JPH06287632A - ウォーキングビーム式炉のアイドリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】固定スキッドと移動スキッドとの交互積載を行
うアイドリングの際に起因する、スキッドマークの発生
を確実に抑制する。 【構成】炉内実績温度より伝熱モデルを使用して炉内材
料温度、およびスキッドマーク量を算出する材料伝熱計
算手段８と、この材料伝熱計算手段８からの炉内材料温
度、およびスキッドマーク量に基づいて、アイドリング
時の移動スキッドの上昇または下降の可否を判定する昇
降判定手段１０と、この昇降判定手段からの昇降判定結
果に基づいて移動スキッド３を昇降作動させる移動スキ
ッド駆動装置６とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウォーキングビーム式
加熱炉において、材料（スラブまたはブルームなど）を
均一に加熱することにより、圧延仕上後のスキッドマー
クの発生を防止するためのウォーキングビーム式炉のア
イドリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウォーキングビーム式連続加熱炉は、交
互に複数並んだ状態で設置された固定スキッドと移動ス
キッドのうち、移動スキッドが矩形運動することによっ
て、材料（以下スラブとして代表する）を移送させなが
ら加熱を行う炉である。

【０００３】この種の加熱炉は、ダイレクトチャージ材
のように、圧延工程に連続的に繋がっている場合のバッ
ファ的役割も有し、連接している上・下工程の操業条件
により、スラブの送り速度が経時的に異なる。

【０００４】また、この加熱炉においては、固定スキッ
ドビーム、移動スキッドビームとも水冷構造となってい
るため、スラブ表面におけるビーム接触部は非接触部よ
り温度が低くなる。この温度差および前述のスラブ送り
速度の不均一の影響により、スラブ長手方向に均熱度悪
化による昇温ムラを生じさせ、この昇温ムラが製品寸法
の精度圧下などの品質にら影響を与えたり、下限圧延温
度確保のために抽出温度を高めることにより、加熱炉の
原単位が上昇するなどの問題も生じる。

【０００５】スラブは炉内に挿入されてから炉内を移送
されて抽出されるまでの間、炉内移動と定位置加熱とを
何度も繰り返して各加熱帯を通過するものであるが、一
定位置に停止して加熱されている時間は、移動に要する
時間に比較して圧倒的に長くなるのが通常である。しか
るに、スラブが停止加熱されている時（アイドリング
時）は、常に水冷構造の固定スキッドによって支持され
ているため、その固定スキッドと接触している部分に
は、スキッドマークが発生する。

【０００６】そこで、従来は、加熱炉のオペレータの経
験と勘により、アイドリング期間内において、移動スキ
ッドの前進を伴うことなく単に上下動させ、スラブを移
動スキッドによる支持と固定スキッドによる支持を繰り
返すことにより、極力スキッドマークの発生を防止する
または最小限に止めるようにしている。

【０００７】しかし、この方法では、オペレータの経験
と勘に頼るものであるから、不確実性が高く、特に装
入、抽出ピッチの変更に適確に対処できない。

【０００８】これに対して、特開昭54−130409号公報に
おいて、固定スキッドと移動スキッドの積載時間を等し
くするウォーキングビームの制御方法が提案されいて
る。

【０００９】この方法は、炉内でスラブが固定スキッド
に乗っている時間と、移動スキッドに乗っている時間が
等しくなるよう、加熱スラブの抽出ピッチに基づいて、
移動スキッドの作動タイミングを制御するものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報によ
る従来技術においては、圧延ピッチ（抽出ピッチでもあ
る）の正確な予測を前提としているため、予測圧延ピッ
チに誤差が生じると、かえってスキッドマークの発生を
助長してしまうものである。圧延ピッチの予測は、圧延
ラインの実績を収集することで行われるとしても、突発
的な圧延ライン、加熱炉の休止時の正確な予測は実質的
に困難である。

【００１１】また、制御周期中に一旦固定スキッドと移
動スキッドの積載時間にズレが生じると、それらを等し
くする修正する手段を持たないものことも欠点である。
さらに、炉温は刻々変化するため、固定スキッドと移動
スキッドとの積載時間を等しくする周期を十分短くして
おかないと、スキッドマークの発生を充分抑制できない
ものであることも知見している。

【００１２】したがって、本発明の主たる課題は、確実
に圧延後のスキッドマークの発生を許容限度内に抑制
し、かつ信頼性の高いものとすることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の、本第１発明は、移動スキッドと固定スキッドとの交
互支持により材料を移動させながら加熱を行うウォーキ
ングビーム式加熱炉において、炉内実績温度より伝熱モ
デルを使用して炉内材料温度、およびスキッドマーク量
を算出する材料伝熱計算手段と、この材料伝熱計算手段
からの炉内材料温度、およびスキッドマーク量に基づい
て、アイドリング時の移動スキッドの上昇または下降の
可否を判定する昇降判定手段と、この昇降判定手段から
の昇降判定結果に基づいて前記移動スキッドを昇降作動
させる移動スキッド駆動装置とを有することを特徴とす
るものである。

【００１４】また、第２発明は、移動スキッドと固定ス
キッドとの交互支持により材料を移動させながら加熱を
行うウォーキングビーム式加熱炉において、炉内材料の
固定スキッド上滞留時間および移動スキッド上滞留時間
を検知する滞留時間検知手段と、炉内実績温度より伝熱
モデルを使用して炉内材料温度、およびスキッドマーク
量を算出し、かつこのスキッドマーク量の算出には前記
滞留時間の要因を反映させて算出する材料伝熱計算手段
と、この材料伝熱計算手段からの炉内材料温度、および
スキッドマーク量に基づいて、アイドリング時の移動ス
キッドの上昇または下降の可否を判定する昇降判定手段
と、この昇降判定手段からの昇降判定結果に基づいて前
記移動スキッドを昇降作動させる移動スキッド駆動装置
とを有することを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】本発明では、炉内実績温度より伝熱モデルを使
用して炉内材料温度、およびスキッドマーク量を材料伝
熱計算手段により算出し、この材料伝熱計算手段からの
炉内材料温度、およびスキッドマーク量に基づいて、昇
降判定手段によりアイドリング時の移動スキッドの上昇
または下降の可否を判定する。さらに、この昇降判定手
段からの昇降判定結果に基づいて前記移動スキッドを昇
降作動させる。

【００１６】したがって、従来、オペレータによる操作
によっていたのを、自動化できるとともに、その判断ミ
スを解消できる。しかも、移動スキッドの昇降判定また
は昇降タイミングを判定して移動スキッド駆動装置を制
御するので、後述の実施例のように、スキッドマーク量
の低減に寄与することが大である。

【００１７】さらに、炉内材料の固定スキッド上滞留時
間および移動スキッド上滞留時間を反映させることによ
り、制御特性がより高まる。

【００１８】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明を具体的に説明
する。図１は本発明に係るウォーキングビーム式加熱炉
１の全体図で、図２はその横断面と制御系とを示したも
のである。ウォーキングビーム式加熱炉の形式としては
種々のものがあるが、代表的には、予熱帯、第１加熱
帯、第２加熱帯および均熱帯を有するものであり、スラ
ブＳを装入口２から装入した後、抽出口５から抽出する
までの間において、図示しない加熱バーナーにより加熱
される。

【００１９】スラブＳは装入口２から装入機により加熱
炉１内に装入される。装入されたスラブＳは、加熱炉１
内に、それぞれ炉方向に延びる、かつ炉幅方向に交互に
配設された、移動スキッド３，３…、および固定スキッ
ド４，４…上を逐次搬送されて抽出口５から抽出され
る。

【００２０】各移動スキッド３，３…は連動して、図３
に示す上昇、前進移動、下降、後進復帰の矩形運動を行
うとともに、図４に示すように、単に上下動も行う。こ
れらの運動は、移動スキッド駆動装置６により図示しな
い油圧シリンダーを介して行われる。また、移動スキッ
ド３，３…の上昇時間および前述の矩形運動サイクル数
に基づくスラブＳの炉内位置は、スラブトラッキング装
置７により判断され、そのスラブトラッキング情報は、
スラブ伝熱計算装置８に取り込まれる。

【００２１】スラブ伝熱計算装置８には、炉内の各帯に
臨む温度計９からの炉温信号も取り込まれるようになっ
ている。このスラブ伝熱計算装置８では、後述するよう
に、炉内実績温度（炉温など）より伝熱モデルを使用し
て炉内材料温度、およびスキッドマーク量を一定周期
（たとえば９０秒）で算出する。さらに、アイドリング
装置１０では、前記スラブ伝熱計算装置８からの炉内材
料温度、およびスキッドマーク量に基づいて、アイドリ
ング時の移動スキッドの上昇または下降の可否を、前記
演算周期とは別周期（たとえば１０秒）で判定する。ア
イドリング装置１０での昇降判定結果に基づいて前記移
動スキッド３，３…は、移動スキッド駆動装置６により
昇降作動される。

【００２２】アイドリング装置１０での昇降判定は、種
々の方法があるが、スキッドマーク量の目標値を満足し
ていなければ、移動スキッドを上昇待機させ（すでに上
昇待機中であればこれを継続）、満足していれば移動ス
キッドを下降待機（すでに下降待機中であれば継続）さ
せるように判定する。この判定は、固定スキッド部分、
および移動スキッド部分に生じるスキッドマークの最大
値は、固定スキッド部分において通常は生じるためであ
るが、逆に移動スキッド部分においてスキッドマークの
最大値が現れる場合には、逆の判定を行う。

【００２３】スラブ伝熱計算装置８において採用する伝
熱モデルとしては、スキッドマーク量の算出が主眼であ
るために、たとえば次記の２次元熱伝導方程式（１）を
用いることができる。

【００２４】

【数１】

【００２５】この場合、図５に示すように、炉内スラブ
Ｓを、移動スキッド３および固定スキッド４に対応して
メッシュ分割し、差分化したものを使用する。すなわ
ち、適当な２次元差分方程式を使用して、各分割スラブ
温度を算出し、算出された分割スラブ温度よりスキッド
接触部、非接触部の断面平均温度の偏差の最大値をとる
ことより、スキッドマーク量を推定する。

【００２６】この際の境界条件の例を、スラブ上面につ
いては式（２）に、スラブ下面については式（３）に示
す。スラブの側面については、省略した。

【００２７】

【数２】

【００２８】

【数３】

【００２９】さらに、スラブの下面については、スキッ
ドの影響を考慮して、スキッドの形態係数（＝１−ＦＳ
Ｗ）を境界条件に反映させたものを使用する。

【００３０】また、スキッドマーク量算出精度を高める
ために、図６に示すように、ある計算周期（たとえば９
０秒周期）内におけるスラブトラッキング装置７により
与えられる実績の固定ビーム比率（＝伝熱計算周期中に
スラブが固定スキッドビーム上に乗っている時間比率）
と、移動スキッドおよび固定スキッドについてそれぞれ
仕分けした各帯毎にスラブ下面とスキッドとの関係を示
す形態係数テーブルから選び出した形態係数とに基づい
て、前述の伝熱計算に用いる形態係数を決定することが
好ましい。

【００３１】ここで、前述の伝熱計算を、この種の加熱
炉において使用する燃焼制御計算機の炉内材料温度計算
工程と同一化しておくことにより、炉温設定計算工程、
燃料流量設定計算工程の設定計算精度が高まる。

【００３２】スラブ伝熱計算装置８でのスキッドマーク
量は、算出された各メッシュ温度により、スラブ長手方
向の断面平均温度を算出し、スキッド部と非スキッド部
の断面平均温移動偏差の最大値を採ることにより算出で
きる。

【００３３】アイドリング装置１０での昇降判定の具体
例としては、最抽出側のスラブＮ本発明（たとえば３
本）のスキッドーマーク量を目標値と比較して、全てが
目標値以内のスキッドマーク量であれば、移動スキッド
は下降待機させる。逆に１本でも目標のスキッドーマー
ク量を超えるスラブが存在する場合には、前記の演算に
際しては、固定スキッド部分および移動スキッド部分の
それぞれについてスキッドーマーク量を算出してスキッ
ドマーク量をこれらの最大値として算出しているため
に、固定スキッド部がスキッドーマークの最大値を示す
ときには、移動スキッドを上昇待機させるように指令を
出し、移動スキッド部がスキッドーマークの最大値を示
すときには、その移動スキッドの下降指令を出す。

【００３４】かくして、本発明では、各タイミングでの
スキッドマークの実績値に基づいて、そのスキッドマー
クを抑制する方向にアイドリング時の移動スキッドを制
御するので、スキッドーマークを確実に抑制することが
できる。

【００３５】なお、移動スキッド駆動装置は、電気シー
ケンサーによって制御され、移動スキッドの上昇、下降
の割り込みが燃焼制御計算機に与えられ、これと伝熱計
算時刻により、移動スキッド上昇時間算出処理がなさ
れ、この計算周期内の移動スキッドの上昇時間が算出さ
れる。スラブの炉内位置は、移動スキッド駆動装置から
セルシンにより、移動スキッドの移動量が検出され、こ
の移動量を燃焼制御計算機に入力して、装入位置からの
移動量の加算処理により炉内位置が判定されるものであ
る。

【００３６】（実験例）上記本発明の方法により、ウォ
ーキングビーム式連続加熱炉の４基操業を実施適用し
た。その結果を図７に示す。４基の炉のうち１基はダイ
レクトチャージ材専用炉であり、他の３基はダイレクト
チャージ材のバッファとして使用され、冷材装入がなさ
れ、ダイレクトチャージ専用炉と比較して圧倒的に在炉
時間が長く、停止加熱（アイドリング）されている時間
が長い操業を行っているものである。この場合における
前記の各３基について、本発明のアイドリング装置によ
り制御を行ったところ、図７から判るように、従来方法
（制御なし）では、固定スキッド部に大きなスキッドマ
ークが発生（５０〜７０℃程度）しているのに対し、本
発明例においては、スキッドマーク量発生が２０℃程度
に抑えることができた。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、本発明に
よれば、ウォーキングビーム式連続加熱炉において、ア
イドリングに際して、適確な制御を行うものであるため
に、スキッドマーク量を最小限に抑制することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるウォーキングビーム式炉の全体概
要図である。

【図２】その横断面と制御系を示す説明図である。

【図３】ウォーキングビーム式炉における移動スキッド
の矩形運動の説明図である。

【図４】ウォーキングビーム式炉における移動スキッド
の上下運動の説明図である。

【図５】２次元伝熱モデルの計算用分割メッシュ説明図
である。

【図６】形態係数算出方法の説明図である。

【図７】本発明装置を用いた場合と従来法による場合と
のスキッドマーク量の比較グラフである。

【符号の説明】

１…加熱炉、２…装入口、３…移動スキッド、４…固定
スキッド、５…抽出口、６…移動スキッド駆動装置、７
…スラブトラッキング装置、８…スラブ伝熱計算装置、
９…温度計、１０…アイドリング装置、Ｓ…スラブ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動スキッドと固定スキッドとの交互支持
   により材料を移動させながら加熱を行うウォーキングビ
   ーム式加熱炉において、 炉内実績温度より伝熱モデルを使用して炉内材料温度、
   およびスキッドマーク量を算出する材料伝熱計算手段
   と、この材料伝熱計算手段からの炉内材料温度、および
   スキッドマーク量に基づいて、アイドリング時の移動ス
   キッドの上昇または下降の可否を判定する昇降判定手段
   と、この昇降判定手段からの昇降判定結果に基づいて前
   記移動スキッドを昇降作動させる移動スキッド駆動装置
   とを有することを特徴とするウォーキングビーム式炉の
   アイドリング装置。
2. 【請求項２】移動スキッドと固定スキッドとの交互支持
   により材料を移動させながら加熱を行うウォーキングビ
   ーム式加熱炉において、 炉内材料の固定スキッド上滞留時間および移動スキッド
   上滞留時間を検知する滞留時間検知手段と、炉内実績温
   度より伝熱モデルを使用して炉内材料温度、およびスキ
   ッドマーク量を算出し、かつこのスキッドマーク量の算
   出には前記滞留時間の要因を反映させて算出する材料伝
   熱計算手段と、この材料伝熱計算手段からの炉内材料温
   度、およびスキッドマーク量に基づいて、アイドリング
   時の移動スキッドの上昇または下降の可否を判定する昇
   降判定手段と、この昇降判定手段からの昇降判定結果に
   基づいて前記移動スキッドを昇降作動させる移動スキッ
   ド駆動装置とを有することを特徴とするウォーキングビ
   ーム式炉のアイドリング装置。