JPH04193913A - 連続加熱炉における加熱制御方法 - 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〉 この発明は、連続的に走行しながら加熱される被加熱体
を長平方向に亘る目標温度外れなく的確に加熱するため
の、連続加熱炉における加熱制御方法に関するものであ
る。

〈従来技術とその課題〉 一般に、鋼板等の帯板状被加熱材を連続的に加熱処理す
る際には、第２図で示した如き“被加熱材［１）の進行
方向に沿ってバーナー（２）等の加熱手段を複数配列し
た加熱帯の長い連続加熱炉（３）”が用いられる。そし
て、連続焼鈍炉に代表されるこのような連続加熱炉にお
いては、加熱炉出側又は加熱炉内に配置された温度計（
４）によって被加熱材の温度を測定し、この測定値が目
標範囲の値となるように加熱手段の制′ａ（バーナーの
燃料ガス流量制御等）を行うのが普通であった。なお、
この加熱手段の制御手法としては、「前記温度計（４）
の測定値に基づいて人が燃料ガス流量等を決定する方法
（手動プリセット法）」又は「モデル式等により燃焼ガ
ス流量等を自動的に計算・設定する方法ｊが採用されて
いる。

しかしながら、連続加熱炉を用いた上記加熱処理は次の
ような問題を有していた。

即ち、上述のように温度計の測定値を基にして加熱手段
の設定条件（燃焼ガスの流量等）を決定するまでには ａ）被加熱材のサイズ。

ｂ）被加熱材の送り出しく走行）スピード。

Ｃ）加熱炉の形状。

ｄ）加熱方法（直接加熱１間接加熱の種別等）。

ｅ）被加熱材の表面性状 等の要因を取り入れた計算処理が必要とされ、適正な加
熱制御のためにはこれらの要因を加味することが不可欠
であるとされていた。ところが、実際には、これらの要
因を加味した加熱制御を実施しても被加熱材長手方向に
亘って適正な目標温度を維持することが非常に難しく、
長手方向において加熱温度外れが発生し成品の特性ムラ
等を招きやすいとの問題が指摘されていたのである。

このようなことから、本発明の目的は、被加熱材長手方
向で目標温度外れ部位が生じることのない、的確で安定
した連続加熱炉の加熱制御手段を確立することに置かれ
た。

〈課題を解決するための手段〉 そこで、本発明者は上記目的を達成すべく数多くの実験
を繰り返しながら研究を重ねた結果、以下の如き知見を
得るに至ったのである。

即ち、前述したように、連続加熱炉の加熱制御では、温
度計による被加熱材温度の測定値にａ）被加熱材のサイ
ズ。

ｂ）被加熱材の送り出しく走行）スピード。

Ｃ）加熱炉の形状。

ｄ）加熱方法（直接加熱１間接加熱の種別等）。

ｅ）被加熱材の表面性状 等の要因を絡めて加熱手段の条件設定を行う必要がある
が、これらの中で「被加熱材の表面性状」、特に熱の伝
達率と密接な関係を有する［被加熱材の輻射率（以降、
“ε”で表わす）」の的確な把握は実際上極めて困難で
あり、これが適正な加熱制御を阻害する大きな原因とな
っている。

被加熱材のεを的確に把握できない理由は、材料のεが イ）圧延時における操業条件（圧下刃、張力、圧延ロー
ルの表面性状）。

０）洗浄時の洗浄むら。

ハ）加熱時の酸化又は還元 等により敏感に変化するため（特に酸化、還元の影響が
大きい）、同一材料であってもその長手方向でεの変動
が生じていることにある。ましてや、加熱帯の長い加熱
炉等で加熱する際には炉内の長手方向部位（例えば入口
部と出口部）で酸化状態に差が出るのでεの長手方向で
の変動幅はより大きくなり、その把握は一層困難となる
。

そして、このように同一材料内でεが変動していると、
材料温度を間接的に測定する放射温度計等の指示値にも
悪影響を与えて測定誤差が出るだけでなく、同一材料で
あってもその部位により熱伝達率が変化する（εが大き
くなると熱伝達率も大となる）ため、加熱制御の精度は
大きく低下する。つまり、例えば連続加熱炉におけるバ
ーナーの燃料ガス流量を決定するには前記ａ）〜ｅ）項
で示した事項に関する具体的数値が必要であるが、この
中に前記ｅ）項の如き不確かなものが存在すると、その
分だけ燃焼制御の精度低下となって現われる訳である。

しかるに、従来、εについては材質等を基準とした一義
的な区分けを行うのみで、加熱制御に際してはそれら各
区分毎に予め決められた値を単純に選択して加熱条件を
算出すると言った方法が採られていたため、燃焼制御の
精度向上にはつながらなかった。

ところか、被加熱材のεの時間的及び位置的変化を捕ら
え、これを基にして加熱制御を実施した場合、即ち ■　連続加熱炉の入口、連続加熱炉内の複数箇所、並び
に連続加熱炉の出口において被加熱材長手方向各部のε
をきめ細か（実測すれば、被加熱材の長手方向でεに変
動が生じていたとしてもそれを的確に把握することがで
き、従ってその把握値から被加熱材の長手方向における
適正な熱伝達率が割り出せるので、これを基にして加熱
制御を実施した場合。

■　加熱処理する前の被加熱材長手方向における輻射率
の変動状況と、加熱炉長手方向における昇温、酸化の特
性（燃焼ガスの空燃比、ライン速度、炉内のシールガス
の種類等から被加熱材の酸化又は還元具合）を予め把握
しておけば、これを基に加熱炉内での被加熱材各部の輻
射率動向が予測でき、従ってこれより被加熱材の長手方
向における適正な熱伝達率が割り出せるので、これを基
にして加熱制御を実施した場合。

■　更には、第０項に示す手法で予測した加熱炉内での
被加熱材各部の輻射率動向を、連続加熱炉内の複数箇所
で測定した輻射率の実測値を基にして補正してやれば（
例えば炉内特定箇所での実測値で予測値を修正したり、
又は炉内の前半数点での実測値から鋼板ゾーンの輻射率
を推測・補正する）、より正確できめ細かい熱伝達率の
割り出しができので、これを基にして加熱制御を実施し
た場合。

には何れも加熱制御精度の大幅な向上が期待できる。

本発明は、上記知見事項等を基に完成されたものであり
、 「連続加熱炉を通して被加熱材を連続的に加熱処理する
に際して、連続加熱炉入口、連続加熱炉内での複数箇所
並びに連続加熱炉出口において被加熱材の輻射率を測定
し、この測定値から被加熱材長手方向各部の炉内位置に
おける熱伝達率を割り出すか、加熱炉への進入前に測定
した被加熱材長手方向における輻射率の変化状況を基に
加熱炉内での被加熱材各部の輻射率の動向を予測すると
共に、この予測値から被加熱材長手方向各部の炉内各位
置における熱伝達率を割り出すか、或いはまた、加熱炉
への進入前に測定した被加熱材長手方向における輻射率
の変化状況を基に加熱炉内での被加熱材各部の輻射率の
動向を予測すると共に、連続加熱炉内での複数箇所にお
いて測定した輻射率の実測値より上記予測値を補正しつ
つ被加熱材長手方向各部の炉内各位置における熱伝達率
を割り出すかし、このようにして割り出された熱伝達率
に基づいて連続加熱炉の加熱手段を調整することにより
、連続加熱炉の的確な加熱制御を可能ならしめた点」 に大きな特徴を有している。

このように、本発明は、長手方向に連続する鋼板等の被
加熱材を連続加熱炉で加熱処理する際、被加熱材のεを
加熱炉内における長手方向の複数箇所で測定することに
よって被加熱材長手にわたるきめ細かい値として把握す
るか、又は被加熱材のεを加熱炉の手前と加熱炉内にお
ける長手方向の複数箇所で測定することによって“被加
熱材長手方向のεの変化状況”を把握すると共に、“被
加熱材の成る１点の加熱炉内へ入ってからのεの時間的
変化傾向”を予測し、或いはこの予測値を連続加熱炉内
の複数箇所で測定した輻射率の実測値にて補正し、これ
を基に“εの変化により変わる熱伝達率”の被加熱材長
手方向変動分及び時間的変動分を補正因子として捕らえ
て加熱手段（バーナー等）の設定条件を調整しつつ、被
加熱体の温度が目標値となるよう制御することを骨子と
するものであるが、被加熱材のεを連続加熱炉入口。

連続加熱炉内での複数箇所並びに連続加熱炉出口で測定
したり、被加熱材のεの“長手方向位置的変化”及び“
加熱炉内へ入ってからの時間的変化傾向”を把握するに
は、第１図に示すように、連続加熱炉（３）の“入側”
、“出側”及び“炉内の複数箇所”に輻射重訂（５）を
配置し、これらの箇所にて被加熱材のεを測定してやれ
ば十分である。

即ち、第１図において、被加熱材（１）を連続的に進行
させながら連続加熱炉（３）の入側手前（入口）。

炉内の複数箇所、及び炉の出口に配置した輻射重訂（５
）でεを測定すれば、被加熱材長手方向各部におけるε
をきめ細かく捕らえることができるが、連続加熱炉（３
）の入側手前に配置した輻射型針単独でεを連続的又は
断続的に測定すれば、第３図で示すような被加熱材の長
手方向におけるεの変化状況が捕らえられる。

また、これと共に連続加熱炉（３）内の複数箇所に配置
した輻射重訂も順次使用し、各々で“被加熱材の成る１
点”のεを測定すれば、第４図に示すように、該“１点
”についての加熱炉内でのεの変化状況を捕らえること
ができる。

従って、これらの実績に基づけば、上記以外の他の被加
熱材長手方向位置のεが炉内でどのように変化するかを
的確に予測することができ、更には加熱炉内の次ゾーン
での変化も予測することが可能である。

そこで、このεの動向予測を基にすれば、被加熱材の長
手方向にわたる熱伝達率を適正に把握しながら加熱制御
が行えると共に、予め各加熱手段の最適設定条件の動向
（例えば各バーナの最適燃焼ガス流量値の動向）をも予
測して応答遅れを見越した設定ができるため、加熱制御
精度を格段に向上させることが可能となる。特に、εの
不安定域とされる境界部（材料と材料との継目）付近の
品質向上に大きな成果を挙げ得ることができる。

また、この際、連続加熱炉（３）内の複数箇所に配置し
た輻射重訂（５）によるεの測定値を基に被加熱材の熱
伝達率を適正に補正しながら加熱制御を行えば、より優
れた成果が得られることとなる。

なお、εを測定するために使用する輻射重訂としては、
市販の”輻射重訂を兼ね備えた温度計”で十分である。

この温度計では、測定した材料温度を基に発光エネルギ
ーを求め、次の計算によって放射率εを算出するように
なっている。

また、バーナーを使用する連続加熱炉内でのεの変化動
向は、“燃焼ガスと燃焼エアーとの混合比”により成る
程度の酸化速度が予測できることから、これに基づいた
予測式を使用して予測してもよい。

ところで、輻射率を基にした熱伝達率の算出は次のよう
な手法で行うことができる。即ち、一般に伝熱計算には なる式が用いられており、これがらも分かるように材料
温度の変化は熱伝達率と輻射率の項によって成り立って
いる。ここで、輻射率を推測又は実測結果に基づいて与
えてやることにより、実測材料温度を用いたアダプティ
ブ計算（本発明の場合、被加熱材温度、炉温等の実績を
捕らえ、材料長手方向の各ポイント（２〜１０ｍ程度の
定ピンチ）の板温変化を計算するものであり、例えば２
０秒周期で起動している）により熱伝達率を逆算するこ
とができる。また、それによって求めた輻射率を記憶し
ておき、次回に同一材料が流れる時に使用するようにし
ておけば、次回の制御精度の向上が期待できる。

なお、本発明に係る加熱制御方法は、連続加熱炉として
最も一般的な連続焼鈍設備等のみならず、溶融亜鉛めっ
き設備等における連続加熱にも適用できることは言うま
でもない。

続いて、本発明の効果を実施例により更に具体的に説明
する。

〈実施例） 第５図に示したような連続焼鈍設備を使用し、帯鋼（６
）の連続焼鈍（加熱目標温度＝７２０℃）を実施した。

この際、まず従来法として、連続加熱炉（３）の出側に
配置された輻射重訂（５２１（ここでは温度計を兼ねる
ものを使用）によって帯鋼（６）の該部位における温度
を測定しつつ、該温度が目標値に近づくようにバーナー
への燃料ガス流量を制御し、加熱を行った。この時の、
帯鋼長手方向におけるεと鋼板の加熱温度実績を第６図
（ａｌに示す。

次に、本発明例として、複数の輻射重訂（転）、（５）
。

（へ）により帯鋼（６）の長手方向１点位置のεを順次
測定して“炉内でのεの変化傾向”を予測すると共に、
前記輻射重訂の内の連続加熱炉（３）入口手前に配置し
た輻射重訂（へ）で加熱炉に進入する帯鋼の長手方向に
亘るεを連続的に測定し、これらに基づいて帯鋼長手方
向の各部位におけるεの時間的変動を予測して、これを
基に各部位における熱伝達率の補正値を算出しなからバ
ーナーへの燃料ガス流量を制御しつつ加熱を行った。こ
の時の、帯鋼長手方向におけるεと鋼板の加熱温度実績
を第６図（ｂ）に示す。

第６図（ａｌと第６図（ｂｌを比較すれば明らかなよう
に、本発明法は従来法に比して制御精度が全体的に向上
しており、特にεが変化している付近での制御精度が格
段に向上していることが分かる。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、連続加熱炉の
的確で安定した制御が可能となり、加熱処理される成品
の品質を一段と向上することができるなど、産業上有用
な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、連続加熱炉における本発明に係る加熱制御法
の説明図である。 第２図は、連続加熱炉における従来の加熱制御法の説明
図である。 第３図は、被加熱材の長手方向位置による輻射率（ε〕
の変化例を示すグラフである。 第４図は、連続加熱炉内外の測定位置による輻射率〔ε
〕の変化動向例を示すグラフである。 第５図は、実施例で使用した連続焼鈍設備の説明図であ
る。 第６図は、連続加熱材長手方向における輻射率〔ε〕の
変化状況及び加熱温度実績を表わしたグラフであり、第
６図（ａ）は従来例に係るものを、そして第６図（′ｂ
）は本発明例に係るものをそれぞれ示している。 図面において、 １・・・被加熱材、　　　　　　２・・・バーナー。 ３・・・連続加熱炉、　　　　　４・・・温度計。 ５、５．、５□・・・輻射重訂、　　６・・・帯鋼。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続加熱炉を通して被加熱材を連続的に加熱処理
   するに際して、連続加熱炉入口、連続加熱炉内での複数
   箇所並びに連続加熱炉出口において被加熱材の輻射率を
   測定し、この測定値から被加熱材長手方向各部の炉内位
   置における熱伝達率を割り出し、これに基づいて連続加
   熱炉の加熱手段を調整することを特徴とする、連続加熱
   炉における加熱制御方法。
2. （２）連続加熱炉を通して被加熱材を連続的に加熱処理
   するに際して、加熱炉への進入前に測定した被加熱材長
   手方向における輻射率の変化状況を基に加熱炉内での被
   加熱材各部の輻射率の動向を予測すると共に、この予測
   値から被加熱材長手方向各部の炉内各位置における熱伝
   達率を割り出し、これに基づいて連続加熱炉の加熱手段
   を調整することを特徴とする、連続加熱炉における加熱
   制御方法。
3. （３）連続加熱炉を通して被加熱材を連続的に加熱処理
   するに際して、加熱炉への進入前に測定した被加熱材長
   手方向における輻射率の変化状況を基に加熱炉内での被
   加熱材各部の輻射率の動向を予測すると共に、連続加熱
   炉内での複数箇所において測定した輻射率の実測値より
   上記予測値を補正しつつ被加熱材長手方向各部の炉内各
   位置における熱伝達率を割り出し、これに基づいて連続
   加熱炉の加熱手段を調整することを特徴とする、連続加
   熱炉における加熱制御方法。