JP2007270294A - バッチ式加熱炉による鋼材の加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッチ式加熱炉で鋼材を加熱する際の熱効率を高くする。
【解決手段】高輻射性耐熱性被膜が形成された耐火ボード２１〜２６を、前記被膜形成面が加熱炉の内面となるように配置した状態で、炉内の加熱を開始し、炉内の温度が設定温度になった時点で前記耐火ボード２１〜２６を取り外すことにより、加熱炉の内面の放射率を変える。
【選択図】図５

Description

この発明は、バッチ式加熱炉による鋼材の加熱方法に関する。

従来、バッチ式加熱炉で鋼材を加熱する際には、鋼材を入れて炉内を加熱することにより鋼材を常温から所定温度まで昇温させた後に、加熱を続けて炉内を所定温度に保持することが行われている。
昇温（加熱）時には、バーナー等により炉壁が加熱され、この加熱された炉壁から放射された熱が、炉内の雰囲気を介して鋼材に伝達されて鋼材が昇温されるため、炉壁からの熱の放射率は大きいことが望ましい。これに対して、昇温後の保温（均熱）時には、鋼材の温度を上昇させる必要がないため、炉壁からの熱の放射率が大きいと、炉外への熱の放散率が高くなり、熱効率が悪くなる。

下記の特許文献１には、スラブ加熱用連続加熱炉における被加熱物の装入口に最も近い帯（予熱帯、加熱帯、均熱帯からなる連続加熱炉では予熱帯、第１〜３加熱帯からなる連続加熱炉では第１加熱帯）の炉内壁面に、熱放散性塗料を塗布することが記載されている。
下記の特許文献２には、ソレノイド型誘導加熱装置の下流側に放射率が小さい（０．５以下、好ましくは０．３以下の）断熱板を配置した保熱炉を設け、誘導加熱後の鋼板をこの保熱炉内で加熱することが記載されている。

下記の特許文献３には、上部一方向均熱炉の下部炉壁に、熱輻射率の高い炉壁材を吹き付けてガラス化することで、下部炉壁の熱輻射率を上昇させて上下均一加熱を達成することが記載されている。
下記の特許文献４には、「炭化珪素１７〜２２％、黒鉛６〜１１％、酸化アルミニウム１７〜２２％、窒化珪素２〜５％、四三酸化コバルト８〜１２％、Ａｌ−Ｃｏ１８〜２２％、およびフェロ−シリコン１８〜２３％からなる粉末混合物と、珪酸カリウム水溶液とを混合してなる懸濁液を、炉体耐火物、あるいはセラミックファイバーの表面に塗布し乾燥、硬化させることを特徴とする」高輻射耐熱性被覆の製造方法が記載されている。

下記の特許文献５には、「二酸化チタンの微粒子を水に分散させて基材とし、前記基材に結合材、および無機接着剤を配合してなる」工業用加熱炉の熱輻射性塗料が記載されている。
特開平１０−２７４４８２号公報 特開２００２−１９４４３０号公報 特開平７−２５６６７号公報 特開昭６１−３５１５１号公報 特開２００４−２２５０２７号公報

本発明の課題は、バッチ式加熱炉に鋼材を入れて炉内を加熱することにより前記鋼材を常温から所定温度まで昇温させた後に、加熱を続けて炉内を所定温度に保持することにより前記鋼材を所定温度に加熱する鋼材の加熱方法において、熱効率の高い方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、バッチ式加熱炉に鋼材を入れて炉内を加熱することにより前記鋼材を常温から所定温度まで昇温させた後に、加熱を続けて炉内を所定温度に保持することにより前記鋼材を所定温度に加熱する鋼材の加熱方法において、前記加熱炉の内面の放射率を、保温時に昇温時よりも小さくすることを特徴とするバッチ式加熱炉による鋼材の加熱方法を提供する。

本発明の方法では、バッチ式加熱炉の内面の放射率を、昇温時には０．７〜１．０とし、保温時には０．５〜０．７とすることが好ましい。
本発明で加熱炉の内面の放射率を変える方法としては、高輻射性耐熱性被膜が形成された耐火ボードを、前記被膜形成面が加熱炉の内面となるように配置した状態で、炉内の加熱を開始し、炉内の温度が設定温度になった時点で前記耐火ボードを取り外す方法が挙げられる。

本発明の方法は、高輻射性耐熱性被膜が形成された耐火ボードが、内壁と天井に対して着脱自在に取り付けられているバッチ式加熱炉を使用することで実施できる。
本発明で使用する「高輻射性耐熱性被膜が形成された耐火ボード」としては、耐火物からなる板材に高輻射性耐熱性塗料を塗布して乾燥させたものが挙げられる。高輻射性耐熱性塗料としては、上述の特許文献４に記載された懸濁液および特許文献５に記載された熱輻射性塗料が使用できる。

本発明によれば、バッチ式加熱炉に鋼材を入れて炉内を加熱することにより前記鋼材を常温から所定温度まで昇温させた後に、加熱を続けて炉内を所定温度に保持することにより前記鋼材を所定温度に加熱する鋼材の加熱方法として、熱効率の高い方法が提供できる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
先ず、内側寸法が１０ｍ×８ｍ×高さ５ｍであるバッチ式の箱形加熱炉の四つの内壁面と、蓋の内面にガイドレールを設けて、高輻射性耐熱性被膜が形成された耐火ボードを着脱自在に取り付けた。この耐火ボードは、厚さ１０ｃｍのセラミックス製ボードに、（株）日本熱放射材研究所製の「Ｈ．Ｒ. Ｃ．（II）（商品名）」（酸化チタン含有率７８質量％）を吹き付けて、１４０〜１６０℃で５〜６時間保持することにより、厚さ１ｍｍの高輻射性耐熱性被膜を形成して得られたものである。

加熱炉の四つの内壁面と蓋の内面に、耐火ボードを取り付けた状態で、この加熱炉内に１．５ｍ×６．０ｍ×厚さ０．２ｍで重さ１４トンのスラブ（鋼材）を置いて、１２００万ｋｃａｌ／ｈの加熱容量で加熱することにより、３時間で炉内の温度を１２００℃まで昇温した。この状態で、加熱炉の内面の放射率は０．９となっている。
そして、炉内の温度が１２００℃になったことを確認した後、先ず、炉の蓋を開けて四つの内壁面に取り付けられている耐火ボードをガイドレールから外して炉の外に出した。次に、炉の蓋に取り付けられている耐火ボードをガイドレールから外した後、この蓋を炉に取り付けて、同じ条件での加熱を３時間続けた。この状態で、加熱炉の内面の放射率は０．７となっている。

なお、耐火ボードの取り外しはクレーンを用いて行った。また、内壁面に取り付けられている耐火ボードを外す際に蓋を全開にして行うと内部の熱が逃げるため、逃げる熱を最小限にとどめるための工夫をする必要がある。
この実施形態の方法では、耐火ボードを取り付けないで昇温を行った場合と比較して、例えば燃料使用量を４％減らすことができる。

耐火ボードの取り外し時に熱が逃げ難くなる工夫がなされた加熱炉の一例を以下に説明する。図１〜６はその加熱炉を説明するための図である。図１は、この加熱炉から天井部材と、全ての耐火ボードが外された状態を示す平面図（ａ）と、そのＡ−Ａ断面図（ｂ）である。
図１に示すように、この加熱炉は、直方体の加熱空間を有する。この直方体の四つの側面に対応する側壁１１〜１４に、耐火ボードの幅方向両端を入れる溝１１ａ〜１４ａが形成されている。また、加熱炉の底部１５には、一側壁１１側となる位置に排気口１５ａが形成されている。また、この側壁１１と対向する側壁１２側の角部にスラブ（鋼材）Ｓが配置される。

この側壁１１と垂直な対向する一対の側壁１３，１４に、バーナーが配置される穴１３ｂ，１４ｂが形成されている。側壁１３，１４に取り付ける耐火ボード２３，２４には、これらの穴１３ｂ，１４ｂと合う位置に貫通穴２３ａ，２４ａが形成されている。これは、耐火ボード２３，２４を設置した状態でも、バーナーの炎が炉内に入るようにするためである。また、側壁１３，１４の溝１３ａ，１４ａより内側となる上部に、天井用耐火ボードを出し入れするための案内溝形成部材１６が固定されている。

なお、バーナーは全図において省略されている。また、加熱空間内の各所に温度センサが配置されているが、これも全図において省略されている。
この状態で、耐火ボード２３，２４の幅方向両端を上側から溝１３ａ，１４ａに入れてスライドさせることにより、加熱炉の側壁１３，１４側に耐火ボード２３，２４を配置する。その際に、耐火ボード２３，２４の高輻射耐熱性被膜が形成されている面を加熱炉の内側に向ける。図２は、この状態を示す加熱炉の平面図（ａ）と、そのＡ−Ａ断面図である（ｂ）。

この状態で、耐火ボード２１，２２の幅方向両端を上側から溝１１ａ，１２ａに入れてスライドさせることにより、側壁１１，１２側に耐火ボード１１，１２を上側から入れる。その際に、耐火ボード２１，２２の高輻射耐熱性被膜が形成されている面を加熱炉の内側に向ける。図３はこの状態を示す加熱炉の平面図であり、図４はそのＡ−Ａ断面図である。

図４に示すように、天井用耐火ボード２６は補強板３で補強されている。この補強板３は、天井用耐火ボード２６の上面を覆う上板３１と、天井用耐火ボード２６の案内溝１６ａと接触する端面を覆う側板３２とからなる。天井用耐火ボード２６には、補強板３で補強された状態で露出する面に、高輻射耐熱性被膜が形成されている。
そして、加熱炉内にスラブＳを配置した後、補強板３で補強された天井用耐火ボード２６を、図４に示すように、例えば側壁１２側から、案内溝形成部材１６の案内溝１６ａに入れてスライドさせることにより、加熱炉の天井部に配置する。図５はこの状態を示す加熱炉の平面図であり、図６は、そのＡ−Ａ断面図（ａ）とＢ−Ｂ断面（ｂ）である。

この状態で、四つの側壁用の耐火ボード２１〜２４と天井用耐火ボード２６が、高輻射耐熱性被膜形成面が加熱炉の内面となるように配置されている。次に、この状態の加熱炉の上側を、例えば図６に二点鎖線で示すように、天井用耐火ボード２６を抜き出すための開口４１を備えた天井部材４で塞ぐ。このように、全ての耐火ボード２１〜２４，２６が炉内に配置されている状態で、天井部材４の開口４１を塞いで、加熱炉の加熱を開始し、炉内の温度が設定温度になるまで加熱を続けて、スラブＳの昇温を行う。

次に、炉内の温度が設定温度になった時点で、先ず、天井部材４を外して図５に示す状態とする。次に、この状態で、四つの側壁用の耐火ボード２１〜２４を上側にスライドさせて抜き取った後に、直ぐに天井部材４を載せる。次に、開口４１を利用して、補強板３で補強された天井用耐火ボード２６を横にスライドさせて抜き取った後に、直ぐに開口４１を塞ぐ。このように、全ての耐火ボード２１〜２４，２６が外されている状態で、加熱を続けて炉内を所定温度に保持することにより、スラブＳの保温を行う。

耐火ボードの取り外しに熱が逃げ難くなる工夫がなされた加熱炉の一例を説明するための図であって、加熱炉から天井部材と、全ての耐火ボードが外された状態を示す平面図（ａ）と、そのＡ−Ａ断面図（ｂ）である。 図１の次の状態を示す加熱炉の平面図（ａ）と、そのＡ−Ａ断面図（ｂ）である。 図２の次の状態を示す加熱炉の平面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 図３および４の次の状態を示す加熱炉の平面図である。 図５のＡ−Ａ断面図（ａ）とＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。

符号の説明

１１〜１４ 加熱炉の側壁
１１ａ〜１４ａ 耐火ボードの幅方向両端を入れる溝
１３ｂ，１４ｂ バーナーが配置される穴
１５ 加熱炉の底部
１５ａ 排気口
１６ 案内溝形成部材
１６ａ 案内溝
２３ａ，２４ａ 耐火ボードの貫通穴
２６ 天井用耐火ボード
３ 補強板
４ 天井部材
４１ 開口
Ｓ スラブ（鋼材）

Claims (4)

1. バッチ式加熱炉に鋼材を入れて炉内を加熱することにより前記鋼材を常温から所定温度まで昇温させた後に、加熱を続けて炉内を所定温度に保持することにより前記鋼材を所定温度に加熱する鋼材の加熱方法において、
   前記加熱炉の内面の放射率を、保温時に昇温時よりも小さくすることを特徴とするバッチ式加熱炉による鋼材の加熱方法。
2. バッチ式加熱炉の内面の放射率を、昇温時には０．７〜１．０とし、保温時には０．５〜０．７とすることを特徴とする請求項１記載のバッチ式加熱炉による鋼材の加熱方法。
3. 高輻射性耐熱性被膜が形成された耐火ボードを、前記被膜形成面が加熱炉の内面となるように配置した状態で、炉内の加熱を開始し、炉内の温度が設定温度になった時点で前記耐火ボードを取り外すことにより、加熱炉の内面の放射率を変えることを特徴とする請求項１または２記載のバッチ式加熱炉による鋼材の加熱方法。
4. 高輻射性耐熱性被膜が形成された耐火ボードが、内壁と天井に対して着脱自在に取り付けられていることを特徴とするバッチ式加熱炉。

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