DE3142992A1

DE3142992A1 - Verfahren zur regelung eines durchlauf-waermeofens

Info

Publication number: DE3142992A1
Application number: DE19813142992
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Takarazuka Hyogo Hamasaki; Masaki Kobe Hyogo Kutsuzawa; Yoshinori Nishinomiya Hyogo Wakamiya
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1980-11-08
Filing date: 1981-10-29
Publication date: 1982-06-03
Anticipated expiration: 2001-10-30
Also published as: US4394121A; DE3142992C3; BR8107230A; DE3142992C2; MX161415A

Description

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.. ν-3Π29

Verfahren zur Regelung eines Durchlauf-Wärmeofens

"5 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines kontinuierlichen bzw. Durchlauf-Wärmeofens zum Erwärmen von Brammen ο„dgl.

Bei der Regelung der Erwärmung eines Durchlauf-Wärmeofens ist es im allgemeinen erforderlich, die Brammen o.dgl. gleichmäßig auf eine für das Auswalzen geeignete Temperatur und gleichzeitig mit einer für die betreffende, dem Durchlauf-Wärmeofen nachgeschaltete Walzstraße nötigen Geschwindigkeit auf die erforderliche Endtemperatur zu erwärmen. , .

Bei dieser Regelung war es bisher üblich, die Temperatur der Ofenatmosphäre in mehreren Regelzonen, in die der Ofen unterteilt ist, auf einen einzigen Vorgabe- oder ' Sollwert einzustellen. Dies beruht darauf, .daß es äußerst schwierig ist, die Temperatur einer Vielzahl von Brammen, die sich voneinander in ihrer Energieaufnahme, beispielsweise aufgrund ihrer Größe, unterscheiden, zu regeln, so daß unter Vernachlässigung des Energiebedarfs der jewei-.25 ligen Brammen ein einziger Temperaturwert eingestellt wird,

Für die Regelung der Austragtemperatur von Brammen mittels eines elektronischen Rechners sind Regelverfahren 3® bekannt, bei denen der Wärmeübergang zwischen einem eine Erwärmungsatmosphäre enthaltenden Durchlauf-Wärmeofen und den darin erwärmten Brammen anhand eines gemessenen Temperaturprofils im Ofen berechnet und die dem Ofen zugeführte Brennstoffmenge so eingestellt wirä, daß die Temperatur der Ofenatmosphäre einem Ziel- oder Sollwert angeglichen wird, der als Ergebnis der Wärmeübergangsherechnung bestimmt wird.

Diese bisherigen Regelverfahren sind mit dem Nachteil behaftet, daß das gemessene Temperaturprofil eine sehr mangelhafte Genauigkeit besitzt, weil nur eine kleine Zahl von Thermometern für die Temperaturmessung im Ofen benutzt wird. Diese Thermometer zeigen nicht notwendigerweise die genauen Temperaturen innerhalb des Ofens an, weil sie durch die betreffenden Brenner beeinflußt werden können. Außerdem kann die Austragtemperatur der Brammen nur ungenau eingehalten werden, we.il die tatsächliche Ofentemperatur den Sollwert nur mit einer Zeitverzögerung erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Regelung der Beheizung eines Durchlauf-Wärmeofens mit hoher Genauigkeit.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Regelung eines kontinuierlichen bzw. Durchlauf-Wärmeofens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Strömungsmenge eines in jede von mehreren Regelzonen, in welche der Durchlauf-Wärmeofen unterteilt ist, eingeleiteten Brennstoffs vorabgeschätzt wird, daß eine Temperatur einer jeden im Ofen befindlichen Bramme o.dgl. nach einem bestimmten Zeitintervall vorausberechnet wird, daß für jede Bramme ein Unter-.25 schied zwischen der vorausberechneten Temperatur und einer Ziel- bzw. Soll-Temperaturanstiegskurye ermittelt wird und daß eine Strömungsmenge für den in jede Regelzone einzuführenden Brennstoff bestimmt wird, um die Summe der Quadrate der Unterschiede für alle Brammen, multipliziert mit entsprechenden Faktoren, zu minimieren.

In weiterer Ausgestaltung kennzeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung eines Durchlauf-Wärmeofens dadurch, daß die Strömungsmengen von in jede von mehreren Regelzonen, in welche der Durchlauf-Wärmeofen unterteilt ist, einzuführendem Brennstoff bzw. einzuführender Luft zu allen vorgegebenen Zeitpunkten gemessen werden, daß

ein Temperaturprofil im Ofen bis zum jev/eils gegenwärtigen Zeitpunkt unter Verwendung von Einrichtungen zur Bestimmung einer zeitabhängigen Änderung des Temperaturprofils im Ofen anhand der gemessenen Brennstoff- und
Luftzufuhrströmungsmengen bestimmt wird, daß die Temperatur jeder Bramme o.dgl„ zum jeweils gegenwärtigen Zeitpunkt auf der Grundlage des im Ofen herrschenden, zum
gegenwärtigen Zeitpunkt ermittelten Temperaturprofils
festgestellt wird, daß eine künftige Änderung der Ofen-" temperatur auf der Grundlage der ermittelten Temperaturen der Brammen o.dgl. sowie nach Belieben;

mittels der die Temperaturänderung bestimmenden Einrichtung eingestellten Strömungsmenge des in jede Kegelzone eingeführten Brennstoffs vorausberechnet wird, daß auf

der Grundlage der vorausberechneten Ofentemperatur vorausberechnete Brammentemperaturen ermittelt werden, daß eine Strömungsmenge des in jede Regelzone eingeführten
Brennstoffs so bestimmt wird, daß die Unterschiede zwischen den vorausberechneten Brammentemperatüren und den entsprechenden Ziel- bzw. Soll^Brammentemperaturen eine vorbestimmte Größe nicht übersteigen, und daß die Strömungsmenge des zugeführten Brennstoffs nach einer aus
. der nunmehr bestimmten Brennstoff-Strömungsmenge gebildeten Sollgröße geregelt wird.
.25 "

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen;

^w Fig. 1 eine graphische Darstellung einer Ziel- (objective) oder. .Soll—Temperaturanstiegskurve für eine Bramme o.dgl. ,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Durchlauf-Wärmeofens, der gemäß einem Äusführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens geregelt wird,

■ · · »ft ♦ · * »ο

Fig. 3 ein Modell eines Durchlauf-Wärmeofens zur Erläuterung des bisherigen Verfahrens zur Vorabschätzung (presumption) eines Temperaturprofils

im Ofen, "

Fig. 4 ein Diagramm eines mittels der Anordnung nach Fig, 3 vorahgeschätzten Temperatur,profils,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Modells eines Durchlauf-Wärmeofens zur Erläuterung der

Berechnung eines Temperaturprofilö im Ofen gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung und -j

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Durchlauf-

Wärmeofens, der gemäß einem anderen Ausführungs- ■ beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der in Fig. 5 dargestellten Berechnung des

Ofen-Temperaturprofils geregelt wird.

:

Ein kontinuierlicher bzw. Durchlauf-Wärmepfen für das Erwärmen von Brammen o.dgl. ist in mehrerp Regelzonen unterteilt, wobei sich die Temperatur in der i-ten Regelzone durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

^Tgi ^{= £}ΐ^(Δί:' ^Gv ^G2' "■·■' ^Gn' ^Tg1 ' %2 ' ' ·'' ^Tgn ^TsT ^Ts2 ^Τ^ } ⁽¹⁾

Darin bedeuten;

= eine ganze Zahl zwischen 1 und η tür Bezeichnung

einer betreffenden Regelzone -T = Gastemperatur von einem Zeitintervall Δι T = Temperatur der Bramme ■;

G= Brennstoff-Strömungs- oder -Durchsatzmenge η = Zahl der Regelzonen und ; m = Zahl der zu·erwärmenden Brammen. -

O oo

Gleichung (1) beschreibt die Gastemperatur in der i-ten Regelzone. Die Temperatur der j^ten Bramme läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:

Sj 9jl**t, l_g1 , A_g2, ..., l_gn, l_sj J. Ui

Darin bedeuten:

j = eine ganze Zahl zwischen 1 und m zur Bezeichnung einer betreffenden Bramme o.dgl. und T ° = Brammentemperatur vor dem Zeitintervall Ät.

s ^c

Gemäß einem Merkmal kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, daß zu einem beliebigen Zeitpunkt die Temperatur der j-ten Bramme T .' durch abwechselnd wiederholte Auflösung der Gleichungen (1) und (2) vorausberechnet und die Strömungsmenge des in jede Regelzone eingeführten Brennstoffs so bestimmt wird, daß die Summe der Abweichungen der vorausberechneten (predicted) Brammentemperaturen von den ent-

sprechenden Soll-Temperaturanstiegskurven möglichst klein

gehalten wird. Eine entsprechende Kurve ist in Fig. 1 dargestellt, in welcher auf der Ordinate eine Ziel- bzw. Solltemperatur T einer Bramme und auf der Abszisse eine Position der Bramme, die sich im betreffenden Durchlauf-Wärme-'25

ofen vom Eingabepunkt zur Austragöffnung bewegt, aufgetragen sind. Gemäß Fig. 1 besitzt eine nicht dargestellte Bramme in ihrer Position Xa₊." eine Ist-Temperatur T , die um Δ T kleiner ist als die Soll-Temperatur T_'.

Fig. 2 zeigt schematisch einen nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens geregelten Durchlauf -'Wärmeofen, der bei der Anordnung nach Fig„ 2 in drei Regelzonen unterteilt ist. An dem in Förderrichtung der

_ nicht dargestellten Brammen o.dgl. stromabseitigen Ende 35

jeder Regelzone mündet in diese ein Brenner 12 zur Verbrennung eines Brennstoffs. Mit jedem Brenner 12 ist ein Strömungsmengenmesser 14 verbunden, an den ein Brennstoff-

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strömungs-Regelyentil 16 angeschlossen ist. Alle Strömungsmengenmesser. 1 4 sind mit einem elektronischen Rechner 18 verbunden, an den alle Regelventile 16 angeschlossen sind.
.

Im Betrieb bestimmt der Rechner 18 die Strömungsmenge an Brennstoff, die jeder Regelzone in bestimmten Zeitintervallen zugeführt werden soll. Insbesondere bestimmt der Rechner 18 die Temperatur jeder Bramme zum jeweils gegenwärtigen Zeitpunkt auf der Grundlage der mittleren Ist-Brennstoff strömungsmenge, die während des Zeitintervalls At durch den zugeordneten Strömungsmengenmesser 14 in jeder Regelzone gemessen worden ist, und eines Gastemperaturprofils im Ofen sowie der durch die unmittelbar vorhergehenden Berechnungen bestimmten Brammentemperatur und durch abwechselnd wiederholte Auflösung der Gleichungen (1) und (2) zu einem vorbestimmten inkrementalen Zeitintervall ^t- = At/N-, wobei N- eine ganze Zahl mit einer Größe von mindestens 1 bedeutet.

·

Der Rechner 18 führt dann eine Vorausberechnung für das Gastemperaturprofil und für die Temperatur einer jeden Bramme nach einem künftigen Zeitintervall Ät, = N, At (mit N₂ = eine ganze Zahl von mindestens 1) nach den vor-.25 stehend beschriebenen Rechenvorgängen durch, wobei er das Gastemperaturprofil im Ofen und die Temperatur einer jeden Bramme, die nunmehr zum gegenwärtigen Zeitpunkt berechnet wurden, als Ausgangsgrößen heranzieht und eine vorgegebene Strömungsmenge des in jede Regelzone eingeleiteten Brenn-

^O stoffs voraussetzt.

Anschließend berechnet der Rechner 18 eine Position; x -₁ (Fig. 1) jeder Bramme nach dem Zeitintervall At₂, ausgehend von der gegenwärtigen Position x_Q (Fig. 1) sowie den Daten für den Brammentransport/ und er ermittelt auch die Soll'Brammentemperatur T . einer jeden Bramme nach dem Zeitintervall At₂ anhand der im Rechner 18 gespeicher-

ten Soll-Temperaturanstiegskurve für jede Bramme gemäß Fig. 1.

Hierauf bestimmt der Rechner 18 unter Heranziehung der vorausberechneten und der Soll-Brammentemperaturen T . ■ ix · ■ »j

bzw. T . einen Abweichungsindex J entsprechend folgender Gleichung:

m 2 ι r>\

Darin bedeutet: et. = einen Gewichtungskoeffizienten

für die j-te Bramme.

Schließlich bestimmt der Rechner 18 die Strömungsmenge des in jede Regelzone eingeführten Brennstoffs in der Weise, daß der Abweichungsindex J möglichst klein gehalten wird. Die Mindestgröße des Abweichungsindex J kann nach einem an sich bekannten Otpimierungsverfahren, z.B. nach der Sattelpunktmethode, berechnet werden.

Wenn der Rechner 18 die beschriebenen Berechnungen beendet hat, liefert er die so ermittelten Strömungsmengen zu den betreffenden Brennstoffströmungs-Regelventilen 16 zwecks .25 Regelung der Strömungsmengen des in die zugehörigen Regelzonen eingeführten Brennstoffs.

Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Durchlauf-Wärmeofen so geregelt werden kann, daß Brammen unterschiedlichen Energiebedarfs, etwa entsprechend ihren Abmessungen, mit hoher Genauigkeit auf eine geregelte Austragtemperatur eingestellt werden können.

Gemäß einem anderen Merkmal bezweckt die Erfindung die Ausschaltung der Mangel der bisherigen Verfahren zur Regelung der Strömungsmenge des in einen Durchlauf-Wärmeofen einge-

»Ott

leiteten Brennstoffs zur Angleichung der im Ofen herrschenden Gastemperatur an deren Ziel- oder Solltemperatur, die als Ergebnis einer durch einen angeschlossenen elektronischen Rechner durchgeführten Berechnung des Wärmeübergangs zwischen dem Ofen und. den Brammen auf der Grundlage der Ist-Gastemperatur im Ofen bestimmt wurde.

Im folgenden ist ein bisheriges Regelverfahren dieser !0 Art anhand von Fig. 3 erläutert, die ein Modell eines Durchlauf-^Wärmeofens zeigt, welcher in eine Vorwärm-, eine Wärme- und eine Glühzone unterteilt ist, die durch Verbrennung von Brennstoffanteilen erwärmt werden, welche über drei, jeweils einer Zone zugeordnete-Brenner 12 zugeführt werden, die in Durchlaufrichtung der nicht dargestellten Brammen an der Stromabseite der betreffenden Zonen angeordnet sind. Beim bisherigen Verfahren wird ein praktisch mittig in der betreffenden Zone angeordnetes Thermometer 20 zur Messung der Gastemperatur im Ofen benutzt. Hierbei ergibt sich ein Temper'aturprofil des Gases im Ofen gemäß Fig. 4, in welcher auf der Ordinate die gemessene bzw. Ist-Temperatur und auf der Abszisse eine Axialposition einer nicht dargestellten Bramme im Ofen aufgetragen sind und jede Meßstelle durch das Symbol "x" •25 angegeben ist. Das Temperaturprofil wird durch Verbindung der drei Meßstellen aller Zonen erhalten.·

Ein elektronischer Rechner hat dabei die Temperatur jeder Bramme in jeder Position im Ofen zwischen dessen Eingangsöffnung und dessen Ausgangsöffnung für die Brammen bestimmt, indem er den Wärmeübergang anhand der Größe jeder Bramme und der Zeitspanne, während welcher die Bramme tatsächlich bis zum jeweiligen Rechenzeitpunjct im Ofen verweilt hat, auf der Grundlage des gemessenen Temperaturprofils des Gases berechnet. Weiterhin hat der Rechner eine Zeitspanne, während welcher jede Bramme bis zu ihrem Austrag noch im Ofen verweilt, entsprechend einem Austragsplan

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dafür vorausberechnet und eine Rückrechnung zur Feststellung der Gastemperatur der Ofenatraosphäre durchgeführt, die für die Erwärmung der Bramme auf eine Soll-Austragtemperatur erforderlich ist.

.

Sodann wird die Strömungsmenge des dem Ofen zugeführten Brennstoffs so geregelt, daß die Ist-Gastemperatur im Ofen dem Sollwert der so berechneten Gastemperatur angeglichen wird.

Nachteilig an diesen bisherigen Regelverfahren ist fol-.gendes:

Das für die Berechnung des Wärmeübergangs benutzte Temperaturprofil besitzt eine äußerst ungenügende Genauig

X5 keitf weil es unter Zugrundelegung einer kleinen Zahl von Meßstellen, z.B. je einer einzigen Meßstelle für jede Zone gemäß Fig. 2, ermittelt wird. Wahlweise können höchstens zwei Meßstellen für jede Zone benutzt werden. Es erweist sich somit als schwierig, den Betriebszustand

(status) des Ofens genau zu erfassen. .

Zudem kann dabei das Thermometer durch die Flamme des zugehörigen Brenners beeinflußt werden, so daß es nicht in jedem Fall die genaue Gastemperatur im Ofen wiedergibt.

Wenn der Rechner weiterhin zur Bestimmung der für die Erwärmung der' Bramme auf die gewünschte Austragtemperatur erforderliehenOfentemperatur zurückrechnet, erreicht die Ist-Temperatur im Ofen die berechnete Temperatur erst mit einer Zeitverzögerung. Hieraus ergibt sich eine mangelhafte Genauigkeit bezüglich der Erwärmung der Bramme auf die Ziel-' oder Soll-Austragtemperatur.

Zur Ausschaltung der geschilderten Mängel des Stands der Technik sieht das erfindungsgemäße Regelverfahren in speziellem Ausführungsbeispiel die Maßnahmen vor, daß eine zeitliche Änderung des Temperaturprofils in einem Durch-

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lauf-Wärmeofen mit vorgegebenen Strömungsmengen von Brennstoff und Luft, die in den Ofen eingeführt werden, berechnet wird, daß die Temperaturen jeder Bramme zum gegenwärtigen Zeitpunkt sowie zu einem künftigen Zeitpunkt auf der Grundlage der berechneten zeitlichen Änderung des Temperaturprofils vorausberechnet werden, daß eine Strömungsmenge des eingeführten Brennstoffs so vorausberechnet wird, daß der Unterschied 'zwischen der vorausberechneten Temperatur einer jeden Bramme und ihrer Soll-Temperatur höchstens einer vorbestimmten Größe entspricht, und daß die Brennstoffströmungsmenge auf der Grundlage der vorausberechneten Strömungsmengen als Sollwert geregelt wird, um die Brammen nach einer Soll-Temperaturanstiegskurve zu erwärmen .

Das Erwärmungsregelverfahren ist im folgenden anhand von Fig. 5 beschrieben, die ein Modell eines Durchlauf-Wärmeofens 10 zeigt, der von einer Wand 22 umschlossen ist. Der Ofen 10 ist dabei in Längsrichtung in η Bereiche unterteilt, wobei in ausgewählten Bereichen an deren, in Förderrichtung der Brammen gesehen, stromabseitigen Enden je ein oberseitiger und ein unterseitiger Brenner 12 angeordnet ist. Die Brenner sind senkrecht zur Längsachse des Ofens 10 im wesentlichen aufeinander ausgerichtet, wie .25 dies typischerweise für die Brenner im dritten, im (i + 1)-ten und im η-ten Bereich dargestellt ist. Brammen 24 werden fortlaufend über die gemäß Fig. 5 an der linken Stirnseite befindliche Eingabeöffnung des Ofens 10 eingegeben und in Längsrichtung durch den Ofen 10 gefördert, während sie durch die im Gegenstrom zu den durch den Ofen 10 geförderten Brammen 24 strömenden Verbrennungsgase der jeweiligen Brenner 12 erwärmt werden. Sodann werden die erwärmten Brammen 24 über die gemäß Fig. 5 an der rechten Seite befindliche Austragöffnung aus dem Ofen 10 ausgetragen.

Ein Temperaturprofil im Ofen 10 ist wie folgt bestimmt:

Für jeden Bereich, ζ.B, den i-ten Bereich, läßt sich die Wärmeausgleichsgleichung wie folgt ausdrücken;

dT . ·

^Cl-dT - ^Qi ⁺-^Hg-^Wi r^Gi°^C"^Til " ^Gr^C°V *

Σ K₁₁-{Τ . + 273)⁴ -.(T . + 273)⁴> +

^273> - ⁽V ^{+ 273)}

^C2^(Twi-V ^+C3^(Tsi "V⁵

für i = I₁ 2,■ ..., η "(4)

Darin bedeuten:

<j = Gas temperatur
T= Wandtemperatur
T = Brammentemperatur

dT _r
—-§-7- = Änderung der Gastemperatur in Abhängigkeit von

der Zeit t

Q. = Eigenwärme, die infolge der Verbrennung von Brennstoff und Luft auf das i-te Raster übertragen wird,

H = Heizwert pro Einheit an Brennstoffströmungsmenge .

W. = Strömungsmenge des in das i-te Raster eingeführten Brennstoffs

j^ = Strömungsmenge des Abgases aus dem i-ten Raster = spezifische Wärme des Gases

.. = Koeffizient des Strahlungsaustausches zwischen intern und j-tem Raster

-.,= Koeffizient des Strahlungsaustausches zwischen i-tem Raster und dem das k-te »Ra'ster umgebenden Wandteil

^K3"l ^{= Koerf}i^zie^{nt d}es Strahlungsaustausches zwischen dem i-ten Raster und der l^-ten Bramme und

C₁, C₂ und Co = Konstanten.

Die Eigenwärme Q. läßt sich auch wie folgt ausdrücken: ^Qi - V⁰Pf-^Tf ⁺ V^C _Pa-^Ta : (5) Darin bedeuten:

A- = Strömungsmenge der in das i-te Raster eingeführten Luft

C .p = spezifische Wärme des Brennstoffs

C = spezifische Wärme der Luft pa

T_f = Brennstofftemperatur und T= Lufttemperatur.

CL

Weiterhin läßt sich die Strömungsmenge des Abgases G. wie folgt ausdrücken:

.25 G. = Σ [W. {6 +A y(j - 1)}] ' (6)

J- 1 O O

Darin bedeuten:

G = theoretische Abgasmenge pro Strömungsmengeneinheit des Brennstoffs

A = theoretische Luftmenge pro Strömungsmengeneinheit des Brennstoffs und

u = ein Luftüberschußfaktor, der sich ausdrücken

läßt durch
35

■ ■ (7)

mit A. = Strömungsmenge der in das i-te Raster eingeführten Luft.

-31Λ 2992

* In Gleichung (4) bezeichnet die linke Seite eine Änderung der Gastemperatur'während des inkrementalen Zeitintervalls dt, während auf der rechten Seite ein zweiter Ausdruck einen Wärmewert des Brennstoffs und ein dritter Aus-" druck eine Wärmemenge des in das i-te Raster eintretenden Abgases vom (i + 1)-ten Raster bezeichnen. Ein vierter Ausdruck steht für die Wärmemenge des aus dem i-ten Raster in das (i ■-■ 1)-te Raster einströmenden Abgases; ein fünter Ausdruck bezeichnet die Strahlungswärmemenge im i-ten Raster von den restlichen Rastern? und ein sechster Ausdruck steht für die Strahlungswärmemenge von der Wand im i-ten Raster. Weiterhin bezeichnet ein siebter Ausdruck die, Strahlungsmenge von den m Brammen im i-ten Raster; ein achter Ausdruck steht für die Wärmemenge aufgrund von Konvektion zwischen dem i-ten Raster und dem dieses umgeben- . den Wandteil; und ein neunter Ausdruck bezeichnet eine Wärmemenge aufgrund von Konvektion zwischen dem i-ten Raster und den darin befindlichen Brammen.

O Für vorgegebene Strömungsmengen von zugeführtem Brennstoff und zugeführter Luft lassen sich die Gleichungen (4) zu einem System von η nichtlinearen Differentialgleichungen reduzieren, die sich ausdrücken lassen durch

•■25 dT . n. & ⁿ

f ⁺ ^⁸V ^{+ c}

für i = 1, 2, ..., η

mit -A. . = K, . . für i + j
^{i:i 3}

η · xn

~ K₁.. + Σ K₉.. + Σ Κ,.« für i = j

Ix₃ 2ik 3iÄ

B._v = O (K + i, K + i+1) für K 4= i, K + j+1

= G_k;C (K = i+1) f ür K = ■ i+1

+ C '+'C,) (K = i) für K = i 2 3

und

	*	+ 4 *	273)⁴	• •3U2992
= Q₁ + H_g	-Μ η •W. + Σ l·	^Cw:	.₊c₃.	+
Σ Κ,. „ JL=I			^rsi

^:2ik^iTwk

Dies geschieht unter Heranziehung der unmittelbar vorhergehenden Temperaturen von Ofen und Brammen als Randbedingungen. Wenn diese nicht-linearen Differentialgleichungen bezüglich der Zeit, beginnend mit dem unmittelbar *0 vorhergehenden Temperaturprofil des Gases··, diskretisiert und dann nach der Zeit, gemäß dem Newtonschen Verfahren o.dgl. aufgelöst werden, kann ein neues Gas-Temperaturprofil bestimmt werden.

τ I= [

Sobald das Gas-Temperaturprofil auf obige, Weise bestimmt worden ist, kann die Temperatur der Brammen durch Einsetzen dieses Temperaturprofils in die an sich bekannten Differentialgleichungen für den Wärmeübergang zwischen den Brammen und der Ofenwandung bestimmt werden. Durch wechselweise

Auflösung der Gleichungen für die Gastemperatur sowie derjenigen für die Brammen und die Ofenwandung ist es dann möglich, die zeitabhängigen Änderungen sowohl des Temperaturprofils im Ofen als auch der Brammente,mperaturen zu

jedem Zeitpunkt zu berechnen.
25

Im folgenden ist anhand von Fig. 6 das erfindungsgemäße Erwärmungs-Regelverfahren unter Anwendung der beschriebenen Bestimmung des Gas-Temperaturprofils im Ofen erläutert. Die dargestellte Anordnung umfaßt einen Durch-ί

lauf-Wärmeofen 10, der eine Wandung 22 aufweist und in drei Regelzonen der in Fig. 3 dargestellten Art unterteilt ist. In jeder Regelzone sind auf die in Verbindung mit Fig. 5 beschriebene Weise jeweils ein oberseitiger und ein· unterseitiger Brenner 12 angeordnet, während wei- *

terhin je ein oberseitiges und ein unterseitiges Thermometer 20 zentral in jeder Regelzone angeordnet und senkrecht zur Längsachse des Ofens 10 aufeinander ausgerich-

O «Ο G ÖOo&e,»

tat sind. Weiterhin ist an das gemäß Fig> δ linke Ende des Ofens 10 ein Abgasrohr 26 angeschlossen, über welches die an den Brennern 12 erzeugten Verbrennungsgase abgeführt werden können, die in Gegenstrombeziehung zur Transportrichtung der Brammen 24 (vom linken zum rechten Ende des Ofens 10) auf der Ofen-Längsachse und über einem Gleitrohr 25 strömen.

Die Brenner 12 in jeder Zone sind jeweils mit einem Brennstoff-Strömungsmesser 14f mit nachgeschaltetem Brennstoffströmungs-Regelventil 16f wie bei der Anordnung nach Fig.2 sowie über ein Luftströmungs-Regelventil 16a mit einem Luftströmungsmesser 14a verbunden» Der bzw.'jeder Brennstoff-Strömungsmesser 14f ist mit einem Eingang eines Brennstoffströmungsreglers 28 verbunden, dessen Ausgang an das betreffende Regelventil 16f angeschlossen ist und der zudem über zwei Leitungen an einen elektronischen Rechner 18 angeschlossen ist.

20. Jeder Luftströmungsmesser 14a ist andererseits mit einem Eingang eines Luftströmungsreglers 30 verbunden, dessen Ausgang mit dem betreffenden Regelventil 16a verbunden

/er

ist, während über zwei Leitungen mit einer Lufteinstellvorrichtung 32 verbunden ist, die wiederum über zwei Lei-.25 tungen an den BrennstoffStrömungsregler 28 angeschlossen ist»

Weiterhin sind alle Thermometer 20 mit dem elektronischen

Rechner 18 verbunden.
30

Im Betrieb liefern die Regler 28 und 30 ihre jeweiligen Betriebssignale zu den Regelventilen 16f bzw.» 16a zur Einstellung ihrer Öffnungsgrade zwecks Regelung der Brennstoff- bzw* Luftsufuhrmengen zu den zugehörigen Brennern 12ο Die Brennstoff- und Luftströmungsmesser 14f -bzw-.. 14a messen ständig die Brennstoff- bzw. Luftzufuhrmengen zum zugeordneten Brenner 12 und liefern die Strömungsmengen-

•"3U2992

Meßsignale zu den Brennstoff- und Luftströmungsreglern bzw. 30 zurück. Der elektronische Rechner 18 nimmt alle diese Meßsignale ab und berechnet in vorbestimmten gleichen Zeitintervallen At die Temperaturen auf die vorher in Verbindung mit Fig. 5 beschriebene Weise, um dabei die Brennstoff strömungsmenge zu jeder Regelzone zu bestimmen. Sodann wird ein Einstellsignal für die so ermittelte Brennstoff strömungsmenge zu den" betreffenden Brennstoffströmungsmessern 14f für jede Regelzone übermittelt. 10

Genauer gesagt: der Rechner 18 berechnet nach dem vorher beschriebenen Verfahren abwechselnd das Gastemperaturprofil und die Brammentemperaturen bis zum gegenwärtigen RechenZeitpunkt in inkrementalen Zeitintervallen At₁ = AtZN₁ (mit N = eine ganze Zahl von mindestens 1) auf der Grundlage der mittleren tatsächlichen bzw. Ist-Strömungsmenge W. für Brennstoff (mit i = Regelzone, im vorliegenden Fall Fall 1,2 oder 3), der Ist-Strömungsmenge A. für Luft während des Zeitintervalls At sowie ä_er Temperaturen des Ofens, der Brammen und der Ofenwände, die unmittelbar vor diesem Zeitintervall At bestimmt worden sind, und er bestimmt oder ermittelt ein Gastemperaturprofil und die Brammentemperaturen in jedem

Augenblick.
25

Sodann bestimmt der Rechner die Strömungsmenge des während des nächsten Zeitintervalls At in jede Ofen-Regelzone einzuführenden Brennstoffs wie folgt: Auf der Grundlage des Temperaturprofils und der Brammentemperaturen, die zum

gegenwärtigen Zeitpunkt berechnet worden sind, als Ausgangsgrößen und unter Vorabschätzung (presuming) der dem Ofen während des Zeitintervalls At zuzuführenden Brennstoff- und Luft-Strömungsmengen führt der Rechner nach dem oben beschriebenen Verfahren eine Vorausberechnung eines Gastemperaturprofils und der Brammentemperaturen nach einem Zeitintervall At₂ = N₂At (mit N₂ = eine ganze Zahl von mindestens 1) in inkrementalen Zeitintervallen At₃ = At₂/N₃

. ₄f " " "** °^:*3Ί 42992

-Vi-

(mit N₃ = eine ganze Zahl entsprechend mindestens 1) durch. Anschließend wird die vorabgegebene Brennstoffströmungsmenge so geändert, daß die Unterschiede zwischen den vorausberechneten und den entsprechenden angestrebten Brammentemperaturen verringert v/erden. Diese Vorausberechnung der Brammentemperaturen wird wiederholt, bis die Unterschiede zwischen den vorausberechneten und den angestrebten (Soll-)Brammentemperaturen unter einer vorgegebenen Größe liegen. Die zu diesem Zeitpunkt vorabgeschätzte Brennstoffströmungsmenge ergibt auf beschriebene Weise diejenige Brennstoffströmungsmenge, welche dem Ofen während des nächsten Zeitintervalls gemäß obiger Beschreibung zugeführt wird.

Nach Abschluß der beschriebenen Berechnung liefert der Rechner 18 ein Stellsignal für die so berechnete Brennstof f-Zufuhrströmungsmenge zu den betreffenden Brennstoff Strömungsreglern 28, die jeweils auf das betreffende Stellsignal unter Betätigung des zugeordneten Regel-Ventils 14f ansprechen, um die Brennstoff-Strömungsmenge zur betreffenden Regelzone zu regulieren. Gleichzeitig liefert jeder Brennstoffströmungsregler 28 das von ihm abgenommene Stellsignal zu der mit ihm verbundenen Luftverhältnis-Einstellvorrichtung 32. Jede dieser Vorrich-

«25 tungen 32 stellt sodann ein für die Verbrennung in der betreffenden Regelzone zweckmäßiges Luft(mengen)verhältnis ein, und sie übermittelt das so eingestellte Verhältnis zum zugeordneten Strömungsregler 30 „ Daraufhin betätigen diese Strömungsregler 30 das zugeordnete Luftströmungs-Regelventil 16a zur Einstellung der Luftströmungsmenge zum angeschlossenen Brenner 12 „

Wie sich aus vorstehendem ergibt, wird mit dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Verfahren zur Regelung eines Durchlauf-Wärmeofens in der Weise geschaffen, daß die Brammen o.dgl. mit hohem Genauigkeitsgrad auf ihre endgültige Erwärmungstemperatur

eingeregelt werden können. Zu diesem Zweck bewirkt ein angeschlossener elektronischer Rechner eine Vorausberechnung der Temperaturen von Brammen o.dgl. unter Berücksichtigung einer zeitabhängigen Änderung eines Gastemperaturprofils im Ofen, das auf der Grundlage des Heizwerts des Brennstoffs berechnet worden ist. Dabei werden keine ungenau gemessenen Gastemperaturwerte benutzt, wie sie etwa bei den herkömmlichen Verfahren als Gastemperaturwerte im Ofen die Berechnungsgrundlage bilden, von der aus die Brammentemperaturen vorausberechnet werden.

Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit nur einigen derzeit bevorzugten Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben ist, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

L e er se.it θ

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Regelung eines kontinuierlichen bzw. Durchlauf -Wärmeofens , dadurch gekennzeichnet, daß eine Strömungsmenge eines in jede von mehreren Regelzonen, in welche der Durchlauf-Wärmeofen unterteilt ist, eingeleiteten Brennstoffs vorabgeschätzt wird, daß eine Temperatur einer jeden im Ofen befindlichen Bramme o.dgl. nach einem bestimmten Zeitintervall vorausberechnet wird, daß für jede Bramme ein Unterschied zwischen der vorausberechneten Temperatur und einer Ziel- bzw. Soll-Tempera--, turanstiegskurve ermittelt wird und daß eine Strömungsmenge für den in jede Regelzone einzuführenden Brennstoff bestimmt wird„ um die Summe der Quadrate der Unterschiede für alle Brammen, multipliziert mit entsprechenden Faktoren, zu minimieren.
2. Verfahren zur Regelung eines Durchlauf-Wärmeofens, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmengen von in jede von mehreren Regelzonen, in welche der Durchlauf -Wärmeofen unterteilt ist, einzuführendem Brennstoff bzw. einzuführender Luft zu allen vorgegebenen Zeitpunkten gemessen werden, daß ein Temperaturprofil im Ofen bis zum jeweils gegenwärtigen Zeitpunkt unter Verwendung von Einrichtungen zur Bestimmung einer zeitabhängigen Änderung des Temperaturprofils im Ofen anhand der gemessenen Brennstoff- und Luftzufuhrströmungsmengen bestimmt wird, daß die Temperatur jeder Bramme o.dgl. zum jeweils gegenwärtigen Zeitpunkt auf der Grundlage des im Ofen herrschenden, zum gegenwärtigen Zeitpunkt ermittelten Temperaturprofils festgestellt wird, daß eine künftige Änderung der Ofentemperatur auf der Grundlage der ermittelten Temperaturen der Brammen o.dgl. sowie nach Belieben

mittels der die Temperaturänderung bestimmenden Einrichtung eingestellten Strömungsmenge des in jede Regelzone eingeführten Brennstoffs vorausberechnet wird, daß auf der Grundlage der vorausberechneten Ofentemperatur vorausberechnete Brammentemperaturen ermittelt werden, daß eine Strömungsmenge des in jede Regelzone eingeführten Brennstoffs so bestimmt wird, daß die Unter-.25 schiede zwischen den vorausberechneten Brammentemperaturen und den entsprechenden Ziel- bzw. Soll-Brammentemperaturen eine vorbestimmte Größe nicht übersteigen, und daß die Strömungsmenge des zugeführten Brennstoffs nach einer aus der nunmehr bestimmten Brennstoff-Strömungsmenge gebildeten Sollgröße geregelt wird.