WO2016153049A1 - 鉄鋼製品の加熱装置及び鉄鋼製品の加熱方法 - Google Patents

Abstract

　鉄鋼製品を予熱するための予熱室と、前記予熱室に連結され、前記鉄鋼製品を所望の温度まで加熱するための加熱室と、前記加熱室において前記鉄鋼製品を上下から挟みこむように配置された複数本のバーナと、前記バーナでの燃焼ガスを含む排ガスを、前記予熱室内に流入する手段と、を備え、前記バーナは、燃料と酸素濃度が８０ｖｏｌ％以上の酸化剤とによって火炎を形成し、前記火炎によって前記鉄鋼製品の表面に付着した油脂を吹き払う機能を有し、前記予熱室は、前記手段によって流入した排ガスによって、前記鉄鋼製品の予熱を行う構造となっている鉄鋼製品の加熱装置。

Description

鉄鋼製品の加熱装置及び鉄鋼製品の加熱方法

　本発明は、冷間圧延にて形成した鉄鋼製品の加熱装置及び鉄鋼製品の加熱方法に関する。
　本願は、２０１５年３月２６日に、日本に出願された特願２０１５－０６５０１５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　一般に、冷間圧延にて製造された製品について、めっき処理などを施す場合は、炉長数十ｍといった非常に大きな加熱炉にて５００℃程度まで加熱後、焼鈍炉にて８００℃程度まで加熱・焼鈍することが行われている。この方法の場合、炉長が非常に大きいので、炉体熱損が大きく、熱効率が悪くなっている。なお、冷間圧延とは、金属を加熱せずに行う圧延加工をいい、圧延加工とは、２つあるいは複数のロールを回転させ、その間に金属を通すことによって板・棒・管などの形状に加工することをいう。

　また、冷間圧延にて製造された製品には、製品の表面に、油脂、並びに油脂に混入した有機物粒子及び無機物粒子が付着しており、めっきなどの工程において品質上の問題を生じることから、これらの付着物を予め除去する必要がある。

　直火式の加熱炉の場合は、加熱炉内で油分が燃焼除去されるが、前述のように非常に大きな加熱炉で加熱されるため、炉壁熱損及び運搬ロールなどの水冷熱損が大きく、熱効率が悪い。

　また、ラジアントチューブ式の加熱炉（間接加熱）の場合は、油分を燃焼除去できないため、加熱炉に入れる前に溶剤を用いて取り除く必要がある。そのため、洗浄工程が加わることにより、工程ラインが長くなるとともに、洗浄工程で使用する溶剤を処理する必要もあり、費用がかかることになる。

　直火式加熱装置の例として、特許文献１に開示された加熱装置が知られている。この加熱装置では、バーナは被加熱物に対して平行に設置され、被加熱物は、主に火炎からのふく射熱によって間接的に加熱される。
　もっとも、火炎からのふく射熱によって間接的に加熱するので、炉体を大きくする必要があり、熱効率が悪かった。

　また、直火式加熱装置の別の形態例として、特許文献２に開示された加熱装置が知られている。この加熱装置は、被加熱物に火炎を衝突させて加熱するため、特許文献１に開示された加熱装置と比較すると伝熱効率が高かった。

特開２００６－２８４０１９号公報 実開平５－３７９５４号公報

　ところで、冷間圧延にて成形した鉄鋼製品を加熱する直火式の加熱装置に設置されているバーナは、燃料を空気で燃焼させるため、火炎温度は最高で１８００℃程度であった。
　また、燃焼速度が遅いため、火炎の吹き飛びの問題から、高速の火炎を形成しにくかった。そのため、火炎を衝突させるタイプの加熱装置であっても、鉄鋼製品を急速に加熱するには限界があった。

　本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、冷間圧延にて製造された製品を効率よく急速に加熱するとともに、付着した油脂、並びに油脂に混入した有機物粒子及び無機物粒子を除去することが可能な鉄鋼製品の加熱装置及び鉄鋼製品の加熱方法を提供することである。

　そこで、上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用した。
（１）冷間圧延にて成形した鉄鋼製品の加熱装置であって、前記鉄鋼製品を予熱するための予熱室と、前記予熱室に連結され、前記鉄鋼製品を所望の温度まで加熱するための加熱室と、前記加熱室において前記鉄鋼製品を上下から挟みこむように配置された複数本のバーナと、前記バーナでの燃焼ガスを含む排ガスを、前記予熱室内に流入した後に前記加熱装置外に排出する排ガス排出手段と、を備え、前記バーナは、燃料と酸素濃度が８０ｖｏｌ％以上の酸化剤とによって火炎を形成し、前記火炎によって前記鉄鋼製品の表面に付着した油脂、並びに前記油脂に混入した無機物粒子及び有機物粒子の少なくとも１つを燃焼させつつ吹き払う機能を有し、前記予熱室は、前記排ガス排出手段によって流入した前記バーナでの燃焼ガスを含む排ガスによって、前記鉄鋼製品の予熱を行う構造となっている鉄鋼製品の加熱装置。

（２）前記バーナの１本あたりの燃焼量をＱ［Ｍｃａｌ／ｈ］とした場合に、前記バーナの先端と前記鉄鋼製品との間の距離Ｈを（３０～１１０）×Ｑ^{（１／３）}ｍｍの範囲とし、前記バーナの中心軸と前記鉄鋼製品との表面とが成す角度αを６０～９０度の範囲とする上記（１）に記載の鉄鋼製品の加熱装置。

（３）前記鉄鋼製品の上側の前記バーナ又は／及び前記鉄鋼製品の下側の前記バーナが、１列に複数配置されており、前記バーナの１本あたりの燃焼量をＱ［Ｍｃａｌ／ｈ］とした場合に、前記１列に配置された複数の前記バーナの間隔ｄを（７～２０）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲とする上記（１）又は（２）に記載の鉄鋼製品の加熱装置。

（４）前記鉄鋼製品の上側の前記バーナ又は／及び前記鉄鋼製品の下側の前記バーナが、２列以上のバーナ列を形成するように配置されており、前記バーナの１本あたりの燃焼量をＱ［Ｍｃａｌ／ｈ］とした場合に、前記バーナ列の間隔Ｌを（１７～３００）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲とする上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の鉄鋼製品の加熱装置。

（５）前記バーナ列の前記間隔Ｌを（１７～６８）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲、又は（１００～３００）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲とする上記（４）に記載の鉄鋼製品の加熱装置。

（６）２列以上のバーナ列を形成するように配置された前記バーナが、それぞれ互い違いに配置されている上記（４）又は（５）に記載の鉄鋼製品の加熱装置。

（７）冷間圧延にて成形した鉄鋼製品の加熱方法であって、前記鉄鋼製品を予熱室にて加熱した後に、前記予熱室に連結された加熱室に導入して所望の温度まで加熱する方法であり、前記加熱室には、前記鉄鋼製品を上下から挟みこむように配置された複数本のバーナが設けられており、燃料と酸素濃度が８０ｖｏｌ％以上の酸化剤とを用いて前記バーナによって形成した火炎を、前記鉄鋼製品の表面に直接衝突させることによって、前記鉄鋼製品を加熱するとともに、前記鉄鋼製品の表面に付着した油脂、並びに前記油脂に混入した無機物粒子及び有機物粒子の少なくとも１つを燃焼させつつ前記火炎によって吹き払い、前記バーナでの燃焼ガスを含む排ガスを前記予熱室に導入することで、前記鉄鋼製品と熱交換させる鉄鋼製品の加熱方法。

（８）前記バーナに供給する前記酸化剤の流量を、前記燃料を完全燃焼させるのに必要な酸素流量の９０～１２０％の範囲とする上記（７）に記載の鉄鋼製品の加熱方法。

（９）前記バーナの１本あたりの燃焼量をＱ［Ｍｃａｌ／ｈ］とした場合に、前記バーナの先端と前記鉄鋼製品との間の距離Ｈを（３０～１００）×Ｑ^{（１／３）}ｍｍの範囲とし、前記バーナの中心軸と前記鉄鋼製品との表面とが成す角度αを６０～９０度の範囲とする上記（７）又は（８）に記載の鉄鋼製品の加熱方法。

（１０）前記鉄鋼製品の上側の前記バーナ又は／及び前記鉄鋼製品の下側の前記バーナが、１列に複数配置されており、前記バーナの１本あたりの燃焼量をＱ［Ｍｃａｌ／ｈ］とした場合に、前記１列に配置された複数の前記バーナの間隔ｄを（７～２０）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲とする上記（７）ないし（９）のいずれかに記載の鉄鋼製品の加熱方法である。

（１１）前記鉄鋼製品の上側の前記バーナ又は／及び前記鉄鋼製品の下側の前記バーナが、２列以上のバーナ列を形成するように配置されており、前記バーナの１本あたりの燃焼量をＱ［Ｍｃａｌ／ｈ］とした場合に、前記バーナ列の間隔Ｌを（１７～３００）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲とする上記（７）ないし（１０）のいずれかに記載の鉄鋼製品の加熱方法。

（１２）前記バーナ列の前記間隔Ｌを（１７～６８）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲、又は（１００～３００）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲とする上記（１１）に記載の鉄鋼製品の加熱方法。

（１３）前記バーナの１本あたりの燃焼量を１０～１００Ｍｃａｌ／ｈの範囲とする上記（７）ないし（１２）のいずれかに記載の鉄鋼製品の加熱方法である。

　本発明によれば、冷間圧延にて製造された製品を効率よく急速に加熱するとともに、付着した油脂、並びに油脂に混入した有機物粒子及び無機物粒子を除去することができる。

図１は、本発明の一実施形態の加熱装置を示した断面図である。 図２は、本発明の一実施形態の加熱装置の一部を示した斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態の加熱装置の一部を示した断面図である。 図４は、本発明の一実施形態の加熱装置の一部を示した平面図である。 図５は、本発明の一実施例におけるバーナ間隔に対する鋼板の幅方向各点における鋼板温度の温度偏差を示したグラフである。 図６は、本発明の一実施例におけるバーナ列間の距離と相対伝熱効率の関係を示したグラフである。 図７は、脱脂試験片の表面に残留しているカーボン量を評価する方法に関する説明図である。

　以下、本発明を適用した一実施形態である鉄鋼製品の加熱装置及び鉄鋼製品の加熱方法について説明する。

＜　加熱装置　＞
　まず、本実施形態の鉄鋼製品の加熱装置について説明する。
　本実施形態の鉄鋼製品（鋼板）の加熱装置１は、図１に示すように、冷間圧延にて成形した鉄鋼製品である鋼板２を加熱する装置であり、鋼板２を予熱する予熱室３と、予熱室３に連結された加熱室４と、加熱室４内に設けられた複数本のバーナ５と、予熱室３に接続された排ガス排出管６と、排ガス排出管６に設けられた排ガス排出手段７と、を備えた構成となっている。
　図１は、本実施形態の加熱装置１の概略構成を示した断面図である。また、図１ないし図４において、矢印Ｘは、鋼板２の移動方向を示している。

　予熱室３は、加熱装置１において最初に鋼板２を受け入れる部分であり、鋼板２を予熱する予熱部Ａとなっている。予熱室３は、鋼板２の移動方向Ｘの上流側（以下、単に「上流側」という）に鋼板２を投入する鋼板入口８が設けられており、鋼板２の移動方向Ｘの下流側（以下、単に「下流側」という）は加熱室４と連結されている。
　予熱室３の炉長（Ｘ方向の長さ）は、０．５～４ｍの範囲に設計されているのが好ましく、１～4ｍの範囲に設計されているのがより好ましい。４ｍよりも長くしても鋼板の加熱効率はほとんど変わらず、無駄に設備が大きくなり設備コストが高くなるという不都合があり、０．５ｍよりも短いと、加熱装置１の排ガスの熱量を回収できないこととなり、排ガスの熱損が多くなるという不都合がある。

　また、予熱室３の上流側には、排ガスＣを排出するための排ガス排出管６が接続されており、排ガス排出管６にはブロア等の排ガスＣを排出するための排ガス排出手段７が設けられている。

　この排ガス排出手段７を作動させ、予熱室３及び加熱室４の気体を排ガス排出管６を介して引き抜くことによって、バーナ５の燃焼ガスを含む排ガスＣを、加熱室４から予熱室３内に流入させた後に、排ガス排出管６を介して加熱装置１外に排出することができる。
　このように、予熱室３は、排ガス排出手段７によって、加熱室４から流入したバーナ５での燃焼ガスを含む排ガスＣと、鋼板２を熱交換することで、鋼板２の予熱を行う構造となっている。

　加熱室４は、鋼板２を所望の温度まで加熱する加熱部Ｂとなっており、上流側は予熱室３と連結されており、下流側には鋼板を取り出す鋼板取出口９が設けられている。
　この加熱室４の炉長（Ｘ方向の長さ）は、後述するバーナ列Ｅの間隔Ｌの総和＋０．５～１．５ｍの範囲であるのが好ましい。１．５ｍよりも長いと、加熱室４が大きくなり、炉体熱損が生じ、また、０．５ｍよりも短いと、加熱部の燃焼室負荷が低下し、伝熱効率が低下するという不都合がある。

　また、加熱室４には、鋼板２を上下から挟み込むように複数本のバーナ５が設けられている。
　バーナ５は、燃料と酸素濃度が８０ｖｏｌ％以上、より好ましくは９０ｖｏｌ％以上の酸化剤とによって火炎Ｄを形成する。そして、バーナ５は、図２及び図３に示すように、火炎Ｄが直接鋼板２の表面２ａに衝突するような位置に配置されている。
　図２は、加熱室４の外壁を省略した斜視図であり、図３は鋼板２とバーナ５のみを記した断面図である。

　具体的には、バーナ５の先端５ａから鋼板２までの距離Ｈは、バーナ５の１本あたりの燃焼量をＱ［Ｍｃａｌ／ｈ］とした場合に、（３０～１１０）×Ｑ^{（１／３）}ｍｍの範囲にあることが好ましく、（６０～１１０）×Ｑ^{（１／３）}ｍｍの範囲にあることがより好ましい。例えば、燃焼量が３５Ｍｃａｌ／ｈであれば、距離Ｈは、おおよそ２００～３６０ｍｍの範囲にするのがより好ましいこととなる。
　３０×Ｑ^{（１／３）}ｍｍより短いと、火炎Ｄの跳ね返りによりバーナ５を損傷させる可能性が大きくなり、１１０×Ｑ^{（１／３）}ｍｍよりも長いと、火炎Ｄが鋼板２に衝突する際の流速及び温度が低下してしまい、高い伝熱効率を得ることができない。
　バーナ５の先端５ａから鋼板２までの距離Ｈとは、図３に示すように、バーナ５の先端５ａからバーナの中心軸Ｍと鋼板２の表面２ａとの交点Ｐまでの距離を言う。

　また、バーナ５の火炎Ｄの向き（すなわち、バーナ５の向き）は、鋼板２の移動方向Ｘに対して垂直か、又は対向するように、バーナ５の中心軸Ｍと鋼板２の表面２ａとがなす角度αが６０～９０度の範囲となるようにするのが好ましい。
　角度αが６０度よりも小さい場合、伝熱効率が低下し、９０度より大きい場合も同様に伝熱効果の低下が顕著となる。
　また、各バーナ５によって、バーナ５の中心軸Ｍと鋼板２の表面２ａとがなす角度αが異なっても構わないが、鋼板２を均一に加熱するためには、全てのバーナ５が同じ角度で設けられているのが好ましい。

　また、本実施形態では、図２及び図４に示すように、鋼板２の移動方向Ｘに対して垂直な方向に設けられた複数本のバーナ５によって、バーナ列Ｅが形成されている。
　図４は、バーナ５と鋼板２のみを示した平面図である。

　各バーナ列Ｅを構成するバーナ５の間隔ｄは、（５～２５）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲にあることが好ましく、（７～２０）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲にあることがより好ましい。例えば、燃焼量が３５Ｍｃａｌ／ｈであれば、間隔ｄは、おおよそ４０～１２０ｍｍの範囲にするのがより好ましいこととなる。
　バーナ５の間隔ｄが５×Ｑ^{（１／２）}ｍｍよりも短い場合、幅の広い鋼板２などを加熱する場合、非常に多数のバーナ５を設ける必要があり、実用的ではない。また、バーナ５の間隔ｄが２５×Ｑ^{（１／２）}ｍｍより長い場合、鋼板２を均一に加熱することが困難となる。

　また、バーナ列Ｅは、鋼板２について所望の温度が高い場合には、２列以上配置させることが好ましい。その場合のバーナ列Ｅの間隔Ｌは、（１７～３００）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲にあることが好ましく、（１７～６８）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲、又は（１００～３００）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲にあることがより好ましい。例えば、燃焼量が３５Ｍｃａｌ／ｈであれば、間隔Ｌは、おおよそ１００～４００ｍｍ又は６００～１８００ｍｍの範囲にするのがより好ましいこととなる。
　バーナ列Ｅの間隔Ｌが１７×Ｑ^{（１／２）}ｍｍより短い場合、局所的な燃焼量が大きくなり、バーナ５及び加熱室４を損傷する可能性が大きくなる。また、バーナ列Ｅの間隔Ｌが、６８×Ｑ^{（１／２）}ｍｍより長く１００×Ｑ^{（１／２）}ｍｍより短い場合、後列（図４におけるバーナ列Ｅ_２）のバーナ５によって形成される火炎Ｄが前列（図４におけるバーナ列Ｅ_１）のバーナ５によって形成される火炎Ｄと干渉することになり、火炎Ｄが鋼板２の表面２ａから剥離した状態となり、伝熱効率が低下する。また、バーナ列Ｅの間隔Ｌを３００×Ｑ^{（１／２）}ｍｍより長くした場合、加熱室４が大きくなり、炉体熱損が増加するため実用的ではない。

　また、バーナ列Ｅを２列以上配置させる場合は、それぞれ互い違いに配置することが好ましい。このように配置することで、鋼板２をより均一に加熱することができる。
　また、バーナ５の１本あたりの燃焼量は、１０～１００Ｍｃａｌ／ｈの範囲にあることが好ましく、２０～８０Ｍｃａｌ／ｈの範囲にあることがより好ましい。燃焼量が１０Ｍｃａｌ／ｈより小さい場合、火炎長が短くなるため、鋼板２に衝突する際の火炎温度が低くなるとともに、流速も低下するため、伝熱効率が低下する。また、１００Ｍｃａｌ／ｈより大きくすると、バーナ５と鋼板２の距離を大きくする必要があり、加熱室４が大きくなり、炉体熱損が増加し、熱効率が低下する。

　本実施形態の加熱装置１によれば、予熱室３において、バーナ５の燃焼ガスを含む排ガスＣを用いて鋼板２を予熱するので、効率よく鋼板２を加熱することができる。
　また、本実施形態では、バーナ５に供給する酸化剤として、酸素濃度８０ｖｏｌ％以上の酸化剤を用いているので、燃料を急速に燃焼させることとなり、高温高速火炎を形成することができる。この火炎Ｄを直接鋼板２に衝突させているので、鋼板２を効率よく急速に加熱することができる。また、高温高速火炎を衝突させることで、鋼板２の表面２ａに付着した油脂、並びに油脂に混入した有機物粒子及び無機物粒子を燃焼させつつ、この高温高速火炎によって吹き払うことが可能となる。

＜　加熱方法　＞
　次に、本実施形態の鉄鋼製品の加熱方法について説明する。
　本実施形態の鉄鋼製品（鋼板）の加熱方法は、鋼板２を予熱室３にて加熱する予熱工程と、鋼板２を予熱室３に連結された加熱室４で加熱する加熱工程と、を有している。

　予熱工程について説明すると、まず、図１に示すように、冷間圧延にて成形した鉄鋼製品である鋼板２を鋼板入口８から、予熱室３内に投入し、鋼板２を加熱室４側に向けて順次Ｘ方向に沿って移動させる。
　予熱室３内には、排ガス排出手段７によって、加熱室３から、バーナ５の燃焼ガスを含む排ガスＣが導入されており、この排ガスＣと鋼板２を熱交換することで、鋼板２を予熱する。

　鋼板２と熱交換済みの排ガスＣは、排ガス排出手段７によって、排ガス排出管６を通って、加熱装置１外へと排出される。

　予熱室３内での熱交換を終えた鋼板２は、加熱室４内に移動し、この加熱室４内にて加熱工程が行われる。
　この加熱工程では、加熱室４内に形成されたバーナ５によって形成された火炎Ｄが、直接、鋼板２の表面２ａに衝突するようにして、鋼板２を所望の温度まで加熱する。この際、バーナ５には燃料と酸素濃度が８０ｖｏｌ％以上の酸化剤が供給されているので、バーナが形成する火炎は、高温高速火炎となっている。

　バーナ５に供給する燃料としては、例えばＬＮＧ（液化天然ガス）を挙げることができる。また、酸化剤としては、例えば純酸素を用いても構わないし、酸素濃度が８０％以上となるように純酸素と空気を所望の割合で混合したものを用いても構わない。
　また、バーナ５に供給する酸化剤に含まれる酸素流量が、バーナに供給する燃料を完全燃焼させるのに必要な酸素流量の９０～１２０％の範囲となるように、酸化剤及び燃料の流量を適宜調整するのが好ましい。
　バーナ５に供給する酸化剤に含まれる酸素流量が、燃料を完全に燃焼させるのに必要な酸素流量の９０％よりも少ない場合は、未燃ガスが排出され排ガス熱損が多くなるといった不都合があり、１２０％よりも多い場合は、鋼板の酸化量が多くなるといった不都合がある。

　また、加熱工程では、鋼板２を所望の温度まで急速かつ均一に加熱するとともに、バーナ５の火炎Ｄによって、鋼板２の表面２ａに付着した油脂、並びに前記油脂に混入した無機物粒子及び有機物粒子を燃焼させつつ、吹き払って除去する。
　加熱工程を経た鋼板２は、鋼板取出口９を通って加熱装置１外へと取り出される。

　本実施形態の加熱方法によれば、予熱室３において、バーナ５の燃焼ガスを含む排ガスＣを用いて鋼板２を予熱するので、効率よく鋼板２を加熱することができる。
　また、本実施形態では、バーナ５に供給する酸化剤として、酸素濃度８０ｖｏｌ％以上の酸化剤を用いているので、燃料を急速に燃焼させることとなり、高温高速火炎を形成することができる。この火炎を直接鋼板に衝突させているので、鋼板２を効率よく急速に加熱することができる。また、高温高速火炎を衝突させることで、鋼板２の表面２ａに付着した油脂、並びに油脂に混入した有機物粒子及び無機物粒子を燃焼させつつ、この高温高速火炎によって吹き払うことが可能となる。

　以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

　以下、本発明を実施例により説明する。ただし、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

　本実施例では、図１、図２に示した加熱装置を用いて、冷間圧延鋼板の加熱試験を実施した。
　加熱室に配置したバーナへ供給する燃料としてはＬＮＧ（流量：３．４Ｎｍ^３／ｈ・本）を用い、酸化剤としては純酸素（流量：８．５Ｎｍ^３／ｈ・本）を用いた。したがって、バーナ１本の燃焼量は３５Ｍｃａｌ／ｈとなる。また、酸化剤の供給量は、ＬＮＧを完全燃焼するのに必要な酸素流量の１１０％に相当する。
　バーナの本数は、鋼板の上側及び下側ともに４１本ずつ、合計８２本とした。また、鋼板の上側のバーナ及び下側のバーナは、ともに２列にそれぞれ互い違いに配置した（前列２１本、後列２０本）。各バーナの間隔は６０ｍｍとし、バーナ列の間隔は２００ｍｍとした。
　また、バーナから鋼板までの距離は２００ｍｍとし、バーナの中心軸と鋼板の表面との成す角度を、バーナの火炎の噴出方向と鋼板の移動方向が対向する向きで８０度となるようにした。
　また、冷間圧延鋼板は、板厚０．４ｍｍ、板幅１２５０ｍｍ、移動速度２００ｍ／ｍｉｎとした。加熱装置の鋼板入口での鋼板の温度を２５℃とし、鋼板処理量を４７Ｔ／ｈｏｕｒとし、加熱室での加熱時間を０．３秒とした。
　鋼板温度は、放射温度計を用いて、板幅１２５０ｍｍの範囲の鋼板の幅方向（鋼板の移動方向Ｘに対して垂直の方向）の温度分布を測定した。平均温度は、鋼板の幅方向の温度分布を平均した値である。

　本実施例の条件によって、２５℃の鋼板が４００℃まで急速加熱できることを確認した。また、鋼板の幅方向（移動方向に対して垂直の方向）の温度分布は、平均温度に対して±２．６℃の範囲であり、均一に加熱できることを確認した。

　実施例２では、図１に記載の加熱装置を用いて、バーナ間隔を変えて冷間圧延鋼板の加熱試験を実施した。
　鋼板加熱装置のバーナへの燃焼と酸素の供給条件およびバーナ本数を表１に示す。全バーナの燃焼量が概ね等しくなるようにしている。その他の条件は、実施例１と同じとした。

　図５に、バーナ間隔に対する鋼板の幅方向各点における鋼板温度の温度偏差を示す。本実施例の結果から、バーナ間隔を広くすると、鋼板の幅方向の温度偏差が大きくなり、均一加熱が難しいことが分かる。本結果は、６０ｍｍ程度が適正であることを示している。

　実施例１の条件において、バーナ列間の距離を変えて鋼板伝熱効率への影響を確認した。
　バーナ列間隔以外の条件は、実施例１と同じ条件とした。図６にバーナ列間隔に対する伝熱効率への影響を示す。伝熱効率は、バーナ列間隔３００ｍｍの条件の伝熱効率を１．０とした相対伝熱効率で示す。

　本実施例の結果から、相対伝熱効率は、バーナ列間隔が４００～５００ｍｍで極小値となる傾向を示すことから、バーナ間隔は、１００～３００ｍｍ、もしくは６００ｍｍ以上にすることが好ましいことがわかる。

　この実施例では、本発明の鉄鋼製品の加熱方法に従い、次の手順により冷間圧延鋼板の表面に付着した油脂類を燃焼除去する脱脂試験を行った。

　加熱室に配置したバーナへ供給する燃料としてＬＮＧを、また酸化剤として純酸素を用いた。バーナ１本へ供給する燃料と酸化剤は、燃料としてＬＮＧ：流量３．４Ｎｍ³／ｈ
・本、酸化剤として純酸素：８．５Ｎｍ³／ｈ・本とし、純酸素の流量は燃料を完全燃焼
させるために必要な量の１１０％となるように設定した。
　バーナは、図４と同様に、すなわち前列Ｅ１として５本、後列Ｅ２として６本の計１１本を配置した。また、バーナ高さＨは２００ｍｍ、バーナ角度αは７０°とし、バーナ間隔ｄとバーナ列間隔Ｌは、試験Ｎｏ．ごとに異なる設定とした。ただし、バーナは鋼板の上側のみに設置した。

　鋼板２として、板幅６００ｍｍ、板厚０．６ｍｍの冷間圧延鋼板を準備した。種々の燃焼負荷率でバーナを燃焼させ、準備した冷間圧延鋼板を種々の移動速度で図１のＸ方向に走行させながらバーナの火炎を鋼板の表面に直接衝突させて冷間圧延鋼板の表面に付着した油脂類を燃焼除去した。バーナの燃焼条件および冷間圧延鋼板の移動速度は表２のとおりである。

　脱脂試験を終えた冷間圧延鋼板を用いて、油脂類の燃焼除去性を次のように評価した。
脱脂試験を終えたそれぞれの冷間圧延鋼板から、板幅中央を中心に７ないし１３箇所のサンプルを採取して脱脂試験片を準備した。採取したサンプルの個数と位置はバーナ間隔ｄに応じて、表３のとおりとした。

　採取したそれぞれの脱脂試験片について、グロー放電発光表面分析装置（ＧＤＳ）を用いて、冷間圧延鋼板の表面からアルゴンイオンスパッタによる深さ方向の元素分布分析を行った。その結果の一例を図７に示す。このうち、表面からアルゴンイオンスパッタ５秒間に対応する深さまでのカーボン（Ｃ、炭素）の信号強度を積分することにより、その積分値を表層に付着しているカーボン量とした。板幅方向に７ないし１３箇所から採取した脱脂試験片それぞれのカーボン量を平均し、これを残留カーボン量として、その大小により油脂類の燃焼除去性を評価した。その評価結果を表４に示す。
　表４の比較材は、冷間圧延鋼板をアセトンにより脱脂し、７箇所から採取した脱脂試験片を用いて残留カーボン量を求めた結果である。

　比較材の残留カーボン量は０．３であるのに対し、試験Ｎｏ．１～１５の残留カーボン量は０．３ないし０．５、最多でも０．７であった。すなわち、比較材の残留カーボン量とほぼ同等の程度まで低減できていた。このことから、本発明の加熱方法を用いて、鉄鋼製品の表面に付着した油脂類をアルカリ脱脂相当の程度まで燃焼除去することが可能であることを確認できた。また、種々のバーナ間隔ｄ、バーナ列間隔Ｌ、燃焼負荷率、鋼板移動速度の条件下においても、鉄鋼製品の表面に付着した油脂類を燃焼除去することが可能であることを確認できた。

　鋼板の酸化量を把握するために、グロー放電発光表面分析装置（ＧＤＳ）を用いて、各鋼板の表面からアルゴンイオンスパッタによるカーボン（Ｃ、炭素）の深さ方向の元素分布分析を行った。カーボンが存在していた鋼板表面からの深さを鋼板表面に存在していた酸化膜の膜厚として扱うことにした。
その結果、脱脂試験片Ｎｏ．１～１５について、鋼板表面の酸化膜の厚みはすべて０．１μｍ程度で、比較材と同等であった。

　冷間圧延にて製造された製品を効率よく急速に加熱するとともに、付着した油脂を除去することが可能な鉄鋼製品の加熱装置及び鉄鋼製品の加熱方法を提供することができる。

　１　　加熱装置
　２　　鋼板
　２ａ　鋼板の表面
　３　　予熱室
　４　　加熱室
　５　　バーナ
　６　　排ガス排出管
　７　　排ガス排出手段
　８　　鋼板入口
　９　　鋼板取出口
　Ａ　　予熱部
　Ｂ　　加熱部
　Ｃ　　排ガス
　Ｄ　　火炎
　Ｅ　　バーナ列

Claims (13)

1. 　冷間圧延にて成形した鉄鋼製品の加熱装置であって、
   　前記鉄鋼製品を予熱するための予熱室と、
   　前記予熱室に連結され、前記鉄鋼製品を所望の温度まで加熱するための加熱室と、
   　前記加熱室において前記鉄鋼製品を上下から挟みこむように配置された複数本のバーナと、
   　前記バーナでの燃焼ガスを含む排ガスを、前記予熱室内に流入した後に前記加熱装置外に排出する排ガス排出手段と、を備え、
   　前記バーナは、燃料と酸素濃度が８０ｖｏｌ％以上の酸化剤とによって火炎を形成し、前記火炎によって前記鉄鋼製品の表面に付着した油脂、並びに前記油脂に混入した無機物粒子及び有機物粒子の少なくとも１つを燃焼させつつ吹き払う機能を有し、
   　前記予熱室は、前記排ガス排出手段によって流入した前記バーナでの燃焼ガスを含む排ガスによって、前記鉄鋼製品の予熱を行う構造となっている鉄鋼製品の加熱装置。
2. 　前記バーナの１本あたりの燃焼量をＱ［Ｍｃａｌ／ｈ］とした場合に、前記バーナの先端と前記鉄鋼製品との間の距離Ｈを（３０～１１０）×Ｑ^{（１／３）}ｍｍの範囲とし、前記バーナの中心軸と前記鉄鋼製品との表面とが成す角度αを６０～９０度の範囲とする請求項１に記載の鉄鋼製品の加熱装置。
3. 　前記鉄鋼製品の上側の前記バーナ又は／及び前記鉄鋼製品の下側の前記バーナが、１列に複数配置されており、
   　前記バーナの１本あたりの燃焼量をＱ［Ｍｃａｌ／ｈ］とした場合に、前記１列に配置された複数の前記バーナの間隔ｄを（７～２０）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲とする請求項１又は請求項２に記載の鉄鋼製品の加熱装置。
4. 　前記鉄鋼製品の上側の前記バーナ又は／及び前記鉄鋼製品の下側の前記バーナが、２列以上のバーナ列を形成するように配置されており、
   　前記バーナの１本あたりの燃焼量をＱ［Ｍｃａｌ／ｈ］とした場合に、前記バーナ列の間隔Ｌを（１７～３００）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の鉄鋼製品の加熱装置。
5. 　前記バーナ列の前記間隔Ｌを（１７～６８）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲、又は（１００～３００）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲とする請求項４に記載の鉄鋼製品の加熱装置。
6. 　２列以上のバーナ列を形成するように配置された前記バーナが、それぞれ互い違いに配置されている請求項４又は請求項５に記載の鉄鋼製品の加熱装置。
7. 　冷間圧延にて成形した鉄鋼製品の加熱方法であって、
   　前記鉄鋼製品を予熱室にて加熱した後に、前記予熱室に連結された加熱室に導入して所望の温度まで加熱する方法であり、
   　前記加熱室には、前記鉄鋼製品を上下から挟みこむように配置された複数本のバーナが設けられており、
   　燃料と酸素濃度が８０ｖｏｌ％以上の酸化剤とを用いて前記バーナによって形成した火炎を、前記鉄鋼製品の表面に直接衝突させることによって、前記鉄鋼製品を加熱するとともに、前記鉄鋼製品の表面に付着した油脂、並びに前記油脂に混入した無機物粒子及び有機物粒子の少なくとも１つを燃焼させつつ前記火炎によって吹き払い、
   　前記バーナでの燃焼ガスを含む排ガスを前記予熱室に導入することで、前記鉄鋼製品と熱交換させる鉄鋼製品の加熱方法。
8. 　前記バーナに供給する前記酸化剤の流量を、前記燃料を完全燃焼させるのに必要な酸素流量の９０～１２０％の範囲とする請求項７に記載の鉄鋼製品の加熱方法。
9. 　前記バーナの１本あたりの燃焼量をＱ［Ｍｃａｌ／ｈ］とした場合に、前記バーナの先端と前記鉄鋼製品との間の距離Ｈを（３０～１００）×Ｑ^{（１／３）}ｍｍの範囲とし、前記バーナの中心軸と前記鉄鋼製品との表面とが成す角度αを６０～９０度の範囲とする請求項７又は請求項８に記載の鉄鋼製品の加熱方法。
10. 　前記鉄鋼製品の上側の前記バーナ又は／及び前記鉄鋼製品の下側の前記バーナが、１列に複数配置されており、
    　前記バーナの１本あたりの燃焼量をＱ［Ｍｃａｌ／ｈ］とした場合に、前記１列に配置された複数の前記バーナの間隔ｄを（７～２０）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲とする請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の鉄鋼製品の加熱方法。
11. 　前記鉄鋼製品の上側の前記バーナ又は／及び前記鉄鋼製品の下側の前記バーナが、２列以上のバーナ列を形成するように配置されており、
    　前記バーナの１本あたりの燃焼量をＱ［Ｍｃａｌ／ｈ］とした場合に、前記バーナ列の間隔Ｌを（１７～３００）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲とする請求項７ないし請求項１０のいずれか１項に記載の鉄鋼製品の加熱方法。
12. 　前記バーナ列の前記間隔Ｌを（１７～６８）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲、又は（１００～３００）×Ｑ^{（１／２）}ｍｍの範囲とする請求項１１に記載の鉄鋼製品の加熱方法。
13. 　前記バーナの１本あたりの燃焼量を１０～１００Ｍｃａｌ／ｈの範囲とする請求項７ないし請求項１２のいずれか１項に記載の鉄鋼製品の加熱方法。

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