(57)【要約】【課題】直火加熱炉において、炉内に特別な機構を設けることなく金属材を幅方向で均一に加熱する。【解決手段】炉側壁バーナを備えた直火加熱炉内で金属材を移送しつつ加熱するに際して、炉幅方向で対向して配置された１対の炉側壁バーナの燃焼フレームを炉幅方向中央で衝突させ、過加熱になりやすい金属材エッジ部に対して幅中央部を積極的に加熱することで、金属材幅方向の加熱の均一化を図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉側壁バーナを備えた直火加熱炉内で金属材を移送しつつ加熱する方法であって、
炉幅方向で対向して配置された１対の炉側壁バーナ（BＬ）,（BＲ）の燃焼フレームを炉幅方向中央で衝突させて金属材の加熱を行うことを特徴とする金属材の加熱方法。
【請求項２】
炉の加熱負荷に応じて、炉長方向で間隔をおいて複数対配置された炉側壁バーナ（BＬ）,（BＲ）を、１対おきに消火して金属材の加熱を行うことを特徴とする請求項１に記載の金属材の加熱方法。
【請求項３】
各炉側壁バーナ（BＬ）,（BＲ）が、第１及び第２の燃焼用空気供給系を有するバーナであり、炉の加熱負荷に応じて、各炉側壁バーナ（BＬ）,（BＲ）における第１の燃焼用空気供給系からの燃焼用空気供給量と第２の燃焼用空気供給系からの燃焼用空気供給量との比率を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属材の加熱方法。
【請求項４】
炉側壁バーナを備え、金属材を炉内で移送しつつ加熱する直火加熱炉であって、
１対の炉側壁バーナ（BＬ）,（BＲ）を炉幅方向で対向して配置し、それらの燃焼フレームが炉幅方向中央で衝突するようにしたことを特徴とする直火加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直火加熱炉を用いた金属材の加熱方法及びその実施に好適な直火加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼板やスラブなどの金属材を移送しつつ加熱するための加熱炉として、炉側壁バーナを備えた直火加熱炉が用いられている。この直火加熱炉内の金属材移送手段としては、一般に、加熱対象が鋼板のような連続体の場合にはハースロールが、また加熱対象がスラブやビレットのような非連続体の場合にはスキッドビームなどが用いられる。図６（a）は、鋼板加熱用の直火加熱炉の横断面を模式的に示したものであり、１は炉体、２は鋼板移送用のハースロール、８は炉側壁バーナ、Ｓは被加熱材である鋼板である。前記炉側壁バーナ８は、鋼板通板位置（パスライン）の上側と下側の各位置に炉長方向で適当な間隔をもって配置され、通板する鋼板Ｓの上方と下方にそれぞれ水平状に燃焼フレーム９を形成する。
【０００３】
一般に加熱炉内で金属材を加熱する場合、金属材のエッジ部は幅中央部に較べて入熱面が多いので高温になりやすいが、特に直火加熱炉を用いた金属材の加熱では、燃焼フレーム自身に温度分布があるうえに、燃焼フレームの一部が直接金属材に接触するなどの理由から、金属材のエッジ部が過加熱されやすいという問題がある。図６（b）に、図６（a）の直火加熱炉で加熱された鋼板の幅方向板温分布の一例を示すが、幅中央部に較べてエッジ部が２０℃以上も過加熱されていることが判る。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１には、炉側壁バーナの前方に火炎拡散防止体を設置し、この火炎拡散防止体を通じてバーナの燃焼フレームを炉内に吹き出すようにすることで、金属材のエッジ部に対する輻射伝熱量を低減させるようにした加熱炉が提案されている。
また、特許文献２には、炉内を移送される金属材のエッジ部の上方及び下方に炉幅方向進退可能な水冷式遮蔽板を配置し、金属材のエッジ部に対する輻射伝熱量を低減させるようにした加熱炉が提案されている。
【特許文献１】実開平６−６１９５８号公報
【特許文献２】特開平８−１４３９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の加熱炉は、(1)火炎拡散防止体という特別な機構を設ける必要があること、(2)加熱すべき金属材の幅が変更される場合、火炎拡散防止体の長さを変える（伸縮させる）必要があるため、そのための機構（耐熱性の特別な機構）がさらに必要となること、などの点からコストや実用性に問題がある。
また、特許文献２の加熱炉も、水冷式遮蔽板という特別な機構を設ける必要があることや、その耐熱性を十分に確保する必要があること、などの点からコストや実用性に問題がある。
【０００６】
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、直火加熱炉を用いた金属材の加熱において、炉内に特別な機構を設けることなく、金属材を幅方向で均一に加熱することができる加熱方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような金属材の加熱方法に好適な直火加熱炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、炉幅方向で対向して配置された１対の炉側壁バーナの燃焼フレームを炉幅方向中央で衝突させ、過加熱になりやすい金属材エッジ部に対して幅中央部を積極的に加熱することで、金属材幅方向の加熱の均一化を図るものであり、その要旨は以下のとおりである。
【０００８】
［1］炉側壁バーナを備えた直火加熱炉内で金属材を移送しつつ加熱する方法であって、
炉幅方向で対向して配置された１対の炉側壁バーナ（BＬ）,（BＲ）の燃焼フレームを炉幅方向中央で衝突させて金属材の加熱を行うことを特徴とする金属材の加熱方法。
［2］上記［1］の加熱方法において、炉の加熱負荷に応じて、炉長方向で間隔をおいて複数対配置された炉側壁バーナ（BＬ）,（BＲ）を、１対おきに消火して金属材の加熱を行うことを特徴とする金属材の加熱方法。
【０００９】
［3］上記［1］又は［2］の加熱方法において、各炉側壁バーナ（BＬ）,（BＲ）が、第１及び第２の燃焼用空気供給系を有するバーナであり、炉の加熱負荷に応じて、各炉側壁バーナ（BＬ）,（BＲ）における第１の燃焼用空気供給系からの燃焼用空気供給量と第２の燃焼用空気供給系からの燃焼用空気供給量との比率を調整することを特徴とする金属材の加熱方法。
［4］炉側壁バーナを備え、金属材を炉内で移送しつつ加熱する直火加熱炉であって、
１対の炉側壁バーナ（BＬ）,（BＲ）を炉幅方向で対向して配置し、それらの燃焼フレームが炉幅方向中央で衝突するようにしたことを特徴とする直火加熱炉。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、過加熱になりやすい金属材エッジ部に対して幅中央部の加熱が強化されるため、炉内に特別な機構を設けることなく、金属材幅方向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】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態を示すもので、直火加熱炉の横断面を模式的に示している。図において、１は炉体である。
この直火加熱炉は鋼板加熱用であり、鋼板移送手段としてハースロール２を備え、このハースロール２で鋼板Ｓを連続搬送しつつ、下記する炉側壁バーナなどの直火バーナにより加熱する。
炉体１の両側壁には、炉幅方向で対向して１対の炉側壁バーナBＬ,BＲ（サイドバーナ）が配置され、このような１対の炉側壁バーナBＬ,BＲが、パスラインである鋼板通板位置の上側と下側の各位置に炉長方向で適当な間隔をもって複数対配置されている。
【００１２】
本発明では、上記各１対の炉側壁バーナBＬ,BＲの燃焼フレームFＬ,FＲ（燃焼フレームの先端部）どうしを炉幅方向中央で衝突させて鋼板Ｓの加熱を行う。ここで、燃焼フレームFＬ,FＲから鋼板Ｓに及ぼされる輻射熱は、燃焼フレームFＬ,FＲの上記衝突部からが最も大きくなるため、過加熱になりやすい鋼板エッジ部に対して幅中央部の加熱が強化され、鋼板幅方向を均一に加熱することができる。
なお、衝突する燃焼フレームFＬ,FＲは、完全に水平状ではなく、ある程度の角度で斜め上向き又は斜め下向きに形成されてもよい。
【００１３】
図２及び図３は、それぞれ本発明の他の実施形態を示すもので、図２は、鋼板通板位置（金属材通過位置）よりも上側にのみ炉側壁バーナBＬ,BＲを配置し、それらの燃焼フレームFＬ,FＲ（燃焼フレームの先端部）どうしを炉幅方向中央で衝突させた例、図３は、鋼板通板位置（金属材通過位置）よりも下側にのみ炉側壁バーナBＬ,BＲを配置し、それらの燃焼フレームFＬ,FＲ（燃焼フレームの先端部）どうしを炉幅方向中央で衝突させた例である。
いずれの実施形態でも、上記１対の炉側壁バーナBＬ,BＲが炉長方向で適当な間隔をもって複数対配置されている。
【００１４】
本発明の加熱方法において、炉側壁バーナBＬ,BＲの燃焼フレームFＬ,FＲどうしの衝突を安定化して生じさせるには、燃焼フレーム長が一定に保たれることが好ましく、このために、例えば以下のような実施形態を採ることができる。
まず、炉の加熱負荷に応じて、炉長方向で間隔をおいて複数対配置された炉側壁バーナBＬ,BＲを、１対おきに消火（すなわち間引き燃焼）して鋼板Ｓの加熱を行うようにすることができる。図４はその実施形態を示すものであり、加熱負荷１００％の場合には、図４（a）に示すように複数対の炉側壁バーナBＬ,BＲをすべて稼動させるのに対して、図４（b）に示すように炉側壁バーナBＬ,BＲを１対おきに消火する（非稼動にする）ものである。このようにすることより、炉の加熱負荷を小さくする場合でも、稼働中の炉側壁バーナBＬ,BＲの燃焼フレーム長を一定に保ち、燃焼フレームFＬ,FＲどうしの衝突を安定して生じさせることができる。
【００１５】
また、炉側壁バーナBＬ,BＲとしては、通常、(1)各１系統の燃焼用空気供給系と燃料ガス供給系を備えたもの、(2)２系統の燃焼用空気供給系（第１及び第２の燃焼用空気供給系）と１系統の燃料ガス供給系を備えたもの、などが用いられる。このうち、上記(1)の形式のバーナとしては、例えば、燃料ガスノズル（内側）と燃焼用空気ノズル（外側）を同心状に配した構造のバーナが挙げられる。一方、上記(2)の形式のバーナは、２系統の燃焼用空気供給系からの燃焼用空気供給量や比率を調整することにより燃焼フレーム長などの調整を行えるようにしたものであり、この形式のバーナとしては、例えば、(i)１系統の燃料ガスノズルと２系統の燃焼用空気ノズルを有するバーナ（例えば、バーナ中心部側から順に、内側燃焼用空気ノズル、燃料ガスノズル及び外側燃焼用空気ノズルを同心状に配した構造のバーナ）、(ii)２系統の燃焼用空気供給系のうちの第１の燃焼用空気供給系からの燃焼用空気を燃料ガスと予混合し、これを空気予混合燃料ガスノズルに供給し、第２の燃焼用空気供給系からの燃焼用空気を燃焼用空気ノズルに供給するようにしたバーナ、などがある。そして、このような上記(2)の形式のバーナを用いる場合には、炉の加熱負荷に応じて、各炉側壁バーナBＬ,BＲにおける第１の燃焼用空気供給系からの燃焼用空気供給量ａと第２の燃焼用空気供給系からの燃焼用空気供給量ｂとの比率ａ／ｂを調整することで、所定の燃焼フレーム長を確保することができる。
【００１６】
図５は、上記(2)の形式の有する炉側壁バーナの一実施形態を示すもので、バーナの縦断面図である。図において、３はバーナ本体、４は炉側壁である。
この炉側壁バーナは、バーナ中心部側から順に、内側燃焼用空気ノズル５、燃料ガスノズル６、外側燃焼用空気ノズル７を同心状に配した構造を有し、各ノズルの後方には筒状の供給用空間５０，６０，７０がそれぞれ連なり、さらに、これら供給用空間５０，６０，７０には、配管５１，６１，７１を通じて燃焼用空気又は燃料ガスが供給されるようになっている。
【００１７】
このような炉側壁バーナでは、同じ燃料ガス供給量の場合に、内側燃焼用空気ノズル５からの燃焼用空気（主として、一次燃焼用空気）供給量ａと外側燃焼用空気ノズル７からの燃焼用空気（主として、二次燃焼用空気）供給量ｂの比率ａ／ｂについて、燃焼用空気供給量ａの比率を高めると一次燃焼比率が増加し、燃焼フレーム長は短くなる。一方、燃焼用空気供給量ｂの比率を高めると、二次燃焼がバーナ先端から離れた位置で起きるため、燃焼フレーム長を長くすることができる。したがって、燃焼用空気供給量ａと燃焼用空気供給量ｂの比率ａ／ｂを調整することで燃焼フレーム長を任意に調整することができ、所定の燃焼フレーム長を確保することにより、燃焼フレームFＬ,FＲどうしの衝突を安定して生じさせることができる。
【００１８】
以上述べた本発明の加熱方法の実施に供される直火加熱炉は、１対の炉側壁バーナBＬ,BＲを炉幅方向で対向して配置し、それらの燃焼フレームどうしが炉幅方向中央で衝突するようにしたものである。また、通常、上記１対の炉側壁バーナBＬ,BＲが炉長方向で適当な間隔をもって複数対配置される。
さきに述べたように、衝突する燃焼フレームFＬ,FＲは、完全に水平状ではなく、ある程度の角度で斜め上向き又は斜め下向きに形成されてもよい。
【００１９】
本発明は、鋼板などの連続体加熱用の直火加熱炉に限らず、スラブなどの非連続体加熱用の直火加熱炉にも適用することができる。この非連続体加熱用の直火加熱炉の場合には、通常、金属材搬送手段としてはスキッドビームなどが用いられる。
また、本発明は、一般に水平パス式の直火加熱炉に適用されるが、竪型（パス式）の直火加熱炉に適用してもよい。
また、直火加熱炉が複数の帯域（例えば、予熱帯、加熱帯、均熱帯）を有するものである場合には、本発明は任意の帯域に対して適用することができる。
【実施例】
【００２０】
加熱帯の炉側壁バーナBＬ,BＲが、図１に示すような形態で炉長方向で間隔をおいて配置された水平パス式直火加熱炉において、板厚２．０ｍｍ、板幅１５００ｍｍの鋼板を加熱処理した。直火加熱炉の仕様及び加熱条件は以下の通りである。
・直火加熱炉    炉内幅：２．２ｍ
バーナ仕様：４０万ｋｃａｌ／Ｈ台
・加熱条件      ライン速度７０ｍ／ｍｉｎ
加熱帯炉温：１１００℃
加熱帯出側目標板温：９５０℃
【００２１】
この実施例では、バーナ燃焼負荷を９０％（３６万ｋｃａｌ／Ｈ台）、燃焼フレーム長を１．５ｍとし、炉幅方向で対向したバーナの燃焼フレームどうしを衝突させて鋼板の加熱を行い、この加熱処理中、放射温度計によって加熱帯出側板温分布を測定した。また、比較のために、炉側壁バーナを図６のように配置した以外は、上記と全く同じ設備仕様と加熱条件で鋼板の加熱を行い、放射温度計によって加熱帯出側板温分布を測定した（比較例）。その結果では、加熱帯出側板温の板幅方向の偏差は、比較例では３０℃以上であったのに対し、本発明例では１０℃以下に抑えることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、直火加熱炉の横断面を模式的に示す説明図
【図２】本発明の他の実施形態を示すもので、直火加熱炉の横断面を模式的に示す説明図
【図３】本発明の他の実施形態を示すもので、直火加熱炉の横断面を模式的に示す説明図
【図４】本発明の実施形態において、炉の加熱負荷が１００％の場合と５０％の場合について、複数対の炉側壁バーナBＬ,BＲの稼動状況を示す説明図
【図５】本発明法で使用するバーナ炉側壁バーナの一実施形態を示す縦断面図
【図６】従来の直火加熱炉による鋼板の加熱方法と加熱された鋼板の幅方向温度分布を示す説明図
【符号の説明】
【００２３】
１  炉体
２  ハースロール
３  バーナ本体
４  炉側壁
５  内側燃焼用空気ノズル
６  燃料ガスノズル
７  外側燃焼用空気ノズル
５０，６０，７０  供給用空間
５１，６１，７１  配管
BＬ,BＲ  炉側壁バーナ
FＬ,FＲ  燃焼フレーム
Ｓ  鋼板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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