CN108495941A - 钢板的温度控制装置及温度控制方法 - Google Patents

钢板的温度控制装置及温度控制方法 Download PDF

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Abstract

在本发明的一实施方式的钢板的温度控制装置(1)中，状态变量/干扰推定部(15)同时推定控制模型的状态变量及温度干扰变量的值，炉温变更量算出部(16)使用控制模型的状态变量及温度干扰变量的值，以使加热炉的输出侧的钢板的温度的目标值与实绩值的偏差的平方和成为最小的方式在制约条件下算出各加热区域的炉温变更量，炉温控制部(17)以使算出的炉温变更量能够实现的方式控制各加热区域的使用燃料流量。

Description

钢板的温度控制装置及温度控制方法
技术领域
本发明涉及钢板的温度控制装置及温度控制方法。
背景技术
通常，钢板的连续退火设备由加热炉、均热炉及冷却炉等构成，在设备的输入侧，将板厚、板宽这样的尺寸或规格、退火条件不同的先行材料的尾端部与后续材料的前端部焊接而作为一个钢板连续地进行处理。在此，在加热炉中，目标是在焊接部的前后切换各加热区域的炉温设定值，由此以适合于各自的退火条件的方式进行加热处理。并且，最终，在设备的输出侧，钢板以卷材单位被切断而出货，或被向下一工序传送。
在加热炉中，通常通过使用了辐射管的辐射加热使钢板升温，但是在以焊接部为界而钢板的尺寸等不同的状况下，由于其前后的加热条件相同，因此钢板的温度会产生变动。而且，由于辐射管的控制所需的时间常数大，因此在通常的反馈控制中，响应慢，钢板的温度的变动期间变长。因此，例如专利文献1、2记载那样，基于钢板的尺寸或规格的变更等信息进行前馈控制，通过将炉温或燃料流量在短期间内较大地变更来使响应提前。
具体而言，专利文献1记载了如下的方法：事先对钢板的放射率进行红外线连续测定，在到达燃烧器紧下方的时刻以抵消根据放射率变动而预测的钢板的温度变动的方式连续地设定燃料流量。而且，专利文献2记载了如下的方法：使用钢板的温度、板厚、线速度、及燃料流量的动态的模型，事先算出以最小限度的偏离来追随钢板的温度的目标值的钢板的温度及燃料流量的时序数据，对燃料流量进行控制。
这样的前馈控制基于事先得到的信息按照模型来设定炉温或燃料流量，但由于不是基于钢板的温度的测定值的控制，因此以模型误差为起因而产生控制偏差。因此，其控制增益需要根据模型误差进行设定。从这样的背景出发，专利文献3记载了如下的方法：使用某参数来指定朝向钢板的温度的基准值进行推移的钢板的板温的响应轨道，以其能够实现的方式基于使用了与板厚或板宽等的钢板的各种因素相关的变量的动态的模型来决定炉温。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5510787号公报
专利文献2：日本特开昭64-28329号公报
专利文献3：日本特开平3-236422号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1、2记载的方法在提高钢板的温度的响应性这样的意义上可认为有效地进行动作。然而，根据专利文献1、2记载的方法，在某能够测定的干扰要素加入时，会使用存在误差的模型来算出实现钢板的温度的目标值的加热炉的炉温或燃料流量，因此在没有干扰要素的稳定状态下会出现控制偏差(稳定偏差)。另一方面，专利文献3记载的方法在一定周期内收集加热炉的输出侧的钢板的温度的实绩值，逐次地设定钢板的温度的响应轨道，在模型上考虑板厚或板宽这样的先行材料与后续材料的差异，预测将来的钢板的温度并计算适当的炉温设定值，由此实现没有稳定偏差的响应性良好的控制。然而，在专利文献3记载的方法中，在某时刻在加热炉的输入侧钢板的装入温度存在变动的情况下，模型误差变大。而且，仅基于加热炉的输出侧的钢板的温度的测定值的反馈控制中，响应性差。
根据以上的情况，希望一种同时满足使用了前馈控制的响应性的提高和使用了反馈控制的稳定偏差的除去这2个控制指标的钢板的温度控制方法。它们也可以单独设计，但是在前馈控制的操作量未适当地进行设计或调整的情况下，对于反馈控制而言会成为干扰要素，因此两者的非干涉设计成为课题。
本发明鉴于上述课题而作出，其目的在于提供一种能够响应性及追随性良好地控制加热炉中的钢板的温度的钢板的温度控制装置及温度控制方法。
用于解决课题的方案
本发明的钢板的温度控制装置的特征在于，具备：板温测定部，测定加热炉的输入侧及输出侧的钢板的温度，所述加热炉具有沿钢板的传送方向配置的多个加热区域；炉温测定部，测定各加热区域的炉温；影响系数算出部，使用以所述加热炉的输入侧的钢板的温度的设定值和各加热区域的炉温及通板速度的设定值为输入的能够计算所述加热炉内的钢板的温度的升温模型式，算出表示与所述加热炉的输入侧的钢板的温度变化对应的所述加热炉的输出侧的钢板的温度变化的影响系数和表示与各加热区域的炉温的变化对应的所述加热炉的输出侧的钢板的温度变化的影响系数；控制模型设定部，使用利用所述影响系数算出部算出的影响系数、直至各加热区域的炉温变更的影响表现在所述加热炉的输出侧的钢板的温度中为止的钢板的移送时间、从输出各加热区域的炉温变更指令值至炉温实际变化为止的时间常数、及表示向所述加热炉的输出侧的钢板的温度施加的未知的温度干扰的变量，来设定以炉温变更指令值为输入并以各加热区域的炉温及所述加热炉的输出侧的钢板的温度为输出的控制模型；状态变量/干扰推定部，以利用所述板温测定部测定到的所述加热炉的输入侧的钢板的温度的实绩值与设定值的偏差、利用所述板温测定部测定到的所述加热炉的输出侧的钢板的温度的实绩值与设定值的偏差、利用所述炉温测定部测定到的各加热区域的炉温的实绩值与初始设定值的偏差为输入，同时推定所述控制模型的状态变量及温度干扰变量的值；炉温变更量算出部，使用利用所述状态变量/干扰推定部推定出的所述控制模型的状态变量及温度干扰变量的值，以使所述加热炉的输出侧的钢板的温度的目标值与实绩值的偏差的平方和成为最小的方式，在制约条件下算出各加热区域的炉温变更量；及炉温控制部，以使利用所述炉温变更量算出部算出的炉温变更量能够实现的方式控制各加热区域的使用燃料流量。
本发明的钢板的温度控制装置以上述发明为基础，其特征在于，所述炉温变更量算出部至少包含与炉温的上下限值相关的制约条件、与每单位时间的炉温变更量相关的制约条件、与燃料流量的上下限值相关的制约条件、及与每单位时间的燃料流量变更量相关的条件中的任一个条件作为所述制约条件。
本发明的钢板的温度控制装置以上述发明为基础，其特征在于，所述影响系数算出部、所述控制模型设定部、所述状态变量/干扰推定部、及所述炉温变更量算出部对于每个在实际操作上能够设想到的多个通板速度的设定值来执行处理，所述炉温控制部以使根据与实绩的通板速度接近的通板速度的设定值而求出的炉温变更量能够实现的方式控制各加热区域的使用燃料流量。
本发明的钢板的温度控制方法的特征在于，包括：板温测定步骤，测定加热炉的输入侧及输出侧的钢板的温度，所述加热炉具有沿钢板的传送方向配置的多个加热区域；炉温测定步骤，测定各加热区域的炉温；影响系数算出步骤，使用以所述加热炉的输入侧的钢板的温度的设定值和各加热区域的炉温及通板速度的设定值为输入的能够计算所述加热炉内的钢板的温度的升温模型式，算出表示与所述加热炉的输入侧的钢板的温度变化对应的所述加热炉的输出侧的钢板的温度变化的影响系数和表示与各加热区域的炉温的变化对应的所述加热炉的输出侧的钢板的温度变化的影响系数；控制模型设定步骤，使用在所述影响系数算出步骤中算出的影响系数、直至各加热区域的炉温变更的影响表现在所述加热炉的输出侧的钢板的温度中为止的钢板的移送时间、从输出各加热区域的炉温变更指令值至炉温实际变化为止的时间常数、及表示向所述加热炉的输出侧的钢板的温度施加的未知的温度干扰的变量，来设定以炉温变更指令值为输入并以各加热区域的炉温及所述加热炉的输出侧的钢板的温度为输出的控制模型；状态变量/干扰推定步骤，以在所述板温测定步骤中测定到的所述加热炉的输入侧的钢板的温度的实绩值与设定值的偏差、在所述板温测定步骤中测定到的所述加热炉的输出侧的钢板的温度的实绩值与设定值的偏差、在所述炉温测定步骤中测定到的各加热区域的炉温的实绩值与初始设定值的偏差为输入，同时推定所述控制模型的状态变量及温度干扰变量的值；炉温变更量算出步骤，使用在所述状态变量/干扰推定步骤中推定出的所述控制模型的状态变量及温度干扰变量的值，以使所述加热炉的输出侧的钢板的温度的目标值与实绩值的偏差的平方和成为最小的方式，在制约条件下算出各加热区域的炉温变更量；及炉温控制步骤，以使在所述炉温变更量算出步骤中算出的炉温变更量能够实现的方式控制各加热区域的使用燃料流量。
发明效果
根据本发明的钢板的温度控制装置及温度控制方法，能够响应性及追随性良好地控制加热炉中的钢板的温度。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的钢板的温度控制装置的结构的框图。
图2是表示以往的钢板的温度控制装置的结构的框图。
图3是表示对于加热炉的输入侧及输出侧的钢板的温度施加的干扰的图。
图4是表示本发明方法的各加热区域的炉温及加热炉的输出侧的钢板的温度的响应的图。
图5是表示现有方法的各加热区域的炉温及加热炉的输出侧的钢板的温度的响应的图。
图6是表示对于加热炉的输出侧的钢板的温度的干扰的图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的一实施方式的钢板的温度控制装置的结构及其动作。
图1是表示本发明的一实施方式的钢板的温度控制装置的结构的框图。如图1所示，本发明的一实施方式的钢板的温度控制装置1是对于加热炉的钢板的温度进行控制的装置，所述加热炉具备沿钢板的传送方向配置的n(≥1)个(在本实施方式中为5个)加热区域。
本发明的一实施方式的钢板的温度控制装置1具备板温测定部11、炉温测定部12、影响系数算出部13、控制模型设定部14、状态变量/干扰推定部15、炉温变更量算出部16、及炉温控制部17作为主要的结构要素。
板温测定部11每规定周期测定加热炉的输入侧及输出侧的钢板的温度(板温)，并将表示板温的电信号向状态变量/干扰推定部15输出。
炉温测定部12每规定周期测定加热炉内的各加热区域的温度(炉温)的实绩值，并能够将表示测定到的各加热区域的炉温的电信号向状态变量/干扰推定部15、炉温变更量算出部16及炉温控制部17输出。
影响系数算出部13根据接收钢板的退火指令的情况来取得从过程计算机21输出的加热炉的输入侧的钢板的温度的设定值和各加热区域的炉温设定值及通板速度设定值。影响系数算出部13使用从过程计算机21取得的信息，算出表示与加热炉的输入侧的钢板的温度变化对应的加热炉的输出侧的钢板的温度变化的影响系数、及表示与各加热区域的钢板的温度变化对应的加热炉的输出侧的钢板的温度变化的影响系数。并且，影响系数算出部13将表示这些影响系数的电信号向控制模型设定部14输出。在此，说明这些影响系数的算出方法。
当前，将加热炉的输入侧的钢板的温度的设定值表示为Tin，将通板速度的设定值表示为Vs，将各加热区域的炉温设定值设为Twi(i＝1～5)时的加热炉的输出侧的钢板的温度Ts表示为Ts＝f(Tin、Vs、Tw1、Tw2、Tw3、Tw4、Tw5)。在此，函数f是基于以下所示的数学式(1)的加热炉的钢板的升温模型式。在数值计算上，数学式(1)以适当的时间步长Δt进行离散化而进行差分计算。数学式(1)中，ρ表示钢板的比热[kcal/kg/K]，C表示钢板的比重[kg/m3]，h表示钢板的板厚[m]，Ts表示钢板的温度[℃]，Tw表示炉温[℃]，φcg表示总传热系数[-]，σ表示斯蒂芬－玻耳兹曼常数(＝1.3565e-11[kcal/sec/m2/K4])，t表示时间[sec]。
[数学式1]
影响系数算出部13使用从过程计算机21取得的信息，使用以下所示的数学式(2)～(7)来计算影响系数。在此，数学式(2)示出表示与加热炉的输入侧的钢板的温度变化对应的加热炉的输出侧的钢板的温度变化的影响系数，数学式(2)中的d1是表示加热炉的输入侧的钢板的温度变动量的变量。而且，数学式(3)～(7)示出表示与各加热区域的钢板的温度变化对应的加热炉的输出侧的钢板的温度变化的影响系数。
[数学式2]
[数学式3]
[数学式4]
[数学式5]
[数学式6]
[数学式7]
控制模型设定部14从过程计算机21取得各加热区域的通板速度设定值及炉温的时间常数。控制模型设定部14使用从过程计算机21取得的信息，计算状态变量/干扰推定部15及炉温变更量算出部16所需的控制模型式，并将表示计算出的控制模型式的参数的电信号向状态变量/干扰推定部15及炉温变更量算出部16输出。在此，说明控制模型式的计算方法。
当前，如果为了将钢板从第i个加热区域的输入侧位置移送至加热炉的输出侧位置而需要移送时间Li[s](＝从第i个加热区域的输入侧位置至加热炉输出侧的距离/通板速度设定值)，则加热炉的输出侧的钢板的温度Ts使用数学式(2)～(7)所示的影响系数而如以下所示的数学式(8)那样表示。在此，数学式(8)中，ΔTwi是各加热区域的炉温实绩值与炉温设定值的差值，表示炉温变动量。而且，s是拉普拉斯算子。
[数学式8]
另外，从炉温指令值至炉温实绩值构筑出反馈控制系统，炉温控制系统能够通过以下的数学式(9)所示的动特性来近似。在此，数学式(9)中，ΔTwi ref表示各加热区域的炉温目标值，Ti是各加热区域的从炉温指令值至炉温实绩值的时间常数。
[数学式9]
另外，数学式(8)中的移送时间要素e-Lis如以下的数学式(10)所示通过Pade近似能够线性化。需要说明的是，数学式(10)虽然设为了3次式，但是数学式的次数可以由设计者任意设定。并且，如果通过状态空间表现来表示数学式(10)，则成为以下所示的数学式(11)。在此，在数学式(11)中，x1、x2、x3为内部的状态变量，可考虑任意的实现，因此不具有物理意义。
[数学式10]
[数学式11]
将数学式(8)和数学式(11)一并考虑时，各加热区域的炉温变动量ΔTwi及从加热炉的输入侧的钢板的温度变动量d1向板温变动量Tsi的状态空间表现如以下所示的数学式(12)、(13)那样表示。在此，数学式(12)表示与第一个加热区域相关的数学式，数学式(13)表示与第二～第五个加热区域相关的数学式。而且，Tsi示出表示数学式(8)式的第i项的板温变动量。
[数学式12]
[数学式13]
另外，数学式(9)所示的炉温控制系统的动特性式的状态空间表现如以下所示的数学式(14)那样表示。
[数学式14]
作为该炉温控制系统的能够观测的输出，是各加热区域的炉温变动量ΔTwi和加热炉的输出侧的钢板的温度Ts。在此，向钢板的温度Ts导入表示对于加热炉的输出侧的钢板的温度的干扰的未知的变量d2时，钢板的温度Ts如以下所示的数学式(15)那样表示。并且，如数学式(16)所示，假定钢板的输入侧的钢板的温度变动量d1的时间微分为0时，根据数学式(12)～(16)能得到以下的数学式(17)所示的状态空间表现。
[数学式15]
[数学式16]
[数学式17]
在此，
因此，控制模型设定部14将对数学式(17)中的矩阵A～F以控制周期进行了离散化的值(以后，将连续时间表现和离散时间表现记为相同记号)作为控制模型式的参数向状态变量/干扰推定部15及炉温变更量算出部16输出。
状态变量/干扰推定部15每控制周期利用观测器或卡尔曼滤波等推定方法推定由控制模型设定部14计算出的控制模型式的状态变量及干扰变量，并将表示该推定值的电信号向炉温变更量算出部16输出。在基于观测器的推定中，状态变量/干扰推定部15将数学式(17)如以下所示的数学式(18)那样变形。并且，状态变量/干扰推定部15对于该系统设计观测器。这是将状态推定值设为x’，将干扰推定值设为d2’，将观测值y与模型预测值的偏差乘以观测器增益L，对状态量和干扰的推定值进行更新的以下所示的数学式(19)。在此，在数学式(19)中，u(k)表示从炉温控制部17输入的各加热区域的炉温目标值。关于观测器增益，周知有以使系统稳定的方式进行设计的方法(例如系统控制理论入门(实教出版、1979年))。
[数学式18]
[数学式19]
炉温变更量算出部16使用从状态变量/干扰推定部15输出的状态变量及干扰变量的推定值，算出加热炉的输出侧的钢板的温度的目标值与实绩值的偏差的平方和成为最小，换言之，加热炉的输出侧的钢板的温度的从目标值起的变动量成为最小的炉温变更量。这能够归结为将目标函数在制约条件下进行最小化的问题。具体而言，作为控制模型式已经得到了数学式(18)，但是为了处理炉温目标值的变化量制约而如以下所示的数学式(20)那样对输入进行变形。并且，炉温变更量算出部16使用该控制模型式，算出板温变动量Ts 2成为最小的炉温变更量Δu(k)。这是求出使以下的数学式(21)所示的评价函数成为最小的炉温变更量Δu(k)的时序数据的最适化问题。
[数学式20]
[数学式21]
在此，作为状态变量及干扰变量的初始值，使用从状态变量/干扰推定部15输出的值。而且，在数学式(21)中，x(k)T表示向量的转置。而且，数学式(21)中的N是预测期间，是指评价从当前时刻至将来N控制周期。并且，通过设定为Q＝cTc(c为与[C F O6×5]矩阵的钢板温度对应的最终行)，而成为使包含加热炉的输入侧及输出侧的干扰的钢板的温度变动最小化的评价函数。
另外，作为制约条件，可以例示与炉温的上下限值相关的制约条件、与每单位时间的炉温变更量相关的制约条件、与燃料流量的上下限值相关的制约条件、及与每单位时间的燃料流量变更量相关的条件。此外，也可以预先求出燃料流量与炉温目标值u(k)的关系而将其取入到制约中、对于炉温目标值u(k)施加制约。这样，能够取入操作上的制约条件。并且，炉温变更量算出部16将在此求出的炉温变更量Δu(k)的时序数据中的最初的时刻的炉温变更量Δu(0)向炉温控制部17输出。
炉温控制部17将炉温变更量Δu(0)加上当前时刻的炉温目标，以其能够实现的方式设定各加热区域的燃料流量的使用量。需要说明的是，影响系数算出部13、控制模型设定部14、状态变量/干扰推定部15及炉温变更量算出部16对于每个在实际操作上能想到的多个通板速度的设定值来执行处理，炉温控制部17优选以根据与实绩的通板速度接近的通板速度的设定值而求出的炉温变更量能够实现的方式控制各加热区域的使用燃料流量。
从以上的说明可知，在本发明的一实施方式的钢板的温度控制装置1中，状态变量/干扰推定部15同时推定控制模型的状态变量及温度干扰变量的值，炉温变更量算出部16使用控制模型的状态变量及温度干扰变量的值，以使加热炉的输出侧的钢板的温度的目标值与实绩值的偏差的平方和成为最小的方式，在制约条件下算出各加热区域的炉温变更量，炉温控制部17以使算出的炉温变更量能够实现的方式控制各加热区域的使用燃料流量。由此，能够响应性及追随性良好地控制加热炉的钢板的温度。
实施例
通过模拟验证了本发明方法的有效性。各加热区域的设定值如以下的表1所示，钢板的设定值如以下的表2所示。而且，作为本发明方法的制约条件，将炉温目标变化量[℃/s]在整个加热区域中设为±1.0℃/sec以内。而且，评价函数的预测期间N设为30。相对于此，比较用的现有方法的实施结构如图2所示。如图2所示，现有方法的实施结构是加热炉的输入侧的温度干扰引起的板温变动利用前馈(FF)控制(FF校正)进行抑制，基于加热炉的输出侧的钢板的温度的实绩的控制偏差利用PID控制(反馈(FB)校正)进行抑制的结构。这两者的控制独立地设计，没有相互之间的炉温校正值的信息的交换，这一点与本发明方法不同。前馈控制使用影响系数算出将对于加热炉的输入侧的钢板的温度的干扰给加热炉的输出侧的钢板的温度造成的影响除去的炉温变更量。并且，为了想要比较在本发明方法和现有方法中施加了干扰时的响应而对于加热炉的输入侧及输出侧的钢板的温度施加了图3所示的干扰。
[表1]
(表1)
[表2]
(表2)
单位 值
板厚 mm 2.0
通板速度 m/sec 1.0
总传热系数 1.00
控制周期 sec 5.0
本发明方法的各加热区域(1～5Z)的炉温及加热炉的输出侧的钢板的温度的响应如图4(a)、(b)所示，现有方法的各加热区域(1～5Z)的炉温及加热炉的输出侧的钢板的温度的响应如图5(a)、(b)所示。如图4(a)、(b)所示，在本发明方法中，在经过了至少60sec的附近，加热炉的输出侧的钢板的温度收敛于目标值(0℃)，相对于此，如图5(a)、(b)所示，在现有方法中，即使经过100sec以上，加热炉的输出侧的钢板的温度也仍残留有控制偏差。这样在本发明方法中，确认到加热炉的输出侧的钢板的温度收敛于目标值为止的时间短，能够除去控制偏差的情况。
两者的差异是对于加热炉的输入侧的钢板的温度加入有干扰时的炉温的变更量的方向性。即，在现有方法中，即使在加热炉的输出侧的钢板的温度比目标值低的情况下，在对于加热炉的输入侧的钢板的温度加入有正的干扰时也会降低炉温。然而，这从加热炉的输出侧的钢板的温度来看时为反向动作，因此产生炉温变动，至收敛为止需要时间。相对于此，在本发明方法中，即使对于加热炉的输入侧的钢板的温度加入有正的干扰，在当前的加热炉的输出侧的钢板的温度比目标值低的情况下，也不会降低炉温，朝向最终能够除去稳定偏差的条件控制炉温。这可以说是如图6所示每控制周期推定对于加热炉的输出侧的钢板的温度的干扰，对适当的操作量进行最适计算的效果。
以上，说明了适用通过本发明者们作出的发明的实施方式，但是没有通过基于本实施方式的作为本发明的公开的一部分的记述及附图来限定本发明。即，基于本实施方式而本领域技术人员等作出的其他的实施方式、实施例及运用技术等全部包含于本发明的范畴。
工业实用性
根据本发明，能够提供一种可响应性及追随性良好地控制加热炉的钢板的温度的钢板的温度控制装置及温度控制方法。
标号说明
1钢板的温度控制装置
11板温测定部
12炉温测定部
13影响系数算出部
14控制模型设定部
15状态变量/干扰推定部
16炉温变更量算出部
17炉温控制部。

Claims (4)

1.一种钢板的温度控制装置，其特征在于，具备：
板温测定部，测定加热炉的输入侧及输出侧的钢板的温度，所述加热炉具有沿钢板的传送方向配置的多个加热区域；
炉温测定部，测定各加热区域的炉温；
影响系数算出部，使用以所述加热炉的输入侧的钢板的温度的设定值和各加热区域的炉温及通板速度的设定值为输入的能够计算所述加热炉内的钢板的温度的升温模型式，算出表示与所述加热炉的输入侧的钢板的温度变化对应的所述加热炉的输出侧的钢板的温度变化的影响系数和表示与各加热区域的炉温的变化对应的所述加热炉的输出侧的钢板的温度变化的影响系数；
控制模型设定部，使用利用所述影响系数算出部算出的影响系数、直至各加热区域的炉温变更的影响表现在所述加热炉的输出侧的钢板的温度中为止的钢板的移送时间、从输出各加热区域的炉温变更指令值至炉温实际变化为止的时间常数、及表示向所述加热炉的输出侧的钢板的温度施加的未知的温度干扰的变量，来设定以炉温变更指令值为输入并以各加热区域的炉温及所述加热炉的输出侧的钢板的温度为输出的控制模型；
状态变量/干扰推定部，以利用所述板温测定部测定到的所述加热炉的输入侧的钢板的温度的实绩值与设定值的偏差、利用所述板温测定部测定到的所述加热炉的输出侧的钢板的温度的实绩值与设定值的偏差、利用所述炉温测定部测定到的各加热区域的炉温的实绩值与初始设定值的偏差为输入，同时推定所述控制模型的状态变量及温度干扰变量的值；
炉温变更量算出部，使用利用所述状态变量/干扰推定部推定出的所述控制模型的状态变量及温度干扰变量的值，以使所述加热炉的输出侧的钢板的温度的目标值与实绩值的偏差的平方和成为最小的方式，在制约条件下算出各加热区域的炉温变更量；及
炉温控制部，以使利用所述炉温变更量算出部算出的炉温变更量能够实现的方式控制各加热区域的使用燃料流量。
2.根据权利要求1所述的钢板的温度控制装置，其特征在于，
所述炉温变更量算出部至少包含与炉温的上下限值相关的制约条件、与每单位时间的炉温变更量相关的制约条件、与燃料流量的上下限值相关的制约条件、及与每单位时间的燃料流量变更量相关的条件中的任一个条件作为所述制约条件。
3.根据权利要求1或2所述的钢板的温度控制装置，其特征在于，
所述影响系数算出部、所述控制模型设定部、所述状态变量/干扰推定部、及所述炉温变更量算出部对于每个在实际操作上能够设想到的多个通板速度的设定值来执行处理，所述炉温控制部以使根据与实绩的通板速度接近的通板速度的设定值而求出的炉温变更量能够实现的方式控制各加热区域的使用燃料流量。
4.一种钢板的温度控制方法，其特征在于，包括：
板温测定步骤，测定加热炉的输入侧及输出侧的钢板的温度，所述加热炉具有沿钢板的传送方向配置的多个加热区域；
炉温测定步骤，测定各加热区域的炉温；
影响系数算出步骤，使用以所述加热炉的输入侧的钢板的温度的设定值和各加热区域的炉温及通板速度的设定值为输入的能够计算所述加热炉内的钢板的温度的升温模型式，算出表示与所述加热炉的输入侧的钢板的温度变化对应的所述加热炉的输出侧的钢板的温度变化的影响系数和表示与各加热区域的炉温的变化对应的所述加热炉的输出侧的钢板的温度变化的影响系数；
控制模型设定步骤，使用在所述影响系数算出步骤中算出的影响系数、直至各加热区域的炉温变更的影响表现在所述加热炉的输出侧的钢板的温度中为止的钢板的移送时间、从输出各加热区域的炉温变更指令值至炉温实际变化为止的时间常数、及表示向所述加热炉的输出侧的钢板的温度施加的未知的温度干扰的变量，来设定以炉温变更指令值为输入并以各加热区域的炉温及所述加热炉的输出侧的钢板的温度为输出的控制模型；
状态变量/干扰推定步骤，以在所述板温测定步骤中测定到的所述加热炉的输入侧的钢板的温度的实绩值与设定值的偏差、在所述板温测定步骤中测定到的所述加热炉的输出侧的钢板的温度的实绩值与设定值的偏差、在所述炉温测定步骤中测定到的各加热区域的炉温的实绩值与初始设定值的偏差为输入，同时推定所述控制模型的状态变量及温度干扰变量的值；
炉温变更量算出步骤，使用在所述状态变量/干扰推定步骤中推定出的所述控制模型的状态变量及温度干扰变量的值，以使所述加热炉的输出侧的钢板的温度的目标值与实绩值的偏差的平方和成为最小的方式，在制约条件下算出各加热区域的炉温变更量；及
炉温控制步骤，以使在所述炉温变更量算出步骤中算出的炉温变更量能够实现的方式控制各加热区域的使用燃料流量。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111100980A (zh) * 2019-11-27 2020-05-05 安徽添御石油设备制造有限公司 一种石油压裂泵阀箱热处理的升温控制方法
CN111742070A (zh) * 2018-03-23 2020-10-02 普锐特冶金技术日本有限公司 热处理炉的运转支援装置及运转支援方法、热处理设备及其运转方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210032720A1 (en) * 2018-02-22 2021-02-04 Jfe Steel Corporation Method of heating steel sheet in continuous annealing and continuous annealing facility
CN114489185B (zh) * 2022-02-24 2023-03-03 秦皇岛秦冶重工有限公司 一种用于鱼雷罐烘烤的控制方法及控制系统
CN115121631B (zh) * 2022-05-13 2023-05-12 燕山大学 基于加热炉坯温、炉温协同预调控分区解耦的温控方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6129903A (ja) * 1984-07-20 1986-02-12 Nippon Steel Corp 熱処理炉の走行材料温度制御装置
EP1496129A4 (en) * 2002-04-08 2006-02-22 Jfe Steel Corp THERMAL PROCESSING DEVICE AND METHOD, SUPPORT FOR RECORDING THERMAL PROCESSING PROGRAM, AND STEEL PRODUCT
CN1805803A (zh) * 2003-06-13 2006-07-19 杰富意钢铁株式会社 用于钢板的加速控制冷却系统,其生产的钢板,以及冷却设备
JP2008146325A (ja) * 2006-12-08 2008-06-26 Sumitomo Chemical Co Ltd プロセス制御装置、プロセス制御方法、プログラム、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
CN101962708A (zh) * 2010-10-19 2011-02-02 西安石油大学 大型板材真空退火炉多温区均温性控制系统及其控制方法
JP2015134951A (ja) * 2014-01-17 2015-07-27 Ｊｆｅスチール株式会社 冷却制御装置および冷却制御方法
CN105886751A (zh) * 2016-04-13 2016-08-24 中国地质大学（武汉） 一种冷轧热镀锌退火炉板温协调控制系统及方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5510787B2 (zh) 1973-05-26 1980-03-19
JPS60135531A (ja) 1983-12-24 1985-07-18 Nippon Steel Corp 連続焼鈍炉の温度制御方法
SU1194899A1 (ru) * 1984-01-06 1985-11-30 Научно-исследовательский институт металлургии Способ управлени термообработкой полос из аустенитной нержавеющей стали в проходной печи
JPS6428329A (en) 1987-07-23 1989-01-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for controlling sheet temperature in continuous annealing furnace
JPH0772309B2 (ja) 1988-01-18 1995-08-02 三菱重工業株式会社 連続焼鈍炉の板温制御方法
JPH03236422A (ja) 1990-02-14 1991-10-22 Kobe Steel Ltd 連続焼鈍炉における板温制御方法
JPH04168232A (ja) 1990-10-31 1992-06-16 Sumitomo Metal Ind Ltd 板温制御方法
JP2503332B2 (ja) 1991-08-28 1996-06-05 新日本製鐵株式会社 ストリップの誘導加熱における板温制御方法
KR100241023B1 (ko) 1995-12-29 2000-03-02 이구택 용융도금강판용 열처리로내에서의 강판온도 제어방법
FR2940978B1 (fr) * 2009-01-09 2011-11-11 Fives Stein Procede et section de refroidissement d'une bande metallique en defilement par projection d'un liquide
JP5510787B2 (ja) 2009-10-13 2014-06-04 新日鐵住金株式会社 冷延鋼板の連続焼鈍設備の輻射加熱による加熱炉の板温度制御方法
CN102455135B (zh) 2010-10-27 2013-11-20 宝山钢铁股份有限公司 明火加热炉炉温控制设备
EP2942407B1 (en) * 2013-01-28 2017-04-05 JFE Steel Corporation Method for adjusting in-furnace atmosphere of continuous heat-treating furnace
CN103397171B (zh) 2013-08-20 2014-09-17 中冶赛迪工程技术股份有限公司 一种确定钢坯加热炉炉温设定值的方法
JP5884196B2 (ja) * 2014-02-18 2016-03-15 Ｊｆｅスチール株式会社 高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法
EP3314028B1 (en) * 2015-06-24 2020-01-29 Novelis Inc. Fast response heaters and associated control systems used in combination with metal treatment furnaces
CN111742070B (zh) * 2018-03-23 2022-06-24 普锐特冶金技术日本有限公司 热处理炉的运转支援装置及运转支援方法、热处理设备及其运转方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6129903A (ja) * 1984-07-20 1986-02-12 Nippon Steel Corp 熱処理炉の走行材料温度制御装置
EP1496129A4 (en) * 2002-04-08 2006-02-22 Jfe Steel Corp THERMAL PROCESSING DEVICE AND METHOD, SUPPORT FOR RECORDING THERMAL PROCESSING PROGRAM, AND STEEL PRODUCT
CN1805803A (zh) * 2003-06-13 2006-07-19 杰富意钢铁株式会社 用于钢板的加速控制冷却系统,其生产的钢板,以及冷却设备
JP2008146325A (ja) * 2006-12-08 2008-06-26 Sumitomo Chemical Co Ltd プロセス制御装置、プロセス制御方法、プログラム、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
CN101962708A (zh) * 2010-10-19 2011-02-02 西安石油大学 大型板材真空退火炉多温区均温性控制系统及其控制方法
JP2015134951A (ja) * 2014-01-17 2015-07-27 Ｊｆｅスチール株式会社 冷却制御装置および冷却制御方法
CN105886751A (zh) * 2016-04-13 2016-08-24 中国地质大学（武汉） 一种冷轧热镀锌退火炉板温协调控制系统及方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111742070A (zh) * 2018-03-23 2020-10-02 普锐特冶金技术日本有限公司 热处理炉的运转支援装置及运转支援方法、热处理设备及其运转方法
CN111100980A (zh) * 2019-11-27 2020-05-05 安徽添御石油设备制造有限公司 一种石油压裂泵阀箱热处理的升温控制方法
CN111100980B (zh) * 2019-11-27 2021-11-23 安徽添御石油设备制造有限公司 一种石油压裂泵阀箱热处理的升温控制方法

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EP3409797B1 (en) 2019-09-04
RU2691819C1 (ru) 2019-06-18
CN108495941B (zh) 2019-10-22

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