JP4352499B2 - 鋼片の連続多帯式加熱方法及び連続多帯式加熱炉 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼片の連続多帯式加熱方法及びその炉に関し、とくに、炉内を通過する鋼片の表面酸化を抑制し歩留りを改善するとともに、加熱炉において発生する未燃焼ガスを炉内で完全燃焼させようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
連続多帯式加熱炉は、一般に、鋼片の装入口から順に、温度域の異なる空間領域が連続的につながった構造になっていて、鋼片はこの連続した空間領域を通過する間に目標とする温度にまで加熱されるが、加熱中の鋼片は炉内の酸素及び水蒸気によってその表面が酸化され、歩留り損失（スケールロス）が発生するのが不可避になっていた。
【０００３】
炉内の酸素濃度は加熱燃料の燃焼空気の制御及び鋼片抽出扉開閉時の外気の侵入、炉内圧力低下時における抽出扉−炉体の隙間からの外気の侵入量で決定されるため、加熱炉の操業としてはスケールロスを最小限に留めるべく炉内の酸素濃度を低レベルで制御する必要があった。
【０００４】
この点に関する従来技術として例えば、特開昭５５−１５５８１８４号公報には、一酸化炭素の濃度、酸素濃度を測定し空燃比の制御と炉圧の制御を同時に行う方法が、また、特開昭５６−１０２５１７号公報には、加熱帯、均熱帯の雰囲気を各々酸化性、還元性に制御する方法が開示さている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術を適用した多帯式の加熱炉の操業では、温度が高く鋼片の表面酸化が著しくなる加熱炉後段において、バーナの空燃比を制御することにより雰囲気ガス中の酸素を完全に消費させてスケールの発生を抑制しようとするものであるが、かかる操業法によればスケールの発生を抑制することができるものの、未燃焼ガスが発生することから、以下のような不具合があった。
【０００６】
すなわち、加熱炉の後段から前段に流れてくる未燃焼ガスを、前段バーナの空燃比増加で発生させた余剰空気を用いて燃焼させることはできても、空気比の増加によってバーナのフレーム温度が下がるため完全燃焼させることができず未燃焼ガスによる黒煙が発生し、煙道において未燃焼ガスが爆発する等の危惧があり、未燃焼ガスを完全燃焼させることができない。
【０００７】
本発明の目的は、加熱中の鋼片の表面酸化を極力抑制するとともに、連続多帯式加熱炉のとくに前段加熱帯（鋼片の装入口に近い加熱帯）における未燃焼ガスのアフターバーニングを安定的に実施して完全燃焼させることができる新規な加熱方法及び加熱炉を提案するところにある。
【０００８】
本発明は、鋼片挿入側から抽出側へ向けて加熱帯および均熱帯からなる複数の空間領域を連続的に通過させて鋼片を目標の温度に加熱するに当たり、
該加熱帯のうち、鋼片の表面温度が６００℃よりも低く未燃焼ガスが残存する空間領域を前段加熱帯とし、該前段加熱帯では１０００℃以上の高温空気を吹き込んで該未燃焼ガスを完全燃焼させ、一方、鋼片の表面温度が６００℃以上となる空間領域を後段加熱帯とし、該後段加熱帯では加熱用バーナの空気比を０．２〜１．０の範囲に調整するとともに、還元性雰囲気に調整することを特徴とする、鋼片の連続多帯式加熱方法である。
【０００９】
また、本発明は、請求項１にかかる発明において、前記鋼片の表面温度を伝熱計算によって求めることに特徴を有する。
【００１１】
さらに、本発明は、鋼片挿入側から抽出側へ向けて、加熱帯および均熱帯を連続的に備える連続多帯式加熱炉であって、該加熱帯は、鋼板表面温度：６００℃を境として、前段加熱帯および後段加熱帯に分け、該前段加熱帯には、１０００℃以上の高温空気を吹き込んで未燃焼ガスを完全燃焼させる高温空気吹き込み口を備え、該後段加熱帯には、空気比を０．２〜１．０の範囲に調整可能な加熱用バーナを配置することを特徴とする連続多帯式加熱炉であり、前記高温空気の吹き込み口は燃料供給口及び燃焼用空気供給口を備えたバーナの空気供給口を利用することもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においては、鋼片の表面酸化が著しくなる６００℃以上の領域では、バーナの空気比を０．２〜１．０の低空気比となるように、また、雰囲気については還元性雰囲気となるように調整するので、鋼片表面の酸化は極力抑制される。
一方、鋼片の表面温度が６００℃よりも低くなり、未燃焼ガスが存在する空間領域においては、１０００℃以上の高温空気を吹き込むことにより、空気比によらず安定的な燃焼が行われる。
【００１３】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図１は、本発明に従う連続多帯式加熱炉の構成を模式的に示したものであって、図における番号１は前段加熱帯１ａと後段加熱帯１ｂとからなる例で示した加熱帯、２はこの加熱帯１につづく均熱帯、３は加熱帯１につながる排ガス用のダクト、４は加熱帯１及び均熱帯２の炉壁面に配置され鋼片Ｓを所定の温度に加熱するためのバーナ（蓄熱式等）、５は鋼片Ｓを搬送するための搬送手段である。
【００１４】
鋼片Ｓは搬送手段５にて搬送され装入口６を経て加熱帯１の前段加熱帯１ａ、後段加熱帯１ｂ、均熱帯２をそれぞれ通って所定の温度に加熱されたのち、抽出口７から抽出される。
【００１５】
上掲図１に示した加熱炉において、加熱帯１のうち後段加熱帯１ｂは鋼片Ｓの表面酸化が著しい、表面温度が６００℃以上の空間領域であり、前段加熱帯１ａは鋼片Ｓの表面温度が６００℃を下回り、未燃焼ガスが残存する空間領域であるが、本発明においては、後段加熱帯１ｂにおいては加熱用バーナ４の空気比を０．２〜１．０の範囲に調整するとともに該領域を還元性雰囲気に調整して鋼片の表面酸化を抑制するようにし、前段加熱帯１ａにおいては１０００℃以上の高温空気を吹き込んで該領域の未燃焼ガスを完全燃焼させる（アフターバーニング）。
【００１６】
前段加熱帯１ａに高温空気を吹き込むためには、加熱用バーナ４とは別個に炉の側壁に空気吹き込み口を設けておき、これによって高温空気を吹き込むことができるが、加熱用バーナ４は燃料供給口と空気吹き込み口とを有しているのが普通であって、鋼片の加熱に支障がない限り該バーナ４の空気吹き込み口を使用して高温の空気を吹き込むこともできる。
【００１７】
高温空気発生装置としては、蓄熱体を備えた熱交換器とこれにつながる吹き込み口からなるものを適用することができる。図２（ａ）（ｂ）は加熱炉炉体（図示せず）の側壁にそれぞれ、かかる構成の装置を配置した場合の例であって、図２において、８は蓄熱体を備えた熱交換器、９は高温空気吹き込み口である。炉帯の両側に配置した高温空気発生装置のうちの一方につき、加熱炉内で発生した排ガスの熱等を蓄熱体に付与している間に、もう一方の装置にて蓄熱体の保有する熱にて空気の温度を上昇させ高温空気として炉内に吹き込み、これを数十秒〜数分の間隔で交互に繰返し実施することにより高温の空気が連続的に供給される。本発明に従い１０００℃以上の空気を未燃焼ガスの存在する領域に吹き込んだ場合、図３（「高温空気燃焼−日本発の先端戦略技術−」、田中良一（1966) News letter,Power ＆Energy System,JSMEより) に示すごとく、空気比にかかわらず安定的なアフターバーニングが行われることになる。
【００１８】
加熱帯１の前段加熱帯１ａに吹き込む高温空気は均熱帯２から供給することができるが、加熱帯１において前段加熱帯１ａと後段加熱帯１ｂとの領域の境は明確ではないので、加熱炉内に装入された鋼片の表面温度を伝熱計算により逐次モニタリングし前段加熱帯１ａの領域を把握し、その領域に対応する吹き込み口から吹き込む。
【００１９】
上掲図１に示した構成の加熱炉を用いて、厚さ２６０mm、幅１０２０mm、長さ８０００mmの鋼片（鋼種：低炭素鋼）を１８０min かけて３０℃から１２００℃まで加熱する場合において、該鋼片表面の酸化状況及び前段加熱帯の未燃焼ガスの燃焼状況について調査した。
【００２０】
均熱帯、加熱帯におけるバーナの空気比は何れも０．５とし、各々の炉温は１３００℃、１２５０℃に設定した。燃料ガスとしては、コークス炉ガスと高炉ガスを混合した２７００kcal／Ｎｍ3 のものを用い、均熱帯には７２００Ｎｍ3 ／ｈの条件にて供給し、加熱帯には１４４００Ｎｍ3 ／ｈの条件にて供給した。加熱帯のうち前段加熱帯には、温度が１１５０℃になる高温空気を３２０００Ｎｍ3 ／ｈの条件で吹き込んだ。
【００２１】
その結果、上記のようなサイズになる鋼片の加熱においては、加熱時間を１８０min とした場合に通常、スケールオフ量が０．３wt％程度であるのに対して、本発明に従う加熱においては０．０２wt％程度であって通常の１／１０以下とすることができた。また、前段加熱炉における未燃焼ガスを全て燃焼（ＣＯ：０％）させることができ黒煙の発生もないことが確認できた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、鋼片の加熱に際して発生するスケール生成量を最小限に留めることができ、歩留りの改善を図ることが可能であるうえ、炉内で発生する未燃焼ガスを完全燃焼させることができるので、未燃焼ガスによる爆発事故を起こすようなことは勿論、黒煙の発生もないので公害のない操業が実現できる。
とくに、前段加熱帯でのアフターバーニングは未燃焼ガスを燃料とするものなので別途燃料配管が不要であり、設備のコンパクト化、メンテナンスの改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従う連続多帯式加熱炉の構成を示した図である。
【図２】 （ａ）（ｂ）は高温空気供給装置を模式的に示した図である。
【図３】 空気の温度と空気比の関係を示した図である。
【符号の説明】
１ 加熱帯
1a 前段加熱帯
1b 後段加熱帯
２ 均熱帯
３ 排ガス用ダクト
４ バーナ
５ 搬送手段
６ 装入口
７ 抽出口
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼片の連続多帯式加熱方法及びその炉に関し、とくに、炉内を通過する鋼片の表面酸化を抑制し歩留りを改善するとともに、加熱炉において発生する未燃焼ガスを炉内で完全燃焼させようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
連続多帯式加熱炉は、一般に、鋼片の装入口から順に、温度域の異なる空間領域が連続的につながった構造になっていて、鋼片はこの連続した空間領域を通過する間に目標とする温度にまで加熱されるが、加熱中の鋼片は炉内の酸素及び水蒸気によってその表面が酸化され、歩留り損失（スケールロス）が発生するのが不可避になっていた。
【０００３】
炉内の酸素濃度は加熱燃料の燃焼空気の制御及び鋼片抽出扉開閉時の外気の侵入、炉内圧力低下時における抽出扉−炉体の隙間からの外気の侵入量で決定されるため、加熱炉の操業としてはスケールロスを最小限に留めるべく炉内の酸素濃度を低レベルで制御する必要があった。
【０００４】
この点に関する従来技術として例えば、特開昭５５−１５５８１８４号公報には、一酸化炭素の濃度、酸素濃度を測定し空燃比の制御と炉圧の制御を同時に行う方法が、また、特開昭５６−１０２５１７号公報には、加熱帯、均熱帯の雰囲気を各々酸化性、還元性に制御する方法が開示さている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術を適用した多帯式の加熱炉の操業では、温度が高く鋼片の表面酸化が著しくなる加熱炉後段において、バーナの空燃比を制御することにより雰囲気ガス中の酸素を完全に消費させてスケールの発生を抑制しようとするものであるが、かかる操業法によればスケールの発生を抑制することができるものの、未燃焼ガスが発生することから、以下のような不具合があった。
【０００６】
すなわち、加熱炉の後段から前段に流れてくる未燃焼ガスを、前段バーナの空燃比増加で発生させた余剰空気を用いて燃焼させることはできても、空気比の増加によってバーナのフレーム温度が下がるため完全燃焼させることができず未燃焼ガスによる黒煙が発生し、煙道において未燃焼ガスが爆発する等の危惧があり、未燃焼ガスを完全燃焼させることができない。
【０００７】
本発明の目的は、加熱中の鋼片の表面酸化を極力抑制するとともに、連続多帯式加熱炉のとくに前段加熱帯（鋼片の装入口に近い加熱帯）における未燃焼ガスのアフターバーニングを安定的に実施して完全燃焼させることができる新規な加熱方法及び加熱炉を提案するところにある。
【０００８】
本発明は、鋼片挿入側から抽出側へ向けて加熱帯および均熱帯からなる複数の空間領域を連続的に通過させて鋼片を目標の温度に加熱するに当たり、
該加熱帯のうち、鋼片の表面温度が６００℃よりも低く未燃焼ガスが残存する空間領域を前段加熱帯とし、該前段加熱帯では１０００℃以上の高温空気を吹き込んで該未燃焼ガスを完全燃焼させ、一方、鋼片の表面温度が６００℃以上となる空間領域を後段加熱帯とし、該後段加熱帯では加熱用バーナの空気比を０．２〜１．０の範囲に調整するとともに、還元性雰囲気に調整することを特徴とする、鋼片の連続多帯式加熱方法である。
【０００９】
また、本発明は、請求項１にかかる発明において、前記鋼片の表面温度を伝熱計算によって求めることに特徴を有する。
【００１１】
さらに、本発明は、鋼片挿入側から抽出側へ向けて、加熱帯および均熱帯を連続的に備える連続多帯式加熱炉であって、該加熱帯は、鋼板表面温度：６００℃を境として、前段加熱帯および後段加熱帯に分け、該前段加熱帯には、１０００℃以上の高温空気を吹き込んで未燃焼ガスを完全燃焼させる高温空気吹き込み口を備え、該後段加熱帯には、空気比を０．２〜１．０の範囲に調整可能な加熱用バーナを配置することを特徴とする連続多帯式加熱炉であり、前記高温空気の吹き込み口は燃料供給口及び燃焼用空気供給口を備えたバーナの空気供給口を利用することもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においては、鋼片の表面酸化が著しくなる６００℃以上の領域では、バーナの空気比を０．２〜１．０の低空気比となるように、また、雰囲気については還元性雰囲気となるように調整するので、鋼片表面の酸化は極力抑制される。
一方、鋼片の表面温度が６００℃よりも低くなり、未燃焼ガスが存在する空間領域においては、１０００℃以上の高温空気を吹き込むことにより、空気比によらず安定的な燃焼が行われる。
【００１３】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図１は、本発明に従う連続多帯式加熱炉の構成を模式的に示したものであって、図における番号１は前段加熱帯１ａと後段加熱帯１ｂとからなる例で示した加熱帯、２はこの加熱帯１につづく均熱帯、３は加熱帯１につながる排ガス用のダクト、４は加熱帯１及び均熱帯２の炉壁面に配置され鋼片Ｓを所定の温度に加熱するためのバーナ（蓄熱式等）、５は鋼片Ｓを搬送するための搬送手段である。
【００１４】
鋼片Ｓは搬送手段５にて搬送され装入口６を経て加熱帯１の前段加熱帯１ａ、後段加熱帯１ｂ、均熱帯２をそれぞれ通って所定の温度に加熱されたのち、抽出口７から抽出される。
【００１５】
上掲図１に示した加熱炉において、加熱帯１のうち後段加熱帯１ｂは鋼片Ｓの表面酸化が著しい、表面温度が６００℃以上の空間領域であり、前段加熱帯１ａは鋼片Ｓの表面温度が６００℃を下回り、未燃焼ガスが残存する空間領域であるが、本発明においては、後段加熱帯１ｂにおいては加熱用バーナ４の空気比を０．２〜１．０の範囲に調整するとともに該領域を還元性雰囲気に調整して鋼片の表面酸化を抑制するようにし、前段加熱帯１ａにおいては１０００℃以上の高温空気を吹き込んで該領域の未燃焼ガスを完全燃焼させる（アフターバーニング）。
【００１６】
前段加熱帯１ａに高温空気を吹き込むためには、加熱用バーナ４とは別個に炉の側壁に空気吹き込み口を設けておき、これによって高温空気を吹き込むことができるが、加熱用バーナ４は燃料供給口と空気吹き込み口とを有しているのが普通であって、鋼片の加熱に支障がない限り該バーナ４の空気吹き込み口を使用して高温の空気を吹き込むこともできる。
【００１７】
高温空気発生装置としては、蓄熱体を備えた熱交換器とこれにつながる吹き込み口からなるものを適用することができる。図２（ａ）（ｂ）は加熱炉炉体（図示せず）の側壁にそれぞれ、かかる構成の装置を配置した場合の例であって、図２において、８は蓄熱体を備えた熱交換器、９は高温空気吹き込み口である。炉帯の両側に配置した高温空気発生装置のうちの一方につき、加熱炉内で発生した排ガスの熱等を蓄熱体に付与している間に、もう一方の装置にて蓄熱体の保有する熱にて空気の温度を上昇させ高温空気として炉内に吹き込み、これを数十秒〜数分の間隔で交互に繰返し実施することにより高温の空気が連続的に供給される。本発明に従い１０００℃以上の空気を未燃焼ガスの存在する領域に吹き込んだ場合、図３（「高温空気燃焼−日本発の先端戦略技術−」、田中良一（1966) News letter,Power ＆Energy System,JSMEより) に示すごとく、空気比にかかわらず安定的なアフターバーニングが行われることになる。
【００１８】
加熱帯１の前段加熱帯１ａに吹き込む高温空気は均熱帯２から供給することができるが、加熱帯１において前段加熱帯１ａと後段加熱帯１ｂとの領域の境は明確ではないので、加熱炉内に装入された鋼片の表面温度を伝熱計算により逐次モニタリングし前段加熱帯１ａの領域を把握し、その領域に対応する吹き込み口から吹き込む。
【００１９】
上掲図１に示した構成の加熱炉を用いて、厚さ２６０mm、幅１０２０mm、長さ８０００mmの鋼片（鋼種：低炭素鋼）を１８０min かけて３０℃から１２００℃まで加熱する場合において、該鋼片表面の酸化状況及び前段加熱帯の未燃焼ガスの燃焼状況について調査した。
【００２０】
均熱帯、加熱帯におけるバーナの空気比は何れも０．５とし、各々の炉温は１３００℃、１２５０℃に設定した。燃料ガスとしては、コークス炉ガスと高炉ガスを混合した２７００kcal／Ｎｍ3 のものを用い、均熱帯には７２００Ｎｍ3 ／ｈの条件にて供給し、加熱帯には１４４００Ｎｍ3 ／ｈの条件にて供給した。加熱帯のうち前段加熱帯には、温度が１１５０℃になる高温空気を３２０００Ｎｍ3 ／ｈの条件で吹き込んだ。
【００２１】
その結果、上記のようなサイズになる鋼片の加熱においては、加熱時間を１８０min とした場合に通常、スケールオフ量が０．３wt％程度であるのに対して、本発明に従う加熱においては０．０２wt％程度であって通常の１／１０以下とすることができた。また、前段加熱炉における未燃焼ガスを全て燃焼（ＣＯ：０％）させることができ黒煙の発生もないことが確認できた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、鋼片の加熱に際して発生するスケール生成量を最小限に留めることができ、歩留りの改善を図ることが可能であるうえ、炉内で発生する未燃焼ガスを完全燃焼させることができるので、未燃焼ガスによる爆発事故を起こすようなことは勿論、黒煙の発生もないので公害のない操業が実現できる。
とくに、前段加熱帯でのアフターバーニングは未燃焼ガスを燃料とするものなので別途燃料配管が不要であり、設備のコンパクト化、メンテナンスの改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従う連続多帯式加熱炉の構成を示した図である。
【図２】 （ａ）（ｂ）は高温空気供給装置を模式的に示した図である。
【図３】 空気の温度と空気比の関係を示した図である。
【符号の説明】
１ 加熱帯
1a 前段加熱帯
1b 後段加熱帯
２ 均熱帯
３ 排ガス用ダクト
４ バーナ
５ 搬送手段
６ 装入口
７ 抽出口
Claims (4)
- 鋼片挿入側から抽出側へ向けて加熱帯および均熱帯からなる複数の空間領域を連続的に通過させて鋼片を目標の温度に加熱するに当たり、
該加熱帯のうち、鋼片の表面温度が６００℃よりも低く未燃焼ガスが残存する空間領域を前段加熱帯とし、該前段加熱帯では１０００℃以上の高温空気を吹き込んで該未燃焼ガスを完全燃焼させ、一方、鋼片の表面温度が６００℃以上となる空間領域を後段加熱帯とし、該後段加熱帯では加熱用バーナの空気比を０．２〜１．０の範囲に調整するとともに、還元性雰囲気に調整することを特徴とする、鋼片の連続多帯式加熱方法。 - 前記鋼片の表面温度を伝熱計算によって求めることを特徴とする請求項１記載の加熱方法。
- 鋼片挿入側から抽出側へ向けて、加熱帯および均熱帯を連続的に備える連続多帯式加熱炉であって、該加熱帯は、鋼板表面温度：６００℃を境として、前段加熱帯および後段加熱帯に分け、該前段加熱帯には、１０００℃以上の高温空気を吹き込んで未燃焼ガスを完全燃焼させる高温空気吹き込み口を備え、一方、該後段加熱帯には、空気比を０．２〜１．０の範囲に調整可能な加熱用バーナを配置することを特徴とする連続多帯式加熱炉。
- 前記高温空気の吹き込み口が燃料供給口及び燃焼用空気供給口を備えるバーナの空気供給口を利用したものである、請求項３記載の加熱炉。
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|---|---|---|---|
| JP08544299A JP4352499B2 (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 鋼片の連続多帯式加熱方法及び連続多帯式加熱炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08544299A JP4352499B2 (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 鋼片の連続多帯式加熱方法及び連続多帯式加熱炉 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000282143A JP2000282143A (ja) | 2000-10-10 |
| JP4352499B2 true JP4352499B2 (ja) | 2009-10-28 |
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ID=13858996
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|---|---|---|---|---|
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| KR102097291B1 (ko) * | 2019-04-17 | 2020-04-06 | 한국에너지기술연구원 | Ｐｍｂ 적용 직화식 무산화 강판 연속 열처리로, 그 열처리로의 운전방법 및 제어방법 |
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1999
- 1999-03-29 JP JP08544299A patent/JP4352499B2/ja not_active Expired - Fee Related
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