JP4875290B2 - 加熱炉の炉温制御方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、加熱炉の炉温制御方法及び装置に関し、さらに詳しくは、燃焼負荷変動が大きい工業加熱炉において、燃焼負荷変動に対応した制御用炉温を算出し、加熱材の適正な加熱を行うことを可能にした加熱炉の炉温制御方法及び装置に係るものである。
通常の加熱炉は、燃焼制御ゾーンの１箇所で測定した炉温を代表炉温とするか、あるいは複数箇所で測定した炉温を平均もしくは加重平均して代表炉温とし、この代表炉温に基いて燃焼制御や温度制御を行っている。また、炉の計装装置から任意の設定値を選択して代表炉温とする場合もある。
しかし、従来の制御はいずれにしても、負荷変動を十分に反影した代表炉温の算出を行っているとは云えない。
炉容積が大きく燃焼負荷変動幅の大きい加熱炉の場合、最低燃焼時には炉内ガス流れに偏りが生じ、炉温測定用温度計の周辺と、加熱材料周辺とでは、炉温の乖離が大きくなる場合がある。特に、例えばバーナが加熱材料より上方の位置にしか配設されていない炉の場合は、燃焼ガスが天井に沿って流れるので、炉内の上下温度差が大きくなる。
空炉状態の炉内の加熱ゾーンに加熱すべき材料が進入してきた時、加熱ゾーン入側の炉温は急激に低下する。従来の代表炉温はこの低下を検知することが出来ず、加熱材料が炉温制御温度計に影響を及ぼすまで、実際の加熱炉の温度は、設定すべき炉温とは大幅に異なる温度となっている。このような温度制御では不十分又は不安定な加熱が行われる領域が発生する。
しかし、加熱ゾーン入側温度を用いて炉温を制御するようにすると、加熱ゾーン出側で過加熱となる恐れがある。
加熱中の鋼材の温度を放射温度計を用いて測温するに際し、測温位置における鋼材に放射の影響を及ぼす少なくとも二箇所の炉壁部分の温度を測定し、この測温値を前記鋼材表面に与える放射の一次結合として、炉全体が鋼材表面温度の放射測温に与える影響度を算出して前記放射温度計の測温値を補正する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
この技術は、鋼材の表面温度を測定する放射温度計の炉壁からの放射の影響を補正する技術である。この技術は炉内の温度分布が一様でないことを勘案し、少なくとも２個所の炉壁温度を測定し、鋼材表面に与える放射の一次結合として放射測温に与える影響度を算出して放射温度計の測温値を補正するものである。この技術は優れた技術ではあるが、非定常状態のときに適正制御を与えることはできない。
また、炉壁に２箇の開孔を設け、一方の開孔より放射温度計で加熱物体を測定し、他方の開孔より温度計を突出させて炉内の雰囲気温度を測定し、放射温度計の出力信号を、この炉内雰囲気温度を測定する温度計の出力信号によって補正し、加熱物体の温度を補正する技術もある（例えば、特許文献２参照。）。
この技術では、炉壁から放射する放射エネルギーが物体を反射して放射温度計に入射するため正確な物体の表面温度を測定することが難しかったのを改善するものである。この技術は、定常状態の加熱炉では物体の表面温度を補正できるが、非定常状態では測定精度が不明である。
また、以上の従来技術では、加熱すべき材料の表面温度を制御因子としているが、炉内雰囲気温度を温度制御の指標として使用する場合もある。
特開昭５７−１０４２４号公報（第１−２頁、図１）
特開昭６１−２９２５２８号公報（第２−３頁、図１）
負荷変動の少ない加熱炉では、炉内雰囲気など一定位置の温度を指標として、加熱材料の適切な加熱温度を達成することが可能であり、一般に行われている。
しかし負荷変動の大きい加熱炉では、例えば、加熱材料の搬入搬出量や搬入間隔が大きく変動する場合、加熱工程は非定常状態となり、加熱温度が大きく変動する。
本発明はこのような場合に適切な加熱温度を得ることができるようなダイナミックな炉温制御を簡易な手段により実現することを目的とする。
本発明は、上記課題を達成するために工夫された技術である。すなわち、本発明は、加熱物体より上方の位置にのみ配設されたバーナにより、該加熱物体を炉床上を移動させながら加熱する加熱炉の炉温制御方法において、炉内雰囲気温度測定器とは別に、加熱ゾーン入側の加熱物体移動路近傍の炉床温度を測定する炉床温度測定器を設け、前記炉内雰囲気温度測定器の測定値である雰囲気温度測定器指示値Ｔ １ と炉床温度測定器の測定値である炉床温度測定器指示値Ｔ ２ とから、下記式によって制御用炉温を算出し、該制御用炉温に基づき前記バーナの燃焼制御を行うことを特徴とする加熱炉の炉温制御方法である。
Ｔｇ＝Ｔ １ （１−α）＋Ｔ ２ ・α
但し Ｔｇ：制御用炉温
α ：燃焼負荷によって定まる重みつけ係数
Ｔｇ＝Ｔ １ （１−α）＋Ｔ ２ ・α
但し Ｔｇ：制御用炉温
α ：燃焼負荷によって定まる重みつけ係数
上記本発明方法を好適に実施するための本発明の装置は、加熱物体より上方の位置のみに配設されたバーナーにより、加熱物体を炉床上を移動させながら加熱する加熱炉の炉温制御装置において、炉内雰囲気温度測定器と、加熱物体移動路近傍に設けた炉床温度測定器と、前記炉内雰囲気温度測定器の測定値である雰囲気温度測定器指示値Ｔ １ 及び炉床温度測定器の測定値である炉床温度測定器指示値Ｔ ２ から次式によって代表炉温を算出する演算装置と、該演算装置の出力に基づき燃焼制御を行う燃焼制御器と、該燃焼制御器の出力により燃焼出力をバーナに出力する燃焼出力装置とを備えたことを特徴とする加熱炉の炉温制御装置である。
Ｔｇ＝Ｔ １ （１−α）＋Ｔ ２ ・α
但し Ｔｇ：制御用炉温
α ：燃焼負荷によって定まる重みつけ係数
Ｔｇ＝Ｔ １ （１−α）＋Ｔ ２ ・α
但し Ｔｇ：制御用炉温
α ：燃焼負荷によって定まる重みつけ係数
負荷変動の大きい加熱炉では、例えば加熱材料の搬入搬出量や間隔が大きく変動する場合、加熱工程は非定常状態となり、加熱温度が大きく変動する。
本発明によれば、このような場合に適切な加熱温度を得ることができる炉温制御を簡易な手段により実現することが可能となった。
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施例の加熱炉の炉温制御方法を示すフロシートである。
加熱炉１０は加熱ゾーン入口１１から加熱物体３０を装入し矢印１２で示す進行方向に加熱物体３０を炉床１６上を進行させる。加熱物体３０はバーナ１３のフレーム１４によって加熱される。バーナ１３は燃焼出力装置２５によって制御される。従来は炉内雰囲気温度測定器１５の測定温度によって燃焼出力制御を行っていた。
本発明では加熱物体３０を炉床１６上を移動させながら加熱する加熱炉１０において、炉内雰囲気温度測定器１５とは別に、加熱ゾーン入側の加熱物体移動路近傍の炉床温度を測定する炉床温度測定器２６を設ける。雰囲気温度測定器１５の測定値及び炉床温度測定器２６の測定値を制御装置２０に入力し、制御用炉温を算出し、制御用炉温に基づき燃焼制御を行う。
雰囲気温度測定器１５及び炉床温度測定器２６の測定値は増幅器２１を経て演算装置２２に入力される。演算装置２２は、例えば、次式によって前記制御用炉温を算出する。
Ｔｇ＝Ｔ1（１−α）＋Ｔ2・α
但し Ｔｇ：制御用炉温
Ｔ1：雰囲気温度測定器指示値
Ｔ2：炉床温度測定器指示値
α ：燃焼負荷によって定まる重みつけ係数
ここで、燃焼負荷によって定まる重みつけ係数αは当該加熱炉特有の特性、加熱物体の条件、加熱温度、直通の加熱経歴、その他の要因によって定まる係数であって、試験操業データの学習によって定めることができる。
但し Ｔｇ：制御用炉温
Ｔ1：雰囲気温度測定器指示値
Ｔ2：炉床温度測定器指示値
α ：燃焼負荷によって定まる重みつけ係数
ここで、燃焼負荷によって定まる重みつけ係数αは当該加熱炉特有の特性、加熱物体の条件、加熱温度、直通の加熱経歴、その他の要因によって定まる係数であって、試験操業データの学習によって定めることができる。
図２はその一例を示すグラフである。燃焼負荷が小さいときは曲線４１で示すようにα＝１、すなわち、制御用炉温Ｔｇは炉床温度測定器２６の測定値（Ｔ2）が支配的であり、燃焼負荷が大きくなると、曲線４２で示すようにαは急速に０になり、雰囲気温度測定器１５の指示値（Ｔ1）が支配的となる。これらの中間の非定常状態では曲線４０で示すように、燃焼負荷に応じて変化する値となる。
演算装置２２で演算された制御用炉温は温度制御装置２３に出力され、温度制御装置２３はこの制御用炉温に従って適正な燃焼制御情報を燃焼制御装置２４に与え、燃焼制御装置２４は燃焼出力装置２５を制御する。
本発明の炉温制御装置２０は図１に示すように、加熱物体を炉床上を移動させながら加熱する加熱炉に用いられ、炉内雰囲気温度測定器１５と、加熱物体移動路近傍に設けた炉床温度測定器２６と、雰囲気温度測定器１５及び炉床温度測定器２６の測定値から代表炉温を算出する演算装置２２と、演算装置２２の出力に基づき燃焼制御を行う燃焼制御装置２４と、該燃焼制御装置２４の出力により燃焼出力をバーナに出力する燃焼出力装置２５とを備えている。
１０ 加熱炉
１１ 加熱ゾーン入口
１２ 進行方向（矢印）
１３ バーナ
１４ フレーム
１５ 雰囲気温度測定器
１６ 炉床
２０ 制御装置
２１ 増幅器
２２ 演算装置
２３ 温度制御装置
２４ 燃焼制御装置
２５ 燃焼出力装置
２６ 炉床温度測定器
３０ 加熱物体
４０ 重みつけ係数の曲線
４１ 曲線（水平部）
４２ 曲線（垂直部）
１１ 加熱ゾーン入口
１２ 進行方向（矢印）
１３ バーナ
１４ フレーム
１５ 雰囲気温度測定器
１６ 炉床
２０ 制御装置
２１ 増幅器
２２ 演算装置
２３ 温度制御装置
２４ 燃焼制御装置
２５ 燃焼出力装置
２６ 炉床温度測定器
３０ 加熱物体
４０ 重みつけ係数の曲線
４１ 曲線（水平部）
４２ 曲線（垂直部）
Claims (2)
- 加熱物体より上方の位置にのみ配設されたバーナにより、該加熱物体を炉床上を移動させながら加熱する加熱炉の炉温制御方法において、炉内雰囲気温度測定器とは別に、加熱ゾーン入側の加熱物体移動路近傍の炉床温度を測定する炉床温度測定器を設け、前記炉内雰囲気温度測定器の測定値である雰囲気温度測定器指示値Ｔ １ と炉床温度測定器の測定値である炉床温度測定器指示値Ｔ ２ とから、下記式によって制御用炉温を算出し、該制御用炉温に基づき前記バーナの燃焼制御を行うことを特徴とする加熱炉の炉温制御方法。
Ｔｇ＝Ｔ １ （１−α）＋Ｔ ２ ・α
但し Ｔｇ：制御用炉温
α ：燃焼負荷によって定まる重みつけ係数 - 加熱物体より上方の位置にのみ配設されたバーナにより、加熱物体を炉床上を移動させながら加熱する加熱炉の炉温制御装置において、炉内雰囲気温度測定器と、加熱物体移動路近傍に設けた炉床温度測定器と、前記炉内雰囲気温度測定器の測定値である雰囲気温度測定器指示値Ｔ １ 及び炉床温度測定器の測定値である炉床温度測定器指示値Ｔ ２ から、次式によって代表炉温を算出する演算装置と、該演算装置の出力に基づき燃焼制御を行う燃焼制御器と、該燃焼制御器の出力により燃焼出力をバーナに出力する燃焼出力装置とを備えたことを特徴とする加熱炉の炉温制御装置。
Ｔｇ＝Ｔ１（１−α）＋Ｔ２・α
但し Ｔｇ：制御用炉温
α ：燃焼負荷によって定まる重みつけ係数
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|---|---|---|---|
| JP2004126366A JP4875290B2 (ja) | 2004-04-22 | 2004-04-22 | 加熱炉の炉温制御方法及び装置 |
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| JP2004126366A JP4875290B2 (ja) | 2004-04-22 | 2004-04-22 | 加熱炉の炉温制御方法及び装置 |
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| JP2005308310A JP2005308310A (ja) | 2005-11-04 |
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2004
- 2004-04-22 JP JP2004126366A patent/JP4875290B2/ja not_active Expired - Fee Related
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