JP6332878B2 - 帯状ワーク処理設備のシャッター機構 - Google Patents

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Description

本発明は、帯状ワークへの気体の吹き付けを短時間で停止することが可能な帯状ワーク処理設備のシャッター機構に関する。
熱処理炉としては、例えば、炉体の内部に熱風吹き付け用のチャンバを備え金属ストリップを搬送させながら熱処理する竪型連続熱処理炉(例えば、特許文献1参照)や、熱風吹き付けにより鋼帯を加熱する竪形乾燥焼付オーブン(例えば、特許文献2参照)や、走行させた鋼帯の両面に熱風を吹き付けて鋼帯を乾燥させる竪型ドライヤ(例えば、特許文献3参照)が知られている。
また、熱風ノズルの噴射口としては、ストリップ材の幅方向に沿って設けられたスリット(例えば、特許文献4参照)や、走行する鋼帯の両端部に指向した小孔状をなす複数の加熱ガス吹き付けノズル(例えば、特許文献5参照)が知られている。
このような熱処理炉により、金属ストリップを走行させながら連続的に熱処理を行う場合には、走行している金属ストリップの終端部に、続けて供給するコイル状に巻かれた金属ストリップの先端を溶接し、継続して熱処理を行うことが行われている。
特開平11−236624号公報 特開平6−432号公報 特開平5−230668号公報 特開2010−163634号公報 特開2001−294940号公報
上記のように、熱処理炉に互いに異なるコイルの金属ストリップが溶接等により繋げられて供給される場合には、先に供給される金属ストリップと後に供給される金属ストリップとの厚みが互いに相違する場合がある。この際、走行速度一定の場合、金属ストリップが厚くなると昇温が遅くなり、薄くなると昇温が早くなるため、所望の昇温パターンや最終温度で熱処理ができなくなる。そこで、金属ストリップの厚みに基づいて、熱風の温度を変更し、また、炉内温度そのものも変更する必要がある。このとき、熱風の温度の変更及び炉内温度の変更には長い時間が必要であり、その間に走行した金属ストリップには適切な熱処理が施されていないため、多大な無駄が生じるという課題がある。
また、熱風の配管に設けたダンパー等を用いて一部のノズルの熱風の風量を変更するという方法も考えられるが、例えば、所定のノズルの風量を下げるべくダンパーを閉めると熱風の配管の内圧が上昇し、他のノズルの風量が増える等、コントロールが難しいという課題がある。
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、帯状ワークへの気体の吹き付けを短時間で停止することが可能な帯状ワーク処理設備のシャッター機構を提供することを目的とする。
本発明にかかる帯状ワーク処理設備のシャッター機構は、走行する帯状ワークに気体を吹き付ける噴射口を備えたノズルと、前記ノズルと前記帯状ワークとの間に、前記ノズルに対し空隙を空けて配置可能なシャッターと、前記シャッターが前記ノズルと前記帯状ワークとの間を遮る第1位置及び前記シャッターが前記ノズルと前記帯状ワークとの間を遮らない第2位置に前記シャッターを移動させる移動装置とを有し、前記移動装置は、前記シャッターと係合し、前記帯状ワークの走行方向に沿って設けられたロッドを前記走行方向に移動させることを特徴とする。
前記ノズルは、前記走行方向に互いに間隔を空けて複数設けられており、前記シャッターは、前記ノズル毎に設けられて、個別に移動可能であることを特徴とする。
前記ノズルは、前記帯状ワークの走行方向と交差する幅方向に沿って設けられ、前記ノズルの前記噴射口は、前記ノズルの幅方向に沿ってスリット状に設けられていることを特徴とする。
前記走行方向は上下方向であり、前記シャッターは前記第2位置から降下して前記第1位置に移動し、前記第1位置に移動したときに前記シャッターが当接されて前記シャッターの降下を規制するストッパーを有していることを特徴とする。
前記シャッターは、前記ノズルと対向する部位が、前記帯状ワークの幅方向において複数の部材に分割されていることを特徴とする。
前記帯状ワークは、熱風式熱処理炉内を走行する金属ストリップであり、前記ノズルが吹き付ける気体は熱風であり、前記金属ストリップには、前記ノズルからの熱風がその全幅に渡って吹き付けられることを特徴とする。
本発明に係る帯状ワーク処理設備のシャッター機構によれば、帯状ワークへの気体の吹き付けを瞬時に停止し、短時間で帯状ワークの昇温速度を下げたり、最終温度を下げたりすることができる。
本発明にかかる帯状ワーク処理設備のシャッター機構の好適な一実施形態を説明する説明図であって、(A)は正面図、(B)はロッドの接続部分の拡大断面図である。 図1に示した帯状ワーク処理設備のシャッター機構の側面図である。 図1に示した帯状ワーク処理設備のシャッター機構の構成を示す説明図であって、(A)は第1例を示す斜視図、(B)は第2例を示す要部斜視図である。 互いに厚みが異なる金属ストリップを連続して熱処理する際のシャッターの動作を示す図である。 シャッターによる効果を示すグラフである。 本発明にかかる帯状ワーク処理設備のシャッター機構の変形例を示す正面図である。 本発明にかかる帯状ワーク処理設備のシャッター機構の他の変形例を示す正面図である。
以下に、本発明にかかる帯状ワーク処理設備のシャッター機構の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図1、図2に示すように、本実施形態に係る帯状ワーク処理設備のシャッター機構は、走行する帯状ワークに気体、例えば熱風を吹き付けて熱処理する熱風式熱処理炉1に用いられる。以下、本実施形態では、帯状ワークとして金属ストリップを、また気体として熱風を、例示して説明する。しかしながら、処理対象が金属ストリップに限られず、また気体が熱風に限られないことはもちろんである。この熱風式熱処理炉1内では、図示しない駆動装置により走行する金属ストリップ2が上から下に走行する際に、熱風を吹き付けて焼き入れ・焼き鈍し等の熱処理を行うように構成されている。
熱風式熱処理炉1は、上下方向に沿って金属ストリップ2が走行する熱処理領域の上下に配置されたアイドルローラー(下は不図示)3と、熱処理領域における炉壁1aに設けられ金属ストリップ2に熱風を吹き付けるノズル4と、ノズル4と金属ストリップ2との間を遮ることが可能なシャッター5と、シャッター5を所定の位置に配置するためのストッパー6と、シャッター5を昇降させる移動装置7と、を有している。
ノズル4は、金属ストリップ2の幅方向に沿って形成されたスリット状をなし、複数のノズル4が走行方向、すなわち上下方向に互いに間隔を隔てて設けられている。各ノズル4の下には、炉壁1aから突出させて、当該ノズル4よりも金属ストリップ2側に張り出すように、シャッター5のストッパー6が設けられている。
複数のノズル4は、走行する金属ストリップ2の両面と各々対向する炉壁1aにそれぞれ設けられ、互いに対向する位置に配置されている。そして、対向するノズル4からは、同時に熱風が噴射されるように形成されている。このため、対向する位置に配置されたノズル4間を通過する金属ストリップ2には、表裏面から同時に熱風が吹き付けられるため、金属ストリップ2はムラ無く熱処理される。また、走行方向に並ぶノズル4は、互いに熱風を噴射するタイミングを異ならせることが可能である。尚、図2においては、便宜上、金属ストリップ2の左側に位置するシャッター5が、ノズル4と金属ストリップ2との間を遮る第1位置に位置している状態を示し、右側に位置するシャッター5がノズル4と金属ストリップ2との間を遮らない第2位置に位置している状態を並べて図示しているが、図2の左右方向において互いに対向するシャッター5は同じタイミングで移動するように構成されている。
シャッター5は、各ノズル4と対向する位置にノズル4毎に対応させて設けられている。シャッター5は、金属ストリップ2の幅より広いシャッター本体部8と、シャッター本体部8の、幅方向において金属ストリップ2と対向する部位より外側に設けられ、走行方向に沿って設けられる後述するロッド9が挿通されるロッド挿通部10と、を有している。
シャッター本体部8は、図3に示すように、ノズル4と対向して熱風を遮る板材11と、板材11が装着される枠体12と、を有している。板材11は、金属ストリップ2の幅方向に複数に分割されて設けられている。本実施形態においては5つに分割されて設けられている。ロッド挿通部10は、図1,図2,図3(A)では、シャッター本体部8の側面から突出させて取り付けられているが、図3(B)に示しているように、シャッター本体部8の背面もしくは正面から突出するように取り付けてもよい。
枠体12は、ノズル4と対向する側に上方から差し込まれる板材11を各々保持する保持部13を複数有しており、保持部13と板材11の間には、板材11の熱延びの逃げ代Cを有している。保持部13の、金属ストリップ2側には、金属ストリップ2側に窪ませた凹部14を有している。凹部14は、装着される板材11毎に、当該板材11と対向する部位に設けられており、枠体12に板材11が装着されると、凹部14と板材11とにより中空部が形成されるように構成されている。凹部14や保持部13は、変形防止のリブとしても機能する。
ロッド挿通部10は、枠体12の凹部14を形成する部位から板材11と反対側に突出させて枠体12に一体に設けられた平面視U字状をなす部位である。U字の開放端側にて2本の平行をなす平行部10aが枠体12に接合されており、平行部10aの突出している先端が半円状の湾曲部10bをなしている。平行部10aの間隔は挿通されるロッド9の直径より僅かに広く間隔が隔てられている。
移動装置7は、アイドルローラー3に架け渡されて上から下に走行する金属ストリップ2の上方に設けられた昇降シリンダー15と、昇降シリンダー15に設けられ、昇降シリンダー15により昇降されるロッド9と、を有している。
昇降シリンダー15は、各シャッター5に対応させて設けられており、ロッド9は、上から下に走行する金属ストリップ2の、幅方向における外側に位置させて、上下方向に沿って設けられている。
ロッド9は、炉壁1aに設けた断熱摺動シール17を介して、熱風式熱処理炉1の内部に導入される。また、連結板18を用いて、1つの昇降シリンダー15で、2本のロッド9を同時に昇降するようにしている。昇降シリンダー15は、支柱19で保持されている。
昇降シリンダー15に設けられているロッド9には、シャッター5に設けられているロッド挿通部10と係合する係合部16が設けられている。係合部16は、ほぼ円柱状をなしており、円柱の円の中心を、円柱の高さ方向にロッド9が貫通するように構成されている。係合部16の円の直径は、シャッター5が有するロッド挿通部10の平行部10aの間隔より広く形成されている。
係合部16には、図1(B)に示すように、上下に貫通する穴を設けており、その上下からロッド9をねじ込んだり差し込んで溶接したりして接続し、長いロッド9を構成する際のジョイントとしても利用できて、組立性の向上を図っている。
係合部16は、昇降シリンダー15によってロッド9が降下した状態において、ストッパー6上に載置され、シャッター5のロッド挿通部10に挿通されたロッド9の、ロッド挿通部10よりも下に位置して、ロッド挿通部10と僅かに間隔が隔てられている。このため、昇降シリンダー15によってロッド9が上昇すると、ロッド9と一体をなす係合部16がロッド挿通部10と係合して、シャッター5が引き上げられる。
また、昇降シリンダー15によってロッド9が降下されると、係合部16、及び、係合部16上に載置されているシャッター5が共に降下する。シャッター5が降下し続けると、シャッター5はストッパー6に当接されて、ストッパー6上に載置された状態で停止する。その後、係合部16がロッド挿通部10より僅かに降下した位置で昇降シリンダー15が停止するように設定されている。
昇降シリンダー15によってロッド9が降下して、シャッター5がストッパー6上に載置されているときには、シャッター5が、当該シャッター5に対応付けられているノズル4と金属ストリップ2との間を遮る第1位置に配置される。このとき、ノズル4とシャッター5との間には空隙Sが設けられており、シャッター5がノズル4を塞がないように配置されている。また、昇降シリンダー15によってロッド9が上昇したときには、シャッター5が、当該シャッター5に対応付けられているノズル4と金属ストリップ2との間より上方に移動して、ノズル4と金属ストリップ2との間を遮らない第2位置に配置される。
本実施形態の帯状ワーク処理設備のシャッター機構は、金属ストリップ2の昇温速度を早くして熱処理を施す、たとえば、金属ストリップ2が厚い鋼板の場合には、全てのシャッター5を第2位置に移動させ、ノズル4からの熱風を金属ストリップ2に直接吹き付ける。一方、昇温速度を遅くして熱処理を施す、例えば、金属ストリップ2が薄い鋼板の場合には、全てのシャッター5を第1位置に移動させ、ノズル4からの熱風をシャッター5に吹き付けることによりノズル4とシャッター5との空隙Sから熱風を熱風式熱処理炉1内に拡散して、炉内温度を維持しながら熱処理を施す。
別の実施様態として、互いに異なる厚みの金属ストリップ2を連続して熱処理する場合には、シャッター5を個別に別々に動かすようにし、先行する金属ストリップ2の厚みに合わせて、全てのシャッター5を第1位置または第2位置に配置して熱処理を施し、後続する金属ストリップ2との境界部分が通過したノズル4に対応付けられているシャッター5を、後続する金属ストリップ2との境界部分の移動に合わせて順次第1位置または第2位置に移動していくというやり方もできる。
より具体的には、例えば、図4に示すように、先行する金属ストリップ2aの厚みが厚く、後続する金属ストリップ2bの厚みが薄い場合には、先行する金属ストリップ2aがノズル4a、4b、4cと対向しつつ走行している状態では、全てのシャッター5a、5b、5cを第2位置に配置して、ノズル4a、4b、4cからの熱風を先行する金属ストリップ2aに直接吹き付ける(図4(a)参照)。そして、後続する金属ストリップ2bとの境界部Jが最上のノズル4aを通過するときに最上のシャッター5aを第1位置に移動して最上のノズル4aと後続する金属ストリップ2bとの間を遮る(図4(b)参照)。次に、後続する金属ストリップ2bとの境界部Jが2番目のノズル4bを通過するときに2番目のシャッター5bを第1位置に移動して2番目のノズル4bと後続する金属ストリップ2bとの間を遮る(図4(c)参照)。そして、後続する金属ストリップ2bとの境界部Jが最下のノズル4cを通過するときに最下のシャッター5cを第1位置に移動して最下のノズル4cと後続する金属ストリップ2bとの間を遮る(図4(d)参照)ことにより、全てのシャッター5a、5b、5cを第1位置に配置して、ノズル4a、4b、4cからの熱風が後続する金属ストリップ2bに直接吹き付けられない状態となる。
この場合の構造が、変形例として図6及び図7に示されている。すなわち、図6に示したように、昇降シリンダー15、断熱摺動シール17、連結板18、並びにロッド9からなる昇降機構を複数設けて、別々に作動させたり、あるいは、図7に示したように、係合部16の位置をずらした(図中、寸法L1,L2参照)ロッド9を用い、このロッド9を一つの昇降シリンダー15によって昇降させるようにしてもよい。図7の場合、ロッド9を降ろすに従い、寸法L1の長いシャッター5aの方が、先にストッパー6(図中、一番上のもの)に載置されて、最上のノズル4aの第1位置へ移動され、寸法L2の短いシャッター5bが後からストッパー6(図中、上から二番目のもの)に載置される。
一般的な対流加熱式のノズルを具備した金属ストリップ用の熱風式熱処理炉において、厚板から薄板に連続的に処理する場合、厚板が所定の温度まで上昇できる温度と風速を維持した状態で薄板を通板すると、薄板は温度が上がり過ぎて製品の条件を外れてしまう。例えば、目的の処理が焼鈍であれば過焼鈍になってしまう。
これを防ぐためには、通常、ノズルからの加熱ガスの風速を下げて運転するが、それでも過昇温を起こす場合には、炉温を下げることになる。この降温に要する時間は、処理する条件にもよるが、最大で数時間に及び、その間に通過する金属ストリップは製品とすることはできず、無駄となる。降温する際には、通常、ダミー材を通板したり、炉温の循環ラインに冷却機能を追加したりして炉温を下げる工夫をするが、時間のロスとエネルギーのロスが発生する。
尚、一般的な降温速度は、耐火レンガを使用している炉では最大でも−100℃/h、レンガを使用しておらず、セラミックファイバーだけの炉だと、−150℃/hである。また、帯板を処理する温度は材質が違ったり、処理の種類が違ったりすると200℃以上下げる必要がある場合がある。
そして、本帯状ワーク処理設備のシャッター機構1の発明者は、ノズル4と金属ストリップ2との間にシャッター5を設けたときの効果、すなわち、ノズル4からの熱風を直接吹き付けてしまうと過焼鈍となる金属ストリップ2を用いて、本発明の帯状ワーク処理設備のシャッター機構のシャッター5により金属ストリップ2とノズル4との間を遮ったときの、複数のノズル4を通過中の金属ストリップ2の表面温度を確認している。確認に用いた熱風式熱処理炉1は、上から下に走行する金属ストリップ2の走行方向に5段のノズルと、各ノズルと金属ストリップとの間を遮るシャッターとを有している。そして、低い温度での熱処理を必要とする金属ストリップが、高い温度での熱処理が施されて先行する金属ストリップとつながって進入してきた際に、その走行に合わせて5段のシャッターを一度にノズルの前となる第1位置に移動させている。
図5はその結果を示している。縦軸は金属ストリップの表面温度を示し、横軸は金属ストリップの移動距離を示していて、2mから10mの範囲に5段のシャッターを設けている。ノズルから約11m下の位置では、5段のシャッターを下ろした場合には、降ろさなかった場合より金属ストリップの表面温度が約60℃下がることが確認された。
本実施形態の帯状ワーク処理設備のシャッター機構によれば、熱風を吹き付ける複数のノズル4は金属ストリップ2の幅方向に沿って、金属ストリップ2の全幅に渡って設けられているので、走行する金属ストリップ2の全域に熱風を吹き付けて、金属ストリップ2の全域にほぼ均一な熱処理を施すとこが可能である。また、シャッター5は、移動装置7により、複数のノズル4と金属ストリップ2との間を遮る第1位置と複数のノズル4と金属ストリップ2との間を遮らない第2位置とに移動されるので、熱風を吹き付けて加熱したり、熱風を遮って加熱を抑えたりすることを容易に切り替えることが可能である。このとき、シャッター5は、走行方向に沿うロッド9とともに走行方向に移動されるので、瞬時に移動させることが可能である。このため、厚みが異なる金属ストリップ2が連続して走行されても素早くシャッター5の位置を変更することが可能である。
また、ノズル4は幅方向に沿うスリット状をなしているので、走行する金属ストリップ2においてスリット状のノズル4と対向する領域を確実に熱処理することが可能である。また、ノズル4は走行方向に間隔を隔てて複数設けられており、ノズル4毎に設けられたシャッター5を各々個別に移動することも可能なので、ノズル4毎にシャッター5を第1位置または第2位置に配置することにより、走行する金属ストリップ2への熱風の吹き付け量を変更することが可能である。
また、シャッター5とノズル4との間には空隙Sが設けられており、ノズル4はシャッター5により塞がれないので、ノズル4から吹き出される熱風は炉内に拡散される。このため、金属ストリップ2に熱風を吹き付けることなく炉内温度を維持することが可能である。また、シャッター5がノズル4と金属ストリップ2との間を遮る第1位置に移動してもノズル4からは熱風が吹き出されるので、熱風配管が全ノズル4で共通の場合であっても、ノズル4が塞がれたことで熱風が他のノズル4側に移動しない。このため、シャッター5がノズル4と金属ストリップ2との間を遮ったとしても他のノズル4の風圧への影響を抑えることが可能である。
また、シャッター5は、第2位置から降下したときにストッパー6により移動が規制されて第1位置に配置されるので、例えば、ロッド9が熱伸びした場合であっても、シャッターを同じ位置に配置することが可能である。このため、より確実に金属ストリップ2への熱風の吹き付けを遮ることが可能である。
また、シャッター5は、幅方向に分割された複数の板材11を有し、その上で、熱延びを逃がせる逃げ代Cを有しているので、幅方向につながって1つの部材でなるシャッターよりも熱による湾曲や凹凸のような変形を小さくすることが可能である。また、シャッター5は、板材11と凹部14とを備えていて、その間の空間を空気断熱層として働かせることができる。板材11と凹部14はどちらがノズル4に向いていてもよいが、シャッター5を第1位置へ移動したときにノズル4からの熱風が直接当たる高温側に、熱延びを吸収できる板材11を配置することが好ましい。そうすれば、凹部14は空気断熱層で隔てられるので、変形しにくく、シャッター5全体として熱変形しにくい。これにより、金属ストリップ2の面と、シャッター5(板材11)の面との平行度が保たれ、シャッター5の熱変形によって互いに接触したり、温度分布が悪くなったりすることを回避することができる。
上記実施形態においては、ノズル4がスリット状をなしている例について説明したが、例えば複数の丸孔状のノズルが列をなして、金属ストリップの幅方向に沿って設けられていても構わない。
金属ストリップ2の走行は、下から上でもよく、これに合わせて、第1位置と第2位置を入れ替えてもよい。また、加熱対象物は、金属ストリップ2以外であってもよい。
また、上下方向に間隔を隔てて設けられるノズル4の数は、上記実施形態に限るものではない。
また、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。
1 熱風式熱処理炉
1a 炉壁
2 金属ストリップ
2a 先行する金属ストリップ
2b 後続する金属ストリップ
3 アイドルローラー
4 ノズル
4a 最上のノズル
4b 2番目のノズル
4c 最下のノズル
5 シャッター
5a 最上のシャッター
5b 2番目のシャッター
5c 最下のシャッター
6 ストッパー
7 移動装置
8 シャッター本体部
9 ロッド
10 ロッド挿通部
10a 平行部
10b 湾曲部
11 板材
12 枠体
13 保持部
14 凹部
15 昇降シリンダー
16 係合部
17 断熱摺動シール
18 連結板
19 支柱
C 熱延びの逃げ代
J 境界部
S 空隙

Claims (6)

  1. 走行する帯状ワークに気体を吹き付ける噴射口を備えたノズルと、
    前記ノズルと前記帯状ワークとの間に、前記ノズルに対し空隙を空けて配置可能なシャッターと、
    前記シャッターが前記ノズルと前記帯状ワークとの間を遮る第1位置及び前記シャッターが前記ノズルと前記帯状ワークとの間を遮らない第2位置に前記シャッターを移動させる移動装置とを有し、
    前記移動装置は、前記シャッターと係合し、前記帯状ワークの走行方向に沿って設けられたロッドを前記走行方向に移動させることを特徴とする帯状ワーク処理設備のシャッター機構。
  2. 前記ノズルは、前記走行方向に互いに間隔を空けて複数設けられており、前記シャッターは、前記ノズル毎に設けられて、個別に移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の帯状ワーク処理設備のシャッター機構。
  3. 前記ノズルは、前記帯状ワークの走行方向と交差する幅方向に沿って設けられ、前記ノズルの前記噴射口は、前記ノズルの幅方向に沿ってスリット状に設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の帯状ワーク処理設備のシャッター機構。
  4. 前記走行方向は上下方向であり、前記シャッターは前記第2位置から降下して前記第1位置に移動し、前記第1位置に移動したときに前記シャッターが当接されて前記シャッターの降下を規制するストッパーを有していることを特徴とする請求項1〜3いずれかの項に記載の帯状ワーク処理設備のシャッター機構。
  5. 前記シャッターは、前記ノズルと対向する部位が、前記帯状ワークの幅方向において複数の部材に分割されていることを特徴とする請求項1〜4いずれかの項に記載の帯状ワーク処理設備のシャッター機構。
  6. 前記帯状ワークは、熱風式熱処理炉内を走行する金属ストリップであり、前記ノズルが吹き付ける気体は熱風であり、前記金属ストリップには、前記ノズルからの熱風がその全幅に渡って吹き付けられることを特徴とする請求項1〜5いずれかの項に記載の帯状ワーク処理設備のシャッター機構。
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