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公開番号2025033605
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023139436
出願日2023-08-30
発明の名称加熱炉における金属材料のスケール生成量制御方法、スケール生成量制御装置および加熱炉の操業方法
出願人JFEスチール株式会社
代理人弁理士法人銀座マロニエ特許事務所
主分類F27D 7/06 20060101AFI20250306BHJP(炉,キルン,窯;レトルト)
要約【課題】金属材料を加熱する加熱炉の燃料ガスとして水素やアンモニアを使用することにより二酸化炭素の排出量を低減しようとする場合に、スケール生成量を適切な範囲に制御するための金属材料のスケール生成量制御方法、スケール生成量制御装置および加熱炉の操業方法を提供する。
【解決手段】水素及びアンモニアのいずれか一方若しくは両方を全量とする水素系ガスを燃料に用いて金属材料をバーナ加熱し、加熱炉の操業パラメータとして、バーナ加熱の燃料に用いる水素系ガスの流量を設定し、設定された水素系ガスの流量に基づいて金属材料の表面に生成するスケール生成量を制御する、加熱炉における金属材料のスケール生成量制御方法である。また、加熱炉の操業パラメータとして、さらに加熱炉における金属材料の加熱時間および加熱温度から選択される少なくとも一つを設定することが好ましい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
加熱炉における金属材料のスケール生成量制御方法であって、
水素及びアンモニアのいずれか一方若しくは両方を全量とする水素系ガスを燃料に用いて前記金属材料をバーナ加熱し、
前記加熱炉の操業パラメータとして、前記バーナ加熱の燃料に用いる前記水素系ガスの流量を設定し、設定された水素系ガスの流量に基づいて金属材料の表面に生成するスケール生成量を制御する、
加熱炉における金属材料のスケール生成量制御方法。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記水素系ガスに、石炭ガスおよび炭化水素系ガスから選ばれる１種以上のガスを混合した混合ガスを燃料に用いて前記金属材料をバーナ加熱する、
請求項１に記載の加熱炉における金属材料のスケール生成量制御方法。
【請求項３】
前記加熱炉の操業パラメータとして、さらに前記加熱炉における金属材料の加熱時間及び加熱温度から選択される少なくとも一つを設定し、設定された操業パラメータに基づいて金属材料の表面に生成するスケール生成量を制御する、
請求項１又は２に記載の加熱炉における金属材料のスケール生成量制御方法。
【請求項４】
前記加熱炉は予熱帯、加熱帯及び均熱帯を含み、
水素系ガスを燃料に用いて、前記均熱帯でバーナ加熱し、
前記加熱炉の操業パラメータとして、前記均熱帯のバーナ加熱の燃料に用いる前記水素系ガスの流量を設定し、設定された水素系ガスの流量に基づいて金属材料の表面に生成するスケール生成量を制御する、
請求項１又は２に記載の加熱炉における金属材料のスケール生成量制御方法。
【請求項５】
金属材料のスケール生成量が予め設定された範囲になるように、加熱炉の前記操業パラメータに基づいて、スケール生成量を制御する、請求項１又は２に記載の加熱炉における金属材料のスケール生成量制御方法。
【請求項６】
金属材料のスケール生成量が予め設定された範囲になるように、加熱炉の前記操業パラメータに基づいて、スケール生成量を制御する、請求項３に記載の加熱炉における金属材料のスケール生成量制御方法。
【請求項７】
金属材料のスケール生成量が予め設定された範囲になるように、加熱炉の前記操業パラメータに基づいて、スケール生成量を制御する、請求項４に記載の加熱炉における金属材料のスケール生成量制御方法。
【請求項８】
加熱炉における金属材料のスケール生成量制御装置であって、バーナ加熱の燃料に用いる、水素及びアンモニアのいずれか一方若しくは両方を全量とする水素系ガスの流量を含む加熱炉の操業パラメータを取得する取得部と、
取得した操業パラメータを用いて前記金属材料のスケール生成量を予測する予測部と、
予測したスケール生成量が予め設定された範囲であるか判定する判定部と、及び
予測したスケール生成量が予め設定された範囲にない場合に前記加熱炉の操業パラメータを設定する設定部と、
を含む制御部を備える、加熱炉における金属材料のスケール生成量制御装置。
【請求項９】
前記水素系ガスに、石炭ガスおよび炭化水素系ガスから選ばれる１種以上のガスを混合した混合ガスの流量を含む加熱炉の操業パラメータを取得する取得部とする、
請求項８に記載の加熱炉における金属材料のスケール生成量制御装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の加熱炉における金属材料のスケール生成量制御方法を用いて鋼素材を加熱する加熱炉の操業方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱炉における金属材料のスケール生成量制御方法、スケール生成量制御装置およびそのスケール生成量制御方法を用いた加熱炉の操業方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
銑鋼一貫製鉄所においては、鉄鉱石を還元して溶銑を製造する高炉の炉頂から排出される高炉ガスをはじめとして、転炉やコークス炉で発生する副生ガスを燃料ガス等として有効利用してきた。しかし、近年二酸化炭素の排出量削減の要求に伴い、これらの副生ガスの使用量を低減するための燃焼技術が求められるようになってきた。例えば、銑鋼一貫製鉄所の熱間圧延ラインで鋼材の加熱を行う加熱炉でも、副生ガスの使用量を低減し、二酸化炭素の排出量を削減することが求められるようになっている。この場合、加熱炉の燃料ガスとして、水素やアンモニアを利用する技術が着目される。すなわち、炭素元素を含まない水素やアンモニアは、燃焼しても主として水や窒素を発生するのみであるから二酸化炭素排出量の削減効果が大きく、加熱炉への適用が望まれている。
【０００３】
ところで、加熱炉では、鋼材を加熱する過程で、鋼材の表面にスケール（酸化スケールとも呼ばれる。）が生成する。加熱炉で生成するスケールは１次スケールとも呼ばれ、熱間圧延ライン等に配置されるデスケーリング装置により除去される。そのため、加熱炉で生成するスケールの厚みが厚くなると、鋼板製品となる鋼材の重量が減少し、製品歩留まりが低下するという問題がある。
【０００４】
一方で、加熱炉に装入される鋼材の表面近傍には、鋳造時に生成する不純物や鋳造時に混入するモールドパウダー等に起因した異物が存在することがある。加熱炉から抽出される鋼材の表面に不純物や異物が存在したまま熱間圧延が行われると、鋼材と圧延ロールとの間にこれらが噛み込まれ、鋼板の表面に欠陥が生じる。そのため、加熱炉で生成する鋼材のスケールをある程度の厚みまで生成させ、デスケーリング装置によって表面の不純物や異物をスケールと共に除去してから熱間圧延が行われる。
【０００５】
つまり、鋼材の加熱炉では、過度なスケール生成を抑えることで製品歩留まりの低下を抑えると共に、所定量のスケールを積極的に生成させることにより表面欠陥の発生を抑制するために、適正な量にスケール生成を制御することが求められる。
【０００６】
そこで、これらの問題を解決するため、鋼材表面のスケール生成の制御技術が提案されている。
特許文献１には、過度なスケール生成を抑える技術として、加熱炉内の鋼材まわりに、加熱中の鋼材温度以上または炉温と略等しい温度に予熱した高温無酸化性ガスを供給する鋼材の無酸化加熱方法が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、加熱炉の炉内へ高温の不活性ガスを供給する複数の蓄熱式加熱装置と、炉内へ燃焼ガスを供給する複数のガスバーナとを備え、しかも高温の不活性ガスの供給と燃焼ガスの供給が独立して行われるように制御される鋼材の加熱炉が開示されている。
これにより、高温の不活性ガスを複数の蓄熱式加熱装置から交互に供給することにより鋼材を無酸化で加熱できるとされている。
【０００８】
一方、所定量のスケールを生成させる技術として、特許文献３には、熱間圧延に供する鋼材を加熱炉で加熱する際に、加熱炉内へ水分を供給し、加熱炉内の露点を調整する、鋼材の加熱方法が開示されている。これにより、鋼材表面の酸化が促進され、鋼材の表層から０．５ｍｍ程度の位置までに集中している鋳造欠陥を、スケールと共に除去できるので、鋼板製品の表面品質を向上させることができるとされている。
【０００９】
また、スケール生成量を適正な範囲に制御する技術として、特許文献４には、熱間圧延用スラブの加熱方法として、加熱炉抽出時のスラブのスケール厚を予測し、スケール厚が所定の値となるようにスラブの加熱温度や加熱時間を設定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開平９－２０９１９号公報
特開２０００－２４８３１４号公報
特開平５－３３１５３２号公報
特開平７－５４０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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