JP3796117B2 - 熱間圧延用鋼材の加熱方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続式加熱炉において熱間圧延用鋼材を加熱する際、鋼材表面に生成するスケール量を抑制し、鋼材歩留りの向上を図るための加熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スラブやビレット等の鋼片から鉄鋼製品を製造する際、一般に加熱炉で加熱した後、熱間圧延により造形を施す。鋼片を加熱炉で加熱する際、加熱炉内は酸化性雰囲気であるため鋼材表面に厚い酸化皮膜すなわちスケールが生成する。スケールは製品品質上、後工程で除去される必要があるため、スケールの生成は鋼材歩留りの低下を招く。歩留り損失の最小化を図るため、スケールの生成を抑制する技術の開発が望まれている。
【０００３】
スケールの生成を抑制する方法として、酸素濃度１％以下の雰囲気で加熱する方法（特開昭６−４１７５３号）が提案されている。しかし、連続式加熱炉では鋼片の装入口扉、抽出口扉の開口部が大きく、密閉された空間ではないため、炉内酸素濃度は、外気侵入の影響を受けやすい。
【０００４】
上記の課題に対し、次の対策が提案されている。
例えば、特開平７−９７６１７号公報には、炉内抽出端側の高温域において無酸化あるいは還元雰囲気となるよう不完全燃焼を行うことでスケール生成を抑制し、これにより生じた未燃ガスは、交互に燃焼するバーナにおいて片方が燃焼している際に他方のバーナにて回収し、回収した未燃ガスを炉内装入側の低温域において燃焼ガスとして供給するため、燃料効率よく加熱できるとされている。
また、特開平９−２０９１９号公報には、加熱炉内に装入された鋼材周りに高温無酸化性ガスを吹き込み、無酸化雰囲気中で加熱することでスケール生成を抑制する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平７−９７６１７号公報ニ記載の技術では、燃焼効率の向上は図れるものの不完全燃焼を行うため、加熱効率が低下する。また、未燃ガスを吸引した際、配管内での燃焼による発熱対策が必要など、設備がコスト高になる。また、特開平９−２０９１９号公報の技術では、燃料や燃焼用空気以外に高温無酸化性ガスを別途供給する必要があり、ガス配管の複雑化と共に、余分な無酸化性ガスの供給といった面でコスト高である。
【０００６】
さらに、いずれの方法でも、加熱炉からスラブを抽出する際の抽出口扉の開閉による外気の侵入は防げず、抽出口付近の高温域において酸素ポテンシャルの高い酸化性雰囲気にさらされるため、それまで無酸化雰囲気でスケールを抑制していた効果が半減するほど、スケール生成量が増加する。また、外気は抽出口側から装入口側へ炉内ガス流れと同一方向へ流れるため、加熱炉抽出口からの酸化性雰囲気となる炉長は長くなり、十分なスケール生成抑制効果は得られない。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、熱間圧延用鋼材の加熱炉内でのスケール生成を抑制でき、設備コストが安く、鋼材歩留りを向上させる加熱方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、
（１）熱間圧延用鋼材を連続式加熱炉で加熱する際、抽出口扉付近に仕切壁を１つ、さらにこれより装入側に１つ以上の仕切壁を設け、抽出側より少なくとも２つ以上の仕切壁で区切られたゾーン内には、燃焼、吸引を繰り返す蓄熱式バーナーを設けると共に、抽出口扉等の開口部に隣接しない、かつ、鋼材表面温度が９００℃以上となるゾーン内の酸素濃度が１％未満で加熱されることを特徴とする熱間圧延用鋼材の加熱方法。
（２）上記（１）に記載の加熱方法において、酸素濃度を１％未満で加熱するゾーンの雰囲気圧力を、その他のゾーンよりも高くすることを特徴とする熱間圧延用鋼材の加熱方法。
（３）上記（２）に記載の加熱方法において、酸素濃度を１％未満で加熱するゾーンの蓄熱式バーナーのプルバック率を、その他のゾーンより低くすることを特徴とする熱間圧延用鋼材の加熱方法。
である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者らは扉付近の外気侵入による高酸素濃度ゾーンでの鋼片滞在時間の影響を検討するため、全体の加熱時間を一定とし、最初に１％未満の酸素濃度で加熱し、スラブ抽出口付近の高酸素濃度（４％程度）に滞在する時間を変化させて、スケール生成量を調べた。その結果、高酸素濃度に滞在する時間の増加と共に、急激にスケール生成量が増加することを確認できた。すなわち、スケール生成量の抑制には、外気侵入による高酸素濃度ゾーンを最小化することが重要であるとの知見を得た。
【００１０】
高酸素濃度ゾーンを最小化することとは、▲１▼外気が直接侵入するゾーンの最小化、▲２▼高酸素濃度ゾーンの隣接ゾーンヘの影響最小化である。
本発明の加熱炉は、抽出口扉に最も近い位置に仕切壁を１つ、さらにこれより装入側に１つ以上の仕切壁を設け、仕切壁で区切られたゾーン内に燃焼と吸引を繰り返す機能を有する蓄熱式バーナーを設けることを特徴とするものである。
ここで、仕切壁で区切られたゾーンとは、片端または両端が仕切壁で区切られた空間を意味している。
【００１１】
仕切壁と抽出口扉で区切られたゾーンは外気侵入により高い酸素濃度となるため、仕切壁を設置することにより雰囲気の独立性を高め、隣接ゾーンの酸素濃度を低下させる。また、装入側にさらに１つ以上の仕切壁が必要な理由は、同様に装入扉からの外気侵入による影響を抑制するためである。扉に最も近い位置に設ける仕切壁の位置は、外気が直接侵入するゾーンを最小化するために、できる限り扉に近い位置に設置することが好ましい。
【００１２】
また、各ゾーンを燃焼と排ガス吸引を繰り返す蓄熱式バーナを用いて加熱することは、抽出口側から装入口側への炉内ガス流れに伴う高酸素濃度ガスの炉長方向の流れを抑制し、高酸素濃度ゾーンの隣接ゾーンヘの雰囲気の影響を最小化することができる。
【００１３】
ここで、仕切壁で区切られたゾーンを炉内に数多く配置するほど、酸素濃度を低減する効果は相乗的に大きくなるが、その分、耐火物からなる仕切壁の設置費用が増大する。そのため仕切壁の設置数はコストと効果との兼ね合いから決まる。
【００１４】
また、蓄熱式バーナーを設置するゾーン数も数多く配置するほど、炉内の雰囲気の独立性が高まり、酸素濃度を低減する効果が大きくなるが、その分、バーナー設置コストが増大する。そのため蓄熱式バーナーの設置ゾーンは抽出扉からの外気侵入影響を防ぐため、少なくとも抽出側から２つのゾーンに設置し、これより装入側のゾーンはコストと効果の兼ね合いから、バーナー型式が決まる。
【００１５】
本発明の加熱炉において、抽出口扉等開口部に隣接しないゾーンの酸素濃度は、１％未満とする。スケール生成量は１％以上でほとんど差がなく、１％未満においてスケール生成量が減少する。これにより、後の工程で除去されるスケール量も減少、すなわち酸化によって失われる鉄量が減少するため、鋼材の歩留りが向上する。なお、スケール生成量は酸素濃度が低いほど少なくなるので、酸素濃度は低いほど好ましい。
【００１６】
また、抽出口扉等開口部に隣接しない全てのゾーンを酸素濃度１％未満とすれば、スケール生成量は最も少なくなる。ただし、スケールは主として９００℃以上での生成量が多い。
そのため、鋼材表面温度が９００℃以上となるゾーンのみ酸素濃度が１％未満になるような加熱操業を行っても、スケール抑制の効果は十分に得られる。これにより、仕切壁の設置費用を最小にして、安価な設備コストで鋼材の歩留向上が可能である。
【００１７】
さらに雰囲気の独立性を高めるために、酸素濃度を１％未満で加熱するゾーンの雰囲気圧力をその他のゾーンよりも高く設定することにより、高酸素濃度ゾーンの雰囲気ガスが、酸素濃度を１％未満で加熱するゾーンに流入し難くなる。
【００１８】
酸素濃度を１％未満で加熱するゾーンの雰囲気圧力をその他のゾーンよりも高く設定する方法として、酸素濃度を１％未満で加熱するゾーンの蓄熱式バーナーのプルバック率をその他のゾーンよりも、低く設定する。ここで、プルバック率とは、対をなしている１組の蓄熱式切替燃焼バーナーの、（排気側の排ガス流量）／（燃焼側の燃焼用空気及び燃焼を合せた流量）の比として定義される。
酸素濃度を１％未満とするゾーンのプルバック率をその他のゾーンよりも相対的に下げることにより、当該ゾーンから隣接ゾーンヘの排ガス流出量が多くなり、すなわち、相対的に雰囲気圧力が高くなり、隣接ゾーンからの雰囲気影響を受け難くなる。
【００１９】
【実施例】
本発明の実施例で用いた鋼材の成分を表１に示す。
表１（質量％）
Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｐ Ｓ
01166 0.128 0,700 0.015 0.009
【００２０】
本発明の実施例を適用した加熱炉の側面から見た概略図を図１に示す。
加熱炉１はスラブ２を加熱する装置で、装入口３からスラブを装入し、加熱を行う。その際に、各ゾーンごとにスラブの上下にバーナー４を設け、これに燃焼用空気と燃料を供給する配管５が結合されている。仕切壁７により各ゾーンが形成されている。スラブ２は移動する各ゾーンごとに所定の空気比で加熱することで、加熱温度およびスケール生成量を制御され、抽出口６から抽出される。
【００２１】
本実施例では、加熱炉内の長さを４０ｍ、その中を３つの仕切壁により４ゾーンに分割し各ゾーン毎に酸素濃度制御を行った。各ゾーンは以下のように分割した。
ゾーン１：装入口に最も近い仕切壁で仕切られたスラブ表面温度が９００℃以下の炉帯。
ゾーン２：装入口に最近接の仕切壁と加熱炉中程の仕切壁で仕切られた加熱領域９００〜１２５０℃の炉帯。
ゾーン３：加熱炉中程の仕切壁と抽出口に最も近い仕切壁で仕切られた炉帯。
ゾーン４：抽出口扉と抽出口に最近接の仕切壁で仕切られた炉帯。
【００２２】
これらのゾーンを持つ加熱炉において、表１の組成のスラブを装入し、表２に示すＡからＪの条件で酸素濃度制御を行った。特に、ゾーン３では、外気の侵入により高酸素濃度となったゾーン４の影響が現れ、ゾーン内の酸素濃度は少し高い。抽出温度は１２５０℃、加熱時間は１５０分とした。
その結果、各酸素濃度制御条件毎に、それぞれ異なるスケール量が生成した。
【００２３】
条件ＡからＣの場合は、通常の燃焼バーナを使用した今までの加熱炉である条件Ｉと比較してスケール厚が減少する。また、スケール厚はゾーン内の酸素濃度が低い条件Ｂの場合が最も薄い。条件Ｄはゾーン１の酸素濃度のみ１％以上であるが９００℃以上の酸素濃度は少ないため、スケールの生成量は抑制される。条件Ｅは、蓄熱式バーナを用いているが仕切壁がないため外気より侵入する酸素の抽出口側から装入口側への流れを防止できず、９００℃以上のゾーン２、３におけるスケール生成へとつながり抑制の効果が得られない。同様に条件Ｆ，Ｇは９００℃以上での酸素濃度が１％以上であるため、スケール生成は抑制されない。条件Ｈは仕切壁はあるが酸素濃度が１％以上のため、抑制効果はない。 また、通常の燃焼バーナで仕切壁のない今までの加熱炉の条件Ｉ、仕切壁のみ設けた条件Ｊでは、いずれも酸素濃度を１％未満にできず、スケールの抑制効果は得られない。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【発明の効果】
このように本発明により、安価な設備コストでエネルギー効率よく、加熱炉に装入された鋼材のスケール生成を抑制し、鋼材歩留りを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概要を示す説明図
【符号の説明】
１：加熱炉１
２：スラブ２
３：装入口
４：バーナー
５：配管５
６：抽出口
７：仕切壁

Claims (3)

1. 熱間圧延用鋼材を連続式加熱炉で加熱する際、抽出口扉付近に仕切壁を１つ、さらにこれより装入側に１つ以上の仕切壁を設け、抽出側より少なくとも２つ以上の仕切壁で区切られたゾーンには、燃焼、吸引を繰り返す蓄熱式バーナーを設けると共に、開口部に隣接しない、かつ、鋼材表面温度が９００℃以上になるゾーンの酸素濃度を１％未満で加熱することを特徴とする熱間圧延用鋼材の加熱方法。
2. 請求項１に記載の加熱方法において、酸素濃度を１％未満で加熱するゾーンの雰囲気圧力を、その他のゾーンよりも高くすることを特徴とする熱間圧延用鋼材の加熱方法。
3. 請求項２に記載の加熱方法において、酸素濃度を１％未満で加熱するゾーンの蓄熱式バーナーのプルバック率を、その他のゾーンより低くすることを特徴とする熱間圧延用鋼材の加熱方法。

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