(57)【要約】【課題】生産性を低下させることなく、厚鋼板の長手方向における機械的特性のばらつきを低減する。【解決手段】熱処理炉を複数のゾーンに区画し、各ゾーンにおける加熱源への燃料供給量および燃焼用気体流量のいずれか少なくとも一方を調節してゾーン毎に雰囲気温度を制御する、熱処理装置の内部に鋼板を通して該鋼板に熱処理を施すにあたり、前記各ゾーンにおいて、離間する複数点での温度測定を行って該複数点での測定温度に基づいて、各ゾーンにおける加熱源への燃料供給量および燃焼用気体流量のいずれか少なくとも一方を調節する鋼板の熱処理方法。【選択図】図１
2019019394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理炉を複数のゾーンに区画し、各ゾーンにおける加熱源への燃料供給量および燃焼用気体流量のいずれか少なくとも一方を調節してゾーン毎に雰囲気温度を制御する、熱処理装置の内部に鋼板を通して該鋼板に熱処理を施すにあたり、
前記ゾーンにおいて、離間する複数点での温度測定を行って該複数点での測定温度に基づいて、各ゾーンにおける加熱源への燃料供給量および燃焼用気体流量のいずれか少なくとも一方を調節する鋼板の熱処理方法。
【請求項２】
前記複数点での測定温度を平均して得られた平均温度に基づいて、各ゾーンにおける加熱源への燃料供給量および燃焼用気体流量のいずれか少なくとも一方を調節する請求項１に記載の鋼板の熱処理方法。
【請求項３】
前記複数点での測定温度を、各ゾーンを占める鋼板の長さに応じてまたは定数αにより加重平均して平均温度とし、該平均温度に基づいて、各ゾーンにおける加熱源への燃料供給量および燃焼用気体流量のいずれか少なくとも一方を調節する請求項１に記載の鋼板の熱処理方法。
【請求項４】
熱処理炉の内部を複数のゾーンに区画形成した熱処理装置であって、
前記複数のゾーンの各々は、加熱源を備え、かつ各ゾーン内の温度を測定する温度計を離間する複数の位置に有する熱処理装置。
【請求項５】
前記複数のゾーンの各々の鋼板の搬送方向の長さがＬであるとき、
前記温度計のうちの１つが、各ゾーンの入側から前記搬送方向に0.28Ｌ〜0.38Ｌの位置に配置され、
前記温度計のうちの別の１つが、各ゾーンの入側から前記搬送方向に0.62Ｌ〜0.72Ｌの位置に配置される、請求項４に記載の厚鋼板の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板、中でも厚みが6〜200mm程度の厚鋼板の熱処理方法および熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板の熱処理として代表的なものに、焼入れ処理、焼ならし処理、焼鈍処理、および焼戻し処理などがある。これら鋼板の熱処理においては、鋼板の処理温度が最終製品の品質に直接的に影響を及ぼすので、鋼板の熱処理を行う熱処理炉の温度管理は、鋼板の製造工程において極めて重要となっている。
【０００３】
従来、鋼板の熱処理を行う炉として代表的な連続式加熱炉は、その内部が複数のゾーンに区画されており、各ゾーンごとに温度が調整されている。具体的には、各ゾーンの加熱装置（例えば、バーナーまたはラジアントチューブなど）に供給される燃料および燃焼用空気の流量を制御して各ゾーンの温度を調整している。
【０００４】
この各ゾーンの温度調整について、例えば、特許文献１には、板材の注目位置の表面温度を、炉内の各ゾーンに設置された放射温度計で測定し、連続炉における板材の表面状態を監視する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平5-142170号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、熱処理炉内における鋼板の搬送方法は、熱処理する鋼板の板厚によって異なる。比較的薄い鋼板であれば、熱処理に必要な時間も短くなるため、熱処理炉の入口から出口にかけて、特許文献１に記載の通り、停止することなく一方向に連続的に通板させる。
【０００７】
これに対し、厚みが6〜200mm程度の厚鋼板の場合、熱処理に必要な時間は薄板に比べて長くなる。そのため、厚鋼板では、搬送ロールにより熱処理炉の入口側から出口側に向かって所定時間搬送した後に、搬送方向を逆にして、入口側に向かって所定時間搬送し、その後、再び出口側に向かって搬送するといった、いわゆるオシレーション（滞留）を、熱処理条件に応じて所定回数行うことが一般的である。
【０００８】
しかしながら、上記のような熱処理炉内でのオシレーションを含む熱処理を行った場合に、熱処理後の厚鋼板の長手方向において、引張強度及び靭性等の機械的特性にばらつきを生じることが厚鋼板の熱処理に特有の問題となっていた。
【０００９】
このような問題について、鋭意検討した結果、熱処理炉の各ゾーンの温度調整はゾーンごとに設置した炉温計での測定温度に基づいて行われるが、厚鋼板のオシレーションを行う位置と炉温計との相対位置関係によっては、厚鋼板全体が所望の均一な温度となるように炉内温度を制御できておらず、厚鋼板に高温部と低温部が発生する場合があることを新たに知見した。
【００１０】
すなわち、図４に示されるように、炉温計４の直下に厚鋼板Ｐが存在する、中央および正面から向かって右側のゾーン２では、測定温度が（設定炉温より）低下するため、燃料および燃焼用空気を増加して、該ゾーン内温度を上昇させる。しかしながら、正面から向かって左側のゾーン２のように炉温計４の真下に厚鋼板Ｐが存在しないが、当該ゾーン２内に厚鋼板Ｐが部分的に存在する場合は、炉温計４の測定温度は特に低下しないため、該ゾーン内温度の上昇操作は行われないことになる。その結果、左側のゾーン２に進入している厚鋼板の部分の加熱が不足し、上記した厚鋼板Ｐ内の温度偏差を招来することになる。
【００１１】
このような厚鋼板内の温度偏差を低減する方法としては、オシレーションの距離を長くすることで、厚鋼板の炉内滞在時間を長くして均一加熱をはかるという手法が考えられる。しかしながら、このような距離の長いオシレーションを行うと、熱処理炉内における鋼板の占有率（カバーレシオ）が下がり、生産性の低下を招いてしまう。
【００１２】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、生産性を低下させることなく、厚鋼板の長手方向における機械的特性のばらつきを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明者らは、熱処理炉の各ゾーンにおける炉温計および厚鋼板の相対位置に起因した、厚鋼板の温度偏差の問題を解消する方途について究明したところ、各ゾーンにおいて離間する複数点での温度測定を行い、測定されたこれらの測定温度に基づいて、各ゾーンにおける加熱源への燃料供給量および燃焼用気体流量のいずれか少なくとも一方を調節することで、オシレーション条件を変更することなく、厚鋼板の長手方向における機械的特性のばらつきを低減できることを新規に知見し、本発明の完成に至った。
【００１４】
本発明は、上記の新規な知見に立脚するものであり、その要旨構成は、以下のとおりである。
１．熱処理炉を複数のゾーンに区画し、各ゾーンにおける加熱源への燃料供給量および燃焼用気体流量のいずれか少なくとも一方を調節してゾーン毎に雰囲気温度を制御する、熱処理装置の内部に鋼板を通して該鋼板に熱処理を施すにあたり、
前記各ゾーンにおいて、離間する複数点での温度測定を行って該複数点での測定温度に基づいて、各ゾーンにおける加熱源への燃料供給量および燃焼用気体流量のいずれか少なくとも一方を調節する鋼板の熱処理方法。
【００１５】
２．前記複数点での測定温度を平均して得られた平均温度に基づいて、各ゾーンにおける加熱源への燃料供給量および燃焼用気体流量のいずれか少なくとも一方を調節する上記１に記載の鋼板の熱処理方法。
【００１６】
３．前記複数点での測定温度を、各ゾーンを占める鋼板の長さに応じてまたは定数αにより加重平均して平均温度とし、該平均温度に基づいて、各ゾーンにおける加熱源への燃料供給量および燃焼用気体流量のいずれか少なくとも一方を調節する上記１に記載の鋼板の熱処理方法。
【００１７】
４．熱処理炉の内部を複数のゾーンに区画形成した熱処理装置であって、
前記複数のゾーンの各々は、加熱源を備え、かつ各ゾーン内の温度を測定する温度計を離間する複数の位置に有する熱処理装置。
【００１８】
５．前記複数のゾーンの各々の鋼板の搬送方向の長さがＬであるとき、
前記温度計のうちの１つが、各ゾーンの入側から前記搬送方向に0.28Ｌ〜0.38Ｌの位置に配置され、
前記温度計のうちの別の１つが、各ゾーンの入側から前記搬送方向に0.62Ｌ〜0.72Ｌの位置に配置される、上記４に記載の厚鋼板の熱処理装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、生産性を低下させることなく、厚鋼板の長手方向における機械的特性のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱処理炉の概略図である。
【図２】熱処理炉の複数のゾーンのうちの１つのゾーンの概略図である。
【図３】厚鋼板長さと板内温度差の関係を示すグラフである。
【図４】従来の熱処理方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る鋼板の熱処理方法および熱処理装置の詳細を説明する。
本発明の一実施形態では、図１に示すように、熱処理炉１（熱処理装置）の内部が複数のゾーン２に区画されている。複数のゾーン２の各々には、加熱を行うバーナ３（加熱源）が設けられているとともに、ゾーン２内の温度を測定する複数、図示例で２つの炉温計４（温度計）が離間して配置されている。このような熱処理炉１内へと、搬送ロール５により、厚鋼板Ｐが熱処理炉入口６から搬入される。熱処理炉１内を通過する厚鋼板Ｐは、図に矢印で示されるような炉の入側と出側との間で往復動作を与えてオシレーションＱをさせながら加熱処理を施される。かように熱処理が施された厚鋼板Ｐは、熱処理炉出口７から熱処理炉１外へと搬送される。
【００２２】
熱処理炉１では、バーナ３への燃料供給量および燃焼用気体流量のいずれか少なくとも一方を調節してゾーン２ごとに雰囲気温度を制御する。燃焼用気体としては、空気以外に純酸素が挙げられる。熱処理炉１の搬送方向の長さは、一般的に50〜100ｍである。
【００２３】
ゾーン２のそれぞれは、搬送方向の長さが3〜10ｍであることが好ましい。より好適には、3〜5ｍである。図１では、ゾーン２が３つのみ区画形成されているが、図１は熱処理炉１の模式図に過ぎず、ゾーン２は、5〜10つ区画形成されていることが好ましい。
【００２４】
バーナ３は、ゾーン毎に雰囲気温度を制御するための加熱源である。本実施形態では、バーナ３は、各ゾーン２の天井に配置されており、天然ガスや副生ガスのような燃料を空気または酸素を用いて燃焼させることにより、ゾーン２内の雰囲気温度を上昇させる。バーナ３を各ゾーン２の天井に配置することに代えて、炉の側壁に厚鋼板の上部と下部の高さに配置することとしてもよい。
また、本実施形態では、加熱源としてバーナを採用しているが、これに代えて、ラジアントチューブ等を加熱源として用いることとしてもよい。
【００２５】
炉温計４のそれぞれは、各ゾーン２内で、厚鋼板Ｐの搬送方向に離間して配置されている。ゾーン２の搬送方向の長さがをＬとすると、炉温計４の１つは、熱処理炉入口６側のゾーン２の端部から搬送方向に0.28Ｌ〜0.38Ｌの位置に配置され、もう１つの炉温計４は、熱処理炉入口６側のゾーン２の端部から搬送方向に0.62Ｌ〜0.72Ｌの位置に配置されることが好ましい。このように配置することで、2つの炉温計により、より広範囲に炉温を検知できる。
より好適には、炉温計４の１つは、熱処理炉入口６側のゾーン２の端部から搬送方向に0.33Ｌの位置に配置され、もう１つの炉温計４は、熱処理炉入口６側のゾーン２の端部から搬送方向に0.67Ｌの位置に配置される。
【００２６】
炉温計４の鋼板側の先端とゾーン２内を搬送される厚鋼板Ｐの表面との距離は、好適には、150〜300mmである。300mmより長くなると、鋼板による炉温低下を検知できなくな
り、150mmより短くなると、炉温計が鋼板による炉温低下を検知できる範囲が狭くなる。
また、本実施形態では、各ゾーン２に２つの炉温計４を配置しているが、これに代えて、３つ以上の炉温計４を、厚鋼板Ｐの搬送方向に離間して配置することとしてもよい。
【００２７】
搬送ロール５は、ロールを回転させることにより厚鋼板Ｐを搬送する。熱処理炉入口６側から熱処理炉出口７側にかけて、厚鋼板Ｐを所定時間搬送した後に、ロールの回転方向を逆にして、熱処理炉出口７側から熱処理炉入口６側へと所定時間搬送し、その後、再び熱処理炉入口６側から熱処理炉出口７側にかけて搬送する。このようなオシレーションを、熱処理条件に応じて所定回数行ったのち、熱処理炉出口７側から、熱処理を施した厚鋼板Ｐを搬出する。
【００２８】
このような熱処理装置による熱処理方法を以下に説明する。
熱処理炉１内の各ゾーン２では、炉温計４により測定された複数点での測定温度に基づいて、各ゾーン２内の雰囲気温度を制御することにより、厚鋼板Ｐの熱処理温度を制御する。各ゾーン２内の雰囲気温度の制御は、上述のように、バーナ３への燃料供給量および燃焼用気体流量のいずれか少なくとも一方を調節することにより行う。
【００２９】
また、上記各ゾーン２内の雰囲気温度の制御の指標となるのは、炉温計４により測定された複数点での測定温度である。
一実施形態では、１つのゾーン２内で測定された複数点での測定温度の平均値を、ゾーン２内の雰囲気温度の制御の指標とする。例えば、１つのゾーン２内に２つの炉温計４が設置されており、それぞれの測定温度が620℃および610℃であるとすると、これらの測定温度の平均値である615℃を、ゾーン２内の雰囲気温度の制御の指標とする。このようにすることで、鋼板と測定点の位置関係により、測定温度がばらついて、適正に雰囲気温度が制御されないことに起因する、鋼板の焼き過ぎや焼け不足の発生を抑止することができる。
【００３０】
別の実施形態では、ゾーン２を前段と後段に分け、前段と後段の測定温度を、前段と後段の厚鋼板Ｐの搬送方向における占有長に応じて加重平均して得た温度を、雰囲気温度の制御の指標とする。
具体的には、図２に示されるように、各ゾーン２のうち、前段（熱処理炉入口６側）を第１のゾーン２Ａとし、後段（熱処理炉出口７側）を第２のゾーン２Ｂとして、以下の式（１）により加重平均を行い、式（１）により求めた値をゾーン２内の雰囲気温度の制御の指標とする。このようにすることで、鋼板が存在する箇所の炉温に基づいて燃焼制御が適切に行われるため、目的とする温度に炉内の雰囲気温度を制御して、鋼板に対して所望の温度での熱処理が行え、鋼板の焼け不足や鋼板が存在しない箇所の過加熱を防止できる。
記
［Ａ（℃）×Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）］＋［Ｂ（℃）×Ｙ／（Ｘ＋Ｙ）］  …（１）
ここで、
Ａは第１のゾーン２Ａの測定温度であり、
Ｂは第２のゾーン２Ｂの測定温度であり、
Ｘは第１のゾーン２Ａを鋼板が占有する搬送方向の長さであり、
Ｙは第２のゾーン２Ｂを鋼板が占有する搬送方向の長さである。
【００３１】
上記第１のゾーン２Ａの測定温度Ａは、第１のゾーン２Ａに設置されているすべての炉温計４の平均測定温度であることとしてもよく、あるいは、第１のゾーン２Ａに配置されている炉温計４のうち、厚鋼板Ｐが占有している部分を測定している炉温計４の温度のみを、測定温度Ａとして採用することとしてもよい。あるいは、第１のゾーン２Ａに設置されている炉温計４のうち、第２のゾーン２Ｂ側に最も近く配置されている炉温計４の温度を、測定温度Ａとして採用することとしてもよく、あるいは、第２のゾーン２Ｂ側に最も遠く配置されている炉温計４の温度を、測定温度Ａとして採用することとしてもよい。
上記第２のゾーン２Ｂの測定温度Ｂは、第２のゾーン２Ｂに設置されているすべての炉温計４の平均測定温度であることとしてもよく、あるいは、第２のゾーン２Ｂに配置されている炉温計４のうち、厚鋼板Ｐが占有している部分を測定している炉温計４の温度のみを、測定温度Ｂとして採用することとしてもよい。あるいは、第２のゾーン２Ｂに設置されている炉温計４のうち、第１のゾーン２Ａ側に最も近く配置されている炉温計４の温度を、測定温度Ｂとして採用することとしてもよく、あるいは、第１のゾーン２Ａ側に最も遠く配置されている炉温計４の温度を、測定温度Ｂとして採用することとしてもよい。
【００３２】
上記実施形態では、ゾーン２を前段と後段に分け、前段と後段の測定温度を、前段と後段の厚鋼板Ｐの搬送方向における占有長に応じて加重平均することとしたが、このように占有長に応じて加重平均することに代えて、定数αを用いて加重平均することとしてもよい。具体的には、各ゾーン２のうち、前段を第１のゾーン２Ａとし、後段を第２のゾーン２Ｂとして、以下の式（２）により加重平均を行い、式（２）により求めた値をゾーン２内の雰囲気温度の制御の指標とする。
記
［Ａ（℃）×α］＋［Ｂ（℃）×（１−α）］  …（２）
ここで、
αは定数であり、
Ａは第１のゾーン２Ａの測定温度であり、
Ｂは第２のゾーン２Ｂの測定温度である。
【００３３】
定数αは、厚鋼板Ｐと炉温計４の位置関係に応じて定めることとし、0から1までの任意の数値とする。例えば、連続する３つのゾーン２を、熱処理炉入口６側からぞれぞれゾーン２−１、ゾーン２−２、ゾーン２−３とし、各ゾーンの前段（熱処理炉入口６側）および後段（熱処理炉出口７側）のそれぞれに少なくとも１つの炉温計４が配置され、これらの３つのゾーン２−１〜２−３にわたって厚鋼板Ｐをオシレーションした場合、厚鋼板Ｐのボトム端が入ったり出たりするゾーン２−１については、ゾーン２−１内の後段に配置されている炉温計４の方が、前段に配置されている炉温計４よりも、高い頻度で厚鋼板Ｐが近接するため、αは小さい方がよい（後段の炉温計４の測定温度を重視する。）。そのため、ゾーン２−１では、αは0超0.4以下とすることが好ましい。
厚鋼板Ｐのトップ端が入ったり出たりするゾーン２−３については、前段に配置されている炉温計４の方が、後段に配置されている炉温計４よりも、高い頻度で厚鋼板Ｐが近接するため、αは大きい方がよい（前段の炉温計４の測定温度を重視する。）。そのため、ゾーン２−３では、αは0.6以上1未満とすることが好ましい。
中央のゾーン２−２については、厚鋼板Ｐが近接する頻度としては、前段と後段でそれほど変化はない。そのため、αは0.5とすることが好ましい。
なお、厚鋼板Ｐがゾーン２−１の前段まで入らない場合、ゾーン２−１のαは0とすることが好ましい（後段の炉温計４の測定温度だけで制御する）。また、厚鋼板Ｐがゾーン２−３の後段まで入らない場合、ゾーン２−３のαは1とすることが好ましい（前段の炉温計４の測定温度だけで制御する）。
【００３４】
上記のような指標に基づいて、ゾーン２内における雰囲気温度の制御を行うことにより、オシレーションされる鋼板の長さに関わらず、厚鋼板Ｐの全体を、長手方向にわたって所望の均一な温度で熱処理することができる。
【実施例】
【００３５】
（実施例１）
以下の条件で、厚さ120mmおよび長さ5.4〜12.0ｍの種々の厚鋼板Ｐの熱処理を図１に示す構造に従う下記仕様の熱処理炉において実施した。その際、熱処理炉１におけるゾーン２ごとの雰囲気温度の制御を行った。
記
設定炉温：625℃
在炉時間：120分
ゾーン長：4.8ｍ
ゾーン数：3
オシレーション速度：1.5ｍ/min
従来例では、厚鋼板Ｐの位置に関わらず、単に炉温計４の測定温度をそのままゾーン２の雰囲気温度としたのに対し、本発明例では、各ゾーン２の炉温計４の測定温度の平均値を算出し、これに基づいてゾーン２の雰囲気温度を制御した。
【００３６】
上記のような従来例および本発明例によるゾーン２内の雰囲気温度の制御により熱処理された厚鋼板Ｐの板内温度差を、それぞれ測定した。板内温度は、厚鋼板Ｐの板厚1/2t（鋼板表面より60mm）部分を、長手方向に50mmピッチで測定し、板厚方向伝熱差分計算を用いて計算した。また、板内温度差は、測定した点の最高温度(鋼板端部100mmの部分は除く)と最低温度の差として算出した。
【００３７】
図３にその結果を示す。厚鋼板Ｐの長さが７ｍまででは、従来例と本発明例とのゾーン２における雰囲気温度の制御方法の違いによる、板内温度偏差にほとんど違いはない。しかしながら、厚鋼板Ｐの長さが７ｍを超えると、従来例では、徐々に温度差が大きくなり、厚鋼板Ｐの長さが12ｍでは、板内の温度差が最大で60℃となる。これに対し、本発明例では、板内の温度差を最大でも40℃程度に抑えることができている。このように、本発明によれば、オシレーションの距離を変えることなく、板内温度差を低減させることができた。これによって、板の長さ方向の機械的特性のばらつきを抑えることができた。
【符号の説明】
【００３８】
１  熱処理炉（熱処理装置）
２  ゾーン
２Ａ  第１のゾーン
２Ｂ  第２のゾーン
３  バーナ（加熱源）
４  炉温計（温度計）
５  搬送ロール
６  熱処理炉入口
７  熱処理炉出口
Ｐ  厚鋼板
【図１】
2019019394.tif 000003
【図２】
2019019394.tif 000004
【図３】
2019019394.tif 000005
【図４】
2019019394.tif 000006