DE3122223C2

DE3122223C2 - Wärmeregelverfahren für einen Durchlaufofen

Info

Publication number: DE3122223C2
Application number: DE3122223A
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: 1986-08-21
Also published as: JPH0137451B2; JPS572843A; DE3122223A1; US4368034A; BR8103545A; MX157538A

Abstract

Beschrieben ist ein Wärmeregelverfahren für einen Durchlaufofen oder kontinuierlichen Wärmeofen. Dabei berechnet ein elektronischer Rechner für jede der drei Regelzonen des Ofens in Zeitabständen oder Intervallen Δ t eine(n) Wärmeeingabe(wert) für Brammen od.dgl. anhand eingegebener Ist-Strömungs- oder -Durchsatzmengen von Brennstoff und Luft oder anderen gespeicherten Daten mittels der Wärmegleichgewichtsgleichung und sodann eine Wärmeeingabe zu jeder Bramme durch anteilmäßige Aufteilung der berechneten Wärmeeingabe auf die Brammen in Übereinstimmung mit ihrem Wärmegehalt vor dem Intervall Δ t. Anschließend schätzt der Rechner eine Brennstoff-Durchsatzmenge nach dem Intervall Δ t anhand eines Unterschieds zwischen der berechneten und einer Ziel-Wärmeeingabe und hierauf eine Brennstoff-Durchsatzmenge anhand der Wärmegleichgewichtsgleichung ab. In jeder Regelzone regelt ein Brennstoffregler die Brennstoff-Durchsatzmenge nach Maßgabe der abgechätzten Durchsatzmenge, während ein Luftregler eine Luftdurchsatzmenge nach Maßgabe eines optimalen, durch die abgeschätzte Durchsatzmenge bestimmten Luft(mischungs)verhältnisses regelt.

Description

- Kontinuierliche Messung der Durchflußmenge des zugeführten Brennstoffes, der Durchflußmenge der zugeführten Verbrennungsluft und der Temperatur des Verbrennungsabgases mittels Fühler (24, 30, 20),

- Berechnung der Wärmezunahme der Brammen unter Einbeziehung der oben genannten Meßwerte anhand einer Wärmegleichgewichtsgleichung, welche Gesamtwärmezunahme und Gesamtwärmeabgabe beinhaltet,

- Berechnung des Wärmeinhalts jeder Bramme im Ofen mittels der oben bestimmten Wärmezunahme der Bramme, wobei die erforderliche Wärmezunahme einer Bramme bis zum nachfolgenden Zeitpunkt in an sich bekannter Weise anhand des Unterschieds zwischen dem derartig ermittelten Wärmeinhalt und einer Wärmeinhaltssollkurve der betreffenden Bramme berechnet wird,

- Berechnung der Durchflußmenge des zuzuführenden Brennstoffes anhand der Wärmegleichgewichtsgleichung in umgekehrter Weise,

- Regelung der Durchflußmenge des zuzuführenden Brennstoffes im Hinblick auf die derart berechnete Durchflußmenge.

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 ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 30 16 142 ein Verfahren zur Regelung oder Einstellung einer niedrigen Brennstoff-Zufuhrmenge in einem Mehrzonenofen bekannt, bei dem durch Berechnung des Wärmeübergangs auf der Grundlage der mittels Fühler gemessenen Temperatur einer den Ofen füllenden Atmosphäre anhand der Brammengrößen und der Zeitspannen während denen sich die Brammen tatsächlich im Ofen befinden, und aufgrund des Abschätzens einer Zeitspanne, während welcher die Brammen bis zum Austrag im Ofen verbleiben, solche anhand von Durchlaufplärien für die einzelnen Brammen die jeweilige Brammentemperatur modellmäßig berechnet und mit einer vorgegebenen Brammentemperatur verglichen wird, wobei daraufhin auf die jeweils erforderliche Temperatur der Ofenatmosphäre zur Angleichung der Brammentemperatur rückgerechnet wird.

Die bisherigen Verfahren, wie das vorstehend umrissene, sind insofern nachteilig, als die Regelung einen geringen Genauigkeitsgrad besitzt, weil sich die Berechnung des Wärmeübergangs auf einen konstanten Wärmeübergangskoeffizienten der Bramme stützt, derjedoch schwierig als Konstante zu behandeln ist. 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 durch folgende Schritte gelöst:

- Kontinuierliche Messung der Durchflußmenge des zugeführten Brennstoffes, der Durchflußmenge der zugeführten Verbrennungsluft und der Temperatur des Verbrennungsabgases mittels Fühler,

- Berechnung der Wärmezunahme der Brammen unter Einbeziehung der oben genannten Meßwerte anhand einer Wärmegleichgewichtsgleichung, welche Gesamtwärmezunahme und Gesamtwärmeabgabc beinhaltet,

Berechnung des Wärmeinhalts jeder Bramme im Ofen mittels der oben bestimmten Wärmezunahme der Bramme, wobei die erforderliche Wärmezunahme einer Bramme bis zum nachfolgenden Zeitpunkt in an sich bekannter Weise anhand des Unterschieds zwischen dem derartig ermittelten Wärmeinhalt und einer Wärmeinhaltssollkurve der betreffenden Bramme berechnet wird,

Regelung der Durchflußmenge des zuzuführenden Brennstoffes im Hinblick auf die derart berechnete Durchflußmenge.

Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 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.

Fi g. 1 veranschaulicht schematisch einen Durchlauf- bzw. Wärmeofen 10 und - im schraffierten Rechteck eine unmittelbar vor der Beschickungsseite 14 des Ofens 10 befindliche Bramme 12. Die Bramme 12 wird über die Beschickungsseite 14 in den Ofen eingeführt, um diesen in Längsrichtung zu einer Austragseite 16 hin zu durchlaufen und dabei auf die erforderliche Temperatur erwärmt zu werden.

Im folgenden ist anhand von Fig. 1 ein bisheriges Wärmeregel verfahren erläutert. Hierzu sei angenommen, daß die den Ofen 10 füllende Atmosphäre eine Temperatur T₁ besitzt und während die Bramme 12 vor der Eingabe eine Temperatur T_s0 und am Austragende 16 eine Soll- oder Zieltemperatur T_s2 besitzt, wobei die Bramme 12 ihre bei T_st angegebene Position im Ofen 10 erreicht, nachdem sie sich tatsächlich während einer Zeitspanne Δ /| im Ofen befunden hat. Unter diesen vorausgesetzten Bedingungen läßt sich die durchschnittliche Ist-Temperatur der Ofenatmosphäre wie folgt ausdrucken:

-=, _ Σ (Meßwerte von 7} während Δ ί_λ) ¹ (Zahl der Messungen während Δ J₁)

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

L₁-(T₁- F₁₁₁) [l - exp (- -^L-. . j ,^J + _Ts0 ₍₂₎

Wenn weiterhin angenommen wird, daß Δ t₂ die Zeitspanne bezeichnet, während welcher sich die Bramme 12 von der genannten Position zum Austragende 16 bewegt, oder aber eine Zeitspanne, während welcher die Bramme 12 im Ofen 10 verweilt, läßt sich die erforderliche Atmosphärensolltemperatur T_/p, bei welcher die Bramme 12 auf die Austragsolltemperatur T_sl erwärmt werden kann, durch folgende Gleichung ausdrücken:

7}, - σ_Λ, - Τ,,)/Γΐ - exp f- —2— · α ίΛ] f T_sl (3)

L \ L_pyH /J

Die Brennstoffzufuhrmenge zum Ofen wird dann so geregelt, daß die Ofenatmosphäre die Solltemperatur erreicht.

Diese bisherige Regelung ist jedoch insofern nachteilig, als die Genauigkeit ungenügend ist, weil sich der in den Gleichungen (2) und (3) erscheinende Wärmeübergangskoeffizient α als eine temperaturabhängige Größe darstellt und deshalb bei Temperaturschwankungen im Ofen nur schwierig als Konstante zu behandeln ist. Dies resultiert in einer niedrigen Regelleistung bzw. -genauigkeit und daher in einer ungenügenden Energieeinsparung.

Die Erfindung bezweckt nun die Ausschaltung der geschilderten Nachteile des Standes der Technik. Erfindungsgemäß wird eine Wärmezufuhr für mehrere Brammen in jeder Regelzone eines Wärme- oder Durchlaufofens in der Weise bestimmt, daß als rechnerisches Gleichgewicht eine Wärmegleichgewichtsgleichung, welche Gesamtwärmezunahme und Gesamtwärmeabgabe beinhaltet, herangezogen wird, wobei anhand von Meßwerten der Durchflußmenge des zugeführten Brennstoffs, der Durchflußmenge der zugeführten Verbrennungsluft und der Temperatur der Wärmegehalt jeder Bramme 12 bestimmt wird. Bezüglich des für jede Zeitspanne ab dem vorgegebenen Zeitpunkt zuzuführenden Brennstoffs wird dann die nötige Wärmeeingabe (Wärmezunähme) für jede Bramme auf der Grundlage eines Unterschieds zwischen einem Soll-Wärmegehalt jeder Bramme nach einem beliebigen Zeitpunkt und ihrem Wärmeinhalt 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 der 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 Wärmegehaltssollkurve oder einer Tempera*.uranstiegssollkurve derselben erfolgt.

F i g. 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 10-1 a, 10-1 b; 10-2 a, 10-2 b und 10-3 a, 10-3 b unterteilt ist. Jedes Paar oberer und unterer Regelzonen ist im folgenden aus Vereinfachungsgründen einfach als Regelzone I, II bzw. III bezeichnet. Mehrere Brammen o. dg!., schematisch als schraffierte Rechtecke 12 dargestellt, werden aufeinanderfolgend an der Eingabeseite 14 in den Ofen 10 eingebracht und längs eines unter der Längsreihe von beabstandeten Brammen 12 angeordneten Gleitrohres 17 der Reihe nach durch die Regelzonen III, II und I transportiert, um auf die erforderliche Temperatur erwärmt zu werden. Die erwärmten Brammen 12 werden nacheinander über die Austragsseite 16 des Ofens 10 ausgetragen. Die Bewegungsrichtung der Brammen 12 erfolgt in Fig. 2 von links nach rechts.

Jede Regclzone I—III enthält an Ober- und Unterseite jeweils tinen Brenner 18 und einen Abgas-Temperaturfühler 20, die an der jeweiligen Austritts- bzw. Eintrittsseite angeordnet sind. Das Verbrennungs-Abgas jedes Brenners 18 strömt entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Brammen 12 durch die betreffende Regelzone I — 111- wie dies in Fig. 2 durch die Pfeile G₁-G₃ angedeutet ist. Die Abgase werden schließlich über eine Haube 22 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 / (mit / = I, II oder III).
A. 1. Die Gesamtwärmezufuhr zur Regelzone / läßt sich wie folgt ausdrücken:

Gesamtwärmezufuhr = VQ) ■ N_g (4)

Darin bedeuten VQ) = Durchsatzmenge des derRegelzone /zugeführten Brennstoffs und H₁, = Heizwert(zahl) pro Durchsatzmengeneinheit des Brennstoffs.

2. Die Eigenwärme des Brennstoffs läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:

10

Brennstoff-Eigenwärme = VQ) ■ C_pf · T_f (5)

Darin bedeuten:

C_pf — spezifische Wärme des Brennstoffs pro Durchsatzmengeneinheit und

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

3. Die Eigenwärme der Verbrennungsluft entspricht der Gleichung:

Verbrennungsluft-Eigenwärme = A Q) · C_pa · T_a (6)

Darin bedeuten:

C_pa = spezifische Wärme der Verbrennungsluft pro Durchsatzmengeneinheit des Brennstoffs,
T_a - Temperatur der Verbrennungsluft und

A Q) = Durchsatzmenge der in die Regelzone / eingeführten Verbrennungsluft;

letztere läßt sich ausdrücken durch:
AQ) =u(i) -A₀ ■ VQ) (7)

mit u Q) = ein Luftüberschußkoeffizient und A₀ = theoretische Luftmenge pro Durchsatzmengeneinheit des (zu verbrennenden) Brennstoffs.

4. In die Regelzone / strömen die Abgase von den nachgeschalteten Regelzonen (i—l bis 1) hinein, und die Wärmemenge der Verbrennungs-Abgase läßt sich wie folgt ausdrücken:

Wärmemenge (/) = G Q-I) ■ C_PK ■ T/i) (8)

worin G Q-I) die Strömungsmenge des in die Regelzone /einströmenden Abgases bedeutet und sich durch IbI-gende Gleichung ausdrücken läßt:

GQ-I) -V V(k)- [G₀ + A₀ (U(IO-I)] (9)

A = I 45

Darin bedeutet:

G₀ = theoretische Abgasmenge pro Durchsatzmengeneinheit des verwendeten Brennstoffs.
50 In Gleichung (8) bezeichnen

C_pg die spezifische Wärme des Abgases pro Durchsatzmengeneinheit des verwendeten Brennstoffs und
T_g die Temperatur des in die Regelzone / einströmenden Angases.

Die Wärmeeingabe zur Regelzone / umfaßt weiterhin die Eigenwärme des Wassergehalts der Luft und des Brennstoffs, des Zunders, die Bildungswärme usw., doch ist diese Wärme(menge) vernachlässigbar klein. Infolgedessen läßt sich die Gesamtwärmeeingabe zur Regelzone ; durch die Summe der Ausdrücke bzw. Gleichungen (4), (5), (6) und (8) ausdrücken.
B. Andererseits liefert die Regelzcne / folgende Gesamtwärmeabgabe;

B ⁶⁰

L Die Wärmeabgabe durch das Abgas läßt sich wie folgt ausdrücken:

- G0)-C„-T/l)
65

= C_pg ■ T/i) Σ ^V(V ■ [Go + Ä₀(u (k) - I)] (10)

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

Wärmezufuhr zu den Brammen = Q/i)

3. Der Hauptkörper des Ofens 10 leitet Wärme ab entsprechend folgender Gleichung: Wärmeableitung vom Ofenkörper
Q,/0 = h_L ■ A_L(T_m - T_B)
Darin bedeuten:

h_L = Wärmeübergangsgeschwindigkeit des Ofenkörpers für Wärmeableitung,

A₁ = Oberfläche des Ofenkörpers,

T_m = Oberflächentemperatur des Öfenkörpers und

7), = Umgebungstemperatur.

(H)

(12) 10

Kühlwasser-Ableitungswärme = QJi) = G_w ■ C_pw ■ AT_W (13)

Darin bedeuten:

C₁₁. = Kühlwasser-Strömungsmenge, C₁₁₁₁. = spezifische Wärme des Kühlwassers und

A T_w = Unterschied zwischen Auslaß- und Einlaßtemperatur 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 / liefert somit die Gesamtwärmeabgabe entsprechend der Summe aus den Gleichungen (10), (11), (12) und (13).
C. Das thermische Gleichgewicht läßt sich daher wie folgt ausdrücken:

i-l

V(i) ■ H_K +V(O- C_pf -T_f+A (0 ■ C_pa ■ T_a + C

= C_n,

τ/ο Y,[V(k)

A = I

+ A₀(M(Ic) - 1)}] + Q_n(O + Ql(O + QQJO Durch Umformen von Gleichung (14) ergibt sich für den zugeführten Brennstoff: [C„-TJi)-C_x-TJi-I)] ~

(14)

V(O =

„v ~„ ^. m ±jiV(k){G₀+A₀(u(k)-l}] + Q_n(0 + Q_L(0+QJO

Zt= 1

H_g + C_pf- Tj-+ u(0 -A₀ + C_pg ■ TJi) {G_o +A₀ (u(0 ~ 1)} Gleichung (14) läßt sich andererseits nach der Wärmezufuhr zu den Brammen Q_Ts(i) auflösen:

QT_S(O=V(O-[H_g+C_pf-T_f+u(i)-A_o+C_pe-T_g(l)-{G_o+A_Q(u(O-\))]-(C_pg-TJO-C_pg-T_s(i-\))

i-l

^m-Ql(O-QJO

(15)

15

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

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

40

45

50

(16) ⁵⁵

A=I

Für eine vorgegebene, für dieRegelzone / erforderliche Wärmezufuhr zu den Brammen, d. h. Q_n(O-, stellt Gleichung (15) die allgemeine Gleichung zur Berechnung der Durchsatzmenge VJi) des zugeführten Brennstoffs dar, während für eine vorgegebene Durchsatzmenge VQt) des zugeführten Brennstoffs die Gleichung (16) die allgemeine Gleichung zur Berechnung der Wärmezufuhr Q₇Ji) darstellt.

Der Wärmcgehalt H_s] jeder Bramme kann dann wie folgt bestimmt werden:

Gleichung (16) verdeutlicht die Wärmezufuhr Q_n zu allen Brammen in jeder Regelzone und daß die Wärmezufuhr zwischen diesen Brammen in Übereinstimmung mit den Warmeinhalten und Oberflächen A_SJ der einzelnen Brammen anteilmäßig, aber nicht gleichmäßig aufgeteilt wird. Die vom Wärmeinhalt abhängige anteilmäßige Zuteilung ηΗ,- läßt sich anhand folgender Gleichung abschätzen bzw. grob berechnen:

,,Hj - C₀ + C₁Hj + C₂HJj + C₃H]j + C_AH%

(17)

Hierin sind C₀, C₁, C₃ und C₄ Konstanten. Wenn z. B. η Brammen in der Regelzone /vorhanden sind, bestimmt sich die Wärmeeingabe zu einer beliebigen Bramme j wie folgt:

Qsj = iJQtsO) - · Q_n(O (18)

2j nH_k- A_sk

k=\

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

H„ - Hf₁ + Q„/V_Ol (19)

auf der Grundlage ihres vorherigen Wärmegehalts H°_sj bestimmt, v/obei K₀, das Volumen der Bramme und γ j ihr

spezifisches Gewicht bezeichnen.

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

Gemäß F i g. 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 verbunden ist. Außerdem ist der Brenner 18 mit einem Luftdurchsatzmengen-Regelventil 28 verbunden, das seinerseits mit einem Luftdurchsatzmengenfühler30 verbunden ist. Der Brennstoffühler24 ist dann mit einem Regler32 zur Regelung der Brennstoffdurchsatzmenge verbunden, während der Luftdurchsatzmengenfühler 30 an einen Regler 34 zur Regelung der Luftdurchsatzmenge angeschlossen ist. Letzterer ist mit dem Brennstoff-Regelventil 26 über einen Luftverhältnisgeber 36 und über den Brennstoffregler 32 rückgekoppelt und weiterhin an das Luftregelventil 28 angeschlossen.

Der untere Brenner 18 jeder Regelzone besitzt denselben Anschluß wie der obere Brenner 18, wie dies in F i g. 2 beispielhaft für die Regelzone an der Austrittseite ([) dargestellt ist. Alle Brennstoffregler 32 sind rückgekoppelt (über zwei Leitungen) mit einem elektronischen Rechner 38 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 BrennstofT- und Luftzufuhr zum betreffenden Brenner 18 eingestellt. Außerdem werden ständig die Strömungsmengen V und A von Brennstoff bzw. Luft durch die Meßfühler 24 bzw. 30 gemessen, und die betreffenden Meßwerte werden den Reglern 32 bzw. 34 zugeführt.

Der Rechner 38 nimmt die Daten für den Transport der Brammen sowie die Temperatursignale von allen Temperaturfühlern 20 auf und benutzt Gleichungen (15) bis (19) für die Berechnung und Bestimmung der Durchsatzmenge des jeder Regelzone zugeführten Brennstoffs anhand dieser Daten und Signale sowie einer in ihm gespeicherten Temperaturanstiegssollkurve für jede Bramme. Sodann ermittelt der Rechner 38 die bestimmten Brennstoff-Durchsatzmengen zu den jeweiligen Brennstoffreglern 32.

Im Rechner 38 gespeichert sind auch der Heizwert H₁. des Brennstoffs, die theoretische Luftmenge A_u, die theoretische Abgasmenge G₀, die spezifische Wärme C_pa der Luft, die spezifische Wärme C^des Brennstoffs, die spezifische Wärme C_PK des Abgases, die erwähnte Temperatursollanstiegskurve für jede Bramme, die Ableitungswärme Q_L vom Ofenkörper und die Ableitungswärme Q_w yom Kühlwasser. Alle spezifischen Wärmewerte

und Abieitungswärmewerte wurden als Funktion der Temperatur berechnet. g

Der Rechner 38 wird in vorbestimmten gleichen Zeitintervallen von A t für verschiedene Sollsignale betätigt. Insbesondere benutzt der Rechner 38 die Gleichung (16) für die Berechnung und Bestimmung der Wärmezufuhr Q_Ts(i) zu den Brammen in jeder Regelzone anhand der mittleren Ist-Durchsatzmenge V (i) des Brennstoffs sowie der mittleren Luft-Durchsatzmenge A (i) während des Intervalls A t und der Temperatur T/i) des Abgases

vom Temperaturfühler 20 in der betreffenden Regelzone. Sodann wird die Wärmeeingabe Qn(O jeder bzw. für jede Bramme in Übereinstimmung mit dem Wärmegehalt H₃₀Q) jeder Bramme vor dem Intervall A t und gemäß Gleichungen (18) und (19) anteilmäßig zugeteilt, um den Wärmegehalt jeder Bramme zum vorgegebenen Zeitpunkt zu bestimmen. Anschließend wird die Durchsatzmenge des zugeführten Brennstoffs nach dem Inter- | vail At ab dem vorgegebenen Zeitpunkt wie folgt berechnet: Wie erwähnt, ist im Rechner 38 die Temperaturan- |

stiegssollkurve für jede Bramme gemäß Fig. 3 gespeichert, in welcher der Wärmegehalti/,. 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 ^ befindet, wird eine Brammenposition x_A, nach dem Intervall A t anhand der Daten für die Bewegung dieser Bramme berechnet. Anhand von Fig. 3 ergibt ein Unterschied zwischen dem Soll-Wärmeinhalt H_SJS, in der Position χ_Λ, und dem Wärmegehalt H_s zum vorgegebenen Zeitpunkt den während des Intervalls A t erforderlichen Heizwert Q_s. Dies bedeutet, daß sich der erforderliche Heizwert Q_x bestimmt durch:

Qs = Vo-V ifl_sA, - H₃) (20)

Die in jeder Regelzone erforderliche Wärmeeingabe Q_Ts(i) für die Brammen berechnet sich dann wie folgt:

QtsO) = Σ QsO)

Durch Einsetzen der erforderlichen Brammen-Wärmeeingabe Q_Ts(i) in Gleichung (15) läßt sich die Durchsatzmenge V (i) des jeder Regelzone zugeführten Brennstoffs berechnen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Temperatur T_x(O des Verbrennungs-Abgases ihrer mittleren Ist-Größe während des vorhergehenden Intervalls .d /gleich. Da Gleichung (15) die Durchsatzmenge des zugeführten Brennstoffs an der Austrittsseite verlangt, kann die Berechnung vorzugsweise mit der stromabseitigen Regelzone beginnen. Auf diese Weise können alle Berechnungcn fortlaufend durchgeführt werden.

Nach Abschluß der beschriebenen Berechnungen liefert der Rechner 38 Steilsignaie für die so bestimmten Durchsatzincngen 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 Brennstoffregler32 diese Stellsignale zum Luftverhältnisgeber36, derseiner-Seils 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 crfindungsgemäßen Verfahren kann somit die Temperatur der Brammen am Austragende eines Ofens mit hoher Genauigkeit geregelt werden, weil über den Brennstoff unmittelbar die Wärmezufuhr eingesieiii wird, 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 Lul'tdurchsatzmengen in jedem vorbestimmten, gleich großen Intervall A ι eingestellt, um im Ofen slcts einwandfreie Ileizbedingungen zu erhalten, weil die Brennstoff-und Luftströme während dieses Intervalls bzw. dieser Zeitspanne nicht geändert werden.

Die Erfindung ist auf jede beliebige andere Zahl von Regelzonen als drei Regelzonen anwendbar, in welche der betreffende Ofen unterteilt ist. Neben Brammen können auch verschiedene andere Werkstücke erwärmt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 25

Claims

Patentanspruch:

Wärmeregeiverfahren für einen in mehrere Regelzonen unterteilten Durchlaufofen zur kontinuierlichen Erwärmung von Brammen oder ähnlichen Werkstücken, bei dem zu bestimmten Zeitpunkten unter Zuhilfe-S nähme von Meßwerten verschiedener Einflußgrößen die thermischen Eigenschaften der Brammen unier Berücksichtigung deren thermischer Eigenschaften zu einem vorangehenden Zeitpunkt mittels einer auf einer Wärmegleichgewichtsgleichung beruhenden modellmäßigen Berechnung abgeschätzt und mit vorgegebenen Werten verglichen werden, und in Abhängigkeit des ermittelten Unterschiedes zwischen vorgegebenen und errechneten Werten die Ofentemperatur geregelt wird, wobei diese Verfahrensschritte in jeder Zone getrennt durchgeführt und die Regelschritte in jeder Zone wiederholt werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte