JPH05179339A - スキッドマーク加熱装置および加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】加熱炉で鋼片を加熱するときに発生するスキッ
ドマークを加熱炉の操業変動に影響されることなく効率
よく消失でき、しかも長い寿命を有するスキッドマーク
加熱装置とそれを利用する加熱方法を提供する。 【構成】加熱用燃焼ガスを発生させる燃焼装置２と、燃
焼ガスを炉内に導く内管3aおよび冷却用空気を同じく炉
内に導く外管3bからなる導管３を備え、更に、被加熱材
（鋼片Ｓ）の最高温度部分と最低温度部分の温度を算出
し、両者の温度差を最小にする燃料流量および燃焼用空
気流量を演算し、燃焼装置２および導管３に取り付けら
れている各流量制御弁2c、4c、5cを制御するコンピュー
タ６と接続されているスキッドマーク加熱装置１、およ
びこの装置による加熱方法。複数のスキッドに対応して
この装置を設置すれば、更に効果的にスキッドマークを
解消することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、加熱炉において鋼材
を加熱する際に生じるスキッドマークを解消するスキッ
ドマーク加熱装置および加熱方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】スラブやブルーム或いはビレットなどの
鋼片は、圧延の前に所定温度まで加熱される。従来、上
記鋼片の加熱にはプッシャー式加熱炉が用いられてい
た。しかし、上記加熱炉ではスキッドマークの発生が著
しく、解消が難しい。そこで最近ではスキッドマークの
発生の少ないウォーキングビーム式加熱炉が用いられて
いる。ウォーキングビーム式加熱炉は、図５(a) （加熱
炉の鋼片抽出側付近の縦断面図）及び図５(b) （図５
(a) のＡ−Ａ矢視図）に示すような炉であり、炉体21、
固定サポート22及び23、可動サポート24などから構成さ
れている。この加熱炉により鋼片Ｓを加熱する場合、鋼
片Ｓは固定サポート22による支持と、可動サポート24の
上昇→前進→下降→後退のサイクル運動により、白抜き
矢印方向に送られつつ所定温度まで加熱される。ところ
が固定サポート22は冷却水により冷却されているため
に、それに支持されているａの位置（図５(b) 参照）が
他の部分より冷却されてスキッドマークが発生する。そ
れを解消するため１サイクル移動後には別の固定サポー
ト23によりｂの位置を支持するようにしているが、そう
すると今度はｂの位置に新たなスキッドマークが発生す
る。このようにウォーキングビーム式加熱炉でもスキッ
ドマークを完全に消失させることはできない。

【０００３】そこで本発明者らは図６に示すようなスキ
ッドマーク低減装置11を提案した（実開昭61−198259号
公報、実開昭62− 75060号公報）。このスキッドマーク
低減装置11は加熱炉の鋼片抽出側に設けられ、スキッド
マークを加熱する燃焼ガスを発生させる燃焼装置12と、
燃焼ガスを加熱炉内に導く金属又はセラミックスで造ら
れた導管13から構成されている。この装置11によりスキ
ッドマークを加熱するには、燃焼装置12で発生した燃焼
ガスを導管13を介してスキッドマークに吹きつけ、低温
部を加熱して消失させる。しかしこの装置には導管の寿
命が著しく短いという欠点がある。導管は炉内雰囲気温
度が1200〜1300℃にも達する鋼片抽出側に設置され、ま
たその内側には1200℃以上の燃焼ガスが流される。導管
が金属製の場合には強度が低下して自重により変形した
り、閉塞したりする。一方、それがセラミックス製の場
合には鋼片を炉から搬出するとき侵入する空気によって
急冷され、ヒートショックを起こして破壊することがあ
る。そのために導管の寿命は金属製のもので約６ヶ月、
セラミックス製のもので２〜３ヶ月程度である。

【０００４】本発明者らは更に検討を重ね、図７に示す
ような、スキッドマークを効率よく消失でき、しかも長
い寿命を有するスキッドマーク加熱装置を考案した（特
開平３−111513号公報）。このスキッドマーク加熱装置
は耐熱鋼で作られた内管3aと外管3bからなる２重管構造
の導管３を有し、内管3aの一端に取り付けられた燃焼装
置２により燃料を燃焼させて燃焼ガスを加熱炉内に導く
のであるが、燃焼の際、燃焼用空気は理論空燃比より少
なくし、発生した不完全燃焼排ガスは内管3a内を通過さ
せ、外管3b内には冷却用空気を流す。冷却用空気は二重
管を十分冷却しながら二重管出口で不完全燃焼排ガスと
混合され、二次燃焼して被加熱材の低温部を加熱してス
キッドマークを消失させる。

【０００５】しかし、この装置では被加熱材の抽出ピッ
チが大きく変動するような加熱炉に適用する場合、期待
するスキッドマーク解消効果が得られないことがある。
特に、複数の加熱炉のうち１〜２炉を連続鋳造機と連結
させ、連続鋳造材の加熱に使用する場合は、この連続鋳
造機に直結させた炉を優先して操業することになるの
で、この炉以外の炉の抽出ピッチは３〜60分程度の範囲
で大きく変動する。そのため、スキッドマーク加熱装置
１による被加熱材の加熱時間が同様に変動し、スキッド
マークが発生している低温部の温度にバラツキが生じ、
あるいは逆に加熱時間が長すぎる場合は加熱部が局部的
に高温になったりするおそれがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、加熱
炉で鋼片を加熱するときに発生するスキッドマークを加
熱炉の操業変動に影響されることなく効率よく消失で
き、しかも長い寿命を有するスキッドマーク加熱装置と
それを利用する加熱方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、どのよう
な加熱状況下でもスキッドマーク量（後述）を最小にす
ることができる方法について検討を重ねた結果、被加熱
材のスキッドマーク量をコンピュータを利用して予測
し、その程度に応じてスキッドマーク加熱装置の燃焼量
を変化させる加熱装置および加熱方法を発明した。本発
明の要旨は下記のスキッドマーク加熱装置および下記
の加熱方法にある。

【０００８】 加熱炉の鋼片抽出側に設けられ、被加
熱材のスキッドマークを加熱する装置であって、この装
置は加熱用燃焼ガスを発生させる燃焼装置と、燃焼ガス
を炉内に導く内管および冷却用空気を同じく炉内に導く
外管からなる導管を備え、更に、コンピュータに接続さ
れている。このコンピュータは被加熱材の最高温度部分
と最低温度部分の温度を算出し、両者の温度差を最小に
する燃料流量および燃焼用空気流量を演算し、その信号
を燃焼装置の燃料供給用配管と燃焼用空気配管、および
導管の外管に取り付けられている冷却用空気配管の各流
量制御弁に出力してこれらの各流量制御弁を制御する。

【０００９】 上記のスキッドマーク加熱装置によ
る加熱方法であって、コンピュータの出力信号に基づい
て、燃焼装置により不完全燃焼させたガスを内管から排
出させ、外管から空気を供給して導管外で二次燃焼させ
ることを特徴とするスキッドマーク加熱方法。

【００１０】

【作用】以下、本発明のスキッドマーク加熱装置および
加熱方法を図面を用いて説明する。

【００１１】図１は本発明の加熱装置の一例を設置した
加熱炉の鋼片抽出側付近の縦断面図である。この図にお
いて、１が本発明のスキッドマーク加熱装置であり、21
は炉体、23は固定サポート、24は可動サポート、25は開
閉扉、Ｓは鋼片である。加熱装置１は燃焼装置２と導管
３から構成され、燃焼装置２はバーナ2a、燃料供給用配
管2bおよび燃焼用空気配管4bを備えている。導管３は耐
熱性金属またはセラミックスなどの材料から作られる。
そして、その構造は図７のものと同じように内管3aと外
管3bからなり、その炉内側端部には燃焼ガスと冷却用空
気の排出口3cを、燃焼装置２側には冷却用空気配管5bを
備えている。各配管2b、4b、5bにはそれぞれ流量制御弁
2c、4c、5cおよび流量計2d、4d、5dが設置され、燃料供
給用配管2bにはさらに燃料遮断弁2eが設置されている。
前記排出口3cの外管出口に空気と燃焼ガスとの混合をよ
くする旋回羽根3eを設けてもよい。

【００１２】この加熱装置１は炉内に設けられた支持柱
４のような支持手段により支えられている。なお、この
図の加熱装置１は鋼片Ｓの搬出装置（図示省略）との設
備的制約のために傾斜して設置されているが、このよう
な形式に限定されるものではない。

【００１３】６はコンピュータで、各配管の流量制御弁
2c、4cおよび5cと接続されており、材料の形状、材質に
関する情報や、炉温、トラッキング情報を入力して、後
述するように、鋼片Ｓの最高温度部分と最低温度部分
（スキッドマーク部）の温度および両者の差（以下、こ
れをスキッドマーク量という）を算出する。さらに、こ
のスキッドマーク量を最小にする燃料流量および燃焼用
空気流量を演算し、その出力信号をスキッドマーク加熱
装置１の流量制御弁2c、4cおよび5cへ送る。

【００１４】鋼片Ｓ（鋼材）の最高温度部分と最低温度
部分の温度の計算は差分法により行う。

【００１５】図２は、鋼材を加熱炉内に装入してからス
キッドマーク加熱装置の取り付け位置の直前までの間に
おける伝熱モデルを説明するための図で、鋼材は固定サ
ポート23のスキッドパイプ26に取り付けられたスキッド
レール27により支えられている。鋼材に与えられる熱は
Ｑ₃(雰囲気からの輻射による伝熱量）、鋼材から失われ
る熱はＱ₁(スキッドパイプへの熱伝導による伝熱量) 、
Ｑ₂(スキッドパイプへの輻射による伝熱量) およびＱ
₄(スキッドレールへの輻射による伝熱量) 、スキッドレ
ールに与えられる熱はＱ₅(雰囲気からの輻射による伝熱
量) である。

【００１６】また、図３はスキッドマーク加熱装置で加
熱を開始してから抽出までの間における伝熱モデルを説
明するための図で、スキッドレールにより支えられてい
た部分にスキッドマーク加熱装置から燃焼ガスが吹き付
けられている状態を示す。鋼材に与えられる熱はＱ₆(ス
キッドマーク加熱装置の火炎からの輻射による伝熱量)
およびＱ₈(雰囲気からの輻射による伝熱量）、鋼材から
失われる熱はＱ₇(雰囲気への輻射による伝熱量) であ
る。

【００１７】境界面の伝熱モデルは以下の通りである。

【００１８】（１）鋼材装入〜スキッドマーク加熱装置
直前まで（図２参照）

【００１９】

【数１】

【００２０】

【数２】

【００２１】

【数３】

【００２２】

【数４】

【００２３】

【数５】

【００２４】（２）スキッドマーク加熱装置〜抽出まで
（図３参照）

【００２５】

【数６】

【００２６】

【数７】

【００２７】

【数８】

【００２８】前記伝熱モデルはある瞬間の各部の熱収支
を表すものであり、分割した区分毎に、その中心点の熱
収支により微小時間経過後の温度変化を繰り返し計算す
る。

【００２９】そして、スキッドマーク加熱装置に到達す
る時点の鋼片各部の温度を算出する。

【００３０】この計算結果によると、鋼片の温度は、通
常、スキッドレールの直上部で最も低く、スキッドレー
ル間（鋼片中央部）または鋼片の端部で最も高くなる。

【００３１】これらの温度の差からスキッドマーク量を
求め、これを最小にする燃焼量、すなわち、燃焼装置へ
供給する燃料および燃焼用空気の流量を演算し、これを
燃焼装置の燃料供給用配管と燃焼用空気配管、および導
管の外管に取り付けられている冷却用空気配管の各流量
制御弁2c、4c、5c、に出力する。

【００３２】次に、前記の加熱装置により行う本発明の
加熱方法について説明する。

【００３３】本発明方法では、燃焼に必要な空気量は燃
焼用空気配管4bから導入する燃焼用空気と冷却用空気配
管5bから導入する冷却用空気で、それらの合計が空気比
1.05〜1.1 となるように供給する。すなわち、前記図７
に示した装置の場合と同様に、内管3aの一端に取り付け
られた燃焼装置２により燃料を燃焼させて燃焼ガスを加
熱炉内に導くのであるが、燃焼の際、燃焼用空気は理論
空燃比より少なくし、発生した不完全燃焼排ガスは内管
3a内を通過させ、外管3b内には冷却用空気（二次燃焼空
気）を流す。冷却用空気は外管3bと内管3aを冷却しなが
ら排出口3cで前記の不完全燃焼排ガスと混合され、二次
燃焼して鋼片Ｓの低温部を加熱し、スキッドマークを消
失させる。

【００３４】スキッドマーク加熱装置の加熱時間が長く
なって、燃焼量を絞る場合、冷却用空気の流量は最大負
荷の30％よりも低下しないようにするのがよい。これ
は、二重管構造の導管の冷却を十分に行い、過度の加熱
を防ぐためである。

【００３５】また、加熱時間が60分を超えるような場合
は、燃料遮断弁2eを閉鎖して燃料の送通を遮断する機能
も付与する方がよい。

【００３６】なお、スキッドによっては、スキッドパイ
プに流れる冷却水量に差があったり、スキッドの温度が
異なったりするので、スキッドマーク加熱装置を各固定
スキッドに設置し、各スキッド毎にスキッドマーク量を
計算して、それぞれのスキッドマーク量に応じて個別に
燃料および燃焼用空気の流量を設定すれば、スキッドマ
ークを効果的に解消することができる。

【００３７】加熱炉内の鋼片は、通常、加熱炉の出側に
最も近い位置（抽出待機位置）で次の抽出までの間（普
通は６分間以上）保持されるので、この間でスキッドマ
ーク加熱装置により上記のように算出される温度差、即
ち、スキッドマーク量を解消するための加熱を行う。加
熱は、鋼片が比較的短い時間、抽出待機位置で保持され
た後抽出される場合に備えて、最初は 100％能力でバー
ナ加熱を行って、例えば、目標温度より５℃程度低い下
限温度まで昇熱し、その後は上限温度（通常、目標温度
＋５℃）および下限温度（通常、目標温度−５℃）の範
囲内に納まるように30〜80％能力で加熱する。もし、上
限を超えるようであれば消火する。なお、抽出までの時
間がわかっている場合は、前記の伝熱モデルを用いて算
出される最適加熱パターンで加熱することも可能であ
る。

【００３８】

【実施例】図１に示すようなスキッドマーク加熱装置を
加熱能力 300トン／ｈのウォーキングビーム式熱延加熱
炉に設置し、その寿命とスキッドマークの解消状態を調
べた。導管３の内管3aの直径は36mm、外管3bの直径は53
mmであり、外管3bの外周には厚さ50mmのセラミックス繊
維の断熱材が巻かれている。その材料は20％Ni−25％Cr
鋼の耐熱鋼である。燃料にはコークス炉ガスを用い、そ
れを流量33Nm³/h で燃焼装置２に供給して空燃比 0.8で
燃焼させ、導管出口で空燃比1.05となるように外管3bか
ら冷却用空気（二次燃焼空気）を供給した。また、スキ
ッドマーク加熱装置の操作においては、燃料供給用配管
2b、燃焼用空気配管4bおよび冷却用空気配管5bの各流量
制御弁2c、4cおよび5cと接続されたコンピュータの出力
信号に基づいて直接計算機制御（ＤＤＣ制御）を行っ
た。

【００３９】上記の条件で約６ヶ月テストを実施した結
果、装置に何らトラブルもなく、スキッドマークを大幅
に低減することができた。

【００４０】図４は加熱炉から抽出し熱間粗圧延機で圧
延した直後の鋼板上面中央部の温度を長手方向に連続測
定した結果の代表例であり、(a) はスキッドマーク加熱
装置のない従来の加熱炉で加熱した場合、(b) は本発明
方法によりスキッドマーク加熱を行った場合である。ス
キッドマーク加熱を行った場合、鋼片の長さ方向におけ
る温度の変化が著しく減少している。

【００４１】また、スラブ 200本を対象として、上記の
加熱装置を用い本発明方法でスキッドマーク加熱を行っ
た場合とスキッドマーク部加熱量の制御を行わずに80％
能力（一定）でバーナー加熱を行った場合とで比較試験
を行い、粗圧延後の鋼片内の温度差（最高温度部分と最
低温度部分の温度差）を測定した。本発明方法では、抽
出目標温度が1150〜1160℃の範囲にあるスラブに対し
て、それぞれ、加熱量制御の上限および下限温度は±５
℃、抽出目標温度は、最高温度の代表点として鋼片中央
部上面点の温度を採り、その温度に対して−３℃で設定
した。

【００４２】試験の結果、表１に示すように、本発明方
法を適用した場合は待機時間の長短に関係なく鋼片内の
温度差が小さかった。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【発明の効果】本発明のスキッドマーク加熱装置および
加熱方法によれば、加熱炉の操業変動に影響されること
なく、被加熱材のスキッドマークを効率よく消失するこ
とができる。また、長期間の使用にも十分耐え得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスキッドマーク加熱装置の一例の構成
を示す図である。

【図２】鋼材装入からスキッドマーク加熱装置直前まで
の間における伝熱モデルを説明するための図である。

【図３】スキッドマーク加熱装置から抽出までの間にお
ける伝熱モデルを説明するための図である。

【図４】粗圧延機出口における鋼板の温度を示す図で、
(a) 図はスキッドマーク加熱を行わない場合、(b) 図は
本発明方法によるスキッドマーク加熱を行った場合であ
る。

【図５】ウォーキングビーム式加熱炉の図で、(a) 図は
鋼片抽出側付近の縦断面図、(b) 図は(a) 図のＡ−Ａ矢
視図である。

【図６】従来のスキッドマーク低減装置の図である。

【図７】従来のスキッドマーク加熱装置の図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱炉の鋼片抽出側に設けられ、被加熱材
   のスキッドマークを加熱する装置であって、前記装置は
   加熱用燃焼ガスを発生させる燃焼装置と、燃焼ガスを炉
   内に導く内管および冷却用空気を同じく炉内に導く外管
   からなる導管を備え、更に、被加熱材の最高温度部分と
   最低温度部分の温度を算出し、両者の温度差を最小にす
   る燃料流量および燃焼用空気流量を演算し、その信号を
   燃焼装置の燃料供給用配管と燃焼用空気配管、および導
   管の外管に取り付けられている冷却用空気配管の各流量
   制御弁に出力してこれらの各流量制御弁を制御するコン
   ピュータと接続されていることを特徴とするスキッドマ
   ーク加熱装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のスキッドマーク加熱装置に
   よる加熱方法であって、コンピュータの出力信号に基づ
   いて、燃焼装置により不完全燃焼させたガスを内管から
   排出させ、外管から空気を供給して導管外で二次燃焼さ
   せることを特徴とするスキッドマーク加熱方法。