JPS6229489B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属ストリツプ材を直火雰囲気で加熱
する連続熱処理炉に関するものである。

通常、ストリツプ材は加熱時の表面酸化を防止
するため還元または不活性ガスの雰囲気中で加熱
する必要があり、従来この種の熱処理炉としては
ラジアントチユーブによる間接加熱方式と直火バ
ーナによる直接加熱方式とがあり、前者の熱処理
炉をR.T.F（Radiant Tube Furnace）、後者の熱
処理炉をN.O.F（Non Oxidizing Furnace）と称
している。

前者のR.T.Fによる間接加熱方式では雰囲気ガ
スを任意に選択できるため品質面からみたストリ
ツプ材の加熱方式としては最も優れた方式とされ
ているが、チユーブの気密性保持のため一般に
R.T材料には耐熱合金が使用されており、チユー
ブ耐熱温度が律速となり加熱温度が制限されるた
め加熱能率および熱効率が低く、かつ設備コスト
が高いという欠点を有している。

これに対して後者のN.O.Fによる直接加熱方式
では未燃分（CO、H₂等）を含有した空気比１以
下の還元性燃焼ガスで直接加熱を行うため、スト
リツプ材の表面性状は間接加熱方式に比べて若干
劣るものの加熱能率および熱効率が高く、かつ設
備コストが安いという特徴を有している。このた
め、近時ストリツプ材の連続熱処理炉として積極
的な採用が行われており、連続熱処理炉への適用
ケースとしてはN.O.Fを単独で使用するケースと
両者の特徴を活かして従来R.T.Fの低温側にN.O.
Fを併用するケースの２通りがある。

まず上記のような特徴を有した従来の連続熱処
理炉の内竪型N.O.Fの一例を第１図および第２図
により説明する。

図において、１は炉を構成するためのシール性
を耐火断熱性を有する炉壁、２は炉内を通過する
加熱ストリツプ材、３は炉内に設けるストリツプ
材２の支持・搬送ロール、４は炉壁１の両端部に
設けられた燃焼ガス供給装置で、通常ストリツプ
材２の両面に対して高さ方向に千鳥状に複数個配
置されており、通常燃焼ガス供給装置４としては
熱処理バーナが採用されている。

５はストリツプ材２の炉入・出口のシール室、
６はストリツプ材２の搬送ロール３を高熱部から
保護するためのロール室、７は燃焼ガス供給装置
４から供給された燃焼ガスによりストリツプ材２
を加熱するための加熱室、８は加熱室７からの燃
焼ガスでストリツプ材２を予熱するための予熱室
であり、通常この予熱室８には未燃分を含有した
加熱室７からの燃焼ガスを再燃焼するための２次
燃焼バーナが設けられており、熱効率の改善が図
られるようになつている。９は燃焼ガスを炉外へ
排出するための煙道であり、図中の実矢線は炉出
側から入側に向う燃焼ガス流れを、破矢線はスト
リツプ材の進行方向を示したものである。

図に示すように従来の竪型N.O.Fでは加熱室７
の燃焼ガス供給装置４から炉内へ放出された燃焼
ガスのガス放射熱と周囲炉壁１からの固体放射熱
によりストリツプ材２の加熱を行う方法のため、
伝熱量の増加を図るにはガス層の厚み及び炉壁面
積の増加を図る必要があるが、炉の断面積を極端
に大きくすることは設備コスト面から制約があつ
た。

また、予熱室８は加熱室７に比べて燃焼ガス温
度が低いため対流伝熱が支配的となり、伝熱的に
は炉の断面積を小さくして燃焼ガスの流速をアツ
プする方が望ましいが、従来のN.O.Fでは全燃焼
ガス量をストリツプ材２と向流状に流す構造のた
め炉内圧損との関係で極端に炉の断面積を小さく
することは不可能であつた。

加えて、従来の竪型N.O.Fではストリツプ材２
と向流状に燃焼ガスを流す構造のため、ストリツ
プ材２の両対向面に炉壁１を配置することが要求
され、このため図示の如くストリツプ進行ライン
を包囲するような長いかつ上下方向に曲りくねつ
た炉体形状に構成しなければならず、炉の設置面
積及び炉壁面積が増大し、その結果設備コストが
高くなるという基本的な問題を抱えていた。

本発明の目的は上述した従来の竪型連続熱処理
炉の問題点の解決を図るものであつて、高い伝熱
効率を得ることができる構造の連続熱処理炉を提
供することにある。また、本発明の他の目的は従
来の炉に比較し格段に炉体をコンパクト化、即ち
炉長の短縮及び炉壁面積の減少を図ることが可能
で、その結果設備コストの低減が図れる連続熱処
理炉を提供することにある。

このような目的を達成するための本発明の熱処
理炉の特徴は、炉体を最も単純な箱形に構成し、
ストリツプをこの炉体内に複数パスにて通過する
ようにしたことと、炉内におけるストリツプへの
有効な伝熱効果及び炉内仕切り壁の効能を発揮さ
せるため、伝熱促進効果と熱応答性の優れた通気
性固体を利用したことにある。

なお、ここでいう通気性固体とは通気性と適度
の圧損を有する多孔質材のことで、金属系では発
泡金属、焼結金属等があり、耐火物系ではセラミ
ツク多孔体、ポーラスSiC、アルミナボール結合
体等のものがある。

一般にこの種の通気性固体は多孔質であるため
通気性固体と通過ガス間の熱移動現象は粉粒体の
充填層伝熱に略近似しており、通気性固体の相当
直径が0.1〜１mm程度であれば10²〜10³kcal／m²ｈ
℃といつた大きな対流熱伝達係数が得られるた
め、通気性固体の表面温度は略瞬間的にガス温度
近くまで加熱（もしくは冷却）されるという特徴
を有したものである。

このような特性を有する通気性固体を実際の竪
型連続熱処理炉に適用する場合、本発明において
は複数パスを形成している炉内における少なくと
もストリツプの相対面間（隣り合うパス間）に通
気性固体壁を設置する。該通気性固体壁の設置に
より、炉出側の燃焼室から供給される燃焼ガス
は、通気性固体壁を均一流となつて通過するが、
この場合通気性固体壁の上流側壁面はほぼ瞬間的
に上流側ガス温度近くまで昇温し、該壁面と向い
合うストリツプを放射熱により加熱する。一方、
通気性固体壁の下流側壁面の温度は、該通気性固
体壁の上流側での放射伝熱量と通気性固体壁を通
過する燃焼ガスの熱バランスにより決まるが、こ
の固体壁の下流側壁面からの放射伝熱によつても
ストリツプの加熱は行われる。このため、非常に
伝熱効率および熱効率の良好な炉となり、しかも
炉内におけるストリツプの複数段のパス相互を通
板操業上支障のない程度まで接近させることがで
き、炉体のコンパクト化に寄与する。

通気性固体壁は単列でも複列でもよく、又スト
リツプと炉壁との間にも設置してもよい。さら
に、出側の燃焼ガス供給装置及び入側の排ガス煙
道以外に、適宜中間位置にこれらの燃焼ガス供給
装置、煙道を、又必要に応じ空気供給装置を配置
することもできる。

以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明す
る。

第３図および第４図は本発明の代表的な竪型熱
処理炉の一例を示す。図示するように炉体１１は
従来の分割タイプと異なり１個の箱形にシール性
と耐火断熱性を有する炉壁レンガから構成され、
該炉体１１の一端下部に入口シール室１５ａおよ
び反対側下部に出口シール室１５ｂを設ける。ま
た、炉体１１内部の上下部には、炉内に導入され
る被加熱ストリツプ材１２の支持・搬送ロール１
３を収容し保護するロール室１６が複数一体的に
設けられている。ストリツプ材１２は図示の如く
炉内においてロール１３に案内され複数のパスを
形成して搬送されることになる。複数のパス相互
間の距離は、通板操業性や後述する通気性固体壁
の設置を考慮して決める。

さらに、ストリツプ材１２の出口側（高温側）
における該ストリツプ材１２と炉壁１１ａとの中
間部位置には複数個の燃焼ガス供給装置１４が配
置されている。該燃焼ガス供給装置１４としては
例えば第４図にも示しているように、ストリツプ
の幅方向の側壁１１ｂに向い合つて設けた熱処理
バーナを用い、燃焼ガスを供給する方式を採用す
ればよい。炉外で燃焼させた燃焼ガスを供給する
ことも勿論可能であり、又燃焼ガス供給装置１４
をストリツプ材１２と相対する炉壁に配置するこ
とも可能である。

本発明においては上記の如き炉体構造におい
て、炉内のストリツプ材１２の相対面間に仕切用
の通気性固体壁１７を配置し、炉内を所望のゾー
ン、例えばストリツプ材出側の炉壁１１ａと通気
性固体壁１７で形成される燃焼室１８、これに続
きストリツプ材１２の相対面間の通気性固体壁１
７とストリツプ材幅方向側の炉側壁１１ｂとで形
成される材料の加熱室１９、これに続きストリツ
プ材入側の炉壁１１ｃと通気性固体壁１７とで形
成された排ガス室２０にそれぞれ区分している。
また、排ガス室２０には燃焼ガスの排出煙道２１
が設けられ、該煙道２１には流量調整弁２２が配
設されている。

上記の通気性固体壁１７の材質及び厚み等は炉
の操業条件を考慮して公知のものから適宜選択す
ればよい。又、該通気性固体壁１７の取付けや設
置態様（分割したりすること）も、雰囲気の点か
ら耐熱性や強度、簡易性を配慮する必要がある。

次に本発明の作動機能について説明する。

燃焼ガス供給装置１４より燃焼室１８へ供給さ
れた燃焼ガスは第４図の実矢線に示す如く加熱室
１９および、排ガス室２０、煙道２１を通つて炉
外へ排出されるようになつている。この場合、通
気性固体壁１７が適度の圧損を有すため各通気性
固体壁１７の上流側空間に充満した燃焼ガスはほ
ぼ均一流となつて各通気性固体壁１７を通過す
る。

また、通気性固体壁１７はその特性上大きな対
流熱伝達係数を有すため、通気性固体壁１７の上
流側表面温度はほぼ瞬時的に上流側ガス温度近く
まで加熱されるため、上流側通気性固体壁面と相
対するストリツプ材１２はこの通気性固体壁１７
からの固体放射熱により加熱が行われる。

一方、通気性固体壁１７の下流側表面温度は通
気性固体壁１７の上流側での放射伝熱量と通気性
固体壁１７を通過する燃焼ガスの熱バランスによ
り決定され、下流側通気性固体壁１７を相対する
ストリツプ材１２はこの通気性固体壁からの放射
伝熱により加熱が行われるようになつている。

従つて、本発明の炉によれば加熱室１９内の
上、下方向にストリツプ材１２を複数段のパスで
通過させることにより、ストリツプ材１２を効率
良く加熱することが可能である。

本発明は以上の通り、ストリツプ材の相対面間
に単列もしくは複列の通気性固体壁を配設し、燃
焼ガスをストリツプ材及び通気性固体壁と直交状
に流す方式の連続熱処理炉であるため、燃焼ガス
をストリツプ材を向流状に流す従来炉に比べて次
の様な特徴を有している。

燃焼ガスの流れがストリツプ材に対して直交
流型であるため炉の設置面積及び炉壁面積の減
少が可能であり、この結果炉がコンパクトとな
り設備コストの低減が可能である。

ストリツプ材の相対面間に通気性固体壁を配
し、かつ燃焼ガスを複数列の通気性固体壁と直
交状に流す方式のため、従来炉でストリツプ材
の相対面に通気性固体壁を配設した場合に比べ
て通気性固体壁の通過ガス流速を大きくとるこ
とが可能であり、この結果通気性固体壁の表面
温度を高く保つことができるためストリツプ材
の伝熱量を従来炉に比べて10〜20％アツプする
ことが可能である。

通気性固体壁は熱慣性（熱応答性）が良好な
ためライン異状（減速、停止等）時の板温のオ
ーバーシユート現象による板破断の抑制が可能
であり、この結果ライン停止回数の減少による
稼動率のアツプが可能である。

以上の実施例は本発明の基本型について述べた
ものであるが、以下に列挙する態様も本発明の範
囲に包含される。

第５図及び第６図に示す例は、通気性固体壁１
７をストリツプ材１２の相対面間のみならず、炉
壁１１ａとストリツプ材１２間及び炉壁１１ｃと
ストリツプ材１２間にも通気性固体壁２７を配設
したものである。この例ではストリツプ材１２の
加熱は、周囲炉壁からの固体放射にかわつて通気
性固体壁からの固体放射で加熱が行われるため、
伝熱量のアツプが可能である。なお、この場合燃
焼室１８側の通気性固体壁２７は温度が高くなる
ため、耐熱性の高い材質のものが必要である。

第７図及び第８図はストリツプ材１２と通気性
固体壁１７との中間部（加熱室内）に燃焼ガス供
給装置２４を配置、加熱室１９内での燃焼ガス温
度を高位に維持することを可能とする。なお、こ
の場合該ガス供給装置２４は、燃焼室１８内の燃
焼ガス供給装置１４と同様に、熱処理バーナを用
いるか、又は外部で燃焼したガスを供給してもよ
い。

また、第７図及び第８図において加熱室内に設
ける燃焼ガス供給装置２４に代えて空気供給装置
を配置し、上流側より流入する未燃分を含有した
燃焼ガスの２次燃焼を行うことにより、加熱室１
９内での燃焼ガス温度の維持を図ることも可能で
ある。

次に、第９図及び第１０図は、ストリツプ材１
２の相対面間の少なくと一個所あるいはストリツ
プ材１２と炉壁との相対面間に、複数列（図では
２列）の通気性固体壁３７を配設した例であり、
必要に応じてこの２列の通気性固体壁３７間に燃
焼ガス供給装置３４もしくは空気供給装置を配設
することも可能である。これは通気性固体壁３７
間を燃焼反応室としてストリツプ材１２より隔絶
すると共に、通気性固体の多孔性を利用して燃焼
反応の促進を図つたものであり、ストリツプ材１
２の表面で均一な雰囲気（燃焼ガス）組成が確保
できるため、ストリツプ材１２の品質の向上が可
能となる。

第１１図及び第１２図は、ストリツプ材１２と
通気性固体壁１７の中間部に燃焼ガスの排出煙道
３１を設けた例である。また、この例に限らず第
１３図及び第１４図に示す如く、ストリツプ材１
２の相対面間に２列の通気性固体壁４７を設け、
この中間部に排出煙道４１を設けてもよい。上記
の構成により炉の処理能力の増大、即ち所要ガス
量の増大に伴う炉内圧損の調整が容易となる。

さらに、第１５図には本発明の基本型の竪型炉
を１ユニツトとしてその複数を直列に接続配置し
た例を示す。このような設備列を採用すれば、加
熱室１９内での燃焼ガス温度の維持及び炉圧（圧
損）の調整が容易となる。

また、第１６図は本発明に係る竪型熱処理炉の
出口側（高温側）に従来タイプN.O.Fを連設し、
該N.O.Fの燃焼排ガスを加熱用ガスとして用いる
例である。これは従来のN.O.Fの予熱室の代替に
相当するため、予熱室のコンパクト化を可能とす
る。

本発明は以上の通り、ストリツプ材の相対面間
に伝熱促進効果とガス整流効果を有した通気性固
体壁を配設し、燃焼ガスをストリツプ材および通
気性固体壁と直交状に流すことを特徴とした金属
ストリツプ材の竪型連続熱処理炉であり、従来の
竪型連続熱処理炉に比べて伝熱効率および熱効率
の改善が可能なため同一加熱Ｔ／Ｈの場合、パス
数の減少または排ガス温度の低下が可能となる。
しかも通気性固体は熱応答性が良好なため処理材
の品種替えに伴うシビヤーな温度管理が可能であ
り、加えて炉長の短縮及び炉壁面積の減少に伴う
設備コストの低減が可能となる等多くの利点を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の竪型連続熱処理炉の縦断面図、
第２図は第１図の−線における横断面図、第
３図は本発明の基本的な竪型連続熱処理炉の実施
例を示す縦断面図、第４図は第３図の−線に
おける横断面図である。第５図、第７図、第９
図、第１１図、第１３図は本発明の別の実施態様
を示す縦断面図であり、第６図、第８図、第１０
図、第１２図、第１４図はそれぞれ第５図、第７
図、第９図、第１１図、第１３図の横断面図であ
る。第１５図および第１６図は本発明に係る熱処
理炉の配置例を示す縦断面図である。 １１……炉壁、１２……ストリツプ材、１３…
…ロール、１４，２４，３４……燃焼ガス供給装
置、１５……シール室、１６……ロール室、１
７，２７，３７，４７……通気性固体壁、１８…
…燃焼室、１９……加熱室、２０……排ガス室、
２１，３１，４１……煙道、２２……流量調整
弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続的に金属ストリツプ材を炉内に通過させ
   て熱処理を行う連続熱処理炉において、炉体を、
   ストリツプ材がロールを介して複数パスを形成し
   て通過可能な１個の箱形に構成すると共に、炉内
   のストリツプ材の相対面間に単列もしくは複列の
   通気性固体壁を配設し、炉内を複数室に仕切るこ
   とを特徴とする連続熱処理炉。 ２ 連続的に金属ストリツプ材を炉内に通過させ
   て熱処理を行う連続熱処理炉において、炉体を、
   ストリツプ材がロールを介して複数パスを形成し
   て通過可能な１個の箱形に構成すると共に、炉内
   のストリツプ材の相対面間に単列もしくは複列の
   通気性固体壁を配設し、炉内を複数室に仕切り、
   かつ少なくともストリツプ材出側の室に燃焼ガス
   供給装置をおよび少なくともストリツプ材入側の
   室に燃焼ガスの排出煙道を配置してなることを特
   徴とする連続熱処理炉。