JP2004232007A

JP2004232007A - 鋼帯の連続式熱処理設備及びその燃焼方法

Info

Publication number: JP2004232007A
Application number: JP2003020142A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Matsuura; 泰夫松浦
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: JP4064253B2

Abstract

【課題】鋼帯サイズや鋼帯温度やライン速度等を変更する過渡期（非定常時）において加熱帯における温度制御性を向上させるとともに、効率良くカーボン［Ｃ］を酸化除去することができ、更には定常時であっても鋼帯の加熱に寄与できることを目的とする。
【解決手段】ラジアントチューブ式輻射管による加熱を行う加熱帯の入側或いは中間部或いは出側に、鋼帯を挟んで対向するように直火還元バーナーを設置した鋼帯の連続式熱処理設備およびその燃焼方法であって、前記直火還元バーナーは、常時は基準負荷で一定燃焼しており、加熱サイクルが変更する過渡期には、ラジアントチューブ式輻射管による加熱の熱応答を補償するように直火還元バーナーの燃焼負荷を調節することを特徴とする鋼帯の連続式熱処理装置およびその燃焼方法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼帯の連続焼鈍設備や連続式溶融亜鉛めっきラインにおいて、特に通板サイズや鋼種及びヒートサイクルの変更時における過渡的な鋼帯温度制御精度の向上を図る鋼帯の連続式熱処理設備及びその燃焼方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に鋼帯の連続焼鈍設備や連続溶融亜鉛めっきラインにおいては、鋼帯は焼鈍処理に必要な加熱、均熱、冷却を連続して行う連続焼鈍炉が設置されている。この連続焼鈍炉においては、鋼帯の鋼種に対応して加熱サイクルが設定され、ラジアントチューブ式輻射管による加熱装置によって設定温度に加熱される。鋼種による加熱サイクルや板厚サイズは、頻繁に変更されるので、所定の加熱サイクルをより精度良く実現するために、例えば特開平６−１３６４５１号公報（特許文献１）に示されているように、従来の輻射加熱或いは直火加熱からなる加熱装置の上流若しくは下流ないしは中間部分に誘導加熱装置を設置し、鋼帯の加熱応答性を改善しようとするものが提唱されている。
【０００３】
また、同様な技術思想によるものとして特開昭５７−９４５２４号公報（特許文献２）には、誘導加熱装置の代わりに強制対流加熱や直火加熱を用い、ラジアントチューブ式輻射管による加熱装置による熱応答遅れを改善するために非定常時即ち鋼帯温度やライン速度を変更するときだけ、一時的に誘導加熱装置、強制対流加熱装置或いは直火加熱装置を使用して温度制御性を向上せしめる方法が提唱されていた。
【０００４】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平６−１３６４５１号公報）
（２）特許文献２（特開昭５７−９４５２４号公報）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の特許文献１に示されている方法においては、通常非酸化還元雰囲気中で誘導加熱装置を利用するものであって、鋼帯表面を原板のままの状態に保ちつつ加熱できるという利点はあるものの、原板表面にカーボン［Ｃ］分が多く付着している際に、ラジアントチューブ加熱や誘導加熱等のように非酸化還元雰囲気中で鋼板を加熱する場合はカーボン［Ｃ］が還元によって除去されることになるが、通常用いられている非酸化還元雰囲気中の水素濃度５〜１０％程度ではカーボン［Ｃ］の除去効果は極めて小さく、水素濃度を上げてもその効果は十分なものではなかった。
【０００６】
従って、連続式溶融亜鉛めっきラインのように鋼板を熱処理した後、引き続いて亜鉛めっきを施す場合に、鋼板表面のカーボン［Ｃ］がめっき密着性を阻害するという問題があった。加えて、誘導加熱装置を用いる場合は、電源装置、電力制御装置を含めて設備コストが高価にならざるを得ず、特に加熱装置の後段部に設置しようとする場合は、誘導加熱装置のコイル部分の耐熱対策を施す必要があり、非常に高価になってしまうという問題があった。
【０００７】
鋼帯を連続して誘導加熱する方法には、ＬｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌＦｌｕｘ方式と呼ばれる方法とＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＦｌｕｘ方式に分けられる。ＬｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌＦｌｕｘ方式は、鋼帯を誘導加熱コイルで囲み、磁束を鋼帯表面に発生させ、磁束まわりに渦電流を発生せしめてジュール熱により鋼帯を加熱するもので、鋼帯幅方向に均一に加熱することができるが、反面、非磁性体や非磁性領域での被加熱体に対する加熱効率が悪い。従って、鋼帯加熱においては、キュリー点（７６０℃）以下の加熱に対してＬｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌＦｌｕｘ方式が採用されることが多い。
【０００８】
一方、ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＦｌｕｘ方式では、磁束が鋼帯表面を板厚方向に貫く様に鋼帯表裏にインダクターを配置し、磁束のまわりに発生する鋼帯平面方向の渦電流によってジュール加熱するものである。ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＦｌｕｘ方式では、磁性・非磁性を問わず加熱できるという利点があるが、鋼帯端部が過熱されやすいという問題がある。加熱装置の後段部に設置しようとする場合は、加熱効率を考慮してＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＦｌｕｘ方式が採用されるが、鋼帯端部の過熱が問題になる怖れがあった。
【０００９】
また、特許文献２による強制対流加熱や従来の直火加熱方式も考えられるが、従来の強制対流加熱では加熱応答性が低く、従来の直火加熱方式では鋼帯表面を酸化させてしまうという問題があったため、鋼帯表面品質を維持したまま十分な加熱応答性の改善効果を得ることはできなかった。
このように、従来提唱されているいずれの方法であっても、鋼帯表面を清浄に保ち且つカーボン［Ｃ］分を効率良く除去しつつ、さらに鋼帯端部の過熱が発生し難く、板幅方向温度均一性と鋼帯表面品質に優れ、しかも電源装置や高周波電力調整装置などが不要で且つ安価な加熱方式により鋼帯の加熱熱応答性を改善することは困難であった。
【００１０】
さらに、このような誘導加熱装置や強制対流加熱、直火加熱を用いる技術においては、ラジアントチューブ式輻射管による加熱装置による熱応答遅れを改善するために非定常時即ち鋼帯サイズ、鋼帯温度やライン速度を変更するときだけ、一時的に誘導加熱装置、強制対流加熱装置或いは直火加熱装置を使用して温度制御性を向上せしめるものであるため、定常時には使用されず鋼帯の加熱に寄与しないので、生産性が低下し不経済であるという問題があった。
そこで、本発明においては、鋼帯サイズや鋼帯温度やライン速度等を変更する過渡期（非定常時）において加熱帯における温度制御性を向上させるとともに、効率良くカーボン［Ｃ］を酸化除去することができ、更には定常時であっても鋼帯の加熱に寄与できることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、ラジアントチューブ式輻射管を有する加熱帯を備えた鋼帯の連続式熱処理設備において、該加熱帯の入側或いは中間部或いは出側に、鋼帯を挟んで対向するように直火還元バーナーを設置した。
更に、直火還元バーナーを設置するにあたって、前記加熱帯の入側或いは中間部或いは出側に、直火還元バーナー帯を設置してもよい。この時、直火還元バーナー帯の前後にはシール装置を設けるとともに、該直火還元バーナー帯の炉圧を隣接する他の帯の炉圧よりも低くするための炉圧調節弁を設置した。
【００１２】
また、ラジアントチューブ式輻射管による加熱を行う加熱帯の入側或いは中間部或いは出側に、鋼帯を挟んで対向するように直火還元バーナーを設置した鋼帯の連続式熱処理設備の燃焼方法であって、前記直火還元バーナーは、定常時は基準負荷で一定燃焼しており、例えば鋼帯サイズ、鋼帯温度、ライン速度等の加熱サイクルが変更するような過渡期には、ラジアントチューブ式輻射管による加熱の熱応答を補償するように直火還元バーナーの燃焼負荷を調節する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
図１は、連続式熱処理設備の一例を示す図である。この図に示すように、鋼帯１は、上部ハースロール１２群（各帯の上部に設置されているが図１では符合を一部省略）と下部ハースロール１３群（各帯の下部に設置されているが図１では符合を一部省略）によって連続的に通板され、ラジアントチューブによる間接輻射加熱方式を採用した第一加熱帯２及び第二加熱帯３において所定の加熱温度に加熱され、均熱帯４を経て一次冷却帯５において急速に冷却される。一次冷却帯５には、ガスジェットクーラー方式、気水冷却方式或いはロール冷却方式またはこれらの組み合わせ方式などが採用され、鋼種に応じて２５０℃〜４５０℃の温度まで急冷される。鋼帯１は、引き続いて一次過時効帯６及び二次過時効帯７を経て、二次冷却帯８及び第一クエンチタンク９、第二クエンチタンク１０によって常温近くまで最終冷却され、ドライヤー１１により乾燥される。
【００１４】
本発明では、図１において、第一加熱帯２と第二加熱帯３の間に直火還元バーナー帯１４を設け、この直火還元バーナー帯１４には、鋼帯１を挟んで対向するように直火還元バーナー２０を配設している。直火還元バーナー２０は、例えば特公平３−６９９７２号公報に示されているような構成のものを使用するが、その具体的な構成について図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す。図３（ａ）は直火還元バーナーの断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＶ−Ｖ線矢視断面図である。バーナータイル底部２１において、該底部面積１００ｃｍ^２あたり５孔以上の２重管式吐出孔２２を設け、内管２４には燃料ガス（または空気）を、外管２３には空気（または燃料ガス）をバーナー中心軸に平行に流し、その空気比を０．７〜０．９に調整し、鋼帯１とバーナータイル底部２１との距離を１００〜４００ｍｍに調整することによって有効な直火還元加熱を得ることができ、鋼帯表面に酸化膜を生じることなく鋼帯表面を清浄に保ったまま急速に加熱することが可能なものである。
【００１５】
直火還元バーナー帯１４は、第一加熱帯２の入側に設けてもよいし、第二加熱帯３の出側に設けてもよい。また、図２に示すように第一加熱帯と第二加熱帯との間に独立したチャンバーを設け、上下に通板されるそれぞれの鋼帯に対して、直火還元バーナー２０を鋼帯１を挟んで対向するように設けてもよい。（図２のその他の構成は図１と同じ）
【００１６】
図１および図２において、直火還元バーナー帯１４からの排ガスは、排ガスダクト１６より炉圧調整弁１７を経て、排ガスブロワー１８により吸引され、煙突１９から屋外へ排気される。ここで、排ガスブロワー１８は図示しているように単独で設けてもよいし、第一加熱帯２や第二加熱帯３の燃焼排ガス系に合流させて排出しても良い。また、直火還元バーナー帯１４の前後には、例えば図４に示すようなシール装置が各々設けられている（図１、図２では図示を省略）。
【００１７】
すなわち、図４は、直火還元バーナー帯の前後でのシール装置を示す図である。この図に示すように、直火還元バーナー帯１４の前、すなわち、第一加熱帯２と直火還元バーナー帯１４との間に設けたシール装置３１においては、小室２５内の雰囲気ガス圧力制御に当たって、炉内圧調整弁２９を開くことにより小室２５内の雰囲気ガスを炉外に放出し、小室２５内の圧力を下げる。これによって、小室２５をその前後の第一加熱帯２や直火還元バーナー帯１４の炉内圧力より低い圧力に保持することができる。
【００１８】
同様に、直火還元バーナー帯１４の後、すなわち、直火還元バーナー帯１４と第二加熱帯３の間に設けたシール装置３１においても、炉内圧調整弁２９を開くことにより小室２５内の雰囲気ガスを炉外に放出し、小室２５内の圧力を下げる。これによって、小室２５をその前後の直火還元バーナー帯１４や第二加熱帯３の炉内圧力より低い圧力に保持することができる。本発明の一実施例でのシール機構は上シール部材２６が昇降アクチュエータ２７によって鋼帯１に向けて、一定の押圧力で進出するように構成され、鋼帯１に押し圧してシール状態を維持する。
【００１９】
また、このシール装置は図４に限定されるものではなく、ガスシール装置やロールシール装置等によってシールしても良く、特にシール装置には限定されるものではない。上述したように直火還元バーナー帯１４の炉圧を隣接する第一加熱帯２や第二加熱帯３の炉圧よりも低くなるように、図１、図２に示した炉内圧調整弁１７によって制御することにより、直火還元バーナー帯１４の燃焼排ガスが隣接する第一加熱帯２や第二加熱帯３へ流入することを確実に防止することができる。なお、符号２８は雰囲気ガス排気口を示す。
【００２０】
図５は本発明による加熱制御の実施例を示すもので、図５（ａ）に示すように鋼帯加熱温度がｔ１からｔ２へ上がるように加熱サイクルを変更した場合を示している。変更前Ｉ期（定常時）はラジアントチューブ式輻射管及び直火還元バーナーにより定常加熱が行われており燃焼量は各々一定となっている。加熱サイクル変更指令が出されたＩＩ期（過渡期）には、図５（ｃ）のようにライン速度が減速し、ラジアントチューブ式輻射管への投入燃焼量が増加するが、ラジアントチューブ式輻射管による間接加熱の場合は時定数が大きく図５（ｄ）に示す様にラジアントチューブ加熱温度は徐々にしか上昇しない。
【００２１】
従って、本発明によらない従来のラジアントチューブ加熱のみの場合では、図５（ａ）中に破線で示す様に鋼帯加熱温度は徐々にしか上昇せず加熱不足が生じてしまう。そこで本発明においては、ここで、図５（ｂ）に示すように、直火還元バーナーの燃焼量を加熱サイクル変更指令と同時に増加させる。その後、ラジアントチューブ加熱による加熱量増加に応じて図５（ｂ）に示すように直火還元バーナーの燃焼量を徐々に減少させる。サイクル変更後ＩＩＩ期（定常時）では、直火還元バーナーの燃焼量は変更前Ｉ期に比べて増加させてあり、加熱に有効に寄与させている。
【００２２】
図６は、本発明による加熱制御の別の実施例を示すもので、図６（ａ）に示すように鋼帯加熱温度がｔ２からｔ１へ下がるように加熱サイクルを変更した場合を示している。変更前Ｉ期（定常時）はラジアントチューブ式輻射管及び直火還元バーナーにより定常加熱が行われており燃焼量は各々一定となっている。加熱サイクル変更指令が出されたＩＩ期（過渡期）には、図６（ｃ）のようにライン速度が増速し、ラジアントチューブ式輻射管への投入熱量が減少するが、ラジアントチューブ式輻射管による間接加熱の場合は図６（ｄ）に示すようにラジアントチューブ加熱温度は徐々にしか下降しない。
【００２３】
従って、本発明によらない従来のラジアントチューブ加熱のみの場合では、図６（ａ）中に破線で示すように鋼帯加熱温度は徐々にしか下降せず加熱過剰となってしまう。そこで本発明においては、ここで図６（ｂ）に示すように、直火還元バーナーの燃焼量を加熱サイクル変更指令と同時に一旦下げ、その後、ラジアントチューブ加熱による加熱量減少に応じて図６（ｂ）に示すように直火還元バーナーの燃焼量を徐々に増加させる。サイクル変更後ＩＩＩ期（定常時）では、直火還元バーナーの燃焼量は変更前前Ｉ期に比べて減少させてある。
【００２４】
図７は、鋼帯表面のカーボン［Ｃ］の除去効果を模式的に示している。本発明における加熱応答性改善のために設けた直火還元バーナーにより、鋼帯表面のカーボン［Ｃ］はＣ＋ＣＯ_２→２ＣＯにより酸化除去され、その効果は、従来の誘導加熱装置を使用する場合のカーボン［Ｃ］の還元除去Ｃ＋２Ｈ_２→ＣＨ_４に比べて大きい。従って、本発明においては加熱応答性改善効果に加えて鋼帯表面を清浄に保ったまま表面の付着カーボン［Ｃ］を効果的に除去できるという効果を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ラジアントチューブ式輻射管による加熱装置による熱応答遅れを改善するために、ラジアントチューブ式輻射管による加熱帯の入側又は中間部又は出側に、直火還元バーナーを設置している。この直火還元バーナーは、定常時は基準負荷で燃焼しているが、鋼帯サイズや鋼帯温度やライン速度を変更する過渡期には、ラジアントチューブ式輻射管による加熱装置の熱応答を補償するように直火還元バーナーの燃焼負荷を調節することにより、温度制御性を向上させることができる。また、直火還元加熱バーナーは優れた還元性や急速加熱が実現できるので、鋼帯表面に酸化膜が生成することがなく鋼帯端部の過熱を生じることもない。
【００２６】
さらに、鋼帯表面にカーボン［Ｃ］分が多く付着していても直火還元バーナーにより効率良くカーボン［Ｃ］を酸化除去することができるので、炉内雰囲気ガス中の水素濃度を通常以上に上げることなく高品質な成品を得ることができ、連続溶融亜鉛めっきラインにおいては優れためっき密着性を得ることができるようになる。加えて直火還元加熱バーナーは、定常時は基準負荷で燃焼しており非定常時に燃焼負荷を増減させるものであるため、定常時であっても鋼帯の加熱に寄与しているので生産性をも向上させることができる極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続式熱処理設備の一例を示す図である。
【図２】本発明の連続式熱処理設備の他の例を示す図である。
【図３】直火還元バーナーの断面図およびＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【図４】直火還元バーナー帯の前後でのシール装置を示す図である。
【図５】本発明による加熱制御の作動を模式的に表した説明図である。
【図６】本発明による加熱制御の作動を模式的に表した他の説明図である。
【図７】鋼帯表面の付着カーボン［Ｃ］の除去効果を示す模式図である。
【符号の説明】
１鋼帯
２第一加熱帯
３第二加熱帯
４均熱帯
５一次冷却帯
６一次過時効帯
７二次過時効帯
８二次冷却帯
９第一クエンチタンク
１０第二クエンチタンク
１１ドライヤー
１２上部ハースロール
１３下部ハースロール
１４直火還元バーナー帯
１５誘導加熱装置
１６排ガスダクト
１７炉圧調整弁
１８排ガスブロワー
１９煙突
２０直火還元バーナー
２１バーナータイル底部
２２２重管式吐出孔
２３外管
２４内管
２５小室
２６上シール部材
２７昇降アクチュエータ
２８雰囲気ガス排気口
２９炉内圧調整弁
３０排ガスダクト
３１シール装置

Claims

ラジアントチューブ式輻射管を有する加熱帯を備えた鋼帯の連続式熱処理設備において、該加熱帯の入側或いは中間部或いは出側に、鋼帯を挟んで対向するように直火還元バーナーを設置したことを特徴とする鋼帯の連続式熱処理設備。
前記加熱帯の入側或いは中間部或いは出側に、直火還元バーナー帯を設置し、該直火還元バーナー帯の前後にシール装置を設けるとともに、該直火還元バーナー帯の炉圧を隣接する他の帯の炉圧よりも低くするための炉圧調節弁を設置したことを特徴とする請求項１記載の鋼帯の連続式熱処理設備。
ラジアントチューブ式輻射管を有する加熱帯の入側或いは中間部或いは出側に、鋼帯を挟んで対向するように直火還元バーナーを設置した鋼帯の連続式熱処理設備の燃焼方法であって、前記直火還元バーナーは、定常時は基準負荷で一定燃焼しており、加熱サイクルが変更する過渡期には、ラジアントチューブ式輻射管による加熱の熱応答を補償するように直火還元バーナーの燃焼負荷を調節することを特徴とする鋼帯の連続式熱処理設備の燃焼方法。