(57)【要約】【課題】加熱炉内の冷却水の温度の高さからくる、ランゲリア指数の調整不良を防止し、スキッドパイプの閉塞を確実に防止できる、加熱炉のスキッドパイプ冷却方法およびそれを用いた金属板の製造方法を提供する。【解決手段】加熱炉１０の固定スキッド１０３，移動スキッド１０４のスキッドパイプに熱電対１０５を埋め込み、スキッドパイプ内の冷却水の温度を測定する（２０３）。また、測定した冷却水の温度と、給水位置２２２での冷却水の温度との差から、重炭酸イオンの平衡移動による、Ｍアルカリ度とｐＨの補正値を演算する（２０４）。このようにして求めた温度、Ｍアルカリ度、ｐＨの補正値から、スキッドパイプ内の冷却水のランゲリア指数を演算し（２０１）、アルカリ剤投入量を演算する（２１９）。その結果に基づいて、投入装置２１４からアルカリ剤を投入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉のスキッドパイプ内の冷却水の温度を測定して、該温度測定結果に基づいて前記冷却水のＭアルカリ度とｐＨを演算し、該Ｍアルカリ度と該ｐＨの演算結果を用いてスキッドパイプ内のランゲリア指数を演算し、該ランゲリア指数の演算結果に基づいてアルカリ剤投入量を決定することを特徴とする加熱炉のスキッドパイプ冷却方法。
【請求項２】
加熱炉のスキッドパイプに熱電対を埋め込み、スキッドパイプ内の冷却水の温度を測定して、給水位置で測定した冷却水の温度との差から、重炭酸イオンの平衡移動による、Ｍアルカリ度の補正値、ｐＨの補正値を演算し、前記スキッドパイプ内の冷却水の温度、前記Ｍアルカリ度の補正値、前記ｐＨの補正値から、前記スキッドパイプ内の冷却水のランゲリア指数を演算し、該ランゲリア指数に基づいてアルカリ剤投入量を演算し、該アルカリ剤投入量の演算結果に基づいて、投入装置からアルカリ剤を投入することを特徴とする加熱炉のスキッドパイプ冷却方法。
【請求項３】
前記請求項１または２の加熱炉のスキッドパイプ冷却方法を用いた金属板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属片を加熱する加熱炉のスキッドパイプ冷却方法に関し、特にウォーキングビーム式連続加熱炉のスキッドパイプが閉塞してしまうのを防止する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一例として、図２に示すような帯鋼の熱間圧延ライン１００の加熱炉１０の場合を例にとる。
【０００３】
熱間圧延とは、一般的に、連続鋳造または造塊、分塊によって製造されたスラブ状の金属材料を加熱炉にて数百〜千数百℃に加熱した後、熱間圧延ライン上に抽出し、一対または複数対のロールで挟圧しつつそのロールを回転させることで、薄く延ばし、コイル状に巻き取る一連のプロセスである。
【０００４】
加熱炉１０により数百〜千数百℃に加熱された厚み１５０〜３００ｍｍの金属材料（以下、被圧延材）８は、粗圧延機１２、仕上圧延機１８により厚み０．８〜２５ｍｍまで圧延されて金属板（金属帯）状に薄く延ばされ、冷却関連設備２６により冷却されたのち、コイラー２４によりコイル状に巻き取られる。
【０００５】
７はテーブルロール、２３はランナウトテーブル、１４はクロップシャー、１６はデスケーリング装置である。このほか、被圧延材８の温度、寸法（厚さ、幅）、形状などを測定する各種センサが、熱間圧延ライン１００の随所に設置されている。
【０００６】
５０は制御装置、７０はプロセスコンピュータ、９０はビジネスコンピュータである。
【０００７】
加熱炉１０の一例として、図３に示すようなウォーキングビーム式連続加熱炉の場合を例にとって説明する。
【０００８】
１０１はバーナ、１０２は炉壁であり、１０３が固定スキッド、１０４が移動スキッドである。
【０００９】
加熱炉１０内の温度は多くの場合１１００℃以上、被圧延材８の材質によっては１３００℃にも達する場合があるため、加熱炉１０内で鋼片を下から支える固定スキッド１０３，移動スキッド１０４は、内部が水冷される。
【００１０】
この水冷のための冷却水の通る経路がスキッドパイプであるが、スキッドパイプは、循環式の冷却水によって内部が冷却される。
【００１１】
このような条件でスキッドパイプの内部が水冷されると、冷却水中の溶存酸素とスキッドパイプ内面の鉄との間で酸化反応が起こり、継時的に腐食が進行する。
【００１２】
特に、循環式の冷却水を循環させる系の様式が開放循環系の場合、大気中の酸素が吸収されるため、前述の酸化反応とそれに伴う腐食は一層促進される。
【００１３】
また、循環式の冷却水の場合、放冷による水分の蒸発に伴って、冷却水中の塩素イオンや硫酸イオンなどの物質が濃縮されやすく、その分、腐食が助長されやすい。
【００１４】
腐食によって生じた酸化生成物は、冷却水を循環させる系のいたるところに堆積したり、層状になったりするが、放置しておくと、先述のスキッドパイプの場合は特に顕著であるが、冷却水の通る経路の閉塞と、それに伴う伝熱障害を引き起こし、重大な設備トラブルにつながる場合がある。
【００１５】
一方、冷却水中のカルシウム硬度やｐＨが高い場合、冷却水の温度が上昇すると、冷却水中の炭酸イオンとカルシウムイオンが飽和して、炭酸カルシウムとして冷却水の通る経路および経路上にある各機器の表面に析出する。
【００１６】
炭酸カルシウムが過剰に析出すると、腐食によって生じた酸化生成物と同様に、冷却水の通る経路の閉塞と、それに伴う伝熱障害を引き起こし、重大な設備トラブルにつながる場合がある。
【００１７】
上記のような、冷却水の水質に起因した、冷却水の通る経路および経路上にある各機器の腐食や閉塞の問題に対し、冷却水の腐食性、炭酸カルシウム析出性をあらわす指標である、ランゲリア指数を用いて、水質管理を行う方法がある。
【００１８】
すなわち、ランゲリア指数を適切な値の範囲に入るよう調整する目的で、アルカリ剤などの薬剤を冷却水中に投入することにより、腐食性の低い、あるいは炭酸カルシウム析出性の低い水質に改善し、これを冷却水として使用する方法である。
【００１９】
ランゲリア指数を腐食性の指標とした方法として、冷却水に対し、アルカリ剤に代表されるｐＨ調整剤を投入する方法がある。
【００２０】
特許文献１に記載の方法は、各種用水または排水の管路の腐食防止のために、水の腐食性を低下させようとするものであり、ランゲリア指数が小さく、腐食性の高い水にカルシウム塩及びアルカリ剤の片方あるいは両方を注入して、用水の腐食性を低下させる方法である。
【００２１】
また、特許文献２に記載の方法は、淡水の腐食性を低下させる方法として、ｐＨを７以下にした上で、塩化カルシウムおよび炭酸水素ナトリウムを注入することで、ｐＨとランゲリア指数を調整し、腐食性を低下させる方法である。
【００２２】
これらの方法はいずれも、冷却水の腐食性をランゲリア指数によって数値化し、アルカリ剤投入を行うことで水質を改善しようとするものである。
【００２３】
特許文献３に記載の方法は、図４に示すように、砂濾過池２１２の後や浄水池２１５など大気に開放された、これから供給しようとする水のある位置（給水位置）で、水のｐＨ，温度，濁度，色度，導電率を測定し、Ｍアルカリ度，カルシウム硬度を推定するとともに、ランゲリア指数を求めようとするものである。
【００２４】
従来の加熱炉のスキッドパイプ冷却方法も特許文献３のものと考え方は大体同じである。
【００２５】
図５に示すごとく、沈殿池（特許文献３では砂濾過池）２１２にて不純物を除去された冷却水は、特許文献３にはない冷却塔２２０にて温度を低下させられた後、特許文献３にはない高架水槽２２１にくみ上げられ、加熱炉１０のスキッド１０４，１０５に向け供給されるが、給水位置２２２でｐＨ，温度，Ｍアルカリ度が測定され（特許文献３では水質計器２０２による）、それを基にランゲリア指数を求め（特許文献３ではＬ１測定，演算装置２０１による）、求めたランゲリア指数を基にアルカリ剤投入量を演算し（特許文献３ではｐＨ制御装置２１９による）、投入装置（特許文献３では後アルカリ注入）２１４から冷却水中にアルカリ剤を投入する点で、特許文献３のものと共通する。。
【特許文献１】特開平０６−２８７７７７号公報
【特許文献２】特開２００４−０３４００１号公報
【特許文献３】特許第３３８５７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかしながら、加熱炉内のような１３００℃もの高温に達する環境下では、冷却水の温度も相当に上昇するため、温度で決定される炭酸化学種の第一解離定数および第二解離定数が変化し、化学平衡が重炭酸イオン濃度減小および炭酸イオン濃度上昇の方向に移動するとともに、水素イオン濃度が上昇し、ｐＨが低下する。
【００２７】
一方、温度上昇によって、炭酸イオンとカルシウムイオンの溶解度積は低下する。
【００２８】
このような変化により、総合的には、高温になるほど炭酸カルシウムの許容飽和度は低下し、炭酸カルシウムが析出しやすい。
【００２９】
それゆえ、従来のように、給水位置での冷却水の温度測定結果を基に、ランゲリア指数を求め、さらにそれを基にアルカリ剤を投入してその調整を行うと、加熱炉スキッドパイプの内部ではもっと冷却水の温度が上昇し、炭酸カルシウムが析出しやすいため、スキッドパイプの閉塞が生じやすい、という問題がある。
【００３０】
本発明は、従来技術のかような問題を解決するべくなされたものであり、加熱炉内の冷却水の温度の高さからくる、ランゲリア指数の調整不良を防止し、スキッドパイプの閉塞を確実に防止できる、加熱炉のスキッドパイプ冷却方法およびそれを用いた金属板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
すなわち、本発明は、加熱炉のスキッドパイプ内の冷却水の温度を測定して、該温度測定結果に基づいて前記冷却水のＭアルカリ度とｐＨを演算し、該Ｍアルカリ度と該ｐＨの演算結果を用いてスキッドパイプ内のランゲリア指数を演算し、該ランゲリア指数の演算結果に基づいてアルカリ剤投入量を決定する。
【００３２】
好適な形態としては、加熱炉のスキッドパイプに熱電対を埋め込み、スキッドパイプ内の冷却水の温度を測定して、給水位置で測定した冷却水の温度との差から、重炭酸イオンの平衡移動による、Ｍアルカリ度の補正値、ｐＨの補正値を演算し、前記スキッドパイプ内の冷却水の温度、前記Ｍアルカリ度の補正値、前記ｐＨの補正値から、前記スキッドパイプ内の冷却水のランゲリア指数を演算し、該ランゲリア指数に基づいてアルカリ剤投入量を演算し、該アルカリ剤投入量の演算結果に基づいて、投入装置からアルカリ剤を投入する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、加熱炉内の冷却水の温度の高さからくる、ランゲリア指数の調整不良を防止し、スキッドパイプの閉塞を確実に防止できる、加熱炉のスキッドパイプ冷却方法およびそれを用いた金属板の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
発明者らは、加熱炉のスキッドパイプ内の冷却水の温度を測定して、該温度測定結果に基づいて前記冷却水のＭアルカリ度とｐＨを演算し、該Ｍアルカリ度と該ｐＨの演算結果を用いてスキッドパイプ内のランゲリア指数を演算し、該ランゲリア指数の演算結果に基づいてアルカリ剤投入量を決定することで、炭酸カルシウムの析出と、それによるスキッドパイプの閉塞を防止できることを見出した。
【００３５】
図１に、本発明の実施の形態の一例を示す。
【００３６】
スキッドパイプ内に熱電対１０５を埋め込み、スキッドパイプ内の冷却水の温度を測定するユニット（２０３）を新たに設置する。
【００３７】
また、測定した冷却水の温度と、給水位置での冷却水の温度との差から、重炭酸イオンの平衡移動による、Ｍアルカリ度とｐＨの補正値を演算する（２０４）。
【００３８】
このようにして求めた温度、Ｍアルカリ度、ｐＨの補正後の値から、スキッドパイプ内の冷却水のランゲリア指数を演算し（２０１）、該ランゲリア指数に基づいてアルカリ剤投入量を演算する（２１９）。
【００３９】
その結果に基づいて、投入装置２１４からアルカリ剤を投入する。
【００４０】
熱電対１０５には、耐熱性と防水性を兼ね備えたものを使用する。熱電対１０５は、スキッドパイプ内面に沿って配線するが、配線は、十分に断熱、防水することが必要である。熱電対１０５は、信頼性を確保したい観点から、３箇所以上に取り付け、それらの平均電圧を以て温度に換算するのが好ましい。
【００４１】
また、スキッドパイプの外部には断熱材を配するものの、断熱材の効果は定量的に把握することは困難であり、しかも、断熱材が部分的に脱落したり、減肉したりする場合もある。
【００４２】
しかるに、本発明のように、スキッドパイプ内の冷却水の温度測定結果を基に、ランゲリア指数を求め、さらにそれを基にアルカリ剤を投入してその調整を行えば、ランゲリア指数の調整不良を解消し、スキッドパイプの閉塞を確実に防止できる。
【００４３】
給水位置２２２での冷却水の温度と、スキッドパイプ内の冷却水の温度との差による、Ｍアルカリ度と、ｐＨの各補正値を演算し、出力するユニット（２０４）も新たに設置する。
【００４４】
さらに、給水位置２２２での冷却水の温度は、従来と同様に測定されるが、スキッドパイプ内の冷却水の温度との差を演算し、出力するためのユニット（２０５）も新たに設置する。
【００４５】
演算は、別途あらかじめ実験によって得たデータに基づいて作成した、テーブルを参照することによって行われ、演算された、Ｍアルカリ度と、ｐＨの各補正値を出力する。
【００４６】
給水位置２２２でのＭアルカリ度とｐＨとは、従来と同様に測定されるが、これらの値に、上記演算された補正値を反映し、スキッドパイプ内の冷却水のＭアルカリ度とｐＨとして出力する。
【００４７】
以上のように演算され、出力されたスキッドパイプ内のＭアルカリ度、ｐＨ、温度を入力として、スキッドパイプ内の冷却水のランゲリア指数を演算する（２０１）。演算はノーデル法によるランゲリア指数簡易演算法による。
【００４８】
ノーデル法とはランゲリア指数を簡便に計算するために一般的に用いられるもので、
ランゲリア指数＝水のｐＨ値−ｐＨｓ値
＝水のｐＨ値−｛（９．３＋Ａ値＋Ｂ値）−（Ｃ値＋Ｄ値）｝
・・・  式（１）
で与えられる式（１）により、ランゲリア指数を計算できる。
【００４９】
ここに、Ａ値〜Ｄ値は、試液である水を蒸発させたところに残る蒸発残留物の量、水温、カルシウム硬度、Ｍアルカリ度の実測値を基に、別表１，２，３，４の対応関係より求まる値である。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
【表２】
2009074116.tif 000004
【００５２】
【表３】
2009074116.tif 000005
【００５３】
【表４】
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【００５４】
求められたランゲリア指数から、アルカリ剤の投入量を演算する（２１９）。演算は、別途あらかじめ実験によって得たデータに基づいて作成した、テーブルを参照することによって行う。
【００５５】
これらの測定および演算は、アルカリ剤の投入量を決定するために行われるが、各測定値および演算結果は、保守性を確保するために、コンピュータの端末などで常時モニタリングできるようにしておくことが望ましい。
【実施例】
【００５６】
表５に示すごとく、本発明を１年間、帯鋼の熱間圧延ライン１００の操業に適用すると（本発明例）、ランゲリア指数の調整を全く行わない場合（水質調整なし）や、特許文献３のような方法をそのまま加熱炉のスキッドパイプ冷却に適用した場合（従来例）と比べ、ランゲリア指数の調整不良を防止でき、スキッドパイプの閉塞を確実に防止できることがわかる。
【００５７】
【表５】
2009074116.tif 000007
【００５８】
アルカリ剤は、水酸化ナトリウムや水酸化カルシウムなどでよいが、ここでは、水酸化ナトリウムを用いている。
【００５９】
なお、本発明は、帯鋼の熱間圧延ライン１００のみならず、同じように加熱炉を備えた厚板の圧延ラインのほか、鋼以外の各種の金属板の製造ラインの加熱炉に適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態の一例について説明するための線図
【図２】熱間圧延ラインの一例を説明するための線図
【図３】加熱炉の一例を説明するための線図
【図４】従来技術について説明するための線図
【図５】従来技術について説明するための線図
【符号の説明】
【００６１】
７  テーブルロール
８  被圧延材
９  幅プレス
１０  加熱炉
１２  粗圧延機
１３５  エッジャーロール
１４  クロップシャー
１５  仕上入側温度計
１６  デスケーリング装置
１８  仕上圧延機
１９  ワークロール
１９Ａ  バックアップロール
２０  ルーパ
２１  仕上出側温度計
２２  仕上出側板厚計
２３  ランナウトテーブル
２４  コイラー
２５  コイラー入側温度計
５０  制御装置
７０  プロセスコンピュータ
９０  ビジネスコンピュータ
１００  熱間圧延ライン
１０１  バーナ
１０２  炉壁
１０３  固定スキッド
１０４  移動スキッド
１０５  熱電対
２０１  Ｌ１測定，演算装置
２０２  水質計器
２０３  スキッドパイプ内冷却水温度測定ユニット
２０４  補正値演算ユニット
２０５  演算ユニット
２１１  沈殿水
２１２  沈殿池（砂濾過池）
２１３  濾過水
２１４  後アルカリ注入
２１５  浄水池
２１６  浄水
２１７  配水池
２１９  ｐＨ制御装置
２２０  冷却塔
２２１  高架水槽
２２２  給水位置
Ａ  搬送方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009074116.tif 000010
【図４】
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【図５】
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