JP2000309820A - 鋼片加熱炉および鋼片の加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱炉で鋼片の長さ方向両端部の過熱を防止
し、圧延製品両端部での厚さ不足、幅不足を防止する方
法および装置を提供する。 【解決手段】 炉内鋼片の炉幅方向の移動可能な加熱炉
で、鋼片のパスラインの高さの炉側壁には炉長方向にわ
たって帯状の低温部を形成し、鋼片加熱期間中に鋼片の
長さ方向の両端部を少なくとも１回ずつ炉側壁低温部に
接近させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱間圧延用素材の鋼
片加熱炉、および鋼片の長さ方向両端部の過熱を防止
し、均一な加熱が可能な鋼片の加熱方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は熱延鋼板用あるいは厚鋼板用の鋼
片加熱炉の概要を示す側面縦断面図である。図２は図１
に示す鋼片加熱炉のＣ−Ｃ線に沿った縦断面図である。

【０００３】図１に示すように、鋼片加熱炉は通常、予
熱帯３１、加熱帯３２、均熱帯３３の３つのゾーンから
構成される。それぞれのゾーンの炉天井７、炉底１３の
両部それぞれに炉幅方向に４〜５本設置されたバーナ１
により炉内が加熱される。バーナ１は、火炎が直接鋼片
４に触れるとスケールを発生させるため、通常、鋼片か
ら離して、かつ火炎が鋼片４のパスライン３に略平行に
なるように設置される。鋼片４はバーナにより加熱され
た炉内ガス及び炉壁からの輻射熱で加熱され、各ゾーン
毎で、適当な時間が経過した後に、鋼片を保持した固定
支持台１１（図２参照。固定スキッドともいう）に対し
て、搬送支持台１０（図２参照。ウォーキングビームと
もいう）が鉛直方向に上昇し、次にパスライン３の正方
向に移動し、次いで降下し、鋼片４は再び固定支持台１
１に載置される。さらに、搬送支持台１０はパスライン
３の逆方向に戻る。これらを繰り返し、鋼片４はパスラ
イン３の正方向に移動する。加熱を終えた鋼片は抽出扉
５から搬出される。

【０００４】上記の鋼片加熱炉の一般的な問題は、固定
支持台と接する鋼片部位は炉底からの輻射および雰囲気
ガスからの滞留伝熱を受けにくく、鋼片の長さ方向にわ
たって温度の不均一が生じる。温度不均一のまま鋼片が
圧延されると、低温部では変形抵抗が高いため、鋼板厚
さが厚くなり、高温部では幅縮みが発生する。また、鋼
の熱履歴上も変動するため、鋼板全長にわたって強度等
の機械的性質が均質にならない。固定支持台と接する部
分が低温であることに起因する板厚変動、板幅変動を業
界ではスキッドマークと称する。スキッドマークは上記
のウォーキングビーム方式の鋼片加熱炉以外に、鋼片を
装入扉側から順次押し込んで鋼片を移動させるプッシャ
ー方式の加熱炉でも軽度ながら発生する。

【０００５】スキッドマークの問題を解決するため、例
えば、特開昭５３−６４６１０号公報あるいは特開昭５
３−７００１５号公報には固定支持台を炉幅方向に移動
させる構造とすることによって、鋼片をパスラインと直
交する方向に往復移動させ、スキッドマ−クを軽減させ
る技術が開示されている。

【０００６】鋼片の炉幅方向の移動は、以下の構造によ
って実現できる。図２に示すように、固定支持台１１上
の鋼片４は、昇降および炉幅方向に往復可能な幅移動支
持台１２が、上昇→炉幅順方向移動→下降→炉幅逆方向
移動のサイクル繰返しによって、炉幅順方向に移動され
る。このサイクルは搬送支持台１０が動作していないと
きに行われる。一定時間後、幅移動支持台１２が、上昇
→炉幅逆方向移動→下降→炉幅順方向移動の繰返しサイ
クルを実施することにより、鋼片４は炉幅の逆方向に移
動する。幅移動支持台１２は予熱帯３１、加熱帯３２、
均熱帯３３それぞれ独立した移動機構により、各ゾーン
の鋼片が独立に炉幅方向に移動できるものがのぞましい
が、３つのゾーンの幅移動支持台１２を一括して鋼片の
炉幅方向移動可能な機構としてもよい。

【０００７】鋼片４はパスライン３の方向に移動しなが
ら、固定支持台と接する位置が順次変化するので極端に
低温になることがない。

【０００８】上記のような装置構成によってスキッドマ
ークの軽減は達成されるが、鋼片長さ方向の端部には別
の問題がある。

【０００９】図２に示すように、鋼片中央部８ａは炉天
井７及び炉底１３からの輻射熱によって加熱されるのに
対し、鋼片先後端部８ｂは炉天井７に加えて更に炉側壁
９からの輻射熱によって加熱されるために、加熱されや
すくなっている。そのため、鋼片４の鋼片先後端部８ｂ
が他の部位と比較して過剰に加熱され、これを圧延する
と、鋼片先後端部８ｂの変形抵抗が他の部分と比較して
小さいために、過圧下されて板厚不足、幅不足等になり
やすいという問題点がある。

【００１０】鋼片先後端部の寸法変動の問題を解決する
ため、特開昭６０−１１４５１５号公報には炉側壁に沿
ってパスライン方向に長く形成され、鋼片先後端部の上
面を覆うような吊天井部を設け、鋼片先後端部の過熱を
防止する装置が開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開昭６
０−１１４５１５号公報に開示された技術は、炉天井か
ら鋼板上部にかけて可動とする構造で、その構造自体も
複雑であることと、パスライン方向に長く設置するため
に重量も非常に大きくなる。また、炉天井から鋼板上部
にかけて可動する構造となっているため、老朽化してく
ると、吊天井の耐火物が鋼片の上に落下し、製品欠陥を
発生するおそれがある。

【００１２】本発明の課題は、鋼片を加熱する際、鋼片
の先後端部の過熱を防止し、製品の先後端部の厚さと幅
精度の向上および均一な強度特性を確保することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記の鋼片全
長にわたるスキッドマークの問題を解決する方法とし
て、前記特開昭５３−６４６１０号公報に開示された鋼
片を炉幅方向に移動可能な鋼片加熱炉を用い、あわせて
鋼片先後端部の過熱を防止する方法を検討した。

【００１４】鋼片先後端部上面の過熱を防止するには、
鋼片端部の上面もしくは下面を炉内輻射から遮蔽するよ
りも、端面の伝熱を抑制する方が有利であると想到し
た。すなわち、鋼片の中央部では上下面、および側面か
ら入熱があり、鋼片の長さ方向には入熱がないのと同様
に、鋼片先後端部についても、鋼片の長さ方向すなわち
鋼片先後端部の端面の入熱を抑制すれば、全長にわたっ
て同様の入熱方式となるため均一な温度分布になるとの
着想を得た。鋼片先後端部の端面に低温物体を接近させ
るのがよい。これらをまとめると下記(a) および(b) の
とおりである。

【００１５】(a) 鋼片先後端部の端面と対置する炉壁部
を低温に保つ。すなわち、鋼片のパスラインの高さの炉
側壁部に炉長方向に延びた冷却水流路を設置する。炉側
壁部に冷却水路を埋め込むことは、前記特開昭６０−１
１４５１５号公報に開示されたような吊天井構造に比較
して設備が簡単で耐久性も優れている。

【００１６】(b) 前記炉側壁の低温部に鋼片を接近させ
る。このとき、反対側の鋼片先後端部は炉側壁の低温部
から遠ざかるため、一定時間後に他方の鋼片先後端部を
炉側壁の低温部に接近させ、これを繰り返せば、両方の
鋼片先後端部が均一な温度になる。

【００１７】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
ので、 その要旨は、以下の(1) および (2)にある。

【００１８】(1) 炉幅方向に鋼片を移動可能な構造を有
する鋼片加熱炉であって、鋼片のパスラインの高さで炉
長方向に延びた炉側壁低温部を形成するための冷却水流
路を炉側壁部に有することを特徴とする鋼片加熱炉。

【００１９】(2) 炉幅方向に鋼片を移動可能な構造を有
し、炉側壁部において鋼片のパスラインの高さに炉長方
向に延びた炉側壁低温部が形成された鋼片加熱炉を用
い、鋼片の加熱期間中に鋼片の長さ方向の両端部を少な
くとも１回ずつ炉側壁低温部に接近させることを特徴と
する鋼片の加熱方法。

【００２０】なお、本発明においてパスラインとは、固
定支持台に載置された鋼片の厚さ中心線を基準とした鋼
片の進行軌跡をいう。

【００２１】

【発明の実施の形態】図３は本発明に係る鋼片加熱炉の
概要を示す平面図であり、図１のＢ−Ｂ断面を表す。

【００２２】図４は本発明に係る図３に示す鋼片加熱炉
のＤ−Ｄ断面における炉側壁要部の縦断面図である。図
３および図４において、図１、図２と同一要素は同一符
号で示す。符号１４は冷却水入口、１５は冷却水出口、
１６は炉側壁９に埋め込まれた冷却水流路、１７は鋼片
４の端部と炉側壁９との間隔、２４は断熱材を表す。

【００２３】図４において、炉側壁９には冷却水流路１
６が埋め込まれており、ここに通水することによって炉
側壁低温部９ａは他の炉側壁より低温である。この炉側
壁低温部９ａは少なくとも鋼片の厚さに相当する幅があ
り、その幅の中心はパスラインの高さと同じ高さ、また
は鋼片の厚さの範囲内でほぼ同じ高さにあるものとす
る。従って炉側壁低温部９ａは鋼片４の端部面８ｃと正
対している。

【００２４】鋼片の鋼片先後端部８ｂへの輻射伝熱量は
鋼片自体の表面温度と放射率および、端部面８ｃの視野
に入る炉天井７、炉側壁９、炉底１３の表面温度とその
面の放射率でほぼ決定される。そのため、鋼片先後端部
８ｂへの輻射伝熱量を低下させるためには、炉側壁９と
端部面８ｃとの間隔１７を縮小し、輻射面である炉天井
７、炉底１３からの輻射伝熱量を低下すると共に、鋼片
の端部面８ｃへの入熱を抑制するため炉側壁低温部９ａ
の温度を低くするのがよい。通常炉側壁９の温度は予熱
帯上部で７００〜８００℃、加熱帯上部で１２００〜１
３００℃、均熱帯上部で１１００〜１２５０００℃であ
るが、炉側壁低温部はこれより１００〜２００℃程度低
くするのが望ましい。この温度差が１００℃より小さい
とと、本発明の目的である端部面への入熱抑制ができな
いし、２００℃より大きいと、耐火物の熱膨張差による
炉壁部の損傷が発生しやすい。

【００２５】炉側壁低温部９ａの寸法は、高さ方向の幅
が鋼片厚さと同等〜その３倍程度とするのが望ましい。
この幅が狭いと端部面８ｃへの入熱を抑制する効果がな
いし、幅が広すぎると鋼片先後端部８ｂ〜鋼片中央部を
冷却することになり、鋼片自体の加熱が損なわれる。

【００２６】冷却水流路１６は炉長方向にわたって設置
されるが、必ずしも炉長の全長にわたって設置する必要
はなく、鋼片が高温になる加熱帯および均熱帯に設置す
ればよく、あるいは最小限均熱帯に設置すればよい。

【００２７】図４において、炉側壁低温部９ａの耐火物
は耐熱衝撃性のあるものを厚さ１５０〜２００ｍｍ程度
で設けるのがのぞましいが、熱伝導率の小さい耐火物、
例えばセラミックファイバ系耐火物などは、炉壁を低温
に保つ狙いには合致せず望ましくない。

【００２８】炉側壁低温部９ａと通常の炉側壁９との間
には断熱材２４を介在させるとよい。これは、高温を保
つべき炉側壁９が冷却水流路１６によって低温になるの
を防止するとともに、炉側壁低温部９ａと炉側壁９との
熱ひずみを吸収する緩衝材としての機能も期待できるた
めである。

【００２９】図４においては、冷却水流路１６には冷却
水を冷却水入口１４から冷却水出口１５に向け通水す
る。炉側壁低温部９ａの表面温度を制御するために通水
量を制御するのが望ましいが、必須ではない。

【００３０】通常、加熱用バーナは、炉幅方向に各ゾー
ン４〜５本程度設置され、炉内を均一にするようにする
が、本発明の実施にあたっては、これらのバーナのうち
炉幅両端部の１本は消火とするか、それ以外のバーナの
１／１０程度の燃焼量にすることによって鋼片先後端部
８ｂの温度管理が可能である。また、鋼片端部と炉側壁
との間隔１７の調整によって一層効果が高められる。

【００３１】また、鋼片は幅方向に往復移動するので、
固定支持台と鋼片の接触部分はゾーン毎に変化するた
め、局所的な低温部（スキッドマーク）を抑止すること
ができる。

【００３２】

【実施例】本発明の効果確認試験を熱延鋼板製造ライン
で行った。鋼片加熱炉は図１〜図４に示す幅方向移動可
能なウォーキングビーム方式である。

【００３３】炉側壁に低温部を形成するため、予熱帯〜
均熱帯にわたって炉側壁に冷却水流路（高さ方向の幅３
００ｍｍ×５０ｍｍ）を埋め込み、厚さ１００ｍｍの不
定形耐火物（珪石質）で覆った。冷却水流路は予熱帯〜
均熱帯のほぼ全炉長方向に設置されている。予熱帯上
下、加熱帯上下、均熱帯上下各部のの炉温はそれぞれ７
５０℃、７２０℃、１２００℃、１１６０℃、１１５０
℃、１０９０℃であった。また、炉側壁低温部の表面温
度は各ゾーン上部炉温よりおよそ１５０℃低かった。

【００３４】鋼片加熱炉の各ゾーンバーナは上下共に４
本設置されているが、試験時には、予熱帯の上下共に炉
幅両端部のバーナを消火した。

【００３５】試験用の鋼片には熱電対を埋め込み、鋼片
上に搭載可能な耐熱型データログ装置に接続し、加熱炉
内搬送中の鋼片温度の推移を測定した。熱電対の埋め込
み位置は、鋼片の長さ方向端部から１００ｍｍ、鋼片幅
中央、表面から５０ｍｍの深さ位置（先端および後
端）、および鋼片長さ方向の２００ｍｍピッチの位置か
つ表面から２０ｍｍの深さ位置とした。

【００３６】鋼片を装入後、炉幅方向に移動させ、鋼片
先端側と炉側壁との間隔が５０〜７０ｍｍになるように
した。このとき、鋼片の後端側は炉側壁から約９００ｍ
ｍの間隔となった。

【００３７】試験鋼片が加熱帯に入ったとき、鋼片の後
端側を炉側壁に接近させ、炉側壁との間隔が５０〜７０
ｍｍになるようにした。

【００３８】試験鋼片が均熱帯に到ったとき、鋼片が炉
幅の中央に位置するように、炉幅方向に移動させた。こ
の状態で、鋼片の先端、後端側と炉側壁との間隔は４５
０〜４９０ｍｍであった。

【００３９】図５は本発明に係る試験鋼片の長さ方向の
温度分布を示すグラフである。同図においてグラフ(e)
は予熱帯出口、グラフ(f) は加熱帯出口、グラフ(g) は
均熱帯出口（抽出直前）の場合である。

【００４０】図５のグラフ(e) に示すように、炉側壁面
との距離を小さくすると、輻射伝熱の中心となる側壁面
温度が低いため、鋼片の側端部の温度は低下し、またバ
ーナを消し、側壁面との距離を縮小した鋼片の側端部の
温度は逆に温度が高くなった。

【００４１】図５のグラフ(f) に示すように、加熱帯出
口では予熱帯よりも鋼片温度は全体に上昇するが、最も
温度の低かった先端部の温度の上昇分は最も大きく、ま
た、最も温度の高かった後端部での上昇分は最も小さか
った。結果として、長さ方向の両端部が低い台地状の温
度分布となった。

【００４２】図５のグラフ(g) に示すように、均熱帯を
通過した後での鋼片の温度は全体には加熱帯より低下す
るが、温度分布は加熱帯で温度の低かった両側端部での
温度が上昇し、長さ方向全体で均一な表面温度になっ
た。

【００４３】本発明の効果との比較のため、従来法によ
る鋼片の温度分布を測定した。従来法では炉幅方向への
移動を可能とする幅移動支持台を使用せず、また炉側壁
の冷却水流路には通水しない状態で鋼片を加熱した。鋼
片の炉幅方向の配置は、両側の炉壁面と鋼片両端部が等
距離になるように保持した。鋼片の測温位置は上記本発
明の試験の場合と同じである。

【００４４】図６は、従来法による鋼片の長さ方向の温
度分布を示すグラフである。同図のグラフ(h) は予熱帯
出口、グラフ(i) は加熱帯出口、グラフ(j) は均熱帯出
口の温度分布を示す。同図の各ゾーン出口温度分布に示
すように、鋼片側端部での温度での温度が高く、鋼片中
央部でのスキッドマークも２０〜３０℃程度あった。

【００４５】表１に従来法と本発明法の比較をまとめ
た。同表の圧延仕上温度変動とは、熱延粗圧延機の出側
で測定した中間材（粗バー）の表面温度で、全長を２０
等分した時の各区間での最高温度と最低温度の差の平均
値である。歩留は加熱炉入側での秤量値に対する、圧延
後のコイル重量の比である。

【００４６】

【表１】

【００４７】従来法では鋼片先後端部が過加熱となるこ
とと、スキッドマークとにより、製品歩留まりは９７．
４％であった。本発明法では温度の均一性がよく、製品
歩留まりは９８．２％が得られた。

【００４８】

【発明の効果】本発明法により、鋼片を加熱する加熱炉
において、鋼片の側端部の局所的な過加熱の防止、固定
式支持台との接触による鋼片の局所的な低温部の発生を
防止することが可能となり、製品歩留まりが飛躍的に向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼片加熱炉の概要を示す側面縦断面図である。

【図２】図１に示す鋼片加熱炉のＣ−Ｃ線に沿った縦断
面図である。

【図３】本発明に係る鋼片加熱炉の概要を示す平面図で
あり、図１のＢ−Ｂ断面を表す。

【図４】本発明に係る図３に示す鋼片加熱炉のＤ−Ｄ断
面における炉側壁要部の縦断面図である。

【図５】本発明に係る試験鋼片の長さ方向の温度分布を
示すグラフである。

【図６】従来法による鋼片の長さ方向の温度分布を示す
グラフである。

【符号の説明】

１：バーナ ２：装入扉 ３：パスライン ４：鋼片 ５：抽出扉 ７：炉天井 ８ａ：鋼片中央部 ８ｂ：鋼片先後端部 ８ｃ：端部面 ９：炉側壁 ９ａ：炉側壁低温部 １０：搬送支持台 １１：固定支持台 １２：幅移動支持台 １３：炉底 １４：冷却水入口 １５：冷却水出口 １６：冷却水流路 １７：鋼片端部と炉側壁との間隔 ２４：断熱材 ２８：炉幅移動方向 ３１：予熱帯 ３２：加熱帯 ３３：均熱帯

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉幅方向に鋼片を移動可能な構造を有す
   る鋼片加熱炉であって、鋼片のパスラインの高さに炉長
   方向に延びた炉側壁低温部を形成するための冷却水流路
   を炉側壁部に有することを特徴とする鋼片加熱炉。
2. 【請求項２】 炉幅方向に鋼片を移動可能な構造を有
   し、炉側壁部において鋼片のパスラインの高さに炉長方
   向に延びた炉側壁低温部が形成された鋼片加熱炉を用
   い、鋼片の加熱期間中に鋼片の長さ方向の両端部を少な
   くとも１回ずつ炉側壁低温部に接近させることを特徴と
   する鋼片の加熱方法。