JPH10158747A - 連続焼鈍炉の加熱炉における炉温設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続焼鈍炉の加熱炉における蛇行の発生を防
止し、安定した通板と品質の向上を図る。 【解決手段】 加熱炉出側及び中央部において板温を監
視し、監視された板温に応じて、板温が加熱炉出側及び
中央部において、それぞれ設定された所定範囲を満すよ
うに炉温設定値を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続焼鈍炉の加熱
炉における炉温設定方法に係わり、特に加熱炉前半及び
加熱炉全体の炉温を制御する炉温設定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続焼鈍炉においては、蛇行の発生を防
止し、安定した通板状態を確保することが重要である。
蛇行の発生原因としてまず考えられるものは、加熱炉前
半におけるハースロールのサーマルクラウンの生成であ
る。従来、サーマルクラウンそのものを制御する方法
や、ハースロールを冷却してサーマルクラウンを防止す
る方法が知られている。これらの技術も蛇行を防止する
手段の１つであるが、機械的に対応のできていない設備
もある。

【０００３】そこで、ハースロールのイニシャルクラウ
ンを工夫し、加熱炉中央部におけるストリップ表面温
度、即ち、加熱炉前半の炉温を制御することでサーマル
クラウンの発生を抑制し、蛇行を防止する方法が考えら
れている。これを行うための手段として、加熱炉を複数
のゾーンに分け、それぞれのゾーンで個別に炉温の設定
を可能とすることが必要とされる。

【０００４】ゾーン別に炉温を設定する方法として、例
えば特公昭５９−３３１７６号公報には、ストリップの
寸法や鋼種、加熱炉出側の目標板温の程度によって、ス
テップヒートあるいはフラットヒートに切り換えること
で低燃料使用量で効率の良い熱処理を行わせる方法が開
示されている。ここで、ステップヒートとは、加熱炉の
ゾーンを例えば４分割して、前のゾーンからあるステッ
プ幅で炉温設定値を徐々に高くする炉温設定方法をい
い、フラットヒートとは、炉全体全てのゾーンが同じ目
標炉温となる炉温設定方法をいう。なお、前のゾーンか
らあるステップ幅で炉温設定値を徐々に低くする炉温設
定方法を逆ステップヒートという。

【０００５】又、特開平５−２５５５５号公報には、加
熱炉の中間部及び出側部で別々に板温を測定し、中間部
板温に基づいて加熱炉前半部の炉温を制御し、出側部板
温に基づいて加熱炉後半部の炉温を制御するようにした
ものが開示されている。又、特開平５−２７１７８４号
公報には、加熱炉前半の炉温を加熱炉後半の炉温より高
く設定するものが開示されている。更に、特開昭６０−
５６０２６号公報や特開平７−１２６７５９号公報に
は、加熱炉を複数のゾーンに分け、各ゾーンにおける設
定炉温を上流側から下流側へ段階的に高くなるように設
定するものが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の、ストリップの寸法や鋼種、加熱炉出側の目標板温
の程度によってステップヒートあるいはフラットヒート
に切り換える方法は、対象によりヒートパターンを固定
してしまうもので、ステップ幅を変更するものではな
く、蛇行防止を考慮に入れていないため、蛇行防止のた
めに中央板温を人が介入し修正しようとした場合に、出
側板温が目標板温から大きく外れてしまう虞れがあっ
た。一方、品質上、出側板温を保証しようとすると、中
央板温が許容範囲を満たすことができず、蛇行が発生す
る虞れがある。

【０００７】又、加熱炉中間部及び出側部における板温
測定値により、加熱炉前半部と後半部の炉温を別々に計
算して設定する方法においては、炉温のバランスが前半
部と後半部で大きく崩れ、多様な品種を生産する場合
に、次材で目的とする炉温の制御が間に合わなくなった
り、炉帯そのもののきしみが設備的に悪影響を及ぼす虞
れがある。

【０００８】又、加熱炉前半部の炉温を高く設定する方
法は、現実には、前半部で設定温度に到達できず能力オ
ーバーとなったり、予測した出側板温が不足するため使
用が制限されたり、燃料効率が良くない等の問題があ
る。

【０００９】又、加熱炉を複数のゾーンに分け、各ゾー
ンにおける設定炉温が段階的に高くなるように炉温を設
定する方法では、ステップ幅が変更されないため、加熱
炉中央部における板温が許容範囲を満たさない場合に炉
温設定値を修正することができないという問題があっ
た。

【００１０】本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされ
たものであり、少ない燃料使用量で効率の良い熱処理を
行いつつ、加熱炉中央及び出側での板温を適正に制御で
きるよう炉温を設定し、且つ蛇行の発生を防止し、品質
及び通板性の向上を図ることのできる技術を提供するこ
とを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属ストリッ
プを連続加熱する連続焼鈍炉の加熱炉を金属ストリップ
の走行方向に複数のゾーンに区分して、各ゾーン毎に別
々の炉温を設定可能とし、走行する金属ストリップを加
熱し、加熱帯出側での金属ストリップの板温を制御する
連続焼鈍炉の加熱炉における炉温設定方法において、加
熱炉出側及び加熱炉中央部における板温を監視し、加熱
炉出側及び加熱炉中央部において、それぞれ予め設定さ
れた所定範囲内に前記金属ストリップの板温が入るよう
に、前記監視された板温に応じて炉温設定値を変更する
ようにして、前記課題を解決したものである。

【００１２】又、前記炉温設定値を、前記監視された板
温に応じて、ステップヒートからフラットヒートへ、ス
テップ幅を修正しながら遷移させるようにしたものであ
る。

【００１３】更に、前記炉温設定値を、前記監視された
板温に応じて、フラットヒートから逆ステップヒート
へ、ステップ幅を修正しながら遷移させるようにしたも
のである。

【００１４】以下、本発明に至る経過について説明す
る。

【００１５】本発明者等は、まず加熱炉中央部に設置し
た板温計による加熱炉前半部の炉温設定と、加熱炉出側
に設置された板温計による加熱炉後半部の炉温設定を別
々に行おうと試みたが、加熱炉中央部及び出側でのそれ
ぞれの目標板温の関係は、材料によってまちまちであっ
た。

【００１６】即ち、加熱炉中央部においては蛇行の防止
だけが目的であるため、材料によって大きく異なること
はないが、出側においては材料の品質保証が目的となる
ため、仕向け先、使用目的等によって目標板温が大きく
異なる。そこで、加熱炉中央部及び出側での目標板温を
そのまま使って炉温を設定しようとすると、突然加熱炉
前半部の炉温設定が下限値を下回ってしまう虞れがあっ
た。

【００１７】又、従来はステップヒートやフラットヒー
トは鋼種やサイズ等の対象により固定してしまい、ステ
ップヒートの場合でもステップ幅を変更するような方法
はなかった。

【００１８】そこで、本発明では、基本的にはステップ
ヒートを使って炉温が入側から出側まで大きくばらつか
ないことを前提に、そのステップ幅を少しずつ変更して
いくようにした。

【００１９】本発明によれば、加熱炉中央部及び加熱炉
出側における板温を監視しながら、それぞれの板温を適
正に制御するよう炉温設定値を変更するようにしたた
め、多品種で炉温設定変更が多い場合においても、その
移行がスムーズであり、蛇行の発生を防止することがで
き、製品の材質も保証することができるようになった。

【００２０】加熱炉の炉温設定を、ステップヒート、フ
ラットヒート及び逆ステップヒート等のステップパター
ンを使用し、ステップ幅を修正していくようにした場合
には、各ゾーンにおける炉温が必要以上ばらばらになら
ないように設定できるため、ステップパターンや炉温の
上下がスムーズであり、極力燃焼効果の高い状態で、多
品種の材料を短周期で通板する場合の炉温設定変更が容
易となる。

【００２１】なお、中央部における板温は蛇行防止が目
的であるため、中央部での目標板温は、その目標値を下
回らなければ目標を満足したものと言える（即ち、中央
部での目標板温＝許容値の下限である。）。出側の目標
板温も材料に応じてその上・下限許容範囲が設定され、
その許容範囲の中で今回の炉温設定を行うようにしてい
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００２３】図１は、本発明が適用される連続焼鈍炉の
加熱炉を含む設備を示す概略構成図である。

【００２４】図１において、１０は連続焼鈍設備の本体
をなす加熱炉である。この加熱炉１０の中を溶接してひ
と続きとした帯状のストリップ１２が通板する。これら
のストリップ１２は加熱炉１０内外のロール１４の回転
に伴い、矢印Ａの方向に向かって連続的に送られ、加熱
炉１０出側に向かって例えばラジアントチューブバーナ
からの輻射熱等により急速に加熱される。

【００２５】又、１６は、製造対象の材料に対する板厚
・板幅・鋼種といった比較データ、その材料の加熱炉１
０中央及び出側における目標板温とその許容上下限範囲
を与えるための上位計算機である。

【００２６】又、１８は、具体的に炉温を何℃にするか
を設定する炉温設定用計算機である。炉温設定用計算機
１８は、上位計算機１６からの材料規格に基づいて、対
象材の比重・比熱・中央での板温目標とその許容値を求
める。又、炉温設定用計算機１８は、その材料では基本
的にどのようなステップパターンで加熱するか、即ちフ
ラット状に全ゾーン同じ炉温にするか、ステップ状に炉
温を上げるか、ステップ状ならそのステップ幅何℃ずつ
炉温を上げてやるのか等の初期条件を読み取る。炉温設
定用計算機１８は、これらの初期条件に基づいて板温予
測計算を行う。即ち、加熱炉１０出側での板温を満足さ
せるように炉温を決定した結果、中央での板温が不足し
た場合、ステップパターンを修正して再度板温予測計算
を行い、これらの板温予測と炉温修正を繰り返した最終
結果を炉温値として加熱炉１０の炉温を制御するコント
ローラ２０に出力する。

【００２７】加熱炉１０は、炉温の設定対象として例え
ば４つのゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４に分かれ、各々
のゾーンで上部及び下部別に温度計２２が設置され、炉
温が測定される。温度計２２による炉温測定の結果はコ
ントローラ２０に取り込まれる。又、各ゾーンには、燃
焼ガス配管２４、燃焼ガス流量測定器２６及び燃焼ガス
流量弁２８が必要に応じて複数式設けられ、それぞれに
設置されたコントローラ２０により制御される。各ゾー
ンにおける炉温は、各ゾーンの上部及び下部別に設けら
れた燃焼ガス流量測定器２６からのフィードバックによ
り、燃焼ガス流量弁２８が開閉されることによって調整
される。

【００２８】これら以外に、加熱炉１０の入側及び加熱
炉中央部及び加熱炉出側にストリップ１２表面の板温を
測定する板温計３０、３２、３４が設置されており、こ
れらの測定値は炉温設定用計算機１８に取り込まれ、板
温予測計算に用いられる。又、ロール１４等によるスト
リップ１２の送り速度は、ライン速度検出器３６によっ
て測定され、その速度も炉温設定用計算機１８に取り込
まれ、板温予測計算に用いられる。

【００２９】以下、本実施形態の作用を説明する。

【００３０】図２は、第１実施形態において炉温設定用
計算機１８で行われる計算処理の流れを示すフローチャ
ートである。

【００３１】この第１実施形態は、ステップ幅ａ℃のス
テップヒートが初期値となる場合で、修正後も、前半側
の炉温の方が炉温の高い逆ステップ状の炉温設定を認め
ない場合である。

【００３２】まずステップ１００において、炉温設定用
計算機１８は上位計算機１６より比較データ、板厚、板
幅、鋼種、出側目標板温値とその許容範囲等のデータを
受け取る。次に、ステップ１０２において、中央板温目
標値及びその許容値やステップパターンの初期値等、そ
の他炉温設定計算に必要なデータを読み込む。

【００３３】次のステップ１０４において、板温予測計
算を行う。この中では、ステップパターンに従って加熱
炉１０出側での板温が目標値になるような炉温値を算出
する。この場合には、炉温全体を１つとみた熱吸収モデ
ルを用いる。この時点では、中央の板温が満足されるか
どうかは分らない。そこで、次のステップ１０６におい
て、今計算された炉温に基づいて炉前半の板温予測計算
を行う。即ち、算出された炉温によって中央までに何℃
まで板温が加熱されるかを計算する。この場合には、炉
前半だけの熱吸収モデルを用いる。

【００３４】次のステップ１０８において、中央板温が
目標許容範囲内にあるか否か判定する。中央板温がこの
許容範囲を満たしている場合には、次のステップ１１０
へ進み、設定炉温をコントローラ２０に出力して演算を
終了する。

【００３５】ステップ１０８において、中央板温が許容
範囲を満たさない場合、即ち図３（ｂ）に示すように、
出側板温がその許容範囲Ｍ２内にあるにも拘らず、中央
板温が中央における許容範囲Ｍ１を下回っている場合に
は、ステップ１１２において、ステップ幅が０になって
いないか否か（即ちフラットヒートになっていないか否
か）判断する。ステップ幅が０になっていない場合に
は、ステップ１１４へ進み、ステップ幅を図３（ａ）に
示す初期値のａから、図４（ａ）に示すａ／２となるよ
うに１／２に修正する。このようにステップ幅を１／２
に修正することにより、図４（ａ）に示すように、ステ
ップ幅が減少した分だけ後半ゾーンの炉温が減少し、そ
の分前半ゾーンの炉温が増加する。これは結局、燃焼負
荷を前半ゾーンにシフトすることを意味する。

【００３６】再びステップ１０４へ戻り、修正したステ
ップパターンで再度同様に出側板温及び中央板温を計算
する。このとき、又図４（ｂ）に示すように、中央板温
が中央における許容範囲Ｍ１に不足する場合には、再び
ステップ１１４において、図５（ａ）に示すように、更
にステップ幅を１／２のａ／４に修正する。その結果、
中央板温が図５（ｂ）に示すように、中央における許容
範囲Ｍ１を満たしている場合には、ステップ１１０へ進
み、設定炉温をコントローラ２０に出力して演算を終了
する。

【００３７】このように、ステップ幅の修正は初期値ａ
から、 ａ→ａ／２→ａ／４→０ の順に徐々に縮小していき、必要な場合には図６
（ａ）、（ｂ）に示すように、最終的にフラットヒート
まで行われる。

【００３８】図７（ａ）、（ｂ）に示すように、フラッ
トヒートでもなお且つ中央板温が許容範囲Ｍ１に不足す
る場合には、ステップ１１２において、ステップ幅が０
即ちフラットヒートになっていることを確認した上、ス
テップ１１６において出側板温計算値が命令された上限
値以内かどうか判断する。出側板温が上限まで達してい
なければ、ステップ１１８において図８（ａ）に示すよ
うに出側板温の目標値をΔＴ℃だけ高く変更して再度出
側板温と中央板温を計算する。これは、出側の目標板温
を材質的に許容される範囲で高くすることで中央板温を
その不足分だけ釣り上げようとする意図である。そして
上限値以内で出側板温の目標値を高く変更し図９
（ａ）、（ｂ）に示すように中央板温が許容範囲Ｍ１を
満すようになったらステップ１１０において設定炉温を
コントローラ２０に出力して演算を終了する。

【００３９】又、ステップ１１６において、出側板温が
上限値を越える場合には、出側での品質が板温の高過ぎ
で保証できず、且つ中央で板温が低過ぎるという異常事
態であるため、次のステップ１２０において異常を知ら
せて処理を終了する。

【００４０】以上の図７〜図９はステップヒートから始
めてステップ幅を修正しフラットヒートに至ってもなお
且つ中央板温が不足する場合であったが、初期値として
フラットヒートから始まり、逆ステップ状の炉温設定を
認めない場合でも同様である。

【００４１】次に本発明の第２実施形態について説明す
る。

【００４２】第２実施形態は、フラットヒートを初期値
とし、逆ステップ状の炉温設定を認める場合である。

【００４３】この場合の計算処理のフローチャートは、
図２のステップ１１２において逆ステップ幅が許容範囲
（−ｂ℃）以内であることを確認することと、ステップ
１１４において逆ステップ幅を ０→（−ｂ／４）→（−ｂ／２）→（−ｂ） という順に修正する、と読替えるようにすることの他は
全て図２のフローチャートと同様である。この読替えを
考慮して、図２のフローチャートを用いて第２実施形態
の作用を説明する。

【００４４】ステップ１００からステップ１０６までは
第１実施形態と同様である。ステップ１０８において、
図１０（ｂ）に示すように、中央板温値が中央における
許容範囲Ｍ１を下回る軸と判断された場合にはステップ
１１２へ進み、逆ステップ幅が許容範囲（−ｂ）以内で
あるか否か判断する。逆ステップ幅が０の場合にはステ
ップ１１６へ進み、出側板温計算機が上限値以内かどう
か判断され、上限値以内の場合にはステップ１１８にお
いて、図１１（ａ）に示すように、目標板温を上限まで
の範囲でΔＴ℃高く変更する。このとき図１１（ｂ）に
示すようにフラットヒートの計算でも、中央板温が中央
における許容範囲Ｍ１を満さない場合には、ステップ１
１４において逆ステップ幅を−ｂ／４に変更する。この
とき中央板温が中央における許容範囲Ｍ１を満さない場
合には、逆ステップ幅を、０→（−ｂ／４）→（−ｂ／
２）→（−ｂ）の順番で逆ステップ幅の許容範囲（−
ｂ）まで逆ステップ幅を修正する。そしてあるところで
図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、中央板温が中央
における許容範囲Ｍ１を満す場合には、ステップ１１０
で設定炉温をコントローラ２０に出力して演算を終了す
る。

【００４５】このように、第２実施形態は、フラットヒ
ートの計算でも加熱炉１０中央部及び出側の板温を満足
できない場合から、前半ゾーンの炉温を高くする逆ステ
ップヒートへ移行する場合であり、中央の板温が不足す
るために燃焼負荷を前半へシフトして前半ゾーンの燃焼
負荷を大きくするという考え方は第１実施形態と共通し
ている。

【００４６】なお、第２実施形態は初期値としてフラッ
トヒートから始めたが、初期値として逆ステップ状の炉
温設定を行うようにしても良い。

【００４７】以上述べた実施形態では、加熱炉中央部及
び出側の両板温を満足するようにしたため、出側での材
質を保証すると同時に、加熱炉前半で発生し易い蛇行を
防止することができるようになった。又本実施形態にお
いては、ステップヒートあるいはフラットヒートといっ
た燃焼パターンを使用することにより燃焼のバランスを
維持しつつ、多品種で炉温設定変更が多い場合において
も、その移行をスムーズに行うことが可能となった。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
加熱炉中央及び出側の両板温を満足するようにしたた
め、出側での材質を保証すると同時に加熱炉前半で発生
し易い蛇行を防止すると共に、燃焼のバランスを維持し
つつ、安定した通板と材質の良い製品を生産することが
可能となった。

【００４９】なお、中央板温の維持は蛇行防止を目的と
していたが、それ以外の目的で加熱炉内の調温カーブ
（ヒートサイクル）を保証したい場合にも、中央通過時
の板温に限り有効である。

【００５０】又、加熱炉の炉温設定にはステップヒー
ト、フラットヒート及び逆ステップヒートのステップパ
ターンを基調とし、各ゾーンにおける炉温が必要以上ば
らばらにならないように設定するため、ステップパター
ンや炉温の上下変更がスムーズであり、極力燃焼の効果
の高い状態で、多品種の材料を短周期で通板する場合の
炉温設定変更が容易にできるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された連続焼鈍炉の加熱炉の概略
を示す構成図

【図２】本発明の第１実施形態における処理の流れを示
すフローチャート

【図３】第１実施形態におけるステップヒートからフラ
ットヒートへの炉温設定計算の過程における初期値を示
す説明図

【図４】同過程においてステップ幅を１／２にした場合
を示す説明図

【図５】同過程においてステップ幅を１／４にした場合
を示す説明図

【図６】同過程においてフラットヒートになった場合を
示す説明図

【図７】第１実施形態におけるフラットヒートの場合の
炉温設定計算の過程を示す説明図

【図８】同過程において炉温を上昇した場合を示す説明
図

【図９】同過程において中央での目標値が達成された場
合を示す説明図

【図１０】第２実施形態におけるフラットヒートから逆
ステップヒートに至る炉温設定計算の過程における初期
値を示す説明図

【図１１】同過程において炉温を上昇した場合を示す説
明図

【図１２】同過程において逆ステップヒートにした場合
を示す説明図

【符号の説明】

１０…加熱炉 １２…ストリップ １４…ロール １６…上位計算機 １８…炉温設定用計算機 ２０…コントローラ ２２…温度計 ２４…燃焼ガス配管 ２６…燃焼ガス流量測定器 ２８…燃焼ガス流量弁 ３０、３２、３４…板温計 ３６…ライン速度検出器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属ストリップを連続加熱する連続焼鈍炉
   の加熱炉を金属ストリップの走行方向に複数のゾーンに
   区分して、各ゾーン毎に別々の炉温を設定可能とし、走
   行する金属ストリップを加熱し、加熱帯出側での金属ス
   トリップの板温を制御する連続焼鈍炉の加熱炉における
   炉温設定方法において、 加熱炉出側及び加熱炉中央部における板温を監視し、 加熱炉出側及び加熱炉中央部において、それぞれ予め設
   定された所定範囲内に前記金属ストリップの板温が入る
   ように、前記監視された板温に応じて炉温設定値を変更
   するようにしたことを特徴とする連続焼鈍炉の加熱炉に
   おける炉温設定方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記炉温設定値を、前
   記監視された板温に応じて、ステップヒートからフラッ
   トヒートへ、ステップ幅を修正しながら遷移させるよう
   にしたことを特徴とする連続焼鈍炉の加熱炉における炉
   温設定方法。
3. 【請求項３】請求項１において、前記炉温設定値を、前
   記監視された板温に応じて、フラットヒートから逆ステ
   ップヒートへ、ステップ幅を修正しながら遷移させるよ
   うにしたことを特徴とする連続焼鈍炉の加熱炉における
   炉温設定方法。