JP3937729B2

JP3937729B2 - 加熱炉の雰囲気制御方法および加熱炉

Info

Publication number: JP3937729B2
Application number: JP2001008524A
Authority: JP
Inventors: 一郎杉本; 誠博古川; 建太苅部; 一成安達
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2021-01-17
Also published as: CN1693757A; JP2002213879A; CN1693756A; CN1333087C; CN1693755A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加熱炉の雰囲気制御、特に雰囲気における酸素濃度の上昇を抑制する方法およびこの方法に直接使用する加熱炉に関するのである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鋼材の加熱炉は、分塊工場で粗圧延された鋼片や、連続鋳造された鋳片を最終製品に圧延するため、その圧延に適した所定の温度に再加熱する場合に主に用いられている。この加熱炉は、バッチ式と連続式とに大別されるが、それぞれ長所および短所があるため、その目的に応じて選択使用されている。中でも、連続式加熱炉は、近年の大量生産に適しているところから、製鉄所などで多用されている。
【０００３】
この連続式加熱炉は、その典型例を図１に示すように、鋼材の装入側から順に予熱帯１、加熱帯２および均熱帯３から成るのが一般的であり、少なくとも加熱帯２および均熱帯３は、バーナ４によって所定温度に加熱保持されている。そして、装入扉１ａから予熱帯１に導入された鋼材５は、搬送路６上を移動されて加熱帯２そして均熱帯３を経て均熱帯３出側の抽出扉３ａから炉外へ搬出される間に、所定温度に加熱される。なお、バーナ４の燃焼によって生じた排ガスは、予熱帯１の入側に設けられた煙道７から炉外に排出される。
【０００４】
ここに、連続式加熱炉では、その後の圧延工程に適した温度に鋼材を加熱する必要があり、連続式加熱炉で加熱された鋼材の温度が所定の圧延適合温度、特にその下限を下回ると、圧延操業並びに製品品質において悪影響を招来することになる。一方、加熱炉から抽出した鋼材温度が必要以上に高くなると、連続鋼材加熱炉における熱損失が大きくなることから、連続式加熱炉においては、鋼材を圧延適合温度まで必要最低限の燃料で加熱することが重要になる。さらに、加熱炉においては、圧延工程における圧延ピッチに対応して、加熱された鋼材が加熱炉から順次に供給されるように、加熱時間を調整することも要求されている。
【０００５】
かように、連続式加熱炉においては、熱損失、とりわけ加熱帯からの放射エネルギー損失が大きいことから、加熱帯の入出側に予熱帯および均熱帯を配置して炉内を３つに仕切ることによって、熱損失を抑制しているのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、連続式加熱炉に装入する鋼材において、常温まで冷却された鋳片や、連続鋳造後に直ちに圧延工程へ直送されるホットチャージ材など、加熱炉入側での温度は様々である上、その加熱温度も多岐にわたり、また加熱炉での加熱する処理量も変化するために、これらの諸々の条件に応じて、加熱炉内の温度を制御する必要がある。そのためには、炉内の加熱を司るバーナの燃焼量を増減して加熱温度を調整する必要があるが、このバーナの燃焼量の変化によって炉内圧は変動することになる。
【０００７】
特に、炉内圧が炉外の圧力に比べて低くなる変動があると、加熱炉の開口部である装入扉および抽出扉から空気が炉内に侵入して、炉内雰囲気の酸素濃度が上昇するため、炉内に装入した鋼材などの被加熱材の表面酸化が促進される結果、表面品質の低下をまねくことになる。また、空気が炉内に侵入すると、炉内温度の低下をまねき、バーナの燃焼量を増加する必要があり、燃料原単位が増加してコストの上昇をまねく不利もある。
【０００８】
従って、加熱炉内への空気の侵入を防止することは、製品の品質上そして加熱炉の操業上から、極めて重要になることから、そのための技術が種々提案されている。
例えば、特開平11−172326号公報には、加熱炉の抽出口からの空気の侵入を防ぐために、炉内の加熱バーナとは別に抽出口付近に設けたノズルから可燃性ガスを噴出して、その際の燃焼によって侵入空気中の酸素を消費することが、提案さている。
【０００９】
しかしながら、抽出口付近に専用の可燃性ガス噴出ノズルを設ける必要があり、設備コストが嵩む不利がある。また、噴出ノズルの設置位置より上方の侵入空気に対しては有効であるが、該噴出ノズル下方の炉圧が負になるため、この下部域に向かって空気が侵入するのを避けることはできない。とりわけ、抽出口下部に、エキストラクターのエキストラフォークを受け入れるための櫛歯状の開口部（以下、エキストラフォーク開口部と示す）を有する場合には、その開口部からの空気の侵入を確実に防ぐことは困難であった。
【００１０】
そこで、この発明は、加熱炉内への抽出扉からの空気の侵入を確実に防ぐことのできる方途について提案することを目的とする。また、この発明の目的は、この方法に直接使用する加熱炉を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、炉内が負圧になった場合の空気の侵入について鋭意究明したところ、その場合、装入扉および抽出扉の両方から炉内に空気が侵入するが、図１に示したように、装入扉１ａの直後に煙道７が設けられているため、装入扉１ａから侵入した空気は、直ちに煙道７に抜けて炉外に排出されるため、炉内酸素濃度の上昇や炉内温度の低下を引き起こす要因になり難いことが判明した。従って、炉内酸素濃度の上昇や炉内温度の低下を回避するには、抽出口からの空気の侵入を回避することが肝要であり、そのためには、抽出端において侵入空気を確実に遮断することが重要になることを知見するに到った。
【００１２】
すなわち、この発明の要旨構成は、次のとおりである。
(1) 装入扉の直後に煙道を設けた加熱炉の抽出扉を開放する際、該加熱炉内の両側壁に配設した複数の加熱用バーナのうち、炉抽出端の下部域に配置した加熱用バーナの燃焼を独立に制御し、該バーナのフレームを抽出口の幅方向に該開口幅にわたって延長し、抽出口からの空気の侵入路をバーナフレームにて遮断して、炉内の酸素濃度の上昇を抑制することを特徴とする加熱炉の雰囲気制御方法。
【００１３】
(2) 上記(1) において、炉抽出端に配置した加熱用バーナの炉内側に、炉床から屹立する仕切壁を設けて該仕切壁に沿う上昇流を形成し、抽出口から侵入した空気を上記上昇流に乗せることを特徴とする加熱炉の雰囲気制御方法。
【００１４】
(3) 上記(1) または(2) において、炉抽出端に配置した加熱用バーナを低空気比の下に燃焼運転することを特徴とする加熱炉の雰囲気制御方法。
【００１５】
(4) 加熱源として、蓄熱体が付帯されたバーナの対を加熱炉内の両側壁に向かい合わせに配設した蓄熱式バーナの複数を具え、該蓄熱式バーナの各対のバーナを交互に燃焼させると共に、非燃焼時のバーナから炉内の排ガスを吸引し、上記蓄熱体に排ガスを導入して排ガス中の熱を蓄熱体に回収し、この回収した熱を燃焼時のバーナの燃焼用空気の加熱に利用して操業を行う、装入扉の直後に煙道を設けた加熱炉において、少なくとも加熱炉の抽出端の下部域に配置した蓄熱式バーナは、その他の蓄熱式バーナとは独立した燃焼制御系を有することを特徴とする加熱炉。
【００１６】
(5) 上記(4) において、独立した燃焼制御系を有する蓄熱式バーナを加熱炉の抽出扉との間で挟む位置に、炉床から屹立する仕切壁を設けたことを特徴とする加熱炉。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の方法について、詳しく説明する。
まず、図１に示した連続式加熱炉において、その炉内に配設した複数の加熱用バーナ４のうち、炉抽出端の下部域に配置した加熱用バーナ40に対して、その他の加熱用バーナ４とは異なる独立した制御系を導入し、該加熱用バーナ40の燃焼を独立して制御する。
【００１８】
ここで、加熱炉内の燃焼用バーナ４は、図２に示すように、その対４ａおよび４ｂを加熱炉の両側壁間で向かい合わせに配置して設けるのが通例であり、これは炉抽出端の下部域に配置した加熱用バーナ40についてもバーナ40ａおよび40ｂの対として配置されている。
【００１９】
そして、加熱炉で加熱された被加熱材を炉外に抽出するため、加熱炉の抽出扉３ａを開放する際は、加熱用バーナ40ａおよび40ｂの燃焼を独立して制御し、図２に示すように、抽出扉３ａの開放中は加熱用バーナ40ａおよび40ｂのバーナフレームが抽出口３ｂの幅方向に開口幅にわたって延びるように、燃焼運転を行う。かように抽出口３ｂの開口幅にわたるバーナフレームを形成すると、抽出口３ｂから炉内に侵入した空気は、まずバーナフレームに遮断されて炉内への更なる侵入が回避されるとともに、侵入空気中の酸素が該バーナフレームによって消費されるため、侵入空気による炉内酸素濃度の上昇は未然に回避される。
【００２０】
特に、図３に示すように、抽出口３ｂの下部に櫛歯状のエキストラフォーク開口部３ｃを有する抽出扉では、このエキストラフォーク開口部３ｃから空気が侵入し易いため、炉抽出端の下部域に配置した加熱用バーナ40ａおよび40ｂのバーナフレームで空気侵入経路を遮断することは、極めて有効である。なお、加熱用バーナが対で配置されない場合は、単独の加熱用バーナのバーナフレームを炉幅方向に延ばす燃焼制御を行えばよい。
【００２１】
ここで、加熱用バーナ40ａおよび40ｂのバーナフレームの形成位置は、炉長方向において、バーナフレームが抽出口下部の構造物に触れない範囲で、かつ可能な限り抽出口に近づけることが好ましく、一方炉の高さ方向において、バーナフレームがエキストラフォーク開口部を塞ぐことが可能な位置で、かつ炉床に触れない範囲とすることが好ましい。
【００２２】
また、図４に示すように、加熱用バーナ40ａおよび40ｂの炉内側に、炉床から屹立する仕切壁８を設けた上で、加熱用バーナ40ａおよび40ｂのバーナフレームで空気侵入経路を遮断することが好ましい。
ここに、炉内の圧力分布は、図４に示すように、搬送路６を境にして上部は炉外の圧力（ほぼ大気圧）に対して正圧であるが、下部は負圧になっている。すなわち、通常炉内では、その下方に至るほどドラフトが大きくなるため、炉圧は下方になるに従い低くなる分布を呈する。かような加熱炉において、炉内全域を正圧にすると、炉内上部はより高圧になる結果、炉内ガスが各開口部より噴出する、おそれがあるため、ダンパ10（図１参照）により搬送路６の高さ位置で炉圧が大気圧と等しくなるように制御し、品質上および経済上の優位性を確保している。
【００２３】
従って、抽出口３ｂの特にエキストラフォーク開口部３ｃから侵入した空気は、搬送路６下部に向かって進行し、大半が加熱用バーナ40ａおよび40ｂのバーナフレームに取り込まれるが、侵入空気が炉内温度より低温であるために、図４に破線で示すように、侵入空気の一部は一旦炉床に沈む向きに流入する。この侵入空気は、加熱用バーナ40ａおよび40ｂの背面側から炉内深くに進行するため、少ないながらも炉内雰囲気を阻害する要因となる。
【００２４】
ところが、仕切壁８を設けると、上記加熱用バーナ40ａおよび40ｂの背面側から侵入した空気が仕切壁８で塞き止められ、ここで徐々に温められて仕切壁８に沿う上昇流となって搬送路６上部の正圧域に至るため、搬送路６上部から炉外に排出されることになり、加熱用バーナ40ａおよび40ｂの背面側から侵入した空気についても炉内への侵入を防止することができる。
【００２５】
さらに、加熱用バーナ40ａおよび40ｂのバーナフレームで空気侵入経路を遮断するに当り、加熱用バーナ40ａおよび40ｂを低空気比の下に燃焼運転することが好ましい。すなわち、抽出端の加熱用バーナにおける空気比と侵入した空気の該加熱用バーナでの燃焼量との関係を、図５に示すように、加熱用バーナにおける空気比が下がると、侵入空気の加熱用バーナでの燃焼量が増加することが明らかである。従って、加熱用バーナ40ａおよび40ｂを低空気比の下に燃焼運転すれば、抽出口３ｂから侵入した空気中の酸素を直ちに燃焼して消費することができ、炉内雰囲気を低酸素濃度に保持するのに有効である。
【００２６】
なお、仕切壁８は、炉の両側壁間にわたる幅で、炉床から炉内の搬送装置類に干渉しない範囲において高くすることが、侵入空気の遮断並びに上昇流の形成にとって有利である。
【００２７】
【実施例】
図１に示した連続式加熱炉において、鋼スラブを室温から1150℃まで加熱する操業を行った。そして、加熱後の鋼スラブを抽出扉３ａから抽出する際に、抽出端の加熱用バーナ40ａおよび40ｂを表１に示す条件で燃焼運転した。また、図１に示した連続式加熱炉に図４に示した仕切壁８を下記の仕様で設けた、連続式加熱炉を用いた操業において、表１に示す条件で鋼スラブを抽出した。さらに、比較として、抽出端の加熱用バーナ40ａおよび40ｂを他の加熱用バーナ４と同じ条件で燃焼運転する、在来の加熱炉操業も実施した。
以上の各種操業における、加熱炉内に侵入した空気量および均熱帯の雰囲気酸素濃度を測定した結果について、表１に併記する。
記
仕切壁高さ：炉床から1.2 ｍ
幅：炉幅と同幅
【００２８】
【表１】

【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、加熱炉内への抽出扉からの空気の侵入は確実に防がれる結果、被加熱材の品質低下は回避され、また加熱炉における燃料原単位の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】連続式加熱炉の構造を示す図である。
【図２】加熱用バーナの炉内配置を示す図である。
【図３】加熱炉の抽出口を示す図である。
【図４】加熱炉抽出端付近の空気流を示す図である。
【図５】加熱用バーナの空気比と侵入空気の燃焼量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１予熱帯
１ａ装入扉
２加熱炉
３均熱帯
３ａ抽出扉
３ｂ抽出口
３ｃエキストラフォーク開口部
４加熱用バーナ
５搬送路
６鋼材
７煙道
８仕切壁
40ａ，40ｂ加熱用バーナ

Claims

装入扉の直後に煙道を設けた加熱炉の抽出扉を開放する際、該加熱炉内の両側壁に配設した複数の加熱用バーナのうち、炉抽出端の下部域に配置した加熱用バーナの燃焼を独立に制御し、該バーナのフレームを抽出口の幅方向に該開口幅にわたって延長し、抽出口からの空気の侵入路をバーナフレームにて遮断して、炉内の酸素濃度の上昇を抑制することを特徴とする加熱炉の雰囲気制御方法。
請求項１において、炉抽出端に配置した加熱用バーナの炉内側に、炉床から屹立する仕切壁を設けて該仕切壁に沿う上昇流を形成し、抽出口から侵入した空気を上記上昇流に乗せることを特徴とする加熱炉の雰囲気制御方法。
請求項１または２において、炉抽出端に配置した加熱用バーナを低空気比の下に燃焼運転することを特徴とする加熱炉の雰囲気制御方法。
加熱源として、蓄熱体が付帯されたバーナの対を加熱炉内の両側壁に向かい合わせに配設した蓄熱式バーナの複数を具え、該蓄熱式バーナの各対のバーナを交互に燃焼させると共に、非燃焼時のバーナから炉内の排ガスを吸引し、上記蓄熱体に排ガスを導入して排ガス中の熱を蓄熱体に回収し、この回収した熱を燃焼時のバーナの燃焼用空気の加熱に利用して操業を行う、装入扉の直後に煙道を設けた加熱炉において、少なくとも加熱炉の抽出端の下部域に配置した蓄熱式バーナは、その他の蓄熱式バーナとは独立した燃焼制御系を有することを特徴とする加熱炉。
請求項４において、独立した燃焼制御系を有する蓄熱式バーナを加熱炉の抽出扉との間で挟む位置に、炉床から屹立する仕切壁を設けたことを特徴とする加熱炉。