JPS5917169B2 - 無酸化炉の雰囲気制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、鋼材等の熱処理や加熱等に使用される無酸
化炉の雰囲気制御方法に関するものである。

鋼材等の熱処理や加熱に当り、鋼材等の表面に生成され
る酸化膜はできるだけ少ない方が有利であり、例えば銅
帯の亜鉛メツキラインにおいては、銅帯の加熱中に銅帯
表面に酸化膜が生成すると、メッキ工程で亜鉛の密着性
が悪くなる問題が生ずる。

また、加熱されたビレットをガラス質潤滑剤を使用して
押出し成形し鋼管を製造する熱間押出しによる継目無鋼
管の製造においては、前記ビレットの加熱時に酸化膜が
生成すると、せん孔プレスによって押出し用中空素材を
つくる際に、スケールつまりにより、鋼管外面にスケー
ル疵が発生する問題が生ずる。

そこで、従来上述のような酸化膜の生成によって次工程
の作業に支障を来たし、あるいは製品価値が失われるよ
うな場合には、鋼材等の熱処理や、加熱（こ当って無酸
化炉が使用されていた。

上記無酸化炉は、炉内の還元雰囲気を制御することによ
り、加熱される鋼材等の酸化膜生成を防止するものであ
り、上記雰囲気制御に当っては、従来次のような方法が
行なわれていた。

■ 理論的に求めた空燃比を、手動型空燃比率設定器で
設定し、必要により鋼材等の表面観察、排ガス分析をオ
ルザット等の手分析法により確認して空燃比の手動修正
を行ない燃焼を行なう。

■ 炉内雰囲気のＣＯ２ＣＯ２，Ｈ２，Ｈ２Ｏ等を、そ
れぞれ個別の分析計を設置して測定し、ＣＯ／ＣＯ２、
Ｈ２／Ｈ２０（またはその逆数）等の還元度を示す値を
演算し、空燃比率設定器にフィードバックの上、空燃比
を制御して燃焼を行なう。

しかるに、上記■の方法によると、理論空燃比を求めた
諸データが変動する場合には、理論通りの燃焼を行なう
ことができず、従って、製品不良を出さないためには、
空燃比の安全率を大きく設定し、無駄な燃焼を行なう必
要があり、また、排ガス分析等の作業をきめ細く行なわ
なければならい等の問題があった。

また、上記■の方法（こよると、ｃｏ、ｃｏ□。

Ｈ２，Ｈ２Ｏ等の測定のために、それぞれ個別に分析計
を設置しなければならず、多額の設置費を要する上、機
器構成は複雑となる結果、故障要因も多く、精度上、保
守上問題が多かった。

更に、ＣＯ／ＣＯ２，Ｈ２／Ｈ２０またはその逆数の比
のみを、適確な還元度として代表させることには問題が
あった。

即ち、ＣＯ／ＣＯ２，Ｈ２／Ｈ２０の値は、その温度に
より変化するため、分析計内における温度での測定値と
、実際の炉内温度による測定値とでは誤差が生じた。

また、ＣＯ２ＣＯ２，Ｈ２，Ｈ２Ｏの含まれる雰囲気は
、水性化ガス反応であるＣＯ２＋Ｈ２−ＣＯ２Ｈ２０に
より変化し、常温下においては、Ｈ２Ｏは凝縮する結果
、常温での手分析値によりＣＯ／ＣＯ２，Ｈ２／Ｈ２０
測定値の較正を行なうことはできず、この点からも精度
上、保守上に問題があった。

上述のように、従来の方法によっては、無酸化炉におけ
る雰囲気制御を適確に行なうことはできず、そのため、
例えば亜鉛メツキラインにおける加熱過程において、鋼
帯に酸化膜が生成する結果。

亜鉛の密着性不良が生じ、また熱間押出し法による継目
無鋼管製造に当り、ビレットに生成する酸化膜によって
、鋼管外面にスケール疵が発生し、次工程の作業や製品
にしばしば重大な欠陥の生ずることがあり、また空燃比
の安全率を大きくとることによって未燃分の熱損失が大
きく、省エネルギーが図れない等、多くの問題があった
。

この発明は、上述のような観点から、空燃比に安全率の
余裕をもたせることを必要とせず、未燃損失熱を最小限
なこおさえて熱原単位の向上を図り、炉内温度の変化に
かかわらず測定値に誤差が生ぜず、精度、保守性の優れ
た無酸化炉の雰囲気制御方法を提供するもので、炉内雰
囲気の還元度を、炉内雰囲気検出用端子に接続されてい
る、１０９８°にの一定温度に保持されたジルコニア磁
器式分析計により、０２分圧を測定することによって、
（ＣＯ＋Ｈ２）／（ＣＯ２＋Ｈ２０）の値から求め、−
上記Ｑこより求められた還元度と、炉内温度により調節
される送給燃料流量との関係において、炉内雰囲気の制
御を行なうことに特徴を有するものである。

この発明方法においては、炉内雰囲気におけるＣＯ２Ｃ
Ｏ２，Ｈ２，Ｈ２Ｏの４成分を含めた還元度を求めるに
際して、従来のようＱこ前記各成分毎に個別の分析計を
使用し分析することはせず、第１図に動作説明図で示さ
れるような検出セルをもつジルコニア磁器式分析計によ
り、ＣＯ＋１／２０□＝ＣＯ２，Ｈ２＋１／２０□＝Ｈ
２０の反応における解離０２分圧の測定を行ない、下記
（１）式あるいは（２）式から還元度ＣＯ／ＣＯ２−５
Ｈ２／Ｈ２０を求める。

ＰＣＯ／ＰＣＯ２＝Ｋｐ■、ＰＯ２−Ｖ２ ・・・・
・（１）ＰＨ２／ ＰＨ２ｏ＝−Ｋｐ■−ＰＯ２−１／
２・・・・・・（２）（上式においてＫｐ■、Ｋｐ■は
平衡定数）しかし、上式により求められた還元度ＣＯ／
ＣＯ２，Ｈ２／Ｈ２０の値は、前述した如く雰囲気の温
度により変化し、実際の炉内温度による測定値とでは誤
差が生ずるため、この発明方法においては、前記還元度
を、（ＣＯ十Ｈ２）／（ＣＯ２＋Ｈ２０）で表わすこと
にした。

即ち、上記（ＣＯ＋Ｈ２）／（ＣＯ２＋Ｈ２０）で表わ
された還元度は、その値が温度によって変らず特定温度
で測定できれば、炉内温度がどのような値であろうとも
、分析値と炉内値とを一致せしめることができる。

ＣＯ＋１／２０２−ＣＯ２およびＨ２＋１／２０．：Ｈ
２Ｏの反応について、０ 、Ｋｕｂａｓｈｅｗｓｋｉに
よれば、次の（３） 、 （４Ｘ：が提唱されている。

ＣＯ＋１／２０□＝ＣＯ２の反応において、ｌｏｇＫｐ
Ｉ＞１４７４９／Ｔ＋４．．５３４ −・・−＝（３）
Ｈ２＋１／２０２＝Ｈ２０の反応において、ｌｏｇＫｐ
Ｈ＝−１２５０９／Ｔ−ｔ−０，９７８９１ｏ、！ｉ’
Ｔ−〇、４８２９ ・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（４）上記式において、ＫｐＩ＝Ｋｐ■
となる温度Ｔキ１０９８°Ｋを採用すると、 ＰＣＯ／ＰＣＯ２＝ＰＨ２／ＰＨ２０ ＝（ＰＣＯ＋ＰＨ２）／（ＰＣＯ２＋ＰＨ２０）＝Ｋｐ
Ｉ 、 ＰＯ２−１／２ ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（５）となる。

従って、１０９８°にの一定温度Ｑこ保持された磁器式
分析計により、ＰＯ２を測定すること（こよって、（Ｃ
Ｏ＋Ｈ２）／（ＣＯ２＋Ｈ２０）の値が求められること
になり、１台のジルコニア磁器式分析計により、ＣＯ２
ＣＯ２，Ｈ２，Ｈ２Ｏを含めた極めて有意義な還元度表
示を行なうことができる。

第２図には、上述の原理を利用し、ジルコニア磁器式分
析計を用いて、無酸化炉の雰囲気制御を行なう場合のフ
ローの一例が系統図により示されている。

図面ζこおいて、１は無酸化炉、２は炉内温度を検出す
る熱電対、３は炉内雰囲気検出用端子、４は前記熱電対
２に接続される炉内温度調節計、５に炉内に送られる燃
料の流量調節計、６は同じく燃料流量調節弁、７は燃料
流量検出器である。

また、８は前記炉内雰囲気検出用端子３に接続される１
０９８°にの一定温度Ｑこ保持されたジルコニア磁器式
分析計、９は雰囲気制御調節計、１０は空燃比率設定器
、１１は炉内に送られる空気の流量調節計、１２は同じ
く空気流量調節弁、１３は空気流量検出器、１４は炉側
に設けられた吹込口である。

無酸化炉１内の温度は、熱電対２で検出し炉内温度調節
計４に入力され、予め記憶されている設定値との偏差値
が燃料流量調節計５へ送りこまれる。

無酸化炉１内へ送給される燃料は、その流量が燃料流量
検出器７で検出された上、検出値が帰料流量調節計５へ
送られ、前記した炉内温度との偏差値に基づき、その流
量が燃料流量調節弁６で制御される。

一方、無酸化炉１内の雰囲気は、検出用端子３により１
０９８°にの一定温度に保持されたジルコニア磁器式分
析計８に送りこまれ、前述した方法により０２分圧が測
定された上、（ＣＯ＋Ｈ２） ／（Ｃ０２＋Ｈ２０）値
が求められる。

前記（ＣＯ＋Ｈ２） ／ （Ｃ０２＋Ｈ２０）の値は、
雰囲気制御調節計９に送られて目標値との偏差分が修正
された上、空燃比率設定信号として空燃比率設定器１０
に入力される。

空燃比率設定器１０には、燃料流量調節計５から燃料流
量が送りこまれ、上記した空燃比率設定信号と演算の上
、その値が空気流量調節計１１に入力される。

無酸化炉１内への吹込み空気は、その流量が空気流量検
出器１３で検出された上、検出値が空気流量調節計１１
へ送られ、上記空燃比率設定信号との演算値に基づき空
気流量調節弁１２によって流量が制御される。

上述のように、この発明方法によるときは、燃料および
空気量の適確な調節によって、優れた炉内雰囲気制御を
行なうことができ、炉内の還元度は１台の分析計により
ｃｏ、ｃｏ□、Ｈ２，Ｈ２Ｏを含めた還元度で表わされ
、論理空燃比で制御する場合のように、空燃比の安全率
を大きく設定する必要はなくなって、適確な空燃比率制
御が可能となり、未燃損失熱は最小限におさえられる結
果、熱原単位は向上し、省エネルギーを図ることができ
る。

例えば、亜鉛メッキ鋼板製造ライン中における無酸化炉
の雰囲気制御を、この発明方法によって行なうときは、
保護ガス（Ｈ２＋Ｎ２ガス）も燃料として使用が可能と
なる結果、理論空燃比を１．０とした場合、従来の空燃
比が０．９０であるのに対し、これを０．９５とするこ
とが可能となり、これに伴なう燃料低減率は４．２％で
、鋼板１屯当りの燃料費を、約１２４円低減することが
できる。

以上説明したように、この説明方法によれば、空燃比に
安全率の余裕をもたせる必要はなくなるから、未燃損失
熱は最小限におさえられ、従って熱原単位は向上し、雰
囲気温度が変化しても測定値に誤差は生ぜず、しかも従
来設備（こ比し、機器構成は単純化されて精度、保守性
が共に向上し、設備費も廉価であり、連続焼鈍炉、バッ
チ焼鈍炉、一般無酸化炉および加熱炉等の燃焼管理、燃
焼制御用に広く適用され得る等、工業上優れた効果がも
たらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明方法に使用されるジルコニア磁器式分
析計の検出セルの動作を示す説明図、第２図はこの発明
方法を用いた無酸化炉雰囲気制御系統図である。 図面において、１・・・・・・無酸化炉、２・・・・・
・熱電対、３・・・・・・炉内雰囲気検出用端子、４・
・・・・・炉内温度調節計、５・・・・・・燃料流量調
節計、６・・・・・燃料流量調節弁、７・・・・・・燃
料流量検出器、８・・・・・・ジルコニア磁器式分析計
、９・・・・・・雰囲気制御調節計、１０・・・・・・
空燃比率設定器、１１・・・・・・空気流量調節計、１
２・・・・・・空気流量調節弁、１３・・・・・・空気
流量検出器、１４・・・・・・吹込口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉内雰囲気を、空燃比によって制御する無酸化炉の
   雰囲気制御方法において、 炉内雰囲気の還元度を、炉内雰囲気検出用端子に接続さ
   れている、１０９８ａＫの一定温度に保持されたジルコ
   ニア磁器式分析計により、０２分圧を測定することによ
   って、（ＣＯ＋Ｈ２）／（ＣＯ２＋Ｈ２０）の値から求
   め、 上記により求められた還元度と、炉内温度により調節さ
   れる送給燃料流量との関係において、炉内雰囲気の制御
   を行なうことを特徴とする無酸化炉の雰囲気制御方法。