DE3016142C2

DE3016142C2 - Verfahren zum Regeln einer Heizvorrichtung eines Brammenwärmofens und Regelanordnung

Info

Publication number: DE3016142C2
Application number: DE3016142A
Authority: DE
Inventors: John Coulson Roanoke Va. Price
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-04-30
Filing date: 1980-04-26
Publication date: 1986-08-21
Also published as: GB2048442A; DE3016142A1; US4257767A; GB2048442B; JPS55145120A; CA1135957A; JPS6111289B2

Description

a) eine Einrichtung (38, 50, 58) zum Messen der Temperatur (T,) innerhalb der Zone (28, 40, 52) an nur einem Ort,

b) mehrere Modelle (86) der Temperaturverteilung in der gesamten Zone, wobei diese Modelle in Abhängigkeit von der Brammendicke, der Brammengeschwindigkeit und dem Brennstofftyp erzeugt sind, und

c) eine Einrichtung (88) zum Berechnen einer Temperaturverteilung in dem gesamten Ofen in Abhängigkeit von der in der Zone gemessenen Temperatur (T,) und einem ausgewählten Temperaturverteilungs- is modell (86).

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln einer Heizvorrichtung eines Brammenwärmofens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Regelanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Regelanordnung sind aus der US-PS 36 04695 bekannt.

Langgestreckte Metallbänder werden in einer als Warmbandstraße bezeichneten Anlage durch Walzen einer Bramme, einer Stange oder anders geformten metallischen Rohmaterials in aufeinanderfolgenden Walzengerüsten hergestellt. Der Einfachheit halber werden hier verschiedene metallische Rohmaterialformen als Brammen bezeichnet Wenn sich eine Bramme durch die Walzstraße bewegt, wird sie zunehmend in ihrer Dicke verringert und verlängert, bis sie zu einem dünnen Metallband wird. Ein großer Teil der Arbeit muß durch die Walzen ausgeführt werden, die die Bramme zusammendrücken, um die Bramme in die fertige Bandform zu bringen. Da Metall mit einer erhöhten Temperatur weniger Widerstand gegen Verformung aufweist als Metall mit einer niedrigeren Temperatur, werden am Anfang die groben Dickenverringerungen ausgeführt, während die Bramme auf einer erhöhten Temperatur ist. Die Brammen werden auf eine typische erhöhte Temperatur von etwa 1200⁰C in einem sogenannten Brammenwärmofen erhitzt. Ein Brammenwärmofen dient somit zu Erwärmen der Brammen von Umgebungstemperatur, bei der sie auf einem »Brammenlagerplatz« gelagert werden, auf eine gewünschte erhöhte Temperatur, die für das besondere Brammenmaterial und die Art des sich anschließenden Walzens für geeignet gehalten wird.

Auf einer Fertigungsstraße wird eine Anzahl von Brammen nacheinander in den Ofen eingegeben. Die Geschwindigkeit der Brammen in dem Ofen und die Temperaturwerte in dem Ofen werden so gewählt, daß jede Bramme, die aus dem Ofen abgegeben wird, in ihrer Temperatur der gewünschten Temperatur so nahe wie möglich kommt. Das Erwärmen der Brammen auf erhöhte Temperaturen wäre relativ einfach, wenn jede Bramme dieselbe Zusammensetzung und dieselben Abmessungen hätte und auf dieselbe Dicke in der derselben Zeitspanne zu walzen wäre. Eine typische Warmbandstraße arbeitet jedoch nicht in so beständiger Weise, und die Brammen ändern sich in der Zusammensetzung, in der Abmessung und in den Verarbeitungserfordernissen sehr. Walzstraßenverzögerungen, ob geplant oder ungeplant, beeinflussen außerdem die Bewegung der Brammen durch den Ofen, kurz gesagt, Brammen müssen in Abhängigkeit von Einzelerfordernissen auf unterschiedliehe Temperaturen erwärmt werden, und das bedeutet, daß die Erwärmungsmöglichkeiten des Ofens so genau wie möglich eingestellt werden müssen.

Es ist bereits vor langer Zeit erkannt worden, daß eine Handsteuerung von Brammwärmöfen nicht der effektivste Weg zum Betreiben solcher Öfen ist. Zusammensetzung, Dicke, Breite, Entnahmeintervall, gewünschte Enddicke und gewünschte Endtemperatur der Brammen sowie Walzstraßenverzögerungen machen es gemeinsam übermäßig schwierig, den Ofen richtig zu steuern, um das Ziel zu erreichen, jede Bramme auf eine besondere gewünschte Temperatur zu erhitzen. Bei Handsteuerung werden die Unterschiede unter verschiedenen Brammen selten berücksichtigt, und Brammen, die den Ofen verlassen, sind häufig nicht richtig erwärmt. Außerdem wird es zunehmend bedeutsamer, 50 wenig wie möglich Brennstoff beim Betrieb eines Wärmofen? aufgrund einer nicht richtigen Steuerung zu vergeuden.

Angesichts dieser Probleme ist die Verwendung einer Prozeßrechnersteuerung für einen Brammenwärmofen entwickelt worden. Die erste Ofentemperaturregelung gemäß der eingangs genannten US-PS 36 04 695 stellte einen beträchtlichen Vorwärtsschritt bei der Anwendung der Computertechnologie zum Regeln des Betriebs eines Brammenwärmofens dar. Eine derartige Ofentemperaturregelung bringt bei dem Betrieb von Wärmofen beträchtliche Vorteile mit sich, und zwar u. a.:

1) Geringerer Brennstoffverbrauch. Dieser Vorteil ergibt sich aus der Möglichkeit, die Brammenerwärmung zu allen Zeiten gemäß einer durch den wirksamen Betrieb der Walzstraße vorgeschriebenen Strategie zu regeln.

2) Größere Ofenkapazität. Diese ergibt sich dadurch, daß das Regelsystem schnell auf Änderungen im Materialfluß und auf verschiedene Verzögerungen ansprechen kann. Die Brammen können außerdem den Walzvorrichtungen mit einer Temperatur zugeführt werden, durch die die Notwendigkeit von Verzögerungen vordem Eintritt in die Walzvorrichtungen und des Walzens bei verringerten Geschwindigkeiten vermieden

wird. Mit anderen Worten, der übrige Teil der Walzvorrichtungen kann mit voller Kapazität betrieben werden, weil die Brammen den Vorrichtungen mit der richtigen Temperatur zugeführt werden.
3) Bessere Oberflächenqualität. Die selbsttätige Regelung ist ausreichend genau, so daß übermäßige Zunderbildungen, Schmelzen der Oberfläche der Bramme und andere unerwünschte Eigenschaften vermieden werden.

Frühere selbsttätige Wärmofenregelsysteme waren nicht völlig zufriedenstellend, weil sie die Brammentemperatur nicht direkt geregelt haben. Sie waren von gespeicherten Modellen abhängig, um die Brammentemperatur unabhängig von spezifischer Information über die Temperatur jeder Bramme bei deren Vorschub durch den Ofen abzuschätzen.

Demgegenüber wird bei der Ofentemperaturregelung gemäß der US-PS 36 04 695 die Durchschnitts- oder mittlere Temperatur einer Bramme in einer bestimmten Zone in Abhängigkeit von den Gastemperaturen in der Zone, den thermischen Eigenschaften der Bramme, dem Abmessungen der Bramme, der Lage der Bramme innerhalb der Zone, der Bewegungsgeschwindigkeit der Bramme und der thermischen Vergangenheit der Bramme vorhergesagt. Die vorhergesagte Durchschnittstemperatur wird dann mit einer Solltemperatur an derselben Stelle auf der Basis einer Trakjektorie der vorbestimmten Brammensolltemperatur verglichen. Es wird ein Leistungsindex in Abhängigkeit von den kombinierten Vergleichen für sämtliche Brammen innerhalb der Zone gebildet Der Leistungsindex wird benutzt, um einen Temperatursollwert zu berechnen, d. h. eine Zonensolltemperatur. Die von dem Ofen abgegebene Wärme wird entsprechend der Größe und der Richtung der Differenz zwischen dem Sollwert und den gemessenen Zonentemperaturen eingestellt. Damit wurde zum ersten Mal eine wirklich automatische und wirksame Technik zum Regeln des Betriebes eines Brammenwärmofens geschaffen.

Es bleiben jedoch gewisse Probleme ungelöst. Eines dieser Probleme bezieht sich auf die Art und Weise, wie der Leistungsindex bestimmt wird. Bei dem bekannten Verfahren wird die berechnete Durchschnittstemperatur jeder Bramme mit einer vorbestimmten Solltemperatur der Bramme an einem bestimmten Ort verglichen. Die Temperaturabweichungen sämtlicher Brammen in einer bestimmten Zone werden periodisch berechnet und die Abweichungen werden gemittelt. Da die Temperatur der Brammen in der Nähe des Ausgangsendes der Zone kritischer ist als die Temperatur der Brammen in der Nähe des Eingangs der Zone, werden die Temperaturabweichungen der Brammen zu Gunsten derjenigen in der Nähe des Ausgangsendes der Zone gewichtet. Die gewichteten Temperaturabweichungen werden dann summiert, um einen Zonenleistungsindex zu bilden. Das ist ein ziemlich kompliziertes Verfahren zum Gewinnen eines Leistungsindex, das, obgleich es genau ist, nicht die thermischen Erfordernisse von einzelnen Brammen berücksichtigt.

Ein weiteres Problem, mit dem sich die US-PS 36 04 695 nicht befaßt, bezieht sich auf die Einrichtungen, durch die die in dem Ofen herrschenden Temperaturen bestimmt werden können. Dort wird ein Thermoelement an der Decke jeder Zone des Ofens sowie in dem Abgaskamin angeordnet.

Ein Thermoelement wird an dem Übergangspunkt zwischen einer Vorwärmzone und einer Wärmzone innerhalb des Ofens angeordnet. Darüber hinaus werden Strahlungspyrometer an dem Übergang von der Vorwärmzone zu der Wärmzone und an dem Übergang von der Wärmzone zu einer Durchwärmzone angeordnet, um die Temperatur jeder Bramme abzufühlen, wenn die Bramme von einer Zone zur anderen geht. Wenn eine Anzahl von Thermoelementen und Pyrometern in einem Ofen benutzt wird, kann offenbar eine gute Anzeige der Wärmeverteilung innerhalb des Ofens geliefert werden, je größer die Anzahl dieser Fühler ist, um so leichter wird es sein, das Wärmeprofil innerhalb des Ofens zu bestimmen, und um so leichter wird es wiederum sein, den Betrieb des Ofens zu regeln.

Selbst bei der bekannten Ofentemperaturregelung wird jedoch angenommen, daß sich die Temperatur in jeder Zone von der abgefühlten Eingangstemperatur bis zu der abgefühlten Ausgangstemperatur linear ändert. Es handelt sich dabei um eine vereinfachende Annahme, die nicht genau die Strahlungswärmequellentemperatur vorhersagt, welcher jede Bramme ausgesetzt ist In vielen bestehenden öfen werden Temperaturfühler nur an einer Stelle über der Länge jeder Zone angeordnet Es wäre zwar möglich, bestehende öfen zu modifizieren, um mehr Thermoelemente und Pyrometer hinzuzufügen, es wäre aber wünschenswert, nach Möglichkeit eine bestehende Anlage zu verwenden, um eine richtige Ofenregelung zu erzielen. Es wäre außerdem wünschenswert, daß die angenommene Temperaturverteilung in dem Ofen die Temperaturen, welchen die Brammen tatsächlich ausgesetzt sind, genauer wiedergibt

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Regelverfahren bzw. eine Regelanordnung der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß mit einfachen Mitteln eine verbesserte Brammenerwärmung erhalten wird, um insbesondere eine bessere Oberflächenqualität der Produkte zu erzielen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen gemäß der kennzeichnenden Teile des Patentanspruchs 1 bzv/. 9 gelöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Durchschnittstemperatur von Brammen in einer bestimmten Ofenzone in Abhängigkeit von den Strahlungswärmequellentemperaturen in der Zone, den thermischen Eigenschaften der Brammen innerhalb der Zonen, der Bewegungsgeschwindigkeit der Brammen und der thermischen Vergangenheit der Brammen vorhergesagt wird. Die Strahlungswärmequellentemperatur wird als diejenige Temperatur definiert, die in einer Berechnung der eindimensionalen Wärmeübertragung (in der y-Achse) in derselben Brammenerwärmungsgeschwindigkeit wie aufgrund der kombinierten Auswirkungen der Abstrahlung aus dem Gas und aus feuerfestem Material über der Länge der Zone in einer Berechnung der zweidimensionalen Wärmeübertragung (in der x- und der y-Achse) resultiert Die spezifische Technik zum Berechnen der Durchschnittstemperatur jeder Bramme wird im Vergleich zu bekannten Berechnungstechniken verbessert Die Strahlungsquellentemperaturen in der Zone können aus nur einer einzigen

Temperaturmessung in der Zone bestimmt werden. Das wird erreicht, indem eine Wärmequellenformgebungskurve benutzt wird, die die TemperaturdiffeYenz oder -abweichung an jeder Stelle zwischen einer Strahlungswärmequelle und der gemessenen Temperatur in der Zone darstellt. Die Wärmequellenabweichung ist in Abhängigkeit von dem Abstand von den Heizelementen in der Zone, der Brammendicke, der Geschwindigkeit der Bewegung der Brammen durch die Zoneund dem Brennstofftyp bestimmt worden. Die Durchschnittstemperatur jeder Bramme wird dann nach dem Stefan-Boltzmannschen Gesetz berechnet und mit einer Solltemperatur an derselben Stelle, die auf einer Trajektorie der vorbestimmten Brammensolltemperatur basiert, verglichen.

Die Erfindung vermeidet die Verwendung eines Leistungsindex an sich. Die Temperaturabweichung der einzelnen Bramme, deren Temperatur am weitesten unter ihrer Solldurchschnittstemperatur liegt, oder alternativ, die die längste Erwärmungszeit erfordert, um ihre Solldurchschnittstemperatur zu erreichen, wird bestimmt. Die Temperaturabweichung der einzelnen Bramme, die am stärksten über ihre Solldurchschnittstemperatur hinaus erwärmt ist oder wird, wird ebenfalls bestimmt. Wenn keine untererwärmte Bramme gefunden wird, wird die Temperaturabweichung einer ausgewählten übererwärmten Bramme als erste berechnete Sollwert- oder Regelabweichung benutzt. Die ausgewählte übererwärmte Bramme wird normalerweise diejenige sein, deren Temperatur am weitesten über ihrer Solldurchschnittstemperatur liegt, es können aber andere Kriterien zum Auswählen dieser Bramme benutzt werden. Wenn angenommen wird, daß keine Gefahr eines Übererwärmens irgendeiner der Brammen besteht, wird die erste berechnete Sollwert- oder Regelabweichung benutzt, um die von der Heizvorrichtung abgegebene Wärme einzustellen. Wenn die zweitgenannte Abweichung eine vorbestimmte Grenze übersteigt, wird die erstgenannte Abweichung nicht benutzt, und die Wärmeabgabe der Heizvorrichtung wird verringert oder Konstantgehalten, um eine Beschädigung der übererwärmten Bramme zu verhindern. Wenn die vorgenannten Schritte benutzt werden, um den Betrieb eines Brammenwärmofens zu regeln, kann der Ofen mit nur einer Mindestanzahl von in ihm angeordneten Temperaturfühlern wirksam geregelt werden.

Somit werden die Vorteile der bekannten Ofentemperaturregelung beibehalten und zusätzlich kann der thermische Zustand von einzelnen Brammen berücksichtigt werden. Die Erfindung kann auch in bestehenden Brammenwärmöfen, die nur eine minimale Instrumentenausrüstung haben, benutzt werden. Genauere Zonentemperaturberechnungen sind möglich, weil eine nichtlineare Zonentemperaturverteilung, welche die Istzustände in dem Ofen annähert, benutzt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Schema eines Brammenwärmofens, das die Lage, der Brenner und der Temperaturfühler zeigt,

F i g. 2 ein typisches Profil der Gastemperatur und der Brammensolltemperaturen über der Länge des Ofens,

F i g. 3 ein Beispiel einer Wärmequellenformgebungskurve, die die Wärmequellenabweichungstemperatur in Abhängigkeit von dem Abstand von Zonenbrennern neben anderen Variablen zeigt,

F i g. 4 eine Wärmequellenformgebungskurve, die die Strahlungswärmequellentemperatur in Abhängigkeit von dem Abstand von den Zonenbrennern zeigt,

Fig.5 ein Blockschaltbild einer Regelanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Regeln der Solldurchschnittstemperatur einer Bramme und

F i g. 6 ein Blockschaltbild einer Regelanordnung zum Regeln der Maximaltemperatur, auf die eine Bramme erwärmt werden kann.

Gemäß Fig. 1 enthält ein regelbarer Wärmofen 10 eine Vorwärmzone 12, eine Wärmzone 14 und eine Durchwärmzone 16. Gewisse Teile des Ofens 10 sind zwar bereits in dem ersten Ofentemperaturregelpatent beschrieben worden, zur Erleichterung des Verständnisses werden diese Teile hier aber erneut beschrieben. Der Verwendungszweck ist nicht auf die besondere Konfiguration des Ofens 10 beschränkt Der Ofen kann beispielsweise mehr als eine Zone jedes Typs oder Decken- oder Seitenwandbrenner haben und letztere können an anderer Stelle angeordnet sein.

Brammen, die sich auf Umgebungstemperatur befinden und einem Brammenlagerplatz entnommen worden sind, werden in den Wärmofen 10 eine nach der anderen über eine Beschickungstür 18 eingegeben, die zu einem engen Durchlaß 20 führt, welcher der Vorwärmzone 12 vorgeschaltet ist. Ein Abgaskamin 22, der mit dem engen Durchlaß 20 verbunden ist, leitet Abgase aus dem Vorwärmofen 10 in einen Rekuperator (nicht dargestellt). Ein Thermoelement 24 überwacht die Temperatur der Abgase. Wenn diese Temperatur einen gewissen maximalen Grenzwert übersteigt, können Kühlsprays (nicht dargestellt) in dem Abgaskamin 22 benutzt werden, um die Temperatur der Abgase zu verringern.

Brammen, die in den Ofen 10 über die Tür 18 eingebracht werden, bewegen sich längs eines feststehenden oder beweglichen Balkens 26 in die Vorwärmzone 12. Die Vorwärmzone 12 enthält eine Kammer 28, die eine obere Feuerwand 30 und eine untere Feuerwand 32 hat, welche Brenner 34 bzw. 36 enthalten. Die Brenner 34,36 sind zwar durch ein einzelnes Element dargestellt, normalerweise gibt es jedoch eine Reihe solcher Elemente, die sich über die Breite des Ofens erstreckt, um einen gleichmäßigen Temperaturgradienten von einer Seite des Ofens zur anderen aufrechtzuerhalten. Die Temperatur in der Kammer 28 wird durch ein Thermoelement 38 überwacht, das an der Decke der Kammer 28 in kurzem Abstand von den Brennern 34 angeordnet ist. Das Thermoelement 38 ist an oder nahe dem heißesten Teil der Kammer 28 angeordnet, und infolgedessen stellt die durch das Thermoelement 38 abgefühlte Temperatur die höchste Temperatur dar, die in der Kammer 28 erzielt -werden kann. Das Thermoelement 38 ist der einzige Temperaturfühler in der Kammer 28.

Die Wärmezone 14 gleicht der Vorwärmzone 12 und enthält eine Kammer 40. Die Kammer 40 hat eine obere Feuerwand 42 und eine untere Feuerwand 44, welche Brenner 46 bzw. 48 enthalten. Ein Thermoelement 50 ist an G5 der Decke der Wärmkammer 40 befestigt und an oder nahe dem heißesten Teil der Wärmkammer 40 angeordnet.

Die Durchwärmzone 16 gleicht hauptsächlich Temperaturen im Innern von Brammen aus, die durch die

Durchwärmzone 16 hindurchgehen. Die Durchwärmzone 16 enthält eine Kammer 52 mit einer einzigen Feuerwand 54, welche eine einzige Reihe von Brennern trägt, die durch einen Brenner 56 dargestellt ist. Ein Thermoelement 58 ist an der Decke der Kammer 52 befestigt und so angeordnet, daß es die höchste Temperatur in der Durchwärmzone abfühlt. Wiedererwärmte Brammen werden aus dem Ofen 10 über eine Rampe 60 abgegeben, die durch eine schwenkbare Auslaßtür 62 verschlossen ist. Die Brammen werden auf Rollentische geleitet, welche durch eine Rolle 64 dargestellt sind und sie zu Zunderbrechwalzen in dem Walzwerk transportieren.

Wenn Brammen wiedererwärmt werden, werden die Brenner geregelt, um zu versuchen, ein Sollstrahlungswärmequellentemperaturprofil gemäß der Kurve 65 zu erzielen. Die Strahlungswärmequellen-Isttemperatur in der Vorwärmezone 12 steigt längs einer ungefähr linearen Kurve 66 von einer Minimaltemperatur 68 am Eingang der Zone bis zu einem Plateau 70 in der Kammer 28 an, bevor sie auf einen Zwischenwert 72 an dem : Eingang der Wärmzone 14 abfällt. Ab dem Zwischenwert 72 steigt die Temperatur längs einer ungefähr linearen Kurve 74 bis zu einem zweiten Plateau 76 in der Kammer 40 an, bevor sie auf einen zweiten Zwischenwert 78 an dem Eingang der Durchwärmzone 16 abfällt. Da die Durchwärmzone 16 hauptsächlich die Aufgabe hat, die Temperaturen in den Brammen auszugleichen, ist die Temperatur innerhalb der Durchwärmzone 16 praktisch gleichmäßig. Das ist in F i g. 2 als eine horizontale Verlängerung 80 des zweiten Zwischentemperaturwertes 78 dargestellt.

Es kann zwar angenommen werden, daß der Ofen immer Gruppen von Brammen enthält, aber der Grad der Regelung über der Wiedererwärmung von einzelnen Brammen wird durch die Kenntnis der Anstiege und der Größen des Strahlungswärmequellentemperaturprofils in den Ofen 10 erzielt. Gemäß der abgefühlten Temperatür und der vorhergesagten Strahlungswärmequellentemperatur in einer Zone wird die Durchschnittstemperatur jeder Bramme in der Zone berechnet in Abhängigkeit von den thermischen Eigenschaften der Bramme, der Strahlungswärmequellentemperatur am Ort dieser Bramme, den Abmessungen der Bramme, dem Ort der Bramme innerhalb der Zone, der Geschwindigkeit der Bramme und der thermischen Vergangenheit der Bramme. Abweichung zwischen der berechneten (vorhergesagten) Durchschnittstemperatur jeder Bramme und einer Solldurchschnittstemperatur gemäß einer Trajektorie der vorbestimmten Temperatur gemäß der Kurve 65 in Fig.2 wird berechnet. Die Temperaturabweichung der Bramme, die das »begrenzende Erwärmungserfordernis« aufweist, kann auf null gebracht werden, indem der Zonentemperatursollwert fortschreitend inkrementiert wird und indem die Temperaturabweichung periodisch neu berechnet wird.
Die wichtigste Temperaturabweichung ist die irgendeiner einer einzelnen Bramme, welche sich einer Oberflächentemperatur nähen, bei der die Bramme schmilzt. Das wird als »Waschen« der Bramme bezeichnet, und, wenn ein solcher Zustand bevorsteht, wird die Temperaturabweichung dieser Brammenoberfläche von der zulässigen Oberflächentemperatur auf Null gebracht, um dieses Ergebnis zu vermeiden. Die andere wichtige Temperaturabweichung ist die der einzelnen Bramme, die das begrenzende Erwärmungserfordernis hat, d. h. der Bramme, die (a) die größte Zeit zum Erreichen der vorbestimmten Solltemperatur oder (b) den größten Temperaturanstieg zum Erreichen der vorbestimmten Solltemperatur benötigt. Bei NichtVorhandensein einer untererwärmten Bramme wird das begrenzende Erwärmungserfordernis diejenige Bramme sein, die am weitesten über ihre Solldurchschnittstemperatur erhitzt worden ist. Wie bei der Regelung der Waschtemperatur wird die Temperaturabweichung derjenigen Bramme, die das begrenzende Erwärmungserfordernis hat, auf null gebracht. Die Temperatursollwerte in der Vorwärmzone 12, der Wärmzone 14 und der Durchwärmzone 16 κ,

werden durch unabhängige, aber im wesentlichen gleiche Systeme geregelt. Zur Vermeidung von Wiederholun- |

gen wird hier nur ein System beschrieben. ■*■

Das Vorhersagen der Durchschnittstemperatur jeder Bramme in einer Gruppe von Brammen beinhaltet das Identifizieren des Ortes oder der Lage jeder Bramme innerhalb der Zone. Eine bevorzugte Technik ist in der bereits genannten US-PS 36 04 695 bschrieben. Die Durchschnittstemperatur jeder Bramme an irgendeinem |

bestimmten Ort; in der Zone wird berechnet, indem von der Bramme ein Modell gebildet wird und geeignete |

Wärmeübergangsgleichungen zum Bestimmen der Durchschnittstemperatur des Modells benutzt werden. Als |

Modell kann ein Teil einer Bramme grob in Form eines Würfels mit einem Deckflächeninhalt von 0,093 m³ verwendet werden. Das Modell ist H Meter hoch. Es ist angenommen worden, daß das Modell oben und unten mit einer Gastemperatur T_gt symmetrisch erhitzt wird und daß das Modell eine Oberflächentemperatur T₅, |

erreicht. Zum Bestimmen der Durchschnitts- oder mittleren Temperatur der Bramme wird die der Bramme §

zugeführte Wärme gemäß herkömmlichen Wärmeübergangsgleichungen untersucht. Es wird angenommen, daß sämtliche Wärme, die in die Bramme eindringt, in der Bramme gespeichert wird und daß infolgedessen ein Anstieg der Durchschnittstemperatur zu verzeichnen ist. Darüber hinaus wird angenommen, daß die in der Bramme gespeicherte Wärme aus einer Einstrahlung in die Oberfläche der Bramme stammen muß. In der tatsächlichen Praxis brauchen die Strahlungswärmequellentemperaturen über und unter der Bramme nicht gleich zu sein. In diesem Fall wird die Bramme für Berechnungszwecke in gleiche obere und untere Dicken unterteilt, und die Brammendurchschnittstemperatur wird aus den Durchschnittstemperaturen der oberen und unteren Hälften bestimmt Eine zulässige Annahme besteht darin, daß die Temperaturverteilung in einer gleichmäßig von oben und unten erwärmten Bramme parabelförmig ist Demgemäß gilt für die Durchschnittstemperatür T_Si einer Bramme, die eine Mittentemperatur r_c/und gleiche Oberflächentemperaturen 7i,hat,

{T_ci + 2 T_s;)/3. (1)

Auf der Basis der vorstehenden Annahmen sind folgende nichtlineare, simultane Differentialgleichungen erhalten worden:

r_sl- T_{111 +} JgU-. ψ -^₁Hf. JLLl ₍₂₎

- [(7;.,.+460)⁴ - (Γ_Λ/ + 460)⁴] = -&S- [(^+460)« - (Γ,,+ 46O)⁴] (3)

wobei gilt:

T_x; = Oberflächentemperatur einer Bramme an der Stelle /; in Grad Fahrenheit;
Tg, = Gastemperatur an der Stelle /;

Τ,,ί — Durchschnittstemperatur einer Bramme an der Stelle /;
e, = Emissionsvermögen an der Stelle /;

ο = Stefan-Boltzmannsche Konstante(5,6697 · 10-⁸Wm-²K-⁴); C = Brammenwärraekapazität;
ρ = Brammendichte;
Η, = Dicke einer Bramme an der Stelle /;
K = Brammenwärmeleitfähigkeit;

,, ρ C ,

^K^l^wa

κ - ^la ^K2~Jc

Die Länge und die Breite der Brammen werden als konstant angenommen, und nur die Dicke H wird als eine Variable betrachtet. Während mehrere der Glieder der zweiten und der dritten Gleichung von der Lage einer Bramme innerhalb einer Zone unabhängig sind, können sich andere, wie die Strahlungswärmequellentemperatur und das Emissionsvermögen, mit der Lage der Bramme innerhalb einer Zone ändern. Das Emissionsvermögen an einer bestimmten Stelle / wird durch den Oberflächenzustand der Bramme beeinflußt und kann durch folgende lineare Gleichung angenähert werden:

e, = e_o + mL. (4)

Die Leitfähigkeit an einer bestimmten Stelle / ist von der Brammendurchschnittstemperatur an dieser Stelle abhängig. Die Gleichung (4) ist in der US-PS 36 04 695 näher erläutert.

In der Gleichung (4) gilt:

e, = Emissionsvermögen der Bramme an der Stelle /;

e„ = Emissionsvermögen der Bramme am Ofeneingang;

L — Abstand von dem Ofeneingang und

/η = Koeffizient bezüglich des Brammenemissionsvermögens und der Lage der Bramme.

Es wird nun das Sirahlungswärmsquellentemperaturprofil der Zone gebildet, indem nur eine Temperatur, T₁, mit dem Zonenthermoelement 38, 50 oder58 gemessen wird. Das Strahlungswärmequellentemperaturprofil in einer Zone wird aus einem On-iine-Modeli berechnet. Dieses Modell speichert in dem Ofensteuerrechner Daten, die erzeugt werden können, indem Ofenvorgänge in einer Offline-Berechnung (d. h. in einer rechnerunabhängigen Berechnung) simuliert werden oder indem Ofenparameter in einem tatsächlichen Ofen aufgezeichnet werden, um eine empirische Beziehung zwischen Obenbetriebsparametern und der effektiven Strahlungswärmequelle an jeder Stelle in dem Ofen zu bilden. In dem Offline-Modell werden Wärmequellenformgebungsdaten für eine Anzahl von spezifizierten Betriebszuständen berechnet und aufgetragen. Eine Wärmequellenabweichung T₀ wird als Differenz zwischen der durch das Zonenthermoelement abgefühlten Temperatur T, und der Temperatur eines Strahlungswärmequellenmodells der Zone über der Länge der Zone definiert. Die Wärmequellenabweichung T₀ ist von dem Abstand von den Zonenbrennern, von der Brammendicke, der Brammengeschwindigkeit und dem Brennstofftyp, beispielsweise Erdgas, Kokereigas oder andere Brennstoffe, abhängig. Somit ist das Offline-Wärmequellenformgebungsmodell eine Schar nichtlinearer Kurven, die in Beziehung zu diesen Parametern stehen. Eine dieser Kurven ist in F i g. 3 gezeigt

Bei dem On-line-Regelsystem (d. h. bei dem rechnerabhängigen Regelsystem) wird die Wärmequellenabweichung T₀ benutzt, um die Temperatur T^,-einer Strahlungswärmequelle an einer Stelle /in der Zone zu berechnen. Die Temperatur T_g; wird als diejenige Temperatur an der Stelle / definiert die in der eindimensionalen On-line-Berechnung den Istwärmefluß darstellt, der aus einer zweidimensionalen Wärmeübertragungsberechnung aus sämtlichen Strahlungsquellen über der Länge der Zone resultiert Diese Strahlungsquellen umfassen Gas, feuerfestes Material und von den Brammen reflektierte Strahlung. Nachdem die Temperaturabweichung T₀ für jede Bramme in einer Zone in Abhängigkeit von der Lage und den Betreibsparametern durch Beziehen auf das Offline-Modell für diese besonderen Bedingungen bestimmt v/orden ist, wird der Wert der Abweichung T₀ von der gemessenen Temperatur an dem Zonenthermoelement 38,50 oder 58 subtrahiert, um die Strahlungs-Wärmequellentemperatur T_g, zu bestimmen, wie es in F i g. 4 gezeigt ist. Die Temperatur T_g, wird dann bei der Strahlungswärmeübertragungsberechnung für die Bramme, für die sie gilt, benutzt (Gleichung 3).

Gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist ein Brammendurchschnittstemperaturreg-

ler vorgesehen, wobei die Durchschnittstemperatur jeder Bramme in einer Zone durch Lösen der Gleichung (3) berechnet wird, nachdem die Gastemperatur Tgi aus dem On-line-Modell gemäß der Darstellung in F i g. 4 bestimmt und nachdem T_si aus der Gleichung (2) substituiert worden ist Das Emissionsvermögen wird aus der Gleichung (4) berechnet, die Leitfähigkeit wird aus den gespeicherten Daten bestimmt, die Leitfähigkeit wird aus den gespeicherten Daten bestimmt die die Leitfähigkeit über der Temperatur angeben, und die Dicke der Bramme wird vorangehenden Messungen entnommen. Die Durchschnittstemperatur T₃₁ jeder Bramme wird mit einer Solltemperatur T<n einer Bramme an dieser Stelle, die einer Trajektorie der vorbestimmten Brammtemperatur des in F i g. 2 gezeigten Typs entnommen wird, verglichen, um die Temperaturabweichung AT_di zwischen den beiden zu bestimmen. Die Temperaturabweichung wird in späteren Berechnungen zum Regeln des Betriebes des Ofens benutzt

Die Abweichungen von Brammen nahe dem Ausgang der Zone sind natürlich kritischer als die Abweichungen von Brammen nahe dem Eingang der Zone. Zum Berücksichtigen dieses kritischen Problems wurde bei dem ersten Ofentemperaturregelpatent (US-PS 36 04 695) ein Gewichtsfaktor benutzt um jede Abweichung in einer Zone in Abhängigkeit von der Lage der Bramme innerhalb der Zone der Wichtigkeit nach einzureihen. Erfindungsgemäß wird die Verwendung einer gesonderten Gewichtsfunktionsberechnung und des anschließenden Summierens von gewichteten Temperaturabweichungen in der Zone vermieden. Diese Ergebnisse werden erzielt, indem die Abweichung jeder Bramme mit der der anderen Brammen verglichen und ermittelt wird, welche Bramme in der Zone das begrenzende Erwärmungserfordernis hat Das begrenzende Erwärmungserfordernis bezieht sich auf diejenige Bramme, die am weitesten von ihrer Solltemperatur entfernt ist oder die stattdessen die längste Zeit benötigt, um auf ihre Solldurchschnittstemperatur erwärmt zu werden. Das begrenzende Erwärmungserfordernis könnte zwar auf verschiedene Gründe aufgebaut werden, wie beispielsweise auf die Bramme, die die größte Temperaturabweichung unterhalb der Solltemperatur hat, die Bramme, die die größte Temperaturabweichung oberhalb der Solltemperatur hat, oder die Bramme, die die längste Zeit zum Abkühlen auf die Solldurchschnittstemperatur benötigt. Es wird jedoch als a.n vorteilhaftesten angesehen, das begrenzende Erwärmungserfordernis auf der längsten Zeit zum Erwärmen einer bestimmten Bramme basieren zu lassen.

Das Erwärmungserfordernis für jede Bramme kann bestimmt werden, indem die Temperaturabweichung ATdi durch den Wert der zeitlichen Änderung der Durchschnittstemperatur (dT_a,/dt), der durch Lösen der Gleichung (3) gefunden wird, dividiert wird. Nachdem die Bramme, die das größte Erwärmungserfordernis hat, identifiziert worden ist, wird die Temperaturabweichung dieser Bramme als Referenzsignal für einen Regler mit Rückführung benutzt, welcher die Temperaturabweichung auf null bringt. Das bedeutet daß der durch den Regler gebildete Sollwert bewirkt, daß die Brenner geeignet verstellt werden, damit die Temperatur der Bramme erhöht wird, die das begrenzende Erwärmungserfordernis aufweist. Wenn sämtliche Brammen übererwärmt sind, wird die Bramme mit dem begrenzenden Erwärmungserfordernis eine negative Temperaturabweichung haben, und die Brenner werden geeignet verstellt, damit diese besondere Bramme auf ihre Solldurchschnittstemperatur abgekühlt wird. Wenn einige der Brammen übererwärmt und einige untererwärmt sind, werden die untererwärmten Brammen für die Regelung herangezogen, und die Brenner werden so eingestellt, daß die Temperatur der untererwärmten Brammen erhöht wird.

Die vorstehende Lösung könnte potentiell zum »Waschen« gewisser Brammen führen. Der Grund liegt darin, daß die von den Brennern abgegebene Wärme immer dann erhöht wird, wenn eine Bramme mit einer positiven Temperaturabweichung erkannt wird, selbst wenn auch Brammen mit einer negativen Temperaturabweichung vorhanden sind. Es wäre dann möglich, daß Brammen, die bereits auf oder über ihre Solldurchschnittstemperatur erhitzt sind, noch weiter erhitzt werden. Unter gewissen Umständen wäre es möglich, daß gewisse Brammen »gewaschen« werden. Dieses unerwünschte Ergebnis wird vermieden, indem ein Oberflächentemperaturregler benutzt wird, der den zuvor beschriebenen Durchschnittstemperaturregler übersteuert. Die begrenzende Temperaturabweichung für den Oberflächentemperaturregler wird als die Temperaturabweichung derjenige Bramme definiert, die gewaschen wird, wenn die Temperaturabweichung der Bramme, die das begrenzende Erwärmungserfordernis aufweist, auf null gebracht wird. In diesem Fall wird die begrenzende Oberflächentemperaturabweichung zur Regelung herangezogen, und der Sollwert wird so eingestellt, daß das Waschen der bewußten

so Bramme verhindert wird.

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann mit analogen oder digitalen Geräten eines Typs ausgeführt werden, dessen Funktionsweise unter Bezugnahme auf die F i g. 5 und 6 beschrieben wird. Ein digitales Gerät wird bevorzugt, beispielsweise der Prozeßrechner Honeywell 4000. Das System hat die Aufgabe, den Temperatursollwert T_z zu bestimmen, der, wenn er einem Summierpunkt 82 zusammen mit einem Eingangssignal T, aus einem der Thermoelemente 38,50,58 zugeführt wird, einem Brennstoffregelsystem 84 gestattet, die Brennstoffzufuhr und somit die durch das Zonenthermoelement gemessene Zonentemperatur in vorbestimmter Weise zu ändern. Die Ermittlung des Temperatursollwertsignals T_z ist das Endergebnis eines Prozesses, der wenigstens jedesmal dann wiederholt wird, wenn die Anzahl oder die Lage der Brammen innerhalb einer Zone geändert wird, oder in vorbestimmten Intervallen, wenn keine Änderung in der Anzahl oder der Lage der Brammen erfolgt ist.

Die Temperatur T₁, die durch das Zonenthermoelement abgefühlt wird, wird einem Wärmequellenformgebungsmodell 86 zugeführt das ein Ausgangssignal erzeugt, welches die Zonenstrahlungswärmequellentemperatur 7^/darstellt, wie es in F i g. 4 gezeigt ist. Am Anfang der Berechnung gilt T_g-, für den ersten Brammenort in der Zone. Das Ausgangssignal des Generators 86 wird an eine Recheneinheit 88 angelegt die die Gleichung (2) löst, um die Durchschnittstemperatur TO/der Bramme an dem ersten Ort vorherzusagen. Dieses Ergebnis wird in eine Addierschaltung 90 eingegeben. Die Sollbrammentemperatur Γ,*· an dem ersten Ort wird in die Addierschaltung 90 eingegeben. Das Ausgangssignal der Addierschaltung 90 stellt die Abweichung ATdi der vorhergesagten Durchschnittstemperatur 7],, von der Brammensolltemperatur Tj,- an dem ersten Ort dar. Die Zeit bis zum

Erreichen der SoUdurchschnittstemperatur wird berechnet, indem das Ausgangssigncl der Addierschaltung 90 durch denausder Gleichung (3) ermittelten Wert d TJa t dividiert wird.

Die Anordnung wiederholt die vorstehenden Berechnungen für andere Brammenorte in der Zone. Die Zonentemperatur an dem zweiten Bramnienort wird in die Recheneinheit 88 eingegehen, welche die Durchschnittstemperatur für die Bramme an dem zweiten Ort bestimmt Die Durchschnittstemperatur, die Solltemperatur und die Zeit bis zum Erreichen der SoUdurchschnittstemperatur werden für die Bramme an dem zweiten Ort in derselben Weise wie für die Bramme an dem ersten Ort vorhergesagt. Wenn das begrenzende Erwärmungserfordernis für diese Bramme größer als das für irgendeine vorhergehende Bramme ist, werden diese Daten für diese Bramme für den Vergleich mit denjenigen von folgenden Brammen aufbewahrt

Nachdem sämtliche Brammen in der vorstehenden Weise untersucht worden sind, ist die Durchschnittstemperaturabweichung für die Bramme mit dem begrenzenden Erwärmungserforüernis bekannt.

Dieses Abweichungssignal wird an einen Regler 92 angelegt Der Regler 92 enthält eine exponentiell

Vorwärtsverstärkung, einen Integrator und eine Anlaufzeitkonstante. Durch diese Komponenten wird die ®

thermische Verzögerung berücksichtigt, die bei jedem Erwärmungsprozeß vorhanden ist. Anders ausgedrückt, eine typische Bramme kann eine Zeitkonstante von einer halben Stunde haben, um auf eine Änderung in einem Zonensollwert anzusprechen. Demgemäß stabilisiert der Regler den Betrieb der Ofenzonenregeleinrichtungen 84, um diese thermische Verzögerung zu berücksichtigen. Wenn TL- und Ta, die der Addierschaltung 90 zugeführt werden, gleich sind, wird kein Abweichungssignal durch die Addierschaltung erzeugt. In diesem Fall wird der Regler nicht aktiviert Wenn ein positives Abweichungssignal vorhanden ist, wird der Regler 92 aktiviert, um die Abweichung auf null zu bringen. Das Eingangssignal aus der Addierschaltung 90 wird in dem Regler 92 in Datenspeicherschaltungen gespeichert

Wenn das begrenzende Erwärmungserfordernis als diejenige Bramme definiert worden ist, die die größte Abweichung von der Solltemperatur hat, ist das Ausgangssignal des Reglers 92 nichts anderes als ein Signal, das von der größten Temperaturabweichung unter sämtlichen Orten in der Zone abhängig ist Das Ausgangssignal AT,. des Reglers 92 wird positiv oder negativ sein, je nachdem, ob die Bramme, die das begrenzende Erwärmungserfordernis aufweist, unter- oder übererwärmt ist. Wenn das begrenzende Erwärmungserfordernis als die Bramme definiert ist, die die größte Zeit benötigt, um auf die SoUdurchschnittstemperatur gebracht zu werden, wird der Regler das Verhältnis von ATd, zu (dTJdt) berechnen und ein Ausgangssignal AT_Z erzeugen, das von dem berechneten Wert abhängig ist.

Das Ausgangssignal AT_Z des Reglers 92 wird an einen Summierpunkt 94 angelegt, welcher weitere Eingangssignale hat, die die vorgegebene oder Nenntemperatur T_n, bei der die Zone zu betreiben ist, und eine Feineinstelloder Vorspannungstemperatur Tv darstellen, welch letztere durch die Ofenbedienungsperson eingestellt werden kann, um irgendwelche beobachteten Langzeitänderungen zu berücksichtigen oder um Temperaturdifferenzen einzuführen, wie beispielsweise zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Bramme oder der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Hälfte der Bramme, je nachdem, wie es zur Unterstützung beim Walzen der Bramme erforderlich ist. Die Solltemperatur T_n wird durch ein Sollwertmodell 96 gebildet. Das Modell 96 speichert in dem Ofenregelrechner Daten, die erzeugt werden können, indem der Ofenbetrieb in einer Offline-Berechnung simuliert wird oder indem der Ofenbetrieb in einem tatsächlichen Ofen aufgezeichnet wird, um eine empirische Beziehung zwischen Ofenbetriebsparametern und den Zonensollwerten, die erforderlich sind, wenn diese Parameter vorherrschen, zu bilden. Das Modell 96 berücksichtigt die Abmessungen der Zone, die Dicke der Brammen, die Brammensolltemperaturtrajektorie und die Geschwindigkeit, mit der sich die Brammen durch die Zone bewegen (Vorschubgeschwindigkeit). Wenn beispielsweise die betrachtete Zone die Wärmzone 14 ist und die Solltemperatur der Brammen, die die Wärmzone 14 verlassen, 1200⁰C betragen soll, kann das Sollwertmodell 96 eine Solltemperatur T_n von 1315⁰C erzeugen. Unter der Annahme, daß eine der Brammen in der Wärmzone untererwärmt ist, wird ein Signal AT₂ durch den Regler 92 erzeugt und an den Summierpunkt 94 angelegt Das Signal AT_Z wird für untererwärmte Brammen eine positive Zahl sein. Unter der weiteren Annahme, daß die Bedienungsperson kein Signal T_v an den Summierpunkt 94 angelegt hat, werden t_n und AZz addiert, um einen Endsollwert T₂ zu erzeugen, der dem Summierpunkt 82 zugeführt wird. Der Endsollwert T₇. wird eine positive Zahl sein und in dem angegebenen Beispiel 1315° C übersteigen, beispielsweise würde er 133° C betragen. Ein Rückführungssignal aus dem Zonenthermoelement wird ebenfalls an den Summierpunkt 82 angelegt. Unter der Annahme, daß das Zonenthermoelement eine Temperatur von 126O⁰C abfühlt, wird das Ausgangssignal des Summierpunktes 82 ein Signal sein, das zu einem Temperaturanstieg von 1343⁰C- 126O⁰C oder 83°C proportional ist. Dieses Temperatursignal wird an die Zonenregeleinrichtungen 84 angelegt. Das Ausgangssignal der Brenner wird in einem Ausmaß erhöht, daß die Zonentemperatur um 83⁰C ansteigt. Somit ist ein geschlossenes Regelsystem mit Rückführung geschaffen, das sich kontinuierlich selbst auf den neuesten Stand bringt und Brammen auf Temperaturen auf oder nahe der Brammentemperaturtrajektorie, die in F i g. 2 gezeigt ist, erwärmt.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.6 sind die Brammen vor einer Überwärmung geschützt durch die Verwendung eines Oberflächentemperaturreglers. Das wird erreicht, indem die Oberflächentemperatur jeder Bramme berechnet und diejenige Bramme identifiziert wird, deren Oberflächentemperatur T₁₁ ihre Grenztemperatur Ty.,· um den größten Betrag übersteigt. Der Temperaturgrenzwert Tu kann von der chemischen Zusammensetzung der besonderen Bramme in einem Walzwerk abhängig sein, in welchem Stähle in einem Bereich von Zusammensetzungen gewalzt werden. Viele der Schaltungselemente sind die gleichen wie bei der Anordnung in F i g. 5, wobei gleiche Schaltungselemente mit gleiche Bezugszahlen bezeichnet sind.

Das Ausgangssignal des Wärmequellenformgebungsgenerators 86 wird an eine Recheneinheit 98 angelegt, die, wenn sie mit einem Wert für die Strahlungswärmequellentemperatur T_gi an irgendeiner Stelle in der Zone versorgt wird, die Oberflächentemperatür T_a· der Bramme an dieser Stelle berechnet. Diese Berechnung wird durch Lösen der Gleichung (2) ausgeführt, nachdem die Recheneinheit 88 die Gleichung (3) für eine Brammen-

durcbschnittstemperatur 7"_a, gelöst hat

In einer zu der Anordnung von Fig.5 analogen Weise wird die Temperatur T_s, der Bramme mit dem begrenzenden Oberflächentemperaturzustand in eine Addierschaltung 100 eingegeben, in die außerdem eine vorbestimmte Grenztemperatur Tu eingegeben wird. Das Ausgangssignal der Addierschaltung 100 ist ein

Grenztemperatursignal ATu- Das Signal ATu ist null oder eine negative Zahl, wenn die Oberflächentemperatur kleiner als die Waschtemperatur ist Das Signal AT_U ist eine positive Zahl, wenn die Oberflächentemperatur der Bramme größer als die Waschtemperatur ist. Das Signal ATu wird an einen Regler 102 angelegt, der dem Regler 92 gleicht, mit der Ausnahme, daß die Glieder für die Verstärkung und die Zeitkonstante diejenigen sind, die für die Regelung der Brammenoberflächentemperatur geeignet sind. Das Ausgangssignal AT_Z, des Reglers 102 wird an den Summierpunkt 94 angelegt, wie das Signal AT_Z.

Wenn der Wert für AT_U keine positive Zahl ist, wird das Ausgangssignal AT₂, des Reglers 102 null sein. Wenn der Wert für Au eine positive Zahl ist, wird der Wert von ATu benutzt, um ein Signal AT_Z, zu erzeugen, das dem Summierpunkt 94 zugeführt wird. Falls ein Wert für AT_Z, erzeugt wird, wird der Regler 92 sofort gesperrt, sofern er nicht eine größere Abnahme im Sollwert verlangt als AT_Z, erfordert Das verhindert die Möglichkeit, daß

irgendeine weitere Zunahme in der Zonentemperatur auftreten kann. Der Wert für AT_Z, wird sofort den Endsollv/ert T_z, senken, der aus dem Summierpunkt 94 hervorgeht, so daß die Zonenregeleinrichtungen 84 sofort die Brennstoffzufuhr verringern. Das Ausmaß, in welchem die Zonenregeleinrichtungen 84 die Brennstoffzufuhr verringern, hängt von dem Ausgangssignal des Summierpunktes 82 ab, in welchem der Sollwert T_z, mit der abgefühlten Zonentemperatur T, verglichen wird. Wie bei der Ausführungsform von F i g. 5 ist die Grenztempe-,:20 fahrschaltung ein geschlossenes Regelsystem mit Rückführung, welches sich kontinuierlich selbst auf den neuesten Stand bringt, wenn Brammen durch den Ofen hindurchbewegt werden!

Zur Beschreibung von zusätzlichen Maßnahmen, wie der Berechnung von Intervallen und der Einstellung von Emissionsvermögenswerten wird auf das erste Ofentemperaturregelpatent (US-PS 36 04 695) verwiesen. Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß die Erfindung sämtliche Vorteile des ersten Ofentemperaturregelpatents bietet und darüber hinaus selbst den thermischen Zustand von einzelnen Brammen berücksichtigt und in bestehenden Brammenwärmöfen, die nur eine minimale Instrumentenausrüstung haben, benutzt werden kann. Genauere Zonentemperaturberechnungen sind möglich, weil eine nichtlineare Zonentemperalurverteilung, welche die Istzustände in dem Ofen annähert, benutzt worden ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln einer Heizvorrichtung eines Brammenwärmofens, der wenigstens eine die Heizvorrichtung enthaltende Zone aufweist, mit folgenden Merkmalen: 5

a) Vorhersagen der Durchschnittstemperatur jeder Bramme in der Zone,

b) Ermitteln einer Abweichung zwischen der vorhergesagten Durchschnittstemperatur jeder Bramme und einer Solldurchschnittstemperatur jeder Bramme für einen bestimmten Ort in der Zone,

ίο dadurch gekennzeichnet,

c) Ermitteln einer Oberflächentemperaturabweichung zv/ischen der vorhergesagten Oberflächentemperatur jeder Bramme und einer vorbestimmten maximalen Oberflächentemperatur für jede Bramme an dem bestimmten Ort,

. 15 d) Erzeugen eines ersten Signals proportional zu der Größe der Durchschnittstemperaturabweichung der

jeweiligen Bramme;

e) Erzeugen eines zweiten Signals, wenn die vorhergesagte Oberflächentemperatur irgendeiner Bramme In der Zone innerhalb einss vorbestimmten Bereichs ihrer-maximal zulässigen Oberflächentemperatur liegt,
Sperren des ersten Signals, wenn ein zweites Signal erzeugt wird, und , ■^? Erhöhen der von der Heizvorrichtung abgegebenen Wärme in Abhängigkeit von der Größe des ersten ^v· Signals, wenn ein zweites Signal nicht erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte des Verfahrens im Anschluß an jede Änderung in der Anzahl oder dem Ort von Brammen in der Zone oder nach einem Zeitintervall vorbestimmter Länge, wenn keine Änderung in der Anzahl oder den Orten während des Zeitintervalls aufgetreten ist, wiederholt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der von der Heizvorrichtung abgegebenen Wärme auf einen vorbestimmten Maximalwert begrenzt wird, um ein Schmelzen von Brammenoberflächen zu vermeiden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu der Größe der Temperaturabweichung jeder Bramme proportionales Signal erzeugt wird und die Heizvorrichtung in Abhängigkeit von diesem Signal eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Signal mit anderen Signalen verglichen wird, die eine vorgegebene oder Nenntemperatur der Zone und eine gemessene Maximaltemperatur in der Zone darstellen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bramme ermittelt wird, die die längste Zeit benötigt, um auf die Solldurchschnittstemperatur erwärmt zu werden, und die von der Heizvorrichtung abgegebene Wärme derart eingestellt wird, daß die Bramme auf die Solldurchschnittstemperatur erwärmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Bramme ermittelt wird, die die größte Temperaturabweichung unterhalb der Solldurchschnittstemperatur hat.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorhergesagte Durchschnitts- und Oberflächentemperatur jeder Bramme auf einer berechneten Strahlungswärmequellentempe-

A5 ratur an jedem Ort in der Zone basieren, wobei die Strahlungswärmequellentemperatur an jedem Ort bestimmt wird durch:

a) Messen der Temperatur in der Zone an nur einem Ort,

b) Berechnen der Temperaturabweichung zwischen der gemessenen Temperatur und einer Temperatur an irgendeinem Ort in der Zone, die ein Modell darstellt, welches die Brammdicke, die Brammengeschwindigkeit und den Brennstofftyp berücksichtigt und

c) Subtrahieren der berechneten Temperaturabweichungswerte von dem gemessenen Temperaturwert in t der Zone.

9. Regelanordnung für einen Brammenwärmofen mit wenigstens einer eine regelbare Heizvorrichtung

enthaltende Zonen, mit folgenden Merkmalen:

a) eine Einrichtung zum Vorhersagen der Durchschnittstemperatur jeder Bramme in der Zone in Abhängigkeit von der Strahlungswärmequellentemperatur in der Zone und den thermischen Eigenschaften,

den Abmessungen, dem Ort und der thermischen Vergangenheit jeder Bramme;

gekennzeichnet durch

b) eine Einrichtung zum Speichern einer vorbestimmten Solltemperatur (7^) von Brammen in der gesamten Zone;

c) eine Einrichtung (90) zum Subtrahieren der vorhergesagten Durchschnittstemperatur (T₁,!) jeder Bramme von der vorbestimmten Solltemperatur (Td!) einer Bramme an demselben Ort, um daraus eine Temperaturabweichung (ATd!) für jede Bramme zu bilden;

d) eine Einrichtung (92) zum Ermitteln der Bramme mit der größten Temperaturabweichung, und

e) eine Einrichtung (84) zum Einstellen der von der Heizvorrichtung abgegebenen Wärme in Abhängigkeit von der Größe und der Richtung der größten ermittelten Temperaturabweichung.

10. Regelanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (98,100,102) zum Begrenzen der von der Heizvorrichtung abgegebenen Wärme auf einen vorbestimmten Maximalwert, um ein Schmelzen von Brammenoberflächen zu verhindern.

11. Regelanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch