JP4159028B2

JP4159028B2 - 連続焼鈍炉のバーナー異常検出方法

Info

Publication number: JP4159028B2
Application number: JP2002258119A
Authority: JP
Inventors: 孝篤田中; 誠司杉山; 信博福本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: JP2004091901A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼帯の連続焼鈍炉において、鋼帯表面の酸化被膜生成による表面性状劣化原因やメッキ密着性不良の発生原因となるバーナー異常を検出するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼帯の焼鈍は、通常、直火加熱方式の無酸化炉に続いて還元炉を設けた連続焼鈍炉により行われる。この方式の無酸化炉では、バーナーに導入する空気量を、ＣＯＧ等の燃料ガスの完全燃焼に必要な量よりも少なくしている。すなわち空気比１．０未満で燃焼させて鋼帯を加熱する。この無酸化炉の雰囲気では、鋼帯に僅かな酸化被膜が生成するので、続いて１０％程度の水素ガスを含む雰囲気の還元炉で加熱し、この酸化被膜を還元する。
【０００３】
無酸化炉では多数のバーナーを設けて鋼帯の両面から加熱している。通常は３ゾーン程度のバーナー群に分割し、ゾーン毎に燃料ガスおよび空気の流量を調整して空気比を制御している。
この多数のバーナーのうち１本でも異常が発生すると、焼鈍後の鋼帯表面に異常部分が生じる場合がある。例えば、あるバーナーの燃料ガス吐出孔に異物が詰まって空気比の高い燃焼になると、そのバーナーで加熱された部位は酸化被膜が厚くなって、還元炉で還元しきれなくなる。また、そのバーナーが属するゾーンの個々のバーナーに流れる燃料ガス量が変動し、圧力バランスが崩れてゾーン全体あるいは無酸化炉全体の燃焼制御に異常をきたす。
【０００４】
連続焼鈍後にスキンパス圧延を行って薄板製品を製造する場合、このようなバーナー異常によって製品に白濁などの表面性状劣化が生じる。また連続焼鈍炉に続いてメッキ設備を設けた溶融メッキラインでは、焼鈍後の酸化被膜の厚い部位ではメッキ密着性が不良となる。このメッキ密着性不良は目視ではわからず、製品加工時にメッキ剥離などのトラブルとなって現れる。
【０００５】
このため従来の溶融メッキラインでは、メッキ後の製品からサンプルを切り出して加工試験を行い、密着性が悪くなった時点で無酸化炉のバーナーを点検し、バーナー異常を見つけて補修等の対策を実施していた。
このような従来法では、メッキ密着性不良の予測が困難なために多量の不合格材を製造することになり、製造歩留まりを低下させていた。またバーナーの点検や補修が突発的に発生するため、当初の生産計画に対する調整が困難となり、生産性を悪化させていた。さらに、バーナー異常がどのバーナーで生じたかを特定するために各ゾーンの全バーナーを点検する必要があり、点検整備のためのライン休止が長期化することも余儀なくされていた。
【０００６】
また、無酸化炉で生成した酸化被膜の厚さを還元炉の前（無酸化炉の後）で鋼帯の放射率によって測定し、被膜厚さに応じた対策を行って鋼帯の表面性状劣化やメッキ密着性不良を防止することが下記特許文献１および特許文献２に開示されている。特許文献１記載の対策は無酸化炉バーナーの空気比低下などであり、特許文献２記載の対策は無酸化炉の後段で１０％以上の水素を含む還元ガスを鋼帯に吹き付けることである。
【特許文献１】
特開平３−８２７１７号公報
【特許文献２】
特開平４−９９８２２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記各公報の技術では、無酸化炉のバーナーに異物詰まりなどのバーナー異常が生じた場合、その異常バーナーがどのバーナーかを特定することができないので、上記それぞれの対策を講じても、十分な解決には至らないという問題があった。
【０００８】
そこで本発明が解決しようとする課題は、無酸化炉に続いて還元炉を設けた鋼帯の連続焼鈍炉において、無酸化炉に配設されている多数のバーナーの個々について、異物詰まりなどのバーナー異常を早期に的確に検出可能にすることである。これにより、異常バーナーを予測し、異常発生前に補修等を施すことで、メッキ密着性不良や鋼帯表面性状の劣化を防止することも可能にする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、無酸化炉に続いて還元炉を設けた鋼帯の連続焼鈍炉において、還元炉出側の鋼帯の放射率εを測定し、かつ無酸化炉に配置された個々のバーナーについて燃料ガスと空気のバーナー前圧Ｐと流量Ｑを測定し、適正範囲のバーナー前圧Ｐにおける流量Ｑの範囲を標準値ｑとし、該標準値ｑからの流量ｑ１のずれであるｑ−ｑ１の絶対値の該標準値ｑに対する割合を求めてこの値をＰＱ特性値とし、前記放射率εが０．５かつ前記ＰＱ特性値が５％に近づきはじめたときにバーナー異常のおそれありと判定し、これら以上になったときをバーナー異常と判定して点検補修あるいは交換を行うことを特徴とする連続焼鈍炉のバーナー異常検出方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明法を横型連続焼鈍炉に適用した場合の例を図１に示す。鋼帯１は予熱炉２、無酸化炉３、還元炉４を通過する間に加熱され、冷却帯５で冷却されて、焼鈍される。本発明法では、還元炉４の出側で鋼帯１の放射率εを測定する。本例では還元炉４と冷却帯５の間に放射温度計７を設置してεを測定する。このεによって、還元炉４出側における鋼帯酸化被膜の厚さを推定することができる。そして本発明法では、さらに無酸化炉３に配設された個々のバーナー６についてＰＱ特性値を求め、εおよびＰＱ特性値からバーナー異常を検出する。
なお本発明法は、横型炉に限らず縦型炉にも適用できる。
【００１１】
本例では無酸化炉３のバーナー６は３ゾーンのバーナー群に分割され、第１ゾーンには４本、第２ゾーンには８本、第３ゾーンには８本のバーナー６が見られる。なおバーナー６は、鋼帯１をはさんで無酸化炉３の反対側にも同様に配設されている。
【００１２】
ＰＱ特性値は、燃料ガスと空気のバーナー前圧Ｐと流量Ｑの関係から求める。バーナー６の具体例を示すと図３のようになっており、燃料ガス導入管１４からバーナー本体１９に導入された燃料ガスは、ガスノズル１８先端の燃料ガス吐出孔１６から吐出される。空気導入管１５からバーナー本体１９に導入された空気は、ガスノズル１８先端部の狭隘な空気噴出部１７から噴出されて、前記吐出された燃料ガスと混合し、燃焼筒２０から火炎が吹き出される。
バーナー異常の主な原因は、燃料ガス吐出孔１６、空気噴出部１７等への異物詰まりである。異物としては、配管内の錆、腐食生成物、ごみ、燃料ガス中のタール等がある。
【００１３】
図３の例において、燃料ガス導入管１４に接続される圧力計２１により燃料ガスのバーナー前圧が測定され、空気導入管１５に接続される圧力計２２により空気のバーナー前圧が測定される。測定時にはコック２３，２４を開放する。圧力計２１，２２としてはマノメーター等を使用することができる。なお各導入管１４，１５における圧力計２１，２２の接続位置は、バーナー本体１９までの間に流量を調整するためのコックやバルブのない位置とする。
【００１４】
また燃料ガス導入管１４に取り付けたオリフィス２５により燃料ガスの流量が測定され、空気導入管１５に取り付けたオリフィス２６により空気の流量が測定される。なお個々のバーナー６にオリフィス２５，２６を取り付けていない場合は、各ゾーンに流れている燃料ガスと空気の流量を、そのゾーンのバーナー本数で割った値をバーナー１本当りの流量とすることができる。この場合、事前に各バーナー本体１９を清掃して詰まり等がないようにしておく。
【００１５】
ＰＱ特性値は、このＰとＱの関係を数値化したものであり、対象のバーナーが正常な場合のＰとＱの関係を式や図により予め求めておき、適正範囲のＰにおけるＱの範囲を標準値とし、該標準値からのＱのずれの割合で示すことができる。また適正範囲のＱにおけるＰの範囲を標準値とし、該標準値からのＰのずれの割合で示すこともできる。
例えば、バーナーが正常な場合のＰとＱの関係が図７の実線であって、これが破線あるいは一点鎖線のようにずれた場合、（ｑ−ｑ₁ ）／ｑの絶対値、あるいは（ｑ−ｑ₂ ）／ｑの絶対値をＰＱ特性値とすることができる。
【００１６】
連続焼鈍炉の操業に際しては、無酸化炉３のバーナー６を全て清掃し、所定の空気比となる所要量の燃料ガスおよび空気をゾーン毎に流して、個々のバーナー前圧Ｐが均一になるように、バーナー前のコックで調整する。個々のバーナー前圧Ｐが均一になれば、各ゾーンで流している燃料ガスおよび空気の量をゾーンのバーナー本数で割り、これを各バーナーの流量Ｑとすることができる。
【００１７】
操業中は、還元炉４出側で鋼帯１の放射率εを常時測定することにより、焼鈍後の酸化被膜厚さを間接的に監視する。被膜厚さが厚くなって、εがあらかじめ定めた設定値を超えたとき、あるいは超えそうになったとき、指令装置の指令によって無酸化炉３の全バーナー６の個々についてＰＱ特性値を求める。
そして、εが設定値を超え、かつＰＱ特性値があらかじめ定めた設定値を超えたバーナーをバーナー異常と判定する。
【００１８】
放射率εを還元炉４出側で測定する理由は、無酸化炉出側では酸化被膜が全体的に厚くて評価および判断がし難く、還元炉出側では酸化被膜が極めて薄い状態のところへ、バーナー異常により生成し還元しきれなかった酸化被膜が現れるので、放射率εにより容易に異常状態が判定可能となるからである。
放射温度計７としては、二色温度計あるいはトレース温度計と呼ばれるもの等を採用することができる。
【００１９】
溶融メッキラインは、図２の例に示すように、連続焼鈍炉の冷却帯５の出側にメッキ設備を設けている。本例ではスナウト９により鋼帯１をメッキポット１０に浸漬してシンクロール８を転回し溶融金属を付着させ、メッキ量調整器１１により付着量を調整したのち、合金化炉１２で鋼とメッキ金属との合金相を形成し、冷却器１３で冷却する。
【００２０】
このような溶融メッキラインに本発明法を適用する場合、放射率εが０．５以上で、かつＰＱ特性値の標準値からのずれの絶対値が５％以上の場合を、メッキ密着性不良の原因となるバーナー異常と判定することができる。放射率εが０．５以上でも上記ずれの絶対値が５％未満であれば、バーナー異常ではなく、バーナー以外の原因、例えば焼鈍前の鋼帯の汚れなどが考えられるので、酸洗および洗浄設備など、入側設備のチェック等を行う。また放射率εが０．５未満で上記ずれの絶対値が５％以上のときは、バーナー異常によるメッキ密着性不良は未だ発生していないが、発生しやすい状態ので、様子をみながら操業する。
【００２１】
実験結果によれば、放射率εと酸化被膜の厚さとの関係は図８のようにばらつきが大きく、ＰＱ値の標準値からのずれの絶対値と酸化被膜厚さとの関係も図９のようにばらつきが大きかった。
また、還元炉出側の鋼帯の放射率εとメッキ密着性試験結果の関係は図４のとおり、無酸化炉バーナーのＰＱ特性値の標準値からのずれの絶対値とメッキ密着性試験結果の関係は図５のとおりであった。
しかし、上記ずれの絶対値と放射率εの双方とメッキ密着性との関係をみると、図６のように、本発明法におけるメッキ密着性不良原因のバーナー異常判定基準が明瞭に示される。
【００２２】
本発明法を適用して鋼帯の表面性状劣化やメッキ密着性不良の発生を防止するには、還元炉出側の鋼帯の放射率が予め定めた設定値に近づきはじめたとき、個々のバーナーのＰＱ特性値を求める。そして、該ＰＱ特性値が予め定めた設定値に近づきはじめたバーナーをバーナー異常のおそれありとして、点検し補修あるいは交換すればよい。
【００２３】
【実施例】
図１および図２に示すような溶融亜鉛メッキラインにおいて、無酸化炉３ではＣＯＧガスを燃料ガスとし、空気比（導入空気量／完全燃焼に必要な空気量）を０．９６に制御して、図３のようなバーナーで加熱した。還元炉４では水素ガス１０％の還元性雰囲気で加熱した。放射温度計にはトレース温度計を使用した。
【００２４】
無酸化炉３のバーナー本数は、第１ゾーンが８本、第２ゾーンおよび第３ゾーンがそれぞれ１６本である。図１は炉の片側を示しているので、それぞれ４本、８本、８本となっている。
ＣＯＧ量は、第１ゾーンが６２６Nm³/H 、第２ゾーンが１，２５０Nm³/H 、第３ゾーンが１，７５０Nm³/H である。
空気量は、第１ゾーンが２，７７５Nm³/H 、第２ゾーンが５，５４５Nm³/H 、第３ゾーンが７，７６０Nm³/H である。なおＣＯＧの理論空気量は４．６２である。
【００２５】
第３ゾーンの１６本のバーナーについて、バーナー清掃後の正常状態でのバーナー前圧Ｐと流量Ｑの関係は表１のとおりであった。また正常状態における放射温度計７による放射率εの測定例を示すと、０．２０，０．２９，０．３０であった。
【００２６】
【表１】

【００２７】
操業中、放射率εの測定値が０．６となった異常状態で、第３ゾーンの個々のバーナーについて空気とＣＯＧのバーナー前圧Ｐおよび流量Ｑを求めた。
空気のバーナー前圧Ｐａは６６mmＨ₂Ｏであった。第３ゾーンの空気量は２１２８Nm³/H であり、これから１本あたりの空気流量Ｑａは１３３Nm³/H となるので、表１の（２）式から得られる正常値と変わらず、空気については異常なしと判断した。
【００２８】
ＣＯＧのバーナー前圧Ｐｃは４８mmＨ₂Ｏであった。第３ゾーンのＣＯＧ量は４８０Nm³/H であり、これから１本あたりのＣＯＧＱｃは３０Nm³/H となるので、表１の（１）式から得られる正常値３２Nm³/H からずれている。ずれの割合は７％となり、異常と判断した。本例では燃料ガス噴出孔１６の詰まりによってガスのバーナー前圧が高くなったと推定された。
【００２９】
また、図６に示すような本発明法から得られるメッキ密着性不良原因のバーナー異常判定基準に基づいて、放射率εを常時測定し、εが高くなって０．５に近づきはじめたときに各バーナーのＰＱ特性値を求め、標準値からのずれの絶対値が大きくなって５％に近づきはじめたバーナーを点検補修することで、メッキ製品の密着性不良発生を防止することができた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明法により、溶融メッキ鋼帯のメッキ密着性不良発生や連続焼鈍鋼帯板の表面性状劣化を防止でき、製造歩留まりを約０．８％向上させることができる。またバーナー大修繕作業が解消される結果、生産性を約０．５％向上させることができる。その他、製品信頼性の向上、無酸化炉に多数設置されたバーナーの点検補修の容易化、等、多方面で顕著な効果をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法を適用した連続焼鈍炉の例を示す説明図である。
【図２】本発明法の対象となる溶融メッキラインの例を示す部分説明図である。
【図３】本発明法の対象となるバーナーの例を示す一部切り欠き図である。
【図４】放射率εとメッキ密着性の関係を示すグラフである。
【図５】ＰＱ特性値のずれとメッキ密着性の関係を示すグラフである。
【図６】本発明法におけるメッキ密着性不良原因のバーナー異常の判定基準を示す説明図である。
【図７】バーナーのＰＱ特性の説明図である。
【図８】放射率εと酸化被膜厚さの関係を示すグラフである。
【図９】ＰＱ特性値のずれと酸化被膜厚さの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：鋼帯
２：予熱炉
３：無酸化炉
４：還元炉
５：冷却帯
６：バーナー
７：放射温度計
８：シンクロール
９：スナウト
１０：メッキポット
１１：メッキ量調整器
１２：合金化炉
１３：冷却器
１４：燃料ガス導入管
１５：空気導入管
１６：燃料ガス吐出孔
１７：空気噴出部
１８：ガスノズル
１９：バーナー本体
２０：燃焼筒
２１，２２：圧力計
２３，２４：コック
２５，２６：オリフィス

Claims

無酸化炉に続いて還元炉を設けた鋼帯の連続焼鈍炉において、還元炉出側の鋼帯の放射率εを測定し、かつ無酸化炉に配置された個々のバーナーについて燃料ガスと空気のバーナー前圧Ｐと流量Ｑを測定し、
適正範囲のバーナー前圧Ｐにおける流量Ｑの範囲を標準値ｑとし、該標準値ｑからの流量ｑ１のずれであるｑ−ｑ１の絶対値の該標準値ｑに対する割合を求めてこの値をＰＱ特性値とし、
前記放射率εが０．５かつ前記ＰＱ特性値が５％に近づきはじめたときにバーナー異常のおそれありと判定し、これら以上になったときをバーナー異常と判定して点検補修あるいは交換を行うことを特徴とする連続焼鈍炉のバーナー異常検出方法。