JP4072007B2

JP4072007B2 - 鋼板の連続焼鈍炉の加熱帯及び均熱帯の板温制御方法

Info

Publication number: JP4072007B2
Application number: JP2002181999A
Authority: JP
Inventors: 新太郎原田
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP2004027256A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板の連続焼鈍炉の加熱帯及び均熱帯の板温制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
設備入側で先行の鋼板と後行の鋼板とを溶接し、連続的に熱処理を行う図５に示すような連続焼鈍炉１０においては、加熱帯１で冷延時に歪んだ鋼板Ｓの組織を再結晶し、均熱帯２で結晶粒を成長させ、冷却帯３以降で固溶炭素を析出させ低減することにより、鋼種ごとに所望する機械的性質を得る。この鋼板を加熱、均熱、冷却する熱処理サイクルをヒートサイクルという。とくに、均熱帯においては鋼板を所定の焼鈍温度にて、所定時間保持することが、鋼板の延性を向上することにつながる。
【０００３】
設備的には、通常、加熱帯１には直火あるいはラジアントチューブ式のバーナーなどの加熱装置６を、均熱帯２にはバーナーや電気ヒーターなどの加熱装置７を配している。
【０００４】
板温制御は、加熱帯１、均熱帯２となる各ゾーン毎に、鋼種毎に設定された各ゾーンの出側目標板温あるいは目標板温に基づき算出された目標炉温に基づいて、ガス流量や電気出力などの加熱装置の負荷をフィードバック制御することによって行っている。
【０００５】
また、鋼種毎にターゲットとするヒートサイクルが異なり、ヒートサイクルの変更や、鋼板の板厚、板幅の変化をプロセスコンピュータ８の鋼板通板計画（コイルスケジュール）から予測し、フィードフォワード制御するとともに、ライン速度の変更に対してもフィードフォワード制御を行っている。
【０００６】
各ゾーンの出側板温には、鋼板の機械的特性を満足する許容範囲があり、また制御上目標とする目標板温があり、通常、鋼種、各ゾーン毎に出側の目標板温を設定している。
【０００７】
前述のとおり、鋼種の変更によるヒートサイクル変更時の昇温に際しても、フィードフォワード制御で、先行材と後行材の溶接点が連続焼鈍炉１０に入る前に、加熱帯１及び均熱帯２のヒートアップを開始する。そして、溶接点が各ゾーンの出側を通過するときに、後行材の許容下限以上の充分な板温が確保されていれば、後行材の先端から機械的特性を満足した品質が得られることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
加熱帯は、鋼板の昇温が目的であり、通常、鋼種により７００〜８５０℃程度まで加熱するため加熱装置の加熱容量も大きく、また直火あるいは輻射式の燃焼バーナーを用いるため、応答も早く、ヒートサイクル変更時の昇温への追従が容易である。しかし、均熱帯は、鋼板の保温が目的であるため、通常、熱的平衡状態での保温相当すなわち炉体放散熱、雰囲気放散熱を補う程度の加熱容量しか持たせておらず、通常、加熱帯の加熱装置の１０％以下の加熱容量である。したがって、ヒートサイクル変更時の昇温には追従しきれないところがあり、後行材の先端部で実績板温が許容板温範囲を下回ってしまうことが多々ある。たとえば、ヒートサイクル変更中、均熱帯の加熱容量が小さいことにより、その加熱装置は常に最大出力を続けるが、実績板温が追いついてこない状態となり、板温が不足し、制御されず成り行きとなってしまう状態である。
【０００９】
このようなことから、特公平３−４４１２９号公報に記載のものでは、連続焼鈍炉の加熱装置における加熱温度を迅速に制御できないという問題点を解決することを目的として、通常の炉温より４００℃〜５００℃高い１２００℃〜１３００℃の高温のＨＮガスを吹き付けるガスジェット装置を、加熱帯後半から均熱帯全域に設置しており、非常に大きな加熱容量を均熱帯に持たせている。
【００１０】
また、特開昭６２−１２４２３３号公報に記載のものでは、鋼板の機械的特性は、加熱帯、均熱帯を通じての最高到達温度に大きく影響を受けるとして、均熱帯（同公報においては温度調節帯と記述）で板温を最高温度まで引き上げるという趣旨もあるが、均熱帯の加熱容量を加熱帯の加熱容量に対して、従来は１０％程度だったところを、２倍以上としている。
【００１１】
これらの従来技術のように、当然ヒートサイクル変更時の昇温に十分追従できるだけの加熱容量を備えた加熱装置を均熱帯に持たせれば有利にはなるが、設備投資が過大となるとともに、主にヒートサイクル変更時のみ使用し、定常通板時は稼働しない加熱装置になってしまい、使用頻度から考えても無駄であり、非現実的である。
【００１２】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、新たに加熱装置を追加することなく、均熱帯において最大通板負荷のときの雰囲気放散を含む炉体放散のみを補える加熱容量（例えば加熱帯の１０％程度）のままでも、ヒートサイクル変更の昇温時に、均熱帯の出側板温のはずれを防止することのできる鋼板の連続焼鈍炉の加熱帯及び均熱帯の板温制御方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では、ヒートサイクル変更の昇温時、即ち、後行材のヒートサイクルを、先行材のヒートサイクルよりも高温サイクルに昇温変更する際に、追従性の最も悪い均熱帯における後行材先端部での板温はずれを防止するために、従来では、加熱帯の板温制御は加熱帯出側実績板温に基づき、均熱帯の板温制御は均熱帯出側実績板温に基づきそれぞれ制御していたのに対し、図１に示すように、ヒートサイクル変更昇温時の加熱帯の板温制御の際には、加熱帯だけでなく均熱帯の実績板温をもみるようにする。
【００１４】
具体的には、通常、加熱帯出側板温、均熱帯出側板温ともに各々目標板温と許容板温範囲があるが、ヒートサイクル変更の昇温時のみ、加熱帯出側目標板温をその許容板温範囲内で、ヒートサイクル変更率に応じてΔＴ ℃加算する制御とする。すなわち、均熱帯出側の板温をできるだけ早く上げるために、加熱帯出側目標板温を、本来、鋼種毎に設定されている目標板温よりも高く設定するものである。
【００１５】
以上のように、本発明の板温制御方法は、先行材及び後行材を連続して通板する、鋼板の連続焼鈍炉の加熱帯及び均熱帯の板温制御方法であって、鋼種変更のため前記加熱帯及び均熱帯における後行材のヒートサイクルを、先行材のヒートサイクルよりも高温サイクルに昇温変更する際に、先行材と後行材との溶接点が加熱帯に到達する前から、前記溶接点が均熱帯を通過したことを確認した後に後行材の均熱帯出側実績板温がその均熱帯出側目標板温を上回ったことを確認するまでの間、予め鋼種に応じて設定されている後行材の加熱帯出側目標板温に、ヒートサイクル変更前後の伝熱負荷比の項と、ヒートサイクル変更前後の均熱帯出側の目標温度差の項を含む後述の図３の数式により算出される加熱帯出側目標板温補正値（ΔＴ）を加算して加熱帯出側ヒートサイクル昇温変更時目標板温とし、加熱帯出側ヒートサイクル昇温変更時目標板温を前記後行材の定常通板時の加熱帯出側目標板温より高く設定することを特徴とする。
【００１６】
そして、先行材と後行材との溶接点が均熱帯を通過し、後行材の均熱帯出側実績板温がその均熱帯出側目標板温に到達すれば、加熱帯出側ヒートサイクル昇温変更時目標板温を後行材の定常通板時の加熱帯出側目標板温に戻す制御にする。
【００１７】
本発明は、以下２点の理由で、ヒートサイクル変更の昇温時の均熱帯出側板温確保に有用である。
【００１８】
まず、従来の制御は各ゾーン毎での制御であったが、本発明の制御はヒートサイクル変更の昇温時のみ、先行材と後行材との溶接点が均熱帯に到達する前に加熱帯で高めに昇温された先行材の入熱が、均熱帯の炉温昇温を補完し、均熱帯板温制御応答性を向上させる制御である。すなわち、溶接点が均熱帯に到達する前に、加熱帯で高めに昇温された先行材を均熱帯に入れることにより、均熱帯の炉温上昇が促進される。
【００１９】
そして、先行材と後行材との溶接点直後、すなわち後行材先端部も加熱帯で高めに昇温されることになり、鋼板の熱慣性によって、後行材先端部が均熱帯を通過する時の均熱帯板温不足の回避にもつながる。
【００２０】
この加熱帯出側目標板温補正値（ΔＴ）は、簡便な方法としては、一定値やテーブル値としてもよいが、本発明では、ΔＴの過不足を解消するために、ヒートサイクル変更シーケンス開始時に、後述の図３の数式に示すように、コイルスケジュール、ヒートサイクル変更温度及びライン速度などの操業状態から、ヒートサイクル変更前後の伝熱負荷比の項と、ヒートサイクル変更前後の均熱帯出側の目標温度差の項からなるヒートサイクル変更率なるものを算定し、それに応じてΔＴを決定する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態として、溶融亜鉛メッキラインの連続焼鈍炉に本発明を適用した実施例を以下に示す。
【００２２】
図１は、本発明を適用した溶融亜鉛メッキラインの連続焼鈍炉の模式図である。同図において、連続焼鈍炉１０は、鋼板Ｓの入側から加熱帯１、均熱帯２、冷却帯（徐冷帯、急冷帯）３というゾーン構成になっている。鋼板Ｓは、連続焼鈍炉１０からスナウト４を経て亜鉛ポット５に入り、図示しない合金化炉へとつづく。
【００２３】
図１の連続焼鈍炉１０の加熱装置としては直火あるいはラジアントチューブ式のバーナ、電気ヒーター等が使用可能であり、図１では、加熱帯１にはラジアントチューブバーナー６、均熱帯２にはチューブタイプの電気ヒーター７を使用している。加熱帯１の加熱能力は、最大通板負荷のときの、鋼板吸収熱量と、燃焼排ガス損失熱量、そして雰囲気放散熱を含む炉体放散熱を補える加熱容量としている。一方、均熱帯２の加熱能力は、最大通板負荷のときの雰囲気放散を含む炉体放散熱のみを補える加熱容量としており、加熱帯の加熱容量の１０％以下である。
【００２４】
連続焼鈍炉１０のプロセスコンピュータ８には、目標板温を鋼種毎にテーブル値として設定している。そして、加熱帯１ではこの目標温度を設定値として燃焼ガス量を制御し、均熱帯では設定板温を目標に、炉温制御の設定炉温を制御することによって、板温制御を行っている。
【００２５】
また、プロセスコンピュータ８中のコイルスケジュールと溶接点トラッキング情報から、ヒートサイクル変更、板厚と板幅変更を予測したフィードフォワード制御を行うとともに、ライン速度の変更に対してもフィードフォワード制御を行う。
【００２６】
ヒートサイクルを変更するときは、先行材と後行材との溶接点到達前に、各ゾーンのヒートサイクル変更シーケンスが開始し、ヒートアップを開始し、溶接点が各ゾーンを通過した後に、本シーケンスが終了する。
この板温制御システムに本発明を以下のごとく適用する。
【００２７】
まず、図２に示すように、ヒートサイクル変更シーケンス開始時に、コイルスケジュールからヒートアップかクールダウンかを判断し、ヒートアップ、即ち後行材のヒートサイクルを、先行材のヒートサイクルよりも高温サイクルに昇温変更するのであれば、後行材の加熱帯出側目標板温補正値（ΔＴ）を演算し、鋼種に応じて設定されている後行材の加熱帯出側目標板温（TShs₂ tgt）にΔＴを加算したものを、後行材の加熱帯出側ヒートサイクル昇温変更時目標板温（TShs₂ rtgt）とし、これを設定板温として制御するようにする。そして、溶接点トラッキング情報から、先行材と後行材との溶接点が均熱帯を通過したことを確認した後に、後行材の均熱帯出側実績板温（TSss act）が後行材の均熱帯出側目標板温（TSss₂ tgt）を上回ったことを確認し、加熱帯出側ヒートサイクル昇温変更時目標板温（TShs₂ rtgt）を定常通板時の設定値（加熱帯出側目標板温（TShs₂ tgt））に戻すようにする。
【００２８】
本実施例においては、後行材の加熱帯出側目標板温補正値（ΔＴ）の算出は、図３に示す数式のごとく、先行材と後行材のコイル条件から、ヒートサイクル変更率なるものを算出し、これに応じたΔＴとなるようにした。
【００２９】
ヒートサイクル変更率は、ヒートサイクル変更前後の伝熱負荷比の項と、ヒートサイクル変更前後の均熱帯出側の目標温度差を指数乗（ｎ乗）した項を含み、これらの積の定数（α）倍に補正係数（β）を付したものをΔＴとした。
【００３０】
定数ｎは、均熱帯出側の目標温度差の項を乗じる定数であり、ここでは、基本的に加熱帯出側目標板温と均熱帯出側目標板温は同等であり、加熱帯を通過した鋼板と炉内雰囲気との対流あるいは鋼板に輻射加熱された炉内鉄皮と炉内雰囲気との対流により、炉温が上昇することから、対流の熱伝達率を意図しｎ＝０．２５を採用した。
【００３１】
定数αは、伝熱負荷比の項を倍する比例定数であり、炉の処理量、設備仕様や、コイル溶接基準（許容板厚差、許容板幅差）などの要因により決め、伝熱負荷比と均熱帯出側の目標温度差のどちらに重きをおいてΔＴを決定するかを意味する。
【００３２】
定数βは、ΔＴを補正するだけの定数であり、定数ｎ，αとともに、対象とする設備において、調整パラメータとして、設定してもよい。
【００３３】
ここで、数式中のT₁ref,T_２ref,V₁ref,V_２refは、それぞれ先行材鋼種の基準板厚、後行材鋼種の基準板厚、先行材鋼種の基準ライン速度、後行材鋼種の基準ライン速度を表すが、これらは炉の設備仕様によって決まる定数であり、その鋼種の最大処理量のときの、基準となる板厚、ライン速度のことである。例えば、ある鋼種において、T₁ref＝１ｍｍ，V₁ref＝１５０ｍｐｍとすると、詳細には板幅も関与するが、板厚が１ｍｍ以下であればライン速度は１５０ｍｐｍまで熱処理できるが、板厚が１ｍｍを超え、例えば２ｍｍになると、ライン速度は７５ｍｐｍに減速しないと充分な板温に熱処理できないということになる。
【００３４】
なお、後行材の予定ライン速度（V₂）については、ヒートサイクル変更シーケンス開始時のライン速度（V_１）と後行材鋼種の基準ライン速度（V_２ref）の関係により、数式のV₂の説明欄に付した但し書きのごとく、後行材の予定ライン速度（V₂）を決定する。ヒートサイクル変更シーケンス開始時のライン速度（V_１）が後行材鋼種の基準ライン速度（V_２ref）より大きな場合は、上記処理量が設備容量を上回り、減速となるため、V₂＝V_２refとする。
【００３５】
図４に本発明の実施例と比較例のヒートサイクル変更データを示す。
【００３６】
本発明を適用した実施例１〜３では、ヒートサイクル変更シーケンスが開始した時点から、実際には、加熱帯出側目標板温（TShs₂ tgt）に前述の数式により算出されたΔＴを、上乗せした目標板温を狙ってヒートサイクル変更を行っている。これにより、各々の鋼種において、後行材先端における下限板温われがなくなっている。なお、実施例１〜３においては、α＝１．４，β＝１．０，ｎ＝０．２５を適用している。
【００３７】
これに対して、本発明を適用しなかった比較例１〜３では、プロセスコンピュータによる自動板温制御のみで操業したものである。鋼種により、均熱帯下限板温が目標板温より１０〜２０℃低いが、後行材先端において、下限板温を下回った鋼板長さが３００〜５００ｍに達している。
【００３８】
【発明の効果】
本発明を適用することにより、ヒートサイクルを昇温側に変更する際に、加熱帯はもとより低加熱容量の均熱帯の出側板温を溶接点直後の後行材先端部から確実に確保できるようになり、板温のはずれがなくなり、製品の品質が向上するとともに歩留まりが向上する。
【００３９】
また、逆にいえば、本発明を適用することにより、ヒートサイクルを昇温側に変更する際に、効果的に均熱帯を昇温することができ、均熱帯に設置するバーナーや電気ヒーター等の加熱装置の数量あるいは加熱容量を削減しうる。
【００４０】
さらに、ヒートサイクル変更に最も時間を要す均熱帯の、板温制御応答性が向上し、大きな温度差のヒートサイクル変更も容易になり、コイルスケジュールの自由度が増す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した溶融亜鉛メッキラインの連続焼鈍炉の模式図である。
【図２】ヒートサイクル変更時の設定板温演算器による板温制御のフローチャートである。
【図３】加熱帯出側目標板温補正値（ΔＴ）の計算式である。
【図４】本発明の実施例と比較例のヒートサイクル変更データである。
【図５】従来の連続焼鈍炉の板温制御を示す模式図である。
【符号の説明】
１加熱帯
２均熱帯
３冷却帯（徐冷帯、急冷帯）
４スナウト
５亜鉛ポット
６ラジアントチューブバーナー（加熱装置）
７電気ヒーター（加熱装置）
８プロセスコンピュータ
１０連続焼鈍炉

Claims

先行材及び後行材を連続して通板する、鋼板の連続焼鈍炉の加熱帯及び均熱帯の板温制御方法であって、鋼種変更のため前記加熱帯及び均熱帯における後行材のヒートサイクルを、先行材のヒートサイクルよりも高温サイクルに昇温変更する際に、先行材と後行材との溶接点が加熱帯に到達する前から、前記溶接点が均熱帯を通過したことを確認した後に後行材の均熱帯出側実績板温がその均熱帯出側目標板温を上回ったことを確認するまでの間、予め鋼種に応じて設定されている後行材の加熱帯出側目標板温に、ヒートサイクル変更前後の伝熱負荷比の項と、ヒートサイクル変更前後の均熱帯出側の目標温度差の項を含む下記数式により算出される加熱帯出側目標板温補正値（ΔＴ）を加算して加熱帯出側ヒートサイクル昇温変更時目標板温とし、加熱帯出側ヒートサイクル昇温変更時目標板温を前記後行材の定常通板時の加熱帯出側目標板温より高く設定することを特徴とする鋼板の連続焼鈍炉の加熱帯及び均熱帯の板温制御方法。