JPH1112658A - 連続焼鈍設備における鋼板の予熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】連続焼鈍設備の直火加熱方式における鋼板の予
熱炉にて、燃焼排ガスを完全に燃焼させ、かつ鋼板の酸
化を抑止し、予熱温度を十分高くできる方法の提供。 【解決手段】加熱炉の燃焼排ガスを鋼板5に接触させ予
熱する際、ガス中の未燃焼分を燃焼させるためのノズル
11からの空気吹き込みを、図２(a)に示すように鋼板と
平行でかつ炉内のガスの流れ方向に対し同じ方向にす
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、冷延鋼板や溶融亜
鉛メッキ鋼板などの連続焼鈍設備における鋼板の予熱方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷延鋼板の焼鈍、あるいは溶融亜鉛メッ
キ鋼板のめっき前処理としての焼鈍に連続焼鈍法が適用
される。これはコイルから巻き戻した帯状の鋼板を、加
熱炉、均熱炉、冷却帯、過時効帯、あるいは溶融亜鉛浴
槽等を次々と通過させ、連続的に処理していく方法であ
る。この連続焼鈍設備の鋼板の加熱方法の一つにバーナ
ーの燃焼炎を直接鋼板に当てて加熱する直火加熱方式が
ある。直火加熱方式は、一般に用いられるラジアントチ
ューブによる間接加熱方式に比較し、短時間で高温に効
率よく加熱できることから、炉体のコンパクト化等を目
的に採用されている。

【０００３】直火加熱方式の場合、加熱時の鋼板の酸化
を抑止するため、空気燃料比を1.0より小さくして燃焼
させているので、燃焼排ガス中に未燃焼の燃料成分が多
く含まれる。そこで燃料の有効利用を目的とし、加熱炉
の前段に予熱炉または予熱帯といわれる部分を設置して
燃焼排ガスを導入し、その顕熱と、残存する燃料成分を
そこで燃焼させて生じる熱とを合わせ、被焼鈍鋼板を予
熱する方法が採られている。

【０００４】この未燃焼成分を燃焼させて予熱に活用す
る手段としては、例えば特公昭53-39848号公報の発明の
方法のように、加熱炉からの排ガスが予熱炉の前方の鋼
板の入り口近くに設置した排出口から排出されるように
しておき、予熱炉の後方の加熱炉近くにバーナーのノズ
ルを設置し、空気を吹き込んで燃焼させるという単純な
ものがある。しかし、この方法では安定性に欠けるた
め、加熱炉から出た排ガスを別途設置した排ガス燃焼専
用のアフターバーンニング室に導き、そこで十分な燃焼
のための空気と、場合によっては少量の燃料を加えて、
温度および残存酸素量を調整した後、予熱炉に導入する
方法の発明が特公昭62-57693号公報、あるいは特開平1-
21852号公報などに提示されている。しかし、アフター
バーンニング室の設置は、別途そのための設備を設けね
ばならず、熱効率もよくなく、余分の設備投資を必要と
する。

【０００５】これに対し、未燃焼成分燃焼のための予熱
炉への空気の吹き込みの方法を工夫した発明も種々開示
されている。例えば特開平4-41621号公報の発明の方法
は、燃焼用の空気をノズルから吹き込む前に予熱するこ
とにより、加熱炉からくる燃焼排ガスの温度変動の影響
を解消しようとしており、特開平4-41622号公報の発明
の方法は、空気を鋼帯通板方向に沿って複数回に分けて
予熱炉に導入することにより、排ガス燃焼時の局所的加
熱を防止ししようとしている。さらに、特開平6-93341
号公報では、燃焼のための空気吹き込みを温度を監視し
ながら調整することにより熱効率を向上させている。こ
れらの予熱炉内に空気を吹き込む３件の発明例は、温度
管理を重視して、吹き込み空気量を調整したり、燃料を
補給したりしているが、それによる雰囲気変化のため鋼
板の酸化程度の変化が問題になると思われる。いずれの
場合も、燃焼用の空気を鋼板表面に直接当てると鋼板の
局部的温度上昇や酸化を来すとして、空気吹き込みをと
くに鋼帯面に平行にすることに留意している。

【０００６】このように、直火加熱方式の排ガスの予熱
炉への利用は、排ガス中の未燃焼部分の効果的な活用を
主眼に様々な工夫がなされているが、未燃焼成分の完全
な燃焼と、温度調節と、鋼板の酸化防止とをいずれも十
分に成立させ、かつ、設備上の負担のかからない方法
は、まだ十分完成されたとは言えない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、連続焼鈍設
備の直火加熱方式における鋼板の予熱炉において、燃焼
排ガスを完全に燃焼させ、かつ鋼板の酸化を十分抑止
し、その上で予熱温度を高くできる簡便な方法を提供す
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、直火加熱
炉の燃焼排ガスを予熱炉に用いる際の、予熱の高効率化
をはかるため、排ガスの燃焼と鋼板表面の酸化との関係
を詳細に調査した。まず、予熱炉内で鋼板の温度が300
℃の時、空気燃料比を種々変えて鋼板の表面に平行で鋼
板の進行方向に対し直角方向に空気を吹き込み、表面の
酸化を調査した。その結果、使用全燃料に対する空気燃
料比を、0.95〜1.10の範囲で変更しても、鋼板の酸化は
進行し、十分に燃焼させた場合、空気の鋼板面に対する
吹き込み方向が平行であっても、酸化防止できないこと
が明らかであった。

【０００９】つぎに、空気吹き込みの鋼板表面酸化への
影響を知るため、加熱炉排ガス相当の雰囲気中にて350
℃に加熱した鋼板に対し、表面に垂直に空気燃料比が1.
0に相当する空気を吹き付け、吹き付けるノズル位置と
表面との距離を種々変えた場合の、酸化の状況を調査し
た。その結果、ノズルと鋼板の距離が十分離れていると
きは酸化は抑制されているが、ノズルが近づくと酸化が
進み、さらに近づけると、空気が直接あたる部分よりは
その外側周辺で強度の酸化が生じることが観察された。
このことは、鋼板の酸化は空気が直接あたるためより
は、排ガスと空気との急激な混合による燃焼状態が大き
く影響していると考えられた。鋼板に空気があたる場所
の外側周辺では酸素が過剰な状態で燃焼が生ずる。すな
わち空気の吹き込み量が空気燃料比1.0ないしはそれ以
下であっても、局所的には空気比が1.0以上の燃焼状態
となり、燃焼炎は酸化炎となると共に温度が上昇し鋼板
を酸化させるのである。

【００１０】この局所的酸化炎の発生は、空気が過剰な
状態のままでの排ガスとの急激な混合が原因であり、そ
れによって鋼板表面が急速に酸化されると推定され、そ
の対策としては、排ガスと空気とを徐々に混合させ、酸
素が過剰にならないようにしながら緩慢に燃焼させれば
よいと考えられた。

【００１１】直火加熱炉にて発生した燃焼排ガスは、バ
ーナーを効率的作動させるため早急に炉外に排出する必
要があり、顕熱の活用には排ガスを速やかに予熱炉に導
かねばならない。このため、予熱炉を直火加熱炉に直結
するか、あるいはまた予熱炉の鋼板出口近傍の直火加熱
炉に近い部分に直火加熱炉の排ガス煙道を接続し、予熱
炉の先端すなわち被焼鈍鋼板の入り口近くに排気口を設
け、大容量のブロワにるり排気する。したがって、予熱
炉内では排ガスは鋼板進行方向とは逆の方向に流れる。
この未燃焼成分を含む排ガス中に空気を吹き込む際、急
激な混合を避けるとすれば、排ガスの流れと同一方向に
平行に吹き込めばよいと考えられた。そこで、予熱炉内
の排ガスを鋼板面に平行でかつ長さ方向に流れている層
流と仮定し、その層流を乱さぬような、そして層流の板
幅方向における空気の吹き込み量ができるだけ均一にな
るような吹き込みノズルとし、これを予熱炉の排ガス導
入口に近い部位に設置して焼鈍をおこなってみた。

【００１２】その結果、この予熱炉にて鋼板の焼鈍をお
こなうと、空気燃焼比が1.0を超えても、また鋼板が350
℃を超える温度に達しても、予熱炉内にて鋼板の酸化は
抑止できていることが明らかになった。予熱炉にて空気
を吹き込む場合、鋼板の酸化を回避するために、通常、
空気燃焼比は1.0となるよう制御されるが、1.0にした場
合未燃焼成分が残存しそのまま排出されることもある。
これに対し、上述のように排ガスの流れと同一の方向に
吹き込むことにより、完全な燃焼がおこなわれる1.15に
まで空気燃料比を上げても、鋼板の酸化が抑止でき、排
ガスの未燃焼成分を完全に燃焼させることができたので
ある。空気の吹き込み方向は、鋼板面に平行でかつ鋼板
の長さ方向に平行な排ガスの流れに対して、立体角とし
て±15°以内であれば、ほぼ層流の状態のまま空気の吹
き込みが可能である。

【００１３】以上のような知見に基づき、さらに限界条
件を明らかにし、本発明の方法を完成させるにに至った
が、その要旨とするところは、直火式加熱炉を有する鋼
板の連続焼鈍設備の加熱炉前段の予熱炉において、加熱
炉の燃焼排ガスを鋼板に接触させ予熱する際に、ガス中
の未燃焼分を燃焼させるための空気吹き込みを、鋼板と
平行でかつ炉内のガスの流れ方向に対し同じ方向にする
ことによる、鋼板表面の酸化を抑止した被焼鈍鋼板の予
熱方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の方法は、鋼板の連続焼鈍
がおこなわれる冷延鋼板の連続焼鈍設備や溶融亜鉛めっ
き鋼板のメッキ設備などで、直火加熱炉を持つその前段
階の予備加熱炉に適用される。炉の形態としては、鋼板
が水平方向に走る横型であっても、垂直方向に移動する
縦型であってもよい。また、空気の吹き込みは、予熱炉
の直火加熱炉に近い位置の一ヶ所でよく、鋼板の移動方
向に多段に分けて設置する必要はない。空気吹き込みの
ノズルは、鋼板面に平行で鋼板の長さ方向に平行に吹き
出すことができ、かつ板の幅方向においてほぼ均一に分
布した量の空気を供給できるなら、その形態は例えばス
リット状でも、パイプの開口部をほぼ直線上に配列した
ものでもかまわない。ノズルの位置は、噴出した空気が
直接鋼板に影響を及ぼさない位置であれば、特には限定
しないが、鋼板と炉壁の中間近傍の位置が望ましい。

【００１５】本発明の実施の形態を以下の実施例にて具
体的に説明する。

【００１６】

【実施例】図１は縦型の連続焼鈍設備の横から見た断面
の概念図である。ここで、設備は右から予熱炉1、直火
加熱炉2、間接加熱炉3、均熱炉4、（その後は省略）等
からなっており、鋼板5は、予熱炉1の上部から入り、ハ
ースロール6により曲げられて下方に向かいながら予熱
され、次いでハースロールにより上方に曲げられ、さら
に下方に曲げられつつ直火加熱炉2を通過し加熱され
て、次の炉に進んでいく。このように鋼板が上方または
下方に進行する過程で加熱や冷却が施される炉を縦型と
いう。直火加熱炉2においては、複数個のバーナー7から
鋼板に対し直接燃焼炎を吹き付ける直火加熱がおこなわ
れる。直火バーナーの燃料はコークス炉ガスや天然ガス
などを用いるが、燃焼炎による鋼板の酸化を抑止する目
的で、バーナーの空気燃料比は1.0を十分下回る値に維
持される。直火炉にて発生した排ガスは、煙道8を通っ
て予熱炉1の下方の直火加熱炉に近い位置から導入さ
れ、予熱炉内を通過して入り口近くに設置された排気用
ダクト9からブロワ10の吸引により炉外に排出される。
燃焼排ガスはこの予熱炉内を通過する際に、その熱で鋼
板を予熱する。

【００１７】図１の中に示したように、この予熱炉の直
火加熱炉排ガスの導入口に近い位置に、空気吹き込み用
のノズル11を配置した。図２(a)および(b)は、図１の11
に示したノズル部分を説明する図で、鋼板5は上から下
へ走行し、燃焼排ガスは下から上へ流れる。図２におい
て、矢印は気体の流れ方向を示し、空気吹き込みノズル
11は鋼板と炉壁12の間に設置され、ノズルの吹き出し口
は鋼板の幅方向、すなわち図面に対し垂直方向に配列す
る。ここで、図２(a)に示すように、本発明の空気の吹
き込みを排ガスの流れる方向に対し同一の順方向とした
場合と、図２(b)に示すにように、逆方向とした場合と
の比較をおこなった。いずれも燃焼用の空気を鋼板面に
平行で、かつ鋼板の長さ方向に平行に吹き込むものであ
るが、向きを逆にしたのである。

【００１８】この２種の空気吹き込み方法により、直火
加熱炉における燃焼負荷を変え予熱炉に入るガス温を調
節すると共に通板速度も変えて予熱温度を制御し、吹き
込みの空気燃料比を0.98、または1.10として予熱終了時
の鋼板の酸化程度を比較した。鋼板の酸化の程度は、通
板時の目視観察による鋼板の表面の色から判定した。図
３の縦軸は定性的傾向を数値で示してあるが、0は銀
色、1は黄色、2は濃黄色、3は赤紫色に大略対応する。
この予熱が終了した時点にて表面が濃黄色に酸化した程
度までであれば、その後の加熱あるいは均熱の水素を含
む雰囲気中での高温加熱により還元され、実用上全く支
障はない。

【００１９】図３に、空気の吹き込みを順方向または逆
方向にした場合の、鋼板の予熱温度と酸化の程度の評価
との関係を調べた結果を示す。これから明らかなよう
に、本発明の方法（順方向）によれば、空気燃料比が1.
0を超えても予熱時の鋼板の酸化は少なく、その上、予
熱を350℃にまで高めても、実用上問題ない程度に酸化
を抑えられることがわかる。

【００２０】

【発明の効果】本発明の方法によれば、連続焼鈍設備の
直火加熱方式における鋼板の予熱炉において、空気燃料
比が1.0を超える範囲の空気吹き込みにおいても、鋼板
の酸化を十分抑止できるので、燃焼排ガスを完全に燃焼
させて、熱効率を大きく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】縦型の連続焼鈍設備の横から見た断面の概念図
で、とくに直火加熱炉および予熱炉の構成を説明する図
である。

【図２】予熱炉の空気吹き込みノズルの配置状態を説明
する図である。

【図３】空気吹き込みが順方向の場合または逆方向の場
合における、予熱時の鋼板の温度と酸化状態の評価との
関係を示す図である。

【符号の説明】

1 予熱炉 2 直火加熱炉 5 鋼板 6 ハースロール 8 煙道 9 排気用ダクト 10 排気ブロワ ・・・・ 11 空気吹き込みノズル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直火式加熱炉を有する鋼板の連続焼鈍設備
   の加熱炉前段の予熱炉において、加熱炉の燃焼排ガスを
   鋼板に接触させ予熱する際に、ガス中の未燃焼分を燃焼
   させるための空気吹き込みを、鋼板と平行でかつ炉内の
   ガスの流れ方向に対し同じ方向にすることにより、鋼板
   表面の酸化を抑止することを特徴とする被焼鈍鋼板の予
   熱方法。