DE3122223A1

DE3122223A1 - Waermeregelverfahren fuer einen durchlaufofen

Info

Publication number: DE3122223A1
Application number: DE19813122223
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Nishinomiya Hyogo Wakamiya
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1980-06-04
Filing date: 1981-06-04
Publication date: 1982-03-04
Also published as: US4368034A; BR8103545A; JPH0137451B2; MX157538A; JPS572843A; DE3122223C2

Description

Wärmeregelverfahren für einen Durchlaufofen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Erwärmung in einem Durchlaufofen bzw. kontinuierlichen Wärmeofen zum Erwärmen von Brammen o.dgl..

Für die Regelung der Temperatur von (Roh-)Brammen am Auslaufende eines Wärmeofens mittels eines elektronischen Rechners wurde bisher ein Verfahren zur Regelung oder Einstellung einer niedrigen Brennstoff-Zufuhrmenge im Ofen durch Bestimmung der Temperaturen der Bramme an verschiedenen Punkten zwischen ihrer Einführung und ihrem Austrag durch Berechnung des Wärmeübergangs auf der Grundlage der Temperatur einer den Ofen füllenden Atmosphäre anhand der Brammengrößen und der Zeitspannen, während denen sich die Brammen tatsächlich im Ofen befinden, Abschätzen einer Zeitspanne, während welcher die Brammen bis zum Austrag im Ofen verbleiben, anhand von Durchlaufplanen (delivery schedules) für die einzelnen Brammen und Rückrechnen auf die erforderliche Temperatur der Ofenatmosphäre, die für den Austrag der Brammen mit der gewünschten Austrittstemperatur erforderlich ist, um die Temperatur der Ofenatmosphäre auf der gewünschten oder Soll-Austraggröße zu halten, angewandt.

Die bisherigen Verfahren, wie das vorstehend umrissene, sind ΙιιπυΓω n ιιαι liLclJi«-), alia dlt Kd-Jt=I Uiiy elufcii ycLinyell

keitsgrad besitzt, weil sich die Berechnung des Wärmeübergangs auf einen Wärmeübergangskoeffizienten der Bramme stützt, der sich je nach der Position und der Temperatur der Bramme im Ofen sowie dem bestimmten Temperaturprofil des verbrannten Brennstoffs ändert und daher schwierig als Konstante zu behandeln ist. Diese mangelhafte Genauigkeit ist auch darauf zurückzuführen, daß die bisherigen Regelverfahren nicht den Einfluß der Zahl der in jeder Regelzone des Ofens vorhandenen Brammen berücksichtigen und die eigentliche Regelung unter Heranziehung einer von verschiedenen, für die verschiedenen Brammen vorgegebenen (set) Größen erfolgt, woraus ebenfalls eine mangelhafte Regelgenauigkeit resultiert.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur mit hoher Genauigkeit erfolgenden Regelung der durch einen Durchlaufofen bewirkten Erwärmung.

Diese Aufgabe wird bei einem Wärmeregelverfahren für einen in mehrere Regelzonen unterteilten Durchlaufofen bzw. kontinuierlichen Wärmeofen erfindungsgemäß dadurch gelöst/ daß die Strömungs- oder Durchsatzmenge des zugeführten Brennstoffs, die Strömungsmenge der zugeführten (Verbrennungs-)Luft und die Temperatur eines Verbrennungs-Abgases zu jedem Zeitpunkt gemessen werden, daß anhand der Gleichung für das thermische bzw. Wärmegleichgewicht eine Wärmeeingabe zu Brammen o.dgl. Werkstücken, die erwärmt werden sollen, bestimmt wird, daß ein Wärmegehalt jeder Bramme im Ofen zu jedem genannten Zeitpunkt anhand der so bestimmten Wärmeeingabe zu den Brammen ermittelt wird, daß die erforderliche Wärmeeingabe zu den Brammen bis zum nächstfolgenden Zeitpunkt anhand des Unterschieds zwischen der ermittelten Wärmeeingabe und einer Ziel-Wärmeeingabe zu den Brammen abgeschätzt wird, daß die Durchsatzmenge des zugeführten Brennstoffs anhand der Gleichung für

-A-

das Wärmegleichgewicht abgeschätzt wird, daß die genannten Verfahrensschritte in jeder einzelnen Regelzone wiederholt werden und daß die Durchsatzmenge des zugeführten Brennstoffs in jeder Regelzone auf die abgeschätzte Brennstoff-Durchsatzmenge geregelt bzw. eingestellt wird.

Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Regelverfahrens mit bisher üblicher Temperaturberechnung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Wärmeregelvorrichtung zur Durchführung des Wärmeregelverfahrens gemäß der Erfindung und

Fig. 3 eine graphische Darstellung einer Soll- oder Ziel-Wärmegehaltskurve einer Bramme.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch einen Durchlauf- bzw. Wärmeofen 10 und - im schraffierten Rechteck - eine unmittelbar vor einem Beschickungs- bzw. Eingabeende 14 des Ofens 10 befindliche Bramme 12. Die Bramme 12 wird über das Eingabeende 14 in den Ofen eingeführt, um diesen in Längsrichtung zu einem Austragende 16 hin zu durchlaufen und dabei auf die erforderliche Temperatur erwärmt zu werden. Die erwärmte Bramme (slab) wird am Austragende 16 aus dem Ofen 10 ausgetragen.

Im folgenden ist anhand von Fig. 1 ein bisheriges Wärmeregelverfahren erläutert. Es sei angenommen, daß die den Ofen 10 füllende Atmosphäre eine Temperatur T^ besitzt, während die Bramme 12 vor der Eingabe eine Temperatur T und am Austrag-

ende 16 eine objektive bzw. Soll- oder Ziel-Temperatur T ~ besitzt, wobei die Bramme 12 ihre bei T - angegebene Position im Ofen 10 erreicht, nachdem sie sich tatsächlich wäh rend einer Zeitspanne At. im Ofen befunden hat. Unter die sen vorausgesetzten Bedingungen läßt sich die tatsächliche hv.vi . Tp-t--T^ampoi Fjfiu ΤΓ rlor nfonal mnophaic wie fnl'jl drücken:

_ Σ (Meßwerte von Tf während \)

Tf = ...(1)

(Zahl der Messungen während

Wenn vorausgesetzt wird, daß die Bramme 12 eine spezifische Wärme Cp, ein spezifisches Gewicht (Wichte) y, eine Dicke H und einen Wärmeübergangskoeffizienten α besitzt, läßt sich die mittlere bzw. durchschnittliche Temperatur T . der Bramme 12 in der genannten Position durch folgende Gleichung ausdrücken:

Ts₁ = (Tf - Tso) (1 - e - ~— At₁) +Tso ... (2)

Wenn weiterhin angenommen wird, daß At„ die Zeitspanne be zeichnet, während welcher sich die Bramme 12 von der genann ten Position zum Austragende 16 bewegt, oder aber eine Zeit spanne, während welcher die Bramme 12 im Ofen 10 verweilt, läßt sich die erforderliche Ziel-Atmosphärentemperatur Tfρ, bei welcher die Bramme 12 auf die Ziel-Austragtemperatur Ts₂ erwärmt werden kann, durch folgende Gleichung ausdrücken:

Tfp = (Ts₂ - Ts₁)Z(I - e - c^ At₂) + Ts₁ ...(3)

Die Brennstoff-Zufuhrmenge zum Ofen wird dann so geregelt, daß die Temperatur der Ofenatmosphäre der Soll- oder Zielgröße (objective magnitude) entspricht.

Das beschriebene, bisherige Regelverfahren ist jedoch insofern nachteilig, als die Genauigkeit der Regelung ungenügend ist, weil sich der in den Gleichungen (2) und (3) erscheinende Wärmeübergangskoeffizient et in Abhängigkeit von der Position und der Temperatur der Bramme 12 im Ofen 10, dem jeweiligen Temporal'urpi of j 1 dew verbranntem bzw. Vörbrennunggyaees usw. ändert und daher schwierig als Konstante zu behandeln ist. Außerdem berücksichtigt dieses Verfahren nicht den Einfluß der Zahl der in jeder Regelzone des Ofens befindlichen Brammen 12, und die eigentliche Regelung erfolgt unter Heranziehung einer der verschiedenen, für die verschiedenen Brammen vorgegebenen Größen. Diese Umstände resultieren (ebenfalls) in einer niedrigen Regelleistung bzw. -genauigkeit.

Die Erfindung bezweckt nun die Ausschaltung der geschilderten Nachteile des Standes der Technik. Erfindungsgemäß wird eine Wärmeeingabe für mehrere Brammen in jeder Regelzone eines Wärme- oder Durchlaufofens in der Weise bestimmt, daß eine Gleichung für das Formalgleichgewicht zwischen der Gesamtwärmeeingabe in jeder Regelzone und der Gesamtwärmeabgabe davon, anteilmäßig zwischen den Brammen in Abhängigkeit von ihren Positionen und Wärmegehalten verteilt und zu ihrem vorherigen Wärmegehalt hinzuaddiert, benutzt wird, um den Wärmegehalt der Brammen zum vorgegebenen (present) Zeitpunkt zu bestimmen. Bezüglich des für jede Zeitspanne ab dem vorgegebenen Zeitpunkt zuzuführenden Brennstoffs wird dann die nötige Wärmeeingabe für jede Bramme auf der Grundlage eines Unterschieds zwischen einem Ziel-Wärmegehalt jeder Bramme nach einem beliebigen (any) Zeitpunkt und ihrem Wärmegehalt

zum vorgegebenen Zeitpunkt berechnet und zu den auf ähnliche Weise für die restlichen Brammen berechneten Wärmeeingaben hinzuaddiert, um die Wärmeeingabe für die Brammen in einer betreffenden Regelzone zu bestimmen. Durch Einsetzen der so ermittelten Wärmeeingabe in die Gleichung für das thermische Gleichgewicht kann die erforderliche Durchsatzmenge des zugeführten Brennstoffs abgeschätzt bzw. grob berechnet werden. Die Brennstoff-Durchsatzmenge wird sodann auf die abgeschätzte Durchsatzmenge eingestellt, so daß die Erwärmung der Brammen nach einer Ziel-Wärmegehaltskurve oder einer Ziel-Temperaturanstiegskurve derselben erfolgt.

Fig. 2 veranschaulicht eine Wärmeregelvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Wärmeregelverfahrens. Die dargestellte Anordnung umfaßt einen Durchlaufofen bzw. kontinuierlichen Wärmeofen, der schematisch als Rechteck 10 dargestellt und in drei Paare von oberen und unteren Regelzonen 1O-1a,10-1b; 10-2a, 10-2b und 1O-3a,1O-3b unterteilt ist. Jedes Paar oberer und unterer Regelzonen ist im folgenden aus Vereinfachungsgründen einfach als Regelzone bezeichnet. Mehrere Brammen o.dgl., schematisch als schraffierte Rechtecke 12 dargestellt, werden aufeinanderfolgend an einem Eingabeende 14 in den Ofen 10 eingebracht und längs eines unter der Längsreihe von beabstandeten Brammen 12 angeordneten Gleitrohres 11F bzw. 17 der Reihe nach durch die Regelzonen III, II und I transportiert, um auf die erforderliche Temperatur erwärmt zu werden. Die erwärmte Brammen 12 werden nacheinander über ein Austragende 16 des Ofens 10 ausgetragen. Die Bewegungsrichtung der Brammen 12 ist durch einen Pfeil über der einen Bramme 12 angegeben.

Jede Regelzone I - III enthält an Ober- und Unterseite jeweils einen Brenner 18 und einen Abgas-Temperaturfühler 20, die an

Austritts- bzw. Eintrittsseite angeordnet sind. Das Verbrennungs-Abgas jedes Brenners 18 strömt entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Brammen 12 durch die betreffende Regelzone I - III, wie dies in Fig. 2 durch die Pfeile G1 - G3 angedeutet ist. Die Abgase werden schließlich über eine Esse o.dgl. abgeführt.

Die folgende Beschreibung bezieht sich nun auf die Gleichung für das thermische bzw. Wärmegleichgewicht in jeder Regelzone I - III gemäß Fig. 2, beispielsweise in der Regelzone i
(mit i = I, II oder III).

1. Die Gesamtwärmeeingabe zur Regelzone i läßt sich wie folgt ausdrücken:

Gesamtwärmeeingabe = V(i)-Hg (4)

Darin bedeuten V(i) = Durchsatzmenge des der Regelzone i zugeführten Brennstoffs und Hg = Heizwert(zahl) pro Durchsatzmengeneinheit des Brennstoffs.

2. Die Eigenwärme (sensible heat) des Brennstoffs läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:

Brennstoff-Eigenwärme = VCi)-Cpf«Tf (5)

Darin bedeuten:

Cpf = spezifische Wärme des Brennstoffs pro Durchsatzmengeneinheit und

Tf = Temperatur, mit welcher der Brennstoff in die Regelzone i eingeführt wird.

3. Die Eigenwärme der Verbrennungsluft entspricht der Gleichung :

Verbrennungsluft-Eigenwärme =A(i)*Cpa*Ta ... (6)

Darin bedeuten:

Cpa = spezifische Wärme der Verbrennungsluft pro Durchsatz-

mengeneinheit des Brennstoffs, Ta = Temperatur der Verbrennungsluft und A(i) = Durchsatzmenge der in die Regelzone i eingeführten

Verbrennungsluft;
letztere läßt sich ausdrücken durch:

A(i) = u(i) -Ao-V(i) (7)

mit u(i) = ein Luftüberschußkoeffizient und Ao = theoretische Luftmenge pro Durchsatzmengeneinheit des (zu verbrennenden) Brennstoffs.

4. In die Regelzone i strömen die Abgase von den nachgeschalteten Regelzonen hinein, und die Wärmemenge der Verbrennungs-Abgase läßt sich wie folgt ausdrücken:

Wärmemenge = G(i + 1) 'Cpg*Tg(i) (8)

worin G(i + 1) die Strömungsmenge des in die Regelzone i einströmenden Abgases bedeutet und sich durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

G(i + 1) = Σ [V(k){Go + Ao(u(k) - 1)}) ... (9) k=l

Darin bedeutet: Go = theoretische Abgasmenge pro Durchsatzmengeneinheit des verwendeten Brennstoffs. In Gleichung (8) bezeichnen Cpg die spezifische Wärme des Abgases pro Durchsatzmengeneinheit des verwendeten Brennstoffs und Tg die Temperatur des in die Regelzone i einströmenden Abgases.

Die Wärmeeingabe zur Regelzone i umfaßt weiterhin die Eigenwärme des Wassergehalts der Luft und des Brennstoffs, des Zunders, die Bildungswärme usw., doch ist diese Wärme(menge) vernachlässjgbar klein. Infolgedessen läßt sich die Gesamtwärmeeingabe zur Regelzone i durch die Summe der Ausdrücke

bzw. Gleichungen (4), (5), (6) und (8) ausdrücken.

Andererseits liefert die Regelzone i eine Gesamtwärmeabgabe bzw. einen -ausgang, einschließlich der folgenden Wärmeausgänge:

1. Die Wärmeabfuhr durch das Abgas läßt sich wie folgt ausdrücken:

Wärmeabfuhr durch Abgas
= G(i) 'Cpg«Tg(i)

• i

= Cpg-Tg(i) Σ [V(k){Go + Ao(u(k) - 1)}] (10) k=l

2. Alle in der Regelzone i befindlichen Brammen werden mit einer Wärmeeingabe beaufschlagt, die sich ausdrücken läßt als

Wärmeeingabe zu den Brammen = Qts(i) (11)

3. Der Hauptkörper des Ofens 10 leitet Wärme ab entsprechend folgender Gleichung:

Wärmeableitung vom Ofenkörper

= QL(i) = hL-AL(Tws - TB) (12)

Darin bedeuten:

hL = Wärmeübergangsgeschwindigkeit des Ofenkörpers für Wärmeableitung,

AL = Oberfläche des Ofenkörpers,
Tws = Oberflächentemperatur des Ofenkörpers und TB = Umgebungstemperatur.

Die Wärmeableitung vom Ofenkörper ändert sich nicht sehr stark innerhalb eines kurzen Intervalls, weil der Ofenkörper eine hohe Wärmekapazität besitzt. Die Ableitungswärme kann daher als Konstante betrachtet werden.

4. Die durch Kühlwasser abgeleitete Wärme läßt sich wie folgt ausdrücken:

Kühlwasser-Ableitungswärme

= Qw (i) = GwCpwATw (13)

Darin bedeuten:

Gw = Kühlwasser-Strömungsmenge, Cpw = spezifische Wärme des Kühlwassers und ATw = Unterschied zwischen Auslaß- und Einlaß temperatur des Kühlwassers.

Der Temperaturunterschied kann ebenfalls als konstant angesehen werden.

'Darüber hinaus führt auch Zunder Wärme ab, doch ist diese Wärmemenge vernachlässigbar klein.

Die Regelzone i liefert somit die Gesamtwärmeabgabe entsprechend der Summe aus den Gleichungen (10), (11), (12) und (13).

Das thermische bzw. Wärmegleichgewicht läßt sich daher wie folgt ausdrücken:

V(i)*Hg + V(i)-Cpf-Tf + A(i)-Cpa«Ta + Cpg-Tg(i + I)'

i+1

Σ [V(k){Go + Ao(u(k) - 1) }] · k=l

= Cpag-Tg(i) Σ [V(k){Go + Ao (u (k) - 1)}] + Jc-I

^QTs(i) ^{+ QL(i) + Qw(i)}

Durch Umordnung von Gleichung (14) in bezug auf den zugeführten Brennstoff läßt sich Gleichung (14) reduzieren zu:

(Cpg-Tg(i)-Cpg-Tg(i+1) · Σ [V(Jc) {Go+Ao (u (k) -1) }] + V(i) =

Hg+Cpf»Tf+u(i)-Ao+Cpg-Tg(i){Go+Ao Q_Ts(i)+QL(i)+Qw(i)

(u(i)-l)}

(15)

Durch Zusammenfassung (collecting) bezüglich der Wärmeeingabe zu den Brammen läßt sich Gleichung (14) weiterhin reduzieren zu:

^QTs(i) ⁼ Vf¹**^ ⁺ Cpf-Tf + -u(i)-Ao + Cpg-Tg(l) {Go + Ao(u(i) - 1)}] - (Cpg-Tg(i) - Cpg-Tg(i + 1))

Σ [V(k){Go + Ao(u(k) -1)}] - QL(D - Qw(i) (16)

k=l

Für eine vorgegebene, für die Regelzone i erforderliche Wärmeeingabe zu den Brammen, d.h. QT-.., stellt Gleichung (15) die allgemeine (fundamental) Gleichung zur Berechnung der Durchsatzmenge V(i) des zugeführten Brennstoffs dar, während für eine vorgegebene Durchsatzmenge (V(k) des zugeführten Brennstoffs die Gleichung (16) die allgemeine Gleichung zur Berechnung der Wärmeeingabe Q ,,^ darstellt.

Der Wärmegehalt Hsj jeder Bramme kann dann wie folgt bestimmt werden:

Gleichung (16) verdeutlicht die.Wärmeeingabe Q zu allen Brammen in jeder Regelzone und daß die Wärmeeingabe zwischen r|-jpE$pri pT-3TTim<=i> in Hl iproi npt i inniiiny nH -t rlon WSi-nipijohp 1 i on nmi Oberflächen Asj der einzelnen Brammen anteilmäßig, aber nicht gleichmäßig aufgeteilt wird. Die vom Wärmegehalt abhängige anteilmäßige Zuteilung r^Hj läßt sich anhand folgender Gleichung abschätzen bzw. grob berechnen:

= C_o + C₁HsJ + C₂HsJ² +'C₃HSj³ + C₄HsJ⁴ <¹⁷⁾

Hierin sind C , C., C₂, C₃ und C. Konstanten. Wenn z.B.

η Brammen in der Regelzone i vorhanden sind, bestimmt.sich die Wärmeeingabe zu einer beliebigen Bramme j wie folgt:

nHjAsj

Qsj = nJQ_Ts(i) = -η Q_Ts(i) _m

Σ nHk-Ask

k=l

Die Wärmeeingaben zu den Brammen bestimmen sich daher nach Gleichungen (17) und (18), weshalb sich der Wärmegehalt Hsj der Bramme zum vorgegebenen Zeitpunkt durch

Hsj = Hsj° + Qsj/Voj (19)

auf der Grundlage ihres vorherigen Wärmegehalts Hsj bestimmt, wobei Voj das Volumen der Bramme und yj ihr spezifisches Gewicht bezeichnen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand des Wärmeregelverfahrens auf der Grundlage der Gleichungen (15), (16), (17), (18) und (19) beschrieben.

Gemäß Fig. 2 ist der obere Brenner 18 in jeder Regelzone mit einem die Brennstoff-Durchsatzmenge messenden Brennstoff-Fühler 24 verbunden, der seinerseits mit einem Brennstoff-Regelventil 26 zur Einstellung der Brennstoff-Durchsatzmenge ver-

bunden ist. Außerdem ist der Brenner 18 mit einem Luftdurchsatzmengen-Regelventil 28 verbunden, das seinerseits mit einem Luftdurchsatzmengenfühler 30 verbunden ist. Der Brennstoff ühler 24 ist dann mit einem Brennstoffregler 32 zur Regelung der Brennstoffdurchsatzmenge verbunden, während der Luftfühler 30 an einen Luftregler 34 zur Regelung der Luftdurchsatzmenge angeschlossen ist. Letzterer ist mit dem Brennstoff-Regelventil 26 und außerdem über einen Luftverhältnisgeber 36 zweifach (in two ways) mit dem Brennstoffregler 32 verbunden und weiterhin an das Luftregelventil 26 angeschlossen.

Der untere Brenner 18 jeder Regelzone besitzt denselben Anschluß wie der obere Brenner 18, wie dies in Fig. 2 beispielhaft für die Regelzone III dargestellt ist.

Alle Brennstoffregler 32 sind zweifach (über zwei Leitungen) mit einem elektronischen Rechner 3 8 verbunden, an den die Temperaturfühler 20 in den Regelzonen I - III angeschlossen sind.

Der am Auslaß der betreffenden Regelzone angeordnete Temperaturfühler 20 mißt ständig die Abgastemperatur vom gegenüberstehenden Brenner 18. Die Regler 32 und 34 liefern Betätigungssignale zu den Regelventilen 26 bzw. 28 zur Bestimmung ihres Öffnungsgrads. Hierbei werden kleine Mengen V und A der Brennstoff- und Luftzufuhr zum betreffenden Brenner 18 eingestellt. Außerdem werden ständig die Strömungsmengen V und A von Brennstoff bzw. Luft durch die Meßfühler 24 bzw. gemessen, und die betreffenden Meßwerte werden den Reglern 32 bzw. 34 zugeführt.

Der Rechner 38 nimmt die Daten für die Bewegung der Brammen sowie die Temperaturmeßsignale von allen Temperaturfühlern

ab und benutzt Gleichungen (15)"bis (19) für die Berechnung und Bestimmung der Durchsatzmenge des jeder Regelzone zugeführten Brennstoffs anhand der abgenommenen Daten und Signale sowie einer in ihm gespeicherten Ziel-Temperaturanstiegskurve für jede Bramme. Sodann übermittelt der Rechner 38 die bestimmten Brennstoff-Durchsatzmengen zu den jeweiligen Brennstoff reg lern 32.

Im Rechner 38 gespeichert sind auch der Heizwert Hg des Brennstoffs, die theoretische Luftmenge A , die theoretische Abgasmenge Go, die spezifische Wärme Cpa der Luft, die spezifische Wärme Cpf des Brennstoffs, die spezifische Wärme Cpg des Abgases, die erwähnte Ziel-Temperaturanstiegskurve für jede Bramme, die Ableitungswärme QL vom Ofenkörper und die Ableitungswärme Qw vom Kühlwasser. Alle spezifischen Wärmewerte und Ableitungswärmewerte wurden als Funktion der Temperatur berechnet.

Der Rechner 38 wird in vorbestimmten gleichen Zeitintervallen von At für verschiedene Soll- oder Ziel-Signale (objective signals) betätigt. Insbesondere benutzt der Rechner 38 die Gleichung (16) für die Berechnung und Bestimmung der Wärmeeingabe Q-t-g/jj ^zu den Brammen in jeder Regel zone anhand der mittleren Ist-Durchsatzmenge V(i) des Brennstoffs sowie der mittleren Luft-Durchsatzmenge Ä(i) während des Intervalls &t und der Temperatur Tg(i) des Abgases vom Temperaturfühler in der betreffenden Regelzone. Sodann wird die Wärmeeingabe Q_T ... jeder bzw. für jede Bramme in Übereinstimmung mit dem Wärmegehalt Hso(j) jeder Bramme vor dem Intervall At und gemäß Gleichungen (18) und (19) anteilmäßig zugeteilt, um den Wärmegehalt jeder Bramme zum vorgegebenen (present) Zeitpunkt zu bestimmen. Anschließend wird die Durchsatzmenge des zugeführten Brennstoffs nach dem Intervall At ab dem vorgegebenen Zeitpunkt wie folgt abgeschätzt: Wie erwähnt, ist im Rechner

die Soll- oder Ziel-Temperaturanstiegskurve für jede Bramme gemäß Fig. 3 gespeichert, in welcher der Wärmegehalt Hs einer Bramme auf der Ordinate gegen die Position χ der Bramme im Ofen auf der Abszisse aufgetragen ist. Wenn sich die Bramme zum vorgegebenen Zeitpunkt z.B. in einer Position xo befindet, wird eine Brammenposition xÄt nach dem Intervall At anhand der Daten für die Bewegung dieser Bramme abgeschätzt. Anhand von Fig. 3 ergibt ein Unterschied zwischen dem Ziel-Wärmegehalt HsAt in der Position xAt und dem Wärmegehalt Hs zum vorgegebenen Zeitpunkt den während des Intervalls At erforderlichen Heizwert Qs. Dies bedeutet, daß sich der erforderliche Heizwert Qs bestimmt durch:

Qs = Vo-γ· (HsAt - Hs) (20)

Die in jeder Regelzone erforderliche Wärmeeingabe Q„, , .. für die Brammen berechnet sich dann wie folgt:

W) -J₁ ⁰⁵'³' (21)

Durch Einsetzen der erforderlichen Brammen-Wärmeeingabe Qrp , .> in Gleichung (15) läßt sich die Durchsatzmenge V(i) des jeder Regelzone zugeführten Brennstoffs berechnen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Temperatur T ,.. des Verbrennungs-Abgases ihrer mittleren Ist-Größe während des vorhergehenden Intervalls £t gleich. Da Gleichung (15) die Durchsatzmenge des zugeführten Brennstoffs mehr an der Stromab- bzw. Austrittsseite verlangt, kann die Berechnung vorzugsweise mit der stromabsextigsten Regelzone beginnen. Auf diese Weise können alle Berechnungen fortlaufend durchgeführt werden.

Nach Abschluß der beschriebenen Berechnungen liefert der Rechner 38 Stellsignale für die so bestimmten Durchsatzmengen

zu den jeweiligen BrennstoffregLern 32, die ihrerseits die zugeordneten Brennstoff-Regelventile 26 betätigen bzw. ansteuern. Dementsprechend wird die Brennstoff-Durchsatzmenge in jeder Regelzone eingestellt. Gleichzeitig liefert der Brennstoffregler 32 diese Stellsignale zum Luftverhältnisgeber 36, der seinerseits das Luftverhältnis so -einstellt, daß das Ofeninnere in zweckmäßigster Weise erwärmt wird. Der Luftregler 34 steuert das Luftregelventil 28 für jede Regelzone in Abhängigkeit von dem ihm übermittelten Luftverhältnis, um die Luftdurchsatzmenge zum zugeordneten Brenner 18 einzustellen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit die Temperatur der Brammen am Austragende eines Ofens mit hoher Genauigkeit geregelt werden, weil ein Heizwert unmittelbar einen Wärmeeingang kompensiert (balances), ohne daß ein Wärmeübergangskoeffizient benutzt wird, der bisher in die Temperaturberechnung einging. Im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren zur Regelung der Ofentemperatur werden außerdem die Brennstoff- und Luftdurchsatzmengen in jedem vorbestimmten, gleich großen Intervall At eingestellt, um im Ofen stets einwandfreie Heizbedingungen zu erhalten, weil die Brennstoff- und Luftströme während dieses Intervalls bzw. dieser Zeitspanne nicht geändert werden.

Obgleich vorstehend nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist, sind dem Fachmann selbstverständlich zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise ist die Erfindung auf jede beliebige andere Zahl von Regelzonen als drei Regelzonen, in welche der betreffende Ofen unterteilt ist, sowie neben Brammen o.dgl. auch auf verschiedene andere zu erwärmende Werkstücke anwendbar.

Claims

PATENTANSPRUCH:

^_yWärmeregelverfahren für einen in mehrere Regelzonen unterteilten Durchlaufofen bzw. kontinuierlichen Wärmeofen, dadurch gekennzeichnet, daß die Streamings- oder Durchsatzmenge des zugeführten Brennstoffs, die Strömungsmenge der zugeführten (Verbrennungs-)Luft und die Temperatur eines Verbrennungs-Abgases zu jedem Zeitpunkt gemessen werden, daß anhand der Gleichung für das thermische bzw. Wärmegleichgewicht eine Wärmeeingabe zu Brammen o.dgl. Werkstücken, die erwärmt werden sollen, bestimmt wird, daß ein Wärmegehalt jeder Bramme im Ofen zu jedem genannten Zeitpunkt anhand der so bestimmten Wärmeeingabe zu den Brammen ermittelt wird, daß die erforderliche Wärmeeingabe zu den Brammen bis zum nächstfolgenden Zeitpunkt anhand des Unterschieds zwischen der ermittelten Wärmeeingabe und einer Ziel-Wärmeeingabe zu den Brammen abgeschätzt wird, daß die Durchsatzmenge des zugeführten Brennstoffs anhand der Gleichung für das Wärmegleichgewicht abgeschätzt wird, daß die genannten Verfahrensschritte in jeder einzelnen Regelzone wiederholt werden und daß die Durchsatzmenge des zugeführten Brennstoffs in jeder Regelzone auf die abgeschätzte Brennstoff-Durchsatzmenge geregelt bzw. eingestellt wird.