JP5736657B2 - 加熱炉の冷却方法及び冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばスラブ、ビレット等をバッチ式または連続式に加熱する加熱炉の冷却方法及び装置に関する。

スラブ、ビレット等の鋼片を熱間圧延するために加熱する加熱炉としてはバッチ式のものや連続式のものがある。
このような加熱炉では炉底部にスケールが堆積するため、これを除去する必要があるが、この作業は炉内に作業員が入って行うため、炉内を作業可能な温度（通常５０℃以下）に冷却しなければならない。
この加熱炉の冷却方法として、急激な冷却による炉内耐火物の損傷を防止するため、従来は空冷による緩慢冷却を行っていた。しかしながら、このような冷却方法では冷却完了までに長時間を要するため、冷却時間を短縮するための提案が、例えば特許文献１になされている。

特許文献１に記載の加熱炉の冷却方法は、「連続鋼片加熱炉において炉底の堆積スケールを除去するにあたり、炉操業停止後に炉内にスプレーノズルを挿入し、炉底の堆積スケールにのみ散水して短時間に強制冷却することを特徴とする連続鋼片加熱炉における炉冷却方法。」である。
この特許文献１に開示の技術は、水冷による強制冷却することで冷却時間を短縮化するというものである。
そして、特許文献１においては、炉を構成する主耐火物材（セラミックスファイバ）と目地材（不定形耐火物）との伝熱速度の違いから両者の温度降下速度が異なるので、あまり急速に炉冷却を行うと、両材の収縮差により接着強度が落ち、その結果主耐火物が欠落するという点に着目し、炉底の堆積スケールのみに散水するようにしている。

特許第３４４４１７２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたように炉底の堆積スケールにのみ散水する方法では、その冷却速度を十分に速くすることができないという問題がある。
また、炉内が高温状態（例えば１０００℃以上）のときに炉内に水分を供給すると、供給した水が蒸発し、それによって炉内のセラミックファイバに損傷を与える可能性もある。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、炉内耐火物を構成するセラミックファイバを損傷することなく、冷却時間を短縮することのできる加熱炉の冷却方法及び装置を得ることを目的としている。

炉を構成する主耐火物材であるセラミックファイバが水分に弱いのは、セラミックファイバの主成分であるシリカが水分と反応するからである。そこで、発明者は、シリカの高温下の挙動研究において、シリカが８００℃以下の温度域では水分との反応がほとんど生じないという知見に着目し、実機において炉内耐火物および雰囲気温度が８００℃以下となった時点で、炉内へ水分を投入する冷却を実施して、耐火物の損傷状況を確認した。
その結果、炉内耐火物および雰囲気温度が８００℃以下となった時点で炉内に水分を投入しても炉内耐火物には何らの損傷もないことを確認した。本発明は、かかる知見と実験を基になされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

（１）本発明に係る加熱炉の冷却方法は、耐火物材としてシリカを主成分とするセラミックファイバを用いた加熱炉の冷却方法であって、炉内の耐火物及び雰囲気温度が８００℃超の状態で行う空冷工程と、炉内の耐火物及び雰囲気温度が８００℃以下になったときに冷却水を炉内に供給して行う水冷工程を備えてなり、前記水冷工程は、冷却水を霧状にして炉内全体に噴霧すると共に炉底の堆積スケールに向けて散水することを特徴とするものである。

（２）本発明に係る加熱炉の冷却装置は、上記（１）に記載の加熱炉の冷却方法を実施するための冷却装置であって、耐火物材としてシリカを主成分とするセラミックファイバを用いた加熱炉内に向けて冷却空気を送風する送風装置と、前記加熱炉内に挿入設置可能な噴霧ノズルを有し、冷却水を霧状にして炉内全体に噴霧する噴霧装置と、前記加熱炉内に挿入設置可能な散水ノズルを有し、炉底の堆積スケールに向けて散水する散水装置と、炉内の雰囲気温度が８００℃以下であることを検知する第１温度検知器と、炉内耐火物温度が８００℃以下であることを検知する第２温度検知器とを備えてなることを特徴とするものである。

（３）上記（２）に記載のものにおいて、前記加熱炉の炉床に傾斜面を設け、前記散水ノズルを前記傾斜面の高い位置側に配置したことを特徴とするものである。

本発明においては、炉内の耐火物及び雰囲気温度が８００℃超の状態で行う空冷工程と、炉内の耐火物及び雰囲気温度が８００℃以下になったときに冷却水を炉内に供給して行う水冷工程を備えてなるので、炉内耐火物に損傷を与えることなく、冷却時間を短縮化することができる。

本発明の一実施の形態に係る冷却方法で冷却の対象となる加熱炉に水冷工程で使用する冷却装置を設置した状態の説明図である。

図１は本発明に係る加熱炉の冷却方法によって冷却の対象となる加熱炉の一例を示すものであり、サイド燃焼方式の連続鋼片加熱炉の鋼片搬送方向に直交する断面を示している。
連続鋼片加熱炉１は、図１に示すように、断面が矩形状の鉄皮３と、鉄皮３の内側に貼り付けられた炉内耐火物（セラミックファイバ）５とを備え、炉内には鋼片が搬送されるスキットビーム７が設置されている。図１に示す状態は、鋼片の加熱処理が終わった状態を示しており、炉底には、堆積スケール９が堆積している。

本実施の形態の冷却装置は、空冷工程で使用される機器として、燃焼用のバーナ（図示なし）を燃焼させることなく燃焼用空気を供給することで送風装置として使用する。
また、水冷工程で使用される機器として、加熱炉の天井に設けられた挿入口に挿入して設置された噴霧ノズル１１から冷却水を霧状にして炉内に噴霧する噴霧装置１３と、加熱炉の天井面に設けられた挿入口からら挿入されて、堆積スケール９に対して冷却水を散水するための散水ノズル１５を備えた散水装置１７と、炉内の雰囲気温度を検知する第１温度検知器１９と、炉内耐火物５の温度を検知する第２温度検知器２１とを備えている。
なお、本実施の形態では、炉内の雰囲気温度を第１温度検知器１９で検知し、炉内耐火物温度を第２温度検知器２１で検知するようにしているが、炉内雰囲気温度のみを第１温度検知器１９で検知して、炉内耐火物温度を推定するようにしてもよい。また、第１温度検知器１９や第１温度検知器２１は複数設けるのが好ましい。

噴霧ノズル１１は、炉内に冷却水を霧状にして噴霧するものであり、第１流量調整弁２３によって冷却水量を調整することで噴霧する霧濃度を調整できる。
散水ノズル１５は、炉底の堆積スケール９に向けて散水するものであり、炉底の堆積スケール９全体に散水できるように、炉長方向及び炉幅方向に複数設置されている。また、散水量を第２流量調整弁２５によって調整できるようになっている。
噴霧ノズル１１及び散水ノズル１５は、加熱炉の天井部に設けられたノズル挿入口から挿入して所定の位置に配置される。

上記のように構成された冷却装置を用いて加熱炉の冷却方法を説明する。
本実施の形態に係る加熱炉の冷却方法は、炉内の耐火物及び雰囲気温度が８００℃超の状態で行う空冷工程と、炉内の耐火物及び雰囲気温度が８００℃以下になったときに冷却水を炉内に供給して行う水冷工程を備えてなる。
以下、各工程を詳細に説明する。

＜空冷工程＞
空冷工程は、冷却工程の初期の段階で行なうものであり、まず炉に設けられた鋼片の抽出口（図示なし）の扉を開放する。そして、バーナの燃料供給弁を閉じた状態で、燃焼用空気をバーナから炉内に供給する。鋼片の抽出口を開放することで外気が炉内に流れ込み、また燃焼用空気がバーナから流入することで炉内が強制的に空冷される。
空冷工程では、第１温度検知器１９で炉内雰囲気温度が検知され、第２温度検知器２１で炉内耐火物温度が検知される。

＜水冷工程＞
水冷工程は、空冷工程の後、第１温度検知器１９によって炉内雰囲気温度が８００℃以下であると検知され、かつ第２温度検知器２１によって炉内耐火物温度が８００℃以下であると検知されたときに開始する。
水冷工程の開始に先立って、噴霧ノズル１１及び散水ノズル１５を炉内に挿入して設置する。そして、噴霧ノズル１１からは冷却水を霧状にして炉内全体に噴霧して、炉内耐火物温度及び炉内雰囲気温度を低下させる。また、散水ノズル１５から堆積スケール９に向けて散水することで、堆積スケール９の温度を低下させる。

このように、噴霧ノズル１１と散水ノズル１５による冷却水の供給により、炉内温度が急速に低下させることができる。
そして、冷却水による冷却を炉内雰囲気温度及び炉内耐火物温度が８００℃以下になってから開始しているので、炉内耐火物５を構成するセラミックファイバに損傷を与える危険もない。このため、従来例では散水が炉内耐火物５に降りかからないように配慮する必要があり、その散水量や散水角度などの制限があったが、本実施の形態では炉内耐火物５に損傷を与える危険がないので、このような制限なく効果的な散水ができる。

以上のように、本実施の形態によれば、加熱炉を炉内耐火物５に損傷を与えることなく、短時間で冷却することができる。

なお、上記の実施の形態においては、噴霧ノズル１１及び散水ノズル１５を炉天井部から挿入するようにしたが、これら噴霧ノズル１１及び／又は散水ノズル１５は炉側壁から挿入するようにしてもよい。

また、連続鋼片加熱炉１の炉床に傾斜を設け、散水ノズル１５から散水された水が傾斜に沿って炉底を移動するようにしてもよい。このようにすることで、散水した水が堆積スケール９上を移動しながら広範囲に亘って熱を奪うことから、冷却効率をさらに向上させることができる。
連続鋼片加熱炉１の炉床に傾斜を設ける態様として、例えば散水ノズル１５を連続鋼片加熱炉１の側壁近傍に設けた場合には、炉床の中央部を低くして、炉床が炉床中央部に向って傾斜するようにする。このような傾斜を炉床に設ければ、炉壁近傍に散水された冷却水が、炉中央に向って移動し、移動しながら熱を奪うことができるので、散水ノズル１５を中央部に設けなくても効果的な冷却が可能になる。
なお、炉床に設ける傾斜の方向としては、中央部を低くすることに限定されるものではない。もっとも、散水ノズル１５を設置したのと反対側、つまり散水ノズル１５が設置されていない側に炉床を傾斜させることで、散水ノズル１５によって直接散水されない部位を冷却水による冷却ができるので、好ましい。

また、上記の実施の形態の空冷工程では、燃焼用空気をバーナから炉内に供給する方式を示したが、本発明の空冷工程はこれに限られず、別途設置した強制空冷用の冷却ファンを用いて冷却するようにしてもよい。

上記の本実施の形態の効果を確認するために、強制空冷のみの場合と、冷却水を霧状にして噴霧した場合と、上記の実施の形態の冷却水の噴霧に加えて堆積スケールへの散水を行った場合の３つのケースについて冷却時間の比較を行った。冷却時間は、加熱炉の加熱処理終了後、冷却開始時から、炉内温度が５０℃になるまでの時間とした。
結果は、強制空冷のみの場合は４８時間、冷却水を霧状にして噴霧した場合は３６時間であったのに対して、本実施の形態では１２時間であり、冷却時間を大きく短縮することができ、さらに炉内耐火物の損傷もなかった。

１ 連続鋼片加熱炉
３ 鉄皮
５ 主耐火物
７ スキットビーム
９ 堆積スケール
１１ 噴霧ノズル
１３ 噴霧装置
１５ 散水ノズル
１７ 散水装置
１９ 第１温度検知器
２１ 第２温度検知器
２３ 第１流量調整弁
２５ 第２流量調整弁

Claims (3)

1. 耐火物材としてシリカを主成分とするセラミックファイバを用いた加熱炉の冷却方法であって、
   炉内の耐火物及び雰囲気温度が８００℃超の状態で行う空冷工程と、炉内の耐火物及び雰囲気温度が８００℃以下になったときに冷却水を炉内に供給して行う水冷工程を備えてなり、前記水冷工程は、冷却水を霧状にして炉内全体に噴霧すると共に炉底の堆積スケールに向けて散水することを特徴とする加熱炉の冷却方法。
2. 請求項１に記載の加熱炉の冷却方法を実施するための冷却装置であって、耐火物材としてシリカを主成分とするセラミックファイバを用いた加熱炉内に向けて冷却空気を送風する送風装置と、前記加熱炉内に挿入設置可能な噴霧ノズルを有し、冷却水を霧状にして炉内全体に噴霧する噴霧装置と、前記加熱炉内に挿入設置可能な散水ノズルを有し、炉底の堆積スケールに向けて散水する散水装置と、炉内の雰囲気温度が８００℃以下であることを検知する第１温度検知器と、炉内耐火物温度が８００℃以下であることを検知する第２温度検知器とを備えてなることを特徴とする加熱炉の冷却装置。
3. 前記加熱炉の炉床に傾斜面を設け、前記散水ノズルを前記傾斜面の高い位置側に配置したことを特徴とする請求項２記載の加熱炉の冷却装置。
   

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