JPS5831373B2 - 条帯材連続熱処理炉の温度制御方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鋼帯等の条帯材の連続熱処理炉において、ラ
イン速度の変更に対して自動的に炉出口における条帯材
を所定の温度に保持するための温度制御装置に関する。

以下に例として銅帯について説明するに、一般に銅帯の
連続加熱炉に於ては、炉の加熱のための燃料供給量は、
鋼帯を所定の温度まで加熱するに要する有効熱量と、炉
壁から放散されたり排ガスが持ち去ったりする損失熱量
との合計値となる。

前記有効熱量は、条帯材の材質、厚み、巾、ライン速度
によって決定され、特定の条帯材の連続加熱炉の場合は
、材質、厚み、巾の変更に対しての有効熱量の変更は容
易に計算出来て、温度制御は容易であるが、ライン速度
の変更にもかかわらず炉出口の条帯材の温度を一定に保
つための温度制御は、その都度手動による試行制御によ
るほか途なく、安定するまでの間は、通過鋼帯は品質が
不安定で、不満足であり、特に条帯材が銅帯で深絞り用
冷延鋼板製造用の連結焼鈍の時に要求される高精度制御
は不能であり、又試行制御中に発生する不良品による歩
留り低下に対して、ライン速度変更に対して迅速に応答
できる温度制御方法が強く求められてきた。

叙上の要請に対して本発明では、条帯材の炉出口温度を
一定に保つために、条帯材の厚さ、巾、ライン速度と、
燃料消費量との関係につき、既往のデータを活用し、ラ
イン速度の変更に際して、燃料供給流量を自動的に制御
して、炉出口の条帯材の温度を所定値に保持する制御方
法を提供するものである。

連続加熱炉内には１以上の独立した制御帯域があり、例
を連続焼鈍炉にとると多くの制御帯域がある。

本発明は各制御帯域毎に、炉雰囲気測定用の温度計と、
燃料流量制御装置と、燃料流量計算装置と、炉出口の条
帯材の温度計とを設ける事により叙上の制御を実施せん
とするものである。

本技術は放射加熱による条帯材の加熱制御に関するもの
であり、直火、ラジアントチューブ等による間接加熱、
その他のヒーターの各種の加熱手段を含むものであり、
かつ、酸化炉、還元炉等雰囲気炉にも及ぶが、実施例と
しては、バーナタイプの炉について説明を進める。

連続加熱炉の制御帯域で、その燃料消費量を計算するに
は、まず、条帯材の炉内における加熱曲線を推定し、次
に、この加熱曲線に基いて、各制御帯域ごとの熱収支よ
り燃料消費量を求める手段となる。

加熱曲線の推定の為の数式を次に示す。（１）式はバー
ナによる雰囲気と、条帯材との間の熱伝達が殆んど放射
熱伝達のみによって行なわれるとして、熱収支を計算し
たものである。

ここでＴｚ ｉ、 Ｔｈ、 Ｖ、に実操業のデータを代
入し、ρ、Ｃｐに物理定数を代入し、さらに炉入口温度
Ｔｉｎを与えて炉入口から炉出口まで条帯のパスに沿っ
て積分し、炉出口における条帯材の温度Ｔｏを求める事
ができる。

但、ｃｐはＴの関数であるので積分の過程で、Ｔに応じ
て変化させるを要する。

更にεは、予め未知であるが、適当と思う値を仮に入れ
て積分をして、Ｔｏを求め、実際操業でＴｏを求め、積
分値が実測値と一致するようにεを調整する。

好ましいε値が両肩の計算に於て使用される。

従って、炉内のパス方向Ｘに応じてＴを求め得る。

Ｔ−Ｘ曲線を加熱曲線と称する。

ここで、第１図に示す加熱曲線の推定に用いられた実操
業のデータ及び、物理定数と、推定結果を示す。

ここで、このパラメータは操業データに基いて計算の結
果求められたものである。

炉の構造概要と、計算された加熱曲線は、第１図に対応
して示されている。

数値計算における刻み巾（（１）式におけるｄｘ）は４
．２ｍとし、刻み回数５０１としてルンゲ・フッタギル
法によって積分を行なった。

尚ここでは、条帯材の温度計が炉出口にしか設置されて
いないものとして、加熱曲線の推定方法を述べたが、同
温度計を各制御帯域の出口に設置する場合は、各制御帯
域毎に上記方式を適用して、より高精度に加熱曲線を推
定する事ができる。

次に推定された加熱曲線第１図に基いて、制御帯域毎の
燃料消費量を求める計算方法を説明する。

燃料消費量の計算は、バーナ方式加熱炉について行い、
Ｔｚｉ にはＮＯ，ｉ制御帯域の雰囲気温度を採用し
、計算は以下の（２）式による。

（２）式は、単位時間当りの制御帯域毎のバーナ熱収支
を示したもので、左辺は時間当りのバーナの保持する熱
量の変化分を、右辺は、第１項はその制御帯域に於てバ
ーナから条帯材への熱伝達量を、第２項は消費燃料の発
熱量を、第３項は熱損失を示す。

（２）式につき更に詳しく説明するに、右辺第１項のＴ
ｉはＮＯ，ｉ 制御帯域の条帯付温度の代表値で、具
体的には制御帯域入口、出口の条帯付温度の算術的平均
値を使用している。

第２項ＨＯＯＧ は次式による。

ＨＷＧは、ＴＺｉ、 Ｔｉ の関数として計算する
。

（２）式におけるＱｂｏｓｓｉの求め方について説明す
るに、Ｔｚｉ が時間の経過に従って一定である場合
には、（２）式右辺はＯとなる。

右辺の第１項及び第２項は、上述の方法に従って操業中
の実際のデータ及び加熱曲線に基いて計算されるから、
その結果から第３項のＱｉ、ｏｓｓｉ を求める事が
できる。

（３）式は、単位時間当りの制御帯毎の条帯材の熱収支
を示すもので、左辺は条帯材の熱収支を、右辺はバーナ
ーからの熱伝達量を表わす。

左辺のＱＳＴ ｉ は先に求めた加熱曲線（第１図）
から計算できる。

即ち、同加熱曲線上のＮＯ，ｉ 制御帯域の入口と出
口の条帯材の温度から、単位条帝材当りの吸熱量が求め
られる。

（２）、（３）式によって、ライン速度を変更する時の
、燃料流量を計算した結果について説明する。

加熱パターンは、先に示した形に固定したままで、（３
）式の左辺の■を変更する。

■の変化に応じて、（３）式右辺のＴＺｉ が定まり、
これを（２）式に代入する事によってＶＯＯＧｉ即ちＮ
Ｏ，ｉ 制御帯域の燃料消費量が計算できる。

時間の経過に従って■を変化させていけば、これに応じ
て、その時刻に、予め定められた加熱パターンを維持す
るに必要であるＶＯＯＧｉが計算されを。

計算に便利なように式を整理すると、 （５Ｘ６）式に基いて以下のデータによって計算された
、ライン速度変更の時の、制御帯域毎の燃料流量の時間
的変化の様子を第２図に示す。

加熱曲線 第１図に準じた。

そのためには、ＶＯＯＧｉを（６）式により第２図の如
く変化させるべきで、そうする事により結果として得ら
れた値の一例として１，３．７制御帯域について図に示
す。

このように、１以上の制御帯域を有する連続熱処理炉に
おいて、炉出口の条帯材の温度を一定に保ち乍らライン
速度を変更する際、各制御帯域の雰囲気温度の時間に対
しての変化率、即ち、（５）式に示す関係と、当該各制
御帯域の燃料流量とライン速度変化率との関係、即ち、
（５）及び（６）式に示す関係とを基にして、ライン速
度■を変化させると同時に、各制御帯域の雰囲気温度を
任意の変化率で変化させるように、各制御帯域の燃料流
量を計算する事ができる。

斯くして、速度加速中に必要な燃料の変化並に、速度が
安定してからの必要な燃料の供給量を求め得た。

炉を、これに応じて制御するには、燃料供給量計算装置
、燃料供給量制御装置による。

実施例を第３図によって説明する。

第３図に於て、２１は連続熱処理炉、２２はバーナ、２
３は条帯材とする。

１は炉の出口にある温度計でその出力信号は信号変換器
２により統一信号に変換され、燃料流量計算装置７に入
る。

３は速度発信装置で、その出力信号は信号変換器４によ
り統一信号に変換され、燃料流量計算装置７に入る。

燃料流量計算装置７は、以上の他に、条帯材についての
厚、巾、制御帯域パス長、ラヂアントチューブの熱容量
等の炉に固有なデータ及びステファンボルツマン定数等
の物理定数が入力口５より入力され、ライン速度設定値
が６から入力される。

計算装置７は次に示す機能を具備する。（ａ） ライ
ン速度Ｖが一定の場合（１）式より有効放射率ε及び、
加熱曲線Ｔ（ｘ）を示める。

（ｂ） ライン速度■が一定で、更に、制御帯域雰囲
気温度Ｔｚｉ が一定の場合に（２）式から制御帯域全
体のバーナ温度の熱損失ＱＬＯ８Ｓｉ を求める。

（Ｃ） ライン速度■を変更する場合には、■の変更
量に基いて、制御帯域燃料流量■ｃＯＧｉ及び制御帯雰
囲気温度ＴＺｉ を求める。

或はそのうちどちらかを求める。

次に、これ等の計算値を、制御帯域雰囲気温度制御装置
８および燃料流量制御装置９に設定するための制御ロジ
ック回路について説明する。

ここでは各装置８，９は比例積分（ＰＩＤ）演算を行う
一般の調節計とする。

先にデータを示したライン速度を変更する場合には、制
御ロジック回路の接点１１．１２は、判定装置１３によ
り、第３図に図示の如き結線となる。

燃料流量・制御帯域温度計算装置７からは（６）式に基
いて計算されたＶＯＯＧｉが出力され、接点１２を通し
て設定値が燃料制御装置９に与えられる。

この時接点１１は制御帯域温度制御装置８の設定値を、
同８の制御量と等しく設定するように動く。

これは設定値を制御量に追従させると同時に、制御装置
８の比例積分（ＰＩＤ）演算のうち積分（Ｉ）演算傾向
を停止させる意味をもつ。

即ち、制御装置８の機能を停止している間に、８の積分
演算を停止するのは、若し停止しないと、８の入力の偏
差が存在するため、積分演算機能によって、出力が飽和
してしまい、次に制御装置８を動かせようとする場合に
、この燃料流量出力が最大の状態から制御を行わなけれ
ばならない事となるが、積算演算の機能を停止させると
同時に設定値を制御量に追従させておけば、制御装置８
を動かせようとする時はその時点の燃料流量から連続し
て制御ができる好ましい事情による。

次にライン速度の変更が終了した場合は、制御ロジック
回路の接点１１および１２は図示とは異る黒の端子側に
設定される。

この場合、計算装置７からは、（５）式に基いて計算さ
れたＴＺｉ が計算装置８に対して設定される。

燃料流量制御装置９の設定値は温度制御装置８の出力と
して設定される。

制御ロジック回路の切替およびライン速度設定値６から
のライン速度変更指令は、作業員の指令によってｈう事
も、自動的に行う事も可能である。

例へば次の操作が考へられる。

即ち、ライン速度の最終の目標値が計算装置７へ、６か
ら与えられた時点で、制御ロジックの切替が行わる。

一方ライン速度変更は一定の変更速度で徐々に行なわれ
最終の目標値に達した時点で、再び制御ロジック回路の
切替が行われる。

尚何れの場合にもライン速度の変更速度は次の（７式の
制限をうける。

尚第２図に示した例に於ては、第１図の加熱曲線を固定
し、更にライン速度の変更速度は一定としたが、（７）
式の制限を満し、尚かつ、ライン速度の変更所要時間を
最小とするように、加熱曲線及びライン速度の変更速度
、或はその内の何れかを調節する方式にも上式への考慮
が必要である。

ライン速度の変更速度は前述の如く一定とせず、制御の
終末に於てその加速度の傾斜角を水平に近くする事によ
り制御に若干の余裕をもたせる方が好ましい。

叙上の様に、計算装置７により燃料流量並に雰囲気温度
を求め、それにより燃料流量並に雰囲気温度を夫々の制
御装置によって制御する事により所望の温度制御を達成
する事ができる。

本発明の方法と装置によると、ライン速度の急速な変更
にもかかわらず、条帯材の炉出口温度を一定に保ち鉄材
を過熱する事なく、速度調整不良による不良品質の発生
を防除できて、歩留り向上に大きく寄与する事ができる
。

本技術は、叙上のバーナによる直接加熱にかぎらず、ガ
スや油等の流体燃料のみでなく、電気等各種エネルギー
による炉についても実施可能である。

更に本技術の範中であれば、フィードバック情報による
フィードバック制御に、これを併用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は制御帯域各パス長位置における雰囲気温度の関
係を示す加熱曲線、第２図は定変速度中における燃料流
量を示す関係図、第３図は本発明の装置の図。 ２１・・・・・・連続熱処理炉、２２・・・・・・バー
ナ、２３・・・・・・条帯材、１・・・・・・温度計、
２，４・・・・・・信号変換器、３・・・・・・速度発
信器、５・・・・・・前提条件設定器、６・・・・・・
ライン速度設定器、７・・・・・・燃料流量・制御帯域
温度計算装置、８・・・・・・制御帯域温度制御装置、
９・・・・・・燃料流量制御装置、１１．１２・・・・
・・接点、１３・・・・・・判定装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１以上の制御帯域を有する連続熱処理炉において、炉
   出口の条帯材の温度を一定に保ちながらライン速度を変
   更する際、各ｆｔｊｌ）ｆＭ］帯域の雰囲気温度の時間
   に対しての変化率と、当該各制御帯域の燃料流量とライ
   ン速度変化率との関係を基にして、ライン速度を変化さ
   せると同時に、各制御帯域の雰囲気温度を任意の変化率
   で変化させるように、各制御帯域の燃料流量を制御する
   各帯材連続熱処理炉の温度制御方法。 ２１以上の制御帯域を有する連続熱処理炉において、炉
   出口の条帯材の温度を一定に保ちながらライン速度を変
   更するための炉温度制御装置が、炉出口の条帯材の温度
   を検出する温度計と；条帯材のライン速度を検出するラ
   イン速度計と；温度計及びライン速度計の入力を受けて
   燃料流量を計算する燃料流量・制御帯域温度計算装置と
   ；該燃料流量・制御帯域温度計算装置に接点を介して連
   設し、定常状態における温度制御を行なう制御帯域温度
   制御装置と；燃料流量・制御帯域温度計算装置及び制御
   帯域温度制御装置と接点を介して連設し、燃料流量を制
   御する燃料流量制御装置とよりなる条帯材連続熱処理炉
   の温度制御装置。