JP6756295B2 - シール装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば鋼板などの鋼帯の熱処理設備内に設置するシール装置に関するものである。特に、化学気相蒸着（以下、ＣＶＤと称する。）処理炉を備えた連続浸珪処理設備で、高珪素鋼板（６．５％Ｓｉ鋼）を製造する熱処理炉内に設置するシール装置に関する。
従来、金属材料の加熱炉、または熱処理炉では、炉内の雰囲気を特定状態に維持して、熱処理材の外観上の性能の向上、あるいは材質の改善を図ることが行われている。熱処理を特定の炉内雰囲気で行い、材質の改善図るものとして、例えば、ＣＶＤ処理炉を備えた連続浸珪処理設備で、高珪素鋼板（６．５％Ｓｉ鋼）を得る方法が、例えば特許文献１に記載されている。
連続浸珪処理設備は、図１に示すような浸珪処理設備１００がトンネル状の空間を形成する耐火物の炉壁からなる炉本体１により構成されている。材質改善される鋼帯（鋼板）Ｓは加熱炉Ａ−ＣＶＤ処理炉Ｂ−拡散処理炉Ｃ−冷却炉Ｄの順に炉内をロール２で支持されて連続的に通過する。その際、鋼帯Ｓは加熱炉Ａにおいて無酸化性雰囲気中でＣＶＤ処理温度まで加熱された後、ＣＶＤ処理炉Ｂに導かれる。このＣＶＤ処理炉ＢにはＳｉＣｌ４を含有する反応ガスが供給され、吹き付けノズル３から鋼帯Ｓの表面に反応ガスが吹き付けられ、浸珪処理がなされる。次いで、鋼帯Ｓは拡散処理炉Ｃに導かれ、ここで所定の温度に均熱保持されてＳｉの拡散処理がなされる。このような処理の後、冷却炉Ｄで常温もしくは適当な温度まで冷却され、コイルに巻き取られる。
連続浸珪処理設備のような熱処理炉では、各炉内の雰囲気を特定状態に維持すべく、材料の出入口等をシールすることが必要である。すなわち、加熱炉ＡとＣＶＤ処理炉Ｂとの間、およびＣＶＤ処理炉Ｂと拡散処理炉Ｃとの間のシールを確実に行わなければならない。このため、図１に示すように、各炉間にシール装置４が設けられている
このような、シール装置によるシール性の向上については、例えば特許文献２に、硬質材の回転ダンパ及びロールと、前記回転ダンパの上方に接触して炉内をシールする昇降ダンパとを備え、回転ダンパとロールの軸間距離を固定し、回転ダンパとロールの半径の合計が回転ダンパとロールの軸間距離よりも小さくなる部分を回転ダンパに設けたシール装置が記載されている。これにより、鋼板などの鋼帯との隙間を極めて微小なものとし、高シール性が得られるとしている。
特開昭６３−２４０３８号公報 特開平７−２６８４９０号公報
しかしながら、特許文献２のようなシール装置の場合、１０００度以上の高温での熱処理になると、回転ダンパの直下にある炉内ロールが偏芯してしまう。その結果、鋼帯と回転ダンパとの隙間が大きくなり、炉内雰囲気ガスのリーク経路となってしまう。また、回転ダンパや炉内ロールの周辺に近接している耐火物（ファイバー）は、ＣＶＤ処理に用いるＳｉＣｌ４の影響で劣化し、減肉や気孔率の低下が生じる。そのため、回転ダンパや炉内ロールの周辺にも隙間が生じ、ここがリーク経路となり得る。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、高いシール性を維持することができるシール装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、加熱炉ＡとＣＶＤ処理炉Ｂとの間、およびＣＶＤ処理炉Ｂと拡散処理炉Ｃとの間のシール性について鋭意検討した。その結果、特許文献２のような回転ダンパとロールで鋼帯を上下に挟むことでシール性を得るシール装置において、２つの回転ダンパを直列配置し、その回転ダンパ間にＮ２等の不活性ガスを投入することにより、高いシール性を確保できるという知見を得た。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［１］鋼帯が通板する熱処理設備内において、前記鋼帯の上側に配置され、前記鋼帯に接触可能な回転ダンパと、前記回転ダンパに対向する位置で、前記鋼帯の下側に配置されるロールとを備え、前記回転ダンパと前記ロールとの対向部間に鋼帯を通板させるシール装置において、一対の回転ダンパおよびロールが２つ前記熱処理設備内に通板方向に直列に配置され、前記直列に配置された前記一対の回転ダンパおよびロール同士で仕切られる空間内に、不活性ガスが供給されることを特徴とするシール装置。
［２］前記回転ダンパは、前記鋼帯に向けて不活性ガスを噴出させる穴を鋼帯幅方向に有することを特徴とする［１］に記載のシール装置。
［３］前記不活性ガスの圧力は、前記空間内の圧力が５ｍｍＨ２Ｏ〜１００ｍｍＨ２Ｏになるように設定されることを特徴とする［１］または［２］に記載のシール装置。
［４］前記シール装置は、前記熱処理設備内におけるＣＶＤ処理炉内に設けられることを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載のシール装置。
［５］前記シール装置は、前記熱処理設備内の鋼帯通板方向上流側および下流側にそれぞれ設けられることを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載のシール装置。
本発明によれば、所定の空間内に不活性ガスを投入するため、シール性が向上する。したがって、炉内雰囲気ガスの逆流を低減することができる。また、本発明によれば、シール性の向上により、各機器の交換頻度や補修頻度を低減することができる。
図１は、連続浸珪処理設備の概略図である。 図２は、本発明の一実施形態であるシール装置の図である。 図３は、本発明の一実施形態であるシール装置の拡大図である。 図４は、本発明の別の実施形態を示すシール装置の図である。 図５は、本発明のシール装置を用いた場合と、従来のシール装置を用いた場場合における、欠陥発生率を比較するグラフである。 図６は、本発明のシール装置を用いた場合と、従来のシール装置を用いた場合における、回転ダンパの交換周期を比較するグラフである。
図２は、本発明の一実施形態であるシール装置を示す図である。本発明のシール装置４は、浸珪処理設備１００における炉本体１内に設けられており、一対の回転ダンパ５およびロール６を２つ備える。
回転ダンパ５は鋼帯Ｓの上側に配置される。回転ダンパ５は炉本体１内を横断する方向、すなわち鋼帯長手方向に回転可能に設けられている。回転ダンパ５の形状については特に制限されないが、図１に示すように、半径方向に切り欠いた部分が設けられているような、隙間調整ができるような形状であればよい。回転ダンパ５の上方には昇降ダンパ７が設けられており、炉本体１の天井部において上下動可能に設けられている。昇降ダンパ７の上昇によって回転ダンパ５は回転可能となるとともに、昇降ダンパ７を下降させることで回転ダンパ５の回転動作が適宜制御される。このため、熱処理される鋼帯Ｓの厚さに応じた距離になるように回転ダンパ５の切欠き位置を選択し、昇降ダンパ７を下降させて回転ダンパ５が回転しないように固定することで、鋼帯Ｓに対するシール性が適宜操作される。
ロール６は回転ダンパ５に対向する位置で、鋼帯Ｓの下側に配置される。ロール６は鋼帯Ｓを鋼帯幅方向に支持する支持ロールであり、鋼帯Ｓは、回転ダンパ５およびロール６の対向部間を通板する。また、炉本体１の床部から、シール壁である仕切板８が立ち上がっており、回転ダンパ５に対向する位置でロール６に接している。
本発明では、一対の回転ダンパ５およびロール６が２つ通板方向に直列に配置される。図２に示すように、直列に配置された一対の回転ダンパ５およびロール６同士で仕切られる空間９内に、不活性ガスが供給される。空間９内を不活性ガスで満たすことにより、炉内圧力よりも高圧に維持できるため、シール性が向上し、炉内雰囲気ガスが他の炉に逆流することを防止することができる。また、一定のシール性を維持することができるため、回転ダンパや炉内ロールの周辺に近接している耐火物（ファイバー）は、ＣＶＤ処理に用いるＳｉＣｌ４の影響で劣化するといったことを低減できる。したがって、炉内ロールなどの各機器の交換頻度、周辺の耐火物の補修頻度を低減することが可能である。
空間９内に供給される不活性ガスとしては特に制限されないが、Ｎ２であることが好ましい。また、不活性ガスの供給方法についても特に制限されず、例えば炉本体１の側壁に不活性ガスの供給口を設け（図示しない）、供給口から空間９内に不活性ガスを供給すればよい。
本発明では、図３に示すように、回転ダンパ５は、鋼帯Ｓに向けて不活性ガスを噴出させる穴１０を鋼帯幅方向に有することが好ましい。回転ダンパ５の穴１０から鋼帯Ｓに向けて不活性ガスを噴出することにより、回転ダンパ５と鋼帯Ｓとの間を不活性ガスのカーテンで遮断することができる。その結果、より高いシール性を得ることができる。
不活性ガスを噴出する穴１０の配列については、鋼帯幅方向に配列されていればよく、特に限定されず、例えば、直列、千鳥、多列配置などが挙げられる。また、穴１０の形状についても特に限定されず、例えば、丸穴、楕円(幅方向に長い)、スリット穴などが上げられる。また、回転ダンパ５への不活性ガスの供給方法についても特に制限されず、例えば、回転ダンパ５の回転軸部（図示しない）から不活性ガスを供給し、軸部から回転ダンパ５本体に設けられた穴を通じて不活性ガスが噴出されればよい。
なお、穴１０から噴出する不活性ガスの圧力が高すぎたり、温度が低すぎたりした場合には、１０００度以上の高温で熱処理される鋼帯に変形等の悪影響を与える恐れがある。このため、回転ダンパ５の穴から鋼帯へ吹き付ける不活性ガスの圧力は、１００ｍｍＨ２０以下、温度は１０００度以上とすることが望ましい。
不活性ガスの圧力としては、空間９内の圧力が５ｍｍＨ２Ｏ〜１００ｍｍＨ２Ｏになるように設定されることが好ましい。空間９内の圧力が５ｍｍＨ２Ｏ未満では、圧力が低すぎて制御が難しい。一方、空間９内の圧力が１００ｍｍＨ２Ｏ超えでは、回転ダンパ５と鋼帯Ｓ間に隙間があることから、圧力を保持することが難しい。より好ましくは、１０ｍｍＨ２Ｏ〜５０ｍｍＨ２Ｏである。
本発明のシール装置４は、浸珪処理設備内１００内におけるＣＶＤ処理炉Ｂ内に設けられることが好ましい。前述したように、ＣＶＤ処理炉ＢにはＳｉＣｌ４を含有する反応ガスが供給され、吹き付けノズル３から鋼帯Ｓの表面に反応ガスが吹き付けられることで、浸珪処理がなされる。このＣＶＤ処理炉Ｂにおける雰囲気ガス中には、塩化鉄（ガス）が浸珪処理時の副産物として含まれている。この塩化鉄（ガス）を含むＣＶＤ処理炉中の雰囲気ガスが逆流すると、加熱炉Ａや拡散熱処理炉Ｃ内で冷却され、１１００℃を下回ると凝集化し、鋼帯Ｓに付着することで、製品の外観を悪化させ、欠陥発生率が増加する。したがって、ＣＶＤ処理炉Ｂに本発明のシール装置を設けることにより、高いシール性を維持することができ、ＣＶＤ処理炉Ｂ内の雰囲気ガスの逆流を防止することができる。その結果、塩化鉄付着による歩留悪化を防止することができる。
また、本発明のシール装置４は、鋼帯通板方向の上流側および下流側にそれぞれ設けられることが好ましい。上流側および下流側にそれぞれシール装置を設けることにより、炉内雰囲気ガスが他の炉に逆流するのを防止することができる。さらに好ましくは、ＣＶＤ処理炉Ｂ内の鋼帯通板方向上流側および下流側に、それぞれシール装置４を設けることが好ましい（図４参照）。図４に示すように、浸珪処理前後の位置に本発明のシール装置４を設けることにより、ＣＶＤ処理炉Ｂ内の雰囲気ガスの逆流をより防止することができるとともに、塩化鉄付着による歩留悪化をより防止することができる。
なお、本発明のシール装置４の設置数については特に制限されないが、設備上の制約やメンテナンスの点から、２〜３個程度であることが好ましい。
回転ダンパ５については、例えば、硬質材であればよい。形状等についても特に限定されないが、炉本体１の天井部に埋没する状態で回動可能に設けられ、周面の一部が炉本体１内に露出していればよい。また、回転ダンパ５は、ロール６の垂直な上方へ平行するように設けられていればよい。
また、隙間を極めて微小にでき、完全なシール状態を実現できるという点から、特許文献２のように、回転ダンパ５とロール６の軸間距離を固定し、回転ダンパ５とロール６の半径の合計が回転ダンパ５とロール６の軸間距離よりも小さくなる部分を回転ダンパに設けていることが好ましい。
また、昇降ダンパ７についても特に限定されない。例えば、回転ダンパ５の上部へ平行に接離する堰板状のセラミックスファイバーからなり、炉本体１の天井部を上下動可能に設けられていればよい。
図１に示すような設備構成を有する連続浸珪処理設備において、ＳｉＣｌ４を含有する処理ガスを用い、板厚０．１ｍｍの鋼帯に浸珪処理を施し、高珪素鋼帯（６．５ｍａｓｓ％Ｓｉ材）を製造した。その際、シール装置としては図２に示す本発明のシール装置を用いた。一対の回転ダンパ５およびロール６は、ＣＶＤ処理炉Ｂ内の上流側および下流側にそれぞれ２対ずつ設置した。
回転ダンパ５とロール６により形成される空間９の圧力は３０ｍｍＨ２Ｏに保持した。なお、加熱炉Ａ、ＣＶＤ処理炉Ｂ、拡散処理炉Ｃの各炉内圧力（２０ｍｍＨ２Ｏ）よりも高圧である。
雰囲気ガスの逆流により塩化鉄が鋼帯表面に付着することに起因する、欠陥発生率を求めた。欠陥発生率の求め方は以下のとおりである。
＜欠陥発生率＞
欠陥が発生した場合、その欠陥部の前後１ｍを欠陥長とし、１コイル内におけるこの欠陥長の累計をこのコイルの長さで除したものを欠陥発生率とし、コイル毎の欠陥発生率を１０コイル分で平均した結果で、比較を行った。
従来のシール装置として、特許文献２のシール装置を用いた場合（比較例）の欠陥発生率を１とした場合の、本発明のシール装置を用いた場合の欠陥発生率について比較した結果を図５に示す。
図５から、比較例に比べて本発明のシール装置を用いた場合（本発明例）の欠陥発生率は、０．４に減少した。したがって、本発明のシール装置を用いることにより、シール性が向上し、欠陥発生率を低減することができる。
実施例１と同様に高珪素鋼帯を製造し、使用する回転ダンパの交換周期について調べた。交換周期は、シール装置間圧力と前後炉帯との差圧が連続して５ｍｍＨ２Ｏ以下となってしまった場合を交換のタイミングと判断した。従来（変更前）の交換周期を１として、本発明のシール装置を用いた場合の回転ダンパの交換周期について比較した結果を図６に示す。
図６から、比較例に比べて本発明のシール装置を用いた場合（本発明例）の交換周期は、１．５倍となった。したがって、本発明のシール装置を用いることにより、シール性が向上し、交換頻度を低減することができる。
１ 炉本体
２ ロール
３ 吹き付けノズル
４ シール装置
５ 回転ダンパ
６ ロール
７ 昇降ダンパ
８ 仕切板
９ 空間
１０ 穴
１００ 浸珪処理設備
Ａ 加熱炉
Ｂ ＣＶＤ処理炉
Ｃ 拡散処理炉
Ｄ 冷却炉
Ｓ 鋼帯（鋼板）

Claims (4)

  1. 鋼帯が通板する熱処理設備内において、
    前記鋼帯の上側に配置され、前記鋼帯に接触可能な回転ダンパと、
    前記回転ダンパに対向する位置で、前記鋼帯の下側に配置されるロールと
    を備え、前記回転ダンパと前記ロールとの対向部間に鋼帯を通板させるシール装置において、
    一対の回転ダンパおよびロールが２つ前記熱処理設備内に通板方向に直列に配置され、前記直列に配置された前記一対の回転ダンパおよびロール同士で仕切られる空間内に、不活性ガスが供給され、前記回転ダンパは硬質材であり、前記回転ダンパは、前記鋼帯に向けて不活性ガスを噴出させる穴を鋼帯幅方向に有することを特徴とするシール装置。
  2. 前記不活性ガスの圧力は、前記空間内の圧力が５ｍｍＨ２Ｏ〜１００ｍｍＨ２Ｏになるように設定されることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
  3. 前記シール装置は、前記熱処理設備内におけるＣＶＤ処理炉内に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のシール装置。
  4. 前記シール装置は、前記熱処理設備内の鋼帯通板方向上流側および下流側にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシール装置。
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