JP2006152336A

JP2006152336A - 金属ストリップの連続熱処理炉の炉内搬送装置

Info

Publication number: JP2006152336A
Application number: JP2004341765A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kimura; 武木村; Tatsuya Yamanoguchi; 達也山之口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】高温や高酸化性雰囲気のような過酷な操業条件の連続焼鈍炉においても汎用的なハースロールを使用でき、且つ長時間の連続使用を可能にする金属ストリップの炉内搬送装置を提供する。
【解決手段】金属ストリップ２を連続的に搬送するハースロール３の周囲に、該ハースロールおよび前記金属ストリップに接触しない範囲で断熱材５を設置し、該断熱材と前記ハースロールとの間の空間に冷却管４を設置する。またはさらに、前記ハースロール３と前記断熱材５との間に温度計６を設け、前記温度計６の指示温度があらかじめ設定した温度になるように冷却管４に通す冷媒の量を調整する装置を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は金属ストリップを連続的に熱処理する炉設備、例えば鋼板の焼鈍炉等の炉内搬送装置に関する。詳しくは炉内に配設されるハースロールの耐ビルドアップ性等を高め、ロール寿命の延長・長期安定操業の維持を図ると共に、ロールの過冷却に付随する熱効率の低下を防止することが可能な炉内搬送装置に関する。

連続焼鈍炉内に配設されるハースロールは、６００〜１３００℃の酸化性または還元性雰囲気という過酷な環境下で金属ストリップを搬送しているため、長時間の使用によりロール表面が摩耗し、または金属ストリップの付着酸化物や金属粉がロール表面へビルドアップして、後続搬送される金属ストリップを疵付け品質低下を発生させる。また、特に１０００℃を超える高温域では、ハースロールの曲がりや割れが発生しやすくなり、金属ストリップに折れなどの形状不良を発生させる。

通常は以上のような事態になる前にハースロールの交換もしくは研摩などの手入れを行うが、この間は操業を止める必要があり、またコストもかかることから、長期間にわたり連続使用できるハースロールの構造が種々検討されてきた。

特に高温の焼鈍炉で用いられるハースロールの主な構成としては、ロール軸部を水冷するものと、ロール表面に高耐熱性材料を用いるものがあげられる。前者の例として特許文献１には、ロール軸部に冷却水を流通する方式のロールにおいて、冷却水流通用パイプとロール本体との間に空隙を設け、ロール表面の過冷却を防止することが開示されている。

また特許文献２には、内部水冷構造を有するロール軸体と、セラミック被覆高耐熱性スリーブとの間に断熱材を充填し、軸冷却によってロール表面が冷却されないようにする手段が開示されている。

またロール表面に高耐熱性材料を用いるものの例として、特許文献３には、金属ストリップと接触するロール表面に、ジルコニア等の断熱材を被覆することで、ロールのクラウン変動による蛇行を防止する手段が開示されている。

また特許文献４には、セラミックからなるロール最表層と、その下の断熱層とにより、優れた高温耐性と金属ストリップの蛇行防止とを両立させる手段が開示されている。
特開昭５６−１３４６１６公報特開平１−１４７０１７号公報特開昭６３−８６８２１号公報特開平１１−２９３３３４号公報

ロール軸部を水冷する方式のハースロールでは、ロール曲がりは防止できるものの、冷却がロール表面にまで及んで表面過冷却が生じる場合があり、金属ストリップに温度偏差を及ぼしたり、金属ストリップの酸化物のロールへの付着・集積が発生し易くなる。特許文献１や特許文献２に記載された手段は過冷却を防止するためのものであるが、ロールの構造が複雑になり、かつロール表層は連続焼鈍炉の操業条件にそのままで耐えられる材質を選定する必要があり、コスト高であった。

また、ロール軸部に強制冷却を用いない特許文献３や特許文献４に開示されたハースロールは、やはり特殊な表面加工が必要なため、高価でコストが高くなるうえに、熱衝撃による被覆材の剥離や高温高露点での劣化など実用上の課題があった。

本発明は以上のような課題に鑑みて成されたもので、汎用的なハースロールを用いて、比較的簡易な構成で前記ハースロールを長時間使用可能な炉内搬送装置を提供することを目的としている。

本発明は以下の要旨からなる。
（１）金属ストリップを連続的に搬送するハースロールの周囲に、該ハースロールおよび前記金属ストリップに接触しない範囲で断熱材を設置し、該断熱材と前記ハースロールとの間の空間に冷却管を設置したことを特徴とする金属ストリップの連続式熱処理炉の炉内搬送装置。
（２）前記ハースロールと前記断熱材との間に温度計を設け、前記温度計の指示温度があらかじめ設定した温度になるように前記冷却管内に通す冷媒の量を調整する装置を備えたことを特徴とする（１）記載の金属ストリップの連続熱処理炉の炉内搬送装置。

本発明を用いることで、高温や高酸化性雰囲気のような過酷な操業条件の連続焼鈍炉においても汎用的なハースロールを使用でき、且つ長時間の連続使用が可能となるため、ロール原単位を低減でき、また生産性向上にも効果を発揮できる。

以下に本発明について詳細に説明する。本発明の特徴は、被加熱物である金属ストリップおよびハースロールの両者に接触しないように、前記ハースロールの周りに断熱材を設置し、かつ、前記断熱材と前記ハースロールとの間の空間に、冷却水または冷却ガス等の冷媒を流す冷却管を設置して、ハースロール表面のみを冷却できる構造にしたことにある。これにより、焼鈍炉全体や金属ストリップに冷却による温度影響を及ぼすことなく、ハースロールを適正な温度に保つことができる。

また、前記装置のハースロールと断熱材との間の空間に温度計を設置し、この温度計の指示温度に基づいて冷却水あるいは冷却ガス量を調整することで、ロール表面を最適な温度に制御することが可能となる。

図１および図２に示す水平型連続熱処理炉の断面図により、本発明の実施の形態の一例を説明する。図において、７，８が炉体の天井部と床部を示し、１はバーナーやラジアントチューブなどの熱源を示す。この中を２の金属ストリップが、３のハースロール上を搬送される。なお、ハースロール３は、その長手方向の両端部を、炉体外の左右に配置された適宜な軸受け部材によって回転自在に支持されている。

本発明の特徴は、ハースロール３の周囲における、ハースロール３および金属ストリップ２に接触しない範囲に断熱材５を設置し、ハースロール３と断熱材５との間に冷却管４を設置したことにある。前記冷却管４は、その長手方向をハースロール３の回転軸方向と平行に揃えてなる鋼製筒体であり、その内部には、前記長手方向に沿って前記冷媒が流れている。

そして、これによりハースロール表面のみを冷却することができ、ロール表面に高価な被覆を施さずとも、汎用のロールで高温操業を行うことができる。また本発明の構造は、特許文献１、２に示されるような軸冷却ロールと比べて簡易になるため、設備コスト面でも効果がある。

ここで、図１は断熱材５を左右の炉壁（不図示）で支持する形式、図２は炉体の床部８に置いた形式を示す。断熱材５はロール長手方向には、少なくとも処理する金属ストリップ２の幅全体より広い範囲に設置するのが好ましく、左右の炉壁まで達してハースロール全体を覆うようにするのがより好ましい。

また、断熱材５および冷却管４とハースロール３との間隔は、ある程度以上開けておくことが必要である。これらとロール３とが接触した状態では、ロール３の回転につれて表面に疵が付く恐れがあり、また間隔が十分に開いていないと、ロール３や金属ストリップ２、炉壁などの欠片が挟まって、やはりロール表面に疵が付く恐れがあるからである。断熱材５とロール３との間隔は、ロール径や通常生成する欠片の大きさ、冷却管の冷却能力などを考慮して決められるが、通常は１〜１００ｍｍの範囲にするのが良い。

冷却管４の本数と大きさおよび冷媒の種類は、炉の温度とロール表面の耐熱温度とをもとに、必要な冷却能力によって決定することができ、例えば常温の水や空気等を使用可能である。冷却管４に通す冷媒の量は、適正な量に固定しても良いが、ロール表面が適正な温度になるように流量を調節しても良い。このためには、断熱材５とハースロール３との間に温度計６を設置し、その指示温度があらかじめ定めた温度になるように流量を調整する装置、具体的には自動流量調節弁とコントローラーとを設置することで達成できる。

なお、図示例のように複数本の冷却管４を配置する場合には、全ての冷却管４について冷媒の流れる方向を一方向に揃えずに、適宜本数だけ逆向きに流れるようにしても良い。例えば、冷媒の流れる方向を、隣り合う冷却管４同士で逆向きにしても良い。そして、このようにすれば、ハースロール３の長手方向（回転軸方向）の冷却ムラを有効に防止できる。

ハースロール３には、カーボンロール、耐熱金属ロール、セラミックロール、アスベストロールなど、金属ストリップ材質や熱処理条件に合わせて自由に選定して良い。ハースロール３は、その上面部が常時加熱されるが、回転にともない直ぐに冷却管４に面するため、抜熱されて温度上昇が抑制される。ハースロール３の到達温度は、断熱材５およびハースロール３の隙間の温度と、炉温とのおよそ中間の温度となり、熱電対６により監視し冷却管４に導入する冷媒流量を制御することでハースロール材質に適した温度域に調整できる。

炉温７５０〜１１５０℃、雰囲気露点０〜７５℃の条件で、種々の品種の鋼板２を処理する連続熱処理炉に、以下に示す５種類の方式でハースロール３を１０本設置して、それぞれ約１０００時間使用し、その間の鋼板２の品質状況とエネルギー使用量を調査し、また使用後にロール表面の状況を調査した。その結果を表１に示す。

実施例１、２は、外径１５０ｍｍのカーボンハースロール３の下部に冷却管４を、ハースロール３から５ｍｍの隙間を設けつつ、前記ロール３の円周方向に所定間隔を隔てて４本配置し、厚み１５０ｍｍのファイバー製の断熱材５を設置した。実施例１ではハースロール３と断熱材５との隙間に設置した熱電対６による指示温度が８００℃となるよう冷却管水量を調整した。実施例２ではほぼ一定の水量の冷却水を流通した。そのときの熱電対６による指示温度は約６００〜９００℃の範囲であった。

比較例１は、実施例１と同じカーボンハースロール３を、従来通りに冷却管４や断熱材５なく設置した。
比較例２は、ロール母材の表面に、１００μｍの結合用金属層（ＮｉＣｒ）を介して、最表層（１４ｍａｓｓ％Ｙ_２Ｏ_３部分安定化ＺｒＯ_２）を、５００μｍの厚さでプラズマ溶射により積層したハースロール３を、従来通りに冷却管４や断熱材５なく設置した。
比較例３は、鉄ロール本体内に軸方向に細長い空洞部を形成し、空洞部を軸方向に貫通する冷却水導水用パイプをその外周面と空洞部の内周面との間に間隔をあけて配設し、中心部と表層部との温度差があまり大きくならないように構成した水冷式ハースロール３を使用した。

本発明の方法による実施例１，２では、操業中の金属ストリップ２の状態およびエネルギーロス量は良好で、１０００時間経過後のロール表面の状態も良好であった。

表１

本発明のハースロール構成の一例を示す図である。本発明のハースロール構成の別の一例を示す図である。

符号の説明

１バーナーやラジアントチューブなどの熱源
２金属ストリップ，鋼板
３ハースロール
４冷却管
５断熱材
６熱電対
７炉体の天井部
８炉体の床部

Claims

金属ストリップを連続的に搬送するハースロールの周囲に、該ハースロールおよび前記金属ストリップに接触しない範囲で断熱材を設置し、該断熱材と前記ハースロールとの間の空間に冷却管を設置したことを特徴とする金属ストリップの連続式熱処理炉の炉内搬送装置。
前記ハースロールと前記断熱材との間に温度計を設け、前記温度計の指示温度があらかじめ設定した温度になるように前記冷却管内に通す冷媒の量を調整する装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の金属ストリップの連続熱処理炉の炉内搬送装置。