JP3845143B2 - 連続加熱方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材などの金属材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつ加熱する際、該材料のスキッドマークを生じさせないか、あるいは軽減するための方法および装置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など金属材料を熱間圧延する際、あるいは熱処理する際の加熱炉として、被加熱材料をつぎつぎに通過させて所定温度に加熱する連続加熱炉が使用される。この炉内では、被加熱材はスキッドビームで支持され移送されるので、該レールに接した部分、あるいは該レールにより加熱源から遮蔽された部分に、スキッドマークと呼ばれる低温部が生じる。従来、その改善対策が種々行われているが、近年、加熱炉内にてスキッドマーク部を局部的に加熱する方法や装置が提案されている。
【０００３】
特開平５−１７９３３９号公報には、加熱炉抽出側にスキッドマークを加熱する燃焼装置を設け、被加熱材の温度を測定して、高温部とスキッドマーク部である低温部との温度差を最小にする燃料流量および空気流量で燃焼制御する装置および方法が提案されている。しかし、炉の抽出側のみで加熱しても、スキッドマーク低減には限界があり、また、このような燃焼装置は、炉内の高温部には設置できないという問題がある。
【０００４】
特開平５−２６５８３号公報には、サイドバーナ方式の加熱炉において、サイドバーナに供給する燃焼空気量を減らし、未燃焼ガスを含む火炎に向けて、炉床の耐火物を通した配管から空気を吹き込んで未燃焼ガスを燃焼させ、スキッドマーク部を局部加熱する方法および装置が提案されている。しかし、空気を吹き込むには、炉床に大きな配管を設ける必要があり、また予熱空気を使用し難く、燃料原単位が悪化するという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、鋼材などの金属材料を連続加熱炉で加熱する際、小規模の装置で燃料原単位を悪化させずに、スキッドマークを発生させないか、あるいは軽減するための方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の第１発明法は、被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱方法において、該材料下面の該燃焼炎を酸素欠乏炎にするとともに、助燃剤投入孔を該材料下面側の前記スキッドビームまたはその隣接位置に設け、前記スキッドビーム近傍の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入し、該スキッドビーム近傍に高温燃焼域を形成することを特徴とする連続加熱方法である。
【０００７】
第２発明法は、被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱方法において、該材料上面の該燃焼炎を酸素欠乏炎にするとともに、助燃剤投入孔を該材料上面側でかつ前記スキッドビームの上方に設け、前記スキッドビーム直上の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入し、該スキッドビーム直上に高温燃焼域を形成することを特徴とする連続加熱方法である。
【０００８】
第３発明法は、被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱方法において、該材料下面および上面の該燃焼炎を酸素欠乏炎にするとともに、助燃剤投入孔を該材料下面側の前記スキッドビームまたはその隣接位置及び該材料上面側でかつ前記スキッドビームの上方に設け、前記スキッドビーム近傍の該酸素欠乏炎および前記スキッドビーム直上の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入し、該スキッドビーム近傍および該スキッドビーム直上に高温燃焼域を形成することを特徴とする連続加熱方法である。
【０００９】
そして、第１、第２および第３発明法において、加熱炉から抽出された被加熱材料のスキッドマーク生成情報を把握し、該情報に応じて、酸素欠乏炎に向けて導入する酸素または酸素富化空気の導入量を制御することが好ましい。
【００１０】
また、上記目的を達成する本発明の第１発明装置は、被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱装置において、スキッドマークを発生させないか、あるいは軽減するために、前記材料下面側の該燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、前記材料下面の前記スキッドビームまたはその隣接位置に助燃剤投入孔を設けたことを特徴とする連続加熱装置である。
【００１１】
第２発明装置は、被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱装置において、スキッドマークを発生させないか、あるいは軽減するために、前記材料上面側の該燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、前記材料上面側の前記スキッドビーム上方に助燃剤投入孔を設けたことを特徴とする連続加熱装置である。
【００１２】
第３発明装置は、被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱装置において、スキッドマークを発生させないか、あるいは軽減するために、前記材料下面側および上面側の該燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、前記材料下面の前記スキッドビーム若しくはその隣接位置と、前記材料上面側の前記スキッドビーム上方との双方に、助燃剤投入孔を設けたことを特徴とする連続加熱装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明法を図面に示す例により説明する。図１は加熱炉の長さ方向縦断面図、図２は幅方向縦断面図である。この例では、被加熱材料１をウォーキングビーム方式のスキッドビームで支持し、図１の左から右に、Ｎｏ．１加熱帯、Ｎｏ．２加熱帯、・・・Ｎｏ．８加熱帯と順次移送しつつ、バーナ５からの燃焼炎で加熱している。
【００１４】
スキッドビームは、固定ビーム２および可動ビーム３からなり、可動ビーム３により、被加熱材料１を上昇前進降下させて移送する。また、本発明法はこの例に限らず、被加熱材料を、スキッドビーム上を摺動させて移送するプッシャー方式に適用することもできる。
【００１５】
第１発明法は、このような連続加熱炉において、被加熱材料１下面側のバーナ５からは、燃料と、該燃料を燃焼させるに必要な量よりも少ない空気等の酸素源を導入し、酸素欠乏炎すなわち燃料過剰炎を形成して、被加熱材料１を加熱する。被加熱材料１上面側のバーナ５からは、通常の燃焼炎で加熱する。
【００１６】
そして、被加熱材料１下面側の炉内に設けた助燃剤投入孔６から、スキッドビーム近傍の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入する。すると、該導入した酸素と、酸素欠乏炎の燃料とが反応して高温燃焼域が形成され、スキッドビーム近傍の放射伝熱能力が高められる。この高温燃焼域により被加熱材料のスキッドマーク発生部位を下側から高温加熱することで、スキッドマークを発生させないか、あるいは著しく軽減することができる。
【００１７】
図１および図２の例では、助燃剤配管８を固定ビーム２の支柱に沿って配設し、該配管８先端の開口を助燃剤投入孔６としているが、助燃剤配管８を下面側の仕切壁４に沿って、あるいは仕切壁４の内部に配設し、助燃剤投入孔６をスキッドビーム近傍に設けてもよい。
【００１８】
また、図３に示すように、スキッドビーム１４に助燃剤導入管１７を内設し、該ビーム１４表面の開口を助燃剤投入孔６としてもよい。図３において、１６は被加熱材料に接するライダーであり、スキッドビーム１４内の冷却水管１８を通る水により冷却される。助燃剤導入管１７はライダー１６の両側に内設し、両側のスキッドビーム１４面に助燃剤投入孔６を設けている。１５はスキッドビーム１４の支柱であり、助燃剤導入管１７は、冷却水管１８とともに支柱１５内を通して外部配管と接続することができる。
【００１９】
第２発明法は、被加熱材料１上面側のバーナ５からは、燃料と、該燃料を燃焼させるに必要な量よりも少ない空気等の酸素源を導入し、酸素欠乏炎すなわち燃料過剰炎を形成して、被加熱材料１を加熱する。被加熱材料１下面側のバーナ５からは、通常の燃焼炎で加熱する。
【００２０】
そして、被加熱材料１上面側の炉内に設けた助燃剤投入孔６から、スキッドビーム直上の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入する。すると、該導入した酸素と酸素欠乏炎の燃料とが反応して高温燃焼域が形成され、スキッドビーム直上の放射伝熱能力が高められる。この高温燃焼域により被加熱材料のスキッドマーク発生部位を上側から高温加熱することで、スキッドマークを発生させないか、あるいは著しく軽減することができる。図１および図２の例では、助燃剤投入孔６を仕切壁４に設けている。
【００２１】
第３発明法は、被加熱材料１下面側および上面側のバーナ５から、燃料と、該燃料を燃焼させるに必要な量よりも少ない空気等の酸素源を導入し、酸素欠乏炎を形成して被加熱材料１を加熱する。そして、被加熱材料１下面側の炉内に設けた助燃剤投入孔６から、スキッドビーム近傍の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入する。
【００２２】
また、被加熱材料１上面側の炉内に設けた助燃剤投入孔６から、スキッドビーム直上の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入する。すると、該導入した酸素と酸素欠乏炎の燃料とが反応して高温燃焼域が形成され、スキッドビーム近傍および直上の放射伝熱能力が高められる。この高温燃焼域により被加熱材料のスキッドマーク発生部位を下側および上側から高温加熱することで、スキッドマークを発生させないか、あるいは著しく軽減することができる。
【００２３】
図１および図２の例では、助燃剤投入孔６を上面側では仕切壁４に、下面側では固定ビーム２に、それぞれ設けているが、下面側でも仕切壁４に設けることができる。また、下面側では図３のように、スキッドビーム１４に助燃剤導入管１７を内設し、該ビーム１４表面の開口を助燃剤投入孔６とすることもできる。
【００２４】
本発明法では、連続加熱炉の入口から出口まで全長にわたり、各バーナ５からの燃焼炎に高温燃焼域７を形成することができる。図１の例は、下面側には全バーナ５からの燃焼炎に、上面側にはＮｏ．１加熱帯の内側からＮｏ．８加熱帯の内側までのバーナ５からの燃焼炎に、高温燃焼域７を形成している。したがって、スキッドマーク発生部位に対する加熱効果が優れ、炉から抽出した材料にはスキッドマークがないか、あるいは著しく軽減される。
【００２５】
なお、高温燃焼域７を形成する燃焼炎は、図１の例のほか、スキッドマーク発生状況に応じ、炉長方向の任意のバーナ５からの燃焼炎とすることができる。スキッドマーク発生状況は、被加熱材料１の種類やサイズ、加熱温度、各加熱帯の温度分布などにより経験的に把握することができる。
【００２６】
高温燃焼域７を形成するため、助燃剤投入孔６からは酸素または酸素富化空気を導入する。したがって、助燃剤投入孔６は、耐熱鋼管やセラミックス管等の細管先端の開口とすることができ、助燃剤配管８も細管でよい。このため、図１および図２のように、上面側の仕切壁４および下面側の固定ビーム２に、また、下面側でも仕切壁４に設置することができる。
【００２７】
さらに、下面側では、図３のように、スキッドビーム１４に助燃剤導入管１７を内設し、該ビーム１４表面の開口を助燃剤投入孔６とすることもできる。そして、設置はいずれの場合も容易であり、配管の寿命も問題なく、小規模な設備でよい。
【００２８】
また、バーナ５から導入する空気等の酸素源と、該バーナ５に対応する助燃剤投入孔６から導入する酸素または酸素富化空気の割合は、スキッドマーク発生状況に応じて、適宜設定することができる。さらに、本発明法は、図１および図２のような、炉の側壁に幅方向に向けてバーナ５を設けた加熱炉に適用するほか、図４のように、炉の長さ方向に向けてバーナ５を設けた加熱炉に適用することもできる。さらにまた、本発明法において、バーナ５としては、対向させた１対を交互に燃焼と蓄熱に切替える方式のものを採用することもできる。
【００２９】
本発明の好ましい態様では、加熱炉から抽出された材料のスキッドマーク生成情報を把握し、該情報に応じて、助燃剤投入孔６からの酸素または酸素富化空気導入量を制御する。具体的には、炉抽出後の工程、たとえば粗圧延工程で材料の温度分布を計測して得られるスキッドマーク生成情報、あるいは圧延機の負荷変動から得られるスキッドマーク生成情報等を採用することができる。
【００３０】
そして、図２に示すような流量制御弁９により、炉幅方向の各助燃剤投入孔６からの酸素または酸素富化空気導入量をフィードバック制御することで、つぎの被加熱材料１のスキッドマーク発生を防止あるいは軽減することができる。
【００３１】
次に、本発明の第１発明装置は、図１および図２に示すような、あるいは図３に示すような連続加熱装置において、被加熱材料１の下面側のバーナ５の燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、該材料１下面のスキッドビーム近傍または該スキッドビームに助燃剤投入孔６を設けたことを特徴とする装置である。
【００３２】
燃焼系としては、バーナ５に供給する燃料および空気の供給量を、酸素欠乏炎となるように調整する流量調整機能をもったものであればよく、燃料供給配管および燃焼用空気供給管の一方または双方に流量調整弁を設け、助燃剤投入孔６からの酸素または酸素富化空気供給量に応じて、適宜流量調整すればよい。
【００３３】
助燃剤投入孔６は、図１および図２に示すように、助燃剤配管８を固定ビーム２の支柱に沿って配設し、該配管８の先端を、被加熱材料１下面のスキッドビーム近傍に開口させたものとすることができる。また、助燃剤配管８を下面側の仕切壁４に沿って、あるいは仕切壁４の内部に配設し、該配管８の先端を被加熱材料１下面のスキッドビーム近傍に開口させたものとしてもよい。さらにまた、図３に示すように、スキッドビーム１４に助燃剤導入管１７を内設し、該ビーム１４表面に開口させることで、該ビーム１４に助燃剤投入孔６を設けることもできる。
【００３４】
第２発明装置は、図１および図２に示すような、あるいは図３に示すような連続加熱装置において、被加熱材料１の上面側のバーナ５の燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、該材料１上面のスキッドビーム直上に助燃剤投入孔６を設けたことを特徴とする装置である。燃焼系は、上記第１発明装置と同様、バーナ５に供給する燃料および空気の供給量を酸素欠乏炎となるように調整する流量調整機能をもつものであればよい。また、助燃剤投入孔６は、図１および図２の例のように、仕切壁４に設けることができる。
【００３５】
第３発明装置は、図１および図２に示すような、あるいは図３に示すような連続加熱装置において、被加熱材料１の下面側および上面側のバーナ５の燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、該材料１下面のスキッドビーム近傍または該スキッドビームと、前記材料上面のスキッドビーム直上との双方に、助燃剤投入孔を設けたことを特徴とする連続加熱装置である。燃焼系は、上記第１発明装置および第２発明装置と同様、バーナ５に供給する燃料および空気の供給量を、酸素欠乏炎となるように調整する流量調整機能をもつものであればよい。
【００３６】
助燃剤投入孔６は、被加熱材料１下面側では、第１発明装置と同様、スキッド固定ビームの支柱に沿って配設した助燃剤配管８や、下面側の仕切壁４に沿って、あるいは仕切壁４の内部に配設した該配管８の先端を被加熱材料１下面のスキッドビーム近傍に開口させたものとしてもよく、また、図３のように、スキッドビーム１４に助燃剤導入管１７を内設し、該ビーム１４表面に開口させることで、該ビーム１４に設けることもできる。被加熱材料１上面側では、第２発明装置と同様、上面側の仕切壁４に設けることができる。
【００３７】
なお、上記各本発明装置は、図１および図２に示すようなウォーキングビーム方式のほか、プッシャー方式に適用することもできる。また、バーナ５としては、対向させた１対を交互に燃焼と蓄熱に切替える方式のものを採用することもできる。そして、本発明装置の作用は、上記本発明法について説明したとおりである。
【００３８】
【実施例】
（本発明例１）
図１および図２に示す本発明の連続加熱装置により、幅９６０mm、厚さ２５５mm、長さ９０１６mmの鋼片を被加熱材料１として加熱した。図１のように、鋼片の下面側では、全バーナ５からの燃焼炎に、上面側では、Ｎｏ．１加熱帯の内側からＮｏ．８加熱帯の内側までのバーナ５からの燃焼炎に、それぞれ、助燃剤投入口６から助燃剤として純酸素（９９％）を導入して、高温燃焼域７を形成した。バーナ５は、両側壁から対向させた１対のものを交互に燃焼と蓄熱に切替える方式のものとした。
【００３９】
各加熱帯において、バーナ５から炉内に導入する燃料およびおよび助燃剤投入孔６から炉内に導入する上記純酸素を、図５に示すような配管系統により制御した。すなわち、当該加熱帯に供給する燃料を流量制御弁１２により制御し、加熱帯内の２本のバーナ５への配分を流量制御弁１１により制御した。そして、助燃剤投入孔６から炉内に導入する上記純酸素の流量を流量制御弁１０により制御し、６対の助燃剤投入孔６への配分を流量制御弁９により制御した。制御指令は、流量制御器１３にあらかじめ入力した、スキッドマーク生成情報に基づいて行った。表１に、バーナ５から導入した空気の酸素量と助燃剤投入孔６から導入した酸素量の割合を示す。
【００４０】
鋼片の長さ方向温度分布を、各加熱帯毎に測定した結果を図６に示す。図において、横軸の測定点の番号は、１が端部であり、２０は中央部で図２の破線の位置に相当する。図６の上側に示す▲２▼は固定ビーム２の位置を示し、▲３▼は可動ビーム３の位置を示す。鋼片の長さ方向温度分布はほぼ均一であり、スキッドマークは発生していないといえる。
【００４１】
【表１】
【００４２】
（本発明例２）
図１および図２に示すような連続加熱装置において、図３に示すようなスキッドビーム１４を採用し、幅１０００mm、厚さ２４０mm、長さ９０００mmの鋼片を被加熱材料１として加熱した。図１のように、鋼片の下面側では、全バーナ５からの燃焼炎に、上面側では、Ｎｏ．１加熱帯の内側からＮｏ．８加熱帯の内側までのバーナ５からの燃焼炎に、それぞれ、助燃剤投入口６から助燃剤として純酸素（９９％）を導入して、高温燃焼域７を形成した。バーナ５は、両側壁から対向させた１対のものを交互に燃焼と蓄熱に切替える方式のものとした。
【００４３】
各加熱帯における、バーナ５の燃焼および助燃剤投入孔６からの上記純酸素の導入を、図８に示すようにして制御した。図８は、被加熱材料１の下面側について示しているが、上面側についても同様に制御した。すなわち、当該加熱帯に供給する燃料の量を流量制御弁１２により、空気量を流量制御弁１９により制御し、助燃剤投入孔６から炉内に導入する上記純酸素の量を流量制御弁１０により制御した。６個の助燃剤投入孔６への配分を流量制御弁９により制御した。バーナ５の燃焼と蓄熱の切替えは、切替弁２０および２１を切替えることで行った。
【００４４】
図８は、右側のバーナ５−１で燃焼し、左側のバーナ５−２では、排ガスを切替弁２１を経て吸引ブロワー２２で吸引することで蓄熱を行っている状態を示している。各流量調整弁および切替弁の制御は、制御器２３の指令により行った。加熱炉から抽出後、デスケーリングと圧延を行い、厚さが４０mmとなった時点で放射温度計により鋼板長さ方向の表面温度分布を測定したところ、図７の実線に示すように、温度が平坦化し、スキッドマークが消えることがわかった。
【００４５】
（従来例）
８個の加熱帯からなる従来の連続加熱装置により、本発明例２と同様の鋼片を加熱した。鋼片の上側、下側ともに、蓄熱燃焼切替え方式のバーナを採用し、助燃剤投入孔は設けず、本発明例と同様にウォーキングビーム方式で鋼片を移送した。加熱炉から抽出後、本発明例２と同様、デスケーリングを圧延を行い、厚さが４０mmとなった時点で放射温度計により鋼板長さ方向の表面温度分布を測定したところ、図７の破線に示すように、固定ビームおよび可動ビームの位置にスキッドマークが発生したことがわかる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、鋼材などの金属材料を加熱炉内のスキッドビームで支持し、ウォーキングビーム方式あるいはプッシャー方式により、炉内を移送しつつ加熱する際、バーナ燃焼炎を酸素欠乏炎とし、助燃剤投入孔から酸素または酸素富化空気を炉内に導入して、バーナ燃焼炎に高温燃焼域を形成するものであり、助燃剤投入孔までを小径の配管で構成できる。このため、炉入口から出口まで全長にわたり所要箇所に酸素または酸素富化空気を導入できるので、スキッドマーク発生の防止、あるいは著しい軽減が可能である。そして燃料原単位を悪化させるおそれもない。
したがって、鋼材等の金属材料の圧延や熱処理に際して、操業が安定化し、製品品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法および装置の例を示す炉長方向縦断面図である。
【図２】本発明法および装置の例を示す炉幅方向縦断面図で、図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明法および装置におけるスキッドビームの例を示す一部断面斜視図である。
【図４】本発明法および装置の別の例を示す断面図である。
【図５】本発明例１における燃料および助燃剤の流量制御系統図である。
【図６】本発明例１における鋼片の長さ方向温度分布を示すグラフである。
【図７】本発明例２および従来例における鋼板の長さ方向温度分布を示すグラフである。
【図８】本発明例２における燃焼の制御系統図である。
【符号の説明】
１…被加熱材料 ２…固定ビーム
３…可動ビーム ４…仕切壁
５…バーナ ６…助燃剤投入孔
７…高温燃焼域 ８…助燃剤配管
９，１０，１１，１２…流量制御弁
１３…流量制御器 １４…スキッドビーム
１５…支柱 １６…ライダー
１７…助燃剤導入管 １８…冷却水管
１９…流量調整弁 ２０，２１…切替弁
２２…吸引ブロワー ２３…制御器
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材などの金属材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつ加熱する際、該材料のスキッドマークを生じさせないか、あるいは軽減するための方法および装置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など金属材料を熱間圧延する際、あるいは熱処理する際の加熱炉として、被加熱材料をつぎつぎに通過させて所定温度に加熱する連続加熱炉が使用される。この炉内では、被加熱材はスキッドビームで支持され移送されるので、該レールに接した部分、あるいは該レールにより加熱源から遮蔽された部分に、スキッドマークと呼ばれる低温部が生じる。従来、その改善対策が種々行われているが、近年、加熱炉内にてスキッドマーク部を局部的に加熱する方法や装置が提案されている。
【０００３】
特開平５−１７９３３９号公報には、加熱炉抽出側にスキッドマークを加熱する燃焼装置を設け、被加熱材の温度を測定して、高温部とスキッドマーク部である低温部との温度差を最小にする燃料流量および空気流量で燃焼制御する装置および方法が提案されている。しかし、炉の抽出側のみで加熱しても、スキッドマーク低減には限界があり、また、このような燃焼装置は、炉内の高温部には設置できないという問題がある。
【０００４】
特開平５−２６５８３号公報には、サイドバーナ方式の加熱炉において、サイドバーナに供給する燃焼空気量を減らし、未燃焼ガスを含む火炎に向けて、炉床の耐火物を通した配管から空気を吹き込んで未燃焼ガスを燃焼させ、スキッドマーク部を局部加熱する方法および装置が提案されている。しかし、空気を吹き込むには、炉床に大きな配管を設ける必要があり、また予熱空気を使用し難く、燃料原単位が悪化するという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、鋼材などの金属材料を連続加熱炉で加熱する際、小規模の装置で燃料原単位を悪化させずに、スキッドマークを発生させないか、あるいは軽減するための方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の第１発明法は、被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱方法において、該材料下面の該燃焼炎を酸素欠乏炎にするとともに、助燃剤投入孔を該材料下面側の前記スキッドビームまたはその隣接位置に設け、前記スキッドビーム近傍の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入し、該スキッドビーム近傍に高温燃焼域を形成することを特徴とする連続加熱方法である。
【０００７】
第２発明法は、被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱方法において、該材料上面の該燃焼炎を酸素欠乏炎にするとともに、助燃剤投入孔を該材料上面側でかつ前記スキッドビームの上方に設け、前記スキッドビーム直上の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入し、該スキッドビーム直上に高温燃焼域を形成することを特徴とする連続加熱方法である。
【０００８】
第３発明法は、被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱方法において、該材料下面および上面の該燃焼炎を酸素欠乏炎にするとともに、助燃剤投入孔を該材料下面側の前記スキッドビームまたはその隣接位置及び該材料上面側でかつ前記スキッドビームの上方に設け、前記スキッドビーム近傍の該酸素欠乏炎および前記スキッドビーム直上の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入し、該スキッドビーム近傍および該スキッドビーム直上に高温燃焼域を形成することを特徴とする連続加熱方法である。
【０００９】
そして、第１、第２および第３発明法において、加熱炉から抽出された被加熱材料のスキッドマーク生成情報を把握し、該情報に応じて、酸素欠乏炎に向けて導入する酸素または酸素富化空気の導入量を制御することが好ましい。
【００１０】
また、上記目的を達成する本発明の第１発明装置は、被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱装置において、スキッドマークを発生させないか、あるいは軽減するために、前記材料下面側の該燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、前記材料下面の前記スキッドビームまたはその隣接位置に助燃剤投入孔を設けたことを特徴とする連続加熱装置である。
【００１１】
第２発明装置は、被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱装置において、スキッドマークを発生させないか、あるいは軽減するために、前記材料上面側の該燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、前記材料上面側の前記スキッドビーム上方に助燃剤投入孔を設けたことを特徴とする連続加熱装置である。
【００１２】
第３発明装置は、被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱装置において、スキッドマークを発生させないか、あるいは軽減するために、前記材料下面側および上面側の該燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、前記材料下面の前記スキッドビーム若しくはその隣接位置と、前記材料上面側の前記スキッドビーム上方との双方に、助燃剤投入孔を設けたことを特徴とする連続加熱装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明法を図面に示す例により説明する。図１は加熱炉の長さ方向縦断面図、図２は幅方向縦断面図である。この例では、被加熱材料１をウォーキングビーム方式のスキッドビームで支持し、図１の左から右に、Ｎｏ．１加熱帯、Ｎｏ．２加熱帯、・・・Ｎｏ．８加熱帯と順次移送しつつ、バーナ５からの燃焼炎で加熱している。
【００１４】
スキッドビームは、固定ビーム２および可動ビーム３からなり、可動ビーム３により、被加熱材料１を上昇前進降下させて移送する。また、本発明法はこの例に限らず、被加熱材料を、スキッドビーム上を摺動させて移送するプッシャー方式に適用することもできる。
【００１５】
第１発明法は、このような連続加熱炉において、被加熱材料１下面側のバーナ５からは、燃料と、該燃料を燃焼させるに必要な量よりも少ない空気等の酸素源を導入し、酸素欠乏炎すなわち燃料過剰炎を形成して、被加熱材料１を加熱する。被加熱材料１上面側のバーナ５からは、通常の燃焼炎で加熱する。
【００１６】
そして、被加熱材料１下面側の炉内に設けた助燃剤投入孔６から、スキッドビーム近傍の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入する。すると、該導入した酸素と、酸素欠乏炎の燃料とが反応して高温燃焼域が形成され、スキッドビーム近傍の放射伝熱能力が高められる。この高温燃焼域により被加熱材料のスキッドマーク発生部位を下側から高温加熱することで、スキッドマークを発生させないか、あるいは著しく軽減することができる。
【００１７】
図１および図２の例では、助燃剤配管８を固定ビーム２の支柱に沿って配設し、該配管８先端の開口を助燃剤投入孔６としているが、助燃剤配管８を下面側の仕切壁４に沿って、あるいは仕切壁４の内部に配設し、助燃剤投入孔６をスキッドビーム近傍に設けてもよい。
【００１８】
また、図３に示すように、スキッドビーム１４に助燃剤導入管１７を内設し、該ビーム１４表面の開口を助燃剤投入孔６としてもよい。図３において、１６は被加熱材料に接するライダーであり、スキッドビーム１４内の冷却水管１８を通る水により冷却される。助燃剤導入管１７はライダー１６の両側に内設し、両側のスキッドビーム１４面に助燃剤投入孔６を設けている。１５はスキッドビーム１４の支柱であり、助燃剤導入管１７は、冷却水管１８とともに支柱１５内を通して外部配管と接続することができる。
【００１９】
第２発明法は、被加熱材料１上面側のバーナ５からは、燃料と、該燃料を燃焼させるに必要な量よりも少ない空気等の酸素源を導入し、酸素欠乏炎すなわち燃料過剰炎を形成して、被加熱材料１を加熱する。被加熱材料１下面側のバーナ５からは、通常の燃焼炎で加熱する。
【００２０】
そして、被加熱材料１上面側の炉内に設けた助燃剤投入孔６から、スキッドビーム直上の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入する。すると、該導入した酸素と酸素欠乏炎の燃料とが反応して高温燃焼域が形成され、スキッドビーム直上の放射伝熱能力が高められる。この高温燃焼域により被加熱材料のスキッドマーク発生部位を上側から高温加熱することで、スキッドマークを発生させないか、あるいは著しく軽減することができる。図１および図２の例では、助燃剤投入孔６を仕切壁４に設けている。
【００２１】
第３発明法は、被加熱材料１下面側および上面側のバーナ５から、燃料と、該燃料を燃焼させるに必要な量よりも少ない空気等の酸素源を導入し、酸素欠乏炎を形成して被加熱材料１を加熱する。そして、被加熱材料１下面側の炉内に設けた助燃剤投入孔６から、スキッドビーム近傍の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入する。
【００２２】
また、被加熱材料１上面側の炉内に設けた助燃剤投入孔６から、スキッドビーム直上の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入する。すると、該導入した酸素と酸素欠乏炎の燃料とが反応して高温燃焼域が形成され、スキッドビーム近傍および直上の放射伝熱能力が高められる。この高温燃焼域により被加熱材料のスキッドマーク発生部位を下側および上側から高温加熱することで、スキッドマークを発生させないか、あるいは著しく軽減することができる。
【００２３】
図１および図２の例では、助燃剤投入孔６を上面側では仕切壁４に、下面側では固定ビーム２に、それぞれ設けているが、下面側でも仕切壁４に設けることができる。また、下面側では図３のように、スキッドビーム１４に助燃剤導入管１７を内設し、該ビーム１４表面の開口を助燃剤投入孔６とすることもできる。
【００２４】
本発明法では、連続加熱炉の入口から出口まで全長にわたり、各バーナ５からの燃焼炎に高温燃焼域７を形成することができる。図１の例は、下面側には全バーナ５からの燃焼炎に、上面側にはＮｏ．１加熱帯の内側からＮｏ．８加熱帯の内側までのバーナ５からの燃焼炎に、高温燃焼域７を形成している。したがって、スキッドマーク発生部位に対する加熱効果が優れ、炉から抽出した材料にはスキッドマークがないか、あるいは著しく軽減される。
【００２５】
なお、高温燃焼域７を形成する燃焼炎は、図１の例のほか、スキッドマーク発生状況に応じ、炉長方向の任意のバーナ５からの燃焼炎とすることができる。スキッドマーク発生状況は、被加熱材料１の種類やサイズ、加熱温度、各加熱帯の温度分布などにより経験的に把握することができる。
【００２６】
高温燃焼域７を形成するため、助燃剤投入孔６からは酸素または酸素富化空気を導入する。したがって、助燃剤投入孔６は、耐熱鋼管やセラミックス管等の細管先端の開口とすることができ、助燃剤配管８も細管でよい。このため、図１および図２のように、上面側の仕切壁４および下面側の固定ビーム２に、また、下面側でも仕切壁４に設置することができる。
【００２７】
さらに、下面側では、図３のように、スキッドビーム１４に助燃剤導入管１７を内設し、該ビーム１４表面の開口を助燃剤投入孔６とすることもできる。そして、設置はいずれの場合も容易であり、配管の寿命も問題なく、小規模な設備でよい。
【００２８】
また、バーナ５から導入する空気等の酸素源と、該バーナ５に対応する助燃剤投入孔６から導入する酸素または酸素富化空気の割合は、スキッドマーク発生状況に応じて、適宜設定することができる。さらに、本発明法は、図１および図２のような、炉の側壁に幅方向に向けてバーナ５を設けた加熱炉に適用するほか、図４のように、炉の長さ方向に向けてバーナ５を設けた加熱炉に適用することもできる。さらにまた、本発明法において、バーナ５としては、対向させた１対を交互に燃焼と蓄熱に切替える方式のものを採用することもできる。
【００２９】
本発明の好ましい態様では、加熱炉から抽出された材料のスキッドマーク生成情報を把握し、該情報に応じて、助燃剤投入孔６からの酸素または酸素富化空気導入量を制御する。具体的には、炉抽出後の工程、たとえば粗圧延工程で材料の温度分布を計測して得られるスキッドマーク生成情報、あるいは圧延機の負荷変動から得られるスキッドマーク生成情報等を採用することができる。
【００３０】
そして、図２に示すような流量制御弁９により、炉幅方向の各助燃剤投入孔６からの酸素または酸素富化空気導入量をフィードバック制御することで、つぎの被加熱材料１のスキッドマーク発生を防止あるいは軽減することができる。
【００３１】
次に、本発明の第１発明装置は、図１および図２に示すような、あるいは図３に示すような連続加熱装置において、被加熱材料１の下面側のバーナ５の燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、該材料１下面のスキッドビーム近傍または該スキッドビームに助燃剤投入孔６を設けたことを特徴とする装置である。
【００３２】
燃焼系としては、バーナ５に供給する燃料および空気の供給量を、酸素欠乏炎となるように調整する流量調整機能をもったものであればよく、燃料供給配管および燃焼用空気供給管の一方または双方に流量調整弁を設け、助燃剤投入孔６からの酸素または酸素富化空気供給量に応じて、適宜流量調整すればよい。
【００３３】
助燃剤投入孔６は、図１および図２に示すように、助燃剤配管８を固定ビーム２の支柱に沿って配設し、該配管８の先端を、被加熱材料１下面のスキッドビーム近傍に開口させたものとすることができる。また、助燃剤配管８を下面側の仕切壁４に沿って、あるいは仕切壁４の内部に配設し、該配管８の先端を被加熱材料１下面のスキッドビーム近傍に開口させたものとしてもよい。さらにまた、図３に示すように、スキッドビーム１４に助燃剤導入管１７を内設し、該ビーム１４表面に開口させることで、該ビーム１４に助燃剤投入孔６を設けることもできる。
【００３４】
第２発明装置は、図１および図２に示すような、あるいは図３に示すような連続加熱装置において、被加熱材料１の上面側のバーナ５の燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、該材料１上面のスキッドビーム直上に助燃剤投入孔６を設けたことを特徴とする装置である。燃焼系は、上記第１発明装置と同様、バーナ５に供給する燃料および空気の供給量を酸素欠乏炎となるように調整する流量調整機能をもつものであればよい。また、助燃剤投入孔６は、図１および図２の例のように、仕切壁４に設けることができる。
【００３５】
第３発明装置は、図１および図２に示すような、あるいは図３に示すような連続加熱装置において、被加熱材料１の下面側および上面側のバーナ５の燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、該材料１下面のスキッドビーム近傍または該スキッドビームと、前記材料上面のスキッドビーム直上との双方に、助燃剤投入孔を設けたことを特徴とする連続加熱装置である。燃焼系は、上記第１発明装置および第２発明装置と同様、バーナ５に供給する燃料および空気の供給量を、酸素欠乏炎となるように調整する流量調整機能をもつものであればよい。
【００３６】
助燃剤投入孔６は、被加熱材料１下面側では、第１発明装置と同様、スキッド固定ビームの支柱に沿って配設した助燃剤配管８や、下面側の仕切壁４に沿って、あるいは仕切壁４の内部に配設した該配管８の先端を被加熱材料１下面のスキッドビーム近傍に開口させたものとしてもよく、また、図３のように、スキッドビーム１４に助燃剤導入管１７を内設し、該ビーム１４表面に開口させることで、該ビーム１４に設けることもできる。被加熱材料１上面側では、第２発明装置と同様、上面側の仕切壁４に設けることができる。
【００３７】
なお、上記各本発明装置は、図１および図２に示すようなウォーキングビーム方式のほか、プッシャー方式に適用することもできる。また、バーナ５としては、対向させた１対を交互に燃焼と蓄熱に切替える方式のものを採用することもできる。そして、本発明装置の作用は、上記本発明法について説明したとおりである。
【００３８】
【実施例】
（本発明例１）
図１および図２に示す本発明の連続加熱装置により、幅９６０mm、厚さ２５５mm、長さ９０１６mmの鋼片を被加熱材料１として加熱した。図１のように、鋼片の下面側では、全バーナ５からの燃焼炎に、上面側では、Ｎｏ．１加熱帯の内側からＮｏ．８加熱帯の内側までのバーナ５からの燃焼炎に、それぞれ、助燃剤投入口６から助燃剤として純酸素（９９％）を導入して、高温燃焼域７を形成した。バーナ５は、両側壁から対向させた１対のものを交互に燃焼と蓄熱に切替える方式のものとした。
【００３９】
各加熱帯において、バーナ５から炉内に導入する燃料およびおよび助燃剤投入孔６から炉内に導入する上記純酸素を、図５に示すような配管系統により制御した。すなわち、当該加熱帯に供給する燃料を流量制御弁１２により制御し、加熱帯内の２本のバーナ５への配分を流量制御弁１１により制御した。そして、助燃剤投入孔６から炉内に導入する上記純酸素の流量を流量制御弁１０により制御し、６対の助燃剤投入孔６への配分を流量制御弁９により制御した。制御指令は、流量制御器１３にあらかじめ入力した、スキッドマーク生成情報に基づいて行った。表１に、バーナ５から導入した空気の酸素量と助燃剤投入孔６から導入した酸素量の割合を示す。
【００４０】
鋼片の長さ方向温度分布を、各加熱帯毎に測定した結果を図６に示す。図において、横軸の測定点の番号は、１が端部であり、２０は中央部で図２の破線の位置に相当する。図６の上側に示す▲２▼は固定ビーム２の位置を示し、▲３▼は可動ビーム３の位置を示す。鋼片の長さ方向温度分布はほぼ均一であり、スキッドマークは発生していないといえる。
【００４１】
【表１】
（本発明例２）
図１および図２に示すような連続加熱装置において、図３に示すようなスキッドビーム１４を採用し、幅１０００mm、厚さ２４０mm、長さ９０００mmの鋼片を被加熱材料１として加熱した。図１のように、鋼片の下面側では、全バーナ５からの燃焼炎に、上面側では、Ｎｏ．１加熱帯の内側からＮｏ．８加熱帯の内側までのバーナ５からの燃焼炎に、それぞれ、助燃剤投入口６から助燃剤として純酸素（９９％）を導入して、高温燃焼域７を形成した。バーナ５は、両側壁から対向させた１対のものを交互に燃焼と蓄熱に切替える方式のものとした。
【００４３】
各加熱帯における、バーナ５の燃焼および助燃剤投入孔６からの上記純酸素の導入を、図８に示すようにして制御した。図８は、被加熱材料１の下面側について示しているが、上面側についても同様に制御した。すなわち、当該加熱帯に供給する燃料の量を流量制御弁１２により、空気量を流量制御弁１９により制御し、助燃剤投入孔６から炉内に導入する上記純酸素の量を流量制御弁１０により制御した。６個の助燃剤投入孔６への配分を流量制御弁９により制御した。バーナ５の燃焼と蓄熱の切替えは、切替弁２０および２１を切替えることで行った。
【００４４】
図８は、右側のバーナ５−１で燃焼し、左側のバーナ５−２では、排ガスを切替弁２１を経て吸引ブロワー２２で吸引することで蓄熱を行っている状態を示している。各流量調整弁および切替弁の制御は、制御器２３の指令により行った。加熱炉から抽出後、デスケーリングと圧延を行い、厚さが４０mmとなった時点で放射温度計により鋼板長さ方向の表面温度分布を測定したところ、図７の実線に示すように、温度が平坦化し、スキッドマークが消えることがわかった。
【００４５】
（従来例）
８個の加熱帯からなる従来の連続加熱装置により、本発明例２と同様の鋼片を加熱した。鋼片の上側、下側ともに、蓄熱燃焼切替え方式のバーナを採用し、助燃剤投入孔は設けず、本発明例と同様にウォーキングビーム方式で鋼片を移送した。加熱炉から抽出後、本発明例２と同様、デスケーリングを圧延を行い、厚さが４０mmとなった時点で放射温度計により鋼板長さ方向の表面温度分布を測定したところ、図７の破線に示すように、固定ビームおよび可動ビームの位置にスキッドマークが発生したことがわかる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、鋼材などの金属材料を加熱炉内のスキッドビームで支持し、ウォーキングビーム方式あるいはプッシャー方式により、炉内を移送しつつ加熱する際、バーナ燃焼炎を酸素欠乏炎とし、助燃剤投入孔から酸素または酸素富化空気を炉内に導入して、バーナ燃焼炎に高温燃焼域を形成するものであり、助燃剤投入孔までを小径の配管で構成できる。このため、炉入口から出口まで全長にわたり所要箇所に酸素または酸素富化空気を導入できるので、スキッドマーク発生の防止、あるいは著しい軽減が可能である。そして燃料原単位を悪化させるおそれもない。
したがって、鋼材等の金属材料の圧延や熱処理に際して、操業が安定化し、製品品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法および装置の例を示す炉長方向縦断面図である。
【図２】本発明法および装置の例を示す炉幅方向縦断面図で、図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明法および装置におけるスキッドビームの例を示す一部断面斜視図である。
【図４】本発明法および装置の別の例を示す断面図である。
【図５】本発明例１における燃料および助燃剤の流量制御系統図である。
【図６】本発明例１における鋼片の長さ方向温度分布を示すグラフである。
【図７】本発明例２および従来例における鋼板の長さ方向温度分布を示すグラフである。
【図８】本発明例２における燃焼の制御系統図である。
【符号の説明】
１…被加熱材料 ２…固定ビーム
３…可動ビーム ４…仕切壁
５…バーナ ６…助燃剤投入孔
７…高温燃焼域 ８…助燃剤配管
９，１０，１１，１２…流量制御弁
１３…流量制御器 １４…スキッドビーム
１５…支柱 １６…ライダー
１７…助燃剤導入管 １８…冷却水管
１９…流量調整弁 ２０，２１…切替弁
２２…吸引ブロワー ２３…制御器
Claims (7)
- 被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱方法において、該材料下面の該燃焼炎を酸素欠乏炎にするとともに、助燃剤投入孔を該材料下面側の前記スキッドビームまたはその隣接位置に設け、前記スキッドビーム近傍の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入し、該スキッドビーム近傍に高温燃焼域を形成することを特徴とする連続加熱方法。
- 被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱方法において、該材料上面の該燃焼炎を酸素欠乏炎にするとともに、助燃剤投入孔を該材料上面側でかつ前記スキッドビームの上方に設け、前記スキッドビーム直上の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入し、該スキッドビーム直上に高温燃焼域を形成することを特徴とする連続加熱方法。
- 被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱方法において、該材料下面および上面の該燃焼炎を酸素欠乏炎にするとともに、助燃剤投入孔を該材料下面側の前記スキッドビームまたはその隣接位置及び該材料上面側でかつ前記スキッドビームの上方に設け、前記スキッドビーム近傍の該酸素欠乏炎および前記スキッドビーム直上の該酸素欠乏炎に向けて酸素または酸素富化空気を導入し、該スキッドビーム近傍および該スキッドビーム直上に高温燃焼域を形成することを特徴とする連続加熱方法。
- 加熱炉から抽出された被加熱材料のスキッドマーク生成情報を把握し、該情報に応じて、酸素欠乏炎に向けて導入する酸素または酸素富化空気の導入量を制御することを特徴とする、請求項１，２または３記載の連続加熱方法。
- 被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱装置において、スキッドマークを発生させないか、あるいは軽減するために、前記材料下面側の該燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、前記材料下面の前記スキッドビームまたはその隣接位置に助燃剤投入孔を設けたことを特徴とする連続加熱装置。
- 被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱装置において、スキッドマークを発生させないか、あるいは軽減するために、前記材料上面側の該燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、前記材料上面側の前記スキッドビーム上方に助燃剤投入孔を設けたことを特徴とする連続加熱装置。
- 被加熱材料を加熱炉内のスキッドビームで支持して移送しつつバーナ燃焼炎で加熱する連続加熱装置において、スキッドマークを発生させないか、あるいは軽減するために、前記材料下面側および上面側の該燃焼炎を酸素欠乏炎とする燃焼系を設けるとともに、前記材料下面の前記スキッドビーム若しくはその隣接位置と、前記材料上面側の前記スキッドビーム上方との双方に、助燃剤投入孔を設けたことを特徴とする連続加熱装置。
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