CN111630192A - 连续退火中的钢板的加热方法和连续退火设备 - Google Patents

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Abstract

在具有直焰型的加热炉、均热炉和冷却炉的连续退火设备中对钢板进行加热时，在上述加热炉与均热炉之间配设直焰型的半均热炉，在上述加热炉中，以使加热炉出口侧的钢板温度成为(目标均热温度‑ΔT)的方式进行加热，在上述半均热炉中，将炉温设定为钢板的目标均热温度，以在半均热炉内的任一个位置处均使钢板温度成为目标均热温度的方式进行加热，从而使钢板的长度方向和宽度方向的温度均匀化，并且可靠地防止钢板超过作为加热目标的均热温度地被过度加热的钢板的加热方法及其连续退火设备。此处，上述ΔT是在通过度加热炉对板温进行了反馈控制时的钢板温度的波动幅度以上并且半均热炉的钢板加热能力的1/2以下的值。

Description

连续退火中的钢板的加热方法和连续退火设备
技术领域
本发明是涉及钢板的连续退火的技术，具体而言涉及适用于热轧钢板、冷轧钢板的连续退火的钢板的加热方法、该方法所使用的连续退火设备。
背景技术
作为对热轧后的钢板(热轧钢板)、冷轧后的钢板(冷轧钢板)实施热处理的方法，存在使用了箱式退火炉的分批退火、和一边使钢板卷材倒卷一边在退火炉内进行送板而连续地实施热处理的连续退火，但近年来，多使用生产率优异的后者的连续退火。与分批退火比较，该连续退火具有能够使钢板的处理温度均匀化，或能够缩短处理时间这样的优点。但其反面，伴随着处理时间的缩短，需要进行迅速加热，或者使退火温度(均热温度)高温化，因此，存在卷材内的长度方向、宽度方向的钢板温度容易不均匀化这样的问题。
作为使连续退火的钢板内的处理温度均匀化的技术，例如，专利文献1公开有以下方法，使在先的钢带的热轧方向末端和在后的钢带的热轧方向末端接合、或者使在先的钢带的热轧方向后端和在后的钢带的热轧方向后端接合而连续地实施热处理。但是，该专利文献1公开的技术是欲使卷材长度方向的热处理温度间接均匀化的技术，不是欲使钢板温度直接均匀化的技术。另外，实施该技术需要重新卷绕卷材的一半，存在显著阻碍生产率这样的问题。
另外，专利文献2公开进行板温前馈控制的连续退火工序中的板温控制方法，该板温前馈控制在利用退火炉对钢板进行连续退火时，在退火炉的上游侧设置预热炉使钢板预热，并基于在预热炉的出口侧并且退火炉入口侧处测定出的板温，控制向炉内加热装置供给的燃料流量，将板温保持为退火温度。
专利文献1：日本特开2005-232482号公报
专利文献2：日本特开2004-197144号公报
然而，近年来，在热轧钢板、冷轧钢板的技术领域中，存在对最终产品的品质特性的要求逐年变严的趋势，了解到为了满足该要求，有时需要极其严格地管理施加于钢板的热处理温度，例如不仅使钢板卷材的长度方向的温度均匀化，还使钢板的板宽方向的温度分布在规定范围内均匀化，或者防止钢板超过规定温度而被过度加热。
然而，上述专利文献2公开的技术虽基于预热炉出口侧测定出的板温，控制向退火炉供给的燃料的流量，控制退火炉中的板温，但不是也控制预热炉出口侧的板温的技术。因此，存在的问题是，在预热炉出口侧钢板产生了较大的温度不均匀、过度加热的情况下，不易在退火炉将钢板温度控制为规定范围内。
发明内容
本发明是鉴于现有技术所存在的上述问题点而完成的，其目的在于提出不仅能够使连续退火中的长度方向和宽度方向的钢板温度均匀化，还能够可靠地防止钢板超过作为加热目标的均热温度地被过度加热的钢板的加热方法，并且提供用于该情况的连续退火设备。
本发明人为了解决上述课题的解决而反复进行了认真研究。作为其结果，发现在具有直焰型的加热炉、均热炉和冷却炉的钢板的连续退火设备中，在上述加热炉与均热炉之间配设直焰型的半均热炉，在上述加热炉中，加热至使加热炉出口侧的钢板温度(以下，也简称为“板温”)比作为加热目标的均热温度(以下，也称为“目标均热温度”)低ΔT的温度，在上述半均热炉中，将炉温设定为上述目标均热温度，将上述ΔT控制为适当范围，由此以在半均热炉内的任一个位置处使板温成为目标均热温度的方式进行慢速加热，从而能够实现上述目的，进而完成了本发明。
即，本发明提出如下钢板的加热方法，其为具有直焰型的加热炉、均热炉和冷却炉的连续退火设备的钢板的加热方法，其特征在于，在上述加热炉与均热炉之间配设直焰型的半均热炉，在上述加热炉中，以使加热炉出口侧的钢板温度成为(目标均热温度-ΔT)的方式进行加热，在上述半均热炉中，将炉温设定为钢板的目标均热温度，以在半均热炉内的任一个位置处均使钢板温度成为目标均热温度的方式进行加热。此处，上述ΔT是在通过加热炉对板温进行了反馈控制时的钢板温度的波动幅度以上并且半均热炉的钢板加热能力的1/2以下的值。
本发明的上述钢板的加热方法的特征在于，在向上述半均热炉的直焰型燃烧器供给的燃料的流量达到半均热炉的燃料供给能力的下限值时，使ΔT的值较大，在向上述半均热炉的直焰型燃烧器供给的燃料的流量达到半均热炉的燃料供给能力的上限值时，使ΔT的值较小。
另外，本发明的上述钢板的加热方法的特征在于，使向上述半均热炉的直焰型燃烧器供给的燃料的流量成为半均热炉的(燃料供给能力的下限值×1.2～燃料供给能力的上限值×0.8)的范围内。
另外，本发明提供钢板的连续退火设备，其为具有直焰型的加热炉、均热炉和冷却炉的钢板用的连续退火设备，其特征在于，在上述加热炉与均热炉之间设置直焰型的半均热炉而成，上述加热炉以使加热炉出口侧的钢板温度成为(目标均热温度-ΔT)的方式进行加热，上述半均热炉将炉温设定为钢板的目标均热温度，以在半均热炉内的任一个位置处均使钢板温度成为目标均热温度的方式进行加热。此处，上述ΔT是在通过加热炉对板温进行了反馈控制时的钢板温度的波动幅度以上并且半均热炉的钢板加热能力的1/2以下的值。
根据本发明，在直焰型的加热炉与均热炉之间设置直焰型的半均热炉，在钢板板温到达目标均热温度紧前，通过半均热炉进行了慢速加热，因此容易使钢板收敛为目标均热温度，能够使钢板长度方向和宽度方向的板温均匀化，并且能够可靠地防止钢板超过目标均热温度地被过度加热。因此，根据本发明，能够特别高精度地控制钢板的热处理温度，因此极大地有益于产品品质的提高、稳定化。
附图说明
图1是对连续退火设备的钢板温度的控制方法进行说明的图。
图2是表示连续退火的总体传递系数ΦCG的经时变化的一个例子的坐标图。
图3是对在图1所示的方法附加了反馈控制的钢板温度的控制方法进行说明的图。
图4是对具有本发明的半均热炉的连续退火设备中的钢板温度的控制方法进行说明的图。
图5是对因本发明的半均热炉有无运转引起的在半均热炉出口侧测定出的板温的经时变化进行比较而示出的坐标图。
图6是对由本发明的半均热炉的运转有无引起的钢板的长度方向的温度变动量(3σ)与板宽方法的温度差进行比较而示出的坐标图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。
图1示出具有直焰型的加热炉、均热炉、冷却炉的钢板用连续退火设备的前半部分的加热炉和均热炉中的钢板温度(板温)的控制方法。图1中，钢板1从图的左侧导入加热炉2，在到达加热炉的出口侧(图1的A点)为止的期间，钢板1被加热至作为加热目标的均热温度(目标均热温度)之后，被导入均热炉3，在以该均热温度保持规定时间之后，被冷却。此时，在加热炉2中，在上述上位计算机中，基于所输入的被处理件(钢板)的条件(板厚、板宽、比热等)、退火条件(送板速度、气氛气体、总体热传递系数ΦCG等)，计算加热炉2的炉温设定值，为了实现该炉温设定值，自动控制向加热炉2中供给的燃料和空气的流量。另外，在均热炉3中，炉温设定为钢板的加热目标温度亦即均热温度，为了实现该炉温设定值，自动控制向均热炉3供给的燃料和空气的流量。
此外，针对利用上述上位计算机求解加热炉的炉温设定值的方法，存在各种方法，例如，通过能够使用下述(1)式那样的热传递模型式进行收敛计算而求解。
ΔTs/ΔX＝2·ΦCG·σ(Tf 4-Ts 4)/Cp·ρ·D·Ls…(1)
此处，Ts：出口侧板温(K)
X：加热长度(m)
ΦCG：总体热传递系数(总体热吸收率)
σ：斯蒂芬-玻尔兹曼常数(J/s·m2K4)
Tf：炉温(K)
Cp：比热(J/kg·K)
ρ：比重(kg/m3)
D：板厚(mm)
Ls：送板速度(m/s)
此处，在上述加热炉2的出口侧(图2中的A点)，如前述那样，需要将钢板温度(板温)正确地加热至作为加热目标的均热温度为止。然而，上述输入上位计算机的条件不是始终恒定的，而是时刻发生变化。特别是在用于加热的燃烧器不是使用辐射管型而是使用直焰型的加热炉中，总体热传递系数ΦCG的经时变化大。图2示出在具有使用直焰型燃烧器的加热炉的连续退火设备中，在对板宽1052～1062mm的热轧钢板实施1000℃的热轧板退火时，实测从炉的启动起至经过24小时为止的期间的总体热传递系数ΦCG的经时变化的结果的一个例子。在这样总体热传递系数ΦCG大幅变动的连续退火设备中，不易高精度地设定加热炉的炉温，因此，无法将加热炉出口侧(A点)处的板温控制为规定的目标均热温度。
此处，为了解决上述问题点，如图3所示那样，在加热炉出口侧的A点设置板温计4来测定加热出口侧的板温，并将该测定结果反馈于炉温控制系统，以使上述加热炉出口侧A点的板温成为加热目标的均热温度的方式，控制向加热炉供给的燃料和空气的流量，调整炉温。该图3中，对由板温计4测定出的加热炉出口侧A点的板温实测值PV和预先输入的加热目标的均热温度SV进行对比，并根据其差对加热炉的设定温度施加修正。
通过采用图3所示的钢板温度的控制方法，能够使加热炉出口侧的板温相对于作为加热目标的均热温度具有±α℃的变动幅度地进行控制。但是，存在以下那样的问题点。
(1)加热炉的比热容非常大，在上述那样的反馈控制中，不论怎样提高增益，炉温的变化均迟缓，因此不易进行高精度的炉温控制。
(2)为了提高产品特性而期望均热温度高，但是，在板温过高，反而对产品特性带来负面影响那样的情况下，需要避免相对于目标均热温度成为正侧的过度加热。另外，从热能的观点出发，不优选超过目标均热温度那样的加热。
因此，本发明为了应对上述问题点，提出如下的钢板的加热方法：如图4所示那样，在前述的加热炉2与均热炉3之间设置半均热炉5，在加热炉2中，将钢板加热成为加热炉出口侧的板温为(均热温度-ΔT)，在半均热炉5中，将炉温设定为作为加热目标的均热温度，以在比半均热炉5的出口侧靠前的位置即半均热炉5内的任一个位置(图4中所示的B点)处均使钢板成为均热温度的方式进行加热。
此处，在基于加热炉出口侧(图4的A点)测定出的钢板温度而对加热炉的炉温进行了反馈控制时的加热炉出口侧的钢板温度的相对于平均值的波动幅度为±α(℃)时，上述ΔT需要成为α以上的值。此处，上述α定义为加热炉出口侧板温的标准偏差σ的3倍的值。若上述ΔT不足α℃，则在对加热炉的炉温进行了反馈控制的情况下，存在在钢板温度向上波动时，在加热炉出口侧，产生板温超过度加热目标均热温度的部分之虞。
另一方面，对于上述ΔT而言，在将半均热炉的炉温设定为加热目标的均热温度时，在将半均热炉中能够加热的钢板温度上升量即半均热炉的钢板加热能力设为β(℃)时，需要使2ΔT成为β以下的值，即，使ΔT成为β的1/2以下的值。这是因为，若ΔT为大于β/2的值，则在对加热炉的炉温进行了反馈控制的情况下，在钢板温度向下波动时，有产生无法通过半均热炉使板温加热成为目标的均热温度的部分之虞。此外，ΔT优选为β的0.4以下，更优选为β的0.3以下。此外，上述半均热炉的钢板加热能力β能够通过用于前述的加热炉的炉温设定的热传递模型来求解。
在上述本发明的加热方法中，在到达半均热炉的出口侧为止的区间的任一个位置处，能够使钢板没有过度加热，而加热至成为目标的均热温度，并且能够在板宽方向上均匀地加热。但是，即便ΔT满足上述条件，若ΔT的值过小，则在半均热炉的前半部分，板温达到目标均热温度，实质上导致均热时间的延长。因此，对于ΔT而言，在相对于均热时间的允许范围严格的情况下，设定为在尽可能接近半均热炉的出口侧的位置处，达到均热温度，具体而言，这也依赖于半均热炉的长度，但ΔT优选设定为在半均热炉的后半侧1/2范围达到均热温度，更优选设定为在后半侧1/3范围达到均热温度。
另外，本发明的半均热炉的钢板加热能力β很大程度上依赖于向半均热炉的直焰型燃烧器供给的燃料和空气的供给能力、特别是燃料的供给能力(供给流量)，它也对ΔT的设定值带来影响。因此，在本发明的钢板加热方法中，优选在向上述半均热炉的直焰型燃烧器供给的燃料的流量实际值达到供给能力的下限值时(燃料供给能力存在余力时)较大地设定ΔT，相反在达到了供给能力的上限值时(燃料供给能力不存在余力时)较小地设定ΔT。
并且，从通过半均热炉将钢板稳定地加热至作为目标的均热温度为止的观点出发，优选向半均热炉的直焰型燃烧器供给的燃料的流量根据供给能力的下限值×1.2～供给能力的上限值×0.8的范围内的钢板加热能力β，设定上述ΔT的上限。更优选为供给能力的下限值×1.3～供给能力的上限值×0.7的范围内。
此外，在图4的半均热炉的出口侧(图4中所示的C点)配设板温计6。该板温计6对半均热炉出口侧处的钢板温度进行测定，没有在半均热炉的炉温的反馈控制中使用，但当然也可以在反馈控制中使用。另外，该C点的板温计6对钢板板宽方向的温度差进行测定，因此，优选至少能够测定钢板的板宽度中央部和两个宽度端部这3个点的板温。
实施例
在图4所示的具有直焰型的加热炉、均热炉和冷却炉且在上述加热炉与均热炉之间配设有具有本发明的功能的直焰型的半均热炉的连续退火设备中，对板厚2.0mm×板宽1100mm的热轧钢板实施了使均热温度成为1000℃的热处理。此外，上述半均热炉是将以往加热炉的后半部分隔离于前半部分并赋予本发明的半均热炉的功能的结构，在不需要半均热功能的情况下，也能够作为以往加热炉而使用。
此时，在使半均热炉运转而发挥本发明的功能的情况下，即，将炉温设定为均热温度且将加热炉出口侧的钢板温度设定为(均热温度-ΔT)，而根据本发明方案，将上述ΔT控制为适当范围的情况下(发明例)，以及停止半均热炉的运转而用作以往的加热炉局部的情况下(比较例)，在这两个条件下，进行上述热处理，并使用在上述半均热炉的出口侧设置的板温计(图4所示的板温计6)，对钢板的板宽度中央和板宽度两端部这3个点的板温进行了连续测定。
图5根据半均热炉有无运转而将半均热炉出口侧测定出的热轧钢板的板宽度中央部的实际温度的经时变化进行比较而示出。此外，图5的纵轴的温度是使本发明例的平均值为0℃的温度。根据该图，通过设置半均热炉，从而钢板长度方向的温度变化量从3σ：10.3℃向4.3℃减少至1/2以下(此处，上述σ是标准偏差)。作为其结果，可知的是，以往，担心钢板的过度加热而将加热炉出口侧的ΔT的值设定为较大的值，但在本发明例中，没有上述担心，因此能够使ΔT的值较小，能够将钢板尽早加热至均热温度。
另外，图6除了图5所示的钢板长度方向的板温变动量之外，还将钢板板宽方向的温度差(板宽方向的最高温度与最低温度之差)在发明例和比较例中进行对比而示出。根据该图，可知通过应用本发明的半均热炉，板宽方向的温度差也能够从9.2℃向4.0℃减少至1/2以下。
工业上的可利用性
此外，在关于本发明的上述说明中，以半均热炉为直焰型作为前提进行了说明，但本发明的半均热炉不限定于直焰型，从提高板温控制的精度的观点出发，也可以是辐射管型。
附图标记说明
1...钢板(钢带)；2...加热炉；3...均热炉；4...板温计；5...半均热炉；6...板温计。

Claims (4)

1.一种钢板的加热方法，其为具有直焰型的加热炉、均热炉和冷却炉的连续退火设备的钢板的加热方法，其特征在于，
在所述加热炉与均热炉之间配设直焰型的半均热炉，
在所述加热炉中，以使加热炉出口侧的钢板温度成为(目标均热温度-ΔT)的方式进行加热，
在所述半均热炉中，将炉温设定为钢板的目标均热温度，以在半均热炉内的任一个位置处均使钢板温度成为目标均热温度的方式进行加热，
此处，所述ΔT是在通过加热炉对板温进行了反馈控制时的钢板温度的波动幅度以上并且半均热炉的钢板加热能力的1/2以下的值。
2.根据权利要求1所述的钢板的加热方法，其特征在于，
在向所述半均热炉的直焰型燃烧器供给的燃料的流量达到半均热炉的燃料供给能力的下限值时，使ΔT的值较大，在向所述半均热炉的直焰型燃烧器供给的燃料的流量达到半均热炉的燃料供给能力的上限值时，使ΔT的值较小。
3.根据权利要求1或2所述的钢板的加热方法，其特征在于，
使向所述半均热炉的直焰型燃烧器供给的燃料的流量成为半均热炉的(燃料供给能力的下限值×1.2～燃料供给能力的上限值×0.8)的范围内。
4.一种钢板的连续退火设备，其为具有直焰型的加热炉、均热炉和冷却炉的钢板用的连续退火设备，其特征在于，
在所述加热炉与均热炉之间设置直焰型的半均热炉而成，
所述加热炉以使加热炉出口侧的钢板温度成为(目标均热温度-ΔT)的方式进行加热，
所述半均热炉将炉温设定为钢板的目标均热温度，以在半均热炉内的任一个位置处均使钢板温度成为目标均热温度的方式进行加热，
此处，所述ΔT是在通过加热炉对板温进行了反馈控制时的钢板温度的波动幅度以上并且半均热炉的钢板加热能力的1/2以下的值。
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