JP2006284019A - 直火式鋼板連続加熱炉および鋼板の加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋼板幅方向の温度分布を均一化することができる、直火式鋼板連続加熱炉および鋼板の連続加熱方法を提案する。
【解決手段】 鋼板を直火式の連続加熱炉で連続して加熱するに当たり、炉内壁の天井部および／または炉床部で、記鋼板中央部と相対する領域を、炉内壁の他の領域より高い放射率を有する領域とする。高い放射率を有する領域は、炉の内壁材の放射率より高い放射率を有する塗料層を被成して、あるいは粗面化処理することにより形成することが好ましい。また、連続加熱炉の側壁に、低い放射率を有する領域を形成してもよい。低い放射率を有する領域は、放射方向制御板を配設または炉の内壁材の放射率より低い放射率を有する塗料層を被成することにより、形成できる。これにより、鋼板幅方向中央部への輻射入熱量がエッジ部に比べて相対的に多くなり、鋼板幅方向端部の過加熱を抑制するとともに、中央部の昇温を促進して、鋼板幅方向の温度分布が均一化される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋼板をバーナーにより加熱する直火式連続加熱炉に係り、とくに被処理材である鋼板の不均一温度分布の改善に関する。なお、本発明でいう「鋼板」は、鋼板および鋼帯を含むものとする。

鋼板の連続加熱炉において、横型、縦型のいずれの場合おいても、加熱源として、天然ガス、ＬＮＧなどを燃料として使用するバーナーによる幅方向への一方向の直火式加熱方式がよく用いられている。この加熱方式では、空燃比を調整することにより燃焼ガス中のガス含有量（燃焼比率）を適正範囲内に調整しているが、このバーナーによる加熱では、空燃比、燃焼比率の僅かな変化により、火炎の長さが変化し、条件によってはバーナーと対向する炉壁が過加熱され、他の炉壁に比べ高温となる場合がある。また、このバーナーによる加熱では、火炎自体に温度分布があるうえ、火炎長さが変化して、火炎が直接鋼板に触れたりする場合がある。

このような状態で鋼板を通板すると、鋼板幅方向の端部（鋼板エッジ部）が高温となり、幅方向温度分布の不均一が生じ、板面内で鋼板特性のばらつきが生じるという問題があった。
このような問題に対し、特許文献１には、搬送する鋼板の幅方向に温度測定器を設け、測定された板温分布に基づき鋼板のエッジ部の過加熱分を冷却する冷却装置をバーナーと対向する位置の側壁に付設した、連続焼鈍炉が提案されている。しかしながら、特許文献１に記載された技術では、新たに、冷却装置を設置する必要があり、炉内構造が複雑になるうえ、設備コストや補修コスト等製造コストの高騰を招くという問題がある。さらに、エッジ部を適正温度まで冷却する冷却制御が難しく、均一な板温分布に調整することにかなりの困難が伴う。

また、特許文献２には、炉壁に設けたセラミックファイバの内貼層の炉内側表面に、主成分としてCr_２O_３とFeOを含有する高放射率塗料層を被着した直火式冷延鋼板連続焼鈍炉が提案されている。特許文献２に記載された技術によれば、炉内輻射伝熱量を増加でき、冷延鋼板への輻射伝熱が促進されるとしている。しかしながら、特許文献２に記載された技術では、鋼板全体への輻射伝熱量が増加するだけで、鋼板エッジ部の過加熱を防止するまでには至っていないという問題がある。
特開平７−41868号公報 特許第2985206号公報

本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、鋼板を連続加熱するに際し、鋼板エッジ部の過加熱を防止し、鋼板幅方向の温度分布を均一化することができる、直火式鋼板連続加熱炉および直火式鋼板連続加熱炉を用いた鋼板の連続加熱方法を提案することを目的とする。

本発明者らは、上記した課題を達成するため、鋼板幅方向の温度分布を均一化する方策について、鋭意検討した。その結果、鋼板幅方向中央部への輻射入熱量を、鋼板エッジ部に比べ相対的に増加させることにより、鋼板幅方向エッジ部の過加熱が抑制でき、鋼板幅方向の温度分布を均一化することができることに思い至った。そして、本発明者らは、鋼板幅方向中央部への輻射入熱量を増加させるには、加熱炉内壁の天井部や炉床部の中央部で、好ましくは鋼板幅方向中央部に相対する炉壁内側の領域に、炉壁内側の他の領域より放射率の高い塗料層を被成すること、あるいは鋼板幅方向エッジ部に近い炉内側壁に、炉内壁の他の領域に比べ放射率の低い塗料層を被成することがよいことを見出した。

本発明は、上記した知見に基づいて、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は、つぎのとおりである。
（１） 鋼板をバーナーで加熱する直火式の連続加熱炉において、該連続加熱炉内壁の天井部および／または炉床部で、前記鋼板中央部と相対する領域を、該連続加熱炉内壁の他の領域より高い放射率を有する領域としたことを特徴とする直火式鋼板連続加熱炉。
（２）（１）において、前記高い放射率を有する領域が、前記連続加熱炉の内壁材の輻射率より高い放射率を有する塗料層を被成してなる領域とすることを特徴とする直火式鋼板連続加熱炉。
（３）（１）において、前記高い放射率を有する領域が、粗面化された領域であることを特徴とする直火式鋼板連続加熱炉。
（４）鋼板をバーナーで加熱する直火式の連続加熱炉において、該連続加熱炉の側壁に、放射方向制御板を配設したことを特徴とする直火式鋼板連続加熱炉。
（５）（４）において、前記放射方向制御板に代えて、前記側壁に、前記連続加熱炉の内壁材の放射率より低い放射率を有する塗料層を被成したことを特徴とする直火式鋼板連続加熱炉。
（６）直火式の連続加熱炉において鋼板を連続して加熱するに当たり、前記連続加熱炉内壁の天井中央部および／または炉床中央部で、前記鋼板中央部と相対する領域を、該連続加熱炉の内壁材の放射率より高い放射率を有する領域に構成して、加熱し、鋼板幅方向の温度分布を均一化することを特徴とする、直火式の連続加熱炉による鋼板の加熱方法。
（７）（６）において、前記高い放射率を有する領域が、塗料層の被膜形成または粗面化処理により構成されることを特徴とする直火式の連続加熱炉による鋼板の加熱方法。
（８）直火式の連続加熱炉において鋼板を連続して加熱するに当たり、前記連続加熱炉内壁の側壁領域を、該連続加熱炉の内壁材の放射率より低い放射率を有する領域に構成して、加熱し、鋼板幅方向の温度分布を均一化することを特徴とする、直火式の連続加熱炉による鋼板の加熱方法。
（９）（８）において、前記低い放射率を有する領域が、前記側壁領域への塗料層の被膜形成または放射方向制御板の配設により構成されることを特徴とする直火式の連続加熱炉による鋼板の加熱方法。

本発明によれば、鋼板幅方向エッジ部の過加熱を防止でき、鋼板幅方向の温度分布が均一化して、特性ばらつきの少ない鋼板を安定して製造でき、産業上格段の効果を奏する。

本発明を適用する直火式鋼板連続加熱炉は、炉４内に、直火式バーナー３を鋼板１を挟んで天井側と炉床側に交互に搬送方向に沿って複数個設けて、鋼板１をハースローラ２で連続的に搬送しながら、火炎３ａを鋼板１幅方向に向けて噴射して加熱する、通常の直火式鋼板連続加熱炉である。図１に、本発明を適用する横型の直火式鋼板連続加熱炉の一例を、鋼板搬送方向に直交する断面で模式的に示す。

本発明では、炉内壁の天井部および／または炉床部で、鋼板中央部と相対する領域44ａ、44ｂを、炉４内壁の他の領域より高い放射率を有する領域に構成する。
本発明では、図１に示すように、炉内壁の天井部および／または炉床部で、好ましくは鋼板中央部と相対する領域44（44ａ及び／又は44ｂ）を加熱帯の領域において、炉内壁材より高い放射率を有する塗料層を被成してなる領域とすることが好ましい。このような領域を形成することにより、鋼板幅方向中央部への輻射入熱量を高めることができ、鋼板幅方向エッジ部の過加熱を抑制しながら、鋼板幅方向中央部の温度を高め、鋼板幅方向の温度偏差を相対的に少なくできる。

高い放射率を有する塗料層を被成する領域44（44ａ又は44ｂ）は、鋼板幅方向中央部に相対する領域とする。本発明でいう「鋼板幅方向中央部」とは、鋼板幅方向両端から幅方向内側にそれぞれ100〜200ｍｍ程度入った、鋼板幅方向の中央領域とする。放射率の高い塗料を塗布する領域44ａ、44ｂが上記した領域より狭いか、あるいは広くなると、鋼板幅方向の温度偏差が解消しにくくなる。

通常、加熱炉の炉内壁は、耐火煉瓦製であり、輻射率は0.4〜0.6程度である。本発明では、耐火煉瓦の放射率より高い、0.7以上、好ましくは0.8〜0.9程度の放射率を有する塗料を塗布した塗料層を被成することが望ましい。なお、塗料層の厚さはとくに限定する必要はないが、500〜800μｍ程度とすることが好ましい。このような塗料層を被成するための塗料としては、カーボン、酸化チタン、二酸化ケイ素等を水等の溶媒に溶かしたものが例示できる。なお、「H.R.C」（日本熱放射材研究所製）等の商品名で市販されているもの等を使用しても何ら問題はない。

また、本発明では、高い放射率を有する塗料層を被成する代わりに、炉内壁の鋼板幅方向中央部に相対する領域44ａ、44ｂを、粗面化加工した領域としてもよい。粗面化加工は、公知のショットブラスト等の粗面化加工がいずれも好適に適用できる。粗面化の程度は、JIS B 0601−2001で規定する算術平均粗さRaで、10μｍ以上の表面粗さとすることが好ましい。これにより、耐火煉瓦そのままの状態に比べて表面積が増加して放射率が高くなり、鋼板幅方向中央部への輻射入熱量がエッジ部に比べ増加し、鋼板幅方向中央部の昇温が促進され、エッジ部との温度偏差が解消できる。

また、本発明では、図２に示すように、鋼板幅方向端部（エッジ部）に近い炉側壁に、炉内壁材の放射率より低い放射率を有する領域を構成してもよい。これにより、鋼板幅方向端部への輻射入熱量が減少し、エッジ部の過加熱が低減される。
低い放射率を有する領域は、低放射率塗料層43を被成することにより形成してもよい。なお、塗料層の厚さはとくに限定する必要はないが、300〜600μｍ程度とすることが好ましい。低放射率塗料層43は、炉内壁材の放射率より低い放射率を有する塗料を塗布することにより被成できる。

また、炉側壁に低い放射率を有する塗料層を被成することに代えて、炉側壁に、放射方向制御板42を配設してもよい。これにより、鋼板幅方向端部への輻射入熱量が減少し、エッジ部の過加熱を低減できる。放射方向制御板は、好ましくはセラミックファイバーといった耐熱、耐火性の高い材料製とし、図３に示すように、放射方向制御板の向きを、輻射熱が鋼板幅方向端部に集中しないように調整して配設することが好ましい。

上記したような直火式鋼板連続加熱炉を利用して、鋼板を連続して加熱することにより、鋼板幅方向の温度分布が均一化され、鋼板幅方向特性のばらつきが減少し、鋼板歩留が向上するなど、顕著な効果を奏する。さらに、平均的な加熱能力を向上させることもできる。

板厚：2.0mm、幅：1500mmの鋼帯を、図１に示すような横型の直火式連続加熱炉で、搬送速度：60m/minで搬送しながらバーナーで加熱し、炉出側で、幅方向の温度分布を測定した。なお、加熱温度は950、1000℃の2種とした。
本発明例は、炉内壁の天井部および炉床部の、鋼帯幅方向中央部（幅：1200mm）に相対する領域44a、44bに、搬送方向の加熱帯全域に亘り、放射率：0.8〜0.9の塗料〈商品名「H.R.C」日本熱放射材研究所製〉を乾燥厚さで700μｍ塗布し、乾燥させ，高い放射率を有する塗料層を被成した連続式加熱炉で加熱した場合とした。一方、従来例は、炉内壁材のままとした連続式加熱炉で加熱した場合とした。得られた鋼板幅方向における温度分布の一例を、図４に示す。

得られた図４に示すような温度分布曲線から、鋼帯の幅端部（幅方向端縁から内側に50mm）と幅方向中央の温度差を纏めて、表１に示す。

本発明例は、従来例に比べて、幅端と幅中央との温度偏差が10〜15℃と顕著に小さくなっている。

本発明の一実施例である直火式鋼板連続加熱炉の概略を模式的に示す断面図である。 本発明の他の実施例を模式的に示す断面図である。 本発明の他の実施例を模式的に示す断面図である。 実施例で得た鋼帯幅方向の温度分布を示すグラフである。

符号の説明

１ 鋼板
２ ハースローラ
３ バーナ
３ａ 火炎
４ 炉内壁
42 放射方向制御板
43 低放射率塗料層
44 高い放射率を有する領域

Claims (9)

1. 鋼板をバーナーで加熱する直火式の連続加熱炉において、該連続加熱炉内壁の天井部および／または炉床部で、前記鋼板中央部と相対する領域を、該連続加熱炉内壁の他の領域より高い放射率を有する領域としたことを特徴とする直火式鋼板連続加熱炉。
2. 前記高い放射率を有する領域が、前記連続加熱炉の内壁材の放射率より高い放射率を有する塗料層を被成してなる領域とすることを特徴とする請求項１に記載の直火式鋼板連続加熱炉。
3. 前記高い放射率を有する領域が、粗面化された領域であることを特徴とする請求項１に記載の直火式鋼板連続加熱炉。
4. 鋼板をバーナーで加熱する直火式の連続加熱炉において、該連続加熱炉の側壁に、放射方向制御板を配設したことを特徴とする直火式鋼板連続加熱炉。
5. 前記放射方向制御板に代えて、前記側壁に、前記連続加熱炉の内壁材の放射率より低い放射率を有する塗料層を被成したことを特徴とする請求項４に記載の直火式鋼板連続加熱炉。
6. 直火式の連続加熱炉において鋼板を連続して加熱するに当たり、前記連続加熱炉内壁の天井中央部および／または炉床中央部で、前記鋼板中央部と相対する領域を、該連続加熱炉の内壁材の放射率より高い放射率を有する領域に構成して、加熱し、鋼板幅方向の温度分布を均一化することを特徴とする、直火式の連続加熱炉による鋼板の加熱方法。
7. 前記高い放射率を有する領域が、塗料層の被膜形成または粗面化処理により構成されることを特徴とする請求項６に記載の直火式の連続加熱炉による鋼板の加熱方法。
8. 直火式の連続加熱炉において鋼板を連続して加熱するに当たり、前記連続加熱炉内壁の側壁領域を、該連続加熱炉の内壁材の放射率より低い放射率を有する領域に構成して、加熱し、鋼板幅方向の温度分布を均一化することを特徴とする、直火式の連続加熱炉による鋼板の加熱方法。
9. 前記低い放射率を有する領域が、前記側壁領域への塗料層の被膜形成または放射方向制御板の配設により構成されることを特徴とする請求項８に記載の直火式の連続加熱炉による鋼板の加熱方法。

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