JPS6134883A - 誘導加熱炉の炉内雰囲気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧延またはプレス等の加工を熱間で実施する
工程において、鋼材を急速にかつ短時間のうちに所定の
高温度に加熱する誘導加熱炉に関するもので、さらに詳
言すれば、誘導加熱炉内における鋼材表面スケールの発
生および溶融等を効果的に防止することを目的としたも
のである。

〔従来の技術〕

鋼材を短時間の内に所定の高温度まで急速加熱する誘導
加熱炉において、炉内雰囲気の酸素ガス含有量および鋼
材加熱時の表面温度による酸化量が変化する様子を第５
図に示す。

この第５図において２曲線ａ４は炉内酸素ガス濃度が２
０％の場合の変化特性を２曲線ａ５は炉内酸素ガス濃度
が１％の場合の変化特性を、そして曲線ａ６は炉内酸素
ガス濃度が０．１％以下の場合の変化特性をそれぞれ示
している。

この第５図から明らかなように、鋼材を少なくとも１２
５０℃以上に加熱する場合、炉内酸素ガス濃度を低下さ
せることにより、鋼材の酸化減量を著しく減らすことが
でき、これによって歩留り向上およびスケール発生に起
因する製品表面欠陥を大幅に防止することが可能となる
。

また９ｗｉ材の表面に酸化物であるスケールが発生する
と、この酸化物であるスケールはその融点が低く、１３
００℃程度で熔融するので、この溶融したスケールは誘
導加熱炉の操業性を損なうばかりでなく、鋼材の表面欠
陥、耳割れ発生等の多くの、問題を生じる不都合があっ
た。

それゆえ、誘導加熱炉の炉内雰囲気の制御、すなわち炉
内の酸素ガス濃度の制御は重要な意味を持ち、不活性ガ
ス等の雰囲気ガスを炉内に封入して鋼材表面の酸化を防
止する対策が提案され、いくつかの手段が報告されてい
る。

例えば、実公昭５８−２４３９７号公報、実開昭４８−
１１３７４１号公報さらには実開昭４８−９１５５５号
公報等があるが、これらの従来技術に示された手段は、
不活性ガスの炉内への送入方法であり、また炉下部のシ
ール構造に関するものであるが、基本的には、炉外から
不活性ガスを炉内に送入し３炉内雰囲気を成る設定され
たレベルに維持するものとなっている。

〔発明が解消しようとする問題点〕

しかしながら、これらの上記した従来の手段では１次の
ような不都合な問題がある。

すなわち、炉内への鋼材の装入、抽出時においては、炉
を開放する必要があるので、炉内への外気の侵入を阻止
することができず、炉内の雰囲気は、炉の開閉操作の度
にそのかなりの量が外気と置換されてしまう、すなわち
炉の開閉操作の度に大量の酸素ガスが外部から炉内に侵
入することになる。

この大量の酸素ガスを炉内に侵入させたまま炉内に不活
性ガスを送入し、もって炉内の酸素ガス濃度を低下させ
るには、極めて大量の不活性ガスを必要とすることにな
る。

ちなみに、炉内の初期の酸素ガス濃度を１０％とし、こ
の酸素ガス濃度を低下させるのに必要な送入不活性ガス
の量は、実験の結果によると第６図のようになる。

すなわち、この第６図の曲線ａ７から明らかなように、
炉内の酸素ガス濃度を初期酸素ガス濃度の５％とするた
めには、炉内空間の約５倍の容量の不活性ガスが必要と
なるのである。

また、誘導加熱炉の特徴は、鋼材を短時間の内に所定の
高温度まで急速加熱することにあるのであるから、炉内
雰囲気の調整は当然のこととして短時間の内に達成され
なければならず、もしこの炉内雰囲気の調整に長時間を
要するようでは、炉の生産性を確保することは不可能と
なる。

このようなことから、短時間の内に＋ａ材の装入、抽出
を繰り返す誘導加熱炉においては、不活性ガスの炉内へ
の押し込みだけによる炉内雰囲気の置換だけでは、炉内
雰囲気調整の速度に限界のあることが明らかである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記した従来例における問題点を解消すべく
創案されたもので、誘導加熱炉により鋼＋４を急速加熱
するに際し、有効な炉内雰囲気制御を達成するために、
炉内ガスの吸引操作と不活性ガスを使用した雰囲気ガス
の炉内への押し込み操作とを組合わせるべく構成したも
ので、以下本発明を１本発明の一実施例を示す図面を参
照しながら説明する。

本発明による誘導加熱炉の炉内雰囲気制御装置は、鋼材
１５を雰囲気ガス中で再加熱する誘導加熱炉の炉体１内
に加熱鋼材１５を挿入しそして密閉した後に炉内ガスを
吸引・排出する吸引装置１２と。

この吸引装置１２による炉内ガス吸引排出操作後に不活
性ガスを使用した雰囲気ガスを炉体１内に供給するガス
供給装置８と、炉体１内の酸素ガス濃度を分析検出する
分析計６と、この分析計６の分析結果信号Ｓ１に従って
炉体１内”の酸素ガス濃度を予め設定された一定値以下
にすべく前記ガス供給装置８の炉体１内に対する雰囲気
ガス供給量を制御する制御器７とを具備して構成されて
いる。

分析計６は、炉体１内のガスを常時サンプリング採取し
て、この採取したガス中の酸素ガスの濃度を分析検出し
ており、この酸素ガスの濃度の検出値は、信号Ｓ１とし
て常時制御器７に出力されている。

制御器７はマイクロコンピュータ等により構成されたも
ので１分析計６からの信号ｓ１に従って。

ガス供給装置８の炉体１内への雰囲気ガスの供給量を制
御するものとなっている。

〔作用〕

本発明による炉内雰囲気制御装置は、上記の如き構成と
なっているものであるが２次にこの本発明装置の基本的
作用を順に説明する。

分析計６は、炉体１に開口形成された採取口５から炉内
ガスをサンプリング採取して炉内ガス中の酸素ガス濃度
を連続して分析検出して、この検出信号Ｓ１を制御器７
に出力している。

この伏態から、鋼材１５を積載したスキッド部３が上昇
して鋼材１５を炉体１内に装入すると同時に炉体１を密
閉する。

炉体１の密閉が達成されると加熱コイル２に電流が供給
されて鋼材１５の誘導加熱動作が開始されるが、この誘
導加熱炉の加熱動作の開始と同時に制御器７に制御開始
信号Ｓ２が出力される。

すなわち、扉開信号により制御器７に制御開始信号Ｓ２
を出力するのである。

この制御開始信号Ｓ２の入力により制御器７は信号Ｓ１
に従った制御信号Ｓ３をガス供給装置８および吸引装置
１２に出力する。

制御器７からの制御信号Ｓ３の入力によって、まずガス
供給装置８は雰囲気ガスの炉体１内への供給路を遮断す
るのに対し、吸引装置１２が作動して炉体１内のガスを
吸引排出する。

この吸引装置１２の所望時間の作動後、ｖｋ、引装置１
２を停止させると同時にガス供給装置８を作動させて、
炉体１内に雰囲気ガスを送入して炉体１内を復圧し、以
後分析計６による分析値、すなわち酸素ガス濃度が予め
設定された目標濃度以下となるように制御信号Ｓ３によ
ってガス供給装置８から炉体１内への雰囲気ガスの投入
量をコントロールし、もって一定酸素ガス濃度以下での
鋼材１５の誘導加熱操作を達成する。

〔実施例〕

第１図図示実施例の場合、炉体１の側壁に、炉内ガスの
吸引および炉体１内への雰囲気ガスの投入を行うための
吸引・投入口４が開口されていると共に、炉体１の頂壁
に炉内ガスの採取口５が開口形成されている。

採取口５を炉体１の頂壁に形成したのは、炉内温度が炉
外温度よりもかなり高いレベルにあることから、炉内ガ
スがドラフト効果により、炉内において上昇方向の流れ
となることから、炉内上部の雰囲気の方が代表性がある
と考えられるからである。

ただし、これは一般的に言えることであって。

設備の特殊性により、任意に決定しても差支えないこと
は云うまでもない。

採取口５から採取された炉内ガスは１分析計６に導入さ
れ、炉内ガス中の成分を分析把握する。

本発明装置の目的は、炉体１内をできる限り非酸化状態
とすることにあるから２炉内酸素ガス源度をコントロー
ルする必要があり、それゆえ分析計６としては一般的な
酸素ガス連続分析計（例えば、ジルコニア式）が最適で
ある。

炉内酸素ガス濃度の管理目標値としては、第５図に示し
た酸化減量特性から、　１２５０℃以上の加熱に対して
酸素ガス濃度が１％以下とするのが望ましい。

この分析計６による酸素ガス濃度の分析・検出値は信号
Ｓ１として制御器７に入力される。

吸入・投入口４に対してはガス供給装置８と吸入装置１
２とが並列に接続されており、ガス供給装置８は雰囲気
ガスである不活性ガス源９と流量関節弁１０とそして流
量計１１とから構成されており。

吸引装置１２は真空ポンプ１３と切換弁１４とから構成
されている。

この第１図図示実施例は２次の如き順序で操作される。

まず、鋼材１５をスキッド部３に積載して上昇させ、も
って鋼材１５を炉体１内に装入する。

次いで、下部扉（図示省略）を上昇位置で停止させると
扉開信号が発信され、流量調節弁１０を閉状態にすると
共に切換弁１４を開状態とし、さらに真空ポンプ１３を
起動する。

この扉開信号は、直接流量調節弁１０．切換弁１４そし
て真空ポンプ１３に入力されるようにしても良いのであ
るが、第１図図示実施例の場合、制御器７に対して始動
指令信号Ｓ２として入力され、制御器７はこの信号Ｓ２
の入力に従って、制御信号Ｓ３を流量調節弁１０．切換
弁１４そして真空ポンプ１３に出力する。

この制御信号Ｓ３は、指令信号Ｓ２の入力に従って発信
された当初においては、流量調節弁１０に対しては”閉
”信号として出力され、切換弁１４に対しては”開”信
号として出力され、そして真空ポンプ１３に対しては起
動信号として出力される。

真空ポンプ１３による炉内ガスの性用・排出が進んで分
析計６による酸素ガス濃度の分析値が、予め設定した目
標値以下となりかつ誘導加熱炉が定常操業に入った段階
で、制御器７からの信号Ｓ３により、真空ポンプ１３を
停止させると共に切換弁１４を”閉”状態とし、さらに
流量調節弁１０を全開状態とする。

この流量調節弁１０の全開によって不活性ガス源９から
炉体１内に窒素ガス等の雰囲気ガスが一気に供給されて
、炉体１内を復圧させると共に、炉体１内の復圧後は分
析計６による分析値が予め設定された目標値となるよう
流量調節弁１０の開度を調節して不活性ガス源９から炉
体１内への雰囲気ガスの投入量をコントロールする。

なお、切換弁１４の開閉を制御器７からの信号Ｓ３によ
って行う場合を説明したが、この切換弁１４の開閉およ
び真空ポンプ１３の起動・停止制御は、炉体１内部容積
が一定であることから、タイマーにより扉開信号の発信
時点を起点として制御するようにすることも可能である
。

所で、上記した一連の制御動作中において、適当な一定
時間の間、炉内ガスを吸引し続けても。

炉内ガス中の酸素ガス濃度が低下しないか、あるいは成
る量以上の雰囲気ガスを炉体１内に投入しても、炉内ガ
スの酸素ガス濃度が低下しないような場合には、誘導加
熱炉のシール性に重大な問題が発注していると考えられ
るので、警報あるいはＣＲＴ表示等によりオペレータに
知らせることができ、根本的な対策を早期に実施するこ
とが可能となる。

次に、一つの実施結果例を示す。

第２図に示す如く３炉体１の炉内寸法は、長さＲ１が１
２５００　鰭、また幅Ｒ３が４５０ｍ、そして高さＲ２
が１８００１１で、この炉体１内に装入・加熱される鋼
材１５０寸法は、長さｘｌが１２２００　ｖａｌ、幅に
３が２１５　ｍｍそして高さに２が１３００℃ｍである
。

それゆえ、鋼材１５の体積を除いた炉体１内の容積は６
．７　ｎ？となる。

また、鋼材１５に対する加熱パターンは、３０分加熱、
５分均熱であり、鋼材１５の表面温度変化特性曲線ａ１
は、第３図に示す如き形態となる。

なお、鋼材１５は、誘導加熱炉の電力原単位の削減等を
目的にホ、ソトチャージされており、また鋼材１５の表
面温度は炉体１の炉壁に取付けた放射温度計によって常
時連続して測温されている。

この具体例では、鋼材１５の加熱温度が、鋼材１５の表
面で１３００℃と高いので、第５図から明らかなように
、酸化減量を充分に小さい値に抑えるために、炉内ガス
中の酸素ガス濃度を１％以下に制御管理する必要がある
。

鋼材１５の加熱開始時（第３図において装入完時であり
、第４図においてはｔ１時である）には、下部扉開によ
る炉体１内への外気の侵入で炉内の酸素ガス濃度が高く
なっている。

本具体例では、約５分の炉内ガス吸引時間（第４図にお
いて２時点ｔ１から時点ｔ２までの間）で炉内ガス中に
おける酸素ガス濃度を１％以下にしている。

第３図に示した鋼材表面温度変化曲線ａ１から明らかな
如く、加熱開始後５分では１ｗｉ材１５の表面温度は１
１００℃程度であるので、これ以上早く炉内ガスを吸引
して酸素ガス濃度を早く下げる必要が少ないことから、
上記した吸引速度時間程度に設定している。

第４図から明らかなように、炉内ガス吸引完了後（時点
ｔ２後）、炉内圧を大気圧＋α（αは＋１ｔ＊　Ｈ２０
程度）の正圧に復圧させる必要から雰囲気ガスである窒
素ガスが大量にかつ惣速に炉内に投入されている。

炉内の復圧が達成された時点ｔ３以後は、炉内ガス中の
酸素ガス・の分析値に従って雰囲気ガスの炉内への投入
量制御が始まり、定常操業となっていまた、鋼材１５の
表面温度が１２５０℃以上の酸化し易い高温域において
、炉内ガス中の酸素ガス濃度が０．５〜１％の範囲内に
コントロールされていることが酸素ガス濃度曲線ａ３が
明確に示している。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかな如く７本発明による誘導加熱炉
の炉内雰囲気制御装置は、極めて短時間の内に炉内ガス
中の酸素ガス濃度を充分に低い目標値以下に低下させる
ことができるので、誘導加熱炉の特徴である短時間の内
の鋼材の急速加熱を充分に生かすことができ、これによ
って炉の高い生産性を確保することができる。

また、炉内ガス中における酸素ガス濃度を目標値以下に
するのに消費される雰囲気ガスの量を従来の場合に比べ
て遥かに少なくすることができ。

これによって雰囲気ガスの消ｉｔを少なくすることがで
きると共に、雰囲気ガスに関する設備を小型・簡単化す
ることができることによる経済的効果が高い。

さらに、炉内ガスの吸引・排出による炉内ガス中の酸素
ガス濃度の低下程度は、はぼ一定した特性となることが
予め知られているので、この酸素ガス濃度の低下速度を
監視することによって、炉の気密性の不良を早期にかつ
確実に検出することができ、これによって良好な鋼材加
熱を達成することができる等、ようするに短時間に炉内
のガス置換が可能であり、置換するに必要な投入ガス量
を低減可能であり、押し込みガス置換では炉内が冷却さ
れて炉の加熱効率が低下するが押し込みガス量の少ない
本発明装置においては炉効率の向上を計ることができる
等多くの優れた効果を発揮するものとなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は２本発明装置の構成の一実施例を示す説明図で
ある。 第２図は２本発明装置の機能を実施するための具体例を
示す炉体の斜視図である。 第３図は、誘導加熱炉による鋼材表面温度の特性を示す
線図である。 第４図は２本発明装置による制御動作の一例を示す不活
性ガスの炉体内への供給量変化曲線面および炉内の酸素
ガス濃度変化特性線図である。 第５図は、炉内温度と鋼材の表面酸化減量との関係を示
す線図である。 第６図は、炉内の酸素ガス濃度と炉内ガスの置換量との
関係を示す線図である。 符号の説明 １；炉体、２；加熱コイル、３；スキッド部。 ４；吸入・投入口、５；採取口、６；分析計。 ７；制御器、８；ガス供給装置、９；不活性ガス源、１
０；流量調節弁、１１：流量計、１２；吸引装置。 １３；真空ポンプ、１４；切換弁、１５；鋼材。 出願人　　川　崎　製　鉄　株式会社 ブタンａ ブ２燭 、”ｌ’３　／ｇ う４Δ →好Ｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼材を雰囲気ガス中で再加熱する誘導加熱炉内に加熱鋼
   材を挿入しそして密閉した後に前記炉内ガスを吸引排出
   する吸引装置と、該吸引装置による炉内ガス吸引排出操
   作後に不活性ガスの雰囲気ガスを前記炉内に供給するガ
   ス供給装置と、前記炉内の酸素ガス濃度を分析検出する
   分析計と、該分析計の分析結果信号に従って前記炉内の
   酸素ガス濃度を予め設定された一定値以下にすべく前記
   ガス供給装置の炉内に対する雰囲気ガス供給量を制御す
   る制御器とを具備して成る誘導加熱炉の炉内雰囲気制御
   装置。