JP6287132B2 - 回転炉床式加熱炉 - Google Patents

Description

本発明は、周方向に回転する炉床を備え、該炉床上に鋼片を載置して加熱する回転炉床式加熱炉に関する。特に、本発明は、炉温の制御に支障を来すことなく、炉内から抽出する際の鋼片の偏熱を効果的に抑制することが可能な回転炉床式加熱炉に関する。

マンネスマン−マンドレルミル方式による継目無管の製造においては、まず素材の丸ビレットを加熱炉で加熱した後、穿孔機でプラグと圧延ロールによりビレットを穿孔圧延して中空素管を製造する。次に、前記中空素管の内面にマンドレルバーを串状に挿入し、複数の圧延スタンドを備えるマンドレルミルで外面を圧延ロールで拘束して延伸圧延することにより、所定の肉厚まで減肉する。その後、マンドレルバーを抽出した後、前記減肉された素管を複数の圧延スタンドを備えるストレッチレデューサ等の定径圧延機で所定外径に成形圧延して継目無管を製造する。

上記のような製造工程で製造される継目無管の肉厚精度に関し、加熱炉で加熱した丸ビレットを穿孔機で穿孔圧延するときに発生する偏芯偏肉（１次偏肉）が大きな問題となる。偏芯偏肉は、図１に示すように、継目無管Ｐの周方向について約１８０°ピッチで厚肉部と薄肉部とが発生する偏肉である。この偏芯偏肉の発生原因の一つとして、加熱炉から抽出する際の丸ビレットの偏熱が挙げられる。すなわち、偏熱の生じている丸ビレットを穿孔機で穿孔圧延すると、丸ビレットの中心軸とプラグの中心軸とが一致した状態で穿孔圧延を開始したとしても、丸ビレットの断面における変形抵抗の小さい高温側の部位にプラグの位置がずれるため、偏芯偏肉が発生する。

図２に示すように、丸ビレットなどの鋼片の加熱は、通常、回転炉床式加熱炉１００Ａを用いて実施されている。回転炉床式加熱炉１００Ａは、周方向に回転する環状の炉床１Ａを備え、炉床１Ａ上に鋼片Ｂを放射状に載置して加熱するものである。図３に示すように、従来の回転炉床式加熱炉の炉床１Ａは、一般的に、耐火物（耐火煉瓦１１と、耐火煉瓦１１上に設けられた耐熱キャスタブル１２）を具備する。回転炉床式加熱炉１００Ａの内部は、鋼片Ｂの装入口２から抽出口３まで、炉床１Ａの周方向に沿って複数の領域（例えば、予熱帯、第１ゾーン〜第７ゾーン）に分割されており、各領域毎に、軸流バーナー、天井バーナー、サイドバーナー等のバーナー（図示せず）が設置されている。鋼片Ｂは、装入口２から炉内に装入されて炉床１Ａ上に（炉床１Ａが具備する耐火物上に（耐熱キャスタブル１２上に））直接載置され、炉床１Ａの回転に伴って各領域を通過しながら加熱され、抽出口３から抽出される。

回転炉床式加熱炉１００Ａの内部に設置されたバーナーは、何れも炉内の上部に設置されているため、鋼片Ｂの上面は高温になる。一方、炉床面（炉床１Ａの最上面）、すなわち耐火物（耐熱キャスタブル１２）の上面に接触乃至近接している鋼片Ｂの下面は、鋼片Ｂの上面側に比べて低温となる。このため、鋼片Ｂの上面側に比べて下面側が低温になる偏熱が発生するという問題がある。

従来、回転炉床式加熱炉での鋼片の偏熱を抑制する技術として、特許文献１や特許文献２に記載の技術が提案されている。
特許文献１には、継目無鋼管を製造するための回転炉床式加熱炉の炉床において、該炉床上にビレットを持ち上げ、該ビレット下面側に空間を保持し、スキッド接触部による温低部の面積を小さくし、かつ該ビレットの偏熱を低減し、加熱時間を短縮し、製品の偏肉を低減することを特徴とする継目無鋼管製造ラインでの回転炉床設備が提案されている（特許文献１の請求項１）。
特許文献２には、回転炉床式加熱炉で鋼片を加熱するに際して、上記鋼片を炉床面に対して傾斜させて載置することを特徴とする回転炉床式加熱炉での鋼片の載置方法が提案されている（特許文献２の請求項１）。
特許文献１、２に開示された技術は、双方共に、鋼片の下面と炉床面との間に空間を形成することで鋼片の偏熱を抑制しようとするものである。すなわち、鋼片の下面と炉床面との間に形成された空間に高温の雰囲気を回り込ませることで鋼片の下面側を加熱し、鋼片の偏熱を抑制しようとするものである。高温の雰囲気を十分に回り込ませるには、鋼片の下面と炉床面との間に形成する空間を所定以上の大きさにする必要がある。すなわち、鋼片を炉床面から所定の高さ以上に持ち上げる必要がある。回転炉床式加熱炉では、炉床の周方向に沿った複数の領域毎に異なる炉温に制御しているため、鋼片の高さが高くなると、各領域間の敷居（バッフル）を炉床面から高い位置に設定する必要があり、炉温の制御性能や、燃料原単位に悪影響を及ぼすことになる。また、鋼片の下面と炉床面との間に形成された空間に高温の雰囲気を回り込ませることで鋼片の下面側を加熱しても、十分に偏熱を抑制できないという問題もある。

特開２００５−１６３１６７号公報 特開平７−２６８４４６号公報

本発明は、上記のような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、炉温の制御に支障を来すことなく、炉内から抽出する際の鋼片の偏熱を効果的に抑制することが可能な回転炉床式加熱炉を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、鋼片を載置する炉床面乃至炉床面近傍を熱伝導率の大きな材料で形成すれば、鋼片と炉床面との間に高温の雰囲気を十分に回り込ませることを目的として鋼片を炉床面から十分に持ち上げなくても、鋼片の偏熱を効果的に抑制できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、周方向に回転する炉床を備え、該炉床上に鋼片を載置して加熱する回転炉床式加熱炉であって、前記炉床は、耐火物と、該耐火物上に設けられた金属材とを具備し、前記鋼片が前記炉床の炉床面と接触しないように、前記炉床の前記炉床面から上方に前記鋼片を持ち上げて支持するためのスキッドを更に備えることを特徴とする回転炉床式加熱炉を提供する。

本発明に係る回転炉床式加熱炉は、耐火物（耐熱キャスタブル等）上に金属材が設けられている。このため、炉床面が金属材で形成されるか、或いは、金属材上に例えば酸化防止用の耐火物を付着させる場合には炉床面近傍が金属材で形成されることになる。すなわち、鋼片を載置する炉床面乃至炉床面近傍が熱伝導率の大きな材料で形成されるため、鋼片の偏熱を抑制することが可能である。また、鋼片を炉床面から所定の高さ以上に持ち上げて鋼片の下面と炉床面との間に高温の雰囲気を十分に回り込ませる必要がないため、炉温の制御に支障を来すおそれもない。

また、本発明に係る回転炉床式加熱炉は、前記鋼片が前記炉床の炉床面と接触しないように、前記炉床の炉床面から上方に鋼片を持ち上げて支持するためのスキッドを備える。

本発明によれば、スキッド上に鋼片を載置することで、鋼片の下面と炉床面とが直接接触しなくなる。このため、本発明のように、炉床面乃至炉床面近傍が金属材で形成されていても、鋼片の下面と炉床面とが直接接触しないため、両者の間で焼き付きが生じるおそれを回避可能である。なお、本発明におけるスキッドは、鋼片の下面と炉床面との間における焼き付き防止を目的としており、鋼片の下面と炉床面との間に高温の雰囲気を十分に回り込ませることを目的としたものではない。従い、炉床面から上方へのスキッドの突出量を大きくする必要がないため、炉温の制御に支障を来すおそれはない。

本発明に係る回転炉床式加熱炉によれば、炉温の制御に支障を来すことなく、炉内から抽出する際の鋼片の偏熱を抑制することが可能である。このため、本発明に係る回転炉床式加熱炉で加熱された鋼片を用いることにより、偏芯偏肉の小さな高肉厚精度の継目無管を製造することが可能である。

図１は、継目無管に生じる偏芯偏肉（１次偏肉）を説明する断面図である。 図２は、回転炉床式加熱炉の概略構成を一部断面で模式的に示す斜視図である。 図３は、従来の回転炉床式加熱炉が備える炉床の概略構成を模式的に示す断面図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る回転炉床式加熱炉が備える炉床の概略構成を模式的に示す断面図である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る回転炉床式加熱炉は、図２を参照して前述した従来の回転炉床式加熱炉１００Ａと同様に、周方向に回転する炉床を備え、炉床上に鋼片を載置して加熱するものであるが、炉床の構成が従来と異なる。以下、主として従来と異なる炉床の構成について説明し、従来と同様の構成については図２及び図２で用いた参照符号を転用し、詳細な説明は省略する。

図４は、本発明の一実施形態に係る回転炉床式加熱炉が備える炉床の概略構成を模式的に示す断面図である。
本実施形態に係る回転炉床式加熱炉１００が備える炉床１は、耐火煉瓦１１と、耐火煉瓦１１上に設けられた耐熱キャスタブル１２とから構成された耐火物と、該耐火物上（耐熱キャスタブル１２上）に設けられた金属材１３とを具備する。金属材１３は、例えば、鋼材とされる。なお、酸化防止のため、金属材１３の最上面には、耐熱合金を積層したり、耐火物を付着させることが好ましい。
以下、本実施形態の炉床１を上記の構成とした理由について説明する。

本発明者らは、従来の回転炉床式加熱炉１００Ａ内での鋼片Ｂの温度を伝熱計算した結果、炉内から抽出する際に、鋼片Ｂの上面側で高温となり、下面側で低温となる（下面側の鋼片温度が炉内の雰囲気温度まで上昇しない）周方向の偏熱が発生していることを確認した。下面側の鋼片温度が炉内の雰囲気温度まで上昇しない原因は、炉床温度（炉床の上面温度）が雰囲気温度よりも低温だからである。より具体的に説明すれば、炉床温度は、鋼片Ｂを装入口２から炉内に装入した直後は、装入された室温の鋼片Ｂの影響で温度低下する。そして、回転に伴って加熱されて抽出口３に至るものの、鋼片Ｂを抽出する際の炉床温度が雰囲気温度まで上昇しないことが、鋼片Ｂの下面側で低温となる原因である。このため、本発明者らは、炉床温度、特に、鋼片直下の炉床温度を高温にすることが偏熱を抑制する上で有効であると考えた。鋼片Ｂの偏熱には、鋼片直下の炉床温度の影響が極めて大きいが、鋼片直下の炉床上面は、鋼片Ｂの陰になるために昇温が遅い。一方、隣接する鋼片間の炉床上面は、鋼片Ｂの陰になる比率が少ないため、バーナー又は高温雰囲気によって加熱され、高温になっている。そこで、炉床面乃至炉床面近傍を耐火物（耐熱キャスタブル１２）よりも熱伝導率の大きな材料、具体的には金属材１３で形成すれば、隣接する鋼片間の炉床上面から鋼片直下の炉床上面への熱伝導が大きくなって、鋼片直下の炉床温度を高温にすること、ひいては鋼片Ｂの偏熱を抑制可能であると考えた。そして、伝熱計算の結果、本発明者らの上記考えが成り立つことを確認し、本実施形態の炉床１を上記の構成としたのである。

以上に説明した構成を有する炉床１を備えた本実施形態に係る回転炉床式加熱炉１００によれば、鋼片Ｂを載置する炉床面乃至炉床面近傍が熱伝導率の大きな金属材１３で形成されるため、鋼片Ｂの偏熱を抑制することが可能である。また、鋼片Ｂを炉床面から所定の高さ以上に持ち上げて鋼片Ｂの下面と炉床面との間に高温の雰囲気を十分に回り込ませる必要がないため、炉温の制御に支障を来すおそれもない。

なお、好ましい構成として、本実施形態に係る回転炉床式加熱炉１００は、炉床１の炉床面から上方に鋼片Ｂを持ち上げて支持するためのスキッド４を備える。

斯かる好ましい構成によれば、スキッド４上に鋼片Ｂを載置することで、鋼片Ｂの下面と炉床面とが直接接触しなくなる。このため、本実施形態のように、炉床面乃至炉床面近傍が金属材１３で形成されていても、鋼片Ｂの下面と炉床面とが直接接触しないため、両者の間で焼き付きが生じるおそれを回避可能である。なお、上記の好ましい構成におけるスキッド４は、鋼片Ｂの下面と炉床面との間における焼き付き防止を目的としており、鋼片Ｂの下面と炉床面との間に高温の雰囲気を十分に回り込ませることを目的としたものではない。従い、炉床面から上方へのスキッド４の突出量を大きくする必要がないため、炉温の制御に支障を来すおそれはない。

以下、本実施形態に係る回転炉床式加熱炉１００（図２、図４）及び従来の回転炉床式加熱炉１００Ａ（図２、図３）を用いて、以下の条件で、鋼片Ｂの偏熱を評価（伝熱計算）した。
（１）鋼片：丸ビレット（外径：１９１ｍｍ）
（２）在炉時間：下記表１参照
（３）炉温：下記表１参照
（４）耐熱キャスタブル：日本特殊炉材製 高耐熱・軽量キャスタブル「フレキサイトＴＭ−８０ＢＡＮＥＦ」（Ａｌ_２Ｏ_３：８２％、ＳｉＯ_２：１３％、熱伝導率は下記表２参照）
（５）金属材：普通鋼（表層部は、クボタ製Ｃｒ基合金「ＫＣＮ０１」）、厚み２５ｍｍ
（６）スキッド：コバレントマテリアル製 ＣＯＲＡＮＤＥＸ−Ｒ２（Ａｌ_２Ｏ_３：９１％、ＳｉＯ_２：８％）

下記表３に、上記の条件で鋼片Ｂの偏熱を評価した結果を示す。
表３に示すように、従来の回転炉床式加熱炉１００Ａを用いた場合（表３に示す「従来」）に比べ、本実施形態に係る回転炉床式加熱炉１００を用いた場合（表３に示す「本発明」）には、鋼片Ｂの偏熱（鋼片Ｂの最大温度−最小温度）を抑制可能であることがわかった。

１・・・炉床
２・・・装入口
３・・・抽出口
４・・・スキッド
１１・・・耐火煉瓦
１２・・・耐熱キャスタブル
１３・・・金属材
１００・・回転炉床式加熱炉
Ｂ・・・鋼片

Claims (1)

1. 周方向に回転する炉床を備え、該炉床上に鋼片を載置して加熱する回転炉床式加熱炉であって、
   前記炉床は、耐火物と、該耐火物上に設けられた金属材とを具備し、
   前記鋼片が前記炉床の炉床面と接触しないように、前記炉床の前記炉床面から上方に前記鋼片を持ち上げて支持するためのスキッドを更に備えることを特徴とする回転炉床式加熱炉。