JPS6023175B2 - 金属ストリップの加熱方法および加熱炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、垂直処理される必要のある物体または所定温
度に保持される必要のある物体の上に熱ガス流（この用
語はガス混合物を含む）を送るようにした種類の加熱炉
に関するものであり、特に（これに限られるものではな
いが）、ストリップまたは薄板材料（以下において単に
ストリップと呼ぶ）を加熱するためのこの種の加熱炉に
関するものである。

物体を高温まで加熱する必要のある場合、大きなガス流
を必要とするので、熱損失が大きくなる可能性があり、
二，三の場合にはガスの循環によってこのような熱損失
をある程度減少することもできるが、実際上の問題から
このような技術を有効性は制限されていた。

すなわち二，三の用途に関しては、ガスは、ガス流に対
して相当の抵抗を示す狭い通路を通り抜けなければなら
ず、その場合、所要の循環を得られる程度の圧力をガス
に対して加えるため、コンブレッサ、または類似の装置
が必要とされる。しかしながら、現在使われているよう
なこの種の加圧装置がある期間だけでも満足に作動でき
る温度上限が存在する。本発明の一面によれば、長手方
向に沿びたストリップ支承面を内部に有する炉チャンバ
と、前記ストリップ支承面と炉チャンバ内を進行してい
る金属ストリップとの間にガスクッションを与えるため
にガスと供給するガス供給装置とを備ええた加熱炉にお
いて、前記炉チャンバ内に炉チャンバ内ガスの再循環流
路を形成し、前記ガス供給装置は供給した補給ガスによ
って炉チャンバ内ガスの再循環を促進させるィンゼク夕
を有している。

このような構造は、ガスの急速循環を生じるのに必要な
圧力エネルギーが、ブロア、コンブレッサ、その他の装
置（以下において単にブロア手段と呼ぶ）を循環流回路
の中に配置することなく、ガスに対して加えられるので
、ブロア手段は、炉チャンバ内部の循環ガスの温度より
低い温度で作動することができ、チャンバの中に階入さ
れるガスのェネルギ水準は、ガスの自重の２倍〜６倍の
ガス循環量をガス循環回路に沿って生じるように容易に
なされうろことが発見された。同時に、炉中のガス循環
は、熱損失を低下させる効果を有し、もしガスが物体の
上を通過したのち大気中に自由に脱出させられるならば
、熱損失は大きなものとなろう。もちろん、一定量のガ
スが炉から脱出することを防止すること不可能であり、
生じた損失分を補償するためブロア手段の中に新鮮なガ
スの通過量を導入することが望ましく、好ましくは、こ
の加熱炉はチャンバの中にガスを循環させるため、チヤ
ンバを通過しガスをィンゼクタ手段の近傍に戻すための
１個または複数の内部通路を備える。

ガスは、炉外部において加熱されるようにし、そして／
あるいは炉内部に配置されたヒータ手段によって加熱さ
れるようにすることができる。物体に対する主熱源は循
環ガスからなるようにすることができる。ガスの加熱容
量は、たとえば炉肇上に載遣された電気抵抗加熱素子ま
たはガス燃焼放熱管からの直接放射熱によって補充する
ことができる。また他の方法としては、物体に対する主
熱ェネルギ源は、炉チャンバの内部に配置された電気抵
抗加熱素子のごときヒータによって与えられるようにす
ることができる。二，三の場合には、物体上を通過した
ガスの一部がブロア手段に循環させられ、熱ガスの温度
が前記ブロア手段が満足に操作できる温度を越えている
場合には、チヤンバを出たガスを冷却するため、熱交換
器のごとき手段を備えることができる。

また、二，三の場合には、チャンバの中に送られる循環
ガスと新鮮なガスの割合を変動させるための手段を備え
ることもできる。

二，三の目的から、本装置からのガス損失を補償するた
めに導入される新鮮なガスをブロア手に導入する前にこ
れを加熱するため、ガスから排出された熱を使用するこ
とによって、本装置からの熱損失を更に低減させること
ができる。

しかし二，三の場合には、循環ガスと新鮮なガスをブロ
ア手段の中に導入する前に適当な割合で直接に混合させ
、このようにして、追加的な冷却手段を必要とすること
なく、ブロア手段が満足に作動できる温度にまでガス温
度を低下させることができる。

例えば、本発明は、ガス流に対して相当の抵抗を示す多
数のジェットの形でガスが物体表面に指向されるように
チャンバ中に物体を収容した炉に対して適用される。

このような炉は、薄板またはストリップ素材の形の物体
をジェット加熱するために使用され、その場合合一般に
ジェットプレートとして知られる適当に開□を備えたプ
レートを通して圧下ガスを強制的に送ることによってジ
ェットが得られ、その場合、ジェットプレートを通る時
に、また熱ェネルギを生じるために用いられるヒータま
たは熱交換手段を通る時に、特に高くなる回路中の圧力
損失を補償するため、ガス流に対して圧力ヱネルギを加
える必要がある。しかしながら、本発明はまた、ガス流
に対して相当の抵抗を示すようにバスケットまたは皿の
中に物体を収容するようにした炉にも適用される。

この場合には、高い、均一な伝熱水準を生じる目的で、
物体を通してまた物体の中間にガス流を強制循環させる
ために高い圧力ェネルギが必要とされる。特に金属スト
リップの熱処理の場合、ストリップが炉のチャンバの中
を通過する際にその適当な加熱を実施するため、炉は相
当の長さを有することになり、このような場合、ガスは
炉に沿って一定間隔で配置された複数のィンゼクタ手段
を通してチャンバの中に贋入されるのが好ましい、多の
ブロアを用い、それぞれ１個または複数のィンゼクタ手
段にガスを供ｖ給するようにすることもできるが、すべ
てのインゼクタ手段に対して単一のブロア手段を共通に
使用することもできる。

金属またはその他の素材のストリップを加熱するために
炉を使用し、前記ストリップを炉のチャンバの中に実質
的に水平に、または少し傾斜させて送るようにした場合
、ィンゼクタ手段は前記圧下ガスをチャンバの下部に送
入し、ガスはチャンバを通し、上方に通過してチヤンバ
の中を通るストリップに対して支承体として作用するガ
スクッションをなすようにすることができる。したがっ
て本発明の他の面において、ストリップが炉の中を進行
中、ガスクッションの上に支承されるようにした金属ス
トリップ連続熱処理炉は、縦方向金属支承面を含む炉チ
ャンバと、前記炉チヤンバの中にあるガスの少なくとも
大部分の急速循環を生じるように炉チャンバの中に圧下
ガスを送るためのィンゼクタ手段と、前記支承面と炉中
を進行する金属ストリップと中間にガスクツションを生
じるようにストリップ支承面の上に循環ガスを指向する
ための手段とを備える。

好ましくは、炉中に導入されるガスは、ストリップの支
承に必要とされる体積を限定するため、高密度とする。

水素のような軽いガスを使用すれば、多量のガスを使用
しなければならなくなるのであろう。更にまた、ガスは
、炉チャンバの中において、保護性雰囲気または還元性
雰囲気を生じるように選ぶことができる。一例として、
ガスは窒素と水素との混合ガスであり、他の例において
は窒素は水素の混合ガスである。炉チャンバは複数の横
方向そらせを備え、これらのそらせ板が炉の下部を複数
の区画に分割し、各区画の中に圧下ガスが送られるよう
にすることができる。

各区画の中へのガス流速は、他の区画の中へのガス流速
とは独立に制御することができ、このようにして炉の各
区域におけるストリップの浮上度を所望のごとく調節す
ることが可能である。このような可能性は、たとえば炉
を通しストリップを通過させる際に、あるいは炉中を通
過するストリップの厚さが変動する場合、またストリッ
プ、炉またはガス流のなんらかの変動の理由から浮上に
関して局部的な問題が生じた時に有効である。

二，三の場合には、相異なる温度の相異なるガスが同一
のインゼクタ手段を通して中に送られるが、このような
構造の場合、炉の相異なる部分において、または時間ベ
ースで、ガス成分の割合を変動させるように各ガス流速
度を調節することもできる。

以下本発明を図面に示す実施例について説明する。

まず第１図と第２図について述べれば、図示の加熱炉は
、連続移動金属ストリップーを加熱する構造であって細
長いチャンバ２を有し、このチャンバを通してストリッ
プが実質的に水平に送られ、またこの加熱炉は、ストリ
ップをその中に入れ〜またこれから出すため、その両端
において、狭い水平みぞ穴３を除いて閉鎖されている。

加熱炉の２側壁４と５の中間には、内壁６が配置され、
この内壁は側壁４に隣接して炉の全長にわたって沿び、
内壁６と他の側壁５は炉室を限り、またこれらの内壁６
と側壁５の中間に水平プレート７を備えている。このプ
レート７は複数の関口８を備え、またこのプレートは第
２図に示すように、みぞ穴３より少し下方に位置してい
る。ストリップは、適当なブロア９によってチャンバの
中に送られるガスまたはガス混合物によって加熱される
ようにし、またこのガスを適当な温度まで加熱する為の
適当な型の手段が、符号１０に示すようにブロアとチヤ
ンバの中間に配置され、あるいはまたガスがチヤンバの
中に入ったのちに加熱されるようにする。ガスをチャン
バの中の壁５と６の中間に指向するように炉の側壁に沿
って一定間隔で配置された複数のィンゼクタ１ １を通
して圧下ガスが炉の下部に導入される構造とし、このガ
ス圧は、水平プレート７の開□８を通してガスが上方に
強制的に送られてジェットの形でストリップーの下面に
指向されるごとくする。

更に、炉の中に噴入されるこのようなガス速度において
、ガスがストリップ１を加熱したのち、高速でチャンバ
の上部から下部に向かって、内壁６と側壁４の中間の通
路１２を通って循環するのに充分な圧力降下部がィンゼ
クタ１１の近くに作られる。

このようにして炉の中にガス循環させる事により、熱損
失が大幅に低下させられ、またガス循環路の中にブロア
を配置する必要がなくなる。ガスの一部が炉の両端から
脱出するが、この損失分は導入管を通して、プロアに送
られる新しいガスによって補償される。

第３図に示された第２炉においては、外部加熱手段１０
の代わりに内部ヒータ、たとえば電気抵抗加熱素子１４
が用いられトこれらのヒータはプレート７の下方の炉壁
５と６に対して適当に取りつけられる。

更に、チャンバ２の上部からガスの一部がブロア９に循
環されて、新しい加熱されていないガスの必要量を低下
させる。チャンバ２を出るガスの温度は、通常型のプロ
アによって確実に耐えられる温度より高いのが普通であ
るから、チヤンバとブロア９の中間においてガスを冷却
することの熱交換器１５が備えられている。

ィンゼクタ１１を通して炉中に送られる循環ガスおよび
新鮮なガスの割合を変更させるための手段（図示せず）
が備えられている。

また１４に示すごとく、通路１２の中に電熱素子を追加
的に「 または前記伝熱素子１４に代わって配置するこ
とができる。

他の形の加熱手段、たとえばチャンバの下部に配置され
たガスバーナを使用することもできる。第４図に示す第
２変形炉においては、新しい補充ガスがプロア９の中に
入る前にその温度を上昇させるために熱交換器１０を使
用し、これによって更にこのシステムの熱損失を低下さ
せる。

また二，三の場合には、熱交換器を全く使用せず、適当
に低い温度の新しいガスは循環ガスを適当な割合で混合
されて、循環ガスがブロアに戻る前にこれを冷却するよ
うにする。図示の各炉においては、ストリップ１は炉の
中を水平に送られるようになされているが、ストリップ
を炉の中に垂直または斜面に沿って送ることができ、そ
の場合にはインゼク夕１１の配置など炉の構造をこれに
対応して変更させる。

しかしながら、ストリップが水平または少し下方に煩斜
して送られる構造の場合、炉の中に噴入されるガスの圧
は、ストリップを加熱することのほかに、炉を通過する
ストリップを支承する圧下ガスクツションを存するよう
にすることができる。

このような場合、第１図〜第４図に示すごとき炉のチャ
ンバの下部は、２フィートまたは３フィートの間隔を有
する多数の横方向垂直壁（図示せず）によって数区画に
分割され、前記横方向垂直壁の上端はみぞ穴３の水準の
直下に終わり、各区画がそれぞれのインゼクタ１１と組
合わされるようにする事ができる。

このような構造を用いれば、炉の中の他の区域に存在す
る別の状態によって局部的浮上を生じることを防止し、
またたとえばそれぞれのィンゼクタ１１を通るガス流を
制御することにより、あるいは戻り路１２を横方向壁（
図示せず）によって複数の別個の区画に割してその適当
な区域を絞ることによって特定区域のガス流を調節する
ことが可能になる。また、二，三の場合には、ストリッ
プ１の両面に対してジェット形で熱ガスを指向させる必
要があり、これを実施するための炉を第５図に概略図示
してある。この炉においては、加熱炉チャンバ２は一対
の水平ジェットプレート７Ａと７Ｂをみそ穴３の上下に
配置し、これらのプレートは、ィンゼクタ１１からきた
ガスがそれぞれプレート７Ａと７８の穴８を通してプレ
ートの上面と下面に指向されるように配置され、ィンダ
クタ１１を通して炉中に送られるガスの速度は、ガスを
プレートの中間部から通路１２を通して炉の主要部分に
戻すようにし、この主要部分においてガスは再び第１図
〜第４図に示すと同様に、ジェットプレートの穴を通っ
てストリップに対して指向される。

また第６図と第７図に示す炉は連続移動金属ストリップ
１を加熱する構造を有し、細長いチャンバ２を有し、そ
の中をストリップが水平方向、または少し下方傾斜方向
に送られる。

更に詳しく述べれば、炉は水冷入口区域１４と、加熱区
域１５と、出口冷却区域１６とを有する。炉への入口な
らびに入口からの出口２は大気中へのガス損失を最小限
にするため、圧力シール１７が設けられる。ストリップ
は浮きテーブル１７に沿って炉の中に送り込まれ、一対
のピンチロール２０‘こよって炉からローラテーブル１
９の上に引き出される。前記の実施例において述べたよ
うに、圧下ガスはィンゼク夕１１を通して加熱区域１５
の中に送入され、ガスはブロア９の中で圧縮され、ヒー
ター１０を通って、各ィンゼクタと蓮通したマニホルド
２１の中に送られる。

加熱区域１５の下部は複数の一定間隔に配置された横方
向垂直壁２２によって数個の区画に分割されている。

壁２２の上へりは炉の入口および出口水準のすぐ下に終
わり、また各区画には、各ィンゼクタ１１またはィンゼ
クタバツチを通して圧下ガスが供鞠台される。このよう
な構造は、炉の他の部分に存在する異なった条件によっ
て大きな局部的浮上を生じることを防止し、またそれぞ
れのインゼクタ１１を通るガス流を制御するなどの方法
で、各区域の中の流れも調節することが可能となる。第
７図に示すように、各ィンゼクタ１１は、炉の一方の耐
熱ラィニングを備えた側壁４を通して延び、炉床の中に
作られた関口２３を通して、圧下ガスを充実チャンバ２
４の中に排出する。

炉床は２つの垂直壁２５，２６を備え、これらの垂直壁
はそれぞれの上端に、外側に小さい角度をなして煩斜し
たリップ２７を備え、炉の全長に沿って水平に走ってい
る。チャンバの側壁に伝熱素子２８が戦遣されている。

また側壁４の上部に導管２９が設けられて、ガスをチャ
ンバから、外部ガス循環回路に送る。この外部ガス循環
回路はクーラ３０、ブロア９、ドライヤ３２、ヒータ１
０および２インゼクタマニホルド２１を含んでいる。圧
下ガスはママニホルド２１からインゼクタ１１‘こ送ら
れる。第６図と第７図に図示された加熱炉の操作に際し
て、金属ストリップは入口シール１７を通して炉中に導
入され、チャンバの中を・通過する際、充実チャンバ２
４から送られるガスのクッションの上に支承されてリッ
プ２７の上方に保持される。充実チャンバ２４はインゼ
クタ１ １から圧下ガスを受ける。ィンゼクタ１１から
くるガスジェツトは、炉中にすでに存在するガスを通路
２３を通して充実チャンバ２４の中に流入させる。第７
図の矢印で示すように充実チャンバ２４から出たガスは
リップ２７の対向面とストリップーとの中間を通過し、
側路３２を通してィンゼクタ１１の近くに戻り、再び充
実チャンバ２４の中に送られる。循環ガスの一部は導管
２９を通って炉から引き出され、冷却され、次に圧縮さ
れ、乾燥され、加熱され、そののちインゼクタマニホル
ド２１を通って炉の中に戻される。ストリップを所要温
度に高めるための熱を生じるのに必要とされるガス量と
、同時にストリップ炉を通る間にこれを支承するのに必
要とされるガス量が互いに一致しているような処理の場
合、ガスの中の含まれる熱ェネルギ以外の追加熱源は必
要とされない。

すなわち図示の炉において、ガスに対する熱ェネルギ入
力はヒータ１０から得られ、ヒータ素子２８は取りはず
され、または切られる。しかし、炉を通るストリップの
量は大きく、そして／あるいは所望ストリップ温度がガ
ス温度を越えているような処理の場合には、追加熱源が
必要とされる。これらの場合には、電気抵抗加熱素子２
８、またはチヤンバの中に配置されたガス放熱管がスト
リップを加熱するための直接放射熱を生じる。このよう
な状態は、金属粉末のロール圧縮によって作られたスト
リップの暁結工程に際して見られるもので、この場合不
銭鋼に対する所望温度は１０００〜１４００ｑｏの範囲
となる。ィンゼクタ１１を使用する事によって、炉の中
でストリップを支承しまた加熱するために必要とされる
大きなガス量を生じるよう炉の内部ガスを急速に循環さ
せることが経済的にまた容易に実施される。このような
条件は、加熱されるストリップの性質上、比較的高価な
炉ガスを必要とする場合において特に重要である。たと
えば、不鉄鋼粉末をロール圧縮することによって作れた
不銭鋼ストリップの場合、炉のチャンバの下部に支承ガ
スを送ることにインゼクタを使用してアルゴンガスと水
素との混合ガスからなる雰囲気中において焼結を行なう
ことが望ましく、この場合充実チャンバ２４の中に送れ
るガス質量は、ィンゼク外こ送られるガス質量に比較し
て、誘導内部循環の故に２；１〜６：１のフアクタで増
大される。また、ストリップの上と通過したガスの一部
を炉の外部に引き出してブロアコンプレツサ９に循環さ
せ再び炉の中に噂入することによって、更に大きな節約
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は、本発明による加熱炉の第１実施例の
透視図ならびに横断面図、第３図は本発明によるる加熱
炉の第２実施例の横断面図、第４図は第３図の加熱炉の
変形図、第５図は本発明による加熱炉の他の実施例の横
断面図、第６図と第７図は本発明による加熱炉の更に他
の実施例の、それぞれ平面図ならびに横断面図である。 １…ストリップ、２・・・チヤンバ、３・・・みぞ穴・
、４，５・・・側壁、６・・・内壁、７…プレート、８
・・・関口、９・・・プロア、１０…加熱手段、１ １
・・・インゼクタ、１２・・・循環通路、１３…新鮮ガ
ス導入管、１４・・・ヒータ、１５・・・熱交換器、２
１・・・マニホルド、２２・・・仕切り壁、２３・・・
開口、２４・・・充実チヤンバ、２６，２７…リップ、
２８…ヒータ、２９・・・導管、３０・・・クーラ、３
１・・・ドラィャ。行船．Ｚ別Ｇ．２． 柿Ｇ．３． 柿Ｇ．４． 万船．５． ＦＩＧ．６ ＦＩＧ．７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長手方向に延びたストリツプ支承面を内部に有する
   炉チヤンバと、前記ストリツプ支承面と炉チヤンバ内を
   進行している金属ストリツプとの間にガスクツシヨンを
   与えるためにガスを供給するガス供給装置とを備えた加
   熱炉において、前記炉チヤンバ２内に炉チヤンバ内ガス
   の再循環流路を形成し、前記ガス供給装置は供給した補
   給ガスによつて炉チヤンバ内ガスの再循環を促進させる
   インゼクタ１１を有することを特徴とする加熱炉。 ２ 前記ストリツプ支承面は多数の開口８を備えるプレ
   ート７から成り、該プレート７は、金属ストリツプが炉
   の中を進行中にたどる通路の直下に位置し、再循環ガス
   が前記プレート７の開口８を上方へ通り抜けて、前記炉
   チヤンバの中を進行している金属ストリツプの下面と接
   触するようになされたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の加熱炉。 ３ 前記ストリツプ支承面は、２つのほぼ平行な部材２
   ５，２６から成り、当該２つの部材２５，２６は、炉内
   で熱処理される金属ストリツプの幅よりも小さい距離を
   おいて、設けられていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の加熱炉。 ４ ほぼ平行な部材２５，２６は、その上端が水平面に
   対して小さい角度を成して外側に傾斜されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載の加熱炉。 ５ 前記ストリツプ支承面は、その上端外側に傾斜する
   ストリツプ２７はを有する垂直壁２５，２６からなり、
   再循環ガスが前記垂直壁２５，２６によつて形成される
   溝２４の中を通り、前記リツプ２７に沿つて流れるよう
   に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の加熱炉。 ６ 前記炉チヤンバの下部は、複数の一定間隔に配置さ
   れた横方向垂直壁２２によつて数個の区画に分割され、
   該壁２２の上ヘリは、金属ストリツプの入口および出口
   水準の直下で終つていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第５項いずれかに記載の加熱炉。 ７ 前記炉チヤンバ内で再循環しているガスの少量は、
   外部導管２９を経由して炉チヤンバから引き出され、当
   該導管によつてブロア９へ送られ圧縮され前記インゼク
   タ１１を通して加熱炉へ再び入れられるようになされて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項
   いずれかに記載の加熱炉。 ８ 前記ブロア９とインゼクタ１１の間にはガスを加熱
   するヒーター１０が設けられていることを特徴とする特
   許請求の範囲第７項記載の加熱炉。 ９ 炉チヤンバから脱出した損失分の新しいガスがブロ
   アに送られるようになされたことを特徴とする特許請求
   の範囲第７項または第８項記載の加熱炉。 １０ 複数個の電気加熱素子２８が、再循環ガスを加熱
   するために炉チヤンバ内に取り付けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第９項いずれかに記
   載の加熱炉。 １１ 炉チヤンバ内長手方向へ延びたストリツプ支承面
   と金属ストリツプとの間にガス供給してガスクツシヨン
   を与えた状態で金属ストリツプの加熱を行なう方法にお
   いて、インゼクタから補給ガスを供給して炉チヤンバ内
   ガスを再循環させることを特徴とする金属ストリツプの
   加熱方法。