JPS6122008B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は冷延コイルの焼鈍等に使用される複式
焼鈍炉の加熱制御方法に関し、更に詳述すれば各
スタツクの冷延コイルの昇温時間に均等にするよ
うに加熱制御することにより、燃料使用量の低減
を図り得る加熱制御方法を提案したものである。 第１図は直火式の複式タイトコイル焼鈍炉の模
式的平面図であり、第２図は第１図の−線に
よる略示立断面図である。１は被加熱体たる冷延
コイルであつて、コイル１はコンベクタープレー
ト２を介してその軸方向を垂直にして４段に積み
上げられており、その全体がインナーカバー３に
覆われて４組のスタツクS₁，S₂，S₃，S₄を形成し
ている。そしてこのようなスタツクS₁〜S₄が並置
されていて、このスタツク全体が可搬式の炉体４
に覆い被されている。炉体４の長辺側壁下部にバ
ーナ５が設けられており、スタツクS₁，S₂，S₃，
S₄を夫々加熱するためのバーナ５は燃料制御弁８
１，８２，８３，８４の夫々を介して燃料供給源
に連結されていて、各スタツクS₁，S₂，S₃，S₄
夫々に対し、個別に加熱制御を行えるようにして
ある。炉体４の長辺側壁上部には各スタツクにつ
き１個の温度計６２等が設置されていて、各スタ
ツクの雰囲気温度、即ち各スタツクの周囲の炉温
TFを計測できるようになつている。また各スタ
ツクの最下段のコイル１の下端面の温度（以下ベ
ース温度と略す）TBを計測すべく、各スタツク
に対して１個の温度計７２等が最下層のコンベク
タープレート２を貫通して取付けられている。各
スタツクS₁〜S₄毎に計測される炉温TF及びベー
ス温度TBは、いずれも制御装置９に入力され、
これら計測値と予め制御装置９に設定されている
炉温及びベース温度の設定値とに基いて、制御装
置９は各スタツク毎にその加熱を制御すべく燃料
制御弁８１〜８４にその開度調節のための制御信
号を出力する。 さて従来この加熱制御は以下の如く行われてい
た。先ず加熱制御の第１段階は室温にある炉内温
度を所定温度に迄昇温させ、これを保持させるべ
く燃料制御弁８１等の開度を調節するにある。即
ち温度計６により計測された炉温TFがその設定
値に達する迄は、燃料制御弁８１等は開と
し、またTFがに達した後は、TFが以上の
場合は燃料制御弁８１等を閉、TFが以下の場
合は開とする制御を行うものである。そして炉温
TFの上昇と共に、或はTFがに達した後に、
コイル１が昇温してきて実測したベース温度TB
が設定値に達すると、加熱制御の第２段階に
移る。この第２段階の制御はベース温度TBが設
定値以上の場合は燃料制御弁８１等を閉、TB
が以下の場合は開とする制御であり、ベース
温度を基準にした温度制御である。第３図は上述
の如き制御を行う場合の炉温TF及びベース温度
TBの時間推移の１例をスタツクS₁，S₂，S₄につ
いて示してある。炉温TFは比較的速やかに、し
かも各スタツク周りとも均一に昇温して所定温度
に達するが、バーナ５からの熱がインナーカバー
３に伝熱し、更にインナーカバー３から各コイル
に輻射、対流伝熱されるのでベース温度TBの昇
温は遅く、各スタツク毎にその昇温速度が異なる
という様相を呈する。これはコイル生産工程等の
都合上、全スタツクについて同一形状、同一重量
のコイル編成とすることができず、各スタツク毎
に熱容量が異なるからである。このため加熱制御
の第１段階から第２段階への切換時点が、第３図
にC₁，C₂，C₄にて示すように各スタツク毎に異
なり、場合によつてはその差が10時間程度にも及
ぶ。一方コイル焼鈍のための均熱期間は一定期間
以上を確保する必要があるので、最も遅くベース
温度TBが設定値に達したスタツクを基準にし
て均熱期間の終了時点を定めざるを得ず、第３図
の場合はC₁から、焼鈍条件にて定まる一定の焼
鈍時間ｔ_aoだけ経過した時点を均熱期間終了時点
とする必要があり、このスタツクS₁以外のスタツ
クについては過剰加熱となり、燃料を無駄に消費
していた。 本発明は斯かる事情に鑑みなされたものであつ
て、焼鈍炉におけるコイルの昇温過程において、
ベース温度が最低温度であるスタツクを選出し、
他のスタツクを最低温スタツクに合わせて昇温さ
せるべく加熱制御することにより、全スタツクの
コイルを略々同時的に焼鈍温度に達せしめるよう
にして、従来無駄に消費されていた燃料の使用量
低減を図つた複式焼鈍炉の加熱制御方法を提供す
ることを目的とする。 本発明に係る複式焼鈍炉の加熱制御方法は、複
数の被加熱体を集合せしめてなる被加熱体群ｎ個
の夫々につき各別の加熱手段を備えた複式焼鈍炉
における加熱制御方法において、所定ヒートパタ
ーンに従つて加熱している間に被加熱体群別に被
加熱体の特定位置の温度T₁，T₂，……Ｔ_oを計測
し、T₁，T₂，……Ｔ_o中の最小値Ｔ_nioに係るｊ番
目の被加熱体群は所定ヒートパターンに従う操炉
を行い、それ以外の被加熱体群については被加熱
体の温度を均一化すべくＴ_i−Ｔ_nio（但し、ｉ＝
１，２，……ｎ；ｉ≠ｊ）に関連して定まる値だ
けヒートパターンを修正して操炉することを特徴
とする。 以下本発明方法を図面に基いて具体的に説明す
る。第４図は直火式の複式タイトコイル焼鈍炉の
略示立断面図であり、第５図はその模式的平面図
と共に示す本発明方法の実施に使用する装置のブ
ロツク図である。焼鈍炉自体の構造は第１図、第
２図と同様であり、同一物には同一符号を付して
ある。即ち、コイル１がコンベクタープレート２
を介してその軸方向を垂直にして４段に積み上げ
られており、その全体がインナーカバー３に覆わ
れている。そしてこれは４基のスタツクS₁，S₂，
S₃，S₄全体が炉体４に覆い被されている。炉体４
の長辺側壁下部に対設されたバーナ５は、燃料制
御弁８１，８２，８３，８４により各スタツク別
に加熱制御できるようになつている。また各スタ
ツクS₁，S₂，S₃，S₄の周囲の炉温TF₁，TF₂，
TF₃，TF₄を計測すべく、夫々温度計６１，６
２，６３，６４が炉体４の側壁上部に設置されて
おり、更にベース温度TB₁，TB₂，TB₃，TB₄を
計測すべく、夫々温度計７１，７２，７３，７４
が最下層のコンベクタープレート２を貫通し、そ
の検出部を最下段コイルの下端面に接触させて設
置されている。 而して各スタツクについて温度計６１及び７１
（又は６２及び７２、６３及び７３、６４及び７
４）の検出信号は夫々入力インターフエース１１
１（又は１１２，１１３，１１４）に入力せしめ
られ、入力インターフエース１１１等において各
温度計６１及び７１等の特性に基く補正を受けて
各スタツクに対しての炉温TF₁等及びベース温度
TB₁等に相当する量に変換され、更にＡ／Ｄ（ア
ナログ／デジタル）変換されて、マイクロコンピ
ユータよりなる演算制御装置１２へ一定サンプリ
ング周期（例えば20分）で取込まれていく。演算
制御装置１２には入力インターフエース１１１等
から入力される各スタツクにおける炉温TF₁等及
びベース温度TB₁等の計測値の外に、定数入力装
置１３から炉温及びベース温度の初期設定値
^０及び^０が入力される。演算制御装置１２は
これらの入力信号に基き後述する如くして、ベー
ス温度の昇温過程においてはサンプリング時点ｔ
における各スタツクS₁，S₂，S₃，S₄夫々について
の炉温設定値_１（ｔ），_２（ｔ），_３
（ｔ），_４（ｔ）を演算し、これを炉温計測値

【式】と共に、 各スタツクに対応する燃料制御装置１４１，１４
２，１４３，１４４へ各出力し、またベース温度
の保持過程、即ち均熱過程においてはサンプリン
グ時点ｔにおける各スタツクS₁，S₂，S₃，S₄夫々
についてのベース温度計測値

【式】とベース 温度の初期設定値^０（各スタツク同一）と
を、各スタツクに対応する燃料制御装置１４１，
１４２，１４３，１４４へ各出力する。燃料制御
装置１４１等は、この炉温又はベース温度の設定
値と計測値とを一致させるべく燃料制御弁８１，
８２，８３，８４の開度調節を行う制御信号を燃
料制御弁８１等へ出力する。 次に演算制御装置１２における演算の内容につ
き説明する。演算制御装置１２は、スタツクＳ_i
（ｉ＝１，２，３，４）についてのベース温度の
計測値

【式】がその初期設定値^０に達す る迄は、即ちベース温度の昇温過程においては炉
温を基準にした加熱制御（第１段階）を行うべ
く、前述した如く炉温の設定値と計測値とを燃料
制御装置１４１等へ出力する。次いでベース温度
計測値

【式】がその初期設定値^０に達し た場合は、そのスタツクＳ_iについては爾後ベー
ス温度を基準にしてベース温度を一定に保持する
加熱制御（第２段階）を行うべく、ベース温度の
設定値と計測値とを燃料制御装置１４１等へ出力
する。 (1) 加熱制御の第１段階 一般にバーナ５から噴出する燃料が炉体４内部
において燃焼する際に発生する熱エネルギーは、
一部排ガス顕熱又は炉内蓄熱に消費されるが、大
部分はインナーカバー３の顕熱となる。そして加
熱されたインナーカバー３が保有する熱は、イン
ナーカバー３内の雰囲気ガスに伝熱され、またイ
ンナーカバー３内に積載された４段のコイル１に
輻射伝熱される。コイル１の外周面はこのインナ
ーカバー３からの輻射伝熱を受ける外、高温の雰
囲気ガスからも対流伝熱を受けて加熱される。ま
た４段のコイル１の最下段コイルの中心下方に設
置されたベースフアン（図示せず）によつて、イ
ンナーカバー３内の雰囲気ガスがコイル１の中心
を下方に向けて通流するようこれを強制循環させ
てあるので、コイル内周面も外周面同様高温の雰
囲気ガスから対流伝熱を受けて加熱される。コイ
ル１の上下端面は、外周面同様輻射伝熱及び対流
伝熱を受ける最上段コイルの上端面を除き、雰囲
気ガスにより加熱されたコンベクタープレート２
からの接触伝熱により加熱される。 上述の如く加熱されて焼鈍炉内の全コイルは昇
温していくが、コイル生産工程等の都合上各スタ
ツクのコイル編成を同一とすることができないこ
とから、また焼鈍炉内におけるスタツク位置の相
違等から、各スタツクについての加熱効率が一様
でなく、各スタツクのベース温度の昇温速度が異
なる。このため演算制御装置１２は各スタツク中
のコイルにおける最低温部であるベース温度を全
スタツクについて均一に保ちつつコイルを昇温さ
せるべく、炉温設定値を以下に示す如く修正演算
する。先ず入力インターフエース１１１等から入
力されるベース温度計測値

【式】（ｉ＝１， ２，３，４）の中の最小値Ｔ_nioを選出し、この
Ｔ_nioに対応するスタツクＳ_j、即ち加熱効率等が
低く、最もベース温度が低いスタツクＳ_jを見つ
ける。次いでＳ_j以外のスタツクＳ_i（ｉ＝１，
２，３，４；ｉ≠ｊ）についての炉温設定値の修
正量ΔＴ_iを、例えば下記(1)式の如く算出する。 但し、α，β，制御精度等を勘案して経験的に
定める定数 そして炉温の初期設定値^０を下記(2)式に従
つて修正演算し、サンプリング時点ｔにおける炉
温設定値_i（ｔ）を求める。 _i（ｔ）＝^０−ΔＴ_i …(2) （ｉ＝１，２，３，４；ｉ≠ｊ） なお、スタツクＳ_jについての炉温設定値_j
（ｔ）は^０そのままである。例えばベース温度
の計測値が最低温度であるスタツクがスタツクS₄
である場合、スタツクS₄についての炉温設定値
_４（ｔ）は^０であり、他のスタツクS₁，
S₂，S₃についての炉温設定値_１（ｔ），_２
（ｔ），_３（ｔ）は前記(1)，(2)式により修正さ
れた値となる。また加熱開始時点の炉温設定値は
いずれのスタツクも初期設定値^０である。演
算制御装置１２はスタツクS₁（又はS₂，S₃，S₄）
についての炉温の設定値_１（ｔ）及び計測値

【式】（又は_２（ｔ）及び

【式】 TF_３（ｔ）及び

【式】_４（ｔ）及び

【式】）を燃料制御装置１４１（又は１４ ２，１４３，１４４）へ出力する。 (2) 加熱制御の第２段階 上述の炉温を基準にした加熱制御により、ベー
ス温度の計測値

【式】が昇温し、その初期設 定値^０に一旦達した後は、そのスタツクの加
熱制御は第２段階のベース温度を基準にした加熱
制御に移行し、演算制御装置１２は燃料制御装置
１４１（又は１４２，１４３，１４４）へ、ベー
ス温度の初期設定値^０とスタツクS₁（又は
S₂，S₃，S₄）についてのベース温度の計測値 とを出力する。そして全てのスタツクＳ_iのベー
ス温度計測値TB₁（ｔ）が初期設定値^０に達
した時点、即ちベース温度の昇温速度が最も遅い
スタツクの加熱制御が第２段階に移行した時点か
ら一定の焼鈍時間ｔ_aoが経過した時点で、加熱を
終了させるべく全ての燃料制御装置１４１，１４
２，１４３，１４４に対し燃料制御弁８１，８
２，８３，８４を閉にするための信号を出力す
る。 燃料制御装置１４１，１４２，１４３，１４４
は、上述の如くしてサンプリング時点毎に演算制
御装置１２から入力される炉温の設定値_i
（ｔ）と計測値

【式】とに基き、又はベース 温度の設定値_i（ｔ）と計測値

【式】とに 基き、計測値と設定値とを一致させるべく、PID
演算による燃料制御弁８１等の開度調節信号、或
は、設定値が計測値より大のときに開、設定値が
計測値より小のときに閉の開閉信号を燃料制御弁
８１等に出力する。 このような装置により焼鈍炉の加熱制御を行う
場合は、先ず定数入力装置１３に設定された炉温
及びベース温度の初期設定値^０，^０並びに
加熱開始時点t₀において温度計６１，７１等にて
計測された炉温及びベース温度の計測値（加熱当
初は室温に近い）

【式】（ｉ＝ １，２，３，４）が演算制御装置１２に入力され
る。そして演算制御装置１２から燃料制御装置１
４１等へ、炉温の初期設定値^０及び計測値

【式】が出力され、第１段階の炉温制御が開 始される。次いでバーナ５による加熱開始後、一
定サンプリング期間（例えば20分）が経過した時
点t₁で、その時点の炉温及びベース温度の計測値

【式】が入力インターフエース１ １１等から演算制御装置１２に入力され、演算制
御装置１２は

【式】の中から最小値を選出 し、

【式】がこの最小値Ｔ_nioに該当するス タツク以外のスタツクについては(1)，(2)式により
算出された炉温設定値_i（t₁）を、また

【式】がＴ_nioであるスタツクについては炉 温の初期設定値^０を、夫々の炉温計測値

【式】と共に燃料制御装置１４１，１４２， １４３，１４４へ出力する。爾後各サンプリング
時点t₂，t₃，t₄，…毎に上述の如くしてベース温
度計測値の最小値の選出及び炉温の設定値の算出
が行われ、炉温の設定値と計測値とが燃料制御装
置１４１等へ出力され、炉内のコイルは各スタツ
クのベース温度が均一となるように加熱制御され
つつ昇温する。 そしてサンプリング時点ｔ_kにおいてベース温
度計測値

【式】がその初期設定値^０に達 した場合、そのスタツクについては以後の加熱制
御を第２段階のベース温度制御に変更する。例え
ばこのスタツクをS₁とすると、演算制御装置１２
は燃料制御装置１４１に対しては、ベース温度の
初期設定値^０及び計測値

【式】を出力す る。そして次順のサンプリング時点ｔ_k+1におい
ては、該時点におけるベース温度計測値

【式】と初期設定値^０とが燃料制御装 置１４１へ出力される。このようにしてスタツク
S₁については爾後の各サンプリング時点ｔ_k+2，
ｔ_k+3，……毎に初期設定値^０とその時点での
計測値とが演算制御装置１２から出力されるが、
他のスタツクS₂，S₃，S₄についてもそのベース温
度計測値が初期設定値^０に達する都度、順次
ベース温度制御に切換えられ、全てのスタツクが
ベース温度制御に切換えられた時点から所定の焼
鈍時間ｔ_aoが経過した時点で、演算制御装置１２
は全ての燃料制御装置１４１，１４２，１４３，
１４４に対し加熱終了の信号を出力してコイルの
焼鈍を終了する。 なお全てのスタツクについては個別に加熱制御
することができない場合、即ち２以上のスタツク
についての燃料供給系及び燃料調節弁が独立して
いないような場合は、これら燃料調節弁等を共通
にする各スタツクの中でベース温度の計測値が最
低温であるスタツクについての炉温及びベース温
度の計測値を加熱制御に使用することとすればよ
い。 次に本発明方法により複式タイトコイル焼鈍炉
の加熱制御を行つた結果について説明する。第６
図は横軸に加熱開始後の経過時間をとり、また縦
軸に温度をとつて炉温TF及びベース温度TBの変
化をスタツクS₁にいて実線で、スタツクS₂につい
て破線で、またスタツクS₄について１点鎖線で表
わしたものである。スタツクS₃についてはスタツ
クS₂と略々同様な昇温曲線を示しているので図示
を省略する。図から明らかなようにベース温度
TBは各スタツク共略々同一の昇温速度で昇温し
ており、炉温制御からベース温度制御へ切換わる
時点はスタツクS₁，S₂，S₄について夫々C₁′，
C₂′，C₄′により示したように各スタツク共略々同
一時点ということが言える。従つて昇温速度が最
も遅いスタツクS₁以外のスタツクがベース温度制
御に切換つてから、スタツクS₁が切換わる迄の所
謂無駄焚き時間が極めて短かく、無駄に消費され
る燃料が極めて少ない。ちなみに板厚0.7〜1.5
mm、板幅917〜1065mm、コイル外径1890〜2530
mm、コイル内径590mmの変動幅を示す種々の仕様
のコイルを、炉温目標値（初期設定値）780℃、
ベース温度目標値（初期設定値）690℃、焼鈍時
間10時間の各条件でコイル焼鈍を行つた場合の燃
料原単位、即ちこのようなコイル焼鈍条件におけ
る燃料使用量は従来に比して約５％低減した。 以上詳述した如く本発明方法による場合は、ベ
ース温度の昇温期間（炉温制御期間）は炉温及び
ベース温度のサンプリング時点毎にベース温度が
最低温度であるスタツクを選出し、この最低温ス
タツク以外のスタツクの昇温速度を低目に修正す
べく、炉温設定値の修正を行うから、ベース温度
の昇温時間が全スタツク略々均一となり、無駄焚
き時間が極めて短縮され、この間の無駄な燃料の
消費を節減することができる。なお本発明は、加
熱制御上意義を有する被加熱体の温度計測位置
（例えば前記実施例では最下段コイルの下端面）
が知られている場合に有効であるので用途が限定
されることから考えられるが、反面、温度又はそ
の分布を演算によつて求める方法のようにこの演
算に大がかりなコンピユータを必要としないとい
う利点がある等、本発明は複式焼鈍炉の燃料原単
位の低減に著しい効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は複式タイトコイル焼鈍炉の模式的平面
図、第２図は第１図の−線による略示立断面
図、第３図は従来の加熱制御方法による炉温及び
ベース温度の時間推移の１例を示すグラフ、第４
図は複式タイトコイル焼鈍炉の略示立断面図、第
５図は本発明方法の実施に使用する装置のブロツ
ク図、第６図は本発明方法の効果を示すグラフで
ある。 １……コイル、２……コンベクタープレート、
３……インナーカバー、４……炉体、６１，６
２，６３，６４，７１，７２，７３，７４……温
度計、８１，８２，８３，８４……燃料制御弁、
１１１，１１２，１１３，１１４……入力インタ
ーフエース、１２……演算制御装置、１３……定
数入力装置、１４１，１４２，１４３，１４４…
…燃料制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の被加熱体を集合せしめてなる被加熱体
   群ｎ個の夫々につき各別の加熱手段を備えた複式
   焼鈍炉における加熱制御方法において、所定ヒー
   トパターンに従つて加熱している間に被加熱体群
   別に被加熱体の特定位置の温度T₁，T₂，……Ｔ_o
   を計測し、T₁，T₂，……Ｔ_o中の最小値Ｔ_nioに係
   るｊ番目の被加熱体群は所定ヒートパターンに従
   う操炉を行い、それ以外の被加熱体群については
   被加熱体の温度を均一化すべくＴ_i−Ｔ_nio（但
   し、ｉ＝１，２，……ｎ；ｉ≠ｊ）に関連して定
   まる値だけヒートパターンを修正して操炉するこ
   とを特徴とする複式焼鈍炉の加熱制御方法。