JPS635456B2 - - Google Patents

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JPS635456B2
JPS635456B2 JP58185125A JP18512583A JPS635456B2 JP S635456 B2 JPS635456 B2 JP S635456B2 JP 58185125 A JP58185125 A JP 58185125A JP 18512583 A JP18512583 A JP 18512583A JP S635456 B2 JPS635456 B2 JP S635456B2
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JP
Japan
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steel strip
heating
burner
temperature
region
Prior art date
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Expired
Application number
JP58185125A
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English (en)
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JPS6077931A (ja
Inventor
Shuzo Fukuda
Masahiro Abe
Iwane Senba
Kazuo Kunioka
Yoshiaki Ando
Yoshinobu Shima
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6077931A publication Critical patent/JPS6077931A/ja
Publication of JPS635456B2 publication Critical patent/JPS635456B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は鋼帯を無酸化状態で加熱する方法に関
する。 連続亜鉛メツキ設備或いは連続焼鈍設備におけ
る従来の直火加熱法には以下の如き方法がある。 (1) 空気比0.5以下で燃焼し、燃焼ガス中のCO/
CO2、H2/H2O比率が FeO+CO→Fe+CO2 FeO+H2→Fe+H2O なる反応を促進するようにして加熱する方法。
この方法によれば、鋼帯の表面を完全に無酸化
で加熱することが出来るが、 (イ) 火炎温度が低く、加熱効率が悪いこと、 (ロ) 排ガス中の末燃分の処理を必要とするこ
と、 等の問題を有している。 (2) 直火炉内での鋼帯表面の酸化は無視して、直
火炉に続く均熱炉(ラジアントチユーブ炉で炉
内に還元性のガスを充満している)で酸化膜を
還元する方法。この方法では、均熱炉入口付近
のハースロール表面は鋼帯表面の酸化膜により
所謂ロールピツクアツプの問題を生ずる。 (3) 特許公開55−91943号「冷延鋼帯の連続焼鈍
法」に見られるように、直火炉入口から出口に
かけて、鋼帯表面温度の上昇に応じて空気比を
漸減する空気比傾斜燃焼法。この方法では、 (イ) 酸化の程度は小さいものの、酸化膜は生成
する、 (ロ) この酸化膜によりハースロールのピツクア
ツプが発生する、 (ハ) 酸化膜の還元処理を必要とする、 等の問題が残される。 (4) 米国特許第3320085号に見られる直火炉の入
口から出口にかけて、ラジアントカツプバーナ
により、還元加熱を行う方法。この方法の場
合、燃焼ガスからのカーボン付着が顕著とな
る。連続亜鉛メツキの場合のように、最終製品
として鋼帯表面がメツキされるような場合に
は、メツキ密着性を害しない限りは、このカー
ボン付着は問題とならないが、連続焼鈍で作ら
れる鋼板表面上にカーボンが付着している場合
には、その後の化成処理を甚しく阻害すること
が知られている。 上記に関連して、直火炉の入側から中間域まで
を過剰空気で燃焼させ、鋼帯を酸化させ、直火炉
最終段階で上記還元加熱を行う方法が考えられる
が、この場合、強酸化―強還元の組合せとなり、
カーボン付着量は減少すると予想されるが、鋼帯
表面は荒れた状態となり製品品質上問題がある。 以上述べたように、従来の直火加熱法には種々
の問題があるが、その大きな原因は、直火加熱炉
の操炉を単に炉温と空気比のみを基準として行う
ところにあり、火炎の特性を充分に生かしていな
いためである。 本発明は、上記従来の直火加熱法の有する問題
点を解決し、火炎の燃焼特性を活用し、直火炉出
口において鋼帯表面上へのカーボン付着を少く
し、且無酸化状態とすることを可能とする鋼帯の
無酸化加熱法を提供することを目的とする。 本発明の鋼帯の無酸化加熱法は、直火炉入口か
ら鋼帯温度が600℃〜800℃となるまでの、加熱の
前段階においては、空気比1.0以下で燃焼させた
バーナの燃焼ガスの、燃焼反応が完了した領域を
鋼帯表面に当てて鋼帯を加熱し、鋼帯温度が前記
前段階終末温度を超える加熱の後段階において
は、空気比1.0以下で燃焼させたバーナの燃焼ガ
スの、末反応酸素を含まず且反応途中の中間イオ
ンの存在する領域を鋼帯表面に当てて鋼帯を加熱
することを特徴とするものである。以下実施例に
基いてその詳細を説明する。 本発明は、従来の直火加熱法の問題点を基礎実
験により検討を進めることにより達成されたもの
であるので、まず本発明者らが行つた基礎実験に
ついて述べる。 バーナ火炎について、火炎中のO2濃度と反応
途中の中間イオン強度について測定した結果、第
1図に示すように、空気比1.0以下で燃焼させる
と、火炎(燃焼ガス)はバーナからの距離によつ
て、次の3領域よりなることが明かとなつた(図
のDはバーナ内径)。 () 中間イオンの存在が認められるが、まだ
反応に関与していないO2が存在する領域。 () 末反応O2の存在は認められず、且反応
途中の中間イオンの存在する領域。 () 中間イオンの存在が殆ど認められず、燃
焼反応が完了しほぼ平衡組成となつている領
域。 ここで中間イオンの存在は、第2図に示す如き
2線式の直流電圧印加プローブを用いて測定し
た。第2図において、1はバーナ、2は火炎、3
は2線式プローブ、4は直流電圧電源、5は電流
計である。 上記3領域のそれぞれによつて、普通鋼板
(SS41、板厚0.8mm)を常温から850℃まで加熱し
(空気比は0.9とす)、不活性気体中で冷却し、鋼
板表面の酸化膜厚さ及びカーボン付着量を測定し
た。その結果は表1に示す通りである。
【表】 (カーボンはフオード法による測定値)
()の領域で鋼帯を加熱した場合、遊離酸素
により表面は急速に酸化する。 ()の領域で加熱した場合、鋼帯は還元され
るが、カーボンの付着が見られる。通常2mg/m2
以上のカーボンが鋼帯表面に付着していると、化
成処理性が悪くなることが知られており、本領域
で常温から焼鈍所定温度まで加熱することは、製
品品質上好ましくない。このカーボンの付着機構
は今のところ理論的には明かにされていないが、
()の領域は反応途中の中間イオンが存在する
領域であり、この領域中のC3H3 +,CHO+等の炭
化水素イオンが遊離カーボンの発生原因物質とな
り得るという説があり、鋼帯表面上でガスが急冷
され、気相ススを析出し付着するという機構が推
定される。即ち、この領域は、中間イオンによる
鋼帯表面の還元能力を有すると同時に、気相スス
を生成し、鋼帯表面にカーボンを付着させる領域
と言うことが出来る。 ()の領域で加熱した場合、()の領域ほ
ど厚い酸化膜を生じないが、テンパーカラー程度
の酸化を生じている。然し、カーボンの付着は殆
ど見られない。この領域での酸化還元機構は、化
学平衡論で説明づけられると考えられる。即ち、
空気比0.9で燃焼させた燃焼ガスを()の領域
で鋼帯に当てた場合、 Fe+CO2→FeO+CO Fe+H2O→FeO+H2 の反応が進むが、()の領域での Fe+1/2O2→FeO の反応よりも反応速度が遅いため、酸化量は少な
い。またこの領域のガス成分分子は()の領域
と比べて安定しており、鋼帯表面でガス温度が急
速に低下してもカーボンを析出しないものと推定
される。 以上のように、空気比を1.0以下として燃焼さ
せたバーナ火炎の場合、バーナ構造によつては明
瞭でない場合もあるが、概ね上記3領域に分割さ
れる。 更に、本発明者らは()の領域について、特
にその還元能力に関する基礎実験を行つた。 第3図に実験に使用した試験装置を示す。図に
おいて、6は円筒形の試験炉、7は仕切板、8は
バーナ、9は裏面からH2で冷却して一定温度に
保つことの出来る円板試料で、試料はバーナで加
熱後、仕切板7を下して、試料表面側にN2を送
り、冷却の間の酸化を防ぐようになつている。 試料表面は予め酸化膜を400〜450Åつけてお
き、バーナ8で空気比0.9で燃焼させ、この火炎
の()の還元領域で加熱し、試料温度に応じて
その還元時間(酸化膜厚400〜450Åより20〜30Å
になるまでの時間)を測定した。その還元時間と
温度との関係を示したものが第4図である。 第4図から明かなように、還元時間は板温(試
料温度)600℃で約1.5秒、700℃で0.8秒、750℃
で0.5秒程度であり、非常に短時間で還元が行わ
れる。即ち、()の領域で生成される程度の厚
さの酸化膜であれば、板温600℃以上の領域で、
極めて急速に還元出来ることを示すものである。 又、第3図の装置により同様にカーボン付着量
の実験を行つた結果、カーボン付着量は第5図
(カーボン付着量と加熱時間の関係を示すグラフ)
に示す如く時間の関数であることがわかり、火炎
の()の領域で3秒程度の加熱であれば殆どカ
ーボンの付着は認められず、5秒程度でも2mg/
m2以下であり、製品品質上問題とならないことが
わかつた。 以上の2つの基礎実験から、例えば、鋼帯を常
温から700℃まで加熱する場合、 (1)常温〜600℃程度までの加熱を火炎(バーナ
の燃焼ガス)の()の領域で加熱し、(2)600〜
700℃までの加熱を火炎(バーナの燃焼ガス)の
()の領域で加熱することにより、鋼帯表面を
無酸化且カーボンを付着させることなく鋼帯を加
熱することが可能となる。 本発明者らは、上記方法の効果の確認のため
に、連続亜鉛メツキのパイロツトラインにて鋼帯
の連続加熱試験を行つた。第6図はパイロツトラ
イン直火炉の略図である。図において、10は直
火炉、11は直火炉入口側バーナ、12は出口側
バーナ、13は冷却帯でN2ガスが供給される。
14は鋼帯で、15は入側コイルである。 実験1:第6図の11,12のバーナを同一の急
速混合タイプの拡散型バーナを使用し、鋼帯
表面には直火炉の入口より出口までの間火炎
の()の領域を当てて加熱した。 実験2:出口側バーナ12には実験1と同じバー
ナを用い、このバーナに面する鋼帯表面には
火炎()の領域を当てて加熱し、入口側バ
ーナ11を急速燃焼で火炎の短いフラツトフ
レーム・バーナに変え、鋼帯表面には火炎
()の領域を当てて加熱した。実験2は本
発明の方法による加熱である。 上記2つの実験をラインスピード90m/mm、加
熱条件25℃→700℃、空気比0.9(すべてのバーナ
について)とし、同一条件で行い、加熱後の鋼帯
表面特性を調べた、その結果を表2に示す。
【表】 実験1ではカーボンの付着が認められ、リン酸
塩による化成処理試験の結果、特に化成処理被膜
のPorosityが悪いことが明かとなつた。これに対
して、実験2の本発明の方法によれば、酸化膜、
カーボン付着量とも原板と同程度であり、化成処
理試験の結果も良好であつた。本発明の加熱法に
よれば、製品品質上問題なく鋼帯を加熱出来る。 更に、実験2の方法で、加熱条件を次の(A)〜(D)
の如く、火炎の領域()と()の切替え温度
(加熱の前段階の終末温度)を変えて実験を行つ
た。 (A) 25℃→600℃:火炎()の領域 600℃→850℃:火炎()の領域 (B) 25℃→700℃:火炎()の領域 700℃→850℃:火炎()の領域 (C) 25℃→750℃:火炎()の領域 750℃→850℃:火炎()の領域 (D) 25℃→800℃:火炎()の領域 800℃→850℃:火炎()の領域 その結果を表3に示す。
【表】 (A)の場合、()の領域の加熱時間が長いため、
カーボン付着量が多いが、この程度では製品品質
上さほどの問題はない。(B)(C)は、酸化膜、カーボ
ン付着量とも問題はない。(D)の場合、()の領
域の還元加熱時間が短いため、カーボン付着は殆
ど見られないが、()の領域での加熱時に生成
した酸化膜を十分に還元出来ず若干酸化膜は厚
い。然し、この量では目視で殆どクリーンな状態
であり、また製品品質上殆ど問題とならない。 上記の実験結果から、()の領域での加熱か
ら()の領域での加熱に切替える鋼板温度とし
ては、最終加熱温度にもよるが、600℃〜800℃で
切替えれば良く、好ましくは最終加熱温度より約
100〜150℃低い温度で切替えるのが良いと言うこ
とが出来る。 以上述べたように、本発明の鋼帯の無酸化加熱
法によれば、直火炉により鋼帯を無酸化状態で加
熱することが可能となり且カーボンの付着量も少
く、化成処理性も良好な鋼帯を得ることが出来
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はバーナからの距離と火炎の3領域との
関係を示すグラフ、第2図は直流電圧印加プロー
ブによる火炎の中間イオン測定の説明図、第3図
は還元能力の試験装置の断面図、第4図は還元時
間と鋼板温度との関係を示すグラフ、第5図はカ
ーボン付着量と加熱時間との関係を示すグラフ、
第6図は連続亜鉛メツキのパイロツトライン直火
炉の略図である。 1…バーナ、2…火炎、3…2線式プローブ、
4…直流電圧電源、5…電流計、6…円筒炉、7
…仕切板、8…バーナ、9…試料、10…直火
炉、11…入口側バーナ、12…出口側バーナ、
13…冷却帯、14…鋼帯、15…入側コイル。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 直火炉入口から鋼帯温度が600℃〜800℃とな
    るまでの、加熱の前段階においては、空気比1.0
    以下で燃焼させたバーナの燃焼ガスの、燃焼反応
    が完了した領域を鋼帯表面に当てて鋼帯を加熱
    し、鋼帯温度が前記前段階終末温度を超える加熱
    の後段階においては、空気比1.0以下で燃焼させ
    たバーナの燃焼ガスの、未反応酸素を含まず且反
    応途中の中間イオンの存在する領域を鋼帯表面に
    当てて鋼帯を加熱することを特徴とする鋼帯の無
    酸化加熱法。
JP18512583A 1983-10-05 1983-10-05 鋼帯の無酸化加熱法 Granted JPS6077931A (ja)

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JPS57169075A (en) * 1981-04-10 1982-10-18 Nisshin Steel Co Ltd Direct fire type heating furnace for heating of steel strip in continuous metal hot dipping device

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