JP2741617B2 - 直火式加熱炉の空気比制御方法 - Google Patents

直火式加熱炉の空気比制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、連続式溶融亜鉛鍍金設備及び連続焼鈍設備
に用いられる直火式加熱炉の空気比制御方法、特に加熱
される鋼板の表面酸化を防止するための燃焼制御方法に
関するものである。
[従来の技術] 連続式溶融亜鉛鍍金設備は、薄鋼板のコイルを連続的
に巻き戻して、前処理,焼鈍,鍍金,後処理を行う設備
で、その焼鈍過程においては各種の方式が知られてい
る。
これら従来の設備では、ライン内でガスクリーニング
を行う酸化炉と、還元炉,焼鈍炉を横形炉に組合わせた
ゼンジマータイプが使われていた。
このタイプの炉において、原板は通常冷間圧延のま
ま,または酸洗後の熱間圧延コイルを用いているが、鋼
板表面に付着した油脂類は直火式加熱炉の酸化炉の直火
フレームにより焼却除去されると同時に薄い酸化膜が形
成される。
次いでストリップは、還元炉に入り、H2−N2雰囲気ガ
ス中で鋼板表面の還元,活性化及び焼なましが行われ、
冷却帯で鍍金に適した温度まで冷却した後、大気に触れ
ること無く直接亜鉛浴槽に導かれ鍍金される。
また連続焼鈍設備は、上記連続式溶融亜鉛鍍金設備に
おける焼鈍過程と同様の処理を行うものである。
最近は直火式加熱炉の酸化炉のかわりに、弱酸化性雰
囲気の無酸化炉(Non Oxidizing Furnace,)を用いた方
式が主流となっており、またラインの高速化傾向に対処
した、還元,冷却工程を縦形炉としたものが採用されて
いる。
この無酸化炉は、Cガス,LPG,天然ガス等を、空燃比
0.85〜0.90で燃焼させ、炉内をCO−CO2−H2−H2Oの雰囲
気とし、1000〜1300℃の高温に保つ。
ストリップは急速に加熱されて450〜800℃に昇温さ
れ、付着する油脂分は揮発,分解して除去される。
炉内は弱酸化性なので、ストリップの表面酸化程度は
極めて軽微で、しかも短時間で加熱されるため、炉長が
短くてすむ等の長所がある。
直火式加熱炉は、直火式加熱による高効率の熱伝達の
為、ラジアントチューブ炉等の間接加熱に比べ、加熱炉
長が短く、かつ省エネルギーという長所があり、連続式
溶融亜鉛鍍金設備及び連続焼鈍設備等の加熱炉として用
いられている。
しかし直火式加熱炉は、鋼板をバーナーの火炎若しく
は燃焼ガスにより直接加熱するため、雰囲気中に未燃焼
の酸素(O2)が存在し、鋼板表面が酸化してしまう欠点
があった。
そこで、前記の直火無酸化炉では、雰囲気中のO2を極
力少なくする為、燃焼用O4不足の状態、つまり空気比を
1以下にして操業していた。
この場合、従来の制御方式において空気比は、 空気流量/(単位空気量×燃料流量) で表わされ、単位空気量を一定として、空気流量と燃料
流量の比率を一定にすることで空気比の制御を行なって
いた。
しかしながら、実際においては、単位空気量の変動
(燃料組成の変動)等により、空気比を正確に制御が出
来なかった。
このための方法として、特開昭55−97432号公報に
は、 直火式無酸化炉における鋼板通路付近の微量酸素量を
検出し、該検出酸素量が該鋼板表面の許容酸化膜上限値
に対応する量を越えた時、該炉内の空気比を低下させる
ことを特徴とする直火式無酸化炉における燃焼制御方
法、さらに空気比を下限値に低下させても検出酸素量が
許容値以下に低下しないとき、燃料を調整して炉温を低
下させることを特徴とする燃焼制御方式が提案されてい
る。
しかし、この方法による場合、炉内のガス流れによ
り、後続の例えばラジアントチューブ帯の還元ガス『NH
X』が流入し、直火炉各ゾーンの正確な空気比を測定す
ることは出来なかった。
[発明が解決しようとする課題] 連続式溶融亜鉛鍍金設備及び連続焼鈍炉等の加熱炉と
して用いられる直火式加熱炉においては、加熱される鋼
板の表面に生成する酸化膜を許容値以下に抑えて鋼板を
加熱するに当たって、前述のように空気比を1以下とし
ても、バーナーフレーム中やその近傍において、遊離O2
が存在し、炉内雰囲気を無酸素状態にすることは出来な
い。
本発明は、上述のような問題点を解決するため、加熱
される鋼板の表面酸化防止を図るため、直火炉各バーナ
ーの空気比を正確に制御することで、バーナーフレーム
中やその近傍の遊離O2を許容以下とし、鋼板を加熱す
る、直火式加熱炉の空気比制御方法を提供することを目
的とするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明の第1の特徴は、 直火式加熱炉の予混合装置を有するプレミックスバー
ナーの燃焼系において、 予混合された燃焼前のガスをサンプリングし燃焼さ
せ、その還元率 A=[CO2+H2O]/[CO+H2] を測定し、該還元率Aを換算した空気比測定値を得、 前記空気比測定値と予め設定された空気比設定値との
偏差を前記予混合装置のミキシングバルブにフィードバ
ックすることにより、前記プレミックスバーナーの燃料
ガスと空気の混合比を制御することを特徴とする直火式
加熱炉の空気比制御方法であり、 本発明の第2の特徴は、 直火式加熱炉の予混合装置を有するプレミックスバー
ナーとノズルミックスバーナーとが併設された燃焼系に
おいて、 プレミックスバーナーの燃焼系において予混合された
燃焼前のガスをサンプリングし燃焼させ、その還元率 A=[CO2+H2O]/[CO+H2] を測定し、該還元率Aを換算した空気比測定値を得、 前記空気比測定値とプレミックスバーナーの燃焼系に
おいて燃料ガス及び空気の流量測定値から次式により単
位空気量を求め、 単位空気量=空気流量測定値/(空気比測定値×燃料流量測定値) 該単位空気量より予混合できないノズルミックスバー
ナーゾーンの燃料ガスと空気の流量比を下記の式により
求め、 空気の流量比=単位空気量×ノズルミックスゾーンの空気比設定値 該空気の流量比からノズルミックスゾーンバーナーの
空気の設定流量比を制御することを特徴とする直火式加
熱炉の空気比制御方法である。
[作用] 本発明においては、直火式加熱炉の予混合装置を有す
るプレミックスバーナーの燃焼系において、 予混合された燃焼前のガスをサンプリングし燃焼さ
せ、その燃焼排ガス中の還元率を測定し、これより空気
比測定値を得、この空気比測定値により燃料ガスと空気
の混合比を制御するようにしたことにより、直火炉内の
燃焼ゾーンの空気比を適切に制御し得ることになったの
で鋼板の表面酸化を極力防止し効率よく鋼板を加熱する
ことが出来、これにより、表面性状の優れた鋼板を能率
良く生産し得て、製造コストを下げる等の効果を奏する
ものである。
次に本発明の実施例について述べる。
[実施例] 第1図は本発明に適用される直火式加熱炉の構成説明
図、第2図は同じく直火式加熱炉のプレミックスゾーン
の空気比制御系の説明図、第3図は直火式加熱炉におけ
る空気比制御系のシステム構成を示す説明図、第4図は
本発明方法における空気比制御結果を示したチャートで
ある。
第1図,第2図及び第3図において、1は連続焼鈍炉
として用いられる直火式加熱炉,2は直火式加熱炉1内を
通過する鋼板3を加熱するバーナーであり4は予熱炉、
5は燃料ガス,6は燃料ガス配管,7は空気,8はエアー配
管,9は鋼板温度計,10は燃焼型空気比分析計,11はゼロバ
ランスドレギュレータ、12はミキシングバルブ、13は空
気コントロールバルブ、14は単位空気量演算器、15はオ
リフィス、16は空気比設定器、TICは鋼板温度調節器、P
ICは圧力調節器、mICは空気比調節器、Pは圧力発信
器、Mはモータ、FICは流量調節器である。
図示する如く、本発明においては、空気比制御系はプ
レミックスバーナー系とノズルミックスバーナー系の2
種類が採用されており、直火式加熱炉の縦方向に1〜4
ゾーンに4分割し、その空気比を例示すると、1ゾーン
は1.02,次の2ゾーンは0.97,続いて3ゾーンは0.92,最
後の4ゾーンは0.87である。
1〜3ゾーンはノズルミックスゾーンであり、最後の
4ゾーンはプレミックスゾーンであり、還元性が強く保
持されている。
鋼板3は先ず予熱炉4で予熱後、上記に示すようなプ
レミックスバーナーゾーン及びノズルミックスバーナー
ゾーンを有する雰囲気の直火式加熱炉1にて処理され
る。
バーナー2には各種制御装置を介して、燃料ガス(CO
G)5を供給するガス配管6及び空気(AIR)7を供給す
るエアー配管8が接続されている。
鋼板温度計9で出口鋼板3の温度Tを検出する、この
測定温度により鋼板温度調節器TICにより各ゾーンにフ
ィードバックされる。
プレミックスゾーン(4ゾーン)においては、予混合
された燃焼前のガスをサンプリングし、そのガスを燃焼
型空気比分析計10にて燃焼させ、その排ガスの還元率を A=[CO2+H2O]/[CO+H2] 測定し、空気比に換算する。
一般的に燃料として用いられている燃焼ガスの成分は
COとH2が主成分であり、上記還元率Aを測定することに
より、精度良く空気比を求めることが出来る。
次に上述の方法により求めた空気比xを用いて、予混
合装置例えばミキシングバルブ12を操作するフィードバ
ック制御を行う方法について説明する。
即ち第2図のプレミックスゾーンの空気比制御系にお
いて、前記空気比フィードバックが設定値になるように
空気比調節器mICでモータを制御し、ミキシングバルブ
の燃料と空気の開口比を変化させることで空気比を一定
に制御する。
その制御結果を第4図に示す。
第4図に明らかなように、制御(ON)の場合、空気比
設定値0.88に対して精度良く追随し、さらにその空気比
実績値は制御(OFF)の場合に比較し格段に精度が良い
ことが判る。
また上記のようにして求めた空気比と予混合装置例え
ばミキシングバルブ12に供給される燃料ガスと燃焼空気
量を測定し、次式で燃焼ガスの単位空気量を求める。
単位空気量=空気流量測定値/(空気比測定値×燃料流量測定値) (1) この単位空気量を用い、予め混合出来ないノズルミッ
クスバーナーゾーンの燃料ガスと空気の流量比を下式に
従って変更し設定流量比とし、プレミックスバーナーゾ
ーンだけでなくノズルミックスゾーンの空気比も一定に
することが出来る。
空気の流量比=単位空気量×ノズルミックスゾーンの空気比設定値 (2) 第3図に本発明方法の直火式加熱炉(プレミックスゾ
ーン+ノズルミックスゾーン)における空気比制御系の
システム構成を示す。
第3図に示す如く、プレミックスバーナー側にて前述
の如く求めた空気比測定値より、ミキシングバルブ12に
供給される燃料ガスと燃焼空気量を測定し、上述の
(1)式より単位空気量を求め、この値はガス成分の変
動により変動するので、実際の単位空気量を単位空気量
演算器14により演算し、単位空気量A0を求め、このA0
ノズルミックスバーナー側の空気比設定器16に入力す
る。
この単位空気量A0の実績値を使用し、ノズルミックス
ゾーンの空気の流量比を決定する。
[発明の効果] 本発明の直火式加熱炉の空気比制御方法によれば、直
火炉内の燃焼ゾーンの空気比を適切に制御し得ることに
なったので鋼板の表面酸化を極力防止し鋼板を加熱する
ことが出来、これにより、表面性状の優れた鋼板を能率
良く生産し得て、製造コストを下げる等の効果を奏する
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用する直火式加熱炉の構成説明図,
第2図はプレミックスゾーンの空気比制御系統図,第3
図は直火式加熱炉における空気比制御系説明図,第4図
は本発明方法における空気比制御結果のグラフである。 図において、1:本発明方法にて用いられる直火式加熱
炉,2:直火式加熱炉のバーナー,3:鋼板,4:予熱炉,5:燃料
ガス,6:燃料ガス配管,7:空気,8:エアー配管,9:鋼板温度
計,10:燃焼型空気比分析計,11:ゼロバランスドレギュレ
ータ、12:ミキシングバルブ、13:空気コントロールバル
ブ、14:単位空気量演算器、15:オリフィス、16:空気比
設定器、TIC:鋼板温度調節器、PIC:圧力調節器、mIC:空
気比調節器、P:圧力発信器、M:モータ、FIC:流量調節
器。
フロントページの続き (72)発明者 入枝 勝浩 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 池上 一成 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 大塚 芳生 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−169075(JP,A) 特公 昭59−17169(JP,B2) 特公 昭63−62644(JP,B2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直火式加熱炉の予混合装置を有するプレミ
    ックスバーナーの燃焼系において、 予混合された燃焼前のガスをサンプリングし燃焼させ、
    その還元率 A=[CO2+H2O]/[CO+H2] を測定し、該還元率Aを換算した空気比測定値を得、 前記空気比測定値と予め設定された空気比設定値との偏
    差を前記予混合装置のミキシングバルブにフィードバッ
    クすることにより、前記プレミックスバーナーの燃料ガ
    スと空気の混合比を制御することを特徴とする直火式加
    熱炉の空気比制御方法。
  2. 【請求項2】直火式加熱炉の予混合装置を有するプレミ
    ックスバーナーとノズルミックスバーナーとが併設され
    た燃焼系において、 プレミックスバーナーの燃焼系において予混合された燃
    焼前のガスをサンプリングし燃焼させ、その還元率 A=[CO2+H2O]/[CO+H2] を測定し、該還元率Aを換算した空気比測定値を得、 前記空気比測定値とプレミックスバーナーの燃焼系にお
    いて燃料ガス及び空気の流量測定値から次式により単位
    空気量を求め、 単位空気量=空気流量測定値/(空気比測定値×燃料流量測定値) 該単位空気量より予混合できないノズルミックスバーナ
    ーゾーンの燃料ガスと空気の流量比を下記の式により求
    め、 空気の流量比=単位空気量×ノズルミックスゾーンの空気比設定値 該空気の流量比からノズルミックスゾーンバーナーの空
    気の設定流量比を制御することを特徴とする直火式加熱
    炉の空気比制御方法。
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