JP4552497B2 - 加熱炉及び温度計並びに炉内温度制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば炉内材料の偏熱を抑制可能なウォーキングビーム式加熱炉、及び、このウォーキングビーム式加熱炉に設置される炉内温度制御用の温度計、並びに、前記ウォーキングビーム式加熱炉における炉内温度制御方法に関するものである。
例えば、図５に示すウォーキングビーム式加熱炉３１では、装入側から予熱帯３２、加熱帯３３、均熱帯３４となされ、これら各帯３２〜３４で所定の温度に加熱された例えばビレット等の炉内材料（以下、「ビレット３５」と言う。）は順次出側から抽出される。従って、これら各帯３２〜３４における炉内温度制御は、ビレット温度の偏熱を抑制するために極めて重要である。特に抽出直前の均熱帯３４の炉内温度制御は需要である。そして、この炉内温度の制御に際し、炉内温度を測定する温度計は、最も重要なセンサーである。
このビレットの温度を最適に制御するためには、ビレット近傍の温度を測定し、この測定値に基づいて炉内温度を制御することが望ましいが、炉内温度制御用の温度計（熱電対装置）は、価格・寿命・操作性の面から、一般に、炉壁に設置されている。
例えば上部燃焼制御用の温度計３６ａは、図５（ａ）に示したように、天井壁に設置され、下部燃焼制御用の温度計３６ｂは、図５（ｂ）に示したように、側壁に取り付けられることが多い。なお、下部燃焼制御用の温度計を炉床に取り付けずに、側壁に取付けるのは、故障時に容易に取り替えられる場所に設置する必要があるためである。この下部燃焼制御用の温度計は、炉壁に設けられているため、実際の抽出帯におけるビレット下部周辺の温度とは、かなり異なる傾向がある。これは、抽出扉、排出ローラ、下部バーナ、スケールピット等が直近にあり、外乱の影響を受け易いためである。
しかしながら、同じ炉壁であっても、天井壁と側壁と炉床では、かなり温度が異なる。通常は、熱損失が少なく、バーナフレームに近い炉床が最も温度が高く、続いて天井壁、側壁の順になる。特にウォーキングビーム式加熱炉のように、広くて大きな炉においては、実際に制御に使用している温度計周辺の雰囲気温度と、ビレット周辺の温度とは、かなり異なる場合が多い。これは、先に述べた外乱の影響とバーナの焚き量によってフレーム長さ、つまり火炎のピーク温度点が変わる事が主な原因である。
また、ウォーキングビーム式連続加熱炉では、搬送ビームや固定ビームを冷却する冷却水によって、ビーム周辺（ビレット近傍）の雰囲気温度が天井壁や側壁の部分に比べてかなり低く、また、抽出ローラ付近は極端に温度が低くなっていることが、本発明者の調査によって判明した。
よって、ビレット温度をより正確に知るためには、炉内温度制御用の温度計は、可及的にビレットの近傍に設置することが望ましいが、ウォーキングビーム式加熱炉では、炉内温度が１２００〜１３００℃と高いこと、また、天井壁や側壁から挿入した温度計でビレット近傍の炉内温度を測定するには、２ｍもの長尺の温度計を必要とする等から、温度計の構造や環境的にきわめて困難であり、天井壁や側壁から１００ｍｍ程度炉内側の位置の雰囲気温度を測定しているのが実情である。
従って、図５に示したような位置に設置した従来の温度計による測定値を使用した炉内温度制御では、抽出が停滞した時等、状況が変化した場合、ビレットの上下方向で温度差がつき易く、圧延時における偏肉不良の原因となる。
ところで、温度計（熱電対装置）は、図６に示したように、熱接点３７と、この熱接点３７に接続される、例えば白金３８ａと白金ロジウム３８ｂの２本の熱電対素線３８を絶縁保持する絶縁管３９を備えた熱電対素子４０を、保護管４１の内部に収納した構成である。なお、前記絶縁管３９は軸方向に分割された構成である。
実開平５−２３０７９号公報
このような構成の温度計の不良は、保護管の不良と、熱電対素線の不良に分けることができる。このうち、保護管の不良は、炉内温度が昇降することによる機械的熱歪やバーナフレームや炉内雰囲気ガスによる劣化が主な原因である。一方、熱電対素線の不良は、その構成上絶縁管を保持しなければならないことから起こる自重による断線や、炉内温度が昇降することによる熱膨張収縮による断線、炉内雰囲気ガスによる材質変化による誤差等が主な原因である。
また、熱電対素線そのものも、本発明者による調査の結果、熱応力により膨張・収縮を繰り返す毎に白金・白金ロジウムの白金側が白金ロジウム側に比べて伸びが激しく、捩じれて破断し易くなることが判明した。
これは、白金が白金ロジウムに比べて柔らかくて重たいので、伸び易く引っ張り強さが弱いために切れ易いからである。また、図６（ｂ）に示したように、絶縁管３９の出口がＷ型となっていたり、図７に示したように、絶縁管３９の出口がフラットの従来の温度計では、この絶縁管３９の出口の角の部分で、前記膨張・収縮を繰り返す際に擦れることによっても断線が発生する。
本発明が解決しようとする問題点は、ビレット近傍の炉内温度を長時間安定して測定することができないという点、及び、多少バーナフレームの影響を受けても、熱応力等に耐えることができる温度計がないという点である。
本発明は上記の知見等に基づいてなされたもので、
本発明のウォーキングビーム式加熱炉は、
可及的に炉内に位置するビレット近傍の温度測定を可能とするために、
炉の側壁に設置する下部燃焼制御用熱電対式温度計を備え、
前記下部燃焼制御用熱電対式温度計は、保護管、絶縁管、及び２本の熱電対素線を有し、
前記保護管は炉の側壁に取り付ける基端側保護管と、前記炉内に位置させる先端側保護管に分割して、該先端側保護管は前記基端側保護管に対して軸方向のスライドが自在なように嵌め合わされると共に、
前記先端側保護管の先端部は、炉内の固定ビームの軸と直角方向にスライドが自在なように前記固定ビームの下部を貫通させ、
前記下部燃焼制御用熱電対式温度計の計測部である熱接点を固定ビームの近傍に位置させ、
前記絶縁管は、その先端を楔状に形成して、この楔状面に前記２本の熱電対素線の出口を設け、
前記熱電対素線は白金ロジウムと白金の２つの部分で構成され、
前記白金ロジウム部分は前記白金部分よりも長く、前記２本の熱電対素線の接点位置を前記白金側寄りに位置させたことを最も主要な特徴としている。
本発明のウォーキングビーム式加熱炉は、
可及的に炉内に位置するビレット近傍の温度測定を可能とするために、
炉の側壁に設置する下部燃焼制御用熱電対式温度計を備え、
前記下部燃焼制御用熱電対式温度計は、保護管、絶縁管、及び２本の熱電対素線を有し、
前記保護管は炉の側壁に取り付ける基端側保護管と、前記炉内に位置させる先端側保護管に分割して、該先端側保護管は前記基端側保護管に対して軸方向のスライドが自在なように嵌め合わされると共に、
前記先端側保護管の先端部は、炉内の固定ビームの軸と直角方向にスライドが自在なように前記固定ビームの下部を貫通させ、
前記下部燃焼制御用熱電対式温度計の計測部である熱接点を固定ビームの近傍に位置させ、
前記絶縁管は、その先端を楔状に形成して、この楔状面に前記２本の熱電対素線の出口を設け、
前記熱電対素線は白金ロジウムと白金の２つの部分で構成され、
前記白金ロジウム部分は前記白金部分よりも長く、前記２本の熱電対素線の接点位置を前記白金側寄りに位置させ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いて、少なくとも炉に設置する下部燃焼制御用熱電対式温度計を前記の構成とするのは、炉内でビレットが所定の温度になっていないと、その後の圧延で偏肉が発生することと、先に説明したように、炉内の特に抽出ローラ付近は温度が低くなっており、より正確にビレット近傍の雰囲気温度を測定する必要があるからである。
また、前記本発明のウォーキングビーム式加熱炉に設置する本発明の下部燃焼制御用熱電対式温度計は、
バーナフレーム等による影響を排除して寿命延長を可能とするために、
前記下部燃焼制御用熱電対式温度計を構成する、熱接点と、この熱接点に接続される２本の熱電対素線を絶縁保持する絶縁管を備えた熱電対素子は、前記基端側保護管の炉外側から挿入され、前記先端側保護管の先端に至るように取り付けられたことを最も主要な特徴としている。
バーナフレーム等による影響を排除して寿命延長を可能とするために、
前記下部燃焼制御用熱電対式温度計を構成する、熱接点と、この熱接点に接続される２本の熱電対素線を絶縁保持する絶縁管を備えた熱電対素子は、前記基端側保護管の炉外側から挿入され、前記先端側保護管の先端に至るように取り付けられたことを最も主要な特徴としている。
前記本発明のウォーキングビーム式加熱炉に設置する燃焼制御用熱電対式温度計においては、
前記下部燃焼制御用熱電対式温度計の前記先端側保護管や、前記上部燃焼制御用熱電対式温度計の前記保護管は再結晶アルミナ製であることが、長寿命化の点で望ましい。
前記下部燃焼制御用熱電対式温度計の前記先端側保護管や、前記上部燃焼制御用熱電対式温度計の前記保護管は再結晶アルミナ製であることが、長寿命化の点で望ましい。
また、下部燃焼制御用熱電対式温度計において、前記先端側保護管は一体的に形成されたものであることが、雰囲気ガスの侵入防止の点からは望ましい。
前記の本発明の下部燃焼制御用熱電対式温度計を用いて測定した少なくとも炉の下部温度と、前記の本発明の上部燃焼制御用熱電対式温度計を用いて測定した少なくとも炉の上部温度を用いて、炉の炉内温度制御を行う本発明の加熱炉の炉内温度制御方法によれば、可及的にビレット近傍の炉内雰囲気温度が測定できるので、近傍の急激な温度変化にも即反応し、抽出時のビレット周辺温度を均一に制御でき、偏熱発生が抑制できる。
本発明では、温度計の長寿命化を図りつつ、可及的にビレット近傍の炉内温度を測定することができるので、偏熱発生を抑制することができるという利点がある。また、本発明の下部燃焼制御用熱電対式温度計では、先端側保護管を軸方向のスライドが自在なように保持しているので、バーナフレーム等による影響を受けることがない。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図４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下部燃焼制御用熱電対式温度計の説明図で、均熱帯の側壁下部に設置した場合を説明する図である。この図１中の１は固定ビーム、２は搬送ビームである。
図１は本発明のウォーキングビーム式加熱炉における下部燃焼制御用熱電対式温度計の説明図で、均熱帯の側壁下部に設置した場合を説明する図である。この図１中の１は固定ビーム、２は搬送ビームである。
３は下部燃焼制御用熱電対式温度計であり、その保護管４を、均熱帯の側壁５に固定する基端側保護管４ａと、均熱帯内に位置する先端側保護管４ｂに２分割している。そして、これら２分割した基端側保護管４ａと先端側保護管４ｂは、例えば共に再結晶アルミナで製作され、このうち、基端側保護管４ａは、例えばステンレス鋼製のケース６内に耐熱セメント７を介在させて保持され、このケース６を挿入した側壁５の炉内側は、断熱材８で蓋をされている。
加えて、本発明では、先端側保護管４ｂの基端部を基端側保護管４ａに対して軸方向のスライドが自在なように外嵌状に嵌め合わせている。一方、先端側保護管４ｂの先端部は、固定ビーム１の軸と直角方向に、その下部に固定ビーム１に対してスライドが自在なように貫通させている。
前記構成を採用することで、前記基端側保護管４ａの基端側から挿入される熱電対素子９は、その計測部である熱接点を固定ビーム１の近傍に位置させることができ、この固定ビーム１や搬送ビーム２上を移動するビレット２５の裏面側近傍の炉内雰囲気温度を精度良く測定できるようになる。
また、炉内温度の昇降によって保護管４が膨張・収縮しても、先端側保護管４ｂは固定されておらず、スライドが自在であるので、不良が発生することもない。なお、図１中の９ａは熱電対素子９を構成する絶縁管であり、この絶縁管９ａ内で２本の熱電対素線９ｂが絶縁保持されていることは、従来の温度計と同様である。この絶縁管９ａは軸方向に分割せず、一体的に形成したものを使用することが望ましい。
図２は本発明のウォーキングビーム式加熱炉における上部燃焼制御用熱電対式温度計の説明図で、均熱帯の天井壁に設置した場合を説明する図、図３は上部燃焼制御用熱電対式温度計の詳細を断面して示した図である。
１１は上部燃焼制御用熱電対式温度計であり、図３に示すように、熱電対素子１２を構成する絶縁管１２ａをその軸方向に分割せず一体的に形成し、この一体的に形成した絶縁管１２ａを、その上端部で端子板１３に固定している。このようにすることで、絶縁管１２ａを熱電対素線１２ｂによって保持することが無くなり、自重による熱電対素線１２ｂの断線を防止できると共に、炉内雰囲気ガスの侵入も防止できる。
そして、前記端子板１３を、前記天井壁１４に例えばフランジ１５によって固定する再結晶アルミナ製の保護管１６に対して、水平方向及び上下方向の移動が自在なように取付けている。保護管１６に対して端子板１３を水平方向及び上下方向の移動が自在なように取付ける手段は、特に限定されないが、図３に示した例では次のような構成のものを示している。
すなわち、保護管１６を外側保護管１６ａと内側保護管１６ｂの２重に構成し、このうちの外側保護管１６ａの外側に更に耐熱セメント１７によって接着した例えばステンレス製のケース１８内に保持板１９を固定する。なお、ステンレスの部分は、耐熱温度の関係より、炉内に入らないような長さにする。
前記保持板１９に突出状に取り付けたねじ軸２０より大径の孔２１ａを有する座２１を、前記ねじ軸２０を貫通して前記保持板１９の上に載せ、この座２１の軸心に設けた軸孔２１ｂに前記端子板１３嵌め込む。このようにすることで、保護管１６に対して端子板１３が水平方向及び上下方向に自在に移動することができる。
図４は本発明の熱電対式温度計における絶縁管の先端部における形状及び熱接点の説明図である。
前記の下部燃焼制御用熱電対式温度計３や上部燃焼制御用熱電対式温度計１１では、その熱電対素子９，１２を構成する絶縁管９ａ，１２ａの先端を図４（ｃ）に示したように楔状に形成して、この楔状面９ａａ，１２ａａに２本の熱電対素線９ｂ，１２ｂの出口を設けると共に、図４（ａ）に示したように、常温時には、２本の熱電対素線９ｂ，１２ｂのうち、熱膨張率の小さい白金ロジウム９ｂｂ、１２ｂｂを、熱膨張率の大きい白金９ｂａ，１２ｂａよりも予め長くなして、熱接点２２の位置を白金９ｂａ，１２ｂａ側寄りに位置させておくことが望ましい。
前記の下部燃焼制御用熱電対式温度計３や上部燃焼制御用熱電対式温度計１１では、その熱電対素子９，１２を構成する絶縁管９ａ，１２ａの先端を図４（ｃ）に示したように楔状に形成して、この楔状面９ａａ，１２ａａに２本の熱電対素線９ｂ，１２ｂの出口を設けると共に、図４（ａ）に示したように、常温時には、２本の熱電対素線９ｂ，１２ｂのうち、熱膨張率の小さい白金ロジウム９ｂｂ、１２ｂｂを、熱膨張率の大きい白金９ｂａ，１２ｂａよりも予め長くなして、熱接点２２の位置を白金９ｂａ，１２ｂａ側寄りに位置させておくことが望ましい。
このような構成とすれば、２本の熱電対素線９ｂ，１２ｂの膨張・収縮時に、絶縁管９ａ，１２ａの出口の角での接触が効果的に防止でき、熱電対素線９ｂ，１２ｂの断線を防ぐことができる。
前記の下部燃焼制御用熱電対式温度計３や上部燃焼制御用熱電対式温度計１１を均熱帯に設置した例えばウォーキングビーム式加熱炉では、ビレット近傍の炉内雰囲気温度を測定し、炉内温度の制御が最適に行えることになって、偏熱の発生が抑制できる。
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。
以上の本発明は、ウォーキングビーム式であれば、加熱炉に限らず、保熱炉やあらゆる炉にも適用できる。
１ 固定ビーム
３ 下部燃焼制御用熱電対式温度計
４ 保護管
４ａ 基端側保護管
４ｂ 先端側保護管
５ 側壁
９ 熱電対素子
９ａ 絶縁管
９ａａ 楔状面
９ｂ 熱電対素線
９ｂａ 白金
９ｂｂ 白金ロジウム
１１ 上部燃焼制御用熱電対式温度計
１２ 熱電対素子
１２ａ 絶縁管
１２ａａ 楔状面
１２ｂ 熱電対素線
１２ｂａ 白金
１２ｂｂ 白金ロジウム
１３ 端子板
１４ 天井壁
１６ 保護管
３ 下部燃焼制御用熱電対式温度計
４ 保護管
４ａ 基端側保護管
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１２ｂｂ 白金ロジウム
１３ 端子板
１４ 天井壁
１６ 保護管
Claims (8)
- 炉の側壁に設置する下部燃焼制御用熱電対式温度計を備え、
前記下部燃焼制御用熱電対式温度計は、保護管、絶縁管、及び２本の熱電対素線を有し、
前記保護管は炉の側壁に取り付ける基端側保護管と、前記炉内に位置させる先端側保護管に分割して、該先端側保護管は前記基端側保護管に対して軸方向のスライドが自在なように嵌め合わされると共に、
前記先端側保護管の先端部は、炉内の固定ビームの軸と直角方向にスライドが自在なように前記固定ビームの下部を貫通させ、
前記下部燃焼制御用熱電対式温度計の計測部である熱接点を固定ビームの近傍に位置させ、
前記絶縁管は、その先端を楔状に形成して、この楔状面に前記２本の熱電対素線の出口を設け、
前記熱電対素線は白金ロジウムと白金の２つの部分で構成され、
前記白金ロジウム部分は前記白金部分よりも長く、前記２本の熱電対素線の接点位置を前記白金側寄りに位置させ、
炉内を搬送する材料の裏面近傍の雰囲気温度を測定可能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。 - 炉の側壁に設置する下部燃焼制御用熱電対式温度計と炉内の天井に設置する上部燃焼制御用熱電対式温度計を備え、
前記下部燃焼制御用熱電対式温度計は、保護管、絶縁管、及び２本の熱電対素線を有し、
前記保護管は炉の側壁に取り付ける基端側保護管と、前記炉内に位置させる先端側保護管に分割して、該先端側保護管は前記基端側保護管に対して軸方向のスライドが自在なように嵌め合わされると共に、
前記先端側保護管の先端部は、炉内の固定ビームの軸と直角方向にスライドが自在なように前記固定ビームの下部を貫通させ、
前記下部燃焼制御用熱電対式温度計の計測部である熱接点を固定ビームの近傍に位置させ、
前記絶縁管は、その先端を楔状に形成して、この楔状面に前記２本の熱電対素線の出口を設け、
前記熱電対素線は白金ロジウムと白金の２つの部分で構成され、
前記白金ロジウム部分は前記白金部分よりも長く、前記２本の熱電対素線の接点位置を前記白金側寄りに位置させ、
前記上部燃焼制御用熱電対式温度計は、保護管と絶縁管、及び該絶縁管を固定するための端子板を有し、
前記保護管は、前記炉内の天井壁に固定され、
前記端子板は、水平方向及び上下方向の移動が自在なように前記保護管に取付けられ、
炉内を搬送する材料の裏面近傍と表面近傍の雰囲気温度を測定可能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。 - 前記下部燃焼制御用熱電対式温度計の前記先端側保護管は再結晶アルミナ製である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設置する下部燃焼制御用熱電対式温度計。
- 前記下部燃焼制御用熱電対式温度計の前記先端側保護管、及び前記上部燃焼制御用熱電対式温度計の前記保護管は再結晶アルミナ製であることを特徴とする請求項２に記載のウォーキングビーム式加熱炉に設置する燃焼制御用熱電対式温度計。
- 前記下部燃焼制御用熱電対式温度計を構成する、熱接点と、この熱接点に接続される２本の熱電対素線を絶縁保持する絶縁管を備えた熱電対素子は、前記基端側保護管の炉外側から挿入され、前記先端側保護管の先端に至るように取り付けられたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のウォーキングビーム式加熱炉に設置する下部燃焼制御用熱電対式温度計。
- 前記先端側保護管は一体的に形成されたものであることを特徴とする請求項５に記載のウォーキングビーム式加熱炉に設置する下部燃焼制御用熱電対式温度計。
- 請求項２記載の下部燃焼制御用熱電対式温度計を用いて測定した少なくとも炉の下部温度と、請求項２記載の上部燃焼制御用熱電対式温度計を用いて測定した少なくとも炉の上部温度を用いて、炉内温度制御を行うことを特徴とする請求項２に記載のウォーキングビーム式加熱炉の炉内温度制御方法。
- 請求項３〜６の何れかに記載の下部燃焼制御用熱電対式温度計を用いて測定した少なくとも炉の下部温度と、請求項４記載の上部燃焼制御用熱電対式温度計を用いて測定した少なくとも炉の上部温度を用いて、炉内温度制御を行うことを特徴とする請求項２に記載のウォーキングビーム式加熱炉の炉内温度制御方法。
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| JP2004133905A JP4552497B2 (ja) | 2004-04-28 | 2004-04-28 | 加熱炉及び温度計並びに炉内温度制御方法 |
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