JP4873325B2 - In-furnace atmosphere control method for heating furnace - Google Patents
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Description
本発明は、鋼材を加熱する加熱炉の炉内雰囲気(酸素濃度)を制御する方法に関する。特に、本発明は、速やかに炉温を低下させる場合であっても、炉内雰囲気を安定化させることができ、ひいては鋼材の品質を維持したり、発煙を防止することが可能な加熱炉の炉内雰囲気制御方法に関する。 The present invention relates to a method for controlling a furnace atmosphere (oxygen concentration) of a heating furnace for heating a steel material. In particular, the present invention is a heating furnace capable of stabilizing the furnace atmosphere even when the furnace temperature is quickly lowered, and thus maintaining the quality of the steel material and preventing smoke generation. The present invention relates to a furnace atmosphere control method.
従来より、鋳片や鋼片等の鋼材の加熱炉は、鋼材を分塊圧延したり熱間圧延する場合に、それら圧延に適した温度に鋼材を加熱するために用いられている。 Conventionally, heating furnaces for steel materials such as cast slabs and steel slabs have been used to heat steel materials to a temperature suitable for rolling when the steel materials are subjected to ingot rolling or hot rolling.
加熱炉は、一般的に、鋼材の装入側から順に予熱帯、加熱帯及び均熱帯を有する。加熱炉は、生産性を重視して速やかに鋼材の温度を上昇させる必要があるため、熱処理炉のようにラジアントチューブを用いるのではなく、少なくとも加熱帯及び均熱帯にバーナーが設けられている。そして、この設置されたバーナーで燃料と燃焼用空気とを直接混合させて燃焼させることにより、炉内を所定温度に加熱保持している。装入扉から予熱帯に導入された鋼材は、搬送路上を移動し、加熱帯、均熱帯を経て、均熱帯出側の抽出扉から炉外へ搬出される間に、所定温度に加熱される。なお、バーナーでの燃焼によって生じた排ガスは、予熱帯の入側に設けられた煙道から炉外に排出される。その際、煙道に設けたレキュペレータによって、バーナーに供給する燃焼用空気の予熱を行って排ガス中の熱を回収している。さらに、煙道には、炉圧を制御するためのダンパーも配置されている。 A heating furnace generally has a pre-tropical zone, a heating zone, and a soaking zone in order from the steel material charging side. Since the heating furnace needs to raise the temperature of the steel material promptly with emphasis on productivity, a radiant tube is not used as in the heat treatment furnace, but a burner is provided at least in the heating zone and the soaking zone. The furnace is heated and held at a predetermined temperature by directly mixing and burning the fuel and combustion air with the installed burner. The steel material introduced into the pre-tropical zone from the charging door moves on the conveyance path, passes through the heating zone and the soaking zone, and is heated to a predetermined temperature while being transported from the extraction door on the soaking zone to the outside of the furnace. . In addition, the exhaust gas produced by the combustion in the burner is discharged out of the furnace through a flue provided on the entrance side of the pre-tropical zone. At that time, the recuperator provided in the flue preheats the combustion air supplied to the burner to recover the heat in the exhaust gas. Furthermore, a damper for controlling the furnace pressure is also arranged in the flue.
ここで、加熱炉の炉圧が低下すると、炉外から空気が流入して、炉内の酸素濃度が上昇することにより、鋼材の表面に形成される脱炭層や酸化スケール層が増加したり、表面肌が荒れるといった鋼材の品質低下を招く虞がある。このため、従来より、炉圧を適切に制御する方法が種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Here, when the furnace pressure of the heating furnace decreases, air flows in from the outside of the furnace, and the oxygen concentration in the furnace increases, thereby increasing the decarburization layer and oxide scale layer formed on the surface of the steel material, There is a possibility that the quality of the steel material is deteriorated such that the surface skin becomes rough. For this reason, conventionally, various methods for appropriately controlling the furnace pressure have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
一方、加熱炉の炉温は、バーナーに供給される燃料の流量によって制御される。また、バーナーに供給される燃焼用空気の流量は、バーナーに供給される燃料の流量と、燃焼効率等の観点から決定された空燃比(バーナーに供給される燃焼用空気の流量と燃料の流量との比率)とに応じて調整される。より具体的には、バーナーに対して燃焼用空気を供給するための配管に流量調整弁を設け、この流量調整弁の開度を調整することにより、燃焼用空気の流量を調整している。この空燃比が変動して燃焼用空気の流量が過剰になった場合には、炉内の酸素濃度が上昇するため、前述した炉圧が低下する場合と同様に、鋼材の表面に形成される脱炭層や酸化スケール層が増加したり、表面肌が荒れるといった鋼材の品質低下を招く虞がある。一方、空燃比が変動して燃焼用空気の流量が過少になった場合には、不完全燃焼により、発煙が生じる虞がある。このため、従来より、空燃比を適切に制御する方法が種々提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、従来の炉圧や空燃比を制御する方法では、鋼材の品質低下や発煙が生じる虞を回避できない場合がある。 However, the conventional method of controlling the furnace pressure and the air-fuel ratio cannot avoid the possibility that the quality of the steel material deteriorates or smoke is generated.
例えば、鋼材の圧延操業の状況に応じて鋼材の在炉時間が長くなった場合、脱炭層や酸化スケール層が増加して、鋼材の品質が低下する虞がある。これを回避するために、速やかに炉温を低下させなければならない場合がある。また、鋼材の材質によっては、加熱温度を低めに保たなければならない場合がある。このため、昨今の生産量が拡大する状況において、同じ加熱炉を用いて、多種の鋼材を生産性を低下させずに処理するには、速やかに炉温を変更する必要がある。このようなケースにおいて、速やかに炉温を低下させるには、バーナーに供給する燃料の流量を低下させればよいが、適切な空燃比が得られるように、これに応じてバーナーに供給する燃焼用空気の流量も低下させなければならない。 For example, when the in-furnace time of the steel material becomes longer depending on the state of rolling operation of the steel material, the decarburized layer and the oxide scale layer may increase, and the quality of the steel material may be deteriorated. In order to avoid this, the furnace temperature may need to be quickly reduced. Moreover, depending on the material of the steel material, the heating temperature may have to be kept low. For this reason, it is necessary to change the furnace temperature promptly in order to process various steel materials without lowering the productivity by using the same heating furnace in a situation where the production volume is increasing recently. In such a case, in order to quickly lower the furnace temperature, the flow rate of the fuel supplied to the burner may be reduced, but the combustion supplied to the burner according to this in order to obtain an appropriate air-fuel ratio. The air flow rate must also be reduced.
しかしながら、流量調整弁の機械的特性上の問題により、所定値未満の低流量域では燃焼用空気の流量を適切に制御できないという問題がある。例えば、本発明者らが行った試験では、流量調整弁の開度を10%未満にすると、流量調整弁の開度と流量とが比例しないため、燃焼用空気の流量を適切に制御することができなかった。このため、供給する燃料の流量に対して燃焼用空気の流量が過剰になり、その結果、脱炭層や酸化スケール層の生成が顕著となって、鋼材の品質低下を招いたり、逆に供給する燃料の流量に対して燃焼用空気の流量が過少になって発煙が生じる虞がある。従って、速やかに炉温を変更するには、限界があった。 However, there is a problem that the flow rate of the combustion air cannot be appropriately controlled in a low flow rate range below a predetermined value due to a problem in mechanical characteristics of the flow rate adjusting valve. For example, in a test conducted by the present inventors, if the opening degree of the flow rate adjustment valve is less than 10%, the opening degree of the flow rate adjustment valve and the flow rate are not proportional. I could not. For this reason, the flow rate of the combustion air becomes excessive with respect to the flow rate of the fuel to be supplied, and as a result, the formation of the decarburized layer and the oxide scale layer becomes remarkable, leading to the deterioration of the quality of the steel material or the reverse supply. There is a risk that smoke will be generated when the flow rate of combustion air becomes too small relative to the flow rate of fuel. Therefore, there is a limit to quickly changing the furnace temperature.
本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、速やかに炉温を低下させる場合であっても、炉内雰囲気を安定化させることができ、ひいては鋼材の品質を維持したり、発煙を防止することが可能な加熱炉の炉内雰囲気制御方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and even when the furnace temperature is quickly lowered, the atmosphere in the furnace can be stabilized, and consequently the quality of the steel material can be improved. It is an object of the present invention to provide a furnace atmosphere control method for a heating furnace that can maintain or prevent smoke generation.
前記課題を解決するため、本発明は、予熱帯、加熱帯及び均熱帯を有する加熱炉の炉内雰囲気を制御する方法であって、少なくとも均熱帯に設けたバーナーに対して燃焼用空気を供給するための主配管に第1の流量調整弁を設けると共に、前記主配管に連通し前記主配管よりも小径のバイパス配管に第2の流量調整弁を設け、前記バーナーに供給する燃焼用空気の流量を所定値未満に制御する場合、前記第1の流量調整弁の開度を0%に設定し、前記第2の流量調整弁の開度調整のみで前記燃焼用空気の流量を制御することを特徴とする加熱炉の炉内雰囲気制御方法を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention is a method for controlling the atmosphere in a furnace having a pretropical zone, a heating zone and a soaking zone, and supplying combustion air to a burner provided at least in the soaking zone A first flow rate adjusting valve is provided in the main pipe for performing the operation, and a second flow rate adjusting valve is provided in the bypass pipe having a smaller diameter than the main pipe so as to communicate with the main pipe, and the combustion air supplied to the burner When the flow rate is controlled to be less than a predetermined value, the opening degree of the first flow rate adjustment valve is set to 0%, and the flow rate of the combustion air is controlled only by adjusting the opening degree of the second flow rate adjustment valve. A furnace atmosphere control method for a heating furnace is provided.
本発明に係る方法によれば、少なくとも均熱帯に設けたバーナーに対して燃焼用空気を供給するための主配管に第1の流量調整弁が設けられると共に、主配管に連通し主配管よりも小径のバイパス配管に第2の流量調整弁が設けられる。従って、少なくとも高温であるために脱炭層や酸化スケール層の増加に影響を及ぼし易い均熱帯に設けたバーナーに対して供給される燃焼用空気の流量は、第1及び第2の流量調整弁の開度をそれぞれ調整することによって調整可能である。例えば、小径のバイパス配管に設けられた第2の流量調整弁の開度を0%にして、主配管に設けられた第1の流量調整弁の開度のみを調整するのであれば、主配管のみを用いた従来方法と同様になる。すなわち、第1の流量調整弁の開度を所定値未満(例えば、10%未満)にすると、第1の流量調整弁の開度と主配管を流れる燃焼用空気の流量とが比例しないため、燃焼用空気の流量を適切に制御することができない。 According to the method of the present invention, the first flow rate adjusting valve is provided in the main pipe for supplying combustion air to the burner provided at least in the soaking zone, and communicates with the main pipe rather than the main pipe. A second flow rate adjustment valve is provided in the small diameter bypass pipe. Accordingly, the flow rate of the combustion air supplied to the burner provided in the soaking zone that is likely to affect the increase in the decarburization layer and the oxide scale layer at least because of the high temperature is that of the first and second flow control valves. It can be adjusted by adjusting the opening degree. For example, if the opening degree of the second flow rate adjustment valve provided in the small diameter bypass pipe is set to 0% and only the opening degree of the first flow rate adjustment valve provided in the main pipe is adjusted, the main pipe It becomes the same as the conventional method using only. That is, when the opening degree of the first flow rate adjustment valve is less than a predetermined value (for example, less than 10%), the opening degree of the first flow rate adjustment valve and the flow rate of the combustion air flowing through the main pipe are not proportional. The flow rate of combustion air cannot be controlled properly.
そこで、本発明に係る方法は、バーナーに供給する燃焼用空気の流量を所定値未満に制御する場合、第1の流量調整弁の開度を0%に設定し、第2の流量調整弁の開度調整のみで燃焼用空気の流量を制御することを特徴としている。バイパス配管に設けられた第2の流量調整弁の開度を所定値未満にすると、第1の流量調整弁の場合と同様に、第2の流量調整弁の開度とバイパス配管を流れる燃焼用空気の流量とは比例しなくなる。しかしながら、バイパス配管は主配管よりも小径であるため、たとえ第2の流量調整弁が第1の流量調整弁と同程度の開度で燃焼用空気の流量を適切に制御できなくなるとしても、制御可能な燃焼用空気の流量の下限は、主配管よりも小さくなる。従って、本発明によれば、低流量域でも燃焼用空気の流量を適切に制御することができる。 Therefore, in the method according to the present invention, when the flow rate of the combustion air supplied to the burner is controlled to be less than a predetermined value, the opening degree of the first flow rate adjustment valve is set to 0%, It is characterized by controlling the flow rate of combustion air only by adjusting the opening. When the opening degree of the second flow rate adjustment valve provided in the bypass pipe is less than a predetermined value, the opening degree of the second flow rate adjustment valve and the combustion flow through the bypass pipe are the same as in the case of the first flow rate adjustment valve. It is no longer proportional to the air flow. However, since the bypass pipe has a smaller diameter than the main pipe, even if the second flow rate adjustment valve cannot control the flow rate of the combustion air properly with the same degree of opening as the first flow rate adjustment valve, the bypass pipe is controlled. The lower limit of the possible flow rate of combustion air is smaller than that of the main pipe. Therefore, according to the present invention, the flow rate of combustion air can be appropriately controlled even in a low flow rate region.
本発明に係る加熱炉の炉内雰囲気制御方法によれば、低流量域でも燃焼用空気の流量を適切に制御することができるため、速やかに炉温を低下させる場合であっても、炉内雰囲気を安定化させることができ、ひいては鋼材の品質を維持したり、発煙を防止することが可能である。 According to the furnace atmosphere control method for a heating furnace according to the present invention, the flow rate of combustion air can be appropriately controlled even in a low flow rate region, so even if the furnace temperature is quickly lowered, The atmosphere can be stabilized, and as a result, the quality of the steel material can be maintained and smoke generation can be prevented.
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1は、本発明に係る炉内雰囲気制御方法を適用する加熱炉及びその付帯設備の概略構成を示す模式図である。図2は、図1に示す構成の一部(図1のAで示す部分)を拡大して示す模式図である。図1に示すように、加熱炉100は、鋼材Mの装入側から順に予熱帯、加熱帯及び均熱帯を有する。一般的に、予熱帯の炉温は500〜700℃、加熱帯の炉温は900〜1150℃、均熱帯の炉温は1050〜1250℃に制御される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings as appropriate.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a heating furnace and its incidental equipment to which the furnace atmosphere control method according to the present invention is applied. FIG. 2 is an enlarged schematic view showing a part of the configuration shown in FIG. 1 (the part indicated by A in FIG. 1). As shown in FIG. 1, the
加熱炉100には、少なくとも加熱帯及び均熱帯にバーナー1が設けられている。図1に示す例では、加熱帯の上部域にバーナー1a、加熱帯の下部域にバーナー1b、均熱帯の上部域にバーナー1c、均熱帯の下部域にバーナー1dが設けられている。そして、この設置されたバーナー1(1a〜1d)で燃料と燃焼用空気とを直接混合させて燃焼させることにより、加熱炉100の炉内を前述したような所定温度に加熱保持している。装入扉(図示せず)から予熱帯に導入された鋼材Mは、搬送路2上を矢符Xの方向に移動し、加熱帯、均熱帯を経て、均熱帯出側の抽出扉(図示せず)から炉外へ搬出される間に、所定温度に加熱される。
The
なお、バーナー1での燃焼によって生じた排ガスは、予熱帯の入側に設けられた煙道3から炉外に排出される。その際、煙道3に設けたレキュペレータ4によって、バーナー1に供給する燃焼用空気の予熱を行って排ガス中の熱を回収している。煙道3には炉圧を制御するためのダンパー5が配置され、予熱帯には炉圧計6が配置されている。炉圧計6による炉圧測定値に基づきダンパー5を開閉することにより、加熱炉100の炉圧が制御される。すなわち、炉圧計6による炉圧測定値が、予め設定した目標炉圧よりも低い場合にはダンパー5を閉じ、目標炉圧よりも高い場合にはダンパー5を開くように制御される。
In addition, the exhaust gas produced by the combustion in the
図1及び図2に示すように、本発明に係る炉内雰囲気制御方法は、以上に説明した構成を有する加熱炉100の少なくとも均熱帯(本実施形態では、均熱帯及び加熱帯の双方)に設けたバーナー1に対して燃焼用空気を供給するための主配管10(10a〜10d)に第1の流量調整弁11を設けると共に、主配管10に連通し主配管10よりも小径のバイパス配管20(20a〜20d)に第2の流量調整弁21を設けることを特徴としている。本実施形態では、バイパス配管20の内径は主配管10の内径の3/7、すなわちバイパス配管20の断面積は主配管10の断面積の18%とされている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the furnace atmosphere control method according to the present invention is applied to at least the soaking zone (both soaking zone and heating zone in this embodiment) of the
ここで、主配管10に対するバイパス配管20の断面積が小さすぎると、主配管10に設けた第1の流量調節弁11の開度が小さくなり、燃焼用空気の流量を第1の流量調節弁11の開度調整によって適切に制御できなくなったときに、バイパス配管20に設けた第2の流量調節弁21の開度調整による制御へ円滑に且つ連続的に移行できない。一方、主配管10に対するバイパス配管20の断面積が大きすぎると、バイパス配管20に設けた第2の流量調節弁21の開度調整によって制御可能な燃焼用空気の流量の下限が大きくなる(主配管10に設けた第1の流量調節弁11の開度調整によって制御可能な燃焼用空気の流量の下限との差が縮まる)ため、低流量域での燃焼用空気の流量を適切に制御できない。よって、バイパス配管20の断面積は、主配管10の断面積の15〜25%とするのが望ましい。
Here, if the cross-sectional area of the
なお、燃焼用空気は、ブロア(図示せず)より供給され、レキュペレータ4によって煙道を流れる排ガスから回収された熱で予熱された後、元配管30より分岐した主配管10(10a〜10d)に送られる。 The combustion air is supplied from a blower (not shown), preheated with heat recovered from the exhaust gas flowing through the flue by the recuperator 4, and then branched from the main pipe 10 (10a to 10d). Sent to.
そして、本発明に係る炉内雰囲気制御方法は、バーナー1に供給する燃焼用空気の流量を所定値未満に制御する場合、第1の流量調整弁11の開度を0%に設定し、第2の流量調整弁21の開度調整のみで燃焼用空気の流量を制御することを特徴としている。
In the furnace atmosphere control method according to the present invention, when the flow rate of the combustion air supplied to the
本実施形態では、下記の表1に示すように、バーナー1に供給する燃焼用空気の流量(すなわち、第1の流量調整弁11出側の流量V1と、第2の流量調整弁21出側の流量V2との和)をその最大流量(すなわち、第1の流量調整弁11及び第2の流量調整弁21の双方を全開した場合に得られる流量であり、表1において100%で示す)の10%未満とする場合に、第1の流量調整弁11の開度を0%に設定し、第2の流量調整弁21の開度調整のみで燃焼用空気の流量を制御している。なお、流量調整弁の開度は、この流量調整弁を設けた配管を流れ得る燃焼用空気の最大流量(流量調整弁を全開したときに得られる流量)に対して、実際に流そうとする燃焼用空気の流量の比率を意味する。例えば、第1の流量調整弁11の開度を100%にするとは、第1の流量調整弁11を全開した状態であり、第1の流量調整弁11出側の流量V1が最大になることを意味する。第1の流量調整弁11の開度を0%にするとは、第1の流量調整弁11を全閉した状態であり、第1の流量調整弁11出側の流量V1が0になることを意味する。第1の流量調整弁11の開度を10%にするとは、第1の流量調整弁11出側の流量V1をその最大流量に対して10%にすることを意味する。
本実施形態では、前述のように、バイパス配管20の内径を主配管10の内径の3/7とすることにより、第1の流量調整弁11出側の燃焼用空気の最大流量を16000Nm3/hとし、第2の流量調整弁21出側の燃焼用空気の最大流量を2900Nm3/hとしている。そして、上記の表1に示す制御方法を適用することにより、バーナー1に供給する燃焼用空気の流量をおよそ290Nm3/h程度(第2の流量調整弁21近傍に設けたオリフィス流量計で確認)の低流量域まで狙い通りの流量に制御可能であることが分かった。そして、均熱帯に配置した酸素濃度計7で炉内の酸素濃度を確認したところ、バーナー1に供給する燃焼用空気の流量を低流量域とした場合に、1〜2%程度にまで酸素濃度を調整可能であることが分かった。
In the present embodiment, as described above, by setting the inner diameter of the
これに対し、主配管10に設けた第1の流量調整弁11のみを用いた従来方法による調整(この際、第1の流量調整弁11出側の燃焼用空気の最大流量を16000Nm3/hとした)では、およそ1600Nm3/h程度(第1の流量調整弁11近傍に設けたオリフィス流量計で確認)の流量域までしか狙い通りの流量に制御できなかった。そして、均熱帯に配置した酸素濃度計7で炉内の酸素濃度を確認したところ、バーナー1に供給する燃焼用空気の流量を低流量域とした場合に、酸素濃度が4%以上に上昇することがあり、酸素濃度を安定して低く調整できないことが分かった。
On the other hand, adjustment by a conventional method using only the first flow
以上に説明したように、本発明に係る加熱炉の炉内雰囲気制御方法によれば、低流量域でも燃焼用空気の流量を適切に制御することができるため、速やかに炉温を低下させる場合であっても、炉内雰囲気(酸素濃度)を安定化させることができる。この結果、鋼材Mの品質を維持したり、発煙を防止することが可能である。 As described above, according to the furnace atmosphere control method for a heating furnace according to the present invention, since the flow rate of combustion air can be appropriately controlled even in a low flow rate region, the furnace temperature is quickly reduced. Even so, the furnace atmosphere (oxygen concentration) can be stabilized. As a result, it is possible to maintain the quality of the steel material M and prevent smoke generation.
1・・・バーナー
2・・・搬送路
3・・・煙道
4・・・レキュペレータ
5・・・ダンパー
6・・・炉圧計
7・・・酸素濃度計
10・・・主配管
11・・・第1の流量調整弁
20・・・バイパス配管
21・・・第2の流量調整弁
30・・・ブロア
100・・・加熱炉
DESCRIPTION OF
Claims (1)
少なくとも均熱帯に設けたバーナーに対して燃焼用空気を供給するための主配管に第1の流量調整弁を設けると共に、前記主配管に連通し前記主配管よりも小径のバイパス配管に第2の流量調整弁を設け、
前記バーナーに供給する燃焼用空気の流量を所定値未満に制御する場合、前記第1の流量調整弁の開度を0%に設定し、前記第2の流量調整弁の開度調整のみで前記燃焼用空気の流量を制御することを特徴とする加熱炉の炉内雰囲気制御方法。 A method for controlling the furnace atmosphere of a heating furnace having a pre-tropical zone, a heating zone and a soaking zone,
A first flow rate adjusting valve is provided in a main pipe for supplying combustion air to a burner provided at least in the soaking zone, and a second pipe is connected to the main pipe and has a smaller diameter than the main pipe. Provide a flow control valve,
When the flow rate of combustion air supplied to the burner is controlled to be less than a predetermined value, the opening of the first flow rate adjustment valve is set to 0%, and the opening amount of the second flow rate adjustment valve is only adjusted. A furnace atmosphere control method for a heating furnace, characterized by controlling a flow rate of combustion air.
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