(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-04-11
(45)【発行日】2022-04-19
(54)【発明の名称】燃焼空気流量の制御方法及び連続多帯式加熱炉
(51)【国際特許分類】
F23N 5/00 20060101AFI20220412BHJP
F27D 7/02 20060101ALI20220412BHJP
C21D 1/00 20060101ALI20220412BHJP
C21D 1/52 20060101ALI20220412BHJP
F27B 9/40 20060101ALI20220412BHJP
F27D 19/00 20060101ALI20220412BHJP
【ＦＩ】
F23N5/00 Q
F23N5/00 D
F27D7/02 A
C21D1/00 112K
C21D1/00 B
C21D1/52 K
F27B9/40
F27D19/00 A
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2018047686
(22)【出願日】2018-03-15
(65)【公開番号】P2019060588
(43)【公開日】2019-04-18
【審査請求日】2020-11-30
(31)【優先権主張番号】P 2017187111
(32)【優先日】2017-09-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】100120329
【弁理士】
【氏名又は名称】天野 一規
(74)【代理人】
【識別番号】100159581
【弁理士】
【氏名又は名称】藤本 勝誠
(74)【代理人】
【識別番号】100159499
【弁理士】
【氏名又は名称】池田 義典
(74)【代理人】
【識別番号】100158540
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 博生
(74)【代理人】
【識別番号】100106264
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 耕治
(74)【代理人】
【識別番号】100187768
【弁理士】
【氏名又は名称】藤中 賢一
(72)【発明者】
【氏名】泊 圭一郎
(72)【発明者】
【氏名】織田 剛
【審査官】宮下 浩次
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５２－１４２３３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０４３９１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－２６２４１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－０４９９２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－０２６８１６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２３Ｎ ５／００
Ｆ２７Ｄ ７／０２
Ｃ２１Ｄ １／００
Ｃ２１Ｄ １／５２
Ｆ２７Ｂ ９／４０
Ｆ２７Ｄ １９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
直列して設けられる複数の加熱ゾーンを有する炉体と、これらの加熱ゾーンにそれぞれ配設される複数のバーナーとを備える連続多帯式加熱炉におけるバーナーへ供給される燃焼空気流量の制御方法であって、上記複数の加熱ゾーン毎のバーナーへの燃料流量、バーナーへの燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温を測定する工程と、
上記複数の加熱ゾーン毎の上記燃料流量、上記燃焼空気流量、上記炉内酸素濃度及び上記炉温、並びに上記炉体内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式に基づいて定量的に把握できるように上記複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量を算出する工程と、
上記複数の加熱ゾーン毎の上記侵入空気流量に基づいて上記複数の加熱ゾーン内を所望の空気比に保持可能なバーナーへの燃焼空気流量を算出する工程と、
上記複数のバーナーへ供給する燃焼空気流量を上記算出工程で算出された上記燃焼空気流量に調整する工程と
を備える燃焼空気流量の制御方法。
【請求項2】
上記侵入空気流量を定量的に算出する工程で、ガスの組成であるＯ
２
、Ｎ
２
、ＣＯ、ＣＯ
２
、Ｈ
２
Ｏごとに侵入空気に起因する流量を算出する請求項１に記載の燃焼空気流量の制御方法。
【請求項3】
上記測定工程で、炉内一酸化炭素濃度をさらに測定し、上記侵入空気流量の算出工程で、上記測定工程で測定した炉内一酸化炭素濃度をさらに考慮する請求項１又は請求項２に記載の燃焼空気流量の制御方法。
【請求項4】
直列して設けられる複数の加熱ゾーンを有する炉体と、これらの加熱ゾーンにそれぞれ配設される複数のバーナーとを備える連続多帯式加熱炉であって、上記複数の加熱ゾーン毎のバーナーへの燃料流量を測定する複数の燃料流量計と、
上記複数の加熱ゾーン毎のバーナーへの燃焼空気流量を測定する複数の空気流量計と、
上記複数の加熱ゾーン毎の炉内酸素濃度を測定する複数の酸素濃度計と、
上記複数の加熱ゾーン毎の炉温を測定する複数の温度計と、
上記複数の加熱ゾーン毎の上記燃料流量、上記燃焼空気流量、上記炉内酸素濃度及び上記炉温、並びに上記炉体内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式に基づいて定量的に把握できるように上記複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量を算出する第１演算部と、
上記複数の加熱ゾーン毎の上記侵入空気流量に基づいて上記複数の加熱ゾーン内を所望の空気比に保持可能なバーナーへの燃焼空気流量を算出する第２演算部と、
上記複数のバーナーへ供給する燃焼空気流量を上記第２演算部で算出された上記燃焼空気流量に調整する燃焼空気流量調整部と
をさらに備える連続多帯式加熱炉。
【請求項5】
上記複数の加熱ゾーン毎の炉内一酸化炭素濃度を測定する複数の一酸化炭素濃度計をさらに備え、上記第１演算部が、上記侵入空気流量の算出で上記炉内一酸化炭素濃度をさらに考慮する請求項４に記載の連続多帯式加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、燃焼空気流量の制御方法及び連続多帯式加熱炉に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的な直火型の連続多帯式加熱炉は、複数の加熱ゾーンにそれぞれ配設される複数のバーナーでスラブ等を加熱する。バーナーを用いた加熱の際には、加熱炉内で適切な燃焼状態を実現するために、バーナーに供給される燃料流量と空気流量との比（バーナー空気比）が調整される。
【0003】
理想的なバーナー空気比に対し、バーナーへの空気の供給量が過剰である場合、排ガス損失（排気ガスとして逃げる熱損失）が発生する。連続多帯式加熱炉の炉内酸素濃度が低い場合は、バーナー空気比の調整によって容易に適切な燃焼状態が実現されるため、排ガス損失が低減される。
【0004】
一方、連続多帯式加熱炉は、装入及び抽出用の扉、搬送用のスキッド等を備えているため、これらの設備から炉内へ不可避的に空気が侵入する。加熱炉内への空気の侵入量が多いと、燃焼に対する炉内酸素の影響を無視することができなくなり、バーナー空気比の調整において炉内酸素の影響を考慮する必要が生じる。
【0005】
そこで、外気の侵入を考慮して加熱炉内の空気比（空燃比）を設定し、加熱炉内が設定された空気比となるようにバーナーへの空気流量を調整する燃焼制御方法が提案されている（特許文献１）。特許文献１の燃焼制御方法は、炉内酸素濃度と炉内一酸化炭素濃度とを測定し、これらの測定値と目標値との偏差を解消する空気比を算出し、算出した空気比となるようにバーナーへの空気流量を調整することによって、最適な燃焼状態を保持できるとしている。
【0006】
しかしながら、特許文献１の燃焼制御方法は、測定された炉内酸素濃度と炉内一酸化炭素濃度とを用いて空気比を補正する制御に留まるものであり、侵入空気自体を定量的に考慮するものではない。このため、実際の制御では、時定数や空気比のハンチングが大きくなりやすい。したがって、特許文献１の燃焼制御方法では、空気比の補正幅を大きくし、排ガス損失を十分に低減することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開昭６１－４９９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、排ガス損失を十分に低減することが可能な燃焼空気流量の制御方法及び連続多帯式加熱炉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】
【0009】
上記課題を解決するためになされた発明は、直列して設けられる複数の加熱ゾーンを有する炉体と、これらの加熱ゾーンにそれぞれ配設される複数のバーナーとを備える連続多帯式加熱炉におけるバーナーへ供給される燃焼空気流量の制御方法であって、上記複数の加熱ゾーン毎のバーナーへの燃料流量、バーナーへの燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温を測定する工程と、上記複数の加熱ゾーン毎の上記燃料流量、上記燃焼空気流量、上記炉内酸素濃度及び上記炉温、並びに上記炉体内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式に基づいて上記複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量を算出する工程と、上記複数の加熱ゾーン毎の上記侵入空気流量に基づいて上記複数の加熱ゾーン内を所望の空気比に保持可能なバーナーへの燃焼空気流量を算出する工程と、上記複数のバーナーへ供給する燃焼空気流量を上記算出工程で算出された上記燃焼空気流量に調整する工程とを備える。
【0010】
当該燃焼空気流量の制御方法は、複数の加熱ゾーン毎の燃料流量、燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温、並びに炉体内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式に基づいて加熱ゾーン毎の侵入空気流量を算出するので、加熱ゾーン毎の侵入空気流量を定量的に把握することができる。そして、当該燃焼空気流量の制御方法は、加熱ゾーン内を所望の空気比とするように、算出された侵入空気流量に基づいてバーナーへ供給する燃焼空気流量を調整するので、加熱ゾーン内の空気比を適切な値に保持し、排ガス損失を十分に低減できる。
【0011】
上記測定工程で、炉内一酸化炭素濃度をさらに測定し、上記侵入空気流量の算出工程で、上記測定工程で測定した炉内一酸化炭素濃度をさらに考慮するとよい。このように上記測定工程で炉内一酸化炭素濃度を測定し、その測定値を上記算出工程での侵入空気流量の算出に考慮することで、一酸化炭素の燃焼に必要な空気量を精度よく考慮した燃焼空気流量に調整できるので、さらに排ガス損失を低減できる。
【0012】
上記課題を解決するためになされた別の発明は、直列して設けられる複数の加熱ゾーンを有する炉体と、これらの加熱ゾーンにそれぞれ配設される複数のバーナーとを備える連続多帯式加熱炉であって、上記複数の加熱ゾーン毎のバーナーへの燃料流量を測定する複数の燃料流量計と、上記複数の加熱ゾーン毎のバーナーへの燃焼空気流量を測定する複数の空気流量計と、上記複数の加熱ゾーン毎の炉内酸素濃度を測定する複数の酸素濃度計と、上記複数の加熱ゾーン毎の炉温を測定する複数の温度計と、上記複数の加熱ゾーン毎の上記燃料流量、上記燃焼空気流量、上記炉内酸素濃度及び上記炉温、並びに上記炉体内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式に基づいて上記複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量を算出する第１演算部と、上記複数の加熱ゾーン毎の上記侵入空気流量に基づいて上記複数の加熱ゾーン内を所望の空気比に保持可能なバーナーへの燃焼空気流量を算出する第２演算部と、上記複数のバーナーへ供給する燃焼空気流量を上記第２演算部で算出された上記燃焼空気流量に調整する燃焼空気流量調整部とをさらに備える。
【0013】
当該連続多帯式加熱炉は、複数の加熱ゾーン毎の燃料流量、燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温、並びに炉体内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式に基づいて複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量を算出するので、加熱ゾーン毎の侵入空気流量を定量的に把握することができる。そして、当該連続多帯式加熱炉は、加熱ゾーン内を所望の空気比とするように、算出された侵入空気流量に基づいてバーナーへ供給する燃焼空気流量を調整するので、加熱ゾーン内の空気比を適切な値に保持し、排ガス損失を十分に低減できる。
【0014】
上記複数の加熱ゾーン毎の炉内一酸化炭素濃度を測定する複数の一酸化炭素濃度計をさらに備え、上記第１演算部が、上記侵入空気流量の算出で上記炉内一酸化炭素濃度をさらに考慮するとよい。このように一酸化炭素濃度計で炉内一酸化炭素濃度を測定し、その測定値を第１演算部での侵入空気流量の算出に考慮することで、一酸化炭素の燃焼に必要な空気量を精度よく考慮した燃焼空気流量に調整できるので、さらに排ガス損失を低減できる。
【発明の効果】
【0015】
本発明の燃焼空気流量の制御方法及び連続多帯式加熱炉は、排ガス損失を十分に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の一実施形態の連続多帯式加熱炉の概要を説明するための模式的構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
〔第一実施形態〕
以下、本発明に係る燃焼空気流量の制御方法及び連続多帯式加熱炉の第一実施形態について図を参照しつつ詳説する。
以下、本発明に係る燃焼空気流量の制御方法及び連続多帯式加熱炉の第一実施形態について図を参照しつつ詳説する。
【0018】
［連続多帯式加熱炉］
図１の連続多帯式加熱炉１は、直列して設けられる複数の加熱ゾーンを有する炉体２と、これらの加熱ゾーンにそれぞれ配設される複数のバーナーとを備えている。具体的には、連続多帯式加熱炉１が、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３をこの順に有する炉体２を備えており、第１加熱帯２１にはバーナー３１が配設され、第２加熱帯２２にはバーナー３２が配設され、均熱帯２３にはバーナー３３が配設されている。なお、図１では、炉体２の外から内に向かう白抜き矢印で侵入空気の流れが示され、炉体２内の均熱帯２３から第１加熱帯２１に向かう白抜き矢印で炉体２内を移流するガスの流れが示されている。
図１の連続多帯式加熱炉１は、直列して設けられる複数の加熱ゾーンを有する炉体２と、これらの加熱ゾーンにそれぞれ配設される複数のバーナーとを備えている。具体的には、連続多帯式加熱炉１が、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３をこの順に有する炉体２を備えており、第１加熱帯２１にはバーナー３１が配設され、第２加熱帯２２にはバーナー３２が配設され、均熱帯２３にはバーナー３３が配設されている。なお、図１では、炉体２の外から内に向かう白抜き矢印で侵入空気の流れが示され、炉体２内の均熱帯２３から第１加熱帯２１に向かう白抜き矢印で炉体２内を移流するガスの流れが示されている。
【0019】
また、連続多帯式加熱炉１は、複数の加熱ゾーン毎のバーナーへの燃料流量を測定する複数の燃料流量計と、複数の加熱ゾーン毎のバーナーへの燃焼空気流量を測定する複数の空気流量計と、複数の加熱ゾーン毎の炉内酸素濃度を測定する複数の酸素濃度計と、複数の加熱ゾーン毎の炉温を測定する複数の温度計とを備えている。具体的には、連続多帯式加熱炉１は、第１加熱帯２１のバーナー３１への燃料流量を測定する燃料流量計Ｑｆ１と、バーナー３１への燃焼空気流量を測定する空気流量計Ｑａ１と、炉内酸素濃度を測定する酸素濃度計Ｏ１と、炉温を測定する温度計Ｔ１と、第２加熱帯２２のバーナー３２への燃料流量を測定する燃料流量計Ｑｆ２と、バーナー３２への燃焼空気流量を測定する空気流量計Ｑａ２と、炉内酸素濃度を測定する酸素濃度計Ｏ２と、炉温を測定する温度計Ｔ２と、均熱帯２３のバーナー３３への燃料流量を測定する燃料流量計Ｑｆ３と、バーナー３３への燃焼空気流量を測定する空気流量計Ｑａ３と、炉内酸素濃度を測定する酸素濃度計Ｏ３と、炉温を測定する温度計Ｔ３とを備えている。
【0020】
また、連続多帯式加熱炉１は、複数の加熱ゾーン毎の燃料流量、燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温、並びに炉体内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式に基づいて複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量を算出する第１演算部と、複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量に基づいて複数の加熱ゾーン内を所望の空気比に保持可能なバーナーへの燃焼空気流量を算出する第２演算部と、複数のバーナーへ供給する燃焼空気流量を第２演算部で算出された燃焼空気流量に調整する燃焼空気流量調整部とをさらに備えている。なお、第１演算部、第２演算部及び燃焼空気流量調整部は、図示しないコンピュータにより実現される。
【0021】
［燃焼空気流量の制御方法］
当該燃焼空気流量の制御方法は、上述の連続多帯式加熱炉１におけるバーナーへ供給される燃焼空気流量の制御方法であり、以下の工程を備える。
（１）複数の加熱ゾーン毎のバーナーへの燃料流量、バーナーへの燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温を測定する測定工程
（２）複数の加熱ゾーン毎の燃料流量、燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温、並びに炉体内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式に基づいて複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量を算出する第１算出工程
（３）複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量に基づいて複数の加熱ゾーン内を所望の空気比に保持可能なバーナーへの燃焼空気流量を算出する第２算出工程
（４）複数のバーナーへ供給する燃焼空気流量を第２算出工程で算出された燃焼空気流量に調整する調整工程
当該燃焼空気流量の制御方法は、上述の連続多帯式加熱炉１におけるバーナーへ供給される燃焼空気流量の制御方法であり、以下の工程を備える。
（１）複数の加熱ゾーン毎のバーナーへの燃料流量、バーナーへの燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温を測定する測定工程
（２）複数の加熱ゾーン毎の燃料流量、燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温、並びに炉体内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式に基づいて複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量を算出する第１算出工程
（３）複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量に基づいて複数の加熱ゾーン内を所望の空気比に保持可能なバーナーへの燃焼空気流量を算出する第２算出工程
（４）複数のバーナーへ供給する燃焼空気流量を第２算出工程で算出された燃焼空気流量に調整する調整工程
【0022】
＜測定工程＞
測定工程は、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３のそれぞれについて、バーナーへの燃料流量、バーナーへの燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温を測定する工程である。バーナーへの燃料流量の測定には燃料流量計Ｑｆ１、燃料流量計Ｑｆ２及び燃料流量計Ｑｆ３が用いられ、バーナーへの燃焼空気流量の測定には空気流量計Ｑａ１、空気流量計Ｑａ２及び空気流量計Ｑａ３が用いられ、炉内酸素濃度の測定には酸素濃度計Ｏ１、酸素濃度計Ｏ２及び酸素濃度計Ｏ３が用いられ、炉温の測定には温度計Ｔ１、温度計Ｔ２及び温度計Ｔ３が用いられる。
測定工程は、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３のそれぞれについて、バーナーへの燃料流量、バーナーへの燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温を測定する工程である。バーナーへの燃料流量の測定には燃料流量計Ｑｆ１、燃料流量計Ｑｆ２及び燃料流量計Ｑｆ３が用いられ、バーナーへの燃焼空気流量の測定には空気流量計Ｑａ１、空気流量計Ｑａ２及び空気流量計Ｑａ３が用いられ、炉内酸素濃度の測定には酸素濃度計Ｏ１、酸素濃度計Ｏ２及び酸素濃度計Ｏ３が用いられ、炉温の測定には温度計Ｔ１、温度計Ｔ２及び温度計Ｔ３が用いられる。
【0023】
＜第１算出工程＞
第１算出工程は、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３のそれぞれについて測定された燃料流量、燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温と、炉体２内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式とに基づいて第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の侵入空気流量を算出する工程である。
第１算出工程は、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３のそれぞれについて測定された燃料流量、燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温と、炉体２内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式とに基づいて第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の侵入空気流量を算出する工程である。
【0024】
（非定常質量保存式）
第１算出工程で用いられる非定常質量保存式は下記式（１）で与えられる。ここで、ρはガスの密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｃはガスの濃度（ｖｏｌ％）、Ｑは体積流量（ｍ３／ｓｅｃ）、ｍは質量流量（ｋｇ／ｓｅｃ）、Ｍは未燃ＣＯの生成に由来する流量（ｋｇ／ｓｅｃ）、Ｖは帯の容積（ｍ３）を示す。また、添え字のｉは第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３を示し、ｘはガスの組成であるＯ２、Ｎ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏを示し、ｂはバーナーの排ガスに由来することを示し、ｌは侵入空気に由来することを示す。
第１算出工程で用いられる非定常質量保存式は下記式（１）で与えられる。ここで、ρはガスの密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｃはガスの濃度（ｖｏｌ％）、Ｑは体積流量（ｍ３／ｓｅｃ）、ｍは質量流量（ｋｇ／ｓｅｃ）、Ｍは未燃ＣＯの生成に由来する流量（ｋｇ／ｓｅｃ）、Ｖは帯の容積（ｍ３）を示す。また、添え字のｉは第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３を示し、ｘはガスの組成であるＯ２、Ｎ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏを示し、ｂはバーナーの排ガスに由来することを示し、ｌは侵入空気に由来することを示す。
【0025】
【数1】
【0026】
式（１）の左辺第１項はガスの時間変化に関する項であり、左辺第２項は炉内を移流するガスの流れに関する項である。式（１）の右辺第１項はバーナーに由来するガスの生成項であり、右辺第２項は侵入空気に由来するガスの生成項である。また、右辺第３項は未燃ＣＯに由来するガスの生成項であり、化学反応式２ＣＯ＋Ｏ２＝２ＣＯ２に基づく燃料及び燃焼空気の燃焼計算において酸素が不足する場合に、不足酸素量に対応して増加するＣＯ及び減少するＣＯ２の質量流量を示すものである。
【0027】
ガスの密度ρｉ，ｘは、温度計Ｔ１からＴ３で測定された炉温と、気体の状態方程式とに基づく計算により求まる。炉内酸素濃度Ｃｉ，Ｏ２は、酸素濃度計Ｏ１からＯ３で測定されるため既知である。各帯のガスの濃度Ｃｉ，ｘの和は１である。ガスの質量流量ｍｉ，ｂ，ｘは、燃料流量計Ｑｆ１からＱｆ３で測定された燃料流量と、空気流量計Ｑａ１からＱａ３で測定された燃焼空気流量と、化学反応式とに基づく燃焼計算により求まる。第１算出工程では、上述の各パラメータと式（１）に示されるガス成分毎の５本の連立方程式とを用いることにより、各帯の酸素以外のガスの濃度Ｃｉ，ｘと、各帯の侵入空気流量ｍｉ，ｌ，ｘと、各帯の体積流量Ｑｉとが算出される。
【0028】
＜第２算出工程＞
第２算出工程は、第１算出工程で算出された各帯の侵入空気流量に基づいて各帯のそれぞれを所望の空気比に保持可能なバーナーへの燃焼空気流量を算出する工程である。具体的には、第２算出工程では、バーナーへの燃料流量に比例した理想空気量と、各帯の侵入空気流量と、各帯の流入ガス流量と、各帯の流出ガス流量とに基づいて、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３のそれぞれを目標空気比に保持可能な空気量を求め、求めた空気量となるバーナーへの燃焼空気流量を算出する。なお、目標空気比は、排ガス損失を低減する観点から、１．０以上１．２以下とすると好ましい。
第２算出工程は、第１算出工程で算出された各帯の侵入空気流量に基づいて各帯のそれぞれを所望の空気比に保持可能なバーナーへの燃焼空気流量を算出する工程である。具体的には、第２算出工程では、バーナーへの燃料流量に比例した理想空気量と、各帯の侵入空気流量と、各帯の流入ガス流量と、各帯の流出ガス流量とに基づいて、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３のそれぞれを目標空気比に保持可能な空気量を求め、求めた空気量となるバーナーへの燃焼空気流量を算出する。なお、目標空気比は、排ガス損失を低減する観点から、１．０以上１．２以下とすると好ましい。
【0029】
＜調整工程＞
調整工程は、第１加熱帯２１のバーナー３１、第２加熱帯２２のバーナー３２、均熱帯２３のバーナー３３のそれぞれへ供給する燃焼空気流量を第２算出工程で算出された燃焼空気流量に調整する工程である。これにより、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の空気比は、目標空気比に近い値で保持される。
調整工程は、第１加熱帯２１のバーナー３１、第２加熱帯２２のバーナー３２、均熱帯２３のバーナー３３のそれぞれへ供給する燃焼空気流量を第２算出工程で算出された燃焼空気流量に調整する工程である。これにより、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の空気比は、目標空気比に近い値で保持される。
【0030】
（利点）
当該燃焼空気流量の制御方法及び当該連続多帯式加熱炉１は、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の燃料流量、燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温、並びに炉体２内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式に基づいて第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の侵入空気流量を算出するので、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の侵入空気流量を定量的に把握することができる。そして、当該燃焼空気流量の制御方法及び当該連続多帯式加熱炉１は、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３を所望の空気比とするように、算出された侵入空気流量に基づいてバーナー３１、バーナー３２及びバーナー３３へ供給する燃焼空気流量を調整するので、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の空気比を適切な値に保持し、排ガス損失を十分に低減できる。
当該燃焼空気流量の制御方法及び当該連続多帯式加熱炉１は、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の燃料流量、燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温、並びに炉体２内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式に基づいて第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の侵入空気流量を算出するので、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の侵入空気流量を定量的に把握することができる。そして、当該燃焼空気流量の制御方法及び当該連続多帯式加熱炉１は、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３を所望の空気比とするように、算出された侵入空気流量に基づいてバーナー３１、バーナー３２及びバーナー３３へ供給する燃焼空気流量を調整するので、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の空気比を適切な値に保持し、排ガス損失を十分に低減できる。
【0031】
また、炉内酸素濃度が高いと、炉内酸素の影響でスラブ表面に生成されるスケールの量が増大し、鋼板等の加工品の製造効率が低下するが、当該燃焼空気流量の制御方法及び当該連続多帯式加熱炉１は、必要以上にバーナー３１、バーナー３２及びバーナー３３へ供給する燃焼空気流量を増加させない制御が可能であるので、炉内酸素濃度を低くできる。つまり、当該燃焼空気流量の制御方法及び当該連続多帯式加熱炉１は、スラブ表面に生成されるスケールの量を低減できる。
【0032】
さらに、当該燃焼空気流量の制御方法及び当該連続多帯式加熱炉１は、各帯の侵入空気量と、各帯の流入ガス流量と、各帯の流出ガス流量とを演算し、これらに基づきバーナー３１、バーナー３２及びバーナー３３へ供給する燃焼空気流量を調整するので、炉体２内の状態変化に大きく遅れることのないフィードフォワード方式で燃焼空気流量を制御できる。当該燃焼空気流量の制御方法及び当該連続多帯式加熱炉１は、時間変化に対する追従性の高い燃焼空気流量の制御を採用できるため、従来技術のように空気比の補正幅を小さくする必要がなく、炉内酸素濃度を適切に低減できる。
【0033】
〔第二実施形態〕
以下、本発明に係る燃焼空気流量の制御方法及び連続多帯式加熱炉の第二実施形態について図を参照しつつ詳説する。
以下、本発明に係る燃焼空気流量の制御方法及び連続多帯式加熱炉の第二実施形態について図を参照しつつ詳説する。
【0034】
［連続多帯式加熱炉］
図２の連続多帯式加熱炉１０は、直列して設けられる複数の加熱ゾーンを有する炉体２と、これらの加熱ゾーンにそれぞれ配設される複数のバーナーとを備えている。具体的には、連続多帯式加熱炉１が、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３をこの順に有する炉体２を備えており、第１加熱帯２１にはバーナー３１が配設され、第２加熱帯２２にはバーナー３２が配設され、均熱帯２３にはバーナー３３が配設されている。
図２の連続多帯式加熱炉１０は、直列して設けられる複数の加熱ゾーンを有する炉体２と、これらの加熱ゾーンにそれぞれ配設される複数のバーナーとを備えている。具体的には、連続多帯式加熱炉１が、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３をこの順に有する炉体２を備えており、第１加熱帯２１にはバーナー３１が配設され、第２加熱帯２２にはバーナー３２が配設され、均熱帯２３にはバーナー３３が配設されている。
【0035】
また、連続多帯式加熱炉１０は、複数の加熱ゾーン毎のバーナーへの燃料流量を測定する複数の燃料流量計と、複数の加熱ゾーン毎のバーナーへの燃焼空気流量を測定する複数の空気流量計と、複数の加熱ゾーン毎の炉内酸素濃度を測定する複数の酸素濃度計と、複数の加熱ゾーン毎の炉内一酸化炭素濃度を測定する複数の一酸化炭素濃度計と、複数の加熱ゾーン毎の炉温を測定する複数の温度計とを備えている。図２の連続多帯式加熱炉１０は、複数の一酸化炭素濃度計を備え、第１演算部が侵入空気流量の算出で炉内一酸化炭素濃度をさらに考慮する点以外は、図１の連続多帯式加熱炉１の各加熱ゾーンと同様に構成されるので、同一符号を付して説明を省略する。
【0036】
上記複数の一酸化炭素濃度計として、具体的には、連続多帯式加熱炉１０は、第１加熱帯２１の炉内一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素濃度計ＣＯ１と、第２加熱帯２２の炉内一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素濃度計ＣＯ２と、均熱帯２３の炉内一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素濃度計ＣＯ３とを備える。
【0037】
図２の連続多帯式加熱炉１０では、複数の加熱ゾーン毎の燃料流量、燃焼空気流量、炉内酸素濃度及び炉温、並びに炉体内の排ガス移流及び滞留に加えて、上記複数の一酸化炭素濃度計で測定された炉内一酸化炭素濃度を考慮した非定常質量保存式に基づいて複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量を算出する。
【0038】
［燃焼空気流量の制御方法］
当該燃焼空気流量の制御方法は、上述の連続多帯式加熱炉１０におけるバーナーへ供給される燃焼空気流量の制御方法であり、以下の工程を備える。
（１）複数の加熱ゾーン毎のバーナーへの燃料流量、バーナーへの燃焼空気流量、炉内酸素濃度、炉内一酸化炭素濃度及び炉温を測定する測定工程
（２）複数の加熱ゾーン毎の燃料流量、燃焼空気流量、炉内酸素濃度、炉内一酸化炭素濃度及び炉温、並びに炉体内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式に基づいて複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量を算出する第１算出工程
（３）複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量に基づいて複数の加熱ゾーン内を所望の空気比に保持可能なバーナーへの燃焼空気流量を算出する第２算出工程
（４）複数のバーナーへ供給する燃焼空気流量を第２算出工程で算出された燃焼空気流量に調整する調整工程
当該燃焼空気流量の制御方法は、上述の連続多帯式加熱炉１０におけるバーナーへ供給される燃焼空気流量の制御方法であり、以下の工程を備える。
（１）複数の加熱ゾーン毎のバーナーへの燃料流量、バーナーへの燃焼空気流量、炉内酸素濃度、炉内一酸化炭素濃度及び炉温を測定する測定工程
（２）複数の加熱ゾーン毎の燃料流量、燃焼空気流量、炉内酸素濃度、炉内一酸化炭素濃度及び炉温、並びに炉体内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式に基づいて複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量を算出する第１算出工程
（３）複数の加熱ゾーン毎の侵入空気流量に基づいて複数の加熱ゾーン内を所望の空気比に保持可能なバーナーへの燃焼空気流量を算出する第２算出工程
（４）複数のバーナーへ供給する燃焼空気流量を第２算出工程で算出された燃焼空気流量に調整する調整工程
【0039】
＜測定工程＞
測定工程は、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３のそれぞれについて、バーナーへの燃料流量、バーナーへの燃焼空気流量、炉内酸素濃度、炉内一酸化炭素濃度及び炉温を測定する工程である。炉内一酸化炭素濃度の測定には、第１加熱帯２１の一酸化炭素濃度計ＣＯ１、第２加熱帯２２の一酸化炭素濃度計ＣＯ２及び均熱帯２３の一酸化炭素濃度計ＣＯ３が用いられる。他の量については、第一実施形態の燃焼空気流量の制御方法で述べた測定工程と同様であるので、説明を省略する。
測定工程は、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３のそれぞれについて、バーナーへの燃料流量、バーナーへの燃焼空気流量、炉内酸素濃度、炉内一酸化炭素濃度及び炉温を測定する工程である。炉内一酸化炭素濃度の測定には、第１加熱帯２１の一酸化炭素濃度計ＣＯ１、第２加熱帯２２の一酸化炭素濃度計ＣＯ２及び均熱帯２３の一酸化炭素濃度計ＣＯ３が用いられる。他の量については、第一実施形態の燃焼空気流量の制御方法で述べた測定工程と同様であるので、説明を省略する。
【0040】
＜第１算出工程＞
第１算出工程は、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３のそれぞれについて測定された燃料流量、燃焼空気流量、炉内酸素濃度、炉内一酸化炭素濃度及び炉温と、炉体２内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式とに基づいて第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の侵入空気流量を算出する工程である。
第１算出工程は、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３のそれぞれについて測定された燃料流量、燃焼空気流量、炉内酸素濃度、炉内一酸化炭素濃度及び炉温と、炉体２内の排ガス移流及び滞留を考慮した非定常質量保存式とに基づいて第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の侵入空気流量を算出する工程である。
【0041】
（非定常質量保存式）
第１算出工程で用いられる非定常質量保存式は下記式（２）で与えられる。ここで、各変数の意味は、第一実施形態の燃焼空気流量の制御方法で述べた非定常質量保存式（１）と同様であるので、説明を省略する。
第１算出工程で用いられる非定常質量保存式は下記式（２）で与えられる。ここで、各変数の意味は、第一実施形態の燃焼空気流量の制御方法で述べた非定常質量保存式（１）と同様であるので、説明を省略する。
【0042】
【数2】
【0043】
第一実施形態の非定常質量保存式（１）との相違点は、右辺第３項Ｍｉ，ｘがない点である。上記式（１）の右辺第３項は、酸素が不足した際に発生する未燃ＣＯに由来するガスの生成項である。第一実施形態では、炉内一酸化炭素濃度は測定されていないため、一酸化炭素の発生は、炉内酸素濃度から判断される酸素の不足により推定し、非定常質量保存式（１）の中で強制的に発生させる項を設ける必要がある。これに対し、炉内一酸化炭素濃度が測定されている連続多帯式加熱炉１０を用いた燃焼空気流量の制御方法では、実測により炉内一酸化炭素濃度を知ることができるので、この右辺第３項は不要となる。
【0044】
ガスの密度ρｉ，ｘは、温度計Ｔ１からＴ３で測定された炉温と、気体の状態方程式とに基づく計算により求まる。炉内酸素濃度Ｃｉ，Ｏ２及び炉内一酸化炭素濃度Ｃｉ，ＣＯは、酸素濃度計Ｏ１からＯ３及び一酸化炭素濃度計ＣＯ１からＣＯ３でそれぞれ測定されるため既知である。各帯のガスの濃度Ｃｉ，ｘの和は１である。ガスの質量流量ｍｉ，ｂ，ｘは、燃料流量計Ｑｆ１からＱｆ３で測定された燃料流量と、空気流量計Ｑａ１からＱａ３で測定された燃焼空気流量と、化学反応式とに基づく燃焼計算により求まる。第１算出工程では、上述の各パラメータと式（２）に示されるガス成分毎の５本の連立方程式とを用いることにより、各帯の酸素及び一酸化炭素以外のガスの濃度Ｃｉ，ｘと、各帯の侵入空気流量ｍｉ，ｌ，ｘと、各帯の体積流量Ｑｉとが算出される。
【0045】
＜第２算出工程、調整工程＞
第２算出工程及び調整工程は、それぞれ第一実施形態の第２算出工程及び調整工程と同様であるので、説明を省略する。
第２算出工程及び調整工程は、それぞれ第一実施形態の第２算出工程及び調整工程と同様であるので、説明を省略する。
【0046】
（利点）
当該燃焼空気流量の制御方法及び当該連続多帯式加熱炉１０は、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の炉内一酸化炭素濃度をさらに考慮した非定常質量保存式に基づいて第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の侵入空気流量を算出する。このため、推定による炉内一酸化炭素濃度を用いる非定常質量保存式に基づいて侵入空気流量を算出する場合に比べ、炉内一酸化炭素濃度がより正確であり、算出される侵入空気流量の精度が向上する。従って、当該燃焼空気流量の制御方法及び当該連続多帯式加熱炉１０は、一酸化炭素の燃焼に必要な空気量を精度よく考慮した燃焼空気流量に調整できるので、さらに排ガス損失を低減できる。
当該燃焼空気流量の制御方法及び当該連続多帯式加熱炉１０は、第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の炉内一酸化炭素濃度をさらに考慮した非定常質量保存式に基づいて第１加熱帯２１、第２加熱帯２２及び均熱帯２３の侵入空気流量を算出する。このため、推定による炉内一酸化炭素濃度を用いる非定常質量保存式に基づいて侵入空気流量を算出する場合に比べ、炉内一酸化炭素濃度がより正確であり、算出される侵入空気流量の精度が向上する。従って、当該燃焼空気流量の制御方法及び当該連続多帯式加熱炉１０は、一酸化炭素の燃焼に必要な空気量を精度よく考慮した燃焼空気流量に調整できるので、さらに排ガス損失を低減できる。
【0047】
［その他の実施形態］
本発明の燃焼空気流量の制御方法及び連続多帯式加熱炉は上記実施形態に限定されるものではない。
本発明の燃焼空気流量の制御方法及び連続多帯式加熱炉は上記実施形態に限定されるものではない。
【0048】
上記実施形態では、連続多帯式加熱炉の炉体が複数の加熱ゾーンとして第１加熱帯、第２加熱帯及び均熱帯を備えるものについて説明したが、加熱ゾーンはこれらに限定されない。また、加熱ゾーンの数は３に限定されず、連続多帯式加熱炉が２以上の加熱ゾーンを備えていればよい。
【実施例】
【0049】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0050】
＜スケールロスの比較＞
連続多帯式加熱炉を用いて上述の第一実施形態の燃焼空気流量の制御方法に基づく実施例の制御と特許文献１の制御方法に基づく比較例の制御と実施し、これらを検証した。検証においては、各帯におけるバーナー空気比及び炉内酸素濃度と排ガス流量とを測定し、さらにスケールロスを算出した。排ガス流量は、第１加熱帯２１の下流に設けたガス流量計により測定し、スケールロスは、炉内酸素濃度に基づいて算出した。測定された各帯の炉内酸素濃度と、測定された排ガス流量と、算出されたスケールロスとを表１に示す。
連続多帯式加熱炉を用いて上述の第一実施形態の燃焼空気流量の制御方法に基づく実施例の制御と特許文献１の制御方法に基づく比較例の制御と実施し、これらを検証した。検証においては、各帯におけるバーナー空気比及び炉内酸素濃度と排ガス流量とを測定し、さらにスケールロスを算出した。排ガス流量は、第１加熱帯２１の下流に設けたガス流量計により測定し、スケールロスは、炉内酸素濃度に基づいて算出した。測定された各帯の炉内酸素濃度と、測定された排ガス流量と、算出されたスケールロスとを表１に示す。
【0051】
【表1】
【0052】
比較例では、バーナー空気比は実施例と同様に１．０以下で制御されたが、侵入空気による各帯の炉内酸素濃度の上昇が見られ、特に均熱帯では炉内酸素濃度が６．５％という高い値となった。
【0053】
一方、実施例では、比較例に対して排ガス流量が約１０％低減することが確認された。また、実施例では、比較例に対して各帯の炉内酸素濃度が大幅に低減されており、この炉内酸素濃度の低減量に基づいた試算によれば、スケールロスについて約１．３％の低減を期待できることがわかった。
【0054】
＜炉内一酸化炭素濃度測定の効果の確認＞
連続多帯式加熱炉を用いて上述の第二実施形態の燃焼空気流量の制御方法に基づく実施例の制御と特許文献１の制御方法に基づく比較例の制御と実施し、炉内一酸化炭素濃度を測定し考慮する効果の検証を行った。検証においては、第１加熱帯２１において、制御された燃焼空気流量によるバーナー空気比、炉内酸素濃度及び炉内一酸化炭素濃度の時間変化を測定し、比較した。比較例の制御の場合を図３に示し、実施例の制御の場合を図４に示す。なお、図４においては、比較を容易化するため、比較例のバーナー空気比についても示している。
連続多帯式加熱炉を用いて上述の第二実施形態の燃焼空気流量の制御方法に基づく実施例の制御と特許文献１の制御方法に基づく比較例の制御と実施し、炉内一酸化炭素濃度を測定し考慮する効果の検証を行った。検証においては、第１加熱帯２１において、制御された燃焼空気流量によるバーナー空気比、炉内酸素濃度及び炉内一酸化炭素濃度の時間変化を測定し、比較した。比較例の制御の場合を図３に示し、実施例の制御の場合を図４に示す。なお、図４においては、比較を容易化するため、比較例のバーナー空気比についても示している。
【0055】
図３に示す比較例では、炉内酸素濃度が０となった場合に炉内一酸化炭素濃度が上昇している。これに対し、図４に示す実施例では、例えば丸印で囲った時間帯のように、炉内酸素濃度が０となった場合において炉内一酸化炭素が発生しても、その測定値に基づいてバーナー空気比が上昇し、一酸化炭素の燃焼に必要な空気が供給されていることが分かる。これにより炉内一酸化炭素の上昇が抑えられており、排ガス損失を低減できることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【0056】
本発明の燃焼空気流量の制御方法及び連続多帯式加熱炉は、排ガス損失を十分に低減できる。このため、本発明の燃焼空気流量の制御方法及び連続多帯式加熱炉は、スラブ等の表面に生成されるスケールの量を低減でき、鋼板等の加工品の製造効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【0057】
１、１０ 連続多帯式加熱炉
２ 炉体
２１ 第１加熱帯
２２ 第２加熱帯
２３ 均熱帯
３１，３２，３３ バーナー
Ｑｆ１，Ｑｆ２，Ｑｆ３ 燃料流量計
Ｑａ１，Ｑａ２，Ｑａ３ 空気流量計
Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３ 酸素濃度計
ＣＯ１，ＣＯ２，ＣＯ３ 一酸化炭素濃度計
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３ 温度計
２ 炉体
２１ 第１加熱帯
２２ 第２加熱帯
２３ 均熱帯
３１，３２，３３ バーナー
Ｑｆ１，Ｑｆ２，Ｑｆ３ 燃料流量計
Ｑａ１，Ｑａ２，Ｑａ３ 空気流量計
Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３ 酸素濃度計
ＣＯ１，ＣＯ２，ＣＯ３ 一酸化炭素濃度計
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３ 温度計
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】