JPS599125A - 加熱炉の炉温設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、スラブ等の被加熱材料を加熱する加熱炉の炉
温設定方法に係るもので、特に被加熱材料の炉幅方向す
なわち長さ方向の温度勾配を所定の値に確保し、かつ、
被加熱材料を目標温度に保持する炉幅方向の炉温設定方
法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

加熱炉たとえば連続スラブ加熱炉（以下、単に「加熱炉
１と呼ぶ）ではエネルギーの消費量を最小に抑えながら
被加熱材料（以下［スラブｊという）を後工程に適した
温度に加熱するとともに目標の生産数を確保するように
操業されなければならない。

第１図は、代表的な加熱炉を示しだブロック図である。

スラブ１は装入口３から抽出口４−！、で炉壁１０に囲
まれた予熱帯１０１．加熱帯１０２．均熱帯１０３を通
過する間に加熱され抽出目標温度にて抽出される。各帯
の炉内温度計５で検出された炉内温度は減算器９へ帰還
され、各帯の炉温は炉温制御装置６によりバーナ２を操
作し、オペレータの設定値θＲｇＦになるよう制御され
る。また、スラブ１はその長さ方向が加熱炉の炉幅方向
になるように装入される。

一般に、加熱炉以後の圧延の工程においては、製品の寸
法や品質をよくするため、スラブ長さ方向の温度勾配を
所定の範囲に抑える必要がある。

このため、加熱炉抽出後の各工程におけるスラブ長さ方
向の温度降下分を考慮して、抽出時のスラブ長さ方向の
温度に勾配をつける操業が行なわれている。これは加熱
炉の炉幅方向つまり在炉スラブにとっては長さ方向の炉
内温度に勾配をつけることにより実現できる。

従来、スラブ長さ方向に温度勾配をつける場合は、オペ
レータの経験と勘に基づいて炉幅方向の炉温制御装置の
炉温設定を行なっていた。

さらに、近年、計算機の普及により、加熱炉システムに
も計算機が導入されるようになり、時々刻々のスラブ温
度の計算をはじめ、所定のスラブ温度を得るだめの設定
炉温の計算等複雑が演算処理が可能になったが、まだ十
分な計算機制御をみるに至っていない。

ここにおいて本発明は、上記の点に鑑み、スラブの温度
を目標値に確保し、スラブの長さ方向の温度勾配を所定
の値に確保する炉温を計算機の演算により、精度よく設
定する手段であり、製品の寸法１品質の向上に富力する
加熱炉の炉温設定方法を提供することを、その目的とす
る。

〔発明の概要〕

本発明は、炉幅方向に温度勾配をつけることが可能な炉
温制御装置と炉幅方向の炉温を検出する温度ｉ１゛を備
え、現在時刻より一定時間後に被加熱材料の温度を目標
値に確保し、被加熱材料の炉幅方向である長さ方向の温
度勾配を所定の値にする炉幅方向の炉温を設定する加熱
炉の炉温設定方法に訃いて、現【「時ｐ１１における被
加熱材料の温度と、一定時間後の被加熱材料の目標温度
と、とくにスラブ表面温度とスラブ平均温度を関係づけ
る熱伝導解析による所定の被加熱材料長さ方向の温度勾
配とから、前記炉幅方向の炉温を導出し設定するように
した加熱炉の炉温設定方法である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

各図面において同一符号は同一もしくは相当部分とする
。

第２図に表わす加熱炉を進行しているスラブとある帯を
八−Ａｏで切った断面図を第３図に示す。

ただし、説明を簡単にするだめ、この帯の上部と下部の
炉温は等しい考え、第３図では上部のみを表わしている
。

第３図に示すように、炉幅方向に炉温制御装置６１．６
２が２台ある。

いま、設定炉温θ七２が　　　　−−−　　与えられる
と炉内温度計５１、減算器９１及び炉温制御装置６１に
よりバーナ２１を操作し２、炉内温度がθ・ｇｌに保た
れる。設定炉温θ数１が与えられた場合にも同様に、炉
内温度計５２、減算器９２及び炉温制御装置６２により
バーナｎを操作し、炉内温度θｇ２に保たれる。従って
、２台の炉温制御装置１ｆ６１　、６２に、各々炉温設
定値θ讐ｖ。θζｙを与えれば、炉幅方向に炉温勾配を
つくることができる。

しかして、炉内温度計５１及び５２の直下にあるスラブ
１上の位置をスラブ先端部よりｘｌ及びｘ２とし、スラ
ブ上位置ｘ１におけるスラブ上表面温度をθｌ１１、同
位置におけるスラブ厚さ方向の平均温度（以後、単に平
均温度とは厚さ方向の平均温度街いう）をθ９８、スラ
ブ上位置ｘ２におけるスラブ上表面温度を０６□、同位
置における平均温度をθ７□とする。

スラブ長さ方向の温度勾配は、スラブ上位置ｘ１におけ
る平均温度θＭ１と位置ス２における平均温度θＭ２を
結ぶスラブ長さ方向の勾配である。

従って、スラブ長さ方向の温度勾配は、スラブ上位置Ｘ
、における平均温度θヶ□と位置ｘ２における平均温度
θ４□の差（以後、スラブ長さ方向の温度差という）Δ
θヶできまる。すなわち、スラブ長さ方向の温度勾配を
所定の値に確保することは、このスラブ長さ方向の温度
差Δθヶを所定の値に確保することである。

本発明は、このスラブ長さ方向の温度差Δθ、を所定の
値に保つ炉温設定値、、ＲＥ！Ｆ及び、、ＴＬＥＦを求
ｇｌ　　　　　　ｇ２ めることＫある。

ここで、時間の経過にともなうスラブ温度の変化が第４
図に示す場合を考える。

現在時刻ｔ。におけるスラブ上位置ｘ１での表面温度を
０８、（ｔｏ）、平均温度をθＭｌ（ｔＯ）とし、スラ
ブ上位置Ｘにおける表面温度をθ５２（ｔｏ）、平均源
度を０Ｍ２（ｔＯ）とする。

一定時間Δを後に、スラブ長さ方向の温度差Δθヶを所
定の温度差Δθヤ　にし、スラブ上位置ｘ２における平
均温度θＭ２（ｔＯ＋Δｔ）を目標温度θ［Ｐ″に確保
する場合を考える。すなわち、スラブ上位置ｘ２におけ
る平均温度θＭ２をスラブの温度の代表点とする。

ところで、所定のスラブ長さ方向の温度差ＫＦ Δθ　　は加熱炉抽出後の工程における温度降下を］’
ｔＥＦ 考慮して与えられるものであり、目標温度θヶは抽出時
刻に抽出目標温度が確保され、省エネルギーを考慮した
スラブ温度昇温パターンより、炉内スラブ位置毎に与え
られるものであ名。

時間（ｔｏ＋Δｔ）における平均温度θＭｌ（’Ｏ＋Δ
ｔ）は、炉温θ、、からの伝熱ｔｑ□１および炉温θ３
゜からの伝熱ｌｑ２□を受けて θＭｌ（ｔＯ＋Δ１）＝θＭｌ　（ｔＯ）　＋−（ｑ１
１＋ｑ；ｇ）・山Ｃρｈ ・・・・・・・・・（１式） ｑｌ、＝・Φ１□（θ７□２−θｓｌｋ”Ｏ”・・・・
・・・・・（２式）ｑ２．＝σΦ２１（６ｇ２ｋ　”ｅ
ｌｋ（ｔＯ）　ｌ　”・・・・・・・（３式）％式％ σはステファンボルツマン定数、 Ｃは比熱、 ρけ密度、 ｈは厚み、 Φ１□は炉温θ２、からスラブ上位置Ｘ、への実験等に
より求められる熱吸収率、 Φ２、は炉温θ３゜からスラブ上位ｆｔ’ｌ、　Ｘ　２
への実験等により求められる熱吸収率、 ｋは絶対温度を示す添字、 である。

このとき、表面温度θｓｌ　（ｔＯ＋ハ）は、本発明に
おいて解明された表面温度とスラブ内部平均温度を関係
づけその平均温度を制御するための熱伝導角子右目でよ
り θｓｌ”Ｑ＋Δ１）＝θＭｌ（’Ｏ＋Δｔ）＋に、　（
ｑ、、”ｑ２１）・・・・・・・・・（４式） ここに、ｋｌはスラブ１により決る定数である。

と表わすことができる。

全く同様に、スラブ上位置Ｘ２については、・・・・・
・・・・（５式） ｑ１２＝σΦ１２（θｇｌｋ−０８□ｋ（１ｏ））＝−
・・・−（６式）ｑ２２＝σΦ２□（０ｇ２に一θ５２
ｋ（ｔＯ））・・・・・・・・・（７式）ただし、 Φ１゜は炉温θｇ１からスラブ上位置Ｘ２−・の熱吸収
率、 Φ２□は炉温θｇ２からスラブ」二位置Ｘ２への熱吸収
率、 である。

まだ、 θ５２（ｔＯ＋Δ１）＝θＭ２（’Ｏ＋Δｔ）十に１（
ｑ１□＋ｑ２□）・・・・・・・・・（８式） ここで、時刻（ｔｏ＋Δｔ）における、所定のスラブ長
さ方向の温度差をΔθや　とすればθＭｌ（ｔＯ＋Δ１
）＝θＭ２（ｔＯ＋Δｔ）＋ΔθＲＦＦ・・−（９式）
の関係にあり、時刻（ｔｏ十Δｔ）に目標温度θヶに加
熱するためスラブ上位置Ｘ２における平均温度θＭ２（
’Ｏ＋Δｔ）は ＲＦ′Ｆ　　　　　　・・・・・・・・・（１０式）％
式％） とおく。このとき（９式）と（１０式）より、スラブ−
上位置Ｘ　における平均温度θＭｌ　（’Ｏ＋Δｔ）は
θ　（ｔ＋Δ１）＝θ　＋Δθ　　　・・・・・・・・
・（１１式）％式％ となる。従って（２式）、（３式）及び（１４式）を（
１式）に代入したものと、（６式）、（７式）及び（１
０式）を（５式）に代入したものを連立して、炉温θ　
と炉温θ３゜について解くと、ｌ ・・・・・・・・・（１２式） ・・・・・・・・・（１３式） となる。

すなわち、現在時刻ｔ。におけるスラブ上位置ｘ１の平
均温度θや□（１ｏ）と表面温度Ｏｓｌ”Ｏ）、位置ｘ
２の平均温度θＭ２（ｔｏ）と表面温度θ８□（１ｏ）
及び所定のスラブ長さ方向の温度差Δθ　　と目標温度
θ２”より、（１２式）と（１３式）で炉温θｇ１と炉
温θｇ２を求め、各々、炉幅ｊテ向の炉温制御装貿Ｆｉ
ｌ　、　ｆｉ２の設定値をθ　　、θ　　とすれば、現
在時刻’Ｑよりｇｌ　　　　　ｇ２ Δを時間で所定のスラブ長さ方向温度勾配をつけること
ができ、かつ、スラブ温度を目標温度に確保することが
できる。

以上は、スラブ１本の長さ方向に温度勾配をつける方法
である。

連続加熱炉では、スラブ１本の長さが短い場合には炉幅
方向に２本のスラブを装入するいわゆる２列装入が行な
われる。この２列装入の場合に前述の炉幅方向の炉内温
度勾配の考え方を利用すれば、炉幅方向に炉温勾配をつ
けることによって、２木のスラブを独立に目標温度に加
熱することが可能である。

μ下、第５図を用いてこの本発明の他の実施例を具体的
に説明する。

炉幅方向に２本のスラブＳ　１＋　８２が装入されてい
る場合を考え、スラブＳ１＆一定時間Δｔ１で目標温度
θ　　に加熱し、スラブＳ　を一定時間Ｍｌ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　２Δｔ２で目標温度
θＭ２に加熱するための炉幅方向の炉温を求めることに
する。

！Ｐず、現在時刻ｔ。におけるスラブＳ１の平均温度を
θＭ＋（’Ｏ）、表面温度をθ８．　（１ｏ）とし、ス
ラブＳ２の平均温度をθ４□（１ｏ）、表面温度θ８゜
（１ｏ）とする。

い寸、スラブＳ１を３１１時間で、炉温θ８．にて加熱
し２だとすると、時刻（１ｏ＋Δ竜、）におけるスラブ
Ｓ、の平均温度は、（２式）と（３式）の伝熱険Ｑｌｌ
ｌ　９２１を用いて ・・・・・・・・・（１４式） ただし、 ｃｌはスラブＳ、の比熱、 ρ１はスラブＳ１の密度、 ｈｌはスラブＳ１の厚み、 となる。

同様に、スラブＳ２を４２時間で、炉温θ３□にて加熱
したとすると時刻（１ｏ＋Δ１２）におけるスラブＳ２
の平均温度は（６式）と（７式）の伝熱惜ｑ１゜・ｑ２
゜を用いて ・・・・・・・・・（１５式） ただし、 Ｃ２はスラブＳ２の比熱、 ρ　はスラブＳ２の密度、 ｈ２はスラブＳ２の厚み、 となる。

従って、一定時間Δｔ１でスラブＳ１を目標温度ＥＦ θ　　に焼くために Ｉ ＲＦＦ　　　　・・・・・・・・・（１６式）％式％） 同様に、一定時間ハ、でスラブＳ２を目標温度ＥＦ θ　　に焼くために ２ 旺Ｆ　　　・・・・・・・・・　（１７式）％式％） ここで（２式）、（３式）及び（１６式）を（１４式）
に代入したものと、（６式）、（７式）及び（１７式）
を（１５式）に代入したものを連立して、炉？ｎ　Ｏｇ
　Ｉ＋０３□について解くことができる。

すなわち、第５図でスラブＳ　を４１１時間で目ｌ 槽温度θ４□　に加熱し、かつ、スラブＳ２を７１２時
間で目標温度θ　　に加熱するには、上述の手段２ で決った炉温θｇ１と炉温θ２□を各々炉温制御装置６
１と６２の炉温設定値０１Ｆ′５０ＲＥＦ、！ニジで与
えてやｇｌ　　　　　ｇ２ ればよい。

これらは、スラブ上の炉温を独立に設定するととにより
始めて可能となるもので、２列装入時のスラブ温度を各
々独立に確保できる点では極めて有効な方法である。

第６図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

Ｇは本発明の起動信号でスラブ１を加熱炉から抽出する
とき生起する抽出信号を使用しても一定周期信号でもよ
い。信号Ｇの起動がかかるとまずスラブ温度演算装置７
で現在時刻ｔ。における対象スラブ１のスラブ上位置Ｘ
　とｘ２の平均温度θＭｌ（’Ｏ）、θｈｔｚ（ｔ（１
）及び表面温度θｓｌ”Ｏ”θｓ２”０）を計算する。

このスラブ平均温度と表面温度のｉｔ　Ｗは（１式）〜
（８式）の関係を用いて計ｖ４［２てもよいｔ２、周知
の熱伝導方稈式を引算機による数値言１■可能な形にし
て時々刻々計算してもよい。

次に、スラブ温度演算装置７の出力つまりスラブに１位
ｆｆ４’、　ｘ　ｔにおける平均温度θＭｌ（’Ｏ）１
　表面温度θ　（１）と、位置Ｘ　における平均温度θ
Ｍ２（、。）。

ｓｌ　　　　Ｏ２ 表面温度θ５２（ｔＯ’と、スラブ温ｊＫｆ−昇温パタ
ーンより決る目標温度θ　　と、抽出時に必要ガスラブ
長さ方向の温度勾配から決る対象スラブ炉内位置にはけ
る所定のスラブ長さ方向の温度差Δθ　　とから、炉幅
方向に設定すべき炉温θｇＩ　１０ｇ２を（１２式）、
（１３式）を用いて設定炉温演算装置８で計算する。こ
の設定炉温演算装置８の出力が、現在時刻よりΔを時間
の間に設定すべき炉温θ　　。

１ になるよう炉内温度計５１及び炉温制御装置ｆｉｌによ
りバーナ２Ｉが調節される。同様にスラブ上位置ｘ２の
直上炉温がθ　　になるよう炉内温度側５２及び２ 炉温制御装置６２によりバーナ２２が調節される。

し発明の効’Ｖ”ｓ　］ かくして、本発明によれば、スラブを加熱炉から抽出時
に、後工程より要求されるスラブ長さ方向の温度勾配を
つけることができる。しかも、計灼機による時々刻々の
スラブ温度の計算を行なっているので、対象スラブの厚
み変化や指定されたスラブ長さ方向の温度勾配の値の変
化に対して、極めて精度よく炉温設定が可能である。こ
のため製品の品質９寸法精度の向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続スラブ加熱炉の全体を表わす概要図、第２
図は加熱炉のある帯の平面図、第３図はそのＡ−Ａ’に
ついての断面図における本発明の一実施例の説明図、第
４図はその各変数の温度一時間特性図、第５図は本発明
の他の実施例の説明図１．￥−６図は本発明の一実施例
の構成を示すブロック図である。 １　＋　８１＋　８２山スラブ ２、ハ、２？・・・バーナ ３・・・装入口 ４・・・抽出口 ５．５］、５２・・・炉内温度計 ６、、６１．６２・・・炉温制御装置 ７・・・スラブ温度演痒装置 ８・・・設定炉温演算装置 ９．９１．９２・・・減算器 １０・・・炉壁。 出願人代理人　　　猪　　股　　　清 箪２図 市４図 開開− 壓６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉幅方向に温度勾配をつけることが可能な炉温制御装置
   と炉幅方向の炉温を検出する温度計を備え、現在時刻よ
   り一定時間後に被加熱材料の温度を目標値に確保し、被
   加熱材料の炉幅方向である長さ方向の温度勾配を所定の
   値にする炉幅方向の炉温を設定する加熱炉の炉温設定方
   法において、現在時刻における被加熱材料の温度と、一
   定時間後の被加熱材料の目標温度と、所定の被加熱材料
   長さ方向の温度勾配から、前記炉幅方向の炉温を％出し
   設定するととを特徴とする加熱炉の炉温設定方法。