(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ストリップを連続加熱する連続焼鈍炉の加熱炉を金属ストリップの走行方向に複数のゾーンに区分して、各ゾーン毎に別々の炉温を設定可能とし、走行する金属ストリップを加熱し、加熱帯出側での金属ストリップの板温を制御する連続焼鈍炉の加熱炉における炉温設定方法において、
加熱炉出側及び加熱炉中央部における板温を監視し、
加熱炉出側及び加熱炉中央部において、それぞれ予め設定された所定範囲内に前記金属ストリップの板温が入るように、炉温設定値を、前記監視された板温に応じて、ステップヒートからフラットヒートへ、ステップ幅を徐々に縮小しながら遷移させるようにしたことを特徴とする連続焼鈍炉の加熱炉における炉温設定方法。
【請求項２】
金属ストリップを連続加熱する連続焼鈍炉の加熱炉を金属ストリップの走行方向に複数のゾーンに区分して、各ゾーン毎に別々の炉温を設定可能とし、走行する金属ストリップを加熱し、加熱帯出側での金属ストリップの板温を制御する連続焼鈍炉の加熱炉における炉温設定方法において、
加熱炉出側及び加熱炉中央部における板温を監視し、
加熱炉出側及び加熱炉中央部において、それぞれ予め設定された所定範囲内に前記金属ストリップの板温が入るように、炉温設定値を、前記監視された板温に応じて、フラットヒートから逆ステップヒートへ、ステップ幅を徐々に拡大しながら遷移させるようにしたことを特徴とする連続焼鈍炉の加熱炉における炉温設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続焼鈍炉の加熱炉における炉温設定方法に係わり、特に加熱炉前半及び加熱炉全体の炉温を制御する炉温設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続焼鈍炉においては、蛇行の発生を防止し、安定した通板状態を確保することが重要である。蛇行の発生原因としてまず考えられるものは、加熱炉前半におけるハースロールのサーマルクラウンの生成である。従来、サーマルクラウンそのものを制御する方法や、ハースロールを冷却してサーマルクラウンを防止する方法が知られている。これらの技術も蛇行を防止する手段の１つであるが、機械的に対応のできていない設備もある。
【０００３】
そこで、ハースロールのイニシャルクラウンを工夫し、加熱炉中央部におけるストリップ表面温度、即ち、加熱炉前半の炉温を制御することでサーマルクラウンの発生を抑制し、蛇行を防止する方法が考えられている。これを行うための手段として、加熱炉を複数のゾーンに分け、それぞれのゾーンで個別に炉温の設定を可能とすることが必要とされる。
【０００４】
ゾーン別に炉温を設定する方法として、例えば特公昭５９−３３１７６号公報には、ストリップの寸法や鋼種、加熱炉出側の目標板温の程度によって、ステップヒートあるいはフラットヒートに切り換えることで低燃料使用量で効率の良い熱処理を行わせる方法が開示されている。ここで、ステップヒートとは、加熱炉のゾーンを例えば４分割して、前のゾーンからあるステップ幅で炉温設定値を徐々に高くする炉温設定方法をいい、フラットヒートとは、炉全体全てのゾーンが同じ目標炉温となる炉温設定方法をいう。なお、前のゾーンからあるステップ幅で炉温設定値を徐々に低くする炉温設定方法を逆ステップヒートという。
【０００５】
又、特開平５−２５５５５号公報には、加熱炉の中間部及び出側部で別々に板温を測定し、中間部板温に基づいて加熱炉前半部の炉温を制御し、出側部板温に基づいて加熱炉後半部の炉温を制御するようにしたものが開示されている。又、特開平５−２７１７８４号公報には、加熱炉前半の炉温を加熱炉後半の炉温より高く設定するものが開示されている。更に、特開昭６０−５６０２６号公報や特開平７−１２６７５９号公報には、加熱炉を複数のゾーンに分け、各ゾーンにおける設定炉温を上流側から下流側へ段階的に高くなるように設定するものが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の、ストリップの寸法や鋼種、加熱炉出側の目標板温の程度によってステップヒートあるいはフラットヒートに切り換える方法は、対象によりヒートパターンを固定してしまうもので、ステップ幅を変更するものではなく、蛇行防止を考慮に入れていないため、蛇行防止のために中央板温を人が介入し修正しようとした場合に、出側板温が目標板温から大きく外れてしまう虞れがあった。一方、品質上、出側板温を保証しようとすると、中央板温が許容範囲を満たすことができず、蛇行が発生する虞れがある。
【０００７】
又、加熱炉中間部及び出側部における板温測定値により、加熱炉前半部と後半部の炉温を別々に計算して設定する方法においては、炉温のバランスが前半部と後半部で大きく崩れ、多様な品種を生産する場合に、次材で目的とする炉温の制御が間に合わなくなったり、炉帯そのもののきしみが設備的に悪影響を及ぼす虞れがある。
【０００８】
又、加熱炉前半部の炉温を高く設定する方法は、現実には、前半部で設定温度に到達できず能力オーバーとなったり、予測した出側板温が不足するため使用が制限されたり、燃料効率が良くない等の問題がある。
【０００９】
又、加熱炉を複数のゾーンに分け、各ゾーンにおける設定炉温が段階的に高くなるように炉温を設定する方法では、ステップ幅が変更されないため、加熱炉中央部における板温が許容範囲を満たさない場合に炉温設定値を修正することができないという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、少ない燃料使用量で効率の良い熱処理を行いつつ、加熱炉中央及び出側での板温を適正に制御できるよう炉温を設定し、且つ蛇行の発生を防止し、品質及び通板性の向上を図ることのできる技術を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属ストリップを連続加熱する連続焼鈍炉の加熱炉を金属ストリップの走行方向に複数のゾーンに区分して、各ゾーン毎に別々の炉温を設定可能とし、走行する金属ストリップを加熱し、加熱帯出側での金属ストリップの板温を制御する連続焼鈍炉の加熱炉における炉温設定方法において、加熱炉出側及び加熱炉中央部における板温を監視し、加熱炉出側及び加熱炉中央部において、それぞれ予め設定された所定範囲内に前記金属ストリップの板温が入るように、炉温設定値を、前記監視された板温に応じて、ステップヒートからフラットヒートへ、ステップ幅を徐々に縮小しながら遷移させるようにして、前記課題を解決したものである。
【００１３】
本発明は、又  金属ストリップを連続加熱する連続焼鈍炉の加熱炉を金属ストリップの走行方向に複数のゾーンに区分して、各ゾーン毎に別々の炉温を設定可能とし、走行する金属ストリップを加熱し、加熱帯出側での金属ストリップの板温を制御する連続焼鈍炉の加熱炉における炉温設定方法において、加熱炉出側及び加熱炉中央部における板温を監視し、加熱炉出側及び加熱炉中央部において、それぞれ予め設定された所定範囲内に前記金属ストリップの板温が入るように、炉温設定値を、前記監視された板温に応じて、フラットヒートから逆ステップヒートへ、ステップ幅を徐々に拡大しながら遷移させるようにしたものである。
【００１４】
以下、本発明に至る経過について説明する。
【００１５】
本発明者等は、まず加熱炉中央部に設置した板温計による加熱炉前半部の炉温設定と、加熱炉出側に設置された板温計による加熱炉後半部の炉温設定を別々に行おうと試みたが、加熱炉中央部及び出側でのそれぞれの目標板温の関係は、材料によってまちまちであった。
【００１６】
即ち、加熱炉中央部においては蛇行の防止だけが目的であるため、材料によって大きく異なることはないが、出側においては材料の品質保証が目的となるため、仕向け先、使用目的等によって目標板温が大きく異なる。そこで、加熱炉中央部及び出側での目標板温をそのまま使って炉温を設定しようとすると、突然加熱炉前半部の炉温設定が下限値を下回ってしまう虞れがあった。
【００１７】
又、従来はステップヒートやフラットヒートは鋼種やサイズ等の対象により固定してしまい、ステップヒートの場合でもステップ幅を変更するような方法はなかった。
【００１８】
そこで、本発明では、基本的にはステップヒートを使って炉温が入側から出側まで大きくばらつかないことを前提に、そのステップ幅を少しずつ変更していくようにした。
【００１９】
本発明によれば、加熱炉中央部及び加熱炉出側における板温を監視しながら、それぞれの板温を適正に制御するよう炉温設定値を変更するようにしたため、多品種で炉温設定変更が多い場合においても、その移行がスムーズであり、蛇行の発生を防止することができ、製品の材質も保証することができるようになった。
【００２０】
更に、加熱炉の炉温設定を、ステップヒート、フラットヒート及び逆ステップヒート等のステップパターンを使用し、ステップ幅を修正していくようにしたので、各ゾーンにおける炉温が必要以上ばらばらにならないように設定できるため、ステップパターンや炉温の上下がスムーズであり、極力燃焼効果の高い状態で、多品種の材料を短周期で通板する場合の炉温設定変更が容易となる。
【００２１】
なお、中央部における板温は蛇行防止が目的であるため、中央部での目標板温は、その目標値を下回らなければ目標を満足したものと言える（即ち、中央部での目標板温＝許容値の下限である。）。出側の目標板温も材料に応じてその上・下限許容範囲が設定され、その許容範囲の中で今回の炉温設定を行うようにしている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明が適用される連続焼鈍炉の加熱炉を含む設備を示す概略構成図である。
【００２４】
図１において、１０は連続焼鈍設備の本体をなす加熱炉である。この加熱炉１０の中を溶接してひと続きとした帯状のストリップ１２が通板する。これらのストリップ１２は加熱炉１０内外のロール１４の回転に伴い、矢印Ａの方向に向かって連続的に送られ、加熱炉１０出側に向かって例えばラジアントチューブバーナからの輻射熱等により急速に加熱される。
【００２５】
又、１６は、製造対象の材料に対する板厚・板幅・鋼種といった比較データ、その材料の加熱炉１０中央及び出側における目標板温とその許容上下限範囲を与えるための上位計算機である。
【００２６】
又、１８は、具体的に炉温を何℃にするかを設定する炉温設定用計算機である。炉温設定用計算機１８は、上位計算機１６からの材料規格に基づいて、対象材の比重・比熱・中央での板温目標とその許容値を求める。又、炉温設定用計算機１８は、その材料では基本的にどのようなステップパターンで加熱するか、即ちフラット状に全ゾーン同じ炉温にするか、ステップ状に炉温を上げるか、ステップ状ならそのステップ幅何℃ずつ炉温を上げてやるのか等の初期条件を読み取る。炉温設定用計算機１８は、これらの初期条件に基づいて板温予測計算を行う。即ち、加熱炉１０出側での板温を満足させるように炉温を決定した結果、中央での板温が不足した場合、ステップパターンを修正して再度板温予測計算を行い、これらの板温予測と炉温修正を繰り返した最終結果を炉温値として加熱炉１０の炉温を制御するコントローラ２０に出力する。
【００２７】
加熱炉１０は、炉温の設定対象として例えば４つのゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４に分かれ、各々のゾーンで上部及び下部別に温度計２２が設置され、炉温が測定される。温度計２２による炉温測定の結果はコントローラ２０に取り込まれる。又、各ゾーンには、燃焼ガス配管２４、燃焼ガス流量測定器２６及び燃焼ガス流量弁２８が必要に応じて複数式設けられ、それぞれに設置されたコントローラ２０により制御される。各ゾーンにおける炉温は、各ゾーンの上部及び下部別に設けられた燃焼ガス流量測定器２６からのフィードバックにより、燃焼ガス流量弁２８が開閉されることによって調整される。
【００２８】
これら以外に、加熱炉１０の入側及び加熱炉中央部及び加熱炉出側にストリップ１２表面の板温を測定する板温計３０、３２、３４が設置されており、これらの測定値は炉温設定用計算機１８に取り込まれ、板温予測計算に用いられる。又、ロール１４等によるストリップ１２の送り速度は、ライン速度検出器３６によって測定され、その速度も炉温設定用計算機１８に取り込まれ、板温予測計算に用いられる。
【００２９】
以下、本実施形態の作用を説明する。
【００３０】
図２は、第１実施形態において炉温設定用計算機１８で行われる計算処理の流れを示すフローチャートである。
【００３１】
この第１実施形態は、ステップ幅ａ℃のステップヒートが初期値となる場合で、修正後も、前半側の炉温の方が炉温の高い逆ステップ状の炉温設定を認めない場合である。
【００３２】
まずステップ１００において、炉温設定用計算機１８は上位計算機１６より比較データ、板厚、板幅、鋼種、出側目標板温値とその許容範囲等のデータを受け取る。次に、ステップ１０２において、中央板温目標値及びその許容値やステップパターンの初期値等、その他炉温設定計算に必要なデータを読み込む。
【００３３】
次のステップ１０４において、板温予測計算を行う。この中では、ステップパターンに従って加熱炉１０出側での板温が目標値になるような炉温値を算出する。この場合には、炉温全体を１つとみた熱吸収モデルを用いる。この時点では、中央の板温が満足されるかどうかは分らない。そこで、次のステップ１０６において、今計算された炉温に基づいて炉前半の板温予測計算を行う。即ち、算出された炉温によって中央までに何℃まで板温が加熱されるかを計算する。この場合には、炉前半だけの熱吸収モデルを用いる。
【００３４】
次のステップ１０８において、中央板温が目標許容範囲内にあるか否か判定する。中央板温がこの許容範囲を満たしている場合には、次のステップ１１０へ進み、設定炉温をコントローラ２０に出力して演算を終了する。
【００３５】
ステップ１０８において、中央板温が許容範囲を満たさない場合、即ち図３（ｂ）に示すように、出側板温がその許容範囲Ｍ２内にあるにも拘らず、中央板温が中央における許容範囲Ｍ１を下回っている場合には、ステップ１１２において、ステップ幅が０になっていないか否か（即ちフラットヒートになっていないか否か）判断する。ステップ幅が０になっていない場合には、ステップ１１４へ進み、ステップ幅を図３（ａ）に示す初期値のａから、図４（ａ）に示すａ／２となるように１／２に修正する。このようにステップ幅を１／２に修正することにより、図４（ａ）に示すように、ステップ幅が減少した分だけ後半ゾーンの炉温が減少し、その分前半ゾーンの炉温が増加する。これは結局、燃焼負荷を前半ゾーンにシフトすることを意味する。
【００３６】
再びステップ１０４へ戻り、修正したステップパターンで再度同様に出側板温及び中央板温を計算する。このとき、又図４（ｂ）に示すように、中央板温が中央における許容範囲Ｍ１に不足する場合には、再びステップ１１４において、図５（ａ）に示すように、更にステップ幅を１／２のａ／４に修正する。その結果、中央板温が図５（ｂ）に示すように、中央における許容範囲Ｍ１を満たしている場合には、ステップ１１０へ進み、設定炉温をコントローラ２０に出力して演算を終了する。
【００３７】
このように、ステップ幅の修正は初期値ａから、
ａ→ａ／２→ａ／４→０
の順に徐々に縮小していき、必要な場合には図６（ａ）、（ｂ）に示すように、最終的にフラットヒートまで行われる。
【００３８】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、フラットヒートでもなお且つ中央板温が許容範囲Ｍ１に不足する場合には、ステップ１１２において、ステップ幅が０即ちフラットヒートになっていることを確認した上、ステップ１１６において出側板温計算値が命令された上限値以内かどうか判断する。出側板温が上限まで達していなければ、ステップ１１８において図８（ａ）に示すように出側板温の目標値をΔＴ℃だけ高く変更して再度出側板温と中央板温を計算する。これは、出側の目標板温を材質的に許容される範囲で高くすることで中央板温をその不足分だけ釣り上げようとする意図である。そして上限値以内で出側板温の目標値を高く変更し図９（ａ）、（ｂ）に示すように中央板温が許容範囲Ｍ１を満すようになったらステップ１１０において設定炉温をコントローラ２０に出力して演算を終了する。
【００３９】
又、ステップ１１６において、出側板温が上限値を越える場合には、出側での品質が板温の高過ぎで保証できず、且つ中央で板温が低過ぎるという異常事態であるため、次のステップ１２０において異常を知らせて処理を終了する。
【００４０】
以上の図７〜図９はステップヒートから始めてステップ幅を修正しフラットヒートに至ってもなお且つ中央板温が不足する場合であったが、初期値としてフラットヒートから始まり、逆ステップ状の炉温設定を認めない場合でも同様である。
【００４１】
次に本発明の第２実施形態について説明する。
【００４２】
第２実施形態は、フラットヒートを初期値とし、逆ステップ状の炉温設定を認める場合である。
【００４３】
この場合の計算処理のフローチャートは、図２のステップ１１２において逆ステップ幅が許容範囲（−ｂ℃）以内であることを確認することと、ステップ１１４において逆ステップ幅を
０→（−ｂ／４）→（−ｂ／２）→（−ｂ）
という順に修正する、と読替えるようにすることの他は全て図２のフローチャートと同様である。この読替えを考慮して、図２のフローチャートを用いて第２実施形態の作用を説明する。
【００４４】
ステップ１００からステップ１０６までは第１実施形態と同様である。ステップ１０８において、図１０（ｂ）に示すように、中央板温値が中央における許容範囲Ｍ１を下回る軸と判断された場合にはステップ１１２へ進み、逆ステップ幅が許容範囲（−ｂ）以内であるか否か判断する。逆ステップ幅が０の場合にはステップ１１６へ進み、出側板温計算機が上限値以内かどうか判断され、上限値以内の場合にはステップ１１８において、図１１（ａ）に示すように、目標板温を上限までの範囲でΔＴ℃高く変更する。このとき図１１（ｂ）に示すようにフラットヒートの計算でも、中央板温が中央における許容範囲Ｍ１を満さない場合には、ステップ１１４において逆ステップ幅を−ｂ／４に変更する。このとき中央板温が中央における許容範囲Ｍ１を満さない場合には、逆ステップ幅を、０→（−ｂ／４）→（−ｂ／２）→（−ｂ）の順番で逆ステップ幅の許容範囲（−ｂ）まで逆ステップ幅を修正する。そしてあるところで図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、中央板温が中央における許容範囲Ｍ１を満す場合には、ステップ１１０で設定炉温をコントローラ２０に出力して演算を終了する。
【００４５】
このように、第２実施形態は、フラットヒートの計算でも加熱炉１０中央部及び出側の板温を満足できない場合から、前半ゾーンの炉温を高くする逆ステップヒートへ移行する場合であり、中央の板温が不足するために燃焼負荷を前半へシフトして前半ゾーンの燃焼負荷を大きくするという考え方は第１実施形態と共通している。
【００４６】
なお、第２実施形態は初期値としてフラットヒートから始めたが、初期値として逆ステップ状の炉温設定を行うようにしても良い。
【００４７】
以上述べた実施形態では、加熱炉中央部及び出側の両板温を満足するようにしたため、出側での材質を保証すると同時に、加熱炉前半で発生し易い蛇行を防止することができるようになった。又本実施形態においては、ステップヒートあるいはフラットヒートといった燃焼パターンを使用することにより燃焼のバランスを維持しつつ、多品種で炉温設定変更が多い場合においても、その移行をスムーズに行うことが可能となった。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、加熱炉中央及び出側の両板温を満足するようにしたため、出側での材質を保証すると同時に加熱炉前半で発生し易い蛇行を防止すると共に、燃焼のバランスを維持しつつ、安定した通板と材質の良い製品を生産することが可能となった。
【００４９】
なお、中央板温の維持は蛇行防止を目的としていたが、それ以外の目的で加熱炉内の調温カーブ（ヒートサイクル）を保証したい場合にも、中央通過時の板温に限り有効である。
【００５０】
又、加熱炉の炉温設定にはステップヒート、フラットヒート及び逆ステップヒートのステップパターンを基調とし、各ゾーンにおける炉温が必要以上ばらばらにならないように設定するため、ステップパターンや炉温の上下変更がスムーズであり、極力燃焼の効果の高い状態で、多品種の材料を短周期で通板する場合の炉温設定変更が容易にできるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された連続焼鈍炉の加熱炉の概略を示す構成図
【図２】本発明の第１実施形態における処理の流れを示すフローチャート
【図３】第１実施形態におけるステップヒートからフラットヒートへの炉温設定計算の過程における初期値を示す説明図
【図４】同過程においてステップ幅を１／２にした場合を示す説明図
【図５】同過程においてステップ幅を１／４にした場合を示す説明図
【図６】同過程においてフラットヒートになった場合を示す説明図
【図７】第１実施形態におけるフラットヒートの場合の炉温設定計算の過程を示す説明図
【図８】同過程において炉温を上昇した場合を示す説明図
【図９】同過程において中央での目標値が達成された場合を示す説明図
【図１０】第２実施形態におけるフラットヒートから逆ステップヒートに至る炉温設定計算の過程における初期値を示す説明図
【図１１】同過程において炉温を上昇した場合を示す説明図
【図１２】同過程において逆ステップヒートにした場合を示す説明図
【符号の説明】
１０…加熱炉
１２…ストリップ
１４…ロール
１６…上位計算機
１８…炉温設定用計算機
２０…コントローラ
２２…温度計
２４…燃焼ガス配管
２６…燃焼ガス流量測定器
２８…燃焼ガス流量弁
３０、３２、３４…板温計
３６…ライン速度検出器
【図１】
0004126463.tif 000002
【図２】
0004126463.tif 000003
【図３】
0004126463.tif 000004
【図４】
0004126463.tif 000005
【図５】
0004126463.tif 000006
【図６】
0004126463.tif 000007
【図７】
0004126463.tif 000008
【図８】
0004126463.tif 000009
【図９】
0004126463.tif 000010
【図１０】
0004126463.tif 000011
【図１１】
0004126463.tif 000012
【図１２】
0004126463.tif 000013