JPH07813B2

JPH07813B2 - 焼鈍炉

Info

Publication number: JPH07813B2
Application number: JP25450085A
Authority: JP
Inventors: 修竹内; 章相沢; 透井浦; 宏山崎; 健二郎松本
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1985-11-13
Filing date: 1985-11-13
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPS62116726A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、製鉄所の冷延工場の薄板熱処理工程におけ
る箱型タイト焼鈍炉に関するものである。

［従来の技術］第８図に従来の箱型コイル焼鈍炉の概略断面を示す。本
例の場合の被処理物は、0.2〜3.2mm厚程の薄板を密に巻
いた物であり、タイトコイルと称する。このようなコイ
ルＷを支持するプレナムチャンバ１は金属版を格子状に
組み、風が自由に流れるようになっている。このプレナ
ムチャンバ１の一端側には、モータ２に連結されたファ
ン３が設けられ、さらにファン３の吐出側には風箱４が
設けられているこの風箱４はプレナムチャンバ１と共
に、雰囲気ガスを循環させる一連のガス流路Ｌを成して
いる。コイルＷの上方には、複数の輻射管５が支持され
ている。これらの輻射管５の一端にはバーナ（図示せ
ず）、他端には排気ダクト（図示せず）が設置されてい
る。

風箱４の途中には炉殻６及び断熱材７を貫通してクーラ
８が設けられ、このクーラ８には、このクーラ８自体を
風箱４内に出し入れするクーラ駆動装置９と、炉内外の
シールを目的とするベローズ10が備えられている。一
方、炉前には、コイルＷを装入、抽出する際に開閉する
ドア11と、このドア11と炉殻６の接触部における炉の内
外を完全シールするためのドアシール装置12が備えられ
ている。

コイルＷはその冶金上の要求から750℃程度に加熱さ
れ、十分に均熱された後に冷却処理される。炉内には窒
素と水素の混合ガスが封入されている。加熱、均熱期に
は、クーラー８を図中実線で表すようにクーラー駆動装
置９によって十分に炉外に引き出しておく。バーナで発
生した高温燃焼ガスを内包せる輻射管５の外表面より輻
射熱が発射され、モータ２の運転によりファン３が図中
の矢印方向に炉内雰囲気ガスを循環させる。

第９図によりコイルＷの加熱の仕組みを説明する。輻射
管５の外表面から外向きに放出された熱輻射線は概ねコ
イルＷに向かう分と、上方（天井）の断熱材７に向かう
分と、炉内雰囲気ガスに吸収される分となる。上方（天
井）の断熱材７の表面からはコイルＷに輻射線が発射さ
れる。

このことから、コイルＷの上面は、概ね輻射管５及び上
方（天井）断熱材７の熱輻射線と、雰囲気ガス流による
対流によって盛んに加熱される。コイルＷの側面の加熱
は、その角度から雰囲気ガス流による対流加熱が主とな
り、輻射管５からの輻射分は減少する。また、コイルＷ
の下面については、雰囲気ガス流による対流加熱のみと
なる。

コイルＷの上面のＡ点における温度上昇と温度降下曲線
Ａと、下面のＢ点における温度上昇と温度降下曲線Ｂを
第７図に示す。上面のＡ点は下面のＢ点に比べて温度上
昇が遅れている。これは、上述の輻射線の有無、上面の
Ａ点付近で吸収された残りの熱ガスで下面のＢ点を加熱
すること、さらに下面のＢ点が熱容量が大きい金属製の
プレナムチャンバ１と接しているためであり、第７図に
示すように比較的大きなT₁の時間遅れが生じる。

第７図にては時間帯を３つに分け、Ｉを加熱期、IIを均
熱期、IIIを冷却期とする。

下面のＢ点が目標温度に到達してから均熱を行い、次に
冷却を行う。その際には、輻射管５のバーナを消化し、
クーラー８をクーラー駆動装置９によって風箱４内に挿
入する。クーラー８は、その内部に冷却水管群を有し、
通過する雰囲気ガスを冷却する。雰囲気ガスが冷却さ
れ、この冷却された循環ガスにより、断熱材７、プレナ
ムチャンバ１、ファン３、輻射管５及び風箱４の温度が
徐々に下がる。

コイルＷから見ると最も冷たい雰囲気ガスがコイルＷの
上面に当たり、次に側面に沿い最後にプレナムチャンバ
１を介して冷却される。このことから前記の上面のＡ点
と下面のＢ点を比較すると、下面のＢ点の温度降下が大
幅に遅れ、第７図に示すように比較的大きなT₂の時間遅
れを生じる。

［発明が解決しようとする問題点］上述したように従来の焼鈍炉にあっては、コイルＷの下
面のＢ点の加熱、及び冷却には大きな時間遅れが生じ、
加熱、冷却期ともにそのコイルＷの上面のＡ点が最悪条
件点となる。そのため、次のような問題があった。

．コイル下面の温度によって操業時間が決まるため、
加熱、均熱、冷却の操業時間が短縮できず、長い時間を
要する。

．生産量が制限される。

．燃料消費量が多く不経済である。

．コイル上面と下面の温度差が大きく品質上不利であ
る。

この発明は、このような従来の問題を解決し、加熱、均
熱及び冷却時間の短縮による生産能力の向上、省エネル
ギー化、被処理物コイルの温度分布の改善とこれによる
品質向上を図ることのできる焼鈍炉を提供することを目
的とする。

［問題点を解決するための手段］この発明は、その目的を達成させるために、被処理物を
収めた炉内に、高温の雰囲気ガスを循環させて被処理物
を加熱、均熱させた後、低温の雰囲気ガスを循環させて
被処理物を冷却させる焼鈍炉において、被処理物の加
熱、均熱時に雰囲気ガスを加熱する輻射管と、炉内の被
処理物上方の位置に備えられて雰囲気ガスを下方に噴出
する上部の噴出ノズルと、炉内の被処理物下方の位置に
備えられて雰囲気ガスを上方に噴出する下部の噴出ノズ
ルと、炉内の被処理物上方の空間と前記上部の噴出ノズ
ルとの間に形成されて被処理物の加熱、均熱時に通じる
上部のガス流路と、炉内の被処理物上方の空間と前記下
部の噴出ノズルとの間に形成されて被処理物の加熱、均
熱、冷却時に通じる下部のガス流路と、上部と下部のガ
ス流路中に備えられて、炉内の被処理物上方の空間の雰
囲気ガスを吸い込む循環ファンと、上部のガス流路中に
備えられて、被処理物の冷却時に雰囲気ガスを冷却する
上部クーラーと、下部のガス流路中に備えられて、被処
理物の加熱、均熱時に雰囲気ガスを加熱する補助加熱装
置と、下部のガス流路中に備えられて、被処理物の冷却
時に雰囲気ガスを冷却する下部クーラーとを具備してな
ることを特徴としている。

［作用］この発明の焼鈍炉は、被処理物の過熱においては、その
上面を主に輻射加熱しかつその下面を主に対流加熱し
て、被処理物の最温点をその被処理物の中央とし、一
方、被処理物の冷却時においては、被処理物の上方と下
方から同時に対流冷却して、被処理物の最冷点をその被
処理物の中央とすることにより、被処理物内の温度分布
を均一化して熱効率よく焼鈍する。

［実施例］以下、本発明の一実施例を第１図ないし第６図を参照し
ながら説明する。

第１図は焼鈍炉の構成図であり、図中21は、焼鈍対象の
コイルＷを支持するプレナムチャンバである。このプレ
ナムチャンバ21は金属版を格子状に組んで成り、このプ
レナムチャンバ21の溝内部には、上吹きの下部の噴出ノ
ズル22を複数個取り付けたダクト状の下部ヘッダ23が複
数列配置されている。この噴出ノズル22の取り付いた下
部ヘッダ23は下部風箱24に接続されている。コイルＷの
上方には複数個の輻射管25が配置されており、この輻射
管25の上方には、上部の噴出ノズル26を複数個取り付け
た上部ヘッダ27が複数列配置されている。この上部ヘッ
ダ27は、分岐管28とダクト29を介して上部風箱30に接続
されている。

コイルＷ、輻射管25、プレナムチャンバ21、風箱24、3
0、及びこれらの風箱24、30に接続された吸い込み箱31
等は、断熱材32、炉殻33、コイルＷの装入、抽出する際
に開閉するドア34、及びこのドア34と炉殻33の接触部に
おける炉内、炉外を完全シールするドアシール装置35等
によって格納されている。炉殻33は箱型をしていて、そ
の一側壁（本実施例の場合は後壁）に沿って風箱24、30
が配置されている。

そして、本例の場合は風箱24、30の中間に循環ファン36
が設けられている。この循環ファン36には、それを駆動
するモータ37が付属されている。循環ファン36は、回転
することによって、吸い込み箱31を通してコイルＷの上
方の空間の雰囲気ガスを吸い込み、そしてその雰囲気ガ
スを下部風箱24と上部風箱30内に送り込むようになって
いる。下部風箱24は、噴出ノズル22の取り付いた下部ヘ
ッダ23に通じる一連の下部のガス流路L₁を成していて、
この下部のガス流路L₁を通して雰囲気ガスを導く。一
方、上部風箱30は、ダクト29と分岐管28を通って噴出ノ
ズル26の取り付けた上部ヘッダ27に通じる一連の上部の
ガス流路L₂を成していて、この上部のガス流路L₂を通し
て雰囲気ガスを導く。

上部風箱30と分岐管28には遮へいダンパー38、39が備え
られており、これらを調整することによって、上部と下
部の風箱24、30内への吐出風量を例えば、上部風箱30内
に０〜50％、下部風箱24内に100〜50％という具合に吐
出風量比を調整できるようになっている。

下部風箱24の下方には下部クーラ40がクーラハウジング
41と共に設置されている。クーラハウジング41には、開
口部における炉の内外を完全にシールするベローズ又は
蛇腹（図示せず）と、クーラ40を挿入、引き出しするク
ーラ駆動装置42が備えられている。更に、下部風箱24の
底部の部屋には、補助加熱装置43が格納されている。

上部風箱30は、断熱材32と炉殻33を貫通してダクト29に
通じており、このダクト29の途中には上部クーラー44が
設置されている。このダクト29からは上部ヘッダ27への
分岐管28が分岐して、その分岐管28の途中に、遮へいダ
ンパー39とON-OFF弁45が備えられている。本例において
は、ダクト29と分岐管28等を炉外に配置したが、勿論、
炉内に配置することも可能である。

炉内には、窒素（N₂）と水素（H₂）の混合ガスが封入さ
れ、循環ファン36の運転により、炉内雰囲気ガスとし
て、ガス流路L₁、L₂を通って炉内を循環する。また、前
記輻射管25、補助加熱装置43のそれぞれの一端にはバー
ナ（図示せず）、他端には排気ダクト（図示せず）が備
えられている。補助加熱装置43には、バーナ燃焼による
ものの外に電気ヒータによる加熱の方法もある。なお、
46は仕切り壁である。

次に、作用について説明する。

焼鈍作業は、前述した従来の場合と同様に、加熱ー均熱
ー冷却の３工程からなる。

まず、加熱ー均熱の態様を第２図、第３図により説明す
る。

クーラ40は、クーラ駆動装置42によってクーラハウジン
グ41内に引き出して格納しておく。また、遮へいダンパ
ー38を下限位置に保持して上部風箱30の上端を閉止する
と共に、遮へいダンパー39を下限位置に保持して上部ヘ
ッダ27の入口を閉止しておく。また、ON-OFF弁45も全閉
としておく。

したがって、雰囲気ガスは循環ファン36によって第２図
中の矢印方向にする。すなわち、炉内の雰囲気ガスは、
輻射管25によって加熱されてから、第２図において左方
から右方へと吸い込み箱31内に引き込まれ、循環ファン
36の吐出量の100％が下部風箱24内に入って下降し、そ
の風箱24に設けられた補助加熱装置43によって更に加熱
され、そして複数列の下部ヘッダー23に流れ込んで噴出
ノズル22から上方に高速噴出する。この下部ヘッダー23
は十分な容量（容積）をもち、内部を均圧にして各噴出
ノズル22から高速に、かつバランスよく循環ガスを噴出
する。また、一方において、輻射管25の外周からは熱輻
射線が発射される。

この時における加熱の仕組みを第３図に基いて詳述す
る。輻射管25の熱輻射線は、コイルＷに向かう分と、天
井の断熱材32に向か分と、炉内の雰囲気ガスを温める分
とに分かれる。天井の断熱材32に吸収される熱はコイル
Ｗに再輻射される。他方、循環ファン36によって加圧さ
れた高温の雰囲気ガスは、補助加熱装置43の周辺を通
り、コイルＷの下面に向って噴出ノズル22から高速で吹
き付けられて、コイルＷの下面を加熱する。

この結果、コイルＷはその上面を主に輻射加熱、下面を
噴流による対流加熱により加熱される。コイルＷの上面
と下面の加熱のバランスは、循環ファン36の回転数の調
整と補助加熱装置43の調整により、容易に制御すること
が可能である。

コイルＷの下面に吹き付けられた雰囲気ガスは、コイル
Ｗの周辺を通ってから、輻射管25の周辺を通過して、再
度、吸い込み管31内に吸い込まれ、循環ファン36によっ
て繰り返し循環されることになる。また、本例の場合
は、炉内に吹き出された雰囲気ガスが有効にコイルＷと
輻射管25の周辺を通過するように、仕切り壁46や吸い込
み箱31の入り口を工夫している。吸い込み箱31の上下方
向に関する位置も重要な要因であり、本例においてはこ
れらを十分に考慮した構成となっている。

次に、冷却の態様を第４図、第５図により説明する。

クーラ40は、クーラ駆動装置42によってクーラハウジン
グ41内から下部風箱24内に挿入する。上部風箱30の遮へ
いダンパー38は上限位置に保持して開き、分岐管28中の
ON-OFF弁45は全開し、分岐管28の遮へいダンパー39は上
限位置に保持して開く。輻射管25と補助加熱装置43のバ
ーナは消化する。そして、循環ファン36によって、雰囲
気ガスは上部と下部の両方のガス流路L₁,L₂を通って第
４図中の矢印方向に循環する。

下部のガス流路L₁を通って循環する雰囲気ガスは、下部
風箱24内の下部クーラ40によって冷却される。この冷却
された雰囲気ガスは、風箱24の下方に送り出されて、下
部ヘッダー23内に流れ込み、噴出ノズル22から高速で上
方に噴出される。

一方、上部のガス流路L₂を通って循環する雰囲気ガス
は、上部クーラ44によって冷却される。この冷却された
雰囲気ガスは、ダクト29から分岐管28内に分岐して、上
部ヘッダー27内に流れ込み、噴出ノズル26から高速で下
方に噴出される。

この時における冷却の仕組みを第５図に基いて詳述す
る。

コイルＷの下方においては、下部クーラ40によって冷却
された雰囲気ガスが噴出ノズル22から上方に高速で噴出
し、コイルＷの下面に衝突してそのコイルＷの熱を奪
う。一方、コイルＷの上方においても同様に、上部クー
ラ44によって冷却された雰囲気ガスが噴出ノズル26から
下方に高速で噴出し、コイルＷの上面に衝突してそのコ
イルＷの熱を奪う。

コイルＷの上下面に衝突した後の雰囲気ガスは、コイル
Ｗの側面に沿って流れつつそのコイルＷの熱を更に奪
い、そして再度、循環ファン36によって吸い込み箱31内
に吸い込まれて、下部と上部のクーラ43、44により冷却
され、下部と上部の噴出ノズル22、26からコイルＷの上
下面に向って噴出する。雰囲気ガスはこのように循環す
る。

コイルＷの上面と下面の冷却のバランスは、循環ファン
36の回転数と、下部と上部のガス流路L₁,L₂への吐出風
量比と、下部と上部のクーラ43、44への供給冷却水量の
調整により、容易に制御することが可能である。また、
冷却時の一態様としては、冷えにくいコイルＷの下部に
向かって噴出ノズル22から多量の雰囲気ガスを噴出させ
るように、下部と上部のガス流路L₁,L₂中の循環ガスの
流量を調整することもできる。

また、本例においては、加熱期と同様に、炉内を流れる
雰囲気ガスが有効にコイルＷの周辺を通過するように考
慮した構成となっている。また、上部ヘッダー27に昇降
装置を備えることにより、コイルＷの積み込み高さＨに
応じて、噴出ノズル26の噴出口とコイルＷの上面との間
の距離Ｌを調整するように成すことも可能である。

第５図中のコイルＷのＣ点,D点,E点における温度曲線を
第６図に示す。同図において、曲線ＣはＣ点，曲線Ｄは
Ｄ点の温度曲線であり、ほぼ同一曲線となる。これに対
し、コイルＷの中央部のＥ点の温度曲線Ｅはやや遅れ
る。しかし、この遅れT₃,T₄は、従来の場合の遅れT₁,T₂
に比して半分以下となる。したがって、均熱時間も短縮
可能となり、加熱ー均熱ー冷却期の全てにおいて時間を
短縮することができた。

［発明の効果］以上説明したように、この発明の焼鈍炉は、被処理物の
過熱においては、その上面を主に輻射加熱すると共にそ
の下面を主に対流加熱し、一方、被処理物の冷却時にお
いては、被処理物の上方と下方から同時に対流冷却する
構成であるから、次ぎのような優れた効果を奏する。

、コイルを上下両面から加熱、冷却するため、コイル
内の最温点および最冷点がコイル中央となり、コイル内
の温度分布が均一化されて、温度差がなくなった。

、の結果から品質が向上した。

、操業時間が大幅に短縮され生産量が増大した。

、燃料の消費量が減少し、燃料原単位の改善ができ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図はこの発明の一実施例を説明するた
めの図であり、第１図は断面図、第２図は加熱ー均熱状
態における断面図、第３図は加熱の仕組みを説明するた
めの図、第４図は冷却状態における断面図、第５図は冷
却の仕組みを説明するための図、第６図は被処理物の各
点における温度曲線を示す図である。第７図ないし第９図は従来例を説明するための図であ
り、第７図は被処理物の各点における温度曲線を示す
図、第８図は加熱ー均熱状態における断面図、第９図は
加熱の仕組みを説明するための図である。 21……プレナムチャンバ、22……下部の噴出ノズル、23
……下部ヘッダー、24……下部風箱、25……輻射管、26
……上部の噴出ノズル、27……上部ヘッダー、31……循
環ファン、32……断熱材、40……下部クーラー、43……
補助加熱装置、44……上部クーラー、Ｗ……コイル（被
処理物）、L₁……下部のガス流路、L₂……上部のガス流
路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山崎宏東京都千代田区大手町２丁目２番１号石川島播磨重工業株式会社内 (72)発明者松本健二郎東京都千代田区大手町２丁目２番１号石川島播磨重工業株式会社内 (56)参考文献特開昭62−116725（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−156171（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理物を収めた炉内に、高温の雰囲気ガ
スを循環させて被処理物を加熱、均熱させた後、低温の
雰囲気ガスを循環させて被処理物を冷却させる焼鈍炉に
おいて、被処理物の加熱、均熱時に雰囲気ガスを加熱す
る輻射管と、炉内の被処理物上方の位置に備えられて雰
囲気ガスを下方に噴出する上部の噴出ノズルと、炉内の
被処理物下方の位置に備えられて雰囲気ガスを上方に噴
出する下部の噴出ノズルと、炉内の被処理物上方の空間
と前記上部の噴出ノズルとの間に形成されて被処理物の
加熱、均熱時に通じる上部のガス流路と、炉内の被処理
物上方の空間と前記下部の噴出ノズルとの間に形成され
て被処理物の加熱、均熱、冷却時に通じる下部のガス流
路と、上部と下部のガス流路中に備えられて、炉内の被
処理物上方の空間の雰囲気ガスを吸い込む循環ファン
と、上部のガス流路中に備えられて、被処理物の冷却時
に雰囲気ガスを冷却する上部クーラーと、下部のガス流
路中に備えられて、被処理物の加熱、均熱時に雰囲気ガ
スを加熱する補助加熱装置と、下部のガス流路中に備え
られて、被処理物の冷却時に雰囲気ガスを冷却する下部
クーラーとを具備してなることを特徴とする焼鈍炉。