JPS6254028A - 鋼帯の連続焼鈍設備における直火式加熱炉 - 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】 ３、発明のＹＴＩＩな説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は鋼帯の連続焼鈍設備にお（プる直火式加熱炉に
関する。

［従来の技術及びその問題点］ 従来の連続焼鈍炉では、ラジアントチューブによる間接
加熱方式が一般に採用されている。しかしこの加熱方式
は、一般の直火加熱方式のような鋼帯酸化というような
問題を生じさ往ない反面、加熱能力が低い等の難点があ
り＼直火方式に較べぞの分設備的負担を増大させる。

このような間接加熱方式に対し、無酸化直火加熱方式と
呼ばれる方式が知られている。この方式は鋼帯温瓜の上
昇に応じ各燃焼ゾーンの空気比を低減させることにより
鋼帯の酸化を抑えるというものである。

しかしこの方式も厳密には無酸化ではなく、酸化膜を生
じるものであり、このため無酸化炉の後続の還元雰囲気
炉（均熱炉）において酸化膜を還元する必要がある。し
かし、このような還元雰囲気炉では、鉄酸化物は還元さ
れるもののＳｉ。

ＡＪ、Ｔｉ等の合金元素の酸化物はほとんど還元されな
いという問題があり、最終的な製品表面の品質を悪化さ
せている。

［問題を解決するための手段］ 本発明者はこのような従来の問題に鑑み検討をｍねたも
のであり、この結果、火炎中に非平衡領域、すなわち燃
焼中間生成物が存在し且つｉｌ１１１Ｍ素が存在しない
領域を形成し得る加熱バーナが鋼帯無酸化加熱に極めて
有効であり、これを加熱炉に所定条件で配置することに
より鋼帯を加熱炉通板中終始還元状態で加熱できること
を見い出した。

すなわち本発明は、燃焼中間生成物（中間イオン、ラジ
カル等）を有し且遊離Ｍ素を有しない非平衡領域を火炎
中に形成し得る加熱バーナを、各バーナの火炎が鋼帯に
対し略直角に、しかもその非平衡領域で鋼帯面に衝突す
るよう、加熱炉の全加熱有効範囲にＥＩ数配■したもの
である。

本発明では、火炎中に非平衡領域、すなわち燃焼中間生
成物が存在し且つ遊ｌｌ１１１Ｍ素が存在しない領域が
形成され得る加熱バーナが用いられる。このような加熱
バーナでは、火炎中ＣＯ２，）１２０゜Ｎ２　、Ｎ２　
、Ｇｏ等を含む領域すなわち準平衡領域が酸化性である
のに対し、上記非平衡領域は還元性を示し、この火炎を
非平衡領域で鋼帯に衝突させることにより鋼帯を酸化さ
せることなく加熱することができる。

第２図及び第３図はそのような加熱バーナの一例を示Ｊ
ものぐ、円筒形のバーナタイル（１）の内壁（６）に、
周方向で間隔をおいて複数の燃焼用空気吐出孔（２）を
設けるとともに、バーナ内方中心部に燃料ガス吐出孔（
３）を設け、しかも燃焼用空気吐出孔（２）及び燃料ガ
ス吐出孔（３）を次のような構成としたものである。

イ）　空気吐出孔（２〉の空気供給方向に前記バーナタ
イル内周に関する接線に対して６０°以下の角度θを付
する。

口〉　燃料ガス吐出孔（３）と空気吐出孔（２）のバー
ナ軸方向距離Ｎを、燃料ガス吐出孔が空気吐出孔よりも
バーナタイル出口側にある場合を（−）、その逆を（＋
）とした場合、−０，１Ｄ〜−ト　０６２５Ｄ（Ｄ：バ
ーナ内口径）に設定する。

ハ）　空気吐出孔（２）からバーナタイル出口（５）ま
での距離りを０．６Ｄ〜３Ｄとする。

このように構成された加熱バーナは、空気比１．０以下
で使用されることにより、火炎中に所定の範囲で非平衡
領域が形成される。すなわち、このような加熱バーナで
は空気吐出孔（２）からの燃焼用空気の旋回流とバーナ
中央から吐出される燃料ガスとにより急速燃焼が実現さ
れ、バーナ出口外方の所定の範囲に亘って、燃焼中間生
成物を多量に含み且つ未反応の遊離酸素を含まない領域
、すなわち非平衡領域を形成する。第４図は、このよう
む加熱バーナによって形成される火炎中非平衡領域のイ
オン検出プローブによる一例定例を示すもので、プロー
ブによる測定電流値が高いのはイオン強度が大きく、し
たがって燃焼中間生成物が多かに存在していることを意
味しでいる。これによれば、バーナ出口外力の所定の範
囲に口って非平衡領域が形成され、その外方はほぼ反応
を完了したＣ’０２　、Ｎ２０．Ｎ２等を含む準平衡領
域となっている。

第５図はこのような加熱バーナの還元加熱特性、すなわ
ち、無酸化で加熱し得る限界温度（６通鋼の薄板に関す
る限界温度）を承りものであり、空気比０，８５〜０，
９５の範囲において鋼帯を約９００℃まで加熱できるこ
とが示されている。

また、本発明は以上のような加熱バーナ以外に、例えば
所謂ラジアントカップバーナを用いることができる。こ
のバーナは急速燃焼反応を行４【わせるため、空気と燃
料ガスとを予め混合した混合気体を、バーナタイルの半
球状凹部で急速燃焼させ、バーナタイル内面を高温化し
て、−放射伝熱を主として加熱するもので、被加熱物温
度が高温度の領域で高い熱流束が得られる特性を有して
いる。そしてこのバーナで、空気比を１．０以下で燃焼
させることにより、火炎中に非平衡領域が形成される。

但し、このラジアントバーナは燃焼用空気と燃斗 料ガスの１混合方式であるため燃焼用空気の予熱ができ
ないこと、及びこのように空気の予熱かできないため無
酸化加熱は７５０℃程度が限度であり、より高温域での
加熱を必要とするような場合には適用できないこと等の
難点がある。この点、第２図に示すような加熱バーナで
は、予熱空気を利用ぐきることから９００℃程度まで無
酸化加熱が可能であり、ま１９このように予熱空気を利
用することにより火炎温度が高められるため、ラジアン
トバ−すに較べ中間反応生成物による還元作用そのもの
も効果的に向上さけることができる。

本発明では、このような加熱バーナを各バーノーの火炎
が鋼帯に対し略直角に、しかもその非平衡領域で鋼帯面
に衝突するよう、加熱炉の全加熱有効範囲に複数配置す
る。第１図はその一例を示すもので、１バスタイブの連
続焼鈍加熱炉（８）において、その全加熱有効範囲、ず
なわち加熱を必要とする全領域に上記加熱バーナ（Ａ）
を配置している。すなわら、加熱バーナ（Ａ）は鋼帯（
Ｓ）の両側に加熱炉長手方向で間隔的に配置されている
。各加熱パーツ（Ａ）は、その火炎が鋼帯（Ｓ）に対し
略直角に、しかもぞの非平衡領域Ｃ鋼帯面に衝突するよ
う配置されている。従来の直火加熱炉において用いられ
ている加熱バーナは、上記バーナのような非平衡領域が
伯の領域と明確に区別されるような形では形成されず、
したがって火炎が鋼帯に直接衝突すると鋼帯表面の酸化
が署しく、このためバーナは火炎が鋼帯幅方向と平行に
形成されるよう配置される。これに対し、本発明ではパ
ーツ火炎の長手方向中間に形成される非平衡領域により
鋼帯を加熱することを目的とし、このため火炎が鋼帯面
に対し略直角に、しかもその非平衡領域で衝突するよう
バーナを配置づるものである。

このような本発明の直火式加熱炉では、通板する鋼帯は
、全加熱有効範囲に配される加熱バーナにより終始酸化
されることなく加熱される。

なお、上記第２図及び第３図に示す加熱バーナの構成を
具体的に説明する。

陶において、（７）はバーナタイル内端壁（４）に突設
された燃料ガスノズルであり、本実施例ではこの燃料ガ
スノズル（７）の周方向に間隔をおいて燃料ガス吐出孔
（３）が形成されている。

このような加熱バーナにおいて、その空気吐出孔（２）
に空気供給角θを持たせるのは、バーナタイル内で燃焼
用空気に旋回流を生じさせるためで、この旋回流により
バーナ内側に負圧領域が形成され、この負圧によってガ
スが再循環することにより燃焼が促進され、もって適切
な非平衡領域を形成せしめることができる。この空気供
給角θは最大６０°、好ましくは２０〜４０°とするこ
とにより空気流の旋回性が安定して＋１１られる。

燃料ガス吐出孔（３）と空気吐出孔（２）のバーブ軸方
向距離Ｎは、これが（−）側にある場合、ガス温度が高
く、しかも燃焼中間生成物も広範囲に高い分布状態にあ
るが、反面″Ｍ！１１１Ｏ２（未反応０２　）が軸方向
に良く分布する傾向にある。本発明が目的とする非平衡
領域を適切に形成ｕしめるには、この′ｆｌＩｌｌｌｔ
Ｏ２のバーナ軸方向残存距離を最小にする必要があり、
その限界を求めると−０，１１）となる。

Ｎが（＋）側にあれば適正な非平衡領域が形成されるが
、余り大きくなるとバーナタイル内端壁が１４００℃以
上に加熱されるため好ましくなく、バーナタイル内端壁
のＳｉＣの保護上＋〇、２５　Ｄが限界となる。

第６図は、燃料ガス吐出孔（３）と空気吐出孔（２）の
バーナ軸方向路ｆｉｌ　Ｎを−０，２５０とした場合の
、バーナ出１」からのバーナ軸方向距離とバーナタイル
内のガス温度、０２１度及びイオン強度との各関係を調
べたものであり、これによれば、Ｎがこのような（−）
側にある場合、遊離０２の軸方向における残存部１１Ｌ
Ｏが大きく存在することが示されている。

第７図は燃料ガス孔と空気吐出孔のパーツ゛軸方向距離
Ｎと、ｆ１離０２の軸方向残存距離１ｏどの関係を示す
もので、これによればＮが一〇、１［）よりも（−）側
に大きくなると、ＬＯが急激に大きくなっており、この
ため（−）側では−０，１Ｄが限界となる。

一方、第８図はＮを＋０．１Ｄとした場合の、バーナ出
口からのバーナ軸方向距離と０２１１’Ｊ度、イオン強
度及びガス温度どの各関係を調べたものである。

この第７図及び第８図によれば、Ｎが（＋）側であれば
、０２Ｆ、１１夜にも問題がな（、バーナ出口からの距
離が０．５Ｄ以上のところに適正な非平衡’ＫｉｂＸが
形成されている。

黙しながらＮを（＋）側に大ぎくすると、バ−ナタイル
内端壁（４）が加熱されるために、第９図の距離Ｎとバ
ーナタイル内端壁（４）の温度Ｔｂとの関係グラフに示
されるように、＋〇、２５ＤでＴｂが１４００℃以上と
なり、このため内端壁の材質がＳｉＣであることを考鐙
し、＋　０．２５　Ｄ以下とするのが耐熱限界上好まし
い。以上のことから燃焼ガス吐出孔と空気吐出孔のバー
ナ中心軸距１１１１Ｎに関しては、−０，１Ｄ〜０．２
５　Ｄの範囲とすることが好ましい。

空気吐出孔（２）からバーナタイル出口（５）までの距
ｆｆ１Ｌは非平衡領域の形成範囲と密接な関係を有して
いる。すなわちＬが３Ｄを超えると非平衡領域がバーナ
タイル出口直後の部分にしか形成されず好ましくない。

一方、Ｌが０．６Ｄ未満の場合は火炎がバーナタイル出
口直後で花びら状の火炎となりバーナ中心軸上に適正な
非平衡領域が安定して得られない。従って０．６Ｄ〜３
．０Ｄの範囲にＬを定めることが好ましい。

薄鋼板を連続加熱する場合、バーナタイル出口（５）と
鋼板との距離を一定以上（通常、ｉ　００＝程度以−Ｌ
）とらないと、通板中に、鋼板がバーナに接触する恐れ
がある。したがって、火炎中の非平衡領域は、バーナ出
口側から所定の距離に位置づる鋼帯通板位置を含むなる
べく広い範囲に形成させることが好ましいことになる。

第１０図は距離りとバーナ出口から非平衡領域の末端（
反バーナ側の末端、例えば第８図中のＡ点）までの距離
ＬＲとの関係について調べたものである。これによれば
、Ｌが３Ｄを越えると非平衡領域の形成は　９バ一ナタ
イル出口直後のみとなり、ぞれよりも前方側にはほとん
ど形成されない。Ｌが小さくなるにしたがい非平衡領域
の形成範囲は拡大するが、Ｌが０．６Ｄ未満の領域（Ｘ
）では、火炎はバーナタイル出口直後で、花びら状の放
射状の火炎となり、バーナ軸心上に適正な非平衡領域が
安定して形成されない。以上のことから、空気吐出孔（
２）からバーナタイル出口（５）までの距ｌＩＩしは０
．６Ｄ〜３．０Ｄの範囲とすることが望ましい。

なお、以上のような加熱バーナの構造において、燃焼用
空気吐出孔（２）から吐出される空気の旋回流が強過ぎ
るとバーナ出側の燃焼ガスのバーナ径方向での温度分布
が不均一になり、この結果、安定した広範囲の非平衡領
域が形成されにくくなるような場合がある。このような
場合には、空気旋回流を緩和して温度分布の均一化を図
るため、燃料ガス叶出孔（３）を、その噴射方向が燃料
ノズル外周に関する接線に対して非直角で、しかもこれ
による燃料ガス流が燃焼用空気吐出孔（２）からの空気
流と逆向ぎの旋回流、すなわら空気旋回流と逆向きから
衝突するような旋回流となるよう形成する構造、或いは
、燃料ガス吐出孔（３）を、その噴射方向がバーナ軸線
方向またはバーナ軸線７ノ向に対して傾斜した方向とな
るようにする構造、さらには空気吐出孔（２）にバーナ
タイル径方向に対しバーナ開口方向への傾斜角（ねじれ
角）を付与するような構造等を中独または、それぞれを
組み合けた形で採用することができる。

またバーナによる加熱面積を拡大するため、バーナタイ
ル（１）の少なくと６燃焼用空気吐出孔形成部位より先
端間［１側の内壁に、バーを内【］径が先端開口側に拡
径するような広がり角を付した構造、さらには空気吐出
孔（２）の形成を容易にするため、筒状バーナタイルの
壁体内に、バーナ周方向に沿った燃焼用空気の旋回流路
を設け、該旋回流路をバーナ内部と連通させる複数の燃
焼用空気吐出孔を設けた構造等も採用することができる
。

［実施例］ 第１表は、第１図に示されるような本発明の連続焼鈍加
熱炉（試験炉）と従来の所謂無酸化式直火加熱炉十還元
炉とにより、０．８％３ｉ含有鋼の冷延鋼帯（板厚１．
６．）を熱処理（１００℃加熱、１分均熱）し、その後
化成処理を施し、その表面処理特性評価を行ったもので
ある。

第　　　１　　　表 これによれば、本発明加熱炉により連続焼鈍処理を施し
た鋼帯は、従来の無酸化加熱炉と還元炉との組み合せに
よるらのに較べても酸化が低く抑えられ、このため化成
皮膜の付着性も良好に確保されていることが判る。

［発明の効果］ 以上述べた本発明によれば、鋼帯を終始酸化させること
なく加熱することができ、特に、Ｓｉ。

Ａｊ、Ｔｉといった安定した酸化物を形成する合金元素
を酸化させずに済むため、この種の合金元素を含む鋼帯
についても優れた表面品質の製品を得ることができる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明加熱炉の一実施例を示寸縦断面図である
。第２図及び第３図は本発明の加熱炉に適用リベぎ加熱
バーナの一例を示ずもので、第２図は縦断面図、第３図
は第２図中■−■線に沿う断面図である。第４図は第２
図及び第３図に承り加熱バーナにおける非平衡領域形成
範囲の一例定例を示すものである。第５図は同じく加熱
バーナの還元加熱特性を示すしのである。第６図ないし
第１０図は第２図及び第３図に示す加熱バーナの特性を
示寸もので、第６図は燃料ガス吐出孔と空気吐出孔との
バーナ軸方向における距離Ｎを−０，２５Ｄとした場合
のバーナ出口からの距離とガス温１復、０２濃麿イオン
強度との関係、第７図は燃料ガス吐出孔ど空気吐出孔の
バーナ軸方向における距ＭＮと遊１！！ｆ　０２のパー
ツ軸方向残存距離ＬＯとの関係、第８図は距ｍｌ　Ｎを
＋０．１Ｄとした場合のバーナ出口からの距１１１１ｔ
Ｌとガス温度０２ｆｌ麿、イオン強度との関係、第９図
は燃料ガス吐出孔、と空気吐出孔の距ＩＮとバーナタイ
ル後壁温度−ｒ　ｂとの関係、第１０図は空気吐出孔か
らバーナ出口までの距ｍ　１．と非平衡領域の末端まで
の距＋１ＩｌｔＬＲとの関係を８示ずものである。 図において、（８〉は加熱炉、（Ａ）は加熱バーナを８
示１゜ 第　　４　　図 第　　５　　図 ２八尾 第　　６　　図 第　　７　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼中間生成物を有し且つ遊離酸素を有しない非平衡領
   域を火炎中に形成し得る加熱バーナを、各バーナの火炎
   が鋼帯に対し略直角に、しかもその非平衡領域で鋼帯面
   に衝突するよう、加熱炉の全加熱有効範囲に複数配置し
   てなる鋼帯の連続焼鈍設備における直火式加熱炉。