JPH0146567B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は鋼帯の連続焼鈍炉、詳細には複数パス
の直火加熱炉を有する連続焼鈍炉に関する。

［従来の技術］ 連続焼鈍炉の加熱方式として、ラジアントチユ
ーブを利用した間接加熱方式と直火加熱方式とが
知られている。このうち、後者の直火加熱方式
は、間接加熱方式に較べ加熱能力に優れ、しかも
冷間圧延油をバーンアウトできるためそのクリー
ニング設備を省略できる等の利点を有している。
しかし、従来の直火加熱方式では鋼帯の酸化が著
しく、これに基因したロールピツクアツプを生じ
るという大きな問題がある。特に、直火加熱炉が
複数パスからなる場合、炉内ロールでロールピツ
クアツプを生じ、この結果、鋼帯の表面品質が著
しく損われてしまう。

このようなことから、例えば特開昭53−54106
号等において、炉内ロールを収容する隔離室を設
け、この隔離室内を保護雰囲気にするようにした
構造の直火加熱炉も提案されているが、直火加熱
炉のような高温条件下においてロール隔離室と直
火炉内とを適切にシールすることは非常に難し
く、隔離室を十分な保護雰囲気とするためには、
膨大な量の保護雰囲気ガスを供給する必要があ
り、実用的ではない。ちなみに、保護室と直火炉
内との開口部が５cm×2m（幅）の場合、両者の差
圧を約10mmH₂Oとすると、約4500Nm³／ｈという
膨大な量の保護ガスを供給しなければならない。

［問題を解決するための手弾及び実施例］ 本発明者はこのような従来の問題に鑑み検討を
重ねたものであり、この結果、火炎中に非平衡領
域、すなわち燃焼中間生成物（中間イオン、ラジ
カル等）が存在し且つ遊離酸素が存在しない領域
を形成し得る加熱バーナが鋼帯無酸化・還元加熱
に極めて有効であり、これを加熱炉に所定条件で
配置することにより、鋼帯を無酸化状態で炉内ロ
ールと接触させることができ、ロールピツクアツ
プ等のトラブルを防止と鋼帯の無酸化加熱ができ
ることを見い出した。すなわち本発明は複数パス
からなる直火加熱炉を備えた鋼帯の連続焼鈍炉に
おいて、直火加熱炉各パスの出側通板ロール直前
の加熱領域を含むパス出側領域に、燃焼中間生成
物を有し且つ遊離酸素を有しない非平衡領域を火
炎中に形成し得る複数の加熱バーナを、各バーナ
の火炎が鋼帯に対し略直角に、しかもその非平衡
領域で鋼帯面に衝突するよう配置し、残りのパス
出側領域には非還元型加熱バーナを配置したもの
である。

このように各パスの出側位置に配置された還元
型の加熱バーナにより、鋼帯は各パスの入側で酸
化された表面が還元され、無酸化状態で各パス出
側の通板ロールと接触し、しかも無酸化状態で加
熱炉から送り出される。

本発明では、火炎中に非平衡領域、すなわち燃
焼中間生成物が存在し且つ遊離酸素が存在しない
領域が形成され得る加熱バーナが用いられる。こ
のような加熱バーナでは、火炎中ほぼ燃焼が完了
しCO₂、H₂O、N₂、H₂、CO等を含む領域、すな
わち準平衡領域が酸化性であるのに対し、中間イ
オン、ラジカル等を含む上記非平衡領域は還元性
を示し、この火炎を非平衡領域で鋼帯に衝突させ
ることにより鋼帯を還元状態で加熱することがで
きる。

第２図及び第３図はそのような加熱バーナの一
例を示すもので、円筒形のバーナタイル１の内壁
６に、周方向で間隔をおいて複数の燃焼用空気吐
出孔２を設けるとともに、バーナ内方中心部に燃
料ガス吐出孔３を設け、しかも燃焼用空気吐出孔
２及び燃料ガス吐出孔３を次のような構成とした
ものである。

(イ) 空気吐出孔２の空気供給方向に前記バーナタ
イル内周に関する接線に対して60゜以下の角度
θを付する。

(ロ) 燃料ガス吐出孔３と空気吐出孔２のバーナ軸
方向距離Ｎを、燃料ガス吐出孔が空気吐出孔よ
りもバーナタイル出口側にある場合を（−）、
その逆を（＋）とした場合、−0.1D〜＋0.25D
（Ｄ：バーナ内口径）に設定する。

(ハ) 空気吐出孔２からバーナタイル出口５までの
距離Ｌを0.6D〜3Dとする。

このように構成された加熱バーナは、空気比
1.0以下で使用されることにより、火炎中に所定
の範囲で非平衡領域が形成される。すなわち、こ
のような加熱バーナでは空気吐出孔２からの燃焼
用空気の旋回流とバーナ中央から吐出される燃料
ガスとにより急速燃焼が実現され、バーナ出口外
方の所定の範囲に亘つて、燃焼中間生成物を多量
に含み且つ未反応の遊離酸素を含まない領域、す
なわち非平衡領域を形成する。第４図は、このよ
うな加熱バーナによつて形成される火炎中非平衡
領域のイオン検出プローブによる一測定例を示す
もので、プローブによる測定電流値が高いのはイ
オン強度が大きく、したがつて燃焼中間生成物が
多量に存在していることを意味している。これに
よれば、バーナ出口外方の所定の範囲に亘つて非
平衡領域が形成され、その外方はほぼ反応を完了
したCO₂、H₂O、N₂等を含む準平衡領域となつ
ている。

第５図はこのような加熱バーナの還元加熱特
性、すなわち、無酸化で加熱し得る限界温度（普
通鋼の薄板に関する限界温度）を示すものであ
り、空気比0.85〜0.95の範囲において鋼帯を約
900℃まで加熱できることが示されている。

また、本発明は以上のような加熱バーナ以外
に、例えば所謂ラジアントカツプバーナを用いる
ことができる。このバーナは急速燃焼反応を行な
わせるため、空気と燃料ガスとを予め混合した混
合気体を、バーナタイルの半球状凹部で急速燃焼
させ、バーナタイル内面を高温化して、放射伝熱
を主として加熱するもので、被加熱物温度が高温
度の領域で高い熱流速が得られる特性を有してい
る。そしてこのバーナで、空気比を1.0以下で燃
焼させることにより、火炎中に非平衡領域が形成
される。

但し、このラジアントバーナは燃焼用空気と燃
料ガスの予混合方式であるため燃焼用空気の予熱
ができないこと、及びこのように空気の予熱がで
きないため無酸化加熱は750℃程度が限度であり、
より高温域での加熱を必要とするような場合には
適用できないこと等の難点がある。この点、第３
図に示すような加熱バーナでは、予熱空気を利用
できることから、900℃程度まで無酸化加熱が可
能であり、またこのような予熱空気を利用するこ
とにより火炎温度が高められるため、ラジアント
バーナに較べ中間反応生成物による還元作用その
ものも効果的に向上させることができる。

本発明では、このような加熱バーナが直火加熱
炉各パスの出側通板ロール直前の加熱領域を含む
パス出側領域に、その火炎が鋼帯に対し略直角に
しかもその非平衡領域で鋼帯表面に衝突するよう
複数配置される。

このような還元型加熱バーナによる加熱は、直
火加熱炉各パスの全加熱領域で行うことにより鋼
帯を終始無酸化状態で加熱することが可能である
が、この種のバーナは一般に使用されている非還
元型バーナ（拡散型バーナ）に較べ熱容量が小さ
く、これをバス全加熱領域に亘つて配置する場
合、その配置間隔を密にして多数のバーナを用い
なければ必要な熱量を確保できない。

一方、鋼帯酸化に基づくロールピツクアツプ
は、直火加熱帯を構成するパスの出側通板ロール
直前で鋼帯が無酸状態であれば防止できるもので
ある。このようなことから本発明では、直火加熱
炉を構成する各パスについて、その入側加熱領域
に熱容量の大きい非還元型加熱バーナを配置する
ことにより熱量を十分確保するとともに、出側加
熱領域において、入側加熱領域で鋼帯表面に形成
された酸化膜を還元し得る還元型加熱バーナを配
置し、鋼帯を無酸化状態で次のパス、または均熱
帯に送り出すようにしたものである。

第１図はその一例を示すもので、２パスタイプ
の直火加熱炉に適用した例である。図において
は第１パス、は第２パス、８ａ〜８ｄは炉内の
通板ロール、Ｓは鋼帯である。このような構成に
おいて、各パスの出側通板ロール８ｂ及び８ｄ直
前の加熱領域には、上述した還元型の加熱バーナ
ａをライン方向で複数備えた加熱バーナ群９が配
置されている。一方、残加熱領域には従来一般に
用いられている非還元型の加熱バーナによる加熱
バーナ群１０が配置されている。

還元型の加熱バーナａは、その火炎が鋼帯Ｓに
対して略直角に、しかもその非平衡領域で鋼帯面
に衝突するよう配置されている。従来の直火加熱
炉、例えばNOF等に用いられる加熱バーナでは、
上記バーナのような非平衡領域が、他の領域と明
確に区別されるような形では形成されない。従つ
て、目視しうる火炎が鋼帯に直接接触すると、鋼
帯表面が著しく酸化される。この為に、一般的に
は、火炎が直接鋼帯に触れないように、火炎が鋼
帯幅方向と平行に形成されるように配置されてい
る。これに対し、本発明ではバーナ火炎の長手方
向中間に形成される非平衡領域により鋼帯を加熱
することを目的とし、このため火炎が鋼帯面に対
し略直角に、しかもその非平衡領域で衝突するよ
うバーナを配置するものである。

なお、第１図に示した加熱バーナ群は、ノズル
ミツクス型の短炎を形成しうるバーナを使用して
おり、その準平衡領域の部分が、鋼帯に衝突しう
るように配置をしている。

また、本実施例では、第１パスの出側及び第
２パスの入側に、通板ロール８ｂ及び８ｃを直
火炉からの直接輻射から遮蔽するための遮蔽板１
１が突設されている。

このような本発明の直火加熱炉では、鋼帯Ｓは
各パスの入側及び中間領域における加熱バーナ群
１０による加熱により一定程度酸化されるが、パ
ス出側通板ロール８ｂ及び８ｄ直前の加熱バーナ
群９による還元加熱によりその酸化膜が還元さ
れ、通板ロール８ｂ，８ｃ，８ｄを無酸化状態で
通過し、加えて加熱炉出側から続く均熱炉に無酸
化状態で送り出される。

なお、上記第２図及び第３図に示す加熱バーナ
の構成を具体的に説明する。

図において、７はバーナタイル内端壁４に突設
された燃料ガスノズルであり、本実施例ではこの
燃料ガスノズル７の周方向に間隔をおいて燃料ガ
ス吐出孔３が形成されている。

このような加熱バーナにおいて、その空気吐出
孔２に空気供給角θを持たせるのは、バーナタイ
ル内で燃焼用空気に旋回流を生じさせるためで、
この旋回流によりバーナ内側に負圧領域が形成さ
れ、この負圧によつてガスが再循環することによ
り燃焼が促進され、もつて適切な非平衡領域を形
成せしめることができる。この空気供給角θは最
大60゜、好ましくは20〜40゜とすることにより空気
流の旋回性が安定して得られる。

燃料ガス吐出孔３と空気吐出孔２のバーナ軸方
向距離Ｎは、これが（−）側にある場合、ガス温
度が高く、しかも燃焼中間生成物も広範囲に高い
分布状態にあるが、反面遊離O₂（未反応O₂）が軸
方向に長く分布する傾向にある。本発明が目的と
する非平衡領域を適切に形成せしめるには、この
遊離O₂のバーナ軸方向残存距離を最小にする必
要があり、その限界を求めると−0.1Dとなる。

Ｎが（＋）側にあれば適正な非平衡領域が形成
されるが、余り大きくなるとバーナタイル内端壁
が1400℃以上に加熱されるため好ましくなく、バ
ーナタイル内端壁のSi Ｃの保護上＋0.25Dが限界
となる。第６図は、燃料ガス吐出孔３と空気吐出
孔２のバーナ軸方向距離Ｎを−0.25Dとした場合
の、バーナ出口からのバーナ軸方向距離とバーナ
タイル内のガス温度、O₂濃度及びイオン強度と
の各関係を調べたものであり、これによれば、Ｎ
がこのような（−）側にある場合、遊離O₂の軸
方向における残存距離L₀が大きく存在すること
が示されている。

第７図は燃料ガス孔と空気吐出孔のバーナ軸方
向距離Ｎと、遊離O₂の軸方向残存距離L₀との関
係を示すもので、これによればＮが−0.1Dより
も（−）側に大きくなると、L₀が急激に大きく
なつており、このため（−）側では、−0.1Dが限
界となる。一方、第８図はＮを＋0.1Dとした場
合の、バーナ出口からのバーナ軸方向距離とO₂
濃度、イオン強度及びガス温度との各関係を調べ
たものである。

この第７図及び第８図によれば、Ｎが（＋）側
でれば、O₂濃度にも問題がなく、バーナ出口か
らの距離が0.5D以上のところに適正な非平衡領
域が形成されている。

然しながらＮを（＋）側に大きくすると、バー
ナタイル内端壁４が加熱されるために、第９図の
距離Ｎとバーナタイル内端壁４の温度Tbとの関
係グラフに示されるように、＋0.25DでTbが1400
℃以上となり、このため内端壁の材質がSiCであ
ることを考慮し、＋0.25D以下とするのが耐熱限
界上好ましい。以上のことから燃料ガス吐出孔と
空気吐出孔のバーナ中心軸距離Ｎに関しては、−
0.1D〜0.25Dの範囲とすることが好ましい。

空気吐出孔２からバーナタイル出口５までの距
離Ｌは非平衡領域の形成範囲と密接な関係を有し
ている。すなわちＬが3Dを超えると非平衡領域
がバーナタイル出口直後の部分にしか形成されず
好ましくない。一方、Ｌが0.6D未満の場合は火
炎がバーナタイル出口直後で花びら状の火炎とな
りバーナ中心軸上に適正な非平衡領域が安定して
得られない。従つて、0.6D〜3.0Dの範囲にＬを
定めることが好ましい。

薄鋼板を連続加熱する場合、バーナタイル出口
５と鋼板との距離を一定以上（通常、100mm程度
以上）とらないと、通板中に、鋼板がバーナに接
触する恐れがある。したがつて、火炎中の非平衡
領域は、バーナ出口側から所定の距離に位置する
鋼帯通板位置を含むなるべく広い範囲に形成させ
ることが好ましいことになる。第１０図は距離Ｌ
とバーナ出口から非平衡領域の末端（反バーナ側
の末端、例えば第８図中のＡ点）までの距離L_R
との関係について調べたものである。これによれ
ば、Ｌが3Dを越えると非平衡領域の形成はバー
ナタイル出口直後のみとなり、それよりも前方側
にはほとんど形成されない。Ｌが小さくなるにし
たがい非平衡領域の形成範囲は拡大するが、Ｌ
が、0.6未満の領域（Ｘ）では、火炎はバーナタ
イル出口直後で、花びら状の放射状の火炎とな
り、バーナ軸心上に適正な非平衡領域が安定して
形成されない。以上のことから、空気吐出孔２か
らバーナタイル出口５までの距離Ｌは0.6D〜
3.0Dの範囲とすることが望ましい。

なお、以上のような加熱バーナの構造におい
て、燃焼用空気吐出孔２から吐出される空気の旋
回流が強過ぎるとバーナ出側の燃焼ガスのバーナ
径方向での温度分布が不均一になり、この結果、
安定した広範囲の非平衡領域が形成されにくくな
るような場合がある。このような場合には、空気
旋回流を緩和して温度分布の均一化を図るため、
燃料ガス吐出孔３を、その噴射方向が燃料ノズル
外周に関する接線に対して非直角で、しかもこれ
による燃料ガス流が燃焼用空気吐出孔２からの空
気流と逆向きの旋回流、すなわち空気旋回流と逆
向きから衝突するような旋回流となるよう形成す
る構造、或いは、燃料ガス吐出孔３を、その噴射
方向がバーナ軸線方向またはバーナ軸線方向に対
して傾斜した方向となるようにする構造、さらに
は空気吐出孔２にバーナタイル径方向に対しバー
ナ開口方向への傾斜角（ねじれ角）を付与するよ
うな構造等を単独または、それぞれを組み合わせ
た形で採用することができる。

またバーナによる加熱面積を拡大するため、バ
ーナタイル１の少なくとも燃焼用空気吐出孔形成
部位より先端開口側の内壁に、バーナ内口径が先
端開口側に拡径するような広がり角を付した構
造、さらには空気吐出孔２の形成を容易にするた
め、筒状バーナタイルの壁体内に、バーナ周方向
に沿つた燃焼用空気の旋回流路を設け、該旋回流
路をバーナ内部と連通させる複数の燃焼用空気吐
出孔を設けた構造等も採用することができる。

［発明の効果］ 以上述べた本発明によれば、鋼帯酸化に基因し
たロールピツクアツプ、すなわち、加熱炉内ロー
ルや後続の均熱炉内ロールでのロールピツクアツ
プを防止でき、しかも鋼帯を無酸化状態で加熱炉
から送り出すことができ、優れた表面品質の鋼帯
を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明加熱炉の一実施例を示す縦断面
図である。第２図及び第３図は本発明の加熱炉に
適用すべき加熱バーナの一例を示すもので、第２
図は縦断面図、第３図は第２図中−線に沿う
断面図である。第４図は第２図及び第３図に示す
加熱バーナにおける非平衡領域形成範囲の一測定
例を示すものである。第５図は同じく加熱バーナ
の還元加熱特性を示すものである。第６図ないし
第１０図は第２図及び第３図に示す加熱バーナの
特性を示すもので、第６図は燃料ガス吐出孔と空
気吐出孔とのバーナ軸方向における距離Ｎを−
0.25Dとした場合のバーナ出口からの距離とガス
温度、O₂濃度イオン強度との関係、第７図は燃
料ガス吐出孔と空気吐出孔のバーナ軸方向におけ
る距離Ｎと遊離O₂のバーナ軸方向残存距離L₀と
の関係、第８図は距離Ｎを＋0.1Dとした場合の
バーナ出口からの距離Ｌとガス温度O₂濃度、イ
オン強度との関係、第９図は燃料ガス吐出孔と空
気吐出孔の距離Ｎとバーナタイル後壁温度Tbと
の関係、第１０図は空気吐出孔からバーナ出口ま
での距離Ｌと非平衡領域の末端までの距離L_Rと
の関係を各示すものである。 図において、８ａ〜８ｄは炉内通板ロール、９
は加熱バーナ群、ａは加熱バーナを各示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数パスからなる直火加熱炉を備えた鋼帯の
   連続焼鈍炉において、直火加熱炉各パスの出側通
   板ロール直前の加熱領域を含むパス出側領域に、
   燃焼中間生成物を有し且つ遊離酸素を有しない非
   平衡領域を火炎中に形成し得る複数の加熱バーナ
   を、各バーナの火炎が鋼帯に対し略直角に、しか
   もその非平衡領域で鋼帯面に衝突するように配置
   し、残りのパス入側領域には非還元型加熱バーナ
   を配置したことを特徴とする鋼帯の連続焼鈍炉。