JPH06192751A - 鋼片連続加熱炉の鋼片温度推定方法及び制御方法 - Google Patents

鋼片連続加熱炉の鋼片温度推定方法及び制御方法

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JPH06192751A
JPH06192751A JP34396292A JP34396292A JPH06192751A JP H06192751 A JPH06192751 A JP H06192751A JP 34396292 A JP34396292 A JP 34396292A JP 34396292 A JP34396292 A JP 34396292A JP H06192751 A JPH06192751 A JP H06192751A
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JP
Japan
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furnace
temperature
billet
temp
heating furnace
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JP34396292A
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English (en)
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Yutaka Soejima
島 豊 副
Eiji Ikezaki
崎 英 二 池
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度鋼片温度推定と高精度鋼片温度制御の
提供。 【構成】 炉内雰囲気ガス成分値の変動を連続炭酸ガス
計と連続露点計を用いてCO2とH2Oを測定し、これら
よりガス放射率εgを求めて総括熱吸収率φCG を逐次
計算し、これを基に鋼片温度の実績計算をする。さらに
現在の鋼片位置から抽出までの炉温パターンを仮定し鋼
片温度を予測し、目標抽出鋼片温度となる炉温パターン
を設定する。この決定炉温となる様に燃料を調整し鋼片
温度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼片連続加熱炉におけ
る鋼片温度推定方法及びこれに基づいた鋼片温度の制御
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】熱間圧延における品質造り込みおよび歩
留り向上のため、その前段における加熱炉からの抽出温
度は極めて重要である。
【0003】従来、鋼片連続加熱炉における鋼片温度の
推定或いは制御法は、例えば特開昭61-195916号,特開
昭61-67718号,特開昭61-199019号公報等で知られるよ
うに、炉内の各鋼片一本毎に炉温計指示を基に現状炉温
パターンと鋼片温度を計算する。更に、これを基に目標
抽出温度を考慮し抽出までの炉温パターンを仮定し鋼片
抽出温度を予測している。この予測計算より抽出までの
炉温パターンを決定し設定炉温になる様に、燃料流量を
調整する方法など、圧延に必要な圧延目標温度を確保す
る為に加熱炉鋼片温度の計算や制御方法が開示されてい
る。
【0004】しかし、これらの方法は、炉内の雰囲気ガ
ス成分の影響は考慮されていなく、実際の操業では雰囲
気ガス成分は設定空気比や侵入空気量によって変動し、
ガス放射率εG が変動し鋼材表面への入熱量が変動し鋼
材温度の精度は確保されていない等の問題がある。
【0005】また、前述の総括熱吸収率φCG は、一般
には鋼片に熱電対を取り付けて数回測温した結果より求
め、炉固有の一定値、即ち、固定された値を用いて、鋼
片の表面への入熱量はステファンボルッツマンの式を用
いて次の(1)式のように計算されている。 Q=4.88×φCG ×{〔(θg+273)/100〕4 −〔(θs+273)/100〕4} (Kcal/mhr) ・
・・(1) ここで、 φCG :総括熱吸収率 θg :燃焼ガス温度 θs :鋼片表面温度 であり、実際上は刻々と単時間毎に計算する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし加熱炉操業の実
態は、この総括熱吸収率φCG を求めた場合の操業とは
異なる。例えば、設定炉内圧力の差による侵入空気量が
変動し炉内雰囲気中のH2O分圧とCO2分圧が変動した
場合や、品質毎によるスケール剥離性促進のために設定
空気比を変更した場合等、炉内雰囲気中のH2O分圧と
CO2分圧が変化しガス放射率εG が変動し、実際の総
括熱吸収率φCG が変化する。また、抽出温度が100
0℃から1400℃までいろいろの鋼種を加熱する場
合、加熱炉固有の総括熱吸収率φCG を用いた場合、実
際の鋼片温度と推定計算温度とのかい離が大きい。
【0007】近年、高級鋼指向の傾向が強く、これに応
えるため加熱炉での鋼片温度の推定精度の向上が望まれ
ている。即ち、鋼片加熱炉では、本来の目的である圧延
に供する鋼片を所定の目標温度に加熱すると供に、加熱
途中の加熱履歴も狙いとする温度に加熱し、制御する事
が重要である。
【0008】本発明は、前述の様に、炉内雰囲気成分の
変化や炉温の変動にもかかわらず一定の総括熱吸収率φ
CG を用いて計算する従来方法の欠点を改善し、より迅
速で高精度な温度推定を行なうことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、炉内の各種情
報を得て、炉内の総括熱吸収率φCG を求めて計算によ
って鋼片温度を推定計算する方法であり、炉長方向に複
数箇所設けたCO2計と露点計にて、炉内雰囲気成分値
を逐次計測すると共にその雰囲気成分値に応じた総括熱
吸収率φCG に反映する。更に、炉長方向の天井や炉壁
に数点の炉温計を設けて炉温を測定し、炉温の変化を逐
次取り込み、より動的な総括熱吸収率φCG 推定を精度
よく求め、温度制御を行う。さらにこの総括熱吸収率φ
CG を用いて鋼材表面への伝熱量Qを求め、鋼片の温度
推定精度を向上させる。また、この鋼片温度推定値から
加熱炉抽出温度を予測し目標抽出鋼片温度との誤差を修
正すべく炉操業特に炉内温度の制御を行う。即ち、品質
要求に応じた加熱履歴で加熱することで品質の造り込み
を可能とする。
【0010】
【作用】品種毎によって設定空気比を変更した場合や燃
焼量の変化によって炉内排ガス成分が異った場合でも、
また炉内圧力の変動により炉内への侵入空気の変動によ
って炉内雰囲気成分が異った場合でも、雰囲気成分値に
応じた総括熱吸収率φCGが逐次求められ、鋼片の温度推
定精度が向上する。
【0011】
【実施例】本発明について実施例に基づき図面を参照し
て詳細に説明する。図1は、鋼片連続加熱炉の横断面を
示す。この炉内空間を、炭酸ガス,水蒸気,亜硫酸ガス
などの気体が占めるとき、その中を貫通する連続スペク
トルの熱放射線は気体によって定まる赤外線部分の狭い
波長領域で吸収をうける。これらの気体が逆に高温にな
るとその波長領域の赤外線を放射し、そのエネルギー量
は相当に大きくなることがある。気体からの熱放射エネ
ルギー量は気体の温度と種類だけでなく、その分圧p
G ,有効厚さLなどに関係する。単原子分子及び2原子
分子の気体、たとえば水素,窒素,酸素等は、熱放射線
を射出,吸収しない非放射性媒体であり、工業装置に現
われる温度範囲では放射伝熱熱量に影響するほどのエネ
ルギー量を発散せず、工学的には熱放射能力がないとみ
なして差し支えない。
【0012】ここで、炭酸ガスと水蒸気の混合したガス
放射率は、一般にSchackの式で求められている。
【0013】
【数2】
【0014】ここで、放射による伝熱量はステファンボ
ルツマンの法則により(1)式で求める事ができる。こ
の式において、φCG は各種の放射伝熱すなわちガス放
射及び炉壁放射を一括して係数にしたもので、理論的に
0〜1.0の値をとり、総括熱吸収率と呼ばれている。
従ってφCG は、炉内の各面と鋼片の受熱面間の角関
係、及び炉却面の面積,及び燃焼ガスの放射率の面積に
関係している。図1の模式図の場合のφCG は、 1/φCG =(1/FCG )+〔(1/εC )−1〕 ・・・(5)
【0015】
【数6】
【0016】εCO2:CO2のガス放射率 p
CO2:H2O分圧 εH2O:H2Oのガス放射率 pH2O:CO2
分圧 AG :ガス放射面積 φCG :総括熱
吸収率 AR :反射面積 εC :受熱面
放送率 AC :受熱面積 εG :ガス放
射率 AT :AR +AC Tg:ガス温
度 FRC :R面よりC面を見る角関係 L:ガス有
効高さ FCG :燃焼ガスの放射率と反射面の反射を考慮に入れ
た、受熱面から燃焼ガスへの放射の係数 として求める事ができる。
【0017】図2にはLNGを空気比m1.0から2.
0までの範囲で燃焼させたときのCO2,H2O,N2
2の燃焼排ガスの割合を示す。空気比mが小さくなる
程CO2とH2Oの分圧が大きくなる事がわかる。このS
chackの(2)式及び(3)式よりCO2とH2Oの分圧
が大きくなる程、ガス放射率が大きくなる事が判る。ま
たLすなわちガス層の有効高さ(炉高)が高くなる程、
燃焼ガス温度Tgは低い程ガス放射率εH2OとεCO2
は大きくなる事が容易に推定できる。
【0018】侵入空気等がない場合は、図2の様に炉内
酸素濃度O2と総括熱吸収率φCG の間には関係があり、
この炉内酸素濃度O2を直接測定し総括熱吸収率φCG
反映させることでもよいが、実際の炉では侵入空気等が
あり炉内酸素濃度O2が増加するためCO2とH2Oを測
定したほうがよい。
【0019】勿論これに加えて、炉内酸素濃度計による
総括熱吸収率φCG に反映させることも含む。また、炉
温計も炉温のみの操業データに利用するのではなく総括
熱吸収率φCG を求めるSchackの式に刻々と導入するこ
ともできる。
【0020】図3には、炉内の水蒸気の分圧と露点との
関係を示し、図4に、鋼片用連続加熱炉での連続CO2
メ−タ4及び連続露点計5の設置位置を示す。この場
合、例えば計算対象の鋼片が加熱帯にある場合は、予熱
帯と加熱帯の間にあるCO2メータ,露点計の値を用い
てもよい。
【0021】図5には、本発明の制御方法を実施するシ
ステム構成を示す。CO2メータ4,露点計5の検出値
ならびに炉内温度計11の検出温度を制御装置12が演
算装置13に与え、演算装置13は、前述の(1)〜(5)式
に従って、CO2メータ4,露点計5の検出値より雰囲
気ガス成分量を算出し、炉内温度計11の検出温度よ
り、炉長方向の炉温分布を計算し、雰囲気ガス成分量と
炉温よりガス放射率εGを求め、ガス放射率εG を用い
て総括熱吸収率φCG を計算し、この値に基づき炉内の
途中までの鋼片温度の温度を求める。更に、現状のこの
鋼片温度,現状炉温分布と目標抽出温度を基に抽出鋼片
温度を予測計算して、抽出までの昇温パターンおよび抽
出ピッチを決定し、この結果より抽出までの炉温設定値
を決定する。こうして演算装置13は、決定した炉温を
制御装置12に与え、制御装置12は、炉温計11の指
示がその値となるようにバ−ナに与える燃料を調節す
る。
【0022】図6に、厚み250mm材の鋼片に熱電対
を装着して測定した、連続鋼片加熱炉の装入側から抽出
側までの鋼片温度(破線8),炉温測定値(7),本発
明により総括熱吸収率φCG を算出しこれに基づいて求
めた温度推定計算結果(黒丸)、および、従来の手法に
より総括熱吸収率φCG を算出しこれに基づいて求めた
温度推定計算結果(白丸)を示す。なお、鋼片実測温度
(破線8),本発明による計算結果(黒丸)および従来
の計算結果(白丸)は、断面平均値で示す。本発明によ
れば、この図6に黒丸で示す様に、実操業の炉内雰囲気
成分に応じた総括熱吸収率φCG によって鋼片の断面平
均を精度よく推定することができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明を適用するこ
とにより、品種毎によって設定空気比を変更した場合や
燃焼量の変化によって炉内排ガス成分が異った場合で
も、また炉内圧力の変動により炉内への侵入空気の変動
によって炉内雰囲気成分が異った場合でも、雰囲気成分
値に応じた総括熱吸収率φCG を逐次求める事ができ、
鋼片の温度推定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 加熱炉の横断面図であり、総括熱吸収率φCG
を求めるためのパラメ−タを示す。
【図2】 加熱炉で燃料LNGを、1.0から2.0ま
での範囲の空気比mで燃焼させたときのCO2,H2O,
2,O2の燃焼排ガスの割合を示すグラフである。
【図3】 加熱炉内の水蒸気の分圧と露点との関係をし
めすグラフである。
【図4】 鋼片用連続加熱炉の縦断面図であり、連続C
2計4及び連続露点計5の設置位置を示す。
【図5】 本発明を一態様で実施する、鋼片用連続加熱
炉の制御シスタムを示すブロック図である。
【図6】 鋼片用連続加熱炉での鋼片温度の実測値と計
算値を示すグラフである。
【符号の説明】
1:炉壁 2:燃焼ガス 3:鋼片 4:連続CO2計 5:連続露点計 6:バーナ 7:炉温パターン 8:実測鋼片温度
(断面平均) 9:本発明の総括熱吸収率φCG による計算鋼片温度
(断面平均) 10:従来の総括熱吸収率φCG による計算鋼片温度
(断面平均) 11:温度計 12:制御装置 13:演算装置

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スラブ,ブルーム,ビレット等の鋼片を熱
    間圧延に供する連続加熱炉において、加熱炉の炉長方向
    に設置したCO2メータと露点計とを用いて、炉内雰囲
    気成分を測定し、この炉内雰囲気成分値よりガス放射率
    εG を求めて、総括熱吸収率φCG を逐次計算し、この
    値に基づいて鋼片温度を計算することを特徴とする鋼片
    連続加熱炉の鋼片温度推定方法。
  2. 【請求項2】炉内雰囲気成分値に炉内酸素濃度計による
    測定値を付加することを特徴とする前記請求項1記載の
    鋼片連続加熱炉の鋼片温度推定方法。
  3. 【請求項3】炉温計による刻々の測定値を総括熱吸収率
    φCG に反映させることを特徴とする前記請求項1記載
    の鋼片連続加熱炉の鋼片温度推定方法。
  4. 【請求項4】CO2メータと露点計による測定を連続的
    に行うことを特徴とする前記請求項1記載の鋼片連続加
    熱炉の鋼片温度推定方法。
  5. 【請求項5】スラブ,ブルーム,ビレット等の鋼片を熱
    間圧延に供する連続加熱炉において、加熱炉の炉長方向
    に設置したCO2メータと露点計とを用いて、炉内雰囲
    気成分を測定し、この炉内雰囲気成分値よりガス放射率
    εG を求めて、総括熱吸収率φCG を逐次計算し、この
    値に基づいて鋼片温度を推定し、この鋼片温度推定値か
    ら加熱炉出側の抽出温度を予測し、一方鋼片毎に要求さ
    れる鋼片温度との誤差を修正すべく炉操業特に炉内温度
    を制御することを特徴とする鋼片連続加熱炉の鋼片温度
    制御方法。
JP34396292A 1992-12-24 1992-12-24 鋼片連続加熱炉の鋼片温度推定方法及び制御方法 Withdrawn JPH06192751A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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