JPH08176679A

JPH08176679A - 鋼帯の連続加熱方法および装置

Info

Publication number: JPH08176679A
Application number: JP32590894A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Fujii; 敏則藤井; Junji Koshiro; 純士小代
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1996-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】直火加熱炉の熱効率を損なうことなく、酸化
膜の生成を抑制してロールピックアップの発生を防止す
る。【構成】直火加熱方式による鋼帯の連続加熱方法にお
いて、加熱された鋼帯１の表面の放射率を測定し、次い
でこの測定された放射率に基づき空気比を設定し、この
設定された空気比により直火加熱炉２のバーナ４の燃焼
制御を行うことを特徴とする鋼帯の連続加熱方法。直火
加熱炉を有する鋼帯の連続加熱装置において、直火加熱
炉２により加熱された鋼帯１の表面の放射率を測定する
放射率測定器５と、測定された放射率に基づき空気比の
設定値を算出する空気比演算装置１２と、算出された空
気比の設定値に基づき直火加熱炉２のバーナ４の燃焼制
御を行う燃焼制御装置２０とを備えたことを特徴とする
鋼帯の連続加熱装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鋼帯の連続焼鈍ある
いは連続熱処理等に用いられる連続加熱方法および装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に鋼帯の連続焼鈍、連続熱処理等に
おける連続加熱には、鋼帯の進行方向に沿ってバーナ等
の加熱手段が配列された連続加熱炉が用いられる。この
ような連続加熱炉は、一般に、鋼帯温度を上昇させる加
熱帯と均一化させる均熱帯とから構成されている。この
加熱帯には、近年、伝熱効率の高い直火加熱方式が採用
されるようになって来ている。

【０００３】一般に、直火加熱方式を用いると、鋼帯表
面に酸化膜が生ずる。この酸化膜は、通常、後続の還元
雰囲気の炉内で還元される。しかし、この酸化膜が存在
すると、炉内の鋼帯搬送用のロール（炉内ロール）の表
面に異物が堆積する。その結果、鋼帯表面に押し疵等の
表面欠陥が発生する。この現象は、ロールピックアップ
と呼ばれ、鋼帯の加熱温度である７００℃付近で、鋼帯
表面に酸化膜又は鉄粉等に由来する酸化物が存在する
と、発生することが知られている。

【０００４】これを防ぐため、直火加熱においては直火
加熱帯を出るまでに、鋼帯表面の酸化膜等を還元してお
く必要がある。この酸化膜等の還元には、通常、還元ガ
スが用いられている。例えば、特開平４−９９８２２号
公報には、鋼帯の放射率を測定し、それに基づき還元帯
における還元ガスの吹きつけ量を制御する技術（以下、
従来技術）が記載されている。この技術により、還元
ガスの使用量を低減できることが述べられている。

【０００５】また、特開平３−２９３５０４号公報に
は、鋼帯表面の放射率を、２色式放射温度計により分光
放射率を測定し、その測定値を用いて直火バーナの火力
の強弱を制御する技術（以下、従来技術）が記載され
ている。ここでは、板幅方向にスキャンしながら放射率
測定を行い、バーナ制御部で不良バーナの有無を検出す
るという技術が提案されている。

【０００６】その他の技術として、特開平４−１９３９
１３号公報には、鋼帯表面の放射率（原文は、輻射率）
を測定し、その測定値から炉内における熱伝達率を割り
出すことにより、加熱手段を調整して炉温制御を行う技
術（以下、従来技術）が記載されている。このように
することにより、鋼帯表面の放射率の変化による加熱温
度の変化が防止できると述べられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術については、次の問題点がある。まず、従来技術に
ついては、鋼帯表面の放射率の変化により、還元ガスの
吹きつけ量を変化させるので、還元帯の炉内圧力が変動
する。還元帯の炉内圧力が高くなると、還元帯の前後に
設置された直火加熱炉と間接加熱炉へ還元反応後のガス
が流入する。しかし、還元反応後のガスは露点が高く
（水蒸気分圧が高く）、酸化性の水蒸気を含んでいるの
で、これが他の炉、特に間接加熱炉へ流れるのは好まし
くない。

【０００８】これとは逆に、還元帯の炉内圧力が低くな
ると、還元帯の前後の炉からガスが流入する。特に、直
火加熱炉からは燃焼後のガス（燃焼廃ガス）が流入し、
この燃焼廃ガスは多量（数１０％）の水蒸気やＣＯ₂等
の酸化性のガスを含むので、これが還元帯に流入すると
還元効果が激減する。

【０００９】また、一般に還元ガスを総て新しいガスで
供給するのは、ガスのコストが無視できず、工業的には
困難である。そこで、通常は、還元帯のガスに新しい還
元ガスを補充しながら、ブロワで吹きつけることが行わ
れている。従って、ブロワの風量が大きく変化できる必
要がある。しかしながら、ブロワの回転数を制御するに
は、インバータ等の設備を必要とし、設備コスト上好ま
しくない。

【００１０】そこで、通常のブロワは、一定速度で回転
させておき、風量はダクト内に設置されたダンパの開度
で調整することが広く行われている。しかしこれでは、
ダンパの開度を小さくした場合でも、ブロワはフル回転
することになるので、ブロワの動力はさほど節約できな
い。

【００１１】従来技術は、放射率の測定結果から不良
バーナを検出し、そのバーナを消火させて悪影響（酸化
膜の過剰な生成）を食い止めるという手法である。その
ため、局部的な過度の酸化膜生成を防止することは可能
であるとしても、鋼帯表面の酸化膜が全体的に厚くなっ
た場合はバーナを全列消火させる必要がある。このよう
に、単にバーナを消火させるのみでは、加熱効率を損な
うことになる。また、この従来技術では、直火加熱を持
続しつつ鋼帯表面の酸化膜を低減あるいは除去する方法
については、何ら触れられていない。

【００１２】従来技術は、放射率の測定結果に基づき
炉温を適切に制御する技術であるが、鋼帯表面の酸化膜
を除去あるいは低減させる方法については、やはり、触
れられていない。鋼帯表面の酸化膜は、鋼帯を取り巻く
ガスの組成と鋼帯温度により決まるのであり、炉温の調
節だけでは制御できない。従って、この従来技術では、
鋼帯表面の酸化膜が無視できない場合、オーバーヒート
は防止できてもロールピックアップを防ぐことはできな
い。

【００１３】この発明は、直火加熱炉の熱効率を損なう
ことなく、酸化膜の生成を抑制してロールピックアップ
の発生を防止する方法および装置を提供する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、直火
加熱方式による鋼帯の連続加熱方法において、加熱され
た鋼帯の表面の放射率を測定し、次いでこの測定された
放射率に基づき空気比を設定し、この設定された空気比
により直火加熱炉のバーナの燃焼制御を行うことを特徴
とする鋼帯の連続加熱方法である。

【００１５】請求項２の発明は、直火加熱炉を有する鋼
帯の連続加熱装置において、直火加熱炉により加熱され
た鋼帯の表面の放射率を測定する放射率測定器と、測定
された放射率に基づき空気比の設定値を算出する空気比
演算装置と、算出された空気比の設定値に基づき直火加
熱炉のバーナの燃焼制御を行う燃焼制御装置とを備えた
ことを特徴とする鋼帯の連続加熱装置である。

【００１６】

【作用】この発明では、まず、直火加熱炉で加熱された
鋼帯の表面の放射率を測定する。鋼帯表面の放射率は鋼
帯表面の酸化状況（酸化の程度）により決まるので、放
射率を測定することにより酸化状況の検出が可能とな
る。

【００１７】次に、この放射率の測定結果から直火加熱
炉の燃焼条件の１つである空気比を設定する。この空気
比の設定は、鋼帯表面の酸化状況を制御するために行
う。通常は、ロールピックアップが起こらず、かつ、後
続の還元炉又は雰囲気炉で鋼帯表面の還元が可能な程度
の酸化状況に制御する。

【００１８】例えば、酸化の程度が大となった場合は空
気比の設定値を低下させる。すると、直火炉内の雰囲気
の酸素ポテンシャルが低下し、鋼帯表面の酸化の程度が
小さく抑えられる。これとは逆に、酸化の程度が小とな
った場合は空気比の設定値を上昇させて、鋼帯表面の酸
化の程度を大きくさせる。

【００１９】ここで、ロールピックアップの防止が可能
な酸化の程度（放射率）については、ロール材質・寸
法、ロールと鋼帯の温度、およびロールと鋼帯の接触圧
力や相互の滑り率等に依存しており、加熱炉の形式・構
造により異なる。また、鋼帯表面の還元が可能な酸化の
程度（放射率）についても、還元炉又は雰囲気炉の長さ
（還元時間）、雰囲気ガス組成、ガスの流体力学的挙動
（鋼帯との相対速度等）、雰囲気ガスと鋼帯の温度等に
依存しており、炉の形式・構造により更に大きく異な
る。

【００２０】更に、直火加熱炉の空気比と鋼帯表面の酸
化の程度（放射率）の関係についても、バーナの形式、
配列、および鋼帯の温度、鋼帯の滞在時間等により種々
異なる。特に、バーナの形式による差異は大きく、同じ
空気比（１．０未満）でも、酸化膜の明らかに認められ
る（鋼帯表面が変色）物から殆ど酸化膜を生じない物ま
で、千差万別である。このように、制御すべき放射率の
値および空気比については、種々の連続加熱装置につい
て一律に決めることはできないので、個々の加熱炉や還
元炉又は雰囲気炉について、実際の操業結果により予め
求めておくことが望ましい。

【００２１】この発明の装置について説明する。放射率
測定器により測定された鋼帯の放射率は、空気比演算装
置に入力される。空気比演算装置では、測定された放射
率に基づき所定のロジックで空気比の設定値を算出す
る。所定のロジックとしては、目的に応じて種々のロジ
ックを組めるが、放射率が目標値より大きい場合は空気
比の設定値を下げ、逆の場合は空気比の設定値を上げる
というロジックが一般的である。

【００２２】次いで、空気比演算装置は、この空気比の
設定値を燃焼制御装置に送信する。燃焼制御装置は、こ
の空気比の設定値により直火加熱炉のバーナの空気比を
制御する。その結果、鋼帯表面における酸化膜の生成
は、この制御された空気比に対応する程度となり、酸化
膜の生成を適切な範囲に抑えることができる。

【００２３】

【実施例】図１は、この発明の装置の１実施例の模式図
である。図中、１は鋼帯、２は直火加熱炉、３は炉内ロ
ール、４はバーナ、５は放射率測定器、６は間接加熱
炉、７は板温制御装置、８は空気比制御装置、９ａは燃
焼用空気の流量制御装置、９ｆは燃料の流量制御装置、
１０ａと１０ｆは燃焼用空気と燃料の流量制御弁、１１
ａと１１ｆは燃焼用空気と燃料の流量計、１２は空気比
演算装置、２０は燃焼制御装置、３０は制御系、Ａは燃
焼用空気、Ｆは燃料をそれぞれ示す。

【００２４】この実施例では、燃料として通常のＣＯＧ
（コークス炉ガス）を用いているが、燃料は他のガスで
もよいことは言うまでもない。また、重油等の液体燃料
でも空気比が制御可能である限り使用できる。ここで、
制御系３０は、板温制御装置７とバーナ４を結ぶ信号処
理系と流量制御系を総称したもので、上記の空気比制御
装置８と燃焼用空気および燃料の流量制御装置９ａ、９
ｆを有している。

【００２５】この実施例では、鋼帯の上下（表裏）両面
について制御系３０、３０を設けているが、これは鋼帯
の表裏面で酸化状況が異なるような場合、鋼帯の表裏そ
れぞれの面について燃焼制御を行うために必要である。
しかし、鋼帯の表裏面のバーナが十分調整されている場
合等、同一の空気比で鋼帯の表裏面の酸化状況が同等と
なる場合は、制御系３０を２系統設ける必要はない。こ
の場合、片方の放射率測定器５と制御系３０を省略し、
バーナ４をもう一方の制御系３０の燃焼用空気および燃
料の配管に接続すればよい。

【００２６】放射率測定器５は、この実施例では温度・
放射率測定器を用いている。この測定器は、鋼帯表面の
温度と放射率が同時に測定できる計器で、近年使われる
ようになってきている。この温度・放射率測定器の代わ
りに、表面温度計と真温度を測定できる温度計とを用い
て、放射率を求めてもよい。ここで、真温度の測定は、
多重反射等を用いて黒体放射と同等の熱放射条件を実現
して放射温度を測定する方式の放射温度計が実用化され
ている。このようにして、鋼帯表面の放射率の影響を受
けた見掛けの表面温度と放射率の影響を受けない真温度
とをそれぞれ測定し、それらの値から理論式により放射
率を求めてもよい。

【００２７】燃焼制御装置２０は、空気比制御装置８、
燃焼用空気と燃料の流量制御装置９ａ、９ｆを備えてお
り、板温制御装置７と空気比演算装置１２により設定さ
れた燃焼量と空気比に基づき、燃焼制御を行う。ここ
で、燃焼量は燃焼による熱の発生量のことで、完全燃焼
の場合は燃料の消費量を指す。しかし、鋼帯用の直火加
熱炉は、一般にバーナの空気比を１．０未満に設定して
使用されるので、未燃焼ガスが多少（数％）残る状態で
操業される。従って、この発明においては、燃焼量は燃
焼用空気の流量により決まる。そこで、燃焼量の代わり
に燃焼用空気の流量を用いる。

【００２８】通常の板温制御における燃焼制御について
は次のようになる。まず、板温制御装置７が、測定され
た板温と板温設定値を比べて、板温を設定値にするため
に必要なバーナの燃焼量（燃焼用空気の流量）を算出す
る。燃焼制御装置２０では、流量制御装置９ａが、この
算出された燃焼用空気の流量により流量制御弁１０ａを
操作して、燃焼用空気の流量を制御する。

【００２９】これと同時に、空気比制御装置８は、燃焼
用空気の流量に対して、設定された空気比となるような
燃料の流量を算出する。燃料の流量制御装置９ｆは、こ
の算出された燃料の流量により流量制御弁１０ｆを操作
して、燃料Ｆの流量を制御する。

【００３０】次に、鋼帯１の放射率が所定の値を超えた
場合について説明する。温度・放射率測定器５で測定さ
れた鋼帯１の放射率は、空気比演算装置１２に入力され
る。空気比演算装置１２では、この実施例においては、
放射率が所定の値（上限値）を超えている場合は、空気
比の設定値を低下させるようにロジックが組まれてい
る。従って、燃焼制御装置２０には、この低下させた空
気比の設定値が送信される。

【００３１】燃焼制御装置２０では、受信した空気比の
設定値に基づき、空気比制御装置８が燃料Ｆの流量を算
出する。燃料の流量制御装置９ｆは、この算出された燃
料の流量により流量制御弁１０ｆを操作する。この場合
は、燃料の流量制御弁１０ｆの開度を拡げて燃料の流量
を増加させることにより、空気比を低下させる。このよ
うに、バーナの空気比の制御を適切に行うことにより、
鋼帯表面における過剰な酸化膜の生成を防止することが
できる。

【００３２】なお、これとは逆に、鋼帯１の放射率が上
限値に対して十分余裕がある場合は、空気比を上げる操
作を行ってもよい。この場合は、空気比演算装置１２
で、放射率が所定の値（下限値）未満の場合、空気比の
設定値を上昇させるようにロジックを組んでおけばよ
い。その結果、鋼帯の放射率を高くすることができ、直
火炉内における熱伝達の効率が向上する。

【００３３】その後は、前述の場合と同様、空気比制御
装置８が空気比の設定値に基づき燃料Ｆの流量を算出
し、燃料の流量制御装置９ｆが流量制御弁１０ｆを操作
する。この場合は、燃料の流量制御弁１０ｆの開度を絞
って燃料Ｆの流量を減少させることにより、燃焼用空気
Ａの量を相対的に増加、即ち空気比を上昇させる。その
結果、鋼帯表面の放射率が上昇し、炉内における熱伝達
の効率が向上する。

【００３４】

【発明の効果】この発明では、直火加熱された鋼帯の表
面の放射率を測定し、その結果に基づきバーナの空気比
を制御しているので、鋼帯の表面の放射率を適切に制御
できる。その結果、直火加熱炉の熱効率を損なうことな
く、酸化膜の生成を抑制してロールピックアップの発生
を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の装置の１実施例の模式図。

【符号の説明】

１鋼帯２直火加熱炉４バーナ５放射率測定器１２空気比演算装置２０燃焼制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直火加熱方式による鋼帯の連続加熱方法
において、加熱された鋼帯の表面の放射率を測定し、次
いでこの測定された放射率に基づき空気比を設定し、こ
の設定された空気比により直火加熱炉のバーナの燃焼制
御を行うことを特徴とする鋼帯の連続加熱方法。
【請求項２】直火加熱炉を有する鋼帯の連続加熱装置
において、直火加熱炉により加熱された鋼帯の表面の放
射率を測定する放射率測定器と、測定された放射率に基
づき空気比の設定値を算出する空気比演算装置と、算出
された空気比の設定値に基づき直火加熱炉のバーナの燃
焼制御を行う燃焼制御装置とを備えたことを特徴とする
鋼帯の連続加熱装置。