(57)【要約】【課題】  安定した燃焼状態を維持しながら、制御目標温度と実績温度との偏差を小さくすることが可能な、連続式加熱炉、及びその燃焼制御方法を提供する。【解決手段】  予熱帯３０、加熱帯４０、及び均熱帯５０を備える連続式加熱炉１００の燃焼制御方法であって、予熱帯３０、加熱帯４０、又は均熱帯５０の少なくとも１以上の領域に、燃焼と吸気とを交互に行う蓄熱式バーナ１０、１０、…が２対以上備えられ、当該蓄熱式バーナ１０、１０、…へと供給される燃料の流量を変更する、１対以上の蓄熱式バーナ１０、１０、…を間引く、及び／又は、蓄熱式バーナ１０、１０、…の燃焼時間と吸気時間との割合を変更することにより、蓄熱式バーナ１０、１０、…の燃焼量が調整される、連続式加熱炉の燃焼制御方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予熱帯、加熱帯、及び均熱帯を備える連続式加熱炉の燃焼制御方法であって、
前記予熱帯、加熱帯、又は均熱帯の少なくとも１以上の領域に、燃焼と吸気とを交互に行う蓄熱式バーナが２対以上備えられ、
前記蓄熱式バーナへと供給される燃料の流量を変更する、１対以上の前記蓄熱式バーナを間引く、及び／又は、前記蓄熱式バーナの燃焼時間と吸気時間との割合を変更することにより、前記蓄熱式バーナの燃焼量が調整されることを特徴とする、連続式加熱炉の燃焼制御方法。
【請求項２】
前記蓄熱式バーナが３対以上備えられ、１対以上の前記蓄熱式バーナが間引かれる場合には、前記連続式加熱炉において加熱される被加熱材の両側で、同数の前記蓄熱式バーナが燃焼状態となることを特徴とする、請求項１に記載の連続式加熱炉の燃焼制御方法。
【請求項３】
予熱帯、加熱帯、及び均熱帯を具備し、
前記予熱帯、加熱帯、及び均熱帯の少なくとも１以上の領域に、燃焼と吸気とを交互に行う蓄熱式バーナが２対以上備えられ、
前記蓄熱式バーナへと供給される燃料の流量を変更する、１対以上の前記蓄熱式バーナを間引く、及び／又は、前記蓄熱式バーナの燃焼時間と吸気時間との割合を変更することにより、前記蓄熱式バーナの燃焼量を制御する制御手段が備えられることを特徴とする、連続式加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱式バーナを用いた連続式加熱炉、及びその燃料制御方法に関し、特に、制御目標温度と実績温度との偏差を小さくすることが可能な、連続式加熱炉、及びその燃焼制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、連続式加熱炉の省エネルギ対策として、交番燃焼方式の蓄熱式バーナの導入が図られている。この交番燃焼方式の蓄熱式バーナ（以下において、単に「蓄熱式バーナ」と記述する。）は、高温の燃焼排ガス顕熱を蓄熱体に蓄熱し、高温になった蓄熱体に燃焼空気を導入することで、直接熱交換により燃焼空気が加熱されるもので、熱回収効率が極めて高い。一般的な排ガス煙道に設置されるレキュペレータによる燃焼空気温度が５００℃程度であるのに対し、蓄熱式バーナによる回収空気温度は９００〜１１００℃程度であるため、蓄熱式バーナの利用により、燃焼空気を容易に加熱することが可能になり、省エネルギ効果を得ることが可能になる。
【０００３】
蓄熱式バーナを備える連続式加熱炉の操業方法に関する技術は、これまでに開示されてきている。例えば、特許文献１には、炉内各部位の加熱能力分布の偏りを抑え、温度分布の偏りを抑制した連続式加熱炉の操業方法として、蓄熱体を具備した２基のバーナで構成される蓄熱式切替燃焼バーナを３対以上並設した連続式加熱炉において、対向する対のバーナを消火（間引き）させる場合に、加熱炉内各部位の加熱能力分布の偏りを抑え、温度分布の偏りを抑制するために、並設されたバーナ対のうち、隣り合うバーナの一方が着火の時、他方が消火吸引状態となるようにする方法が開示されている。かかる技術によれば、帯板の連続焼鈍、スラブの連続加熱等において、非加熱材のサイズ変更等に際し、炉幅方向の材料温度の偏りを抑制し、バーナの加熱能力を最大限に発揮させ、しかも設備メンテナンス上の問題も生じない操業が達成される、としている。
【特許文献１】特開２０００−３５６３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示されている技術では、例えば偶数対の蓄熱式バーナを備える連続式加熱炉において、奇数対の蓄熱式バーナを間引く（蓄熱式バーナを完全に消火すること。以下において同じ。）と、当該加熱炉内を搬送される非加熱材の左右において、着火しているバーナの数に差が生じるため、炉内各部位の加熱能力分布の偏りが生じ、炉内の温度分布の偏りを抑制し難いという問題があった。
【０００５】
ところで、蓄熱式バーナは、高速噴流タイプの２次燃焼割合の高い燃焼方式を採用しているため、燃料流量を過度に低減すると、燃焼が不安定となり、燃焼を制御することが困難になる。ここに、蓄熱式バーナのターンダウン比（バーナ１本当たりの定格燃料流量と制御可能な最小燃料流量との比）は、一般に、１／３程度が限界であるとされる。すなわち、燃焼時の火炎が安定的に確保できるのは、ターンダウン比が１／３程度までであり、燃焼を制御可能な燃料流量の下限は、定格燃料流量の約３３％となる。
【０００６】
したがって、ターンダウン比が１／３で、かつ、蓄熱式バーナを間引くことにより作動中のバーナ対が１対となった場合に、特許文献１に開示されている技術によって、さらに燃焼量を低減するには、当該１対の蓄熱式バーナを完全に消火する必要がある。かかる低燃焼状態における加熱炉の温度制御は、蓄熱式バーナの完全消火とターンダウン比を１／３とする燃焼との繰り返しにより行われるため、燃料原単位の増大、及び、加熱炉の制御目標温度と実績温度との偏差の増大を招きやすいという問題があった。
【０００７】
燃料原単位の増大を抑制する等の観点からは、蓄熱式バーナ個々の単体能力を小さくして、低燃料流量域の燃焼制御を行うという方法も考えられるが、当該方法では、必要とされる蓄熱式バーナ数が増大し、設置スペースの確保が困難になるほか、設備費が嵩みやすいという問題がある。
【０００８】
炉内温度分布の偏りや、制御目標温度と実績温度との偏差が増大すると、部分的な過加熱や加熱不足により被加熱材の温度分布に偏りが生じ、連続式加熱炉以降の圧延工程等において操業阻害が発生しやすく、また、被加熱材の特性、品質上の問題が発生しやすい。そのため、連続式加熱炉における被加熱材の加熱においては、制御目標温度と実績温度との偏差を十分に小さくし、炉内温度分布の偏りを少なくする必要がある。もしこのような温度分布の偏り等が発生すると、例えば、連続加熱炉の加熱帯や均熱帯で十分な均熱を行う必要があるため、被加熱材が炉内で停滞し、加熱炉の加熱能力低下や、燃料原単位の増大を招きやすい。
【０００９】
そこで、本発明は、上記のような従来の技術問題を解決するため、安定した燃焼状態を維持しながら、制御目標温度と実績温度との偏差を小さくすることが可能な、連続式加熱炉、及びその燃焼制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、予熱帯、加熱帯、均熱帯の少なくとも１以上の領域に、２対以上の蓄熱式バーナを備える、連続式加熱炉の燃焼制御方法について検討し、蓄熱式バーナの燃焼状態を、（１）燃料流量（ターンダウン比）の変更、（２）バーナ間引き、（３）燃焼時間の変更、の組合せにより調整することで、従来よりも、低燃焼状態における加熱炉の温度を制御可能であることを見出した。さらに、蓄熱式バーナを間引く場合には、炉内温度分布の均一化を図る観点から、被加熱材の進行方向（搬送方向）に対して左右同一数の蓄熱式バーナが燃焼状態になる形態が好ましいことを知見した。
【００１１】
ここで、燃焼を安定的に制御可能とする観点から、上記ターンダウン比の下限は１／３程度である。また、炉内温度分布の均一化を図る観点から、間引きの限界は、４対バーナでは１／２（２対のバーナを間引く）、８対バーナでは１／４（２対のバーナを間引く）である。さらに、燃料ガスと空気との混合割合の安定性を維持する観点から、上記燃焼時間の下限は、燃焼と吸気とからなる１サイクルの全時間を１とするとき、０．２５程度である。なお、一対の蓄熱式バーナそれぞれの燃焼時間を同一とすることにより効果的な加熱を可能とする等の観点から、低燃焼状態への燃焼制御を実施しない場合には、燃焼時間及び吸気時間はそれぞれ０．５とされるため、燃焼時間の変更により燃焼状態を最大で１／２に低減することが可能である。したがって、例えば、連続式加熱炉内の１の領域に、４対の蓄熱式バーナが備えられる場合、上記（１）、（２）、及び（３）の全てを実行すれば、最大で、燃焼量が１／１２まで低減された低燃焼状態下で炉内の温度を制御することが可能になる。
【００１２】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１３】
請求項１に記載の発明は、予熱帯（３０）、加熱帯（４０）、及び均熱帯（５０）を備える連続式加熱炉（１００）の燃焼制御方法であって、予熱帯（３０）、加熱帯（４０）、又は均熱帯（５０）の少なくとも１以上の領域に、燃焼と吸気とを交互に行う蓄熱式バーナ（１０、１０、…）が２対以上備えられ、当該蓄熱式バーナ（１０、１０、…）へと供給される燃料の流量を変更する、１対以上の蓄熱式バーナ（１０、１０、…）を間引く、及び／又は、蓄熱式バーナ（１０、１０、…）の燃焼時間と吸気時間との割合を変更することにより、蓄熱式バーナ（１０、１０、…）の燃焼量が調整されることを特徴とする、連続式加熱炉の燃焼制御方法により、上記課題を解決する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の連続式加熱炉の燃焼制御方法において、蓄熱式バーナ（１０、１０、…）が３対以上備えられ、１対以上の蓄熱式バーナ（１０、１０、…）が間引かれる場合には、連続式加熱炉（１００）において加熱される被加熱材（１、１、…）の両側で、同数の蓄熱式バーナ（１０、１０、…）が燃焼状態となることを特徴とする。
【００１５】
ここに、被加熱材（１、１、…）の両側とは、連続式加熱炉（１００）内を搬送される被加熱材（１、１、…）の、搬送方向の両側を意味している。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、予熱帯（３０）、加熱帯（４０）、及び均熱帯（５０）を具備し、当該予熱帯（３０）、加熱帯（４０）、及び均熱帯（５０）の少なくとも１以上の領域に、燃焼と吸気とを交互に行う蓄熱式バーナ（１０、１０、…）が２対以上備えられ、蓄熱式バーナ（１０、１０、…）へと供給される燃料の流量を変更する、１対以上の蓄熱式バーナ（１０、１０、…）を間引く、及び／又は、蓄熱式バーナ（１０、１０、…）の燃焼時間と吸気時間との割合を変更することにより、蓄熱式バーナ（１０、１０、…）の燃焼量を制御する制御手段（８０）が備えられることを特徴とする、連続式加熱炉（１００）により、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、燃料流量の変更、蓄熱式バーナ（１０、１０、…）の間引き、及び／又は、蓄熱式バーナ（１０、１０、…）の燃焼時間の変更を組み合わせることで、安定した燃焼状態を維持しつつ、蓄熱式バーナ（１０、１０、…）を低燃焼状態で制御することが可能になる。したがって、本発明によれば、安定した燃焼状態を維持しながら、制御目標温度と実績温度との偏差を小さくし得る、連続式加熱炉の燃焼制御方法を提供することが可能になる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、被加熱材（１、１、…）の搬送方向両側において、燃焼状態の蓄熱式バーナ（１０、１０、…）が同数とされるので、上記効果に加えて、さらに炉内温度分布を容易に均一化し得る、連続式加熱炉の燃焼制御方法を提供することが可能になる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、制御手段（８０）によって、蓄熱式バーナ（１０、１０、…）が安定した燃焼状態を維持しつつ、その燃料能力が制御されるため、制御目標温度と実績温度との偏差を小さくすることが可能な、連続式加熱炉（１００）を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を容易に理解可能とするため、まず、一般的な連続式加熱炉（従来の連続式加熱炉）、及び、蓄熱式バーナについて、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図９は、従来の連続式加熱炉（アップテイク型加熱炉）を概略的に示す側面図である。炉内の様子を理解しやすくするため、被加熱材等を適宜透視して示している。
従来の連続式加熱炉９００は、予熱帯９３、加熱帯９４、及び均熱帯９５を具備している。装入口６１から装入された被加熱材１、１、…は、ウォーキングビーム６０によって抽出口６２へと搬送される過程で、例えば、加熱帯９４及び均熱帯９５の上部に設けられる軸流バーナ２１、２１、並びに、予熱帯９３の上部・下部、加熱帯９４の下部、及び均熱帯９５の下部に設けられるサイドバーナ２２、２２、…により、加熱される。加熱炉９００の装入口６１付近（炉尻）の上方には、排ガス煙道６３が設けられており、当該煙道６３の内部に、排ガスから廃熱を回収する換熱器（レキュペレータ）６４が配置され、当該レキュペレータ６４を介して、燃焼空気が暖められる。そして、上記レキュペレータ６４を通過した排ガスは、煙突６５を介して、大気へと放散される。
【００２２】
図１０は、蓄熱式バーナを概略的に示す断面図である。この図では、左側のバーナが燃焼状態にあり、右側のバーナが蓄熱状態（吸気状態）にある。図１０を参照しつつ、交番燃焼の形態を以下に説明する。
【００２３】
図示の蓄熱式バーナ１０において、配管７１、切替弁７２、及び配管７３を介して蓄熱器７４Ａへと供給された空気は、蓄熱器７４Ａの蓄熱体に蓄えられた熱によって、例えば１０００℃以上にまで加熱された後、配管７５Ａを介して供給される燃料ガスと混合され、バーナ１０Ａで燃焼される。バーナ１０Ａで燃料が燃焼されると、蓄熱式バーナ１０の炉内ガスが加熱される。このようにして加熱された炉内ガスは、バーナ１０Ｂを介して吸気され、当該炉内ガスの熱が、蓄熱器７４Ｂに備えられる蓄熱体によって回収される。そして、蓄熱器７４Ｂを通過したガスは、配管７６、切替弁７２及び配管７７を介して、大気へと放散される。
【００２４】
上記状態から所定の燃焼時間（吸気時間）が経過すると、切替弁７２が切り替えられ、上記バーナ１０Ａが吸気状態、上記バーナ１０Ｂが燃焼状態へと切り替わる。バーナ１０Ｂが燃焼状態になると、配管７１内を流れる燃焼空気が、切替弁７２、及び配管７６を介して蓄熱器７４Ｂへと達し、蓄熱器７４Ｂの蓄熱体に蓄えられた熱により、例えば１０００℃以上にまで加熱された後、配管７５Ｂを介して供給される燃料ガスと混合され、バーナ１０Ｂで燃焼される。バーナ１０Ｂで燃料が燃焼されると、蓄熱式バーナ１０の炉内ガスが加熱される。かかる炉内ガスは、バーナ１０Ａを介して吸気され、当該ガスの熱が、蓄熱器７４Ａに備えられる蓄熱体によって回収される。そして、蓄熱器７４Ａを通過したガスは、配管７３、切替弁７２、及び配管７７を介して、大気へと放散される。
このように、蓄熱式バーナによれば、上記形態の交番燃焼を繰り返すことにより、熱回収効率の極めて高い燃料が実施される。
【００２５】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
【００２６】
図１は、第１実施形態にかかる本発明の連続式加熱炉を概略的に示す側面図である。炉内の様子を理解しやすくするため、図１では被加熱材等を適宜透視して示し、図９に示す連続式加熱炉と同様の構成を採る部位には、図９にて使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００２７】
第１実施形態にかかる連続式加熱炉１００は、予熱帯３０、加熱帯４０、及び均熱帯５０を具備し、加熱帯４０及び均熱帯５０の上部に軸流バーナ２１、２１を、下部にサイドバーナ２２、２２、…を備え、さらに、予熱帯３０の上部及び下部に、蓄熱式バーナ１０、１０を、２対ずつ備えている。そして、温度検出手段８７による実績温度の検出結果等に基づいて機能する制御手段８０により、蓄熱式バーナ１０、１０、…の燃焼状態が制御されている。
【００２８】
本発明の連続式加熱炉１００において、蓄熱式バーナ１０、１０、…の燃焼状態は、制御手段８０によって制御される。制御手段８０には、蓄熱式バーナ１０、１０、…の燃焼状態制御を実行するＣＰＵ８２と、そのＣＰＵ８２に対する記憶装置とが設けられている。ＣＰＵ８２は、マイクロプロセッサユニット及びその動作に必要な各種周辺回路を組み合わせて構成され、ＣＰＵ８２に対する記憶装置は、例えば、蓄熱式バーナ１０、１０、…の燃焼制御に必要なプログラムや各種データを記憶するＲＯＭ８３と、ＣＰＵ８２の作業領域として機能するＲＡＭ８４等を組み合わせて構成される。当該構成に加えて、さらに、ＣＰＵ８２が、ＲＯＭ８３に記憶されたソフトウエアと組み合わされることにより、本発明の連続式加熱炉１００における制御手段８０が機能する。
【００２９】
温度検出手段８７からの出力信号は、入力ポート８１を介して、入力信号としてＣＰＵ８２へと到達する。一方で、タイマ８５により発せられた時間に関する信号も、ＣＰＵ８２へと到達する。ＣＰＵ８２は、温度検出手段８７からの信号、及びＲＯＭ８３に記憶された制御目標温度に関するプログラムに基づいて、出力ポート８６を介して、蓄熱式バーナ１０、１０、…や燃料流量制御器（不図示）に対する動作指令を制御する。具体的には、後述するように、炉内の制御目標温度と実績温度との偏差や時間等に応じて、蓄熱式バーナ１０、１０、…へと供給される燃料の流量変更、蓄熱式バーナ１０、１０、…の間引き、及び／又は、蓄熱式バーナ１０、１０、…の燃焼時間と吸気時間との割合の変更、を適宜組み合わせることにより、上記燃焼制御が実施される。
【００３０】
図２は、上記予熱帯３０の上部に備えられる２対の蓄熱式バーナ１０、１０の燃焼制御形態を示す概略図であり、紙面上下方向が被加熱材の搬送方向である。当該２対の蓄熱式バーナのうち、上記装入口６１側に配置される蓄熱式バーナ１０に備えられる１対のバーナを１１Ａ、１１Ｂ、上記加熱帯４０側に備えられる蓄熱式バーナ１０に備えられる１対のバーナを１２Ａ、１２Ｂとする。さらに、上記バーナ１１Ａ及び１２Ｂは、被加熱材１、１、…の搬送方向に対して左側に位置する一方、上記バーナ１１Ｂ及び１２Ａは、被加熱材１、１、…の搬送方向に対して右側に位置すると仮定して、本発明にかかる蓄熱式バーナ１１、１２の燃焼制御形態例を以下に説明する。なお、図２において、１００％とは、燃焼状態のバーナに定格流量の燃料が供給されている状態を、３３％とは、燃焼状態のバーナにターンダウン比が１／３となる流量の燃料が供給されている状態を、０％とは、バーナが吸気状態であることを、消火とは、燃焼状態であったバーナが消火されたことを、それぞれ意味している。
【００３１】
図２（Ａ）は、バーナ１１Ａ及び１２Ａが「１００％」であるとともに、これらと対をなすバーナ１１Ｂ及び１２Ｂが「０％」である状態（以下において「工程１１」と記述する。）を概略的に示しており、かかる蓄熱式バーナ１０、１０により、上記予熱帯３０の上部は最大限に加熱される「１００％燃焼状態」となる。この１００％燃焼状態から、本発明の燃焼制御方法により燃焼能力を低減する場合には、例えば、燃焼状態にあるバーナ１１Ａ及び１２Ａへと供給される燃料流量を変更することにより、当該バーナ１１Ａ及び１２Ａの燃焼能力を低下させる。ここで、蓄熱式バーナのターンダウン比は、１／３程度であり、安定した燃焼を維持しつつ燃焼能力を低減する場合における燃料流量の下限は、上記定格流量の約３３％である。したがって、本発明では、まず、工程１１におけるバーナ１１Ａ及び１２Ａへと供給される燃料流量を、定格流量の３３％へと低減することにより、バーナ１１Ａ及び１２Ａを「３３％」の状態にする（図２（Ｂ）参照）。
【００３２】
次に、本発明の燃焼制御方法により、図２（Ｂ）に示す工程１２の状態から燃焼能力をさらに低減させる場合、バーナ１１Ａ及び１２Ａへと供給される燃料流量をこれ以上低減すると、燃焼状態にあるバーナの安定した燃焼を維持することが困難になるため、一方のバーナ（例えば、１２Ａ）を間引く（消火する）ことで、その燃焼能力を低減させる。ここで、バーナ１２Ａを単に間引くと、燃焼状態にあるバーナ１１Ａへと供給される燃料流量がステップ的に変化する虞がある。そのため、かかる変化を防止するという観点から、本発明の燃焼制御方法を実施する場合には、バーナ１２Ａ及び１２Ｂを備える蓄熱式バーナ１０を間引きするとともに、バーナ１１Ａへと供給される燃料流量を一時的に定格流量の６６％にまで増加させ、その後、再び燃料流量を上記３３％にまで低減する事が好ましい（図２（Ｃ）参照）。このようにして、バーナ１１Ａのみを３３％状態とすることで、工程１１における１００％の燃焼能力を、１００×１／３×１／２≒１６．７％の燃焼能力へと低減することが可能になる。
【００３３】
さらに、本発明の燃焼制御方法により、図２（Ｃ）に示す工程１３の状態から燃焼能力を低減させる場合には、バーナ１１Ａ及び１１Ｂを備える蓄熱式バーナ１０の燃焼時間と吸気時間（以下において、「蓄熱時間」と記述することがある。）との割合を変更する。ここに、図示のバーナ１１Ａ及び１１Ｂは、バーナ１１Ａが燃焼状態にある時にバーナ１１Ｂが吸気状態にあり、バーナ１１Ｂが燃焼状態にある時にバーナ１１Ａが吸気状態にある。そのため、バーナ１１Ａ及び１１Ｂは燃焼と吸気を交互に繰り返し（以下において、燃焼及び吸気をあわせて「１サイクル」と記述することがある。）、通常の燃焼時には、各バーナの燃焼時間及び蓄熱時間が等しくなるように調整される。すなわち、１サイクルの時間を１００％とするとき、通常の燃焼時には、各バーナにおいて、燃焼時間が５０％、蓄熱時間が５０％とされる。そして、燃焼時間と蓄熱時間との割合を変更することにより燃焼能力を低減する場合、燃焼空気と燃料ガスとの混合割合の安定性を維持することにより、燃焼状態にあるバーナの安定した燃焼状態を確保する等の観点から、２５％以上の燃焼時間を確保することが望ましい。したがって、工程１３の状態から、さらに、バーナ１１Ａの燃焼・蓄熱時間の割合を、５０％：５０％から２５％：７５％へと変更することで、安定した燃焼状態を維持しながら、燃焼能力をさらに１／２低下する（バーナ１１Ａを３３×（１／２）≒１６％燃焼状態とする）ことが可能になる（図２（Ｄ）参照）。
【００３４】
図３は、バーナの燃焼時間及び蓄熱時間の形態を示す概略図である。図３（Ａ）は、燃焼状態にあるバーナの、通常時並びに燃焼時間変更時における、燃焼時間及び蓄熱時間の割合を示す概略図であり、図３（Ｂ）は、蓄熱式バーナに備えられる一対のバーナ（Ａバーナ、Ｂバーナ）の、通常時並びに燃焼時間変更時における、燃焼時間及び蓄熱時間の割合を示す概略図である。
【００３５】
図３（Ａ）に示すように、バーナ１サイクルの時間を１００％とするとき、通常時には、燃焼時間及び蓄熱時間がそれぞれ５０％とされる。これに対し、燃焼時間を変更することにより、燃焼時間を２５％、蓄熱時間を７５％とすると、燃焼状態にあるバーナの燃焼時間が半減するため、蓄熱式バーナの燃焼能力を１／２に低減することが可能になる。一方で、図３（Ｂ）に示すように、通常時には、一方のバーナが燃焼状態にあると他方のバーナは蓄熱状態とされていたが、上記燃焼時間の変更により燃焼・蓄熱時間の割合を変更すると、一対のバーナ双方がともに蓄熱状態とされる時間帯が加えられることで、一対の蓄熱式バーナの燃焼能力が低減される。
【００３６】
上記燃焼時間の変更は、例えば、蓄熱式バーナの１サイクルが１２０秒である場合、６０秒燃焼、６０秒吸気（蓄熱）の状態を、３０秒燃焼、９０秒吸気（蓄熱）へと変更することを意味している。ただし、蓄熱式バーナによる排ガス温度の上限が設定されている場合には、蓄熱時間の増加により排ガス温度の上限を超えることを防止するため、排ガス温度上限温度で吸気を中断し、蓄熱式バーナ１サイクル完了まで当該中断状態のまま保持することとなる。
【００３７】
上記調整により、１００％燃焼状態であった工程１１を、１００×（１／３）×（１／２）×（１／２）＝１００×（１／１２）≒８．３より、安定した燃焼状態を維持しながらその燃焼能力を８．３％にまで低減することが可能になる。すなわち、燃料流量（ターンダウン比）の変更、バーナ間引き、燃焼時間の変更、の組合せにより調整することで、燃焼量を大幅に低減することが可能になる。そして、本発明にかかる上記方法では、安定した燃焼状態を維持しながら、低燃焼状態の燃焼制御が可能になるため、制御目標温度と実績温度との偏差を、従来よりも小さくすることが可能になる。
【００３８】
次に、本発明の第２実施形態として、１の領域に４対の蓄熱式バーナが設置された連続式加熱炉の燃焼制御方法について、図を参照しつつ以下に説明する。
【００３９】
図４は、４対の蓄熱式バーナの燃焼制御形態を示す概略図であり、紙面上下方向が被加熱材の搬送方向である。図４において、バーナ１１Ａ及び１１Ｂ、バーナ１２Ａ及び１２Ｂ、バーナ１３Ａ及び１３Ｂ、並びに、バーナ１４Ａ及び１４Ｂが、それぞれ対をなしている。図４（Ａ）に示す工程２１は、バーナ１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、及び１４Ａが１００％燃焼状態であり、バーナ１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ、及び１４Ｂが吸気状態にある様子を示しており、これら４対の蓄熱式バーナにより、工程２１の燃焼能力は１００％とされている。この１００％の状態から、本発明の燃焼制御方法により燃焼能力を低減する場合には、例えば、燃焼状態にあるバーナ１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、及び１４Ａへと供給される燃料流量を１／２へ低減することにより、バーナ１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、及び１４Ａを５０％燃焼状態とし、燃焼能力が５０％である工程２２とする（図４（Ｂ）参照）。
【００４０】
次に、当該工程２２の状態から、燃焼状態にあるバーナの安定した燃焼状態を維持しつつ燃焼能力をさらに低減させる場合には、例えば、バーナ１３Ａ及び１３Ｂを備える蓄熱式バーナ、並びに、バーナ１４Ａ及び１４Ｂを備える蓄熱式バーナを消火（間引き）する（図４（Ｃ）参照）。この際、ステップ的な燃料流量の変化を防止するため、燃焼状態を維持するバーナ１１Ａ及び１２Ａへと供給される燃料流量を一旦１００％へと増大させた後、その燃料流量を５０％に戻すことが好ましい。かかる制御により、図４（Ｃ）に示す工程２３は、工程２１の状態から、燃料流量が１／２、燃焼状態にあるバーナ数が１／２となり、４対の蓄熱式バーナ全体の燃焼能力が２５％へと低減される。
【００４１】
工程２３の状態から燃焼能力をさらに低減させる場合には、バーナ１１Ａ及び１２Ａへと供給される燃料流量を、安定燃焼を維持可能な下限値である定格流量の３３％にまで低減した後、燃焼・蓄熱時間の割合を、５０％：５０％から、２５％：７５％へと変更する（図４（Ｄ）参照）。かかる変更により、図４（Ｄ）に示す工程２４の状態では、燃焼量を蓄熱式バーナ４対全体の能力の約８．３％（間引き（２／４）×ターンダウン（１／３）×燃焼時間制御（１／２）＝１／１２）まで低減することが可能になる。
【００４２】
第２実施形態にかかる上記燃焼制御方法では、被加熱材の搬送方向に対して左右で燃焼中のバーナ数が常に同数となり、左右で燃焼状態に偏りが生じない。そのため、被加熱材の両側において、加熱炉内の温度差が小さくなり、炉内温度分布を均一化することが容易になるため、被加熱材の均一な加熱が可能になる。
【００４３】
これに対し、４つのバーナが燃焼状態にある状況から、各バーナへと供給される燃料流量を定格流量の１／３として燃焼能力を１／３へと低減した時点（上記工程２２のバーナ１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、及び１４Ａが３３％燃焼状態である場合に相当）で、例えば、バーナ１４Ａ及び１４Ｂを備える蓄熱式バーナを消火して間引くと、残りの３対の蓄熱式バーナにより、被加熱材が加熱される。かかる状態で被加熱材が加熱されると、当該被加熱材の片側が２つのバーナにより、他方の側が１つのバーナのみによりそれぞれ加熱され、被加熱材の加熱が左右方向に不均一となる。このようにして、被加熱材の温度分布に偏りが生じると、連続式加熱炉以降の工程において、操業阻害が発生しやすく、また、被加熱材の特性、品質上の問題が発生しやすい。そこで、本発明では、かかる問題を回避するため、左右で燃焼状態に偏りが生じ難い、上記燃焼制御形態としている。
【００４４】
なお、上記説明では、予熱帯、加熱帯、均熱帯のうち、１の領域に２対又は４対の蓄熱式バーナが備えられる形態の連続式加熱炉について記述したが、本発明を適用可能な連続式加熱炉は当該形態に限定されず、２以上の領域（例えば、予熱帯、加熱帯、及び均熱帯）に２対以上の蓄熱式バーナが備えられていても良い。かかる形態の連続式加熱炉であっても、上記形態で燃焼を制御することにより、制御目標温度と実績温度との偏差を小さくすることが可能になる。
【実施例】
【００４５】
＜実施例１＞
１の領域に蓄熱式バーナを２対設置した図１に示す連続式加熱炉を用いて、図２に示す燃焼制御を行った（実施例１）。蓄熱式バーナを設置した領域における、制御目標温度及び実績温度の結果を図５に示す。また、比較例として、従来の方法により燃焼を制御した場合における、制御目標温度及び実績温度の結果を図６に示す。図５及び図６において、制御目標温度及び実績温度の推移を破線及び実線で、燃料流量の推移を棒グラフで、それぞれ示す。また、図５及び図６において、横軸は時間（ｓｅｃ）、縦軸は、炉内温度（℃）、ガス流量（Ｌ／ｓｅｃ）を示しており、バーナＡ及びバーナＢを、それぞれＡ及びＢと示している。以下、図２を適宜参照しつつ、本実施例について説明する。
【００４６】
図５に示すように、本発明の燃焼制御を行った実施例１では、制御目標温度の設定に基づき、まず、燃料流量を減少（ターンダウン）し（図２（Ｂ）参照）、次いで、図２（Ｃ）に示す間引き制御を行った。その後、さらに、１サイクル中の燃焼時間を変更（減少）する燃焼時間制御を行うことにより（図２（Ｄ）参照）、蓄熱式バーナの燃焼を制御した。その結果、図６に示す比較例の結果に比べ、制御目標温度との温度差が少ない温度制御を実施することができた。
【００４７】
一方、図６に示す比較例では、ターンダウン及び間引きを行った後、制御目標温度と実績温度との乖離を低減するため、バーナを完全に消火し、次いで、炉内温度が過度に低下することに起因する制御目標温度と実績温度との乖離を低減するため、点火と完全消火とを繰り返すことにより、炉内温度を制御した。比較例にかかる燃焼制御では、点火／消化のハンチングを防止するために、ある一定流量指示を超えてから再点火、流量制御を実施したため、制御目標温度と実績温度との乖離が大きくなり、炉内温度を精度良く制御することができなかった。
【００４８】
すなわち、実施例１により、本発明によれば、低燃焼域における効果的な燃焼制御が可能であるため、炉内温度を精度良く制御可能であることが確認された。このように、低燃焼域における燃焼制御が可能になれば、被加熱材の過加熱を抑制すること、熱回収効率を向上させること、及び、燃料原単位を低減することが可能になる。
【００４９】
＜実施例２＞
１の領域に蓄熱式バーナを４対設置した第２実施形態にかかる連続式加熱炉を用いて、図４と同様の燃焼制御を行った（実施例２）。実施例２にかかる燃焼制御形態の概略図を図７に、当該燃焼制御形態により加熱された被加熱材の温度分布、及び、１対のバーナを間引く従来の燃焼制御形態（比較例２）により加熱された被加熱材の温度分布の結果を図８に、あわせて示す。図８において、横軸は、被加熱材の長手方向位置を、縦軸は被加熱材の温度（℃）を示している。
【００５０】
図７に示すように、実施例２にかかる４対の蓄熱式バーナは、バーナ１ａ及び１ｂ、バーナ２ａ及び２ｂ、バーナ３ａ及び３ｂ、並びに、バーナ４ａ及び４ｂが対をなしており、図７は、燃焼状態にあるバーナ１ｂ、２ｂ、３ｂ、及び４ｂと、吸気状態にあるバーナ１ａ、２ａ、３ａ、及び４ａとを、概略的に示している。
実施例２にかかる燃焼制御では、４つのバーナ１ｂ、２ｂ、３ｂ、及び４ｂの燃焼が継続されている状態（図７（Ａ）参照）から、徐々に燃料投入量を減少し（図７（Ｂ）参照）した。その後、２対の蓄熱式バーナ（バーナ３ａ及び３ｂを備える蓄熱式バーナ、並びに、バーナ４ａ及び４ｂを備える蓄熱式バーナ）を間引くことにより、残り２対の蓄熱式バーナ（バーナ１ａ及び１ｂを備える蓄熱式バーナ、並びに、バーナ２ａ及び２ｂを備える蓄熱式バーナ）を用いて被加熱材を加熱した（図７（Ｃ）参照）。かかる形態の燃焼制御により、被加熱材の左右が同数のバーナにより加熱され、被加熱材の左右における燃料投入量のバランスが均等となったため、被加熱材の左右の温度分布が均等になった（図８参照）。
【００５１】
これに対し、比較例２にかかる燃焼制御では、例えば、バーナ４ａ及び４ｂを備える蓄熱式バーナを間引くことにより、残り３対の蓄熱式バーナを用いて被加熱材を加熱した。そのため、被加熱材の左右が異なる数のバーナにより加熱され、被加熱材一方の側の温度のみが高くなり、被加熱材の温度分布が不均一となった。
【００５２】
すなわち、実施例２により、本発明によれば、炉内温度分布を均一化し得ることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１実施形態にかかる本発明の連続式加熱炉を概略的に示す側面図である。
【図２】２対の蓄熱式バーナの燃焼制御形態を示す概略図である。
【図３】バーナの燃焼時間及び蓄熱時間の調整形態を示す概略図である。
【図４】４対の蓄熱式バーナの燃焼制御形態を示す概略図である。
【図５】実施例１にかかる制御目標温度及び実績温度の結果を示す図である。
【図６】比較例１にかかる制御目標温度及び実績温度の結果を示す図である。
【図７】実施例２にかかる燃焼制御形態を示す概略図である。
【図８】実施例２及び比較例２にかかる被加熱材の温度分布を示す図である。
【図９】従来の連続式加熱炉を概略的に示す側面図である。
【図１０】蓄熱式バーナを概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  被加熱材
１０  蓄熱式バーナ
２１  軸流バーナ
２２  サイドバーナ
３０  予熱帯
４０  加熱帯
５０  均熱帯
６０  ウォーキングビーム
６１  装入口
６２  抽出口
６３  煙道
６４  レキュペレータ
６５  煙突
８０  制御手段
１００  連続式加熱炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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