JPH0920927A - 連続焼鈍炉における雰囲気仕切り方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 雰囲気ガス組成の異なる複数の帯域を持つ焼
鈍炉において、各帯域間の相互のガス混入を許容量以下
に抑制し、かつ、炉内ガス流れを経時変化なく一定に保
持することで安定した品質の製品を製造する。 【構成】 雰囲気の異なる帯域の境界に絞り部を間隔を
おいて複数設け、該絞り部間で排気口を有する雰囲気緩
衝帯を形成し、該緩衝帯に隣接する各帯域から雰囲気ガ
スを所定量該絞り部を通過せしめ該排気口から排気す
る。 【効果】 各帯域における雰囲気の組成変動がなくなり
各帯域の反応が安定化することにより、常に一定の酸化
量や脱炭量を持つ鋼板が製造でき、最終製品の品質不良
がなくなった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は連続焼鈍炉における
雰囲気仕切り方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ストリップの連続焼鈍炉は、加
熱帯、均熱帯、冷却帯を連設されたものや、加熱帯、脱
炭帯、還元帯および冷却帯を連設されたものなどがあ
る。それぞれの帯域では所望の雰囲気ガスとし、連続焼
鈍あるいは連続脱炭焼鈍が行われる。

【０００３】表面性状を特に厳しく管理する必要がある
ストリップや、脱炭を必要とするものや、更には鋼板表
面の酸化層を管理する必要があるストリップを連続焼鈍
する場合には、例えば加熱帯、脱炭帯、還元帯各帯を所
定雰囲気例えば、露点を特定範囲に維持し、また雰囲気
ガス組成中の特定成分を常に一定濃度に保持する等、前
記各帯域の処理目的に応じたものにする必要がある。

【０００４】かかることから、連続焼鈍炉における各帯
の境界には雰囲気仕切りが設けられ、炉内の雰囲気ガス
の混合を防ぐような提案がなされている。例えば特開平
４−３０４３２２号公報では、複数の仕切りを緩衝帯を
挟んで設け、各隔離室への流入ガスを、緩衝帯に設けた
排気孔より炉外へ排出することで各帯域間の雰囲気を完
全分離可能であることが開示されている。

【０００５】このように連続焼鈍炉において現在用いら
れている雰囲気仕切りは、ストリップ板面に接触させる
形式のものが多く用いられていることから、接触面の摩
耗による仕切り性の経時変化が生じ、緩衝帯へ流入する
雰囲気ガス量の変動等が生じているのが実情である。一
方、各帯域の雰囲気を所望の組成に保つためには、隣接
帯からの一定量以上のガス侵入を防ぐことは勿論、ガス
中成分例えば脱炭焼鈍の場合の如く、水分とストリップ
の反応が生じ、水分が消費されているような場合、帯域
中のガス量の変化は即、雰囲気（露点）の変化に繋が
り、炉内反応安定化の大きな阻害要因となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、各帯域間の
ガス混合を一定量以下に安定的に防止するとともに、各
帯域から仕切り性確保のために引き落とされるガス量を
常に一定に保つことを可能とし、各帯域内のガス量の時
間的，空間的変動を抑えることを可能とする仕切り方法
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、雰囲気
ガス組成または雰囲気ガスの露点が異なる複数の帯域が
設けられた連続焼鈍炉において、帯域境界に鋼板への接
触物を有さない絞り部を間隔をおいて複数設け、該絞り
部間で排気口を有する雰囲気緩衝帯を形成し、該緩衝帯
に隣接する各帯域から雰囲気ガスを次式を満たすガス量
Ｑで該絞り部を通過せしめ該排気口から排気することを
特徴とする連続焼鈍炉における雰囲気仕切り方法にあ
る。 雰囲気緩衝帯の鋼板入側隣接帯から緩衝帯に流すガス量
Ｑ₁ （ｍ³ ／sec) Ｑ₁ ≧１５０Ｄ_K （Ｗ_S Ｈ／Ｌ） （１） Ｄ_K ：緩衝帯雰囲気ガスの拡散係数（cm² ／sec)，
Ｗ_S ：絞り部幅（ｍ） Ｈ：絞り部空間高さ（ｍ），Ｌ：絞り部長さ（ｍ） 雰囲気緩衝帯の鋼板出側隣接帯から緩衝帯に流すガス量
Ｑ₂ （ｍ³ ／sec) Ｑ_R ≧Ｃ（Ａ−１）／（Ａ・Ｂ−１） （２） Ａ＝Ｗ／Ｗ_S ・Ｑ₂ ／Ｃ Ｂ＝ exp［０．１７・Ｗ・Ｌ｛１／Ｃ−１／（Ｑ₂ ・Ｗ
／Ｗ_S ）｝］ Ｃ＝Ｗ・Ｖ² ｛−Ｖ／６Ｈ² ・Ｄ）＋１｝／（Ｄ・Ｈ） Ｄ＝６Ｑ₂ ／（Ｗ_S ・Ｈ³ ）＋３Ｖ／Ｈ² Ｑ_R ：雰囲気緩衝帯から出側隣接帯域への許容侵入ガス
量（ｍ³ ／sec) Ｗ_S ：絞り部幅（ｍ），Ｈ：絞り部高さ（ｍ），Ｌ：絞
り部長さ（ｍ） Ｗ：板幅（ｍ），Ｖ：ラインスピード（ｍ／sec)

【０００８】以下、本発明を一実施例に基づき、図面を
参照して詳細に説明する。図１において、１は連続焼鈍
炉で該炉は、この実施例では加熱帯２、均熱帯３、冷却
帯４が設けられている。均熱帯３と冷却帯４の間に絞り
部５、６により形成された緩衝帯７が設けられている。
８は６５〜７０℃の高露点の雰囲気ガス供給装置であ
り、加熱帯２、均熱帯３の炉内に分割して供給されてい
る。９は−２０〜−３０℃の低露点の雰囲気ガス供給装
置であり、冷却帯４の炉内に供給されている。加熱帯２
および均熱帯３の雰囲気ガスは、排気口１０および排気
口１１から炉外に排出され、冷却帯４の雰囲気ガスは排
気口１１および１２から炉外に排出される。１３は排気
口１１の流量調整装置である。

【０００９】絞り部は鋼板と接触しないため劣化が無い
ことから、排気口１１の流量を常に一定に保持すること
で炉内のガス流れは変動しない。一方、緩衝帯７の雰囲
気ガスは加熱帯、均熱帯の雰囲気ガスと冷却帯の雰囲気
ガスが混合したものであり、該混合ガスが隣接帯（均熱
帯、冷却帯）に一定以上の量が侵入すると、各隣接帯の
所望の雰囲気ガス組成（露点）が得られず、鋼板の反応
に異常が生じる。各隣接帯から緩衝帯に雰囲気ガスが流
入しているにもかかわらず、該混合ガスが絞り部を乗り
越え隣接帯へ侵入するのは、該混合ガスの分子の拡散運
動によるものと鋼板の随伴によるものがある。本発明者
は、該混合ガスの各隣接帯に侵入するガス量は、該混合
ガスの拡散係数と鋼板の通板速度を考慮し、絞り部５、
６の形状（長さ、幅、空間高さ）または各隣接帯から緩
衝帯に流入するガス量を調整することで一定量に抑制で
きることを知見した。

【００１０】まず、絞り部５においては、緩衝帯から均
熱帯へのガスの侵入はガスの拡散運動によることから、
ガス種類，温度，絞り部形状により決まる理論拡散侵入
ガス量に比例したガス量を均熱帯から緩衝帯へ流入せし
めることで該侵入ガスを防止できると考え、絞り部の形
状と均熱帯から緩衝帯へ流入せしめるガス量およびガス
温度の条件を変えて実験を行った。その結果、図２に示
したごとく次式（３）を満たすガス量Ｑ₅ 以上のガス量
を均熱帯から緩衝帯に流入せしめることにより緩衝帯か
ら均熱帯３の侵入を防止できるという知見を得た。 Ｑ₅ ≧１５０Ｄ_K （Ｗ_S Ｈ／Ｌ） （３） Ｄ_K ：緩衝帯雰囲気ガスの拡散係数（cm² ／sec)，
Ｗ_S ：絞り部幅（ｍ） Ｈ：絞り部空間高さ（ｍ），Ｌ：絞り部長さ（ｍ）

【００１１】一方、絞り部６においては、緩衝帯ガスの
冷却帯への侵入は拡散運動により鋼板による随伴が支配
的になることから、随伴流を形成する因子である絞り部
６の形状と鋼板の幅、通板速度および冷却帯から緩衝帯
に流入せしめるガス量により表すことができるという知
見を得た。以下、図３に示すような鋼板による随伴に伴
う緩衝帯７から冷却帯４への侵入ガス量の定式化の方法
を説明する。

【００１２】まず、絞り部６内のガス流れは運動方程式
（４）で表すことができる。 −（ｄτ／ｄｙ）＝ΔＰｇ_c ／Ｌ （４） ｙ ：板からの高さ ，τ ：水平通板方向の剪断力 ΔＰ：絞り部前後の差圧，ｇ_c ：重力換算係数 式（４）を積分することにより式（５）のように表すこ
とができる。 τ＝−ΔＰｇ_c ｙ／Ｌ＋Ｃ₁ ＝−μ（ｄｕ／ｄｙ） （５） ｕ：ｙにおける水平通板方向流速，μ：粘性係数，
Ｃ₁ ：定数

【００１３】式（５）を境界条件 ｙ＝０でｕ＝Ｖ，ｙ
＝Ｈ／２でｕ＝０ および絞り部内のガス流量マスバラ
ンス式（６）を考慮することにより、鋼板に随伴するガ
ス流量を式（７）のごとく表すことができる。

【数１】 Ｃ＝Ｗ・Ｖ² ｛−Ｖ／（６Ｈ² ・Ｄ）＋１｝／（Ｄ・Ｈ） （７） ただし、Ｄ＝６Ｑ₆ ／（Ｗ_S ・Ｈ³ ）＋３Ｖ／Ｈ² Ｑ₆ ：各帯から絞り部を通過せしめる雰囲気ガス量（ｍ
³ ／sec) Ｑ_R ：雰囲気緩衝帯から出側隣接帯域への許容侵入ガス
量（ｍ³ ／sec) Ｗ_S ：絞り部幅（ｍ），Ｈ：絞り部空間高さ（ｍ），
Ｌ：絞り部長さ（ｍ） Ｗ：板幅（ｍ），Ｖ：ラインスピード（ｍ／sec)

【００１４】随伴流中のガス組成は、緩衝帯７の直後は
緩衝帯ガスの組成であるが、絞り部６を通過する間に徐
々に冷却帯４のガスに希釈される。この希釈現象の駆動
力を随伴ガス中と冷却帯４から緩衝帯へ通過せしめるガ
ス中に含まれる緩衝帯ガス濃度差と考えると、絞り部の
微小区間ｄＬにおける単位時間当たりの希釈量は式
（８）で表すことができる。 ｋ・Ｘ・ＷｄＬ＝２｛１／Ｃ−１／（Ｑ₆ ・Ｗ／Ｗ_S ）｝ｄＸ （８） Ｘ：微小区間ｄＬにおける緩衝帯ガス濃度差（随伴流−
冷却帯→緩衝帯流） ｋ：係数 式（８）を絞り部６の区間で積分すると式（９）のよう
に表すことができる。 Ｘ７／Ｘ４＝ exp［２ｋ・Ｗ・Ｌ｛１／Ｃ−１／（Ｑ₆ ・Ｗ／Ｗ_S ）｝］ （９） Ｘ４：冷却帯４と絞り部６の境界における濃度差 Ｘ７：緩衝帯７と絞り部６の境界における濃度差

【００１５】ここで、緩衝帯７と絞り部６の境界におけ
る随伴流中の緩衝帯ガス濃度は、ほぼ１に近く、また、
冷却帯４と絞り部６の境界における随伴流中の緩衝帯ガ
ス濃度はＸ４に近いことから、絞り部６内の緩衝帯ガス
のマスバランスを考慮して、式（９）より、冷却帯４に
侵入する直前の随伴流中の緩衝帯ガス濃度Ｒ（ほぼＸ４
に等しい）は式（１０）で表すことができる。 Ｒ＝（Ａ−１）／（Ａ・Ｂ−１） （１０） Ａ＝Ｗ／Ｗ_S ・Ｑ₆ ／Ｃ Ｂ＝ exp［２ｋ・Ｗ・Ｌ｛１／Ｃ−１／（Ｑ・Ｗ／
Ｗ_S ）｝］ 従って、式（７），（１０）より緩衝帯７から冷却帯４
に侵入するガス量Ｑ₇₄は式（１１）で表せる。 Ｑ₇₄＝Ｒ・Ｃ （１１）

【００１６】式（１１）中の未知数である係数ｋを本発
明者は、鋼板の通板速度，幅，絞り部の形状および冷却
帯から緩衝帯に流入せしめるガス量の条件を変えた実験
を行うことで求めた。式（１１）による計算値と実績値
の関係を図４に示した。従って、式（１２）を満たすガ
ス量Ｑ₆ を冷却帯から緩衝帯に流入せしめることによ
り、緩衝帯から冷却帯への侵入を品質に影響しない許容
侵入量Ｑ_R 以下に抑制できる。 Ｑ_R ≧Ｃ（Ａ−１）／（Ａ・Ｂ−１） （１２） Ａ＝Ｗ／Ｗ_S ・Ｑ₆ ／Ｃ Ｂ＝ exp［０．１７・Ｗ・Ｌ｛１／Ｃ−１／（Ｑ₆ ・Ｗ
／Ｗ_S ）｝］ Ｃ＝Ｗ・Ｖ² ｛−Ｖ／６Ｈ² ・Ｄ）＋１｝／（Ｄ・Ｈ） Ｄ＝６Ｑ₆ ／（Ｗ_S ・Ｈ³ ）＋３Ｖ／Ｈ² Ｑ₆ ：各帯から絞り部を通過せしめる雰囲気ガス量（ｍ
³ ／sec) Ｑ_R ：雰囲気緩衝帯から出側隣接帯域への許容侵入ガス
量（ｍ³ ／sec) Ｗ_S ：絞り部幅（ｍ），Ｈ：絞り部空間高さ（ｍ），
Ｌ：絞り部長さ（ｍ） Ｗ：板幅（ｍ），Ｖ：ラインスピード（ｍ／sec)

【００１７】

【実施例】本発明法と従来法で脱炭焼鈍を実施した際の
均熱帯露点および還元帯露点の経時変化を表１に示す。
表から本発明の実施例１〜３においては、いずれも炉内
露点は処理開始後１０ケ月経過しても安定しており、こ
れに対し従来法では５ケ月更には１０ケ月経過した時点
で露点が変動していることがわかる。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【発明の効果】以上の様に、本発明によると連続焼鈍炉
における炉内雰囲気流れが一定となるために、反応装置
としての加熱帯、均熱帯の炉内の露点が安定し、常に一
定量の脱炭及び酸化量をもつ鋼板が製造できる。これに
より最終製品の品質不良による歩留まり落ちが少くなっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における、炉装置構成を示す
図。

【図２】緩衝帯から均熱帯へ拡散により侵入する場合の
速度とその侵入を防止するために必要な均熱帯から緩衝
帯への流入ガス量の関係を示した図。

【図３】絞り部６内のガス流れとガス成分を示す概略
図。

【図４】緩衝帯から冷却帯へ侵入するガス量に対する冷
却帯から緩衝帯に流入させるガス量、通板速度、板幅、
絞り部形状の関係を示した図。

【符号の説明】

１ 連続焼鈍炉 ２ 加熱帯 ３ 均熱帯 ４ 冷却帯 ５ 入側絞り部 ６ 出側絞り部 ７ 緩衝帯 ８ 雰囲気ガス供給装置 ９ 雰囲気ガス供給装置 １０ 雰囲気ガス排気口 １１ 雰囲気ガス排気口 １２ 雰囲気ガス排気口 １３ 流量調整装置 １４ 鋼板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 雰囲気ガス組成または雰囲気ガスの露点
   が異なる複数の帯域が設けられた連続焼鈍炉における雰
   囲気仕切り方法において、帯域境界に鋼板への接触物を
   有さない絞り部を間隔をおいて複数設け、該絞り部間で
   排気口を有する雰囲気緩衝帯を形成し、該緩衝帯に隣接
   する各帯域から雰囲気ガスを次式を満たすガス量Ｑ₁ ，
   Ｑ₂ で該絞り部を通過せしめ該排気口から排気すること
   を特徴とする連続焼鈍炉における雰囲気仕切り方法。 雰囲気緩衝帯の鋼板入側隣接帯から緩衝帯に流すガス量
   Ｑ₁ （ｍ³ ／sec) Ｑ₁ ≧１５０Ｄ_K （Ｗ_S Ｈ／Ｌ） （１） Ｄ_K ：緩衝帯雰囲気ガスの拡散係数（cm² ／sec)，
   Ｗ_S ：絞り部幅（ｍ） Ｈ：絞り部空間高さ（ｍ），Ｌ：絞り部長さ（ｍ） 雰囲気緩衝帯の鋼板出側隣接帯から緩衝帯に流すガス量
   Ｑ₂ （ｍ³ ／sec) Ｑ_R ≧Ｃ（Ａ−１）／（Ａ・Ｂ−１） （２） Ａ＝Ｗ／Ｗ_S ・Ｑ₂ ／Ｃ Ｂ＝ exp［０．１７・Ｗ・Ｌ｛１／Ｃ−１／（Ｑ₂ ・Ｗ
   ／Ｗ_S ）｝］ Ｃ＝Ｗ・Ｖ² ｛−Ｖ／６Ｈ² ・Ｄ）＋１｝／（Ｄ・Ｈ） Ｄ＝６Ｑ₂ ／（Ｗ_S ・Ｈ³ ）＋３Ｖ／Ｈ² Ｑ_R ：雰囲気緩衝帯から出側隣接帯域への許容侵入ガス
   量（ｍ³ ／sec) Ｗ_S ：絞り部幅（ｍ），Ｈ：絞り部高さ（ｍ），Ｌ：絞
   り部長さ（ｍ） Ｗ：板幅（ｍ），Ｖ：ラインスピード（ｍ／sec)