JPH0953120A

JPH0953120A - 加熱炉およびその雰囲気制御方法

Info

Publication number: JPH0953120A
Application number: JP20884195A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Suzukawa; 豊鈴川; Isao Mori; 功森
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-08-16
Filing date: 1995-08-16
Publication date: 1997-02-25
Anticipated expiration: 2015-08-16
Also published as: JP3379296B2

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱炉の抽出扉を開いた時に侵入する空気の
炉内拡散を抑制する。【解決手段】加熱炉１の抽出側の炉壁の内側でかつス
キッド３の下側に、炉幅方向に設置された仕切壁７と、
仕切壁７と抽出側の炉壁との間に設置され、雰囲気ガス
を加熱炉１の外に排気する排気管８とを備えたことを特
徴とする加熱炉。更に、仕切壁７と抽出側の炉壁との間
に設置された酸素濃度計１０と、排気管８内の流量を制
御する流量制御弁９とを備えたことを特徴とする加熱
炉。加熱炉１を用いて、抽出扉５を開ける前に排気管８
の流量制御弁９を開き、酸素濃度計１０により雰囲気ガ
ス中の酸素濃度を測定しつつこの酸素濃度が設定値を上
回らないように流量制御弁９により排気管内の流量制御
を行い、抽出扉５を閉じてから流量制御弁９を閉じるこ
とを特徴とする加熱炉の雰囲気制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼材等の加熱炉お
よびその雰囲気制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の鋼材加熱炉の抽出口近傍の断面図
の例を図４ａに示す。また、従来の鋼材加熱炉の抽出口
の正面図を図４ｂに示す。図中、１は加熱炉，２は鋼
材、３はスキッド、４はバーナ、５は抽出扉、６は鋼材
の搬出装置、６１は鋼材の搬出装置のアームをそれぞれ
示す。

【０００３】鋼材２は、図示されていない装入口より加
熱炉１の炉内に装入され、スキッド３上を右側に搬送さ
れながら、炉内に複数配置されたバーナ４により所定の
加熱温度に加熱されて、抽出口Ｘ近傍に到達する。抽出
口Ｘの開口部の形状は、図４ｂに示すように、鋼材２の
搬出が可能な長方形の開口と、炉内に挿入される鋼材搬
出装置６のアームの形状に合わせた切り欠き部分よりな
る。抽出口Ｘは、鋼材抽出時以外は抽出扉５により閉じ
られている。

【０００４】一般に、加熱炉内の雰囲気は、バーナに供
給する燃料と空気の流量比率を制御することにより、炉
内ガス中の酸素濃度が設定酸素濃度（例えば０．５％未
満）となるように調整されている。また、炉内ガスの排
出流量を調整することにより、炉内圧力を大気圧より１
０〜２０Ｐａ高く調節して、炉外から炉内へ空気が侵入
することを抑制している。これらの操作は、鋼材の加熱
中に、鋼材と酸素が反応して鋼材表面に酸化物、即ちス
ケールが多量に発生することを防止するためのものであ
る。

【０００５】加熱が完了した鋼材２は、鋼材搬出装置６
により抽出されるが、その時の操作は概ね以下の通りで
ある。まず、鋼材搬出装置６が鋼材抽出準備位置に移動
する。次いで、抽出扉５が上昇して、抽出口が開き、鋼
材搬出装置６が炉内から鋼材２を運び出す。最後に、抽
出扉５が下降して、抽出口が閉じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５は、抽出口付近の
ガス流れを示す断面図である。図において、矢印ａは炉
内ガスの流れ、矢印ｂは侵入空気の流れをそれぞれ示
す。その他の符号は図４に同じである。この図により、
鋼材２を炉外に抽出する際の抽出口付近のガス流れにつ
いて説明する。

【０００７】まず、抽出扉５を開けると、炉内圧が大気
圧より高いため炉内ガスが炉外に噴出する。この時、炉
内ガスの温度が高温であるため、ガスの噴出は抽出口の
上方に偏った流れ（図中、矢印ａ）となる。その後、炉
内ガスがある程度噴出すると、炉内外の圧力はバランス
する。しかし、炉内のスキッド３下部のガスも温度が高
いため、浮力により炉外に流出する。そのため、炉内の
ガスより低温で重い炉外空気が炉内に侵入し、炉内スキ
ッド下に流入する（図中、矢印ｂ）。流入した空気は、
スキッド下のバーナの火炎にて撹拌されて炉内に拡散す
る。

【０００８】図６は、従来の加熱炉における鋼材抽出時
の抽出口近傍における酸素濃度の時間変化を示す図であ
る。図において、横軸は時間、縦軸は酸素濃度をそれぞ
れ示す。炉内の酸素濃度は、抽出扉５を閉じている状態
では０．１％以下の低い値であるが、開けると同時に急
増し２％近くまで上昇する。その後、抽出扉５を閉じる
に従い酸素濃度は下降するが、閉じた後も直ちに０％近
くにならない。

【０００９】このように、抽出扉が開いている間は、酸
素濃度が設定値である０．５％を大幅に上回っており、
かつ、抽出扉を閉じてもしばらくの間は酸素濃度が高い
状態が継続している。炉内の酸素濃度の上昇により、鋼
材表面に多量のスケールが形成され製品品質の低下を招
くとともに、スケールの生成による製品の重量損失、即
ちスケールロスが発生し歩留り低下を招く。

【００１０】本発明は、このような、鋼材抽出時の炉内
酸素濃度上昇による製品品質低下の問題に鑑み、抽出扉
を開いた時に侵入する空気の炉内拡散を抑制して、製品
品質低下の問題を回避すべくなされたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、加熱
炉の抽出側の炉壁の内側でかつスキッドの下側に、炉幅
方向に設置された仕切壁と、この仕切壁と抽出側の炉壁
との間に設置され、雰囲気ガスを加熱炉外に排気する排
気管とを備えたことを特徴とする加熱炉である。

【００１２】この発明では、抽出扉を開けた時に炉外か
ら流入した空気は、仕切壁によりそれ以上炉内へ侵入す
ることが防止される。流入した空気は炉壁と仕切壁の間
に一時的に滞留し、雰囲気ガスに混入する。炉壁と仕切
壁の間には排気管が設けられているので、空気の混入し
た雰囲気ガスはこの排気管により吸引され炉外に排出で
きる。その結果、加熱炉の抽出口近傍に流入した空気
は、炉内への拡散が抑制されることになる。

【００１３】請求項２の発明は、仕切壁と抽出側の炉壁
との間に設置された酸素濃度計と、排気管内の流量を制
御する流量制御弁とを備えたことを特徴とする請求項１
記載の加熱炉である。

【００１４】この発明によれば、排気管近傍に設置され
た酸素濃度計により、雰囲気ガス中の酸素濃度が設定値
を上回らないように、排気管内の流量制御を行うことが
できる。その結果、余分な炉内ガスの排気による炉圧の
過度な低下や排気ガスの顕熱による熱損失を防止でき
る。

【００１５】請求項３の発明は、請求項２記載の加熱炉
を用いて、抽出扉を開ける前に排気管の流量制御弁を開
き、酸素濃度計により雰囲気ガス中の酸素濃度を測定し
つつこの酸素濃度が設定値を上回らないように流量制御
弁により排気管内の流量制御を行い、抽出扉を閉じてか
ら流量制御弁を閉じることを特徴とする加熱炉の雰囲気
制御方法である。

【００１６】この発明では、まず、抽出扉を開ける以前
に抽出口近傍のガスの加熱炉外への排気を開始している
ので、抽出扉を開けた時点で既に炉内から排気管に向か
う雰囲気ガスの流れが形成されている。従って、抽出扉
を開けた直後に大量に流入した空気は、このガス流れに
より排気管に運ばれる。ここで、排気管の流量、即ち排
気量が十分多ければ、排気管に向かう雰囲気ガスの流れ
（流量）も多くなる。従って、雰囲気ガス中の空気は希
釈され、雰囲気ガスの酸素濃度が低下する。

【００１７】次いで、雰囲気ガス中の酸素濃度を測定し
つつ、この酸素濃度が設定値を上回らないように排気管
内の流量制御を行うので、排気量を雰囲気ガスの酸素濃
度の低下に必要な程度とすることができる。従って、炉
内ガスの余分な排気による炉圧の過度な低下や、排気ガ
スの顕熱による熱損失を防止できる。

【００１８】最後に、抽出扉を閉じた後も制御弁を開い
ておくことにより、抽出扉を閉じた時点ではまだ炉内に
残存する空気、即ち酸素が引続き炉外に排出される。こ
のようにして、抽出口から流入した空気が速やかに炉外
に排出されるので、酸素濃度の上昇が抑制され、鋼材の
スケールロス等を低減できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態の一
例を示す断面図である。図１ａおよび図１ｂは、抽出口
の側面および正面から見た断面図である。図において、
１は加熱炉、２は鋼材、３はスキッド、４はバーナ、５
は抽出扉、６は鋼材の搬出装置、６１は鋼材の搬出装置
のアーム、７は仕切壁、８は排気管、８１は吸気口、８
２は８とは異なる形状の排気管、９は流量制御弁、１０
は酸素濃度計、Ｘは抽出口、Ｙは酸素濃度測定位置をそ
れぞれ示す。

【００２０】仕切壁７は、抽出口Ｘの炉内側でかつスキ
ッド３の下側に炉幅方向全長にわたって設置されてい
る。仕切壁７の高さは、空気の炉内への侵入を防ぐため
できるだけ高いことが望ましい。仕切壁７は、鋼材２の
移動の邪魔にならないようにすると、スキッド３とほぼ
同じ高さまで設けることが可能である。その場合、鋼材
搬出装置６のアームが当たらないよう切り欠き等を設け
ればよい。

【００２１】排気管８は加熱炉１の抽出側壁と仕切壁７
の間の加熱炉底部に設置されている。この排気管８は、
炉幅方向両端部で炉外に通ずる配管であり、炉内配管部
の下側に吸気口８１が多数開けられている。これは、鋼
材から剥離したスケールが吸気口を閉塞するのを防止す
るためである。なお、排気管８は、図では炉底から炉外
に導いているが、炉の側壁から炉外に導いても良い。

【００２２】また、排気管８は、排気管８２で示すよう
に炉の側壁から炉内に突き出す形で取付けても良い。但
しこの場合、その炉内挿入長さを長くしないと侵入空気
の排出能力が悪いので、炉幅が大きい場合には、適宜支
持具等を用いて先端部の変形（垂れ下がり）を防ぐこと
が望ましい。

【００２３】次に、鋼材２の抽出は、従来技術と同様、
抽出扉５を開けて鋼材の搬出装置６により鋼材２を搬出
する。その際、この発明では、抽出口Ｘ近傍のガスを排
気管８より吸引して加熱炉外に排気する。

【００２４】図２は、この時の抽出口周辺のガス流れを
示す断面図である。図において、矢印ａは炉内ガスの流
れ、矢印ｂは侵入空気の流れをそれぞれ示す。この発明
の加熱炉でも、抽出扉５を開けると、炉内ガスが矢印ａ
のように炉外に噴出し、炉外の空気が炉内に流入する。
ところが、流入した空気は仕切壁７により遮られ、炉壁
と仕切壁７の間に滞留する。この空気の混じった雰囲気
ガスを排気管８より吸引して加熱炉外の矢印ｃの方向に
排気する。このようにして、加熱炉１の抽出口近傍の侵
入空気の炉内への拡散が抑制できる。

【００２５】流入した空気の炉外への排気をより効率的
に行うためには、排気管の流量を制御するための流量制
御弁９と、雰囲気ガス中の酸素濃度を測定するための酸
素濃度計１０とを設置する。酸素濃度計１０で酸素濃度
を測定しながら、流量制御弁９により流量制御すること
により、炉圧の低下等を防ぐことができる。流量制御弁
９より先には図には示されていない排気装置が設置され
ている。

【００２６】この発明では、加熱炉外に排気した抽出口
近傍のガスを、加熱炉の予熱帯に戻すことも可能であ
る。このように排気した抽出口近傍のガスを加熱炉の予
熱帯に戻すことにより、ガスが持つ顕熱を再び炉内に戻
すことができるので、熱ロスを低減することができる。

【００２７】

【実施例】本発明を適用した加熱炉において、鋼材抽出
の操作は概ね以下の通りである。まず、鋼材の搬出装置
６を鋼材抽出準備位置に移動する。酸素濃度を計測しな
がら流量制御しつつ排気管８よりの排気を開始する。抽
出扉５を半開して鋼材の搬出装置のアームを炉内に挿入
する。鋼材の搬出装置６の先端が炉内で鋼材２を持ち上
げる。抽出扉５を全開して鋼材の搬出装置６が鋼材２を
炉外に抽出する。抽出扉５が下降して、抽出口が閉じ
る。排気管８よりの排気を停止する。

【００２８】この実施例では、排気するガス中の酸素濃
度を酸素濃度計１０により連続的に測定し、測定される
酸素濃度が、0.２％以下に収まるように、流量制御弁９
により流量制御しつつ、排気管８より雰囲気ガスを吸引
して加熱炉外に排気した。

【００２９】排気弁９は、この実施例では、抽出扉５を
開く時より約２秒早く開き、抽出扉５が閉じる時より約
２秒遅く閉じた。なお、この時間差は、排気流量と、炉
内仕切壁と抽出側壁との間の空間容積により変わりうる
ものであり、加熱炉毎に適切な時間差を求めておくこと
が望ましい。

【００３０】図３は、鋼材抽出時における抽出口近傍
（図１ａ中のＹで示す位置）の酸素濃度の変化を示す図
である。図において横軸は時間、縦軸は酸素濃度を示
す。図に示すように、抽出扉５が開く前の酸素濃度は
０. １％以下であった。抽出扉５が開いた直後は、酸素
濃度が瞬間的に０. ３％程度まで上昇した。しかし、直
ちに０. ２％未満に制御され、抽出扉５が閉じるまでこ
の状態が持続している。

【００３１】抽出扉５が閉じると直ちに０. １％以下に
制御されている。その後、抽出扉５が開く前の酸素濃度
にほぼ近い値まで低下している。このように、従来技術
における酸素濃度の推移（図６）と比較して、炉内酸素
濃度の上昇が大幅に抑制されている。

【００３２】

【発明の効果】本発明により、鋼材抽出時の炉内酸素濃
度上昇が抑制される。その結果、鋼材の表面酸化による
製品の品質低下が軽減される。さらに、スケールの生成
が抑制され、重量減少（スケールロス）が軽減されるこ
とから、製品歩留まりが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す断面図。

【図２】本発明におけるガス流れを示す断面図。

【図３】本発明における炉の抽出口近傍の酸素濃度変化
を示す図。

【図４】従来技術を示す断面図。

【図５】従来技術におけるガス流れを示す断面図。

【図６】従来技術における抽出口近傍の酸素濃度変化を
示す図。

【符号の説明】

１加熱炉２鋼材３スキッド５抽出扉７仕切壁８排気管９流量制御弁１０酸素濃度計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱炉の抽出側の炉壁の内側でかつスキ
ッドの下側に、炉幅方向に設置された仕切壁と、この仕
切壁と抽出側の炉壁との間に設置され、雰囲気ガスを加
熱炉外に排気する排気管とを備えたことを特徴とする加
熱炉。
【請求項２】仕切壁と抽出側の炉壁との間に設置され
た酸素濃度計と、排気管内の流量を制御する流量制御弁
とを備えたことを特徴とする請求項１記載の加熱炉。
【請求項３】請求項２記載の加熱炉を用いて、抽出扉
を開ける前に排気管の流量制御弁を開き、酸素濃度計に
より雰囲気ガス中の酸素濃度を測定しつつこの酸素濃度
が設定値を上回らないように流量制御弁により排気管内
の流量制御を行い、抽出扉を閉じてから流量制御弁を閉
じることを特徴とする加熱炉の雰囲気制御方法。