(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物の搬送方向に複数に分割されたゾーン毎に、被加熱物搬送方向の左右両側にそれぞれ対向する位置に設置された複数の蓄熱式バーナと、
前記各ゾーンにおいて、被加熱物の搬送方向と直角な方向の被加熱物温度分布または炉内ガス温度分布を測定する複数の温度計と、
前記温度計の測定値に基づき、前記被加熱物温度分布または炉内ガス温度分布の左右両側の温度が中央部の温度より高い場合には、前記蓄熱式バーナの燃焼モードを、前記各ゾーンにおけるバーナグループ毎に高温希釈空気燃焼による交番燃焼モードから対向燃焼モードへ、または、前記被加熱物温度分布または炉内ガス温度分布の左右両側の温度が中央部の温度より低い場合には、対向燃焼モードから高温希釈空気燃焼による交番燃焼モードへ切り替える制御を行う燃焼制御装置と、
を備えたことを特徴とする鋼材加熱炉。
【請求項２】
被加熱物の搬送方向に複数に分割されたゾーン毎に、被加熱物搬送方向の左右両側にそれぞれ対向する位置に設置された複数の蓄熱式バーナと、
前記各ゾーンにおいて、被加熱物の搬送方向と直角な方向の被加熱物温度分布を測定する複数の温度計と、
前記温度計の測定値に基づいて被加熱物の温度が目標温度になるように前記蓄熱式バーナの燃焼を制御する燃焼制御装置とを備え、
前記温度計により測定された被加熱物の温度分布において、左右両側の温度が中央部の温度より高い場合には、被加熱物搬送方向の次のバーナグループの蓄熱式バーナを対向燃焼モードで燃焼させ、
前記温度計により測定された被加熱物の温度分布において、左右両側の温度が中央部の温度より低い場合には、被加熱物搬送方向の次のバーナグループの蓄熱式バーナを高温希釈空気燃焼による交番燃焼モードで燃焼させることを特徴とする鋼材加熱炉における加熱制御方法。
【請求項３】
被加熱物の搬送方向に複数に分割されたゾーン毎に、被加熱物搬送方向の左右両側にそれぞれ対向する位置に設置された複数の蓄熱式バーナと、
前記各ゾーンにおいて、被加熱物の搬送方向と直角な方向のガス温度分布を測定する複数の温度計と、
前記温度計の測定値に基づいて被加熱物の温度が目標温度になるように前記蓄熱式バーナの燃焼を制御する燃焼制御装置とを備え、
前記温度計により測定されたガス温度分布において、左右両側の温度が中央部の温度より高い場合には、被加熱物搬送方向の次のバーナグループの蓄熱式バーナを対向燃焼モードで燃焼させ、
前記温度計により測定されたガス温度分布において、左右両側の温度が中央部の温度より低い場合には、被加熱物搬送方向の次のバーナグループの蓄熱式バーナを高温希釈空気燃焼による交番燃焼モードで燃焼させることを特徴とする鋼材加熱炉における加熱制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として工業用加熱炉に関し、蓄熱式バーナを用いた加熱炉および被加熱物を均一に加熱するための加熱制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材などの被加熱物を連続的に搬送しながら所定温度まで加熱した後抽出する従来の蓄熱式バーナ加熱炉においては、被加熱物搬送方向の左右両側、すなわち炉幅方向の左側と右側にバーナが複数配置されており、これらのバーナは互いに概略対向する位置に設置されており、これらのバーナは加熱炉の被加熱物搬送方向、すなわち炉長方向に複数のグループに分割されており、かつ、加熱炉には、被加熱物搬送方向の複数の位置で被加熱物の温度を測定する温度計が設置されており、温度計により測定された被加熱物の温度が所定の温度より低い場合には、被加熱物搬送方向の次のバーナグループでは燃焼負荷を所定値より増加させ、温度計により測定された被加熱物の温度が所定の温度より高い場合には、被加熱物搬送方向の次のバーナグループでは燃焼負荷を所定値より減少させることにより、被加熱物の抽出時には、被加熱物の温度が目標値と一致するように加熱制御されている。
【０００３】
ここで、上記蓄熱式バーナは、バーナ個々に高温に耐えるセラミック製の蓄熱体を有し、ある時間には炉内ガスを吸引してその顕熱を蓄熱体に蓄え（蓄熱状態）、別の時間には蓄えた顕熱を燃焼用空気に与えて高温の予熱空気を得て燃焼する（燃焼状態）いわゆる蓄熱燃焼を繰り返すバーナであり、高温の燃焼排ガスの顕熱を効率よく回収して高温の予熱空気が得られるため、加熱炉に用いると大きな省エネルギーとなるため、近年、急速に適用拡大が進んでいるバーナである。また、蓄熱式バーナでは、高温の予熱空気を得て燃焼するため、従来の燃焼技術ではＮＯｘ発生量が増加する問題があり、ＮＯｘ発生量を極力抑えるために、高温希釈空気燃焼と呼ばれる火炎長さが極めて大きくなる特殊な燃焼法が採用される。
そのため、各グループに属するバーナは、互いに対向燃焼しない交番燃焼モードで燃焼制御されるのが一般的である。ただし、炉幅が狭い加熱炉への適用に限っては、高温希釈空気燃焼と呼ばれる火炎長さが極めて大きくなる特殊な燃焼法を採用すると、燃焼が完了しない未燃焼ガスが排出される問題があるため、ＮＯｘの増大を犠牲にして、互いに対向燃焼する対向燃焼モードが採用されることもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、蓄熱式バーナでは、高温の予熱空気を得て燃焼するため、従来の燃焼技術ではＮＯｘ発生量が増加する問題があり、高温希釈空気燃焼と呼ばれる火炎長さが極めて大きくなる特殊な燃焼法が採用されている。
そのため、各グループに属するバーナは、互いに対向燃焼しない交番燃焼モードで燃焼制御されるのが一般的である。この場合、高温希釈空気燃焼と呼ばれる火炎長さが極めて大きくなる特殊な燃焼法を採用すると、炉内ガス温度分布がバーナにより形成される火炎の温度分布のみに支配されて形成され、温度分布制御が困難となる問題があった。また、互いに対向燃焼する対向燃焼モードを採用すると、ＮＯｘが増大する問題があった。
【０００５】
また、被加熱物であるスラブに大きな温度分布があると、圧延時の圧延抵抗（スラブを圧延したとき、圧延ロールに加わる荷重）が変化するため、圧延後の鋼板の厚さに温度分布に対応した偏差が生じることになる。さらに、スラブに大きな温度分布があると、スラブの最低温度部分を圧延に必要な温度まで加熱する必要があり、その結果、他の部分は過度な加熱となり加熱エネルギーの浪費と、スラブ表面の酸化による品質の劣化につながる。
また、ＮＯｘの増大は環境を汚染する問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、炉内ガス温度分布あるいは被加熱物温度分布を制御するようにして被加熱物を均一に加熱することができる鋼材加熱炉及び鋼材加熱炉における加熱制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鋼材加熱炉は、被加熱物の搬送方向に複数に分割されたゾーン毎に、被加熱物搬送方向の左右両側にそれぞれ対向する位置に設置された複数の蓄熱式バーナと、
前記各ゾーンにおいて、被加熱物の搬送方向と直角な方向の被加熱物温度分布または炉内ガス温度分布を測定する複数の温度計と、
前記温度計の測定値に基づき、前記被加熱物温度分布または炉内ガス温度分布の左右両側の温度が中央部の温度より高い場合には、前記蓄熱式バーナの燃焼モードを、前記各ゾーンにおけるバーナグループ毎に高温希釈空気燃焼による交番燃焼モードから対向燃焼モードへ、または、前記被加熱物温度分布または炉内ガス温度分布の左右両側の温度が中央部の温度より低い場合には、対向燃焼モードから高温希釈空気燃焼による交番燃焼モードへ切り替える制御を行う燃焼制御装置と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第１の鋼材加熱炉における加熱制御方法は、被加熱物の搬送方向に複数に分割されたゾーン毎に、被加熱物搬送方向の左右両側にそれぞれ対向する位置に設置された複数の蓄熱式バーナと、
前記各ゾーンにおいて、被加熱物の搬送方向と直角な方向の被加熱物温度分布を測定する複数の温度計と、
前記温度計の測定値に基づいて被加熱物の温度が目標温度になるように前記蓄熱式バーナの燃焼を制御する燃焼制御装置とを備え、
前記温度計により測定された被加熱物の温度分布において、左右両側の温度が中央部の温度より高い場合には、被加熱物搬送方向の次のバーナグループの蓄熱式バーナを対向燃焼モードで燃焼させ、
前記温度計により測定された被加熱物の温度分布において、左右両側の温度が中央部の温度より低い場合には、被加熱物搬送方向の次のバーナグループの蓄熱式バーナを高温希釈空気燃焼による交番燃焼モードで燃焼させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の鋼材加熱炉における加熱制御方法は、被加熱物の搬送方向に複数に分割されたゾーン毎に、被加熱物搬送方向の左右両側にそれぞれ対向する位置に設置された複数の蓄熱式バーナと、
前記各ゾーンにおいて、被加熱物の搬送方向と直角な方向のガス温度分布を測定する複数の温度計と、
前記温度計の測定値に基づいて被加熱物の温度が目標温度になるように前記蓄熱式バーナの燃焼を制御する燃焼制御装置とを備え、
前記温度計により測定されたガス温度分布において、左右両側の温度が中央部の温度より高い場合には、被加熱物搬送方向の次のバーナグループの蓄熱式バーナを対向燃焼モードで燃焼させ、
前記温度計により測定されたガス温度分布において、左右両側の温度が中央部の温度より低い場合には、被加熱物搬送方向の次のバーナグループの蓄熱式バーナを高温希釈空気燃焼による交番燃焼モードで燃焼させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の作用を図面により説明する。図２は本発明の蓄熱式バーナ加熱炉の概要を示す断面側面図である。図２において、１は加熱炉で、炉内幅（図では紙面の横方向）１０．１ｍ、炉内高さ（図では紙面の縦方向）５．０ｍ、炉長（図では紙面に垂直な方向）３６ｍの大きさを有する炉である。２は被加熱物であるスラブで、図では紙面に垂直な方向に搬送されつつ加熱される。４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは蓄熱式バーナであり、４ａ、４ｂは炉の右側に、４ｃ、４ｄは炉の左側に設置されている。５は炉内ガス温度あるいはスラブ表面温度を測定するための温度計であり、炉内幅方向に複数配置されている。
【００１１】
図２の（Ｉ）、（II）は、対向する蓄熱式バーナが同時に燃焼しない交番燃焼モードを示しており、（Ｉ）においては、４ａ、４ｄのバーナが燃焼状態にあり、４ｂ、４ｃのバーナが蓄熱状態にある。一方、（II）においては、４ａ、４ｄのバーナが蓄熱状態にあり、４ｂ、４ｃのバーナが燃焼状態にある。交番燃焼モードでは、状態（Ｉ）、(II)が交互に行われる。
【００１２】
図２の（III）、（IV）は、対向する蓄熱式バーナが同時に燃焼する対向燃焼モードを示しており、（III）においては、４ａ、４ｃのバーナが燃焼状態にあり、４ｂ、４ｄのバーナが蓄熱状態にある。一方、（IV）においては、４ａ、４ｃのバーナが蓄熱状態にあり、４ｂ、４ｄのバーナが燃焼状態にある。対向燃焼モードでは、状態（III）、(IV)が交互に行われる。
【００１３】
この加熱炉において、表１に示す組成の燃料ガスを用いて燃焼させた場合のガス温度分布を、燃焼モード別に比較したものを図３に示す。ただし、蓄熱式バーナでは蓄熱状態と燃焼状態が交互に繰り返されるのでガス温度は周期的に変動する。そこで、図３では５分間の時間平均値を示してある。なお、この燃料ガスの組成は、日本国内の一貫製鉄所で多く使用される燃料ガスの標準的組成である。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
図３から明らかなように、交番燃焼モードでは、炉内幅両端部と中央部の温度が低い温度分布となっている。一方、対向燃焼モードでは、中央部の温度が高い温度分布となっている。
この条件にて、スラブ（厚さ２２０ｍｍ、幅１３５０ｍｍ、長さ９３００ｍｍ：紙面では奥行き方向）を、図の位置に停止させ、スラブに埋め込んだ熱電対による温度指示値の変化を記録し、スラブ端部温度が１２８０℃になった時点での温度分布を燃焼モード別に比較したものを図４に示す。
【００１６】
図４から明らかなように、交番燃焼モードでは、中央部の温度が低いＭ形温度分布となった。炉内幅両端部のスラブ温度がガス温度分布と比較してそれほど低くならないのは、スラブ上下面からの加熱に加え、スラブ左右両端面からの加熱により昇温したためである。一方、対向燃焼モードでは、中央部の温度が高い温度分布となった。
【００１７】
なお、ＮＯｘについては、交番燃焼モードでは１１％酸素濃度換算値で２０ｐｐｍと環境規制値に対して十分低い値であったが、対向燃焼モードでは４５ｐｐｍとやや高い値となった。４５ｐｐｍでは日本国内の一部地域では環境規制値を上回ることになり全国的に採用することはできない。
【００１８】
図４に示すスラブ温度分布は、熱延加熱炉で要求される温度分布としてはいずれも不都合である。すなわち、このように、スラブに大きな温度分布があると、圧延時の圧延抵抗が変化するため、圧延後の鋼板の厚さに温度分布に対応した偏差が生じるからである。さらに、スラブに大きな温度分布があると、スラブの最低温度部分を圧延に必要な温度まで加熱する必要があり、他の部分は過度な加熱となり加熱エネルギーの浪費と、スラブ表面の酸化による品質の劣化につながるからである。
【００１９】
図３、図４から判明したことは、高温希釈空気燃焼による交番燃焼モードと、対向燃焼モードではスラブ中央の温度分布が、それぞれ凹形、凸形となるため、両者をうまく組み合わせれば、スラブ長手方向及び幅方向の温度分布を制御できるということである。
本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１により説明する。図１は本発明を適用した鋼材加熱炉の断面平面図である。図１において、１は加熱炉で、その大きさは、炉内幅（図では紙面の横方向）１０．１ｍ、炉内高さ（図では紙面に垂直な方向）５．０ｍ、炉長（図では紙面の縦方向）３６ｍである。矢印Ａは被加熱物装入側、矢印Ｂは被加熱物搬出側を示し、図には示されない鋼材が、約８００℃の温度で１時間あたり２００トン程度装入され、約１２００℃に加熱されて搬出される。４は蓄熱式バーナで、炉長方向の左右に合計１２本のみ記述しているが、被加熱物の下側の左右に配置したバーナも含めたバーナ本数は２４本である。なお、バーナの本数や設置数量は加熱炉の必要能力により増減するので、２４本に限定するものではない。５は温度計、６は加熱炉制御コンピュータ、７は熱延ライン制御コンピュータである。ゾーン-1、ゾーン-2、ゾーン-3 は、加熱炉の炉長方向のバーナグループの低温側から数えた分割を示す。
【００２１】
この加熱炉では、熱延ライン制御コンピュータ７から、装入スラブ寸法、初期温度、最終加熱温度、均熱度制約などの情報が加熱炉制御コンピュータ６に与えられる。加熱炉制御コンピュータ６は与えられた情報に基づき、各ゾーンの蓄熱式バーナ４の燃焼量を計算し出力する。
このときゾーン-1では、交番燃焼モードで蓄熱式バーナ４を切り替え燃焼させる。
ゾーン-2では、ゾーン-1出側の温度計５の出力として得られるスラブ温度分布を評価し、凸形温度分布であれば、交番燃焼モードで、凹形温度分布であれば、対向燃焼モードが選択され、蓄熱式バーナ４を切り替え燃焼させる。なお、ゾーン-1のスラブ平均温度と熱延ライン制御コンピュータ７からの情報として与えられた目標温度との偏差により、加熱炉制御コンピュータ６により計算されるゾーン-2の燃焼負荷を修正する。同様の操作をゾーン-3についても行う。
このような制御は、ゾーン数が３より多い場合についても同様に適用することができ、３ゾーンに限らない。
【００２２】
また、この実施の形態において、加熱炉１に設置する温度計５は被加熱物の幅方向の温度を測定するので、精度よく加熱制御することができる。また、その温度計５により炉幅方向の炉内ガス温度を測定することにすれば、あらかじめガス温度と加熱能力との関係を調べておくことにより、上記と同程度に精度よく加熱制御することができる。
なお、この実施の形態では、少なくとも装入側の１ゾーンは交番燃焼モードでの燃焼をするため、ＮＯｘが低くなり、他のゾーンが対向燃焼であっても、全体としてのＮＯｘ増加は最小限度にとどめることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、蓄熱式バーナを用いた加熱炉において、温度計により測定した被加熱物温度分布または炉内ガス温度分布に基づいて蓄熱式バーナの燃焼モードを交番燃焼モードまたは対向燃焼モードに切り替え制御するようにしたので、被加熱物を均一に加熱することができる。また、ＮＯｘの増大は最小限に抑えられるので環境汚染の問題も少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄熱式バーナ炉の概要を示す断面平面図である。
【図２】蓄熱式バーナ炉の燃焼モードを示す説明図である。
【図３】炉内ガス温度分布の燃焼モード別の比較図である。
【図４】スラブ温度分布の燃焼モード別の比較図である。
【符号の説明】
１  加熱炉
２  被加熱物
３  ウォーキングビーム
４  蓄熱式バーナ
５  温度計
６  加熱炉制御コンピュータ
７  熱延ライン制御コンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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