JPH075981B2

JPH075981B2 - 連続式加熱炉のサイドバ−ナ燃焼制御方法

Info

Publication number: JPH075981B2
Application number: JP61164350A
Authority: JP
Inventors: 誠治楢崎; 悦裕村瀬; 正人真沢; 英夫木田; 禎廣村田
Original assignee: Nittetsu Plant Designing Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 1986-07-12
Filing date: 1986-07-12
Publication date: 1995-01-25
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPS6320415A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、連続式加熱炉のサイドバーナ燃焼制御方法に
関する。詳しくは、連続式加熱炉内の温度分布を均一化
するためのサイドバーナの燃焼制御方法に関する。

〔従来の技術〕

一般にバーナを用いた加熱炉では、バーナの入熱量の変
動により火炎長が変動する。このため、サイドバーナを
有するサイドタイプの加熱炉では、熱負荷の変動（被加
熱材の入／出），入熱量（燃料供給量）の変更により、
特に被加熱材の炉幅方向に温度むらが生じやすく、品質
管理上，省エネルギー対策上、大きな問題となってい
る。

そこで、このサイドタイプの加熱炉における炉幅方向の
温度むらの問題に対処するものとして、サイドバーナ以
外のバーナ配置を用いる方法がある。その一つの方法と
して、例えば、天井バーナを用いる方法があるが、この
方法は、バーナ本数が多くなるため、構造が複雑になる
と共に他のバーナと各バーナのバランスをとることが難
しいことと、また、放散熱が多く、省エネルギーとはな
らないこと等で、問題が多い。また、他の一つの方法と
して、軸流バーナを用いる方法があるが、この方法にお
いても、構造上バーナ配置部の天井を低くする必要があ
るため、加熱能力が低下すること、また、半バッチ的な
操業を行う場合には、バーナ配設部直下で停止した被加
熱材には充分な熱供給を行なえず、温度むらが生じるこ
と等で、問題が多い。

ところで、上述のバーナの構造上の問題、すなわち、バ
ーナの入熱量の変動により火炎長が変動する問題に関し
ては、バーナにおける燃料ガスの内流と外流の流量比率
を変更することにより、火炎長，火炎温度，火炎温度分
布を変更可能とするバーナの燃焼方法が見い出された。
すなわち、第４図に示すように、バーナ５に内流燃料供
給管19と外流燃料供給管20を設けて、供給管19と20に供
給する燃料量の比を制御することにより、火炎長を第５
図に示す斜線範囲に収束させる燃焼方法である。第５図
において、横軸はバーナ１個の要求される入熱量を示
し、縦軸が火炎長を示す。例えば、入熱量（指示値）ｑ
がq₂を越える範囲では、内／外流量比を0/100として、
外流100％で、実入熱量を外流燃料供給管20に与える燃
料量で制御する。入熱量（指示値）ｑがq₁を越えq₂以下
の範囲では、内／外流量比を50/50として、実入熱量を
内流燃料供給管19と外流燃料供給管20に与える燃料量を
相対比を50/50に維持した形で、それぞれに制御する。
入熱量（指示値）ｑがq₁以下の範囲では、内／外流量比
を100/0として、内流100％で、実入熱量を内流燃料供給
管19に与える燃料量で制御する。

このバーナの燃焼方法を用いることにより、バーナの入
熱量（指示値）に変動があっても、バーナの火炎長を略
一定に保つことができるので、サイドバーナを用いる加
熱路においても、炉幅方向の温度分布を略一定に保つこ
とができるようになり、被加熱物の炉幅方向の温度分布
が略一定とできるようになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述のバーナの燃焼方法を用いる場合に
おいて、バーナにおける燃料ガスの内流と外流の流量比
率を変更することにより、入熱量にかかわらず、火炎長
を略一定に保持できるのは、燃焼負荷率30％（バーナ１
個当りq₀）以上の範囲であり、燃焼負荷率30％未満の範
囲においては、火炎長を略一定に保持できず、火炎長が
急激に減少する。例えば、燃焼負荷率30％以上で第12図
の（ａ）に示すように所定の長さの火炎6₁となって、第
12図の（ｂ）のＩに示すように炉幅方向の温度分布が比
較的に平坦になる所、30％未満で、燃焼負荷率が極く低
いと、第12図の（ａ）に示すように短い火炎6₂となり、
炉幅方向の温度分布が第12図の（ｂ）のIIに示すよう
に、変動が大きいものとなる。

このため、サイドバーナーを有するサイドタイプの加熱
炉において、バーナにおける燃料ガスの内流と外流の流
量比率を変更するバーナの燃焼方法を用いる場合におい
ても、燃焼負荷率30％未満の範囲においては、火炎長を
略一定に保持できず、その時には火炎長が急激に減少す
るので、炉幅方向の中央の炉温が低下し、中凹の炉温分
布となり、被加熱材が均一加熱できないという問題が発
生している。

したがって、本発明の目的は、サイドバーナを有する連
続加熱炉において燃焼負荷率が、例えば30％未満など
の、低い範囲であっても、炉幅方向の炉温分布を均一化
し、被加熱材の温度分布を均一化することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明においては、連続式加
熱炉に指示された入熱量Qcと、該加熱炉の各サイドバー
ナの、設定最低火炎長F_Lでの加熱炉への最低入熱量q₀と
から、（ｎ＋１）・q₀＞Qc≧ｎ・q₀ なる関係の、設定最低火炎長F_L以上で燃焼に割り当て得
るサイドバーナ数ｎを算出し;nが総サイドバーナ数Ｎと
等しいときは全サイドバーナを燃焼に割り当て;nが総サ
イドバーナ数Ｎより小さいときには、ｎ個のサイドバー
ナを燃焼に、Ｎ−ｎ個のサイドバーナは非燃焼に割り当
て、ｎ個の燃焼サイドバーナ位置をサイドバーナ配列方
向に所定時間間隔で、順次に移す。

〔作用〕

これによれば、燃焼に割りあてられたサイドバーナはす
べて、設定最低火炎長F_L以上の火炎長で燃焼するので炉
幅方向の温度分布が均一になり、かつ、サイドバーナの
特定のもののみが燃焼に固定されず、他のものが非燃焼
に固定されない、すなわち、各バーナが、所定時間間隔
で燃焼と非燃焼に切換えられる、ので、炉長方向の温度
分布も均一となる。にもかかわらず、炉全体としての入
熱量は指示された入熱量Qcに制御し得る。

本発明の好ましい実施例では、各バーナの燃焼／非燃焼
の制御を画一的にして単純化するために、また、炉長方
向の温度分布の時系列な均一性を高くするために、燃焼
させるサイドバーナ数ｎが総サイドバーナ数Ｎより小さ
いときには、燃焼から非燃焼へ、またその逆への切換え
を、サイドバーナの配列方向に、前記所定時間間隔で順
次に移す。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の
実施例の説明より明らかになろう。

〔実施例〕

第１図に、本発明のサイドバーナー燃焼制御方法を実施
する連続式加熱炉の一例を示し、第２図に、第１図に示
す連続式加熱炉のII−II線断面を、第３図に、第１図に
示す連続式加熱炉の１ゾーンのIII−III線断面を示す。
これらの図において、１はパスライン、２は被加熱材、
３は炉体、４は加熱空間、５は炉体３の側面に設けられ
たバーナ（サイドバーナ）、６はバーナ５から出る火
炎、７は仕切り壁、８は側壁、90は炉から被加熱材を抽
出する抽出口である。

図示しないスキッド上に載置された被加熱材２はパスラ
イン１を通って、炉内を抽出口90に向って移送される。
炉体３は仕切り壁７によって複数のゾーンに分けられ、
各ゾーン毎にそのゾーン内のバーナ５の燃焼制御が行な
われる。すなわち、各ゾーン毎に炉内温度制御が行なわ
れる。

第３図を参照すると、１ゾーンには３対のサイドバーナ
５（Ａ〜Ｆ）があり、これらがバーナ対単位で燃焼制御
される。

第４図に、この連続式加熱炉で用いられるサイドバーナ
の断面図を示す。ここで、５はバーナ本体、18は燃焼空
気の流入口、19は内流燃料供給管、20は外流燃料供給
管、21はバーナタイルである。このバーナ５は、燃料ガ
スが内流燃料供給管19および外流燃料供給管20とに分け
て流入されるようになっており、この供給管19と20から
流入する燃料ガスの流量比率を変更することにより、火
炎長，火災温度および火炎温度分布の特性を変更するこ
とができる。その特性は、例えば、第５図に示すような
もので、図では、燃料ガスの内流と外流の流量比率を変
更した場合における入熱量（燃焼量）とバーナ火炎長の
関係を示している。このように、入熱量ｑが与えられる
と、燃料ガスの内流と外流の流量比率を変更することに
より、バーナ火炎長を変化することができ、この燃料ガ
スの内流と外流の流量比率を変更することにより、入熱
量ｑが変更されてもバーナ火炎長を略一定に保つように
燃焼制御を行うことができる。したがって、第４図に示
すバーナを加熱炉のサイドバーナとして用いて、与えら
れた入熱量ｑに応じて燃料ガスの内流と外流の流量比率
を変更することにより、バーナ火炎長を加熱炉で必要と
される所定の長さの範囲になるように燃焼制御すること
ができ、加熱炉の中央部まで火炎を届かせることができ
る。これにより、炉幅方向の温度分布は略一定に保つこ
とができる。

第６図は、加熱炉の一つのゾーンにおける３対のバーナ
および弁配置、ならびにこの３対のバーナの燃焼を制御
する電気システムの構成概要を示すシステムブロック図
である。第６図において、９は流量調節弁、13,14およ
び15は電磁開閉弁、16₁₁，16₁₂は対向して対をなす第１
対のサイドバーナA,Bのそれぞれの内／外流量比を設定
するための流量比調節弁、16₂₁，16₂₂は対向して対をな
す第２対のサイドバーナC,Dのそれぞれの内／外流比を
設定するための流量比調節弁、16₃₁，16₃₂は対向して対
をなす第３対のサイドバーナE,Fのそれぞれの内／外流
量比を設定するための流量比調節弁である。第１対A,
B、第２対C,Dおよび第３対E,Fの、バーナ５は、それぞ
れ１対が１つの単位として制御される。

本発明実施例の連続式加熱炉のサイドバーナ燃焼制御方
法においては、１ゾーンの上，下単位（各単位３対）で
燃焼制御を行なうので、例えば、第６図に示す３対（総
数Ｎ＝6,総対数N₁＝３）のバーナ単位で入熱量Qc₁（指
示値）が与えられると、これと、１個のサイドバーナ
の、所要火炎長F_L（第５図）をもたらす入熱量q₀（第５
図）から、所要火炎長F_Lで燃焼させるバーナの最大対数
n₁を次の通りに算出する。

２・（n₁＋１）・q₀＞Qc₁≧２n₁・q₀ なお、これを一般的に、バーナ総数N,燃焼バーナ数ｎ、
所要入熱量Qcで表現すると、（ｎ＋１）・q₀＞Qc≧ｎ・q₀ Ｎ≧ｎである。そして、燃料調節弁９の開度を、Qc₁対応の燃
料を供給する開度Psに設定し、電磁開閉弁13〜15の開閉
により、n₁対のバーナをオン（燃焼：燃料供給）、N
₁（＝３）−n₁対のバーナをオフ（非燃焼：燃料遮断）
にし、第９図に示すパターンで、各対のバーナのオンオ
フを切換える。なお、第９図で、○印がオン、×印がオ
フであり、この実施例では５分の周期で切換える。オフ
からオンに切換えてから火災が所定長に安定するのに数
秒〜１分かかる。したがって切換周期は１分以上が必要
である。この周期の上限は、被加熱材の炉内搬送速度お
よび熱負荷変更周期等々によって定まる。

このようにバーナオン対数n₁を設定すると、オンバーナ
１本当りの入熱量ｑがq₁（第５図）以下か、q₁を越えq₂
以下か、あるいはq₂を越えるかを判定し、判定結果に対
応して内／外流量比を決定し、この流量比となるように
流量比調節弁16₁₁〜16₃₂を設定する。

この実施例では、バーナＡ〜Ｆはすべて同じ構造および
寸法であり、電磁開閉弁13〜14もすべて同じ構造および
寸法であり、また流量比調節弁16₁₁〜16₃₂もすべて同じ
構造および寸法であって、１個の流量調節弁９を通し
て、オン（燃焼）設定されたバーナ全部に、総合計で入
熱量Qc₁対応の燃料を供給するので、オン設定されたバ
ーナそれぞれには等しく、Qc₁/2n₁（入熱量単位）対応
の燃料が供給される。そして、前述の通り、オン設定さ
れたバーナのそれぞれの内／外流量比が、設定所定長F_L
以上の火炎長をもたらすものに設定される。これによ
り、オン設定されたバーナのそれぞれの火炎長が第５図
に示す斜線領域となる。

第７図および第８図に、このような燃焼制御を行なった
場合における特性図を示している。すなわち、第７図
は、加熱炉の１ゾーンの上区画当りのT/D比（燃焼負荷
率）と燃焼バーナ数の関係を示し、第８図は加熱炉の１
ゾーンの上区画当りのT/D比（燃焼負荷率）とバーナ１
本当りのT/D比（燃焼負荷率）の関係を示している。こ
れらは、それぞれ、加熱炉の１つのゾーンにおいて、燃
焼負荷率の変化により、燃焼バーナ数が変わり、その結
果、バーナ１本当りの燃焼負荷率も変わるので、低いゾ
ーン当り燃焼負荷率10〜30％でも、バーナ１本当りの燃
焼負荷率を低下させずに、運転できる様子を示してい
る。

第10a図に示すように、従来は加熱炉全体（又は１ゾー
ン全体）の負荷率20％では炉幅方向中央の温度が大きく
下がるが、上記の通りに制御することにより、第10b図
に示すように、負荷率20％でも均一な温度分布となる。
すなわち低負荷率のときも温度分布の均一性が高くな
る。

再度第６図を参照すると、流量調整弁９は流量を設定す
る弁体を回転駆動する減速機10,減速機10を駆動するモ
ータ11および弁体の回転角度対応の電気信号を発生する
角度センサ12を備えており、モータ11は位置決めドライ
バ22で回転付勢され、角度センサ12の検出信号がドライ
バ22に与えられる。ドライバ22は、マイクロプロセッサ
33から与えられる開度データPsをアナログ信号に変換
し、これと角度センサ12の検出信号とを突合せて、調節
弁９の開度が指示された開度（Ps）になるようにモータ
11を回転付勢し、調節弁９の開度を指示値に設定する。

電磁開閉弁13〜15のそれぞれは、バルブドライバ23〜25
のそれぞれで開付勢される。マイクロプロセッサ33の指
示信号0C₁がＨ（高レベル）のときにドライバ23が弁15
を開にし、Ｌのときには閉にする。マイクロプロセッサ
33の指示信号0C₂がＨ（高レベル）のときにドライバ24
が弁14を開にし、Ｌのときには閉にする。マイクロプロ
セッサ33の指示信号0C₃がＨ（高レベル）のときにドラ
イバ25が弁13を開にし、Ｌのときには閉にする。

流量比調整弁16₃₁は流量比を設定する弁体を回転駆動す
る減速機17,減速機17を駆動するモータ20Mおよび弁体の
回転角度（流量比）対応の電気信号を発生する角度セン
サ20Sを備えており、モータ20Mは位置決めドライバ26で
回転付勢され、角度センサ20Sの検出信号がドライバ26
に与えられる。ドライバ26は、マイクロプロセッサ33か
ら与えられる開度比データPbをアナログ信号に変換し、
これと角度センサ20Sの検出信号とを突合せて、流量比
調節弁16₃₁の開度比（内／外流量比）が指示された開度
比（Pb）になるようにモータ20Mを回転付勢し、流量比
調節弁16₃₁の開度比を指示値に設定する。

流量比調節弁16₁₁〜16₂₂および16₃₂も16₃₁と同じ構成の
ものであり、位置決めドライバ27〜31も26と同じ構成で
あり、同じように動作する。

開度指示データPs,オン／オフ指示信号0C₁〜0C₃および
開度比指示データPbは、フオトカプラなどの、絶縁され
た信号伝達手段を含むインターフエイス32を介して、マ
イクロプロセッサ33から各ドライバ22〜31に与えられ
る。マイクロプロセッサ33にはインターフエイス32を通
して、６対のバーナＡ〜Ｆ割当ての入熱量指示データQc
₁およびスタート信号STが与えられる。

なお、バーナＡ〜Ｆのそれぞれにはパイロットバーナが
備わっており、加熱炉運転開始時に、全バーナのパイロ
ットバーナが点火され、加熱炉運転停止まで、連続して
常時パイロットバーナは点火している。

第11a図〜第11c図に、マイクロプロセッサ33の、バーナ
Ａ〜Ｆの燃焼制御動作を示す。まず第11a図を参照す
る。電源が投入されるとマイクロプロセッサ33は、入／
出力ポートを初期化し、内部レジスタ，カウンタ，タイ
マ，フラグ等をクリアする（ステップ1:以下カッコ内で
はステップという語を省略する）。この初期化（１）に
より、Ps＝０（閉指示），0C₁〜0C₃＝Ｌ（閉指示）およ
びPb＝０（内／外流量比＝0/100）が、それぞれドライ
バ22,ドライバ23〜25およびドライバに26〜31に与えら
れる。なお、電源オン直後に、全バーナＡ〜Ｆのパイロ
ットバーナが点火されるが、初期化（１）により流量調
節弁９および電磁開閉弁13〜15が閉であるので、バーナ
Ａ〜Ｆ（の主炎）は点火（燃焼）しない。

初期化を終えると、マイクロプロセッサ33は、スタート
信号STがＨ（制御指示）になるのを待つ（２）。Ｈにな
ると、まず制御動作の繰り返し周期を定めるため、Ｔタ
イマ（プログラムタイマ）をセットする（３）。そして
入熱量データQc₁を読込む（４）。入熱量データQc₁は、
加熱炉（第１図）全体の制御を行なう上位計算機が与え
る。次に、入熱量Qc₁対応の調整弁９の開度Psを演算し
て、Psを示すデータをドライバ22に出力（出力ポートに
ラッチ）する（６）。これにより、調整弁９の開度が、
Qc₁の入熱を加熱炉内にもたらす燃料流量となる開度に
なる。ただし、この段階では、電磁開閉弁13〜15のすべ
てが閉であり、燃料はバーナＡ〜Ｆに供給されない。

次にマイクロプロセッサ33は、読込んだ入熱量Qc₁をバ
ーナ１個当りの入熱量Qc₁/6に換算し、これを、設定最
低火炎長F_Lをもたらす入熱量q₀と比較する（７）。バー
ナ１個当りの入熱量Qc₁/6が設定最低火炎長F_Lをもたら
す入熱量q₀以上であると、全バーナＡ〜Ｆを設定最低火
炎長F_L以上で燃焼させ得るので、この場合全バーナ（３
対）を燃焼に設定することを示すデータをセットするた
め、レジスタN₁に３をセットする（８）。そしてバーナ
１個当りの入熱量Qc₁/6を、内／外流量比0/100で運転し
得るバーナ１個当りの最低入熱量q₂と比較し（９）、Qc
₁/6がq₂を越えていると、流量比0/100で運転できるの
で、内／外流量比0/100対応の、開度比を示すデータPb
をドライバ26〜31に出力（出力ポートにセット）する
（10）。そして電磁開閉弁13〜15のすべてを開にする
（14）。これにより全バーナＡ〜Ｆが、流量比0/100で
点火（燃焼）する。これが、バーナ１個当りで、入熱量
q₂（第５図）を越える範囲の燃焼設定である。この設定
をすると、Ｔタイマがタイムオーバしているか否かをチ
エックし（15）、タイムオーバしていないとスタート信
号STがＬ（運転停止）になっているか否かをチエックす
る。ＬにならないでＴタイマがタイムオーバすると、ス
テップ３に戻り、ステップ３以下に進む。以上に説明し
た制御動作により、バーナ１個当りの入熱量Qc₁/6がq₂
を越えている間、全バーナＡ〜Ｆが流量比0/100で運転
される。

バーナ１個当りの入熱量Qc₁/6がq₀以上ではあるが、Qc₁
/6≦q₂のときには、Qc₁/6をq₁（第５図）と比較する（1
1）。Qc₁/6＞q₁であると、バーナ１個当りの入熱量ｑ＝
Qc₁/6が、q₁を越え、q₂以下の範囲であるので、内／外
流量比を50/50にするために、50/50に対応する開度比Pb
を演算し、これを示すデータをドライバ26〜31に出力
（出力ポートにセット）する（12）。そして電磁開閉弁
13〜15のすべてを開にする（14）。これにより全バーナ
Ａ〜Ｆが、流量比50/50で点火（燃焼）する。

バーナ１個当りの入熱量Qc₁/6がq₀以上ではあるが、Qc₁
/6≦q₁のときには、内／外流量比を100/0にするため
に、100/0に対応する開度比Pbを演算し、これを示すデ
ータをドライバ26〜31に出力（出力ポートにセット）す
る（13）。そして電磁開閉弁13〜15のすべてを開にする
（14）。これにより全バーナＡ〜Ｆが、流量比100/0で
点火（燃焼）する。

以上が、バーナ１個当りの入熱量Qc₁/6がq₀以上のとき
の燃焼制御である。

Qc₁/6＞q₀である限り、３対のバーナＡ〜Ｆが第９図に
示す「全バーナ燃焼パターン」で連続して燃焼する。と
ころで、Qc₁/6＞q₀の範囲内でQc₁が変更されると、ステ
ップ９〜13で、Qc₁/6＞q₂のときには、バーナの内／外
流量比が0/100に、q₁＜Qc₁/6≦q₂のときには50/50に、
また、Qc₁/6≦q₁のときには100/0に設定される。

３対のバーナ１個当りの入熱量Qc₁/6がq₀未満のときに
は、ステップ７から18に進んで、Qc₁を２対のバーナに
割り当てる場合のバーナ１個当りの入熱量Qc₁/4とq₀と
を比較する（18）。すなわち、燃焼バーナを２対に限定
したら、最低火炎長F_L以上で運転出来るかを判定する。
Qc₁を２対のバーナに割り当てる場合のバーナ１個当り
の入熱量Qc₁/4がq₀以上であると、つまりは、Qc₁/6＜q₀
≦Qc₁/4のときには、２対のバーナを設定最低火炎長F_L
以上で燃焼させ得るので、この場合は２対のバーナを燃
焼に設定することを示すデータをセットするため、レジ
スタN₁に２をセットし（20）、５分タイマをセットし
（21）、レジスタＭに１をセットし（22）、0C₁＝Ｌ
（弁15閉），0C₂，0C₃＝Ｈ（弁14,13開）をセットする
（23）。そして、バーナ１個当りの入熱量Qc₁/4を、内
／外流量比0/100で運転し得るバーナ１個当りの最低入
熱量q₂と比較し（24）、Qc₁/4がq₂を越えていると、流
量比0/100で運転できるので、内／外流量比0/100対応
の、開度比を示すデータPbをドライバ26〜31に出力（出
力ポートにセット）する（25）。これにより２対のバー
ナＣ〜Ｆが、流量比0/100で点火（燃焼）する。

バーナ１個当りの入熱量Qc₁/4がq₀以上ではあるが、Qc₁
/4≦q₂のときには、Qc₁/4をq₁（第５図）と比較する（2
6）。Qc₁/4＞q₁であると、バーナ１個当りの入熱量ｑ＝
Qc₁/4が、q₁を越え、q₂以下の範囲であるので、内／外
流量比を50/50にするために、50/50に対応する開度比Pb
を演算し、これを示すデータをドライバ26〜31に出力
（出力ポートにセット）する（27）。これにより２対の
バーナＣ〜Ｆが、流量比50/50で点火（燃焼）する。

バーナ１個当りの入熱量Qc₁/4がq₀以上ではあるが、Qc₁
/4≦q₁のときには、内／外流量比を100/0にするため
に、100/0に対応する開度比Pbを演算し、これを示すデ
ータをドライバ26〜31に出力（出力ポートにセット）す
る（28）。これにより２対のバーナＣ〜Ｆが、流量比10
0/0で点火（燃焼）する。

次にステップ25,27又は28から15に進み、そこでＴタイ
プのタイムオーバを待って、またステップ３〜６に進
み、Qc₁/6＜q₀≦Qc₁/4が継続していると、Ｔタイマの時
限値Ｔ時間毎にステップ７−18−19と進んで、ステップ
19では、レジスタN₁に２がセットされているので、第11
b図のステップ29に進む。ステップ29では５分タイマが
オーバしているかをチエックして、オーバしていないと
ステップ25,27又は28を実行し、ステップ15からステッ
プ３に戻り、これをＴ周期で繰り返す。ステップ29で５
分タイマがタイムオーバしていると、５分タイマを再セ
ットし（30）、レジスタＭの内容を参照する（31,3
4）。レジスタＭの内容が１であると、これは現在バー
ナＣ〜Ｆがオン（燃焼）に、バーナA,Bがオフ（消火）
に設定されていることを示し、２であるとこれは現在バ
ーナA,B,E,Fがオン（燃焼）に、バーナC,Dがオフ（消
火）に設定されていることを示し、３であるとこれは現
在バーナＡ〜Ｄがオン（燃焼）に、バーナE,Fがオフ
（消火）に設定されていることを示す。そこでレジスタ
Ｍの内容が１である（バーナＣ〜Ｆオン、バーナA,Bオ
フを５分間継続した）と、今度はバーナA,B,E,Fオン、
バーナC,Dオフにするために、レジスタＭに２をセット
し、（32）、0C₁，0C₃＝Ｈ（弁15,13開）、0C₂＝Ｌ（弁
14閉）をセットする（33）。レジスタＭの内容が２であ
る（バーナA,B,E,Fオン、バーナC,Dオフを５分間継続し
た）と、今度はバーナＡ〜Ｄオン、バーナE,Fオフにす
るために、レジスタＭに３をセットし（35）、0C₁，0C₂
＝Ｈ（弁15,14開）、0C₃＝Ｌ（弁13閉）をセットする
（36）。レジスタＭの内容が３である（バーナＡ〜Ｄオ
ン、バーナE,Fオフを５分間継続した）と、今度はバー
ナＣ〜Ｆオン、バーナA,Fオフにするために、ステップ3
4から22に進んでレジスタＭに１をセットし（22）、0
C₂，0C₃＝Ｈ（弁14,13開）、0C₁＝Ｌ（弁15閉）をセッ
トする（23）。

以上のように燃焼バーナ２対の内の１対を非燃焼に、非
燃焼バーナ１対を燃焼に切換えると、ステップ24〜28
の、内／外流量比設定を実行し、ステップ15を経てまた
ステップ３に戻る。以上の動作を繰り返すことにより、 Qc₁/6＜q₀≦Qc₁/4 である間は、第９図に示す「１列間引パターン」で２対
のバーナが燃焼、１対のバーナが非燃焼で、非燃焼バー
ナ（１対）が炉長方向（パスラインに沿う方向）に移動
する如くに、バーナ対の燃焼／非燃焼が５分周期で切換
えられる。

Qc₁/6＜q₀≦Qc₁/4の範囲内でQc₁が変更されるのに伴っ
て、ステップ24〜28により、Qc₁/4＞q₂ではバーナの内
／外流量比が0/100に、q₁＜Qc₁/4≦q₂では50/50に、ま
た、q₁≦Qc₁/4では100/0に設定される。

入熱量Qc₁を２対のバーナのみに割り当てても、１個当
りのバーナの入熱量Qc₁/4がq₀未満のときには、ステッ
プ18から第11c図のステップ37に進んで、Qc₁を１対のバ
ーナに割り当てる場合のバーナ１個当りの入熱量Qc₁/2
をq₀と比較する（37）。すなわち、燃焼バーナを１対に
限定したら、最低火炎長F_L以上で運転出来るかを判定す
る。

Qc₁/4＜q₀≦Qc₁/2のときには、つまりはQc₁を１対のバ
ーナに割り当てる場合のバーナ１個当りの入熱量Qc₁/2
がq₀以上であると、１対のバーナを設定最低火炎長F_L以
上で燃焼させ得るので、この場合は１対のバーナを燃焼
に設定することを示すデータをセットするため、レジス
タN₁に１をセットし（39）、５分タイマをセットし（4
0）、レジスタＭに１をセットし（41）、0C₁，0C₂＝Ｌ
（弁15,14閉），0C₃＝Ｈ（弁13開）をセットする（4
2）。そして、バーナ１個当りの入熱量Qc₁/2を、内／外
流量比0/100で運転し得るバーナ１個当りの最低入熱量q
₂と比較し（43）、Qc₁/2がq₂を越えていると、流量比0/
100で運転できるので、内／外流量比0/100対応の、開度
比を示すデータPbをドライバ26〜31に出力（出力ポート
にセット）する（44）。これにより１対のバーナE,F
が、流量比0/100で点火（燃焼）する。

バーナ１個当りの入熱量Qc₁/2がq₀以上ではあるが、Qc₁
/2≦q₂のときには、Qc₁/2をq₁と比較する（45）。Qc₁/2
＞q₁であると、バーナ１個当りの入熱量ｑ＝Qc₁/2が、q
₁を越え、q₂以下の範囲であるので、内／外流量比を50/
50にするために、50/50に対応する開度比Pbを演算し、
これを示すデータをドライバ26〜31に出力（出力ポート
にセット）する（46）。これにより１対のバーナE,F
が、流量比50/50で点火（燃焼）する。

バーナ１個当りの入熱量Qc₁/2がq₀以上ではあるが、Qc₁
/2≦q₁のときには、内／外流量比を100/0にするため
に、100/0に対応する開度比Pbを演算し、これを示すデ
ータをドライバ26〜31に出力（出力ポートにセット）す
る（47）。これにより１対のバーナE,Fが、流量比100/0
で点火（燃焼）する。

次にステップ44,46又は47から15に進み、そこでＴタイ
マのタイムオーバを待って、またステップ３〜６に進
み、Qc₁/4＜q₀≦Qc₁/2が継続していると、Ｔタイマの時
限値Ｔ毎にステップ７−18−37−38と進んで、ステップ
38では、レジスタN₁に１がセットされているので、ステ
ップ48に進む。ステップ48では５分タイマがオーバして
いるかをチエックして、オーバしていないとステップ4
4,46又は47を実行し、ステップ15からステップ３に戻
り、これをＴ周期で繰り返す。ステップ48で５分タイマ
がタイムオーバしていると、５分タイマを再セットし
（49）、レジスタＭの内容を参照する（50,53）。レジ
スタＭの内容が１であると、これは現在バーナE,Fがオ
ン（燃焼）に、バーナＡ〜Ｄがオフ（消火）に設定され
ていることを示し、２であるとこれは現在バーナC,Dが
オン（燃焼）に、バーナA,B,E,Fがオフ（消火）に設定
されていることを示し、３であるとこれは現在バーナA,
Bがオン（燃焼）に、バーナＣ〜Ｆがオフ（消火）に設
定されていることを示す。そこでレジスタＭの内容が１
である（バーナE,Fオン、バーナＡ〜Ｄオフを５分間継
続した）と、今度はバーナC,Dオン、バーナA,B,E,Fオフ
にするために、レジスタＭに２をセットし（51）、0
C₁，0C₃＝Ｌ（弁15,13閉）、0C₂＝Ｈ（弁14開）をセッ
トする（52）。レジスタＭの内容が２である（バーナC,
Dオン、バーナA,B,E,Fオフを５分間継続した）と、今度
はバーナA,Bオン、バーナＣ〜Ｆオフにするために、レ
ジスタＭに３をセットし（54）、0C₂，0C₃＝Ｌ（弁14,1
3閉）、0C₁＝Ｈ（弁15開）をセットする（55）。レジス
タＭの内容が３である（バーナA,Bオン、バーナＣ〜Ｆ
オフを５分間継続した）と、今度はバーナE,Fオン、バ
ーナＡ〜Ｄオフにするために、ステップ53から41に進ん
でレジスタＭに１をセットし（41）、0C₁，0C₂＝Ｌ（弁
15,14閉）、0C₃＝Ｈ（弁13開）をセットする（42）。

以上のように燃焼バーナ１対を非燃焼に、非燃焼バーナ
２対の内を１対を燃焼に切換えると、ステップ43〜47
の、内／外流量比設定を実行し、ステップ15を経てまた
ステップ３に戻る。以上の動作を繰り返すことにより、 Qc₁/4＜q₀≦Qc₁/2 である間は、第９図に示す「２列間引パターン」で１対
のバーナが燃焼、２対のバーナが非燃焼で、燃焼バーナ
（１対）が炉長方向（パスラインに沿う方向）に移動す
る如くに、バーナ対の燃焼／非燃焼が５分周期で切換え
られる。

Qc₁/4＜q₀≦Qc₁/2の範囲内でQc₁が変更されるのに伴っ
て、ステップ43〜47により、Qc₁/2＞q₂ではバーナの内
／外流量比が0/100に、q₁＜Qc₁/2≦q₂では50/50に、ま
たq₁≦Qc₁/2では100/0に設定される。

入熱量Qc₁を１対のバーナのみに割り当てても、１個当
りのバーナの入熱量Qc₁/2がq₀未満のときには、ステッ
プ37から第11a図のステップ17に進んで、0C₁，0C₂，0C₃
＝Ｌ（弁13〜14閉）を出力し、流量調節弁９の開度を０
（オフ:Ps＝０）にし、内／外流量比を100/0に設定する
（17）。すなわち、全バーナへの燃料の供給を停止す
る。

第１図に示す加熱炉には、上述の制御動作を行なう第６
図に示す電気制御システムが、各ゾーンの３対のバーナ
グループ宛てに各１組、合計で６組備わっており、上位
計算機から、それぞれ入熱量データ（Qc₁）を受けて、
上述の通りに、各グループのバーナの燃焼制御を行な
う。

なお、上述のステップ37の判定およびそれ以下の処理ス
テップは、燃焼バーナを１対に限定した場合に、燃焼バ
ーナを設定最低火炎長F_Lの燃焼制御で運転できるか否か
の判定および燃焼バーナ対１対の移動燃焼制御処理ステ
ップであり、ステップ37の判定により、入熱量Qc₁を１
対のバーナのみに割り当てても、１個当りのバーナの入
熱量Qc₁/2がq₀未満のときには、バーナを全消してしま
う制御としている。しかし、実際の加熱炉の運転におい
て、ゾーン当り燃焼負荷率が10％以上の場合には上述の
制御が行われ、炉温の均一性が得られるが、ゾーン当り
燃焼負荷率が10％未満の場合にバーナを全消してしまう
と、炉温が極度に低下してまう恐れがあるので、これを
避けるため、炉温の均一性は得られないが、バーナの火
炎長が短くなっても燃焼を継続させるようにする場合が
ある。この場合には、ステップ37の判定ステップにおい
て、その判定基準のq₀に替えてq₀＞q_L≧０のq_Lを用いる
こととする。このようにすれば、指示された入熱量Qc₁
が小さくなっても、バーナは全消されず、バーナの燃焼
は継続する。すなわち、燃焼バーナの火炎長が入熱量に
応じて短くなり、燃焼バーナはその短い火炎長で２列間
引きパターンで、移動燃焼制御が継続する。ここでのq_L
はバーナの燃焼を全消するか否かの判定基準となるもの
であり、q_L＝０ではバーナの消火は行われないことにな
る。

以上に説明した実施例では、流量調節弁9,流量調節弁16
の駆動系をモータ駆動としているが、これをコンプレッ
サーエアーを用いる空気圧の駆動系，または油圧を用い
る駆動系としてもよい。また、バーナの燃焼／非燃焼の
切換単位を１対（２個）としているが、個別に行っても
よい。

上記実施例の制御動作を、一般化して表現すると、次の
通りである。すなわち全バーナ数をＮとし、このＮ個の
バーナグループに対して割り当てられる入熱量Qcとし、
バーナ各１個の火炎長が最低火炎長F_L以上となる最低入
熱量をq₀とし、バーナ１個単位で燃焼／非燃焼を切換え
るものとすると、（１）Qc/N≧q₀のときには、ｎ＝Ｎ個のバーナを燃焼に
割り当てる。すなわち全バーナを連続燃焼させる。しか
して、Qc/Nに応じて、バーナの内／外流量比を、火炎長
が適正範囲になるように調整する。

（２）Qc/N＜q₀≦Qc/（Ｎ−１）のときには、ｎ＝（Ｎ
−１）個のバーナを燃焼に、１＝Ｎ−ｎ個のバーナを非
燃焼にするが、所定時間間隔で、燃焼にしていたバーナ
の内の１個を非燃焼に、非燃焼にしていたバーナ（１
個）を燃焼に切換える。

（３）上記（１），（２）を含めて、一般化して表現す
ると、（ｎ＋１）・q₀＞Qc≧ｎ・q₀なる整数ｎ（ただし
ｎ≦Ｎ）個のバーナを燃焼に、（Ｎ−ｎ）個のバーナを
非燃焼にするが、所定時間間隔で、燃焼にしていたバー
ナの内の（Ｎ−ｎ）個を非燃焼に、非燃焼にしていた
（Ｎ−ｎ）個のバーナを燃焼に切換える。この燃焼／非
燃焼の切換のバーナ位置をバーナ配列方向に順次に移動
させる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明の燃焼制御方法によれ
ば、Ｎ個のバーナ全体に割り当てられた入熱量Qcと、設
定最低火炎長F_Lが得られる入熱量q₀とから、設定最低火
炎長F_L以上で燃焼させ得るサイドバーナ数ｎを算出し
て、ｎ個のバーナのみを燃焼させるので、火炎長が常に
設定最低火炎長F_L以上となり、火炎長方向の炉内温度分
布の均一性が高い。しかも、ｎ＜Ｎでは所定時間間隔
で、火炎（燃焼バーナ）を移動させるので、低負荷率の
ためＮ−ｎ個のバーナを非燃焼とするにもかかわらず、
サイドバーナの配列方向の炉内温度分布の均一性が高
い。

したがって、低い燃焼負荷率の時においても、炉温分布
を均一化でき、被加熱材の温度分布を均一化することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を一態様で実施する連続式加熱炉の縦断
面図、第２図は第１図に示す連続式加熱炉のII−II線断
面図、第３図は第１図に示す連続式加熱炉のIII−III線
断面図であって上から下を見おろした１ゾーンを示す。第４図は第１図に示すサイドバーナ５の拡大横断面図、
第５図はサイドバーナ５の、入熱量ｑと火炎長の関係を
示すグラフである。第６図は、本発明を一態様で実施する制御システム構成
を示すブロック図である。第７図は、本発明を実施した場合の、ゾーン当りの負荷
率（横軸）と燃焼させるバーナ個数（縦軸）との関係を
示すグラフ、第８図はゾーン当りの負荷率（横軸）と燃
焼させるバーナ１個の負荷率（縦軸）との関係を示すグ
ラフである。第９図は、第６図に示す制御システムの、制御パターン
を示す説明図である。第10a図は従来の燃焼制御での加熱炉内鋼材の温度分布
を示すグラフ、第10b図は本発明の一実施例での加熱炉
内鋼材の温度分布を示すグラフである。第11a図，第11b図および第11c図は、第６図に示すマイ
クロプロセッサ33の制御動作を示すフローチャートであ
る。第12図は、従来の燃焼制御による加熱炉内火炎の形状
と、加熱炉内鋼材の温度分布との関係を示す図面であ
り、第12図の（ａ）は加熱炉内の火炎の形状を示す加熱
炉横断面図、第12図の（ｂ）は、加熱炉内鋼材の温度分
布を示すグラフである。 1:パスライン、2:被加熱材 3:炉体、4:加熱空間 5:バーナ（サイドバーナ） 6₁，6₂：火炎、7:仕切り壁 8:側壁、90:抽出口 9:流量調節弁、10:減速機 11:モータ、12:角度センサ 13〜15:電磁切換弁、16₁₁〜16₃₂：流量比調節弁 17:減速機、18:燃焼空気の流入口 19:内流燃料供給管、20:外流燃料供給管 20M:モータ、20S:角度センサ 21:バーナタイル、32:インターフエイス 33:マイクロプロセッサ

フロントページの続き (72)発明者真沢正人千葉県君津市君津１番地新日本製鐵株式會社君津製鐵所内 (72)発明者木田英夫福岡県北九州市八幡東区枝光１−１−１新日本製鐵株式會社八幡製鐵所内 (72)発明者村田禎廣福岡県北九州市戸畑区大字中原46番地の59 日鐵プラント設計株式会社内 (56)参考文献特開昭57−35615（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続式加熱炉に指示された入熱量Qcと、該
加熱炉の各サイドバーナの、設定最低火炎長F_Lでの加熱
炉への最低入熱量q₀とから、（ｎ＋１）・q₀＞Qc≧ｎ・q₀ なる関係の、設定最低火炎長F_L以上で燃焼に割り当て得
るサイドバーナ数ｎを算出し;nが総サイドバーナ数Ｎと
等しいときは全サイドバーナを燃焼に割り当て;nが総サ
イドバーナ数Ｎより小さいときには、ｎ個のサイドバー
ナを燃焼に、Ｎ−ｎ個のサイドバーナは非燃焼に割り当
て、ｎ個の燃焼サイドバーナ位置をサイドバーナ配列方
向に所定時間間隔で、順次に移す；連続式加熱炉のサイ
ドバーナ燃焼制御方法。