JP7635757B2 - 燃焼空気流量の制御方法、金属板の製造方法、及び連続式加熱炉 - Google Patents

Description

本発明は、連続式加熱炉、及びそれを用いた金属板の製造方法に係る技術に関し、特に連続式加熱炉の燃焼帯を加熱するバーナーの燃焼空気流量の調整に関する技術である。

連続式加熱炉は、被加熱体の搬送方向に沿って複数のゾーンに区画されることで、複数の燃焼帯を有し、被加熱体は各燃焼帯で順番に加熱されることで目標とする加熱温度に加熱される。各燃焼帯にはそれぞれバーナーが設けられ、そのバーナーによって、各燃焼帯での加熱処理が実行される。

そして、連続式加熱炉では、各燃焼帯において、バーナーの最適な燃焼を維持するために、バーナーへの燃料ガス流量と燃焼空気流量の比率を用いて、バーナーに供給する燃料や空気の流量制御を行う。

ここで、バーナーで燃料が完全燃焼するために必要な空気流量（理論空気量）に対し、実際の空気流量の比率（空気比）を低くすることは、熱効率の向上や、製造する金属板のスケール生成の抑制に対し有利に働く。更に、燃料である混合ガスの理論空気量の変動や、被加熱体であるスラブの出し入れを行う装入扉や抽出扉の開閉による炉内への侵入空気の影響を考慮する場合がある。この場合、炉内の酸素濃度や一酸化炭素濃度を各燃焼帯で測定して、各燃焼帯毎に測定結果に基づき燃焼制御を行うことが好ましい。

ここで、特許文献１には、排ガス損失を十分に低減することが可能な、バーナーへの燃焼空気流量の制御方法について記載されている。特許文献１では、装入扉や抽出扉が開くことにより炉内に侵入する外気の影響に対処する。このために、特許文献１では、炉内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式を用いて燃焼帯毎の侵入空気を算出し、燃焼空気の設定流量を設定することが開示されている。

特開２０１９－６０５８８号公報

しかし、特許文献１に記載されている方法では、短時間しか扉が開かない状況などの場合であっても、扉が開く度に流入する外気を考慮して炉内の空気比を算出しなければならず、空気比の算出負荷が高まる。更に、扉が開くことによる急激な炉内のガス濃度変化に対し、特許文献１に記載されている方法では、応答性（追随性）に難があるという課題がある。

本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、空気比の算出負荷の増加を抑えつつ、燃焼空気流量の制御に用いる炉内の空気比を安定した値とすることを目的とする。

課題解決のため、本発明の一態様は、被加熱体の搬送方向に沿って配列する複数の燃焼帯を備える炉体と、各燃焼帯に設置された複数のバーナーとを備える連続式加熱炉における、上記バーナーへ供給される燃焼空気流量の制御方法であって、上記複数の燃焼帯から選択した１又は２以上の燃焼帯である調整対象の燃焼帯に配置されたバーナーへ供給される燃焼空気流量の制御について、上記調整対象の燃焼帯毎に、調整対象の燃焼帯で測定された酸素濃度及び一酸化炭素濃度から、燃焼帯内の空気比を算出する算出工程と、上記燃焼帯内の空気比から、燃焼帯内の空気比を目標空気比となるように上記バーナーの燃焼空気流量を調整する調整工程と、上記炉体が有する上記被加熱体の出し入れ用の扉が開くと判定すると、上記扉が開くと判定してから予め設定した時間経過するまで、上記扉が開く直前に上記算出工程が算出した空気比を、上記調整工程で用いる燃焼帯内の空気比とする空気比設定工程と、を備えることを要旨とする。

本発明の態様によれば、一時的に炉内ガス濃度が急激に変化する状況あっても、そのような非定常状態のときに算出した炉内の空気比を用いることをしない。このため、本発明の態様によれば、炉内の空気比の算出負荷の増加を抑えつつ、安定した空気比に基づいて、バーナーへ供給する燃焼空気流量を調整可能となる。この結果、本発明の態様によれば、安定した燃焼制御が実行可能となり、炉内の熱効率の向上や、製造する金属板のスケール生成の抑制に有利に働くことが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係る連続式加熱炉の構成を説明する模式図である。 一の燃焼帯における制御を説明するための図である。 レーザー式ガス分析計を説明するための図である。 バーナー制御部の構成を説明する図である。 使用する炉内の空気比を選択するための第１の例の処理フローである。 使用する炉内の空気比を選択するための第２の例の処理フローである。 炉内酸素濃度と理論空気量の関係を示す図である。 実施例と比較例（本開示を適用する前）の燃料原単位の関係を示す図である。 実施例と比較例でのスケール性疵による鋼板不合格率を示す図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（構成）
本実施形態の連続式加熱炉１００は、被加熱体がスラブ２の場合を例に説明する。

＜炉体１＞
本実施形態の連続式加熱炉１００は、図１に示すように、加熱するスラブ２の搬送方向（パスライン）に沿って配置された複数の燃焼帯を有する炉体１を有する。炉体１には、スラブ２を装入するための装入扉１Ａと、加熱後のスラブ２を抽出するための抽出扉１Ｂを備える。本実施形態では、上記複数の燃焼帯として、装入側（上流側）から抽出側（下流側）に向けて、予熱帯Ｚ１、加熱帯Ｚ２、及び均熱帯Ｚ３の３種類の燃焼帯が例示されている。図１では、加熱帯Ｚ２及び均熱帯Ｚ３がそれぞれ１つずつの場合を例示しているが、加熱帯Ｚ２及び均熱帯Ｚ３がそれぞれ２以上設けられていても良い。

なお、装入扉１Ａ及び抽出扉１Ｂには、それぞれ開閉センサ４Ａ、４Ｂが取り付けられていて、各扉１Ａ、１Ｂの開閉を検出可能となっている。
本実施形態では、加熱帯Ｚ２及び均熱帯Ｚ３の２つの燃焼帯を、調整対象の燃焼帯とする。予熱帯Ｚ１も調整対象の燃焼帯としても良い。

＜バーナー３＞
また、各燃焼帯にはそれぞれ、複数のバーナー３が設けられている。図１の例では、各燃焼帯において、バーナー３が、スラブ２の搬送位置よりも上側の上部位置及び下側の下部位置にそれぞれ配置されている。

＜予熱帯Ｚ１＞
予熱帯Ｚ１で、スラブ２の予熱を行う。本実施形態では、予熱帯Ｚ１では、予め設定した比率の流量で、燃料ガスと燃焼空気とをバーナー３に供給して、予熱帯Ｚ１での加熱を実行する。符号７は、予熱帯Ｚ１用のバーナー制御部である。この予熱帯Ｚ１のバーナー制御については説明を省略する。

＜加熱帯Ｚ２及び均熱帯Ｚ３＞
本実施形態では、予熱帯Ｚ１以外の燃焼帯、つまり加熱帯Ｚ２及び均熱帯Ｚ３で、スラブ２の最適な燃焼を維持する。このために、本実施形態では、バーナー３に供給する燃料ガス流量と燃焼空気流量の比率を用いて、バーナー３に供給する燃料ガスと空気の流量制御を行う。

本実施形態の加熱帯Ｚ２及び均熱帯Ｚ３にはそれぞれ、図１及び図２に示すように、酸素濃度計、一酸化炭素濃度計、温度計６が設置されている。また、本実施形態の加熱帯Ｚ２及び均熱帯Ｚ３は、図２に示すように、バーナー３用のガス流量計１２、空気流量計１１、ガス流量調整弁１４、及び空気流量調整弁１３を備える。

酸素濃度計は、炉内の酸素濃度を測定するセンサである。一酸化炭素濃度計は、炉内の一酸化炭素濃度を測定するセンサである。温度計６は、炉内温度を測定するセンサである。また、ガス流量計１２は、バーナー３への燃料ガス流量を測定するセンサである。空気流量計１１は、バーナー３への燃焼空気流量を測定するセンサである。なお、温度計６で測定した炉内温度は、酸素濃度計で測定した酸素濃度や一酸化炭素濃度計で測定した一酸化炭素濃度の補正に用いられる。また、ガス流量計１２で測定した燃料ガス流量と、空気流量計１１で測定した燃焼空気流量は、各バーナー３のバーナー空気比の算出に用いられる。

ここで、本実施形態において、加熱帯Ｚ２及び均熱帯Ｚ３にそれぞれ設置される酸素濃度計及び一酸化炭素濃度計は、炉内の複数箇所での酸素濃度及び一酸化炭素濃度を一緒に測定することが可能なレーザー式ガス分析計５であることが好ましい。
本実施形態のレーザー式ガス分析計５は、図３に示すように、レーザーを照射する発光器５Ａとレーザーを受ける受光器５Ｂが燃焼帯（加熱帯Ｚ２及び均熱帯Ｚ３）の炉幅方向で対向する位置に設置されて構成される。そして、レーザー式ガス分析計５は、炉幅方向における、炉内の複数箇所における酸素濃度、及び一酸化炭素濃度の平均値を測定することができる。このようにレーザー式ガス分析計５を設置して、燃焼帯の炉幅方向にレーザーを照射することで、上下方向にレーザーを照射する構成に比べ、レーザーが搬送中のスラブ２に干渉することを抑制することができる。この結果、本構成では、濃度測定の精度を高めることができる。

なお、レーザー式ガス分析計５にバーナー３の炎が当たると測定精度が悪化する。このため、本実施形態では、バーナー３を炉内の上部及び下部に配置して、各バーナー３の火炎が横方向に向くように配置する。併せて、本実施形態では、その上下のバーナー３の設置位置よりも、レーザー式ガス分析計５の設置位置を、燃焼帯の高さ方向における中央付近（スラブ２の上辺り）に設置している（図１参照）。

また、加熱帯Ｚ２では、予熱帯Ｚ１から流れてきたガスの濃度を効率よく測定するため、レーザー式ガス分析計５を、予熱帯Ｚ１側（上流側）に近づけて設置することが好ましい。均熱帯Ｚ３では、抽出扉１Ｂ付近（下流側）でガスの濃度変化が激しいため、レーザー式ガス分析計５を、炉内ガス濃度が安定している加熱帯Ｚ２側（上流側）に近づけて設置することが好ましい。

＜バーナー制御部＞
連続式加熱炉１００は、加熱帯Ｚ２、均熱帯Ｚ３用のバーナー制御部８Ｘ、８Ｙを備える。加熱帯Ｚ２、均熱帯Ｚ３用のバーナー制御部８Ｘ、８Ｙを総称して記載する場合には、バーナー制御部８と記載する。
バーナー制御部８は、燃焼帯毎に設けられている。なお、複数の燃焼帯Ｚ２、Ｚ３のバーナー制御を一のバーナー制御部で実行しても良いし、各バーナー制御部８の処理の一部を共通の処理部で処理を行うように構成しても良い。

本開示に係る、加熱帯Ｚ２用のバーナー制御部８Ｘと均熱帯Ｚ３用のバーナー制御部８Ｙの処理構成は、同様な構成によって同様な処理が実行される。
ここでは、加熱帯Ｚ２用のバーナー制御部８Ｘを想定して説明するが、均熱帯Ｚ３用のバーナー制御部８Ｙも同じ構成となる。
各バーナー制御部８は、図４に示すように、測定データ入力部８Ａ、空気比算出部８Ｂ、空気比設定部８Ｃ、燃焼空気流量調整部８Ｄを備える。

＜測定データ入力部８Ａ＞
測定データ入力部８Ａは、対象とする燃焼帯Ｚ内の雰囲気ガス濃度を測定するセンサからの検出信号を入力する。具体的には、対象とする燃焼帯Ｚに設けられた酸素濃度計、一酸化炭素濃度計を構成するレーザー式ガス分析計５、及び温度計６からの検出信号を、予め設定されたサンプリング周期で入力する。

＜空気比算出部８Ｂ＞
空気比算出部８Ｂは、予め設定されたサンプリング周期で、対象とする燃焼帯Ｚで測定した酸素濃度及び一酸化炭素濃度から、対象とする燃焼帯Ｚでの炉内の空気比を算出する処理を行う。空気比とは、燃料が完全燃焼するのに理論的に必要な空気量に対し、どれぐらい過剰に空気を投入しているか（空気過剰率）を意味し、（空気流量）／（燃料流量×燃料の理論空気量）で表される。

ここで、炉内の酸素濃度、一酸化炭素濃度、燃料の理論空気量、理論排ガス量が既知であれば、燃焼帯Ｚ毎の空気比を推定することが可能である。

本実施形態では、炉内の空気比αの算出に、下記の（１）式及び（２）式からなるモデル式を用いた。

ここで、
Ｏ２：炉内の酸素濃度
ＣＯ：炉内の一酸化炭素濃度
Ａ_０ ：理論空気量
Ｇ’：実際排ガス量
Ｇ_０’：理論排ガス量
α’：空気比初期値（＝目標空気比）
である。

本実施形態では、上式で算出された空気比αが、目標空気比である空気比初期値α’となるように空気流量を調整する。目標空気比（空気比初期値α’）は、例えば１．０３である。

なお、上記モデル式において、空気流量制御の計算負荷低減のため、理論空気量Ａ_０や理論排ガス量Ｇ_０’を定数として（２）式の処理を省略してもよい。この場合、生じた誤差をフィードバック制御で返す構成とすればよい。

また、本実施形態では、酸素濃度計及び一酸化炭素濃度計がレーザー式ガス分析計５で構成される。この場合は、（１）式の酸素濃度Ｏ２及び一酸化炭素濃度ＣＯは、レーザー式ガス分析計５が測定した複数箇所の酸素濃度及び一酸化炭素濃度の平均値となる。

＜空気比設定部８Ｃ＞
空気比設定部８Ｃは、炉体１に設けられたスラブ２の出し入れ用の扉（装入扉１Ａ又は抽出扉１Ｂ）が開に変化したと判定すると、次の処理を実行する。すなわち、空気比設定部８Ｃは、扉が開に変化したと判定してから予め設定した時間経過するまで、扉が開く直前に空気比算出部８Ｂが算出した空気比を、燃焼空気流量調整部８Ｄで用いる空気比として選択する。また、それ以外の場合、空気比設定部８Ｃは、空気比算出部８Ｂが算出する最新の空気比を、燃焼空気流量調整部８Ｄで用いる空気比として選択する。
なお、扉が開に変化したと判定してから予め設定した時間経過するまで、空気比算出部８Ｂの処理を中断しても良い。

すなわち、空気比設定部８Ｃは、開閉センサ４Ａ、４Ｂからの信号に基づき、装入扉１Ａ及び抽出扉１Ｂが開くことを検知する。そして、空気比設定部８Ｃは、扉が開き始めたと判定すると、例えば、扉が開く直前に空気比算出部８Ｂが算出した空気比を所定の時間保持する。そして、その所定時間、その保持した空気比を燃焼空気流量調整部８Ｄに供給する。なお、扉１Ａ、１Ｂ毎に開変化時の処理を行う。
また、空気比設定部８Ｃは、扉が開き始めたと判定してから所定の時間経過する間以外では、連続的に空気比算出部８Ｂが算出した空気比を、順次、燃焼空気流量調整部８Ｄに供給する。

ここで、上記の所定時間は、炉体１の装入扉１Ａ又は抽出扉１Ｂが開いて炉内に外気が急激に侵入することで、炉内のガス雰囲気が急激に変化してから、許容可能なガス濃度の変化となるまでの時間とする。
なお、空気比を一定に保持する所定時間において、その所定時間の間、扉が開いたままであっても、すぐに扉が閉じた場合であっても構わない。
ただし、所定時間の途中で、一度閉じた扉が開いた場合や、もう一方の扉が開に変化した場合には、最新の扉の開を起点として、所定時間のカウント設定を再度実行する。
所定時間は、例えば１０秒～６０秒の範囲の時間であり、下記の実施例では３０秒とした。

ここで、本実施形態では、空気比算出部８Ｂと空気比設定部８Ｃの処理は一連の処理として実行される。次に、その一連の処理を行う処理例として、第１の例及び第２の例を示す。

第１の例では、図５に示す処理を、所定サンプリング周期で実行する。
まずステップＳ１０にて、測定した酸素濃度と一酸化炭素濃度とから、上記モデル式で空気比を算出する。本明細書では、算出した空気比を算出空気比と呼ぶ。

次に、ステップＳ２０にて、開閉センサ４Ａ、４Ｂからの信号に基づき、閉じていた扉が開き始めたか否かを判定し、扉１Ａ、１Ｂが開いていないと判定した場合には、ステップＳ３０に移行する。一方、扉１Ａ、１Ｂが開き始めたと判定した場合には、ステップＳ７０に移行する。

ステップＳ３０では、タイマーがゼロか否かを判定し、タイマーがゼロの場合にはステップＳ４０に移行し、タイマーがゼロより大きければ、ステップＳ６０に移行する。
ここで、タイマーは、初期値がゼロであり、所定時間に対応する所定値がセットされると、時間の経過に伴い数字がゼロに向けてカウントダウンする構成となっている。

ステップＳ４０では、ステップＳ１０で算出した空気比を記憶部に記憶する。本明細書では、この記憶部に記憶されている空気比を保持空気比と呼ぶ。
続いてステップＳ５０にて、最新の算出空気比を選択し、ステップＳ１０で算出した空気比を出力する。そして、処理を終了する。ここで、空気比を出力するとしているが、選択した空気比の記憶エリアを、燃焼空気流量調整部８Ｄが参照する構成でも構わない。その他の処理でも同様である。

ステップＳ６０では、記憶部に記憶されている保持空気比を選択し、その保持空気比を出力する。そして、処理を終了する。
ステップＳ７０では、タイマーに所定値をセットして、ステップＳ６０に移行する。
そして、以上の処理が、繰り返し実行される。

次に、第２の例の処理を説明する。
第２の例では、図６に示す処理を、所定サンプリング周期で実行する。

まずステップＳ１００にて、開閉センサ４Ａ、４Ｂからの信号に基づき、閉じていた扉１Ａ、１Ｂが開き始めたか否かを判定し、扉１Ａ、１Ｂが開いていないと判定した場合には、ステップＳ１１０に移行する。一方、扉が開き始めたと判定した場合には、ステップＳ１６０に移行する。

ステップＳ１１０では、タイマーがゼロか否かを判定し、タイマーがゼロの場合にはステップＳ１２０に移行し、タイマーがゼロより大きければ、ステップＳ１５０に移行する。
ここで、タイマーは、初期値がゼロであり、所定時間に対応する所定値がセットされると、時間の経過に伴い数字がゼロに向けてカウントダウンする構成となっている。

ステップＳ１２０では、測定した酸素濃度と一酸化炭素濃度とから、上記モデル式で空気比を算出する。本明細書では、算出した空気比を算出空気比と呼ぶ。

次に、ステップＳ１３０では、算出した空気比を保持空気比として記憶部に記憶する。続いて、ステップＳ１４０にて、最新の算出空気比を選択し、その選択した算出空気比を出力する。そして、処理を終了する。

ステップＳ１５０では、記憶部に記憶されている保持空気比を選択して出力する。そして、処理を終了する。
ステップＳ１６０では、タイマーに所定値をセットして、ステップＳ１５０に移行する。
以上の処理が、周期的に実行される。

＜燃焼空気流量調整部８Ｄ＞
燃焼空気流量調整部８Ｄは、空気比設定部８Ｃから取得した空気比に基づき、対象とする燃焼帯の燃焼空気が目標空気比となるように、対象の燃焼帯Ｚに設けられたバーナー３への燃焼空気流量を調整する。すなわち、現在の炉内の空気比が目標空気比となる目標燃焼空気流量を求め、その目標燃焼空気流量となるように、燃焼空気用の空気流量調整弁１３を調整する。

例えば、炉内の空気比が目標空気比よりも予め設定した第１の閾値以上低いと判定したら、バーナー３への燃焼空気流量を増加する。また、炉内の空気比が目標空気比よりも予め設定した第１の閾値以上高いと判定したら、バーナー３への燃焼空気流量を減少する、フィードバック制御を行う。

ここで、炉内の酸素濃度（Ｏ２）は０．８％以下が好ましいので、炉内の酸素濃度（Ｏ２）を０．８％以下とする条件下で、バーナー３への燃焼空気流量を調整することが好ましい。

また、本実施形態では、各燃焼帯において、ガス流量計１２で測定した燃料ガス流量と、空気流量計１１で測定した燃焼空気流量とから、各バーナー３のバーナー空気比を算出する。そして、本実施形態では、炉内の上部に設置されているバーナー３のバーナー空気比と下部に設置されているバーナー３のバーナー空気比とが同じ値になるように調整した。このように上部のバーナー３のバーナー空気比と下部のバーナー３のバーナー空気比とを揃えることで、ＮＯｘ発生量を低減することができる。
（変形例）

上記実施形態は、加熱帯Ｚ２及び均熱帯Ｚ３の両方の燃焼帯を調整対象の燃焼帯Ｚとし、両燃焼帯Ｚ２、Ｚ３のバーナー制御する。このとき、本実施形態では、扉が開く場合、扉を開く直前の炉内の空気比に基づいて、バーナー３への燃焼空気流量を調整する場合を例示したが、これに限定されない。加熱帯Ｚ２及び均熱帯Ｚ３の一方の燃焼帯についてだけ、扉が開く場合、扉を開く直前の炉内の空気比に基づいて、バーナー３への燃焼空気流量を調整する構成でもよい。

また、扉に近い側の燃焼帯だけを、扉が開く場合、扉を開く直前の炉内の空気比に基づいて、バーナー３への燃焼空気流量を調整する構成としても良い。例えば、加熱帯Ｚ２については、装入扉１Ａが開く場合、装入扉１Ａを開く直前の炉内の空気比に基づいて、バーナー３への燃焼空気流量を調整する構成とする。ただし、抽出扉１Ｂが開いても、最新の算出空気比を利用してバーナー３への燃焼空気流量を調整する構成とする。また、例えば、均熱帯Ｚ３については、抽出扉１Ｂが開く場合、抽出扉１Ｂを開く直前の炉内の空気比に基づいて、バーナー３への燃焼空気流量を調整する構成とする。ただし、装入扉１Ａが開いても、最新の算出空気比を利用してバーナー３への燃焼空気流量を調整する構成とする。

（金属板の製造方法）
本実施形態では、本開示の燃焼空気流量の制御方法を採用した連続式加熱炉１００によってスラブ２（厚板）を目標温度に加熱し、加熱したスラブ２を図示しない圧延機によって圧延することによって鋼板を製造する。ここで、金属板として鋼板を例示したが、アルミニウム合金その他の金属板の製造に適用してもよい。
ここで、空気比算出部８Ｂは、算出工程を構成する。空気比設定部８Ｃは、空気比設定工程を構成する。燃焼空気流量調整部８Ｄは、調整工程を構成する。

（動作その他）
本実施形態では、扉が開いて炉内のガス濃度が急激に変化することも考慮にいれて、炉内の空気比を算出しない。このため、本実施形態では、空気比の算出負荷を低減することができると共に、燃焼空気流量の調整に使用する空気比を安定して求めることが出来る。

すなわち、本実施形態では、扉が開いた直後であって炉内雰囲気ガス濃度が急激に変化している非定常状態で算出した空気比は、算出精度が不安定であることを鑑みる。そして、本実施形態では、この不安定な炉内空気比を燃焼空気流量の制御に使用しない。
そして、炉内のガス濃度が安定した状態での、炉内のガス濃度で算出した空気比を使用して、燃焼空気流量を調整するので、本実施形態では、算出精度が良い空気比で燃焼空気流量を調整可能となる。

また、本実施形態では、レーザー式ガス分析計５を用いて炉内の酸素濃度及び一酸化炭素濃度の平均値を測定する。このため、扉が開いて炉内のガス濃度が局所的に変化した場合であっても、炉内の１箇所の濃度のみを測定する構成に比べて、測定のバラつきを抑制することができ、炉内の酸素濃度及び一酸化炭素濃度を精度よく測定することができる。また、レーザー式ガス分析計５を用いることで、測定の応答性も高くすることができる。

（その他）
本開示は、次の構成も取り得る。
（１） 被加熱体の搬送方向に沿って配列する複数の燃焼帯を備える炉体と、各燃焼帯に設置された複数のバーナーとを備える連続式加熱炉における、上記バーナーへ供給される燃焼空気流量の制御方法であって、
上記複数の燃焼帯から選択した１又は２以上の燃焼帯である調整対象の燃焼帯に配置されたバーナーへ供給される燃焼空気流量の制御について、
上記調整対象の燃焼帯毎に、
調整対象の燃焼帯で測定された酸素濃度及び一酸化炭素濃度から、燃焼帯内の空気比を算出する算出工程と、
上記燃焼帯内の空気比から、燃焼帯内の空気比を目標空気比となるように上記バーナーの燃焼空気流量を調整する調整工程と、
上記炉体が有する上記被加熱体の出し入れ用の扉が開くと判定すると、上記扉が開くと判定してから予め設定した時間経過するまで、上記扉が開く直前に上記算出工程が算出した空気比を、上記調整工程で用いる燃焼帯内の空気比とする空気比設定工程と、
を備える。
（２） 上記複数の燃焼帯は、装入側から抽出側に向けて、予熱帯、１又は２以上の加熱帯、及び１又は２以上の均熱帯がこの順に配置され、
上記調整対象の燃焼帯は、上記加熱帯及び上記均熱帯である。
（３） 上記空気比設定工程の処理は、上記炉体に設けられた扉のうちの開いた扉に一番近い調整対象の燃焼帯でのみ実行する。
（４） 上記算出工程でする酸素濃度及び一酸化炭素濃度は、それぞれ、対象とする燃焼帯内における複数箇所での測定値の平均値とする。
（５） 上記酸素濃度及び一酸化炭素濃度の測定は、レーザー式ガス分析計を用いて実行され、
上記レーザー式ガス分析計は、対象とする燃焼帯内における、複数箇所での酸素濃度及び一酸化炭素濃度を測定する。
（６） 本開示の燃焼空気流量の制御方法で燃焼空気流量の制御が実行される連続式加熱炉によって上記被加熱体であるスラブを加熱する加熱工程を含む、金属板の製造方法。
（８） 被加熱体の搬送方向に沿って配列する複数の燃焼帯を備える炉体と、各燃焼帯に設置された複数のバーナーとを備える連続式加熱炉であって、
上記複数の燃焼帯から選択した１又は２以上の燃焼帯である調整対象の燃焼帯について、
上記調整対象の燃焼帯毎に、
対象とする燃焼帯内の酸素濃度を測定する酸素濃度計と、
対象とする燃焼帯内の一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素濃度計と、
上記酸素濃度計で測定された酸素濃度及び上記一酸化炭素濃度計で測定された一酸化炭素濃度とに基づき、燃焼帯内の空気比を算出する空気比算出部と、
上記算出した燃焼帯内の空気比に基づき、燃焼帯内の空気比を目標空気比となるように上記バーナーの燃焼空気流量を調整する燃焼空気流量調整部と、
上記炉体が有する上記被加熱体の出し入れ用の扉が開くと判定すると、上記扉が開くと判定してから予め設定した時間経過するまで、上記扉が開く直前に上記空気比算出部が算出した空気比を、上記燃焼空気流量調整部で用いる、上記算出した燃焼帯内の空気比とする空気比設定部と、
を備える。
（９） 上記空気比設定部の処理は、上記炉体に設けられた扉のうちの開いた扉に一番近い調整対象の燃焼帯でのみ実行される。
（１０） 各調整対象の燃焼帯毎に設置される、上記酸素濃度計及び上記一酸化炭素濃度計は、レーザー式ガス分析計で構成される。

厚板鋼板を製造する設備の連続式加熱炉１００について、目標空気比（空気比初期値α’）を１．０３とし、炉内の酸素濃度（Ｏ_２）を０．８％以下とする条件にて、炉内の測定した空気比に基づき、バーナー３への燃焼空気流量を制御して加熱工程を実行してみた。

連続式加熱炉１００の構成は、実施形態で説明した構成とし、下記の実施例では、加熱帯Ｚ２及び均熱帯Ｚ３を調整対象の燃焼帯とした。

比較例では、扉１Ａ、１Ｂの開閉に関係無く、炉内で測定した酸素濃度及び一酸化炭素濃度から空気比を所定サンプリング周期で算出し、その算出した空気比に基づきバーナー３への燃焼空気流量を調整した。

一方、実施例では、扉が開き始めてから３０秒間（所定時間）は、扉が開く直前で算出した空気比を、その３０秒間の炉内の空気比（保持空気比）とした以外は、比較例と同じ条件でバーナー３への燃焼空気流量を調整した。

そして、比較例と実施例について、炉内の酸素濃度の標準偏差を求めたところ、比較例では、標準偏差が０．６４だった。これに対し、実施例では標準偏差が０．２３と小さくなっていた。すなわち、本開示を適用することで、炉内の酸素濃度の標準偏差を大幅に低減することができることが分かった。すなわち、比較例に比べ、炉内の酸素濃度が安定して、より精度良く加熱制御が行われたことが分かった。

図７に、炉内の酸素濃度と理論空気量との関係を示す。
図７から分かるように、比較例では、混合ガス成分の変動による理論空気量の変化に適応できなかったが、本開示を適用することで、ガス成分に依存せず最適な燃焼制御を行うことが可能となることが分かった。

図８に、比較例と実施例の燃料原単位を示す。
図８から分かるように、本開示の燃焼制御技術を用いることで、燃料原単位を削減することができることが分かった。

図９に、比較例と実施例でのスケール性疵による鋼板不合格率変化を示す。
スケール性疵とは、鋼板表面のスケールに起因する疵を指す。
図９から分かるように、本開示を適用することで、鋼板の不合格率を低減することが分かった。

このように、本開示を適用することで、連続式加熱炉１００での燃焼制御が改善されて、コストを削減することができると共に、製造される鋼板の不合格率の低減できることが分かった。

１ 炉体
１Ａ 装入扉
１Ｂ 抽出扉
２ スラブ（被加熱体）
３ バーナー
４Ａ、４Ｂ 開閉センサ
５ ガス分析計（酸素濃度計、一酸化炭素濃度計）
６ 温度計
８、８Ｘ、８Ｙ バーナー制御部
８Ａ 測定データ入力部
８Ｂ 空気比算出部
８Ｃ 空気比設定部
８Ｄ 燃焼空気流量調整部
１１ 空気流量計
１２ ガス流量計
１３ 空気流量調整弁
１４ ガス流量調整弁
１００ 連続式加熱炉
Ｚ 調整対象の燃焼帯
Ｚ１ 予熱帯
Ｚ２ 加熱帯
Ｚ３ 均熱帯

Claims (9)

1. 被加熱体の搬送方向に沿って配列する複数の燃焼帯を備える炉体と、各燃焼帯に設置された複数のバーナーとを備える連続式加熱炉における、上記バーナーへ供給される燃焼空気流量の制御方法であって、
   上記複数の燃焼帯から選択した１又は２以上の燃焼帯である調整対象の燃焼帯に配置されたバーナーへ供給される燃焼空気流量の制御について、
   上記調整対象の燃焼帯毎に、
   調整対象の燃焼帯で測定された酸素濃度及び一酸化炭素濃度から、燃焼帯内の空気比を算出する算出工程と、
   上記燃焼帯内の空気比から、燃焼帯内の空気比を目標空気比となるように上記バーナーの燃焼空気流量を調整する調整工程と、
   上記炉体が有する上記被加熱体の出し入れ用の扉が開くと判定すると、上記扉が開くと判定してから予め設定した所定時間が経過するまで、上記扉が開く直前に上記算出工程が算出した空気比を、上記調整工程で用いる燃焼帯内の空気比とする空気比設定工程と、
   を備え、
   上記空気比設定工程は、上記所定時間の経過前に上記扉が閉じても、該所定時間が経過するまで、上記扉が開く直前に上記算出工程が算出した空気比を、上記調整工程で用いる燃焼帯内の空気比とし、かつ、上記所定時間の経過前に上記扉が閉じて再度扉が開く場合、上記所定時間のカウント開始を上記扉が再度開いたときに設定変更する、
   ことを特徴とする、燃焼空気流量の制御方法。
2. 上記複数の燃焼帯は、装入側から抽出側に向けて、予熱帯、１又は２以上の加熱帯、及び１又は２以上の均熱帯がこの順に配置され、
   上記調整対象の燃焼帯は、上記加熱帯及び上記均熱帯である、
   ことを特徴とする請求項１に記載した燃焼空気流量の制御方法。
3. 上記空気比設定工程の処理は、上記炉体に設けられた扉のうちの開いた扉に一番近い調整対象の燃焼帯でのみ実行することを特徴とする請求項２に記載した燃焼空気流量の制御方法。
4. 上記算出工程でする酸素濃度及び一酸化炭素濃度は、それぞれ、対象とする燃焼帯内における複数箇所での測定値の平均値とする、
   ことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載した燃焼空気流量の制御方法。
5. 上記酸素濃度及び一酸化炭素濃度の測定は、レーザー式ガス分析計を用いて実行され、
   上記レーザー式ガス分析計は、対象とする燃焼帯内における、複数箇所での酸素濃度及び一酸化炭素濃度を測定する、
   ことを特徴とする請求項４に記載した燃焼空気流量の制御方法。
6. 請求項１に記載の燃焼空気流量の制御方法で燃焼空気流量の制御が実行される連続式加熱炉によって上記被加熱体であるスラブを加熱する加熱工程を含む、金属板の製造方法。
7. 被加熱体の搬送方向に沿って配列する複数の燃焼帯を備える炉体と、各燃焼帯に設置された複数のバーナーとを備える連続式加熱炉であって、
   上記複数の燃焼帯から選択した１又は２以上の燃焼帯である調整対象の燃焼帯について、
   上記調整対象の燃焼帯毎に、
   対象とする燃焼帯内の酸素濃度を測定する酸素濃度計と、
   対象とする燃焼帯内の一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素濃度計と、
   上記酸素濃度計で測定された酸素濃度及び上記一酸化炭素濃度計で測定された一酸化炭素濃度とに基づき、燃焼帯内の空気比を算出する空気比算出部と、
   上記算出した燃焼帯内の空気比に基づき、燃焼帯内の空気比を目標空気比となるように上記バーナーの燃焼空気流量を調整する燃焼空気流量調整部と、
   上記炉体が有する上記被加熱体の出し入れ用の扉が開くと判定すると、上記扉が開くと判定してから予め設定した所定時間が経過するまで、上記扉が開く直前に上記空気比算出部が算出した空気比を、上記燃焼空気流量調整部で用いる、上記算出した燃焼帯内の空気比とする空気比設定部と、
   を備え、
   上記空気比設定部は、上記所定時間の経過前に上記扉が閉じても、該所定時間が経過するまで、上記扉が開く直前に上記空気比算出部が算出した空気比を、上記燃焼空気流量調整部で用いる燃焼帯内の空気比とし、かつ、上記所定時間の経過前に上記扉が閉じて再度扉が開く場合、上記所定時間のカウント開始を上記扉が再度開いたときに設定変更する、
   ことを特徴とする連続式加熱炉。
8. 上記空気比設定部の処理は、上記炉体に設けられた扉のうちの開いた扉に一番近い調整対象の燃焼帯でのみ実行される、
   ことを特徴とする請求項７に記載した連続式加熱炉。
9. 各調整対象の燃焼帯毎に設置される、上記酸素濃度計及び上記一酸化炭素濃度計は、レーザー式ガス分析計で構成される、
   ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載した連続式加熱炉。

Images