(57)【要約】【課題】サイドバーナを用いて炉幅方向の温度偏差を低減しつつ鋼材を均一に加熱すること。【解決手段】炉幅方向が長手となるように配置された鋼材Ｆｅを加熱する加熱炉１を提供する。この加熱炉１は、上記炉幅方向で相互に対向するように、上記炉幅方向の炉側壁に対をなして配置される複数の第１バーナ１１と、上記炉幅方向で相互に対向するように、上記炉側壁における上記鋼材を上記第１バーナと同時に加熱可能な位置に対をなして配置され、定格流量が上記第１バーナよりも小さい複数の第２バーナ１２と、を備え、上記第１バーナの定格流量Ｑ１と、上記第２バーナの定格流量Ｑ２とは、０．４≦Ｑ２／Ｑ１≦０．７５を満たす。【選択図】図１
2010150614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉幅方向が長手となるように配置された鋼材を加熱する加熱炉であって、
前記炉幅方向で相互に対向するように、前記炉幅方向の炉側壁に対をなして配置される複数の第１バーナと、
前記炉幅方向で相互に対向するように、前記炉側壁における前記鋼材を前記第１バーナと同時に加熱可能な位置に対をなして配置され、定格流量が前記第１バーナよりも小さい複数の第２バーナと、
を備え、
前記第１バーナの定格流量Ｑ１と、前記第２バーナの定格流量Ｑ２とは、
０．４≦Ｑ２／Ｑ１≦０．７５
を満たすことを特徴とする、加熱炉。
【請求項２】
前記第１バーナの燃焼流量ｑ１と、前記第２バーナの燃焼流量ｑ２とは、
０．３≦ｑ２／ｑ１≦１．３
を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の加熱炉。
【請求項３】
燃焼負荷ＴＤをＴＤ＝（ｑ１＋ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）とした場合、前記第１バーナの燃焼流量ｑ１と、前記第２バーナの燃焼流量ｑ２とは、
ＴＤ＜０．５では、１．０≦ｑ２／ｑ１≦１．３を満たし、
ＴＤ≧０．５では、０．３≦ｑ２／ｑ１≦１．３を満たすことを特徴とする、請求項２に記載の加熱炉。
【請求項４】
少なくとも一対の前記第１バーナと、少なくとも一対の前記第２バーナとが、前記鋼材よりも上方に配置され、
前記第２バーナは、対をなす該第２バーナ間中央位置の炉天井を加熱するように、水平に対して上向きに傾いた方向に燃焼フレームを形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の加熱炉。
【請求項５】
少なくとも一対の前記第１バーナと、少なくとも一対の前記第２バーナとが、前記鋼材よりも下方に配置され、
前記第２バーナは、対をなす該第２バーナ間中央位置の炉床を加熱するように、水平に対して下向きに傾いた方向に燃焼フレームを形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱炉及び加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、鋼板や鋼片などの鋼材を製造する製造過程では、直火式の加熱炉による加熱が行われることが多い。また、鋼材の加熱処理の処理効率を高める上で連続式の加熱炉が使用される。連続式加熱炉は、例えば、予熱帯、加熱帯及び均熱帯等の区画に分けられており、その各帯中を鋼材を搬送しつつ加熱することができる。この際、鋼材は炉幅方向が長手となるように水平に配置され、その鋼材が順次炉長方向に搬送されることになる。
【０００３】
このような連続式加熱炉では、大きく分けて、炉長方向にフレームを形成するバーナ（ここでは「軸流バーナ」という。）が炉天井又は炉床において炉幅方向に複数配置されたり、炉幅方向にフレームを形成するバーナ（ここでは「サイドバーナ」という。）が炉側壁において炉長方向に複数配置される。軸流バーナは、炉幅方向に複数配置されるため、炉幅方向が長手となった鋼材を、その長手方向の温度偏差を少なくして均一な加熱が可能である。しかしながら、このような軸流バーナを採用する場合、加熱炉全体の構造が複雑になるなど、設備コストが非常に高くなる。これに対して、サイドバーナを使用する場合、加熱炉全体の設備コストは軸流バーナに比べて抑えられるものの、バーナのフレームが炉幅方向、つまり、鋼材の長手方向に形成されるため、鋼材の長手方向の温度偏差を小さくすることが難しい。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１〜６に記載の発明のように、サイドバーナを使用して、炉幅方向の温度偏差小さくし、ひいては鋼材の長手方向の温度偏差を小さくするために、様々な加熱炉又は加熱方法が研究開発されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３１３２７号公報
【特許文献２】特開平９−２５６０３４号公報
【特許文献３】特開平８−１４３９４５号公報
【特許文献４】特開２００７−２３１３２８号公報
【特許文献５】特開２００６−２８４０１９号公報
【特許文献６】特開２００３−１２９１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１〜６に記載の発明や、従来の技術による加熱炉及び加熱方法では、ある程度、均一な加熱が行えるが、依然として十分とは言えないのが実情である。連続式加熱炉の搬送ラインにのせられる鋼材は、顧客ニーズの多様化や製造の効率化等により、一定であるとは限れず、バーナの燃焼流量は、常に一定に保たれるものではない。上記特許文献１〜６に記載の発明等では、このように燃焼流量が適宜調整される場合、例えばフレーム長が変化するなどの理由により、鋼材の均一加熱が難しくなることが多い。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、サイドバーナを用いて炉幅方向の温度偏差を低減しつつ鋼材を均一に加熱することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、炉幅方向が長手となるように配置された鋼材を加熱する加熱炉であって、上記炉幅方向で相互に対向するように、上記炉幅方向の炉側壁に対をなして配置される複数の第１バーナと、上記炉幅方向で相互に対向するように、上記炉側壁における上記鋼材を上記第１バーナと同時に加熱可能な位置に対をなして配置され、定格流量が上記第１バーナよりも小さい複数の第２バーナと、を備え、上記第１バーナの定格流量Ｑ１と、上記第２バーナの定格流量Ｑ２とは、
０．４≦Ｑ２／Ｑ１≦０．７５
を満たすことを特徴とする、加熱炉が提供される。
【０００９】
また、上記第１バーナの燃焼流量ｑ１と、上記第２バーナの燃焼流量ｑ２とは、
０．３≦ｑ２／ｑ１≦１．３
を満たしてもよい。
【００１０】
また、燃焼負荷ＴＤをＴＤ＝（ｑ１＋ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）とした場合、上記第１バーナの燃焼流量ｑ１と、上記第２バーナの燃焼流量ｑ２とは、
ＴＤ＜０．５では、１．０≦ｑ２／ｑ１≦１．３を満たし、
ＴＤ≧０．５では、０．３≦ｑ２／ｑ１≦１．３を満たしてもよい。
【００１１】
また、少なくとも一対の上記第１バーナと、少なくとも一対の上記第２バーナとが、上記鋼材よりも上方に配置され、上記第２バーナは、対をなす該第２バーナ間中央位置の炉天井を加熱するように、水平に対して上向きに傾いた方向に燃焼フレームを形成してもよい。
【００１２】
また、少なくとも一対の上記第１バーナと、少なくとも一対の上記第２バーナとが、上記鋼材よりも下方に配置され、上記第２バーナは、対をなす該第２バーナ間中央位置の炉床を加熱するように、水平に対して下向きに傾いた方向に燃焼フレームを形成してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明によれば、サイドバーナを用いて炉幅方向の温度偏差を低減しつつ鋼材を均一に加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１５】
なお、以下では、説明の便宜上、加熱炉として「連続鋼片加熱炉」を例に挙げて説明する。そして、被加熱材である鋼材として「鋼片」を例に挙げて説明する。しかし、本発明の各実施形態に係る加熱炉は、上記連続鋼片加熱炉に限られるものではない。そして、鋼材は、鋼片に限られるものではなく、加熱処理が必要な様々な鋼材であってもよく、また、加熱炉自体もその鋼材の加熱に通常使用される様々なものであってもよいことは、言うまでもない。
【００１６】
＜１．加熱炉の構成＞
まず、図１を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る加熱炉の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る加熱炉の構成を説明するための説明図である。
【００１７】
図１に示す加熱炉１は、ｘ軸方向を炉幅とし、その炉幅が長手となるように鋼片Ｆｅを配置して、その鋼片Ｆｅを加熱する。図１には、炉長方向（ｙ軸方向）と垂直な面における加熱炉１の断面図を示している。
【００１８】
（搬送装置）
加熱炉１は、鋼片Ｆｅを炉長方向（ｙ軸方向）に搬送しつつ、加熱する。そのために、加熱炉１は、図１に示すように、搬送装置を有する。この搬送装置は、特に限定されるものではないが、図１では、加熱炉１がウォーキングビーム式加熱炉である場合を示している。つまり、図１中の搬送装置は、複数のスキッドＳｋと言われるレール部材により、鋼片Ｆｅを炉長手方向に搬送する。このスキッドＳｋは、炉長方向に延長形成されて固定された固定スキッドと、固定スキッドの間で同じ方向に延長形成されて上下及び前後に移動可能な可動スキッドと、に大別される。そして、可動スキッドが、上下動と共に前後に移動して、鋼片Ｆｅを搬送する。なお、搬送装置を備える加熱炉としては、ウォーキングビーム式加熱炉以外にも、例えばプッシャー式加熱炉等が挙げられるが、このような搬送装置は、備えられなくてもよい。
【００１９】
（バーナ）
一方、図１に示すように、加熱炉１は、鋼片Ｆｅを加熱する構成であるサイドバーナとして、第１バーナ１１と、第２バーナ１２とを有する。図１に示すように本第１実施形態に係る加熱炉１は、容量の異なる２種類のバーナ（第１バーナ１１及び第２バーナ）を使用して、鋼片Ｆｅをほぼ同時に加熱することにより、鋼片Ｆｅの長手方向の温度偏差を低減することを実現している。なお、バーナ１０と言う場合、第１バーナ１１と第２バーナ１２とを区別せずに単にバーナを表すものとする。この第１バーナ１１と第２バーナ１２について説明すれば、以下の通りである。
【００２０】
第１バーナ１１は、サイドバーナの一例であり、炉幅方向の炉側壁１ｗに配置される。この第１バーナ１１は、２の第１バーナ１１が対をなすように、炉幅方向（ｘ軸方向）で相互に対向して配置される。そして、対を成す第１バーナ１１同士は、同じ燃焼流量で炊かれて、互いに対向した炉幅方向の燃焼フレーム（以下フレームＦ１という。）を形成する。一方、第２バーナ１２も、サイドバーナの一例であり、炉幅方向の炉側壁１ｗに配置される。この第２バーナ１２も、２の第２バーナ１２が対をなすように、炉幅方向（ｘ軸方向）で相互に対向して配置され、対を成す第２バーナ１２同士は、同じ燃焼流量で炊かれて、互いに対向した炉幅方向の燃焼フレーム（以下フレームＦ２という。）を形成する。しかし、この第２バーナ１２は、第１バーナ１１よりも燃焼ガスの定格流量が小さい。なお、図１では、この第１バーナ１１と第２バーナ１２の対を１対ずつ示しているが、対の個数はこれに限定されるものではなく、例えば炉長方向に沿って各対が複数配置されることが望ましい。
【００２１】
（バーナの位置関係）
第１バーナ１１の対と第２バーナ１２の対との位置関係は、以下のように設定される。つまり、第２バーナ１２対は、第１バーナ１１対と同時に鋼片Ｆｅを加熱可能な位置に配置される。換言すれば、第２バーナ１２は、同じ炉側壁１ｗで隣接する第１バーナ１１の加熱領域と重なる領域を加熱可能なように配置される。このように、両バーナを配置することにより、本実施形態に係る加熱炉１は、鋼片Ｆｅの長手方向（ｘ軸方向）の温度偏差を低減させることを可能にしている。上述のように、第１バーナ１１は、第２バーナ１２よりも定格流量が大きい。従って、この第１バーナ１１と第２バーナ１２とが、同時に鋼片Ｆｅを加熱することにより、例えば、第１バーナ１１が主として鋼片Ｆｅの中心部を加熱し第２バーナ１２が主として鋼片Ｆｅの長手方向端部を加熱したり、また、その逆で加熱するなど、各バーナの温度分布が加算されることとなり、その温度分布（炉内の雰囲気温度）は、炉幅方向全域にわたり平均化される。その結果、本実施形態に係る加熱炉１は、鋼片Ｆｅの温度偏差を低減しつつ適切な加熱を行うことができる。なお、第１バーナ１１と第２バーナ１２との配置位置が、例えば、炉長方向（ｙ軸方向）に大きく離隔するなど、同時に鋼片Ｆｅを加熱できない位置である場合、炉幅方向（ｘ軸方向）で炉内の雰囲気温度を平均化することが難しい。つまり、例えば、ある搬送位置（ｙ軸方向の一位置）では、炉幅方向端部の雰囲気温度が高く、他の搬送位置（ｙ軸方向の他の位置）では、炉幅中心位置の雰囲気温度が高いというような、温度偏差が大きな状態が発生する。このような状態は、厳密に温度が固定され、かつ、鋼片Ｆｅの正確な温度が測定可能な場合には、結果として加熱炉１から抽出される鋼片Ｆｅの長手方向の温度偏差を低減できることもある。しかしながら、通常の加熱炉１では上述の如く頻繁に温度が変化される。また、鋼片Ｆｅの温度は、例えば、燃焼量と鋼片Ｆｅの熱容量などによるシミュレーションで温度を算出するなど、頻繁に炉内雰囲気温度が変化する場合には、正確な温度を算出することが難しい近似により、求められることが多い。よって、炉内の鋼片Ｆｅの正確な温度を測定することは難しい。従って、本実施形態に係る加熱炉１は、第１バーナ１１と第２バーナ１２とを両者が同時に加熱可能な位置に配置することにより、このような状況においても、容易かつ確実に雰囲気温度を炉幅方向で平均化させて、鋼片Ｆｅの長手方向の温度偏差を減少させることを可能にしている。なお、本実施形態に係る加熱炉１でも、第１バーナ１１及び第２バーナ１２の両者を、図１に示すように炉長方向（ｙ軸方向）と垂直な面内に配置する必要はなく、第１バーナ１１と第２バーナ１２とは、加熱領域が重複する位置であれば、ある程度炉長方向で離隔して配置されてもよい。
【００２２】
ここで第１バーナ１１及び第２バーナ１２のノズル中心位置から、鋼片Ｆｅの下面（つまりスキッドＳｋの支持面）までの距離をそれぞれＬ１，Ｌ２とする。そして、第１バーナ１１のバーナ中心位置から、その第１バーナ１１のスロート（Ｔｈｒｏａｔ、挿入孔）までの距離、つまり、第１バーナ１１の半径をＲ１とする。すると、この第１バーナ１１と第２バーナ１２とは、下記式１を満たすように配置されることが望ましい。
Ｌ２−Ｌ１≧２×Ｒ１            （１）
つまり、図１に示すように、本実施形態では、第１バーナ１１の方が、第２バーナ１２よりも鋼材Ｆｅに近い位置に配置されることが望ましい。燃焼負荷が１（１００％）の場合、第１バーナ１１は、主として炉幅方向の中央位置を加熱し、その加熱温度分布は炉幅方向全域にわたる一方、第２バーナ１２は、主として炉幅方向の炉側壁近傍の位置を中心的に加熱し、その加熱温度分布は第１バーナ１１に比べて狭くなる。従って、このように第１バーナ１１を第２バーナ１２よりも鋼片Ｆｅに近く配置することにより、鋼片Ｆｅを、加熱温度分布が広い第１バーナ１１で主に加熱し、第２バーナ１２で端部を局所的に加熱することが可能となる。この場合、鋼片Ｆｅの温度分布は、第１バーナ１１の加熱温度分布に迅速に反応することとなり、燃焼負荷を変更した場合の鋼片Ｆｅの応答速度が速くなる。しかしながら、第２バーナ１２を第１バーナ１１よりも鋼片Ｆｅに近く配置することももちろん可能である。この場合、上記式１の左辺は、絶対値又は（Ｌ１−Ｌ２）に変更することが可能である。また、式１から、その第１バーナ１１と第２バーナ１２とのバーナセンター間には、第１バーナ１１の直径分（２×Ｒ１）の間隔が確保されることが望ましい。これよりも両バーナを近づけた場合には、第１バーナ１１と第２バーナ１２がそれぞれ噴出するガスが互いに干渉しあい、両バーナのフレーム長（火炎長、フレームＦ１，Ｆ２の長さ）を独立して制御することが難しくなる。一方、両バーナを遠ざける場合には、上述のように、両バーナは、鋼片Ｆｅを同時に加熱可能な位置まで遠ざけられることが可能である。このような位置に第１バーナ１１及び第２バーナ１２を配置することにより、両バーナで形成されるフレームＦ１，Ｆ２を独立して制御しつつ、両フレームＦ１，Ｆ２に同時に鋼片Ｆｅを加熱させることが可能となる。なお、図１では、この両バーナ対が、鋼片Ｆｅよりも下側に配置された場合を示しているが、この両バーナ対の配置位置は、これに限定されるものではない。
【００２３】
（バーナの定格流量）
一方、第１バーナ１１と第２バーナ１２との定格流量は、上述のように、第１バーナ１１の方が第２バーナ１２よりも大きく設定される。この定格流量についてより具体的に説明すると、以下の通りである。ただし、ここで言うバーナの「定格流量」は、バーナが噴出する燃焼ガスの最大流量であり、バーナの最大燃焼容量である。第１バーナ１１及び第２バーナ１２の定格流量をそれぞれＱ１，Ｑ２とすると、第１バーナ１１と第２バーナとは、下記式２を満たすように設定される。
０．４≦Ｑ２／Ｑ１≦０．７５        （２）
ここでＱ２／Ｑ１を、第１バーナ１１と第２バーナ１２の「定格流量比」と言うことにする。この定格流量比が０．４を下回ったり、０．７５を上回る場合には、炉内雰囲気温度の炉幅方向における温度偏差を小さくすることが難しくなる。より具体的に説明する。定格流量比が０．４未満の場合、図２Ａに示すように、異なる比に比べて、第１バーナ１１のフレームＦ１長は長くなり、第２バーナ１２のフレームＦ２長は短くなる。すると、第１バーナ１１は炉幅中央近傍を加熱する一方、第２バーナ１２は炉幅方向の炉側壁１ｗ近傍を加熱することになる。その結果、炉中央と炉側壁１ｗ近傍の位置の雰囲気温度は、高くなるが、それらの間の位置では雰囲気温度が低くなり、雰囲気温度の炉幅方向の温度偏差を低減させるのが難しくなる。その結果、加熱対象である鋼片Ｆｅの長手方向の温度偏差も大きくなる。例えば鋼片Ｆｅが加熱対象である場合、加熱後の圧延工程等において、温度偏差が大きいために均一な圧延が難しくなり、製品品質が低下してしまうなど、このような温度偏差は、製品品質上好ましくない。一方、定格流量比が０．７５超過の場合、図２Ｂに示すように、異なる比に比べて、第１バーナ１１のフレームＦ１長と、第２バーナ１２のフレームＦ２長との差が小さくなる。すると、第１バーナ１１による加熱温度分布のピーク位置と、第２バーナ１２による加熱温度分布のピーク位置とが重なり合い、雰囲気温度が局所的に高くなってしまう。その結果、上記定格流量比が０．４未満の場合と同様に、加熱対象である鋼片Ｆｅの長手方向の温度偏差が大きくなり、製品品質上好ましくない。
【００２４】
（バーナの燃焼流量）
上記のように定格流量が設定された第１バーナ１１と第２バーナ１２を燃焼させる際、の燃焼流量は、以下のように設定されることが望ましい。つまり、第１バーナ１１と第２バーナ１２の燃焼流量を、それぞれｑ１，ｑ２とすると、この第１バーナ１１と第２バーナとは、下記式３を満たすように燃焼されることが望ましい。特に、この式３は、第１バーナ１１と第２バーナ１２との全燃焼負荷が、０．５の場合に満たされることが望ましい。
０．３≦ｑ２／ｑ１≦１．３        （３）
なお、ここで言う「燃焼流量」は、実際にバーナを燃焼させる際に、そのバーナに供給される燃焼ガスの流量を意味し、このｑ２／ｑ１を、ここでは「燃焼流量比」とも言う。仮に、両バーナが定格流量で炊かれた場合、つまり、両バーナの燃焼負荷が１（１００％）である場合、この燃焼流量比は上記定格流量比と等しくなる。しかしながら、どちらか一方又は両方のバーナの燃焼負荷を低下させると、燃焼流量比は、定格流量比から異なる値を取る。この際、燃焼流量比は、上記式３を満たすように設定されることが望ましい。なお、バーナを選定する上で、燃焼負荷を１とした場合の最大の加熱量が設定されて、その加熱量を実現可能なようにバーナが選定され、実際の燃焼負荷が１以下の場合にどのようにバーナを炊くかが後で決定されることが多い。従って、本実施形態においても、まず、定格流量比Ｑ２／Ｑ１が決定され、その定格流量比が固定された状態で、どのようにバーナを炊くかを表した燃焼流量比ｑ２／ｑ１が決定されている。この燃焼流量比は、０．３を下回ったり、１．３を上回る場合には、炉内雰囲気温度の炉幅方向における温度偏差を小さくすることが難しくなる。燃焼流量比ｑ２／ｑ１が０．３未満の場合は、上記定格流量比Ｑ２／Ｑ１が０．４未満の場合同様の理由、つまり、炉中央と炉側壁１ｗ近傍の位置の雰囲気温度は高くなるが、それらの間の位置では雰囲気温度が低くなるので、炉内雰囲気温度の温度偏差を低減することが難しくなる（図２Ａ参照）。一方、燃焼流量比ｑ２／ｑ１が１．３超過の場合も、上記定格流量比Ｑ２／Ｑ１が０．７５超過の場合同様の理由、つまり、第１バーナ１１及び第２バーナ１２それぞれの加熱温度分布のピーク位置が重なり合い、雰囲気温度が局所的に高くなるので、炉内雰囲気温度の温度偏差を低減することが難しくなる（図２Ｂ参照）。
【００２５】
なお、ここで説明した燃焼流量比ｑ２／ｑ１は、上記第１バーナ１１及び第２バーナ１２の定格流量比Ｑ２／Ｑ１が上記式２の範囲内であれば、その比に依存することなく、上記式３を満たす場合に、炉内雰囲気温度の炉幅方向における温度偏差を小さくすることができる。このことについて、定格流量比Ｑ２／Ｑ１が上記式２の範囲内の上限値（０．７５）及び下限値（０．４）を例に挙げて説明する。
【００２６】
まず、燃焼流量比ｑ２／ｑ１が上記式３の下限値（０．３）未満である場合について説明する。
【００２７】
この場合において、定格流量比Ｑ２／Ｑ１が０．７５であると、図２Ａに示すように、異なる比に比べて、第１バーナ１１のフレームＦ１長は長くなり、第２バーナ１２のフレームＦ２長は短くなる。すると、第１バーナ１１は炉幅中央近傍を加熱する一方、第２バーナ１２は炉幅方向の炉側壁１ｗ近傍を加熱することになる。その結果、炉中央と炉側壁１ｗ近傍の位置の雰囲気温度は、高くなるが、それらの間の位置では雰囲気温度が低くなり、雰囲気温度の炉幅方向の温度偏差を低減させるのが難しくなる。その結果、加熱対象である鋼片Ｆｅの長手方向の温度偏差も大きくなる。
これに対して、定格流量比Ｑ２／Ｑ１が０．４であると、図２Ｂに示すように、第１バーナ１１のフレームＦ１長と、第２バーナ１２のフレームＦ２長とは、異なる比に比べて共に短くなり、第１バーナ１１による加熱温度分布のピーク位置と、第２バーナ１２による加熱温度分布のピーク位置とが重なり合う。その結果、雰囲気温度が局所的に高くなり、上記定格流量比Ｑ２／Ｑ１が０．７５の場合と同様に、加熱対象である鋼片Ｆｅの長手方向の温度偏差が大きくなる。
【００２８】
従って、燃焼流量比ｑ２／ｑ１は、定格流量比Ｑ２／Ｑ１に寄らずに、上記式３の下限値（０．３）以上に設定されることが望ましい。
【００２９】
燃焼流量比ｑ２／ｑ１が０．３以上である場合、定格流量比Ｑ２／Ｑ１が０．７５であったとしても、燃焼流量比ｑ２／ｑ１が０．３未満である場合に比べて、第１バーナ１１のフレームＦ１長と第２バーナ１２のフレームＦ２長との長さの差が小さくなり、図３Ａに示すように、雰囲気温度を均一化させることができる。
また、同じく燃焼流量比ｑ２／ｑ１が０．３以上である場合、定格流量比Ｑ２／Ｑ１が０．４であったとしても、第２バーナ１２の定格流量Ｑ２が比較的小さいため、燃焼流量比ｑ２／ｑ１が０．３未満である場合に比べて、第２バーナ１２のフレームＦ２長が長くなる。その結果、図３Ｂに示すように、雰囲気温度を均一化させることができる。
【００３０】
次に、燃焼流量比ｑ２／ｑ１が上記式３の上限値（１．３）超過である場合について説明する。
【００３１】
この場合において、定格流量比Ｑ２／Ｑ１が０．７５であると、図２Ｂに示すように、第１バーナ１１のフレームＦ１長と、第２バーナ１２のフレームＦ２長とは、異なる比に比べて共に長くなり、第１バーナ１１による加熱温度分布のピーク位置と、第２バーナ１２による加熱温度分布のピーク位置とが重なり合う。その結果、雰囲気温度が局所的に高くなり、上記同様に、加熱対象である鋼片Ｆｅの長手方向の温度偏差が大きくなる。
これに対して、定格流量比Ｑ２／Ｑ１が０．４であると、図２Ａに示すように、異なる比に比べて、第１バーナ１１のフレームＦ１長は長くなり、第２バーナ１２のフレームＦ２長は短くなる。すると、第１バーナ１１は炉幅中央近傍を加熱する一方、第２バーナ１２は炉幅方向の炉側壁１ｗ近傍を加熱することになる。その結果、上記同様、炉中央と炉側壁１ｗ近傍の位置の雰囲気温度は、高くなるが、それらの間の位置では雰囲気温度が低くなり、雰囲気温度の炉幅方向の温度偏差を低減させるのが難しくなる。そして、加熱対象である鋼片Ｆｅの長手方向の温度偏差も大きくなる。
【００３２】
従って、燃焼流量比ｑ２／ｑ１は、定格流量比Ｑ２／Ｑ１に寄らずに、上記式３の上限値（１．３）以下に設定されることが望ましい。
【００３３】
燃焼流量比ｑ２／ｑ１が１．３以下である場合、定格流量比Ｑ２／Ｑ１が０．７５であったとしても、燃焼流量比ｑ２／ｑ１が１．３超過である場合に比べて、第２バーナ１２の燃焼流量ｑ２が小さくなる。その結果、第２バーナ１２のフレームＦ２長が短くなると共に、第１バーナ１１のフレームＦ１長が長くなる。従って、図３Ｂに示すように、雰囲気温度を均一化させることができる。
また、同じく燃焼流量比ｑ２／ｑ１が１．３以下である場合、定格流量比Ｑ２／Ｑ１が０．４であったとしても、燃焼流量比ｑ２／ｑ１が１．３超過である場合に比べて、第１バーナ１１のフレームＦ１長と第２バーナ１２のフレームＦ２長との長さの差が小さくなり、図３Ａに示すように、雰囲気温度を均一化させることができる。
【００３４】
以上、燃焼流量比ｑ２／ｑ１の範囲について説明した。
これに対して、燃焼流量比ｑ２／ｑ１は、上記式３で設定される範囲内で、燃焼負荷ＴＤに応じて変更されることが望ましい。なお、ここで言う「燃焼負荷ＴＤ」は、第１バーナ１１と第２バーナ１２とで定格流量の和に対する、各バーナの燃焼流量の和の比を表し、下記式４で表される。
ＴＤ＝（ｑ１＋ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）        （４）
この場合、燃焼流量比ｑ２／ｑ１は、より具体的には、
ＴＤ＜０．５では、１．０≦ｑ２／ｑ１≦１．３を満たし、
ＴＤ≧０．５では、０．３≦ｑ２／ｑ１≦１．３を満たすことが望ましい。
燃焼負荷ＴＤが０．５（５０％）以上の場合には、上記式３を満たす燃焼流量比であれば、第１バーナ１１及び第２バーナ１２共に十分なフレーム長を確保することができる。よって、図３Ａに示すように、第１バーナ１１で炉幅中央位置を主に加熱し、第２バーナ１２で炉幅方向の炉側壁近傍位置を主に加熱することにより、炉内雰囲気温度を炉幅方向全域にわたり均一化させることができる。従って、上記式３と同様な理由により、燃焼流量比ｑ２／ｑ１は、上記式３と同じ１．０以上１．３以下に設定されることが望ましい（図２Ａ及び図２Ｂ参照）。一方、燃焼負荷ＴＤが０．５（５０％）未満の場合には、第１バーナ１１単体における燃焼負荷（ｑ１／Ｑ１）が小さくなり、ガス流速が低くなるので、第１バーナ１１で十分なフレームＦ１長を確保することが難しくなる。従って、この場合、図３Ｂに示すように、燃焼流量比ｑ２／ｑ１を１以上として、第２バーナ１２のフレームＦ２長を、第１バーナ１１のフレームＦ１長よりも長くする。つまり、ガス吐出面積が第１バーナ１１よりも小さい第２バーナ１２の燃焼流量ｑ２を比較的高くして、燃焼ガスを比較的遠くまで到達させて、そのフレームＦ２長を長くさせる。その結果、図３Ｂに示すように、第２バーナ１２で炉幅中央位置を主に加熱し、第１バーナ１１で炉幅方向の炉側壁近傍位置を主に加熱することにより、炉内雰囲気温度を炉幅方向全域にわたり均一化させることができる。なお、この場合において、燃焼流量比ｑ２／ｑ１が１．０未満であると、第２バーナ１２のフレームＦ２長が短くなり、結果として、第１バーナ１１及び第２バーナ１２それぞれの加熱温度分布のピーク位置が重なり合い、雰囲気温度が局所的に高くなる。よって、炉内雰囲気温度の温度偏差を低減することが難しくなる（図２Ａ参照）。一方、燃焼流量比ｑ２／ｑ１が１．３超過の場合には、第２バーナ１２のフレームＦ２長は長くなり、第１バーナ１１のフレームＦ１長は短くなるので、炉中央と炉側壁近傍の位置の雰囲気温度は高くなるが、それらの間の位置では雰囲気温度が低くなる。よって、やはり炉内雰囲気温度の温度偏差を低減することが難しくなる（図２Ａ参照）。
【００３５】
以上、本発明の第１実施形態に係る加熱炉の構成について説明した。
次に、上記で説明した定格流量比及び燃焼流量比等について、より具体的に説明する。
【００３６】
＜２．定格流量比及び燃焼流量比等＞
まず、定格流量比及び燃焼流量比について説明する前に、図４〜図６を参照しつつ、以下の説明で使用する雰囲気温度指数について説明する。
【００３７】
（雰囲気温度指数）
図４〜図６は、本実施形態に係る加熱炉の定格流量比及び燃焼流量比等を説明する際に使用する雰囲気温度指数について説明する説明図である。ここで説明する雰囲気温度指数とは、雰囲気温度の炉幅方向（図１のｘ軸方向）の分布において、許容しうる温度偏差を１とした場合の温度偏差の値を示すものである。より具体的に、この雰囲気温度指数について説明する。
【００３８】
この雰囲気温度指数を求めるにあたり、炉幅方向（ｘ軸方向）の炉内雰囲気温度分布に生じる温度偏差（以下「雰囲気温度偏差」と言う。）による鋼片Ｆｅの長手方向の温度分布に生じる偏差（以下「鋼片温度偏熱」と言う。）への影響を調べた。そして、この鋼片Ｆｅの品質が悪化するか否かにより、品質が悪化しない最大の雰囲気温度偏差を求めて、その温度偏差を雰囲気温度偏差の基準とした。なお、雰囲気温度偏差は、炉幅方向の炉内雰囲気温度分布中の最大温度と最小温度との差であり、鋼片温度偏熱は、長手方向の鋼片表面温度分布中の最大温度と最小温度との差である。
【００３９】
より具体的に説明する。
炉幅Ｗが１２ｍの加熱炉１を使用し、その炉側壁１ｗにバーナ１０を配置した。そして、加熱炉１の炉床１Ｆから、Ｋ型の熱電対Ｈを装入して、バーナ１０のノズル中央位置から約１０００ｍｍ下方の雰囲気温度を測定した。この熱電対Ｈを炉側壁から約１ｍの間隔を空けて、炉幅方向（ｘ軸方向）に沿って同じく約１ｍ間隔で、合計１１個の熱電対Ｈを配置し、炉内雰囲気温度分布を測定した。一方、加熱対象として幅が１．２ｍで厚みが０．２５ｍで長さ（長手方向）が９ｍの鋼片Ｆｅを、このバーナ１０のノズル中央位置よりも１．２ｍ上方に、炉幅方向（ｘ軸方向）が長手となるように配置した。なお、この際、鋼片Ｆｅとしては、普通鋼（例えば、Ｃ≦０．１５、Ｍｎ≦０．６、Ｐ≦０．０５、Ｓ≦０．０５０（ＪＩＳ  Ｇ  ３１３１））を使用した。一方、加熱炉１の抽出側の下部に放射型温度計を配置した。そして、鋼片Ｆｅの温度が雰囲気温度とほぼ等しくなる程度の時間間隔だけ鋼片Ｆｅを加熱炉１で加熱した後、抽出時の鋼片Ｆｅの下部表面温度分布（鋼片Ｆｅの長手方向端部より１ｍの位置から、中央位置までの表面温度分布）を測定した。そして、この抽出した鋼片Ｆｅを圧延機で板厚１．０ｍｍまで圧延して、圧延後の鋼片Ｆｅの品質を調査して、品質の良否を判定した。なお、この際、鋼片Ｆｅの品質の良否の判定は、圧延後の表面観察によるスケール発生の有無、最終工程での表面観察によるメッキむらの有無により行った。そして、このような測定及び判定等を、バーナ１０の燃焼流量等を調整することにより、雰囲気温度偏差を変更しつつ、複数回行った。その結果を、図５及び図６に示す。
【００４０】
図５に示すように、炉内雰囲気温度分布と、鋼片表面温度分布とには、絶対値等に多少の差があるものの、相関関係が存在することが判る。つまり、炉内雰囲気温度分布における雰囲気温度偏差の大きさと、鋼片温度偏熱の大きさとの間には、相関関係が存在する。
【００４１】
一方、図６は、横軸を雰囲気温度偏差Ｔｓ（図６ではそれを変換した雰囲気温度指数Ｉ）とし、縦軸を鋼片温度偏差Ｔｆとして、圧延後の品質が良好であった鋼片Ｆｅを□（四角）で表し、品質が悪化した鋼片Ｆｅを△（三角）で表した。図６から判るように、雰囲気温度偏差Ｔｓと、鋼片温度偏熱Ｔｆとには、一方が大きくなれば、他方も大きくなると言う相関関係が存在していることがわかる。そして、鋼片温度偏熱Ｔｆがある一定の温度Ｔｆ０（ここでは約６０℃）を超過すると、鋼片Ｆｅの品質が悪化していることが判る。換言すれば、これは、雰囲気温度偏差Ｔｓがある一定の温度Ｔｓ０（ここでは約３８℃）を超過すると鋼片Ｆｅの品質が悪化する、と言える。そこで、この品質が悪化しない最大の雰囲気温度偏差Ｔｓ０を基準（つまり１）とし、下記式１により、雰囲気温度偏差Ｔｓを、雰囲気温度指数Ｉに変換した。
Ｉ＝Ｔｓ／Ｔｓ０            （５）
なお、この雰囲気温度指数Ｉと同様の指数を鋼片温度偏熱Ｔｆについても定義することができる。ここでは、この指数を鋼片温度指数Ｉｆとも言い、以下式６により、鋼片温度偏熱Ｔｆを鋼片温度指数Ｉｆに変換することが可能である。
Ｉｆ＝Ｔｆ／Ｔｆ０          （６）
上記雰囲気温度指数Ｉを見れば、図６に示すように、雰囲気温度指数Ｉが１を超過すると（鋼片温度指数Ｉｆが１を超過すると）、鋼片Ｆｅの品質が悪化する。一方、雰囲気温度指数Ｉを１以下とすると（鋼片温度指数Ｉｆが１を以下すると）、鋼片Ｆｅの品質を悪化させることなく、鋼片Ｆｅを加熱することが可能となる。つまり、以下で定格流量比及び燃焼流量比等を説明するにあたり、本実施形態に係る加熱炉１では、第１バーナ１１及び第２バーナ１２の定格流量比及び燃焼流量比を、雰囲気温度指数Ｉが１以下となるように設定した。そこで、以下、この雰囲気温度指数Ｉを使用して、上記、定格流量比及び燃焼流量比等について説明する。
【００４２】
なお、ここでは測定対象の鋼材の一例として鋼片Ｆｅを使用して、雰囲気温度指数Ｉの基準（ここではＴｓ０≒３８℃）を定めているが、この鋼片Ｆｅは、圧延後の板厚が１．０ｍｍと他の板厚の鋼材よりも薄く、温度偏差に敏感であるため、他の鋼材でも上述した雰囲気温度指数Ｉが１以下であれば品質が悪化しない。従って、品質が悪化しない最大の雰囲気温度偏差はＴｓ０となり、上記の雰囲気温度指数Ｉを定格流量比及び燃焼流量比等を設定する際の指標として使用することができる。なお、このように雰囲気温度指数Ｉを使用することが可能である理由についてより具体的に説明すれば、以下の通りである。つまり、例えば連続鋼片加熱炉等のように鋼材を製造する場合、良質の製品を製造するためには、その鋼材の温度偏差をある程度の範囲内に抑えることが重要である。これは、鋼材に高温な個所があれば、鋼材表面にスケールが発生し、圧延などの後工程においてこのスケールを圧延ロールで押し込むことで板の疵となり、また、鋼材に低温な個所があれば、圧延中に変態温度を下回ってしまい材質の造り込みが難しくなる場合があるからである。特に、圧延後の板厚が例えば１．０ｍｍのように非常に薄い場合、他の鋼材に比べて熱容量が小さいため、板温が低下し易く板温をコントロールすることが難しくなる。板温をコントロールできずに鋼材温度偏差（雰囲気温度偏差と対応。）がある値以上になると、圧延中の鋼板長手方向の温度を適正な温度範囲に抑えることが困難になり、上記のように製品品質を良好に保つことが難しくなる。そこで、このように他の鋼材に比べて板温のコントロールが難しくなる１．０ｍｍの鋼片Ｆについて、品質が悪化しない最大の雰囲気温度偏差Ｔｓ０を定め、その雰囲気温度偏差Ｔｓ０から雰囲気温度指数Ｉを求めれば、他の鋼材でも品質の良否を左右する雰囲気温度偏差に対する一定の基準指標（雰囲気温度指数Ｉ）として使用することが可能である。なお、板厚が１．０ｍｍ未満の鋼板は一般的ではなく、また、１．０ｍｍ未満の板厚では鋼板の熱容量の減少が品質の良否に与える影響は１．０ｍｍ以上の板厚における影響よりも小さいため、板厚が１．０ｍｍ未満であろうが１．０ｍｍ以上であろうが、１．０ｍｍにおける雰囲気温度指標Ｉを近似的に使用することが可能である。従って、ここでは１．０ｍｍの板厚の鋼板を使用して雰囲気温度指数Ｉを導出している。そして、この雰囲気温度指数Ｉを基に、本発明の発明者らは、加熱炉等について鋭意研究開発を行った結果、上記のような定格流量比及び燃焼流量比等の範囲を確定することに成功した。以下、この雰囲気温度指数Ｉを使用した定格流量比及び燃焼流量比等について説明する。ただし、ここでは一般的な指標として雰囲気温度指数Ｉを使用しているが、雰囲気温度指数Ｉはあくまで加熱炉１における加熱性能等を定量的に測るための指標であるため、この雰囲気温度指数Ｉ以外の指標を使用したとしても、以下で説明する定格流量比及び燃焼流量比等については同様のことが言えることは言うまでもない。
【００４３】
（バーナの定格流量比）
上記式２で表される第１バーナ１１と第２バーナ１２の定格流量比Ｑ２／Ｑ１を定めるにあたり、図７に示すように、炉幅Ｗが１２ｍで炉高Ｈが４ｍの加熱炉１を使用して、雰囲気温度指数Ｉを求めた。炉側壁１ｗに、第１バーナ１１及び第２バーナを配置し、その炉側壁１ｗより炉幅方向（ｘ軸方向）に１ｍ離隔した位置から炉幅中央まで、炉幅方向に沿って同じく１ｍ間隔で、炉天井１ｌから熱電対Ｈを配置した。この際、鋼片Ｆｅが配置される位置の炉内雰囲気温度分布を測定するために、熱電対Ｈで鋼片Ｆｅが配置される位置の温度を測定した。なお、ここでは、炉幅方向で炉幅中央から一方側の温度分布を測定したが、これは、第１バーナ１１及び第２バーナが上述のように対向する炉側壁１ｗに対を成して配置されるため、炉内雰囲気温度分布は、炉幅中央位置を基準として炉幅方向で略対象となるためである。そして、第１バーナ１１の定格流量（Ｑ１）を２００［Ｎｍ３／ｈｒ］に固定した状態で、第２バーナの定格流量Ｑ２を変更しつつ、各定格流量比Ｑ２／Ｑ１における雰囲気温度指数Ｉを測定及び算出した。
【００４４】
この測定結果を、図８に示す。図８に示すように、定格流量比Ｑ２／Ｑ１が０．４以上０．７５以下の場合には、雰囲気温度指数Ｉが１以下となり、炉幅方向の鋼片温度偏熱を、鋼片Ｆｅの製品品質が良好に保たれうる値以下に抑えることが可能である。一方、定格流量比Ｑ２／Ｑ１が０．４未満又は０．４超過の場合には、雰囲気温度指数Ｉが１超過となり、鋼片Ｆｅの製品品質が悪化しうる。そこで、本実施形態に係る加熱炉１では、第１バーナ１１と第２バーナ１２とは、定格流量比Ｑ２／Ｑ１が下記式２を満たすように設定される。
０．４≦Ｑ２／Ｑ１≦０．７５        （２）
【００４５】
（バーナの燃焼流量比１）
一方、上記式３で表される第１バーナ１１と第２バーナ１２の燃焼流量比ｑ２／ｑ１を定めるにあたり、上記定格流量比の場合と同様の図７に示す加熱炉１を使用して、雰囲気温度指数Ｉを求めた。この際、第１バーナ１１として定格流量Ｑ１＝２００［Ｎｍ３／ｈｒ］のバーナを使用し、第２バーナ１２として定格流量Ｑ２＝８０，１００，１５０［Ｎｍ３／ｈｒ］のバーナを使用した。つまり、定格流量比Ｑ２／Ｑ１＝０．４，０．５，０．７の第１バーナ１１及び第２バーナ１２を使用した。そして、燃焼負荷ＴＤを５０％（０．５）で一定に保ちつつ、第１バーナ１１及び第２バーナそれぞれの燃焼流量ｑ１，ｑ２を変更しつつ、各定格流量比ｑ２／ｑ１における雰囲気温度指数Ｉを測定及び算出した。
【００４６】
この測定結果を、図９に示す。図９の横軸は、２本のバーナ（第１バーナ１１と第２バーナ１２）の燃焼流量比ｑ２／ｑ１であり、縦軸は雰囲気温度指数Ｉである。図９に示すように、バーナの定格流量比Ｑ２／Ｑ１がいずれの値であったとしても、燃焼流量比ｑ２／ｑ１が０．３以上１．３以下の場合には、雰囲気温度指数Ｉが１以下となり、炉幅方向の鋼片温度偏熱を、鋼片Ｆｅを製品品質を良好に保ちうる値以下に抑えることが可能である。一方、燃焼流量比ｑ２／ｑ１が０．３未満又は１．３超過の場合には、雰囲気温度指数Ｉが１超過となり、鋼片Ｆｅの製品品質が悪化しうる。そこで、本実施形態に係る加熱炉１では、第１バーナ１１と第２バーナ１２とは、燃焼流量比ｑ２／ｑ１が下記式３を満たすように燃焼されることが望ましい。
０．３≦ｑ２／ｑ１≦１．３        （３）
【００４７】
なお、上述の通り、定格流量比Ｑ２／Ｑ１が先に決定された後、燃焼流量比ｑ２／ｑ１が決定される。従って、燃焼流量比ｑ２／ｑ１は、上記式３を満たすように設定されるが、燃焼負荷ＴＤの値によっては、燃焼流量比ｑ２／ｑ１の下限及び上限に対して、定格流量比Ｑ２／Ｑ１による制限を受ける。例えば、燃焼負荷ＴＤ＝１００％であれば、燃焼流量比ｑ２／ｑ１は定格流量比Ｑ２／Ｑ１と等しくなる。しかしながら、このような上限及び下限に制限を受けない場合であっても、燃焼流量比ｑ２／ｑ１は、上記式３の範囲内に設定されることにより、雰囲気温度指数Ｉを１以下にすることができ、結果、鋼片Ｆｅの製品品質を良好に保ちつつ適切な加熱が可能となる。なお、この燃焼負荷ＴＤに依存した下限及び上限は、上記式３に、上記式２及び式４を代入することにより求められる。
【００４８】
（バーナの燃焼流量比２）
また、上記定格流量比の場合と同様の図７に示す加熱炉１を使用して、燃焼負荷ＴＤに対する雰囲気温度指数Ｉの変化を、複数の燃焼流量比ｑ２／ｑ１（０．３，１．０，１．３）に対して求めた。この際、上記同様に、第１バーナ１１として定格流量（Ｑ１）が２００［Ｎｍ３／ｈｒ］のバーナを使用しつつ、定格流量Ｑ２が８０，１００，１５０［Ｎｍ３／ｈｒ］の第２バーナ１２を使用して、それぞれ定格流量比Ｑ２／Ｑ１＝０．４，０．５，０．７５について、燃焼負荷ＴＤに対する雰囲気温度指数Ｉの変化を求めた。なお、この定格流量比Ｑ２／Ｑ１（０．４，０．５，０．７５）は、上記式２を満たす範囲（０．４≦Ｑ２／Ｑ１≦０．７５）内で設定した。また、上記燃焼流量比ｑ２／ｑ１（０．３，１．０，１．３）も、上記式３を満たす範囲（０．３≦ｑ２／ｑ１≦１．３）内で設定した。
【００４９】
この測定結果を、図１０Ａ〜図１０Ｃに示す。ただし、この図１０Ａ〜図１０Ｃでは燃焼負荷ＴＤの単位を％で表し、横軸は燃焼負荷ＴＤを表し、縦軸は雰囲気温度指数Ｉを表す。
【００５０】
図１０Ａに示すように、定格流量比Ｑ２／Ｑ１＝０．４の場合、ＴＤ＜５０％（０．５）ではｑ２／ｑ１＝０．３で、雰囲気温度指数Ｉが１より大きくなっているのに対して、ｑ２／ｑ１＝１，１．３で、雰囲気温度指数Ｉを１如何に抑えることが可能であることが判る。一方、ＴＤ＜５０％（０．５）では上記式３の０．３≦ｑ２／ｑ１≦１．３の範囲内のいずれでも、雰囲気温度指数Ｉを１以下に抑えることが可能であることが判る。
【００５１】
また、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、定格流量比Ｑ２／Ｑ１＝０．５，０．７５の場合、やはりＴＤ＜５０％（０．５）ではｑ２／ｑ１＝０．３で、雰囲気温度指数Ｉが１より大きくなっているのに対して、ｑ２／ｑ１＝１，１．３で、雰囲気温度指数Ｉを１如何に抑えることが可能であることが判る。一方、ＴＤ＜５０％（０．５）では、やはり上記式３の０．３≦ｑ２／ｑ１≦１．３の範囲内のいずれでも、雰囲気温度指数Ｉを１以下に抑えることが可能であることが判る。
【００５２】
従って、鋼片Ｆｅの製品品質を良好に保つために雰囲気温度指数Ｉを１以下に抑えるためには、上記式２の０．４≦Ｑ２／Ｑ１≦０．７５の範囲内であり、かつ、上記式３の０．３≦ｑ２／ｑ１≦１．３の範囲内において、定格流量比ｑ２／ｑ１が燃焼負荷ＴＤ＝５０％を境として、
ＴＤ＜０．５では、１．０≦ｑ２／ｑ１≦１．３を満たし、
ＴＤ≧０．５では、０．３≦ｑ２／ｑ１≦１．３を満たすように設定されることが望ましい。
【００５３】
＜３．実施例＞
次に、図１１Ａ〜図１２を参照しつつ、上記本発明の第１実施形態に係る加熱炉１の実施例について説明する。なお、以下では、特に、上記燃焼流量比ｑ２／ｑ１に対する実施例について説明する。
【００５４】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明の第１実施形態に係る加熱炉の実施例を説明するための説明図である。そして、図１２は、上記実施例による測定結果を説明するための説明図である。
【００５５】
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、本実施例では、炉幅（ｘ軸方向）が１２ｍで、炉長（ｙ軸方向）が４０ｍで、炉高（ｚ軸方向）が４ｍの加熱炉１を使用して、幅１．２ｍ、厚み２５０ｍｍ、長さ９ｍの鋼片Ｆｅを常温から装入して加熱した。この加熱炉１の炉天井１ｌには、炉長方向に燃焼フレームを形成する、いわゆる「軸流バーナ１３」を配置して、鋼片Ｆｅの上面側雰囲気を加熱した。なお、ここで使用した軸流バーナ１３は、２００Ｎｍ３／ｈｒの定格流量を有し、炉幅方向に沿って複数配置され、その炉幅方向に整列された軸流バーナ１３を、ここでは全て同じ燃焼流量（例えば１２０Ｎｍ３／ｈｒ）で炊いた。よって、この軸流バーナ１３による炉幅方向（鋼片Ｆｅ長手方向）の温度偏差は、非常に小さい。一方、鋼片Ｆｅの下面側の加熱には、予熱帯では炉長方向に沿って配置された２００Ｎｍ３／ｈｒのバーナ１４を使用した。このバーナ１４も、本実施形態に係る第１バーナ１１及び第２バーナ１２と同様に、炉幅方向で対向配置されてペアを組み、そのペアが、炉長方向に沿って複数配置される（例えば４対）。そして、加熱炉１の加熱帯及び均熱帯には、第１バーナ１１と第２バーナ１２とを、上記位置関係等を満たすように配置した。具体的には、バーナ中心位置からスロートまでの距離Ｒ１＝０．３ｍの第１バーナ１１を、鋼片Ｆｅの下面から０．９ｍ下方に配置し（Ｌ１＝０．９ｍ）、鋼片Ｆｅの下面から１．５ｍ下方で（Ｌ２＝１．５ｍ）、かつ、第１バーナ１１よりも０．６ｍ下流（ｙ軸正の方向）に第２バーナ１２を配置した（Ｌ２−Ｌ１＝０．６ｍ≧２×Ｒ１）。この位置関係によれば、第１バーナ１１の加熱帯域と第２バーナ１２の加熱帯域とは重畳し、両者は同時に鋼片Ｆｅを加熱することが可能である。そして、この第１バーナ１１対と第２バーナ対とを、炉長方向に沿って複数配置した（例えばそれぞれ９対）。一方、定格流量は、第１バーナ１１がＱ１＝２００Ｎｍ３／ｈｒで、第２バーナ１２がＱ２＝１５０Ｎｍ３／ｈｒであり、定格流量比は、Ｑ２／Ｑ１＝０．７５とした。このような加熱炉１を使用して、第１バーナ１１及び第２バーナ１２の燃焼流量比ｑ２／ｑ１を変更しつつ、鋼片Ｆｅを目標温度１２００℃まで加熱して抽出した。この際、鋼片Ｆｅが目標温度１２００℃となるように、鋼片Ｆｅの搬送速度、軸流バーナ１３の燃焼流量、及び、予熱帯のバーナ１４の燃焼流量は、適宜調整を行った。但し、鋼片Ｆｅの長手方向（炉幅方向）の温度偏差は、予熱帯での加熱よりも、加熱帯及び均熱帯での加熱に左右され、かつ、上記の通り炉幅方向に整列された軸流バーナ１３は同じ燃焼流量で炊いた。従って、この鋼片Ｆｅの温度偏差は、加熱帯及び均熱帯に配置された第１バーナ１１及び第２バーナ１２による加熱に左右されることとなる。
【００５６】
このような加熱を行うと共に、加熱炉１の抽出側の炉床１ｆに配置した放射型温度計により、鋼片Ｆｅの下面の表面温度分布を測定して、鋼片温度指数Ｉｆを算出した。そして、目標温度１２００℃で抽出した鋼片Ｆｅを熱間圧延して、圧延後の鋼片Ｆｅの品質の良否を、圧延後の表面観察によるスケール発生の有無、最終工程での表面観察によるメッキむらの有無で判定することにより、本実施形態に係る加熱炉１による加熱結果の良否を判定した（○が良、×が否。）。このように行った実施例の結果を、図１２に示す。
【００５７】
図１２に示すように、本発明の第１実施形態の実施例１，２では、雰囲気温度指数Ｉが１以下となり、鋼片Ｆｅの品質評価結果も良（○）である一方、比較例１〜３では、雰囲気温度指数Ｉが１以上となり、鋼片Ｆｅの品質評価結果も否（×）であることが判る。より具体的に説明すると以下の通りである。
【００５８】
比較例１は、高燃焼負荷（ＴＤ＝７０％（０．７））において、燃焼流量比ｑ２／ｑ１＝０．２３にした結果を示している。つまり、この燃焼流量比ｑ２／ｑ１は、上記式３を満たしていない場合である。この比較例１では、雰囲気温度指数Ｉは１．２５（鋼片温度指数Ｉｆは１．２）となっている。これは、第２バーナ１２のフレームＦ２長が短いので第２バーナ１２による炉側壁近傍以外の雰囲気温度上昇効果が小さい一方、第１バーナ１１により炉幅中央部の雰囲気温度が上昇されているため、炉側壁から炉幅中央部の雰囲気温度分布が凹状になり雰囲気温度偏差が大きいことに起因すると思われる。その結果、鋼片Ｆｅの品質評価結果も否（×）となっている。
【００５９】
比較例２は、燃焼負荷ＴＤ＝４０％（０．４）において、燃焼流量比ｑ２／ｑ１＝３．０にした結果を示している。つまり、この燃焼流量比ｑ２／ｑ１も、上記（３）式を満たしていない場合である。この比較例２でも、雰囲気温度指数Ｉは１．０５（鋼片温度指数Ｉｆは１．１）となっている。これは、第１バーナ１１のフレームＦ１長が短いので第１バーナ１１による炉側壁近傍以外の雰囲気温度上昇効果が小さい一方、第２バーナ１２により炉幅中央部の雰囲気温度が上昇されているため、炉側壁から炉幅中央部の雰囲気温度分布が凹状になり雰囲気温度偏差が大きいことに起因すると思われる。その結果、鋼片Ｆｅの品質評価結果も否（×）となっている。
【００６０】
比較例３は、燃焼負荷ＴＤ＝４０％（０．４）において、燃焼流量比ｑ２／ｑ１＝０．４にした結果を示している。つまり、この燃焼流量比ｑ２／ｑ１は、上記式３を満たすが、「ＴＤ＜０．５では、１．０≦ｑ２／ｑ１≦１．３」という条件を満たしていない場合である。この比較例３でも、雰囲気温度指数Ｉは１．３（鋼片温度指数Ｉｆは１．３）となっている。これは、第１バーナ１１及び第２バーナ１２のフレームＦ１，Ｆ２長が短く、炉側壁近傍を過過熱しているため、雰囲気温度偏差が大きいことに起因すると思われる。その結果、鋼片Ｆｅの品質評価結果も否（×）となっている。
【００６１】
これらの比較例１〜３に対して、実施例１は、燃焼負荷ＴＤ＝７０％（０．７）において、燃焼流量比ｑ２／ｑ１＝０．６３にした結果を示し、実施例２は、燃焼負荷ＴＤ＝４０％（０．４）において、燃焼流量比ｑ２／ｑ１＝１．１５にした結果を示している。つまり、実施例１及び実施例２は、共に、燃焼流量比ｑ２／ｑ１が上記式３を満たし、かつ、実施例１は「ＴＤ≧０．５では、０．３≦ｑ２／ｑ１≦１．３」という条件を満たし、実施例２は「ＴＤ＜０．５では、１．０≦ｑ２／ｑ１≦１．３」という条件を満たす。この実施例１，２は、第１バーナ１１及び第２バーナ１２のフレームＦ１，Ｆ２長を適切に調整することができており、その結果、雰囲気温度指数Ｉはそれぞれ０．７，０．９（鋼片温度指数Ｉｆはそれぞれ０．８，０．９）と１以下となり、かつ、鋼片Ｆｅの品質評価結果も良（○）となっている。
【００６２】
＜４．第１実施形態による効果の例＞
以上、本発明の第１実施形態に係る加熱炉１について説明した。
この加熱炉１によれば、容量の異なる２種類のバーナ（第１バーナ１１，第２バーナ１２）を、鋼片Ｆｅを同時に加熱可能な位置に配置する。この際、両バーナの定格流量比Ｑ２／Ｑ１を上記式２のように設定することにより、雰囲気温度偏差を小さくして、鋼片Ｆｅの長手方向（炉幅方向）の温度偏差を低減させることに成功している。また、第１バーナ１１と第２バーナ１２との燃焼流量比ｑ２／ｑ１を上記式３等を満たすように設定することにより、更に効果的に鋼片Ｆｅの温度偏熱を減少させることが可能である。
【００６３】
＜５．第１実施形態の変更例＞
（第１変更例）
ここで説明した第１実施形態に係る加熱炉１では、第１バーナ１１及び第２バーナ１２の各対が、鋼片Ｆｅよりも下側に配置される場合について説明した。しかしながら、上述の通り、両バーナ対の配置位置は、これに限定されるものではない。そこで、図１３を参照しつつ、本発明の第１実施形態の第１変更例として、両バーナの配置位置の他の例について説明する。
【００６４】
図１３は、本発明の第１実施形態の第１変更例に係る加熱炉の構成を説明するための説明図である。なお、この第１変更例では、第１バーナ１１及び第２バーナ１２の配置位置が異なる以外、上記第１実施形態と同様に構成される。よって、ここでは上記第１実施形態と相違する第１バーナ１１及び第２バーナ１２の配置位置について説明し、他の構成等についての説明は省略する。
【００６５】
図１３に示すように、本変更例では、炉幅方向（ｘ軸方向）の両炉側壁１ｗにおいて、鋼片Ｆｅの搬送位置の下方だけでなく、上方にも第１バーナ１１及び第２バーナ１２の対が配置される。ここで、図１３では、鋼片Ｆｅの搬送位置の下方の第１バーナ１１及び第２バーナ１２を、第１バーナ１１Ｄ及び第２バーナ１２Ｄとし、鋼片Ｆｅの搬送位置の上方の第１バーナ１１及び第２バーナ１２を、第１バーナ１１Ｕ及び第２バーナ１２Ｕとしている。このように、鋼片Ｆｅの搬送位置の下方だけでなく、上方にも第１バーナ１１Ｕ，１１Ｄ及び第２バーナ１２Ｕ，１２Ｄの対を配置することにより、図１１Ａに示した実施例の場合のように炉幅方向の温度分布偏差が少ない軸流バーナ１３を炉天井１ｌに配置せずに、炉幅方向の雰囲気温度偏差を低減することが可能である。また、この場合、軸流バーナ１３を配置するための炉天井１ｌの突出部を設ける必要が無く、炉内温度制御が容易になる。また、軸流バーナ１３は、設備構成が複雑になり炉の制作費が嵩み、かつ、メンテナンスが難しい。従って、本変更例では、加熱炉１自体の設備費用を削減し、かつ、メンテナンスを容易にすることが可能である。
【００６６】
なお、本変更例では、鋼片Ｆｅの搬送位置の上下方向に第１バーナ１１Ｕ，１１Ｄ及び第２バーナ１２Ｕ，１２Ｄの対が配置される場合について説明した。しかし、例えば、第１バーナ１１Ｕ及び第２バーナ１２Ｕの対を、鋼片Ｆｅの搬送位置の上方にのみ配置することももちろん可能である。
【００６７】
（第２変更例）
また、上記本発明の第１実施形態及びその第１変更例では、図１及び図１３に示すように、第２バーナ１２Ｕ，１２Ｄが炉幅方向（ｘ軸方向）にフレームＦ１を形成する場合について説明した。しかしながら、雰囲気温度分布を炉幅方向でより一層均一化させるために、この第２バーナ１２１２Ｕ，１２Ｄを斜め上方又は下方に向けて配置することも可能である。この場合について、図１４を参照しつつ、より詳細に第２変更例として説明する。なお、ここでは、上記第１変更例の場合、つまり、鋼片Ｆｅの搬送位置の上下方向に第１バーナ１１Ｕ，１１Ｄ及び第２バーナ１２Ｕ，１２Ｄの対が配置される場合を例に挙げて説明する。しかしながら、鋼片Ｆｅの搬送位置の上方向又は下方向のいずれか一方に、第１バーナ１１及び第２バーナ１２の対が配置されたり、どちらか一方の第２バーナ１２の対が斜め上方又は下方に向けて配置される場合は、ここで説明する第２変更例と同様に構成することが可能である。また、以下では、第１変更例に対する変更例を中心に説明し、上記本発明の第１実施形態及び第１変更例で説明した構成については、この第２変更例でも同様であるため、詳しい説明を省略する。
【００６８】
図１４は、本発明の第１実施形態の第２変更例に係る加熱炉の構成を説明するための説明図である。
【００６９】
図１４に示すように、第２バーナ１２Ｄは、対をなす第２バーナ間中央位置の炉床１ｆを加熱するように、水平に対して下向きに傾いた方向にフレームＦ２を形成する。つまり、第２バーナ１２Ｄは、炉幅方向（ｘ軸方向）中央位置の炉床１ｆに配置された耐火物Ｒｆを加熱するように配置される。より具体的には、第２バーナ１２Ｄは、耐火物Ｒｆに向けたフレームＦ２を形成するように配置される。
【００７０】
一方、図１４に示すように、第２バーナ１２Ｕは、対をなす第２バーナ間中央位置の炉天井１ｌを加熱するように、水平に対して上向きに傾いた方向にフレームＦ２を形成する。つまり、第２バーナ１２Ｕは、炉幅方向（ｘ軸方向）中央位置の炉天井１ｌに配置された耐火物Ｒｌを加熱するように配置される。より具体的には、第２バーナ１２Ｄは、耐火物Ｒｌに向けたフレームＦ２を形成するように配置される。
【００７１】
例えば、高燃焼負荷（ＴＤ≧０．５）の場合、第２バーナ１２Ｄ，１２Ｕが形成するフレームＦ２は、加熱炉１の炉側壁１ｗ近傍で、炉中央位置によりも鋼片Ｆｅに近接する。その結果、第２バーナ１２Ｄ，１２Ｕは、加熱炉１の炉側壁１ｗ近傍を主に加熱することが可能である。よって、この第２バーナ１２Ｄ，１２Ｕによる加熱温度分布は、加熱炉１の中心位置を主に加熱する第１バーナ１１Ｄ，１１Ｕの加熱温度分布と重畳されて、炉幅方向に温度偏差の少ない均一な加熱が、より一層可能となる。
【００７２】
一方、例えば、低燃焼負荷（ＴＤ＜０．５）の場合、第２バーナ１２Ｄ，１２Ｕが形成するフレームＦ２は、第１バーナ１１Ｄ，１１Ｕが形成するフレームＦ１よりも長く形成されて、加熱炉１の炉床１ｆの耐火物Ｒｆ、又は、加熱炉１の炉天井１ｌの耐火物Ｒｌを加熱することになる。従って、耐火物Ｒｆ又は耐火物Ｒｌが温度上昇し、その熱により加熱炉１の炉幅方向中央位置の雰囲気温度を上昇させることができる。その結果、この場合、第２バーナ１２Ｄ，１２Ｕによる加熱温度分布は、炉幅方向中央位置で高くなり、加熱炉１の炉側壁１ｗ近傍を主に加熱する第１バーナ１１Ｄ，１１Ｕの加熱温度分布と重畳されて、炉幅方向に温度偏差の少ない均一な加熱が、より一層可能となる。
【００７３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７４】
なお、上記実施形態及び変更例では、特にバーナ１０の種類は限定するものではない。例えば、第１バーナ１１及び第２バーナ１２は、通常の気体燃料バーナであれば、如何なるバーナをも使用することが可能である。しかしながら、上述の通り、加熱炉１の炉幅方向中央位置は、高燃焼負荷時には第１バーナ１１で主に加熱され、低燃焼負荷時には第２バーナ１２で主に加熱される。従って、このような加熱が可能なように、第１バーナ１１及び第２バーナ１２の少なくとも一方は、フレームＦ１，Ｆ２長を長くすることが可能なバーナを使用することが望ましい。このようなバーナの例としては、例えば、図１５に示すバーナが挙げられる。図１５には、バーナ１０の断面図を示している。このバーナ１０は、空気又は燃焼ガスの流量路が３重構造を有して、第１次及び第２次の燃焼用空気供給系統を有する。つまり、ノズルＮの中心軸Ｌ上には、円筒形の第１燃焼用空気ノズルＮ１が形成され、その第１燃焼用空気ノズルＮ１の外周には、やはり円筒形の燃焼ガスノズルＮｆが形成され、更に燃焼ガスノズルＮｆの外周には、同じく円筒形の第１燃焼用空気ノズルＮ２が形成される。このようなバーナ１０は、燃焼用空気供給比率（第１燃焼用空気と第２燃焼用空気との比率）を調整することにより、フレーム長が長くなるように炊かれることが望ましい。この際、燃焼用空気供給比率は、燃焼ガスの供給量に対してフレーム長が最も長くなるように設定されることが望ましい。ただし、上述の通り、第１バーナ１１及び第２バーナ１２の種類は、更に、例えば燃焼負荷に応じて内流と外流の燃料流量の供給比率を変更してフレーム長を調整可能なバーナを使用するなど、図１５に示す例に限定されるものではないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る加熱炉の構成を説明するための説明図である。
【図２Ａ】同実施形態に係る加熱炉が有するバーナの定格流量比について説明するための説明図である。
【図２Ｂ】同実施形態に係る加熱炉が有するバーナの定格流量比について説明するための説明図である。
【図３Ａ】同実施形態に係る加熱炉が有するバーナの燃焼流量比について説明するための説明図である。
【図３Ｂ】同実施形態に係る加熱炉が有するバーナの燃焼流量比について説明するための説明図である。
【図４】同実施形態に係る加熱炉の定格流量比及び燃焼流量比等を説明する際に使用する雰囲気温度指数について説明する説明図である。
【図５】同実施形態に係る加熱炉の定格流量比及び燃焼流量比等を説明する際に使用する雰囲気温度指数について説明する説明図である。
【図６】同実施形態に係る加熱炉の定格流量比及び燃焼流量比等を説明する際に使用する雰囲気温度指数について説明する説明図である。
【図７】同実施形態に係る加熱炉が有するバーナの定格流量比及び燃焼流量比について説明するための説明図である。
【図８】同実施形態に係る加熱炉が有するバーナの定格流量比について説明するための説明図である。
【図９】同実施形態に係る加熱炉が有するバーナの燃焼流量比について説明するための説明図である。
【図１０Ａ】同実施形態に係る加熱炉が有するバーナの燃焼流量比について説明するための説明図である。
【図１０Ｂ】同実施形態に係る加熱炉が有するバーナの燃焼流量比について説明するための説明図である。
【図１０Ｃ】同実施形態に係る加熱炉が有するバーナの燃焼流量比について説明するための説明図である。
【図１１Ａ】同実施形態に係る加熱炉の実施例を説明するための説明図である。
【図１１Ｂ】同実施形態に係る加熱炉の実施例を説明するための説明図である。
【図１２】同実施例による測定結果を説明するための説明図である。
【図１３】同実施形態の第１変更例に係る加熱炉の構成を説明するための説明図である。
【図１４】同実施形態の第２変更例に係る加熱炉の構成を説明するための説明図である。
【図１５】同実施形態に係る加熱炉で使用されるバーナの例を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００７６】
１            加熱炉
１ｆ          炉床
１ｌ          炉天井
１ｗ          炉側壁
１１，１１Ｕ，１１Ｄ          第１バーナ
１２，１２Ｕ，１２Ｄ          第２バーナ
１３          軸流バーナ
１４          バーナ
Ｆｅ          鋼片
Ｓｋ          スキッド
Ｆ１，Ｆ２    フレーム
Ｈ            熱電対
Ｒｆ，Ｒｌ    耐火物
【図１】
2010150614.tif 000003
【図２Ａ】
2010150614.tif 000004
【図２Ｂ】
2010150614.tif 000005
【図３Ａ】
2010150614.tif 000006
【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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