JPS61257430A - 鋼帯の連続加熱方法および設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋼帯の熱処理を連続的に行うための鋼帯の連
続加熱方法およびその設備に関する。

〔従来の技術〕

カテナリー炉に代表される鋼帯の連続式熱処理炉はよく
知られているが、かような炉は、主として輻射伝熱を利
用してこの中を通過する鋼帯を連続的に加熱するのが普
通である。すなわち、熱源として、安価な天然ガス２軽
油３重油等の燃料をバーナーで燃焼させたときの燃焼熱
を利用し、この燃焼熱によって加熱された炉壁から発生
ずる輻射熱、バーナーフレームから発生ずる輻射熱、更
には高温の燃焼廃ガスから発生ずる輻射熱等によって鋼
帯を加熱するものであり、鋼帯への伝熱は輻射伝熱が大
きな比重を占めている。この場合。

廃熱を利用した予熱帯を設けることによって熱効率を向
」ニさせ月つ熱処理範囲の拡大を図ることも種々提案さ
れている。

特公昭５２−２６７２３号公報は廃ガスのみで鋼帯を加
熱できるようにした予熱帯域を設ける鋼帯連続焼鈍炉を
開示する。特公昭５４−４２８０４号公報は予熱帯域と
して対流型予熱帯と放射型予熱帯を設けた直火式連続熱
処理炉を開示する。

此等公報に開示する熱処理炉はいずれも地−■二に沿っ
て横型（水平）に設置しているが、熱処理炉はこのよう
な横型炉に限られるものでなく、熱経済性を高めるため
に縦型（垂直）に設置されたものも存在する。また、予
熱を誘導加熱によって行う例として２例えば特開昭６０
−２６３４号公報は加熱帯入側から均熱帯出側までの間
に誘導加熱炉を配置した鋼帯連続加熱方式を開示してい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、横型炉、縦型炉といった炉型式はいずれで
あれ、主として輻射伝熱を利用して鋼帯の熱処理を行な
う加熱炉で鋼帯を連続加熱する場合には、熱処理能力を
向」ニさせるために炉長が非常に長くなる（あるいは高
くなる）という問題がある。炉長が長くなればそれだけ
加熱炉本体およびその（＝Ｊ帯設備５　さらにこれらを
収納する建屋まで含めて大掛かりな設備となり、広い設
備スペースを要するとともに設備費用が嵩むのである。

こうしたことから熱効率の面から廃熱を予熱に利用した
り熱流を制御したりしようとする前記特公昭５２−２６
７２３号公報および特公昭５４−４２８０４号公報の方
式においても、炉長の低減には限界がある。

特開昭６０−２６３４号公報に提案されているように。

加熱炉の入側に誘導加熱炉を設置するごとによって、昇
温速度の制御性を向」ニさせることができるが、これだ
けでは加熱炉での熱効率や機能を向」ニさせることは期
待できず、　ｌｒ制御性の面での向」二ば図れても、熱
の面からは、鋼帯への全体の入熱の一部を誘導加熱でま
かなったことになるにすぎない。つまり、単に誘導加熱
炉を前置するだけでは。

加熱炉での鋼帯への伝熱効率の向上には直接的にはつな
がらない。

このように、従来のカテナリー炉に代表される加熱炉に
おいては、その伝熱形態が主として輻射伝熱であるため
に、伝熱効率には限界があった。

特に、ステンレス鋼や普通鋼の冷延鋼帯などは表面光沢
が良好である。従ってこれらの熱吸収率が完全黒体に比
べて非常に小さく、これらを輻射伝熱で加熱する場合に
は、その伝熱量が小さくなり。

処理能力を向上させようとすると、炉長を長くせざるを
得ないという問題があった。

また、このような表面光沢のよい熱吸収率の小さい鋼帯
を処理対象とする場合に、その処理能カーを向上させる
ために炉内温度を高くするという対策を採ると、鋼帯温
度と炉内温度の差が大きくなり鋼帯の在炉時間が短かく
なるので鋼帯表面に生成する酸化スケールにムラが生じ
、これがデスケール後の表面均一性を劣化させ表面欠陥
の原因になるという問題が付随した。他方、炉内耐火物
の耐熱限界からの制約を受けて、思うように炉内温度を
高めることができないと言う問題もあった。

表面光沢のよいステンレス鋼冷延鋼帯などに対してその
熱吸収率を上げるために、鋼帯表面に黒色塗料を塗布す
ることも提案されたが、鋼帯表面に塗料との化合物を生
成して製品品質に悪い影響を及ぼすという問題があった
。

本発明はこのような問題の解決を目的としてなされたも
のである。

〔問題点を解決する手段〕

本発明は、該目的を達成する方法および設備として、主
として輻射伝熱により鋼帯を加熱する加熱炉に鋼帯を連
続的に通板するにさいし、この加熱炉に入る前の鋼帯を
、加熱炉の炉内雰囲気とは実質上遮断され且つ酸素量２
０容量％以上の雰囲気を維持する誘導加熱炉に連続的に
通板させ、この誘導加熱炉において鋼帯を予熱し且つ鋼
帯表面により高い熱吸収係数をもつ酸化スケール層を形
成させてから、＠帯の受熱した熱量を実質的に保有した
まま、前記の加熱炉に通板することを特徴とする鋼帯の
連続加熱方法を提供するものであり。

この方法を実施するのに好適な設備として。

鋼帯の通過順に誘導加熱炉と加熱炉を連設してなる連続
加熱設備であって。

誘導加熱炉の出入口に大気を遮断し月つ同炉内の雰囲気
の通気を妨げる手段と、該誘導加熱炉内の酸素濃度によ
る雰囲気を調節する制御手段を備えた酸素供給装置を設
けることを特徴とする鋼帯の連続加熱設備を提供するも
のである。

本発明の最も特徴とするところは、加熱炉に導入される
前の鋼帯を酸素富化雰囲気に維持した誘導加熱炉に通板
して、単ムこ予熱するだけでなく鋼帯表面に黒色の酸化
スケール層を強制的に形成する点にある。温度制御性の
よい誘導加熱炉に酸素を（Ｊｔ給しつつ鋼帯を通板させ
、炉内の酸素濃度による雰囲気と誘導電流による鋼帯の
温度を適切に制御するならば、鋼帯表面に均一な黒色被
膜（酸化スケール層）を形成することができ、しかも。

そのさいに鋼帯に付着していた油分や摩耗粉等をその中
に取り込ませたスケールとすることができる点にある。

この場合、炉内雰囲気中の酸素濃度は少なくとも２０容
量％以上の任意の値に制御することが必要であり、この
ような高い酸化性雰囲気下で急速加熱することによって
、引き続（加熱炉での伝熱量を大きく増大させることが
できる黒色の酸化スケール層を鋼帯全表面に形成できる
点にある。そして、この強酸化雰囲気下での誘導加熱方
式によって、加熱炉での均熱帯よりも低い温度において
も酸化反応を促進させることができるので、形成される
酸化スケール層は均一となり、鋼帯表面にスケールムラ
の少ないものとすることができると共に、油分や摩耗粉
などに何ら影響されずにこの酸化スケール層を効果的に
形成し得るので、デスケール後の表面品質を非常に良好
にすることができる点にある。

〔実　施　例〕

本発明を実施する炉型式は横型炉、縦型炉のいずれでも
よいのであるが、第１図に示す縦型炉型式による設備配
置系統図により実施例を説明する。

第１図において、■は連続的に通板される鋼帯。

２は縦型の加熱炉、３はその入側に設置された誘導加熱
炉を示している。誘導加熱炉３は加熱炉２の上方にシー
ル装置４を介して設置され、このシール装置４によって
両炉間の雰囲気の通気を妨げている。また誘導加熱炉３
の入側にもシール装置５が設けられ大気雰囲気と遮断さ
れている。

加熱炉２の下方には冷却帯６が設けられ、この冷却帯６
を通過したあと鋼帯１は炉外へ出ることになる。」−記
のシール装置４．５としては、慣用のエアーカーテン方
式および第２図に示すローラ方式を利用すればよい。

加熱炉２は燃料燃焼熱によって所定の炉内温度を維持さ
せて、主して輻射伝熱により（公知の技、　　術を駆使
して極力熱効率を上げながら）鋼帯１を加熱すればよい
。

この加熱炉２の上方入側に設置される誘導加熱炉３には
、電力量および電力供給タイミング調節用制御装置８と
電源９からなる電力供給装置７がら制御量の電力量が投
入され、鋼帯工を誘導加熱によって所定の温度に加熱す
る。

そのさい、鋼帯の鋼種および寸法（厚さＸ幅）。

熱処理後の鋼帯に求められる機械的性質および表面仕上
、導入鋼帯温度１通板速度、供給酸素量。

さらに誘導加熱炉内における酸素濃度および同炉内にお
ける綱帯温度等々の入力データから鋼帯表面に次第に黒
色化していく酸化スケール層を形成させるに必要十分な
温度を電算機で演算し、この演算値を制御信号として投
入電力量を制御することができる。また誘導加熱炉３の
出側で鋼帯温度を測定するかわりに１例えば光沢針など
による鋼帯表面の黒体度を検出し、これをフィードハッ
ク信号として投入電力量を制御することもできる。

他方、この誘導加熱炉３には、酸素濃度とこの濃度を切
替えて炉内雰囲気を調節するための制御装置１１と酸素
供給源１２からなる酸素供給装置１ｏが設けられており
、この酸素供給装置１ｏがら制御量の酸素が供給される
。

制御装置１１は誘導加熱炉３内における酸素濃度および
鋼帯温度、形成した酸化スケール層被膜の黒体度などの
計測値から必要な酸素量を電算機で演算し、目的とする
黒体度の酸化スケール層を形成させるに十分な酸素量を
誘導加熱炉内に供給し。

同炉内の雰囲気を調節するのである。鋼帯の鋼種や寸法
および熱処理後の鋼帯ムこ求められる機械的性質や表面
仕−にによっては酸素濃度１００％の炉内雰囲気とする
ことが必要な場合がある。

〔作　　用〕

一般に、加熱炉における鋼帯への伝熱量Ｑは。

その伝熱形態が輻射伝熱であるから既述のように鋼帯の
熱吸収率に大きく支配される。すなわち。

鋼帯への伝熱ｉＱは、よく知られたステファンボルツマ
ンの法則により。

Ｑ＝４．８８ＸεＸ　Ａ　Ｘ　（（（Ｔ　Ｉ　＋２７３
）／１００１　）　’−Ｃ（Ｔ２＋２７３）／１００１
　　’］　’　　１となる。

ここで、εは、鋼帯の表面放射率でありこれは熱吸収率
とも呼ばれる。ε−１が完全黒体である。

Ａは鋼帯の処理量であり、Ｔ＋　は外部温度すなわち炉
内温度、Ｔ２は鋼帯温度である。この式に見られるよう
に、伝熱量Ｑは温度差が大きく寄与するが、鋼帯の表面
の熱吸収率εと比例関係にあり。

例えば熱吸収率εが２倍になれば、伝熱ｉ１Ｑは２倍に
増大する。ステンレス鋼や普通鋼の冷延鋼帯はこの熱吸
収率εが非常に小さく２通常は０．２程度といわれてい
る。このために輻射伝熱を主とする加熱炉に通板された
さいに＝　’／’！：ｎ度差が十分とれないとその伝熱
量は小さいものとなっており、このために従来にあって
は炉長を長くすることを必要としていた。

ステンレス鋼や普通鋼の熱延鋼帯の如く鋼帯表面に黒色
の酸化スケール層をもつものは熱吸収率εが０．８程度
であるが、上記熱吸収率の非常に小さい冷延鋼帯を誘導
加熱炉において熱延鋼帯程度に強制酸化ずれば、この冷
延鋼帯ば引き続く加熱炉に入った途端に約４倍の伝熱量
を受熱することができる。その結果として、処理能力を
向」二さゼたり、処理に必要な炉長を大幅乙こ低減した
り、鋼帯表面に均一に酸化スケールを形成させたりする
ことができるのである。

Ｃ効　　果〕 第３図は、オーステナイＩ−系ステンレス綱冷延鋼帯を
大気雰囲気中で各種温度に加熱した後、その鋼帯の熱吸
収率と鋼帯温度との関係を示したものであり、鋼帯加熱
温度の低温側において熱吸収率が低い値となっているこ
とを示している。

一方、第４図は、炉内雰囲気中の酸素濃度（容量％）と
鋼帯の各種加熱温度による熱吸収率との関係を示したも
のであり、酸素濃度を高めることにより、特に低温側の
熱吸収率の」１昇割合が高くなることを示している。

例えば、誘導加熱炉において、大気雰囲気で。

３００’Ｃまで加熱した鋼帯は、熱吸収率が、　０．２
５程度であるが、酸素温度を５０容量％まで高めると。

熱吸収率が０．５程度にまで」二昇する。

この結果、引き続く加熱炉へ導入された鋼帯は。

大気雰囲気中で加熱したものと比較して、導入と同時に
約２倍の伝熱量を受熱する。

したがって、定められた鋼帯の加熱炉抽出温度にまで鋼
帯を加熱するのに、加熱炉通板速度を約２倍に高めるこ
とができる。

以上のように９本発明によると、低温側において高酸素
雰囲気下で誘導加熱炉で強制的に黒色被膜を鋼帯表面に
形成させてから目的とする処理温度帯域（均熱湯度帯域
）の加熱炉に通板するようにしたから、均一な酸化スケ
ール層が形成され加熱炉での処理効率が非常に向上し、
その炉長を短くすることができる。低温側で積極的に酸
化スケール層を形成させるので油類や摩耗粉などを酸化
スケール中に取り込むことができ、脱スケール処理した
さいに表面品質の良好な製品を得ることができ、材料品
質向上の点からも有益であるなど。

処理能力の向上、設置スペースの縮小化設備費用の低減
、ランニングコストの低減と合わせて従来の鋼帯連続加
熱方式にはない効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を実施するのに好適な連続加熱設備の
配置系統図、第２図はローラ方式によるシール装置の概
略説明図、第３図は大気雰囲気におけるオーステナイト
系ステンレス鋼冷延鋼帯加熱温度と熱吸収率との関係図
、第４図は熱吸収率。 雰囲気中の酸素濃度およびオーステナイト系冷延鋼帯の
加熱温度との関係図である。 ■・・鋼帯、　　２・・加熱炉、　　３・・誘導加熱炉
、　　４，５・・シール装置、　　６・・冷却帯。 ７・・電力供給装置、　　８・・電力量および電力供給
タイミング調節用制御装置、　　９・・電源。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、主として輻射伝熱により鋼帯を加熱する加熱炉
   に鋼帯を連続的に通板するにさいし、この加熱炉に入る
   前の鋼帯を、該加熱炉の炉内雰囲気とは実質上遮断され
   且つ酸素濃度２０容量％以上の雰囲気を維持する誘導加
   熱炉に連続的に通板させ、この誘導加熱炉において、鋼
   帯を予熱し且つ鋼帯表面により高い熱吸収率をもつ酸化
   スケール層を形成させてから、鋼帯の受熱した熱量を実
   質的に保有したまま、前記の加熱炉に通板することを特
   徴とする鋼帯の連続加熱方法。
2. （２）、鋼帯の通過順に誘導加熱炉と加熱炉を連設して
   なる連続加熱設備であって、誘導加熱炉の出入口に大気
   を遮断し且つ両炉内の雰囲気の通気を妨げる手段と、該
   誘導加熱炉内の酸素濃度による雰囲気を調節する制御手
   段を備えた酸素供給装置を設けることを特徴とする鋼帯
   の連続加熱設備。
3. （３）、鋼帯がステンレス鋼帯であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項および第２項記載の鋼帯の連続加
   熱方法および設備。