JP4815837B2 - 連続式加熱炉の燃焼制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、炉内の被圧延材を装入側から抽出側へ順次搬送しつつ、加熱帯で昇温量だけ加熱し、次いで均熱帯で昇温量だけ均熱する連続式加熱炉の燃焼制御方法に関する。

熱間圧延設備の圧延機に加熱した被圧延材を連続して供給するため、加熱帯と均熱帯を有する連続式加熱炉が一般に用いられている。かかる連続式加熱炉では、燃焼量を制御しつつ燃料を燃焼させて、順次搬送される被圧延材を、加熱帯で昇温量だけ加熱し、次いで均熱帯で昇温量だけ均熱し、被圧延材の温度を装入温度から抽出目標温度に上昇させる連続式加熱炉の燃焼制御を実施している。

近年、加熱能力が高く、表面品質に優れた熱延鋼板を製造できる炉としてウォーキングビーム装置を具備した連続式加熱炉が熱間圧延ラインに設置されている（特許文献１）。 特許文献１に記載の連続式加熱炉は、図５に示されるように、ウォーキングビーム装置が鋼片Ｓの搬送方向に少なくとも２分割以上に分割され、それぞれ独立に駆動することのできる駆動機構と、ウォーキングビーム２間に鋼片Ｓを移載する移載装置３を炉体１に具備してなる。なお、図５中、４は、燃料の流量から各帯の炉温を計算する温度演算装置を示す。また５は、装入ピッチ、抽出ピッチ、鋼片Ｓの温度および炉温等の情報から各ウォーキングビーム２上の鋼片Ｓの間隔を決定する間隔演算装置、６は各ウォーキングビーム２の移動量を測定する移動量検出器、７は各ウォーキングビーム２の移動量からその上の鋼片Ｓの位置を求めるトラッキング装置、９は移載装置３の位置を制御する移載位置制御装置をそれぞれ示す。

この連続式加熱炉には、装入扉３Ａに近接して鋼片Ｓの炉内への装入ピッチを計測する装入検出器１１と装入スラブの温度を検出する温度計１３が設置され、抽出扉３Ｂに近接して抽出ピッチを計測する抽出検出器１２が設置されている。
この鋼片を加熱する連続式加熱炉では、鋼片Ｓの加熱精度を向上させ、また熱片装入等に対しても熱損失の減少を図ることを目的とし、各帯間で鋼片Ｓの間隔ｄを、鋼片温度や燃料の燃焼量および抽出ピッチ、装入ピッチにより可変にすることでウォーキングビーム２上の鋼片搬送速度を制御するようにしている。

最近益々、連続式加熱炉を設置した熱間圧延設備の圧延能率向上に対する要求が強まっており、このような熱間圧延設備の操業形態の変化に対応した操炉を行うことが必要とされる。
ここで、熱間圧延設備に設置した連続式加熱炉では、普通、コンピュータを用いて各帯の炉温を計算によって決定し、決定した炉温をコンピュータに設定値として記憶させ、連続式加熱炉の燃焼制御を実行するようになっている。
特開昭６１−２７９６１５号公報

しかし、従来の連続式加熱炉の燃焼制御は、ランニングコストに占める割合が大きい燃料原単位を低減するため、被圧延材を抽出する側の均熱帯での被圧延材の昇温量を考慮せず、後段高負荷型のヒートパターンでのみ操炉が可能となっていた。
このため、例えば燃料原単位より圧延能率を優先させたくとも、熱間圧延設備に設置した連続式加熱炉では、そのような操炉設定が成されておらず、熱間圧延設備の操業形態の変化に対応できていため、コンピュータを用いた連続式加熱炉の燃焼制御使用率が低くなっていた。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、熱間圧延設備の操業形態の変化に対応することができる連続式加熱炉の燃焼制御方法を提供することを目的とする。

本発明者は、コンピュータを用いた連続式加熱炉の燃焼制御使用率が低い原因について鋭意検討し、その結果、一つには、定常部に対するスキッドマーク部の温度低下が通板性に悪影響を及ぼし、圧延能率に支障をきたす場合があることを知見して、本発明を成すに至った。
本発明は、以下のとおりである。
１．炉内の被圧延材を装入側から抽出側へ順次搬送しつつ、加熱帯で昇温量だけ加熱し、次いで均熱帯で昇温量だけ均熱する連続式加熱炉の燃焼制御方法において、前記被圧延材の温度が抽出目標温度に到達したときの、定常部に対するスキッドマーク部の温度低下量であって前記被圧延材を安定して圧延可能とするスキッドマーク部の温度低下量と、前記均熱帯での被圧延材の昇温量との関係を、予め解析して前記被圧延材の寸法、材質、成分によって区分されるテーブル値とし、圧延能率を優先とした熱間圧延設備の操業形態に対応させて操炉を行う場合には後段低負荷型のヒートパターンとし、燃料原単位を優先とした熱間圧延設備の操業形態に対応させて操炉を行う場合には後段高負荷型のヒートパターンとし、且つ、前記テーブル値から被圧延材を安定して圧延可能とする前記均熱帯での被圧延材の昇温量を決定し、次いで前記均熱帯の炉温を、決めた前記均熱帯での被圧延材の昇温量と被圧延材の在炉時間から決定するようにしたことを特徴とする連続式加熱炉の燃焼制御方法。

本発明によれば、熱間圧延設備の操業形態の変化に対応して、燃料原単位を優先とした均熱帯での被圧延材の昇温量が大きくなるような後段高負荷型のヒートパターンで被圧延材を加熱することもできるし、あるいは、熱間圧延設備の操業形態の変化に対応して、圧延能率を優先とした均熱帯での被圧延材の昇温量が小さくなるような後段低負荷型のヒートパターンで被圧延材を加熱することもできる。

本発明にかかる連続式加熱炉の燃焼制御方法によれば、コンピュータを用いた連続式加熱炉の燃焼制御使用率を高めることができる。

以下本発明を、鋼片Ｓを加熱する連続式加熱炉に適用した場合について説明する。
図１には、本発明を適用した加熱帯と均熱帯を有する連続式加熱炉の構成を模式的に示した。図１中、θ_１，１は、第１加熱帯の炉温、θ_１，２は、第２加熱帯の炉温、θ_２は均熱帯の炉温をそれぞれ示す。炉温θ_１，１、θ_１，２、及びθ_２は、図示しない操炉用コンピュータを用い、計算によって決定される。

この鋼片Ｓを加熱する連続式加熱炉は、所定の温度に加熱した鋼片を連続して熱間圧延機に供給するため、加熱帯として第１加熱帯と第２加熱帯を有する。また、炉体１はウォーキングビーム装置を具備し、各帯のウォーキングビーム２によって、装入扉３Ａから加熱帯に装入した炉内の鋼片Ｓを装入側から抽出側へ順次搬送するように構成されている。
その際に、図示しない操炉用コンピュータが、順次搬送される鋼片Ｓを、加熱帯で昇温量だけ加熱し、次いで均熱帯で昇温量だけ均熱し、鋼片Ｓの温度を装入温度Ｔ_ｉｎから抽出目標温度Ｔ_ｏｕｔに上昇させる連続式加熱炉の燃焼制御を実施している。

以下、炉温θ_１，１、θ_１，２、及びθ_２の決定法について順に説明する（図３参照）。
ここで、均熱帯に鋼片Ｓが入ってから抽出されるまでの温度上昇量（すなわち、均熱帯での鋼片Ｓの昇温量という）をΔＴ_２とすると、均熱帯での鋼片Ｓの昇温量ΔＴ_２と、在炉時間（鋼片Ｓを加熱炉に装入してから抽出までの時間）の関係（Ｓ１１）に基づき、 ＡＤＩ法を用いた２次元伝熱差分のモデルで、均熱帯の炉温θ_２を決定することができる（Ｓ１２）。

残る、第１加熱帯の炉温θ_１，１及び第２加熱帯の炉温θ_１，２は、次のようにして決定する（Ｓ１３〜Ｓ１６）。
第１、第２加熱帯での鋼片Ｓの温度上昇量をそれぞれΔＴ_１，１、ΔＴ_１，２とすると、鋼片Ｓを在炉時間の間に温度上昇させる量は、Ｔ_ｏｕｔ−Ｔ_ｉｎに等しいから、式（１）より、第１、第２加熱帯での鋼片Ｓの合計温度上昇量（ΔＴ_１，１＋ΔＴ_１，２）が求まる。

ΔＴ_１，１＋ΔＴ_１，２＋ΔＴ_２＝Ｔ_ｏｕｔ−Ｔ_ｉｎ・・・・・・・（１）
そして、第１、第２加熱帯での鋼片Ｓの昇温量ΔＴ_１，１、ΔＴ_１，２は、帯毎の加熱能力から第１加熱帯と第２加熱帯との昇温量比率ΔＴ_１，２／ΔＴ_１，１（＝ｋ：一定値）が決定されるから、計算できる。
第１加熱帯での鋼片Ｓの昇温量ΔＴ_１，１が求まれば、第１加熱帯昇温量と、第１加熱帯在炉時間とに基づき、ＡＤＩ法を用いた２次元伝熱差分のモデルで、第１加熱帯の炉温θ_１，１を決定することができる。同様に、第２加熱帯での鋼片Ｓの昇温量ΔＴ_１，２が求まれば、第２加熱帯昇温量と、第２加熱帯在炉時間とに基づき、ＡＤＩ法を用いた２次元伝熱差分のモデルで、第２加熱帯の炉温θ_１，２を決定することができる。

ただし、均熱帯での被圧延材の昇温量ΔＴ_２を、予め解析して求めた鋼片Ｓを安定して圧延可能とする影響因子との関係を考慮して決定する。例えば、図２に示すような、鋼片Ｓの温度が抽出目標温度に到達したときの、定常部に対するスキッドマーク部の温度低下量と均熱帯での被圧延材の昇温量ΔＴ_２との関係を考慮して、均熱帯での被圧延材の昇温量ΔＴ_２を決める。

図２は、上記の鋼片Ｓを加熱する連続式加熱炉において、均熱帯での鋼片Ｓの昇温量を種々変化させ、鋼片Ｓの温度が抽出目標温度Ｔ_ｏｕｔに到達したとき、鋼片Ｓを加熱炉から熱間圧延ラインに抽出してその温度を測定して得た結果である。
その際、均熱帯での鋼片Ｓの昇温量ΔＴ_２を小さくして、後段低負荷型のヒートパターンで操炉した場合、後段高負荷型のヒートパターンとした場合に比べ、スキッドマーク部の温度低下量が小さくなり、熱間圧延機での通板性が安定し、その結果、圧延能率が向上することがわかったのである。また定常部に対するスキッドマーク部の温度低下量は、均熱帯での鋼片Ｓの昇温量とよい相関がある。

なお、均熱帯での鋼片Ｓの昇温量ΔＴ_２を熱間圧延設備の操業形態に対応させて決定するには、テーブル値とするのが好ましい（Ｓ１０）。この理由は、鋼片Ｓの寸法、材質、成分などによって、区分してコンピュータ内に保存するのが容易であり、しかもその後の変更が容易にできるからである。
以上のように各帯の炉温θ_１，１、θ_１，２、及びθ_２を決定するに際し、本発明に係る連続式加熱炉の燃焼制御方法は、まず、熱間圧延設備の操業形態に対応させて均熱帯での鋼片Ｓの昇温量ΔＴ_２を決定し、次いで均熱帯の炉温θ_２を、決めた均熱帯での鋼片Ｓの昇温量ΔＴ_２と、鋼片Ｓの在炉時間から決定する。

すなわち、従来の連続式加熱炉の燃焼制御方法のように、燃料原単位を優先とした熱間圧延設備の操業形態に対応させて操炉を行う場合には、均熱帯での鋼片Ｓの昇温量ΔＴ_２を大きくして、後段高負荷型のヒートパターンとする。一方、圧延能率を優先とした熱間圧延設備の操業形態に対応させて操炉を行う場合には、均熱帯での鋼片Ｓの昇温量ΔＴ_２を小さくして、後段低負荷型のヒートパターンとする。

以上説明した本発明にかかる連続式加熱炉の燃焼制御フロー図を図３に示した。これに対して、本発明を適用する前の鋼片を加熱する連続式加熱炉の燃焼制御フロー図を図４に示した。
本発明を適用する前の鋼片を加熱する連続式加熱炉の燃焼制御は、まず、均熱帯での熱負荷が最大となるように均熱帯での鋼片の昇温量ΔＴ_２を決定した後、均熱帯の炉温を決定していたため、圧延操業形態に対応したヒートパターンで被圧延材を加熱することができず、コンピュータを用いた連続式加熱炉の燃焼制御使用率が１５％と低くなっていた。

一方、本発明にかかる連続式加熱炉の燃焼制御によれば、熱間圧延設備の操業形態に対応させて均熱帯での被圧延材の昇温量を決定するようにしたため、コンピュータを用いた連続式加熱炉の燃焼制御使用率が３５％に向上した。

本発明を適用した鋼片を加熱する連続式加熱炉の構成を示す模式図である。 本発明にかかる連続式加熱炉の燃焼制御に用いて好適な鋼片を安定して圧延可能とする影響因子を例示した特性図である。 本発明にかかる鋼片を加熱する連続式加熱炉の燃焼制御フロー図である。 本発明を適用する前の鋼片を加熱する連続式加熱炉の燃焼制御フロー図である。 従来の連続式加熱炉の構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 炉体
２ ウォーキングビーム
３ 移載装置
３Ａ 装入扉
３Ｂ 抽出扉
４ 温度演算装置
５ 間隔演算装置
６ 移動量検出器
７ トラッキング装置
９ 移載位置制御装置帯の炉温
１１ 装入検出器
１２ 抽出検出器
１３ 温度計
θ_１，１ 第１加熱帯の炉温
θ_１，２ 第２加熱帯の炉温
θ_２ 均熱帯の炉温

Claims (1)

1. 炉内の被圧延材を装入側から抽出側へ順次搬送しつつ、加熱帯で昇温量だけ加熱し、次いで均熱帯で昇温量だけ均熱する連続式加熱炉の燃焼制御方法において、
   前記被圧延材の温度が抽出目標温度に到達したときの、定常部に対するスキッドマーク部の温度低下量であって前記被圧延材を安定して圧延可能とするスキッドマーク部の温度低下量と、前記均熱帯での被圧延材の昇温量との関係を、予め解析して前記被圧延材の寸法、材質、成分によって区分されるテーブル値とし、
   圧延能率を優先とした熱間圧延設備の操業形態に対応させて操炉を行う場合には後段低負荷型のヒートパターンとし、燃料原単位を優先とした熱間圧延設備の操業形態に対応させて操炉を行う場合には後段高負荷型のヒートパターンとし、且つ、前記テーブル値から被圧延材を安定して圧延可能とする前記均熱帯での被圧延材の昇温量を決定し、次いで前記均熱帯の炉温を、決めた前記均熱帯での被圧延材の昇温量と被圧延材の在炉時間から決定するようにしたことを特徴とする連続式加熱炉の燃焼制御方法。
   

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