JPH1073242A - 連続式焼鈍炉の温度制御方法 - Google Patents

連続式焼鈍炉の温度制御方法

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JPH1073242A
JPH1073242A JP8230604A JP23060496A JPH1073242A JP H1073242 A JPH1073242 A JP H1073242A JP 8230604 A JP8230604 A JP 8230604A JP 23060496 A JP23060496 A JP 23060496A JP H1073242 A JPH1073242 A JP H1073242A
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  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続式焼鈍炉の炉温度の設定を変更する際
に、所望の冷却時間で冷却させることができる連続式焼
鈍炉の温度制御方法を提供すること。 【解決手段】 その両端にそれぞれバーナが設けられ、
前記バーナの周囲に通気性を有する多孔質の蓄熱体が設
けられてなる蓄熱式ラジアントチューブバーナを用いた
連続式焼鈍炉の温度制御方法であって、前記バーナをそ
れぞれ交互に燃焼させて被加熱材を焼鈍させるバーナの
燃焼操作を行ない、炉の設定温度を低温に変更する際ま
たは炉の稼動を停止するために炉温度を降温させる際
に、前記バーナの燃焼操作を行ないながら、一方のバー
ナに接続されたエア供給パイプから強制冷却エアを供給
し、ラジアントチューブ内を介して他方のバーナに接続
されたエア供給パイプへ該強制冷却エアを通気させるこ
とを特徴とする連続式焼鈍炉の温度制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、連続式焼鈍炉の温
度制御方法に関する。さらに詳しくは、鋼板などの被加
熱材を焼鈍する際に用いられる連続式焼鈍炉の温度制御
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、連続式焼鈍炉には、熱効率の向上
およびNOxガスの発生量の低減の観点から、蓄熱式ラ
ジアントチューブバーナが用いられている(特開平2−
254210号公報、特開平7−103435号公報な
ど)。
【0003】前記蓄熱式ラジアントチューブバーナによ
れば、図1に示されるように、ファン5から送入された
エアが、エア供給パイプ4aを介してバーナ1aに送入
され、燃料パイプ5aからの燃料ガスが該バーナ1aで
燃焼される。このとき、バーナ1aは加熱されるが、そ
の発熱を有効利用するために、発生した熱が蓄熱体2a
に蓄えられる。バーナ1aの燃焼ガスは、ラジアントチ
ューブ3内および蓄熱体2bを順次介してエア供給パイ
プ4bに送入され、排気パイプ6から排気される。この
ときにも、排気ガスの熱が蓄熱体2bに蓄えられ、その
熱が有効利用される。この操作を切替バルブ7で切替え
ることにより、バーナ1aおよび1bの燃焼が交互に行
なわれる。このように、蓄熱式ラジアントチューブバー
ナは、2本のバーナ1a、1bを交互に燃焼するもので
あり、排気ガスによってラジアントチューブ3を速やか
に加熱することができるため、高い燃焼効率がえられ、
大幅な省エネルギーを図ることができる。
【0004】しかしながら、その反面、前記蓄熱式ラジ
アントチューブバーナは、蓄熱体2a、2bによって熱
をできるだけ外部に逃がさない構造を有していることに
より、燃焼後の連続式焼鈍炉の冷却に長大な時間を要す
るという欠点がある。
【0005】また、連続式焼鈍炉に鋼板を通板させてい
るときに鋼板の種類を切り替えたばあいには、その切り
替え後の鋼板に応じた炉温度に設定変更をする必要があ
り、切り替え前の鋼板に応じた炉温度よりも、切り替え
後の鋼板に応じた炉温度のほうが大幅に低い(たとえば
50℃以上低い)ばあいには、冷却に長時間を要するた
め、その冷却中に通板された部分は、品質不良となって
しまうという欠点がある。
【0006】したがって、炉温度切り替え用コイル(以
下、調整コイルという)が必要とされ、冷却時間が長く
なればなるほど、その調整コイルを多数必要とするた
め、かかる調整コイル費用が増加し、燃料が浪費され、
生産量が低下するという欠点がある。
【0007】また、たとえば、炉の修理時に炉温度を降
温させるばあいには、炉壁レンガを急冷によって損傷し
ないようにするために、最適な冷却速度が確保されるよ
うに炉温度を小刻みに設定変更し、降温していくが、従
来のラジアントチューブバーナを用いたばあいと対比し
て降温時間が2倍以上も必要とされ、これもまた生産性
を低下させる要因となっている。
【0008】このように、炉温度の設定変更時および降
温時の双方に共通していえることは、小刻みな炉温度の
設定変更に対して、冷却時の応答性がわるいということ
である。
【0009】そこで、冷却時の応答性を改善する方法と
して一般に考えられるのは、冷却時に燃焼を停止して相
当量の冷却エアを一気にラジアントチューブ内に吹き込
む方法である。
【0010】しかしながら、かかる冷却エアを吹き込む
方法を採用したばあいには、炉温度の設定変更時に、燃
焼を停止して再度、炉温度の設定変更が実施されると、
点火する手間が増え、制御性が悪化するおそれがあると
ともに、相当量の冷却エアを吹き込めば炉温度が低下し
すぎて炉温度にフレが生じるため、品質不良が発生する
おそれがある。また、降温時には、冷却速度が高すぎる
ばあい、炉壁レンガを損傷することがあり、また冷却時
間を長くしたばあいには生産性の悪化に繋がるため、最
適な冷却速度を確保する必要があるが、前記のように、
燃焼を停止して相当量の冷却エアを吹き込むだけでは、
最適な冷却速度を確保することが困難であるという欠点
がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技
術に鑑みてなされたものであり、連続式焼鈍炉の炉温度
の設定を変更する際に、所望の冷却時間で冷却させるこ
とができる連続式焼鈍炉の温度制御方法を提供すること
を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、その両端にそ
れぞれバーナが設けられ、前記バーナの周囲に通気性を
有する多孔質の蓄熱体が設けられてなる蓄熱式ラジアン
トチューブバーナを用いた連続式焼鈍炉の温度制御方法
であって、前記バーナをそれぞれ交互に燃焼させて被加
熱材を焼鈍させるバーナの燃焼操作を行ない、炉の設定
温度を低温に変更する際または炉の稼動を停止するため
に炉温度を降温させる際に、前記バーナの燃焼操作を行
ないながら、一方のバーナに接続されたエア供給パイプ
から強制冷却エアを供給し、ラジアントチューブ内を介
して他方のバーナに接続されたエア供給パイプへ該強制
冷却エアを通気させることを特徴とする連続式焼鈍炉の
温度制御方法に関する。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の連続式焼鈍炉の温度制御
方法は、前記したように、その両端にそれぞれバーナが
設けられ、前記バーナの周囲に通気性を有する多孔質の
蓄熱体が設けられた蓄熱式ラジアントチューブバーナを
用いた連続式焼鈍炉の温度制御方法であり、前記バーナ
をそれぞれ交互に燃焼させて被加熱材を焼鈍させるバー
ナの燃焼操作を行ない、炉の設定温度を低温に変更する
際または炉の稼動を停止するために炉温度を降温させる
際に、前記バーナの燃焼操作を行ないながら、一方のバ
ーナに接続されたエア供給パイプから強制冷却エアを供
給し、ラジアントチューブ内を介して他方のバーナに接
続されたエア供給パイプへ該強制冷却エアを通気させる
ことを特徴とする。
【0014】このように、本発明の連続式焼鈍炉の温度
制御方法によれば、蓄熱式ラジアントチューブバーナの
一方のバーナに接続されたエア供給パイプから強制冷却
エアを供給し、ラジアントチューブ内を介して他方のバ
ーナに接続されたエア供給パイプへ該強制冷却エアを通
気させるという手段が採用されており、前記強制冷却エ
ア量を調節することにより、温度設定変更量に関係な
く、冷却時間を所望の冷却時間に調整することができ
る。
【0015】つぎに、図面を参照しながら、本発明の連
続式焼鈍炉の温度制御方法の一実施態様を説明する。
【0016】図2は、本発明の連続式焼鈍炉の温度制御
方法に用いられる連続式焼鈍炉の一実施態様を示す概略
説明図である。
【0017】図2において、(a)は、連続式焼鈍炉の
概略平面図、(b)は、図2(a)の線A−A部におけ
る概略断面図である。
【0018】図2において、連続式焼鈍炉11内の被加
熱材の通板部には、通板ロール12が配置されており、
該通板ロール12上にストリップなどの被加熱材(図示
せず)が通板する。通板ロール12、12のあいだにラ
ジアントチューブ3、3が上下2段に設けられており、
この上下のラジアントチューブ3、3のあいだを被加熱
材が通板する。
【0019】被加熱材を通板ロール12上に通板させた
際には、該被加熱材から抜熱が生じ、その抜熱とラジア
ントチューブ3による加熱とによって連続式焼鈍炉11
の炉温度が制御される。被加熱材を連続式焼鈍炉11内
で焼鈍させる際の炉温度は、被加熱材の種類などによっ
て異なるので一概には決定することができない。連続式
焼鈍炉11内で被加熱材を焼鈍させる際の炉温度は、ラ
ジアントチューブ3内に供給される燃料およびエアの供
給量、被加熱材の通板速度などを調整することにより、
適宜調節することができる。
【0020】ラジアントチューブ3には、バーナ1a、
1bが接続され、該バーナ1a、1bは、切替バルブ7
に接続されている。切替バルブ7は、燃焼ガス流量制御
装置(FIC)および燃焼エア流量制御装置を備えた燃
焼加熱制御装置14に接続されている。
【0021】連続式焼鈍炉11の炉温度は、たとえば熱
電対などの温度検出器13によって検出され、その結果
が温度実績測定装置に伝達される。
【0022】つぎに、たとえば鋼板の種類を切り替える
ために連続式焼鈍炉11の設定温度を低温に変更する際
または炉の稼動を停止するために炉温度を降温させる際
に、本発明の連続式焼鈍炉の温度制御方法が有効とな
る。
【0023】本発明の連続式焼鈍炉の温度制御方法の一
実施態様を図3に示されたブロック線図にもとづいて説
明する。
【0024】図4において、包囲線Aで枠囲みされた部
分は、連続式焼鈍炉を稼働させているときの炉温度を制
御するための既設の炉温制御部であり、包囲線Bで枠囲
みされた部分は、連続式焼鈍炉を冷却させるときに強制
冷却エアを供給するための冷却補償部である。
【0025】炉温制御部において、21は炉温設定値
(SV)、22は温度制御装置(TIC)、23は温度
制御操作量(MV)、24は燃焼ガス流量制御装置(F
IC)、25は燃焼ガス流量制御バルブ、26は燃焼エ
ア流量制御装置(FIC)、27は燃焼エア流量制御バ
ルブである。
【0026】まず、既設の炉温制御部においては、連続
式焼鈍炉内で被加熱材に焼鈍処理を施すばあい、蓄熱式
ラジアントチューブバーナを用い、その両端のバーナを
それぞれ交互に燃焼させる際には、炉温設定値21が設
定され、その炉温設定値21となるように、炉温度が温
度制御装置22で制御される。前記制御は、温度制御装
置22に接続された燃焼ガス流量制御装置24および燃
焼エア流量制御装置26を介して、それぞれ燃焼ガス流
量制御バルブ25および燃焼エア流量制御バルブ27
で、燃焼ガス流量および燃焼エア流量を調節することに
よって行なわれる。
【0027】つぎに、前記したように、たとえば鋼板の
種類を切り替えるために連続式焼鈍炉11の設定温度を
低温に変更する際または炉の稼動を停止するために炉温
度を降温させる際には、本発明の連続式焼鈍炉の温度制
御方法が有効となる。
【0028】本発明の連続式焼鈍炉の温度制御方法は、
具体的には、炉温制御部で炉温度の制御操作を行ないな
がら、冷却時には、既設の炉温制御部を助ける意味合い
で、併行して冷却補償部を作動させる。
【0029】その理由としては、既設の炉温制御部だけ
では、冷却時に冷却時間が長くなり、所望の冷却時間が
えられないことや、冷却補償部のみでは、炉温度を一定
に保持することができず、炉温度が低下しすぎて、炉温
制御を大きく乱してしまうことがあげられる。
【0030】したがって、任意の温度設定に対して、安
定的に炉温度を確保しようとすると、既設炉温制御部と
冷却補償部とを同時に作動させる必要がある。
【0031】また、蓄熱式ラジアントチューブバーナの
両端のバーナのトーチが消火しない範囲内で、バーナの
燃焼操作を行なうことが好ましい。このようにバーナの
トーチを消火させないのは、トーチを完全に消火させて
しまったばあい、連続式焼鈍炉の立上がり時にトーチに
点火させるのに長時間を要するからである。
【0032】また、冷却補償部での連続式焼鈍炉の冷却
操作は、一方のバーナに接続されたエア供給パイプから
強制冷却エアを供給し、ラジアントチューブ内を介して
他方のバーナに接続されたエア供給パイプへ該強制冷却
エアを通気させることにより、行なわれる。
【0033】図3に示された冷却補償部において、28
は、冷却補償のための制御モデル(G(s)p)である。そ
の制御モデルとして、たとえば二次遅れ伝達関数で冷却
補償を行なうことができる。その二次遅れ伝達関数G
(s)pは、式(I):
【0034】
【数1】
【0035】で表わされる。
【0036】式(I)において、Kはゲイン定数、e
-TSはむだ時間推定伝達関数、Tp1およびTp2はそれぞ
れ炉温推定時定数、sはラプラス演算子を示す。
【0037】つぎに、炉温度(温度実績)が温度検出器
によって検出され、その結果が温度実績測定装置(P
V)29に伝達される。その温度にもとづいて、二次遅
れ伝達関数G(s)pにしたがい、PI制御装置(PI)3
0で強制冷却エア量が決定され、リミッター(LM)3
1により必要エア量が燃焼エア流量制御装置26に伝達
され、燃焼エア流量制御バルブ27で燃焼エア流量が調
節される。
【0038】なお、本発明においては、式(I)で表わ
される二次遅れ伝達関数G(s)pの決定は、あらかじめ連
続式焼鈍炉の加熱〜冷却の温度実績、たとえば図4に示
される波形を有する温度実績(PV)を調べておくこと
によって行なわれる。G(s)pの応答は、既設の加熱時間
をほぼ合わせ、冷却時間が所望冷却時間T(B〜C間の
時間)となるように前記炉温推定時定数Tp1およびTp2
を設定する。制御精度をあまり必要としないときには、
p1およびTp2は同等の数値でもよく、制御精度を必要
とするときには、既設炉の応答波形に合わせるようにT
p1およびTp2の配分を変更してもよい。また、むだ時間
推定伝達関数e-TSについても、前記採取した実績波形
にもとづいて決定する。
【0039】図4においては、原点0から時間Aまでが
昇温曲線、時間Aから時間Bまでが定常状態、時間Bか
ら時間Dまでが冷却曲線となっている。
【0040】つぎに、時間Bで連続式焼鈍炉の加熱を終
了し、時間Cで所定温度に冷却されるようにするばあ
い、式(I)で表わされる二次遅れ伝達関数G(s)pにし
たがって温度推定曲線SV1が描かれる。
【0041】したがって、加熱終了後、時間Cで所定温
度に冷却されるようにするためには、図4に示された斜
線部の面積で表わされるエネルギーを除去するのに必要
な冷却空気量(強制冷却エア量)をPI制御装置30で
決定し、燃焼エア流量制御バルブ27で強制冷却エア量
を調整し、エア供給パイプへ強制冷却エアを通気させれ
ばよい。ただし、リミッター31は、PI制御装置30
の出力の正の値のみを出力する(負の値は出力しない)
ように調整しておく。このように調整することで、炉温
設定値21が任意の値に変化したとしても、常に冷却時
には所望冷却時間Tを確保することができる。
【0042】なお、式(I)で表わされる二次遅れ伝達
関数G(s)pにおいて、ゲイン定数Kは、K>1を満足す
るように設定しておくことが好ましい。このようにゲイ
ン定数Kを設定したばあい、加熱時〜定常時において、
リミッター31から強制冷却エアが出力するのを制御す
ることができる。
【0043】
【実施例】つぎに、本発明の連続式焼鈍炉の温度制御方
法を実施例にもとづいてさらに詳細に説明するが、本発
明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【0044】実施例1 図1に示されるような蓄熱式ラジアントチューブバーナ
(チューブの外径178mm、第1直管の上端部から第
2直管の下端部までの幅1000mm、長さ2000m
m)を用いた。
【0045】まず、燃料パイプ5aから燃料ガス(コー
クス炉ガス)を、またエア供給パイプ4aからエアをバ
ーナ1aに空気比2.4で供給し、30秒間経過したの
ち、これと同様の操作を燃料パイプ5bおよびエア供給
パイプ4bから30秒間行なう操作を1サイクルとして
繰り返し、鋼板(温度400℃)を2m/secの速度
で通板させながら、鋼板を600℃にまで焼鈍させるバ
ーナ1a、1bの燃焼操作を行なった。
【0046】前記鋼板の通板後、焼鈍を終了する際に、
前記バーナの燃焼操作を行ないながら、式(I)で表わ
される二次遅れ伝達関数G(s)pにより、1000秒間で
冷却が完了(冷却温度:200℃以下)するように、P
I制御装置で強制冷却エア量を決定し、リミッターによ
り必要エア量を燃焼エア流量制御装置に伝達し、燃焼エ
ア流量制御バルブで燃焼エア流量を調節し、一方のエア
供給パイプから強制冷却エアを供給し、連続式焼鈍炉の
冷却を行なった。その結果を図5中のa〜bの曲線Aで
示す。
【0047】つぎに、再度、前記と同様にして鋼板を9
00℃にまで焼鈍させるバーナ1a、1bの燃焼操作を
行なった。
【0048】前記鋼板の通板後、焼鈍を終了する際に、
前記バーナの燃焼操作を行ないながら、式(I)で表わ
される二次遅れ伝達関数G(s)pにより、再び1000秒
間で冷却が完了(冷却温度:400℃以下)するよう
に、PI制御装置で強制冷却エア量を決定し、リミッタ
ーで燃焼エア流量を調節し、一方のエア供給パイプから
強制冷却エアを供給し、連続式焼鈍炉の冷却を行なっ
た。その結果を図5中のc〜dの曲線Bで示す。
【0049】つぎに、比較のため、再度、前記と同様に
して鋼板を900℃にまで焼鈍させるバーナ1a、1b
の燃焼操作を行なった。
【0050】前記鋼板の通板後、焼鈍を終了する際に、
前記バーナの燃焼操作を行ないながら、強制冷却エアを
供給せずに、冷却温度が400℃以下となるまで放冷し
た。その結果を図5中のe〜fの曲線Cで示す。
【0051】図5の曲線Bおよび曲線Cに示された結果
から以下のことがわかる。すなわち、従来のように鋼板
の通板後、焼鈍を終了する際に、強制冷却エアを供給せ
ずに放置したばあいには、冷却温度400℃以下にまで
連続式焼鈍炉を冷却させるのに要する冷却時間が350
0秒間以上であるのに対し(図5の曲線C)、鋼板の焼
鈍を終了する際に、エア供給パイプ内に強制冷却エアを
通気させて連続式焼鈍炉を強制冷却させたばあいには、
冷却温度400℃以下にまで連続式焼鈍炉を冷却させる
のに要する冷却時間が1000秒間程度であることから
(図4の曲線B)、本発明の温度制御方法によれば、速
やかに連続式焼鈍炉の冷却を行なうことができ、かつ任
意の炉温設定値に対しても、ほぼ所望冷却時間どおりに
冷却時間を制御することができることがわかる。
【0052】また、図5の曲線Aおよび曲線Bの結果か
ら、以下のことがわかる。すなわち、本発明の冷却方法
において、所定温度に連続式焼鈍炉を冷却させるのに要
する強制冷却エア量をあらかじめ決定しておき、前記強
制冷却エア量にもとづいてエア供給パイプへ強制冷却エ
アを通気させ、所定時間に冷却が完了するように設定し
ておいたばあいには、所定時間の到達時に連続式焼鈍炉
の冷却を完了させることができる。したがって、炉温度
の切り替え温度差が大きいと、調整コイルが必要とさ
れ、冷却時間が長いと、調整コイルの本数が増加し、製
品の生産性が低下するという欠点があるが、前記のよう
に所定時間内での連続式焼鈍炉の冷却が可能であるなら
ば、調整コイルの本数を少なくすることができるので、
生産性を向上させることができるという利点がある。
【0053】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の連続式焼
鈍炉の温度制御方法によれば、被加熱材の焼鈍を終了す
る際に、バーナの燃焼操作を行ないながら、エア供給パ
イプを利用してラジアントチューブ内に強制冷却エアを
通気させるという手段が採られているので、冷却に要す
る時間を大幅に短縮させることができるという効果が奏
される。
【0054】また、本発明の連続式焼鈍炉の温度制御方
法において、あらかじめ連続式焼鈍炉の加熱〜冷却の温
度実績を調べておき、前記温度実績にもとづいて所定温
度に連続式焼鈍炉を冷却させるのに要する強制冷却エア
量を決定し、前記強制冷却エア量にもとづいてエア供給
パイプへ強制冷却エアを通気させたばあいには、所定時
間に連続式焼鈍炉の冷却を終了させることができるとい
う効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の連続式焼鈍炉の温度制御方法に用いられ
る蓄熱式ラジアントチューブバーナの一実施態様を示す
概略説明図である。
【図2】本発明の連続式焼鈍炉の温度制御方法に用いら
れる連続式焼鈍炉の一実施態様を示す概略説明図であ
る。
【図3】本発明の連続式焼鈍炉の温度制御方法の一実施
態様を示すブロック線図である。
【図4】本発明の連続式焼鈍炉の温度制御方法における
加熱〜冷却曲線の概略説明図である。
【図5】本発明の連続式焼鈍炉の温度制御方法の実施例
における加熱〜冷却曲線である。
【符号の説明】
1a バーナ 1b バーナ 2a 蓄熱体 2b 蓄熱体 3 ラジアントチューブ 4a エア供給パイプ 4b エア供給パイプ 11 連続式焼鈍炉
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F23N 5/00 F23N 5/00 D

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 その両端にそれぞれバーナが設けられ、
    前記バーナの周囲に通気性を有する多孔質の蓄熱体が設
    けられてなる蓄熱式ラジアントチューブバーナを用いた
    連続式焼鈍炉の温度制御方法であって、前記バーナをそ
    れぞれ交互に燃焼させて被加熱材を焼鈍させるバーナの
    燃焼操作を行ない、炉の設定温度を低温に変更する際ま
    たは炉の稼動を停止するために炉温度を降温させる際
    に、前記バーナの燃焼操作を行ないながら、一方のバー
    ナに接続されたエア供給パイプから強制冷却エアを供給
    し、ラジアントチューブ内を介して他方のバーナに接続
    されたエア供給パイプへ該強制冷却エアを通気させるこ
    とを特徴とする連続式焼鈍炉の温度制御方法。
  2. 【請求項2】 あらかじめ連続式焼鈍炉の加熱〜冷却の
    温度実績を調べておき、前記温度実績にもとづいて所定
    時間に連続式焼鈍炉を所定温度に冷却させるのに要する
    強制冷却エア量を決定し、前記強制冷却エア量にもとづ
    いてエア供給パイプへ強制冷却エアを通気させる請求項
    1記載の連続式焼鈍炉の温度制御方法。
JP23060496A 1996-08-30 1996-08-30 連続式焼鈍炉の温度制御方法 Expired - Fee Related JP3364091B2 (ja)

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CN106482100A (zh) * 2016-12-16 2017-03-08 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 一种新型蓄热式辐射管燃烧装置
CN106642112A (zh) * 2016-12-16 2017-05-10 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 一种扁平联焰蓄热式辐射管燃烧装置

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