および冷却帯から構成され、加熱帯および均熱帯をラジアントチューブで加熱する連続焼鈍炉において、均熱帯出側近傍の炉温が６８０℃以上となる領域の天井部分の炉壁を、従来のＢ含有量が０．０６ｍａｓｓ％のアルミナ−シリカ系のセラミックファイバからなる耐火材（比較例）から、Ｂ含有量が０．０１ｍａｓｓ％以下のアルミナ−シリカ系のセラミックファイバからなる３種類の耐火材（発明例）に変更し、ホウケイ酸ガラス状物質の滴下に起因する不良発生率（欠陥発生個数／通板コイル長）を調査し、その結果を比較例をベース（１．０）として表２に示した。

表２の結果から明らかなように、均熱帯出側近傍天井部分の炉壁に、Ｂ含有量が０．０１ｍａｓｓ％以下のＢレス・セラミックファイバからなる耐火材を適用することで、ホウケイ酸ガラス状物質の滴下に起因する不良の発生を完全に撲滅することができた。

本発明の技術は、鋼板用の連続焼鈍炉に限定されるものではなく、ホウケイ酸ガラス状物質の生成が問題となる、あらゆる分野の焼鈍炉にも適用することができる。

Claims

セラミックファイバからなる耐火材を炉壁に用いた加熱炉を有する連続焼鈍炉において、加熱炉の炉内温度が６８０℃以上となる領域の炉壁に、Ｂ含有量が０．０１ｍａｓｓ％以下のセラミックファイバからなる耐火材を用いてなることを特徴とする連続焼鈍炉。
加熱炉の炉内温度が６８０℃以上となる領域の天井部分の炉壁に、Ｂ含有量が０．０１ｍａｓｓ％以下のセラミックファイバからなる耐火材を用いてなることを特徴とする請求項１に記載の連続焼鈍炉。