(57)【要約】【課題】少なくとも１つの燃焼制御帯に蓄熱式切替燃焼バーナを設けた連続式鋼材加熱炉において、排ガス中の酸素濃度が適正な値となるように燃焼制御帯毎の空気比を高い精度で適正空気比に制御することができる、連続式鋼材加熱炉及び連続式鋼材加熱炉の空気比制御方法を提供する。【解決手段】連続式鋼材加熱炉１は、蓄熱式切替燃焼バーナ１０を設けた燃焼制御帯３，４，５，６毎の吸引排ガスが集合する吸引排ガス本管２７に少なくとも１つ設けられた、吸引排ガス中の酸素濃度を検出する吸引排ガス用酸素濃度検出器２８と、炉体２の、排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯３よりも下流側の箇所に設けられた、炉尻排ガス中の酸素濃度を検出する炉尻排ガス用酸素濃度検出器９と、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に基づいて、燃焼制御帯３，４，５，６毎の空気比を制御する空気比制御部３０とを備えている。【選択図】図１
2020148426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉長方向に沿って複数の燃焼制御帯を有する炉体と、少なくとも１つの前記燃焼制御帯に設けられた蓄熱式切替燃焼バーナとを備えた連続式鋼材加熱炉であって、
前記蓄熱式切替燃焼バーナを設けた燃焼制御帯毎の吸引排ガスが集合する吸引排ガス本管に少なくとも１つ設けられた、吸引排ガス中の酸素濃度を検出する吸引排ガス用酸素濃度検出器と、
前記炉体の、排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯よりも下流側の箇所に少なくとも１つ設けられた、炉尻排ガス中の酸素濃度を検出する炉尻排ガス用酸素濃度検出器と、
前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値及び前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値に基づいて、前記燃焼制御帯毎の空気比を制御する空気比制御部とを備えていることを特徴とする連続式鋼材加熱炉。
【請求項２】
前記空気比制御部は、前記燃焼制御帯毎の空気比を制御するに際し、前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値及び前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値の両方を用いて前記炉体から排出される排ガスの平均的酸素濃度を算出し、算出された前記排ガスの平均的酸素濃度が予め設定された平均的酸素濃度となるように、前記燃焼制御帯毎に供給する燃焼用空気流量を調整することを特徴とする請求項１に記載の連続式鋼材加熱炉。
【請求項３】
前記空気比制御部は、前記燃焼制御帯毎の空気比を制御するに際し、各燃焼制御帯の前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率と各燃焼制御帯の前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率とを算出し、各燃焼制御帯について、前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率と前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率とを比較し、比較した結果、前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率が前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率よりも大きい燃焼制御帯については、前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値が予め設定された酸素濃度となるように、当該燃焼制御帯に供給する燃焼用空気流量を調整し、前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率が前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率よりも大きい燃焼制御帯については、前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値が予め設定された酸素濃度となるように、当該燃焼制御帯に供給する燃焼用空気流量を調整することを特徴とする請求項１に記載の連続式鋼材加熱炉。
【請求項４】
炉長方向に沿って複数の燃焼制御帯を有する炉体と、少なくとも１つの前記燃焼制御帯に設けられた蓄熱式切替燃焼バーナとを備えた連続式鋼材加熱炉の空気比制御方法であって、
前記蓄熱式切替燃焼バーナを設けた燃焼制御帯毎の吸引排ガスが集合する吸引排ガス本管に少なくとも１つ設けられた吸引排ガス用酸素濃度検出器により、吸引排ガス中の酸素濃度を検出する吸引排ガス用酸素濃度検出ステップと、
前記炉体の、排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯よりも下流側の箇所に少なくとも１つ設けられた炉尻排ガス用酸素濃度検出器により、炉尻排ガス中の酸素濃度を検出する炉尻排ガス用酸素濃度検出ステップと、
前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値及び前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値に基づいて、前記燃焼制御帯毎の空気比を制御する空気比制御ステップとを含むことを特徴とする連続式鋼材加熱炉の空気比制御方法。
【請求項５】
前記空気比制御ステップは、前記燃焼制御帯毎の空気比を制御するに際し、前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値及び前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値の両方を用いて前記炉体から排出される排ガスの平均的酸素濃度を算出する排ガス平均的酸素濃度算出ステップと、該排ガス平均的酸素濃度算出ステップで算出された前記排ガスの平均的酸素濃度が予め設定された平均的酸素濃度となるように、前記燃焼制御帯毎に供給する燃焼用空気流量を調整する燃焼用空気流量調整ステップとを含むことを特徴とする請求項４に記載の連続式鋼材加熱炉の空気比制御方法。
【請求項６】
前記空気比制御ステップは、前記燃焼制御帯毎の空気比を制御するに際し、各燃焼制御帯の前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率と各燃焼制御帯の前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率とを算出する寄与率算出ステップと、各燃焼制御帯について、前記寄与率算出ステップで算出された前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率と前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率とを比較する寄与率比較ステップと、該寄与率比較ステップで比較した結果、前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率が前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率よりも大きい燃焼制御帯については、前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値が予め設定された酸素濃度となるように、当該燃焼制御帯に供給する燃焼用空気流量を調整し、前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率が前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値に対する寄与率よりも大きい燃焼制御帯については、前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値が予め設定された酸素濃度となるように、当該燃焼制御帯に供給する燃焼用空気流量を調整する燃焼用空気流量調整ステップとを含むことを特徴とする請求項４に記載の連続式鋼材加熱炉の空気比制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの燃焼制御帯に蓄熱式切替燃焼バーナを設けた連続式鋼材加熱炉において、空気比を制御する連続式鋼材加熱炉及び連続式鋼材加熱炉の空気比制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、加熱炉において加熱対象物に対して熱を効率よく与えるためには、加熱対象物への加熱以外に損失する熱量を低下させる必要がある。連続式鋼材加熱炉において損失する熱量は、１）排ガス損失熱、２）冷却水損失熱、３）鉄皮放散熱に分類することができる。
このうち、１）排ガス損失熱は、燃料ガスを燃焼させるときに発生するガスを排出することで発生する。排ガス損失熱は、以下の式によって表される。
Ｑｇｌｏｓｓ＝Ｖｇ×Ｔｇ×Ｃｐｇ
【０００３】
ここで、Ｑｇｌｏｓｓは排ガス損失熱、Ｖｇは排ガス量、Ｔｇは排ガス温度、Ｃｐｇは排ガス比熱である。排ガス損失熱Ｑglossを低下させるためには、前式より排ガス量Ｖｇを低下させるか、あるいは排ガス温度Ｔｇを低下させる必要がある。一般に鋼材の加熱すべき温度は決まっているため、排ガス温度Ｔｇを低下させることはできない。従って、排ガス損失熱Ｑｇｌｏｓｓを低下させるためには、排ガス量Ｖｇを低下させる。
排ガス量Ｖｇは、以下の式で表される。
Ｖｇ＝Ｖｍ×（Ｇ０＋（１−ｍ）Ａ０）
【０００４】
ここで、Ｖｍは燃料ガス量、Ｇ０はガスの理論排ガス量、Ａ０はガスの理論空気量、ｍは空気比である。燃料ガス量Ｖｍは鋼材を加熱するために炉内温度を一定に制御して結果として定まるものであり、基本的には省エネのために操作することはできない。また、理論排ガス量Ｇ０及び理論空気量Ａ０は燃料の組成によって定まるものであり、これらも操作することはできない。従って、積極的に制御できるのは空気比ｍであり、これをなるべく１．０に近づけることによって排ガス量Ｖｇを低下させることができ、排ガス損失熱Ｑglossを値化させることができる。
【０００５】
また、排ガス中の酸素濃度Ｏ２はガス中の組成により定まるＧ０及びＡ０により以下の式によって表される。
Ｏ２＝（ｍ−１）Ａ０×０．２１／（Ｇ０＋（ｍ−１）Ａ０）
この式において、分子は空気比ｍが１．０を超え燃焼に寄与しない空気量のうちの酸素量を示しており、分母は空気比ｍで発生する排ガス量を示している。この式によれば、排ガス中の酸素濃度Ｏ２は、ガスの組成が一定であれば空気比を定めることによって一義的に定まることを意味している。
【０００６】
実際の連続式鋼材加熱炉においては、装入扉、抽出扉を連続的に鋼材が通過するため、装入扉及び抽出扉を常に閉の状態にしておくことができないため、装入扉あるいは抽出扉が開いた際に不可避的に炉内に空気が侵入する。そのため、バーナに供給する燃料ガス流量と燃焼用空気流量とを精密に制御して空気比を一定にしたとしても酸素濃度Ｏ２が変化することがある。また、副生ガスを加熱炉の燃料ガスとして用いた場合、成分が時間により変化するため、燃料ガス流量と燃焼用空気流量とを一定の比率に制御したとしても空気比が一定になるとは限らない。このため、連続式鋼材加熱炉においては、従来より、加熱炉内の酸素濃度を一定にするための制御が行われている。
【０００７】
連続式鋼材加熱炉において、鋼材を加熱するバーナとして、蓄熱式切替燃焼バーナを用いる場合と、通常の燃焼バーナを用いる場合とがある。
蓄熱式切替燃焼バーナを用いずに通常の燃焼バーナを用いる連続式鋼材加熱炉において、加熱炉内の酸素濃度を一定にするための制御をするものとして、従来、例えば、特許文献１に示すものが知られている。
特許文献１に示す燃焼設備の燃焼制御方法は、外気が侵入し得る燃焼設備の燃焼制御方法において、火口に供給される燃料流量が設定値以上のときは一定の範囲で空燃比（空気比）を操作して排ガス中の酸素濃度を制御する。また、火口に供給される燃料流量が設定値未満のとき、または空燃比が前記一定の範囲を超えるときは、空燃比を前記一定の範囲を保ちながら燃焼設備の内圧を操作して侵入空気量を調節することにより排ガス中の酸素濃度を制御するようにしている。そして、この特許文献１に示す燃焼設備の燃焼制御方法における排ガス中の酸素濃度の制御に際しては、加熱炉からの排ガス通路中に設けられた酸素濃度計からの出力値をもとに排ガス中の酸素濃度を制御するようにしている。
【０００８】
また、蓄熱式切替燃焼バーナを用いる連続式鋼材加熱炉において、加熱炉内の酸素濃度を一定にするための制御をするものとして、従来、例えば特許文献２に示すものが知られている。
特許文献２に示す連続式鋼材加熱炉は、少なくとも二つの燃焼制御帯に蓄熱式切替燃焼バーナを有し、燃焼制御帯の排ガス誘引系に排ガス中の酸素濃度を検出する検出器を備えた、連続熱間圧延用鋼材を所定の温度に加熱する連続多帯式のウォーキングビームを用いた連続式鋼材加熱炉である。そして、かかる連続式鋼材加熱炉は、蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯の誘引排ガスが集合する誘引排ガス本管の、蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯毎の誘引排ガスヘッダ管との合流部の下流側に、少なくとも２箇所以上の排ガス中の酸素濃度を検出する前記酸素濃度検出器と、当該検出器の検出値に基づいて炉内の空気比を制御する制御手段を設置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５５−３３５２９号公報
【特許文献２】特許第４６５３６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、これら特許文献１に示す燃焼設備の燃焼制御方法及び特許文献２に示す連続式鋼材加熱炉にあっては、以下の問題点があった。
即ち、特許文献１に示す燃焼設備の燃焼制御方法の場合、蓄熱式切替燃焼バーナを用いずに通常の燃焼バーナを用いる連続式鋼材加熱炉において、加熱炉内の酸素濃度を一定にするための制御をするものであり、蓄熱式切替燃焼バーナを用いる連続式鋼材加熱炉において、加熱炉内の酸素濃度を一定にするための制御をするものとして適していない。蓄熱式切替燃焼バーナを用いずに通常の燃焼バーナを用いて燃焼した場合、排ガスは、加熱炉から排ガス通路を通って外部に放出されるため、特許文献１のように、加熱炉からの排ガス通路中に設けられた酸素濃度計からの出力値をもとに排ガス中の酸素濃度を制御することができる。しかし、蓄熱式切替燃焼バーナを用いて燃焼した場合、発生した排ガスの多く（発生した排ガスの約８０％程度）は蓄熱式切替燃焼バーナで吸引され、残りの排ガス（発生した排ガスの２０％程度）は加熱炉内を通過して排ガス通路を通り、この排ガス通路を通る排ガス量は少ない。このため、特許文献１では、蓄熱式切替燃焼バーナを用いる連続式鋼材加熱炉において、加熱炉内の酸素濃度を一定にするための制御、即ち空気比の制御をするものとして適していない。
【００１１】
一方、特許文献２に示す連続式鋼材加熱炉の場合、少なくとも二つの燃焼制御帯に蓄熱式切替燃焼バーナを有する連続式鋼材加熱炉において、加熱炉内の酸素濃度を一定にするための制御をするものである。ここで、かかる連続式鋼材加熱炉は、蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯の誘引排ガスが集合する誘引排ガス本管の、蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯毎の誘引排ガスヘッダ管との合流部の下流側に、少なくとも２箇所以上の排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器を備えている。そして、この酸素濃度検出器から検出された検出値のみを用いて空気比の制御を行っている。
【００１２】
しかしながら、蓄熱式切替燃焼バーナを用いて燃焼した場合、前述したように、加熱炉内で発生した排ガスは、その多く（発生した排ガスの約８０％程度）は蓄熱式切替燃焼バーナで吸引され、残りの排ガス（発生した排ガスの２０％程度）は当該蓄熱式切替燃焼バーナが設けられた燃焼制御帯から下流側の燃焼制御帯に流れ、加熱炉内を通過して排ガス通路を通る。
従って、特許文献２のように、蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯の誘引排ガスが集合する誘引排ガス本管に設けられた酸素濃度検出器から検出された排ガス中の酸素濃度の検出値のみを用いて空気比の制御を行ったとしても、燃焼制御帯毎の空気比を適切に制御することができない。
【００１３】
よって、本発明はこれら従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、少なくとも１つの燃焼制御帯に蓄熱式切替燃焼バーナを設けた連続式鋼材加熱炉において、排ガス中の酸素濃度が適正な値となるように燃焼制御帯毎の空気比を高い精度で適正空気比に制御することができる、連続式鋼材加熱炉及び連続式鋼材加熱炉の空気比制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る連続式鋼材加熱炉は、炉長方向に沿って複数の燃焼制御帯を有する炉体と、少なくとも１つの前記燃焼制御帯に設けられた蓄熱式切替燃焼バーナとを備えた連続式鋼材加熱炉であって、前記蓄熱式切替燃焼バーナを設けた燃焼制御帯毎の吸引排ガスが集合する吸引排ガス本管に少なくとも１つ設けられた、吸引排ガス中の酸素濃度を検出する吸引排ガス用酸素濃度検出器と、前記炉体の、排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯よりも下流側の箇所に少なくとも１つ設けられた、炉尻排ガス中の酸素濃度を検出する炉尻排ガス用酸素濃度検出器と、前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値及び前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値に基づいて、前記燃焼制御帯毎の空気比を制御する空気比制御部とを備えていることを要旨とする。
【００１５】
また、本発明の別の態様に係る連続式鋼材加熱炉の空気比制御方法は、炉長方向に沿って複数の燃焼制御帯を有する炉体と、少なくとも１つの前記燃焼制御帯に設けられた蓄熱式切替燃焼バーナとを備えた連続式鋼材加熱炉の空気比制御方法であって、前記蓄熱式切替燃焼バーナを設けた燃焼制御帯毎の吸引排ガスが集合する吸引排ガス本管に少なくとも１つ設けられた吸引排ガス用酸素濃度検出器により、吸引排ガス中の酸素濃度を検出する吸引排ガス用酸素濃度検出ステップと、前記炉体の、排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯よりも下流側の箇所に少なくとも１つ設けられた炉尻排ガス用酸素濃度検出器により、炉尻排ガス中の酸素濃度を検出する炉尻排ガス用酸素濃度検出ステップと、前記吸引排ガス用酸素濃度検出器の検出値及び前記炉尻排ガス用酸素濃度検出器の検出値に基づいて、前記燃焼制御帯毎の空気比を制御する空気比制御ステップとを含むことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る連続式鋼材加熱炉及び連続式鋼材加熱炉の空気比制御方法によれば、少なくとも１つの燃焼制御帯に蓄熱式切替燃焼バーナを設けた連続式鋼材加熱炉において、排ガス中の酸素濃度が適正な値となるように燃焼制御帯毎の空気比を高い精度で適正空気比に制御することができる、連続式鋼材加熱炉及び連続式鋼材加熱炉の空気比制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１及び第２実施形態に係る連続式鋼材加熱炉の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す連続式鋼材加熱炉における空気比制御の処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施形態に係る連続式鋼材加熱炉の空気比制御部及び空気比制御方法を説明するための、図２に示すステップＳ３（空気比制御ステップ）における処理の流れの詳細を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る連続式鋼材加熱炉の空気比制御部及び空気比制御方法を説明するための、図２に示すステップＳ３（空気比制御ステップ）における処理の流れの詳細を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
また、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００１９】
（第１実施形態及び第２実施形態の共通構成）
図１には、本発明の第１及び第２実施形態に係る連続式鋼材加熱炉の概略構成が示されている。
図１に示す連続式鋼材加熱炉１は、被加熱材としての鋼材Ｓを加熱するものであり、鋼材Ｓの搬送方向である炉長方法に延びる炉体２を備えている。この炉体２は、鋼材Ｓの装入側から抽出側に向けて炉長方向に沿って燃焼制御帯としての予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５及び均熱帯６をこの順に備えている。
【００２０】
また、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々には、複数（本実施形態にあっては６つ、上部に３つ、下部に３つ）の蓄熱式切替燃焼バーナ１０が設けられている。各蓄熱式切替燃焼バーナ１０は、各予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の炉壁に対向して設置された一対の蓄熱式バーナ１０ａ，１０ｂで構成される。各蓄熱式バーナ１０ａ，１０ｂは、それぞれセラミックボール等で構成される蓄熱体１１ａ，１１ｂを備えている。そして、蓄熱式バーナ１０ａ及び１０ｂで交互に燃焼を行うと共に、非燃焼状態の蓄熱式バーナ１０ａあるいは１０ｂを介して炉体２内、即ち各予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６から吸引放出し、このとき燃焼に伴う排ガスを蓄熱体１１ａあるいは１１ｂを介して排出する。これによって、この吸引排ガスの熱を蓄熱体１１ａあるいは１１ｂに蓄えておき、次回の燃焼時には燃焼用空気を蓄熱体１１ａあるいは１１ｂを介して蓄熱式バーナ１０ａあるいは１０ｂに供給することによって、排ガス熱を燃料ガスの予熱に利用するようになっている。
【００２１】
そして、一方側の蓄熱式バーナ１０ａは、燃料ガス切替弁１２ａを設置した燃料ガスヘッダ管１３に接続され、他方側の蓄熱式バーナ１０ｂは、燃料ガス切替弁１２ｂを設置した燃料ガスヘッダ管１３に接続されている。そして、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々における全ての燃料ガスヘッダ管１３は、燃料ガス集合管１４に集合している。そして、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々の燃料ガス集合管１４は共通の燃料ガス供給ライン１６に接続されている。各燃料ガス集合管１４には、燃料ガス流量調節弁１５が設置されている。
【００２２】
また、一方側の蓄熱式バーナ１０ａの蓄熱体１１ａは、燃焼用空気切替弁１７ａを設置した燃焼用空気ヘッダ管１８に接続され、他方側の蓄熱式バーナ１０ｂの蓄熱体１１ｂは、燃焼用空気切替弁１７ｂを設置した燃焼用空気ヘッダ管１８に接続されている。そして、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々における全ての燃焼用空気ヘッダ管１８は、燃焼用空気集合管１９に集合している。そして、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々の燃焼用空気集合管１９は共通の燃焼用空気供給本管２１に接続されている。そして、各燃焼用空気集合管１９には、燃焼用空気流量調節弁２０が設置されている。なお、燃焼用空気供給本管２１は燃焼用空気ブロワ２２に接続されている。
【００２３】
また、一方側の蓄熱式バーナ１０ａの蓄熱体１１ａは、排ガス切替弁２３ａを設置した排ガスヘッダ管２４に接続され、他方側の蓄熱式バーナ１０ｂの蓄熱体１１ｂは、排ガス切替弁２３ｂを設置した排ガスヘッダ管２４に接続されている。そして、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々における全ての排ガスヘッダ管２４は、排ガス集合管２５に集合している。そして、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々の排ガス集合管２５は、共通の吸引排ガス本管２７に接続されている。そして、各排ガス集合管２５には、排ガス流量調節弁２６が設置されている。また、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々毎の吸引排ガスが集合する吸引排ガス本管２７には、吸引排ガス中の酸素濃度を検出する吸引排ガス用酸素濃度検出器２８が１つ設けられている。吸引排ガス本管２７は、吸引排ガスファン２９に接続されている。
【００２４】
蓄熱式バーナ１０ａあるいは１０ｂから吸引された吸引排ガスは、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々毎に排ガス集合管２５に集合し、排ガス流量調節弁２６で流量が調節された後、全体が吸引排ガス本管２７で集合し、吸引排ガスファン２９を通過後、煙突８に導かれる。
この吸引排ガスは、炉体２内で発生した排ガスの約８０％であり、残りの約２０％の排ガス（以後、炉尻排ガスと称する）は、炉体２内を通過することになる。通常、連続式鋼材加熱炉１においては、鋼材Ｓの流れと炉体２内の炉尻排ガスの流れは向流状態となっており、炉尻排ガスは、鋼材Ｓの抽出側から装入側へと鋼材Ｓと同じ空間を流れる。その後、この炉尻排ガスは、装入扉（図示せず）前で鋼材Ｓと分離され、炉体２の、排ガス流れにおいて最も下流側の予熱帯３よりも下流側に設置された煙道７を介して煙突８へと導かれる。
【００２５】
そして、煙道７には、炉尻排ガス中の酸素濃度を検出する炉尻排ガス用酸素濃度検出器９が１つ設置されている。
また、連続式鋼材加熱炉１は、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に基づいて、各燃焼制御帯（予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々）毎の空気比を制御する空気比制御部３０を備えている。
【００２６】
空気比制御部３０は、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９に接続されるとともに、上位計算機３１に接続されている。
空気比制御部３０は、演算処理機能を有するコンピュータシステムであり、ハードウェアに予め記憶された各種専用のコンピュータプログラムを実行することにより、空気比制御機能をソフトウェア上で実現できるようになっている。
空気比制御部３０は、第１実施形態と第２実施形態とで、各燃焼制御帯（予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々）毎の空気比の制御の仕方が異なっている。
【００２７】
（第１実施形態）
第１実施形態では、空気比制御部３０は、各燃焼制御帯（予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々）毎の空気比の制御に際し、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値の両方を用いて炉体２から排出される排ガス（吸引排ガスと炉尻排ガスとを合わせたもの）の平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅを算出し、算出された排ガスの平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅが予め設定された平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅとなるように、各燃焼制御帯（予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々）毎に供給する燃焼用空気流量を調整する。
【００２８】
つまり、第１実施形態に係る連続式鋼材加熱炉の空気比制御に際しては、図２に示すように、先ず、ステップＳ１で、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８が吸引排ガス中の酸素濃度を検出する（吸引排ガス用酸素濃度検出ステップ）。
次いで、ステップＳ２で、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９が炉尻排ガス中の酸素濃度を検出する（炉尻排ガス用酸素濃度検出ステップ）。
その後、ステップＳ３において、空気比制御部３０が、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に基づいて、各燃焼制御帯（予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々）毎の空気比を制御する（空気比制御ステップ）。
【００２９】
そして、このステップＳ３（空気比制御ステップ）について説明すると、図３に示すように、先ず、空気比制御部３０は、ステップＳ３１において、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値Ｏ２ｅ及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値Ｏ２ｒの両方を用いて炉体２から排出される排ガス（吸引排ガスと炉尻排ガスとを合わせたもの）の平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅを算出する（排ガス平均的酸素濃度算出ステップ）。
ここで、排ガスの平均的酸素濃度の算出について、表１に示す計算例１及び表２に示す計算例２を参照して説明する。
【００３０】
【表１】
2020148426.tif 000003
【００３１】
【表２】
2020148426.tif 000004
【００３２】
吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値は、炉体２内のガス流れの影響を受ける。吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値は炉体２内のガス流れの最も上流側に燃焼制御帯（本実施形態では、均熱帯６）の影響を受けやすく、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値は炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の設置箇所に最も近い燃焼制御帯（本実施形態では、予熱帯３）の影響を受けやすい。
【００３３】
このため、表１に示す計算例１及び表２に示す計算例２においては、均熱帯６（ｉ＝１）、第２加熱帯５（ｉ＝２）、第１加熱帯４（ｉ＝３）、予熱帯３（ｉ＝４）のそれぞれについて、操業条件として燃料ガス流量Ｖｆｉ、燃焼用空気流量Ｖａｉ、吸引排ガス流量Ｖｅｉを設定したときの、余剰空気流量Ｖｓｉ、発生排ガス流量Ｖｇｉ、排ガス流出流量Ｖｏｉ、各燃焼制御帯（均熱帯６、第２加熱帯５、第１加熱帯４、予熱帯３）基準の排ガス吸引率Ｒｉ、発生排ガス基準の最終吸引率Ｒｒｉ、炉尻流出率Ｒｆｉ、各燃焼制御帯の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉ、各燃焼制御帯の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉを計算した。
【００３４】
各燃焼制御帯（均熱帯６（ｉ＝１）、第２加熱帯５（ｉ＝２）、第１加熱帯４（ｉ＝３）、予熱帯３（ｉ＝４））については、排ガス流れでｉ＝１の均熱帯６が最も上流側となり、ｉ＝４の予熱帯３が最も下流側となっている。
また、各燃焼制御帯については、実際には、上部帯、下部帯に分かれているが、各燃焼制御帯における燃料ガス流量Ｖｆｉ、燃焼用空気流量Ｖａｉ、吸引排ガス流量Ｖｅｉ、余剰空気流量Ｖｓｉ、発生排ガス流量Ｖｇｉ、排ガス流出流量Ｖｏｉは、上部帯及び下部帯の和として示されている。
【００３５】
また、これらの計算に際し、燃焼のために必要な理論空気量Ａ０及び理論排ガス量Ｇ０を用いるが、理論空気量Ａ０は２．１、理論排ガス量Ｇ０は２．９として計算している。
そして、余剰空気流量Ｖｓｉは、ｉ番目の燃焼制御帯において蓄熱式バーナ１０ａ，１０ｂに供給される余剰の燃焼用空気流量であり、Ｖｓｉ＝Ｖａｉ−Ｖｆｉ×Ａ０で算出される。
また、燃焼の結果、ｉ番目の燃焼制御帯において発生する発生排ガス流量Ｖｇｉは、Ｖｇｉ＝Ｖｆｉ×（Ｇ０−Ａ０）＋Ｖａｉで算出される。
【００３６】
また、ｉ番目の燃焼制御帯において、発生排ガス流量Ｖｇｉのうち蓄熱式バーナ１０ａ，１０ｂに吸引されずに、Ｖｇｉ−Ｖｅｉだけ下流側の燃焼制御帯に流出していき、これに上流側から流入した排ガス流量Ｖｏｉ−１を加えて、排ガス流出流量Ｖｏｉ＝Ｖｏｉ−１＋Ｖｇｉ−Ｖｅｉ（ｉ＝０のときＶｏｉ＝０）だけ下流側の燃焼制御帯に流出していくことになる。
そして、ｉ番目の燃焼制御帯基準の排ガス吸引率Ｒｉは、各燃焼制御帯に流入した排ガス流量Ｖｏｉ−１と燃焼の結果発生した発生排ガス流量Ｖｇｉとを加えた排ガス量に対する吸引排ガス流量Ｖｅｉの比率であり、Ｒｉ＝Ｖｅｉ／（Ｖｏｉ−１＋Ｖｇｉ）で算出される。
【００３７】
また、発生排ガス基準の最終吸引率Ｒｒｉは、ｉ番目の燃焼制御帯において発生した排ガスが最終的に最下流の燃焼制御帯までの間に吸引排ガスファン２９により吸引される比率であり、次の式によって算出される。
【００３８】
【数１】
2020148426.tif 000005
【００３９】
また、発生排ガス基準の炉尻流出率Ｒｆｉは、ｉ番目の燃焼制御帯において発生する排ガスのうち最終的に吸引排ガスファン２９により吸引されずに最終的に炉尻に排出される排ガスの比率であり、Ｒｆｉ＝１−Ｒｒｉで算出される。
そして、各燃焼制御帯の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉは、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する各燃焼制御帯の余剰空気の影響率を示すものであり、各燃焼制御帯における余剰空気流量Ｖｓｉに発生排ガス基準の最終吸引率Ｒｒｉを乗算した値Ｖｓｉ×Ｒｒｉを、各燃焼制御帯における余剰空気流量Ｖｓｉに発生排ガス基準の最終吸引率Ｒｒｉを乗算した値を全体の燃焼制御帯で加算した値Σ（Ｖｓｉ×Ｒｒｉ）で除算した値であり、次式で算出される。
Ａｒｉ＝Ｖｓｉ×Ｒｒｉ／Σ（Ｖｓｉ×Ｒｒｉ）
【００４０】
また、各燃焼制御帯の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉは、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する各燃焼制御帯の余剰空気の影響率を示すものであり、各燃焼制御帯における余剰空気流量Ｖｓｉに発生排ガス基準の炉尻流出率Ｒｆｉを乗算した値Ｖｓｉ×Ｒｆｉを、各燃焼制御帯における余剰空気流量Ｖｓｉに発生排ガス基準の炉尻流出率Ｒｆｉを乗算した値を全体の燃焼制御帯で加算した値Σ（Ｖｓｉ×Ｒｆｉ）で除算した値であり、次式で算出される。
Ａｆｉ＝Ｖｓｉ×Ｒｆｉ／Σ（Ｖｓｉ×Ｒｆｉ）
【００４１】
そして、空気比制御部３０がステップＳ３１で算出する炉体２から排出される排ガスの平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅは、次の式で示される。
Ｏ２ａｖｅ＝（Ｏ２ｒ×ＶｏＮ＋Ｏ２ｅ×ΣＶｅｉ）／（ＶｏＮ＋ΣＶｅｉ）
ここで、Ｏ２ｒは炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値、Ｏ２ｅは吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値、ＶｏＮは最下流の燃焼制御帯からの下流側に流出する排ガス流出流量、ΣＶｅｉは吸引排ガス流量の合計値である。
【００４２】
計算例１の場合、Ｏ２ａｖｅ＝（Ｏ２ｒ×５８５０＋Ｏ２ｅ×１３６５０）／（５８５０＋１３６５０）となる。
また、計算例２の場合、Ｏ２ａｖｅ＝（Ｏ２ｒ×７９７７．８＋Ｏ２ｅ×２４９３５）／（７９７７．８＋２４９３５）となる。
ステップＳ３１が終了した後、ステップＳ３２に移行し、空気比制御部３０は、ガス平均的酸素濃度算出ステップで算出された排ガスの平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅが予め設定された平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅとなるように、燃焼制御帯（均熱帯６、第２加熱帯５、第１加熱帯４、予熱帯３）毎に供給する燃焼用空気流量を調整する（燃焼用空気流量調整ステップ）。
【００４３】
ここで、予め設定された平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅの値は、上位計算機３１から空気比制御部３０に予め入力されており、例えば、１．０％に設定されている。
また、燃焼制御帯（均熱帯６、第２加熱帯５、第１加熱帯４、予熱帯３）毎に供給する燃焼用空気流量を調整は、各燃焼制御帯（均熱帯６、第２加熱帯５、第１加熱帯４、予熱帯３）毎の燃焼用空気集合管１９に設置された燃焼用空気流量調節弁２０の開度を調節することにより行う。各燃焼制御帯において、余剰空気量Ｖｓｉのすべての燃焼制御帯の余剰空気量の和ΣＶｓｉに対する比率Ｖｓｉ／ΣＶｓｉが大きいものから優先的に燃焼用空気流量を調整する。
【００４４】
このように、第１実施形態に係る連続式鋼材加熱炉１及び連続式鋼材加熱炉１における空気比制御方法によれば、蓄熱式切替燃焼バーナ１０を設けた燃焼制御帯（均熱帯６、第２加熱帯５、第１加熱帯４、予熱帯３）毎の吸引排ガスが集合する吸引排ガス本管２７に１つ設けられた吸引排ガス用酸素濃度検出器２８により、吸引排ガス中の酸素濃度を検出し（吸引排ガス用酸素濃度検出ステップ：ステップＳ１）、炉体２の、排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯（予熱帯３）よりも下流側の箇所に１つ設けられた炉尻排ガス用酸素濃度検出器９により、炉尻排ガス中の酸素濃度を検出する（炉尻排ガス用酸素濃度検出ステップ：ステップＳ２）。そして、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に基づいて、燃焼制御帯毎の空気比を制御する（空気比制御部３０、空気比制御ステップ：ステップＳ３）。
【００４５】
これにより、蓄熱式切替燃焼バーナ１０で吸引される吸引排ガス中の酸素濃度と、吸引されない残りの炉尻排ガス中の酸素濃度とを検出することにより、少なくとも１つの燃焼制御帯に蓄熱式切替燃焼バーナ１０を設けた連続式鋼材加熱炉１において、排ガス中の酸素濃度が適正な値となるように燃焼制御帯毎の空気比を高い精度で適正空気比に制御することができる。
そして、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８は、蓄熱式切替燃焼バーナ１０を設けた燃焼制御帯毎の吸引排ガスが集合する吸引排ガス本管２７に１つ設けられ、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９は、炉体２の、排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯よりも下流側の箇所に１つ設けられている。このため、従来の特許文献２のように多くの酸素濃度計を用いる必要はなく、メンテナンス負荷が小さい。
【００４６】
また、空気比制御部３０（空気比制御ステップ：ステップＳ３）は、燃焼制御帯毎の空気比を制御するに際し、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値の両方を用いて炉体２から排出される排ガスの平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅを算出する（排ガス平均的酸素濃度算出ステップ：ステップＳ３１）。そして、空気比制御部３０（空気比制御ステップ：ステップＳ３）は算出された排ガスの平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅが予め設定された平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅとなるように、燃焼制御帯毎に供給する燃焼用空気流量を調整する（燃焼用空気流量調整ステップ：ステップＳ３２）。
これにより、炉体２から排出される排ガスの平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅを予め設定された適正な値に調節することができる。
【００４７】
（第２実施形態）
第２実施形態では、空気比制御部３０は、各燃焼制御帯（予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々）毎の空気比の制御に際し、各燃焼制御帯の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉと各燃焼制御帯の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉとを算出する。また、空気比制御部３０は、各燃焼制御帯について、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉと炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉとを比較する。更に、空気比制御部３０は、比較した結果、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉが炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉよりも大きい燃焼制御帯については、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値が予め設定された酸素濃度となるように、当該燃焼制御帯に供給する燃焼用空気流量を調整する。一方、空気比制御部３０は、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率が吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率よりも大きい燃焼制御帯については、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値が予め設定された酸素濃度となるように、当該燃焼制御帯に供給する燃焼用空気流量を調整する。
【００４８】
つまり、第２実施形態に係る連続式鋼材加熱炉の空気比制御に際しては、第１実施形態に係る連続式鋼材加熱炉の空気比制御と同様に、図２に示すように、先ず、ステップＳ１で、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８が吸引排ガス中の酸素濃度を検出する（吸引排ガス用酸素濃度検出ステップ）。
次いで、ステップＳ２で、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９が炉尻排ガス中の酸素濃度を検出する（炉尻排ガス用酸素濃度検出ステップ）。
その後、ステップＳ３において、空気比制御部３０が、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に基づいて、各制御帯（予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々）毎の空気比を制御する（空気比制御ステップ）。
【００４９】
そして、このステップＳ３（空気比制御ステップ）が第１実施形態異なり、図４に示すように、先ず、空気比制御部３０は、ステップＳ１３１において、各燃焼制御帯の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉと各燃焼制御帯の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉとを算出する（寄与率算出ステップ）。
ここで、各燃焼制御帯の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉは、前述したように、次式で算出される。
Ａｒｉ＝Ｖｓｉ×Ｒｒｉ／Σ（Ｖｓｉ×Ｒｒｉ）
【００５０】
ここで、表１に示す計算例１の場合、均熱帯６（ｉ＝１）の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒ１は４９．３％、第２加熱帯５（ｉ＝２）の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒ２は４０．６％、第１加熱帯４（ｉ＝３）の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒ３は６．６％、予熱帯３（ｉ＝４）の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒ４は３．６％となっている。表２に示す計算例２の場合、Ａｒ１は２２．１％、Ａｒ２は４２．５％、Ａｒ３は１５．３％、Ａｒ４は２０．０％となっている。
【００５１】
また、各燃焼制御帯の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉは、前述したように、次式で算出される。
Ａｆｉ＝Ｖｓｉ×Ｒｆｉ／Σ（Ｖｓｉ×Ｒｆｉ）
ここで、表１に示す計算例１の場合、均熱帯６（ｉ＝１）の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆ１は１１．４％、第２加熱帯５（ｉ＝２）の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆ２は３８．１％、第１加熱帯４（ｉ＝３）の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆ３は２０．６％、予熱帯３（ｉ＝４）の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆ４は２９．８％となっている。表２に示す計算例２の場合、Ａｆ１は１．６％、Ａｆ２は１１．７％、Ａｆ３は１３．７％、Ａｆ４は７２．９％となっている。
【００５２】
次いで、空気比制御部３０は、ステップＳ１３２において、各燃焼制御帯について、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉと炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉとを比較する（寄与率比較ステップ）。
例えば、表１に示す計算例１の場合、均熱帯６（ｉ＝１）について、Ａｒ１＝４９．３％とＡｆ１＝１１．４％、第２加熱帯５（ｉ＝２）について、Ａｒ２＝４０．６％とＡｆ２＝３８．１％、第１加熱帯４（ｉ＝３）について、Ａｒ３＝６．６％とＡｆ３＝２０．６％、予熱帯３（ｉ＝４）について、Ａｒ４＝３．６％とＡｆ４＝２９．８％との大小を比較する。
【００５３】
また、表２に示す計算例２の場合、均熱帯６（ｉ＝１）について、Ａｒ１＝２２．１％とＡｆ１＝１。６％、第２加熱帯５（ｉ＝２）について、Ａｒ２＝４２．５％とＡｆ２＝１１．７％、第１加熱帯４（ｉ＝３）について、Ａｒ３＝１５．３％とＡｆ３＝１３．７％、予熱帯３（ｉ＝４）について、Ａｒ４＝２０．０％とＡｆ４＝７２．９％との大小を比較する。
最後に、空気比制御部３０は、ステップＳ１３３において、ステップＳ１３２で比較した結果、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉが炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉよりも大きい燃焼制御帯については、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値が予め設定された酸素濃度となるように、当該燃焼制御帯に供給する燃焼用空気流量を調整する。この際、各燃焼制御帯において、ＡｒｉもしくはＡｆｉの値が大きい燃焼制御帯から優先的に燃焼用空気流量を調整する。
【００５４】
また、空気比制御部３０は、ステップＳ１３３において、ステップＳ１３２で比較した結果、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉが吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉよりも大きい燃焼制御帯については、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値が予め設定された酸素濃度となるように、当該燃焼制御帯に供給する燃焼用空気流量を調整する（燃焼用空気流量調整ステップ）。
例えば、表１に示す計算例１の場合、均熱帯６（ｉ＝１）及び第２加熱帯５（ｉ＝２）については、ＡｒｉがＡｆｉよりも大きいので、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値が予め設定された酸素濃度となるように、均熱帯６（ｉ＝１）及び第２加熱帯５（ｉ＝２）に供給する燃焼用空気流量を調整する。また、第１加熱帯４（ｉ＝３）及び予熱帯３（ｉ＝４）については、ＡｆｉがＡｒｉよりも大きいので、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値が予め設定された酸素濃度となるように、第１加熱帯４（ｉ＝３）及び予熱帯３（ｉ＝４）に供給する燃焼用空気流量を調整する。
【００５５】
ここで、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８に対する予め設定された酸素濃度の値は、上位計算機３１から空気比制御部３０に予め入力されており、例えば、１．０％に設定されている。
また、燃焼制御帯（均熱帯６、第２加熱帯５、第１加熱帯４、予熱帯３）毎に供給する燃焼用空気流量を調整は、各燃焼制御帯（均熱帯６、第２加熱帯５、第１加熱帯４、予熱帯３）毎の燃焼用空気集合管１９に設置された燃焼用空気流量調節弁２０の開度を調節することにより行う。
【００５６】
このように、第１実施形態に係る連続式鋼材加熱炉１及び連続式鋼材加熱炉１における空気比制御方法によれば、蓄熱式切替燃焼バーナ１０を設けた燃焼制御帯（均熱帯６、第２加熱帯５、第１加熱帯４、予熱帯３）毎の吸引排ガスが集合する吸引排ガス本管２７に１つ設けられた吸引排ガス用酸素濃度検出器２８により、吸引排ガス中の酸素濃度を検出し（吸引排ガス用酸素濃度検出ステップ：ステップＳ１）、炉体２の、排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯（予熱帯３）よりも下流側の箇所に１つ設けられた炉尻排ガス用酸素濃度検出器９により、炉尻排ガス中の酸素濃度を検出する（炉尻排ガス用酸素濃度検出ステップ：ステップＳ２）。そして、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に基づいて、燃焼制御帯毎の空気比を制御する（空気比制御部３０、空気比制御ステップ：ステップＳ３）。
【００５７】
これにより、蓄熱式切替燃焼バーナ１０で吸引される吸引排ガス中の酸素濃度と、吸引されない残りの炉尻排ガス中の酸素濃度とを検出することにより、少なくとも１つの燃焼制御帯に蓄熱式切替燃焼バーナ１０を設けた連続式鋼材加熱炉１において、排ガス中の酸素濃度が適正な値となるように燃焼制御帯毎の空気比を高い精度で適正空気比に制御することができる。
そして、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８は、蓄熱式切替燃焼バーナ１０を設けた燃焼制御帯毎の吸引排ガスが集合する吸引排ガス本管２７に１つ設けられ、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９は、炉体２の、排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯よりも下流側の箇所に１つ設けられている。このため、従来の特許文献２のように多くの酸素濃度計を用いる必要はなく、メンテナンス負荷が小さい。
【００５８】
また、空気比制御部３０（空気比制御ステップ：ステップＳ３）は、燃焼制御帯毎の空気比を制御するに際し、各燃焼制御帯の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉと各燃焼制御帯の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉとを算出する（寄与率算出ステップ：ステップＳ１３１）。そして、空気比制御部３０は、各燃焼制御帯について、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉと炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉとを比較する（寄与率比較ステップ：ステップＳ１３２）。そして、空気比制御部３０は、比較した結果、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉが炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉよりも大きい燃焼制御帯については、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値が予め設定された酸素濃度となるように、当該燃焼制御帯に供給する燃焼用空気流量を調整し、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉが吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉよりも大きい燃焼制御帯については、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値が予め設定された酸素濃度となるように、当該燃焼制御帯に供給する燃焼用空気流量を調整する（燃焼用空気流量調整ステップ：ステップＳ１３３）。
【００５９】
これにより、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に影響し易い燃焼制御帯については吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値を用いて制御し、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に影響し易い燃焼制御帯については炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値を用いて制御することで、燃焼制御帯毎の空気比をより高い精度で適正空気比に制御することができる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、蓄熱式切替燃焼バーナ１０が設置される燃焼制御帯は、本実施形態にあっては、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の４つの燃焼制御帯であるが、４つに限らず１つ以上の燃焼制御帯であればよい。
【００６１】
また、各燃焼制御帯に設置される蓄熱式切替燃焼バーナ１０の数は、本実施形態にあっては、３個であるが、３個に限らず任意の数でよい。
また、吸引用排ガス本管２７に設置される吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の数は、本実施形態にあっては、１つであるが、１つに限らず少なくとも１つ以上であればよい。
また、炉体２の、排ガス流れにおいて最も下流側の燃焼制御帯よりも下流側の箇所に設置される炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の数は、本実施形態にあっては、１つであるが、１つに限らず少なくとも１つ以上であればよい。
【実施例】
【００６２】
本発明の効果を検証すべく、実施例１、２及び比較例１、２の方法で空気比制御を行い、制御結果としての吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値と、各燃焼性制御帯の空気比と、原単位の比率について調査した。
【００６３】
（実施例１、２及び比較例１、２の加熱炉の構造）
実施例１、２及び比較例１、２の加熱炉としては、図１に示すものを用い、４つの燃焼制御帯（予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５及び均熱帯６）を有するウォーキングビーム型加熱炉を用いた。各燃焼制御帯において上部と下部で燃焼制御は独立しているが、空気比を制御する目的においては排ガス流れ上の上流側及び下流側の差異が生じていないため、燃料ガス流量、燃焼用空気流量、吸引排ガス流量は上部流量と下部流量の合算値として制御に用いている。蓄熱式切替燃焼バーナ１０を、各燃焼制御帯（予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５及び均熱帯６）に設置した。燃料ガスは、コークス炉ガスと転炉ガスとの混合ガスを用いた。
【００６４】
加熱される鋼材Ｓは、長さが６．０ｍ〜１２．２ｍであり、厚みが２２０ｍｍ〜２６０ｍｍのスラブ群であり、鋼材Ｓの炉体２への装入温度は常温から６００℃程度、抽出温度は１２００℃程度である。加熱時間は１８０分〜２４０分程度となっている。
また、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８は、予熱帯３、第１加熱帯４、第２加熱帯５、及び均熱帯６の各々毎の吸引排ガスが集合する吸引排ガス本管２７に１つ設置されている。また、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９は、炉体２の排ガス流れにおいて最下流部である予熱帯３より下流側天井に１つ設置されている。吸引排ガス用酸素濃度検出器２８及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の各々は、ジルニコア式の酸素濃度計である。
【００６５】
実施例１においては、燃焼制御帯毎の空気比を制御するに際し、第１実施形態のように、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値の両方を用いて炉体２から排出される排ガスの平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅを算出し、算出された排ガスの平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅが予め設定された平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅとなるように、燃焼制御帯毎に供給する燃焼用空気流量を調整した。
【００６６】
実施例２においては、燃焼制御帯毎の空気比を制御するに際し、第２実施形態のように、各燃焼制御帯の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉと各燃焼制御帯の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉとを算出し、各燃焼制御帯について、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉと炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉとを比較する。更に、実施例２においては、比較した結果、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉが炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉよりも大きい燃焼制御帯については、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値が予め設定された酸素濃度となるように、当該燃焼制御帯に供給する燃焼用空気流量を調整し、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率が吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率よりも大きい燃焼制御帯については、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値が予め設定された酸素濃度となるように、当該燃焼制御帯に供給する燃焼用空気流量を調整した。
【００６７】
比較例１においては、燃焼制御帯毎の空気比を制御するに際し、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値のみを用いて当該検出値が予め設定された酸素濃度となるように、燃焼制御帯毎に供給する燃焼用空気流量を調整した。
また、比較例２においては、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値の両方を用いずに、燃焼制御帯毎の空気比を制御した。
実施例１、２及び比較例１、２の各燃焼制御帯についての操業条件（燃料ガス流量、燃焼用空気流量、吸引排ガス流量）を表３に示す。
【００６８】
【表３】
2020148426.tif 000006
【００６９】
また、実施例１について、表３に示す操業条件（燃料ガス流量、燃焼用空気流量、吸引排ガス流量）を各燃焼制御帯に設定したときの、余剰空気流量Ｖｓｉ、発生排ガス流量Ｖｇｉ、排ガス流出流量Ｖｏｉ、各燃焼制御帯基準の排ガス吸引率Ｒｉ、発生排ガス基準の最終吸引率Ｒｒｉ、炉尻流出率Ｒｆｉ、各燃焼制御帯の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉ、各燃焼制御帯の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉを表４に示す。
なお、表４における余剰空気流量Ｖｓｉ、発生排ガス流量Ｖｇｉ等の計算に際し、燃焼のために必要な理論空気量Ａ０及び理論排ガス量Ｇ０を用いるが、理論空気量Ａ０は２．１、理論排ガス量Ｇ０は２．９として計算している。理論空気量Ａ０を２．１、理論排ガス量Ｇ０を２．９とするのは、表５乃至表７の計算に際しても同様である。
【００７０】
【表４】
2020148426.tif 000007
【００７１】
また、実施例２について、表３に示す操業条件（燃料ガス流量、燃焼用空気流量、吸引排ガス流量）を各燃焼制御帯に設定したときの、余剰空気流量Ｖｓｉ、発生排ガス流量Ｖｇｉ、排ガス流出流量Ｖｏｉ、各燃焼制御帯基準の排ガス吸引率Ｒｉ、発生排ガス基準の最終吸引率Ｒｒｉ、炉尻流出率Ｒｆｉ、各燃焼制御帯の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉ、各燃焼制御帯の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉを表５に示す。
【００７２】
【表５】
2020148426.tif 000008
【００７３】
また、比較例１について、表３に示す操業条件（燃料ガス流量、燃焼用空気流量、吸引排ガス流量）を各燃焼制御帯に設定したときの、余剰空気流量Ｖｓｉ、発生排ガス流量Ｖｇｉ、排ガス流出流量Ｖｏｉ、各燃焼制御帯基準の排ガス吸引率Ｒｉ、発生排ガス基準の最終吸引率Ｒｒｉ、炉尻流出率Ｒｆｉ、各燃焼制御帯の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉ、各燃焼制御帯の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉを表６に示す。
【００７４】
【表６】
2020148426.tif 000009
【００７５】
また、比較例２について、表３に示す操業条件（燃料ガス流量、燃焼用空気流量、吸引排ガス流量）を各燃焼制御帯に設定したときの、余剰空気流量Ｖｓｉ、発生排ガス流量Ｖｇｉ、排ガス流出流量Ｖｏｉ、各燃焼制御帯基準の排ガス吸引率Ｒｉ、発生排ガス基準の最終吸引率Ｒｒｉ、炉尻流出率Ｒｆｉ、各燃焼制御帯の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉ、各燃焼制御帯の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉを表７に示す。
【００７６】
【表７】
2020148426.tif 000010
【００７７】
実施例１、２及び比較例１、２の方法で空気比制御を行った制御結果を表８に示す。
【００７８】
【表８】
2020148426.tif 000011
【００７９】
（実施例１の制御結果について）
実施例１では、式Ｏ２ａｖｅ＝（Ｏ２ｒ×ＶｏＮ＋Ｏ２ｅ×ΣＶｅｉ）／（ＶｏＮ＋ΣＶｅｉ）に基づいて、排ガスの平均的酸素濃度を算出し、算出された排ガスの平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅが予め設定された平均的酸素濃度Ｏ２ａｖｅ＝１．０％となるように、均熱帯６（ｉ＝１）、第２加熱帯５（ｉ＝２）、第１加熱帯４（ｉ＝３）及び予熱帯（ｉ＝４）毎に供給する燃焼用空気流量を調整した。
ここで、Ｏ２ｒは炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値、Ｏ２ｅは吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値、ＶｏＮは最下流の燃焼制御帯からの下流側に流出する排ガス流出流量で、表４に示すように、９２２７．８７５（ｍ３／ｈ）、ΣＶｅｉは吸引排ガス流量の合計値であり、表４に示すように、２７６８３．６２５（ｍ３／ｈ）である。
【００８０】
この結果、表８に示すように、各燃焼制御帯における空気比は１．００〜１．０５程度となり、排ガスの酸素濃度は吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値で１．２％、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値で０．８％とばらつきがあったが、排ガスの平均濃度で１．０％となった。
また、原単位は実施例２を１００％とした場合に１０２％となり、さほど悪くならずに良好であった。
【００８１】
（実施例２の制御結果について）
実施例２では、各燃焼制御帯の吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉと各燃焼制御帯の炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉとを算出し、各燃焼制御帯について、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉと炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉとを比較した。その比較した結果、表５に示すように、均熱帯６（ｉ＝１）、第２加熱帯５（ｉ＝２）及び第１加熱帯４（ｉ＝３）でＡｒｉが大きく、予熱帯３（ｉ＝４）ではＡｒｉ及びＡｆｉとも０％であった。
【００８２】
従って、均熱帯６（ｉ＝１）、第２加熱帯５（ｉ＝２）及び第１加熱帯４（ｉ＝３）については、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値が予め設定された酸素濃度＝１．０％となるように、当該均熱帯６（ｉ＝１）、第２加熱帯５（ｉ＝２）及び第１加熱帯４（ｉ＝３）に供給する燃焼用空気流量を調整した。また、予熱帯３（ｉ＝４）については供給される燃焼用空気流量を調整しなかった。
この結果、表８に示すように、各燃焼制御帯における空気比は１．００〜１．０３程度となり、極めて良好であった。また、排ガスの酸素濃度は、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値で１．０％、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値で１．０％とばらつきもなく、極めて良好であった。更に、原単位は１００％で極めて良好であった。
【００８３】
（比較例１の制御結果について）
比較例１では、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値のみを用いて当該検出値が予め設定された酸素濃度＝１．０％となるように、均熱帯６（ｉ＝１）、第２加熱帯５（ｉ＝２）及び第１加熱帯４（ｉ＝３）毎に供給する燃焼用空気流量を調整した。
この結果、表８に示すように、予熱帯３（ｉ＝４）及び第１加熱帯４（ｉ＝３）の空気比は１．００〜１．０５と低めに制御することができたが、第２加熱帯５（ｉ＝２）及び均熱帯６（ｉ＝４）の空気比は１．１０と高くなってしまった。
【００８４】
これは、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値は排ガス下流側の燃焼制御帯の影響を受けやすく、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値のみを用いて各燃焼制御帯の空気比を制御した場合、排ガス下流側の燃焼制御帯の空気比について精度高く制御できるが、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に影響を与えやすい排ガス上流側の燃焼制御帯の空気比の制御については、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値のみを用いて制御することが適切でないことを意味している。
つまり、表６に示すように、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉ（＝５６．３％）が吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉ（＝２１．７％）よりも大きい第１加熱帯４（ｉ＝３）及び燃焼用空気流量の調整の必要のない（Ａｒｉ、Ａｆｉとも０％）予熱帯３（ｉ＝４）の空気比は炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値のみを用いて適切に制御できる。
【００８５】
一方、表６に示すように、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値に対する寄与率Ａｒｉが炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値に対する寄与率Ａｆｉよりも大きい第２加熱帯５（Ａｒｉ＝５１．３％、Ａｆｉ＝３７．６％）及び均熱帯６（Ａｒｉ＝２７．０％、Ａｆｉ＝６．１％）の空気比は炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値のみを用いて適切に制御できない。
また、排ガスの酸素濃度は、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値で２．０％、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値で１．３％とばらつきが大きい上、予め設定された値よりも大きく、不良であった。更に、原単位は１０５％で不良であった。
【００８６】
（比較例２の制御結果について）
比較例２では、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値及び炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値の両方を用いずに、均熱帯６（ｉ＝１）、第２加熱帯５（ｉ＝２）、第１加熱帯４（ｉ＝３）及び予熱帯３（ｉ＝４）毎の空気比を１．０となるように制御した。
その結果、侵入空気により高めになる酸素濃度を補正することができず、排ガスの酸素濃度は、吸引排ガス用酸素濃度検出器２８の検出値で２．０％、炉尻排ガス用酸素濃度検出器９の検出値で２．０％と大きく、その結果、均熱帯６（ｉ＝１）、第２加熱帯５（ｉ＝２）、第１加熱帯４（ｉ＝３）及び予熱帯３（ｉ＝４）毎の空気比も１．１０となった。また、原単位は１０５％で不良であった。
【符号の説明】
【００８７】
１  連続式鋼材加熱炉
２  炉体
３  予熱帯（燃焼制御帯）
４  第１加熱帯（燃焼制御帯）
５  第２加熱帯（燃焼制御帯）
６  均熱帯（燃焼制御帯）
７  煙道
８  煙突
９  炉尻排ガス用酸素濃度検出器
１０  蓄熱式切替燃焼バーナ
１０ａ，１０ｂ  蓄熱式バーナ
１１ａ，１１ｂ  蓄熱体
１２ａ，１２ｂ  燃料ガス切替弁
１３  燃料ガスヘッダ管
１４  燃料ガス集合管
１５  燃料ガス流量調節弁
１６  燃料ガス供給ライン
１７ａ，１７ｂ  燃焼用空気切替弁
１８  燃焼用空気ヘッダ管
１９  燃焼用空気集合管
２０  燃焼用空気流量調節弁
２１  燃焼用空気供給本管
２２  燃焼用空気ブロワ
２３ａ，２３ｂ  排ガス切替弁
２４  排ガスヘッダ管
２５  排ガス集合管
２６  排ガス流量調節弁
２７  吸引排ガス本管
２８  吸引排ガス用酸素濃度検出器
２９  吸引排ガスファン
３０  空気比制御部
３１  上位計算機
Ｓ  鋼材
【図１】
2020148426.tif 000012
【図２】
2020148426.tif 000013
【図３】
2020148426.tif 000014
【図４】
2020148426.tif 000015