JPS634021A - 加熱制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属スラブの炉幅方向端部の過熱を防止して
スラブ全体を均一に加熱する加熱制御方法に関するもの
で、さらに詳言すれば、加熱炉に供給される加熱のため
の燃料の供給分布の制御方法に関するものである。

〔従来の技術〕

金属片（以下、単にスラブと記す）を圧延処理するため
に加熱炉で加熱する際に、スラブの炉幅方向両側端部分
が過加熱されてしまい、圧延製品であるスラブの寸法の
不均一や、スラブの金属組織の粗大化による材質の劣化
等の不都合が発生する。

このスラブの炉幅方向端部の過加熱は、次のような原因
で起こることが知られている。

すなわち、成る炉帯内の燃焼負荷は、スラブ寸法、抽出
時間間隔、目標抽出温度と装入温度との差等によって変
わり、燃焼負荷が変わると炉帯的温度分布が変わること
、またスラブの寸法が変わると、炉幅方向のスラブへの
入熱分布が変わることである。

要するに、スラブは、−般には、上表面と下表面との両
方からの入熱により加熱されるのであるが、この上下両
表面の外に炉幅方向両端面からの入熱を無視することは
できず、スラブの炉幅方向長さの値に従って、スラブの
上下両表面からの入熱量と炉幅方向端面からの入熱量と
の比率が変わリ、これによりスラブの炉幅方向両端部の
過加熱程度が変化してしまい、スラブの炉幅方向両端部
に対する適正な加熱を達成できずに過加熱状態を発生す
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このスラブの炉幅方向両端部に対する過加熱の発生を防
止する従来技術としては、特開昭６０−１１０１５号公
報とか特開昭６０−１１０１８号公報とがある。

特開昭６０−１１０１．５号公報は、燃焼ガスの向流と
外法との流量比率を変更することにより火炎長を変更可
能としたバーナーを配設した直火式サイドバーナー加熱
炉において、流量針で向流と外法とのトータルの燃焼ガ
ス量を測定し、このトータル燃焼ガス量と向流と外法と
の流量比率と、火炎長との関係を用いて向流と外法との
流量比率を変えることにより火炎長を制御するものであ
るが、この特開昭６０−１１０１５号公報には、次のよ
うな問題点がある。

すなわち、向流と外法とのトータル流量は、この炉帯内
の熱負荷によって決まることであって、スラブの炉幅方
向長さについては何等考慮されておらず、またこの炉帯
内の炉幅方向温度分布の実態も何等考慮されていないの
で、全く実用に耐え得ない。

また、特開昭６０−１１０１８号公報番よ、上記特開昭
６０−１１０１５号公報と同様の加熱炉において、この
加熱炉の天井に炉温測定用温度計と炉幅方向温度差測定
用温度計とを設け、これらの温度計での測定値に従って
炉温と炉幅方向温度差とがそれぞれ設定値になるように
制御するものである。

この特開昭６０−１１０１８号公報では、炉幅方向温度
分布の実態が温度針により測定されて把握されているの
で、前記した特開昭６０−１１０１５号公報よりは良い
が、炉温変化の時定数は非常に長く、炉温または炉幅方
向温度分布の実測値によるフィードバック制御のみで制
御しようとして制御ゲインを高めると、制御が不安定と
なったり、炉温制御と炉幅方向温度分布制御（炉内両端
部温度差と炉内幅方向温度分布との何れか一方または両
方の制御）とが相互に干渉し合って制御不良となってし
まう。

本発明は、上記従来例における問題点および不都合を解
消すべく創案されたもので、炉帯内のスラブの炉幅方向
長さの推移を予め把握しておき、このスラブの炉幅方向
長さの値を炉幅方向温度分布制御の変数の一つとして加
えることにより、低い制御ゲインで安定した炉温と炉幅
方向温度分布の制御を達成することを目的としたもので
ある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕以下、本発
明による加熱制御方法を、本発明方法を実施した実施例
を示す図面を参照しながら説明する。

本発明による加熱制御方法は、各炉帯内の炉幅方向に複
数の温度検出端３と、炉帯内の平均温度制御系と、そし
て炉帯内の炉幅方向温度分布制御系とを有する連続式ス
ラブ加熱炉１において、炉帯内の炉幅方向温度分布制御
系（炉内両端部温度差ΔＴ、炉内幅方向温度分布Ｔｄの
何れか一方または両方を制御する制御系）の操作出力に
、炉帯内の平均温度制御系の操作出力と炉内におけるス
ラブ２の炉幅方向平均長さの推移に対応した補正とを加
えることを特徴としている。

すなわち、炉内平均温度Ｔｍは、加熱炉１内に投入され
る合計燃料量Ｑｔに従って決定されるものであるから、 Ｔｍ＝　ｆ、　（Ｑｔ）　　　　　　　　　・・・（１
）と合計燃料量Ｑｔの関数として表現でき、また炉内両
端部温度差ΔＴは、加熱炉１内に投入される左右端部へ
の供給燃料量差ΔＱに従って決定されるものであるから
、 ΔＴ＝ｆ２（ΔＱ）　　　　　　　・・・　（２）とイ
兵給燃料差ΔＱの関数として表現することができ、さら
に加熱炉１内の炉幅方向に沿った炉内幅方向温度分布Ｔ
ｄは、加熱炉１内の両側端部への供給燃料量の平均と炉
中央部への供給燃料量との流量比εに従って決定される
ものであるから、Ｔｄ＝ｆ３（ε、　Ｑｔ）　　　　　
　・・・（３）と流量比εと合計燃料量Ｑｔとの関数と
して表現することができる。

一方、スラブ２の寸法、すなわち炉幅方向長さ！、厚み
Ｈと、炉内平均温度ＴＲ１とそして在炉時間ｔの条件を
一定に保った状態においては、スラブ２の炉幅方向中央
部温度θＣと炉幅方向両側端部温度Ｏｒ、ｅｌとの温度
差である炉幅方向温度分布ｅｄは、 ｅｄ＝　（θｒ＋θｌ）／２−θｃ　・・　（４）とな
るが、この炉幅方向温度分布θｄは、加熱炉１の炉芯部
炉温と炉幅端部炉温との差である炉内幅方向温度分布Ｔ
ｄとスラブ炉幅方向長さｌとに従って第３図のように変
化し、同様に上位計算機またはオペレータによって設定
された炉内温度設定値Ｔｍｓと温度検出端３等によって
測定された実際の炉内平均温度ＴＩＩ＋との偏差が零と
なるように操作出力ＭＶを出力するコントローラ４の炉
温制御操作出力層とスラブ炉幅方向温度分布ｅｎｄとの
関係を示すところの第４図から明らかなように、操作出
力ＭＶが増大するに従ってバーナへの投入合計燃料側Ｑ
ｔが増大して、スラブ２の炉幅方向両端部の温度とスラ
ブ２の中央部の温度上の差が増大変化するので、 ｅｄ＝　Ａ（Ｔｄ、　ｌ、　Ｔａｇ、　ｔ、　Ｈ）　　
・・（５）と表現することができる。

また、スラブ２の炉幅方向平均温度θｍは、公知の伝熱
モデル等を用いて、 １９ｍ＝ｆｓ（Ｔｍ、　ｔ、　Ｈ）　　　　　・・（６
）と表現することができ、さらにスラブ２の炉幅方向両
端部温度差Δθは、炉内両端部温度差ΔＴに従って決定
されるものであるから、 Ａｅ＝　！７６　（ＡＴ　、　ｌ、　Ｔｍ、　ｔ、　Ｈ
）　・・（７）と表現することができる。

これらの（５）、（６）、（７）式から明らかなごとく
、炉幅方向温度分布θｄは、炉内平均温度Ｔｏ＋とスラ
ブ２の炉幅方向長さｌとそして炉内幅方向温度分布Ｔｄ
とによって制御設定されるものとなっており、同様に炉
幅方向両端部温度差Δｅは、炉内平均温度Ｔ＋１１とス
ラブ２の炉幅方向長さβとそして炉内両端部温度差ΔＴ
によって左右されるものとなっている。

それゆえ、スラブ２の炉幅方向平均温度ｅｍを加熱した
い温度である設定値ｅｅｌｓに設定すると、前記した（
６）式から設定値θｍｓを得るための炉内温度設定値Ｔ
ｍｓを得ることができ、同様にスラブ炉幅方向温度分布
ｅｄを目標である設定値ｅｄｓに設定し、前記した炉内
温度設定値Ｔｍｓと、Ｌ＝シｔ　／ｎ　　　　　　　　
・・・（８）で与えられる任意の炉帯内に存在する複数
のスラブ２の炉幅方向平均長さとによって、（５）式か
ら設定値ｅｄｓを得るための炉内幅方向温度分布設定値
Ｔｄｓを得ることができ、さらにスラブ炉幅方向両端部
温度差Δθを目標である設定値ΔθＳに設定し、前記し
た炉内温度設定値Ｔｍｓとスラブ炉幅方向平均長さｌと
によって、（７）式から設定値ΔｅＳを得るための炉内
両端部温度差設定値ΔＴｓを得ることができる。

このようにして得られた炉内幅方向温度分布設定値Ｔｄ
ｓおよび炉内両端部温度差設定値ΔＴｓは、スラブ炉幅
方向平均長さｌに対応した補正が加えられた値であるの
で、゛この炉内幅方向温度分布設定値Ｔｄｓおよび炉内
両端部温度差設定値ΔＴｓを目標として各バーナー７ま
たは９への投入燃料量を制御することによって、スラブ
２の炉幅方向長さｌの変化に対応したスラブ２の均一な
加熱制御を達成できることになり、加熱されるスラブ２
の炉幅方向両端部が過加熱される不都合の発生を確実に
かつ効果的に防止することができる。

〔実施例〕

第１図図示実施例は、サイドバーナー方式の加熱炉１で
あるが、この加熱炉１においては、右バーナー７ｒおよ
び左バーナー７Ｌに投入される合計燃料量Ｑｔは、右バ
ーナー７ｒの門流をＱｉｒとすると共に外液をＱｏｒと
し、左バーナー７１の門流をＱｉｌとすると共に外液を
Ｑｏｌとすると、 Ｑｔ＝Ｑｉｒ　＋Ｑｏｒ　＋Ｑｉｌ−ｌｏｇ　　　・・
・（９）となり、炉内平均温度Ｔｍは次式で表される。

Ｔ１１＝（Ｔｒ＋Ｔｃ十Ｔｌ）／３・・・（１０）なお
、Ｔｒは炉内右端部の温度、Ｔｃは炉内中央部の温度、
そしてＴＬは炉内左端部の温度である。

この（９）、（１０）式そして（１）式から、合計燃料
量Ｑｔを変えることにより炉内平均温度Ｔｍを変えるこ
とができる。

また、右バーナー７ｒに投入する燃料量と左バーナー７
ｔに投入する燃料量との差ΔＱ、ΔＱ−（Ｑｉｒ　＋Ｑ
ｏｒ　）　−（Ｑｉｊ！　＋ＱｏＡ）・・・　（１１） によって炉内幅方向両端部の温度差ΔＴ、ΔＴ＝＝Ｔｒ
−ＴＬ・・・（１２） を設定することができる。

ここで、実操業での炉内両端部温度差ΔＴと炉内幅方向
温度分布Ｔｄとは、以下のごと（決定される。

すなわち、スラブ２を加熱炉１内に装入する方法は、第
１に、スラブ２の炉幅方向の一方端を加熱炉内壁から一
定距離に合わせる方法で、この場合はスラブ２の他方端
と炉内壁との間隔はスラブ２の炉幅方向長さ！に応じて
変化し、第２に、スラブ２を炉心または炉列心に対して
対称に装入する方法で、この場合はスラブ２の炉幅方向
の両端と炉内壁との間隔は相等しい値となる。

これらの装入方法の何れの場合でも、本質的には同じで
あるので、上記した第１の方法の場合について説明する
と、スラブ２の炉幅方向の一方端を加熱炉１の内壁から
一定距離Ｎｏ　　に合わせて装入し、炉幅方向に均一の
燃料流量を投入すると、スラブ炉幅方向長さｌに応じて
一方端側と他方端側との間に、 ΔＴ＝Ｔｊ−Ｔｔ　　　　　　　　　　　・・・　（１
３）なる炉内両端部温度差ΔＴが生じる。

なお、Ｔｔは一方端側の炉内温度、Ｔｔは他方端側の炉
内温度である。

一方、スラブ２の炉幅方向長さ２が変わると、スラブ２
の炉幅方向の両端部の平均炉内温度とスラブ２の中央部
の炉内温度Ｔｃとの差である炉内幅方向温度分布Ｔｄ、 Ｔｄ＝　（Ｔｉ＋Ｔｔ）　／　２−Ｔｃ　　　　　・・
・　（１４）が変わる。

炉幅方向温度分布制御系においては、上記した炉内両端
部温度差ΔＴと炉内幅方向温度分布Ｔｄとがそれぞれ所
定の範囲内に入るように制御する。

すなわち、 １ΔＴ１≦α　　　　　　　　　　・・・　（１５）ｌ
Ｔｄｌ≦β　　　　　　　　　　　・・・　（１６）と
なるように制御する。ただし、αとβは定数である。

この上記した（１３）〜（１６）式と通常の炉内温度制
御のための演算式を連立して解くと、炉内炉幅方向端部
温度ＴｌとＴｔ、および炉内中央部温度Ｔｃが求められ
、これらの炉内炉幅方向端部温度ＴＬとＴｔ、および炉
内中央部温度Ｔｃを目標値として制御すれば、スラブ炉
幅方向平均温度ｅ１ｍと炉内両端部温度差ΔＴそして炉
内幅方向温度分布Ｔｄを制御することができるのである
。

さらに、右バーナー７ｒと左バーナー７１の向流と外法
との流量比ε。

ｔ　＝　（Ｑｏｒ　／Ｑｉｒ　＋Ｑｏｌ／Ｑｉ　ｌ　）
　／　２・・・　（１７） によって両バーナー７からの火炎長を変化制御すること
ができる。

それゆえ、第１図図示実施例において、上、位計算機ま
たはオペレータによって、在炉時間ｔ、スラブ厚さＨ、
スラブ炉幅方向平均長さｌ、炉内温度設定値Ｔｍｓ　、
炉内両端部温度差設定値ΔＴｓ、そして炉内幅方向温度
分布設定値Ｔｄｓをコントローラ４に入力すると、コン
トローラ４では、各温度検出端３ｒ、３ｃ、３１によっ
て測定される炉内温度がそれぞれの目標値、すなわち炉
内温度設定値Ｔ＋Ｉｌｓと炉内両端部温度差設定値ΔＴ
３とそして炉内幅方向温度分布設定値Ｔｄｓとに従って
設定される各温度値Ｔｒｓ　、　Ｔｃｓ　％　Ｔｌｓに
一致するように、外温調節弁５および向流調節弁６の開
度を調整して、加熱炉１内への燃料の供給量を調整し、
もってスラブ２を炉幅方向に均一に加熱することになる
。

第２図図示実施例のものは、複数のルーフバーナー９ｒ
、９ｃ、９ｋまたは軸流バーナーを用い、これらのバー
ナーに対する供給燃料量を複数の調節弁８ｒ、８ｃ、８
Ｌにより調節することによってスラブ２に対する均一な
加熱を達成するもので、加熱制御方法は、前記した第１
図図示実施例の場合と基本的には同じである。

すなわち、ルーフバーナー９ｒ、９ｃ、　９１の場合に
は、炉内幅方向の右側端部、中央部、左側端部に流す燃
料流量Ｑｒｓ　ＱＣ％　Ｑｌによって炉内布端部温度Ｔ
ｒ、炉内中央部温度Ｔｃ、炉内中央部温度ＴＩを制御す
るので、炉内温度制御は基本的にはサイドバーナー方式
と同じであると共に、サイドバーナー方式よりも制御が
容易でであって、炉内両端部付近への供給熱量と炉内中
央部への供給熱量との比を変えることによって達成され
る。

加熱能力２００Ｔ／Ｈの第１図に示したホットストリッ
プ用スラブ加熱炉において、炉幅方向に３本の熱電対を
設置し、各熱電対によって測定した温度からこの炉帯の
平均温度と温度分布とを求め、この求めた温度値が目標
とする所定の値となるように制御する方法において、ス
ラブ２の炉幅方向長さが有効炉内幅の８０〜９５％で変
動する場合、従来の制御方法では、スラブ温度分布は５
０〜１５０℃であるのに対し９本発明方法を実施した場
合には、スラブ温度分布を４０〜１００℃に減少させる
ことができた。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなごとく、本発明による加熱制御
方法は、炉内幅方向温度分布制御系にスラブの炉幅方向
長さ変化に対応する補正を加えているので、炉内に供給
されるスラブの炉幅方向長さが変化したとしても、この
炉幅方向長さの変化に従った加熱制御を達成することが
でき、これによって供給されるスラブの炉幅方向長さが
変化したとしてもこのスラブ全体を均一に加熱すること
ができ、もってスラブの炉幅方向の両端部の過加熱・の
発生を確実に阻止することができることになり、またス
ラブ炉幅方向平均長さが予め入力されるので、スラブの
炉幅方向長さ変化に応じて制御ゲインを変化させる必要
がなく、もって制御ゲンイの変化に伴う制御の不安定化
の発生をなくすことができる等多くの優れた効果を発揮
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、火炎長可変のサイドバーナーを設けた加熱炉
に対する本発明方法の実施例を示す説明図である。 第２図は、炉幅方向に複数の軸流バーナーまたはルーフ
バーナーを設けた加熱炉に対する本発明方法の実施例を
示す説明図である。 第３図は、スラブ炉幅方向長さとスラブ炉幅方向温度分
布との関係を示す特性線図である。 第４図は、コントローラの操作出力とスラブ炉幅方向温
度分布との関係を示す特性線図である。 符号の説明 １；加熱炉、２；スラブ、３；温度検出端、７；サイド
バーナー、９；バーナー、Ｑｔ；合計燃料、ΔＱ；炉内
両端部投入燃料差、Ｔｍ；炉内平均温度、Ｔｍｓ　　；
炉内温度設定値、ΔＴ書炉内両端部温度差、ΔＴｓ；炉
内両端部温度差設定値、Ｔｄ；炉内炉幅方向温度分布、
Ｔｄｓ　　；炉内炉幅方向温度分布設定値、ｅｍ　　、
スラブ炉幅方向平均温度、θｍＳ；ｍＳ；値設定値　；
スラブ炉幅方向温度分布、ｅｄｓ；同設定値、Δθニス
ラブ炉幅方向両端部温度差、ΔθＳ　；同設定値、２；
スラブ炉幅方向長さ、工；スラブ炉幅方向平均長さ、Ｈ
；スラブ厚さ、ｔ；在炉時間。 クラリ寛〃

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 各炉帯内の炉幅方向に複数の温度検出端と、前記炉帯内
   の平均温度制御系と、そして前記炉帯内の炉幅方向温度
   分布制御系とを有する連続式スラブ加熱炉において、前
   記炉帯内の炉幅方向温度分布制御系の操作出力に、前記
   炉帯内の平均温度制御系の操作出力と前記炉内における
   スラブの炉幅方向平均長さの推移に対応した補正とを加
   える連続式スラブ加熱炉における加熱制御方法。