JPS6270514A - 連続加熱炉における鋼材の加熱方法 - 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】 〈発明の目的〉 産業上の利用分野 本発明は連続加熱炉における鋼材の７ＪＯ熱方法に係り
、詳しくは、熱間圧延工場の連続式カロ熱炉において、
操業上で脱炭層の深さを制限することが必要な製品丸棒
等の高級鋼素材の加熱を効率よ〈実施し、高級鋼の安定
生産を行なうことができる加熱方法に係る。

従　　来　　の　　技　　術 一般に、ビレ゛ットその他の鋼材は連続カロ熱炉で均一
に加熱されてから、熱間圧延設備に送られて所定の製品
に圧延されている。この連続カロ熱炉においては、鋼材
は加熱によって内部まで均一に加熱され、内部組織の均
一化がはかられているがこの間に鋼材を加熱し内部の炭
素！ｆ衣表面拡散して炉内雰囲気中の酸化性ガスとの反
応により除去される。従って、連続加熱炉操業では主と
してこの脱炭反応を左右する在炉時間、つまり、この在
炉時間を左右する鋼材の装入間隔を制御することがきわ
めて重要であるが、装入間隔は、主として、標準的な操
業を主体として確立した基準や、操業担当者の経験なら
びに助にもとずいて制御されている。まｔこ、最近は、
高品質化の要求から製品の表面や内部の品質保証が求め
られ、特に、丸棒製品等で脱炭深さを制限する必要があ
って、脱炭反応を左右する・在炉時間の短縮、連続加熱
炉の加熱帯高９荷操業等により規制される鋼種が多くな
っている。

しがし、このような場合に、上記の如き装入間隔の制御
では、実操業で、どの様に鋼材の装入間隔に制御すれば
よいのかをただちに判断して設定することｌｆ不可能で
あり、また、その時々においては、先行する鋼材の圧延
能力、加熱条件により最適な装入間隔は変動するため、
従来例では、連続加熱炉内の合計の在炉時間の上限値を
もって目安とし、実操業の装入間隔はこの目安の在炉時
間に児合った装入間隔を標準的に決定し、装入時の工場
操業上の制約から生ずる停止時間等は現場操業者の判断
でその都度考慮して装入間隔を決定している。このよう
に標準化された装入間隔によって鋼材を連続加熱炉に装
入して加熱するのでは、加熱炉への鋼材充填率の低下、
不必要な高負荷運転等によりエネルギーロスが大きく、
更に、熱間圧延設備での圧延能率の低下も招来している
。

発明が解決しようとする問題点 すなわら、従来例の如く、標準化された定常時の装入間
隔によって鋼材を装入する場合には、上記の如き操業上
の規制をきめ細かく反映することが困難であり、また、
この装入間隔は標準的な加熱条件や、圧延条件などで作
成されている。口のため、従来例における装入間隔の設
定では、圧延ラインにおける詳細な！ｌｌｌｌ様等の変
化による圧延能力の変化等に対応できず、ときには、加
熱の目標値、例えば、在炉時間、鋼材の抽出温度等から
はずれるという事態も発生している。

また、このような不具合点を解消するために、従来例で
は、標準的操業での加熱条件を基準化して定められた装
入間隔を比較的大きくして安全側に設定することが多い
。しかし、装入間隔を大きくすると、加熱炉内の鋼材の
充填率が低下して加熱燃料原単位が増大し、ウオーキン
グビームあるいはウオーキングハース等の炉内の鋼材搬
送時間の制約によって圧延能率が低下することが多い。

本発明は上記欠点の解決を目的とし、具体的には、鋼材
の装入間隔を、その鋼材により規制される操業条件に見
合った最適の装入間隔に制御して、鋼材を連続加熱炉に
装入して加熱する方法を提案する。

〈発明の構成〉 問題点を解決するための 手段ならびにその作用 すなわち、本発明方法は、熱間圧延前に鋼材を連続的に
加熱する連続加熱炉に鋼材を装入するに先立って、装入
前の先行鋼材のすでに決定している装入間隔、熱間圧延
設備の圧延能力、連続加熱炉からの鋼材の目標抽出温度
等より連続加熱炉内における前記鋼材の昇温加熱曲線を
想定し、この昇温加熱曲線で前記鋼材が９００℃以上に
一定時間以内保持されるが否かの条件を判断し、この条
件が満足されるよう、前記鋼材の装入間隔または前記鋼
材の装入間隔ならびに前記先行鋼材の装入間隔を制御し
て連続加熱炉に鋼材を装入加熱することを特徴とする。

そこで、この手段たる構成ならびにその作用を図面によ
って更に具体的に説明すると、次の通りである。

なお、第１図は本発明を実施する連続加熱炉の制御装置
の一例の縦断面図であり、第２図はその平面図である。

まず、第１図ならびに第２図において、符号１はウオー
キングビーム、２は固定ビーム、３は被加熱材の鋼材を
示し、この鋼材１は搬送ローラ７ａによって第２図で矢
印方向に送られて、装入側の装入テーブルに達し、この
装入テーブルの装入ローラ７ｂによって、鋼材１は、連
続加熱炉内に入る。連続加熱炉内においては、つＡ−キ
ングビーム１が所定のピッチのもとに往復運動を繰返し
、この運動によって！！４材１は連続加熱炉内を通過し
、抽出側より目標とする）１０熱温度に加熱されて抽出
される。この連続加熱炉内においては、鋼材１は固定ビ
ーム２の上に首かれ、炉体５の天井部分に下向きに設け
られたカロ熱バーナＧによって加熱される。また、ウオ
ーキングビーム１はその駆動装置４によって所定ピッチ
の往復運動を繰返すよう駆動され、搬送ローラ７ａはそ
の駆動装＠８ａによって駆動され、装入テーブルの装入
ローラ７ｂはその駆動装置１Ｊ８ｂによって駆動される
。

次に、以上の通りに構成される連続加熱炉において、ウ
オーキングビーム１、搬送ローラ７ａ、装入ローラ７ｂ
等の各駆動装置４．８ａ、８ｂの各駆動を制御して適正
装入間隔に調整するために、制御装＠９を設けて、口の
制ｉＩＩ装置９には装入間隔計算装置１０を接続する。

この計算装置１０には、後記の如く、例えば、０本の鋼
材１の装入前に熱間圧延時の製造情報等を上位計算機１
２、データ処理袋Ｍ１１などに入れ、これら装置１１．
１２から情報が計算装置１０に入り、後記の如く、装入
前の鋼材１について抽出間隔や在炉中の昇罵り０熱曲線
を予想する。すなわち、計算装置１０において各鋼材１
について在炉中の昇温加熱曲線を予測し、これによって
鋼材１０間の装入間隔を求め、己れによって制御ｌｌＩ
装置９によって各駆動装置４．８ａ、８ｂなどの駆動を
制御する。

そこで、上記構成の連続加熱炉の制御Ｉｌ装置によって
連続加熱炉に鋼材を装入するに先立って、その鋼材１に
ついて、適正装入間隔になるよう制御して鋼材を連続加
熱する場合は、次の通りに行なう。

まず、先行鋼材と相違する操業規制を必要とする鋼材を
装入するときには、その対象鋼材は連続加熱炉装入の先
行鋼材の０本前のものとし、この対象鋼材の装入を制御
する。この０本は必ずしもその数が限定されるものでな
く、制御対象とする連続加熱炉の容量、各燃焼帯の容量
等によって最適値を決定するが、通常は、連続加熱炉内
の鋼材の最大収容量とする。

次に、この操業規制を必要とする計算対象鋼材に対して
先行鋼材を含めて、上位計算装置１２やデータ処理装置
１１等から圧延能力や、すでに決定されている先行鋼材
の装入間隔に基づいて、計算装置１０において、計算対
象鋼材について在炉時間予測値を求める。なお、圧延能
力としては鋼材毎に圧延ライン上での抽出間隔を各熱延
工場毎にモデル化したものを用いるのが最適である。

次に、計算対象鋼材について上記の通りに予測した在炉
時間によって加熱目標値（１４材温度等）を満足するた
めに必要な連続加熱炉内の各燃焼帯毎の平均の炉内雰囲
気温度を求める。ここで、計算装置１０において炉内雰
囲気温度を求めるのには、次の（１）式を用いる。

θ＝［（θ９、θ０、α、（、Ｄ）・・・・・・（１）
ただし、 θ：ＩＡ材の平均温度 θｇ：雰囲気温度 Ｏｏ：！！４材の装入温度 α　：ｕＡｕと炉内雰囲気との間の熱伝達係数ｔ　：炉
装入からの経過時間 Ｄ　：鋼材の横断面の形状係数（スラブ状の時は厚さ、
矩形の時は一辺の長さ） 次に、以上の通りに求めた在炉時間、各雰囲気温度にも
とずいて、計算対象鋼材についての連続加熱炉における
昇温加熱曲線を予測し、これを設定する。この際、雰囲
気温度θＱと鋼材の受ける熱ＩＱｓとの関係は、次の（
２）式を用いて輻射伝熱の形で求め、また、鋼材内の熱
伝熱による鋼材温度変化は３次元差分法を用いる。

ただし、 ＱＳ：鋼材のう（づる熱量 ０ｇ　：炉内雰囲気、Ｂ度 θｓ：１４材の表面温度 φＣＧ：総括熱伝達係数 次に、このように昇温加熱曲線を設定してから、この昇
温加熱曲線において、高温域保持規制の各項、つまり、
連続７１０熱炉の均熱帯で９００℃以上の高温保持温度
領域に３０分以内保持できるが否かを判断し、この条件
が満足されていて加熱可能な場合には、先行鋼材はすで
に設定した装入間隔でそのまま連続加熱炉で搬送加熱し
、計算対象鋼材は燃料原単位が最小になるように、装入
間隔（通常、この装入間隔は連続加熱炉内で搬送加熱可
能な最小間隔とする。）を定めて、制御装置９によって
この装入間隔で計算対象鋼材を連続加熱炉で搬送加熱す
る。これに反し、先に設定された計算対象鋼材の昇温加
熱曲線が上記条件を満足させる口となく、このままでは
、加熱不可能と判定された場合には、連続加熱炉への未
装入の先行鋼材の装入間隔を１ランク程度づつ装入間隔
を拡張し、上記の通りの計算をくり返し、これによって
昇温加熱曲線を求め、これによる予想温度や保持時間が
上記条件を満足しているか否かを判断し、計算対象鋼材
の最適装入間隔を設定する。

なお、このように装入間隔を拡張するには、連続加熱炉
の搬送設備によって異なるが、通常のつｔ−キングビー
ム式の搬送装置であるときには、ウオーキングビームの
送りストローク若しくはその送り回数の一方か両方を順
次に１ランクづつ行なう。また、口のように先行鋼材の
装入間隔を拡張する時に、連続加熱炉の有効炉長以上の
先行ｔＪ４材についてまで装入間隔を拡張する必要がな
い。すなわち、計算対象鋼材に対して先行鋼材として影
響する範囲は、その装入間隔の合計が有効炉長以内にあ
るときである。

従って、装入間隔を拡張すべき先行鋼材本数ｎは、上記
の如き計算を繰り返す毎に、順次に減少させ、拡張範囲
を最小限に抑えると、加熱原単位を大巾に低減できる。

また、上記のところで判断基準を計算対象鋼材の中心温
度が９００℃以上に例えば３０分の如く一定時間以内に
保持されるかどうかにする理由は、鋼材表面からの脱炭
を左右するのは厳格には、鋼材温度であることにもとず
いている。一般に、連続加熱炉における脱炭深さは在炉
時間や加熱温度に比例すると云われているが、本発明者
等が在炉時間と脱炭深さとの関係を検討したところ、そ
の間は比例すると云っても相当のバラツキがあることが
わかった。そこで、この関係を更に検討したところ、脱
炭深さが正確に在炉時間と比例する領域は鋼材が９００
℃以上の高温領域であり、この領域で例えば３０分以内
の如く一定時間内であると、一定品貿が保持できるから
である。ただし、この保持時間は製品寸法や仕様等によ
って相違するものであるが、保持時間は少なくとも１５
分は必要である。この理由は９００℃以上で少なくとも
１５分間は保持しないと、セメンタイ］・を拡散させ組
織が均一化しないからである。

実施例 次に、実施例について説明する。

まず、次の製造対象鋼材を本発明法と従来法とによって
連続加熱炉で搬送加熱してから、共通の熱間圧延設備で
圧延し、これらの製品の品質等を比較したところ、表３
の通りであった。

（ａ）製造対象鋼材 製品径−３２φ（直棒）、規格＝　３４５Ｇ　、許容脱
炭深さ−０，１５ｍｍ、抽出ｔＡ＋Ｊ　；、Ｔｈ度目標
値１１００℃（ｂ）設備条件 ■鋼　材　１５０φｘ１３ｍ、重１ｉ１２．２　ＴＯＮ
（平均）■圧延ｉ　　１８ＳＴＤ　　ＶＨ圧延機、圧延
速度１０ｍ／’Ｓ、平均アズロール時間４０秒■冷却床
　レッヘンタイプバー間必要間隔（＝抽出間隔）−２０
秒 ■加熱炉　上下４帯式ウオーキングビ一式加熱炉（能力
１５０Ｔ／旧 ウオーキングビームストローク ２００ｍｍ、　３００ｍｍの２種で各ストロークでの１
サイクル時間、最大炉内 収容素材本数を表１に示す。

表１ なお、この加熱炉における標準装入間隔は２００ｍｍで
ある。

（Ｃ）従来例での加熱方法 本実施例の加熱炉における在炉時間と製品脱炭深さの関
係を様々な条件で回帰したデータより先行鋼材の抽出鋼
材温度の平均値が１１５０〜１１８０℃の場合を想定し
、６５分の在炉時間上限が必要であったため、表２に示
す各装入ピッチでの最小在炉時間より装入間隔は先行鋼
材３４本前より３００ｍ１ｌｌＸ２回送りとした。

（ｄ）本発明による加熱方法 装入鋼材の圧延能力、先行鋼材の製造仕様によりその都
度設定が変更されるが、実施例としては対象鋼材の圧延
対象聞が多く、先行鋼材も同一の製造条件で大組の場合
を従来の場合の比較例と共に示す。本発明の加熱条件は
、連続加熱炉での熱電対を用いた実績の鋼材の昇温加熱
曲線と脱炭の関係を様々な製造条件で調査し、その結果
より９００℃以上での滞留時間を３０分以内にすること
により脱炭深さを仕様範囲内に抑制できることが判明し
Ｉ：。このため、これを高温域保持目標値とした。この
結果より、先行鋼材の抽出鋼材温度の目標値によって、
装入間隔の設定値は異なるが、先行鋼材の抽出温度１１
３０℃未満では装入間隔３００ｍｍｘ１回、１１３０℃
以上では装入間隔２００ｍｍ×２回−４００ｍｍとなっ
た。

（ｅ）製品品質：製品の脱炭レベルは本発明の場合、従
来例と同様平均０．１０ｍｍで、従来例は０．０２、本
発明は０．０１５ｍｍとなり、本発明によると安定して
いることがわがった。

（［）圧延能率：従来例では３５本ｌ′時であったもの
が、本実施例で平均４４本ｌ′時へと能率向上した。

（（］）操業の効率化：従来例では先行鋼材の製造仕様
等による相異に無関係に装入間隔を一律設定していたが
、本発明では詳細にロジックで検討、反映させるため、
１・−タルの操業レベルが向上した。

く発明の効果〉 以上詳しく説明した通り、本発明法においては、連続Ｉ
Ｊ１］熱炉に装入するのに先立って、圧延温度、溝材抽
出温度等から鋼材の連続加熱炉の昇温加熱曲線を想定し
、更に、この曲線によって加熱されたときに鋼材が９０
０℃以上の領域で一定時間内保持されるか否かの条件か
ら最適装入間隔を設定して、この装入間隔を待たせて鋼
材を搬送しつつ加熱する。従って、操業が規制される鋼
種であっても、それに適合した最短の装入間隔を持たせ
て搬送しつつ加熱でき、連続加熱炉の充填率が高められ
るため、熱効率を大巾に向上させることができる。また
、連続１１０熱炉の均熱帯における９００℃以上の高温
領域とその保持時間とが脱炭深さに深く関連することを
知見し、この条件を満足するよう、装入間隔を制御する
もので、一定品質の製品が得られ、更に、従来例と比較
して、昇温加熱曲線がこの高温領域を除いて低い温度レ
ベルに設定でき、熱量原単位を大巾に減少できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する連続加熱炉の制御装置の一例
の縦断面図、第２図はその平面図である。 符号１・・・・・・ウオーキングビーム２・・・・・・
固定ビーム　　３・・・・・・鋼材４・・・・・・駆動
装置　　　５・・・・・・炉体６・・・・・・加熱バー
ナ　　９・・・・・・制御４Ｉｌ装置１０・・・・・・
計算装置 １１・・・・・・データ処理装置 １２・・・・・・上位計算機

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱間圧延前に鋼材を連続的に加熱する連続加熱炉に鋼材
   を装入するに先立って、装入前の先行鋼材のすでに決定
   している装入間隔、熱間圧延設備の圧延能力、連続加熱
   炉からの鋼材の目標抽出温度等より連続加熱炉内におけ
   る前記鋼材の昇温加熱曲線を想定し、この昇温加熱曲線
   で前記鋼材が９００℃以上に一定時間以内保持されるか
   否かの条件を判断し、この条件が満足されるよう前記鋼
   材の装入間隔または前記鋼材の装入間隔ならびに前記先
   行鋼材の装入間隔を制御して連続加熱炉に鋼材を装入加
   熱することを特徴とする連続加熱炉における鋼材の加熱
   方法。