JPH07278682A - 連続加熱炉における板温制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】連続炉で、鋼板の通板速度の変更があっても、
直火加熱帯の燃焼ガス量の変更量を少くし、ヒートバッ
クルや鋼板の蛇行の発生を防止する。 【構成】鋼板の通板速度が変更された時、直火加熱帯出
口目標板温を計算する。この計算された目標板温が許容
範囲内であるとき、直火加熱帯の燃焼ガス量を変更す
る。許容範囲内でないとき、直火加熱帯の出口板温許容
限界範囲内であることを条件として、間接加熱帯出口目
標板温を再計算する。この再計算された間接加熱帯出口
における目標板温が、許容範囲内であるとき、直火加熱
帯の燃焼ガス量を変更する。許容範囲内でないとき、間
接加熱帯出口目標板温許容限界内であることを条件とし
て、間接加熱帯の炉温を変更し、直火加熱帯出口目標板
温を計算した上で、直火加熱帯の燃焼ガス量を変更す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製鉄所の連続焼鈍工
場、連続溶融亜鉛メッキ工場等における連続加熱炉（以
下、連続炉という）によって加熱される帯状の鋼板の板
温を適確に制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来行われていた連続炉における板温制
御方法を、連続焼鈍工場の連続炉を例として説明する。
図４に示されるように、連続炉は直火加熱帯Ｌ、間接加
熱帯Ｍ、および冷却帯Ｎを備えている。鋼板１は、駆動
ロール２を通って、直火加熱帯Ｌに装入され、直火加熱
される。続いて間接加熱帯Ｍを通り間接加熱された後、
冷却帯Ｎを通板されて冷却される。また、駆動ロール２
の速度が速度計３で検出され、通板速度が測定されてい
る。直火加熱帯Ｌでは、燃焼バーナー４から燃焼ガスと
エアーとを吹き出して直火燃焼によって鋼板を直火加熱
し、間接加熱帯Ｍでは、ラジアントチューブ５によって
鋼板の間接加熱を行うようにしてある。

【０００３】かかる連続炉で鋼板を熱処理する際、鋼板
の機械的特性等の品質管理上または操業管理上から理想
とするヒートパターン（各帯での加熱・冷却速度あるい
は加熱・冷却温度）が鋼板のサイズ、鋼種などにより決
定され、それらにより各帯の出口での目標板温が事前に
決定され、各帯の出口に設置された温度計からの信号に
基づいて温度を管理している。

【０００４】すなわち、直火加熱帯Ｌ出口における実績
板温および間接加熱帯Ｍ出口における実績板温がそれぞ
れ許容範囲内に収まるように、たとえば図５に示すよう
なヒートパターンで鋼板を熱処理するために、直火加熱
帯Ｌの出口および間接加熱帯Ｍの出口に、各実績板温を
検出する板温計６、７をそれぞれ設け、各板温計６、７
の示す温度がそれぞれ設定した許容範囲内に収まるよう
に、直火加熱帯Ｌの燃焼ガス量および間接加熱帯Ｍの炉
温を調整しながら、鋼板の熱処理を行っている。

【０００５】この場合、鋼板の機械特性や表面性状など
の品質管理に際しては、間接加熱帯出口の実績板温が支
配的であり、直火加熱帯出口温度は必ずしも、さほど支
配的でない。

【０００６】鋼板の熱処理を行うときのヒートパターン
を決定するための因子としては、直火加熱帯Ｌ出口にお
ける目標板温および間接加熱帯出口における目標板温が
それぞれの許容範囲内であることの他、鋼板の形状（板
厚，板幅）、鋼種、加熱前の表面性状、連続炉への通板
速度等がある。これらの各因子のうち、鋼板の形状は、
操業前から判っており、自材内での変動量は、一定の小
さい範囲内にほぼ収まる。また、鋼種も操業前に判って
おり、その加熱前の表面性状は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とするこ
とができる。

【０００７】しかし、鋼板の通板速度は、種々の操業中
の条件等により適宜変更する必要が生じるため、頻繁に
変動する因子である。鋼板の通板速度を変更する度に、
変更した通板速度に基づいて新たなヒートパターンを決
定し、このヒートパターンで熱処理を行うように、直火
加熱帯の燃焼ガス量や間接加熱帯の炉温を変更する必要
がある。

【０００８】直火加熱帯の燃焼ガス量や間接加熱帯の炉
温を変更するにあたっては、ラジアントチューブによる
間接加熱帯の炉温応答時間（炉温を設定してからその設
定温度に到達するまでの時間）は約１０〜２０分と長
く、直火加熱帯では応答時間が１〜５分と短いため、間
接加熱帯の応答時間中は、間接加熱帯出口における実績
板温が目標温度から極力外れることがないように、直火
加熱帯の燃焼ガス量を増減させることにより、間接加熱
帯での過不足熱量を補う操業方法が採用されている。

【０００９】具体的には、鋼板の装入速度が変更された
とき、直火加熱帯出口における現板温が、直火加熱帯出
口目標板温の許容範囲内であるか否か判断し、許容範囲
内であるとき、直火加熱帯の燃焼ガス量を変更し、また
許容値内でないときは、間接加熱帯の炉温を変更した
後、この間接加熱帯出口における板温が、目標板温とな
るように、直火加熱帯の燃焼ガス量を変更している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、連続炉での
操業中、鋼板の通板速度を変更する理由としては、 最初に決定した速度では加熱や焼鈍の温度や時間が不
足、または過剰と判断した場合、連続炉の後にあるメ
ッキセクションのメッキ付着量制御をするため、 連続炉およびメッキセクションの後にある合金化炉で
合金化制御をするため、 入側でのラインへのコイル装入作業または出側でのコ
イル分割作業に手間取るようなトラブルが生じた場合一
時的に速度ダウンするため、等が挙げられる。ここに挙
げた理由のうち、〜の理由による場合は、鋼板速度
の変更量は、１〜５ｍ／ｍｉｎ程度と比較的少なくて済
むことが多いが、の理由による場合は、トラブルの程
度によっては１０ｍ／ｍｉｎ以上になる場合がある。

【００１１】かかる速度変更が生じた際に、前述した間
接加熱帯出口板温を目標板温になるよう直火加熱帯の燃
焼ガス量を制御する制御モデルの場合には、間接加熱帯
の応答性が悪いにも拘わらず、直火加熱帯の方では、間
接加熱帯出口板温が目標板温となるように直火加熱帯の
燃焼ガス量を増大または減少させるため、ついには板温
が一定範囲を超えてしまい、ヒートバックル（鋼板の皺
寄れ）や蛇行等の問題が発生する場合があった。たとえ
ば、図６に示す板温制御モデルから判るように、鋼板の
通板速度の変更量が大きく、間接加熱帯出口温度が目標
板温を大きく外れた場合、間接加熱帯の炉温は変更され
るが、タイムラグがあるために、直火加熱帯では、間接
加熱帯出口における温度差を埋めようとして、急激に燃
焼ガス量を増大させる。その結果、直火加熱帯の出口温
度が急激に上昇し、ついにはヒートバックルが発生して
しまう。ヒートバックルが発生した部分は製品となら
ず、また直火加熱帯出口温度が急激に下降することによ
り蛇行が発生すると、鋼板の破断や設備損傷等の重大事
故に繋がる危険もあるため、かかる問題を早急に解決す
る策が強く望まれていた。

【００１２】また、直火加熱帯の燃焼ガス量が大きく変
動すると、加熱温度域により鋼板への熱伝達率が変わる
ことから、前述した制御モデルのように、直火加熱帯で
の燃焼ガス量を大きく変更し、板温を大きく変動させる
ことは、伝熱計算モデルの予測計算精度を悪化させ、ひ
いては間接加熱帯出口温度の変動を助長する結果ともな
っている。

【００１３】そこで、本発明の課題は、連続炉における
板温制御方法に係り、特に鋼板の通板速度に変更があっ
た場合でも、ヒートバックルや鋼板の蛇行発生を防止
し、歩留りの向上、鋼板の品質の安定および安全操業に
寄与し得るものとすることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、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備えた連続加熱炉で熱処理する連続
加熱炉における板温制御方法において、直火加熱帯出口
における目標板温の許容範囲、間接加熱帯出口における
目標板温の許容範囲を予め設定しておき、鋼板の通板速
度が変更された時、直火加熱帯出口における目標板温を
計算し、この計算された目標板温が、前記直火加熱帯出
口における目標板温の許容範囲内であるか否か判断し、 （１）許容範囲内であるとき、直火加熱帯の燃焼ガス量
を変更し、 （２）許容範囲内でないとき、直火加熱帯出口における
目標板温の許容限界範囲内であることを条件として、間
接加熱帯出口における目標板温を再計算し、次いで、こ
の再計算された間接加熱帯出口における目標板温が許容
範囲内であるか否か判断し、（２−１）許容範囲内であ
るとき、直火加熱帯目標板温を伝熱計算により求めた上
で、直火加熱帯の燃焼ガス量を変更する、（２−２）許
容範囲内でないとき、間接加熱帯出口における目標板温
が許容限界内であることを条件として、間接加熱帯の炉
温を変更し、直火加熱帯目標板温を伝熱計算により求め
た上で、直火加熱帯の燃焼ガス量を変更する、ことを特
徴とするものである。

【００１５】

【作用】本発明においては、鋼板の通板速度が変更され
た場合に、まず直火加熱帯出口における目標板温を、変
更後の通板速度および現状の炉温を基礎として計算し直
す。この計算された直火加熱帯出口における目標板温
が、直火加熱帯出口における目標板温の許容範囲内であ
るか否か判断し、許容範囲内であるときは、前述したヒ
ートバックル等の問題は何ら発生しないため、直火加熱
帯の燃焼ガス量を変更して板温を制御する。

【００１６】しかし、許容範囲内でないときは、直火加
熱帯出口における目標板温が許容限界範囲内であること
を条件として伝熱計算を行い、間接加熱帯出口における
目標板温を変更する。ここで、新しく間接加熱帯出口に
おける目標板温を設定し直すことにより、後のフローで
直火加熱帯の燃焼ガス量を算出するときに、その算出燃
焼ガス量を極力小さくすることができ、急激な板温変動
を防止することができる。

【００１７】次いで、実績板温が変更後の目標板温にな
るように燃焼ガスまたは炉温を伝熱計算により求める
が、その手順は、前記変更された間接加熱帯出口におけ
る目標板温が、許容範囲内であるか否か判断し、許容範
囲内であるときは、直火加熱帯目標板温を伝熱計算によ
り求めた上で、直火加熱帯の燃焼ガス量を変更し、許容
範囲内でないときは、間接加熱帯出口における目標板温
が許容限界内であることを条件として伝熱計算を行い、
間接加熱帯の炉温を変更した後、直火加熱帯目標板温を
伝熱計算により再計算して求めた上で、直火加熱帯の燃
焼ガス量を変更する。

【００１８】以上のように、本願発明においては、特
に、直火加熱帯出口における目標板温が許容範囲内でな
い場合に、間接加熱帯出口における目標板温をあえて保
持しようとはせずに、目標板温に対する許容範囲内で目
標板温を変更してやることにより、燃焼ガス制御量の変
更量を極力小さくすることができる。これによって、板
温を一定範囲内で保持し、ヒートバックルや蛇行といっ
た操業トラブルを防止することができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
具体的に説明する。図１は、本発明に係る連続炉とその
制御システム構成を示す概略図である。なお、連続炉自
体の構成は従来用いられていたもの（図４に示すもの）
と同一であるため、同一部分についての説明は省略す
る。

【００２０】さて、鋼板１の通板速度を変更する際、速
くするには速度設定部１１に設けられているアッププッ
シュボタン１１ｂを、遅くするにはダウンプッシュボタ
ン１１ａを押して、通板速度を変更する。鋼板１の通板
速度が変更されると、速度設定部１１から速度制御部１
２および速度読み取り部１３へと速度信号が入力されす
るとともに、速度制御部１２により駆動ロール２の速度
を変更する。

【００２１】速度計３は駆動ロール２の速度を検出し、
その変更後の速度信号は速度制御部１２およびトラッキ
ング部１４へと入力される。速度制御部１２では、実際
の駆動ロール２の速度と設定した速度とを比較し、通板
速度が設定速度になるまでフィードバック制御する。

【００２２】一方、速度設定部１１からの設定速度を受
けて速度読み取り部１３は、モデル計算部１５へ設定速
度を出力し、トラッキング部１４は、駆動ロールの２の
現速度にライン条件を付加して算出されたトラッキング
信号を、モデル計算部１５へと出力する。

【００２３】モデル計算部１５では、入力された速度信
号およびトラッキング信号の他、材料条件、操業条件、
予め作成されている情報テーブル情報、さらには直火加
熱帯出口温度計６、間接加熱帯出口温度計７からの情報
に基づいて、直火加熱帯出口板温が目標板温の許容範囲
になるように、また間接加熱帯出口板温が目標板温の許
容範囲になるように、下式（１）により伝熱計算を行
い、直火加熱帯Ｌの燃焼ガス量および間接加熱帯Ｍの炉
温を算出し、それに見合ったガスバーナー４の燃焼ガス
量およびエアー吹出量、およびラジアントチューブ５か
らの放熱量を設定する。そして、これらの設定量信号を
モデル計算部１５から出力部１６へ出力し、出力部１６
で、設定された量の燃焼ガスおよびエアーをガスバーナ
ー４およびラジアントチューブ５へ供給すべく、弁８
Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄの開度が制御される。

【００２４】

【数１】

【００２５】本願発明においては、特に、直火加熱帯出
口における目標板温の許容範囲内でない場合に、間接加
熱帯出口における目標板温をあえて保持しようとはせず
に、目標板温に対する許容範囲内で目標板温を変更して
やることにより燃焼ガス制御量の変更量を極力小さくす
ることができる。これによって、板温を一定範囲内で保
持し、ヒートバックルや蛇行といった操業トラブルを防
止することができる。

【００２６】本発明に係る板温制御方法に基づいて行っ
た制御の一例を図３に示す。図３に示すモデル制御と、
従来例である図６に示すモデル制御とを比較すると明ら
かなように、本発明に係るモデル制御の方が、従来のモ
デル制御よりも直火加熱帯の燃焼ガス量の変更量が少な
くて済むことが判明した。

【００２７】速度変更が発生した場合、従来の計算モデ
ルによる板温制御と、本発明に係る板温制御を比較した
場合、従来の板温制御では板温外れ量が±１５℃であっ
たのに対し、本発明に係る板温制御では、±１０℃にま
で改善することができた。さらに、速度変更によるヒー
トバックルは、従来の制御方法では、５回／月程度であ
ったのに対し、本発明の制御方法では、０．５回／月ま
で改善することができた。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よれば、連続炉における板温制御において、鋼板の通板
速度の変更があった場合でも、直火加熱帯の燃焼ガス量
の変更量を極力少なくすることができるため、ヒートバ
ックルや鋼板の蛇行発生を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る連続炉とその制御システム構成を
示す概略図である。

【図２】本発明に係る制御モデルのフローチャートであ
る。

【図３】本発明における速度変動時の加熱帯温度の制御
例を示す図である。

【図４】従来の連続炉の概略図である。

【図５】板温制御にヒートパターンの例を示す図であ
る。

【図６】従来における速度変動時の加熱帯温度の制御例
を示す図である。

【符号の説明】

１…鋼板、２…駆動ロール、３…速度計、４…ガスバー
ナー、５…ラジアントチューブ、６，７…温度計、Ｌ…
直火加熱帯、Ｍ…間接加熱帯、Ｎ…冷却帯

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
   よび間接加熱帯を備えた連続加熱炉で熱処理する連続加
   熱炉における板温制御方法において、 直火加熱帯出口における目標板温の許容範囲、間接加熱
   帯出口における目標板温の許容範囲を予め設定してお
   き、鋼板の通板速度が変更された時、 直火加熱帯出口における目標板温を計算し、この計算さ
   れた目標板温が、前記直火加熱帯出口における目標板温
   の許容範囲内であるか否か判断し、 （１）許容範囲内であるとき、直火加熱帯の燃焼ガス量
   を変更し、 （２）許容範囲内でないとき、直火加熱帯出口における
   目標板温の許容限界範囲内であることを条件として、間
   接加熱帯出口における目標板温を再計算し、 次いで、この再計算された間接加熱帯出口における目標
   板温が許容範囲内であるか否か判断し、（２−１）許容
   範囲内であるとき、直火加熱帯目標板温を伝熱計算によ
   り求めた上で、直火加熱帯の燃焼ガス量を変更する、
   （２−２）許容範囲内でないとき、間接加熱帯出口にお
   ける目標板温が許容限界内であることを条件として、間
   接加熱帯の炉温を変更し、直火加熱帯目標板温を伝熱計
   算により求めた上で、直火加熱帯の燃焼ガス量を変更す
   る、 ことを特徴とする連続加熱炉における板温制御方法。