JPH08291333A - 連続加熱炉における温度パターン制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スラブやビレット等の鋼片など金属材料を通
過させて所定温度に加熱する連続加熱炉において、燃焼
炎の長さ方向温度パターンを制御することにより、加熱
炉幅方向の炉内温度パターンを制御して、被加熱材を各
種の目標温度パターンに精度良く焼き上げる。 【構成】 連続加熱炉において、燃焼炎を酸素過剰炎に
するとともに、該炉の幅方向に複数個設けた燃料投入孔
から該酸素過剰炎に対して燃料を投入し、該各燃料投入
孔からの燃料投入量を調整する。 【効果】 熱間圧延など後工程の操業か安定化するとと
もに、製品品質が向上する。また連続鋳造など前工程の
余熱を有効利用した効率的な加熱を行うこともできる。
しかも、小規模の装置で可能であり、燃料原単位悪化の
おそれもない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼材などの金属材料を
つぎつぎに通過させて所定温度に加熱する連続加熱炉に
おいて、該炉の幅方向温度パターンを制御することによ
り、被加熱材を所定パターンの温度に焼上げる制御方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スラブやビレット等の鋼片など金属材料
を熱間圧延する際、あるいは熱処理する際の加熱炉とし
て、被加熱材をつぎつぎに通過させて所定温度に加熱す
る連続加熱炉が使用される。加熱源としては、一般的に
バーナの燃焼炎が使用され、燃料および空気の導入量を
調整することにより、温度制御が行われている。スラブ
やビレット等の加熱炉には、通常、長尺の被加熱材を幅
方向に移送しつつ加熱するものが使用される。そして、
バーナは炉の側壁に設け、燃焼炎は炉の幅方向、すなわ
ち被加熱材の長さ方向に向けられる。

【０００３】このような連続加熱炉における被加熱材の
温度制御としては、炉全体の温度を制御するもの、ある
いは炉内をいくつかの加熱帯および均熱帯等に区分し
て、各帯毎に制御するもの等が採用されている。近年、
鋼材等において、製品品質の厳格化の要求が高まってお
り、被加熱材の焼き上げ温度を目標値に精度よく制御す
ることが要望されている。しかし、一方では、加熱炉設
備の大型化により、炉内温度のばらつきが生じ易く、ま
た、連続鋳造鋳片等の高温材を加熱炉に装入する場合の
ように、材料の装入温度がばらつくこともあり、焼き上
げ温度の制御が困難となる傾向が生じていた。

【０００４】加熱炉における炉温制御に関し、特開平４
−２７０８１９号公報には、蓄熱型バーナを備えた加熱
炉において、迅速な炉温制御を行う技術が開示されてい
る。その内容は、蓄熱体以外に第２の排気手段を設け、
この第２排気手段の操作で、直接炉外に排気される燃焼
ガス量を変えて、蓄熱体に供給される熱量を変化させ、
それにより燃焼用空気の予熱温度を変化させて、燃焼炎
の温度を変え、炉温制御の応答性を高めるというもので
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平４−２７０
８１９号公報の技術は、燃焼炎全体の温度を同時に制御
するものであり、このような制御によっては、燃焼炎の
長さ方向の温度パターンを制御することができない。し
たがって、加熱炉幅方向の温度パターンを制御すること
が困難である。

【０００６】本発明は、スラブやビレット等の鋼片など
金属材料を通過させて所定温度に加熱する連続加熱炉に
おいて、燃焼炎の長さ方向温度パターンを制御すること
により、加熱炉幅方向の炉内温度パターンを制御して、
被加熱材を各種の目標温度パターンに精度良く焼き上げ
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、被加熱材を移送しつつ、加熱炉の幅方向に
向けた燃焼炎で加熱する連続加熱炉において、該燃焼炎
を酸素過剰炎にするとともに、該炉の幅方向に複数個設
けた燃料投入孔から該酸素過剰炎に対して燃料を投入
し、該各燃料投入孔からの燃料投入量を調整することを
特徴とする連続加熱炉における温度パターン制御方法で
ある。

【０００８】

【作用】本発明法を図面に示す例により説明する。図１
は連続加熱炉の長さ方向断面図、図２は幅方向断面図で
あり、例えば図１のＡ−Ａ矢視を示す。この例では、被
加熱材１をスキッドビーム３で支持し、図１の左から右
に、Ｎｏ．１加熱帯、Ｎｏ．２加熱帯、・・・Ｎｏ．８
加熱帯と順次移送しつつ、バーナ５からの燃焼炎で加熱
している。バーナ５は加熱炉の両側壁に対向させて、各
加熱帯とも、被加熱材１の上側に２組、下側に２組設置
し、燃焼炎を炉幅方向に向けている。

【０００９】本発明法は、このような連続加熱炉におい
て、バーナ５から、燃料と、該燃料を燃焼させるに必要
な量よりも過剰の空気等の酸素源を導入して、酸素過剰
炎を形成する。そして、炉幅方向に複数個の燃料投入孔
６を設けて、各燃料投入孔６から該酸素過剰炎に向けて
燃料を分散投入する。すると、該燃料と過剰酸素が反応
して、燃料の分散投入部分に高温燃焼域７が形成され、
その部分の放射伝熱能力が高められる。バーナ５からの
燃料供給量と、各燃料投入孔６からの燃料の分散投入量
を調整することにより、各高温燃焼域７の温度を変化さ
せることができる。燃料分散投入量の調整は、各燃料投
入孔６に付設した流量制御弁９により行うことができ
る。

【００１０】したがって、本発明法では、個々のバーナ
５の燃焼炎の長さ方向温度パターンを制御することで、
炉幅方向の温度パターンを制御できる。そして、炉長方
向の温度パターンは、バーナ５と燃料投入孔６への合計
燃料供給量を各加熱帯について調整することで制御でき
る。

【００１１】燃料投入孔６からは、燃料のみを投入する
ので、その配管は小径でよく、耐熱鋼管やセラミックス
管などを採用してその寿命も問題ない。図１および図２
の例は、被加熱材１の上側では、燃料投入孔６を各加熱
帯の仕切壁４に設け、下側ではサポートビーム２に設け
ているが、下側においても仕切壁に設けることができ
る。また、炉の天井や炉床に設けることもできる。

【００１２】このため、本発明法では、連続加熱炉の入
口から出口まで全長にわたり、全てのバーナ５、あるい
は適宜選択した任意のバーナ５を酸素過剰炎とし、該炎
に燃料を分散投入することで、燃焼炎の温度パターンを
制御することができる。図１の例は、下側は全バーナ５
からの燃焼炎を、上側はＮｏ．１加熱帯の内側からＮ
ｏ．８加熱帯の内側までのバーナ５からの燃焼炎を酸素
過剰炎とし、燃料投入孔６から燃料を分散投入して、高
温燃焼域７を形成している。

【００１３】したがって、連続加熱炉の全長にわたり、
幅方向の温度パターンが制御でき、被加熱材１は、所望
の温度パターンに精度良く焼き上げることができる。こ
の結果、熱間圧延など後工程の操業が安定化するととも
に、製品品質が向上する。また、連続鋳造など前工程の
余熱を有効利用した効率的な加熱を行うこともできる。
被加熱材１の温度パターンとしては、全長にわたって均
一温度とする均熱パターンのほか、後工程の熱間圧延に
おける時間差を考慮して一端側を高温とする傾斜パター
ン、その他、両端部を高温とする凹パターン、中央部を
高温とする凸パターンなど、各種採用することができ
る。

【００１４】つぎに具体的な制御手段の例を示す。各加
熱帯において、バーナ５への燃料供給量、および燃料投
入孔６から炉内に分散投入する燃料の供給量を、図３に
示すような系統により制御することができる。すなわ
ち、当該加熱帯に供給する燃料の量を流量制御弁１２に
より制御し、バーナ５および燃料投入孔６から炉内に投
入する燃料の割合を流量制御弁１０により制御する。ま
た加熱帯内の２本のバーナ５への配分を流量制御弁１１
により、６対の燃料投入孔６への配分を流量制御弁９に
より制御する。

【００１５】制御指令は、制御器１３により、あらかじ
め入力した上記のような各種温度パターンとなるように
行う。なお、バーナ５への燃焼用空気の供給量も、制御
器１３の指令により、酸素過剰炎を形成するように行
う。そして、加熱炉装入前の被加熱材温度分布に基づく
フィードフォワード制御、加熱後の温度分布や炉温計測
に基づくフィードバック制御、あるいは被加熱材の種類
やサイズによって経験的に得られる情報に基づく制御な
どを行うことができる。

【００１６】また、本発明法において、バーナ５として
は、対向させた１対を交互に燃焼と蓄熱に切換える方式
のものを採用することもできる。この方式のバーナを採
用した場合の制御手段の例を、図４の炉幅方向断面図に
示す。被加熱材１はスキッドビーム３に載置され紙面直
交方向に移送される。被加熱材１の上下両側壁に、蓄熱
体を有するバーナ５が対向して設けてあり、上側のバー
ナ５ａ，５ｂについての制御系統を示している。

【００１７】図４の例は、左のバーナ５ａで燃焼してい
る状態を示し、燃料が流量制御弁１２、切替弁１５を通
してバーナ５ａに供給され、流量制御弁１４、切替弁１
６を通して供給された空気で燃焼炎を形成し、排ガスが
右のバーナ５ｂの蓄熱体を通り、廃熱が該蓄熱体に蓄え
られ、ガスは切替弁１６を通して排気される。制御器１
３の指令により切替弁１５および１６を切替えて、右の
バーナ５ｂで燃焼を行うとき、蓄熱体で空気が高温に予
熱される。このとき、左のバーナ５ａで蓄熱を行う。

【００１８】図４の例において、流量制御弁１２によ
り、このゾーンへの燃料供給量を制御し、流量制御弁１
０でバーナ５と各燃料投入孔６への供給量の配分を制御
する。バーナ５に供給する空気量は、このゾーンに供給
する全燃料を燃焼させるに要する量以上となるように、
流量制御弁１４により制御する。そして、バーナ５で形
成される酸素過剰炎に対して、複数（図４では６個）の
燃料投入孔６から燃料を分散投入し、各燃料投入孔６か
らの投入量を、付設する流量制御弁９により調整する。
各流量制御弁９，１０，１２，１４への制御指令は，制
御器１３により行う。制御器１３では、上記図３の例と
同様、あらかじめ入力した所定温度パターンとなるよう
制御を行う。

【００１９】

【実施例】図１および図２に示すような連続加熱炉によ
り、幅９６０mm、厚さ２５５mm、長さ９０１６mmの鋼片
を被加熱材１として加熱した。図１のように、鋼片の下
面側では、全バーナ５からの燃焼炎に高温燃焼域７を形
成し、上面側では、Ｎｏ．１加熱帯の内側からＮｏ．８
加熱帯の内側までのバーナ５からの燃焼炎に、高温燃焼
域７を形成した。バーナ５は、両側壁から対向させた１
対のものを交互に燃焼と蓄熱に切換える方式のものと
し、図４に示す制御系統により制御した。

【００２０】鋼片の焼き上げ温度パターンを、 Ａパターン…鋼片の長さ方向に均一加熱する均熱パター
ン Ｂパターン…鋼片の長さ方向両端部を高温とする凹パタ
ーン Ｃパターン…鋼片の長さ方向中央部を高温とする凸パタ
ーン の３種類とし、炉幅方向の各燃料投入孔６への燃料投入
量を制御した。上記各パターン毎の、幅方向の平均燃料
発熱率は、図５の通りであった。そして、炉から抽出後
の鋼片温度パターンは、図６および図７に示す通りであ
った。なお、各図において、炉中央部は、図２の破線の
位置に相当する。

【００２１】

【発明の効果】本発明法によれば、スラブやビレット等
の鋼片など金属材料を通過させ、バーナ燃焼炎で加熱す
る連続加熱炉において、加熱炉幅方向の炉内温度パター
ンを制御して、被加熱材を所定の温度パターンに精度良
く焼き上げることができる。したがって、熱間圧延など
後工程の操業か安定化するとともに、製品品質が向上す
る。また連続鋳造など前工程の余熱を有効利用した効率
的な加熱を行うこともできる。しかも、小規模の装置で
可能であり、燃料原単位悪化のおそれもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法の対象とする加熱炉の例を示す縦断面
図である。

【図２】本発明法の対象とする加熱炉の例を示し、図１
のＡ−Ａ矢視縦断面図である。

【図３】本発明法の制御系統を示す説明図である。

【図４】本発明法の別の制御系統を示す説明図である。

【図５】本発明の実施例における炉幅方向の発熱率を示
すグラフである。

【図６】本発明の実施例における鋼片の長さ方向温度分
布を示すグラフである。

【図７】本発明の実施例における鋼片の長さ方向温度分
布を示すグラフである。

【符号の説明】

１…被加熱材 ２…サポートビーム ３…スキッドビーム ４…仕切壁 ５…バーナ ６…燃料投入孔 ７…高温燃焼域 ８…燃料配管 ９，１０，１１，１２，１４…流量制御弁 １３…制御器 １５，１６…切替弁

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【手続補正書】

【提出日】平成８年５月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加熱材を移送しつつ、加熱炉の幅方向
   に向けた燃焼炎で加熱する連続加熱炉において、該燃焼
   炎を酸素過剰炎にするとともに、該炉の幅方向に複数個
   設けた燃料投入孔から該酸素過剰炎に対して燃料を投入
   し、該各燃料投入孔からの燃料投入量を調整することを
   特徴とする連続加熱炉における温度パターン制御方法。