JPH0474414B2

JPH0474414B2 -

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Publication number: JPH0474414B2
Application number: JP22706783A
Authority: JP
Priority date: 1983-12-02
Filing date: 1983-12-02
Publication date: 1992-11-26
Also published as: JPS60121230A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、鋼ストリツプの直火加熱方法に関
するものである。

鋼ストリツプの加熱法として、バーナから高温
の燃焼ガスを鋼ストリツプに噴射して、鋼ストリ
ツプを加熱する直火加熱方法が知られている。直
火加熱の特徴は、ラジアントチユーブなどによる
間接加熱に比べて鋼ストリツプの加熱速度が著し
く大きい点にある。

ところで、鋼ストリツプの連続焼鈍設備や
CGL等のメツキライン中の焼鈍設備において、
鋼ストリツプを直火加熱によつて完全無酸化状態
で加熱することが可能になれば、加熱に続く後工
程の処理が簡略化されるので、数多くの利点がも
たらされることになる。すなわち、ラジアントチ
ユーブを用いた均熱炉での還元性の雰囲気ガスが
不要となり、また、加熱炉等の炉内ロールのピツ
クアツプも生じなくなる。ゼンジミユア方式の
CGLラインでは、そこで使用されている強還元
炉が不要となり、CAL等では、酸洗処理が不要
となる。

しかしながら、従来一般に行なわれている直火
加熱方法では、完全無酸化かつ大きな加熱速度
で、鋼ストリツプを加熱することができるまでに
至つていない。すなわち、直火加熱によつて鋼ス
トリツプを無酸化状態で加熱するためには、化学
量論から一般に、下記の反応が進むような組成の
高温燃焼ガスを使用することが必要とされてい
る。

FeO＋CO→Fe＋CO₂ FeO＋H₂→Fe＋H₂O このような燃焼ガスの空燃比は、燃料の種類に
よつて若干異なるが、いずれにせよ0.5以下とな
る。従つて、燃料の大半は分解するものの未燃状
態となり、火炎温度が、理論的火炎温度（空燃比
1.0での断熱火炎温度）と比べてはるかに小さく
なるので、鋼ストリツプの加熱速度が著しく小さ
くなる。

このような従来の直火加熱の欠点を改良し、無
酸化かつ大きな加熱速度で、鋼ストリツプを加熱
することができるようにした加熱方法が提案され
ている（米国特許第3320085号）。この加熱方法
は、ラジアントカツプバーナと称される予混合方
式のバーナを用いて鋼ストリツプを直火加熱する
もので、燃焼ガス中の未燃分（CO＋H₂）濃度を
４〜６％（空燃比約0.9に相当）とし、第１図に
示す鋼ストリツプの酸化−還元領域図中の還元領
域の範囲に、加熱炉の炉温をコントロールするこ
とにより、鋼ストリツプの還元状態での加熱を可
能としている。

しかしながら、上記燃焼ガス中の未燃分濃度と
燃焼ガス温度とからなる加熱条件によつて還元状
態での加熱が可能であることは、従来の平衡論か
らは説明することができない。従つて、上述の直
火加熱は、燃焼過程の非平衡状態下の火炎の特性
を利用したものと推定されるが、理論的説明がな
されていない。本発明者等の実験によれば、上記
加熱条件を満足しても、還元状態での加熱が不可
能な場合があることが確認されている。すなわ
ち、上記加熱条件だけでは、還元状態での加熱を
規定することができず、火炎は必ずしも還元状態
になるとは限らない。このことは、燃焼ガス中の
未燃分の濃度（又は空燃比）と燃焼ガス温度とを
測定して加熱状態を制御するのでは、適正な還元
状態を確実に達成して加熱し得ないことを意味し
ている。

この発明は、上述の現状に鑑み、鋼ストリツプ
に当る燃焼ガスを確実に還元状態にして、鋼スト
リツプを酸化させることなく大きな加熱速度で加
熱できるようにした、鋼ストリツプの直火加熱方
法を提供するもので、加熱炉内を通板される鋼ストリツプの表面へ、
前記加熱炉の炉壁に設けられたバーナから、空燃
比１未満で燃焼させた高温の燃焼ガスを噴射し
て、前記燃焼ガスによつて前記鋼ストリツプを加
熱する、鋼ストリツプの直火加熱方法において、前記鋼ストリツプの表面近くに、陽イオンまた
は陰イオンの強度測定用プローブの測定端とO₂
濃度測定用プローブの測定端とを位置させて、前
記燃焼ガスの前記鋼ストリツプの表面近くでの、
陽イオンまたは陰イオンの強度とO₂濃度を測定
し、前記測定された陽イオンまたは陰イオンの強
度とO₂濃度に基づいて、前記鋼ストリツプの表
面近くにおける前記燃焼ガスの還元状態を判断し
て、前記加熱炉の燃焼系を制御し、かくして、前
記鋼ストリツプに燃焼ガスが還元状態で当るよう
にして、前記鋼ストリツプを加熱することに特徴
を有する。

第２図は、予混合方式のラジアントカツプバー
ナの燃焼特性を調べるための装置を示す説明図で
ある。第２図に示されるように、ラジアントカツ
プバーナ１から噴射される燃焼ガス２中に、２線
式プローブ３の測定端３ａを挿入し、電源１２に
よつて直流電圧を印加して、バーナ１の中心軸上
における燃焼ガス２中の陽イオンまたは陰イオン
（以下、中間イオンと総称する）の強度に基づく
電流を電流計１３によつて測定した。空燃比を
0.9にしてバーナの定格燃量で燃焼したときの、
バーナから測定端３ａまでの距離と電流測定値お
よびO₂濃度との関係を第３図に示す。なお、第
３図中、バーナからの距離は、バーナ内径Ｄを単
位として表示してある。上述した燃焼ガス２中の
イオンを中間イオンとした理由は、次の通りであ
る。即ち、バーナ１から噴射される燃焼ガス中に
存在する、燃焼反応時に生成するイオンの種類に
ついては、各方面で研究されているが、イオンの
サンプリングが困難であるために、未だ不明が点
が多く、しかも、燃焼ガスの種類によつて、各種
の陽イオンまたは陰イオンが数多く存在する結
果、現在のところその分類が不可能である。従つ
て、この発明においては、燃焼ガス中の各種の陽
イオンまたは陰イオンを中間イオンと総称し、こ
の中間イオンの強度に基づく電流を測定するもの
である。

第３図において、（）はO₂が検出される領域
である。この領域で鋼ストリツプを加熱したとこ
ろ、鋼ストリツプは急速に酸化された。

（）は、O₂は無いが中間イオン、ラジカル
等の活性基が存在する領域である。この領域で酸
化膜厚約600Åの鋼ストリツプを加熱したところ、
板温700℃で酸化膜厚を約20Åまで還元すること
ができた。すなわち、この（）の領域は還元状
態での加熱を可能とする領域である。

（）は、中間イオン等が検出されない領域
で、この領域は、燃焼ガスの組成はほぼ平衡組成
に近くなつていると考えられる。（）の領域で
は、短時間の加熱であれば、鋼ストリツプをわず
かに酸化する程度で加熱できるが、長時間の加熱
になると、鋼ストリツプは大きく酸化されて厚い
酸化膜が生成する。すなわち、この（）の領域
は、酸化還元機構が平衡論で説明づけられる領域
である。

以上の（）〜（）の領域を、今後、便宜の
ために、それぞれ、（）の領域：未燃領域、
（）の領域：還元領域、（）の領域：準平衡領
域と呼ぶことにする。

以上のことは、空燃比が１未満での燃焼につい
ていえることで、空燃比が１以上の場合には、火
炎中に遊離のO₂が存在するので、火炎を上記
（）〜（）の領域に分割することはできず、
バーナ１からの距離にかかわらず、火炎によつて
鋼ストリツプを加熱すれば、鋼ストリツプは必ず
酸化される。

空燃比が１未満であれば、燃焼ガスは上述した
ように、バーナ中心軸方向に（）〜（）の領
域に分割され、従つて、加熱に（）の還元領域
を使用することによつて、鋼ストリツプを還元状
態で加熱することができる。これを、前述した米
国特許第3320085号では、単に、燃焼ガス中の空
燃比（未燃分濃度で表わしている）と燃焼ガス温
度とを制御することによつて、燃焼ガスを還元状
態とするとしているが、上述のように、燃焼ガス
中の（）の領域を使用しなければ不可能であ
る。すなわち、空燃比および燃焼ガス温度は、還
元力の大小を支配するが、加熱に当つて基本的に
最も大事なことは、燃焼ガスのどの領域を使つて
鋼ストリツプを加熱するかということである。

なお、燃焼ガスの還元領域（）は、バーナで
の燃焼量を変えると変化する。バーナでの燃焼量
が定格の130％、100％および40％のときの、燃焼
ガスの還元領域（₁）、（₂）および（₃）を
第４図に示す。

この発明では、空燃比１未満で燃焼させた燃焼
ガス中の還元領域（）を使用して、鋼ストリツ
プを加熱するもので、バーナの燃焼を制御して、
バーナから噴射された燃焼ガス中の還元領域
（）の部分が、鋼ストリツプに当るようにする。

そのために、第５図に示すように、加熱炉４内
の鋼ストリツプ５が通板される箇所の近くに、イ
オン強度測定用プローブ６とO₂濃度測定用プロ
ーブ７のそれぞれの測定端６ａ，７ａを位置させ
る。そして、これらのプローブ６および７によつ
て、加熱炉４の炉壁に設置されたバーナ８から噴
射され、鋼ストリツプ５に当る燃焼ガス中の中間
イオン強度およびO₂濃度を測定して、燃焼ガス
の還元状態を判断する。

イオン強度測定用プローブ６は、白金などの耐
熱性の導体２本を平行に配置し、その間に直流電
源９を介在させたもので、測定端６ａ部分は、第
６図に示すように、導体１０をセラミツク製チユ
ーブ１１に通し、導体１０の先端をループ状にし
てある。導体１０の先端をループ状にしたのは、
出力電流値が大きくなるようにするためで、２本
の導体１０を単純に直線的に平行配置したもので
も差しつかえない。直流電源９の電圧は大きくす
る必要がない。出力電流として５〜20μA程度得
られれば充分であるから、20〜40Vの電圧があれ
ば足りる。

O₂濃度測定用プローブ７は、鋼ストリツプ５
とバーナ８間の燃焼ガスの流れを乱さないよう
に、そのサンプリングパイプ７ｂとして小径、例
えば10mmφ以下のパイプを用いる。そして、第７
図に示すように、測定端７ａ部分の先端を絞つて
サンプリング孔７ｃを形成し、サンプリング孔７
ｃから吸入された燃焼ガスが、測定端７ａ部分で
断熱膨張して急激に温度を低下し、燃焼反応を停
止して、燃焼ガスの組成が保存されるようにす
る。測定端７ａ部分は、鋼ストリツプ５と平行に
配置しても、直角に折曲げてバーナ８の方へ向く
ように配置してもよい。

イオン強度測定用プローブ６とO₂濃度測定用
プローブ７の測定端６ａ，７ａは、鋼ストリツプ
５の表面から、25〜50mm離して位置させる。そし
て、鋼ストリツプ５の幅方向に移動して、燃焼ガ
ス中の複数位置で測定を行なう。この測定は、そ
の中央付近の位置Ａで代表させてもよい。

このようなO₂濃度測定用プローブ７による測
定によつてO₂検出されたときは、鋼ストリツプ
５に当る燃焼ガスは、還元状態にないので、バー
ナ８の燃焼量を下げるか、空燃比を下げる。な
お、燃焼ガス中には、高温によつて解離したO₂
が数10ppm存在しているが、このO₂はサンプリ
ングパイプ７ｂ内で平衡し、測定には現われてこ
ない。しかし、この程度の量のO₂は、燃焼ガス
中の活性な還元イオンの還元作用を防げないの
で、問題ない。

次に、O₂不存在下で、イオン強度測定用プロ
ーブ６によつて、小さい電流値が測定されたとき
には、鋼ストリツプ５に当る燃焼ガスは、還元領
域にないので、バーナ８の燃焼量、空燃比を制御
して、前記燃焼ガスが還元状態となるようにす
る。この場合、測定した電流値が還元領域に対応
したものであるかどうかは、バーナ８の燃焼量又
は空燃比と電流値との関係を予め求めておき、そ
の電流値の変化から判断することができるが、次
のように、もつと簡単に行なうことができる。

すなわち、加熱炉４内の例えば位置Ｂは、燃焼
ガスが平衡状態にあるとみなせる。従つて、位置
Ｂでの燃焼ガス中の中間イオン強度を測定した電
流値より、上述した鋼ストリツプ５の幅方向に沿
つた、燃焼ガスが還元領域にある測定位置、例え
ば位置Ａで、燃焼ガスの中間イオン強度を測定し
た電流値は、常に大きくなる。例えば電源９によ
る印加電圧がDC40Vのとき、位置Ａで5μA以上、
位置Ｂで０〜2μA程度になる。そこで、例えば位
置Ａでの電流値が位置Ｂでの電流値の２倍以上と
いうように、位置Ａ、Ｂでの電流値に有意差があ
れば、この有意差は、燃焼ガスが位置Ａにおいて
還元領域にあることにより生ずるから、鋼ストリ
ツプ５に当る燃焼ガスは、還元状態になつている
と判断してよい。

このような位置Ａ、Ｂでの電流値による判断に
よつて、鋼ストリツプ５に当たる燃焼ガスが還元
状態にないときには、バーナ８の燃焼量を増加
し、空燃比を減少して、位置Ａ、Ｂでの電流値に
有意差がでるようにし、前記燃焼ガスが還元領域
に移行するようにする。

なお、プローブ６によるイオン強度の測定とプ
ローブ７によるO₂濃度の測定を、プローブ６，
７の測定端６ａ，７ａを加熱炉４内に固定設置し
て、連続的に行ない、測定値を加熱炉４の燃焼制
御系へ連続的にフイードバツクして、制御するよ
うにしてもよいが、一つの鋼ストリツプについて
連続的に加熱を行なつているときには、一定時間
毎に測定して、燃焼制御系を制御するだけで充分
である。

以上説明したように、この発明では、加熱炉内
通板される鋼ストリツプの表面近くで、加熱炉の
バーナから噴射される空燃比１未満で燃焼させた
燃焼ガス中の中間イオンの強度とO₂濃度とを測
定して、鋼ストリツプの表面近くでの燃焼ガスの
還元状態を判断し、それに基づいて、燃焼系を制
御して、鋼ストリツプに当る燃焼ガスが還元状態
となるようにして、鋼ストリツプを加熱している
ので、空燃比を大きくして、大きな加熱速度で鋼
ストリツプを加熱でき、かつ、鋼ストリツプを酸
化させることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋼ストリツプ板温と燃焼ガス温度と
で表示した一直火加熱方法における酸化−還元領
域図、第２図は、ラジアントカツプバーナの燃焼
特性を調べるための装置を示す説明図、第３図お
よび第４図は、ラジアントカツプバーナの燃焼特
性図、第５図は、この発明を実施するために用い
られるプローブの設置法を示す説明図、第６図
は、第５図に示すプローブのうちのイオン強度測
定用プローブの測定端部分を示した概略図、第７
図は、第５図に示すプローブのうちのO₂濃度測
定用プローブの測定端部分を示した概略図であ
る。図面において、１，８……バーナ、２……燃焼ガス、３，６…
…中間イオン測定用プローブ、３ａ，６ａ……中
間イオン測定用プローブの測定端、４……加熱
炉、５……鋼ストリツプ、７……O₂濃度測定用
プローブ、７ａ……O₂濃度測定用プローブの測
定端。

Claims

【特許請求の範囲】１加熱炉内を通板される鋼ストリツプの表面
へ、前記加熱炉の炉壁に設けられたバーナから、
空燃比１未満で燃焼させた高温の燃焼ガスを噴射
して、前記燃焼ガスによつて前記鋼ストリツプを
加熱する、鋼ストリツプの直火加熱方法におい
て、前記鋼ストリツプの表面近くに、陽イオンまた
は陰イオンの強度測定用プローブの測定端とO₂
濃度測定用プローブの測定端とを位置させて、前
記燃焼ガスの前記鋼ストリツプの表面近くでの、
前記陽イオンまたは陰イオンの強度とO₂濃度と
を測定し、測定された前記陽イオンまたは陰イオ
ンの強度とO₂濃度とに基づいて、前記鋼ストリ
ツプの表面近くにおける前記燃焼ガスの還元状態
を判断して、前記加熱炉の燃焼系を制御し、かく
して、前記鋼ストリツプに燃焼ガスが還元状態で
当るようにして、前記鋼ストリツプを加熱するこ
とを特徴とする、鋼ストリツプの直火加熱方法。