(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記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鋼材加熱炉であって、前記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に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することを特徴とする連続鋼材加熱炉。
【請求項２】
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、前記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鋼材加熱炉であって、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、前記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することを特徴とする連続鋼材加熱炉。
【請求項３】
請求項１に記載の連続鋼材加熱炉を用いた鋼材加熱方法であって、
前記燃焼制御装置の設定値が前記誘引排ガス中の酸素濃度の場合は、前記酸素濃度検出器により検出した前記燃焼制御帯毎の誘引排ガス中の酸素濃度が、設定した酸素濃度になるように、前記燃焼制御帯に供給する燃焼空気流量を前記燃焼制御帯毎に調整し、
前記燃焼制御装置の設定値が前記燃焼制御帯の空気比の場合は、燃料ガス種により定まるあらかじめ設定された理論空気量および理論排ガス量の値から前記設定された空気比に相当する前記誘引排ガス中の酸素濃度を演算により算出して、前記酸素濃度検出器により検出した前記燃焼制御帯毎の誘引排ガス中の酸素濃度が、この演算によって算出された誘引排ガス中酸素濃度になるように、前記燃焼制御帯に供給する燃焼空気流量を前記燃焼制御帯毎に調整することによって空気比を制御することを特徴とする鋼材加熱方法。
【請求項４】
請求項２に記載の連続鋼材加熱炉を用いた鋼材加熱方法であって、
前記誘引排ガス本管の最上流側の酸素濃度検出器よりも上流側に前記誘引排ガスヘッダ管との合流部があるすべての燃焼制御帯は一つの空気比制御対象範囲を構成し、且つ、隣り合う前記酸素濃度検出器の間に前記誘引排ガスヘッダ管との合流部があるすべての燃焼制御帯は、隣り合う前記酸素濃度検出器の間毎にそれぞれ別の一つの空気比制御対象範囲を構成し、
前記燃焼制御装置の設定値が前記誘引排ガス中の酸素濃度の場合は、前記酸素濃度検出器により検出した前記空気比制御対象範囲毎の誘引排ガス中の酸素濃度が、設定した酸素濃度になるように、前記燃焼制御帯に供給する燃焼空気流量を前記燃焼制御帯毎に調整し、
前記燃焼制御装置の設定値が前記燃焼制御帯の空気比の場合は、燃料ガス種により定まるあらかじめ設定された理論空気量および理論排ガス量の値から前記設定された空気比に相当する前記誘引排ガス中の酸素濃度を演算により算出して、前記酸素濃度検出器により検出した空気比制御対象範囲毎の誘引排ガス中の酸素濃度が、この演算によって算出された誘引排ガス中酸素濃度になるように、前記燃焼制御帯に供給する燃焼空気流量を前記燃焼制御帯毎に調整することによって空気比を制御することを特徴とする鋼材加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱式切替燃焼バーナを備えた連続熱間圧延用の鋼材を加熱するための連続鋼材加熱炉の空気比制御装置および制御方法に関するものである。特に、蓄熱式切替燃焼バーナを備えた燃焼制御帯が少なくとも二つ以上ある連続鋼材加熱炉において、省エネルギーや低ＮＯｘや鋼材酸化制御のために蓄熱式切替燃焼バーナを備えた燃焼制御帯を適切な空気比にて燃焼させることができる連続鋼材加熱炉およびこれを用いた鋼材の加熱方法である。
【背景技術】
【０００２】
従来技術による連続鋼材加熱炉および加熱方法の概略を図５を用いて説明する。
図５は連続鋼材加熱炉の一つの燃焼制御帯を示しており、蓄熱式切替燃焼バーナ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆが備えられている。これら蓄熱式切替燃焼バーナ１は二台一組で動作するが、一般的には隣接する二台または対向する二台を一組に選ぶ。ここでは対向する二台を組とした場合を例に説明する。バーナ１ａが燃焼状態のときは、燃料ガス用切替弁２ａおよび燃焼空気用切替弁３ａは開状態であり、誘引排ガス用切替弁４ａは閉状態である。一方で、対向するバーナ１ｄは排ガス誘引状態であり、燃料ガス用切替弁２ｄおよび燃焼空気用切替弁３ｄは閉状態であり、誘引排ガス用切替弁４ｄは開状態である。その他のバーナにおいてもそのバーナが燃焼状態もしくは排ガス誘引状態であるかで前記バーナ１ａもしくは１ｄと同様な弁の開閉状態をとる。
【０００３】
誘引排ガスは燃焼制御帯から蓄熱式切替燃焼バーナ、たとえば１ｄと１ｅと１ｆとを通り、当該燃焼制御帯用の誘引排ガスヘッダ管１９を通り、誘引排ガス本管２２を通り、排ガス誘引ファン１３を通り、煙突１４を通して大気空間に排出される。このとき誘引排ガスヘッダ管１９に設置されている誘引排ガス用流量検出器９と誘引排ガス用流量調節弁１０により所望の誘引排ガス流量に制御される。一般的には、誘引排ガスヘッダ管１９に設置される排ガス温度計（図示省略）指示値に基づいて誘引排ガス流量は制御される。
【０００４】
燃料ガスは燃料ガス本管２０を通り、当該燃焼制御帯用の燃料ガスヘッダ管１７を通り、燃焼状態のバーナ、たとえば１ａと１ｂと１ｃに供給される。このとき燃料ガスヘッダ管１７に設置されている燃料ガス用流量検出器５と燃料ガス用流量調節弁６により所望の燃料ガス流量に制御される。一般的には、燃料ガス流量は当該燃焼制御帯の設定炉温を満たすように、または、設定された燃料ガス流量になるように制御される。
【０００５】
燃焼空気は燃焼空気ブロア１２より供給され、燃焼空気本管２１を通り、当該燃焼制御帯用の燃焼空気ヘッダ管１８を通り、燃焼状態のバーナ、たとえば１ａと１ｂと１ｃに供給される。このとき燃焼空気ヘッダ管１８に設置されている燃焼空気用流量検出器７と燃焼空気用流量調節弁８により所望の燃焼空気流量に制御される。従来技術による燃焼空気流量の制御装置および制御方法は以下のようである。
【０００６】
空気比制御装置は、燃料ガス用流量検出器５、燃焼空気用流量検出器７、燃焼空気用流量調節弁８および演算機能を有する燃焼制御装置１６を含んでいる。燃焼制御装置１６は、入力として次の３つを受け取る。すなわち、加熱炉運転者または加熱炉用プロコン２３からの当該燃焼制御帯の設定空気比または設定排ガス中酸素濃度、燃料ガス用流量検出器５からの当該燃焼制御帯に供給されている燃料ガス流量、および、燃焼空気用流量検出器７からの当該燃焼制御帯に供給されている燃焼空気流量である。そして、燃焼制御装置１６は燃焼空気流量が前記設定空気比になるように、または、前記設定排ガス中酸素濃度もしくは前記設定空気比と燃料種とから算出される相当の排ガス中酸素濃度になるように、燃焼空気流量調節弁８を制御する。
【０００７】
しかしながら、実際の加熱炉では、扉や炉下からの侵入空気の影響や種々流量検出器の誤差などから、炉内では必ずしも設定空気比で燃焼していないことがある。そこで、燃料ガス成分と空気比とが決まれば、排ガス中の酸素濃度が理論的に算出できることを利用して、空気比を制御する技術がある。
【０００８】
たとえば、特許文献１には安定した酸素濃度を検出するために排ガス誘引系に酸素濃度検出器１５を設けて、この検出した酸素濃度が目標値に収斂するようにフィードバック回路を組み、炉内の実質的な空気比が狙い通りになるように燃焼空気流量調節弁８を制御する方法が記載されている。
【０００９】
また、特許文献２では加熱炉内の複数箇所に酸素濃度検出器の検出端を直接挿入して酸素濃度を測定する技術が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平７−１０３４６１号公報
【特許文献２】特開昭５５−３５８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
連続加熱炉は複数の燃焼制御帯を備えているが、これら燃焼制御帯に供給される燃料ガス量は燃焼制御帯毎で異なっていることが一般的である。たとえば、各３〜４の燃焼制御帯を有する一般的な連続加熱炉では、最も装入側に近い燃焼制御帯に供給される燃料ガス量は、最も抽出側に近い燃焼制御帯に供給される燃料ガス量にくらべて５〜２０倍程度多いのが普通である。このため燃料ガス流量が相対的に少ない燃焼制御帯の空気比の影響は、相対的に燃料ガス量が多い燃焼制御帯の状態に埋没してしまい、燃焼制御帯ごとに適正な空気比に調整することが困難であった。
【００１２】
相対的に燃料ガス量の供給が少ない抽出側の燃焼制御帯では、一般に鋼材表面の温度が高くなっており、鋼材の酸化が進みやすい温度条件であり、これによる鋼材酸化による鉄損失低減および粒界酸化による表面品質悪化を防止するという観点から、空気比制御の精度は重要である。さらに、最も抽出側の帯では抽出扉の開閉のたびに空気の炉内侵入が避けられないことも、これら抽出側の燃焼制御帯の空気比制御精度の重要性を増大させている。
【００１３】
省エネルギーや低ＮＯｘや鋼材酸化抑制を実現するためには、未燃が発生しない範囲でできるだけ１に近い低い空気比で燃焼させる必要がある。未燃が発生している状態では燃料の燃焼熱量を有効に使いきらないことを意味しており、省エネルギー上問題がある。燃焼空気の供給量が当量であると完全に混合がなされないことがあるため、通常加熱炉では空気比を１より高く設定している。一方で、空気比が１を超えることは余剰の酸素が発生することを意味しており、その酸素が燃焼空気中の窒素や鋼材と反応してＮＯｘ生成や鋼材酸化につながる。そのため、余剰の酸素はできるだけ少ないことが望ましい。
【００１４】
このようなことから、加熱炉においては空気比を１．２以下に設定することが一般的であり、１．０５程度まで下げることが望ましい。しかし、加熱炉全体の排ガス酸素濃度から、燃料ガス量が著しく異なる複数の燃焼制御帯の空気比を決定する特許文献１等の従来技術では、各燃焼制御帯に適した空気比設定が困難であり、これに基づいて、省エネルギーや低ＮＯｘ化の促進することには限界がある。
【００１５】
また、加熱炉に直接検出端を挿入して酸素濃度を測定する特許文献２等の従来技術では、蓄熱式切替燃焼バーナの特徴である緩慢燃焼の影響により未燃成分を含んだガスをサンプリングすることとなり、適正な酸素濃度を検出できないという問題がある。そのため、有効な空気比制御を実現することができない。また、サンプリング管を炉内に挿入して使用すると詰まの発生が不可避であることから、従来技術では計装設備の保守上の不都合も生じる。
【００１６】
本発明は、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する連続鋼材加熱炉において、燃料ガス流量が大きく異なる燃焼制御帯が混在していても、高い精度で適正空気比に制御できる連続鋼材加熱炉およびこれを用いた鋼材の加熱方法であり、従来よりも省エネルギー性と低ＮＯｘ排出性に優れるとともに、鋼材酸化による鉄損失の低減も同時に達成できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、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、前記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鋼材加熱炉であって、前記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に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することを特徴とする連続鋼材加熱炉である。
【００１８】
また、本発明は、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、前記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鋼材加熱炉であって、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、前記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することを特徴とする連続鋼材加熱炉である。
【００１９】
また、本発明は、前記前者の連続鋼材加熱炉を用いた鋼材加熱方法であって、前記燃焼制御装置の設定値が前記誘引排ガス中の酸素濃度の場合は、前記酸素濃度検出器により検出した前記燃焼制御帯毎の誘引排ガス中の酸素濃度が、設定した酸素濃度になるように、前記燃焼制御帯に供給する燃焼空気流量を前記燃焼制御帯毎に調整し、前記燃焼制御装置の設定値が前記燃焼制御帯の空気比の場合は、燃料ガス種により定まるあらかじめ設定された理論空気量および理論排ガス量の値から前記設定された空気比に相当する前記誘引排ガス中の酸素濃度を演算により算出して、前記酸素濃度検出器により検出した前記燃焼制御帯毎の誘引排ガス中の酸素濃度が、この演算によって算出された誘引排ガス中酸素濃度になるように、前記燃焼制御帯に供給する燃焼空気流量を前記燃焼制御帯毎に調整することによって空気比を制御することを特徴とする鋼材加熱方法である。
また、本発明は、前記後者の連続鋼材加熱炉を用いた鋼材加熱方法であって、前記誘引排ガス本管の最上流側の酸素濃度検出器よりも上流側に前記誘引排ガスヘッダ管との合流部があるすべての燃焼制御帯は一つの空気比制御対象範囲を構成し、且つ、隣り合う前記酸素濃度検出器の間に前記誘引排ガスヘッダ管との合流部があるすべての燃焼制御帯は、隣り合う前記酸素濃度検出器の間毎にそれぞれ別の一つの空気比制御対象範囲を構成し、前記燃焼制御装置の設定値が前記誘引排ガス中の酸素濃度の場合は、前記酸素濃度検出器により検出した前記空気比制御対象範囲毎の誘引排ガス中の酸素濃度が、設定した酸素濃度になるように、前記燃焼制御帯に供給する燃焼空気流量を前記燃焼制御帯毎に調整し、前記燃焼制御装置の設定値が前記燃焼制御帯の空気比の場合は、燃料ガス種により定まるあらかじめ設定された理論空気量および理論排ガス量の値から前記設定された空気比に相当する前記誘引排ガス中の酸素濃度を演算により算出して、前記酸素濃度検出器により検出した空気比制御対象範囲毎の誘引排ガス中の酸素濃度が、この演算によって算出された誘引排ガス中酸素濃度になるように、前記燃焼制御帯に供給する燃焼空気流量を前記燃焼制御帯毎に調整することによって空気比を制御することを特徴とする鋼材加熱方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、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鋼材加熱炉において、燃料ガス流量が著しく不均衡な燃焼制御帯が混在していても、従来よりも高い省エネルギー性と低ＮＯｘ排出性が得られ、かつ、鋼材酸化による鉄損失の低減も同時に可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態を図１および図２を用いて説明する。
図１に、本発明による連続鋼材加熱炉のうち、第一の発明の一例を示す。以下では四つの蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯を持つ連続鋼材加熱炉を例に説明するが、本発明の適用は蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯の数が四つに限られるものでなく、二つ以上であればいくつあってもよい。
【００２２】
蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯からの誘引排ガスは、蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯に一つずつ設けられるそれぞれの誘引排ガスヘッダ管１９−ａ〜ｄを通り、誘引排ガス本管２２にてすべての誘引排ガスが合流し、排ガス誘引ファン１３を通り、煙突１４より大気雰囲気に排出される。
【００２３】
本発明のうち第一の発明は以下によって構成される。すなわち、誘引排ガスヘッダ管１９ａ〜ｄに設置された酸素濃度検出器１５ａ〜ｄ、並びに、これら酸素濃度検出器１５ａ〜ｄからの入力信号、燃料ガス用流量検出器５（図示省略）の入力信号、燃焼空気用流量検出器７（図示省略）からの入力信号及び燃焼空気用流量調節弁８（図示省略）への出力信号を送信することができてかつ、それらの演算機能を有する燃焼制御装置１６から構成される。
【００２４】
燃焼制御装置１６は加熱炉運転者または加熱炉用プロコンから空気比の設定値または誘引排ガス中酸素濃度の設定値を受け取る。この設定値は燃焼制御帯毎に異なる値を設定してもよいし、すべての燃焼制御帯で同じ値を設定してもよい。燃焼制御装置１６は酸素濃度検出器１５ａ〜ｄの値がこれら設定された誘引排ガス中酸素濃度になるように、酸素濃度検出器１５ａ〜ｄと同一の燃焼制御帯の燃焼空気用流量調節弁８を調整する。燃焼制御装置１６に空気比が設定された場合には、燃料ガス種により定まるあらかじめ設定された理論空気量および理論排ガス量の値から設定された空気比に相当する排ガス中酸素濃度を演算により算出して、酸素濃度検出器１５ａ〜ｄの値がこの演算によって算出された誘引排ガス中酸素濃度になるように、酸素濃度検出器１５ａ〜ｄと組み合わせられた燃焼制御帯の燃焼空気用流量調節弁１０ａ〜ｄを調整する。
【００２５】
上記に説明した本発明のうち第一の発明によれば、蓄熱式切替燃焼バーナを有する複数の燃焼制御帯の空気比を個別に所望の値に制御することができるため、従来技術では困難であった燃料ガス流量が著しく不均衡な燃焼制御帯が混在している場合の空気比制御が容易になる。そのため、省エネルギー性と低ＮＯｘ排出性に優れるとともに、鋼材酸化による鉄損失の低減同時に達成できる。
【００２６】
続いて、図２を用いて本発明による連続鋼材加熱炉における空気比制御装置の第二の発明の一例を示す。以下では四つの蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯を持つ連続鋼材加熱炉であり、誘引排ガス本管２２に二つの酸素濃度検出器１５ａ、１５ｂを設置した例について説明する。第二の発明の適用は蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯の数が四つに限られるものでなく、二つ以上であればいくつあってもよい。また、酸素濃度検出器も二つに限られるものではなく、二つ以上であればいくつあってもよく、合流部に一つずつ設置してもよい。ただし、酸素濃度検出器の数は蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯と同数でもよいがその数を超える必要はない。
【００２７】
蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯からの誘引排ガスは、蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯に一つずつ設けられる誘引排ガスヘッダ管１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを通り、誘引排ガス本管２２にてすべての誘引排ガスが合流し、排ガス誘引ファン１３を通り、煙突１４より大気雰囲気に排出される。
【００２８】
本発明による空気比制御装置は以下によって構成される。すなわち、誘引排ガスヘッダ管１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄにそれぞれ設置される誘引排ガス用流量検出器９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、誘引排ガス本管２２に複数設置された酸素濃度検出器１５ａ、１５ｂ、並びに、これら酸素濃度検出器１５ａ、１５ｂからの入力信号、燃料ガス用流量検出器５（図示省略）の入力信号、燃焼空気用流量検出器７（図示省略）からの入力信号および燃焼空気用流量調節弁８（図示省略）への出力信号を送信することができてかつ、それらの演算機能を有する燃焼制御装置１６、から構成される。
【００２９】
第二の発明の連続鋼材加熱炉では、蓄熱式切替燃焼バーナを有する複数の燃焼制御帯の誘引排ガスが合流した後に、誘引排ガス中の酸素濃度を検出する構成になっているため、すべての蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯を個別に制御することはできないが、燃料ガス流量レベルが均衡している蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯を同一の制御対象範囲となるように酸素濃度検出器を配置することで、蓄熱式切替燃焼バーナを有する燃焼制御帯のすべての誘引排ガスヘッダに酸素濃度検出器を設置した場合と同等の空気比制御が可能となる。
【００３０】
空気比制御対象範囲は次のように定義される。誘引排ガス本管２２の最上流側の酸素濃度検出器よりも上流側に誘引排ガスヘッダ管との合流部があるすべての燃焼制御帯は一つの空気比制御対象範囲を構成する。また、最上流側の酸素濃度検出器と最上流側から二番目の酸素濃度検出器との間に誘引排ガスヘッダ管との合流部があるすべての燃焼制御帯は別の一つの空気比制御対象範囲を構成する。最上流側から二番目の酸素濃度検出器と最上流側から三番目の酸素濃度検出器との間に誘引排ガスヘッダ管との合流部があるすべての燃焼制御帯はさらにまた別の一つの空気比制御対象範囲を構成し、以下同様である。図２においては、空気比制御対象範囲は二つであり、誘引排ガスヘッダ管１９ａと１９ｂに接続されている燃焼制御帯が一つの空気比制御対象範囲を構成し、誘引排ガスヘッダ管１９ｃと１９ｄに接続されている燃焼制御帯がもう一つの空気比制御対象範囲を構成している。
【００３１】
燃焼制御装置１６は加熱炉運転者または加熱炉用プロコンから空気比の設定値または誘引排ガス中酸素濃度の設定値を受け取る。この設定値は空気比制御対象範囲毎に異なる値を設定してもよいし、すべての空気比制御対象範囲で同じ値を設定してもよい。燃焼制御装置１６は酸素濃度検出器１５ａおよび１５ｂの値がこれら設定された誘引排ガス中酸素濃度から算出される各酸素濃度検出器の狙い値になるように、燃焼空気用流量調節弁８を調整する。燃焼制御装置１６に空気比が設定された場合には、燃料ガス種により定まるあらかじめ設定された理論空気量および理論排ガス量の値から設定された空気比に相当する排ガス中酸素濃度を演算により算出して、酸素濃度検出器１５ａおよび１５ｂの値がこの演算によって算出された誘引排ガス中酸素濃度になるように、燃焼空気用流量調節弁８を調整する。
【００３２】
以下に、各酸素濃度検出器における狙い値の算出方法を説明する。説明に際して次の記号を定義する。誘引排ガス用流量検出器９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄによって検出される誘引排ガス流量をそれぞれＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄとし、酸素濃度検出器１５ａ、１５ｂでの検出値をＯ２ａ、Ｏ２ｂとし、酸素濃度検出器１５ａ、１５ｂでの狙い酸素濃度値をＯ２ａ’、Ｏ２ｂ’とし、誘引排ガスヘッダ管１９ａと１９ｂに接続される燃焼制御帯の狙い酸素濃度値をＯ２ａ’’、誘引排ガスヘッダ管１９ｃと１９ｄに接続される燃焼制御帯の狙い酸素濃度値をＯ２ｂ’’とする。
【００３３】
まず、誘引排ガス本管２２の最上流側の酸素濃度検出器１５ａの狙い酸素濃度値Ｏ２ａ’は、
Ｏ２ａ’＝Ｏ２ａ’’                                      ・・・（１）
となる。この空気比制御対象範囲の誘引排ガスは誘引排ガス本管２２の最上流側に合流しているため、他の空気比制御対象範囲の誘引排ガスと合流することなく酸素濃度検出器１５ａにて誘引排ガス中の酸素濃度を検出できるため、燃焼制御帯の狙い酸素濃度値Ｏ２ａ’’そのものに狙い値Ｏ２ａ’を近づけるように当該空気比制御対象範囲の燃焼空気流量調節弁８を制御すればよい。
【００３４】
次に、誘引排ガス本管２２の最上流側から二番目の酸素濃度検出器１５ｂの狙い酸素濃度値Ｏ２ｂ’は、
Ｏ２ｂ’＝（（Ｖａ＋Ｖｂ）×Ｏ２ａ＋（Ｖｃ＋Ｖｄ）×Ｏ２ｂ’’）
／（Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｄ）                      ・・・（２）
となる。この空気比制御対象範囲の誘引排ガスは誘引排ガス本管２２の中間部に合流しているため、他の空気比制御対象範囲の誘引排ガスと混合された状態で酸素濃度検出器１５ｂにて誘引排ガス中の酸素濃度を検出しているため、当該空気比制御対象範囲の誘引排ガスの酸素濃度を制御するためには、この上流側の空気比制御対象範囲の誘引排ガスの酸素濃度を考慮した狙い値設定が必要となる。
【００３５】
誘引排ガス本管２２に酸素濃度検出器１５が三つ以上設置されている場合の各酸素濃度検出器での狙い酸素濃度値の算出方法は式（２）と同様に算出することができる。すなわち、一つ上流側の酸素濃度検出器を通過する誘引排ガスの流量と同じく一つ上流側の酸素濃度検出器を通過する誘引排ガス中の酸素濃度との積に、制御対象である空気比制御対象範囲の誘引排ガス流量と同じく制御対象である空気比制御対象範囲の誘引排ガス中酸素濃度の狙い値との積を加え、それを当該酸素濃度検出器を通過する全誘引排ガス量を除した値が狙い値となる。
【００３６】
上記に説明した本発明によれば、蓄熱式切替燃焼バーナを有する複数の燃焼制御帯の空気比を空気比制御対象範囲別に所望の値に制御することができるため、燃料ガス流量が同レベルの燃焼制御帯により一つの空気比制御対象範囲を構成させることで、従来技術では困難であった燃料ガス流量が著しく不均衡な燃焼制御帯が混在している場合の空気比制御が容易になる。そのため、省エネルギー性と低ＮＯｘ排出性に優れるとともに、鋼材酸化による鉄損失の低減も同時に達成できる。
【実施例】
【００３７】
以下に、第一の発明として実施例１、第二の発明として実施例２、並びに、比較例１および２を用いて本発明を説明し、これらの実施条件および評価結果を表１〜３において比較して示す。
【００３８】
（実施例１）
実施例１では第一の発明に準じて連続鋼材加熱炉として、それぞれ予熱帯、第一加熱帯、第二加熱帯および均熱帯を有する連続多帯式のウォーキングビーム加熱炉を用いた。燃焼バーナはすべて蓄熱式切替燃焼バーナであり、加熱炉の側壁に配置されている。燃料ガスにはコークス炉ガスを用いた。
【００３９】
加熱される鋼材は長さが５．５ｍ〜１２ｍ、幅が０．８ｍ〜２．０ｍ、厚みが２２０ｍｍ〜２５０ｍｍのスラブ群であり、それらの装入温度の範囲は常温〜６００℃、目標とする抽出時の加熱温度の範囲は１１５０℃〜１２２０℃であった。また、これらスラブ群の加熱時間は１２０分〜１８０分の範囲であった。
【００４０】
各燃焼制御帯からの各誘引排ガスヘッダには、各誘引排ガス用流量調節弁の下流側に、それぞれジルコニア式の酸素濃度検出器１５ａ〜ｄが取り付けられ、その出力信号は燃焼制御装置１６に入力されている。燃焼制御装置１６はこのほかにも、各燃焼制御帯に燃料ガスを供給する燃料ガスヘッダに取り付けられた燃料ガス用流量検出器からの出力信号、各燃焼制御帯に燃焼空気を供給する燃焼空気用ヘッダに取り付けられた燃料空気用流量検出器からの出力信号、および、各燃焼制御帯から誘引排ガスを排気する誘引排ガス用ヘッダに取り付けられた誘引排ガス用流量検出器からの出力信号が、入力されている。さらに、燃焼制御装置１６は燃焼制御帯毎の空気比および炉温の設定値が入力されており、これら入力と前記入力信号に基づいて、燃料ガスを供給する燃料ガスヘッダに取り付けられた燃料ガス用流量調節弁を調節して炉温を設定値になるように、かつ、燃焼空気を供給する燃焼空気用ヘッダに取り付けられた燃料空気用流量調節弁を調節して空気比を設定値になるように制御する。ここでの制御にはパラメータ調整された一般的なＰＩＤ制御を用いた。
【００４１】
各燃焼制御帯の設定空気比を１．０５とし、前述の空気比制御装置を用いて空気比制御を施した加熱操業を約５０時間実施して、２５０本の鋼材を加熱した。各燃焼制御帯の実績の空気比は１．０３〜１．０８の範囲で制御され、概ね設定空気比で加熱することができた。そのときの各燃焼制御帯に供給された燃料ガス量は図３の通りであった。予熱帯と均熱帯の燃料ガス流量の比は１２倍程度であった。この間の燃料原単位は０．９２１ＭＪ／ｋｇであった。鋼材の酸化スケール層厚みは鉄換算厚みで５８０μｍであり、表面品質上の欠陥は発生しなかった。また、この間に煙突部でＮＯｘ濃度を測定した結果、平均で４５ｐｐｍ（酸素濃度１１％換算値）であった。
【００４２】
（実施例２）
連続鋼材加熱炉には、実施例１と同じ鋼材の搬送ラインをはさんで上下にそれぞれ予熱帯、第一加熱帯、第二加熱帯および均熱帯を有する連続多帯式のウォーキングビーム加熱炉を用いた。燃焼バーナはすべて蓄熱式切替燃焼バーナであり、加熱炉の側壁に配置されている。燃料ガスにはコークス炉ガスを用いた。
【００４３】
加熱される鋼材は長さが５．５ｍ〜１２ｍ、幅が０．８ｍ〜２．０ｍ、厚みが２２０ｍｍ〜２５０ｍｍのスラブ群であり、それらの装入温度の範囲は常温〜６００℃、目標とする抽出時の加熱温度の範囲は１１５０℃〜１２２０℃であった。また、これらスラブ群の加熱時間は１２０分〜１８０分の範囲であった。
【００４４】
誘引排ガス本管には二つのジルコニア式の酸素濃度検出器が取り付けられている。各燃焼制御帯からの誘引排ガスヘッダと誘引排ガス本管の合流点と酸素濃度検出器との位置関係は図４に示す通りである。すなわち、本実施例における空気比制御対象範囲は二つであり、予熱帯と第一加熱帯が一つの空気比制御対象範囲を構成し、また、第二加熱帯と均熱帯がもう一つの空気比制御対象範囲を構成する。
【００４５】
燃焼制御装置は、二つの酸素濃度検出器からの出力信号が入力され、かつ、各燃焼制御帯に燃料ガスを供給する燃料ガスヘッダに取り付けられた燃料ガス用流量検出器からの出力信号が入力され、かつ、各燃焼制御帯に燃焼空気を供給する燃焼空気用ヘッダに取り付けられた燃料空気用流量検出器からの出力信号が入力され、かつ、各燃焼制御帯から誘引排ガスを排気する誘引排ガス用ヘッダに取り付けられた誘引排ガス用流量検出器からの出力信号が入力されている。さらに、燃焼制御装置は空気比制御対象範囲毎の空気比および炉温の設定値が入力されており、これら入力と前記入力信号に基づいて、燃料ガスを供給する燃料ガスヘッダに取り付けられた燃料ガス用流量調節弁を調節して炉温を設定値になるように制御し、かつ、燃焼空気を供給する燃焼空気用ヘッダに取り付けられた燃料空気用流量調節弁を調節して空気比を設定値になるように制御する。ここでの制御にも実施例１と同様にパラメータ調整された一般的なＰＩＤ制御を用いた。
【００４６】
各燃焼制御帯の設定空気比を１．０５とし、前述の空気比制御装置を用いて空気比制御を施した加熱操業を約７０時間実施して、３５０本の鋼材を加熱した。各燃焼制御帯の実績の空気比はどちらの酸素濃度検出器の値も１．０３〜１．０７の範囲で制御され、概ね設定空気比で加熱することができた。そのときの各燃焼制御帯に供給された燃料ガス量は実施例１と同様に図３の通りであった。それぞれの空気比制御対象範囲内での燃料ガス流量の比は６倍程度であった。この間の燃料原単位は０．９２５ＭＪ／ｋｇであった。鋼材の酸化スケール層厚みは鉄換算厚みで５９０μｍであり、表面品質上の欠陥は発生しなかった。また、この間に煙突部でＮＯｘ濃度を測定した結果、平均で４７ｐｐｍ（酸素濃度１１％換算値）であった。
【００４７】
（比較例１）
一方、実施例と同様のスラブ群条件で同一の加熱炉において従来技術による燃焼制御方法を実施した。従来技術による空気比制御装置では、誘引排ガス本管にすべて燃焼制御帯の誘引排ガスヘッダ管が合流した位置よりも下流に一つの酸素濃度検出器を設けて、すべての燃焼制御帯を一つの空気比制御対象範囲として空気比制御した。
【００４８】
設定空気比を１．０５とし、約３０時間、１５０本の鋼材を対象に従来技術による空気比制御方法を実施したところ、実績の各燃焼制御帯の空気比は１．０３〜１．１５となり燃焼負荷が低下したときに空気比が高まる傾向が見られた。侵入空気などの影響による余剰の酸素があり空気比が高まる燃焼制御帯があっても、すべて燃焼制御帯の誘引排ガスが合流したあとの一点の酸素濃度で制御しているために、ガス量が相対的に少ない第二加熱帯と均熱帯の空気比を適正に制御できなかった。燃料原単位は０．９８４ＭＪ／ｋｇであった。鋼材の酸化スケール層厚みは鉄換算厚みで６７０μｍとなった。加熱・圧延直後は表面品質上の欠陥は見られなかったものの、その後、鋼材表面酸化起因のめっき不良の表面欠陥が発生した。この間の煙突部でのＮＯｘ濃度の測定結果は平均で６５ｐｐｍ（酸素濃度１１％換算値）であった。排出基準は満足したものの本発明に比べて排出濃度が高まった。
【００４９】
（比較例２）
また、予熱帯、第一加熱帯、第二加熱帯および均熱帯の天井から各１本の酸素濃度計を炉内に挿入し、各燃焼帯の空気比制御を試みた。しかし、畜熱式切替燃焼バーナ特有の緩慢燃焼の影響により、未燃成分と酸素とが双方検出され、酸素濃度が時間的に大きく変動したため、空気比制御に至らなかった。
【００５０】
以上述べたように、本発明は、第１の発明、第二の発明ともに、従来よりも省エネルギー性と低ＮＯｘ排出性に優れた結果が得られたとともに、鋼材酸化による鉄損失量も低減し、さらに鋼材酸化による表面欠陥を回避した。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
【表２】
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【００５３】
【表３】
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【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の連続鋼材加熱炉における空気比制御装置の部分の一形態を示す図である。
【図２】本発明の連続鋼材加熱炉における空気比制御装置の部分の一形態を示す図である。
【図３】本発明の実施例において、各燃焼制御帯に供給した燃料ガス流量を示す図である。
【図４】本発明の実施例である連続鋼材加熱炉を説明する図である。
【図５】従来技術による連続鋼材加熱炉を説明する図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ    バーナ
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ    燃料ガス用切替弁
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ    燃焼空気用切替弁
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ    誘引排ガス用切替弁
５    燃料ガス用流量検出器
６    燃料ガス用流量調節弁
７    燃焼空気用流量検出器
８    燃焼空気用流量調節弁
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ    誘引排ガス用流量検出器
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ    誘引排ガス用流量調節弁
１１    くせとり弁
１２    燃焼空気ブロア
１３    排ガス誘引ファン
１４    煙突
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ    酸素濃度検出器
１６    燃焼制御装置
１７    燃料ガスヘッダ管
１８    燃焼空気ヘッダ管
１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ    誘引排ガスヘッダ管
２０    燃料ガス本管
２１    燃焼空気本管
２２    誘引排ガス本管
２３    加熱炉用プロコン
【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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