(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続加熱炉に設置したラジアントチューブの両端に蓄熱式バーナを取付け、該両バーナを交番燃焼させるに際し、切替設定時間内に燃焼停止時間を必要に応じ設け、負荷変動に応じて切替設定時間内の燃焼時間の割合を変更する方法において、変更指令を発する時点の間隔を切替設定時間の２倍以上の整数倍とすることを特徴とする蓄熱式ラジアントチューブを用いた連続加熱炉の燃焼制御方法。
【請求項２】
前記両バーナの蓄熱体の温度を計測し、両蓄熱体の温度差が所定値を超えたとき、該温度差を縮小する方向に燃焼を切替えるか、または燃焼を停止することを特徴とする請求項１記載の蓄熱式ラジアントチューブを用いた連続加熱炉の燃焼制御方法。
【請求項３】
前記両バーナの燃焼時間の差分を積分し、該積分値が所定値を超えたとき、差分を縮小する方向に燃焼を切替えるか、または燃焼を停止することを特徴とする請求項１または２記載の蓄熱式ラジアントチューブを用いた連続加熱炉の燃焼制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱式ラジアントチューブを用いた連続加熱炉において、被加熱材のサイズ変更などによる負荷変動に対し応答性を高めた燃焼制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼帯の連続焼鈍炉など特に非酸化性雰囲気で金属材料などを加熱する炉において、ラジアントチューブが採用されている。一方、蓄熱体を具備した一対のバーナを交番燃焼させる蓄熱式バーナが知られており、蓄熱用材料などの要素技術向上に伴い、近年広く実用化されるようになった。このバーナは、一方のバーナで燃焼中、他方のバーナの蓄熱体に排ガスの熱を蓄熱して、切替え後の燃焼用空気を予熱するもので、燃焼効率が優れている。
【０００３】
蓄熱式ラジアントチューブは、図１に示す例のように、ラジアントチューブ１の両端に一対の蓄熱式バーナ２Ａおよび２Ｂを取付けたものである。蓄熱式バーナ２Ａおよび２Ｂは、それぞれ蓄熱体３Ａおよび３Ｂを具備し、本例では図示のように燃料バルブ４Ａおよび４Ｂ、給気バルブ５Ａおよび５Ｂ、排気バルブ６Ａおよび６Ｂが取付けられ、排気バルブ６Ａおよび６Ｂはブロワー７に接続している。
【０００４】
図１は、燃料バルブ４Ａおよび給気バルブ５Ａを開、排気バルブ６Ａを閉、燃料バルブ４Ｂおよび給気バルブ５Ｂを閉、排気バルブ６Ｂを開とし、蓄熱体３Ａで予熱された空気により蓄熱式バーナ２Ａで燃焼している状態を示している。燃焼排ガスは蓄熱式バーナ２Ｂの蓄熱体３Ｂに通して蓄熱し、排気バルブ６Ｂを経てブロワー７で排気している。
各バルブ４，５，６の開閉をＡＢ間で切替えることにより、蓄熱式バーナ２Ａと２Ｂの燃焼と蓄熱を切替えて交番燃焼を行う。
【０００５】
ところで連続加熱炉においては、炉内を通る被加熱材料のサイズ変更などによる負荷変動に応じて、加熱中にバーナの燃焼制御を行うことが必要である。蓄熱式バーナの燃焼制御には、流量制御方式と時間比例制御方式がある。
流量制御方式は、ガスなどの燃料供給量を変化させて燃焼量を調整する方式である。時間比例制御方式は、交番燃焼の切替設定時間内に燃焼停止時間を必要に応じて設け、切替設定時間内の燃焼時間の割合を調整する方式であり、特開平１０−１４１６１４号公報に記載されている。ただし該公報には時間比例制御方式という表現はなく、また本明細書における切替設定時間は燃焼設定時間と表現されている。
【０００６】
上記公報によると、流量制御方式を連続加熱炉の蓄熱式ラジアントチューブに採用した場合、ターンダウンが小さいことに加え、燃焼量変化に伴うラジアントチューブの温度分布変化が大きいため、熱応力とその繰返しによりチューブ寿命が短縮するという問題がある。それに対して時間比例制御方式では、ターンダウンを非常に広くでき、またラジアントチューブの温度分布は変化しないのでチューブ寿命の問題はなく、さらに低空気比による燃焼が可能で熱効率が向上するとされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
蓄熱式バーナにおいて、熱効率を高めしかも蓄熱体の寿命を長くするには、１対のバーナ２Ａ，２Ｂの蓄熱体３Ａ，３Ｂがほぼ同等の蓄熱量となるようにして交番燃焼させる。したがって、負荷変動による燃焼条件の変更は交番燃焼の１サイクルが終了した時点で、かつ１サイクルの整数倍の間隔で行われる。
【０００８】
上記公報に記載されている方法で時間比例方式の燃焼制御を行う際、図３のように両バーナ２Ａ，２Ｂの燃焼量を不変とし、切替設定時間Ｔ内の燃焼時間ｔを負荷変動によりｔ1 からｔ2 に変更する場合を想定する。前回の変更がＰ0 の時点で行われたとすると、ｔ1 からｔ2 への変更は、Ｐ0 点から１サイクルの整数倍すなわち２ｎＴ経過後（ｎは自然数）の時点、Ｐ1 ，Ｐ2 ，・・・で行われる。このように１対の蓄熱体３Ａ，３Ｂのバランスを保つため、燃焼時間ｔを変更した側のバーナ、本例では２Ａ側でしか以後の変更を行うことができない。
【０００９】
したがって、連続的に送られてくる被加熱材のサイズ変更などの負荷変更によって、たとえば図３のＰ1 ＋Δｔの時点で燃焼時間ｔを変更する必要が生じても、変更指令を発することのできる時点はＰ1 ＋２ＴのＰ2 となり、Ｔ＝２０秒とすると約４０秒の応答遅れが生じる。
【００１０】
また連続加熱炉においては、このような蓄熱式ラジアントチューブが被加熱材の通材方向に複数連設され、それぞれの蓄熱式バーナは１サイクルの時間は同じで切替時点を順にずらして交番燃焼が行われるので、上記のような１対のバーナでの応答遅れと、連設された複数のラジアントチューブが全て変更されるに要する時間とが加算された時間の応答遅れが生じることになる。
【００１１】
そこで本発明が解決しようとする課題は、蓄熱式ラジアントチューブを用いた連続加熱炉において、被加熱材のサイズ変更などによる負荷変動に対する燃焼制御を時間比例方式で行うに際し、制御の応答性を高めることである。また応答性を高めたことにより蓄熱体の熱バランスが崩れるおそれが生じる場合は、修復を行って蓄熱体材料が劣化しないようにすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明法は、連続加熱炉に設置したラジアントチューブの両端に蓄熱式バーナを取付け、該両バーナを交番燃焼させるに際し、切替設定時間内に燃焼停止時間を必要に応じ設け、負荷変動に応じて切替設定時間内の燃焼時間の割合を変更する方法において、変更指令を発する時点の間隔を切替設定時間の２倍以上の整数倍とすることを特徴とする蓄熱式ラジアントチューブを用いた連続加熱炉の燃焼制御方法である。
【００１３】
そして上記本発明法において、前記両バーナの蓄熱体の温度を計測し、両蓄熱体の温度差が所定値を超えたとき、該温度差を縮小する方向に燃焼を切替えるか、または燃焼を停止するのが好ましく、また、前記両バーナの燃焼時間の差分を積分し、該積分値が所定値を超えたとき、差分を縮小する方向に燃焼を切替えるか、または燃焼を停止するのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明法は、図１に示す例のように、連続加熱炉に設置したラジアントチューブ１の両端に蓄熱式バーナ２Ａ，２Ｂを取付け、両バーナ２Ａ，２Ｂを交番燃焼させる際の時間比例方式による燃焼制御方法であり、その内容を図２の例により説明する。時間比例制御方式は、上述のように交番燃焼の切替設定時間Ｔ内に燃焼停止時間を必要に応じ設け、負荷変動に応じて切替設定時間Ｔ内の燃焼時間ｔの割合ｔ／Ｔを変更する方法である。必要に応じ設けるとしたのは、最大負荷のとき切替設定時間Ｔ内を全て燃焼時間ｔとする、すなわちｔ／Ｔ＝１とする場合もあるからである。
【００１５】
本発明法は、上記のような時間比例方式の燃焼制御法において、燃焼時間ｔの割合ｔ／Ｔを変更するにあたり、変更指令を発する時点の間隔を切替設定時間Ｔの２倍以上の整数倍とする。すなわちｎＴ（ｎ≧２の自然数）とする。変更指令の間隔をｎＴとすることで、実際の変更間隔もｎＴとなる。なお図２では燃焼量を一定としているが、必要に応じ変更してもよい。ｎ≧２としたのは、少なくとも最初の１サイクルは両蓄熱体３Ａ，３Ｂに蓄熱することで、変更当初からの熱バランスの崩れを防止するためである。
【００１６】
図２において、燃焼時間ｔを負荷変動によりｔ1 からｔ2 に変更する場合、前回の変更指令をＰ0 で発したとすると、Ｐ0 点からｎＴ（ｎ≧２の自然数）経過後の時点、Ｐ1 ，Ｐ15，Ｐ2 ，Ｐ25，・・・で変更指令を発することができる。したがって、たとえば図２のＰ1 ＋Δｔの時点で燃焼時間ｔを変更する必要が生じた場合、Ｐ1 ＋ＴのＰ15で変更指令を発することができ、Ｔ＝２０秒とすると約２０秒の応答遅れで変更が行え、上記従来法の例に対して応答遅れは約１／２に短縮される。
【００１７】
本発明法において、燃焼時間ｔの変更指令を発する時点の間隔ｎＴのｎが偶数なら、両バーナ２Ａ，２Ｂそれぞれの合計の燃焼時間は等しく、蓄熱体３Ａ，３Ｂそれぞれの蓄熱量および放熱量も等しいので、蓄熱体の熱バランスは保たれる。しかしｎが奇数の場合は、熱バランスが崩れてどちらか一方の蓄熱体が早期に破損するおそれが生じる。
【００１８】
そこで本発明の好ましい態様では、この熱バランスの崩れを修復する。
第１の手段は、両バーナ２Ａ，２Ｂの蓄熱体３Ａ，３Ｂの温度を計測し、蓄熱体３Ａ，３Ｂの間の温度差が所定値を超えたとき、該温度差を縮小する方向に燃焼を切替えるか、または燃焼を停止する。蓄熱体３Ａ，３Ｂの温度は、図１のように温度センサ８Ａ，８Ｂを取付けて計測することができる。
【００１９】
燃焼切替に際しては、高温の蓄熱体３側のバーナ２を、切替設定時間Ｔ経過後も切替えず、引続き燃焼させる。燃焼停止に際しては、低温の蓄熱体３側のバーナ２について燃焼を停止する。引続き燃焼、あるいは燃焼停止の回数は、温度差が所定値未満となるまでとすることができる。
【００２０】
第２の手段は、両バーナ２Ａ，２Ｂの燃焼時間の差分を積分し、該積分値が所定値を超えたとき、差分を縮小する方向に燃焼を切替えるか、または燃焼を停止する。燃焼切替および燃焼停止は、上記第１の手段と同様にして行うことができる。
【００２１】
上記第１の手段および第２の手段は、それぞれ単独で行うこともでき、また両者を併用することもできる。
また、第１および／または第２の手段を行うことによってラジアントチューブ１の加熱能力が変動した場合は、燃焼時間ｔを変更することで該変動を縮小することができる。
このような好ましい態様により、蓄熱体３Ａおよび３Ｂは熱バランスが保たれ、一方が早期に破損するようなことがなく、結果として蓄熱式ラジアントチューブの寿命短縮が防止される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明法は、蓄熱式ラジアントチューブを用いた連続加熱炉において、被加熱材のサイズ変更などによる負荷変動に対する燃焼制御を時間比例方式で行うに際し、切替設定時間Ｔ内の燃焼時間ｔの割合ｔ／Ｔの変更指令を発する時点の間隔をｎＴ（ｎ≧２）とするので、制御の応答性を高めることができる。また応答性を高めたことにより蓄熱体の熱バランスが崩れるおそれが生じる場合は、修復を行って蓄熱体材料の劣化促進を防止し、蓄熱式ラジアントチューブを長期間にわたり安定して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における蓄熱式ラジアントチューブの例を示す説明図である。
【図２】本発明法の説明図である。
【図３】従来法の説明図である。
【符号の説明】
１…ラジアントチューブ          ２Ａ，２Ｂ…蓄熱式バーナ
３Ａ，３Ｂ…蓄熱体              ４Ａ，４Ｂ…燃料バルブ
５Ａ，５Ｂ…給気バルブ          ６Ａ，６Ｂ…排気バルブ
７…ブロワー                    ８Ａ，８Ｂ…温度センサ
９…炉壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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