JP2817545B2 - 加熱炉の燃焼制御方法 - Google Patents

加熱炉の燃焼制御方法

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JP2817545B2 JP4280264A JP28026492A JP2817545B2 JP 2817545 B2 JP2817545 B2 JP 2817545B2 JP 4280264 A JP4280264 A JP 4280264A JP 28026492 A JP28026492 A JP 28026492A JP 2817545 B2 JP2817545 B2 JP 2817545B2
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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、加熱および
熱間圧延を同期化して行う直装ホットチャージ(DHC
R)に用いることが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
鋼片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。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(DHCR)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いる。な
お、同期化とは、複数の工程や装置それぞれを独立させ
て個別に動作させるのではなく、ある目的を達成するた
めにそれぞれの作動時期を相互に関連づけて動作させる
ことをいう。
【0003】図4には、製鋼−熱間圧延の同期化操業で
ある直装ホットチャージの加熱炉装入までの工程の概略
を模式的に示す。同図において、連続鋳造機1で鋳造さ
れた鋳片は、切断機2で所定の寸法に切断されてスラブ
とされた後、ローラテーブル3 (軌道の場合もある) で
直接加熱炉5の前まで搬送され、鋼片6は例えばチャー
ジャー4によって加熱炉5内へ装入される。
【0004】製鋼−熱間圧延が非同期である、従来の一
般的な工程は、切断された鋼片をいったんヤードに集約
し、これらの鋼片を略圧延ピッチまたは抽出ピッチに合
わせた一定ピッチで、加熱炉内へ連続的に搬送すること
により操業されていたが、直装ホットチャージでは切断
された鋼片をヤードに集約することなく、直接的に加熱
炉へ装入する。
【0005】しかし、連続鋳造および熱間圧延それぞれ
の平均的な生産能力を比較すると、一般的には熱間圧延
が勝る。また、連続鋳造の能力は鋼種 (鋳造速度) およ
び鋳造幅により律則され、熱間圧延の能力は圧延厚およ
び圧延幅に律則され、これらの能力は一致しないことが
多い。したがって、連続鋳造と熱間圧延とを同期化させ
るためには、これらの間の工程、例えば加熱炉による加
熱工程に、タイミング調整機能を設ける必要がある。従
来は、このような設備として、チャージャーや分割駆動
式のウォーキングビームを導入していたが、本発明者の
検討結果によれば、これらの技術だけでは直装ホットチ
ャージに対応することはできない。
【0006】一方、これらのように搬送設備にタイミン
グ調整機能を設ける他にも、加熱炉の燃焼設備に対して
もよりフレキシブルな対応が要求されており、例えば特
公平2−17611 号公報または特開昭61−70319 号公報に
は、間欠的に装入される被加熱材に対応するため、加熱
炉内に炉長方向に設置された複数のバーナーを順次経時
的に点火および消火させる技術が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】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
は、装入ピッチの変化を装入温度の変化として把握し、
加熱炉のバーナーのオン/オフ制御を行って最終的な抽
出温度のバラツキを減少させるものであるために、加熱
帯および均熱帯ともに同様にバーナーを順次経時的に点
火および消火させるものであるが、チャージャーおよび
分割駆動式のウォーキングビームを備えた加熱炉では、
予熱帯および加熱帯を連続鋳造と熱間圧延との間の生産
能力差を吸収するために使用している。
【0008】ところで、直装ホットチャージでは、工程
上、通常は被加熱材は加熱炉を30〜60分間で通過する必
要がある。したがって、前述の従来の技術では各燃焼帯
の炉温の設定が熟練したオペレーターによっても極めて
難しく、予熱帯および加熱帯の間の生産能力差を加熱炉
で吸収することができなくなり、被圧延材に焼け不足や
焼け過ぎ等の加熱不良が発生し、品質低下およびエネル
ギーロスの原因となってしまう。
【0009】ここに、本発明の目的は、直装ホットチャ
ージにおいて、加熱炉の予熱帯、加熱帯および均熱帯の
点火タイミングおよび消火タイミングを、連続鋳造の情
報に合わせて自動的に制御することにより、エネルギー
ロスを可及的に低減して被加熱材を目標抽出温度まで正
確に加熱することができる加熱炉の燃焼制御方法を提供
することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】ここに、本発明の要旨と
するところは、予熱帯、加熱帯および均熱帯を備え、連
続鋳造、加熱および熱間圧延を同期化して行う直装ホッ
トチャージ操業で用いられる加熱炉の燃焼制御方法であ
って、連続鋳造の操業により加熱帯に空席が発生する時
に、予熱帯のバーナの消火または燃焼負荷低下を行って
所定の予熱帯保温時炉温に低下するとともに、空席の後
に最初に鋼片が加熱帯へ装入される時に所定の予熱帯操
業時炉温に昇温されるように、予熱帯のバーナの点火ま
たは燃焼負荷上昇を行うことを特徴とする加熱炉の燃焼
制御方法である。
【0011】ここで、トラッキング情報とは、鋼片の通
過タイミングに関する情報をいう。また、燃焼を制御す
る具体的態様としては、予熱帯、加熱帯および均熱帯そ
れぞれのバーナーの点火および消化を行う態様を例示す
ることができるが、これ以外にも、例えばバーナーの燃
焼負荷を低下する態様も含む。
【0012】図1は、直装ホットチャージ操業における
製造チャンス変更時における、本発明による鋼片 (被加
熱材) のフローの一例を示す説明図である。図1(a) に
おいては、連続鋳造機1ではAチャンスの鋳造を完了
し、熱間圧延機7では鋼片A0が圧延され、加熱炉5内に
はこのチャンスに鋳造され、切断機2により切断された
鋼片A1〜A5があり、鋼片A6〜A9は加熱炉5よりも上流工
程を搬送されている。このとき、加熱炉5内には鋼片が
全ゾーンにわたって存在しているため、全加熱ゾーン
(予熱帯、加熱帯、均熱帯) のバーナーが点火されてい
る。
【0013】図1(b) においては、連続鋳造機1では、
タンディッシュ交換 (A→B)が行われており、この間
に鋼片は図1(a) に示す状態から搬送され、加熱炉5内
には鋼片A4〜A8があり、圧延機7により鋼片A3の圧延が
行われている。加熱炉5内のバーナーは全ゾーン点火さ
れている。図1(c) においては、連続鋳造機1ではタン
ディッシュの交換が完了し、この間に鋼片はさらに搬送
されて鋼片A9が加熱帯にあり、予熱帯は空席になってい
る。したがって、このとき、加熱炉5の予熱帯を消火し
て保温状態にする。なお、圧延機7では鋼片A5の圧延が
行われている。
【0014】図1(d) においては、連続鋳造機1ではB
チャンスの鋳造が開始され、圧延機7では鋼片A6が圧延
されている。なお、加熱帯には鋼片A9が存在するため加
熱炉5内の燃焼は図1(c) に示す状態と同じである。図
1(e) においては、鋼片B1が切断され、圧延機7では鋼
片A7の圧延が行われる。なお、加熱炉5においては、空
席になった加熱帯は消火されて保温状態となるが、ここ
で、次に搬送されてくる鋼片B1の装入時刻を計算により
予測し、この装入時刻に所定の炉温に昇温しておくた
め、予熱帯の昇温開始タイミングを決定し、このタイミ
ングに併せて予熱帯の昇温を開始する。
【0015】さらに、図1(f) においては、切断機2に
より鋼片B4の切断が行われ、加熱炉5へ鋼片B1が装入さ
れている。なお、圧延機7では鋼片A8の圧延が行われ、
鋼片A9の圧延完了後に圧延機7のロール替えが行われ
る。加熱炉5においても加熱帯が昇定の炉温に昇温され
る。
【0016】 すなわち、本発明では、加熱炉のうちの
予熱帯は生産能力が異なる連続鋳造工程および熱間圧延
工程のタイミングを調整するため、これらを同期化して
エネルギーロスを最小にするためのタイミングバッファ
ーとしての機能を備えているのであり、従来より行われ
ていた加熱炉の定ピッチ操業の他に、製鋼工程における
タンディッシュ交換等の定常的に発生する鋼片の供給停
止に対してもタイミング良く加熱炉の燃焼を制御でき
る。
【0017】
【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2は、前述した図4と同様に、
本発明が適用対象とする直装ホットチャージ工程の一例
を示す説明図であり、符号8は取鍋を、符号9は取鍋8
からの溶鋼を受容するタンディッシュを、符号10はモー
ルドを、符号11は連続鋳造鋳片を所定長さに切断する切
断機を、さらに符号12は切断された鋼片を加熱炉13へ装
入するチャージャーをそれぞれ示す。図2において、タ
ンディッシュ交換後1本目鋼片の加熱炉装入の予想時刻
Cは下記式により表される。
【0018】
【数1】 tC =ts1+θTG+θGF ・・・・・・・ ただし、ts1: タンディッシュ交換後1本目鋼片の鋳造
開始時刻 θTG: タンディッシュから切断完了までの時間 θGF: 切断完了から加熱炉装入までの時間 ここで、θTGは、引抜速度の関数として扱うことがで
き、下記式により表される。
【0019】
【数2】θTG=f(VC*) ・・・・・・・ ただし、VC* : 引抜速度 さらに、θGFは設備レイアウトや搬送方式で決定される
定数として扱うことが可能である。したがって、本発明
においては、タンディッシュ交換後1本目鋼片の加熱炉
装入予想時刻を計算により、簡単かつ正確に求めること
が可能である。
【0020】 また、本発明では鋼片の在炉状況に応じ
て加熱炉の燃焼を制御する。図3には、本発明により制
御される加熱炉の予熱帯の炉温の変化の一例をグラフで
示す。なお、図3において、tは加熱帯の空炉発生時
刻を、tは現在の時刻を、tは次鋼片装入予定時刻
を、Tsは操業時の炉温を、Thは保温時の炉温を、θ
は降温開始〜昇温完了までの時間を、θhは(降温+保
温)時間を、θuは昇温時間を、αは昇温速度を、さら
にβはバッファーゾーンとしての予熱帯の一部の通過時
間をそれぞれ示す
【0021】図3のa点は、図1(a) および図1(b) に
示す状態に相当し、炉温Ts で操業を行っている。な
お、本発明においても炉温Ts は、一般的な燃料制御計
算により決定すればよく、何ら限定を要さない。図3の
b点は、図1(c) に示す状態に相当し、鋼片が予熱帯を
通過したことを炉内トラッキング情報により確認し、以
下のような考え方で、図1(f) に示す次チャンス (図1
ではBチャンスのこと) の装入開始時刻を予測して図3
のc点、d点、e点およびf点を決定する。(i) 昇温
時間θu の決定
【0022】
【数3】 θu =ΔT/α=Ts −Th /α ・・・・・・・ ここで、αはTs とTh と炉壁の熱慣性によって決定さ
れるものであり、実炉での実測結果から決定すればよ
い。例えば、θu =30分、α=200 ℃/Hであるとき、
式によりΔT=100 ℃ (Ts =1200℃) となり、操業炉
温Ts より100 ℃低い温度で保温し、装入開始前30分に
昇温を開始すればよいことになる。(ii) 次に、現在の
時刻をto とすれば、現在時刻to により、予熱帯の保
温時温度は下記式およびにより決定される。
【0023】
【数4】・to < (tC +β) −θu のとき、 予熱帯の保温時温度Th =Ts −ΔT ・・・・・・・ で保温状態とし、 ・to ≧ (tC +β) −θu のとき、 予熱帯の保温時温度Th =Ts −α (tC +β−to ) ・・・・・・・ から昇温開始または昇温中とする。
【0024】 以上のようにして、本発明によると、連
続鋳造の情報と、加熱炉内の被加熱材に関するトラッキ
ング情報とに基づいて、加熱炉の予熱帯の炉温が制御さ
れることにより、予熱帯をエネルギーロスを最小にする
ためのタイミングバッファーとして用いながら、直装ホ
ットチャージにおいて、エネルギーロスを可及的に低減
して被加熱材を目標抽出温度に正確に加熱できる。
【0025】
【実施例】図3にグラフで示す加熱炉の燃焼制御 (予熱
帯の各バーナーのON/OFF制御) を本発明例として行い、
図1に示す直装ホットチャージ操業を行った。一方、オ
ペレータが加熱炉の炉温設定値を経験および勘により適
宜変更する制御を比較例として行い、本発明と比較例と
を比較した。
【0026】なお、本発明例では、図3におけるTs:12
00℃、Th:1100℃、θu:30分とし、前記式および式
を用いて、予熱帯の燃焼を制御した。本発明によれば、
従来例に比較して、加熱炉装入時間の予測バラツキおよ
び設定炉温の過剰・不足が減少し、そのため、燃料消費
量を3%低減すること、および鋼片の加熱不良を解消す
ることが可能となった。
【0027】 以上詳述したように、本発明により、直
装ホットチャージにおいて、加熱炉の予熱帯の点火タイ
ミングおよび消火タイミングを、連続鋳造の情報に合わ
せて制御することにより、エネルギーロスを可及的低減
して被加熱材を目標抽出温度まで正確に加熱できるよう
になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a) ないし図1(f) は、それぞれ直装ホッ
トチャージ操業における製造チャンス変更時における、
本発明による鋼片 (被加熱材) のフローの一例を示す説
明図である。
【図2】本発明が適用対象とする直装ホットチャージ工
程の一例を示す説明図である。
【図3】本発明により制御される加熱炉の予熱帯の炉温
の変化の一例を示すグラフである。
【図4】製鋼−熱間圧延の同期化操業である直装ホット
チャージ (DHCR) の加熱炉装入までの工程の概略を
模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
1:連続鋳造機 2:切断機 3:ローラーテーブル 4:チャージャー 5:加熱炉 6:鋼片 7:圧延機 8:取鍋 9:タンディッシュ 10:モールド 11:切断機 12:チャージャー 13:加熱炉

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予熱帯、加熱帯および均熱帯を備え、連
    続鋳造、加熱および熱間圧延を同期化して行う直装ホッ
    トチャージ操業で用いられる加熱炉の燃焼制御方法であ
    って、 前記連続鋳造の操業により前記加熱帯に空席が発生する
    時に、前記予熱帯のバーナの消火または燃焼負荷低下を
    行って所定の予熱帯保温時炉温に低下するとともに、 前記空席の後に最初に鋼片が前記加熱帯へ装入される時
    に所定の予熱帯操業時炉温に昇温されるように、前記予
    熱帯のバーナの点火または燃焼負荷上昇を行うことを特
    徴とする加熱炉の燃焼制御方法。
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