JP4923644B2 - 直火型加熱炉 - Google Patents

Description

本発明は、金属板を製造するためのストリップを加熱する直火型加熱炉に関するものであり、特に、ストリップを幅方向に均一に加熱することが可能な直火型加熱炉に関する。

従来の直火型加熱炉として、例えば図８に示す直火式サイドバーナ加熱炉３０が知られている（特許文献１参照）。
図７に示す直火式サイドバーナ加熱炉３０は、燃焼ガス内流と外流との流量比率を変更することにより火炎長を変更可能としたバーナ３１と、内流と外流とのトータルの燃料ガス量を測定する流量計３２と、該測定値を入力し、予め求めたバーナ３１の内流と外流とのトータルの燃料ガス量及び燃料ガス内流と外流との流量比率と火炎長との関係を用いて、バーナ３１の目標火炎長範囲を維持する燃料ガス内流と外流との流量比率を決定し、該比率になるように内流ガス弁３３及び外流ガス弁３４の開度を調整する演算器３５とを備えてなる。

そして、直火式サイドバーナ加熱炉３０によれば、バーナ３１の火炎長を所望の範囲に保つことで、被加熱材３６の炉幅方向における温度分布を所望の温度分布に近づけることが可能となる。
特開昭６０−１１０１５号公報

しかしながら、直火式サイドバーナ加熱炉３０においては、バーナ３１の火炎長を所望の範囲に保つことで被加熱材３６の炉幅方向における所望の温度分布を達成する構成により以下の問題がある。
すなわち、直火式サイドバーナ加熱炉３０においては、バーナ３１の火炎長を調整することで、被加熱材３６の炉幅方向における所望の温度分布を達成する構成を採用しているため、火炎長の調整に伴いバーナ３１から噴出される火炎の熱量に変化が生じてしまう。したがって、直火式サイドバーナ加熱炉３０においては、バーナ３１の火炎により被加熱材３６を加熱する熱量が、被加熱材３６の流れ方向において変化してしまうという問題がある。
本発明は上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、バーナの火炎長を変化させずに、ストリップを幅方向において均一な温度分布となるように加熱することが可能な直火型加熱炉を提供することにある。

本発明のうち請求項１に係る直火型加熱炉は、炉内を走行するストリップを、前記炉内の側壁に備えられたバーナにより連続的に加熱する直火型加熱炉において、
前記バーナは、噴出される火炎の噴出方向軸線が前記ストリップの略平行面上に位置し、前記噴出方向軸線と前記側壁との角度が変更可能となるように備えられていることを特徴とする。
また、本発明のうち請求項２に係る直火型加熱炉は、請求項１記載の直火型加熱炉において、前記バーナは、前記噴出方向軸線と前記側壁との角度が４０度から８０度の範囲内で変更可能となるように備えられていることを特徴とする。

また、本発明のうち請求項３に係る直火型加熱炉は、請求項１又は２記載の直火型加熱炉において、前記角度は、前記ストリップの加熱負荷に応じて設定されることを特徴とする。
ここで、加熱負荷とは、ストリップの温度を所定量上昇させるために必要な熱量をいい、具体的には、ストリップの板厚、板幅、材質（熱容量）等によって決定されるものである。
さらに、本発明のうち請求項４に係る直火型加熱炉は、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の直火型加熱炉において、前記角度は、加熱帯出側における前記ストリップの幅方向温度分布に基づいて設定されることを特徴とする。

本願請求項１乃至４のうちいずれか１項に係る直火型加熱炉によれば、バーナは、噴出される火炎の噴出方向軸線が前記ストリップの略平行面上に位置し、前記噴出方向軸線と前記側壁との角度が変更可能となるように備えられている構成により、バーナの火炎長を変化させずに、ストリップを幅方向において均一な温度分布となるように加熱することが可能となる。

以下、本発明の第一実施形態に係る直火型加熱炉を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る直火型加熱炉の概略構成図である。図２は本発明の第一実施形態に係る直火型加熱炉の加熱帯の概略を示す正面図である。図３は本発明の第一実施形態に係る直火型加熱炉の加熱帯の概略を示す平面図である。図４は本発明に係る板幅測定手段及び板厚測定手段の概略を示す正面図である。

直火型加熱炉１は、いわゆる連続加熱炉をいい、図１に示すように、上流側から順に、予熱帯２と、加熱帯３と、均熱帯４との３つの帯を連続して備えてなる。
そして、直火型加熱炉１の上流においては、図１に示すように、搬送ロール６により搬送されるストリップＳの板幅を測定する板幅測定手段５と、ストリップＳの板厚を測定する板厚測定手段７が設けられている。また、加熱炉３には、図２及び図３に示すように、両側壁１０において、ストリップＳの流れ方向（図３における上下方向）に複数設置される上側可動バーナ８及び下側可動バーナ９と、板幅測定手段５（図示しない）及び板厚測定手段７（図示しない）と接続される計算機１２と、計算機１２と接続される制御手段１３とが備えられている。

上側可動バーナ８及び下側可動バーナ９を加熱帯３において備える理由は、ストリップＳの品質不良を防止するためには、加熱帯３の出側においてストリップＳの幅方向（図３における左右方向）における温度分布を均一とすることが要求されるためである。
板幅測定手段５は、図４に示すように、ストリップＳの幅方向両端部の上方に受光面を下向きにした姿勢で配置され、ストリップＳの幅方向両端部の二次元画像をそれぞれ撮像する撮像装置（図示せず）と、撮像装置が撮像した二次元画像を構成する複数の走査線信号に基づき、ストリップＳの板幅を算出する板幅算出手段（図示せず）とを備えている。そして、板幅測定手段５は、加熱帯３の入側において設置され、ストリップＳの板幅を、ストリップＳの流れ方向において連続的に測定している。

板厚測定手段７は、ストリップＳの下側からＸ線を照射する照射部７ａと、ストリップＳの上側においてＸ線を検出する検出部７ｂとを備えている。そして、板厚測定手段７は、直火型加熱炉１の入側上流において設置され、ストリップＳの幅方向における板厚分布を、ストリップＳの流れ方向において連続的に測定している。なお、板厚測定手段７は、本実施形態においてはストリップＳの幅方向３箇所に備えられているが、ストリップＳの幅方向において備える数は適宜増減することが可能である。

上側可動バーナ８は、ストリップＳの上面側の両側壁１０において、隣接する上側可動バーナ８と対向する上側可動バーナ８とが、ストリップＳの流れ方向においてそれぞれ交互に位置するように千鳥状に設置される。
下側可動バーナ９は、ストリップＳの下面側の両側壁１０において、隣接する下側可動バーナ９と対向する下側可動バーナ９とが、ストリップＳの流れ方向においてそれぞれ交互に位置するように千鳥状に設置される。

そして、上側可動バーナ８と下側可動バーナ９とは、両側壁１０のうち一方の側壁１０に設置された上側可動バーナ８と他方の側壁１０に設置された下側可動バーナ９とが、ストリップＳの幅方向から見て一致する位置となるように設置される。
また、各可動バーナ８，９は、内流ガスと外流ガスの流量比率を変更することにより火炎長を調整可能な公知のガス二流式バーナが用いられている。

ここで、上側可動バーナ８及び下側可動バーナ９は、噴出される火炎Ｆの噴出方向軸線Ｌが、ストリップＳの略平行面上に位置するように備えられている。そして、上側可動バーナ８及び下側可動バーナ９は、噴出方向軸線Ｌと側壁１０との角度αを変更可能となるように、側壁１０に対して回動可能に備えられている。この角度αは、４０度から８０度の範囲内で変更可能とすることがストリップＳの幅もしくは長さ方向での急激な温度変化を防止するために好ましい。この場合において、本実施形態においては、噴出方向軸線Ｌと側壁１０との角度αは、可動バーナ８，９の上流側の側壁に対する角度となっているが、可動バーナ８，９の下流側の側壁に対する角度とした場合においても同様の効果を奏することが可能である。

計算機１２は、ストリップＳの加熱負荷に応じて、可動バーナ８，９の火炎Ｆの噴出方向軸線Ｌと側壁１０との角度αを決定し、かかる角度αを達成するように可動バーナ８，９を回動させる回動指令を制御手段１３に対して出力する。
ここで、加熱負荷とは、ストリップＳの温度を所定量上昇させるために必要な熱量をいい、ストリップＳの板厚、板幅、材質（熱容量）等によって決定される。

具体的には、加熱炉３においては、ストリップＳを、その流れ方向において一定の熱量において加熱することが好ましく、これには、可動バーナ８，９の火炎長を一定に保つことで火炎Ｆの熱量を一定に保つ必要がある。一方、可動バーナ８，９の火炎Ｆには温度分布があり、火炎Ｆの先端部の温度が最も高くなっている。したがって、加熱帯３において加熱されるストリップＳの板幅が変更された場合、火炎Ｆの最も温度が高い先端部の位置を変更しなければ、ストリップＳの幅方向温度分布が不均一となる。

そこで、計算機１２は、板幅測定手段５からストリップＳの板幅を入力し、かかる板幅からストリップＳの板幅方向温度分布が均一となる角度αを算出し、かかる角度αを達成するように可動バーナ８，９を回動させる回動指令を制御手段１３に対して出力する。
また、一般的に、ストリップＳの板厚は炉幅方向において一定ではなく、ストリップＳの炉幅方向両端部の板厚は、炉幅方向中央部の板厚に対して薄くなっている。そして、このようなストリップＳを加熱帯３において加熱すると、板厚の薄い部分においては、板厚の厚い部分に対して過加熱となってしまう。

そこで、計算機１２は、板厚測定手段７からストリップＳの幅方向の板厚分布を入力し、かかる板厚分布からストリップＳの板幅方向温度分布が均一となる角度αを算出し、かかる角度αを達成するように可動バーナ８，９を回動させる回動指令を制御手段１３に対して出力する。
さらに、計算機１２は、ストリップＳの材質（熱容量）が入力され、かかる材質からストリップＳの板幅方向温度分布が均一となる角度αを算出し、かかる角度αを達成するように可動バーナ８，９を回動させる回動指令を制御手段１３に対して出力する。
制御手段１３は、計算機１２から入力された回動指令に基づき、計算機１２が算出した火炎Ｆの噴出方向軸線Ｌと側壁１０との角度αを達成するように、可動バーナ８，９を回動させる。

次に、本実施形態に係る直火型加熱炉１によりストリップＳの温度制御を行なう場合の作用について説明する。
直火型加熱炉１の入側上流においてストリップＳは、板幅測定手段５により板幅がストリップＳの流れ方向に連続的に測定されるとともに、板厚測定手段７により、幅方向板厚分布がストリップＳの流れ方向に連続的に測定される。
予熱帯２において予熱が行なわれたストリップＳは、搬送ロール６により加熱帯３内に搬送される。

そして、ストリップＳは、上側可動バーナ８及び下側可動バーナ９から噴出される火炎Ｆにより加熱帯３内を搬送される伴い急速に加熱されていく。
この場合において、板幅測定手段５により測定されたストリップＳの板幅及び板厚測定手段７により測定されたストリップＳの板厚分布が計算機１２に送られるとともに、ストリップＳの材質が計算機１２に入力される。そして、計算機１２は、ストリップＳの板幅、板厚分布及び材質に基づき、火炎Ｆの噴出方向軸線Ｌと側壁１０との角度αを常時算出し、かかる角度αを達成するように可動バーナ８，９を回動させる回動指令を制御手段１３に対して出力する。

そして、かかる回動指令を受けた制御手段は、その指令の通りに可動バーナ８，９の回動を行なう。
なお、上側可動バーナ８と下側可動バーナ９とでは、互いに独立して上記制御が行われるが、上側可動バーナ８と下側可動バーナ９とにおける制御は同一の方法により行なわれる。
そして、加熱帯３において幅方向において均一な温度分布となるように加熱されたストリップＳは、搬送ロール６により均熱帯４へと搬送されていく。
このような直火型加熱炉１によれば、可動バーナ８，９の火炎長を変化させずに、ストリップＳを幅方向において均一な温度分布となるように加熱することができ、ストリップＳの幅方向において温度差が生じることに基づく品質不良の発生を防止することが可能となる。

次に、本発明の第二実施形態に係る直火型加熱炉を図面を参照して説明する。
図５は本発明の第二実施形態に係る直火型加熱炉の加熱帯の概略を示す正面図である。図６は本発明の第二実施形態に係る直火型加熱炉の加熱帯の概略を示す平面図である。
直火型加熱炉２１の基本的構成は、直火型加熱炉１と同様であるため、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
直火型加熱炉２１の加熱帯３は、図５及び図６に示すように、直火型加熱炉１の加熱帯３において、板幅測定手段５及び板厚測定手段７の代わりに、温度測定手段１１を備えている。

温度測定手段１１は、加熱帯３の出側において設置されており、ストリップＳの幅方向温度分布をストリップＳの流れ方向において連続的に測定している。そして、温度測定装置１１は、ストリップＳの幅方向の温度分布を測定するべく、本実施形態においては、ストリップＳの幅方向両端部及び中間部の３ヶ所において設置される。なお、本実施形態においては、温度測定装置１１は、ストリップＳの幅方向両端部及び中間部の３ヶ所において設置しているが、ストリップＳの幅方向における温度測定装置１１の設置数は、適宜増減することが可能である。また、本実施形態においては、各温度測定装置１１として放射温度計が用いられている。そして、温度測定手段１１により測定されたストリップＳの幅方向両端部及び中間部の各温度データは、計算機１２へと出力される。

計算機１２は、温度測定手段１１から入力されたストリップＳの幅方向両端部及び中間部の各温度データに基づき、ストリップＳの幅方向における温度分布を算出する。そして、計算機１２は、算出された温度分布に基づき、ストリップＳの幅方向における温度分布が均一となるように、火炎Ｆの噴出方向軸線Ｌと側壁１０との角度αを算出し、かかる角度αを達成するように可動バーナ８，９を回動させる回動指令を制御手段１３に対して出力する。
制御手段１３は、計算機１２から入力された回動指令に基づき、計算機１２が算出した火炎Ｆの噴出方向軸線Ｌと側壁１０との角度αを達成するように、可動バーナ８，９を回動させる。

次に、本実施形態に係る直火型加熱炉２１によりストリップＳの温度制御を行なう場合の作用について説明する。
加熱帯３内に搬送されたストリップＳは、上側可動バーナ８及び下側可動バーナ９から噴出される火炎Ｆにより加熱帯３内を搬送される伴い急速に加熱されていく。
この場合において、ストリップＳの幅方向における温度は温度測定装置１１により常時測定されており、かかる温度データは計算機１２に送られて、計算機１２においてはストリップＳの幅方向における温度分布を常時算出する。そして、計算機１２は、ストリップＳｎｏ幅方向温度分布に基づき、火炎Ｆの噴出方向軸線Ｌと側壁１０との角度αを常時算出し、かかる角度αを達成するように可動バーナ８，９を回動させる回動指令を制御手段１３に対して出力する。

そして、かかる回動指令を受けた制御手段は、その指令の通りに可動バーナ８，９の回動を行なう。
なお、上側可動バーナ８と下側可動バーナ９とでは、互いに独立して上記制御が行われるが、上側可動バーナ８と下側可動バーナ９とにおける制御は同一の方法により行なわれる。
そして、加熱帯３において幅方向において均一な温度分布となるように加熱されたストリップＳは、搬送ロール６により均熱帯４へと搬送されていく。
このような直火型加熱炉１によれば、可動バーナ８，９の火炎長を変化させずに、ストリップＳを幅方向において均一な温度分布となるように加熱することができ、ストリップＳの幅方向において温度差が生じることに基づく品質不良の発生を防止することが可能となる。

以上、本発明の第一及び第二実施形態について説明したが、本発明の第一及び第二実施形態においては、種々の変更を行なうことが可能である。
例えば、第一及び第二実施形態においては、上側可動バーナ８及び下側可動バーナ９は加熱帯３においてのみ適用されているが、予熱帯２、加熱帯３及び均熱帯４のうち１つ以上において適用することも可能である。
また、本発明の第一実施形態係る直火型加熱炉１の加熱帯３において、第二実施形態に係る直火型加熱炉２１の加熱帯３に備えられている温度測定装置１１を備えることで、第一実施形態に係る制御と第二実施形態に係る制御とを同時に行なう構成としても構わない。

次に、本発明例に係る直火型加熱炉１又は直火型加熱炉２１によりストリップＳを加熱した場合と、火炎Ｆの噴出方向軸線Ｌを一定方向に固定して設置されたバーナを備えた比較例に係る加熱炉（以下、固定式加熱炉という）によりストリップＳを加熱した場合とを比較してその効果を説明する。
図７（ａ）は、本発明例に係る直火型加熱炉１又は直火型加熱炉２１によりストリップＳを加熱した場合のストリップＳの幅方向温度分布を示す図である。図７（ｂ）は、比較例に係る固定式加熱炉によりストリップＳを加熱した場合のストリップＳの幅方向温度分布を示す図である。

図７に示すように、固定式加熱炉によりストリップＳを加熱した場合、ストリップＳの幅方向中央部と両端部とで約２０℃から３０℃の温度差が生じるのに対し、直火型加熱炉１又は直火型加熱炉２１によりストリップＳを加熱した場合、ストリップＳの幅方向中央部と両端部との温度差は１０℃以下に抑えることが可能となる。

本発明に係る直火型加熱炉の概略構成図である。 本発明の第一実施形態に係る直火型加熱炉の加熱帯の概略を示す正面図である。 本発明の第一実施形態に係る直火型加熱炉の加熱帯の概略を示す平面図である。 本発明の第一実施形態に係る板幅測定手段及び板厚測定手段の概略を示す正面図である。 本発明の第二実施形態に係る直火型加熱炉の加熱帯の概略を示す正面図である。 本発明の第二実施形態に係る直火型加熱炉の加熱帯の概略を示す平面図である。 本発明例に係る直火型加熱炉によりストリップＳを加熱した場合のストリップＳの幅方向温度分布と比較例に係る直火式加熱炉によりストリップＳを加熱した場合のストリップＳの幅方向温度分布とを示す図である。 特許文献１に係る直火式サイドバーナ加熱炉の概略構成図である。

符号の説明

１ 直火型加熱炉
２ 予熱帯
３ 加熱帯
４ 均熱帯
５ 板幅測定手段
Ｓ ストリップ
６ 搬送ロール
７ 板厚測定手段
７ａ 照射部
７ｂ 検出部
８ 上側可動バーナ
９ 下側可動バーナ
Ｌ 噴出方向軸線
１０ 側壁
１１ 温度測定装置
１２ 計算機
１３ 制御手段
２１ 直火型加熱炉
Ｆ 火炎
３０ 直火式サイドバーナ加熱炉
３１ バーナ
３２ 流量計
３３ 内流ガス弁
３４ 外流ガス弁
３５ 演算器
３６ 被加熱材
４０ 連続焼鈍炉
４１ 入口
４２ 無酸化炉
４３ 還元炉
４４ 冷却帯
４５ 加熱用バーナ
４６ 冷却装置
４７ 板温計
４８ 冷却制御装置
４９ 開閉バルブ

Claims (4)

1. 炉内を走行するストリップを、前記炉内の側壁に備えられたバーナにより連続的に加熱する直火型加熱炉において、
   前記バーナは、噴出される火炎の噴出方向軸線が前記ストリップの略平行面上に位置し、前記噴出方向軸線と前記側壁との角度が変更可能となるように備えられていることを特徴とする直火型加熱炉。
2. 前記バーナは、前記噴出方向軸線と前記側壁との角度が４０度から８０度の範囲内で変更可能となるように備えられていることを特徴とする請求項１記載の直火型加熱炉。
3. 前記角度は、前記ストリップの加熱負荷に応じて設定されることを特徴とする請求項１又は２記載の直火型加熱炉。
4. 前記角度は、加熱帯出側における前記ストリップの幅方向温度分布に基づいて設定されることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の直火型加熱炉。

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