JPH09287018A - 丸形状ビレット用ウォーキングビーム式加熱炉及び加熱装置列 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトで、設備費を安価にできる丸形状
ビレット用ウォーキングビーム式加熱炉及び加熱装置列
を提供する。 【解決手段】 炉長方向で抽出端壁にのみ、固定スキッ
ドを介して上下に、バーナーフレーム方向をビレットの
進行方向に対向して複数本の加熱バーナーを配置した丸
形状ビレット用ウォーキングビーム式加熱炉。及び、抽
出温度一定で初期加熱を行う前記加熱炉と、その次工程
に、最終加熱として昇温を短時間で行い、続く圧延工程
の圧延温度を短時間に自在に変更可能にする誘導加熱装
置又は直接通電加熱装置とを配設することを特徴とする
丸形状ビレット用加熱装置列。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、丸形状のビレット
用のウォーキングビーム式加熱炉及び加熱装置列に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】工業用のウォーキングビーム式加熱炉の
加熱バーナーの配置については、炉長方向の中間部と抽
出端壁の上下に固定スキッドを介してバーナーフレーム
方向をビレットの進行方向に対して対向して複数本のバ
ーナーを配置する構成及び、炉長方向の中間部の上部と
抽出端壁の上下に固定スキッドを介してバーナーフレー
ム方向をビレットの進行方向に対して対向して複数本の
バーナーを配置する構成は、例えば、「新日鉄技報」第
３４３号（１９９２）、ｐ７０等で報告されている。

【０００３】なおここでは、加熱バーナーの構成の名称
としてバーナーの燃焼帯数から、前述の炉長方向の中間
部と抽出端壁の上下に固定スキッドを介して複数本のバ
ーナーを配置する図２（Ｂ）に示すような構成を上下４
帯式加熱炉、後述の炉長方向の中間部の上部と抽出端壁
の上下に固定スキッドを介して複数本のバーナーする構
成を上下３帯式加熱炉と称する。

【０００４】丸形状のビレットのウォーキングビーム装
置での回転搬送方法は、例えば特開昭６０−２１１０１
０号公報等で公開されている。また、バーナー燃焼式加
熱炉と誘導加熱炉との組み合わせでの鋼材加熱方法は、
例えば特開平３−２４２２４号公報等で公開されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】まず、丸形状で５ｍ以
上の長尺ビレットを加熱するウォーキングビーム式加熱
炉において、炉長方向の中間には加熱バーナーを設け
ず、抽出端壁にのみ固定スキッドを介して上下にバーナ
ーフレーム方向をビレットの進行方向に対して対向して
複数本の加熱バーナーを配置した構成（燃焼帯の数から
上下２帯式加熱炉と称する）で、ウォーキングビーム装
置にて、通常に（回転搬送なし）搬送する場合を考え
る。

【０００６】図１（Ａ）の適用例に示す如く、炉長方向
の昇温率を高くとれば所定温度まで加熱できるが、その
昇温過程で図中の点線で示す如くビレット前後温度偏差
が大きくなり、図３（ｄ）に示すように炉内搬送中に大
きな偏熱曲がりが発生し、その曲がりによりウォーキン
グビーム装置で炉内搬送が不可能となる。

【０００７】この対策として、従来技術で示した上下４
帯式又は上下３帯式の加熱バーナー構成とし、且つ炉長
を長くすることで炉長方向の昇温率を低くして、ビレッ
ト前後温度偏差を小さくする方式が採用されている。

【０００８】図２（Ａ）は、上下４帯式加熱炉の適用例
を示す。炉長方向の中間にバーナーを上下に配置し、且
つ炉長を長くしている分だけ炉長方向の昇温率が低下
し、ビレット前後温度偏差が小さくなっている。また、
図３（ｇ）に示すように、炉内搬送中の偏熱曲がりは、
上下２帯式と比較すると２／３程度となり、ビレットは
加熱搬送可能である。しかし、上下３帯式及び４帯式加
熱炉では、バーナーの数の増加や炉長増等で、加熱炉と
しては大規模なものになり、加熱炉の建設コストは非常
に高いものとなる。

【０００９】次に、誘導加熱装置又は直接通電加熱装置
とバーナー燃焼式加熱炉を組み合わせて鋼材を加熱する
加熱装置列を構成する場合を考える。燃焼式のバーナー
炉は、上記のように、ビレット前後温度偏差に起因する
被加熱材の炉内搬送中の偏熱曲がり対策のため、炉長の
長い上下３帯式又は４帯式加熱炉を採用する必要があ
る。

【００１０】従って、この場合、電気加熱とバーナー加
熱の組み合わせでのバーナー燃焼式の加熱炉のコンパク
ト化は困難であり、設備費が過大となり経済的な意味で
プロセスとして成立させることができなかった。本発明
は、上記課題を有利に解決して、コンパクトで、設備費
を安価にできる丸形状ビレット用ウォーキングビーム式
加熱炉及び加熱装置列を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の通
りである。 （１）丸形状の長尺のビレットを加熱するウォーキング
ビーム式加熱炉において、炉長方向で抽出端壁にのみ、
固定スキッドを介して上下に、バーナーフレーム方向を
ビレットの進行方向に対向して複数本の加熱バーナーを
配置し、且つ、固定スキッド上又は可動スキッド上で被
加熱材の所定角度回転させ、加熱、搬送を行うために、
可動スキッドの作動工程の制御により被加熱材を固定ス
キッドの溝部傾斜面に移載する位置を選択可能とした、
上面に複数の傾斜溝部を形成した固定スキッドと矩形運
動するように配置した可動スキッドを炉内に配置したこ
とを特徴とする丸形状ビレット用ウォーキングビーム式
加熱炉。

【００１２】（２）抽出温度一定で初期加熱を行う
（１）記載の加熱炉と、その次工程に、最終加熱として
昇温を短時間で行い、続く圧延工程の圧延温度を短時間
に自在に変更可能にする誘導加熱装置又は直接通電加熱
装置と、を配設することを特徴とする（１）記載の丸形
状ビレット用加熱装置列。なお、本発明で適用する長尺
ビレットとは、長さ５ｍ以上のものをいう。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は、炉長が１０．５ｍ
の上下２帯式加熱炉における、ウォーキングビーム（Ｗ
Ｂ）装置での回転搬送なしの条件での、ビレット断面径
＝φ１８０ｍｍ、材質：ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）
のビレットの昇温曲線、ビレット前後温度偏差とバーナ
ー配置模式図を示したものである。

【００１４】図１において、（Ａ）は炉長方向のビレッ
ト昇温曲線とビレット前後温度偏差との関係を示す図
表、（Ｂ）はバーナー配置模式図で、図中の３は丸形状
ビレット、４は加熱帯・均熱帯兼用バーナーを示す。
（Ｃ）はビレット前後温度偏差の説明図である。

【００１５】図１（Ａ）より、バーナーの燃焼を制御
し、図に示すような炉温設定をすれば、炉長１０．５ｍ
でビレットの平均温度（図中実線）は所定の温度（本適
用例では１０５０℃）まで昇温可能であることが分か
る。一方、図中点線のビレット前後温度偏差は、炉長方
向の昇温率が高いため最大約８０℃程度となっており、
大きな偏差が発生することが分かる。

【００１６】図３は、ビレット前後温度偏差に起因する
炉長方向のビレット偏熱曲がりを示したものである。ビ
レット偏熱曲がりは、バーナーで直接加熱されるバーナ
ーフレームに対向したビレット前面の高温部位と、反対
側のビレット後面の低温部位の線膨張差から発生するビ
レット長手方向の大曲がり量であり、適用例ではビレッ
ト長さ１２ｍで計算した値を示す。図中（ｄ）は図１の
条件に対応するビレット偏熱曲がりを示したものであ
る。

【００１７】図１（Ａ）と図３（ｄ）から、最大約８０
℃程度のビレット前後温度偏差により、約１００mm程度
のビレット偏熱曲がりが発生することになる。ＷＢ装置
でのリフト量は、固定スキッドより通常７０〜１００mm
程度に設計することから、図１に示す条件でＷＢ装置に
てビレットを回転なしで炉内搬送する場合、端部が固定
スキッドに引っ掛かり搬送できなくなる。また、ビレッ
ト偏熱曲がりにより固定スキッド上で次の傾斜溝にビレ
ットの端部が入ってしまい、次のＷＢサイクルで２本の
ビレットを持ち上げ搬送不能になる場合がある。

【００１８】請求項１の発明は、設備がコンパクトで且
つ安価な上下２帯式加熱炉に、ＷＢ装置を用いて丸形状
のビレットを回転して炉内搬送することにより、この課
題を解決したものである。以下に、ＷＢ装置を用いて丸
形状のビレットを回転して炉内搬送する装置及びその効
果を示す。

【００１９】図４及び図５は、炉内に配置した固定スキ
ッドと矩形運動するように配置した可動スキッド上面に
複数の傾斜溝部を形成し、丸形状のビレットを搬送する
ＷＢ装置の模式図を示す。図中の５は固定スキッド、６
は可動スキッド、７は炉内搬送テーブルを示す。なお、
図４（Ａ）、（Ｂ）と図５（Ｃ）、（Ｄ）とは共通の動
作説明図であるが、図面掲載上の制約で２図に分けたも
のである。

【００２０】図４（Ａ）は、回転搬送をしない場合であ
り、矩形運動する可動スキッドの横送り作動工程は、固
定スキッドの傾斜溝中央部から次の傾斜溝中央部に制御
されて動作し、ビレットはＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの矩形運動に
て搬送される。この場合、ビレットは、傾斜溝中央部か
ら次の中央部への搬送であり回転しない。

【００２１】図４（Ｂ）は、同図（Ａ）と設備構成は同
じで、可動スキッド６の上昇動作開始点を同図（Ａ）よ
り数十ｍｍ手前にずらして、Ａ→Ｂ’→Ｃ→Ｄの矩形運
動させる場合を示す。この場合、Ａ→Ｂ’の可動スキッ
ド上昇工程で可動スキッド上でビレットは回転する。

【００２２】図５（Ｃ）は、図４（Ａ）と設備構成は同
じで、可動スキッド６の下降動作開始点を図４（Ａ）よ
り数十mm手前にずらして、Ａ→Ｂ→Ｃ’→Ｄの矩形運動
させる場合を示す。この場合、Ｃ’→Ｄの可動スキッド
下降工程で固定スキッド上でビレットは回転する。

【００２３】図５（Ｄ）は、図４（Ａ）と設備構成は同
じで、可動スキッド６の上昇動作開始点及び下降動作開
始点を図４（Ａ）より数十mm手前にずらして、Ａ→Ｂ’
→Ｃ’→Ｄの矩形運動させる場合を示す。この場合、Ａ
→Ｂ’の可動スキッド上昇工程で可動スキッド上でビレ
ットは回転し、また、Ｃ’→Ｄの可動スキッド下降工程
で固定スキッド上でビレットは回転する。

【００２４】このように、可動スキッドの作動工程を制
御し、手前にずらせることにより、被加熱材であるビレ
ットを自在に所定角度回転させることができる。また、
傾斜溝の角度及びピッチを変化することにより、更にビ
レットの回転角度を幅広い範囲で変更できる。

【００２５】図６は、ビレットを上述のように回転可能
としたＷＢ装置でのビレット回転搬送の効果を示したも
のである。バーナー配置構成、炉温度設定、ビレット昇
温曲線、その他、材料条件は図１に示した上下２帯式加
熱炉の例と同じである。図６（ａ）は回転搬送をしない
場合、（ｂ）は回転搬送を３５°／ＷＢ１サイクルした
場合、（ｃ）は回転搬送を７０°／ＷＢ１サイクルした
場合のビレット前後温度偏差を示したものである。

【００２６】ＷＢ装置での回転搬送により、上下２帯式
加熱炉でもビレット前後温度偏差は大幅に改善されてい
る。これは、ビレットの回転搬送により、バーナーで直
接加熱されるバーナーフレームに対向したビレット前面
の高温部位が反対側のビレット後面の方向にＷＢの搬送
により順次回転移動し、ビレット前後温度偏差が改善さ
れたものである。

【００２７】図３は、図６に対応したビレット回転搬送
時のビレット前後温度偏差に起因する炉長方向のビレッ
ト偏熱曲がり改善効果を示したものである。図３（ｄ）
は上下２帯式加熱炉でのビレット回転搬送がない場合、
図３（ｅ）は回転搬送を３５°／ＷＢ１サイクルした場
合、図３（ｆ）は回転搬送を７０°／ＷＢ１サイクルし
た場合を示す。

【００２８】回転搬送により、ビレット前後温度偏差が
小さくなり、ビレット偏熱曲がりは、３５°／ＷＢ１サ
イクル時で約６６mm、７０°／ＷＢ１サイクル時で約４
０mmとなり、大幅に炉内搬送時のビレット偏熱曲がりは
小さくなる。

【００２９】以上のことから、バーナー配置を上下２帯
式加熱炉として、上述に示すようにＷＢ装置で可動スキ
ッドの作動工程を制御して、ビレットを回転搬送するこ
とにより、ＷＢ装置リフト量を固定スキッドより通常７
０〜１００mm程度に設計しても、端部が固定スキッドに
引っ掛かることなく、スムーズに搬送できる。

【００３０】この加熱搬送装置により、丸形状のビレッ
ト用のウォーキングビーム式加熱炉の大幅なコンパクト
化が可能であり、設備建設コストの低減が実現できる。
本発明の装置は、各種の材料断面、材質による線膨張係
数の大小から勘案すると、５ｍ以上の丸形状の材料の加
熱に有効である。

【００３１】請求項２の発明は、上述の加熱搬送装置の
次工程に誘導加熱装置又は直接通電加熱装置を設置し、
バーナー燃焼式加熱炉と電気加熱の組み合わせ加熱装置
列のコンパクト化を狙ったものである。図７にレイアウ
トの適用例を示す。

【００３２】図中８は上述の加熱搬送装置を適用した丸
形状材用のウォーキングビーム式加熱炉であり、９は次
工程に設置した誘導加熱装置又は直接通電加熱装置、１
０は後続の圧延設備である。バーナー燃焼式加熱炉８で
８００℃から１１００℃温度範囲で抽出温度一定で加熱
を行う。この時、上述のＷＢ装置で回転搬送可能な上下
２帯式加熱炉を適用し設備のコンパクト化を図る。

【００３３】後続の誘導加熱装置又は直接通電加熱装置
９では、電気加熱による急速加熱可能な特性を利用して
３０秒から〜１８０秒程度の短時間で、１００℃から４
００℃昇温する。この昇温により、次工程の圧延設備１
０の圧延温度まで加熱可能であり、対象とする金属の最
適圧延温度に合わせて、短時間で自在に該圧延温度をコ
ントロールできる。

【００３４】すなわち、請求項２の発明の、丸形状ビレ
ットをＷＢ装置にて回転搬送可能とした上下２帯式加熱
炉と、誘導加熱装置又は直接通電加熱装置のような電気
加熱装置を組み合わせた加熱装置列を採用することによ
り、従来のバーナー燃焼式加熱炉すなわち上下３帯式又
は４帯式加熱炉の欠点である大規模、建設コスト高を回
避でき、経済的な意味で成立しなかったプロセスが実現
できる。

【００３５】また、この装置構成により、高温域での加
熱時間を大幅に減少することで、例えば炭素鋼の脱炭性
能向上やステンレス鋼の酸化防止が可能である。また、
従来のバーナー燃焼式加熱炉による単一加熱では３０分
から６０分を要した圧延温度変更を、短時間で自在に変
更可能となることから、圧延温度の異なる材料を圧延す
るラインでは大幅なロス時間減少を達成できる。

【００３６】

【実施例】図８は、請求項１の発明に基づく丸形状材料
用のウォーキングビーム式加熱炉の側面断面図、図９は
その平面図を示す。図８の３は丸形状のビレット、５は
固定スキッド、６は可動スキッド、７は装入ローラーテ
ーブル、１１は抽出ローラーテーブル、１２はＷＢのリ
フト装置、１３はＷＢのシフト装置、４は加熱帯、均熱
帯兼用燃焼バーナーを示す。

【００３７】例えば、ＳＵＳ３０４の断面径φ１８０m
m、ビレット長さ１２ｍで、加熱炉の抽出温度１０５０
℃、能率６０Ｔ／Ｈの条件を前提とする。加熱炉は、炉
長１０．５ｍ、炉幅は１３ｍ、バーナーは上部１０本、
下部１０本の仕様となる。

【００３８】図６は、上記前提条件における加熱炉の炉
温設定とビレット昇温曲線、及びビレット前後温度偏差
を示す。図中（ａ）〜（ｃ）の動作説明は前述の通りで
ある。ＷＢ装置については、スキッドの傾斜溝の傾きは
１５°、溝ピッチは２５０mm、可動スキッドの矩形動作
は固定スキッドを挟んで±１００mmのリフト量、シフト
量は最大２５０mmとする。

【００３９】当該条件では、矩形運動の上昇動作開始点
を５０mm手前にずらすと、図４（Ｂ）に相当するＷＢサ
イクルでビレットが搬送され、ビレットは３５°／ＷＢ
１サイクルの回転をする。また、上昇動作開始点と下降
動作点の両方を５０ｍｍ手前にずらすと、図５（Ｄ）に
相当するＷＢサイクルでビレットが搬送され、ビレット
は７０°／ＷＢ１サイクルの回転をする。

【００４０】図３は、上記前提条件における炉長方向の
ビレット偏熱曲がりを示す。図中（ｄ）はビレット回転
搬送なしの場合、（ｅ）は３５°／ＷＢ１サイクルの回
転搬送ありの場合、（ｆ）は７０°／ＷＢ１サイクルの
回転搬送ありの場合を示す。

【００４１】スキッドの傾斜溝の傾きを１５°とし、溝
ピッチを２５０mmにすると固定スキッドからのリフト量
が１００mmの場合、傾斜溝底から頂上部の距離はｔａｎ
１５°×１２５mm＝３３mmとなり、ビレットの偏熱曲が
りは１００mm−３３mm＝６７mm以下でないとビレットの
端部が傾斜溝部の頂点に引っ掛かり搬送できない。

【００４２】図３（ｅ）では、３５°／ＷＢ１サイクル
の回転搬送ありの場合の最大ビレット偏熱曲がりは約６
６mm、（ｆ）では７０°／ＷＢ１サイクルの回転搬送あ
りの場合の最大ビレット偏熱曲がりは約４０mmとなり、
いずれの場合も６７mm以下となるが、安定搬送のため通
常は（ｆ）の７０°／ＷＢ１サイクルの回転搬送でビレ
ットを搬送する。（ｅ）の３５°／ＷＢ１サイクルの回
転搬送は、ビレット長さが短い時や、線膨張係数の小さ
い材料の搬送で適用する。

【００４３】請求項２の発明の適用例は図７のレイアウ
ト図にて説明する。上述の加熱炉と同一前提条件の６０
Ｔ／Ｈで、８の加熱炉の抽出温度を１０５０℃とし、圧
延設備１０の圧延温度を１２００℃とすると、例えば誘
導加熱装置９では約７０００ＫＷの電力をかける必要が
ある。この場合の誘導加熱装置９での加熱時間は約１５
０秒である。誘導加熱装置の配置は、加熱コイルを数個
に分割して、その間に搬送テーブルローラーを設け、次
工程の圧延機まで搬送する構成とする。

【００４４】本加熱装置列を採用することにより、従来
のバーナー燃焼式加熱炉を採用した装置列と比較すると
２／３程度の建設コストですみ、経済的な意味で本プロ
セスが実現可能となる。

【００４５】

【発明の効果】本発明により、以下のような効果が期待
できる。 （１）丸形状ビレット用のウォーキングビーム式加熱炉
の建設コストの低減、（２）丸形状ビレット用のウォー
キングビーム式加熱炉と誘導加熱装置又は直接通電加熱
装置のコンパクト化による建設コスト低減とプロセス実
現、（３）炭素鋼の脱炭性能向上、（４）ステンレス鋼
やその他酸化し易い金属の酸化防止、（５）圧延温度変
更のための加熱待ちロス低減による生産性向上。

【図面の簡単な説明】

【図１】上下２帯式加熱炉における、ＷＢ装置での回転
搬送なしの条件での適用例を示す。、図中（Ａ）はビレ
ットの昇温曲線とビレット前後温度偏差の関係を示す図
表、（Ｂ）はバーナー配置模式図、（Ｃ）はビレット前
後温度偏差の説明図である。

【図２】従来技術の上下４帯式加熱炉でのビレットの適
用例を示す。図中（Ａ）は昇温曲線とビレット前後温度
偏差との関係を示す図表、（Ｂ）はバーナー配置模式図
である。

【図３】ビレット偏熱曲がり量を説明する図表である。

【図４】ＷＢ装置でのビレット回転搬送機構の説明図で
ある。図中（Ａ）はビレット回転なしの場合、（Ｂ）は
ビレット回転あり（上昇時回転）の場合を示す。

【図５】ＷＢ装置でのビレット回転搬送機構の説明図で
ある。図中（Ｃ）、（Ｄ）はいずれもビレット回転あり
で、（Ｃ）は下降時回転、（Ｄ）は上昇・下降時回転を
示す。

【図６】ＷＢ装置でのビレット回転搬送の効果を示す図
表であり、ビレット平均温度とビレット前後温度偏差の
関係を示す。

【図７】本発明の加熱装置列の一実施例のレイアウトを
示す平面図である。

【図８】本発明の丸形状ビレット用ウォーキングビーム
式加熱炉の一実施例の側面断面図である。

【図９】図７に示す本発明の一実施例の平面図である。

【符号の説明】

１ 均熱帯燃焼バーナー ２ 加熱帯燃焼バーナー ３ 丸形状ビレット ４ 加熱帯、均熱帯兼用燃焼バーナー ５ 固定スキッド ６ 可動スキッド ７ 装入搬送テーブル ８ 丸形状ビレット用のウォーキングビーム式加熱炉 ９ 誘導加熱装置又は直接通電加熱装置 １０ 圧延設備 １１ 抽出搬送テーブル １２ ＷＢのリフト装置 １３ ＷＢのシフト装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庄本 育男 光市大字島田3434番地 新日本製鐵株式会 社光製鐵所内 (72)発明者 村田 義彦 北九州市戸畑区大字中原46−59 日鐵プラ ント設計株式会社内 (72)発明者 塚越 一基 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 丸形状の長尺のビレットを加熱するウォ
   ーキングビーム式加熱炉において、炉長方向で抽出端壁
   にのみ、固定スキッドを介して上下に、バーナーフレー
   ム方向をビレットの進行方向に対向して複数本の加熱バ
   ーナーを配置し、且つ、固定スキッド上又は可動スキッ
   ド上で被加熱材の所定角度回転させ、加熱、搬送を行う
   ために、可動スキッドの作動工程の制御により被加熱材
   を固定スキッドの溝部傾斜面に移載する位置を選択可能
   とした、上面に複数の傾斜溝部を形成した固定スキッド
   と矩形運動するように配置した可動スキッドを炉内に配
   置したことを特徴とする丸形状ビレット用ウォーキング
   ビーム式加熱炉。
2. 【請求項２】 抽出温度一定で初期加熱を行う請求項１
   記載の加熱炉と、その次工程に、最終加熱として昇温を
   短時間で行い、続く圧延工程の圧延温度を短時間に自在
   に変更可能にする誘導加熱装置又は直接通電加熱装置と
   を配設することを特徴とする請求項１記載の丸形状ビレ
   ット用加熱装置列。