(57)【要約】【目的】直火型加熱炉１０に間接型加熱炉２０を直列させた加熱設備において、直火型加熱炉１０のヒートパターン４５及び間接型加熱炉２０の温度設定値を変更し、目標出側板温Ｔｏに実測出側板温Ｔｆを迅速に一致させる。【構成】間接型加熱炉２０から送り出される鋼帯Ｓの目標出側板温に応じて間接型加熱炉２０の炉温設定値を管理する。通板条件の変更に伴い出側板温に偏差が生じる場合、間接型加熱炉２０の炉温設定値を変更すると共に、炉温制御器４６からのヒートパターン変更指令ｓ６によって直火型加熱炉１０のヒートパターン４５も変更する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼帯表面に火炎を吹きつける複数のノズルが長手方向に沿って設けられた直火型加熱炉と輻射熱で鋼帯を加熱する複数のラジアントチューブが長手方向に沿って設けられた間接型加熱炉を鋼帯の走行方向に直列配置した加熱設備において、間接型加熱炉の出側板温の目標値に対応するヒートパターンを直火型加熱炉に設定し、炉温を間接型加熱炉に設定し、間接型加熱炉の出側板温の目標値に対する出側板温実測値の偏差を取り込んだ補正を間接型加熱炉の炉温設定値に加えると共に、間接型加熱炉の炉温設定値に対する炉温実測値の偏差を取り込んだ補正を直火型加熱炉のヒートパターンに加えることを特徴とする鋼帯の加熱温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、連続走行している鋼帯を加熱処理する際に板温を目標値に高精度で制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続溶融めっきラインでは、めっき原板としての鋼帯を還元焼鈍することによって鋼帯表面を活性化した後、溶融めっき浴に浸漬している。還元焼鈍は非酸化性雰囲気中で実施されるが、加熱効率の良い直火型加熱炉で鋼帯を所定温度まで加熱し、次いで雰囲気による酸化や汚染のない間接型加熱炉で鋼帯を目標温度まで昇温する方式が知られている。直火型加熱炉，間接型加熱炉を直列配置した加熱設備は、連続溶融めっきラインに限らず、鋼帯の熱処理や冷間圧延に先立つ中間焼鈍等にも有効である。
【０００３】
直火型加熱炉は、鋼帯表面の酸化が懸念される場合、鋼帯表面を還元炎であぶることによって鋼帯を加熱している。鋼帯を火炎で直接加熱するため、加熱効率や応答性に優れている。しかし、火炎に直接接触する鋼帯表面では、還元炎を当てる場合にあっても、還元炎に僅かに含まれる酸素によってＭｎ，Ｓｉ，Ａｌ等の易酸化性元素が酸化されやすい。また、還元反応の反応生成物が異物となって鋼帯表面に残留し、後工程に持ち込まれる虞がある。
易酸化性元素の酸化や異物の付着は、鋼帯が高温域に達したときに生じやすい。この点、高温域での鋼帯加熱に間接型加熱炉を使用すると、材質に悪影響を及ぼす酸化や異物の付着が防止される。間接型加熱炉としては、高温の燃焼ガスが流れる加熱管を炉内に配置し、加熱管からの輻射熱で鋼帯を加熱する方法，電熱で鋼帯を加熱する方法等が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
直火型加熱炉，間接型加熱炉を直列させた加熱設備には、一定品種に限ったものではなく、種々の品種の鋼帯が送り込まれる。たとえば、連続操業による生産性の向上を図る場合、先行鋼帯のテールに品種の異なる後続鋼帯のトップを溶接した状態で加熱設備に連続通板することがある。品種の変更は、鋼帯の昇温速度に影響を与える。たとえば、薄い鋼帯に続けて熱容量の大きな厚い鋼帯を同じ加熱条件下で加熱すると、厚い鋼帯が昇温不足になる。昇温不足は、品種の変更以外に通板速度等の操業条件を鋼帯走行中に変更したときにも生じる。
【０００５】
昇温不足を解消し鋼帯を目標温度まで昇温するためには、直火型加熱炉，間接型加熱炉それぞれの加熱条件を制御する手段が採用される。しかし、直火型加熱炉，間接型加熱炉それぞれ単独で加熱条件を制御したのでは、応答性に劣る間接型加熱炉での制御精度が十分でなく、依然として昇温不足を解消できない場合がある。また、低い応答性を見込んで間接型加熱炉の温度を高く設定すると、目標温度以上に鋼帯が加熱される虞がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、通板条件の変更時に予測される鋼帯の出側温度を直火型加熱炉のヒートパターン及び間接型加熱炉の炉温設定値に反映させることにより、材質に悪影響を及ぼさない加熱が可能な間接型加熱炉の長所を活かしながら効率よく且つ迅速に鋼帯を目標温度まで加熱することを目的とする。
【０００７】
本発明は、その目的を達成するため、鋼帯表面に火炎を吹きつける複数のノズルが長手方向に沿って設けられた直火型加熱炉と輻射熱で鋼帯を加熱する複数のラジアントチューブが長手方向に沿って設けられた間接型加熱炉を鋼帯の走行方向に直列配置した加熱設備において、間接型加熱炉の出側板温の目標値に対応するヒートパターンを直火型加熱炉に設定し、炉温を間接型加熱炉に設定し、間接型加熱炉の出側板温の目標値に対する出側板温実測値の偏差を取り込んだ補正を間接型加熱炉の炉温設定値に加えると共に、間接型加熱炉の炉温設定値に対する炉温実測値の偏差を取り込んだ補正を直火型加熱炉のヒートパターンに加えることを特徴とする。
【０００８】
【実施の形態】
本発明が適用される加熱設備は、鋼帯Ｓの走行方向に沿って直火型加熱炉１０，間接型加熱炉２０を直列させ、直火型加熱炉１０と間接型加熱炉２０との間に中間チャンバ３２を配置し、鋼帯Ｓの加熱温度を制御する温度制御システム４０を具備させている。図１では竪型の直火型加熱炉１０を示しているが、直火型加熱炉１０，間接型加熱炉２０を竪型，横型の何れにするかは工場内スペースに応じて適宜変更される。
【０００９】
直火型加熱炉１０は、鋼帯入口１１から鋼帯出口１２に延びる長尺の側壁１３をもち、側壁１３に適宜の間隔で複数の火炎吹込みノズル１４１，１４２．．．１４ｎが装着されている。必要に応じて側壁１３の一部を開口し、炉内雰囲気ガスの一部を予熱炉１５に送り込む連通管１６を付設する場合もある。
間接型加熱炉２０も、鋼帯入口２１から鋼帯出口２２に延びる長尺の側壁２３をもち、鋼帯Ｓのパスラインに沿って複数のラジアントチューブ２４１，２４２．．．２４ｎが炉内に配置されている。それぞれのラジアントチューブ２４１，２４２．．．２４ｎには、流量調整弁２５を経て高温の熱媒２６が送り込まれる。また、間接加熱帯の炉内温度を検出するための炉内温度検出器２７１，２７２．．．２７ｎが設けられている。
【００１０】
鋼帯Ｓは、適宜予熱炉１５で予熱された後、デフレクタロール３１を経て直火型加熱炉１０に送り込まれ、ノズル１４１，１４２．．．１４ｎから吹き込まれた火炎で加熱された後、中間チャンバ３２に送り出される。中間チャンバ３２は、直火型加熱炉１０から雰囲気ガスが流入しないように、鋼帯出口１２側にシールロール３３を備えている。
鋼帯Ｓは、中間チャンバ３２内でデフレクタロール３４によって方向を変えられた後、シールロール３５を経て間接型加熱炉２０に送り出される。中間チャンバ３２から間接型加熱炉２０に走行する鋼帯Ｓの温度が第１の板温検出器３６で測定される。
【００１１】
間接型加熱炉２０に送り込まれた鋼帯Ｓは、ラジアントチューブ２４１，２４２．．．２４ｎによって目標温度に加熱され、鋼帯出口２２から次工程に送り出される。鋼帯出口２２を通過する鋼帯Ｓは、第２の板温検出器２８で測温される。温度制御システム４０は、製造指令に応じてヒートサイクルコードを決定するホストコンピュータ４１をもち、決定されたヒートサイクルコードｓ１がプロセスコンピュータ４２に出力される。プロセスコンピュータ４２では、ヒートサイクルコードｓ１に基づいて直火型加熱炉１０及び間接型加熱炉２０のヒートパターンに対応する該当テーブルｓ２，ｓ３を選択する。選択された該当テーブルｓ２，ｓ３は、プロセスコンピュータ４２から直火加熱モデル設定器４３，間接加熱モデル設定器４４にそれぞれ出力される。
【００１２】
直火加熱モデル設定器４３では、入力された該当テーブルｓ２に従ってノズル１４１，１４２．．．１４ｎそれぞれに供給する燃料，空気の流量及び流量切換え時期を算出する。たとえば、図２に示すような流量Ｑ１，Ｑ２．．．，ラインスピードｖ１，ｖ２．．．の変更点を含むヒートパターン４５を算出する。ヒートパターン４５は燃料，空気供給系に出力され、各ノズル１４１，１４２．．．１４ｎから直火型加熱炉１０内に吹き込まれる燃料，空気がヒートパターン４５の流量Ｑ１，Ｑ２．．．，ラインスピードｖ１，ｖ２．．．の変更点に従って切り替えられる。
間接加熱モデル設定器４４では、入力された該当テーブルｓ３に従って間接加熱帯２７１，２７２．．．２７ｎそれぞれの設定炉温を算出する。炉温制御器４６により前述の設定炉温を目標値とした各ラジアントチューブ２４１，２４２．．．２４ｎのガス流量調整が流量調整弁２５により行われる。
【００１３】
この温度制御システム４０に、間接型加熱炉２０から送り出される鋼帯Ｓの温度Ｔｆをフィードバックさせ、目標出側板温Ｔｏと実測出側板温Ｔｆとの温度差ΔＴに応じて間接型加熱炉２０の炉温設定値を変更する。
鋼帯Ｓの出側温度Ｔｆは鋼帯出口２２に配置した板温検出器２８で測定され、測定結果が板温比較器４７に入力される。板温比較器４７では、プロセスコンピュータ４２から予め入力されている目標出側板温Ｔｏに実測出側板温Ｔｆを比較させ、比較結果（温度差）ΔＴがゼロに近づく指令を炉温制御器４６に出力する。鋼種，板厚，ラインスピード等、通板条件の変更に伴い間接型加熱炉２０の炉温設定値の変更に加え、必要に応じ直火型加熱炉１０のヒートパターン４５を変更する。直火型加熱炉１０のヒートパターン変更は、時定数が大きく即応性に欠ける間接型加熱炉２０の欠点を解消する上でも有効である。
【００１４】
間接型加熱炉２０において閾値を超える炉温偏差ΔＴ’が炉温に生じた場合、ヒートパターン変更指令ｓ６として演算器４８に出力される。演算器４８では、ヒートパターン変更指令ｓ６に基づいてヒートパターン４５の流量Ｑ１，Ｑ２．．．，流量変更タイミングｔ１，ｔ２．．．を再計算する。再計算結果を取り込んだヒートパターン４５を新たに求め、更新されたヒートパターン４５で各ノズル１４１，１４２．．．１４ｎから直火型加熱炉１０に吹き込まれる燃料，空気の流量及び流量変更タイミングを調整する。更新後のヒートパターン４５に従って加熱された鋼帯Ｓの温度は直火型加熱炉１０の出側にある板温検出器３６で検出され、検出結果をヒートパターン４５に反映させると一層精度の高い温度管理が達成される。
【００１５】
ヒートパターン４５は、たとえば次の手順で再設定される。
温度差ΔＴ’と補正量ｋとの関係を表したマップ（図３）を演算器４８に予め入力しておく。マップは、制御精度を向上させる上で各ヒートパターン４５ごとに作成しておくことが好ましいが、代表的なマップを一つだけ使用することも可能である。そして、数秒周期で温度差ΔＴ’（炉温偏差）を求め、温度差ΔＴ’が閾値±ΔＴ’ｔｈを超えたとき、超過分に対応する補正量ｋを直火加熱モデル設定器４３に出力し、現在の温度差ΔＴ’を解消するのに好適なヒートパターン４５に更新する。ヒートパターン４５の代表的な設定因子であるガス流量Ｑはラインスピードに応じて決定されるが、更新前のラインスピードｖ２及び補正量ｋからｖ３＝（１＋ｋ）・ｖ２として再設定後のラインスピードｖ３が求められる（図２）。閾値ΔＴ’ｔｈ＝３０℃，補正量ｋの上限α，下限βを共に０．２としたモデル（図３）で、間接型加熱炉２０の炉温設定値８００℃に対し炉温実測値が７００℃の場合、炉温偏差ΔＴ’＝１００℃となるので補正量ｋ＝０．２が得られ、ｖ’＝（１．０＋２．０）ｖ＝１．２ｖとなり、直火型加熱炉１０のガス流量が０．２ｖに相当するΔＱだけ増加される。
【００１６】
このようにして、応答性の低い間接型加熱炉２０に温度差ΔＴ’が実測され、実測出側板温Ｔｆと目標出側板温Ｔｏとの板温偏差ΔＴが予測される場合でも、間接型加熱炉２０の能力を補完するように直火型加熱炉１０の加熱負荷を変更することにより、目標出側板温Ｔｏに実測出側板温Ｔｆを迅速に一致させることが可能となる。
前述した例では、実測出側板温Ｔｆが目標出側板温Ｔｏに達しない場合を説明したが、本発明はこれに拘束されるものではなく、たとえば目標出側板温Ｔｏを高く設定して先行鋼帯Ｓを加熱した後、目標出側板温Ｔｏを低く設定して後続鋼帯Ｓを連続加熱することにも適用できる。この場合には、それぞれの鋼帯Ｓの目標出側板温Ｔｏに見合ったヒートパターン４５及び接続部の通過信号にて新たに間接加熱モデル４４で設定される。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、通板条件の変更時に間接型加熱炉から送り出される鋼帯の出側板温が目標出側板温からずれないように、間接型加熱炉の炉温設定値を変更すると共に間接型加熱炉の低い応答性を補うように直火型加熱炉のヒートパターンを変更制御しているので、鋼帯が精度良く目標出側板温まで加熱される。その結果、鋼帯表面に酸化，異物付着等の悪影響を与えることがない間接型加熱炉の長所が活用され、目的に叶った鋼帯の加熱や熱処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った温度制御システムを備えた加熱設備の概略図
【図２】ヒートパターンの一例
【図３】ヒートパターン再設定時の補正量ｋと温度差ΔＴ’との関係を表す説明図
【符号の説明】
１０：直火型加熱炉　　１４１，１４２．．．１４ｎ：火炎吹込みノズル
２０：間接型加熱炉　　２４１，２４２．．．２４ｎ：ラジアントチューブ　　２５：流量調整弁　　２７１，２７２．．．２７ｎ：炉内温度検出器　　２８：板温検出器
４０：温度制御システム　　４３：直火加熱モデル設定器　　４４：間接加熱モデル設定器　　４５：ヒートパターン　　４６：炉温制御器　　４７：板温比較器　　４８：演算器
Ｔｆ：実測出側板温　　Ｔｏ：目標出側板温　　ΔＴ：温度差（比較結果）
Ｓ：鋼帯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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