JPS6032692B2 - 直火加熱型無酸化加熱炉の雰囲気制御方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋼帯を燃料の燃焼炎で直接加熱する直火加熱型
無酸化加熱炉の雰囲気制御方法、とくに袷延鋼板の連続
競鈍に使用する無酸化炉の雰囲気制御方法および装置に
関する。

冷延鋼板を連続競鈍する方法は加工性の厳しくないメッ
キ鋼板や電磁鋼板等には早くから使われ無酸化炉も使用
されてきた。

ところで最近になって加工性の厳しく要求される自動車
用の冷延薄鋼板についても蓮続焼錨法が開発され実用化
されてきたがメッキ用鋼板と異なり自動車用薄鋼板等は
加工成形後、化成処理−塗装等の工程が付加され、鋼板
の表面特性が厳しく要求されるところから、無酸化炉（
無酸化炉とはいうものの雰囲気は酸化性である）の使用
には問題があった。特に無酸化炉で過酸化されると酸化
膜厚さが１０００Ａ以上となり還元されても荒れた表面
状態となり、ポーラスになる。

この酸化膜厚さが４０００〜５０００Ａ以上になると還
元に長時間を要し、蓮続焼錨法の利点が失なわれる結果
となる。一方、連続燐鈍における競鎚時間を短縮するに
は鋼板の昇温速度を高くするのが不可欠であり、そのた
めには燃料直火方式の無酸化炉が最適である。

本発明者等は酸化膜厚さを鋼帯表面性状にとって影響の
ない１０００△以下に抑さえ、鋼板温度を６００ｑｏ以
上に急熱するために無酸化炉の雰囲気組成と鋼板温度、
酸化膜厚さ等を研究する過程において、無酸化炉内の遊
離酸素が鋼板表面性状に大きく影響することを見出した
。

例えばコークス炉ガス燃焼方式の無酸化炉の場合、空気
比と燃焼排ガス成分は表１のように操業されるものであ
り酸素ガスは存在しないはずであるがバーナーの構造、
フレームの形状、複数バーナーの性能のバラッキ等によ
り徴量の遊離酸素が存在する。

Ｉ Ｃ．０．Ｇ，空気比と燃焼排ガス組成無酸化炉に
おける鋼板の酸化は次の反応方程式が考えられる。

餌ｅ＋０２一がｅ０ ……■Ｆｅ＋
均○→Ｆｅ○十比 ……■Ｆｅ十Ｃ０２→Ｆ
ｅ○十ＣＯ ．・・・・・■しかしながら鋼
板温度８００ｑ○以下では■式は右へ進まないから、■
と■の酸素と水蒸気による酸化を考えればよいことにな
る。

無酸化炉の雰囲気で酸素の存在しない場合と酸素０．１
％含まれたときの鋼板の酸化膜厚さは第ｉ図のようにな
る。

図から明らかなように、鋼板の表面状態から酸化膜の厚
さを１０００△以下と設定したとき無酸化炉の雰囲気中
に遊離酸素がわずか０．１％存在しても、鋼板温度を４
００℃以上上昇させることはできず、無酸化炉を使う意
味がなくなる。無酸化炉雰囲気から遊離酸素を完全にな
くせば、水蒸気による酸化力はやや弱く鋼板温度が９０
０ご０に達しても酸化膜厚みは１０００Ａに達しない。
このような鋼板は還元し易く、還元したとき鋼板表面は
きれいな金属光沢を失わず、化成処理性、塗装後の耐食
性などが、ラジアントチューフによる還元雰囲気での鋼
板と何ら遜色ない状態であるが、問題は燃料の効率的な
利用をはかりかつ鋼板表面に汚れを発生させないために
、空気比をできるだけ１．０に近づけながら如何にして
遊離酸素を完全に排除するか、というところにある。そ
こで本発明者はコークス炉ガスを燃料とする無酸化炉の
雰囲気を空気比を変えながら連続分析したところ、第２
図に示すような変化を示した。第２図は、空気比水準０
．９４ １．０２、１．１０のときの無酸化炉内雰囲気
中の水素（日２）ガス含有量と遊離酸素含有量との関係
を示している。この図から明らかなように無酸化炉内雰
囲気中に日２ガスが存在してさえすれば遊離酸素が雰囲
気中に存在しない。

従って無酸化炉内雰囲気中に、常に日２ガスが存在する
ように維持すれば雰囲気中に遊離酸素は存在せず、従っ
て銅帯表面性状も酸化によって損なわれることもない。
而して、燃焼効率を極限まで高め、かつ鋼帯表面の酸化
膜厚さが１０００△以下になるように遊離酸素が存在し
ないことを確実ならしめるためには、雰囲気中の日２ガ
ス含有量が零とならないようにしなければならない。

しかしながら、第３図に示すような、空気比制御システ
ム（後述）で雰囲気中の日２ガス含有量を検出しながら
空気制御を行なう場合、応答時間を考慮に入れた制御を
しなければならない。

応答時間に起因する制御遅れを織込んで尚遊離酸素が雰
囲気中に存在しないことを確実ならしめるための日２ガ
ス含有量は幾らであるかを実験により解明した結果、少
なくとも日２ガスが０．１％まで減少したときに空気比
制御システムを作動させれば、常に日２ガスが炉内雰囲
気中に存在していることを確めた。即ち応答時間の間、
日２ガス含有量が変動しても０．１％の幅は殆んど超え
ないということである。

さらに完全に遊離酸素の存在のない状態を保証するには
、好ましくは０．５％の水素含有量となったときに、空
気比制御を行なえばよい。なお本発明を工業的に有利に
実施するには、空気比を考慮して日２ガス含有量は最大
２％程度までを目標値とすればよい。

そこで変化量の多い水素ガスを指標として炉内雰囲気中
の水素ガスの濃度を制御すれば無酸化炉雰囲気中の遊離
酸素を実質的に零に抑制しながら、燃料を効率よく燃焼
させることが可能である。

これを酸素濃度で制御しようとすれば、酸素を検出した
ときにはすでに鋼板は過酸化されていて意味がないし、
水素ガス濃度が１％以下になれば空気比が１．０に近づ
きつつあることを示している。空気比０．９４のときの
無酸化炉雰囲気の水素ガス濃度は５〜８％であり、水素
ガス濃度を０．１〜５％の範囲で空気量または燃料を自
動制御すれば、空気比０．９９〜０．９５の効率的な無
酸化炉操業が可能である。

例えば燃料ガスに水素ガスをほとんど含まないプロパン
ガス、ブタンガス等を燃料とした場合でも、通常無酸化
炉に続く還元炉から水素ガスが流入するようになってお
り、他の禾燃焼炭化水素によるコントロールよりも水素
ガスによる空気比制御の方がカーボン析出等による汚れ
防止の面から好ましい。

次に以上述べた、本発明に従った直火加熱型無酸化加熱
炉（以下直火型無酸化加熱炉という）の雰囲気制御方法
を実施するときの雰囲気制御装置について説明する。

第３図に、雰囲気制御装置を示す。

第３図において１は直火型無酸化加熱炉であり、炉内を
通る鋼帯Ｓを燃料の燃焼炎で直接的に加熱する。燃料と
空気は、燃料配管系統２と、空気配管系統３によって炉
に送給される。燃料配管系統２中には、この実施例の場
合、手敷弁４が設けられ、燃料の遮断ならびに流量の設
定をすべく機能する。空気配管系統中には、この実施例
の場合電動弁５が設けられる。電動弁５のステム項部に
は、ウオームホィール６−３が固設されウオーム６一２
と噛合っている。ウオーム６一２は電動機６一１、ウオ
ーム６一２、ウオームホィール６一３によって弁開度調
整装置６が形成される。７は、水素分析計であって、直
火型無酸化加熱炉１内の雰囲気中の水素含有量を検出し
、それを電気信号に変換し出力する。

８は、信号増幅器である。

９は抵抗、Ｉ０は電源である。

次に、以上述べた構成の直火型無酸化加熱炉−における
雰囲気制御装置の作用を説明する。

直火型無酸化加熱順−１内の雰囲気中の水素は、水素分
析計７によって検出され、水素含有量に対応した電圧Ｅ
ａを出力する。

水素分析計７の出力側には、電源１０と抵抗９からなる
基準電圧Ｅｓが設定されており、Ｅａ＜Ｅｓならば水素
含有量が目標値を下まわっている。この場合、増幅器８
側に、電圧Ｅｉを生じ、この電圧値に応じて弁関度調節
装置６の電動機６−１にトルクを生じ、ウオーム６−２
を回転せしめる。ウオーム６−２の回転によって、ウオ
ームホィール６一３が回転せしめられ弁関度が減少する
。このようにして、空気比を下げ遊離酸素の生成を抑止
する。他方、Ｅａ＞Ｅｓならば水素含有量が目標値を上
回っており、過剰燃料状態下の燃焼が続いている。

この場合、電動機６−１に逆トルクを生じ、ウオーム６
一２を上の場合とは逆方向に回転せしめる。ウオーム６
一２の回転によってウオームホィール６一３が回転し弁
開度が増大する。このようにして、空気比を上げ適正な
空気比へもっていく。Ｅａ＝Ｅｓの場合は、電動機６−
１にトルクは生ぜず弁関度に変化は生じない。次に本発
明を実施例にもとづいて説明する。

実施例 １冷延薄鋼板を連続競鈍法で製造する方法にお
いて昇温過程にコークス炉ガス燃焼による無酸化炉を設
置し、空気比０．９５を目標としながら流量計で制御す
る方法■と本発明による水素ガス濃度による空気比制御
■を第３図に示した雰囲気制御装置で実施した。この時
のヒートサイクルを第４図に示す。表１に示されるとお
り空気比０．９５では、無酸化炉内雰囲気中には遊離酸
素は存在しないはずであるが、得られた冷延鋼板の表面
特性を試験したところ表２に示される如き結果が得られ
た。２ 冷延薄鋼板の表面特性 ※１ 発即鯖調裏−」法：４００腕渡９０※噂畑気内で
つみ重ね２プ月※２ 鋼板にリン酸吸盤処叫理後スプレ
ー塗装しＪＩＳＺ−２３７１で１０日間鋼板の表面特
はいずれも によるハ炉操業方・法■が優れている
。

この原因は無酸化炉操業方法■では空気比のアンバラン
スから過酸化が起り、表面は還元しているようにみえて
も、未還元酸化鉄が残留することもあって後の表面特性
試験で大きくバラッキ悪いものがでてくる。特に耐錆性
や塗装耐食性で悪化がひどい額向にある。一般に箱競鎚
によって得られた冷延薄鋼板の耐錆性は１０〜２０％、
塗装耐食Ｉ性はスクラツチふくれ幅で２〜５側であるか
ら、本発明方法に従った操業方法■で製造された冷延薄
鋼板は薄燐鈍村に対比して全く遜色がないのに対して、
操業方法■により製造された冷延薄鋼板の耐錆性ならび
に塗装耐食性は著しく劣っている。実施例 ２ ゼンジミャー法亜鉛メッキラインにおいてＬＮＧ（液化
天然ガス）燃焼方式の無酸化炉操業を実施するにあたっ
て、実施例１と同様に、流量計で空気比を制御する方法
■と本発明に従って炉内雰囲気の水素ガス濃度検出によ
る空気比制御を実施した。

ＬＮＧには水素はほとんど含有されていないが、還元炉
で比１０％十Ｎ２９０％ガスを使用し、還元ガスが無酸
化炉へ流入するような機構になっているため、無酸化炉
内雰囲気を水素ガス濃度により空気比制御することが可
能である。

空気比の目標を０．９８とし、無酸化炉出側鋼板の温度
を７００ｑｏに設定した。

上記の実験結果を表３に示す。

表３ 無酸化炉操業方法と亜鉛メッキ密着性メッキ密着
性の試験結果はいずれも本発明に従って水素ガス濃度で
空気比制御する方法■が著しく良好である。

無酸化炉の出側温度が高くなる程無酸化炉雰囲気中の酸
素含有量を確実に零に押えなければならないから直接酸
素を制御する方式より水素ガス濃度で空気比を制御する
本発明方法が無酸化加熱方法として極めて優れている。
因みにゼンジミャー法亜鉛メッキラインは酸化炉が使用
されていたが酸化炉では出側鋼板温度をせいぜい５００
ｏｏ以下しか昇温することができず、５００℃以上に昇
温すると鋼板の過酸化がおこり還元が困難となって、メ
ッキ密着性が悪くなっていた。

そこで最近では酸化炉から無酸化炉に切替えて、生産性
を上げる方法が多くとられるようになつている。しかし
ながら、前述したように無酸化炉といっても燃料・空気
の流量のばらつきにより無酸化炉雰囲気中に遊離酸素が
容易に存在している。

そしてわずかな酸素の存在でも鋼板表面が過酸化され、
メッキ密着性の極端な悪化を招くおそれがある。本発明
によればかかる欠点は前記した如く完全に排除される。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼板の酸化膜厚さと遊離酸素の影響を示す図、
第２図は無酸化炉空気比と雰囲気の変化を示す図、第３
図は本発明を実施する装置の説明図、第４図は実施例１
の蓮続焼鈍熱サイクルを示す図である。 １：直火型加熱炉、２：燃料配管系統、３：空気配管系
統、４：手動弁、５：電動弁、６：弁関度調整装置、６
−１：電動機、６−２：ゥオーム、６一３：ウオームホ
ィール、７：水素分析計、８：信号増中器、９：抵抗、
１０：電源。 発′図多２図 茅３図 髪４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉内雰囲気中の水素ガスを検出し炉内雰囲気中に常
   に水素ガスが含有する如く空気比を制御することを特徴
   とする直火加熱型無酸化加熱炉の雰囲気制御方法。 ２ 水素ガス含有量は少なくとも０．１％である特許請
   求の範囲１記載の方法。 ３ 水素ガス含有量は０．５〜２％である特許請求の範
   囲１記載の方法。 ４ 炉内雰囲気中の水素ガス含有量を検出する手段、検
   出された水素ガス量を電気信号に変換する手段、該電気
   信号を目標設定値と比較する手段、該比較手段からの信
   号にもとづいて、炉内雰囲気中に設定値の水素ガス量が
   存在する如く空気比を制御する手段を設けてなる直火加
   熱型無酸化加熱炉の雰囲気制御装置。