JPH0551646B2 - - Google Patents
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- JPH0551646B2 JPH0551646B2 JP22425888A JP22425888A JPH0551646B2 JP H0551646 B2 JPH0551646 B2 JP H0551646B2 JP 22425888 A JP22425888 A JP 22425888A JP 22425888 A JP22425888 A JP 22425888A JP H0551646 B2 JPH0551646 B2 JP H0551646B2
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- strip
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- furnace
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- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 10
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- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
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Landscapes
- Control Of Heat Treatment Processes (AREA)
- Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
Description
本発明は、直列的に配置された複数のゾーンの
炉温を変えることにより、各ゾーンを順次走行す
るストリツプを、目標とする温度パターンに従つ
て連続的に熱処理するための連続熱処理炉の炉温
制御方法に係り、特に、連続焼鈍炉で鋼板を焼鈍
する際に用いるのに好適な、各ゾーンの炉温を最
適な値に設定して、所望する熱処理の効果を最大
とすることが可能な、連続熱処理炉の炉温制御方
法に関するものである。
炉温を変えることにより、各ゾーンを順次走行す
るストリツプを、目標とする温度パターンに従つ
て連続的に熱処理するための連続熱処理炉の炉温
制御方法に係り、特に、連続焼鈍炉で鋼板を焼鈍
する際に用いるのに好適な、各ゾーンの炉温を最
適な値に設定して、所望する熱処理の効果を最大
とすることが可能な、連続熱処理炉の炉温制御方
法に関するものである。
複数のゾーンをもつ走行ストリツプの熱処理
炉、例えば金属ストリツプの連続焼鈍炉において
は、その定常状態では、焼鈍炉温を制御して、ス
トリツプの昇温パターンを所望のパターンに厳密
に管理することが、所望する熱処理の効果を最大
としたり、省エネルギを図り、処理能率を向上す
る上で重要である。 このような目的で、熱処理炉の炉温を設定する
方法としては、例えば特開昭53−37508に、材料
寸法、材料特性、炉入口ストリツプ温度、炉出口
ストリツプ目標温度、ライン速度及び各ゾーン炉
温比率を与えて、各ゾーン温度の絶対値を計算
し、該計算値で熱処理炉の各ゾーン炉温を設定す
ることが開示されている。 しかしながら、この特開昭53−37508には、計
算式が一般的な関数形で示されており、具体的な
計算式は開示されていなかつた。 一方、特公昭58−31372には、熱処理条件の変
化に対応して目標ストリツプ温度を確保するた
め、定常状態の炉温実績値、ストリツプ温度実績
値、ライン速度実績値を測定し、各熱処理炉の加
熱・冷却方式に対応して、放射熱伝達の項が支配
的な炉においては放射率を、又、対流熱伝達の項
が支配的な炉においては対流熱伝達率を算出し、
算出された放射率又は対流熱伝達率を用いて、ス
トリツプ厚さ、ライン速度、目標ストリツプ温度
を変更する場合の炉雰囲気温度及びライン速度又
はそのいずれかを算定して設定することが開示さ
れている。 具体的には、連続焼鈍炉で金属ストリツプを目
標とする昇温パターンで処理しようとする際に、
次式に示されるヒートバランスの式を数値計算し
て、炉温設定を行うようにされている。 2h（Tg−Ts） ＋2εσ（Tg4−Ts4） ＝ρCDLs（dT／dX） ……(1) ここで、ｈは対流熱伝達係数、 Tgは炉温、 Tsはストリツプ温度、 εは炉の総括放射率、 σは黒体放射係数（ステフアンボルツマン定
数） ρはストリツプの密度、 Ｃはストリツプの比熱、 Ｄはストリツプの厚さ、 Lsはライン速度（通板速度）、 Ｔはストリツプ温度、 Ｘはラインパス長である。 この微分方程式(1)を解くには近似式化し、且
つ、炉温Tg［Ｋ］を仮定し、ストリツプのヒート
パターンが目標パターンに一致するまで数値計算
による繰返し計算が必要となり、計算機の能力に
もよるがそれでも相当な時間を要する。従つて、
一般には種々の想定される場合を考えて、各々の
データを与えてオフラインで繰返し計算し、この
結果を近似式化してプロセス計算機に入力し処理
する。しかしながら、計算時間を短縮するための
近似化を行えば、Ｄ（ストリツプ厚さ）×Ls（通板
速度）のごく限られた範囲で有効となり、従つて
実操業への導入に際しては、Ｄ×Lsの範囲を限
つて何種類にも分類して使う等の対応が必要であ
つた。又、熱処理炉の加熱・冷却方式に対応し
て、放射熱伝達の項が支配的な炉においては放射
率を、対流熱伝達の項が支配的な炉においては対
流熱伝達率を算出する等、炉の形式によつて使い
分ける必要もあつた。
炉、例えば金属ストリツプの連続焼鈍炉において
は、その定常状態では、焼鈍炉温を制御して、ス
トリツプの昇温パターンを所望のパターンに厳密
に管理することが、所望する熱処理の効果を最大
としたり、省エネルギを図り、処理能率を向上す
る上で重要である。 このような目的で、熱処理炉の炉温を設定する
方法としては、例えば特開昭53−37508に、材料
寸法、材料特性、炉入口ストリツプ温度、炉出口
ストリツプ目標温度、ライン速度及び各ゾーン炉
温比率を与えて、各ゾーン温度の絶対値を計算
し、該計算値で熱処理炉の各ゾーン炉温を設定す
ることが開示されている。 しかしながら、この特開昭53−37508には、計
算式が一般的な関数形で示されており、具体的な
計算式は開示されていなかつた。 一方、特公昭58−31372には、熱処理条件の変
化に対応して目標ストリツプ温度を確保するた
め、定常状態の炉温実績値、ストリツプ温度実績
値、ライン速度実績値を測定し、各熱処理炉の加
熱・冷却方式に対応して、放射熱伝達の項が支配
的な炉においては放射率を、又、対流熱伝達の項
が支配的な炉においては対流熱伝達率を算出し、
算出された放射率又は対流熱伝達率を用いて、ス
トリツプ厚さ、ライン速度、目標ストリツプ温度
を変更する場合の炉雰囲気温度及びライン速度又
はそのいずれかを算定して設定することが開示さ
れている。 具体的には、連続焼鈍炉で金属ストリツプを目
標とする昇温パターンで処理しようとする際に、
次式に示されるヒートバランスの式を数値計算し
て、炉温設定を行うようにされている。 2h（Tg−Ts） ＋2εσ（Tg4−Ts4） ＝ρCDLs（dT／dX） ……(1) ここで、ｈは対流熱伝達係数、 Tgは炉温、 Tsはストリツプ温度、 εは炉の総括放射率、 σは黒体放射係数（ステフアンボルツマン定
数） ρはストリツプの密度、 Ｃはストリツプの比熱、 Ｄはストリツプの厚さ、 Lsはライン速度（通板速度）、 Ｔはストリツプ温度、 Ｘはラインパス長である。 この微分方程式(1)を解くには近似式化し、且
つ、炉温Tg［Ｋ］を仮定し、ストリツプのヒート
パターンが目標パターンに一致するまで数値計算
による繰返し計算が必要となり、計算機の能力に
もよるがそれでも相当な時間を要する。従つて、
一般には種々の想定される場合を考えて、各々の
データを与えてオフラインで繰返し計算し、この
結果を近似式化してプロセス計算機に入力し処理
する。しかしながら、計算時間を短縮するための
近似化を行えば、Ｄ（ストリツプ厚さ）×Ls（通板
速度）のごく限られた範囲で有効となり、従つて
実操業への導入に際しては、Ｄ×Lsの範囲を限
つて何種類にも分類して使う等の対応が必要であ
つた。又、熱処理炉の加熱・冷却方式に対応し
て、放射熱伝達の項が支配的な炉においては放射
率を、対流熱伝達の項が支配的な炉においては対
流熱伝達率を算出する等、炉の形式によつて使い
分ける必要もあつた。
【発明が達成しようとする課題】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくな
されたもので、設定炉温を、簡単な演算式で非常
に精度良く得ることができ、炉の形式に応じた使
い分けも不要であり、従つて、導入のための調整
期間も非常に短期間ですむような通常熱処理炉の
炉温制御方法を提供することを課題とする。
されたもので、設定炉温を、簡単な演算式で非常
に精度良く得ることができ、炉の形式に応じた使
い分けも不要であり、従つて、導入のための調整
期間も非常に短期間ですむような通常熱処理炉の
炉温制御方法を提供することを課題とする。
本発明は、直列的に配置された複数のゾーンの
炉温を変えることにより、各ゾーンを順次走行す
るストリツプを、目標とする温度パターンに従つ
て連続的に熱処理するための連続熱処理炉の炉温
制御方法において、各ゾーンの炉温Tg「Ｋ」を、
各ゾーンの入口、出口の目標ストリツプ温度Ti，
To［Ｋ］から、次式 Tg＝ａ（CρDLs／2αl）（To−Ti） ＋ｂ（To−Ti）／ln（To−Ti） ＋cDLs＋ｄ ……(3) （ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄはパラメータ、αは
総合熱伝達率［Kcal／m2・ｈ・Ｋ］、ｌはゾーン
の長さ［ｍ］、ｃはストリツプの比熱［Kcal／
Kg］、ρはストリツプの密度［Kg／m3］、Ｄはスト
リツプの厚さ［ｍ］、Lsは通板速度［ｍ／ｈ］） に基づいて設定することにより、前記目的を達成
したものである。
炉温を変えることにより、各ゾーンを順次走行す
るストリツプを、目標とする温度パターンに従つ
て連続的に熱処理するための連続熱処理炉の炉温
制御方法において、各ゾーンの炉温Tg「Ｋ」を、
各ゾーンの入口、出口の目標ストリツプ温度Ti，
To［Ｋ］から、次式 Tg＝ａ（CρDLs／2αl）（To−Ti） ＋ｂ（To−Ti）／ln（To−Ti） ＋cDLs＋ｄ ……(3) （ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄはパラメータ、αは
総合熱伝達率［Kcal／m2・ｈ・Ｋ］、ｌはゾーン
の長さ［ｍ］、ｃはストリツプの比熱［Kcal／
Kg］、ρはストリツプの密度［Kg／m3］、Ｄはスト
リツプの厚さ［ｍ］、Lsは通板速度［ｍ／ｈ］） に基づいて設定することにより、前記目的を達成
したものである。
熱処理炉、例えば連続焼鈍炉では、総合熱伝達
率をα［Kcal／m2・ｈ・Ｋ］とすると、炉からス
トリツプへの熱伝達量Ｑ［Kcal／ｈ］は、次式で
表わされる。 Ｑ＝α・Ａ・（Tg−Ts） ……(4) ここで、Ａは伝熱面積である。 この熱量Ｑ［Kcal／ｈ］によつてストリツプが
ゾーンの入口温度Ti［Ｋ］から出口温度To［Ｋ］
まで加熱されるのであるから、次式が成立する。 Ｑ＝CρDLsW（To−Ti） ……(5) ここで、Ｗはストリツプの幅［ｍ］である。 この熱の授受が伝熱面積Ａ（＝2Wl）の範囲で
行われるのであるから、(4)，(5)式より、所望する
ストリツプ温度Toを得るためには、炉温Tg［Ｋ］
を、次式で与えればよい。 Tg＝（CρDLs／2αl）・（To−Ti） ＋Ts ……(6) ここで、ストリツプ温度Tsは、入側・出側目
標温度Ti，Toの対数平均として、次式で表わす
ことができる。 Ts＝（To−Ti）／ln（To／Ti） ……(7) この(7)式を(6)式に代入して、次の(8)式を得るこ
とができる。 Tg＝（CρDLs／2αl）・（To−Ti） ＋［（To−Ti） ／｛ln（To／Ti）｝］ ……(8) 実際の炉を制御して、ストリツプ温度を制御す
るためには、DDC（直接デジタル制御）やプロセ
スコンピユータにより演算を行うが、種々の条件
が操業により異なるため、修正係数ａ，ｂ及び修
正項ｄを付加することにより、制御性を向上させ
る必要がある。又、近似の融通性を改善するた
め、Ｄ×Lsの項を付加して、前出(3)式を得るこ
とができる。 このようにして得られる炉温Tgは、各ゾーン
毎に設定されるものであり、オフラインの計算あ
るいは試運転時のデータにより、パラメータａ，
ｂ，ｃ，ｄを決定すればよい。なお、通常はａ＝
ｂ＝１とすることができる。 このようにして、予め実験により総合熱伝達率
αが求められていれば、非常に簡単な式により、
目標とする温度パターンを得るのに必要な設定炉
温Tgを得ることができ、熱処理の効果を最大と
することができる。又、計算式は、汎用性があ
り、放射熱伝達率が支配的な炉であつても、又、
対流熱伝達が支配的な炉であつても、同じ式を用
いることができ、従来技術のような使い分けが不
要である。更に、導入のための調整期間も非常に
短期間ですむ。 なお前記説明においては、本発明が連続焼鈍炉
の場合を例にとつて説明されていたが、本発明の
適用対象はこれに限定されず、熱処理炉一般にも
同様に適用できることは明らかである。
率をα［Kcal／m2・ｈ・Ｋ］とすると、炉からス
トリツプへの熱伝達量Ｑ［Kcal／ｈ］は、次式で
表わされる。 Ｑ＝α・Ａ・（Tg−Ts） ……(4) ここで、Ａは伝熱面積である。 この熱量Ｑ［Kcal／ｈ］によつてストリツプが
ゾーンの入口温度Ti［Ｋ］から出口温度To［Ｋ］
まで加熱されるのであるから、次式が成立する。 Ｑ＝CρDLsW（To−Ti） ……(5) ここで、Ｗはストリツプの幅［ｍ］である。 この熱の授受が伝熱面積Ａ（＝2Wl）の範囲で
行われるのであるから、(4)，(5)式より、所望する
ストリツプ温度Toを得るためには、炉温Tg［Ｋ］
を、次式で与えればよい。 Tg＝（CρDLs／2αl）・（To−Ti） ＋Ts ……(6) ここで、ストリツプ温度Tsは、入側・出側目
標温度Ti，Toの対数平均として、次式で表わす
ことができる。 Ts＝（To−Ti）／ln（To／Ti） ……(7) この(7)式を(6)式に代入して、次の(8)式を得るこ
とができる。 Tg＝（CρDLs／2αl）・（To−Ti） ＋［（To−Ti） ／｛ln（To／Ti）｝］ ……(8) 実際の炉を制御して、ストリツプ温度を制御す
るためには、DDC（直接デジタル制御）やプロセ
スコンピユータにより演算を行うが、種々の条件
が操業により異なるため、修正係数ａ，ｂ及び修
正項ｄを付加することにより、制御性を向上させ
る必要がある。又、近似の融通性を改善するた
め、Ｄ×Lsの項を付加して、前出(3)式を得るこ
とができる。 このようにして得られる炉温Tgは、各ゾーン
毎に設定されるものであり、オフラインの計算あ
るいは試運転時のデータにより、パラメータａ，
ｂ，ｃ，ｄを決定すればよい。なお、通常はａ＝
ｂ＝１とすることができる。 このようにして、予め実験により総合熱伝達率
αが求められていれば、非常に簡単な式により、
目標とする温度パターンを得るのに必要な設定炉
温Tgを得ることができ、熱処理の効果を最大と
することができる。又、計算式は、汎用性があ
り、放射熱伝達率が支配的な炉であつても、又、
対流熱伝達が支配的な炉であつても、同じ式を用
いることができ、従来技術のような使い分けが不
要である。更に、導入のための調整期間も非常に
短期間ですむ。 なお前記説明においては、本発明が連続焼鈍炉
の場合を例にとつて説明されていたが、本発明の
適用対象はこれに限定されず、熱処理炉一般にも
同様に適用できることは明らかである。
以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に
説明する。 本実施例は、第２図に示すような、６ゾーンの
連続焼鈍炉１０により、第１図に示すような昇温
パターンに従つて金属ストリツプ１２を焼鈍する
場合に本発明を適用したものである。第２図にお
いて、１４はハースロールである。 まず、予め種々の規定される場合を考えて、総
合熱伝達率αの値を決定しておく。この総合熱伝
達率αは、例えば、第３図に示す如く、鋼板に熱
電対を溶接して、炉が定常状態になつている時に
走行させ、その時の各ゾーンの炉温Tgと鋼板に
取付けた熱電対の昇熱の状態（Tsn，Tso+1）か
ら求めることができる。 即ち、各時点（位置）毎の総合熱伝達率αnを
次式により求め、このαnのゾーン平均値として
αを求めればよい。 αn＝｛（Tso+1−Tsn）／（Tg−Tsn）｝ ×｛（Ｃ・ρ・ΔX）×2Δt｝ ……(9) ここで、ΔXとしては、１ゾーンの長さの1/5
以下位が適当である。 以下、第３ゾーンを例にとつて説明すると、こ
の第３ゾーンで、ストリツプ温度を入口温度Ti
の500℃から出口温度Toの845℃に昇温しようと
する場合で、予め得られている総合熱伝達率αの
値が126［Kcal／m2・ｈ・Ｋ］であつたとする。
第３ゾーンの長さｌが６［ｍ］、ストリツプ１２の
この温度での比熱Ｃが0.151［Kcal／Kg］、密度ρ
が7.82×103［Kg／m3］、板厚Ｄが2.0×10-3［ｍ］
で、通板速度Lsが960［ｍ／ｈ］であるとすると、
ａ＝ｂ＝１として(3)式によつて得られる炉温Tg
は1179［℃］となる。 実際の操業では、この条件下では炉温Tgが
1170［℃］であることから、パラメータａ＝ｂ＝
１とすると、補正項として(3)式のパラメータｃ＝
−4.7、ｄ＝０とすればよいことがわかる。 これからもわかるように、(3)式での補正項も９
℃と非常に少なく、近似式としての精度が高いこ
とがわかる。 更に本発明による設定式は、従来例による(2)式
を繰返し計算した結果を近似式化する際に利用す
ればなお有効であり、その際には、パラメータ
ｃ，ｄに加えて、更にパラメータａ，ｂを決定す
れば、更に近似精度が向上する。 以上のように、本発明による設定式は、基本的
には対流熱伝達の式の変形とみられるが、αとし
て総合熱伝達率を用いることによつて、近似精度
の非常によい設定式が得られる。
説明する。 本実施例は、第２図に示すような、６ゾーンの
連続焼鈍炉１０により、第１図に示すような昇温
パターンに従つて金属ストリツプ１２を焼鈍する
場合に本発明を適用したものである。第２図にお
いて、１４はハースロールである。 まず、予め種々の規定される場合を考えて、総
合熱伝達率αの値を決定しておく。この総合熱伝
達率αは、例えば、第３図に示す如く、鋼板に熱
電対を溶接して、炉が定常状態になつている時に
走行させ、その時の各ゾーンの炉温Tgと鋼板に
取付けた熱電対の昇熱の状態（Tsn，Tso+1）か
ら求めることができる。 即ち、各時点（位置）毎の総合熱伝達率αnを
次式により求め、このαnのゾーン平均値として
αを求めればよい。 αn＝｛（Tso+1−Tsn）／（Tg−Tsn）｝ ×｛（Ｃ・ρ・ΔX）×2Δt｝ ……(9) ここで、ΔXとしては、１ゾーンの長さの1/5
以下位が適当である。 以下、第３ゾーンを例にとつて説明すると、こ
の第３ゾーンで、ストリツプ温度を入口温度Ti
の500℃から出口温度Toの845℃に昇温しようと
する場合で、予め得られている総合熱伝達率αの
値が126［Kcal／m2・ｈ・Ｋ］であつたとする。
第３ゾーンの長さｌが６［ｍ］、ストリツプ１２の
この温度での比熱Ｃが0.151［Kcal／Kg］、密度ρ
が7.82×103［Kg／m3］、板厚Ｄが2.0×10-3［ｍ］
で、通板速度Lsが960［ｍ／ｈ］であるとすると、
ａ＝ｂ＝１として(3)式によつて得られる炉温Tg
は1179［℃］となる。 実際の操業では、この条件下では炉温Tgが
1170［℃］であることから、パラメータａ＝ｂ＝
１とすると、補正項として(3)式のパラメータｃ＝
−4.7、ｄ＝０とすればよいことがわかる。 これからもわかるように、(3)式での補正項も９
℃と非常に少なく、近似式としての精度が高いこ
とがわかる。 更に本発明による設定式は、従来例による(2)式
を繰返し計算した結果を近似式化する際に利用す
ればなお有効であり、その際には、パラメータ
ｃ，ｄに加えて、更にパラメータａ，ｂを決定す
れば、更に近似精度が向上する。 以上のように、本発明による設定式は、基本的
には対流熱伝達の式の変形とみられるが、αとし
て総合熱伝達率を用いることによつて、近似精度
の非常によい設定式が得られる。
第１図は、本発明の実施例を説明するための、
金属ストリツプの昇温パターンと炉温の関係の例
を示す線図、第２図は、本発明が適用される連続
焼鈍炉の一例の構成を示す断面図、第３図は、総
合熱伝達率αを決定する方法の一例を説明するた
めの線図である。 １０……焼鈍炉、１２……金属ストリツプ。
金属ストリツプの昇温パターンと炉温の関係の例
を示す線図、第２図は、本発明が適用される連続
焼鈍炉の一例の構成を示す断面図、第３図は、総
合熱伝達率αを決定する方法の一例を説明するた
めの線図である。 １０……焼鈍炉、１２……金属ストリツプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 直列的に配置された複数のゾーンの炉温を変
えることにより、各ゾーンを順次走行するストリ
ツプを、目標とする温度パターンに従つて連続的
に熱処理するための連続熱処理炉の炉温制御方法
において、 各ゾーンの炉温Tg「Ｋ」を、各ゾーンの入口、
出口の目標ストリツプ温度Ti，To［Ｋ］から、
次式 Tg＝ａ（CρDLs／2αl）（To−Ti） ＋ｂ（To−Ti）／ln（To／Ti） ＋cDLs＋ｄ （ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄはパラメータ、αは
総合熱伝達率［Kcal／m2・ｈ・Ｋ］、ｌはゾーン
の長さ［ｍ］、ｃはストリツプの比熱［Kcal／
Kg］、ρはストリツプの密度［Kg／m3］、Ｄはスト
リツプの厚さ［ｍ］、Lsは通板速度［ｍ／ｈ］） に基づいて設定することを特徴とする連続熱処理
炉の炉温制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22425888A JPH0273922A (ja) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | 連続熱処理炉の炉温制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22425888A JPH0273922A (ja) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | 連続熱処理炉の炉温制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0273922A JPH0273922A (ja) | 1990-03-13 |
| JPH0551646B2 true JPH0551646B2 (ja) | 1993-08-03 |
Family
ID=16810960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22425888A Granted JPH0273922A (ja) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | 連続熱処理炉の炉温制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0273922A (ja) |
-
1988
- 1988-09-07 JP JP22425888A patent/JPH0273922A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0273922A (ja) | 1990-03-13 |
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