JP5192449B2

JP5192449B2 - 鋼帯加熱装置

Info

Publication number: JP5192449B2
Application number: JP2009145298A
Authority: JP
Inventors: 雅男上出; 健一友澤; 公勇谷山; 一之林; 正範堀; 邦夫藤井
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2029-06-18
Also published as: JP2011001595A

Description

本発明は、鋼帯加熱装置に関する。

鋼帯の継ぎ目には、溶接時の熱履歴による残留応力があり、割れ等が生じやすい。そこで、鋼帯の継ぎ目を焼鈍して、残留応力を除去することが行われている。特許文献１には、鋼帯の幅方向および長さ方向に移動可能なバーナが記載されている。

従来の鋼帯加熱装置では、バーナの周囲が燃焼ガスによって高温になるため、バーナの近傍には、熱に弱い構成要素を配置することができず、スペースを有効利用できなかった。例えば、バーナの近傍に電気配線を行うと、電線の被覆が溶けて短絡や漏電の発生する危険性が高い。

特許文献２には、鋼帯を加熱するバーナの燃焼ガスを誘導して排気するフードを設けた発明が記載されているが、装置が大掛かりになり、十分にスペース効率を高められるものではない。

また、従来の鋼帯加熱装置では、バーナの火炎や燃焼ガスが鋼帯に沿って拡がるので、鋼帯の長さ方向に広い範囲が加熱され、加熱（焼鈍）が必要な範囲の外側まで加熱してしまう。近年、鋼帯の材質が多様化し、焼鈍の温度や加熱範囲を厳密に管理することが求められる場合がある。

特開平７−３２００８号公報実公平３−１４７０号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、バーナの近傍の温度上昇を防止でき、鋼帯の加熱範囲を管理できる鋼帯加熱装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による鋼帯加熱装置は、鋼帯の幅方向に延伸し、前記鋼帯を加熱するバーナと、前記バーナの前後に平行に配置され、それぞれ前記鋼帯に向かって空気を噴射してエアカーテンを形成する一対のエアノズルと、前記バーナから前記エアノズルまで延伸するベース部材とを有するものとする。

この構成によれば、バーナの燃焼ガスが、鋼帯、ベース部材およびエアカーテンで囲まれた空間を側方に流れ、装置の前後の空間に流出しない。このため、鋼帯加熱装置の前後の雰囲気温度が低く保たれるので、熱に弱い機器や部品を配置することができ、設備全体の空間効率を高められる。また、バーナの燃焼ガスがエアカーテンの間に封じ込められるので、エアカーテンの外側の鋼帯が加熱されることがなく、鋼帯の所望の範囲だけを加熱できる。

また、本発明の鋼帯加熱装置において、前記ベース部材は、前記バーナを支持する部材であってもよい。

この構成によれば、ベース部材が、燃焼ガスの下方への流出を防止する機能と、バーナを支持する機能とを果たすので、構成が簡単である。

また、本発明の鋼帯加熱装置において、前記バーナ、前記エアノズルおよび前記ベース部材は、一体に、前記鋼帯の長さ方向に移動可能であってもよい。

この構成によれば、鋼帯の長さ方向の加熱幅を調節できる。

また、本発明の鋼帯加熱装置において、前記エアノズルは、放電加工によってパイプに多数の微細な穴を形成したものであってもよい。

この構成によれば、エアノズルの口径を小さくできるので、小さい空気流量で燃焼ガスを封止するエアカーテンを形成できる。

また、本発明の鋼帯加熱装置において、前記バーナは、酸素バーナであってもよい。

この構成によれば、燃焼ガスの流量を小さくしながら、加熱量を大きくできる。

本発明によれば、鋼帯を加熱するバーナの燃焼ガスをベース部材およびエアカーテンによって鋼帯の幅方向に案内して側方に排気するので、鋼帯の加熱範囲を限定できると共に、熱に弱い構成要素を鋼帯加熱装置の近傍に配置できる。

本発明の第１実施形態の鋼帯加熱装置の側面図である。図１の鋼帯加熱装置のバーナの断面図である。本発明の第２実施形態の鋼帯加熱装置の側面図である。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の第１実施形態の鋼帯加熱装置１を示す。鋼帯加熱装置１は、鋼帯２の継ぎ目を加熱焼鈍し、溶接時の残留応力を除去して継ぎ目部分の屈曲特性を改善するためのものである。

鋼帯加熱装置１は、鋼帯２の全幅に亘って延伸し、鋼帯２を加熱する火炎を形成するバーナ３と、鋼帯２と平行に配置され、バーナ３を全長に亘って支持する板状のベース部材４と、ベース部材４の前後（鋼帯２の長さ方向両端）に、バーナ３と平行に配置され、鋼帯２に向かって空気を吹き付けてエアカーテンを形成するエアノズル５とを有する。ベース部材４は、ガイドレール６に沿って鋼帯２の長さ方向に移動可能な台車７に保持されている。台車７は、サーボモータ８によって駆動されるボールネジ９によって鋼帯２の長さ方向に例えば最大３００ｍｍ程度移動させられ得る。

例えば、鋼帯２は幅１３００ｍｍであり、床面から８００ｍｍの高さに、２本のガイドローラ１０によって支持されている。鋼帯２の下面とバーナとの隙間は、例えば約６０ｍｍである。例えば、鋼帯２とエアノズル５との隙間は１５０ｍｍであり、エアノズル５の対の間隔は４００ｍｍである。

バーナ３は、図２に示すように、銅塊からなる本体１１の内部に、燃料ガス（例えばＬＮＧ）を供給するための燃料ガス流路１２と燃焼用酸素を供給するための酸素流路１３とが鋼帯２の幅方向に延伸して形成されている。また、本体１１の上部には、例えば２〜２５ｍｍピッチでバーナ穴１４が形成され、バーナ穴１４と燃料ガス流路１２および酸素流路１３とをそれぞれ結ぶ下穴が明けられ、この下穴に内径が小さい（例えば０．５から１．０ｍｍの）燃料ガスノズルチップ１５および酸素ノズルチップ１６が装入されている。

銅塊に小径のノズル孔をキリ穴加工しようとすると、ドリルの折損等が発生しやすい。また、細いドリルが折損すると、折れたドリルの先端部をワークから取り出すことができないので、ワークを廃棄することになる。しかしながら、本実施形態のようにドリルが折損しないように、大きめの下穴を開けてから、燃料ガスノズルチップ１５および酸素ノズルチップ１６を装入して小径のノズル孔を形成することで、バーナ３の製造の失敗をなくすことができる。また、この構造は、燃料ガスノズルチップ１５および酸素ノズルチップ１６を取り外して清掃することができるので、バーナ３のメンテナンス性も向上させる。

好ましくは、異なる幅の鋼帯２に対応するために、バーナ３の燃料ガス流路１２および酸素流路１３を鋼帯２の幅方向に複数のブロックに分割し、ブロック毎に燃料ガスまたは酸素を供給できるようにしておくとよい。

エアノズル５は、例えば、１０Ａ（３／８インチ）、スケジュール４０のステンレス鋼管に、放電加工によって、ノズル孔として、口径０．５ｍｍの穴を１０ｍｍピッチで形成したものである。エアノズル５が形成するエアカーテンの効果は、噴射する空気の流速に依存する部分が大きいため、ノズル孔を小さくする程効率的になる。

鋼帯加熱装置１において、バーナ３の燃焼ガスは、鋼帯２とベース部材４に挟まれた空間であって、エアノズル５が形成するエアカーテンによって鋼帯２の長さ方向の前後が封止され、鋼帯２の幅方向の両端のみが開放した空間内を移動して、鋼帯２の幅方向両側から外部に排気される。このため、鋼帯２は、一対のエアノズル５が形成する２つのエアカーテンの間に位置する部分だけが、バーナ３の火炎および高温の燃焼ガスによって加熱される。

本実施形態において、鋼帯２の幅方向中央直下で、バーナ３から鋼帯２の長さ方向に５００ｍｍ離れた位置の、床上１００ｍｍ（Ａ点）および床上７００ｍｍ（Ｂ点）における雰囲気温度を測定した結果を表１に示す。バーナ３の燃焼条件は、ＬＮＧ流量２０ｍ^３Ｎ／ｈ、酸素流量１００ｍ^３Ｎ／ｈであり、燃焼排ガスの流量理論値は、１４０ｍ^３Ｎ／ｈである。また、大気温度は、２０℃であった。

表において、エアカーテン流速０ｍ／ｓの場合は、従来の鋼帯加熱装置と同じ条件である。エアノズル５から噴射される空気の流量は、エアカーテン流速１５０ｍ／ｓのとき、両側のエアノズル５を合わせて２５ｍ^３Ｎ／ｈ、エアカーテン流速３００ｍ／ｓのときでも５０ｍ^３Ｎ／ｈである。

このように、本実施形態におけるエアカーテンによる周囲温度の上昇防止効果は顕著であり、流速１５０ｍ／ｓの場合でも、エアカーテンがなければ２００℃になるＡ点を５０℃、エアカーテンがなければ３５０℃にも達するＢ点も７０℃に抑制することができる。この程度の温度であれば、一般的な信号用ビニル絶縁電線等を配設しても問題ない。つまり、鋼帯加熱装置１の近傍に、熱対策を施すことなく他の設備を配置して、鋼帯２の処理設備の空間効率を高められる。

大きな加熱量を必要とする場合、火炎および燃焼ガスの温度を高くするために、本実施形態のように、バーナ３を酸化ガスとして酸素を用いる酸素バーナとすることになるが、燃焼に必要な酸素の量は、空気の量の約１／５となるため、燃焼ガスの流量は空気バーナに比べて小さくなるので、エアカーテンに負担がかからず、燃焼ガスの封止がより効果的になる。尚、バーナ３を酸素バーナとする場合の理論酸素比は、０．７から１．２程度にするとよい。

また、鋼帯加熱装置１では、ボールネジ９によって、バーナ３、ベース部材４およびエアノズル５を一体に、鋼帯２の長さ方向に移動させられるので、鋼帯２の長さ方向の加熱範囲を調節できる。

また、本発明では、鋼帯２とベース部材４との間の空間の前後を、一対のエアノズル５が形成するエアカーテンによってそれぞれ封止できればよい。したがって、エアノズル５がベース部材４の両端の下方に離れて設置され、エアノズル５がベース部材４の端面に沿ってエアカーテンを形成してもよい。

続いて、図３に、本発明の第２実施形態の鋼帯加熱装置１ａを示す。尚、本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

この鋼帯加熱装置１ａでは、エアノズル５は、ベース部材４の頂面に配置され、レール上を移動可能なスライド機構１７によって、鋼帯２の長さ方向に移動可能である。このため、鋼帯加熱装置１ａは、エアノズル５によって形成するエアカーテンの間隔を可変することができ、鋼帯２がバーナ３の火炎および燃焼ガスにより加熱される範囲を調節できる。尚、スライド機構１７は、ベース部材４とエアノズル５との隙間を封止するように構成されている。

また、鋼帯加熱装置１ａでは、台車７は、モータ１８によって回転する溝カム１９により、鋼帯２の長さ方向に移動させられるようになっている。また、溝カム１９には、台車７の移動ストロークを変えるために、複数列のカム溝が形成されている。

本実施形態のように、溝カム１９を用いて台車７を移動させれば、台車７の加速および減速を一瞬に行うことも、任意の速度変化（移動パターン）を持たせることもできる。このため、本実施形態では、バーナ３の形成する火炎およびエアノズル５の形成するエアカーテンを一定の速度で移動させて、鋼帯２を長さ方向に均一に加熱することも、バーナ３の形成する火炎およびエアノズル５の形成するエアカーテンの移動を所望のパターンとして、鋼帯２の長さ方向の加熱量に所望の変化を持たせることもできる。

１，１ａ…鋼帯加熱装置
２…鋼帯
３…バーナ
４…ベース部材
５…エアノズル
６…ガイドレール
７…台車
８…モータ
９…ボールネジ
１０…ガイドローラ
１１…本体
１２…燃料ガス流路
１３…酸素流路
１４…バーナ穴
１５…燃料ガスノズルチップ
１６…酸素ノズルチップ
１７…スライド機構
１８…モータ
１９…溝カム

Claims

鋼帯の幅方向に延伸し、前記鋼帯を加熱するバーナと、
前記バーナの前後に平行に配置され、それぞれ前記鋼帯に向かって空気を噴射してエアカーテンを形成する一対のエアノズルと、
前記バーナから前記エアノズルまで延伸するベース部材とを有することを特徴とする鋼帯加熱装置。
前記ベース部材は、前記バーナを支持する部材であることを特徴とする請求項１に記載の鋼帯加熱装置。
前記バーナ、前記エアノズルおよび前記ベース部材は、一体に、前記鋼帯の長さ方向に移動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼帯加熱装置。
前記エアノズルは、放電加工によってパイプに多数の微細な穴を形成したものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の鋼帯加熱装置。
前記バーナは、酸素バーナであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の鋼帯加熱装置。