JP4247718B2

JP4247718B2 - 連続式加熱炉における炉温制御方法及び装置

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Publication number: JP4247718B2
Application number: JP2005060436A
Authority: JP
Inventors: 真義杉山; 誠司岡田; 健一郎城島; 和昭北
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2025-03-04
Also published as: JP2006242504A

Description

本発明は、複数の連続した加熱帯を有する連続式加熱炉における炉温制御方法及び装置に関する。

従来、複数の連続した加熱帯を有する連続式加熱炉において、各加熱帯の炉温は、炉の形状を考慮し、燃焼ガスバーナーに供給する燃料流量を調整（燃焼ガスバーナーによる燃焼ガスのガス流量を調整）することによって炉温を他の加熱帯からほぼ独立して制御可能な区切りである各加熱帯毎に制御するのが一般的であった。このため、装入温度や抽出温度の異なる様々な種類の被加熱物（例えば、鋼材）を連続式加熱炉に装入するような場合には、各加熱帯に同時に存在する被加熱物の種類が多くなる結果、いわゆる焼け不足による操業のピッチダウンが生じてしまうという問題がある。

より具体的に説明すれば、連続式加熱炉に被加熱物を装入してから抽出するまでの時間及び抽出温度（抽出した際の被加熱物の温度）は予め設定され、当該設定された時間で被加熱物が目標とする抽出温度に到達するように各加熱帯の炉温も設定される。しかしながら、前述のように、装入温度や抽出温度の異なる様々な種類の被加熱物を連続式加熱炉に装入するような場合、一の種類の被加熱物について最適化された設定炉温により、当該一の種類の被加熱物については、目標とする抽出温度に到達することができたとしても、前記一の種類の被加熱物よりも高い設定炉温を必要とする他の種類の被加熱物については、目標とする抽出温度に到達することができない（焼け不足）事態が生じ得るため、抽出するまでの時間を延ばす（連続式加熱炉内での滞在時間を延ばす）ことによって対処する結果、前記他の種類の被加熱物ひいては前記一の種類の被加熱物を連続式加熱炉から抽出するピッチを下げる（ピッチダウン）必要が生じてしまう。

斯かるピッチダウンを防止することのみを考えるのであれば、各種被加熱物が同時に存在する加熱帯について、各種被加熱物に対して最適な炉温の最大値を当該加熱帯の設定炉温とすればよいが、当該最大値以下の炉温に設定するのが最適である被加熱物については、必要以上に加熱される（過加熱）状態となってしまうという問題があった。

より具体的に説明すれば、図１に示すように、従来の加熱帯毎に炉温を制御する方法では、前述したピッチダウンを防止するべく、一の加熱帯に同時に存在する各種被加熱物（図１では、被加熱物を鋼材Ｓａ、Ｓｂとして図示）のそれぞれに対して最適な設定炉温Ｔａ、Ｔｂの最大値（すなわち、設定炉温Ｔａ）を当該加熱帯の設定炉温とする必要があった。これにより、ピッチダウンは防止されるものの、前記設定炉温Ｔａよりも低い設定炉温Ｔｂに設定するのが最適である鋼材Ｓｂについては、過加熱となってしまうという問題があった。

このような問題を解決するべく、特許文献１や特許文献２には、炉体内を複数のゾーンに区画し、蓄熱型交番燃焼バーナーを各ゾーンの被加熱物の進行方向と直行する炉壁にそれぞれ設け、対向するバーナーを交互に燃焼させることにより各蓄熱型交番燃焼バーナー毎に炉温の制御帯を実現する方法が提案されている。
特開平６−１９４０５４号公報特開平１１−３３５７２８号公報

しかしながら、この種の連続式加熱炉に既設されている他の燃焼ガスバーナーの影響を受けないように特許文献１や特許文献２に記載の蓄熱型交番燃焼バーナーを設置するには、蓄熱型交番燃焼バーナーを加熱帯全体に亘って導入する（既設の燃焼ガスバーナーを全て蓄熱型交番燃焼バーナーに置き換える）か、或いは、既設の燃焼ガスバーナーによる燃焼ガスの影響を受けないように、既設の燃焼ガスバーナーと蓄熱型交番燃焼バーナーとの間にガス流を止めるための仕切壁を設ける必要があり、いずれにせよ大規模な設備改造を要するという問題がある。

本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するべくなされたものであり、大規模な設備改造を伴うことなく、各種の被加熱物に加熱処理を施す際にピッチダウンを必要とせず、過加熱を効果的に抑制することが可能な連続式加熱炉における炉温制御方法及び装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明の発明者らは鋭意検討した結果、先ず最初に以下のことを見出した。すなわち、図２に示すように、一の加熱帯をそれぞれに少なくとも１つの燃焼ガスバーナーが配設された複数の制御帯に分割（図２では、上流側制御帯及び下流側制御帯の２つに分割）し、各制御帯毎に炉温を制御するように構成すれば、各加熱帯毎に炉温を制御する場合に比べて、一の制御帯に同時に存在する被加熱物の個数が減少するため、過加熱状態となる被加熱物の発生を極力抑制可能であることを見出した。

より具体的に説明すれば、図２（ａ）に示すように、前述したピッチダウンを防止するべく、上流側制御帯に同時に存在する各種被加熱物（図２（ａ）では、被加熱物を鋼材Ｓａ、Ｓｂとして図示）のそれぞれに対して最適な設定炉温（目標とする抽出温度が得られるように各加熱帯毎に設定された最適な設定炉温）Ｔａ、Ｔｂの最大値（すなわち、設定炉温Ｔａ）を当該上流側制御帯の設定炉温とする一方、下流側制御帯に存在する各種被加熱物（図２（ａ）では鋼材Ｓｂのみ）に対して最適な設定炉温Ｔｂの最大値（すなわち、設定炉温Ｔｂ）を当該下流側制御帯の設定炉温とすれば、過加熱状態となるのは、上流側制御帯に存在する鋼材Ｓｂの一部のみであり、図１に示す場合と比べて過加熱を抑制することが可能である。同様にして、図２（ｂ）に示すように、下流側制御帯に同時に存在する各種被加熱物（図２（ｂ）では、被加熱物を鋼材Ｓｃ、Ｓｄとして図示）のそれぞれに対して最適な設定炉温Ｔｃ、Ｔｄの最大値（すなわち、設定炉温Ｔｄ）を当該下流側制御帯の設定炉温とする一方、上流側制御帯に存在する各種被加熱物（図２（ｂ）では鋼材Ｓｃのみ）に対して最適な設定炉温Ｔｃの最大値（すなわち、炉温Ｔｃ）を当該上流側制御帯の設定炉温とすれば、過加熱状態となるのは、下流側制御帯に存在する鋼材Ｓｃの一部のみであり、加熱帯（上流側制御帯及び下流側制御帯）毎に制御する場合（加熱帯毎に制御する場合は、鋼材Ｓｃの全てが過加熱状態となる）に比べて過加熱を抑制することが可能である。

ここで、前記制御帯（図２に示す例では、上流側制御帯、下流側制御帯）は、ほぼ独立に炉温を制御することが可能な区切りとなっていない。換言すれば、例えば、上流側（被加熱物の装入側）に燃焼ガスを排出するための煙突が配設されている場合、連続式加熱炉内における燃焼ガスが下流側（被加熱物の抽出側）から上流側に向かって流れるため、上流側制御帯における炉温は、下流側制御帯における炉温の影響を受けることになる。逆に、下流側に燃焼ガスを排出するための煙突が配設されている場合、連続式加熱炉内における燃焼ガスが上流側から下流側に向かって流れるため、下流側制御帯における炉温は、上流側制御帯における炉温の影響を受けることになる。すなわち、互いに隣接する２つの制御帯の内、何れか一方の制御帯における炉温は、何れか他方の制御帯における炉温に影響を及ぼすことになる。

従って、影響を受ける側の制御帯における炉温を前述のように当該制御帯に存在する被加熱物に対して最適な炉温に制御しようとしても、例えば、配設された燃焼ガスバーナーの個数が足りない（燃焼ガスバーナーのガス流量が足りない）等の理由により制御できない場合には、影響を及ぼす側の制御帯における炉温を高めることにより、制御可能となり得る場合が考えられる。そこで、本発明の発明者らは鋭意検討した結果、互いに隣接する２つの制御帯の内、何れか一方の制御帯（例えば、上流側に煙突が配設され、燃焼ガスが下流側から上流側に向かって流れる場合には、下流側制御帯）の炉温の影響を受ける他方の制御帯（例えば、上流側に煙突が配設され、燃焼ガスが下流側から上流側に向かって流れる場合には、上流側制御帯）の炉温と、前記他方の制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量及び前記一方の制御帯の炉温とは、一定の相関関係を有することを見出した。そして、この相関関係を予め算出しておいて、必要に応じて各制御帯の設定炉温を前記相関関係に基づき設定し直せば、前述のようなケース（配設された燃焼ガスバーナーの個数が足りない等の理由により最適な炉温に制御できないケース）であっても制御可能となることに想到した。

本発明は、上記発明者らの知見に基づき完成されたものである。すなわち、本発明は、被加熱物の搬送方向に連続した複数の加熱帯を有する連続式加熱炉における炉温を制御する方法であって、一の加熱帯を被加熱物の搬送方向に対して垂直に分割することにより、それぞれに少なくとも１つの燃焼ガスバーナーが配設された複数の制御帯に分割する第１ステップと、互いに隣接する一方の制御帯の炉温の影響を受ける他方の制御帯の炉温を、前記他方の制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量及び前記一方の制御帯の炉温を変数とする関数で表現したこれらの相関関係を、連続式加熱炉における昇温実績データに基づいて予め算出する第２ステップと、連続式加熱炉に搬入される被加熱物の目標温度に応じて、各制御帯の設定炉温を仮に設定する第３ステップと、前記仮に設定された各制御帯の設定炉温を前記予め算出した相関関係に基づいて設定し直す第４ステップと、前記設定し直された各制御帯の設定炉温が得られるように前記各制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を制御する第５ステップと、を含むことを特徴とする連続式加熱炉における炉温制御方法を提供するものである。

斯かる発明によれば、一の加熱帯をそれぞれに少なくとも１つの燃焼ガスバーナーが配設された複数の制御帯に分割し、各制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を制御する、すなわち、各制御帯毎に炉温を制御する構成であるため、各加熱帯毎に炉温を制御する場合に比べて、一の制御帯に同時に存在する被加熱物の個数が減少するため、過加熱状態となる被加熱物の発生を極力抑制することが可能である。また、連続式加熱炉に搬入される被加熱物の目標温度に応じて、各制御帯の設定炉温を仮に設定（例えば、一の制御帯に同時に存在する各種被加熱物それぞれの目標温度（目標とする抽出温度）に応じて最適化された設定炉温の最大値を当該一の制御帯の設定炉温として仮に設定）し、前記仮に設定された各制御帯の設定炉温を予め算出した相関関係（互いに隣接する一方の制御帯の炉温の影響を受ける他方の制御帯の炉温と、前記他方の制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量及び前記一方の制御帯の炉温との相関関係）に基づいて設定し直す構成であるため、一の制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を制御するのみでは最適な炉温に制御できないようなケースであっても最適化することが可能であり、これにより過加熱状態となる被加熱物の発生を極力抑制することが可能である。さらに、本発明によれば、既設の連続式加熱炉にそのまま適用することが可能であるため、大規模な設備改造を伴わないという利点が得られる。

なお、本発明における「加熱帯」とは、文字通り被加熱物を加熱する加熱帯を意味する他、そのガス流量を制御することのできる燃焼ガスバーナーが配設されている限りにおいて、予熱帯や均熱帯をも含む概念である。また、本発明における「設定炉温」とは、適宜の温度計を用いて測定した炉温の実測値ではなく、制御目標とする炉温の設定値を意味する。さらに、本発明における「仮に設定された各制御帯の設定炉温を前記予め算出した相関関係に基づいて設定し直す」とは、仮に設定された各制御帯の設定炉温を改めて各制御帯の設定炉温として設定し直す、すなわち、仮に設定された各制御帯の設定炉温を変更せずにそのまま用いる場合をも含む概念である。

例えば、前記第４ステップは、前記他方の制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を最大値とし、前記一方の制御帯の炉温を前記仮に設定された設定炉温として、前記予め算出した相関関係に基づいて前記他方の制御帯の炉温予測値を算出し、前記算出された前記他方の制御帯の炉温予測値と、前記仮に設定された前記他方の制御帯の設定炉温とを比較する第６ステップと、前記第６ステップにおける比較の結果、前記仮に設定された前記他方の制御帯の設定炉温の方が高い場合には、前記他方の制御帯の設定炉温を前記仮に設定された設定炉温に設定し直す（すなわち、前記他方の制御帯の設定炉温を前記仮に設定された設定炉温のままとする）一方、前記一方の制御帯の設定炉温を、前記他方の制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を最大値とし、前記他方の制御帯の炉温を前記仮に設定された設定炉温としたときに前記予め算出した相関関係に基づいて求められる前記一方の制御帯の炉温に設定し直す第７ステップと、を含むように構成することが可能である。

さらに、前記第６ステップにおける比較の結果、前記算出された前記他方の制御帯の炉温予測値の方が高い場合には、前記一方の制御帯の設定炉温を前記仮に設定された設定炉温に設定し直す（すなわち、前記一方の制御帯の設定炉温を前記仮に設定された設定炉温のままとする）一方、前記他方の制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を最小値とし、前記一方の制御帯の炉温を前記仮に設定された設定炉温として、前記予め算出した相関関係に基づいて前記他方の制御帯の炉温予測値を算出し、前記算出された前記他方の制御帯の炉温予測値と、前記仮に設定された前記他方の制御帯の設定炉温とを比較する第８ステップと、前記第８ステップにおける比較の結果、前記算出された前記他方の制御帯の炉温予測値の方が高い場合には、前記他方の制御帯の炉温予測値と前記仮に設定された前記他方の制御帯の設定炉温との差を前記仮に設定された前記他方の制御帯の設定炉温から減算し、前記他方の制御帯の設定炉温として設定し直す一方、前記第８ステップにおける比較の結果、前記仮に設定された前記他方の制御帯の設定炉温の方が高い場合には、前記他方の制御帯の設定炉温を前記仮に設定された設定炉温に設定し直す（すなわち、前記他方の制御帯の設定炉温を前記仮に設定された設定炉温のままとする）第９ステップと、を含むように構成することが可能である。

なお、前記課題を解決するべく、本発明は、鋼材の搬送方向に連続した複数の加熱帯を有する連続式加熱炉における炉温を制御する装置であって、設定炉温を設定する炉温設定部と、前記炉温設定部によって設定された設定炉温が得られるように燃焼ガスバーナーのガス流量を制御する炉温制御部とを備え、前記炉温設定部は、鋼材毎最適設定炉温計算部と、各制御帯毎設定炉温計算部とを具備し、前記鋼材毎最適設定炉温計算部は、連続式加熱炉に搬入される各鋼材が目標温度となるように、入力された鋼材データに基づいて、各鋼材の種類に応じた最適な設定炉温を計算し、前記各制御帯毎設定炉温計算部には、一の加熱帯を鋼材の搬送方向に対して垂直に分割することにより、それぞれに少なくとも１つの燃焼ガスバーナーが配設された複数の制御帯に分割した場合において、互いに隣接する一方の制御帯の炉温の影響を受ける他方の制御帯の炉温と、当該他方の制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量及び前記一方の制御帯の炉温との相関関係が予め記憶されており、前記各制御帯毎設定炉温計算部は、前記鋼材毎最適設定炉温計算部によって各鋼材の種類に応じて計算された最適な設定炉温に基づき、各制御帯の設定炉温を仮に設定した後、前記仮に設定された各制御帯の設定炉温を前記予め記憶されている相関関係に基づいて設定し直し、前記炉温制御部は、前記炉温設定部によって設定し直された各制御帯の設定炉温が得られるように前記各制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を制御することを特徴とする連続式加熱炉における炉温制御装置としても提供される。

本発明に係る連続式加熱炉における炉温制御方法及び装置によれば、大規模な設備改造を伴うことなく、各種の被加熱物に加熱処理を施す際にピッチダウンを必要とせず、過加熱を効果的に抑制することも可能である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る炉温制御装置及びこれにより炉温が制御される連続式加熱炉の概略構成を示す図である。図３に示すように、本実施形態における炉温制御装置１は、複数の連続した加熱帯（予熱帯、Ｎｏ．１加熱帯、Ｎｏ．２加熱帯及び均熱帯）を有する連続式加熱炉１００における炉温を制御する装置であって、設定炉温を設定する炉温設定部１１と、炉温設定部１１によって設定された設定炉温が得られるように燃焼ガスバーナー（図示せず）のガス流量を制御する炉温制御部１２とを備えている。なお、本実施形態では、連続式加熱炉１００の加熱対象（被加熱物）が鋼材Ｓである場合について説明する。また、本実施形態では、連続式加熱炉１００のＮｏ．１加熱帯にのみ本発明に係る炉温制御方法を適用する（Ｎｏ．２加熱帯及び均熱帯には従来と同様の炉温制御方法が適用される）場合について説明する。より具体的に説明すれば、本実施形態では、Ｎｏ．１加熱帯を、それぞれに少なくとも１つの燃焼ガスバーナー（図示せず）が配設された複数の制御帯（本実施形態では、制御帯Ａ及び制御帯Ｂの２つ）に分割し、Ｎｏ．１加熱帯単位ではなく、各制御帯Ａ、Ｂ単位で炉温を制御する場合について説明する。ただし、予熱帯、Ｎｏ．２加熱帯及び均熱帯のそれぞれに複数の燃焼ガスバーナーが配設されている場合には、これら各加熱帯についても本発明に係る炉温制御方法を適用することが可能である。

図３に示すように、炉温設定部１１は、鋼材毎最適設定炉温計算部１１１と、各制御帯毎設定炉温計算部１１２とを具備している。本実施形態に係る連続式加熱炉１００には、上流側（鋼材Ｓの装入側）に燃焼ガスを排出するための煙突Ｃが配設されているため、連続式加熱炉内１００における燃焼ガスは下流側（鋼材Ｓの抽出側）から上流側に向かって流れ、これにより上流側に位置する制御帯Ａにおける炉温は、下流側に位置する制御帯Ｂにおける炉温の影響を受けることになる。そして、各制御帯毎設定炉温計算部１１２には、互いに隣接する一方の制御帯（本実施形態では下流側に位置する制御帯Ｂ）の炉温の影響を受ける他方の制御帯（本実施形態では上流側に位置する制御帯Ａ）の炉温と、当該他方の制御帯Ａに配設された燃焼ガスバーナーのガス流量及び前記一方の制御帯Ｂの炉温との相関関係が予め記憶されている。

より具体的に説明すれば、制御帯Ａに配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を一定の値に固定した状態において、制御帯Ａの炉温と制御帯Ｂの炉温とは、図４（ａ）に示すような関係を有する。一方、制御帯Ｂの炉温を一定の値に固定した場合において、制御帯Ａの炉温と制御帯Ａに配設された燃焼ガスバーナーのガス流量とは、図４（ｂ）に示すような関係を有する（図４（ｂ）の横軸に示す「制御帯Ａの流量」とは、制御帯Ａに配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を意味する）。従って、制御帯Ａの炉温ＴＡは、下記の式（１）で示すように、制御帯Ｂの炉温ＴＢと制御帯Ａに配設された燃焼ガスバーナーのガス流量ＦＡとを変数とした関数ｆで表現することができる。
ＴＡ＝ｆ（ＴＢ、ＦＡ）・・・（１）
また、上記の式（１）に示す制御帯Ａの炉温ＴＡを得るために必要な制御帯Ｂの炉温ＴＢは、下記の式（２）で示すように、制御帯Ａの炉温ＴＡと制御帯Ａに配設された燃焼ガスバーナーのガス流量ＦＡとを変数とした関数ｇで表現することができる。
ＴＢ＝ｇ（ＴＡ、ＦＡ）・・・（２）
そして、各制御帯毎設定炉温計算部１１２には、予め算出された上記の関数ｆ及びｇが記憶されている。

なお、上記の関数ｆは、例えば、制御帯Ａの炉温ＴＡを変数とする１次関数で表現し、その係数（勾配及びＹ切片）を制御帯Ａに配設された燃焼ガスバーナーのガス流量ＦＡを変数とする２次関数で表現することが可能である。そして、斯かる係数は、例えば、連続式加熱炉１００における昇温実績データ（制御帯Ａの炉温、制御帯Ｂの炉温及び制御帯Ａに配設された燃焼ガスバーナーのガス流量）を温度計Ｔ等を利用して定期的（例えば１〜３分ピッチ）に採取し、当該採取した昇温実績データに対して最小自乗法を適用することにより決定すればよい。関数ｇは、以上のようにして得られた関数ｆを変形することによって得ることができる。本実施形態においては、上記の式（１）として具体的に下記の式（１）’を用いている。
ＴＡ＝ａ×ＴＢ＋ｂ・・・（１）’
ａ＝−３．４×１０^−５×Ｆ^２−５．４×１０^−４×Ｆ＋０．８７
ｂ＝０．０４７×Ｆ^２＋１．５×Ｆ−４６
なお、Ｆは制御帯Ａに配設された燃焼ガスバーナーの使用率（％）を意味し、
Ｆ＝ＦＡ／ガス流量の最大値×１００である。

以下、図３及び図５を適宜参照しつつ、上記の構成を有する炉温制御装置１による設定炉温の設定方法について説明する。なお、図５は、図３に示す炉温設定部の動作を概略的に示すフロー図である。

図３に示すように、炉温設定部１１には、上位のプロセスコンピュータ等から鋼材データ（連続式加熱炉１００に装入される各鋼材Ｓの種類（装入温度、目標とする抽出温度等）や、連続式加熱炉１００内における各鋼材Ｓの位置情報等）が逐次入力される。そして、炉温設定部１１が具備する鋼材毎最適設定炉温計算部１１１は、各鋼材Ｓが連続式加熱炉１００から抽出される際に目標とする抽出温度となり得るように、前記入力された鋼材データに基づいて、制御帯Ａ及び制御帯Ｂに存在する各鋼材Ｓの種類に応じた最適な設定炉温を逐次計算する（図５のＳ１）。なお、各鋼材Ｓの種類に応じた最適な設定炉温の計算方法は、周知の計算方法を種々適用可能であるため、ここでは詳細な説明は省略する。

次に、炉温設定部１１が具備する各制御帯毎設定炉温計算部１１２は、各鋼材Ｓの種類に応じて計算された最適な設定炉温に基づき、各制御帯Ａ、Ｂの設定炉温を仮に設定する。より具体的に説明すれば、各制御帯毎設定炉温計算部１１２は、制御帯Ａに同時に存在する各種鋼材Ｓのそれぞれに対して計算された最適な設定炉温の最大値を制御帯Ａの仮の設定炉温として設定する一方、制御帯Ｂに同時に存在する各種鋼材Ｓのそれぞれに対して計算された最適な設定炉温の最大値を制御帯Ｂの仮の設定炉温として設定する（図５のＳ２、図２参照）。

そして、各制御帯毎設定炉温計算部１１２は、前述のようにして予め記憶した関数ｆ又はｇに基づき、制御帯Ａ及び制御帯Ｂの仮の設定炉温を設定し直す。以下、この部分の動作について、より具体的に説明する。

まず、各制御帯毎設定炉温計算部１１２は、前述した式（１）の変数である制御帯Ａに配設された燃焼ガスバーナーのガス流量ＦＡに予め決められた最大値を入力すると共に、制御帯Ｂの炉温ＴＢに前記仮の設定炉温を入力し、これによって算出される制御帯Ａの炉温ＴＡを制御帯Ａの炉温予測値とする（図５のＳ３）。そして、算出された制御帯Ａの炉温予測値と、制御帯Ａの仮の設定炉温とを比較する（図５のＳ４）。

前記比較の結果、制御帯Ａの仮の設定炉温の方が高い場合（図５のＳ４の判断において「Ｙｅｓ」の場合）には、制御帯Ａの炉温が仮の設定炉温に到達するように制御しようとしても、制御帯Ａの制御量が足りない（制御帯Ａに配設された燃焼ガスバーナーのガス流量が足りない）ことを意味する。従って、制御帯Ａの炉温が仮の設定炉温に到達するように制御可能とするべく、制御帯Ａに対して影響を及ぼす制御帯Ｂにおける設定炉温を高めるように設定し直す。より具体的に説明すれば、各制御帯毎設定炉温計算部１１２は、前述した式（２）の変数である制御帯Ａに配設された燃焼ガスバーナーのガス流量ＦＡに前記最大値を入力すると共に、制御帯Ａの炉温ＴＡに前記仮の設定炉温を入力し、これによって算出される制御帯Ｂの炉温ＴＢを制御帯Ｂの設定炉温として設定し直す（図５のＳ５）。

換言すれば、図６に示すように、鋼材Ｓａ、Ｓｂに対して最適な設定炉温をそれぞれＴａ、Ｔｂとした場合、制御帯Ａの仮の設定炉温はＴａに、制御帯Ｂの仮の設定炉温はＴｂにそれぞれ設定されるが、制御帯Ａの制御量が足りない場合には、制御帯Ｂの設定炉温がＴｂからＴＢに高められて設定し直されることになる。これにより、制御帯Ａにおける鋼材Ｓａの焼け不足によるピッチダウンを回避することが可能である。なお、図６に示す状態では、制御帯Ｂの設定炉温を仮の設定炉温ＴｂからＴＢに高めることにより、制御帯Ｂに存在する鋼材Ｓｂが過加熱状態となってしまうものの、図１に示す従来方法のように加熱帯毎に炉温を制御する場合に比べれば、過加熱の程度や頻度を抑制することが可能である。

そして、図５に示すように、各制御帯毎設定炉温計算部１１２は、制御帯Ａの設定炉温を前記仮の設定炉温に設定し直す（すなわち、制御帯Ａの設定炉温は、前記仮の設定炉温のままとする）（図５のＳ６）。

一方、前記比較（図５のＳ４）の結果、制御帯Ａの炉温予測値の方が高い場合（図５のＳ４の判断において「Ｎｏ」の場合）、各制御帯毎設定炉温計算部１１２は、制御帯Ｂの設定炉温を前記仮の設定炉温に設定し直す（すなわち、制御帯Ｂの設定炉温を前記仮の設定炉温のままとして確定する）（図５のＳ７）。

次に、各制御帯毎設定炉温計算部１１２は、前述した式（１）の変数である制御帯Ａに配設された燃焼ガスバーナーのガス流量ＦＡに予め決められた最小値を入力すると共に、制御帯Ｂの炉温ＴＢに前記仮の設定炉温（確定した設定炉温）を入力し、これによって算出される制御帯Ａの炉温ＴＡを制御帯Ａの炉温予測値とする（図５のＳ８）。そして、算出された制御帯Ａの炉温予測値と、制御帯Ａの仮の設定炉温とを比較する（図５のＳ９）。

前記比較（図５のＳ９）の結果、制御帯Ａの炉温予測値の方が高い場合（図５のＳ９の判断において「Ｎｏ」の場合）には、制御帯Ａの炉温が仮の設定炉温となるように（制御帯Ａに存在する鋼材Ｓが過加熱状態とならないように）制御しようとしても、制御帯Ａの制御量が足りないことを意味する。しかしながら、制御帯Ａの炉温予測値を算出するのに用いた制御帯Ｂの仮の設定炉温は、制御帯Ｂの現在の炉温（現在の実際の炉温）とは異なるものである。そして、制御帯Ｂの仮の設定炉温の方が実際の炉温よりも高い場合、制御帯Ｂの実際の炉温が仮の設定炉温に到達するまでの間は、到達した後に比べると、制御帯Ａの炉温に対する制御帯Ｂの炉温の影響が少ないため、制御帯Ａの炉温を下げる余裕があるといえる。従って、予め制御帯Ａの設定炉温を下げておき、制御帯Ｂの実際の炉温が仮の設定炉温に到達した後における制御帯Ａに存在する鋼材Ｓの過加熱を抑制するように構成されている。より具体的に説明すれば、各制御帯毎設定炉温計算部１１２は、制御帯Ａの炉温予測値と仮の設定炉温との差を制御帯Ａの仮の設定炉温から減算し、この減算結果を制御帯Ａの設定炉温として設定し直す（図５のＳ１０）。

換言すれば、図７に示すように、鋼材Ｓｃ、Ｓｄに対して最適な設定炉温をそれぞれＴｃ、Ｔｄとした場合、制御帯Ａの仮の設定炉温はＴｃに、制御帯Ｂの仮の設定炉温はＴｄにそれぞれ設定されるが、制御帯Ａの制御量が足りない場合には、制御帯Ａの設定炉温がＴｃからＴｃ’（制御帯Ａの炉温予測値ＴＡ−仮の設定炉温Ｔｃ＝ΔＴとすれば、Ｔｃ’＝Ｔｃ−ΔＴとなる）に下げられて設定し直されることになる。これにより、制御帯Ａにおける鋼材Ｓｃの過加熱を抑制することが可能である。

一方、前記比較（図５のＳ９）の結果、制御帯Ａの仮の設定炉温の方が高い場合（図５のＳ９の判断において「Ｙｅｓ」の場合）、各制御帯毎設定炉温計算部１１２は、制御帯Ａの設定炉温を前記仮の設定炉温に設定し直す（すなわち、制御帯Ａの設定炉温を前記仮の設定炉温のままとして確定する）（図５のＳ１１）。この場合には、制御帯Ａ及び制御帯Ｂの双方の設定炉温が、共に仮の設定炉温のままに設定されることになる（図２参照）。

以上のようにして炉温設定部１１によって設定された制御帯Ａ及び制御帯Ｂの設定炉温は炉温制御部１２に送信され、炉温制御部１２は、これら各制御帯の設定炉温が得られるように（各制御帯に配設された温度計Ｔの計測値が各制御帯の設定炉温と等しくなるように）各制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を制御する。

以上に説明したように、本実施形態に係る炉温制御装置１によれば、大規模な設備改造を伴うことなく、各種の鋼材Ｓに加熱処理を施す際にピッチダウンを必要とせず、過加熱を効果的に抑制することも可能である。

図１は、従来の炉温制御方法における設定炉温の設定方法を説明する説明図である。図２は、本発明に係る炉温制御方法における設定炉温の設定方法の一例を説明する説明図である。図３は、本発明の一実施形態に係る炉温制御装置及びこれにより炉温が制御される連続式加熱炉の概略構成を示す図である。図４（ａ）は制御帯の炉温とこれに隣接する制御帯の炉温との関係を、図４（ｂ）は制御帯の炉温と当該制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量との関係を模式的に示す図である。図５は、図３に示す炉温設定部の動作を概略的に示すフロー図である。図６は、本発明に係る炉温制御方法における設定炉温の設定方法の他の例を説明する説明図である。図７は、本発明に係る炉温制御方法における設定炉温の設定方法のさらに他の例を説明する説明図である。

Claims

被加熱物の搬送方向に連続した複数の加熱帯を有する連続式加熱炉における炉温を制御する方法であって、
一の加熱帯を被加熱物の搬送方向に対して垂直に分割することにより、それぞれに少なくとも１つの燃焼ガスバーナーが配設された複数の制御帯に分割する第１ステップと、
互いに隣接する一方の制御帯の炉温の影響を受ける他方の制御帯の炉温を、前記他方の制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量及び前記一方の制御帯の炉温を変数とする関数で表現したこれらの相関関係を、連続式加熱炉における昇温実績データに基づいて予め算出する第２ステップと、
連続式加熱炉に搬入される被加熱物の目標温度に応じて、各制御帯の設定炉温を仮に設定する第３ステップと、
前記仮に設定された各制御帯の設定炉温を前記予め算出した相関関係に基づいて設定し直す第４ステップと、
前記設定し直された各制御帯の設定炉温が得られるように前記各制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を制御する第５ステップと、
を含むことを特徴とする連続式加熱炉における炉温制御方法。
前記第４ステップは、
前記他方の制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を最大値とし、前記一方の制御帯の炉温を前記仮に設定された設定炉温として、前記予め算出した相関関係に基づいて前記他方の制御帯の炉温予測値を算出し、前記算出された前記他方の制御帯の炉温予測値と、前記仮に設定された前記他方の制御帯の設定炉温とを比較する第６ステップと、
前記第６ステップにおける比較の結果、前記仮に設定された前記他方の制御帯の設定炉温の方が高い場合には、前記他方の制御帯の設定炉温を前記仮に設定された設定炉温に設定し直す一方、前記一方の制御帯の設定炉温を、前記他方の制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を最大値とし、前記他方の制御帯の炉温を前記仮に設定された設定炉温としたときに前記予め算出した相関関係に基づいて求められる前記一方の制御帯の炉温に設定し直す第７ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の連続式加熱炉における炉温制御方法。
前記第６ステップにおける比較の結果、前記算出された前記他方の制御帯の炉温予測値の方が高い場合には、前記一方の制御帯の設定炉温を前記仮に設定された設定炉温に設定し直す一方、前記他方の制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を最小値とし、前記一方の制御帯の炉温を前記仮に設定された設定炉温として、前記予め算出した相関関係に基づいて前記他方の制御帯の炉温予測値を算出し、前記算出された前記他方の制御帯の炉温予測値と、前記仮に設定された前記他方の制御帯の設定炉温とを比較する第８ステップと、
前記第８ステップにおける比較の結果、前記算出された前記他方の制御帯の炉温予測値の方が高い場合には、前記他方の制御帯の炉温予測値と前記仮に設定された前記他方の制御帯の設定炉温との差を前記仮に設定された前記他方の制御帯の設定炉温から減算し、前記他方の制御帯の設定炉温として設定し直す一方、前記第８ステップにおける比較の結果、前記仮に設定された前記他方の制御帯の設定炉温の方が高い場合には、前記他方の制御帯の設定炉温を前記仮に設定された設定炉温に設定し直す第９ステップと、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の連続式加熱炉における炉温制御方法。
鋼材の搬送方向に連続した複数の加熱帯を有する連続式加熱炉における炉温を制御する装置であって、
設定炉温を設定する炉温設定部と、前記炉温設定部によって設定された設定炉温が得られるように燃焼ガスバーナーのガス流量を制御する炉温制御部とを備え、
前記炉温設定部は、鋼材毎最適設定炉温計算部と、各制御帯毎設定炉温計算部とを具備し、
前記鋼材毎最適設定炉温計算部は、連続式加熱炉に搬入される各鋼材が目標温度となるように、入力された鋼材データに基づいて、各鋼材の種類に応じた最適な設定炉温を計算し、
前記各制御帯毎設定炉温計算部には、一の加熱帯を鋼材の搬送方向に対して垂直に分割することにより、それぞれに少なくとも１つの燃焼ガスバーナーが配設された複数の制御帯に分割した場合において、互いに隣接する一方の制御帯の炉温の影響を受ける他方の制御帯の炉温と、当該他方の制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量及び前記一方の制御帯の炉温との相関関係が予め記憶されており、
前記各制御帯毎設定炉温計算部は、前記鋼材毎最適設定炉温計算部によって各鋼材の種類に応じて計算された最適な設定炉温に基づき、各制御帯の設定炉温を仮に設定した後、前記仮に設定された各制御帯の設定炉温を前記予め記憶されている相関関係に基づいて設定し直し、
前記炉温制御部は、前記炉温設定部によって設定し直された各制御帯の設定炉温が得られるように前記各制御帯に配設された燃焼ガスバーナーのガス流量を制御することを特徴とする連続式加熱炉における炉温制御装置。