WO2014129180A1 - 鋼帯の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置 - Google Patents

鋼帯の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置 Download PDF

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高橋 秀行
奈良 正
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Jfeスチール株式会社
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    • F27D7/00Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/06Forming or maintaining special atmospheres or vacuum within heating chambers
    • F27D2007/063Special atmospheres, e.g. high pressure atmospheres

Definitions

  • the present invention relates to a steel strip continuous annealing apparatus and a continuous hot dip galvanizing apparatus.
  • large continuous annealing equipment is generally used to anneal steel strips in multiple passes in a vertical annealing furnace in which the pre-tropical zone, heating zone, soaking zone and cooling zone are juxtaposed in this order. .
  • the temperature inside the furnace is increased by increasing the furnace temperature in order to reduce the moisture and oxygen concentration in the furnace when the furnace is started up after being released to the atmosphere or when the atmosphere enters the furnace atmosphere.
  • the moisture in the furnace is vaporized, and at the same time, a non-oxidizing gas such as an inert gas is discharged into the furnace as a replacement gas for the atmosphere in the furnace, and at the same time, the gas in the furnace is discharged to make the furnace atmosphere non-exhaustive.
  • a method of substituting with an oxidizing gas is widely performed.
  • the atmosphere in the furnace can be evaluated by measuring the dew point of the gas in the furnace.
  • the dew point of the gas in the furnace For example, in the case of mainly non-oxidizing gas, it has a low dew point of ⁇ 30 ° C. or lower (for example, about ⁇ 60 ° C.), but the higher the dew point is, for example, higher than ⁇ 30 ° C. as oxygen or water vapor is contained.
  • high-tensile steel high-tensile material
  • Si is added to the steel, it may be possible to produce a high-tensile steel strip with good hole-expandability, and if Si or Al is added, residual ⁇ tends to form and steel with good ductility. The possibility that can be manufactured is shown.
  • the oxide film formed on the surface of the steel strip inhibits the plating property and generates non-plating defects. Or the alloying speed is lowered during the alloying process after plating. Above all for the Si, the oxide film SiO 2 on the steel strip surface is formed, and wettability significantly reduced the steel strip and the molten plating metal, also, SiO 2 film base steel / plating during alloying treatment Since it becomes a barrier against diffusion between metals, it becomes a cause of hindering plating properties and alloying properties.
  • Patent Document 1 describes a method of controlling the soaking zone dew point from the latter stage of the heating zone to a high dew point of ⁇ 30 ° C. or higher.
  • Patent Document 1 is characterized in that the gas in the furnace is set to a high dew point at a specific part in the vertical annealing furnace.
  • this is only a suboptimal measure, and as described in Patent Document 1, originally, in order to suppress the formation of an oxide film on the surface of the steel strip, the oxygen potential of the annealing atmosphere is reduced. It is preferable to make it as low as possible.
  • the gas introduced into the vertical annealing furnace is a non-oxidizing low dew point gas
  • the high dew point gas containing oxygen and moisture present in the furnace at the start of operation after opening to the atmosphere It is possible to stably obtain an atmosphere with a low dew point if it is possible to effectively discharge the gas with a high dew point due to the mixing of oxygen and moisture during operation and switch the atmosphere in the furnace in a short time. I thought I could do it.
  • Patent Document 1 can quickly switch the atmosphere in the furnace.
  • the present invention provides a large continuous annealing apparatus for annealing a steel strip in multiple passes in a vertical annealing furnace capable of switching the atmosphere in the furnace in a short time, and It aims at providing the continuous hot dip galvanizing apparatus containing a continuous annealing apparatus.
  • the present inventors performed measurement of dew point distribution in a large vertical annealing furnace and flow analysis based on the measurement. As a result, after separating the atmosphere between the zones of the vertical annealing furnace, in each zone, if one of the gas discharge port and the gas suction port is arranged at the upper part and the other at the lower part, The present inventors have found that the atmosphere can be changed and have completed the present invention.
  • a steel strip that has a vertical annealing furnace in which a heating zone, a soaking zone, and a cooling zone are juxtaposed in this order, and passes through the zones in the above order while being conveyed in the vertical direction inside the vertical annealing furnace.
  • a steel strip continuous annealing device for annealing The heating zone, the soaking zone and the cooling zone communicate with each other via an atmosphere separation unit,
  • a gas discharge port for introducing gas into the vertical annealing furnace and a gas discharge port for discharging gas from the vertical annealing furnace are provided in the heating zone, the soaking zone, and the cooling zone, respectively.
  • a continuous annealing apparatus for a steel strip wherein one of the gas discharge port and the gas discharge port is located at an upper portion and the other is located at a lower portion.
  • a pre-tropical zone is disposed in front of the heating zone, and the atmosphere separation unit is provided between the pre-tropical zone and the heating zone, and in the pre-tropical zone, the gas outlet and the gas outlet.
  • the atmosphere in the furnace can be switched in a short time. For this reason, prior to performing a steady operation in which the steel strip is continuously heat-treated after the vertical annealing furnace is opened to the atmosphere, or when the moisture concentration and / or oxygen concentration in the furnace atmosphere increases during the steady operation, The dew point of the furnace atmosphere can be quickly reduced to a level suitable for steady operation. In addition, not only lowering the dew point, but also exchanging the atmosphere in the furnace, such as by switching the steel type, is advantageous from the viewpoint of operation efficiency.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the structure of the continuous hot dip galvanizing apparatus 100 by one Embodiment of this invention. It is a mimetic diagram explaining an example of an atmosphere separation part in one embodiment of the present invention. It is a schematic diagram which shows the structure of the conventional continuous hot dip galvanizing apparatus.
  • (A) is an Example and
  • (B) is a graph which shows the time-dependent change of the dew point in a vertical annealing furnace in a comparative example. It is a graph which shows the relationship between the rectangular parallelepiped width by flow analysis, and relative suction time.
  • the pre-tropical zone 12, the heating zone 14, the soaking zone 16, and the cooling zones 18 and 20 are juxtaposed in this order from the upstream side to the downstream side. It has a vertical annealing furnace 10.
  • the cooling zone includes a first cooling zone 18 and a second cooling zone 20.
  • this continuous annealing apparatus anneals with respect to the steel strip P.
  • FIG. One or more hearth rolls 26 are disposed in the upper and lower portions of each of the strips 12, 14, 16, 18, and 20, and the steel strip P is vertically annealed by being folded back 180 degrees starting from the hearth rolls 26.
  • FIG. 1 shows an example of 2 passes in the pretropical zone 12, 8 passes in the heating zone 14, 7 passes in the soaking zone 16, 1 pass in the first cooling zone 18, and 2 passes in the second cooling zone 20.
  • the number of passes is not limited to this, and can be set as appropriate according to the processing conditions.
  • the steel strip P is turned to a right angle without being folded back, and the steel strip P is moved to the next strip, whereby the steel strip P is moved to the respective strips 12, 14, 16, 18 and 20 are passed in this order.
  • the pre-tropical zone 12 can be omitted.
  • a snout 22 connected to the second cooling zone 20 connects the vertical annealing furnace 10 to a plating bath 24 as a hot dip galvanizing apparatus.
  • the continuous hot dip galvanizing apparatus 100 of this embodiment has such a continuous annealing apparatus and the plating bath 24 which performs hot dip galvanizing to the steel strip P discharged
  • FIG. 1 is a continuous annealing apparatus and the plating bath 24 which performs hot dip galvanizing to the steel strip P discharged
  • the inside of the vertical annealing furnace 10 from the pre-tropical zone 12 to the snout 22 is maintained in a reducing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere.
  • the steel strip P is introduced from an opening (steel strip introduction portion) provided in the lower part thereof, and the steel strip P is heated by gas exchanged with combustion exhaust gas of an RT burner described later.
  • the steel strip P can be indirectly heated using a radiant tube (RT) (not shown) as a heating means.
  • the soaking zone 16 may be provided with a partition wall (not shown) extending in the vertical direction so that the upper portion is open within a range not impeding the effects of the present invention.
  • the steel strip P is heated and annealed to a predetermined temperature in the heating zone 14 and the soaking zone 16, the steel strip P is cooled in the first cooling zone 18 and the second cooling zone 20, and immersed in the plating bath 24 via the snout 22. Then, hot dip galvanizing is applied to the steel strip P. Thereafter, alloying treatment of galvanization may be further performed.
  • a mixed gas of H 2 —N 2 is usually used, for example, H 2 : 1 to 10% by volume, the balance being N 2 and unavoidable
  • a gas having a composition comprising impurities (dew point: about ⁇ 60 ° C.) can be mentioned.
  • This gas is introduced from the gas discharge ports 38A, 38B, 38C, 38D, and 38E shown in FIG. (Hereinafter, reference numerals 38A to 38E may be collectively indicated by reference numeral "38".) Gas is supplied to these gas discharge ports 38 from the gas supply system 44 schematically shown in FIG.
  • the gas supply system 44 is appropriately provided with a valve and a flow meter (not shown), and the supply amount of gas to each gas discharge port 38 can be adjusted and stopped individually.
  • the gas in the furnace containing a lot of water vapor and oxygen and having a high dew point is discharged from the vertical annealing furnace 10 through the gas discharge ports 40A, 40B, 40C, 40D, and 40E.
  • reference numerals 40A to 40E may be collectively indicated by reference numeral “40”.
  • a suction device is connected to the gas discharge system 46 schematically shown in FIG. And the flow meter can individually adjust or stop the amount of gas discharged from each gas outlet 40.
  • the gas that has passed through the gas discharge port 40 is discharged after exhaust gas treatment.
  • fresh gas is always supplied from the gas discharge port 38 into the furnace, and the gas discharged from the gas discharge port 40 is discharged after exhaust gas treatment is performed.
  • the gas in the furnace can be discharged even without the above suction device.
  • emitted from the gas discharge port 40 contains a combustible gas, it burns with a burner. It is preferable from the viewpoint of energy efficiency to use the heat generated at that time for gas heating of the pretropical zone 12.
  • the characteristic configuration of the continuous hot dip galvanizing apparatus 100 of the present embodiment is that the pre-tropical zone 12, the heating zone 14, the soaking zone 16, the first cooling zone 18, and the second cooling zone 20 are provided via the atmosphere separation unit.
  • the communicating point and the gas discharge port 38 and the gas discharge port 40 are provided in the pre-tropical zone 12, the heating zone 14, the soaking zone 16, the first cooling zone 18 and the second cooling zone 20, respectively.
  • 16, 18, and 20 one of the gas discharge port 38 and the gas discharge port 40 is located at the upper part and the other is located at the lower part.
  • the continuous hot dip galvanizing apparatus of FIG. 3 includes a vertical annealing furnace in which the pre-tropical zone 12, the heating zone 14, the soaking zone 16 and the cooling zones 18 and 20 are juxtaposed in this order and connected to the plating bath 24 via the snout 22. Have. The heating zone 14 and the soaking zone 16 are integrated.
  • gas is introduced into the furnace from the gas discharge ports 38 provided at the lower part of each of the bands 12 to 20 and at the connecting part of the cooling bands 18 and 20. There is no gas outlet.
  • the pre-tropical zone, the heating zone, the soaking zone, and the cooling zone communicate with each other through the atmosphere separation unit.
  • the connecting portion 34 between the first cooling zone 18 and the second cooling zone 20 is a throat (throttle portion), and the connecting portions 28, 30, 32, and 34 have partition plates 36A, 36B, 36C, and 36D. Is provided.
  • the partition plate 36 extends from both sides of the steel strip P to a position close to the steel strip P. With this configuration, it is possible to sufficiently suppress the gas in each of the bands 12, 14, 16, 18, and 20 from diffusing into adjacent bands.
  • one of the gas outlet and the gas outlet is located at the upper part and the other is located at the lower part.
  • a series of gas flows that are supplied from the gas outlet and discharged from the gas outlet are generated from the upper part of the furnace toward the lower part or from the lower part to the upper part, resulting in the occurrence of gas stagnation. Can be suppressed sufficiently.
  • the gas discharge port 38 is located at the lower part and the gas discharge port 40 is located at the upper part, and the gas flow in the whole band. From the bottom of the furnace to the top.
  • the atmosphere can be controlled independently in each zone, and the atmosphere in the furnace can be switched in a short time. For this reason, prior to performing a steady operation in which the steel strip is continuously heat-treated after the vertical annealing furnace is opened to the atmosphere, or when the moisture concentration and / or oxygen concentration in the furnace atmosphere increases during the steady operation, The dew point of the furnace atmosphere can be quickly reduced to a level suitable for steady operation.
  • the configuration of the atmosphere separation unit is not limited to the present embodiment, and for example, a configuration in which a seal roll or a damper is provided in place of the partition plate 36 in the coupling units 28, 30, 32, 34 may be adopted. Further, the structure in which a pneumatic separation device to the connecting part, it may be separated by the air curtain by the seal gas such as N 2. A combination of these may also be used. In order to further improve the separability of the atmosphere, it is preferable to provide one or more kinds of separation members as described above at the connecting portions 28, 30, 32, 34 that are throats.
  • connection portions 28, 30, 32, and 34 are sufficiently thinned so that the steel strip P can pass through, but the diffusion of the gas in the furnace to the adjacent strips can be suppressed, and the atmosphere separation portion is configured. Also good.
  • that of the atmosphere separation portion is 10 times or more that of the belt. That is, referring to FIG. 2, the following parameters are set for the atmosphere separation of the left band.
  • R DW / ⁇ 2 (D + W) ⁇
  • the configuration of the atmosphere separation unit can be designed accordingly.
  • the atmosphere of each band is separated by the atmosphere separation unit and independent atmosphere control is possible in each band. Therefore, the upper and lower combinations of the gas discharge port 38 and the gas discharge port 40 in each band are not particularly limited. .
  • the gas discharge port 38 is arranged at the lower part of the band, and the gas discharge port 40 is arranged at the upper part of the band, while in the other band, the gas discharge port 38 is arranged at the upper part of the band. You may arrange
  • the gas discharge port 38 is disposed at the lower portion and the gas discharge port 40 is disposed at the upper portion. With this configuration, switching between steady operation and operation for switching the atmosphere in the furnace can be facilitated.
  • the gas discharge port 38 is arranged at the lower part and the gas discharge port 40 is arranged at the upper part, so that hydrogen can be effectively used in the steady operation and the heat loss is minimized and the operation is performed at a low cost.
  • the in-furnace gas is also discharged from the gas discharge port 40, and the atmosphere switching in a short time can be realized. Further, since the balance between the cost and the atmosphere switching can be freely changed by controlling the discharge amount from the gas discharge port 40, the configuration of the present embodiment is very compatible with the steady operation.
  • the upper part of each band means an area of 25% of the height of each band from the upper end of each band
  • the lower part of each band means each of the areas from the lower end of each band. It shall mean an area of 25% of the height of the band.
  • the number of the gas discharge ports 38 and the number of the gas discharge ports 40 in each band are the same, and the gas discharge is performed above and below the furnace. It is preferable that the outlet 38 and the gas outlet 40 are paired.
  • the lengths W1, W2, W3, W4, and W5 of the bands 12, 14, 16, 18, and 20 are all preferably 7 m or less.
  • W1 to W5 are set to 7 m or less to effectively form a gas flow from the upper part of the furnace to the lower part or from the lower part to the upper part. It is preferable to do.
  • W1 to W5 are preferably 7 m or less.
  • W1 to W5 are preferably 4 m or less.
  • the gas discharge ports 40 of the respective bands are arranged.
  • the upper limit is preferably 3930 m 3 / hr or less from the viewpoint of cost.
  • the flow rate Q (m 3 / hr) per location of the gas outlet 40 in each band Preferably satisfies Q> 1.31 ⁇ V 0 .
  • the flow rate per location of the gas discharge ports 38 in each band may be set as appropriate in consideration of the flow rate Q.
  • the discharge amount from the gas discharge port 38 and the discharge amount from the gas discharge port 40 can be adjusted by controlling the opening and closing of each. For example, when a low dew point is required, the gas discharge port 38 and the gas discharge port 40 are fully opened to form a strong gas flow in the furnace, and the atmosphere can be switched in a short time. On the other hand, when it is not necessary to reduce the dew point, the gas discharge port 40 may be closed to perform a fuel-efficient operation. When the gas discharge port 40 is closed, the amount of gas necessary to maintain the furnace pressure can be reduced, so that the amount of gas used is reduced and operation at a low running cost is possible.
  • the gas outlet 40 is closed while a low dew point is realized, and the gas outlet 40 is opened when the dew point reaches a certain threshold (for example, ⁇ 30 ° C.), thereby reducing the dew point in a short time. It is also possible to perform control to perform the above.
  • a certain threshold for example, ⁇ 30 ° C.
  • the connecting parts 28, 30, 32, 34 may be located at the upper part or the lower part of the furnace. Considering the steady operation that does not change the atmosphere, the connecting part should be at the bottom. This is because, as described above, the hydrogen of the reducing gas has a low density and tends to gather at the upper part and may diffuse into the adjacent section at the upper connection. For this reason, as in this embodiment, the connection part 28 between the pretropical zone 12 and the heating zone 14 and the connection part 30 between the heating zone 14 and the soaking zone 16 are provided at the lower part of the furnace so that the atmosphere of each zone is This is preferable because it is easy to maintain confidentiality.
  • connection part 32 between the soaking zone 16 and the first cooling zone 18 at the upper part of the furnace because the gas hardly mixes. This is because the temperature of the first cooling zone 18 is lower in the first cooling zone 18 and the soaking zone 16, and therefore the gas in the first cooling zone 18 having a higher specific gravity is placed in the soaking zone when the connecting portion 32 is provided in the lower part of the furnace. This is because a large amount may be mixed into the 16.
  • the connecting portion 34 between the first cooling zone 18 and the second cooling zone 20 can be easily arranged according to the required number of passes. It ’s fine.
  • the continuous annealing apparatus and continuous hot dip galvanizing apparatus of the present invention can change the atmosphere in the furnace in a short time, so it is necessary to change the atmosphere in the furnace not only when the dew point is lowered, but also by changing the steel type. In this case, it is advantageous from the viewpoint of operational efficiency. For example, when producing a high-tensile material in a high dew point atmosphere, it is necessary to switch the interior of the furnace from a low dew point atmosphere to a high dew point atmosphere. However, according to the continuous annealing apparatus of the present invention, switching of the atmosphere can be realized in a short time. .
  • the continuous annealing apparatus of this invention can control hydrogen separately for every belt
  • the present invention relates to the equipment configuration and exerts a great effect when applied at the time of construction rather than remodeling of existing equipment. In the case of new construction, construction is possible at almost the same cost as conventional equipment.
  • a dew point measurement test was performed using the continuous hot dip galvanizing apparatus shown in FIG. 1 according to the present invention and the continuous hot dip galvanizing apparatus shown in FIG. 3 according to a comparative example.
  • the outline of the apparatus configuration of the ART type (all radiant type) CGL shown in FIG. 1 is as described above, and the specific configuration is as follows.
  • the distance between the upper and lower hearth rolls is 20 m (second cooling zone is 10 m)
  • the volume V 0 of each zone is shown in Table 1. Indicated.
  • the length of each zone is 1.5m in the pretropical zone, 6.8m in the heating zone, 6.0m in the soaking zone, 1.0m in the first cooling zone, and 1.5m in the second cooling zone.
  • a partition plate was provided at the connecting portion of each band in order to improve the atmosphere separation.
  • the distance from the front end of the partition plate to the steel strip surface is 50 mm on both the front and back surfaces of the steel strip, and the length of the partition plate in the steel strip passage direction is 500 mm.
  • the dew point meter is provided at the center of each band (position 42 in FIG. 1).
  • the distance between the upper and lower hearth rolls is 20 m, and the volume of each zone is 80 m 3 of the pretropical zone, 840 m 3 in total of the heating zone and the soaking zone, the first cooling zone 65 m 3 , and the second cooling zone 65 m 3 .
  • the gas discharge port is disposed at the position shown in FIG. 3 and has a diameter of 50 mm.
  • the dew point of the gas discharged from the gas discharge ports is ⁇ 70 to ⁇ 60 ° C., and the gas supply capacity from all the gas discharge ports is the same as in the case of FIG.
  • the dew point meter is provided at the center of each band (position 42 in FIG. 1).
  • each continuous hot dip galvanizing apparatus when the vertical annealing furnace was started up after being opened to the atmosphere, an atmospheric gas containing water vapor and oxygen at about ⁇ 10 ° C. was present in the furnace (FIG. 4 (A), ( (See Bhr 0hr). Thereafter, the operation was started under the following conditions.
  • the steel strip size was 900 to 1100 mm in width and 0.8 to 1.0 mm in thickness, and the steel types are shown in Table 2.
  • the plate passing speed was 100 to 120 mpm (except immediately after the line start), and the annealing temperature was 780 to 820 ° C.
  • the total discharge amount of the gas from all the gas discharge port, 1200 ⁇ 1600Nm 3 / hr in the present invention the example of FIG. 1 (including, H 2: 120 ⁇ 160Nm 3 / hr), 900 ⁇ 1100Nm 3 Comparative example 3 / Hr (of which H 2 is 90 to 110 Nm 3 / hr).
  • the discharge flow rate per unit port was the same.
  • the flow rate Q per location of the gas discharge port in each zone is shown in Table 1.
  • the discharge was only from the entrance side of the vertical annealing furnace.
  • FIG. 4A and 4B show the change with time of the dew point in each zone in the vertical annealing furnace from the start of operation.
  • the comparative example requires about 40 hours for the dew point to fall below ⁇ 30 ° C., whereas as shown in FIG. The temperature reached ⁇ 30 ° C. in about 20 hours.
  • the soaking zone which is important in the production of high-tensile wood, it reached -30 ° C in 13 hours.
  • the reached dew point after 70 hours was around ⁇ 35 ° C. in the comparative example, whereas it was ⁇ 40 ° C. or less at all points in the present invention example.
  • the temperature dropped to ⁇ 46 ° C. or lower, so that it can be said that it is in a suitable state for producing high-tensile wood.
  • a gas discharge port is arranged in the upper part (position 0.5 m from the top) and a gas discharge port in the lower part (position 0.5 m from the bottom) of the rectangular parallelepiped (variable length, height 20 m, depth 2.5 m). .
  • the number of discharge ports / discharge ports was set to 1 pair per 1 m length of the rectangular parallelepiped, the diameter was 50 mm, and the flow rate at each gas discharge port was 100 m 3 / hr.
  • Figure 5 shows the flow analysis results. From FIG. 5, it can be seen that when the length of the rectangular parallelepiped is 7 m or less, the suction time is almost the minimum value, and the atmosphere is switched effectively. This indicates that by restricting the length of the rectangular parallelepiped to a predetermined length or less, the degree of freedom of gas movement can be limited, and gas retention can be effectively suppressed.

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Abstract

 炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことが可能な、縦型焼鈍炉内において多パスで鋼帯に焼鈍を施す大型の連続焼鈍装置を提供する。 本発明は、加熱帯14、均熱帯16および冷却帯18がこの順に並置された縦型焼鈍炉10を有し、この縦型焼鈍炉10の内部で上下方向に搬送されつつ前記各帯14,16,18を前記順に通過する鋼帯Pに対して焼鈍を行う鋼帯の連続焼鈍装置であって、加熱帯14、均熱帯16および冷却帯18は雰囲気分離部36を介して連通し、加熱帯14、均熱帯16および冷却帯18にそれぞれにおいて、ガス吐出口38およびガス排出口40のうち一方が上部に、他方が下部に位置することを特徴とする。

Description

鋼帯の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置
 本発明は、鋼帯の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置に関する。
 鋼帯の連続焼鈍装置として、予熱帯、加熱帯、均熱帯および冷却帯がこの順に並置された縦型焼鈍炉内において多パスで鋼帯に焼鈍を施す大型の連続焼鈍装置が一般的である。
 従来、連続焼鈍装置において、炉の大気開放後の立ち上げ時や炉内雰囲気に大気が侵入した場合等に炉内の水分や酸素濃度を低減させるために、炉内温度を上昇させて炉内の水分を気化させ、これと相前後して不活性ガス等の非酸化性ガスを炉内雰囲気の置換ガスとして炉内に吐出し、同時に炉内のガスを排出することで炉内雰囲気を非酸化性ガスに置換する方法が広く行われている。
 しかし、このような従来の方法は、炉内雰囲気中の水分や酸素濃度を定常操業に適した所定のレベルまで低下させるのに長時間を要し、その間操業できないため、生産性を著しく低下させる問題がある。なお、炉内雰囲気は炉内のガスの露点を測定することにより評価できる。例えば、非酸化性ガス主体の場合には-30℃以下(例えば-60℃程度)といった低露点だが、酸素や水蒸気が含まれるほど例えば-30℃超といった高露点となる。
 また近年、自動車、家電、建材等の分野において、構造物の軽量化等に寄与する高張力鋼(ハイテン材)の需要が高まっている。このハイテン技術では、鋼中にSiを添加すると穴広げ性の良好な高張力鋼帯が製造できる可能性があり、また、SiやAlを添加すると残留γが形成しやすく延性の良好な鋼帯が製造できる可能性が示されている。
 しかし、高強度冷延鋼帯において、鋼帯がSi,Mn等の易酸化性元素を含有していると、焼鈍中にこれらの易酸化性元素が鋼帯表面に濃化してSi,Mn等の酸化膜が形成され、外観不良やリン酸塩処理等の化成処理性不良が生じる問題がある。
 特に溶融亜鉛めっき鋼帯の場合、鋼帯がSi,Mn等の易酸化性元素を含有していると、鋼帯表面に形成された前記酸化膜がめっき性を阻害して不めっき欠陥を発生させたり、めっき後の合金化処理の際に合金化速度を低下させたりする問題がある。中でもSiについては、鋼帯表面に酸化膜SiO2が形成されると、鋼帯と溶融めっき金属との濡れ性が著しく低下し、また、合金化処理の際にSiO2膜が地鉄/めっき金属相互の拡散の障壁となることから、めっき性、合金化処理性阻害の原因となる。
 この問題を避ける方法として、焼鈍雰囲気中の酸素ポテンシャルを制御する方法が考えられる。酸素ポテンシャルを上げる方法として、例えば特許文献1に加熱帯後段から均熱帯の露点を-30℃以上の高露点に制御する方法が記載されている。
WO2007/043273A1
 このように特許文献1の技術は、縦型焼鈍炉内の特定部位において炉内のガスを高露点にすることを特徴とするものである。しかし、これは次善の策にすぎず、特許文献1にも記載されているように、本来であれば、鋼帯表面への酸化膜の形成を抑制するには、焼鈍雰囲気の酸素ポテンシャルを極力低くすることが好ましい。
 しかしながら、Si,Mn等は非常に酸化しやすいため、CGL(連続溶融亜鉛めっきライン)やCAL(連続焼鈍ライン)に配置されるような大型の連続焼鈍装置においては、Si,Mn等の酸化を十分に抑制できる-40℃以下の低露点の雰囲気を安定的に得ることは非常に困難であると考えられてきた。
 本発明者らは、縦型焼鈍炉内に導入するガスは非酸化性の低露点ガスであることから、大気開放後の操業開始時に炉内に存在する酸素や水分を含む高露点ガスや、操業中に酸素や水分が混入することによって高露点化したガスを効果的に排出して、炉内の雰囲気の切換えを短時間で行うことができれば、低露点の雰囲気を安定的に得ることができるのではないかと考えた。
 また、低露点化に限らず、大型焼鈍装置において炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことは重要な課題である。そして、この観点において特許文献1を含めた従来のいずれの連続焼鈍装置においても、炉内の雰囲気の切替えを速やかに行えるものではなかった。
 そこで本発明は、上記課題に鑑み、炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことが可能な、縦型焼鈍炉内において多パスで鋼帯に焼鈍を施す大型の連続焼鈍装置、および、該連続焼鈍装置を含む連続溶融亜鉛めっき装置を提供することを目的とする。
 この目的を達成すべく本発明者らは、大型の縦型焼鈍炉内の露点分布の測定やそれを元にした流動解析等を行った。その結果、縦型焼鈍炉の各帯間の雰囲気を分離した上で、各帯において、ガス吐出口およびガス吸引口のうち一方を上部に、他方を下部に配置すると、効果的に炉内の雰囲気を入れ替えられることを見出し、本発明を完成させるに至った。
 本発明は、このような知見に基づきなされたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
 (1)加熱帯、均熱帯および冷却帯がこの順に並置された縦型焼鈍炉を有し、該縦型焼鈍炉の内部で上下方向に搬送されつつ前記各帯を前記順に通過する鋼帯に対して焼鈍を行う鋼帯の連続焼鈍装置であって、
 前記加熱帯、均熱帯および冷却帯は雰囲気分離部を介して連通し、
 前記縦型焼鈍炉内にガスを導入するガス吐出口および前記縦型焼鈍炉内からガスを排出するガス排出口が、前記加熱帯、均熱帯および冷却帯にそれぞれ設けられ、
 前記各帯において、前記ガス吐出口およびガス排出口のうち一方が上部に、他方が下部に位置することを特徴とする鋼帯の連続焼鈍装置。
 (2)前記加熱帯の前に予熱帯が配置され、該予熱帯と前記加熱帯との間にも前記雰囲気分離部が設けられ、前記予熱帯において、前記ガス吐出口およびガス排出口のうち一方が上部に、他方が下部に位置する上記(1)に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。
 (3)前記全ての帯において、前記ガス吐出口が下部に位置し、前記ガス排出口が上部に位置する上記(1)または(2)に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。
 (4)各帯のガス排出口の1箇所あたりの流量Q(m3/hr)が以下の式(1)および式(2)の条件を満足する上記(3)に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。
 Q>3.93×V     ・・・式(1)
 Q>1.31×V0     ・・・式(2)
ここで、V0(m3):各帯の容積、V(m3):一対のガス吐出口/ガス排出口あたりの各帯の容積、とする。
 (5)前記全ての帯の長さが、いずれも7m以下である上記(1)~(4)のいずれか1項に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。
 (6)上記(1)~(5)のいずれか1項に記載の鋼帯の連続焼鈍装置と、前記冷却帯から排出される鋼帯に溶融亜鉛めっきを施す溶融亜鉛めっき装置と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置。
 本発明の鋼帯の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置によれば、炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことができる。このため、縦型焼鈍炉の大気開放後に鋼帯を連続的に熱処理する定常操業を行うに先立ち、または、定常操業中に炉内雰囲気中の水分濃度および/または酸素濃度が上昇した際に、炉内雰囲気の露点を定常操業に適したレベルまで速やかに低減させることができる。また、低露点化に限らず、鋼種切替え等で炉内雰囲気の交換が必要な場合にも操業効率の観点から優位である。
本発明の一実施形態による連続溶融亜鉛めっき装置100の構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態における、雰囲気分離部の一例を説明する模式図である。 従来の連続溶融亜鉛めっき装置の構成を示す模式図である。 (A)は実施例、(B)は比較例における、縦型焼鈍炉内の露点の経時変化を示すグラフである。 流動解析による直方体幅と相対吸引時間との関係を示すグラフである。
 以下、本発明の鋼帯の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置の実施形態を説明する。
 図1に示すように、本実施形態の鋼帯の連続焼鈍装置は、その上流から下流に向かって、予熱帯12、加熱帯14、均熱帯16および冷却帯18,20がこの順に並置された縦型焼鈍炉10を有する。本実施形態において冷却帯は、第1冷却帯18および第2冷却帯20からなる。そして、この連続焼鈍装置は、鋼帯Pに対して焼鈍を行う。各帯12,14,16,18,20には、上部および下部に1つ以上のハースロール26が配置され、これらハースロール26を起点に180度折り返されることで、鋼帯Pは縦型焼鈍炉10の内部で上下方向に複数回搬送され、複数パスを形成する。図1においては、予熱帯12で2パス、加熱帯14で8パス、均熱帯16で7パス、第1冷却帯18で1パス、第2冷却帯20で2パスの例を示したが、パス数はこれに限定されず、処理条件に応じて適宜設定可能である。また、一部のハースロール26では、鋼帯Pを折り返すことなく直角に方向転換させて、鋼帯Pを次の帯へと移動させ、これにより鋼帯Pは各帯12,14,16,18,20をこの順に通過する。なお、予熱帯12は省略することもできる。第2冷却帯20と連結したスナウト22は、縦型焼鈍炉10を溶融亜鉛めっき装置としてのめっき浴24と接続する。
 そして、本実施形態の連続溶融亜鉛めっき装置100は、このような連続焼鈍装置と、第2冷却帯20から排出される鋼帯Pに溶融亜鉛めっきを施すめっき浴24と、を有する。
 予熱帯12からスナウト22に至る縦型焼鈍炉10内は、還元性雰囲気または非酸化性雰囲気に保持される。予熱帯12では、その下部に設けられた開口部(鋼帯導入部)から鋼帯Pが導入され、後述するRTバーナの燃焼排ガスと熱交換したガスにより鋼帯Pを加熱する。加熱帯14および均熱帯16では、加熱手段としてラジアントチューブ(RT)(図示せず)を用いて、鋼帯Pを間接加熱することができる。なお、均熱帯16には、本発明の効果を阻害しない範囲で、上部が開口するように上下方向に延在する隔壁(図示せず)を設けてもよい。鋼帯Pを加熱帯14および均熱帯16で所定温度に加熱焼鈍した後、第1冷却帯18および第2冷却帯20で鋼帯Pを冷却し、スナウト22を介してめっき浴24に浸漬して鋼帯Pに溶融亜鉛めっきを施す。その後、さらに亜鉛めっきの合金化処理を行ってもよい。
 縦型焼鈍炉10内に導入される還元性または非酸化性のガスとしては、通常H2-N2混合ガスが用いられ、例えばH2:1~10体積%、残部がN2および不可避的不純物からなる組成を有するガス(露点:-60℃程度)が挙げられる。このガスは図1に示すガス吐出口38A,38B,38C,38D,38Eから導入される。(以下、符号38A~38Eをまとめて符号「38」で示すこともある。)これらのガス吐出口38には、図1に模式的に示したガス供給系統44からガスが供給される。ガス供給系統44には、適宜弁や流量計(図示せず)が設けられ、それぞれのガス吐出口38へのガスの供給量の調整や停止を個別に行うことができる。
 また、本実施形態では、水蒸気や酸素を多く含み露点が高い炉内ガスを、ガス排出口40A,40B,40C,40D,40Eを介して縦型焼鈍炉10内から排出する。(以下、符号40A~40Eをまとめて符号「40」で示すこともある。)図1に模式的に示したガス排出系統46には、吸引装置が接続されており、併せて適宜設けられる弁や流量計により、それぞれのガス排出口40からのガスの排出量の調整や停止を個別に行うことができる。ガス排出口40を通過したガスは、排ガス処理を行った後排出される。
 すなわち、本実施形態では、ガス吐出口38からは、常にフレッシュなガスが炉内に供給され、ガス排出口40から排出されたガスは、排ガス処理を行った後排出される。
 なお、通常各帯の内圧は大気圧よりも200~400Pa高いため、上記吸引装置が必ずしもなくても炉内ガスの排出は可能である。しかし、排出効率の観点からは吸引装置を設けることが好ましい。また、ガス排出口40から排出されたガスは可燃ガスを含むため、バーナで燃焼させる。その際発生する熱を予熱帯12のガス加熱に利用することが、エネルギー効率の観点から好ましい。
 ここで、本実施形態の連続溶融亜鉛めっき装置100の特徴的構成は、予熱帯12、加熱帯14、均熱帯16、第1冷却帯18、および第2冷却帯20が雰囲気分離部を介して連通する点と、ガス吐出口38およびガス排出口40が予熱帯12、加熱帯14、均熱帯16、第1冷却帯18、および第2冷却帯20にそれぞれ設けられ、各帯12,14,16,18,20において、ガス吐出口38およびガス排出口40のうち一方が上部に、他方が下部に位置する点である。
 以下、本発明の技術的意義を明らかにするために、まず、図3を参照して従来の連続溶融亜鉛めっき装置の一例を説明する。図3では、図1の装置と同じ構成部位は同じ符号を用いている。図3の連続溶融亜鉛めっき装置は、予熱帯12、加熱帯14、均熱帯16および冷却帯18,20がこの順に並置され、スナウト22を介してめっき浴24に接続される縦型焼鈍炉を有する。加熱帯14と均熱帯16とは一体化している。ここで、各帯12~20の下部や冷却帯18,20の連結部に設けられたガス吐出口38から、炉内にガスが導入される。ガス排出口は有しない。このような、連続溶融亜鉛めっき装置では、縦型焼鈍炉がスナウト22を介してめっき浴24に接続されているため、通常、炉内に導入されたガスは、炉体リーク等の不可避のものを除くと、炉の入側すなわち予熱帯12の下部の鋼帯導入部としての開口部から排出され、炉内ガスの流れは、鋼帯進行方向(図3中右側から左側)とは逆方向に、炉の下流から上流に向かう。しかし、このような構成では、炉内の各所においてガスの流れに滞留が生じてしまい、炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことはできない。
 一方、本発明では、予熱帯、加熱帯、均熱帯、および冷却帯が雰囲気分離部を介して連通する。具体的に本実施形態では、予熱帯12と加熱帯14との連結部28、加熱帯14と均熱帯16との連結部30、均熱帯16と第1冷却帯18との連結部32、および第1冷却帯18と第2冷却帯20との連結部34が、スロート(絞り部)になっており、さらに、連結部28,30,32,34には仕切り板36A,36B,36C,36Dが設けられている。(以下、符号36A~36Dをまとめて符号「36」で示すこともある。)仕切り板36は、鋼帯Pの両面側から鋼帯Pに近接した位置まで延在する。この構成により、各帯12,14,16,18,20内のガスが隣接する帯に拡散することを十分に抑えることができる。
 このような状況下において、本発明ではさらに、各帯において、ガス吐出口およびガス排出口のうち一方が上部に、他方が下部に位置する。この構成により、各帯において、ガス吐出口から供給されガス排出口から排出される一連のガスの流れが、炉の上部から下部または下部から上部に向かって生じ、その結果、ガスの滞留の発生を十分に抑えることができる。その例として本実施形態では、全ての帯12,14,16,18,20において、ガス吐出口38が下部に位置し、ガス排出口40が上部に位置しており、全帯においてガスの流れが炉の下部から上部に向かって生じる。
 以上のとおり、本発明の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置では、各帯において独立して雰囲気制御を行うことができ、炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことができる。このため、縦型焼鈍炉の大気開放後に鋼帯を連続的に熱処理する定常操業を行うに先立ち、または、定常操業中に炉内雰囲気中の水分濃度および/または酸素濃度が上昇した際に、炉内雰囲気の露点を定常操業に適したレベルまで速やかに低減させることができる。
 雰囲気分離部の構成は本実施形態に限定されることはなく、例えば連結部28,30,32,34に仕切り板36に替えて、シールロールまたはダンパーを設けた構成としてもよい。また、連結部に気体式の分離装置を設けた構成により、N2等のシールガスによるエアーカーテンによる分離を行ってもよい。これらの組み合わせでもよい。雰囲気の分離性をより高めるためには、スロートとなっている連結部28,30,32,34に、上記した1種類または複数種類の分離部材を設けることが好ましい。
 ただし、連結部28,30,32,34を十分に細くして、鋼帯Pは通過できるものの、隣接する帯への炉内ガスの拡散は抑制できるようにして、雰囲気分離部を構成してもよい。この場合、ダルシー・ワイスバッハの式の形状依存項に関して、雰囲気分離部のそれが帯のそれの10倍以上となることが好ましい。すなわち、図2を参照して、左側の帯の雰囲気分離性に関して以下のパラメータを設定する。
A:雰囲気分離方向
B:雰囲気非分離方向
L:長さ(La:連結部の長さ、Lb:帯の長さ)
D:高さ(Da:連結部の高さ、Db:帯の高さ)
W:奥行き(Wa:連結部の奥行き、Wb:帯の奥行き、図2では図示せず)
とすると、以下の式(3)を満足することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
ただしR=DW/{2(D+W)}
 目標とする露点に応じて必要とされる雰囲気分離の程度が定まるため、それに応じて雰囲気分離部の構成を適宜設計することができる。
 本発明では、雰囲気分離部により各帯の雰囲気を分離して、各帯において独立した雰囲気制御を可能としているので、各帯におけるガス吐出口38およびガス排出口40の上下の組合せは特に限定されない。ある帯ではガス吐出口38をその帯の下部に配置し、ガス排出口40を帯の上部に配置する一方、他の帯ではガス吐出口38を帯の上部に配置し、ガス排出口40を帯の下部に配置してもよい。ただし、各帯において、ガス吐出口およびガス排出口のうち一方は上部にのみ、他方は下部にのみ位置することが好ましい。
 ただし、本実施形態のように、全ての帯12,14,16,18,20において、ガス吐出口38を下部に配置し、ガス排出口40を上部に配置することが好ましい。この構成により、定常操業と炉内の雰囲気切替えを行う操業との切替えを容易にすることができる。
 以下、その理由を説明する。雰囲気切替えを行わない定常操業では、ガス吐出口38から上述のH2-N2混合ガスを導入するのみで、ガス排出口40からの炉内ガスの排出は行わない。その際、炉内に導入するH2-N2混合ガスのうち、水素を効率よく使う必要があるところ、水素は密度が低いため、炉の下部から導入した方が炉内に拡散させやすい。また、水素以外のガスは極力炉内に拡散しないほうが、熱的に有利である。これらの観点から、ガス吐出口38を炉の下部に配置することが好ましい。
 よって、ガス吐出口38を下部に配置し、ガス排出口40を上部に配置することにより、定常操業時には水素を有効活用し、かつ、熱損失を最小化して低コストの操業を行う一方、雰囲気切替えを行う際には、ガス排出口40からの炉内ガスの排出をも行い、短時間での雰囲気切替えを実現することができる。また、ガス排出口40からの排出量を制御することで、コストと雰囲気切替えとのバランスを自在に変更できるため、本実施形態の構成は定常操業との適合性が非常に高い。
 本明細書において、「各帯の上部」とは、各帯の上端から各帯の高さの25%の領域を意味するものとし、「各帯の下部」とは、各帯の下端から各帯の高さの25%の領域を意味するものとする。
 各帯12,14,16,18,20において雰囲気の切替えを効率的に行うには、各帯のガス吐出口38の個数とガス排出口40の個数とは同数とし、炉の上下でガス吐出口38およびガス排出口40を一対にすることが好ましい。
 そして本実施形態では、各帯12,14,16,18,20の長さW1,W2,W3,W4,W5が、いずれも7m以下であることが好ましい。例えば、各帯においてガス吐出口38/ガス排出口40を二対設ける場合、炉の上部から下部または下部から上部に向かうガスの流れを効果的に形成するには、W1~W5を7m以下とすることが好ましい。もちろんガス吐出口38/ガス排出口40を三対以上設ければ、ある程度ガスの流れを形成できるが、炉の横方向へのガスの流れも不可避であることから、各帯の雰囲気分離性を考慮すると、W1~W5を7m以下とすることが好ましい。なお、ガス吐出口38/ガス排出口40を一対とする場合には、W1~W5は4m以下とすることが好ましい。
 本実施形態のように、全ての帯12,14,16,18,20において、ガス吐出口38を下部に配置し、ガス排出口40を上部に配置する場合、各帯のガス排出口40の1箇所あたりの流量Qは、雰囲気切替え効率の観点からは多いことが好ましく、以下のように設定することが好ましい。すなわち、一対のガス吐出口/ガス排出口あたりの各帯の容積をV(m3)とすると、流量Q(m3/hr)はQ>3.93×Vを満足することが好ましい。すなわち、例えばV=200m3の場合、流量Qは786m3/hr超えとすることが好ましい。ただし、上限は3930m3/hr以下とすることがコストの観点から好ましい。
 また、ガス吐出口/ガス排出口の対の数に依らない各帯の容積をV0(m3)とすると、各帯のガス排出口40の1箇所あたりの流量Q(m3/hr)はQ>1.31×V0を満足することが好ましい。
 なお、これら流量Q(m3/hr)は、炉内の雰囲気温度を800℃と仮定した場合の換算値である。
 また、各帯のガス吐出口38の1箇所あたりの流量は、上記流量Qを考慮して適宜設定すればよい。
 また、ガス吐出口38からの吐出量およびガス排出口40からの排出量は、それぞれの開閉を制御することにより調節できる。例えば、低露点化が必要な場合にはガス吐出口38およびガス排出口40を全開にして炉内にガスの強い流れを形成し、短時間での雰囲気切替えを実現する。一方、低露点化が不要な場合には、ガス排出口40を閉じて低燃費操業を行ってもよい。ガス排出口40を閉じると、炉圧を保つために必要なガス量は低減できるため、ガス使用量が減り、低ランニングコストでの操業が可能となる。例えば、低露点が実現できている間はガス排出口40を閉にしておき、露点がある閾値(例えば-30℃)に達したらガス排出口40を開にして、短時間での低露点化を行う制御を行うこともできる。
 連結部28,30,32,34は炉の上部に位置しても下部に位置してもよい。雰囲気切替えを行わない定常操業を考慮すると、連結部は下部にした方が良い。これは、前述した通り還元ガスの水素は密度が低いため、上部に集まりやすい傾向があり、上部連結では隣のセクションに拡散してしまう可能性があるためである。このため、本実施形態のように、予熱帯12と加熱帯14との連結部28、加熱帯14と均熱帯16との連結部30は、炉の下部に設けたほうが、各帯の雰囲気の機密性を保ちやすいため好ましい。一方、均熱帯16と第1冷却帯18との連結部32は炉の上部に設けたほうが、ガスが混合しにくいため好適である。これは第1冷却帯18と均熱帯16では第1冷却帯18の方が低温であるため、連結部32を炉の下部に設けた場合、比重の重い第1冷却帯18のガスが均熱帯16に大量に混入するおそれがあるためである。一方、冷却帯同士の接続には、雰囲気制御上の制約は存在しないので、第1冷却帯18と第2冷却帯20との連結部34は、必要パス数に応じて配置しやすいようにすれば良い。
 本発明の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置は、炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことができるため、低露点化する際のみならず、鋼種切替え等で炉内雰囲気の交換が必要な場合にも操業効率の観点から優位である。例えば、高露点雰囲気下でハイテン材を製造する場合、炉内を低露点雰囲気から高露点雰囲気に切り替える必要があるが、本発明の連続焼鈍装置によれば、雰囲気の切替えを短時間に実現できる。さらに、本発明の連続焼鈍装置は、水素を帯毎に個別制御できるため、必要な帯に水素を集中させることも可能である。例えば冷却帯に水素を集中させれば、冷却能を上げることが可能であり、均熱帯に水素を集中させれば、H2/H2O比を上昇させられるため、ハイテン材等のめっき性向上や、加熱効率向上が可能である。さらに、例えば窒化処理のため、特定箇所にアンモニアを導入するような場合なら、水素をアンモニアに変更すれば効率良く実施することが可能となる。
 本発明は設備構成に関するものであり、既設設備の改造よりもむしろ建設時に適用することで大きな効果を発揮する。新設の場合、従来設備とほぼ同じコストで建設が可能である。
 本発明に従う図1に示す連続溶融亜鉛めっき装置、および、比較例による図3に示す連続溶融亜鉛めっき装置を用いて、露点測定試験を行ったので、以下説明する。
 図1に示すART型(オールラジアント型)CGLの装置構成の概略は既述のとおりであり、具体的な構成は以下のとおりである。まず、上下のハースロール間の距離は20m(第2冷却帯は10m)、各帯の容積V0、および、一対のガス吐出口/ガス排出口あたりの各帯の容積Vは、表1に示した。各帯の長さは、予熱帯1.5m、加熱帯6.8m、均熱帯6.0m、第1冷却帯1.0m、第2冷却帯1.5mである。ガス吐出口は口径50mmであり、その中心は、炉の下部のハースロールの中心から1m下に位置する(図1においてD1=1m)。ガス排出口は口径100mmであり、その中心は、炉の上部のハースロールの中心から1m上に位置する(図1においてD2=1m)。ガス吐出口から吐出するガスの露点は-70~-60℃であり、全ガス吐出口からのガスの供給能力は、トータルで2000Nm3/hr(N2=1800Nm3/hr,H2=200Nm3/hr)である。各帯の連結部には雰囲気分離性を高めるため、仕切り板を設けた。仕切り板の先端から鋼帯表面までの距離は、鋼帯表裏面とも50mmであり、仕切り板の鋼帯通過方向長さは500mmである。露点計は各帯の中央部分(図1中の符号42の位置)に設ける。
 次に、図3に示すART型(オールラジアント型)CGLの装置構成の概略は既述のとおりであり、具体的な構成は以下のとおりである。上下のハースロール間の距離は20m、各帯の容積は、予熱帯80m3、加熱帯と均熱帯の合計840m3、第1冷却帯65m3、および第2冷却帯65m3である。ガス吐出口は図3に示す位置に配置され、口径50mmである。ガス吐出口から吐出するガスの露点は-70~-60℃であり、全ガス吐出口からのガスの供給能力は、図1の場合と同じである。露点計は各帯の中央部分(図1中の符号42の位置)に設ける。
 それぞれの連続溶融亜鉛めっき装置において、縦型焼鈍炉を大気開放した後の立ち上げ時には、炉内に約-10℃前後の水蒸気や酸素を含む雰囲気ガスが存在した(図4(A),(B)の0hrを参照)。その後、以下の条件にて操業を開始した。まず、鋼帯のサイズは、幅900~1100mm、板厚0.8~1.0mmとし、鋼種は表2に示した。通板速度は100~120mpm(ラインスタート直後除く)、焼鈍温度は780~820℃とした。
 全ガス吐出口からのガスの総吐出量は、図1の本発明例において1200~1600Nm3/hr(うち、H2:120~160Nm3/hr)、図3の比較例において900~1100Nm3/hr(うち、H2:90~110Nm3/hr)とした。なお、単位口あたりの吐出流量は同一とした。
 また、図1の本発明例において、各帯におけるガス排出口の1箇所あたりの流量Qは、表1に示すものとした。図3の比較例ではガス排出口がないため、縦型焼鈍炉の入り側からの排出のみであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 操業開始からの縦型焼鈍炉内の各帯における露点の経時変化を図4(A),(B)に示す。図4(B)に示すように、比較例では露点が-30℃を下回るのに40時間前後必要であるのに対して、図4(A)に示すように、本発明例では全ての帯において20時間前後で-30℃に到達した。特に、ハイテン材の製造において重要な均熱帯に着目すると、13時間で-30℃に到達した。
 また、70時間後の到達露点も、比較例では-35℃近傍なのに対して、本発明例では全地点で-40℃以下となった。特に、均熱帯では-46℃以下まで低下したため、ハイテン材を製造する好適な状態になっているといえる。
 さらに、本発明例では、各帯におけるガス排出口の1箇所あたりの流量Qを式(1)および(2)を満足するように設定したため、効率的な雰囲気切替えが可能であった。しかし、比較例において、予熱帯と均熱帯(V0=840m3、ガス吐出口/ガス排出口のペア数:9組)に着目すると、式(1),(2)を満たすには、Q>1100.4m3/hr=280Nm3/hr、全流量では2520Nm3/hr(9903.6m3/hr)超えとしなければならず、不経済である。
 ここで、雰囲気切替えを効率的に行うには、炉内のガスの流れに滞留を生じさせないことが重要である。本発明者らは、この観点から好適な各帯の長さについて、流動解析手法(CFD:Computational Fluid Dynamics)を用いて検討を行った。直方体(長さ可変、高さ20m、奥行き2.5m)の上部(上から0.5mの位置)にガス排出口を、下部(下から0.5mの位置)にガス吐出口をそれぞれ配置した。吐出口/排出口の組数は直方体の長さ1mあたり1組とし、口径は50mm、各ガス吐出口での流量は100m3/hrとした。この条件で流動解析を行い、直方体内から流線がすべてガス排出口に吸引されるまでの時間を評価した。なお、流線数は100本/m3とし、乱数モデルにはk-εモデルを採用し、エネルギー項は考慮していない。
 流動解析の結果を図5に示す。図5から、直方体の長さが7m以下の場合に、吸引時間がほぼ最小値をおり、雰囲気切替えが効果的に行われることがわかる。これは、直方体の長さを所定長さ以下に制限することにより、ガスの移動自由度を制限し、ガスの滞留を効果的に抑制することができることを示している。
 本発明によれば、炉内の雰囲気の切替えを短時間で行うことが可能な鋼帯の連続焼鈍装置および連続溶融亜鉛めっき装置を提供できる。
 100 連続溶融亜鉛めっき装置
 10 縦型焼鈍炉
 12 予熱帯
 14 加熱帯
 16 均熱帯
 18 第1冷却帯
 20 第2冷却帯
 22 スナウト
 24 めっき浴(溶融亜鉛めっき装置)
 26 ハースロール
 28,30,32,34 連結部(スロート)
 36A~36D 仕切り壁
 38A~38E ガス吐出口
 40A~40E ガス排出口
 42 露点測定位置
 44 ガス供給系統
 46 ガス排出系統
 P 鋼帯

Claims (6)

  1.  加熱帯、均熱帯および冷却帯がこの順に並置された縦型焼鈍炉を有し、該縦型焼鈍炉の内部で上下方向に搬送されつつ前記各帯を前記順に通過する鋼帯に対して焼鈍を行う鋼帯の連続焼鈍装置であって、
     前記加熱帯、均熱帯および冷却帯は雰囲気分離部を介して連通し、
     前記縦型焼鈍炉内にガスを導入するガス吐出口および前記縦型焼鈍炉内からガスを排出するガス排出口が、前記加熱帯、均熱帯および冷却帯にそれぞれ設けられ、
     前記各帯において、前記ガス吐出口およびガス排出口のうち一方が上部に、他方が下部に位置することを特徴とする鋼帯の連続焼鈍装置。
  2.  前記加熱帯の前に予熱帯が配置され、該予熱帯と前記加熱帯との間にも前記雰囲気分離部が設けられ、前記予熱帯において、前記ガス吐出口およびガス排出口のうち一方が上部に、他方が下部に位置する請求項1に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。
  3.  前記全ての帯において、前記ガス吐出口が下部に位置し、前記ガス排出口が上部に位置する請求項1または2に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。
  4.  各帯のガス排出口の1箇所あたりの流量Q(m3/hr)が以下の式(1)および式(2)の条件を満足する請求項3に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。
     Q>3.93×V     ・・・式(1)
     Q>1.31×V0     ・・・式(2)
    ここで、V0(m3):各帯の容積、V(m3):一対のガス吐出口/ガス排出口あたりの各帯の容積、とする。
  5.  前記全ての帯の長さが、いずれも7m以下である請求項1~4のいずれか1項に記載の鋼帯の連続焼鈍装置。
  6.  請求項1~5のいずれか1項に記載の鋼帯の連続焼鈍装置と、前記冷却帯から排出される鋼帯に溶融亜鉛めっきを施す溶融亜鉛めっき装置と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置。
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