JPH0437155B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、例えばシームレス鋼管製造用熱間圧
延機において使用するプラグ、芯金、ガイドシユ
ー等の塑性加工用鋳鋼製摺動治具の表面にスケー
ルを生成させるバツチ式直火雰囲気熱処理炉に関
するものである。

「従来の技術」 一般に、例えばマンネスマン式のシームレス鋼
管製造用熱間圧延機において使用するプラグ、芯
金、ガイドシユー等の塑性加工用鋳鋼製摺動治具
は、造管中に高温に加熱され、しかも高い加圧力
を受けるので、表面の摩耗や溶損、あるいは被圧
延体である素管との焼き付き等が生じ易く、それ
が原因で製品品質の低下や、シームレス鋼管の製
造上に不安定性を来すため、前記治具の寿命延長
を図ることが行われてきた。

前記治具の寿命延長を図る手段の一つとして、
治具に熱処理を施し、治具の表面に、地金素地と
の密着性のよいスケールを生成させることによ
り、治具表面の摩耗や溶損、素管との焼き付き等
を防止する技術が、例えば特開昭60−86262号広
報に開示されている。

ところで、上記公報に記載されている技術の如
く、望ましい雰囲気としてH₂Ｏおよび適量のO₂
を含む混合ガスを予め調整しておき、これを電気
炉内に導入して熱処理を行う方法では、熱源とし
ての電気コストおよび雰囲気用のガスコストが比
較的高く、従つて熱処理コストが高くなり、しか
も水蒸気によつてヒーター素線が劣化する等の問
題がある。

また雰囲気調整を行いながら、被処理材を所定
の温度に加熱、均熱した後、炉外へ被処理材を引
き出す場合、早い速度で冷却を行つたり、あるい
は高い温度で被処理材を引き出したりすると、表
面は冷却されており、内部は温度降下が遅いの
で、熱膨張差に起因する割れが生じて、折角生成
したスケール層が破壊、脱落したり、その状態で
大気にさらされた場合は、望ましくない脆弱な２
次スケールが割れ部に生じる等の問題がある。

そこで、これ等の問題に対処すべく、炉内雰囲
気を直火式バーナーの燃料リツチ燃焼による燃焼
生成ガスにより形成し、炉内温度と炉内雰囲気ガ
ス成分とを同時に調整でき、かつ作業性、コスト
面で有利であるバツチ式直火雰囲気熱処理炉によ
り、前記塑性加工用鋳鋼製摺動治具の表面にスケ
ールを生成させることが行われている。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、前記バツチ式直火雰囲気熱処理炉に
よつて、治具のスケール生成熱処理を行う場合、
熱負荷の小さい均熱時においては、直火式バーナ
ーの燃焼量がかなり小さくなるので、炉内雰囲気
を保持するための十分な燃焼ガスの発生量が少な
くなつて、炉内圧が低下し、外気の炉内への侵入
を防ぎきれず、炉内雰囲気が望ましくない程度の
O₂リツチになり、従つて生成されるスケールの
性状が所望通りものにならない問題があつた。

また直火式バーナーのターンダウンには限界が
あり、低燃焼時に、安定な燃料リツチ燃焼を維持
することは難しく、燃焼生成ガス組成が変動して
炉内雰囲気を乱したり、炉内にススが発生したり
して、種々の弊害を引き起こす問題がある。

さらに、均熱後の炉冷時においては、熱負荷は
ほとんど必要としないので、直火式バーナーを最
低燃焼負荷に設定しても、抜熱手段がないため、
炉内温度を目標の速度で降下させることができ
ず、所望の炉内雰囲気を保持させながらの炉冷は
設備的に不可能であり、従つて止むを得ず外気の
侵入を許容して冷却していた。

本発明は、かくの如き従来の問題点を解決すべ
く、所望の燃料リツチ燃焼雰囲気を炉内に保持さ
せながら、所定の加熱〜均熱〜冷却のパータンを
実現させるためのバツチ式直火雰囲気熱処理炉を
提供することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 本発明の要旨とするところは、塑性加工用鋳鋼
製摺動治具の表面にスケールを生成させるバツチ
式直火雰囲気熱処理炉において、上記熱処理炉の
排気用煙道部に、直火式バーナーを有する副燃焼
室を設け、この副燃焼室と前記熱処理炉との間
に、副燃焼室から熱処理炉内へ雰囲気調整された
燃焼ガスを導入するガス循環用ダクトを設け、こ
のダクトのライン中に、ガス冷却器と、ガス循環
用フアンと、循環ガス流量制御弁とを設けたこと
を特徴とするバツチ式直火雰囲気熱処理炉にあ
る。

なお、本発明に係る上記熱処理炉の作用につい
ては、後述する実施例において説明する。

「実施例」 第１図は本発明に係るバツチ式直火雰囲気熱処
理炉の実施例を示すブロツク図であつて、１は熱
処理炉本体、２は装入・抽出扉であり、この扉２
は、昇降装置３により開閉されるようになつてい
る。

前記炉本体１の天井には、所望数の直火式バー
ナー４が設けられており、この各バーナー４に
は、燃焼用空気配管５と燃料配管６とが接続され
ていて、燃料である都市ガス１３Ａはバーナー４
内にて燃料リツチ燃焼されて、炉内雰囲気を形成
しながら、炉本体１内に装入されている例えばマ
ンネスマン式のシームレス鋼管製造用熱間圧延機
において使用するプラグ、芯金、ガイドシユー等
の塑性加工用鋳鋼製摺動治具７を加熱する。

前記空気配管５と燃料配管６とのライン中に
は、制御用モーター８により開閉制御される空
気・ガス比例制御弁９が設けられている。

また燃料配管６中にはガス均圧弁１０が設けら
れており、このガス均圧弁１０の制御部には、空
気配管５から分岐したローデイング圧力配管１１
が接続されている。

このローデイング圧力配管１１には、ローデイ
ング圧力逃し弁１２が設けられている。

前記炉本体１には炉温制御用熱電対１３が設け
られており、炉内温度はこの熱電対１３により検
出され、その検出値に基づき、前記空気・ガス比
例制御弁９を制御用モーター８を介して開閉制御
することにより、炉内温度を制御する。

前記バーナー４により形成される炉内雰囲気
は、理論燃料・空気比よりも若干燃料リツチ側の
燃焼状態にて実現され、その燃料リツチ燃焼にお
ける燃料・空気比は、予め前記ガス均圧弁１０に
より、そのローデイング圧力と２次側制御圧力と
の関係で決められる。

前記炉本体１内のガスの一部は、ガスサンプリ
ング配管１４を通つてガス分析計１５に導入さ
れ、CO，CO₂，O₂濃度を連続的に測定し、モニ
タリングする。

炉本体１内の燃焼ガスは、排気用煙道１６を通
つて外部へ排出されるのであるが、この煙道１６
の末端には、副燃焼室１７が設けられている。

この副燃焼室１７には、直火式バーナー１８が
設けられており、かつこのバーナー１８の下部位
置にはエキセスエアーノズル１９が設けられてい
る。

上記バーナー１８には、燃焼用空気分岐管２０
と燃料分岐管２１とが接続されており、この各分
岐管２０，２１のライン中には、バーナーエアー
電磁弁２０ａとバーナーガス電磁弁２１ａが設け
られている。

上記エキセスエアーノズル１９には燃焼用空気
分岐管２０が接続されており、この分岐管２０と
エキセスエアーノズル１９との間には、エキセス
エアー電磁弁２０ｂが設けられている。

前記副燃焼室１７の上端には、制御用モーター
２２により開閉制御される炉圧制御ダンパー２３
が設けられており、その出側には排気ダクト２４
が接続されている。

前記副燃焼室１７と炉本体１との間には、副燃
焼室１７から炉本体１へ雰囲気調整されたガスを
導入するガス循環用ダクト２５が設けられてお
り、このダクト２５のライン中には、ガス冷却器
２６と、ガス循環用フアン２７と、制御用モータ
ー２８により制御される循環ガス流量制御弁２９
と、逆止弁３０とが設けられている。

さて、炉本体１内の治具７は、燃料リツチ燃焼
雰囲気中において加熱されるのであるが、均熱期
あるいは炉冷期になると、雰囲気ガスの発生源で
あるバーナー４の燃焼量は必要であつても、熱発
生源としてはほとんど不必要となる。

そこで、炉本体１におけるバーナー４は、炉本
体１内を所望の燃料リツチ燃焼雰囲気に保持でき
る最低の燃焼負荷にセツトされ、副燃焼室１７に
おけるバーナー１８にて、さらに雰囲気調整され
た燃焼ガスを発生させて、ガスボリユームを増大
させ、これを前記ガス循環用ダクト２５へ通過さ
せると共に、ガス冷却器２６により冷却して、炉
本体１内へ導入し、このとき炉本体１内の温度は
循環ガス流量制御弁２９による循環ガス流量によ
つて制御すると共に、雰囲気ガス中のH₂Ｏを凝
縮させないように、ガス冷却器２６における冷却
水配管２６ａへの冷却水量を調整する。

なお、雰囲気ガス中のH₂Ｏは、ガス冷却器２
６にバイパス流路を設け、ガス冷却器２６への流
量を調整するようにしてもよい。

炉本体１内の圧力は、加熱期と同様に、副燃焼
室１７における炉圧制御ダンパー２３を制御用モ
ーター２２を介して作動させることにより、大気
圧よりもプラスに制御される。

このようにして、炉本体１内の雰囲気を保持し
ながら、加熱、均熱、冷却を行うことができ、炉
本体１内のヒートパターンを任意に制御できる。

また加熱期には、炉本体１内の圧力を大気圧よ
りもプラスに保持するに十分なガス量の発生が、
バーナー４による燃焼にて期待されるため、副燃
焼室１７におけるバーナー１８およびガス循環用
ダクト２５の運転は停止してもよいが、この場
合、未燃焼COを含むガスが、煙道１６、副燃焼
室１７、排気ダクト２４を経て大気中へ多量に放
出されることになるので、環境衛生上の見地から
好ましくない。

従つて、このような場合には、副燃焼室１７に
おけるエキセスエアーノズル１９から副燃焼室１
７内に空気を吹き込んで、未燃焼ガス分を燃焼さ
せるか、あるいは副燃焼室１７内の温度が、単に
空気を吹き込んだだけでは未燃焼ガス分が燃焼し
ないような低温（一般的に750℃以下）の場合は、
副燃焼室１７のバーナー１８の運転を併用して、
未燃焼ガスを燃焼させる。

なお、本発明が目的とする治具７に対する熱処
理は、燃料リツチ燃焼下の直火雰囲気加熱である
が、特に被加熱物の表面性状をコントロールする
ような場合でなければ、通常のエアーリツチ完全
燃焼雰囲気で加熱してもよい。

この場合は、副燃焼室１７におけるバーナー１
８およびガス循環用ダクト２５の運転を停止し、
バーナー４の燃料・空気比をエアーリツチにする
ために、ガス均圧弁１０にローデイングされる圧
力を下げるべくローデイング圧力逃し弁１２を開
にする。

次に、シームレス鋼管製造用熱間圧延機（プラ
グミル）用プラグの表面にスケールを生成させる
ヒートパターンの一例を、コントロールダイアグ
ラムと共に第２図により説明する。（第１図も参
照）。

熱処理すべきプラグは、1.4％Ｃ−18.5％Cr−
1.5％Niの鋳鋼製であり、プラグ寸法は、194mm
φ，186mmφ，174mmφのもの各20個、重量は１個
当たり平均27Kg、バーナー用燃料は都市ガス１３
Ａ、熱処理炉本体１内の雰囲気は、炉温700℃以
上、燃料リツチ雰囲気、O₂＝０％，CO＝２〜４
％である。

第２図に示す如く、炉本体１内の温度が700℃
に到達するまでは、バーナー４の火炎安定性を考
慮して、エアーリツチ燃焼とするために、ローデ
イング圧力逃し弁１２は開とする。

なお、エアーリツチ燃焼とした理由は、700℃
になるまでの温度領域では、スケール生成反応が
極めて遅く、燃料リツチ雰囲気としなくても事実
上問題ないことによる。

また副燃焼室１７におけるバーナ１８は、それ
自体、理論燃料・空気比以下で燃焼させている
が、エキセスエアーノズル１９から空気を吹き込
むことにより完全燃焼となる。

そして、炉本体１内の温度が900℃に到達する
と、副燃焼室１７内の温度も高くなり、未燃焼ガ
ス分も自然燃焼し得る環境となるので、副燃焼室
１７におけるバーナー１８は消火し、エキセスエ
アーノズル１９からの空気吹き込みだけでよい。

炉本体１内の温度が1200℃に到達し、その温度
を２時間保持している間の炉本体１内の温度制御
は、バーナー４の燃焼量、すなわち、空気・ガス
比例制御弁９を制御することにより行われる。

その後、炉冷に入るが、そこで副燃焼室１７に
おけるバーナー１８が点火され、エキセスエアー
ノズル１９からの空気吹き込みが停止されて、所
望の燃料リツチ雰囲気を生成させ、ガス冷却器２
６、ガス循環用フアン２７を運転し、冷却された
雰囲気ガスを、循環ガス流量制御弁２９、逆止弁
３０を介して炉本体１内へ導入する。

ここで、比較的高温での保持や、緩い炉冷の場
合は、前記循環ガス流量制御弁２９を例えば20％
程度の開度に保持し、炉本体１内の温度制御は、
バーナー４の空気・ガス比例制御弁９にて行わせ
る方が制御性がよい。

そして、炉本体１内の温度を900℃で２時間保
持した後の炉冷では、バーナー４は消火し、炉本
体１内の温度制御を、循環ガス流量制御弁２９に
より行わせる。

このようにして、炉本体１内の温度が700℃以
下になれば、加熱期の場合と同じ理由により、炉
本体１内をエアーリツチ燃焼雰囲気としても差し
支えなく、副燃焼室１７におけるバーナー１８の
火炎安定性を考慮して、エキセスエアーノズル１
９から空気を吹き込み、炉本体１内の温度が500
℃になるまで炉冷を行い、500℃になつたところ
で、炉本体１内からプラグを抽出する。

なお、以上述べた運転をプログラム化して、所
望の自動制御を行わせるようにすればよい。

「発明の効果」 以上述べた如く、本発明に係るバツチ式直火雰
囲気熱処理炉によれば、所望の燃料リツチ燃焼雰
囲気を炉内に保持させながら、所定の加熱〜均熱
〜冷却のパターンを実現させることができるの
で、例えばシームレス鋼管製造用熱間圧延機にお
いて使用するプラグ、芯金、ガイドシユー等の塑
性加工用鋳鋼製摺動治具の表面に、地金素地との
密着性の良好なスケールを、極めて安定かつ容易
に生成させることができ、上記治具の寿命延長に
著しく寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るバツチ式直火雰囲気熱処
理炉の実施例を示すブロツク図、第２図は、第１
図に示す熱処理炉によりプラグミル用プラグの表
面にスケールを生成させるヒートパターン例をコ
ントロールダイアグラムと共に示した説明図であ
る。 １……熱処理炉本体、４……直火式バーナー、
５……熱焼用空気配管、６……燃料配管、７……
塑性加工用鋳鋼製治具、９……空気・ガス比例制
御弁、１０……ガス均圧弁、１２……ローデイン
グ圧力逃し弁、１３……炉温制御用熱電対、１６
……排気用煙道、１７……副燃焼室、１８……直
火式バーナー、１９……エキセスエアーノズル、
２０……燃焼用空気分岐管、２１……燃料分岐
管、２０ａ……バーナーエアー電磁弁、２０ｂ…
…エキセスエアー電磁弁、２１ａ……バーナーガ
ス電磁弁、２３……炉圧制御ダンパー、２４……
排気ダクト、２５……ガス循環用ダクト、２６…
…ガス冷却器、２７……ガス循環用フアン、２９
……循環ガス流量制御弁、３０……逆止弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 塑性加工用鋳鋼製摺動治具の表面にスケール
   を生成させるバツチ式直火雰囲気熱処理炉におい
   て、上記熱処理炉の排気用煙道部に、直火式バー
   ナーを有する副燃焼室を設け、この副燃焼室と前
   記熱処理炉との間に、副燃焼室から熱処理炉内へ
   雰囲気調整された燃焼ガスを導入するガス循環用
   ダクトを設け、このダクトのライン中に、ガス冷
   却器と、ガス循環用フアンと、循環ガス流量制御
   弁とを設けたことを特徴とするバツチ式直火雰囲
   気熱処理炉。