JPH06184647A - 連続炉における板温制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】輻射率の補正を的確に行うことで、加熱炉内の
温度を、鋼板の加熱に対して常に適切な状態とする。 【構成】Δε＝ＫΔＷ（Δε：輻射率の補正量、Ｋ：定
数、ΔＷ：速度×断面サイズの変化量）をもとに速度変
化による輻射率補正部６において、鋼板２１の装入速度
変化、形状変化に対応させて間接加熱帯内の鋼板輻射率
を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続焼鈍炉などの連続
加熱炉における連続板温制御方法に係り、特に板厚、板
幅、あるいは加熱炉出口温度基準の異なる鋼板（ストリ
ップ）を必要に応じて速度を変えながら加熱炉に連続的
に通板して、加熱、焼鈍を行うときの板温制御方法およ
びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板を連続的に加熱または焼鈍するため
の連続炉としては、連続焼鈍炉や連続溶融亜鉛めっき工
場における加熱炉がある。以下連続焼鈍炉における鋼板
の加熱を例として説明すると、所定の機械的特性や表面
性状などを得るためには、適切なヒートパターンとなる
ように制御することが重要である。

【０００３】目的のヒートパターンとなるように制御し
て鋼板を加熱するために、連続焼鈍炉の各要所に板温計
を取付け、板温計の指示温度が目標温度となるよう、連
続焼鈍炉の炉温または燃焼ガス流量等を制御して炉温を
制御する。

【０００４】この場合の炉温または燃焼ガス流量を決定
する際に必要な因子としては、鋼板の板厚，板幅等の形
状因子、鋼種因子、加熱前の表面性状因子、連続炉への
装入速度因子等が挙げられる。これらの因子のうち、形
状因子については、操業前から決定している要因であ
り、自材内での変動量は許容範囲内のものである。鋼種
因子も操業前に決定している。加熱前の表面性状も鋼種
により予測できるとともに、ライン内に設置された洗浄
装置等で連続炉装入前に表面洗浄することでほぼ一定の
表面性状を得られる。

【０００５】しかしながら、残る因子としての連続炉へ
の鋼板の装入速度は、操業中の条件等により適時変更す
る必要が生じる。この場合には、従来、オペレーターの
手動操作によって、通板速度の変更後または変更前に、
その通板速度に適した燃焼条件となるように、燃焼ガス
流量または炉温を変更していた。

【０００６】しかし、このような手動作業においては、
熟練のオペレーターを必要とするとともに、そのオペレ
ーターにとっては、速度変更量に見合った制御量を瞬時
に計算すること自体が実際的には困難である。さらに、
オペレーターの個人差によるバラツキが生じ、一定精度
を維持するのは不可能である。

【０００７】この問題に対して、伝熱計算モデルによっ
て、板温制御を行うことが開発されてきた。この伝熱計
算モデル式としては、次記の（１）式が一般的である。

【０００８】

【数１】

【０００９】この伝熱計算モデル式板温制御に際しての
目的は、連続加熱炉に連続的に装入される鋼板のサイ
ズ変わり部で、予め計算したまたは定周期で燃焼ガス流
量または炉温等に変更する、モデルを定周期起動によ
り目標板温に対して近づくようフィードバック計算す
る、モデルを速度変更時、速度変更情報による起動ま
たは定周期起動により目標板温に対して近づくようフィ
ードフォワード制御する、ことにある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、直火加熱帯
と間接加熱帯を有する連続焼鈍炉においては、設備的に
図２に示す構成となっている。すなわち、連続装入され
る鋼板２１を直火加熱帯Ｌおよび間接加熱帯Ｍにおいて
加熱する際に、直火加熱帯Ｌでは燃焼ガスとエアーを燃
焼バーナー２２から吹き出して直火燃焼を行うととも
に、間接加熱帯Ｍにおいては、ラジアントチューブ２３
により間接加熱を行っている。この場合、直火加熱帯Ｌ
と間接加熱帯Ｍとの間に温度計２４を、さらに間接加熱
帯Ｍの出側に温度計２５をそれぞれ設けている。

【００１１】この連続焼鈍炉における板温制御方法の一
例として次の方法がある。すなわち、直火加熱帯Ｌと比
較して間接加熱帯Ｍは、伝熱特性から炉温変更後目標炉
温に到達するまで時間がかかるため、間接加熱帯Ｍの炉
温はなるべく変更しないような操業を行っている。この
とき、間接加熱帯Ｍの出側板温目標が決まっている場
合、その目標板温と間接加熱帯Ｍの現状の炉温実績から
直火加熱帯Ｌの出側目標板温を計算し、直火加熱帯Ｌの
出側目標板温になるよう直火加熱帯Ｌの燃焼ガス流量を
変更して間接加熱帯Ｍの出側板温を制御する。燃焼ガス
流量およびエアー流量は流量調節計２６、２７により行
われる。

【００１２】すなわち、この方法において装入鋼板の形
状替わりや装入速度変更がある場合には、図１０に示す
ように、直火加熱帯Ｌにおいて可能な限り板温制御を行
うこととしている。しかし、直火加熱帯に負荷がかかり
過ぎ、直火加熱帯炉温の上限や下限に近づく場合や、間
接加熱帯の出側板温を確保するために直火加熱帯の出側
板温が上限あるいは下限を超えてしまうような場合は、
直火加熱帯における板温制御はできなくなる。このよう
な場合、たとえば図１１に示すように、間接加熱帯の温
度上昇期間に、直火加熱帯の燃焼ガス流量を合わせて調
整し、間接加熱帯の温度変更過渡期の制御を直火加熱帯
で補う方法をとっている。

【００１３】このとき、図７に示すように、間接加熱帯
内では、輻射率が高い場合と低い場合とで外部からの鋼
板に対する熱伝達率が変化するため、直火加熱帯の出側
板温の目標が変わってくる。この輻射率は、先に述べた
ように鋼板の表面性状でほぼ決定されているため、鋼種
等で輻射率を分類し、テーブル化することで検索するこ
とが可能である。

【００１４】ここで、前記伝熱計算式（１）に戻ると、
この式（１）は、フレームから鋼板に直接受ける直射の
項と、炉壁等から鋼板に間接的に受ける輻射の項とから
なっている。しかし、伝熱計算においては、前記２項以
外に対流による熱収支が存在することが知られている。
つまり、炉内の雰囲気は常に静的状態を保っているので
はなく、外部要因により対流を繰り返し、動的状態とな
っているのである。

【００１５】この外部要因としては、（イ）鋼板の装入
速度、（ロ）直火加熱帯における燃焼ガス、（ハ）間接
加熱帯における酸化防止のためのパージガス等が挙げら
れる。これらは、常に増減しているため、対流の程度は
常時不安定である。また、対流の影響をモデル計算式で
同定するには計算過程が複雑になり、時間を要すること
からオンラインでの利用は実質的に不可能に近く、実際
には使用されていない。

【００１６】そこで、図８に示すように、モデル計算と
してたとえば対流の影響を輻射率に置き換え、オンライ
ンの学習により前記外的要因が生じたときに、その要因
にあわせて輻射率を補正する方法がある。

【００１７】オンラインの学習方法の例としては、たと
えば実績炉温，燃焼ガス実績流量，鋼板速度等から板温
予想パターンを計算し、ライン内の温度計で計測した実
績板温と比較し、板温予想パターンが実績板温に近づく
よう輻射率を変更する方法である。この方法による学習
効果によれば、いずれ最適計算値に到達させることが可
能となるが、炉温変動や板温変動等の原因により、前記
の学習計算結果が必ずしも安定するとは限らず、学習計
算結果の輻射率をそのまま伝熱計算に使用するには問題
が残る。

【００１８】この問題に対して、学習計算の計算結果に
適度の補正量を付加して輻射率を補正し、時間をかけて
徐々に補正していく方法があるが、この方法によると輻
射率が最適値に到達するまでの間は、目標板温に対する
板温外れが生じてしまう。

【００１９】また、装入鋼板サイズ変更の直後は前記し
た輻射率のテーブルから検索した輻射率を使用し、これ
に対し学習補正するするため、たとえ速度が変更されな
くても板温外れが発生しやすいという問題もある。

【００２０】したがって、本発明課題は、採用する輻射
率を適正なものとし、板温外れの範囲を大幅に縮小し、
かつ板温の的中率を高めることにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題は、連続的に通
板される鋼板を、直火加熱帯および間接加熱帯を有する
連続加熱炉で加熱する際、前記各加熱帯の少なくとも一
方の出側で目標板温となるよう、直火加熱帯あるいは間
接加熱帯の燃焼ガス量または炉温を制御する板温制御方
法において、通板速度と、あるいは通板速度と鋼板の断
面積の積と、鋼板の輻射率との相関を予め求めておき、
通板速度および鋼板断面サイズを変更した場合、その変
更量に応じて輻射率を補正し、補正された輻射率を用い
て燃焼ガス量または炉温を制御することで解決できる。

【００２２】

【作用】本発明者らは、前記の外部要因について種々検
討した結果、ラジアントチューブを有する間接加熱帯に
おいては、（イ）の鋼板の装入速度が支配的であること
を知見した。また、装入速度変動は、間接加熱帯におけ
る対流に大きく影響を与えることも知見した。

【００２３】通板速度と鋼板断面積との積と、輻射率と
の関係を調べたところ、図９に示す結果が得られた。な
お、この図中の輻射率は実績から回帰式により計算した
値であるため、対流の影響を含んでいる。この図９に示
す結果によると、通板速度が速くなれば輻射率が見かけ
上、上昇することとなり、速度上昇とともに対流が激し
くなる事実と一致している。

【００２４】なお、図９では通板速度×鋼板断面積と輻
射率との相関関係を示したが、通板速度と輻射率、ある
いは間接加熱帯におけるパージガス量と輻射率との相関
等によっても、輻射率を補正することもできる。

【００２５】したがって、この結果から、速度変更時ま
たは鋼板断面サイズ変更時において、その変更量に応じ
て輻射率を補正することが可能であり、その補正量は次
記（２）式で表すことができる。

【００２６】 Δε＝ＫΔＷ ……（２） Δε：輻射率の補正量 Ｋ：定数（鋼種、表面性状などのよって決定される） ΔＷ：速度×鋼板断面サイズの変化量 かかる輻射率の補正量Δεによって、速度変更時または
鋼板断面サイズ変更時において、輻射率を補正するとと
もに、この補正輻射率に対して、補正学習機能を利用し
て輻射率の微調整を図ることができる。なお、速度変更
から輻射率補正までの速度を上げるため、速度変更の割
り込み信号を設け、その信号を補正タイミングすること
により、輻射率を真値近くまで一気に補正することが可
能となる。

【００２７】かくして、装入鋼板の断面サイズ直前，直
後、あるいは通板速度変更直後に実測速度値より対流の
影響を考慮し、輻射率を真値近くまで一気に補正するこ
とで、板温外れの範囲を大幅に縮小できる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により具体的に
説明する。本発明は、図２に示す設備の下で、図１に示
す板温制御モデル部をもって実施できる。

【００２９】鋼板２１の装入タイミングや通板速度は、
速度計２８により検出され、トラッキング部１１におい
て、トラッキングが実行され、このトラッキング情報を
受けてモデル計算部では、上位プロセスコンピューター
から与えられる材料条件（鋼板断面サイズ、鋼種な
ど）、操業条件等から上記伝熱計算式（１）式および
（２）式に基づいて加熱炉の燃焼量（炉温または燃焼ガ
ス量等）を計算する。出力部１３では、目標板温となる
ように、各流量調節計２６、２７に対して目標板温とな
るように、加熱炉の燃焼量制御信号を与える。

【００３０】さらに具体的に説明すると、トラッキング
部１１では、鋼板先頭のライン内位置をトラッキング
し、定周期で板温制御モデル部に通知するとともに、鋼
板先頭が予め指定された定位置に到達した際、板温制御
モデル部に通知する機能と板温制御モデル計算に必要な
プロセスデータを収集し、定周期で板温制御モデル部に
通知する機能を有する。

【００３１】また、モデル計算部１２における板温制御
モデル部は、図１に示すように、テーブル検索部１と、
伝熱計算部２、炉温計算部３、燃焼ガス流量計算部４お
よび学習による学習による輻射率補正部５、さらに速度
変化による補正部６からなる。

【００３２】まず、テーブル検索部１において、予め登
録されたテーブルより、鋼板条件（形状，鋼種等）によ
って狙い板温や基本輻射率を検索する。次に、伝熱計算
部２においては、テーブル検索部１によって得られた検
索結果の情報の他に、操業条件（現状炉温，燃焼ガス流
量，装入速度等）から伝熱式（１）をもとに鋼板長手方
向に鋼板温度の予測計算を行う。この伝熱計算部２の計
算結果に基づき、燃焼ガス流量計算部４において、直火
加熱帯の燃焼ガス流量を計算し、炉温計算部３において
間接加熱帯の炉温を計算し、それぞれの制御値を設定す
る。

【００３３】このとき、学習による学習による輻射率補
正部５において、伝熱計算結果をもとに、テーブル検索
による輻射率をオンラインの状況に応じて徐々に補正す
る。

【００３４】また、速度変化による補正部６において、
速度変化，形状変化により輻射率の変化分を計算してテ
ーブルから検索した輻射率および学習による輻射率補正
結果の値を補正する。

【００３５】具体的に、速度変化による輻射率補正部６
においては、鋼板２１の装入速度が変更されたときは、
速度計実績速度と炉内に装入中の鋼板の断面サイズ、鋼
種等から前記（２）式を使用して補正量を計算し、また
断面サイズ変わりの鋼板２１が装入されたとき、あるい
はその直前もしくは直後には、現状速度と鋼板断面サイ
ズ、鋼種等から式（２）を使用して補正量を計算する。

【００３６】＜実施例＞以下に溶融亜鉛めっき工場で、
本発明の装置を用いた本発明による方法と、通板速度で
輻射率を補正しない従来の方法との比較を行った。図３
に従来の方法の、図４に本発明による方法の板温制御結
果を示す。この結果から明らかなように、従来例におい
ては、速度変動が大きい程、板温外れ量が大きい。それ
に比較して本発明例においては、速度変動に関係なく、
ほぼ一定の精度が得られることがわかる。

【００３７】また、図５，図６には、装入鋼板の形状変
化時における板温制御の結果を示す。この例において
も、やはり従来例では炉内に進入した直後から当分の間
は板温外れが生じているか、本発明例においては、進入
直後から一定精度の温度が得られていることがわかる。

【００３８】なお、実操業の結果、ほぼ材料全長にわた
り板温外れ量を±３０℃から±１０℃に改善したため、
機械的特性が安定し、かつメッキ付着性が良好となっ
た。さらに、材料と材料の繋ぎ目付近の非定常部の特性
が良好となった結果、歩留りが１．５％向上した。しか
も、オペレーターの負担が著しく軽減した。

【００３９】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、採用する
輻射率を適正なものとし、板温外れの範囲を大幅に縮小
しもって板温の的中率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る炉温制御装置内のモデル計算部の
ブロック図である。

【図２】本発明の実施に用いる炉温制御系を示した概要
図である。

【図３】従来における速度変動時の加熱炉温度制御の例
である。

【図４】本発明における速度変動時の加熱炉温度制御の
例である。

【図５】従来における断面サイズ変化時の加熱炉温度制
御の例である。

【図６】本発明における断面サイズ変化時の加熱炉温度
制御の例である。

【図７】輻射率の違いによるヒートパターンの違いを示
した図である。

【図８】間接加熱帯の輻射率の補正例を示した図であ
る。

【図９】鋼板断面積と速度との積および輻射率の相関関
係を示した図である。

【図１０】従来の加熱炉内の板温制御の例を示した図で
ある。

【図１１】他の従来の加熱炉内の板温制御の例を示した
図である。

【符号の説明】

１…テーブル検索部、２…伝熱計算部、３…炉温計算
部、４…燃焼ガス流量計算部、５…学習による速度変化
による補正部、６…速度変化による輻射率補正部、１１
…トラッキング部、１２…モデル計算部、１３…出力
部、２１…鋼板、２４、２５…温度計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続的に通板される鋼板を、直火加熱帯お
   よび間接加熱帯を有する連続加熱炉で加熱する際、前記
   各加熱帯の少なくとも一方の出側で目標板温となるよ
   う、直火加熱帯あるいは間接加熱帯の燃焼ガス量または
   炉温を制御する板温制御方法において、 通板速度と、あるいは通板速度と鋼板の断面積の積と、
   鋼板の輻射率との相関を予め求めておき、通板速度およ
   び鋼板断面サイズを変更した場合、その変更量に応じて
   輻射率を補正し、補正された輻射率を用いて燃焼ガス量
   または炉温を制御することを特徴とする連続炉における
   板温制御方法。