JP5181803B2

JP5181803B2 - 被加熱材の加熱方法

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Publication number: JP5181803B2
Application number: JP2008112709A
Authority: JP
Inventors: 悟益子; 広祐辛島; 俊明齋藤; 英孝上尾; 達雄岩谷; 榮一久保山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2028-04-23
Also published as: JP2009263701A

Description

本発明は、スラブ等を熱間圧延する際に、所定の温度まで加熱するための被加熱材の加熱方法に関するものである。

鋳造後のスラブ、ビレット、ブルーム等を、熱間圧延に好適な温度に加熱するものとして連続式加熱炉が用いられている。このような連続式加熱炉は、一般に予熱帯、加熱帯及び均熱帯から構成され、スラブ等の被加熱材を、予熱帯、加熱帯及び均熱帯を順次連続的に移動させることで、被加熱材を所定の温度に均一に加熱できるように構成されている。

ところで最近では、スラブ等の被加熱材を全体的に均一に加熱するだけでなく、スラブの先端部と後端部との間で温度傾斜を持たせるように加熱することが行われている。
例えば、板厚の薄い圧延板を製造する場合、スラブの先端部を仕上げ圧延開始してからスラブ後端部を仕上げ圧延開始するまでの時間が長くなり、その間にスラブ後端部の温度低下が大きくなって、変形抵抗が大きくなり荷重変動による形状悪化を生じたり、所定の仕上圧延温度の下限値未満となってしまう場合があった。このような場合に、温度低下量を見越して、スラブの後端部の温度を先端部の温度より高くする傾斜加熱を行うと、スラブ後端部での荷重変動を小さくしたり、所定の仕上げ圧延温度範囲内で圧延することが可能となる。

また、生産性を向上させるために、スラブ先端部が仕上げ圧延機に噛み込まれた後、徐々に速度を上げて熱間圧延を行う場合があり、圧延速度の上昇に伴って加工発熱量も多くなり、圧延後のスラブ（圧延鋼板）後端部の温度が高くなり、スケール疵が発生したり、仕上げ圧延温度の上限を超えてしまうことがある。このような場合に、仕上出側温度の上昇を見越して、スラブ後端部の温度を先端部の温度よりも低くする逆傾斜加熱を行うと、スラブ後端部の仕上げ圧延出側温度を所定の温度範囲内にすることができ、圧延鋼板の高品質化と生産性の向上を両立することが可能になる。

従来の加熱炉として、例えば、下記特許文献１の図２に記載の加熱炉が知られている。この加熱炉は、炉長方向両側に交番燃焼する複数対の蓄熱式燃焼装置を配置し、加熱炉の炉長方向途中の幅方向に連続式燃焼装置を配置し、連続式燃焼装置の燃焼量を調整することで、スラブの炉幅方向の温度を均一または任意に制御している。

また特許文献２に開示されている加熱炉は、炉長方向両側に交番燃焼する複数対の蓄熱式燃焼装置を配置し、一方の側の蓄熱式燃焼装置の燃焼時間を、他方の側の蓄熱式燃焼装置の燃焼時間よりも長くするか或いは短くすることで、スラブを傾斜加熱している。
特開平１１−３２３４３１号公報特開平９−５３１１５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の加熱炉では、燃焼量が調整可能な連続式燃焼装置であるルーフバーナーを加熱帯の炉幅方向に沿って一列に配置し、ルーフバーナーの更に下流側には、スラブを加熱炉幅方向（被加熱材長手方向）に均一に加熱するのが主たる用途の蓄熱式加熱装置を配置している。このため、加熱帯の炉内温度に傾斜を持たせにくくなり、さらに傾斜加熱または逆傾斜加熱したとしても、後段の均熱帯に設置した蓄熱式燃焼装置によって、炉幅方向に沿ってスラブが均一に加熱されてしまい、スラブの温度勾配を大きくすることが難しいという問題があった。

更に、特許文献２に記載の加熱炉では、本来はスラブを加熱炉幅方向に均一に加熱する用途の蓄熱式加熱装置の燃焼量を、制御可能な範囲で変えたとしても、スラブに大きな温度勾配をつけることは困難であった。

確実に傾斜加熱を行って被加熱材の先端部と後端部に温度差をつけるためには、加熱炉の抽出側の一定の領域に傾斜加熱ゾーンを設ける必要がある。

ところで、実際の操業においては、均一加熱が必要な被均一加熱材と傾斜加熱が必要な被傾斜加熱材が連続して加熱炉に装入される。このため、被加熱材の種類に応じて、加熱炉の加熱条件を、均一加熱条件から傾斜加熱条件に変更するか、あるいは傾斜加熱条件から均一加熱条件に変更する必要がある。

加熱条件の変更に要する時間は、例えば炉幅方向の温度が一定である均一加熱条件から、炉幅方向の温度差が６０℃である傾斜加熱条件に変更するためには、数十分間を要する場合がある。被均一加熱材と被傾斜加熱材を間隔をあけて加熱炉に装入すれば、それぞれの被加熱材を必要な加熱条件の通りに加熱することができるが、実際には生産性を低下させないために被均一加熱材と被傾斜加熱材は連続して装入されることが多く、加熱条件を変更中の数十分の間に、本来の加熱条件から外れた条件で被加熱材が加熱されることになり、条件が外れた部分、例えば、圧延鋼板の一部に、目標とする仕上圧延終了温度よりも低温の部分が発生し、これにより、必要とされる材質が得られず圧延鋼板の歩留まりが低下するという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、加熱炉において本来の加熱条件から外れた条件で加熱されたスラブに対し、スラブの長手方向の温度分布を適正な温度分布に補正してから、最適な加熱条件で圧延することが可能な連続圧延ライン及びその連続圧延ラインを用いた被加熱材の加熱方法の提供を目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の被加熱材の加熱方法は、被加熱材の長手方向が加熱炉内に設けた搬送路の搬送方向と直交するように被加熱材を装入して前記被加熱材を搬送路に沿って搬送させながら加熱する連続式加熱炉であって前記搬送路の途中から抽出部に至る間に炉幅方向の加熱条件を均一加熱または傾斜加熱に選択的に切換可能な加熱ゾーンを設けた連続式加熱炉と、仕上圧延機の直前に配置された誘導加熱装置とを用いた被加熱材の加熱方法であって、前記連続式加熱炉の切換可能な加熱ゾーンの加熱条件を均一加熱と傾斜加熱との間で切り換える切換期間中に前記連続式加熱炉によって加熱された被加熱材に対して、その長手方向に沿って生じた加熱不足量を補償するように、前記被加熱材を前記誘導加熱装置によって加熱する際に、前記連続式加熱炉によって加熱された被加熱材を前記連続式加熱炉の後段に設置された粗圧延機で粗圧延し、前記粗圧延機と前記仕上圧延機直前に配置された前記誘導加熱装置との間で、被加熱材の長手方向の温度分布測定し、測定された被加熱材の温度分布プロファイルと、仕上圧延が一定圧延か加速圧延かにより決定される目標温度分布プロファイルとを対比することによって、前記被加熱材の長手方向に沿って前記加熱不足量を算出し、計測された加熱不足量を補償するように前記被加熱材を前記誘導加熱装置によって加熱することを特徴とする。

更に、本発明の被加熱材の加熱方法においては、前記連続式加熱炉が、前記被加熱材の搬送路の両側にあって装入部から抽出部の間に配置された交番燃焼する複数の蓄熱式燃焼装置と、前記搬送路の上側にあって、前記搬送路の途中から抽出部に至る間に連続して配置され、かつ、炉幅方向に沿って複数に分割された領域にそれぞれ配置されて前記領域毎に燃焼量の制御が可能な複数の連続式燃焼装置とを具備してなるものであって、前記複数の連続式燃焼装置の燃焼量を調整して、前記連続式加熱炉内の前記炉幅方向の温度分布を制御することで、前記被加熱材に対する加熱条件を均一加熱または傾斜加熱に選択的に切換可能とされているものであることが好ましい。

更にまた、本発明の被加熱材の加熱方法においては、前記連続式加熱炉の加熱ゾーンの加熱条件を均一加熱と傾斜加熱との間で切り替えるタイミングを、被加熱材が過加熱されないように制御することが好ましい。

本発明によれば、均一加熱と傾斜加熱との間の切換期間中の連続式加熱炉によって本来の加熱条件から外れた条件で加熱された被加熱材に対し、スラブの長手方向の温度分布を適正な温度分布に補正してから、最適な加熱条件で圧延することができ、品質に優れた圧延鋼板を製造できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態である被加熱材の加熱方法について説明する。尚、以下に示す図面は、本実施形態の被加熱材の加熱方法を実施するための設備の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の連続圧延ラインの寸法関係等とは異なる場合がある。
図１は、本発明の実施形態において好適に用いられる加熱設備を配設した連続圧延ラインを示す模式図であり、図２は、図１の連続熱延ラインに備えられた連続式加熱炉を示す斜視模式図である。また、図３は、前記連続式加熱炉の側面模式図であり、図４は、前記連続式加熱炉の平面模式図である。更に、図５は、図４のＡ−Ａ’線に対応する断面模式図である。

図１に示す連続圧延ライン１０１は、加熱したスラブ(被加熱材)をロールで上下に挟んで連続的に圧延し、最小１ｍｍ程度まで薄くしてこれを巻き取るものであって、スラブに対する加熱条件を均一加熱または傾斜加熱に選択的に切換可能な連続式加熱炉１と、連続式加熱炉１の下流側に設置され、連続式加熱炉１で加熱されたスラブを圧延して粗バー（被加熱材）にする粗圧延機１１と、粗圧延機１１の下流側に設置され、粗バーを更に所定の厚みまで連続して熱間仕上圧延する仕上圧延機２１と、仕上圧延機２１の直前に設置された誘導加熱装置３１とから概略構成されている。
尚、粗バーは、スラブが粗圧延されてなるものであり、本実施形態ではスラブと粗バーの両方を被加熱材という場合がある。

また、連続圧延ライン１０１には、粗バーの長手方向の温度分布を計測する温度計３２と、温度計３２に接続された計測手段３３と、計測手段３３に接続された制御手段３４とが備えられている。温度計３２は、粗圧延機１１と誘導加熱装置３１の間に設置されており、粗圧延機１１の後ろにおいて粗バーの温度を測定する。また、制御手段３４は誘導加熱装置３１に接続されており、制御信号によって誘導加熱装置３１の加熱量を制御できるようになっている。

更に、連続圧延ライン１０１には、連続式加熱炉１と粗圧延機１１の間に連続式加熱炉１でスラブ表面に生じた酸化スケールの除去設備４１が備えられている。また、仕上圧延機２１の下流側には、熱間仕上圧延された熱延鋼板を冷却水により冷却する冷却装置４２と、冷却装置４２により冷却された圧延鋼板をロール状に巻き取る巻取機４３とが備えられている。

連続式加熱炉１は、図２〜図５に示すように、装入部１Ａ側から抽出部１Ｂ側に向けてスラブ（被加熱材）を順次搬送する搬送路２と、装入部１Ａから抽出部１Ｂまでの間の搬送路２に沿って設けられた炉内室３と、搬送路２の搬送方向両側に配置された複数の蓄熱式燃焼装置４と、搬送路２の途中から抽出部に至る間の搬送路２の上側に配置された複数の連続式燃焼装置５とから概略構成されている。
連続式加熱炉１においては、スラブ（被加熱材）が搬送路２によって裝入部１Ａ側から抽出部１Ｂ側に連続的に搬送される際に、まず、蓄熱式燃焼装置４によってスラブを所定温度まで均一加熱させる。次いで、幅方向に複数の領域に分割された連続式燃焼装置５の燃焼量を分割された領域毎に独立に制御することによって、スラブの長手方向に沿う温度が傾斜を持つようにスラブを傾斜加熱するか、スラブの長手方向に沿う温度が一定になるように均一加熱する。本実施形態に係る連続式加熱炉１は、連続式燃焼装置５の燃焼量を制御することで、スラブに対して選択的に均一加熱または傾斜加熱をすることが可能になっている。

そして、連続式加熱炉１によって加熱処理されたスラブは、連続式加熱炉１の後段に配置された粗圧延機１１及び仕上圧延機２１によって熱間圧延される。

スラブ(被加熱材)は、連続式加熱炉１に備えられた搬送路２によって連続的に搬送される。搬送路２としては、例えば、スラブを連続的に搬送可能なウォーキングビーム装置等が用いられる。
また、スラブは、その長手方向が搬送方向とほぼ直交する方向に向けられた姿勢で搬送路２を搬送される。すなわち、スラブは、その長手方向が炉幅方向に沿うような姿勢で搬送される。

次に、搬送路２の両側には、装入部１Ａから抽出部１Ｂの間にかけて複数の蓄熱式燃焼装置４が配置されている。蓄熱式燃焼装置４は例えば、ＦＤＩ型のリジェネバーナーを用いることができる。図２〜５に示す連続式加熱炉１においては、蓄熱式燃焼装置４のバーナー口が炉内室３の側壁面３ａに配置されており、バーナー口からフレームＦが炉幅方向に沿って吹き出されるようになっている。また、蓄熱式燃焼装置４は、搬送路２の上側及び下側において、搬送路２の搬送方向に沿って並んで配置されている。この構成によって、被加熱材が搬送路２を搬送される際に、被加熱材を、その上側及び下側から均一に加熱できるようになっている。

但し、図２〜４に示すように、連続式燃焼装置５が配置された抽出部１Ｂ寄りの搬送路２の上側には蓄熱式燃焼装置４は配置されない。蓄熱式燃焼装置４が連続式燃焼装置５の配置領域に配置されると、蓄熱式燃焼装置４によって被加熱材が均一加熱されてしまい、傾斜加熱を行うことが困難になるので好ましくない。
一方、抽出部１Ｂ寄りの搬送路２の下側には、被加熱材の下面側を十分に加熱するために蓄熱式燃焼装置４を配置する。

次に、連続式燃焼装置５は、図２に示すように、搬送路２の上側にあって、搬送路２の途中から抽出部１Ｂまでの間で炉長方向に沿って連続して配置されている。ここで、連続して配置とは、複数の連続式燃焼装置５が所定の間隔を空けて並んで配置された状態をいう。連続式燃焼装置５は搬送路２の上側に位置しており、より具体的には連続式燃焼装置５のバーナー口が炉内室３の天井面３ｂに配置されている。連続式燃焼装置５が配置される天井面３ｂは、それ以外の天井面３ｃに比べて搬送路２に接近して配置されている。また、連続式燃焼装置５は、図２〜図５に示すように、炉幅方向に沿って４つに均等に分割された領域にそれぞれ配置されている。なお、後述するように、分割の数は３つ以上であることが好ましく、４つに限定されるものではない。これら連続式燃焼装置５は、燃焼量を自在に調整することが可能であって、各領域５Ａ〜５Ｄ毎に燃焼量を制御できるようになっている。

連続式燃焼装置５は、フレームを連続的に吹き出して燃焼する燃焼装置である。連続式燃焼装置５としては、例えば、炉内室３の天井面３ｂからフレームを下方に向けて吹き出させるルーフバーナーや、フレームを炉長方向に吹き出させる軸流バーナーのいずれでもよいが、好ましくはルーフバーナーがよい。

連続式燃焼装置５の配置構成について更に詳細に説明すると、連続式燃焼装置５は、図２〜図４に示すように、搬送路２の途中から抽出部１Ｂまでの間の炉長方向に沿って連続して配置されている。連続式燃焼装置５の炉長方向に沿う配置長は、加熱炉１の全炉長に対して１５％〜８０％以下の割合が好ましい。すなわち、加熱炉１の全炉長をＬとしたとき、連続式燃焼装置５が配置されている領域の長さは０．１５Ｌ〜０．８０Ｌの範囲が好ましい。

連続式燃焼装置５の炉長方向に沿う配置長を加熱炉１の全炉長に対してどの程度の割合にするかは、付与すべき被加熱材長手方向温度差と加熱炉１の炉内室３の温度差等から決められる。被加熱材長手方向温度差とは、加熱後の被加熱材の長手方向先端部と後端部の温度差である。炉内室３の温度差とは、炉幅方向に沿って連続式加熱装置５の燃焼量を制御した場合の搬送路２上における最高温度と最低温度の温度差であり、連続式燃焼装置５の必要な配置長の下限を決める場合には、燃焼装置の能力や加熱炉内の耐火物の耐久性などから決まる最大温度差で決める。図６には、被加熱材であるスラブを熱間圧延する場合の一般的な加熱条件での加熱炉１の全炉長に対する連続式燃焼装置５の炉長方向に沿う配置長の割合と、被加熱材の長手温度差との関係をグラフで示している。図６では、スラブの抽出温度が１１５０℃で、炉内壁温度差が約１００℃の場合を示している。被加熱材長手方向温度差はこれまでの実績から約３０℃つけられればよく、図６の条件であれば、運続式燃焼装置５の長手方向に沿う配置長の割合を１５％以上にすればよいことがわかる。炉内室３の温度差が１００℃よりも小さい場合は配置長の割合を大きくすればよいが、連続式燃焼装置５の配置長の割合が大きくなるほど省エネルギーに対しては不利になるため、８０％を上限としている。

また、連続式燃焼装置５は、図２〜図５に示すように、炉幅方向に沿って分割された複数の領域５Ａ〜５Ｄにそれぞれ配置されている。本実施形態では、領域の数が４つの例を示しているが、領域の数は３以上であることが好ましく、３〜５であればなおよい。
連続式燃焼装置５は、領域５Ａ〜５Ｄ毎に燃焼量を調整できるようになっている。例えば、炉幅方向一端側の領域５Ａにある連続式燃焼装置を、ある定格の燃焼量で燃焼させ、その隣の領域５Ｂにある連続式燃焼装置を領域５Ａよりも少ない燃焼量で燃焼させ、以下同様に領域５Ｃ、５Ｄについても燃焼量を徐々に低下させることが可能になっている。これにより、連続式燃焼装置５の下の炉内室３の炉内温度を、炉幅方向に沿って傾斜させることができ、搬送路２上の炉内温度の最高温度と最低温度の温度差を、３０℃以上にすることが可能になっている。

連続式燃焼装置の領域５Ａ〜５Ｄ毎の燃焼量は、被加熱材の長手方向における目標温度分布に応じて調整する必要がある。例えば、被加熱材の長手方向における目標温度分布が、被加熱材の先端部の加熱目標温度をｔ_１℃とし、後端部の加熱目標温度をｔ_２℃（例えばｔ_１＞ｔ_２）としたとき、先端部と後端部との間における温度が被加熱材の長手方向に沿って所定の割合で変化する温度分布であったとする。この場合の連続式燃焼装置の領域５Ａ〜５Ｄ毎の燃焼量は、被加熱材の加熱後の温度分布が目標温度分布に一致するように、連続式燃焼装置５の長手方向に沿う配置長の割合を勘案して、炉内室３の温度差が最適となるように調整すればよい。

なお、燃焼量の制御は、上記のように領域５Ａから領域５Ｄに向けて順次燃焼量を低下させる場合に限らず、領域５Ａから領域５Ｄに向けて順次燃焼量を増加させてもよい。また、領域５Ａ〜５Ｄの燃焼量をすべて同じにして均一加熱を行ってもよい。

また、連続式燃焼装置を炉長方向に沿って複数の領域に更に分割し、この炉長方向に沿って分割した領域毎に、炉幅方向の燃焼量を調整してもよい。

温度計３２は、誘導加熱装置３１の上流側で、粗バーの長手方向の温度分布を計測するために設置される。温度計３２は、粗バーの搬送路の上方に設置されており、温度計３２の下を移動する粗バーの温度を連続的に測定し、測定データを逐次計測手段３３に送る。

計測手段３３及び制御手段３４はそれぞれ、演算部、記憶部及び信号入出力部を備えた電子計算機によって構成される。計測手段３３及び制御手段３４が一つの電子計算機に内蔵されていてもよく、各手段３３、３４が複数の電子計算機に分けられていてもよい。

計測手段３３では、温度計３２から送られた粗バー(被加熱材)の測定データに基づいて、粗バーの長手方向の温度分布プロファイルが作成される。この温度プロファイルは、粗バーの長さ、粗バーの先端部及び後端部の各温度、粗バーを長手方向に沿って多数の区分に分割した場合の各区分における温度等の複数のデータで構成される。

また、計測手段３３の記憶部には、目標とする粗バーの温度分布プロファイルが記憶されている。この目標とする温度分布プロファイルは、仕上げ圧延温度が所定の温度となるための必要な仕上圧延機入側での温度であり、当該圧延材の板厚、圧下率、圧延時間、目標仕上圧延温度などの圧延条件前記測定データに基づいて作成された粗バーの長手方向の温度分布プロファイルと同様に、粗バーの長さ等の複数のデータで構成される。

また、計測手段３３では、粗バーの長手方向の温度分布プロファイルと、目標とする温度分布プロファイルとを対比して、その長手方向に沿って生じた加熱不足量を算出される。そして、算出された加熱不足量のデータが制御手段３４に送られるように構成されている。

制御手段３４は、計測手段３３から送られた加熱不足量のデータに基づいて、誘導加熱装置の加熱量を制御するように構成されている。

誘導加熱装置３１は、螺旋状に形成された加熱コイルの中心軸に沿って粗バーが通過するソレノイド型の加熱炉でもよく、コアに加熱コイルが巻き付けられてなる誘導加熱部が粗バーの上下方向に配置された上下分割型の加熱炉でもよいが、好ましくは上下分割型の誘導加熱装置がよい。誘導加熱装置３１は、加熱コイルの通電量を制御することによって、粗バーに対する加熱量を細かく制御可能であり、例えば、粗バーの先端部の加熱量を最小とし、粗バーの後端部の加熱量を最大とし、先端部から後端部に至るまでの加熱量を徐々に増加させるような制御が可能である。

次に、本実施形態の加熱設備による被加熱材の加熱方法について説明する。
連続圧延ライン１０１においては、均一加熱された複数のスラブが圧延処理された後に、傾斜加熱された複数のスラブが圧延処理される場合がある。また、その逆の場合もある。実際の連続圧延ライン１０１では、生産効率の向上を図るべく、例えば、均一加熱される複数のスラブが連続式加熱炉１から抽出された直後に、連続式加熱炉１の加熱条件が均一加熱から傾斜加熱に切り換えられる。そして、切換後の連続式加熱炉から抽出されたスラブを傾斜加熱されたスラブとして取り扱い、均一加熱されたスラブに続けてこの傾斜加熱されたスラブを連続的に圧延するように生産計画が組まれる。

連続式加熱炉１において加熱条件を均一加熱から側斜加熱に変更するには、図２〜５に示す連続式燃焼装置５の燃焼量を領域５Ａ〜５Ｄ毎に独立に調整することで、連続式燃焼装置５の下の炉内室３の炉内温度を、炉幅方向に沿って一定の状態(均一加熱)から、炉幅方向に沿って傾斜した状態(傾斜加熱)となるようにする。

このときの連続式燃焼装置５の下の炉内室３の炉内温度の挙動を図７に示す。図７は、連続式加熱炉の炉幅方向燃焼量の切換経過時間と、連続式加熱炉の炉幅方向炉温差との関係を示すグラフである。図７の横軸の炉幅方向燃焼量の切換経過時間は、連続式加熱炉の加熱条件を均一加熱から傾斜加熱に切り換えた瞬間を０分とした場合の連続式加熱炉の稼働時間である。また、図７の縦軸である加熱炉幅方向温度差とは、搬送路２上における炉幅方向の最高温度と最低温度の温度差である。

また、均一加熱の条件は、連続式加熱装置５の各領域５Ａ〜５Ｄにおける燃焼量(燃料供給量)を同一にして、炉内温度を炉幅方向に沿って一定の温度にする条件（炉幅方向温度差を０℃にする条件）である。一方、傾斜加熱の条件は、連続式加熱装置５の各領域５Ａ〜５Ｄにおける燃焼量（燃料供給量）を個々に制御して、炉内温度の炉幅方向温度差を例えば９０℃とする条件である。

図７に示すように、均一加熱から傾斜加熱に切り換えた直後は、炉幅方向温度差が０℃から４０℃に拡大するが、その後、炉幅方向温度差の拡大幅が緩やかになり炉内の炉幅方向温度差が９０℃に達するまで９０分を要することがわかる。

また、図８には、連続式加熱炉の炉幅方向燃焼量の切換経過時間と、被加熱材の長手方向温度差との関係を示す。図８の横軸は、図７の横軸と同じである。また、図８の縦軸の被加熱材長手方向温度差とは、連続式加熱炉から抽出した直後の被加熱材の長手方向先端部と後端部の温度差である。傾斜加熱においては、連続式加熱炉から抽出した直後において、概ね３０℃以上の温度差を得ることが必要とされている。
図８に示すように、均一加熱から傾斜加熱に切り換えた直後から被加熱材の長手方向温度差は徐々に大きくなって、温度偏差の目安となる３０℃に達するまでには約２５分を要することがわかる。本実施形態では、切換直後から２５分を経過するまでの期間が切換期間となる。

このように、均一加熱から、長手方向温度差が３０℃以上の傾斜加熱に至るまで、２５分程度の切換期間を要するが、この切換期間の間には、長手方向温度差が３０℃未満のスラブが、言い換えると傾斜加熱が不十分なスラブが連続式加熱炉から抽出され、そのまま仕上圧延機によって圧延される場合がある。

本実施形態では、このような傾斜加熱が不十分なスラブ(粗バー)に対して、仕上圧延機２１の直前に配置された誘導加熱装置３１によって加熱不足分を補償する加熱を行う。図９に示すように、燃焼量切換時間が２５分未満の切換期間中の連続式加熱炉によって加熱された、長手方向温度差が３０℃未満であるスラブ（粗バー）に対して、誘導加熱装置による加熱を行うことで長手方向温度差を補償する。一方、燃焼量切換時間が２５分以上経過して定常状態になった連続式加熱炉によって加熱された、長手方向温度差が３０℃以上になるスラブ(粗バー)については、誘導加熱装置３１による加熱は行う必要はない。

以下、具体的な手順について図１０及び図１１を参照して説明する。
まず、切換期間中の連続式加熱炉によって加熱された傾斜加熱が不十分なスラブを、粗圧延機１１によって圧延して粗バーとしてから、粗圧延機１１と誘導加熱装置３１の間に設置された温度計３２によって、粗バーの長手方向に沿って粗バーの温度を計測する。計測されたデータは計測手段３３に送られて、温度測定位置から誘導加熱装置３１まで移送される間の温度低下量を考慮して、粗バーの長手方向に沿う温度プロファイルに加工される。このときの粗バーは、連続式加熱炉で長手方向の温度差が例えば１０℃のものであり、その温度プロファイルは、図１０の実線に示すように、粗バーの長手方向先端部から後端部にかけて徐々に温度が低くなるような温度変化を示すものとなる。
この温度プロファイルは、温度計３２から計測手段３３に対して送られた測定データに基づいて、計測手段３３において作成される。

一方、目標とする温度プロファイル(以下、目標温度プロファイルという)は、例えば、仕上圧延が一定速圧延の場合、図１０の点線に示すように、粗バーの長手方向先端部から後端部にかけて一定温度となる。また仕上圧延の途中から加速圧延される場合、加速圧延に伴う加工発熱が考慮され、目標温度プロファイルは図１１の点線に示すようになる。これらの目標温度プロファイルは、予め計測手段の記憶部に記憶されている。

そして、計測手段３３の演算部において、測定された粗バーの温度プロファイルと、目標温度プロファイルとの対比が行われ、両プロファイルの差分が算出される。この差分、即ち図１０、１１の斜線部分が、粗バー(被加熱材)の長手方向に沿って生じた加熱不足量となる。

次に、算出された加熱不足量のプロファイルは、制御手段３４に送られる。制御手段では、加熱不足量のプロファイルに基づいて、誘導加熱装置３１による加熱量を決定する。例えば、図１０に示す例では、先端部から長手方向中央付近までの加熱は不要であるが、長手方向中央付近から後端部までは、目標温度以上となるように加熱量を徐々に高める。

そして、制御手段３４において決定された加熱量に基づいて、誘導加熱装置３１を制御して粗バーを加熱する。
誘導加熱装置３１によって長手方向温度差が補償されるように加熱された粗バーは、その後、仕上圧延機２１で更に圧延され、冷却装置４２によって冷却された後に、巻取機４３によってロール状に巻き取られる。

誘導加熱装置３１は、仕上圧延機２１の直前に設置する他に、連続式加熱炉１と粗圧延機１１との間に設置することも考えられるが、本実施形態では仕上圧延機２１の直前に設置するとよい。連続式加熱炉１から抽出された被加熱材は、スラブの形態であって厚さが比較大きいため、誘導加熱装置３１によって十分に昇温しにくい。一方、仕上圧延機２１の直前に設置すれば、加熱対象の被加熱材は粗バーとなり、スラブに対して厚さが比較的小さいので、誘導加熱装置３１によって十分に加熱することができる。

また、粗バーを加熱する加熱手段としては、誘導加熱装置３１が最も適している。誘導加熱装置３１は、他の加熱手段に比べて加熱速度が高く、応答速度にも優れているので、圧延中の粗バーをオンラインで加熱する手段として最適である。また、加熱コイルに印加する電力量を制御することで、加熱条件を細かく制御できる点でも、傾斜加熱が不十分な粗バーに対する加熱手段として好適である。

以上説明したように、本実施形態の被加熱材の加熱方法によれば、均一加熱と傾斜加熱との間で加熱条件を切り換える切換期間中に加熱されたスラブ(粗バー)に対し、加熱不足量を補償するように誘導加熱装置３１で加熱するので、仕上圧延の直前の段階で、粗バーの長手方向の温度プロファイルを目的とする温度プロファイルに修正することができ、適切な状態で仕上圧延を行うことができる。これにより品質に優れた圧延鋼板を製造できる。

上記の実施形態では、連続式加熱炉における加熱条件を均一加熱から傾斜加熱に切り換える場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、連続式加熱炉における加熱条件を傾斜加熱から均一加熱に切り換える場合についても適用できる。
更に、上記実施形態では、スラブの後端部の温度を先端部の温度より高くする傾斜加熱について説明したが、スラブの後端部の温度を先端部の温度より低くする逆傾斜加熱についても適用できる。

なお、連続式加熱炉の加熱条件の切り換えは、切換期間中のスラブが過加熱されないようなタイミングで行うことが好ましい。すなわち、均一加熱からスラブ後端部の温度を高くする傾斜加熱への切り換えタイミングは被均一加熱材が連続式加熱炉から抽出された後とし、傾斜加熱から均一加熱への切り換えタイミングは、被均一加熱材が抽出される時点で均一加熱状態となっているように、連続式加熱炉内での搬送速度、傾斜加熱ゾーン長さ、傾斜加熱状態から均一加熱状態への移行に要する時間を考慮して決定する。逆傾斜加熱から均一加熱への切り換えタイミングは、被逆傾斜加熱材が連続式加熱炉から抽出された後とし、均一加熱からスラブ後端部の温度を低くする逆傾斜加熱への切り換えタイミングは被逆傾斜加熱材が抽出される時点で逆傾斜加熱状態となっているように、連続式加熱炉内での搬送速度、傾斜加熱ゾーン長さ、均一加熱状態から逆傾斜加熱状態への移行に要する時間を考慮して決定する。

図１乃至図５に示す連続圧延ラインおよび連続式加熱炉で、被加熱材として、長さ９〜１１ｍ、幅１０２０〜１０５０ｍｍ、厚み２５０ｍｍの大きさのスラブを複数本を加熱して圧延した。連続式加熱炉に装入する際のスラブ温度は約６００℃であり、加熱炉における在炉時間を１５０分とした。

連続式加熱炉の加熱条件を途中で均一加熱から炉幅方向に６０℃の温度差を持たせてスラブの後端部を高い温度に加熱する傾斜加熱に切り換えた。切り換え直後の本来傾斜加熱されるべきスラブを、粗圧延機によって粗圧延して長さ７０ｍ、幅１０００ｍｍ、厚み３３ｍｍの粗バーにした。そして、誘導加熱装置の入側において、前記粗バーの全長にわたって表面温度を測定し、その測定結果に基づいて誘導加熱装置で必要な加熱を行った。誘導加熱装置の出側でも加熱後の粗バーの表面温度を測定した。誘導加熱後の粗バーを仕上圧延機で板厚２．５ｍｍに圧延し、冷却装置で冷却後、巻き取り装置で巻き取ってコイルとした。比較のために次に抽出したスラブは誘導加熱を行わず、他の圧延条件は同じにして圧延しコイルとした。

図１２に誘導加熱装置出側での温度測定結果を、図１３に仕上圧延終了温度の測定結果を示す。粗バーの後端側の加熱不足分を誘導加熱装置で加熱することで、コイルの全長にわたって目標とする仕上圧延温度を満足することができている。これに対し、誘導加熱を行わなかった比較材はコイルの後端側７００ｍ以降で必要な仕上圧延終了温度を満足することができない部分が発生した。

本実施例から明らかな通り、本発明の加熱方法によれば、連続式加熱炉の傾斜加熱ゾーンの加熱条件を切換期間中の誘導加熱装置によって粗バーの温度を修正できることがわかる。

図１は、本発明の実施形態である連続圧延設備を示す模式図である。図２は、図１の連続圧延設備に備えられた燃焼加熱炉を示す斜視模式図である。図３は、図１の連続圧延設備に備えられた燃焼加熱炉の側面模式図である。図４は、図１の連続圧延設備に備えられた燃焼加熱炉の平面模式図である。図５は、図４のＡ−Ａ’線に対応する断面模式図である。図６は、燃焼加熱炉の全炉長に対する連続式燃焼装置の配置長さの割合と、被加熱材の長手温度差偏差との関係を示すグラフである。図７は、燃焼加熱炉の炉幅方向燃焼量の切換経過時間と、燃焼加熱炉の炉幅方向炉温差との関係を示すグラフである。図８は、燃焼加熱炉の炉幅方向燃焼量の切換経過時間と、被加熱材の長手方向温度差との関係を示すグラフである。図９は、燃焼加熱炉の炉幅方向燃焼量の切換経過時間と、被加熱材の長手方向温度差との関係を示すグラフにおいて、傾斜加熱の切換期間と傾斜加熱定常期間との関係を示すグラフである。図１０は、被加熱材の温度分布プロファイルと、仕上圧延が一定速圧延の場合の目標温度分布プロファイルとの関係を示すグラフである。図１１は、被加熱材の温度分布プロファイルと、仕上圧延が加速圧延の場合の目標温度分布プロファイルとの関係を示すグラフである。図１２は、実施例１及び比較例１の粗バーの誘導加熱装置出側での温度測定結果を示すグラフである。図１３は、実施例１及び比較例１の仕上圧延終了温度の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１…燃焼加熱炉、１Ａ…装入部、１Ｂ…抽出部、２…搬送路、４…蓄熱式燃焼装置、５…連続式燃焼装置、１１…粗圧延機、２１…仕上圧延機、３１…誘導加熱炉、３２…温度計、３３…計測手段、３４…制御手段、１０１…連続圧延設備

Claims

被加熱材の長手方向が加熱炉内に設けた搬送路の搬送方向と直交するように被加熱材を装入して前記被加熱材を搬送路に沿って搬送させながら加熱する連続式加熱炉であって前記搬送路の途中から抽出部に至る間に炉幅方向の加熱条件を均一加熱または傾斜加熱に選択的に切換可能な加熱ゾーンを設けた連続式加熱炉と、仕上圧延機の直前に配置された誘導加熱装置とを用いた被加熱材の加熱方法であって、
前記連続式加熱炉の切換可能な加熱ゾーンの加熱条件を均一加熱と傾斜加熱との間で切り換える切換期間中に前記連続式加熱炉によって加熱された被加熱材に対して、その長手方向に沿って生じた加熱不足量を補償するように、前記被加熱材を前記誘導加熱装置によって加熱する際に、
前記連続式加熱炉によって加熱された被加熱材を前記連続式加熱炉の後段に設置された粗圧延機で粗圧延し、前記粗圧延機と前記仕上圧延機直前に配置された前記誘導加熱装置との間で、被加熱材の長手方向の温度分布測定し、
測定された被加熱材の温度分布プロファイルと、仕上圧延が一定圧延か加速圧延かにより決定される目標温度分布プロファイルとを対比することによって、前記被加熱材の長手方向に沿って前記加熱不足量を算出し、計測された加熱不足量を補償するように前記被加熱材を前記誘導加熱装置によって加熱することを特徴とする被加熱材の加熱方法。
前記連続式加熱炉が、前記被加熱材の搬送路の両側にあって装入部から抽出部の間に配置された交番燃焼する複数の蓄熱式燃焼装置と、前記搬送路の上側にあって、前記搬送路の途中から抽出部に至る間に連続して配置され、かつ、炉幅方向に沿って複数に分割された領域にそれぞれ配置されて前記領域毎に燃焼量の制御が可能な複数の連続式燃焼装置とを具備してなるものであって、
前記複数の連続式燃焼装置の燃焼量を調整して、前記連続式加熱炉内の前記炉幅方向の温度分布を制御することで、前記被加熱材に対する加熱条件を均一加熱または傾斜加熱に選択的に切換可能とされているものであることを特徴とする請求項１に記載の被加熱材の加熱方法。
前記連続式加熱炉の加熱ゾーンの加熱条件を均一加熱と傾斜加熱との間で切り替えるタイミングを、被加熱材が過加熱されないように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の被加熱材の加熱方法。