JPH0217611B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、サイドバーナー焚連続加熱炉におい
て、鋼片、又は鋳片を目標抽出温度にバラツキな
く焼き上げるための燃焼制御方法に関する。

第１図に加熱炉の概略図を示す。鋼片又は鋳片
（以後鋼片という）１０は装入口よりチヤージヤ
ー１で加熱炉８に装入され、ウオーキングビーム
４の駆動で矢印の搬送方向に予熱帯５、加熱帯
６、均熱帯７と順に送られながら加熱帯６、均熱
帯７の両側壁に設けられたサイドバーナー３によ
り加熱均熱される。均熱帯７で目標抽出温度にな
つた鋼片１０は抽出口よりエキストラクター２で
取り出され、圧延工程へ送られる。９は各帯間の
仕切り壁である。

近年、上述の加熱炉に装入される鋼片は、連続
鋳造設備と、加熱炉がローラーテーブルや鉄道で
直結され、熱片挿入が可能となつた。たとえば、
鉄道輸送の場合、ロツト単位で貨車に段積されて
輸送されるために積まれた位置により鋼片温度の
保温状態が異なり、加熱炉への装入温度がロツト
内でバラツキを生ずるという問題がある。又、鋳
造条件によりロツト間で鋼片温度が異なるという
場合も生じ、これらロツト内、ロツト間で異なる
温度の鋼片が順に加熱炉へ装入される場合がしば
しば生ずる。又、加熱炉の操業は、一般には鋼片
を連続して一定ピツチで炉内を搬送する連続操業
が行なわれるが、連続鋳造設備と圧延設備の生産
能力の差から、１チヤージ分又は半チヤージ分の
鋼片を間欠的に装入したり、又炉内で鋼片を１時
送りを停止して待機する等のバツチ操業を行う場
合がしばしば生ずる。

このように一台の加熱炉で連続操業とバツチ操
業を行う場合、軸流バーナーの配置では、炉内待
機中の鋼片に焼むらが生ずるという欠点があり、
このため炉内で待機中の鋼片も均一加熱が可能な
サイドバーナーが用いられるものである。

従来このサイドバーナーを使用する加熱炉、又
は軸流バーナーを使用する加熱炉における燃焼制
御方法は、各帯に存在する被加熱材の中で最も焼
き上り状態の悪い被加熱材が所定の時刻に所定の
抽出温度まで昇温出来るように各帯の炉内温度を
決定して制御するものであつた。この方法だと最
も焼き上り状態の悪い被加熱材に注目して炉温を
決定するので他の被加熱材は焼け過ぎになるとい
う問題があつた。又省エネルギーの点から無駄な
燃焼をさけるために被加熱材が存在しない部分の
バーナーを遮断する制御方法を行われているが、
被加熱材の均一加熱や焼け過ぎ防止の点で十分な
ものでなかつた。

本発明は、上述の問題点を解消するための燃焼
制御方法として、リアルタイムに被加熱材の焼き
上り状態を定量的に把握し、焼き上り状態の良い
被加熱材のある部分のバーナーを遮断することに
よつて各帯内の被加熱材の焼き上り状態を均一化
する方法を提供するもので、その特徴は加熱炉の
加熱帯、又は均熱帯、又はその双方の炉温制御を
各バーナーゾーン毎に細分化し、各ゾーンの炉温
より全被加熱材一本毎の平均温度を推定し、該推
定温度から被加熱材が所定時刻に所定の抽出温度
になるための必要熱量を計算し、該熱量より被加
熱材の焼上り状態を算出し、該算出結果と炉内の
トラツキング情報とバーナー間引本数情報とから
間引くバーナーゾーンの位置を決定し、その決定
に従い間引くバーナーゾーンの燃料遮断弁をオ
ン／オフ制御し、被加熱材への供給熱量を調整し
て、被加熱材を目標抽出温度にバラツキなく焼き
上げるところにある。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。

第２図は、本発明の加熱帯での実施例を説明す
る構成図である。加熱帯３５にはサイドバーナー
３３の設置場所毎に燃焼制御ゾーンの区画が抽出
口側からＡゾーン〜Ｅゾーンまで設けられてい
る。被加熱材３４は予熱帯から加熱帯３５のＥゾ
ーンに入り順に矢印の搬送方向に向つてウオーキ
ングビーム３６で送られる。その間被加熱材３４
は各ゾーンの両側壁に配置されたサイドバーナー
３３（各ゾーンには両側壁の上下に計４本のバー
ナーが設けられている。）で加熱される。各ゾー
ン毎に燃料ガスの供給をオン／オフする遮断弁３
７が燃料枝管に設けられ、さらに燃料本管には燃
料流量調整弁３８、流量計３９が設けられる。さ
らに加熱炉の入口近傍に鋼片の初期表面温度を計
る温度計（図示せず）が、又加熱帯の各ゾーンの
バーナー間には炉温を測定する温度計３１が天井
の炉幅方向に複数（２〜３個）設けられる。さら
にバーナー間の温度計３１の近傍には制御用温度
計３２が配置され、さらにこれら各々の測定器の
出力信号に基づいてバーナー間引き位置を決定す
る計算機２０が設けられている。尚、温度計３１
と制御用温度計３２は別々に設けず、一つの温度
計で兼用することも出来る。

次にこのような構成に基づく本発明の作用につ
いて述べる。

加熱炉に装入される鋼片はまず入口の温度計
（図示せず）で鋼片表面温度が測定され、計算機
２０に入力され、初期温度補正装置２１で測定結
果に基づいて、あらかじめ鋳造から装入までの冷
却過程を二次元熱伝導差分方程式を用いて第３図
に示す鋼片内部表面の各部（15点）について推定
した鋼片温度にその補正を加える演算を行い、そ
の結果を被加熱材の温度計算装置２２へ出力し保
持される。予熱帯を通つて加熱帯３５に達した全
ての被加熱材は、各ゾーンの温度計３１で炉温を
測定し、２２へ入力しリアルタイムに被加熱材一
本毎の平均温度が推定される。

この温度推定計算は二次元熱伝導差分方程式を
用いて第３図に示す鋼片のスキツド部Ａとスキツ
ド間の中央部Ｂの表面と内部の各15点を計算によ
り補正した初期温度と時間と炉温とから被加熱材
一本毎の平均温度を推定するものである。推定さ
れた温度は熱量計算装置２３へ出力され、ここで
推定温度をもとに各ゾーンの全被加熱材が所定の
抽出時刻に所定の目標温度になるように供給され
る単位時間当りの熱量ｑが計算される。

推定温度をもとに各ゾーンの全被加熱材が所定
の抽出時刻に所定の目標温度となるように供給す
べき単位時間当りの熱量ｑは次のようにして求め
られる。

前述の二次元熱伝導差分方程式にて推定された
被加熱材の平均温度をT_R、該被加熱材の体積を
Ｖ、比重をρ、該被加熱材の平均温度T_Rにおけ
る比熱をC_R、該被加熱材の目標温度T^*における
比熱をC^*とすると、現在時刻から該被加熱材の
所定の抽出時刻までに供給しなければならない熱
量△Ｑは次式で表わせる。

△Ｑ＝Q^*−Q_R＝ρVC^*T^*−ρVC_RT_R したがつて、単位時間当りに供給すべき熱量ｑ
は現在時刻から抽出時刻までの時間をt_Rとする時 ｑ＝△Ｑ／t_R となる。このｑが大きいほど焼上り状態は悪く、
ｑが小さいほど焼上り状態が良いことになる。

計算された熱量ｑは比較器２５で設定された熱
量ｑと相対的に比較演算される。この演算結果の
出力信号は、バーナー間引き位置を決定するバー
ナー間引き位置決定装置２７へ入力される。一
方、比較器２５からは計算結果、一番大きなｑが
炉内温度設定装置４０に出力され、このｑに基づ
いて４０で設定炉温の計算が行なわれ、２９へ計
算結果が出力される。

一方バーナー間引き本数決定装置２６には燃料
本管の流量計から現在の流量が入力され、第４図
に示す燃料流量値とバーナーの点火本数との関係
からバーナーの間引き本数が決定されてバーナー
間引き位置決定装置２７へ出力される。

第４図に示す実線は、横軸で示すある燃料流量
が流れている場合に、帯全体の燃焼量を確保する
ために必要なバーナー本数を示し、実線より下方
の本数では、必要な燃焼量が確保出来ないことを
示している点数は必要なフレーム長を確保するに
必要なバーナー本数を表わし、点数より上方のバ
ーナー本数を点火した場合は必要なフレーム長が
得られないことを示している。斜線の範囲がバー
ナー点火本数の範囲を示しており、この点火本数
を帯の全バーナー本数から引算すれば帯のバーナ
ー間引き本数（ゾーン数）が決まる。第４図に示
す点火本数の範囲はバーナーの種類によつて異な
つて来る。

さらにウオーキングビーム駆動装置３６からは
被加熱材の移動量と駆動信号で、炉内の全被加熱
材をトラツキングし、現在位置をトラツキング装
置２４で計算し、その結果をバーナー間引き位置
決定装置２７へ出力する。

２７では、２６のバーナーの間引き本数の情報
と２４の炉内トラツキング情報と、２５の被加熱
材の焼上り状態の情報より、焼上りの良い被加熱
材のあるゾーンのバーナーを決定した間引き本数
になるまでゾーンの間引く位置を決定する。さら
に間引きゾーンに余裕のある場合には、被加熱材
の存在しないゾーンのバーナーを間引く。決定し
た間引き位置は、２８のバーナー間引き制御装置
に指令する。２８は指令に従つて燃料枝管の遮断
弁をオフにする。オフになつたゾーンの被加熱材
への熱量の供給はとまり、焼け過ぎが調整され
る。また、２７の間引き位置の決定情報は、２９
の炉内温度調節装置に入力され、バーナーの間引
き位置に応じて制御用温度計３２を選択する。炉
内温度調節装置２９からの指示にしたがつて制御
用温度切換え装置３０にて制御用温度計３２を切
換える。これは、間引く位置が変更されるとバー
ナーゾーンの炉温も変化し、その部分の制御用温
度計を使用していると低温部分を制御しようと
し、燃焼ロスを生じるために切り換える必要があ
るものである。選択された制御用温度計３２より
得られた炉内実測温度Tm、炉内温度設定装置４
０にて決定された炉内設定温度T_Sとの偏差△Ｔ
＝T_S−Tmにより燃料流量値を増減させ炉内温度
を炉内設定温度T_Sに保持するように炉内温度調
節装置２９から燃料本管の燃料流量調整弁３８の
開度を調整する。

このゾーン間引き制御は、各ゾーン間にある温
度計３１で２分毎に炉温度を測温し、上述の計算
をくり返して間引き位置決定により各ゾーンの燃
料遮断弁３７のオン／オフと燃料流量調整弁３８
の開度調整をくり返し行い、所定の抽出時刻には
被加熱材の全てが一本毎に所定温度に加熱される
ように熱量ｑの供給を調整するものである。

次に本発明の燃焼制御方法を用いたバーナー間
引き制御の実施例について述べる。

第５図イは加熱帯３５のＡゾーン〜Ｄゾーンに
１ロツトの鋼片群が存在し、Ｅゾーンには鋼片は
存在していない場合を示している。各ゾーンには
３〜４本の鋼片が一定間隔で置かれている。そし
て次の鋼片群が加熱帯入口に達している。加熱帯
３５の鋼片群の内Ｂゾーンにある鋼片が焼上り状
態が良いもので間引くバーナーゾーンの位置決定
と本数の決定に従いＢゾーンのバーナーは間引か
れている。このイの状態の温度を第６図に示す。

炉温より全被加熱材一本毎の平均温度を計算し
たもので、Ｂゾーンにある鋼片温度T_Rは他のゾ
ーンの鋼片に比べ焼き上り状態が良いのがわか
る。供給熱量を調整するためＢゾーンのバーナー
は間引かれ、炉温T_Sは他ゾーンより低くなつて
いる。鋼片がロの状態に進んだ時、焼き上り状態
の良い鋼片群はＡゾーンに進み熱量計算の結果ｑ
が引続き小さく、間引くバーナーゾーン位置と本
数の決定からＡゾーンのバーナーが間引かれ、Ｂ
ゾーンのバーナーは点火される。次の鋼片群がＥ
ゾーンに達するが、Ｅゾーンにある鋼片は供給熱
量の計算によりｑが大きいためバーナーは点火が
継続される。ハはＡゾーンにあつた鋼片がバーナ
ー間引によつて、熱量が調整され均熱帯に送ら
れ、Ａゾーンのバーナーは点火される。次の鋼片
群がＤゾーンまで進み、新たにＥゾーンに進んだ
鋼片は焼上り状態が良く熱量ｑが小さいので、間
引くバーナーゾーンの位置決定と本数に従いＥゾ
ーンのバーナーは間引かれる。ニは今まで加熱帯
にあつた鋼片群が全て均熱帯に進み、次の鋼片群
が加熱帯に入つた状態を示す。ハのＥゾーンにあ
つた鋼片はＢゾーンに進む、鋼片は全ての熱量計
算からＢ，Ｄゾーンの鋼片の熱量ｑが小さく焼上
り状態が良いので間引くバーナーゾーンの位置決
定と間引き本数に従い、ＢゾーンとＤゾーンが間
引かれる。ニの状態でバツチ操業が開始され、搬
送は停止し、その場所で鋼片は上下動をくりかえ
す。ホではＢゾーンの鋼片が所定の抽出時刻まで
供給しなければならない熱量に焼上り、Ｄゾーン
の鋼片は引続き供給熱量は小さく焼上り状態の良
い場合を示し、間引くバーナーゾーンの位置と本
数の決定に従つてＤゾーンのバーナーが間引かれ
る。ヘは加熱帯の全ての鋼片に単位時間当りに供
給する熱量が均一になつた状態で、バーナーは全
て点火される。所定時間バツチ操業の後、再び搬
送されて均熱帯へと送られる。連続操業の場合
は、イ〜ニの状態がくり返えされる。尚、イのよ
うに鋼片の存在しないゾーンがある場合、間引く
バーナーゾーンに余裕がある場合、間引くことも
出来る。

加熱炉装入時、焼上りの良い鋼片と悪い鋼片で
100℃の温度差がある場合、従来方法では抽出時
の温度差は60℃までしか改善出来なかつたもの
が、本発明の燃焼制御方法により温度差は30℃ま
で改善出来た。又、間引き制御により消費エネル
ギーは従来に比べ６％も少なくなつた。

本発明の制御方法は加熱帯だけに限られるもの
でなく、均熱帯でも又、加熱帯と均熱帯の双方で
実施できるものである。加熱帯と均熱帯の双方で
実施した場合の抽出温度差はさらに改善される。
さらに断面形状や、長さの異なる被加熱材が同時
に装入された場合や、目標抽出温度がロツト内で
一本毎に異なる場合、又はロツト内で相異する場
合も熱量ｑは計算からバーナーのオン／オフ制御
で所定温度に加熱することが可能である。

以上、本発明の燃焼制御方法によれば、被加熱
材の焼け過ぎを防止し、目標抽出温度にバラツキ
なく焼き上げることが出来、さらに燃焼ロスを防
止出来る等効果は大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は加熱炉の概略図、第２図は本発明の加
熱帯での実施例を説明する構成図、第３図は鋼片
の推定温度位置を示す図、第４図は燃料流量値と
バーナーの点火本数との関係図、第５図イ，ロ，
ハ，ニ，ホ，ヘは本発明のバーナー間引き制御の
一例を示す図、第６図は第５図イにおける温度状
態を示す図である。 １……チヤージヤー、２……エキストラクタ
ー、３，３３……サイドバーナー、４，３６……
ウオーキングビーム、５……予熱帯、６……加熱
帯、７……均熱帯、８……加熱炉、９……仕切り
壁、１０……鋼片、２０……計算機、３１……温
度計、３２……制御用温度計、３４……被加熱
材、３５……加熱帯、３６……ウオーキングビー
ム駆動装置、３７……遮断弁、３８……燃料流量
調整弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加熱炉の加熱帯、又は均熱帯、又はその双方
   の炉温制御を各バーナーゾーン毎に細分化し、各
   ゾーンの炉温より全被加熱材一本毎の平均温度を
   推定し、該推定温度から被加熱材が所定時刻に所
   定の抽出温度になるための必要熱量を計算し、該
   熱量より被加熱材の焼上り状態を算出し、該算出
   結果と炉内のトラツキング情報とバーナー間引本
   数情報とから、間引くバーナーゾーンの位置を決
   定し、その決定に従い間引くバーナーゾーンの燃
   料遮断弁をオン／オフ制御し被加熱材への供給熱
   量を調整して、被加熱材を目標抽出温度にバラツ
   キなく焼き上げることを特徴とするサイドバーナ
   ー焚連続加熱炉の燃焼制御方法。