(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内に装入された被加熱材を、これを支持する固定ビームと可動ビームとに交互に乗せるとともに、バーナーによって加熱しながら抽出口に向けて搬送するウォーキングビーム式加熱炉において、
前記固定ビームが、被加熱材の搬送方向に沿って延びるように配置されており、前記可動ビームが、前記固定ビームとは直交方向に沿って延びるように配置されていることを特徴とするウォーキングビーム式加熱炉。
【請求項２】
被加熱材の搬送方向の途中で、固定ビームの位置を炉幅方向に一定量ずらしたことを特徴とする請求項１に記載のウォーキングビーム式加熱炉。
【請求項３】
前記バーナーは、炉幅方向両側に且つ炉長方向で隣接する可動ビーム同士の間の位置に付設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のウォーキングビーム式加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォーキングビーム式加熱炉における、炉内を搬送されるスラブ等の被加熱材のスキッドマーク（被加熱材における、板厚平均温度の炉幅方向偏差）の低減技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
スラブ等の長尺な被加熱材を熱間圧延するときには、被加熱材を連続式加熱炉に装入し、所定温度まで再加熱した後、抽出して圧延する。この種の連続式加熱炉として、ウォーキングビーム式加熱炉がある。従来のウォーキングビーム式加熱炉は、スキッドボタンを有するとともに炉長方向に沿って延びるように設けられた固定ビームと可動ビーム（ウォーキングビーム）が、炉幅方向に交互に設けられている。そして、カムを利用して可動ビームを支持する支持体ごと可動ビームを昇降させるとともに、油圧シリンダーで支持体を炉長方向に引っ張ってビーム上に載置された被加熱材を搬送するようになっている。
【０００３】
ここで、被加熱材を圧延温度に加熱するウォーキングビーム式加熱炉は、炉内温度が１０００℃を超える。そのため、被加熱材を炉内にて支持する固定ビームおよび可動ビームは、その周囲を断熱材で包囲して、その内部を冷却するとともに、各ビーム上に、概ね１００〜１５０ｍｍの高さ（面圧：１５〜２５ｋｇ／ｃｍ２）のスキッドボタンを装着し、このスキッドボタンで被加熱材を直接支持するようにしている。
【０００４】
しかし、スキッドボタンの温度は、ビームの水冷の影響を受けるため、炉内温度よりもかなり低い温度である。したがって、被加熱材のスキッドボタンとの接触部分はその他の部分よりも低温となり、いわゆるスキッドマーク（被加熱材における、板厚平均温度の炉幅方向偏差）が生じる。そして、固定ビームとの接触部に発生するスキッドマークは、熱間圧延時の変形抵抗が異なることにより、製品の厚みや品質のバラツキの原因となる。
【０００５】
そこで、ビーム間におけるスキッドマークによる温度偏差を解消することに関して、特許文献１には、ビーム（スキッド）を炉長方向で蛇行させた形状のものが開示されている。また、特許文献２には、可動ビームをその原位置から直上させた後に斜め前方に平行移動させる方式とし、炉の側壁も可動ビームの斜行方向に沿わせて斜めに形成してスラブを斜行させて移送する方法が提案されている。また、特許文献３には、可動ビームおよび固定ビームを、炉幅方向に蛇行した複数のビームで構成したウォーキングビーム式加熱炉が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５７−１７７９１５号公報
【特許文献２】特開平３−２２６５１８号公報
【特許文献３】特開平７−９７６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ビーム間におけるスキッドマークの温度偏差を解消することに関し、特許文献１では、ビームを炉長方向で蛇行させるが、このように直線部と蛇行部のビームを組み合わせたのみでは、炉長に比べて可動ビームによる一回当たりのスラブの移動距離が小さい。そのため、作動時にスラブの同じ部分が再び同じスキッドボタンに載置されることがあり、スキッドマークを完全に無くすことができないという問題がある。
【０００８】
これに対し、特許文献２には、可動ビームをその原位置から直上させた後に斜め前方に平行移動させる方式が提案されているものの、このように可動ビームを斜行させるとともに炉本体を斜めにして、被加熱材を斜め方向に移送する方式では、炉核がいびつな形となり、現有の既存設備との空間に設置することが困難となり、非現実的であるという問題がある。
【０００９】
また、特許文献３では、可動ビームおよび固定ビームを、炉幅方向に蛇行した複数のビームで構成しているが、この場合、ビームを支持する支柱が、炉内下部空間の至るところに存在してしまうので、鋼片加熱用のバーナーの火炎が下部の支柱と干渉する。そのため、適切な炉内温度分布が確保できず、且つ支柱がバーナーの火炎によって炙られて極端に寿命が短くなるという問題がある。
【００１０】
さらに、本発明者が新たに着目した課題として、スキッドマークの発生は、スキッドボタンによる抜熱のみならず、バーナーの火炎からの輻射熱がビームの影によって遮られる影響（以下、「影」の影響と呼ぶ）を強く受ける。特に、ウォーキングビーム式加熱炉で被加熱材を加熱する場合、被加熱材が「影」になる部分は、炉幅方向でのビーム間距離が長い程、且つ各ビームが均一な配置である程小さくなり、スキッドマークも低減される。そのため、加熱炉の設計時には、ビーム間距離をできる限り大きく取ることがポイントとなる。
【００１１】
すなわち、スキッドマークは、（１）「影」の影響としては、水冷されるビームの断面積、および固定ビームと可動ビーム間距離に左右されるとともに、（２）スキッドボタンによる抜熱としては、その温度、被加熱材とスキッドボタンとの接触幅、および接触時間にも影響される。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、従来に比べて特に「影」の影響を軽減可能とし、これにより、スキッドマークを低減させることができるウォーキングビーム式加熱炉を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、炉内に装入された被加熱材を、これを支持する固定ビームと可動ビームとに交互に乗せるとともに、バーナーによって加熱しながら抽出口に向けて搬送するウォーキングビーム式加熱炉において、前記固定ビームが、被加熱材の搬送方向（炉長方向）に沿って延びるように配置されており、前記可動ビームが、前記固定ビームとは直交方向（炉幅方向）に沿って延びるように配置されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るウォーキングビーム式加熱炉によれば、ウォーキングビーム式加熱炉における固定ビームを、搬送方向（炉長方向）に沿って延びるように配置し、可動ビームを、固定ビームとは直交方向（炉幅方向）に沿って延びるように配置したことにより、バーナーの火炎からの輻射熱が可動ビームによって遮られ難く、また、バーナーの火炎からの輻射熱が可動ビームによって遮られる場合であっても、可動ビームを固定ビームと直交方向（炉幅方向）に配置しているので、バーナーの火炎からの輻射熱が均一に遮られる。結果として、板厚平均温度の炉幅方向偏差が一様となるため、従来に比べて特に「影」の影響を軽減可能とし、これにより、スキッドマークを低減させることができる。なお、前記バーナーは、炉幅方向両側に且つ炉長方向で隣接する可動ビーム同士の間の位置にバーナーが付設されていれば、「影」の影響を軽減する上でより好ましい。
【００１４】
ここで、本発明に係るウォーキングビーム式加熱炉において、被加熱材の搬送方向の途中で、固定ビーム位置を炉幅方向に一定量ずらした構成とすれば、バーナーの火炎からの輻射熱がビームによって遮られる「影」の影響を一層軽減することができる。そのため、更にスキッドマークを低減させることが可能であり、実用上極めて有効である。
そして、上記本発明の構成によれば、加熱炉の長手方向には固定ビームのみを配置することができるので、被加熱材の炉内移送のストローク毎に被加熱材に接触するスキッド間の距離を、例えば従来の倍程度に広げることができる。そのため、従来に比べて著しくスキッドマークを低減させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述のように、本発明によれば、従来に比べて特に「影」の影響を軽減可能とし、これにより、スキッドマークを低減させることができるウォーキングビーム式加熱炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るウォーキングビーム式加熱炉の平面図であり、（ａ）は、可動ビームが最後部にて位置している待機状態を示し、（ｂ）は、可動ビームが最上部かつ最前部に位置している移動状態を示している。
【図２】本発明に係るウォーキングビーム式加熱炉の横断面図であり、（ａ）は、可動ビームが最下部に位置している待機状態を示し、（ｂ）は、可動ビームが最上部に位置している移動状態を示している。
【図３】従来のウォーキングビーム式加熱炉の平面図であり、可動ビームと固定ビームの標準的な配置例およびスキッドシフト例を示している。
【図４】従来のウォーキングビーム式加熱炉において、鋼片の厚さ方向での平均温度分布（定性的）を示す図（ａ）、および要部横断面の模式図（ｂ）である。
【図５】スキッドマークの定義について説明する図であり、鋼片の厚さ方向での平均温度分布（定性的）を示す図（ａ）、および要部横断面の模式図（ｂ）である。
【図６】本発明の一実施例を、従来のウォーキングビーム式加熱炉（図５の例）と比較して説明する図であり、鋼片の厚さ方向での平均温度分布（定性的）を示す図（ａ）、従来の要部横断面の模式図（ｂ）、および本発明に係るウォーキングビーム式加熱炉の要部横断面の模式図（ｃ）である。
【図７】被加熱材が任意位置の火炎（熱源）から輻射熱を受ける場合におけるビームの「影」の影響の差異を説明する図であり、同図（ａ）は従来のウォーキングビーム式加熱炉での例を示し、同図（ｂ）および（ｃ）は本発明に係るウォーキングビーム式加熱炉での一例であって、同図（ｂ）は可動ビームがバーナーの火炎の輻射熱を遮らない状態、（ｃ）は可動ビームがバーナーの火炎の輻射熱を遮っている状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１に示すように、このウォーキングビーム式加熱炉１（以下、単に「加熱炉」ともいう）は、炉上部にスキッドボタン３ａ，２ａをそれぞれに備えた複数の固定ビーム３と複数の可動ビーム（ウォーキングビーム）２を有する。複数の固定ビーム３は、スラブ（被加熱材）Ｓの搬送方向（炉長方向）に沿って延びるように配置されており、一方、複数の可動ビーム２は、固定ビーム３と直交方向（炉幅方向）に配置されている。なお、本実施形態においては、図１（ａ）に示すように、スラブＳの搬送方向の途中（同図上部側部分）で、固定ビーム３および可動ビーム２の位置を炉幅方向に一定量ずらした構成を組み合わせている。
【００１８】
加熱炉１の周囲には、炉幅方向両側の所定の位置に複数のバーナーＢが付設され、これにより、搬送するスラブＳを所定温度まで再加熱するものである。ここで、前記所定の位置としては、炉長方向で隣接する可動ビーム２同士の間の位置にバーナーＢが付設されることが好ましい。そして、可動ビーム２を昇降させるとともに、可動ビーム２の支持体を搬送方向前方に移動させ、固定ビーム３上に載置されたスラブＳを前方に搬送するようになっている。
【００１９】
詳しくは、図２に示すように、この加熱炉１の固定ビーム３は、加熱炉１の炉底４上に立設された固定ビーム支柱６により支持されている。また、可動ビーム２は、加熱炉１の炉底４下方に配置された板状の支持体５上に立設された可動ビーム支柱１１により支えられている。可動ビーム２および可動ビーム支柱１１とも、炉内の高温（１２００〜１３００℃）に耐えられるように、外面が耐火物で保護され、隣接する可動ビーム２同士は冷却水路１４が配管されるとともに、パイプ状になった内面に冷却水を通すようになっている。
【００２０】
そして、これらの可動ビーム２、可動ビーム支柱１１および支持体５は、駆動部７のモータ１２が駆動されて減速機８を介して駆動軸９が回転すると、この駆動軸９に固着されたカム１０により昇降し、固定ビーム３０上のスラブＳを昇降させる。そして、可動ビーム２がスラブＳを持ち上げているタイミングに合わせて、支持体５を油圧シリンダ（図示せず）で前記搬送方向の前方に向けて引っ張ることで、スラブＳを前方に移動させるようになっている。次いで、その状態からさらにカム１０が回転すると、可動ビーム２は可動ビーム支柱１１および支持体５とともに下降し、可動ビーム２上の被加熱材３１は再び固定ビーム３上に降ろされる。炉内のスラブＳはこのような動作を繰り返しながら、バーナーＢの火炎Ｆからの輻射熱により加熱されつつ前進する。
【００２１】
次に、このウォーキングビーム式加熱炉の作用・効果について説明する。
従来のウォーキングビーム式加熱炉においては、図３に示すように、複数の固定ビーム３と可動ビーム１０２は、自身長手方向が炉長方向に沿って延びるように配置されるとともに、相互が炉の幅方向に交互に設けられていたので、図４（ａ）に示すように、可動ビーム１０２および固定ビーム３のスキッドボタン１０２ａ，３ａに当たる部分と当たらない部分とでは温度差が生じていた。
【００２２】
ここで、図５に示すように、この温度差は、図４と比較して判るように、炉幅方向で隣接するビーム間距離が長い程、且つ均一な配置である程小さくなり、スキッドマーク（被加熱材における、板厚平均温度の炉幅方向偏差）も低減される。そのため、加熱炉設計時には、炉幅方向でのビーム間距離をできる限り大きく取ることがポイントとなるが、それにも限界がある。
【００２３】
また、従来のウォーキングビーム式加熱炉においては、炉長方向に沿って設けられた固定ビーム３と可動ビーム１０２が、炉幅方向に交互に設けられている構成なので、バーナーＢの火炎Ｆからの輻射熱が、従来型の可動ビーム１０２によって遮られる。例えば、図７（ａ）において、可動ビーム１０２よりも左側に位置する火炎（Ｆ１やＦ２）は、可動ビーム１０２の影になるスラブＳの可動ビーム１０２よりも右側の位置の加熱には寄与しない。さらに、火炎の位置（Ｆ１やＦ２）の違いによって、影の範囲も異なる。このように、バーナーＢの火炎Ｆからの輻射熱が、従来型の可動ビーム１０２によって遮られると、その影響を強く受けてスラブＳに偏熱を生じ易く、この温度差は熱間圧延する際の変形抵抗の差として表れ、圧延して得られる熱間鋼帯等の厚さや幅の変動原因となっていた。
【００２４】
これら問題点に対し、上述した図１および図２に示すウォーキングビーム式加熱炉１は、固定ビーム３はスラブＳの搬送方向（炉長方向）に延びるように配置しており、一方、可動ビーム２は固定ビーム３と直交方向（炉幅方向）に延びるように配置した。これにより、可動ビーム２とバーナーＢとの位置関係によっては、図７（ｂ）に示すように、バーナーＢの火炎Ｆからの輻射熱が本発明に係る可動ビーム２によって遮られず、偏熱を起こしにくい。
【００２５】
また、図７（ｃ）に示すように、バーナーＢの火炎Ｆからの輻射熱が本発明に係る可動ビーム２によって遮られる位置に可動ビーム２が位置してその「影」の影響を受ける場合であっても、この可動ビーム２は固定ビーム３と直交方向（炉幅方向）に配置されているので、バーナーＢの火炎Ｆからの輻射熱が可動ビーム２によって均一に遮られることになる。そのため、結果として、板厚平均温度の炉幅方向偏差が一様に軽減されることになるため、従来に比べて特に可動ビーム２の「影」の影響を軽減可能とし、これにより、可動ビーム２の「影」の影響を受けることによるスキッドマークを低減させることができる。
【００２６】
さらに、加熱炉１における固定ビーム３を、炉長方向に対して平行に延びるように配置することにより、図７（ｂ）に示すように、搬送方向（長手方向）には固定ビーム３のみを配置することができるので、スラブＳの炉内移送のストローク毎にスラブＳに接触するスキッドボタン３ａ間の距離を従来の倍程度に広げることができる。そのため、従来に比べて著しくスキッドマークを低減させることができる。
【００２７】
このウォーキングビーム式加熱炉１での伝熱シミュレーションの結果を、従来のウォーキングビーム式加熱炉（図５の例）と比較して図６および表１に示す。同表は、伝熱シミュレーションによる、定量的なスキッドマーク低減の程度について示している。
ここで、図６に示すように、スキッドマークとは、隣接する固定ビーム３同士のスキッドボタン３ａ間でのスラブＳの厚さ方向の平均温度分布の最大値と最小値の差をいう。つまり、同図において、従来においては最大値Ｃと最小値Ａの差、本発明においては最大値Ｃ’と最小値Ａ’の差である。表１に示す結果から判るように、本発明の適用により、従来技術に比べて約２０％のスキッドマークの低減が可能である。
【００２８】
【表１】
0005678581.tif 000002
【００２９】
また、本実施形態においては、スラブＳの搬送方向の途中で、固定ビーム３および可動ビーム２の位置を炉幅方向に一定量ずらした構成を組み合わせているので、固定ビーム３のスキッドボタン３ａとスラブＳとの接触により低温となる位置がずれる。そのため、更にスキッドマークを低減させることが可能である。
以上説明したように、このウォーキングビーム式加熱炉１によれば、従来に比べて著しくスキッドマークを低減させることができる。なお、本発明に係るウォーキングビーム式加熱炉は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能であることは勿論である。
【００３０】
例えば、上記実施形態では、図３に示す従来例同様に、スラブ（被加熱材）Ｓの搬送方向の途中で、固定ビーム３および可動ビーム２の位置を炉幅方向に一定量ずらした例で説明したが、これに限らず、一定量ずらした構成を採用しなくてもよい。しかし、固定ビーム３との接触の影響をより軽減する上では、このような構成を採用することが、実用上極めて有効である。
【符号の説明】
【００３１】
１  加熱炉
２  可動ビーム（ウォーキングビーム）
３  固定ビーム
４  炉底
５  支持体
６  固定ビーム支柱
７  駆動部
８  減速機
９  駆動軸
１０  カム
１１  可動ビーム支柱
１２  モータ
１４  冷却水路
Ｂ  バーナー
Ｆ  火炎
Ｓ  スラブ（被加熱材）
【図１】
0005678581.tif 000003
【図２】
0005678581.tif 000004
【図３】
0005678581.tif 000005
【図４】
0005678581.tif 000006
【図５】
0005678581.tif 000007
【図６】
0005678581.tif 000008
【図７】
0005678581.tif 000009