JP2017207255A - 加熱炉の燃焼制御方法および加熱炉ならびに熱間圧延ライン - Google Patents

Abstract

【課題】加熱炉の燃焼制御を行うに際して、供給される燃料ガスの状態（供給流量、発熱量、密度）に変動がある場合でも、燃料ガスに対する燃焼用空気の混合比（燃焼用空気の供給流量）を適正な値に設定することができる加熱炉の燃焼制御方法および加熱炉ならびに熱間圧延ラインを提供する。
【解決手段】加熱炉の燃焼制御を行うに際して、バーナに供給される燃料ガスの流量と発熱量と密度とを測定し、それらの測定値に基づいて、バーナに供給する燃焼用空気の流量を設定することを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、加熱炉の燃焼制御方法および加熱炉ならびに熱間圧延ラインに関するものである。

従来、熱延鋼板を製造する熱間圧延ラインにおいて、熱間圧延前の鋳片であるスラブの昇熱を行う加熱炉の燃焼制御方法として、加熱炉内の酸素濃度を測定し、その測定値に基づいて燃料ガスと燃焼用空気との混合比（空燃比：燃焼用空気の質量／燃料ガスの質量）を設定することによって、燃焼用空気の余剰な供給量を減らしてエネルギー原単位の低減を図る燃焼制御方法が行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５６−８０６２８号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の燃焼制御方法では、以下のような問題がある。

すなわち、加熱炉のバーナに供給される燃料ガスとして、主に製鉄所の副生ガス（高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス等）を使用している場合は、燃料ガスの供給流量や発熱量や密度が常に変動するので、燃料ガスに対する燃焼用空気の適正な混合比（燃焼用空気の適正な供給流量）も変化することになるが、加熱炉内の酸素濃度を検出した後に、バーナに供給される燃料ガスと燃焼用空気との混合比を設定するのでは、酸素濃度検出に必要な時間や混合比を設定する時間がかかって、バーナ燃焼時の制御に遅れが発生してしまうという問題がある。

その制御遅れのために、燃料ガスに対する燃焼用空気の混合比（燃焼用空気の供給流量）が適正な値でなく、燃焼用空気を過剰に供給することになってしまうと、燃料原単位（エネルギー原単位）が悪化する。逆に、燃焼用空気が不足することになってしまうと、加熱炉内の未燃焼ガス（未燃焼な燃料ガス）の増加によって、最悪の場合、加熱炉の爆発の危険性が生じる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、加熱炉の燃焼制御を行うに際して、供給される燃料ガスの状態（供給流量、発熱量、密度）に変動がある場合でも、従来の燃焼した結果である酸素濃度の検出に代えて、または当該検出に加えて、供給時点または供給前の燃料ガスの状態を検出することにより、燃料ガスに対する燃焼用空気の混合比（燃焼用空気の供給流量）を適正な値に設定することができる加熱炉の燃焼制御方法および加熱炉ならびに熱間圧延ラインを提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有している。

［１］加熱炉の燃焼制御を行うに際して、バーナに供給される燃料ガスの流量と発熱量と密度とを測定し、それらの測定値に基づいて、バーナに供給する燃焼用空気の流量を設定することを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法。

［２］さらに、加熱炉内の酸素の濃度も測定して、バーナに供給する燃焼用空気の流量を設定することを特徴とする前記［１］に記載の加熱炉の燃焼制御方法。

［３］バーナに供給される燃料ガスの発熱量の測定値が予め定めた閾値を超えた場合は、バーナを消火することを特徴とする前記［１］または［２］に記載の加熱炉の燃焼制御方法。

［４］加熱炉内の未燃焼ガスの濃度または加熱炉内の一酸化炭素の濃度を測定し、その測定値が予め定めた閾値を超えた場合は、バーナを消火することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の加熱炉の燃焼制御方法。

［５］前記［１］に記載の加熱炉の燃焼制御方法を行うための加熱炉であって、燃料ガスの流量を測定する手段と、燃料ガスの発熱量を測定する手段と、燃料ガスの密度を測定する手段とを備えていることを特徴とする加熱炉。

［６］前記［２］に記載の加熱炉の燃焼制御方法を行うための加熱炉であって、さらに、加熱炉内の酸素の濃度を測定する手段を備えていることを特徴とする前記［５］に記載の加熱炉。

［７］前記［３］または［４］に記載の加熱炉の燃焼制御方法を行うための加熱炉であって、さらに、加熱炉内の未燃焼ガスの濃度を測定する手段または加熱炉内の一酸化炭素の濃度を測定する手段を備えていることを特徴とする前記［５］または［６］に記載の加熱炉。

［８］前記［５］〜［７］のいずれかに記載の加熱炉を備えていることを特徴とする熱間圧延ライン。

本発明においては、加熱炉の燃焼制御を行うに際して、供給される燃料ガスの状態（供給流量、発熱量、密度）に変動がある場合でも、燃料ガスに対する燃焼用空気の混合比（燃焼用空気の供給流量）を適正な値に設定することができる。

従来技術による燃焼制御結果を示す図である。 本発明の一実施形態における燃焼制御結果を示す図である。 本発明の一実施形態における燃焼制御結果を示す図である。 本発明の一例を示す図である。

本発明の一実施形態を述べる。

本発明の一実施形態においては、例えば、熱延鋼板を製造する熱間圧延ラインに設置されて、スラブの昇熱を行う加熱炉の燃焼制御を行うに際して、バーナに供給される燃料ガスの状態（供給流量、発熱量、密度）の変動に対応するために、バーナの上流側に、燃料ガスの流量を測定する手段と、燃料ガスの発熱量を測定する手段と、燃料ガスの密度を測定する手段とを設けておき、それらの測定値に基づいて、バーナに供給する燃焼用空気の流量を決定するようにしている。

例えば、バーナに供給される燃料ガスの発熱量や密度が変動すると、それに応じて燃料ガスに対する燃焼用空気の適正な混合比（燃焼用空気の適正な供給流量）も変化するため、燃焼用空気の供給流量をそのままにしておくと、燃焼用空気の適正な供給流量からの偏差が生じて、加熱炉内雰囲気の酸素濃度（燃焼排ガス中の酸素濃度）にバラツキが発生する。

これに対して、前述したように、特許文献１のような、加熱炉内の酸素濃度を測定して、燃焼用空気の供給流量を設定する燃焼制御では、酸素濃度を検出する時間や混合比を設定して混合する時間が必要であり、測定タイミングと燃焼タイミングとに差異が生じ、その制御遅れのために、図１に示すように、加熱炉内雰囲気の酸素濃度のバラツキを抑止しきれない。

一方、本発明の一実施形態においては、例えば、バーナに供給される燃料ガスの発熱量や密度が変動する場合でも、予め燃料ガスの供給時または供給前に燃料ガスの発熱量と密度とを測定して、その測定値に基づいて、バーナに供給する燃焼用空気の流量を決定するようにしているので、燃焼タイミングで適正な混合比に設定することができ、加熱炉内雰囲気の酸素濃度のバラツキを的確に低減することができる。

なお、燃料ガスの状態（供給流量、発熱量、密度）の測定値に基づいて、バーナに供給する燃焼用空気の供給流量を決定するには、例えば、事前に、燃料ガスの状態（供給流量、発熱量、密度）を変数にして、適正な燃焼用空気の供給流量を算出する計算式を作成しておけばよい。

さらに、この実施形態においては、上記のような、燃料ガスの状態（供給流量、発熱量、密度）を予め測定し、その測定値に基づいて、バーナに供給する燃焼用空気の供給流量を決定するというフィードフォワード制御に加えて、加熱炉内の酸素の濃度を測定する手段を設けておき、必要に応じて、加熱炉内雰囲気の酸素濃度を測定し、その測定結果に基づいて、加熱炉内雰囲気の酸素濃度が予め定めた目標値となるように、燃焼用空気の供給流量の決定に反映させるというフィードバック制御も行うようにするとよい。

ここで、上記の加熱炉内雰囲気の酸素濃度の目標値については、モデル実験や理論解析あるいは操業実績等によって定めておけばよい。

これによって、この実施形態においては、図２に示すように、加熱炉内雰囲気の酸素濃度のバラツキを的確に低減することができる。

例えば、特許文献１の燃焼制御による酸素濃度のバラツキを±１００とすると、この実施形態の燃焼制御による酸素濃度のバラツキは±２５以下に低減した。

なお、この実施形態においては、燃料ガスの状態（供給流量、発熱量、密度）が想定以上に大きく変動し、加熱炉内の未燃焼ガス（未燃焼な燃料ガス）が増加して、加熱炉の爆発の危険性が生じることを防止するために、バーナの緊急消火を実施できるようにすることも可能である。

例えば、図３に示すように、燃料ガスの発熱量の測定値が予め定めた閾値（上限値）を超えた場合は、燃料ガスの供給配管と燃焼用空気の供給配管を緊急遮断して、バーナに供給する燃料ガスの流量と燃焼用空気の流量を０にし、バーナを緊急消火させる。

また、加熱炉内の未燃焼ガスの濃度を測定する手段を設けておき、その測定値が予め定めた閾値（上限値）を超えた場合は、燃料ガスの供給配管と燃焼用空気の供給配管を緊急遮断して、バーナに供給する燃料ガスの流量と燃焼用空気の流量を０にし、バーナを緊急消火させることもできる。

ちなみに、加熱炉内の未燃焼ガスの濃度が上昇すれば、加熱炉内の一酸化炭素の濃度も上昇するので、加熱炉内の一酸化炭素の濃度を測定する手段を設けておき、その測定値が予め定めた閾値（上限値）を超えた場合は、バーナを緊急消火させるようにしてもよい。

ここで、上記の燃料ガスの発熱量の閾値（上限値）や加熱炉内の未燃焼ガスの濃度の閾値（上限値）等については、モデル実験や理論解析等によって求めておけばよい。燃料ガスの発熱量の閾値（上限値）については、例えば、通常使用する燃料ガスの発熱量の平均値の１．５倍を閾値（上限値）に設定するとよい。

さらに、場合によっては（例えば、未燃焼ガスの濃度や一酸化炭素の濃度が閾値を短時間だけ超えても、加熱炉の爆発の危険性が生じない場合等）、上記の未燃焼ガスの濃度の閾値や一酸化炭素の濃度の閾値に加えて、その閾値を超過した時間（閾値超過時間）の上限値を設定しておき、閾値超過時間が上限値を超えたら、バーナを緊急消火させるようにしてもよい。

これによって、何らかの原因で未燃焼ガスの濃度や一酸化炭素の濃度が閾値を短時間だけ超えることがあっても、不要なバーナの緊急消火を回避することができる。

ここで、上記の閾値超過時間の上限値については、モデル実験や理論解析等によって求めておけばよい。

このようにして、この実施形態においては、加熱炉の燃焼制御を行うに際して、供給される燃料ガスの状態（供給流量、発熱量、密度）に変動がある場合でも、燃料ガスに対する燃焼用空気の混合比（燃焼用空気の供給流量）を適正な値に設定することができる。

また、燃料ガスの状態（供給流量、発熱量、密度）が想定以上に大きく変動した場合に、加熱炉内の未燃焼ガスの増加による加熱炉の爆発の危険性を的確に防止することができる。

本発明の一例として、図４に、加熱炉、燃料ガス供給経路、空気供給経路、燃料ガスの流量、発熱量、密度を測定して空気供給量を設定する手段、加熱炉燃焼ガスの酸素濃度測定手段、一酸化炭素（ＣＯ）濃度計による緊急消火手段を示した。

Claims (8)

1. 加熱炉の燃焼制御を行うに際して、バーナに供給される燃料ガスの流量と発熱量と密度とを測定し、それらの測定値に基づいて、バーナに供給する燃焼用空気の流量を設定することを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法。
2. さらに、加熱炉内の酸素の濃度も測定して、バーナに供給する燃焼用空気の流量を設定することを特徴とする請求項１に記載の加熱炉の燃焼制御方法。
3. バーナに供給される燃料ガスの発熱量の測定値が予め定めた閾値を超えた場合は、バーナを消火することを特徴とする請求項１または２に記載の加熱炉の燃焼制御方法。
4. 加熱炉内の酸素の未燃焼ガスの濃度または加熱炉内の一酸化炭素の濃度を測定し、その測定値が予め定めた閾値を超えた場合は、バーナを消火することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加熱炉の燃焼制御方法。
5. 請求項１に記載の加熱炉の燃焼制御方法を行うための加熱炉であって、燃料ガスの流量を測定する手段と、燃料ガスの発熱量を測定する手段と、燃料ガスの密度を測定する手段とを備えていることを特徴とする加熱炉。
6. 請求項２に記載の加熱炉の燃焼制御方法を行うための加熱炉であって、さらに、加熱炉内の酸素の濃度を測定する手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載の加熱炉。
7. 請求項３または４に記載の加熱炉の燃焼制御方法を行うための加熱炉であって、さらに、加熱炉内の未燃焼ガスの濃度を測定する手段または加熱炉内の一酸化炭素の濃度を測定する手段を備えていることを特徴とする請求項５または６に記載の加熱炉。
8. 請求項５〜７のいずれかに記載の加熱炉を備えていることを特徴とする熱間圧延ライン。

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