JPH09256071A

JPH09256071A - 連続焼鈍方法および装置

Info

Publication number: JPH09256071A
Application number: JP5972596A
Authority: JP
Inventors: Junichi Hayashi; 順一林
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1997-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】冷延鋼帯等の帯状金属材料の連続焼鈍におい
て、直火還元加熱により、酸化スケールの生成を抑制
し、燃料使用量を抑え、かつ炉体を大型化せずに還元性
雰囲気の乱れのない効率的な加熱を行う。【解決手段】加熱帯で蓄熱燃焼切替型バーナにより燃
焼させるとともに、被加熱材の表面近傍に燃料を分散供
給して低空気比で燃焼させ、前記バーナの吸引排ガスを
予熱帯で燃焼させる。【効果】加熱帯では、分散供給管から燃料を分散供給
することにより、被加熱材表面近傍を容易に空気比０．
５〜０．７の還元性雰囲気にし、スケール生成を抑制で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷延帯鋼等の帯状
金属材料を、連続通板させて焼鈍する連続焼鈍装置にお
いて、酸化スケールの生成を抑制しながら効率的に加熱
する方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷延鋼帯は連続焼鈍設備により焼鈍され
る。また、連続亜鉛メッキ設備では、冷延鋼帯の焼鈍と
亜鉛メッキが連続的に行われる。これら設備において、
巻き戻された鋼帯は、予熱帯および加熱帯に順次連続的
に通板され、所定温度に加熱されて焼鈍される。このよ
うな連続焼鈍装置において、加熱時の酸化スケール生成
を抑制し、あるいは無酸化焼鈍を行うため、燃料を理論
空気比よりも低い低空気比で燃焼して形成した還元性の
火炎を、鋼帯に直接吹き付けて加熱する直火還元加熱法
が知られている。この方法は、還元性雰囲気のラジアン
トチューブ炉内に通板する方法に比べて安価であり、加
熱帯に適用された例もある。

【０００３】その具体的条件の例として、特公昭６３−
３０９７３号公報には、未燃焼酸素を含まずかつ反応途
中の中間イオンが存在する非平衡状態にある燃焼ガスを
鋼帯に当てるために、バーナを用い空気比を１．０以下
として、鋼帯とバーナ間の距離をバーナ径の０．５〜４
倍に調整して加熱する直火還元加熱法が提案されてい
る。

【０００４】また、無酸化の予熱および加熱手段とし
て、特開平３−１５０３２０号公報には、還元ガス発生
炉で燃料を理論空気比以下で燃焼させて生成した高温の
還元性ガスを、複数の噴射ノズルを介して鋼帯に吹き付
けて加熱する方法において、噴射ノズルと鋼帯の距離を
５０〜２００mmとし、還元性ガスを温度８００〜１６０
０℃、噴射流速２０〜８０m/s とする連続加熱方法およ
び装置が提案されている。

【０００５】ところで、加熱帯に直火還元加熱法を適用
し、あるいは上記特開平３−１５０３２０号公報のよう
な高温還元性ガス吹付け法を適用すると、加熱帯の排ガ
スには未燃燃料が含まれ、しかも、鋼帯の焼鈍温度７５
０℃に加熱するためには、大量の燃料および予熱空気を
使用し、大量の排ガスが発生する。そこで、その排ガス
を予熱帯で燃焼させるため、加熱帯内のガスを予熱帯に
導く必要がある。

【０００６】その際、加熱帯内で排ガスにより火炎が乱
されて、還元性火炎と鋼帯の接触が妨げられるのを防止
するための技術として、実開平２−１４０９６４号公報
には、竪型炉の全長にわたり、鋼帯のパスラインと炉壁
間の距離を一定にするとともに、炉下部から炉上部に向
って炉幅を大きくした竪型直火加熱炉が提案されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記特公昭６３−３０
９７３号公報および特開平３−１５０３２０号公報の技
術において、低空気比で加熱帯の鋼帯温度を、焼鈍に必
要な温度、例えば７５０℃とするには、前述のように大
量の排ガスが発生する。そして、その大量の排ガスを予
熱帯で燃焼すると、予熱帯での鋼帯温度が高くなり過ぎ
る。鋼帯の酸化スケール生成を抑制するためには、予熱
帯出口での鋼帯温度を５００℃以下にする必要がある
が、この温度を超えるおそれがある。また、上記実開平
２−１４０９６４号公報の竪型直火加熱炉は、炉体が大
きくなり非効率である。

【０００８】本発明は、冷延鋼帯等の帯状金属材料を連
続通板させて焼鈍する連続焼鈍装置において、直火還元
加熱により、酸化スケールの生成を抑制し、燃料使用量
を抑え、かつ炉体を大型化せずに燃焼炎の乱れのない効
率的な加熱方法および装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明法は、帯状の被加熱材を、予熱帯および加熱帯
に連続通板させて焼鈍する連続焼鈍方法において、加熱
帯では蓄熱燃焼切替型バーナにより燃焼させるととも
に、被加熱材の表面近傍に燃料を分散供給して低空気比
で燃焼させ、予熱帯では加熱帯における前記バーナの吸
引排ガスを燃焼させることを特徴とする連続焼鈍方法で
ある。

【００１０】また、上記目的を達成するための本発明装
置は、帯状の被加熱材を、予熱帯および加熱帯に連続通
板させて焼鈍する連続焼鈍装置において、加熱帯には蓄
熱燃焼切替型バーナが配設され、加熱帯の該バーナによ
る燃焼の空気比制御系、加熱帯の被加熱材表面近傍に供
給口を有する燃料分散供給系、および加熱帯の前記バー
ナの吸引排ガスを予熱帯の燃料として導入する配管系を
有することを特徴とする連続焼鈍装置である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明法を図１および図２の例に
より説明する。図１は、図２に示すような本発明装置例
の縦断面図に、燃料、空気および排ガスの各配管の一部
と制御系を描き入れたものである。図２において、鋼帯
等帯状の被加熱材１は、矢印の方向に連続焼鈍装置に連
続通板され、予熱帯２を上昇中に予熱され、トップロー
ル室４にてトップロール５および６で方向転換され、加
熱帯３を下降中に所定温度に加熱され焼鈍される。

【００１２】図２において、予熱帯２にはサイドバーナ
が配設され、本例では、左右各８対のバーナ８が設けて
ある。加熱帯３には蓄熱燃焼切替型のサイドバーナが配
設され、本例では、左右各８対のバーナ９が設けてあ
る。また、加熱帯３には仕切壁７を設け、該仕切壁７に
分散供給管１４が設けてある。予熱帯２のバーナ８は蓄
熱燃焼切替型でなく通常のものでもよい。

【００１３】図１において、予熱帯２と加熱帯３は縦断
面図である。両者を便宜上切離して示しているが、実際
はトップロール室４を挟んで連続しており、被加熱材１
は矢印のように予熱帯２では下方から上方に、加熱帯３
では上方から下方に連続通板される。本例では、予熱帯
２、加熱帯３とも、蓄熱燃焼切替型バーナを採用し、上
下に配設された各バーナが交互に燃焼と蓄熱を行い、燃
焼炎１３を形成している。

【００１４】すなわち、予熱帯２の最初のバーナ８は、
左側（８ａ）が蓄熱、右側（８ｂ）が燃焼、つぎのバー
ナは、左側が燃焼、右側が蓄熱、加熱帯３の最終のバー
ナ９は、左側（９ａ）が燃焼、右側（９ｂ）が蓄熱、そ
の前のバーナは左側が蓄熱、右側が燃焼、というように
なっている。そして、加熱帯３には、被加熱材１の表面
近傍に燃料の供給口を有する分散供給管１４が設けてあ
る。

【００１５】本発明法は、予熱帯２および加熱帯３を順
次通過させて加熱焼鈍する連続焼鈍方法において、加熱
帯３では蓄熱燃焼切替型のバーナ９により燃焼させると
ともに、分散供給管１４により、被加熱材１の表面近傍
に燃料を分散供給して低空気比で燃焼させ、予熱帯２で
は加熱帯３におけるバーナ９の吸引排ガスを燃焼させ
る。

【００１６】図１の例では、加熱帯３のバーナ９ａに、
燃料と燃焼空気を供給して燃焼炎１３を形成している。
燃料は、流量調整弁２１および切替弁１６を経て供給
し、燃焼空気は、流量調整弁２０および切替弁１７を経
て供給し、空気比を調整して燃焼させる。

【００１７】そして、加熱帯３において、被加熱材１の
両面側に分散供給管１４を、本例では９列に設け、流量
調整弁２４を経て燃料を供給し、被加熱材１の表面近傍
で燃焼させ、該表面近傍の雰囲気を低空気比とする。図
１の加熱帯３のその他のバーナおよび分散供給管にも、
図示省略しているが、同様に燃料と空気、あるいは燃料
を供給している。

【００１８】加熱帯３の燃料過剰の排ガスは、バーナ９
ｂから切替弁１７を経て吸引ブロワー２５で吸引し、予
熱帯２に燃料として供給する。また、その他のバーナか
らの排ガスも吸引ブロワー２５でまとめて吸引する。本
例では、予熱帯２にも蓄熱燃焼切替型のバーナを採用し
ているので、吸引ブロワー２５からの排ガスは、切替弁
１８を経て予熱帯２のバーナ８ｂへ燃料として供給して
いる。

【００１９】そして、バーナ８ｂには、燃焼空気を流量
調整弁２３および切替弁１９を経て供給し完全燃焼さ
せ、投入熱量が不足する場合は、流量調整弁２２を経て
燃料を供給する。予熱帯２の排ガスは、バーナ８ａから
切替弁１９を経て吸引ブロワー２６で吸引し排気してい
る。予熱帯２のその他のバーナにも、図示省略している
が、同様に燃料と空気を供給し、排ガスを吸引ブロワー
２６で吸引し排気している。

【００２０】この間、バーナ８ａおよびバーナ９ｂで
は、排ガスにより蓄熱を行い、各切替弁１６，１７，１
８，１９を切替えた後は、該熱により燃焼空気を予熱し
て燃焼させる。なお、その他の各バーナについても、同
様の配管系統により蓄熱および燃焼を交互に行ってい
る。

【００２１】各切替弁１６，１７，１８，１９および流
量調整弁２０，２１，２２，２３，２４は、制御器１５
からの指示により作動する。その際、加熱帯３の各バー
ナ９では、流量調整弁２０および２１を調整し、空気比
０．７超〜０．９に制御して燃焼させ、流量調整弁２４
を調整して被加熱材１の表面近傍を空気比０．５〜０．
７の還元性雰囲気とする。

【００２２】予熱帯２の各バーナ８では、流量調整弁２
３を制御して空気比１．０〜１．０５で完全燃焼させ
る。なお、予熱帯２に通常のバーナを採用する場合は、
切替弁１８および１９は不要で、各バーナ８に吸引ブロ
ワー２５からの排ガスに必要に応じて燃料を加え、燃焼
空気とともに供給して完全燃焼させる。

【００２３】加熱帯３において、蓄熱燃焼切替型のバー
ナ９による吸引ガスの量は、該バーナによる蓄熱後の排
ガス温度が、吸引ブロワー２５および配管の耐熱温度以
下となるようにする。例えば加熱帯３の炉温が１３００
〜１４００℃の場合、η＝（炉内からの吸引ガス量）／
（炉内への吐出ガスの燃焼反応後のガス量）が１．０だ
と、蓄熱器後のガス温度が１０００℃にもなり、吸引ブ
ロワー２５および配管の耐熱温度を超えてしまうので、
η＜１とする。

【００２４】鋼帯等の被加熱材１は、予熱帯２および加
熱帯３内を連続通板されて所定温度に加熱焼鈍される。
予熱帯２では、空気比１．０〜１．０５の完全燃焼で酸
化性雰囲気となるが、材料温度が低いためスケールはほ
とんど生長しない。加熱帯３では、材料温度が最終的に
は、普通鋼鋼帯の場合は７５０℃程度に達するが、被加
熱材１の表面近傍が空気比０．５〜０．７の還元性雰囲
気であるため、スケールは生長せず還元される。

【００２５】したがって、本発明法によりスケール生成
を抑制した加熱を行うことができる。また、加熱帯３に
おいて、蓄熱燃焼切替型バーナを採用するため、燃焼空
気が高温予熱され、空気比を低めにしても、燃料供給量
を過大にすることなく燃焼させることができる。さら
に、分散供給管１４から燃料を分散供給することによ
り、被加熱材表面近傍を容易に空気比０．５〜０．７の
還元性雰囲気にし、スケール生成を抑制できる。

【００２６】そして、その排ガス顕熱を加熱帯３のバー
ナ９の蓄熱器に蓄えて燃焼空気の高温予熱に利用すると
ともに、その燃料過剰の排ガスを予熱帯２の燃料とす
る、効率的な燃焼を行うことができる。さらに、加熱帯
３の排ガスの大半は、加熱帯３内を通さずに予熱帯２の
バーナ８に導入するので、炉体を特別な構造にしなくて
も、加熱帯３における被加熱材１表面の還元性雰囲気が
排ガスによって乱されることがない。

【００２７】なお、本発明法において、加熱帯３の被加
熱材１表面近傍を還元性雰囲気とするには、被加熱材１
の成分および材料温度に応じて、空気比を１．０未満の
適正値にする。すなわち、各種材料あるいは元素につい
ての、温度と酸化速度の関係図、燃焼ガス雰囲気におけ
る酸化−還元領域図などにより適正範囲を選定し、実験
等により定めることができる。後者の図に関しては、例
えば、Gasworme Band 13 Nr.10, Oktober 1964 P.387-3
96の文献に、ＣＯＧ燃焼ガス中のＦｅについて、Ｈ₂Ｏ
／Ｈ₂とＣＯ₂／ＣＯ、および温度をパラメータとする
酸化−還元範囲が示されている。

【００２８】次に、本発明装置は、図１および図２に示
すように、予熱帯２と加熱帯３が順に設置され、加熱帯
３には蓄熱燃焼切替型のバーナ９が配設され、該バーナ
９による燃焼の空気比制御系、加熱帯３の被加熱材１表
面近傍に供給口を有する燃料分散供給系、および該バー
ナ９の吸引排ガスを予熱帯２の燃料として導入する配管
系を有している。上記制御系としては、図１の例では、
制御器１５、空気の流量調整弁２０、および燃料の流量
調整弁２１から構成される。上記燃料分散供給系として
は、制御器１５、流量調整弁２４、および分散供給管１
４から構成される。

【００２９】上記配管系としては、図１の例では、制御
器１５、加熱帯３、４の排ガスを吸引する吸引ブロワー
２５、および予熱帯２のバーナ８へ燃料を供給する切替
弁１８から構成される。分散供給管１４は、図２のよう
に炉幅方向に並べて配設する。また、図４のように各バ
ーナ９の間に仕切壁７を設け、該仕切壁７に取付けるほ
か、炉壁に直接取付けることもできる。そして、本発明
装置の作用は、上記本発明法で説明したとおりである。

【００３０】なお、発明法および装置において、被加熱
材１には、普通鋼、ステンレス鋼、電磁鋼等の鋼帯のほ
か、アルミニウム、銅などの帯状材料を採用することが
できる。また、加熱炉としては、図３および図４のよう
な縦型のほか、横型のカテナリー炉とすることもでき
る。

【００３１】

【実施例】

（１）本発明例：図１および図２に示すような本発明
装置により、ＣＯＧ（コークス炉ガス）を燃料として、
板厚０．８mmの普通鋼鋼帯を７５０℃に加熱し焼鈍し
た。空気比は、予熱帯２を１．０、加熱帯３を０．７超
〜０．９とした。そして、加熱帯３では、分散供給管１
４から燃料を供給して、鋼帯表面の空気比を０．５超〜
０．７とした。炉内ガス温度および鋼帯温度の推移を図
３に示す。炉内ガス温度は加熱帯３で１４００℃、鋼帯
温度は、予熱体２出口で４００〜５００℃、加熱帯３出
口近傍では７５０℃であった。また各バーナ８および９
の蓄熱体出口における排ガス温度は、図３に示すとお
り、約５００℃であった。

【００３２】鋼帯のスケール厚さの変化を実験結果に基
づいて推定すると、図３に示すように、予熱帯２では鋼
帯の温度が低いため低レベルであり、加熱帯３では、バ
ーナ９の燃焼炎１３に当たらない所ではスケールが生成
せず、燃焼炎１３に当たる所では、空気比０．７超〜
０．９であっても酸化性であるため、若干のスケールが
生成し、燃料を分散投入した鋼帯表面では、燃料が燃焼
する過程で還元性の活性ガスが生成するため、スケール
が還元され、最終的には、ほとんどスケールのない鋼帯
が得られた。なお、図３および以下の図４において、ス
ケール厚さを示す破線上のプロットは実測値に基づくも
のである。

【００３３】（２）従来例：蓄熱燃焼切替型でない通
常のサイドバーナ、すなわち図１において、対向する両
サイドのバーナに燃料と空気を供給して、同時に燃焼炎
１３を形成するタイプのバーナを採用した連続焼鈍装置
により、上記本発明例と同様の鋼帯を７５０℃に加熱し
焼鈍した。空気比は、加熱帯３では０．８〜０．９と
し、加熱帯３の排ガスを、加熱帯３の上部（入側）から
予熱帯２の上部（出側）に導入し、予熱帯２では１．０
〜１．１とした。

【００３４】炉内ガス温度および鋼帯温度の推移を図４
に示す。炉内ガス温度は加熱帯３で１４００℃、予熱帯
２の出口近傍では、未燃焼燃料を含む大量の排ガスが燃
焼するため、１０００〜１２００℃の高温となった。こ
のため、鋼帯温度は、予熱帯２出口で５００〜６００℃
となり、加熱帯３出口では７５０℃であった。

【００３５】鋼帯のスケール厚さの変化を実験結果に基
づいて推定すると、図４に示すように、予熱帯２では、
出口近傍で高温になるため、本発明例よりも厚いスケー
ルが生成した。そして、加熱帯３では、バーナ９の燃焼
炎１３に当たる所では還元性であるためスケールが還元
されるが、燃焼炎１３に当たらない所では酸化性である
ためスケールが生成するので、スケール厚さが増大し
た。

【００３６】上記各例を連続亜鉛メッキ設備のパイロッ
トラインにて行い、上記焼鈍後に、水素添加雰囲気の均
熱帯で、７５０℃３０秒保定の均熱還元処理をし、つい
で溶融亜鉛に浸漬してメッキ処理をした。均熱帯の水素
濃度を変化させ、メッキ付着性を判定した結果、および
燃料使用量比を表１に示す。メッキ付着性の欄におい
て、○印は全面付着良好、△印は付着しない所がわずか
に存在、×印はスケール存在により付着せず、である。
また、燃料使用量比は、従来例の使用量を１．０とする
比で示した。

【００３７】本発明例は、従来例に比べて均熱帯のＨ₂
濃度が低くてもメッキ付着性が良好であり、焼鈍時のス
ケール厚さが薄いことが立証された。また、本発明例は
燃料使用量が少なく、効率的な焼鈍を行うことができ
た。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【発明の効果】本発明により、冷延鋼帯等の帯状金属材
料を連続通板させて焼鈍する連続焼鈍装置において、加
熱帯では、蓄熱燃焼切替型バーナにより燃焼空気が高温
予熱されるので、燃料供給量を過大とすることなく、空
気比を低めにしても、燃料供給量を過大にすることなく
燃焼させることができる。さらに、分散供給管から燃料
を分散供給することにより、被加熱材表面近傍を容易に
空気比０．５〜０．７の還元性雰囲気にし、スケール生
成を抑制できる。

【００４０】そして、その排ガス顕熱を加熱帯のバーナ
の蓄熱器に蓄えて燃焼空気の高温予熱に利用するととも
に、その燃料過剰の排ガスを予熱帯の燃料とする、効率
的な燃焼を行うことができる。また、加熱帯の排ガス
は、加熱帯バーナをとおして吸引し予熱帯に導入するの
で、炉体を特別な構造にしなくても、被加熱材表面の還
元性雰囲気を乱すことなく、効率的な燃焼を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法および装置の例を示す説明図である。

【図２】本発明装置の例を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例における温度およびスケール厚
さの推移を示すグラフである。

【図４】従来例における温度およびスケール厚さの推移
を示すグラフである。

【符号の説明】

１…被加熱材２…予熱帯３…加熱帯４…トップロール室５，６…トップロール７…仕切壁８，９…バーナ１３…燃焼炎１４…分散供給管１５…制御器１６，１７，１８，１９…切替弁２０，２１，２２，２３，２４…流量調整弁２５，２６…吸引ブロワー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状の被加熱材を、予熱帯および加熱帯
に連続通板させて焼鈍する連続焼鈍方法において、加熱
帯では蓄熱燃焼切替型バーナにより燃焼させるととも
に、被加熱材の表面近傍に燃料を分散供給して低空気比
で燃焼させ、予熱帯では加熱帯における前記バーナの吸
引排ガスを燃焼させることを特徴とする連続焼鈍方法。
【請求項２】帯状の被加熱材を、予熱帯および加熱帯
に連続通板させて焼鈍する連続焼鈍装置において、加熱
帯には蓄熱燃焼切替型バーナが配設され、加熱帯の該バ
ーナによる燃焼の空気比制御系、加熱帯の被加熱材表面
近傍に供給口を有する燃料分散供給系、および加熱帯の
前記バーナの吸引排ガスを予熱帯の燃料として導入する
配管系を有することを特徴とする連続焼鈍装置。