JP5509965B2 - 鋳片の加熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、温度分布を有する連続鋳造直後の鋳片の加熱方法に関する。

従来、例えば、連続鋳造後の鋳片（鋼片の一例）を熱間圧延して目標とする厚み寸法と幅寸法に調整するため、加熱炉等により事前に鋳片の加熱を行っている。
この加熱方法としては、例えば、特許文献１に、加熱炉内を通過中の鋳片温度を推定すると共に、その推定値、抽出時の目標温度、加熱時間から鋳片の目標昇温パターンを決定し、この鋳片が目標昇温パターンに沿うよう、加熱炉の加熱帯及び均熱帯の雰囲気温度を設定する方法が開示されている。具体的には、分布定数系温度モデルを用いて現在の鋳片温度を推定し、このモデルで燃料原単位が最適な昇温パターンや設定炉温を求めており、この鋳片温度の推定を、鋳片の一断面（又は、スキッド断面を含む二断面）で行っている。

特開平９−２０９０４４号公報

しかしながら、連続鋳造では、例えば、製造する鋳片の長さや鋳造条件の変動により、主として、鋳片の長手方向（鋳造方向）にわたって温度分布が発生している。このため、前記した鋳片の加熱方法のように、鋳片温度を、その一断面（又は二断面）でのみ推定する場合には、鋳片の長手方向の温度分布が反映されることなく、加熱炉で鋳片全体が同じ条件で加熱されるため、過剰に昇温される部分が発生する。
従って、上記した方法では、加熱に要するエネルギーコストの無駄が生じて不経済であった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、鋳片の有する温度分布を求め、不要な加熱を抑制し、経済的な昇温を可能とする鋳片の加熱方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するためになされた本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）連続鋳造される鋳片の長手方向にわたって、長手方向両側の端面及び予め設定した間隔ごとの複数の鋳片断面の各部位で凝固計算を行い、該鋳片の長手方向、幅方向、及び厚み方向の温度を推定し、
前記鋳片を加熱炉に装入する直前に、該鋳片の上面の特定位置における実温度を測定し、この測定温度を基準として、前記鋳片の長手方向、幅方向、及び厚み方向の温度分布を補正し、
前記鋳片を前記加熱炉に装入して、前記加熱炉の天井部及び床部の縦方向及び横方向に間隔を有して設置された複数の温度計で、該温度計が設置された領域ごとに前記加熱炉内の雰囲気温度を測定し、該雰囲気温度による前記鋳片への入熱量から、前記補正した温度分布を基準として差分計算により、前記鋳片の長手方向、幅方向、及び厚み方向の温度分布を三次元で推定し、
前記推定される温度分布に基づいて、前記加熱炉のバーナーの出力制御を行い、他の箇所より温度の高い高温領域の加熱を抑制しながら前記鋳片を加熱することを特徴とする鋳片の加熱方法。

（２）前記鋳片の上面の特定位置は、前記鋳片の前記長手方向両側の端面及び前記複数の鋳片断面の上端位置かつ幅方向中央位置であることを特徴とする（１）記載の鋳片の加熱方法。

本発明に係る鋳片の加熱方法は、鋳片の温度分布を求めることにより、他の箇所より温度の高い高温領域の位置を検出するので、高温領域の加熱を抑制しながら鋳片を加熱して、鋳片の加熱に要する総熱エネルギーの低減（省エネルギー化）が図れ、鋳片を経済的に昇温できる。

また、鋳片の温度分布を、鋳片の長手方向にわたって求めるので、最も温度差が発生し易い方向について温度分布を得ることができるため、更なる総熱エネルギーの低減が図れる。

そして、連続鋳造により製造した鋳片であるので、本発明の効果を更に顕著にできる。連続鋳造で製造する鋳片は、その長さが長く、先に連続鋳造がなされた部分と、連続鋳造直後の部分とで、温度差が発生する場合や、鋳造条件の変動により部分的に温度低下や温度上昇が発生する場合が多い。このため、鋳片の温度分布を求めることで、更なる総熱エネルギーの低減が図れる。

本発明の一実施の形態に係る鋳片の加熱方法の説明図である。 加熱炉の炉内状況を示す説明図である。 （Ａ）は従来例に係る鋳片の温度部分を示す説明図であり、（Ｂ）は実施例に係る鋳片の温度分布を示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る鋳片の加熱方法は、鋳造方向（一定方向）に温度分布を有する鋳片（鋼片の一例）１０の温度分布を求め、鋳造方向下流側の箇所（他の箇所の一例）１１より温度の高い鋳造方向上流側の高温領域１２の位置を検出し、高温領域１２の加熱を抑制しながら鋳片１０を加熱する方法である。以下、詳しく説明する。

まず、鋳片１０を、連続鋳造機（図示しない）により製造する。
この鋳片１０は、断面長方形であり、例えば、厚みが１００〜４００ｍｍ程度、幅が６５０〜３０００ｍｍ程度、長さが３〜３０ｍ程度、である。
連続鋳造においては、図１に示すように、鋳片１０の長手方向（鋳造方向）にわたって、長手方向両側の端面１３、１４、及び予め設定した間隔（例えば、０．５〜２ｍピッチ）ごとの複数（ここでは、７箇所）の鋳片断面１５の各部位で、従来公知の凝固計算（例えば、特開２０００−２７１７１２号公報に記載の方法）を行う。
これにより、鋳片１０の長手方向のみならず、幅方向及び厚み方向についても、鋳片１０の温度を推定できる。

連続鋳造で製造された鋳片１０は、図２に示すように、ウォーキングビーム式の加熱炉１６に装入して、目標温度まで昇温した後、目標とする厚み寸法と幅寸法に調整するため、竪型圧延機と水平圧延機が組み込まれた圧延機（例えば、特開昭６４−４０１０１号公報に記載の圧延機）にかける。なお、鋳片１０を加熱炉１６に装入する直前に、放射温度計（温度測定手段の一例）を用いて、鋳片１０の上面の特定位置Ｐ１〜Ｐ９における実温度を測定する。この特定位置Ｐ１〜Ｐ９は、鋳片１０の端面１３、１４、及び各鋳片断面１５の上端位置で、かつ幅方向中央位置である。
この測定温度を基準として、図１に示す各端面１３、１４、及び各鋳片断面１５の温度分布を補正するので、鋳片１０の温度分布を高精度に推定できる。

上記した方法で、温度分布の補正が行われた鋳片１０を加熱炉１６に装入する。
この鋳片１０は、加熱炉１６に設置された複数のバーナー（図示しない）の熱で加熱されながら、鋳片１０の幅方向（長手方向の直交方向）を搬送方向にあわせて、加熱炉１６内を搬送される。なお、加熱炉１６の天井部及び床部の縦方向及び横方向には、間隔を有して複数の温度計が設置され、各温度計が設置された領域ごとに、加熱炉１６内の雰囲気温度を測定できる。この加熱炉１６内は、加熱帯領域と均熱帯領域とに分かれている。
一方、加熱炉１６内を搬送される鋳片１０は、各領域に進入するごとに、上記した温度計で測定された温度の雰囲気に曝されることになるので、このときの入熱量から、前記補正した温度分布を基準として従来公知の差分計算を用いることで、鋳片１０の温度を推定できる。

これにより、鋳片１０の各端面１３、１４、及び各鋳片断面１５の温度分布が得られるため、鋳片の各端面１３、１４、及び各鋳片断面１５間の温度を補間することで、図１の下図に示すように、鋳片１０の長手方向、幅方向、及び厚み方向の温度分布を、連続的に三次元で推定できる。
従って、この推定される温度分布に基づいて、各バーナーの出力制御を行うことにより、各領域の雰囲気温度をそれぞれ調整し、鋳片１０の長手方向、幅方向、及び厚み方向の温度分布を、目標とする温度分布に調整する。
ここで、加熱炉１６内に設けられたバーナーの温度制御を行った例について、図２、図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。

図２に示すように、加熱炉１６内に装入された鋳片１０の長手方向に温度分布を求めると、東側に配置された領域、即ち鋳造方向下流側の箇所１１よりも、西側に配置された領域、即ち鋳造方向上流側の高温領域（点線で囲まれた領域）１２の方が、温度が高くなっている。これは、鋳片１０の長さが長く、西側に後に鋳造された部分が配置され、東側に先に鋳造された部分が配置されていることによる。このため、図２に示す長さや幅（更には厚み）が異なる他の鋳片１７〜２４（合計８本）についても、同様の傾向が現れる。
ここで、図３（Ａ）に示すように、鋳片の長手方向の温度分布が反映されることなく鋳片全体を同じ条件で加熱すると、鋳片の西側部分の抽出温度（加熱炉１６から抽出する際の温度）は、予め設定した必要抽出温度（圧延機で圧延するために必要な鋳片の温度）を大きく上回り、加熱に要するエネルギーコストの無駄が生じる。

一方、上記した鋳片の温度分布の検出結果に基づき、西側部分の加熱を抑制しながら鋳片を加熱するために、加熱炉１６内の西側に配置されたバーナーの出力を、東側に配置されたバーナーの出力よりも低下させることで、図３（Ｂ）に示すように、鋳片の西側部分の抽出温度を、東側部分と同様にできる。これにより、鋳片の西側部分の加熱に要するエネルギーコストの無駄を無くすことができる（省エネ効果が得られる）。
上記したように、高温領域１２は、加熱炉１６内で昇温可能な温度と必要抽出温度に基づいて特定したが、これに限定されるものではなく、例えば、鋳片の平均温度や、過去の操業実績に基づく温度、更には、操業条件による予め設定した温度等に基づいて特定できる。
以上の方法により、鋳片１０全体の温度を必要抽出温度以上にできるので、この鋳片１０を、加熱炉１６の下流側に配置された圧延機に搬送し、目標とする厚み寸法と幅寸法に調整できる。

従って、鋳片１０の温度分布を求めることで、不要な加熱を抑制し、経済的な昇温が可能となる。なお、鋳片の温度分布の算出は、ＲＡＭ、ＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、及びこれらの要素を接続するバスを備えた従来公知の演算器（即ち、コンピュータ）を用いて行うが、これに限定されるものではない。
また、上記したように、連続鋳造機で鋳片を製造する場合、製造する鋳片の長さや鋳造条件の変動により、鋳片の長手方向に温度分布を生じ易いが、特に、鋳片の長さが１０ｍ以上、更には１５ｍ以上の場合には、鋳片の長手方向の温度分布の差が大きくなるので、本発明の効果が顕著になる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
まず、連続鋳造機により、厚み２８２ｍｍ、幅１８００ｍｍ、長さ２４ｍの鋳片を製造した。そして、この鋳片の端面、及び複数の鋳片断面（１．８ｍピッチ）の部位で、従来公知の凝固計算を行った。
この結果を、表１に示す。なお、表１には、鋳片の長手方向、幅方向、及び厚み方向の各部位の温度を記載している。この表１に記載した鋳片の各部位の温度は、鋳片を、厚み方向に７分割、幅方向に１２分割、長さ方向に１２０分割して計算した各点の代表温度の一例である。また、断面平均温度とは、上記した７×１２×１２０点の加重平均結果であり、この加重平均は、計算セルの体積と温度の平均により得られる。従って、表１に記載した断面平均温度は、鋳片の各部位の温度を単純に平均した値ではない（以下、表２〜表４についても同様）。

次に、この鋳片を加熱炉に装入する直前に、放射温度計を用いて、鋳片の各端面及び各鋳片断面の上端位置の温度を測定し、この測定温度を基準として、表１に示す各端面及び各鋳片断面の温度分布を補正した。この結果を、表２に示す。

そして、鋳片の各端面及び各鋳片断面間の温度を補間し、鋳片の長手方向、幅方向、及び厚み方向の温度分布を、連続的に三次元で推定した。
次に、この鋳片を加熱炉内に装入し、加熱炉内に設置された複数のバーナーの熱で加熱しながら、鋳片の幅方向を搬送方向にあわせて加熱炉内を搬送させる。
このときの鋳片の温度分布を、鋳片全体を同じ条件で加熱した場合を比較例として表３に、また加熱炉内の各領域で、鋳片の温度分布の検出結果に基づいて鋳片の加熱を行った場合を実施例として表４に、それぞれ示す。

表３に示す比較例から、鋳片の温度分布を反映することなく、鋳片全体を同じ条件で加熱すると、鋳片の西側部分の抽出温度（断面平均温度）は、必要抽出温度（ここでは、１０８０℃）を大きく上回り、加熱に要するエネルギーコストの無駄が生じた。
一方、表４の実施例に示すように、鋳片の温度分布の検出結果に基づき、西側部分の加熱を抑制しながら鋳片を加熱することで、鋳片の西側部分の抽出温度（断面平均温度）を東側部分と同程度にでき、鋳片の加熱に要するエネルギーコストの無駄を無くすことができた。
以上から、本発明の鋳片の加熱方法を使用することで、不要な加熱を抑制し、経済的な昇温ができることを確認できた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の鋳片の加熱方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。

１０：鋳片（鋼片）、１１：鋳造方向下流側の箇所（他の箇所）、１２：高温領域、１３、１４：端面、１５：鋳片断面、１６：加熱炉、１７〜２４：鋳片

Claims (2)

1. 連続鋳造される鋳片の長手方向にわたって、長手方向両側の端面及び予め設定した間隔ごとの複数の鋳片断面の各部位で凝固計算を行い、該鋳片の長手方向、幅方向、及び厚み方向の温度を推定し、
   前記鋳片を加熱炉に装入する直前に、該鋳片の上面の特定位置における実温度を測定し、この測定温度を基準として、前記鋳片の長手方向、幅方向、及び厚み方向の温度分布を補正し、
   前記鋳片を前記加熱炉に装入して、前記加熱炉の天井部及び床部の縦方向及び横方向に間隔を有して設置された複数の温度計で、該温度計が設置された領域ごとに前記加熱炉内の雰囲気温度を測定し、該雰囲気温度による前記鋳片への入熱量から、前記補正した温度分布を基準として差分計算により、前記鋳片の長手方向、幅方向、及び厚み方向の温度分布を三次元で推定し、
   前記推定される温度分布に基づいて、前記加熱炉のバーナーの出力制御を行い、他の箇所より温度の高い高温領域の加熱を抑制しながら前記鋳片を加熱することを特徴とする鋳片の加熱方法。
2. 請求項１記載の鋳片の加熱方法において、前記鋳片の上面の特定位置は、前記鋳片の前記長手方向両側の端面及び前記複数の鋳片断面の上端位置かつ幅方向中央位置であることを特徴とする鋳片の加熱方法。

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