JP4269990B2 - ウォーキングビーム式加熱炉におけるスキッドマーク低減装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウォーキングビーム式加熱炉において、被加熱材に発生するスキッドマークを簡便に低減することができる装置に関するものである。

図４に示すように、ウォーキングビーム式加熱炉では、炉長方向に並列に設置された複数の固定スキッドビーム２間に設置された移動スキッドビーム３を、図５に矢印で示すように、固定スキッドビーム２の上面に対する上昇・炉長方向への前進・下降・後退のロ字状運動を間欠的に行わせることで、炉内に装入された鋼片などの被加熱材１を固定スキッドビーム２と移動スキッドビーム３に交互に載せ替えながら抽出側に搬送する。

なお、図４中の４はウォーキングビーム式加熱炉の側壁に設置された下部バーナを、５は前記固定スキッドビーム２や移動スキッドビーム３を支持するスキッドポストを、６は前記固定スキッドビーム２や移動スキッドビーム３の上面に、炉長方向に所定の間隔を存して突出状に設けられたスキッドボタンを示す。

この搬送過程で、被加熱材は所定の温度まで加熱されるが、被加熱材には、固定スキッドビーム及び移動スキッドビームの近傍に、他の部分に比べて温度が低い、いわゆるスキッドマークと呼ばれる部位が発生する。このスキッドマークは、スキッドビームが、通常、内部を循環水により冷却されていること、また、スキッドビームが燃焼火炎や炉壁等からの輻射熱を遮断するために発生する。

スキッドマークは、圧延後の製品の寸法精度や品質等に悪い影響を与える。このスキッドマークを低減するために、炉長を長くしたり、搬送速度を遅くしたりして、在炉時間を長くすることも考えられるが、このような方法では、燃料原単位が悪化すると共に、生産性が低下する。

そこで、スキッドマークを低減するため、これまで種々の技術が提案されている。以下にその代表例を示す。
第１の技術は、ウォーキングビーム式加熱炉の下部バーナの燃焼ガスを、輻射管から分岐した分岐管の上端に設けたノズルから吹き出すことによりスキッドマーク部に導いて、加熱するものである。
実開平５‐９６０５０号公報

また、第２の技術は、ウォーキングビーム式加熱炉の下部バーナの燃焼空気比を１未満にする一方で、炉床ノズルから空気を噴出させて前記下部バーナの燃焼空気量との合計による燃焼空気比が１．０〜１．１となるように制御することにより、未燃焼ガスを燃焼させてスキッドマークが発生する低温部位を加熱するものである。
特開平５‐２６５８３号公報

また、第３の技術は、ウォーキングビーム式加熱炉に、被加熱材がスキッドビームと接触する部位近傍に向けた開口部を有する対をなすダクトを設置すると共に、これらダクトの炉外に伸びた端部を一対の蓄熱器に連結し、これら蓄熱器に接続した循環ファンにより一定時間ごとに吸気と排気を繰り返すことで、吸気ガスの熱を利用して前記スキッドビームと接触する部位を加熱するものである。
特開平８‐１０４９１８号公報

しかしながら、第１の技術は、輻射管や分岐管等の配管並びに計装が必要であり、特に輻射管は燃焼火炎に耐えうる超高温耐熱性が要求されることから、その対策が必要になる。

また、第２の技術は、既設のバーナが１未満の燃焼空気比での安定燃焼が可能であれば、空気噴出用の配管等を設置することにより実施できる。しかしながら、未燃焼ガスが少ないと噴出空気により十分に燃焼しないため、スキッドマーク部に低温ガスを吹き付けてしまって逆効果となる上、排ガス量が増大して排ガス損失熱が増加する。一方、未燃焼ガスが多すぎると、未燃損失が増大する。実操業では、燃焼量等の条件が変化するため、最適なスキッドマーク部の加熱を行うには空気比を適宜制御する、高度な制御システムが必要となる。

また、第３の技術は、対となるダクト及び蓄熱器と循環ファンの他に切り替え用の弁や制御機構が必要となり、設備が大掛かりとなって大きな設置スペースがいる。

本発明が解決しようとする問題点は、従来技術では、スキッドマークの低減を図るためには、大掛りな設備や高度な制御を必要とするという点である。

発明者は、大掛りな設備や高度な制御を必要とすることなくスキッドマークの低減を図るため、先ず、加熱手段としてバーナを用いずに炉内の雰囲気ガスを吹き付けることを考えた。次に、雰囲気ガスの吹き付け方法は、外部からの動力や前記第３の技術のような熱交換システムを使用せず、加熱炉内部で唯一の駆動部である移動スキッドビームに着目した。

発明者は、以上の２点について種々の調査、検討を行った結果、簡便にスキッドマークの抑制が図れる以下の本発明を見出した。
本発明のウォーキングビーム式加熱炉におけるスキッドマーク低減装置は、
大掛りな設備や高度な制御を必要とすることなくスキッドマークの低減を図るため、
加熱炉内部に設置され、被加熱材の固定スキッドビームが接触する部分に向けた噴射口を上部に有するシリンダと、
このシリンダに内装され、移動スキッドビームの昇降動と連動して前記シリンダ内を上下するピストンを具備し、
前記移動スキッドビームと連動するピストンの下降により、前記噴射口よりシリンダ内に取り込んだ加熱炉内の高温ガスを、前記ピストンの上昇により、前記被加熱材の固定スキッドビームが接触する部分に吹き付けるように構成したことを最も主要な特徴としている。

この本発明のウォーキングビーム式加熱炉におけるスキッドマーク低減装置では、移動スキッドビームの昇降動と連動して上下させるピストンによって、炉内の雰囲気ガスのシリンダ内への取り込みと、被加熱材の固定スキッドビームが接触する部分への吹き付けを交互に行うので、大掛りな設備や高度な制御を必要とすることなくスキッドマークの低減が図れる。

前記の本発明のウォーキングビーム式加熱炉におけるスキッドマーク低減装置では、雰囲気ガスの前記吹き付けを考えると、前記シリンダを固定スキッドビームの近傍に備えることや、前記シリンダの噴射口部に高温ガスの噴射ノズルを設けることが望ましい。

また、前記の本発明のウォーキングビーム式加熱炉におけるスキッドマーク低減装置では、移動スキッドビームの炉長方向への前進、後退を、前記シリンダ、ピストンが許容するための手段としては、前記シリンダを固定配置すると共に、前記ピストンは移動スキッドビームに対して炉長方向への水平移動が自在なように取り付ける構成が、簡単に実現でき望ましい。

本発明では、移動スキッドビームの昇降動を利用して、炉内の雰囲気ガスの取り込みと、被加熱材の固定スキッドビームが接触する部分への吹き付けを交互に行うので、大掛りな設備や高度な制御を必要とすることなくスキッドマークの低減が図れる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１及び図２を用いて説明する。
図１は本発明のウォーキングビーム式加熱炉におけるスキッドマーク低減装置の最適例を説明する図である。

図１において、１１はウォーキング式加熱炉の内部に例えば固定されたシリンダであり、後述するピストン１２の上下動を可能とする長さを有している。このシリンダ１１は、図１に示した例では、固定スキッドビーム２の両側方に、その軸方向が上下方向となるように複数個、固定されている。

１２は前記シリンダ１１に軸方向の移動が自在なように内装されたピストンであり、移動スキッドビーム３の昇降動と連動して前記シリンダ１１内を上下するように、移動スキッドビーム３に取り付けられている。

加えて、このピストン１２は、移動スキッドビーム３が炉長方向に前進、後退をした場合にも、炉長方向における位置が変化しないように、移動スキッドビーム３に対して炉長方向への水平移動が自在なように取り付けられている。

このピストン１２の移動スキッドビーム３に対する炉長方向への水平移動が自在なようになす取り付け手段は特に限定されるものではないが、例えば図２に示したように、移動スキッドビーム３の側面に、長孔１３ａを有し内部にこの長孔１３ａより大径の溝部１３ｂを有する案内部１３を取り付け、この案内部１３の溝部１３ｂに前記ピストン１２のロッド１４を、長孔１３ａから抜けないように嵌入させたものなどでよい。

１１ａは例えば固定スキッドビーム２に取り付けられた、相対するスキッドボタン６の上面に向くように、前記シリンダ１１の上端面に設けられた噴射口であり、この噴射口１１ａに噴射ノズル１５が設置されている。

本発明のウォーキングビーム式加熱炉におけるスキッドマーク低減装置は、例えば前述のような構成であり、移動スキッドビーム３が上昇、前進、下降、後退して被加熱材１を搬送するが、そのうちの移動スキッドビーム３の下降時に、これに連動してピストン１２が下降し、噴射ノズル１５からシリンダ１１内に加熱炉内の高温ガスを取り込む。

そして、移動スキッドビーム３が後退中は、ピストン１２に対して移動スキッドビーム３のみが後退して、ピストン１２は前記下降限位置のまま位置する。その後、移動スキッドビーム３の上昇に連動してピストン１２が上昇し、相対するスキッドボタン６の上面に向けて前記シリンダ１１内に取り込んだ加熱炉内の高温ガスを噴射ノズル１５から吹き付ける。

これにより、他の部分より温度が低くなる被加熱材１の固定スキッドビーム２部分に高温ガスが吹き付けられて加熱されることになる。
このように、移動スキッドビーム３が被加熱材１を搬送するために動くたびに、前述の動作が繰り返され、被加熱材１の固定スキッド２の近傍が加熱されるため、スキッドマークが低減する。

次に、鋼片加熱用のウォーキング式連続加熱炉についての実施例を説明する。
移動スキッドビーム３がストローク５００ｍｍ、リフト２５０ｍｍでロ字状運動するウォーキングビーム式加熱炉において、加熱帯と均熱帯に、図１及び図２に示した構造の本発明装置を搬送方向に１７５０ｍｍの間隔で複数設置した。

シリンダ１１は下部を開放した内径が２００ｍｍの円筒とし、その上端面に固定スキッドボタン６に向けて設けた噴射口１１ａ部に、ノズル径が２０ｍｍの管状の噴射ノズル１５を溶接した。
また、ピストン１２は、ロッド１４により移動スキッドビーム３に取り付け、移動スキッドビーム３側の取り付け部には水平方向に移動できるように案内部１３を取り付けた。

図３（ａ）は本発明装置を適用する前のスラブの温度分布を示す図である。この（ａ）図では、移動スキッドビーム部でも若干のスキッドマークが見られるが、固定スキッドビーム部でのスキッドマークが大きく、約４０℃の温度むらが発生している。

これに対し、本発明装置を設置したところ、図３（ｂ）に示すように、スキッドマークが約１７℃低減できた。
このように、本発明により、補助バーナや、高温ガス駆動装置を設置することなく、簡便な装置でスキッドマークを低減できることが明らかとなった。

上記の例は単なる一例であり、本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
例えば前述の例では、シリンダを固定し、ピストンを移動スキッドビームに対して炉長方向への水平移動が自在なように取り付けたものを示したが、これに代えて、例えばシリンダを固定スキッドビームに対して水平回動が自在なように設置する一方、ピストンを移動スキッドビームに対して水平回動が自在なように設置すると共に、水平方向への出退移動が自在なように設置するようにしたものでも良い。

以上の本発明は、スキッドビームに起因して発生するスキッドマークが発生するウォーキングビーム式炉であれば、加熱炉に限らず熱処理炉や保熱炉などにも適用できる。

本発明のウォーキングビーム式加熱炉におけるスキッドマーク低減装置の最適例を説明する図である。 ピストンの移動スキッドビームに対する炉長方向への水平移動が自在なようになす取り付け手段の一例を説明する図で、（ａ）は炉長方向と直角の方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 被加熱材の炉幅方向における温度分布を示した図で、（ａ）は本発明のウォーキングビーム式加熱炉におけるスキッドマーク低減装置を設置しない場合、（ｂ）は設置した場合を示す。 ウォーキングビーム式加熱炉の概略説明図である。 移動スキッドビームの駆動を説明する図である。

符号の説明

１ 被加熱材
２ 固定スキッドビーム
３ 移動スキッドビーム
６ スキッドボタン
１１ シリンダ
１１ａ 噴射口
１２ ピストン
１３ 案内部
１５ 噴射ノズル

Claims (4)

1. ウォーキングビーム式加熱炉において被加熱材に発生するスキッドマークを低減する装置であって、
   加熱炉内部に設置され、被加熱材の固定スキッドビームが接触する部分に向けた噴射口を上部に有するシリンダと、
   このシリンダに内装され、移動スキッドビームの昇降動と連動して前記シリンダ内を上下するピストンを具備し、
   前記移動スキッドビームと連動するピストンの下降により、前記噴射口よりシリンダ内に取り込んだ加熱炉内の高温ガスを、前記ピストンの上昇により、前記被加熱材の固定スキッドビームが接触する部分に吹き付けるように構成したことを特徴とするウォーキングビーム式加熱炉におけるスキッドマーク低減装置。
2. 前記シリンダは固定スキッドビームの近傍に備えられていることを特徴とする請求項１に記載のウォーキングビーム式加熱炉におけるスキッドマーク低減装置。
3. 前記シリンダの噴射口部に高温ガスの噴射ノズルを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のウォーキングビーム式加熱炉におけるスキッドマーク低減装置。
4. 前記シリンダは固定配置されていると共に、前記ピストンは移動スキッドビームに対して炉長方向への水平移動が自在なように取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のウォーキングビーム式加熱炉におけるスキッドマーク低減装置。
   

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