JPH09235626A - 鋼帯の連続焼鈍における一次冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｈ₂ ガスの濃度、冷却ガスの温度、冷却ガス
の流速を適正に選択し、鋼帯の連続焼鈍において最も効
率的でしかも廉価な鋼帯の連続焼鈍における一次冷却方
法を提供する。 【解決手段】 加熱工程Ａ、均熱工程Ｂ、少なくとも後
半に急冷処理工程を有する一次冷却工程Ｃ、過時効処理
工程Ｄ、及び最終冷却工程Ｅを備えた鋼帯２６の連続焼
鈍における一次冷却方法であって、急冷処理工程に使用
する冷却ガスに、Ｈ₂ ガス濃度が３０〜６０％の非酸化
性ガスを使用すると共に、冷却ガスの吹付け温度を３０
〜１５０℃、その吹付け速度を１００〜１５０ｍ／秒と
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼帯の連続焼鈍に
おける一次冷却方法において、冷却ガスにＨ₂ ガスを含
む非酸化性ガスを吹付けて急速冷却する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷間圧延後の鋼帯は硬過ぎて加工性が殆
どないので、そのままではプレス成形ができず実用に供
されない。鋼帯の加工性を向上させるには、鋼帯の結晶
粒度を十分に大きくすること、及び鋼帯に含まれる固溶
炭素をできるだけ少なくすることが必要である。このた
め、均熱、一次冷却及び過時効を含む連続焼鈍処理が行
われている。より詳しくは、均熱工程と、一次冷却工程
と、過時効処理工程とを含む連続焼鈍処理が行われてい
る。即ち、冷間圧延後の鋼帯を再結晶温度以上に加熱
し、７００〜８５０℃の均熱温度にて一定時間保持して
結晶粒を成長させる。この均熱工程において、溶解した
炭素が固溶状態で生成されるが、次工程において無害化
されなければならない。そこで、一次冷却の前半におい
て、フェライト地の固溶炭素量を多くするため、更には
操業上クーリングバックル等の形状不良を防ぐために、
一定温度（６００〜７００℃）までの徐冷を行ってい
る。また、一次冷却の後半で過時効温度（約４００℃）
まで急冷している。さらに、この温度で一定時間保持し
固溶炭素をセメンタイトとして析出させて固溶炭素を減
少させた後、最終冷却する。ところで、急冷のため鋼帯
の一次冷却の後半に気水冷却を使用し水を用いて冷却す
ると、鋼帯表面に酸化膜が生成し、連続焼鈍直後に酸洗
等を行う後処理が必要であるので、Ｎ₂ ベースの非酸化
性ガスを鋼帯に吹付けて冷却する方法において、冷却能
の大きいＨ₂ ガスを多量に含む冷却ガスを用いる冷却方
法が、例えば特公昭５５−１９６９号公報や特開平６−
３４６１５６号公報において提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記それぞれの公報に
おいては、Ｈ₂ ガスの濃度が８〜９０％の範囲で、Ｈ₂
ガスを調整することが記載されているが、以下のような
点については十分な解明がなされていないことが判明し
た。 Ｈ₂ ガスの濃度が上がれば確かに冷却能力が上がる
が、コスト高になる。 そこで、Ｈ₂ ガスの濃度を下げて、ノズルからのガス
の吹付け速度を増加すれば、高い冷却能力は達成できる
が、一定速度以上になると、通過する鋼帯にバタツキが
発生し、鋼帯に傷が付き易い。 また、Ｈ₂ ガスを含む冷却ガスは循環使用し、不足分
のみを供給すれば効率的に冷却ガスを使用できるが、こ
の場合、冷却する鋼帯によって冷却ガスが加熱されるの
で、結果として高温度のガスとなって、冷却効率が下が
るという欠点があるが、従来技術においては適正な冷却
ガスの温度については考慮されていない。本発明はかか
る事情に鑑みてなされたもので、種々実験の結果、Ｈ₂
ガスの濃度、冷却ガスの温度、冷却ガスの流速を適正に
選択し、鋼帯の連続焼鈍において最も効率的でしかも廉
価な鋼帯の連続焼鈍における一次冷却方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の鋼帯の連続焼鈍における一次冷却方法は、加熱工
程、均熱工程、少なくとも後半に急冷処理工程を有する
一次冷却工程、過時効処理工程、及び最終冷却工程を有
する鋼帯の連続焼鈍における一次冷却方法であって、前
記急冷処理工程をガス吹付け冷却にて行い、そこで使用
する冷却ガスに、Ｈ₂ ガス濃度が３０〜６０％の非酸化
性ガスを使用すると共に、該冷却ガスの吹付け温度を３
０〜１５０℃、その吹付け速度を１００〜１５０ｍ／秒
としている。なお、ここで吹付け速度とは、鋼帯に吹付
けられる冷却ガスがノズルから吹き出るときの速度をい
う。請求項２記載の鋼帯の連続焼鈍における一次冷却方
法は、請求項１記載の方法において、前記急冷処理工程
の開始温度を６００〜７００℃、終了温度を２００〜４
５０℃とし、更にその冷却速度ＣＲ（℃／秒）と板厚ｔ
（ｍｍ）との関係が、以下の（１）式を満足している。 ＣＲ・ｔ≧６０ ℃ｍｍ／秒 ・・・・ （１） 請求項３記載の鋼帯の連続焼鈍における一次冷却方法
は、請求項１又は２記載の方法において、前記冷却ガス
の吹付けには、前記鋼帯に向かって突出する円孔ノズル
を用い、該円孔ノズルの先端と該鋼帯との距離を７０ｍ
ｍ以下にしている。そして、請求項４記載の鋼帯の連続
焼鈍における一次冷却方法は、請求項１〜３のいずれか
１項に記載の方法において、前記鋼帯の急冷処理を行う
炉帯と隣接する炉帯との間のガスシールを行って、防爆
構造としている。

【０００５】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施の形
態に係る鋼帯の連続焼鈍における一次冷却方法を適用し
た薄板用連続焼鈍設備の説明図、図２は同連続焼鈍設備
の炉部における鋼帯の通過時間と温度の関係を示すグラ
フ、図３は急冷処理を行う装置の斜視図、図４は吹付け
ガス箱とその上の冷却ガスのノズルの正面図、図５は吹
付けガス箱の断面図、図６はノズルの開口面積比率とブ
ロワー動力指数との関係を示すグラフ、図７はノズル口
径／吹付け距離とブロワー動力指数の関係を示すグラ
フ、図８はガスシール装置の説明図、図９は冷却ガス中
のＨ₂ ガス濃度と鋼帯がバタツキを起こす限界の関係を
示すグラフ、図１０はＨ₂ ガス濃度と鋼帯製造のランニ
ングコスト（運転コスト、以下同じ）の関係を示すグラ
フ、図１１はＨ₂ガス濃度と鋼帯製造のランニングコス
トの関係を示すグラフ、図１２は急冷帯における鋼帯の
温度と通過時間との関係を示すグラフ、図１３はＨ₂ ガ
ス濃度と熱伝達係数の関係を示すグラフである。

【０００６】図１に示すように、本発明の一実施の形態
に係る鋼帯の連続焼鈍における一次冷却方法を適用した
連続焼鈍設備１０の炉部（以下、連続焼鈍炉という）１
０ａは、加熱帯１１、均熱帯１２、一次冷却帯１３、過
時効帯１４、及び二次冷却帯である最終冷却帯１５から
なり、一次冷却帯１３は前半の徐冷帯１３ａと後半の急
冷帯１３ｂとで構成されている。前記連続焼鈍炉１０ａ
の入側には、材料コイルの巻き戻し機１６、先行及び後
行鋼帯２６を接続する溶接機１７、電解清浄等を行う前
処理装置１８、及び入側ルーパー１９を備え、連続焼鈍
炉１０ａの出側には、出側ルーパー２０、調質圧延機２
１、コイルの耳切り、検査及び塗油等の処理を行う精整
装置２２、製品コイル単位で鋼帯２６を切断する分割剪
断機２３及び製品コイルの巻き取り機２４を備えてい
る。

【０００７】前記一次冷却帯１３の後半部分の急冷帯１
３ｂを構成する急冷装置１３ｃを図３に示すが、複数の
スタビライジングロール２５によって支持された鋼帯２
６を挟んで吹付けガス箱２７、２８が設けられている。
鋼帯２６の一方側で吹付けガス箱２７、２８の片側には
並列に接続された複数のダンパー２７ａ、２８ａを介し
て断面Ｙ字状の吹き込み分岐ダクト２９を介して冷却ガ
スの吹き込み集合ダクト３０が設けられ、鋼帯２６の他
方側には鋼帯２６に吹付けられた冷却ガスを回収する吸
引ダクト３１が設けられている。この吸引ダクト３１の
それぞれが連結される吸引集合ダクト３１ａの基端側下
方には水等を冷媒とする熱交換機３２を備えて、加熱さ
れた冷却ガスを冷却し下部ダクト３３を通じてブロワー
３４に導くようになっている。なお、熱交換機３２の他
に更にフロンやアンモニア等の冷媒を用いる冷凍機を設
けて、熱交換機３２で冷却された冷却ガスを更に冷却す
ることも可能である。なお、図３において、３５はブロ
ワー３４の駆動モータを、各矢印は冷却ガスの流れを示
す。

【０００８】前記吹付けガス箱２７（２８も同様）を図
４、図５に示すが、吹付けガス箱２７の表面に短管から
なる多数のノズル３６が設けられている。このノズル３
６は円管状に突出する円孔ノズルからなり、鋼帯２６に
突き出ている吹き出し口の内径が、例えば９．２ｍｍと
なって、吹付けガス箱２７の前面に千鳥模様状に配列さ
れている。また、ノズル３６全体の開口面積（吹付けガ
ス箱２７の前面側面積に対するノズル３６の開口面積の
割合）は、吹付けガス箱２７の前面側面積の２〜４％に
なるように形成され、それぞれのノズル３６から冷却ガ
スが一定の風速で吹き出すようになっている。ノズル３
６の開口面積比率と、ブロワー３４の動力指数（動力
比）との関係を図６に示す。図示するように、ノズル３
６の開口面積比率を２〜４％程度とした場合が最も効率
がよい。これはノズル３６の開口面積比率が４％を越え
ると同一風量に対して冷却ガスの風速が減少し、ノズル
３６の開口面積比率が２％を越えない範囲では同一風量
では流速が高くなってノズル３６における圧力損失がよ
り大きくなるからと判断される。また、ノズル３６の先
端から鋼帯２６の表面までの距離、即ち、図５に示され
る吹付け距離ｄは７０ｍｍ以下となって、ノズル３６の
突出長さは、（１００ｍｍ−ｄ）以上になるように調整
されている。これはノズル３６の先端から鋼帯２６まで
の距離ｄが大きくなると、鋼帯表面に吹付けられる冷却
ガスの流速が減衰するからであり、ノズル３６の突出長
さを（１００ｍｍ−ｄ）以上としたのは、ノズル３６の
吹き出し口の背部に冷却ガスの逃げる部分を作ることに
よって、吹付けられて熱せられた冷却ガスの鋼帯表面で
の滞留を減少し、冷却を効率的ならしめると共に、鋼帯
幅方向の冷却均一性をよくするためである。

【０００９】前記ノズル３６の吹き出し口の内径につい
て検討する。図７にはノズル口径／吹付け距離ｄとブロ
ワー３４の動力指数（動力比）との関係を示している
が、（ノズル口径／吹付け距離）が小さい程ブロワー３
４の動力が減少している。また、ノズル３６から冷却ガ
スを吹き出して高冷却能力を実現するためには、ノズル
３６を密に配置し冷却ガスの個々のジェット流のノズル
軸芯付近の最も冷却能力の高い部分が鋼帯２６に密にか
つ一様に分布される必要がある。従って、ノズル口径は
小さい程有利になるが、ノズル口径を小さくすると、ノ
ズルの個数が増加し設備及び保守のコストが高騰すると
いう不利な面があるので、この両者を考慮すると吹き出
し口の内径は吹付け距離ｄの１／５以下であって、しか
も実用的に加工できる３ｍｍ以上とするのが好ましい。

【００１０】前記急冷帯１３ｂに隣接する徐冷帯１３ａ
や過時効帯１４から異種ガスが混入すると、急冷帯１３
ｂの冷却ガスのＨ₂ 濃度が低下し冷却能力が下がるとい
う問題があり、更には急冷帯１３ｂの冷却ガスには高濃
度のＨ₂ ガスを含む非酸化性ガスを使用しているので防
爆構造とする必要がある。そこで、この連続焼鈍設備１
０における一次冷却帯１３の後半にある急冷帯１３ｂの
前後には、図８に示すようなガスシール装置３８が設け
られている。以下、急冷帯１３ｂと過時効帯１４の中間
に設けられているガスシール装置３８について説明する
が、徐冷帯１３ａと急冷帯１３ｂの中間に設けられてい
るガスシール装置３８も同様な構造となっている。急冷
帯１３ｂの出口３９と過時効帯１４の入口４０との間に
は、通過する鋼帯２６を挟んで上下に、対向する帯状の
吸引口４１を有するガス吸引室４２をそれぞれ備えると
共に、上下のガス吸引室４２を中央にして、上下にそれ
ぞれ対向する帯状の吹き出し口４３、４４を備える雰囲
気ガスのガス吹き出し室４５、４６を両側に備えたガス
シール装置３８が設けられている。鋼帯２６の入口側の
上下のガス吹き出し室４５には、循環ブロワー４７を介
して急冷帯１３ｂからの冷却ガスが供給されて、鋼帯２
６の表裏面に吹付けられて、吹き出し口４３から急冷帯
１３ｂ方向のガスの流れを作り、急冷帯１３ｂからのガ
スの侵入を防止している。また、同様に鋼帯２６の出口
側の上下のガス吹き出し室４６には循環ブロワー４８を
介して、過時効帯１４内の雰囲気ガスが供給され、吹き
出し口４４から過時効帯１４方向へのガスの流れを形成
して、過時効帯１４の雰囲気ガスが侵入しないようにし
ている。

【００１１】前記吹き出し口４３から噴出される冷却ガ
スの一部は鋼帯２６の流れ方向に流れ、吹き出し口４４
から噴出される雰囲気ガスの一部も鋼帯２６の流れ方向
とは反対方向に流れるが、ガス吹き出し室４５、４６の
中央にはガス吸引室４２を備えるので、吸引口４１によ
って吸引されて、排気ブロワー４９によって外部に排気
される。そして排気ブロワー４９によって排気される
と、急冷帯１３ｂ及び過時効帯１４内のガスがそれぞれ
不足するので、予め用意した冷却ガス及び雰囲気ガスを
それぞれ供給することになる。これによって、急冷帯１
３ｂからの高濃度のＨ₂ ガスを含む冷却ガスの過時効帯
１４への侵入を防止することによりガスシールを達成す
ることができ、冷却ガスの成分濃度を一定に保つことが
できると共に、高濃度のＨ₂ ガスの漏洩を防止して、高
価なガスの消費量を節約することができ、かつ、安全操
業を行うことができる。

【００１２】次に、図１、図２を参照して、連続焼鈍設
備１０の動作の概要を説明し、本発明の一実施の形態に
係る鋼帯の連続焼鈍における一次冷却方法について説明
する。巻き戻し機１６から巻き解かれた鋼帯２６は、溶
接機１７によって先に送られた鋼帯に接続され、電解洗
浄装置等を含む前処理装置１８に送られる。この後、入
側ルーパー１９を通って連続焼鈍炉１０ａの加熱帯１１
に供給されて再結晶温度以上に加熱され（以上、加熱工
程Ａ）、次いで均熱帯１２に供給され、７００〜８５０
℃の温度に一定時間保持される（以上、均熱工程Ｂ）。
これらの工程Ａ、Ｂで鋼帯２６は再結晶し引き続いて粒
成長が進行するので、軟質化すると同時に高い加工性を
持つようになる。しかし、鋼帯２６に高温度の熱処理を
施すと鋼帯２６中の炭化物が組織中に溶解し、鋼帯２６
をそのまま冷却すると、固溶した炭素が多量に鋼帯２６
中に存在するようになる。この固溶炭素は時間の経過と
共に析出して鋼帯２６を硬化させると同時に、大きな降
伏点伸びを発生させるので、固溶炭素の存在は好ましい
ものではない。

【００１３】そこで、鋼帯２６中の固溶炭素量をできる
だけ少なくするために、均熱処理後に過時効帯１４で固
溶炭素が拡散可能な温度域（４００℃前後）で一定時間
保持する過時効処理が施される。これにより、固溶炭素
がセメンタイト（Ｆｅ₃ Ｃ）として析出し、鋼帯２６中
の固溶炭素量は大きく減少する（以上、過時効処理工程
Ｄ）。この過時効処理を促進するために、鋼帯２６は均
熱後Ａ₁ 変態点（７２３℃）以下のある温度Ｔ_S まで徐
冷帯１３ａで徐冷した後、急冷帯１３ｂで過時効温度ま
で急速冷却される。この急速冷却によって急冷終点（図
２における温度Ｔ_E ）では固溶炭素は、Ｆｅ−Ｃ系平衡
状態図におけるその温度での炭素固溶限より過剰な炭素
がフェライト地に固溶していて過飽和状態となり、過時
効処理時のセメンタイトの析出が促進される。ここで、
鋼帯２６は前述のように、均熱後、一次冷却の前半でＡ
₁ 変態点以下のある温度Ｔ_S まで徐冷されるが、これは
フェライト地の固溶炭素量を多くすると共に、操業上ク
ーリングバックル等の形状不良を防ぐ目的を持つ。この
ような操業上の理由からＴ_S の上限は７００℃とされ
る。また、図２に見られるように、Ｔ_S は急冷開始温度
であり、急冷終点である過時効温度に近づきすぎては意
味がないので、下限は６００℃とされる。また、急冷終
点温度Ｔ_E の上限は過時効開始温度の上限で４５０℃と
すべきである。そして、一次冷却の後半、急冷帯１３ｂ
で行う急速冷却工程の冷却速度は、前記過飽和状態を達
成するために冶金学的に６０℃／秒以上、望ましくは８
０℃／秒程度以上が必要とされる。即ち、前記冷却速度
が６０℃／秒未満では、製品である鋼板中の固溶炭素量
が多くなりすぎて硬化し、プレス時の加工性が劣化する
（以上、一次冷却工程Ｃ）。そして、過時効処理を経た
鋼帯２６は最終冷却帯１５で室温まで徐冷される（以
上、最終冷却工程Ｅ）。

【００１４】また、高張力鋼帯、特にフェライト地にマ
ルテンサイトが混在する二相組織型高張力鋼帯を製造す
る場合には、焼鈍サイクルに工夫がなされており、均熱
帯１２においてＡ₁ 変態点以上の温度まで加熱し（加熱
工程Ａ′）、その温度で均熱し、フェライトとオーステ
ナイトの二相状態とした上で（均熱工程Ｂ′）、徐冷帯
１３ａで徐冷した後、急冷帯１３ｂで急冷開始温度Ｔ_S
より急冷する。そして、急冷終点温度Ｔ_E ′は、マルテ
ンサイト化変態温度Ｍ_S （化学成分によって異なるが２
５０℃程度）より下の温度でオーステナイトを効率よく
マルテンサイトに変態させる。従って、Ｔ_E ′の下限温
度は２００℃としている。この急冷処理工程での冷却速
度が不足すると、連続冷却変態曲線におけるフェライ
ト、パーライト等への変態開始のノーズ（Ｎｏｓｅ）に
引っ掛かって、オーステナイトの一部はそれらの相に変
態してしまい、マルテンサイト化変態の効率が悪くな
る。このことから冶金学的には急速冷却工程には６０℃
／秒の冷却速度が必要であり、合金成分を一層節約しよ
うとする場合には、１００℃／秒以上が望ましい。この
様子を図２に一点鎖線で示すが、一次冷却工程Ｃ′の部
分で約２００℃まで急速冷却され、その後過時効帯１４
で低温保定工程Ｄ′に移行した後、最終冷却工程Ｅ′に
移っている。

【００１５】従って、連続焼鈍炉１０ａの急冷帯１３ｂ
の冷却能力は、冷却速度をＣＲ、鋼帯の厚みをｔとし、
連続焼鈍炉１０ａで焼鈍する鋼帯の板厚が通常１ｍｍ程
度であることを考慮すると、前記した（１）式が成立す
ることが必要になる。一方、伝熱理論によって熱伝達係
数α（ｋｃａｌ／ｍ² ｈ℃）は次の（２）式であること
が知られている。 ＣＲ＝ｋ・α／ｔ ・・・・（２） ここで、ｋは定数である。この（２）式を変形すると次
の（３）式のようになる。 ＣＲ・ｔ＝ｋ・α ・・・・（３） これを前記した（１）式に代入すると（４）式のように
なる。 ｋ・α ≧ ６０ ℃ｍｍ／秒 ・・・・（４） ここで、急冷帯１３ｂを図３に示すような急冷装置１３
ｃに特定した場合には、定数ｋの値が決まり、この値を
（４）式に代入すると、前記（１）式の条件を満たす熱
伝達係数αの値は（５）式のようになる。 α ≧ ４１０ ｋｃａｌ／ｍ² ｈ℃ ・・・・（５） 前記急冷処理工程に前述のように気水冷却を使用する
と、（５）式を満足する冷却は可能であるが、鋼帯２６
の表面に薄い酸化膜が形成され、焼鈍後の後処理で軽酸
洗、酸洗リンス、化成性向上のための特殊処理、最終リ
ンスの工程が必要となるので設備コストが増加するとい
う欠点がある。そこで、非酸化性ガスのジェット流を鋼
帯２６に吹付けて急冷する方法に注目した。表１に、１
００℃における窒素ガス（Ｎ₂ ）９５％と水素（Ｈ₂ ）
ガス５％の混合ガスの冷却能を１とした場合の使用可能
な各ガスの冷却能の比を示す。表１によればＨ₂ ガス濃
度の高い冷却ガスを用いることによって高い冷却能を得
ることができることになるが、これはＨ₂ ガスの熱伝導
率がＮ₂ ガスの約７倍という物性値の相違によるもので
ある。

【００１６】

【表１】

【００１７】また、先に本出願人が提案した特公平２−
１６３７５号公報においては、前記気水冷却の代わり
に、表１の基準ガスである爆発限界内の５％Ｈ₂ 残Ｎ₂
ガスの冷却ガスが使用され、このように５％Ｈ₂ 残Ｎ₂
ガスの冷却ガスを用いた実際の操業では、ノズルの先端
からのガスの吹付け速度を１００ｍ／秒程度まで上げた
高速ガス冷却法が行われ、以下の（６）式を満足する冷
却能力を達成している。 ＣＲ・ｔ＝３０〜５０ ℃ｍｍ／秒 ・・・・・（６） 本発明は前述のように、新たに認識した冶金学的要請か
ら、前記（１）式を満足するように、更に急冷帯１３ｂ
の冷却能力を高めるものである。また、５％Ｈ₂ 残Ｎ₂
ガスの冷却ガスの冷却能が前記（６）式を満たすこと、
及び表１に示すように、１００％のＨ₂ ガスは、その冷
却能が５％Ｈ₂ 残Ｎ₂ ガスの約１．７倍になることか
ら、１００％のＨ₂ ガスを冷却ガスとして使用すれば、
一応前記（５）式は満足すると思われる。ところが、冷
却ガスの一部は図８に示すように排気ブロワー４９から
排気しているので、順次供給する必要もあって、Ｈ₂ ガ
スの濃度を過度に高くすると設備全体の運転コストが高
くなる。なお、表１によればＨｅガスを使用することも
考えられるが、Ｈｅガスはガス自体が極めて高価である
ので現実的でない。

【００１８】ところで、急冷帯１３ｂの冷却能の度合い
を示す前記した熱伝達係数αは、本発明者がパイロット
ラインテストにより得た実験式によれば、冷却ガスのノ
ズルからの吹付け速度Ｖ及び冷却ガスの種類との関数で
あって次の（７）式のように表せる。 α＝Ｋ・λ^a ・Ｖ^b （ａ＞０、ｂ＞０） ・・・・（７） ここで、λはガスの種類に依存する変数、Ｖは吹付け速
度、Ｋ、ａ及びｂは定数である。（７）式において、ガ
スの種類に依存する変数λは、Ｎ₂ とＨ₂ の混合ガスに
おいてはＨ₂ 濃度を増すに応じて大となり、従って表１
に示すように、熱伝達係数αが大となる。一方、（７）
式から、冷却ガスの速度Ｖを速くすれば熱伝達係数αは
大きくなるので、表１に示すように、比較的コストのか
かる１００％Ｈ₂ガスを使用しなくても、冷却ガスの吹
付け速度を大きくすることによって、冷却能力の向上を
図ることができることが分かる。ところが、冷却ガスの
吹付け速度を一定以上に増大すると、ブロワー運転のた
めの電力費用が急激に増大すると共に、冷却する鋼帯２
６にバタツキを生じさせ、更に単位体積当たりの重量の
大きいＮ₂ ガスの割合が増加するとこの傾向が著しくな
る。これは、板にバタツキを発生させる力は、吹付けガ
スの運動エネルギーに最も強く影響される（比例する）
と考えられ、吹付けガスの運動エネルギーＥは以下の式
のように表されるからである。 Ｅ＝ γ／２ｇ×ｖ² ・・・・（８） ここで、γはガスの比重、ｇは重力の加速度、ｖはガス
の流速である。

【００１９】鋼帯２６にバタツキが発生すると、鋼帯２
６がノズル３６の先端等に当たって鋼帯２６に掻き疵が
発生する等の問題がある。そこで、図３に示すような装
置を用いて、冷却ガス温度を一定（１００℃）にし、Ｈ
₂ ガスの濃度を変えた冷却ガスを鋼帯２６に吹付け、バ
タツキを起こすガスの限界吹付け速度を検討した結果を
図９に示す。なお、このバタツキを起こす限界は、鋼帯
の板厚ｔ及び張力によって多少変化する。また、図３に
示すスタビライジングロール２５の間隔を短くすること
によって緩和されるので、冷却ガスの吹付け速度を大き
くすることもできる。

【００２０】なお、前記（１）式の条件を左右するもの
に、冷却ガスの温度がある。図３に示す急冷装置１３ｃ
では、鋼帯２６の冷却に使用した冷却ガスは、吸引ダク
ト３１から吸引されて熱交換機３２によって熱交換され
ている。この熱交換機３２の冷媒には安価な水を使用し
ているので、熱交換機３２を通過した冷却ガスの温度は
８０〜１５０℃となるが、より効率的な熱交換を行って
８０〜１００℃程度とするのが、急冷却の観点から、経
済的にもより好ましい。また、前記熱交換機３２にフロ
ンやアンモニア等を冷媒とする冷凍機を付加して冷却ガ
スの温度を３０〜８０℃とすることも可能であり、これ
によって更に効率的な鋼帯の冷却を行うことができる。

【００２１】また、冷却ガス中のＨ₂ ガスの濃度を低く
するとＮ₂ ガスの濃度が増加し、Ｎ₂ ガスは安価である
ので、使用する冷却ガスの値段は安価になる。ところ
が、冷却ガス中のＨ₂ ガスの濃度を小さくすると、Ｎ₂
ガスの濃度が大きくなって、冷却ガスの単位体積当たり
の重量が大きくなりブロワー等の電力費が嵩む。また表
１からも推察されるように、冷却ガス中のＨ₂ ガスの濃
度を増加すると熱伝達係数は増加することになる。前記
（１）式を満たす条件で、冷却ガス中のＨ₂ ガスの濃度
を変えた場合の急冷帯の運転コスト（即ち、ランニング
コスト）について調べた実験例１及び実験例２の結果
を、図１０、図１１にそれぞれ示す。そして、冷却ガス
中のＨ₂ ガスの量が減少すると熱伝達係数が小さくなる
ので、その分は表２に示すように冷却ガスのノズルから
の吹付け速度で補なっている。

【００２２】

【表２】

【００２３】図１０には厚みが０．７９８ｍｍで幅が１
３００ｍｍの鋼帯を２７０ｍ／分で搬送して、鋼帯温度
を６７５℃から４１０℃に急冷させた場合の鋼帯１トン
当たりの急冷帯１３ｂのランニングコストを示す。そし
て、図１１には厚みが０．６３３ｍｍ、幅が１３００ｍ
ｍの鋼帯を２６０ｍ／分で搬送して、鋼帯温度を６７０
℃から２７０℃に急冷した場合の鋼帯１トン当たりの急
冷帯１３ｂのランニングコストを示す。図１０、図１１
において、破線は冷却ガス費用を、一点鎖線は電力費用
を、実線はこれらを加えた場合の総合費用である。図１
０においては、冷却ガス中のＨ₂ ガス濃度が約４５％の
場合が、図１１においては約５５％の場合が最もランニ
ングコストが下がる。図１０及び図１１から明らかなよ
うに、冷却ガス費用と電力費用とを含めた急冷却帯１３
ｂの総合費用は、冷却ガス中のＨ₂ ガスの濃度を３０〜
６０％の範囲にした場合に、最低となる。

【００２４】また、ノズルの形状及び配置、冷却ガスの
吹付け速度等の冷却条件を一定にした場合の熱伝達係数
αは、図１２に示すように急冷処理を行う実際の操業実
験のデータから次の（９）、（１０）式によって計算し
た。 α＝Ａ・ｔ・（ｉ₁ −ｉ₂ ）／（ΔＴ・θ） ・・・・（９） ΔＴ＝（Ｔ₁ −Ｔ₂ ）／ｌｎ（Ｔ₁ −Ｔg ）／（Ｔ₂ −Ｔg ）・（１０） ここで、Ｔ₁ は鋼帯の入口側の温度、Ｔ₂ は鋼帯の出口
側の温度、ｉ₁ は入口側の鋼帯のエンタルピー、ｉ₂ は
出口側の鋼帯のエンタルピー、θは急冷帯の入口から出
口までの鋼帯の通過時間、Ａは定数、ｔは鋼帯の厚み、
Ｔg は冷却ガスの温度を示す。図１２に示される実験で
冷却ガスの吹付け速度を１３０ｍ／秒、及び１００ｍ／
秒にして、Ｈ₂ ガス濃度を種々変化させた場合の図１２
で示す実験データから計算した熱伝達係数αを図１３に
示す。Ｈ₂ ガスの濃度が６０％を越えると、熱伝達係数
αが飽和していることが分かる。従って、Ｈ₂ ガス濃度
が６０％を越えるＨ₂ ガスを使用しても、大きな冷却効
果がないことになる。また、冶金学的条件から導き出さ
れた前記（５）式の条件を図１３に適用すると、冷却ガ
スの吹付け速度Ｖが１００ｍ／秒以上であり、且つ、Ｈ
₂ ガスの濃度が３０％以上であることが必要となる。

【００２５】図９〜図１３の結果から冷却ガス中のＨ₂
ガス濃度は３０〜６０％を使用するのが、経済的に前記
（１）式の条件を得る冷却能力を与えることが分かる。
この場合においては、鋼帯にバタツキを生じさせない冷
却ガスの最大吹付け速度は図９から１１５〜１５０ｍ／
秒であることが分かるが、以上の他の冷却条件を満足し
て前記（５）式を満足する冷却ガスの吹付け速度の下限
は１００ｍ／秒となり、これ未満の場合には、前記
（５）式を満足する冷却能力を与えることができない。
これは、Ｈ₂ ガスの濃度を５％として、冷却速度を１０
０ｍ／秒とする前記特公平２−１６３７５号公報記載の
技術の、ＣＲ・ｔが３０〜５０℃ｍｍ／秒であるので、
この条件でＨ₂ ガスの濃度を３０〜６０％程度に増せ
ば、冷却能力が増加して、ＣＲ・ｔが６０℃ｍｍ／秒以
上になると理解でき、図１３からも明らかである。な
お、実験によれば、冷却ガスの吹付け速度が１００ｍ／
秒未満の場合には、鋼帯２６の表面に付着して流動しな
い不動層（境界層ともいう）が形成され易くなり熱伝達
係数が小さくなる。

【００２６】前記実施の形態においては、本発明の理解
を容易にするために、具体的数字に基づいて説明した
が、本発明の要旨を変更しない程度の変更は当然可能で
あり、この場合にも本発明は適用される。

【００２７】

【発明の効果】請求項１〜４記載の鋼帯の連続焼鈍にお
ける一次冷却方法においては、冷却ガスのＨ₂ 濃度、温
度、吹付け速度を適切に選ぶことによって、冷却能力と
経済性の双方を満足する最適な冷却条件を得ることがで
きた。特に、請求項２記載の鋼帯の連続焼鈍における一
次冷却方法においては、一次冷却における急冷処理開始
温度を６００〜７００℃とし、急冷終了温度を２００〜
４５０℃にし、更に冷却速度×鋼帯の板厚（ＣＲ・ｔ）
を６０℃ｍｍ／秒以上としているので、鋼帯処理の冶金
学的必要条件を満足して、軟鋼板においてはより効率的
な過時効処理が、高張力鋼板においてはより効率的な変
態処理が行える。請求項３記載の鋼帯の連続焼鈍におけ
る一次冷却方法においては、冷却ガスの吹付けに鋼帯に
向かって突出する円孔ノズルを用い、該円孔ノズルの先
端と鋼帯との距離を７０ｍｍ以下にしたので、ノズルか
ら吹き出す流速の大きい冷却ガスが効率良く鋼帯に当た
り、これによって鋼帯の表面に不動層を形成することな
く、効率的に冷却ができる。そして、請求項４記載の鋼
帯の連続焼鈍における一次冷却方法においては、急冷処
理を行う炉帯と近接する炉帯の間のガスシールを行って
いるので、防爆構造となって、前述のように冷却ガスに
爆発限界を越える３０〜６０％Ｈ₂ ガスを安全に使用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る鋼帯の連続焼鈍に
おける一次冷却方法を適用した薄板用連続焼鈍設備の説
明図である。

【図２】同連続焼鈍設備の炉部における鋼帯の通過時間
と温度の関係を示すグラフである。

【図３】急冷処理を行う装置の斜視図である。

【図４】吹付けガス箱とその上の冷却ガスのノズルの正
面図である。

【図５】吹付けガス箱の断面図である。

【図６】ノズルの開口面積比率とブロワー動力指数との
関係を示すグラフである。

【図７】ノズル口径／吹付け距離とブロワー動力指数の
関係を示すグラフである。

【図８】ガスシール装置の説明図である。

【図９】冷却ガス中のＨ₂ ガス濃度と鋼帯がバタツキを
起こす限界の関係を示すグラフである。

【図１０】Ｈ₂ ガス濃度と鋼帯製造のランニングコスト
の関係を示すグラフである。

【図１１】Ｈ₂ ガス濃度と鋼帯製造のランニングコスト
の関係を示すグラフである。

【図１２】急冷帯における鋼帯の温度と通過時間との関
係を示すグラフである。

【図１３】Ｈ₂ ガス濃度と熱伝達係数の関係を示すグラ
フである。

【符合の説明】

１０ 連続焼鈍設備 １０ａ 連続焼
鈍炉 １１ 加熱帯 １２ 均熱帯 １３ 一次冷却帯 １３ａ 徐冷帯 １３ｂ 急冷帯 １３ｃ 急冷装
置 １４ 過時効帯 １５ 最終冷却
帯 １６ 巻き戻し機 １７ 溶接機 １８ 前処理装置 １９ 入側ルー
パー ２０ 出側ルーパー ２１ 調質圧延
機 ２２ 精整装置 ２３ 分割剪断
機 ２４ 巻き取り機 ２５ スタビラ
イジングロール ２６ 鋼帯 ２７ 吹付けガ
ス箱 ２７ａ ダンパー ２８ 吹付けガ
ス箱 ２８ａ ダンパー ２９ 吹き込み
分岐ダクト ３０ 吹き込み集合ダクト ３１ 吸引ダク
ト ３１ａ 吸引集合ダクト ３２ 熱交換機 ３３ 下部ダクト ３４ ブロワー ３５ 駆動モータ ３６ ノズル ３８ ガスシール装置 ３９ 出口 ４０ 入口 ４１ 吸引口 ４２ ガス吸引室 ４３ 吹き出し
口 ４４ 吹き出し口 ４５ ガス吹き
出し室 ４６ ガス吹き出し室 ４７ 循環ブロ
ワー ４８ 循環ブロワー ４９ 排気ブロ
ワー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 誠司 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 若林 久幹 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新 日本製鐵株式会社機械・プラント事業部内 (72)発明者 澁谷 樹 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新 日本製鐵株式会社機械・プラント事業部内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱工程、均熱工程、少なくとも後半に
   急冷処理工程を有する一次冷却工程、過時効処理工程、
   及び最終冷却工程を有する鋼帯の連続焼鈍における一次
   冷却方法であって、 前記急冷処理工程に使用する冷却ガスに、Ｈ₂ ガス濃度
   が３０〜６０％の非酸化性ガスを使用すると共に、該冷
   却ガスの吹付け温度を３０〜１５０℃、その吹付け速度
   を１００〜１５０ｍ／秒としたことを特徴とする鋼帯の
   連続焼鈍における一次冷却方法。
2. 【請求項２】 前記急冷処理工程の開始温度を６００〜
   ７００℃、終了温度を２００〜４５０℃とし、更にその
   冷却速度ＣＲ（℃／秒）と板厚ｔ（ｍｍ）との関係が、
   以下の式を満足することを特徴とする請求項１記載の鋼
   帯の連続焼鈍における一次冷却方法。 ＣＲ・ｔ≧６０ ℃ｍｍ／秒
3. 【請求項３】 前記冷却ガスの吹付けには、前記鋼帯に
   向かって突出する円孔ノズルを用い、該円孔ノズルの先
   端と該鋼帯との距離を７０ｍｍ以下にしたことを特徴と
   する請求項１又は２記載の鋼帯の連続焼鈍における一次
   冷却方法。
4. 【請求項４】 前記鋼帯の急冷処理を行う炉帯と隣接す
   る炉帯との間のガスシールを行って、防爆したことを特
   徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼帯の連
   続焼鈍における一次冷却方法。