JPH0280511A - 炉内雰囲気ガスの露点制御方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は炉内雰囲気ガスの露点制御方式にかかり、詳し
くは、焼鈍炉における材料表面のカーボン汚れ等を防止
するために炉内雰囲気ガスを所定の露点温度に調湿する
露点制御方式に関する。

（従来の技術） 従来この種の露点制御方式としては、例えば特開昭５９
−１６２６号公報または特開昭５９−２００７１９号公
報に記載されたもの、もしくは、第３図及び第４図に示
すものが知られている。

まず、第３図において、１は焼鈍炉、２は窒素（Ｎ２）
ガス及び水素（Ｈｌ）ガスを主成分とする雰囲気ガスと
水とが供給される加湿器、３は温度検出器、４は加熱装
置、５は温度調節計、６は加湿器２からの供給ガスの流
量調節弁、７は流量検出器。

８は流量調節計、９は供給ガス流量設定器、１０は炉内
雰囲気ガスの露点温度を検出する露点温度検出器、１１
は露点温度調節計、１２は炉内雰囲気ガスの目標とする
露点温度を設定する露点温度設定器をそれぞれ示す。こ
の制御方式は、露点温度設定器１２による設定値と露点
温度検出器１０の検出値とから露点温度調節計１１によ
り制御出力を生成し、この制御出力と温度検出器３の検
出値とに応じて温度調節計５により加熱装置４を制御す
るカスケード制御方式であり、加湿器２において加湿さ
れる高露点の雰囲気ガス（以下、加湿ガスという）の露
点を制御することにより、炉内雰囲気ガスの露点制御を
行っている。なお、雰囲気ガスの流量はｄε量調節弁６
．流量検出器７、流量調節計８及び供給ガス流量設定器
９により定植制御されている。

次に、第４図の従来例は第３図と同様の構成要素１〜８
，１０〜１２を備えているほか、加湿ガスと乾燥した低
露点の雰囲気ガス（以下、乾燥ガスという）との合計流
量を設定する供給ガス合計流量設定器９′、流量調節弁
１３、流量検出器１４、流量調節計１５と、供給ガス合
計流量設定器９′及び露点温度調節計１１の出力が入力
される減算器１６とを備えており、減算器１６の出力が
流量調節計１５に加えられて構成されている。また、温
度調節計５は第３図のように露点温度調節計１１の出力
に依存することなく、固定された設定値と温度検出器３
の検出値とから加熱装置４を制御している。

この制御方式では、露点温度調節計１１の制御出力及び
流量検出器７の検出値に基づき流量調節計８によって流
量調節弁６を制御し、同時に供給ガス合計流量設定器９
′の設定値から露点温度調節計１１の制御出力を減算器
１６により減じたものを流量、！ｌａ１節計１５に入力
すると共に、この入力と流量検出器１４の検出値とに基
づき流量調節弁１３を制御することにより、加湿ガス及
び乾燥ガスの流量比を変えて炉内雰囲気ガスの露点を制
御している。

更に図示されていないが、焼鈍炉１内に乾燥ガスを供給
すると共に、水蒸気を直接供給することによって炉内雰
囲気ガスの露点制御を行う方式も提案されている。

（発明が解決しようとする課題） しかるに第３図に示した制御方式においては。

通常、大規模設備である焼鈍炉１内の露点や加湿器２に
おける水温の時定数が大きいため、操業状態に応じた露
点温度の変動時や露点温度設定値の変更に際して露点制
御の応答性、制御性が悪いという欠点がある。この欠点
は、同じく炉内の露点を検出して流量制御のための制御
出力を得る第４図の制御方式にも共通して存在するもの
である。

また、第３図及び第４図何れの方式でも、雰囲気ガスの
流量設定値を供給ガス流量設定器９または供給ガス合計
流量設定器９′により変更した場合、炉内雰囲気ガスの
露点の時定数が変化することになり、露点温度調節計１
１の最適パラメータが変化して良好な制御性能が得られ
ないという問題がある。加えて、炉内雰囲気ガスを加湿
する方式では、雰囲気ガスの成分の分布が乱れて不均一
になる等の欠点がある。

本発明は上記問題点を解決するために提案されたもので
、その目的とするところは、供給ガスの流量設定値の変
更時や操業状態の定常時、非定常時を問わず、応答性及
び制御性のよい正確な露点制御を行えるようにした炉内
雰囲気ガスの露点制御方式を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は、加湿ガス及び乾燥
ガスの流量制御により炉内雰囲気ガスの露点を制御する
方式において、加湿ガス及び乾燥ガスの合計流量設定値
と、各ガスの露点温度検出値と、炉内の雰囲気ガスの露
点温度設定値とに基づいて加湿ガス及び乾燥ガスの目標
流量値をそれぞれ求め、これらの目標流量値を炉内雰囲
気ガスの露点制御系の制御出力によりフィードバック補
正して得た設定流量値を、加湿ガス及び乾燥ガスの流量
制御に用いると共に、前記露点制御系の制御パラメータ
を前記合計流量設定値に応じて変化させることを特徴と
する。

（作用） 本発明によれば、炉内雰囲気ガスの露点温度がその設定
値に一致するように加湿ガス及び乾燥ガスの目標流量値
が生成され、また、炉内の露点温度検出器や露点温度調
節計等からなる露点制御系の出力により前記目標流量値
が補正されるので、露点の設定値変更や炉内の露点変動
時にも最適な流量制御が実行される。更に、炉内雰囲気
ガスの露点変更時に供給ガスの合計流量設定値が変更さ
れる場合には、その合計流量設定値に応じた最適な制御
パラメータにより露点制御が行なわれる。

（実施例） 以下１図に沿って本発明の一実施例を説明する。

まず、第１図は本発明が適用される焼鈍炉内雰囲気ガス
の露点制御システムの構成を示すもので、焼鈍炉として
は、例えば工業用鋼板の焼鈍炉であり得る。同図におい
て、第３図及び第４図と同様に１は焼鈍炉、２は窒素ガ
ス及び水素ガスを主成分とする雰囲気ガスと水とが供給
される加湿器。

３は温度検出器、４は加熱装置、５は温度調節計。

６は加湿ガスの流量調節弁、７は流量検出器、８は流量
調節計、９′は加湿ガス及び乾燥ガスの合計流量を設定
する供給ガス合計流量設定器、１０は炉内雰囲気ガスの
露点温度検出器、１１は露点温度調節計、１２は炉内雰
囲気ガスの目標とする露点温度を設定する露点温度設定
器、１３は乾燥ガスの流量調節弁、１４は流量検出器、
１５は流量調節計、１６は減算器をそれぞれ示している
。

しかしてこの実施例においては、露点温度設定器１２の
出力及び温度検出器３の出力が加えられるガス混合比演
算器１７と、この演算器１７の出力及び供給ガス合計流
量設定器９′の出力を乗算する乗算器１８と、供給ガス
合計流量設定器９′の出力に応じた制御パラメータを露
点温度調節計１１に出力する制御パラメータ演算器１９
と、露点温度調節計１１の出力が加えられるレシオ・バ
イアス設定器２０と、この設定器２０の出力及び乗算器
１８の出力を加算する加算器２１とが追加されている。

なお、加算器２１の出力は流量調節計８及び減算器１６
に加えられている。

次に、この実施例における露点制御の作用を説明する。

いま、加湿器２に供給する雰囲気ガスを乾燥した窒素ガ
ス及び水素ガスの混合ガスとし、この混合ガスは加湿器
２において温度検出器３、温度調節計５及び加熱装置４
による水温の制御により調湿され、その露点温度は一定
に保たれている。

方、乾燥ガスの露点温度は低露点で安定している。

ここで、一般に加湿ガス及び乾燥ガスの水蒸気分圧及び
混合比をそれぞれＰｗ［ｋｇ／ｃｎ”）、　ＰＤ（ｋｇ
／ａｎ”）、Ｆｗ、Ｆｎとし、混合ガスの水蒸気分圧を
Ｐ　ｏ　’（ｋｇ　／　ｃｍ　”　）とすると１次の関
係がある。

Ｆ　ｗ　＋　Ｆ　ｏ　＝　１・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）Ｐ
、＝Ｐｗ−Ｆｗ　＋　Ｐａ−Ｆｏ　　”＝・＝・・−（
２）従って、加湿ガス、乾燥ガス及び混合後のガスの水
蒸気分圧が既知または目標値として与えられれば、加湿
ガス及び乾燥ガスの混合比が求められる。そして、各ガ
スの水蒸気分圧は各ガスの露点温度が決まれば飽和水蒸
気衣によって求めることができるから、加湿ガス及び乾
燥ガスの露点温度と混合後のガスの目標とする露点温度
とが決まれば加湿ガス及び乾燥ガスの混合比Ｆｗ、Ｆｏ
を求めることができる。

すなわち、この実施例において、前述したように加湿ガ
ス及び乾燥ガスの露点温度は既知であるから、ガス混合
比演算器１７においてこれらの露点温度と露点温度設定
器１２からの炉内雰囲気ガスの露点温度設定値とに基づ
き、上記（１）、（２）式の演算を行うことにより、加
湿ガスの混合比Ｆｗが算出される。なお、この混合比Ｆ
ｗの算出に当たり、温度検出器３の出力によって加湿器
２内の水温の変動も考慮される。

加湿ガスの混合比Ｆｗは乗算器１８に入力され、供給ガ
ス合計流量設定器９′からの流量設定値に乗算されて加
湿ガスの目標流量値が加算器２１に入力される。

一方、露点温度設定値は露点温度調節計１１に入力され
、また、供給ガスの合計流量設定値は制御パラメータ演
算器１９に入力されている。ここで、露点温度調節計１
１はＰＩＤ（比例・積分・微分）制御を基本とするが、
焼鈍炉１の容積が大きく露点制御系の無駄時間が大きい
場合には、露点温度検出器１０からのサンプル値を入力
としてＰＩ（比例・積分）制御を行うサンプルＰＩ制御
方式とし、供給ガスの合計流量設定値に応じて制御パラ
メータ演算器１９により制御パラメータを変化させて適
応制御を行うように構成されている。

しかして、露点温度調節計１１では、露点温度設定値と
露点温度検出値及び制御パラメータを入力として制御出
力を生成し、この制御出力はレシオ・バイアス設定器２
０に入力される。この設定器２ｏにおいて、前記制御出
力に対し所定の比率やバイアスを設定して加算器２１に
出力することにより、加算器２１からは加湿ガスの目標
流量値が露点制御系の制御出力によってフィードバック
補正された加湿ガスの設定流量値が出力される。この設
定流量値は流量調節計８に入力されて加湿ガスの流量制
御が行なわれると共に、減算器１６において供給ガスの
合計流量設定値から加算器２１の出力を減じることによ
り、乾燥ガスの設定流量値が算出され、かかる設定流量
値に基づき乾燥ガスの流量制御が実行されるものである
。

なお、露点温度設定器１２により炉内雰囲気ガスの露点
温度設定値を変更する場合、雰囲気ガスの置換を早くす
るため供給ガス合計流量設定器９′により合計流量設定
値を増加させる必要があるが、この実施例によれば合計
流量設定値の変化に伴って露点温度調節計１１の制御パ
ラメータが変化するため、応答性のよい安定した制御を
実現することができる。

第２図は、上記実施例により、ラインの操業状態が通板
速度停止から起動へと移った非定常状態における炉内雰
囲気ガスの露点温度制御結果を示している。なお、同図
の縦軸にとった露点温度は露点温度設定値ＤＰ、に対す
る相対温度を示す。

同図から明らかなように、非定常時において露点の変動
は２．５（’Ｃ）程度であって外乱発生（ライン停止）
から整定までの時間も１６分程度と短時間であり、しか
も露点温度のオーバーシュートも１〔℃〕程度と小さく
なっている。また、定常状態における露点制御偏差も±
０．５（℃）以内で極めて良好な制御が行なわれている
ことがわかる。

なお、上記実施例では、加湿ガス及び乾燥ガスを流量検
出器７，１４及び流量調節計８，１５により流量制御し
ているが、各ガスの流量を調節する流量調節弁６，１３
の弁開度と流量との関係が明らかである場合には、加算
器２１及び減算器１６の出力を流量調節計８　、、１５
に代えて流量−弁開度演算器（図示せず）に加え、この
流量−弁開度演算器により流量調節弁６，１３を制御し
てもよい。

また１本発明は、工業用焼鈍炉に限らず、加湿ガス及び
乾燥ガスの流量制御により雰囲気ガスの露点温度を制御
する各種の露点制御システムに適用することができる。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、各ガスの合計流量設
定値と、加湿ガス及び乾燥ガスの露点温度と、炉内雰囲
気ガスの露点温度設定値とから加湿ガス及び乾燥ガスの
混合比を求め、この混合比に基づいて各ガスの流量制御
を行なうものであるから、炉内雰囲気ガスの露点温度設
定値が変更された場合でも最適の混合比を直ちに算出し
て流量制御を行なうことができ、目標とする露点温度に
対する応答性のよい制御を実現することができる。

また、露点制御系の制御出力により加湿ガス及び乾燥ガ
スの目標流量値をフィードバック補正して流量制御のた
めの設定流量値を得るようにしたため、定常状態、非定
常状態を問わず操業状態に起因して露点温度が変動した
時でも応答性のよい制御性能を得ることができる。

加えて、供給ガスの合計流量変更時に露点時定数が変化
した場合でも、露点制御系の制御パラメータを前記合計
流量に応じて変化させることで最適な値にすることがで
き、安定した制御を実現することができる等の効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例が適用される露点制御システ
ムの構成図、第２図はこの実施例を工業用鋼板の焼鈍炉
に適用した場合の制御結果の説明図、第３図及び第４図
は従来例を説明するための露点制御システムの構成図で
ある。 １・・・焼鈍炉　　　　　　　２・・・加湿器６．１３
・・・流量調節弁　　　７，１４・・・流量検出器８．
１５・・・流量調節計 ９′・・・供給ガス合計流量設定器 １０・・・露点温度検出器　　　１１・・・露点温度調
節計１２・・・露点温度設定器　　　１６・・・減算器
１７・・・ガス混合比演算器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　乾燥ガスと、この乾燥ガスを加湿してなる加湿ガスと
   の流量を制御して炉内に供給し、前記炉内の雰囲気ガス
   の露点温度を制御する制御方式において、 前記加湿ガス及び乾燥ガスの合計流量設定値と、前記加
   湿ガス及び乾燥ガスの露点温度検出値と、前記炉内の雰
   囲気ガスの露点温度設定値とに基づいて前記加湿ガス及
   び乾燥ガスの目標流量値をそれぞれ求め、これらの目標
   流量値を前記炉内の雰囲気ガスの露点制御系の制御出力
   によりフィードバック補正して得た設定流量値を、前記
   加湿ガス及び乾燥ガスの流量制御に用いると共に、前記
   露点制御系の制御パラメータを前記合計流量設定値に応
   じて変化させることを特徴とする炉内雰囲気ガスの露点
   制御方式。