JPH02153060A - 加熱炉の板温制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分針〉 本発明は、特に、誘導加熱方式による第１加熱帯と直火
加熱方式による第２加熱帯とからなる加熱炉の運転条件
による板温制御方法に関する。

〈従来の技術〉 従来の加熱炉の１例として合金化メツキ設備加熱帯につ
いて説明する。例えば、亜鉛の合金化メツキ設備の構成
を示せば、第４図に示すように、ストリップ２０は焼鈍
炉２１を通過した後、亜鉛ポット２２を通過し、−旦溶
融メツキされ、その後、ノズル２３がらの吹き出しガス
によって亜鉛の付着量制御を行い、合金化メツキ設備に
入る。合金化メツキ設備は、加熱帯２４．保持帯２５．
冷却帯２６から構成されている。

加熱帯２４の構成は、第２図で示すように加熱炉１０内
部が炉壁１１によって仕切られ、ストリップ２０の入っ
て来る最初の空間が誘導加熱方式の第１加熱帯１２であ
り、誘導コイル１２ａが内部に設けられ、誘導コイル１
２＆には供給電力制御回路８が接続されている。

供給電力制御回路８によって所定の電力（高周波電流）
を誘導コイル１２ａに流し、ストリップ２０を加熱する
。第２加熱帯１３は、第１加熱帯１２の次の空間であり
、炉壁１１には、直火バーナ１４が設けられその燃料管
１５には燃料ガス制御弁１６が設けられている。また、
炉壁１１には、炉温を検出する炉温検出＠１７が設けら
れ、炉温検出器１７は炉温調節計９に炉温を出力する。

ストリップ２０の板温は、第２加熱帯１３の次の空間の
炉壁１１に設けられた板温検出器１８によって検出され
、板温検出器１８は板温調節計１９に板温を出力する。

第２加熱帯１３は直火バーナにより加熱された炉壁１１
からの輻射伝熱支配でストリップ２０を加熱する。炉温
は炉ＭＩ！温度と一定の関係があり、従来炉温で、スト
リップ２０の加熱操作の管理を行う。炉温調節計９には
、プロセス計算機（図示せず）により演算された第２加
熱帯炉渇設定値信号■が入力し、板１調節計１９よりの
補正信号が入力する。炉ｆＡ調節計９は、炉温検出＠１
７によって検出された炉温か所定値に等しくなるように
燃料ガス制御弁１６を開閉し、直火バーナ１４の燃焼量
を調節する。第２加熱帯１３を出たストリップ２０の板
温は、板温検出１＃１８によって検出され、板温調節計
１９は検出された板温か板温目標値になるように、炉温
設定値を補正する。

そして、第３図に示すように、ストリップ２０の板温の
温度臼ｓ２７は第１加熱帯１２の区間で第１加熱帯入口
板温Ｔ、。から第１加熱帯出口板濃Ｔ、ｉまで上昇させ
、第２加熱帯１３で更に板温を一第２加熱帯出口板温Ｔ
、２まで上昇させる。保持帯２５で加熱した濃度を保持
し、冷却帯２６で板温を下げる。このようなヒートサイ
クルを施すことによって、亜鉛と素地鋼板との合金層を
形成させる。

上記のと一トサイクルが与えられた場合、プロセス制御
は板厚、板幅、ラインスピードに応じて、あらかじめ伝
熱理論解析により得ておいた板厚、板幅、ラインスピー
ド、板温目標値等運転条件と第１加熱帯１２の供給電力
、第２加熱帯１３の炉温との関係式をプロセス計算機に
より演算し、供給電力及び炉温を算出し、これらの値を
供給電力設定値信号＠、炉温設定値信号■として、夫々
第１加熱帯１２の供給電、力制御装置８、第２加熱帯１
３の炉温調節計９に出力して制御するプリセット制御を
行っている。

このような加熱帯２４のプリセット制御法の場合、第２
加熱帯１３の熱容量は大きく時定数１０〜２０分程度の
ため、熱負荷の急変に対しては、応答性の良い第１加熱
帯１２の供給電力を操作することにより高精度、高歩留
りで操業でき、特に、設備の稼働当初に於て、運転上の
トラブルが多発し、ラインスピードを急減した場合、第
１加熱帯１２の供給電力を下げることによって高応答で
板温を制御できる。

〈発明が解決しようとする課題〉 上述したような誘導加熱方式は、直火加熱方式より運転
コストが数倍高いため、操業レベルが向上し安全運転が
続く場合、エネルギ消費の増大を招く欠点がある。

以上の問題点に鑑み、本発明は、操業レベルが向上し安
全運転が続く場合、エネルギ消費を節約できるように第
１加熱帯の供給電力及び第２加熱帯の炉温を設定する加
熱炉の板温制御方法を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するために、本発明は、供給電力を調節
することによって板温を制御する誘導加熱方式の第１加
熱帯及び炉温を調節することによって板温を制御する直
火加熱方式の第２加熱帯とからなる加熱炉に放て、板厚
、板幅、ラインスピード、第２加熱帯出口板漂目標値等
の運転条件に、稼働条件によって変化させる第１加熱帯
出口板濡板目標値を加え、運転条件と第１加熱帯供給電
力及び第２加熱帯炉温との関係式から求められる第１加
熱帯供給電力及び第２加熱帯炉温を加熱炉に設定するこ
とを特徴とする。

く作　　　用〉 第１加熱帯が誘導加熱方式で、第２加熱帯が直火加熱方
式である加熱炉の熱収支式が与えられている時、例えば
、第１加熱帯での昇入口板温、Ｔ、１：第１加熱帯の出
口板温、Ｔ、２：第２加熱帯の出口板温）で定義し、運
転条件のパラメータとする。この場合、Ｔ、、が第１加
熱帯出口板温板目標値であり、Ｔ、ｔが第２加熱帯出口
板温目標値である。

与えられた熱収支式に運転条件である板厚。

板幅、ラインスピード、板温目標値、ＲＩ等を入れて演
算すれば供給電力設定値、炉温設定値が算出される。こ
れらの値を夫々に第１加熱帯、第２加熱帯の制御装置に
設定する。第１加熱帯の昇温率Ｒ１は、設備稼働当初は
例えばＲ，＝５０％にして、運転トラブルによるライン
スピード急減に対処し、安全運転が可能になっな時には
Ｒ１−０％、即ち第１加熱帯の供給電力を０にして省エ
ネ運転を行う。この様に、第１加熱帯の昇温率Ｒを使用
して操業のレベルに応じて適切な加熱ｆｆ１ｌＮ作を行
うことができる。尚、Ｒ１−０％の場合、第２加熱帯の
加熱能力は２加熱帯単独で所期の生産量が得られろよう
に設計されていなければならない。

また、Ｒ１が変化することば昇温カーブが変化すること
を意味するが、昇温カーブは製品品質に影響しないので
問題ない。

尚、第１加熱帯の加熱炉全体に対するパラメータとして
昇°温率Ｒ１を定義したが、品質上ではなく運転上次め
るヒートサイクルとして、第１加熱帯出口板温板目標値
をＲ３の代りにしても同様である。

く実　施　例〉 以下、本発明の一実施例を図に従って説明する。尚、従
来の技術と同一構成の部分は同一符号を用いる。第１図
は第２図で示されろ従来の加熱炉１０をプロセス計算機
（図示せず）によって、以下の熱収支式によって処理す
る本発明のフローチャートである。尚、パラメータとし
て前述した昇温率Ｒ，を導入している。

熱収支式は、 Ｔ、、＝　（Ｔ、、−Ｔ、。）　Ｒ，＋Ｔ、、　　　−
（１１Ｐ、＝ｔ−冑−ｖ−ｅ・ｒ−（Ｔ、、−Ｔ、。）
ｘ６０ｘｌｏ　　／８６０・・・（２） もし、上式で第１加熱帯での炉壁放散熱ＱＬ（ＫｃａＪ
／ｈ）が無視できない場合、予めＱＬを実測し Ｐ、＝　（ｔＷ−ｖ−ｃ−ｒ（Ｔ、、−Ｔ、。）　ｘ６
０ｘｌｏ−’＋ＱＬ）／８８０・・・（２Ｙ Ｐ０＝Ｐ、／り、　　　　　　　　　　・・・（３）６
０Ｘ１０−３×ａ　−ｒ　・いｖ−５ｄ！ ＝σ・＋（Ｔ、＋２７３）’−（Ｔ、＋２７３）’）・
φ・・・（４） 但し、 ｔ：板厚　　　　（、、ａ） Ｗ；板幅　　　　（騙） Ｖニラインスピード　　　（ｍ７膳１ｎ）Ｃ；ストリッ
プ比熱　　（Ｋｃａｌ／ｋｇ℃）ｒニストリップ比重量
　（ｋｇ／ゴ） Ｒ：第１加熱帯昇温率 Ｔ８゜：第１加熱帯入口板温　（℃） Ｔ、１：第１加熱帯出口板温　（’ｅ）Ｔ６２：第２加
熱帯出口板温　（’Ｃ）Ｐｌ：第１加熱帯の板の入熱量
　（ｋｖ）Ｐｏ：第１加熱帯供給電力　　　（ｋｗ）η
１：第１加熱帯熱効率 Ｔｓ：板！　　　　　　　　　（℃） Ｘ：板の長さ　　　　　　　（ｍ） σ：ステファンボルツマン定数（Ｋｃａ　Ｉ　／ｒｒｌ
　ｈＫ’　）φ：総括熱吸収率 Ｔ、：第２加熱帯炉２！　　　　（℃）で与えられる。

また、ｌ２．φは予め伝熱理論解析や実験により、板厚
、板幅、ラインスピード、板温目標値の関数、あるいは
テーブルとしてもっておくものとする。

第１図の記号１で、運転条件であるラインスピードＶ、
板厚り、板幅Ｗ、板温目標値Ｔ　：２’第１加熱帯昇温
率Ｒ１がプロセス計算機に入力される。板温目標値Ｔ：
２は第２加熱帯出口板温目標値である。

記号２で熱収支式（１）、　（２）、　（３）を用いて
、第１加熱帯出口板温Ｔｓ１．第１加熱帯の板の入熱旦
Ｐ、、第１加熱帯の供給電力Ｐ０を演算する。

記号３で第２加熱帯の炉温ＴＱを仮定して設定する。

記号４で熱収支式（４）に仮定された第２加熱帯の炉温
Ｔ。を代入し、第２加熱帯の伝熱有効長をＬ２として、
ｘ　＝　０の時、Ｔ　ｓ　（’　）　”　Ｔａ　ｔとし
、式（４）をｘ＝Ｑ〜Ｌ、まで積分してＴ、　（Ｌ２）
を求め、Ｔ、　（ＬＱ）　＝Ｔ、２とする。

記号５で求められたＴａ２””ｓ　（Ｌ２）がＴ６゜＝
Ｔ二２となるか比較判定し、Ｔ、２＝Ｔ二、の時次の処
理記号７へ、Ｔ、２≠Ｔ：２の時は記号６へ分岐する。

記号６では、Ｔ１の値を適当な値に修正し、記号４へ処
理を戻す。

記号７では、記号２で演算された第１加熱帯の供給電力
Ｐ０を供給電力制御回路８への第１加熱帯供給電力設定
値Ｐ。Ｓとし、仮定された第２加熱帯の炉温Ｔ。を第２
加熱帯の炉温調節計９への第２加熱帯炉温設定値ＴＱ、
とする。

そして、第１加熱帯供給電力設定値Ｐｏｓを第１加熱帯
供給電力設定値信号＠として、第２加熱帯炉温設定値Ｔ
（ｌｓを第２加熱帯炉温設定値信号■として、夫々供給
電力制御回路８゜炉温調節計９へ出力する。

実際の供給電力、炉温の設定変更は以下の通りである。

（１）　　パラメータＲが大きい値の場合（例えばＲ，
＝５０％） （ａｌ　　第２加熱帯炉温設定値Ｔａｓ次コイル（図示
せず）との溶接部を常 時トラッキングし、第１加ＪＡ帯入口を溶接部が通過し
たタイミングで、次コイルの板厚ｔ、板幅Ｗ、板１目標
値Ｔ；２．現在のラインスピードＶ、昇温率Ｒ４をイン
プットデータとする。

これらを第１図のフローチャートに従 って演算し、Ｔｏを求めて設定変更をする。

（１，ｌ）第１加熱帯供給電力設定値Ｐ。９第２加熱帯
の炉温の過渡応答補償及び 溶接部が第１加熱帯入口通過時の仮条件（板厚ｔ、板幅
Ｗ、板温目標値Ｔ：１）の変化およびラインスピードＶ
の変化に対処するため、定周期で以下の演算を行う。

６０Ｘ１０−’Ｘｃ−ｒ−ｔ−ｙ−−上ｘ ２σ（（、ＴＱ＋　２７３）’　−（Ｔｓ＋　２７３白
φ　−（５）式（５）をＴ９（Ｌ２）　＝ＴＴａとして
、ｘ　＝　Ｌ２〜０まで積分する。

Ｔ□＝７９（０）　　　　　　・・・（６）Ｐ　、　＝
ｔ−ｎ　・ｖ−ｅ　・ｒ　・（Ｔｅ　ｒ　　”ｓ　ｏ　
）　×６０　Ｘ　１０　　／　８６０・・・（２） ここで Ｖニラインスピード現在値　　（ｍ／鳳１ｎ）ｔ；板厚
（第１加熱帯入口におけろストリップ）　　　（ｍ） Ｗ：板＠（第１加熱帯入口におけるストリップ）　　　
　（ｍｍ） Ｔ；２：板温目標値（第１加熱帯入口におけるストリッ
プ）　　　（℃） ｒ、ＴＱ：第２加熱帯炉温検出値　　（℃）である。

Ｒ，の設定は、あくまで静的な昇温カーブを決めろもの
であるため、ｍ接部付近での炉温過渡応答中はＲ３の設
定を無視する。

演算の周期は、炉温応答時間より十分 短（、例えば１０〜２０秒程度にする。

溶接部が、第１加熱帯入口通過時、あるいはラインスピ
ードＶ変化時は周期をリセットし、即座に上記処理を行
う。

Ｐ０＝Ｐ、ｌ／ハ　　　　　　　　・・・（３）（２）
　　パラメータＲ＝Ｏの場合 （ａｌ　　第２加熱帯炉温設定値Ｔ。５Ｒ１＝０の時、
第１加熱帯に於ては、静的には、ｐ０＝ｏ（ｈ）であり
、供給電力「減」への制御余裕はない。そこで、制御余
裕を確保するために、次コイルの熱負荷が小きくなる場
合、溶接部が第１加熱帯入口に到達するよりも、炉温応
答時間以上前に炉温設定値を次コイル用設定値に下げろ
。演算法は（１１−（ａ）項に同じである。また、第１
加熱帯供給電力設定値ＰＯ９は（１１−（ｂ１項と同じ
演算法により算出されろ。このようにすれば溶接部が第
１加熱帯入口を通過する際には、第１加熱帯供給電力設
定値Ｐ。９のために、第１加熱帯供給電力ｐ０（ｈ）は
、上記炉温の過渡応答補償のためＰ）Ｏとなっており、
吸厚減に対する制御余裕が確保できる。

また、炉温の応答時間はあらかじめ実験により把握して
おく。

また、逆に次コイルの板厚が厚い場合 は、供給電力「増」への制御余裕は十分あるので、溶接
部が第２加熱帯出口を通過したタイミングで、炉温設定
値Ｔ、０を次コイルの設定値に上げる。演算は（１）−
ｆａｔ項に同じである。

〈発明の効果〉 上述したように、加熱炉の板温制御のための制御設定を
決定するパラメータの１つとして、例えば第１加熱帯昇
温率Ｒ１を導入し、設備稼働当初から安全運転に至るま
での操業レベルに応じて譜を設定することにより、稼働
当初から高精度、高歩留および最終的には省エネルギー
運転を実現できる。また、パラメータとして、第１加熱
帯出口板温板目標値をパラメータとして、用いても同樺
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示し、第２図から第４図まで
は従来の技術の例を示し、第１図は本発明の演算フロー
チャート、第２図は加熱炉の１例の概略構成図、第３図
はヒートサイクルの１例を示す図、第４図は合金化メツ
キ設備の全体構成概略図である。 図　　　　　中、 １．２，３，４，５，６，７は情報処理記号、１０は加
熱炉、１２は第１加熱帯、１３は第２加熱帯である。 第１図 特　　許　　出　　願 三菱重工業 川崎製鉄工業 代　　　　理

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 供給電力を調節することによって板温を制御する誘導加
   熱方式の第１加熱帯及び炉温を調節することによって板
   温を制御する直火加熱方式の第２加熱帯とからなる加熱
   炉に於て、板厚、板幅、ラインスピード、第２加熱帯出
   口板温目標値等の運転条件に、稼働条件によって変化さ
   せる第１加熱帯出口板温仮目標値を加え、運転条件と第
   １加熱帯供給電力及び第２加熱帯炉温との関係式から求
   められる第１加熱帯供給電力及び第２加熱帯炉温を加熱
   炉に設定することを特徴とする加熱炉の板温制御方法。