JPH06129632A

JPH06129632A - 加熱炉の燃焼制御方法

Info

Publication number: JPH06129632A
Application number: JP28026392A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kimura; 武木村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-10-19
Filing date: 1992-10-19
Publication date: 1994-05-13
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JP2746011B2

Abstract

(57)【要約】【目的】加熱炉を抽出した鋼片の抽出温度の部位毎の
バラツキを可及的に低減する。【構成】被加熱材を所定の抽出時刻に所定の抽出温度
に加熱する必要熱量を算出し、必要熱量の算出結果と被
加熱材の炉内の位置情報とから、炉幅方向に複数設置さ
れた軸流バーナの燃焼本数と点火位置および消火位置と
を決定し、複数の軸流バーナ毎に燃料遮断弁をオン／オ
フ制御することにより、被加熱材の部位毎の温度バラツ
キを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造機、加熱炉お
よび圧延機をこの順に備えた工程、例えば直装ホットチ
ャージ工程における、例えば鋼片の加熱炉において、被
加熱材の抽出温度の部位毎のバラツキを低減できる加熱
炉の燃焼制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、熱延鋼板は、連続鋳造機、加熱炉
および圧延機をこの順に備えた工程により製造される。
このうち、加熱炉における温度制御は、圧延に供される
スラブを所定の温度に加熱するとともに省エネルギーを
図るために重要である。

【０００３】通常の熱間圧延ラインの加熱炉の概略を図
８に示す。同図において、例えば連続鋳造により製造さ
れた被加熱材12 (以後の本発明の説明は便宜上「被加熱
材」の例として「鋼片」を用いるが、本発明はこれに限
定されない）は、加熱炉13の装入口から例えばプッシャ
ー、チャージャー等の装入機１によって装入され、炉内
におけるウォーキングビーム11の矩形状の往復運動の繰
り返しによって、予熱帯を構成する予熱帯上部５および
予熱帯下部８、加熱帯を構成する加熱帯上部６および加
熱帯下部９、均熱帯を構成する均熱帯上部７および均熱
帯下部10を順次搬送されながら各加熱帯に一旦停止し、
それぞれの加熱帯に設置された上部バーナ３（軸流バー
ナといい、炉幅方向に複数設置される) 、上部バーナ3'
（ルーフバーナといい、炉長方向に複数設置される）お
よび下部バーナ４（サイドバーナといい、鋼片の下方に
炉長方向に複数設置される）により所定の加熱温度に加
熱される。均熱帯を構成する均熱帯上部７および均熱帯
下部10により目標抽出温度に加熱された鋼片12は抽出口
からエキストラクター２で抽出され、後続の圧延工程へ
送られる。

【０００４】ところで、近年に至り、工程簡略や省エネ
ルギー等といった合理化の一環として、製鋼工程および
熱間圧延工程を同期化させた直装ホットチャージ (ＤＨ
ＣＲ）工程が注目されており、この直装ホットチャージ
で使用される加熱炉においては、連続鋳造機との直結操
業あるいは同期化操業が指向されており、加熱炉に、圧
延機への装入温度を最終的に設定させたり、連続鋳造工
程および熱間圧延工程間の操業調整（待機）を行わせる
等、加熱炉の燃焼負荷の変動量が増大する傾向にあり、
これに対応する必要が生じてきた。

【０００５】従来、このような加熱炉の燃焼負荷の変動
量の増大に対応しながら鋼片を目標温度に均一に加熱す
るため、例えば特公平２−17611 号公報または特開昭61
−70319 号公報には、加熱炉内に炉長方向に複数設置さ
れたバーナ (ルーフバーナまたはサイドバーナ) を順次
経時段階的に点火および消火させる技術が提案されてお
り、これらの技術によれば、鋼片の抽出温度のバラツキ
を最小限に抑制できるとされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の加熱炉
の操業では、前述のように加熱炉の燃焼負荷の変動が増
大する傾向にあり各加熱ゾーンに対する負荷が高まって
いるため、バーナを順次経時段階的に点火および消火さ
せると、加熱炉全体として必要な熱量が不足してしまう
おそれが高い。したがって、特公平２−17611 号公報ま
たは特開昭61−70319 号公報により提案された技術のよ
うに、加熱炉内に炉長方向に複数設置されたバーナを順
次経時段階的に点火および消火させることは、ＤＨＣＲ
への適用を考えると実現は難しい。

【０００７】また、加熱炉へ装入される鋼片は、装入温
度だけが一定しないのではなく、その寸法形状、重量さ
らには炉幅方向の装入位置等も一定しない。特に、前述
の従来の技術では抽出された鋼片の平均温度により鋼片
の加熱状態の判定を行うため、鋼片の装入位置が炉幅方
向の一方向に偏ると、鋼片にいわゆる片焼け等の不均一
加熱が発生してしまう等の問題もあった。

【０００８】ここに、本発明の目的は、鋼片の抽出温度
の部位毎のバラツキを可及的に低減できる加熱炉の燃焼
制御方法を提供することにある。別の面からは、本発明
の目的は、直装ホットチャージ工程の加熱炉に対して適
用できる燃焼制御方法を提供することにある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記課題
を解決するため種々検討を重ねた結果、加熱炉内の鋼片
の温度をリアルタイムに計算し、鋼片の焼け状態を経時
的・定量的に把握するとともに、バーナのターンダウン
(バーナの燃料流量を絞った場合に、火炎の勢いがなく
なって舞上ってしまう現象) さらには炉内の空炉状態も
把握し、これらの条件に基づいて、少なくともバーナの
炉幅方向の点火位置および消火位置、例えば、軸流バー
ナの炉幅方向の点火位置および消火位置と、サイドバー
ナの炉長方向の点火位置および消火位置とを決定するこ
とにより鋼片の不均一加熱を解消しながらエネルギーコ
ストの上昇を抑制して加熱炉の燃焼を制御できることを
知見して、本発明を完成した。

【００１０】ここに、本発明の要旨とするところは、連
続鋳造機、加熱炉および圧延機をこの順に備えた工程に
おける加熱炉の燃焼制御方法であって、連続鋳造機およ
び圧延機それぞれの停止情報と被加熱材の寸法情報とに
基づいて、被加熱材を所定の抽出時刻に所定の抽出温度
に加熱する必要熱量を算出し、必要熱量の算出結果と被
加熱材の炉内の位置情報とから、少なくとも、炉幅方向
に複数設置された軸流バーナの燃焼本数と点火位置およ
び消火位置とを決定し、複数の軸流バーナ毎に燃料遮断
弁をオン／オフ制御することにより、被加熱材の部位毎
の温度バラツキを低減することを特徴とする加熱炉の燃
焼制御方法である。

【００１１】

【作用】以下、本発明を添付図面を参照しながら作用効
果とともに詳述する。図１は、本発明にかかる方法を実
施する際に用いる加熱炉の加熱帯の構成の一例を抽出し
て示す説明図である。なお、この図１は加熱帯の構成例
を示すが、本発明では、予熱帯および均熱帯についても
同様に構成し、加熱炉全体として同様の制御を行う。

【００１２】同図において、加熱帯上部には炉幅方向に
直列に複数、例えば８個の軸流バーナ36を設置し、各軸
流バーナ36毎に燃料遮断弁35を接続し、これら複数本を
まとめて流量調節弁33および流量測定用のオリフィス34
が設置される。また、加熱帯下部についても基本的に加
熱帯上部と同様に、流量調節弁37、オリフィス38、燃料
遮断弁39およびサイドバーナ40が設置される。なお、図
１では、説明の便宜上ルーフバーナは省略されている
が、従来の加熱帯と同様に設置しておいてよい。

【００１３】鋼片42は、ウォーキングビーム41によって
図中の矢印方向に予熱帯、加熱帯、均熱帯の順に搬送さ
れる。この搬送中に鋼片42は、各バーナ (軸流バーナ3
6、サイドバーナ40および図示しないルーフバーナ) に
より加熱される。なお、図１において、符号31は加熱帯
上部の温度計、符号32は加熱帯下部の温度計であり、符
号ａ、ａ’はそれぞれ加熱帯上部、加熱帯下部からの炉
温実績値である。さらに、符号ｂは鋼片トラッキング情
報を、符号ｃ、ｅはそれぞれ加熱帯上部、加熱帯下部の
燃料の流量実績値を、符号ｄ、ｆはそれぞれ加熱帯上
部、加熱帯下部の燃料の流量指示値を、さらに符号ｇ、
ｈは加熱帯上部、加熱帯下部の燃料遮断弁へのON/OFF信
号をそれぞれ示す。

【００１４】一方、図２は、本発明にかかる方法の構成
例を模式的に示す説明図である。以降の本発明の説明
は、図１に示す構成の予熱帯、加熱帯および均熱帯を有
する加熱炉を用いて、図２に示す構成により制御を行っ
た場合を例にとって行う。 (i) 本発明では、連続鋳造機および圧延機それぞれの停
止情報と鋼片の寸法情報とに基づいて、鋼片を所定の抽
出時刻に所定の抽出温度に加熱する必要熱量を算出す
る。

【００１５】そのために、まず、適宜手段により加熱炉
に装入される鋼片の内部温度を決定する。例えば、連続
鋳造機の出側実測温度と加熱炉到着までの経過時間とか
ら二次元熱伝導差分方程式を用いて演算すればよい。図
２では、鋼片の内部温度の決定工程を装入温度計算工程
23として示しており、このようにして算出される鋼片温
度を初期値として用いる。

【００１６】加熱炉内における鋼片の温度の予測計算
は、二次元熱伝導差分方程式を用い、加熱炉内における
鋼片42の搬送状態の斜視図である図３に示す鋼片のスキ
ッド部Ａと非スキッド部Ｂおよびスラブ端部Ｃおよびス
ラブ端部Ｄのそれぞれ表部、中央部および裏部の合計12
点について、装入温度計算工程23により決定された初期
値と、時間と、炉温とにより、リアルタイムに例えば1.
5 分／鋼片１本に行われる。図２では、炉内の鋼片の加
熱温度計算を鋼片温度計算工程22として示す。なお、図
２において、符号21は炉内鋼片位置トラッキング情報集
積工程を示し、符号ａ、ａ’はそれぞれ加熱帯上部、加
熱帯下部からの炉温実績値を、符号ｂは鋼片トラッキン
グ情報を、符号ｃは加熱帯上部の燃料の流量実績値を、
さらに符号ｅは加熱帯下部の燃料の流量実績値をそれぞ
れ示す。

【００１７】そして、装入温度計算工程23および鋼片温
度計算工程22と、さらに、在炉時間予測計算工程24およ
び目標抽出温度演算工程25とから、鋼片を所定の抽出時
刻に所定の抽出温度に加熱する必要熱量を設定炉温計算
工程26で算出し、該算出値に基づいて設定炉温の計算が
行われる。

【００１８】以上の計算は、図２に２点鎖線で分けて示
すように、燃料制御用計算機(ACC)で行う。すなわち、
燃料制御用計算機では、スラブの物理定数、在炉時間、
抽出時刻、炉温、目標抽出温度等の情報に基づいて、ス
ラブ１本毎の現在温度および目標抽出温度を計算し、こ
の計算結果から、計装用計算機(DDC) へ間引くバーナを
出力する。

【００１９】(ii)次に、本発明では、炉幅方向に複数設
置された軸流バーナ毎に燃料遮断弁をオン／オフ制御す
ることにより、鋼片の部位毎の温度バラツキを低減す
る。すなわち、設定炉温計算工程26の結果は、計装用計
算機の温度設定器に伝送され、設定流量計算工程27から
出力される信号ｄおよび信号ｆにより、図１に示す加熱
帯上部の複数の流量調整弁33および加熱帯下部の複数の
流量調整弁37の開度がそれぞれ独立して制御される。

【００２０】計装用計算機では、温度計の入力、燃料流
量入力・出力、燃焼空気流量入力・出力、および加熱炉
圧、等を受け持つシーケンサーレベルの計算を行い、各
加熱炉毎に個別に制御を行う。したがって、本発明によ
れば、制御ゾーン内の燃焼負荷が低下すると、バーナの
一部を間引くことにより、制御ゾーン全体としては負荷
が低下するものの、バーナ単体の負荷を向上させること
ができ、加熱炉全体としての燃焼効率を向上させること
ができる。

【００２１】さらに、本発明では、燃焼制御用計算機に
おいて、炉内鋼片位置トラッキング情報集積工程21によ
り空炉状態を監視し、空炉状態がCPU バーナ間引き計算
工程28によって計装用計算機の間引きバーナ指示計に出
力される。計装用計算機においては、低流量域 (流量レ
ンジ０〜29％) ではバーナのターンダウンを重視して間
引き指示工程29により間引き指示を行い、それ以上の流
量域 (30％以上) では、前述の燃焼制御用計算機の出力
により間引き指示工程30による間引きを行う。低流量域
の間引き本数は、バーナの種類に応じて適宜決定すれば
よい。

【００２２】そして、これらの指示は、計装用計算機
(DDC)により燃料遮断弁への開度信号を出力することに
より行われる。したがって、本発明によれば、被加熱材
による炉床占有状況に応じて空炉部分に相当するバーナ
を消火するため、燃焼効率が向上するとともにスラブ端
部の過加熱に起因した品質不良 (例えばスケール疵) の
発生を解消することができる。

【００２３】このようにして、本発明によれば、鋼片の
加熱時にリアルタイムで鋼片の温度計算を行い、その焼
け状態を定量的に把握するばかりでなく、バーナのター
ンダウンと炉内の空炉状態も把握し、これらの条件から
軸流バーナの燃焼を炉幅方向に制御するため、鋼片の不
均一加熱を解消して鋼片を所定温度に加熱できる。さら
に、本発明を実施例を参照しながら詳述するが、これは
本発明の例示であり、これにより本発明が限定されるも
のではない。

【００２４】

【実施例】図４は、本発明にかかる方法により、バーナ
No.1ないしバーナNo.8を軸流バーナとして炉幅方向にこ
の順に備えた加熱炉の燃焼を制御した場合のトレッドチ
ャートを示すグラフであり、図４(a) は加熱帯への燃料
流量レンジを、図４(b) は加熱帯の炉温をそれぞれ示
す。なお、図４(a) においては状態および状態では
バーナNo.1またはNo.6を、状態およびではバーナN
o.3またはNo.4を、状態およびではバーナNo.5、6
、7 またはNo.8を、それぞれ制御した。

【００２５】同図に示すように、本発明によると、状態
で鋼片の抽出ピッチが低下したため、燃料制御用計算
機 (ACC)は予測よりも鋼片が抽出されないために燃料流
量を下げる指示を出力し、これを受けて、計装用計算機
(DDC)は、流量レンジが30％に低下した時点で１段目の
間引き (バーナNo.1および2)を行った。さらに、流量レ
ンジが15％、10％にそれぞれ低下した時点、すなわち図
４の状態、の時点で計装用計算機(DDC) から流量低
下の指示を出して、２段目の間引き (バーナNo.3および
4)、３段目の間引き (バーナNo.5、6 、7 および8)を行
った。

【００２６】一方、状態に示す再点火は、間引き前炉
温 (状態における炉温) −現状炉温 (状態における
炉温) ≧100 ℃になった時に炉温の過剰な低下を防ぐた
めに行われ、燃料制御用計算機(ACC) の流量上昇の指示
によって、状態および状態にそれぞれ示すタイミン
グでも行われた。

【００２７】計装用計算機 (DDC)は、流量レンジが30％
未満の場合には、このように燃焼ガスの流量制御を行
う。またこの範囲では、燃料制御用計算機 (ACC)の鋼片
位置トラッキング情報による制御信号は、DDC により無
視され、30％以上になったときに鋼片位置トラッキング
情報による制御が行われた。

【００２８】なお、燃料制御用計算機(ACC) の鋼片位置
による制御の例を、加熱炉の上方からの透視図である図
５、図６および図７を参照しながら説明する。なお、こ
の例では、軸流バーナを炉幅方向の空炉状態による制御
に使い、下部サイドバーナを炉長方向の空炉状態による
制御に使う。また、図５ないし図７においては、丸印は
軸流バーナを、四角印はサイドバーナをそれぞれ示し、
それぞれの印について、白は点火状態を、黒は消火状態
をそれぞれ示し、各バーナの近傍の数字はバーナNo. を
示す。さらに、符号51は右下部バーナを、符号52は左下
部バーナを、符号53は上部バーナを、符号54はスラブ
を、さらに符号55は加熱帯をそれぞれ示す。

【００２９】まず図５では、炉床占有率の高いi-1 およ
びi-2 の２本の鋼片があるため、この鋼片が当該加熱帯
を通過するまでは、燃焼エネルギーを確保するため、間
引きを行うことは不可能である。したがって、軸流バー
ナおよびサイドバーナとも全て燃焼している。

【００３０】次に、図６に示すように、i-1 およびi-2
が次ゾーンに進み、i-3 〜i-7 のような短材が連続して
存在すると、炉幅方向に鋼片が存在しない部分の上部バ
ーナNo.1、No.7およびNo.8の燃焼を停止する。炉長方向
には空炉がないためサイドバーナは間引けない。

【００３１】さらに、図７に示すように、炉幅方向およ
び炉長方向共に空炉がある場合には、空炉に対応したバ
ーナ (軸流バーナ：No.7およびNo.8、サイドバーナ：N
o.3、4 、5 、6)が燃焼を停止される。このようにし
て、本発明によれば、無駄な燃焼を抑制でき、省エネル
ギー効果も発揮される。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
鋼片の抽出温度の部位毎のバラツキを可及的に低減でき
る。また、燃料の節約を図ることができ、燃料原単位を
低減することもできる。さらに、従来は、加熱帯の燃焼
設定の変更には、操作者の手作業を必要としていた。操
作者の手作業は全作業時間の45％を占め、このうち加熱
帯の間引きのための割合は８％を占めていたが、本発明
によれば、これを計算機を用いて自動化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる方法を実施する際に用いる加熱
炉の加熱帯の構成の一例を抽出して示す説明図である。

【図２】本発明にかかる方法の構成例を模式的に示す説
明図である。

【図３】加熱炉内における鋼片の搬送状態の斜視図であ
る。

【図４】本発明にかかる方法により、バーナNo.1ないし
バーナNo.8を軸流バーナとして炉幅方向にこの順に備え
た加熱炉の燃焼を制御した場合のトレッドチャートを示
すグラフであり、図４(a) は加熱帯への燃料流量を、図
４(b) は加熱帯の炉温をそれぞれ示す。

【図５】加熱炉の上方からの透視図である。

【図６】加熱炉の上方からの透視図である。

【図７】加熱炉の上方からの透視図である。

【図８】通常の熱間圧延ラインの加熱炉の概略図であ
る。

【符号の説明】

1：投入機 2：エキストラ
クター 3：軸流バーナ 3'：ルーフバー
ナ 4：サイドバーナ 5：予熱帯上部 6：加熱帯上部 7：均熱帯上部 8：予熱帯下部 9：加熱帯下部 10：均熱帯下部 11：ウオーキン
グビーム 12：鋼片 (被加熱材) 13：加熱炉 21：炉内鋼片位置トラッキング情報集積工程 22：材料
温度計算工程 23：装入温度計算工程 24：在炉時間予
測計算工程 25：目標抽出温度演算工程 26：設定炉温計
算工程 27：設定流量計算工程 28： CPUバーナ
間引き計算工程 29a：バーナ間引き指示 (低流量) 工程 29b：バーナ間引き指示 (高流量) 工程 30： DDCバーナ間引き指示工程 31：温度計 (上
部) 31'：温度計 (下部) 32：炉内鋼片
位置検出 33：流量調節弁 (上部) 34：オリフィス
(上部) 35：燃料遮断弁 (上部) 36：バーナ (上
部) 37：流量調節弁 (下部) 38：オリフィス
(下部) 39：燃料遮断弁 (下部) 40：バーナ (下
部) 41：ウオーキングビーム 51：右下部バー
ナ 52：左下部バーナ 53：上部バーナ 54：スラブ 55：加熱帯ａ：上部炉温実績値 a'：上部炉温実
績値ｂ：鋼片トラッキング情報ｃ：流量実績値
（上部）ｄ：流量指示値（上部）ｅ：流量実績値
（下部）ｆ：流量指示値（下部）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続鋳造機、加熱炉および圧延機をこの
順に備えた工程における前記加熱炉の燃焼制御方法であ
って、前記連続鋳造機および圧延機それぞれの停止情報
と被加熱材の寸法情報とに基づいて、前記被加熱材を所
定の抽出時刻に所定の抽出温度に加熱する必要熱量を算
出し、前記必要熱量の算出結果と被加熱材の炉内の位置
情報とから、少なくとも、炉幅方向に複数設置された軸
流バーナの燃焼本数と点火位置および消火位置とを決定
し、複数の前記軸流バーナ毎に燃料遮断弁をオン／オフ
制御することにより、前記被加熱材の部位毎の温度バラ
ツキを低減することを特徴とする加熱炉の燃焼制御方
法。