JP5874818B2 - 焼鈍炉内雰囲気ガスの露点低減方法、その装置及び冷延焼鈍鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続焼鈍炉内雰囲気ガスの露点（dew point）を低減し、めっき付着（wettability）が良好な鋼帯を有利に生産する分野に属し、特に、焼鈍炉内雰囲気ガスの露点低減方法、その装置及び冷延焼鈍鋼板の製造方法に関する。

連続焼鈍炉内雰囲気ガスの露点を−４５℃以下にすることで、焼鈍中の鋼板表面Ｍｎ酸化物の濃化（surface segregation of Mn）の抑止が可能になり、焼鈍に続く亜鉛又は亜鉛合金のめっきの付着性が向上することが知られている（非特許文献１参照）。
一方、連続焼鈍炉内雰囲気ガスの露点低減方法に関する従来技術として、以下のものが挙げられる。
Ａ：加熱帯（heating zone）又は均熱帯（soaking zone）毎に炉外からの新たな低露点の雰囲気ガスを分配して供給する方法（特許文献１参照）。
Ｂ：炉内の雰囲気ガスを炉外で循環させる機構を設けることで、循環させる高温の雰囲気ガスと別途新しく炉内へ供給する室温の低露点の雰囲気ガスとの間で熱交換させる方法（特許文献２参照）。
Ｃ：高温の炉内雰囲気ガスと炉外で露点低減後の雰囲気ガスを熱交換させ、かつ水分吸着フィルターで露点を低減する方法（特許文献３参照）。

日本国特開２００２-３９５３号公報 日本国特開昭６２-２９０８３０号公報 日本国特開平１１-１２４６２２号公報

鉄と鋼，96-1（2010），pp.11-20

前記従来技術Ａでは、高温の炉に低温のガスをそのまま導入するため、炉内の鋼帯温度を保持するために多大な加熱エネルギーが必要であり、ガス温度の制御ができず、エネルギー効率が著しく悪い。
また、前記従来技術Ｂでは、別途新たに供給する低温のガスの露点が低くても、多量にある炉内の露点が高い雰囲気ガスに混合されるだけであり、炉内の雰囲気ガスの露点低減が充分できない。

また、前記従来技術Ｃでは、特許文献３に記載のとおり除湿能力の低い水分吸着フィルターによる−３０℃までの低露点化であって、本願の目的とする雰囲気ガスの極低露点化（−４５℃以下）ができず、またエネルギー効率が悪い。すなわち、従来の連続焼鈍炉内雰囲気を低露点化しようとする技術では、−４５℃以下の低露点化が充分には達成できず、エネルギー効率が著しく悪いという不利を招く課題があった。

発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討し、その結果、焼鈍炉雰囲気ガスの露点を低減するための露点−４５℃以下を可能とするデシカント方式或いはコンプレッサ方式等のドライヤーと循環装置を新たに設けることで露点を−４５℃まで低減しつつ、さらに、循環装置内に熱交換器を付設してガスの昇温及び冷却を可能とし、炉内加熱帯・冷却帯へのガス流入（ガス導入）を工夫することで、エネルギー効率を向上させる手段に想到し、本発明をなした。

すなわち、本発明は以下のとおりである。
（１）
金属帯板を加熱帯、冷却帯に順次通し、或いは加熱帯、均熱帯、冷却帯に順次通して還元雰囲気中で焼鈍する連続焼鈍炉における炉内雰囲気ガスの露点低減方法であって、
低温ガスと高温ガスを熱交換させる熱交換器と、ガスを冷却するガス冷却装置と、ガスを−４５℃以下の露点まで除湿するドライヤーとを備える循環装置を準備するステップ（a）と、
前記加熱帯及び/又は前記均熱帯の雰囲気ガスの一部を吸い出すステップ（b）と、
次いで前記吸い出した一部の雰囲気ガスを前記熱交換器の高温ガス流路に通して低温ガス流路内のガスとの熱交換により降温するステップ（c）と、
次いで前記降温された一部の雰囲気ガスを前記ガス冷却装置に通してさらに冷却するステップ（d）と、
次いで前記さらに冷却された一部の雰囲気ガスを前記ドライヤーで−４５℃以下の露点まで除湿するステップ（e）と、
次いで前記除湿された一部の雰囲気ガスを前記熱交換器の低温ガス流路に通して前記高温ガス流路内のガスとの熱交換で昇温するステップ（f）と、
次いで前記昇温された一部の雰囲気ガスを前記加熱帯及び/又は前記均熱帯へ戻すステップ（g）と、
前記ステップ（f）及び前記ステップ（g）の実施と並行して、前記ドライヤーから前記熱交換器の低温ガス流路へ向かうガスの一部を、前記熱交換器を通さず直接前記冷却帯に戻すステップ（h）とを含む焼鈍炉内雰囲気ガスの露点低減方法。
（２）
金属帯板を加熱帯1、冷却帯2に順次通し、或いは加熱帯、均熱帯、冷却帯に順次通して還元雰囲気中で焼鈍する連続焼鈍炉における炉内雰囲気ガスの露点を低減する焼鈍炉内雰囲気ガスの露点低減装置であって、
低温ガスと高温ガスを熱交換させる熱交換器9と、ガスを冷却するガス冷却装置10と、ガスを−４５℃以下の露点まで除湿するドライヤー11と、ガス分配器13を含むガス流路を備え、
前記加熱帯1及び/又は前記均熱帯からガス流路15を経て前記熱交換器9の高温ガス流路に流入し、前記ガス冷却装置10を通じ、前記ドライヤー11に至るガス流路と、
前記ドライヤー11から、前記ガス分配器13を経て、前記熱交換器9の低温ガス流路に流入し、さらに前記熱交換器9から前記加熱帯及び/又は前記均熱帯へ戻すガス流路16と、
前記ドライヤー11から前記熱交換器9の低温ガス流路へ向かうガスの一部を、前記ガス分配器13を経て前記熱交換器9を通さず直接前記冷却帯に戻すガス流路17とを備える焼鈍炉内雰囲気ガスの露点低減装置。
（３）
冷間圧延鋼帯を連続焼鈍する冷延焼鈍鋼板の製造方法であって、
前記連続焼鈍中に、（１）に記載の焼鈍炉内雰囲気ガスの露点低減方法によって、前記連続焼鈍炉における炉内雰囲気ガスの露点を低減する冷延焼鈍鋼板の製造方法。

本発明によれば、前記加熱帯及び/又は前記均熱帯の雰囲気ガスの一部を吸い出して前記熱交換器の高温ガス流路に通して低温ガス流路内のガスとの熱交換で降温し、次いで前記ガス冷却装置に通してさらに冷却し、次いで前記ドライヤーで−４５℃以下の露点まで除湿し、次いで前記熱交換器の低温ガス流路に通して前記高温ガス流路内のガスとの熱交換で昇温した後、前記加熱帯及び/又は前記均熱帯へ戻し、一方、前記ドライヤーから前記熱交換器の低温ガス流路へ向かうガスの一部を前記熱交換器を通さずに直接前記冷却帯に戻すこととしたから、焼鈍炉内を−４５℃以下の極低露点に到達可能とし、かつ、エネルギー効率が大きく向上するという効果を奏する。

従来例１を示す概略図である。 従来例２を示す概略図である。 従来例２の循環系統を示す概略図である。 比較例１を示す概略図である。 比較例１の循環系統を示す概略図である。 本発明例を示す概略図である。 本発明例の循環系統を示す概略図である。

冷間圧延鋼帯を連続焼鈍し、これに引き続いて亜鉛又は亜鉛合金をめっきする際、焼鈍炉内の露点によってめっきの付着性が大きく左右される。この原因は、鋼帯表面のMn酸化物の存在量によることがわかっており、露点が−１０℃前後であれば、Mn酸化物は鋼帯表面の酸化膜の内部に存在して表面にはほとんど存在せず、露点が−４５℃以下であれば、Mn酸化物はほとんど生成しない。その中間である露点が−３５℃前後（−１５℃〜−４０℃）の場合、Mn酸化物が鋼帯表面に大量に生成してめっきの付着を阻害するわけである。そこで、Mn酸化物の鋼帯表面濃化防止のため極低露点を達成するよう、−４５℃以下の露点を可能とするドライヤーを付設した循環装置を焼鈍炉に新たに設置することに想い至った。

ここで、炉内から循環装置へ吸い出す雰囲気ガス（以後、吸出ガスと称する）と循環装置から炉内へ導入する雰囲気ガス（以後、導入ガスと称する）の温度について着目した。焼鈍炉内では加熱帯、均熱帯や冷却帯などによって求められる雰囲気ガス温度が異なる。つまり、吸出ガスはドライヤーに入る前にガス冷却装置により室温程度まで冷却されドライヤーで除湿され再び炉内へ導入されるため、加熱帯、均熱帯など高温領域にそのままの低温のガスを導入すると、鋼帯の焼鈍に必要な高温が保持できないため、循環装置からの導入ガス温度を上げることが求められる。

そこで、本発明者らは炉とガス冷却装置との間に熱交換器を設置する方法を採った。すなわち、炉の加熱帯や均熱帯から吸い出した高温のガス（吸出ガス）はドライヤーに入る前に冷却装置によって冷却されるため、この温度差による熱エネルギーを利用すれば、ガス冷却装置により冷却されドライヤーにより除湿されたガスを再び昇温することが可能になり、その加熱エネルギーはガス冷却装置によって捨てられた熱エネルギーであるため、エネルギーの有効活用が可能になる。炉の加熱帯や均熱帯から吸い出した高温のガスを熱交換器に通し、その後、ガス冷却装置で冷却し、ドライヤーで除湿し、再び熱交換器で昇温して炉の加熱帯や均熱帯に戻すわけである。

さらに、炉の冷却帯の温度よりもガス冷却装置による冷却後のガス温度が低いため、ガス冷却装置で冷却されドライヤーで除湿されたガスの一部を熱交換器を通さず直接冷却帯に戻すと、冷却帯をより低温かつ低露点にできるため、エネルギー効率がさらに良くなる。
なお、本発明で用いるドライヤーとは、特許文献３に提示される活性アルミナからなり、交互に運転・休止する水分吸着フィルターのような除湿能力の低いものではなく、酸化カルシウム、ゼオライト、シリカゲル、塩化カルシウム等を用いて連続的に除湿するデシカント方式や代替フロン等を用いるコンプレッサ方式等の強力な除湿能力を有するもののほうが良い。

加熱帯と冷却帯からなる連続焼鈍炉を例に、本発明例、比較例及び従来例の装置構成とガス流路を図１〜図７に示す。
図１は特許文献１記載の従来例１であり、雰囲気ガス供給設備１２から加熱帯１及び冷却帯２へ新たな低温の雰囲気ガスをそのまま供給する。
図２及び図３は、特許文献２記載の従来例２であり、冷却帯２から吸い出したガスを流路１５から循環装置８に入れ、熱交換器９を通し雰囲気ガス供給設備１２からのガスを加熱し、流路１６から冷却帯２へ戻す。また、ガス供給設備１２からの別途供給される新たな低温の雰囲気ガスは熱交換器９により加熱され、雰囲気ガス配管７から加熱帯１へ導入する。

図４及び図５は比較例１であり、加熱帯１から吸い出したガスを流路１５から循環装置８に入れ、熱交換器９を通してドライヤー１１で除湿されたガスで冷却し、ガス冷却装置１０にてさらに冷却した後、ドライヤー１１で除湿し、再び熱交換器９を通して加熱帯１からのガスで加熱し流路１６から加熱帯１へ戻す。

図６及び図７は本発明例であり、課題を解決するための手段(１)、(２)に対応し、加熱帯１から吸い出したガスを流路１５から循環装置８に入れ、熱交換器９を通してドライヤー１１で除湿後のガスで冷却され、ガス冷却装置１０にてさらに冷却した後、ドライヤー１１で除湿し、ガス分配器１３で分配し、分配した一方のガスを熱交換器９に通し、加熱帯１からのガスで加熱し流路１６から加熱帯１へ戻し、また、分配した残りの低温のガスを流路１７から直接冷却帯２へ戻す。

これらの吸出ガス、導入ガスの条件を種々変えて、本発明例、比較例、従来例のガス流路に従って通した場合の吸出ガスの露点、導入ガスの露点、その間に排熱されたエネルギー焼鈍後の鋼帯のめっき密着状態を表１に示した。本表より本発明例或いは比較例であるNo.１乃至No.６は、従来例であるNo.７乃至No.１０に比べて、焼鈍炉に導入されるガスの露点が目標である−４５℃より低温の値で良好であり、かつ、焼鈍炉出側１８手前の炉内の露点も−４５℃より低くて良好である。

また、連続焼鈍後の鋼帯に亜鉛合金めっきを行って、JIS-H8504(g)テープ試験（tape test）方法（引きはがし試験（chipping test）方法）により、亜鉛合金めっきの密着状態を調べた。その結果、本発明例或いは比較例であるNo.１乃至No.６は密着状態が強固で良好であったが、従来例であるNo.７乃至No.１０は不めっき（coating defect）が発生する問題があった。
さらに、本発明例であるNo.４乃至No.６の排熱エネルギーは、比較例であるNo.１乃至No.３に比べてほぼ半減しており、従来例であるNo.７乃至No.１０に比べて１／４〜１／１０と著しく少なくなり、本発明例はエネルギー効率が著しく良好なことがわかる。

１ 加熱帯
２ 冷却帯
３ 鋼帯
４ ロール
５ 吸出口
６ 導入口
７ 雰囲気ガス配管
８ 循環装置
９ 熱交換器
１０ ガス冷却装置
１１ ドライヤー（脱湿装置）
１２ 新たな雰囲気ガス供給設備
１３ ガス分配器
１５ 加熱帯からのガスの流路
１６ 加熱帯へ戻すガスの流路
１７ 冷却帯へ戻すガスの流路
１８ 焼鈍炉出側

Claims (5)

1. 金属帯板を加熱帯、冷却帯に順次通し、或いは加熱帯、均熱帯、冷却帯に順次通して還元雰囲気中で焼鈍する、多パスを有する縦型連続焼鈍炉における炉内雰囲気ガスの露点低減方法であって、
   低温ガスと高温ガスを熱交換させる熱交換器と、ガスを冷却するガス冷却装置と、ガスを−４５℃以下の露点まで除湿するドライヤーとを備える循環装置を準備するステップ（ａ）と、
   前記加熱帯及び／又は前記均熱帯の雰囲気ガスの一部を吸い出すステップ（ｂ）と、
   次いで前記吸い出した一部の雰囲気ガスを前記熱交換器の高温ガス流路に通して低温ガス流路内のガスとの熱交換により降温するステップ（ｃ）と、
   次いで前記降温された一部の雰囲気ガスを前記ガス冷却装置に通してさらに冷却するステップ（ｄ）と、
   次いで前記さらに冷却された一部の雰囲気ガスを前記ドライヤーで−４５℃以下の露点まで除湿するステップ（ｅ）と、
   次いで前記除湿された一部の雰囲気ガスを前記熱交換器の低温ガス流路に通して前記高温ガス流路内のガスとの熱交換で昇温するステップ（ｆ）と、
   次いで前記昇温された一部の雰囲気ガスを前記加熱帯及び／又は前記均熱帯へ戻すステップ（ｇ）と、
   前記ステップ（ｆ）及び前記ステップ（ｇ）の実施と並行して、前記ドライヤーから前記熱交換器の低温ガス流路へ向かうガスの一部を、前記熱交換器を通さず直接前記冷却帯に戻すステップ（ｈ）とを含む焼鈍炉内雰囲気ガスの露点低減方法。
2. 前記ドライヤーは、デシカント方式であることを特徴とする請求項１に記載の焼鈍炉内雰囲気ガスの露点低減方法。
3. 金属帯板を加熱帯1、冷却帯2に順次通し、或いは加熱帯、均熱帯、冷却帯に順次通して還元雰囲気中で焼鈍する、多パスを有する縦型連続焼鈍炉における炉内雰囲気ガスの露点を低減する焼鈍炉内雰囲気ガスの露点低減装置であって、
   低温ガスと高温ガスを熱交換させる熱交換器9と、ガスを冷却するガス冷却装置10と、ガスを−４５℃以下の露点まで除湿するドライヤー11と、ガス分配器13を含むガス流路を備え、
   前記加熱帯1及び／又は前記均熱帯からガス流路15を経て前記熱交換器9の高温ガス流路に流入し、前記ガス冷却装置10を通じ、前記ドライヤー11に至るガス流路と、
   前記ドライヤー11から、前記ガス分配器13を経て、前記熱交換器9の低温ガス流路に流入し、さらに前記熱交換器9から前記加熱帯及び／又は前記均熱帯へ戻すガス流路16と、
   前記ドライヤー11から前記熱交換器9の低温ガス流路へ向かうガスの一部を、前記ガス分配器13を経て前記熱交換器9を通さず直接前記冷却帯に戻すガス流路17とを備える焼鈍炉内雰囲気ガスの露点低減装置。
4. 前記ドライヤー11は、デシカント方式であることを特徴とする請求項３に記載の焼鈍炉内雰囲気ガスの露点低減装置。
5. 冷間圧延鋼帯を連続焼鈍する冷延焼鈍鋼板の製造方法であって、
   前記連続焼鈍中に、請求項１又は２に記載の焼鈍炉内雰囲気ガスの露点低減方法によって、前記多パスを有する縦型連続焼鈍炉における炉内雰囲気ガスの露点を低減する冷延焼鈍鋼板の製造方法。

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