水平連続焼鈍炉の炉内雰囲気動特性のモデル化と水素比制御

摘要

鉄は，比較的安価で加工しやすいことなどから広く使 われている.また，炭素をはじめとする合金元素を添加 することで鋼となり，炭素量の調整や焼入れなどを行う ことで硬度を調節できる極めて使い勝手のよい材料とな る.鉄の製造工程には，この製鋼工程のほか，上流には 製銑工程が，下流には連鋳工程，圧延工程およびその後 に表面処理工程がある.圧延工程の後に作られる鉄板 (ストリップ）には外力によって塑性歪みが生じ，商品性 を低下させる要因の一つとなる.焼鈍炉では，焼鈍処理 によってこの歪みを除去し，組織を軟化させ，展延性を 向上させることができる.本論文では，焼鈍炉のこの主 目的に加えて，ストリップ表面に適度な酸化層を生成さ せることを通して下工程における表面処理品質の向上を 図ることを目的として，焼鈍炉の炉内雰囲気（特定の気 体やそれを主とした混合気体の状態）に関する動特性の モデル化とその制御について論じる.%This paper is concerned with the hydrogen ratio control in a horizontal continuous annealing furnace used in steelmaking. We first model the nonlinear dynamics of the atmosphere in the furnace so that the hydrogen ratio control may be carried out by applying control theory. We then determine an appropriate equilibrium around which its linearized model is determined. We then take a two-step procedure for designing a linear controller, in which we first apply a minor feedback loop for pressure control and then apply integral compensation so that the hydrogen ratio tracks the reference input without any steady state error. The effectiveness of the resulting controller is verified through a simulation with the original nonlinear model of the furnace.