JPS5836648B2 - 加熱炉の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、燃料原単位を極力低くしながら、鋼片の抽
出温度を精度よく確保することを目的にした鋼片用連続
式加熱炉の燃焼制御方法に関する。

従来鋼片用連続式加熱炉の操業は、操業者の長年の経験
と勘に頼った操業が行なわれており、その結果抽出温度
のバラツキが大きく、しかも燃料原単位も平均的には非
常に高いものになっている。

近年省エネルギーの観点からこの燃料原単位の低減が強
く叫ばれているが、未だその定量的操業方法は確立され
ていない。

文献、特許等には定量的な操業が種々提案されているが
、未だ実用化までには至っていない。

これは、それらのほとんどが炉内の雰囲気温度を制御す
ることを基本としているが、次のような問題が未だ解決
されていないことによる。

（ａ） 炉内の各鋼片温度を推定し、現在必要な各帯の
雰囲気温度を求める計算方式が非常に煩雑で、その精度
もよくない。

（ｂ） 仮に精度よく求められたとしても、その温度
を実現することが不可能な場合がしばしば発生する。

それは、その帯に存在する鋼片の総重量または通過能率
（加熱負荷）が大きいときには、最大流量で燃焼しても
、その温度まで上がらないことがある。

ということか原因する。また、他の帯の干渉によること
もある。

（Ｃ） 以上のことから各帯の燃料バランスがくずれ
ることにより、結果的に燃料原単位の低減に結びつき難
しいことが非常に多い。

この発明は、かかる問題点を解決するもので、鋼片連続
加熱炉において、各鋼片をそれぞれ目的の抽出温度まで
加熱するときに、その加熱効率を最大にして、加熱原単
位（鋼片の単位重量当りに必要な加熱熱量）を最小にし
、かつ抽出温度のバラツキを少なくするような最適燃焼
制御方法を提供しようとするものである。

一般に鋼片用連続加熱炉の構造は鋼片装入側から順に、
予熱帯、加熱帯、均熱帯、または予熱帯、第１加熱帯、
第２加熱帯、均熱帯から成り、その排ガス煙道は装入側
に設置されているので、各帯の燃焼排ガスは鋼片の移動
方向とは逆に装入側方向へ流れる。

従って、鋼片（以下「スラブ」という）の加熱効率を上
げるには、各帯の燃焼流量は可能な限り抽出側、すなわ
ち均熱帯および加熱帯で最大流量にて燃焼し、その不足
分を予熱帯で加熱するような配分とし、煙道での排ガス
温度を極力低くして排ガス損失を少なくすることが望ま
しい。

この発明は、以上の考えを基に適宜各帯の燃焼流量を決
定し加熱することを基本とし、さらに抽出温度を精度よ
く確保するため、炉内のスラブの温度を適宜把握し、予
定の昇熱曲線とのずれの大きさにより、その流量値の補
正を行ないながら加熱する方法である。

以下その具体的方法について、諸定数の決定順に従って
説明する。

なお、この制御方法は予熱帯、第１加熱帯、均熱帯、さ
らにそれ以上の帯を有する加熱炉についても適用できる
ものであるが、説明の煩雑さを避けるため、ここでは予
熱帯、加熱帯、均熱帯から或る鋼片加熱炉について説明
する。

〔１〕均熱帯、加熱帯の最大流量の決定 設備上の能力の制限下において、各帯それぞれの特性を
考慮して、均熱帯最大流量Ｆ３ｍａｘおよび加熱帯最大
流量”２ｍａＸ を決定する。

これは、全てのスラブは均熱帯および加熱帯ではこの最
大流量で加熱することを基本とし、その不足分をそれぞ
れのスラブに応じて予熱帯で加熱するものである。

均熱帯は抽出直前の帯であることから、圧延上および製
品品質上必要な均熟度を考慮した流量値とする。

この値は、経験的な値でも理論的に求めたものでもよい
。

理論的には、均熱帯平均通過重量Ｇｍ（ｔＯｒ＋／／｝
′Ｉｒ）平均スラブ厚Ｈｍ、平均抽出温度Ｔｍ、平均均
熱度△Ｔｍ、平均鋼種Ｃｍ、均熱帯炉効率η３の関数で
、 Ｆ３ｍａｘ＝Ｆ（Ｇｍ，Ｈｍ，Ｔｍ，△Ｔｍ ， Ｃｍ
，η３）（１）となる。

加熱帯については設備能力の最大値でもよいが、後述す
るように、鋼片温度実績による流量補正、あるいは圧延
ラインのトラブル等で予定の抽出ピッチ通りに抽出でき
なかった場合のことを考慮して、それらの調整ができる
程度の余裕を残した最大値とする。

〔２〕スラブ毎の各種の値の決定 スラブが装入される毎に既スラブ（以下「ｌスラブ」と
いう）について、以下の値を決める。

１スラブが抽出時に所定の抽出温度になるために必要な
吸収熱量ｅｉを決める。

このｅｉはｉスラブの抽出目標温度Ｔｉ、スラブ厚さｈ
ｉ、幅ｗｉ，長さｌｉ，重量ｇｉ，鋼種Ｃｉの関数で、
ｅｉ＝Ｆ（Ｔｉ，ｈｉ，ｗｉ，，ｆｆｉ，ｇｉ，Ｃｉ）
（２）となる。

次にｉスラブの装入から抽出に至るまでの昇熱曲線を決
定する。

この曲線はｉスラブのＴｉ，ｈｉ，ｗｉ，ｌｉ，ｇｉ，
Ｃｉおよび仕上目標厚ｈｆｉ、仕上目標幅ｗｆｉ等の圧
延条件、さらに上記（１）式で求めた各帯の最大流量と
、そのときの平均加熱能率（Ｔ／Ｈ）によって決められ
るもので、第１図に示されるように、縦軸をスラブの平
均温度Ｔｇ、横軸を抽出までの時間ｔとした曲線である
。

この曲線にそって加熱されることにより、圧延に最適な
スラブが供給されることになる。

さらにｉスラブの均熱帯、加熱帯での吸収熱の予測値を
求める。

既に炉内に装入されている各スラブの予定抽出ピッチ（
時間間隔）により、■スラブの均熱帯、加熱帯での通過
時間を求め、これをそれぞれｔｉ３，ｔｉ２とする。

均熱帯、加熱帯で先に求めた最大流量Ｆ３ｍａｘ，Ｆ２
ｍａｘで加熱したときに、ｉスラブが各帯で吸収する予
測収熱量をそれぞれｑＩ３ ｒ ｑ１２とすれば、ｑｌ
３−α×Ｆ３ｍａＸ×φｉ３×ｔｉ３（３）ｑｌ２”＝
α×Ｆ２ｍａｘ×φＩ ２ Ｘ ｔ ｉ２
（４）として求まる。

なお、上式のαは単位流量当りの発熱量、φ１３’）φ
１２はｉスラブがそれぞれ均熱帯、加熱帯で加熱された
ときの平均熱吸収率である。

具体的には、ｈｉ ，ｗｉ ，ｔｉ ，ｇｉ，η３，η
２、およびそのときの各帯に存在するスラブの総重量Ｗ
３，Ｗ２および平均鋼種Ｃｉによって決まる。

さらに厳密にはｉスラブの各帯における位置にも関係す
るので、各帯をさらに数ブロックに分割し、例えば加熱
帯をｎブロックに分割し、？のときの各ブロックにおけ
る熱吸収率をφ１２１φ１２・・・，φｉ．を求め、ｉ
スラブが各ブロックを通過する時間をｔｉ２，ｔｌ２，
・・・ｔｔ２ｎを求めれば、 ｑｉ２＝α×Ｆ２ｒｎａｘ×（φ１２，×ｔｌ２１＋φ
１２ ２ Ｘ ｊ １２２・・・＋・・・＋φ１２ ｎ
ｘ ｔ ＋２ ｎ ） （５）となる
が、実用上は平均値φ１２で代表し、（４）式で求めて
もよい。

〔３〕実績吸収熱量およびスラブ温度の推定炉内の各ス
ラブが毎々装入されてから現在までに吸収した熱量を求
めるために、一定時間間隔ｔ毎に、各帯の実績流量を測
定し（その値をそれぞれＦ１Ｒ，Ｆ２Ｒ，Ｆ３Ｒ と
する）、各スラブがその間に吸収した熱量を求め各スラ
ブ毎に積算する。

その値Ｅｉは、予熱帯のｉスラブについてのＥｉは として求める。

但し、上式は、一般に、計機機のプログラムを作る際に
用いられる表現形式であり、＜ａＳのＥｉは前回までの
積算値であり、初期値は零である。

（ｂ）項は今回のｔ間隔における熱量である。

そして、（Ｃ）項のＥｉは今までの積算値である。

このような関係は、次に示す（７）式及び（８）式も同
様である。

加熱帯、均熱帯に存在するｉスラブについてもそれぞれ Ｅｉ＝Ｅｉ＋α×Ｆ２Ｒ×φ１２×ｔ（７）Ｅ ｉ ＝
Ｅ ｉ＋α×Ｆ３Ｒ×φｉ３×ｔ（８）として求める。

なお、Ｅｉの初期値は零である。上記実績吸収熱量の積
算と同一タイミング時に、炉内の雰囲気温度を測定し、
各帯の各スラブの温度の推定計算を行ない、逐次各スラ
ブの温度を把握する。

その計算式は、一般に知られているように輻ｌ伝熱につ
いてはステファン・ボルツマンの法則、スラブ内部の伝
達については熱伝達方程式より求める。

その計算結果より厚さ方向の平均温度を求め、ｉスラブ
の代表温度ＴｉＲとする。

〔４〕各帯の流量設定値の決定 まず予熱帯の流量設定値の決定方法について述べる。

予熱帯に存在するスラブについて、各スラブ毎に次の計
算によりそのスラブが必要とする流量値ｆ１ｔについて
求める。

ｉスラブが現時点から予熱帯を出るまでの予測時間をｔ
ｉ１とすると、 として求まる。

通常の状態では、ｉスラブについてこの流量値で加熱す
れば、抽出時には所定の温度を得ることができるが、炉
の状態が不安定な場合、例えば極端に加熱能率（抽出Ｔ
／Ｈ）が高い場合若しくは低い場合、または何らかのト
ラフルで長時間の休止した後等には、炉効率が安定せず
、結果として抽出温度を精度よく確保できないことがあ
る。

そこで、これを償うため以下のような補正を加える。

既に決めてあるｉスラブの昇熱曲線より現時点Ｔｉでの
目標温度を求め、これをＴｉｇとし、前述の推定スラブ
温度Ｔ１Ｒと比較してその差を△Ｔｉとする。

△Ｔｉ＝ＴｉＲ−Ｔｉｇ （
１０）この△Ｔｉから、予め経験的に決めておいた第２
図のような補正係数曲線Ｇ（△Ｔ）により、そのときの
Ｇｉ（△Ｔｉ）を求め、上記９）式で求めたｆｌ１を補
正する。

その結果は、となる。

なお、補正係数Ｇｉ（△Ｔｉ）は現在のスラブ温度が現
時点での目標温度に一致している場合は、Ｇｉ（△Ｔｉ
）−１．０、低い場合にはＧｉ（△Ｔｉ）〉１．０、高
い場合にはＧｉ（△Ｔ）＜１．０となる。

また、前述の説明ではスラブ温度実績は炉内雰囲気温度
から計算で求めた推定値としているが、炉内のスラブ温
度を適切に測定できるスラブ温度計を設置している場合
には、その温度計による測定値を採用してもよい。

次に予熱帯の設定値Ｆ１ｓは、そのとき予熱帯にスラブ
が０１個存在すると、それらのｆｉ１の平均値として として決める。

ただし、 それらのスラブのうち、 圧延性、品質上等から特にきびしい精度の抽出温度が要
求されるものがあるときには、そのスラブに重きを置い
て、次のような荷重平均としてもよい。

の計算で求まる。

なお、ｎ２＋１３は各帯でのスラブの数である。

以上により各帯の流量値を決定し、その値を流量調節装
置に設定する。

そのタイミングについては、スラブが装入される都度若
しくは抽出される毎、または一定時間間隔毎のいずれで
もよい。

第３図にこの発明の実施例のブロック図を示す。

同図において、１は予熱帯２、加熱帯３および均熱帯４
から構成される連続加熱炉、５は装入スラブを検出する
検出器、６は抽出スラブを検出する検出器、７は前述の
各種演算を行なう演算器で、マイクロコンピュータ等が
用いられる。

８はスラブ毎の情報が記録され、演算器７に該情報を入
力するスラブカード、９は演算器７の指示を受け各帯の
流量を調節する流量調節装置である。

次に、第４図のフローチャートに基づいて制御の流れを
説明する。

演算器７はスラブカード８が入力されて各スラブの情報
が入力すると、前述の（１）式、（２）式、昇熱曲線、
（３）式および（４）式を演算する。

次にスラブが装入されて装入検出器５がスラブ検出信号
を出力すると、演算器７は所定の時間毎にスラブの予熱
帯における現在までの吸収熱量Ｅｉを、実績流量ＰＲを
測定して（６）式によって演算する。

そして、そのスラブが必要とする流量を（９）式により
求める。

さらに必要に応じて、炉内雰囲気温度Ｔから計算によっ
て、または直接スラブ温度Ｔ′を求める。

この温度と予測温度との差を（１０）式により求め、そ
の差により補正係数Ｇｉ（△Ｔ）を求め、αυ式により
（９）式の計算値を補正し、その値Ｆｉ１により流量調
節装置９を制御し、予熱帯２の燃焼を制御する。

また、予熱帯に複数のスラブがあるときは０３）式また
は０４）式により流量を決定する。

加熱帯３および均熱帯４の制御もそれぞれの演算式に基
づいて同様に行なわれる。

第１表に予熱帯の設定流量の具体例を示す。

現在予熱帯にｉ ＝ １〜５（加熱帯側から順に）の５
枚のスラブが存在しており、加熱帯の最大流量Ｆ２ｍａ
ｘ−１２，０００Ｎｍ３／ｈｒ、均熱帯の最大流量Ｆ３
ｍａｘ ＝ ６， ０ ０ ０ Ｎｍ３／ ｈｒの状態
で、予熱帯の設定流量Ｆ１ｓ−２，９７２Ｎｍ３／ｈｒ
となっている。

以上のようにして、この発明によれば、予熱帯での加熱
を低くおさえることができ、排ガス温度を低くして排ガ
ス損失を減少させることができるので、燃料原単位の減
少が図られ、さらに抽出温度の均一化が図られるという
特長を有し、きわめて実用価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は加熱曲線、第２図は補正係数曲線、第３図はこ
の発明の一実施例のブロック図、第４図は第３図の実施
例のフローチャートである。 １・・・・・・連読加熱炉、２・・・・・・予熱帯、３
・・・・・・加熱帯、４・・・・・・均熱帯、５・・・
・・・スラブ装入検出器、６・・・・・・スラブ抽出検
出器、７・・・・・・演算器、８・・・・・・スラブカ
ード、９・・・・・・流量調節装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続加熱炉の鋼片の加熱制御方法において、予め各
   鋼片毎に所定温度まで加熱するのに必要な熱量を求めて
   おき、その鋼片の加熱炉装入後の実績吸収熱量を所定時
   間毎に算出し、その時点から抽出までの各帯の通過時間
   を予測し、該当する帯の抽出側の帯でそれぞれ最大流量
   で燃焼させるものとして、該鋼片の抽出時に所定の温度
   になるように当該帯の燃焼流量を決定し、加熱すること
   を特徴とする加熱炉の制御方法。 ２ 鋼片の温度または炉温を測定して各帯の燃焼流量を
   補正する特許請求の範囲第１項記載の加熱炉の制御方法
   。