JPS6114221B2

JPS6114221B2 -

Info

Publication number: JPS6114221B2
Application number: JP55180021A
Authority: JP
Inventors: Kimio Maeyama
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1986-04-17
Also published as: JPS57104630A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、金属ストリツプコイル用連続熱処
理炉の操業方法に関し、とくに該連続熱処理炉の
炉内に生じる有害作用の効果的な除去を図つたも
のである。

一般に金属とくに圧延ストリツプなかでもけい
素鋼帯のストリツプコイルのコイル姿態での熱処
理、就中無酸化雰囲気での焼なましには、H₂や
COなどの可燃性ガスを含む雰囲気ガスを用いる
ことが多く、通常はコイルにマツフルをかぶせ、
このマツフルの内部に該雰囲気ガスを供給して、
マツフルの外側で電熱ヒータまたはラジアントチ
ユーブなどによる間接加熱、またときにはガスも
しくは液体燃料などいわゆる流体燃料を用いる直
火式バーナの直接加熱を施す場合もある。

ここにマツフルの裾には、いわゆるサンドシー
ル、セラミツクウールシールなどの施用が一般で
あつて完全な封止は期し難く、さればといつてマ
ツフルの操作、作業性の面から複雑なシールを用
い得ないので、熱処理中にマツフルに供給した雰
囲気ガスは裾シールを通り抜けて炉内に洩出し、
その結果炉内は、概ねマツフル内と同様な雰囲気
となり、熱処理雰囲気ガス中に、上記のように
H₂を含むとき、高温の炉内ガスが外気に触れて
爆発に至るおそれが、とくに多数のストリツプコ
イルの逐次的な炉内装入―送進の間に熱処理を進
行させる連続炉で殊の外懸念される。

そこで従来は、第１図、第２図に台車式トンネ
ル炉の代表例で示した連続炉１の入，出側にそれ
ぞれ二重しや断扉２，３を設け、それらによるし
や断室４，５の内部を、一たん不活性雰囲気たと
えばH₂ガスと置換するようなはん雑な操業が、
ストリツプコイルの装入，搬出の度毎に必要であ
り、また第２図に示したトンネル炉の断面にあら
われているような炉壁を貫通する配線、配線類
６，７のまわり、あるいはさらに二重しや造扉
２，３自体のシールを確実にするための築炉構造
の複雑化がさけられなかつたのである。

なお図中８は台車、９はマツフル、１０は裾シ
ール、１１はストリツプコイル、１２は電熱ヒー
ター、１３は熱処理雰囲気ガスの供給管、１４は
その接続の脱着を司るカプラである。

なお上記したところのほか、H₂を含む雰囲気
ガスが炉内に洩出すと、これが炉壁い浸透してそ
の断熱性を害し、熱効率の低下をもたらす不利も
加わるけれどもそれはともかくとして、炉内ガス
についての上記のシール対策は、一般に可燃性ガ
スたとえばCOの如きを熱処理雰囲気ガスとして
用いるときも、その炉外への逸出阻止が、安全衛
生管理の面でも不可欠とされるところから同様に
要請される。

この点について出願人会社の先行的な開発努力
はたとえば、特開昭54―96408号公報に示される
ように、炉中へ予熱空気を導入して炉内ガス中の
可燃成分の着火燃焼をもつて無害化を図ることに
より、数多くのメリツトをもたらしたところであ
る。

ところでストリツプコイルの連続熱処理におい
て、該コイルの材質によつては途中で加熱速度の
変更を必要とする場合がある。このような場合に
は、該コイルが炉内を移動する間に所定の加熱処
理を実施できるように、炉内が階段状の温度向配
をもつように設定しなければならないが、直火式
バーナなどによる直接加熱では高温の燃焼排ガス
が炉内を流動するため適切な温度制御は行えず、
さればといつて電熱ヒータやラジアントチユーブ
などによる間接加熱ではコストが高くつく不利が
ある。

この点加熱，均熱において加熱速度を問題とし
ない帯域では比較的安価な流体燃料の直火式加熱
方式を用い、加熱速度の制御を要する帯域のみ間
接加熱を用いることで適切な熱処理を安価に実施
できる。

この発明は、上述の如く直接加熱および間接加
熱を併用した連続熱処理炉における洩出可燃性ガ
スの適切かつ簡便な処理を可能ならしめたもので
ある。

すなわちこの発明は、圧延に引続いて巻取つた
金属ストリツプコイルを、H₂の如き可燃性ガス
を含む雰囲気ガスを供給したマツフル内に格納
し、このマツフルを、直接加熱ならびに間接加熱
方式を併用する加熱，均熱帯と中間扉により区画
された冷却帯とをそなえる炉内に送り進めて該金
属ストリツプコイルを加熱，均熱および冷却各段
階に供する連続熱処理に際し、上記加熱，均熱帯
のうち直接加熱を行う領域では流体燃料を空気過
剰で燃焼させ、かつその余剰気を利用してマツフ
ルから洩出した可燃性ガスを炉内で燃焼させ、間
接加熱を行う領域では炉内に強制的に送給した空
気でマツフルからの洩出可燃性ガスを燃焼させる
一方、冷却帯では洩出可燃性ガスが燃焼限界未満
となる量の空気を送給して希釈したのち炉外へ排
出することを特徴とする金属ストリツプコイル用
連続熱処理炉の操業方法である。

以下この発明を回転炉床式連続熱処理炉に適用
する場合を代表例として具体的に説明する。

この例は加熱帯の前半に直接加熱方式を、加熱
帯後半および均熱帯に間接加熱方式を採用した場
合で、回転炉床式連続熱処理炉全体の平面を第３
図に、また該連続炉の直接加熱帯域および間接加
熱帯域の縦断面をそれぞれ第４図、第５図に示
し、そして第６図には説明の便宜上該連続炉を横
一列に展開して表わした。

前述した先行技術では不可欠であつた二重しや
断扉２，３、従つてしや断室４，５を全廃し、こ
れらに代りそれぞれ単一板状構成のしや断扉
２′，３′を、とくに炉内を低温域ｂとに区画する
中間扉１５とともに設ける。加熱帯および均熱帯
の内，外両周壁には、加熱手段として、直接加熱
帯域では直火式バーナ１２′、間接加熱帯域では
電熱ヒータをそれぞれ適当な距離を隔てて配置
し、また間接加熱帯域および冷却帯には、それぞ
れ複数個の空気導入口１６を炉構下部に設ける。
さらに炉頂には加熱，均熱帯からの燃焼排ガスお
よび冷却帯からの冷却ガスを炉外に導く排気管１
７を開口し、排ガスフアン１８によりスタツク１
９から放出する。なお間接加熱帯域および冷却帯
への空気供給は、別個独立に行うことを可とする
が、空気供給量についてあとで述べるような分配
が可能ならば共通の加圧源によつてもかまわな
い。

かくして回転炉床８′上に載置したストリツプ
コイル１１を雰囲気ガスを充満したマツフル９で
覆つたまま、該回転炉床８′の移動に伴つて加熱
帯から冷却体までの間にわたり順次通過させるこ
とにより所定の熱処理を施すしくみとされる。

なお第７図には、熱処理雰囲気ガスの供給管１
３から、各マツフル９内への配管６に対する給気
を行う脱着操作系の一例を示し、可撓管２１によ
りガス元管２２に供給管１３を接続し、この供給
管１３の分岐管１３の分岐管１３′には炉中でス
テツプ移動後所定位置に停止する回転炉床８′か
らの所定の間隔をおいて垂下させた配管６のそれ
ぞれに気密適合するカプラ１４を配設設するほか
その脱着操作のために昇降シリンダ２３を設け、
それによる供給管１１３の降下位置で回転炉床
８′のステツプ移動を行わせる。なおこの際の給
気停止を司る自閉弁をカプラ１４に設けるを可と
する。

さて上述した構成になる連続炉の操業は、まず
加熱帯前半のバーナ直火式加熱帯域において、バ
ーナ１２′の燃焼用空気を常に理論空気量よりも
空気過剰下の燃焼火焔により、マツフル９の防護
下にストリツプコイル１１を加熱し、この燃焼条
件の下で炉中ガスにO₂が残存するのでマツフル
９の裾シールを通り抜けて炉内に洩出した可燃性
雰囲気ガスは直ちに燃焼無害化される。

なおH₂ガス燃焼条件は、着火温度572℃以上、
H₂濃度４〜74％（大気中にて）の範囲にあり、
ここに炉内温度は加熱均熱帯全域にわたつて572
℃以上に保つことが必要であり、また炉内へ洩出
したH₂ガスを完全に燃焼させるのに十分なO₂
を、バーナ１２′の過剰空気によつて与えること
もまた不可欠であり、かくして炉の加熱のための
バーナ廃ガスと、洩出した可燃性ガスの燃焼脱ガ
スは一緒にまとめて炉頂に配設した排気口１７か
ら吸引フアン１８を介しスタツフ１９へ放出す
る。

いま第３図、第４図に示したように、マツフル
１個当りに75000KCal/hの容量のバーナを２個宛
用い、またマツフル１個当りH₂ガスを0.5〜５m³/
ｈの範囲で供給する場合コークスガス（以下Ｃガ
スといいう）を使用するとして加熱帯前半におけ
る燃焼例は次のとおりである。

Ｃガス発熱量Ｈ＝4350Kcal/Nm³ 最大負荷時のＣガス使用量７５０００／４３５０＝17.2(Nm³/h) 理論空気量 4.455Nm³―air／Ｎm³―Ｃガス燃焼ガス量 5.158Nm³/Nm³―Ｃガス H₂完全燃焼に必要な酸素量
0.5Nm³―O₂／Ｎm³―H₂ H₂完全燃焼に必要な空気量
2.38Nm³―air／Ｎm³―H₂ 前記のように対空気比率で４〜74％がH₂の燃
焼範囲であるということは、酸素量としては、
H₂1に対して0.08〜５のO₂ということになる。但
しH₂1に対してO₂0.08〜0.5の範囲は0.16〜１のH₂
が燃焼するのみで未燃分が残ることになるから、
完全燃焼させるためには、H₂1に対してO₂0.5〜
５の範囲にあることが必要となる。これを空気量
に換算すると2.38〜23.8に相当する。

いま、H₂2Nm³/hをマツフル内に供給している
場合の例で計算すると、必要空気量は 2.38×２＝4.76〜23.8×２＝47.6Nm³/h この時の空気過剰率(m)は最大燃焼負荷時で２／１負荷時では、４／１負荷時で１０／１負荷時で加熱帯におけるバーナの燃焼使用範囲は、通常は
１〜1/4であるからｍ＝1.2を確保しておけば洩出
H₂ガスを完全燃焼させるに必要かつ十分なO₂を
供給することができる。

また加熱帯半および均熱帯における電熱加熱帯
域への供給空気量については、マツフルからの洩
出可燃性ガスを燃焼させるに足るだけの量でよ
く、従つて可燃性ガスとしてH₂ガスを用いる場
合は前述した如くH₂1m³に対し2.38〜23.8m³の空
気量となる。

次に冷却帯においては、マツフル９の裾から洩
出したH₂ガスを、空気供給管１６から大量の空
気を送つてH₂ガスの燃焼の下限値である４％未
満まで希釈することにより、燃焼させることなく
排気管１７からスタツク１９を経て大気中へ放出
するのである。つまり冷却帯に吹込む空気量は、
H₂ガス１m³当り24m³以上が必要であり、0.5〜５
m³/hという供給H₂量に対しては 5/5＋ｘ＝0.04 ∴ｘ＝120m³/h が供給空気量の下限値となる。

従つてフアン２０′として、上記120m³/h以上
の送給能力をもつフアンを用いれば、とくに制御
の必要なしに十分な空気を炉内に送給でき、安全
対策としても、予備機を併設し、停電時の電源と
してジーゼル発電機を常備しておく程度で事足り
る。

なお参考までに上述したような連続炉の直接加
熱帯域における加熱操作のための制御回路の一例
を第８図に示す。

まず炉温制御については、炉内温度測定用カツ
プル３１に温度信号から温度調節計（TIC）３２
の出力によりバーナの燃料弁開度調節用コントロ
ールモータ３３を駆動して行なう。燃料流量変更
に伴い燃焼に必要な最低の空気量は、燃料流量計
３４の信号から空気流量調節用（FIC）３５の出
力により空気調節弁３６により自動的に保証させ
る。一方O₂分析計（O₂／Ｉ）３７、O₂％調節計
（O₂IC）３８による供給空気量の推定と、マツフ
ル内へ送られるH₂ガス供給系統に設置したオリ
フイス３９によるH₂ガス供給量と燃焼用空気配
管中に設置したオリフイス４０による空気量と、
先に説明した燃料流量計３４による燃料量とから
必要空気量をレシオバイアス（RB）４１で演算
決定し、空気量調節計３５に信号を送りこの出力
で調節弁３６の開度を決定し必要空気量を確保さ
せる。

その他にマツフル内が負圧になると、炉床レン
ガの割れ目から大気が侵入し、十分な熱処理が不
可能となるため、以下のような制御系も装備さ
れ、ここにマツフル９は移動するため、雰囲気を
正圧に保つことで保証する。

すなわち炉圧測定器４２で、設定出力に対する
炉内圧の増減を監視し、調節計４３の出力でスタ
ツク１９の管路中に設けたダンパーの開度をコン
トロールモータ４４で開閉し炉内圧を一定に保つ
通常の炉圧コントロール系の他に、ダンパー開度
を検出するポジシヨンモータ４５をダンパーに直
結し、ダンパーが全開に近い位置からは、ダンパ
ー開度にする雰囲気ガス量の増分を演算するガス
量調節計４６により雰囲気ガス流量制御弁４７を
制御し、ガス流量をも可変とする制御系を追加す
る。

以上の制御系につき、アナログ計器を使用した
例を示したが、デイジタル方式を採用しても勿論
可能である。

以上この発明を回転炉床式連続熱処理炉に適用
した場合について説明したが、直通した台車式ト
ンネル炉の場合についても同様の方法で応用で
き、この場合台車を炉出側から入側へ戻す際に保
熱の点に不利があるときは、前者が望ましい。

また可燃性ガスとしては、H₂ガスだけに限ら
れるものではなく、その他の可燃性ガスたとえば
COガスなどを用いる場合にも同様にしてこの発
明を適用できるのはいうまでもない。

この発明の効果を要約すると次のとおりであ
る。

１従来炉においては、マツフルから炉内へ洩出
したH₂などの可燃性ガスを空気と直接接触さ
せないように、炉入口、出口に炉内と開閉自在
な２重のしや断扉で区画された入口室，出口室
と共にこれらの各室にN₂などの不活性ガスを
多量に必要としていたのみならず、これらの入
口室，出口室と炉内を区画する開閉扉部の外気
とのシールならびに炉内温度測定用カツプル、
雰囲気ガス供給ガス管など炉外から炉内へ貫通
している配管や配線などのシールが複雑な構造
となつていたのに対し、この発明では炉構造を
極めて簡単にできる。

２ H₂雰囲気中での断熱材の熱伝導率は空気中
または燃焼ガス中のそれより非常に高く２〜
2.7倍にも達して炉体からの放散熱が大きくな
るが、この発明ではH₂ガスを雰囲気ガスとし
て用いたときでもその炉内での停滞はなく、従
つて熱効率の改善に大きく寄与する。

３ H₂ガス燃焼によつて2572KCal／Ｎm³―H₂の
熱量を炉温上昇に利用できるので、燃料として
たとえばＣガス使用の場合ではH₂ガス１m³に
対して約0.6m³のＣガスの節減、または灯油使
用の場合ではH₂ガス１m³に対して約0.3の節
減につながり省エネルギーに大きく貢献する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の連続熱処理炉の縦断面
図、第３図はこの発明の実施に好適な回転炉床式
連続熱処理炉の平面配置図、第４図および第５図
はそれぞれ直接加熱帯域および間接加熱帯域の縦
断面図、第６図は回転炉床式連続炉の横一列への
展開図、第７図はマツフル内への雰囲気ガスの供
給配管系統を示した図、第８図は直接加熱帯域で
の加熱操作のための制御回路の一例を示した図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

１圧延に引続いて巻取つた金属ストリツプコイ
ルを、H₂の如き可燃性ガスを含む雰囲気ガスを
供給したマツフル内に格納し、このマツフルを、
直接加熱ならびに間接加熱方式を併用する加熱，
均熱帯と中間扉により区画された冷却帯とをそな
える炉内に送り進めて該金属ストリツプコイルを
加熱，均熱および冷却各段階に共する連続熱処理
に際し、上記加熱，均熱帯のうち直接加熱を行う
領域では流体燃料を空気過剰で燃焼させ、かつそ
の余剰空気を利用してマツフルから洩出した可燃
性ガスを炉内で燃焼させ、間接加熱を行う領域で
は炉内に強制的に送給した空気でマツフルからの
洩出可燃性ガスを燃焼させる一方、冷却帯では洩
出可燃性ガスが燃焼限界未満となる量の空気を送
給して希釈したのち炉外へ排出することを特徴と
する金属ストリツプコイル用連続熱処理炉の操業
方法。