JPH0797673A - 合金化炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 時定数を小さくし、板厚，板幅，ライン速
度，亜鉛の目付け量等の操業条件の変更時や、難合金化
の材質の鋼板から合金化し易い材質の鋼板への変更等の
過渡期に、適正な合金化めっき皮膜を得るまでの時間の
短縮化を図る。 【構成】 合金化炉５あるいは合金化炉５を構成する加
熱帯５ａ内に配設される燃焼バーナのうちの下段半分に
高速噴流バーナ１２を採用する。高速噴流バーナ１２
は、燃焼用空気噴出管１２ａとこれに貫通配置した燃料
噴出管１２ｂとの環状空間に旋回羽根１２ｃを介設し、
燃料噴出管１２ｂはその前端を閉塞すると共に、その前
端部内側には燃料流を反転逆送させる筒状流路を形成す
る逆送管１２ｄを内設し、この燃料噴出管１２ｂの外周
部に放射状に開口させる適数の噴出孔１２ｅを旋回羽根
１２ｃの前方にバーナ中心軸に対し所定角度をもって開
設した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、合金化溶融めっき鋼板
製造設備を構成する合金化炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、溶融亜鉛
めっき鋼板をめっき後加熱して素地鋼板の鉄をめっき層
中に拡散させ、鉄亜鉛合金相を形成させた鋼板であり、
一般の亜鉛めっき鋼板と比較して塗装耐蝕性や溶接性に
優れていることから、自動車，家電，建材分野でひろく
採用されている（特開昭６２−１２４２６６号公報、特
開昭６２−１３０２６８号公報等）。

【０００３】ところで、自動車工場や家電，建材工場で
合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際、合金層中のＦ
ｅ重量％が適切でないと合金化めっき皮膜が脆弱となる
ので、合金化めっき鋼板のプレス加工時、パウダリング
と呼ばれるめっき合金粉の剥離が起こり、プレス加工時
の押し込みの原因となる。

【０００４】これを解決するためには、Γ相の生成を極
力抑えることが望ましく、その方法として、特開平１−
２７９７３８号で、４７０℃以上の板温度に達するまで
の時間が２．０秒以下の急速加熱を施し、合金化完了後
は冷却過程において板温度が４２０℃以下の温度域まで
２秒以下で急速冷却し、さらに、めっき浴内の浸漬時間
を２．５秒以下とし、かつ合金化最高板温度を４７０〜
５１０℃の範囲で加熱合金化処理する方法が開示されて
いる。しかし、特開平１−２７９７３８号では具体的な
加熱方法は何等記載されておらず、小型試験範囲の域を
出ていない。

【０００５】また、実開平３−３４０５４号では、合金
化炉に設置する燃焼バーナにセラミックスファイバーマ
トリックス発熱体からなる表面燃焼バーナを採用するも
のが開示されている。この合金化炉では均一加熱化は可
能であるが、急速加熱化は不可能である。さらに、実開
平３−４５９５４号では、複数のスリットノズルを交互
に設けることによりノズル先端近傍で急速に燃料ガスを
燃焼させるものが開示されている。しかし、この合金化
炉でも燃料ガスと燃焼用空気との混合性、高速噴流化が
完全ではなく昇温速度が未だ速くないので、本発明の目
的とする急速加熱化は不可能である。

【０００６】また、特開平３−１９９３６５号では、誘
導加熱方式の加熱帯と直火加熱方式の加熱帯の併用によ
って鋼板を加熱する際の合金化炉の板温制御方法が開示
されている。しかし、この方法は、合金化炉の時定数を
小さくするために誘導加熱方式を合金化炉の加熱帯の一
部に採用しただけで、直火加熱帯のバーナ構造について
は何等具体的な説明はない。また、既存の設備に誘導加
熱装置を設置することは設備的な大改造が必要となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】現状、合金化炉の加熱
帯には大きく分けて、誘導加熱方式のみによる加熱
帯、誘導加熱方式とコークス炉ガス（以下、「ＣＯガ
ス」という）による直火加熱方式を併用した加熱帯、
ＣＯガスによる直火加熱方式のみによる加熱帯、の３つ
がある。

【０００８】このうち、の誘導加熱方式のみによる加
熱帯は、合金化炉の時定数を小さくする目的においては
最も有利であるが、めっき鋼板の幅方向の温度制御が困
難であり、かつ、設備コストが高く、電力を使用するた
めにＣＯガスを使用する直火加熱方式と比較してランニ
ングコストも高価である。また、既存設備を誘導加熱方
式に変更するには製造ラインの長期停止と多大な費用が
必要となる。

【０００９】また、の誘導加熱方式と直火加熱方式の
併用型においても、めっき鋼板の幅方向の温度制御以外
は誘導加熱方式の合金化炉と同様の問題がある。これに
対して、の直火加熱方式の合金化炉は、合金化炉の制
御ゾーンを幅方向、長手方向に複数有し、かつ表裏面別
にＣＯガスを制御することで、鋼板表裏面の幅方向の合
金化度が制御できる。加えて、設備費用、ランニングコ
ストも誘導加熱方式や誘導加熱方式と直火加熱方式の併
用型よりも安価である。但し、現状使用されている直火
加熱方式の合金化炉のバーナは、火炎が直接鋼板に衝突
するタイプではなく、バーナの火炎でバーナタイルを加
熱し、加熱されたバーナタイルからの輻射熱によって鋼
板を加熱し合金化を行うものである。

【００１０】すなわち、現状使用されている直火加熱方
式の合金化炉において、めっき鋼板を加熱するための熱
源としては、加熱されたバーナタイルからの輻射熱、バ
ーナ炎からの輻射熱、炉内の雰囲気温度の３つであり、
このうちのバーナによる鋼板加熱の主体がバーナ火炎か
らの輻射熱とバーナタイルからの輻射熱であるため、合
金化炉の時定数が大きい。

【００１１】したがって、従来の直火加熱方式の合金化
炉においては、板厚，板幅，ライン速度，亜鉛の目付け
量等の操業条件の変更時や、難合金化の材質の鋼板から
合金化し易い材質の鋼板への変更等の過渡期には、適正
な合金化めっき皮膜を得るまでに長時間を必要としてい
た。

【００１２】本発明は、上記した従来の直火加熱方式の
合金化炉にあった問題点に鑑みてなされたものであり、
時定数を小さくすることにより従来の問題点を解決でき
る合金化炉を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明の合金化炉は、合金化炉あるいは合金化
炉を構成する加熱帯内に配設される燃焼バーナのうちの
適数に、燃焼用空気噴出管とこれに貫通配置した燃料噴
出管との環状空間に旋回羽根を介設し、かつ前記燃料噴
出管はその前端を閉塞すると共に、その前端部内側には
燃料流を反転逆送させる筒状流路を形成する逆送管を内
設し、この燃料噴出管の外周部に放射状に開口させる適
数の噴出孔を前記旋回羽根の前方にバーナ中心軸に対し
所定角度をもって開設した高速噴流バーナを採用するこ
ととしているのである。

【００１４】

【作用】本発明の合金化炉は、合金化炉あるいは合金化
炉を構成する加熱帯内に配設される燃焼バーナのうちの
適数に、上記した構成の高速噴流バーナを採用するの
で、高速噴流バーナの燃料噴出管から噴出する燃料は、
一旦燃料噴出管の前端部に衝突して反転逆送した後噴出
孔より高速で噴出することになって燃焼用空気との混合
が均一で良好となり、合金化炉内を搬送される鋼板に火
炎が直接衝突して急速に鋼板を加熱することになる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の合金化炉を添付図面に示す１
実施例に基づいて説明する。図１は本発明の合金化炉を
含む合金化溶融めっき鋼板製造設備の亜鉛ポットからト
ップロールまでの主要設備の概要説明図、図２は本発明
の合金化炉に配設される高速噴流バーナの構造説明図で
ある。

【００１６】図１において、１は溶融亜鉛浴であり、こ
の溶融亜鉛浴１内のシンクロールを含む３本の浴中ロー
ル２〜４と合金化炉５を構成する加熱帯５ａ直下のタッ
チロール６によってパスラインが安定化されためっき鋼
板（以下、単に「鋼板」という）７は、ガスワイピング
装置８によって溶融亜鉛の目付け量を制御され、エッジ
バーナ９によって鋼板７の端部を加熱された後、加熱帯
５ａ，保持帯５ｂとで構成される合金化炉５で合金処理
された後、風冷帯１０さらには気水冷却帯１１で冷却さ
れ後段の工程に送られる。

【００１７】ところで、本発明の合金化炉５は、例えば
合金化炉５を構成する加熱帯５ａの内部に配設される燃
焼バーナのうちの下段半分に、図２に示すような構造の
高速噴流バーナ１２を採用しているのである。

【００１８】すなわち、この高速噴流バーナ１２は、燃
焼用空気噴出管１２ａとこれに貫通配置した燃料噴出管
１２ｂとの環状空間に旋回羽根１２ｃを介設した構造で
ある。そして、前記燃料噴出管１２ｂはその前端を閉塞
したものとすると共に、その前端部内側には燃料流を反
転逆送させる筒状流路を形成する逆送管１２ｄを内設し
ている。したがって、燃料噴出管１２ｂ内を直進する燃
料は、この逆送管１２ｄを通って燃料噴出管１２ｂの前
端部に衝突した後、反転逆送されて燃料噴出管１２ｂ外
周の前端寄りの位置に設けられた旋回羽根１２ｃの前方
に放射状に開設された噴出孔１２ｅより均一に噴出する
こととなる。

【００１９】ところで、この高速噴流バーナ１２は、前
記放射状に開口させる適数の噴出孔１２ｅを、筒状流路
の終端部に近い位置でかつ前記旋回羽根１２ｃの前方に
所定の距離を存して、しかもバーナ中心軸に対して例え
ば３０〜９０°の角度をつけて開設しており、この角度
をつけることで旋回羽根１２ｃによって強い旋回を付与
された燃焼用空気と噴出孔１２ｅから噴出せしめられる
燃料が常に一定不変の相対関係下において良好に混合す
ることになる。

【００２０】なお、本実施例では燃料噴出管１２ｂは燃
焼用空気噴出管１２ａに対して軸方向の摺動可能及び所
定位置での固定可能に、また燃焼用空気噴出管１２ａは
炉壁孔に対して軸方向の摺動可能及び所定位置での固定
可能に設置できるものをしめしている。

【００２１】次に本発明の効果を確認するために行った
実験結果について説明する。図３に示すような小型試験
炉１３を使用し、バーナ容量が６万Kcal／Hrの図２に示
した構造の高速噴流バーナ１２と、バーナ容量が１０万
Kcal／Hr，５万Kcal／Hrの従来型バーナの３種類のバー
ナを用い、各バーナによる鋼板昇温速度の比較試験を行
った。なお、試験に用いた供試材１４は、板厚０．８ｍ
ｍ，幅２００ｍｍ，長さ６５０ｍｍの冷圧鋼板を使用し
た。また、試験時、バーナの空燃比はいずれも１．１に
調整し、すべてのバーナの燃焼量は５万Kcal／Hrの燃焼
条件で行った。

【００２２】まず、炉温８００℃以下の条件でバーナを
点火し、炉温が８００℃になったところで熱電対を取り
付けた供試材１４を試験炉１３に挿入し、供試材１４の
温度が７００℃になるまで供試材温度の昇温カーブを記
録した。但し、実機では４６０〜５００℃の鋼板が４６
０℃のめっき浴に浸漬された後ガスワイピング装置で溶
融亜鉛の付着量を調整されて合金化炉に搬入される。そ
して、合金化炉への搬入時の鋼板温度は４００〜４６０
℃の範囲内であると考えられる。そこで、前記試験炉１
３による試験で得られた供試材の昇温カーブのうち供試
材温度が４００〜７００℃の領域の結果を図４に示し、
この図４に基づいて各バーナごとに供試材温度５０℃ご
との昇温速度を計算した。その結果を表１に示すが、こ
の結果より高速噴流バーナの供試材昇温速度は従来バー
ナの約３倍であることが判る。

【００２３】

【表１】

【００２４】しかし、従来バーナを設置しても、高速噴
流バーナを設置しても、合金化炉を通過する鋼板の速度
は他の要因で制約されるので変更できないため、鋼板が
合金化炉内に滞在する時間は同じであるから、上記表１
の結果より、高速噴流バーナを合金化炉に設置する場合
には以下の事柄を考慮する必要がある。

【００２５】例えば合金化炉の加熱帯の長さが１０ｍ，
鋼板の搬送速度が１００ｍ／分である場合、鋼板の加熱
帯滞在時間は６秒である。したがって、合金化炉に搬入
される鋼板の温度が４００℃とすると、加熱帯に設置さ
れるバーナがすべて従来バーナであれば、図４より鋼板
温度は４７０℃までしか上昇しないが、すべてが高速噴
流バーナであると６２０℃まで上昇する。すなわち、従
来バーナの約３倍の昇温速度である。

【００２６】鋼板の急速昇温の観点のみから考えればす
べてを高速噴流バーナとすることが得策である。しか
し、耐パウダリング性等の品質面からみると合金化炉の
加熱帯直後の鋼板温度が仮に５２０〜５５０℃が望まし
いとすれば、合金化炉の加熱帯の下段半分に高速噴流バ
ーナを、上段半分に従来バーナを設置すると、表１の結
果より、加熱帯直後の鋼板温度は、 ４０＋３７＋３３．３＋１０．５×３＝５４１．５℃ となる。

【００２７】したがって、仮に加熱帯の下段半分に高速
噴流バーナを、上段半分に従来バーナを設置すると、昇
温速度は従来バーナのみを設置した場合の約２倍とな
り、鋼板皮膜の品質上最適な鋼板温度に制御できること
になる。なお、合金化炉加熱帯直後の最適鋼板温度は、
鋼板の成分，寸法等によって異なるものであるから、鋼
板の種類，加熱帯の長さ，鋼板の搬送速度等によって高
速噴流バーナの設置数が最適になるように決定する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の合金化炉
では、板厚，板幅，ライン速度，亜鉛の目付け量等の操
業条件の変更時や、難合金化の材質の鋼板から合金化し
易い材質の鋼板への変更等の過渡期にも合金化炉の時定
数を最適に設定でき、かつ安定した合金化炉操業が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の合金化炉を含む合金化溶融めっき鋼板
製造設備の亜鉛ポットからトップロールまでの主要設備
の概要説明図である。

【図２】本発明の合金化炉に配設される高速噴流バーナ
の構造説明図である。

【図３】本発明の合金化炉の効果を確認するために実験
した小型試験炉の説明図である。

【図４】本発明の合金化炉の効果を確認するために行っ
た実験の結果を示す図である。

【符号の説明】

５ 合金化炉 ５ａ 加熱帯 １２ 高速噴流バーナ １２ａ 燃焼用空気噴出管 １２ｂ 燃料噴出管 １２ｃ 旋回羽根 １２ｄ 逆送管 １２ｅ 噴出孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合金化溶融めっき鋼板製造設備を構成
   し、溶融めっき後の鋼板を加熱する合金化炉において、
   合金化炉内に配設される燃焼バーナのうちの適数に、燃
   焼用空気噴出管とこれに貫通配置した燃料噴出管との環
   状空間に旋回羽根を介設し、かつ前記燃料噴出管はその
   前端を閉塞すると共に、その前端部内側には燃料流を反
   転逆送させる筒状流路を形成する逆送管を内設し、この
   燃料噴出管の外周部に放射状に開口させる適数の噴出孔
   を前記旋回羽根の前方にバーナ中心軸に対し所定角度を
   もって開設した高速噴流バーナを採用したことを特徴と
   する合金化炉。
2. 【請求項２】 合金化炉を構成する加熱帯内に配設され
   る燃焼バーナのうちの適数に、請求項１記載の高速噴流
   バーナを採用したことを特徴とする合金化炉。